JP2008070690A - 波長板、及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】青色帯、緑色帯、赤色帯の複数の波長帯において１／４波長板として機能する積層波長板と、これを用いたプロジェクタを提供する。
【解決手段】第１及び第２の波長板２、３に水晶を用い、それら切断角度を９０°Ｚ、第１及び第２の波長板２、３の高次モードの次数ｎ１及びｎ２を共に１１とし、波長λを５３０ｎｍとしたとき、第１の波長板２の位相差Γ１を１９６６°±５°、光学軸方位角θ１を１３．４°±１°とし、第２の波長板３の位相差Γ２を５３０°±５°、光学軸方位角θ２を７１°±１°として積層１／４波長板１を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、波長板とそれを用いたプロジェクタに関し、特に高次モードを用いて所望する複数の波長帯で位相差が９０°を満たす１／４波長板と、該１／４波長板を用いたプロジェクタに関する。

１／４波長板は入射した直線偏光を円偏光に変換し、あるいは円偏光を直線偏光に変換する機能があり、光ピックアップ装置、プロジェクタ等に用いられている。プロジェクタにおいては、例えば特許文献１に開示されているように、１／４波長板を往復で２度通過させることにより直線偏光の振動方向を９０度回転させ、照明装置の光源の光量を大きくした照明装置が使用されている。
例えば、水晶の複屈折性を用いて１／４波長板を作る場合、水晶の常光線屈折率、異常光線屈折率をそれぞれｎｏ、ｎｅとし、水晶板の厚さをｔとすると、波長λの光が１／４波長板を透過したときの、常光線と異常光線との位相差Γは、Γ＝２π／λ・（ｎｅ−ｎｏ）・ｔで与えられ、位相差Γは波長λに依存することになる。

可視光の波長帯で位相差がほぼ一定となる広帯域波長板が、特許文献２に開示されている。図１７（ａ）に示すように１／４波長板４０は、１／２波長板４１と、接着剤４２と、１／４波長板４３とから構成される。図１７（ｂ）に示すように、１／２波長板４１は延伸軸が−１５度、１／４波長板４３は延伸軸が−７５度の方向に配置されている。この１／２波長板４１や１／４波長板４３は、ポリカーボネイトを材料とした高分子フィルムを延伸処理したもので、１／４波長板４０は可視光の範囲（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）において、波長に依存しないほぼ完全な１／４波長板として機能すると開示されている。そして、１／４波長板４０の作用を、ポアンカレ球を用いて説明している。

また、高次モードを用いた１／４波長板が特許文献３に開示されている。図１８（ａ）は１／４波長板５０を入射方向からみた平面図、同図（ｂ）はその概略斜視図である。１／４波長板５０は、波長７８５ｎｍ（ＣＤに用いるレーザ光の波長）に対して位相差が１６９５°（４次モード２５．５°）で、光学軸の面内回転方位角θ１が２５．５°（通例のように反時計回りが正）の水晶板５１と、位相差が８５０°（２次モード１３０°）で方位角が７９．８°の水晶板５２と、を各々の光学軸５３、５４の交差角θ３が５４．３°で交差するように積層し、全体として波長６５５ｎｍ帯（ＤＶＤに用いるレーザ光の波長）及び７８５ｎｍ帯において１／４波長板として機能すると開示されている。
波長７８５ｎｍに対して、各水晶板５１、５２の位相差及び方位角が、（δ１、θ１、δ２、θ２）＝（１６９５°、２５．５°、８５０°、７９．８°）、各々の光学軸が５８°の角度で交差するように設定したとき、積層された１／４波長板５０の位相差Γは、６５５ｎｍで位相差２７０°、７８５ｎｍで位相差９０°になると開示されている。

また、波長６５５ｎｍに対して位相差が１９８０°（５次モード１８０°）で方位角１４°の水晶板と、位相差が９９０°（２次モード２７０°）で方位角が７２°の水晶板と、を各々の光学軸が５８°の角度で交差するように積層した１／４波長板が開示されている。シミュレーションの結果は、波長６５５ｎｍで位相差が２７０°、７８５ｎｍで位相差が９０°であると、開示されている。

