(57)【要約】【課題】研磨加工バラツキによって規格を満たすことが出来ない水晶ウェハーであっても、それを有効活用して１／２波長板を製造するとともに、それを用いた低コスト且つ高性能な偏光変換素子を実現する。【解決手段】波長板ユニット２０Ａ及び波長板ユニット２０Ｂを備え、波長λの光に対して全体として位相差Γを与えて偏光面を回転させる積層波長板ユニットであり、波長板ユニット２０Ａは、位相誤差ａを加味した位相差Γ１±ａを与える水晶波長板３０Ａと、水晶波長板３０Ａに積層され、位相誤差ａを相殺して波長板ユニット２０Ａの位相差がΓ１となるように補正する位相差調整素子４０Ａと、を備え、波長板ユニット２０Ｂは、位相誤差ｂを加味した位相差Γ２±ｂを与える水晶波長板３０Ｂと、水晶波長板３０Ｂに対して積層され、位相誤差ｂを相殺して波長板ユニット２０Ｂ全体の位相差がΓ２となるように補正する位相差調整素子４０Ｂと、を備えた。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長λの光に対して位相差δを与えて、入射する前記光の直線偏光の偏光面を回転させた直線偏光に変換して出射する波長板であって、
前記波長λの光に対して位相誤差ａを有し位相差δ±ａを与え、材料が無機光学結晶からなる位相差板と、
該位相差板に積層され、前記位相誤差ａを補正する液晶素子を備えた位相差調整素子と、を備えたことを特徴とする波長板。
【請求項２】
請求項１に記載の波長板において、
前記位相誤差ａが正の値の場合は、前記液晶素子における液晶の配向方向が前記位相差板の光学軸と直交するように配向され、
前記位相誤差ａが負の値の場合は、前記液晶素子における液晶の配向方向が前記位相差板の光学軸と平行となるように配向されたことを特徴とする波長板。
【請求項３】
光路上に配置された第１の波長板と第２の波長板とを備え、
前記波長λの光に対して位相差δを与えて、入射する前記光の直線偏光の偏光面を回転させた直線偏光に変換して出射する、或いは前記光の直線偏光を円偏光に変換して出射する波長板であって、
前記第１の波長板は、
前記光の直線偏光の偏光面と光学軸とのなす角を方位角θ１とし、前記波長λの光に対して位相誤差ａを有し位相差δ１±ａを与え、材料が無機光学結晶からなる第１の位相差板と、
該第１の位相差板に積層され、前記位相誤差ａを補正する液晶素子を備えた第１の位相差調整素子と、を備え、
前記第２の波長板は、
前記光の直線偏光の偏光面と光学軸とのなす角を方位角θ２とし、前記波長λの光に対して位相誤差ｂを有し位相差δ２±ｂを与え、材料が無機光学結晶からなる第２の位相差板と、
該第２の位相差板に積層され、前記位相誤差ｂを補正する液晶素子を備えた第２の位相差調整素子と、
を備えたことを特徴とする波長板。
【請求項４】
請求項３に記載の波長板において、
入射する前記光の直線偏光の偏光面を回転させた直線偏光に変換して出射し、
前記方位角θ１を４５°、前記方位角θ２を１３５°とし、
位相差δ１を３６０°×Ｎ１＋１８０°、位相差δ２を３６０°×Ｎ２とし（Ｎ１及びＮ２はそれぞれ０から始まる自然数）、
前記位相誤差ａ又は位相誤差ｂが正の値の場合は、前記第１の位相差調整素子又は前記第２の位相差調整素子における液晶の配向方向を、前記第１の位相差板又は前記第２の位相差板の光学軸と直交するように配向し、
記位相誤差ａ又は位相誤差ｂが負の値の場合は、前記第１の位相差調整素子又は前記第２の位相差調整素子における液晶の配向方向を、前記第１の位相差板又は前記第２の位相差板の光学軸に対して平行になるように配光することを特徴とする波長板。
【請求項５】
請求項３に記載の波長板において、
入射する前記光の直線偏光を円偏光に変換して出射し、
前記方位角θ１を４５°、前記方位角θ２を１３５°とし、
位相差δ１を３６０°×Ｎ１＋（９０°又は２７０°）、位相差δ２を３６０°×Ｎ２とし（Ｎ１及びＮ２はそれぞれ０から始まる自然数）、
前記位相誤差ａ又は位相誤差ｂが正の値の場合は、前記第１の位相差調整素子又は前記第２の位相差調整素子の配向方向を、前記第１の位相差板又は前記第２の位相差板の光学軸と直交するように配向し、
前記位相誤差ａ又は位相誤差ｂが負の値の場合は、前記第１の位相差調整素子又は前記第２の位相差調整素子の配向方向を、前記第１の位相差板又は前記第２の位相差板の光学軸に対して平行になるように配向することを特徴とする波長板。
【請求項６】
請求項３に記載の波長板において、
入射する前記光の直線偏光の偏光面を回転させた直線偏光に変換して出射し、
前記方位角θ１を２２．５°、前記方位角θ２を６７．５°とし、
位相差δ１を１９６°、位相差δ２を１９６°とし、
前記位相誤差ａ又は位相誤差ｂが正の値の場合は、前記第１の位相差調整素子又は前記第２の位相差調整素子の配向方向を、前記第１の水晶波長板又は前記第２の水晶波長板の光学軸と直交するように配向し、
記位相誤差ａ又は位相誤差ｂが負の値の場合は、前記第１の位相差調整素子又は前記第２の位相差調整素子の配向方向を、前記第１の水晶波長板又は前記第２の水晶波長板の光学軸に対して平行になるように配向することを特徴とする波長板。
【請求項７】
請求項３に記載の波長板において、
入射する前記光の直線偏光の偏光面を回転させた直線偏光に変換して出射し、
前記方位角θ１を２２．５°、前記方位角θ２を６７．５°とし、
位相差δ１を３６０°×Ｎ１＋１８０°、位相差δ２を３６０°×Ｎ２とし（Ｎ１及びＮ２はそれぞれ１から始まる自然数）、
前記位相誤差ａ又は位相誤差ｂが正の値の場合は、前記第１の位相差調整素子又は前記第２の位相差調整素子における液晶の配向方向を、前記第１の水晶波長板又は前記第２の水晶波長板の光学軸と直交するように配向し、
前記位相誤差ａ又は位相誤差ｂが負の値の場合は、前記第１の位相差調整素子又は前記第２の位相差調整素子における液晶の配向方向を、前記第１の水晶波長板又は前記第２の水晶波長板の光学軸に対して平行になるように配向することを特徴とする波長板。
【請求項８】
請求項３乃至７の何れか一項に記載の波長板において、
前記波長λの光に対する前記第１の位相差調整素子の位相差が前記位相誤差ａとなり、前記波長λに対する光に対する前記第２の位相差調整素子の位相差が前記位相誤差ｂとなるように、前記第１の位相差調整素子の液晶の常光屈折率ｎｏ１、異常光屈折率ｎｅ１、屈折率差Δｎ１＝（ｎｅ１−ｎｏ１）を電圧により設定し、
前記第２の位相差調整素子の液晶の常光屈折率ｎｏ２、異常光屈折率ｎｅ２、屈折率差Δｎ２＝（ｎｅ２−ｎｏ２）を電圧により設定したとき、
ａ＝２Π／λ×Δｎ１×Ｔ１、ｂ＝２Π／λ×Δｎ２×Ｔ２、を満たすように、前記液晶の屈折率差Δｎ１及びΔｎ２を設定したことを特徴とする波長板。
【請求項９】
互いに略平行な光入射面及び光出射面を有し、前記光出射面に対して所定の傾斜角度を有した接合面によって接合された複数の透光性基板と、
複数の前記透光性基板の接合面間に交互に設けられ、前記光入射面に入射した光束を偏光方向が互いに直交して異なる２種類の直線偏光光束に分離して一方の直線偏光光束を透過させ、他方の直線偏光光束を反射させる偏光分離手段と、
反射された前記他方の直線偏光光束を反射し、光路の向きをかえる反射手段と、
前記光出射面側に配置され、前記２種類の偏光光束のうち何れか一方の直線偏光光束の偏光面を回転させて他方の直線偏光光束の偏光面と平行な直線偏光光束に変換して出射する偏光回転素子と、を備え、
前記偏光回転素子は、請求項１、２、３、４、６又は７に記載の波長板であることを特徴とする偏光変換素子。
【請求項１０】
請求項９に記載の偏光変換素子と、当該偏光変換素子及び光源からの光束を選択的に前記偏光分離膜に入射させるための遮光板と、を着脱可能に組み込むための治具と、を備えることを特徴とする偏光変換ユニット。
【請求項１１】
前記光源と、請求項１０に記載の偏光変換ユニットと、前記偏光変換ユニットから出射された光を画像信号に基づいて変調する光変調手段と、前記光変調手段から射出された変調光を投写する投写光学系と、を備えることを特徴とする投写装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶のような複屈折性を有する無機光学結晶材料からなる位相差板と、液晶素子からなる位相差調整素子と、配置してなる波長板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶プロジェクター等の投射装置は、特許文献１や特許文献２に開示されているような構造を有する偏光変換素子を備えている。前記偏光変換素子は、光源から出射されるランダム偏光光束（互いに偏光面が直交するＰ偏光光束とＳ偏光光束や偏光面の方向がさまざまな直線偏光が混在した光束）を所定の直線偏光光束に統一して出射する素子である。
かかる偏光変換素子は、一般に、両主面にＰＢＳ膜（互いに直交関係のＰ偏光とＳ偏光のうち、何れか一方の直線偏光を透過させ、他方の直線偏光を反射させる機能を有する光学機能膜、所謂偏光分離膜）と反射ミラー膜とを夫々形成された無色透明なガラス等の透光性基板を幾重にも交互に積層してなる積層体を作成し、入射面（積層面）に対して所定の角度、例えば４５度（あるいは１３５度）の角度に切断して得た偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ：Polarizing Beam Splitter）アレイの出射側表面に、有機系材料、例えばポリカーボネートフィルム製の１／２波長板を有機系の接着剤により接着した構成を備えており、光源からのランダム偏光光束は、光路上に配置された遮光板により選択的にＰＢＳ膜に入射してＳ偏光光束とＰ偏光光束とに分離され、Ｐ偏光光束は、前記ＰＢＳ膜を透過し、Ｓ偏光光束は、前記ＰＢＳ膜を反射する。
【０００３】
前記ＰＢＳ膜を透過したＰ偏光束は、１／２波長板に入射すると、位相が１８０度ずれることにより、Ｓ偏光の光に変換されて１／２波長板から入射し、前記ＰＢＳ膜を反射したＳ偏光束は、反射ミラー膜でさらに反射して、前記ＰＢＳアレイの１／２波長板が配置されていない領域の出射面から出射する。
結果として、前記偏光変換素子から出射する光は、Ｓ偏光の光に統一されることとなる。
ところで、かかる構成を有する偏光変換素子を採用した液晶プロジェクター等に用いられる光源としての白色の光源ランプは、近年、高出力化、短アーク長化が進行しおり、上述のＰＢＳアレイ、及び１／２波長板に対する熱負荷が増大している。特に、樹脂フィルムからなり、光や熱による性能劣化（偏光回転効率や光透過性の劣化）を生じ易い１／２波長板への熱負荷の影響は顕著である。
かかる問題に対し、特許文献３、特許文献４には、少なくとも一方の偏光光束（直線偏光光束）の偏光方向を回転させる１／２波長板を構成する材料として、一般的な透明ガラス（熱伝導率：０．８Ｗ／ｍ／Ｋ）よりも高い熱伝導性を有する水晶を用いることが提案されている。
すなわち、同文献では、水晶１／２波長板をＰＢＳの出射側面に、耐熱・耐光性に優れた紫外線硬化樹脂又は無機系材料の接着剤を用いることで、冷却ファンによる強制冷却を不要とする液晶プロジェクターを実現しようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２９８２１２公報
