(57)【要約】【課題】位相差板の取り扱い性が向上するとともに、高い偏光変換効率のクロスダイクロイックプリズムを提供する。【解決手段】クロスダイクロイックプリズム１０は、三角柱直角プリズム１１，１２，１３，１４と、積層位相差板２１、２２、２４とを備えている。三角柱直角プリズム１１〜１４は、直角二等辺三角形をなした断面形状の直角を挟む二つの側面のうち、一方の側面に所定のダイクロイックミラー膜が形成され、直角稜線部を合わせて隣り合う直角二等辺の各隙間が接着剤１５を用いて接合されている。積層位相差板２１、２２、２４は、貼着された各三角柱直角プリズムに入射する変調光束の波長領域に対応した板厚の水晶板よりなる第１の位相差板２１１，２２１，２４１と第２の位相差板２１２，２２２，２４２とが、それぞれの光学軸が交差するように貼り合わされて、各三角柱直角プリズム１１，１２，１４の斜面（光入射面）に貼着されている。【選択図】図１
2009025508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤、緑、青の３色の変調光束を合成するクロスダイクロイックプリズムであって、
前記クロスダイクロイックプリズムは、断面形状が直角二等辺三角形を有する４個のプリズムを相互に貼り合わすことによって構成された四角柱状を成し、
前記赤、緑、青の３色の変調光束が入射する前記プリズムの各光入射面に、水晶よりなる第１の位相差板と水晶よりなる第２の位相差板とを備えた積層位相差板が貼着されていることを特徴とするクロスダイクロイックプリズム。
【請求項２】
請求項１に記載のクロスダイクロイックプリズムにおいて、
前記プリズムの前記光入射面に貼着された前記積層位相差板は、板厚が２４μｍ〜３１μｍの範囲の前記第１の位相差板および前記第２の位相差板で構成されたことを特徴とするクロスダイクロイックプリズム。
【請求項３】
請求項１に記載のクロスダイクロイックプリズムにおいて、
前記プリズムの前記光入射面に貼着された前記積層位相差板が、下記に示す前記積層位相差板のうち、少なくとも一つを備えたことを特徴とするクロスダイクロイックプリズム。
・前記赤色の変調光束の光入射面に貼着された前記積層位相差板が、２４μｍ〜４７μｍの範囲の板厚よりなる前記第１の位相差板および前記第２の位相差板で構成されている。
・前記緑色の変調光束の光入射面に貼着された前記積層位相差板が、２５μｍ〜３５μｍの範囲の板厚よりなる前記第１の位相差板および前記第２の位相差板で構成されている。
・前記青色の変調光束の光入射面に貼着された前記積層位相差板が、２１μｍ〜２６μｍの範囲の板厚よりなる前記第１の位相差板および前記第２の位相差板で構成されている。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のクロスダイクロイックプリズムにおいて、
前記積層位相差板は、透光性基板上に前記第１の位相差板および前記第２の位相差板が貼着されたことを特徴とするクロスダイクロイックプリズム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶プロジェクタにおいて光合成光学系として使用されるクロスダイクロイックプリズムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プレゼンテーションおよびホームシアター用途などの画像投写装置として、各種液晶プロジェクタが広く利用されている。一般的に液晶プロジェクタは、光源から射出される白色光をＲＧＢの３色に色分割して、３色の画像を表示する光変調素子を照明し、さらに、３色の画像をクロスダイクロイックプリズムを用いて合成した後に投射レンズによりスクリーン上に画像を拡大投写する。
液晶プロジェクタとしては、偏向軸が直交するように設定された２枚の偏光板に液晶パネルが挟まれて構成された液晶ライトバルブなどの透過型光変調素子を用いた透過型液晶プロジェクタ（例えば、特許文献１参照）、あるいはＴＦＴ（Thin Film Transistor）アレイが形成されたシリコン基板と液晶との間に光を反射するメタル層が構成されたＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）などの反射型空間光変調素子を用いた反射型液晶プロジェクタ（例えば、特許文献２参照）が広く知られている。
【０００３】
これらの液晶プロジェクタには、前記特許文献１および特許文献２にも示されるように、光源とクロスダイクロイックプリズムとの間の光路上に、偏光変換手段としての各種位相差板が用いられている。用いられる位相差板は、主に直線偏光を回転させるのに用いられる１／２λ波長板、および主に直線偏光を円偏光、または円偏光を直線偏光に変換するのに用いられる１／４λ波長板などである。
また、１／２λ波長板として、第一の波長板と第二の波長板とを光軸が交差するように貼り合わせて、第一の波長板の光学軸方位角θ１と第二の波長板の光学軸方位角θ２との関係がθ２＝θ１＋４５、０＜θ１＜４５を満足する積層波長板が提案されている（例えば、特許文献３参照）。なお、前記クロスダイクロイクプリズムおよび前記位相板の両側の表面には反射防止膜が形成されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３２８３３７号公報
【特許文献２】特開平１１−２８２３７９号公報
【特許文献３】特開２００４−１７０８５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
こうした位相差板は、明るい画像を投写する液晶プロジェクタを得るために、位相差板を通過して、クロスダイクロイックプリズムに入射する直線偏光の光量の損失が少なく、偏光変換効率のさらなる向上が求められている。また、薄い板厚で構成される位相差板の取り扱い性の向上も望まれている。
