(57)【要約】【課題】コヒーレント性を有する複数の波長の光に対して高い偏光解消性を有する偏光解消素子およびスペックルノイズを低減することのできる投射型表示装置を提供する。【解決手段】入射する光に対して発生する位相差が異なるｍ個の領域（ｍ≧４）からなる単位領域が配置され、これらｍ個の領域から抽出される２つの領域は、面積が異なる組み合わせを少なくとも１つ以上有し、波長が異なる複数の光が入射したとき、ｍ個の各領域の面積および発生する位相差を設定することによって、ｍ個の各領域を出射する光のストークスベクトルの合成を略０とし、コヒーレント性を有する複数の波長の光を自然光の偏光状態となるように変換することができる。【選択図】図１
2012194221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複屈折性材料からなる複屈折性材料層を有し、入射する直線偏光の光に対して発生する位相差が異なるｍ個の領域（ｍ≧４）からなる単位領域を有し、
前記ｍ個の領域から抽出される２つの領域は、面積が異なる組み合わせを少なくとも１つ以上有し、
前記単位領域の面積を１、ｉを１〜ｍの間の整数として、第ｉの領域の面積をＡｉ、前記第ｉの領域に入射する光に対して発生する位相差をδｉ、入射する直線偏光の光の偏光方向と前記複屈折性材料の光学軸とがなす角度をθｉとするとき、下記の式を満足する前記前記光として、波長が異なる２つ以上の光が含まれ、前記光の偏光状態を変える偏光解消素子。
【数１】
2012194221.tif 000030
【請求項２】
前記単位領域は、４≦ｍ≦８となるｍ個の領域からなる請求項１に記載の偏光解消素子。
【請求項３】
前記光は、波長４４０ｎｍの光と波長６５０ｎｍの光と、を含む請求項１または請求項２に記載の偏光解消素子。
【請求項４】
前記光は、波長５３２ｎｍの光を含む請求項３に記載の偏光解消素子。
【請求項５】
前記光は、波長４４０ｎｍ〜波長６５０ｎｍの帯域の光を含む請求項４に記載の偏光解消素子。
【請求項６】
前記複屈折性材料の光学軸は同一方向に揃っており、
前記複屈折性材料層は、前記ｍ個の領域毎に厚さが異なる（厚さが０も含む）請求項１〜５いずれか１項に記載の偏光解消素子。
【請求項７】
前記ｍ個の領域毎の厚さが、略等しい段差を有して互いに異なる請求項６に記載の偏光解消素子。
【請求項８】
前記直線偏光の光の偏光方向と、前記複屈折性材料の光学軸の方向と、が略４５°であり、下記の式を満足する請求項１〜７いずれか１項に記載の偏光解消素子。
【数２】
2012194221.tif 000031
【請求項９】
コヒーレント光を発光する光源を少なくとも一つ含む光源部と、前記光源部が発光した光を変調して画像光を生成する画像光生成部と、前記画像光を投射する投射部とを備える投射型表示装置であって、
前記光源部から発光した光の光路中に、請求項１〜８いずれかの偏光解消素子が配置される投射型表示装置。
【請求項１０】
配置される前記偏光解消素子を振動させるための揺動制御部を備える請求項９に記載の投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光解消素子および投射型表示装置に関し、とくに、コヒーレント性を有する光が入射する偏光解消素子、コヒーレント性を有する光源を使用した投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
データプロジェクタあるいは背面投射型テレビジョン受像機のように、スクリーンに投影画像を表示する投射型表示装置において、光源としては、従来、超高圧水銀（ＵＨＰ）ランプが使用されてきたが、単色性に優れていること、および光源の長寿命化の観点からレーザが提案されている。
【０００３】
また、ＵＨＰランプはその性質から赤色の波長である６４５ｎｍ近傍の波長帯域がブロードなスペクトルとなるため、赤色光源としてレーザを使用し、青色、緑色波長帯にはＵＨＰランプを使用する併用型の光源も提案されている。しかし、レーザを光源とした投射型表示装置では、投影画像中にレーザ光のコヒーレント性に起因する粒上のスペックルノイズが発生し、投影画像の画質が劣化するという問題がある。
【０００４】
そこで、スペックルノイズを解消する手段として、レーザ光源からの光路中に液晶または高分子液晶を用いてなる位相変調素子を配置した投射型表示装置が報告されている（特許文献１）。そして、この位相変調素子は、レーザ光の光軸と垂直な面内において遅相軸の方位方向とリタデーション値の一方または両方がそれぞれ異なった値で分布しており、レーザ光の入射面全面にわたって、遅相軸の方位方向が光軸を中心とする半径方向または円周方向に分布する例が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００８／０４７８００号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１の位相変調素子は、入射するレーザ光の光軸と垂直な面において、遅相軸の方位方向、リタデーション値が全面的に滑らかに変化するように分布している。そのため、位相変調素子に入射する光の領域のうち、一部の狭い領域における分布については、遅相軸の方位方向やリタデーション値の変化が小さいため、一様な分布での偏光解消性を得ることが困難であり、投射型表示装置において部分的にスペックルノイズを大きく低減することが困難という問題があった。また、位相変調素子に入射する光のうち、特定の波長の光に対して高い偏光解消性を得る設定とした場合、それと異なる波長の光に対して、同レベルの高い偏光解消性まで得ることができず、偏光解消性の波長依存性があるという問題があった。
【０００７】
本発明は、従来技術のかかる問題を解決するためになされたものであり、コヒーレント性を有し、かつ、波長が異なる複数の光に対して、高い偏光解消性が得られる偏光解消素子の提供を目的とする。さらに、コヒーレント性を有し、波長が異なる複数の光を発射する光源を使用した場合、スペックルノイズを安定して大きく低減することができる信頼性の高い投射型表示装置の提供を目的とする。
【０００８】
本発明は、以上の点を鑑みてなされたものであって、複屈折性材料からなる複屈折性材料層を有し、入射する直線偏光の光に対して位相差が異なるｍ個の領域（ｍ≧４）からなる単位領域を有し、前記ｍ個の領域から抽出される２つの領域は、面積が異なる組み合わせを少なくとも１つ以上有し、前記単位領域の面積を１、ｉを１〜ｍの間の整数として、第ｉの領域の面積をＡｉ、前記第ｉの領域に入射する光に対して発生する位相差をδｉ、入射する直線偏光の光の偏光方向と前記複屈折性材料の光学軸とがなす角度をθｉとするとき下記の式を満足し、前記光として波長が異なる２つ以上の光が含まれ、前記光の偏光状態を変える偏光解消素子を提供する。
【０００９】
【数１】
2012194221.tif 000003
【００１０】
また、前記単位領域は、４≦ｍ≦８となるｍ個の領域からなる上記の偏光解消素子を提供する。
【００１１】
また、前記光は、波長４４０ｎｍの光と波長６５０ｎｍの光と、を含む上記の偏光解消素子を提供する。
【００１２】
また、前記光は、波長５３２ｎｍの光を含む上記の偏光解消素子を提供する。
