(57)【要約】【課題】第１及び第２の波長板を光学軸を互いに交差させて重ね合わせた積層１／２波長板において、より広帯域の波長範囲で変換効率の劣化を最小限に抑制し、良好な変換効率を実現する。【解決手段】波長λに対する第１及び第２の波長板１２，１３の位相差をΓ1＝１８０°＋ｎ×３６０°，Γ2＝１８０°＋ｎ×３６０°（ｎ：非負整数）とし、第１及び第２の波長板の光学軸の面内方位角θ1，θ2、積層１／２波長板１１に入射する直線偏光の偏光方向と出射する直線偏光の偏光方向とがなす角度ψ、及び光学軸調整量ａを、θ1＝ψ／４＋ａ、θ2＝３ψ／４−ａ、１５°≦ψ≦９０°を満足するように構成する。【選択図】図１
2010231135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長板と第２の波長板とからなり、前記第１の波長板と前記第２の波長板とをそれらの光学軸が交差するように配置した積層１／２波長板であって、
波長λに対する前記第１及び第２の波長板の位相差をΓ1，Γ2、前記積層１／２波長板に入射する直線偏光の偏光面と前記第１及び第２の波長板の光学軸とがそれぞれなす面内方位角をθ1，θ2、前記積層１／２波長板に入射する直線偏光の偏光方向と該積層１／２波長板から出射する直線偏光の偏光方向とがなす角度をψ、光学軸調整量をａとしたとき、
Γ1＝１８０°＋ｎ×３６０°、
Γ2＝１８０°＋ｎ×３６０°、（但し、Γ1，Γ2共にｎ：非負整数）
θ1＝ψ／４＋ａ、
θ2＝３ψ／４−ａ
を満足することを特徴とする積層１／２波長板。
【請求項２】
前記角度ψが１５°≦ψ≦９０°を満足することを特徴とする請求項１記載の積層１／２波長板。
【請求項３】
前記第１及び第２の波長板の位相差Γ1，Γ2において、ｎ＝１であることを特徴とする請求項１又は２記載の積層１／２波長板。
【請求項４】
前記第１及び第２の波長板の位相差Γ1，Γ2において、ｎ＝２であることを特徴とする請求項１又は２記載の積層１／２波長板。
【請求項５】
光学軸調整量ａが０°＜ａ＜ａmaxに設定され、光学軸調整量最大値ａmaxが、次の式
ａmax＝Ａ0 ＋ Ａ1・ψ ＋ Ａ2・ψ2
Ａ0 ＝−０．０６０３２
Ａ1 ＝０．０７１７
Ａ2 ＝−０．０００３５
に従って決定されることを特徴とする請求項３記載の積層１／２波長板。
【請求項６】
光学軸調整量ａを０°＜ａ＜ａmaxに設定され、光学軸調整量最大値ａmaxが、次の式
ａmax＝Ａ0 ＋ Ａ1・ψ ＋ Ａ2・ψ2
Ａ0 ＝−０．１５８６９
Ａ1 ＝０．１３９１２
Ａ2 ＝−０．０００６６
に従って決定されることを特徴とする請求項４記載の積層１／２波長板。
【請求項７】
前記面内方位角θ1，θ2が、２２．５°＜θ1＜４５．０°及び４５．０°＜θ2＜６７．５°をそれぞれ満足することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか記載の積層１／２波長板。
【請求項８】
前記第１及び第２の波長板が水晶板からなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか記載の積層１／２波長板。
【請求項９】
光源と、前記光源から出射される光を記録媒体上に集光する対物レンズと、前記記録媒体により反射された光を検出する検出器と、前記光源と前記対物レンズ間の光路中に配置した請求項１乃至８のいずれか記載の積層１／２波長板とを備えることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１０】
第１の主面を光入斜面としかつ第２の主面を光出射面とする平板状の透光性基材と、前記基材中に設けられた第１及び第２の光学薄膜と、波長板とを備え、
前記第１及び第２の光学薄膜が、前記第１及び第２の主面に対して傾斜させて、交互にかつ互いに間隔をおいて平行に配置され、
前記第１の光学薄膜が、前記第１の主面側から入射した光を互いに直交する第１の直線偏光と第２の直線偏光とに分離して、前記第１の直線偏光を透過させかつ第２の直線偏光を反射し、
前記第２の光学薄膜が、前記第１の光学薄膜により反射された第２の直線偏光を反射して前記第２の主面から出射させ、
前記波長板が、前記第１の光学薄膜により分離された前記第１又は第２の直線偏光を透過させる位置に配置された請求項１乃至８のいずれか記載の積層１／２波長板であることを特徴とする偏光変換素子。
【請求項１１】
光源と、前記光源からの光を前記第２の直線偏光に変換して出射する請求項１０記載の偏光変換素子と、前記偏光変換素子からの出射光を、投写しようとする画像情報に応じて変調する変調手段と、前記変調手段により変調された光を投写する投写光学系とを有することを特徴とする投写型表示装置。
【請求項１２】
前記変調手段が液晶パネルであることを特徴とする請求項１１記載の投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に水晶のような複屈折性を有する無機結晶材料からなる２枚の波長板を重ねて配置した積層構造の１／２波長板に関し、更にこのような積層１／２波長板を用いた光ピックアップ装置、偏光変換素子及び投写型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ディスク装置の記録再生に使用する光ピックアップ装置、偏光変換素子、液晶プロジェクター等の投写型表示装置のような光学装置に、入射光の直線偏光の偏光面を所定の角度、例えば９０°回転させた直線偏光の出射光として出射する１／２波長板が使用されている。１／２波長板には、２枚の波長板を互いに光学軸を交差させて貼り合わせた様々な積層構造が提案されている。
【０００３】
一般に１／２波長板は、位相差が波長の変化に伴って変化する波長依存性を有し、目標波長の前後の波長帯で位相差が増加又は減少する。液晶プロジェクターの偏光変換素子に使用する１／２波長板では、４００〜７００ｎｍの広波長域で位相差１８０°を維持することが要求される。そこで、光学軸方位角θ1の第一の波長板と光学軸方位角θ2の第二の波長板とを光学軸が交差するように貼り合わせ、θ2＝θ1＋４５°、０＜θ1＜４５°の関係を満足するように構成することにより、全体として上述した広波長域で１／２波長板として機能する積層波長板が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
