專利名稱：疊層1/2波長(zhǎng)板、光拾取裝置、偏振光變換元件及投影型顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明特別涉及重疊配置由石英等具有多折射性的無(wú)機(jī)晶體材料構(gòu)成的兩個(gè)波 長(zhǎng)板的疊層構(gòu)造的1/2波長(zhǎng)板，進(jìn)一步涉及使用了這種1/2疊層波長(zhǎng)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(shù)：
一直以來(lái)，在用于光盤(pán)裝置的記錄再現(xiàn)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(xué)裝置中，廣泛使用1/2波長(zhǎng)板，該1/2波長(zhǎng)板將入射光的線 偏振光形成為使其偏振面旋轉(zhuǎn)了規(guī)定角度(例如90° )后的線偏振光的射出光而射出。對(duì) 于1/2波長(zhǎng)板，已經(jīng)提出了以使兩個(gè)波長(zhǎng)板的光軸交叉的方式將這兩個(gè)波長(zhǎng)板疊合而成的 各種疊層構(gòu)造。一般情況下，1/2波長(zhǎng)板具有相位差隨波長(zhǎng)變化而變化的波長(zhǎng)依賴性，在目標(biāo)波長(zhǎng) 前后的波段中，相位差增大或減小。要求液晶投影儀的偏振光變換元件所使用的1/2波長(zhǎng) 板能在400 700nm的寬波段內(nèi)保持180°的相位差。因此，提出了如下的疊層波長(zhǎng)板 該疊層波長(zhǎng)板以使光軸方位角為9工的第一波長(zhǎng)板與光軸方位角為92的第二波長(zhǎng)板的 光軸彼此交叉的方式將該第一波長(zhǎng)板與第二波長(zhǎng)板貼合，且滿足e2= 61+45° ,0< 0 <45°的關(guān)系，通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，該疊層波長(zhǎng)板整體上可在上述寬波段內(nèi)作為1/2波長(zhǎng)板發(fā) 揮功能(例如參照專利文獻(xiàn)1)。另外，在液晶投影儀及光拾取裝置中，由于光發(fā)散地入射到1/2波長(zhǎng)板，因此存在 入射角依賴性的問(wèn)題，即，在波長(zhǎng)板中心附近以外的區(qū)域中，相位差發(fā)生變動(dòng)。因此，1/2波 長(zhǎng)板的偏振光變換效率降低，即，將入射的P偏振的線偏振光變換為S偏振的線偏振光而射 出的比例降低，從而可能發(fā)生光量的損失。因此，提出了如下結(jié)構(gòu)的高階模式疊層波長(zhǎng)板 該疊層波長(zhǎng)板以使相位差為= 180° +360° Xn(其中，n為正整數(shù))的第1波長(zhǎng)板與 相位差為r2 = 180° +360° Xn的第2波長(zhǎng)板的光軸交叉的方式將該第1及第2波長(zhǎng)板 貼合在一起，將第1及第2波長(zhǎng)板的面內(nèi)方位角設(shè)為e工、9 2，將入射到疊層波長(zhǎng)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(shè)為9，滿足e2= 01+0/2，由 此，整體作為1/2波長(zhǎng)板發(fā)揮功能(例如參照專利文獻(xiàn)2)。而且，根據(jù)該文獻(xiàn)，構(gòu)成層疊波長(zhǎng)板的第1及第2波長(zhǎng)板可通過(guò)對(duì)n進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè) 定，來(lái)將其厚度形成為容易加工的大小。另外，在該層疊波長(zhǎng)板中，通過(guò)構(gòu)成為n = 5、e工= 22.5°、e2 = 67.5°，從而能夠在可用于紅藍(lán)綠光這三原色的三波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)型光拾取用波長(zhǎng) 板所要求的波段405nm、660nm、785nm內(nèi)，使波長(zhǎng)-變換效率為1左右，能夠抑制光量損失。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(duì)于相位差1\的設(shè)計(jì)目標(biāo)值的偏差量A 1\與相對(duì)于相位差rb的設(shè)計(jì)目標(biāo)值的偏
4差量△ rb之間滿足規(guī)定關(guān)系式，該疊層相位差板通過(guò)這種結(jié)構(gòu)而作為1/2波長(zhǎng)板發(fā)揮作 用(例如參照專利文獻(xiàn)3)。該疊層相位差板通過(guò)上述規(guī)定的關(guān)系式，用相位差rb相對(duì)于 設(shè)計(jì)目標(biāo)值的偏差量△ rb來(lái)抵消相位差ra相對(duì)于設(shè)計(jì)目標(biāo)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(xiàn)1日本特開(kāi)2004-170853號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本特開(kāi)2007-304572號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3日本特開(kāi)2008-268901號(hào)公報(bào)圖16(A)、⑶示出了上述現(xiàn)有的疊層1/2波長(zhǎng)板的典型例。該疊層1/2波長(zhǎng)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(xué)單軸晶體材料構(gòu)成的第1 及第2波長(zhǎng)板2、3。第1及第2波長(zhǎng)板2、3以它們的晶體光軸4、5彼此交叉規(guī)定角度的方 式相貼合。此時(shí)，第1波長(zhǎng)板2的相位差ri = 180° +niX360° (其中，叫為非負(fù)整數(shù))， 第2波長(zhǎng)板3的相位差r2= 180° +n2X360° (其中，n2為非負(fù)整數(shù))。第1波長(zhǎng)板2的 光軸方位角9工是晶體光軸4與入射到疊層1/2波長(zhǎng)板1的線偏振光6的偏振面所成的角 度，第2波長(zhǎng)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(duì)于圖16中的疊層1/2波長(zhǎng)板1，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17(A) (C)的龐加萊(poincare)球來(lái)說(shuō)明 疊層1/2波長(zhǎng)板1的偏振狀態(tài)。圖17(A)是用于說(shuō)明入射到疊層1/2波長(zhǎng)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(shè)定為與S1軸之間的交 點(diǎn)Po。圖17(B)是在圖17(A)的龐加萊球上從S2軸方向觀察入射到疊層1/2波長(zhǎng)板1的 偏振光狀態(tài)的軌跡的圖，即，是向S1S3平面的投影圖。圖17(C)是在圖17(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(zhǎng)板1的偏振光狀態(tài)的軌跡的圖，即，是向S1S2 平面的投影圖。將入射光的基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)為S1軸上的& = (1，0，0)，將第1波長(zhǎng)板2的旋轉(zhuǎn)軸隊(duì)設(shè) 定在從S1軸旋轉(zhuǎn)了 2 0工的位置處，將第2波長(zhǎng)板3的旋轉(zhuǎn)軸R2設(shè)定在從S1軸旋轉(zhuǎn)了 2 0 2 的位置處。