【００１３】
また、前記光は、波長４４０ｎｍ〜波長６５０ｎｍの帯域の光を含む上記の偏光解消素子を提供する。
【００１４】
また、前記複屈折性材料の光学軸は同一方向に揃っており、前記複屈折性材料層は、前記ｍ個の領域毎に厚さが異なる（厚さが０も含む）上記の偏光解消素子を提供する。
【００１５】
また、前記ｍ個の領域毎の厚さが、略等しい段差を有して互いに異なる上記の偏光解消素子を提供する。
【００１６】
また、前記直線偏光の光の偏光方向と、前記複屈折性材料の光学軸の方向と、が略４５°であり、下記の式を満足する上記の偏光解消素子を提供する。
【００１７】
【数２】
2012194221.tif 000004
【００１８】
また、コヒーレント光を発光する光源を少なくとも一つ含む光源部と、前記光源部が発光した光を変調して画像光を生成する画像光生成部と、前記画像光を投射する投射部とを備える投射型表示装置であって、前記光源部から発光した光の光路中に、上記の偏光解消素子が配置される投射型表示装置を提供する。
【００１９】
さらに、前配置される前記偏光解消素子を振動させるための揺動制御部を備える上記の投射型表示装置を提供する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、コヒーレント性を有し、かつ、波長が異なる複数の光に対して、一様に高い偏光解消性が得られる偏光解消素子を実現できる。また、本発明は、コヒーレント性を有し、かつ、波長が異なる複数の光を発射する光源を使用する投射型表示装置において、発生するスペックルノイズを、投射画像の全面にわたって安定して大きく低減できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】偏光解消素子の平面模式図（１）。
【図２】偏光解消素子の単位領域のレイアウト図（１）。
【図３】偏光解消素子の平面模式図（２）。
【図４】偏光解消素子の単位領域のレイアウト図（２）。
【図５】各位置の偏光状態を示すポワンカレ球。
【図６】単位領域の平面模式図。
【図７】（ａ）単位領域の断面模式図の例１。（ｂ）単位領域の断面模式図の例２。
【図８】（ａ）単位領域の断面模式図の例３。（ｂ）単位領域の断面模式図の例４。
【図９】（ａ）単位領域の断面模式図の例５。（ｂ）単位領域の断面模式図の例６。
【図１０】（ａ）投射型表示装置の構成概念図。（ｂ）揺動制御部を有する投射型表示装置の構成概念図
【図１１】実施例に係る偏光解消素子の平面図
【図１２】実施例において、入射する光の波長に対する偏光解消特性（１）
【図１３】実施例において、入射する光の波長に対する偏光解消特性（２）
【図１４】比較例に係る偏光解消素子の平面図
【図１５】比較例において、入射する光の波長に対する偏光解消特性（１）
【図１６】比較例において、入射する光の波長に対する偏光解消特性（２）
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（偏光解消素子の第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る偏光解消素子１０の平面模式図である。偏光解消素子１０は、同じ波長の光が入射したときに発生する位相差がそれぞれ異なる、第１の領域１１、第２の領域１２、第３の領域１３および第４の領域１４からなる単位領域１５が１つ、または２次元的に複数個、並んで配置された領域を有する。ここで、同じレイアウトの単位領域１５が複数個並んで配置される場合、偏光解消素子１０に入射する（レーザ）光の照射面積内に、３〜５０個含まれるようにするのが好ましい。この場合、３個未満であれば、偏光解消性の効果を十分に発揮することができず、５０個を超えると単位領域１５の周期的な繰り返しによって発生する回折光が迷光になるうえに、光量のロスが生じ、高い光利用効率が得られなくなるからである。
【００２３】
また、単位領域１５を構成する４つの領域の面積は、同一ではない構成が好ましい。なお、ここで言う「同一ではない」とは、単位領域に含まれる２つの領域を抽出したとき、少なくとも１つ以上、領域の面積が異なる組み合わせを有する、という意味であって、組み合わせによっては同一の面積が抽出される場合が含まれてもよい。
【００２４】
次に、図２（ａ）〜図２（ｈ）は、単位領域２０を構成する、第１の領域１６、第２の領域１７、第３の領域１８、第４の領域１９を並べたレイアウトを示した例である。偏光解消素子１０は、例えば、この８種類のレイアウトを示す単位領域から選択される１つが、複数個並べられて配置される構成でもよい。
【００２５】
図３は、偏光解消素子１０の別の構成の例を示す平面模式図であって、８種類のレイアウトを示す単位領域２０が２次元的に、ランダムに並ぶように配置される。このような配置を有する場合、偏光解消素子１０は、単位領域２０の配置による周期性が無い。そのため、この場合、偏光解消素子１０を構成する単位領域２０が並んで配置される個数は、偏光解消素子１０に入射する（レーザ）光の照射面積内において、５０個を超えてもよい。
【００２６】
また、同じ偏光状態の光を出射するのであれば、例えば、第１の領域１１が、単位領域１５内で、複数の領域に離れて配置されてもよい。つまり、この場合、単位領域１５内の各領域の面積が特定の比率を満足すれば、各領域のレイアウトは自由に設定できる。図４はその一例であって、単位領域１５内で、第１の領域１１、第２の領域１２、第３の領域１３、第４の領域１５が、それぞれ４つに離れて配置されている例を示す平面模式図である。つまり、図４の例のように、単位領域１５が、別の単位領域を複数個並べたもの（この場合、２×２）によって構成されてもよいことを示している。このような場合、偏光解消素子１０において単位領域１５が複数個、並んで配置される個数としては、偏光解消素子１０に入射する（レーザ）光の照射面積内に、３個未満であってもよい。
【００２７】
また、偏光解消素子１０の単位領域１５は、正方形の領域を有するものとして示したが、これに限らず、例えば、長方形、平行四辺形や台形、その他の多角形や曲面を有する形状であってもよい。
【００２８】
また、上述のように、偏光解消素子１０は、同じ波長の光が入射したときに発生する位相差が各領域でそれぞれ異なるとしたが、以下のように考えることができる。つまり、第１の領域１１内を透過する光の偏光状態が同一であり、第２の領域１２内を透過する光の偏光状態も同一であり、第３の領域１３内を透過する光の偏光状態も同一であり、さらに、第４の領域１４内を透過する光の偏光状態も同一であるが、これらの領域同士では、透過する光の偏光状態は互いに異なる。なお、ここでは、４つの領域から単位領域１５が構成される例を示したが、これに限らず、４以上の領域からなればよい。また、分割する領域の数の上限はとくに制限はないが、８以下であれば、偏光解消素子１０の構成が複雑化しないので好ましい。
【００２９】
