積層波長板、光ピックアップ装置、偏光変換素子、及び投写型表示装置
【課題】第１及び第２の波長板を光学軸を互いに交差させて重ね合わせた積層波長板において、４００〜８００ｎｍの広帯域の波長範囲全体で変換効率の劣化を最小限に抑制し、１又は１に近い良好な変換効率を実現する。
【解決手段】第１及び第２の波長板１２，１３の設計波長λ０に対する位相差をΓ１＝Γ２＝１８０°、光学軸の面内方位角をθ１，θ２、積層１／２波長板１１に入射する直線偏光の偏光方向と出射する直線偏光の偏光方向とがなす角度をψ、光学軸調整量をａとしたとき、θ１＝ψ／４＋ａ、θ２＝３ψ／４−ａ、０＜ａ＜ａｍａｘであり、光学軸調整量最大値ａｍａｘが、設計波長λ０に応じて所定の多項式を満足するように構成する。
【解決手段】第１及び第２の波長板１２，１３の設計波長λ０に対する位相差をΓ１＝Γ２＝１８０°、光学軸の面内方位角をθ１，θ２、積層１／２波長板１１に入射する直線偏光の偏光方向と出射する直線偏光の偏光方向とがなす角度をψ、光学軸調整量をａとしたとき、θ１＝ψ／４＋ａ、θ２＝３ψ／４−ａ、０＜ａ＜ａｍａｘであり、光学軸調整量最大値ａｍａｘが、設計波長λ０に応じて所定の多項式を満足するように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に水晶のような複屈折性を有する無機結晶材料からなる２枚の波長板を重ねて配置した積層構造の波長板に関し、更にこのような積層波長板を用いた光ピックアップ装置、偏光変換素子及び投写型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ディスク装置の記録再生に使用する光ピックアップ装置、偏光変換素子、液晶プロジェクター等の投写型表示装置のような光学装置には、入射光の直線偏光の偏光面を所定の角度、例えば９０°回転させた直線偏光の出射光として出射する１／２波長板が広く使用されている。単板の波長板は、その位相差が板厚によって決定されるので、所定の波長についてのみ１／２波長板として機能する。広い波長域に亘って１／２波長板として機能するように、２枚以上の単板波長板を互いに光学軸を交差させて貼り合わせた積層波長板が開発されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
最近、光ディスク装置の記録再生に使用する光ピックアップ装置には、記録の高密度化大容量化を図るために、非常に短波長で高出力の青紫色レーザが採用されている。また、液晶プロジェクターは、光学エンジンの長寿命化に伴って、光学エンジンを構成する光学部品の１つである１／２波長板についても、耐久性、長期信頼性が要求されている。
【０００４】
ところが、特許文献１記載の１／２波長板は、ポリカーボネート等の高分子フィルムを延伸処理して１／２波長の位相差を与える延伸フィルムを複数枚積層した構造を有する。そのため、１／２波長板の高分子フィルムが青紫色レーザ光を吸収して発熱し、材質自体が劣化して波長板としての機能を損なう虞がある。これに対し、水晶や方解石等の無機結晶材料は耐光性が極めて高いので、特に青紫色レーザを使用するような光学系には、水晶等からなる波長板が有利である。
【０００５】
また、光ディスク記録再生装置は、ブルーレイディスク、ＤＶＤ、ＣＤ等の複数の異なる規格の記録・再生を可能にする機能が要求されている。一般に、ブルーレイディスクの使用波長は４０５ｎｍ、ＤＶＤは６６０ｎｍ、ＣＤは７８５ｎｍである。従って、光ピックアップ装置の１／２波長板は、これら全部又はいずれか２つの波長帯で機能することが好ましい。他方、液晶プロジェクターの偏光変換素子に使用する１／２波長板は、４００〜７００ｎｍの広波長域で位相差１８０°を維持することが要求されている。
【０００６】
一般に、１／２波長板は、位相差が波長の変化に伴って変化する波長依存性を有するので、目標波長の前後の帯域において位相差が増加又は減少する。そこで、光学軸方位角θ１の第一の波長板と光学軸方位角θ２の第二の波長板とを光軸が互いに交差するように貼り合わせ、θ２＝θ１＋４５°、０＜θ１＜４５°の関係を満足するように構成することにより、全体として４００〜７００ｎｍの広波長域で１／２波長板として機能する積層波長板が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
【０００７】
また、１／２波長板は、光源からの光が発散して入射すると、波長板の中心付近以外の領域において位相差が変動する入射角依存性の問題を生じる。そのため、１／２波長板の偏光変換効率、即ち入射するＰ偏光（又はＳ偏光）の直線偏光をＳ偏光（又はＰ偏光）の直線偏光に変換して出射する割合が低下し、出射光量の損失を生じる虞がある。そこで、それぞれ位相差が１８０°＋３６０°×ｎ（但し、ｎ：正整数）の第１及び第２の波長板とを光軸が互いに交差するように貼り合わせ、各波長板の面内方位角をθ１、θ２、積層波長板に入射する直線偏光の偏光方向と出射する直線偏光の偏光方向とのなす角度をθとして、θ２＝θ１＋θ／２となるように構成した高次モードの積層波長板が知られている（例えば、特許文献３を参照）。この積層波長板は、更にｎ＝５、θ１＝２２．５°、θ２＝６７．５°とすることにより、３つの波長帯４０５ｎｍ帯、６６０ｎｍ帯、７８５ｎｍ帯において、それぞれ波長の変化に対する変換効率をほぼ１にし、出射光量の損失を抑制することができる。
【０００８】
同様に偏光変換効率の向上を図るために、位相差Γａ＝１８０°の第１の位相差板と位相差Γｂ＝１８０°の第２の位相差板とを貼り合わせ、第１及び第２の位相差板の光学軸方位角θａ、θｂがθｂ＝θａ＋α、０＜θａ＜４５°、４０°＜α＜５０°であり、位相差Γａの設計目標値とのずれ量ΔΓａと位相差Γｂの設計目標値とのずれ量ΔΓｂとが所定の関係式を満足するように構成し、１／２波長板として機能する積層位相差板が提案されている（例えば、特許文献４を参照）。この積層位相差板は、前記所定の関係式によって位相差Γａの設計目標値からのずれ量ΔΓａを位相差Γｂの設計目標値からのずれ量ΔΓｂで相殺することにより、高い偏光変換効率を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−１４９０１５号公報
【特許文献２】特開２００４−１７０８５３号公報
【特許文献３】特開２００７−３０４５７２号公報
【特許文献４】特開２００８−２６８９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図１５（Ａ）（Ｂ）は、上述した従来の積層１／２波長板の典型例を示している。この積層１／２波長板１は、光の入射方向Ｌｉから出射方向Ｌｏに向けて配置した、水晶板のような光学的一軸性結晶材料からなる第１及び第２の波長板２，３を備える。第１及び第２の波長板２，３は、いずれも位相差Γ１＝１８０°、位相差Γ２＝１８０°のシングルモードの１／２波長板であり、それらの結晶光学軸４，５を互いに所定の角度で交差するように貼り合わせる。ここで、第１の波長板２の光学軸方位角θ１は、結晶光学軸４と積層１／４波長板１に入射する光の直線偏光６の偏光面とのなす角度であり、第２の波長板３の光学軸方位角θ２は、結晶光学軸５と前記直線偏光の偏光面とのなす角度である。
【００１１】
図１５の積層１／２波長板１は、第１及び第２の波長板２，３の光学軸方位角をθ１＝２２．５°、θ２＝６７．５°とし、入射する直線偏光６の偏光方向と出射する直線偏光７の偏光方向とのなす角度を９０°とする。この場合の偏光状態を図１６（Ａ）〜（Ｃ）のポアンカレ球を用いて説明する。図１６（Ａ）は、積層１／２波長板１に入射した直線偏光のポアンカレ球上での軌道の推移を説明するための図である。直線偏光４が入射する赤道上の位置をＳ１軸との交点Ｐ0に設定した。図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）のポアンカレ球において、積層１／２波長板１に入射した偏光状態の軌跡をＳ２軸方向から見た図、即ちＳ１Ｓ３平面への投影図である。図１６（Ｃ）は、図１６（Ａ）に示したポアンカレ球において、積層１／２波長板１に入射した偏光状態の軌跡をＳ３軸方向から見た図、即ちＳ１Ｓ２平面への投影図である。
【００１２】
入射光の基準点をＰ０＝（１，０，０）として、第１の波長板２の回転軸Ｒ１をＳ１軸から２θ１回転した位置に設定し、第２の波長板１３の回転軸Ｒ２をＳ１軸から２θ２回転した位置に設定する。回転軸Ｒ１を中心に基準点Ｐ０を位相差Γ１だけ右方向に回転させると、ポアンカレ球の赤道上の点Ｐ１＝（０，１，０）が前記第１の波長板の出射光の位置となる。次に、回転軸Ｒ２を中心に点Ｐ１を位相差Γ２だけ右方向に回転させると、ポアンカレ球の赤道上の点Ｐ２＝（−１，０，０）が前記第２の波長板の出射光の位置、即ち積層１／２波長板１の出射光の位置となる。入射光Ｌｏの波長が目標値から変化しない限り、出射光の位置は常にポアンカレ球の赤道上にある。
【００１３】
しかしながら、ブルーレイ規格の光ディスク記録再生装置に搭載する光ピックアップ装置は、短波長（４０５ｎｍ）の青紫色レーザーが使用されている。青紫色レーザーは、使用時に高熱を発生して膨張すると、発振レーザーの波長がドリフト（変化）するという問題を生じる。そのため、光ピックアップ装置に使用される１／２波長板は、入射するレーザー光の波長ドリフトによって直線偏光の変換効率が劣化するという問題が発生する。
【００１４】
また、ブルーレイディスク及びＤＶＤ双方の記録・再生を可能にする光ディスク記録再生装置は、使用波長４０５ｎｍ及び６６０ｎｍのいずれの帯域でもレーザー光の波長ドリフトが発生する虞がある。従って、このような光ディスク記録再生装置に使用する１／２波長板の場合、これら両方の帯域で波長の変動に対する変換効率の劣化を抑制する必要がある。
【００１５】
特許文献２は、波長が変化した場合にその影響を解消又は低減させる方法を開示している。この方法によれば、波長の変化による第一及び第二の波長板の位相差のずれ量をΔΓ１、ΔΓ２としたとき、ΔΓ１＝ΔΓ２に設定することによって位相差のずれを相殺できるので、ポアンカレ球上における出射光の位置Ｐ２は常に赤道上に到達する。
【００１６】
これを図１６のポアンカレ球で説明する。第１波長板２の出射光の位置は、回転軸Ｒ１を中心に点Ｐ１からずれ量ΔΓ１だけ右方向に回転させた点Ｐ１´となる。第２波長板３の出射光の位置は、回転軸Ｒ２を中心に点Ｐ１´を位相差Γ２＋ΔΓ２だけ右方向に回転させた、ポアンカレ球の赤道上の点Ｐ２´となる。この点Ｐ２´が積層１／２波長板１の出射光の位置となる。同図から分かるように、点Ｐ２´は赤道上で点Ｐ２からずれるので、出射光は偏光面の回転が９０°からずれてしまう。特許文献２によれば、かかる出射光偏光面の回転ずれは、ΔΓ１とΔΓ２が小さいほど影響を少なくすることができ、そのためには、第１及び第２の波長板２，３をシングルモードの波長板にしてその波長依存性を極力小さくすることが望ましい。
【００１７】
特許文献４は、第１の位相差板の厚みの加工精度が設計値からずれた場合に、同様にポアンカレ球上において第１の位相差板の出射光の位置がずれる問題を生じることを示している。この問題を解決するために、同文献では、第１の位相差板の出射光位置のずれを相殺するように第２の位相差板の厚さを加工する方法を開示している。他方、特許文献３記載の積層１／２波長板は、第１及び第２の波長板が高次モードであるため、その次数ｎを大きくしすぎると、変換効率が１に近い波長帯域幅が狭くなり、積層１／２波長板としての使用を難しくする、という問題が生じる。
【００１８】
ここで、変換効率とは、同文献に記載されるように、２枚の波長板を貼り合わせた積層１／２波長板の出射光の偏光状態を正確に判定するための評価値として、入射光に対する出射光の光量を所定の計算手法に従って算出したものである。以下に簡単に説明する。
【００１９】
積層１／２波長板１において、第１の波長板２のミューラ行列をＲ１、第２の波長板３のミューラ行列をＲ２、入射光の偏光状態をベクトルＩ、出射光の偏光状態をベクトルＥで表すと、積層１／２波長板１を透過した後の偏光状態は、次式を用いて表すことができる。
Ｅ＝Ｒ２・Ｒ１・Ｉ …（１）
ここで、Ｒ１、Ｒ２はそれぞれ次式で表される。
【００２０】
【数１】
…（２）
【００２１】
【数２】
…（３）
【００２２】
第１及び第２の波長板２、３の高次モード次数ｎ、位相差Γ1、Γ2、光学軸方位角度θ1、θ2を設定して式（２）、（３）からミューラ行列Ｒ1、Ｒ2を求め、入射光の偏光状態Ｉを設定すると、式（１）より出射光の偏光状態Ｅが算出される。出射光の偏光状態Ｅは、ストークスベクトルと呼ばれ、次式で表される。
【００２３】
【数３】
…（４）
ここで、Ｅの行列要素Ｓ０１、Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１はストークスパラメータと呼ばれ、偏光状態を表している。次に、偏光子の行列Ｐの透過軸を所定の角度に設定し、前記光射光の偏光状態Ｅを表わす行列Ｅと偏光子の行列Ｐとの積をＴとすると、Ｔは次式で表される。
Ｔ＝Ｐ・Ｅ …（５）
【００２４】
この行列Ｔが変換効率を表し、その要素のストークスパラメータで表すと次式のようになる。
【数４】
…（６）
【００２５】
ここで、ベクトルＴのストークスパラメータＳ０２が光量を表し、入射光量を１に設定すると、ストークスパラメータＳ０２が変換効率となる。従って、積層１／２波長板１の変換効率Ｔは、第１及び第２の波長板２、３の高次モード次数ｎ、所定の波長（例えば波長４０５ｎｍ）での位相差Γ１、Γ２、光学軸方位角θ１、θ２を様々に変化させて、シミュレーションすることができる。
【００２６】
図１７は、この計算手法を用いて、図１５の積層１／２波長板１の設計波長λ０を４００，５００，６００，７００，８００ｎｍとした場合に、それぞれ入射光の波長に関する変換効率Ｔの変化をシミュレーションした結果を示している。同図から、いずれの設計波長の場合も、変換効率がそれぞれ設計波長付近を中心としてほぼ１の高い値を示し、設計波長から離れるに連れて劣化していくことが分かる。この積層１／２波長板を光ピックアップ装置に使用した場合、入射する直線偏光の変換効率がレーザー光の波長ドリフトによって劣化する虞がある。
【００２７】
図１８は、同様に上記計算手法を用いて、図１５の積層１／２波長板１の使用波長帯域を４０５±３０，６６０±３０，７８５±３０ｎｍとした場合に、それぞれ波長板の設計波長に関する変換効率Ｔの変化をシミュレーションした結果を示している。同図から、いずれの波長帯域で使用する場合も、変換効率が、それぞれ目標の波長帯域付近を中心としてほぼ１の高い値を示し、設計波長が目標の波長帯域から離れるに連れて劣化していくことが分かる。これは、従来の積層１／２波長板では、複数の離れた波長帯域でいずれも変換効率を１にすることが困難であることを示している。
【００２８】