特許文献４にはＬＥＤアレイ光源と、偏光変換素子と、偏光ビームスプリッタと、反射型ＬＣＤパネルと、投影レンズからなる画像投影装置が開示されている。ＬＥＤアレイ光源は赤の光を発するＬＥＤと、緑の光を発するＬＥＤと、青の光を発するＬＥＤが２次元に交互に配列されている。偏光変換素子により偏光方向が揃えられた出射光は、全て偏光ビームスプリッタで反射され、反射型ＬＣＤパネルに入射する。反射型ＬＣＤパネル入射した光は、赤、緑、青の各色の画像情報に基づいて偏光状態が変調されて反射される。この反射光のうち、画像として投影される光は偏光ビームスプリッタを透過し、投影レンズによってスクリーン上に投影されると開示されている。
特開２００５−２５７８７２公報 特開平１０−６８８１６号公報 ＷＯ０３／０９１７６８Ａ１ 特開２００２−２２８９７３公報

しかしながら、特許文献２に開示された１／４波長板は、波長板として機能するものの、その材質がポリカーボネイトを材料とした高分子フィルムを用いて構成されているので、レーザ光の強烈な光に長時間曝されると熱の影響による黄変が生じるという問題があった。
また、特許文献３には波長７８５ｎｍ帯（ＣＤ）、６５５ｎｍ帯（ＤＶＤ）用の積層１／４波長板が開示されているが、プロジェクタに用いる赤色帯、緑色帯、青色帯の波長に対して位相差が共に９０°を呈する１／４波長板については記述されておらず、特許文献３の内容のみで構成することは難しいという問題があった。
本発明は上記の問題に鑑み、強力な光源を有するプロジェクタにも使用できるように、所望の複数の波長帯を確保した積層１／４波長板と、それを用いたプロジェクタを提供することにある。

本発明は、複数の波長帯で１／４波長板として機能する積層波長板を構成するため、複屈折性を有する材質を用いた第１及び第２の波長板を光学軸が交差するように貼り合わせ、全体として１／４波長板として機能する波長板であって、所定の波長λにおいて、常光線及び異常光線に対する第１及び第２の波長板の位相差をΓ１及びΓ２、高次モードの次数をそれぞれ奇数の自然数ｎ１、ｎ２（０を除く）としたとき、Γ１≒１８０°×ｎ１、Γ２≒９０°×ｎ２を満足するように波長板を構成する。
このように波長板を構成すると複数の波長帯で１／４波長板として機能する波長板が得られる。

前記第１及び第２の波長板に水晶を用い、その切断角度を９０°Ｚ、前記高次モードの次数ｎ１及びｎ２を共に１１とし、前記波長λを５３０ｎｍ帯としたとき、前記第１の波長板の位相差Γ１を１９６６°±５°、光学軸方位角を１３．４°±１°とし、前記第２の波長板の位相差Γ２を５３０°±５°、光学軸方位角を７１°±１°として、波長板を構成する。
このように波長板を構成すると青色帯（４５０ｎｍ帯）、緑色帯（５３０ｎｍ帯）、赤色帯（６４０ｎｍ帯）において位相差は９０°となり、１／４波長板として機能するという特徴がある。

上記に示した青色帯（４５０ｎｍ帯）、緑色帯（５３０ｎｍ帯）、赤色帯（６４０ｎｍ帯）の複数の波長帯において１／４波長板として機能する波長板を用いて、プロジェクタを構成するため、青色帯、緑色帯、赤色帯のレーザ光をそれぞれ出射する発光ダイオードと、前記赤色帯のレーザ光を透過すると共に、前記緑色帯のレーザ光を反射する第１のダイクロイックミラーと、前記赤色帯及び緑色帯のレーザ光を透過すると共に、前記青色帯のレーザ光を反射する第２のダイクロイックミラーと、前記第２ダイクロイックミラーから出射されるレーザ光をＳ偏光光とＰ偏光光に分離する偏光膜を備えた偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタの偏光膜により反射されたＰ偏光光又はＳ偏光光の出射面側に配置され、前記Ｐ偏光光又はＳ偏光光を光変調する光変調素子と、前記偏光ビームスプリッタと前記光変調素子との間に配置され、前記偏光ビームスプリッタの出射面から出射されたＰ偏光光又はＳ偏光光が、前光変調素子により光変調された後、再度通過することによりＳ偏光光又はＰ偏光光に変換する請求項１又は２に記載の波長板と、前記光変調素子により光変調が施され、前記波長板により変換されたＳ偏光光又はＰ偏光光が入射される投影レンズと、を備える。
このようにプロジェクタを構成すると、光学デバイスの数が少なく、プロジェクタが小型化されると共に信頼性が向上し、コストも低減されるという効果がある。

