JP6375167B2 - Optical device, projector, manufacturing method, and manufacturing support apparatus - Google Patents

Optical device, projector, manufacturing method, and manufacturing support apparatus Download PDF

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Description

この発明は、レーザ光を生成する光学デバイス、プロジェクタ、製造方法および製造支援装置に関する。   The present invention relates to an optical device that generates laser light, a projector, a manufacturing method, and a manufacturing support apparatus.

従来、照明装置から出射した光を空間光変調装置によって変調し、変調した画像光を投射レンズなどの投射光学系によりスクリーンに拡大投射するプロジェクタが知られている。このようなプロジェクタ等にはレーザ光の偏光方向を調整する波長板が用いられる。たとえば、1/2波長板の両側に1/4波長板を設けた積層波長板において、1/2波長板の厚みを調整して高次の位相差を利用し、使用される各波長の近傍において局所的に1/2波長板として動作させる技術が知られている(たとえば、下記特許文献1参照。)。   2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a projector that modulates light emitted from an illumination device by a spatial light modulator and enlarges and projects the modulated image light onto a screen by a projection optical system such as a projection lens. A wave plate that adjusts the polarization direction of laser light is used in such projectors. For example, in a laminated wave plate in which quarter wave plates are provided on both sides of a half wave plate, the thickness of the half wave plate is adjusted to use a high-order phase difference, and in the vicinity of each wavelength used. Is known to operate locally as a half-wave plate (see, for example, Patent Document 1 below).

国際公開第2013/015066号International Publication No. 2013/015066

しかしながら、上述した従来技術では、積層波長板を1/2波長板として動作させる場合に液晶セルが厚くなり、液晶セルのスイッチング特性が低下するという問題がある。   However, the above-described prior art has a problem that when the laminated wave plate is operated as a half-wave plate, the liquid crystal cell becomes thick and the switching characteristics of the liquid crystal cell are deteriorated.

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、スイッチング特性の低下を抑えつつ1/2波長板として動作する積層波長板を実現することができる光学デバイス、プロジェクタ、製造方法および製造支援装置を提供することを目的とする。   In order to solve the above-described problems caused by the prior art, the present invention provides an optical device, a projector, a manufacturing method, and manufacturing support capable of realizing a laminated wavelength plate that operates as a half-wave plate while suppressing deterioration in switching characteristics. An object is to provide an apparatus.

上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明にかかる光学デバイス、プロジェクタ、製造方法および製造支援装置の一側面では、所定方向の偏光状態でありかつそれぞれ異なる波長の複数のレーザ光を通過させ、前記所定方向に対するダイレクタの方向を基板面と平行な第1方向および第2方向に切り替え可能な液晶セルと、前記液晶セルより出射された各レーザ光を通過させる第1波長板と、前記第1波長板より出射された各レーザ光を通過させ、遅相軸が前記第1波長板と平行な第2波長板と、前記第2波長板より出射された各レーザ光を通過させ、遅相軸が前記第1方向または前記第2方向と平行な第3波長板と、前記ダイレクタの方向を周期的に切り替える制御回路と、を備え、前記液晶セル、前記第1波長板、前記第2波長板および前記第3波長板を通過した各レーザ光を出力する。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, according to one aspect of the optical device, the projector, the manufacturing method, and the manufacturing support apparatus according to the present invention, a plurality of laser beams having a polarization state in a predetermined direction and different wavelengths are provided. A liquid crystal cell that allows the direction of the director relative to the predetermined direction to be switched between a first direction and a second direction parallel to the substrate surface, and a first wavelength plate that allows each laser beam emitted from the liquid crystal cell to pass therethrough, Pass each laser beam emitted from the first wave plate, pass a second wave plate whose slow axis is parallel to the first wave plate, and pass each laser beam emitted from the second wave plate, A third wavelength plate whose slow axis is parallel to the first direction or the second direction, and a control circuit that periodically switches the direction of the director, the liquid crystal cell, the first wavelength plate, the first 2 Outputs each laser beam passed through the long plate and the third wave plate.

これにより、積層波長板のうちの液晶セルとは異なる波長板を厚くすることで、液晶セルの厚みを抑えつつ積層波長板を1/2波長板として動作させることができる。   Accordingly, by increasing the thickness of the laminated wave plate that is different from the liquid crystal cell, the laminated wave plate can be operated as a half-wave plate while suppressing the thickness of the liquid crystal cell.

この発明によれば、スイッチング特性の低下を抑えつつ1/2波長板として動作する積層波長板を実現することができるという効果を奏する。   According to the present invention, it is possible to realize a laminated wave plate that operates as a half-wave plate while suppressing a decrease in switching characteristics.

図1Aは、実施の形態にかかる光学デバイスの構成例を示す図である。FIG. 1A is a diagram illustrating a configuration example of an optical device according to an embodiment. 図1Bは、光デバイスの変形例1を示す図である。FIG. 1B is a diagram illustrating a first modification of the optical device. 図1Cは、光デバイスの変形例2を示す図である。FIG. 1C is a diagram illustrating a second modification of the optical device. 図1Dは、光デバイスの変形例3を示す図である。FIG. 1D is a diagram illustrating a third modification of the optical device. 図2Aは、液晶セルの電極構造の例1を示す図である。FIG. 2A is a diagram illustrating Example 1 of an electrode structure of a liquid crystal cell. 図2Bは、液晶セルの電極構造の例2を示す図である。FIG. 2B is a diagram illustrating Example 2 of the electrode structure of the liquid crystal cell. 図2Cは、液晶セルの電極構造の例3を示す図である。FIG. 2C is a diagram illustrating Example 3 of the electrode structure of the liquid crystal cell. 図2Dは、液晶セルの電極構造の例4を示す図である。FIG. 2D is a diagram illustrating Example 4 of the electrode structure of the liquid crystal cell. 図3は、積層波長板の動作の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the operation of the laminated wave plate. 図4は、液晶デバイスを1/2波長板として使用する場合の波長に対するリタデーションの特性の第1の例を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a first example of retardation characteristics with respect to wavelength when a liquid crystal device is used as a half-wave plate. 図5は、液晶デバイスを1/2波長板として使用する場合の方位角の特性の第1の例を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing a first example of azimuth angle characteristics when a liquid crystal device is used as a half-wave plate. 図6は、位相差フィルムを組み合わせた積層波長板の一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a laminated wave plate in which retardation films are combined. 図7Aは、位相差フィルムの波長分散の特性の例を示すグラフである。FIG. 7A is a graph illustrating an example of wavelength dispersion characteristics of a retardation film. 図7Bは、位相差フィルムによるリタデーションの特性の変化の一例を示す図である。FIG. 7B is a diagram illustrating an example of a change in retardation characteristics caused by a retardation film. 図7Cは、位相差フィルムによる方位角の特性の変化の一例を示す図である。FIG. 7C is a diagram illustrating an example of a change in azimuth angle characteristics due to the retardation film. 図8は、波長に対するクロストークの特性の一例を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing an example of crosstalk characteristics with respect to wavelength. 図9は、光学デバイスの一例を示す斜視図である。FIG. 9 is a perspective view showing an example of an optical device. 図10は、各波長における波長板の厚みに対するリタデーション特性の一例を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing an example of retardation characteristics with respect to the thickness of the wave plate at each wavelength. 図11は、実施の形態にかかる製造支援装置のハードウェア構成の一例を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of the manufacturing support apparatus according to the embodiment. 図12は、強誘電性液晶を用いた液晶セルの具体例を示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing a specific example of a liquid crystal cell using a ferroelectric liquid crystal. 図13は、強誘電性液晶の分子長軸方向と電界との関係を示す説明図(その1)である。FIG. 13 is an explanatory diagram (part 1) illustrating the relationship between the direction of the molecular major axis of the ferroelectric liquid crystal and the electric field. 図14は、強誘電性液晶の分子長軸方向と電界との関係を示す説明図(その2)である。FIG. 14 is an explanatory diagram (part 2) illustrating the relationship between the molecular major axis direction of the ferroelectric liquid crystal and the electric field.

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる光学デバイス、プロジェクタ、製造方法および製造支援装置の実施の形態を詳細に説明する。   Exemplary embodiments of an optical device, a projector, a manufacturing method, and a manufacturing support apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

(実施の形態)
図1Aは、実施の形態にかかる光学デバイスの構成例を示す図である。図1Aに示すように、実施の形態にかかる光学デバイス100は、光源部110と、液晶デバイス120と、制御回路130と、を備えている。ただし、光源部110や制御回路130については光学デバイス100の外部のものを用いてもよく、この場合は、光学デバイス100は光源部110や制御回路130を備えていなくてもよい。
(Embodiment)
FIG. 1A is a diagram illustrating a configuration example of an optical device according to an embodiment. As illustrated in FIG. 1A, the optical device 100 according to the embodiment includes a light source unit 110, a liquid crystal device 120, and a control circuit 130. However, the light source unit 110 and the control circuit 130 may be external to the optical device 100. In this case, the optical device 100 may not include the light source unit 110 and the control circuit 130.

光源部110は、所定波長のレーザ光を所定の偏光状態で出射する。レーザ光は、たとえば、複数の原色の光を空間的または時間的に含む直線偏光のレーザ光である。光源部110は、具体的には、RGBレーザ光源111と、偏波保持ファイバ112と、を含んでいる。RGBレーザ光源111は、複数の原色(赤、緑および青)の光を含み、直線偏光のレーザ光を出射する。光源部110は、たとえば、各色の光源を時分割で発光させるフィールドシーケンシャル方式の光源部である。   The light source unit 110 emits laser light having a predetermined wavelength in a predetermined polarization state. The laser light is, for example, linearly polarized laser light that includes a plurality of primary color lights spatially or temporally. Specifically, the light source unit 110 includes an RGB laser light source 111 and a polarization maintaining fiber 112. The RGB laser light source 111 includes light of a plurality of primary colors (red, green, and blue) and emits linearly polarized laser light. The light source unit 110 is, for example, a field sequential type light source unit that emits light sources of respective colors in a time division manner.

偏波保持ファイバ112は、RGBレーザ光源111から出射されたレーザ光の偏光状態(直線偏光)を保持して液晶デバイス120へ出射するPMF(Polarization Maintaining Fiber)である。偏光方向101は、偏波保持ファイバ112から液晶デバイス120へ出射されるレーザ光の偏光方向(たとえば0°)を示している。   The polarization maintaining fiber 112 is a PMF (Polarization Maintaining Fiber) that holds the polarization state (linearly polarized light) of the laser light emitted from the RGB laser light source 111 and emits it to the liquid crystal device 120. A polarization direction 101 indicates a polarization direction (for example, 0 °) of laser light emitted from the polarization maintaining fiber 112 to the liquid crystal device 120.

液晶デバイス120は、波長板121(第4波長板)と、液晶セル122(第1液晶セル)と、波長板123(第1波長板)と、波長板124(第2波長板)と、波長板125(第3波長板)と、波長板126(第5波長板)と、を含んでいる。   The liquid crystal device 120 includes a wave plate 121 (fourth wave plate), a liquid crystal cell 122 (first liquid crystal cell), a wave plate 123 (first wave plate), a wave plate 124 (second wave plate), a wavelength A plate 125 (third wave plate) and a wave plate 126 (fifth wave plate) are included.

液晶セル122は、たとえば強誘電性液晶(FLC:Ferroelectric Liquid Crystal)セルによって作成することができる。波長板125は、たとえば1/2波長板である。波長板125は、たとえばネマティック液晶セル、位相差フィルム、強誘電性液晶セルなどによって作成することができる。図1Aに示す例では、波長板125は、遅相軸の方向が固定の波長板で構成されている。   The liquid crystal cell 122 can be made of, for example, a ferroelectric liquid crystal (FLC) cell. Wave plate 125 is, for example, a half-wave plate. The wave plate 125 can be made of, for example, a nematic liquid crystal cell, a retardation film, a ferroelectric liquid crystal cell, or the like. In the example shown in FIG. 1A, the wave plate 125 is formed of a wave plate whose direction of the slow axis is fixed.

波長板121,123,124,126は、たとえば同一構成の1/4波長板である。波長板121,123,124,126は、たとえばネマティック液晶(NLC:Nematic Liquid Crystal)セルや位相差フィルムによって作成することができる。   Wave plates 121, 123, 124, and 126 are quarter wavelength plates having the same configuration, for example. Wave plates 121, 123, 124, and 126 can be made of, for example, a nematic liquid crystal (NLC) cell or a retardation film.

波長板121は、偏波保持ファイバ112から出射されたレーザ光を通過させて液晶セル122へ出射する。スロー軸方向121aは、波長板121のスロー軸(遅相軸)の方向を示している。スロー軸は、複屈折の屈折率が最も高い軸である。スロー軸方向121aは、偏波保持ファイバ112から出射されるレーザ光の所定方向の偏光方向101に対して約0°の角度に設定されている。このため、レーザ光の偏光状態は波長板121において変化しない。   The wave plate 121 passes the laser light emitted from the polarization maintaining fiber 112 and emits it to the liquid crystal cell 122. The slow axis direction 121 a indicates the direction of the slow axis (slow axis) of the wave plate 121. The slow axis is the axis with the highest birefringence refractive index. The slow axis direction 121a is set at an angle of about 0 ° with respect to the polarization direction 101 of the laser beam emitted from the polarization maintaining fiber 112 in a predetermined direction. For this reason, the polarization state of the laser light does not change in the wave plate 121.

