(57)【要約】【課題】  光源からの光の利用効率をより高めることができる偏光変換装置を提供する。【解決手段】  光源１００から放射された光に含まれるＰ偏光光及びＳ偏光光のうち、Ｐ偏光光を透過しＳ偏光光を反射するワイヤーグリッド偏光分離素子１ａと、Ｐ偏光光を反射しＳ偏光光を透過するワイヤーグリッド偏光分離素子１ｂとから構成されるワイヤーグリッド偏光分離部１と、ワイヤーグリッド偏光分離部１において反射されたＰ偏光及びＳ偏光光をワイヤーグリッド偏光分離部１の方向に反射する反射ミラー２と、ワイヤーグリッド偏光分離部１を透過したＰ偏光光の偏光方向をＳ偏光光に略一致させる１／２波長板４とを備え、ワイヤーグリッド偏光分離素子１を、光源１００からの略全ての光の偏光分離を行うために反射ミラー２と略同一サイズ若しくは反射ミラー２より大きいサイズとなるように形成した。【選択図】      図１
2007093805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を偏光方向が直交する２つの偏光光に分離して何れか一方の偏光光の偏光方向を変換する偏光変換装置であって、
前記光源から放射された光に含まれる第１の偏光光及び第２の偏光光のうち、第１の偏光光を透過して前記第２の偏光光を反射する第１の偏光分離素子と、前記第１の偏光光を反射して前記第２の偏光光を透過する第２の偏光分離素子とから構成される偏光分離手段と、
前記偏光分離手段において反射された前記第１及び第２の偏光光を前記偏光分離手段の方向に反射する反射手段と、
前記偏光分離手段を透過した前記第１及び第２の偏光光のうち、何れか一方の偏光方向を回転させて他方の偏光方向に略一致させる１／２波長板と、を備え、
前記偏光分離手段は、前記光源からの略全ての光の偏光分離を行うために前記反射手段と略同一サイズ若しくは前記反射手段より大きいサイズに形成したことを特徴とする偏光変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の偏光変換装置において、前記偏光分離手段がワイヤーグリッド偏光分離素子であることを特徴とする偏光変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の偏光変換装置において、
前記偏光分離手段が偏光分離プリズムであることを特徴とする偏光変換装置。
【請求項４】
光源からの光を偏光方向が直交する２つの偏光光に分離して何れか一方の偏光光の偏光方向を変換する偏光変換装置であって、
光源からの放射光を所定方向に反射する第１の反射手段と、前記光源及び前記第１の反射手段からの光を偏光方向が直交する偏光光に分離して何れか一方の偏光光を透過し、他方の偏光光を反射する偏光分離手段と、前記偏光分離手段において反射された偏光光を所定方向に反射する第２の反射手段と、前記偏光分離手段を透過した偏光光、及び前記第２の反射手段により反射された偏光光のうち、何れか一方の偏光方向を回転させて他方の偏光方向に略一致させる１／２波長板とを備えた偏光変換部が、複数設けられていることを特徴とする偏光変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光源からの光を偏光方向が直交する２つの偏光光に分離して何れか一方の偏光光の偏光方向を変換する偏光変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
投写型表示装置においては、映像信号に応じた光学像を液晶パネルに形成し、これに光源からの光により照明することで投写レンズを介して該光学像をスクリーン上に投写、拡大して大画面の画像を表示するようにしている。
液晶パネルに光源からの光を照射する照明光学装置が各種提案されている。例えば、特許文献１には、偏光分離プリズムアレイと１／２波長板とを用いて、自然光を偏光方向が一方向の光に変換する偏光変換素子を構成することにより、投写型表示装置の光利用効率を向上させる技術が開示されている。
また特許文献２には、ワイヤーグリッド偏光分離素子を利用した照明光学装置に関する技術が開示されている。
図５は、従来のワイヤーグリッド偏光分離素子を利用した照明光学装置の偏光変換部の構成を示した図である。
この図５に示す従来の偏光変換部は、光源１００からの放射光を集光し収束させる楕円面鏡１０１と、楕円面鏡１０１からのランダム光を、偏光方向が直交するＰ偏光光とＳ偏光光とに分離してＳ偏光光を反射させ、Ｐ偏光光を透過させるワイヤーグリッド偏光分離素子１０２と、このワイヤーグリッド偏光分離素子１０２からのＳ偏光光を所定方向に反射させる反射ミラー１０３と、ワイヤーグリッド偏光分離素子１０２からのＰ偏光光の偏光方向を回転させてＳ偏光光にする１／２波長板フィルム１０４とから構成される。なお、１０５は１／２波長板フィルム１０４が貼付されたガラス板である。そして、この場合はワイヤーグリッド偏光分離素子１０２及び１／２波長板フィルム１０４を光源１００からの光が収束する位置の近傍に配置するようにしている。
