專利名稱：波片、偏振轉(zhuǎn)換元件、照明光學(xué)系統(tǒng)和圖像顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及改變透射光的偏振方向的波片以及使用該波片的偏振轉(zhuǎn)換元件、照明光學(xué)系統(tǒng)和圖像顯示裝置。
背景技術(shù)：
投影機作為在商務(wù)領(lǐng)域進行演示等功能的設(shè)備已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用了很多年。近年來，隨著投影機價格不斷降低以及民眾生活水平的提高，投影機作為用于家庭影院的顯示設(shè)備等而廣泛進入千家萬戶。隨之而來是對 小型化、分辨率的提高以及光利用效率的改善等提出了更高的要求。因此，作為提高光利用效率的手段，在液晶投影機中內(nèi)置偏光轉(zhuǎn)換元件，通過對使用鹵素?zé)舻鹊墓庠瓷涑龅墓饩€進行偏光轉(zhuǎn)換，使得射入液晶面板的光線的偏光一致，從而提高光能的使用效率。圖10示出以往的偏光轉(zhuǎn)換元件的一個結(jié)構(gòu)例子。偏光轉(zhuǎn)換元件I’是在棱鏡的斜面上形成了光學(xué)薄膜2’的棱鏡陣列3’的規(guī)定位置上設(shè)置1/2波片5’的結(jié)構(gòu)。在從鹵素?zé)舻裙庠窗l(fā)出的光線中包含S偏光分量和P偏光分量，這里，對于使用液晶面板的畫面投射所需的光線僅僅是其中一個偏光分量，因此通過偏光轉(zhuǎn)換元件I’能夠使不需要的偏光分量偏光，從而使光的偏光分量一致，能夠提高光的利用率。具體來說，入射光中的P偏光分量透過光學(xué)薄膜2’而入射到1/2波片5’，通過該1/2波片5’時,偏光面旋轉(zhuǎn)90度而成為S偏光分量。另一方面,入射光中的S偏光分量被光學(xué)薄膜2’反射，從而原樣射出。從而，從偏光轉(zhuǎn)換元件I’射出的出射光統(tǒng)一為S光，實現(xiàn)了光能的高效利用。作為1/2波片的材料，一般使用聚碳酸酯或類似物的膜。但是，在投影機中，由于波片的位置靠近光源，因為光源的溫度通常很高，因此在投影機中作為波片的材料，通常使用石英波片。如日本專利第4277514號中公開了一種層疊波片，如圖10所示，通過兩個波片層疊而成，兩個波片的光學(xué)軸面內(nèi)角度滿足Θ 2 = Θ 1+45。通過上述專利文獻中的發(fā)明，能夠在提聞耐熱性的同時，提聞光能的利用效率。但是，在上述專利文獻中仍然存在以下問題。通過本發(fā)明人的實驗發(fā)現(xiàn)，在上述結(jié)構(gòu)的波片中存在著角度依賴性的問題，也就是說隨著入射到波片的光線的角度增大，變換效率(P光到S光)會變差。特別是近年來，環(huán)保標準作為電器的評價標準之一已經(jīng)廣泛得到執(zhí)行，而且對環(huán)保節(jié)能的要求逐年提高。若優(yōu)先考慮亮度來進行設(shè)計，則入射到波片的光線的角度比以往增大很多。以往可能并不存在的角度依賴性目前變得非常顯著，難以消除對于變換效率的惡劣影響。

實用新型內(nèi)容本實用新型鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中的課題而完成，其目的在于提供一種兼顧耐光性、耐熱性和高效率的波片以及使用該波片的偏振轉(zhuǎn)換元件、照明光學(xué)系統(tǒng)和圖像顯示裝置。本實用新型的波片由長方形的第一石英片和第二石英片重疊而成，在所述第一石英片和第二石英片中，光學(xué)軸分別相對于其主面傾斜，其特征在于，所述第一石英片的光軸在其主面上的投影與所述第一石英片的長邊所成的第一角度在大于22. 5度且小于等于
25.4度的范圍內(nèi)，所述第二石英片的光軸在其主面上的投影與所述第二石英片的長邊所成的第二角度在大于等于64. 6度且小于67. 5度的范圍內(nèi)，所述第一石英片和第二石英片的光學(xué)軸分別與垂直于所述第一石英片和第二石英片的主面的方向的夾角的第三角度在大 于等于25且小于等于28. 8度的范圍內(nèi)。在上述本實用新型的波片中，優(yōu)選所述第一角度與所述第二角度之和為90度。在上述本實用新型的波片中，優(yōu)選所述第一角度為24. 3度，所述第二角度為65. 7度，所述第三角度為27. 3度。