液晶セル122は、波長板121から出射されたレーザ光を通過させて波長板123へ出射する。また、液晶セル122は、通過させるレーザ光の偏光方向を、切り替え可能な回転量により回転させる。ダイレクタ方向122aは、液晶セル122における液晶分子のダイレクタの方向を示している。波長板121のスロー軸方向121aに対するダイレクタ方向122aの角度は、液晶セル122の基板面と平行な方向に、約22.5°(第1方向)と約−22.5°(第2方向)(±π/8)に切り替え可能である。   The liquid crystal cell 122 passes the laser beam emitted from the wave plate 121 and emits it to the wave plate 123. In addition, the liquid crystal cell 122 rotates the polarization direction of the laser beam to be transmitted by a switchable rotation amount. The director direction 122 a indicates the direction of the director of liquid crystal molecules in the liquid crystal cell 122. The angle of the director direction 122 a with respect to the slow axis direction 121 a of the wave plate 121 is about 22.5 ° (first direction) and about −22.5 ° (second direction) in the direction parallel to the substrate surface of the liquid crystal cell 122. It is possible to switch to (± π / 8).

液晶セル122のダイレクタ方向122aを22.5°に切り替えた場合は、液晶セル122から出射されるレーザ光の偏光状態は22.5×2=45°回転する。液晶セル122のダイレクタ方向122aを−22.5°に切り替えた場合は、液晶セル122から出射されるレーザ光の偏光状態は−22.5°×2=−45°回転する。   When the director direction 122a of the liquid crystal cell 122 is switched to 22.5 °, the polarization state of the laser light emitted from the liquid crystal cell 122 rotates by 22.5 × 2 = 45 °. When the director direction 122 a of the liquid crystal cell 122 is switched to −22.5 °, the polarization state of the laser light emitted from the liquid crystal cell 122 rotates by −22.5 ° × 2 = −45 °.

波長板123は、液晶セル122から出射されたレーザ光を通過させて波長板124へ出射する。スロー軸方向123aは、波長板123のスロー軸(遅相軸)の方向を示している。スロー軸方向123aは、偏波保持ファイバ112から出射されるレーザ光の偏光方向101に対して約0°の角度に設定されている。このため、液晶セル122のダイレクタ方向122aを22.5°および−22.5°に切り替えた場合は、波長板123においてレーザ光の偏光状態はそれぞれ反対方向の円偏光となる。   The wave plate 123 allows the laser light emitted from the liquid crystal cell 122 to pass through and is emitted to the wave plate 124. The slow axis direction 123 a indicates the direction of the slow axis (slow axis) of the wave plate 123. The slow axis direction 123 a is set at an angle of about 0 ° with respect to the polarization direction 101 of the laser light emitted from the polarization maintaining fiber 112. For this reason, when the director direction 122a of the liquid crystal cell 122 is switched to 22.5 ° and −22.5 °, the polarization state of the laser light in the wave plate 123 is circularly polarized in the opposite direction.

波長板124は、波長板123から出射されたレーザ光を通過させて波長板125へ出射する。スロー軸方向124aは、波長板124のスロー軸の方向を示している。スロー軸方向124aは、偏波保持ファイバ112から出射されるレーザ光の所定方向の偏光方向101に対して約0°の角度に設定されている。このため、液晶セル122のダイレクタ方向122aを22.5°に切り替えた場合は、波長板124においてレーザ光の偏光方向は偏光方向101に対して45°の直線偏光となる。また、液晶セル122のダイレクタ方向122aを−22.5°に切り替えた場合は、波長板124においてレーザ光の偏光方向は偏光方向101に対して−45°の直線偏光となる。このように、波長板124は、スロー軸が波長板123と平行に設定される。   The wave plate 124 passes the laser beam emitted from the wave plate 123 and emits it to the wave plate 125. The slow axis direction 124 a indicates the direction of the slow axis of the wave plate 124. The slow axis direction 124 a is set at an angle of about 0 ° with respect to the polarization direction 101 of the laser light emitted from the polarization maintaining fiber 112 in a predetermined direction. For this reason, when the director direction 122 a of the liquid crystal cell 122 is switched to 22.5 °, the polarization direction of the laser light in the wave plate 124 is linearly polarized at 45 ° with respect to the polarization direction 101. When the director direction 122 a of the liquid crystal cell 122 is switched to −22.5 °, the polarization direction of the laser light in the wave plate 124 is linearly polarized light of −45 ° with respect to the polarization direction 101. Thus, the wave plate 124 is set so that the slow axis is parallel to the wave plate 123.

波長板125は、波長板124から出射されたレーザ光を通過させて波長板126へ出射する。スロー軸方向125aは、波長板125のスロー軸の方向を示している。スロー軸方向125aは、偏波保持ファイバ112から出射されるレーザ光の所定方向の偏光方向101に対して約22.5°の角度に設定されている。このため、液晶セル122のダイレクタ方向122aを22.5°に切り替えた場合は、波長板124においてレーザ光の偏光方向は偏光方向101に対して0°の直線偏光となる。また、液晶セル122のダイレクタ方向122aを−22.5°に切り替えた場合は、波長板124においてレーザ光の偏光方向は偏光方向101に対して90°の直線偏光となる。また、波長板125のスロー軸方向125aは、偏波保持ファイバ112から出射されるレーザ光の所定方向の偏光方向101に対して約−22.5°の角度に設定されてもよい。このように、波長板125は、スロー軸が約22.5°(第1方向)または約−22.5°(第2方向)(±π/8)と平行に設定される。   The wave plate 125 passes the laser beam emitted from the wave plate 124 and emits it to the wave plate 126. The slow axis direction 125 a indicates the direction of the slow axis of the wave plate 125. The slow axis direction 125a is set at an angle of about 22.5 ° with respect to the polarization direction 101 of the laser light emitted from the polarization maintaining fiber 112 in a predetermined direction. For this reason, when the director direction 122 a of the liquid crystal cell 122 is switched to 22.5 °, the polarization direction of the laser light in the wave plate 124 is linearly polarized at 0 ° with respect to the polarization direction 101. When the director direction 122 a of the liquid crystal cell 122 is switched to −22.5 °, the polarization direction of the laser light in the wave plate 124 is linearly polarized at 90 ° with respect to the polarization direction 101. Further, the slow axis direction 125 a of the wave plate 125 may be set to an angle of about −22.5 ° with respect to the polarization direction 101 of the laser beam emitted from the polarization maintaining fiber 112. Thus, the wave plate 125 is set so that the slow axis is parallel to about 22.5 ° (first direction) or about −22.5 ° (second direction) (± π / 8).

波長板126は、波長板125から出射されたレーザ光を通過させて光学デバイス100の後段へ出射する。スロー軸方向126aは、波長板126のスロー軸の方向を示している。スロー軸方向126aは、偏波保持ファイバ112から出射されるレーザ光の偏光方向101に対して約0°の角度に設定されている。このため、液晶セル122のダイレクタ方向122aを22.5°に切り替えた場合は、波長板126においてレーザ光の偏光方向は変化しない。また、液晶セル122のダイレクタ方向122aを−22.5°に切り替えた場合も、波長板126においてレーザ光の偏光方向は変化しない。   The wave plate 126 passes the laser beam emitted from the wave plate 125 and emits it to the subsequent stage of the optical device 100. The slow axis direction 126 a indicates the direction of the slow axis of the wave plate 126. The slow axis direction 126 a is set at an angle of about 0 ° with respect to the polarization direction 101 of the laser light emitted from the polarization maintaining fiber 112. For this reason, when the director direction 122 a of the liquid crystal cell 122 is switched to 22.5 °, the polarization direction of the laser light does not change in the wave plate 126. Even when the director direction 122 a of the liquid crystal cell 122 is switched to −22.5 °, the polarization direction of the laser light does not change in the wave plate 126.

偏光状態102,103は、波長板126から出射されるレーザ光の偏光方向を示している。液晶セル122のダイレクタ方向122aを22.5°に切り替えた場合は、偏光状態102に示すように、波長板126から出射されるレーザ光の偏光状態は、偏光方向101に対して0°の直線偏光になる。液晶セル122のダイレクタ方向122aを−22.5°に切り替えた場合は、偏光状態103に示すように、波長板126から出射されるレーザ光の偏光状態は、偏光方向101に対して90°の直線偏光になる。   Polarization states 102 and 103 indicate the polarization direction of the laser light emitted from the wave plate 126. When the director direction 122 a of the liquid crystal cell 122 is switched to 22.5 °, the polarization state of the laser light emitted from the wave plate 126 is a straight line of 0 ° with respect to the polarization direction 101 as shown in the polarization state 102. Become polarized. When the director direction 122 a of the liquid crystal cell 122 is switched to −22.5 °, the polarization state of the laser light emitted from the wave plate 126 is 90 ° with respect to the polarization direction 101 as shown in the polarization state 103. It becomes linearly polarized light.

なお、ここで説明した偏光状態の変化は、液晶セル122および波長板125が1/2波長板、波長板123,124が1/4波長板として動作するように設計した波長についての変化である。たとえばRGBレーザ光源111の緑色のレーザ波長において液晶セル122および波長板125が1/2波長板、波長板123,124が1/4波長板として動作するように設計した場合、RGBレーザ光源111の赤色および青色の各レーザ光の偏光状態は、液晶セル122によって±45°に近い楕円偏光となるが、波長板123によって円偏光となる。   The change in the polarization state described here is a change in the wavelength designed so that the liquid crystal cell 122 and the wave plate 125 operate as a half-wave plate, and the wave plates 123 and 124 operate as quarter-wave plates. . For example, when the liquid crystal cell 122 and the wave plate 125 are designed to operate as half-wave plates and the wave plates 123 and 124 operate as quarter-wave plates at the green laser wavelength of the RGB laser light source 111, the RGB laser light source 111 The polarization state of each of the red and blue laser beams becomes elliptically polarized light close to ± 45 ° by the liquid crystal cell 122, but becomes circularly polarized light by the wave plate 123.

制御回路130は、波長板121のスロー軸方向121aに対する液晶セル122のダイレクタ方向122aの角度を、22.5°と−22.5°に周期的に切り替える。たとえば、制御回路130は、液晶セル122の電極に印加される電圧を制御することによって液晶セル122のダイレクタ方向122aを切り替える。   The control circuit 130 periodically switches the angle of the director direction 122a of the liquid crystal cell 122 with respect to the slow axis direction 121a of the wave plate 121 between 22.5 ° and −22.5 °. For example, the control circuit 130 switches the director direction 122 a of the liquid crystal cell 122 by controlling the voltage applied to the electrode of the liquid crystal cell 122.

図1Aに示したように、液晶デバイス120は、偏波保持ファイバ112から出射されたレーザ光に対して1/2波長板として動作する。また、液晶セル122のダイレクタ方向122aを切り替えることで、液晶デバイス120から出射されるレーザ光の偏光状態がそれぞれ直交する直線偏光に交互に切り替わる。   As shown in FIG. 1A, the liquid crystal device 120 operates as a half-wave plate for the laser light emitted from the polarization maintaining fiber 112. Further, by switching the director direction 122 a of the liquid crystal cell 122, the polarization state of the laser light emitted from the liquid crystal device 120 is alternately switched to orthogonal linearly polarized light.

また、液晶セル122を波長板121と波長板123で挟む構成とすることで、液晶デバイス120へ入射するレーザ光の偏光状態に依存せずに、液晶デバイス120から出射されるレーザ光に対して1/2波長板として動作させることができる。   Further, by adopting a configuration in which the liquid crystal cell 122 is sandwiched between the wave plate 121 and the wave plate 123, the laser light emitted from the liquid crystal device 120 is not dependent on the polarization state of the laser light incident on the liquid crystal device 120. It can be operated as a half-wave plate.

また、図1Aに示した構成において、波長板121のスロー軸方向121aに対する液晶セル122のダイレクタ方向122aの角度を、液晶セル122の基板面と平行な方向に、67.5°と112.5°(3π/8,5π/8)に切り替え可能にしてもよい。この場合は、波長板125のスロー軸方向125aを偏光方向101に対して67.5°または112.5°に設定する。   Further, in the configuration shown in FIG. 1A, the angle of the director direction 122a of the liquid crystal cell 122 with respect to the slow axis direction 121a of the wave plate 121 is set to 67.5 ° and 112.5 in the direction parallel to the substrate surface of the liquid crystal cell 122. It may be possible to switch to ° (3π / 8, 5π / 8). In this case, the slow axis direction 125 a of the wave plate 125 is set to 67.5 ° or 112.5 ° with respect to the polarization direction 101.