【特許文献１】特開平８−３０４７３９号公報
【特許文献２】特開２００２−３１１３８２公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１の偏光変換素子に用いられる偏光分離プリズムアレイは、製造に手間がかかる偏光分離プリズムを多数使用するため、非常に高価なものとなってしまう。
また、上記特許文献２の照明光学装置は、光源からの光を偏光方向が一方向の偏光光に変換するにあたって、ワイヤーグリッド偏光分離素子１０２を光源１００からの光が収束する位置の近傍に配置しているが、楕円面鏡１０１により所定位置に全ての光を収束させることはできない。このため、光利用効率が悪いという欠点がある。
そこで、本発明は上記したような点を鑑みてなされたものであり、光源からの光の利用効率をより高めることができる偏光変換装置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】
【０００４】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、光源からの光を偏光方向が直交する２つの偏光光に分離して何れか一方の偏光光の偏光方向を変換する偏光変換装置であって、前記光源から放射された光に含まれる第１の偏光光及び第２の偏光光のうち、第１の偏光光を透過して前記第２の偏光光を反射する第１の偏光分離素子と、前記第１の偏光光を反射して前記第２の偏光光を透過する第２の偏光分離素子とから構成される偏光分離手段と、前記偏光分離手段において反射された前記第１及び第２の偏光光を前記偏光分離手段の方向に反射する反射手段と、前記偏光分離手段を透過した前記第１及び第２の偏光光のうち、何れか一方の偏光方向を回転させて他方の偏光方向に略一致させる１／２波長板と、を備え、前記偏光分離手段は、前記光源からの略全ての光の偏光分離を行うために前記反射手段と略同一サイズ若しくは前記反射手段より大きいサイズに形成したことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の偏光変換装置において、前記偏光分離手段がワイヤーグリッド偏光分離素子であることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の偏光変換装置において、前記偏光分離手段が偏光分離プリズムであることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、光源からの光を偏光方向が直交する２つの偏光光に分離して何れか一方の偏光光の偏光方向を変換する偏光変換装置であって、光源からの放射光を所定方向に反射する第１の反射手段と、前記光源及び前記第１の反射手段からの光を偏光方向が直交する偏光光に分離して何れか一方の偏光光を透過し、他方の偏光光を反射する偏光分離手段と、前記偏光分離手段において反射された偏光光を所定方向に反射する第２の反射手段と、前記偏光分離手段を透過した偏光光、及び前記第２の反射手段により反射された偏光光のうち、何れか一方の偏光方向を回転させて他方の偏光方向に略一致させる１／２波長板とを備えた偏光変換部が、複数設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、光源から放射された光に含まれる第１の偏光光及び第２の偏光光のうち、第１の偏光光を透過して第２の偏光光を反射する第１の偏光分離素子と、第１の偏光光を反射して第２の偏光光を透過する第２の偏光分離素子とから構成される偏光分離手段を、反射手段と略同一サイズ若しくは反射手段より大きいサイズとなるように形成したことで、偏光分離手段において光源から光のほぼ全てを第１及び第２偏光光に分離して出射することが可能になる。
従って、偏光分離手段から出射される第１及び第２偏光光の何れか一方の偏光方向を回転させて同一偏光方向の偏光光に変換すれば、光源のほぼ全ての光を一方の偏光光として出射することができるため、光利用効率をより高めることができる。
また本発明は、光源及び第１の反射手段からの光を、偏光方向が直交する偏光光に分離して何れか一方の偏光光を透過し、他方の偏光光を反射する偏光分離手段と、この偏光分離手段により反射された偏光光を所定方向に反射させる第２の反射手段と、偏光分離手段を透過した偏光光、第２の反射手段により反射された偏光光のうち、何れか一方の偏光方向を回転させて偏光方向を略一致させる１／２波長板とを備えた偏光変換部を、複数設けたことで、光源からのほぼ全ての光を一方の偏光光に変換して出射することができるので、光利用効率をより高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の偏光変換装置の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる偏光変換装置の構成を示した図である。
