(57)【要約】コーティングされたガラスプレート（３０）と出射窓との間に波長板素子が配置されている当該ガラスプレートを方向づけするために一連のスロットがフレーム（１０）内に形成されている偏光変換装置（ＰＣＳ）を提供する。ＰＣＳの構成素子をフレーム内に組立て、カバープレート（２０）をフレームに気密に固着して、いかなるブライトスポットにおいても温度を均一化するために屈折率がガラスプレートに一致した流体を入れる気密空所を形成する。
2004525419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非偏光の光ビームを均一偏光の光ビームに変換する偏光変換装置であって、
この偏光変換装置が、前記非偏光の光ビームを均一偏光の光ビームに変換する複数の偏光素子を非偏光の光ビームに対して予め決定した位置に位置決めするとともに支持する支持フレームを具え、
この支持フレームが、前記複数の偏光素子の各々を前記予め決定した位置に入れて位置決めする予め形成した部分を有し、
前記複数の偏光素子は、前記支持フレームの前記予め形成した部分内に入れて位置決めされるようになっており、
前記偏光変換装置は更に、
前記支持フレームに対し気密の空所を形成する支持フレームカバー手段と、
この気密の空所内に入れられ、前記偏光素子の屈折率にほぼ等しい屈折率を有する流体と
を具えている偏光変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の偏光変換装置において、前記支持フレームの前記予め形成した部分がこの支持フレーム内に形成したスロットを有し、これらスロットは、前記複数の偏光素子の各々を非偏光の光ビームに対しほぼ４５度の角度に位置決めするようになっている偏光変換装置。
【請求項３】
請求項２に記載の偏光変換装置において、前記支持フレームが、互いに平行に離間した上部ヘッダ及び下部ヘッダを有し、前記複数の偏光素子を位置決めするとともに支持するための予め形成した前記スロットがこれら上部ヘッダ及び下部ヘッダの各々に形成されている偏光変換装置。
【請求項４】
請求項２に記載の偏光変換装置において、前記複数の偏光素子が、光ビーム分割表面と光ビーム反射表面との互いに平行な面を有しているガラスプレートを具えている偏光変換装置。
【請求項５】
請求項４に記載の偏光変換装置において、１つ置きの対の互いに平行な前記光ビーム分割表面及び光ビーム反射表面間に二分の一波長板が配置されている偏光変換装置。
【請求項６】
請求項５に記載の偏光変換装置において、光ビームが前記光ビーム分割表面のそばを通過して漏洩しないようにするとともに前記光ビーム反射表面を直接光ビームから遮蔽するマスクが設けられている偏光変換装置。
【請求項７】
請求項６に記載の偏光変換装置において、非偏光の光ビームが前記複数の偏光素子により受光される前に、この非偏光の光ビーム内に光インテグレータの第２レンズレットアレイが配置されている偏光変換装置。
【請求項８】
請求項７に記載の偏光変換装置において、前記複数の偏光素子の熱膨張を補償する手段が設けられている偏光変換装置。
【請求項９】
請求項８に記載の偏光変換装置において、気密の前記空所内に入れられた前記流体の熱膨張を補償する手段が設けられている偏光変換装置。
【請求項１０】
非偏光の光ビームをほぼ均一分布の光路中で複数の偏光ビーム分割素子に供給し、これら偏光ビーム分割素子がこれらに供給された非偏光の光ビームの一部分を通過、反射及び回転させ、これらからほぼ均一偏光の光ビームを生ぜしめる偏光変換装置において、
この偏光変換装置が、ほぼ均一に分布された非偏光の光ビームの光路中に配置した複数のガラス支持プレートを有し、
これらガラス支持プレートの各々が、第１偏光状態の光を透過するとともにこの第１偏光状態以外の光を反射する第１光ビーム分割表面を有し、
これらガラス支持プレートの各々が、前記第１光ビーム分割表面に対し平行に延在してこの第１光ビーム分割表面から受ける反射光を波長板に向けて反射する第２光ビーム反射表面を有し、
前記波長板は、１つ置きの対の前記第１光ビーム分割表面及び前記第２光ビーム反射表面間に配置され、反射光がこの波長板を通過するとこの反射光が前記第１偏光状態に回転されるようになっており、
前記偏光変換装置は、前記ガラス支持プレートを浸漬するとともにこれらのガラス支持プレートの屈折率とほぼ同じ屈折率を有する流体を具えている
ことを特徴とする偏光変換装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の偏光変換装置において、この偏光変換装置は、ほぼ均一分布の光路中で供給される前記非偏光の光ビームに対し予め決定した向きで前記ガラス支持プレートを入れて保持する予め形成した複数の収容部を有する支持フレームを具えている偏光変換装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の偏光変換装置において、第１偏光状態にない光を反射する前記第１光ビーム分割表面が、この光を、この第１光ビーム分割表面を通過する偏光に対し直角方向に反射させるようになっており、前記波長板は二分の一波長板である偏光変換装置。