図1Bは、光デバイスの変形例1を示す図である。図1Bにおいて、図1Aに示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図1Bに示すように、波長板125を強誘電性液晶セル(第2液晶セル)により作成し、波長板125のスロー軸方向125a(ダイレクタ方向)を制御回路130によって切り替え可能にしてもよい。   FIG. 1B is a diagram illustrating a first modification of the optical device. In FIG. 1B, the same parts as those shown in FIG. 1A are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. As shown in FIG. 1B, the wave plate 125 may be made of a ferroelectric liquid crystal cell (second liquid crystal cell), and the slow axis direction 125 a (director direction) of the wave plate 125 may be switched by the control circuit 130.

図1Bに示す構成においては、液晶セル122のダイレクタ方向122aを、スロー軸方向121aに対して0°と−22.5°(位相差が3π/2となる液晶セル122および波長板125を用いる場合は22.5°)に切り替え可能とする。そして、波長板125のスロー軸方向125aが、液晶セル122のダイレクタ方向122aと同じになるように、制御回路130が液晶セル122および波長板125を同期して制御する。   In the configuration shown in FIG. 1B, the director direction 122a of the liquid crystal cell 122 is set to 0 ° and −22.5 ° with respect to the slow axis direction 121a (the liquid crystal cell 122 and the wave plate 125 having a phase difference of 3π / 2 are used. In this case, it is possible to switch to 22.5 °. Then, the control circuit 130 controls the liquid crystal cell 122 and the wave plate 125 in synchronization so that the slow axis direction 125 a of the wave plate 125 is the same as the director direction 122 a of the liquid crystal cell 122.

ダイレクタ方向122aおよびスロー軸方向125a(ダイレクタ方向)を0°に切り替えた場合は、レーザ光の偏光状態は液晶デバイス120において変化しない。このため、偏光状態102に示すように、波長板126から出射されるレーザ光の偏光状態は、偏光方向101に対して0°の直線偏光になる。   When the director direction 122 a and the slow axis direction 125 a (director direction) are switched to 0 °, the polarization state of the laser light does not change in the liquid crystal device 120. For this reason, as shown in the polarization state 102, the polarization state of the laser light emitted from the wave plate 126 is linearly polarized at 0 ° with respect to the polarization direction 101.

ダイレクタ方向122aおよびスロー軸方向125a(ダイレクタ方向)を−22.5°に切り替えた場合は、図1Aに示した場合と同様の動作であり、偏光状態103に示すように、波長板126から出射されるレーザ光の偏光状態は、偏光方向101に対して90°の直線偏光になる。   When the director direction 122 a and the slow axis direction 125 a (director direction) are switched to −22.5 °, the operation is the same as that shown in FIG. 1A, and the light is emitted from the wave plate 126 as shown in the polarization state 103. The polarization state of the laser beam is 90 ° linear polarization with respect to the polarization direction 101.

なお、図1Bに示した構成において、ダイレクタ方向122aおよびスロー軸方向125aを90°と67.5°に切り替え可能にしてもよい。また、図1Bに示した構成において、ダイレクタ方向122aおよびスロー軸方向125aを90°と112.5°に切り替え可能にしてもよい。   In the configuration shown in FIG. 1B, the director direction 122a and the slow axis direction 125a may be switched between 90 ° and 67.5 °. In the configuration shown in FIG. 1B, the director direction 122a and the slow axis direction 125a may be switched between 90 ° and 112.5 °.

図1Cは、光デバイスの変形例2を示す図である。図1Cにおいて、図1Aに示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。液晶デバイス120へ入射されるレーザ光の偏光状態をスロー軸方向123aに対して0°または90°に限定できる場合は、図1Cに示すように、液晶デバイス120の波長板121,126を省いた構成としてもよい。この場合も図1Aに示した光学デバイス100と同等の効果を得ることができるとともに、部品点数を減らすことができる。   FIG. 1C is a diagram illustrating a second modification of the optical device. In FIG. 1C, the same parts as those shown in FIG. 1A are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. When the polarization state of the laser light incident on the liquid crystal device 120 can be limited to 0 ° or 90 ° with respect to the slow axis direction 123a, the wave plates 121 and 126 of the liquid crystal device 120 are omitted as shown in FIG. 1C. It is good also as a structure. Also in this case, the same effect as that of the optical device 100 shown in FIG. 1A can be obtained, and the number of parts can be reduced.

図1Dは、光デバイスの変形例3を示す図である。図1Dにおいて、図1Bに示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。液晶デバイス120へ入射されるレーザ光の偏光状態をスロー軸方向123aに対して0°または90°に限定できる場合は、図1Dに示すように、液晶デバイス120の波長板121,126を省いた構成としてもよい。この場合も図1Bに示した光学デバイス100と同等の効果を得ることができるとともに、部品点数を減らすことができる。   FIG. 1D is a diagram illustrating a third modification of the optical device. In FIG. 1D, parts similar to those shown in FIG. 1B are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. When the polarization state of the laser light incident on the liquid crystal device 120 can be limited to 0 ° or 90 ° with respect to the slow axis direction 123a, the wave plates 121 and 126 of the liquid crystal device 120 are omitted as shown in FIG. 1D. It is good also as a structure. Also in this case, the same effect as that of the optical device 100 shown in FIG. 1B can be obtained, and the number of parts can be reduced.

(液晶デバイスの波長分散特性)
つぎに、液晶デバイス120の波長分散特性について説明する。ここでは主に液晶デバイス120のうちの波長板121、液晶セル122および波長板123の特性について説明するが、波長板124〜126の特性についても同様である(以下同様)。
(Chromatic dispersion characteristics of liquid crystal devices)
Next, the wavelength dispersion characteristic of the liquid crystal device 120 will be described. Here, the characteristics of the wave plate 121, the liquid crystal cell 122, and the wave plate 123 in the liquid crystal device 120 will be mainly described, but the same applies to the characteristics of the wave plates 124 to 126 (the same applies hereinafter).

一般的な波長板によるレーザ光の偏光状態に対する作用は、ジョーンズマトリクスとして、たとえば下記(1)式のように示すことができる。Γeは波長板のリタデーション(位相差)を示している。Ψeは波長板のアジマス角を示している。(Vx,Vy)は入射偏光を示している。   The action of a general wavelength plate on the polarization state of laser light can be expressed as a Jones matrix, for example, by the following equation (1). Γe indicates retardation (phase difference) of the wave plate. Ψe indicates the azimuth angle of the wave plate. (Vx, Vy) indicates incident polarized light.

Figure 0006375167
Figure 0006375167

波長板121,123のリタデーション(位相差)をγ1(=π/2)とする。また、液晶セル122のリタデーションをγ2(=π)とする。液晶セル122のアジマス角Ψは、波長板121,123のスロー軸の方向に対する液晶セル122のダイレクタの方向(スロー軸の方向)の角度となる。   The retardation (phase difference) of the wave plates 121 and 123 is γ1 (= π / 2). The retardation of the liquid crystal cell 122 is γ2 (= π). The azimuth angle Ψ of the liquid crystal cell 122 is an angle of the director direction (slow axis direction) of the liquid crystal cell 122 with respect to the slow axis direction of the wave plates 121 and 123.

波長板121、液晶セル122および波長板123におけるジョーンズマトリクスはたとえば下記(2)式によって示すことができる。なお、下記(2)式において「×」は行列の積を示している。   The Jones matrix in the wave plate 121, the liquid crystal cell 122, and the wave plate 123 can be expressed by, for example, the following equation (2). In the following formula (2), “x” indicates a matrix product.

Figure 0006375167
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波長板121、液晶セル122および波長板123による作用を1枚の一般的な波長板による作用としてみなすと、上記(1)式に示したジョーンズマトリクスと上記(2)式に示したジョーンズマトリクスとの間に等式が成り立つ。この等式により、波長板121、液晶セル122および波長板123のリタデーションΓeは、たとえば下記(3)式によって示すことができる。また、波長板121、液晶セル122および波長板123のレーザ光の入射偏光に対するアジマス角Ψeは、たとえば下記(4)式によって示すことができる。   When the action of the wave plate 121, the liquid crystal cell 122, and the wave plate 123 is regarded as the action of one general wave plate, the Jones matrix shown in the above equation (1) and the Jones matrix shown in the above equation (2) The equation holds in between. From this equation, the retardation Γe of the wave plate 121, the liquid crystal cell 122, and the wave plate 123 can be expressed, for example, by the following equation (3). Further, the azimuth angle Ψe with respect to the incident polarization of the laser light of the wave plate 121, the liquid crystal cell 122, and the wave plate 123 can be expressed by, for example, the following equation (4).

Figure 0006375167
Figure 0006375167

Figure 0006375167
Figure 0006375167

ここで、波長板124〜126を用いずに、波長板121、液晶セル122および波長板123からなる積層波長板において液晶セル122を厚くして1/2波長板を実現する場合について説明する。この場合に、たとえば液晶セル122において0°と45°とのスイッチングを行うためには、強誘電性液晶を液晶セル122に用いる場合は、液晶セル122を厚く(たとえば18[μm])することを要し、製造が困難となる。また、放射状電極を有する液晶セルを液晶セル122に用いる場合にも同様に、液晶セル122を厚く(たとえば20[μm])することを要し、製造が困難となる。また、スイッチングのための駆動に要する電圧もかなり大きく(±50[V]以上)設定する必要がある。   Here, a case will be described in which the liquid crystal cell 122 is thickened to realize a half-wave plate in the laminated wave plate including the wave plate 121, the liquid crystal cell 122, and the wave plate 123 without using the wave plates 124 to 126. In this case, for example, in order to perform switching between 0 ° and 45 ° in the liquid crystal cell 122, when the ferroelectric liquid crystal is used for the liquid crystal cell 122, the liquid crystal cell 122 is made thick (for example, 18 [μm]). Manufacturing is difficult. Similarly, when a liquid crystal cell having radial electrodes is used for the liquid crystal cell 122, it is necessary to make the liquid crystal cell 122 thick (for example, 20 [μm]), which makes manufacturing difficult. Further, the voltage required for driving for switching needs to be set to be considerably large (± 50 [V] or more).

これに対して、光学デバイス100は、たとえば波長板124〜126(または波長板124,125)も含めた積層波長板により1/2波長板を実現することで、たとえば図1Aに示したように±π/8のスイッチングを行う場合(コーン角度が45°)に、液晶セル122(強誘電性液晶)が薄くても(たとえば2[μm])、直線偏光のスイッチングが可能になる。また、スイッチングのための駆動に要する電圧を小さく(たとえば2〜3[V])することができる。   On the other hand, the optical device 100 implement | achieves a half-wave plate with the laminated wave plate also including the wave plates 124-126 (or wave plate 124,125), for example as shown in FIG. 1A When switching ± π / 8 (cone angle is 45 °), even if the liquid crystal cell 122 (ferroelectric liquid crystal) is thin (for example, 2 [μm]), switching of linearly polarized light is possible. In addition, the voltage required for driving for switching can be reduced (for example, 2 to 3 [V]).

また、たとえば図1Bに示すように0°とπ/8のスイッチングを行う場合(コーン角度が22.5°)は、たとえば、強誘電性液晶ではなく、横方向電界でスイッチングを行う放射状電極を有する液晶セル(NLC)を用いることができる。この場合に、放射状電極を有する液晶セル(NLC)は、強誘電性液晶と同様に1/2波長板として設計されるため、厚さを強誘電性液晶と同様に薄く(たとえば数[μm])することができる。ただし、この場合にスイッチングのための駆動に要する電圧は強誘電性液晶に比べれば大きい(おおよそ±50[V])。   For example, when switching between 0 ° and π / 8 (cone angle is 22.5 °) as shown in FIG. 1B, for example, a radial electrode that switches in a lateral electric field is used instead of a ferroelectric liquid crystal. A liquid crystal cell (NLC) can be used. In this case, since the liquid crystal cell (NLC) having radial electrodes is designed as a half-wave plate like the ferroelectric liquid crystal, the thickness is as thin as the ferroelectric liquid crystal (for example, several [μm]) )can do. However, in this case, the voltage required for driving for switching is larger than that of the ferroelectric liquid crystal (approximately ± 50 [V]).

また、液晶デバイス120(積層波長板)のうちの液晶セル122とは異なる波長板(たとえば波長板121など)を厚くすることで、液晶セル122の厚みを抑えつつ液晶デバイス120を1/2波長板として動作させることができる。このため、スイッチング特性の低下を抑えつつ1/2波長板として動作する液晶デバイス120(積層波長板)を実現することができる。   Further, by increasing the wavelength plate (for example, the wavelength plate 121) of the liquid crystal device 120 (laminated wave plate) different from the liquid crystal cell 122, the thickness of the liquid crystal cell 122 is suppressed and the liquid crystal device 120 is reduced to ½ wavelength. It can be operated as a plate. Therefore, it is possible to realize the liquid crystal device 120 (laminated wave plate) that operates as a half-wave plate while suppressing a decrease in switching characteristics.