次に、ストークスパラメータＳを用いて、第１の領域１１を透過する光の偏光状態、第２の領域１２を透過する光の偏光状態、第３の領域１３を透過する光の偏光状態および第４の領域１４を透過する光の偏光状態について考える。まず、ストークスパラメータＳは、通常（Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）の４次元ベクトルで表せる。そして、光の進行方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向に垂直なＸ−Ｙ面を与え、Ｓ０は光の強度、Ｓ１は例えばＸ軸方向を基準に０°方向に振動する電場の強度、Ｓ２はＸ軸方向を基準に４５°方向に振動する電場の強度、そしてＳ３は円偏光の強さを意味する。なお、光の強度Ｓ０は、この場合、各領域の面積の大きさに比例した値が与えられる。
【００３０】
図５は、ストークスパラメータＳのうち、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を用いて偏光状態を表すポワンカレ球であって、各領域を透過する光の偏光状態の関係について、このポワンカレ球を用いて考えられる。ここで、ポワンカレ球の中心点Ｃを基準として各ストークスパラメータの位置へ向かうベクトルをストークスベクトルとする。すなわち、ストークスベクトルは（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）で表記できる。そして、第１の領域１１を透過する光のストークスベクトル、第２の領域１２を透過する光のストークスベクトル、第３の領域１３を透過する光のストークスベクトルおよび第４の領域１４を透過する光のストークスベクトルと、の関係を考えると、これらのベクトルを合成して略ゼロとなれば、偏光が大きく解消された自然光の状態となる。本実施形態に係る偏光解消素子１０は、少なくとも２つの異なる波長の光に対して、単位領域１５を出射する各領域の光のストークスベクトルの合成が略ゼロとなるように設計される。
【００３１】
次に、図１に示す単位領域１５の具体的な構成について説明する。まず、図６は、図１の単位領域１５を示すものであり、後述する断面形状について、第１の領域１１および第２の領域１２を含む直線Ａ−Ａ´および、第３の領域１３および第４の領域１４を含む直線Ｂ−Ｂ´を示している。そして、図７（ａ）は、直線Ａ−Ａ´に沿って得られる断面模式図の例、図７（ｂ）は、直線Ｂ−Ｂ´に沿って得られる断面模式図の例を示している。偏光解消素子１０は、透明基板１６ａ上に複屈折性材料からなる複屈折性材料層２１、２２、２３を有する。また、図７（ａ）、図７（ｂ）は、単位領域１５にＹ方向の直線偏光の光が入射し、各領域を出射した光の偏光状態も併せて模式的に示し、第１の領域１１〜第４の領域１４を出射する各光の偏光状態をそれぞれ、１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａと示す。このとき、単位領域１５を出射する光のストークスベクトルの合成が略ゼロとなるように、各領域の面積と、偏光状態すなわち複屈折性材料層の厚さを調整するとよい。
【００３２】
透明基板１６ａは、入射する光に対して透明であれば、樹脂板、樹脂フィルムなど種々の材料を用いることができるが、ガラスや石英ガラスなどの光学的等方性材料を用いると、透過光に複屈折性の影響を与えないため好ましい。また、透明基板１６ａは、例えば、空気との界面に、多層膜による反射防止膜を備えると、フレネル反射による光反射損失を低減できるので好ましい。
【００３３】
複屈折性材料としては、複屈折性を有する液晶モノマーを一方向に配向させるかまたは、ツイスト配向させた後に重合固化させた高分子液晶を用いることができる。また、例えば、図７（ａ）、図７（ｂ）において、透明基板１６ａと複屈折性材料層２１、２２、２３との間に図示しない配向膜が備わっていてもよく、ラビング処理された配向膜や紫外線などの光で配向方向を制御できる光配向膜、ＳｉＯ２などを斜方蒸着した配向膜や微細な溝構造により配向方向を制御する配向膜などを使用できる。
【００３４】
また、複屈折性材料層としては、この他に、水晶やＬｉＮｂＯ３などの複屈折性結晶や、例えばポリカーボネートなどの有機フィルムを延伸させた複屈折性フィルムや、微細な凹凸状の格子形状により発生する構造複屈折または、凹凸上の格子形状の上に光学多層膜を積層してなるフォトニック結晶などを使用できる。なお、構造複屈折、フォトニック結晶などを用いる場合、光学軸は、微細な凹凸状の格子形状の長手方向と、その長手方向と直交する方向に相当する。
【００３５】
次に、複屈折性材料層２１、２２、２３の具体的構成について説明する。まず、偏光解消素子１０に入射する直線偏光の光の進行方向をＺ方向とし、透明基板１６ａ面をＸ−Ｙ平面として考える。さらに、直線偏光の偏光方向をＹ方向とする。このとき、複屈折性材料層２１、２２、２３を構成する複屈折性材料の光学軸の方向が、Ｘ−Ｙ平面において、Ｙ方向に対して４５°をなし、厚さ方向に一様に揃っているものとする。このように複屈折性材料層の光学軸をＹ方向に対して4５°または−４５°、すなわち入射する直線偏光の偏光方向に対して４５°または−４５°に設定することは、後述する理由で、設計を簡単化できて好ましいが、それに限るものではない。なお、光学軸は、遅相軸または進相軸を意味する。ここで、複屈折性材料の常光屈折率をｎｏ、異常光屈折率をｎｅとし、｜ｎｅ−ｎｏ｜は、屈折率異方性Δｎとし、とくに、波長λに依存する屈折率異方性をΔｎ（λ）と表現する。また、図７（ｂ）において、第４の領域１４には複屈折性材料層の厚さがゼロ、すなわち複屈折性材料層を有しない構成としたが、これに限らず、図示しない複屈折性材料層が備わっていてもよい。
【００３６】
なお、以降の偏光解消素子に係る実施形態においても、とくに説明がない場合、透明基板や複屈折性材料として上記の材料を同様に使用できる。
【００３７】
また、偏光解消素子１０は、図７（ａ）、図７（ｂ）の構成に限らず、この他に、以下に説明するように、単位領域１５を示す図６の直線Ａ−Ａ´および、直線Ｂ−Ｂ´に沿って得られる断面模式図の他の例、それぞれが、図８（ａ）および図８（ｂ）の構成、図９（ａ）および図９（ｂ）の構成の構成であってもよい。まず、図８（ａ）、図８（ｂ）は、厚さが異なる各領域の複屈折性材料層によってできる凹凸を充填平坦化する、等方性透明材料からなる充填材料層２５を有し、透明基板１６ｂを、透明基板１６ａと対向させて一体化する構成を示している。
【００３８】
さらに、図９（ａ）、図９（ｂ）は、透明基板１６ａ上に第２の領域１２の複屈折性材料層３２、透明基板１６ｂ上に第３の領域１３の複屈折性材料層３３が備えられている。そして、第１の領域１１の複屈折性材料層３１として、透明基板１６ａ上の複屈折性材料層３２と同じ厚さの複屈折性材料層３１ａと、透明基板１６ｂ上の複屈折性材料層３３と同じ厚さの複屈折性材料層３１ｂと、を合わせて一つの層とみなした構成を示したものであり、複屈折性材料層３１、３２、３３によってできる凹凸を、充填材料層３５により充填平坦化して一体化する構成を示している。
【００３９】