當(dāng)以旋轉(zhuǎn)軸隊(duì)為中心，使基準(zhǔn)點(diǎn)&向右旋轉(zhuǎn)了相位差^時(shí)，龐加萊球的赤道 上的點(diǎn)Pi= (0,1,0)為第1波長(zhǎng)板2的出射光的位置。接著，當(dāng)以旋轉(zhuǎn)軸R2為中心，使點(diǎn) Pi向右旋轉(zhuǎn)了相位差r2時(shí)，龐加萊球的赤道上的點(diǎn)P2= (-1,0,0)為第2波長(zhǎng)板3的出射 光的位置，即疊層1/2波長(zhǎng)板1的出射光的位置。只要入射光Lo的波長(zhǎng)不從目標(biāo)值變化， 出射光的位置就始終位于龐加萊球的赤道上。但是，搭載在藍(lán)光標(biāo)準(zhǔn)的光盤(pán)記錄再現(xiàn)裝置上的光拾取裝置使用了短波長(zhǎng) (405nm)的藍(lán)紫色激光，在使用時(shí)，當(dāng)發(fā)出高熱量而膨脹時(shí)，將產(chǎn)生振蕩激光的波長(zhǎng)發(fā)生漂 移(變化)的問(wèn)題。因此，在用于光拾取裝置中的情況下，1/2波長(zhǎng)板會(huì)因入射激光的波長(zhǎng) 漂移而產(chǎn)生線偏振光的變換效率劣化的問(wèn)題。尤其，在1/2波長(zhǎng)板為專利文獻(xiàn)2所述的高 階模式的情況下，由于其厚度大，因此隨著相位差的變大，其變化量也變大，變換效率進(jìn)一 步劣化。專利文獻(xiàn)1公開(kāi)了在波長(zhǎng)變化時(shí)消除或降低其影響的方法。根據(jù)此方法，當(dāng)設(shè)基 于波長(zhǎng)變化的第1及第2波長(zhǎng)板的相位差的偏差量為A rp A r2時(shí)，可通過(guò)設(shè)定為A q =A「2來(lái)抵消相位差的偏差，因此，出射光在龐加萊球上的位置P2始終位于赤道上。利用圖17的龐加萊球來(lái)對(duì)此進(jìn)行說(shuō)明。第1波長(zhǎng)板2的出射光位置為以旋轉(zhuǎn)軸 對(duì)第1及第2波長(zhǎng)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(jìn)行設(shè)定，根據(jù)式(2)、(3)來(lái)求取米勒矩陣禮、1 2，設(shè)定入射光的偏振狀態(tài)I，此時(shí)，通過(guò) 式(1)來(lái)計(jì)算出射光的偏振狀態(tài)E。出射光的偏振光狀態(tài)E被稱為斯托克斯矢量，且由下式表不。
Ri為中心、從點(diǎn)Pi向右旋轉(zhuǎn)了偏差量A ri后的點(diǎn)P/。第2波長(zhǎng)板3的出射光位置為以 旋轉(zhuǎn)軸R2為中心、使點(diǎn)P/向右旋轉(zhuǎn)了相位差r2+A r2后的龐加萊球的赤道上的點(diǎn)p2'。 該點(diǎn)P2'是疊層1/2波長(zhǎng)板1的出射光的位置。由該圖可知，點(diǎn)P2'在赤道上偏離了點(diǎn)P2， 因此，出射光的偏振面的旋轉(zhuǎn)偏離于90°。根據(jù)專利文獻(xiàn)1，a r i和a r2越小，該出射光偏振面的旋轉(zhuǎn)偏差的影響越小，因 此，希望將第1及第2波長(zhǎng)板2、3形成為單模波長(zhǎng)板以盡量減小其波長(zhǎng)依賴性。尤其是，相 位差為180°的單模波長(zhǎng)板在入射角度依賴性方面很出色，所以是優(yōu)選的。但是，在該波長(zhǎng) 板由石英板、尤其是切斷角度為90° Z(即石英基板的主面法線方向與石英光軸(Z軸)所 成的角度為90° )的石英板形成的情況下，由于厚度非常薄而達(dá)到20i!m，所以很難進(jìn)行制 造。專利文獻(xiàn)3示出了這樣的狀況當(dāng)?shù)?相位差板的厚度的加工精度偏離了設(shè)計(jì)值 時(shí)，同樣會(huì)產(chǎn)生在龐加萊球上第1相位差板的出射光位置發(fā)生偏移的問(wèn)題。為了解決該問(wèn) 題，在該文獻(xiàn)中公開(kāi)了通過(guò)對(duì)第2相位差板的厚度進(jìn)行加工來(lái)抵消第1相位差板的出射光 位置的偏差的方法。但是，由于該文獻(xiàn)的層疊相位差板的第1及第2相位差板也是由切斷 角度為90° Z的石英板構(gòu)成的單模波長(zhǎng)板，所以同樣存在制造困難的問(wèn)題。另一方面，對(duì)于專利文獻(xiàn)2所述的疊層1/2波長(zhǎng)板，因?yàn)榈?及第2波長(zhǎng)板為高階 模式，所以不存在制造困難的問(wèn)題，但是，當(dāng)?shù)?及第2波長(zhǎng)板的高階模式階次n過(guò)大時(shí)，將 產(chǎn)生這樣的問(wèn)題變換效率接近于1的波段寬度變窄，很難作為疊層1/2波長(zhǎng)板來(lái)使用。這里，如該文獻(xiàn)所述，變換效率是用于準(zhǔn)確判定由兩個(gè)波長(zhǎng)板貼合而成的疊層1/2 波長(zhǎng)板的出射光的偏振狀態(tài)的評(píng)價(jià)值，是按照規(guī)定的計(jì)算方法計(jì)算出射光相對(duì)于入射光的 光量而得到的。下面進(jìn)行簡(jiǎn)單的說(shuō)明。在疊層1/2波長(zhǎng)板1中，如果用禮表示第1波長(zhǎng)板2的米勒矩陣、用R2表示第2 波長(zhǎng)板3的米勒矩陣、用矢量I表示入射光的偏振狀態(tài)、用矢量E表示出射光的偏振狀態(tài)， 則透射過(guò)疊層1/2波長(zhǎng)板1后的偏振光狀態(tài)可用下式來(lái)表示。E = R2 隊(duì) I …(1)這里，禮、R2分別用下式來(lái)表示。
(2)
(3
6 這里，E的矩陣要素S^SmSm、被稱為斯托克斯參數(shù)，表示偏振狀態(tài)。接著，如 果將偏振器的矩陣P的透射軸設(shè)定為規(guī)定角度，并將表示上述出射光的偏振狀態(tài)E的矩陣 E與偏振器的矩陣P之積設(shè)為T(mén)，則T由下式來(lái)表示。
(5) 該矩陣T表示變換效率，當(dāng)用作為其要素的斯托克斯參數(shù)來(lái)表示時(shí)，如下式所示。
這里，矢量T的斯托克斯參數(shù)Sm表示光量，而在將入射光量設(shè)定為1時(shí)，斯托克斯 參數(shù)、為變換效率。因此，可以通過(guò)使第1及第2波長(zhǎng)板2、3的高階模式階次n、規(guī)定波 長(zhǎng)(例如波長(zhǎng)405nm)下的相位差r\、r2以及光軸方位角0工、92進(jìn)行各種變化，來(lái)對(duì)疊 層1/2波長(zhǎng)板1的變換效率T進(jìn)行仿真。圖18示出了在設(shè)圖16中的現(xiàn)有例的疊層1/2波長(zhǎng)板1的設(shè)計(jì)波長(zhǎng)的目標(biāo)值K 為405nm的情況下，利用該計(jì)算方法對(duì)變換效率T相對(duì)于入射光波長(zhǎng)的變化進(jìn)行仿真得到 的結(jié)果。由該圖可知，雖然現(xiàn)有例的變換效率在XQ = 405nm附近處近似為1，但隨著與目 標(biāo)值的距離變遠(yuǎn)，變換效率劣化。在將該疊層1/2波長(zhǎng)板用于光拾取裝置的情況下，線偏振 光的變換效率可能因入射的激光的波長(zhǎng)漂移而劣化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是鑒于上述現(xiàn)有問(wèn)題而完成的，其目的在于，在以第1及第2波長(zhǎng)板的光 軸相互交叉的方式使該第1及第2波長(zhǎng)板重合而成的疊層1/2波長(zhǎng)板中，在更寬波段的波 長(zhǎng)范圍內(nèi)將變換效率的劣化抑制為最小，能夠根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)良好的變換效率。