【特許文献２】特許第３３０９８４６号
【特許文献３】特開２００４−３０９８５３公報
【特許文献４】特開２００９−１０３８６３公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、１／２波長板の材料として水晶を用いる場合、以下のような問題がある。すなわち、水晶波長板は、水晶原石をランバード加工し、得られたランバード水晶を所定の角度と板厚で切断することにより得られた水晶ウェハー（基板）の裏表面を研磨加工し、所定のサイズに裁断することによって得られる。研磨加工の工程により、所定の板厚となるように調整されるが、加工装置の性能等に起因する加工精度のバラツキによって、所定の板厚規格に収まらずに、不適合品として処分されることがあり、これが製造コスト上の大きな問題となっていた。
例えば、２枚の水晶波長板からなる積層波長板に用いる水晶ウェハーの場合、１枚目の基板については、０．３１１７〜０．３１１９ｍｍを厚め（Ａ）、０．３１１５〜０．３１１７ｍｍをセンター（Ｂ）、０．３１１３〜０．３１１５ｍｍ（Ｃ）とし、２枚目の基板について、０．２９０４〜０．２９０６を厚め（Ａ）、０．２９０２〜０．２９０４ｍｍをセンター（Ｂ）、０．２９００〜０．２９０２ｍｍを薄め（Ｃ）とランク分けするなどし、２枚の基板について、Ａ同士、Ｂ同士、Ｃ同士の組み合わせで使用する。
しかし、このランク分けにも収まらないものについては使用出来ず、処分せざるを得ないこともある。
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、研磨加工バラツキによって規格を満たすことが出来ない水晶ウェハーであっても、それを有効活用して水晶波長板を製造するとともに、それを用いた低コスト且つ高性能な偏光変換素子を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］本適用例の波長板は、波長λの光に対して位相差δを与えて、入射する前記光の直線偏光の偏光面を回転させた直線偏光に変換して出射する波長板であって、前記波長λの光に対して位相誤差ａを有し位相差δ±ａを与え、材料が無機光学結晶からなる位相差板と、該位相差板に積層され、前記位相誤差ａを補正する液晶素子を備えた位相差調整素子と、を備えたこと特徴とする。
【０００８】
本適用例によれば、水晶波長板における位相差のズレを、水晶波長板に積層した位相差調整素子によって補償して、全体として設計波長の光に対して所望の位相差を正確に与えられる波長板を提供し、規格を満たさない水晶ウェハーであっても、有効活用することが出来る。
【０００９】
［適用例２］本適用例の波長板は、適用例１に記載の波長板において、前記位相誤差ａが正の値の場合は、前記液晶素子における液晶の配向方向が前記位相差板の光学軸と直交するように配向し、前記位相誤差ａが負の値の場合は、前記液晶素子における液晶の配向方向が前記位相差板の光学軸と平行となるように配向した。
【００１０】
本適用例によれば、肉厚の加工バラツキによって位相差がずれた水晶波長板について、位相差が大きすぎる場合は、位相差調整素子の配向方向を水晶波長板の結晶軸と直交させて逆向きの位相差を与えて相殺し、小さすぎる場合は、位相差調整素子の配向方向を水晶波長板の結晶軸と平行にすることで、水晶波長板と同じ向きの位相差を与えて補完することにより、容易に波長板ユニットの位相差を調整して偏光変換効率を高めることが出来る。
【００１１】
［適用例３］本適用例に係る波長板ユニットは、光路上に配置された第１の波長板と第２の波長板とを備え、前記波長λの光に対して位相差δを与えて、入射する前記光の直線偏光の偏光面を回転させた直線偏光に変換して出射する、或いは前記光の直線偏光を円偏光に変換して出射する波長板であって、前記第１の波長板は、前記光の直線偏光の偏光面と光学軸とのなす角を方位角θ１とし、前記波長λの光に対して位相誤差ａを有し位相差δ１±ａを与え、材料が無機光学結晶からなる第１の位相差板と、該第１の位相差板に積層され、前記位相誤差ａを補正する液晶素子を備えた第１の位相差調整素子と、を備え、前記第２の波長板は、前記光の直線偏光の偏光面と光学軸とのなす角を方位角θ２とし、前記波長λの光に対して位相誤差ｂを有し位相差δ２±ｂを与え、材料が無機光学結晶からなる第２の位相差板と、該第２の位相差板に積層され、前記位相誤差ｂを補正する液晶素子を備えた第２の位相差調整素子と、を備えた。
【００１２】
本適用例によれば、各水晶波長板における位相差のズレを、各水晶波長板に積層した位相差調整素子によって補償して、全体として設計波長の光に対して所望の位相差を正確に与えられる波長板を提供し、規格を満たさない水晶ウェハーであっても、有効活用することが出来る。
【００１３】
［適用例４］本適用例に係る波長板は、適用例３に記載の波長板において、入射する前記光の直線偏光の偏光面を回転させた直線偏光に変換して出射し、前記方位角θ１を４５°、前記方位角θ２を１３５°とし、位相差δ１を３６０°×Ｎ１＋１８０°、位相差δ２を３６０°×Ｎ２とし（Ｎ１及びＮ２はそれぞれ０から始まる自然数）、前記位相誤差ａ又は位相誤差ｂが正の値の場合は、前記第１の位相差調整素子又は前記第２の位相差調整素子における液晶の配向方向を、前記第１の位相差板又は前記第２の位相差板の光学軸と直交するように配向し、記位相誤差ａ又は位相誤差ｂが負の値の場合は、前記第１の位相差調整素子又は前記第２の位相差調整素子における液晶の配向方向を、前記第１の位相差板又は前記第２の位相差板の光学軸に対して平行になるように配光する波長板を特徴とする。
【００１４】
本適用例によれば、肉厚の加工バラツキによって位相差がずれた複数枚の水晶波長板について、位相差が大きすぎる場合は、位相差調整素子の配向方向を水晶波長板の結晶軸と直交させて逆向きの位相差を与えて相殺し、小さすぎる場合は、位相差調整素子の配向方向を水晶波長板の結晶軸と平行にすることで、水晶波長板と同じ向きの位相差を与えて補完することにより、容易に積層１／２波長板ユニットの位相差を調整して、複数波長（広帯域）における偏光変換効率を高めることが出来る。
【００１５】
［適用例５］本適用例に係る波長板は、適用例３に記載の波長板において、入射する前記光の直線偏光を円偏光に変換して出射し、前記方位角θ１を４５°、前記方位角θ２を１３５°とし、位相差δ１を３６０°×Ｎ１＋（９０°又は２７０°）、位相差δ２を３６０°×Ｎ２とし（Ｎ１及びＮ２はそれぞれ０から始まる自然数）、前記位相誤差ａ又は位相誤差ｂが正の値の場合は、前記第１の位相差調整素子又は前記第２の位相差調整素子の配向方向を、前記第１の位相差板又は前記第２の位相差板の光学軸と直交するように配向し、前記位相誤差ａ又は位相誤差ｂが負の値の場合は、前記第１の位相差調整素子又は前記第２の位相差調整素子の配向方向を、前記第１の位相差板又は前記第２の位相差板の光学軸に対して平行になるように配向する。
【００１６】
本適用例によれば、肉厚の加工バラツキによって位相差がずれた水晶波長板について、位相差が大きすぎる場合は、位相差調整素子の配向方向を水晶波長板の結晶軸と直交させて逆向きの位相差を与えて相殺し、小さすぎる場合は、位相差調整素子の配向方向を水晶波長板の結晶軸と平行にすることで、水晶波長板と同じ向きの位相差を与えて補完することにより、容易に積層λ／４波長板ユニットの位相差を調整して、複数波長における偏光変換効率を高めることが出来る。
【００１７】
［適用例６］本適用例に係る波長板は、適用例３に記載の波長板において、入射する前記光の直線偏光の偏光面を回転させた直線偏光に変換して出射し、前記方位角θ１を２２．５°、前記方位角θ２を６７．５°とし、位相差δ１を１９６°、位相差δ２を１９６°とし、前記位相誤差ａ又は位相誤差ｂが正の値の場合は、前記第１の位相差調整素子又は前記第２の位相差調整素子の配向方向を、前記第１の水晶波長板又は前記第２の水晶波長板の光学軸と直交するように配向し、記位相誤差ａ又は位相誤差ｂが負の値の場合は、前記第１の位相差調整素子又は前記第２の位相差調整素子の配向方向を、前記第１の水晶波長板又は前記第２の水晶波長板の光学軸に対して平行になるように配向する。
【００１８】
本適用例によれば、肉厚の加工バラツキによって位相差がずれた水晶波長板について、位相差が大きすぎる場合は、位相差調整素子の配向方向を水晶波長板の結晶軸と直交させて逆向きの位相差を与えて相殺し、小さすぎる場合は、位相差調整素子の配向方向を水晶波長板の結晶軸と平行にすることで、水晶波長板と同じ向きの位相差を与えて補完することにより、容易に積層１／２波長板ユニットの位相差を調整して、複数波長における偏光変換効率を高めることが出来る。
【００１９】
［適用例７］本適用例に係る波長板は、適用例３に記載の波長板において、入射する前記光の直線偏光の偏光面を回転させた直線偏光に変換して出射し、前記方位角θ１を２２．５°、前記方位角θ２を６７．５°とし、位相差δ１を３６０°×Ｎ１＋１８０°、位相差δ２を３６０°×Ｎ２とし（Ｎ１及びＮ２はそれぞれ１から始まる自然数）、前記位相誤差ａ又は位相誤差ｂが正の値の場合は、前記第１の位相差調整素子又は前記第２の位相差調整素子における液晶の配向方向を、前記第１の水晶波長板又は前記第２の水晶波長板の光学軸と直交するように配向し、前記位相誤差ａ又は位相誤差ｂが負の値の場合は、前記第１の位相差調整素子又は前記第２の位相差調整素子における液晶の配向方向を、前記第１の水晶波長板又は前記第２の水晶波長板の光学軸に対して平行になるように配向する。
【００２０】
本適用例によれば、肉厚の加工バラツキによって位相差がずれた水晶波長板について、位相差が大きすぎる場合は、位相差調整素子の配向方向を水晶波長板の結晶軸と直交させて逆向きの位相差を与えて相殺し、小さすぎる場合は、位相差調整素子の配向方向を水晶波長板の結晶軸と平行にすることで、水晶波長板と同じ向きの位相差を与えて補完することにより、容易に積層１／２波長板ユニットの位相差を調整して、複数波長における偏光変換効率を高めることが出来る。
【００２１】
［適用例８］本適用例に係る波長板は、適用例３乃至７の何れかに記載の波長板において、前記波長λの光に対する前記第１の位相差調整素子の位相差が前記位相誤差ａとなり、前記波長λに対する光に対する前記第２の位相差調整素子の位相差が前記位相誤差ｂとなるように、前記第１の位相差調整素子の液晶の常光屈折率ｎｏ１、異常光屈折率ｎｅ１、屈折率差Δｎ１＝（ｎｅ１−ｎｏ１）を電圧により設定し、前記第２の位相差調整素子の液晶の常光屈折率ｎｏ２、異常光屈折率ｎｅ２、屈折率差Δｎ２＝（ｎｅ２−ｎｏ２）を電圧により設定したとき、ａ＝２Π／λ×Δｎ１×Ｔ、ｂ＝２Π／λ×Δｎ２×Ｔ、を満たすように、前記液晶の屈折率差Δｎ１及びΔｎ２を設定した。
【００２２】
本適用例によれば、位相差調整素子を構成する液晶素子において、液晶層の板厚を変更することにより容易に、水晶波長板の位相差調整用の位相差を調整して、設計波長における偏光変換効率を高めることが出来る。
【００２３】
