疊層波長板、光拾取裝置、偏振光變換元件及投影型顯示裝置的製作方法

2023-04-29 20:28:01

專利名稱：疊層波長板、光拾取裝置、偏振光變換元件及投影型顯示裝置的製作方法
技術領域：
本發明特別涉及重疊配置由石英等具有多折射性的無機晶體材料構成的兩個波 長板的疊層構造的波長板，進一步涉及使用了這種疊層波長板的光拾取裝置、偏振光變換 元件及投影型顯示裝置。
背景技術：
一直以來，在用於光碟裝置的記錄再現的光拾取裝置、偏振光變換元件、液晶投影 儀等投影型顯示裝置這樣的光學裝置中，廣泛使用1/2波長板，該1/2波長板將入射光的線 偏振光形成為使其偏振面旋轉了規定角度(例如90° )後的線偏振光的射出光而射出。對 於單板波長板而言，其相位差由板厚決定，因此，僅針對規定波長才能發揮1/2波長板的功 能。為了在很寬的波段中均能發揮1/2波長板的功能，開發出以光軸彼此交叉的方式貼合 兩片以上的單板波長板而成的疊層波長板(例如參照專利文獻1)。最近，在用於光碟裝置的記錄再現的光拾取裝置中，為了實現記錄的高密度化和 大容量化，採用波長非常短且高輸出的藍紫色雷射。另外，對於液晶投影儀而言，隨著光學 引擎的長壽命化，作為構成光學引擎的光學部件之一的1/2波長板，也要求實現耐久性及 長期可靠性。但是，專利文獻1所述的1/2波長板具有這樣的結構該結構是通過對聚碳酸酯等 高分子膜實施延展處理、並層疊多層產生1/2波長的相位差的延展膜而形成的。因此，1/2 波長板的高分子膜會吸收藍紫色雷射而發熱，可能導致材質自身劣化，從而損害作為波長 板所發揮的功能。與此相對，石英或方解石等無機晶體材料的耐光性極高，因此，由石英等 構成的波長板特別有利於使用藍紫色雷射這樣的光學系統。另外，對於光碟記錄再現裝置而言，要求具有能夠針對藍光碟、DVD、⑶等多種不同 標準進行記錄/再現的功能。一般情況下，藍光碟的使用波長為405nm，DVD為660nm，⑶為 785nm。因此，希望光拾取裝置的1/2波長板能在所有這些波段中或某兩個波段中發揮作 用。另一方面，要求液晶投影儀的偏振光變換元件所使用的1/2波長板能在400 700nm 的寬波段內保持180°的相位差。一般情況下，1/2波長板具有相位差隨波長變化而變化的波長依賴性，因此，在目 標波長前後的波段中，相位差增大或減小。因此，提出了如下的疊層波長板該疊層波長板 以使光軸方位角為91的第一波長板與光軸方位角為e2的第二波長板的光軸彼此交叉的 方式將該第一波長板與第二波長板貼合，且滿足92= 0 1+45°、0< 0 1 <45°的關係， 通過這種結構，該疊層波長板整體上可在400 700nm的寬波段內作為1/2波長板發揮功 能(例如參照專利文獻2)。另外，當來自光源的光發散地入射時，1/2波長板將產生入射角依賴性的問題，即， 在波長板中心附近以外的區域中，相位差發生變動。因此，1/2波長板的偏振光變換效率降 低，即，將入射的P偏振(或S偏振)的線偏振光變換為S偏振(或P偏振)的線偏振光而
5射出的比例降低，從而可能發生出射光量的損失。因此，提出了如下結構的高階模式疊層波 長板該疊層波長板以使相位差分別為180° +360° Xn(其中，n為正整數)的第1及第2 波長板的光軸彼此交叉的方式將該第1及第2波長板貼合在一起，將各波長板的面內方位 角設為0 1、9 2，將入射到疊層波長板的線偏振光的偏振方向與射出的線偏振光的偏振方 向所成的角度設為9，滿足02= e 1+0/2 (例如參照專利文獻3)。該疊層波長板通過進 一步設n = 5、e 1 = 22. 5°、e 2 = 67. 5°，由此能夠在三個波段即405nm波段、660nm波 段、785nm波段中，分別將針對波長變化的變換效率控制為1左右，從而能夠抑制出射光量 的損失。同樣，為了提高偏振光變換效率，提出了如下的疊層相位差板該疊層相位差板將 相位差ra = 180°的第1相位差板與相位差rb = 180°的第2相位差板貼合，第1及第 2相位差板的光軸方位角ea、eb滿足eb= ea+a、o< ea<45°、40° < a <50°， 且相對於相位差1\的設計目標值的偏差量A 1\與相對於相位差rb的設計目標值的偏 差量△ rb之間滿足規定關係式，該疊層相位差板通過這種結構而作為1/2波長板發揮作 用(例如參照專利文獻4)。該疊層相位差板通過上述規定的關係式，用相位差rb相對於 設計目標值的偏差量△ rb來抵消相位差ra相對於設計目標值的偏差量△ ra，由此能夠 得到高的偏振光變換效率。專利文獻1日本特開平11-149015號公報專利文獻2日本特開2004-170853號公報專利文獻3日本特開2007-304572號公報專利文獻4日本特開2008-268901號公報圖15(A)、⑶示出了上述現有的疊層1/2波長板的典型例。該疊層1/2波長板1 具有從光的入射方向Li朝出射方向Lo配置的、由石英板等光學單軸晶體材料構成的第1 及第2波長板2、3。第1及第2波長板2、3都是相位差= 180°、相位差「2=180°的 單模1/2波長板，且該第1及第2波長板2、3以它們的晶體光軸4、5彼此交叉規定的角度 的方式相貼合。這裡，第1波長板2的光軸方位角是晶體光軸4與入射到疊層1/4波長 板1的光的線偏振光6的偏振面所成的角度，第2波長板3的光軸方位角0 2是晶體光軸5 與上述線偏振光的偏振面所成的角度。對於圖15中的疊層1/2波長板1，第1及第2波長板2、3的光軸方位角為0 := 22.5°、0 2 = 67.5°，入射的線偏振光6的偏振方向與射出的線偏振光7的偏振方向所成 的角度為90°。使用圖16(A) (C)的龐加萊(poincare)球來說明此時的偏振光狀態。 圖16(A)是用於說明入射到疊層1/2波長板1的線偏振光在龐加萊球上的軌道推移的圖。 將線偏振光4在赤道上的入射位置設定為與S1軸之間的交點仏。圖16(B)是在圖16(A) 的龐加萊球上從S2軸方向觀察入射到疊層1/2波長板1的偏振光狀態的軌跡的圖，即，是 向S1S3平面的投影圖。圖16(C)是在圖16(A)所示的龐加萊球上從S3軸方向觀察入射到 疊層1/2波長板1的偏振光狀態的軌跡的圖，即，是向S1S2平面的投影圖。將入射光的基準點設為h = (1，0，0)，將第1波長板2的旋轉軸禮設定在從S1軸 旋轉了 2 0工的位置處，將第2波長板3的旋轉軸R2設定在從S1軸旋轉了 2 0 2的位置處。 當以旋轉軸禮為中心，使基準點P。向右旋轉了相位差r工時，龐加萊球的赤道上的點Pi = (0,1,0)為上述第1波長板的出射光的位置。