説明

ミラーに挟まれた複合光学素子

【課題】狭い空間の中で本発明の機能膜を備えた透明な単一の基材の中で、自然光は往復しながら単一な偏頗面となって出射させることが出来る。
【解決手段】所定の光学特性を備える光を選択的に透過し、それ以外の光を反射する機能膜を備えた透明光学部材をはさむように平行に配置された第1の反射膜と第2の反射膜を持つことを特徴としたプリズム複合体の内側に照明光源としてLEDを配置し、LEDから発光された光を透明な光学基材の中を往復させ、第1の機能膜によって反射させ、第2の機能膜で変換させ、必要な光学特性を持つ光に効率よく出射させる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はLEDの自然光を単一な光学特性を備える光に変換するための機能を備えた複合光学素子に関するものである。
【背景技術】
【0002】
投射型表示装置の光源にはレーザー光を除いてはハロゲンランプ、水銀ランプ、LEDなどP波S波を持った自然光を発光するものを使用してきたが、画像制御に使われるデバイスにはデジタルミラーデバイス以外は透過型液晶パネル(LCD)や反射型液晶パネル(LCoS)など、液晶によって画像表示されるものが多い。そのため液晶プロジェクターは、輝度効率を上げるためにPSコンバーターと位相差板によって構成されるPBSフィルターを光源と液晶パネルの間に装置して、単一な偏頗面の投射用光源を作りだす必要があった。一方小型の表示装置のバックライトは、単に直線偏光板を装置する事で必要としない偏頗面の光をフィリタリングする事で画像コントラストを得てきていたが、不必要な偏頗面の光を除去するために、十分な輝度を得る事が出来なかったため、LCDプロジェクターのように光源にLEDを使った小型プロジェクターは直視者を満足させるような輝度を実現する事が出来なかった。
参考[特開20060608M00188]
近年プロジェクターは更に小型化が要求されるため、電力消費の少ないLED光源のプロジェクターが要求されるようになってきた。このLED光源のP,S波とも無駄にすることなく単一な偏頗面に変換し、なおかつ小さな空間の中でそれを実現するための複合PSコンバーターの出現が望まれた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながら今までの偏頗面変換装置は例えば液晶プロジェクターに使用されるPSコンバーターは光路としてP波とS波を分離しさらに一方の光を位相差板で変換するため、1本の入射光路が2本に分離されてしまうため狭い空間での変光変換装置としては適さなかった、また直線偏光板においては自然光の約半分の光をフィルター機能によって除去する事によって単一偏頗面の光にするために、光量は半分以下に落ちてしまうためLEDのように輝度の低い光源ではプロジェクターのフィルターとしては不適であった。
【課題を解決するための手段】
【0004】
以上のことを解決するために本発明に関わる光学素子は機能膜を備える透明な光学素子とそれをはさむように平行に配置された第1のミラーと第2のミラーによって構成され、第1のミラーに隣接する位置に機能フィルムを備え、さらに光源発光部を該機能フィルムと機能膜を備える光学素子との間に装置した事を特徴とした複合光学素子(図1)を提供する。
【0005】
またこの発明装置は機能膜を備える透明な光学素子とそれをはさむように平行に配置された回折を発生させる機能反射膜と第二のミラーによって構成され、さらに回折を発生させる機能反射膜と、機能膜を備える透明な光学素子との間に光源発光部を装置した事を特徴とした複合光学素子を提供する。
【発明の効果】
【0006】
このように液晶デバイスによる画像制御のプロジェクターにおいて光源の位相変換をする時のスペースの制限や光量の制約などの問題を解消可能な構成として機能膜を備えた透明な光学素子と相対向するミラーと、さらに位相差フィルムを備えた複合構造とし、光源部を相対するミラーの内側に配置する事によって、狭い空間でも単一な光学特性を備える光に変換し、光路を同一にとることが出来る。光量の損失を少なく変換することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【0007】
