JPH11305167A - Polarized light converting element and picture projecting device using it - Google Patents
Polarized light converting element and picture projecting device using itInfo
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Landscapes
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- Projection Apparatus (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は偏光変換素子及びそ
れを用いた画像投影装置に関し、特に画像表示素子とし
て液晶表示素子(液晶パネル)を用い、それに表示する
画像を光束の有効利用を図りつつ照明して、該画像を投
影レンズで所定面、例えばスクリーン上に投影する液晶
プロジェクターに好適なものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polarization conversion element and an image projection apparatus using the same, and more particularly, to a liquid crystal display element (liquid crystal panel) as an image display element, and to effectively use an image displayed on the liquid crystal panel with a light beam. This is suitable for a liquid crystal projector that illuminates and projects the image on a predetermined surface, for example, a screen, with a projection lens.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より液晶パネルを用いて画像を表示
し、液晶パネルを光源からの光束により照明し、液晶パ
ネルからの透過光または反射光に基づく画像を投影レン
ズによりスクリーン上に拡大投影する液晶プロジェクタ
ーが種々と提案されている。2. Description of the Related Art Conventionally, an image is displayed using a liquid crystal panel, the liquid crystal panel is illuminated by a light beam from a light source, and an image based on transmitted light or reflected light from the liquid crystal panel is enlarged and projected on a screen by a projection lens. Various liquid crystal projectors have been proposed.
【0003】高コントラストの画像が比較的容易に得ら
れるTN型の液晶パネルは液晶の持つ偏光特性を利用し
ている。このために、通常、液晶パネルの前後に偏光子
や、検光子等の偏光フィルターが設けられている。偏光
フィルターは入射する光の特定の偏光方向を透過し、そ
れと直交する偏光方向を遮断する特性を有している。こ
の為、液晶プロジェクターに利用される光はこの偏光フ
ィルターのところで少なくとも半分は遮断されることに
なり、投影した画像の明るさが低下してくる傾向があっ
た。A TN type liquid crystal panel from which a high-contrast image can be obtained relatively easily utilizes the polarization characteristics of liquid crystal. For this purpose, a polarizing filter such as a polarizer or an analyzer is usually provided before and after the liquid crystal panel. The polarizing filter has a characteristic of transmitting a specific polarization direction of incident light and blocking a polarization direction orthogonal thereto. Therefore, at least half of the light used in the liquid crystal projector is blocked by the polarizing filter, and the brightness of the projected image tends to decrease.
【0004】液晶プロジェクター用の照明装置として、
入射光を特定の方向に偏光面を有する光束として変換し
射出させる偏光変換素子と被照斜面上を均一に照明する
ための均一照明手段(オプティカルインテグレータ)を
用い、光源からの光束の有効利用を図りつつ被照明領域
を照明するようにした偏光照明装置が例えば特開平8−
304739号公報で提案されている。図6は同公報で
提案されている偏光照明装置の要部概略図である。As a lighting device for a liquid crystal projector,
Efficient use of luminous flux from the light source using a polarization conversion element that converts incident light into a luminous flux having a polarization plane in a specific direction and emits it, and a uniform illuminating means (optical integrator) for uniformly illuminating the illuminated slope For example, Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 8-
No. 304739 proposes. FIG. 6 is a schematic view of a main part of a polarized light illuminating device proposed in the publication.
【0005】図11に示す偏光照明装置において310
は偏光変換素子であり、集光レンズアレイ304近傍に
配置されている。偏光分離プリズムアレイ(偏光変換素
子)310は、偏光ビームスプリッタ305と全反射プ
リズム部306をひとつの単位(光学ユニット)として
複数個配列した板状のものより成っている。303は第
1のレンズ板であり、そのうち、ひとつの配列レンズ3
07は光源301の像を集光レンズアレイ304の対応
する配列レンズ308に集光し、その後、偏光ビームス
プリッタ305の光学ユニットに入射させている。偏光
ビームスプリッタ305は入斜光を偏光面が直交するふ
たつの直線偏光光(P偏光、S偏光)に分離している。
このうち該偏光ビームスプリッタ305を透過した直線
偏光光(例えばP偏光)は上記板状の偏光変換素子31
0の射出面に配置された1/2波長板309で位相が9
0度反転され、透過光とは偏光面の異なる直線偏光光
(S偏光)となっている。[0005] In the polarized light illumination device shown in FIG.
Is a polarization conversion element, which is arranged near the condenser lens array 304. The polarization separation prism array (polarization conversion element) 310 is formed of a plate-like element in which a plurality of polarization beam splitters 305 and a total reflection prism unit 306 are arranged as one unit (optical unit). Reference numeral 303 denotes a first lens plate, of which one array lens 3
Reference numeral 07 condenses the image of the light source 301 on the corresponding array lens 308 of the condensing lens array 304, and thereafter, makes it incident on the optical unit of the polarizing beam splitter 305. The polarization beam splitter 305 splits the incident light into two linearly polarized lights (P-polarized light and S-polarized light) whose polarization planes are orthogonal to each other.
Among them, the linearly polarized light (for example, P-polarized light) transmitted through the polarization beam splitter 305 is converted into the plate-shaped polarization conversion element 31.
The phase is 9 with the half-wave plate 309 arranged on the exit surface
The light is inverted by 0 degrees and becomes linearly polarized light (S-polarized light) having a different polarization plane from the transmitted light.
