(57)【要約】【課題】製造コストの安い偏光変換素子を提供することを目的とする。【解決手段】偏光変換素子5は、複屈折板６により構成し、複屈折板６の所定の位置には１／２波長板７を備えている。そこで、偏光変換素子５にランダム偏光Ｌ１が入射されると、複屈折板６において、複屈折板６の光軸に対して直交する方向の直線偏光の成分は、常光線となりそのまま入射光Ｌ１の光路を直進し、直線偏光Ｌ２となって第二の経路より出射される。一方、複屈折板６の光軸に対して平行な方向の直線偏光の成分は、異常光線となり複屈折板６において屈折し、直線偏光Ｌ３となって分離される。一方、異常光線となった直線偏光Ｌ３の出射面には、１／２波長板７が設けられており、直線偏光の偏光面を９０ｄｅｇ回転させ、異常光線を常光線の直線偏光Ｌ２と同一な偏光方向の直線偏光Ｌ３’に変換し、第一の経路より出射する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の板厚に加工した複屈折板と１／２波長板とを備えた偏光変換素子において、
前記複屈折板に入射して得られる直線偏光の複屈折板の光軸方向と直交する成分を、常光線としてそのまま入射光の光路を直進して出射させると共に、前記複屈折板に入射して得られる直線偏光の複屈折板の光軸方向と平行な成分を、異常光線として複屈折板において屈折させ、これを前記入射光の光路から所定の距離だけ離れた光路に分離して出射させたものであって、前記複屈折板から出射する前記異常光線を、前記１／２波長板を用いて偏光方向を９０°回転させ、該異常光線を前記常光線と同一方向の偏光方向の直線偏光として出射したことを特徴とする偏光変換素子。
【請求項２】
前記複屈折板の基板材料として水晶を用いたことを特徴とする請求項１に記載の偏光変換素子。
【請求項３】
前記複屈折板の基板材料としてルチル、或いは、リチウムナイオベートを用いたことを特徴とする請求項１に記載の偏光変換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は偏光変換素子に関し、特に構造が複雑なプリズムアレイを使用した偏光変換素子と比べて、簡易な構造で所定の機能を発揮する低コストな偏光変換素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パソコン等が表示する画面を直接スクリーンに投写することを可能とする液晶プロジェクタは、プレゼンテーション等の用途を目的に広く普及しつつあると共に、小型化、解像度の向上、そして光利用効率の改善などが図られている。
そこで、液晶プロジェクタに偏光変換素子を内蔵し、ハロゲンランプ等を用いた光源が出力する所定の光線を偏光変換して、液晶パネルに入射する光線の偏光方向を揃え、効率のよい光エネルギーの利用が為されるようになっている。
【０００３】
図２に、従来の偏光変換素子の構成例を示す。偏光変換素子１は、白色ガラスからなるプリズムの斜面に光学薄膜２を成膜したプリズムアレイ３の所定の位置に、フィルムにより構成する１／２波長板４を備えた構造である。又、プリズムアレイ３の入出射面、及び、１／２波長板４の出射面には図示していないが反射膜が施されている。
【０００４】
以下、図２に示す偏光変換素子の機能を説明する。まず、ハロゲンランプ等の光源から放出される光線は、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分とを含んでおり、偏光変換素子１の入射光としてプリズムアレイ３に入力される。ここで、液晶パネルを使用した画面の投写に必要な光線は、Ｓ偏光或いはＰ偏光のいずれか一方の偏光成分のみであるため、偏光変換素子１を用いて出射光の偏光方向を一方向に揃え、液晶プロジェクタにおいて効率よく光のエネルギーを使用出来るようにしている。
【０００５】
以下、出射光の偏光方向を一方向に揃える原理について説明する。
まず、プリズムアレイ３に入力された入射光のＰ偏光成分は、光学薄膜２において反射して１／２波長板４に入力する。光学薄膜２は、入射光のＰ偏光成分は反射し、Ｓ偏光成分は透過するよう機能する。ここで、入射光のＰ偏光成分は、１／２波長板を通過する際に偏光面が９０°回転し、第一の経路よりＳ偏光となって出射する。一方、プリズムアレイ３に入力した入射光に含まれるＳ偏光成分は、光学薄膜２を透過し、第二の経路よりＳ偏光のまま出射する。従って、偏光変換素子１から出力する出射光は、Ｓ偏光に揃えられ、液晶プロジェクタにおいて効率のよい光エネルギーの利用が図られる。
【特許文献１】特開２００５−９１７５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の偏光変換素子は、白色ガラスからなるプリズムの斜面に光学薄膜を成膜したプリズムアレイを製作した後に、所定の位置に１／２波長板を接着固定していたため、製造工程が複雑となり、製造コストが上昇して問題となっていた。
本発明は上述したような問題を解決するためになされたものであって、製造コストの安い偏光変換素子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】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明に係わる偏光変換素子は、以下の構成をとる。
