CN101852882B - 叠层波长板、光拾取装置、偏振光变换元件及投影型显示装置 - Google Patents

Abstract

叠层波长板、光拾取装置、偏振光变换元件及投影型显示装置。其课题在于，在以第1及第2波长板的光轴相互交叉的方式使该第1及第2波长板重合而成的叠层波长板中，在400～800nm这一宽波段的整个波长范围内将变换效率的劣化抑制为最小，实现1或接近于1的良好的变换效率。在设第1及第2波长板(12、13)相对于设计波长λ_O的相位差为Γ₁＝Γ₂＝180°、光轴的面内方位角为θ₁、θ₂，入射到叠层1/2波长板(11)的线偏振光的偏振方向与射出的线偏振光的偏振方向所成的角度为ψ、光轴调节量为a时，θ₁＝ψ/4+a、θ₂＝3ψ/4-a、0＜a＜a_max，光轴调节量最大值a_max根据设计波长λ_O而满足规定的多项式。

Description

叠层波长板、光拾取装置、偏振光变换元件及投影型显示装置

技术领域

本发明特别涉及重叠配置由石英等具有多折射性的无机晶体材料构成的两个波长板的叠层构造的波长板，进一步涉及使用了这种叠层波长板的光拾取装置、偏振光变换元件及投影型显示装置。 

背景技术

一直以来，在用于光盘装置的记录再现的光拾取装置、偏振光变换元件、液晶投影仪等投影型显示装置这样的光学装置中，广泛使用1/2波长板，该1/2波长板将入射光的线偏振光形成为使其偏振面旋转了规定角度(例如90°)后的线偏振光的射出光而射出。对于单板波长板而言，其相位差由板厚决定，因此，仅针对规定波长才能发挥1/2波长板的功能。为了在很宽的波段中均能发挥1/2波长板的功能，开发出以光轴彼此交叉的方式贴合两片以上的单板波长板而成的叠层波长板(例如参照专利文献1)。 

最近，在用于光盘装置的记录再现的光拾取装置中，为了实现记录的高密度化和大容量化，采用波长非常短且高输出的蓝紫色激光。另外，对于液晶投影仪而言，随着光学引擎的长寿命化，作为构成光学引擎的光学部件之一的1/2波长板，也要求实现耐久性及长期可靠性。 

但是，专利文献1所述的1/2波长板具有这样的结构：该结构是通过对聚碳酸酯等高分子膜实施延展处理、并层叠多层产生1/2波长的相位差的延展膜而形成的。因此，1/2波长板的高分子膜会吸收蓝紫色激光而发热，可能导致材质自身劣化，从而损害作为波长板所发挥的功能。与此相对，石英或方解石等无机晶体材料的耐光性极高，因此，由石英等构成的波长板特别有利于使用蓝紫色激光这样的光学系统。 

另外，对于光盘记录再现装置而言，要求具有能够针对蓝光盘、DVD、 CD等多种不同标准进行记录/再现的功能。一般情况下，蓝光盘的使用波长为405nm，DVD为660nm，CD为785nm。因此，希望光拾取装置的1/2波长板能在所有这些波段中或某两个波段中发挥作用。另一方面，要求液晶投影仪的偏振光变换元件所使用的1/2波长板能在400～700nm的宽波段内保持180°的相位差。 

一般情况下，1/2波长板具有相位差随波长变化而变化的波长依赖性，因此，在目标波长前后的波段中，相位差增大或减小。因此，提出了如下的叠层波长板：该叠层波长板以使光轴方位角为θ1的第一波长板与光轴方位角为θ2的第二波长板的光轴彼此交叉的方式将该第一波长板与第二波长板贴合，且满足θ2＝θ1+45°、0＜θ1＜45°的关系，通过这种结构，该叠层波长板整体上可在400～700nm的宽波段内作为1/2波长板发挥功能(例如参照专利文献2)。 

另外，当来自光源的光发散地入射时，1/2波长板将产生入射角依赖性的问题，即，在波长板中心附近以外的区域中，相位差发生变动。因此，1/2波长板的偏振光变换效率降低，即，将入射的P偏振(或S偏振)的线偏振光变换为S偏振(或P偏振)的线偏振光而射出的比例降低，从而可能发生出射光量的损失。因此，提出了如下结构的高阶模式叠层波长板：该叠层波长板以使相位差分别为180°+360°×n(其中，n为正整数)的第1及第2波长板的光轴彼此交叉的方式将该第1及第2波长板贴合在一起，将各波长板的面内方位角设为θ1、θ2，将入射到叠层波长板的线偏振光的偏振方向与射出的线偏振光的偏振方向所成的角度设为θ，满足θ2＝θ1+θ/2(例如参照专利文献3)。该叠层波长板通过进一步设n＝5、θ1＝22.5°、θ2＝67.5°，由此能够在三个波段即405nm波段、660nm波段、785nm波段中，分别将针对波长变化的变换效率控制为1左右，从而能够抑制出射光量的损失。 

同样，为了提高偏振光变换效率，提出了如下的叠层相位差板：该叠层相位差板将相位差Γ_a＝180°的第1相位差板与相位差Γ_b＝180°的第2相位差板贴合，第1及第2相位差板的光轴方位角θ_a、θ_b满足θ_b＝θ_a+α、0＜θ_a＜45°、40°＜α＜50°，且相对于相位差Γ_a的设计目标值的偏差量ΔΓ_a 与相对于相位差Γ_b的设计目标值的偏差量ΔΓ_b之间满足规定关系式，该叠层相位差板通过这种结构而作为1/2波长板发挥作用(例如参照专利文献4)。该叠层相位差板通过上述规定的关系式，用相位差Γ_b相对于设计目标值的偏差量ΔΓ_b来抵消相位差Γ_a相对于设计目标值的偏差量ΔΓ_a，由此能够得到高的偏振光变换效率。 

【专利文献1】日本特开平11-149015号公报 

【专利文献2】日本特开2004-170853号公报 

【专利文献3】日本特开2007-304572号公报 

【专利文献4】日本特开2008-268901号公报 

图15(A)、(B)示出了上述现有的叠层1/2波长板的典型例。该叠层1/2波长板1具有从光的入射方向Li朝出射方向Lo配置的、由石英板等光学单轴晶体材料构成的第1及第2波长板2、3。第1及第2波长板2、3都是相位差Γ₁＝180°、相位差Γ₂＝180°的单模1/2波长板，且该第1及第2波长板2、3以它们的晶体光轴4、5彼此交叉规定的角度的方式相贴合。这里，第1波长板2的光轴方位角θ₁是晶体光轴4与入射到叠层1/4波长板1的光的线偏振光6的偏振面所成的角度，第2波长板3的光轴方位角θ₂是晶体光轴5与上述线偏振光的偏振面所成的角度。 

对于图15中的叠层1/2波长板1，第1及第2波长板2、3的光轴方位角为θ₁＝22.5°、θ₂＝67.5°，入射的线偏振光6的偏振方向与射出的线偏振光7的偏振方向所成的角度为90°。使用图16(A)～(C)的庞加莱(poincare)球来说明此时的偏振光状态。图16(A)是用于说明入射到叠层1/2波长板1的线偏振光在庞加莱球上的轨道推移的图。将线偏振光4在赤道上的入射位置设定为与S1轴之间的交点P₀。图16(B)是在图16(A)的庞加莱球上从S2轴方向观察入射到叠层1/2波长板1的偏振光状态的轨跡的图，即，是向S1S3平面的投影图。图16(C)是在图16(A)所示的庞加莱球上从S3轴方向观察入射到叠层1/2波长板1的偏振光状态的轨跡的图，即，是向S1S2平面的投影图。 

