(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長λの光に対して位相差Γ１の第一の波長板と位相差Γ２の第二の波長板とを、各々の光学軸が交差するように配置してなり、波長λ１〜λ２（但し、λ１＜λ＜λ２）の範囲において入射する直線偏光の偏光面を９０ｄｅｇ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、
前記第一の波長板の材料及び前記第二の波長板の材料が水晶であり、
前記入射する直線偏光の偏光面と前記第一の波長板の光学軸とのなす角度を光学軸方位角θ１とし、前記入射する直線偏光の偏光面と前記第二の波長板の光学軸とのなす角度を光学軸方位角θ２としたとき、前記光学軸方位角θ１と前記光学軸方位角θ２とが、
θ２＝θ１＋４５  …（１）
０＜θ１＜４５    …（２）
を満足し、
前記波長λを
λ１＜λ＜（λ２−λ１）／２＋λ１  …（３）
の範囲に設定し、
前記位相差Γ１と前記位相差Γ２とが、
Γ１＝１８０ｄｅｇ＋ａ  …（５）
Γ２＝１８０ｄｅｇ＋ｂ  …（６）
ｂ＝２×ａ  …（７）
０ｄｅｇ≦ａ≦１０ｄｅｇ
を満足すると共に、
前記光学軸方位角θ１が、θ１≠２２．５ｄｅｇであり、前記波長λが変化したときの前記第一の波長板の位相差のずれ量をΔΓ１とし、前記波長λが変化したときの前記第二の波長板の位相差のずれ量をΔΓ２としたとき、
ΔΓ１＝ΔΓ２  …（４）
を満足することを特徴とする波長板。
【請求項２】
請求項１において、ａ＝０かつθ１＝２５ｄｅｇであることを特徴とする波長板。
【請求項３】
請求項１において、ａ≠０であることを特徴とする波長板。
【請求項４】
請求項３において、θ１＝１９ｄｅｇであることを特徴とする波長板。
【請求項５】
第１の主面を光入射面としかつ第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、前記基材の前記第２の主面に設けられた波長板とを備え、
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の光学薄膜を透過した前記第１の直線偏光を出射させる前記第２の主面の部分に配置された偏光変換素子であって、
前記波長板が、請求項１乃至４の何れか１項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６】
前記波長板が、前記第一の波長板と前記第二の波長板とを積層したものであることを特徴とする請求項５に記載の偏光変換素子。
【請求項７】
前記第１の直線偏光がＰ偏光であり、かつ前記第２の直線偏光がＳ偏光であることを特徴とする請求項５又は６に記載の偏光変換素子。
【請求項８】
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５乃至７の何れか１項に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９】
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８に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、４００〜７００ｎｍにわたる広帯域な波長域において、１／２波長板として機能する波長依存性の少ない波長板、それを用いた偏光変換素子、及びそれを備えた液晶プロジェクタ等の投写型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パソコン等が表示する画面を直接スクリーンに投写することを可能とする液晶プロジェクタは、プレゼンティション等の用途を目的に広く普及しつつあると共に、小型化、解像度の向上、そして光利用効率の改善などが図られている。