本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、第１及び第２の波長板を光学軸を互いに交差させて重ね合わせた積層波長板において、より広帯域の波長範囲で変換効率の劣化を最小限に抑制すること、更に約４００〜８００ｎｍの広帯域の波長範囲全体で良好な変換効率を実現することにある。
【００２９】
また、本発明の目的は、かかる積層波長板を用いることにより、波長ドリフト等による波長変動の影響を受け難く、従来よりも広帯域の波長範囲で安定して良好な性能を発揮し得る光ピックアップ装置、偏光変換素子、投写型表示装置等の光学装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
本願発明者は、波長の変動と変換効率との関係に着目して様々に検討した結果、第１及び第２の波長板の光学軸方位角θ１、θ２の差を小さくし、ポアンカレ球において回転軸Ｒ１と回転軸Ｒ２とを互いに近付けるように設定すれば、より広帯域の波長範囲で変換効率の劣化を抑制し得ることに想到した。そこで、図１５の積層１／２波長板１において設計波長λ０を５００ｎｍとし、第１及び第２の波長板２，３の光学軸方位角θ１＝２２．５°、θ２＝６７．５°とした従来の場合と、２２．５°＜θ１＜４５．０°、４５．０°＜θ２＜６７．５°で変化させた場合とについて、前記計算手法を用いて変換効率をシミュレーションした。ここで、ａは、光学軸方位角θ１，θ２の２２．５°，６７．５°からの調整量（角度：deg）である。
【００３１】
このシミュレーション結果を図１９に示す。同図から分かるように、従来の場合（ａ＝０°）には、変換効率が、設計波長を中心とする比較的狭い範囲でほぼ１の高い値を示し、設計波長から離れるに連れて劣化している。これに対し、光学軸方位角の調整量ａを徐々に大きくすると、変換効率が、設計波長λ０＝５００ｎｍ付近では徐々に劣化するが、その両側には、変換効率が１となる波長位置が２個所に分かれて徐々に離れるように移動している。その結果、全体としてより広い波長範囲で良好な変換効率が得られることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいてなされたものである。
【００３２】
本発明の積層波長板は、入射する直線偏光の偏光面を所定の角度ψ回転させた直線偏光に変換して出射するために、設計波長λ０に対して位相差Γ１＝１８０°の第１の波長板と位相差Γ２＝１８０°の第２の波長板とからなり、かつこれら第１及び第２の波長板をそれらの光学軸が互いに交差するように配置して積層し、入射する直線偏光の偏光面と第１及び第２の波長板の光学軸とがそれぞれなす面内方位角をθ１，θ２とし、光学軸調整量をａとしたとき、
θ１＝ψ／４＋ａ、
θ２＝３ψ／４−ａ
を満足することを特徴とする。
【００３３】
このように第１及び第２の波長板の光学軸の面内方位角θ１，θ２の差を従来よりも小さくすることによって、広帯域の波長範囲全体で変換効率の劣化を最小限に抑制し、１又は１に近い良好な変換効率が得られる。従って、広帯域で入射光の波長が変動しても、安定して光の利用効率が非常に高い積層波長板を実現することができる。
【００３４】
また、本発明の積層波長板は、設計波長λ０に対して位相差Γ１＝１８０°の第１の波長板と位相差Γ２＝１８０°の第２の波長板とからなり、かつこれら第１及び第２の波長板をそれらの光学軸が互いに交差するように配置し、第１及び第２の波長板の光学軸の面内方位角をθ１，θ２、積層波長板に入射する直線偏光の偏光方向と出射する直線偏光の偏光方向とがなす角度をψ、光学軸調整量をａとしたとき、
θ２＝θ１＋ψ／２、
θ１＝ψ／４＋ａ、
θ２＝３ψ／４−ａ、
０＜ａ≦ａｍａｘであり、
光学軸調整量最大値ａｍａｘが、設計波長４００≦λ０≦４９０ｎｍの場合に次の式
ａｍａｘ＝Ａ０＋Ａ１・ψ＋Ａ２・ψ２＋Ａ３・ψ３＋Ａ４・ψ４＋Ａ５・ψ５
Ａ０ ＝０．００００１５４８
Ａ１ ＝０．０４２７８８７
Ａ２ ＝−０．０００３８５
Ａ３ ＝１．７２３×１０−６
Ａ４ ＝−４．１９×１０−９
Ａ５ ＝４．０８６×１０−１２
を満足し、
設計波長４９０≦λ０≦５２０ｎｍの場合に次の式
ａｍａｘ＝Ａ０＋Ａ１・ψ＋Ａ２・ψ２＋Ａ３・ψ３＋Ａ４・ψ４＋Ａ５・ψ５＋Ａ６・ψ６＋Ａ７・ψ７
Ａ０ ＝０．００００６７０５
Ａ１ ＝１７．６９９２４８
Ａ２ ＝−０．１６９６３
Ａ３ ＝０．０００６７５４
Ａ４ ＝−１．４×１０−６
Ａ５ ＝１．６８×１０−９
Ａ６ ＝−１．１×１０−１２
Ａ７ ＝２．７２×１０−１６
を満足し、
設計波長５２０≦λ０≦８００ｎｍの場合に次の式
ａｍａｘ＝Ａ０＋Ａ１・ψ＋Ａ２・ψ２＋Ａ３・ψ３＋Ａ４・ψ４＋Ａ５・ψ５＋Ａ６・ψ６
Ａ０ ＝０．００００３０１４
Ａ１ ＝５．４６８１６１７
Ａ２ ＝−０．０３８５５７
Ａ３ ＝０．０００１０９４
Ａ４ ＝−１．５６×１０−７
Ａ５ ＝１．１０６×１０−１０
Ａ６ ＝−３．１３×１０−１４
を満足することを特徴とする。
【００３５】
このように第１及び第２の波長板の光学軸の面内方位角θ１，θ２の差を従来よりも小さくすることによって、４００〜８００ｎｍのより広帯域の波長範囲全体で変換効率の劣化を最小限に抑制し、１又は１に近い良好な変換効率が得られる。従って、この広帯域で入射光の波長が変動しても、安定して光の利用効率が非常に高い積層波長板を実現することができる。
【００３６】
或る実施例では、積層波長板の設計波長をλ０＝５００ｎｍとしかつ光学軸調整量を２．８°≦ａ≦３°に設定する。これによって、ブルーレイディスク及びＤＶＤの規格に使用される波長帯である４０５ｎｍ及び６６０ｎｍの双方において、積層波長板の変換効率をほぼ１にすることができる。
【００３７】
別の実施例では、積層波長板の設計波長をλ０＝５１０ｎｍとしかつ光学軸調整量を０°＜ａ≦２．２°に設定する。これによって、特に液晶プロジェクターに適した４００〜７００ｎｍの波長範囲全体に亘って、１又は１に近い高い変換効率を得ることができる。
【００３８】
また、別の実施例では、第１及び第２の波長板が水晶板であることによって、非常に高い耐光性が得られるので、特に短波長で高出力の青紫色レーザーを使用するような光学系に用いる場合にも、高い信頼性が発揮される。
【００３９】
また、本発明によれば、入射する直線偏光の偏光面を所定の角度９０°回転させた直線偏光に変換して出射するために、設計波長λ０に対して位相差Γ１＝１８０°の第１の波長板と位相差Γ２＝１８０°の第２の波長板とからなり、かつこれら第１及び第２の波長板をそれらの光学軸が互いに交差するように配置して積層し、入射する直線偏光の偏光面と第１及び第２の波長板の光学軸とがそれぞれなす面内方位角をθ１，θ２としたとき、
２２．５°＜θ１＜４５．０°、
４５．０°＜θ２＜６７．５°
を満足する積層波長板が提供される。
【００４０】
同様に、第１及び第２の波長板の光学軸の面内方位角θ１，θ２の差を従来よりも小さくすることによって、広帯域の波長範囲全体で変換効率の劣化を最小限に抑制し、１又は１に近い良好な変換効率が得られる。従って、広帯域で入射光の波長が変動しても、安定して光の利用効率が非常に高い積層波長板を実現することができる。
【００４１】
本発明の別の側面によれば、光源と、該光源から出射される光を記録媒体上に集光する対物レンズと、記録媒体により反射された光を検出する検出器とを備え、上述した本発明の積層波長板を光源と対物レンズ間の光路中に配置した光ピックアップ装置が提供される。上述したように広帯域の波長範囲で変換効率の劣化を最小限に抑制した積層波長板を用いることによって、使用時に発振レーザーの温度ドリフト等による波長変動の影響を受け難く、従来よりも広帯域の波長範囲で安定して良好な性能を発揮し得る光ピックアップ装置を実現される。特に、ブルーレイディスク、ＤＶＤ、ＣＤ等の複数の異なるディスク規格について使用可能な光ピックアップ装置を得ることができる。
【００４２】
また、本発明の別の側面によれば、第１の主面を光入斜面としかつ第２の主面を光出射面とする平板状の透光性基材と、該基材中に設けられた第１及び第２の光学薄膜と、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積層波長板であり、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、又は第２の光学薄膜により反射された第２の直線偏光を出射させる第２の主面の部分に配置された偏光変換素子が提供される。
【００４３】
更に本発明によれば、第１の主面を光入斜面としかつ第２の主面を光出射面とする平板状の透光性基材と、該基材中に設けられた第１及び第２の光学薄膜と波長板とを備え、第１及び第２の光学薄膜が、第１及び第２の主面に対して傾斜させて、交互にかつ互いに間隔をおいて平行に配置され、第１の光学薄膜が第１の主面側から入射した光を互いに直交する第１の直線偏光と第２の直線偏光とに分離して、第１の直線偏光を透過させかつ第２の直線偏光を反射し、第２の光学薄膜が、第１の光学薄膜により反射された第２の直線偏光を反射して第２の主面から出射させ、波長板が上述した本発明の積層波長板であり、第１の光学薄膜の第１の直線偏光の出射面に積層して配置された偏光変換素子が提供される。
【００４４】
このように、本発明の広帯域の波長範囲で変換効率の劣化を最小限に抑制した積層波長板を用いることによって、従来よりも広帯域で光の利用効率が非常に高い偏光変換素子を実現することができる。これにより、例えば４００〜７００ｎｍの広波長域で使用可能な、液晶プロジェクターに適した偏光変換素子が得られる。
【００４５】
また、本発明の別の側面によれば、光源と、該光源からの光を第２の直線偏光に変換して出射する上述した本発明の偏光変換素子と、偏光変換素子からの出射光を、投写しようとする画像情報に応じて変調する、例えば液晶パネルである変調手段と、該変調手段により変調された光を投写する投写光学系とを有する投写型表示装置が提供される。同様に、上述したように従来よりも広帯域の波長範囲で変換効率の劣化を最小限に抑制した積層波長板を用いることによって、同じ出力の光源でより明るい映像を得ることができ、又は光源を低出力化しても同程度に明るい映像が得られるので、消費電力を低減することができる。特に、４００〜７００ｎｍの広波長域全体に亘って明るい映像の液晶プロジェクターが実現される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】（Ａ）図は本発明による積層１／２波長板の実施例を光の出射方向から見た斜視図、（Ｂ）図は同じく出射方向から見た正面図。
【図２】（Ａ）図は図１の積層１／４波長板の偏光状態を示すポアンカレ球、（Ｂ）図はこれをＳ２軸方向から見た図、（Ｃ）図はＳ３軸方向から見た図。
【図３】異なる光学軸調整量ａについて積層１／２波長板の周波数に対する変換効率を示す線図。
【図４】積層１／２波長板の設計波長に対する変換効率を示す線図。
【図５】積層１／２波長板の光学軸調整量ａに対する変換比率を示す線図。
【図６】積層１／２波長板の波長に対する透過光量を示す線図。
【図７】使用波長４０５，６６０ｎｍ帯について積層１／２波長板の設計波長に対する変換効率を示す線図。
【図８】設計波長λ０＝４０５，５００，５５０について積層１／２波長板の波長に対する透過光量を示す線図。
【図９】使用波長４０５，６６０ｎｍ帯について設計波長λ０＝５００の積層１／２波長板の光学軸調整量ａに対する変換効率を示す線図。
【図１０】（Ａ）〜（Ｃ）図は、使用波長４０５，６６０，７８５ｎｍ帯の場合に、それぞれ異なる設計波長について積層１／２波長板の光学軸調整量ａに対する変換比率を示す線図。
【図１１】（Ａ）（Ｂ）図は、それぞれ使用波長４０５，６６０，７８５ｎｍ帯について積層１／２波長板の設計波長に対する光学軸調整量ａの最大値ａｍａｘを示す線図であり、（Ａ）図は４０５，６６０ｎｍ帯で良好な変換効率が得られる光学軸調整量ａの範囲を、（Ｂ）図は４０５，７８５ｎｍ帯で良好な変換効率が得られる光学軸調整量ａの範囲を示している。
【図１２】本発明の積層１／２波長板を用いた光ピックアップ装置の実施例の構成を示す概略図。
【図１３】（Ａ）図及び（Ｂ）図は本発明の積層１／２波長板を用いた偏光変換素子の異なる構成をそれぞれ示す概略図。
【図１４】本発明の積層１／２波長板を用いた投写型表示装置の実施例の構成を示す概略図。
【図１５】（Ａ）図は従来の積層１／２波長板の実施例を光の出射方向から見た斜視図、（Ｂ）図は同じく出射方向から見た正面図。
【図１６】（Ａ）図は図１５の積層１／４波長板の偏光状態を示すポアンカレ球、（Ｂ）図はこれをＳ２軸方向から見た図、（Ｃ）図はＳ３軸方向から見た図。
【図１７】図１５の積層１／４波長板の５つの異なる設計波長のそれぞれについて波長に関する変換効率の変化を示す線図。
【図１８】図１５の積層１／４波長板の３つの異なる波長帯域のそれぞれについて設計波長に関する平均透過率の変化を示す線図。
【図１９】図１５の積層１／４波長板の波長に関する変換効率の変化を、光学軸調整量ａを変化させた場合と比較して示す線図。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。
図１（Ａ）（Ｂ）は、本発明による積層１／２波長板の実施例を示している。本実施例の積層１／２波長板１１は、光の入射方向Ｌｉから出射方向Ｌｏに向けて配置した水晶板からなる第１及び第２の波長板１２，１３を備える。これら第１及び第２の波長板は、それらの結晶光学軸１４，１５を互いに所定の角度で交差するように貼り合わせる。前記水晶板には、特に波長の入射角依存性に優れたＹカット板又はＸカット板を使用するのが好ましい。
【００４８】
第１の波長板１２の位相差はΓ１＝１８０°に、第２の波長板１３の位相差はΓ２＝１８０°に設定する。第１の波長板１２の光学軸方位角θ１は、結晶光学軸１４と積層１／２波長板１１に入射する光の直線偏光１６の偏光面とのなす角度である。第２の波長板１３の光学軸方位角θ２は、結晶光学軸１５と前記入射光の直線偏光１６の偏光面とのなす角度である。ψは、入射する直線偏光１６の偏光方向と出射する直線偏光１７の偏光方向とのなす角度である。
【００４９】
光学軸調整量をａ、その最大値をａｍａｘとしたとき、光学軸方位角θ１，θ２は、
θ１＝ψ／４＋ａ、
θ２＝３ψ／４−ａ、
０＜ａ≦ａｍａｘ
を満足するように設定する。光学軸調整量最大値ａｍａｘは、後述するように前記第１及び第２の波長板の設計波長に応じて決定される。本実施例では、図１５の従来例との比較を容易にするために、ψ＝９０°とする。この場合、第１及び第２の波長板１２，１３の光学軸方位角θ１，θ２は、２２．５°＜θ１＜４５．０°、４５．０°＜θ２＜６７．５°となる。
【００５０】