将入射光的基准点设为P₀＝(1，0，0)，将第1波长板2的旋转轴R₁设定在从S1轴旋转了2θ₁的位置处，将第2波长板3的旋转轴R₂设定 在从S1轴旋转了2θ₂的位置处。当以旋转轴R₁为中心，使基准点P₀向右旋转了相位差Γ₁时，庞加莱球的赤道上的点P₁＝(0，1，0)为上述第1波长板的出射光的位置。接着，当以旋转轴R₂为中心，使点P₁向右旋转了相位差Γ₂时，庞加莱球的赤道上的点P₂＝(-1，0，0)为上述第2波长板的出射光的位置，即叠层1/2波长板1的出射光的位置。只要入射光L_O的波长不从目标值变化，出射光的位置就始终位于庞加莱球的赤道上。 

但是，搭载在蓝光标准的光盘记录再现装置上的光拾取装置使用了短波长(405nm)的蓝紫色激光。对于蓝紫色激光，在使用时，当发出高热量而膨胀时，将产生振荡激光的波长发生漂移(变化)的问题。因此，光拾取装置中使用的1/2波长板会因入射激光的波长漂移而产生线偏振光的变换效率劣化的问题。 

另外，对于能够对蓝光盘和DVD这两者进行记录/再现的光盘记录再现装置，有时，即使在使用波长405nm以及660nm的某一波段中，也会产生激光的波长漂移。因此，对于这种光盘记录再现装置中使用的1/2波长板，需要在这两个波段中，抑制基于波长变动的变换效率劣化。 

专利文献2公开了在波长变化时消除或降低其影响的方法。根据此方法，当设基于波长变化的第1及第2波长板的相位差的偏差量为ΔΓ₁、ΔΓ₂时，可通过设定为ΔΓ₁＝ΔΓ₂来抵消相位差的偏差，因此，出射光在庞加莱球上的位置P2始终位于赤道上。 

利用图16的庞加莱球来对此进行说明。第1波长板2的出射光位置为以旋转轴R₁为中心、从点P₁向右旋转了偏差量量ΔΓ₁后的点P₁′。第2波长板3的出射光位置为以旋转轴R₂为中心、使点P₁′向右旋转了相位差Γ₂+ΔΓ₂后的庞加莱球的赤道上的点P₂′。该点P₂′是叠层1/2波长板1的出射光的位置。由该图可知，点P₂′在赤道上偏离了点P₂，因此，出射光的偏振面的旋转偏离于90°。根据专利文献2，ΔΓ₁和ΔΓ₂越小，该出射光偏振面的旋转偏差的影响越小，因此，希望将第1及第2波长板2、3形成为单模波长板以尽量减小其波长依赖性。 

专利文献4示出了这样的状况：当第1相位差板的厚度的加工精度 偏离了设计值时，同样会产生在庞加莱球上第1相位差板的出射光位置发生偏移的问题。为了解决该问题，在该文献中公开了通过对第2相位差板的厚度进行加工来抵消第1相位差板的出射光位置的偏差的方法。另一方面，对于专利文献3所述的叠层1/2波长板，因为第1及第2波长板为高阶模式，所以当其阶次n过大时，将产生这样的问题：变换效率接近于1的波段宽度变窄，很难作为叠层1/2波长板来使用。 

这里，如该文献所述，变换效率是用于准确判定由两个波长板贴合而成的叠层1/2波长板的出射光的偏振状态的评价值，是按照规定的计算方法计算出射光相对于入射光的光量而得到的。下面进行简单的说明。 

在叠层1/2波长板1中，如果用R₁表示第1波长板2的米勒矩阵、用R₂表示第2波长板3的米勒矩阵、用矢量I表示入射光的偏振状态、用矢量E表示出射光的偏振状态，则透射过叠层1/2波长板1后的偏振光状态可用下式来表示。 

E＝R₂·R₁·I  ...(1) 

这里，R₁、R₂分别用下式来表示。 

$R_1=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1-(1-\cos {\mathrm{\Γ}}_1){\sin }^{2}2{\mathrm{\θ}}_1& (1-\cos {\mathrm{\Γ}}_1)\sin 2{\mathrm{\θ}}_1\cos 2{\mathrm{\θ}}_1& -\sin {\mathrm{\Γ}}_1\sin 2{\mathrm{\θ}}_1\\ 0& (1-\cos {\mathrm{\Γ}}_1)\sin 2{\mathrm{\θ}}_1\cos 2{\mathrm{\θ}}_1& 1-(1-\cos {\mathrm{\Γ}}_1){\sin }^{2}2{\mathrm{\θ}}_1)& \sin {\mathrm{\Γ}}_1\cos 2{\mathrm{\θ}}_1\\ 0& \sin {\mathrm{\Γ}}_1\sin 2{\mathrm{\θ}}_1& -\sin {\mathrm{\Γ}}_1\cos 2{\mathrm{\θ}}_1& \cos {\mathrm{\Γ}}_1\end{array}\right]...\left(2\right)$

$R_2=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1-(1-\cos {\mathrm{\Γ}}_2){\sin }^{2}2{\mathrm{\θ}}_2& (1-\cos {\mathrm{\Γ}}_2)\sin 2{\mathrm{\θ}}_2\cos 2{\mathrm{\θ}}_2& -\sin {\mathrm{\Γ}}_2\sin 2{\mathrm{\θ}}_2\\ 0& (1-\cos {\mathrm{\Γ}}_2)\sin 2{\mathrm{\θ}}_2\cos 2{\mathrm{\θ}}_2& 1-(1-\cos {\mathrm{\Γ}}_2){\sin }^{2}2{\mathrm{\θ}}_2)& \sin {\mathrm{\Γ}}_2\cos 2{\mathrm{\θ}}_2\\ 0& \sin {\mathrm{\Γ}}_2\sin 2{\mathrm{\θ}}_2& -\sin {\mathrm{\Γ}}_2\cos 2{\mathrm{\θ}}_2& \cos {\mathrm{\Γ}}_2\end{array}\right]...\left(3\right)$

对第1及第2波长板2、3的高阶模式阶次n、相位差Γ₁、Γ₂、光轴方位角度θ₁、θ₂进行设定，根据式(2)、(3)来求取米勒矩阵R₁、R₂，设定入射光的偏振状态I，此时，通过式(1)来计算出射光的偏振状态E。出射光的偏振光状态E被称为斯托克斯矢量，且由下式表示。 

$E=\left[\begin{array}{c}{S}_{01}\\ S_{11}\\ S_{21}\\ S_{31}\end{array}\right]...\left(4\right)$

这里，E的矩阵要素S₀₁、S₁₁、S₂₁、S₃₁被称为斯托克斯参数， 表示偏振状态。接着，如果将偏振器的矩阵P的透射轴设定为规定角度，并将表示上述出射光的偏振状态E的矩阵E与偏振器的矩阵P之积设为T，则T由下式来表示。 