そこで、液晶プロジェクタに偏光変換素子を内蔵し、ハロゲンランプ等を用いた光源が出力する光線を偏光変換して、液晶パネルに入射する光線の偏光を揃え、効率のよい光エネルギーの利用が為されるようになっている。
【０００３】
図８に、従来の偏光変換素子の構成例を示す。偏光変換素子１は、プリズムの斜面に光学薄膜２を成膜したプリズムアレイ３の所定の位置に１／２波長板４を備えた構造である。図８の機能を説明すると、ハロゲンランプ等の光源から放出される光線は、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分とを含んでおり、偏光変換素子１の入射光としてプリズムアレイ３に入力される。ここで、液晶パネルを使用した画面の投写に必要な光線は、ある一方の偏光成分のみであるため、偏光変換素子１を用いて不要な偏光成分を偏光させて出射光の偏光を揃えることにより、効率よく光のエネルギーを使用できるよう機能させている。
【０００４】
そのため、プリズムアレイ３に入力された入射光のＰ偏光成分は、光学薄膜２を透過して１／２波長板４に入力し、該１／２波長板を通過する際に偏光面が９０ｄｅｇ回転して第一の経路としてＳ偏光として出射する。一方、プリズムアレイ３に入力した入射光に含まれるＳ偏光成分は、光学薄膜２において反射し、第二の経路としてＳ偏光を出射する。従って、偏光変換素子１から出力する出射光は、Ｓ偏光に揃えられ、効率のよい光エネルギーの利用が図られる。
【０００５】
液晶プロジェクタで使用する光源の波長域は、通常、４００〜７００ｎｍ程度であり、偏光変換素子に求められる性能として、光学薄膜及び、１／２波長板夫々が、４００〜７００ｎｍの広帯域な波長域で光の効率上損失を極限する必要がある。
そこで、以降、上述した偏光変換素子の構成要素である広帯域の１／２波長板について説明する。
【０００６】
波長板は、水晶のような結晶材料、或いは樹脂製フィルム等により構成し、それらの複屈折性による常光線と異常光線との速度差を利用した素子であり、両光線間に位相差を作り出し、光の偏光状態を変化させるものである。周知のように、１／２波長板は、入射した光の偏光面を９０ｄｅｇ回転させた直線偏光に変換させる機能を有する。更に、従来の波長板は、波長依存性の問題から特定の波長において１／２波長板として機能を果たしていた。
【０００７】
図９は、従来の１／２波長板の位相差波長依存性の例を示す図である。図９は、縦軸に位相差を示し、横軸に波長を示したグラフであり、波長の変化に伴う位相差の変化を求めたものである。図９に示すように、従来の１／２波長板は、波長５００ｎｍ近辺で位相差１８０ｄｅｇを示し、前後の波長帯においては、所定の傾斜により増加、或いは減少している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、液晶プロジェクタで使用する偏光変換素子に内蔵する１／２波長板の性能は、波長４００〜７００ｎｍの広帯域な波長域に対して位相が１８０ｄｅｇずれる必要があるが、従来の１／２波長板は波長依存性を有しているため、液晶プロジェクタの偏光変換素子として使用することが困難であった。
【０００９】
ここで、波長板を広帯域にする手段としては、特許第３１７４３６７号により開示され、１／２波長の位相差を与える複数の延伸フィルムを積層してなる積層波長板が提案されているが、特許第３１７４３６７号による発明は、波長板の材料として延伸フィルムを使用しており、耐熱性、或いは信頼性に問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、上述したような問題点を解決するためになされたものであって、波長板の材料として耐熱性、或いは信頼性に優れた水晶基板を用い、波長４００〜７００ｎｍの波長域において１／２波長板として機能する波長板、それを用いた偏光変換素子、及び該偏光変換素子を備えた液晶プロジェクタ等の投写型表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の波長板は、波長λの光に対して位相差Γ１の第一の波長板と位相差Γ２の第二の波長板とを、各々の光学軸が交差するように配置してなり、波長λ１〜λ２（但し、λ１＜λ＜λ２）の範囲において入射する直線偏光の偏光面を９０ｄｅｇ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、