また本発明のプロジェクタは、上記したプロジェクタに前記赤色帯のレーザ光を反射するミラーを備えている。
このようにプロジェクタを構成すると、光学デバイスの数が少なく、プロジェクタが小型化されると共に信頼性が向上し、コストも低減されるという効果がある。
また本発明のプロジェクタは、青色帯、緑色帯、赤色帯のレーザ光をそれぞれ出射する発光ダイオードと、前記赤色帯のレーザ光を透過すると共に、前記緑色帯のレーザ光を反射する第１のダイクロイックミラーと、前記赤色帯及び緑色帯のレーザ光を透過すると共に、前記青色帯のレーザ光を反射する第２のダイクロイックミラーと、前記第１及び第２ダイクロイックミラーから出射されるレーザ光をＳ偏光光とＰ偏光光に分離する偏光膜を備えた合成プリズムと、前記合成プリズムの偏光膜により反射されたＰ偏光光又はＳ偏光光の出射面側に配置され、前記Ｐ偏光光又はＳ偏光光を光変調する光変調素子と、前記合成プリズムと前記光変調素子との間に配置され、前記合成プリズムの出射面から出射されたＰ偏光光又はＳ偏光光が、前光変調素子により光変調された後、再度通過することによりＳ偏光光又はＰ偏光光に変換する本発明の波長板と、前記光変調素子により光変調が施され、前記波長板により変換されたＳ偏光光又はＰ偏光光が入射される投影レンズと、を備えることを特徴とする。
このようにプロジェクタを構成すると、光学デバイスの数が少なく、プロジェクタの信頼性が向上し、コストも低減されるという効果がある。

また本発明のプロジェクタは、前記ミラー及び前記第１及び第２のダイクロイックミラーは、第１の光ブロック素子により構成されていることを特徴とする。
このようにプロジェクタを構成すると、一層光学デバイスの数が少なくなり、小型化が図られるという効果がある。
また本発明のプロジェクタは、前記第１及び第２のダイクロイックミラーは、第２光ブロック素子により構成されていることを特徴とする。
このようにプロジェクタを構成すると、一層光学デバイスの数が少なくなり、小型化が図られると共にコスト低減という効果がある。

また、本発明のプロジェクタは、前記第２の光ブロック素子と前記偏光ビームスプリッタと、を光学用接着剤にて固着したことを特徴とする。
このようにプロジェクタを構成すると、一層光の小型化が図られ、プロジェクタの信頼性も向上するという効果がある。
また、本発明のプロジェクタは、前記ミラー、前記第１及び第２のダイクロイックミラー、及び偏光膜が第３の光ブロック素子により構成されていることを特徴とする。
このようにプロジェクタを構成すると、光学デバイスの数が少なくなり、小型化が図られると共にコスト低減という効果がある。

以下、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１（ａ）は、入射方向から見た高次モード積層１／４波長板（以下、積層１／４波長板と称す）１の構成を示す平面図で、同図（ｂ）は斜視図である。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、水晶を用いた第１の波長板２と、第２の波長板３とを、それぞれの光学軸が交差するように光学用接着剤を用いて貼り合わせ、全体として１／４波長板として機能するように構成する。つまり、図１（ｂ）に示すように、例えば図中左側からＳ偏光である入射光が、積層１／４波長板１に入射すると、該入射光を円偏光に変換されて出射するように作用する。
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の波長板２の光学軸方位角をθ１、第２の波長板３の光学軸方位角をθ２とする。所定の波長λ、例えば５３０ｎｍに対して、常光線及び異常光線に対する第１の波長板２の位相差をΓ１、第２の波長板３の位相差をΓ２とし、
Γ１＝１８０°×ｎ１ ・・・（１）
Γ２＝９０°×ｎ２ ・・・（２）
を満足するように第１及び第２の波長板２、３の厚さを設定する。ここで、ｎ１、ｎ２は高次モードの次数で、奇数の自然数とする。

第１及び第２の波長板に高次モードの波長板を用い、全体として１／４波長板を構成する場合、用いるレーザ光の全波長帯に亘って位相差を９０度とすることは不可能である。そこで、使用する青色帯（４５０ｎｍ帯）、緑色帯（５３０ｎｍ帯）、赤色帯（６４０ｎｍ帯）で位相差が９０度となるようにするために、積層１／４波長板１の構成パラメータである第１及び第２の波長板の高次モード次数ｎ１、ｎ２、所定の波長におけるそれぞれの位相差Γ１、Γ２、それぞれの光学軸方位角θ１、θ２を、種々変化させて、積層１／４波長板１の出射光のストークスベクトルを算出して、位相差を求めた。この位相差が所望する複数の波長帯で９０度を満たし、しかも従来のものより広帯域である１／４波長板を得るべく、繰り返しシミュレーションを行った。

