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JPH0830790B2 - Polarization conversion optical system - Google Patents
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JPH0830790B2 - Polarization conversion optical system - Google Patents

Polarization conversion optical system

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JPH0830790B2
JPH0830790B2 JP2129966A JP12996690A JPH0830790B2 JP H0830790 B2 JPH0830790 B2 JP H0830790B2 JP 2129966 A JP2129966 A JP 2129966A JP 12996690 A JP12996690 A JP 12996690A JP H0830790 B2 JPH0830790 B2 JP H0830790B2
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light
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polarization
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稜雄 高梨
鉄二 鈴木
竜作 高橋
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、光源からの不定偏光光を高い光利用効率で
直線偏光光に変換できる偏光変換光学系に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a polarization conversion optical system capable of converting indefinite polarized light from a light source into linearly polarized light with high light utilization efficiency.

(従来の技術) 近年になってツイステッド・ネマティック液晶による
マトリクス型画像表示素子をライトバルブとして用い
て、大面積の画像をスクリーン上に映出できるようにし
た表示装置の一例として画像投射装置が盛んに使用され
るようになったが、この画像投射装置では画像投射用の
光として直線偏光光を用い、明るい表示画面を得ること
が必要とされている。
(Prior Art) In recent years, an image projection device has become popular as an example of a display device that can display a large area image on a screen by using a matrix type image display device using twisted nematic liquid crystal as a light valve. However, in this image projection apparatus, it is necessary to obtain a bright display screen by using linearly polarized light as light for image projection.

また、上記画像投射装置に限らず光コンピュータ,撮
像装置,上記表示装置以外の各種の表示装置等にも明る
い性能の直線偏光光が必要とされる場合が多々ある。
Further, not only the image projection device but also an optical computer, an image pickup device, various display devices other than the display device, etc. often require linearly polarized light having a bright performance.

そして、不定偏光光を高い光利用効率で直線偏光光に
変換できる偏光変換素子を得る各種の手段およびこの手
段を用いた表示装置として、本出願人が先に特願平1−
316303号に提案した第3図に示した如くのものがある。
The present applicant has previously proposed, as various means for obtaining a polarization conversion element capable of converting indefinitely polarized light into linearly polarized light with high light utilization efficiency and a display device using this means, in Japanese Patent Application No.
There is one as shown in FIG. 3 proposed in 316303.

例えば第3図に示した不定偏光光を直線偏光光に変換
できる一例の偏光変換素子PCEは、不定偏光光が入射さ
れる第1の偏光ビームスプリッタPBS1と、上記第1の偏
光ビームスプリッタPBS1から出射されたP偏光光が入射
される第2の偏光ビームスプリッタPBS2と、上記第2の
偏光ビームスプリッタPBS2から出射されたP偏光光が入
射されるP偏光光をS偏光光に変換して、上記第2の偏
光ビームスプリッタPBS2に入射させる光学部材として使
用される構成部分、すなわち、電極Etと光変調材層部材
PMLと反射鏡M(例えば誘電体ミラー)と電極Erとから
なる構成部分とによって構成されている。
For example, the polarization conversion element PCE shown in FIG. 3 which can convert indefinite polarized light into linearly polarized light includes a first polarization beam splitter PBS 1 into which indefinite polarized light is incident and the first polarization beam splitter PBS. the second polarization beam splitter PBS 2 to P-polarized light emitted from the 1 enters, the P polarized light into S-polarized light the second P-polarized light emitted from the polarizing beam splitter PBS 2 is incident A component used as an optical member that is converted and is incident on the second polarization beam splitter PBS 2 , that is, the electrode Et and the light modulation material layer member.
It is composed of a PML, a reflecting mirror M (for example, a dielectric mirror), and a component portion including an electrode Er.

上記した構成による偏光変換素子PCEの動作では、第
1の偏光ビームスプリッタPBS1に入射された図示しない
光源からの不定偏光光は、S偏光光とP偏光光とに分離
される。すなわち、上記偏光ビームスプリッタPBS1は、
2つの直角プリズムの斜辺の一方に、誘電体多層膜等か
らなる半透膜をコートして斜辺どうしを接合したもの
で、入射された不定偏光光をS偏光光とP偏光光とに分
離できるものである。ここで、第1の偏光ビームスプリ
ッタPBS1により分離されたS偏光光をS1偏光光,P偏光光
をP1偏光光と以下呼称する。上記S1偏光光は、図示の如
く第1の偏光ビームスプリッタPBS1より直ちに出射され
る。
In the operation of the polarization conversion element PCE having the above configuration, the indefinite polarized light from the light source (not shown) incident on the first polarization beam splitter PBS 1 is separated into S polarized light and P polarized light. That is, the polarization beam splitter PBS 1 is
One of the hypotenuses of the two right-angle prisms is coated with a semi-transparent film made of a dielectric multilayer film or the like to join the hypotenuses together, and the incident indefinite polarized light can be separated into S-polarized light and P-polarized light. It is a thing. Here, the S-polarized light separated by the first polarization beam splitter PBS 1 is referred to as S 1- polarized light, and the P-polarized light is referred to as P 1- polarized light. The S 1 polarized light is immediately emitted from the first polarization beam splitter PBS 1 as shown.