積層１／２波長板１１の偏光状態を図２（Ａ）〜（Ｃ）のポアンカレ球を用いて説明する。図２（Ａ）は、積層１／２波長板１１に入射した直線偏光のポアンカレ球上での軌道の推移を説明するための図である。直線偏光が入射する赤道上の位置をＳ１軸上の点Ｐ0に設定した。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のポアンカレ球において、積層１／２波長板１１に入射した偏光状態の軌跡をＳ２軸方向から見た図、即ちＳ１Ｓ３平面への投影図を示す。図２（Ｃ）は、図２（Ａ）のポアンカレ球において、積層１／２波長板１１に入射した偏光状態の軌跡をＳ３軸方向から見た図、即ちＳ１Ｓ２平面への投影図を示す。
【００５１】
入射光の基準点をＰ０＝（１，０，０）として、第１の波長板１２の回転軸Ｒ１１をＳ１軸から２θ１回転した位置に設定する。本実施例では、光学軸方位角θ１を上述したように設定したので、回転軸Ｒ１１は、図１６のθ１＝２２．５°の場合の回転軸Ｒ１よりも更に角度２ａだけ回転させた位置にくる。第２の波長板１３の回転軸Ｒ２２を、同様にＳ１軸から２θ２回転した位置に設定する。光学軸方位角θ２を上述したように設定したことにより、回転軸Ｒ２２は、図１６のθ２＝６７．５°の場合の回転軸Ｒ２よりも角度２ａだけ戻した位置にくる。
【００５２】
第１の波長板１２の出射光の位置は、回転軸Ｒ１１を中心に基準点Ｐ０を位相差Γ１だけ右方向に回転させたときにポアンカレ球に描かれる軌跡の円弧Ｃ1上の点である。円弧Ｃ1は、Ｓ２軸とＳ３軸とを含むＳ２−Ｓ３平面と２点で交差している。位相差Γ１が上述した設定値の１８０°である場合、ポアンカレ球上の点（０，１，０）から基準点Ｐ０とは逆方向に少しずれた赤道上の点Ｐ１１が、前記第１の波長板の出射光の位置となる。
【００５３】
第２の波長板１３の出射光の位置は、回転軸Ｒ２２を中心に点Ｐ１１を位相差Γ２だけ右方向に回転させたポアンカレ球上の点である。位相差Γ２が上述した設定値の１８０°である場合、ポアンカレ球上の点Ｐ２（−１，０，０）から基準点Ｐ０側に少し戻った赤道上の点Ｐ２１が、前記第２の波長板の出射光の位置、即ち積層１／２波長板１１の出射光の位置となる。その結果、出射光は、偏光面の回転が所望の角度ψ＝９０°からずれることになる。
【００５４】
出射光の偏光面の回転角度が９０°となるためには、ポアンカレ球上で出射光の位置が点Ｐ２（−１，０，０）に到達する必要がある。その場合、第１の波長板１２の出射光の位置は、回転軸Ｒ２２を中心に点Ｐ２を位相差Γ２だけ逆方向即ち左方向に回転させたポアンカレ球上の点でなければならない。このとき、回転軸Ｒ２２を中心に点Ｐ２を回転させることによりポアンカレ球上に描かれる軌跡の円弧Ｃ2は、Ｓ２−Ｓ３平面に関して円弧Ｃ1と対称即ち鏡像関係になる。
【００５５】
円弧Ｃ1と円弧Ｃ2とは、Ｓ２−Ｓ３平面上に２つの交点Ｐ１２，Ｐ１３を有する。第１の波長板１２と第２の波長板１３とは、位相差Γ１，Γ２を等しく設定したので、入射光の波長のずれによる位相差のずれ量ΔΓ１，ΔΓ２も等しくなる。従って、ポアンカレ球上において、第１の波長板１２の出射光の位置が、位相差Γ１のずれにより円弧Ｃ1と円弧Ｃ2との一方の交点Ｐ１２又はＰ１３となる場合、第２の波長板１３の出射光の位置は、点Ｐ２（−１，０，０）に到達する。
【００５６】
その結果、積層１／２波長板１１の出射光は、偏光面の回転角度が所望のψ＝９０°となる波長が、目標波長λを中心としてその正負両側に各１点存在することになる。目標波長λにおいて積層１／２波長板１１が１／２波長板として要求される十分な機能を発揮する場合、設計された位相差Γ１，Γ２に対して、少なくともポアンカレ球上の２点Ｐ１２、Ｐ１３における位相差のずれ量ΔΓ１，ΔΓ２を許容されるずれの最大値とする位相差の範囲に対応する波長の範囲が、目標波長λを中心とする積層１／２波長板１１の使用可能な波長範囲と解される。
【００５７】
この１／２波長板として要求される機能を発揮し得る使用可能な波長範囲は、ポアンカレ球上における回転軸Ｒ１１，Ｒ２２の設定位置によって、即ち光学軸調整量ａの設定値によって決定される。そこで、光学軸調整量ａに対する積層１／２波長板１１の変換効率を、従来技術に関連して上述した計算手法を用いてシミュレーションした。尚、以下の説明において、本発明の積層１／２波長板の変換効率は同じ計算手法を用いてシミュレーションしたものである。
【００５８】
図３は、ブルーレイディスク規格の波長帯である４０５ｎｍとＤＶＤ規格の波長帯である６６０ｎｍとのほぼ中間値である５３６ｎｍを設計波長とする図１の積層１／２波長板１１において、３８０ｎｍ≦λ≦８２０ｎｍの波長範囲で光学軸調整量ａを０°から３°まで１°毎に変換効率をシミュレーションした結果を示している。同図から、光学軸調整量ａを大きくするほど、変換効率が１となる波長位置が中心波長λ０＝５３６ｎｍの正負両側に大きく移動するのに対し、中心波長付近では変換効率が劣化することが分かる。実際の使用時には、積層１／２波長板の用途、仕様に応じて、中心波長、変換効率の許容最小値、使用帯域等を決定し、それを実現し得る光学軸調整量ａを決定すればよい。
【００５９】
変換効率の評価値として、変換効率の最小値Ｔminを変換効率の最大値と最小値との差ΔＴで除した値である変換比率ＲTを使用し、その設計波長に対する変化をシミュレーションした。その結果を図４に示す。同図から、設計波長λ０＝５１０ｎｍ付近で変換比率ＲTが最良となることが分かる。
【００６０】
そこで、光学軸調整量ａの最適範囲を決定するために、設計波長λ０＝５１０ｎｍの積層１／２波長板１１について、光学軸調整量ａに対する変換比率ＲTの変化をシミュレーションした。その結果を図５に示す。同図から、０＜ａ＜２．２°の範囲において、ａ＝０°よりも変換比率が良くなる、即ち変換効率が良いことが分かる。更に、この積層１／２波長板の波長に対する透過光量の変化を図６に示す。同図から、４００〜７００ｎｍの広帯域全体に亘って高い透過光量、即ち変換効率を得られることが確認された。
【００６１】
本発明によれば、ブルーレイディスク規格の波長帯である４０５ｎｍとＤＶＤ規格の波長帯である６６０ｎｍとの双方において、光ピックアップ装置に使用可能な高い変換効率を発揮する積層１／２波長板が実現される。図７は、使用波長λ＝４０５ｎｍ帯及び６６０ｎｍ帯について、設計波長に対する変換効率の変化を示している。同図から、設計波長設計波長λ０＝５００ｎｍとすると、４０５ｎｍ帯及び６６０ｎｍ帯の双方において、０．９７以上の高い変換効率を得られることが分かる。
【００６２】
次に、設計波長をλ０＝４０５，５００，５５０ｎｍとした場合に、光学軸調整量をａ＝０として積層１／２波長板１１の波長依存性即ち波長に対する変換効率の変化を検証した。その結果を図８に示す。同図から、設計波長λ０＝４０５ｎｍでは、６６０ｎｍ帯で変換効率の劣化が大きくなり過ぎ、設計波長λ０＝５５０ｎｍでは、４０５ｎｍ帯で変換効率の劣化が大きくなり過ぎるのに対し、設計波長λ０＝５００ｎｍでは、６６０ｎｍ帯で変換効率の劣化が比較的小さいことが分かる。
【００６３】
そこで、設計波長をλ０＝５００ｎｍとして、使用波長４０５ｎｍ及び６６０ｎｍについて光学軸調整量ａに対する変換効率をシミュレーションした。それらの結果を図９に示す。同図から、光学軸調整量ａを２．８°≦ａ≦３°に設定すると、４０５ｎｍ帯及び６６０ｎｍ帯の双方において積層１／２波長板の変換効率がほぼ１になることが分かる。従って、この積層１／２波長板は、ブルーレイディスク及びＤＶＤ双方の規格について光学ディスクの記録・再生を可能にする光ピックアップ装置に使用することができる。
【００６４】
また、本発明によれば、特に液晶プロジェクター等の投写型表示装置に適した、４００〜７００ｎｍの広帯域全体で使用可能な積層１／２波長板が実現される。この広帯域で良好な変換効率を得るのに最適な光学軸調整量ａの範囲を決定するために、先ず、使用波長が４０５（±３０），６６０（±３０），７８５（±３０）ｎｍ帯域の場合に、設計波長λ０＝４００，５００，６００，７００，８００ｎｍについてそれぞれ積層１／２波長板の光学軸調整量ａに対する変換比率をシミュレーションした。４０５ｎｍ帯域のシミュレーション結果を図１０（Ａ）に、６６０ｎｍ帯域のシミュレーション結果を図１０（Ｂ）に、７８５ｎｍ帯域のシミュレーション結果を図１０（Ｃ）にそれぞれ示す。
【００６５】
図１０（Ａ）から、４０５ｎｍ帯域の場合、設計波長λ０＝７００，８００ｎｍでは、光学軸調整量ａを大きくしても変換比率が変化せず、変換効率が改善されないことが分かる。図１０（Ｂ）から、６６０ｎｍ帯域の場合、全ての設計波長について、光学軸調整量ａと共に変換比率が大きくなり、良好な変換効率を得られることが分かる。図１０（Ｃ）から、７８５ｎｍ帯域の場合、設計波長λ０＝８００ｎｍでは、変換比率が逆に減少し、変換効率が改善されないことが分かる。しかしながら、図１０（Ａ）〜（Ｃ）を綜合すると、いずれの波長帯域の場合も、光学軸調整量ａが大きくなると変換比率が大きくなり、良好な変換効率を得られる設計波長が存在することが分かる。
【００６６】
そこで、図１０（Ａ）〜（Ｃ）から、各波長帯域（４０５，６６０，７８５ｎｍ）について設計波長λ０と光学軸調整量最大値ａｍａｘとの相関関係を抽出し、図１１に表した。図１１（Ａ）（Ｂ）において、各波長帯域のλ０とａｍａｘとの相関関係を表す特性曲線は同じものである。図１１（Ａ）は、４０５ｎｍ帯域の曲線及び６６０ｎｍ帯域の曲線の下側の陰影を付した領域が、これら両帯域について良好な変換効率が得られる光学軸調整量ａの範囲であることを示している。
【００６７】
図１１（Ｂ）は、４０５ｎｍ帯域の曲線及び７８５ｎｍ帯域の曲線の下側の陰影を付した領域が、良好な変換効率が得られる光学軸調整量ａの範囲を示している。同図から、光学軸調整量の最大値ａｍａｘは、λ０＝５２０ｎｍの場合に、０＜ａｍａｘ≦１０．０に設定すると好ましいことが分かる。
【００６８】
これらをまとめると、図１の積層１／２波長板において、従来技術即ち光学軸調整量ａ＝０の場合よりも良好な変換効率が得られる光学軸調整量の最大値ａｍａｘは、設計波長を４００≦λ０≦４９０ｎｍ、４９０≦λ０≦５２０ｎｍ、５２０≦λ０≦８００ｎｍの３つの場合に分けて設定することができる。設計波長４００≦λ０≦４９０ｎｍの範囲では、４０５ｎｍ帯域の曲線によって、設計波長４９０≦λ０≦５２０ｎｍの範囲では、６６０ｎｍ帯域の曲線によって、設計波長５２０≦λ０≦８００ｎｍの範囲では、７８５ｎｍ帯域の曲線によって、最大値ａｍａｘが決定される。
【００６９】
これら波長帯域の相関関係を示す各曲線を近似式で表すと、以下のようになる。即ち、設計波長４００≦λ０≦４９０ｎｍの場合、光学軸調整量最大値ａｍａｘは次の式
ａｍａｘ＝Ａ０＋Ａ１・ψ＋Ａ２・ψ２＋Ａ３・ψ３＋Ａ４・ψ４＋Ａ５・ψ５
Ａ０ ＝０．００００１５４８
Ａ１ ＝０．０４２７８８７
Ａ２ ＝−０．０００３８５
Ａ３ ＝１．７２３×１０−６
Ａ４ ＝−４．１９×１０−９
Ａ５ ＝４．０８６×１０−１２
を満足するように設定する。
【００７０】
設計波長４９０≦λ０≦５２０ｎｍの場合、光学軸調整量最大値ａｍａｘは次の式
ａｍａｘ＝Ａ０＋Ａ１・ψ＋Ａ２・ψ２＋Ａ３・ψ３＋Ａ４・ψ４＋Ａ５・ψ５＋Ａ６・ψ６＋Ａ７・ψ７
Ａ０ ＝０．００００６７０５
Ａ１ ＝１７．６９９２４８
Ａ２ ＝−０．１６９６３
Ａ３ ＝０．０００６７５４
Ａ４ ＝−１．４×１０−６
Ａ５ ＝１．６８×１０−９
Ａ６ ＝−１．１×１０−１２
Ａ７ ＝２．７２×１０−１６
を満足するように設定する。
【００７１】
設計波長５２０≦λ０≦８００ｎｍの場合、光学軸調整量最大値ａｍａｘは次の式
ａｍａｘ＝Ａ０＋Ａ１・ψ＋Ａ２・ψ２＋Ａ３・ψ３＋Ａ４・ψ４＋Ａ５・ψ５＋Ａ６・ψ６
Ａ０ ＝０．００００３０１４
Ａ１ ＝５．４６８１６１７
Ａ２ ＝−０．０３８５５７
Ａ３ ＝０．０００１０９４
Ａ４ ＝−１．５６×１０−７
Ａ５ ＝１．１０６×１０−１０
Ａ６ ＝−３．１３×１０−１４
を満足するように設定する。
【００７２】
これらの関係式を用いることによって、本発明の積層１／２波長板は、設計波長を決定し、かつそれに基づいて光学軸調整量の最大値ａｍａｘを簡単に決定することができる。これにより、４００〜８００ｎｍの波長帯全体に亘って変換効率の劣化を最小限に抑制し、良好な変換効率を得ることができる。
【００７３】
図１２は、本発明の積層１／２波長板を使用した光ピックアップ装置の実施例を示している。この光ピックアップ装置２０は、例えばブルーレイディスク等の光学ディスクの記録再生に使用するためのもので、例えば波長４０５ｎｍの青紫色光であるレーザー光を放射するレーザーダイオードからなる光源２１を有する。光ピックアップ装置２０は、光源２１からのレーザー光を回折する回折格子２２と、該回折格子を透過したレーザー光をＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離して透過又は反射する偏光ビームスプリッタ２３と、該偏光ビームスプリッタに反射されたレーザー光を平行光にするコリメートレンズ２４と、該コリメートレンズを透過したレーザー光を光ディスク２５に向けて反射するミラー２６と、該ミラーにより反射された直線偏光のレーザー光を円偏光に変換する１／４波長板２７と、該１／４波長板を透過したレーザー光を集光する対物レンズ２８と、光ディスク２５から反射したレーザー光を検出する光検出器２９とを備える。更に光ピックアップ装置２０は、光源２１から出射して偏光ビームスプリッタ２３を透過したレーザー光を検出するモニタ用光検出器３０を有する。
【００７４】
光ピックアップ装置２０の動作を以下に説明する。光源２１から出射した直線偏光のレーザー光は、３ビーム法によるトラッキング制御のために回折格子２２により３ビームに分離された後、Ｓ偏光成分が偏光ビームスプリッタ２３で反射され、コリメートレンズ２４により平行光となる。平行光のレーザー光はミラー２６で全反射され、１／４波長板２７により直線偏光から円偏光に変換され、対物レンズ２８で集光されて、光ディスク２５に形成した信号記録層のピットに照射される。該ピットで反射されたレーザー光は前記対物レンズを透過し、１／４波長板２７により円偏光から直線偏光に変換され、ミラー２６で全反射されてコリメートレンズ２４及び偏光ビームスプリッタ２３を透過し、光検出器２９に入射して検出される。これにより、前記光ディスクに記録されている信号の読み取り動作が行われる。また、光源２１から出射したレーザー光のＰ偏光成分は、偏光ビームスプリッタ２３を透過してモニタ用光検出器３０に入射して検出される。この検出出力によって、前記レーザーダイオードから出射するレーザー光の出力を制御する。
【００７５】
回折格子２２は、レーザー光を上述したように分離する回折格子部２２ａと、入射するレーザー光をＳ偏光の直線偏光に変換する１／２波長板２２ｂとから構成される。１／２波長板２２ｂには、本発明の積層１／２波長板を使用する。これによって、光ピックアップ装置２０の使用時に発振レーザーの温度ドリフトによりレーザー光の波長が変動しても、１／２波長板２２ｂの変換効率が劣化せず又はその劣化を最小限に抑制し、常に十分な光量を確保することができる。その結果、使用するレーザー光の短波長化及び高出力化に対応して、従来よりも広帯域の波長範囲で安定して良好な性能を発揮し得る光ピックアップ装置を実現できる。
