偏振分束器和投影仪的制作方法

本公开内容涉及偏振分束器和投影仪。

背景技术：

例如，在投影光学系统中，玻璃块状的macneillepbs(偏振分束器)被用作偏振器(参见专利文献1)。macneillepbs是利用布鲁斯特角的偏振分束器。偏振分束膜通常需要相对于入射光的光轴约45°的角度。典型的macneillepbs整体上具有立方体形状，并且有效尺寸和厚度的关系约为1:1。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本申请特开2013-242466号公报

技术实现要素：

为了适合于投影光学系统等的大孔径的入射光，通常macneillepbs的厚度增加。因此，光路变长。特别地，由于吸收蓝色波长带，透射率降低，并且产生热量。

期望提供一种偏振分束器和投影仪，其各自具有短的光路和产生较少热量的特性。

根据本公开内容的一个实施方式的偏振分束器包括透明光学构件、至少一个第一偏振分束膜、和至少一个第二偏振分束膜。所述至少一个第一偏振分束膜设置在所述透明光学构件的内部，相对于第一轴以第一倾斜角倾斜。第一轴与入射光平行。所述至少一个第二偏振分束膜设置在所述透明光学构件的内部，相对于第一轴以第二倾斜角倾斜。第二倾斜角在与第一倾斜角相反的方向上。

根据本公开内容的一个实施方式的投影仪包括多个偏振分束器和至少一个光调制器。所述多个偏振分束器接收照明光。所述至少一个光调制器调制经由所述多个偏振分束器接收的照明光以生成投影图像。所述多个偏振分束器中的至少一个特定的偏振分束器包括透明光学构件、至少一个第一偏振分束膜、和至少一个第二偏振分束膜。所述至少一个第一偏振分束膜设置在所述透明光学构件的内部，相对于第一轴以第一倾斜角倾斜。第一轴与入射光平行。所述至少一个第二偏振分束膜设置在所述透明光学构件的内部，相对于第一轴以第二倾斜角倾斜。第二倾斜角在与第一倾斜角相反的方向上。

在根据本公开内容的实施方式的偏振分束器或投影仪中，设置成相对于第一轴以第一倾斜角倾斜的至少一个第一偏振分束膜和设置成相对于第一轴以与第一倾斜角方向相反的第二倾斜角倾斜的至少一个第二偏振分束膜对入射光进行偏振分束。

附图说明

图1是根据本公开内容的第一实施方式的偏振分束器的基本构造示例的示意性截面图。

图2是根据比较例的偏振分束器(典型的macneillepbs)的构造示例的示意性截面图。

图3是根据第一实施方式的第一变形例的偏振分束器的构造示例的示意性截面图。

图4是根据第一实施方式的第二变形例的偏振分束器的构造示例的示意性截面图。

图5是通过根据第一实施方式的第二变形例的偏振分束器的光分离作用的示意性截面图

图6是通过根据第一实施方式的第三变形例的偏振分束器的光分离作用的示意性截面图。

图7是示意性地示出了根据第二实施方式的投影仪的第一构造示例的构造图。

图8是示意性地示出了根据第一比较例的投影仪的构造示例的构造图。

图9是示意性地示出了根据第二实施方式的投影仪的第二构造示例的构造图。

图10是示意性地示出了根据第二比较例的投影仪的构造示例的构造图。

具体实施方式

在下文中，参照附图详细地描述本公开内容的一些实施方式。注意，将按以下顺序给出描述。

1.第一实施方式(偏振分束器的描述)(图1至6)

1.1根据第一实施方式的偏振分束器的基本构造示例

1.2第一实施方式的变形例

1.3效果

2.第二实施方式(投影仪的描述)(图7至图10)

2.1根据第二实施方式的投影仪的第一构造示例

2.2根据第二实施方式的投影仪的第二构造示例

3.其他实施方式

<1.第一实施方式>

[1.1根据第一实施方式的偏振分束器的基本构造示例]