はじめに、計算手法を簡単に説明する。直線偏光が２枚の波長板を透過した後の偏光状態は、ミューラ行列を用いて表すことが出来る。

ここで、Ｉは入射光の偏光状態、Ｅは出射光の偏光状態を表すベクトルである。Ｒ１は積層１／４波長板１における第１の波長板２のミューラ行列、Ｒ２は第２の波長板３のミューラ行列で、それぞれ次式で表される。

第１及び第２の波長板２、３の高次モード次数ｎ１、ｎ２を決め、それぞれの位相差Γ１、Γ２、光学軸方位角度θ１、θ２を設定して、式（４）、（５）よりミューラ行列Ｒ１、Ｒ２を求める。そして、入射光の偏光状態Ｉを設定すると、式（３）より出射光の偏光状態Ｅを算出することが出来る。

出射光の偏光状態Ｅは次式で表される。

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。このストークスパラメータを用いて、波長板の位相差Γは次式のように表される。

このように、式（７）を用いて位相差を算出することができる。

本発明の積層１／４波長板１は、使用する複数の波長帯において、入射光の直線偏光を円偏光へ、あるいは、円偏光を直線偏光へ変換することである。
使用する複数の波長帯において位相差が９０°になり且つ、その帯域幅が広くなるように、積層１／４波長板の諸パラメータである第１及び第２の波長板２、３のそれぞれの高次モード次数ｎ１、ｎ２と、所定の波長（例えば波長５３０ｎｍ）でのそれぞれの位相差Γ１、Γ２と、それぞれの光学軸方位角θ１、θ２と、を種々変化させ、シミュレーションを行った。高次モード次数ｎ１、ｎ２が大き過ぎると、波長帯域幅が狭くなり、小さいと波長板の厚さが薄くなり、製作しづらくなるので、高次モード次数ｎ１、ｎ２を適切に選定した。

図１に示す積層１／４波長板１に水晶を用いた第１及び第２の波長板２、３の切断角度がそれぞれ９０°Ｚ（水晶板の主面の法線が水晶の光学軸であるＺ軸に対して９０°となるような角度でカットされた水晶板）、高次モードの次数ｎ１及びｎ２が共に１１、波長λを５３０ｎｍとしたとき、第１の波長板の位相差Γ１、光学軸方位角θ１がそれぞれ１９６６°、１３．４°、第２の波長板の位相差Γ２、光学軸方位角θ２がそれぞれ９８３°、７１°に設定した場合に、積層１／４波長板１の位相差が複数の波長帯において良好な位相特性となった。シミュレーションの初期段階では第１及び第２の波長板の位相差Γ１、Γ２をそれぞれ１９８０°（１８０°×１１）、９９０°（９０°×１１）としたが、使用する波長帯における波長−位相差特性を最良にするには位相差Γ１、Γ２も若干シフトさせたときが良好な特性となった。その波長−位相差特性を図２に示す。使用する青色帯（４５０ｎｍ帯）、緑色帯（５３０ｎｍ帯）、赤色帯（６４０ｎｍ帯）において位相差は９０°となり、１／４波長板としての機能を満たしている。
以上のように、本発明に係る積層１／４波長板は使用する青色帯、緑色帯、赤色帯において良好な特性を有し、温度ドリフトによりＬＤの波長が長波長側へ変動しても、十分に１／４波長板として機能することが判明した。

図３は、設計波長を５３０ｎｍとし、第１及び第２の波長板の切断角度がそれぞれ９０°Ｚ、高次モード次数ｎ１、ｎ２を共に１１、位相差Γ１、Γ２を１９６６°、９８３°とし、光学軸方位角θ１、θ２を（１０°、６５°）、（１３．４°、７０°）、（１５°、７０°）、（２０°、７５°）に設定したときの波長−位相差特性である。光学軸方位角θ１、θ２の組み合わせは１３．４°、７０°の場合が最良である。光学軸方位角θ１、θ２をこれより変化させると、いずれの組み合わせでも使用する青色帯、緑色帯、赤色帯における特性は要求する特性を満たすのは難しい。