接著，當以旋轉軸R2為中心，使點Pi向右旋轉了相位差r2時，龐加萊球的赤道上的點p2= (-1,0,0)為上述第2波長板的出射光的位 置，即疊層1/2波長板1的出射光的位置。只要入射光k的波長不從目標值變化，出射光 的位置就始終位於龐加萊球的赤道上。但是，搭載在藍光標準的光碟記錄再現裝置上的光拾取裝置使用了短波長 (405nm)的藍紫色雷射。對於藍紫色雷射，在使用時，當發出高熱量而膨脹時，將產生振蕩激 光的波長發生漂移(變化)的問題。因此，光拾取裝置中使用的1/2波長板會因入射雷射 的波長漂移而產生線偏振光的變換效率劣化的問題。另外，對於能夠對藍光碟和DVD這兩者進行記錄/再現的光碟記錄再現裝置，有 時，即使在使用波長405nm以及660nm的某一波段中，也會產生雷射的波長漂移。因此，對 於這種光碟記錄再現裝置中使用的1/2波長板，需要在這兩個波段中，抑制基于波長變動 的變換效率劣化。專利文獻2公開了在波長變化時消除或降低其影響的方法。根據此方法，當設基 于波長變化的第1及第2波長板的相位差的偏差量為A rp A r2時，可通過設定為A q =A「2來抵消相位差的偏差，因此，出射光在龐加萊球上的位置P2始終位於赤道上。利用圖16的龐加萊球來對此進行說明。第1波長板2的出射光位置為以旋轉軸隊 為中心、從點Pi向右旋轉了偏差量量A ^後的點P/。第2波長板3的出射光位置為以 旋轉軸R2為中心、使點P/向右旋轉了相位差r2+A r2後的龐加萊球的赤道上的點p2'。 該點P2'是疊層1/2波長板1的出射光的位置。由該圖可知，點P2'在赤道上偏離了點P2， 因此，出射光的偏振面的旋轉偏離於90°。根據專利文獻2，a r i和a r2越小，該出射光 偏振面的旋轉偏差的影響越小，因此，希望將第1及第2波長板2、3形成為單模波長板以盡 量減小其波長依賴性。專利文獻4示出了這樣的狀況當第1相位差板的厚度的加工精度偏離了設計值 時，同樣會產生在龐加萊球上第1相位差板的出射光位置發生偏移的問題。為了解決該問 題，在該文獻中公開了通過對第2相位差板的厚度進行加工來抵消第1相位差板的出射光 位置的偏差的方法。另一方面，對於專利文獻3所述的疊層1/2波長板，因為第1及第2波 長板為高階模式，所以當其階次n過大時，將產生這樣的問題變換效率接近於1的波段寬 度變窄，很難作為疊層1/2波長板來使用。這裡，如該文獻所述，變換效率是用於準確判定由兩個波長板貼合而成的疊層1/2 波長板的出射光的偏振狀態的評價值，是按照規定的計算方法計算出射光相對於入射光的 光量而得到的。下面進行簡單的說明。在疊層1/2波長板1中，如果用禮表示第1波長板2的米勒矩陣、用R2表示第2 波長板3的米勒矩陣、用矢量I表示入射光的偏振狀態、用矢量E表示出射光的偏振狀態， 則透射過疊層1/2波長板1後的偏振光狀態可用下式來表示。E = R2 隊 I …(1)這裡，禮、R2分別用下式來表示。
對第1及第2波長板2、3的高階模式階次n、相位差r\、r2、光軸方位角度0工、 9 2進行設定，根據式(2)、(3)來求取米勒矩陣禮、1 2，設定入射光的偏振狀態I，此時，通過 式(1)來計算出射光的偏振狀態E。出射光的偏振光狀態E被稱為斯託克斯矢量，且由下式 表不。
這裡，E的矩陣要素S^SmSm、被稱為斯託克斯參數，表示偏振狀態。接著，如 果將偏振器的矩陣P的透射軸設定為規定角度，並將表示上述出射光的偏振狀態E的矩陣 E與偏振器的矩陣P之積設為T，則T由下式來表示。
T = P E
(5) 該矩陣T表示變換效率，當用作為其要素的斯託克斯參數來表示時，如下式所示。 這裡，矢量T的斯託克斯參數Sm表示光量，而在將入射光量設定為1時，斯託克斯 參數、為變換效率。因此，可以通過使第1及第2波長板2、3的高階模式階次n、規定波 長(例如波長405nm)下的相位差r\、r2以及光軸方位角0工、92進行各種變化，來對疊 層1/2波長板1的變換效率T進行仿真。圖17示出了在設圖15中的疊層1/2波長板1的設計波長、為400、500、600、 700、800nm的情況下，利用該計算方法分別對變換效率T相對於入射光波長的變化進行仿 真得到的結果。由該圖可知，對於任意的設計波長，變換效率均是以設計波長附近為中心表 現出1左右的高值，而隨著與設計波長的距離變遠，變換效率劣化。在將該疊層1/2波長板 用於光拾取裝置的情況下，入射的線偏振光的變換效率可能因雷射的波長漂移而劣化。圖18示出了在設圖15的疊層1/2波長板1的使用波段為405士30、660士30、 785士30nm的情況下，同樣利用上述計算方法分別對變換效率T相對于波長板的設計波長 的變化進行仿真得到的結果。由該圖可知，對於在任意波段中使用的情況而言，變換效率均以目標波段附近為中心表現出1左右的高值，而隨著設計波長與目標波段的距離變遠，變 換效率劣化。這表示，對於現有的疊層1/2波長板而言，很難在多個分離的波段內都使變換 效率為1。

發明內容
本發明正是鑑於上述現有問題而完成的，其目的在於，在以第1及第2波長板的光 軸相互交叉的方式使該第1及第2波長板重合而成的疊層波長板中，在更寬波段的波長範 圍內將變換效率的劣化抑制為最小，而且在大致400 800nm這一寬波段的整個波長範圍 內實現良好的變換效率。另外，本發明的目的在於，通過使用該疊層波長板，而提供不容易受到因波長漂移 等引起的波長變動的影響，能夠在比以往更大的波長範圍內穩定地發揮良好的性能的光拾 取裝置、偏振光變換元件、投影型顯示裝置等光學裝置。本發明人著眼於波長變動與變換效率之間的關係而進行了各種研究，從而想到， 只要進行如下設定，即可在更寬波段的波長範圍內抑制變換效率的劣化，所述設定是減 小第1與第2波長板的光軸方位角0工、e2之差，並在龐加萊球上使旋轉軸Rl與旋轉軸& 相互接近。因此，在圖15的疊層1/2波長板1中，針對設計波長入Q為500nm、第1及第2 波長板2、3的光軸方位角01 = 22.5°、0 2 = 67.5°的以往的情況以及在22. 5° < <45.0°、45.0° < e2<67.5°的範圍內變化的情況，使用上述計算方法對變換效率進 行了仿真。這裡，a是相對於光軸方位角01、92的22.5°、67.5°的調節量(角度deg)。圖19示出了該仿真結果。由該圖可知，在以往的情況下(a = 0° )，變換效率在 以設計波長為中心的較窄的範圍內表現出1左右的高值，而隨著與設計波長之間的距離變 遠，變換效率劣化。與此相對，當逐漸增大光軸方位角的調節量a時，變換效率在設計波長 入^ = 500nm附近逐漸劣化，但在其兩側，變換效率為1的波長位置被分成2處，且以逐漸分 離的方式移動。從而發現，對於整體而言，能夠在更寬的波長範圍內得到良好的變換效率。 