【0006】一方、偏光ビームスプリッタ305で反射
した直線偏光光(S偏光)は、さらに、全反射部306
で反射され、透過光と同一の方向に射出される。但し、
該反射光の射出部には1/2波長板309が施されてい
ない為に、前記透過光(P偏光)の位相変換光(S偏
光)とは、同じ偏光面を有することとなる。第1のレン
ズ板303の配列レンズ307等は、偏芯しており、全
体として正の屈折力を有している。これにより第1のレ
ンズ板303からの光束を平行にして射出させて、偏光
変換素子310に導くようにしている。ここで、偏光変
換素子310に略平行光で導光するのは、偏光ビームス
プリッタ部305での角度依存性を極力緩和する為であ
る。偏光面がそろった直線偏光光は、出射側の集光レン
ズ311により、液晶パネル面312を矩形照明する構
成となっている。On the other hand, the linearly polarized light (S-polarized light) reflected by the polarization beam splitter 305 is further transmitted to a total reflection section 306.
And is emitted in the same direction as the transmitted light. However,
Since the half-wave plate 309 is not applied to the reflected light emitting portion, the transmitted light (P-polarized light) has the same polarization plane as the phase-converted light (S-polarized light). The array lenses 307 and the like of the first lens plate 303 are eccentric and have a positive refractive power as a whole. Thus, the light beam from the first lens plate 303 is emitted in parallel and guided to the polarization conversion element 310. Here, the reason why the light is guided to the polarization conversion element 310 with substantially parallel light is to reduce the angle dependence of the polarization beam splitter 305 as much as possible. The linearly polarized light having the same polarization plane is configured to illuminate the liquid crystal panel surface 312 in a rectangular shape by the condenser lens 311 on the emission side.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】図11に示す偏光照明
装置では、光源301からの放射光束を複数の矩形レン
ズをマトリックス状に配置した第1のレンズ板303を
通過させた後に、集光レンズアレイ304を介して偏光
分離プリズムアレイ310とλ/2板309で偏光状態
をそろえ斜光させ、次いで出射側レンズ311で集光し
て照明領域312を照明するようにしている。In the polarized light illuminating device shown in FIG. 11, a light beam emitted from a light source 301 passes through a first lens plate 303 in which a plurality of rectangular lenses are arranged in a matrix, and then a condensing lens is formed. The polarization state is made uniform by the polarization splitting prism array 310 and the λ / 2 plate 309 via the array 304 to make oblique light, and then the light is condensed by the emission side lens 311 to illuminate the illumination area 312.
【0008】そして、同図における偏光変換素子310
の偏光ビームスプリッタ305は入射光に対して45度
の傾きで配置している。このときの角度(45度)はブ
リュースター角から離れている為に、後述するように所
定の偏光特性を得る為には偏光ビームスプリッタ305
の膜構成が多層構成となり製造するのが大変難しくなる
傾向があった。Then, the polarization conversion element 310 in FIG.
The polarization beam splitter 305 is arranged at an inclination of 45 degrees with respect to the incident light. Since the angle (45 degrees) at this time is apart from the Brewster angle, the polarization beam splitter 305 is used to obtain predetermined polarization characteristics as described later.
Has a tendency to be very difficult to manufacture due to the multilayer structure.
【0009】本発明は偏光分離面と反射面の形状を適切
に設定することによって偏光分離面の膜構成を簡素化し
つつ、入射してくる光束の偏光方向を揃えて射出させる
ことができ、例えば液晶表示素子用の照明装置及び液晶
プロジェクターとして好適な偏光変換素子及びそれを用
いた画像投影装置の提供を目的とする。According to the present invention, by appropriately setting the shapes of the polarization separation surface and the reflection surface, the film configuration of the polarization separation surface can be simplified, and the incident light beam can be emitted in the same polarization direction. It is an object of the present invention to provide a polarization conversion element suitable as a lighting device for a liquid crystal display element and a liquid crystal projector, and an image projection apparatus using the same.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明の偏光変換素子
は、(1-1) 入射光を互いに偏光面が直行する反射光と透
過光に分割する偏光分離面と、前記反射光及び前記透過
光の一方を反射して他方の進行方向とほぼ同じ方向に向
ける反射面と、前記反射光及び前記透過光の少なくとも
一方の偏光面を変化させて双方の偏光面を一致させる波
長板とを有する偏光変換素子において、該偏光分離面は
該入射光に対して47度〜53度で傾斜していることを
特徴としている。According to the present invention, there is provided a polarization conversion element comprising: (1-1) a polarization separation surface for dividing incident light into reflected light and transmitted light whose polarization planes are perpendicular to each other; It has a reflecting surface that reflects one of the lights and directs the light in the same direction as the other traveling direction, and a wave plate that changes at least one polarizing surface of the reflected light and the transmitted light to match both polarizing surfaces. The polarization conversion element is characterized in that the polarization splitting surface is inclined at 47 to 53 degrees with respect to the incident light.
【0011】本発明の板状偏光変換素子は、 (2-1) 構成(1-1) の偏光変換素子を複数個配列したこと
を特徴としている。The plate-like polarization conversion element of the present invention is characterized in that (2-1) a plurality of the polarization conversion elements having the constitution (1-1) are arranged.
【0012】本発明の画像投射装置は、 (3-1) 光源からの光束を液晶表示素子に導光し、該液晶
表示素子の表示画像を投射レンズで所定面上に投射する
画像投射装置において、該光源と該液晶表示素子との間
に、構成(1-1) の偏光変換素子、又は構成(2-1) の板状
偏光変換素子を用いていることを特徴としている。An image projection apparatus according to the present invention is: (3-1) An image projection apparatus which guides a light beam from a light source to a liquid crystal display element and projects a display image of the liquid crystal display element onto a predetermined surface by a projection lens. And the liquid crystal display element is characterized in that the polarization conversion element having the configuration (1-1) or the plate-shaped polarization conversion element having the configuration (2-1) is used between the light source and the liquid crystal display element.
