JP2000019324A - 偏光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 吸収による発熱を生じることなく、コンパク
トな構成で、高効率及び高信頼性をもって偏光分離を行
う偏光分離素子を提供する。 【解決手段】 複屈折性媒体１と第１のガラスプリズム
２の境界には、回折格子４が形成されている。第１のガ
ラスプリズム２の屈折率は、複屈折性媒体１の常光屈折
率或いは異常光屈折率と等しいため、複屈折性媒体１に
入射する光において、回折格子４で屈折率差が生じる直
線偏光成分は回折するが、それと直交する直線偏光成分
は屈折率差が生じないため回折しないことになり、入射
光を分離できる。また第１のガラスプリズム２と第２の
ガラスプリズム３との間には、空気層５が設けられ、回
折格子４にて回折した光のみを全反射するように角度が
決められている。このような構成により、２つの偏光光
を有効に分離することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、偏光素子に関し、
より詳細には、不定偏光である自然光から、１方向の偏
光方向を持つ直線偏光のみを取り出すための偏光素子に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的な液晶プロジェクタにおいては、
映像を作るためには、液晶パネルの原理的な問題から、
液晶パネルからの出射光のうち不用な光成分を偏光板な
どでカットする必要がある。しかしながら、従来の２色
性を利用した偏光板は、吸収により不用光をカットする
ため、偏光板に吸収された光は熱となり、偏光板の温度
上昇やそれによる性能の劣化を生じることが問題となっ
ている。このような問題を避けるために、出射側偏光板
の代替として薄膜蒸着の偏光ビームスプリッタを用いた
り、特公昭６１−２４０２０４号公報や特公昭６３−２
６６０４号公報に示される回折型偏光素子を用いるなど
の工夫もなされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
偏光素子には、以下のような問題があった。薄膜蒸着の
偏光ビームスプリッタを使用する場合、偏光ビームスプ
リッタがプリズム形状であるため、液晶プロジェクタ投
影レンズのバックフォーカスが長くなってしまい、レン
ズ径が大きくなったり、投影距離が長くなるなどの問題
が生じることになる。また薄膜蒸着の偏光ビームスプリ
ッタは、入射してくる光束の角度に著しい分布がある場
合に、設計入射角度から大きく離れた入射角度では性能
を十分に発揮できず、コントラストの低下を招くことに
なる。

【０００４】また、回折型偏光子のうち特公昭６１−２
４０２０４号公報に示されるものは、その偏光による回
折の度合が波長によって異なる上、偏光の分離度が完全
ではなく、もれ光が生じてコントラストのよい鮮明な画
像を得ることは難しい。一方、特公昭６３−２６６０４
号公報に示される型の回折偏光子は、特公昭６１−２４
０２０４号公報に示されるものに比べ、偏光の分離度が
良くコントラストが大きくとれる上、波長による回折の
違いも媒質の屈折率分散による程度だが、回折格子部分
の屈折率差が小さく成らざるを得ないので回折角度が大
きく取れず、従って結局投影レンズのバックフォーカス
を伸ばす要因となる。

【０００５】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなさ
れたもので、吸収による発熱を生じることなく、コンパ
クトな構成で、高効率及び高信頼性をもって偏光分離を
行う偏光分離素子を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、複屈
折性材料により形成された複屈折部材と、該複屈折部材
の常光線屈折率または異常光線屈折率と等しい屈折率を
有する等方性材料により形成され、前記複屈折部材に張
り合わされる第１のプリズムとを少なくとも有してなる
偏光素子であって、前記複屈折部材と前記第１のプリズ
ムとの張り合わせ面にレリーフ型回折格子を形成し、前
記複屈折部材から前記第１のプリズムに入射する光のう
ち一方の直線偏光成分のみを回折させることにより、入
射する光を二つの直線偏光に分離可能としたことを特徴
としたものである。

【０００７】請求項２の発明は、請求項１記載の偏光素
子において、屈折率の異なる他の媒質により前記第１の
プリズムとの間で形成される界面を、前記レリーフ型回
折格子にて回折した回折光を該界面で全反射させるもの
としたことを特徴としたもである。

【０００８】請求項３の発明は、請求項２記載の偏光素
子において、前記第１のプリズムに前記他の媒質による
層を介して接合され、等方性材料により形成される第２
のプリズムをさらに備えることを特徴としたものであ
る。

【０００９】請求項４の発明は、請求項２または３記載
の偏光素子において、前記他の媒質が空気であることを
特徴としたものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の偏光素子においては、複
屈折性媒体表面にレリーフ型回折格子を形成し、また複
屈折性媒体の常光屈折率或いは異常光屈折率と同じ屈折
率を持つガラスプリズム表面にも前記レリーフ型回折格
子と隙間無く貼り合わせられるような回折格子を形成
し、これら複屈折性媒体とガラスプリズムとを隙間なく
重なるように張り合わせる。このような構成を有するこ
とにより、複屈折性媒体への入射光のうちガラスプリズ
ムと同じ屈折率となる直線偏光成分については、屈折率
差が生じないために回折格子による作用を受けない。一
方複屈折性媒体への入射光のうちガラスプリズムと異な
る屈折率となる直線偏光成分については、両者の格子縞
に対して屈折率差が生じるので、回折を生じ光線の方向
が曲がることになる。