【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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
本適用例にかかるクロスダイクロイックプリズムは、赤、緑、青の３色の変調光束を合成するクロスダイクロイックプリズムであって、前記クロスダイクロイックプリズムは、断面形状が直角二等辺三角形を有する４個のプリズムを相互に貼り合わすことによって構成された四角柱状を成し、前記赤、緑、青の３色の変調光束が入射する前記プリズムの各光入射面に、水晶よりなる第１の位相差板と水晶よりなる第２の位相差板とを備えた積層位相差板が貼着されていることを特徴とする。
【０００８】
これによれば、断面形状が直角二等辺三角形を有する４個のプリズムを相互に貼り合わすことによって構成された四角柱状を成し、赤、緑、青の３色の変調光束を合成するクロスダイクロイックプリズムが、赤、緑、青の３色の変調光束が入射するそれぞれのプリズムの光入射面に、水晶よりなる第１の位相差板と水晶よりなる第２の位相差板とを備えた積層位相差板が貼着されていることにより、薄い板厚で構成されるそれぞれ位相差板の取り扱い性が向上したクロスダイクロイックプリズムが得られる。また、従来の積層位相差板と比較して高い偏光変換効率のクロスダイクロイックプリズムを得ることができる。よって、このクロスダイクロイックプリズムが組み込まれた液晶プロジェクタ（透過型および反射型液晶プロジェクタ）は、高い偏光変換効率の明るい画像を投写することができる。さらに上記のように貼着されることにより、貼着後の積層位相板の表面にのみ反射防止膜を形成するだけでよい。従来の構造では位相板の両表面およびクロスダイクロイックプリズムの表面に反射防止膜を形成していたが、これらを省略できる。よって、より簡略な工程で製造可能となる。
【０００９】
［適用例２］
上記適用例にかかるクロスダイクロイックプリズムは、前記プリズムの前記光入射面に貼着された前記積層位相差板が、板厚が２４μｍ〜３１μｍの範囲の前記第１の位相差板および前記第２の位相差板で構成されるのが好ましい。
【００１０】
これによれば、クロスダイクロイックプリズムを構成するプリズムの光入射面に貼着された積層位相差板が、板厚が２４μｍ〜３１μｍの範囲の第１の位相差板および第２の位相差板とで構成されることにより、プリズムの光入射面に入射する赤、緑、青の３色の変調光束、すなわち、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域（略可視光波長領域）の変調光束を、１種類の積層位相差板を配置し、しかもクロスダイクロイックプリズムに入射する赤、緑、青の３色の変調光束を高い偏光変換効率で合成することができる。また、積層位相差板を１種類で構成することにより、部品種類を増やすことなく、製造コストの低減などに寄与することができる。さらに、クロスダイクロイックプリズムは、プリズムの光入射面に位相差板（積層位相差板）が貼着されているので、板厚の薄い水晶よりなる位相差板の取り扱い性が向上し、位相差板の破損などによる歩留まりの低下、製造コストおよび材料コストが嵩むなどの不具合を防ぐことができる。
【００１１】
［適用例３］
上記適用例にかかるクロスダイクロイックプリズムは、前記プリズムの前記光入射面に貼着された前記積層位相差板が、下記に示す前記積層位相差板のうち、少なくとも一つを備えるのが好ましい。
・前記赤色の変調光束の光入射面に貼着された前記積層位相差板が、２４μｍ〜４７μｍの範囲の板厚よりなる前記第１の位相差板および前記第２の位相差板で構成されている。
・前記緑色の変調光束の光入射面に貼着された前記積層位相差板が、２５μｍ〜３５μｍの範囲の板厚よりなる前記第１の位相差板および前記第２の位相差板で構成されている。
・前記青色の変調光束の光入射面に貼着された前記積層位相差板が、２１μｍ〜２６μｍの範囲の板厚よりなる前記第１の位相差板および前記第２の位相差板で構成されている。
【００１２】
これによれば、赤、緑、青の３色の変調光束が入射するそれぞれの所定プリズムの光入射面に、上記に示す赤、緑、青の３色の変調光束の波長域帯に対応した第１の位相差板および第２の位相差板よりなる積層位相差板のうち、少なくとも一つが貼着されていることにより、赤、緑、青の３色の変調光束を、より高い偏光変換効率で合成するクロスダイクロイックプリズムが得られる。よって、このクロスダイクロイックプリズムが組み込まれた液晶プロジェクタ（透過型および反射型液晶プロジェクタ）は、高い偏光変換効率の明るい画像を投写することができる。
【００１３】
［適用例４］
上記適用例にかかるクロスダイクロイックプリズムは、前記積層位相差板が、透光性基板上に前記第１の位相差板および前記第２の位相差板が貼着されるのが好ましい。
これによれば、クロスダイクロイックプリズムを構成するプリズムの光入射面に貼着された積層位相差板が、透光性基板上に第１の位相差板および第２の位相差板が貼着されて構成されることにより、薄い板厚の水晶から構成される第１の位相差板および第２の位相差板の取り扱い易さが向上するとともに、位相差板の割れ、位相差板の貼着間違い、接着剤のはみ出しなどによるクロスダイクロイックプリズムの不良発生を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係るクロスダイクロイックプリズムの概略構成を模式的に示す斜視図であり、図２は、三色の画像を合成する態様を含めて示すクロスダイクロイックプリズムの断面模式図である。
図１において、クロスダイクロイックプリズム１０は、プリズムとしての三角柱直角プリズム１１，１２，１３，１４と、積層位相差板２１，２２，２４とを含み構成されている。
【００１５】
このクロスダイクロイックプリズム１０は、液晶プロジェクタにおいて、光源とクロスダイクロイックプリズムとの間の光路上に配置される多数の偏光変換手段としての位相差板のうち、１／２λ位相差機能を有する積層位相差板を用いて構成された場合で説明する。また、クロスダイクロイックプリズム１０は、透過型液晶プロジェクタに好適に用いることができる。