【００７６】
本発明の積層１／２波長板は、光の利用効率が非常に高いことから、例えば液晶プロジェクターのように、液晶パネルを備えた投写型表示装置等に使用するのに適している。特に、特定の偏光方向の光束（ｓ偏光光またはｐ偏光光）を変調するタイプの液晶パネルを用いた投写型表示装置では、直線偏光をＰ偏光又はＳ偏光のいずれかに一方に統一して液晶パネルに入射させるように、光学系を設定するのが一般的である。そのために、投写型表示装置は、光源からのランダム偏光光をＰ偏光又はＳ偏光の光束に変換して光の利用効率を高める役目の偏光変換素子（ＰＳ変換素子）を搭載する。
【００７７】
図１３（Ａ）〜（Ｃ）は、液晶プロジェクター等の投写型表示装置に使用するのに適した、３つの異なる構成の偏光変換素子４０、４０’、４０”をそれぞれ示しており、そのいずれにも本発明の積層１／２波長板を使用することができる。これによって、各偏光変換素子４０、４０’、４０”は、従来よりも広帯域で変換効率の劣化を最小限に抑制できるので、光エネルギーをより効率良く利用することができる。
【００７８】
図１３（Ａ）の偏光変換素子４０は、第１の主面４１ａを光入斜面としかつ第２の主面４１ｂを光出射面とする平板状の透光性基材からなるプリズムアレイ４１を備える。前記透光性基材中には、前記第１及び第２の主面に対して傾斜させた偏光分離膜４２と反射膜４３とが、交互にかつ所定の間隔をおいて平行に配置されている。
【００７９】
偏光分離膜４２は、第１の主面４１ａからプリズムアレイ４１に入射したランダム光をＳ偏光成分とＰ偏光成分とに分離し、Ｐ偏光成分を透過させかつＳ偏光成分を反射する。偏光分離膜４２を透過したＰ偏光成分は、そのまま第２の主面４１ｂを介してプリズムアレイ４１から出射する。
【００８０】
前記偏光分離膜に反射されたＳ偏光成分は、反射膜４３により反射され、第２の主面４１ｂを介してプリズムアレイ４１から出射する。第２の主面４１ｂには、前記反射膜に反射されたＳ偏光成分が出射する部分に１／２波長板４４が配置されている。１／２波長板４４は、入射するＳ偏光の直線偏光をＰ偏光に変換して出射する。このように偏光変換素子４０は、入射した光がＰ偏光に揃えて出射され、Ｐ偏光光学系の投写型表示装置に搭載するのに適している。
【００８１】
図１３（Ｂ）は、Ｓ偏光光学系の投写型表示装置に搭載するのに適した偏光変換素子４０’の構成を示している。この偏光変換素子４０’は、１／２波長板４４が、偏光分離膜４２を透過したＰ偏光成分が出射する第２の主面４１ｂの部分に配置されている。これにより、偏光分離膜４２を透過したＰ偏光の直線偏光はＳ偏光に変換して出射される。他方、前記偏光分離膜に反射されたＳ偏光成分は、反射膜４３により反射されて、Ｓ偏光のままプリズムアレイ４１から出射する。従って、偏光変換素子４０’に入射した光は、Ｓ偏光に揃えて出射される。
【００８２】
図１３（Ｃ）は、１／２波長板４４をプリズムアレイ４１の前記透光性基材中に配置した構造の偏光変換素子４０”を示している。１／２波長板４４は偏光分離膜４２の出射面に積層され、反射膜４３とは所定の間隔をおいてかつ交互に平行に配置されている。
【００８３】
偏光分離膜４２は、第１の主面４１ａから入射したランダム光をＳ偏光成分とＰ偏光成分とに分離し、Ｐ偏光成分を透過させかつＳ偏光成分を反射する。偏光分離膜４２に反射されたＳ偏光成分は、反射膜４３により反射され、第２の主面４１ｂを介してプリズムアレイ４１から出射する。前記偏光分離膜を透過したＰ偏光成分は、直接１／２波長板４４に入射してＳ偏光に変換され、前記第２の主面を介してプリズムアレイ４１から出射する。このように、偏光変換素子４０''に入射した光はＳ偏光に揃えて出射される。
【００８４】
偏光変換素子４０”の１／２波長板４４に本発明の積層１／２波長板を用いる場合、それを構成する前記第１及び第２の波長板は、透過光の進行方向即ち第１及び第２の主面４１ａ，４１ｂに対して４５°の方向において、それらの位相差Γ1，Γ2が、
Γ1＝１８０°、
Γ2＝１８０°
を満足するように、それぞれ板厚を設定すればよい。
【００８５】
更に、前記第１及び第２の波長板の光学軸方位角は、それら光学軸の第１の主面４１ａへの投影角度θ1，θ2が、次の関係を満足するように設定すればよい。
θ1＝ψ／４＋ａ
θ2＝３ψ／４−ａ
２２．５°＜θ1＜４５．０°
４５．０°＜θ2＜６７．５°
このとき、前記第１及び第２の波長板における光学軸の面内方位角は、前記第１及び第２の主面への投影角度よりも小さくなる。
【００８６】
図１４は、本発明の積層１／２波長板を使用した投写型表示装置の実施例を概略的に示している。この投写型表示装置５０は、照明光学系５１、ダイクロイックミラー５２，５３、反射ミラー５４〜５６、λ／２位相差板５７〜６１、液晶ライトバルブ６２〜６４、クロスダイクロイックプリズム６５、及び投写レンズ系６６を備える。照明光学系５０は、液晶ライトバルブ６２〜６４を照明するために光源、偏光変換素子６７、集光レンズ等を備える。偏光変換素子６７は、図１３（Ｂ）の偏光変換素子を用いることができ、前記光源からのランダム光をＳ偏光に変換して出射する。
【００８７】
照明光学系５１から出射されたＳ偏光の白色光は、赤色光成分がダイクロイックミラー５２を透過し、青色光成分と緑色光成分とが反射される。ダイクロイックミラー５２を透過した赤色光は反射ミラー５４で反射され、λ／２位相差板５７を通ってＰ偏光光に変換され、赤色光用の液晶ライトバルブ６２に入射する。ダイクロイックミラー５２で反射された緑色光は更にダイクロイックミラー５３により反射され、λ／２位相差板５８を通ってＰ偏光光に変換され、緑色光用の液晶ライトバルブ６３に入射する。ダイクロイックミラー５２で反射された青色光は、ダイクロイックミラー５３を透過して反射ミラー５５，５６に反射され、λ／２位相差板５９を通ってＰ偏光光に変換され、青色光用の液晶ライトバルブ６４に入射する。
【００８８】
液晶ライトバルブ６２〜６４は、それぞれ与えられた画像情報（画像信号）に従って各色の色光を変調して画像を形成する光変調手段である。クロスダイクロイックプリズム６５は、液晶ライトバルブ６２，６４から出射されたＳ偏光の赤色光及び青色光、液晶ライトバルブ６３から出射された後にＰ偏光に変換された緑色光の色光を合成してカラー画像を形成する色合成手段である。この合成光は、λ／２位相差板６１を通して投写レンズ系６６に出射される。投写レンズ系６６は、この合成光を投写スクリーン上に投写してカラー画像を表示する投写光学系である。
【００８９】
λ／２位相差板６１は、Ｓ偏光光（赤色光及び青色光）とＰ偏光光（緑色光）の偏光方向をそれぞれ約４５°変更するように、その光学軸の方向を決定すると、３色の光のＳ偏光光成分とＰ偏光光成分とが約１／２ずつになるので、偏光スクリーン上にカラー映像をきれいに投写することができる。また、λ／２位相差板６１に代えてλ／４位相差板を用いることができる。この場合には、赤、緑、青の３色の光をそれぞれ楕円偏光、好ましくは円偏光に変換することによって、投写スクリーンに偏光スクリーンを用いた場合にも、カラー映像をきれいに投写することができる。
【００９０】
λ／２位相差板５７〜６１には、本発明の積層１／２波長板を使用することができる。これによって、投写型表示装置５０は、各λ／２位相差板において従来よりも広帯域の波長範囲で変換効率の劣化を最小限に抑制できるので、光の利用効率をより高めることができる。その結果、同じ出力の光源でより明るいカラー映像を得ることができ、又は光源を低出力なものにしても同程度に明るいカラー映像が得られるので、消費電力を低減することができる。
【００９１】
本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、その技術的範囲内で様々な変形又は変更を加えて実施することができる。例えば、第１及び第２の波長板は、水晶板以外の光学的一軸性結晶材料により形成することができる。また、上記実施例とは異なる構成の光ピックアップ装置、偏光変換素子、投写型表示装置についても、または他の光学装置についても、本発明を同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００９２】
１，１１…積層１／２波長板、２，１２…第１の波長板、３，１３…第２の波長板、４，５，１４，１５…結晶光学軸、６，７，１６，１７…直線偏光、２０…光ピックアップ装置、２１，４１…光源、２２…回折格子、２２ａ…回折格子部、２２ｂ…１／２波長板、２３…偏光ビームスプリッタ、２４…コリメートレンズ、２５…光ディスク、２６…ミラー、２７，４４…１／４波長板、２８…対物レンズ、２９…光検出器、３０…モニタ用光検出器、４０，４０’，６７…偏光変換素子、４１…プリズムアレイ、４１ａ…第１の主面、４１ｂ…第２の主面、４２…偏光分離膜、４３…反射膜、５０…投写型表示装置、５１…照明光学系、５２，５３…ダイクロイックミラー、５４〜５６…反射ミラー、５７〜６１…λ／２位相差板、６２〜６４…液晶ライトバルブ、６５…クロスダイクロイックプリズム、６６…投写レンズ系。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に水晶のような複屈折性を有する無機結晶材料からなる２枚の波長板を重ねて配置した積層構造の波長板に関し、更にこのような積層波長板を用いた光ピックアップ装置、偏光変換素子及び投写型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ディスク装置の記録再生に使用する光ピックアップ装置、偏光変換素子、液晶プロジェクター等の投写型表示装置のような光学装置には、入射光の直線偏光の偏光面を所定の角度、例えば９０°回転させた直線偏光の出射光として出射する１／２波長板が広く使用されている。単板の波長板は、その位相差が板厚によって決定されるので、所定の波長についてのみ１／２波長板として機能する。広い波長域に亘って１／２波長板として機能するように、２枚以上の単板波長板を互いに光学軸を交差させて貼り合わせた積層波長板が開発されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
最近、光ディスク装置の記録再生に使用する光ピックアップ装置には、記録の高密度化大容量化を図るために、非常に短波長で高出力の青紫色レーザが採用されている。また、液晶プロジェクターは、光学エンジンの長寿命化に伴って、光学エンジンを構成する光学部品の１つである１／２波長板についても、耐久性、長期信頼性が要求されている。
【０００４】
ところが、特許文献１記載の１／２波長板は、ポリカーボネート等の高分子フィルムを延伸処理して１／２波長の位相差を与える延伸フィルムを複数枚積層した構造を有する。そのため、１／２波長板の高分子フィルムが青紫色レーザ光を吸収して発熱し、材質自体が劣化して波長板としての機能を損なう虞がある。これに対し、水晶や方解石等の無機結晶材料は耐光性が極めて高いので、特に青紫色レーザを使用するような光学系には、水晶等からなる波長板が有利である。
【０００５】
また、光ディスク記録再生装置は、ブルーレイディスク、ＤＶＤ、ＣＤ等の複数の異なる規格の記録・再生を可能にする機能が要求されている。一般に、ブルーレイディスクの使用波長は４０５ｎｍ、ＤＶＤは６６０ｎｍ、ＣＤは７８５ｎｍである。従って、光ピックアップ装置の１／２波長板は、これら全部又はいずれか２つの波長帯で機能することが好ましい。他方、液晶プロジェクターの偏光変換素子に使用する１／２波長板は、４００〜７００ｎｍの広波長域で位相差１８０°を維持することが要求されている。
【０００６】
一般に、１／２波長板は、位相差が波長の変化に伴って変化する波長依存性を有するので、目標波長の前後の帯域において位相差が増加又は減少する。そこで、光学軸方位角θ１の第一の波長板と光学軸方位角θ２の第二の波長板とを光軸が互いに交差するように貼り合わせ、θ２＝θ１＋４５°、０＜θ１＜４５°の関係を満足するように構成することにより、全体として４００〜７００ｎｍの広波長域で１／２波長板として機能する積層波長板が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
【０００７】
また、１／２波長板は、光源からの光が発散して入射すると、波長板の中心付近以外の領域において位相差が変動する入射角依存性の問題を生じる。そのため、１／２波長板の偏光変換効率、即ち入射するＰ偏光（又はＳ偏光）の直線偏光をＳ偏光（又はＰ偏光）の直線偏光に変換して出射する割合が低下し、出射光量の損失を生じる虞がある。そこで、それぞれ位相差が１８０°＋３６０°×ｎ（但し、ｎ：正整数）の第１及び第２の波長板とを光軸が互いに交差するように貼り合わせ、各波長板の面内方位角をθ１、θ２、積層波長板に入射する直線偏光の偏光方向と出射する直線偏光の偏光方向とのなす角度をθとして、θ２＝θ１＋θ／２となるように構成した高次モードの積層波長板が知られている（例えば、特許文献３を参照）。この積層波長板は、更にｎ＝５、θ１＝２２．５°、θ２＝６７．５°とすることにより、３つの波長帯４０５ｎｍ帯、６６０ｎｍ帯、７８５ｎｍ帯において、それぞれ波長の変化に対する変換効率をほぼ１にし、出射光量の損失を抑制することができる。
【０００８】
同様に偏光変換効率の向上を図るために、位相差Γａ＝１８０°の第１の位相差板と位相差Γｂ＝１８０°の第２の位相差板とを貼り合わせ、第１及び第２の位相差板の光学軸方位角θａ、θｂがθｂ＝θａ＋α、０＜θａ＜４５°、４０°＜α＜５０°であり、位相差Γａの設計目標値とのずれ量ΔΓａと位相差Γｂの設計目標値とのずれ量ΔΓｂとが所定の関係式を満足するように構成し、１／２波長板として機能する積層位相差板が提案されている（例えば、特許文献４を参照）。この積層位相差板は、前記所定の関係式によって位相差Γａの設計目標値からのずれ量ΔΓａを位相差Γｂの設計目標値からのずれ量ΔΓｂで相殺することにより、高い偏光変換効率を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−１４９０１５号公報
【特許文献２】特開２００４−１７０８５３号公報
【特許文献３】特開２００７−３０４５７２号公報