【００１１】また出射側に設けられた組み合わせプリズ
ム間の空気層は、回折格子にて回折された光のみを全反
射させるように角度が選択されており、その結果、空気
層で全反射した回折光と空気層を通過する非回折光とに
入射光を分離できる。このような偏光素子を用いること
で、２色性偏光板のように吸収がないので熱も発生せ
ず、例えば液晶プロジェクタ投影レンズのバックフォー
カスを伸ばすことなく、一般のプリズム型薄膜蒸着偏光
ビームスプリッタよりも薄い構成でコントラスト良く偏
光を分離することができる。

【００１２】以下、本発明による偏光素子の実施例を添
付された図面を参照してより具体的に説明する。図１
は、本発明による偏光素子の一実施例を説明するための
概略構成図で、図中、１は複屈折性媒体、２は第１のガ
ラスプリズム、３は第２のガラスプリズム、４は回折格
子、５は空気層である。図２は、本発明による偏光素子
における回折格子の形状の一例を示す概略図である。

【００１３】複屈折性媒体１として方解石（６００ｎｍ
における常光線屈折率１.６５、異常光線屈折率１.４
９）を用い、第１のガラスプリズム２及び第２のガラス
プリズム３を形成する媒体として方解石の常光屈折率
１.４９と同じ屈折率を持つ等方性のガラスを用いる。
また複屈折性媒体１と第１のガラスプリズム２の境界面
には、図２に示すような格子ピッチ２.５（μｍ）で、
ブレーズ角６０°のブレーズ型レリーフ回折格子を形成
する。また第１のガラスプリズム２と第２のガラスプリ
ズム３の間の空気層５は、光軸に対してその法線が３０
°傾くように設定されている。

【００１４】この複屈折性媒体１に入射した光線のうち
の常光線成分は、第１のガラスプリズム２と複屈折性媒
体１の境界面に形成された回折格子面で屈折率が変化し
ないため回折されずに直進し、さらに第１及び第２のガ
ラスプリズム２，３間の空気層５においても全反射され
ずに素子全体を通過する。

【００１５】一方、複屈折性媒体１に入射した光線のう
ちの異常光線成分は、第１のガラスプリズム２と複屈折
性媒体１の境界面において屈折率が変化するため、形成
された回折格子面で回折され、光軸に対して１３.５°
の角度を持った光となる。その結果、空気層５の法線に
対して４３.５°で入射することになる。このときプリ
ズムの屈折率１.４９より臨界角は４２.２°となるの
で、結果的に回折された光は全反射されることになる。

【００１６】この結果、この偏光素子に入射してきた光
線のうち、常光線成分の偏光だけを所定の方向に取り出
すことができる。また、この実施例でプリズムの高さを
１４ｍｍとしたときには、素子全体の厚みが約９ｍｍ程
度となり、立方体のプリズムに比べ薄くすることができ
る。

【００１７】

【発明の効果】請求項１の効果：複屈折性媒体と、その
複屈折性媒体の一方の屈折率と同じ屈折率をもつ等方性
材料によるプリズムとを組み合わせ、その界面にレリー
フ型回折格子を形成することにより、入射光の２つの直
線偏光成分のうち、一方の直線偏光成分のみが屈折率の
変化により回折格子の作用を受け光路が変化する。この
ような構成とすることにより、光を吸収することなく高
効率で偏光分離を行うことができるコンパクトな偏光素
子が得られる。

【００１８】請求項２の効果：請求項１の効果に加え
て、回折格子にて回折した光をさらに全反射する角度で
他の媒質との界面を設定することにより、さらに高いコ
ントラストが得られる偏光分離を行うことができ、一般
のプリズム型薄膜蒸着偏光ビームスプリッタよりもコン
パクトな構成の偏光素子が得られる。

【００１９】請求項３の効果：請求項２の効果に加え
て、第１のプリズムと異なる他の媒質層を介在させて第
２のプリズムを備えることにより非回折光の光路制御を
容易にする。

【００２０】請求項４の効果：請求項２または３の効果
に加えて、素子として合理的な上記他の媒質が具体的に
与えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による偏光素子の一実施例を説明するた
めの概略構成図である。

【図２】本発明による偏光素子における回折格子の形状
の一例を示す概略図である。

【符号の説明】

１…複屈折性媒体、２…第１のガラスプリズム、３…第
２のガラスプリズム、４…回折格子、５…空気層。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複屈折性材料により形成された複屈折部
   材と、該複屈折部材の常光線屈折率または異常光線屈折
   率と等しい屈折率を有する等方性材料により形成され、
   前記複屈折部材に張り合わされる第１のプリズムとを少
   なくとも有してなる偏光素子であって、前記複屈折部材
   と前記第１のプリズムとの張り合わせ面にレリーフ型回
   折格子を形成し、前記複屈折部材から前記第１のプリズ
   ムに入射する光のうち一方の直線偏光成分のみを回折さ
   せることにより、入射する光を二つの直線偏光に分離可
   能としたことを特徴とする偏光素子。
2. 【請求項２】 請求項１記載の偏光素子において、屈折
   率の異なる他の媒質により前記第１のプリズムとの間で
   形成される界面を、前記レリーフ型回折格子にて回折し
   た回折光を該界面で全反射させるものとしたことを特徴
   とする偏光素子。
3. 【請求項３】 請求項２記載の偏光素子において、前記
   第１のプリズムに前記他の媒質による層を介して接合さ
   れ、等方性材料により形成される第２のプリズムをさら
   に備えることを特徴とする偏光素子。
4. 【請求項４】 請求項２または３記載の偏光素子におい
   て、前記他の媒質が空気であることを特徴とする偏光素
   子。