図４は、第１及び第２の波長板の切断角度がそれぞれ９０°Ｚ、高次モード次数ｎ１、ｎ２を共に１１、第１の波長板の位相差Γ１、光学軸方位角θ１がそれぞれ１９６６°、１３．４°、第２の波長板の位相差Γ２、光学軸方位角θ２がそれぞれ９８３°、７１°に設定し、設計波長を５００ｎｍ、５３０ｎｍ、５５０ｎｍと変化させた場合の波長−位相差特性である。図より明らかなように、設計波長が若干でも変化すると、図２と同じパラメータを用いても要求規格を満たさないことが分かる。
図５は設計波長を５３０ｎｍとし、第１及び第２の波長板の切断角度がそれぞれ９０°Ｚ、第１及び第２の波長板の光学軸方位角θ１、θ２を図２に示したように設定し、第１及び第２の波長板の位相差Γ１、Γ２を適切に設定し、第１及び第２の波長板の高次モード次数ｎ１、ｎ２を共に７、９とした場合の波長−位相差特性を、高次モード次数ｎ１、ｎ２が共に１１の場合と比較した波長−位相差特性である。なお、高次モード次数ｎ１、ｎ２が共に１１の場合は前述のように、第１の波長板の位相差Γ１、光学軸方位角θ１はそれぞれ１９６６°、１３．４°、第２の波長板の位相差Γ２、光学軸方位角θ２はそれぞれ９８３°、７１°である。

図６はさらに高次モード次数ｎ１、ｎ２を共に１３、１５とした場合の波長−位相差特性を、高次モード次数ｎ１、ｎ２が共に１１の場合と比較した波長−位相差特性である。また、図７は高次モード次数ｎ１、ｎ２を共に２１、３１と大きくした場合の波長−位相差特性を、高次モード次数ｎ１、ｎ２が共に１１の場合と比較した波長−位相差特性である。図５、６、７より明らかなように、高次モード次数ｎ１、ｎ２を同一として変化させた場合、波長−位相差特性の形状は相似形となり、用いる青色帯、緑色帯、赤色帯の発光ダイオードの波長により、次数ｎ１、ｎ２を適正に選んで用いるようにするとよい。
積層１／４波長板１の第１及び第２の波長板２、３の切断角度がそれぞれ９０°Ｚ、高次モードの次数ｎ１及びｎ２が共に１１、波長λを５３０ｎｍとしたとき、第１の波長板の位相差Γ１、光学軸方位角θ１がそれぞれ１９６６°、１３．４°、第２の波長板の位相差Γ２、光学軸方位角θ２がそれぞれ９８３°、７１°に設定した場合に良好な１／４波長板が得られたことを説明したが、青色、緑色、赤色の複数の波長帯において１／４波長板としての機能を満たす光学軸方位角θ１、θ２、位相差Γ１、Γ２の許容範囲を、シミュレーションにより求めた。図８は他のパラメータは図２に示したように設定し、光学軸方位角θ１、θ２を（１３．４°、７１°）から±１°変化させた場合の波長−位相差特性である。αは光学軸方位角θ１、θ２を（１３．４°、７１°）、βは（１２．４°、７２°）、γは（１４．４°、７０°）に設定した場合の波長−位相差特性である。この図から青色、緑色、赤色の複数の波長帯において、１／４波長板として良好な特性が得られる光学軸方位角θ１、θ２の許容範囲は（１３．４°、７１°）に対して±１°程度であることが分かる。

図９は、他のパラメータを図２に示したように設定し、位相差Γ１、Γ２を（１９６１°、９８３°）から±５°変化させた場合の波長−位相差特性である。αは位相差Γ１、Γ２を（１９６１°、９８３°）、βは（１９７１°、９７８°）、γは（１９６１°、９８８°）に設定した場合の波長−位相差特性である。この図から青色、緑色、赤色の複数の波長帯において、１／４波長板として良好な特性が得られる位相差Γ１、Γ２の許容範囲は（１９６１°、９８３°）に対して±５°程度であることが分かる。