【００１６】
三角柱直角プリズム１１，１２，１３，１４は、例えば、ＢＫ７などの光学ガラスよりなり、断面形状が直角二等辺三角形を成した略同一形状の三角柱である。三角柱直角プリズム（以後、直角プリズムと表す）１１，１２，１３，１４は、図２に示すように、直角稜線部を合わせて配置し、略正方形を成した複合プリズムを形成している。また、直角プリズム１１，１２，１３，１４の隣り合う直角二等辺のうち、いずれか一方の側面に所定のダイクロイックミラー膜（以後、ミラー膜と表す）が形成されている。これらの直角プリズム１１〜直角プリズム１４は、隣り合う直角二等辺の各隙間に、例えば接着剤１５を用いて接合されている。
【００１７】
直角プリズム１２は、直角プリズム１１と向かい合う側面にミラー膜５２を有している。直角プリズム１３は、直角プリズム１２と向かい合う側面にミラー膜５３を有し、且つ直角プリズム１４と向かい合う側面にミラー膜５４を有している。直角プリズム１４は、直角プリズム１１と向かい合う側面にミラー膜５３を有している。直角プリズム１１の側面には、ミラー膜は形成されていない。すなわち４つ直角プリズムが接合された複合プリズムは、内部に配置されたミラー膜５２，５３，５４が、互いに直交してＸ字型を形成している。
このクロスダイクロイックプリズム１０におけるミラー膜の構成は、クロスダイクロイックプリズムの代表的な構造例であり、膜の構成はこれに限定されない。例えば、ミラー膜５３は、直角プリズム１３および直角プリズム１４との側面に連続した同一平面に沿って形成されている場合で説明したが、それぞれ別々に形成された構成であってもよい。
【００１８】
ミラー膜５２，５４は、赤色波長域（概ね６００ｎｍ〜７００ｎｍ）の光を効率良く反射する誘電体多層膜であり、ミラー膜５３は青色波長域（概ね４００ｎｍ〜５００ｎｍ）の光を効率良く反射する誘電体多層膜である。
各ミラー膜５２，５３，５４は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2）の低屈折率層と、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）の高屈折率層とが交互に積層され、最上層が酸化シリコン層よりなる計２０層〜３０層程度が成膜されている。
【００１９】
なお、低屈折率層を成膜する材料として、酸化シリコンの他にフッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）などを用いることができる。一方、高屈折率層を形成する材料として、酸化タンタルの他に酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）などを用いることができる。また、各ミラー膜の成膜には、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法などの物理蒸着法（ＰＶＤ法）、あるいは化学蒸着法（ＣＶＤ法）などが用いられる。
【００２０】
このように構成された複合プリズムの直角プリズム１１の斜面には、積層位相差板２１が貼着されている。この直角プリズム１１は、積層位相差板２１を介して緑色（Ｇ）の画像光が入射するように配置して用いられる。同様に、直角プリズム１２の斜面には、積層位相差板２２が貼着されている。この直角プリズム１２は、積層位相差板２２を介して赤色（Ｒ）の画像光が入射するように配置して用いられる。また、直角プリズム１４の斜面には、積層位相差板２４が貼着されている。この直角プリズム１４は、青色（Ｂ）の画像光が入射するように配置して用いられる。そして、複合プリズムは、直角プリズム１１，１２，１４より入射した三色の画像光を合成し、直角プリズム１３の斜面から射出する機能を有する。
【００２１】
具体的には、図２に示すように、積層位相差板２２を介して直角プリズム１２の斜面に入射したＲの画像光は、ミラー膜５２およびミラー膜５４で反射されて向きが変えられ、直角プリズム１３の斜面に向かう（図２中に、Ｒ１、Ｒ２で示す）。同様に、積層位相差板２４を介して直角プリズム１４の斜面に入射したＢの画像光は、ミラー膜５３で反射されて向きが変えられ、直角プリズム１３の斜面に向かう（図２中に、Ｂ１、Ｂ２で示す）。また、積層位相差板２１を介して直角プリズム１１の斜面に入射したＧの画像光は、これらのミラー膜５２，５４およびミラー膜５３を透過して直角プリズム１３の斜面に向かう（図２中に、Ｇで示す）。すなわち、三色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の画像光が合成されて、直角プリズム１３の斜面から射出される。
【００２２】
このように構成された複合プリズムの直角プリズム１１，１２，１４の斜面（光入射面）に、積層位相差板２１，２２，２４が貼着されている。
【００２３】
図１および図２に示すように、積層位相差板２１，２２，２４は、それぞれＹカット水晶板よりなる２枚の位相差板により構成されている。本実施形態における水晶とは、ＳｉＯ2の単結晶であり、人工水晶または天然水晶のどちらであってもよい。
積層位相差板２１は、貼着された直角プリズム１１の光入射面に略相似する矩形形状を成す第１の位相差板２１１と第２の位相差板２１２とで構成されている。第２の位相差板２１２は、直角プリズム１１の光入射面に貼着され、その貼着面の反対面に第１の位相差板２１１が貼着されている。
【００２４】
同様に、積層位相差板２２および積層位相差板２４は、それぞれ第１の位相差板２２１と第２の位相差板２２２、第１の位相差板２４１と第２の位相差板２４２とで構成され、それぞれ直角プリズム１２、直角プリズム１４の光入射面に貼着されている。なお、積層位相差板２１，２２，２４の貼着方法については後述する。
【００２５】