また、偏光状態をたとえば0°の直線偏光と90°の直線偏光とに切り替えることで、レーザ光をスクリーンに投影した画像のスペックルを低減して画質を向上させることができる。また、映像の偏光状態をたとえば0°の直線偏光と90°の直線偏光とに切り替えることで、偏光フィルタ方式の三次元画像を生成することもできる。   Further, by switching the polarization state between, for example, 0 ° linear polarization and 90 ° linear polarization, it is possible to improve the image quality by reducing the speckle of the image projected with the laser light on the screen. In addition, a polarization filter type three-dimensional image can be generated by switching the polarization state of an image between, for example, 0 ° linear polarization and 90 ° linear polarization.

また、複数の原色を含むレーザ光の偏光状態を液晶デバイス120によって制御することができる。このため、たとえば原色の光ごとに偏光制御装置を設ける場合に比べて、部品点数を減らし、装置の小型化が可能になる。   Further, the polarization state of laser light including a plurality of primary colors can be controlled by the liquid crystal device 120. For this reason, compared with the case where a polarization control device is provided for each primary color light, for example, the number of parts can be reduced and the device can be downsized.

また、液晶セル122には、ダイレクタの方向をそれぞれ異なる方向に保持する複数の電極を有する液晶セルを用いてもよい(たとえば図2A〜図2D参照)。液晶分子のダイレクタの方向を基板面と平行に回転して切り替え、横方向電界を使用して液晶の電界応答速度のみによって液晶分子の動きを制御できるため、レーザ光の偏光状態の切り替えを高速に行うことができる。レーザ光の偏光状態の切り替えを高速に行うことで、スペックルの低減効果を向上させたり、高フレームレートの三次元画像を生成したりすることができる。   The liquid crystal cell 122 may be a liquid crystal cell having a plurality of electrodes that hold the directors in different directions (see, for example, FIGS. 2A to 2D). The direction of the director of the liquid crystal molecules can be switched by rotating parallel to the substrate surface, and the movement of the liquid crystal molecules can be controlled only by the electric field response speed of the liquid crystal using a lateral electric field, so the polarization state of the laser light can be switched at high speed. It can be carried out. By switching the polarization state of the laser light at high speed, it is possible to improve the speckle reduction effect and generate a three-dimensional image with a high frame rate.

(液晶セルの電極構造の例)
図2Aは、液晶セルの電極構造の例1を示す図である。図2Aに示す液晶セル122は、レーザ光の進行方向からみた液晶セル122である(図2B〜図2Dにおいても同様)。また、図1B等に示した構成における波長板125にも、液晶セル122と同様の構成を採用することができる(以下同様)。電極211〜218は、液晶セル122の電極である。電極211〜218は、それぞれ0°,45°,90°,135°,180°,225°,270°,315°の角度で設けられている。
(Example of electrode structure of liquid crystal cell)
FIG. 2A is a diagram illustrating Example 1 of an electrode structure of a liquid crystal cell. The liquid crystal cell 122 illustrated in FIG. 2A is the liquid crystal cell 122 viewed from the traveling direction of the laser light (the same applies to FIGS. 2B to 2D). Moreover, the wave plate 125 in the configuration shown in FIG. 1B or the like can also employ the same configuration as the liquid crystal cell 122 (the same applies hereinafter). The electrodes 211 to 218 are electrodes of the liquid crystal cell 122. The electrodes 211 to 218 are provided at angles of 0 °, 45 °, 90 °, 135 °, 180 °, 225 °, 270 °, and 315 °, respectively.

電極211と電極215、電極212と電極216、電極213と電極217、電極214と電極218はそれぞれ組になる電極である。組になる電極に電圧を印加することで、液晶セル122における液晶分子のダイレクタを基板面と平行に回転させ、ダイレクタ方向122aを制御することができる。たとえば、電極211および電極215に電圧を印加することで、液晶セル122のダイレクタ方向122aを0°に制御することができる。また、組になる電極以外の電極にも電圧を印加してもよい。これにより、各電極に印加される電圧値のバランスをとることで、より広範囲に液晶セル122のダイレクタ方向122aを制御することができる。このように、液晶の電界応答速度のみによって液晶分子の動きを制御できるため、高速に動作させることが可能である。   The electrode 211 and the electrode 215, the electrode 212 and the electrode 216, the electrode 213 and the electrode 217, and the electrode 214 and the electrode 218 are a pair of electrodes. By applying a voltage to the pair of electrodes, the director of the liquid crystal molecules in the liquid crystal cell 122 can be rotated in parallel with the substrate surface, and the director direction 122a can be controlled. For example, by applying a voltage to the electrode 211 and the electrode 215, the director direction 122a of the liquid crystal cell 122 can be controlled to 0 °. Moreover, you may apply a voltage also to electrodes other than the electrode used as a group. Thereby, the director direction 122a of the liquid crystal cell 122 can be controlled over a wider range by balancing the voltage values applied to the electrodes. Thus, since the movement of the liquid crystal molecules can be controlled only by the electric field response speed of the liquid crystal, it can be operated at high speed.

この場合は、液晶デバイス120へ入射するレーザ光の偏光方向および波長板121,123のスロー軸方向121a,123aは、偏光方向210に示すように、22.5°,67.5°,112.5°,157.5°のいずれかの方向にする。これにより、電極211〜218に印加する電圧の制御により、液晶セル122のダイレクタ方向122aを波長板121,123のスロー軸方向121a,123aに対して22.5°および−22.5°(または0°および−22.5°)の角度等に切り替えることができる。   In this case, the polarization direction of the laser light incident on the liquid crystal device 120 and the slow axis directions 121a and 123a of the wave plates 121 and 123 are 22.5 °, 67.5 °, 112. The direction is either 5 ° or 157.5 °. Thus, by controlling the voltage applied to the electrodes 211 to 218, the director direction 122 a of the liquid crystal cell 122 is set to 22.5 ° and −22.5 ° (or to the slow axis directions 121 a and 123 a of the wave plates 121 and 123 (or 0 ° and −22.5 °) and the like.

図2Aに示した液晶セル122については、たとえば、非特許文献(大寺 康夫,千葉 貴史,川上 彰二郎、「回転電界駆動による液晶偏光制御デバイス」、光学、30巻1号、29−30頁、2001年1月10日)に記載された液晶偏光制御デバイスを用いることができる。   As for the liquid crystal cell 122 shown in FIG. 2A, for example, non-patent literature (Yasuo Ohtera, Takashi Chiba, Shojiro Kawakami, “Liquid Crystal Polarization Control Device by Rotating Electric Field Drive”, Optics, Vol. 30, No. 1, pp. 29-30, The liquid crystal polarization control device described in January 10, 2001) can be used.

図2Bは、液晶セルの電極構造の例2を示す図である。図2Bに示す電極221〜224は、液晶セル122の電極である。電極221〜224は、それぞれ45°,90°,225°,270°の角度で設けられている。液晶セル122においては、ダイレクタ方向122aをたとえば22.5°および−22.5°の2方向に切り替えればよいため、図2Bに示すように、液晶セル122には2組の電極を設ければよい。   FIG. 2B is a diagram illustrating Example 2 of the electrode structure of the liquid crystal cell. Electrodes 221 to 224 shown in FIG. 2B are electrodes of the liquid crystal cell 122. The electrodes 221 to 224 are provided at angles of 45 °, 90 °, 225 °, and 270 °, respectively. In the liquid crystal cell 122, the director direction 122a may be switched between two directions of 22.5 ° and −22.5 °, for example. Therefore, as shown in FIG. Good.

この場合は、液晶デバイス120へ入射するレーザ光の偏光方向および波長板121,123のスロー軸方向121a,123aは、偏光方向220に示すように、22.5°,67.5°,112.5°,157.5°のいずれかの方向にする。これにより、電極221〜224に印加する電圧の制御により、液晶セル122のダイレクタ方向122aを波長板121,123のスロー軸方向121a,123aに対して22.5°および−22.5°の角度に切り替えることができる。   In this case, the polarization direction of the laser light incident on the liquid crystal device 120 and the slow axis directions 121a and 123a of the wave plates 121 and 123 are 22.5 °, 67.5 °, 112. The direction is either 5 ° or 157.5 °. Thus, by controlling the voltage applied to the electrodes 221 to 224, the director direction 122a of the liquid crystal cell 122 is set at 22.5 ° and −22.5 ° with respect to the slow axis directions 121a and 123a of the wave plates 121 and 123. You can switch to

また、図1B等に示した構成では、たとえば電極221〜224をそれぞれ67.5°,90°,247.5°,270°の角度で設けることで、ダイレクタ方向122aを0°および−22.5°の2方向に切り替えることが可能になる。   In the configuration shown in FIG. 1B and the like, for example, the electrodes 221 to 224 are provided at angles of 67.5 °, 90 °, 247.5 °, and 270 °, respectively, so that the director direction 122a is set to 0 ° and −22. It is possible to switch to two directions of 5 °.

図2Cは、液晶セルの電極構造の例3を示す図である。図2Cに示す電極231〜234は、液晶セル122の電極である。電極231〜234は、それぞれ0°,90°,180°,270°の角度で設けられている。   FIG. 2C is a diagram illustrating Example 3 of the electrode structure of the liquid crystal cell. Electrodes 231 to 234 shown in FIG. 2C are electrodes of the liquid crystal cell 122. The electrodes 231 to 234 are provided at angles of 0 °, 90 °, 180 °, and 270 °, respectively.

この場合は、液晶デバイス120へ入射するレーザ光の偏光方向および波長板121,123のスロー軸方向121a,123aは、偏光方向230に示すように、22.5°,67.5°,112.5°,157.5°のいずれかの方向にする。これにより、電極231〜234に印加する電圧の制御により、液晶セル122のダイレクタ方向122aを波長板121,123のスロー軸方向121a,123aに対して22.5°および−22.5°の角度に切り替えることができる。   In this case, the polarization direction of the laser light incident on the liquid crystal device 120 and the slow axis directions 121a and 123a of the wave plates 121 and 123 are 22.5 °, 67.5 °, 112. The direction is either 5 ° or 157.5 °. Thus, by controlling the voltage applied to the electrodes 231 to 234, the director direction 122a of the liquid crystal cell 122 is set at 22.5 ° and −22.5 ° with respect to the slow axis directions 121a and 123a of the wave plates 121 and 123. You can switch to

また、図1B等に示した構成においても、電極231〜234に印加する電圧の制御により、液晶セル122のダイレクタ方向122aを波長板121,123のスロー軸方向121a,123aに対して0°および−22.5°の角度に切り替えることができる。   1B and the like, the director direction 122a of the liquid crystal cell 122 is set to 0 ° with respect to the slow axis directions 121a and 123a of the wave plates 121 and 123 by controlling the voltage applied to the electrodes 231 to 234. It can be switched to an angle of -22.5 °.

図2Dは、液晶セルの電極構造の例4を示す図である。図2Dに示す電極241〜248は、液晶セル122の電極である。電極241〜248は、それぞれ22.5°,67.5°,112.5°,157.5°,202.5°,247.5°,292.5°,337.5°の角度で設けられている。すなわち、電極241〜248は、図2Aに示した電極211〜218をそれぞれ22.5°ずつ傾けたものである。   FIG. 2D is a diagram illustrating Example 4 of the electrode structure of the liquid crystal cell. Electrodes 241 to 248 illustrated in FIG. 2D are electrodes of the liquid crystal cell 122. The electrodes 241 to 248 are provided at angles of 22.5 °, 67.5 °, 112.5 °, 157.5 °, 202.5 °, 247.5 °, 292.5 °, and 337.5 °, respectively. It has been. That is, the electrodes 241 to 248 are obtained by inclining the electrodes 211 to 218 shown in FIG. 2A by 22.5 °, respectively.

この場合は、液晶デバイス120へ入射するレーザ光の偏光方向および波長板121,123のスロー軸方向121a,123aは、偏光方向240に示すように、0°,45°,90°,135°のいずれかの方向にする。これにより、電極241〜248に印加する電圧の制御により、液晶セル122のダイレクタ方向122aを波長板121,123のスロー軸方向121a,123aに対して22.5°および−22.5°の角度に切り替えることができる。   In this case, the polarization direction of the laser light incident on the liquid crystal device 120 and the slow axis directions 121a and 123a of the wave plates 121 and 123 are 0 °, 45 °, 90 °, and 135 ° as shown in the polarization direction 240. Either direction. Thus, by controlling the voltage applied to the electrodes 241 to 248, the director direction 122 a of the liquid crystal cell 122 is set at 22.5 ° and −22.5 ° with respect to the slow axis directions 121 a and 123 a of the wave plates 121 and 123. You can switch to

また、図1B等に示した構成においても、電極241〜248に印加する電圧の制御により、液晶セル122のダイレクタ方向122aを波長板121,123のスロー軸方向121a,123aに対して0°および−22.5°の角度に切り替えることができる。   1B and the like, the director direction 122a of the liquid crystal cell 122 is set to 0 ° with respect to the slow axis directions 121a and 123a of the wave plates 121 and 123 by controlling the voltage applied to the electrodes 241 to 248. It can be switched to an angle of -22.5 °.