［適用例９］本適用例に係る偏光変換素子は、互いに略平行な光入射面及び光出射面を有し、前記光出射面に対して所定の傾斜角度を有した接合面によって接合された複数の透光性基板と、複数の前記透光性基板の接合面間に交互に設けられ、前記光入射面に入射した光束を偏光方向が互いに直交して異なる２種類の直線偏光光束に分離して一方の直線偏光光束を透過させ、他方の直線偏光光束を反射させる偏光分離手段と、反射された前記他方の直線偏光光束を反射し、光路の向きをかえる反射手段と、前記光出射面側に配置され、前記２種類の偏光光束のうち何れか一方の直線偏光光束の偏光面を回転させて他方の直線偏光光束の偏光面と平行な直線偏光光束に変換して出射する偏光回転素子と、を備え、前記偏光回転素子は、適用例１、２、３、４、６又は７に記載の波長板である。
【００２４】
本適用例によれば、適用例１、２、３、４、６又は７の波長板を適用することで、低コスト且つ耐熱性が強く、偏光変換効率が高い偏光変換素子を提供することが出来る。
【００２５】
［適用例１０］本適用例に係る偏光変換ユニットは、適用例９に記載の偏光変換素子と、当該偏光変換素子及び光源からの光束を選択的に前記偏光分離膜に入射させるための遮光板と、を着脱可能に組み込むための治具と、を備えることを特徴とする。
【００２６】
本適用例によれば、適用例９の偏光変換素子を投写装置等の装置に組み込む際に、最も偏光変換効率の高い方向から光が入射するように、正確に位置決めをして組み込むことが出来る。
【００２７】
［適用例１１］本適用例に係る投写装置は、前記光源と、適用例１０に記載の偏光変換ユニットと、前記偏光変換ユニットから出射された光を画像信号に基づいて変調する光変調手段と、前記光変調手段から射出された変調光を投写する投写光学系と、を備えることを特徴とする。
【００２８】
本適用例によれば、適用例１０の偏光変換ユニットを組み込むことで、低コスト且つ耐熱性能が高く高性能な投写装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態に係る偏光変換素子を適用した液晶プロジェクターの一例を示す図。
【図２】本発明の実施の形態に係る偏光変換素子を組み込んだ偏光変換ユニットの外観を示す図。
【図３】図２に示す偏光変換ユニットの分解図。
【図４】本発明の実施の形態に係る偏光変換素子の一例を示す断面図。
【図５】本発明の実施の形態に係る偏光変換素子の一例を示す分解斜視図。
【図６】本発明の実施の形態に係る偏光回転素子の断面図。
【図７】水晶波長板３０に、位相差調整素子４０を積層した場合の偏光状態の遷移をポアンカレ球で示す図。
【図８】本発明の実施の形態にかかる広帯域積層波長板の構成例を示す図。
【図９】第１のタイプの積層１／２波長板において、水晶基板が所定板厚よりも薄い場合の位相差補正を示す図。
【図１０】図９の場合における偏光状態の遷移をポアンカレ球により示す図。
【図１１】第１のタイプの積層１／２波長板において、水晶基板が所定板厚よりも厚い場合の位相差補正を示す図。
【図１２】図１１の場合における偏光状態の遷移をポアンカレ球により示す図。
【図１３】第１のタイプの積層λ／４波長板において、水晶基板が所定板厚よりも薄い場合の位相差補正を示す図。
【図１４】図１３の場合における偏光状態の遷移をポアンカレ球により示す図。
【図１５】第１のタイプの積層λ／４波長板において、水晶基板が所定板厚よりも厚い場合の位相差補正を示す図。
【図１６】図１５の場合における偏光状態の遷移をポアンカレ球により示す図。
【図１７】第２のタイプの積層１／２波長板において、水晶基板が所定板厚よりも薄い場合の位相差補正を示す図。
【図１８】図１７の場合における偏光状態の遷移をポアンカレ球により示す図。
【図１９】第２のタイプの積層１／２波長板において、水晶基板が所定板厚よりも厚い場合の位相差補正を示す図。
【図２０】図１９の場合における偏光状態の遷移をポアンカレ球により示す図。
【図２１】第３のタイプの積層１／２波長板において、水晶基板が所定板厚よりも薄い場合の位相差補正を示す図。
【図２２】図２１の場合における偏光状態の遷移をポアンカレ球により示す図。
【図２３】第３のタイプの積層１／２波長板において、水晶基板が所定板厚よりも厚い場合の位相差補正を示す図。
【図２４】図２３の場合における偏光状態の遷移をポアンカレ球により示す図。
【図２５】第２のタイプの積層λ／４波長板において、水晶基板が所定板厚よりも薄い場合の位相差補正を示す図。
【図２６】図２５の場合における偏光状態の遷移をポアンカレ球により示す図。
【図２７】第２のタイプのλ／４波長板において、水晶基板が所定板厚よりも厚い場合の位相差補正を示す図。
【図２８】図２７の場合における偏光状態の遷移をポアンカレ球により示す図。
【図２９】第３のタイプの積層λ／４波長板において、水晶基板が所定板厚よりも薄い場合の位相差補正を示す図。
【図３０】図２９の場合における偏光状態の遷移をポアンカレ球により示す図。
【図３１】第３のタイプの積層λ／４波長板において、水晶基板が所定板厚よりも厚い場合の位相差補正を示す図。
【図３２】図３１の場合における偏光状態の遷移をポアンカレ球により示す図。
【図３３】第１のタイプの波長板ユニットの偏光変換効率を示す図。
【図３４】第１のタイプの波長板ユニットの偏光変換効率を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る偏光変換素子を適用した液晶プロジェクターの一例を示す図である。
図１に示す投写型表示装置（液晶プロジェクター）１００は、光源１１０と、第１のレンズアレイ１１１と、本発に係る偏光変換素子を組み込んだ偏光変換ユニット１２０と、重畳レンズ１２１と、で構成される照明光学系を備えている。また、ダイクロイックミラー１３１、１３２と、反射ミラー１３３とを含む色光分離光学系１３０を備えている。さらに、入射側レンズ１４０と、リレーレンズ１４１と、反射ミラー１４２、１４３とを含む導光光学系を備えている。また、３枚のフィールドレンズ１４４、１４５、１４６と、３枚の液晶ライトバルブ１５０Ｒ、１５０Ｇ、１５０Ｂと、クロスダイクロイックプリズム１６０と、投写レンズ１７０とを備えている。
【００３１】
反射ミラー１４７、重畳レンズから射出された光を色光分離光学系１３０の方向に反射する機能を有している。色光分離光学系１３０は、２枚のダイクロイックミラー１３１、１３２により、重畳レンズ１２１から射出される光を、赤、緑、青の３色の色光に分離する機能を有している。第１のダイクロイックミラー１３１は、重畳レンズ１２１から射出される光のうち赤色光成分を透過させるとともに、青色光成分と緑色光成分とを反射する。第１のダイクロイックミラー１３１を透過した赤色光は、反射ミラー１３３で反射され、フィールドレンズ１４４を通って赤光用の液晶ライトバルブ１５０Ｒに達する。このフィールドレンズ１４４は、重畳レンズ１２１から射出された各部分光束をその中心軸（主光線）に対して平行な光束に変換する。他の液晶ライトバルブの前に設けられたフィールドレンズ１４５、１４６も同様である。
第１のダイクロイックミラー１３１で反射された青色光と緑色光のうちで、緑色光は第２のダイクロイックミラー１３２によって反射され、フィールドレンズ１４５を通って緑光用の液晶ライトバルブ１５０Ｇに達する。一方、青色光は、第２のダイクロイックミラー１３２を透過し、導光光学系、すなわち、入射側レンズ１４０、反射ミラー１４２、リレーレンズ１４１、反射ミラー１４３を通り、さらに、フィールドレンズ１４６を通って青色光用の液晶ライトバルブ１５０Ｂに達する。
なお、青色光に導光光学系が用いられているのは、青色光の光路の長さが他の色光の光路の長さよりも長いため、光の拡散等による光の利用効率の低下を防止するためである。すなわち、入射側レンズ１４０に入射した光束をそのまま、フィールドレンズ１４６に伝えるためである。
【００３２】
３つの液晶ライトバルブ１５０Ｒ、１５０Ｇ、１５０Ｂは、入射した光を、与えられた画像情報（画像信号）に従って変調する光変調手段としての機能を有している。これにより、３つの液晶ライトバルブ１５０Ｒ、１５０Ｇ、１５０Ｂに入射した各色光は、与えられた画像情報に従って変調されて各色光の画像を形成する。
３つの液晶ライトバルブ１５０Ｒ、１５０Ｇ、１５０Ｂから射出された３色の変調光は、クロスダイクロイックプリズム１６０に入射する。
クロスダイクロイックプリズム１６０は、３色の変調光を合成してカラー画像を形成する色光合成部としての機能を有している。クロスダイクロイックプリズム１６０には、赤光を反射する誘電体多層膜と、青光を反射する誘電体多層膜とが、４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３色の変調光が合成されて、カラー画像を投写するための合成光が形成される。クロスダイクロイックプリズム１６０で生成された合成光は、投写レンズ１７０の方向に射出される。投写レンズ１７０は、この合成光を投写スクリーン上に投写する機能を有し、投写スクリーン上にカラー画像を表示する。
【００３３】
図２は、図１の液晶プロジェクターの光学エンジン内に搭載される、本発明の実施の形態に係る偏光変換素子を組み込んだ偏光変換ユニットの外観を示す図である。
図３は、図２の偏光変換ユニットの分解斜視図である。
図２、図３に示す偏光変換ユニット１２０は、ユニット枠２００と、本発明の偏光変換素子１、遮光板２１０と、レンズアレイ２２０と、クリップ２３０と、を備えている。ユニット枠２００の一方の開口面（図３では下面）側からは、後述する２つの偏光変換素子本体を有する偏光変換素子１が挿入され、もう一方の開口面（図３では上面）側からは、遮光板２１０とレンズアレイ２２０とがこの順に挿入される。これらの光学素子２１０、２２０は、ユニット枠２００に収納された状態で、４つのクリップ２３０で上下２方向から挟持される。クリップ２３０は弾性体で形成されているので容易に着脱することができ、偏光変換ユニット１２０の各部品もユニット枠に容易に着脱することができる。
かかるユニット枠２００によって、液晶プロジェクターに対して、偏光変換素子１を、光源からの光束が偏光変換素子１（特に後述のＰＢＳ膜）に入射する角度が常に一定になって、ＰＳ変換が正確に行える姿勢で組み込むことが出来る。
後述するような、耐熱・耐光性能に優れた本発明の偏光変換素子を備えた偏光変換ユニットを組み込むことで、高輝度・高発熱の光源を使って鮮明な映像を長時間投影可能な液晶プロジェクターとすることが出来る。
【００３４】
図４は、本発明の実施の形態に係る偏光変換素子の一例を示す断面図である。
図４に示す偏光変換素子１は、互いに略平行な光入射面１１及び光出射面１２を備え、図１に示す遮光板２１０からのランダム偏光光束の、光入射面１１への入射方向と直交する方向に２つ結合された素子本体としての偏光分離手段（偏光分離スプリッター。以下、ＰＢＳと称する）１０（１０Ａ、１０Ｂ）と、ＰＢＳ１０の出射面上に接着された、水晶波長板を含む偏光回転素子（以下、１／２位相差板と記載する）２０と、を備えている。
ＰＢＳ１０上の１／２位相差素子２０は、変性アクリルレート又は変性メタクリレートを主成分とする接着剤あるいはプラズマ重合法（特開２０１０−１１３０５６号公報）などでなどを用いて接合可能である。
各ＰＢＳ１０は、互いに略平行な光入射面１３ａ及び光出射面１３ｂ、並びに前記光出射面に対して所定の傾斜角度（例えば、４５度あるいは１３５度）を有した接合面１３ｃを備え、且つ互いの接合面によって直列に接合された透光性ユニット１３と、透光性ユニット１３の間に交互に設けられた偏光分離膜（ＰＢＳ膜）１４及び反射ミラー膜１５と、を備えている。