本實用新型的偏振轉(zhuǎn)換兀件包括將入射光分尚成P偏振光和s偏振光的偏振分離器；和設(shè)置在被所述偏振分離器分離出的P偏振光和s偏振光中的一個的光路上的由長方形的第一石英片和第二石英片重疊而成的波片，其特征在于，所述第一石英片的光軸在其主面上的投影與所述第一石英片的長邊所成的第一角度在大于22. 5度且小于等于25. 4度的范圍內(nèi)，所述第二石英片的光軸在其主面上的投影與所述第二石英片的長邊所成的第二角度在大于等于64. 6度且小于67. 5度的范圍內(nèi)，所述第一石英片和第二石英片的光學(xué)軸分別與垂直于所述第一石英片和第二石英片的主面的方向的夾角的第三角度在大于等于25且小于等于28. 8度的范圍內(nèi)。本實用新型的照明光學(xué)系統(tǒng)包括光源；降低從所述光源射出的光的照度不均勻性的積分元件；和偏振轉(zhuǎn)換元件，設(shè)置在透射穿過所述積分元件的光的光路上，并包括將入射光分尚成P偏振光和S偏振光的偏振分尚器、和設(shè)置在被所述偏振分尚器分尚出的P偏振光和S偏振光中的一個的光路上的由長方形的第一石英片和第二石英片重疊而成的波片，其特征在于，所述第一石英片的光軸在其主面上的投影與所述第一石英片的長邊所成的第一角度在大于22. 5度且小于等于25. 4度的范圍內(nèi)，所述第二石英片的光軸在其主面上的投影與所述第二石英片的長邊所成的第二角度在大于等于64. 6度且小于67. 5度的范圍內(nèi)，所述第一石英片和第二石英片的光學(xué)軸分別與垂直于所述第一石英片和第二石英片的主面的方向的夾角的第三角度在大于等于25且小于等于28. 8度的范圍內(nèi)。本實用新型的圖像顯示裝置包括照明光學(xué)系統(tǒng)，所述照明光學(xué)系統(tǒng)包括光源；降低從所述光源射出的光的照度不均勻性的積分元件；和偏振轉(zhuǎn)換元件，所述偏振轉(zhuǎn)換元件設(shè)置在透射穿過所述積分元件的光的光路上，并包括將入射光分離成P偏振光和S偏振光的偏振分離器、和設(shè)置在被所述偏振分離器分離出的P偏振光和S偏振光中的一個的光路上的由長方形的第一石英片和第二石英片重疊而成的波片；分離從所述照明光學(xué)系統(tǒng)出射的光的分光光學(xué)系統(tǒng)；調(diào)制分離出的光的液晶面板；合成被所述液晶面板調(diào)制的光的光合成器；和投射由所述光合成器合成的光的透鏡，其特征在于，所述第一石英片的光軸在其主面上的投影與所述第一石英片的長邊所成的第一角度在大于22. 5度且小于等于25. 4度的范圍內(nèi)，所述第二石英片的光軸在其主面上的投影與所述第二石英片的長邊所成的第二角度在大于等于64. 6度且小于67. 5度的范圍內(nèi)，所述第一石英片和第二石英片的光學(xué)軸分別與垂直于所述第一石英片和第二石英片的主面的方向的夾角的第三角度在大于等于25且小于等于28. 8度的范圍內(nèi)。根據(jù)本實用新型，能夠提供一種兼顧耐光性、耐熱性和高效率的波片以及使用該波片的偏振轉(zhuǎn)換元件、照明光學(xué)系統(tǒng)和圖像顯示裝置。

圖I是表示本實用新型的波片的Z切割的示意圖。圖2A和圖2B是通過Z切割而得到的石英薄片的示意圖。圖3A 圖3C是在石英薄片上切割構(gòu)成本實用新型的波片的兩個石英片的示意圖。圖4A和圖4B是表示兩個石英片的區(qū)分方法的示意圖。圖5A是從Y軸方向觀看本實用新型的波片時的俯視圖，圖5B是從Z軸方向觀察到的正視圖。圖6是表示本實用新型的偏振轉(zhuǎn)換元件的示意性構(gòu)造圖。圖7A 圖7H是表示本實用新型的偏振轉(zhuǎn)換元件中的波片的組合的說明圖。圖8是表示本實用新型的照明光學(xué)系統(tǒng)的示意性構(gòu)造圖。圖9是表示本實用新型的圖像顯示裝置的示意性構(gòu)造圖。圖10是表示現(xiàn)有技術(shù)的偏振轉(zhuǎn)換元件的示意性構(gòu)造圖。
具體實施方式
下面將參照附圖，通過優(yōu)選的實施例方式來介紹本實用新型。然而，本公開并不局限于以下示例。本實用新型的波片如圖5所示，由兩片石英片I和2構(gòu)成，下面參照圖I 圖3說明石英片I和2的制造方法。首先，如圖I所示，將石英晶體按照光學(xué)軸C軸的方向放置在例如切割機上，以與垂直于C軸的平面成大致27. 3度的角度切割出大致O. 15_的薄片，即Z切割。注意，由于加工精度的問題，在實際實施加工的過程中，切割角度允許在25度至28. 8度之間變動，并且薄片的切割厚度也可以在O. 135mm至O. 165mm之間變動。通過圖I所示的Z切割的方法，石英體被切割為如圖2A和圖2B所示的薄片。