JPH10133202A - 偏光分離・変換素子並びにこれを用いた偏光照明装置および投射型表示装置 - Google Patents
偏光分離・変換素子並びにこれを用いた偏光照明装置および投射型表示装置Info
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- JPH10133202A JPH10133202A JP8289448A JP28944896A JPH10133202A JP H10133202 A JPH10133202 A JP H10133202A JP 8289448 A JP8289448 A JP 8289448A JP 28944896 A JP28944896 A JP 28944896A JP H10133202 A JPH10133202 A JP H10133202A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 構成が簡単で、かつ 安価な偏光分離・変換素
子を得る。また この素子を用いて、高輝度で、表示品
質の良い液晶表示用の偏光照明装置 および 投射型液晶
表示を得る。 【解決手段】 自然光を二つの互いに直交する偏光光
（s波、p波）に空間的に分離するウォラストンプリズム
４２、もしくは ロションプリズム と、空間的に分離さ
れたふたつの偏光波のうち一つの偏光波の偏光面を90度
回転する1/2波長板４５とから構成することにより、高
効率で偏光分離・変換をおこなった。分離・偏光変換さ
れた二つの同一直線偏光波を結合させる集光レンズ系に
より、高輝度で、表示品質の良い液晶表示用の偏光照明
装置 および 投射型液晶表示を得た。
子を得る。また この素子を用いて、高輝度で、表示品
質の良い液晶表示用の偏光照明装置 および 投射型液晶
表示を得る。 【解決手段】 自然光を二つの互いに直交する偏光光
（s波、p波）に空間的に分離するウォラストンプリズム
４２、もしくは ロションプリズム と、空間的に分離さ
れたふたつの偏光波のうち一つの偏光波の偏光面を90度
回転する1/2波長板４５とから構成することにより、高
効率で偏光分離・変換をおこなった。分離・偏光変換さ
れた二つの同一直線偏光波を結合させる集光レンズ系に
より、高輝度で、表示品質の良い液晶表示用の偏光照明
装置 および 投射型液晶表示を得た。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自然光を直線偏光
波に効率良く変換する変換素子、並びに該変換素子を液
晶表示に用いた偏光照明装置 および 投射型表示装置に
関する。
波に効率良く変換する変換素子、並びに該変換素子を液
晶表示に用いた偏光照明装置 および 投射型表示装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】液晶表示装置には直線偏光波光源が必要
である。従来、液晶表示のための偏光照明装置、あるい
は投射型表示装置に用いられる光源には 偏光ビームス
プリッター（以下ＰＢＳと略す）が使われている。ＰＢ
Ｓは 図１に示すように二つの直角プリズム１、２から
成り、直角プリズムの斜面に偏光分離多層膜３が形成さ
れている。入射自然光４は ＰＢＳにより互いに直交す
る偏光成分（ｓ波、ｐ波）を有する二つの偏光波５、６
に分離される。一般には、偏光波５、もしくは偏光波６
を液晶表示素子に照射し、表示が行われる。 これらの
場合 自然光をｓ波（もしくはｐ波）に変換する効率は
理論的に５０％、実際には５０％以下である。従って電
力消費、もしくは、表示画質のあかるさの観点から、こ
の変換効率の向上が強く望まれている。この変換効率の
向上策として、例えば文献：1989年 電子情報通信学会
秋期全国大会 予稿集、ｐ５-３４に記載されている偏光
分離・変換素子がある。その素子構成を図２を用いて説
明する。ＰＢＳ２２により偏光分離されたあとのｐ偏光
光２３は、二つの直角プリズム２５-１、２５-２での反
射により偏光面を９０゜回転され、直線偏光２７-２を
得る。一方、ｓ偏光光２４については二つのプリズム２
６-１、２６-２を用いて偏光面は回転せず、偏光面を９
０゜回転させた偏光波と結合させるため光路を平行シフ
トさせた直線偏光２７-２を得る。合成用プリズム２８
によりｐ偏光光２８-１、２８-２は合成され液晶ライト
バルブ２９を照明する。この構成で自然光をｐ偏光波に
９５.１％の効率で変換している。しかし、この例で
は、ＰＢＳに加え プリズム４個２５-１、２５-２、２
６-１、２６-２を必要とし、製作面の複雑さのため量産
がむずかしく、従って価格が高くなるという欠点があっ
た。