另外，本發(fā)明的目的在于，通過(guò)使用該疊層1/2波長(zhǎng)板，而提供不容易受到因波長(zhǎng) 漂移等引起的波長(zhǎng)變動(dòng)的影響，能夠在比以往更大的波長(zhǎng)范圍內(nèi)穩(wěn)定地發(fā)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(xué)裝置。本發(fā)明人著眼于波長(zhǎng)變動(dòng)與變換效率之間的關(guān)系而進(jìn)行了各種研究，從而想到， 只要進(jìn)行如下設(shè)定，即可在更寬波段的波長(zhǎng)范圍內(nèi)抑制變換效率的劣化，所述設(shè)定是減小 第1與第2波長(zhǎng)板的光軸方位角e工、e 2之差，并在龐加萊球上使旋轉(zhuǎn)軸禮與旋轉(zhuǎn)軸R2相 互接近。因此，針對(duì)圖16的疊層1/2波長(zhǎng)板1，將第1及第2波長(zhǎng)板的光軸方位角從e1 = 22.5°、e2 = 67. 5° 變更為 22. 5° < e < 45. 0° ,45. 0° < e 2 < 67. 5°，并使用上述 計(jì)算方法對(duì)變換效率進(jìn)行了仿真。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雖然在目標(biāo)波長(zhǎng)X 0 = 405nm附近，變換效率比現(xiàn)有例略微劣化，但在 其兩側(cè)，變換效率為T(mén) = 1的波長(zhǎng)位置被分成2處，對(duì)于整體而言，能夠在更寬的波長(zhǎng)范圍 內(nèi)得到良好的變換效率。本發(fā)明正是基于上述發(fā)現(xiàn)而完成的。
本發(fā)明的疊層1/2波長(zhǎng)板的特征在于，其由第1波長(zhǎng)板和第2波長(zhǎng)板構(gòu)成，并且， 以使上述第1波長(zhǎng)板與上述第2波長(zhǎng)板的光軸交叉的方式來(lái)配置上述第1波長(zhǎng)板和上述第 2波長(zhǎng)板，在設(shè)上述第1及第2波長(zhǎng)板相對(duì)于波長(zhǎng)\的相位差為rp r2、入射到上述疊層 1/2波長(zhǎng)板的線偏振光的偏振面分別與上述第1及第2波長(zhǎng)板的光軸所成的面內(nèi)方位角為 e i、6 2、入射到上述疊層1/2波長(zhǎng)板的線偏振光的偏振方向與從該疊層1/2波長(zhǎng)板射出的 線偏振光的偏振方向所成的角度為V、光軸調(diào)節(jié)量為a時(shí)，該疊層1/2波長(zhǎng)板滿足以下各 式「！二川。。+nX360°，r2 = 180° +nX360°，0 ！ = ￥/4+a，0 2 = 3 ￥/4-a,其中，在r\、r2中，n均為非負(fù)整數(shù)。這樣，與以往相比，通過(guò)減小第1與第2波長(zhǎng)板的光軸的面內(nèi)方位角e2之差， 能夠在更寬波段的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，將變換效率的劣化抑制為最小，能夠根據(jù)需要得到良好的 變換效率。因此，即使針對(duì)入射光的波長(zhǎng)變動(dòng)，也能夠穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)光利用效率非常高的疊層 1/2波長(zhǎng)板。在某實(shí)施例中，優(yōu)選設(shè)定為，角度V滿足15° < < 90°。另外，在某實(shí)施例中，在第1及第2波長(zhǎng)板的相位差rv r2中，可設(shè)定為n = l。 此時(shí)，將光軸調(diào)節(jié)量a設(shè)定為0° < a < a_，光軸調(diào)節(jié)量最大值根據(jù)下式來(lái)確定amax = Ao+Ai ￥+A2 ￥2A0 = -0. 06032= 0. 0717A2 = -0. 00035，此時(shí)，能夠?qū)⒏鞑ㄩL(zhǎng)板設(shè)定為制造上可加工的厚度，并且，只要確定了角度V，即 可簡(jiǎn)單地設(shè)計(jì)出能在更寬波段內(nèi)得到良好的變換效率的疊層1/2波長(zhǎng)板。在另一實(shí)施例中，在第1及第2波長(zhǎng)板的相位差rv r2中，可設(shè)定為n = 2。此 時(shí)，將光軸調(diào)節(jié)量a設(shè)定為0° < a < afflax,光軸調(diào)節(jié)量最大值根據(jù)下式來(lái)確定amax = Ao+Ai ￥+A2 ￥2A0 = -0. 15869= 0. 13912A2 = -0. 00066，此時(shí)，同樣能夠?qū)⒏鞑ㄩL(zhǎng)板設(shè)定為制造上可加工的厚度，并且，只要確定了角度 ￥，即可簡(jiǎn)單地設(shè)計(jì)出能在更寬波段內(nèi)得到良好的變換效率的疊層1/2波長(zhǎng)板。另外，在另一實(shí)施例中，優(yōu)選面內(nèi)方位角e^ 02分別滿足22. 5° < e工< 45. 0° 以及 45. 0° < e2<67. 5°。在又一實(shí)施例中，第1及第2波長(zhǎng)板是石英板，由此能夠得到非常高的耐光性，因 此，在被用于使用了波長(zhǎng)特別短且高輸出的藍(lán)紫色激光等的光學(xué)系統(tǒng)的情況下，也能夠發(fā) 揮高可靠性。
根據(jù)本發(fā)明的另一側(cè)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(huì)聚到記錄介質(zhì)上；以及檢測(cè)器，其檢測(cè)由記錄介質(zhì)反射的光，該光 拾取裝置在光源與物鏡之間的光路中配置了上述本發(fā)明的疊層1/2波長(zhǎng)板。通過(guò)使用如上 地在寬波段的波長(zhǎng)范圍內(nèi)將變換效率的劣化抑制為最小的疊層1/2波長(zhǎng)板，實(shí)現(xiàn)了不容易 受到因使用時(shí)振蕩激光的溫度漂移等引起的波長(zhǎng)變動(dòng)的影響，能夠在比以往更寬的波長(zhǎng)范 圍內(nèi)穩(wěn)定地發(fā)揮良好性能的光拾取裝置。根據(jù)本發(fā)明的另一側(cè)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；設(shè)置在上述基材 中的第1及第2光學(xué)薄膜；以及波長(zhǎng)板，第1及第2光學(xué)薄膜相對(duì)于第1及第2主面傾斜地 配置，且彼此隔開(kāi)間隔平行地交替配置，第1光學(xué)薄膜將從第1主面?zhèn)热肷涞墓夥蛛x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(guò)而將第2線偏振光反射，第2光 學(xué)薄膜使由第1光學(xué)薄膜反射后的第2線偏振光反射而從第2主面射出，波長(zhǎng)板是上述本 發(fā)明的疊層1/2波長(zhǎng)板，其被配置在使由第1光學(xué)薄膜分離出的第1或第2線偏振光透過(guò) 的位置處。在該偏振光變換元件中，在某實(shí)施例下，疊層1/2波長(zhǎng)板被配置在第2主面的使透 過(guò)第1光學(xué)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(xué)薄膜反 射的第2線偏振光射出的部分上。在另一實(shí)施例中，疊層1/2波長(zhǎng)板被設(shè)在透光性基材中， 且被層疊配置在第1光學(xué)薄膜的第1線偏振光的出射面上。在任何情況下，也是同樣可以 通過(guò)使用如上地在寬波段的波長(zhǎng)范圍內(nèi)將變換效率的劣化抑制為最小的疊層1/2波長(zhǎng)板， 來(lái)實(shí)現(xiàn)在比以往更寬的波長(zhǎng)范圍內(nèi)使得光利用效率非常高的偏振光變換元件。另外，根據(jù)本發(fā)明的另一側(cè)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(fā)明的偏振光變換元件，其將來(lái)自該光源的光變換為第2線偏振光而射 出；調(diào)制單元，其根據(jù)要投影的圖像信息，對(duì)來(lái)自偏振光變換元件的出射光進(jìn)行調(diào)制，該調(diào) 制單元例如是液晶面板；以及投影光學(xué)系統(tǒng)，其對(duì)該調(diào)制單元調(diào)制后的光進(jìn)行投影。同樣 地，通過(guò)采用上述那樣地在比以往更大的波長(zhǎng)范圍內(nèi)將變換效率的劣化抑制為最小的疊層 1/2波長(zhǎng)板，能夠利用相同輸出的光源得到更亮的影像，或者，即使采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。