そして、第1の偏光ビームスプリッタPBS1から第2の
偏光ビームスプリッタPBS2に入射されたP1偏光光は、第
2の偏光ビームスプリッタPBS2を透過して、P偏光光
(P1偏光光)をS偏光光に変換する光学部材における電
極Et側に入射される。この変換されたS偏光光はS2偏光
光と以下呼称する。
Then, the P 1 polarized light incident on the second polarized beam splitter PBS 2 from the first polarized beam splitter PBS 1 is transmitted through the second polarized beam splitter PBS 2 to generate the P polarized light (P 1 polarized light). ) Is converted into S-polarized light and is incident on the electrode Et side of the optical member. This converted S-polarized light is hereinafter referred to as S 2 -polarized light.

上記光学部材は、電極Etと電極Erとの間に光変調材層
部材PMLと反射鏡M(例えば誘電ミラー)とが配設され
ていると共に、電源Vacによる電界が加えられている。
ここで、電極Et側に入射されP1偏光光は、電極Et→光変
調材層部材PML→反射鏡M→光変調材層部材PML→電極Et
のように光学部材中を往復して、再び第2の偏光ビーム
スプリッタPBS2に入射するときには、P1偏光光がS2偏光
光に変換された状態となされるように電界を印加してい
る。第2の偏光ビームスプリッタPBS2に入射したS2偏光
光は、第2の偏光ビームスプリッタPBS2で反射されて第
2の偏光ビームスプリッタPBS2から出射される。この第
2の偏光ビームスプリッタPBS2から出射されたS2偏光光
は、前述した第1の偏光ビームスプリッタPBS1から出射
されたS1偏光光と同一の進行方向への平行な直線偏光光
となされるものであり、従って第1の偏光ビームスプリ
ッタPBS1に入射した不定偏光光は、異なった第1,第2の
偏光ビームスプリッタPBS1,PBS2からそれぞれS1偏光光,
S2偏光光として出射される。
In the above optical member, a light modulation material layer member PML and a reflecting mirror M (for example, a dielectric mirror) are arranged between an electrode Et and an electrode Er, and an electric field from a power supply Vac is applied.
Here, the P 1 polarized light incident on the electrode Et side is electrode Et → light modulation material layer member PML → reflecting mirror M → light modulation material layer member PML → electrode Et.
When reciprocating through the optical member and entering the second polarizing beam splitter PBS 2 again, an electric field is applied so that the P 1 polarized light is converted into the S 2 polarized light. . S 2-polarized light incident on the second polarizing beam splitter PBS 2 is emitted from the second polarization beam splitter PBS 2 is reflected by the second polarization beam splitter PBS 2. The S 2 polarized light emitted from the second polarization beam splitter PBS 2 is parallel linearly polarized light in the same traveling direction as the S 1 polarized light emitted from the first polarization beam splitter PBS 1 described above. is intended to be made, thus indefinite polarized light incident on the first polarization beam splitter PBS 1 is different first, second polarization beam splitter PBS 1, respectively from PBS 2 S 1 polarized light,
It is emitted as S 2 polarized light.

更に、第1,第2の偏光ビームスプリッタPBS1,PBS2
ら出射されたS1偏光光,S2偏光光を、ライトバルブとな
る液晶パネル101に入射させ、図示しない投射レンズ,
スクリーンを用いて拡大投射できる表示装置100となさ
れる。そして、スクリーン上には非常に明るい画像等を
得ることができる。
Further, the S 1 polarized light and S 2 polarized light emitted from the first and second polarization beam splitters PBS 1 and PBS 2 are made incident on the liquid crystal panel 101 serving as a light valve, and a projection lens (not shown),
The display device 100 is capable of magnifying and projecting using a screen. Then, a very bright image or the like can be obtained on the screen.