T＝P·E  ...(5) 

该矩阵T表示变换效率，当用作为其要素的斯托克斯参数来表示时，如下式所示。 

$T=\left[\begin{array}{c}{S}_{02}\\ S_{12}\\ S_{22}\\ S_{32}\end{array}\right]...\left(6\right)$

这里，矢量T的斯托克斯参数S₀₂表示光量，而在将入射光量设定为1时，斯托克斯参数S₀₂为变换效率。因此，可以通过使第1及第2波长板2、3的高阶模式阶次n、规定波长(例如波长405nm)下的相位差Γ₁、Γ₂以及光轴方位角θ₁、θ₂进行各种变化，来对叠层1/2波长板1的变换效率T进行仿真。 

图17示出了在设图15中的叠层1/2波长板1的设计波长λ₀为400、500、600、700、800nm的情况下，利用该计算方法分别对变换效率T相对于入射光波长的变化进行仿真得到的结果。由该图可知，对于任意的设计波长，变换效率均是以设计波长附近为中心表现出1左右的高值，而随着与设计波长的距离变远，变换效率劣化。在将该叠层1/2波长板用于光拾取装置的情况下，入射的线偏振光的变换效率可能因激光的波长漂移而劣化。 

图18示出了在设图15的叠层1/2波长板1的使用波段为405±30、660±30、785±30nm的情况下，同样利用上述计算方法分别对变换效率T相对于波长板的设计波长的变化进行仿真得到的结果。由该图可知，对于在任意波段中使用的情况而言，变换效率均以目标波段附近为中心表现出1左右的高值，而随着设计波长与目标波段的距离变远，变换效率劣化。这表示，对于现有的叠层1/2波长板而言，很难在多个分离的波段内都使变换效率为1。 

发明内容

本发明正是鉴于上述现有问题而完成的，其目的在于，在以第1及第2波长板的光轴相互交叉的方式使该第1及第2波长板重合而成的叠层波长板中，在更宽波段的波长范围内将变换效率的劣化抑制为最小，而且在大致400～800nm这一宽波段的整个波长范围内实现良好的变换效率。 

另外，本发明的目的在于，通过使用该叠层波长板，而提供不容易受到因波长漂移等引起的波长变动的影响，能够在比以往更大的波长范围内稳定地发挥良好的性能的光拾取装置、偏振光变换元件、投影型显示装置等光学装置。 

本发明人着眼于波长变动与变换效率之间的关系而进行了各种研究，从而想到，只要进行如下设定，即可在更宽波段的波长范围内抑制变换效率的劣化，所述设定是：减小第1与第2波长板的光轴方位角θ₁、θ₂之差，并在庞加莱球上使旋转轴R₁与旋转轴R₂相互接近。因此，在图15的叠层1/2波长板1中，针对设计波长λ₀为500nm、第1及第2波长板2、3的光轴方位角θ₁＝22.5°、θ₂＝67.5°的以往的情况以及在22.5°＜θ₁＜45.0°、45.0°＜θ₂＜67.5°的范围内变化的情况，使用上述计算方法对变换效率进行了仿真。这里，a是相对于光轴方位角θ₁、θ₂的22.5°、67.5°的调节量(角度：deg)。 

图19示出了该仿真结果。由该图可知，在以往的情况下(a＝0°)，变换效率在以设计波长为中心的较窄的范围内表现出1左右的高值，而随着与设计波长之间的距离变远，变换效率劣化。与此相对，当逐渐增大光轴方位角的调节量a时，变换效率在设计波长λ₀＝500nm附近逐渐劣化，但在其两侧，变换效率为1的波长位置被分成2处，且以逐渐分离的方式移动。从而发现，对于整体而言，能够在更宽的波长范围内得到良好的变换效率。本发明正是基于上述发现而完成的。 

本发明的叠层波长板的特征在于，其由相对于设计波长λ₀、相位差为Γ₁＝180°的第1波长板和相位差为Γ₂＝180°的第2波长板构成，并且，以使上述第1波长板与上述第2波长板的光轴彼此交叉的方式层叠配置 这些第1及第2波长板，由此将入射的线偏振光变换成使其偏振面旋转了规定角度ψ的线偏振光而射出，在设入射的线偏振光的偏振面分别与上述第1及第2波长板的光轴所成的面内方位角为θ₁、θ₂、光轴调节量为a时，该叠层波长板满足：θ₁＝ψ/4+a，θ₂＝3ψ/4-a。 

这样，与以往相比，通过减小第1与第2波长板的光轴的面内方位角θ₁、θ₂之差，能够在更宽波段的整个波长范围内，将变换效率的劣化抑制为最小，能够得到1或接近1的良好的变换效率。因此，即使入射光的波长在宽波段内发生变动，也能够稳定地实现光利用效率非常高的叠层波长板。 

另外，本发明的叠层波长板的特征在于，其由相对于设计波长λ₀、相位差为Γ₁＝180°的第1波长板和相位差为Γ₂＝180°的第2波长板构成，并且，以使上述第1波长板与上述第2波长板的光轴彼此交叉的方式层叠配置这些第1及第2波长板，在设第1及第2波长板的光轴的面内方位角为θ₁、θ₂、入射到叠层波长板的线偏振光的偏振方向与射出的线偏振光的偏振方向所成的角度为ψ、光轴调节量为a时， 

θ₂＝θ₁+ψ/2、 

θ₁＝ψ/4+a、 

θ₂＝3ψ/4-a、 

0＜a＜a_max， 

在设计波长为400≤λ₀≤490nm的情况下，光轴调节量最大值a_max满足下式： 

a_max＝A₀+A₁·ψ+A₂·ψ²+A₃·ψ³+A₄·ψ⁴+A₅·ψ⁵，其中， 

A₀＝0.00001548 

A₁＝0.0427887 

A₂＝-0.000385 

A₃＝1.723×10^-6

A₄＝-4.19×10^-9

A₅＝4.086×10^-12， 

在设计波长为490≤λ₀≤520nm的情况下，光轴调节量最大值a_max 满足下式： 

a_max＝A₀+A₁·ψ+A₂·ψ²+A₃·ψ³+A₄·ψ⁴+A₅·ψ⁵+A₆·ψ⁶+A₇·ψ⁷，其中， 

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， 

在设计波长为520≤λ₀≤800nm的情况下，光轴调节量最大值a_max满足下式： 

a_max＝A₀+A₁·ψ+A₂·ψ²+A₃·ψ³+A₄·ψ⁴+A₅·ψ⁵+A₆·ψ⁶，其中， 

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。 

这样，与以往相比，通过减小第1与第2波长板的光轴的面内方位角θ₁、θ₂之差，能够在400～800nm这一更宽波段的整个波长范围内，将变换效率的劣化抑制为最小，能够得到1或接近1的良好的变换效率。因此，即使入射光的波长在该宽波段内发生变动，也能够稳定地实现光利用效率非常高的叠层波长板。 

在某实施例中，将叠层波长板的设计波长设定为λ₀＝500nm，且将光轴调节量设定为2.8°≤a≤3°。由此，对于在蓝光盘及DVD标准中使用的波段即405nm和660nm这双方，能够将叠层波长板的变换效率控制为1 左右。 