【特許文献４】特開２００８−２６８９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図１５（Ａ）（Ｂ）は、上述した従来の積層１／２波長板の典型例を示している。この積層１／２波長板１は、光の入射方向Ｌｉから出射方向Ｌｏに向けて配置した、水晶板のような光学的一軸性結晶材料からなる第１及び第２の波長板２，３を備える。第１及び第２の波長板２，３は、いずれも位相差Γ１＝１８０°、位相差Γ２＝１８０°のシングルモードの１／２波長板であり、それらの結晶光学軸４，５を互いに所定の角度で交差するように貼り合わせる。ここで、第１の波長板２の光学軸方位角θ１は、結晶光学軸４と積層１／４波長板１に入射する光の直線偏光６の偏光面とのなす角度であり、第２の波長板３の光学軸方位角θ２は、結晶光学軸５と前記直線偏光の偏光面とのなす角度である。
【００１１】
図１５の積層１／２波長板１は、第１及び第２の波長板２，３の光学軸方位角をθ１＝２２．５°、θ２＝６７．５°とし、入射する直線偏光６の偏光方向と出射する直線偏光７の偏光方向とのなす角度を９０°とする。この場合の偏光状態を図１６（Ａ）〜（Ｃ）のポアンカレ球を用いて説明する。図１６（Ａ）は、積層１／２波長板１に入射した直線偏光のポアンカレ球上での軌道の推移を説明するための図である。直線偏光４が入射する赤道上の位置をＳ１軸との交点Ｐ0に設定した。図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）のポアンカレ球において、積層１／２波長板１に入射した偏光状態の軌跡をＳ２軸方向から見た図、即ちＳ１Ｓ３平面への投影図である。図１６（Ｃ）は、図１６（Ａ）に示したポアンカレ球において、積層１／２波長板１に入射した偏光状態の軌跡をＳ３軸方向から見た図、即ちＳ１Ｓ２平面への投影図である。
【００１２】
入射光の基準点をＰ０＝（１，０，０）として、第１の波長板２の回転軸Ｒ１をＳ１軸から２θ１回転した位置に設定し、第２の波長板１３の回転軸Ｒ２をＳ１軸から２θ２回転した位置に設定する。回転軸Ｒ１を中心に基準点Ｐ０を位相差Γ１だけ右方向に回転させると、ポアンカレ球の赤道上の点Ｐ１＝（０，１，０）が前記第１の波長板の出射光の位置となる。次に、回転軸Ｒ２を中心に点Ｐ１を位相差Γ２だけ右方向に回転させると、ポアンカレ球の赤道上の点Ｐ２＝（−１，０，０）が前記第２の波長板の出射光の位置、即ち積層１／２波長板１の出射光の位置となる。入射光Ｌｏの波長が目標値から変化しない限り、出射光の位置は常にポアンカレ球の赤道上にある。
【００１３】
しかしながら、ブルーレイ規格の光ディスク記録再生装置に搭載する光ピックアップ装置は、短波長（４０５ｎｍ）の青紫色レーザーが使用されている。青紫色レーザーは、使用時に高熱を発生して膨張すると、発振レーザーの波長がドリフト（変化）するという問題を生じる。そのため、光ピックアップ装置に使用される１／２波長板は、入射するレーザー光の波長ドリフトによって直線偏光の変換効率が劣化するという問題が発生する。
【００１４】
また、ブルーレイディスク及びＤＶＤ双方の記録・再生を可能にする光ディスク記録再生装置は、使用波長４０５ｎｍ及び６６０ｎｍのいずれの帯域でもレーザー光の波長ドリフトが発生する虞がある。従って、このような光ディスク記録再生装置に使用する１／２波長板の場合、これら両方の帯域で波長の変動に対する変換効率の劣化を抑制する必要がある。
【００１５】
特許文献２は、波長が変化した場合にその影響を解消又は低減させる方法を開示している。この方法によれば、波長の変化による第一及び第二の波長板の位相差のずれ量をΔΓ１、ΔΓ２としたとき、ΔΓ１＝ΔΓ２に設定することによって位相差のずれを相殺できるので、ポアンカレ球上における出射光の位置Ｐ２は常に赤道上に到達する。
【００１６】
これを図１６のポアンカレ球で説明する。第１波長板２の出射光の位置は、回転軸Ｒ１を中心に点Ｐ１からずれ量ΔΓ１だけ右方向に回転させた点Ｐ１´となる。第２波長板３の出射光の位置は、回転軸Ｒ２を中心に点Ｐ１´を位相差Γ２＋ΔΓ２だけ右方向に回転させた、ポアンカレ球の赤道上の点Ｐ２´となる。この点Ｐ２´が積層１／２波長板１の出射光の位置となる。同図から分かるように、点Ｐ２´は赤道上で点Ｐ２からずれるので、出射光は偏光面の回転が９０°からずれてしまう。特許文献２によれば、かかる出射光偏光面の回転ずれは、ΔΓ１とΔΓ２が小さいほど影響を少なくすることができ、そのためには、第１及び第２の波長板２，３をシングルモードの波長板にしてその波長依存性を極力小さくすることが望ましい。
【００１７】
特許文献４は、第１の位相差板の厚みの加工精度が設計値からずれた場合に、同様にポアンカレ球上において第１の位相差板の出射光の位置がずれる問題を生じることを示している。この問題を解決するために、同文献では、第１の位相差板の出射光位置のずれを相殺するように第２の位相差板の厚さを加工する方法を開示している。他方、特許文献３記載の積層１／２波長板は、第１及び第２の波長板が高次モードであるため、その次数ｎを大きくしすぎると、変換効率が１に近い波長帯域幅が狭くなり、積層１／２波長板としての使用を難しくする、という問題が生じる。
【００１８】
ここで、変換効率とは、同文献に記載されるように、２枚の波長板を貼り合わせた積層１／２波長板の出射光の偏光状態を正確に判定するための評価値として、入射光に対する出射光の光量を所定の計算手法に従って算出したものである。以下に簡単に説明する。
【００１９】
積層１／２波長板１において、第１の波長板２のミューラ行列をＲ１、第２の波長板３のミューラ行列をＲ２、入射光の偏光状態をベクトルＩ、出射光の偏光状態をベクトルＥで表すと、積層１／２波長板１を透過した後の偏光状態は、次式を用いて表すことができる。
Ｅ＝Ｒ２・Ｒ１・Ｉ …（１）
ここで、Ｒ１、Ｒ２はそれぞれ次式で表される。
【００２０】
【数１】
…（２）
【００２１】
【数２】
…（３）
【００２２】
第１及び第２の波長板２、３の高次モード次数ｎ、位相差Γ1、Γ2、光学軸方位角度θ1、θ2を設定して式（２）、（３）からミューラ行列Ｒ1、Ｒ2を求め、入射光の偏光状態Ｉを設定すると、式（１）より出射光の偏光状態Ｅが算出される。出射光の偏光状態Ｅは、ストークスベクトルと呼ばれ、次式で表される。
【００２３】
【数３】
…（４）
ここで、Ｅの行列要素Ｓ０１、Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１はストークスパラメータと呼ばれ、偏光状態を表している。次に、偏光子の行列Ｐの透過軸を所定の角度に設定し、前記光射光の偏光状態Ｅを表わす行列Ｅと偏光子の行列Ｐとの積をＴとすると、Ｔは次式で表される。
Ｔ＝Ｐ・Ｅ …（５）
【００２４】
この行列Ｔが変換効率を表し、その要素のストークスパラメータで表すと次式のようになる。
【数４】
…（６）
【００２５】
ここで、ベクトルＴのストークスパラメータＳ０２が光量を表し、入射光量を１に設定すると、ストークスパラメータＳ０２が変換効率となる。従って、積層１／２波長板１の変換効率Ｔは、第１及び第２の波長板２、３の高次モード次数ｎ、所定の波長（例えば波長４０５ｎｍ）での位相差Γ１、Γ２、光学軸方位角θ１、θ２を様々に変化させて、シミュレーションすることができる。
【００２６】
図１７は、この計算手法を用いて、図１５の積層１／２波長板１の設計波長λ０を４００，５００，６００，７００，８００ｎｍとした場合に、それぞれ入射光の波長に関する変換効率Ｔの変化をシミュレーションした結果を示している。同図から、いずれの設計波長の場合も、変換効率がそれぞれ設計波長付近を中心としてほぼ１の高い値を示し、設計波長から離れるに連れて劣化していくことが分かる。この積層１／２波長板を光ピックアップ装置に使用した場合、入射する直線偏光の変換効率がレーザー光の波長ドリフトによって劣化する虞がある。
【００２７】
図１８は、同様に上記計算手法を用いて、図１５の積層１／２波長板１の使用波長帯域を４０５±３０，６６０±３０，７８５±３０ｎｍとした場合に、それぞれ波長板の設計波長に関する変換効率Ｔの変化をシミュレーションした結果を示している。同図から、いずれの波長帯域で使用する場合も、変換効率が、それぞれ目標の波長帯域付近を中心としてほぼ１の高い値を示し、設計波長が目標の波長帯域から離れるに連れて劣化していくことが分かる。これは、従来の積層１／２波長板では、複数の離れた波長帯域でいずれも変換効率を１にすることが困難であることを示している。
【００２８】
本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、第１及び第２の波長板を光学軸を互いに交差させて重ね合わせた積層波長板において、より広帯域の波長範囲で変換効率の劣化を最小限に抑制すること、更に約４００〜８００ｎｍの広帯域の波長範囲全体で良好な変換効率を実現することにある。
【００２９】
また、本発明の目的は、かかる積層波長板を用いることにより、波長ドリフト等による波長変動の影響を受け難く、従来よりも広帯域の波長範囲で安定して良好な性能を発揮し得る光ピックアップ装置、偏光変換素子、投写型表示装置等の光学装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
本願発明者は、波長の変動と変換効率との関係に着目して様々に検討した結果、第１及び第２の波長板の光学軸方位角θ１、θ２の差を小さくし、ポアンカレ球において回転軸Ｒ１と回転軸Ｒ２とを互いに近付けるように設定すれば、より広帯域の波長範囲で変換効率の劣化を抑制し得ることに想到した。そこで、図１５の積層１／２波長板１において設計波長λ０を５００ｎｍとし、第１及び第２の波長板２，３の光学軸方位角θ１＝２２．５°、θ２＝６７．５°とした従来の場合と、２２．５°＜θ１＜４５．０°、４５．０°＜θ２＜６７．５°で変化させた場合とについて、前記計算手法を用いて変換効率をシミュレーションした。ここで、ａは、光学軸方位角θ１，θ２の２２．５°，６７．５°からの調整量（角度：deg）である。
【００３１】
このシミュレーション結果を図１９に示す。同図から分かるように、従来の場合（ａ＝０°）には、変換効率が、設計波長を中心とする比較的狭い範囲でほぼ１の高い値を示し、設計波長から離れるに連れて劣化している。これに対し、光学軸方位角の調整量ａを徐々に大きくすると、変換効率が、設計波長λ０＝５００ｎｍ付近では徐々に劣化するが、その両側には、変換効率が１となる波長位置が２個所に分かれて徐々に離れるように移動している。その結果、全体としてより広い波長範囲で良好な変換効率が得られることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいてなされたものである。
【００３２】
本発明の積層波長板は、入射する直線偏光の偏光面を所定の角度ψ回転させた直線偏光に変換して出射するために、設計波長λ０に対して位相差Γ１＝１８０°の第１の波長板と位相差Γ２＝１８０°の第２の波長板とからなり、かつこれら第１及び第２の波長板をそれらの光学軸が互いに交差するように配置して積層し、入射する直線偏光の偏光面と第１及び第２の波長板の光学軸とがそれぞれなす面内方位角をθ１，θ２とし、光学軸調整量をａとしたとき、
θ１＝ψ／４＋ａ、
θ２＝３ψ／４−ａ
を満足することを特徴とする。
【００３３】
このように第１及び第２の波長板の光学軸の面内方位角θ１，θ２の差を従来よりも小さくすることによって、広帯域の波長範囲全体で変換効率の劣化を最小限に抑制し、１又は１に近い良好な変換効率が得られる。従って、広帯域で入射光の波長が変動しても、安定して光の利用効率が非常に高い積層波長板を実現することができる。
【００３４】
また、本発明の積層波長板は、設計波長λ０に対して位相差Γ１＝１８０°の第１の波長板と位相差Γ２＝１８０°の第２の波長板とからなり、かつこれら第１及び第２の波長板をそれらの光学軸が互いに交差するように配置し、第１及び第２の波長板の光学軸の面内方位角をθ１，θ２、積層波長板に入射する直線偏光の偏光方向と出射する直線偏光の偏光方向とがなす角度をψ、光学軸調整量をａとしたとき、
θ２＝θ１＋ψ／２、
θ１＝ψ／４＋ａ、
θ２＝３ψ／４−ａ、
０＜ａ≦ａｍａｘであり、
光学軸調整量最大値ａｍａｘが、設計波長４００≦λ０≦４９０ｎｍの場合に次の式
ａｍａｘ＝Ａ０＋Ａ１・ψ＋Ａ２・ψ２＋Ａ３・ψ３＋Ａ４・ψ４＋Ａ５・ψ５
Ａ０ ＝０．００００１５４８
Ａ１ ＝０．０４２７８８７
Ａ２ ＝−０．０００３８５
Ａ３ ＝１．７２３×１０−６
Ａ４ ＝−４．１９×１０−９
Ａ５ ＝４．０８６×１０−１２
を満足し、
設計波長４９０≦λ０≦５２０ｎｍの場合に次の式
ａｍａｘ＝Ａ０＋Ａ１・ψ＋Ａ２・ψ２＋Ａ３・ψ３＋Ａ４・ψ４＋Ａ５・ψ５＋Ａ６・ψ６＋Ａ７・ψ７
Ａ０ ＝０．００００６７０５
Ａ１ ＝１７．６９９２４８
Ａ２ ＝−０．１６９６３
Ａ３ ＝０．０００６７５４
Ａ４ ＝−１．４×１０−６
Ａ５ ＝１．６８×１０−９
Ａ６ ＝−１．１×１０−１２
Ａ７ ＝２．７２×１０−１６
を満足し、
設計波長５２０≦λ０≦８００ｎｍの場合に次の式
ａｍａｘ＝Ａ０＋Ａ１・ψ＋Ａ２・ψ２＋Ａ３・ψ３＋Ａ４・ψ４＋Ａ５・ψ５＋Ａ６・ψ６
Ａ０ ＝０．００００３０１４
Ａ１ ＝５．４６８１６１７
Ａ２ ＝−０．０３８５５７
Ａ３ ＝０．０００１０９４
Ａ４ ＝−１．５６×１０−７
Ａ５ ＝１．１０６×１０−１０
Ａ６ ＝−３．１３×１０−１４
を満足することを特徴とする。
【００３５】
このように第１及び第２の波長板の光学軸の面内方位角θ１，θ２の差を従来よりも小さくすることによって、４００〜８００ｎｍのより広帯域の波長範囲全体で変換効率の劣化を最小限に抑制し、１又は１に近い良好な変換効率が得られる。従って、この広帯域で入射光の波長が変動しても、安定して光の利用効率が非常に高い積層波長板を実現することができる。
【００３６】
或る実施例では、積層波長板の設計波長をλ０＝５００ｎｍとしかつ光学軸調整量を２．８°≦ａ≦３°に設定する。これによって、ブルーレイディスク及びＤＶＤの規格に使用される波長帯である４０５ｎｍ及び６６０ｎｍの双方において、積層波長板の変換効率をほぼ１にすることができる。
【００３７】
別の実施例では、積層波長板の設計波長をλ０＝５１０ｎｍとしかつ光学軸調整量を０°＜ａ≦２．２°に設定する。これによって、特に液晶プロジェクターに適した４００〜７００ｎｍの波長範囲全体に亘って、１又は１に近い高い変換効率を得ることができる。
【００３８】
また、別の実施例では、第１及び第２の波長板が水晶板であることによって、非常に高い耐光性が得られるので、特に短波長で高出力の青紫色レーザーを使用するような光学系に用いる場合にも、高い信頼性が発揮される。
【００３９】
また、本発明によれば、入射する直線偏光の偏光面を所定の角度９０°回転させた直線偏光に変換して出射するために、設計波長λ０に対して位相差Γ１＝１８０°の第１の波長板と位相差Γ２＝１８０°の第２の波長板とからなり、かつこれら第１及び第２の波長板をそれらの光学軸が互いに交差するように配置して積層し、入射する直線偏光の偏光面と第１及び第２の波長板の光学軸とがそれぞれなす面内方位角をθ１，θ２としたとき、
２２．５°＜θ１＜４５．０°、