次に、偏光解消素子１０に入射する直線偏光の光が、偏光解消素子１０を透過して偏光が解消されることを、ストークスパラメータを用いて具体的に説明する。ここで、偏光解消素子１０の偏光解消性は、個々の単位領域において偏光が解消された結果の重畳（あるいは平均化されたもの）とみなされるで、以下、単位領域１５において、偏光が解消されることについて考える。ここで、単位領域１５に入射する直線偏光の光は、Ｘ方向の直線偏光であって、（Ｉ＿ｉｎｐｕｔ）とすると、式（１）のように、ストークスパラメータを用いて表記することができる。なお、式（１）は、前述したストークスパラメータの（Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）の４次元ベクトルの表記を変えたものに相当する。
【００４０】
【数３】
2012194221.tif 000005
【００４１】
ここで、単位領域１５がｍ個の領域に分かれており、ｉが１〜ｍのいずれかの整数を与える場合、第ｉの領域において発生する位相差をδｉ、複屈折性材料層の進相軸が、Ｘ−Ｙ平面において、Ｘ方向に対してθの角度をなす方向に与えられるとき、ストークスパラメータを演算するための行列として式（２）のように表記できる。なお、位相差は、複屈折性材料層を透過する光のうち、遅相軸成分の光と進相軸成分の光の位相差に相当する。
【００４２】
【数４】
2012194221.tif 000006
【００４３】
次に、単位領域の面積をＡとして、第ｉの領域の面積をＡｉとすると、式（３）のように表記できる。そして、式（３）において、Ａ＝１と規格化すると、第ｉの領域に入射する直線偏光の光（Ｉｉ＿ｉｎｐｕｔ）は、式（４）のように表記できる。
【００４４】
【数５】
2012194221.tif 000007
【００４５】
【数６】
2012194221.tif 000008
【００４６】
この結果、第ｉの領域を出射する光（Ｉｉ＿Ｏｕｔｐｕｔ）の偏光状態は、式（５）のように表記できる。ここで、例えば、ストークスベクトルＳ０について、第ｉの領域を出射する光のストークスベクトルは、Ｓ０（ｉ）と表現する。
【００４７】
【数７】
2012194221.tif 000009
【００４８】
この結果、単位領域１５を出射する光（Ｉ＿Ｏｕｔｐｕｔ）の偏光状態は、式（６）のように表記できる。
【００４９】
【数８】
2012194221.tif 000010
【００５０】
ここで、式（６）で表される単位領域１５を出射する光が、偏光解消されて完全に自然光となるための条件としては、式（６）の各ストークスパラメータについて、下記の式（７ａ）、式（７ｂ）および式（７ｃ）を満足すればよい。
【００５１】
【数９】
2012194221.tif 000011
【００５２】
また、上記の式（７ａ）、式（７ｂ）および式（７ｃ）を満たせば、単位領域１５を出射する光が、完全な自然光とみなせるので好ましいが、式（７ａ）、式（７ｂ）および式（７ｃ）の左辺が略０であれば、充分な偏光解消性が得られる。ここで、略０とは、以降に説明する条件を満たせばよい。
【００５３】
まず、単位領域１５を出射する光の偏光状態を調べるために、偏光解消素子１０の後方に、特定の方向の直線偏光のみを１００％透過する検光子を、Ｘ−Ｙ平面に平行に配置する系を考える。このとき、Ｘ−Ｙ平面内で検光子の透過軸を、例えば、Ｘ軸方向を基準に角度φに配置する場合、検光子を透過する光の光量は、式（８）で表記できる。
【００５４】
【数１０】
2012194221.tif 000012
【００５５】
ここで、検光子の透過軸の方向を変えた場合、つまり、φを変えた場合であっても、偏光が解消された状態、すなわち、式（７ａ）、式（７ｂ）を満たしていると、φの値に依存せずに、式（８）の値は常に０．５となる。一方、式（７ａ）、式（７ｂ）を満たさない場合、式（８）の値は、φの値に依存して、以下の範囲の値をとる。
【００５６】
【数１１】
2012194221.tif 000013
【００５７】
ここで、式（８）において、充分に偏光が解消されているとみなされるレベルとしては、０．４５から０．５５の範囲であって、式（６）で表される単位領域１５を出射する光が、この範囲にある条件は、式（９ａ）、式（９ｂ）で与えられる。
【００５８】
【数１２】
2012194221.tif 000014
【００５９】
さらに、単位領域１５を出射する光の偏光状態を調べるために、偏光解消素子１０の後方に、１／４波長板をＸ−Ｙ平面に平行に配置し、その後方に、特定の方向の直線偏光のみを１００％透過する検光子を、Ｘ−Ｙ平面に平行に配置する系を考える。このとき、Ｘ−Ｙ平面内で検光子の透過軸を、例えば、Ｘ軸方向を基準に角度φに配置する場合、検光子を透過する光の光量は、式（１０）で表記できる。
【００６０】
【数１３】
2012194221.tif 000015
【００６１】
ここで、検光子の透過軸の方向を変えた場合、つまり、φを変えた場合であっても、偏光が解消された状態、すなわち、式（７ｂ）、式（７ｃ）を満たしていると、φの値に依存せずに、式（１０）の値は常に０．５となる。一方、式（７ｂ）、式（７ｃ）を満たさない場合、式（１０）の値は、φの値に依存して、以下の範囲の値をとる。
【００６２】
【数１４】
2012194221.tif 000016
【００６３】
ここで、式（１０）において、充分に偏光が解消されているとみなされるレベルとしては、０．４５から０．５５の範囲であって、式（６）で表される単位領域１５を出射する光が、この範囲にある条件は、式（９ｂ）、式（９ｃ）で与えられる。なお、式（９ｂ）は既出の式（９ｂ）と同じ式である。
【００６４】
【数１５】
2012194221.tif 000017
【００６５】
このように、充分な偏光解消性を得るには、式（９ａ）、式（９ｂ）および式（９ｃ）を満たせばよく、本発明の偏光解消素子１０としては、その単位領域１５の第ｉの領域の面積Ａｉおよび、第ｉの領域で発生する位相差δｉを調整することで、少なくとも値が異なる２つの以上の波長の光を対象に、式（９ａ）、式（９ｂ）および式（９ｃ）を満足できる。さらに、３値の異なる３つ以上の波長の光、あるいは、特定の波長帯域にある光を対象に、式（９ａ）、式（９ｂ）および式（９ｃ）を満足するように、単位領域１５の第ｉの領域の面積Ａｉおよび、第ｉの領域で発生する位相差δｉを設定できればより好ましい。
【００６６】
ここで、本発明の偏光解消素子が、異なる波長の光に対して、偏光を解消することについて、波長と第ｉの領域で発生する位相差δｉを関連づける。第ｉの領域で発生する位相差δｉは、複屈折性材料層の屈折率異方性Δｎと、第ｉの領域の複屈折性材料層の厚さｄｉと波長λによって、式（１１）のように表される。ここで、位相差δｉを波長λの関数としてδｉ（λ）、屈折率異方性Δｎには一般に波長分散があるので、波長λの関数としてΔｎ（λ）と表記している。
【００６７】
【数１６】
2012194221.tif 000018
【００６８】
すなわち、異なる波長の光を対象に、式（９ａ）、式（９ｂ）および式（９ｃ）を満足するように、単位領域１５の第ｉの領域で発生する位相差δｉを設定するということは、所望の屈折率異方性の波長分散Δｎ（λ）を有する複屈折性材料の選定と、その厚さｄｉを設定するということである。
【００６９】
なお、単位領域１５の第ｉの領域で発生する位相差δｉとして、ｋを、１〜（ｍ−１）までの整数とし、第ｋの領域で発生する位相差と、第（ｋ＋１）の領域で発生する位相差と、の差を一定値δとして、さらに、ｉを、１〜ｍの整数として、式（１２）で表されるような限定を加えてもよい。
