JPH03197920A

JPH03197920A - 偏光光源装置

Info

Publication number: JPH03197920A
Application number: JP33664989A
Authority: JP
Inventors: Noriji Ooishi; 則司大石
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 1989-12-27
Filing date: 1989-12-27
Publication date: 1991-08-29

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、ランダムな偏光特性をもった光ビームな直線
偏光に変える偏光光源装置に関する。

［従来の技術］例えば、液晶プロジェクタ−の光源として、また光源の
映り込みを嫌う照明（ガラス越しの照明や水面を通した
照明等）に直線偏光光源装置が役立つことが知られてい
る。

この様な直線偏光光源装置としては、従来ランダムな偏
光特性の光源（例えばハロゲンランプ、キセノンランプ
、メタルハライドランプ等）と偏光板との組合わせが用
いられており、上記光源からの光を偏光板に通すことに
よって直線偏光が作られている。しかして、この際、偏
光板に入射する光のうち透過光の偏光面と垂直な偏光面
を持つ偏光成分がカットされるため、利用できる光量（
透過光量）は光源光の高々５０％である。

この様に、偏光板を用いた偏光光源装置では損失が大き
いという問題点がある。

この損失を避ける方法として、先ず光源光を偏光ビーム
スプリッタ−で２つの直線偏光成分に分け、その一方の
偏光面を９０°回転させてから他方に合流させる方法が
考えられる。

この考えを実現した例として、特開昭６３−１９７９１
３号公報、実開昭６３−１８７１０１号公報、特開昭６
３−２７１３１３号公報、実開昭６３−１５０９２２号
公報および特開昭６３−１６８６２２号公報に記載のも
のがある。

上記特開昭６３−１９７９１３号公報及び実開昭６３−
１８７１０１号公報に記載のものでは、偏光ビームスプ
リッタ−で分けられた２つの直線偏光成分のうちの一方
を２つの反射面で順次反射させて偏光面を回転させてい
る。この様に反射によって偏光面を回転させることは波
長依存性をもたない点で好ましい。しかしながら、反射
光の光路な確保するために装置のサイズが太き（なり、
好ましくない。

また、上記特開昭６３−２７１３１３号公報及び実開昭
６３−１５０９２２号公報に記載のものは、装置のサイ
ズが大きくなるため、かなり用途は制限される。

特開昭６３−１６８６２２号公報に記載のものでは、偏
光面の回転にＴＮ液晶を用いることにより比較的小型で
且つ極めて簡単な構造で前記の機能を実現している。但
し、ここでは偏光ビームスプリッタ−によって分けられ
た２つの光が空間的に分離した状態で出射ビームを構成
するために、液晶層を通過する際に受ける若干の減衰等
により出射ビームに明るさのむらを生ずるという難点が
ある。

［発明が解決しようとする課題］本発明の目的は、ランダム偏光の光源を用いて効率よく
直線偏光を作る際に、出射ビームに明るさのむらが生じ
にくい偏光光源装置を提供することある。

［課題を解決するための手段］本発明の請求項１に記載の偏光光源装置は、光源と、該
光源から発せられる光を２方向に分岐するプリズムと、
該分岐手段からの２つの分岐光のそれぞれについてｐ偏
光成分光及びＳ偏光成分光の一方を反射させ且つ他方を
透過させる偏光ビームスプリッタ−と、該偏光ビームス
プリッタ−からの反射光及び透過光のうちの一方を偏光
面の９０°回転を伴って透過させる坏波長板と、上記偏
光ビームスプリッタ−によって分けられて得られた４つ
の光を通過させ合成させるため片面にプリズム列が形成
されている透明板と、該透明板の上記プリズム列形成面
と反対側の面へと上記４つの光を上記％波長板を透過し
た光と透過しない光とが重なる様に導く光反射手段とを
有することを特徴とする、偏光光源装置、である。

