JP2003121640A - Polarized-light conversion system, optical element, and projection type display system - Google Patents
Polarized-light conversion system, optical element, and projection type display systemInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、非偏光または部分
偏光を実質的な完全偏光に変換する偏光変換システムに
関する。本発明は、基板の両面に配置された2つのレン
ズアレイを備えた光学素子にも関する。本発明は、さら
に、そのような偏光変換システムを組み込んだ投射型デ
ィスプレイシステムにも関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polarization conversion system for converting unpolarized light or partially polarized light into substantially completely polarized light. The invention also relates to an optical element comprising two lens arrays arranged on both sides of a substrate. The invention further relates to a projection display system incorporating such a polarization conversion system.
【0002】[0002]
【従来の技術】多くの光学システムは、実質的な完全偏
光により照明されることを必要とする。このようなデバ
イスが非偏光または部分偏光で動作する場合、その光が
光学システムに入射する前に完全偏光となること、すな
わち、単一の偏光状態に変換されることが必要である。BACKGROUND OF THE INVENTION Many optical systems require illumination with substantially perfect polarization. If such a device operates in unpolarized or partially polarized light, it is necessary that the light be fully polarized, i.e. converted to a single polarization state, before entering the optical system.
【0003】非偏光を完全偏光に変換する1つの方法
は、周知の直線偏光子である。理想化された直線偏光子
は、一方向の直線偏光を損失なく透過させ、直交方向の
直線偏光を完全に吸収するため、偏光子に入射する非偏
光は完全直線偏光に変換される。このような直線偏光子
は直線偏光を生成する簡単な手段である一方で、効率が
低いという不利な点を有する。偏光子内での吸収および
/または偏光子の表面での反射による理想的な直線偏光
子は、50%の効率しか有さず、実際的な直線偏光子の
効率は、一般に、40〜45%の範囲内である。One method of converting unpolarized light into fully polarized light is the well known linear polarizer. An idealized linear polarizer transmits linearly polarized light in one direction without loss and completely absorbs linearly polarized light in orthogonal directions, so that unpolarized light incident on the polarizer is converted into completely linearly polarized light. While such a linear polarizer is a simple means of producing linearly polarized light, it has the disadvantage of low efficiency. An ideal linear polarizer, by absorption within the polarizer and / or reflection at the surface of the polarizer, has an efficiency of only 50%, and practical linear polarizer efficiencies are typically 40-45%. Within the range of.
【0004】非偏光を偏光に変換するための別の公知の
手段は、偏光変換システムである。偏光変換システムで
は、すでに所望の偏光状態の偏光である入射光は変化せ
ずに透過する。所望の偏光状態と直交する偏光状態の偏
光は、従来の直線偏光子が用いられた場合に起こるよう
に遮光されることなく、所望の偏光状態の光に変換され
る。Another known means for converting unpolarized light into polarized light is the polarization conversion system. In a polarization conversion system, incident light that is already polarized in the desired polarization state is transmitted unchanged. Polarized light having a polarization state orthogonal to the desired polarization state is converted into light having the desired polarization state without being blocked as is the case when a conventional linear polarizer is used.
【0005】偏光変換システムは、本質的に、入射した
非偏光または部分偏光を分離する偏光分離素子(PS
E)(polarization splitting
element)を含み、1つの偏光状態の光が、直
交する偏光状態を有する光から空間的または角度的に分
離され、PSEから発せられる。偏光変換システムは、
PSEにより発せられた成分のうちの1つの偏光状態を
変換する偏光変換素子も備える。A polarization conversion system essentially consists of a polarization separating element (PS) that separates incident unpolarized or partially polarized light.
E) (polarization splitting
element), light of one polarization state is spatially or angularly separated from light having orthogonal polarization states and emitted from the PSE. Polarization conversion system
It also comprises a polarization conversion element for converting the polarization state of one of the components emitted by the PSE.
【0006】多くの偏光分離素子が公知である。一例と
して、2つの複屈折くさびW1およびW2が結合して合
成ブロックを形成し、2つのプリズムの斜辺面が相互に
近接する周知のウォラストンプリズムの1つの実施形態
を図18に示す。EP−A−0 993 323に記載
のこのウォラストンプリズムの実施形態では、2つのく
さびW1およびW2が、異なる厚さを有する液晶層とし
て組み入れられる。各くさびの光軸方向はくさびの厚さ
に渡って90°回転し、2つのくさびの光軸は2つのく
さびの界面で相互に直交する。Many polarization splitting elements are known. As an example, FIG. 18 shows one embodiment of a known Wollaston prism in which two birefringent wedges W1 and W2 combine to form a composite block and the hypotenuses of the two prisms are close together. In this Wollaston prism embodiment described in EP-A-0 993 323, two wedges W1 and W2 are incorporated as liquid crystal layers having different thicknesses. The optical axis direction of each wedge rotates 90 ° over the thickness of the wedge, and the optical axes of the two wedges are orthogonal to each other at the interface of the two wedges.
【0007】米国特許第5 978 136号は、添付
図面の図20aに示す従来のPCOSを開示している。
この偏光変換システムは、2つのレンズアレイ5および
6を備える。第1のレンズアレイ5の要素は、第2のレ
ンズアレイ6の対応する要素に像を投影する。次いで、
1組の偏光ビームスプリッタキューブ(polaris
ing beam splitter cube)2が
光のP成分およびS成分を空間的に分離するため、P成
分のみ、またはS成分のみが1組のリターダストライプ
(retarder stripe)2cに入射する。
リターダストライプは、リターダに入射する光が、その
光に対する実質的な直交状態に変換されるように、実質
的な1/2波長板となるように構成される。偏光変換シ
ステムを離れる光は実質的な偏光である。不透明マスク
9が、クロストークを低減するために、第2のレンズア
レイ6と偏光ビームスプリッタアレイ2との間に配置さ
れる。US Pat. No. 5,978,136 discloses a conventional PCOS shown in FIG. 20a of the accompanying drawings.
This polarization conversion system comprises two lens arrays 5 and 6. Elements of the first lens array 5 project an image onto corresponding elements of the second lens array 6. Then
A set of polarization beam splitter cubes (polaris
Since the ing beam splitter cube 2 spatially separates the P component and the S component of light, only the P component or only the S component is incident on the set of retarder stripes 2c.
The retarder stripe is configured to be a substantially half-wave plate such that light incident on the retarder is converted into a substantially orthogonal state to the light. The light leaving the polarization conversion system is substantially polarized. An opaque mask 9 is placed between the second lens array 6 and the polarizing beam splitter array 2 to reduce crosstalk.
【0008】Ogiwaraらが、「PS Polar
isation Converting Device
for LC Projector Using H
olographic Polymer−Disper
sed LC Films」、SID 1999に、さ
らなる従来のPCOSを記載している。図19に示すこ
のデバイスは、2つのレンズアレイ5および6、2つの
高分子分散型液晶(PDLC)格子2および4、ならび
に1組の1/2波長リターダ素子3を備える。偏光分離
は、実質的に、1つの直線偏光(P)のみを回折し、直
交する直線偏光(S)を著しい回折なしで透過させるP
DLC格子2により達成される。[0008] Ogiwara et al., "PS Polar
isation Converting Device
for LC Projector Using H
olographic Polymer-Disper
sed LC Films ", SID 1999, describes a further conventional PCOS. The device shown in FIG. 19 comprises two lens arrays 5 and 6, two polymer dispersed liquid crystal (PDLC) gratings 2 and 4, and a set of half-wave retarder elements 3. Polarization separation effectively diffracts only one linearly polarized light (P) and transmits orthogonal linearly polarized light (S) without significant diffraction.
This is achieved by the DLC grating 2.
【0009】1/2波長板3が第2の格子4に取り付け
られ、格子2により発せられるp偏光の光路に配列され
るp直線偏光は、1/2波長板3のうちの1つを通過す
るとs直線偏光に変換される。The half-wave plate 3 is attached to the second grating 4 and the p linearly polarized light arranged in the optical path of the p-polarized light emitted by the grating 2 passes through one of the half-wave plates 3. Then, it is converted into s linearly polarized light.
【0010】1/2波長板3は、格子2により発せられ
るs直線偏光が1/2波長板3を通過しないように配列
される。それゆえ、格子2により発せられるs偏光は、
1/2波長板3による影響を受けない。1/2波長板の
アレイを通過後、よって、光は完全なs偏光である。The half-wave plate 3 is arranged so that the s linearly polarized light emitted by the grating 2 does not pass through the half-wave plate 3. Therefore, the s-polarized light emitted by the grating 2 is
Not affected by the half-wave plate 3. After passing through the array of half wave plates, the light is thus perfectly s-polarized.
【0011】使用において、偏光変換システムはランプ
7および放物面鏡8により生成された平行光により照明
され、入射光は、第1のレンズアレイ5により集束され
る。第2のレンズアレイ6は、第1のレンズアレイ5と
同様の焦点距離およびピッチを有する。第1および第2
のレンズアレイは、ほぼそれらの焦点距離だけ分離され
ている。In use, the polarization conversion system is illuminated by the collimated light produced by the lamp 7 and the parabolic mirror 8 and the incident light is focused by the first lens array 5. The second lens array 6 has the same focal length and pitch as the first lens array 5. First and second
Lens arrays are separated by approximately their focal lengths.
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】このPCOSはまた、
最小体積が1/2波長リターダ素子の公差により制限さ
れるという不利な点を有する。さらなる不利な点は、こ
のシステムが分散を低減するために2つの偏光分離素子
を用いることであり、これにより、PCOSのコストお
よび複雑さが増す。This PCOS also has
It has the disadvantage that the minimum volume is limited by the tolerance of the half-wave retarder element. A further disadvantage is that this system uses two polarization splitting elements to reduce dispersion, which increases the cost and complexity of PCOS.
【0013】図20aに示す偏光変換システムの寸法
は、通常、およそ50mm×50mm×70mmであ
る。偏光変換光学システム(PCOS)がプロジェクタ
ーとともに用いられる場合、プロジェクターの全体的な
体積が著しく増加する。図20aのPCOSの体積は、
レンズアレイの焦点距離が低減された場合にのみ低減す
ることができ、これには、レンズ、1/2波長板、およ
び偏光分離キューブのピッチが対応して低減されること
が必要となる。図20aに示すタイプの従来のPCOS
で用いられるレンズアレイは、通常、6mmのピッチp
を有するが、光学システムの投射距離を対応して低減す
ることで、これを1mm未満に低減することが望まし
い。しかしながら、従来のリターダ素子および従来の偏
光分離キューブを組み込んだPCOSの場合、素子を相
互に必要な公差でアライメントすることが困難になるた
め、これを行うことは困難である。よって、PCOSの
製作および組立がさらにより困難になる。従って、図2
0aに示すタイプの現行の偏光変換システムで用いられ
る素子では、その用いられる素子の物理的サイズにより
PCOSの最小体積に制限が加えられる。The dimensions of the polarization conversion system shown in Figure 20a are typically approximately 50 mm x 50 mm x 70 mm. When a polarization conversion optical system (PCOS) is used with a projector, the overall volume of the projector is significantly increased. The volume of PCOS in Figure 20a is
It can only be reduced if the focal length of the lens array is reduced, which requires a corresponding reduction in the pitch of the lens, the half-wave plate and the polarization separating cube. A conventional PCOS of the type shown in Figure 20a.
The lens array used in is usually 6 mm pitch p
However, it is desirable to reduce this to less than 1 mm by correspondingly reducing the projection distance of the optical system. However, in the case of a PCOS incorporating a conventional retarder element and a conventional polarization splitting cube, this is difficult to do because it becomes difficult to align the elements to each other with the necessary tolerances. Therefore, the fabrication and assembly of PCOS becomes even more difficult. Therefore, FIG.
In the elements used in current polarization conversion systems of the type shown in 0a, the physical size of the elements used limits the minimum volume of PCOS.
【0014】EP 0 887 667およびGB 2
326 729は、高精度にパターニングされたリタ
ーダ素子を製作する方法、およびそのような素子のビー
ムスプリッタのアレイを備えた偏光変換光学システムへ
の適用を開示している。EP 0 887 667 and GB 2
326 729 discloses a method of making a highly patterned retarder element and its application to a polarization conversion optical system comprising an array of beam splitters of such an element.
【0015】図16は、Minoltaにより提案され
たさらなる従来の偏光変換システムを示す。このPCO
Sでは、偏光分離素子2が回折光学素子(DOE)偏光
スプリッタである。図16に示すデバイスでは、実線の
光線路により示されるように、振動面が図面の平面にあ
る光は回折されない。図面の平面外の方向の偏光は、破
線の光線路により示されるように、回折される。このデ
バイスはまた、偏光分離素子2により発せられる光を集
束する第1のレンズアレイ5、1/2波長リターダ素子
3の従来の大型アレイ、および第2のレンズアレイ6を
備える。このデバイスは、放物面鏡8により平行にさ
れ、UV−IRフィルタ9’を通過したランプ7からの
光により照明される。FIG. 16 shows a further conventional polarization conversion system proposed by Minolta. This PCO
At S, the polarization separation element 2 is a diffractive optical element (DOE) polarization splitter. In the device shown in FIG. 16, light whose vibrating plane lies in the plane of the drawing, as indicated by the solid optical line, is not diffracted. Polarizations out of the plane of the drawing are diffracted, as shown by the dashed optical line. The device also comprises a first lens array 5 that focuses the light emitted by the polarization splitting element 2, a large conventional array of half-wave retarder elements 3, and a second lens array 6. This device is collimated by a parabolic mirror 8 and illuminated by light from a lamp 7 that has passed through a UV-IR filter 9 '.
【0016】図16の従来技術によるPCOSは、回折
素子を偏光分離素子2として用いるという不利な点を有
する。これは回折素子であるため、波長分散が大きいこ
とに悩まされ、かつ、複数の回折次数の重複による偏光
混合(polarisation mixing)にも
悩まされる。偏光分離素子の高度な波長分散は、PCO
Sの効率が低いことも意味する。The conventional PCOS of FIG. 16 has the disadvantage of using a diffractive element as the polarization splitting element 2. Since this is a diffractive element, it suffers from a large wavelength dispersion and also suffers from polarization mixing due to the overlap of a plurality of diffraction orders. The high wavelength dispersion of the polarization separation element is
It also means that the efficiency of S is low.
【0017】図17は、さらなる従来技術による偏光変
換システムを示す。このPCOSは、米国特許第5 9
00 977号、およびWO97/01779に記載さ
れており、図17では明瞭さのために分離して示される
3つの素子から構成される。FIG. 17 shows a polarization conversion system according to a further prior art. This PCOS is described in US Pat.
No. 00 977, and WO 97/01779, and consists of three elements shown separately in FIG. 17 for clarity.
【0018】図17のPCOSの第1の要素10は、非
偏光または部分偏光を、異なる方向に伝播し、直交する
直線偏光を有する2つの成分に分離する。第2の要素1
1は、振動面を回転させる偏光−回転素子である。第2
の要素11により生成された振動面の回転は、光の入射
角に大きく依存する。ビームb1等の要素11に垂直方
向に入射する光は、その振動面を90°回転させる。ビ
ームb2等の要素11に垂直方向に入射しない光は、そ
の振動面を変更しない。The first element 10 of the PCOS of FIG. 17 splits unpolarized or partially polarized light into two components that propagate in different directions and have orthogonal linear polarizations. Second element 1
Reference numeral 1 is a polarization-rotation element that rotates a vibrating surface. Second
The rotation of the vibrating surface generated by the element 11 largely depends on the incident angle of light. Light incident on the element 11 such as the beam b 1 in the vertical direction rotates its vibrating surface by 90 °. Light that does not vertically enter the element 11 such as the beam b 2 does not change its vibration plane.
【0019】第3の要素12は、実質的に平行な出力ビ
ームを生成するように、光ビームを曲げる。第1の要素
10および第3の要素12は、複屈折材料および光学的
等方性材料が交互になった部分から構成される。The third element 12 bends the light beam so as to produce a substantially parallel output beam. The first element 10 and the third element 12 are composed of alternating portions of birefringent material and optically isotropic material.
【0020】図17の偏光変換システムは、受光角度が
小さいことに悩まされる。例えば、通常の投射システム
の受光角が約5度であり得る一方で、この素子について
は、高い集束効率に対してより小さな受光角が予測され
得る。このような素子は、CDプレーヤー等のレーザと
の使用に適し得る。The polarization conversion system of FIG. 17 suffers from a small acceptance angle. For example, the acceptance angle of a typical projection system may be about 5 degrees, while a smaller acceptance angle may be expected for this device for high focusing efficiency. Such a device may be suitable for use with a laser such as a CD player.
【0021】米国特許第5 440 424号は、偏光
−分離要素、偏光−回転要素および結合要素を備えるシ
ート偏光変換システムを開示している。この偏光変換シ
ステムも、小さな受光角を有する。US Pat. No. 5,440,424 discloses a sheet polarization conversion system comprising a polarization-separation element, a polarization-rotation element and a coupling element. This polarization conversion system also has a small acceptance angle.
【0022】EP−A−0 753 780は、2つの
基板の間に挟まれた液晶層を備える偏光分離素子を開示
している。一方の基板はぎざぎざの表面構造を有するた
め、液晶層の厚さは一定ではない。偏光分離素子に入射
する非偏光が、鋸歯状基板と液晶層との間の界面で2つ
の異なる偏光成分に分離され、2つの偏光成分は、異な
る方向に進みながら偏光分離素子を離れる。EP-A-0 753 780 discloses a polarization splitting element comprising a liquid crystal layer sandwiched between two substrates. Since one substrate has a jagged surface structure, the thickness of the liquid crystal layer is not constant. Non-polarized light incident on the polarization separation element is separated into two different polarization components at the interface between the sawtooth substrate and the liquid crystal layer, and the two polarization components leave the polarization separation element while advancing in different directions.
【0023】EP−A−0 753 780に開示され
る偏光分離素子では、偏光成分のうちの1つが、ずれる
ことなく、偏光分離素子を通過する。それゆえ、光は、
非垂直入射(non−normal incidenc
e)で偏光分離素子に入射しなければならない。これ
は、同様に、EP−A−0 753 780の偏光分離
素子を用いる光学プロジェクターが、光の著しい損失を
防ぐために、傾斜したランプを使用することが必要にな
る。In the polarization splitting element disclosed in EP-A-0 753 780, one of the polarization components passes through the polarization splitting element without shifting. Therefore, the light
Non-normal incidence (non-normal incidence)
It must be incident on the polarization splitting element in e). This also requires that optical projectors using the polarization splitting element of EP-A-0 753 780 use tilted lamps to prevent significant loss of light.
【0024】[0024]
【課題を解決するための手段】本発明による偏光変換シ
ステムであって、入射平行光を集束する第1のレンズア
レイ(17)と、第1の偏光を有する光を第1の方向に
向け、上記第1の偏光と異なる第2の偏光を有する光を
上記第1の方向と異なる第2の方向に向ける偏光分離素
子(16)と、上記第1および第2の偏光を有する光を
実質的に共通の出力偏光を有する光に変換する1以上の
偏光変換素子(15)とを備え、偏光分離素子が、それ
ぞれがくさび型の断面を有する第1のプリズムのアレイ
と、それぞれがくさび型の断面を有する第2のプリズム
のアレイとを備え、上記第1のアレイの各プリズムが、
上記第2のアレイの対応するプリズムの傾斜面に近接し
て配置される傾斜面を備えて配置され、上記プリズムの
アレイのうちの少なくとも1つの各プリズムが複屈折プ
リズムであり、上記偏光分離素子が、上記第1の偏光を
有する光を偏向させ、かつ上記第2の偏光を有する光を
偏向させるように配列され、それにより上記目的が達成
される。A polarization conversion system according to the present invention comprising a first lens array (17) for focusing incident collimated light and directing light having a first polarization in a first direction, A polarization separation element (16) for directing light having a second polarization different from the first polarization to a second direction different from the first direction, and substantially the light having the first and second polarizations. And one or more polarization conversion elements (15) for converting into light having a common output polarization, wherein the polarization separation element has an array of first prisms each having a wedge-shaped cross section, and each has a wedge-shaped cross section. A second array of prisms having a cross section, each prism of the first array comprising:
The polarization separation element, wherein each prism of at least one of the array of prisms is a birefringent prism arranged with a sloped surface disposed adjacent to a sloped surface of a corresponding prism of the second array. Are arranged to polarize light having the first polarization and polarize light having the second polarization, thereby achieving the above object.
【0025】上記出力偏光が上記第2の偏光であっても
よい。The output polarized light may be the second polarized light.
【0026】上記第1のプリズムのアレイの各プリズム
が複屈折プリズムであり、上記第2のプリズムのアレイ
の各プリズムが複屈折プリズムであってもよい。Each prism in the first array of prisms may be a birefringent prism, and each prism in the second array of prisms may be a birefringent prism.
【0027】上記第1のアレイの各プリズムが上記第2
のアレイの対応するプリズムの光軸に対して垂直の光軸
を有して配列されてもよい。Each prism of the first array is replaced by the second prism of the second array.
May be arranged with their optical axis perpendicular to the optical axis of the corresponding prism of the array.
【0028】上記第1のプリズムのアレイの各プリズム
が光学的等方性プリズムであり、上記第2のプリズムの
アレイの各プリズムが複屈折プリズムであってもよい。Each prism of the first array of prisms may be an optically isotropic prism, and each prism of the second array of prisms may be a birefringent prism.
【0029】上記第2のアレイのプリズムの常光線屈折
率no、上記第2のアレイのプリズムの異常光線屈折率
ne、および上記第1のアレイのプリズムの屈折率n
が、
no<n<ne
となるように選択されてもよい。The ordinary index of refraction n o of the prisms of the second array, the extraordinary index of refraction n e of the prisms of the second array, and the index of refraction n of the prisms of the first array.
May be selected such that n o <n <n e .
【0030】上記第2のアレイのプリズムの常光線屈折
率no、および上記第1のアレイのプリズムの屈折率n
が、
no≒n
となるように選択されてもよい。The refractive index of the prism of the ordinary refractive index n o of the prism of the second array, and said first array n
May be chosen such that n o ≈n.
【0031】上記複屈折プリズムのアレイ、または上記
複屈折プリズムのアレイのうちの1つが液晶材料を含ん
でもよい。The array of birefringent prisms or one of the array of birefringent prisms may include a liquid crystal material.
【0032】液晶層の厚さを決定するスペーサを含んで
もよい。A spacer that determines the thickness of the liquid crystal layer may be included.
【0033】各スペーサ素子が上記第1のアレイのプリ
ズムのそれぞれ1つと一体化していてもよい。Each spacer element may be integrated with each one of the prisms of the first array.
【0034】上記複屈折プリズムのアレイ、または上記
複屈折プリズムのアレイのうちの1つが光硬化性液晶
(reactive mesogen)を含んでもよ
い。The array of birefringent prisms, or one of the array of birefringent prisms may include a photo-curable liquid crystal.
【0035】上記複屈折プリズムのアレイ、または上記
複屈折アレイのうちの1つが高分子安定化液晶材料を含
んでもよい。The array of birefringent prisms, or one of the birefringent arrays may include a polymer stabilized liquid crystal material.
【0036】それぞれがくさび型の断面を有する第3の
プリズムのアレイ、およびそれぞれがくさび型の断面を
有する第4のプリズムのアレイをさらに備え、上記第3
のアレイの各プリズムが上記第4アレイの対応するプリ
ズムの傾斜面に近接する傾斜面を備えて配置され、上記
第3のアレイの各プリズムが複屈折プリズムであっても
よい。Further comprising an array of third prisms each having a wedge-shaped cross section, and an array of fourth prisms each having a wedge-shaped cross section.