【００７０】
【数１７】
2012194221.tif 000019
【００７１】
こうした限定を加えることで、単位領域１５内の各領域の複屈折性材料層の厚さを、一定の段差で段階的に構成でき、例えば、製造上のエッチングプロセスにおいて都合が良い場合がある。また、式（１２）は、第ｍの領域で発生する位相差はゼロであって、第ｍの領域の複屈折性材料層の厚さがゼロ、すなわち、第ｍの領域には複屈折性材料層を形成しないこと意味している。この場合、前記ｍ個の領域毎の厚さは、略等しい段差を有して互いに異なっていればよい。なお、ここでいう略等しいとは、段差数（ｍ−１）個の平均の段差を基準とする、各段差が−２０％〜＋２０％以内の範囲であればよく、−１０％〜＋１０％以内の範囲が好ましく、−５％〜＋５％以内の範囲がより好ましい。
【００７２】
次に、入射する直線偏光の光の偏光方向と、偏光解消素子１０（あるいは単位領域１５）の複屈折性材料層の進相軸方向との角度θが４５°である場合について説明する。この場合、第ｉの領域を出射する光（Ｉｉ＿Ｏｕｔｐｕｔ）の偏光状態は式（１３）、単位領域１５を出射する光（Ｉ＿Ｏｕｔｐｕｔ）の偏光状態は式（１４）で表される。
【００７３】
【数１８】
2012194221.tif 000020
【００７４】
【数１９】
2012194221.tif 000021
【００７５】
ここで、式（１４）で表される単位領域１５を出射する光が、偏光解消されて完全に自然光となるための条件としては、式（１４）の各ストークスパラメータについて、下記の式（１５ａ）、式（１５ｂ）を満足すればよい。
【００７６】
【数２０】
2012194221.tif 000022
【００７７】
また、上記の式（１５ａ）、式（１５ｂ）を満たせば、単位領域１５を出射する光が、完全な自然光とみなせるので好ましいが、式（１５ａ）、式（１５ｂ）の左辺により得られる値が略０であれば、充分な偏光解消性を得られる。ここで、略０とは、以降に説明する条件を満たせばよい。
【００７８】
単位領域１５を出射する光の偏光状態を調べるために、偏光解消素子１０の後方に、特定の方向の直線偏光のみを１００％透過する検光子を、Ｘ−Ｙ平面に平行に配置する系を考える。このとき、Ｘ−Ｙ平面内で検光子の透過軸を、例えば、Ｘ軸方向を基準に角度φに配置する場合、検光子を透過する光の光量は、式（１６）で表記できる。
【００７９】
【数２１】
2012194221.tif 000023
【００８０】
ここで、検光子の透過軸の方向を変えた場合、つまり、φを変えた場合であっても、偏光が解消された状態、すなわち、式（１５ａ）を満たしていると、φの値に依存せずに、式（１６）の値は常に０．５となる。一方、式（１６ａ）を満たさない場合、式（８）の値は、φの値に依存して、以下の範囲の値をとる。
【００８１】
【数２２】
2012194221.tif 000024
【００８２】
ここで、式（１６）において、充分に偏光が解消されているとみなされるレベルとしては、０．４５から０．５５の範囲であって、式（１４）で表される単位領域１５を出射する光が、この範囲にある条件は、式（１７ａ）で与えられる。
【００８３】
【数２３】
2012194221.tif 000025
【００８４】
さらに、単位領域１５を出射する光の偏光状態を調べるために、偏光解消素子１０の後方に、１／４波長板をＸ−Ｙ平面に平行に配置し、その後方に、特定の方向の直線偏光のみを１００％透過する検光子を、Ｘ−Ｙ平面に平行に配置する系を考える。このとき、Ｘ−Ｙ平面内で検光子の透過軸を、例えば、Ｘ軸方向を基準に角度φに配置する場合、検光子を透過する光の光量は、式（１８）で表記できる。
【００８５】
【数２４】
2012194221.tif 000026
【００８６】
ここで、検光子の透過軸の方向を変えた場合、つまり、φを変えた場合であっても、偏光が解消された状態、すなわち、式（１５ｂ）を満たしていると、φの値に依存せずに、式（１８）の値は常に０．５となる。一方、式（１５ｂ）を満たさない場合、式（１８）の値は、φの値に依存して、以下の範囲の値をとる。
【００８７】
【数２５】
2012194221.tif 000027
【００８８】
ここで、式（１８）において、充分に偏光が解消されているとみなされるレベルとしては、０．４５から０．５５の範囲であって、式（１４）で表される単位領域１５を出射する光が、この範囲にある条件は、式（１７ｂ）で与えられる。
【００８９】
【数２６】
2012194221.tif 000028
【００９０】
このように、充分な偏光解消性を得るには、式（１５ａ）、式（１５ｂ）を満たせばよく、本発明の偏光解消素子１０としては、その単位領域１５の第ｉの領域の面積Ａｉおよび、第ｉの領域で発生する位相差δｉを調整することで、少なくとも値が異なる２つの以上の波長の光を対象に、式（１５ａ）、式（１５ｂ）を満足できる。さらに、３値の異なる３つ以上の波長の光、あるいは、特定の波長帯域にある光を対象に、式（１５ａ）、式（１５ｂ）を満足するように、単位領域１５の第ｉの領域の面積Ａｉおよび、第ｉの領域で発生する位相差δｉを設定できればより好ましい。
【００９１】
また、入射する直線偏光の光の偏光方向と、偏光解消素子１０（あるいは単位領域１５）の複屈折性材料層の進相軸方向との角度θが４５°という限定を加えると、以下の点で都合がいい場合がある。つまり、角度θが４５°の場合、偏光解消素子１０が充分な偏光解消性を得る条件となる、式（１７ａ）、式（１７ｂ）を満足すればよく、一方、角度θが４５°と異なる場合、偏光解消素子１０が充分な偏光解消性を得る条件である、式（９ａ）、式（９ｂ）および式（９ｃ）を満足する場合に比べて、簡単化および値を緩和できる場合があるので好ましい。なお、角度θは略４５°であればよく、このとき、略４５°とは、３５°〜５５°の範囲であればよく、４０°〜５０°の範囲であれば好ましく、４３°〜４７°の範囲であれば、より好ましい。
【００９２】
以上、ストークスパラメータを用いて説明したように、本発明の偏光解消素子１０において、偏光解消素子１０を構成する単位領域１５において、第ｉの領域の面積Ａｉおよび、第ｉの領域で発生する位相差δｉを調整することで、少なくとも値が異なる２つの以上の波長の光に対して、充分な偏光解消性が得られる。さらに、広帯域にわたる波長の光が入射する場合でも、偏光解消性が高い偏光解消素子が得られる。
【００９３】
次に、具体的に、偏光解消素子１０に示すように、単位領域１５が、第１の領域１１、第２の領域１２、第３の領域１３および第４の領域１４からなる場合を考える。複屈折性材料層を構成する複屈折性材料は、以下の式（１９）に基づいた屈折率異方性Δｎの波長分散を有し、α＝０．０３、β＝０．００１５、γ＝０ の材料とする。そして、入射する光の波長について、λ１＝４４０ｎｍ、λ２＝５３２ｎｍ、λ３＝６５０ｎｍとして、これら３種類の波長の光に対する偏光解消性について考える。なお、式（１９）のλの単位はμｍである。
【００９４】
【数２７】
2012194221.tif 000029
【００９５】