本發明正是基於上述發現而完成的。本發明的疊層波長板的特徵在於，其由相對於設計波長X。、相位差為^ = 180° 的第1波長板和相位差為r2 = 180°的第2波長板構成，並且，以使上述第1波長板與上 述第2波長板的光軸彼此交叉的方式層疊配置這些第1及第2波長板，由此將入射的線偏 振光變換成使其偏振面旋轉了規定角度V的線偏振光而射出，在設入射的線偏振光的偏 振面分別與上述第1及第2波長板的光軸所成的面內方位角為e2、光軸調節量為a時， 該疊層波長板滿足9 i = ￥/4+a, 0 2 = 3 ur/4-a。這樣，與以往相比，通過減小第1與第2波長板的光軸的面內方位角e2之差， 能夠在更寬波段的整個波長範圍內，將變換效率的劣化抑制為最小，能夠得到1或接近1的 良好的變換效率。因此，即使入射光的波長在寬波段內發生變動，也能夠穩定地實現光利用 效率非常高的疊層波長板。另外，本發明的疊層波長板的特徵在於，其由相對於設計波長X。、相位差為^ = 180°的第1波長板和相位差為r2 = 180°的第2波長板構成，並且，以使上述第1波長板 與上述第2波長板的光軸彼此交叉的方式層疊配置這些第1及第2波長板，在設第1及第 2波長板的光軸的面內方位角為e2、入射到疊層波長板的線偏振光的偏振方向與射出
9的線偏振光的偏振方向所成的角度為V、光軸調節量為a時，02 = 0 !+￥/2>
0！ = v/4+a、
02 = 3 v/4-a、
0< a < amax
在設計波長為400 (入Q彡490nm的情況下，光軸調節量最大值滿足下式
已ilkiX = Ao+Ai ￥+A2 ￥2+A3 『 ￥3+A4 『 ￥4+A5 『 V5,其中，
A0=0.00001548
K=0.0427887
a2=-0. 000385
a3=1. 723X 1CT6
a4=-4. 19X1(T9
a5=4. 086X10_12，
在設計波長為490 (入Q彡520nm的情況下，光軸調節量最大值滿足下式
已ilkiX = Ao+Ai ￥+A2 ￥2+A3 『 ￥3+A4 『 ￥4+A5 『 ￥5+A6 『 ￥6+A7 『 V7,其中，
A0=0.00006705
K=17.699248
a2=-0. 16963
a3=0.0006754
a4=-1. 4X1(T6
a5=1. 68X1(T9
a6=-1. 1X1(T12
a7=2. 72X1(T16，
在設計波長為520 (入Q彡800nm的情況下，光軸調節量最大值滿足下式
已ilkiX = Ao+Ai ￥+A2 ￥2+A3 『 ￥3+A4 『 ￥4+A5 『 ￥5+A6 『 V6,其中，
A0=0.00003014
K=5. 4681617
a2=-0. 038557
a3=0.0001094
a4=-1. 56X1(T7
a5=1. 106X1(T1CI
a6=-3. 13X1(T14。
這樣，與以往相比，通過減小第i與第2波長板的光軸的面內方位角0工、e2之差，能夠在400 800nm這一更寬波段的整個波長範圍內，將變換效率的劣化抑制為最小，能夠
得到1或接近1的良好的變換效率。因此，即使入射光的波長在該寬波段內發生變動，也能 夠穩定地實現光利用效率非常高的疊層波長板。 在某實施例中，將疊層波長板的設計波長設定為X 0 = 500nm，且將光軸調節量設 定為2. 8°彡a彡3°。由此，對於在藍光碟及DVD標準中使用的波段即405nm和660nm這 雙方，能夠將疊層波長板的變換效率控制為1左右。
10
在另一實施例中，將疊層波長板的設計波長設定為X0 = 510nm，且將光軸調節量 設定為0° <a^2.2°。由此，能夠在特別適合於液晶投影儀的400 700nm的整個波長 範圍內，得到1或接近1的高變換效率。另外，在另一實施例中，第1及第2波長板是石英板，因此能夠得到非常高的耐光 性，因此，在被用於使用了波長特別短且高輸出的藍紫色雷射等的光學系統的情況下，也能 夠發揮高可靠性。另外，根據本發明，提供這樣的疊層波長板，該疊層波長板由相對於設計波長入… 相位差為1\ = 180°的第1波長板和相位差為r2 = 180°的第2波長板構成，並且，以 使上述第1波長板與上述第2波長板的光軸彼此交叉的方式層疊配置這些第1及第2波長 板，由此，將入射的線偏振光變換成使其偏振面旋轉了規定角度90°的線偏振光而射出，在 設入射的線偏振光的偏振面分別與第1及第2波長板的光軸所成的面內方位角為0工、e2 時，該疊層波長板滿足22. 5° < 0 ！ < 45.0° ,45.0° < 0 2 < 67. 5°。同樣地，與以往相比，通過減小第1與第2波長板的光軸的面內方位角0工、92之 差，能夠在更寬波段的整個波長範圍內，將變換效率的劣化抑制為最小，能夠得到1或接近 1的良好的變換效率。因此，即使入射光的波長在寬波段內發生變動，也能夠穩定地實現光 利用效率非常高的疊層波長板。根據本發明的另一側面，提供一種光拾取裝置，該光拾取裝置具有光源；物鏡， 其將從該光源射出的光會聚到記錄介質上；以及檢測器，其檢測由記錄介質反射的光，將上 述本發明的疊層波長板配置在光源與物鏡之間的光路上。通過使用如上地在寬波段的波長 範圍內將變換效率的劣化抑制為最小的疊層波長板，實現了不容易受到因使用時振蕩雷射 的溫度漂移等引起的波長變動的影響，能夠在比以往更寬的波長範圍內穩定地發揮良好性 能的光拾取裝置。尤其是，能夠得到可用於藍光碟、DVD、CD等多種不同的光碟標準的光拾 取裝置。另外，根據本發明的另一側面，提供一種偏振光變換元件，該偏振光變換元件具 有平板狀的透光性基材，其將第1主面作為光入射面，將第2主面作為光出射面；第1及第 2光學薄膜，其設置在該基材中；以及波長板，其設置在基材的第2主面上，第1及第2光學 薄膜相對於第1及第2主面傾斜地配置，且彼此隔開間隔平行地交替配置，第1光學薄膜將 從第1主面側入射的光分離成相互垂直的第1線偏振光和第2線偏振光，使第1線偏振光 透過並反射第2線偏振光，第2光學薄膜對由第1光學薄膜反射後的第2線偏振光進行反 射，使其從第2主面射出，波長板是上述本發明的疊層波長板，其被配置在第2主面的使透 過第1光學薄膜的第1線偏振光射出的部分上，或被配置在第2主面的使由第2光學薄膜 反射的第2線偏振光射出的部分上。此外，根據本發明，還提供一種偏振光變換元件，該偏振光變換元件具有平板狀 的透光性基材，其將第1主面作為光入射面，將第2主面作為光出射面；第1及第2光學薄 膜，其被設置在該基材中；以及波長板，第1及第2光學薄膜相對於第1及第2主面傾斜地 配置，且彼此隔開間隔平行地交替配置，第1光學薄膜將從第1主面側入射的光分離成相互 垂直的第1線偏振光和第2線偏振光，使第1線偏振光透過而將第2線偏振光反射，第2光 學薄膜對由第1光學薄膜反射後的第2線偏振光進行反射，使其從第2主面射出，波長板是 上述本發明的疊層波長板，其被層疊地配置在第1光學薄膜的第1線偏振光的出射面上。
