(57)【要約】【課題】光学材料に内部ひずみが発生しない偏光ビームスプリッタを提供する。【解決手段】偏光ビームスプリッタ１０は、一対の直角プリズム１１，１２と、この直角プリズム１１，１２の互いに対面する斜面１１ａ，１２ａのうち一方の斜面１１ａに設けられた偏光層１５とからなる。斜面１１ａ，１２ａの隙間には、適度な粘性を有するとともに所定の屈折率を有する液体１７が充  されている。直角プリズム１１，１２は、上下から天板１９と台座１８とで挟まれ、斜面１１ａ，１２ａが互いに平行に所定の間隔をとって配置される。突条１８ａ，１９ａで塞がれない斜面１１ａ，１２ａの側方の隙間は、シリコン系接着剤でシーリングされる。【選択図】        図１
2005309089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の三角柱形状の光学材料を組み合わせてなる直方体の偏光ビームスプリッタにおいて、
前記一対の光学材料の互いに対面する二面のうち少なくとも一方の面に、入射した成分色光の一方の偏光成分を透過し、他方の偏光成分を反射する偏光層を設けるとともに、この偏光層を含む一方の面と他方の面とが互いに平行に所定の間隔をとって配置され、これらの間に所定の屈折率を有する液体又は弾性材料を充  したことを特徴とする偏光ビームスプリッタ。
【請求項２】
前記所定の屈折率をＮとし、前記光学材料の屈折率をｎとした時、Ｎ及びｎは、次の数式（１）を満たすことを特徴とする請求項１記載の偏光ビームスプリッタ。
ｎ−０．５＜Ｎ＜ｎ＋０．５  ・・・（１）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射した成分色光の一方の偏光成分を透過し、他方の偏光成分を反射する偏光ビームスプリッタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
入射した成分色光の一方の偏光成分（Ｐ波）を透過し、他方の偏光成分（Ｓ波）を反射する偏光ビームスプリッタとしては、一対の光学材料である直角プリズムを接着剤によって立方体状に接着するとともに、一方又は両方の直角プリズムの接着面に偏光層（誘電体多層膜）を積層したものが知られている（例えば特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開平３−２８４７０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記直角プリズムの接着面には微小な起伏があり、これが接着時に互いに向き合った面を押し合うため、直角プリズムの内部にひずみが生じる。直角プリズムに内部ひずみが生じると、偏光ビームスプリッタの偏光特性に悪影響が出る。また、接着剤は多少なりとも硬化収縮（いわゆる“ヒケ”）をもち、これも直角プリズムの内部ひずみの原因の一つとなっている。このような内部ひずみの影響を避けるために、光弾性定数が十分に小さい硝子材を用いてプリズムを製作することが一般的に行われているが、そのような硝子材は価格が高い、鉛を多量に含む等の欠点がある。
【０００５】
本発明は、光学材料に内部ひずみが発生しない偏光ビームスプリッタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の偏光ビームスプリッタは、一対の三角柱形状の光学材料を組み合わせてなる直方体の偏光ビームスプリッタにおいて、前記一対の光学材料の互いに対面する二面のうち少なくとも一方の面に、入射した成分色光の一方の偏光成分を透過し、他方の偏光成分を反射する偏光層を設けるとともに、この偏光層を含む一方の面と他方の面とが互いに平行に所定の間隔をとって配置され、これらの間に所定の屈折率を有する液体又は弾性材料を充  したことを特徴とする。
【０００７】
また、前記所定の屈折率をＮとし、前記光学材料の屈折率をｎとした時、Ｎ及びｎは、次の数式（１）を満たすことを特徴とする。
ｎ−０．５＜Ｎ＜ｎ＋０．５  ・・・（１）
【発明の効果】
【０００８】
本発明の偏光ビームスプリッタは、一対の光学材料の互いに対面する二面のうち少なくとも一方の面に偏光層を設け、この偏光層を含む一方の面と他方の面とが互いに平行に所定の間隔をとって配置し、これらの間に所定の屈折率を有する液体又は弾性材料を充  したので、光学材料の内部ひずみの発生を防止できる。この結果、光学材料に光弾性定数が十分に小さい高価な硝子材を用いる必要がなくなり、偏光ビームスプリッタをローコストに製造できる。
【０００９】
また、前記所定の屈折率をＮとし、前記光学材料の屈折率をｎとした時、Ｎ及びｎは、次の数式（１）を満たすから、前記液体又は弾性材料が偏光ビームスプリッタの偏光特性に悪影響を及ぼすことがない。
ｎ−０．５＜Ｎ＜ｎ＋０．５  ・・・（１）
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の偏光ビームスプリッタの実施形態を示す図１において、偏光ビームスプリッタ１０は、一対の二等辺三角柱形状の光学材料である直角プリズム１１，１２と、この直角プリズム１１，１２の互いに対面する斜面１１ａ，１２ａのうち一方の斜面１１ａに設けられた偏光層１５とからなる。この偏光層１５は、周知のように、二酸化ジルコン等の高屈折率材料と二酸化硅素等の低屈折率材料とを交互に積層したものである。
【００１１】