ここで、単位領域１５の面積を１と規格化し、第ｉの領域の面積Ａｉについて、それぞれ、Ａ１＝０．１５、Ａ２＝０．３６、Ａ３＝０．３５、Ａ４＝０．１４とした。そして、第１の領域１１における複屈折性材料層の厚さを２２．０μｍ、第２の領域１２における複屈折性材料層の厚さを１４．７μｍ、第３の領域１３における複屈折性材料層の厚さを７．３μｍ、第４の領域１４には複屈折性材料層を備えないものとする。また、入射する直線偏光の光の偏光方向と、偏光解消素子１０の複屈折性材料層の進相軸方向との角度θは、４５°とする。
【００９６】
ここで、第ｉの領域で発生する位相差δｉ（λ）は式（１１）で与えられており、式（１９）において、λ＝λ１＝４４０ｎｍとすると、第ｉの領域の位相差δ１（４４０）＝６７９°、位相差δ２（４４０）＝４５３°、位相差δ３（４４０）＝２２６°、位相差δ３（４４０）＝０°となる。このとき、偏光解消素子１０を出射する光の偏光状態は式（１４）のストークスパラメータで表すと、（１，−０．００６，０，０．００８）となり、いずれも、式（１７ａ）、式（１７ｂ）を満足する。
【００９７】
また、式（１９）において、λ＝λ２＝５３２ｎｍとすると、第ｉの領域の位相差δ１（５３２）＝５２６°、位相差δ２（５３２）＝３５０°、位相差δ３（５３２）＝１７５°、位相差δ３（５３２）＝０°となる。このとき、同様に、偏光解消素子１０を出射する光の偏光状態は式（１４）のストークスパラメータで表すと、（１，０．００１，０，０．００７）となり、いずれも式（１７ａ）、式（１７ｂ）を満足する。
【００９８】
さらに、式（１８）において、λ＝λ３＝６５０ｎｍとすると、第ｉの領域の位相差δ１（６５０）＝４０９°、位相差δ２（６５０）＝２７３°、位相差δ３（６５０）＝１３６°、位相差δ３（６５０）＝０°となる。このとき、同様に、偏光解消素子１０を出射する光の偏光状態は式（１４）のストークスパラメータで表すと、（１，０．０１８，０，−０．００５）となり、いずれも式（１７ａ）、式（１７ｂ）を満足する。
【００９９】
なお、偏光解消素子１０の偏光解消性は、式（１６）および式（１８）で表される値が、０．４５〜０．５５内にあることを確認することで評価でき、おのおのの値が０．５に近いほど偏光解消性が高いといえる。また、式（１６）および式（１８）で表される値が、０．４５〜０．５５の間で成立する光は広帯域であればよく、波長４４０ｎｍ〜波長７６０ｎｍの範囲であれば好ましく、波長４００ｎｍ〜波長７００ｎｍの範囲であれば、より好ましい。
【０１００】
（投射型表示装置の実施形態）
図１０（ａ）、図１０（ｂ）は、本実施形態に係る投射型表示装置の構成を示す模式図である。発光手段であるコヒーレント光を発する光源部として、例えば半導体レーザや固体レーザなど、少なくとも１つのレーザ１０１から出射された光はコリメータレンズ１０２によって略平行光となるように集光され、偏光子１０３を通過する。レーザ１０１として例えば、半導体レーザは直線偏光の光を出射するが、製造ばらつきや使用環境温度変化等により、その偏光方向にばらつきや時間的変動を有する場合がある。偏光子１０３は、この光の偏光状態を一定にするためのものであるが、省略できる。偏光子１０３を通過した光は、偏光解消素子１０によって偏光状態が異なる光を透過させることにより空間的な光干渉性を平均化して出射する。偏光解消素子１０を透過した散乱光は、集光レンズ１０４により、画像光生成部である空間光変調器１０５に集光される。また、レーザ１０１から出射する光は、ファイバなどを用いて導光されることで散乱される光でもよく、この場合、投射型表示装置１００ａ、１００ｂは、図１０（ａ）、図１０（ｂ）に示す構成を有してもよいが、コリメータレンズ１０２、偏光子１０３を含まない構成としてもよい。
【０１０１】
偏光解消素子１０を通過した光は、集光レンズ１０４を通過後、均質化されて空間変調器１０５へ照射される。集光レンズ１０４としては、例えば、開口数が大きなコンデンサレンズを使用すると、光を効率よく取り込めるので、光利用効率を高くできる。空間光変調器１０５としては、典型的には透過型液晶パネルが使用可能であるが、反射型の液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）などを使用してもよく、透過型の液晶パネルや反射型の液晶パネルを使用する時は、光の利用効率を上げるために偏光解消素子１０と空間変調器１０５と、の間に偏光変換素子を配置してもよい。つまり、この偏光変換素子を透過させることで、偏光状態を揃えることができ、例えば、偏光依存性のある光学素子を透過または反射させる場合、光の利用効率を高くできる。
【０１０２】
このように空間光変調器１０５に入射した光束は、画像信号に応じて変調され、投影レンズ１０６によってスクリーン１０７などに投影される。なお、光源は、１つのレーザ光源のみを使用する構成であっても、異なる波長の光を出射するレーザ光源を複数配置する構成であっても、コヒーレント性を有さない光源とレーザ光源とを組み合わせて用いる構成であってもよい。また、偏光解消素子１０は空間変調素子１０５と投影レンズ１０６と、の間の光路中または、投影レンズ１０６とスクリーン１０７と、の間の光路中に配置してもよい。
【０１０３】
また、図１０（ｂ）に示す投射型表示装置１００ｂは、偏光解消素子１０を揺動するための揺動制御部１８を備え、それ以外は、図１０（ａ）に示す投射型表示装置１００ａと同じ構成を示した。具体的に揺動制御部１８は、一定の時間的周期で特定の方向に偏光解消素子１０を揺動できればよく、モータ、バネ、圧電素子、電磁力を利用したアクチュエータなどの機械的機構を有する。偏光解消素子１０を揺動させる方向は、例えば、光軸に対して垂直な面内において１次元方向に繰り返し振動させたり、光軸を中心に回転させたり、または、光軸に対して垂直な面内において円を描くように振動させたりしてもよい。さらに、揺動制御部１８は、偏光解消素子１０を光軸方向に振動させたり、３次元的に振動させたりする機構が備わっていてもよい。また、振動させる周期としては、人間の目によって追従できなくなる３０Ｈｚ以上とすることが好ましく、５０Ｈｚ以上であればより好ましい。このように、揺動制御部１８で振動制御させることで、透過する光の偏光状態を空間的に変えるだけでなく、時間的にも変えられるので、スペックルノイズを大きく低減できる。
【実施例】
【０１０４】
本実施例では、第１の実施形態に係る偏光解消素子１０として、図３に示すように、単位領域２０が、４つの領域からなるとともに、単位領域２０のレイアウトがランダムになっているパターンを作製した。具体的に、図１１は、作製した偏光解消素子を拡大した平面写真である。なお、図１１における太線は、単位領域を明確に示すための境界線であって、実際の平面写真に付加的に与えた。そして、この単位領域の形状は、０．４ｍｍ×０．４ｍｍの正方形である。
【０１０５】
次に、本実施例に係る偏光解消素子１０の作製方法について、図９（ａ）、図９（ｂ）を用いて説明する。基板１６ａとして石英ガラス基板を用い、一方の面に可視域の光に対して図示しない反射防止膜を成膜し、反対側の面に図示しないポリイミド膜を塗布し、図の座標系のＸ軸に対して４５°方向にラビング処理をして配向膜を形成した。そして、配向膜上に高分子液晶を、厚さが１４μｍとなるように成膜した。使用した高分子液晶は、式（１９）において、波長分散の係数が、α＝０．０３、β＝０．００１５、γ＝０となる特性を有する。