次に、青色帯、緑色帯、赤色帯において１／４波長板として機能する本発明の積層１／４波長板を用いてプロジェクタを構成した場合を説明する。図１０は本発明に係る第２の実施例のプロジェクタの構成を示した概略構成図であって、青色帯、緑色帯、赤色帯のレーザ光をそれぞれ出射する発光ダイオード（ＬＥＤ）１０ａ、１０ｂ、１０ｃと、ミラー１１と、第１及び第２のダイクロイックミラー１１ａ、１１ｂと、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１２と、本発明の積層１／４波長板１３と、光変調素子（例えば、ＤＬＰ方式（Digital Light Processing）、ＬＣＯＳ方式（Liquid Crystal On Silicon）等）１４と、投影レンズ１５と、図示しないスクリーンと、を備えている。
ここで、ＬＥＤ１０ａ、１０ｂ、１０ｃの出射レーザ光はＳ偏光として説明するが、ＬＥＤ１０ａ、１０ｂ、１０ｃの出射レーザ光はＰ偏光でも良い。
周知のように、ＤＬＰ方式に用いられる表示デバイスはＤＭＤ（Digital Micromirror Device）で、ミクロンサイズの微小な鏡が数十万から百数十万並んだ半導体であり、一つの鏡が一画素に対応し、ＯＮ／ＯＦＦの信号でその鏡が傾く仕組みで、微小な鏡が光源からの光を反射して映像を投影する。また、ＬＣＯＳ方式は表示デバイスにＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）を用いる。ＬＣＯＳとは反射型の液晶表示パネルで高開口率が特徴であり、配線やスイッチング素子を反射層の下に作るため継ぎ目のないシームレスな映像を表示できる。

ＬＥＤ１０ａから出射する赤色帯のＳ偏光光はミラー１１により９０度進行方向を変え、第１及び第２のダイクロイックミラー１１ａ、１１ｂを透過し、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１２に入射する。入射した赤色帯のＳ偏光光はＰＢＳ１２の偏光膜１２ａによって反射され、９０度進行方向を変えて、積層１／４波長板１３に入射し、該積層１／４波長板１３を透過し、光変調素子１４に入射する。入射した赤色帯のＳ偏光光は光変調素子１４によって空間光変調され、反射されて再度積層１／４波長板１３に入射し、透過して、ＰＢＳ１２に入射する。積層１／４波長板１３を２度透過すると直線偏光の偏波面が９０度回転され、Ｓ偏光光はＰ偏光光に変換されるので、ＰＢＳ１２の偏光膜１２ａを透過して投影レンズ１５に入射する。

ＬＥＤ１０ｂから出射する緑色帯のＳ偏光光は第１のダイクロイックミラー１１ａにより反射され９０度進行方向を変えて、第２のダイクロイックミラー１１ｂに入射し、該第２のダイクロイックミラー１１ｂを透過して、ＰＢＳ１２に入射する。入射した緑色帯のＳ偏光光はＰＢＳ１２の偏光膜１２ａによって反射され、９０度進行方向を変えて、積層１／４波長板１３に入射し、該積層１／４波長板１３を透過し、光変調素子１４に入射する。入射した緑色帯のＳ偏光光は光変調素子１４によって空間光変調され、反射されて再度積層１／４波長板１３に入射し、透過して、ＰＢＳ１２に入射する。積層１／４波長板１３を２度透過すると偏光面が９０度回転され、緑色のＳ偏光光はＰ偏光光に変換されるため、ＰＢＳ１２の偏光膜１２ａを透過して投影レンズ１５に入射する。

ＬＥＤ１０ｃから出射する青色帯のＳ偏光光は第２のダイクロイックミラー１１ｂにより反射されて、ＰＢＳ１２に入射する。入射した青色帯のＳ偏光光はＰＢＳ１２の偏光膜１２ａによって反射され、９０度進行方向を変えて、積層１／４波長板１３に入射し、該積層１／４波長板１３を透過し、光変調素子１４に入射する。入射した青色帯のＳ偏光光は光変調素子１４によって空間光変調され、反射されて再度積層１／４波長板１３に入射し、透過して、ＰＢＳ１２に入射する。積層１／４波長板１３を２度透過すると直線偏光の偏波面が９０度回転され、青色のＳ偏光光はＰ偏光光に変換されるため、ＰＢＳ１２の偏光膜１２ａを透過して投影レンズ１５に入射する。光変調素子１４により変調された赤色帯、緑色帯、青色帯の光を投影レンズ１５により拡大して図示しないスクリーンに投影して、カラーの映像が得られる。

図１１は本発明に係る第３の実施例のプロジェクタの構成を示した概略構成図であって、図１０と異なる点は図１０のようにミラー１１を用いないでＬＥＤ１０ａの赤色帯のＳ偏光光を第１のダイクロイックミラー１１ａに対し４５度方向から入射させた点である。作用は前述した通りである。
また、図１２は本発明に係る第４の実施例のプロジェクタの構成を示した概略構成図であって、図１０と異なる点は、ＰＢＳ１２の代わりに合成プリズム１２’を用いたことと、青色帯のＬＥＤ１０ｃとダイクロイックミラー１１ｂとを合成プリズム１２’に対して反対側に配置した点である。合成プリズム１２’は偏光膜１２’ａ、１２’ｂとを有し、偏光膜１２’ａは赤色帯及び緑色帯の光の反射と透過に関与し、偏光膜１２’ｂは青色帯の光の反射と透過に関与する。作用は前述した通りである。