圖1中，(A)圖是從光的射出方向觀察本發(fā)明的疊層1/2波長(zhǎng)板的實(shí)施例的立體 圖，(B)圖是同樣從射出方向進(jìn)行觀察的正面圖。圖2中，(A)圖是表示圖1的疊層1/2波長(zhǎng)板的偏振狀態(tài)的龐加萊球，⑶圖是從 S2軸方向?qū)ζ溥M(jìn)行觀察的圖，(C)圖是從S3軸方向進(jìn)行觀察的圖。圖3是示出疊層1/2波長(zhǎng)板的相對(duì)于光軸調(diào)節(jié)量a的變換效率的線圖。圖4是針對(duì)不同的光軸調(diào)節(jié)量a，示出相對(duì)于疊層1/2波長(zhǎng)板的波長(zhǎng)的變換效率的 線圖。圖5是針對(duì)不同的偏振面旋轉(zhuǎn)角度V，示出對(duì)疊層1/2波長(zhǎng)板的相對(duì)于波長(zhǎng)的變 換效率的線圖。圖6是示出變換效率相對(duì)于偏振面旋轉(zhuǎn)角度V的最小值Tmin以及變換效率的最
9大值與最小值之差A(yù)T的線圖。圖7是示出變換效率相對(duì)于光軸調(diào)節(jié)量a的最小值Tmin以及變換效率的最大值 與最小值之差A(yù)T的線圖。圖8是示出相對(duì)于光軸調(diào)節(jié)量a的變換比率RT的線圖。圖9是針對(duì)不同的偏振面旋轉(zhuǎn)角度V，示出相對(duì)于光軸調(diào)節(jié)量a的變換比率RT的 線圖。圖10是示出在高階模式階次n = 1的情況下，相比于a = 0°使得變換效率更加 良好的光軸調(diào)節(jié)量a的最大值\ 與偏振面旋轉(zhuǎn)角度V之間的關(guān)系的線圖。圖11是示出在高階模式階次n = 2的情況下，相比于a = 0°使得變換效率更加 良好的光軸調(diào)節(jié)量a的最大值\ 與偏振面旋轉(zhuǎn)角度V之間的關(guān)系的線圖。圖12是針對(duì)藍(lán)/綠/紅的各色光的波段，示出相對(duì)于波長(zhǎng)的變換效率的線圖。圖13是示出使用了本發(fā)明的疊層1/2波長(zhǎng)板的光拾取裝置的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的概 略圖。圖14是示出使用了本發(fā)明的疊層1/2波長(zhǎng)板的偏振光變換元件的實(shí)施例的結(jié)構(gòu) 的概略圖。圖15是示出使用了本發(fā)明的疊層1/2波長(zhǎng)板的投影型顯示裝置的實(shí)施例的結(jié)構(gòu) 的概略圖。圖16中，㈧圖是從光的射出方向觀察現(xiàn)有的疊層1/2波長(zhǎng)板的實(shí)施例的立體圖， (B)圖是同樣從射出方向進(jìn)行觀察的正面圖。圖17中，(A)圖是示出圖16中的疊層1/4波長(zhǎng)板的偏振狀態(tài)的龐加萊球，⑶圖 是從S2軸方向?qū)ζ溥M(jìn)行觀察的圖，(C)圖是從S3軸方向進(jìn)行觀察的圖。圖18是針對(duì)圖16中的疊層1/4波長(zhǎng)板的變換效率相對(duì)于波長(zhǎng)的變化的線圖。符號(hào)說(shuō)明1,11...疊層 1/2 波長(zhǎng)板；2，12...第 1 波長(zhǎng)板；3，13...第 2 波長(zhǎng)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(zhǎng)板；23...偏振光分束器；24...準(zhǔn)直透鏡； 25...光盤(pán)；26...反射鏡；27，44. . . 1/4波長(zhǎng)板；28...物鏡；29...光檢測(cè)器；30...監(jiān)視 用光檢測(cè)器；40,67.偏振光變換元件；41.棱鏡陣列；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(xué)系統(tǒng)； 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.交叉分色棱鏡(cross dichroic prism) ；66.投影透鏡系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。圖1(A)、⑶示出了本發(fā)明的疊層1/2波長(zhǎng)板的實(shí)施例。本實(shí)施例的疊層1/2波 長(zhǎng)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(gòu)成的第1及第2波長(zhǎng) 板12、13。這些第1及第2波長(zhǎng)板以它們的晶體光軸14、15彼此交叉規(guī)定角度的方式貼合
在一起。第1波長(zhǎng)板12的相位差設(shè)定為r工=180° +nX360°，第2波長(zhǎng)板13的相位差設(shè)定為r2=180° +nX360° (其中，r :、r 2中的n均為非負(fù)整數(shù))。第1波長(zhǎng)板12的 光軸方位角9 i是晶體光軸14與入射到層疊1/2波長(zhǎng)板11的光的線偏振光16的偏振面 所成的角度。第2波長(zhǎng)板13的光軸方位角0 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。對(duì)于疊層1/2波長(zhǎng)板11，將入射的線偏振光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V設(shè)定為15° < V <90°。這里，在將光軸調(diào)節(jié)量設(shè)為a時(shí)，光 軸方位角、、9 2被設(shè)定為滿足、=w/4+a, e2 = 3u//4-a。使用圖2(A) (C)的龐加萊球來(lái)說(shuō)明疊層1/2波長(zhǎng)板11的偏振狀態(tài)。圖2(A) 是用于說(shuō)明入射到疊層1/2波長(zhǎng)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(shè)定為S1軸上的點(diǎn)&。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(zhǎng)板11上的偏振光狀態(tài)的軌躋的圖，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(zhǎng)板11的 偏振光狀態(tài)的軌跡圖，即，表示向S1S2平面的投影圖。在圖2中，為了便于與圖17的現(xiàn)有 例進(jìn)行比較而示出了 V =90°的情況。將入射光的基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)為& = (1，0，0)，將第1波長(zhǎng)板12的旋轉(zhuǎn)軸Rn設(shè)定為從S1 軸旋轉(zhuǎn)了 2 0工的位置處。在本實(shí)施例中，由于是如上所述地設(shè)定光軸方位角e ”因此，與圖 17中的ei = 22.5°時(shí)的旋轉(zhuǎn)軸Ri相比，旋轉(zhuǎn)軸Rn到達(dá)進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)了角度2a后的位置。 