這樣，通過使用本發明的在寬波段的波長範圍內將變換效率的劣化抑制為最小的 疊層波長板，能夠實現在比以往更寬的波段中使光利用效率非常高的偏振光變換元件。由 此，能夠得到例如可在400 700nm的寬波段內使用的、適合於液晶投影儀的偏振光變換元 件。另外，根據本發明的另一側面，提供一種投影型顯示裝置，該投影型顯示裝置具 有光源；上述本發明的偏振光變換元件，其將來自該光源的光變換為第2線偏振光而射 出；調製單元，其根據要投影的圖像信息，對來自偏振光變換元件的出射光進行調製，該調 制單元例如是液晶面板；以及投影光學系統，其對該調製單元調製後的光進行投影。同樣 地，通過採用上述那樣地在比以往更大的波長範圍內將變換效率的劣化抑制為最小的疊層 波長板，能夠利用相同輸出的光源得到更亮的影像，或者，即使採用低輸出的光源也能夠得 到相同程度的明亮的影像，因此能夠降低功耗。特別是，能夠實現在400 700nm的整個寬 波段中均實現了明亮的影像的液晶投影儀。


圖1中，(A)圖是從光的射出方向觀察本發明的疊層1/2波長板的實施例的立體 圖，(B)圖是同樣從射出方向進行觀察的正面圖。圖2中，(A)圖是表示圖1的疊層1/2波長板的偏振狀態的龐加萊球，⑶圖是從 S2軸方向對其進行觀察的圖，(C)圖是從S3軸方向進行觀察的圖。圖3是針對不同的光軸調節量a，示出相對於疊層1/2波長板的波長的變換效率的 線圖。圖4是示出相對於疊層1/2波長板的設計波長的變換效率的線圖。圖5是示出相對於疊層1/2波長板的光軸調節量a的變換比率的線圖。圖6是示出相對於疊層1/2波長板的波長的透射光量的線圖。圖7是針對使用波長為405、660nm的波段，示出相對於疊層1/2波長板的設計波 長的變換效率的線圖。圖8是針對設計波長入^ = 405,500,550,示出相對於疊層1/2波長板的波長的透 射光量的線圖。圖9是針對使用波長為405、660nm的波段，示出相對於設計波長入。=500的疊 層1/2波長板的光軸調節量a的變換效率的線圖。圖10中，(A) (C)圖是在使用波長為405、660、785nm波段的情況下，針對彼此 不同的設計波長，示出相對於疊層1/2波長板的光軸調節量a的變換比率的線圖。圖11中，(A)、⑶圖是分別針對使用波長為405、660、785nm的波段，示出相對於 疊層1/2波長板的設計波長的光軸調節量a的最大值aMX的線圖，(A)圖表示在405、660nm 波段下得到良好的變換效率的光軸調節量a的範圍，(B)圖表示在405、785nm波段下得到 良好的變換效率的光軸調節量a的範圍。圖12是示出使用了本發明的疊層1/2波長板的光拾取裝置的實施例的結構的概 略圖。圖13中，(A)圖、(B)圖及(C)圖是分別示出使用了本發明的疊層1/2波長板的偏 振光變換元件的不同結構的概略圖。
12
圖14是示出使用了本發明的疊層1/2波長板的投影型顯示裝置的實施例的結構 的概略圖。圖15中，㈧圖是從光的射出方向觀察現有的疊層1/2波長板的實施例的立體圖， (B)圖是同樣從射出方向進行觀察的正面圖。圖16中，(A)圖是示出圖15中的疊層1/4波長板的偏振狀態的龐加萊球，⑶圖 是從S2軸方向對其進觀察行的圖，(C)圖是從S3軸方向進行觀察的圖。圖17是針對圖15中的疊層1/4波長板的5個不同設計波長，分別示出變換效率 相對于波長的變化的線圖。圖18是針對圖15中的疊層1/4波長板的3個不同波段的波段，分別示出平均透 射率相對於設計波長的變化的線圖。圖19是與光軸調節量a變化時相比較而示出圖15中的疊層1/4波長板的變換效 率相對于波長的變化的線圖。標號說明1,11...疊層 1/2 波長板；2，12...第 1 波長板；3，13...第 2 波長板；4，5，14， 15...晶體光軸；6，7，16，17...線偏振光；20...光拾取裝置；21，41...光源；22...衍 射光柵；22a...衍射光柵部；22b. . . 1/2波長板；23...偏振光分束器；24...準直透鏡； 25...光碟；26...反射鏡；27，44. . . 1/4波長板；28...物鏡；29...光檢測器；30...監視 用光檢測器；40，40』，67.偏振光變換元件；41.稜鏡陣列；41a...第1主面；41b.第 2主面；42...偏振光分離膜；43...反射膜；50...投影型顯示裝置；51...照明光學系統； 52，53...分色鏡；54 56...反射鏡；57 61. . . A/2相位差板；62 64...液晶光閥； 65.交叉分色稜鏡(cross dichroic prism) ；66.投影透鏡系統。
具體實施例方式下面參照附圖，對本發明的優選實施例進行詳細說明。圖1(A)、(B)示出了本發明的疊層1/2波長板的實施例。本實施例的疊層1/2波 長板11具有從光的入射方向Li朝著出射方向Lo配置的、由石英板構成的第1及第2波長 板12、13。這些第1及第2波長板以它們的晶體光軸14、15彼此交叉規定角度的方式貼合 在一起。上述石英板優選採用波長的入射角依賴性特別良好的Y切板或X切板。第1波長板12的相位差設定為r1 = 180°，第2波長板13的相位差設定為r2 =180°。第1波長板12的光軸方位角e ！是晶體光軸14與入射到疊層1/2波長板11上 的光的線偏振光16的偏振面所成的角度。第2波長板13的光軸方位角e 2是晶體光軸15 與上述入射光的線偏振光16的偏振面所成的角度。V是入射的線偏振光16的偏振方向與 射出的線偏振光17的偏振方向所成的角度。在將光軸調節量設為a、將其最大值設為時，光軸方位角e工、e 2被設定為滿 足下式θ1 = ψ/4+a、θ2 = 3ψ/4-a>0<a<amax。如後所述，光軸調節量最大值是根據上述第1及第2波長板的設計波長來決定的。在本實施例中，為了便於與圖15的現有例進行比較，設V =90°。在此情況下， 第1及第2波長板12、13的光軸方位角0:、92為22. 5° < eiSAS.O。、45.0° < 02 < 67. 5°。使用圖2(A) (C)的龐加萊球來說明疊層1/2波長板11的偏振狀態。圖2(A) 是用於說明入射到疊層1/2波長板11的線偏振光在龐加萊球上的軌道推移的圖。將線偏 振光在赤道上的入射位置設定為S1軸上的點&。圖2(B)是在圖2(A)的龐加萊球上從S2 軸方向觀察入射到疊層1/2波長板11上的偏振光狀態的軌跡的圖，S卩，表示向S1S3平面的 投影圖。