斜面１１ａ，１２ａの隙間には、適度な粘性を有するとともに所定の屈折率を有する液体１７が充  されている。この充  作業に際しては、まず斜面１１ａ，１２ａの隙間に液体１７を入れてから、斜面１１ａ，１２ａを互いに摺り合わせて液体１７に混入した泡を出す。この後、台板１８の上面に直角プリズム１１，１２の各下面を接着する。この時、台板１８の中央部に設けられた突条１８ａが直角プリズム１１，１２の斜面１１ａ，１２ａで挟まれるようにする。
【００１２】
また、台板１８と同形状の天板１９を直角プリズム１１，１２の上面に貼着し、突条１９ａが斜面１１ａ，１２ａで挟まれるようにする。これにより、直角プリズム１１，１２は、上下から天板１９と台板１８とで挟まれ、斜面１１ａ，１２ａが互いに平行に所定の間隔をとって配置される。突条１８ａ，１９ａで塞がれない斜面１１ａ，１２ａの側方の隙間は、シリコン系接着剤でシーリングされる。これにより、液体１７が斜面１１ａ，１２ａの隙間から外へ流れ出すことが防止される。
【００１３】
前記液体１７の屈折率Ｎは、直角プリズム１１，１２の屈折率をｎとすると、次の数式（１）を満たす範囲内にある。すなわち、直角プリズム１１，１２と屈折率がきわめて近い液体１７を選択する。これにより、直角プリズム１１，１２と液体１７との界面反射が非常に小さくなるから、液体１７が偏光ビームスプリッタ１０の偏光特性に悪影響を及ぼすおそれがない。
ｎ−０．５＜Ｎ＜ｎ＋０．５  ・・・（１）
【００１４】
前記数式（１）を満たす液体１７の具体例としては、例えばシリコンオイルがある。液体１７がシリコンオイルの場合、一般にＮ＝１．３７５〜１．５１８であり、直角プリズム１１，１２を一般的な光学硝子から形成した場合、屈折率ｎ＝１．５である。したがって、直角プリズム１１，１２と液体１７とは屈折率がきわめて近く、界面反射が非常に少なくなるから、偏光ビームスプリッタ１０の偏光特性が液体１７によって影響されることがない。
【００１５】
このように従来と異なり、直角プリズム１１，１２の斜面１１ａ，１２ａ同士を密着させないから、斜面１１ａ，１２ａの微小なうねりが互いに向き合った面を押し合うことがなく、直角プリズム１１，１２に内部ひずみが生じることがない。また、斜面１１ａ，１２ａ同士を接着剤で接着しないから、接着剤の硬化収縮に起因する内部ひずみも生じない。
【００１６】
偏光ビームスプリッタ１０を上方から示す図２において、無偏光の単一波長の光線Ｌが斜面１１ａ，１２ａに対して４５°の角度で入射すると、偏光層１５で規定された入射面に対して平行となる偏光面（Ｐ偏光）を持つ直線偏光の光線ＬP は全て透過して直角プリズム１２の面１２ｂから射出され、偏光層１５で規定された入射面に対して垂直となる偏光面（Ｓ偏光）を持つ直線偏光の光線ＬS はほとんど全てが反射して、光線ＬP に対して９０°の角度にある直角プリズム１１の面１１ｂから射出される。なお、図が煩雑になることを避けるために、図２では、台板１８及び天板１９は省略してある。
【００１７】
直角プリズム１１，１２には、上述のように内部ひずみが生じることがなく、また液体１７による悪影響もないから、偏光ビームスプリッタ１０から射出される光線ＬP ，ＬS は良好な偏光特性を有する。また、直角プリズム１１，１２に内部ひずみが生じることがないから、直角プリズム１１，１２に光弾性定数が十分に小さい高価な硝子材を用いる必要がなく、偏光ビームスプリッタ１０をローコストに製造できる。
【００１８】
また、本発明の偏光ビームスプリッタは、画像投影を行う液晶プロジェクタに使用できる。この場合、投影レンズの光軸上に１個の偏光ビームスプリッタを配置することもできるが、例えば複数個の偏光ビームスプリッタをマトリクス状に並べ、１個の偏光ビームスプリッタで分離された光束を隣接する別の偏光ビームスプリッタで反射することにより、光源から発せられるランダムな偏光光束を一種類の偏光光束に変換し、その光で液晶装置を照明し、明るい表示を可能にする照明光学系が得られる（例えばＷＯ９７／５００１２）。このような照明光学系では、多くの偏光ビームスプリッタを必要とするため、本発明の偏光ビームスプリッタを用いれば、大幅なコスト削減に寄与できる。
【００１９】
以上説明した実施形態では、対面する斜面同士の隙間に充  する物質を液体としたが、本発明はこれに限定されることなく、薄い弾性材料や柔軟なシート、例えばゼラチン膜を用いることができる。また、偏光層を一方の直角プリズムの斜面に設けたが、両方の直角プリズムの斜面にそれぞれ設けてもよい。
【００２０】
また、上記実施形態では、対面する斜面同士の間隔を一定にするために、一対の直角プリズムを上下から挟む天板と台板に突条をそれぞれ形成したが、対面する斜面同士の間隔が一定になるように一対の直角プリズムの位置決めを行うことができれば、どのような手段を用いてもよい。例えば、天板と台板の各面にボスを突設するとともに、これに対応する凹部を直角プリズムの上下面に設け、直角プリズムの凹部に天板と台板のボスを嵌入するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】偏光ビームスプリッタの構成を示す斜視図である。
【図２】単一波長の入射光線が偏光ビームスプリッタによって２つの直交する射出光線に分岐する様子を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０  偏光ビームスプリッタ
１１，１２  直角プリズム
１１ａ，１２ａ  斜面
１５  偏光層
１７  液体
【図１】
2005309089.tif 000003
【図２】
2005309089.tif 000004