４５．０°＜θ２＜６７．５°
を満足する積層波長板が提供される。
【００４０】
同様に、第１及び第２の波長板の光学軸の面内方位角θ１，θ２の差を従来よりも小さくすることによって、広帯域の波長範囲全体で変換効率の劣化を最小限に抑制し、１又は１に近い良好な変換効率が得られる。従って、広帯域で入射光の波長が変動しても、安定して光の利用効率が非常に高い積層波長板を実現することができる。
【００４１】
本発明の別の側面によれば、光源と、該光源から出射される光を記録媒体上に集光する対物レンズと、記録媒体により反射された光を検出する検出器とを備え、上述した本発明の積層波長板を光源と対物レンズ間の光路中に配置した光ピックアップ装置が提供される。上述したように広帯域の波長範囲で変換効率の劣化を最小限に抑制した積層波長板を用いることによって、使用時に発振レーザーの温度ドリフト等による波長変動の影響を受け難く、従来よりも広帯域の波長範囲で安定して良好な性能を発揮し得る光ピックアップ装置を実現される。特に、ブルーレイディスク、ＤＶＤ、ＣＤ等の複数の異なるディスク規格について使用可能な光ピックアップ装置を得ることができる。
【００４２】
また、本発明の別の側面によれば、第１の主面を光入斜面としかつ第２の主面を光出射面とする平板状の透光性基材と、該基材中に設けられた第１及び第２の光学薄膜と、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積層波長板であり、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、又は第２の光学薄膜により反射された第２の直線偏光を出射させる第２の主面の部分に配置された偏光変換素子が提供される。
【００４３】
更に本発明によれば、第１の主面を光入斜面としかつ第２の主面を光出射面とする平板状の透光性基材と、該基材中に設けられた第１及び第２の光学薄膜と波長板とを備え、第１及び第２の光学薄膜が、第１及び第２の主面に対して傾斜させて、交互にかつ互いに間隔をおいて平行に配置され、第１の光学薄膜が第１の主面側から入射した光を互いに直交する第１の直線偏光と第２の直線偏光とに分離して、第１の直線偏光を透過させかつ第２の直線偏光を反射し、第２の光学薄膜が、第１の光学薄膜により反射された第２の直線偏光を反射して第２の主面から出射させ、波長板が上述した本発明の積層波長板であり、第１の光学薄膜の第１の直線偏光の出射面に積層して配置された偏光変換素子が提供される。
【００４４】
このように、本発明の広帯域の波長範囲で変換効率の劣化を最小限に抑制した積層波長板を用いることによって、従来よりも広帯域で光の利用効率が非常に高い偏光変換素子を実現することができる。これにより、例えば４００〜７００ｎｍの広波長域で使用可能な、液晶プロジェクターに適した偏光変換素子が得られる。
【００４５】
また、本発明の別の側面によれば、光源と、該光源からの光を第２の直線偏光に変換して出射する上述した本発明の偏光変換素子と、偏光変換素子からの出射光を、投写しようとする画像情報に応じて変調する、例えば液晶パネルである変調手段と、該変調手段により変調された光を投写する投写光学系とを有する投写型表示装置が提供される。同様に、上述したように従来よりも広帯域の波長範囲で変換効率の劣化を最小限に抑制した積層波長板を用いることによって、同じ出力の光源でより明るい映像を得ることができ、又は光源を低出力化しても同程度に明るい映像が得られるので、消費電力を低減することができる。特に、４００〜７００ｎｍの広波長域全体に亘って明るい映像の液晶プロジェクターが実現される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】（Ａ）図は本発明による積層１／２波長板の実施例を光の出射方向から見た斜視図、（Ｂ）図は同じく出射方向から見た正面図。
【図２】（Ａ）図は図１の積層１／４波長板の偏光状態を示すポアンカレ球、（Ｂ）図はこれをＳ２軸方向から見た図、（Ｃ）図はＳ３軸方向から見た図。
【図３】異なる光学軸調整量ａについて積層１／２波長板の周波数に対する変換効率を示す線図。
【図４】積層１／２波長板の設計波長に対する変換効率を示す線図。
【図５】積層１／２波長板の光学軸調整量ａに対する変換比率を示す線図。
【図６】積層１／２波長板の波長に対する透過光量を示す線図。
【図７】使用波長４０５，６６０ｎｍ帯について積層１／２波長板の設計波長に対する変換効率を示す線図。
【図８】設計波長λ０＝４０５，５００，５５０について積層１／２波長板の波長に対する透過光量を示す線図。
【図９】使用波長４０５，６６０ｎｍ帯について設計波長λ０＝５００の積層１／２波長板の光学軸調整量ａに対する変換効率を示す線図。
【図１０】（Ａ）〜（Ｃ）図は、使用波長４０５，６６０，７８５ｎｍ帯の場合に、それぞれ異なる設計波長について積層１／２波長板の光学軸調整量ａに対する変換比率を示す線図。
【図１１】（Ａ）（Ｂ）図は、それぞれ使用波長４０５，６６０，７８５ｎｍ帯について積層１／２波長板の設計波長に対する光学軸調整量ａの最大値ａｍａｘを示す線図であり、（Ａ）図は４０５，６６０ｎｍ帯で良好な変換効率が得られる光学軸調整量ａの範囲を、（Ｂ）図は４０５，７８５ｎｍ帯で良好な変換効率が得られる光学軸調整量ａの範囲を示している。
【図１２】本発明の積層１／２波長板を用いた光ピックアップ装置の実施例の構成を示す概略図。
【図１３】（Ａ）図及び（Ｂ）図は本発明の積層１／２波長板を用いた偏光変換素子の異なる構成をそれぞれ示す概略図。
【図１４】本発明の積層１／２波長板を用いた投写型表示装置の実施例の構成を示す概略図。
【図１５】（Ａ）図は従来の積層１／２波長板の実施例を光の出射方向から見た斜視図、（Ｂ）図は同じく出射方向から見た正面図。
【図１６】（Ａ）図は図１５の積層１／４波長板の偏光状態を示すポアンカレ球、（Ｂ）図はこれをＳ２軸方向から見た図、（Ｃ）図はＳ３軸方向から見た図。
【図１７】図１５の積層１／４波長板の５つの異なる設計波長のそれぞれについて波長に関する変換効率の変化を示す線図。
【図１８】図１５の積層１／４波長板の３つの異なる波長帯域のそれぞれについて設計波長に関する平均透過率の変化を示す線図。
【図１９】図１５の積層１／４波長板の波長に関する変換効率の変化を、光学軸調整量ａを変化させた場合と比較して示す線図。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。
図１（Ａ）（Ｂ）は、本発明による積層１／２波長板の実施例を示している。本実施例の積層１／２波長板１１は、光の入射方向Ｌｉから出射方向Ｌｏに向けて配置した水晶板からなる第１及び第２の波長板１２，１３を備える。これら第１及び第２の波長板は、それらの結晶光学軸１４，１５を互いに所定の角度で交差するように貼り合わせる。前記水晶板には、特に波長の入射角依存性に優れたＹカット板又はＸカット板を使用するのが好ましい。
【００４８】
第１の波長板１２の位相差はΓ１＝１８０°に、第２の波長板１３の位相差はΓ２＝１８０°に設定する。第１の波長板１２の光学軸方位角θ１は、結晶光学軸１４と積層１／２波長板１１に入射する光の直線偏光１６の偏光面とのなす角度である。第２の波長板１３の光学軸方位角θ２は、結晶光学軸１５と前記入射光の直線偏光１６の偏光面とのなす角度である。ψは、入射する直線偏光１６の偏光方向と出射する直線偏光１７の偏光方向とのなす角度である。
【００４９】
光学軸調整量をａ、その最大値をａｍａｘとしたとき、光学軸方位角θ１，θ２は、
θ１＝ψ／４＋ａ、
θ２＝３ψ／４−ａ、
０＜ａ≦ａｍａｘ
を満足するように設定する。光学軸調整量最大値ａｍａｘは、後述するように前記第１及び第２の波長板の設計波長に応じて決定される。本実施例では、図１５の従来例との比較を容易にするために、ψ＝９０°とする。この場合、第１及び第２の波長板１２，１３の光学軸方位角θ１，θ２は、２２．５°＜θ１＜４５．０°、４５．０°＜θ２＜６７．５°となる。
【００５０】
積層１／２波長板１１の偏光状態を図２（Ａ）〜（Ｃ）のポアンカレ球を用いて説明する。図２（Ａ）は、積層１／２波長板１１に入射した直線偏光のポアンカレ球上での軌道の推移を説明するための図である。直線偏光が入射する赤道上の位置をＳ１軸上の点Ｐ0に設定した。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のポアンカレ球において、積層１／２波長板１１に入射した偏光状態の軌跡をＳ２軸方向から見た図、即ちＳ１Ｓ３平面への投影図を示す。図２（Ｃ）は、図２（Ａ）のポアンカレ球において、積層１／２波長板１１に入射した偏光状態の軌跡をＳ３軸方向から見た図、即ちＳ１Ｓ２平面への投影図を示す。
【００５１】
入射光の基準点をＰ０＝（１，０，０）として、第１の波長板１２の回転軸Ｒ１１をＳ１軸から２θ１回転した位置に設定する。本実施例では、光学軸方位角θ１を上述したように設定したので、回転軸Ｒ１１は、図１６のθ１＝２２．５°の場合の回転軸Ｒ１よりも更に角度２ａだけ回転させた位置にくる。第２の波長板１３の回転軸Ｒ２２を、同様にＳ１軸から２θ２回転した位置に設定する。光学軸方位角θ２を上述したように設定したことにより、回転軸Ｒ２２は、図１６のθ２＝６７．５°の場合の回転軸Ｒ２よりも角度２ａだけ戻した位置にくる。
【００５２】
第１の波長板１２の出射光の位置は、回転軸Ｒ１１を中心に基準点Ｐ０を位相差Γ１だけ右方向に回転させたときにポアンカレ球に描かれる軌跡の円弧Ｃ1上の点である。円弧Ｃ1は、Ｓ２軸とＳ３軸とを含むＳ２−Ｓ３平面と２点で交差している。位相差Γ１が上述した設定値の１８０°である場合、ポアンカレ球上の点（０，１，０）から基準点Ｐ０とは逆方向に少しずれた赤道上の点Ｐ１１が、前記第１の波長板の出射光の位置となる。
【００５３】
第２の波長板１３の出射光の位置は、回転軸Ｒ２２を中心に点Ｐ１１を位相差Γ２だけ右方向に回転させたポアンカレ球上の点である。位相差Γ２が上述した設定値の１８０°である場合、ポアンカレ球上の点Ｐ２（−１，０，０）から基準点Ｐ０側に少し戻った赤道上の点Ｐ２１が、前記第２の波長板の出射光の位置、即ち積層１／２波長板１１の出射光の位置となる。その結果、出射光は、偏光面の回転が所望の角度ψ＝９０°からずれることになる。
【００５４】
出射光の偏光面の回転角度が９０°となるためには、ポアンカレ球上で出射光の位置が点Ｐ２（−１，０，０）に到達する必要がある。その場合、第１の波長板１２の出射光の位置は、回転軸Ｒ２２を中心に点Ｐ２を位相差Γ２だけ逆方向即ち左方向に回転させたポアンカレ球上の点でなければならない。このとき、回転軸Ｒ２２を中心に点Ｐ２を回転させることによりポアンカレ球上に描かれる軌跡の円弧Ｃ2は、Ｓ２−Ｓ３平面に関して円弧Ｃ1と対称即ち鏡像関係になる。
【００５５】
円弧Ｃ1と円弧Ｃ2とは、Ｓ２−Ｓ３平面上に２つの交点Ｐ１２，Ｐ１３を有する。第１の波長板１２と第２の波長板１３とは、位相差Γ１，Γ２を等しく設定したので、入射光の波長のずれによる位相差のずれ量ΔΓ１，ΔΓ２も等しくなる。従って、ポアンカレ球上において、第１の波長板１２の出射光の位置が、位相差Γ１のずれにより円弧Ｃ1と円弧Ｃ2との一方の交点Ｐ１２又はＰ１３となる場合、第２の波長板１３の出射光の位置は、点Ｐ２（−１，０，０）に到達する。
【００５６】
その結果、積層１／２波長板１１の出射光は、偏光面の回転角度が所望のψ＝９０°となる波長が、目標波長λを中心としてその正負両側に各１点存在することになる。目標波長λにおいて積層１／２波長板１１が１／２波長板として要求される十分な機能を発揮する場合、設計された位相差Γ１，Γ２に対して、少なくともポアンカレ球上の２点Ｐ１２、Ｐ１３における位相差のずれ量ΔΓ１，ΔΓ２を許容されるずれの最大値とする位相差の範囲に対応する波長の範囲が、目標波長λを中心とする積層１／２波長板１１の使用可能な波長範囲と解される。
【００５７】
この１／２波長板として要求される機能を発揮し得る使用可能な波長範囲は、ポアンカレ球上における回転軸Ｒ１１，Ｒ２２の設定位置によって、即ち光学軸調整量ａの設定値によって決定される。そこで、光学軸調整量ａに対する積層１／２波長板１１の変換効率を、従来技術に関連して上述した計算手法を用いてシミュレーションした。尚、以下の説明において、本発明の積層１／２波長板の変換効率は同じ計算手法を用いてシミュレーションしたものである。
【００５８】
図３は、ブルーレイディスク規格の波長帯である４０５ｎｍとＤＶＤ規格の波長帯である６６０ｎｍとのほぼ中間値である５３６ｎｍを設計波長とする図１の積層１／２波長板１１において、３８０ｎｍ≦λ≦８２０ｎｍの波長範囲で光学軸調整量ａを０°から３°まで１°毎に変換効率をシミュレーションした結果を示している。同図から、光学軸調整量ａを大きくするほど、変換効率が１となる波長位置が中心波長λ０＝５３６ｎｍの正負両側に大きく移動するのに対し、中心波長付近では変換効率が劣化することが分かる。実際の使用時には、積層１／２波長板の用途、仕様に応じて、中心波長、変換効率の許容最小値、使用帯域等を決定し、それを実現し得る光学軸調整量ａを決定すればよい。
【００５９】
変換効率の評価値として、変換効率の最小値Ｔminを変換効率の最大値と最小値との差ΔＴで除した値である変換比率ＲTを使用し、その設計波長に対する変化をシミュレーションした。その結果を図４に示す。同図から、設計波長λ０＝５１０ｎｍ付近で変換比率ＲTが最良となることが分かる。
【００６０】
そこで、光学軸調整量ａの最適範囲を決定するために、設計波長λ０＝５１０ｎｍの積層１／２波長板１１について、光学軸調整量ａに対する変換比率ＲTの変化をシミュレーションした。その結果を図５に示す。同図から、０＜ａ＜２．２°の範囲において、ａ＝０°よりも変換比率が良くなる、即ち変換効率が良いことが分かる。更に、この積層１／２波長板の波長に対する透過光量の変化を図６に示す。同図から、４００〜７００ｎｍの広帯域全体に亘って高い透過光量、即ち変換効率を得られることが確認された。
【００６１】
本発明によれば、ブルーレイディスク規格の波長帯である４０５ｎｍとＤＶＤ規格の波長帯である６６０ｎｍとの双方において、光ピックアップ装置に使用可能な高い変換効率を発揮する積層１／２波長板が実現される。図７は、使用波長λ＝４０５ｎｍ帯及び６６０ｎｍ帯について、設計波長に対する変換効率の変化を示している。同図から、設計波長設計波長λ０＝５００ｎｍとすると、４０５ｎｍ帯及び６６０ｎｍ帯の双方において、０．９７以上の高い変換効率を得られることが分かる。
【００６２】
次に、設計波長をλ０＝４０５，５００，５５０ｎｍとした場合に、光学軸調整量をａ＝０として積層１／２波長板１１の波長依存性即ち波長に対する変換効率の変化を検証した。その結果を図８に示す。同図から、設計波長λ０＝４０５ｎｍでは、６６０ｎｍ帯で変換効率の劣化が大きくなり過ぎ、設計波長λ０＝５５０ｎｍでは、４０５ｎｍ帯で変換効率の劣化が大きくなり過ぎるのに対し、設計波長λ０＝５００ｎｍでは、６６０ｎｍ帯で変換効率の劣化が比較的小さいことが分かる。