【０１０６】
次に、フォトリソグラフィおよびエッチングプロセスにより、第１の領域１１の複屈折性材料層３１ａに相当する高分子液晶と、第２の領域１２の複屈折性材料層３２に相当する高分子液晶を残し、第３の領域１３および第４の領域１４の高分子液晶を取り除いた。なお、単位領域２０の面積を１００％として、第１の領域１１の面積は１５％、第２の領域の面積は３６％とした。
【０１０７】
次に、基板１６ｂとして石英ガラス基板を用い、一方の面に可視域の光に対して図示しない反射防止膜を成膜し、反対側の面に図示しないポリイミド膜を塗布し、図の座標系のＸ軸に対して４５°方向にラビング処理をして配向膜を形成した。そして、配向膜上に高分子液晶を、厚さが７μｍとなるように成膜した。使用した高分子液晶は、式（１９）において、波長分散の係数が、α＝０．０３、β＝０．００１５、γ＝０となる特性を有する。
【０１０８】
次に、フォトリソグラフィおよびエッチングプロセスにより、第１の領域１１の複屈折性材料層３１ｂに相当する高分子液晶と、第３の領域１３の複屈折性材料層３３に相当する高分子液晶を残し、第２の領域１２および第４の領域１４の高分子液晶を取り除いた。なお、単位領域２０の面積を１００％として、第１の領域１１の面積は１５％、第３の領域の面積は３５％とした。次に、基板１６ａと基板１６ｂとを、高分子液晶が向かい合うようにして、等方性の接着剤を介して一体化し、偏光解消素子１０を作製した。なお、このとき、それぞれの配向膜の配向方向が一致するように重ねた。
【０１０９】
作製した偏光解消素子１０について、Ｘ−Ｙ平面内にてＺ軸方向に進行する、Ｙ軸方向の直線偏光の光を入射したときの、偏光解消性を評価するために、式（１５ａ）、式（１５ｂ）の左辺に対応する値、そして式（１６）に対応する値を測定した。なお、偏光解消素子１０に入射した光の直径は２ｍｍで、波長は４００〜７００ｎｍの範囲とした。図１２は、式（１５ａ）の左辺に対応する値を評価する検光子を、１５°おきに−９０°〜９０°の範囲で回転させて得られた出力の値のうち、実線はこの出力の最大値、破線はこの出力の最小値を示した結果である。図１２に示す通り、波長４４０ｎｍ、波長５３２ｎｍ、波長６５０ｎｍを含む、波長４２０ｎｍ〜波長７００ｎｍの範囲で、最大値を示す実線と最小値を示す破線が０．４５〜０．５５の間にある結果になった。
【０１１０】
図１３は、式（１５ｂ）の左辺に対応する値を評価する検光子を、１５°おきに−９０°〜９０°の範囲で回転させて得られた出力の値のうち、実線はこの出力の最大値、破線はこの出力の最小値を示した結果である。図１３に示す通り、波長４４０ｎｍ、波長５３２ｎｍ、波長６５０ｎｍを含む、波長４００ｎｍ〜波長７００ｎｍの範囲で、最大値を示す実線と最小値を示す破線が０．４５〜０．５５の間にある結果になった。これより、式（１５ａ）、式（１５ｂ）と式（１６）に対応する値が、十分に偏光が解消されているとみなすレベルである０．４５〜０．５５の間にあるので、偏光解消性素子１０が広帯域にわたり十分な偏光解消性を確認できた。
【０１１１】
（比較例）
比較例では、単位領域が４つの領域から構成され、かつ、４つの領域の面積がいずれも等しい偏光解消素子を作製して偏光解消性を評価した。具体的に、図１４は、作製した偏光解消素子を拡大した平面写真である。なお、図１４における太線は、単位領域を明確に示すための境界線であって、実際の平面写真に付加的に与えた。そして、この単位領域の形状は、１．０ｍｍ×１．０ｍｍの正方形であり、単位領域を構成する４つの領域それぞれの形状は、０．５ｍｍ×０．５ｍｍの正方形とした。
【０１１２】
比較例における偏光解消素子は、以下の点を除いて、実施例に示す偏光解消素子１０と同様の材料および同様の方法で作製した。図１４の単位領域を構成する４つの領域を、左上、右上、左下、右下の順に、第１の領域、第２の領域、第３の領域、第４の領域とするとき、一方の石英ガラス基板のうち、第１の領域および第２の領域のみに、厚さ７．５μｍの高分子液晶層を形成した。そして、もう一方の石英ガラス基板のうち、第１の領域および第３の領域のみに、厚さ３．８μｍの高分子液晶層を形成し、それぞれの高分子液晶層が向かい合うようにして、等方性の接着剤を介して一体化した。なお、作製した偏光解消素子は、波長５３２ｎｍの光に対して、高い偏光解消性が得られるように高分子液晶層の厚さ等を設計した。
【０１１３】
作製した偏光解消素子について、Ｘ−Ｙ平面内にてＺ軸方向に進行する、Ｙ軸方向の直線偏光の光を入射したときの、偏光解消性を評価するために、式（１５ａ）、式（１５ｂ）の左辺に対応する値、そして式（１６）に対応する値を測定した。なお、入射した光の波長は４００〜７００ｎｍの範囲とした。図１５は、式（１５ａ）の左辺に対応する値を評価する検光子を、１５°おきに−９０°〜９０°の範囲で回転させて得られた出力の値のうち、実線はこの出力の最大値、破線はこの出力の最小値を示した結果である。図１５に示す通り、波長５３２ｎｍを含む、波長５１０ｎｍ〜波長７００ｎｍの範囲で、最大値を示す実線と最小値を示す破線が０．４５〜０．５５の間にある結果になった。一方、波長４００ｎｍ〜波長５１０ｎｍの範囲では、最大値が０．５５以上になるとともに、最小値が０．４５以下となった。
【０１１４】
図１６は、式（１５ｂ）の左辺に対応する値を評価する検光子を、１５°おきに−９０°〜９０°の範囲で回転させて得られた出力の値のうち、実線はこの出力の最大値、破線はこの出力の最小値を示した結果である。図１６に示す通り、波長５３２ｎｍを含む、波長４１０ｎｍ〜波長５７０ｎｍの範囲で、最大値を示す実線と最小値を示す破線が０．４５〜０．５５の間にある結果になった。一方、波長５７０ｎｍ〜波長７００ｎｍの範囲では、最大値が０．５５以上になるとともに、最小値が０．４５以下となった。
【０１１５】
これより、式（１５ａ）、式（１５ｂ）と式（１６）に対応する値が、十分に偏光が解消されているとみなすレベルである０．４５〜０．５５の間にある波長範囲は５１０ｎｍ〜５７０ｎｍであり、高帯域における高い偏光解消性が得られなかった。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
以上のように、本発明は、コヒーレント性を有し、かつ、波長が異なる複数の光に対して、一様に高い偏光解消性が得られる偏光解消素子を提供できる。また、本発明は、コヒーレント性を有し、かつ、波長が異なる複数の光を発射する光源を使用する投射型表示装置において、発生するスペックルノイズを、投射画像の全面にわたって安定して大きく低減できる効果が得られる。
【符号の説明】
【０１１７】
１０  偏光解消素子
１１、１６  第１の領域
１１ａ  第１の領域を出射する光の偏光状態
１２、１７  第２の領域
１２ａ  第２の領域を出射する光の偏光状態
１３、１８  第３の領域
１３ａ  第３の領域を出射する光の偏光状態
１４、１９  第４の領域
１４ａ  第４の領域を出射する光の偏光状態
１５、２０  単位領域
１６ａ、１６ｂ  透明基板
１８  揺動制御部
２１、２２、２３、２６、２７、２８、３１、３１ａ、３１ｂ、３２、３３  複屈折性材料層