Each prism of the array may be arranged with an inclined surface proximate the inclined surface of the corresponding prism of the fourth array, and each prism of the third array may be a birefringent prism.
【0037】上記第2のアレイのプリズムの光軸方向が
上記プリズムの厚さに渡って変化してもよい。The optical axis direction of the prisms of the second array may vary over the thickness of the prisms.
【0038】上記第2のアレイのプリズムの上記光軸方
向が上記プリズムの厚さに渡って実質的に90°変化
し、上記光軸は上記プリズムの厚さに渡る入射光の方向
に対して実質的に垂直であってもよい。The optical axis direction of the prisms of the second array varies by substantially 90 ° across the thickness of the prism, and the optical axis is relative to the direction of incident light across the thickness of the prism. It may be substantially vertical.
【0039】上記第2のアレイのプリズムの上記光軸方
向が、上記第3のプリズムのアレイの近くに配置された
上記プリズムの面で、上記第3のプリズムの光軸に対し
て垂直であってもよい。The optical axis direction of the prisms of the second array is perpendicular to the optical axis of the third prism on the surface of the prisms arranged near the array of the third prism. May be.
【0040】上記第2のプリズムのアレイが液晶層を備
えてもよい。The array of second prisms may include a liquid crystal layer.
【0041】上記偏光変換素子のアレイが上記第1のレ
ンズアレイの実質的に焦点面に配置されてもよい。The array of polarization conversion elements may be arranged substantially in the focal plane of the first lens array.
【0042】上記第1のレンズアレイが上記偏光分離素
子と上記偏光変換素子との間に配置されてもよい。The first lens array may be arranged between the polarization separation element and the polarization conversion element.
【0043】上記第1のレンズアレイが上記偏光分離素
子の前に配置されてもよい。The first lens array may be arranged in front of the polarization separation element.
【0044】上記偏光変換素子の上記出力を平行にする
第2のレンズアレイをさらに備えてもよい。A second lens array for parallelizing the outputs of the polarization conversion element may be further provided.
【0045】上記第1のレンズアレイおよび第2のレン
ズアレイが共通基板を有してもよい。The first lens array and the second lens array may have a common substrate.
【0046】上記第2のレンズアレイが上記偏光変換素
子に近接してその裏側にあってもよい。The second lens array may be on the back side of the polarization conversion element in the vicinity thereof.
【0047】上記偏光変換素子が直接上記第2のレンズ
アレイ上に配置さてもよい。The polarization conversion element may be arranged directly on the second lens array.
【0048】上記偏光変換素子が上記第2のレンズの後
に配置され、かつ上記第2のレンズアレイに光学的に結
合されてもよい。The polarization conversion element may be disposed after the second lens and optically coupled to the second lens array.
【0049】上記偏光分離素子からの上記出力が、第1
の振動面を有する第1の直線偏光ビームおよび上記第1
の振動面とは異なる第2の振動面を有する第2の直線偏
光ビームであり、上記偏光変換素子または各偏光変換素
子が偏光回転素子であってもよい。The output from the polarization separation element is the first
Linearly polarized beam having an oscillating plane of
The second linearly polarized light beam has a second vibrating surface different from the vibrating surface, and the polarization conversion element or each polarization conversion element may be a polarization rotation element.
【0050】上記第1のビームの振動面が上記第2のビ
ームの振動面に対して実質的に90°であってもよい。The vibrating surface of the first beam may be substantially 90 ° with respect to the vibrating surface of the second beam.
【0051】上記1以上の偏光変換素子が、複数の第1
の領域および複数の第2の領域を交互に有するリターダ
アレイを備え、上記第1および第2の領域が、それぞ
れ、上記第1および第2の偏光を受け取るように配列さ
れるてもよい。The above-mentioned one or more polarization conversion elements include a plurality of first
Of alternating regions and a plurality of second regions, wherein the first and second regions are arranged to receive the first and second polarizations, respectively.
【0052】本発明の投射ディスプレイシステムは上記
第1および第2の領域が、それぞれ、上記第1および第
2の偏光ビームの断面のサイズと一致し、相互に異なる
第1および第2のサイズを有してもよい。In the projection display system of the present invention, the first and second regions have the same sizes of the cross sections of the first and second polarized beams, respectively, and have different first and second sizes. You may have.
【0053】投射ディスプレイシステムであって、非偏
光または部分偏光の光源と、請求項1〜29のうちのい
ずれかで規定したような偏光変換システムと、投射レン
ズとを備え、それにより上記目的が達成される。A projection display system comprising a non-polarized or partially polarized light source, a polarization conversion system as defined in any one of claims 1 to 29, and a projection lens, whereby the above objects are achieved. To be achieved.
【0054】本発明の光学素子であって、基板と、上記
基板の1つの表面上に配置された第1のレンズアレイと
各レンズが上記第1のレンズアレイと1対1に対応する
ように、上記基板の反対側の表面上に配置された第2の
レンズアレイとを備え、それにより上記目的が達成され
る。In the optical element of the present invention, the substrate, the first lens array arranged on one surface of the substrate and each lens have a one-to-one correspondence with the first lens array. , A second lens array disposed on the opposite surface of the substrate to achieve the above objectives.
【0055】上記第1のレンズアレイおよび上記第2の
レンズアレイが上記基板と一体化してもよい。The first lens array and the second lens array may be integrated with the substrate.
【0056】上記第1のレンズアレイのピッチが上記第
2のレンズアレイのピッチに実質的に等しくてもよい。The pitch of the first lens array may be substantially equal to the pitch of the second lens array.
【0057】上記第1のレンズアレイのピッチおよび上
記第2のレンズアレイのピッチが、それぞれ、2mm以
下であってもよい。The pitch of the first lens array and the pitch of the second lens array may each be 2 mm or less.
【0058】上記光学素子の幅Wおよび上記光学素子の
厚さTがW/T>3の関係を満たしてもよい。The width W of the optical element and the thickness T of the optical element may satisfy the relationship of W / T> 3.
【0059】本発明の第1の局面は、偏光変換システム
であって、入射平行光を集束する第1のレンズアレイ
と、第1の偏光を有する光を第1の方向に向け、第1の
偏光と異なる第2の偏光を有する光を第1の方向と異な
る第2の方向に向ける偏光分離素子と、上記第1および
第2の偏光を有する光を実質的に共通の出力偏光に変換
する1以上の偏光変換素子とを備え、偏光分離素子が、
それぞれがくさび型の断面を有する第1のプリズムのア
レイと、それぞれがくさび型の断面を有する第2のプリ
ズムのアレイとを備え、上記第1のアレイの各プリズム
が、上記第2のアレイの対応するプリズムの傾斜面に近
接して配置される傾斜面を備えて配置され、上記プリズ
ムのアレイのうちの少なくとも1つの各プリズムが複屈
折プリズムであり、上記偏光分離素子が、上記第1の偏
光を有する光を偏向させ、かつ上記第2の偏光を有する
光を偏向させるように配列される、偏光変換システムを
提供する。A first aspect of the present invention is a polarization conversion system, wherein a first lens array for focusing incident parallel light and light having a first polarization are directed in a first direction. A polarization splitting element for directing light having a second polarization different from the polarization to a second direction different from the first direction, and converting the light having the first and second polarizations into a substantially common output polarization. A polarization separation element, comprising one or more polarization conversion elements,
An array of first prisms each having a wedge-shaped cross section, and an array of second prisms each having a wedge-shaped cross section, each prism of the first array being of the second array. Arranged with an inclined surface arranged in proximity to the inclined surface of the corresponding prism, each prism of at least one of said array of prisms being a birefringent prism, said polarization separating element comprising: A polarization conversion system is provided that is arranged to deflect light having a polarization and to deflect light having the second polarization.
【0060】本発明の偏光変換システムは、第1の偏光
成分および第2の偏光成分の両方を偏向する偏光分離素
子を備える。すなわち、上記第1の偏光成分が偏光分離
素子から出力される方向、および上記第2の偏光成分が
上記偏光分離素子から出力それる方向の両方が、入射光
の方向と異なる.本発明の偏光変換システムが投射ディ
スプレイシステムに組み込まれている場合、傾いていな
いランプの幾何学配置の使用は、さらなる光の損失には
繋がらない。The polarization conversion system of the present invention includes a polarization separation element that polarizes both the first polarization component and the second polarization component. That is, both the direction in which the first polarization component is output from the polarization separation element and the direction in which the second polarization component is output from the polarization separation element are different from the direction of incident light. When the polarization conversion system of the present invention is incorporated into a projection display system, the use of a non-tilted lamp geometry does not lead to additional light loss.
【0061】上記出力偏光が上記第2の偏光であり得
る。The output polarized light may be the second polarized light.
【0062】上記第1のプリズムのアレイの各プリズム
が複屈折プリズムであり得、上記第2のプリズムのアレ
イの各プリズムが複屈折プリズムであり得、上記第1の
アレイの各プリズムが第2のアレイの対応するプリズム
の光軸に対して垂直の光軸を有して配列され得る。Each prism in the first array of prisms may be a birefringent prism, each prism in the second array of prisms may be a birefringent prism, and each prism in the first array may be a second prism. Can be arranged with an optical axis perpendicular to the optical axis of the corresponding prism of the array.
【0063】上記第1のプリズムのアレイの各プリズム
が光学的等方性プリズムであり得、上記第2のプリズム
のアレイの各プリズムが複屈折プリズムであり得る。Each prism of the first array of prisms may be an optically isotropic prism and each prism of the second array of prisms may be a birefringent prism.
【0064】上記第2のアレイのプリズムの常光線屈折
率no、上記第2のアレイのプリズムの異常光線屈折率
ne、および上記第1のアレイのプリズムの屈折率n
が、
no<n<ne
となるように選択され得る。The ordinary refractive index n o of the prisms of the second array, the extraordinary refractive index n e of the prisms of the second array, and the refractive index n of the prisms of the first array.
Can be selected such that n o <n <n e .
【0065】あるいは、上記第2のアレイのプリズムの
常光線屈折率no、および上記第1のアレイのプリズム
の屈折率nが、no≒nとなるように選択され得る。Alternatively, the ordinary index of refraction n o of the prisms of the second array and the index of refraction n of the prisms of the first array may be chosen such that n o ≈n.
【0066】1より多くの複屈折プリズムのアレイが存
在する場合、上記複屈折プリズムのアレイ、または複屈
折プリズムのアレイのうちの1つが液晶材料を含み得
る。Where there is more than one array of birefringent prisms, one of the above array of birefringent prisms, or one of the array of birefringent prisms may comprise liquid crystal material.
【0067】上記偏光変換システムは液晶層の厚さを決
定するスペーサを含み得る。各スペーサ素子が上記第1
のアレイのプリズムのそれぞれ1つと一体化し得る。The polarization conversion system may include spacers that determine the thickness of the liquid crystal layer. Each spacer element is the first
Can be integrated with each one of the prisms of the array.
【0068】あるいは、1より多くの複屈折プリズムの
アレイが存在する場合、上記複屈折のアレイ、または上
記複屈折プリズムのアレイのうちの1つが光硬化性液晶
を含み得るか、または高分子安定化液晶材料を含み得
る。上記偏光変換システムは、それぞれがくさび型の断
面を有する第3のプリズムのアレイ、およびそれぞれが
くさび型の断面を有する第4のプリズムのアレイをさら
に備え得、上記第3のアレイの各プリズムが上記第4ア
レイの対応するプリズムの傾斜面に近接する傾斜面を備
えて配置され得、上記第3のアレイの各プリズムが複屈
折プリズムであり得る。Alternatively, if more than one array of birefringent prisms is present, then the array of birefringent prisms, or one of the array of birefringent prisms may comprise photocurable liquid crystals or is polymer stable. Liquid crystal material may be included. The polarization conversion system may further comprise an array of third prisms each having a wedge-shaped cross section, and an array of fourth prisms each having a wedge-shaped cross section, each prism of the third array being The prisms of the fourth array may be arranged with ramps proximate the ramps of the corresponding prisms, and each prism of the third array may be a birefringent prism.
【0069】上記第2のアレイのプリズムの光軸方向が
上記プリズムの厚さに渡って変化し得る。The optical axis direction of the prisms of the second array may vary over the thickness of the prisms.
【0070】上記第2のアレイのプリズムの光軸方向が
上記プリズムの厚さに渡って実質的に90°変化し得、
上記光軸は上記プリズムの厚さに渡る入射光の方向に対
して実質的に垂直である。上記第2のアレイのプリズム
の上記光軸方向が、上記第3のプリズムのアレイの近く
に配置された上記プリズムの面で、上記第3のプリズム
の光軸に対して垂直であり得る。上記第2のプリズムの
アレイが液晶層を備え得る。The optical axis direction of the prisms of the second array may vary substantially 90 ° over the thickness of the prisms,
The optical axis is substantially perpendicular to the direction of incident light across the thickness of the prism. The optical axis direction of the prisms of the second array may be perpendicular to the optical axis of the third prism at a surface of the prism arranged near the array of the third prism. The array of second prisms may comprise a liquid crystal layer.
【0071】上記偏光変換素子のアレイが上記第1のレ
ンズアレイの実質的に焦点面に配置され得る。The array of polarization converting elements may be arranged substantially in the focal plane of the first lens array.
【0072】上記第1のレンズアレイが上記偏光分離素
子と偏光変換素子との間に配置され得る。あるいは、上
記第1のレンズアレイが偏光分離素子の前に配置され得
る。The first lens array may be arranged between the polarization separation element and the polarization conversion element. Alternatively, the first lens array may be placed in front of the polarization splitting element.
【0073】上記偏光変換素子の上記出力を平行にする
第2のレンズアレイをさらに備え得る。上記第1のレン
ズアレイおよび第2のレンズアレイが共通基板を有し得
る。上記第2のレンズアレイが上記偏光変換素子に近接
してその裏側にあり得る。A second lens array for collimating the outputs of the polarization conversion element may be further provided. The first lens array and the second lens array may have a common substrate. The second lens array may be on the back side of the polarization conversion element in close proximity thereto.
【0074】上記偏光変換素子が直接上記第2のレンズ
アレイ上に配置され得る。これにより、偏光変換素子が
上記第2のレンズアレイとのアライメントにずれが生じ
ることを防ぐ。The polarization conversion element may be arranged directly on the second lens array. This prevents the polarization conversion element from being misaligned with the second lens array.
【0075】上記偏光変換素子が上記第2のレンズの後
に配置され得、かつ該第2のレンズアレイに光学的に結
合され得る。The polarization conversion element may be located after the second lens and may be optically coupled to the second lens array.
【0076】上記偏光分離素子からの上記出力が、第1
の振動面を有する第1の直線偏光ビームおよび第1の振
動面とは異なる第2の振動面を有する第2の直線偏光ビ
ームであり得、該または各偏光変換素子が偏光回転素子
であり得る。The output from the polarization separation element is the first
A linearly polarized beam having an oscillating surface and a second linearly polarized beam having a second oscillating surface different from the first oscillating surface, and the or each polarization conversion element may be a polarization rotating element. .
【0077】上記第1のビームの振動面が上記第2のビ
ームの振動面に対して実質的に90°であり得る。The vibrating surface of the first beam may be substantially 90 ° with respect to the vibrating surface of the second beam.
【0078】上記1以上の偏光変換素子が、複数の第1
の領域および複数の第2の領域を交互に有するリターダ
アレイを備え得、該第1および第2の領域が、それぞ
れ、上記第1および第2の偏光を受け取るように配列さ
れ得る。上記第1および第2の領域が、それぞれ、上記
第1および第2の偏光ビームの断面のサイズと一致し
得、相互に異なる第1および第2のサイズを有し得る。The above-mentioned one or more polarization conversion elements have a plurality of first
Of alternating regions and a plurality of second regions, the first and second regions being arranged to receive the first and second polarizations, respectively. The first and second regions may correspond to the cross-sectional size of the first and second polarized beams, respectively, and may have different first and second sizes.
【0079】本発明の第2の局面は、非偏光または部分
偏光のソース、上記で規定したような偏光変換システ
ム、および投射レンズを備える投射ディスプレイシステ
ムを提供する。A second aspect of the invention provides a projection display system comprising an unpolarized or partially polarized source, a polarization conversion system as defined above, and a projection lens.
【0080】本発明の第3の局面は、基板、上記基板の
1つの表面上に配置された第1のレンズアレイ、および
各レンズが該第1のレンズアレイと1対1に対応するよ
うに、該基板の反対側の表面上に配置された第2のレン
ズアレイを備える光学素子を提供する。A third aspect of the present invention is to provide a substrate, a first lens array disposed on one surface of the substrate, and each lens having a one-to-one correspondence with the first lens array. , An optical element comprising a second lens array disposed on the opposite surface of the substrate.
【0081】上記第1のレンズアレイおよび第2のレン
ズアレイが上記基板と一体化し得る。The first lens array and the second lens array may be integrated with the substrate.
【0082】本発明の本局面による光学素子は、本発明
の第1の局面の偏光変換システムでの使用に適してい
る。両方のレンズアレイを共通基板に配置することによ
り、一方のアレイのレンズが他方のアレイのレンズとア
ライメントすることができる精度が増加し得、これによ
り、レンズアレイのピッチを低減することが可能にな
る。レンズアレイのピッチを低減することにより、焦点
距離を低減することが可能になるため、2つのレンズア
レイ間の距離を低減し、よって、レンズアレイを組み込
んだ偏光変換システムの体積が低減される。The optical element according to this aspect of the invention is suitable for use in the polarization conversion system of the first aspect of the invention. Placing both lens arrays on a common substrate can increase the accuracy with which the lenses of one array can be aligned with the lenses of the other array, which can reduce the pitch of the lens arrays. Become. By reducing the pitch of the lens arrays, it is possible to reduce the focal length, thus reducing the distance between the two lens arrays and thus reducing the volume of the polarization conversion system incorporating the lens arrays.
【0083】上記第1のレンズアレイのピッチが上記第
2のレンズアレイのピッチに実質的に等しくあり得る。The pitch of the first lens array may be substantially equal to the pitch of the second lens array.
【0084】上記第1のレンズアレイのピッチおよび上
記第2のレンズアレイのピッチが、それぞれ、2mm以
下であり得る。The pitch of the first lens array and the pitch of the second lens array may be 2 mm or less, respectively.
【0085】上記光学素子の幅Wおよび該光学素子の厚
さTがW/T>3の関係を満たし得る。The width W of the optical element and the thickness T of the optical element may satisfy the relationship of W / T> 3.
【0086】[0086]
【発明の実施の形態】次に、本発明の好適な特徴を添付
の図面を参照しながら例示することにより説明する。The preferred features of the present invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings.
【0087】図面において、同様の参照符合は同様の要
素を示す。In the drawings, like reference numbers indicate like elements.
【0088】図1aは、本発明の第1の実施形態による
PCOS15の概略図である。FIG. 1a is a schematic diagram of a PCOS 15 according to a first embodiment of the present invention.
【0089】使用において、平行光が光源(図示せず)
により供給される。光源からの光は非偏光または部分偏
光であり、直交する偏光方向を有する2つの直線偏光成
分を含む。一方の成分は、図面の平面に振動面を有し、
これは、図1では両端が矢印である線により示されてお
り、「水平平面偏光」と呼ばれる。他方の成分は、図面
の平面外の振動面を有し、これは、図1では丸印で囲ま
れた点により示され、「垂直平面偏光」と呼ばれる。In use, a collimated light source (not shown)
Supplied by The light from the light source is unpolarized or partially polarized and contains two linearly polarized components with orthogonal polarization directions. One component has a vibrating surface in the plane of the drawing,
This is indicated in FIG. 1 by a line with arrows at both ends and is called "horizontal plane polarization". The other component has an oscillating surface out of the plane of the drawing, which is indicated in FIG. 1 by the circled dots and is referred to as "vertical plane polarized light".
【0090】図1aのPCOS15は、偏光分離素子1
6を含む。図1に示すように、これは、入射光内の2つ
の偏光成分を分離し、各偏光成分を偏向させる。入来す
る光の一方の偏光成分が第1の方向に向けられ、それに
直交する偏光成分は第1の方向と異なる第2の方向に向
けられる。第1および第2の方向はそれぞれ、入射光の
伝播方向とは異なる。偏光分離素子の構成を以下に説明
する。The PCOS 15 shown in FIG.
Including 6. As shown in FIG. 1, this separates the two polarization components in the incident light and deflects each polarization component. One polarization component of the incoming light is directed in a first direction and the polarization component orthogonal thereto is directed in a second direction different from the first direction. The first and second directions are respectively different from the propagation direction of incident light. The configuration of the polarization separation element will be described below.
【0091】図1aのPCOS15は、光源に対して、
偏光分離素子の反対側に位置する偏光変換素子をさらに
備える。偏光回転素子19は、第1および第2の偏光成
分を実質的に共通の出力偏光を有する光に変換するよう
に配列される。これは、偏光変換素子に、偏光分離素子
16により生成された偏光成分のうちの1つを所望の出
力偏光に変換する複数の第1のエリア19aを設け、第
1の偏光成分の光が実質的にこれらエリアのみに入射す
るように偏光変換素子を配列することにより適宜に行わ
れる。同様に、偏光変換素子は、偏光分離素子により生
成された第2の偏光成分を所望の出力偏光に変換する複
数の第2のエリア19bをさらに備え、偏光分離素子に
より出力された第2の偏光成分の光が、実質的にこれら
エリアのみに入射するように配列される。The PCOS 15 of FIG.
It further comprises a polarization conversion element located on the opposite side of the polarization separation element. The polarization rotation element 19 is arranged to convert the first and second polarization components into light having a substantially common output polarization. This is because the polarization conversion element is provided with a plurality of first areas 19a for converting one of the polarization components generated by the polarization separation element 16 into a desired output polarization, and the light of the first polarization component is substantially provided. This is appropriately performed by arranging the polarization conversion elements so that the light is incident only on these areas. Similarly, the polarization conversion element further includes a plurality of second areas 19b for converting the second polarization component generated by the polarization separation element into a desired output polarization, and the second polarization output by the polarization separation element. The component lights are arranged so that they substantially only enter these areas.
【0092】所望の出力偏光成分は、偏光分離素子16
により生成される2つの偏光成分のうちの1つであり得
る。この場合、偏光変換素子19は、所望の偏光成分の
光を、実質的にその偏光状態を変更することなく透過す
るように配列される。偏光変換素子は、偏光分離素子に
より生成された他方の偏光成分を所望の出力偏光成分に
変換するようにさらに適合される。The desired output polarization component is the polarization separation element 16
Can be one of the two polarization components produced by In this case, the polarization conversion element 19 is arranged so as to transmit the light of the desired polarization component substantially without changing its polarization state. The polarization conversion element is further adapted to convert the other polarization component produced by the polarization separation element into a desired output polarization component.