である。従来、液晶表示のための偏光照明装置、あるい
は投射型表示装置に用いられる光源には 偏光ビームス
プリッター（以下ＰＢＳと略す）が使われている。ＰＢ
Ｓは 図１に示すように二つの直角プリズム１、２から
成り、直角プリズムの斜面に偏光分離多層膜３が形成さ
れている。入射自然光４は ＰＢＳにより互いに直交す
る偏光成分（ｓ波、ｐ波）を有する二つの偏光波５、６
に分離される。一般には、偏光波５、もしくは偏光波６
を液晶表示素子に照射し、表示が行われる。 これらの
場合 自然光をｓ波（もしくはｐ波）に変換する効率は
理論的に５０％、実際には５０％以下である。従って電
力消費、もしくは、表示画質のあかるさの観点から、こ
の変換効率の向上が強く望まれている。この変換効率の
向上策として、例えば文献：1989年 電子情報通信学会
秋期全国大会 予稿集、ｐ５-３４に記載されている偏光
分離・変換素子がある。その素子構成を図２を用いて説
明する。ＰＢＳ２２により偏光分離されたあとのｐ偏光
光２３は、二つの直角プリズム２５-１、２５-２での反
射により偏光面を９０゜回転され、直線偏光２７-２を
得る。一方、ｓ偏光光２４については二つのプリズム２
６-１、２６-２を用いて偏光面は回転せず、偏光面を９
０゜回転させた偏光波と結合させるため光路を平行シフ
トさせた直線偏光２７-２を得る。合成用プリズム２８
によりｐ偏光光２８-１、２８-２は合成され液晶ライト
バルブ２９を照明する。この構成で自然光をｐ偏光波に
９５.１％の効率で変換している。しかし、この例で
は、ＰＢＳに加え プリズム４個２５-１、２５-２、２
６-１、２６-２を必要とし、製作面の複雑さのため量産
がむずかしく、従って価格が高くなるという欠点があっ
た。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のこの
種の偏光分離・変換素子、および該素子を用いた液晶表
示偏光照明装置 および 投射型表示装置の生産性、価格
などの問題点を解決するためなされたものであり、その
目的とするところは光学構成が簡単、安価で、かつ効率
の高い偏光分離・変換素子を用いることにより、高輝度
で、光源の消費電力の低減された安価な液晶表示用偏光
照明装置 および 投射型表示装置を提供するにある。
種の偏光分離・変換素子、および該素子を用いた液晶表
示偏光照明装置 および 投射型表示装置の生産性、価格
などの問題点を解決するためなされたものであり、その
目的とするところは光学構成が簡単、安価で、かつ効率
の高い偏光分離・変換素子を用いることにより、高輝度
で、光源の消費電力の低減された安価な液晶表示用偏光
照明装置 および 投射型表示装置を提供するにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題を
解決すべくなされたものであり、自然光を二つの互いに
直交する偏光成分（ｓ波、ｐ波）に分離するウォラスト
ンプリズムもしくはロションプリズムと、空間的に分離
された二つの偏光波の偏光面を９０度回転する1/2波長
板とから構成される偏光分離・変換素子、並びに該偏光
分離・変換素子により分離・偏光変換された同一直線偏
光波を結合させる集光レンズ系から構成される液晶表示
用偏光照明装置および投射型表示装置を提供するもので
ある。ウォラストンプリズム および ロションプリズム
の偏光分離機能を図３（ａ）、（ｂ）を用いて説明す
る。ウォラストンプリズムは図３（ａ）に示すように、
同じ頂角をもった２個の頂角プリズム３１を光学軸を直
交させて接合したもので、方解石、水晶などの一軸結晶
で作られる。第一のプリズムに垂直に入射する自然光３
２は常光線Ｏ、異常光線Ｅともに同一方向に進むが、第
二のプリズムに入って第一のプリズムのＯはＥ３３に、
またＥはＯ３４に変わり、プリズム通過後は異なった方
向に進む。ロションプリズムは図３（ｂ）に示すように
第一のプリズムのプリズム３５は光学軸方向が紙面に平
行で、かつ ウォラストンプリズムの場合と直交してい
る。第一のプリズムにおいては、Ｏ および Ｅ の区別
はないが、第二のプリズムでは Ｏ３８ および Ｅ３７
に分離し、Ｅ３７は屈折することなく直進する。このよ
うにこれらのプリズムにより、互いに直交する二つの偏
光光に空間的に分離される。
解決すべくなされたものであり、自然光を二つの互いに
直交する偏光成分（ｓ波、ｐ波）に分離するウォラスト
ンプリズムもしくはロションプリズムと、空間的に分離
された二つの偏光波の偏光面を９０度回転する1/2波長
板とから構成される偏光分離・変換素子、並びに該偏光
分離・変換素子により分離・偏光変換された同一直線偏