また、液晶プロジェクターや光ピックアップ装置では、光が発散して１／２波長板に入射するため、該波長板の中心付近以外の領域で位相差が変動する入射角依存性の問題がある。そのため、１／２波長板の偏光変換効率、即ち入射するＰ偏光の直線偏光をＳ偏光の直線偏光に変換して出射する割合が低下して、光量の損失が発生する虞がある。そこで、位相差Γ1＝１８０°＋３６０°×ｎ（但し、ｎ：正整数）の第１の波長板と位相差Γ2＝１８０°＋３６０°×ｎの第２の波長板とを光軸が交差するように貼り合わせ、第１及び第２の波長板の面内方位角をθ1、θ2とし、積層波長板に入射する直線偏光の偏光方向と出射する直線偏光の偏光方向とのなす角度をθとして、θ2＝θ1＋θ／２を満足するように構成し、全体として１／２波長板として機能する高次モードの積層波長板が知られている（例えば、特許文献２を参照）。
【０００５】
更に同文献によれば、積層波長板を構成する第１及び第２の波長板は、ｎを適切に設定することにより、その厚さを加工し易い大きさにすることができる。また、この積層波長板においてｎ＝５、θ1＝２２．５°、θ2＝６７．５°に構成することにより、赤青緑の光の三原色に使用できる３波長対応光ピックアップ用の波長板として要求される波長帯４０５ｎｍ帯、６６０ｎｍ帯、７８５ｎｍ帯において、波長−変換効率をほぼ１にし、光量の損失を抑制することができる。
【０００６】
同様に偏光変換効率の向上を図るために、位相差Γa＝１８０°の第１の位相差板と位相差Γb＝１８０°の第２の位相差板とを貼り合わせ、第１及び第２の位相差板の光学軸方位角θa、θbがθｂ＝θa＋α、０＜θa＜４５°、４０°＜α＜５０°であり、位相差Γaの設計目標値とのずれ量ΔΓaと位相差Γbの設計目標値とのずれ量ΔΓbとが所定の関係式を満足するように構成し、１／２波長板として機能する積層位相差板が提案されている（例えば、特許文献３を参照）。この積層位相差板は、前記所定の関係式によって位相差Γaの設計目標値からのずれ量ΔΓaを位相差Γbの設計目標値からのずれ量ΔΓbで相殺することにより、高い偏光変換効率を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１７０８５３号公報
【特許文献２】特開２００７−３０４５７２号公報
【特許文献３】特開２００８−２６８９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図１６（Ａ）（Ｂ）は、上述した従来の積層１／２波長板の典型例を示している。この積層１／２波長板１は、光の入射方向Ｌｉから出射方向Ｌｏに向けて配置した、水晶板のような光学的一軸性結晶材料からなる第１及び第２の波長板２，３を備える。これら第１及び第２の波長板は、それらの結晶光学軸４，５を互いに所定の角度で交差するように貼り合わせる。このとき、第１の波長板２の位相差Γ1＝１８０°＋ｎ1×３６０°（但し、ｎ1：非負整数）であり、第２の波長板３の位相差Γ2＝１８０°＋ｎ2×３６０°（但し、ｎ2：非負整数）となる。第１の波長板２の光学軸方位角θ1は、結晶光学軸４と積層１／２波長板１に入射する直線偏光６の偏光面とのなす角度であり、第２の波長板３の光学軸方位角θ2は、結晶光学軸５と前記直線偏光の偏光面とのなす角度である。
【０００９】
図１６の積層１／２波長板１は、入射する直線偏光６の偏光方向と出射する直線偏光７の偏光方向とのなす角度を９０°とする。積層１／２波長板１の偏光状態を図１７（Ａ）〜（Ｃ）のポアンカレ球を用いて説明する。図１７（Ａ）は、積層１／２波長板１に入射した直線偏光のポアンカレ球上での軌道の推移を説明するための図である。直線偏光４が入射する赤道上の位置をＳ１軸との交点Ｐ0に設定した。図１７（Ｂ）は、図１７（Ａ）のポアンカレ球において、積層１／２波長板１に入射した偏光状態の軌跡をＳ２軸方向から見た図、即ちＳ１Ｓ３平面への投影図である。図１７（Ｃ）は、図１７（Ａ）に示したポアンカレ球において、積層１／２波長板１に入射した偏光状態の軌跡をＳ３軸方向から見た図、即ちＳ１Ｓ２平面への投影図である。
【００１０】
入射光の基準点をＳ１軸上の点Ｐ0＝（１，０，０）として、第１の波長板２の回転軸Ｒ1をＳ１軸から２θ1回転した位置に設定し、第２の波長板３の回転軸Ｒ2をＳ１軸から２θ2回転した位置に設定する。回転軸Ｒ1を中心に基準点Ｐ0を位相差Γ1だけ右方向に回転させると、ポアンカレ球の赤道上の点Ｐ1＝（０，１，０）が第１の波長板２の出射光の位置となる。次に、回転軸Ｒ2を中心に点Ｐ1を位相差Γ２だけ右方向に回転させると、ポアンカレ球の赤道上の点Ｐ2＝（−１，０，０）が第２の波長板３の出射光の位置、即ち積層１／２波長板１の出射光の位置となる。入射光Ｌｏの波長が目標値から変化しない限り、出射光の位置は常にポアンカレ球の赤道上にある。
【００１１】
しかしながら、ブルーレイ規格の光ディスク記録再生装置に搭載する光ピックアップ装置は、短波長（４０５ｎｍ）の青紫色レーザーが使用されており、使用時に高熱を発生して膨張すると、発振レーザーの波長がドリフト（変化）するという問題を生じる。そのため、光ピックアップ装置に使用した場合、１／２波長板は、入射するレーザー光の波長ドリフトによって直線偏光の変換効率が劣化するという問題が発生する。特に、１／２波長板が特許文献２に記載されるような高次モードの場合、その厚さが大きいので、位相差が大きくなるに連れてその変化量も大きくなり、変換効率がより大きく劣化する。
【００１２】
特許文献１は、波長が変化した場合にその影響を解消又は低減させる方法を開示している。この方法によれば、波長の変化による第一及び第二の波長板の位相差のずれ量をΔΓ1、ΔΓ2としたとき、ΔΓ1＝ΔΓ2に設定することによって位相差のずれを相殺できるので、ポアンカレ球上における出射光の位置Ｐ２は常に赤道上に到達する。
【００１３】
これを図１７のポアンカレ球で説明する。第１の波長板２の出射光の位置は、回転軸Ｒ1を中心に点Ｐ1からずれ量ΔΓ1だけ右方向に回転させた点Ｐ1´となる。第２の波長板３の出射光の位置は、回転軸Ｒ2を中心に点Ｐ1´を位相差Γ2＋ΔΓ2だけ右方向に回転させた、ポアンカレ球の赤道上の点Ｐ2´となる。この点Ｐ2´が積層１／２波長板１からの出射光の位置となる。同図から分かるように、点Ｐ2´は赤道上で点Ｐ2からずれるので、出射光は偏光面の回転が９０°からずれてしまう。
【００１４】