図１に示す偏光変換装置は、偏光分離手段であるワイヤーグリッド偏光分離部１と、反射手段である反射ミラー２と、１／２波長板３により構成される。
ワイヤーグリッド偏光分離部１は、ワイヤーグリッドの向きが直交するように形成された２つのワイヤーグリッド偏光分離素子（第１及び第２の偏光分離素子）１ａ、１ｂにより構成される。これら２つのワイヤーグリッド偏光分離素子１ａ、１ｂは、図１に示すように水平面に対して夫々θ、−θの角度をなして配置されている。また本実施形態のワイヤーグリッド偏光分離部１は、光源１００からのほぼ全ての光を偏光分離するために、反射ミラー２と略同一サイズ若しくは反射ミラー２より大きいサイズで形成するようにしている。
ここで、図２を用いてワイヤーグリッド偏光分離素子について説明する。
ワイヤーグリッド偏光分離素子１は、可視光の波長よりも十分微細な周期で縞状の金属格子を形成したものであって、入射される光を偏光分離するものである。
図２は、ワイヤーグリッド偏光分離素子１の概略構成を示した図である。
この図２（ａ）（ｂ）に示すワイヤーグリッド偏光分離素子１ａ、１ｂは、ガラス基板４上に、アルミニウムなどの金属で相互に平行な縞状の金属格子（ワイヤーグリッド）５を形成したものである。このようなワイヤーグリッド偏光分離素子１ａは、入射光の波長に対して約１／５以下の十分小さい周期ｄ（例えば２００μｍ）で金属格子５を形成すると、グリッド周期方向（図２（ａ）では（鉛直方向））と垂直に振動する電界成分の光は反射し、平行に振動する電界成分の光は透過し、ほとんど光吸収することなく偏光分離することができる。
すなわち、図２（ａ）に示すように金属格子５が水平に配列された場合は、透過する光がＰ偏光光、反射する光がＳ偏光光となる。また、図２（ｂ）に示すように金属格子５が垂直に配列された場合は、透過する光がＳ偏光光、反射する光がＰ偏光光となる。
【０００７】
図１に示す反射ミラー２は、例えば全反射ミラーまたはＰ偏光光を反射する反射ミラー２ａと、全反射ミラーまたはＳ偏光光を反射する反射ミラー２ｂとから構成される。これら２つの反射ミラー２ａ、２ｂは、上記ワイヤーグリッド偏光分離部１と同様に、水平面に対して夫々θ、−θの角度をなして、その反射面がワイヤーグリッド偏光分離部１と対向するように配置されている。
このように構成される偏光変換装置では、光源１００から放射されたランダム光のうち、ワイヤーグリッド偏光分離素子１ａに到達した光は、Ｐ偏光光（第１の偏光光）だけがワイヤーグリッド偏光分離素子１ａを透過してＳ偏光光（第２の偏光光）は反射される。またワイヤーグリッド偏光分離素子１ｂに到達した光は、Ｓ偏光光だけがワイヤーグリッド偏光分離素子１ｂを透過してＰ偏光光は反射されることになる。
ワイヤーグリッド偏光分離素子１ａにより反射されたＳ偏光光は、反射ミラー２ｂによりワイヤーグリッド偏光分離素子１ｂの方向に反射され、ワイヤーグリッド偏光分離素子１ｂを透過して出射される。またワイヤーグリッド偏光分離素子１ｂにより反射されたＰ偏光光は、反射ミラー２ａによりワイヤーグリッド偏光分離素子１ａの方向に反射され、ワイヤーグリッド偏光分離素子１ａを透過して出射される。そして、ワイヤーグリッド偏光分離素子１ａから出射されるＰ偏光光が１／２波長板３において偏光方向が回転され、Ｓ偏光光に変換されて出射されることになる。
そして、このような第１の実施形態の偏光変換装置では、ワイヤーグリッド偏光分離部１のサイズを、反射ミラー２と略同一サイズ若しくは反射ミラー２より大きいサイズとなるように形成したことで、ワイヤーグリッド偏光分離部１において、光源１００からのほぼ全ての光をＰ偏光光及びＳ偏光光に分離して出射することができるようになる。従って、ワイヤーグリッド偏光分離素子１ａから出射されるＰ偏光光の偏光方向を１／２波長板３により回転させてＳ偏光光に変換すれば、光源１００のほぼ全ての光をＳ偏光光として出射することができるため、光利用効率をより高めることができる。
またこのように構成した場合は、従来に比べてワイヤーグリッド偏光分離部１のサイズが大きくなるものの、光源１００からの光を収束させるための収束レンズ等が不要になるため、従来同様、安価で実現することができる。
また収束レンズ等が不要になったことにより、装置の構成を簡略化することができるという利点もある。
【０００８】
図３は本発明の第２の実施形態にかかる偏光変換装置の構成を示した図である。なお、図１と同一部位には同一符号を付しており、詳細な説明は省略する。