如圖圖2A和圖2B所示，光學(xué)軸C軸與與薄片的主平面并非垂直，而是成大致62. 7度(90度-27. 3度)的角度。圖3A示出通過Z切割所得的石英片的俯視圖和側(cè)視圖。在該石英片上進一步進行切割從而得到構(gòu)成本實用新型的薄片的兩個石英片I和2。圖3B中示出石英片2 (A片)的切割方法，在圖3B所示的大致長方形的薄片上，沿著與長方形中的長邊成大致24. 3度的角度以適當(dāng)?shù)膶挾惹谐鋈鐖D3B所示的平行四邊形。然后，在該平行四邊形中，以垂直于左右的兩條邊的方向?qū)⒃撈叫兴倪呅蔚纳舷聝刹糠智谐瑥亩纬砷L方形的石英片2。該長方形的石英片2的長度和寬度可以根據(jù)實際的加工需要取適當(dāng)?shù)娜≈怠亩?，在切割所得的石英?中，C軸與石英片2的主平面成大致62. 7度的角度，并且在長方形的石英片2中的投影與長方形的長邊成大致65. 7度的角度。圖3C中示出石英片I (B片)的切割方法，與圖3C中的A片的切割方法類似，在圖3C所示的大致長方形的薄片上，沿著與長方形中的寬邊成大致24. 3度的角度以適當(dāng)?shù)膶挾惹谐鋈鐖D3C所示的平行四邊形。然后，在該平行四邊形中，以垂直于上下的兩條邊的方向?qū)⒃撈叫兴倪呅蔚淖笥覂刹糠智谐瑥亩纬砷L方形的石英片I。該長方形的石英片I的長度和寬度可以根據(jù)實際的加工需要適當(dāng)?shù)娜≈怠亩?，在切割所得的石英片I中，C軸與石英片I的主平面同樣成大致62. 7度的角度，并且在長方形的石英片I中的投影與長方形 的長邊成大致24. 3度的角度。上述石英片I和2中，C軸在長方形的石英片中的投影與長方形的短邊所成的角度也稱作面內(nèi)角度。通過實驗可知，在石英片I的面內(nèi)角度0a在24. 3度 25. 4之間，石英片2的面內(nèi)角度0 b在64. 6度 65. 7度之間，并且0a和0b之和大致在90±3度(22. 5+64. 6 = 87. I度 25. 4+67. 5 = 92. 9度)的范圍內(nèi)的情況下，均可以得到良好的亮度透過率。尤其在Θ a為24. 3度，Θ b為65. 7度的情況下可以得到最好的亮度透過率，即角度依賴性最小。另外，在Θ a+ Θ b = 90度的情況下，比非90度的情況下的亮度透過率好。關(guān)于其亮度透過率例如表I所示。表I
C軸切斷角度面內(nèi)角度亮度透過率
(deg)Θ b (deg)Θ a(deg)505-595nm
25.0__6^5__215__100.0%_
26.3__664__216__102.8%_
27.3__657__243__103.3%_
27.6__654__246__103.0%_
28.8_ 64.625.4102.9%_另外，上面以505_595nm的波長范圍的光為例進行了說明，如表2所示，由于根據(jù)光的顏色不同，其波長范圍也有所不同，因此亮度透過率在每個波長范圍下也有所不同，可以根據(jù)需要來適當(dāng)選擇參數(shù)。表 2
C面內(nèi)角度亮度透過率軸切斷
.,Θ b Θ a
角度420-505nm 505-595nm 595-650nm
、(deg) (deg)
(deg)______
25.067.522.5 100.0%__100.0%__100.0%
26.366.423.6 102.1%__102.8%__100.8%
27.665.424.6 98.7%__103.0%__103.6%
28.864.625.4 92.7% 102.9%103.7%[0038]另外，由于石英片I和2的面內(nèi)角度不同，因此，為了進行區(qū)分，也可以如圖4A和4B所示那樣進行加工，即在A片的一端切出一個缺口，在B片的一端切出兩個缺口。圖5A和圖5B示出石英片2的光學(xué)軸Al和石英片I的光學(xué)軸A2的角度關(guān)系。在圖中，X軸和Y軸定義為波片100平面內(nèi)的方向，而Z軸定義為波片的厚度方向。其中X軸是石英片的長邊方向，Y軸是石英片的寬邊方向。此外，當(dāng)將該波片置于桌子上并從上方觀察時，右手側(cè)定義為X軸正方向，而上側(cè)定義為Y軸正方向。另外，從桌子下方區(qū)域朝上側(cè)的方向定義為Z軸正方向。在對于該波片進行光學(xué)計算的情況下，是基于以下假設(shè)進行計算的，即通常光是從Z軸的較小值側(cè)入射到波片，并朝Z軸的較大值側(cè)穿過波片。此外，X軸方向定義為入射光的偏振方向。圖5A是從Y軸的方向觀察波片100時的俯視圖。