特許文献１によれば、かかる出射光偏光面の回転ずれは、ΔΓ1とΔΓ2が小さいほど影響を少なくすることができ、そのためには、第１及び第２の波長板２，３をシングルモードの波長板にしてその波長依存性を極力小さくすることが望ましい。特に位相差１８０°のシングルモードの波長板は、入射角度依存性に優れているので、好ましい。しかしながら、これを水晶板、特にその切断角度を９０°Ｚ、即ち水晶基板の主面法線方向と水晶光学軸（Ｚ軸）とがなす角度を９０°とするもので形成すると、厚さが２０μｍまで非常に薄くなるので、製造が困難である。
【００１５】
特許文献３は、第１の位相差板の厚みの加工精度が設計値からずれた場合に、同様にポアンカレ球上において第１の位相差板の出射光の位置がずれる問題を生じることを示している。この問題を解決するために、同文献では、第１の位相差板の出射光位置のずれを相殺するように第２の位相差板の厚さを加工する方法を開示している。しかしながら、同文献の積層位相差板も、第１及び第２の位相差板が切断角度を９０°Ｚとした水晶板からなるシングルモードの波長板であるので、製造が困難であるという問題がある。
【００１６】
他方、特許文献２記載の積層１／２波長板は、第１及び第２の波長板が高次モードであるので、製造困難という問題は生じない。しかしながら、第１及び第２の波長板の高次モード次数ｎを大きくしすぎると、変換効率が１に近い波長帯域幅が狭くなり、積層１／２波長板としての使用を難しくする、という問題が生じる。
【００１７】
ここで、変換効率とは、同文献に記載されるように、２枚の波長板を貼り合わせた積層１／２波長板の出射光の偏光状態を正確に判定するための評価値として、入射光に対する出射光の光量を所定の計算手法に従って算出したものである。以下に簡単に説明する。
【００１８】
積層１／２波長板１において、第１の波長板２のミューラ行列をＲ1、第２の波長板３のミューラ行列をＲ2、入射光の偏光状態をベクトルＩ、出射光の偏光状態をベクトルＥで表すと、積層１／２波長板１を透過した後の偏光状態は、次式を用いて表すことができる。
【００１９】
Ｅ＝Ｒ2・Ｒ1・Ｉ    …（１）
ここで、Ｒ1、Ｒ2はそれぞれ次式で表される。
【００２０】
【数１】
2010231135.tif 000003
…（２）
【００２１】
【数２】
2010231135.tif 000004
…（３）
【００２２】
第１及び第２の波長板２、３の高次モード次数ｎ、位相差Γ1、Γ2、光学軸方位角度θ1、θ2を設定して式（２）、（３）からミューラ行列Ｒ1、Ｒ2を求め、入射光の偏光状態Ｉを設定すると、式（１）より出射光の偏光状態Ｅが算出される。出射光の偏光状態Ｅは、ストークスベクトルと呼ばれ、次式で表される。
【００２３】
【数３】
2010231135.tif 000005
…（４）
【００２４】
ここで、Ｅの行列要素Ｓ01、Ｓ11、Ｓ21、Ｓ31はストークスパラメータと呼ばれ、偏光状態を表している。次に、偏光子の行列Ｐの透過軸を所定の角度に設定し、前記光射光の偏光状態Ｅを表わす行列Ｅと偏光子の行列Ｐとの積をＴとすると、Ｔは次式で表される。
Ｔ＝Ｐ・Ｅ    …（５）
【００２５】
この行列Ｔが変換効率を表し、その要素のストークスパラメータで表すと次式のようになる。
【数４】
2010231135.tif 000006
…（６）
【００２６】
ここで、ベクトルＴのストークスパラメータＳ02が光量を表し、入射光量を１に設定すると、ストークスパラメータＳ02が変換効率となる。従って、積層１／２波長板１の変換効率Ｔは、第１及び第２の波長板２、３の高次モード次数ｎ、所定の波長（例えば波長４０５ｎｍ）での位相差Γ1、Γ2、光学軸方位角θ1、θ2を様々に変化させて、シミュレーションすることができる。
【００２７】
図１８は、この計算手法を用いて、図１６の従来例の積層１／２波長板１において使用波長の目標値λ０を４０５ｎｍとした場合に、入射光の波長に関する変換効率Ｔの変化をシミュレーションした結果を示している。同図において、従来例の変換効率は、λ0＝４０５ｎｍ付近でほぼ１となるが、目標値から離れるに連れて劣化していくことが分かる。この積層１／２波長板を光ピックアップ装置に使用した場合、入射するレーザー光の波長ドリフトによって直線偏光の変換効率が劣化する虞がある。
【００２８】
本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、第１及び第２の波長板を光学軸を互いに交差させて重ね合わせた積層１／２波長板において、より広帯域の波長範囲で変換効率の劣化を最小限に抑制し、必要に応じて良好な変換効率を実現できるようにすることにある。
【００２９】
また、本発明の目的は、かかる積層１／２波長板を用いることにより、波長ドリフト等による波長変動の影響を受け難くし、従来よりも広帯域の波長範囲で安定して良好な性能を発揮し得る光ピックアップ装置、偏光変換素子、投写型表示装置等の光学装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
本願発明者は、波長の変動と変換効率との関係に着目して様々に検討した結果、第１及び第２の波長板の光学軸方位角θ1、θ2の差を小さくし、ポアンカレ球において回転軸Ｒ1と回転軸Ｒ2とを互いに近付けるように設定すれば、より広帯域の波長範囲で変換効率の劣化を抑制し得ることに想到した。そこで、図１６の積層１／２波長板１について、第１及び第２の波長板の光学軸方位角をθ1＝２２．５°、θ2＝６７．５°から２２．５°＜θ1＜４５．０°、４５．０°＜θ2＜６７．５°に変更し、前記計算手法を用いて変換効率をシミュレーションした。
【００３１】
その結果、目標波長λ0＝４０５ｎｍ付近では、従来例よりも少し劣化するが、その両側に変換効率Ｔ＝１となる波長位置が２個所に分かれて移動し、全体としてより広い波長範囲で良好な変換効率が得られることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいてなされたものである。
【００３２】
本発明の積層１／２波長板は、第１の波長板と第２の波長板とからなり、前記第１の波長板と前記第２の波長板とをそれらの光学軸が交差するように配置し、
波長λに対する前記第１及び第２の波長板の位相差をΓ1，Γ2、前記積層１／２波長板に入射する直線偏光の偏光面と前記第１及び第２の波長板の光学軸とがそれぞれなす面内方位角をθ1，θ2、前記積層１／２波長板に入射する直線偏光の偏光方向と該積層１／２波長板から出射する直線偏光の偏光方向とがなす角度をψ、光学軸調整量をａとしたとき、