(発明が解決しようとする課題) ところで第3図に示した先の提案技術の一例の偏光変
換素子PCEおよび表示装置100では、不定偏光光を高い光
利用効率で直線偏光に変換できるものの、第1の偏光ビ
ームスプリッタPBS1から出射されたS1偏光光と、第2の
偏光ビームスプリッタPBS2から出射されたS2偏光光と
は、極くわずか照度特性が異なっている。この理由は、
S2偏光光を作り出す際に、光学部材中を往復をするため
光量が減衰されてしまう。従って、液晶パネル101に入
射される光束は、図中液晶パネル101の上方と下方では
極くわずか異なってしまい、図示しないスクリーン上で
は高品位な画像とならない場合が生じる時がある。
(Problems to be Solved by the Invention) In the polarization conversion element PCE and the display device 100 as an example of the previously proposed technique shown in FIG. 3, the indefinite polarized light can be converted into the linearly polarized light with high light utilization efficiency. The S 1 polarized light emitted from the first polarization beam splitter PBS 1 and the S 2 polarized light emitted from the second polarization beam splitter PBS 2 have very different illuminance characteristics. The reason for this is
When S 2 polarized light is produced, the light quantity is attenuated because it makes a round trip in the optical member. Therefore, the light flux incident on the liquid crystal panel 101 may be slightly different above and below the liquid crystal panel 101 in the figure, and a high quality image may not be obtained on a screen (not shown).

また、第1の偏光ビームスプリッタPBS1と第2の偏光
ビームスプリッタPBS2との境界面が影になり、出射され
た光束は2系統に分離された状態のようになり、図示し
ないスクリーン上でも上方と下方に分離された状態に投
射されてしまう場合が生じている。すなわち、出射され
たS1偏光光,S2偏光光は、あたかも1系統のようになっ
ているが、本質的には2系統の光束となっているからで
ある。
In addition, the boundary surface between the first polarization beam splitter PBS 1 and the second polarization beam splitter PBS 2 becomes a shadow, and the emitted light flux appears to be split into two systems, and even on a screen not shown. In some cases, the image is projected in a state of being separated into an upper part and a lower part. That is, the emitted S 1 -polarized light and S 2 -polarized light are as if they were in one system, but are essentially two systems of light flux.

更に、第1の偏光ビームスプリッタPBS1と第2の偏光
ビームスプリッタPBS2の2個の偏光ビームスプリッタを
用いるため、上記偏光ビームスプリッタPBS1,PBS2の斜
辺に膜付けされた誘電体多層膜等の角度特性が問題とな
り、図示しないスクリーン上の画像等に色シェーディン
グ(色むら)が起きる場合が生じている。
Further, since the two polarization beam splitters of the first polarization beam splitter PBS 1 and the second polarization beam splitter PBS 2 are used, the dielectric multilayer film formed on the oblique side of the polarization beam splitters PBS 1 and PBS 2 described above. The angle characteristics such as the above become a problem, and color shading (color unevenness) may occur in an image or the like on a screen (not shown).

本発明は上記問題点を解決した偏光変換光学系を提供
することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a polarization conversion optical system that solves the above problems.

(課題を解決するための手段) 本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、請求
項1に係る発明は、 光源からの不定偏光光を偏光方向が互いに直交してい
る2つの直線偏光光であるS偏光光とP偏光光とに分離
する偏光ビームスプリッタと、分離された前記S偏光光
と前記P偏光光のどちらか一方の偏光面を他方と同一偏
光面にする手段と、互いに同一偏光面となされた第1の
系統の偏光光と第2の系統の偏光光とを案内する光路手
段を介して前記2系統の偏光光を混合合成する偏光光混
合合成手段とを具備してなり、前記偏光光混合合成手段
は、第1の系統の偏光光と第2の系統の偏光光とが互い
に平行となるべく交互に複数組隣接配置した第1の系統
の偏光光を反射する第1の反射面と第2の系統の偏光光
を反射する第2の反射面とで構成したことを特徴とする
偏光変換光学系を提供するものであり、 請求項2に係る発明は、 第1の反射面と第2の反射面とがなす角度が120度で
あることを特徴とする請求項1記載の偏光変換光学系を
提供するものである。
(Means for Solving the Problems) The present invention has been made in view of the above problems, and an invention according to claim 1 is: two linearly polarized lights whose polarization directions are orthogonal to each other A polarization beam splitter that separates the light into S-polarized light and P-polarized light, a means that makes one of the separated S-polarized light and P-polarized light the same polarization plane as the other, and A polarized light mixing / combining means for mixing and combining the polarized light of the two systems through an optical path means for guiding the polarized light of the first system and the polarized light of the second system, which have the same polarization plane. The polarized light mixing / combining means reflects the polarized light of the first system in which a plurality of pairs of the polarized light of the first system and the polarized light of the second system are alternately arranged so as to be parallel to each other. Reflection surface and a second reflection surface that reflects the polarized light of the second system The invention according to claim 2 is characterized in that the angle formed by the first reflecting surface and the second reflecting surface is 120 degrees. The polarization conversion optical system according to claim 1 is provided.