また、請求項２に記載の偏光光源装置は、光源と、該光
源から発せられる光を２方向に分岐するプリズムと、該
分岐手段からの２つの分岐光のそれぞれについてｐ偏光
成分光及びＳ偏光成分光の一方を反射させ且つ他方を透
過させる偏光ビームスプリッタ−と、該偏光ビームスプ
リッタ−からの反射光及び透過光のうちの一方を偏光面
の９０°回転を伴って透過させるＴＮ液晶セルと、上記
偏光ビームスプリッタ−によって分けられて得られた４
つの光を通過させ合成させるため片面にプリズム列が形
成されている透明板と、該透明板の上記プリズム列形成
面と反対側の面へと上記４つの光を上記ＴＮ液晶セルを
透過した光と透過しない光とが重なる様に導く光反射手
段とを有することを特徴とする、偏光光源装置、である
。

［作用］本発明の偏光光源装置は、光源からの光を２方向に分岐
し、次に各分岐光について偏光ビームスプリッタ−で２
つの直線偏光成分に分け、その−方の偏光面を９０”回
転させ、かくして得られた４つの光のうち偏光面回転を
受けた光と受けない光とを合流させるものであり、偏光
面回転のための手段として％波長板あるいはＴＮ液晶セ
ルを用い、上記偏光面回転を受けた光と受けない光（こ
れらの光の偏光面は揃えられている）とを反射面等の光
反射手段によって重なりあう様に導き、ここに光出射側
の面にプリズム列が形成されている透明板を配置し、該
透明板によって平行な直線偏光出射光を得るものである
。

［実施例］以下、実施例を用いて本発明を説明する。尚、以下の実
施例における坏波長板をＴＮ液晶セルに置き換えたもの
が請求項２の実施例となる。

以下の実施例では、光源からのランダム偏光を２方向に
分岐する手段として透明板の片面に形成された微小プリ
ズム列を用いており、これにより装置の小型化を図って
いる。もちろん、１つのプリズムを用いて同様の機能を
果たすこともできる。

第１図及び第２図はいずれも請求項１の実施例の装置の
平面図であり、第３図は第１図の装置の斜視図である。

第１図の実施例において、光源５からの光は曲面鏡６で
平行光とされ、該平行光は片面にプリズム列の形成され
た透明板２で２方向に分岐せしめられる。各分岐光はそ
れぞれ別のプリズム型偏光ビームスプリッタ−４に入射
し、該入射光のうちｐ偏光成分（図中、実線で示されて
いる）は偏光ビームスプリッタ−４を透過し、坏波長板
３で偏光面を回転せしめられてＳ偏光成分となる。この
光線は、反射鏡７で反射せしめられ、更に透明板ｌに入
射し、該透明板に形成されたプリズムで屈折せしめられ
て出射光となる。一方、偏光ビームスプリッタ−４に入
射した光のうちＳ偏光成分（図中、破線で示されている
）は、該偏光ビームスプリッタ−で反射せしめられ、更
に反射鏡７で反射せしめられた後、透明板ｌに入射し、
該透明板に形成されたプリズムで屈折せしめられて出射
光となる。

以上により、光源５からの光の２つの偏光成分が、Ｓ偏
光となって出射される。

ここで、２枚の反射鏡７及び２つの偏光ビームスプリッ
タ−４の反射面はいずれも平行であり、これらは透明板
１と垂直に配置されている。従って、透明板２によって
分岐された光は、それぞれ２つの偏光ビームスプリッタ
−４に同じ角度（図では４５°）で入射する様に設定さ
れている。

第２図の実施例は、局波長板３が偏光ビームスプリッタ
−４で反射せしめられるＳ偏光成分の光路中に置かれて
いる点を除き、上記第１図の実施例と同様である。尚、
この場合は、出射光はｐ偏光となる。

以上の装置において、上記反射鏡７及び透明板１は、２
種類の光成分（Ｖ２波長板３で偏光面回転を受けた成分
と該偏光面回転を受けない成分）が透明板１上にて重な
る様に配置されている。そして、一方の偏光ビームスプ
リッタ−４からの偏光面回転を受けた光成分と他方の偏
光ビームスプリッタ−４からの偏光面回転を受けない光
成分とが透明板１上の一方の半分で重なり、また上記−
方の偏光ビームスプリッタ−４からの偏光面回転を受け
ない光成分と上記他方の偏光ビームスプリッタ−４から
の偏光面回転を受けた光成分とが透明板１上の他方の半
分で重なる様にされている。