Γ1＝１８０°＋ｎ×３６０°、
Γ2＝１８０°＋ｎ×３６０°、
θ1＝ψ／４＋ａ、
θ2＝３ψ／４−ａ
を満足することを特徴とする。尚、Γ1，Γ2において、ｎは非負整数である。
【００３３】
このように第１及び第２の波長板の光学軸の面内方位角θ1，θ２の差を従来よりも小さくすることによって、より広帯域の波長範囲で変換効率の劣化を最小限に抑制し、必要に応じて良好な変換効率が得られる。従って、入射光の波長変動に対しても、安定して光の利用効率が非常に高い積層１／２波長板を実現することができる。
【００３４】
或る実施例では、角度ψが１５°≦ψ≦９０°を満足するように設定するのが好ましい。
【００３５】
また、或る実施例では、第１及び第２の波長板の位相差Γ1，Γ2において、ｎ＝１に設定することができる。このとき、光学軸調整量ａが０°＜ａ＜ａmaxに設定され、光学軸調整量最大値ａmaxが、次の式
ａmax＝Ａ0 ＋ Ａ1・ψ ＋ Ａ2・ψ2
Ａ0 ＝−０．０６０３２
Ａ1 ＝０．０７１７
Ａ2 ＝−０．０００３５
に従って決定されると、各波長板を製造上加工可能な厚さに設定できると共に、角度ψを決定すれば、より広帯域で良好な変換効率が得られる積層１／２波長板を簡単に設計することができる。
【００３６】
別の実施例では、第１及び第２の波長板の位相差Γ1，Γ2において、ｎ＝２に設定することができる。このとき、光学軸調整量ａを０°＜ａ＜ａmaxに設定され、光学軸調整量最大値ａmaxが、次の式
ａmax＝Ａ0 ＋ Ａ1・ψ ＋ Ａ2・ψ2
Ａ0 ＝−０．１５８６９
Ａ1 ＝０．１３９１２
Ａ2 ＝−０．０００６６
に従って決定されると、同様に各波長板を製造上加工可能な厚さに設定できると共に、角度ψを決定すれば、より広帯域で良好な変換効率が得られる積層１／２波長板を簡単に設計することができる。
【００３７】
また、別の実施例では、面内方位角θ1，θ2が、２２．５°＜θ1＜４５．０°及び４５．０°＜θ2＜６７．５°をそれぞれ満足することが好ましい。
【００３８】
更に別の実施例では、第１及び第２の波長板が水晶板であることによって、非常に高い耐光性が得られるので、特に短波長で高出力の青紫色レーザーを使用するような光学系に用いる場合にも、高い信頼性が発揮される。
【００３９】
本発明の別の側面によれば、光源と、該光源から出射される光を記録媒体上に集光する対物レンズと、記録媒体により反射された光を検出する検出器とを備え、上述した本発明の積層１／２波長板を光源と対物レンズ間の光路中に配置した光ピックアップ装置が提供される。上述したように広帯域の波長範囲で変換効率の劣化を最小限に抑制した積層１／２波長板を用いることによって、使用時に発振レーザーの温度ドリフト等による波長変動の影響を受け難く、従来よりも広帯域の波長範囲で安定して良好な性能を発揮し得る光ピックアップ装置を実現することができる。
【００４０】
本発明の更に別の側面によれば、第１の主面を光入斜面としかつ第２の主面を光出射面とする平板状の透光性基材と、前記基材中に設けられた第１及び第２の光学薄膜と、波長板とを備え、第１及び第２の光学薄膜が第１及び第２の主面に対して傾斜させて、交互にかつ互いに間隔をおいて平行に配置され、第１の光学薄膜が第１の主面側から入射した光を互いに直交する第１の直線偏光と第２の直線偏光とに分離して、第１の直線偏光を透過させかつ第２の直線偏光を反射し、第２の光学薄膜が第１の光学薄膜により反射された第２の直線偏光を反射して第２の主面から出射させ、波長板が上述した本発明の積層１／２波長板であり、第１の光学薄膜により分離された第１又は第２の直線偏光を透過させる位置に配置された偏光変換素子が提供される。
【００４１】
この偏光変換素子において、或る実施例では、積層１／２波長板が、第１の光学薄膜を透過した第１の直線偏光を出射させる第２の主面の部分、又は第２の光学薄膜により反射された第２の直線偏光を出射させる第２の主面の部分に配置される。別の実施例では、積層１／２波長板が、透光性基材中に設けられ、第１の光学薄膜の第１の直線偏光の出射面に積層して配置される。いずれの場合も、同様に上述したように広帯域の波長範囲で変換効率の劣化を最小限に抑制した積層１／２波長板を用いることによって、従来よりも広帯域で光の利用効率が非常に高い偏光変換素子を実現することができる。
【００４２】
また、本発明の別の側面によれば、光源と、該光源からの光を第２の直線偏光に変換して出射する上述した本発明の偏光変換素子と、偏光変換素子からの出射光を、投写しようとする画像情報に応じて変調する、例えば液晶パネルである変調手段と、該変調手段により変調された光を投写する投写光学系とを有する投写型表示装置が提供される。同様に上述したように従来よりも広帯域の波長範囲で変換効率の劣化を最小限に抑制した積層１／２波長板を用いることによって、同じ出力の光源でより明るい映像を得ることができ、又は光源を低出力化しても同程度に明るい映像が得られるので、消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】（Ａ）図は本発明による積層１／２波長板の実施例を光の出射方向から見た斜視図、（Ｂ）図は同じく出射方向から見た正面図。
【図２】（Ａ）図は図１の積層１／４波長板の偏光状態を示すポアンカレ球、（Ｂ）図はそれをＳ２軸方向から見た図、（Ｃ）図はＳ３軸方向から見た図。
【図３】積層１／２波長板の光学軸調整量ａに対する変換効率を示す線図。
【図４】異なる光学軸調整量ａについて積層１／２波長板の周波数に対する変換効率を示す線図。
【図５】異なる偏光面回転角度ψについて積層１／２波長板の周波数に対する変換効率を示す線図。
【図６】偏光面回転角度ψに対する変換効率の最小値Ｔmin及び変換効率の最大値と最小値との差ΔＴを示す線図。
【図７】光学軸調整量ａに対する変換効率の最小値Ｔmin及び変換効率の最大値と最小値との差ΔＴを示す線図。
【図８】光学軸調整量ａに対する変換比率ＲTを示す線図。
【図９】異なる偏光面回転角度ψについて光学軸調整量ａに対する変換比率ＲTを示す線図。
【図１０】高次モード次数ｎ＝１の場合に、変換比率がａ＝０°よりも良くなる光学軸調整量ａの最大値ａmaxと偏光面回転角度ψとの関係を示す線図。
【図１１】高次モード次数ｎ＝２の場合に、変換比率がａ＝０°よりも良くなる光学軸調整量ａの最大値ａmaxと偏光面回転角度ψとの関係を示す線図。
【図１２】青・緑・赤の各色光の波長域について波長に対する変換効率を示す線図。