図１３は本発明に係る第５の実施例のプロジェクタの構成を示した概略構成図であって、図１０と異なる点は、図１０に示したミラー１１、第１及び第２のダイクロイックミラー１１ａ、１１ｂを第１の光学素子ブロック素子１６内に形成し、ミラー１６ａ、第１及び第２のダイクロイックミラー１６ｂ、１６ｃとした点である。作用は前述した通りである。
また、図１４は本発明に係る第６の実施例のプロジェクタの構成を示した概略構成図であって、図１１と異なる点は、第１及び第２のダイクロイックミラー１１ａ、１１ｂを一体化し、第２の光学素子ブロック素子１７とした点である。作用は前述した通りである。
図１５は本発明に係る第７の実施例のプロジェクタの構成を示した概略構成図であって、図１４と異なる点は、第２の光学素子ブロック素子１７とＰＢＳ１２とを光学用接着剤で固着一体化して第３の光学素子ブロック素子１８とした点である。作用は前述した通りである。

図１６は本発明に係る第８の実施例のプロジェクタの構成を示した概略構成図であって、図１５と異なる点は、第４の光学素子ブロック素子１９の内部に第１及び第２のダイクロイックミラー１８ｂ、１８ｃと、偏光ビームスプリッタとを一体的に形成した点である。偏光膜１２ａの傾斜が他の実施例と９０度異なるので、合成した赤色帯、緑色帯、青色帯の光は偏光膜１２ａで図中上方に反射され、光変調素子１４に入射する。入射した光は光変調素子１４により空間光変調され、反射されて第３の光学素子ブロック１８に入射し、偏光膜１２ａを透過し、投影レンズ１５により拡大され、スクリーン上に像を結ぶ。

本発明に係る１／４波長板の構成を示した概略構成図で、（ａ）は入射方向から見た平面図、（ｂ）は斜視図。 本発明に係る積層１／４波長板の波長−位相差特性図。 第１及び第２波長板の光学軸方位角を組で変化させたときの波長−位相差特性図。 設計波長を変化させたときの波長−位相差特性図。 第１及び第２波長板の高次モード次数ｎ１、ｎ２を共に７、９、１１と変化させたときの波長−位相差特性図。 第１及び第２波長板の高次モード次数ｎ１、ｎ２を共に１１、１３、１５と変化させたときの波長−位相差特性図。 第１及び第２波長板の高次モード次数ｎ１、ｎ２を共に１１、２１、３１と変化させたときの波長−位相差特性図。 図２に示したパラメータから光学軸方位角θ１、θ２のみを±１°変化させた場合の波長−位相差特性図。 図２に示したパラメータから位相差Γ１、Γ２のみを±５°変化させた場合の波長−位相差特性図。 本発明の第２の実施例のプロジェクタを示した図。 本発明の第３の実施例のプロジェクタを示した図。 本発明の第４の実施例のプロジェクタを示した図。 本発明の第５の実施例のプロジェクタを示した図。 本発明の第６の実施例のプロジェクタを示した図。 本発明の第７の実施例のプロジェクタを示した図。 本発明の第８の実施例のプロジェクタを示した図。 従来の１／４波長板の構成を示した概略構成図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＸＹＺ軸と光学軸方位角を示す図。 従来の積層１／４波長板の構成を示した概略構成図で、（ａ）は入射方向から見た平面図、（ｂ）は斜視図。

符号の説明

１、１３ 積層１／４波長板、２、３ 波長板、４、５ 光学軸、θ１、θ２ 光学軸方位角、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 発光ダイオード、１１ ミラー、１１ａ、１１ｂ ダイクロイックミラー、１２ 偏光ビームスプリッタ、１２’合成プリズム、１２ａ、１２’ａ、１２’ｂ 偏光膜、１４ 光変調素子、１５ 投影レンズ、１６ 光学ブロック素子、１６ａ ミラー部、１６ｂ、１６ｂ ダイクロイックミラー部、１７ 光学ブロック素子、１７ｂ、１７ｃ ダイクロイックミラー部、１８ 光学ブロック素子、１８ｂ、１８ｃ ダイクロイックミラー部、１９ 光学ブロック素子、１９ｂ、１９ｃ ダイクロイックミラー部