なお、ＰＢＳ１０は、ガラス等の無色透明基板、ＰＢＳ膜１４、及び反射ミラー膜１５を、接着剤（変性メタクリレートを主成分とするＵＴ２０、あるいは変性アクリルレートを主成分とするＰＢ３００等）により交互に幾重にも積層・接着し、上述の光出射面に対する角度で切断して形成している。
【００３５】
偏光分離膜１４は、互いに偏光面が直交するＰ偏光光束及びＳ偏光光束が混在したランダム偏光光束が入射すると、Ｐ偏光光束を選択的に透過させ、Ｓ偏光光束を反射させる。
従って、光入射面１１から入射したランダム偏光光束は、偏光分離膜１４に入射すると、偏光分離膜１４によってＰ偏光光束とＳ偏光光束に分離される。
分離された偏光光束のうち、Ｓ偏光光束は、偏光分離膜１４を透過し、ＰＢＳ１０の出射面から出射される。
さらに、偏光分離膜１４で反射されたＰ偏光光束は、反射ミラー膜１５で反射されて、１／２位相差素子２０に入射する。
１／２位相差素子２０に入射したＰ偏光光束は、１８０度の位相差が付加されることで偏光面が９０度回転されて、Ｓ偏光光束に変換されて出射される。
これにより、偏光変換素子１に入射したランダム偏光光束は、すべて１種類の偏光光束（Ｓ偏光光束）に揃えられて出射されることになる。
【００３６】
図５は、本発明の実施の形態に係る偏光変換素子の一例を示す分解斜視図である。
図６は、本発明の実施の形態に係る偏光回転素子の断面図である。
図５、６に示すように、偏光回転素子２０は、水晶波長板３０に、位相差調整素子４０を積層して構成されている。
位相差調整素子４０は、２枚の透明基板４２と、２枚の透明基板４２との間に挟持された液晶層４１を有している。
液晶層４１は、各透明基板４２との対向面に対向された配向膜４１ａ、４１ｂにより、透明基板４２と平行な面内では、実質的に液晶分子が一方光に配列しており、２枚の前記透明基板の面と垂直且つ液晶分子の配列方向と平行に切った断面面内では、透明基板近傍の液晶分子は、透明基板面から実質的に同じ角度に傾いて配列していて、且つそれぞれの透明基板間では、液晶分子の長軸方向は非平行であって、液晶層の厚さ方向の中央部の液晶分子は、透明基板面と実質的に平行に配列している構造を有している。
例えば、入射する直線偏光を９０°回転させて出射させる場合には、方位角θは、水晶波長板と位相差調整素子ともに４５°に設定する。
入射する直線偏光を所定の角度αだけ回転させて出射させたい場合は、方位角θは、水晶波長板と位相差調整素子ともに、θ＝α／２に設定する。
例えば、本実施形態の偏光回転素子２０を、プロジェクター等に適用する場合、白色光源のピーク波長に基づいて、設計波長λが設定される。
【００３７】
図７は、水晶波長板３０に、位相差調整素子４０を積層した場合の偏光状態の遷移をポアンカレ球で示す図である。
波長λにおける水晶波長板３０の位相差をΓＡ１とし、位相差調整素子４０の位相差をΓＡ２としたときに、この積層型１／２波長板は、位相差が１８０°となる。すなわち、
ΓＡ１（λ）＋ΓＡ２（λ）＝１８０°
ΓＡ２（λ）＝１８０°−ΓＡ１（λ）
となる。
水晶波長板３０は、板厚を固定されており、設計波長λにより位相差が決定される。
但し、上述したように、製造工程、特に、研磨加工工程で板厚が設計波長λを満たすことが出来ず、板厚に誤差を有することがある。
そこで、板厚に誤差を生じて設計波長λを満たさない水晶波長板３０に、液晶層を有する位相差調整素子４０を積層し、誤差分の位相差を補正する。
なお、設計波長に対して板厚が足りず、位相差が足りない場合は、水晶波長板３０の光学軸の方向と、位相差調整素子４０の液晶分子の配向方向と、を互いに平行とすることで、足りない分の位相差を補って設計波長に対して位相差１８０°の１／２波長板として機能し得る。
【００３８】
図７（ａ）のポアンカレ球を用いて説明すると、座標Ｐ１に直線偏光が入射する。上記のように水晶波長板３０の方位角θは４５°であるので、水晶波長板３０に板厚誤差がなければ、Ｓ２軸を中心に回転して北極を経て座標Ｐ３に達し、偏光面が９０°回転された状態で出射される。ただし、水晶波長板３０の位相差Γ１が製造バラツキによって、ΓＡ１＝１８０°−ａであるとすると、液晶型位相差調整素子４０の位相差ΓＡ２を、ΓＡ２＝ａとなるように構成する。
ここで、位相差調整素子４０の方位角を４５°としておけば、水晶波長板３０の場合と同方向に回転するため、−ａ分を補完して座標Ｐ３に到達し、偏光面が９０°回転された直線偏光として出射される。
逆に、設計波長に対して板厚が厚すぎ、位相差が過剰となる場合は、水晶波長板３０の光学軸と位相差調整素子４０の液晶分子の配向方向を直交させる。
図７（ｂ）のポアンカレ球を用いて説明すると、水晶波長板３０に余剰な位相差が付いた場合、Ｐ１に入射した直線偏光光束は、座標Ｐ３よりも＋ａだけ余分に回転したＰ２に至る。
そこで、位相差調整素子４０の方位角を水晶波長板３０と直交する１３５°することで、Ｓ２軸を中心に、水晶波長板３０の場合とは逆方向に−ａだけ回転し、座標Ｐ３に至る。
以上を鑑みると、水晶波長板３０を前もって厚めに作製しておき、水晶波長板３０の光学軸と配向方向を直交させた位相差調整素子４０で調整するようにすれば、製造上、非常に好適である。水晶基板を薄く研磨するよりも、厚く研磨する方が、技術的な難易度的にも、コスト的にも有利であることは言うまでもないことである。
【００３９】
なお、液晶素子の位相差は、電圧をかけることによりその屈折率差を変更することによって調整可能である。
液晶の常光屈折率ｎｏ、異常光屈折率ｎｅから屈折率Δｎ＝（ｎｅ−ｎｏ）が決定させる。
よって、位相差調整素子の位相差が、ａ＝２Π／λ×Δｎ×Ｔ（Ｔは液晶素子の厚み）を満足するように、電圧によりΔｎを調整し、その後固化させる。
なお、位相差調整素子４０は、液晶型位相差調整素子であるので、耐熱性の観点から耐久性の問題があるものの、熱伝導性の高い水晶に積層されているために、位相差調整素子に熱が滞留することを防止でき、劣化の心配がなく、長寿命化を図ることが可能である。
なお、以上説明してきたのは、水晶基板を１枚使用したタイプの波長板であるが、１枚の水晶波長板の場合、波長依存性が強く、複数の波長帯（広帯域）で、高い偏光変換効率を確保するのが難しいという問題がある。
【００４０】
そこで、以下では、２枚以上の水晶波長板を積層した広帯域の積層波長板の場合について説明する。
複屈折性を有する水晶波長板を積層することで、広帯域で偏光変換効率を高めることが出来る。
また、本実施形態に特徴的な液晶素子を用いた水晶波長板の位相差調整は、上記したプロジェクター等に用いられる１／２波長板のみならず、光ピックアップ装置などに用いられるλ／４波長板にも当然適用出来るものである。
２枚の水晶波長板を用いる場合、どちらかの水晶波長板の板厚（位相差）がずれる場合、あるいは双方の水晶波長板の板厚がずれる場合がある。
本実施形態では、ずれた側の水晶波長板に対応した位相差調整素子を設け、板厚のずれた水晶波長板の位相差を補正することで、積層波長板ユニットの位相差を調整することが出来る。
【００４１】
図８は、本発明の実施の形態にかかる広帯域積層波長板の構成例を示す図である。
図８（ａ）は、水晶波長板３０Ａに位相差調整素子４０Ａを積層した第１の波長板ユニットに、水晶波長板３０Ｂに位相差調整素子４０Ｂを積層した第２の波長板ユニットを積層した構成である。また、図８（ｂ）は、２枚の水晶波長板３０Ａ、３０Ｂにより、位相差調整素子４０Ａ、位相差調整素子４０Ｂを挟持し、位相差調整素子間をガラス等の透明基板で仕切ったものである。
なお、以下に例示する積層波長板ユニットの構成は、図８（ａ）の構成で、２枚の水晶波長板双方の板厚がずれている場合の位相差補正を示すものである。
【００４２】
図９は、第１のタイプの積層１／２波長板において、水晶基板が所定板厚よりも薄い場合の位相差補正を示す図である。
図９に示す積層波長板ユニットにおいて、第１の波長板ユニット２０Ａを構成する水晶波長板３０Ａの光学軸（直線偏光の偏光面と光学軸とのなす角：方位角）θ１はθ１＝４５°、第２の波長板ユニット２０Ｂを構成する水晶波長板３０Ｂの光学軸θ２は、θ２＝１３５°であり、両水晶波長板の光学軸は直交している。
また、両水晶波長板のカット角は、いずれも９０°Ｚ（Ｙカット）となっている。
この場合、両水晶波長板が正確に研磨されて板厚が規格内であれば、第１の水晶波長板３０Ａの位相差δ１が、設計波長λに対してδ１＝３６０°×Ｎ＋１８０°（Ｎは０以上の正の整数）、第２の水晶波長板の位相差δ２が、設計波長λに対してδ２＝３６０°×Ｎ（Ｎは０以上の正の整数）となる。この場合、積層波長板ユニット２０全体の位相差は１８０°となり、完全に広帯域１／２波長板として機能し得る。
【００４３】
ここで、水晶波長板（水晶基板）３０Ａは、所定板厚よりも薄く研磨されており、その位相差δ１は、δ１＝３６０×Ｎ１＋１５０（Ｎ１は０以上の正の整数）となっている。
また、水晶波長板３０Ｂは、水晶波長板３０Ａと同じく薄く研磨されており、位相差δ２は、δ２＝３６０°×Ｎ２−３０°（Ｎ２は０以上の正の整数）となっている。
この場合、第１の水晶波長板３０Ａ、第２の水晶波長板３０Ｂについて、位相差調整素子によって位相差を３０°加えることで、両水晶波長板について、板厚ずれの影響を回避して、積層波長板ユニット全体として完全に広帯域１／２波長板として機能させることが出来る。
そのために、まず、第１の水晶波長板３０Ａに積層する第１の位相差調整素子において、第１の水晶波長板３０Ａの位相差にさらに位相差を加えるために、液晶分子の配向方向を、第１の水晶波長板３０Ａと同じく（平行に）している。
また、第２の水晶波長板３０Ｂに積層する第２の位相差調整素子４０Ｂにおいても、第２の波長板３０Ｂの位相差にさらに位相差を加えるために、液晶分子の配向方向を、第２の水晶波長板３０Ｂと同じく（平行に）にしている。
こうすることで、δ１＝３６０°×Ｎ１＋１５０°＋３０°、δ２＝３６０°×Ｎ２となり、積層波長板ユニット２０は、完全に１／２波長板として機能する。
【００４４】
ところで、水晶波長板の位相差を調整するための位相差調整素子について、何度の位相差を調整できるかは、液晶素子の屈折率差によって決定される。
屈折率差Δｎは、液晶の常光屈折率ｎｏ−異常光屈折率ｎｅにより得られる。
第１の位相差調整素子４０Ａの位相差が位相誤差ａとなり、第２の位相差調整素子４０Ｂの位相差が位相誤差ｂとなるように、第１の位相差調整素子４０Ａの液晶の常光屈折率ｎｏ１、異常光屈折率ｎｅ１、屈折率差Δｎ１＝（ｎｅ１−ｎｏ１）を電圧により設定する。
また、第２の位相差調整素子４０Ｂの液晶の常光屈折率ｎｏ２、異常光屈折率ｎｅ２、屈折率差Δｎ２＝（ｎｅ２−ｎｏ２）を電圧により設定する。
すなわち、ａ＝２Π／λ×Δｎ１×Ｔ、ｂ＝２Π／λ×Δｎ２×Ｔ、を満たすように、液晶素子に電圧をかけて屈折率差Δｎ１及びΔｎ２を設定する。なお、Ｔは液晶素子の厚みである。
屈折率差を調整後は、液晶素子を固化させる。
【００４５】
