JP5101041B2 - １／２波長板 - Google Patents

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水晶を素材とする１／２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形態の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、偏光ビームスプリッタより分離されたＰ偏光成分とＳ偏光成分のいずれか一方の偏光方向を回転し、他方の偏光成分の偏光方向と一致させて出射させるための１／２波長板が設けられている。

従来までの光学エンジンに用いられている１／２波長板は、その一形態としては複屈折性を有する有機フィルムをガラスに貼り付けた形態のもの、又は２枚の水晶より成る複屈折板板（第１の複屈折板板と第２の複屈折板）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た形態のものが用いられている。又、この波長板２枚を貼り合わせタイプの１／２波長板に使用される第１の複屈折板及び第２の複屈折板には、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１／２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。
米国特許第５７５１３８４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１／２波長板のうち、有機フィルムとガラスとを貼り合わせた形態の１／２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１／２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、有機フィルムとガラスとを貼り合わせた形態の１／２波長板を高温環境下で使用する場合では、１／２波長板を冷却するための冷却手段（大型のファン等）を、１／２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枚の水晶よりなる複屈折板を貼り合わせた形態の従来の１／２波長板おいて、所望するＰＳ変換効率は、貼り合わされた２枚の複屈折板の厚み差から求めているが、このような形態の１／２波長板では、図３に開示したように、透過光帯域のうち、ＰＳ変換効率が０％又は１００％となる波長帯域幅が著しく狭いため、所望のＰＳ変換効率となる波長帯域毎で複屈折板の厚み差を変化させた１／２波長板を作成しなければならないという課題がある。

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、且つＰＳ変換効率が０％又は１００％となる波長帯域幅が広い１／２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、材質が水晶であり、且つ厚みが異なった第１の複屈折板と第２の複屈折板と第３の複屈折板を備え、該第２の複屈 折板の一方の主面と該第１の複屈折板の一方の主面とが貼り合わされており、該第２の複 屈折板の他方の主面と該第３の複屈折板の一方の主面とが貼り合わされており、該第１の 複屈折板と該第２の複屈折板と該第３の複屈折板のみで構成された１／２波長板において、該第１の複屈折板の厚みが０．０４５ｍｍであり、該第２の複屈折板の厚みが０．０９ ｍｍであり、該第３の複屈折板の厚みが０．１８ｍｍであり、該第１の複屈折板における 光学軸投影線とＸ軸が成す角度が−４５°であり、該第２の複屈折板における光学軸投影 線と該Ｘ軸が成す角度が−１°であり、該第３の複屈折板における光学軸投影線と該Ｘ軸 が成す角度が８０°であることを特徴とする１／２波長板である。

本発明の１／２波長板では、有機フィルムを使用した１／２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１／２波長板では必須であった、１／２波長板を冷却するための冷却手段（大型のファン等）を、１／２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１／２波長板の形態では、貼り合わせる複屈折板毎の厚みを計算式により導出した厚みとする。このことにより、透過光帯域のうち、ＰＳ変換効率が０％又は１００％となる波長帯域の幅を著しく広くすることが可能となる。

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、１形状の１／２波長板で、一定の波長帯域幅においてＰＳ変換効率０％又は１００％として機能することが可能な１／２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１／２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１／２波長板を示した外観斜視図である。図２は、実施例に開示した本発明の実施形態の１／２波長板における、各複屈折板の光学軸方位を示した方位図である。尚、図２において、各複屈折板における光学軸投影線とＸ軸とが成す角度は、 Ｚ軸方向から見て、反時計回りをプラス、時計回りをマイナスとして表している。図３は、本発明における１／２波長板における、波長−ＰＳ変換効率特性を示したグラフであり、比較のために同グラフ内には従来の１／２における同特性グラフも示している。尚、各図においては、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。特に図１における各複屈折板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、１／２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使用される、本発明における１／２波長板の実施例を示した。１／２波長板１０の代表的な使用例としては、偏光ビームスプリッタに入射される前又は偏光ビームスプリッタから出射した後の特定波長光に対して、ＰＳ変換を行うことに使用される。

この偏光ビームスプリッタ前後に配置される１／２波長板１０は、図１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の複屈折板１１、第１の複屈折板と同じサイズの主面となるように形成された第２の複屈折板１２及び第３の複屈折板１３の３枚の複屈折板を、第１の複屈折板１１と第２の複屈折板１２と第３の複屈折板１３の光学軸が成す角度が、９０°以外の異なる角度となるような形態で貼り合わせた１／２波長板１０である。又、１／２波長板１０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１／２波長板１０の一実施形態として、それぞれの複屈折板の諸仕様を下記表１に示す。