圖5B是從Z軸的方向觀察波片100時的正視圖。如圖5A所示，本實用新型的波片100具有這樣一種構(gòu)造，其中石英片I的主面與石英片2的主面重疊。在圖中，箭頭Al表示石英片2的光學(xué)軸方向，而箭頭A2表示石英片I的光學(xué)軸方向。光學(xué)軸也稱為C軸。在本說明書中由箭頭示出的方向如下。具體說，在如同圖5B的正視圖中，箭尖側(cè)的光學(xué)軸的前端表示前方側(cè)，即靠近觀察者一側(cè)。這同樣適用于本說明書中的其它附圖。此外，在本說明書中，面內(nèi)角度是指從垂直于石英片的主面的方向觀察波片時由光學(xué)軸的投影與入射光的偏振方向(X軸)形成的角度，與光學(xué)軸在石英片的厚度方向(Z軸方向)上的取向無關(guān)。因此，即使圖5B中的箭頭Al的箭尖在例如XY平面內(nèi)朝180度相反方向取向時，面內(nèi)角度也是相同的。如上所述，如圖5A中箭頭Al和A2所示，在從平行于波片100的主面IOOa的方向即從Y軸的方向觀察到的俯視圖中，石英片I的光學(xué)軸和石英片2的光學(xué)軸相對于主面IOOa是傾斜的。也就是說，石英片I和石英片2是通過以將晶體的光學(xué)軸設(shè)定成傾斜的方式切割石英片即通過所謂的Z切形成的，并且即使一個石英片也能作為零次半波片而起作用。此外，在該俯視圖中，石英片I的光學(xué)軸和石英片2的光學(xué)軸在XZ面上的投影是彼此大致平行的。如圖5B所示，在從垂直于主面IOOa的方向觀察波片100時的正視圖中，由石英片I的光學(xué)軸與石英片2的光學(xué)軸在XY面的投影形成的角度大致為41. 4度。如上所述，優(yōu)選的是，石英片I的光學(xué)軸的面內(nèi)角度設(shè)定為24. 3度，而石英片2的光學(xué)軸的面內(nèi)角度設(shè)定為65. 7度。在以將石英的光學(xué)軸設(shè)定成傾斜的方式切割石英片以允許一個石英片用作零次半波片的情況下，石英片的光學(xué)軸是三維地傾斜的。因此，不但應(yīng)該考慮從圖5B所示垂直 于主面的方向觀察到的正視圖中的光學(xué)軸方向，而且還應(yīng)考慮從如圖5A所示平行于主面的方向觀察到的俯視圖中的光學(xué)軸方向。本公開的實施例是基于以下發(fā)現(xiàn)，即能夠通過使兩個石英片構(gòu)造成使得從平行于波片的主面的方向觀察到的俯視圖中的光學(xué)軸方向彼此平行來輕松地實現(xiàn)帶寬增大。[0051]此外，在本實施例中，可使用相同的石英片作為石英片I和石英片2。具體說，能夠通過沿主面內(nèi)的方向旋轉(zhuǎn)石英片并使主面彼此重疊成使得兩個相同石英片的光學(xué)軸在正視圖中形成的角度為大致41. 4度而在俯視圖中的光學(xué)軸彼此平行，來構(gòu)成波片。這消除了制造多種石英片的必要，因此能夠?qū)崿F(xiàn)簡化制造步驟和降低成本。下面將描述通過使用上述波片100來構(gòu)成偏振轉(zhuǎn)換元件的示例。圖6是示出本公開本實用新型的偏振轉(zhuǎn) 換元件200的構(gòu)造的示意性構(gòu)造圖。本實施例的偏振轉(zhuǎn)換兀件200包括將入射光分離成P偏振光和s偏振光的偏振分離器20、和設(shè)置在被偏振分離器20分離出的P偏振光和s偏振光之一的光路上的波片24。偏振分離器20是由呈例如平行六面體形狀的多個棱鏡21彼此粘結(jié)而成的。在棱鏡21之間的粘結(jié)面處，交替形成有例如反射s偏振光并透射P偏振光的PBS面22a和再次反射被PBS面22a反射的s偏振光的反射面22b。在透射穿過PBS面22a的P偏振光出射的棱鏡21的出射面處,設(shè)置有波片24。作為該波片24，可使用上述實施例(圖5A和5B)中示出的波片100。在本示例中，波片100沿面內(nèi)方向旋轉(zhuǎn)并設(shè)置成使得P偏振光的偏振方向能夠與圖5A和5B中的波片100的X軸
