JP2007271900A

JP2007271900A - １／４波長板

Info

Publication number: JP2007271900A
Application number: JP2006097255A
Authority: JP
Inventors: Kotaro Wakabayashi; 小太郎若林
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2007-10-18

Abstract

【課題】有機フィルムと水晶板とを貼り合わせた形態の１／４波長板では、耐熱性が劣る問題がある。水晶板を貼り合わせた形態の１／４波長板では、各々の水晶板における光学軸投影線の成す角度が９０°となるように貼り合わされているので、透過する可視光帯域のうち、比較的波長の長い帯域では位相差が９０°から大きく外れてしまい、波長板としての機能が低下してしまう。
【解決手段】２枚の厚みの異なる複屈折板を貼り合わせて成る１／４波長板において、この複屈折板の材料が２枚とも水晶であり、この水晶板の主面同士が貼り合わされており、且つ各水晶板における光学軸投影線の成す角度が共に９０°を除く所定の角度である１／４波長板。
【選択図】図２

Description

本発明はプロジェクタ等の投影装置内の光学エンジン内等で使用される１／４波長板に関し、特に水晶のみを素材とする１／４波長板に関する。

以前より、スクリーン上に映像を投射する各種プロジェクタ装置が知られている。これらの各種プロジェクタ装置内に搭載される光学エンジン内には、映像のコントラストを向上させるための１／４波長板などの偏光光学素子を配置している。

従来までの光学エンジンに用いられている１／４波長板は、設計波長及び垂直入射において所定の位相差を設定しており、その一形態としては複屈折性を有する有機フィルムを水晶板に貼り付けた形態のもの、又は２枚の水晶板（第１の波長板と第２の波長板）とを互いの光学軸投影線の交わる角度が９０°となるように貼り合わせて構成されている。又、この波長板２枚を貼り合わせタイプの１／４水晶波長板に使用される第１の水晶板及び第２の水晶板には、水晶結晶体から同じ切断角度（光学軸と水晶板主面法線との成す角度）で切り出された水晶板が使用されている。

上述したような各種１／４波長板については、以下のような先行技術文献に開示がある。
特開２００４−３５４９３６号公報特開２００３−２２２７２４号公報特公平７−３８０５０号公報

尚、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。

しかし、上述した１／４波長板のうち、有機フィルムと水晶板とを貼り合わせた形態の１／４波長板では、耐熱性が劣る問題がある。特に光源からの熱により高温度環境で長時間使用されるプロジェクタ等で１／４波長板を使用する場合は、その熱により有機フィルムの光学特性劣化が起きやすいという問題がある。又、有機フィルムと水晶板とを貼り合わせた形態の１／４波長板を高温環境下で使用する場合では、１／４波長板を冷却するための冷却手段（大型のファン等）を、１／４波長板を搭載するプロジェクタ装置等に取り付ける必要があり、装置の大型化、騒音問題、及び装置の運用時に冷却時間を設けなくてはならない等の問題も発生する。

又、２枚の水晶板を貼り合わせた形態の１／４波長板の形態は、水晶結晶体から同じカットアングルで切断した水晶板同士を、各々の水晶板における光学軸投影線の成す角度が９０°となるように貼り合わされている。しかしこのような形態の１／４波長板では、透過する可視光帯域のうち、比較的波長の長い帯域では位相差が９０°から大きく外れてしまい、１／４波長板としての機能が低下してしまう問題がある。

因って、本発明の目的は、高温環境下でも光学特性の低下を生じず、又可視光域のほぼ全域において１／４波長板として有効に機能し、更に搭載する装置側に波長板を使用するための新たな機能を設ける必要がない１／４波長板を提供することにある。

本発明は上述した課題を解決するために成されたものであり、２枚の厚みの異なる複屈折板を貼り合わせて成る１／４波長板において、この複屈折板の材料が２枚とも水晶であり、この水晶板の主面同士が貼り合わされており、且つ各水晶板における光学軸投影線の成す角度が共に９０°を除く所定の角度であることを特徴とする１／４波長板である。