【0013】(3-2) 光源からの光束を光量均一化手段を
介して色分解光学系で複数の色光に色分解して、各々対
応する色光の液晶表示素子に導光し、該各色光の液晶表
示素子の表示画像を色合成光学系で合成して、投射レン
ズで所定面上を投射する画像投射装置において、該光源
と該液晶表示素子との間に、構成(1-1) の偏光変換素
子、又は構成(2-1) の板状偏光変換素子を用いているこ
とを特徴としている。(3-2) The light beam from the light source is separated into a plurality of color lights by a color separation optical system via a light amount equalizing means, and the separated light beams are guided to liquid crystal display elements of the corresponding color lights. In an image projection apparatus that synthesizes a display image of the liquid crystal display element of the above with a color synthesizing optical system and projects a predetermined surface with a projection lens, a configuration (1-1) is provided between the light source and the liquid crystal display element. It is characterized by using a polarization conversion element or a plate-like polarization conversion element having the configuration (2-1).
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】図1は本発明の偏光変換素子10
1の実施形態1の要部断面図である。本実施形態におい
て偏光分離面M11は入射光に対して47°〜53°の
範囲内としている。同図では偏光分離面M11は基準面
LPに対して50度にしてある。即ち偏光分離面M11
は入射光Laに対して50度となっている。図中G11
〜G31はプリズムブロック1〜3、M11は偏光分離
面、M21は反射面、F1は1/2波長板である。FIG. 1 shows a polarization conversion element 10 according to the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of a main part of the first embodiment. In the present embodiment, the polarization separation surface M11 is set in a range of 47 ° to 53 ° with respect to the incident light. In the figure, the polarization separation plane M11 is set at 50 degrees with respect to the reference plane LP. That is, the polarization separation surface M11
Is 50 degrees with respect to the incident light La. G11 in the figure
G31 denotes prism blocks 1 to 3, M11 denotes a polarization separation surface, M21 denotes a reflection surface, and F1 denotes a half-wave plate.
【0015】本実施形態では図面に向かって左側から光
Laが入射する。プリズムブロックG11に入射した光
は、偏光分離面M11の偏光分離膜によってP波とS波
の偏光に分離される。分離されたP波は前記偏光分離面
M11を透過し、射出面GEより射出する。一方、S波
は反射され、更に反射面M21によって反射され、前記
P波と同じ方向に向く。そして、プリズムブロックG1
1から射出した後、1/2波長板F1によって偏光面を
90度回転させられてP波になって射出面GEより射出
する。これによって、P波の光量を約2倍にする偏光変
換素子を達成している。In this embodiment, light La enters from the left side as viewed in the drawing. The light incident on the prism block G11 is separated into P-wave and S-wave polarized light by the polarization splitting film on the polarization splitting surface M11. The separated P-wave passes through the polarization separation surface M11 and exits from the exit surface GE. On the other hand, the S wave is reflected, further reflected by the reflection surface M21, and directed in the same direction as the P wave. And the prism block G1
After the light is emitted from No. 1, the polarization plane is rotated by 90 degrees by the half-wave plate F1 to become a P-wave, and emitted from the emission surface GE. As a result, a polarization conversion element that doubles the amount of P-wave is achieved.
【0016】ここで、プリズムブロックG11の入射面
GIの上端部から中心下方部を通る光線La1は前記の
ような振る舞いをするが、下端部を通る光線La2は前
記のようにならない。具体的にはガラスブロックG11
の下端部に入った光線La2は、偏光分離面M11でP
波とS波に分離され、P波は偏光分離面M11を透過
し、S波反射される。反射された前記S波は反射面M2
1に到達できずにそのままガラスブロックG11から射
出して前記P波とは違う方向に射出してしまう。しか
し、このときの光量は大きな損失にはならない。それ
は、本発明の偏光変換素子に入射してくる光線は必ずし
も光線強度が均一化したものではなく、ある程度ガウシ
アン分布をしたような中心部に強度のピークを持った光
線が入射してくるからである。従って、前記損失よりも
所定の偏光特性を得る為に偏光分離膜を多層にしたとき
の変換効率の方がはるかに影響が大きい。本実施形態で
は偏光変換素子の偏光作用の効率アップを図る為に偏光
分離面M11を前述した角度に設定して偏光分離膜の膜
構成の簡素化を図っている。Here, the light ray La1 passing from the upper end of the entrance surface GI of the prism block G11 to the center lower part behaves as described above, but the light ray La2 passing through the lower end is not as described above. Specifically, the glass block G11
Ray La2 entering the lower end portion of P
The P wave is separated into a wave and an S wave, and the P wave is transmitted through the polarization separation surface M11 and reflected by the S wave. The reflected S wave is a reflection surface M2
1, the light is emitted from the glass block G11 as it is and emitted in a direction different from the P wave. However, the amount of light at this time does not cause a large loss. The reason is that the light beam incident on the polarization conversion element of the present invention is not necessarily a light beam having a uniform intensity, but a light beam having an intensity peak at a central portion having a Gaussian distribution to some extent. is there. Therefore, the conversion efficiency when the polarization separation film is multilayered in order to obtain a predetermined polarization characteristic is much more affected than the loss. In this embodiment, in order to increase the efficiency of the polarization action of the polarization conversion element, the polarization separation surface M11 is set at the above-described angle to simplify the film configuration of the polarization separation film.