【0093】図1aに示す実施形態では、偏光分離素子
が水平平面偏光成分および垂直平面偏光成分を生成す
る。偏光変換システムの所望の出力状態は、水平平面偏
光である。本実施形態では、偏光変換素子19が偏光回
転素子として組み入れられている。偏光変換素子は、一
方の偏光成分(図1aの実施形態では、垂直平面偏光成
分)がその成分の振動面を実質的に90°回転させる偏
光回転素子のエリア19aに入射するように配列され
る。他方の偏光成分(図1aの実施形態では、水平平面
偏光成分)が、その偏光成分の振動面を回転させない偏
光回転素子のエリア19bに入射し、その振動面は、実
質的に、偏光回転素子19により変更されない。結果的
に、垂直平面偏光成分が偏光回転素子により水平平面偏
光に変換されたため、図1aのPCOS15からの出力
光は、水平平面偏光のみを含む。In the embodiment shown in FIG. 1a, the polarization splitting element produces a horizontal plane polarization component and a vertical plane polarization component. The desired output state of the polarization conversion system is horizontal plane polarization. In this embodiment, the polarization conversion element 19 is incorporated as a polarization rotation element. The polarization conversion element is arranged such that one polarization component (in the embodiment of FIG. 1a, a vertical plane polarization component) is incident on the area 19a of the polarization rotation element which rotates the plane of oscillation of that component by substantially 90 °. . The other polarization component (in the embodiment of FIG. 1a, the horizontal plane polarization component) is incident on the area 19b of the polarization rotator that does not rotate the plane of oscillation of that polarization component, which plane of oscillation is substantially the polarization rotator. Not changed by 19. As a result, the output light from the PCOS 15 of FIG. 1a contains only horizontal plane polarized light because the vertical plane polarized light component was converted to horizontal plane polarized light by the polarization rotator.
【0094】偏光分離素子16により偏光回転素子19
に向けられた水平平面偏光成分が、振動面を回転させる
エリア19aのいずれも通過しないことを確実にし、か
つ偏光分離素子16により偏光変換素子19に向けられ
た垂直偏光が、振動面を回転させないエリア19bのい
ずれも通過しないことを確実にするために、第1のレン
ズアレイ17が、偏光変換素子19に向けられた光を集
束するために設けられる。図1aの実施形態では、第1
のレンズアレイ17は偏光分離素子16と偏光変換素子
19との間に配置されるため、アレイ19は第1のレン
ズアレイ17のほぼ焦点距離だけ、第1のレンズアレイ
17から間隔を置いている。A polarization rotation element 19 is provided by the polarization separation element 16.
Make sure that the horizontal plane polarized light component directed to does not pass through any of the areas 19a that rotate the vibrating surface, and the vertical polarization directed to the polarization conversion element 19 by the polarization separation element 16 does not rotate the vibrating surface. To ensure that none of the areas 19b pass, a first lens array 17 is provided for focusing the light directed to the polarization conversion element 19. In the embodiment of FIG. 1a, the first
Lens array 17 is disposed between the polarization separation element 16 and the polarization conversion element 19, so that the array 19 is spaced from the first lens array 17 by approximately the focal length of the first lens array 17. .
【0095】PCOSからの出力光が、実質的にテレセ
ントリックであり、さらなる集光レンズとともに用いら
れる場合に、第1のアレイの各レンズの像をパネルの平
面に生成するように配列されることを確実にするため
に、第2のレンズアレイ18が、好ましくは、図1aの
PCOS15に設けられる。アレイ18および19の平
面の分離により光の損失が生じるため、第2のレンズア
レイ18は、理想的には、アレイ19と同じ平面、よっ
て、第1のレンズアレイ17の焦点面に位置する。The output light from the PCOS is substantially telecentric and is arranged to produce an image of each lens of the first array in the plane of the panel when used with an additional condenser lens. To ensure certainty, a second lens array 18 is preferably provided on the PCOS 15 of FIG. 1a. The second lens array 18 is ideally located in the same plane as the array 19, and thus in the focal plane of the first lens array 17, because the separation of the planes of the arrays 18 and 19 causes a loss of light.
【0096】第1のレンズアレイ17の焦点距離は、好
ましくは、第2のレンズアレイ18の焦点距離と等しい
か、または実質的に等しい。図1aの実施形態では、第
1のレンズアレイ17のレンズ素子のピッチおよび側方
の寸法が、第2のレンズアレイ18のレンズ素子のピッ
チおよび側方の寸法と等しい。両方のレンズアレイのピ
ッチは、好ましくは2mm以下である。あるいは、欧州
特許出願第99115664.7号に開示された方法を
用いてエテンデュ(etendue)を修正するために
は、一方のレンズアレイのレンズ素子の側方の寸法が、
他方のアレイのレンズ素子の側方の寸法と異なることも
可能である。The focal length of the first lens array 17 is preferably equal to or substantially equal to the focal length of the second lens array 18. In the embodiment of FIG. 1 a, the pitch and lateral dimensions of the lens elements of the first lens array 17 are equal to the pitch and lateral dimensions of the lens elements of the second lens array 18. The pitch of both lens arrays is preferably 2 mm or less. Alternatively, in order to modify the etendue using the method disclosed in European Patent Application No. 99115664.7, the lateral dimensions of the lens elements of one lens array are
It is also possible that the lateral dimensions of the lens elements of the other array are different.
【0097】図1aの実施形態では、第1のレンズアレ
イ17の全てのレンズ素子が、第2のレンズアレイ18
の対応するレンズ素子に、光源の2つの像を生成する。
角度分離素子は、第1のレンズアレイ17により投影さ
れたときに、第2のレンズアレイ18で光源の像の分離
を引き起こす。分離角度度および第1のレンズアレイ1
7のパワーは、第2のレンズアレイ18および偏光変換
素子19の平面と実質的に対応する第1のレンズアレイ
17の像平面で、2つの像が交互に配置され、実質的に
重複しないように設定される。In the embodiment of FIG. 1a, all the lens elements of the first lens array 17 are replaced by the second lens array 18
Generate two images of the light source on the corresponding lens elements of.
The angle separating element causes the separation of the image of the light source at the second lens array 18 when projected by the first lens array 17. Separation angle degree and first lens array 1
The power of 7 is the image plane of the first lens array 17 that substantially corresponds to the planes of the second lens array 18 and the polarization conversion element 19, so that the two images are alternately arranged and do not substantially overlap. Is set to.
【0098】偏光分離素子16が、実質的な非偏光によ
り照明される場合、偏光分離素子16により生成され
た、2つの分離された直交偏光ビームが、相互に、実質
的に等しい輝度を有する。しかしながら、光源からの光
がある程度の直線偏光を有する場合、偏光分離素子によ
り生成された2つの分離された直交偏光ビームの相対輝
度は、光源からの光の入力偏光比(input pol
arization ratio)に依存する。When the polarization separation element 16 is illuminated by substantially unpolarized light, the two separated orthogonally polarized beams produced by the polarization separation element 16 have substantially equal brightness to each other. However, if the light from the light source has some degree of linear polarization, the relative brightness of the two separated orthogonally polarized beams produced by the polarization splitting element will be the input polarization ratio of the light from the light source.
ration ratio).
【0099】図1aのPCOS15との使用に適した光
源は、Philipsにより製造されるような、およそ
1.3mmのUHP(TM)アークランプである。A suitable light source for use with the PCOS 15 of FIG. 1a is an approximately 1.3 mm UHP (TM) arc lamp, such as manufactured by Philips.
【0100】図1aの実施形態では、第1のレンズアレ
イ17および第2のレンズアレイ18が、同じ基板20
の対向する面に形成される。あるいは、例えば、図8に
示すように、第1のレンズアレイ17および第2のレン
ズアレイ18を別々の基板上に形成することも可能であ
る。In the embodiment of FIG. 1 a, the first lens array 17 and the second lens array 18 are the same substrate 20.
Are formed on opposite surfaces of the. Alternatively, for example, as shown in FIG. 8, the first lens array 17 and the second lens array 18 can be formed on different substrates.
【0101】図23は、図1aのPCOSの第1のレン
ズアレイ17および第2のレンズアレイ18の斜視図で
ある。第1のレンズアレイ17が基板20の一方の面上
に形成され、第2のレンズアレイ18は基板20の対向
する側の面に形成される。第2のレンズアレイの各レン
ズ素子は、第1のレンズアレイのレンズ素子の入射光が
第2のレンズアレイの関連づけられたレンズ素子に向け
られるという点で、第1のレンズアレイ7のレンズ素子
と光学的に関連づけられる。上記のとおり、図1aの実
施形態では、第1のレンズアレイのレンズ素子のピッチ
Pおよび側方の寸法Dが、第2のレンズアレイ18のレ
ンズ素子のピッチおよび側方の寸法に等しい。両方のレ
ンズアレイのピッチは、好ましくは、2mm以下であ
る。FIG. 23 is a perspective view of the first lens array 17 and the second lens array 18 of the PCOS of FIG. 1a. The first lens array 17 is formed on one surface of the substrate 20, and the second lens array 18 is formed on the surface of the substrate 20 on the opposite side. Each lens element of the second lens array is a lens element of the first lens array 7 in that the incident light of the lens elements of the first lens array is directed to the associated lens element of the second lens array. Optically associated with. As mentioned above, in the embodiment of FIG. 1a, the pitch P and lateral dimension D of the lens elements of the first lens array are equal to the pitch and lateral dimension of the lens elements of the second lens array 18. The pitch of both lens arrays is preferably 2 mm or less.
【0102】第1のレンズアレイ17および第2のレン
ズアレイ18は、好ましくは、基板20と一体である。
例えば、第1のレンズアレイ17、第2のレンズアレイ
18、および基板20は、透明プラスチック材料で、1
つの一体型ユニットに成形され得るか、または第1のレ
ンズアレイ17および第2のレンズアレイ18は、適切
な透明基板の両面にはめ込まれ得る。代替案として、レ
ンズアレイは、レンズアレイを別々に製造し、屈折率整
合材料を用いて2つのレンズアレイをボンディングし
て、共通の光学基板を形成することにより製作され得
る。これにより、プロジェクターの組立時の素子の機械
的アライメントを避け、素子の表面の数を低減すること
により、不要な表面反射、および素子の反射防止コーテ
ィングのコストを低減する。これらのタイプのレンズ
は、UVキャスティング、ホットエンボス、ガラスのエ
ッチング、もしくはプラスチック基板または好ましくは
ガラス基板上に屈折率分布型レンズを形成することを含
む各種の他の技術により製作することができる。The first lens array 17 and the second lens array 18 are preferably integral with the substrate 20.
For example, the first lens array 17, the second lens array 18, and the substrate 20 are made of a transparent plastic material.
It may be molded into one integral unit, or the first lens array 17 and the second lens array 18 may be fitted to both sides of a suitable transparent substrate. Alternatively, the lens array may be fabricated by manufacturing the lens arrays separately and bonding the two lens arrays with index matching material to form a common optical substrate. This avoids mechanical alignment of the elements when assembling the projector and reduces the number of element surfaces, thereby reducing unnecessary surface reflection and cost of the element's anti-reflective coating. These types of lenses can be made by UV casting, hot embossing, glass etching, or a variety of other techniques including forming gradient index lenses on a plastic or preferably glass substrate.
【0103】図24は、図1aに示すタイプのPCOS
15を用いる投射システムを示す。この投射システムで
は、PCOS15は、光源7により発せられ、放物面鏡
8により平行にされる光により照明される。PCOS1
5を離れる光は、光の輝度を変調することにより像の表
示を可能にするライトバルブ48、例えば、空間光変調
器を照明する。集光レンズ49が、好ましくは、PCO
S15とライトバルブ48との間に配置される。FIG. 24 shows a PCOS of the type shown in FIG. 1a.
15 shows a projection system using 15. In this projection system, the PCOS 15 is illuminated by light emitted by a light source 7 and collimated by a parabolic mirror 8. PCOS1
The light leaving 5 illuminates a light valve 48, eg a spatial light modulator, which allows the display of an image by modulating the brightness of the light. The condenser lens 49 is preferably a PCO
It is arranged between S15 and the light valve 48.
【0104】ライトバルブが4:3のアスペクト比、お
よび0.7インチ(約18mm)の対角線を有する例で
は、ライトバルブの幅はダイアゴナルの4/5、すなわ
ち、およそ14.22mmである。レンズアレイのピッ
チが2mmである場合、第1のレンズアレイから第2の
レンズアレイまでの距離と、第2のレンズアレイからラ
イトバルブまでの距離の比は、14.22/2である。
よって、第2のレンズアレイからライトバルブまでの距
離が100mmであることが所望される場合、第1のレ
ンズアレイから第2のレンズアレイまでの距離は、10
0mm×2/14.22=14.06mmとなるべきで
ある(全ての距離が空気中であると仮定する)。レンズ
アレイ17および18、ならびに基板20が屈折率1.
52のガラスから形成される場合、基板20の厚さT
は、21.4mmとなる。両方のレンズアレイを、この
厚さを有する単一のガラス基板上に統合することが可能
であるため、レンズアレイのピッチを2mm未満にする
ことにより、両方のレンズアレイを単一の基板上に統合
することが可能となる。In the example where the light valve has a 4: 3 aspect ratio and a 0.7 inch diagonal, the width of the light valve is 4/5 of the diagonal, or approximately 14.22 mm. When the pitch of the lens array is 2 mm, the ratio of the distance from the first lens array to the second lens array and the distance from the second lens array to the light valve is 14.22 / 2.
Therefore, if it is desired that the distance from the second lens array to the light valve is 100 mm, the distance from the first lens array to the second lens array is 10 mm.
It should be 0 mm × 2 / 14.22 = 14.06 mm (assuming all distances are in air). The lens arrays 17 and 18 and the substrate 20 have a refractive index of 1.
When formed from 52 glass, the thickness T of the substrate 20
Is 21.4 mm. Since both lens arrays can be integrated on a single glass substrate with this thickness, the pitch of the lens arrays is less than 2 mm, so that both lens arrays are on a single substrate. It becomes possible to integrate.
【0105】さらに本例では、レフレクタ8が60mm
の直径を有する場合、ランプからの全ての光が確実にP
COSを通過するためには、レンズアレイ17および1
8の幅Wは、好ましくは、60mm以上である。基板2
0の厚さTがおよそ20mmである場合、基板20の幅
Wおよび厚さTは、以下の関係:W/T>3を満たす。
理想的には、レンズピッチは200ミクロンのオーダー
であり、サンドイッチ状の2つの標準的なLCDガラス
基板に対応するガラスの厚さは2mmのオーダーであ
る。これにより、かさが高く低コストのガラス、および
標準化ガラス処理設備の利用が可能となる。すなわち、
所与の幅に対するレンズ基板の厚さが、従来技術におい
てよりも、本発明においてはるかに薄くなるため、本発
明のPCOSの体積は従来のPCOSの体積よりもはる
かに小さい。従来技術によるデバイスについて、Wおよ
びTの典型的な値は、W=50mm、T=50mmでW
/T=1となる。Further, in this example, the reflector 8 is 60 mm.
If you have a diameter of
In order to pass through COS, lens arrays 17 and 1
The width W of 8 is preferably 60 mm or more. Board 2
When the thickness T of 0 is about 20 mm, the width W and the thickness T of the substrate 20 satisfy the following relationship: W / T> 3.
Ideally, the lens pitch is on the order of 200 microns and the glass thickness corresponding to two standard sandwich LCD glass substrates is on the order of 2 mm. This allows the use of bulky, low cost glass and standardized glass processing equipment. That is,
Since the thickness of the lens substrate for a given width is much thinner in the present invention than in the prior art, the volume of PCOS of the present invention is much smaller than that of conventional PCOS. For prior art devices, typical values for W and T are W = 50 mm, T = 50 mm and W
/ T = 1.
【0106】図1aのPCOS15での使用に適した1
つの偏光分離素子16の構造を図2aに詳細に示す。偏
光分離素子16が、本質的に、複屈折プリズム20およ
び21の2つのアレイから構成されることが分かる。各
アレイのプリズム20および21は、くさび型の断面を
有する。第1のアレイのプリズム20のくさび角度は、
第2のアレイのプリズム21のくさび角度に等しいか、
または実質的に等しく、第1のアレイのプリズム20の
断面寸法は、第2のアレイのプリズム21の断面寸法に
等しいか、または実質的に等しい。1 suitable for use in PCOS 15 of FIG. 1a
The structure of one polarization splitting element 16 is shown in detail in FIG. 2a. It can be seen that the polarization splitting element 16 consists essentially of two arrays of birefringent prisms 20 and 21. The prisms 20 and 21 of each array have a wedge-shaped cross section. The wedge angle of the prisms 20 of the first array is
Equal to the wedge angle of the prisms 21 of the second array,
Or substantially equal, and the cross-sectional dimension of the prisms 20 of the first array is equal to or substantially equal to the cross-sectional dimension of the prisms 21 of the second array.
【0107】これらのプリズムのアレイは、第1のアレ
イのプリズム20が、第2のアレイのプリズム21の斜
面21aと近接する斜面20a(斜辺面)を有する。
(図2aでは、明瞭さのため、プリズム20とプリズム
21との間に小さな隙間を示す。)第1のアレイのプリ
ズムは、第2のアレイのプリズムと実質的に同じくさび
角度を有するため、第1のアレイのプリズム20の底面
20bは、第2のアレイの対応するプリズム21の底面
21bと実質的に平行である。In the array of these prisms, the prism 20 of the first array has a slope 20a (slope side) which is close to the slope 21a of the prism 21 of the second array.
(In FIG. 2a, a small gap is shown between prism 20 and prism 21 for clarity.) Since the prisms of the first array have substantially the same rust angle as the prisms of the second array, The bottom surface 20b of the prisms 20 of the first array is substantially parallel to the bottom surface 21b of the corresponding prism 21 of the second array.
【0108】図2aでは、第1のアレイのプリズム20
が第1のカバープレートまたは基板22に取り付けられ
ており、第2のアレイのプリズム21は第2のカバープ
レートまたは基板23に取り付けられている。これらの
カバープレートは、ガラスまたはプラスチック材料等の
任意の透明な光学的等方性材料から作成され得る。カバ
ープレート22および23は、好ましくは、それぞれが
均一な厚さを有するため、第1のカバープレートの前面
22aは第2のカバープレート23の裏面23aと平行
である。第1のカバープレート22の前面22aは、偏
光分離素子の入射面(entrance face)を
形成し、第2のカバープレート23の裏面23aは、偏
光分離素子16の射出面(exit face)を形成
する。In FIG. 2a, the first array of prisms 20
Are attached to a first cover plate or substrate 22 and the prisms 21 of the second array are attached to a second cover plate or substrate 23. These cover plates can be made from any transparent optically isotropic material such as glass or plastic materials. The cover plates 22 and 23 preferably each have a uniform thickness so that the front surface 22a of the first cover plate is parallel to the back surface 23a of the second cover plate 23. A front surface 22a of the first cover plate 22 forms an entrance face of the polarization separation element, and a back surface 23a of the second cover plate 23 forms an exit surface of the polarization separation element 16. .
【0109】第1のプリズムアレイのプリズム20の光
軸および第2のプリズムアレイのプリズム21の光軸
は、偏光分離素子16の入射面および射出面と平行であ
る。それゆえ、プリズムの光軸は、一般に、偏光分離素
子を通って伝播する光に対して垂直である。さらに、各
第1のプリズム20の光軸は、各第2のプリズム21の
光軸と直交する。The optical axis of the prism 20 of the first prism array and the optical axis of the prism 21 of the second prism array are parallel to the incident surface and the exit surface of the polarization separation element 16. Therefore, the optical axis of the prism is generally perpendicular to the light propagating through the polarization splitting element. Further, the optical axis of each first prism 20 is orthogonal to the optical axis of each second prism 21.
【0110】使用において、光源からの光は偏光分離素
子16に入り、次いで、第1のカバープレート22、お
よび第1の複屈折プリズムアレイのプリズム20のうち
の1つを通過する。1つの直線偏光と、直交直線偏光と
の間の角度的な分離が、第1のプリズムアレイのプリズ
ム20と第2のプリズムアレイの対応するプリズム21
との間の傾斜した界面で発生する。In use, the light from the light source enters the polarization splitting element 16 and then passes through the first cover plate 22 and one of the prisms 20 of the first birefringent prism array. The angular separation between one linearly polarized light and the orthogonal linearly polarized light results in the prism 20 of the first prism array and the corresponding prism 21 of the second prism array.
Occurs at the sloping interface between and.
【0111】図2bは、図1aのPCOS15での使用
に適した代替的な偏光分離素子16を示す。これは、図
2aの複屈折くさび型プリズム20の第1のアレイが、
ガラスまたはプラスチック材料等の光学的等方性材料か
ら作成されるくさび型プリズム24に置き換えられてい
ることを除いては、一般に、図2aの偏光分離素子16
に対応する。光学的等方性くさび型プリズム24を形成
するために用いられる材料の屈折率は、no<n<neの
ように選択され得、ここで、noおよびneが、複屈折プ
リズム21を形成するために用いられる複屈折材料の常
光線屈折率および異常光線屈折率であり、nは光学的等
方性プリズム24を形成するために用いられる材料の屈
折率である。あるいは、複屈折プリズムを21を形成す
るために用いられる複屈折材料の常光線屈折率noは、
等方性プリズム24を形成するために用いられる等方性
材料の屈折率に実質的に等しくなるように選択され得
る。FIG. 2b shows an alternative polarization splitting element 16 suitable for use in the PCOS 15 of FIG. 1a. This is because the first array of birefringent wedge prisms 20 of FIG.
Generally, the polarization splitting element 16 of FIG. 2a is replaced with the exception that it is replaced by a wedge prism 24 made of an optically isotropic material such as a glass or plastic material.
Corresponding to. Refractive index of the material used to form the optically isotropic wedge prism 24 is selected to give as n o <n <n e, where, n o and n e are the birefringent prism 21 Is the ordinary and extraordinary index of refraction of the birefringent material used to form the, and n is the index of refraction of the material used to form the optically isotropic prism 24. Alternatively, ordinary refractive index n o of the birefringent material used to form the birefringent prism 21,
It may be selected to be substantially equal to the index of refraction of the isotropic material used to form the isotropic prism 24.
【0112】光束の分離角度度が、プリズムの傾斜角度
および複屈折率により規定される一方、入力光軸に対す
る2つの円錐の平均傾斜は、等方性材料の相対屈折率に
より規定される。さらに、常光成分と異常光線成分間の
分散の差は、この2つの偏光状態が異なる分散特性を有
することを意味し得る。よって、第2のレンズアレイ1
8に当たる点のサイズは、2つの直交する偏光状態に関
して異なることが考えられ得る。図1bにこれを示して
おり、ここでは、一方の光点の相対的なサイズおよび形
状が50で示され、他方の光点の相対的なサイズおよび
形状が51で示される(比較のために第1の点を挿入し
て示している)。点のサイズの相違を補償するために、
偏光回転素子19は、図1bに示すように、振動面を回
転させ、大きい方の光点51から光を受け取るエリア1
9aが、振動面を回転させず、光点50から光を受け取
るエリア19bよりも大きくなるように適合され得る。The angle of separation of the light beam is defined by the tilt angle and birefringence of the prism, while the average tilt of the two cones with respect to the input optical axis is defined by the relative index of refraction of the isotropic material. Furthermore, the difference in dispersion between the ordinary and extraordinary ray components can mean that the two polarization states have different dispersion characteristics. Therefore, the second lens array 1
It can be considered that the size of the point hitting 8 is different for the two orthogonal polarization states. This is shown in FIG. 1b, where the relative size and shape of one light spot is shown at 50 and the relative size and shape of the other light spot is shown at 51 (for comparison). The first point is shown inserted). To compensate for the difference in dot size,
As shown in FIG. 1b, the polarization rotation element 19 rotates the vibrating surface and receives the light from the larger light spot 51.
9a may be adapted to be larger than the area 19b which does not rotate the vibrating surface and receives light from the light spot 50.