【請求項１３】
非偏光の光ビームをより均一な偏光の光ビームに変換する偏光変換装置であって、
この偏光変換装置が、複数の偏光素子を偏光さすべき光ビームの光路中に挿入するために、これら偏光素子を位置決めするとともに支持する支持フレームを有し、
この支持フレームが、前記複数の偏光素子の各々を前記支持フレームに対し予め決定した位置に入れて位置決めする予め形成した部分を有し、
前記偏光素子の各々は、これに供給される光ビームを受けるために前記支持フレームの前記予め形成した部分の１つに入れて位置決めされるガラス支持プレートを有し、
各ガラス支持プレートが、第１偏光状態の光を透過するとともに第１偏光状態にない光を直角に反射する第１光ビーム分割表面を有し、
各ガラス支持プレートが、前記第１光ビーム分割表面に対し平行に延在してこの第１光ビーム分割表面から受ける直角偏光を二分の一波長板に向けて反射する第２光ビーム反射表面を有し、
前記二分の一波長板は、１つ置きの対の前記第１光ビーム分割表面及び前記第２光ビーム反射表面間に配置され、直角偏光がこの波長板を通過するとこの直角偏光が前記第１偏光状態に回転されるようになっており、
前記偏光変換装置が、
前記支持フレームに対し気密封止係合し、各ガラス支持プレートに向けて光ビームを通す前面フレームカバープレートと、
前記支持フレームに対し気密封止係合し、各ガラス支持プレートから出射する偏光ビームを通す後面フレームカバープレートと、
前記支持フレーム内に入れた前記ガラス支持プレートを浸漬するとともにこれらのガラス支持プレートの屈折率とほぼ同じ屈折率を有する流体と
を具えている偏光変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、プロジェクションディスプレイに用いる偏光変換システムに関するものであり、特に、寿命を長くし、部品数を少なくし、製造費を低減させ、素子配列を簡単化した偏光変換システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
偏光変換システム（ＰＣＳ）は、動作のために偏光を必要とする表示用プロジェクタに用いられている。偏光変換装置（ＰＣＳ）はイルミネータの後方の光路中に配置され、光を互いに直交する２つの偏光状態に分割し、一方を回転させることによりほぼ均一な偏光の合成ビームを生じるようになっている。
【０００３】
現在、偏光状態を分離する所定のビーム分割被膜、すなわち反射分割ビームの方向を変えるミラー被膜を有する菱形（斜方）プリズムと、反射分割ビームを回転させる二分の一波長板との固着アレイを用いたコンパクトなＰＣＳが使用されている。これが、ＰＣＳ機能を達成する代表的なものである。
【０００４】
この構造に用いられている二分の一波長板は代表的に、適切なプリズムセグメントに接着した重合体のホイル（箔）であり、ＰＣＳのガラスプリズムも接着剤を用いて互いに組立てられている。
【０００５】
このような現存のＰＣＳに一般に用いられている接着剤は、熱、すなわち、プロジェクションシステムのイルミネータからの放射により影響を受ける為、このようなＰＣＳの動作が使用時間に応じて劣化することを確かめた。このようなＰＣＳのユニットは正確に研磨したガラスより成り、これらが接着剤により互いに保持されており、この接着剤が、イルミネータの放射に露出される為に長い使用期間に亙って劣化することを確かめた。従って、このようなＰＣＳのユニットはある点では満足なものであるが、これらは熱、すなわち、システムのイルミネータからの放射に露出される為、使用時間に応じて劣化する傾向にある。従って、本発明の目的は、上述した技術に関連する１つ以上の問題又は欠点を回避することにある。
【０００６】
発明の概要
本発明の好適例では、ＰＣＳのガラス素子間の接着剤の使用をやめ、重合体ホイルの波長板と、使用する場合の接着剤とを流体中に浸漬させ、いかなるブライトスポットにおいても温度を均一にする。これらのＰＣＳユニットに対し用いる光学素子は、特定の寸法に分断する前に大きな区分でコーティングすることのできる予めけがきしたガラスシートから形成される為、研磨等エッジに必要とするいかなる処理も必要としなくなる。従って、本発明により構成する偏光変換システムは、素子のアライメントの簡単化や製造の低廉化につながる部品数の減少において、又長寿命化において改善される。
【０００７】
本発明を実施するための最良の形態
図面を参照するに、以下の説明は、コーティングしたガラスプレート間に波長板を配置したこれらガラスプレートを方向づけする一連のスロット（溝）を偏光変換装置（ＰＣＳ）内に形成する本発明の好適実施例に関するものである。ＰＣＳの構成素子はフレーム内に組立て、カバープレートをフレームに気密に固着して、いかなるブライトスポットにおいても温度を均一化し、内部反射を低減させ、正しい光路長を保つために屈折率がガラスプレートに一致した流体を入れる気密空所を形成する。
【０００８】