【0017】特に本実施形態では、偏光分離面の入射光
に対する傾きを45度よりも大きく47°〜53°と
し、これによって、偏光分離膜の膜構成が5〜9層であ
っても良好なる偏光特性が得られるようにしている。In particular, in the present embodiment, the inclination of the polarized light separating surface with respect to the incident light is set to 47 ° to 53 °, which is larger than 45 °, so that even if the film configuration of the polarized light separating film is 5 to 9 layers, it is good. Polarization characteristics are obtained.
【0018】図2は、本発明の偏光変換素子101の実
施形態2の要部断面図である。本実施形態において偏光
分離面M11は基準面LPに対して50度にしてある。
図中G12〜G32はプリズムブロック1〜3、M12
は偏光分離面、M22は反射面、F2は1/2波長板で
ある。FIG. 2 is a cross-sectional view of a principal part of Embodiment 2 of the polarization conversion element 101 of the present invention. In this embodiment, the polarization separation plane M11 is set at 50 degrees with respect to the reference plane LP.
In the figure, G12 to G32 are prism blocks 1 to 3, M12
Denotes a polarization separation surface, M22 denotes a reflection surface, and F2 denotes a half-wave plate.
【0019】本実施形態は、実施形態1の偏光分離面M
11及び反射面M21を長くして、更なる効率アップを
図ったものである。具体的には、前記入射面GIの下端
部に入射する光La2を偏光分離面M12でP波とS波
に分離し、反射したS波を反射面M22で反射させて1
/2波長板F1を介しP波とし、射出面GEより偏光分
離面M12を通過したP波と同じ方向に射出させてい
る。光軸方向に長くなるものの、前記実施形態1より変
換効率は改良されている。In this embodiment, the polarization separation surface M of the first embodiment is used.
11 and the reflection surface M21 are lengthened to further increase the efficiency. Specifically, the light La2 incident on the lower end of the incident surface GI is separated into a P wave and an S wave by the polarization separating surface M12, and the reflected S wave is reflected by the reflecting surface M22 to be 1
The light is converted into a P-wave through the half-wave plate F1, and is emitted from the emission surface GE in the same direction as the P-wave that has passed through the polarization separation surface M12. Although the length is longer in the optical axis direction, the conversion efficiency is improved compared to the first embodiment.
【0020】図3は、本発明の板状偏光変換素子101
の実施形態3の要部断面図である。本実施形態は前記実
施形態1の偏光変換素子をアレー状(板状)にしたもの
であり、実施形態1と略同様の効果を得ることができ
る。FIG. 3 shows a plate-like polarization conversion element 101 of the present invention.
It is principal part sectional drawing of Embodiment 3 of FIG. In the present embodiment, the polarization conversion element of the first embodiment is formed in an array shape (plate shape), and substantially the same effects as in the first embodiment can be obtained.
【0021】図4は、本発明の板状偏光変換素子101
の実施形態4の要部断面図である。本実施形態は前記実
施形態2の偏光変換素子をアレー状(板状)にしたもの
であり、実施形態2と略同様の効果を得ることができ
る。FIG. 4 shows a plate-like polarization conversion element 101 of the present invention.
It is principal part sectional drawing of Embodiment 4 of FIG. In the present embodiment, the polarization conversion element of the second embodiment is formed in an array shape (plate shape), and substantially the same effects as in the second embodiment can be obtained.
【0022】前述した各実施形態では偏光変換素子によ
って入射光を偏光変換後にP波に揃えているが、1/2
波長板を配置する位置を変えることにより、偏光変換後
にS波に揃えても良い。In each of the embodiments described above, the incident light is converted into a P wave after the polarization conversion by the polarization conversion element.
By changing the position where the wave plate is disposed, the wave plate may be aligned with the S wave after the polarization conversion.
【0023】尚、本発明の偏光変換素子の形態として光
学性能上、更に好ましくは次の諸条件のうちの少なくと
も1つを満足させるのが良い。The form of the polarization conversion element of the present invention preferably satisfies at least one of the following conditions in terms of optical performance.
【0024】(ア-1) 前記偏光変換素子の材質の屈折率を
Ndとしたとき、 1.48<Nd<1.58・・・(1) を満足することである。(A-1) When the refractive index of the material of the polarization conversion element is Nd, it satisfies 1.48 <Nd <1.58 (1).
【0025】この条件式(1)は、前述したブリュース
ター角と大きく関係するファクターである。下限値を越
えて屈折率が小さくなると、前記プリズムブロックの角
度θが大きくなり、実施形態1で説明したような光量ロ
スが無視できないほど大きくなり、偏光変換効率の低下
を招き好ましくない。逆に上限値を越えて屈折率が大き
くなりすぎると、ガラスの材質が物理的及び化学的に安
定しなくなるので良くない。This conditional expression (1) is a factor that is greatly related to the above-mentioned Brewster angle. If the refractive index is smaller than the lower limit, the angle θ of the prism block becomes large, and the light amount loss as described in the first embodiment becomes so large that it cannot be ignored, which undesirably lowers the polarization conversion efficiency. Conversely, if the refractive index exceeds the upper limit and becomes too large, the material of the glass becomes physically and chemically unstable, which is not good.
【0026】(ア-2)前記偏光分離面は5層から9層の薄
膜を積層して構成していることである。(A-2) The polarized light separating surface is formed by laminating five to nine thin films.
【0027】これは偏光変換素子の材質の屈折率を条件
式(1)を満足させることによって、偏光変換素子の角
度θをブリュースター角に近づけることにより、偏光分
離面に構成される偏光分離膜の膜を5層から9層で構成
することを容易にし、製作しやすくしている。This is because the refractive index of the material of the polarization conversion element satisfies the conditional expression (1), and the angle θ of the polarization conversion element is brought close to the Brewster's angle. Is easily composed of five to nine layers, thereby facilitating manufacture.