圖2(C)是在圖2(A)的龐加萊球上從S3軸方向觀察入射到疊層1/2波長板11的 偏振光狀態的軌跡圖，即，表示向S1S2平面的投影圖。將入射光的基準點設為& = (1，0，0)，將第1波長板12的旋轉軸Rn設定為從S1 軸旋轉了 2 0工的位置處。在本實施例中，由於是如上所述地設定光軸方位角e 」因此，與圖 16中的ei = 22.5°時的旋轉軸禮相比，旋轉軸Rn到達進一步旋轉了角度2a後的位置。 將第2波長板13的旋轉軸R22同樣地設定為從S1軸旋轉了 2 0 2的位置處。通過如上所述 地設定光軸方位角02，與圖16中的e2 = 67.5°時的旋轉軸R2相比，旋轉軸R22來到後退 了角度2a後的位置處。第1波長板12的出射光的位置是以旋轉軸Rn為中心、使基準點&向右旋轉了 相位差r工時在龐加萊球上描繪出的軌跡圓弧C1上的點。圓弧C1與包含S2軸和S3軸的 S2-S3平面相交於2點。因此，在相位差為上述設定值180°的情況下，從龐加萊球上 的點(0，1，0)向與基準點&相反的方向略微偏移後的赤道上的點為上述第1波長板的 出射光的位置。第2波長板13的出射光的位置是以旋轉軸R22為中心、使點Pn向右旋轉了相位 差1^2後的龐加萊球上的點。在相位差r2為上述設定值180°的情況下，從龐加萊球的點 p2(-l、0、0)向基準點h側略微後退的赤道上的點P21為上述第2波長板的出射光的位置， 即疊層1/2波長板11的出射光的位置。其結果，出射光的偏振面的旋轉偏離於所希望的角 度 V = 90°。為了使出射光的偏振面的旋轉角度成為90°，需要使出射光在龐加萊球上的位置 到達點P2(-1，0，0)。在此情況下，第1波長板12的出射光的位置必須是以旋轉軸R22為中 心、使點P2向反方向即左方向旋轉了相位差「2後的龐加萊球上的點。此時，以旋轉軸R22 為中心使點P2旋轉而在龐加萊球上描繪出的軌跡圓弧C2相對於S2-S3平面，與圓弧C1成 對稱關係，即，成鏡像關係。圓弧C1與圓弧C2在S2-S3平面上具有兩個交點P12、P13。由於第1波長板12與 第2波長板13相等地設定了相位差r i、r 2，因此，由入射光的波長偏差引起的相位差的偏 差量A r\、A「2也相等。因此，在龐加萊球上，在第1波長板12的出射光的位置因相位差 r ！的偏差而位於圓弧C1與圓弧C2之間的一個交點P12或P13上的情況下，第2波長板13 的出射光的位置到達點P2(-1，0，0)。其結果，對於疊層1/2波長板11的出射光，在以目標波長\為中心的其正負兩 側，各存在1點使偏振面的旋轉角度成為所希望的角度V = 90°的波長。在疊層1/2波長 板11在目標波長、下發揮出作為1/2波長板所要求的充分功能的情況下，與作為偏差最 大值的相位差範圍對應的波長範圍被理解為以目標波長\為中心的疊層1/2波長板11所能使用的波長範圍，所述相位差的範圍相對於設計相位差r\、r2，至少容許包含龐加萊球 上的兩點P12、P13處的相位差偏差量A r\、a r2。該能夠發揮出作為1/2波長板所要求的功能的、所能使用的波長範圍，由旋轉軸 Rn> R22在龐加萊球上的設定位置決定，即，由光軸調節量a的設定值決定。因此，與現有技 術相關聯地，利用上述計算方法對疊層1/2波長板11相對於光軸調節量a的變換效率進行 了仿真。此外，在以下說明中，是用相同的計算方法對本發明的疊層1/2波長板的變換效率 進行仿真。圖3針對圖1中的疊層1/2波長板11，示出了在380nm彡A彡820nm的波段中， 以1°的步長使光軸調節量a從0°到3°來對變換效率進行仿真而得到的結果，其中，該疊 層1/2波長板11將536nm作為設計波長，該536nm是藍光碟標準的波段405nm與DVD標準 的波段660nm之間的大致中間值。由該圖可知，光軸調節量a越大，變換效率達到1時的波 長位置向中心波長= 536nm的正負兩側移動得越大，與此相對，在中心波長附近變換效 率劣化。在實際使用時，可根據疊層1/2波長板的用途、規格來確定中心波長、變換效率的 最小容許值以及使用波段等，並確定能夠將其實現的光軸調節量a。作為變換效率的評價值，使用將變換效率的最小值Tmin除以變換效率的最大值 與最小值之差AT得到的值即變換比率RT，來對其相對於設計波長的變化進行仿真。圖4 示出其結果。由該圖可知，在設計波長、= 510nm附近，變換比率RT最佳。因此，為了確定光軸調節量a的最佳範圍，針對設計波長X0 = 510nm的疊層1/2 波長板11，對變換比率RT相對於光軸調節量a的變化進行了仿真。圖5示出其結果。由 該圖可知，相比於a = 0°，在0<a<2.2°的範圍中，變換比率更加良好，即，變換效率良 好。另外，圖6示出了該疊層1/2波長板的透射光量相對于波長的變化。根據該圖能夠確 認到，在400 700nm的整個寬波段內，均能夠得到高的透射光量，即，高的變換效率。根據本發明，針對藍光碟標準的波段405nm和DVD標準的波段660nm這雙方，實現 了可用於光拾取裝置的具有高變換效率的疊層1/2波長板。圖7針對使用波長\ = 405nm 的波段以及660nm的波段，示出了變換效率相對於設計波長的變化。由該圖可知，當設計波 長入。=500nm時，405nm波段以及660nm波段這雙方均得到了 0. 97以上的高變換效率。接著，在設計波長為入^ = 405、500、550nm的情況下，將光軸調節量設為a = 0，檢 驗疊層1/2波長板11的波長依賴性，S卩，變換效率相對于波長的變化。圖8示出其結果。由 該圖可知，對於設計波長XQ = 405nm，在660nm波段中變換效率的劣化過大，對於設計波長 入Q = 550nm,在405nm波段中變換效率的劣化過大，與此相對，對於設計波長入^ = 500nm, 在660nm波段中變換效率的劣化較小。因此，將設計波長設為入Q = 500nm,針對使用波長405nm以及660nm，對相對於光 軸調節量a的變換效率進行了仿真。圖9示出這些結果。由該圖可知，當將光軸調節量a 設定為2. 8°彡a彡3°時，對於405nm波段以及660nm波段雙方，疊層1/2波長板的變換 效率均達到1左右。因此，該疊層1/2波長板能夠針對藍光碟以及DVD這兩種標準而用於 可進行光碟的記錄/再現的光拾取裝置。另外，根據本發明，實現了特別適用於液晶投影儀等投影型顯示裝置的、能夠在 400 700nm的整個寬波段內使用的疊層1/2波長板。為了確定最有利於在該波段內得到良 好變換效率的光軸調節量a的範圍，首先，在使用波長為405(士30)、660(士30)、785(士30)nm波段的情況下，分別針對設計波長入0 = 400、500、600、700、800nm，相對於疊層1/2波 長板的光軸調節量a對變換比率進行了仿真。