図３は、直角プリズムに貼着される積層位相差板の構成を説明するための模式図である。なお、積層位相差板を構成する２枚の位相差板は、説明の便宜のために貼着しない態様で示す。
【００２６】
図３において、第１の位相差板２１１，２２１，２４１の結晶光学軸（以後、光学軸と示す）Ａおよび第２の位相差板２１２，２２２，２４２の光学軸Ｂは、共に板面に沿って存在し、且つ光学軸Ａの光学軸方位と光学軸Ｂの光学軸方位とは互いに交差するように設定されている。光学軸Ａの光学軸方位角θ１および光学軸Ｂの光学軸方位角θ２は、入射光の水平の振動面に対する光学軸Ａおよび光学軸Ｂの成す角度を、振動面から反時計回りに表した値である。また、第１の位相差板２１１および第２の位相差板２１２の厚さは、略同一である。
【００２７】
なお、以後の説明において、第１の位相差板２１１，２２１，２４１を総称して第１の位相差板、第２の位相差板２１２，２２２，２４２を総称して第２の位相差板と表す場合がある。さらに、第１の位相差板および第２の位相差板を総称して位相差板と表す場合がある。
【００２８】
このように構成された積層位相差板２１，２２，２４は、入射する直線偏光光を偏光方向が直交する直線偏光光に変換する機能を有する。例えば、入射するｐ偏光光をｓ偏光光に変換する。
積層位相差板２１，２２，２４に入射したｐ偏光光は、各積層位相差板中で等しい振幅を有する常光線と異常光線とに別れ、異なる位相速度で水晶中を進み、例えば、入射するｐ偏光光の電界ベクトルの振動方向と直交する振動方向を有するｓ偏光光に変換される。すなわち、等しい振幅を有する常光線と異常光線との位相差が略２πｒａｄ（１／２波長分）ずれるように変換される。
【００２９】
第１の位相差板２１１，２２１，２４１および第２の位相差板２１２，２２２，２４２は、公知のミューラ行列、および以下に示す一般式（１）、一般式（２）に基づいて、それぞれの板厚、光学軸方位角、偏光変換効率が設定される。
δ＝２πｄ（ｎe−ｎo）／λ…（１）
Ｔ＝４ｓｉｎ2θｃｏｓ2θｓｉｎ2δ／２…（２）
一般式（１），（２）において、δは位相差、ｄは板厚、ｎoは常光線の屈折率、ｎeは異常光線の屈折率、λは波長、Ｔは偏光変換効率、θは光学軸方位角であり、θ１またはθ２を表す。
【００３０】
なお、第１の位相差板２１１，２２１，２４１および第２の位相差板２１２，２２２，２４２における位相差は、共に１８０ｄｅｇである。
また、水晶の可視光に対する常光線の屈折率（ｎo）および異常光線の屈折率（ｎe）の一部の波長における値を以下に示す。
常光線の屈折率（ｎo）は、波長λが約４３５ｎｍ、約５４５ｎｍ、約６５０ｎｍのとき、それぞれ約１．５５３８、約１．５４６２、約１．５４２１である。同様に、異常光線の屈折率（ｎe）は、波長λが約４３５ｎｍ、約５４５ｎｍ、約６５０ｎｍのとき、それぞれ約１．５６３３、約１．５５５４、約１．５５１１である。
【００３１】
偏光変換効率Ｔは、累積乖離値として表すことができる。
図４は、累積乖離値について説明するグラフである。横軸は入射光の波長（ｎｍ）を示し、縦軸は偏光変換効率Ｔを示す。
偏光変換効率Ｔは、例えばＰ波からＳ波に偏光変換される変換割合を示し、Ｐ波が全てＳ波に偏光された場合の値（理想値）は、１．００として示される。この偏光変換効率Ｔが理想値の１．００に近い程、積層位相差板を通過する光量の損失が少なく、液晶プロジェクタに利用される際に、より明るい映像が得られる。
【００３２】
累積乖離値とは、入射光の５ｎｍ間隔毎の波長における偏光変換効率Ｔに基づいて、偏光変換効率の理想値１．００との差を乖離値として、その乖離値を該当する波長領域全体で累積した値である。
例えば、波長が６５０ｎｍにおいて偏光変換効率が０．９７である場合の乖離値αは、０．０３（１．００−０．９７＝０．０３）となる。累積乖離値は、このように該当する波長領域全体の５ｎｍ間隔毎の波長における乖離値αを累積した値である。すなわち、該当する波長領域全体の累積乖離値は、グラフ中にハッチングで示す領域βにおける概略面積であり、その値が小さいほど偏光変換効率が高いことを示す。
【００３３】
こうしたミューラ行列、上記一般式（１）および一般式（２）に基づいて得られた、所定の波長領域における位相差板の板厚と累積乖離値（偏光変換効率）との関係を説明する。
【００３４】
図５は、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域（略可視光波長領域）における位相差板の板厚と累積乖離値との関係を示すグラフである。同様に、図６は、４００ｎｍ〜５００ｎｍ（略青色波長帯）の波長領域における位相差板の板厚と累積乖離値との関係を示すグラフであり、図７は、５００ｎｍ〜６００ｎｍ（略緑色波長帯）の波長領域における位相差板の板厚と累積乖離値との関係を示すグラフであり、図８は、６００ｎｍ〜７００ｎｍ（略赤色波長帯）の波長領域における位相差板の板厚と累積乖離値との関係を示すグラフである。
【００３５】
図５〜図８における各グラフの横軸は位相差板の板厚（μｍ）を示し、縦軸は累積乖離値を示す。なお、各図に示す板厚と累積乖離値との関係は、第１の位相差板および第２の位相差板の厚さは略同一であり、一枚の位相差板（第１の位相差板または第２の位相差板）における算出結果を示す。
【００３６】
図５において、曲線ａは４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域の５ｎｍ間隔毎の板厚と累積乖離値をプロットして、その各プロット位置に基づく近似曲線である。また、図中に一点鎖線で示す直線ｂは、従来技術の積層位相差板（上記特許文献３に示される位相差板：２７ｄｅｇＺカット水晶、θ１＝１９ｄｅｇ、θ２＝６４ｄｅｇ、ｄ＝１００μｍ）について、同様な手法で得られた位相差板の板厚と累積乖離値との関係を示す線である。