この図３に示す偏光変換装置は、上記図１に示したワイヤーグリッド偏光分離部１を偏光分離プリズム１１に変更した点だけが異なる。
この場合、偏光分離プリズム１１は、２つの偏光分離プリズム１１ａ、１１ｂにより構成され、夫々の偏光分離プリズム１１ａ、１１ｂの反射／偏光分離膜１２ａ、１２ｂが水平面に対して夫々θ、−θの角度をなすように形成している。
そして、この場合も偏光分離プリズム１１を反射ミラー２と略同一サイズ若しくは反射ミラー２より大きいサイズで形成するようにしている。なお、１／２波長板３は、偏光方向を回転させる側の偏光分離プリズム１１ａに延伸フィルムを貼り合わせるように形成することも可能である。
【０００９】
このように構成される偏光変換装置では、光源１００から放射されたランダム光のうち、偏光分離プリズム１１ａに到達した光は、Ｐ偏光光は偏光分離プリズム１１ａを透過してＳ偏光光は偏光分離膜１２ａにより反射される。また偏光分離プリズム１１ｂに到達した光は、Ｓ偏光光は偏光分離プリズム１１ｂを透過してＰ偏光光は偏光分離膜１２ｂにより反射されることになる。そして、偏光分離プリズム１１ａにより反射されたＳ偏光光が、反射ミラー２ｂにより偏光分離プリズム１１ｂの方向に反射され、偏光分離プリズム１１ｂを透過して出射される。また偏光分離プリズム１１ｂにより反射されたＰ偏光光は、反射ミラー２ａにより偏光分離プリズム１１ａの方向に反射され、偏光分離プリズム１１ａを透過して出射される。そして、偏光分離プリズム１１ａから出射されるＰ偏光光が１／２波長板３において偏光方向が回転され、Ｓ偏光光に変換されて出射されることになる。
そして、このように構成される第２の実施形態の偏光変換装置においても、偏光分離プリズム１１のサイズを、反射ミラー２と略同一サイズ若しくは反射ミラー２より大きいサイズとなるように形成したことで、偏光分離プリズム１１において、光源１００からのほぼ全ての光をＰ偏光光及びＳ偏光光に分離して出射することができるようになる。従って、偏光分離プリズム１１ａから出射されるＰ偏光光の偏光方向を１／２波長板３により回転させてＳ偏光光に変換すれば、光源１００のほぼ全ての光をＳ偏光光として出射することができるため、上記第１の本実施形態と同様、光利用効率をより高めることができる。
またこの場合は、比較的高価な偏光分離プリズムを２つ用意するだけで実現することができるため、偏光分離プリズムアレイより安価で実現することができる。また光源からの光を収束するためのレンズ等が不要になるため、装置の構成を簡略化することができる。
【００１０】
図４は、本発明の第３の実施形態にかかる偏光変換装置の構成を示した図である。
この図４に示す従来の偏光変換装置は、光源１００からの放射光を集光する楕円面鏡（第１の反射手段）１０１と、光源１００及び楕円面鏡１０１からのランダム光のうち、例えばＳ偏光光を反射させ、Ｐ偏光光を透過させるワイヤーグリッド偏光分離素子（偏光分離手段）２１と、このワイヤーグリッド偏光分離素子２１により反射されたＳ偏光光を所定方向に反射させる反射ミラー（第２の反射手段）２２と、ワイヤーグリッド偏光分離素子２１からのＰ偏光光をＳ偏光光に変換する１／２波長板２３とからなる偏光変換部が複数（図４では２組）設けられている。
このように構成される第３の実施形態の偏光変換装置は、偏光変換部を複数設けることで、光源１００からのほぼ全ての光をＳ偏光光に変換して出射することができるので、この場合も光利用効率をより高めることができる。
なお、本実施形態では、１／２波長板をＰ偏光光の光路に配置してＰ偏光光をＳ偏光光に変換する場合を例に挙げて説明したが、これはあくまでも一例であり、１／２波長板をＳ偏光光の光路に配置してＰ偏光光に変換するようにしても良い事は言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる偏光変換装置の構成を示した図である。
【図２】ワイヤーグリッド偏光分離素子の概略構成を示した図である
【図３】第２の実施形態にかかる偏光変換装置の構成を示した図である。
【図４】第３の実施形態にかかる偏光変換装置の構成を示した図である。
【図５】従来の偏光変換部の構成を示した図である。
【符号の説明】
【００１２】
１、１ａ、１ｂ、２１…ワイヤーグリッド偏光分離部、２、２ａ、２ｂ…反射ミラー、３、２３…１／２波長板、４…ガラス基板、５…金属格子、１１、１１ａ、１１ｂ…偏光分離プリズム、１２ａ…反射偏光分離膜、１００…光源、１０１…楕円面鏡
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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