【0028】(ア-3) 前記偏光分離膜の積層膜の最上膜と
最下膜の材質の屈折率をNU ,NS、膜厚をDU ,DS
(nm)とすると、 2.0<NU <2.4・・・(2) 2.0<NS <2.4・・・(3) 170<DU <340・・・(4) 170<DS <340・・・(5) を満足することである。(A-3) The refractive index of the material of the uppermost film and the lowermost film of the laminated film of the polarization separation film is NU, NS, and the film thickness is DU, DS.
(Nm), 2.0 <NU <2.4 (2) 2.0 <Ns <2.4 (3) 170 <DU <340 (4) 170 <DS <340 ... (5) is satisfied.
【0029】これらの条件式(2)〜(4)を満足させ
ることにより、波長400nm〜700nmの可視光線
において高い透過率を達成している。By satisfying these conditional expressions (2) to (4), a high transmittance is achieved for visible light having a wavelength of 400 nm to 700 nm.
【0030】(ア-4) 前記偏光分離膜の積層膜の中間層の
膜厚をDM とすると、 150<DM <210・・・(6) を満足することである。(A-4) Assuming that the thickness of the intermediate layer of the laminated film of the polarized light separating film is DM, the following condition is satisfied: 150 <DM <210 (6).
【0031】これにより、波長400nm〜700nm
の可視光線においてリップルの少ない良好な透過率を達
成している。Thus, the wavelength of 400 nm to 700 nm
And a good transmittance with little ripple in visible light.
【0032】(ア-5) 前記偏光分離膜の積層膜の高屈折率
膜と低屈折率膜の屈折率をNH ,NL とすると、 0.55<NH −NL <0.95・・・(7) を満足することである。(A-5) Assuming that the refractive indices of the high refractive index film and the low refractive index film of the polarization separation film are NH and NL, 0.55 <NH−NL <0.95... 7) is satisfied.
【0033】これにより、少ない薄膜で高い透過率を達
成している。As a result, high transmittance is achieved with a small number of thin films.
【0034】図5は、本発明の偏光変換素子とそれを用
いた液晶プロジェクター(画像投射装置)の構成を機能
的に表現したもので、該液晶プロジェクター本体を上面
から見た概略図である。FIG. 5 is a functional diagram showing the configuration of the polarization conversion element of the present invention and a liquid crystal projector (image projection apparatus) using the same, and is a schematic view of the liquid crystal projector main body as viewed from above.
【0035】同図において、51は投射レンズであり、
ズームレンズや単一焦点距離のレンズから成っている。
52は該投射レンズを本体に接続するレンズホルダー、
53は液晶プロジェクター本体の外装部、54は種々の
前記光学部品が入っている光学エンジンボックス、55
はランプリフレクター、56は色合成プリズムやカラー
フィルターのガラスブック、57〜59はR,G,B各
色に対応した画像を表示する液晶表示素子、60〜62
は該液晶表示素子に入射する光を成形する為のコンデン
サーレンズ、63,65,68はダイクロイックミラー
(色分解ミラー)又は全反射ミラー、64,66はコン
デンサーレンズ、67,69はダイクロイックミラー、
70,72は画面上の光量を略均一にするとともにアフ
ォーカル機能を有した光量均一化手段であり、例えばフ
ライアイレンズ、ロッドレンズ、矩形レンズアレイ等か
ら成っている。80は図1〜図4に示した本発明の偏光
変換素子であり、光源73からの光を有効に使い画面上
の光量を増やす為に光の偏光方向を揃える働きをする。
71は全反射ミラー、73は光源である。In the figure, reference numeral 51 denotes a projection lens.
It consists of a zoom lens and a single focal length lens.
52 is a lens holder for connecting the projection lens to the main body,
53 is an exterior part of the main body of the liquid crystal projector, 54 is an optical engine box containing various optical components, 55
Is a lamp reflector, 56 is a glass book of a color combining prism and a color filter, 57 to 59 are liquid crystal display elements for displaying images corresponding to R, G, and B colors, and 60 to 62.
Is a condenser lens for shaping light incident on the liquid crystal display element, 63, 65, 68 are dichroic mirrors (color separation mirrors) or total reflection mirrors, 64, 66 are condenser lenses, 67, 69 are dichroic mirrors,
Numerals 70 and 72 are light quantity equalizing means for making the light quantity on the screen substantially uniform and having an afocal function, and include, for example, a fly-eye lens, a rod lens, a rectangular lens array, and the like. Numeral 80 denotes the polarization conversion element of the present invention shown in FIGS. 1 to 4, which has a function of aligning the polarization directions of the light in order to effectively use the light from the light source 73 and increase the amount of light on the screen.
71 is a total reflection mirror and 73 is a light source.
【0036】本実施形態では、前記光源73と前記液晶
表示素子57〜59との間に前記偏光変換素子80を配
置して光源73からの光の利用効率をあげている。In the present embodiment, the polarization conversion element 80 is disposed between the light source 73 and the liquid crystal display elements 57 to 59 to increase the efficiency of using light from the light source 73.