圖10(A)示出了 405nm波段的仿真結果，圖 10(B)示出了 660nm波段的仿真結果，圖10(C)示出了 785nm波段的仿真結果。根據圖10(A)，在405nm波段的情況下，對於設計波長\ ^ = 700、800nm，即使增大 光軸調節量a，變換比率也不發生變化，可知變換效率未得到改善。根據圖10(B)，在660nm 波段的情況下，對於所有設計波長，變換比率與光軸調節量a—起變大，可知得到了良好的 變換效率。根據圖10(C)，在785nm波段的情況下，對於設計波長入Q = 800nm，變換比率反 而減小，可知變換效率未得到改善。但是，綜合圖10(A) (C)可知，在任意波段的情況下， 均存在變換比率隨光軸調節量a變大而變大從而能夠得到良好的變換效率的設計波長。因此，根據圖10(A) (C)，針對各個波段(405、660、785nm)提取出設計波長入Q 與光軸調節量最大值a_之間的相關關係，並表示在圖11中。在圖11(A)、⑶中，表示各 波段的、與amax之間的相關關係的特性曲線相同。在圖11(A)中，405nm波段的曲線以及 660nm波段的曲線下側的帶陰影的區域表示針對這兩個波段能得到良好的變換效率的光軸 調節量a的範圍。在圖11⑶中，405nm波段的曲線以及785nm波段的曲線下側的帶陰影的區域表示 能得到良好的變換效率的光軸調節量a的範圍。由該圖可知，在、= 520nm的情況下，光 軸調節量的最大值amax優選設定為0 < amax < 10. 0。對這些情況進行歸納，對於圖1的疊層1/2波長板，與現有技術即光軸調節量a =0的情況相比，能夠得到更好的變換效率的光軸調節量的最大值amax可分為以下三種情 況來進行設定，即400彡、彡490nm、490彡、彡520nm、520彡、彡800nm。在設計 波長為400彡490nm的範圍內，用405nm波段的曲線來確定最大值amax，在設計波 長為490彡入Q彡520nm的範圍內，用660nm波段的曲線來確定最大值a_，在設計波長為 520彡X Q彡800nm的範圍內，用785nm波段的曲線來確定最大值amax。當用近似式來表示示出這些波段之間的相關關係的各曲線時，如下所示。S卩，在設 計波長為400彡、彡490nm的情況下，光軸調節量最大值被設定為滿足下式 A。= 0. 00001548Ai = 0.0427887A2 =-0.000385A3 = 1. 723X 10—A4 =-4. 19X1(T9A5 = 4. 086X 10—12。在設計波長為490≤、≤520nm的情況下，光軸調節量最大值amax被設定為滿足 下式 A。= 0. 00006705kx = 17. 699248A2 = -0. 16963A3 = 0.0006754 A4 = -1.4X1(T6A5=1.68X1(T9A6 =-1. 1X1(T12A7 = 2. 72X1(T16。在設計波長為520彡、彡800nm的情況下，光軸調節量最大值amax被設定為滿足 下式amax = A0+A1 ￥+A2 『 ￥2+A3 ￥3+A4 ￥4+A5 ￥5+A6 ￥6A。= 0. 00003014A, = 5. 4681617A2 =-0.038557A3 = 0.0001094A4 =-1. 56X10"A5 = 1. 106X1(T1CIA6 =-3. 13X1(T14。本發明的疊層1/2波長板通過這些關係式來確定設計波長，且基於此來簡單地確 定光軸調節量的最大值a_。由此，能夠在400 800nm的整個波段中，將變換效率的劣化 抑制為最小，能夠得到良好的變換效率。圖12示出使用了本發明的疊層1/2波長板的光拾取裝置的實施例。該光拾取裝 置20例如用於藍光碟等光碟的記錄再現，具有例如由放射出波長為405nm的藍紫色的雷射 的雷射二極體構成的光源21。光拾取裝置20具有衍射光柵22，其對來自光源21的雷射 進行衍射；偏振光分束器23，其將透過該衍射光柵的雷射分離成P偏振光成分和S偏振光 成分而進行透射或反射；準直透鏡24，其使被該偏振光分束器反射的雷射成為平行光；反 射鏡26，其將透過該準直透鏡後的雷射向光碟25進行反射；1/4波長板27，其將由該反射 鏡反射的作為線偏振光的雷射變換為圓偏振光；物鏡28，其對透過該1/4波長板的雷射進 行會聚；以及光檢測器29，其檢測從光碟25反射的雷射。此外，光拾取裝置20還具有監視 用光檢測器30，其檢測從光源21射出且透過偏振光分束器23後的雷射。下面說明光拾取裝置20的動作。從光源21射出的線偏振光的雷射為了進行三光 束法的跟蹤控制而被衍射光柵22分離成3個光束，然後該雷射的S偏振光成分被偏振光分 束器23反射，並在準直透鏡24的作用下變為平行光。平行光的雷射被反射鏡26進行全反 射，並被1/4波長板27從線偏振光變換為圓偏振光，然後經物鏡28會聚而照射到形成在光 盤25上的信號記錄層的凹坑(pit)上。被該凹坑反射的雷射透過上述物鏡，被1/4波長板 27從圓偏振光變換為線偏振光，經反射鏡26全反射後，透過準直透鏡24以及偏振光分束器 23而入射到光檢測器29，從而被檢測到。通過這種方式來進行記錄在上述光碟上的信號的 讀取動作。另外，從光源21射出的雷射的P偏振光成分透過偏振光分束器23，然後入射到 監視用光檢測器30而被檢測到。通過該檢測輸出來控制從上述雷射二極體射出的雷射的 輸出。衍射光柵22由以下部件構成衍射光柵部22a，其按上述方式來對雷射進行分離； 以及1/2波長板22b，其將入射雷射變換為S偏振的線偏振光。1/2波長板22b採用本發明 的疊層1/2波長板。由此，在光拾取裝置20的使用時，即使因振蕩雷射的溫度漂移而使激