將第2波長(zhǎng)板13的旋轉(zhuǎn)軸R22同樣地設(shè)定為從S1軸旋轉(zhuǎn)了 2 0 2的位置處。通過(guò)如上所述 地設(shè)定光軸方位角02，與圖17中的e2 = 67.5°時(shí)的旋轉(zhuǎn)軸R2相比，旋轉(zhuǎn)軸R22來(lái)到后退 了角度2a后的位置處。第1波長(zhǎng)板12的出射光的位置是以旋轉(zhuǎn)軸Rn為中心、使基準(zhǔn)點(diǎn)&向右旋轉(zhuǎn)了相 位差r i時(shí)在龐加萊球上描繪出的軌跡圓C1上的點(diǎn)。圓C1與包含S2軸和S3軸的S2-S3 平面相交于2點(diǎn)。因此，在相位差^與上述設(shè)定值一致的情況下，從龐加萊球上的點(diǎn)(0， 1,0)向與基準(zhǔn)點(diǎn)&相反的方向略微偏移后的赤道上的點(diǎn)Pn為上述第1波長(zhǎng)板的出射光的位置。第2波長(zhǎng)板13的出射光的位置是以旋轉(zhuǎn)軸R22為中心、使點(diǎn)Pn向右旋轉(zhuǎn)了相位 差「2后的龐加萊球上的點(diǎn)。在相位差r2與上述設(shè)定值一致的情況下，從龐加萊球的點(diǎn) p2(-I、O、O)向基準(zhǔn)點(diǎn)&側(cè)略微后退的赤道上的點(diǎn)P21為上述第2波長(zhǎng)板的出射光的位置， 即疊層1/2波長(zhǎng)板11的出射光的位置。其結(jié)果，出射光的偏振面的旋轉(zhuǎn)偏離于所希望的角 度 V = 90°。為了使出射光的偏振面的旋轉(zhuǎn)角度成為90°，需要使出射光在龐加萊球上的位置 到達(dá)點(diǎn)P2(-1，0，0)。在此情況下，第1波長(zhǎng)板12的出射光的位置必須是以旋轉(zhuǎn)軸R22為中 心、使點(diǎn)P2向反方向即左方向旋轉(zhuǎn)了相位差「2后的龐加萊球上的點(diǎn)。此時(shí)，通過(guò)以旋轉(zhuǎn)軸 R22為中心使點(diǎn)P2旋轉(zhuǎn)而在龐加萊球上描繪出的軌跡圓C2相對(duì)于S2-S3平面，與圓C1成對(duì) 稱關(guān)系，即，成鏡像關(guān)系。圓C1與圓C2在S2-S3平面上具有兩個(gè)交點(diǎn)P12、P13。由于第1波長(zhǎng)板12與第2 波長(zhǎng)板13相等地設(shè)定了相位差r工、r 2，因此，由入射光的波長(zhǎng)偏差引起的相位差的偏差量 A r^ 相等。因此，在龐加萊球上，在第1波長(zhǎng)板12的出射光的位置因相位差
的偏差而位于圓ci與圓C2之間的一個(gè)交點(diǎn)P12或P13上的情況下，第2波長(zhǎng)板13的出射光的位置到達(dá)點(diǎn)P2 (_1，0，0)。其結(jié)果，對(duì)于疊層1/2波長(zhǎng)板11的出射光，在以目標(biāo)波長(zhǎng)\為中心的其正負(fù)兩 側(cè)，各存在1點(diǎn)使偏振面的旋轉(zhuǎn)角度成為所希望的角度V = 90°的波長(zhǎng)。在疊層1/2波長(zhǎng) 板11在目標(biāo)波長(zhǎng)、下發(fā)揮出作為1/2波長(zhǎng)板所要求的充分功能的情況下，與作為偏差最 大值的相位差范圍對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍被理解為以目標(biāo)波長(zhǎng)、為中心的疊層1/2波長(zhǎng)板11所 能使用的波長(zhǎng)范圍，所述相位差的范圍相對(duì)于設(shè)計(jì)相位差rp r2，至少容許包含龐加萊球 上的兩點(diǎn)P12、P13處的相位差偏差量A r\、a r2。該能夠發(fā)揮出作為1/2波長(zhǎng)板所要求的功能的、所能使用的波長(zhǎng)范圍，由旋轉(zhuǎn)軸 Rn> R22在龐加萊球上的設(shè)定位置決定，即，由光軸調(diào)節(jié)量a的設(shè)定值決定。因此，與現(xiàn)有技 術(shù)相關(guān)聯(lián)地，利用上述計(jì)算方法對(duì)疊層1/2波長(zhǎng)板11相對(duì)于光軸調(diào)節(jié)量a的變換效率進(jìn)行 了仿真。圖3示出了在0°彡a彡3.0°的范圍內(nèi)將使用波長(zhǎng)范圍設(shè)為405nm士20nm而計(jì) 算出的變換效率的平均值。如該圖所示，因?yàn)榇嬖谧儞Q效率取最大值的光軸調(diào)節(jié)量a，所以 推測(cè)認(rèn)為，存在使變換效率的劣化為最小的a的最佳范圍。此外，在以下說(shuō)明中，是用相同 的計(jì)算方法對(duì)本發(fā)明的疊層1/2波長(zhǎng)板的變換效率進(jìn)行仿真。而且，設(shè)中心波長(zhǎng)\ ^ = 405nm、波長(zhǎng)范圍355nm ^ A ^ 450nm,以0. 5°的步長(zhǎng)使 光軸調(diào)節(jié)量a從0°到3. 5°對(duì)變換效率進(jìn)行了仿真。圖4示出其結(jié)果。由該圖可知，光軸 調(diào)節(jié)量a越大，變換效率達(dá)到1時(shí)的波長(zhǎng)位置向中心波長(zhǎng)X。的正負(fù)兩側(cè)移動(dòng)得越大，與此 相對(duì)，中心波長(zhǎng)X ^處的變換效率劣化。在實(shí)際使用時(shí)，可根據(jù)疊層1/2波長(zhǎng)板的用途、規(guī)格 來(lái)確定中心波長(zhǎng)處的變換效率的容許值以及使用波段寬度等，并據(jù)此來(lái)確定光軸調(diào)節(jié)量a。第1及第2波長(zhǎng)板12、13的相位差r工、r2的高階模式階次優(yōu)選設(shè)定為n = 1或 2。當(dāng)設(shè)定為n = 3以上時(shí)，能夠得到1或接近1的良好的變換效率的波段變窄，很難充分 發(fā)揮本發(fā)明的寬波段的效果。在以下的仿真中，只要沒(méi)有特別地明示，就是對(duì)高階模式階次 n = 1的情況進(jìn)行說(shuō)明。為了確定光軸調(diào)節(jié)量a的最佳范圍，首先，針對(duì)出射光的偏振面旋轉(zhuǎn)角度V對(duì)變 換效率的影響進(jìn)行仿真。對(duì)中心波長(zhǎng)為入(1 = 40511111、使用波長(zhǎng)范圍為37511111彡A彡435nm、 偏振面旋轉(zhuǎn)角度V為5°、45°、90°時(shí)的變換效率進(jìn)行了仿真。圖5示出其結(jié)果。由該圖 可知，角度V越大，變換效率相對(duì)于波長(zhǎng)變化較大地降低。因此，推測(cè)認(rèn)為，對(duì)于出射光的 偏振面旋轉(zhuǎn)角度V，也存在使變換效率的劣化抑制為最小的最佳范圍。因此，在中心波長(zhǎng)為X 0 = 405nm、使用波長(zhǎng)范圍為375nm ^ A ^ 435nm的情況 下，對(duì)變換效率相對(duì)于出射光的偏振面旋轉(zhuǎn)角度V的最小值Tmin進(jìn)行了仿真。而且，對(duì) 變換效率相對(duì)于出射光的偏振面旋轉(zhuǎn)角度V的最大值與最小值之差A(yù)T進(jìn)行了仿真。圖 6示出了這些結(jié)果。由該圖可知，與圖5相同，角度V越大，變換效率越低，變換效率的變 化也越大。此外在該圖中，在角度V < 15°的情況下，變換效率的最小值Tmin、以及變換 效率的最大值與最小值之差A(yù)T均降低至誤差水平。因此，確認(rèn)到能夠發(fā)揮出本發(fā)明的 將變換效率的劣化抑制為最小這一效果的出射光的偏振面旋轉(zhuǎn)角度V優(yōu)選如上地設(shè)定為 15° < V < 90°。接著，在將出射光的偏振面旋轉(zhuǎn)角度固定為11/ =90°、且中心波長(zhǎng)為、= 405nm、使用波長(zhǎng)范圍為375nm彡入彡435nm的情況下，對(duì)變換效率相對(duì)于光軸調(diào)節(jié)量 a(0°彡a彡8.0° )的最小值Tmin進(jìn)行了仿真。