(実施例) 以下に本発明に係わる偏光変換光学系の一実施例を第
1図および第2図を参照して詳細に説明する。
(Example) An example of a polarization conversion optical system according to the present invention will be described in detail below with reference to FIGS. 1 and 2.

第1図は本発明に係わる偏光変換光学系の構成を示し
た縦断面図、第2図は第1図に示した波状ミラーを一部
拡大して示した図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the construction of a polarization conversion optical system according to the present invention, and FIG. 2 is a partially enlarged view of the wavy mirror shown in FIG.

第1図において、図示しない例えばハロゲンランプあ
るいはキセノンランプ等の光源から出射された不定偏光
光は図示しないコンデンサーレンズを通過して平行光束
の不定偏光光となり、この不定偏光光が偏光ビームスプ
リッタ1の図中垂直な面1aに入射される。上記偏光ビー
ムスプリッタ1は、2つの直角プリズム1A,1Bが接合さ
れたものであり、すなわち直角プリズム1Aの斜辺1e,直
角プリズム1Bの斜辺1fのいずれか一方に誘電体多層膜等
からなる半搭膜をコートして斜辺1e,1fどうしを接合し
たもので、入射された不定偏光光を偏光方向が互いに直
交している2つの直線偏光光であるS偏光光とP偏光光
とに分離する手段である。また、偏光ビームスプリッタ
1の面1a,1b,1c,1dは上記順序で時計廻りに図示の如く
直角に連接して、例えば立方形(断面図では正方形)に
形成されている。
In FIG. 1, indefinite polarized light emitted from a light source such as a halogen lamp or a xenon lamp, which is not shown, passes through a condenser lens (not shown) to become an indefinite polarized light of a parallel light beam, and this indefinite polarized light is emitted from the polarization beam splitter 1. It is incident on the vertical surface 1a in the figure. The polarization beam splitter 1 is formed by joining two right-angle prisms 1A and 1B, that is, a half-layered structure made of a dielectric multilayer film or the like on either the hypotenuse 1e of the right-angle prism 1A or the hypotenuse 1f of the right-angle prism 1B. Means for separating incident indefinite polarized light into two linearly polarized lights, S-polarized light and P-polarized light, whose polarization directions are orthogonal to each other, by coating a film and joining hypotenuses 1e and 1f Is. Further, the surfaces 1a, 1b, 1c, 1d of the polarization beam splitter 1 are formed in, for example, a cubic shape (a square in a sectional view) by connecting them in a clockwise order in the above order and at right angles as shown in the drawing.

ここで、上記偏光ビームスプリッタ1により分離され
たS偏光光(以下第1のS偏光光と呼称する)とP偏光
光(以下第1のP偏光光と呼称する)の光束は、後述す
るように2系統に光路系統に分離されて進行する。
Here, the light fluxes of S-polarized light (hereinafter referred to as first S-polarized light) and P-polarized light (hereinafter referred to as first P-polarized light) separated by the polarization beam splitter 1 will be described later. The optical path system is divided into two systems and proceeds.

すなわち、第1のS偏光光は、偏光ビームスプリッタ
1の面1bから出射されて、図中面1bの上方に間隔を離し
て面1bと45゜傾斜して配設された45゜ミラー2に入射さ
れ、ここで反射されて、45゜ミラー2と間隔を離して対
向して配設され、かつ30゜傾斜している30゜ミラー3に
入射される。更に、30゜ミラー3により反射された第1
のS偏光光は、30゜ミラー3の左下方に間隔を離して配
設され、かつ垂直に配設された波状ミラー4に入射され
る。上記波状ミラー4は図示した如く、三角形状した複
数のミラー面4aによって形成されている。このミラー面
4aは、複数個のミラーが連接されたものであり、すなわ
ちミラー面4a1とミラー面4a2とが連接されて対称な三角
形状をなし、かつミラー面4a1とミラー面4a2とが交互に
複数個連接されて形成されている。
That is, the first S-polarized light is emitted from the surface 1b of the polarization beam splitter 1, and is directed to the 45 ° mirror 2 which is disposed above the surface 1b in the figure and is inclined 45 ° with respect to the surface 1b. The light is made incident, reflected there, and made incident on a 30 ° mirror 3 which is disposed facing the 45 ° mirror 2 at a distance and is inclined by 30 °. Furthermore, the first reflected by the 30 ° mirror 3
The S-polarized light is incident on a wavy mirror 4 which is arranged at a lower left portion of the 30 ° mirror 3 with a space therebetween and which is vertically arranged. As shown, the wavy mirror 4 is formed by a plurality of triangular mirror surfaces 4a. This mirror surface
4a is for a plurality of mirrors are connected, i.e. without the mirror surface 4a 1 and the mirror surface 4a 2 and are connected by symmetrical triangular shape and the mirror surface 4a 1 and the mirror surface 4a 2 alternating Are connected to each other.