在另一实施例中，将叠层波长板的设计波长设定为λ₀＝510nm，且将光轴调节量设定为0°＜a≤2.2°。由此，能够在特别适合于液晶投影仪的400～700nm的整个波长范围内，得到1或接近1的高变换效率。 

另外，在另一实施例中，第1及第2波长板是石英板，因此能够得到非常高的耐光性，因此，在被用于使用了波长特别短且高输出的蓝紫色激光等的光学系统的情况下，也能够发挥高可靠性。 

另外，根据本发明，提供这样的叠层波长板，该叠层波长板由相对于设计波长λ₀、相位差为Γ₁＝180°的第1波长板和相位差为Γ₂＝180°的第2波长板构成，并且，以使上述第1波长板与上述第2波长板的光轴彼此交叉的方式层叠配置这些第1及第2波长板，由此，将入射的线偏振光变换成使其偏振面旋转了规定角度90°的线偏振光而射出，在设入射的线偏振光的偏振面分别与第1及第2波长板的光轴所成的面内方位角为θ₁、θ₂时，该叠层波长板满足：22.5°＜θ₁＜45.0°、45.0°＜θ₂＜67.5°。 

同样地，与以往相比，通过减小第1与第2波长板的光轴的面内方位角θ₁、θ₂之差，能够在更宽波段的整个波长范围内，将变换效率的劣化抑制为最小，能够得到1或接近1的良好的变换效率。因此，即使入射光的波长在宽波段内发生变动，也能够稳定地实现光利用效率非常高的叠层波长板。 

根据本发明的另一侧面，提供一种光拾取装置，该光拾取装置具有：光源；物镜，其将从该光源射出的光会聚到记录介质上；以及检测器，其检测由记录介质反射的光，将上述本发明的叠层波长板配置在光源与物镜之间的光路上。通过使用如上地在宽波段的波长范围内将变换效率的劣化抑制为最小的叠层波长板，实现了不容易受到因使用时振荡激光的温度漂移等引起的波长变动的影响，能够在比以往更宽的波长范围内稳定地发挥良好性能的光拾取装置。尤其是，能够得到可用于蓝光盘、DVD、CD等多种不同的光盘标准的光拾取装置。 

另外，根据本发明的另一侧面，提供一种偏振光变换元件，该偏振光变换元件具有：平板状的透光性基材，其将第1主面作为光入射面， 将第2主面作为光出射面；第1及第2光学薄膜，其设置在该基材中；以及波长板，其设置在基材的第2主面上，第1及第2光学薄膜相对于第1及第2主面倾斜地配置，且彼此隔开间隔平行地交替配置，第1光学薄膜将从第1主面侧入射的光分离成相互垂直的第1线偏振光和第2线偏振光，使第1线偏振光透过并反射第2线偏振光，第2光学薄膜对由第1光学薄膜反射后的第2线偏振光进行反射，使其从第2主面射出，波长板是上述本发明的叠层波长板，其被配置在第2主面的使透过第1光学薄膜的第1线偏振光射出的部分上，或被配置在第2主面的使由第2光学薄膜反射的第2线偏振光射出的部分上。 

此外，根据本发明，还提供一种偏振光变换元件，该偏振光变换元件具有：平板状的透光性基材，其将第1主面作为光入射面，将第2主面作为光出射面；第1及第2光学薄膜，其被设置在该基材中；以及波长板，第1及第2光学薄膜相对于第1及第2主面倾斜地配置，且彼此隔开间隔平行地交替配置，第1光学薄膜将从第1主面侧入射的光分离成相互垂直的第1线偏振光和第2线偏振光，使第1线偏振光透过而将第2线偏振光反射，第2光学薄膜对由第1光学薄膜反射后的第2线偏振光进行反射，使其从第2主面射出，波长板是上述本发明的叠层波长板，其被层叠地配置在第1光学薄膜的第1线偏振光的出射面上。 

这样，通过使用本发明的在宽波段的波长范围内将变换效率的劣化抑制为最小的叠层波长板，能够实现在比以往更宽的波段中使光利用效率非常高的偏振光变换元件。由此，能够得到例如可在400～700nm的宽波段内使用的、适合于液晶投影仪的偏振光变换元件。 

另外，根据本发明的另一侧面，提供一种投影型显示装置，该投影型显示装置具有：光源；上述本发明的偏振光变换元件，其将来自该光源的光变换为第2线偏振光而射出；调制单元，其根据要投影的图像信息，对来自偏振光变换元件的出射光进行调制，该调制单元例如是液晶面板；以及投影光学系统，其对该调制单元调制后的光进行投影。同样地，通过采用上述那样地在比以往更大的波长范围内将变换效率的劣化抑制为最小的叠层波长板，能够利用相同输出的光源得到更亮的影像，或者，即使采用低输出的光源也能够得到相同程度的明亮的影像，因此能够降低功耗。特别是，能够实现在400～700nm的整个宽波段中均实现了明亮的影像的液晶投影仪。 

附图说明

图1中，(A)图是从光的射出方向观察本发明的叠层1/2波长板的实施例的立体图，(B)图是同样从射出方向进行观察的正面图。 

图2中，(A)图是表示图1的叠层1/2波长板的偏振状态的庞加莱球，(B)图是从S2轴方向对其进行观察的图，(C)图是从S3轴方向进行观察的图。 

图3是针对不同的光轴调节量a，示出相对于叠层1/2波长板的波长的变换效率的线图。 

图4是示出相对于叠层1/2波长板的设计波长的变换效率的线图。 

图5是示出相对于叠层1/2波长板的光轴调节量a的变换比率的线图。 

图6是示出相对于叠层1/2波长板的波长的透射光量的线图。 

图7是针对使用波长为405、660nm的波段，示出相对于叠层1/2波长板的设计波长的变换效率的线图。 

图8是针对设计波长λ_O＝405、500、550，示出相对于叠层1/2波长板的波长的透射光量的线图。 

图9是针对使用波长为405、660nm的波段，示出相对于设计波长λ_O＝500的叠层1/2波长板的光轴调节量a的变换效率的线图。 

图10中，(A)～(C)图是在使用波长为405、660、785nm波段的情况下，针对彼此不同的设计波长，示出相对于叠层1/2波长板的光轴调节量a的变换比率的线图。 

图11中，(A)、(B)图是分别针对使用波长为405、660、785nm的波段，示出相对于叠层1/2波长板的设计波长的光轴调节量a的最大值a_max的线图，(A)图表示在405、660nm波段下得到良好的变换效率的光轴调节量a的范围，(B)图表示在405、785nm波段下得到良好的变换效率的 光轴调节量a的范围。 