【0113】図1bの実施形態は、第2のレンズアレイ
18が屈折率n2を有する等方性媒体52により偏光回
転素子19に光学的に結合される点で、図1aの実施形
態とさらに異なる。等方性媒体52に適した材料は、O
pti−cladにより製造される、n2=1.38の
屈折率を有するUV−OPTI−CLAD−138−X
である。第2のレンズアレイ18に適した材料は、Ny
eによるn1=1.6の屈折率を有するOC462であ
る。The embodiment of FIG. 1b is further to that of FIG. 1a in that the second lens array 18 is optically coupled to the polarization rotator element 19 by an isotropic medium 52 having a refractive index n 2 . different. A suitable material for the isotropic medium 52 is O
manufactured by pti-clad, having a refractive index n 2 = 1.38 UV-OPTI- CLAD-138-X
Is. A suitable material for the second lens array 18 is Ny.
OC 462 with a refractive index of n 1 = 1.6 according to e.
【0114】図2bの複屈折プリズム21のアレイ、な
らびに図2aの複屈折プリズム20および21の一方ま
たは両方のアレイが、例えば、D.J.Broerによ
り「Mol.Cryst.Liq.Cryst.」Vo
l.261、pp513−523(1995)に開示さ
れる製作技術を用いて、液晶層として組み入れられ得
る。あるいは、これらは、光硬化性液晶層を用いて、ま
たは高分子安定化液晶層(polymer stabi
lized liquid crystal laye
r)を用いて組み入れられ得る。The array of birefringent prisms 21 of FIG. 2b and one or both of the birefringent prisms 20 and 21 of FIG. J. Broer "Mol. Cryst. Liq. Cryst." Vo
l. 261, pp 513-523 (1995), and can be incorporated as a liquid crystal layer. Alternatively, they are prepared using a photo-curable liquid crystal layer or a polymer-stabilized liquid crystal layer.
risen liquid crystal layer
r) can be incorporated.
【0115】図2cは、図1のPCOSでの使用に適し
た代替的な偏光分離素子16を示す。図2aおよび2b
の偏光分離素子に関しては、図2cの偏光分離素子が両
方の偏光成分を偏向させる。FIG. 2c shows an alternative polarization splitting element 16 suitable for use in the PCOS of FIG. 2a and 2b
2c, the polarization splitting element of FIG. 2c deflects both polarization components.
【0116】図2cの偏光分離素子16もまた、第1の
透明カバープレート22と第2の透明カバープレート2
3との間に配置されたくさび型プリズムを備えるが、図
2cの偏光分離素子16では、プリズムの4つのアレイ
が、第1のカバープレート22と第2のカバープレート
23との間に配置される。各アレイ内のプリズムは、く
さび型の断面を有する。The polarization splitting element 16 of FIG. 2c also includes a first transparent cover plate 22 and a second transparent cover plate 2.
2c, but in the polarization splitting element 16 of FIG. 2c, four arrays of prisms are arranged between the first cover plate 22 and the second cover plate 23. It The prisms in each array have a wedge-shaped cross section.
【0117】第1のアレイは、光学的等方性くさび型プ
リズム25のアレイであり、第2のアレイは、複屈折プ
リズム26のアレイであり、第3のアレイは、複屈折プ
リズム27のアレイであり、第4のアレイは、光学的等
方性プリズム28のアレイである。第2のアレイの各プ
リズム26は、その斜面26aが第1のアレイからの対
応するプリズム25の斜面25aと近接して配置される
ように配列される。同様に、第3のアレイの各プリズム
27は、その斜面27aが第4のアレイの対応するプリ
ズム28の斜面28aに近接して配置されるように配列
される。第2のアレイの各プリズム26は、その平面2
6bが第3のプリズムアレイのプリズム27の平面27
bと平行に近接して配置される。第1のアレイのプリズ
ム25は、第2のアレイのプリズム26と実質的に同じ
くさび角度を有するため、第1のアレイのプリズム25
の底面25bは、第2のアレイの対応するプリズム26
の底面26bと実質的に平行である。同様に、第3のア
レイのプリズム27は、第4のプリズムアレイのプリズ
ム28と実質的に同じくさび角度を有するため、第3の
アレイのプリズム27の底面27bは、第4のアレイの
対応するプリズム28の底面28bと実質的に平行であ
る。第1のアレイのプリズム25と第2のアレイプリズ
ム26のくさび角度は、第3のアレイのプリズム27と
第4のアレイのプリズム28との角度と同様であり、図
示した実施形態では同じである。また、プリズム25お
よび26のピッチは、プリズム27および28のピッチ
と同じであるように示されるが、異なり得る。The first array is an array of optically isotropic wedge prisms 25, the second array is an array of birefringent prisms 26, and the third array is an array of birefringent prisms 27. And the fourth array is an array of optically isotropic prisms 28. Each prism 26 of the second array is arranged such that its beveled surface 26a is located in close proximity to the beveled surface 25a of the corresponding prism 25 from the first array. Similarly, each prism 27 of the third array is arranged such that its beveled surface 27a is located adjacent to the beveled surface 28a of the corresponding prism 28 of the fourth array. Each prism 26 of the second array has
6b is a plane 27 of the prism 27 of the third prism array
It is arranged in parallel and close to b. The prisms 25 of the first array have substantially the same rust angle as the prisms 26 of the second array, so that the prisms 25 of the first array 25
The bottom surface 25b of the corresponding prism 26 of the second array.
Is substantially parallel to the bottom surface 26b. Similarly, the prisms 27 of the third array have substantially the same rust angle as the prisms 28 of the fourth prism array, so that the bottom surface 27b of the prisms 27 of the third array corresponds to that of the fourth array. It is substantially parallel to the bottom surface 28b of the prism 28. The wedge angles of the first array prisms 25 and the second array prisms 26 are similar to the angles of the third array prisms 27 and the fourth array prisms 28, and in the illustrated embodiment. . Also, the pitch of prisms 25 and 26 is shown to be the same as the pitch of prisms 27 and 28, but can be different.
【0118】第3のアレイのプリズム27の光軸方向
は、図2eに概略的に示すように、その厚さ全体に渡っ
て方向を変えない。しかしながら、第2のプリズムアレ
イのプリズム26の光軸方向は一定ではないが、図2d
に示すプリズムの厚さを渡って変化するため、第2のア
レイのプリズム26の平面26bに近接する光軸は、そ
のプリズムの斜面26aに近接する光軸と実質的に垂直
である。第2のアレイのプリズム26の光軸は、第1の
カバープレート22の前面22aに常に平行であるた
め、光軸は、偏光分離素子を通過する光と常に実質的に
垂直である。第2のプリズムアレイのプリズム26の光
軸は、第3のプリズムアレイの対応するプリズムに最も
近いプリズムの面で(図2cでは、これはプリズムの平
面26bである)、その光軸が第3のプリズムアレイの
対応するプリズム27の光軸と垂直であるように配列さ
れる。The optical axis direction of the prisms 27 of the third array does not change direction throughout its thickness, as shown schematically in FIG. 2e. However, although the optical axis direction of the prisms 26 of the second prism array is not constant, as shown in FIG.
The optical axis proximate the plane 26b of the prisms 26 of the second array is substantially perpendicular to the optical axis proximate the beveled surface 26a of the prism because it varies across the thickness of the prism shown in FIG. The optical axis of the prisms 26 of the second array is always parallel to the front surface 22a of the first cover plate 22, so that the optical axis is always substantially perpendicular to the light passing through the polarization splitting element. The optical axis of the prisms 26 of the second prism array is the plane of the prism closest to the corresponding prism of the third prism array (in FIG. 2c, this is the plane 26b of the prism) and its optical axis is the third. Are arranged so as to be perpendicular to the optical axis of the corresponding prism 27 of the prism array.
【0119】図2cの偏光分離素子では、第2のプリズ
ムアレイのプリズム26および第3のプリズムアレイの
プリズム27はともに、「くさび溝(wedge gr
oove)」に平行に向けられた傾斜面26bおよび2
7bに近接する光軸を有するが、第3のアレイの対応す
るプリズム27に最も近い面の第2のアレイのプリズム
26の光軸は、プリズム27の光軸に対して垂直であ
る。これにより、常光線と異常光線との所与の発散角を
提供するために必要とされるくさび角度が低減されるこ
とにより、プリズムの単軸材料により生成される分散を
低減する。さらなる利点は、常光線および異常光線が、
図2cの光線路により示されるように、偏光分離素子の
垂直線の周囲で対称的に発散される。対照的に、くさび
型の断面を有する単一の単軸プリズムが用いられる場
合、異常光線屈折率の変化が常光線屈折率の変化よりも
大きいため、一方の偏光が、直交する偏光よりも大きな
角度で発散される。In the polarization splitting element of FIG. 2c, the prisms 26 of the second prism array and the prisms 27 of the third prism array are both "wedge grove".
slopes 26b and 2 oriented parallel to
The optical axis of the second array of prisms 26 having an optical axis proximate to 7b but closest to the corresponding prism 27 of the third array is perpendicular to the optical axis of prism 27. This reduces the wedge angle required to provide a given divergence angle between the ordinary and extraordinary rays, thereby reducing the dispersion produced by the uniaxial material of the prism. A further advantage is that ordinary and extraordinary rays
As shown by the optical line in FIG. 2c, it diverges symmetrically around the vertical line of the polarization splitting element. In contrast, when a single uniaxial prism with a wedge-shaped cross section is used, one polarization is greater than the orthogonal polarization because the extraordinary ray index change is greater than the ordinary ray index change. Diversified at an angle.
【0120】光軸方向がプリズムの厚さに渡って回転す
るくさび型プリズム26は、液晶材料、例えば、液晶材
料ZLI−5200−100(Merckから入手可
能)を用いて形成され得る。あるいは、RM257(M
erckから入手可能)等の光硬化性液晶、または均一
なアライメントを有するE7(Merckから入手可
能)と混合したNOA61(Norlandから入手可
能)等の高分子安定化液晶材料が用いられ得る。The wedge prism 26, the optical axis of which rotates through the prism thickness, can be formed using a liquid crystal material, such as the liquid crystal material ZLI-5200-100 (available from Merck). Alternatively, RM257 (M
A photo-curable liquid crystal material (such as available from Erck) or a polymer-stabilized liquid crystal material such as NOA61 (available from Norland) mixed with E7 (available from Merck) with uniform alignment can be used.
【0121】図4は、図1のPCOS15での使用に適
したさらなる偏光分離素子16を示す。この偏光分離素
子もまた、両方の偏光成分を偏向させる。FIG. 4 shows a further polarization splitting element 16 suitable for use in the PCOS 15 of FIG. This polarization splitting element also deflects both polarization components.
【0122】図4の偏光分離素子16は、第1の透明カ
バープレート22と第2の透明カバープレート23との
間に配置された光学的等方性プリズム31の第1のアレ
イを備える。光学的等方性プリズムは、第2のカバープ
レート23上に取りつけられ、第1のプリズムアレイの
各プリズム31は、第2のカバープレートに近接する面
31bに対して斜角の上面31a(第2のカバープレー
トから最も遠くに配置された面)を有するため、第1の
プリズムアレイは「鋸歯状」のプロファイルを有する。The polarization separating element 16 of FIG. 4 comprises a first array of optically isotropic prisms 31 arranged between a first transparent cover plate 22 and a second transparent cover plate 23. The optically isotropic prisms are mounted on the second cover plate 23, and each prism 31 of the first prism array has an upper surface 31a (first surface) at an oblique angle with respect to a surface 31b close to the second cover plate. The first prism array has a “sawtooth” profile, since it has a surface located furthest from the two cover plates).
【0123】液晶層32は、第1のカバープレート22
と光学的等方性プリズムアレイ31との間に配置され
る。第1のカバープレートと第2のカバープレートとの
間隔は実質的に一定であり、等方性プリズム31の厚さ
が「鋸歯」状に変化するため、液晶層の厚さも、「鋸
歯」状に変化する。よって、液晶層32は、各プリズム
が断面において切形くさび(truncated we
dge)である複屈折プリズムのアレイを形成する。等
方性プリズム31のアレイは、高分子材料から作成され
得る。プリズム31のアレイの「鋸歯状の」プロファイ
ルは、例えば、適切なモールドを用いて高分子成形する
か、高分子をキャスティングするか、またはリソグラフ
ィック処理により提供され得る。The liquid crystal layer 32 corresponds to the first cover plate 22.
And the optically isotropic prism array 31. Since the distance between the first cover plate and the second cover plate is substantially constant, and the thickness of the isotropic prism 31 changes in a “sawtooth” shape, the thickness of the liquid crystal layer also becomes a “sawtooth” shape. Changes to. Therefore, in the liquid crystal layer 32, each prism has a truncated wedge in a cross section.
forming an array of birefringent prisms that are dge). The array of isotropic prisms 31 can be made of a polymeric material. The “sawtooth” profile of the array of prisms 31 may be provided, for example, by polymer molding using a suitable mold, polymer casting, or lithographic processing.
【0124】液晶層32は、第1のアライメント層29
および第2のアライメント層30に近接する液晶分子の
アライメント方向を制御するための第1のアライメント
層29と第2のアライメント層30との間に配置され
る。図4の実施形態では、一方のアライメント層29が
第1のカバープレート22上に配置され、第2のアライ
メント層30がプリズム31のアレイの上面に配置され
る。The liquid crystal layer 32 is the first alignment layer 29.
And it is arranged between the first alignment layer 29 and the second alignment layer 30 for controlling the alignment direction of the liquid crystal molecules adjacent to the second alignment layer 30. In the embodiment of FIG. 4, one alignment layer 29 is arranged on the first cover plate 22 and the second alignment layer 30 is arranged on the upper surface of the array of prisms 31.
【0125】アライメント層29および30は、例え
ば、材料PI2555等の任意の適切な材料から形成さ
れ得る。あるいは、より低い製作温度で用いるために設
計されたアライメント層が用いられ得る。アライメント
層29および30は、液晶分子を所望の方向に向けるよ
うに、研磨またはフォト−アライメント(photo−
aligned)され得る。アライメント層30が研磨
プロセスによりアライメントされる場合、原則的に、プ
リズムアレイの溝と平行方向、またはプリズムアレイの
溝と垂直方向に研磨され得る。しかしながら、溝と垂直
方向に研磨することにより、アライメントが困難になり
得、かつアライメント層30に近接する液晶材料のディ
レクタ(director)のプロファイルを変更し得
るため、プリズムアレイの溝と平行方向にアライメント
層を研磨することが好ましい。Alignment layers 29 and 30 may be formed of any suitable material, such as material PI2555, for example. Alternatively, alignment layers designed for use at lower fabrication temperatures can be used. The alignment layers 29 and 30 are polished or photo-aligned so that the liquid crystal molecules are oriented in a desired direction.
can be aligned). If the alignment layer 30 is aligned by a polishing process, it can in principle be polished parallel to the grooves of the prism array or perpendicular to the grooves of the prism array. However, polishing in the direction perpendicular to the grooves may make alignment difficult and may change the director profile of the liquid crystal material in the vicinity of the alignment layer 30, so that alignment in the direction parallel to the grooves of the prism array may be performed. It is preferred to polish the layer.
【0126】図5は、偏光分離素子16の動作の原理を
示す。図5は、図2bに示すタイプの偏光分離素子に関
し、ここでは、等方性くさび型プリズムのアレイおよび
複屈折くさび型プリズムのアレイが、第1の透明カバー
プレート22と第2の透明カバープレート23との間に
配置されるが、しかしながら、図2a、2c、および4
の偏光分離素子は、一般に、同様に動作する。FIG. 5 shows the principle of operation of the polarization separation element 16. FIG. 5 relates to a polarization splitting element of the type shown in FIG. 2b, in which an array of isotropic wedge prisms and an array of birefringent wedge prisms are used for the first transparent cover plate 22 and the second transparent cover plate. 23, but in FIGS. 2a, 2c, and 4
The polarization splitting element in general operates in the same manner.
【0127】図5の偏光分離素子16は、上記のとお
り、偏光分離素子の入射面を形成する第1のカバープレ
ート22の表面に対して、実質的に垂直かつテレセント
リックに照明される。入射光は、第1のカバープレート
22に入る。その光は垂直に入射するため、光の伝播
が、カバープレート22の前面22aでは実質的に不変
である。また、透明カバープレート22と等方性くさび
型プリズム24との間の界面では、光の伝播方向に実質
的なずれがない。(原則的に、透明カバープレート22
の2つの面で幾分反射が起こるが、これは、明瞭さのた
めに、図5から省略している。)光は、等方性プリズム
24のうちの1つを通過すると、等方性プリズム24と
対応する複屈折プリズム21との間の界面に当たる。こ
の界面は、透明カバープレート22の面に対して傾斜し
ているため、光はこの界面に斜めに入射し、p直線偏光
およびs直線偏光に関しては、屈折角が異なる。屈折角
が2つの直交する直線偏光に関して異なるので、光の入
射ビームは、第1の方向に方向づけられるp直線偏光、
および別の方向に方向づけられるs直線偏光に分離され
る。As described above, the polarization separation element 16 of FIG. 5 is illuminated substantially perpendicularly and telecentricly to the surface of the first cover plate 22 forming the incident surface of the polarization separation element. Incident light enters the first cover plate 22. Since the light is incident vertically, the light propagation is substantially unchanged at the front surface 22a of the cover plate 22. Further, at the interface between the transparent cover plate 22 and the isotropic wedge-shaped prism 24, there is substantially no deviation in the light propagation direction. (In principle, the transparent cover plate 22
There is some reflection on the two surfaces of B, but this is omitted from FIG. 5 for clarity. ) When the light passes through one of the isotropic prisms 24, it strikes the interface between the isotropic prism 24 and the corresponding birefringent prism 21. Since this interface is inclined with respect to the surface of the transparent cover plate 22, light is obliquely incident on this interface, and the p linear polarization and the s linear polarization have different refraction angles. Since the refraction angle is different for two orthogonal linearly polarized light, the incident beam of light is p linearly polarized light, which is directed in a first direction,
And s linearly polarized light that is directed in another direction.
【0128】等方性プリズム24と複屈折プリズム21
との間の傾斜した界面で起こる屈折の結果、光は、偏光
分離素子の入射面に対して垂直方向には伝播しなくな
る。これは、p直線偏光の光線およびs直線偏光の光線
の両方に対して事実である。結果的に、屈折が、複屈折
プリズム21と第2のカバープレート23の前面23a
間の界面で起こり、第2のカバープレート23の裏面2
3bでも屈折が起こる。これら最後の2つの界面で起こ
る屈折は、p直線偏光とs直線偏光との間の角度的分離
を増加する。結果として、p直線偏光およびs直線偏光
は、相互に異なり、かつ入射した非偏光または部分変更
の伝播と異なる方向で、偏光分離素子16を出る。Isotropic prism 24 and birefringent prism 21
As a result of the refraction that occurs at the sloping interface between and, the light does not propagate perpendicular to the plane of incidence of the polarization splitting element. This is true for both p and s linearly polarized light rays. As a result, the refraction is caused by the birefringent prism 21 and the front surface 23a of the second cover plate 23.
Occurs at the interface between the back surface 2 of the second cover plate 23.
Refraction also occurs at 3b. Refraction occurring at these last two interfaces increases the angular separation between p and s linearly polarized light. As a result, the p and s linearly polarized lights exit the polarization splitting element 16 in different directions from each other and in different directions than the incident unpolarized or partially modified propagation.
【0129】図5の偏光分離素子16はウォラストンプ
リズムと同様の動作をするが、1つの複屈折くさび型プ
リズムのみが用いられるという点で異なる。2つの直交
する偏光ビーム間の偏向角は、主に、等方性プリズム2
4の屈折率、複屈折プリズム21の常光線屈折率および
異常光線屈折率、ならびに傾斜角θにより決定される。
例えば、本実施形態の特定の例では、光学システムのエ
テンデュ要件により規定されるように、垂直偏光と水平
偏光間を5°分離することが必要とされる。傾斜角が3
0.5°で屈折率が1.52の等方性プリズムがガラス
基板に取りつけられる。550nmで1.52の常光線
屈折率、および550nmで1.67の異常光線屈折率
を有する複屈折液晶材料がプリズム表面とアライメント
される。5°の分離角度が、異常光線に対する素子によ
り生成される一方で、常光線は偏向されない。液晶材料
の分散度が異方性材料に対する常光線屈折率に匹敵する
一方で、異常光線成分に関しては、分散度は異なる。そ
れゆえ、偏向ビーム内に分散した部分が見られる一方
で、非偏向ビームは分散されない。The polarization separation element 16 of FIG. 5 operates similarly to a Wollaston prism, except that only one birefringent wedge prism is used. The deflection angle between two orthogonally polarized beams is mainly due to the isotropic prism 2
4 and the ordinary and extraordinary ray indices of the birefringent prism 21 and the tilt angle θ.
For example, in the particular example of this embodiment, a 5 ° separation between vertical and horizontal polarization is required, as defined by the etendue requirements of the optical system. Inclination angle is 3
An isotropic prism with a refractive index of 1.52 at 0.5 ° is mounted on a glass substrate. A birefringent liquid crystal material having an ordinary ray index of 1.52 at 550 nm and an extraordinary ray index of 1.67 at 550 nm is aligned with the prism surface. A 5 ° separation angle is produced by the element for extraordinary rays, while the ordinary rays are not deflected. While the degree of dispersion of the liquid crystal material is comparable to the ordinary ray index for anisotropic materials, the degree of dispersion is different for extraordinary ray components. Therefore, the unpolarized beam is not dispersed while the dispersed portion is seen in the deflected beam.
【0130】図5から明白であるように、直交する直線
偏光からの1つの直線偏光の分離が、光の伝播方向に対
して傾斜する界面で起こる。原則として、そのような斜
めの界面は、カバープレートの各々に1つ配置される、
単一対のくさび型プリズムを偏光分離素子に設けること
により達成され得る。次いで、偏光分離素子は、図3a
に概略で示すように、デバイスの全面積に渡って延びた
単一の傾斜した界面を有する。これは、デバイスの全体
の厚さが比較的に厚くなるという不利な点を有する。プ
リズムの所与の傾斜角θ、および偏光分離素子素子の所
与の側方の寸法に関して、偏光分離素子の厚さに関する
制限がより低くなり、それを越えて厚さを低減すること
は不可能である。As is apparent from FIG. 5, the separation of one linearly polarized light from the orthogonal linearly polarized light occurs at the interface inclined with respect to the light propagation direction. As a rule, such oblique interfaces are arranged one on each of the cover plates,
This can be achieved by providing a single pair of wedge prisms on the polarization splitting element. Then, the polarization separation element is shown in FIG.
Has a single sloping interface extending over the entire area of the device, as schematically shown in. This has the disadvantage that the overall thickness of the device is relatively thick. For a given tilt angle θ of the prism and a given lateral dimension of the polarization separating element, there is a lower limit on the thickness of the polarization separating element, beyond which it is impossible to reduce the thickness. Is.
【0131】対照的に、本発明では、PCOSの偏光分
離素子には、単一のくさび型プリズムは設けられていな
いが、「切形」プリズムのアレイが設けられる。これら
のプリズムは、偏光分離素子の側方の寸法全体に渡って
延びていないが、その代わりに、偏光分離素子の側方の
寸法の1部分のみ切り取られている。結果的に、プリズ
ムのアレイは図3bに示すような鋸歯状のプロファイル
を有する。このようにプリズムを切り取ることにより、
偏光分離素子の全体の厚さを低減することができる。In contrast, in the present invention, the polarization splitting element of the PCOS is not provided with a single wedge prism, but is provided with an array of "cut" prisms. These prisms do not extend over the entire lateral dimension of the polarization splitting element, but instead have only a portion of the lateral dimension of the polarization splitting element cut away. As a result, the array of prisms has a sawtooth profile as shown in Figure 3b. By cutting the prism in this way,
The total thickness of the polarization separation element can be reduced.