図１０は、図９の場合における偏光状態の遷移をポアンカレ球により示す図であり、（ａ）は、第１の波長板ユニットにおける偏光状態の遷移を示す図、（ｂ）は、第２の波長板ユニットにおける偏光状態の遷移を示す図である。ただし、図９で示した式において、Ｎ＝１とする。
図１０（ａ）において、座標Ｐ１（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）＝（１，０，０）に入射したＰＢＳ１０からの直線偏光（Ｐ偏光）は、第１の水晶波長板３０Ａの光学軸（方位角）が４５°であるので、Ｘ１軸を中心に、北極、南極を経由して、５１０°回転した座標Ｐ２に到達する。
さらに、第１の位相差調整素子４０Ａは、光学軸（方位角）が同じく４５°であるので、同じ回転軸Ｘ１で同方向に３０°回転し、座標Ｐ２（−１，０，０）に到達する。
すなわち、入射した直線偏光に対して１８０°位相がずれた、偏光面が直交する直線偏光として出射される。
次に、図１０（ｂ）において、第１の波長板ユニット２０Ａを出射した直線偏光は、座標Ｐ４に入射する。
第２の波長板ユニットの第２の水晶波長板３０Ｂは、第１の水晶波長板３０Ａとは光学軸が直交する１３５°である。従って、回転方向が、図１０（ａ）の場合とは逆になる。
直線偏光は、座標Ｐ４から、Ｘ２軸を中心に図１０（ａ）とは逆方向に回転し、北極、南極を経て、３３０°回転した座標Ｐ５に至る。
次いで、第２の水晶波長板３０Ｂと光学軸が平行である第２の位相調整素子４０Ｂによって、Ｘ２軸を中心に座標Ｐ４（−１，０，０）まで３０°回転される。
座標Ｐ４における光は、Ｐ１の直線偏光と偏光面が直交する光、すなわちＳ偏光である。
これにより、図９の積層波長板ユニットが全体として１／２波長板として機能していることが分かる。
【００４６】
図１１は、第１のタイプの積層１／２波長板において、水晶基板が所定板厚よりも厚い場合の位相差補正を示す図である。
図１１に示す積層波長板ユニットにおいて、第１の波長板ユニット２０Ａを構成する水晶波長板３０Ａの光学軸（方位角）θ１はθ１＝４５°、第２の波長板ユニット２０Ｂを構成する水晶波長板３０Ｂの光学軸（方位角）θ２は、θ２＝１３５°であり、両水晶波長板の光学軸は直交している。
また、両水晶波長板のカット角は、いずれも９０°Ｚ（Ｙカット）となっている。
この場合、図９の場合と同様に、両水晶波長板が正確に研磨されて板厚が規格内であれば、第１の水晶波長板の位相差δ１が、設計波長λに対して、δ１＝３６０°×Ｎ１＋１８０°（Ｎ１は０以上の正の整数）、第２の水晶波長板の位相差δ２が、設計波長λに対してδ２＝３６０°×Ｎ２（Ｎ２は０以上の正の整数）となり、積層波長板ユニット２０全体の位相差は１８０°となり、完全に広帯域１／２波長板として機能し得る。
【００４７】
ここで、水晶波長板（水晶基板）３０Ａは、所定板厚よりも厚く研磨されており、その位相差δ１は、δ１＝３６０°×Ｎ１＋２１０°（Ｎは０以上の正の整数）となっている。
また、水晶波長板３０Ｂは、水晶波長板３０Ａと同じく厚く研磨されており、位相差δ２は、δ２＝３６０°×Ｎ２＋３０°（Ｎは０以上の正の整数）となっている。
この場合、第１の水晶波長板３０Ａ、第２の水晶波長板３０Ｂについて、位相差調整素子によって位相差を３０°戻す（減らす）ことで、両水晶波長板について、板厚ずれの影響を回避して、積層波長板ユニット全体として完全に広帯域１／２波長板として機能させることが出来る。
そのために、まず、第１の水晶波長板３０Ａに積層する第１の位相差調整素子において、第１の水晶波長板３０Ａの位相差を戻すために、液晶分子の配向方向を、第１の水晶波長板３０Ａと直交するようにしている（１１２．５°）。
また、第２の水晶波長板３０Ｂに積層する第２の位相差調整素子４０Ｂにおいても、第２の水晶波長板３０Ｂの位相差を戻す（減らす）ために、液晶分子の配向方向を、第２の水晶波長板３０Ｂと直交するようにしている（１５７．５°）。
こうすることで、δ１＝３６０°×Ｎ１＋２１０°−３０°、δ２＝３６０°×Ｎ２＋３０°−３０°となり、積層波長板ユニット２０は、完全に１／２波長板として機能する。
液晶層の位相差の設定については、図９の場合と同様である。
【００４８】
図１２は、図１１の場合における偏光状態の遷移をポアンカレ球により示す図であり、（ａ）は、第１の波長板ユニットにおける偏光状態の遷移を示す図、（ｂ）は、第２の波長板ユニットにおける偏光状態の遷移を示す図である。ただし、図１１で示した式において、Ｎ＝１とする。
図１２（ａ）において、座標Ｐ１（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）＝（１，０，０）に入射したＰＢＳ１０からの直線偏光（Ｐ偏光）は、第１の水晶波長板３０Ａの光学軸（方位角）が４５°であるので、Ｘ３軸を中心に北極、南極を経由して、５７０°回転した座標Ｐ２に到達する。
さらに、第１の位相差調整素子４０Ａは、光学軸が第１の水晶波長板３０Ａと直交する１３５°であるので、Ｘ４軸を中心に逆方向に３０°回転し、座標Ｐ２（−１，０，０）に到達する。
すなわち、入射した直線偏光に対して直交する直線偏光として出射される。
【００４９】
次に、図１２（ｂ）において、第１の波長板ユニット２０Ａを出射した直線偏光は、座標Ｐ４に入射する。
第２の波長板ユニットの第２の水晶波長板３０Ｂは、第１の水晶波長板３０Ａとは光学軸が直交する１３５°である。従って、回転方向が、図１２（ａ）の場合とは逆になる。
直線偏光は、座標Ｐ４から、Ｘ５軸を中心に図１２（ａ）とは逆回転に北極、南極を経て、３９０°回転した座標Ｐ５に至る。
次いで、第２の水晶波長板３０Ｂと光学軸が直交し、回転方向が逆になる第２の位相調整素子４０Ｂによって、Ｘ６軸を中心に、座標Ｐ４（−１，０，０）まで３０°回転される。
座標Ｐ４における光は、Ｐ１の直線偏光と偏光面が直交する偏光、すなわちＳ偏光である。
これにより、図１１の積層波長板ユニットが全体として１／２波長板として機能していることが分かる。
【００５０】
図１３は、第１のタイプの積層λ／４波長板において、水晶基板が所定板厚よりも薄い場合の位相差補正を示す図である。
図１３に示す積層波長板ユニットにおいて、第１の波長板ユニット２０Ａを構成する水晶波長板３０Ａの光学軸（方位角）θ１はθ１＝４５°、第２の波長板ユニット２０Ｂを構成する水晶波長板３０Ｂの光学軸（方位角）θ２は、θ２＝１３５°であり、両水晶波長板の光学軸は直交している。
また、両水晶波長板のカット角は、いずれも９０°Ｚ（Ｙカット）となっている。
この場合、両水晶波長板が正確に研磨されて板厚が規格内であれば、第１の水晶波長板の位相差δ１が、設計波長λに対して、δ１＝３６０°×Ｎ１＋９０°（Ｎは０以上の正の整数）、第２の水晶波長板の位相差δ２が、設計波長λに対してδ２＝３６０°×Ｎ２（Ｎは０以上の正の整数）となり、積層波長板ユニット全体の位相差δ１＋δ２は９０°となり、完全に広帯域λ／４波長板として機能し得る。
【００５１】
ここで、水晶波長板（水晶基板）３０Ａは、所定板厚よりも薄く研磨されており、その位相差δ１は、δ１＝３６０×Ｎ１＋６０（Ｎ１は０以上の正の整数）となっている。
また、水晶波長板３０Ｂは、水晶波長板３０Ａと同じく薄く研磨されており、位相差δ２は、δ２＝３６０°×Ｎ２−３０°（Ｎ２は０以上の正の整数）となっている。
この場合、第１の水晶波長板３０Ａ、第２の水晶波長板３０Ｂについて、位相差調整素子によって位相差を３０°加えることで、両水晶波長板について、板厚ずれの影響を回避して、積層波長板ユニット全体として完全に広帯域λ／４波長板として機能させることが出来る。
そのために、まず、第１の水晶波長板３０Ａに積層する第１の位相差調整素子において、第１の水晶波長板３０Ａの位相差にさらに位相差を加えるために、液晶分子の配向方向を、第１の水晶波長板３０Ａと同じく（平行に）している。
また、第２の水晶波長板３０Ｂに積層する第２の位相差調整素子４０Ｂにおいても、第２の波長板３０Ｂの位相差にさらに位相差を加えるために、液晶分子の配向方向を、第２の水晶波長板３０Ｂと同じく（平行に）にしている。
こうすることで、δ１＝３６０°×Ｎ１＋６０°＋３０°、δ２＝３６０°×Ｎ２−３０°＋３０°となり、積層波長板ユニット２０は、完全にλ／４波長板として機能する。
液晶層の位相差の設定は、図９、図１１の場合と同様である。
【００５２】
図１４は、図１３の場合における偏光状態の遷移をポアンカレ球により示す図であり、（ａ）は、第１の波長板ユニットにおける偏光状態の遷移を示す図、（ｂ）は、第２の波長板ユニットにおける偏光状態の遷移を示す図である。ただし、図１３で示した式において、Ｎ＝１とする。
図１２（ａ）において、座標Ｐ１（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）＝（１，０，０）に入射した直線偏光は、第１の水晶波長板３０Ａの光学軸（方位角）が４５°であるので、Ｘ７軸を中心に北極、南極を経由して、４２０°回転した座標Ｐ２に到達する。
さらに、第１の位相差調整素子４０Ａは、光学軸が第１の水晶波長板３０Ａと平行であるので、同じＸ７軸で同方向に３０°回転し、座標Ｐ３（０，０，１）に到達する。
座標Ｐ３は赤道であり円偏光として出射される。
【００５３】
次に、図１２（ｂ）において、第１の波長板ユニット２０Ａを出射した直線偏光は、座標Ｐ４に入射する。
第２の波長板ユニットの第２の水晶波長板３０Ｂは、第１の水晶波長板３０Ａとは光学軸が直交する１３５°である。従って、回転方向が、（ａ）の場合とは逆になる。
直線偏光は、座標Ｐ４から、Ｘ８軸を中心に、（ａ）とは逆回転に北極、南極を経て、３３０°回転した座標Ｐ５に至る。
次いで、第２の水晶波長板３０Ｂと光学軸が平行であり、回転方向が同じである第２の位相調整素子４０Ｂによって、Ｘ８軸を中心に、座標Ｐ４まで３０°回転される。
北極である座標Ｐ４における光は円偏光である。これにより、図１１の積層波長板ユニットが全体としてλ／４波長板として機能していることが分かる。
【００５４】
図１５は、第１のタイプの積層λ／４波長板において、水晶基板が所定板厚よりも厚い場合の位相差補正を示す図である。
図１５に示す積層波長板ユニットにおいて、第１の波長板ユニット２０Ａを構成する水晶波長板３０Ａの光学軸（方位角）θ１はθ１＝４５°、第２の波長板ユニット２０Ｂを構成する水晶波長板３０Ｂの光学軸（方位角）θ２は、θ２＝１３５°であり、両水晶波長板の光学軸は直交している。
また、両水晶波長板のカット角は、いずれも９０°Ｚ（Ｙカット）となっている。
この場合、両水晶波長板が正確に研磨されて板厚が規格内であれば、第１の水晶波長板の位相差δ１が、設計波長λに対して、δ１＝３６０°×Ｎ＋９０°（Ｎは０以上の正の整数）、第２の水晶波長板の位相差δ２が、設計波長λに対してδ２＝３６０°×Ｎ（Ｎは０以上の正の整数）となり、積層波長板ユニット全体の位相差δ１＋δ２は９０°となり、この場合、完全に広帯域λ／４波長板として機能し得る。
【００５５】
ここで、水晶波長板（水晶基板）３０Ａは、所定板厚よりも厚く研磨されており、その位相差δ１は、δ１＝３６０×Ｎ１＋６０°（Ｎは０以上の正の整数）となっている。
また、水晶波長板３０Ｂは、水晶波長板３０Ａと同じく厚く研磨されており、位相差δ２は、δ２＝３６０°×Ｎ２＋３０°（Ｎは０以上の正の整数）となっている。