而且，對(duì)變換效率相抵于光軸調(diào)節(jié)量a的最大值與最小值之差A(yù)T進(jìn)行了仿真。圖7示出了這些結(jié)果。由該圖可明顯看出，Tmin以 及AT均在a = 2°附近取最佳值。此外，該圖還表示，使Tmin變大且使AT變小的光軸調(diào) 節(jié)量a為最佳值。 因此，將用變換效率的最小值Tmin除以變換效率的最大值與最小值之差A(yù) T所得 到的值稱為變換比率RT，在將其用作變換效率的評(píng)價(jià)值時(shí)，圖7可以如圖8那樣表示。艮口， 圖8示出了變換比率RT相對(duì)于光軸調(diào)節(jié)量a的變化。由該圖可知，相比于a = 0°，在0 <a<3.5°的范圍中，變換比率更加良好，即變換效率更加良好。而且，在中心波長(zhǎng)為\ Q = 405nm、使用波長(zhǎng)范圍為375nm彡A ( 435nm、偏振面旋 轉(zhuǎn)角度V為15°、30°、45°、60°、75°、90°的情況下，對(duì)變換比率RT相對(duì)于光軸調(diào)節(jié)量 a的變化進(jìn)行了仿真。圖9示出其結(jié)果。根據(jù)該圖確認(rèn)到，對(duì)于各個(gè)偏振面旋轉(zhuǎn)角度V，存 在相比于a = 0°，使得變換比率更加良好的光軸調(diào)節(jié)量a的最大值a_。從圖9中提取出相比于a = 0°使變換比率提高的各偏振面旋轉(zhuǎn)角度V的光軸 調(diào)節(jié)量最大值a_，圖10中表示其相關(guān)關(guān)系。當(dāng)利用近似式來(lái)表示該相關(guān)關(guān)系時(shí)，如下式所 示amax = Ao+Ai ￥+A2 ￥2A。= -0.06032= 0. 0717A2 =-0.00035。通過(guò)使用該關(guān)系式，在本發(fā)明的疊層1/2波長(zhǎng)板的高階模式階次n = 1的情況下， 只要對(duì)偏振面旋轉(zhuǎn)角度V進(jìn)行設(shè)定，即可在更寬波段的波長(zhǎng)范圍內(nèi)將變換效率的劣化抑 制為最小，能夠簡(jiǎn)單地確定用于得到良好的變換效率的光軸調(diào)節(jié)量a的最大值a_。另外，針對(duì)疊層1/2波長(zhǎng)板的高階模式階次n = 2的情況，也同樣地設(shè)偏振面旋轉(zhuǎn) 角度V設(shè)為15°、30°、45°、60°、75°、90°而對(duì)變換比率RT相對(duì)于光軸調(diào)節(jié)量a的變 化進(jìn)行了仿真。針對(duì)各個(gè)偏振面旋轉(zhuǎn)角度V，從其仿真結(jié)果中提取出相比于a = 0°使得 變換比率更加良好的光軸調(diào)節(jié)量a的最大值a_。圖11示出了該偏振面旋轉(zhuǎn)角度V與光軸調(diào)節(jié)量最大值之間的相關(guān)關(guān)系。根 據(jù)圖11所示，光軸調(diào)節(jié)量a的最大值\ 的范圍如下0 < afflax < 7. 0o根據(jù)圖11，當(dāng)用近似式來(lái)表示偏振面旋轉(zhuǎn)角度V與光軸調(diào)節(jié)量最大值之間的 相關(guān)關(guān)系時(shí)，如下式所示amax = Ao+Ai ￥+A2 ￥2A。=-0. 15869kx = 0. 13912A2 =-0.00066。通過(guò)使用該關(guān)系式，在本發(fā)明的疊層1/2波長(zhǎng)板的高階模式階次n = 2的情況下， 也是只要對(duì)偏振面旋轉(zhuǎn)角度V進(jìn)行設(shè)定，即可在更寬波段的波長(zhǎng)范圍內(nèi)將變換效率的劣 化抑制為最小，能夠簡(jiǎn)單地確定用于得到良好的變換效率的光軸調(diào)節(jié)量a的最大值a_。上述仿真都是針對(duì)以405nm為中心波長(zhǎng)的波段進(jìn)行的，但本發(fā)明同樣適用于其它 波段。在圖12中，除了中心波長(zhǎng)為405nm的藍(lán)光波段之外，還針對(duì)分別以530nm以及660nm
13為中心波長(zhǎng)的綠光及紅光的各個(gè)波段，示出了變換效率相對(duì)于波長(zhǎng)的變化。在該圖中，用實(shí) 線表示的各個(gè)線是在將本發(fā)明分別應(yīng)用于藍(lán)/綠/紅的各色光、并將上述第1及第2波長(zhǎng) 板的光軸調(diào)節(jié)量a設(shè)定為適當(dāng)值時(shí)得到的變換效率。與此相對(duì)，用虛線表示的各個(gè)線是針 對(duì)未對(duì)光軸調(diào)節(jié)量a進(jìn)行設(shè)定的現(xiàn)有技術(shù)的第1及第2波長(zhǎng)板而得到的變換效率。由該圖 可知，針對(duì)綠光及紅光的各個(gè)波段，也能夠在更寬波段的波長(zhǎng)范圍內(nèi)將變換效率的劣化抑 制為最小，從而得到接近于1的良好的變換效率。圖13示出使用了本發(fā)明的疊層1/2波長(zhǎng)板的光拾取裝置的實(shí)施例。該光拾取裝 置20例如用于藍(lán)光盤(pán)(Blu-ray Disc:商標(biāo))等光盤(pán)的記錄再現(xiàn)，具有例如由放射出波長(zhǎng) 為405nm的藍(lán)紫色的激光的激光二極管構(gòu)成的光源21。光拾取裝置20具有衍射光柵22， 其對(duì)來(lái)自光源21的激光進(jìn)行衍射；偏振光分束器23，其將透過(guò)該衍射光柵的激光分離成P 偏振光成分和S偏振光成分而進(jìn)行透射或反射；準(zhǔn)直透鏡24，其使被該偏振光分束器反射 的激光成為平行光；反射鏡26，其將透過(guò)該準(zhǔn)直透鏡后的激光向光盤(pán)25進(jìn)行反射；1/4波 長(zhǎng)板27，其將由該反射鏡反射的作為線偏振光的激光變換為圓偏振光；物鏡28，其對(duì)透過(guò) 該1/4波長(zhǎng)板的激光進(jìn)行會(huì)聚；以及光檢測(cè)器29，其檢測(cè)從光盤(pán)25反射的激光。此外，光 拾取裝置20還具有監(jiān)視用光檢測(cè)器30，其檢測(cè)從光源21射出且透過(guò)偏振光分束器23后的 激光。下面說(shuō)明光拾取裝置20的動(dòng)作。從光源21射出的線偏振光的激光為了進(jìn)行三光 束法的跟蹤控制而被衍射光柵22分離成3個(gè)光束，然后該激光的S偏振光成分被偏振光分 束器23反射，并在準(zhǔn)直透鏡24的作用下變?yōu)槠叫泄狻Ｆ叫泄獾募す獗环瓷溏R26進(jìn)行全反 射，并被1/4波長(zhǎng)板27從線偏振光變換為圓偏振光，然后經(jīng)物鏡28會(huì)聚而照射到形成在光 盤(pán)25上的信號(hào)記錄層的凹坑(pit)上。被該凹坑反射的激光透過(guò)上述物鏡，被1/4波長(zhǎng)板 27從圓偏振光變換為線偏振光，經(jīng)反射鏡26全反射后，透過(guò)準(zhǔn)直透鏡24以及偏振光分束器 23而入射到光檢測(cè)器29，從而被檢測(cè)到。通過(guò)這種方式來(lái)進(jìn)行記錄在上述光盤(pán)上的信號(hào)的 讀取動(dòng)作。另外，從光源21射出的激光的P偏振光成分透過(guò)偏振光分束器23，然后入射到 監(jiān)視用光檢測(cè)器30而被檢測(cè)到。通過(guò)該檢測(cè)輸出來(lái)控制從上述激光二極管射出的激光的 輸出。衍射光柵22由以下部件構(gòu)成衍射光柵部22a，其按上述方式來(lái)對(duì)激光進(jìn)行分離； 以及1/2波長(zhǎng)板22b，其將入射激光變換為旋轉(zhuǎn)了規(guī)定角度后的線偏振光。1/2波長(zhǎng)板22b 采用本發(fā)明的疊層1/2波長(zhǎng)板。由此，在光拾取裝置20的使用時(shí)，即使因振蕩激光的溫度 漂移而使激光波長(zhǎng)發(fā)生變動(dòng)，也不會(huì)導(dǎo)致1/2波長(zhǎng)板22b的變換效率劣化或者能夠?qū)⑵淞?