【図１３】本発明の積層１／２波長板を用いた光ピックアップ装置の実施例の構成を示す概略図。
【図１４】本発明の積層１／２波長板を用いた偏光変換素子の実施例の構成を示す概略図。
【図１５】本発明の積層１／２波長板を用いた投写型表示装置の実施例の構成を示す概略図。
【図１６】（Ａ）図は従来の積層１／２波長板の実施例を光の出射方向から見た斜視図、（Ｂ）図は同じく出射方向から見た正面図。
【図１７】（Ａ）図は図１６の積層１／４波長板の偏光状態を示すポアンカレ球、（Ｂ）図はそれをＳ２軸方向から見た図、（Ｃ）図はＳ３軸方向から見た図。
【図１８】図１６の積層１／４波長板の波長に関する変換効率の変化を示す線図。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。
図１（Ａ）（Ｂ）は、本発明による積層１／２波長板の実施例を示している。本実施例の積層１／２波長板１１は、光の入射方向Ｌｉから出射方向Ｌｏに向けて配置した水晶板からなる第１及び第２の波長板１２，１３を備える。これら第１及び第２の波長板は、それらの結晶光学軸１４，１５を互いに所定の角度で交差するように貼り合わせる。
【００４５】
第１の波長板１２の位相差はΓ1＝１８０°＋ｎ×３６０°に、第２の波長板１３の位相差はΓ2＝１８０°＋ｎ×３６０°に設定する（但し、Γ1，Γ2共にｎ：非負整数）。第１の波長板１２の光学軸方位角θ1は、結晶光学軸１４と積層１／４波長板１１に入射する光の直線偏光１６の偏光面とのなす角度である。第２の波長板１３の光学軸方位角θ2は、結晶光学軸１５と前記入射光の直線偏光１６の偏光面とのなす角度である。
【００４６】
積層１／２波長板１１は、入射する直線偏光１６の偏光方向と出射する直線偏光１７の偏光方向とのなす角度ψを１５°≦ψ≦９０°に設定する。ここで、光学軸調整量をａとしたとき、光学軸方位角θ1，θ2は、
θ1＝ψ／４＋ａ、
θ2＝３ψ／４−ａ
を満足するように設定する。
【００４７】
積層１／２波長板１１の偏光状態を図２（Ａ）〜（Ｃ）のポアンカレ球を用いて説明する。図２（Ａ）は、積層１／２波長板１１に入射した直線偏光のポアンカレ球上での軌道の推移を説明するための図である。直線偏光が入射する赤道上の位置をＳ１軸上の点Ｐ0に設定した。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のポアンカレ球において、積層１／２波長板１１に入射した偏光状態の軌跡をＳ２軸方向から見た図、即ちＳ１Ｓ３平面への投影図を示す。図２（Ｃ）は、図２（Ａ）のポアンカレ球において、積層１／２波長板１１に入射した偏光状態の軌跡をＳ３軸方向から見た図、即ちＳ１Ｓ２平面への投影図を示す。図２は、図１７の従来例との比較を容易にするために、ψ＝９０°の場合を示している。
【００４８】
入射光の基準点をＰ0＝（１，０，０）として、第１の波長板１２の回転軸Ｒ11をＳ１軸から２θ1回転した位置に設定する。本実施例では、光学軸方位角θ1を上述したように設定したので、回転軸Ｒ11は、図１７のθ1＝２２．５°の場合の回転軸Ｒ1よりも更に角度２ａだけ回転させた位置にくる。第２の波長板１３の回転軸Ｒ22を、同様にＳ１軸から２θ2回転した位置に設定する。光学軸方位角θ2を上述したように設定したことにより、回転軸Ｒ22は、図１７のθ2＝６７．５°の場合の回転軸Ｒ2よりも角度２ａだけ戻した位置にくる。
【００４９】
第１の波長板１２の出射光の位置は、回転軸Ｒ11を中心に基準点Ｐ0を位相差Γ1だけ右方向に回転させたときにポアンカレ球に描かれる軌跡の円Ｃ1上の点である。円Ｃ1は、Ｓ２軸とＳ３軸とを含むＳ２−Ｓ３平面と２点で交差している。従って、位相差Γ1が上記設定値の通りである場合、ポアンカレ球の点（０，１，０）から基準点Ｐ0とは逆方向に少しずれた赤道上の点Ｐ11が前記第１の波長板の出射光の位置となる。
【００５０】
第２の波長板１３の出射光の位置は、回転軸Ｒ22を中心に点Ｐ11を位相差Γ2だけ右方向に回転させたポアンカレ球上の点である。位相差Γ2が上記設定値の通りである場合、ポアンカレ球の点Ｐ2（−１，０，０）から基準点Ｐ0側に少し戻った赤道上の点Ｐ21が前記第２の波長板の出射光の位置、即ち積層１／２波長板１１の出射光の位置となる。その結果、出射光は、偏光面の回転が所望の角度ψ＝９０°からずれることになる。
【００５１】
出射光の偏光面の回転角度が９０°となるためには、ポアンカレ球上で出射光の位置が点Ｐ2（−１，０，０）に到達する必要がある。その場合、第１の波長板１２の出射光の位置は、回転軸Ｒ２２を中心に点Ｐ11を位相差Γ２だけ逆方向即ち左方向に回転させたポアンカレ球上の点でなければならない。このとき、回転軸Ｒ22を中心に点Ｐ11を回転させることによりポアンカレ球上に描かれる軌跡の円Ｃ2は、Ｓ２−Ｓ３平面に関して円Ｃ1と対称即ち鏡像の関係になる。
【００５２】
円Ｃ1と円Ｃ2とは、Ｓ２−Ｓ３平面上に２つの交点Ｐ12，Ｐ13を有する。第１の波長板１２と第２の波長板１３とは、位相差Γ1，Γ2を等しく設定したので、入射光の波長のずれによる位相差のずれ量ΔΓ1，ΔΓ2も等しくなる。従って、ポアンカレ球上において、第１の波長板１２の出射光の位置が、位相差Γ１のずれにより円Ｃ1と円Ｃ2との一方の交点Ｐ12又はＰ13となる場合、第２の波長板１３の出射光の位置は、点Ｐ2（−１，０，０）に到達する。
【００５３】
その結果、積層１／２波長板１１の出射光は、偏光面の回転角度が所望のψ＝９０°となる波長が、目標波長λを中心としてその正負両側に各１点存在することになる。目標波長λにおいて積層１／２波長板１１が１／２波長板として要求される十分な機能を発揮する場合、設計された位相差Γ1，Γ2に対して、少なくともポアンカレ球上の２点Ｐ12、Ｐ13における位相差のずれ量ΔΓ1，ΔΓ2を許容されるずれの最大値とする位相差の範囲に対応する波長の範囲が、目標波長λを中心とする積層１／２波長板１１の使用可能な波長範囲と解される。
【００５４】
この１／２波長板として要求される機能を発揮し得る使用可能な波長範囲は、ポアンカレ球上における回転軸Ｒ11，Ｒ22の設定位置によって、即ち光学軸調整量ａの設定値によって決定される。そこで、光学軸調整量ａに対する積層１／２波長板１１の変換効率を、従来技術に関連して上述した計算手法を用いてシミュレーションした。図３は、０°≦ａ≦３．０°の範囲において、使用波長範囲を４０５ｎｍ±２０ｎｍとして算出した変換効率の平均値を示している。同図に示すように、変換効率が最大値をとる光学軸調整量ａが存在するので、変換効率の劣化を最小限にするａの最適範囲の存在が推測される。尚、以下の説明において、本発明の積層１／２波長板の変換効率は同じ計算手法を用いてシミュレーションしたものである。