図５に示すように、曲線ａで示される累積乖離値は、板厚が２３．８０μｍ〜３１．３９μｍの範囲で、直線ｂの値（１．６８０）を下回っている。すなわち、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域において、本実施形態における位相差板（積層位相差板）の偏光変換効率は、従来の積層位相差板に比べて高いことを意味している。
【００３７】
図６において、曲線ｃは４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長領域（略青色波長帯）の５ｎｍ間隔毎の板厚と累積乖離値をプロットして、その各プロット位置に基づく近似線である。また、図中に一点鎖線で示す直線ｄは、従来技術の積層位相差板について、同様な手法で得られた位相差板の板厚と累積乖離値との関係を示す線である。
図６に示すように、曲線ｃで示される累積乖離値は、板厚が２０．７３μｍ〜２６．３４μｍの範囲で、直線ｄの値（０．０９３）を下回っている。よって、４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長領域において、本実施形態における位相差板（積層位相差板）の偏光変換効率は、従来の積層位相差板に比べて高い。
【００３８】
図７において、曲線ｅは５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長領域（略緑色波長帯）の５ｎｍ間隔毎の板厚と累積乖離値をプロットして、その各プロット位置に基づく近似曲線である。また、図中に一点鎖線で示す直線ｆは、従来技術の積層位相差板について、同様な手法で得られた位相差板の板厚と累積乖離値との関係を示す線である。
図７に示すように、曲線ｅで示される累積乖離値は、板厚が２４．０４μｍ〜３５．２８μｍの範囲で、直線ｆの値（０．２４４）を下回っている。よって、５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長領域において、本実施形態における位相差板（積層位相差板）の偏光変換効率は、従来の積層位相差板に比べて高い。
【００３９】
図８において、曲線ｇは６００ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域の５ｎｍ間隔毎の板厚と累積乖離値をプロットして、その各プロット位置に基づく近似曲線である。また、図中に一点鎖線で示す直線ｈは、従来技術の積層位相差板について、同様な手法で得られた位相差板の板厚と累積乖離値との関係を示す線である。
図８に示すように、曲線ｇで示される累積乖離値は、板厚が２３．９８μｍ〜４７．４１μｍの範囲で、直線ｈの値（１．３７５）を下回っている。よって、６００ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域において、本実施形態における位相差板（積層位相差板）の偏光変換効率は、従来の積層位相差板に比べて高い。
【００４０】
以上の各波長領域における位相差板の板厚範囲は、各波長領域において従来の積層位相差板に比べて高い偏光変換効率が得られる設定可能範囲を表わしている。したがって、各積層位相差板を構成するそれぞれの第１の位相差板および第２の位相差板の板厚は、各波長領域に対するそれぞれの設定可能範囲において、適宜設定することができる。
【００４１】
次に、第１の位相差板の光学軸方位角θ１および第２の位相差板の光学軸方位角θ２について説明する。
光学軸方位角θ１，θ２は、上記において得られた各位相差板の板厚と、前記ミューラ行列、一般式（１）および一般式（２）に基づいて得られる。
以下に、前記４波長領域毎の位相差板の板厚範囲の上限、中心、下限の三点の板厚における光学軸方位角θ１，θ２を算出した結果を示す。
【００４２】
波長領域が４００ｎｍ〜７００ｎｍ（略可視光波長領域）における２３．８０μｍ〜３１．３９μｍの板厚範囲において、板厚が下限値の２３．８０μｍのとき、光学軸方位角θ１は、２１．７ｄｅｇ〜２３．３ｄｅｇの範囲、光学軸方位角θ２は、６６．７ｄｅｇ〜６８．３ｄｅｇの範囲である。板厚が略中心値の２７．７３μｍの場合には、光学軸方位角θ１は、１２．０ｄｅｇ〜３３．０ｄｅｇの範囲、光学軸方位角θ２は、５７．０ｄｅｇ〜７８．０ｄｅｇの範囲である。板厚が上限値の３１．３９μｍの場合には、光学軸方位角θ１は、２１．４ｄｅｇ〜２３．６ｄｅｇの範囲、光学軸方位角θ２は、６６．４ｄｅｇ〜６８．６ｄｅｇの範囲である。
【００４３】
なお、上記光学軸方位角θ２の値は、光学軸方位角θ１と光学軸方位角θ２との成す角度を、標準の４５ｄｅｇとして算出してある。したがって、光学軸方位角θ２は、光学軸方位角θ１の設定値に４５ｄｅｇを加えた値となる。このことは、以下に示す他の波長領域の場合も同じである。
【００４４】
また、光学軸方位角θ１と光学軸方位角θ２とが成す角度は、４５ｄｅｇに限定するものではなく、板厚と光学軸方位角θ１との組み合わせにより４５ｄｅｇと異なる角度の設定も可能である。例えば、板厚が下限値の２３．８０μｍにおける光学軸方位角θ１が２１．７ｄｅｇの場合には、光学軸方位角θ２との成す角度は、３８．５ｄｅｇ〜４５．０ｄｅｇの範囲で設定することができる。これにより、光学軸方位角θ２の範囲をより広くすることが可能である。このことについても、以下に示す他の波長領域の場合も同様である。
【００４５】
波長領域が４００ｎｍ〜５００ｎｍ（略青色波長帯）における２０．７３μｍ〜２６．３４μｍの板厚範囲において、板厚が下限値の２０．７３μｍの場合には、光学軸方位角θ１は、２１．４ｄｅｇ〜２３．６ｄｅｇの範囲、光学軸方位角θ２は、６６．４ｄｅｇ〜６８．６ｄｅｇの範囲である。板厚が略中心値の２３．６１μｍの場合には、光学軸方位角θ１は、１１．５ｄｅｇ〜３３．５ｄｅｇの範囲、光学軸方位角θ２は、５６．５ｄｅｇ〜７８．５ｄｅｇの範囲である。板厚が上限値の２６．３４μｍの場合には、光学軸方位角θ１は、２１．３ｄｅｇ〜２３．７ｄｅｇの範囲、光学軸方位角θ２は、６６．３ｄｅｇ〜６８．７ｄｅｇの範囲である。