この場合、第１の水晶波長板３０Ａ、第２の水晶波長板３０Ｂについて、位相差調整素子によって位相差を３０°戻すことで、両水晶波長板について、板厚ずれの影響を回避して、積層波長板ユニット全体として完全に広帯域λ／４波長板として機能させることが出来る。
そのために、まず、第１の水晶波長板３０Ａに積層する第１の位相差調整素子において、第１の水晶波長板３０Ａの位相差を戻す（減らす）ために、液晶分子の配向方向を、第１の水晶波長板３０Ａに対して直交させている。
また、第２の水晶波長板３０Ｂに積層する第２の位相差調整素子４０Ｂにおいても、第２の波長板３０Ｂの位相差を３０°戻すために、液晶分子の配向方向を、第２の水晶波長板３０Ｂに対して直交させている。
こうすることで、δ１＝３６０°×Ｎ１＋１２０−３０°、δ２＝３６０°×Ｎ２＋３０°−３０°となり、積層波長板ユニット２０は、完全にλ／４波長板として機能する。
液晶層の位相差の設定は、図９、図１１の場合と同様である。
【００５６】
図１６は、図１５の場合における偏光状態の遷移をポアンカレ球により示す図であり、（ａ）は、第１の波長板ユニットにおける偏光状態の遷移を示す図、（ｂ）は、第２の波長板ユニットにおける偏光状態の遷移を示す図である。ただし、図１３で示した式において、Ｎ１、Ｎ２＝１とする。
図１６（ａ）において、座標Ｐ１（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）＝（１，０，０）に入射した直線偏光は、第１の水晶波長板３０Ａの光学軸（方位角）が４５°であるので、Ｘ９軸を中心に北極、南極を経由して、４８０°回転した座標Ｐ２に到達する。
さらに、第１の位相差調整素子４０Ａは、光学軸が第１の水晶波長板３０Ａと直交するので、Ｘ１０軸を中心に逆方向に３０°回転し、座標Ｐ３（０，０，１）に到達する。
座標Ｐ３は赤道であり円偏光として出射される。
次に、図１２（ｂ）において、第１の波長板ユニット２０Ａを出射した直線偏光は、座標Ｐ４に入射する。
第２の波長板ユニットの第２の水晶波長板３０Ｂは、第１の水晶波長板３０Ａとは光学軸が直交する１３５°である。従って、回転方向が、（ａ）の場合とは逆になる。
直線偏光は、座標Ｐ４から、Ｘ１１軸を中心に、（ａ）とは逆回転に北極、南極を経て、３９０°回転した座標Ｐ５に至る。
次いで、第２の水晶波長板３０Ｂと光学軸が直交し、回転方向が逆になる第２の位相調整素子４０Ｂによって、Ｘ１２軸を中心に、座標Ｐ４まで３０°回転される。
北極である座標Ｐ４における光は円偏光である。これにより、図１５の積層波長板ユニットが全体としてλ／４波長板として機能していることが分かる。
【００５７】
図１７は、第２のタイプの積層１／２波長板において、水晶基板が所定板厚よりも薄い場合の位相差補正を示す図である。
図１７に示す積層波長板ユニットにおいて、第１の波長板ユニット２０Ａを構成する水晶波長板３０Ａの光学軸（方位角）θ１はθ１＝２２．５°、第２の波長板ユニット２０Ｂを構成する水晶波長板３０Ｂの光学軸（方位角）θ２は、θ２＝６７．５°である。
また、両水晶波長板のカット角は、いずれも１３°Ｚ（Ｙカット）となっている。
この場合、両水晶波長板が正確に研磨されて板厚が規格内であれば、第１の水晶波長板の位相差δ１が、設計波長λに対して、δ１＝１９６°、第２の水晶波長板の位相差δ２が、設計波長λに対して１９６°となり、この場合、完全に広帯域１／２波長板として機能し得る。
設計波長に対して必要な位相差が１９６°であるのは、水晶波長板のカット角が１３°Ｚであるからである。
【００５８】
ここで、水晶波長板（水晶基板）３０Ａは、所定板厚よりも薄く研磨されており、その位相差δ１は、１６６°となっている。
また、水晶波長板３０Ｂは、水晶波長板３０Ａと同じく薄く研磨されており、位相差δ２は、１６６°となっている。
この場合、第１の水晶波長板３０Ａ、第２の水晶波長板３０Ｂについて、位相差調整素子によって位相差を３０°加えることで、両水晶波長板について、板厚ずれの影響を回避して、積層波長板ユニット全体として完全に広帯域１／２波長板として機能させることが出来る。
そのために、まず、第１の水晶波長板３０Ａに積層する第１の位相差調整素子において、第１の水晶波長板３０Ａの位相差にさらに位相差を加えるために、液晶分子の配向方向を、第１の水晶波長板３０Ａに対して平行にしている。
また、第２の水晶波長板３０Ｂに積層する第２の位相差調整素子４０Ｂにおいても、第２の波長板３０Ｂの位相差にさらに位相差を加えるために、液晶分子の配向方向を、第２の水晶波長板３０Ｂに対して平行にしている。
こうすることで、δ１＝１９６°、δ２＝１９６°となり、積層波長板ユニット２０は、完全に１／２波長板として機能する。
液晶層の位相差の設定は、上記の場合と同様である。
【００５９】
図１８は、図１７の場合における偏光状態の遷移をポアンカレ球により示す図であり、（ａ）は、第１の波長板ユニットにおける偏光状態の遷移を示す図、（ｂ）は、第２の波長板ユニットにおける偏光状態の遷移を示す図である。
図１８（ａ）において、座標Ｐ１（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）＝（１，０，０）に入射した直線偏光は、第１の水晶波長板３０Ａの光学軸（方位角）が２２．５°であるので、Ｘ１３軸を中心に、北極、南極を通らずに１６６°回転した座標Ｐ２に到達する。
さらに、第１の位相差調整素子４０Ａは、光学軸が第１の水晶波長板３０Ａと平行であるので、Ｘ１３軸を中心に、同方向に３０°回転し、座標Ｐ３（０，１，０）に到達する。
次に、図１８（ｂ）において、第１の波長板ユニット２０Ａを出射した直線偏光は、座標Ｐ４に入射する。
第２の波長板ユニットの第２の水晶波長板３０Ｂは、光学軸（方位角）が６７．５°である。（ａ）の場合とは異なるＸ１４軸を中心に、北極、南極を経ずに、１６６°回転した座標Ｐ５に至る。
次いで、第２の水晶波長板３０Ｂと光学軸が平行であり、回転方向が同じになる第２の位相調整素子４０Ｂによって、Ｘ１４軸を中心に、座標Ｐ６（−１，０，０）まで３０°回転される。
座標Ｐ６における光は、Ｐ１の直線偏光と偏光面が直交する偏光、すなわちＳ偏光である。
これにより、図１７の積層波長板ユニットが全体として１／２波長板として機能していることが分かる。
【００６０】
図１９は、第２のタイプの積層１／２波長板において、水晶基板が所定板厚よりも厚い場合の位相差補正を示す図である。
図１９に示す積層波長板ユニットにおいて、第１の波長板ユニット２０Ａを構成する水晶波長板３０Ａの光学軸（方位角）θ１はθ１＝２２．５°、第２の波長板ユニット２０Ｂを構成する水晶波長板３０Ｂの光学軸（方位角）θ２は、θ２＝６７．５°である。
また、両水晶波長板のカット角は、いずれも１３°Ｚ（Ｙカット）となっている。
この場合、両水晶波長板が正確に研磨されて板厚が規格内であれば、第１の水晶波長板の位相差δ１が、設計波長λに対して、δ１＝１９６°、第２の水晶波長板の位相差δ２が、設計波長λに対して１９６°となり、この場合、完全に広帯域１／２波長板として機能し得る。
設計波長に対して必要な位相差が１９６°であるのは、水晶波長板のカット角が１３°Ｚであるからである。
ここで、水晶波長板（水晶基板）３０Ａは、所定板厚よりも厚く研磨されており、その位相差δ１は、２２６°となっている。
【００６１】
また、水晶波長板３０Ｂは、水晶波長板３０Ａと同じく厚く研磨されており、位相差δ２は、２２６°となっている。
この場合、第１の水晶波長板３０Ａ、第２の水晶波長板３０Ｂについて、位相差調整素子によって位相差を３０°戻すことで、両水晶波長板について、板厚ずれの影響を回避して、積層波長板ユニット全体として完全に広帯域１／２波長板として機能させることが出来る。
そのために、まず、第１の水晶波長板３０Ａに積層する第１の位相差調整素子において、第１の水晶波長板３０Ａの位相差を戻すために、液晶分子の配向方向を、第１の水晶波長板３０Ａに対して直交させている。
また、第２の水晶波長板３０Ｂに積層する第２の位相差調整素子４０Ｂにおいても、第２の波長板３０Ｂの位相差を戻すために、液晶分子の配向方向を、第２の水晶波長板３０Ｂに対して直交させている。
こうすることで、δ１＝１９６°、δ２＝１９６°となり、積層波長板ユニット２０は、完全に１／２波長板として機能する。
液晶層の位相差の設定は、上記の場合と同様である。
【００６２】
図２０は、図１９の場合における偏光状態の遷移をポアンカレ球により示す図であり、（ａ）は、第１の波長板ユニットにおける偏光状態の遷移を示す図、（ｂ）は、第２の波長板ユニットにおける偏光状態の遷移を示す図である。
図２０（ａ）において、座標Ｐ１（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）＝（１，０，０）に入射した直線偏光は、第１の水晶波長板３０Ａの光学軸（方位角）が２２．５°であるので、Ｘ１５軸を中心に、北極、南極を通らず２６６°回転した座標Ｐ２に到達する。
さらに、第１の位相差調整素子４０Ａは、光学軸が第１の水晶波長板３０Ａと直交するので、Ｘ１６軸を中心に、逆方向に３０°回転し、座標Ｐ３（０，１，０）に到達する。
【００６３】
次に、図２０（ｂ）において、第１の波長板ユニット２０Ａを出射した直線偏光は、座標Ｐ４に入射する。
第２の波長板ユニットの第２の水晶波長板３０Ｂは、光学軸（方位角）が６７．５°である。（ａ）の場合とは異なるＸ１７軸を中心に、北極、南極を経ずに、１６６°回転した座標Ｐ５に至る。
次いで、第２の水晶波長板３０Ｂと光学軸が直交する第２の位相調整素子４０Ｂによって、Ｘ１８軸を中心に、座標Ｐ６（−１，０，０）まで逆方向に３０°回転される。
座標Ｐ６における光は、Ｐ１の直線偏光と偏光面が直交する偏光、すなわちＳ偏光である。
これにより、図１９の積層波長板ユニットが全体として１／２波長板として機能していることが分かる。
【００６４】
図２１は、第３のタイプの積層１／２波長板において、水晶基板が所定板厚よりも薄い場合の位相差補正を示す図である。
図２１に示す積層波長板ユニットにおいて、第１の波長板ユニット２０Ａを構成する水晶波長板３０Ａの光学軸（方位角）θ１はθ１＝２２．５°、第２の波長板ユニット２０Ｂを構成する水晶波長板３０Ｂの光学軸（方位角）θ２は、θ２＝６７．５°である。
また、両水晶波長板のカット角は、いずれも９０°Ｚ（Ｙカット）となっている。
この場合、両水晶波長板が正確に研磨されて板厚が規格内であれば、第１の水晶波長板の位相差δ１が、設計波長λに対して、δ１＝３６０°×Ｎ１＋１８０、第２の水晶波長板の位相差δ２が、設計波長λに対してδ２＝３６０°×Ｎ２となり、この場合、完全に広帯域１／２波長板として機能し得る。
ここで、水晶波長板（水晶基板）３０Ａは、所定板厚よりも薄く研磨されており、その位相差δ１は、δ１＝３６０°×Ｎ１＋１５０°となっている。
【００６５】
また、水晶波長板３０Ｂは、水晶波長板３０Ａと同じく薄く研磨されており、位相差δ２は、δ２＝３６０×Ｎ２−３０°となっている。
この場合、第１の水晶波長板３０Ａ、第２の水晶波長板３０Ｂについて、位相差調整素子によって位相差を３０°加えることで、両水晶波長板について、板厚ずれの影響を回避して、積層波長板ユニット全体として完全に広帯域１／２波長板として機能させることが出来る。