【0132】屈折は、切形プリズムの規則的な構造から
発生する。屈折角は、切形プリズムのピッチと逆比例す
る。所与のプリズム角度については、切形プリズムの高
さもピッチに比例する。それゆえ、切形高さを大きくす
ることにより、屈折角が低減され、所与の角度内の屈折
光の量が増す。Refraction results from the regular structure of truncated prisms. The refraction angle is inversely proportional to the pitch of the truncated prism. The height of the truncated prism is also proportional to the pitch for a given prism angle. Therefore, increasing the truncated height reduces the refraction angle and increases the amount of refracted light within a given angle.
【0133】図1のPCOS15では、偏光変換素子が
直線偏光の振動面を90°回転させる第1の素子19
a、および直線偏光の振動面を回転させない素子19b
を含む。原則的に、偏光回転が、振動面を回転させない
素子19bとして作用する近接する1/2波長板の間に
空間を有する、振動面を回転させる素子19aとして作
用する分散型1/2波長板(discrete hal
f wave−plates)のアレイにより実施され
得る。本発明の1つの実施形態では、しかしながら、偏
光回転素子19は、PCOSの全面積に渡って延びる単
軸層を備える。単軸層の厚さは、単軸層が実質的に1/
2波長板として動作するように選択される。直線偏光の
振動面を回転させる領域19aおよび直線偏光の振動面
を回転させない領域19bは、単軸層の光軸の方向を変
えることにより規定される。これを図14aおよび14
bに示す。In the PCOS 15 shown in FIG. 1, the polarization conversion element rotates the vibration plane of the linearly polarized light by 90 °, and the first element 19 is rotated.
a and element 19b that does not rotate the plane of vibration of linearly polarized light
including. In principle, the polarization rotation has a space between adjacent half-wave plates that act as elements 19b that do not rotate the vibrating surface, and a dispersive half-wave plate that acts as the element 19a that rotates the vibrating surface.
f wave-plates). In one embodiment of the invention, however, the polarization rotator element 19 comprises a uniaxial layer extending over the entire area of the PCOS. The thickness of the uniaxial layer is substantially 1 /
Selected to operate as a two-wave plate. The region 19a that rotates the vibration plane of the linearly polarized light and the region 19b that does not rotate the vibration surface of the linearly polarized light are defined by changing the direction of the optical axis of the uniaxial layer. This is shown in FIGS.
Shown in b.
【0134】図14bに示すとおり、単軸層19は、そ
の層の面積上で均一に方向づけられない光軸を有する。
単軸層19は、光軸が一方向に方向づけられる1以上の
領域、および光軸が異なる方向に方向づけられる1以上
の領域を有する。図14bの実施形態では、第1の光軸
配向は、第1の偏光状態の偏光方向と実質的に平行する
光軸を有し、第2の光軸配向は、第2の偏光状態の偏光
方向に対して45°に方向づけられた光軸を有する。P
COSでは、単軸層19が、第1および第2の偏光状態
の光が、それぞれ、第1または第2の光軸配向を有する
層19の領域に入射するように方向づけられる。それゆ
え、単軸層の作用は、第1の偏光状態と実質的に同じ偏
光状態となるように、第2の偏光状態の偏光角度を90
°変更することである。As shown in FIG. 14b, the uniaxial layer 19 has an optical axis that is not uniformly oriented over the area of that layer.
The uniaxial layer 19 has one or more regions whose optical axes are oriented in one direction and one or more regions whose optical axes are oriented in different directions. In the embodiment of Figure 14b, the first optical axis orientation has an optical axis that is substantially parallel to the polarization direction of the first polarization state and the second optical axis orientation has the second polarization state of polarization. It has an optical axis oriented at 45 ° to the direction. P
In COS, uniaxial layer 19 is oriented such that light in the first and second polarization states is incident on regions of layer 19 having the first or second optical axis orientations, respectively. Therefore, the action of the uniaxial layer causes the polarization angle of the second polarization state to be 90 degrees so that the polarization state is substantially the same as the first polarization state.
° To change.
【0135】光軸方向が波長板全体に渡って変わる1/
2波長板の製造は、EP 0 887 667に記載さ
れており、この特許出願の内容を本明細書中において参
考のため援用する。The direction of the optical axis changes over the entire wave plate 1 /
The manufacture of a two-wave plate is described in EP 0 887 667, the content of which is hereby incorporated by reference.
【0136】図14aに概略的に示すパターニングされ
たリターダ素子は、代わりに、EP0 829 744
に記載されるようなパターニングされたリターダ素子お
よびパターニングされていないリターダ素子により構成
され得る。この特許出願の内容を本明細書中において参
考として援用する。図14cに示すように、パターニン
グされたリターダ素子19をパターニングされていない
リターダ素子32’と直列にして用いることにより、偏
光回転素子の波長依存が低減される。The patterned retarder element shown diagrammatically in FIG. 14a is, instead, EP 0 829 744.
It may consist of a patterned retarder element and an unpatterned retarder element as described in. The contents of this patent application are incorporated herein by reference. As shown in FIG. 14c, the patterned retarder element 19 is used in series with the unpatterned retarder element 32 'to reduce the wavelength dependence of the polarization rotator element.
【0137】偏光分離素子16が水平面で光を分離する
実施形態では、相互に実質的に直交する偏光の線形像の
対が、偏光回転素子19上で形成される。この場合、図
14aに示すように、単軸層19は、垂直線に対して0
°および垂直線に対して135°の光軸のアライメント
の垂直ストライプを交互に含む。In the embodiment where the polarization splitting element 16 splits light in the horizontal plane, a pair of linear images of polarized light that are substantially orthogonal to each other are formed on the polarization rotator element 19. In this case, as shown in FIG. 14a, the uniaxial layer 19 has 0
And alternating vertical stripes of 135 ° optical axis alignment with respect to the vertical.
【0138】光軸方向が、図14aに示す様式で、単軸
層の面積に渡って変わる単軸層は、図14bに概略的に
示すように、アライメント層上に配置された液晶層また
は光硬化性液晶材料により構成され得る。図14bに示
すデバイスは、光学的等方性透明基板30、アライメン
ト層31、および1/2波長板として作用する単軸材料
層32を備える。アライメント層の配向は、単軸材料の
光軸の所望の配向と実質的に同様に、その面積に渡って
変化する。図14cに示すように、光軸の均一なアライ
メントを有する第2の単軸材料層が基板30の反対側に
配置されることにより、パターニングされていないリタ
ーダ素子32’が設けられ得る。The uniaxial layer whose optical axis direction changes in the manner shown in FIG. 14a over the area of the uniaxial layer is a liquid crystal layer or an optical layer arranged on the alignment layer, as schematically shown in FIG. 14b. It may be composed of a curable liquid crystal material. The device shown in FIG. 14b comprises an optically isotropic transparent substrate 30, an alignment layer 31, and a uniaxial material layer 32 which acts as a half wave plate. The orientation of the alignment layer varies across its area, substantially similar to the desired orientation of the optic axis of the uniaxial material. As shown in FIG. 14c, a second uniaxial material layer having uniform alignment of the optical axis is placed on the opposite side of the substrate 30 to provide an unpatterned retarder element 32 '.
【0139】図6aは、本発明によるPCOS15のさ
らなる実施形態を示す。本実施形態は、第1のレンズア
レイ17が光源(図示せず)と偏光分離素子16との間
に配置されるという点で、図1の実施形態と異なる。偏
光分離素子16は、理想的には、実質的に第1のレンズ
アレイ17の平面にある。実際には、第1のアレイ17
は、PSE16のカバープレート22に取りつけられ
得、第2のレンズアレイ18は、図6bに示すような適
切なスペーサ材料でPSE16の対向基板(count
er substrate)23に取りつけられ得る。FIG. 6a shows a further embodiment of the PCOS 15 according to the invention. This embodiment is different from the embodiment of FIG. 1 in that the first lens array 17 is arranged between a light source (not shown) and the polarization separation element 16. The polarization separation element 16 ideally lies substantially in the plane of the first lens array 17. In practice, the first array 17
Can be attached to the cover plate 22 of the PSE 16 and the second lens array 18 can be mounted to the PSE 16 with a suitable spacer material as shown in FIG. 6b.
er substrate) 23.
【0140】図6aおよび6bに示す実施形態では、偏
光分離素子16が、図2a、2b、2c、4または5の
うちのいずれかに示す概略的な形式を有し得る。特に、
偏光分離素子は、好ましくは、図3bに示すような切形
くさび型プリズムのアレイを備える。これにより、偏光
分離素子16の全体の厚さが低減され、第1のレンズア
レイ17と第2のレンズアレイ18との間に位置するこ
とが可能となる。In the embodiment shown in FIGS. 6a and 6b, the polarization splitting element 16 may have the general form shown in any of FIGS. 2a, 2b, 2c, 4 or 5. In particular,
The polarization splitting element preferably comprises an array of truncated wedge prisms as shown in Figure 3b. This reduces the overall thickness of the polarization separation element 16 and allows it to be located between the first lens array 17 and the second lens array 18.
【0141】図7aは、本発明のさらなる実施形態によ
るPCOSを示す。本実施形態では、第1のレンズアレ
イ17が、偏光分離素子16と光源(図示せず)との間
に配置され、偏光回転素子19が、偏光分離素子16と
第2のレンズアレイ18との間に配置される。本実施形
態では、偏光回転素子19は、好ましくは、光軸方向が
波長板の面積全体に渡って変わる、図14aに示すタイ
プの1/2波長板である。偏光回転素子は、好ましく
は、例えば、光硬化性液晶等の複屈折材料の薄層で形成
される。薄い偏光回転素子の使用により、偏光回転素子
が、第1および第2のレンズアレイの間に配置されるこ
とが可能となる。よって、図7aの実施形態では、偏光
分離素子16および偏光回転素子19の両方が、第1の
レンズアレイ17と第2のレンズアレイ18との間に配
置される。第2のレンズアレイ18は、PCOSの厚さ
を低減し、かつ素子19を保護するような素子19の表
面のUVキャスト高分子であり得る。FIG. 7a shows a PCOS according to a further embodiment of the invention. In the present embodiment, the first lens array 17 is arranged between the polarization separation element 16 and the light source (not shown), and the polarization rotation element 19 is composed of the polarization separation element 16 and the second lens array 18. Placed in between. In this embodiment, the polarization rotator 19 is preferably a 1/2 wave plate of the type shown in FIG. 14a, where the optical axis direction varies over the area of the wave plate. The polarization rotator is preferably formed of a thin layer of birefringent material such as photocurable liquid crystal. The use of a thin polarization rotator element allows the polarization rotator element to be positioned between the first and second lens arrays. Thus, in the embodiment of FIG. 7 a, both the polarization splitting element 16 and the polarization rotator element 19 are arranged between the first lens array 17 and the second lens array 18. The second lens array 18 can be a UV cast polymer on the surface of the element 19 that reduces the thickness of the PCOS and protects the element 19.
【0142】図7bは、本発明のさらなる実施形態によ
るPCOS15を示す。本実施形態では、第1のレンズ
アレイ17および第2のレンズアレイ18が別々の基板
上に配置される。本実施形態は、レンズアレイ17およ
び18の焦点距離が長い場合に特に有利であり、これ
は、この場合には、共通基板上に2つのレンズアレイを
形成することにより、素子が大きく、かつ重くなるため
である。FIG. 7b shows a PCOS 15 according to a further embodiment of the invention. In this embodiment, the first lens array 17 and the second lens array 18 are arranged on different substrates. This embodiment is particularly advantageous when the focal lengths of the lens arrays 17 and 18 are long, which in this case makes the element large and heavy by forming two lens arrays on a common substrate. This is because
【0143】第1のレンズアレイ17および第2のレン
ズアレイ18が別々の基板上に形成されるということ以
外は、図7bの実施形態は、概して、図1の実施形態と
同様である。図7bの実施形態の偏光分離素子16は、
図2a、2b、2c、4および5のうちのいずれかを参
照して説明したような偏光分離素子であり得る。The embodiment of FIG. 7b is generally similar to the embodiment of FIG. 1, except that the first lens array 17 and the second lens array 18 are formed on separate substrates. The polarization splitting element 16 of the embodiment of FIG.
It may be a polarization splitting element as described with reference to any of Figures 2a, 2b, 2c, 4 and 5.
【0144】図8は、本発明のさらなる実施形態による
PCOS15を示す。本実施形態では、偏光変換素子
(本実施形態では1/2波長板19aのアレイにより形
成される)が、第2のレンズアレイ18上に直接配置さ
れる。これにより、偏光変換素子が、PCOSの使用中
にレンズアレイとのアライメントにずれが生じる恐れが
除去される。FIG. 8 shows a PCOS 15 according to a further embodiment of the invention. In the present embodiment, the polarization conversion element (formed by the array of the half-wave plate 19 a in the present embodiment) is directly arranged on the second lens array 18. This eliminates the possibility that the polarization conversion element may be misaligned with the lens array during use of PCOS.
【0145】偏光変換素子が第2のレンズアレイ18上
に直接配置されるということ以外には、図8の実施形態
は、概して、図1の実施形態と同様である。図8の実施
形態の偏光分離素子16は、図2a、2b、2c、4お
よび5のうちのいずれかを参照して説明したような偏光
分離素子であり得る。The embodiment of FIG. 8 is generally similar to the embodiment of FIG. 1, except that the polarization conversion element is arranged directly on the second lens array 18. The polarization splitting element 16 of the embodiment of FIG. 8 may be a polarization splitting element as described with reference to any of FIGS. 2a, 2b, 2c, 4 and 5.
【0146】図8の実施形態では、第1のレンズアレイ
17および第2のレンズアレイ18は、共通基板20上
に配置される。しかしながら、たとえ、第1のレンズア
レイ17および第2のレンズアレイ18が共通基板上に
配置されていなくても、偏光変換素子が、第2のレンズ
アレイの表面上に直接配置されることが可能である。In the embodiment of FIG. 8, the first lens array 17 and the second lens array 18 are arranged on the common substrate 20. However, the polarization conversion element can be arranged directly on the surface of the second lens array even if the first lens array 17 and the second lens array 18 are not arranged on a common substrate. Is.
【0147】上述の説明から理解されるとおり、偏光分
離素子16から出力される2つの光ビームはともに、一
方のビームの振動面が他方のビームの振動面と直交する
直線平面偏光である。偏光分離素子の性能の基準は、2
つの出力ビームが実際に直線偏光される度合いである。
これは、偏光分離素子の「消光比」として知られる。As can be understood from the above description, both of the two light beams output from the polarization separation element 16 are linear plane polarized light in which the vibrating surface of one beam is orthogonal to the vibrating surface of the other beam. The standard of performance of the polarization separation element is 2
The degree to which the two output beams are actually linearly polarized.
This is known as the "extinction ratio" of the polarization splitting element.
【0148】PCOSでの使用が意図される偏光分離素
子については、10:1等の比較的に低い消光比の値が
許容され得る。これは、PCOSからの出力光が、例え
ば、投射システムに供給される前に、「クリーンアッ
プ」偏光子がしばしば用いられるためである(単一のビ
ームに関しては、偏光の消光比により、直交する偏光の
光量に対する所与の直線偏光の光量を測定する)。例え
ば、100:1を越える大きな消光比が達成された場
合、偏光分離素子自体は、偏光ビームスプリッタとして
用いられ得る。For polarization splitting devices intended for use in PCOS, relatively low extinction ratio values such as 10: 1 may be acceptable. This is because the output light from the PCOS is often used, for example, before a "clean-up" polarizer is provided to the projection system (for a single beam, due to the extinction ratio of the polarizations, they are orthogonal. Measure the amount of light of a given linearly polarized light versus the amount of light of polarized light). For example, if a large extinction ratio of over 100: 1 is achieved, the polarization splitting element itself can be used as a polarization beam splitter.
【0149】図9および10は、液晶投射システムの偏
光ビームスプリッタとして用いられる偏光分離素子を示
す。9 and 10 show a polarization splitting element used as a polarization beam splitter in a liquid crystal projection system.
【0150】図9および図10は、ピクセレートされた
液晶パネル33の前に配置された偏光分離素子16を示
す。図9および10では、偏光分離素子16は図2bに
示すタイプの偏光分離素子であり、複屈折くさび型プリ
ズム21のアレイおよび光学的等方性くさび型プリズム
24のアレイが透明カバープレート22と透明カバープ
レート23との間に配置される。しかしながら、図2
a、2c、4または5による偏光分離素子は、代わり
に、図9および10に示す投射システムで用いられ得
る。9 and 10 show the polarization separation element 16 placed in front of the pixellated liquid crystal panel 33. 9 and 10, the polarization splitting element 16 is a polarization splitting element of the type shown in FIG. 2b, in which the array of birefringent wedge prisms 21 and the array of optically isotropic wedge prisms 24 are transparent to the transparent cover plate 22. It is arranged between the cover plate 23 and the cover plate 23. However, FIG.
The polarization splitting element according to a, 2c, 4 or 5 may instead be used in the projection system shown in FIGS. 9 and 10.
【0151】液晶層は、後方基板34、基板34上に配
置された反射層35、および反射層35上に配置された
ピクセレート液晶層36を備える。偏光分離素子16の
第2の透明カバープレート23は、液晶ディスプレイデ
バイス33の上側基板としても機能する。電極(図示せ
ず)が設けられることにより、液晶層36の個々のピク
セルへのアドレシングが可能となる。フィルタリング
(図示せず)が設けられることにより、図10のR、
G、およびbにより示される赤色、緑色、および青色ピ
クセルのセットが形成される。The liquid crystal layer includes a rear substrate 34, a reflective layer 35 disposed on the substrate 34, and a pixellate liquid crystal layer 36 disposed on the reflective layer 35. The second transparent cover plate 23 of the polarization separation element 16 also functions as an upper substrate of the liquid crystal display device 33. The provision of electrodes (not shown) allows addressing of individual pixels of the liquid crystal layer 36. By providing the filtering (not shown), R in FIG.
A set of red, green, and blue pixels, indicated by G and b, is formed.
【0152】動作において、図9および図10の投射シ
ステムは、実質的に平行な平面偏光で照明される。入来
する平面偏光は、偏光分離素子16の入射面を形成する
上側カバープレート22の前面22a上に垂直かつテレ
セントリックに入射する。In operation, the projection system of FIGS. 9 and 10 is illuminated with substantially parallel plane polarized light. The incoming plane-polarized light is vertically and telecentrically incident on the front surface 22a of the upper cover plate 22 forming the entrance surface of the polarization splitting element 16.
【0153】偏光分離素子が、入来する平面偏光が偏光
の変化なしで偏光分離素子を透過するように配列され
る。図9および10の実施形態では、入来する平面偏光
が、図面外に振動面を有するため、液晶層36に達する
光も、この方向の平面偏光となる。The polarization splitting element is arranged such that the incoming plane polarized light is transmitted through the polarization splitting element without a change in polarization. In the embodiment of FIGS. 9 and 10, the incoming plane polarized light has an oscillating plane outside the drawing, so that the light reaching the liquid crystal layer 36 is also plane polarized in this direction.
【0154】液晶層36は、液晶層を通過し、反射層3
5により反射され、液晶層36を通過して戻る光の偏光
状態を選択的に変化させるように作用する。液晶層のピ
クセルに印加される電圧を変えることにより、レフレク
タ35による反射の後に液晶層36を離れる光が、その
振動面を変化させないことを選択することが可能である
か、または反射層35による反射の後に液晶層36を出
る光が、振動面を90°回転させることを選択すること
が可能である。振動面を変化させない液晶層36を出る
光が、偏光分離素子により、光源に向かって戻るように
方向づけられる。しかしながら、振動面を90°回転さ
せた液晶層を出る光は、図9および10に示すように、
偏光分離素子により、入射光の光路から離れるように偏
向される。The liquid crystal layer 36 passes through the liquid crystal layer and passes through the reflective layer 3
5 acts to selectively change the polarization state of the light reflected by 5, and returned after passing through the liquid crystal layer 36. By varying the voltage applied to the pixels of the liquid crystal layer, it is possible to choose that the light leaving the liquid crystal layer 36 after reflection by the reflector 35 does not change its vibrating plane, or by the reflection layer 35. It is possible for the light exiting the liquid crystal layer 36 after reflection to rotate the vibrating surface 90 °. Light exiting the liquid crystal layer 36, which does not change the plane of vibration, is directed by the polarization splitting element back towards the light source. However, the light exiting the liquid crystal layer whose vibrating surface is rotated by 90 °, as shown in FIGS.
The polarization separation element deflects the incident light away from the optical path.
【0155】図9および10に示す投射システムは、投
射レンズ(図9および10には示さず)をさらに備え
る。投射レンズは、レフレクタ35による反射の後に偏
光分離素子により偏向される光が投射レンズに向けられ
るように位置する。反射液晶パネル33により反射され
る振動面が変化しない光は、偏光分離素子16により、
光源に対して戻るように方向づけられ、投射レンズには
達しない。このようにして、液晶ディスプレイデバイス
33のピクセルを適切にアドレシングすることにより、
その後の投射のために、所望のイメージを投射レンズに
対して方向づけることが可能である。The projection system shown in FIGS. 9 and 10 further comprises a projection lens (not shown in FIGS. 9 and 10). The projection lens is positioned such that the light deflected by the polarization splitting element after being reflected by the reflector 35 is directed to the projection lens. The light reflected by the reflective liquid crystal panel 33 whose vibrating surface does not change is reflected by the polarization separation element 16.
It is directed back to the light source and does not reach the projection lens. In this way, by properly addressing the pixels of the liquid crystal display device 33,
The desired image can be directed to the projection lens for subsequent projection.
【0156】反射型液晶パネルを組み込んだ従来の投射
システムは、一般に、二色性偏光ビームスプリッタ(P
BS)を用いる。しかしながら、二色性PBSは、比較
的高価で、かつ大きい。それゆえ、投射システムのコス
トおよび体積を低減するため、投射システムに本発明の
偏光分離素子を用いることが有利である。さらに、本発
明の偏光分離素子は、入力光と偏光分離素子の法線との
角度が変わっても、その光学特性の変動が少ない。低い
F/#照明光束を有する小さな液晶パネルを有する投射
システムについては、本発明の偏光分離素子の使用によ
り、明るさ(flux throughput)および
コントラスト比の点で利点がもたらされる。A conventional projection system incorporating a reflective liquid crystal panel generally has a dichroic polarization beam splitter (P
BS) is used. However, dichroic PBS is relatively expensive and large. Therefore, it is advantageous to use the polarization splitting element of the present invention in a projection system in order to reduce the cost and volume of the projection system. Further, the polarization splitting element of the present invention has little variation in its optical characteristics even if the angle between the input light and the normal line of the polarization splitting element changes. For projection systems having a small liquid crystal panel with a low F / # illumination flux, the use of the polarization splitting element of the invention offers advantages in terms of flux throughput and contrast ratio.