17光波長發生變動，也不會導致1/2波長板22b的變換效率劣化或者能夠將其劣化抑制為最 小，從而能夠始終確保充分的光量。其結果，能夠實現如下的光拾取裝置，即，該光拾取裝置 能夠應對使用的雷射的短波長化以及高輸出化，在比以往更寬波段的波長範圍內，穩定地 發揮良好的性能。對於本發明的疊層1/2波長板，由於它的光利用效率非常高，因此適合在例如液 晶投影儀那樣的具有液晶面板的投影型顯示裝置等中使用。尤其，在使用了對特定偏振方 向上的光束(s偏振光或p偏振光)進行調製的類型的液晶面板的投影型顯示裝置中，通常 對光學系統進行這樣的設定使線偏振光統一成P偏振光或S偏振光中的某一方而入射到 液晶面板。因此，在投影型顯示裝置中，安裝有偏振光變換元件(PS變換元件)，該偏振光變 換元件的作用是將來自光源的隨機偏振光變換為P偏振或S偏振的光束，來提高光利用效 率。圖13(A) (C)分別示出了適合在液晶投影儀等投影型顯示裝置中使用的三個不 同結構的偏振光變換元件40、40』、40」，它們均可以使用本發明的疊層1/2波長板。由此，各 偏振光變換元件40、40』、40」能夠在比以往更寬的波段中將變換效率的劣化抑制為最小，因 此能夠更高效地利用光能。圖13㈧的偏振光變換元件40具有由平板狀的透光性基材構成的稜鏡陣列41，該 稜鏡陣列41的第1主面41a為光入射面，且第2主面41b為光出射面。在上述透光性基材 中，相對於上述第1及第2主面傾斜的偏振光分離膜42與反射膜43彼此隔開規定的間隔 平行地交替配置。偏振光分離膜42將從第1主面41a入射到稜鏡陣列41上的隨機光分離成S偏振 光成分和P偏振光成分，使P偏振光成分透過且將S偏振光成分反射。透過偏振光分離膜 42後的P偏振光成分直接經由第2主面41b從稜鏡陣列41射出。由上述偏振光分離膜反射的S偏振光成分被反射膜43反射而經由第2主面41b 從稜鏡陣列41射出。在第2主面41b的被上述反射膜反射的S偏振光成分所射出的部分 上，配置1/2波長板44。1/2波長板44將入射的S偏振的線偏振光變換為P偏振光而將其 射出。這樣，偏振光變換元件40將入射光統一成P偏振而將其射出，該偏振光變換元件40 適合於安裝在P偏振光學系統的投影型顯示裝置中。圖13(B)示出了適合於安裝在S偏振光學系統的投影型顯示裝置中的偏振光變換 元件40，的結構。在該偏振光變換元件40，中，1/2波長板44被配置在第2主面41b的、透 過偏振光分離膜42後的P偏振光成分所射出的部分上。由此，透過偏振光分離膜42後的P 偏振的線偏振光被變換為S偏振光而射出。另一方面，由上述偏振光分離膜反射的S偏振 光成分被反射膜43反射，然後保持S偏振光而從稜鏡陣列41射出。因此，入射到偏振光變 換元件40』的光被統一成S偏振光而射出。圖13(C)示出了偏振光變換元件40」，在該偏振光變換元件40」的結構中，將1/2 波長板44配置在稜鏡陣列41的上述透光性基材中。1/2波長板44被層疊在偏振光分離膜 42的出射面上，與反射膜43隔開規定間隔且與其交替地平行配置。偏振光分離膜42將從第1主面41a入射的隨機光分離成S偏振光成分和P偏振 光成分，使P偏振光成分透過且使S偏振光成分反射。由偏振光分離膜42反射的S偏振光 成分被反射膜43反射，經由第2主面41b從稜鏡陣列41射出。透過上述偏振光分離膜的
18P偏振光成分直接入射到1/2波長板44而被變換為S偏振光，經由上述第2主面從稜鏡陣 列41射出。這樣，入射到偏振光變換元件40"的光被統一成S偏振光而射出。在將本發明的疊層1/2波長板用於偏振光變換元件40」的1/2波長板44的情況 下，構成該疊層1/2波長板的上述第1及第2波長板只要在透射光的前進方向上，即，在相 對於第1及第2主面41a、41b成45°的方向上，以使它們的相位差r :、r2滿足以下條件 的方式來設定各自的板厚即可= 180°r2 = 180°。而且，上述第1及第2波長板的光軸方位角只要設定為，使它們的光軸向第1主面 41a的投影角度e2滿足以下關係即可0!￥/'4+a
023￥/4-a
22.)<e: < 45.0°
45.0°<0 2 < 67.5° 0此時，上述第1及第2波長板的光軸的面內方位角比向上述第1及第2主面投影 的投影角度小。圖14概略性地示出使用了本發明的疊層1/2波長板的投影型顯示裝置的實施例。 該投影型顯示裝置50具備照明光學系統51、分色鏡52、53、反射鏡54 56、A /2相位差 板57 61、液晶光閥62 64、交叉分色稜鏡65以及投影透鏡系統66。照明光學系統50 具有光源、偏振光變換元件67以及會聚透鏡等，用以對液晶光閥62 64進行照明。偏振 光變換元件67可使用圖13(B)的偏振光變換元件，將來自上述光源的隨機光變換為S偏振 光而射出。對於從照明光學系統51射出的S偏振的白光，其紅光成分透過分色鏡52，其藍光 成分和綠光成分則被反射。透過分色鏡52的紅光經反射鏡54反射，通過\ /2相位差板57 而被變換為P偏振光，入射到紅光用液晶光閥62。被分色鏡52反射的綠光進一步被分色鏡 53反射，通過\ /2相位差板58而被變換為P偏振光，入射到綠光用液晶光閥63。被分色 鏡52反射的藍光透過分色鏡53而後被反射鏡55、56反射，通過\ /2相位差板59而被變 換為P偏振光，入射到藍光用液晶光閥64。液晶光閥62 64分別是根據所給的圖像信息(圖像信號)來對各色的彩色光進 行調製而形成圖像的光調製單元。交叉分色稜鏡65是顏色合成單元，其對從液晶光閥62、 64射出的S偏振的紅光和藍光以及在從液晶光閥63射出後被變換為P偏振光的綠色彩色 光進行合成，形成彩色圖像。該合成光通過X/2相位差板61而向投影透鏡系統66射出。 投射透鏡系統66是將該合成光投影到投影屏幕上來顯示彩色圖像的投影光學系統。A /2相位差板61以使S偏振光(紅光及藍光)和P偏振光(綠光)的偏振方向 分別變更大致45°的方式來確定其光軸的方向，此時，由於3種顏色的光的S偏振光成分和 P偏振光成分分別為1/2左右，因此，能夠在偏振光屏幕上清晰地投影出彩色影像。另外，也 可以不使用X/2相位差板61，而是使用X/4相位差板。在此情況下，通過將紅、綠、藍這 3種顏色的光分別變換為橢圓偏振光，優選為圓偏振光，從而即使在投影屏幕採用了偏振光 屏幕的情況下，也能夠清晰地投影出彩色影像。
A /2相位差板57 61可使用本發明的疊層1/2波長板。由此，投影型顯示裝置 50能夠在各個X/2相位差板上，在比以往更大的波長範圍內將變換效率的劣化抑制為最 小，因此能夠進一步提高光的利用效率。其結果，能夠利用相同輸出的光源得到更亮的彩色 影像，或者，即使採用低輸出的光源也能夠得到相同程度的明亮的彩色影像，因此能夠降低 功耗。本發明不限於上述實施例，可以在其技術範圍內施加各種變形或變更來進行實 施。例如，第1及第2波長板可以由石英板以外的光學單軸晶體材料來形成。另外，與上述 實施例不同結構的光拾取裝置、偏振光變換元件、投影型顯示裝置或其它光學裝置，也同樣 能夠應用本發明。
權利要求
一種疊層波長板，其由相對於設計波長λ0、相位差為Γ1＝180°的第1波長板和相位差為Γ2＝180°的第2波長板構成，並且，以使上述第1波長板與上述第2波長板的光軸彼此交叉的方式層疊配置這些第1及第2波長板，將入射的線偏振光變換成使其偏振面旋轉了規定角度ψ的線偏振光而射出，該疊層波長板的特徵在於，在設上述入射的線偏振光的偏振面分別與上述第1及第2波長板的光軸所成的面內方位角為θ1、θ2、光軸調節量為a時，該疊層波長板滿足θ1＝ψ/4+a，θ2＝3ψ/4-a。