图12是示出使用了本发明的叠层1/2波长板的光拾取装置的实施例的结构的概略图。 

图13中，(A)图、(B)图及(C)图是分别示出使用了本发明的叠层1/2波长板的偏振光变换元件的不同结构的概略图。 

图14是示出使用了本发明的叠层1/2波长板的投影型显示装置的实施例的结构的概略图。 

图15中，(A)图是从光的射出方向观察现有的叠层1/2波长板的实施例的立体图，(B)图是同样从射出方向进行观察的正面图。 

图16中，(A)图是示出图15中的叠层1/4波长板的偏振状态的庞加莱球，(B)图是从S2轴方向对其进观察行的图，(C)图是从S3轴方向进行观察的图。 

图17是针对图15中的叠层1/4波长板的5个不同设计波长，分别示出变换效率相对于波长的变化的线图。 

图18是针对图15中的叠层1/4波长板的3个不同波段的波段，分别示出平均透射率相对于设计波长的变化的线图。 

图18是针对图15中的叠层1/4波长板的3个不同波段的波段，分别示出平均透射率相对于设计波长的变化的线图。 

图19是与光轴调节量a变化时相比较而示出图15中的叠层1/4波长板的变换效率相对于波长的变化的线图。 

标号说明 

1，11...叠层1/2波长板；2，12...第1波长板；3，13...第2波长板；4，5，14，15...晶体光轴；6，7，16，17...线偏振光；20...光拾取装置；21，41...光源；22...衍射光栅；22a...衍射光栅部；22b...1/2波长板；23...偏振光分束器；24...准直透镜；25...光盘；26...反射镜；27，44...1/4波长板；28...物镜；29...光检测器；30...监视用光检测器；40，40’，67...偏振光变换元件；41...棱镜阵列；41a...第1主面；41b...第2主面；42...偏振光分离膜；43...反射膜；50...投影型显示装置；51...照明光学系统；52，53...分色镜；54～56...反射镜；57～61...λ/2相位差板；62～64...液晶光阀；65...交叉分色棱镜(cross dichroic prism)；66...投影透镜系统。 

具体实施方式

下面参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明。 

图1(A)、(B)示出了本发明的叠层1/2波长板的实施例。本实施例的叠层1/2波长板11具有从光的入射方向Li朝着出射方向Lo配置的、由石英板构成的第1及第2波长板12、13。这些第1及第2波长板以它们的晶体光轴14、15彼此交叉规定角度的方式贴合在一起。上述石英板优选采用波长的入射角依赖性特别良好的Y切板或X切板。 

第1波长板12的相位差设定为Γ₁＝180°，第2波长板13的相位差设定为Γ₂＝180°。第1波长板12的光轴方位角θ₁是晶体光轴14与入射到叠层1/2波长板11上的光的线偏振光16的偏振面所成的角度。第2波长板13的光轴方位角θ₂是晶体光轴15与上述入射光的线偏振光16的偏振面所成的角度。ψ是入射的线偏振光16的偏振方向与射出的线偏振光17的偏振方向所成的角度。 

在将光轴调节量设为a、将其最大值设为a_max时，光轴方位角θ₁、θ₂被设定为满足下式： 

θ₁＝ψ/4+a、 

θ₂＝3ψ/4-a、 

0＜a≤a_max。 

如后所述，光轴调节量最大值a_max是根据上述第1及第2波长板的设计波长来决定的。在本实施例中，为了便于与图15的现有例进行比较，设ψ＝90°。在此情况下，第1及第2波长板12、13的光轴方位角θ₁、θ₂为22.5°＜θ₁＜45.0°、45.0°＜θ₂＜67.5°。 

使用图2(A)～(C)的庞加莱球来说明叠层1/2波长板11的偏振状态。图2(A)是用于说明入射到叠层1/2波长板11的线偏振光在庞加莱球上的轨道推移的图。将线偏振光在赤道上的入射位置设定为S1轴上的点P₀。图2(B)是在图2(A)的庞加莱球上从S2轴方向观察入射到叠层1/2波长板11上的偏振光状态的轨跡的图，即，表示向S1S3平面的投影图。图2(C)是在图2(A)的庞加莱球上从S3轴方向观察入射到叠层1/2波长板11的偏振光状态的轨跡图，即，表示向S1S2平面的投影图。 

将入射光的基准点设为P₀＝(1，0，0)，将第1波长板12的旋转轴R₁₁设定为从S1轴旋转了2θ₁的位置处。在本实施例中，由于是如上所述地设定光轴方位角θ₁，因此，与图16中的θ₁＝22.5°时的旋转轴R₁相比，旋转轴R₁₁到达进一步旋转了角度2a后的位置。将第2波长板13的旋转轴R₂₂同样地设定为从S1轴旋转了2θ₂的位置处。通过如上所述地设定光轴方位角θ₂，与图16中的θ₂＝67.5°时的旋转轴R₂相比，旋转轴R₂₂来到后退了角度2a后的位置处。 

第1波长板12的出射光的位置是以旋转轴R₁₁为中心、使基准点P₀向右旋转了相位差Γ₁时在庞加莱球上描绘出的轨跡圆弧C1上的点。圆弧C1与包含S2轴和S3轴的S2-S3平面相交于2点。因此，在相位差Γ₁为上述设定值180°的情况下，从庞加莱球上的点(0，1，0)向与基准点P₀相反的方向略微偏移后的赤道上的点P₁₁为上述第1波长板的出射光的位置。 

第2波长板13的出射光的位置是以旋转轴R₂₂为中心、使点P₁₁向右旋转了相位差Γ₂后的庞加莱球上的点。在相位差Γ₂为上述设定值180°的情况下，从庞加莱球的点P₂(-1、0、0)向基准点P₀侧略微后退的赤道上的点P₂₁为上述第2波长板的出射光的位置，即叠层1/2波长板11的出射光的位置。其结果，出射光的偏振面的旋转偏离于所希望的角度ψ＝90°。 

为了使出射光的偏振面的旋转角度成为90°，需要使出射光在庞加莱球上的位置到达点P₂(-1，0，0)。在此情况下，第1波长板12的出射光的位置必须是以旋转轴R₂₂为中心、使点P₂向反方向即左方向旋转了相位差Γ₂后的庞加莱球上的点。此时，以旋转轴R₂₂为中心使点P₂旋转而在庞加莱球上描绘出的轨跡圆弧C2相对于S2-S3平面，与圆弧C1成对称关系，即，成镜像关系。 

圆弧C1与圆弧C2在S2-S3平面上具有两个交点P₁₂、P₁₃。由于第1波长板12与第2波长板13相等地设定了相位差Γ₁、Γ₂，因此，由入射光的波长偏差引起的相位差的偏差量ΔΓ₁、ΔΓ₂也相等。因此，在庞加莱球上，在第1波长板12的出射光的位置因相位差Γ₁的偏差而位 于圆弧C1与圆弧C2之间的一个交点P₁₂或P₁₃上的情况下，第2波长板13的出射光的位置到达点P₂(-1，0，0)。 

其结果，对于叠层1/2波长板11的出射光，在以目标波长λ为中心的其正负两侧，各存在1点使偏振面的旋转角度成为所希望的角度ψ＝90°的波长。在叠层1/2波长板11在目标波长λ下发挥出作为1/2波长板所要求的充分功能的情况下，与作为偏差最大值的相位差范围对应的波长范围被理解为以目标波长λ为中心的叠层1/2波长板11所能使用的波长范围，所述相位差的范围相对于设计相位差Γ₁、Γ₂，至少容许包含庞加莱球上的两点P₁₂、P₁₃处的相位差偏差量ΔΓ₁、ΔΓ₂。 

该能够发挥出作为1/2波长板所要求的功能的、所能使用的波长范围，由旋转轴R₁₁、R₂₂在庞加莱球上的设定位置决定，即，由光轴调节量a的设定值决定。因此，与现有技术相关联地，利用上述计算方法对叠层1/2波长板11相对于光轴调节量a的变换效率进行了仿真。此外，在以下说明中，是用相同的计算方法对本发明的叠层1/2波长板的变换效率进行仿真。 