图1示意性地示出了根据本公开内容的第一实施方式的偏振分束器1的基本构造示例。

根据第一实施方式的偏振分束器1包括透明光学构件10、第一偏振分束膜11和第二偏振分束膜12。第一偏振分束膜11和第二偏振分束膜12设置在透明光学部件10的内部。

第一偏振分束膜11设置在透明光学构件10的内部，相对于与入射光平行的第一轴以第一倾斜角θ1倾斜。第二偏振分束膜12设置在透明光学构件10的内部，相对于第一轴以第二倾斜角θ2倾斜。第二倾斜角θ2与第一倾斜角θ1方向相反。第一倾斜角θ1例如为约45°。第二倾斜角θ2例如为约-45°。

在此，图1中的z轴对应于与入射光平行的第一轴。注意，将与z轴正交的且彼此正交的两个轴设为x轴和y轴。图1示出了在与zy平面平行的平面上的截面构造示例。这类似地适用于以下变形例和其他实施方式。

透明光学构件10例如包括玻璃材料或树脂材料。第一偏振分束膜11和第二偏振分束膜12的每一者例如包括电介质多层膜。透明光学构件10例如具有其中第一至第三直角棱镜51至53彼此接合的构造。例如，透明光学构件10具有如下构造：其中第二直角棱镜52的倾斜表面和第三直角棱镜53的倾斜表面接合至设置在中间的第一直角棱镜51的相应两个侧表面。因此，例如，第一偏振分束膜11和第二偏振分束膜12被倾斜设置为使得第一偏振分束膜11和第二偏振分束膜12彼此大致正交。

第一偏振分束膜11例如通过气相沉积等方法在第一直角棱镜51的第一侧表面上形成为膜。或者，第一偏振分束膜11可以形成在第二直角棱镜52的倾斜表面上。第二偏振分束膜12例如通过气相沉积等方法在第一直角棱镜51的第二侧表面上形成为膜。或者，第二偏振分束膜12可以形成在第三直角棱镜53的倾斜表面上。

偏振分束器1用作macneillepbs。第一偏振分束膜11具有在与入射光平行的第一方向上透射包括在入射光中的第一偏振分量(p偏振分量)并且在与第一方向正交的第二方向上反射包括在入射光中的第二偏振分量(s偏振分量)的特性。

第二偏振分束膜12具有在第一方向上透射第一偏振分量，并且在与第一方向正交并且与第二方向相差180°的第三方向上反射第二偏振分量的特性。

在此，图1中的z方向为对应于第一方向。此外，y方向对应于第二方向。与y方向相反的方向(-y方向)对应于第三方向。这类似地适用于以下变形例和其他实施方式。

图2示意性地示出了根据比较例的偏振分束器100的构造示例。

根据图2所示的比较例的偏振分束器100是典型的macneillepbs。在偏振分束器100中，偏振分束膜111设置在透明光学构件110的内部。

偏振分束膜111被设置为相对于入射光的轴以45°的倾斜角倾斜。透明光学构件10例如具有其中两个直角棱镜彼此接合的构造，并且整体上具有立方体形状。

在根据比较例的偏振分束器100中，透明光学构件10沿着第一轴(z轴)方向上的尺寸(有效尺寸)和透明光学构件10在沿着与第一轴正交的第二轴(y轴)方向上的尺寸(厚度)均为d，并且具有1:1的关系。

相比之下，在根据第一实施方式的偏振分束器1中，透明光学构件10在沿着第一轴(z轴)方向上的尺寸(有效尺寸)小于透明光学构件10在沿着与第一轴正交的第二轴(y轴)方向上的尺寸(厚度)。具体而言，当相对于入射光的有效尺寸为d时，厚度为d/2。即，根据第一实施方式的偏振分束器1的厚度是典型的macniellepbs的厚度的1/2。因此，偏振分束器1的厚度减小。

[1.2第一实施方式的变形例]

(第一变形例)

图3示意性地示出了根据第一实施方式的第一变型的偏振分束器1a的构造示例。

根据第一变形例的偏振分束器1a包括位于透明光学构件10a内部的两个第一偏振分束膜11和两个第二偏振分束膜12。在透明光学构件10a中，第一偏振分束膜11和第二偏振分束膜12沿着与第一轴(z轴)正交的第二轴(y轴)交替地设置。