図2A〜図2Dに示したように、液晶セル122は、ダイレクタ方向122aを保持する電極の組を複数有することで、ダイレクタ方向122aの切り替えを高速に行うことができる。   As shown in FIGS. 2A to 2D, the liquid crystal cell 122 includes a plurality of electrode sets that hold the director direction 122a, so that the director direction 122a can be switched at high speed.

具体的には、液晶セル122は、ダイレクタ方向122aを波長板121,123のスロー軸方向121a,123aに対して22.5°の方向に保持する第1電極と、ダイレクタの方向を波長板121,123のスロー軸方向121a,123aに対して−22.5°の方向に保持する第2電極と、を有する。図1B等に示した波長板125についても同様である。   Specifically, the liquid crystal cell 122 includes a first electrode that holds the director direction 122a in the direction of 22.5 ° with respect to the slow axis directions 121a and 123a of the wave plates 121 and 123, and the direction of the director. , 123 with respect to the slow axis directions 121a, 123a, and a second electrode held in a direction of −22.5 °. The same applies to the wave plate 125 shown in FIG. 1B and the like.

また、図1B等に示した構成のように、液晶セル122のダイレクタ方向122aを波長板121,123のスロー軸方向121a,123aに対して0°および−22.5°の角度に切り替える場合は、たとえば、液晶セル122および波長板125に、強誘電性液晶ではなく、たとえば図2A〜図2Dに示した横方向電界による放射状電極を有する液晶セル122を用いることができる。   Further, as in the configuration shown in FIG. 1B, the director direction 122a of the liquid crystal cell 122 is switched to 0 ° and −22.5 ° with respect to the slow axis directions 121a and 123a of the wave plates 121 and 123. For example, the liquid crystal cell 122 and the wave plate 125 may be the liquid crystal cell 122 having radial electrodes with lateral electric fields shown in FIGS. 2A to 2D, for example, instead of the ferroelectric liquid crystal.

(積層波長板の設計)
図3は、積層波長板の動作の一例を示す図である。図3において、図1A,図1Bに示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図3において、x軸は、上記の所定方向(0°)に対応している。z軸は、光の進行方向に対応している。図3に示す波長板121,123,124,126のリタデーションはともにγ1であるとする。また、波長板121,123,124,126におけるスロー軸方向121a,123a,124a,126aと所定方向との間の方位角(アジマス角)はともにΨ1であるとする。
(Design of laminated wave plate)
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the operation of the laminated wave plate. 3, the same parts as those shown in FIGS. 1A and 1B are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. In FIG. 3, the x-axis corresponds to the predetermined direction (0 °). The z axis corresponds to the traveling direction of light. It is assumed that retardations of the wave plates 121, 123, 124, and 126 shown in FIG. Further, it is assumed that the azimuth angle (azimuth angle) between the slow axis directions 121a, 123a, 124a, 126a and the predetermined direction in the wave plates 121, 123, 124, 126 is Ψ1.

液晶セル122および波長板125のリタデーションはγ2であるとする。また、ダイレクタ方向122aおよびスロー軸方向125aと所定方向との間の方位角はΨ2であるとする。ここでは、波長板121,123のスロー軸方向121a,123aの方向を基準の0°と定義する。この場合は、波長板121,123の方位角Ψ1は0°となる。したがって、波長板121,123と液晶セル122との間の方位角Ψは、Ψ=Ψ2−Ψ1=Ψ2となる。   The retardation of the liquid crystal cell 122 and the wave plate 125 is assumed to be γ2. Further, it is assumed that the azimuth angle between the director direction 122a and the slow axis direction 125a and the predetermined direction is Ψ2. Here, the directions of the slow axis directions 121a and 123a of the wave plates 121 and 123 are defined as the reference 0 °. In this case, the azimuth angle Ψ1 of the wave plates 121 and 123 is 0 °. Therefore, the azimuth angle Ψ between the wave plates 121 and 123 and the liquid crystal cell 122 is Ψ = Ψ2-Ψ1 = Ψ2.

図3に示す積層波長板120aは、波長板121、液晶セル122および波長板123によって構成される液晶デバイスを1つの波長板(積層波長板)として仮想的に図示したものである。スロー軸方向301は、積層波長板120aの仮想的なスロー軸の方向を示している。積層波長板120aのスロー軸方向301と所定方向との間の方位角をΨeとする。   The laminated wave plate 120a shown in FIG. 3 virtually illustrates a liquid crystal device including the wave plate 121, the liquid crystal cell 122, and the wave plate 123 as one wave plate (laminated wave plate). A slow axis direction 301 indicates a virtual slow axis direction of the laminated wave plate 120a. An azimuth angle between the slow axis direction 301 of the laminated wave plate 120a and a predetermined direction is Ψe.

積層波長板120aのリタデーションΓeと、積層波長板120aのスロー軸方向301と所定方向との間の方位角Ψeと、は波長板121、液晶セル122および波長板123のリタデーションγ1,γ2と方位角Ψとジョーンズマトリクスとに基づく計算により上記(3)式および(4)式のように示すことができる。   The retardation Γe of the laminated wave plate 120a and the azimuth angle Ψe between the slow axis direction 301 and the predetermined direction of the laminated wave plate 120a are the retardations γ1, γ2 and azimuth angles of the wave plate 121, the liquid crystal cell 122, and the wave plate 123, respectively. By the calculation based on Ψ and Jones matrix, it can be expressed as the above formulas (3) and (4).

上記(3)式および(4)式において、波長板x(波長板121、液晶セル122および波長板123)のリタデーションγxは、通過する光の波長によって下記(5)式のように変化する。下記(5)式において、Δnxは、波長板xの屈折率(複屈折)である。Δnxは、たとえば波長板xの材料や通過する光の波長λによって決まる。Δnxの波長依存性については後述する。dxは、波長板xの厚みである。   In the above formulas (3) and (4), the retardation γx of the wave plate x (the wave plate 121, the liquid crystal cell 122 and the wave plate 123) changes as shown in the following formula (5) depending on the wavelength of the light passing therethrough. In the following equation (5), Δnx is the refractive index (birefringence) of the wave plate x. Δnx is determined by, for example, the material of the wave plate x and the wavelength λ of light passing therethrough. The wavelength dependence of Δnx will be described later. dx is the thickness of the wave plate x.

Figure 0006375167
Figure 0006375167

積層波長板120aを1/4波長板として使用するためには、積層波長板120aのリタデーションΓe=±π/2×(2n−1)とすればよい(nは自然数、±は+または−を示す)ため、cos(Γe/2)=±1/√2かつsin(Γe/2)=±1/√2となる。また、液晶セル122は、所定波長(たとえば緑色の波長)で1/2波長板となるように設計され、γ2=πとなる。したがってsin(γ2/2)=1となる。   In order to use the laminated wave plate 120a as a quarter wave plate, the retardation of the laminated wave plate 120a may be set to Γe = ± π / 2 × (2n−1) (n is a natural number, ± is + or −). Therefore, cos (Γe / 2) = ± 1 / √2 and sin (Γe / 2) = ± 1 / √2. The liquid crystal cell 122 is designed to be a half-wave plate at a predetermined wavelength (for example, a green wavelength), and γ2 = π. Therefore, sin (γ2 / 2) = 1.

たとえば、偏光方向を右回りの円偏光と左回りの円偏光とに切り替えるためにはΨe=45°となればよいため、上記(4)式は、上記のcos(Γe/2)=±1/√2かつsin(Γe/2)=±1/√2と、sin(γ2/2)=1と、によりsin(2Ψe)=±√2・sin(2Ψ)=1となる。したがって、波長板121,123と液晶セル122との間の方位角Ψを、22.5°,67.5°,112.5°または157.5°、すなわちΨ=π/8×(2n−1)とすればよい。   For example, in order to switch the polarization direction between clockwise circularly polarized light and counterclockwise circularly polarized light, Ψe = 45 ° is required. Therefore, the above equation (4) can be expressed by the above cos (Γe / 2) = ± 1. / √2 and sin (Γe / 2) = ± 1 / √2 and sin (γ2 / 2) = 1, so that sin (2Ψe) = ± √2 · sin (2Ψ) = 1. Therefore, the azimuth angle Ψ between the wave plates 121 and 123 and the liquid crystal cell 122 is 22.5 °, 67.5 °, 112.5 °, or 157.5 °, that is, ψ = π / 8 × (2n− 1).

上記(3)式に、上記(5)式と、Ψ=π/8×(2n−1)と、各光源によって出射される各レーザ光の波長と、を代入し、上記(3)式が±1/√2に近づくような波長板121,123の材料および厚みd1の選択を行う。これにより、各光源によって出射される各レーザ光の波長において、積層波長板120a(積層波長板)を1/4波長板として動作させることができる。   Substituting the above equation (5), Ψ = π / 8 × (2n−1), and the wavelength of each laser beam emitted from each light source into the above equation (3), the above equation (3) The material of the wave plates 121 and 123 and the thickness d1 are selected so as to approach ± 1 / √2. Thereby, the laminated wave plate 120a (laminated wave plate) can be operated as a quarter wave plate at the wavelength of each laser beam emitted from each light source.

たとえば、液晶セル122におけるスイッチングが容易なように、波長板121,123と液晶セル122との間の方位角Ψを67.5°にしたとする。ここで、青色、緑色および赤色の各レーザ光の波長をそれぞれλB、λGおよびλRとする。波長板121,123における青色、緑色および赤色の各レーザ光に対するリタデーションをそれぞれγ1B、γ1Gおよびγ1Rとする。リタデーションγ1B,γ1G,γ1Rは、上記(5)式と、波長板121,123の屈折率Δn1と、波長板121,123の厚みd1と、波長λB,λG,λRと、によって得ることができる。   For example, it is assumed that the azimuth angle Ψ between the wave plates 121 and 123 and the liquid crystal cell 122 is set to 67.5 ° so that the switching in the liquid crystal cell 122 is easy. Here, the wavelengths of the blue, green, and red laser beams are λB, λG, and λR, respectively. The retardations for the blue, green, and red laser beams in the wave plates 121 and 123 are γ1B, γ1G, and γ1R, respectively. The retardations γ1B, γ1G, and γ1R can be obtained by the above equation (5), the refractive index Δn1 of the wave plates 121 and 123, the thickness d1 of the wave plates 121 and 123, and the wavelengths λB, λG, and λR.

液晶セル122における青色、緑色および赤色の各レーザ光に対するリタデーションをそれぞれγ2B、γ2Gおよびγ2Rとする。リタデーションγ2B,γ2G,γ2Rは、上記(5)式と、液晶セル122の屈折率Δn2と、液晶セル122の厚みd2と、波長λB,λG,λRと、によって得ることができる。   The retardations for the blue, green, and red laser beams in the liquid crystal cell 122 are γ2B, γ2G, and γ2R, respectively. The retardations γ2B, γ2G, and γ2R can be obtained by the above equation (5), the refractive index Δn2 of the liquid crystal cell 122, the thickness d2 of the liquid crystal cell 122, and the wavelengths λB, λG, and λR.

下記(6)式に示す倍角の公式と、Ψ=67.5°と、γ1=γ1B,γ1G,γ1Rと、γ2=γ2B,γ2G,γ2Rと、を上記(3)式に代入することで、下記(7)式を得ることができる。   By substituting the double angle formula shown in the following equation (6), Ψ = 67.5 °, γ1 = γ1B, γ1G, γ1R, and γ2 = γ2B, γ2G, γ2R into the above equation (3), The following equation (7) can be obtained.

Figure 0006375167
Figure 0006375167

Figure 0006375167
Figure 0006375167

上記(7)式は、積和公式により、下記(8)式のように変形することができる。   The above equation (7) can be transformed into the following equation (8) by the product-sum formula.

Figure 0006375167
Figure 0006375167

また、屈折率Δnも波長λに応じて変化する。たとえば、屈折率Δnは、Cauchy(コーシー)の分散公式から、Δn=a+b/λ2+c/λ4+d/λ6…と近似することができる。a,b,c,d,…は、波長板の材料に固有の係数である。以下の説明においては、屈折率Δnをa+b/λ2+c/λ4(第3項まで)によって近似する。 Further, the refractive index Δn also changes according to the wavelength λ. For example, the refractive index Δn can be approximated by Δn = a + b / λ 2 + c / λ 4 + d / λ 6 ... From the Cauchy dispersion formula. a, b, c, d,... are coefficients inherent to the material of the wave plate. In the following description, the refractive index Δn is approximated by a + b / λ 2 + c / λ 4 (up to the third term).