【００５５】
更に、中心波長λ0＝４０５ｎｍ、波長範囲３５５ｎｍ≦λ≦４５０ｎｍとして、光学軸調整量ａを０°から３．５°まで０．５°毎に変換効率をシミュレーションした。その結果を図４に示す。同図から、光学軸調整量ａを大きくするほど、変換効率が１となる波長位置が中心波長λ0の正負両側に大きく移動する反面、中心波長λ0における変換効率が劣化することが分かる。実際の使用時には、積層１／２波長板の用途、仕様に応じて、中心波長における変換効率の許容値、使用帯域幅を決定し、それに応じて光学軸調整量ａを決定すればよい。
【００５６】
第１及び第２の波長板１２，１３の位相差Γ１，Γ２の高次モード次数は、ｎ＝１又は２に設定することが好ましい。ｎ＝３以上に設定すると、１又は１に近い良好な変換効率が得られる波長帯域幅が狭くなり、本発明の広帯域化の効果を十分に発揮することが困難になる。以下のシミュレーションでは、特に明示しない限り、高次モード次数ｎ＝１の場合を説明したものである。
【００５７】
光学軸調整量ａの最適範囲を決定するために、先ず出射光の偏光面回転角度ψが変換効率に与える影響をシミュレーションした。中心波長λ0＝４０５ｎｍ、使用波長範囲３７５ｎｍ≦λ≦４３５ｎｍとし、偏光面回転角度ψを５°、４５°、９０°とした場合の変換効率をシミュレーションした。その結果を図５に示す。同図から、角度ψが大きいほど、波長の変化に対する変換効率が大きく低下することが分かる。従って、出射光の偏光面回転角度ψも、変換効率の劣化を最小限にする最適範囲の存在が推測される。
【００５８】
そこで、中心波長λ0＝４０５ｎｍ、使用波長範囲３７５ｎｍ≦λ≦４３５ｎｍとした場合に、出射光の偏光面回転角度ψに対する変換効率の最小値Ｔminをシミュレーションした。更に、出射光の偏光面回転角度ψに対する変換効率の最大値と最小値との差ΔＴをシミュレーションした。それらの結果を図６に示す。同図から、図５と同様に、角度ψが大きいほど、変換効率が大きく低下し、変換効率の変化も大きくなることが分かる。尚、同図において、角度ψ＜１５°では、変換効率の最小値Ｔmin及び変換効率の最大値と最小値との差ΔＴの両方とも、誤差レベルまで低下した。従って、変換効率の劣化を最小限にする本発明の効果が発揮される出射光の偏光面回転角度ψは、上述したように１５°≦ψ≦９０°に設定すると好ましいことが確認された。
【００５９】
次に、出射光の偏光面回転角度をψ＝９０°に固定し、中心波長λ0＝４０５ｎｍ、使用波長範囲３７５ｎｍ≦λ≦４３５ｎｍとした場合に、光学軸調整量ａ（０°≦ａ≦８．０°）に対する変換効率の最小値Ｔminをシミュレーションした。更に、光学軸調整量ａに対する変換効率の最大値と最小値との差ΔＴをシミュレーションした。それらの結果を図７に示す。同図から、Ｔmin及びΔＴがいずれもａ＝２°付近で明確に最良値となることが分かる。更に同図は、Ｔminが大きくかつΔＴが小さくなるような光学軸調整量ａが最適値であることを示している。
【００６０】
そこで、変換効率の最小値Ｔminを変換効率の最大値と最小値との差ΔＴで除した値を変換比率ＲTと称し、これを変換効率の評価値として使用すると、図７は図８のように表すことができる。即ち、図８は、光学軸調整量ａに対する変換比率ＲTの変化を示している。同図から、０＜ａ＜３．５°の範囲において、ａ＝０°よりも変換比率が良くなる、即ち変換効率が良いことが分かる。
【００６１】
更に、中心波長λ0＝４０５ｎｍ、使用波長範囲３７５ｎｍ≦λ≦４３５ｎｍとして、偏光面回転角度ψを１５°、３０°、４５°、６０°、７５°、９０°とした場合に、光学軸調整量ａに対する変換比率ＲTの変化をシミュレーションした。その結果を図９に示す。同図から、それぞれの偏光面回転角度ψについて、ａ＝０°よりも変換比率を良くする光学軸調整量ａの最大値ａmaxが存在することが確認された。
【００６２】
図９から、変換比率がａ＝０°よりも向上する各偏光面回転角度ψの光学軸調整量最大値ａmaxを抽出し、その相関関係を図１０に表した。この相関関係を近似式で表すと、次式のようになる。
ａmax＝Ａ0 ＋ Ａ1・ψ ＋ Ａ2・ψ2
Ａ0 ＝−０．０６０３２
Ａ1 ＝０．０７１７
Ａ2 ＝−０．０００３５
この関係式を用いることによって、本発明の積層１／２波長板が高次モード次数ｎ＝１の場合に、偏光面回転角度ψを設定すれば、より広帯域の波長範囲で変換効率の劣化を最小限に抑制し、良好な変換効率が得られるための光学軸調整量ａの最大値ａmaxを簡単に決定することができる。
【００６３】
更に、積層１／２波長板が高次モード次数ｎ＝２の場合についても、同様に偏光面回転角度ψを１５°、３０°、４５°、６０°、７５°、９０°とし、光学軸調整量ａに対する変換比率ＲTの変化をシミュレーションした。このシミュレーション結果から、それぞれの偏光面回転角度ψについて、ａ＝０°よりも変換比率を良くする光学軸調整量ａの最大値ａmaxを抽出した。
【００６４】
その偏光面回転角度ψと光学軸調整量最大値ａmaxとの相関関係を図１１に示す。図１１から、光学軸調整量ａの最大値ａmaxの範囲は次のようになる。
０＜ａmax＜７．０
【００６５】
図１１から、偏光面回転角度ψと光学軸調整量最大値ａmaxとの相関関係を近似式で表すと、次式のようになる。
ａmax＝Ａ0 ＋ Ａ1・ψ ＋ Ａ2・ψ2
Ａ0 ＝−０．１５８６９
Ａ1 ＝０．１３９１２
Ａ2 ＝−０．０００６６
この関係式を用いることによって、本発明の積層１／２波長板が高次モード次数ｎ＝２の場合にも、偏光面回転角度ψを設定すれば、より広帯域の波長範囲で変換効率の劣化を最小限に抑制し、良好な変換効率が得られるための光学軸調整量ａの最大値ａmaxを簡単に決定することができる。
【００６６】