【0157】図11は、投射システムの概略図である。
ランプ7からの光は放物面鏡8により平行にされる。放
物面鏡8はまた、ランプ7により発せられる光からの不
要な熱を取り除くように働く「ホットミラー」37と組
み合わせて、「コールド」ミラーとしても作用する。次
いで、光がPCOS素子15に入射することにより、平
面偏光テレセントリックビームを生成する。PCOS1
5は、上記図1、6、7、および8のうちのいずれかを
参照して説明した本発明のPCOSであり得る。FIG. 11 is a schematic diagram of the projection system.
The light from the lamp 7 is collimated by the parabolic mirror 8. The parabolic mirror 8 also acts as a "cold" mirror in combination with a "hot mirror" 37, which acts to remove unwanted heat from the light emitted by the lamp 7. Then, the light enters the PCOS element 15 to generate a plane polarized telecentric beam. PCOS1
5 may be the PCOS of the present invention described with reference to any of FIGS. 1, 6, 7, and 8 above.
【0158】PCOSを離れる光は、PCOSのレンズ
アレイ素子の拡大された像を実質的にフィールドレンズ
39の平面に生成する集光レンズまたはホモジナイザー
レンズ38を通過する。光が、フィールドレンズ39を
介して、液晶パネル33へ透過されることにより、確実
に液晶パネルがテレセントリックに照明される。Light leaving the PCOS passes through a condenser lens or homogenizer lens 38 that produces a magnified image of the lens array elements of the PCOS substantially in the plane of the field lens 39. The light is transmitted to the liquid crystal panel 33 via the field lens 39, so that the liquid crystal panel is reliably illuminated in a telecentric manner.
【0159】偏光ビームスプリッタ40は、フィールド
レンズ39と液晶パネル33との間に位置する。図9お
よび10を参照して上述したとおり、液晶パネル33に
より平面偏光が変わらない光が反射される場合、偏光ビ
ームスプリッタ40により、ランプ7に対して戻るよう
に方向づけられる。しかしながら、液晶パネル33によ
り反射される光が振動面を実質的に90°回転させる場
合、その光は、投射レンズ41に対して方向づけられ
る。それゆえ、液晶パネル33で符号化された像が投射
され得る。The polarization beam splitter 40 is located between the field lens 39 and the liquid crystal panel 33. As described above with reference to FIGS. 9 and 10, when the liquid crystal panel 33 reflects light whose plane polarization does not change, it is directed back to the lamp 7 by the polarizing beam splitter 40. However, if the light reflected by the liquid crystal panel 33 causes the vibrating surface to rotate substantially 90 °, the light will be directed with respect to the projection lens 41. Therefore, an image encoded by the liquid crystal panel 33 can be projected.
【0160】液晶材料が複屈折くさび型プリズムを形成
するために用いられる、図4を参照して述べた偏光分離
素子16では、PCOSの組立には、透明カバープレー
ト22および23が、その間に均一なセルギャップを設
けて相互に結合される必要がある。図12は、液晶層3
2が複屈折くさび型プリズムを形成するために用いられ
る、偏光分離素子のさらなる実施形態を示す。図12の
偏光分離素子はまた、光学的等方性プリズム31のアレ
イを備える。In the polarization splitting element 16 described with reference to FIG. 4, in which the liquid crystal material is used to form a birefringent wedge prism, the transparent cover plates 22 and 23 are uniformly spaced between the PCOS assemblies. It is necessary to provide different cell gaps and be coupled to each other. FIG. 12 shows the liquid crystal layer 3
2 shows a further embodiment of a polarization splitting element, where 2 is used to form a birefringent wedge prism. The polarization splitting element of FIG. 12 also comprises an array of optically isotropic prisms 31.
【0161】図12の偏光分離素子16では、光学的等
方性プリズム31が、例えば、高分子シートを成形また
はエンボスしてくさび型プリズムのアレイを提供するこ
とにより、高分子材料で形成される。スペーサボール4
2が、高分子くさび型プリズム31を下側透明カバープ
レート23から間隔を置くために用いられるため、2つ
の透明カバープレート22および23の間の間隔が確実
に均一となる。本実施形態で用いられるスペーサボール
42は、従来の液晶パネルで用いられるような任意の従
来のスペーサボールであり得る。スペーサボール42
は、スプレー処理により導入され得るか、または上側透
明カバープレート22および下側透明カバープレート2
3を結合するために用いられる接着剤に混合され得る。
スペーサボール42は、一般に、およそ数ミクロンの直
径を有する。In the polarization splitting element 16 of FIG. 12, the optically isotropic prism 31 is formed of a polymeric material, for example by molding or embossing a polymeric sheet to provide an array of wedge prisms. . Spacer ball 4
2 is used to space the polymeric wedge prism 31 from the lower transparent cover plate 23, thus ensuring a uniform spacing between the two transparent cover plates 22 and 23. The spacer balls 42 used in this embodiment can be any conventional spacer balls as used in conventional liquid crystal panels. Spacer ball 42
Can be introduced by a spray process, or the upper transparent cover plate 22 and the lower transparent cover plate 2
It can be mixed with the adhesive used to bond the three.
Spacer balls 42 generally have a diameter on the order of a few microns.
【0162】図13は、さらなる偏光分離素子16を示
す。図12の実施形態と同様に、液晶層32および光学
的等方性プリズム31のアレイが、第1の透明カバープ
レート22と第2の透明カバープレート23との間に配
置される。この偏光分離素子でも、光学的等方性くさび
型プリズム31が、例えば、成形またはエンボスによ
り、高分子材料から形成される。高分子材料は、スペー
サポスト43を設けるためにさらに形作られる。上側カ
バープレート22および下側カバープレート23が組み
合わされる場合、スペーサポスト43により、上側カバ
ープレート22と下側カバープレート23との間の間隔
が確実に均一になる。よって、偏光分離素子の全体に渡
って、スペーサポストを高分子層に間隔を空けて組み込
むことは、偏光分離素子の製作を単純化するという利点
を有する。さらなる利点は、スペーサポストの配列の均
一性が制御可能であるため、スペーサポスト43から散
乱するポテンシャルもより容易に制御され得ることであ
る。FIG. 13 shows a further polarization splitting element 16. As in the embodiment of FIG. 12, an array of liquid crystal layers 32 and optically isotropic prisms 31 is arranged between the first transparent cover plate 22 and the second transparent cover plate 23. Also in this polarization separation element, the optically isotropic wedge-shaped prism 31 is formed of a polymer material by, for example, molding or embossing. The polymeric material is further shaped to provide the spacer posts 43. When the upper cover plate 22 and the lower cover plate 23 are combined, the spacer posts 43 ensure a uniform spacing between the upper cover plate 22 and the lower cover plate 23. Thus, spacing spacer posts into the polymer layer throughout the polarization splitting element has the advantage of simplifying the fabrication of the polarization splitting element. A further advantage is that the uniformity of spacer post alignment is controllable so that the potential scattered from spacer posts 43 can also be more easily controlled.
【0163】図12および13の偏光分離素子はまた、
入射の方向からの両方の偏光成分を偏向する。The polarization splitting elements of FIGS. 12 and 13 also
It deflects both polarization components from the direction of incidence.
【0164】液晶材料を組み込んだ偏光分離素子の製作
は、従来の液晶パネルの組立法を用いて達成され得る。
液晶層と対向する表面、すなわち、高分子層31の表面
および下側透明カバープレート23の内部表面が、液晶
層材料をアライメントするためのアライメント層、例え
ば、アライメント材料PI2555の層でコーティング
され得る。アライメント層は、スピンコーティング法に
より堆積され得る。アライメント層が高分子材料を損傷
し得る温度で焼き付けられる必要がないことを確実にす
ることに注意を要するため、高分子層が光学的に等方性
のくさび型プリズムを形成するために用いられる場合、
アライメント層を形成するために用いられる材料は慎重
に選択されなければならない。Fabrication of a polarization splitting element incorporating a liquid crystal material can be accomplished using conventional liquid crystal panel assembly methods.
The surface facing the liquid crystal layer, that is, the surface of the polymer layer 31 and the inner surface of the lower transparent cover plate 23 may be coated with an alignment layer for aligning the liquid crystal layer material, for example, a layer of alignment material PI2555. The alignment layer can be deposited by spin coating. The polymer layer is used to form an optically isotropic wedge prism because care must be taken to ensure that the alignment layer does not have to be baked at temperatures that could damage the polymer material. If
The material used to form the alignment layer must be carefully selected.
【0165】上側および下側透明カバープレートは、光
学的に等方性を有する透明材料で形成され得る。上側カ
バープレート22および下側カバープレート23を高分
子材料から製作することが好ましい。これは、それによ
って、偏光分離素子のコストおよび重量が低減されるか
らである。The upper and lower transparent cover plates may be made of a transparent material having optical isotropy. The upper cover plate 22 and the lower cover plate 23 are preferably made of a polymeric material. This is because it reduces the cost and weight of the polarization splitting element.
【0166】上述の説明から分かるとおり、図4、1
2、および13に示す偏光分離素子では、液晶材料の切
換えは必要とされない。従って、偏光分離素子に、液晶
層全体に電圧を印加するための電極を設ける必要がな
い。このことは、透明電極を形成するために必要とされ
る高い堆積温度により、通常、用いることができる材料
には厳しい制限が加えられるため、偏光分離素子の製造
において、材料のより幅の広い選択を用いることができ
ることを意味する。As can be seen from the above description, FIGS.
In the polarization separating elements shown in 2 and 13, switching of the liquid crystal material is not required. Therefore, it is not necessary to provide the polarization separation element with an electrode for applying a voltage to the entire liquid crystal layer. This is because the high deposition temperature required to form the transparent electrode usually places severe restrictions on the materials that can be used, and thus a wider selection of materials in the manufacture of polarization separation elements. Means that can be used.
【0167】液晶層をアドレシングするための必須条件
がないことも、セルギャップの厚みの選択をさらに自由
にさせる。液晶材料の切換えのために、液晶層全体に渡
って電界を印加しなければならない場合、小さなセルギ
ャップが通常は好ましいため、所与の電界を低電圧で達
成することができる。この制限は、上記のとおり、液晶
材料32にアドレシングする必要がないため、図4、1
2、または13のPSEのセルギャップには適用されな
い。しかしながら、セルギャップが大きすぎる場合、液
晶層の厚さに渡って液晶分子のアライメントを維持する
ことが困難であり得るため、例えば、1mmの非常に大
きなセルギャップを避けることが好ましい。およそ10
0ミクロンのオーダー以下のセルギャップが、一般に、
その深さ全体を通じてアライメントを維持する。The lack of an essential condition for addressing the liquid crystal layer also makes the choice of cell gap thickness more flexible. If an electric field has to be applied across the liquid crystal layer for switching of the liquid crystal material, a small cell gap is usually preferred so that a given electric field can be achieved at low voltage. This limitation does not require addressing the liquid crystal material 32, as described above, so that FIG.
It does not apply to cell gaps of 2 or 13 PSEs. However, if the cell gap is too large, it may be difficult to maintain alignment of the liquid crystal molecules across the thickness of the liquid crystal layer, so it is preferable to avoid a very large cell gap of, for example, 1 mm. About 10
Cell gaps on the order of 0 microns and below are generally
Maintain alignment throughout its depth.
【0168】図15aは、さらなる偏光分離素子を示
す。これもまた、第1の透明カバープレート22と第2
の透明カバープレート23との間に配置される2つのプ
リズムのアレイを備える。第1のプリズムアレイは、等
方性プリズム24および24aのアレイであり、第2の
プリズムアレイは、複屈折プリズム21および21aの
アレイである。各アレイのプリズムは、実質的にくさび
型の断面を有する。第1のアレイのプリズムのくさび角
度は、第2のプリズムアレイのプリズム21および21
aのくさび角度に等しいか、または実質的に等しく、第
1のアレイのプリズム24および24aの断面寸法は、
第2のアレイのプリズム21および21aの断面寸法に
等しいか、または実質的に等しい。FIG. 15a shows a further polarization splitting element. This also includes the first transparent cover plate 22 and the second transparent cover plate 22.
And an array of two prisms disposed between the transparent cover plate 23 and the transparent cover plate 23. The first prism array is an array of isotropic prisms 24 and 24a, and the second prism array is an array of birefringent prisms 21 and 21a. The prisms of each array have a substantially wedge-shaped cross section. The wedge angle of the prisms of the first array is determined by the prisms 21 and 21 of the second prism array.
equal to or substantially equal to the wedge angle of a, the cross-sectional dimensions of the prisms 24 and 24a of the first array are:
Equal to or substantially equal to the cross-sectional dimension of the second array of prisms 21 and 21a.
【0169】これらのプリズムのアレイは、第1のアレ
イのプリズム24および24aが、第2のアレイのプリ
ズム21および21aの斜面に近接する斜面(斜辺面)
を有する。第1のアレイのプリズムは、第2のアレイの
プリズムと実質的に同じくさび角度を有するため、第1
のアレイのプリズム24および24aの底面は、第2の
アレイの対応するプリズム21および21aの底面と実
質的に平行である。上述した偏光分離素子と対称的に、
各アレイのプリズムは、1つのプリズムの厚い端部が隣
接するプリズムの薄い端部と近接して配置される「鋸歯
状の」配列で配列されない。図15aの偏光分離素子で
は、アレイ内のプリズムの傾斜方向は交互になる。よっ
て、第1のアレイの第1のプリズム24は、図15aで
見られるように、その厚さが左から右へと減少するよう
に配列されるが、第1のアレイの隣接するプリズム24
aは、図15aでは、その厚さが左から右へと増す。よ
って、第1のアレイのプリズム24aは、その薄い端部
が、第1のアレイの1つの隣接するプリズム24の薄い
端部に近接し、かつその厚い端部が、第1のプリズムア
レイの別の隣接するプリズム24の厚い端部に近接する
ように配列される。第2のプリズムアレイのプリズムも
同様に配列される。(アレイの近接するプリズム間の境
界は、図15aでは破線で示すが、アレイの構成によっ
ては、アレイ内の近接するプリズム間に物理的境界が存
在し得ないことに留意されたい。)図15aに示すプリ
ズム構造は、便宜上、「山型(herringbon
e)構造と呼ぶ。In the array of these prisms, the prisms 24 and 24a of the first array are close to the slopes of the prisms 21 and 21a of the second array (oblique side).
Have. The prisms of the first array have substantially the same rust angle as the prisms of the second array, thus
The bottom surfaces of the prisms 24 and 24a of the second array are substantially parallel to the bottom surfaces of the corresponding prisms 21 and 21a of the second array. In contrast to the above-mentioned polarization separation element,
The prisms in each array are not arranged in a "sawtooth" arrangement in which the thick ends of one prism are placed in close proximity to the thin ends of adjacent prisms. In the polarization splitting element of Figure 15a, the tilt directions of the prisms in the array alternate. Thus, the first prisms 24 of the first array are arranged so that their thickness decreases from left to right, as seen in FIG.
15a increases in thickness from left to right in FIG. 15a. Thus, the prisms 24a of the first array have their thin ends proximate the thin ends of one adjacent prism 24 of the first array and their thick ends different from those of the first prism array. Are arranged so as to be close to the thick ends of the adjacent prisms 24. The prisms of the second prism array are similarly arranged. (The boundaries between adjacent prisms in the array are shown as dashed lines in FIG. 15a, but it should be noted that, depending on the array configuration, there may be no physical boundaries between adjacent prisms in the array.) For convenience, the prism structure shown in FIG.
e) Call it a structure.
【0170】図15aにおいて左から右へと厚さが減少
する第1のアレイのプリズムのくさび角度θ1は、好ま
しくは、図15aにおいて左から右へと厚さを増す第1
のアレイのプリズムのくさび角度θ2に等しいか、また
は実質的に等しい。The wedge angle θ1 of the prisms of the first array of decreasing thickness from left to right in FIG. 15a is preferably the first increasing thickness from left to right in FIG. 15a.
Is equal to or substantially equal to the wedge angle θ2 of the prisms of the array.
【0171】図15aに示すとおり、図15aの偏光分
離素子16は、両方の偏光成分の光を偏向するため、各
偏光成分は第1のカバープレート22の外面22aに入
射する光の伝播方向と異なる方向で偏光分離素子を離れ
る。しかしながら、第1のアレイのプリズム24の厚さ
が図15aにおいて左から右へと減少する素子50が、
第1のプリズムアレイのプリズムの厚さが図15aにお
いて右から左へと増す素子51が第2の偏光成分を方向
づける方向と実質的に同じ方向に、第1の偏向成分を方
向づけること、およびその逆も同様であることに留意さ
れたい。As shown in FIG. 15a, since the polarization splitting element 16 of FIG. 15a deflects the light of both polarization components, each polarization component has a propagation direction of the light incident on the outer surface 22a of the first cover plate 22. Leave the polarization splitting element in different directions. However, the element 50 in which the thickness of the prisms 24 of the first array decreases from left to right in FIG.
Directing the first polarization component in substantially the same direction as the element 51 in which the prism thickness of the first prism array increases from right to left in FIG. 15a directs the second polarization component, and Note that the reverse is also true.
【0172】図15aの偏光分離素子の等方性プリズム
24および24aは、他の実施形態に関して本明細書中
で記載したいずれの方法も含む任意の適切な等方性プリ
ズムアレイの製造方法により製造され得る。例えば、等
方性プリズム24および24aのアレイは、高分子材料
から作製され得る。等方性プリズムのアレイの「山型」
プロファイルは、例えば、適切なモールドを用いた高分
子成形、高分子のキャスティング、リソグラフィック処
理、または高分子シートのエンボスにより獲得され得
る。The isotropic prisms 24 and 24a of the polarization splitting element of FIG. 15a are made by any suitable method of making an isotropic prism array, including any of the methods described herein with respect to other embodiments. Can be done. For example, the array of isotropic prisms 24 and 24a can be made from a polymeric material. Array of isotropic prisms "mountain"
The profile can be obtained, for example, by polymer molding using a suitable mold, polymer casting, lithographic processing, or embossing a polymer sheet.
【0173】複屈折プリズム21および21aのアレイ
も、任意の適切な方法、例えば、上述した任意の複屈折
プリズムアレイの製造方法により設けられ得る。例え
ば、複屈折プリズムアレイは、複屈折材料を適切に形作
ることにより獲得され得る。あるいは、複屈折プリズム
21および21aは、例えば、図4を参照して上述した
方法で、第2のカバーシート23と等方性プリズムアレ
イとの間に配置された液晶材料を用いて形成され得る。
複屈折プリズムアレイが異なる厚さを有する液晶層とし
て組み込まれる場合、偏光分離素子16は、好ましく
は、等方性プリズム24および24aの斜面上に配置さ
れた第1のアライメント層(図示せず)、および第2の
カバーシート23の上側表面23a上に配置された第2
のアライメント層(図示せず)を備える。The array of birefringent prisms 21 and 21a may also be provided by any suitable method, such as the method of making any of the birefringent prism arrays described above. For example, a birefringent prism array can be obtained by appropriately shaping a birefringent material. Alternatively, the birefringent prisms 21 and 21a may be formed using a liquid crystal material disposed between the second cover sheet 23 and the isotropic prism array, for example, in the manner described above with reference to FIG. .
When the birefringent prism array is incorporated as a liquid crystal layer having different thicknesses, the polarization splitting element 16 is preferably a first alignment layer (not shown) located on the slopes of the isotropic prisms 24 and 24a. , And a second cover sheet 23 having a second surface disposed on the upper surface 23a.
Alignment layer (not shown).
【0174】図15aでは、偏光分離素子は、光源に対
して最も近くに配置された等方性プリズムアレイととも
に示される。あるいは、光が等方性プリズムアレイ内へ
と進む前に、複屈折プリズムアレイを通過するように、
光が第2のカバーシート23の下面23bに最初に入射
するよう図15aの偏光分離素子16を向けることが可
能である。In FIG. 15a, the polarization splitting element is shown with the isotropic prism array located closest to the light source. Alternatively, the light may pass through the birefringent prism array before traveling into the isotropic prism array,
It is possible to direct the polarization splitting element 16 of FIG. 15a so that the light first enters the lower surface 23b of the second cover sheet 23.
【0175】図15bは、図15aの偏光分離素子16
を用いる偏光変換システムを示す。FIG. 15b shows the polarization splitting element 16 of FIG. 15a.
Shows a polarization conversion system using.
【0176】図15bのPCOS15は、図15aに示
すタイプの偏光分離素子16を含む。偏光分離素子16
は、光源(図示せず)からの非偏光または部分偏光によ
り照明される。偏光分離素子15は、入射光の2つの偏
光成分を分離し、偏光分離素子16を離れる2つの偏光
成分は、それぞれ、破線および実線で示される。上記で
説明したとおり、第1および第2の偏光成分が偏光分離
素子から発せられる方向は、第1および第2のプリズム
アレイの間の界面の方向に依存する。The PCOS 15 of FIG. 15b includes a polarization splitting element 16 of the type shown in FIG. 15a. Polarization separation element 16
Are illuminated by unpolarized or partially polarized light from a light source (not shown). The polarization separation element 15 separates the two polarization components of the incident light, and the two polarization components leaving the polarization separation element 16 are indicated by a broken line and a solid line, respectively. As explained above, the direction in which the first and second polarization components are emitted from the polarization splitting element depends on the direction of the interface between the first and second prism arrays.
【0177】図15bのPCOS15は、光源に対し
て、偏光分離素子16の反対側に位置する偏光変換素子
をさらに備える。偏光変換素子19は、偏光分離素子か
らの光を実質的に均一な偏光に変換する。図15bの実
施形態では、所望の出力偏光が、偏光分離素子により生
成される2つの偏光成分のうちの1つであるが、この場
合である必要はない。The PCOS 15 of FIG. 15b further comprises a polarization conversion element located on the opposite side of the polarization separation element 16 with respect to the light source. The polarization conversion element 19 converts the light from the polarization separation element into substantially uniform polarized light. In the embodiment of FIG. 15b, the desired output polarization is one of the two polarization components produced by the polarization splitting element, but this need not be the case.
【0178】図15bの実施形態では、偏光変換素子1
9は、偏光分離素子16から出力された1つの偏光成分
が偏光成分の振動面を実質的に90°回転させる偏光変
換素子のエリア19aに入射するように配置される。偏
光分離素子により出力されたその他の偏光成分が偏光成
分の振動面を回転させない偏光変換素子のエリア19b
に入射するようにさらに配置されるため、第2の偏光成
分の振動面は、偏光変換素子19により、実質的に変え
られない。結果的に、図15bのPCOS15から発せ
られた光は、実質的に1つの偏光成分の光のみを含む。In the embodiment of FIG. 15b, the polarization conversion element 1
9 is arranged so that one polarization component output from the polarization separation element 16 is incident on the area 19a of the polarization conversion element that rotates the oscillation plane of the polarization component by substantially 90 °. Area 19b of the polarization conversion element in which other polarization components output by the polarization separation element do not rotate the vibration plane of the polarization component.
Further, the vibrating surface of the second polarization component is substantially not changed by the polarization conversion element 19 because it is further arranged so as to be incident on. As a result, the light emitted from the PCOS 15 of Figure 15b contains substantially only one polarization component of light.
【0179】偏光分離素子により出力される2つの偏光
成分が、偏光変換素子19の正しいエリアに入射するこ
とを確実にするために、第1のレンズアレイ17が、偏
光変換素子19に対して向けられる光を収束するために
設けられる。図15bの実施形態では、第1のレンズア
レイ17が、偏光分離素子16と偏光変換素子19の間
に配置される。To ensure that the two polarization components output by the polarization splitting element are incident on the correct area of the polarization conversion element 19, the first lens array 17 is directed towards the polarization conversion element 19. It is provided for converging the light emitted. In the embodiment of FIG. 15b, the first lens array 17 is arranged between the polarization separation element 16 and the polarization conversion element 19.