例えば、第４図の比較例に示す様に、小型化をはかるた
め透明板１の設置位置を変えた場合には、偏光ビームス
プリッタ−４を透過した光成分は透明板１の周辺部から
出射し、偏光ビームスプリッタ−４により反射せしめら
れた光成分は該偏光ビームスプリッタ−の中央部から出
射するが、これら２つの光成分は、・偏光ビームスプリッタ−４のＳ偏光に対する反射率と
ｐ偏光に対する透過率とが厳密には等しくないこと、・坏波長板３での反射や吸収によるロスがあること、・坏波長板３に位相差角の波長依存性があること、等によって、強度及びスペクトルが異なるため、出射光
にむらを生じ、好ましくない。

上記第１図及び第２図の場合には、これら２つの光成分
が出射面（透明板１）で−様に混ざりあうので、上記第
４図の場合の様な問題は起こらない。

本発明の透明板ｌに形成されるプリズムの形状は、第５
図から分かる通り、透明板１の法線と平行な出射光を得
るために、プリズム面と透明板の法線とのなす角θが、
以下の式（１）を満足する様に選べばよい。

尚、ここで、ｎｌは透明板１の屈折率、βは透明板１へ
光線が入射する際の入射角である。

また、第５図において、α≧θとなる様にｎ及びβを選
ぶことが好ましい。もしαくθであれば、入射光の一部
がプリズムのもう一方の傾斜面での反射により方向を変
え、平行な出射光とならないため、効率の低下をまねく
。

一方、本発明の透明板２に形成されるプリズムの形状は
、第６図から分かる通り、プリズム面と透明板２の法線
とのなす角δが、以下の式（２）を満足する様に選べば
よい。

尚、ここで、ｎ２は透明板２の屈折率である。

第６図において、γ〉δであれば、入射光の一部がプリ
ズムのもう一方の傾斜面での反射により方向を変え出射
角がβとならないため、効率の低下をまねく。従って、
γ≦δとなる様にｎ２及びδを選ぶのが好ましい。

尚、２つの透明板１．２を同じ材質で作る場合には、ｎ
＋＝ｎｚであるので、上記式（１）。

（２）から、γ＝α、δ＝θであり、形成するプリズム
は相似形となる。更に、上記α≧θ、γ≦δの条件下で
は、γ＝α＝δ＝θとなり、上記式（１）をθについて
解けば、 θ＝　ｃｏｓ−’　（（１＋　！Ｆ■７）／４ｒ＋＋）
　・・・（３）となる。

上記第１図及び第２図の実施例においては、β＝４５°
であるから、ｎ　＋　”　ｎ　２のときには、上記式（
３）からｎ＋　＝ｎｚ　＝　１．５４となり、屈折率１
．５４の材料を用いればよいことが分かる。また、β＝
４５°のときに、透明板１と透明板２とを異なる材料で
作る場合にはｎ１≦１．５４、ｎ２≧１．５４となる様
に材料を選定すればよい。

本発明の偏光光源装置に用いられる偏光ビームスプリッ
タ−は、消光比、及び消光比の角度依存性、波長依存性
等の点からプリズム型偏光ビームスプリッタ−を用いる
のが好ましいが、単色光に対して用いる場合については
、有効な波長範囲が狭いミラー型偏光ビームスプリッタ
−を使用することも可能である。

第７図はミラー型偏光ビームスプリッタ−８を用いた実
施例であるが、該偏光ビームスプリッタ−は入射角を任
意に選べるため、２つの反射鏡６を平行に配置したまま
でβを任意に選択すイ）ことができる。本実施例は、β
〉４５°の実施例である。