图3针对图1中的叠层1/2波长板11，示出了在380nm≤λ≤820nm的波段中，以1°的步长使光轴调节量a从0°到3°来对变换效率进行仿真而得到的结果，其中，该叠层1/2波长板11将536nm作为设计波长，该536nm是蓝光盘标准的波段405nm与DVD标准的波段660nm之间的大致中间值。由该图可知，光轴调节量a越大，变换效率达到1时的波长位置向中心波长λ₀＝536nm的正负两侧移动得越大，与此相对，在中心波长附近变换效率劣化。在实际使用时，可根据叠层1/2波长板的用途、规格来确定中心波长、变换效率的最小容许值以及使用波段等，并确定能够将其实现的光轴调节量a。 

作为变换效率的评价值，使用将变换效率的最小值Tmin除以变换效率的最大值与最小值之差ΔT得到的值即变换比率RT，来对其相对于设计波长的变化进行仿真。图4示出其结果。由该图可知，在设计波长λ₀＝510nm附近，变换比率RT最佳。 

因此，为了确定光轴调节量a的最佳范围，针对设计波长λ₀＝510nm 的叠层1/2波长板11，对变换比率RT相对于光轴调节量a的变化进行了仿真。图5示出其结果。由该图可知，相比于a＝0°，在0＜a＜2.2°的范围中，变换比率更加良好，即，变换效率良好。另外，图6示出了该叠层1/2波长板的透射光量相对于波长的变化。根据该图能够确认到，在400～700nm的整个宽波段内，均能够得到高的透射光量，即，高的变换效率。 

根据本发明，针对蓝光盘标准的波段405nm和DVD标准的波段660nm这双方，实现了可用于光拾取装置的具有高变换效率的叠层1/2波长板。图7针对使用波长λ＝405nm的波段以及660nm的波段，示出了变换效率相对于设计波长的变化。由该图可知，当设计波长λ₀＝500nm时，405nm波段以及660nm波段这双方均得到了0.97以上的高变换效率。 

接着，在设计波长为λ₀＝405、500、550nm的情况下，将光轴调节量设为a＝0，检验叠层1/2波长板11的波长依赖性，即，变换效率相对于波长的变化。图8示出其结果。由该图可知，对于设计波长λ₀＝405nm，在660nm波段中变换效率的劣化过大，对于设计波长λ₀＝550nm，在405nm波段中变换效率的劣化过大，与此相对，对于设计波长λ₀＝500nm，在660nm波段中变换效率的劣化较小。 

因此，将设计波长设为λ₀＝500nm，针对使用波长405nm以及660nm，对相对于光轴调节量a的变换效率进行了仿真。图9示出这些结果。由该图可知，当将光轴调节量a设定为2.8°≤a≤3°时，对于405nm波段以及660nm波段双方，叠层1/2波长板的变换效率均达到1左右。因此，该叠层1/2波长板能够针对蓝光盘以及DVD这两种标准而用于可进行光盘的记录/再现的光拾取装置。 

另外，根据本发明，实现了特别适用于液晶投影仪等投影型显示装置的、能够在400～700nm的整个宽波段内使用的叠层1/2波长板。为了确定最有利于在该波段内得到良好变换效率的光轴调节量a的范围，首先，在使用波长为405(±30)、660(±30)、785(±30)nm波段的情况下，分别针对设计波长λ₀＝400、500、600、700、800nm，相对于叠层1/2波长板的光轴调节量a对变换比率进行了仿真。图10(A)示出了405nm波段的仿真结果，图10(B)示出了660nm波段的仿真结果，图10(C)示出了785nm 波段的仿真结果。 

根据图10(A)，在405nm波段的情况下，对于设计波长λ₀＝700、800nm，即使增大光轴调节量a，变换比率也不发生变化，可知变换效率未得到改善。根据图10(B)，在660nm波段的情况下，对于所有设计波长，变换比率与光轴调节量a一起变大，可知得到了良好的变换效率。根据图10(C)，在785nm波段的情况下，对于设计波长λ₀＝800nm，变换比率反而减小，可知变换效率未得到改善。但是，综合图10(A)～(C)可知，在任意波段的情况下，均存在变换比率随光轴调节量a变大而变大从而能够得到良好的变换效率的设计波长。 

因此，根据图10(A)～(C)，针对各个波段(405、660、785nm)提取出设计波长λ₀与光轴调节量最大值a_max之间的相关关系，并表示在图11中。在图11(A)、(B)中，表示各波段的λ₀与a_max之间的相关关系的特性曲线相同。在图11(A)中，405nm波段的曲线以及660nm波段的曲线下侧的带阴影的区域表示针对这两个波段能得到良好的变换效率的光轴调节量a的范围。 

在图11(B)中，405nm波段的曲线以及785nm波段的曲线下侧的带阴影的区域表示能得到良好的变换效率的光轴调节量a的范围。由该图可知，在λ₀＝520nm的情况下，光轴调节量的最大值a_max优选设定为0＜a_max≤10.0。 

对这些情况进行归纳，对于图1的叠层1/2波长板，与现有技术即光轴调节量a＝0的情况相比，能够得到更好的变换效率的光轴调节量的最大值a_max可分为以下三种情况来进行设定，即：400≤λ₀≤490nm、490≤λ₀≤520nm、520≤λ₀≤800nm。在设计波长为400≤λ₀≤490nm的范围内，用405nm波段的曲线来确定最大值a_max，在设计波长为490≤λ₀≤520nm的范围内，用660nm波段的曲线来确定最大值a_max，在设计波长为520≤λ₀≤800nm的范围内，用785nm波段的曲线来确定最大值a_max。 

当用近似式来表示示出这些波段之间的相关关系的各曲线时，如下所示。即，在设计波长为400≤λ₀≤490nm的情况下，光轴调节量最大值a_max被设定为满足下式： 

a_max＝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。 

在设计波长为490≤λ₀≤520nm的情况下，光轴调节量最大值a_max被设定为满足下式： 

a_max＝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。 

在设计波长为520≤λ₀≤800nm的情况下，光轴调节量最大值a_max被设定为满足下式： 

a_max＝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。 

本发明的叠层1/2波长板通过这些关系式来确定设计波长，且基于 此来简单地确定光轴调节量的最大值a_max。由此，能够在400～800nm的整个波段中，将变换效率的劣化抑制为最小，能够得到良好的变换效率。 

图12示出使用了本发明的叠层1/2波长板的光拾取装置的实施例。该光拾取装置20例如用于蓝光盘等光盘的记录再现，具有例如由放射出波长为405nm的蓝紫色的激光的激光二极管构成的光源21。光拾取装置20具有：衍射光栅22，其对来自光源21的激光进行衍射；偏振光分束器23，其将透过该衍射光栅的激光分离成P偏振光成分和S偏振光成分而进行透射或反射；准直透镜24，其使被该偏振光分束器反射的激光成为平行光；反射镜26，其将透过该准直透镜后的激光向光盘25进行反射；1/4波长板27，其将由该反射镜反射的作为线偏振光的激光变换为圆偏振光；物镜28，其对透过该1/4波长板的激光进行会聚；以及光检测器29，其检测从光盘25反射的激光。此外，光拾取装置20还具有监视用光检测器30，其检测从光源21射出且透过偏振光分束器23后的激光。 