Claims (9)

1. 複屈折性を有する材質を用いた第１及び第２の波長板を光学軸が交差するように貼り合わせ、全体として１／４波長板として機能する波長板であって、
   所定の波長λにおいて、常光線及び異常光線に対する第１及び第２の波長板の位相差をΓ１及びΓ２、高次モードの次数をそれぞれ奇数の自然数ｎ１、ｎ２（０を除く）としたとき、
   Γ１≒１８０°×ｎ１
   Γ２≒９０°×ｎ２
   を満足するように構成したことを特徴とする波長板。
2. 前記第１及び第２の波長板に水晶を用い、それら切断角度を９０°Ｚ、前記高次モードの次数ｎ１及びｎ２を共に１１とし、
   前記波長λを５３０ｎｍとしたとき、前記第１の波長板の位相差Γ１を１９６６°±５°、光学軸方位角を１３．４°±１°とし、
   前記第２の波長板の位相差Γ２を９８３°±５°、光学軸方位角を７１°±１°としたことを特徴とする請求項１に記載の波長板。
3. 青色帯、緑色帯、赤色帯のレーザ光をそれぞれ出射する発光ダイオードと、
   前記赤色帯のレーザ光を透過すると共に、前記緑色帯のレーザ光を反射する第１のダイクロイックミラーと、
   前記赤色帯及び緑色帯のレーザ光を透過すると共に、前記青色帯のレーザ光を反射する第２のダイクロイックミラーと、
   前記第２ダイクロイックミラーから出射されるレーザ光をＳ偏光光とＰ偏光光に分離する偏光膜を備えた偏光ビームスプリッタと、
   前記偏光ビームスプリッタの偏光膜により反射されたＰ偏光光又はＳ偏光光の出射面側に配置され、前記Ｐ偏光光又はＳ偏光光を光変調する光変調素子と、
   前記偏光ビームスプリッタと前記光変調素子との間に配置され、前記偏光ビームスプリッタの出射面から出射されたＰ偏光光又はＳ偏光光が、前光変調素子により光変調された後、再度通過することによりＳ偏光光又はＰ偏光光に変換する請求項１又は２に記載の波長板と、
   前記光変調素子により光変調が施され、前記波長板により変換されたＳ偏光光又はＰ偏光光が入射される投影レンズと、
   を備えることを特徴とするプロジェクタ。
4. 前記赤色帯のレーザ光を反射するミラーを備えていることを特徴とする請求項３に記載のプロジェクタ。
5. 青色帯、緑色帯、赤色帯のレーザ光をそれぞれ出射する発光ダイオードと、
   前記赤色帯のレーザ光を透過すると共に、前記緑色帯のレーザ光を反射する第１のダイクロイックミラーと、
   前記赤色帯及び緑色帯のレーザ光を透過すると共に、前記青色帯のレーザ光を反射する第２のダイクロイックミラーと、
   前記第１及び第２ダイクロイックミラーから出射されるレーザ光をＳ偏光光とＰ偏光光に分離する偏光膜を備えた合成プリズムと、
   前記合成プリズムの偏光膜により反射されたＰ偏光光又はＳ偏光光の出射面側に配置され、前記Ｐ偏光光又はＳ偏光光を光変調する光変調素子と、
   前記合成プリズムと前記光変調素子との間に配置され、前記合成プリズムの出射面から出射されたＰ偏光光又はＳ偏光光が、前光変調素子により光変調された後、再度通過することによりＳ偏光光又はＰ偏光光に変換する請求項１又は２に記載の波長板と、
   前記光変調素子により光変調が施され、前記波長板により変換されたＳ偏光光又はＰ偏光光が入射される投影レンズと、
   を備えることを特徴とするプロジェクタ。
6. 前記ミラー及び前記第１及び第２のダイクロイックミラーは、第１の光ブロック素子により構成されていることを特徴とする請求項４に記載のプロジェクタ。
7. 前記第１及び第２のダイクロイックミラーは、第２の光ブロック素子により構成されていることを特徴とする請求項３に記載のプロジェクタ。
8. 前記第２の光ブロック素子と前記偏光ビームスプリッタと、を光学用接着剤にて固着したことを特徴とする請求項７に記載のプロジェクタ。
9. 前記ミラー、前記第１及び第２のダイクロイックミラー、及び偏光膜が第３の光ブロック素子により構成されていることを特徴とする請求項３に記載のプロジェクタ。

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