【００４６】
波長領域が５００ｎｍ〜６００ｎｍ（略緑色波長帯）における２４．０４μｍ〜３５．２８μｍの板厚範囲において、板厚が下限値の２４．０４μｍの場合には、光学軸方位角θ１は、２１．２ｄｅｇ〜２３．８ｄｅｇの範囲、光学軸方位角θ２は、６６．２ｄｅｇ〜６８．８ｄｅｇの範囲である。板厚が略中心値の２９．７７μｍの場合には、光学軸方位角θ１は、−４．２ｄｅｇ〜４９．２ｄｅｇの範囲、光学軸方位角θ２は、４０．８ｄｅｇ〜９４．２ｄｅｇの範囲である。板厚が上限値の３５．２８μｍの場合には、光学軸方位角θ１は、２２．２ｄｅｇ〜２２．８ｄｅｇの範囲、光学軸方位角θ２は、６７．２ｄｅｇ〜６７．８ｄｅｇの範囲である。
【００４７】
波長領域が６００ｎｍ〜７００ｎｍ（略赤色波長帯）における２３．９８μｍ〜４７．４１μｍの板厚範囲において、板厚が下限値の２３．９８μｍの場合には、光学軸方位角θ１は、２１．１ｄｅｇ〜２３．９ｄｅｇの範囲、光学軸方位角θ２は、６６．１ｄｅｇ〜６８．９ｄｅｇの範囲である。板厚が略中心値の３５．７６μｍの場合には、光学軸方位角θ１は、０．０ｄｅｇ〜１８０．０ｄｅｇの範囲、光学軸方位角θ２は、４５．０ｄｅｇ〜２２５．０ｄｅｇの範囲である。板厚が上限値の４７．４１μｍの場合には、光学軸方位角θ１は、２１．１ｄｅｇ〜２３．９ｄｅｇの範囲、光学軸方位角θ２は、６６．１ｄｅｇ〜６８．９ｄｅｇの範囲である。
【００４８】
これらから、積層位相差板２１，２２，２４を構成する第１の位相差板２１１，２２１，２４１および第２の位相差板２１２，２２２，２４２を、それぞれ２３．８０μｍ〜３１．３９μｍの範囲内の板厚で、しかも、その板厚に対応した光学軸方位角θ１および光学軸方位角θ２に設定することにより、波長領域が４００ｎｍ〜７００ｎｍ（略可視光波長領域）において高い偏光変換効率を備えた積層位相差板２１，２２，２４が得られる。すなわち高い偏光変換効率を備えたクロスダイクロイックプリズム１０を得ることができる。
【００４９】
さらに、クロスダイクロイックプリズム１０の各直角プリズム１１，１２，１４の斜面（光入射面）に貼着された積層位相差板２１，２２，２４を次のように構成することによって、より高い偏光変換効率を備えたクロスダイクロイックプリズム１０を得ることができる。
【００５０】
直角プリズム１１の斜面に貼着された積層位相差板２１は、第１の位相差板２１１および第２の位相差板２１２を、それぞれ２４．０４μｍ〜３５．２８μｍの範囲内の板厚で、しかも、その板厚に対応した光学軸方位角θ１および光学軸方位角θ２に設定することにより、波長領域が５００ｎｍ〜６００ｎｍ（略緑色波長帯）において、より高い偏光変換効率が得られる。
【００５１】
直角プリズム１２の斜面に貼着された積層位相差板２２は、第１の位相差板２２１および第２の位相差板２２２を、それぞれ２３．９８μｍ〜４７．４１μｍの範囲内の板厚で、しかも、その板厚に対応した光学軸方位角θ１および光学軸方位角θ２に設定することにより、４００ｎｍ〜５００ｎｍ（略赤色波長帯）においてより高い偏光変換効率が得られる。
【００５２】
直角プリズム１４の斜面に貼着された積層位相差板２４は、第１の位相差板２４１および第２の位相差板２４２を、それぞれ２０．７３μｍ〜２６．３４μｍの範囲内の板厚で、しかも、その板厚に対応した光学軸方位角θ１および光学軸方位角θ２に設定することにより、波長領域が６００ｎｍ〜７００ｎｍ（略青色波長帯）において、より高い偏光変換効率が得られる。
【００５３】
以上の３色の波長領域（緑色、赤色、青色波長領域帯）に対応した積層位相差板２１，２２，２４は、３色の波長領域に対応した積層位相差板のうち、少なくとも一つに適用した場合であってもよい。その場合の適用しなかった積層位相差板は、略可視光波長領域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）に対応した積層位相差板を用いればよい。
【００５４】
次に、積層位相差板２１，２２，２４の貼着方法について説明する。
積層位相差板２１の直角プリズム１１の斜面（光入射面）への貼着は、先ず、所定の厚さおよびその厚さに対応した光学軸方位角θ１に加工された第１の位相差板２１１と、所定の厚さおよびその厚さに対応した光学軸方位角θ２に加工された第２の位相差板２１２とを、例えば、接着剤を用いて貼着して一体化する。これにより積層位相差板２１が構成される。そして、一体化された積層位相差板２１の第２の位相差板２１２を直角プリズム１１側にして、接着剤を用いて貼着する。
【００５５】
第１の位相差板２１１と第２の位相差板２１２との貼着、および積層位相差板２１と直角プリズム１１との貼着に用いる接着剤としては、接着加工が容易で、比較的高温度に耐えうる一液性エポキシまたは一液性アクリル系の紫外線硬化型接着剤を用いるのが望ましい。好ましい紫外線硬化型接着剤の一例としては、サンライズＭＳＩ株式会社製のＰＨＯＴＯボンド（登録商標）が挙げられる。
紫外線硬化型接着剤は、塗布した後、ケミカルランプや高圧水銀灯を用いて積算光量６００ｍｊ／ｃｍ2（照度２ｍＷ／ｃｍ2）程度、照射して硬化される。硬化された接着剤の厚さは、３０ｎｍ〜３００ｎｍが好ましい。
【００５６】
なお、第１の位相差板２１１と第２の位相差板２１２とを予め一体化することなく、直角プリズム１１の斜面に第２の位相差板２１２を接着剤を用いて貼着した後に、貼着された第２の位相差板２１２の表面に第１の位相差板２１１を貼着することもできる。さらに直角プリズム１１の斜面に光学軸方位角θ２に加工された所定の厚さよりも厚い水晶位相差板を貼着した後に、水晶位相差板の表面を所定の厚さに研磨して第２の位相差板２１２を形成し、その第２の位相差板２１２の表面に、第２の位相差板２１２の場合と同様に、光学軸方位角θ１に加工された所定の厚さよりも厚い水晶位相差板を貼着した後に、水晶位相差板の表面を所定の厚さに研磨して第１の位相差板２１１を形成してもよい。