尚、上記表１に記載の各複屈折板の厚みｔ_ｎ＋１は、最も厚みの薄い第１の複屈折板１１の厚みをｔ_１として、下記の数式に諸数値を当てはめて導出したものである。

ｔ_ｎ＋１＝２ｎ×ｔ_１ （ｎ＝１，２，３・・・）
つまり、１／２波長板１０を構成する複数枚の複屈折板は全て、構成する複屈折板のうち最も厚みの薄い複屈折板の偶数倍の厚みとなり、且つ各複屈折板の厚みはそれぞれで異なっている。尚、図１に記載の１／２波長板１０では、最も厚みの薄い第１の複屈折板１１から順に厚みが厚くなる複屈折板を貼り合わせて形成したものを開示しているが、上式により導出された厚みにより形成された各複屈折板の貼り合わせ順番は一定ではなく、所望の順番での貼り合わせが可能である。

図１及び図２に示し、且つ上記のように、各複屈折板の厚みを、第１の複屈折板１１でｔ１＝０．０４５ｍｍ、第２の複屈折板１２でｔ２＝０．０９ｍｍ及び第３の複屈折板１３でｔ３＝０．１８ｍｍとし、更に各複屈折板における光学軸投影線とＸ軸とが成す角度φを、第１の複屈折板１１でφ３＝−４５°、第２の複屈折板１２でφ２＝−１°及び第３の複屈折板１３でφ１＝８０°とした１／２波長板の場合の波長−ＰＳ変換効率特性を図３に示す。図３に示すように、上記記載のような形態の１／２波長板を使用することにより、従来の形態の１／２波長板に比べ、ＰＳ変換効率が０％又は１００％となる波長帯域幅を広くすることができる。このことにより、１形状の１／２波長板で、一定の波長帯域幅においてＰＳ変換効率０％又は１００％として機能することが可能な１／２波長板となる。

尚、上記実施形態では１／２波長板１０を構成する最も薄い第１の複屈折板１１の厚みを０．０４５ｍｍとした場合を開示したが、複屈折板の素材として硬脆材である水晶を用いる場合では、その薄板化加工には高度な技術が必要となる。そこで最も薄い第１の複屈折板１１を、薄板化加工が容易な厚さの水晶を素材とする２枚の厚さの異なる複屈折板を、各々の複屈折板の光学軸投影線が直交する形態で貼り合わせて形成したものと置き換えることが可能である。その場合の上記第１の複屈折板１１の厚みとしたｔ_１は、第１の複屈折板と置き換えた２枚の複屈折板の厚み差分となる。

又、上記実施形態のように、本発明の１／２波長板は、その構成材として樹脂に比べ熱伝導率が高く且つ熱による膨張変形量が低い水晶を使用した複屈折板のみで構成されているので、波長板としての耐熱性が従来の樹脂フィルムを使用した１／２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。

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。例えば、図３に例示したＰＳ変換効率を０％又は１００％となる波長帯域以外の帯域でＰＳ変換効率を０％又は１００％にしたい場合や、１／２波長板としての総厚みを薄くさせつつＰＳ変換効率が良好な所望の波長帯域幅を確保する場合などは、１／２波長板を構成する各複屈折板の光学軸間の成す角度φや厚みｔを、本発明に開示の本発明構成範囲内で変化させることは構わない。

図１は、本発明における１／２波長板を示した外観斜視図である。 図３は、本発明における１／２波長板の一実施形態における、各複屈折板の光学軸方位を示した方位図である。 図３は、本発明における１／２波長板の一実施形態における、波長−ＰＳ変換効率特性を示したグラフ図である（比較対象として従来の１／２波長板における波長−ＰＳ変換効率特性を重ねて図示してある。）。

符号の説明

１０・・・１／２波長板
１１・・・第１の複屈折板
１２・・・第２の複屈折板
１３・・・第３の複屈折板

Claims (1)

1. 材質が水晶であり、且つ厚みが異なった第１の複屈折板と第２の複屈折板と第３の複屈 折板を備え、
   該第２の複屈折板の一方の主面と該第１の複屈折板の一方の主面とが貼り合わされてお り、
   該第２の複屈折板の他方の主面と該第３の複屈折板の一方の主面とが貼り合わされてお り、
   該第１の複屈折板と該第２の複屈折板と該第３の複屈折板のみで構成された１／２波長板において、
   該第１の複屈折板の厚みが０．０４５ｍｍであり、
   該第２の複屈折板の厚みが０．０９ｍｍであり、
   該第３の複屈折板の厚みが０．１８ｍｍであり、
   該第１の複屈折板における光学軸投影線とＸ軸とが成す角度が−４５°であり、
   該第２の複屈折板における光学軸投影線と該Ｘ軸が成す角度が−１°であり、
   該第３の複屈折板における光学軸投影線と該Ｘ軸が成す角度が８０°である
   ことを特徴とする１／２波長板。

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