例えば、図1において、光源から発せられた自然光(P波+S波)を、第1の光、S波(17)は該透明な光学部材が備えている機能膜(7)によって反射した場合、他の第2の光(18)、P波は機能膜(7)を透過して第2のミラーに到達する、第2のミラーを反射した第2の光(18)、P波はそのまま光源発光部の背後にある位相差板によって円回転し、第1のミラー(2)に反射して再び位相差板(3)を通過してS波となり、該透明部材が備えている機能膜(7)に反射し、最初に反射した第1の光、S波(17)と同偏頗面を持ち同一の光路をとることが出来る。
第2の光(18)、P波をこの機能膜を備えた透明な光学部材(9)の中を1往復させ、λ/4位相差板(3)を1往復させる事でP波をS波に変換することが出来る。
その事によって第1の光(17)と第2の光(18)は光路を同じくし、なおかつ偏頗面も同一にすることが出来る。これによって輝度を損失することなく効率よく液晶表示パネルへ単一の偏頗面の光を導く事が出来る。
【実施例1】
【0008】
図2は小型LCoS(反射型液晶パネル)プロジェクターへ応用例である。
光源LED基板の表面に反射膜とその上にλ/4の位相差フィルムを搭載してある。
例えばこのLCoSプロジェクターの画像制御装置のLCoSパネルがS波を制御できるとした場合、図2のPSコンバーターキューブの機能膜はS波を反射、P波を透過するPBS膜とする。
【0009】
第1の機能膜を備えた透明基材の上部に配置されているLED光源の光が光3原色であるR,G,Bの色を時系列点滅によって発光された自然光第1の光S波と第2の光P波は透明な光学基材に備わっているPBS膜によって分離され、第1の光S波は反射して光路を直角に曲がり、LCoSの上に装置されている第2の機能膜を備えた透明な光学基材へ入って更に第2の透明基材に備わっている機能膜によってLCoSへと至る。
【0010】
一方第1の透明な光学基材に備わっているPBS膜を透過した第1の光P波は第1の機能膜を備えた透明な光学基材に装置された第2のミラーによって反射してLEDの位置へ偏頗面を変えずP波のまま戻ってくる。
【0011】
そして例えばλ/4の位相差板を通過して偏頗面が円回転して第1のミラーに反射して再びλ/4位相差板を通過する事でS波に偏頗面をねじる事によって第1の透明基材に備わっている機能膜(PBS膜)に反射して第1の光と偏頗面を同じくして光路も同様、第2の透明基材の中を経てLCoSへ至る。
【0012】
LCoSによって画像制御され、位相変換された第1、第2のP波の光は上部にある直線偏光板フィルターでノイズを除去されてハイコントラスト画像が投射レンズを通して直視者に表現する事が出来る。
【0013】
またこの本発明複合光学素子は更に光のロスを防ぐために光路以外の面にミラーを備える事によって光の損失を防ぐ事が出来る。
【0014】
図2のように偏光変換され、単一な偏頗面の光源光を均一な輝度にするために第1の透明基材を出た光(17,18)はロットレンズや中空ライトトンネルを通過させ第2の透明な光学基材へ導く事もよい。
【0015】
本発明の2枚の対向する反射面の第1のミラーと位相差板の代替として微細プリズムを転写したBEFミラーを備える事で反射した偏頗面を90度ねじる事も出来る。
【産業上の利用可能性】
【0016】
非常に効率よく自然光PS波を単一な偏頗面に統一する事が出来る本発明は、液晶を使ったあらゆる製品のバックライトとして利用する事が出来る。
現在の液晶表示板のバックライトは直線状の光源を導光板によって面状に広げ直線偏光板で単一偏頗面の光を液晶へ照射させているが、本発明の両面対向ミラーを備えたビームスプリッタとLEDであれば本発明品の長尺形状の光学複合体を液晶の両サイドに装置する事で必要な単一偏頗面の光を液晶表示板に供給する事が出来る。(図3)
このことで従来捨てていた本液晶が必要としない偏頗面の光を変換することによって光源に使うことが出来るため光効率が2倍近く上昇する。このことで低消費電力で高輝度な液晶テレビを提供できるようになる。