図１を参照するに、ガラス補強したポリマーを型成形して構成するのが好ましいフレーム１０を有するＰＣＳ１００を示し、このＰＣＳには上部ヘッダ１１と下部ヘッダ１２との間にまたがる一連のスロット１５が形成され、これらのスロット内にはコーティングを施した薄いガラスプレート３０が入れられており、これらガラスプレートはスロット１５によって、プロジェクタ（図示せず）の光軸５０に対し４５度の角度に向けられている。ＰＣＳ１００のフレーム前面カバープレート２０、すなわち、入射窓を代表的な光インテグレータの第２素子として形成することができ、この第２素子は、ランプ（図示せず）からの光ビームを多数のサブビームに分割してＰＣＳ１００のビーム分割セグメントにまたがって良好に規定された光分布を得るよう機能するレンズレット２１を具えている。前面カバープレート２０の裏面上にはパターン化したマスク２２を蒸着により堆積させるか又はホイルマスクを配置し、コーティングされたビーム分割セグメントのそばを光が通過して漏洩しないようにするとともにコーティングされたミラーセグメントを直接光ビームから遮蔽するアパーチャグリルとして機能するようにする。フレーム１０自体は、これが光学系に妨害を及ぼさず、しかも光路外に位置するのに適した寸法とする。
【０００９】
或いはまた、所望の寸法にけがきして分断するＢＫ７の薄肉プレートをもって構成しうるガラスプレート３０には、偏光状態を分離するための偏光ビーム分割被膜３２と、反射した分割ビームを光軸に対し平行に再指向させるミラー被膜３４とを交互にコーティングする。ミラー被膜３４の反射特性は、ＰＳＣの動作から考えて、被膜３２と同じにすることができ、又はこのミラー被膜を真のミラーとすることができる。二分の一波長板（リターダープレート）４２、すなわち、反射防止被膜を必要としない当業者が既知の種類の重合体のホイルを、フレーム後面カバープレート、すなわち、出射窓４０に取付け、この場合図２に最も良好に示すように、出射窓とガラスプレート３０との間に離間関係で配置する。これらの波長板４２は、ガラスプレート３０に一致した屈折率を有する接着剤層、又は光路の上下に配置した接着剤のパッチによりＰＣＳの出射窓４０に固着させる。このような接着剤のパッチを用いる場合には、重合体のホイルである波長板４２をそのエッジが出射窓４０に対接するように位置決めし、薄肉の流体層が波長板４２と出射窓４０との間に入るようにする。
【００１０】
形成したフレーム１０は液密であり、ガラスプレート３０と波長板４２とが、ガラスプレート基板の屈折率に一致する屈折率を有する流体内に浸漬されている。このような流体の存在が、反射防止被膜の必要性を排除するとともに、ＰＣＳ内の温度を均一にしてホットスポットを最小にするか又は完全に無くす。又、屈折率を比較的高くすることにより、偏光変換効率を容易に最大にしうる。
【００１１】
ガラスプレート３０の垂直方向の熱膨張は、フレーム構造体中に型成形され光路外に配置されたスプリングフィンガー４０を用いることにより、又はガラスプレート３０の平面における膨張を自由にするのに充分な深さのスロット１５をフレームの上部ヘッダ１１及び下部ヘッダ１２に形成することにより、又はスロット１５内に適切な接着剤を入れることにより対処することができる。フレーム１０内に入れる流体の熱膨張は、これと連通する流体貯蔵所１９を光路から外して設けることにより対処しうる。
【００１２】
機能説明
本発明のＰＣＳ１００によれば、装置のフレーム１０内に形成したスロット１５内で容易に方向づけできる予めコーティングしたガラスプレート３０を用いることにより容易に製造しうる低価格の装置が得られる。接着剤の使用は最少に又は不要になり、波長板４２がガラスプレート３０のエッジと整列されてフレーム出射窓４０上に配置され且つこのフレーム出射窓により保持されている。組立てられたＰＣＳ１００は気密であり、ガラスプレート３０の基板の屈折率に一致した屈折率を有する流体が充填されている。このようにすることにより、ＰＣＳ内の温度が均一化される。
【００１３】
本発明の他の観点及び特徴は、図面、明細書及び特許請求の範囲から当業者にとって明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明により構成した偏光変換装置を、その構成部分を良好に示すためにカバーを外した状態で示した斜視図である。
【図２】図１に示す偏光変換装置の一端部を、その構成部分及び組立て方法を良好に示すために拡大して上方から見た横断面図である。
【図３】ガラスプレートを配置するスロットを形成したフレームの一部を拡大して示す斜視図である。
【国際公開パンフレット】
2004525419.tif 000003
2004525419.tif 000004
2004525419.tif 000005
2004525419.tif 000006
2004525419.tif 000007
2004525419.tif 000008
2004525419.tif 000009
2004525419.tif 000010
2004525419.tif 000011
2004525419.tif 000012
2004525419.tif 000013
【国際調査報告】
2004525419.tif 000014
2004525419.tif 000015
2004525419.tif 000016