上記シミュレーションは、いずれも４０５ｎｍを中心波長とする波長域について行ったものであるが、本発明は他の波長域についても同様に適用することができる。図１２は、中心波長４０５ｎｍの青色光の波長域に加えて、５３０ｎｍ及び６６０ｎｍをそれぞれ中心波長とする緑色光及び赤色光の各波長域について、波長に対する変換効率の変化を示している。同図において、実線で表した各線は、青・緑・赤の各色光にそれぞれ本発明を適用して、前記第１及び第２の波長板の光学軸調整量ａを適当な値に設定した場合に得られる変換効率である。これに対し、破線で表した各線は、光学軸調整量ａを設定しない従来技術の第１及び第２の波長板について得られる変換効率である。同図から、緑色光及び赤色光の各波長域についても、より広帯域の波長範囲で変換効率の劣化を最小限に抑制し、１に近い良好な変換効率を得られることが分かる。
【００６７】
図１３は、本発明の積層１／２波長板を使用した光ピックアップ装置の実施例を示している。この光ピックアップ装置２０は、例えばBlu-ray Disc（商標）等の光ディスク装置の記録再生に使用するためのもので、例えば波長４０５ｎｍの青紫色光であるレーザー光を放射するレーザーダイオードからなる光源２１を有する。光ピックアップ装置２０は、光源２１からのレーザー光を回折する回折格子２２と、該回折格子を透過したレーザー光をＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離して透過又は反射する偏光ビームスプリッタ２３と、該偏光ビームスプリッタに反射されたレーザー光を平行光にするコリメートレンズ２４と、該コリメートレンズを透過したレーザー光を光ディスク２５に向けて反射するミラー２６と、該ミラーにより反射された直線偏光のレーザー光を円偏光に変換する１／４波長板２７と、該１／４波長板を透過したレーザー光を集光する対物レンズ２８と、光ディスク２５から反射したレーザー光を検出する光検出器２９とを備える。更に光ピックアップ装置２０は、光源２１から出射して偏光ビームスプリッタ２３を透過したレーザー光を検出するモニタ用光検出器３０を有する。
【００６８】
光ピックアップ装置２０の動作を以下に説明する。光源２１から出射した直線偏光のレーザー光は、３ビーム法によるトラッキング制御のために回折格子２２により３ビームに分離された後、Ｓ偏光成分が偏光ビームスプリッタ２３で反射され、コリメートレンズ２４により平行光となる。平行光のレーザー光はミラー２６で全反射され、１／４波長板２７により直線偏光から円偏光に変換され、対物レンズ２８で集光されて、光ディスク２５に形成した信号記録層のピットに照射される。該ピットで反射されたレーザー光は前記対物レンズを透過し、１／４波長板２７により円偏光から直線偏光に変換され、ミラー２６で全反射されてコリメートレンズ２４及び偏光ビームスプリッタ２３を透過し、光検出器２９に入射して検出される。これにより、前記光ディスクに記録されている信号の読み取り動作が行われる。また、光源２１から出射したレーザー光のＰ偏光成分は、偏光ビームスプリッタ２３を透過してモニタ用光検出器３０に入射して検出される。この検出出力によって、前記レーザーダイオードから出射するレーザー光の出力を制御する。
【００６９】
回折格子２２は、レーザー光を上述したように分離する回折格子部２２ａと、入射するレーザー光を所定の角度だけ回転させた直線偏光に変換する１／２波長板２２ｂとから構成される。１／２波長板２２ｂには、本発明の積層１／２波長板を使用する。これによって、光ピックアップ装置２０の使用時に発振レーザーの温度ドリフトによりレーザー光の波長が変動しても、１／２波長板２２ｂの変換効率が劣化せず又はその劣化を最小限に抑制し、常に十分な光量を確保することができる。その結果、使用するレーザー光の短波長化及び高出力化に対応して、従来よりも広帯域の波長範囲で安定して良好な性能を発揮し得る光ピックアップ装置を実現できる。
【００７０】
本発明の積層１／２波長板は、光の利用効率が非常に高いことから、例えば液晶プロジェクターのように、液晶パネルを備えた投写型表示装置等に使用するのに適している。特に、特定の偏光方向の光束（ｓ偏光光またはｐ偏光光）を変調するタイプの液晶パネルを用いた投写型表示装置では、直線偏光をＰ偏光又はＳ偏光のいずれかに一方に統一して液晶パネルに入射させるように、光学系を設定するのが一般的である。そのために、投写型表示装置は、光源からのランダム偏光光をＰ偏光又はＳ偏光の光束に変換して光の利用効率を高める役目の偏光変換素子（ＰＳ変換素子）を搭載する。
【００７１】
図１４（Ａ）〜（Ｃ）は、液晶プロジェクター等の投写型表示装置に使用するのに適した、３つの異なる構成の偏光変換素子４０、４０’、４０”をそれぞれ示しており、そのいずれにも本発明の積層１／２波長板を使用することができる。これによって、各偏光変換素子４０、４０’、４０”は、従来よりも広帯域で変換効率の劣化を最小限に抑制できるので、光エネルギーをより効率良く利用することができる。
【００７２】
図１４（Ａ）の偏光変換素子４０は、第１の主面４１ａを光入斜面としかつ第２の主面４１ｂを光出射面とする平板状の透光性基材からなるプリズムアレイ４１を備える。前記透光性基材中には、前記第１及び第２の主面に対して傾斜させた偏光分離膜４２と反射膜４３とが、交互にかつ所定の間隔をおいて平行に配置されている。
【００７３】
偏光分離膜４２は、第１の主面４１ａからプリズムアレイ４１に入射したランダム光をＳ偏光成分とＰ偏光成分とに分離し、Ｐ偏光成分を透過させかつＳ偏光成分を反射する。偏光分離膜４２を透過したＰ偏光成分は、そのまま第２の主面４１ｂを介してプリズムアレイ４１から出射する。前記偏光分離膜に反射されたＳ偏光成分は、反射膜４３により反射され、第２の主面４１ｂを介してプリズムアレイ４１から出射する。第２の主面４１ｂには、前記反射膜に反射されたＳ偏光成分が出射する部分に１／２波長板４４が配置されている。１／２波長板４４は、入射するＳ偏光の直線偏光をＰ偏光に変換して出力する。このように偏光変換素子４０は、入射した光がＰ偏光に揃えて出射され、Ｐ偏光光学系の投写型表示装置に搭載するのに適している。
【００７４】
図１４（Ｂ）は、Ｓ偏光光学系の投写型表示装置に搭載するのに適した偏光変換素子４０’の構成を示している。この偏光変換素子４０’は、１／２波長板４４が、偏光分離膜４２を透過したＰ偏光成分が出射する第２の主面４１ｂの部分に配置されている。これにより、偏光分離膜４２を透過したＰ偏光の直線偏光はＳ偏光に変換して出射される。他方、前記偏光分離膜に反射されたＳ偏光成分は、反射膜４３により反射されて、Ｓ偏光のままプリズムアレイ４１から出射する。従って、偏光変換素子４０’に入射した光は、Ｓ偏光に揃えて出射される。
【００７５】