【0180】第2のレンズアレイ18は、好ましくは、
図15aのPCOS15に設けられ、PCOSから出力
される光が実質的にテレセントリックであることを確実
にする。第2のレンズアレイが設けられた場合には、図
23を参照して上述された第1のレンズアレイと同じ基
板上に、適宜、配置され得る。これは、図15bに概略
的に示される。The second lens array 18 is preferably
Provided in the PCOS 15 of FIG. 15a, it ensures that the light output from the PCOS is substantially telecentric. When the second lens array is provided, it can be appropriately arranged on the same substrate as the first lens array described above with reference to FIG. This is shown schematically in Figure 15b.
【0181】図15aに示されるタイプの「山型」偏光
分離素子は、「鋸歯状の」偏光分離素子と比較して、光
の透過率が増加する。しかしながら、2つの偏光成分が
偏光変換素子19の正しいエリアに入射することを確実
にするためには、レンズアレイが、偏光分離素子と正確
にアライメントされることが必要である。特に、レンズ
アレイのピッチdmが、偏光分離素子のピッチdsの半分
である必要がある。さらに、レンズアレイの各素子は、
偏光分離素子16の素子50および51と対向してアラ
イメントする必要がある。A "mountain" type polarization separation element of the type shown in FIG. 15a has an increased light transmission compared to a "serrated" polarization separation element. However, in order to ensure that the two polarization components are incident on the correct area of the polarization conversion element 19, the lens array needs to be accurately aligned with the polarization separation element. In particular, the pitch d m of the lens array needs to be half the pitch d s of the polarization separation elements. Furthermore, each element of the lens array
The elements 50 and 51 of the polarization separation element 16 need to be opposed and aligned.
【0182】偏光変換素子のピッチdcは、レンズアレ
イのピッチdmの2倍に、等しいか、実質的に等しい必
要がある。さらに、偏光変換素子19は、各第1のエリ
ア19aがレンズアレイの1つの素子50のほぼ半分の
面積と、レンズアレイの近接する素子51の半分の面積
とに対向して置かれるように配置される必要がある。The polarization conversion element pitch d c must be equal to or substantially equal to twice the lens array pitch d m . Further, the polarization conversion element 19 is arranged such that each first area 19a is placed so as to face approximately half the area of one element 50 of the lens array and half the area of the adjacent element 51 of the lens array. Needs to be done.
【0183】対照的に、鋸歯状の偏光分離素子を組み込
んだPCOSでは、第1のレンズアレイ17のピッチ
は、偏光分離素子のピッチと同一である必要がなく、第
1のレンズアレイは、偏光分離素子の要素とアライメン
トされる必要がない。これは、「鋸歯状の」偏光分離素
子を組み込んだ本発明のPCOSを示す図15cに概略
的に示される。しかしながら、図15cのPCOSの偏
光変換素子19は、第2のレンズアレイ18とアライメ
ントされ、この偏光変換素子のピッチdcが第2のレン
ズアレイ18のピッチdmに等しいか、または実質的に
等しいことに留意されたい。In contrast, in a PCOS incorporating a sawtooth polarization separation element, the pitch of the first lens array 17 need not be the same as the pitch of the polarization separation element, and the first lens array is It need not be aligned with the elements of the isolation element. This is shown schematically in Figure 15c, which illustrates a PCOS of the present invention incorporating a "serrated" polarization separation element. However, the polarization conversion element 19 of PCOS in FIG 15c is aligned with the second lens array 18, or the pitch d c of the polarization conversion element is equal to the pitch d m of the second lens array 18, or substantially Note that they are equal.
【0184】PCOSが、反射性を改善するために、二
色性コーティングを組み込んだレフレクタを有するラン
プを用いて照明される場合、フレネル反射により、レフ
レクタにより反射された光にある程度の偏光を生じさせ
る。図21aは、このフレネル反射により発生する偏光
の幾何学配置を示す。When PCOS is illuminated with a lamp having a reflector that incorporates a dichroic coating to improve reflectivity, Fresnel reflections cause some polarization in the light reflected by the reflector. . Figure 21a shows the geometry of the polarization produced by this Fresnel reflection.
【0185】図21bは、レフレクタ8をその対称軸に
沿って観察している観測者により見られる偏光方向を示
す。この方向から観察した場合、偏光方向が放射形対称
を有することが分かる。図21bでは、PおよびSがp
平面偏光状態およびs平面偏光状態を示し、下付きの+
および−が偏光度を示すため、例えば、P+が実質的な
p偏光度を有する状態を示し、S-が低い偏光度を有す
るs偏光状態を示す。FIG. 21b shows the polarization directions seen by an observer observing the reflector 8 along its axis of symmetry. When observed from this direction, it can be seen that the polarization direction has radial symmetry. In Figure 21b, P and S are p
Shows plane and s plane polarization states, with a subscript +
And - for indicating the degree of polarization, for example, P + denotes a state having a substantial p polarization, S - represents s-polarized light state having a low degree of polarization.
【0186】偏光分離素子に入射する光が、すでにある
程度偏光されているので、偏光分離素子により生成され
るp偏光ビームは、偏光分離素子により生成されるs偏
光ビームと同じ強度を有さないため、第2のレンズアレ
イの素子で生成された2つのイメージが異なる強度を有
する。偏光変換素子19で用いられるリターダの性質に
より、1/2波長リターダ素子を用いて入射光の+成分
の偏光状態を変換すること、および入来する光の−成分
の振動面を変化させないことがより有効である。それゆ
え、偏光変換素子の各領域がその領域に入射するより高
い強度の偏光成分の振動面を、より低い強度の偏光成分
の振動面を変えることなく変換するように偏光変換素子
がパターニングされることが好ましい。Since the light incident on the polarization separation element is already polarized to some extent, the p-polarized beam produced by the polarization separation element does not have the same intensity as the s-polarized beam produced by the polarization separation element. , The two images produced by the elements of the second lens array have different intensities. Due to the nature of the retarder used in the polarization conversion element 19, it is possible to convert the polarization state of the + component of the incident light by using the ½ wavelength retarder element and not change the vibration plane of the − component of the incoming light. More effective. Therefore, the polarization conversion element is patterned so that each region of the polarization conversion element transforms the vibration plane of the higher intensity polarization component incident on that region without changing the vibration plane of the lower intensity polarization component. It is preferable.
【0187】図21cは、入射光が図21bに示される
ように偏光される偏光変換素子としての使用に適したリ
ターダ42を示す。図21cのリターダは、4つのセク
ション42A〜42Dを有する。このリターダは、セク
ション42Aおよび42Cが主にp平面偏光され、わず
かにs平面偏光成分を含む光を受け取るように方向づけ
られる。それゆえ、リターダの領域42Aおよび42C
が、好ましくは、入来する光のp偏光成分をs偏光成分
に変換する一方で、すでにs偏光されている成分には効
果がない。反対に、リターダ42の領域42Bおよび4
2Dが、使用時に、主にs平面偏光され、わずかな成分
のみがp偏光された光を受け取る。従って、領域42B
および42Dでは、リターダは、好ましくは、s偏光成
分の偏向に影響を及ぼすことなく、s偏光成分をp偏光
に変換する。FIG. 21c shows a retarder 42 suitable for use as a polarization conversion element in which incident light is polarized as shown in FIG. 21b. The retarder of Figure 21c has four sections 42A-42D. The retarder is oriented so that sections 42A and 42C are predominantly p-plane polarized and receive light with a slight s-plane polarization component. Therefore, the regions 42A and 42C of the retarder
However, it preferably converts the p-polarized component of the incoming light into an s-polarized component, while having no effect on components that are already s-polarized. Conversely, regions 42B and 4 of retarder 42
In use, 2D receives light that is predominantly s-plane polarized, with only a minor component being p-polarized. Therefore, the area 42B
At and 42D, the retarder preferably converts the s-polarized component to p-polarized without affecting the polarization of the s-polarized component.
【0188】図21cのリターダ42は、p偏光成分お
よびs偏光成分を水平面で分離する偏光分離素子との使
用を意図している。それゆえ、リターダ42の光軸方向
は垂直ストライプにパターニングされ、一方のストリッ
プの光軸が垂直であり、近接するストリップの光軸はそ
の垂直線に対して45°である。これらのストリップ
は、リターダの各領域において、入射光の最大輝度の偏
光成分が光軸が45°であるストリップ上に方向づけら
れるように配列される。よって、領域42Aおよび42
Cでは、入射光のp成分が、垂直線に対して45°であ
る光軸を有するストリップに方向づけられ、それによ
り、s偏光に変換される。一方、領域42Bおよび42
Dでは、入射光のs成分が、偏光分離素子により、垂直
方向に対して45°に配列される光軸を有するストリッ
プに方向づけられ、p偏光に変換される。The retarder 42 of FIG. 21c is intended for use with a polarization splitting element that splits the p and s polarization components in the horizontal plane. Therefore, the optical axis direction of the retarder 42 is patterned into a vertical stripe, the optical axis of one strip is vertical, and the optical axis of the adjacent strip is 45 ° with respect to the vertical line. These strips are arranged such that in each region of the retarder, the polarization component of the maximum intensity of the incident light is directed onto the strip whose optical axis is 45 °. Thus, regions 42A and 42
At C, the p component of the incident light is directed into a strip having an optical axis that is 45 ° with respect to the vertical, thereby converting it to s-polarized light. On the other hand, the regions 42B and 42
At D, the s component of the incident light is directed by the polarization splitting element into a strip with an optical axis aligned at 45 ° to the vertical and converted to p-polarized light.
【0189】光が図21cに示す波長板42を通過した
後、そのリターダの領域42Aおよび42Cを通過した
光がs平面偏光となる一方で、リターダ42の領域42
Bおよび42Dを通過した光がp平面偏光状態となる。
均一な偏光を有する光を生成するためには、光に第2の
波長板を通過させて、一方の偏光成分を直交する偏光状
態に変換することが必要である。図21dに1つの適切
な波長板を示す。After the light passes through the wave plate 42 shown in FIG. 21c, the light passing through the retarder regions 42A and 42C becomes s-plane polarized light, while the region 42 of the retarder 42.
Light that has passed through B and 42D is in the p-plane polarization state.
In order to generate light with uniform polarization, it is necessary to pass the light through a second wave plate to convert one polarization component into orthogonal polarization states. FIG. 21d shows one suitable wave plate.
【0190】図21dの波長板43も、4つのセクショ
ン43A〜43Dを有し、これらは、図21cの波長板
42の領域42A〜42Dとサイズおよび形状において
一致する。The wave plate 43 of FIG. 21d also has four sections 43A-43D, which match in size and shape with the regions 42A-42D of the wave plate 42 of FIG. 21c.
【0191】出力光がs偏光成分であることが所望され
る場合、波長板43のセクション43Aおよび43C
は、上記のとおり、波長板42のセクション42Aおよ
び42Cがs偏光を生成するため、波長板42により発
せられる光の振動面を変える必要がない。領域43Aお
よび43Cの光軸は、入射光の偏光と平行となる。If it is desired that the output light be the s-polarized component, then sections 43A and 43C of wave plate 43 are used.
As described above, since the sections 42A and 42C of the wave plate 42 generate s-polarized light, it is not necessary to change the vibration plane of the light emitted by the wave plate 42. The optical axes of the regions 43A and 43C are parallel to the polarization of incident light.
【0192】リターダ43のセクション43Bおよび4
3Dは、リターダ42からp偏光を受け取る。リターダ
43からの出力がs偏光であることが所望されるため、
これには、リターダ43のセクション43Bおよび43
Dが、リターダ42のセクション42Bおよび42Dに
より発せられるp偏光の振動面を回転させて、s偏光を
生成することが必要である。それゆえ、リターダ43の
セクション43Bおよび43Dの光軸は、好ましくは、
垂直線に対して45°に傾く。Retarder 43 sections 43B and 4
The 3D receives p-polarized light from the retarder 42. Since it is desired that the output from the retarder 43 be s-polarized,
This includes sections 43B and 43 of retarder 43.
It is necessary for D to rotate the plane of vibration of the p-polarized light emitted by sections 42B and 42D of retarder 42 to produce s-polarized light. Therefore, the optical axes of the sections 43B and 43D of the retarder 43 are preferably
Tilted at 45 ° to the vertical.
【0193】波長板43の光軸方向、および波長板42
から受け取られる偏光を図21dに示す。The direction of the optical axis of the wave plate 43 and the wave plate 42
The polarization received from is shown in Figure 21d.
【0194】入射光が図21dに示すように偏光される
使用に適したさらなる偏光分離素子44を図21eを参
照して説明する。偏光分離素子44は、第1および第2
の透明カバープレートの間に配置された単軸材料層を備
える。図21eは、単軸材料層の厚さを渡る単軸材料の
光軸の配向を示し、単軸材料の光軸のねじれが、空間的
に変化することが理解できる。素子44の領域44Aお
よび44Cでは、一方のカバープレートに近接する単軸
材料の光軸が、他方のカバープレートに近接する単軸材
料の光軸と実質的に同じ方向にある一方で、セクション
44Bおよび44Dでは、光軸が、単軸材料の層の厚さ
に全体を渡って実質的に90°ねじれる。A further polarization splitting element 44 suitable for use in which the incident light is polarized as shown in FIG. 21d will be described with reference to FIG. 21e. The polarization separation element 44 includes the first and second
Layers of uniaxial material disposed between the transparent cover plates. FIG. 21e shows the optic axis orientation of the uniaxial material across the thickness of the uniaxial material layer, and it can be seen that the optic axis twist of the uniaxial material varies spatially. In regions 44A and 44C of element 44, the optical axis of the uniaxial material proximate one cover plate is substantially in the same direction as the optical axis of the uniaxial material proximate the other cover plate, while section 44B. And at 44D, the optic axis twists substantially 90 ° through the thickness of the layer of uniaxial material.
【0195】セクション44Bおよび44Dは、2つの
分離ビームの偏光を90°回転させるように作用する。
例えば、成分P−およびS+を含む入射光が偏光分離素
子44に入射する場合、2つの偏光成分が角度的に分離
され、セクション44Bおよび44Dでは、これらの成
分がその偏光を90°回転させてS−およびP+とな
る。Sections 44B and 44D serve to rotate the polarization of the two separated beams by 90 °.
For example, if incident light containing components P- and S + is incident on polarization separation element 44, the two polarization components are angularly separated, and in sections 44B and 44D, these components rotate their polarization by 90 °. S- and P +.
【0196】水平方向で光を分離するように構成された
プリズムアレイを備えた、このような偏光分離素子は、
図1aに示すようなPCOSシステム15aで用いられ
得る。この場合、レンズアレイの第2の面18を離れる
光が、P偏光およびS偏光の垂直ストライプを交互に含
む。この交互配列(alternation)は、光が
どのセクションで偏光分離素子44を出るかに依存して
おり、セクション44Bおよび44Dにより生成される
ストライプと比較すると、セクション44Aおよび44
Cにより生成されるストライプは、1つのストライプず
つ変化する。すなわち、セクション44Aおよび44C
がP偏光およびS偏光を交互に有するストライプを生成
し、次いでセクション44Bおよび44DがP偏光およ
びS偏光を交互に有するストライプを生成する。Such a polarization splitting element, comprising a prism array configured to split light in the horizontal direction, comprises:
It can be used in a PCOS system 15a as shown in FIG. 1a. In this case, the light leaving the second surface 18 of the lens array comprises alternating vertical stripes of P and S polarization. This alternation depends on which section the light exits the polarization splitting element 44, compared to the stripes produced by sections 44B and 44D.
The stripes generated by C change one stripe at a time. That is, sections 44A and 44C
Produces stripes having alternating P and S polarizations, and then sections 44B and 44D produce stripes having alternating P and S polarizations.
【0197】ここで、偏光分離素子から出る光は、セク
ション44Aおよび44Cからの成分P+およびS−、
セクション44Bおよび44Dからの成分S−およびP
+ならびにを含む。Here, the light emerging from the polarization splitting element is the component P + and S- from sections 44A and 44C.
Components S- and P from sections 44B and 44D
Includes + and.
【0198】図21cは、パターニングされた偏光回転
素子を示す。この素子は、次いで、図21eの偏光分離
素子を出る光を実質的に均一な偏光を有する光に変換す
る。FIG. 21c shows a patterned polarization rotator element. This element then converts the light exiting the polarization splitting element of Figure 21e into light having a substantially uniform polarization.
【0199】偏光分離素子が複屈折くさび型プリズムの
単一アレイを含む場合、1つの直線偏光を有する光は、
実質的に全ての材料分散を経験する。この指数が最大分
散度有するため、通常、これが、異常光線屈折率により
屈折させられる成分である。直交する直線偏光成分の両
方が実質的に等しい分散を経験することが所望される場
合、光軸が単軸材料の厚さを渡って90℃のねじれを有
する少なくとも1つのエリアを有し、かつ単軸材料の光
軸が単軸材料の厚さを渡るねじれを有さない少なくとも
1つのエリアを有する単軸材料を含む複屈折くさび型プ
リズムを用いることにより達成することができる。光軸
のねじれが90°である単軸材料の面積と、光軸のねじ
れが0°である単軸材料の面積が実質的に等しいと仮定
すると、直交する偏光成分の両方が実質的に等しい分散
を経験する。図22aは、この効果を達成する対向基板
のアライメントの1つの実施形態を概略的に示す。対向
基板は、2つの領域46Aおよび46Bを有し、この2
つの領域間でアライメントフィルムのアライメント方向
が変わる。領域46Aでは、(図22aに見られるよう
に)アライメント方向が垂直線に対して90°である一
方で、領域46Bでは、アライメント方向は垂直線に対
して0°である。垂直線に対して0°の均一なアライメ
ント方向を有する別のアライメント膜とともに用いられ
る場合、領域46Aは、図22aの左上の挿入部に示さ
れるように、単軸材料の厚さに渡って、単軸材料の光軸
に90°のねじれを引き起こす。反対に、領域46B
は、図22aの右下の挿入部に示すように、単軸材料の
光軸は、単軸材料の厚さに渡るねじれを引き起こさな
い。When the polarization splitting element comprises a single array of birefringent wedge prisms, light with one linear polarization is:
Experience substantially all material dispersion. Since this index has the maximum degree of dispersion, it is usually the component that is refracted by the extraordinary ray refractive index. If it is desired that both orthogonal linearly polarized light components experience substantially equal dispersion, the optic axis has at least one area having a twist of 90 ° C. across the thickness of the uniaxial material, and This can be achieved by using a birefringent wedge prism that comprises a uniaxial material whose optic axis has at least one area with no twist across the thickness of the uniaxial material. Assuming that the area of a uniaxial material with an optical axis twist of 90 ° and the area of a uniaxial material with an optical axis twist of 0 ° are substantially equal, both orthogonal polarization components are substantially equal. Experience dispersion. Figure 22a schematically illustrates one embodiment of counter substrate alignment that achieves this effect. The counter substrate has two regions 46A and 46B.
The alignment direction of the alignment film changes between the two areas. In region 46A, the alignment direction is 90 ° to the vertical (as seen in FIG. 22a), while in region 46B the alignment direction is 0 ° to the vertical. When used with another alignment film that has a uniform alignment direction of 0 ° with respect to the vertical, the region 46A extends across the thickness of the uniaxial material, as shown in the top left insert of Figure 22a. It causes a 90 ° twist in the optical axis of the uniaxial material. Conversely, area 46B
22a, the optical axis of the uniaxial material does not cause twisting through the thickness of the uniaxial material, as shown in the bottom right insert of FIG. 22a.
【0200】図22bは、図22aの実施形態の変形例
を示す。この図は、異なるアライメント方向の多数の領
域を有する対向基板47を示す。領域47Aは、垂直線
に対して90°のアライメント方向を有し、領域47B
は、垂直線に対して0°のアライメント方向を有する。
垂直線に対して0°の均一なアライメント方向を有する
別のアライメントフィルムとともに用いられる場合、領
域47Aが、単軸材料の厚さに渡って、単軸材料の光軸
に90°のねじれを引き起こす一方で、領域47Bは、
単軸材料の光軸には、単軸材料の厚さに渡るねじれを引
き起こさない。FIG. 22b shows a modification of the embodiment of FIG. 22a. This figure shows a counter substrate 47 with multiple regions in different alignment directions. Area 47A has an alignment direction of 90 ° with respect to the vertical and area 47B
Has an alignment direction of 0 ° with respect to the vertical.
When used with another alignment film having a uniform alignment direction of 0 ° with respect to the vertical, the region 47A causes a 90 ° twist in the optic axis of the uniaxial material over the thickness of the uniaxial material. On the other hand, the area 47B is
The optical axis of the uniaxial material does not cause twist through the thickness of the uniaxial material.
【0201】図1a、1b、2a、2b、6a、6b、
7a、7b、14c、および15bに示すPCOSの実
施形態では、偏光変換素子19は、そこに入射する成分
の偏光には何の影響も及ぼさない複数の第1のエリア、
およびそこに入射する成分の振動面を90°回転させる
他のエリアから構成される。よって、これらの偏光変換
素子は、共通の振動面を有する光を出力する。しかしな
がら、本発明は、そのような偏光変換素子を有するPC
OSに限定されない。例えば、本発明のPCOSの偏光
変換素子は、代わりに、本願明細書に記載したような偏
光回転素子と、光源に対して、偏光回転素子の反対側に
配置される均一波長板またはリターダとの組み合わせを
備え得る。均一波長板またはリターダは、偏光回転素子
19により出力された直線偏光を楕円または円形偏光に
変換する。1a, 1b, 2a, 2b, 6a, 6b,
In the PCOS embodiments shown in 7a, 7b, 14c and 15b, the polarization conversion element 19 comprises a plurality of first areas which have no effect on the polarization of the components incident thereon,
And another area for rotating the vibrating surface of the component incident thereon by 90 °. Therefore, these polarization conversion elements output light having a common vibrating surface. However, the present invention provides a PC having such a polarization conversion element.
It is not limited to the OS. For example, the PCOS polarization conversion element of the present invention instead comprises a polarization rotator element as described herein and a uniform wave plate or retarder disposed opposite the polarization rotator element with respect to the light source. Combinations may be provided. The uniform wave plate or retarder converts the linearly polarized light output by the polarization rotation element 19 into elliptically or circularly polarized light.
【0202】本発明は、第1の偏光を有する光を第1の
方向に向け、第1の偏光と異なる第2の偏光を有する光
を第1の方向と異なる第2の方向に向ける偏光分離素子
(16)、および第1および第2の偏光を有する光を実
質的に共通の出力偏光に変換する1以上の偏光変換素子
(19a,19b)とを備える。偏光分離素子が、くさ
び型の断面を有する第1のプリズムのアレイ(20)、
およびくさび型の断面を有する第2のプリズムのアレイ
(21)とを備える偏光変換システムを提供する。プリ
ズムのアレイのうちの1つが複屈折プリズムのアレイで
ある。The present invention is directed to polarization separation in which light having a first polarization is directed in a first direction and light having a second polarization different from the first polarization is directed in a second direction different from the first direction. An element (16) and one or more polarization conversion elements (19a, 19b) for converting light having the first and second polarizations into a substantially common output polarization. The polarization separation element has a first prism array (20) having a wedge-shaped cross section,
And a second array of prisms (21) having a wedge-shaped cross section. One of the arrays of prisms is an array of birefringent prisms.