又、上記１／４波長板を構成する２枚の水晶板が、各々異なる切断角度で水晶結晶体より切り出されたものであることを特徴とする上記記載の１／４波長板でもある。

本発明の１／４波長板では、有機フィルムを使用した１／４波長板に比べて、耐熱性が著しく向上し、高温度環境下の長時間使用においても、光学特性の劣化はほとんど起きない。又、有機フィルムを使用した１／４波長板では必須であった、１／４波長板を冷却するための冷却手段（大型のファン等）を、１／４波長板を搭載するプロジェクタ装置等に取り付ける必要がなくなり、搭載装置の小型化や動作音の著しい低減、及び冷却時間を設けなくても良いなどの作用を奏する。

又、本発明の１／４波長板の一形態は、水晶結晶体から異なるカットアングルで切断した水晶板同士を、各々の水晶板間における光学軸投影線の成す角度が９０°を除く角度となるように貼り合わされているので、透過する可視光帯域のうち、比較的波長の長い帯域においても位相差が大きくなることがなく、可視光域全域で１／４波長板として機能する。

因って、本発明により、高温環境下でも光学特性の低下を生じず、又可視光域のほぼ全域において１／４波長板として有効に機能し、更に搭載する装置側に波長板を使用するための新たな機能を設ける必要がない１／４波長板を提供できる効果を奏する。

以下に、本発明における１／４波長板の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明における１／４波長板を使用する光学エンジンの一部の形態を示す部分構成図である。図２は、本発明における１／４波長板を示した外観斜視図である。図３は、実施例１に開示した本発明の一実施形態の１／４波長板における、波長−位相差間特性を示したグラフである。図４は、実施例２に開示した本発明の他の実施形態の１／４波長板における、波長−位相差間特性を示したグラフである。図５は、実施例３に開示した本発明の他の実施形態の１／４波長板における、波長−位相差間特性を示したグラフである。尚、図１及び図２では、説明を明りょうにするため構造体の一部を図示せず、また寸法も一部誇張して図示している。特に各部分の厚み寸法は誇張して図示している。

即ち、液晶プロジェクタ等に用いられる光学エンジンでは、光源より発せられた白色光をＲ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）の各色光に分解し、各色光を色光毎に設けられた偏光ビームスプリッタ、１／４波長板及び液晶パネルにより構成される色光処理手段に導き変調し、変調された各色光を合成して投影することにより、画像をスクリーンに表示する。

図１は、上述した光学エンジン内のＲＧＢの三つの色光処理手段うちの一構成を例示した。尚、図示した色光処理手段１０の構成は、光学エンジン内の三つの色光処理手段とも同じ構成である。まず、光源からの発した光に各種処理をほどこした色光を、色光処理手段１０内の偏光ビームスプリッタ１１に入射させる。そして、偏光ビームスプリッタ１１の偏光面で反射するＳ偏光を、１／４波長板１２を透過して液晶パネル１３に入射させて、液晶パネル１３にてそれぞれ画素ごとに変調した反射光を出射させ、再度１／４波長板１２を透過して偏光ビームスプリッタ１１に戻す。光学エンジン内の三つの色光処理手段で同様の処理を行い偏光ビームスプリッタから射出した色光を色光合成プリズム１４で合成し、合成光を投影レンズへ射出しスクリーンなどへ投影する。

この各偏光ビームスプリッタ１１と液晶パネル１３の間に配置される１／４波長板１２は、図２のように、水晶結晶体より所望のカットアングルにより切り出し外形加工を施された第１の波長板１２ａと第２の波長板１２ｂの２枚の水晶板を、第１の波長板１２ａと第２の波長板１２ｂの光学軸が異なる角度となるような形態で貼り合わせた１／４波長板１２である。又、１／４波長板１２の主面外形形状は円形や多角形状に加工されている。

本発明における上記１／４波長板１２の一実施形態として、水晶結晶体より切り出す光学軸と各水晶板主面法線とのなす角度α（以下、カットアングルという）を、第１の水晶板１２ａでα１＝１９°、第２の水晶板１２ｂでα２＝１９°とし、又、水晶板における光学軸投影線の成す角度θを、第１の水晶板１２ａでθ１＝１２°、第２の水晶板１２ｂでθ２＝６８°とし、更に各水晶板の厚みを、第１の水晶板１２ａで約０．３８ｍｍ、第２の水晶板１２ｂで約０．１８ｍｍとした１／４波長板の場合の入射光波長−位相差間特性を図３に示す。図３に示すように、上記実施例１記載のような形態の１／４波長板を使用することにより、従来の形態の１／４波長板に比べ、設定波長（図３では５８０ｎｍ）以外の広波長帯域でも位相差が約９０°となる１／４波長板として機能することが可能となることがわかる。