下面说明光拾取装置20的动作。从光源21射出的线偏振光的激光为了进行三光束法的跟踪控制而被衍射光栅22分离成3个光束，然后该激光的S偏振光成分被偏振光分束器23反射，并在准直透镜24的作用下变为平行光。平行光的激光被反射镜26进行全反射，并被1/4波长板27从线偏振光变换为圆偏振光，然后经物镜28会聚而照射到形成在光盘25上的信号记录层的凹坑(pit)上。被该凹坑反射的激光透过上述物镜，被1/4波长板27从圆偏振光变换为线偏振光，经反射镜26全反射后，透过准直透镜24以及偏振光分束器23而入射到光检测器29，从而被检测到。通过这种方式来进行记录在上述光盘上的信号的读取动作。另外，从光源21射出的激光的P偏振光成分透过偏振光分束器23，然后入射到监视用光检测器30而被检测到。通过该检测输出来控制从上述激光二极管射出的激光的输出。 

衍射光栅22由以下部件构成：衍射光栅部22a，其按上述方式来对激光进行分离；以及1/2波长板22b，其将入射激光变换为S偏振的线偏振光。1/2波长板22b采用本发明的叠层1/2波长板。由此，在光拾取装 置20的使用时，即使因振荡激光的温度漂移而使激光波长发生变动，也不会导致1/2波长板22b的变换效率劣化或者能够将其劣化抑制为最小，从而能够始终确保充分的光量。其结果，能够实现如下的光拾取装置，即，该光拾取装置能够应对使用的激光的短波长化以及高输出化，在比以往更宽波段的波长范围内，稳定地发挥良好的性能。 

对于本发明的叠层1/2波长板，由于它的光利用效率非常高，因此适合在例如液晶投影仪那样的具有液晶面板的投影型显示装置等中使用。尤其，在使用了对特定偏振方向上的光束(s偏振光或p偏振光)进行调制的类型的液晶面板的投影型显示装置中，通常对光学系统进行这样的设定：使线偏振光统一成P偏振光或S偏振光中的某一方而入射到液晶面板。因此，在投影型显示装置中，安装有偏振光变换元件(PS变换元件)，该偏振光变换元件的作用是将来自光源的随机偏振光变换为P偏振或S偏振的光束，来提高光利用效率。 

图13(A)～(C)分别示出了适合在液晶投影仪等投影型显示装置中使用的三个不同结构的偏振光变换元件40、40’、40”，它们均可以使用本发明的叠层1/2波长板。由此，各偏振光变换元件40、40’、40”能够在比以往更宽的波段中将变换效率的劣化抑制为最小，因此能够更高效地利用光能。 

图13(A)的偏振光变换元件40具有由平板状的透光性基材构成的棱镜阵列41，该棱镜阵列41的第1主面41a为光入射面，且第2主面41b为光出射面。在上述透光性基材中，相对于上述第1及第2主面倾斜的偏振光分离膜42与反射膜43彼此隔开规定的间隔平行地交替配置。 

偏振光分离膜42将从第1主面41a入射到棱镜阵列41上的随机光分离成S偏振光成分和P偏振光成分，使P偏振光成分透过且将S偏振光成分反射。透过偏振光分离膜42后的P偏振光成分直接经由第2主面41b从棱镜阵列41射出。 

由上述偏振光分离膜反射的S偏振光成分被反射膜43反射而经由第2主面41b从棱镜阵列41射出。在第2主面41b的被上述反射膜反射的S偏振光成分所射出的部分上，配置1/2波长板44。1/2波长板44将入射 的S偏振的线偏振光变换为P偏振光而将其射出。这样，偏振光变换元件40将入射光统一成P偏振而将其射出，该偏振光变换元件40适合于安装在P偏振光学系统的投影型显示装置中。 

图13(B)示出了适合于安装在S偏振光学系统的投影型显示装置中的偏振光变换元件40’的结构。在该偏振光变换元件40’中，1/2波长板44被配置在第2主面41b的、透过偏振光分离膜42后的P偏振光成分所射出的部分上。由此，透过偏振光分离膜42后的P偏振的线偏振光被变换为S偏振光而射出。另一方面，由上述偏振光分离膜反射的S偏振光成分被反射膜43反射，然后保持S偏振光而从棱镜阵列41射出。因此，入射到偏振光变换元件40’的光被统一成S偏振光而射出。 

图13(C)示出了偏振光变换元件40”，在该偏振光变换元件40”的结构中，将1/2波长板44配置在棱镜阵列41的上述透光性基材中。1/2波长板44被层叠在偏振光分离膜42的出射面上，与反射膜43隔开规定间隔且与其交替地平行配置。 

偏振光分离膜42将从第1主面41a入射的随机光分离成S偏振光成分和P偏振光成分，使P偏振光成分透过且使S偏振光成分反射。由偏振光分离膜42反射的S偏振光成分被反射膜43反射，经由第2主面41b从棱镜阵列41射出。透过上述偏振光分离膜的P偏振光成分直接入射到1/2波长板44而被变换为S偏振光，经由上述第2主面从棱镜阵列41射出。这样，入射到偏振光变换元件40″的光被统一成S偏振光而射出。 

在将本发明的叠层1/2波长板用于偏振光变换元件40”的1/2波长板44的情况下，构成该叠层1/2波长板的上述第1及第2波长板只要在透射光的前进方向上，即，在相对于第1及第2主面41a、41b成45°的方向上，以使它们的相位差Γ₁、Γ₂满足以下条件的方式来设定各自的板厚即可： 

Γ₁＝180° 

Γ₂＝180°。 

而且，上述第1及第2波长板的光轴方位角只要设定为，使它们的光轴向第1主面41a的投影角度θ₁、θ₂满足以下关系即可： 

θ₁＝ψ/4+a 

θ₂＝3ψ/4-a 

22.5°＜θ₁＜45.0° 

45.0°＜θ₂＜67.5°。 

此时，上述第1及第2波长板的光轴的面内方位角比向上述第1及第2主面投影的投影角度小。 

图14概略性地示出使用了本发明的叠层1/2波长板的投影型显示装置的实施例。该投影型显示装置50具备：照明光学系统51、分色镜52、53、反射镜54～56、λ/2相位差板57～61、液晶光阀62～64、交叉分色棱镜65以及投影透镜系统66。照明光学系统50具有光源、偏振光变换元件67以及会聚透镜等，用以对液晶光阀62～64进行照明。偏振光变换元件67可使用图13(B)的偏振光变换元件，将来自上述光源的随机光变换为S偏振光而射出。 

对于从照明光学系统51射出的S偏振的白光，其红光成分透过分色镜52，其蓝光成分和绿光成分则被反射。透过分色镜52的红光经反射镜54反射，通过λ/2相位差板57而被变换为P偏振光，入射到红光用液晶光阀62。被分色镜52反射的绿光进一步被分色镜53反射，通过λ/2相位差板58而被变换为P偏振光，入射到绿光用液晶光阀63。被分色镜52反射的蓝光透过分色镜53而后被反射镜55、56反射，通过λ/2相位差板59而被变换为P偏振光，入射到蓝光用液晶光阀64。 