光波を結合させる集光レンズ系から構成される液晶表示
用偏光照明装置および投射型表示装置を提供するもので
ある。ウォラストンプリズム および ロションプリズム
の偏光分離機能を図３（ａ）、（ｂ）を用いて説明す
る。ウォラストンプリズムは図３（ａ）に示すように、
同じ頂角をもった２個の頂角プリズム３１を光学軸を直
交させて接合したもので、方解石、水晶などの一軸結晶
で作られる。第一のプリズムに垂直に入射する自然光３
２は常光線Ｏ、異常光線Ｅともに同一方向に進むが、第
二のプリズムに入って第一のプリズムのＯはＥ３３に、
またＥはＯ３４に変わり、プリズム通過後は異なった方
向に進む。ロションプリズムは図３（ｂ）に示すように
第一のプリズムのプリズム３５は光学軸方向が紙面に平
行で、かつ ウォラストンプリズムの場合と直交してい
る。第一のプリズムにおいては、Ｏ および Ｅ の区別
はないが、第二のプリズムでは Ｏ３８ および Ｅ３７
に分離し、Ｅ３７は屈折することなく直進する。このよ
うにこれらのプリズムにより、互いに直交する二つの偏
光光に空間的に分離される。
【０００５】複屈折結晶でつくられた波長板では、直交
した振動面をもつ二つの直線偏光が固有偏光となり、そ
れぞれ偏光状態を保存したまま通過するは、一方は屈折
率が小さく速い速度で通過し、他方は屈折率が大きく遅
い速度で通過するため、両者の間に位相差δが生じる。
δがπの場合1/2波長板と言われ、入射する光の偏光状
態（一般に楕円偏光）を９０度回転することができる。
すなわち、例えばｐ成分のみを有する直線偏光をｓ成分
のみを有する直線偏光に変換することができる。 波長
板にはプラスチックの延伸フィルムが用いられることが
ある。この場合、光学結晶で作成されたものより、価格
の面で優位であるが、位相差の精度が十分でないため、
一般に結晶を用いた波長板に比べ偏光変換性能において
劣る。従って本発明の場合、光学結晶で作成された波長
板を用いることが望ましい。
した振動面をもつ二つの直線偏光が固有偏光となり、そ
れぞれ偏光状態を保存したまま通過するは、一方は屈折
率が小さく速い速度で通過し、他方は屈折率が大きく遅
い速度で通過するため、両者の間に位相差δが生じる。
δがπの場合1/2波長板と言われ、入射する光の偏光状
態（一般に楕円偏光）を９０度回転することができる。
すなわち、例えばｐ成分のみを有する直線偏光をｓ成分
のみを有する直線偏光に変換することができる。 波長
板にはプラスチックの延伸フィルムが用いられることが
ある。この場合、光学結晶で作成されたものより、価格
の面で優位であるが、位相差の精度が十分でないため、
一般に結晶を用いた波長板に比べ偏光変換性能において
劣る。従って本発明の場合、光学結晶で作成された波長
板を用いることが望ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明の偏光分離・変換素子は、
ウォラストンプリズム あるいは ロションプリズム
と、1/2波長板を組み合わせることにより、不定偏光光
である自然光を効率良く直線偏光に変換するものであ
り、その変換効率は理論的には１００％である。従っ
て、該偏光分離・変換素子を用いることにより、高輝度
でかつ光源ランプの消費電力が低い液晶表示用偏光照明
装置 および 投射型大画面表示装置に応用できる。
ウォラストンプリズム あるいは ロションプリズム
と、1/2波長板を組み合わせることにより、不定偏光光
である自然光を効率良く直線偏光に変換するものであ
り、その変換効率は理論的には１００％である。従っ
て、該偏光分離・変換素子を用いることにより、高輝度
でかつ光源ランプの消費電力が低い液晶表示用偏光照明
装置 および 投射型大画面表示装置に応用できる。
【０００７】
【実施例】図４は本発明の実施例を示した偏光分離・変
換素子と投射型表示装置の断面図である。放物面鏡を有
する光源４０から発せられる不定偏光光（自然光）４１
がウォラストンプリズム４２に入射され、二つのお互い
に直行するｐ偏光光４３、および、ｓ偏光光４４に空間
的に分離され、1/2波長板４５によりｐ偏光光４３が偏
光面を９０度回転し、ｓ偏光光４４と同一方向に振動す
る偏光波に変換される。偏光・分離変換素子はウォラス
トンプリズム４２と1/2波長板４５から構成される。こ
の二つの偏光波は結合プリズム４６により同一方向に振
動する集束直線偏光波４７となり液晶ライトバルブ４８
を照明し、拡大レンズ４９によりスクリーン５０に投射
される。各光学部品の表面には反射による光損失を防ぐ
ためＭｇＦ２膜による反射防止が施されている。 本実
施例では、不定偏光光（自然光）４１と、変換された直
線偏光光４７とのパワー比、すなわち変換効率は９６.
