(57)【要約】  非偏光入力光線（１０）が、偏光光線スプリッタ（１４）の光入力表面でのものと一致する胴部を有し、偏光光線スプリッタにおいて光線がPおよびS成分に分離される。P成分は半波阻止器（３６）を通して放出される。またS成分（１９）はP成分と縦揃状態で放出されてから回転プリズム（３０）へ向けられ、実質的に入力光線の2倍の幾何学的広がりを有する出力光線を形成する。PおよびS成分はスプリッタ（１４）およびプリズム（３０）それぞれの側面において、全内部反射によって制限され、それによって、従来のような低効率の偏光変換器に比べて光学素子の寸法を増大させずに高効率化を達成することができる。
2005513524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の面において所定の高さおよび幅の胴部を有する非偏光入力光線を、前記入力光線に比べて2倍までしか増大しない幾何学的広がりを有する、偏光された出力光線に変換する方法であって：
ａ）所定の面において所定の高さおよび幅と等しい高さおよび幅を有する入力表面を持つ偏光光線スプリッタを配置し、これによって前記入力光線を直交するPおよびS偏光成分に分離すること；
ｂ）前記P成分の光線を半波阻止器に通過させ、これによって前記半波阻止器から放出される光線が前記S成分の光線と同様の偏光を有するようにすること；
ｃ）回転プリズムを前記S成分の光線の経路内に配置し、前記半波阻止器から放出される前記P成分の光線と平行かつ光線に対して横方向に隣接するように、前記プリズムを通過した前記S成分の光線を方向づけ、前記半波阻止器および前記プリズムから放出される前記PおよびS成分の光線を結びつけて、前記入力光線の幾何学的広がりに対して実質的に2倍を超える広がりを有する出力光線を形成すること；ならびに
ｄ）前記PおよびS成分を前記偏光光線スプリッタおよび前記プリズムそれぞれの中で全内部反射によって制限すること；
を有する方法。
【請求項２】
前記全内部反射が、第1の空隙を前記偏光光線スプリッタと前記プリズムが対向する面に平行に設置し、かつ第2の空隙を前記偏光光線スプリッタと前記半波阻止器が対向する面に平行に設置することによって引き起こされる請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記全内部反射が、第1の低屈折率光学接合剤の層を前記偏光光線スプリッタと前記プリズムが対向する表面の間に供給し、かつ第2の低屈折率光学的接合剤の層を前記偏光光線スプリッタと前記半波阻止器が対向する表面の間に供給することによって引き起こされる請求項1に記載の方法。
【請求項４】
前記出力光線が偏光した入力光線として液晶を用いた投影器に導かれる請求項1に記載の方法。
【請求項５】
前記光線胴部が楕円であり、前記入力表面が長方形である請求項1に記載の方法。
【請求項６】
前記回転プリズムが平行な側表面を有し、前記S成分光線が前記回転プリズム内での前記側表面による全内部反射によって制限される請求項1に記載の方法。
【請求項７】
非偏光入力光線を偏光された出力光線に変換するための偏光変換器であって、入力光線の第1部分をP成分の光として通過させ、かつ光線の第2部分をS成分の光線として反射させる偏光光線スプリッタ、S成分の光線をP成分の光線と平行な経路に再び方向づける回転プリズム、S成分およびP成分の光線を全内部反射によって制限する制限手段、を有する偏光変換器。
【請求項８】
S成分の光線を通過させるための半波阻止器を有し、これによって前記光線をP成分の光線と同位相にする請求項7に記載の偏光変換器。
【請求項９】
制限手段が、偏光光線スプリッタと回転プリズムが平行に対向する表面の間に設置した第1空隙、および偏光光線スプリッタと前記半波阻止器が平行に対向する表面の間に設置した第2空隙を有するように提供される請求項8に記載の偏光変換器。
【請求項１０】
制限手段が、第1の低屈折率光学接合剤の層を偏光光線スプリッタと回転プリズムが平行に対向する表面の間に、かつ第2の低屈折率光学接合剤の層を偏光光線スプリッタと前記半波阻止器が平行に対向する表面の間に有するようにして提供される請求項8に記載の偏光変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に非偏光の光を偏光に変換する方法に関するものであり、特に偏光変換方法に関するものであり、液晶表示用投影器に偏光した入力光線を提供する上で特に有益なものである。
【０００２】
本発明はさらに投影表示装置に利用するための偏光変換器に関係するものである。
【背景技術】
【０００３】
液晶（LC）光弁は複屈折LC媒体を介して通過する光の偏光を変化させ、光を変調している。最近、典型的な例として以降に記述するような多数のシステムのうちの一つにより、非偏光の光はLCを有する投影器に必要な偏光入力光に変換されている。LCシステムにおいてはコストを最小化し、および／または投影器の寸法を最小化するため、一般に光弁寸法は最小化することが好ましい。しかしながら光弁寸法の抑制は同時に光出力の低下につながる。結果として、現存の偏光変換技術では光学素子は十分な光収集のため比較的大型かつ高額にならざるを得ない。
【０００４】
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、比較的小型の光学素子を比較的高い光処理能力で使用する投影器に偏光された入力光線を提供するための、非偏光の光を偏光された光に変換する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は請求項１に記載した発明によって非偏光の光を偏光された光に変換する方法により達成される。