そのために、まず、第１の水晶波長板３０Ａに積層する第１の位相差調整素子において、第１の水晶波長板３０Ａの位相差にさらに位相差を加えるために、液晶分子の配向方向を、第１の水晶波長板３０Ａに対して平行にしている。
また、第２の水晶波長板３０Ｂに積層する第２の位相差調整素子４０Ｂにおいても、第２の波長板３０Ｂの位相差にさらに位相差を加えるために、液晶分子の配向方向を、第２の水晶波長板３０Ｂに対して平行にしている。
こうすることで、δ１＝３６０°×Ｎ１＋１８０、δ２＝３６０°×Ｎ２となり、積層波長板ユニット２０は、完全に１／２波長板として機能する。
液晶層の位相差の設定は、上記の場合と同様である。
【００６６】
図２２は、図２１の場合における偏光状態の遷移をポアンカレ球により示す図であり、（ａ）は、第１の波長板ユニットにおける偏光状態の遷移を示す図、（ｂ）は、第２の波長板ユニットにおける偏光状態の遷移を示す図である。
図２２（ａ）において、座標Ｐ１（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）＝（１，０，０）に入射した直線偏光は、第１の水晶波長板３０Ａの光学軸（方位角）が２２．５°であるので、Ｘ１９軸を中心に、北極、南極を通らず５１０°回転した座標Ｐ２に到達する。
さらに、第１の位相差調整素子４０Ａは、光学軸が第１の水晶波長板３０Ａと平行であるので、同じＸ１９軸を中心に、同方向に３０°回転し、座標Ｐ３に到達する。
【００６７】
次に、図２２（ｂ）において、第１の波長板ユニット２０Ａを出射した直線偏光は、座標Ｐ４に入射する。
第２の波長板ユニットの第２の水晶波長板３０Ｂは、光学軸（方位角）が６７．５°であり、（ａ）の場合とは異なるＸ２０軸を中心に、北極、南極を経ずに、３３０°回転した座標Ｐ５に至る。
次いで、第２の水晶波長板３０Ｂと光学軸が平行である第２の位相調整素子４０Ｂによって、同じＸ２０軸を中心に、座標Ｐ６（−１，０，０）まで逆方向に３０°回転される。
座標Ｐ６における光は、Ｐ１の直線偏光と偏光面が直交する偏光、すなわちＳ偏光である。
これにより、図２１の積層波長板ユニットが全体として１／２波長板として機能していることが分かる。
【００６８】
図２３は、第３のタイプの積層１／２波長板において、水晶基板が所定板厚よりも厚い場合の位相差補正を示す図である。
図２３に示す積層波長板ユニットにおいて、第１の波長板ユニット２０Ａを構成する水晶波長板３０Ａの光学軸（方位角）θ１はθ１＝２２．５°、第２の波長板ユニット２０Ｂを構成する水晶波長板３０Ｂの光学軸（方位角）θ２は、θ２＝６７．５°である。
また、両水晶波長板のカット角は、いずれも９０°Ｚ（Ｙカット）となっている。
この場合、両水晶波長板が正確に研磨されて板厚が規格内であれば、第１の水晶波長板の位相差δ１が、設計波長λに対して、δ１＝３６０°×Ｎ＋１８０、第２の水晶波長板の位相差δ２が、設計波長λに対してδ２＝３６０°×Ｎとなり、δ１＋δ２＝１８０°となって完全に広帯域１／２波長板として機能し得る。
【００６９】
ここで、水晶波長板（水晶基板）３０Ａは、所定板厚よりも厚く研磨されており、その位相差δ１は、δ１＝３６０°×Ｎ＋２１０°となっている。
また、水晶波長板３０Ｂは、水晶波長板３０Ａと同じく厚く研磨されており、位相差δ２は、δ２＝３６０×Ｎ＋３０°となっている。
この場合、第１の水晶波長板３０Ａ、第２の水晶波長板３０Ｂについて、位相差調整素子によって位相差を３０°戻すことで、両水晶波長板について、板厚ずれの影響を回避して、積層波長板ユニット全体として完全に広帯域１／２波長板として機能させることが出来る。
そのために、まず、第１の水晶波長板３０Ａに積層する第１の位相差調整素子において、第１の水晶波長板３０Ａの位相差を戻すために、液晶分子の配向方向を、第１の水晶波長板３０Ａに対して直交させている。
また、第２の水晶波長板３０Ｂに積層する第２の位相差調整素子４０Ｂにおいても、第２の波長板３０Ｂの位相差を戻すために、液晶分子の配向方向を、第２の水晶波長板３０Ｂに対して平行にしている。
こうすることで、δ１＝３６０°×Ｎ１＋１８０、δ２＝３６０°×Ｎ２となり、積層波長板ユニット２０は、完全に１／２波長板として機能する。
液晶層の位相差の設定は、上記の場合と同様である。
【００７０】
図２４は、図２３の場合における偏光状態の遷移をポアンカレ球により示す図であり、（ａ）は、第１の波長板ユニットにおける偏光状態の遷移を示す図、（ｂ）は、第２の波長板ユニットにおける偏光状態の遷移を示す図である。
図２４（ａ）において、座標Ｐ１（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）＝（１，０，０）に入射した直線偏光は、第１の水晶波長板３０Ａの光学軸（方位角）が２２．５°であるので、Ｘ２１軸を中心に、北極、南極を通らず５７０°回転した座標Ｐ２に到達する。
さらに、第１の位相差調整素子４０Ａは、光学軸が第１の水晶波長板３０Ａと直交するので、Ｘ２２軸を中心に、逆方向に３０°回転し、座標Ｐ３に到達する。
次に、図２４（ｂ）において、第１の波長板ユニット２０Ａを出射した直線偏光は、座標Ｐ４に入射する。
第２の波長板ユニットの第２の水晶波長板３０Ｂは、光学軸（方位角）が６７．５°であり、（ａ）の場合とは異なるＸ２３軸を中心に、北極、南極を経ずに、３９０°回転した座標Ｐ５に至る。
次いで、第２の水晶波長板３０Ｂと光学軸が直交する第２の位相調整素子４０Ｂによって、Ｘ２４軸を中心に、座標Ｐ６（−１，０，０）まで逆方向に３０°回転される。
座標Ｐ６における光は、Ｐ１の直線偏光と偏光面が直交する偏光、すなわちＳ偏光である。
これにより、図２１の積層波長板ユニットが全体として１／２波長板として機能していることが分かる。
【００７１】
図２５は、第２のタイプの積層λ／４波長板において、水晶基板が所定板厚よりも薄い場合の位相差補正を示す図である。
図２５に示す積層波長板ユニットにおいて、第１の波長板ユニット２０Ａを構成する水晶波長板３０Ａの光学軸（方位角）θ１はθ１＝１５．０°、第２の波長板ユニット２０Ｂを構成する水晶波長板３０Ｂの光学軸（方位角）θ２は、θ２＝７６．０°である。
また、第１の水晶波長板のカット角は、１６．３°Ｚ、第２の水晶波長板のカット角は１４．５°Ｚである。
この場合、両水晶波長板が正確に研磨されて板厚が規格内であれば、第１の水晶波長板の位相差δ１が、設計波長λに対して、δ１＝１８０°、第２の水晶波長板の位相差δ２が、設計波長λに対してδ２＝１００°となって完全に広帯域λ／４波長板として機能し得る。
【００７２】
ここで、水晶波長板（水晶基板）３０Ａは、所定板厚よりも薄く研磨されており、その位相差δ１は、δ１＝１５０°となっている。
また、水晶波長板３０Ｂは、水晶波長板３０Ａと同じく薄く研磨されており、位相差δ２は、δ２＝７０°となっている。
この場合、第１の水晶波長板３０Ａ、第２の水晶波長板３０Ｂについて、位相差調整素子によって位相差を３０°加えることで、両水晶波長板について、板厚ずれの影響を回避して、積層波長板ユニット全体として完全に広帯域１／２波長板として機能させることが出来る。
そのために、まず、第１の水晶波長板３０Ａに積層する第１の位相差調整素子において、第１の水晶波長板３０Ａの位相差にさらに位相差を加えるために、液晶分子の配向方向を、第１の水晶波長板３０Ａに対して平行にしている。
また、第２の水晶波長板３０Ｂに積層する第２の位相差調整素子４０Ｂにおいても、第２の波長板３０Ｂの位相差にさらに位相差を加えるために、液晶分子の配向方向を、第２の水晶波長板３０Ｂに対して平行にしている。
こうすることで、δ１＝１８０°、δ２＝１００°となり、積層波長板ユニット２０は、完全にλ／４波長板として機能する。
液晶層の位相差の設定は、上記の場合と同様である。
【００７３】
図２６は、図２５の場合における偏光状態の遷移をポアンカレ球により示す図であり、（ａ）は、第１の波長板ユニットにおける偏光状態の遷移を示す図、（ｂ）は、第２の波長板ユニットにおける偏光状態の遷移を示す図である。
図２６（ａ）において、座標Ｐ１（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）＝（１，０，０）に入射した直線偏光は、第１の水晶波長板３０Ａの光学軸（方位角）が１５°であるので、Ｘ２５軸を中心に、北極、南極を通らず１５０°回転した座標Ｐ２に到達する。
さらに、第１の位相差調整素子４０Ａは、光学軸が第１の水晶波長板３０Ａと平行であるので、同じＸ２５軸を中心に、同方向に３０°回転し、座標Ｐ３に到達する。
次に、図２４（ｂ）において、第１の波長板ユニット２０Ａを出射した直線偏光は、座標Ｐ４に入射する。
第２の波長板ユニットの第２の水晶波長板３０Ｂは、光学軸（方位角）が７６°であり、（ａ）の場合とは異なるＸ２６軸を中心に、北極、南極を経ずに、７０°回転した座標Ｐ５に至る。
次いで、第２の水晶波長板３０Ｂと光学軸が平行となる第２の位相調整素子４０Ｂによって、Ｘ２６軸を中心に、座標Ｐ６まで同方向に３０°回転される。
座標Ｐ６は北極であり、円偏光になっている。
これにより、図２５の積層波長板ユニットが全体としてλ／４波長板として機能していることが分かる。
【００７４】
図２７は、第２のタイプのλ／４波長板において、水晶基板が所定板厚よりも厚い場合の位相差補正を示す図である。
図２７に示す積層波長板ユニットにおいて、第１の波長板ユニット２０Ａを構成する水晶波長板３０Ａの光学軸（方位角）θ１はθ１＝１５．０°、第２の波長板ユニット２０Ｂを構成する水晶波長板３０Ｂの光学軸（方位角）θ２は、θ２＝７６．０°である。
また、第１の水晶波長板のカット角は、１６．３°Ｚ、第２の水晶波長板のカット角は１４．５°Ｚである。
この場合、両水晶波長板が正確に研磨されて板厚が規格内であれば、第１の水晶波長板の位相差δ１が、設計波長λに対して、δ１＝１８０°、第２の水晶波長板の位相差δ２が、設計波長λに対してδ２＝１００°となって完全に広帯域λ／４波長板として機能し得る。
【００７５】
ここで、水晶波長板（水晶基板）３０Ａは、所定板厚よりも厚く研磨されており、その位相差δ１は、δ１＝２１０°となっている。
また、水晶波長板３０Ｂは、水晶波長板３０Ａと同じく厚く研磨されており、位相差δ２は、δ２＝１３０°となっている。
この場合、第１の水晶波長板３０Ａ、第２の水晶波長板３０Ｂについて、位相差調整素子によって位相差を３０°戻すことで、両水晶波長板について、板厚ずれの影響を回避して、積層波長板ユニット全体として完全に広帯域λ／４波長板として機能させることが出来る。
そのために、まず、第１の水晶波長板３０Ａに積層する第１の位相差調整素子において、第１の水晶波長板３０Ａの位相差を戻すために、液晶分子の配向方向を、第１の水晶波長板３０Ａに対して直交させている。
また、第２の水晶波長板３０Ｂに積層する第２の位相差調整素子４０Ｂにおいても、第２の波長板３０Ｂの位相差を戻すために、液晶分子の配向方向を、第２の水晶波長板３０Ｂに対して直交させている。
こうすることで、δ１＝１８０°、δ２＝１００°となり、積層波長板ユニット２０は、完全にλ／４波長板として機能する。