【0037】同図において、光源73から出た白色光は
リフレクター55で前方に反射され、フライアイレンズ
72を介して全反射ミラー71で反射した後に、フライ
アイレンズ70を介し偏光変換素子80で偏光面を揃え
ると共に略均一な光になり第1のダイクロイックミラー
69に入射する。該第1のダイクロイックミラー69で
例えば2つの色(R)と(G,B)に分解され、一方の
光(R)は透過して第3のダイクロイックミラー又は全
反射ミラー68に反射されてコンデンサーレンズ60に
入射する。In the figure, white light emitted from a light source 73 is reflected forward by a reflector 55, reflected by a total reflection mirror 71 via a fly-eye lens 72, and then reflected by a polarization conversion element 80 via a fly-eye lens 70. The polarization planes are aligned and the light becomes substantially uniform, and enters the first dichroic mirror 69. The first dichroic mirror 69 decomposes the light into, for example, two colors (R) and (G, B), and one of the lights (R) is transmitted and reflected by a third dichroic mirror or a total reflection mirror 68 so as to be condensed. The light enters the lens 60.
【0038】もう一方の光(G,B)は第1のダイクロ
イックミラー69で反射されて第2のダイクロイックミ
ラー67に入射する。該ダイクロイックミラー67で更
に2つの色GとBに分解され、一方の光Gは反射されて
コンデンサーレンズ61に入射する。The other light (G, B) is reflected by the first dichroic mirror 69 and enters the second dichroic mirror 67. The dichroic mirror 67 further separates the light into two colors G and B, and one light G is reflected and enters the condenser lens 61.
【0039】もう一方光Bは透過して第1のコンデンサ
ーレンズ66を透過し、更に第4のダイクロイックミラ
ー又は全反射ミラー65で反射され、第2のコンデンサ
ーレンズ64を透過して、第5のダイクロイックミラー
又は全反射ミラー63で反射されコンデンサーレンズ6
2に入射する。The other light B is transmitted and transmitted through the first condenser lens 66, further reflected by the fourth dichroic mirror or the total reflection mirror 65, transmitted through the second condenser lens 64, and transmitted through the fifth condenser lens 64. Condenser lens 6 reflected by dichroic mirror or total reflection mirror 63
2 is incident.
【0040】前記各コンデンサーレンズ60〜62に入
射した光は、各色に対応した液晶表示素子57〜59を
照射し、画像情報を有した光となって該液晶表示素子5
7〜59から射出する。それら3つの光は、各合成プリ
ズム56によって1つの光に合成され、投射レンズ51
によってスクリーン上に投影される。The light incident on each of the condenser lenses 60 to 62 irradiates the liquid crystal display elements 57 to 59 corresponding to each color, and becomes light having image information.
Eject from 7-59. These three lights are combined into one light by each combining prism 56, and the projection lens 51
Is projected on the screen.
【0041】又、場合によっては前記液晶表示素子とコ
ンデンサーレンズの間に、偏光フィルターが配置される
ことがある。In some cases, a polarizing filter is disposed between the liquid crystal display element and the condenser lens.
【0042】図6は該液晶プロジェクターを側面から見
た図である。図において、81は該ズームレンズの光
軸、82は該液晶表示素子の画面中心を垂直に通る軸で
ある。FIG. 6 is a side view of the liquid crystal projector. In the figure, reference numeral 81 denotes an optical axis of the zoom lens, and reference numeral 82 denotes an axis perpendicularly passing through the center of the screen of the liquid crystal display device.
【0043】同図において、81と82が一致せずにず
れていることが分かる。これは、前記液晶表示素子に表
示された画像を前記ズームレンズで不図示のスクリーン
に投射する際に、該画像を該液晶プロジェクター本体よ
り上側に投射する為である。これにより、スクリーンに
対して該液晶プロジェクターより後方で該スクリーン上
の画像を観察するとき、該液晶プロジェクター本体が該
スクリーン上に投影された画像と重なる部分が少なくな
り、観察しやすい画像を提供することが可能になる。In the figure, it can be seen that 81 and 82 do not match and are shifted. This is because when the image displayed on the liquid crystal display element is projected on a screen (not shown) by the zoom lens, the image is projected above the liquid crystal projector main body. Accordingly, when observing an image on the screen behind the liquid crystal projector with respect to the screen, the portion where the liquid crystal projector main body overlaps with the image projected on the screen is reduced, and an image which is easy to observe is provided. It becomes possible.
【0044】次に本発明の偏光変換素子の偏光分離面の
膜構成の数値実施例1〜4を示す。膜番号は2つのガラ
スブロック(G11とG31)で挟まれている、一方の
ガラスブロックから数えた番号である。数値実施例1,
2の膜番号0(G11)と8(G31)、数値実施例
3,4の膜番号0(G11)と10(G31)はガラス
ブロック、又は接着剤を示している。又、数値実施例1
〜4の色光透過率を図7〜図10に示す。Next, Numerical Examples 1 to 4 of the film configuration of the polarization splitting surface of the polarization conversion element of the present invention will be shown. The film number is a number counted from one glass block sandwiched between two glass blocks (G11 and G31). Numerical example 1,
The film numbers 0 (G11) and 8 (G31) of 2 and the film numbers 0 (G11) and 10 (G31) of Numerical Examples 3 and 4 indicate a glass block or an adhesive. Numerical Example 1
7 to 10 show the color light transmittances of No. 4 to No. 4.
【0045】[0045]
【外1】 [Outside 1]
【0046】[0046]
【外2】 又、前述の各条件式と数値実施例1〜4の数値関係を表
−1に示す。[Outside 2] Table 1 shows the relationship between the above-mentioned conditional expressions and the numerical examples 1-4.
【0047】[0047]
【表1】 [Table 1]
【0048】[0048]
【発明の効果】本発明によれば以上のように、偏光分離
面と反射面の形状を適切に設定することによって偏光分
離面の膜構成を簡素化しつつ、入射してくる光束の偏光
方向を揃えて射出させることができ、例えば液晶表示素
子用の照明装置及び液晶プロジェクターとして好適な偏
光変換素子及びそれを用いた画像投影装置を達成するこ
とができる。As described above, according to the present invention, by appropriately setting the shapes of the polarization separation surface and the reflection surface, the film configuration of the polarization separation surface can be simplified, and the polarization direction of the incident light beam can be changed. The light can be emitted in a line, and for example, a polarization conversion element suitable as a lighting device for a liquid crystal display device and a liquid crystal projector and an image projection device using the same can be achieved.