２５、３５  充填材料層
１００ａ、１００ｂ  投射型表示装置
１０１  レーザ
１０２コリメータレンズ
１０３  偏光子
１０４  集光レンズ
１０５  空間光変調器
１０６  投影レンズ
１０７  スクリーン
【図１】
2012194221.tif 000032
【図２】
2012194221.tif 000033
【図３】
2012194221.tif 000034
【図４】
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【図５】
2012194221.tif 000036
【図６】
2012194221.tif 000037
【図７】
2012194221.tif 000038
【図８】
2012194221.tif 000039
【図９】
2012194221.tif 000040
【図１０】
2012194221.tif 000041
【図１１】
2012194221.tif 000042
【図１２】
2012194221.tif 000043
【図１３】
2012194221.tif 000044
【図１４】
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【図１５】
2012194221.tif 000046
【図１６】
2012194221.tif 000047
【手続補正書】
【提出日】平成24年3月13日(2012.3.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
複屈折性材料からなる複屈折性材料層を有し、入射する直線偏光の光に対して発生する位相差が異なるｍ個の領域（ｍ≧４）からなる単位領域を有し、
前記ｍ個の領域から抽出される２つの領域は、面積が異なる組み合わせを少なくとも１つ以上有し、
前記単位領域の面積を１、ｉを１〜ｍの間の整数として、第ｉの領域の面積をＡｉ、前記第ｉの領域に入射する光に対して発生する位相差をδｉ、入射する直線偏光の光の偏光方向と前記複屈折性材料の光学軸とがなす角度をθとするとき、下記の式を満足する前記前記光として、波長が異なる２つ以上の光が含まれ、前記光の偏光状態を変える偏光解消素子。
【数１】
2012194221.tif 000048
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明は、以上の点を鑑みてなされたものであって、複屈折性材料からなる複屈折性材料層を有し、入射する直線偏光の光に対して位相差が異なるｍ個の領域（ｍ≧４）からなる単位領域を有し、前記ｍ個の領域から抽出される２つの領域は、面積が異なる組み合わせを少なくとも１つ以上有し、前記単位領域の面積を１、ｉを１〜ｍの間の整数として、第ｉの領域の面積をＡｉ、前記第ｉの領域に入射する光に対して発生する位相差をδｉ、入射する直線偏光の光の偏光方向と前記複屈折性材料の光学軸とがなす角度をθとするとき下記の式を満足し、前記光として波長が異なる２つ以上の光が含まれ、前記光の偏光状態を変える偏光解消素子を提供する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
また、同じ偏光状態の光を出射するのであれば、例えば、第１の領域１１が、単位領域１５内で、複数の領域に離れて配置されてもよい。つまり、この場合、単位領域１５内の各領域の面積が特定の比率を満足すれば、各領域のレイアウトは自由に設定できる。図４はその一例であって、単位領域１５内で、第１の領域１１、第２の領域１２、第３の領域１３、第４の領域１４が、それぞれ４つに離れて配置されている例を示す平面模式図である。つまり、図４の例のように、単位領域１５が、別の単位領域を複数個並べたもの（この場合、２×２）によって構成されてもよいことを示している。このような場合、偏光解消素子１０において単位領域１５が複数個、並んで配置される個数としては、偏光解消素子１０に入射する（レーザ）光の照射面積内に、３個未満であってもよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
この結果、第ｉの領域を出射する光（Ｉｉ＿ｏｕｔｐｕｔ）の偏光状態は、式（５）のように表記できる。ここで、例えば、ストークスベクトルＳ０について、第ｉの領域を出射する光のストークスベクトルは、Ｓ０（ｉ）と表現する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
この結果、単位領域１５を出射する光（Ｉ＿ｏｕｔｐｕｔ）の偏光状態は、式（６）のように表記できる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８０】
ここで、検光子の透過軸の方向を変えた場合、つまり、φを変えた場合であっても、偏光が解消された状態、すなわち、式（１５ａ）を満たしていると、φの値に依存せずに、式（１６）の値は常に０．５となる。一方、式（１５ａ）を満たさない場合、式（１６）の値は、φの値に依存して、以下の範囲の値をとる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９６】
ここで、第ｉの領域で発生する位相差δｉ（λ）は式（１１）で与えられており、式（１９）において、λ＝λ１＝４４０ｎｍとすると、第ｉの領域の位相差δ１（４４０）＝６７９°、位相差δ２（４４０）＝４５３°、位相差δ３（４４０）＝２２６°、位相差δ４（４４０）＝０°となる。このとき、偏光解消素子１０を出射する光の偏光状態は式（１４）のストークスパラメータで表すと、（１，−０．００６，０，０．００８）となり、いずれも、式（１７ａ）、式（１７ｂ）を満足する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９７】
また、式（１９）において、λ＝λ２＝５３２ｎｍとすると、第ｉの領域の位相差δ１（５３２）＝５２６°、位相差δ２（５３２）＝３５０°、位相差δ３（５３２）＝１７５°、位相差δ４（５３２）＝０°となる。このとき、同様に、偏光解消素子１０を出射する光の偏光状態は式（１４）のストークスパラメータで表すと、（１，０．００１，０，０．００７）となり、いずれも式（１７ａ）、式（１７ｂ）を満足する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９８】
さらに、式（１９）において、λ＝λ３＝６５０ｎｍとすると、第ｉの領域の位相差δ１（６５０）＝４０９°、位相差δ２（６５０）＝２７３°、位相差δ３（６５０）＝１３６°、位相差δ４（６５０）＝０°となる。このとき、同様に、偏光解消素子１０を出射する光の偏光状態は式（１４）のストークスパラメータで表すと、（１，０．０１８，０，−０．００５）となり、いずれも式（１７ａ）、式（１７ｂ）を満足する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１５】
これより、式（１５ａ）、式（１５ｂ）と式（１６）に対応する値が、十分に偏光が解消されているとみなすレベルである０．４５〜０．５５の間にある波長範囲は４１０ｎｍ〜５７０ｎｍであり、高帯域における高い偏光解消性が得られなかった。