図１４（Ｃ）は、１／２波長板４４をプリズムアレイ４１の前記透光性基材中に配置した構造の偏光変換素子４０”を示している。１／２波長板４４は偏光分離膜４２の出射面に積層され、反射膜４３とは所定の間隔をおいてかつ交互に平行に配置されている。
【００７６】
偏光分離膜４２は、第１の主面４１ａから入射したランダム光をＳ偏光成分とＰ偏光成分とに分離し、Ｐ偏光成分を透過させかつＳ偏光成分を反射する。偏光分離膜４２に反射されたＳ偏光成分は、反射膜４３により反射され、第２の主面４１ｂを介してプリズムアレイ４１から出射する。前記偏光分離膜を透過したＰ偏光成分は、直接１／２波長板４４に入射してＳ偏光に変換され、前記第２の主面を介してプリズムアレイ４１から出射する。このように、偏光変換素子４０''に入射した光はＳ偏光に揃えて出射される。
【００７７】
偏光変換素子４０”の１／２波長板４４に本発明の積層１／２波長板を用いる場合、それを構成する前記第１及び第２の波長板は、透過光の進行方向即ち第１及び第２の主面４１ａ，４１ｂに対して４５°の方向において、それらの位相差Γ1，Γ2が次の関係を満たすように、それぞれ板厚を設定すればよい。
Γ1＝１８０°＋ｎ×３６０°
Γ2＝１８０°＋ｎ×３６０°
（但し、Γ1，Γ2共にｎ：非負整数）
【００７８】
更に、前記第１及び第２の波長板の光学軸方位角は、それら光学軸の第１の主面４１ａへの投影角度θ1，θ2が、次の関係を満足するように設定すればよい。
θ1＝ψ／４＋ａ
θ2＝３ψ／４−ａ
２２．５°＜θ1＜４５．０°
４５．０°＜θ2＜６７．５°
このとき、前記第１及び第２の波長板における光学軸の面内方位角は、前記第１及び第２の主面への投影角度よりも小さくなる。
【００７９】
図１５は、本発明の積層１／２波長板を使用した投写型表示装置の実施例を概略的に示している。この投写型表示装置５０は、照明光学系５１、ダイクロイックミラー５２，５３、反射ミラー５４〜５６、λ／２位相差板５７〜６１、液晶ライトバルブ６２〜６４、クロスダイクロイックプリズム６５、及び投写レンズ系６６を備える。照明光学系５０は、液晶ライトバルブ６２〜６４を照明するために光源、偏光変換素子６７、集光レンズ等を備える。偏光変換素子６７は、図１４の偏光変換素子を用いることができ、前記光源からのランダム光をＳ偏光に変換して出射する。
【００８０】
照明光学系５１から出射されたＳ偏光の白色光は、赤色光成分がダイクロイックミラー５２を透過し、青色光成分と緑色光成分とが反射される。ダイクロイックミラー５２を透過した赤色光は反射ミラー５４で反射され、λ／２位相差板５７を通ってＰ偏光光に変換され、赤色光用の液晶ライトバルブ６２に入射する。ダイクロイックミラー５２で反射された緑色光は更にダイクロイックミラー５３により反射され、λ／２位相差板５８を通ってＰ偏光光に変換され、緑色光用の液晶ライトバルブ６３に入射する。ダイクロイックミラー５２で反射された青色光は、ダイクロイックミラー５３を透過して反射ミラー５５，５６に反射され、λ／２位相差板５９を通ってＰ偏光光に変換され、青色光用の液晶ライトバルブ６４に入射する。
【００８１】
液晶ライトバルブ６２〜６４は、それぞれ与えられた画像情報（画像信号）に従って各色の色光を変調して画像を形成する光変調手段である。クロスダイクロイックプリズム６５は、液晶ライトバルブ６２，６４から出射されたＳ偏光の赤色光及び青色光、液晶ライトバルブ６３から出射された後にＰ偏光に変換された緑色光の色光を合成してカラー画像を形成する色合成手段である。この合成光は、λ／２位相差板６１を通して投写レンズ系６６に出射される。投写レンズ系６６は、この合成光を投写スクリーン上に投写してカラー画像を表示する投写光学系である。
【００８２】
λ／２位相差板６１は、Ｓ偏光光（赤色光及び青色光）とＰ偏光光（緑色光）の偏光方向をそれぞれ約４５°変更するように、その光学軸の方向を決定すると、３色の光のＳ偏光光成分とＰ偏光光成分とが約１／２ずつになるので、偏光スクリーン上にカラー映像をきれいに投写することができる。また、λ／２位相差板６１に代えてλ／４位相差板を用いることができる。この場合には、赤、緑、青の３色の光をそれぞれ楕円偏光、好ましくは円偏光に変換することによって、投写スクリーンに偏光スクリーンを用いた場合にも、カラー映像をきれいに投写することができる。
【００８３】
λ／２位相差板５７〜６１には、本発明の積層１／２波長板を使用することができる。これによって、投写型表示装置５０は、各λ／２位相差板において従来よりも広帯域の波長範囲で変換効率の劣化を最小限に抑制できるので、光の利用効率をより高めることができる。その結果、同じ出力の光源でより明るいカラー映像を得ることができ、又は光源を低出力なものにしても同程度に明るいカラー映像が得られるので、消費電力を低減することができる。
【００８４】
本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、その技術的範囲内で様々な変形又は変更を加えて実施することができる。例えば、第１及び第２の波長板は、水晶板以外の光学的一軸性結晶材料により形成することができる。また、上記実施例とは異なる構成の光ピックアップ装置、偏光変換素子、投写型表示装置についても、または他の光学装置についても、本発明を同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００８５】
１，１１…積層１／２波長板、２，１２…第１の波長板、３，１３…第２の波長板、４，５，１４，１５…結晶光学軸、６，７，１６，１７…直線偏光、２０…光ピックアップ装置、２１，４１…光源、２２…回折格子、２２ａ…回折格子部、２２ｂ…１／２波長板、２３…偏光ビームスプリッタ、２４…コリメートレンズ、２５…光ディスク、２６…ミラー、２７，４４…１／４波長板、２８…対物レンズ、２９…光検出器、３０…モニタ用光検出器、４０，６７…偏光変換素子、４１…プリズムアレイ、４１ａ…第１の主面、４１ｂ…第２の主面、４２…偏光分離膜、４３…反射膜、５０…投写型表示装置、５１…照明光学系、５２，５３…ダイクロイックミラー、５４〜５６…反射ミラー、５７〜６１…λ／２位相差板、６２〜６４…液晶ライトバルブ、６５…クロスダイクロイックプリズム、６６…投写レンズ系。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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