2.一種疊層波長板，其由相對於設計波長Xci、相位差為Γ^ = 180°的第1波長板和 相位差為Γ2 = 180°的第2波長板構成，並且，以使上述第1波長板與上述第2波長板的 光軸彼此交叉的方式層疊配置這些第1及第2波長板，該疊層波長板的特徵在於，在設第1及第2波長板的光軸的面內方位角為θ ρ θ 2、入射到上述疊層波長板的線偏 振光的偏振方向與射出的線偏振光的偏振方向所成的角度為Ψ、光軸調節量為a時， θ 2 = θ 1+ψ/2> θ j = ψ/4+a、 θ 2 = 3ψ/4-β> 0 < a < amax,在設計波長為400 < λ ^ < 490的情況下，光軸調節量最大值amax滿足下式amax = Ao+Ai · Ψ+A2 · ψ2+Α3 · Ψ3+Α4 · ψ4+Α5 · Ψ5,其中，A0 = 0. 00001548A1 = 0.0427887A2 = -0· 000385A3 = 1. 723Χ1(Γ6A4 = -4. 19Χ1(Γ9A5 = 4. 086Χ1(Γ12，在設計波長為490彡λ ^彡520的情況下，光軸調節量最大值amax滿足下式amax = Α0+Α1 · Ψ+A2 · ψ2+Α3 · Ψ3+Α4 · ψ4+Α5 · ψ5+Α6 · ψ6+Α7 · Ψ7,其中，A0 = 0. 00006705A1 = 17. 699248A2 = -0. 16963A3 = 0. 0006754A4 = -1· 4 X IO"6A5 = 1. 68Χ1(Γ9A6 = -1· 1Χ1(Γ12A7 = 2. 72Χ1(Γ16，在設計波長為520 < λ ^ < 800的情況下，光軸調節量最大值amax滿足下式 amax = Α0+Α1 · Ψ+A2 · ψ2+Α3 · Ψ3+Α4 · ψ4+Α5 · ψ5+Α6 · Ψ6,其中， A0 = 0. 00003014 A1 = 5. 4681617A2 = -O. 038557 A3 = 0. 0001094 A4 = -1. 56Χ1(Γ7 A5 = 1. 106 X1(T1CI A6 = -3. 13Χ1(Γ14。
3.根據權利要求2所述的疊層波長板，其特徵在於，將上述設計波長設定為λ ^ = 500nm，且將上述光軸調節量設定為2. 8° ≤ a ≤3°。
4.根據權利要求2所述的疊層波長板，其特徵在於，將上述設計波長設定為λ ^ = 510nm，且將上述光軸調節量設定為0° < a ≤2. 2°。
5.根據權利要求1至4中任意一項所述的疊層波長板，其特徵在於， 上述第1及第2波長板由石英板構成。
6.一種疊層波長板，其由相對於設計波長Xci、相位差為Γ^ = 180°的第1波長板和 相位差為Γ2 = 180°的第2波長板構成，並且，以使上述第1波長板與上述第2波長板的 光軸彼此交叉的方式層疊配置這些第1及第2波長板，將入射的線偏振光變換成使其偏振 面旋轉了規定角度90°的線偏振光而射出，該疊層波長板的特徵在於，在設上述入射的線偏振光的偏振面分別與上述第1及第2波長板的光軸所成的面內方 位角為θ」 θ 2時，該疊層波長板滿足 22. 5° < θ i < 45. 0°、 45. 0° < θ 2 < 67. 5°。
7.一種光拾取裝置，其特徵在於，該光拾取裝置具有 光源；物鏡，其將從上述光源射出的光會聚到記錄介質上； 檢測器，其檢測由上述記錄介質反射的光；以及配置在上述光源與上述物鏡之間的光路上的權利要求1至6中任意一項所述的疊層波 長板。
8.一種偏振光變換元件，其特徵在於，該偏振光變換元件具有平板狀的透光性基材，其將第1主面作為光入射面，將第2主 面作為光出射面；第1及第2光學薄膜，其設置在上述基材中；以及波長板，其設置在上述 基材的上述第2主面上，上述第1及第2光學薄膜相對於上述第1及第2主面傾斜地配置，且彼此隔開間隔平 行地交替配置，上述第1光學薄膜將從上述第1主面側入射的光分離成相互垂直的第1線偏振光和第 2線偏振光，使上述第1線偏振光透過而從上述第2主面射出，並反射第2線偏振光，上述第2光學薄膜對由上述第1光學薄膜反射後的第2線偏振光進行反射，使其從上 述第2主面射出，上述波長板是權利要求1至6中任意一項所述的疊層波長板，其被配置在上述第2主 面的使透過上述第1光學薄膜的上述第1線偏振光射出的部分上，或被配置在上述第2主 面的使由上述第2光學薄膜反射的上述第2線偏振光射出的部分上。
9.一種偏振光變換元件，其特徵在於，該偏振光變換元件具有平板狀的透光性基材，其將第1主面作為光入射面，將第2主 面作為光出射面；第1及第2光學薄膜，其被設置在上述基材中；以及波長板，上述第1及第2光學薄膜相對於上述第1及第2主面傾斜地配置，且彼此隔開間隔平 行地交替配置，上述第1光學薄膜將從上述第1主面側入射的光分離成相互垂直的第1線偏振光和第 2線偏振光，使上述第1線偏振光透過而將第2線偏振光反射，上述第2光學薄膜對由上述第1光學薄膜反射後的第2線偏振光進行反射，使其從上 述第2主面射出，上述波長板是權利要求1至6中任意一項所述的疊層波長板，其被層疊地配置在上述 第1光學薄膜的上述第1線偏振光的出射面上。
10.一種投影型顯示裝置，其特徵在於，該投影型顯示裝置具有光源；權利要求8或9所述的偏振光變換元件，其將來自上述光源的光變換為上述第2線偏 振光而射出；調製單元，其根據所要投影的圖像信息，對來自上述偏振光變換元件的出射光進行調 制；以及投影光學系統，其對上述調製單元調製後的光進行投影。
11.根據權利要求10所述的投影型顯示裝置，其特徵在於，上述調製單元是液晶面板。
全文摘要
疊層波長板、光拾取裝置、偏振光變換元件及投影型顯示裝置。其課題在於，在以第1及第2波長板的光軸相互交叉的方式使該第1及第2波長板重合而成的疊層波長板中，在400～800nm這一寬波段的整個波長範圍內將變換效率的劣化抑制為最小，實現1或接近於1的良好的變換效率。在設第1及第2波長板(12、13)相對於設計波長λO的相位差為Γ1＝Γ2＝180°、光軸的面內方位角為θ1、θ2，入射到疊層1/2波長板(11)的線偏振光的偏振方向與射出的線偏振光的偏振方向所成的角度為ψ、光軸調節量為a時，θ1＝ψ/4+a、θ2＝3ψ/4-a、0＜a＜amax，光軸調節量最大值amax根據設計波長λO而滿足規定的多項式。
文檔編號G02B27/28GK101852882SQ20101015874
公開日2010年10月6日 申請日期2010年3月30日 優先權日2009年3月30日
發明者大戶正之 申請人:愛普生拓優科夢株式會社