第一の波長板の材料及び第二の波長板の材料が水晶であり、
入射する直線偏光の偏光面と第一の波長板の光学軸とのなす角度を光学軸方位角θ１とし、入射する直線偏光の偏光面と第二の波長板の光学軸とのなす角度を光学軸方位角θ２としたとき、光学軸方位角θ１と光学軸方位角θ２とが、
θ２＝θ１＋４５  …（１）
０＜θ１＜４５    …（２）
を満足し、
波長λを
λ１＜λ＜（λ２−λ１）／２＋λ１  …（３）
の範囲に設定し、
位相差Γ１と位相差Γ２とが、
Γ１＝１８０ｄｅｇ＋ａ  …（５）
Γ２＝１８０ｄｅｇ＋ｂ  …（６）
ｂ＝２×ａ  …（７）
０ｄｅｇ≦ａ≦１０ｄｅｇ
を満足すると共に、
光学軸方位角θ１が、θ１≠２２．５ｄｅｇであり、波長λが変化したときの第一の波長板の位相差のずれ量をΔΓ１とし、波長λが変化したときの第二の波長板の位相差のずれ量をΔΓ２としたとき、
ΔΓ１＝ΔΓ２  …（４）
を満足することを特徴とする。
【００１２】
或る実施例では、ａ＝０であり、かつ入射する直線偏光の偏光面と第一の波長板の光学軸とのなす光学軸方位角θ１が、θ１＝２５ｄｅｇであるように設定される。
別の実施例では、ａ≠０である。この場合、更にθ１＝１９ｄｅｇに設定することができる。
【００１３】
また、本発明によれば、第１の主面を光入射面としかつ第２の主面を光出射面とする平板状の透光性基材と、該基材中に設けられた第１及び第２の光学薄膜と、該基材の第２の主面に設けられた波長板とを備え、
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、上述した本発明の波長板であり、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の主面の部分に配置された偏光変換素子が提供される。
【００１４】
或る実施例では、波長板が、第一の波長板と第二の波長板とを積層したものである。
【００１５】
別の実施例では、本発明の偏光変換素子において、第１の直線偏光がＰ偏光であり、かつ第２の直線偏光がＳ偏光である。
【００１６】
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、該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、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。
【００１７】
或る実施例では、投写型表示装置の変調手段が液晶パネルである。
【発明の効果】
【００１８】
上述したように、本発明の波長板は、所定の第一の波長板と第二の波長板とを積層することにより、波長４００ｎｍから７００ｎｍの波長域にわたって１／２波長板としての機能を有する。
この波長板を用いることによって、本発明の偏光変換素子は、液晶プロジェクタ等に用いる上で、著しい効果を発揮することが可能となる。
【００１９】
更に本発明の偏光変換素子は、波長板が、第一の波長板と第二の波長板を水晶基板により構成しており、耐熱性、或いは信頼性に優れた偏光変換素子を提供する上で著しい効果を発揮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る偏光変換素子に使用する１／２波長板の一実施形態の構成を示す図である。
【図２】本発明に使用する１／２波長板のポアンカレ球を示す。
【図３】本発明に係る偏光変換素子の一実施例を示す構成図である。
【図４】本発明に使用する１／２波長板において、位相差と出射光Ｓ成分のＴｓに関する相関を示すグラフである。