方向一致?？稍诔錾涿嬖O(shè)置有波片24的棱鏡21的光入射側(cè)的面處設(shè)置遮光片23。如箭頭AlO所示，在本實施例中入射到偏振轉(zhuǎn)換元件200的s偏振光被棱鏡21的PBS面22a反射，并入射到反射面22b。然后，s偏振光再次被反射面22b反射，并直接出射為s偏振光。另一方面，如箭頭All所示，入射到本實施例的偏振轉(zhuǎn)換元件200的p偏振光透射穿過棱鏡21的PBS面22a，并入射到波片24。在入射到波片24的p偏振光中，基于相對于X軸處于45度面內(nèi)角度的有效軸(virtual axis)發(fā)生180度的相位差(λ/2)。因此，發(fā)生軸對稱的偏振變化，使得光出射為s偏振光。這樣,在本實施例的偏振轉(zhuǎn)換兀件200中,包括P偏振光和s偏振光兩者的光被轉(zhuǎn)換成這些偏振方向之一的光。特別地，上述實施例中示出的波片100被用作波片24。因此，對于入射角在負側(cè)的光能夠降低波長依存性。因此，通過將偏振轉(zhuǎn)換元件設(shè)置成使得光以小于O度的負側(cè)的入射角優(yōu)選以-3度入射到波片24，能夠?qū)崿F(xiàn)高的偏振轉(zhuǎn)換效率。圖7示出了石英片的各種組合方式。因此，由箭頭Α12示出的石英片2的光學(xué)軸的面內(nèi)角度為大致65. 7度，而由箭頭Α13示出的石英片I的光學(xué)軸的面內(nèi)角度為大致24. 3度。波片24b由波片24a沿其主面內(nèi)的方向旋轉(zhuǎn)180度而得到。如已經(jīng)描述的，如在本說明書中定義的，面內(nèi)角度與光學(xué)軸在Z軸方向上的取向無關(guān)，圖中箭尖取向為180度相反側(cè)的光學(xué)軸具有相同的面內(nèi)角度。因此，由箭頭A12示出的光學(xué)軸的面內(nèi)角度同樣地為大致65. 7度，而由箭頭A13示出的光學(xué)軸的面內(nèi)角度為大致24. 3度。如圖7B所示，也可采用通過在正視圖中交換石英片I的光學(xué)軸的取向與石英片2的光學(xué)軸的取向所獲得的構(gòu)造。在波片24c中，石英片I的光學(xué)軸(箭頭A13)的面內(nèi)角度為24. 3度，而石英片2的光學(xué)軸(箭頭A12)的面內(nèi)角度為65. 7度。波片24d由波片24c沿主面內(nèi)的方向旋轉(zhuǎn)180度而得到。石英片I的光學(xué)軸(箭頭A13)的面內(nèi)角度為24. 3度，而石英片2的光學(xué)軸(箭頭A12)的面內(nèi)角度為65. 7度。圖7C示出了通過使圖7A中的波片24a和24 b沿主面內(nèi)的方向(XY平面內(nèi)的方向)旋轉(zhuǎn)90度所獲得的構(gòu)造。因此，在波片24e中，石英片2的光學(xué)軸的面內(nèi)角度為箭頭A12示出的155. 7度(-24. 3度)，而石英片I的光學(xué)軸的面內(nèi)角度為箭頭A13示出的114. 3度(-65. 7 度)。波片24f由波片24e沿主面內(nèi)的方向旋轉(zhuǎn)180度而得到。因此，石英片2的光學(xué)軸(箭頭A12)的面內(nèi)角度和石英片I的光學(xué)軸(箭頭A13)的面內(nèi)角度相似地分別為155.7度和114. 3度。圖7D示出了通過使圖7B中的波片24c和24d沿主面內(nèi)的方向旋轉(zhuǎn)90度所獲得的構(gòu)造。在波片24g中，石英片I的光學(xué)軸(箭頭A13)的面內(nèi)角度為114. 3度(-65. 7度)，而石英片2的光學(xué)軸(箭頭A12)的面內(nèi)角度為155. 7度(-24. 3度)。波片24h由波片24g在其主面內(nèi)旋轉(zhuǎn)180度而得到。因此，石英片I的光學(xué)軸(箭頭A13)的面內(nèi)角度也同樣地為114. 3度，而石英片2的光學(xué)軸(箭頭A12)的面內(nèi)角度為155. 7 度。圖7E示出了圖7A中的波片24a與圖7B中的波片24d的組合。圖7F示出了圖7B中的波片24c與圖7A中的波片24b的組合。圖7G示出了圖7C中的波片24e與圖7D中的波片24h的組合。圖7H示出了圖7D中的波片24g與圖7C中的波片24f的組合。具體說，波片24c、24e和24g作為與波片24a相當(dāng)?shù)牟ㄆ嬖?，而波?4d、24f和24h作為與波片24b相當(dāng)?shù)牟ㄆ嬖?。因此，總共存?X4 = 16種組合。圖7A-15H示出了這16種組合中的八種組合。下面將參考圖8描述通過使用本實用新型的波片100來構(gòu)成能夠應(yīng)用于例如投影儀等圖像顯示裝置的照明光學(xué)系統(tǒng)的示例。圖8是示出本實用新型的照明光學(xué)系統(tǒng)300的構(gòu)造的示意性構(gòu)造圖。本實施例的照明光學(xué)系統(tǒng)300包括發(fā)光的光源30、降低從光源30射出的光的輝度不均勻性的積分元件35、和調(diào)整透射穿過積分元件35的光的偏振方向的偏振轉(zhuǎn)換元件36。