一方、上記偏光ビームスプリッタ1により分離された
第1のP偏光光は、偏光ビームスプリッタ1の面1aと対
向した面1cから出射されて、面1cと平行に対向して配設
されたλ/2板5に入射される。ここで第1のP偏光光
は、λ/2板5を通過することによりS偏光光(以下第2
のS偏光光と呼称する)に変換される。すなわち、λ/2
板5は偏光ビームスプリッタにより分離されたS偏光光
とP偏光光のどちらか一方の偏光角を他方と同一偏光角
にすることができる手段である。尚、上記手段になるλ
/2板5を用いることなく、例えば雲母板,フレネルロム
プリズム,水晶波長板および先の提案技術で説明したP
偏光光をS偏光光に変換する光学部材等を代用してもよ
く、限定されるものではない。
On the other hand, the first P-polarized light separated by the polarization beam splitter 1 is emitted from the surface 1c of the polarization beam splitter 1 facing the surface 1a, and λ / is arranged in parallel to the surface 1c. 2 It is incident on the plate 5. Here, the first P-polarized light is transmitted through the λ / 2 plate 5 so that the S-polarized light (hereinafter referred to as the second P-polarized light).
(Hereinafter referred to as S-polarized light). That is, λ / 2
The plate 5 is means for making the polarization angle of either S-polarized light or P-polarized light separated by the polarization beam splitter the same as that of the other. Note that the above means λ
Without using the / 2 plate 5, for example, a mica plate, a Fresnel-Rom prism, a quartz wave plate, and the P described in the previously proposed technique.
An optical member or the like that converts polarized light into S-polarized light may be used instead, and is not limited.

変換された第2のS偏光光は、λ/2板5の面5aと間隔
を離して対向して配設され、かつ垂直方向に45゜傾斜し
ている45゜ミラー6に入射される。45゜ミラー6により
反射された第2のS偏光光は、45゜ミラー6と間隔を離
して平行に対向して下方に配設された45゜ミラー7に入
射され、更にこの45゜ミラー7で反射された第2のS偏
光光は、45゜ミラー7と間隔を離して対向して配設さ
れ、かつ30゜傾斜している30゜ミラー8に入射される。
そして、30゜ミラー8により反射された第2のS偏光光
は、30゜ミラー8の左上方に間隔を離して配設され、か
つ垂直に配設された前述した波状ミラー4に入射され
る。尚、上記30゜ミラー8は、波状ミラー4を中心とし
て前述した30゜ミラー3と上下に対称位置に配設されて
いる。
The converted second S-polarized light is incident on a 45 ° mirror 6 which is arranged to face the surface 5a of the λ / 2 plate 5 with a space therebetween and which is inclined by 45 ° in the vertical direction. The second S-polarized light reflected by the 45 ° mirror 6 is incident on a 45 ° mirror 7 arranged below and facing the 45 ° mirror 6 in parallel at a distance. The second S-polarized light reflected by is incident on a 30 ° mirror 8 which is disposed facing the 45 ° mirror 7 with a space therebetween and is inclined by 30 °.
Then, the second S-polarized light reflected by the 30 ° mirror 8 is incident on the above-mentioned wavy mirror 4 which is arranged on the upper left side of the 30 ° mirror 8 with a space therebetween and which is vertically arranged. . The 30 ° mirror 8 is arranged vertically symmetrically with respect to the 30 ° mirror 3 described above with respect to the wavy mirror 4.

そして、ミラー3により反射された第1のS偏光光お
よび30゜ミラー8により反射された第2のS偏光光が波
状ミラー4に入射されると、波状ミラー4のミラー面4a
で反射される。上記波状ミラー4により、2系統の光路
系統に分離されていた光束がほぼ1系統の光束となる。
Then, when the first S-polarized light reflected by the mirror 3 and the second S-polarized light reflected by the 30 ° mirror 8 are incident on the wavy mirror 4, the mirror surface 4a of the wavy mirror 4 is formed.
Is reflected by. The light beam separated by the wavy mirror 4 into two optical path systems becomes a substantially one system light beam.