【図５】本発明に使用する１／２波長板において、第一のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図６】本発明に使用する１／２波長板において第二のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図７】本発明に使用する１／２波長板の一実施例における波長依存性を示すグラフである。
【図８】従来の偏光変換素子の構成を示す図である。
【図９】従来の１／２波長板の位相差波長依存性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の偏光変換素子に使用する１／２波長板の一実施形態の構成を示す図であり、図１（ａ）は、斜視概観図であり、図１（ｂ）は、分解斜視図である。１／２波長板５は、波長４２０ｎｍに対して位相差Γ１が１９０ｄｅｇ、及び光学軸方位角θ１が１９ｄｅｇの第一の水晶波長板６と、波長４２０ｎｍに対して位相差Γ２が２００ｄｅｇ、及び光学軸方位角θ２が６４ｄｅｇの第二の水晶波長板７とを、各々の結晶光学軸８、９が４５ｄｅｇの角度で交差するよう配置し、全体として波長４００〜７００ｎｍの広帯域において１／２波長板として機能するよう積層したものである。つまり、この１／２波長板５にＰ偏光成分である直線偏光１０が入射すると出射面で位相が１８０ｄｅｇずれるので、入射光の偏光面を９０ｄｅｇ回転させたＳ偏光成分である直線偏光１１として出力する機能を有している。
【００２２】
次に、本実施例に使用する１／２波長板５を構成する第一の水晶波長板６、及び第二の水晶波長板７について、光学特性の算出方法について説明する。
数値計算には、以下ミューラ行列を使用し各偏光状態を示すこととする。
【００２３】
第一の水晶波長板６のミューラ行列Ａ１は、下記の式（１）で表すことが出来る。
【００２４】
【数１】
0004877612.tif 000002
【００２５】
第二の水晶波長板７のミューラ行列Ａ２は、下記の式（２）で表すことが出来る。
【００２６】
【数２】
0004877612.tif 000003
【００２７】
１／２波長板５に入射する入射偏光状態をストークスベクトルＴとし、下記の式（３）で表す。
【００２８】
【数３】
0004877612.tif 000004
【００２９】
１／２波長板５から出射する出射偏光状態をストークスベクトルＳとし、下記の式（４）で表す。
【００３０】
【数４】
0004877612.tif 000005
【００３１】
以上、式（１）〜（４）より下記の式（５）のミューラ行列式が得られる。
【００３２】
【数５】
0004877612.tif 000006
【００３３】
式（５）において、Ｔを下記の式（６）のような入射偏光状態とすると、
【００３４】
【数６】
0004877612.tif 000007
【００３５】
式（５）は、
【数７】
0004877612.tif 000008
【００３６】
となり、１／２波長板の位相差Γは、
【数８】
0004877612.tif 000009
と表すことが出来、この式をもとにシミュレーション解析を行う。
【００３７】
そこで、上述した式（８）に推定されるθ１、Γ１、θ２、Γ２を入力して演算を行い、最適値を求めるが、組み合わせが莫大であるため、ポアンカレ球上での考察を加え、ある程度の目安を求める。
【００３８】
図２は、本発明に使用する１／２波長板のポアンカレ球を示す。そこで、本ポアンカレ球を用いて１／２波長板の波長依存性を相殺する方法を説明する。先ず、設定条件を、
入射偏光面：図２中、水平方向とする。
第一の水晶波長板：位相差Γ１＝１８０ｄｅｇ
光学軸方位角：θ１
第二の水晶波長板：位相差Γ２＝１８０ｄｅｇ
光学軸方位角：θ２
とすると、第一の水晶波長板、第二の水晶波長板を透過する光の偏光状態は、以下のように考察することができる。
【００３９】