与根据第一实施方式的偏振分束器1一样，根据第一变形例的偏振分束器1a用作macneillepbs，以透射入射光的第一偏振分量(p偏振分量)并反射第二偏振分量(s偏振分量)。

根据第一变形例的偏振分束器1a，当相对于入射光的有效尺寸为d时，厚度为d/4。即，根据第一变形例的偏振分束器1a的厚度是典型的macneillepbs的厚度的1/4，并且是根据第一实施方式的偏振分束器1的厚度的1/2。因此，根据第一变形例的偏振分束器1a的厚度进一步减小。

例如，可以通过将各自具有根据第一实施方式的偏振分束器1的厚度的1/2的厚度的两个装置在y轴方向上串联设置并使这两个装置彼此接合来制造根据第一变形例的偏振分束器1a。

其他构造和操作可与上述根据第一实施方式的偏振分束器1的构造和操作实质上类似。

(第二变形例)

图4示意性地示出了根据第一实施方式的第二变形例的偏振分束器1b的构造示例。图5示意性地示出了根据第二变形例的偏振分束器1b的光分离作用。

根据第二变形例的偏振分束器1b包括沿着第一轴(z轴)并排设置的第一块21和第二块22。

第一块21和第二块22各自包括透明光学构件10a以及设置在透明光学构件10a内部的第一偏振分束膜11和第二偏振分束膜12。第一块21和第二块22的每一者具有与根据第一变形例的偏振分束器1a的构造实质上类似的构造。第一块21和第二块22各自具有其中根据第一变形例的偏振分束器1a的构造，并且例如具有根据第一变形例的偏振分束器1a并排设置并且彼此接合的构造。

然而，优选的是，第一块21和第二块22在偏振分束器的并排布置的构造中不完全相同，第一偏振分束膜11和第二偏振分束膜12的设置位置在第一块21和第二块22之间沿y轴方向偏移dy(图4)。即，优选的是，当从入射光的入射方向观察时，第一块21中的第一偏振分束膜11和第二偏振分束膜12的设置位置以及第一块22中的第一偏振分束膜11和第二偏振分束膜12的设置位置彼此偏移dy(图4)。

因此，通过使第一偏振分束膜11和第二偏振分束膜12在第一块21和第二块22之间的设置位置偏移，可获得以下效果。例如，如图5所示，在第一块21中的第一偏振分束膜11和第二偏振分束膜的边界部分处，要被反射的第二偏振分量(s偏振分量)未被反射而是被透射。透射通过第一块21的第二偏振分量(s偏振分量)进入第二块22的第一偏振分束膜11或第二偏振分束膜12。这是因为第二块22的第一偏振分束膜11和第二偏振分束膜12的设置位置相对于第一块21的第一偏振分束膜11和第二偏振分束膜12的设置位置偏移。结果，透射通过第一块21的第二偏振分量(s偏振分量)被第二块22反射。因此，可以减少在第一偏振分束膜11和第二偏振分束膜12的边界部分处的光泄漏。

(第三变形例)

图6示意性地示出了根据第一实施方式的第三变形例的偏振分束器1b的构造示例。

在上述根据第一变形例的偏振分束器1a中，已经描述了包括两个第一偏振分束膜11和两个第二偏振分束膜12的构造示例。然而，可以采用包括三个或更多个第一偏振分束膜11和三个或更多个第二偏振分束膜12的构造。

根据图6所示的第三变形例的偏振分束器1c包括位于透明光学构件10c内部的四个第一偏振分束膜11和四个第二偏振分束膜12。在透明光学构件10c中，第一偏振分束膜11和第二偏振分束膜12沿着与第一轴(z轴)正交的第二轴(y轴)交替地设置。

与根据第一实施方式的偏振分束器1一样，根据第三变形例的偏振分束器1c用作macneillepbs，以透射入射光的第一偏振分量(p偏振分量)并反射第二偏振分量(s偏振分量)。