【0203】本発明の偏光変換システムは、投射ディス
プレイシステムでの使用に提供する。The polarization conversion system of the present invention provides for use in a projection display system.
【0204】[0204]
【発明の効果】本発明によれば、リソグラフィーを用い
て配向された複屈折位相差板アレイおよび複屈折Pスプ
リッタおよび複屈折Sスプリッタを用いることで偏光変
換システムの長さを例えば2mm以下に縮小することが
できる。PスプリッタおよびSスプリッタにより、P偏
光とS偏光とが同一の角度を有するように分離され、そ
の後レンズアレイに映し出される。さらにP偏光および
S偏光の一方が更に偏光され、偏光が実質的に均一とな
る。また、位相差板は、ピットを最小にするために光硬
化性液晶等から作製することができる。Pスプリッタお
よびSスプリッタはプリズムアレイおよびそれに組み合
わされた複屈折層を含む。本発明によれば、このような
位相差板とPスプリッタおよびSスプリッタとの組み合
わせにより、非常に小型な光学システムが実現される。
さらに、システムの光漏れが低減されるので、光効率が
向上するという優位な効果が得られる。また、ピッチの
縮小により、レンズ素子をさらに多くシステムに組み込
むことが可能となる。このことにより、光源の均一化が
向上され、投射光の均一化がさらに向上される。According to the present invention, the length of the polarization conversion system is reduced to, for example, 2 mm or less by using the birefringent retardation plate array and the birefringent P splitter and the birefringent S splitter which are aligned by using lithography. can do. The P-polarized light and the S-polarized light are separated by the P-splitter and the S-splitter so as to have the same angle, and then are projected on the lens array. Further, one of the P-polarized light and the S-polarized light is further polarized so that the polarized light becomes substantially uniform. Further, the retardation plate can be made of a photo-curable liquid crystal or the like in order to minimize pits. The P-splitter and S-splitter include a prism array and a birefringent layer associated therewith. According to the present invention, a very compact optical system is realized by combining such a retardation plate with a P splitter and an S splitter.
Further, since the light leakage of the system is reduced, the advantageous effect of improving the light efficiency can be obtained. Also, the reduction in pitch allows more lens elements to be incorporated into the system. As a result, the uniformity of the light source is improved, and the uniformity of the projected light is further improved.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図1a】図1aは、本発明による偏光変換システムの
第1の実施形態の概略図である。FIG. 1a is a schematic diagram of a first embodiment of a polarization conversion system according to the present invention.
【図1b】図1bは、本発明による偏光変換システムの
第2の実施形態の概略図である。FIG. 1b is a schematic diagram of a second embodiment of a polarization conversion system according to the present invention.
【図2a】図2aは、第1の偏光分離素子の概略断面図
である。FIG. 2a is a schematic cross-sectional view of a first polarization separation element.
【図2b】図2bは、第2の偏光分離素子の概略断面図
である。FIG. 2b is a schematic sectional view of a second polarization separation element.
【図2c】図2cは、さらなる偏光分離素子の概略断面
図である。FIG. 2c is a schematic cross-sectional view of a further polarization splitting element.
【図2d】図2dは、図2cの偏光分離素子の部分斜視
図である。2d is a partial perspective view of the polarization splitting element of FIG. 2c.
【図2e】図2eは、図2cの偏光分離素子の部分斜視
図である。2e is a partial perspective view of the polarization splitting element of FIG. 2c.
【図3a】図3aは、さらなる偏光分離素子の概略断面
図である。FIG. 3a is a schematic cross-sectional view of a further polarization splitting element.
【図3b】図3bは、さらなる偏光分離素子の部分断面
図である。FIG. 3b is a partial cross-sectional view of a further polarization splitting element.
【図4】図4は、さらなる偏光分離素子の概略断面図で
ある。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a further polarization separation element.
【図5】図5は、偏光分離素子の動作を示す断面図であ
る。FIG. 5 is a cross-sectional view showing the operation of the polarization beam splitting element.
【図6a】図6aは、本発明による偏光変換システムの
さらなる実施形態の概略図である。FIG. 6a is a schematic view of a further embodiment of a polarization conversion system according to the present invention.
【図6b】図6bは、本発明による偏光変換システムの
さらなる実施形態の概略図である。FIG. 6b is a schematic diagram of a further embodiment of a polarization conversion system according to the present invention.
【図7a】図7aは、本発明による偏光変換システムの
さらなる実施形態の概略図である。FIG. 7a is a schematic view of a further embodiment of a polarization conversion system according to the present invention.
【図7b】図7bは、本発明による偏光変換システムの
さらなる実施形態の概略図である。FIG. 7b is a schematic view of a further embodiment of a polarization conversion system according to the present invention.
【図8】図8は、本発明による偏光変換システムのさら
なる実施形態の概略断面図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a further embodiment of a polarization conversion system according to the present invention.
【図9】図9は、反射性偏光分離素子の概略図である。FIG. 9 is a schematic diagram of a reflective polarization separation element.
【図10】図10は、反射性偏光分離素子を示す拡大断
面図である。FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view showing a reflective polarization separation element.
【図11】図11は、本発明による投射システムの概略
図である。FIG. 11 is a schematic diagram of a projection system according to the present invention.
【図12】図12は、さらなる偏光分離素子の概略断面
図である。FIG. 12 is a schematic sectional view of a further polarization separation element.
【図13】図13は、さらなる偏光分離素子の概略断面
図である。FIG. 13 is a schematic sectional view of a further polarization separation element.
【図14a】図14aは、偏光分離素子での使用に適し
たリターダのアライメント方向を示す。FIG. 14a shows a retarder alignment direction suitable for use in a polarization splitting element.
【図14b】図14bは、図14aのリターダの概略斜
視図である。FIG. 14b is a schematic perspective view of the retarder of FIG. 14a.
【図14c】図14cは、本発明による偏光変換システ
ムの別の実施形態の概略図である。FIG. 14c is a schematic diagram of another embodiment of a polarization conversion system according to the present invention.
【図15a】図15aは、さらなる偏光分離素子の概略
断面図である。FIG. 15a is a schematic cross-sectional view of a further polarization splitting element.
【図15b】図15bは、本発明による偏光変換システ
ムの実施形態の概略図である。FIG. 15b is a schematic diagram of an embodiment of a polarization conversion system according to the present invention.
【図15c】図15cは、本発明による偏光変換システ
ムの実施形態の概略図である。FIG. 15c is a schematic diagram of an embodiment of a polarization conversion system according to the present invention.
【図16】図16は、従来の偏光変換システムの概略断
面図である。FIG. 16 is a schematic cross-sectional view of a conventional polarization conversion system.
【図17】図17は、別の従来の偏光変換システムの斜
視図である。FIG. 17 is a perspective view of another conventional polarization conversion system.
【図18】図18は、液晶ウォラストンタイププリズム
の概略斜視図である。FIG. 18 is a schematic perspective view of a liquid crystal Wollaston type prism.
【図19】図19は、さらなる従来の偏光変換システム
の概略図である。FIG. 19 is a schematic diagram of a further conventional polarization conversion system.
【図20a】図20aは、さらなる従来の偏光変換シス
テムの概略図である。FIG. 20a is a schematic diagram of a further conventional polarization conversion system.
【図20b】図20bは、図20aの偏光変換システム
の偏光分離素子の製作を示す。20b shows the fabrication of the polarization splitting element of the polarization conversion system of FIG. 20a.
【図21a】図21aは、放物面レフレクタにより生成
される偏光を示す。FIG. 21a shows the polarization produced by a parabolic reflector.
【図21b】図21bは、放物面レフレクタにより生成
される偏光を示す。FIG. 21b shows the polarization produced by a parabolic reflector.
【図21c】図21cは、図21aおよび21bに示す
偏光を利用するために適した2つの波長板を示す。FIG. 21c shows two waveplates suitable for utilizing the polarization shown in FIGS. 21a and 21b.
【図21d】図21dは、図21aおよび21bに示す
偏光を利用するために適した2つの波長板を示す。Figure 21d shows two wave plates suitable for utilizing the polarization shown in Figures 21a and 21b.
【図21e】図21eは、図21aのレフレクタにより
引き起こされた偏光を利用するために適した単軸材料の
光軸のねじれの概略斜視図である。21e is a schematic perspective view of the optic axis twist of a uniaxial material suitable for utilizing the polarization induced by the reflector of FIG. 21a.
【図22a】図22aは、直線偏光のP成分およびS成
分に対する分散を均一にするための対向基板のアライメ
ント方向の1つの実施形態を示す。FIG. 22a shows one embodiment of counter substrate alignment directions for uniform dispersion of P and S components of linearly polarized light.
【図22b】図22bは、直線偏光のP成分およびS成
分に対する分散を均一にするための対向基板のアライメ
ント方向のさらなる実施形態を示す。FIG. 22b shows a further embodiment of the alignment direction of the counter substrate for uniform distribution of linearly polarized light for the P and S components.
【図23】図23は、図1aの偏光変換システムのレン
ズアレイの斜視図である。FIG. 23 is a perspective view of a lens array of the polarization conversion system of FIG. 1a.
【図24】図24は、図1aの偏光変換システムを組み
込んだ投射システムの概略図である。24 is a schematic diagram of a projection system incorporating the polarization conversion system of FIG. 1a.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G02F 1/13 505 G02F 1/13 505 5C058 G03B 21/00 G03B 21/00 E 21/14 21/14 A H04N 5/74 H04N 5/74 A (72)発明者 マリーナ ウラジミロブナ カゾバ イギリス国 オーエックス39 4ジェイユ ー オックスフォードシェア, シノア ー, アシュリッジ 3 (72)発明者 高塚 保 栃木県矢板市早川町174−7シャープそこ う寮317 (72)発明者 三谷 圭輔 栃木県河内郡河内町大字中岡本字並塚3715 −32 (72)発明者 猪子 和宏 千葉県船橋市東船橋4−23−17 (72)発明者 グラハム ジョン ウッドゲート イギリス国 アールジー9 1エイチエフ オックスフォードシェア, ヘンリー− オン−テムズ, ヴィカラージ ロード 9 (72)発明者 原 政春 栃木県大田原市紫塚2−2598−8 (72)発明者 グラント ボアヒル イギリス国 ジーエル54 1エイエル グ ロチェスターシェア, ストウ−オン−ザ −ウォールド, マウント プレザント 1 (72)発明者 エマ ウォルトン イギリス国 オーエックス4 3エヌイー オックスフォード, カウリー, ビュ ーチャンプ レーン ビューチャンプ プ レイス 45 Fターム(参考) 2H042 CA09 CA14 CA15 CA17 2H049 BA05 BA42 BB03 BB51 BB62 BC22 2H052 BA02 BA03 BA09 BA14 2H088 EA47 2H099 AA12 BA09 BA17 CA02 CA07 CA08 CA11 5C058 AB06 BA05 EA11 EA12 EA13 EA26 EA51 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) G02F 1/13 505 G02F 1/13 505 5C058 G03B 21/00 G03B 21/00 E 21/14 21/14 A H04N 5/74 H04N 5/74 A (72) Inventor Marina Vladimir Buna Kazoba UK EX 39 4 Jay Y Oxford Share, Shinoa, Ashridge 3 (72) Inventor Tamotsu Takatsuka 174-1 Hayakawacho, Yaita City, Tochigi Prefecture Sharp There Dormitory 317 (72) Inventor Keisuke Mitani 3715 −32 (72) Inventor Kazuhiro Inoko 4-23-17 Higashi Funabashi, Funabashi City, Chiba Prefecture Graham John Woodgate UK RG 91 HF Oxford Share, Henry-On-Thames, Vicarage Road 9 (72) Inventor Masaharu Hara 2-2598-8 Shizuka, Otawara-shi, Tochigi Prefecture (72) Inventor Grant Boahill GL 541 GL Grochester Share, Stow-on-the -Wold, Mt Pleasant 1 (72) Inventor Emma Walton 4/3 NX Oxford, UK, Cowley, Butchamp Lane Viewchamp Praise 45 F Term (Reference) 2H042 CA09 CA14 CA15 CA17 2H049 BA05 BA42 BB03 BB51 BB62 BC22 205 BA02 BA03 BA09 BA14 2H088 EA47 2H099 AA12 BA09 BA17 CA02 CA07 CA08 CA11 5C058 AB06 BA05 EA11 EA12 EA13 EA26 EA51
Claims (35)
光と異なる第2の偏光を有する光を該第1の方向と異な
る第2の方向に向ける偏光分離素子(16)と、 該第1および第2の偏光を有する光を実質的に共通の出
力偏光を有する光に変換する1以上の偏光変換素子(1
5)とを備え、 偏光分離素子が、それぞれがくさび型の断面を有する第
1のプリズムのアレイと、それぞれがくさび型の断面を
有する第2のプリズムのアレイとを備え、該第1のアレ
イの各プリズムが、該第2のアレイの対応するプリズム
の傾斜面に近接して配置される傾斜面を備えて配置さ
れ、該プリズムのアレイのうちの少なくとも1つの各プ
リズムが複屈折プリズムであり、 該偏光分離素子が、該第1の偏光を有する光を偏向さ
せ、かつ該第2の偏光を有する光を偏向させるように配
列される、偏光変換システム。1. A polarization conversion system comprising: a first lens array (17) for focusing incident collimated light; and directing light having a first polarization in a first direction, the first polarization being different from the first polarization. A polarization splitting element (16) for directing light having a second polarization in a second direction different from the first direction, and light having the first and second polarizations having a substantially common output polarization One or more polarization conversion elements (1
5) and the polarization separation element comprises an array of first prisms each having a wedge-shaped cross section, and an array of second prisms each having a wedge-shaped cross section, the first array Each prism of the second array is disposed with an inclined surface disposed proximate an inclined surface of a corresponding prism of the second array, and each prism of at least one of the array of prisms is a birefringent prism. A polarization conversion system, wherein the polarization separation element is arranged to deflect light having the first polarization and deflect light having the second polarization.
請求項1に記載の偏光変換システム。2. The output polarization is the second polarization,
The polarization conversion system according to claim 1.
ムが複屈折プリズムであり、前記第2のプリズムのアレ
イの各プリズムが複屈折プリズムである、請求項1に記
載の偏光変換システム。3. The polarization conversion system according to claim 1, wherein each prism of the first array of prisms is a birefringent prism, and each prism of the second array of prisms is a birefringent prism.
2のアレイの対応するプリズムの光軸に対して垂直の光
軸を有して配列される、請求項3に記載の偏光変換シス
テム。4. The polarization conversion system according to claim 3, wherein each prism of the first array is arranged with an optical axis perpendicular to the optical axis of a corresponding prism of the second array. .
ムが光学的等方性プリズムであり、前記第2のプリズム
のアレイの各プリズムが複屈折プリズムである、請求項
1に記載の偏光変換システム。5. The polarization conversion of claim 1, wherein each prism of the first array of prisms is an optically isotropic prism and each prism of the second array of prisms is a birefringent prism. system.
折率no、該第2のアレイのプリズムの異常光線屈折率
ne、および前記第1のアレイのプリズムの屈折率n
が、 no<n<ne となるように選択される、請求項5に記載の偏光変換シ
ステム。6. The ordinary refractive index n o of the prisms of the second array, the extraordinary refractive index n e of the prisms of the second array, and the refractive index n of the prisms of the first array.
The polarization conversion system of claim 5, wherein is selected such that n o <n <n e .
折率no、および前記第1のアレイのプリズムの屈折率
nが、 no≒n となるように選択される、請求項5に記載の偏光変換シ
ステム。7. ordinary refractive index n o of the prism of the second array, and the refractive index n of the prism of the first array is selected to be n o ≒ n, to claim 5 The described polarization conversion system.
複屈折プリズムのアレイのうちの1つが液晶材料を含
む、請求項1に記載の偏光変換システム。8. The polarization conversion system of claim 1, wherein the array of birefringent prisms, or one of the array of birefringent prisms comprises a liquid crystal material.
む、請求項8に記載の偏光変換システム。9. The polarization conversion system of claim 8 including spacers that determine the thickness of the liquid crystal layer.
プリズムのそれぞれ1つと一体化している、請求項9に
記載の偏光変換システム。10. The polarization conversion system of claim 9, wherein each spacer element is integral with a respective one of the prisms of the first array.
該複屈折プリズムのアレイのうちの1つが光硬化性液晶
を含む、請求項1に記載の偏光変換システム。11. The polarization conversion system of claim 1, wherein the array of birefringent prisms, or one of the array of birefringent prisms comprises a photo-curable liquid crystal.
該複屈折アレイのうちの1つが高分子安定化液晶材料を
含む、請求項1に記載の偏光変換システム。12. The polarization conversion system of claim 1, wherein the array of birefringent prisms, or one of the birefringent arrays comprises a polymer stabilized liquid crystal material.
3のプリズムのアレイ、およびそれぞれがくさび型の断
面を有する第4のプリズムのアレイをさらに備え、該第
3のアレイの各プリズムが該第4アレイの対応するプリ
ズムの傾斜面に近接する傾斜面を備えて配置され、該第
3のアレイの各プリズムが複屈折プリズムである、請求
項1に記載の偏光変換システム。13. An array of third prisms, each having a wedge-shaped cross section, and a fourth array of prisms, each having a wedge-shaped cross section, each prism of the third array comprising: The polarization conversion system of claim 1, wherein the polarization conversion system is arranged with sloping surfaces proximate the sloping surfaces of the corresponding prisms of the four arrays, each prism of the third array being a birefringent prism.
向が該プリズムの厚さに渡って変化する、請求項13に
記載の偏光変換システム。14. The polarization conversion system according to claim 13, wherein the optical axis direction of the prisms of the second array changes over the thickness of the prisms.
軸方向が該プリズムの厚さに渡って実質的に90°変化
し、該光軸は該プリズムの厚さに渡って入射光の方向に
対して実質的に垂直である、請求項14に記載の偏光変
換システム。15. The direction of the optical axis of the prisms of the second array varies by substantially 90 ° over the thickness of the prism, the optical axis being the direction of incident light over the thickness of the prism. 15. The polarization conversion system of claim 14, which is substantially perpendicular to.
軸方向が、前記第3のプリズムのアレイの近くに配置さ
れた該プリズムの面で、該第3のプリズムの光軸に対し
て垂直である、請求項15に記載の偏光変換システム。16. The optical axis direction of the prisms of the second array is perpendicular to the optical axis of the third prism on a surface of the prisms arranged near the array of the third prism. The polarization conversion system according to claim 15, wherein
を備える、請求項13に記載の偏光変換システム。17. The polarization conversion system of claim 13, wherein the array of second prisms comprises a liquid crystal layer.
のレンズアレイの実質的に焦点面に配置される、請求項
1に記載の偏光変換システム。18. An array of the polarization conversion elements is the first array.
The polarization conversion system of claim 1, wherein the polarization conversion system is disposed substantially in the focal plane of the lens array of.
離素子と前記偏光変換素子との間に配置される、請求項
1に記載の偏光変換システム。19. The polarization conversion system according to claim 1, wherein the first lens array is arranged between the polarization separation element and the polarization conversion element.
離素子の前に配置される、請求項1に記載の偏光変換シ
ステム。20. The polarization conversion system according to claim 1, wherein the first lens array is arranged in front of the polarization separation element.
する第2のレンズアレイをさらに備える、請求項1に記
載の偏光変換システム。21. The polarization conversion system of claim 1, further comprising a second lens array that collimates the outputs of the polarization conversion element.
レンズアレイが共通基板を有する、請求項21に記載の
偏光変換システム。22. The polarization conversion system of claim 21, wherein the first lens array and the second lens array have a common substrate.
換素子に近接してその裏側にある、請求項21に記載の
偏光変換システム。23. The polarization conversion system of claim 21, wherein the second lens array is proximate to and behind the polarization conversion element.
ンズアレイ上に配置される、請求項21に記載の偏光変
換システム。24. The polarization conversion system according to claim 21, wherein the polarization conversion element is arranged directly on the second lens array.
の後に配置され、かつ該第2のレンズアレイに光学的に
結合される、請求項21に記載の偏光変換システム。25. The polarization conversion system according to claim 21, wherein the polarization conversion element is disposed after the second lens and is optically coupled to the second lens array.
第1の振動面を有する第1の直線偏光ビームおよび該第
1の振動面とは異なる第2の振動面を有する第2の直線
偏光ビームであり、該偏光変換素子または各偏光変換素
子が偏光回転素子である、請求項1に記載の偏光変換シ
ステム。26. The output from the polarization splitting element comprises:
A first linearly polarized beam having a first vibrating surface and a second linearly polarized beam having a second vibrating surface different from the first vibrating surface, wherein the polarization conversion element or each polarization conversion element is polarized light. The polarization conversion system according to claim 1, which is a rotating element.
のビームの振動面に対して実質的に90°である、請求
項26に記載の偏光変換システム。27. The vibrating surface of the first beam is the second beam.
27. The polarization conversion system of claim 26, wherein the polarization conversion system is substantially 90 ° with respect to the plane of vibration of the beam.
第1の領域および複数の第2の領域を交互に有するリタ
ーダアレイを備え、該第1および第2の領域が、それぞ
れ、前記第1および第2の偏光を受け取るように配列さ
れる、請求項1に記載の偏光変換システム。28. The one or more polarization conversion elements each include a retarder array having a plurality of first regions and a plurality of second regions, wherein the first and second regions are respectively the first and second regions. The polarization conversion system of claim 1, wherein the polarization conversion system is arranged to receive first and second polarizations.
れ、前記第1および第2の偏光ビームの断面のサイズと
一致し、相互に異なる第1および第2のサイズを有す
る、請求項27に記載の偏光変換システム。29. The first and second regions have first and second sizes that are different from each other and match the cross-sectional size of the first and second polarized beams, respectively. The polarization conversion system described in.
と、 各レンズが該第1のレンズアレイと1対1に対応するよ
うに、該基板の反対側の表面上に配置された第2のレン
ズアレイと、を備える、光学素子。31. An optical element comprising a substrate, a first lens array disposed on one surface of the substrate, and each lens having a one-to-one correspondence with the first lens array. A second lens array disposed on the opposite surface of the substrate.
2のレンズアレイが前記基板と一体化している、請求項
31に記載の光学素子。32. The optical element according to claim 31, wherein the first lens array and the second lens array are integrated with the substrate.
記第2のレンズアレイのピッチに実質的に等しい、請求
項31に記載の光学素子。33. The optical element according to claim 31, wherein the pitch of the first lens array is substantially equal to the pitch of the second lens array.
び前記第2のレンズアレイのピッチが、それぞれ、2m
m以下である、請求項33に記載の光学素子。34. The pitch of the first lens array and the pitch of the second lens array are each 2 m.
34. The optical element according to claim 33, which is m or less.
の厚さTがW/T>3の関係を満たす、請求項31に記
載の光学素子。35. The optical element according to claim 31, wherein the width W of the optical element and the thickness T of the optical element satisfy the relationship of W / T> 3.
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JP2001312054A JP2003121640A (en) | 2001-10-09 | 2001-10-09 | Polarized-light conversion system, optical element, and projection type display system |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008051732A (en) * | 2006-08-28 | 2008-03-06 | Jasco Corp | Polarization spectrometer |
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CN110109292A (en) * | 2019-05-23 | 2019-08-09 | 京东方科技集团股份有限公司 | A kind of display panel and display device |
-
2001
- 2001-10-09 JP JP2001312054A patent/JP2003121640A/en not_active Withdrawn
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