γ1B,γ1G,γ1R,γ2B,γ2G,γ2Rは、上記(5)式により下記(9)式のように示すことができる。ただし、波長板121,123における係数a,b,cをそれぞれa1,b1,c1とする。液晶セル122における係数a,b,cをそれぞれa2,b2,c2とする。   [gamma] 1B, [gamma] 1G, [gamma] 1R, [gamma] 2B, [gamma] 2G, [gamma] 2R can be expressed by the above equation (5) as the following equation (9). However, the coefficients a, b, and c in the wave plates 121 and 123 are a1, b1, and c1, respectively. The coefficients a, b, and c in the liquid crystal cell 122 are a2, b2, and c2, respectively.

Figure 0006375167
Figure 0006375167

また、液晶セル122は所定波長(たとえばλG)において1/2波長板として動作するため、液晶セル122における係数a2,b2,c2および上記(9)式によって液晶セル122の厚みd2が決まる。   Further, since the liquid crystal cell 122 operates as a half-wave plate at a predetermined wavelength (for example, λG), the thickness d2 of the liquid crystal cell 122 is determined by the coefficients a2, b2, c2 in the liquid crystal cell 122 and the above equation (9).

また、上記(7)式を変形することにより、積層波長板120aにおける波長λB,λG,λRに対するリタデーションΓeは下記(10)式のように示すことができる。   Further, by modifying the equation (7), the retardation Γe for the wavelengths λB, λG, and λR in the laminated wave plate 120a can be expressed as the following equation (10).

Figure 0006375167
Figure 0006375167

上記(10)式は、積和公式により、下記(11)式のように変形することができる。   The above equation (10) can be transformed into the following equation (11) by the product-sum formula.

Figure 0006375167
Figure 0006375167

したがって、上記(10)式または(11)式の波長λB,λG,λRに対するリタデーションΓeが±π/2×(2n−1)に近づくように、波長板121,123の厚みd1を選択する。これにより、波長λB,λG,λRの各波長成分において、積層波長板120aを1/4波長板として動作させることができる。   Therefore, the thicknesses d1 of the wave plates 121 and 123 are selected so that the retardation Γe with respect to the wavelengths λB, λG, and λR in the above equation (10) or (11) approaches ± π / 2 × (2n−1). Thus, the laminated wave plate 120a can be operated as a quarter wave plate for each wavelength component of the wavelengths λB, λG, and λR.

ここでは波長板121、液晶セル122および波長板123からなる積層波長板120aの設計について説明したが、波長板124〜126からなる積層波長板についても同様に設定することで、波長板124〜126からなる積層波長板を1/4波長板として動作させることができる。したがって、波長板121、液晶セル122および波長板123〜126からなる液晶デバイス120を1/2波長板として動作させることができる。   Here, the design of the laminated wave plate 120a made up of the wave plate 121, the liquid crystal cell 122, and the wave plate 123 has been described. However, the laminated wave plate made up of the wave plates 124 to 126 is similarly set, so The laminated wave plate made of can be operated as a quarter wave plate. Therefore, the liquid crystal device 120 including the wave plate 121, the liquid crystal cell 122, and the wave plates 123 to 126 can be operated as a half-wave plate.

図4は、液晶デバイスを1/2波長板として使用する場合の波長に対するリタデーションの特性の第1の例を示すグラフである。図4において、横軸は、光の波長λ[nm]を示している。縦軸は、液晶デバイス120のリタデーションΓe(位相差)を示している。   FIG. 4 is a graph showing a first example of retardation characteristics with respect to wavelength when a liquid crystal device is used as a half-wave plate. In FIG. 4, the horizontal axis indicates the wavelength λ [nm] of light. The vertical axis represents the retardation Γe (phase difference) of the liquid crystal device 120.

リタデーション特性411は、波長板121、液晶セル122および波長板123〜126によって構成される液晶デバイス120における波長に対するリタデーションΓeの変化特性を示している。リタデーション特性411に示すように、液晶デバイス120においては、波長に対してリタデーションΓeが周期的に変化している。   The retardation characteristic 411 indicates the change characteristic of the retardation Γe with respect to the wavelength in the liquid crystal device 120 constituted by the wave plate 121, the liquid crystal cell 122, and the wave plates 123 to 126. As shown in the retardation characteristic 411, in the liquid crystal device 120, the retardation Γe periodically changes with respect to the wavelength.

たとえば、青色のレーザ光に対応する452[nm]付近においては、リタデーションΓeが約πとなっている。また、緑色のレーザ光に対応する518[nm]付近においても、リタデーションΓeが約πとなっている。また、赤色のレーザ光に対応する640[nm]付近においても、リタデーションΓeが約πとなっている。   For example, in the vicinity of 452 [nm] corresponding to blue laser light, the retardation Γe is about π. The retardation Γe is about π even in the vicinity of 518 [nm] corresponding to the green laser beam. Further, also in the vicinity of 640 [nm] corresponding to the red laser beam, the retardation Γe is about π.

このように、使用する複数の波長においてリタデーションΓeが所望の値となるように、波長板121,123〜126の厚みd1を設計することで、使用する各波長成分において液晶デバイス120を1/2波長板として動作させることができる。この場合は、液晶デバイス120へ入射する各レーザ光の偏光方向を揃えておく(図9参照)。   In this way, by designing the thickness d1 of the wave plates 121 and 123 to 126 so that the retardation Γe has a desired value at a plurality of wavelengths to be used, the liquid crystal device 120 is halved at each wavelength component to be used. It can be operated as a wave plate. In this case, the polarization directions of the laser beams incident on the liquid crystal device 120 are aligned (see FIG. 9).

図5は、液晶デバイスを1/2波長板として使用する場合の方位角の特性の第1の例を示すグラフである。図5において、横軸は、光の波長λ[nm]を示している。縦軸は、液晶デバイス120の方位角Ψeを示している。   FIG. 5 is a graph showing a first example of azimuth angle characteristics when a liquid crystal device is used as a half-wave plate. In FIG. 5, the horizontal axis indicates the wavelength λ [nm] of light. The vertical axis represents the azimuth angle Ψe of the liquid crystal device 120.

図5に示す方位角特性511は、液晶デバイス120において、液晶セル122および波長板125の配向方向が同じ場合の波長に対する方位角Ψeの変化特性を示している。また、液晶デバイス120において、液晶セル122および波長板125の配向方向がそれぞれ+π/8と−π/8とで異なる場合は、波長板121、液晶セル122および波長板123からなる積層波長板120aと、波長板124〜126からなる積層波長板と、で打ち消し合う特性となるため、方位角Ψeは実質的に0°となる。   An azimuth angle characteristic 511 illustrated in FIG. 5 indicates a change characteristic of the azimuth angle ψe with respect to the wavelength when the liquid crystal cell 122 and the wave plate 125 have the same alignment direction in the liquid crystal device 120. In the liquid crystal device 120, when the alignment directions of the liquid crystal cell 122 and the wave plate 125 are different between + π / 8 and −π / 8, respectively, a laminated wave plate 120a including the wave plate 121, the liquid crystal cell 122, and the wave plate 123 And the laminated wave plate composed of the wave plates 124 to 126 cancel each other, so that the azimuth angle Ψe is substantially 0 °.

方位角特性511に示すように、この場合の液晶デバイス120は、使用する各波長(452[nm]、518[nm]および640[nm])において、液晶デバイス120の方位角Ψeが約45°となっている。   As shown in the azimuth characteristic 511, the liquid crystal device 120 in this case has an azimuth angle Ψe of about 45 ° at each wavelength used (452 [nm], 518 [nm] and 640 [nm]). It has become.

図4,図5に示したように、波長板121,123の厚みd1の設計により、使用する各波長(452[nm]、518[nm]および640[nm])において、液晶デバイス120のリタデーションΓeをπ、液晶デバイス120の方位角Ψeを45°に揃えることができる。このため、各波長の出射時の偏光方向を0°または90°に揃え、液晶デバイス120から出力される各波長成分を同一の直線偏光とすることができる。   As shown in FIGS. 4 and 5, the retardation of the liquid crystal device 120 at each wavelength (452 [nm], 518 [nm] and 640 [nm]) to be used is determined by the design of the thickness d1 of the wave plates 121 and 123. Γe can be set to π, and the azimuth angle Ψe of the liquid crystal device 120 can be set to 45 °. For this reason, the polarization direction at the time of emission of each wavelength can be set to 0 ° or 90 °, and each wavelength component output from the liquid crystal device 120 can be made the same linearly polarized light.

図4,図5に示したように、波長板121,123の厚みd1の設計により、使用する各波長において積層波長板120aを1/4波長板として動作させることができる。図4,図5に示した例では、Ψ=3π/8とΨ=5π/8の組み合わせもしくはΨ=π/8とΨ=7π/8の組み合わせで方位角を切り替えることによって、リタデーションΓeの値はそのままに使用する各波長における方位角Ψeを±45°に切り替えることができ、積層波長板120aを円偏光スイッチングデバイスとして使用することができる。   As shown in FIGS. 4 and 5, the laminated wave plate 120a can be operated as a quarter wave plate at each wavelength to be used by designing the thickness d1 of the wave plates 121 and 123. In the example shown in FIGS. 4 and 5, the value of retardation Γe is obtained by switching the azimuth by a combination of Ψ = 3π / 8 and Ψ = 5π / 8 or a combination of Ψ = π / 8 and Ψ = 7π / 8. Can switch the azimuth angle Ψe at each wavelength used to ± 45 °, and the laminated wave plate 120a can be used as a circularly polarized light switching device.

これは、コーン角度が45°の強誘電性液晶または図2Aに示したような液晶セル122を用いて、液晶セル122のダイレクタ方向122aを波長板121のスロー軸方向121aに対して67.5°と112.5°の組み合わせもしくは22.5°と157.5°(−22.5°)の組み合わせで切り替えることによって実現することができる。   This is because a ferroelectric liquid crystal having a cone angle of 45 ° or a liquid crystal cell 122 as shown in FIG. It can be realized by switching by a combination of ° and 112.5 ° or a combination of 22.5 ° and 157.5 ° (-22.5 °).

そして、波長板124〜126からなる積層波長板についても同様に設定して1/4波長板として動作させることで、液晶デバイス120を1/2波長板として動作させ、直線偏光のスイッチングデバイスとして使用することができる。   The laminated wave plate composed of the wave plates 124 to 126 is similarly set and operated as a quarter wave plate, so that the liquid crystal device 120 is operated as a half wave plate and used as a linearly polarized light switching device. can do.

(位相差フィルムを用いる構成)
上記の例において、波長板121,123とは異なる任意の位相差γ3を有する位相差フィルム(たとえばλ/4フィルム)を波長板121,123と組み合わせて使用してもよい。これにより、位相差特性ならびに方位角特性が使用する各波長に合うように、より柔軟な調整を行うことが可能となる。
(Configuration using retardation film)
In the above example, a retardation film (for example, a λ / 4 film) having an arbitrary retardation γ3 different from the wave plates 121 and 123 may be used in combination with the wave plates 121 and 123. This makes it possible to perform more flexible adjustment so that the phase difference characteristic and the azimuth angle characteristic match each wavelength used.

図6は、位相差フィルムを組み合わせた積層波長板の一例を示す図である。図6において、図3に示した部分と同一の部分については説明を省略する。図6に示すように、たとえば、位相差フィルム601を波長板121と液晶セル122の間に設けることができる。また、位相差フィルム602を波長板123と波長板124の間に設けることができる。   FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a laminated wave plate in which retardation films are combined. In FIG. 6, the description of the same parts as those shown in FIG. 3 is omitted. As shown in FIG. 6, for example, a retardation film 601 can be provided between the wave plate 121 and the liquid crystal cell 122. Further, the retardation film 602 can be provided between the wave plate 123 and the wave plate 124.

また、位相差フィルム603を波長板124と波長板125の間に設けることができる。また、位相差フィルム604を波長板126の後段に設けることができる。また、波長板121,126を設けない構成とする場合は、位相差フィルム601,604は設けなくてもよい。   Further, the retardation film 603 can be provided between the wave plate 124 and the wave plate 125. Further, the retardation film 604 can be provided at the subsequent stage of the wave plate 126. Moreover, when it is set as the structure which does not provide the wavelength plates 121 and 126, the phase difference films 601 and 604 do not need to be provided.

位相差フィルム601〜604の光軸は、波長板121,123,124,126と平行もしくは垂直とすることができる。   The optical axes of the retardation films 601 to 604 can be parallel or perpendicular to the wave plates 121, 123, 124, and 126.

まず、位相差フィルム(たとえば位相差フィルム601〜604)のスロー軸と波長板121,123のスロー軸とを平行にする場合について説明する。   First, a case where the slow axis of the retardation film (for example, the retardation films 601 to 604) and the slow axis of the wave plates 121 and 123 are made parallel will be described.

図7Aは、位相差フィルムの波長分散の特性の例を示すグラフである。図7Aのリタデーション特性711は、波長板121,123,124,126の波長に対するリタデーションΓeの変化特性を示している。リタデーション特性712は、位相差フィルム601〜604の波長に対するリタデーションΓeの変化特性を示している。   FIG. 7A is a graph illustrating an example of wavelength dispersion characteristics of a retardation film. A retardation characteristic 711 in FIG. 7A indicates a change characteristic of the retardation Γe with respect to the wavelengths of the wave plates 121, 123, 124, and 126. A retardation characteristic 712 indicates a change characteristic of the retardation Γe with respect to the wavelength of the retardation films 601 to 604.