根据第三变形例的偏振分束器1c具有相对于入射光的有效尺寸d和大约d/8的厚度。即，根据第三变形例的偏振分束器1c的厚度大约是典型的macneillepbs的厚度的1/8，并且大约是根据第一实施方式的偏振分束器1的厚度的1/4。因此，根据第三变形例的偏振分束器1c的厚度进一步减小。

在根据第三变形例的偏振分束器1c中，透明光学构件10c例如包括具有对应于第一偏振分束膜11和第二偏振分束膜12的相应倾斜部分的两个构件(第一光学构件10c-1和第二光学构件10c-2)。根据第三变形例的偏振分束器1c可以如下制造。例如，通过气相沉积等方法在第一光学构件10c-1和第二光学构件10c-2之一的倾斜部分上形成第一偏振分束膜11和第二偏振分束膜12。之后，将第一光学构件10c-1和第二光学构件10c-2彼此接合，以使它们的倾斜部分彼此相对。

其他构造和操作可与上述根据第一实施方式的偏振分束器1或根据第一变形例的偏振分束器1a的的构造和操作实质上类似。

[1.3效果]

如上所述，根据第一实施方式及其变形例的任一者的偏振分束器，将用作macneillepbs的第一偏振分束膜11和第二偏振分束膜12设置为彼此大致正交地倾斜。因此，与典型的macneillepbs(图2)的构造相比，可获得更短的光路并产生较少热量的特性。

此外，根据第一实施方式及其变形例的任一者的偏振分束器，与典型的macneillepbs(图2)的构造相比，允许厚度减小。此外，在将电介质多层膜用于第一偏振分束膜11和第二偏振分束膜12的情况下，可以以较少的光量损失和高效率进行偏振分束。

应注意，本说明书中描述的效果仅仅是说明性的而不是限制性的，并且可以提供任何其他效果。这类似地适用于以下其他实施方式的效果。

<2.第二实施方式>

接下来，描述根据本公开内容的第二实施方式的投影仪。注意，在下面的描述中，与上述根据第一实施方式的偏振分束器的部件实质上相同的部件由相同的附图标记表示，并且将适当地省略其描述。

[2.1根据第二实施方式的投影仪的第一构造示例]

图7示意性地示出了根据第二实施方式的投影仪2的第一构造示例。

投影仪2包括多个偏振分束器和光调制器33。多个偏振分束器接收来自照明光学系统(未示出)的照明光。光调制器33调制经由多个偏振分束器接收的照明光以生成投影图像。此外，投影仪2包括投影光学系统34。投影光学系统34将由光调制器33产生的投影图像投影到诸如屏幕之类的投影表面(未示出)上。投影光学系统34例如包括多个透镜。

投影仪2是使用单个光调制器33的所谓的单板型。因此，在进行彩色显示的情况下，投影仪2以时分(timedivisional)方式进行全彩色显示。例如，当进行彩色显示时，将r、g和b的各个颜色的照明光时分地施加至光调制器33。光调制器33与相应颜色的照明光的施加时序同步地相对于相应颜色的照明光时分地生成相应颜色的投影图像。光调制器33基于图像信号来调制照明光以生成投影图像。光调制器33例如包括反射显示装置，诸如lcos(硅上液晶)。

投影仪2例如包括前pbs31和主pbs32作为多个偏振分束器。前pbs31接收照明光。主pbs32接收透射通过前pbs31的照明光。多个偏振分束器中的至少一个特定的偏振分束器由本公开内容的偏振分束器构成。图7示出了其中前pbs31由特定的偏振分束器构成的示例。图7示出了其中前pbs31由上述根据第一实施方式的第一变形例的偏振分束器1a(图3)构成的示例。然而，前pbs31可以由图1所示的偏振分束器1、图4所示的偏振分束器1b、或图6所示的偏振分束器1c构成。

主pbs32将透射通过前pbs31的特定偏振分量的照明光反射，并将其朝向光调制器33输出。与特定偏振分量正交的另一偏振分量的光作为投影图像从光调制器33输出。主pbs32透射来自光调制器33的投影图像的光，并将其朝向投影光学系统34输出。