すなわち、ミラー面4aのミラー面4a1側では第1のS
偏光光が反射され、ミラー面4a2側では第2のS偏光光
が反射され、図示の如く第1のS偏光光と第2の偏光光
とが混合合成され、平行光束からなるほぼ1系統のS偏
光光(以下第3のS偏光光と呼称する)の直線偏光光が
得られる。この第3のS偏光光は、混合合成されている
ためほぼ均一な直線偏光光となり、この第3のS偏光光
を利用して従来例に示したような表示装置等に適用する
ことが可能となる。
That is, the first S on the mirror surface 4a 1 side of the mirror surface 4a
The polarized light is reflected, the second S-polarized light is reflected on the mirror surface 4a 2 side, and the first S-polarized light and the second polarized light are mixed and synthesized as shown in the figure, and there is almost one system of parallel light fluxes. The linearly polarized light of the S-polarized light (hereinafter referred to as the third S-polarized light) is obtained. Since this third S-polarized light is mixed and synthesized, it becomes a substantially uniform linearly polarized light, and it is possible to apply the third S-polarized light to a display device or the like as shown in the conventional example by utilizing this third S-polarized light. Becomes

また、上記した構成のうちで、光路中に使用されてい
る45゜ミラー2,6,7および30゜ミラー3,8は、第1のS偏
光光と第2のS偏光光の光束をそれぞれ2系統の光束に
搬送する光路手段となっている。尚、この光路手段に上
記したミラーを用いることなく、プリズムにより構成す
ることも可能であり、限定されたものではない。
Further, in the above-mentioned structure, the 45 ° mirrors 2, 6, 7 and 30 ° mirrors 3, 8 used in the optical path respectively emit the light fluxes of the first S-polarized light and the second S-polarized light. It serves as an optical path means for carrying the light flux of two systems. Incidentally, the optical path means may be constituted by a prism without using the above-mentioned mirror, and is not limited.

ここで波状ミラー4に入射された光束が、ミラー面4a
のミラー面4a1,4a2で反射されて平行な光束になるため
の波状ミラー4の角度条件を第2図を用いて説明する。
The light flux incident on the wavy mirror 4 is reflected by the mirror surface 4a.
The angle condition of the wavy mirror 4 for being reflected by the mirror surfaces 4a 1 and 4a 2 to become a parallel light flux will be described with reference to FIG.

また、波状ミラー4のミラー面4aから反射光束が図示
したように、右向きに水平に進むための条件(第1の条
件)は、 θ+θ=90゜ θ+θ=90゜ すなわち、θ=θである。
Further, as shown in the drawing, the reflected light beam from the mirror surface 4a of the wavy mirror 4 has a condition (first condition) for traveling horizontally to the right, that is, θ 1 + θ 2 = 90 ° θ 3 + θ 2 = 90 °, that is, θ 1 = θ 3 .

また、波状ミラー4のミラー面4aに均一に入射する条
件(第2の条件)は、入射光束がミラー面4aの斜面(4a
1,4a2)に平行でなければならない。
Further, the condition (second condition) that the wavy mirror 4 is uniformly incident on the mirror surface 4a is that the incident light flux is a slope (4a) of the mirror surface 4a.
Must be parallel to 1 , 4a 2 ).

すなわち、θ=θである。That is, θ 1 = θ 4 .

また、2θ+θ=90゜から 2θ+θ=90゜となる。Also, from 2θ 3 + θ 4 = 90 ° to 2θ 3 + θ 1 = 90 °.

ここで、第1の条件のθ=θより 2θ+θ=90゜となるので θ=30゜となる。Here, since θ 1 = θ 3 of the first condition, 2θ 3 + θ 3 = 90 °, and therefore θ 3 = 30 °.

以上のように構成された偏光変換光学系において、偏
光ビームスプリッタ1の面1cに対向して配設されたλ/2
板5を、面1b側に移行させて面1b対向して配設すること
により、偏光ビームスプリッタ1の面1bから出射された
S偏光光はλ/2板5によりP偏光光に変換されると共
に、面1cからP偏光光が出射され、波状ミラー4のミラ
ー面4aから反射された光束は混合合成された平行光束か
らなるP偏光光の直線偏光光が得られる。この混合合成
されたP偏光光を利用することも何等の支障も生じな
い。
In the polarization conversion optical system configured as described above, λ / 2 arranged facing the surface 1c of the polarization beam splitter 1
By moving the plate 5 to the surface 1b side and disposing it so as to face the surface 1b, the S-polarized light emitted from the surface 1b of the polarization beam splitter 1 is converted into P-polarized light by the λ / 2 plate 5. At the same time, the P-polarized light is emitted from the surface 1c, and the light flux reflected from the mirror surface 4a of the wavy mirror 4 is a linearly polarized light of P-polarized light composed of parallel light fluxes that are mixed and combined. There is no problem with using the P-polarized light that is mixed and synthesized.