【００６３】
そこで、設計波長をλ０＝５００ｎｍとして、使用波長４０５ｎｍ及び６６０ｎｍについて光学軸調整量ａに対する変換効率をシミュレーションした。それらの結果を図９に示す。同図から、光学軸調整量ａを２．８°≦ａ≦３°に設定すると、４０５ｎｍ帯及び６６０ｎｍ帯の双方において積層１／２波長板の変換効率がほぼ１になることが分かる。従って、この積層１／２波長板は、ブルーレイディスク及びＤＶＤ双方の規格について光学ディスクの記録・再生を可能にする光ピックアップ装置に使用することができる。
【００６４】
また、本発明によれば、特に液晶プロジェクター等の投写型表示装置に適した、４００〜７００ｎｍの広帯域全体で使用可能な積層１／２波長板が実現される。この広帯域で良好な変換効率を得るのに最適な光学軸調整量ａの範囲を決定するために、先ず、使用波長が４０５（±３０），６６０（±３０），７８５（±３０）ｎｍ帯域の場合に、設計波長λ０＝４００，５００，６００，７００，８００ｎｍについてそれぞれ積層１／２波長板の光学軸調整量ａに対する変換比率をシミュレーションした。４０５ｎｍ帯域のシミュレーション結果を図１０（Ａ）に、６６０ｎｍ帯域のシミュレーション結果を図１０（Ｂ）に、７８５ｎｍ帯域のシミュレーション結果を図１０（Ｃ）にそれぞれ示す。
【００６５】
図１０（Ａ）から、４０５ｎｍ帯域の場合、設計波長λ０＝７００，８００ｎｍでは、光学軸調整量ａを大きくしても変換比率が変化せず、変換効率が改善されないことが分かる。図１０（Ｂ）から、６６０ｎｍ帯域の場合、全ての設計波長について、光学軸調整量ａと共に変換比率が大きくなり、良好な変換効率を得られることが分かる。図１０（Ｃ）から、７８５ｎｍ帯域の場合、設計波長λ０＝８００ｎｍでは、変換比率が逆に減少し、変換効率が改善されないことが分かる。しかしながら、図１０（Ａ）〜（Ｃ）を綜合すると、いずれの波長帯域の場合も、光学軸調整量ａが大きくなると変換比率が大きくなり、良好な変換効率を得られる設計波長が存在することが分かる。
【００６６】
そこで、図１０（Ａ）〜（Ｃ）から、各波長帯域（４０５，６６０，７８５ｎｍ）について設計波長λ０と光学軸調整量最大値ａｍａｘとの相関関係を抽出し、図１１に表した。図１１（Ａ）（Ｂ）において、各波長帯域のλ０とａｍａｘとの相関関係を表す特性曲線は同じものである。図１１（Ａ）は、４０５ｎｍ帯域の曲線及び６６０ｎｍ帯域の曲線の下側の陰影を付した領域が、これら両帯域について良好な変換効率が得られる光学軸調整量ａの範囲であることを示している。
【００６７】
図１１（Ｂ）は、４０５ｎｍ帯域の曲線及び７８５ｎｍ帯域の曲線の下側の陰影を付した領域が、良好な変換効率が得られる光学軸調整量ａの範囲を示している。同図から、光学軸調整量の最大値ａｍａｘは、λ０＝５２０ｎｍの場合に、０＜ａｍａｘ≦１０．０に設定すると好ましいことが分かる。
【００６８】
これらをまとめると、図１の積層１／２波長板において、従来技術即ち光学軸調整量ａ＝０の場合よりも良好な変換効率が得られる光学軸調整量の最大値ａｍａｘは、設計波長を４００≦λ０≦４９０ｎｍ、４９０≦λ０≦５２０ｎｍ、５２０≦λ０≦８００ｎｍの３つの場合に分けて設定することができる。設計波長４００≦λ０≦４９０ｎｍの範囲では、４０５ｎｍ帯域の曲線によって、設計波長４９０≦λ０≦５２０ｎｍの範囲では、６６０ｎｍ帯域の曲線によって、設計波長５２０≦λ０≦８００ｎｍの範囲では、７８５ｎｍ帯域の曲線によって、最大値ａｍａｘが決定される。
【００６９】
これら波長帯域の相関関係を示す各曲線を近似式で表すと、以下のようになる。即ち、設計波長４００≦λ０≦４９０ｎｍの場合、光学軸調整量最大値ａｍａｘは次の式
ａｍａｘ＝Ａ０＋Ａ１・ψ＋Ａ２・ψ２＋Ａ３・ψ３＋Ａ４・ψ４＋Ａ５・ψ５
Ａ０ ＝０．００００１５４８
Ａ１ ＝０．０４２７８８７
Ａ２ ＝−０．０００３８５
Ａ３ ＝１．７２３×１０−６
Ａ４ ＝−４．１９×１０−９
Ａ５ ＝４．０８６×１０−１２
を満足するように設定する。
【００７０】
設計波長４９０≦λ０≦５２０ｎｍの場合、光学軸調整量最大値ａｍａｘは次の式
ａｍａｘ＝Ａ０＋Ａ１・ψ＋Ａ２・ψ２＋Ａ３・ψ３＋Ａ４・ψ４＋Ａ５・ψ５＋Ａ６・ψ６＋Ａ７・ψ７
Ａ０ ＝０．００００６７０５
Ａ１ ＝１７．６９９２４８
Ａ２ ＝−０．１６９６３
Ａ３ ＝０．０００６７５４
Ａ４ ＝−１．４×１０−６
Ａ５ ＝１．６８×１０−９
Ａ６ ＝−１．１×１０−１２
Ａ７ ＝２．７２×１０−１６
を満足するように設定する。
【００７１】
設計波長５２０≦λ０≦８００ｎｍの場合、光学軸調整量最大値ａｍａｘは次の式
ａｍａｘ＝Ａ０＋Ａ１・ψ＋Ａ２・ψ２＋Ａ３・ψ３＋Ａ４・ψ４＋Ａ５・ψ５＋Ａ６・ψ６
Ａ０ ＝０．００００３０１４
Ａ１ ＝５．４６８１６１７
Ａ２ ＝−０．０３８５５７
Ａ３ ＝０．０００１０９４
Ａ４ ＝−１．５６×１０−７
Ａ５ ＝１．１０６×１０−１０
Ａ６ ＝−３．１３×１０−１４
を満足するように設定する。
【００７２】
これらの関係式を用いることによって、本発明の積層１／２波長板は、設計波長を決定し、かつそれに基づいて光学軸調整量の最大値ａｍａｘを簡単に決定することができる。これにより、４００〜８００ｎｍの波長帯全体に亘って変換効率の劣化を最小限に抑制し、良好な変換効率を得ることができる。
【００７３】
図１２は、本発明の積層１／２波長板を使用した光ピックアップ装置の実施例を示している。この光ピックアップ装置２０は、例えばブルーレイディスク等の光学ディスクの記録再生に使用するためのもので、例えば波長４０５ｎｍの青紫色光であるレーザー光を放射するレーザーダイオードからなる光源２１を有する。光ピックアップ装置２０は、光源２１からのレーザー光を回折する回折格子２２と、該回折格子を透過したレーザー光をＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離して透過又は反射する偏光ビームスプリッタ２３と、該偏光ビームスプリッタに反射されたレーザー光を平行光にするコリメートレンズ２４と、該コリメートレンズを透過したレーザー光を光ディスク２５に向けて反射するミラー２６と、該ミラーにより反射された直線偏光のレーザー光を円偏光に変換する１／４波長板２７と、該１／４波長板を透過したレーザー光を集光する対物レンズ２８と、光ディスク２５から反射したレーザー光を検出する光検出器２９とを備える。更に光ピックアップ装置２０は、光源２１から出射して偏光ビームスプリッタ２３を透過したレーザー光を検出するモニタ用光検出器３０を有する。
【００７４】
光ピックアップ装置２０の動作を以下に説明する。光源２１から出射した直線偏光のレーザー光は、３ビーム法によるトラッキング制御のために回折格子２２により３ビームに分離された後、Ｓ偏光成分が偏光ビームスプリッタ２３で反射され、コリメートレンズ２４により平行光となる。平行光のレーザー光はミラー２６で全反射され、１／４波長板２７により直線偏光から円偏光に変換され、対物レンズ２８で集光されて、光ディスク２５に形成した信号記録層のピットに照射される。該ピットで反射されたレーザー光は前記対物レンズを透過し、１／４波長板２７により円偏光から直線偏光に変換され、ミラー２６で全反射されてコリメートレンズ２４及び偏光ビームスプリッタ２３を透過し、光検出器２９に入射して検出される。これにより、前記光ディスクに記録されている信号の読み取り動作が行われる。また、光源２１から出射したレーザー光のＰ偏光成分は、偏光ビームスプリッタ２３を透過してモニタ用光検出器３０に入射して検出される。この検出出力によって、前記レーザーダイオードから出射するレーザー光の出力を制御する。
【００７５】
回折格子２２は、レーザー光を上述したように分離する回折格子部２２ａと、入射するレーザー光をＳ偏光の直線偏光に変換する１／２波長板２２ｂとから構成される。１／２波長板２２ｂには、本発明の積層１／２波長板を使用する。これによって、光ピックアップ装置２０の使用時に発振レーザーの温度ドリフトによりレーザー光の波長が変動しても、１／２波長板２２ｂの変換効率が劣化せず又はその劣化を最小限に抑制し、常に十分な光量を確保することができる。その結果、使用するレーザー光の短波長化及び高出力化に対応して、従来よりも広帯域の波長範囲で安定して良好な性能を発揮し得る光ピックアップ装置を実現できる。
【００７６】
本発明の積層１／２波長板は、光の利用効率が非常に高いことから、例えば液晶プロジェクターのように、液晶パネルを備えた投写型表示装置等に使用するのに適している。特に、特定の偏光方向の光束（ｓ偏光光またはｐ偏光光）を変調するタイプの液晶パネルを用いた投写型表示装置では、直線偏光をＰ偏光又はＳ偏光のいずれかに一方に統一して液晶パネルに入射させるように、光学系を設定するのが一般的である。そのために、投写型表示装置は、光源からのランダム偏光光をＰ偏光又はＳ偏光の光束に変換して光の利用効率を高める役目の偏光変換素子（ＰＳ変換素子）を搭載する。
【００７７】
図１３（Ａ）〜（Ｃ）は、液晶プロジェクター等の投写型表示装置に使用するのに適した、３つの異なる構成の偏光変換素子４０、４０’、４０”をそれぞれ示しており、そのいずれにも本発明の積層１／２波長板を使用することができる。これによって、各偏光変換素子４０、４０’、４０”は、従来よりも広帯域で変換効率の劣化を最小限に抑制できるので、光エネルギーをより効率良く利用することができる。
【００７８】
図１３（Ａ）の偏光変換素子４０は、第１の主面４１ａを光入斜面としかつ第２の主面４１ｂを光出射面とする平板状の透光性基材からなるプリズムアレイ４１を備える。前記透光性基材中には、前記第１及び第２の主面に対して傾斜させた偏光分離膜４２と反射膜４３とが、交互にかつ所定の間隔をおいて平行に配置されている。
【００７９】
偏光分離膜４２は、第１の主面４１ａからプリズムアレイ４１に入射したランダム光をＳ偏光成分とＰ偏光成分とに分離し、Ｐ偏光成分を透過させかつＳ偏光成分を反射する。偏光分離膜４２を透過したＰ偏光成分は、そのまま第２の主面４１ｂを介してプリズムアレイ４１から出射する。
【００８０】
前記偏光分離膜に反射されたＳ偏光成分は、反射膜４３により反射され、第２の主面４１ｂを介してプリズムアレイ４１から出射する。第２の主面４１ｂには、前記反射膜に反射されたＳ偏光成分が出射する部分に１／２波長板４４が配置されている。１／２波長板４４は、入射するＳ偏光の直線偏光をＰ偏光に変換して出射する。このように偏光変換素子４０は、入射した光がＰ偏光に揃えて出射され、Ｐ偏光光学系の投写型表示装置に搭載するのに適している。
【００８１】
図１３（Ｂ）は、Ｓ偏光光学系の投写型表示装置に搭載するのに適した偏光変換素子４０’の構成を示している。この偏光変換素子４０’は、１／２波長板４４が、偏光分離膜４２を透過したＰ偏光成分が出射する第２の主面４１ｂの部分に配置されている。これにより、偏光分離膜４２を透過したＰ偏光の直線偏光はＳ偏光に変換して出射される。他方、前記偏光分離膜に反射されたＳ偏光成分は、反射膜４３により反射されて、Ｓ偏光のままプリズムアレイ４１から出射する。従って、偏光変換素子４０’に入射した光は、Ｓ偏光に揃えて出射される。
【００８２】
図１３（Ｃ）は、１／２波長板４４をプリズムアレイ４１の前記透光性基材中に配置した構造の偏光変換素子４０”を示している。１／２波長板４４は偏光分離膜４２の出射面に積層され、反射膜４３とは所定の間隔をおいてかつ交互に平行に配置されている。
【００８３】
偏光分離膜４２は、第１の主面４１ａから入射したランダム光をＳ偏光成分とＰ偏光成分とに分離し、Ｐ偏光成分を透過させかつＳ偏光成分を反射する。偏光分離膜４２に反射されたＳ偏光成分は、反射膜４３により反射され、第２の主面４１ｂを介してプリズムアレイ４１から出射する。前記偏光分離膜を透過したＰ偏光成分は、直接１／２波長板４４に入射してＳ偏光に変換され、前記第２の主面を介してプリズムアレイ４１から出射する。このように、偏光変換素子４０''に入射した光はＳ偏光に揃えて出射される。
【００８４】
偏光変換素子４０”の１／２波長板４４に本発明の積層１／２波長板を用いる場合、それを構成する前記第１及び第２の波長板は、透過光の進行方向即ち第１及び第２の主面４１ａ，４１ｂに対して４５°の方向において、それらの位相差Γ1，Γ2が、
Γ1＝１８０°、
Γ2＝１８０°
を満足するように、それぞれ板厚を設定すればよい。
【００８５】
更に、前記第１及び第２の波長板の光学軸方位角は、それら光学軸の第１の主面４１ａへの投影角度θ1，θ2が、次の関係を満足するように設定すればよい。
θ1＝ψ／４＋ａ
θ2＝３ψ／４−ａ
２２．５°＜θ1＜４５．０°
４５．０°＜θ2＜６７．５°
このとき、前記第１及び第２の波長板における光学軸の面内方位角は、前記第１及び第２の主面への投影角度よりも小さくなる。
【００８６】
図１４は、本発明の積層１／２波長板を使用した投写型表示装置の実施例を概略的に示している。この投写型表示装置５０は、照明光学系５１、ダイクロイックミラー５２，５３、反射ミラー５４〜５６、λ／２位相差板５７〜６１、液晶ライトバルブ６２〜６４、クロスダイクロイックプリズム６５、及び投写レンズ系６６を備える。照明光学系５０は、液晶ライトバルブ６２〜６４を照明するために光源、偏光変換素子６７、集光レンズ等を備える。偏光変換素子６７は、図１３（Ｂ）の偏光変換素子を用いることができ、前記光源からのランダム光をＳ偏光に変換して出射する。
【００８７】
照明光学系５１から出射されたＳ偏光の白色光は、赤色光成分がダイクロイックミラー５２を透過し、青色光成分と緑色光成分とが反射される。ダイクロイックミラー５２を透過した赤色光は反射ミラー５４で反射され、λ／２位相差板５７を通ってＰ偏光光に変換され、赤色光用の液晶ライトバルブ６２に入射する。ダイクロイックミラー５２で反射された緑色光は更にダイクロイックミラー５３により反射され、λ／２位相差板５８を通ってＰ偏光光に変換され、緑色光用の液晶ライトバルブ６３に入射する。ダイクロイックミラー５２で反射された青色光は、ダイクロイックミラー５３を透過して反射ミラー５５，５６に反射され、λ／２位相差板５９を通ってＰ偏光光に変換され、青色光用の液晶ライトバルブ６４に入射する。
【００８８】
液晶ライトバルブ６２〜６４は、それぞれ与えられた画像情報（画像信号）に従って各色の色光を変調して画像を形成する光変調手段である。クロスダイクロイックプリズム６５は、液晶ライトバルブ６２，６４から出射されたＳ偏光の赤色光及び青色光、液晶ライトバルブ６３から出射された後にＰ偏光に変換された緑色光の色光を合成してカラー画像を形成する色合成手段である。この合成光は、λ／２位相差板６１を通して投写レンズ系６６に出射される。投写レンズ系６６は、この合成光を投写スクリーン上に投写してカラー画像を表示する投写光学系である。