图8示意性地示出了根据第一比较例的投影仪200的构造示例。

根据第一比较例的投影仪200包括由典型的macneillepbs构成的前pbs131，以代替图7所示的投影仪2中的前pbs31。

在根据第一比较例的投影仪200中，前pbs131由典型的macneillepbs构成。因此，构造尺寸增大。相比之下，在根据第二实施方式的投影仪2中，前pbs31由本公开内容的偏振分束器构成。因此，可以减小构造的尺寸。此外，在根据第二实施方式的投影仪2中，与根据第一比较例的投影仪200相比，前pbs31具有产生较少热量的特性。因此，可以减少图像质量的劣化，并且还可以减少投影仪2的部件的劣化。因此，提高了产品可靠性。

[2.2根据第二实施方式的投影仪的第二构造示例]

图9示意性地示出了根据第二实施方式的投影仪2a的第二构造示例。

投影仪2a包括多个偏振分束器和多个光调制器。多个偏振分束器接收来自照明光学系统(未示出)的照明光。多个光调制器调制经由多个偏振分束器接收的照明光以生成投影图像。此外，投影仪2a包括后pbs44和二向色镜45。此外，投影仪2a包括投影光学系统34。投影光学系统34将由多个光调制器生成的投影图像投影到诸如屏幕之类的投影表面(未示出)上。投影光学系统34例如包括多个透镜。

投影仪2a例如包括三个光调制器(红色光调制器33r、绿色光调制器33g和蓝色光调制器33b)作为多个光调制器。

红色光调制器33r接收红色照明光。红色光调制器33r调制红色照明光以生成红色投影图像。绿色光调制器33g接收绿色照明光。绿色光调制器33g调制绿色照明光以生成绿色投影图像。蓝色光调制器33b接收蓝色照明光。蓝色光调制器33b调制蓝色照明光以生成蓝色投影图像。三个光调制器的每一者例如由诸如lcos之类的反射型显示装置构成。

投影仪2a包括前pbs41、主pbs42和主pbs43作为多个偏振分束器。在多个偏振分束器中，至少一个特定的偏振分束器由本公开内容的偏振分束器构成。图9示出了其中前pbs41由特定的偏振分束器构成的示例。图9示出了其中前pbs41由上述根据第一实施方式的第一变形例的偏振分束器1a(图3)构成的示例。然而，前pbs31可以由图1所示的偏振分束器1、图4所示的偏振分束器1b、或图6所示的偏振分束器1c构成。

前pbs41例如接收包括r、g和b的颜色的照明光。主pbs42接收透射通过前pbs41并被二向色镜45反射的红色和蓝色的照明光。

主pbs42透射红色和蓝色的照明光中的红色照明光，并将其朝向红色光调制器33r输出。红色光调制器33r输出红色投影图像。主pbs42反射来自红色光调制器33r的红色投影图像的光，并将其朝向后pbs44输出。

此外，主pbs42反射红色和蓝色的照明光中的蓝色照明光，并将其朝向蓝色光调制器33b输出。蓝色光调制器33b输出蓝色投影图像。主pbs42透射来自蓝色光调制器33b的蓝色投影图像的光，并将其朝向后pbs44输出。

主pbs43接收透射通过前pbs41和二向色镜45的绿色照明光。主pbs43反射绿色照明光，并将其朝向绿色光调制器33g输出。绿色光调制器33g输出绿色投影图像。主pbs43透射来自绿色光调制器33g的绿色投影图像的光，并将其朝向后pbs44输出。

后pbs44将r、g和b的各个颜色的投影图像组合，并将其朝向投影光学系统34输出。

图10示意性地示出了根据第二比较例的投影仪200a的构造示例。

根据第二比较例的投影仪200a包括由典型的macneillepbs构成的前pbs141，以代替图9所示的投影仪2a中的前pbs41。

在根据第二比较例的投影仪200a中，前pbs141由典型的macneillepbs构成。因此，构造尺寸增大。相比之下，在图9所示的投影仪2a中，前pbs41由本公开内容的偏振分束器构成。因此，可以减小构造的尺寸。此外，在图9所示的投影仪2a中，与根据第二比较例的投影仪200a相比，前pbs41具有产生较少热量的特性。因此，可以减少图像质量的劣化，并且还可以减少投影仪2a的部件的劣化。因此，提高了产品可靠性。