また、上記構成された本発明に係わる偏光変換光学系
によると、光源からの不定偏光光は、先の提案技術に示
したような複数の偏光ビームスプリッタを用いることな
く、単一の偏光ビームスプリッタ1を用いて、平行な光
束からなる混合合成されたS偏光光もしくはP偏光光の
直線偏光光が得られる。
Further, according to the polarization conversion optical system of the present invention configured as described above, the indefinite polarized light from the light source can be converted into a single polarization beam splitter without using a plurality of polarization beam splitters as shown in the above proposed technique. 1, linearly polarized light of S-polarized light or P-polarized light that is mixed and composed of parallel light beams is obtained.

このため混合合成されたS偏光光もしくはP偏光光の
直線偏光光は、先の提案技術に示したような照度特性が
異なることなく、高い光利用効率からなる明るい照度特
性が得られる。
Therefore, the mixed and combined linearly polarized light of S-polarized light or P-polarized light does not have different illuminance characteristics as shown in the above-mentioned proposed technique, and bright illuminance characteristics with high light utilization efficiency can be obtained.

また、S偏光光もしくはP偏光光の直線偏光光は混合
合成されているため、先の提案技術に示したような最終
的に出射される直線偏光光の光束が2系統に分離された
状態のようにはならず、ほぼ1系統のほぼ均一な光束と
なり、例えば表示装置等に適用する際に、良好な性能品
質を得ることができる。なお、2つの直線偏光光の経路
が異なる場合、または、各々が完全平行光でない場合、
波状ミラーのミラー4a1で反射した光束とミラー4a2で反
射した光束の強度に若干の違いを生じたり、光束が広が
ったりするため、直線偏光光に照度ムラが生じる場合が
あるが、波状ミラーのピッチを狭くすることで、照度ム
ラを低減できる。例えば、ピッチを0.2mm程度にする
と、照度ムラが目立たない良好な直線偏光光を得ること
ができる。
Further, since the linearly polarized light of the S-polarized light or the P-polarized light is mixed and synthesized, the light flux of the finally-polarized linearly-polarized light as shown in the above proposed technique is separated into two systems. This is not the case, and a substantially uniform luminous flux of one system is obtained, and when applied to, for example, a display device, good performance quality can be obtained. If the two linearly polarized light paths are different from each other, or if they are not perfectly parallel light,
The intensity of the light beam reflected by the mirror 4 a1 of the wavy mirror and that of the light beam reflected by the mirror 4 a2 may be slightly different, or the light beam may spread, which may cause uneven illumination in the linearly polarized light. The unevenness of illuminance can be reduced by narrowing the pitch. For example, when the pitch is set to about 0.2 mm, it is possible to obtain good linearly polarized light in which uneven illuminance is not noticeable.

更に、単一の偏光ビームスプリッタ1を用いることに
より、先の提案技術に示したような複数の偏光ビームス
プリッタの斜辺に膜付けされた誘電体多層膜等の角度特
性が2個使用するより緩和され、混合合成されたS偏光
光もしくはP偏光光の直線偏光光はほぼ均一な光束とな
りかつ色シェーディングも減少するので、上記と同様に
例えば表示装置等に適用する際に、良好な性能品質を得
ることができる。
Further, by using the single polarization beam splitter 1, the angle characteristic of the dielectric multilayer film or the like attached to the hypotenuses of the plurality of polarization beam splitters as shown in the above-mentioned proposed technique is relaxed as compared with the case of using two. The mixed and combined linearly polarized light of S-polarized light or P-polarized light becomes a substantially uniform light flux and also reduces color shading. Therefore, when applied to, for example, a display device or the like, a good performance quality is obtained. Obtainable.

(発明の効果) 以上詳述したように、本発明に係わる偏光変換光学系
によると、請求項1記載においては、光源からの不定偏
光光は、先の提案技術に示したような複数の偏光ビーム
スプリッタを用いることなく、単一の偏光ビームスプリ
ッタを用いて、平行な光束からなる混合合成されたS偏
光光もしくはP偏光光の直線偏光光が得られる。
(Effect of the Invention) As described in detail above, according to the polarization conversion optical system of the present invention, in the first aspect, the indefinite polarized light from the light source is a plurality of polarized light beams as shown in the above-mentioned proposed technique. By using a single polarization beam splitter without using a beam splitter, mixed and combined linearly polarized light of S-polarized light or P-polarized light can be obtained.

このため混合合成されたS偏光光もしくはP偏光光の
直線偏光光は、先の提案技術に示したような照度特性が
異なることなく、高い光利用効率からなる明るい照度特
性が得られる。
Therefore, the mixed and combined linearly polarized light of S-polarized light or P-polarized light does not have different illuminance characteristics as shown in the above-mentioned proposed technique, and bright illuminance characteristics with high light utilization efficiency can be obtained.