【図1】 本発明の偏光変換素子の実施形態1の要部断
面図FIG. 1 is a sectional view of a main part of a first embodiment of a polarization conversion element of the present invention.
【図2】 本発明の偏光変換素子の実施形態2の要部断
面図FIG. 2 is a sectional view of a principal part of a polarization conversion element according to a second embodiment of the present invention.
【図3】 本発明の板状偏光変換素子の実施形態3の要
部断面図FIG. 3 is a sectional view of a main part of a third embodiment of the plate-like polarization conversion element of the present invention.
【図4】 本発明の板状偏光変換素子の実施形態4の要
部断面図FIG. 4 is a sectional view of a main part of a fourth embodiment of the plate-like polarization conversion element of the present invention.
【図5】 本発明の画像投射装置の実施形態の要部概略
図FIG. 5 is a schematic view of a main part of an embodiment of the image projection apparatus of the present invention.
【図6】 本発明の画像投射装置の実施形態の要部概略
図FIG. 6 is a schematic diagram of a main part of an embodiment of the image projection apparatus of the present invention.
【図7】 本発明の偏光変換素子の数値実施例1の分光
透過率の説明図FIG. 7 is an explanatory diagram of the spectral transmittance of Numerical Example 1 of the polarization conversion element of the present invention.
【図8】 本発明の偏光変換素子の数値実施例1の分光
透過率の説明図FIG. 8 is an explanatory diagram of the spectral transmittance of Numerical Example 1 of the polarization conversion element of the present invention.
【図9】 本発明の偏光変換素子の数値実施例1の分光
透過率の説明図FIG. 9 is an explanatory diagram of the spectral transmittance of Numerical Example 1 of the polarization conversion element of the present invention.
【図10】 本発明の偏光変換素子の数値実施例1の分
光透過率の説明図FIG. 10 is an explanatory diagram of the spectral transmittance of Numerical Example 1 of the polarization conversion element of the present invention.
【図11】 従来の偏光照明装置の要部概略図FIG. 11 is a schematic view of a main part of a conventional polarized lighting device.
G11,G21,G31ガラスブロック M11,M12偏光分離面 M21,M22反射面 F1,F21/2波長板 P P波 S S波 51 投射レンズ 53 画像投射装置の外装部 54 種々の前記光学部品が入っている光学エンジンボ
ックス 55 ランプリフレクター 56 色合成プリズムやカラーフィルターのガラスブロ
ック 57,58,59R,G,B各色に対応した画像を表示
する液晶表示素子 60,61,62該液晶表示素子に入射する光を成形す
る為のコンデンサーレンズ 63,65,68ダイクロイックミラー(色分解ミラ
ー)又は全反射ミラー 64,66 コンデンサーレンズ 67,69 ダイクロイックミラー 70,72 画面上の光量を略均一にするフライアイレ
ンズ 80 本発明の偏光変換素子 71 全反射ミラー 73 光源 81 該投射レンズの光軸 82 該液晶表示素子の画面中心を垂直に通る軸G11, G21, G31 Glass block M11, M12 Polarized light separation surface M21, M22 reflection surface F1, F21 / 2 wave plate PP wave S S wave 51 Projection lens 53 Exterior part of image projection device 54 Various optical components are included. Optical engine box 55 Lamp reflector 56 Glass block of color combining prism and color filter 57, 58, 59 Liquid crystal display elements 60, 61, 62 for displaying images corresponding to the respective colors of light 60, 61, 62 Light incident on the liquid crystal display elements Lenses 63, 65, 68 dichroic mirrors (color separation mirrors) or total reflection mirrors 64, 66 condenser lenses 67, 69 dichroic mirrors 70, 72 Fly-eye lenses 80 for making the amount of light on the screen substantially uniform Polarization conversion element of the invention 71 Total reflection mirror 73 Light Axis passing through the vertical center of the screen of the optical axis 82 the liquid crystal display device of 81 the projection lens
Claims (13)
と透過光に分割する偏光分離面と、前記反射光及び前記
透過光の一方を反射して他方の進行方向とほぼ同じ方向
に向ける反射面と、前記反射光及び前記透過光の少なく
とも一方の偏光面を変化させて双方の偏光面を一致させ
る波長板とを有する偏光変換素子において、該偏光分離
面は該入射光に対して47度〜53度で傾斜しているこ
とを特徴とする偏光変換素子。1. A polarization splitting surface for splitting incident light into reflected light and transmitted light whose polarization planes are orthogonal to each other, and reflects one of the reflected light and the transmitted light and directs the reflected light and the transmitted light in substantially the same direction as the other traveling direction. In a polarization conversion element having a reflection surface and a wave plate for changing at least one of the reflected light and the transmitted light so as to match both polarization planes, the polarization splitting surface has a wavelength of 47 to the incident light. A polarization conversion element characterized by being inclined at an angle of 53 degrees to 53 degrees.
としたとき、 1.48<Nd<1.58 を満足することを特徴とする請求項1の偏光変換素子。2. The refractive index of the material of the polarization conversion element is Nd.
2. The polarization conversion device according to claim 1, wherein: 1.48 <Nd <1.58 is satisfied.
積層して構成していることを特徴とする請求項1の偏光
変換素子。3. The polarization conversion element according to claim 1, wherein the polarization separation surface is formed by laminating five to nine thin films.