【０００７】
本発明の別の目的は、比較的小型の光学素子および比較的高い処理能力を利用した非偏光の光を偏光された光に変換するための偏光変換器を提供することである。
【０００８】
この目的は請求項７に記載の偏光変換器によって達成される。
【０００９】
一般に偏光変換効率の改良においては同時に、比較的小型の光学素子を利用できるようになることが好ましい。従って偏光光線スプリッタによって入力光線をPおよびS成分に分離する方法が開発されてきており、これら成分の寸法は入力光線の胴部（waist）、すなわち光線の最小断面寸法に対応する。光学素子を透過する光は全内部反射（TIR）によって制限される。P成分は偏光光線スプリッタ内でのTIRによって制限され、S成分は回転プリズム内で制限される。その結果、偏光変換では最大でも理論的限界である2倍までしか幾何学的広がりを増大させることはない。TIRは光学素子の対向する表面間に空隙を設置することによって、あるいは低屈折率光学接合剤を有する表面を結合することによって引き起こされる。
【００１０】
別の利点を有する実施例が従属する請求項に記載されている。本発明のこれらのおよび別の特徴は本部分および後に記載する実施例を参照することで明らかとなり、また理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図1aに示す従来の偏光変換技術において非偏光の光線10は左から右に偏光用光素子12の方に向かう。光線は45゜の偏光光線スプリッタ14によってPおよびS成分に分離される。S成分光線19は鏡16によって反射され、P成分光線は半波阻止器18を通り、S成分と同位相にされ、その後、全出力光線が偏光されたS成分となる。同様の効果が図1ｂに例示した第1および第2レンズ配列を用いることによって達成される。
【００１２】
図2aおよび2bの図には従来の偏光変換システムでは光学素子寸法を最小化しようとした際になぜ非効率になるのか、また効率を改良しようとした際になぜ出力光線の幾何学的な広がり（面積）が増大してしまうのかについて示されている。図2aを参照すると、入力光線胴部A-Bはプリズム22の入力面20と一致するように任意に選択される。P成分は45゜の角度を持った光線スプリッタ24および半波阻止器26を通る。S成分は図に示すようにスプリッタ24および鏡26によって反射され、A'-B’においてA-B胴部の虚像を作り出す。虚像は胴部と同一平面状にはないため、光線の幾何学的な広がりは2倍以上に増大してしまう。図2ｂにはA-BからC-Dに胴部を増大する場合の影響を示す。C-Dを通る外部光線は特殊反射されることによってC’およびD’それぞれの虚像源へと導かれる。従って幾何学的な広がりは図2aの例の場合よりもさらに増大してしまうこととなる。
【００１３】
本発明を実施するための最良の形態は光学素子内に設置された全内部反射（TIR）を伴う非画像化偏光変換を介することにあり、これを以下に記述する図4a-4cおよび変形例として図5に示す。
【００１４】
入力光線の絞りは偏光光線スプリッタ28の側面ｂ寸法によって定められる。側面ｂは、図4ｃに示すようにこれが楕円の場合もしばしばあるが、入力光線の胴部41と同一面上にあり、また高さb1および長方形の側面bの幅ｂ2は楕円の短径および長径に対応するようにそれぞれ選択される。P成分は偏光光線スプリッタ内の側面aおよびa’におけるTIRに制限され、一方S成分は回転プリズム30内の側面bおよびc’におけるTIR、およびプリズムの側面S1およびS2によって制限される（図4b）。その結果、偏光変換は幾何学的な領域を理論的限界である2倍以下までしか増大させないこととなる。TIRは図4a示すように、空隙を光線スプリッタとプリズム30が対向する表面間32および光線スプリッタと半波阻止器36の間34に設置することによって実現される。
【００１５】
別の方法として図5に示すように、低屈折率光学接合剤を層状にして光学素子の間38および40に使用することによってTIRを実現することもありうる。従って、光学素子の寸法を増大させることなく偏光変換効率を改良することができる。
【００１６】
本発明の別の態様および特徴を図面、明細書および添付した請求の範囲を考慮することで得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１ａ】従来の平行光を利用した偏光変換技術を示す図である。
【図１ｂ】従来の平行光を利用した偏光変換技術を示す図である。
【図２ａ】従来システムの限界を示す図である。
【図２ｂ】従来システムの限界を示す図である。
【図３】本発明の原理を示す図である。
【図４ａ】図3に記載した光学素子の側面図である。
【図４ｂ】図3に記載した光学素子の上面図である。
【図４ｃ】図3に記載した光学素子の背面図である。
【図５】図4aの素子の変形例の側面図である。
【図１ａ】
2005513524.tif 000003
【図１ｂ】
2005513524.tif 000004
【図２Ａ】
2005513524.tif 000005
【図２Ｂ】
2005513524.tif 000006
【図３】
2005513524.tif 000007
【図４Ａ】
2005513524.tif 000008
【図４Ｂ】
2005513524.tif 000009
【図４Ｃ】
2005513524.tif 000010
【図５】
2005513524.tif 000011
【国際調査報告】
2005513524.tif 000012
2005513524.tif 000013
2005513524.tif 000014