又、本発明における１／４波長板１２の他の実施形態として、カットアングルαを、第１の水晶板１２ａでα１＝３０°、第２の水晶板１２ｂでα２＝３０°とし、又、水晶板における光学軸投影線の成す角度θを、第１の水晶板１２ａでθ１＝１１．５°、第２の水晶板１２ｂでθ２＝６７°とし、更に各水晶板の厚みを、第１の水晶板１２ａで約０．１３ｍｍ、第２の水晶板１２ｂで約０．０６ｍｍとした１／４波長板１２の場合の入射光波長−位相差間特性を図４に示す。図４に示すように、上記実施例２記載のような形態の１／４波長板を使用することにより、従来の形態の１／４波長板に比べ、設定波長（図４では５８０ｎｍ）以外の広波長帯域でも位相差が約９０°となる１／４波長板として機能することが可能となることがわかる。

更に、本発明における１／４波長板１２の他の実施形態として、実施例２と同程度の入射光波長−位相差間特性を有しつつ、水晶板の厚みを加工が容易となるほどの厚みとした１／４波長板１２とした、カットアングルαを、第１の水晶板１２ａでα１＝３０°、第２の水晶板１２ｂでα２＝２０°と異なる角度とし、又、水晶板における光学軸投影線の成す角度θを、第１の水晶板１２ａでθ１＝１４°、第２の水晶板１２ｂでθ２＝６８°とし、更に各水晶板の厚みを、第１の水晶板１２ａで約０．１３２ｍｍ、第２の水晶板１２ｂで約０．１３７ｍｍとした１／４波長板１２の場合の入射光波長−位相差間特性を図５に示す。図５に示すように、上記実施例３記載のような形態の１／４波長板を使用することにより、従来の形態の１／４波長板に比べ、設定波長（図５では５８０ｎｍ）以外の広波長帯域でも位相差が約９０°となる１／４波長板として機能することが可能となることがわかる。

上記各実施例のように、本発明の１／４波長板では、その構成材として水晶を使用しているので波長板としての耐熱性が従来の１／４波長板に比べ著しく向上し、高温度環境下の長時間使用においても、光学特性の劣化はほとんど起きない。又、本発明の１／４波長板の一形態は、水晶結晶体から所定のカットアングルで切断した水晶板同士を、各々の水晶板間における光学軸投影線の成す角度が９０°を除く角度となるように貼り合わされているので、透過する可視光帯域のうち、比較的波長の長い帯域においても位相差が９０°から大きく外れることがなく、可視光域のほぼ全域で１／４波長板として機能することが可能となる。

尚、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。

図１は、本発明における１／４波長板を使用する光学エンジンの一部の形態を示す部分構成図である。図２は、本発明における１／４波長板を示した外観斜視図である。図３は、実施例１に開示した本発明の一実施形態の１／４波長板における、波長−位相差間特性を示したグラフである。図４は、実施例２に開示した本発明の他の実施形態の１／４波長板における、波長−位相差間特性を示したグラフである。図５は、実施例３に開示した本発明の他の実施形態の１／４波長板における、波長−位相差間特性を示したグラフである。

符号の説明

１２・・・１／４波長板
１２ａ・・・第１の水晶板
１２ｂ・・・第２の水晶板

Claims

２枚の厚みの異なる複屈折板を貼り合わせて成る１／４波長板において、該複屈折板の材料が２枚とも水晶であり、この水晶板の主面同士が貼り合わされており、且つ各該水晶板における水晶板間の光学軸投影線の成す角度が９０°を除く角度であることを特徴とする１／４波長板。
該１／４波長板を構成する２枚の該水晶板が、各々異なる切断角度で水晶結晶体より切り出されたものであることを特徴とする請求項１記載の１／４波長板。