位相差フィルム601〜604には、リタデーション特性712のように、波長板121,123,124,126と異なる波長分散をもつ位相差フィルムを適用することができる。そして、位相差フィルム601〜604と波長板121,123,124,126とのスロー軸を揃えるように設計する。   As the retardation films 601 to 604, a retardation film having a wavelength dispersion different from that of the wave plates 121, 123, 124, and 126 can be applied as in the retardation characteristic 712. And it is designed so that the slow axes of the retardation films 601 to 604 and the wave plates 121, 123, 124, 126 are aligned.

図7Bは、位相差フィルムによるリタデーションの特性の変化の一例を示す図である。図7Bにおいて、横軸は、光の波長λ[nm]を示している。縦軸は、リタデーションΓe(位相差)を示している。図7Bのリタデーション特性721は、位相差フィルム601〜604を設けない場合のリタデーションΓeの変化特性を示している。   FIG. 7B is a diagram illustrating an example of a change in retardation characteristics caused by a retardation film. In FIG. 7B, the horizontal axis indicates the wavelength λ [nm] of light. The vertical axis represents retardation Γe (phase difference). A retardation characteristic 721 in FIG. 7B indicates a change characteristic of the retardation Γe when the retardation films 601 to 604 are not provided.

リタデーション特性722は、リタデーション特性712(図7A参照)を有する適当な枚数の位相差フィルム(たとえば位相差フィルム601〜604)であって、位相差フィルムと波長板121,123,124,126のスロー軸方向が平行となる場合のリタデーションΓeの変化特性を示している。   The retardation characteristic 722 is an appropriate number of retardation films (for example, retardation films 601 to 604) having a retardation characteristic 712 (see FIG. 7A), and the retardation films and the wave plates 121, 123, 124, and 126 are slow. The change characteristic of retardation (GAMMA) e when an axial direction becomes parallel is shown.

リタデーション特性723は、リタデーション特性712(図7A参照)を有する適当な枚数の位相差フィルム(たとえば位相差フィルム601〜604)であって、位相差フィルムと波長板121,123,124,126のスロー軸方向が直交する場合のリタデーションΓeの変化特性を示している。   The retardation characteristic 723 is an appropriate number of retardation films (for example, retardation films 601 to 604) having a retardation characteristic 712 (see FIG. 7A), and the retardation films and the wave plates 121, 123, 124, and 126 are slow. The change characteristic of the retardation Γe when the axial directions are orthogonal is shown.

位相差フィルムの枚数やスロー軸方向を変化させることによっても液晶デバイス120のリタデーションΓeの特性を調整することが可能である。たとえば、位相差フィルムのスロー軸と波長板121,123,124,126のスロー軸とを直交させた場合は、位相差フィルムのスロー軸と波長板121,123,124,126のスロー軸とを平行にした場合と比較して、方位角Ψeの変化特性のピーク位置をリタデーションΓeの変化特性のピーク位置と同様に逆方向にシフトさせることができる。   The characteristics of the retardation Γe of the liquid crystal device 120 can also be adjusted by changing the number of retardation films and the slow axis direction. For example, when the slow axis of the retardation film and the slow axis of the wave plates 121, 123, 124, 126 are orthogonal to each other, the slow axis of the retardation film and the slow axes of the wave plates 121, 123, 124, 126 are Compared to the parallel case, the peak position of the change characteristic of the azimuth angle Ψe can be shifted in the opposite direction as the peak position of the change characteristic of the retardation Γe.

図7Cは、位相差フィルムによる方位角の特性の変化の一例を示す図である。図7Cにおいて、横軸は、光の波長λ[nm]を示している。縦軸は、液晶デバイス120の方位角Ψeを示している。図7Cに示す方位角特性731は、位相差フィルム601〜604を設けない場合の方位角Ψeの変化特性を示している。   FIG. 7C is a diagram illustrating an example of a change in azimuth angle characteristics due to the retardation film. In FIG. 7C, the horizontal axis indicates the wavelength λ [nm] of light. The vertical axis represents the azimuth angle Ψe of the liquid crystal device 120. An azimuth angle characteristic 731 illustrated in FIG. 7C indicates a change characteristic of the azimuth angle Ψe when the retardation films 601 to 604 are not provided.

方位角特性732は、リタデーション特性712(図7A参照)を有する適当な枚数の位相差フィルム(たとえば位相差フィルム601〜604)であって、位相差フィルムと波長板121,123,124,126のスロー軸方向が平行となる場合の方位角Ψeの変化特性を示している。方位角特性733は、リタデーション特性712(図7A参照)を有する適当な枚数の位相差フィルム(たとえば位相差フィルム601〜604)であって、位相差フィルムと波長板121,123,124,126のスロー軸方向が直交する場合の方位角Ψeの変化特性を示している。   The azimuth angle characteristic 732 is an appropriate number of retardation films (for example, retardation films 601 to 604) having retardation characteristics 712 (see FIG. 7A), and the retardation film and the wave plates 121, 123, 124, 126 The change characteristic of the azimuth angle Ψe when the slow axis direction is parallel is shown. The azimuth angle characteristic 733 is an appropriate number of retardation films (for example, retardation films 601 to 604) having retardation characteristics 712 (see FIG. 7A), and the retardation film and the wave plates 121, 123, 124, 126 The change characteristic of the azimuth angle Ψe when the slow axis directions are orthogonal is shown.

図8は、波長に対するクロストークの特性の一例を示すグラフである。図8において、横軸は光の波長λ[nm]を示し、縦軸は液晶デバイス120の入射光Ioに対する出射光(I)の割合(クロストーク値)を示している。クロストーク特性810は、波長板121,123,124,126の厚みd1を選択後の波長に対するクロストーク値の特性である。クロストーク特性820は、波長板121,123,124,126の厚みd1を調整しなかった場合の波長に対するクロストーク値の特性である。   FIG. 8 is a graph showing an example of crosstalk characteristics with respect to wavelength. In FIG. 8, the horizontal axis indicates the wavelength λ [nm] of light, and the vertical axis indicates the ratio (crosstalk value) of the outgoing light (I) to the incident light Io of the liquid crystal device 120. The crosstalk characteristic 810 is a characteristic of the crosstalk value with respect to the wavelength after selecting the thickness d1 of the wave plates 121, 123, 124, and 126. The crosstalk characteristic 820 is a characteristic of the crosstalk value with respect to the wavelength when the thickness d1 of the wave plates 121, 123, 124, 126 is not adjusted.

図9は、光学デバイスの一例を示す斜視図である。図9において、図1Aに示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図9に示す赤色光源901、緑色光源902および青色光源903は、光源部110に含まれる各色の光源である。図9に示すように、赤色光源901、緑色光源902および青色光源903と、液晶デバイス120と、の間に偏光板911〜913を設けてもよい。   FIG. 9 is a perspective view showing an example of an optical device. 9, the same parts as those shown in FIG. 1A are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. A red light source 901, a green light source 902, and a blue light source 903 shown in FIG. 9 are light sources of respective colors included in the light source unit 110. As illustrated in FIG. 9, polarizing plates 911 to 913 may be provided between the red light source 901, the green light source 902, the blue light source 903, and the liquid crystal device 120.

赤色光源901、緑色光源902および青色光源903から出力されたレーザ光は、それぞれ偏光板911〜913へ入射する。偏光板911は、赤色光源901から出射されたレーザ光のうちの透過偏光方向921の直線偏光成分のみを透過させて液晶デバイス120へ出射する偏光子である。偏光板912は、緑色光源902から出射されたレーザ光のうちの透過偏光方向922の直線偏光成分のみを透過させて液晶デバイス120へ出射する偏光子である。   Laser beams output from the red light source 901, the green light source 902, and the blue light source 903 are incident on the polarizing plates 911 to 913, respectively. The polarizing plate 911 is a polarizer that transmits only the linearly polarized light component in the transmission polarization direction 921 out of the laser light emitted from the red light source 901 and emits it to the liquid crystal device 120. The polarizing plate 912 is a polarizer that transmits only the linearly polarized light component in the transmission polarization direction 922 out of the laser light emitted from the green light source 902 and emits it to the liquid crystal device 120.

偏光板913は、青色光源903から出射されたレーザ光のうちの透過偏光方向923の直線偏光成分のみを透過させて液晶デバイス120へ出射する偏光子である。たとえば図4に示した第1の例のように、使用する各波長においてリタデーションΓeが一致する場合は、図9に示すように、偏光板911〜913が透過させる直線偏光成分の透過偏光方向921〜923をいずれも所定方向に揃えておく。これにより、液晶デバイス120から出力される各波長成分を同一の直線偏光とすることができる。   The polarizing plate 913 is a polarizer that transmits only the linearly polarized light component in the transmission polarization direction 923 out of the laser light emitted from the blue light source 903 and emits it to the liquid crystal device 120. For example, as in the first example shown in FIG. 4, when the retardation Γe matches at each wavelength used, as shown in FIG. 9, the transmission polarization direction 921 of the linearly polarized light component transmitted by the polarizing plates 911 to 913 is shown. -923 are aligned in a predetermined direction. Thereby, each wavelength component output from the liquid crystal device 120 can be made into the same linearly polarized light.

なお、赤色光源901、緑色光源902および青色光源903が直線偏光のレーザ光を出射する場合は、赤色光源901、緑色光源902および青色光源903からの各レーザ光の偏光方向が、それぞれ透過偏光方向921〜923とほぼ一致するように、赤色光源901、緑色光源902および青色光源903の角度を調整しておいてもよい。また、この場合は、偏光板911〜913を省いた構成とすることも可能である。これにより、偏光板911〜913における光損失を抑えることができる。   When the red light source 901, the green light source 902, and the blue light source 903 emit linearly polarized laser light, the polarization directions of the laser beams from the red light source 901, the green light source 902, and the blue light source 903 are respectively transmitted polarization directions. You may adjust the angle of the red light source 901, the green light source 902, and the blue light source 903 so that it may correspond with 921-923 substantially. In this case, the polarizing plates 911 to 913 may be omitted. Thereby, the optical loss in the polarizing plates 911-913 can be suppressed.

偏光方向931〜933は、液晶デバイス120から出射されるレーザ光における、それぞれ赤色、緑色および青色の各波長成分における偏光方向を示している。図9に示す例では、各波長成分における偏光方向は同じ方向の直線偏光となっている。   Polarization directions 931 to 933 indicate the polarization directions of the red, green, and blue wavelength components in the laser light emitted from the liquid crystal device 120, respectively. In the example shown in FIG. 9, the polarization directions of the respective wavelength components are linearly polarized light in the same direction.

図10は、各波長における波長板の厚みに対するリタデーション特性の一例を示すグラフである。図10において、横軸は、波長板121,123の厚みd1を示している。縦軸は、波長板121、液晶セル122、波長板123からなる積層波長板120aのリタデーションΓeを示している。リタデーション特性1001〜1003は、それぞれ青色、緑色および赤色の波長における、波長板121,123の厚みd1に対するリタデーションΓeの特性を示している。リタデーション1004は、π/2のリタデーションを示している。   FIG. 10 is a graph showing an example of retardation characteristics with respect to the thickness of the wave plate at each wavelength. In FIG. 10, the horizontal axis indicates the thickness d1 of the wave plates 121 and 123. The vertical axis represents the retardation Γe of the laminated wave plate 120 a composed of the wave plate 121, the liquid crystal cell 122, and the wave plate 123. Retardation characteristics 1001 to 1003 indicate the characteristics of retardation Γe with respect to the thickness d1 of the wave plates 121 and 123 at blue, green, and red wavelengths, respectively. A retardation 1004 indicates a retardation of π / 2.

実施の形態にかかる製造支援装置は、波長板121,123の屈折率Δn1(λ)と、液晶セル122の厚みd2と、液晶セル122の屈折率Δn2(λ)と、波長板121、液晶セル122および波長板123の各スロー軸の間の角度Ψと、上記(10)式または(11)式と、に基づいて、各波長成分について、波長板121,123の厚みd1ごとのリタデーションΓeを算出し、厚みd1ごとのリタデーションΓeの計算結果を出力する。たとえば、製造支援装置は、厚みd1ごとのリタデーションΓeの計算結果を、図10に示すグラフのように表示することで出力する。   The manufacturing support apparatus according to the embodiment includes a refractive index Δn1 (λ) of the wave plates 121 and 123, a thickness d2 of the liquid crystal cell 122, a refractive index Δn2 (λ) of the liquid crystal cell 122, the wave plate 121, and the liquid crystal cell. 122 and the retardation Γe for each thickness d1 of the wave plates 121 and 123 based on the angle Ψ between the slow axes of the wave plate 123 and the above formula (10) or (11). Calculate and output the calculation result of retardation Γe for each thickness d1. For example, the manufacturing support apparatus outputs the calculation result of the retardation Γe for each thickness d1 by displaying it as in the graph shown in FIG.