作為光源30，使用的是例如超高壓汞燈。從光源30射出的光被反射器31反射，并穿過覆蓋該反射器的光出射口的防爆玻璃32射出。防爆玻璃32是為了保護光源30免受損傷等而設(shè)置的。對于透射穿過防爆玻璃32的光，在圖中XY平面內(nèi)的輝度分布的不均勻性通過積分元件35得到降低。在本實施例中，積分元件35由第一蠅眼透鏡33和第二蠅眼透鏡34組成?？稍诠庠?0與積分元件35之間設(shè)置紫外線截止濾波器(ultraviolet cutfilter)。透射穿過積分元件35的光被偏振轉(zhuǎn)換元件36轉(zhuǎn)換成偏振方向被調(diào)整為一個方向的光，并從照明光學(xué)系統(tǒng)300射出。作為該偏振轉(zhuǎn)換元件36，可使用上面的偏振轉(zhuǎn)換元件200。在該偏振轉(zhuǎn)換元件36中，與例如構(gòu)成第二蠅眼透鏡的各透鏡34a_34d相對應(yīng)地設(shè)置波片37a-37d。[0083]對于來自透鏡34a和34b的光，與上述(圖IA和1B)示出的波片100相同的波片37a和37b分別設(shè)置在與上面不出的波片100相同的坐標軸方向上。對于來自透鏡34c和34d的光，分別設(shè)置由波片37a和37b沿主面內(nèi)的方向(XY平面內(nèi)的方向)旋轉(zhuǎn)180度得到的波片37c和37d。也就是說，波片37c和37d相當(dāng)于上述的波片100。從光源30射出的光的輝度分布并未變得完全均勻，雖然該光穿過了積分元件35。例如，如同圖8中的光束L1-L4那樣從外側(cè)朝內(nèi)側(cè)行進的光束的強度通常高于其它光束的
強度。 具體說，在入射到波片37a和37b的光束中，入射角在小于O度的負側(cè)的光束LI和L2的強度較高。因此，通過將波片37a和37b設(shè)置成使得構(gòu)成波片37a和37b的石英片的光學(xué)軸取向為與上述波片100相同的取向，光束LI和L2能夠優(yōu)先地受到偏振轉(zhuǎn)換，并且能夠提高轉(zhuǎn)換效率。在入射到波片37c和37d的光束中，入射角在大于O度的正側(cè)的光束L3和L4的強度較高。因此，通過沿主面內(nèi)的方向旋轉(zhuǎn)波片37a (37b) 180度并將之設(shè)置成使得其光學(xué)軸能夠取向為與上述波片100相差180度的取向，光束L3和L4能夠優(yōu)先地受到偏振轉(zhuǎn)換，并且能夠提高轉(zhuǎn)換效率。這樣，在本實施例中，通過與具有高強度的光的入射角相關(guān)聯(lián)地設(shè)置波片37a-37d，能夠提高偏振轉(zhuǎn)換效率。因此，能夠提高照明的輝度。通過使用上述照明光學(xué)系統(tǒng)來構(gòu)成例如投影儀等圖像顯示裝置，能夠顯示更明亮、更清晰的圖像。圖9是示出本實用新型的圖像顯示裝置400的構(gòu)造的示意性構(gòu)造圖。本實施例的圖像顯示裝置400包括出射偏振光的照明光學(xué)系統(tǒng)40、分離照明光學(xué)系統(tǒng)40所出射的光的分光光學(xué)系統(tǒng)50、調(diào)制被分光光學(xué)系統(tǒng)50分離的光束的液晶面板63,68 和 73。此外，圖像顯示裝置400包括合成由液晶面板63、68和73調(diào)制的各光束的光合成器80、和投射由光合成器80合成的光的投射透鏡90。作為照明光學(xué)系統(tǒng)40，可使用上述照明光學(xué)系統(tǒng)300。從例如超高壓汞燈等光源射出的白光被反射器42反射，并透射穿過防爆玻璃43以射出。在本實施例中，在照明光學(xué)系統(tǒng)40中設(shè)置有紫外線截止濾波器44，從透射穿過防爆玻璃43的光中去除紫外線。透射穿過紫外線截止濾波器44的光在其輝度不均勻性被第一蠅眼透鏡45和第二蠅眼透鏡46降低后入射到偏振轉(zhuǎn)換元件47。作為偏振轉(zhuǎn)換元件47，使用上述偏振轉(zhuǎn)換元件200。偏振轉(zhuǎn)換兀件47將入射光轉(zhuǎn)換成例如s偏振光,并且該s偏振光從照明光學(xué)系統(tǒng)40出射。從照明光學(xué)系統(tǒng)40射出的光被例如聚光透鏡48準直，并入射到分光光學(xué)系統(tǒng)50。分光光學(xué)系統(tǒng)50包括二向色鏡49和二向色鏡53。例如，二向色鏡49透射來自照明光學(xué)系統(tǒng)40的白光中的藍光，并反射紅光和綠光。二向色鏡53設(shè)置在被二向色鏡49反射的光的光路上。