本１／２波長板の機能は、４００〜７００ｎｍの帯域にて偏光面を９０ｄｅｇ回転させることにあり、これをポアンカレ球にて表すと座標Ｐ０（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）＝（１、０、０）の位置からＰ２（−１、０、０）に移動させることである。そこで、開始点をＳ１軸と球面の交点Ｐ０とする。次に、Ｓ１軸を２θ１反時計回りに回転させた位置に回転軸Ｒ１を設定した後、Ｒ１軸を回転軸として位相差１８０ｄｅｇ時計方向に回転させ、到達した地点をＰ１とする。次に、Ｓ１軸を２θ２反時計回りに回転させた位置に回転軸Ｒ２を設定した後、Ｒ２軸を回転軸として位相差１８０ｄｅｇ時計方向に回転させ、到達した地点をＰ２とする。
【００４０】
この操作方法によると、Ｐ２が（−１、０、０）に到達するためには、光学軸方向θ１、及びθ２が次式の条件を満足すればよい。
θ２＝θ１＋４５  …（９）
０＜θ１＜４５  …（１０）
【００４１】
また、波長が変化することは、第一の波長板、及び第二の波長板の位相差が１８０ｄｅｇからずれることを意味し、この時のずれ量を夫々ΔΓ１、ΔΓ２とすると、上述の操作方法から、
ΔΓ１＝ΔΓ２  …（１１）
であれば位相差を相殺出来、Ｐ２は常に赤道上に到達する。このことから、第一の波長板と第二の波長板は、同じ波長依存性を有したものである必要がある。
【００４２】
また、位相差がずれるとＳ１座標に影響を与え、これによりＰ２→Ｐ２’となり、赤道上でのずれが生じ出射光偏光面の回転ずれとなる。このずれは、ΔΓ１とΔΓ２が小さいほど影響を少なくすることが出来るので、第一の波長板、及び第二の波長板は、波長依存性が極力小さいものを使用することが望ましい。従って、第一の波長板と第二の波長板は、シングルモードにより機能する波長板を使用することで最も良好な特性を得ることが出来る。
【００４３】
以上の結果より、シミュレーション解析を行う際の１／２波長板のファクター及び関係式は、下記の通りとすればよい。
ファクター
第一の波長板光軸方位角：θ１
第一の波長板位相差：Γ１（１８０ｄｅｇ）
第二の波長板光軸方位角：θ２
第二の波長板位相差：Γ２（１８０ｄｅｇ）
出射光の偏光面角度：φ（９０ｄｅｇ）
【００４４】
関係式
θ２＝θ１＋φ／２
０＜θ１＜４５
ΔΓ１＝ΔΓ２
【００４５】
次に、偏光変換素子に使用した場合の波長板の性能の評価方法について説明する。この場合の波長板に対する規定としては、通常、Ｓ偏光透過率Ｔｓが用いられており、そこで、以下にＴｓについて説明する。
【００４６】
図３は、本発明に係わる１／２波長板を使用した偏光変換素子の一実施例を示す構成図である。偏光変換素子１２は、図８に関連して上述した従来の偏光変換素子と同様に、プリズムの斜面に光学薄膜２を成膜したプリズムアレイ３の所定の位置に１／２波長板５を備えた構造である。この偏光変換素子１２は、例えば液晶プロジェクタ等の投写型表示装置に使用される。
【００４７】
プリズムアレイ３は、従来から公知のように、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から構成される。この透光性基材中には、第１及び第２の光学薄膜２、２が、前記プリズムの斜面に成膜することにより、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ている。
【００４８】
ハロゲンランプ等の光源から放出される光線は、互いに直交するＳ偏光成分とＰ偏光成分とを含んでおり、偏光変換素子１の入射光としてプリズムアレイ３に入力される。第１の光学薄膜２は、前記第１の主面側からプリズムアレイ３に入射した光をＳ偏光成分とＰ偏光成分とに分離し、そのＰ偏光成分を透過させかつＳ偏光成分を反射する。１／２波長板５は、プリズムアレイ３の前記第２の主面に、第１の光学薄膜２を透過したＰ偏光成分を出射する部分に配置されている。
【００４９】