化抑制為最小，從而能夠始終確保充分的光量。其結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)如下的光拾取裝置，即，該 光拾取裝置能夠應(yīng)對(duì)使用的激光的短波長(zhǎng)化以及高輸出化，在比以往更寬波段的波長(zhǎng)范圍 內(nèi)，穩(wěn)定地發(fā)揮良好的性能。對(duì)于本發(fā)明的疊層1/2波長(zhǎng)板，由于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(duì)特定偏振方 向上的光束(s偏振光或p偏振光)進(jìn)行調(diào)制的類型的液晶面板的投影型顯示裝置中，通常 對(duì)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行這樣的設(shè)定使線偏振光統(tǒng)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(lái)自光源的隨機(jī)偏振光變換為P偏振或S偏振的光束，來(lái)提高光利用效
14
圖14(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(gè)不 同結(jié)構(gòu)的偏振光變換元件40、40’、40”，它們均可以使用本發(fā)明的疊層1/2波長(zhǎng)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14㈧的偏振光變換元件40具有由平板狀的透光性基材構(gòu)成的棱鏡陣列41，該 棱鏡陣列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(duì)于上述第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(kāi)規(guī)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入射到棱鏡陣列41上的隨機(jī)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(guò)且將S偏振光成分反射。透過(guò)偏振光分離膜 42后的P偏振光成分直接經(jīng)由第2主面41b從棱鏡陣列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(jīng)由第2主面41b從棱鏡陣列41射出。在第2主面 41b的射出被上述反射膜反射的S偏振光成分的部分上，配置1/2波長(zhǎng)板44。1/2波長(zhǎng)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(tǒng)一成P偏振而將其射出，該偏振光變換元件40適合于安裝在P偏振光學(xué)系統(tǒng)的投影 型顯示裝置中。圖14(B)示出了適合于安裝在S偏振光學(xué)系統(tǒng)的投影型顯示裝置中的偏振光變換 元件40，的結(jié)構(gòu)。在該偏振光變換元件40，中，1/2波長(zhǎng)板44被配置在第2主面41b的、透 過(guò)偏振光分離膜42后的P偏振光成分所射出的部分上。由此，透過(guò)偏振光分離膜42后的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，然后保持S偏振光而從棱鏡陣列41射出。因此，入射到偏振光變 換元件40’的光被統(tǒng)一成S偏振光而射出。圖14(C)示出了偏振光變換元件40”，在該偏振光變換元件40”的結(jié)構(gòu)中，將1/2 波長(zhǎng)板44配置在棱鏡陣列41的上述透光性基材中。1/2波長(zhǎng)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(kāi)規(guī)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(jī)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(guò)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(jīng)由第2主面41b從棱鏡陣列41射出。透過(guò)上述偏振光分離膜的 P偏振光成分直接入射到1/2波長(zhǎng)板44而被變換為S偏振光，經(jīng)由上述第2主面從棱鏡陣 列41射出。這樣，入射到偏振光變換元件40"的光被統(tǒng)一成S偏振光而射出。在將本發(fā)明的疊層1/2波長(zhǎng)板用于偏振光變換元件40”的1/2波長(zhǎng)板44的情況 下，構(gòu)成該疊層1/2波長(zhǎng)板的上述第1及第2波長(zhǎng)板只要在透射光的前進(jìn)方向上，即，在相 對(duì)于第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(lái)設(shè)定各自的板厚即可= 180° +nX360°r2 = 180° +nX360°其中，r\、r2中的n均為非負(fù)整數(shù)。而且，上述第1及第2波長(zhǎng)板的光軸方位角只要設(shè)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(guān)系即可0!￥/'4+a
023￥/4-a
22.)<e: < 45.0°
45.0°<0 2 < 67.5° 0此時(shí)，上述第1及第2波長(zhǎng)板的光軸的面內(nèi)方位角比向上述第1及第2主面投影 的投影角度小。圖15概略性地示出使用了本發(fā)明的疊層1/2波長(zhǎng)板的投影型顯示裝置的實(shí)施例。 該投影型顯示裝置50具備照明光學(xué)系統(tǒng)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、交叉分色棱鏡65以及投影透鏡系統(tǒng)66。照明光學(xué)系統(tǒng)50 具有光源、偏振光變換元件67以及會(huì)聚透鏡等，用以對(duì)液晶光閥62 64進(jìn)行照明。偏振 光變換元件67可使用圖14的偏振光變換元件，將來(lái)自上述光源的隨機(jī)光變換為S偏振光 而射出。對(duì)于從照明光學(xué)系統(tǒng)51射出的S偏振的白光，其紅光成分透過(guò)分色鏡52，其藍(lán)光 成分和綠光成分則被反射。透過(guò)分色鏡52的紅光經(jīng)反射鏡54反射，通過(guò)\ /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(jìn)一步被分色鏡 53反射，通過(guò)\ /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(lán)光透過(guò)分色鏡53而后被反射鏡55、56反射，通過(guò)\ /2相位差板59而被變 換為P偏振光，入射到藍(lán)光用液晶光閥64。液晶光閥62 64分別是根據(jù)所給的圖像信息(圖像信號(hào))來(lái)對(duì)各色的彩色光進(jìn) 行調(diào)制而形成圖像的光調(diào)制單元。交叉分色棱鏡65是顏色合成單元，其對(duì)從液晶光閥62、 64射出的S偏振的紅光和藍(lán)光以及在從液晶光閥63射出后被變換為P偏振光的綠色彩色 光進(jìn)行合成，形成彩色圖像。該合成光通過(guò)X/2相位差板61而向投影透鏡系統(tǒng)66射出。 投射透鏡系統(tǒng)66是將該合成光投影到投影屏幕上來(lái)顯示彩色圖像的投影光學(xué)系統(tǒng)。