它反射綠光并透射紅光。入射到分光光學(xué)系統(tǒng)50的光首先入射到例如二向色鏡49。二向色鏡49透射藍光并反射紅光和綠光。透射穿過二向色鏡49的藍光透射穿過紫外線吸收濾波器51，從而截除紫外線。透射穿過紫外線吸收濾波器51的藍光被反射鏡52反射，因此其行進路徑發(fā)生改變，使得藍光入射到聚光透鏡61。被聚光透鏡61會集的藍光的偏振方向通過入射側(cè)偏振片62調(diào)整成直線偏振光，并入射到液晶面板63。在液晶面板63的后續(xù)階段，作為檢偏器設(shè)置有出射側(cè)偏振片64。出射側(cè)偏振片64只透射透射穿過液晶面板63的光中的具有預(yù)定偏振方向的光。入射側(cè)偏振片62和出射側(cè)偏振片64的偏振面設(shè)置成例如彼此一致。作為液晶面板63，可使用例如扭曲向列型的面板。在該情況下，取決于圖像信息的藍光用信號電壓施加 至例如液晶面板63的每個像素，而透射穿過每個像素的藍光的偏振方向根據(jù)該電壓發(fā)生旋轉(zhuǎn)。通過使偏振方向相對于各像素各不相同的該藍光透射穿過出射側(cè)偏振片64，能夠獲得具有取決于圖像信息的強度分布的藍光。透射穿過出射側(cè)偏振片64的藍光透射穿過設(shè)置在例如合成棱鏡80的入射面上的半波膜。由此，使其偏振方向旋轉(zhuǎn)90度，然后該藍光入射到合成棱鏡80。被二向色鏡49反射的紅光和綠光入射到二向色鏡53。二向色鏡53反射綠光并透射紅光。被二向色鏡53反射的綠光入射到聚光透鏡66。被聚光透鏡66會集的綠光通過入射側(cè)偏振片67轉(zhuǎn)換成直線偏振光，并入射到液晶面板68。液晶面板68根據(jù)圖像信息旋轉(zhuǎn)透射穿過每個像素的綠光的偏振方向。透射穿過液晶面板68的綠光透射穿過出射側(cè)偏振片69，從而變成具有取決于圖像信息的強度分布的綠色圖像光，并入射到合成棱鏡80。透射穿過二向色鏡53的紅光透射穿過會集透鏡54，然后被反射鏡55反射。例如帶通濾波器等波長選擇濾波器56設(shè)置在被反射鏡55反射的紅光的光路上，并且只向后續(xù)階段透射有效的紅光。透射穿過波長選擇濾波器56的紅光透射穿過會集透鏡57，然后被反射鏡58反射，以使其行進路徑發(fā)生改變。該紅光因其光路較長，所以比綠光和藍光更容易擴散。因此，紅光通過會集透鏡54和57得到收斂。被反射鏡58反射的紅光被聚光透鏡71會集，然后入射到入射側(cè)偏振片72。紅光透射穿過入射側(cè)偏振片72，從而變成直線偏振光，并入射到液晶面板73。在液晶面板73中，基于圖像信息的電壓信號施加至各像素。此外，透射的紅光的偏振方向根據(jù)該電壓信號得到旋轉(zhuǎn)。透射穿過液晶面板73的紅光入射到出射側(cè)偏振片74，以變成具有取決于圖像信息的強度分布的紅色圖像光。透射穿過出射側(cè)偏振片74的紅光的偏振方向通過設(shè)置在例如合成棱鏡80的入射面上的半波膜75旋轉(zhuǎn)90度，然后該紅光入射到合成棱鏡80。合成棱鏡80透射作為的P偏振光的綠光，并反射作為S偏振光的藍光和紅光,從而將紅光、綠光和藍光合成到相同的光路上。從合成棱鏡出射的合成光通過投射透鏡90以放大方式投射到例如屏幕上。如上所述，在本實施例的圖像顯示裝置400中，使用的是上述照明光學(xué)系統(tǒng)。在該照明光學(xué)系統(tǒng)40中，來自光源41的光的偏振轉(zhuǎn)換效率高。因此，照明光學(xué)系統(tǒng)40能夠以低電能消耗輸出具有高輝度的光。因此，本實施例的圖像顯示裝置400能夠以低成本提供更亮、更清晰的圖像。以上描述了根據(jù)本公開實施例的波片、偏振轉(zhuǎn)換元件、照明光學(xué)系統(tǒng)和圖像顯示 裝置。然而，本公開并不局限于上述實施例，并包括不背離權(quán)利要求所給出的本公開的要旨的各種可能模式。
權(quán)利要求1.一種波片，由長方形的第一石英片和第二石英片重疊而成，在所述第一石英片和第二石英片中，光學(xué)軸分別相對于其主面傾斜，其特征在于， 所述第一石英片的光軸在其主面上的投影與所述第一石英片的長邊所成的第一角度在大于22. 5度且小于等于25. 4度的范圍內(nèi)，所述第二石英片的光軸在其主面上的投影與所述第二石英片的長邊所成的第二角度在大于等于64. 6度且小于67. 5度的范圍內(nèi)，所述第一石英片和第二石英片的光學(xué)軸分別與垂直于所述第一石英片和第二石英片的主面的方向的夾角的第三角度在大于等于25度且小于等于28. 8度的范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求I所述的波片，其特征在于， 所述第一角度與所述第二角度之和為90度。