【0017】
液晶表示パネルのバックライトとして時系列的にR,G,Bの光3原色を点滅する事と液晶表示パネルの描画を同期させることによって、本発明品を液晶の背後にバックライトとして配置する事で、カラーフィルターを必要としない高輝度の液晶表示板が実現する。
[特許開2004−058158]
【0018】
単一偏頗面光を必要とする偏向顕微鏡の光源として本発明品は利用する事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明を適用した光学系の説明図である。
【図2】本発明を適用しライトトンネルを備えた説明図である。
【図3】従来液晶プロジェクターに使われているPSコンバーター説明図である。
【図4】本発明品を長尺にしたものに白色LED光源をつけたバックライト光源の説明図である。
【符号の説明】
【0019】
1 LCD搭載基板
2 第1のミラー
3 第2の機能膜
4 RedLED
5 GrrenLED
6 BlueLED
7 特定光学特性分離機能膜
8 第2の反射膜
9 機能膜を備えた第1の透明な光学基材
10 第1の直線偏光板
11 集光レンズ
12 LCoSデバイス
13 機能膜を備えた第2の光学基材
14 第2の直線偏光板
15 投射レンズ郡
16 機能膜
17 第1の光
18 第2の光
19 PBSフィルター
20 レンズアレイ
21 λ/2位相差板
22 光源から発光された自然光
23 S波に偏光変換された光
24 白色LED

【特許請求の範囲】
【請求項1】
相対向配置された第1の反射膜と第2の反射膜の間に一定の角度をもって配置された少なくとも1面の第1の機能膜とからなり、所定の光学特性を持つ光を選択的に透過し、それ以外の光を反射する第1の機能膜を備えている事を特徴とした複合光学素子。
【請求項2】
前記、第1の反射膜に隣接して、第1の機能膜を透過する光を、第1の機能膜に反射する所定の光学特性を備えた光に変換する機能を備えた第2の機能膜を備えている事を特徴とした光学複合素子。
【請求項3】
請求項第1項、第2項において、第1の反射膜と第1の機能膜の内側に光源としてLED発光部が装置されている事を特徴とする光学素子。
【請求項4】
請求項1において相対向する第1の反射膜と第2の反射膜の間にある、少なくとも1面の機能膜は透明な基材の中に備えられた事を特徴とした光学素子。
【請求項5】
前記第1、第2の反射膜と、その内側に第1、第2の機能膜を備え、第1反射膜及び第2機能膜の内側にLED光源を備える事を特徴とした光学素子。
【請求項6】
請求項第1項において第2の機能膜は位相差板であることを特徴とした光学素子。
【請求項7】
請求項第1項において第1の機能膜は板状の基板の少なくとも1面に備わっている事を特徴とした光学複合素子
【請求項8】
請求項1において相対向する反射膜に直交する面であって、第1の機能膜によって反射される光の光路を妨害しない位置に反射膜で覆い、露光を防いだ事を特徴とした光学素子。
【請求項9】
請求項1,2,3,4において第2の機能膜と第1の反射膜の機能を両方持つベフミラーや回折格子ミラーを備えた光学複合素子。
【請求項10】
前記請求項3において第1反射膜と第1の機能膜の間へ導光板やファイバーによって発光部が導かれた事を特徴とした複合光学素子。
【請求項11】
請求項1,2,3,4においてそれぞれの面は光路と垂直方向に対して長尺に形成されることを特徴とする複合光学素子。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2008−116888(P2008−116888A)
【公開日】平成20年5月22日(2008.5.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−327550(P2006−327550)
【出願日】平成18年11月6日(2006.11.6)
【出願人】(502388781)有限会社ハイメック (5)
【Fターム(参考)】