請求項１に記載の偏光変換素子は、所定の板厚に加工した複屈折板と１／２波長板とにより構成する偏光変換素子において、前記複屈折板に入射する複屈折板の光軸に対して直交する方向の直線偏光の成分は、常光線としてそのまま入射光の光路を直進して出射し、一方、前記複屈折板の光軸に対して平行な方向の直線偏光の成分は、異常光線として複屈折板において屈折し、所定の距離だけ前記入射光の光路より分離して出射すると共に、前記複屈折板から出射する前記異常光線を、前記１／２波長板を用いて偏光方向を９０ｄｅｇ回転させ、該異常光線を前記常光線と同一方向の偏光方向の直線偏光として出射するよう構成する。
【０００８】
請求項２に記載の偏光変換素子は、前記複屈折板の基板材料として水晶を用いるよう構成する。
【０００９】
請求項３に記載の変更変換素子は、前記複屈折板の基板材料としてルチル、或いは、リチウムナイオベートを用いるよう構成する。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１乃至３に記載の発明は、従来より使用していた構造が複雑なプリズムアレイを用いた偏光変換素子と異なり、単板の複屈折板を使用して偏光変換素子を構成したので、構造が簡易であることから製造も容易であり、低コストの偏光変換素子を提供する上で大きな効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
本発明においては、構造が複雑なプリズムアレイを不要とし、単板の複屈折板を使用して偏光変換素子を構成した。周知のように、複屈折板は、複屈折性を有する結晶等からなり、入射した光線を互いに直交した偏光方向の常光線と異常光線とに分離する。そこで、分離した異常光線を１／２波長板を用いて偏光面を９０°回転させ、常光線と同一な偏光方向の直線偏光とし、偏光変換素子が出射する出射光の偏光方向を常光線に揃えることにより、液晶プロジェクタにおいて効率のよい光エネルギーの利用を図るよう機能させたものである。
【００１２】
図１は、本発明に係る偏光変換素子の実施例を示す構造図である。偏光変換素子5は、複屈折板６により構成し、複屈折板６の所定の位置には１／２波長板７を備えている。そこで、偏光変換素子５にハロゲンランプ等の光源から放出されるランダム偏光Ｌ１が入射されると、複屈折板６において、複屈折板６の光軸に対して直交する方向の直線偏光の成分は、常光線となりそのまま入射光Ｌ１の光路を直進し、直線偏光Ｌ２となって第二の経路より出射される。これに対して、複屈折板６の光軸に対して平行な方向の直線偏光の成分は、異常光線となり複屈折板６において屈折し、直線偏光Ｌ３となって分離される。
【００１３】
一方、異常光線となった直線偏光Ｌ３の出射面には、１／２波長板７が設けられており、直線偏光の偏光面を９０°回転させ、異常光線を常光線の直線偏光Ｌ２と同一な偏光方向の直線偏光Ｌ３’に変換し、第一の経路より出射する。従って、偏光変換素子５を出射する直線偏光は、常光線の偏光方向に揃えられることとなる。
【００１４】
次に、複屈折板６にランダム偏光Ｌ１を入射した際に分離される常光線Ｌ２と異常光線Ｌ３との分離距離について説明する。偏光変換素子５は、所定の板厚に加工した複屈折性を有する結晶等からなる複屈折板６が使用され、入射するランダム偏光Ｌ１を常光線の直線偏光Ｌ２と異常光線の直線偏光Ｌ３とに分離させるものであるが、常光線と異常光線との分離距離ｄは、常光線の屈折率ｎ０と異常光線の屈折率ｎｅとの差が大きい程大きくなり、また、基板材料の厚みが厚くなれば大きくなるという特性を有しており、複屈折板６の基板板厚をｔとすると分離距離ｄは下式で表すことが出来る。
【００１５】
ｄ＝ｔ・｜（（ｎ0２−ｎｅ２）・ｔａｎθ）／（ｎ0２・ｔａｎθ＋ｎｅ２）｜・・・（１）
但し、θは、複屈折板の主面法線と光学軸とのなす角度であり、複屈折板として水晶を用いた場合、通常４５°に設定されるのが望ましい。
【００１６】
分離距離ｄは、入射光と出射光との透過効率に関係し、分離距離ｄを小さくして１／２波長板を取り付けるピッチを縮小するほど透過効率が増加するが、コストとの兼ね合いがあり、最適な光学特性を得るように、適宜、複屈折板の厚みｔを決定する。
【００１７】
なお、複屈折板の基板材料としては、使い易さやコストの面から水晶が用いられることが多いが、複屈折性を有するリチウムナイオベート若しくはルチル等の結晶を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る偏光変換素子の実施例を示す構造図である。
【図２】従来の偏光変換素子の構成例を示す。
【符号の説明】
【００１９】
１・・偏光変換素子、
２・・光学薄膜、
３・・プリズムアレイ、
４・・１／２波長板、
５・・偏光変換素子、
６・・複屈折板、
７・・１／２波長板
【図１】
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【図２】
2007093964.tif 000004