3.如權(quán)利要求2所述的波片，其特征在于， 所述第一角度為24. 3度，所述第二角度為65. 7度，所述第三角度為27. 3度。
4.一種偏振轉(zhuǎn)換兀件,包括將入射光分離成P偏振光和s偏振光的偏振分離器；和設(shè)< 置在被所述偏振分離器分離出的P偏振光和s偏振光中的一個的光路上的由長方形的第一石英片和第二石英片重疊而成的波片，其特征在于， 所述第一石英片的光軸在其主面上的投影與所述第一石英片的長邊所成的第一角度在大于22. 5度且小于等于25. 4度的范圍內(nèi)，所述第二石英片的光軸在其主面上的投影與所述第二石英片的長邊所成的第二角度在大于等于64. 6度且小于67. 5度的范圍內(nèi)，所述第一石英片和第二石英片的光學(xué)軸分別與垂直于所述第一石英片和第二石英片的主面的方向的夾角的第三角度在大于等于25度且小于等于28. 8度的范圍內(nèi)。
5.一種照明光學(xué)系統(tǒng)，包括光源；降低從所述光源射出的光的照度不均勻性的積分元件；和偏振轉(zhuǎn)換元件，設(shè)置在透射穿過所述積分元件的光的光路上，并包括將入射光分離成P偏振光和S偏振光的偏振分尚器、和設(shè)置在被所述偏振分尚器分尚出的P偏振光和S偏振光中的一個的光路上的由長方形的第一石英片和第二石英片重疊而成的波片，其特征在于， 所述第一石英片的光軸在其主面上的投影與所述第一石英片的長邊所成的第一角度在大于22. 5度且小于等于25. 4度的范圍內(nèi)，所述第二石英片的光軸在其主面上的投影與所述第二石英片的長邊所成的第二角度在大于等于64. 6度且小于67. 5度的范圍內(nèi)，所述第一石英片和第二石英片的光學(xué)軸分別與垂直于所述第一石英片和第二石英片的主面的方向的夾角的第三角度在大于等于25度且小于等于28. 8度的范圍內(nèi)。
6.一種圖像顯示裝置，包括 照明光學(xué)系統(tǒng)，所述照明光學(xué)系統(tǒng)包括光源；降低從所述光源射出的光的照度不均勻性的積分元件；和偏振轉(zhuǎn)換元件，所述偏振轉(zhuǎn)換元件設(shè)置在透射穿過所述積分元件的光的光路上，并包括將入射光分離成P偏振光和S偏振光的偏振分離器、和設(shè)置在被所述偏振分離器分離出的P偏振光和S偏振光中的一個的光路上的由長方形的第一石英片和第二石英片重疊而成的波片； 分離從所述照明光學(xué)系統(tǒng)出射的光的分光光學(xué)系統(tǒng)； 調(diào)制分離出的光的液晶面板； 合成被所述液晶面板調(diào)制的光的光合成器；和 投射由所述光合成器合成的光的透鏡，其特征在于，所述第一石英片的光軸在其主面上的投影與所述第一石英片的長邊所成的第一角度在大于22. 5度且小于等于25. 4度的范圍內(nèi)，所述第二石英片的光軸在其主面上的投影與所述第二石英片的長邊所成的第二角度在大于等于64. 6度且小于67. 5度的范圍內(nèi)，所述第一石英片和第二石英片的光學(xué)軸分別與垂直于所述第一石英片和第二石英片的主面的方向的夾角的第三角度在大于等于25度且小于等于28. 8度的范圍內(nèi)
專利摘要本實用新型提供一種波片、偏振轉(zhuǎn)換元件、照明光學(xué)系統(tǒng)和圖像顯示裝置。所述波片由長方形的第一石英片和第二石英片重疊而成，在所述第一石英片和第二石英片中，光學(xué)軸分別相對于其主面傾斜，其中，所述第一石英片的光軸在其主面上的投影與所述第一石英片的長邊所成的第一角度在大于22.5度且小于等于25.4度的范圍內(nèi)，所述第二石英片的光軸在其主面上的投影與所述第二石英片的長邊所成的第二角度在大于等于64.6度且小于67.5度的范圍內(nèi)，所述第一石英片和第二石英片的光學(xué)軸分別與垂直于所述第一石英片和第二石英片的主面的方向的夾角的第三角度在大于等于25且小于等于28.8度的范圍內(nèi)。通過本實用新型能夠兼顧耐光性、耐熱性和高效率。
文檔編號G03B21/14GK202362480SQ201120480319
公開日2012年8月1日 申請日期2011年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月28日
發(fā)明者加藤佑嗣, 堀越?jīng)鲎?申請人:索尼公司