８％であった。本発明の第二の実施例を示した偏光・分
離変換素子と直視型の偏光照明装置の断面図である。偏
光分離にはロションプリズム５３を用いており、前記第
一の実施例の場合と同様な光学経路を経て、直線偏光で
液晶表示画面５８を照射することにより、観測者５９は
高輝度の表示を観測できた。本実施例の場合、変換効率
は９６.３％を達成した。
換素子と投射型表示装置の断面図である。放物面鏡を有
する光源４０から発せられる不定偏光光（自然光）４１
がウォラストンプリズム４２に入射され、二つのお互い
に直行するｐ偏光光４３、および、ｓ偏光光４４に空間
的に分離され、1/2波長板４５によりｐ偏光光４３が偏
光面を９０度回転し、ｓ偏光光４４と同一方向に振動す
る偏光波に変換される。偏光・分離変換素子はウォラス
トンプリズム４２と1/2波長板４５から構成される。こ
の二つの偏光波は結合プリズム４６により同一方向に振
動する集束直線偏光波４７となり液晶ライトバルブ４８
を照明し、拡大レンズ４９によりスクリーン５０に投射
される。各光学部品の表面には反射による光損失を防ぐ
ためＭｇＦ２膜による反射防止が施されている。 本実
施例では、不定偏光光（自然光）４１と、変換された直
線偏光光４７とのパワー比、すなわち変換効率は９６.
８％であった。本発明の第二の実施例を示した偏光・分
離変換素子と直視型の偏光照明装置の断面図である。偏
光分離にはロションプリズム５３を用いており、前記第
一の実施例の場合と同様な光学経路を経て、直線偏光で
液晶表示画面５８を照射することにより、観測者５９は
高輝度の表示を観測できた。本実施例の場合、変換効率
は９６.３％を達成した。
【０００８】
【発明の効果】本発明によると、自然光を非常に高い効
率で直線偏光光に変換できるうえに、従来のこの種の偏
光分離・変換素子の、光学部品を数多く使用し、かつ構
成が複雑である欠陥が除かれるので、生産面、価格面に
おいて偏光分離・変換素子およびこれを用いた液晶用偏
光照明装置および投射型表示装置に好適である。
率で直線偏光光に変換できるうえに、従来のこの種の偏
光分離・変換素子の、光学部品を数多く使用し、かつ構
成が複雑である欠陥が除かれるので、生産面、価格面に
おいて偏光分離・変換素子およびこれを用いた液晶用偏
光照明装置および投射型表示装置に好適である。
【図１】偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）の説明図
【図２】従来の偏光・分離変換素子の構成図面
【図３】（ａ）：ウォラストンプリズム 、（ｂ）：ロ
ションプリズムの偏光状態の説明図
ションプリズムの偏光状態の説明図
【図４】本発明の実施例を示した偏光・分離変換素子と
投射型表示装置の断面図
投射型表示装置の断面図
【図５】本発明の実施例を示した偏光・分離変換素子と
直視型の偏光照明装置装置の断面図
直視型の偏光照明装置装置の断面図
１：直角二等辺三角形プリズム ２：直角二等辺三角形プリズム ３：偏光分離多層膜 ４：自然光 ５：ｓ偏光波 ６：ｐ偏光波 ２０：光源 ２１：不定偏光光 ２２：偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ） ２３：ｐ偏光光 ２４：ｓ偏光光 ２５-１、２５-２：直角二等辺三角形プリズム ２６-１、２６-２：直角二等辺三角形プリズム ２７-１、２７-２：直線偏光光 ２８-１、２８-２: ｐ直線偏光光 ２９：合成用プリズム ３０：液晶ライトバルブ ３１：ウォラストンプリズム ３２：自然光 ３３：異常光線（ｐ偏光光） ３４：常光線（ｓ偏光光） ３５：ロションプリズム ３６：自然光 ３７：異常光線（ｐ偏光光） ３８：常光線（ｓ偏光光） ４０：放物線鏡光源 ４１：自然光 ４２：ウォラストンプリズム ４３：ｐ偏光光 ４４：ｓ偏光光 ４５：1/2波長板 ４６：結合プリズム ４７：集束直線偏光波 ４８：液晶ライトバルブ ４９：拡大レンズ ５０：スクリーン ５１：放物面鏡光源 ５２：自然光 ５３：ロションプリズム ５４：ｐ偏光波 ５５：ｓ偏光波 ５６：1/2波長板 ５７：拡大レンズ ５８：液晶表示画面 ５９：観測者
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｇ０９Ｆ 9/35 Ｇ０９Ｆ 9/35
Claims (4)
- 【請求項１】 自然光を二つの互いに直交する偏光成分
（s波、p波）に分離するウォラストンプリズムと、空間
的に分離されたふたつの偏光波のうち一つの偏光波の偏
光面を90度回転する1/2波長板とから構成される偏光分
離・変換素子。 - 【請求項２】 自然光を二つの互いに直交する偏光成分
（s波、p波）に分離するロションプリズムと、空間的に
分離されたふたつの偏光波のうち一つの偏光波の偏光面
を90度回転する1/2波長板とから構成される偏光分離・変
換素子。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載の偏光分離・変換素
子と、分離・偏光変換された二つの同一直線偏光波を結
合させる集光レンズ系から構成されることを特徴とする
偏光照明装置。 - 【請求項４】 請求項１又は２記載の偏光分離・変換素
子と、分離・偏光変換された二つの同一直線偏光波を結