<3.其他实施方式>

根据本公开内容的技术不限于以上各个实施方式的描述，并且可以以各种方式修改。

例如，在上述第二实施方式中，给出了将本公开内容的偏振分束器应用于投影仪的情况的描述。然而，本公开内容的偏振分束器也可应用于除投影仪以外的设备。

例如，本技术还可以具有以下任何一种构造。

根据具有以下任何一种构造的本技术，可以实现短的光路和和产生较少热量的特性。

(1)

一种偏振分束器，包含：

透明光学构件；

至少一个第一偏振分束膜，所述至少一个第一偏振分束膜相对于平行于入射光的第一轴以第一倾斜角倾斜设置在所述透明光学构件的内部；和

至少一个第二偏振分束膜，所述至少一个第二偏振分束膜相对于所述第一轴以与所述第一倾斜角方向相反的第二倾斜角倾斜设置在所述透明光学构件的内部。

(2)

根据上述(1)所述的偏振分束器，其中所述第一偏振分束膜和所述第二偏振分束膜被倾斜设置成彼此大致正交。

(3)

根据上述(1)或(2)所述的偏振分束器，其中

所述第一偏振分束膜在平行于所述入射光的第一方向上具有透射包括在所述入射光中的第一偏振分量的特性，而在正交于所述第一方向的第二方向上具有反射包括在所述入射光中的第二偏振分量的特性，并且

所述第二偏振分束膜在所述第一方向上具有透射所述第一偏振分量的特性，而在正交于所属第一方向并与所述第二方向相差180度的第三方向上具有反射所述第二偏振分量的特性。

(4)

根据上述(1)至(3)中任一项所述的偏振分束器，其中

所述第一偏振分束膜和所述第二偏振分束膜各自具有两个以上，并且

所述第一偏振分束膜和所述第二偏振分束膜沿着正交于所述第一轴的第二轴交替地设置。

(5)

根据上述(1)至(4)中任一项所述的偏振分束器，进一步包括：

沿着所述第一轴平行设置的第一块和第二块，其中

所述第一块和所述第二块各自具有所述透明光学构件、所述第一偏振分束膜和所述第二偏振分束膜。

(6)

根据上述(5)所述的偏振分束器，其中当从所述入射光的入射方向观察时，所述第一块中的所述第一偏振分束膜和所述第二偏振分束膜的设置位置与所述第二块中的所述第一偏振分束膜和所述第二偏振分束膜的设置位置彼此错位。

(7)

根据上述(1)至(6)中任一项所述的偏振分束器，其中所述透明光学构件在沿着所述第一轴的方向上的尺寸小于所述透明光学构件在沿着正交于所述第一轴的第二轴的方向上的尺寸。

(8)

一种投影仪，包括：

多个偏振分束器，照明光入射至所述多个偏振分束器；和

至少一个光调制器，所述至少一个光调制器调制经由所述多个偏振分束器入射的所述照明光以生成投影图像，其中

所述多个偏振分束器中，至少一个特定的偏振分束器包含：

透明光学构件；

至少一个第一偏振分束膜，所述至少一个第一偏振分束膜相对于平行于入射光的第一轴以第一倾斜角倾斜设置在所述透明光学构件的内部；和

至少一个第二偏振分束膜，所述至少一个第二偏振分束膜相对于所述第一轴以与所述第一倾斜角方向相反的第二倾斜角倾斜设置在所述透明光学构件的内部。

(9)

根据上述(8)所述的投影仪，其中

所述多个偏振分束器具有：

入射所述照明光的前偏振分束器；和

入射透过了所述前偏振分束器的所述照明光的主偏振分束器，并且

所述前偏振分束器由所述特定的偏振分束器构成。

本申请要求基于2018年9月11日向日本专利局提交的日本专利申请第2018-169932号的优先权，通过引用将其全部内容结合在此。

应当理解，本领域技术人员将根据设计要求和其他因素进行各种修改、组合、子组合和变更，并且它们落在所附权利要求或其等同物的范围内。