本発明の請求項１に記載の坏波長板としては、雲母、水
晶等の無機物の結晶を所定の厚さに成形したものや、ポ
リカーボネート、ポリエステル等の複屈折を示す高分子
フィルムを所定の倍率に延伸したもの等が用いられる。

また、請求項２に記載のＴＮ液晶セルは、ラビング等に
よって一軸配向処理を行った一対の透明基板を、配向軸
が互いに直交する様に向かい合わせ、これらの間にネマ
ティック液晶を充填させたもので、液晶分子の分子軸は
これらの基板の間で９０’捩れたヘリカル構造を形成し
、入射偏光光の偏光面をこのヘリカル構造に沿って回転
させるものである。

このＴＮ液晶セルを用いたものは、偏光面を回転させる
性質が波長依存性を持たない点で、白色光源に使用する
のに好ましい。しかしながら、セルを通過する際の光の
損失を少なくする様注意しなければならず、また液晶の
温度特性に注意しなければならない等、坏波長板に比較
して取扱がやや難しい。

一方、％波長板は、偏光面の回転効率に波長依存性があ
るものの、可視光全域にそこそこの効果（８０％以上）
を示し、白色光に適用することも十分可能である。

上記第１図、第２図及び第７図の実施例で用いられる反
射鏡７は、基板に金属または誘電体多層膜を蒸着したも
の等が用いられるが、これらの他にも第８図に断面図を
示す様な微小な直角プリズムを片面に形成した屈折率ｆ
１以上の透明板を用いることもできる。

本発明の説明図には、光源に曲面ミラーを使ったビーム
光源を用いたが、レンズを用いたビーム光源であっても
、全（同様であることはいうまでもない。

［発明の効果］以上説明した様に、本発明による偏光光源装置は、ラン
ダム偏光の光源から小型の簡単な装置を用いて、明るさ
むらを生ずることなしに直線偏光の光を効率よ（作るこ
とを可能にした。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第７図はいずれも本発明の偏光光源
装置の平面図である。第３図は本発明の偏光光源装置の斜視図である。第４図は比較例の偏光光源装置の平面図である。第５図及び第６図はいずれもプリズムを形成した透明板
における光通過状態を示す図である。第８図は反射鏡の一例を示す断面図である。第３図１．２・・・プリズムを形成した透明板、３・・・％波
長板、４・・・プリズム型偏光ビームスプリッタ−５・・・光
源、　　　６・・・曲面鏡、７・・・反射鏡、８・・・ミラー型偏光ビームスプリッタ−第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光源と、該光源から発せられる光を２方向に分岐
するプリズムと、該分岐手段からの２つの分岐光のそれ
ぞれについてｐ偏光成分光及びｓ偏光成分光の一方を反
射させ且つ他方を透過させる偏光ビームスプリッターと
、該偏光ビームスプリッターからの反射光及び透過光の
うちの一方を偏光面の９０°回転を伴って透過させるに
波長板と、上記偏光ビームスプリッターによって分けら
れて得られた４つの光を通過させ合成させるため片面に
プリズム列が形成されている透明板と、該透明板の上記
プリズム列形成面と反対側の面へと上記４つの光を上記
に波長板を透過した光と透過しない光とが重なる様に導
く光反射手段とを有することを特徴とする、偏光光源装
置。
（２）光源と、該光源から発せられる光を２方向に分岐
するプリズムと、該分岐手段からの２つの分岐光のそれ
ぞれについてｐ偏光成分光及びｓ偏光成分光の一方を反
射させ且つ他方を透過させる偏光ビームスプリッターと
、該偏光ビームスプリッターからの反射光及び透過光の
うちの一方を偏光面の９０°回転を伴って透過させるＴ
Ｎ液晶セルと、上記偏光ビームスプリッターによって分
けられて得られた４つの光を通過させ合成させるため片
面にプリズム列が形成されている透明板と、該透明板の
上記プリズム列形成面と反対側の面へと上記４つの光を
上記ＴＮ液晶セルを透過した光と透過しない光とが重な
る様に導く光反射手段とを有することを特徴とする、偏
光光源装置。