合させる集光レンズ系から構成されることを特徴とする
投射型表示装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8289448A JPH10133202A (ja) | 1996-10-31 | 1996-10-31 | 偏光分離・変換素子並びにこれを用いた偏光照明装置および投射型表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8289448A JPH10133202A (ja) | 1996-10-31 | 1996-10-31 | 偏光分離・変換素子並びにこれを用いた偏光照明装置および投射型表示装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10133202A true JPH10133202A (ja) | 1998-05-22 |
Family
ID=17743401
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8289448A Pending JPH10133202A (ja) | 1996-10-31 | 1996-10-31 | 偏光分離・変換素子並びにこれを用いた偏光照明装置および投射型表示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10133202A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009535670A (ja) * | 2006-05-02 | 2009-10-01 | ホログラム インダストリーズ | 光学セキュリティ・マーキング部品、該部品を製造するための方法、該部品を備えるシステム、および該部品をチェックするための読み取り機 |
| JP2016517040A (ja) * | 2013-04-02 | 2016-06-09 | カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー | 光ビームの偏光状態を空間的に分離するための偏光子アセンブリ |
| KR20180045817A (ko) * | 2016-10-26 | 2018-05-04 | 가부시키가이샤 뉴플레어 테크놀로지 | 편광 이미지 취득 장치, 패턴 검사 장치, 편광 이미지 취득 방법 및 패턴 검사 방법 |
| KR20180138179A (ko) * | 2017-06-19 | 2018-12-28 | 가부시키가이샤 뉴플레어 테크놀로지 | 편광 이미지 취득 장치, 패턴 검사 장치, 편광 이미지 취득 방법 및 패턴 검사 방법 |
-
1996
- 1996-10-31 JP JP8289448A patent/JPH10133202A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009535670A (ja) * | 2006-05-02 | 2009-10-01 | ホログラム インダストリーズ | 光学セキュリティ・マーキング部品、該部品を製造するための方法、該部品を備えるシステム、および該部品をチェックするための読み取り機 |
| JP2016517040A (ja) * | 2013-04-02 | 2016-06-09 | カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー | 光ビームの偏光状態を空間的に分離するための偏光子アセンブリ |
| US10394041B2 (en) | 2013-04-02 | 2019-08-27 | Carl Zeiss Smt Gmbh | Polarizer assembly for spatially separation polarization states of a light beam |
| KR20180045817A (ko) * | 2016-10-26 | 2018-05-04 | 가부시키가이샤 뉴플레어 테크놀로지 | 편광 이미지 취득 장치, 패턴 검사 장치, 편광 이미지 취득 방법 및 패턴 검사 방법 |
| US10636138B2 (en) | 2016-10-26 | 2020-04-28 | Nuflare Technology, Inc. | Polarized image acquisition apparatus, pattern inspection apparatus, polarized image acquisition method, and pattern inspection method |
| KR20180138179A (ko) * | 2017-06-19 | 2018-12-28 | 가부시키가이샤 뉴플레어 테크놀로지 | 편광 이미지 취득 장치, 패턴 검사 장치, 편광 이미지 취득 방법 및 패턴 검사 방법 |
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Legal Events
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