A /2相位差板61以使S偏振光(紅光及藍(lán)光)和P偏振光(綠光)的偏振方向 分別變更大致45°的方式來(lái)確定其光軸的方向，此時(shí)，由于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(guò)將紅、綠、藍(lán)這 3種顏色的光分別變換為橢圓偏振光，優(yōu)選為圓偏振光，從而即使在投影屏幕采用了偏振光 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(fā)明的疊層1/2波長(zhǎng)板。由此，投影型顯示裝置 50能夠在各個(gè)X/2相位差板上，在比以往更大的波長(zhǎng)范圍內(nèi)將變換效率的劣化抑制為最 小，因此能夠進(jìn)一步提高光的利用效率。其結(jié)果，能夠利用相同輸出的光源得到更亮的彩色 影像，或者，即使采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(fā)明不限于上述實(shí)施例，可以在其技術(shù)范圍內(nèi)施加各種變形或變更來(lái)進(jìn)行實(shí) 施。例如，第1及第2波長(zhǎng)板可以由石英板以外的光學(xué)單軸晶體材料來(lái)形成。另外，與上述 實(shí)施例不同結(jié)構(gòu)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(xué)裝置，也同樣 能夠應(yīng)用本發(fā)明。
1權(quán)利要求
一種疊層1/2波長(zhǎng)板，其由第1波長(zhǎng)板和第2波長(zhǎng)板構(gòu)成，并且，以使上述第1波長(zhǎng)板與上述第2波長(zhǎng)板的光軸交叉的方式來(lái)配置上述第1波長(zhǎng)板和上述第2波長(zhǎng)板，該疊層1/2波長(zhǎng)板的特征在于，在設(shè)上述第1及第2波長(zhǎng)板相對(duì)于波長(zhǎng)λ的相位差為Γ1、Γ2、入射到上述疊層1/2波長(zhǎng)板的線偏振光的偏振面分別與上述第1及第2波長(zhǎng)板的光軸所成的面內(nèi)方位角為θ1、θ2、入射到上述疊層1/2波長(zhǎng)板的線偏振光的偏振方向與從該疊層1/2波長(zhǎng)板射出的線偏振光的偏振方向所成的角度為ψ、光軸調(diào)節(jié)量為a時(shí)，該疊層1/2波長(zhǎng)板滿足以下各式Γ1＝180°+n×360°，Γ2＝180°+n×360°，θ1＝ψ/4+a，θ2＝3ψ/4-a，其中，在Γ1、Γ2中，n均為非負(fù)整數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊層1/2波長(zhǎng)板，其特征在于， 上述角度Ψ滿足15°彡Ψ彡90°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的疊層1/2波長(zhǎng)板，其特征在于， 在上述第1及第2波長(zhǎng)板的相位差Γ\、Γ2中，η = 1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的疊層1/2波長(zhǎng)板，其特征在于， 在上述第1及第2波長(zhǎng)板的相位差Γ\、Γ2中，η = 2。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的疊層1/2波長(zhǎng)板，其特征在于，將光軸調(diào)節(jié)量a設(shè)定為0° < a < amax，光軸調(diào)節(jié)量最大值amax由下式確定 amax = AJA1 · Ψ+A2 · Ψ2，其中， A0 = -0· 06032 A1 = 0. 0717 A2 = -0· 00035。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的疊層1/2波長(zhǎng)板，其特征在于，將光軸調(diào)節(jié)量a設(shè)定為0° < a < amax，光軸調(diào)節(jié)量最大值amax由下式確定 amax = AJA1 · Ψ+A2 · Ψ2，其中， A0 = -0. 15869 A1 = 0. 13912 A2 = -0· 00066。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的疊層1/2波長(zhǎng)板，其特征在于，上述面內(nèi)方位角θ^ 92分別滿足22. 5° < ei<45. 0°以及45. 0° < θ2<67. 5°。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的疊層1/2波長(zhǎng)板，其特征在于， 上述第1及第2波長(zhǎng)板由石英板構(gòu)成。
9.一種光拾取裝置，其特征在于，該光拾取裝置具有 光源；物鏡，其將從上述光源射出的光會(huì)聚到記錄介質(zhì)上； 檢測(cè)器，其檢測(cè)由上述記錄介質(zhì)反射的光；以及配置在上述光源與上述物鏡之間的光路中的權(quán)利要求1至8中任意一項(xiàng)所述的疊層1/2波長(zhǎng)板。
10.一種偏振光變換元件，其特征在于，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；設(shè)置在上述基材中的第1及第2光學(xué)薄膜；以及波長(zhǎng)板，上述第1及第2光學(xué)薄膜相對(duì)于上述第1及第2主面傾斜地配置，且彼此隔開(kāi)間隔平 行地交替配置，上述第1光學(xué)薄膜將從上述第1主面?zhèn)热肷涞墓夥蛛x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(guò)而將第2線偏振光反射，上述第2光學(xué)薄膜使由上述第1光學(xué)薄膜反射后的第2線偏振光反射而從上述第2主 面射出，上述波長(zhǎng)板是權(quán)利要求1至8中任意一項(xiàng)所述的疊層1/2波長(zhǎng)板，其被配置在使由上 述第1光學(xué)薄膜分離出的上述第1或第2線偏振光透過(guò)的位置處。
11.一種投影型顯示裝置，其特征在于，該投影型顯示裝置具有光源；權(quán)利要求10所述的偏振光變換元件，其將來(lái)自上述光源的光變換為上述第2線偏振光 而將其射出；調(diào)制單元，其根據(jù)所要投影的圖像信息，對(duì)來(lái)自上述偏振光變換元件的出射光進(jìn)行調(diào) 制；以及投影光學(xué)系統(tǒng)，其對(duì)由上述調(diào)制單元調(diào)制后的光進(jìn)行投影。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的投影型顯示裝置，其特征在于，上述調(diào)制單元是液晶面板。
全文摘要
疊層1/2波長(zhǎng)板、光拾取裝置、偏振光變換元件及投影型顯示裝置。其課題在于，在以第1及第2波長(zhǎng)板的光軸相互交叉的方式使該第1及第2波長(zhǎng)板重合而成的疊層1/2波長(zhǎng)板中，在更寬波段的波長(zhǎng)范圍內(nèi)將變換效率的劣化抑制為最小，實(shí)現(xiàn)良好的變換效率。作為解決手段，設(shè)第1及第2波長(zhǎng)板(12、13)相對(duì)于波長(zhǎng)λ的相位差為Γ1＝180°+n×360°、Γ2＝180°+n×360°(n為非負(fù)整數(shù))，第1及第2波長(zhǎng)板的光軸的面內(nèi)方位角θ1、θ2、入射到疊層1/2波長(zhǎng)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ψ以及光軸調(diào)節(jié)量a構(gòu)成為滿足θ1＝ψ/4+a、θ2＝3ψ/4-a、15°≤ψ≤90°。
文檔編號(hào)G02B5/30GK101852883SQ20101015875
公開(kāi)日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月30日
發(fā)明者大戶正之 申請(qǐng)人:愛(ài)普生拓優(yōu)科夢(mèng)株式會(huì)社