また、S偏光光もしくはP偏光光の直線偏光光は混合
合成されているため、先の提案技術に示したような最終
的に出射される直線偏光光の光束が2系統に分離された
状態のようにはならず、ほぼ1系統のほぼ均一な光束と
なり、例えば表示装置等に適用する際に、良好な性能品
質を得ることができる。
Further, since the linearly polarized light of the S-polarized light or the P-polarized light is mixed and synthesized, the light flux of the finally-polarized linearly-polarized light as shown in the above proposed technique is separated into two systems. This is not the case, and a substantially uniform luminous flux of one system is obtained, and when applied to, for example, a display device, good performance quality can be obtained.

更に、単一の偏光ビームスプリッタを用いることによ
り、先の提案技術に示したような複数の偏光ビームスプ
リッタの斜辺に膜付けされた誘電体多層膜等の角度特性
が2個使用するより緩和され、混合合成されたS偏光光
もしくはP偏光光の直線偏光光はほぼ均一な光束となり
かつ色シェーディングも減少するので、上記と同様に例
えば表示装置等に適用する際に、良好な性能品質を得る
ことができる。
Furthermore, by using a single polarization beam splitter, the angular characteristics of a dielectric multilayer film or the like attached to the hypotenuses of a plurality of polarization beam splitters as shown in the above-mentioned proposed technique are alleviated more than when two are used. Since the mixed and combined linearly polarized light of S-polarized light or P-polarized light becomes a substantially uniform luminous flux and the color shading is reduced, a good performance quality can be obtained when it is applied to, for example, a display device as in the above. be able to.

また、請求項2記載においては、波状ミラーを用いる
ことにより、平行な光束からなる混合合成されたS偏光
光もしくはP偏光光なる直線偏光光が得られる。
Further, according to the second aspect, by using the wavy mirror, it is possible to obtain the linearly polarized light which is the S-polarized light or the P-polarized light that is mixed and composed of parallel light beams.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明に係わる偏光変換光学系の構成を示した
縦断面図、第2図は第1図に示した波状ミラーを一部拡
大して示した図、第3図は従来例の偏光変換素子および
偏光変換素子を適用した表示装置の構成を示した図であ
る。 1……偏光ビームスプリッタ、3……30゜ミラー、4…
…波状ミラー、5……λ/2板、8……30゜ミラー。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the construction of a polarization conversion optical system according to the present invention, FIG. 2 is a partially enlarged view of the wavy mirror shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a conventional example. It is the figure which showed the structure of the polarization conversion element and the display apparatus to which the polarization conversion element is applied. 1 ... Polarizing beam splitter, 3 ... 30 ° mirror, 4 ...
… Wavy mirror, 5 …… λ / 2 plate, 8 …… 30 ° mirror.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光源からの不定偏光光を偏光方向が互いに
直交している2つの直線偏光光であるS偏光光とP偏光
光とに分離する偏光ビームスプリッタと、 分離された前記S偏光光と前記P偏光光のどちらか一方
の偏光面を他方と同一偏光面にする手段と、 互いに同一偏光面となされた第1の系統の偏光光と第2
の系統の偏光光とを案内する光路手段を介して前記2系
統の偏光光を混合合成する偏光光混合合成手段とを具備
してなり、 前記偏光光混合合成手段は、第1の系統の偏光光と第2
の系統の偏光光とが互いに平行となるべく交互に複数組
隣接配置した第1の系統の偏光光を反射する第1の反射
面と第2の系統の偏光光を反射する第2の反射面とで構
成したことを特徴とする偏光変換光学系。
1. A polarization beam splitter that separates indefinite polarized light from a light source into two linearly polarized lights, S polarized light and P polarized light, whose polarization directions are orthogonal to each other, and the separated S polarized light. And a means for making one of the P-polarized light polarization planes the same as the other, and a first series of polarized light and a second polarization light having the same polarization plane as each other.
And polarized light mixing / combining means for mixing and combining the polarized light of the two systems via an optical path means for guiding the polarized light of the system of the first system. Light and second
A first reflecting surface for reflecting the polarized light of the first system and a second reflecting surface for reflecting the polarized light of the second system, which are alternately arranged so as to be parallel to the polarized light of the system A polarization conversion optical system characterized in that
【請求項2】第1の反射面と第2の反射面とがなす角度
が120度であることを特徴とする請求項1記載の偏光変
換光学系。
2. The polarization conversion optical system according to claim 1, wherein the angle formed by the first reflecting surface and the second reflecting surface is 120 degrees.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0239084A (en) * 1988-07-29 1990-02-08 Citizen Watch Co Ltd Image projector
JP2874163B2 (en) * 1988-09-06 1999-03-24 セイコーエプソン株式会社 Polarized light source, liquid crystal display device and projection display device

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