【００８９】
λ／２位相差板６１は、Ｓ偏光光（赤色光及び青色光）とＰ偏光光（緑色光）の偏光方向をそれぞれ約４５°変更するように、その光学軸の方向を決定すると、３色の光のＳ偏光光成分とＰ偏光光成分とが約１／２ずつになるので、偏光スクリーン上にカラー映像をきれいに投写することができる。また、λ／２位相差板６１に代えてλ／４位相差板を用いることができる。この場合には、赤、緑、青の３色の光をそれぞれ楕円偏光、好ましくは円偏光に変換することによって、投写スクリーンに偏光スクリーンを用いた場合にも、カラー映像をきれいに投写することができる。
【００９０】
λ／２位相差板５７〜６１には、本発明の積層１／２波長板を使用することができる。これによって、投写型表示装置５０は、各λ／２位相差板において従来よりも広帯域の波長範囲で変換効率の劣化を最小限に抑制できるので、光の利用効率をより高めることができる。その結果、同じ出力の光源でより明るいカラー映像を得ることができ、又は光源を低出力なものにしても同程度に明るいカラー映像が得られるので、消費電力を低減することができる。
【００９１】
本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、その技術的範囲内で様々な変形又は変更を加えて実施することができる。例えば、第１及び第２の波長板は、水晶板以外の光学的一軸性結晶材料により形成することができる。また、上記実施例とは異なる構成の光ピックアップ装置、偏光変換素子、投写型表示装置についても、または他の光学装置についても、本発明を同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００９２】
１，１１…積層１／２波長板、２，１２…第１の波長板、３，１３…第２の波長板、４，５，１４，１５…結晶光学軸、６，７，１６，１７…直線偏光、２０…光ピックアップ装置、２１，４１…光源、２２…回折格子、２２ａ…回折格子部、２２ｂ…１／２波長板、２３…偏光ビームスプリッタ、２４…コリメートレンズ、２５…光ディスク、２６…ミラー、２７，４４…１／４波長板、２８…対物レンズ、２９…光検出器、３０…モニタ用光検出器、４０，４０’，６７…偏光変換素子、４１…プリズムアレイ、４１ａ…第１の主面、４１ｂ…第２の主面、４２…偏光分離膜、４３…反射膜、５０…投写型表示装置、５１…照明光学系、５２，５３…ダイクロイックミラー、５４〜５６…反射ミラー、５７〜６１…λ／２位相差板、６２〜６４…液晶ライトバルブ、６５…クロスダイクロイックプリズム、６６…投写レンズ系。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
設計波長λ０に対して位相差Γ１＝１８０°の第１の波長板と位相差Γ２＝１８０°の第２の波長板とからなり、かつこれら第１及び第２の波長板をそれらの光学軸が互いに交差するように配置して積層し、入射する直線偏光の偏光面を所定の角度ψ回転させた直線偏光に変換して出射する積層波長板であって、
前記入射する直線偏光の偏光面と前記第１及び第２の波長板の光学軸とがそれぞれなす面内方位角をθ１，θ２とし、光学軸調整量をａとしたとき、
θ１＝ψ／４＋ａ、
θ２＝３ψ／４−ａ
を満足することを特徴とする積層波長板。
【請求項２】
設計波長λ０に対して位相差Γ１＝１８０°の第１の波長板と位相差Γ２＝１８０°の第２の波長板とからなり、かつこれら第１及び第２の波長板をそれらの光学軸が互いに交差するように配置して積層した積層波長板であって、
第１及び第２の波長板の光学軸の面内方位角をθ１，θ２、前記積層波長板に入射する直線偏光の偏光方向と出射する直線偏光の偏光方向とがなす角度をψ、光学軸調整量をａとしたとき、
θ２＝θ１＋ψ／２、
θ１＝ψ／４＋ａ、
θ２＝３ψ／４−ａ、
０＜ａ＜ａｍａｘであり、
光学軸調整量最大値ａｍａｘが、設計波長４００≦λ０≦４９０の場合に次の式
ａｍａｘ＝Ａ０＋Ａ１・ψ＋Ａ２・ψ２＋Ａ３・ψ３＋Ａ４・ψ４＋Ａ５・ψ５
Ａ０ ＝０．００００１５４８
Ａ１ ＝０．０４２７８８７
Ａ２ ＝−０．０００３８５
Ａ３ ＝１．７２３×１０−６
Ａ４ ＝−４．１９×１０−９
Ａ５ ＝４．０８６×１０−１２
を満足し、
設計波長４９０≦λ０≦５２０の場合に次の式
ａｍａｘ＝Ａ０＋Ａ１・ψ＋Ａ２・ψ２＋Ａ３・ψ３＋Ａ４・ψ４＋Ａ５・ψ５＋Ａ６・ψ６＋Ａ７・ψ７
Ａ０ ＝０．００００６７０５
Ａ１ ＝１７．６９９２４８
Ａ２ ＝−０．１６９６３
Ａ３ ＝０．０００６７５４
Ａ４ ＝−１．４×１０−６
Ａ５ ＝１．６８×１０−９
Ａ６ ＝−１．１×１０−１２
Ａ７ ＝２．７２×１０−１６
を満足し、
設計波長５２０≦λ０≦８００の場合に次の式
ａｍａｘ＝Ａ０＋Ａ１・ψ＋Ａ２・ψ２＋Ａ３・ψ３＋Ａ４・ψ４＋Ａ５・ψ５＋Ａ６・ψ６
Ａ０ ＝０．００００３０１４
Ａ１ ＝５．４６８１６１７
Ａ２ ＝−０．０３８５５７
Ａ３ ＝０．０００１０９４
Ａ４ ＝−１．５６×１０−７
Ａ５ ＝１．１０６×１０−１０
Ａ６ ＝−３．１３×１０−１４
を満足することを特徴とする積層波長板。
【請求項３】
前記設計波長をλ０＝５００ｎｍとし、かつ前記光学軸調整量を２．８°≦ａ≦３°に設定したことを特徴とする請求項２記載の積層波長板。
【請求項４】
前記設計波長をλ０＝５１０ｎｍとし、かつ前記光学軸調整量を０°＜ａ≦２．２°に設定したことを特徴とする請求項２記載の積層波長板。
【請求項５】
前記第１及び第２の波長板が水晶板からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の積層波長板。
【請求項６】
設計波長λ０に対して位相差Γ１＝１８０°の第１の波長板と位相差Γ２＝１８０°の第２の波長板とからなり、かつこれら第１及び第２の波長板をそれらの光学軸が互いに交差するように配置して積層し、入射する直線偏光の偏光面を所定の角度９０°回転させた直線偏光に変換して出射する積層波長板であって、
前記入射する直線偏光の偏光面と前記第１及び第２の波長板の光学軸とがそれぞれなす面内方位角をθ１，θ２としたとき、
２２．５°＜θ１＜４５．０°、
４５．０°＜θ２＜６７．５°
を満足することを特徴とする積層波長板。
【請求項７】
光源と、前記光源から出射される光を記録媒体上に集光する対物レンズと、前記記録媒体により反射された光を検出する検出器と、前記光源と前記対物レンズ間の光路中に配置した請求項１乃至６のいずれか記載の積層波長板とを備えることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項８】
第１の主面を光入斜面としかつ第２の主面を光出射面とする平板状の透光性基材と、前記基材中に設けられた第１及び第２の光学薄膜と、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、前記第１の直線偏光を透過させて前記第２の主面から出射させ、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の主面の部分又は前記第２の光学薄膜により反射された前記第２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請求項１乃至６のいずれか記載の積層波長板であることを特徴とする偏光変換素子。
【請求項９】
第１の主面を光入斜面としかつ第２の主面を光出射面とする平板状の透光性基材と、前記基材中に設けられた第１及び第２の光学薄膜と波長板とを備え、
前記第１及び第２の光学薄膜が、前記第１及び第２の主面に対して傾斜させて、交互にかつ互いに間隔をおいて平行に配置され、
前記第１の光学薄膜が、前記第１の主面側から入射した光を互いに直交する第１の直線偏光と第２の直線偏光とに分離して、前記第１の直線偏光を透過させかつ第２の直線偏光を反射し、
前記第２の光学薄膜が、前記第１の光学薄膜により反射された第２の直線偏光を反射して前記第２の主面から出射させ、
前記波長板が、前記第１の光学薄膜の前記第１の直線偏光の出射面に積層して配置された請求項１乃至６のいずれか記載の積層波長板であることを特徴とする偏光変換素子。
【請求項１０】
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８又は９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１１】
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１０記載の投写型表示装置。
【請求項１】
設計波長λ０に対して位相差Γ１＝１８０°の第１の波長板と位相差Γ２＝１８０°の第２の波長板とからなり、かつこれら第１及び第２の波長板をそれらの光学軸が互いに交差するように配置して積層し、入射する直線偏光の偏光面を所定の角度ψ回転させた直線偏光に変換して出射する積層波長板であって、
前記入射する直線偏光の偏光面と前記第１及び第２の波長板の光学軸とがそれぞれなす面内方位角をθ１，θ２とし、光学軸調整量をａとしたとき、
θ１＝ψ／４＋ａ、
θ２＝３ψ／４−ａ
を満足することを特徴とする積層波長板。
【請求項２】
設計波長λ０に対して位相差Γ１＝１８０°の第１の波長板と位相差Γ２＝１８０°の第２の波長板とからなり、かつこれら第１及び第２の波長板をそれらの光学軸が互いに交差するように配置して積層した積層波長板であって、
第１及び第２の波長板の光学軸の面内方位角をθ１，θ２、前記積層波長板に入射する直線偏光の偏光方向と出射する直線偏光の偏光方向とがなす角度をψ、光学軸調整量をａとしたとき、
θ２＝θ１＋ψ／２、
θ１＝ψ／４＋ａ、
θ２＝３ψ／４−ａ、
０＜ａ＜ａｍａｘであり、
光学軸調整量最大値ａｍａｘが、設計波長４００≦λ０≦４９０の場合に次の式
ａｍａｘ＝Ａ０＋Ａ１・ψ＋Ａ２・ψ２＋Ａ３・ψ３＋Ａ４・ψ４＋Ａ５・ψ５
Ａ０ ＝０．００００１５４８
Ａ１ ＝０．０４２７８８７
Ａ２ ＝−０．０００３８５
Ａ３ ＝１．７２３×１０−６
Ａ４ ＝−４．１９×１０−９
Ａ５ ＝４．０８６×１０−１２
を満足し、
設計波長４９０≦λ０≦５２０の場合に次の式
ａｍａｘ＝Ａ０＋Ａ１・ψ＋Ａ２・ψ２＋Ａ３・ψ３＋Ａ４・ψ４＋Ａ５・ψ５＋Ａ６・ψ６＋Ａ７・ψ７
Ａ０ ＝０．００００６７０５
Ａ１ ＝１７．６９９２４８
Ａ２ ＝−０．１６９６３
Ａ３ ＝０．０００６７５４
Ａ４ ＝−１．４×１０−６
Ａ５ ＝１．６８×１０−９
Ａ６ ＝−１．１×１０−１２
Ａ７ ＝２．７２×１０−１６
を満足し、
設計波長５２０≦λ０≦８００の場合に次の式
ａｍａｘ＝Ａ０＋Ａ１・ψ＋Ａ２・ψ２＋Ａ３・ψ３＋Ａ４・ψ４＋Ａ５・ψ５＋Ａ６・ψ６
Ａ０ ＝０．００００３０１４
Ａ１ ＝５．４６８１６１７
Ａ２ ＝−０．０３８５５７
Ａ３ ＝０．０００１０９４
Ａ４ ＝−１．５６×１０−７
Ａ５ ＝１．１０６×１０−１０
Ａ６ ＝−３．１３×１０−１４
を満足することを特徴とする積層波長板。
【請求項３】
前記設計波長をλ０＝５００ｎｍとし、かつ前記光学軸調整量を２．８°≦ａ≦３°に設定したことを特徴とする請求項２記載の積層波長板。
【請求項４】
前記設計波長をλ０＝５１０ｎｍとし、かつ前記光学軸調整量を０°＜ａ≦２．２°に設定したことを特徴とする請求項２記載の積層波長板。
【請求項５】
前記第１及び第２の波長板が水晶板からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の積層波長板。
【請求項６】
設計波長λ０に対して位相差Γ１＝１８０°の第１の波長板と位相差Γ２＝１８０°の第２の波長板とからなり、かつこれら第１及び第２の波長板をそれらの光学軸が互いに交差するように配置して積層し、入射する直線偏光の偏光面を所定の角度９０°回転させた直線偏光に変換して出射する積層波長板であって、
前記入射する直線偏光の偏光面と前記第１及び第２の波長板の光学軸とがそれぞれなす面内方位角をθ１，θ２としたとき、
２２．５°＜θ１＜４５．０°、
４５．０°＜θ２＜６７．５°
を満足することを特徴とする積層波長板。
【請求項７】
光源と、前記光源から出射される光を記録媒体上に集光する対物レンズと、前記記録媒体により反射された光を検出する検出器と、前記光源と前記対物レンズ間の光路中に配置した請求項１乃至６のいずれか記載の積層波長板とを備えることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項８】
第１の主面を光入斜面としかつ第２の主面を光出射面とする平板状の透光性基材と、前記基材中に設けられた第１及び第２の光学薄膜と、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、前記第１の直線偏光を透過させて前記第２の主面から出射させ、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の主面の部分又は前記第２の光学薄膜により反射された前記第２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請求項１乃至６のいずれか記載の積層波長板であることを特徴とする偏光変換素子。
【請求項９】
第１の主面を光入斜面としかつ第２の主面を光出射面とする平板状の透光性基材と、前記基材中に設けられた第１及び第２の光学薄膜と波長板とを備え、
前記第１及び第２の光学薄膜が、前記第１及び第２の主面に対して傾斜させて、交互にかつ互いに間隔をおいて平行に配置され、
前記第１の光学薄膜が、前記第１の主面側から入射した光を互いに直交する第１の直線偏光と第２の直線偏光とに分離して、前記第１の直線偏光を透過させかつ第２の直線偏光を反射し、
前記第２の光学薄膜が、前記第１の光学薄膜により反射された第２の直線偏光を反射して前記第２の主面から出射させ、
前記波長板が、前記第１の光学薄膜の前記第１の直線偏光の出射面に積層して配置された請求項１乃至６のいずれか記載の積層波長板であることを特徴とする偏光変換素子。
【請求項１０】
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８又は９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１１】
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１０記載の投写型表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１０−２３１１３６（Ｐ２０１０−２３１１３６Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８１２３１（Ｐ２００９−８１２３１）
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]