プリズムアレイ３に入力した入射光のＰ偏光成分は、第１の光学薄膜２を透過して１／２波長板５に入力し、これを通過する際に偏光面が９０ｄｅｇ回転して、Ｓ偏光として第一の経路から出射する。プリズムアレイ３に入力した入射光のＳ偏光成分は、第１及び第２の光学薄膜２，２により反射され、Ｓ偏光のまま第二の経路から出射する。従って、偏光変換素子１２から出力する光は、Ｓ偏光に揃えられる。このように偏光変換素子１２からの出射光をＳ偏光に揃えることにより、効率のよい光エネルギーの利用が図られる。
【００５０】
液晶パネルを使用した液晶プロジェクタにおいて画面の投写に必要な光線は、ある一方の偏光成分、即ちＳ偏光成分又はＰ偏光成分のみである。従って、本発明の偏光変換素子１２を液晶プロジェクタ等の投写型表示装置に使用した場合、不要な偏光成分を偏光させて出射光の偏光を揃えることにより、効率よく光のエネルギーを使用できるように機能させることができる。
【００５１】
そこで、図３において、１／２波長板の位相差が問題となるのは、経路１についてであり、経路１は、光学薄膜のＰ偏光透過率であるＴｐと１／２波長板の位相差の両方が影響し、通常、経路１に求められる平均透過率は、９３％である。一方、光学薄膜のＴｐとしては、平均９８％が得られており、以上のことから必要な１／２波長板のＴｓの出射特性についてシミュレーション式を求めると次の通りである。
【００５２】
Ｔｓの出射特性は、前述したミューラ行列演算により得られた位相差の値（式８）をジョーンズ行列演算に変換して求める。そこで、１／２波長板の位相差をδ、光学軸方位角をθとすると、下記の式（１２）のようなジョーンズベクトル行列式が得られる。
【００５３】
【数９】
0004877612.tif 000010
【００５４】
次に、得られた行列解を二乗し強度を求めると下式の通りとなる。
Ｔｓ＝４ｓｉｎ２θｃｏｓ２ｓｉｎ２δ／２  …（１３）
【００５５】
そこで、光学薄膜のＴｐを９８％とすると、出射光のＳ偏光成分Ｔｓは下記の通りとなり、
Ｔｓ＝（４ｓｉｎ２θｃｏｓ２ｓｉｎ２δ／２）×０．９８  …（１４）
Ｔｓの出射特性のシミュレーションは式（１４）を用いて行う。
【００５６】
次に、（１４）式において、位相差と出射光Ｓ成分のＴｓに関する相関を、光学軸方位角をθ＝４５ｄｅｇとし、位相差δを変化させて求めてみると、Ｔｓは、図４のとおりである。
【００５７】
図４は、本発明に使用する１／２波長板において、位相差と出射光Ｓ成分のＴｓに関する相関を示すグラフである。この結果から、Ｔｓ≧０．９３を満足するためには、位相差δは１５６≦δ≦２０４の範囲にあればよいことがわかる。
【００５８】
次に、前述した（８）式、及び（１４）式を用いて、１／２波長板の位相差、Ｓ偏光透過率についてシミュレーション解析した結果を示す。
先ず、第一段階として前述したポアンカレ球上で考察した結果より、１／２波長板の最適なファクターを推測し、それを用いてシミュレーション解析を行った結果、下記のファクターによる最適なシミュレーション結果が得られ、それを図５に示す。
θ１＝２５、θ２＝７０、Γ１＝１８０（λ＝４９０ｎｍ）、Γ２＝１８０（λ＝４９０ｎｍ）
【００５９】
図５は、本発明に使用する１／２波長板において、第一のシミュレーション結果を示すグラフである。図５（ａ）は、位相差波長依存性を示し、図５（ｂ）は、Ｓ偏光透過率波長依存性を示す。波長依存性は、５００ｎｍ近辺の短波長側において変化が大きいため、シミュレーションは短波長側に重きを置いて行った。図５に示す如く従来の１／２波長板と比べ大幅な広帯域化がなされた。
【００６０】
次に、液晶プロジェクタに使用されている光源であるハロゲンランプは、４００〜７００ｎｍの波長域を有すると共に、±５ｄｅｇの光の広がりを持っており、液晶プロジェクタに使用する１／２波長板は、光の入射角度が変化しても位相差が変化しないようにする必要性がある。そこで、前述の第一のシミュレーションにおいて、光の入射光が±５ｄｅｇ変化した場合のシミュレーションを行い、その結果を図６に示す。