【００５７】
また、こうした第１の位相差板２１１と第２の位相差板２１２との貼着、および積層位相差板２１と直角プリズム１１との貼着は、接着剤を用いた貼着方法に代えて、粘着剤を用いたり、貼着面にシランカップリング剤を塗布する又は／及び活性エネルギー線を照射して接合する方法であってもよい。
【００５８】
積層位相差板２２、積層位相差板２４についても同様の貼着方法を用いて、それぞれ直角プリズム１２の斜面および直角プリズム１４の斜面に貼着して、クロスダイクロイックプリズム１０が完成する。
以上に説明したクロスダイクロイックプリズム１０によれば、次に示す効果を奏することができる。
【００５９】
（１）クロスダイクロイックプリズム１０は、赤、緑、青の３色の変調光束が入射する各直角プリズム１１，１２，１４の斜面（光入射面）に、それぞれ水晶よりなる第１の位相差板２１１，２２１，２４１と水晶よりなる第２の位相差板２１２，２２２，２４２とを備えた積層位相差板２１，２２，２４が貼着されていることにより、薄い厚さで構成される位相差板の取り扱い性が向上したクロスダイクロイックプリズム１０が得られる。また、従来技術の積層位相差板と比較して高い偏光変換効率のクロスダイクロイックプリズム１０を得ることができる。よって、このクロスダイクロイックプリズム１０が組み込まれた液晶プロジェクタ（透過型および反射型液晶プロジェクタ）は、高い偏光変換効率の明るい画像を投写することができる。
【００６０】
（２）直角プリズム１１，１２，１４の光入射面に貼着された積層位相差板２１，２２，２４が、それぞれ、板厚が２４μｍ〜３１μｍの範囲の第１の位相差板および第２の位相差板とで構成されることにより、直角プリズムの光入射面に入射する赤、緑、青の３色の変調光束、すなわち、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域（略可視光波長領域）の変調光束を、１種類の積層位相差板で構成し、しかもクロスダイクロイックプリズム１０に入射する赤、緑、青の３色の変調光束を高い偏光変換効率で合成することができる。積層位相差板を１種類で構成することは、部品種類を増やすことなく、製造コストの低減などに寄与することができる。また、クロスダイクロイックプリズム１０は、直角プリズムの光入射面に位相差板が貼着されているので、厚さの薄い水晶板よりなる位相差板の取り扱い性が向上し、位相差板の破損などによる歩留まりの低下、製造コストおよび材料コストが嵩むなどの不具合を防ぐことができる。さらに、従来技術よりも反射防止膜を形成する面を少なくできるので、より簡略な工程で製造できる。
【００６１】
（３）赤、緑、青の３色の変調光束が入射するそれぞれの所定の直角プリズム１１，１２，１４の光入射面に、上記したように、赤、緑、青の３色の変調光束の波長域帯に対応した第１の位相差板および第２の位相差板よりなる積層位相差板２１，２２，２４のうち、少なくとも一つが貼着されていることにより、赤、緑、青の３色の変調光束を、より高い偏光変換効率で合成することができるクロスダイクロイックプリズム１０が得られる。よって、このクロスダイクロイックプリズム１０が組み込まれた液晶プロジェクタ（透過型および反射型液晶プロジェクタ）は、高い偏光変換効率の明るい画像を投写することができる。
【００６２】
なお、本実施形態は、以下の変形例として挙げられているような形態であっても、本実施形態と同様な効果を得ることが可能である。
【００６３】
（変形例１）
直角プリズム１１，１２，１４の斜面に貼着される積層位相差板２１，２２，２４は、次のように構成することができる。
図９（ａ）は、変形例の積層位相差板の断面図であり、図９（ｂ）は、積層位相差板が直角プリズムに貼着された態様を示すクロスダイクロイックプリズムの部分断面図である。
【００６４】
積層位相差板２５は、図９（ａ）に示すように、透光性基板３０と、第１の位相差板３１と、第２の位相差板３２を含み構成されている。
透光性基板３０は、透光性基板３０の表面に第２の位相差板３２が貼着され、第２の位相差板３２の表面に第１の位相差板３１が貼着されている。第１の位相差板３１および第２の位相差板３２は、入射する波長領域帯に対応して配置された直角ガラスに貼着された積層位相差板２１，２２，２４を構成する第１の位相差板および第２の位相差板と同じ構成である。したがって、第１の位相差板３１および第２の位相差板３２の板厚は、２０．７３〜４７．４１μｍの範囲の所定板厚の薄い水晶板から構成されている。
【００６５】
この積層位相差板２５は、薄い板厚の水晶板から構成される第１の位相差板３１および第２の位相差板３２を各直角プリズムに貼着する際の取り扱い易さの向上を図るとともに、位相差板の割れ、位相差板の貼着間違い、接着剤のはみ出しなどによるクロスダイクロイックプリズムの不良発生を低減することを目的とする。
【００６６】
透光性基板３０は、透光性を有する基材であれば限定されないが、例えば、白板ガラスよりなる。透光性基板３０の外形形状は、貼着される直角プリズム１１，１２，１３の外形形状に略沿う矩形形状を成している。また透光性基板３０の厚さは、限定されず、取り扱い性を考慮して適宜設定することができる。しかし、少なくとも、第１の位相差板および第２の位相差板の板厚よりも厚いことが好ましい。
【００６７】
こうした積層位相差板２５は、先ず、所定の厚さおよびその厚さに対応した光学軸方位角θ２に加工された第２の位相差板３２を、接着剤を用いて、透光性基板３０の表面に貼着する。そして、同様に、所定の厚さおよびその厚さに対応した光学軸方位角θ１に加工された第１の位相差板３１を、第１の位相差板３１の光学軸方位角θ１と第２の位相差板３２の光学軸方位角θ２との角度が４５ｄｅｇの位置に交差するように配置して、第２の位相差板３２の表面に貼着する。
【００６８】
そして、透光性基板３０上に第２の位相差板３２と第１の位相差板３１とが貼着されて一体化した積層位相差板２５は、図９（ｂ）に示すように、透光性基板３０を直角プリズム側にして、所定の直角プリズムの斜面上に、接着剤などを用いて貼着する。