液晶光阀62～64分别是根据所给的图像信息(图像信号)来对各色的彩色光进行调制而形成图像的光调制单元。交叉分色棱镜65是颜色合成单元，其对从液晶光阀62、64射出的S偏振的红光和蓝光以及在从液晶光阀63射出后被变换为P偏振光的绿色彩色光进行合成，形成彩色图像。该合成光通过λ/2相位差板61而向投影透镜系统66射出。投射透镜系统66是将该合成光投影到投影屏幕上来显示彩色图像的投影光学系统。 

λ/2相位差板61以使S偏振光(红光及蓝光)和P偏振光(绿光)的偏振方向分别变更大致45°的方式来确定其光轴的方向，此时，由于3种颜色的光的S偏振光成分和P偏振光成分分别为1/2左右，因此，能够在偏 振光屏幕上清晰地投影出彩色影像。另外，也可以不使用λ/2相位差板61，而是使用λ/4相位差板。在此情况下，通过将红、绿、蓝这3种颜色的光分别变换为椭圆偏振光，优选为圆偏振光，从而即使在投影屏幕采用了偏振光屏幕的情况下，也能够清晰地投影出彩色影像。 

λ/2相位差板57～61可使用本发明的叠层1/2波长板。由此，投影型显示装置50能够在各个λ/2相位差板上，在比以往更大的波长范围内将变换效率的劣化抑制为最小，因此能够进一步提高光的利用效率。其结果，能够利用相同输出的光源得到更亮的彩色影像，或者，即使采用低输出的光源也能够得到相同程度的明亮的彩色影像，因此能够降低功耗。 

本发明不限于上述实施例，可以在其技术范围内施加各种变形或变更来进行实施。例如，第1及第2波长板可以由石英板以外的光学单轴晶体材料来形成。另外，与上述实施例不同结构的光拾取装置、偏振光变换元件、投影型显示装置或其它光学装置，也同样能够应用本发明。 

Claims (10)

1.一种叠层波长板，其是以第1波长板与第2波长板的光轴彼此交叉的方式层叠该第1波长板及第2波长板而成的，该叠层波长板的特征在于，

在设上述第1波长板相对于波长λ₀的相位差为Γ₁、

上述第2波长板相对于上述波长λ₀的相位差为Γ₂、

入射到上述叠层波长板的线偏振光的偏振面与上述第1波长板的光轴所成的面内方位角为θ₁、

上述入射的线偏振光的偏振面与上述第2波长板的光轴所成的面内方位角为θ₂、

入射到上述叠层波长板的线偏振光的偏振方向与从该叠层波长板射出的线偏振光的偏振方向所成的角度为ψ、

光轴调节量为a、且光轴调节量最大值为a_max时，该叠层波长板满足：

Γ₁=180°、

Γ₂=180°、

θ₁=ψ/4+a、

θ₂=3ψ/4﹣a、

0°<a≤a_max，

在上述波长λ₀为400nm≤λ₀<490nm的情况下，上述光轴调节量最大值a_max满足下式：

a_max=A₀+A₁·ψ+A₂·ψ²+A₃·³+A₄·ψ⁴+A₅·ψ⁵，其中，

A₀=0.00001548

A₁=0.0427887

A₂=﹣0.000385

A₃=1.723×10^﹣6

A₄=﹣4.19×10^-9

A₅=4.086×10^﹣12，

在上述波长λ₀为490nm≤λ₀<520nm的情况下，上述光轴调节量最大值a_max满足下式：

a_max=A₀+A₁·ψ+A₂·ψ²+A₃·ψ³+A₄·ψ⁴+A₅·ψ⁵+A₆·ψ⁶+A₇·ψ⁷，其中，

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，

在上述波长λ₀为520nm≤λ₀≤800nm的情况下，上述光轴调节量最大值a_max满足下式：

a_max=A₀+A₁·ψ+A₂·ψ²+A₃·ψ³+A₄·ψ⁴+A₅·ψ⁵+A₆·ψ⁶，其中，

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。

2.根据权利要求1所述的叠层波长板，其特征在于，

上述波长λ₀为λ₀=500nm，

上述光轴调节量a处于2.8°≤a≤3°的范围。

3.根据权利要求1所述的叠层波长板，其特征在于，

上述波长λ₀为λ₀=510nm，

上述光轴调节量a处于0°<a≤2.2°的范围。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的叠层波长板，其特征在于，

上述面内方位角θ₁、θ₂满足：

22.5°<θ₁<45.0°、

45.0°<θ₂<67.5°。

5.根据权利要求1至3中任意一项所述的叠层波长板，其特征在于，

上述第1波长板及第2波长板由石英板构成。

6.一种光拾取装置，其特征在于，该光拾取装置具有：

光源；

物镜，其将从上述光源射出的光会聚到记录介质上；

检测器，其检测由上述记录介质反射的光；以及

配置在上述光源与上述物镜之间的光路上的权利要求1至3中任意一项所述的叠层波长板。

7.一种偏振光变换元件，其特征在于，

该偏振光变换元件具有：平板状的透光性基材，其将第1主面作为光入射面，将第2主面作为光出射面；第1及第2光学薄膜，其设置在上述基材中；以及权利要求1至3中任意一项所述的叠层波长板，其设置在上述基材的上述第2主面上，

上述第1及第2光学薄膜相对于上述第1及第2主面倾斜地配置，且彼此隔开间隔平行地交替配置，

上述第1光学薄膜将从上述第1主面侧入射的光分离成相互垂直的第1线偏振光和第2线偏振光，使上述第1线偏振光透过而从上述第2主面射出，并反射第2线偏振光，

上述第2光学薄膜对由上述第1光学薄膜反射后的第2线偏振光进行反射，使其从上述第2主面射出，

上述叠层波长板被配置在上述第2主面的使透过上述第1光学薄膜的上述第1线偏振光射出的部分上，或被配置在上述第2主面的使由上述第2光学薄膜反射的上述第2线偏振光射出的部分上。

8.一种偏振光变换元件，其特征在于，

该偏振光变换元件具有：平板状的透光性基材，其将第1主面作为光入射面，将第2主面作为光出射面；第1及第2光学薄膜，其被设置在上述基材中；以及权利要求1至3中任意一项所述的叠层波长板，

上述第1及第2光学薄膜相对于上述第1及第2主面倾斜地配置，且彼此隔开间隔平行地交替配置，

上述第1光学薄膜将从上述第1主面侧入射的光分离成相互垂直的第1线偏振光和第2线偏振光，使上述第1线偏振光透过而将第2线偏振光反射，

上述第2光学薄膜对由上述第1光学薄膜反射后的第2线偏振光进行反射，使其从上述第2主面射出，

上述叠层波长板被层叠地配置在上述第1光学薄膜的上述第1线偏振光的出射面上。

9.一种投影型显示装置，其特征在于，该投影型显示装置具有：

光源；

权利要求7或8所述的偏振光变换元件，其将来自上述光源的光分离为相互垂直的第1线偏振光和第2线偏振光，将上述第1线偏振光变换为上述第2线偏振光而射出，或者，将上述第2线偏振光变换为上述第1线偏振光而射出；

调制单元，其根据所要投影的图像信息，对来自上述偏振光变换元件的出射光进行调制；以及

投影光学系统，其对上述调制单元调制后的光进行投影。

10.根据权利要求9所述的投影型显示装置，其特征在于，

上述调制单元是液晶面板。

Images