【００６１】
図６は、本発明に使用する１／２波長板において第二のシミュレーション結果を示すグラフであり、図６（ａ）は、位相差波長依存性を示し、図６（ｂ）は、Ｓ偏光透過率波長依存性を示す。また、図６（ａ）において、曲線１３は入射角０ｄｅｇ、曲線１４は入射角＋５ｄｅｇ、曲線１５は入射角−５ｄｅｇの場合を示し、図６（ｂ）において、曲線１６は入射角０ｄｅｇ、曲線１７は入射角＋５ｄｅｇ、曲線１８は入射角−５ｄｅｇの場合を示す。図６に示すように、波長依存性は、５００ｎｍ〜５５０ｎｍの波長域で劣化しているが、光源であるハロゲンランプの波長域は、４００ｎｍ〜７００ｎｍであるものの特に波長５５０ｎｍ付近の光が８０％を占めるので、この波長における波長依存性の劣化を少なくすることが必要である。
【００６２】
入射光の角度依存性を小さくするためには、第一の水晶波長板、及び第二の水晶波長板の角度依存性を夫々小さくする必要がある。水晶においては、Ｙ−ｃｕｔが角度依存性が最小であるが、水晶基板の厚みを数十ミクロンにする必要があり、水晶基板の加工の面から現実的ではない。そこで、水晶波長板の量産を行うことを前提に水晶基板の厚みを０．１ｔと設定すると、水晶基板の原石からの切り出し角度βは、２７ｄｅｇＺとすればよい。
【００６３】
一方、入射光の角度依存性が劣化する原因としては、角度が変化した際にΔΓ１＝ΔΓ２の条件を満たすことが出来なくなるためである。これは、２枚の水晶波長板の光軸方位角が異なるため、角度を変化させたときの位相差変化量が異なってしまうためである。そこで、この位相変化量が異ならないように、１／２波長板のファクターの最適値をシミュレーション解析を行って求め、下記に示すような最適な１／２波長板のファクターを得た。
θ１＝１９、θ２＝６４、Γ１＝１９０（λ＝４２０ｎｍ）、Γ２＝２００（λ＝４２０ｎｍ）
【００６４】
そこで、このファクターを用いた１／２波長板の位相差波長依存性とＳ偏光透過率波長依存性を図７に示す。
図７は、本発明に使用する１／２波長板の一実施例における波長依存性を示すグラフであり、図７（ａ）は、位相差波長依存性を示し、図７（ｂ）は、Ｓ偏光透過率波長依存性を示す。又、図７（ａ）において、曲線１９は入射角０ｄｅｇ、曲線２０は入射角＋５ｄｅｇ、曲線２１は入射角−５ｄｅｇの場合を示し、図７（ｂ）において、曲線２２は入射角０ｄｅｇ、曲線２３は入射角＋５ｄｅｇ、曲線２４は入射角−５ｄｅｇの場合を示す。本実施例に示すようなファクターを１／２波長板に適用することにより、波長５５０ｎｍ近辺で波長依存性に優れた１／２波長板を構成することができた。従って、前述したように所定の計算式によりシミュレーション解析を繰り返すことにより、４００〜７００ｎｍの波長域において所望の性能を有する１／２波長板の構成を得ることが可能となった。
【符号の説明】
【００６５】
１…偏光変換素子、２…光学薄膜、３…プリズムアレイ、４…１／２波長板、５…１／２波長板、６…第一の水晶波長板、７…第二の水晶波長板、８…結晶光学軸、９…結晶光学軸、１０…直線偏光、１１…直線偏光、１２…偏光変換素子、１３…±０ｄｅｇ入射角での波長依存性曲線、１４…＋５ｄｅｇ入射角での波長依存性曲線、１５…−５ｄｅｇ入射角での波長依存性曲線、１６…±０ｄｅｇ入射角での波長依存性曲線、１７…＋５ｄｅｇ入射角での波長依存性曲線、１８…−５ｄｅｇ入射角での波長依存性曲線、１９…±０ｄｅｇ入射角での波長依存性曲線、２０…＋５ｄｅｇ入射角での波長依存性曲線、２１−５ｄｅｇ入射角での波長依存性曲線、２２…±０ｄｅｇ入射角での波長依存性曲線、２３…＋５ｄｅｇ入射角での波長依存性曲線、２４−５ｄｅｇ入射角での波長依存性曲線。
【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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