積層位相差板２５の所定の直角プリズムの斜面上への貼着は、図中に二点鎖線で示すように、第１の位相差板３１を直角プリズム側にして貼着してもよい。この場合であっても、機能的に差異はない。
【００６９】
なお、接着剤を用いた接着方法は、透光性基板３０を用いない場合と同様である。また、接着剤を用いた貼着方法に代えて、粘着剤を用いたり、貼着面にシランカップリング剤を塗布する又は／及び活性エネルギー線を照射して接合する方法であってもよい。
さらに、積層位相差板２５は、透光性基板３０の表面に、光学軸方位角θ２に加工された所定の厚さよりも厚い水晶位相差板を貼着した後に、水晶位相差板の表面を所定の厚さに研磨して第２の位相差板３２を形成し、その第２の位相差板３２の表面に、第２の位相差板３２の場合と同様に、光学軸方位角θ１に加工された所定の厚さよりも厚い水晶位相差板を貼着した後に、水晶位相差板の表面を所定の厚さに研磨して第１の位相差板３１を形成してもよい。
【００７０】
このように、直角プリズムの光入射面に貼着された積層位相差板２５が、透光性基板３０上に第１の位相差板３１および第２の位相差板３２が貼着されて構成されることにより、薄い板厚の水晶から構成される第１の位相差板３１および第２の位相差板３２の取り扱い性が向上する。また、位相差板の割れ、第１の位相差板と第２の位相差板または積層位相差板の貼着間違い、接着剤のはみ出しなどによるクロスダイクロイックプリズムの不良発生を低減することができる。よって、製造コストや材料コストが嵩むなどの不具合を防ぐことができる。
【００７１】
（変形例２）
実施形態のクロスダイクロイックプリズム１０は、透過型液晶プロジェクタの光源とクロスダイクロイックプリズムとの間の光路上に配置される多数の偏光変換手段としての位相差板のうち、１／２λ位相差機能を有する積層位相差板２１，２２，２４が、直角プリズム１１，１２，１４の斜面（光入射面）に貼着された場合で説明したが、１／４λ位相差機能を有する積層位相差板であってもよい。
【００７２】
１／４λ位相差機能を有する積層位相差板は、例えば、第１の位相差板および第２の位相差板が切断角度が９０ｄｅｇＺの水晶板（水晶板の主面の法線が、水晶のＺ軸に対して９０ｄｅｇとなるような角度でカットされた水晶板）よりなり、位相差が９０ｄｅｇ、光学軸方位角θ１が１８．５ｄｅｇの第１の位相差板と、位相差が６３０ｄｅｇ、光学軸方位角θ２が８０ｄｅｇの第２の位相差板とを、光学軸が交差するように配置して構成することにより、４５０ｎｍ（略青色波長）に対応した高い偏光変換効率が得られる。
【００７３】
同様に、位相差が８９０ｄｅｇ、光学軸方位角θ１が１５ｄｅｇの第１の位相差板と、位相差が６２５ｄｅｇ、光学軸方位角θ２が７５ｄｅｇの第２の位相差板とを、光学軸が交差するように配置して構成することにより、５５０ｎｍ（略緑色波長）に対応した高い偏光変換効率が得られる。また、位相差が９００ｄｅｇ、光学軸方位角θ１が１８ｄｅｇの第１の位相差板と、位相差が６３０ｄｅｇ、光学軸方位角θ２が８０ｄｅｇの第２の位相差板とを、光学軸が交差するように配置して構成することにより、６２０ｎｍ（略赤色波長）に対応した高い偏光変換効率が得られる。
【００７４】
なお、第１の位相差板と第２の位相差板との貼着方法、あるいは積層位相差板と各直角プリズム１１，１２，１４との貼着方法などは、１／２λ位相差機能を有する積層位相差板２１，２２，２４やクロスダイクロイックプリズム１０の場合と同様に行うことができる。
所定の直角プリズム１１，１２，１４の斜面に、こうした１／４λ位相差機能を有する積層位相差板が貼着されたクロスダイクロイックプリズムは、ＬＣＯＳなどの反射型液晶プロジェクタに好ましく用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本実施形態に係るクロスダイクロイックプリズムの概略構成を模式的に示す斜視図。
【図２】本実施形態に係るクロスダイクロイックプリズムの断面模式図。
【図３】直角プリズムに貼着される積層位相差板の構成を説明するための模式図。
【図４】累積乖離値について説明するグラフ。
【図５】４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域における位相差板の板厚と累積乖離値との関係を示すグラフ。
【図６】４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長領域における位相差板の板厚と累積乖離値との関係を示すグラフ。
【図７】５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長領域における位相差板の板厚と累積乖離値との関係を示すグラフ。
【図８】６００ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域における位相差板の板厚と累積乖離値との関係を示すグラフ。
【図９】（ａ）は変形例の積層位相差板の断面図であり、（ｂ）は変形例の積層位相差板が直角プリズムに貼着された態様を示すクロスダイクロイックプリズムの部分断面図。
【符号の説明】
【００７６】
１０…クロスダイクロイックプリズム、１１，１２，１３，１４…プリズムとしての三角柱直角プリズム、１５…接着剤、２１，２２，２４…積層位相差板、３０…透光性基板、５２，５３，５４…ダイクロイックミラー膜、２１１，２２１，２４１，３１…第１の位相差板、２１２，２２２，２４２，３２…第２の位相差板、θ１…第１の位相差板の光学軸方位角、θ２…第２の位相差板の光学軸方位角θ２。
【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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