液晶層の位相差の設定は、上記の場合と同様である。
【００７６】
図２８は、図２７の場合における偏光状態の遷移をポアンカレ球により示す図であり、（ａ）は、第１の波長板ユニットにおける偏光状態の遷移を示す図、（ｂ）は、第２の波長板ユニットにおける偏光状態の遷移を示す図である。
図２８（ａ）において、座標Ｐ１（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）＝（１，０，０）に入射した直線偏光は、第１の水晶波長板３０Ａの光学軸（方位角）が１５°であるので、Ｘ２７軸を中心に、北極、南極を通らず２１０°回転した座標Ｐ２に到達する。
さらに、第１の位相差調整素子４０Ａは、光学軸が第１の水晶波長板３０Ａと直交するので、Ｘ２８軸を中心に、逆方向に３０°回転し、座標Ｐ３に到達する。
次に、図２８（ｂ）において、第１の波長板ユニット２０Ａを出射した直線偏光は、座標Ｐ４に入射する。
第２の波長板ユニットの第２の水晶波長板３０Ｂは、光学軸（方位角）が７６°であり、（ａ）の場合とは異なるＸ２９軸を中心に、北極、南極を経ずに、１３０°回転した座標Ｐ５に至る。
次いで、第２の水晶波長板３０Ｂと光学軸が直交する第２の位相調整素子４０Ｂによって、Ｘ３０軸を中心に、座標Ｐ６まで逆方向に３０°回転される。
座標Ｐ６は赤道であり、円偏光になっている。
これにより、図２７の積層波長板ユニットが全体としてλ／４波長板として機能していることが分かる。
【００７７】
図２９は、第３のタイプの積層λ／４波長板において、水晶基板が所定板厚よりも薄い場合の位相差補正を示す図である。
図２９に示す積層波長板ユニットにおいて、第１の波長板ユニット２０Ａを構成する水晶波長板３０Ａの光学軸（方位角）θ１はθ１＝１５．０°、第２の波長板ユニット２０Ｂを構成する水晶波長板３０Ｂの光学軸（方位角）θ２は、θ２＝７５．０°である。
また、第１の水晶波長板のカット角は、９０°Ｚ、第２の水晶波長板のカット角は９０°Ｚである。
この場合、両水晶波長板が正確に研磨されて板厚が規格内であれば、第１の水晶波長板の位相差δ１が、設計波長λに対して、δ１＝３６０°×Ｎ＋１８０°、第２の水晶波長板の位相差δ２が、設計波長λに対してδ２＝３６０°×Ｍ＋９０°となって、この場合、完全に広帯域λ／４波長板として機能し得る。
【００７８】
ここで、水晶波長板（水晶基板）３０Ａは、所定板厚よりも薄く研磨されており、その位相差δ１は、δ１＝３６０×Ｎ＋１５０°となっている。
また、水晶波長板３０Ｂは、水晶波長板３０Ａと同じく薄く研磨されており、位相差δ２は、δ２＝３６０°×Ｍ＋６０°となっている。
この場合、第１の水晶波長板３０Ａ、第２の水晶波長板３０Ｂについて、位相差調整素子によって位相差を３０°加えることで、両水晶波長板について、板厚ずれの影響を回避して、積層波長板ユニット全体として完全に広帯域λ／４波長板として機能させることが出来る。
そのために、まず、第１の水晶波長板３０Ａに積層する第１の位相差調整素子において、第１の水晶波長板３０Ａの位相差を戻すために、液晶分子の配向方向を、第１の水晶波長板３０Ａに対して平行にしている。
また、第２の水晶波長板３０Ｂに積層する第２の位相差調整素子４０Ｂにおいても、第２の波長板３０Ｂの位相差を戻すために、液晶分子の配向方向を、第２の水晶波長板３０Ｂに対して平行にしている。
こうすることで、δ１＝３６０°×Ｎ＋１８０°、δ２＝３６０°×Ｍ＋９０°となり、この場合、積層波長板ユニット２０は、完全にλ／４波長板として機能する。
液晶層の位相差の設定は、上記の場合と同様である。
【００７９】
図３０は、図２９の場合における偏光状態の遷移をポアンカレ球により示す図であり、（ａ）は、第１の波長板ユニットにおける偏光状態の遷移を示す図、（ｂ）は、第２の波長板ユニットにおける偏光状態の遷移を示す図である。なお、図２９の式において、Ｎ、Ｍは何れも１とする。
図３０（ａ）において、座標Ｐ１（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）＝（１，０，０）に入射した直線偏光は、第１の水晶波長板３０Ａの光学軸（方位角）が１５°であるので、Ｘ３１軸を中心に、北極、南極を通らず５１０°回転した座標Ｐ２に到達する。
さらに、第１の位相差調整素子４０Ａは、光学軸が第１の水晶波長板３０Ａと平行であるので、Ｘ３１軸を中心に、同方向に３０°回転し、座標Ｐ３に到達する。
次に、図３０（ｂ）において、第１の波長板ユニット２０Ａを出射した直線偏光は、座標Ｐ４に入射する。
第２の波長板ユニットの第２の水晶波長板３０Ｂは、光学軸（方位角）が７５°であり、（ａ）の場合とは異なるＸ３２軸を中心に、北極、南極を経ずに、４２０°回転した座標Ｐ５に至る。
次いで、第２の水晶波長板３０Ｂと光学軸が平行となる第２の位相調整素子４０Ｂによって、Ｘ３２軸を中心に、座標Ｐ６まで同方向に３０°回転される。
座標Ｐ６は赤道であり、円偏光になっている。
これにより、図２７の積層波長板ユニットが全体としてλ／４波長板として機能していることが分かる。
【００８０】
図３１は、第３のタイプの積層λ／４波長板において、水晶基板が所定板厚よりも厚い場合の位相差補正を示す図である。
図３１に示す積層波長板ユニットにおいて、第１の波長板ユニット２０Ａを構成する水晶波長板３０Ａの光学軸（方位角）θ１はθ１＝１５．０°、第２の波長板ユニット２０Ｂを構成する水晶波長板３０Ｂの光学軸（方位角）θ２は、θ２＝７５．０°である。
また、第１の水晶波長板のカット角は、９０°Ｚ、第２の水晶波長板のカット角は９０°Ｚである。
この場合、両水晶波長板が正確に研磨されて板厚が規格内であれば、第１の水晶波長板の位相差δ１が、設計波長λに対して、δ１＝３６０°×Ｎ＋１８０°、第２の水晶波長板の位相差δ２が、設計波長λに対してδ２＝３６０°×Ｍ＋９０°となって、この場合、完全に広帯域λ／４波長板として機能し得る。
【００８１】
ここで、水晶波長板（水晶基板）３０Ａは、所定板厚よりも薄く研磨されており、その位相差δ１は、δ１＝３６０×Ｎ＋２１０°となっている。
また、水晶波長板３０Ｂは、水晶波長板３０Ａと同じく厚く研磨されており、位相差δ２は、δ２＝３６０°×Ｍ＋１２０°となっている。
この場合、第１の水晶波長板３０Ａ、第２の水晶波長板３０Ｂについて、位相差調整素子によって位相差を３０°戻すことで、両水晶波長板について、板厚ずれの影響を回避して、積層波長板ユニット全体として完全に広帯域λ／４波長板として機能させることが出来る。
そのために、まず、第１の水晶波長板３０Ａに積層する第１の位相差調整素子において、第１の水晶波長板３０Ａの位相差を戻すために、液晶分子の配向方向を、第１の水晶波長板３０Ａに対して直交させている。
また、第２の水晶波長板３０Ｂに積層する第２の位相差調整素子４０Ｂにおいても、第２の波長板３０Ｂの位相差を戻すために、液晶分子の配向方向を、第２の水晶波長板３０Ｂに対して直交させている。
こうすることで、δ１＝３６０°×Ｎ＋１８０°、δ２＝３６０°×Ｍ＋９０°となり、この場合、積層波長板ユニット２０は、完全にλ／４波長板として機能する。
液晶層の位相差の設定は、上記の場合と同様である。
【００８２】
図３２は、図３１の場合における偏光状態の遷移をポアンカレ球により示す図であり、（ａ）は、第１の波長板ユニットにおける偏光状態の遷移を示す図、（ｂ）は、第２の波長板ユニットにおける偏光状態の遷移を示す図である。なお、図３１の式において、Ｎ、Ｍは何れも１とする。
図３２（ａ）において、座標Ｐ１（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）＝（１，０，０）に入射した直線偏光は、第１の水晶波長板３０Ａの光学軸（方位角）が１５°であるので、Ｘ３３軸を中心に、北極、南極を通らず５７０°回転した座標Ｐ２に到達する。
さらに、第１の位相差調整素子４０Ａは、光学軸が第１の水晶波長板３０Ａと直交しているので、Ｘ３４軸を中心に、同方向に３０°回転し、座標Ｐ３に到達する。
次に、図３２（ｂ）において、第１の波長板ユニット２０Ａを出射した直線偏光は、座標Ｐ４に入射する。
第２の波長板ユニットの第２の水晶波長板３０Ｂは、光学軸（方位角）が７５°であり、（ａ）の場合とは異なるＸ３５軸を中心に、北極、南極を経ずに、４８０°回転した座標Ｐ５に至る。
次いで、第２の水晶波長板３０Ｂと光学軸が直交する第２の位相調整素子４０Ｂによって、Ｘ３６軸を中心に、座標Ｐ６まで逆方向に３０°回転される。
座標Ｐ６は赤道であり、円偏光になっている。
これにより、図３１の積層波長板ユニットが全体としてλ／４波長板として機能していることが分かる。
【００８３】
次に、本発明の実施の形態に係る位相差調整素子の他の特徴について説明する。
上記の説明では、水晶波長板の厚みバラツキによる位相差の変動を補償するように用いられている。
それに対し、位相差調整素子で波長板ユニットの位相差を変更し、偏光変換効率が最大となる波長帯域を変更する。
図３３は、上記した第１のタイプの波長板ユニットの偏光変換効率を示す図である。設計波長λは５５０ｎｍであり、波長が５５０ｎｍの直線偏光（グリーン帯域）に対して、偏光変換効率が最大になっている。
図３３の場合でも、水晶波長板が２枚積層されることで、波長依存性はさほど強くなく、ブルー帯域、レッド帯域でもある程度の偏光変換効率を確保することは出来る。
しかしながら、図３４の場合のように、水晶波長板に液晶素子を積層することで、設計波長は５５０ｎｍながら、偏光変換効率が最大となる帯域をブルー帯域にシフトさせ、プロジェクターなどでは、カラーバランスの調整に好適に用いることが出来る。
【符号の説明】
【００８４】
１  偏光変換素子、１２  光出射面、１３  透光性ユニット、１３ａ  光入射面、１３ｂ  光出射面、１３ｃ  接合面、１４  ＰＢＳ膜、１５  反射ミラー膜、２０  位相差板、２０  積層波長板ユニット、２０  偏光回転素子、２０Ａ  波長板ユニット、２０Ｂ  波長板ユニット、３０  水晶波長板、３０Ａ  水晶波長板、３０Ｂ  水晶波長板、３０Ｂ  波長板、４０  位相差調整素子、４０Ａ  位相差調整素子、４０Ｂ  位相差調整素子、４０Ｂ  位相調整素子、４１  液晶層、４１ａ  配向膜、４２  透明基板、１１０  光源、１１１  レンズアレイ、１２０  偏光変換ユニット、１２１  重畳レンズ、１３０  色光分離光学系、１３１  ダイクロイックミラー、１３２  ダイクロイックミラー、１３３  反射ミラー、１４０  入射側レンズ、１４１  リレーレンズ、１４２  反射ミラー、１４３  反射ミラー、１４４  フィールドレンズ、１４５  フィールドレンズ、１４６  フィールドレンズ、１４６  反射ミラー、１５０Ｂ  液晶ライトバルブ、１５０Ｇ  液晶ライトバルブ、１５０Ｒ  液晶ライトバルブ、１６０  クロスダイクロイックプリズム、１７０  投写レンズ、２００  ユニット枠、２１０  遮光板、２２０  レンズアレイ、２３０  クリップ
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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