膜の材質の屈折率をNU ,NS 、膜厚をDU ,DS (n
m)とすると、 2.0<NU <2.4 2.0<NS <2.4 170<DU <340 170<DS <340 を満足することを特徴とする請求項3の偏光変換素子。4. The refractive index of the material of the uppermost film and the lowermost film of the laminated film of the polarized light separating film is NU, NS, and the film thickness is DU, DS (n
4. The polarization conversion element according to claim 3, wherein, when m), 2.0 <NU <2.4 2.0 <NS <2.4 170 <DU <340 170 <DS <340.
をDM とすると、 150<DM <210 を満足することを特徴とする請求項3の偏光変換素子。5. The polarization conversion device according to claim 3, wherein, when the thickness of the intermediate layer of the laminated film of the polarization separation film is DM, 150 <DM <210 is satisfied.
低屈折率膜の屈折率をNH ,NL とすると、 0.55<NH −NL <0.95 を満足することを特徴とする請求項3の偏光変換素子。6. When the refractive indices of the high refractive index film and the low refractive index film in the laminated film of the polarization separating film are NH and NL, the following relationship is satisfied: 0.55 <NH−NL <0.95. The polarization conversion element according to claim 3.
換素子を複数個配列したことを特徴とする板状偏光変換
素子。7. A plate-like polarization conversion element comprising a plurality of the polarization conversion elements according to claim 1 arranged therein.
し、該液晶表示素子の表示画像を投射レンズで所定面上
に投射する画像投射装置において、該光源と該液晶表示
素子との間に、請求項1から6のいずれか1項の偏光変
換素子、又は請求項7の板状偏光変換素子を配置してい
ることを特徴とする画像投射装置。8. An image projection apparatus for guiding a light beam from a light source to a liquid crystal display element and projecting a display image of the liquid crystal display element on a predetermined surface by a projection lens, wherein a light beam is transmitted between the light source and the liquid crystal display element. An image projection apparatus comprising the polarization conversion element according to claim 1 or the plate-like polarization conversion element according to claim 7.
て色分解光学系で複数の色光に色分解して、各々対応す
る色光の液晶表示素子に導光し、該各色光の液晶表示素
子の表示画像を色合成光学系で合成して、投射レンズで
所定面上を投射する画像投射装置において、該光源と該
液晶表示素子との間に、請求項1から6のいずれか1項
の偏光変換素子、又は請求項7の板状偏光変換素子を配
置していることを特徴とする画像投射装置。9. A luminous flux from a light source is separated into a plurality of color lights by a color separation optical system via a light amount equalizing means, and the light is guided to a liquid crystal display element of each corresponding color light, and the liquid crystal display of each color light is performed. 7. An image projection apparatus which synthesizes a display image of an element by a color synthesizing optical system and projects the image on a predetermined surface by a projection lens, between the light source and the liquid crystal display element. An image projection apparatus, comprising: the polarization conversion element according to any one of claims 1 to 7, or the plate-shaped polarization conversion element according to claim 7.
ズを複数配列した矩形レンズアレイ、又は微小レンズを
複数配列したフライアイレンズ、又はロッドレンズのう
ちの少なくとも1つを有していることを特徴とする請求
項9の画像投射装置。10. The light amount equalizing means includes at least one of a rectangular lens array in which a plurality of minute rectangular lenses are arranged, a fly-eye lens in which a plurality of minute lenses are arranged, or a rod lens. The image projection device according to claim 9, wherein:
求項1から6のいずれか1項の偏光変換素子、又は請求
項7の板状偏光変換素子を配置していることを特徴とす
る請求項9の画像投射装置。11. The polarization conversion element according to claim 1, or the plate-like polarization conversion element according to claim 7 is arranged on the light exit surface side of the light quantity equalizing means. The image projection device according to claim 9, wherein:
側には各々コンデンサーレンズが配置されていることを
特徴とする請求項9の画像投射装置。12. The image projection apparatus according to claim 9, wherein a condenser lens is disposed on a light incident surface side of the liquid crystal display element for each color light.
フォーカル光束として射出させるアフォーカル機能を有
していることを特徴とする請求項9又は11の画像投射
装置。13. An image projection apparatus according to claim 9, wherein said light amount equalizing means has an afocal function of emitting an incident light beam as a substantially afocal light beam.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10126692A JPH11305167A (en) | 1998-04-21 | 1998-04-21 | Polarized light converting element and picture projecting device using it |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10126692A JPH11305167A (en) | 1998-04-21 | 1998-04-21 | Polarized light converting element and picture projecting device using it |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11305167A true JPH11305167A (en) | 1999-11-05 |
Family
ID=14941496
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10126692A Withdrawn JPH11305167A (en) | 1998-04-21 | 1998-04-21 | Polarized light converting element and picture projecting device using it |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11305167A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100453119B1 (en) * | 1999-07-12 | 2004-10-15 | 세이코 엡슨 가부시키가이샤 | Polarization conversion element and projector, and method of producing the polarization conversion element |
CN103293843A (en) * | 2012-02-22 | 2013-09-11 | 台达电子工业股份有限公司 | Polarization conversion element group for projection device and projection device |
-
1998
- 1998-04-21 JP JP10126692A patent/JPH11305167A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100453119B1 (en) * | 1999-07-12 | 2004-10-15 | 세이코 엡슨 가부시키가이샤 | Polarization conversion element and projector, and method of producing the polarization conversion element |
CN103293843A (en) * | 2012-02-22 | 2013-09-11 | 台达电子工业股份有限公司 | Polarization conversion element group for projection device and projection device |
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