これにより、液晶デバイス120の設計者は、積層波長板120aのリタデーションΓeが各波長成分において所望のリタデーションに近くなる波長板121,123の厚みd1を容易に選択することができる。たとえば、符号1005,1006に示す位置の厚みd1を選択することで、積層波長板120aのリタデーションΓeが各波長成分においてπ/2に近くなり、各波長成分において積層波長板120aが1/4波長板として動作する設計を行うことができる。   Thereby, the designer of the liquid crystal device 120 can easily select the thickness d1 of the wave plates 121 and 123 at which the retardation Γe of the laminated wave plate 120a is close to a desired retardation in each wavelength component. For example, by selecting the thickness d1 at the positions indicated by reference numerals 1005 and 1006, the retardation Γe of the laminated wave plate 120a is close to π / 2 at each wavelength component, and the laminated wave plate 120a is ¼ wavelength at each wavelength component. Designs that operate as plates can be made.

また、波長板124〜126については、積層波長板120aのそれぞれ波長板121、液晶セル122、波長板123に対応する構成とすることで、1/4波長板として動作する設計を行うことができる。   In addition, the wave plates 124 to 126 can be designed to operate as quarter wave plates by adopting configurations corresponding to the wave plate 121, the liquid crystal cell 122, and the wave plate 123 of the laminated wave plate 120a, respectively. .

または、実施の形態にかかる製造支援装置は、波長板124,126の屈折率Δn1(λ)と、波長板125の厚みd2と、波長板125の屈折率Δn2(λ)と、波長板124、波長板125および波長板126の各スロー軸の間の角度Ψと、上記(10)式または(11)式と、に基づいて、各波長成分について、波長板124,126の厚みd1ごとのリタデーションΓeを算出し、厚みd1ごとのリタデーションΓeの計算結果を出力してもよい。   Alternatively, the manufacturing support apparatus according to the embodiment includes the refractive index Δn1 (λ) of the wave plates 124 and 126, the thickness d2 of the wave plate 125, the refractive index Δn2 (λ) of the wave plate 125, the wave plate 124, Based on the angle Ψ between the slow axes of the wave plate 125 and the wave plate 126 and the above equation (10) or (11), the retardation for each thickness d1 of the wave plates 124 and 126 for each wavelength component. Γe may be calculated, and the calculation result of retardation Γe for each thickness d1 may be output.

このように、実施の形態にかかる製造支援装置は、積層波長板120aと、波長板124〜126からなる積層波長板と、の少なくともいずれかについて、厚みd1ごとのリタデーションΓeの計算結果を出力する。これにより、積層波長板120aと、波長板124〜126からなる積層波長板と、のそれぞれを1/4波長板として動作させ、液晶デバイス120を1/2波長板として動作させる設計を容易に行うことができる。   As described above, the manufacturing support apparatus according to the embodiment outputs the calculation result of the retardation Γe for each thickness d1 for at least one of the laminated wave plate 120a and the laminated wave plate including the wave plates 124 to 126. . Thereby, each of the laminated wave plate 120a and the laminated wave plate composed of the wave plates 124 to 126 is operated as a quarter wave plate, and the liquid crystal device 120 is easily designed as a half wave plate. be able to.

<一般的な条件式>
ここでは、波長板121、液晶セル122、波長板123からなる積層波長板120aについて説明するが、波長板124〜126からなる積層波長板についても同様である。上記(10)式および(11)式においては、Ψ=67.5°としてリタデーションΓeを示したが、より一般的には、波長λに対するリタデーションΓeは下記(12)式によって示すことができる。
<General conditional expression>
Here, the laminated wave plate 120a including the wave plate 121, the liquid crystal cell 122, and the wave plate 123 will be described, but the same applies to the laminated wave plate including the wave plates 124 to 126. In the above formulas (10) and (11), retardation Γe is shown as Ψ = 67.5 °, but more generally, retardation Γe with respect to wavelength λ can be expressed by the following formula (12).

すなわち、使用する各波長において、下記(12)式によって算出されるリタデーションΓeが±π/2×(2n−1)に近づくように波長板121,123の厚みd1を設計する。これにより、使用する各波長において、積層波長板120aを1/4波長板として動作させることができる。   That is, the thicknesses d1 of the wave plates 121 and 123 are designed so that the retardation Γe calculated by the following equation (12) approaches ± π / 2 × (2n−1) at each wavelength to be used. Thereby, the laminated wave plate 120a can be operated as a quarter wave plate at each wavelength to be used.

Figure 0006375167
Figure 0006375167

上記(12)式において、波長板121,123の屈折率Δn1(λ)は、上記のCauchyの分散公式から、a1+b1/λ2+c1/λ4…によって近似することができる。また、液晶セル122の屈折率Δn2(λ)は、a2+b2/λ2+c2/λ4…によって近似することができる。 In the equation (12), the refractive index Δn1 (λ) of the wave plates 121 and 123 can be approximated by a1 + b1 / λ 2 + c1 / λ 4 ... From the above Cauchy dispersion formula. In addition, the refractive index Δn2 (λ) of the liquid crystal cell 122 can be approximated by a2 + b2 / λ 2 + c2 / λ 4 .

すなわち、波長板121,123の材料に固有の係数をA1,A2,A3,…Am(mは自然数)とすると、波長板121,123の屈折率Δn1(λ)は、A1+A2/λ2+A3/λ4+A4/λ6…+A(m)/λ^(2(m−1))によって近似することができる。また、液晶セル122の材料に固有の係数をB1,B2,B3,…Bmとすると、液晶セル122の屈折率Δn2(λ)は、B1+B2/λ2+B3/λ4+B4/λ6…+B(m)/λ^(2(m−1))によって近似することができる。 That is, if the coefficients inherent to the materials of the wave plates 121 and 123 are A1, A2, A3,... Am (m is a natural number), the refractive index Δn1 (λ) of the wave plates 121 and 123 is A1 + A2 / λ 2 + A3 / It can be approximated by λ 4 + A4 / λ 6 ... + A (m) / λ ^ (2 (m−1)). Further, if the coefficients inherent to the material of the liquid crystal cell 122 are B1, B2, B3,... Bm, the refractive index Δn2 (λ) of the liquid crystal cell 122 is B1 + B2 / λ 2 + B3 / λ 4 + B4 / λ 6 . m) / λ ^ (2 (m−1)).

このように、実施の形態にかかる製造方法においては、まず、第1決定工程として、液晶セル122の厚みd2が決定される。また、第2決定工程として、波長板121、液晶セル122および波長板123の各スロー軸の間の角度Ψが決定される。そして、第3決定工程として、第1決定工程および第2決定工程による各決定結果に基づいて、波長板121,123の厚みd1が、使用する各波長において、積層波長板120aが1/4波長板として動作する厚みに決定される。なお、第1決定工程および第2決定工程の順序は入れ替えてもよい。   Thus, in the manufacturing method according to the embodiment, first, the thickness d2 of the liquid crystal cell 122 is determined as the first determination step. Further, as the second determination step, the angle Ψ between the slow axes of the wave plate 121, the liquid crystal cell 122, and the wave plate 123 is determined. And as a 3rd determination process, based on each determination result by a 1st determination process and a 2nd determination process, the thickness d1 of the wavelength plates 121 and 123 is 1/4 wavelength for the laminated wavelength plate 120a in each wavelength to use. The thickness is determined to operate as a plate. In addition, you may replace the order of a 1st determination process and a 2nd determination process.

そして、波長板124〜126からなる積層波長板についても同様の決定を行うことで、波長板124〜126からなる積層波長板が1/4波長板として動作する波長板124,126の厚みd1を決定することができる。   The thickness d1 of the wave plates 124 and 126 in which the laminated wave plate made of the wave plates 124 to 126 operates as a quarter wave plate is determined by making the same determination for the laminated wave plate made of the wave plates 124 to 126. Can be determined.

これにより、使用する各波長において、液晶デバイス120が1/2波長板として動作し、波長ごとの偏光方向のばらつきを抑えることができる。このため、たとえばプロジェクタにおいて液晶デバイス120を用いる場合に、レーザ光の各波長成分の偏光状態をより精度よく制御することができる。したがって、レーザ光の各波長成分の消光比のばらつきを抑え、レーザ光をスクリーンに投影した画像の画質を向上させることができる。   Thereby, the liquid crystal device 120 operates as a half-wave plate at each wavelength to be used, and variation in the polarization direction for each wavelength can be suppressed. Therefore, for example, when the liquid crystal device 120 is used in a projector, the polarization state of each wavelength component of the laser light can be controlled with higher accuracy. Therefore, variation in the extinction ratio of each wavelength component of the laser beam can be suppressed, and the image quality of the image obtained by projecting the laser beam on the screen can be improved.

また、各波長成分について、偏光状態をたとえば互いに直交する直線偏光に切り替えることができる。このため、レーザ光をスクリーンに投影した画像の各波長成分のスペックルを低減して画質をより向上させることができる。また、映像の偏光状態を互いに直交する直線偏光に切り替えることで、直線偏光フィルタ方式の三次元画像を生成することもできる。   For each wavelength component, the polarization state can be switched to, for example, linearly polarized light orthogonal to each other. For this reason, the speckle of each wavelength component of the image which projected the laser beam on the screen can be reduced, and an image quality can be improved more. Also, a linear polarization filter type three-dimensional image can be generated by switching the polarization state of the video to linearly polarized light orthogonal to each other.

なお、使用する各波長において、上記(12)式によって算出されるリタデーションΓeが±π/2×(2n−1)となる波長板121,123,124,126の厚みd1が定まらない場合もあり得る。これに対して、たとえば、各レーザ光の各波長帯域内において、リタデーションΓeが±π/2×(2n−1)となる波長板121,123,124,126の厚みd1が少なくとも1つは存在するように、波長板121,123,124,126の材料や液晶デバイス120を設計することが望ましい。   In each wavelength used, the thickness d1 of the wave plates 121, 123, 124, and 126 where the retardation Γe calculated by the above equation (12) is ± π / 2 × (2n−1) may not be determined. obtain. On the other hand, for example, at least one thickness d1 of the wave plates 121, 123, 124, and 126 having a retardation Γe of ± π / 2 × (2n−1) exists in each wavelength band of each laser beam. Thus, it is desirable to design the material of the wave plates 121, 123, 124, 126 and the liquid crystal device 120.

各レーザ光の各波長帯域としては、たとえば、青色のレーザ光の波長帯域を435〜480[nm]とし、緑色のレーザ光の波長帯域を500〜560[nm]とし、赤色のレーザ光の波長帯域を610〜750[nm]とすることができる。   As each wavelength band of each laser beam, for example, the wavelength band of the blue laser beam is set to 435 to 480 [nm], the wavelength band of the green laser beam is set to 500 to 560 [nm], and the wavelength of the red laser beam is set. The band can be 610 to 750 [nm].

図11は、実施の形態にかかる製造支援装置のハードウェア構成の一例を示す図である。実施の形態にかかる製造支援装置は、たとえば図11に示す情報処理装置1100によって実現することができる。情報処理装置1100は、CPU1110と、メインメモリ1120と、補助メモリ1130と、ユーザインタフェース1140と、通信インタフェース1150と、を備えている。CPU1110、メインメモリ1120、補助メモリ1130、ユーザインタフェース1140および通信インタフェース1150は、バス1101によって接続されている。   FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of the manufacturing support apparatus according to the embodiment. The manufacturing support apparatus according to the embodiment can be realized, for example, by an information processing apparatus 1100 illustrated in FIG. The information processing apparatus 1100 includes a CPU 1110, a main memory 1120, an auxiliary memory 1130, a user interface 1140, and a communication interface 1150. The CPU 1110, main memory 1120, auxiliary memory 1130, user interface 1140, and communication interface 1150 are connected by a bus 1101.

CPU1110(Central Processing Unit)は、情報処理装置1100の全体の制御を司る。メインメモリ1120は、たとえばRAM(Random Access Memory)である。メインメモリ1120は、CPU1110のワークエリアとして使用される。補助メモリ1130は、たとえば、ハードディスク、光ディスク、フラッシュメモリなどの不揮発メモリである。補助メモリ1130には、情報処理装置1100を動作させる各種のプログラムが記憶されている。補助メモリ1130に記憶されたプログラムは、メインメモリ1120にロードされてCPU1110によって実行される。   A CPU 1110 (Central Processing Unit) controls the entire information processing apparatus 1100. The main memory 1120 is, for example, a RAM (Random Access Memory). The main memory 1120 is used as a work area for the CPU 1110. The auxiliary memory 1130 is, for example, a nonvolatile memory such as a hard disk, an optical disk, or a flash memory. Various programs for operating the information processing apparatus 1100 are stored in the auxiliary memory 1130. The program stored in the auxiliary memory 1130 is loaded into the main memory 1120 and executed by the CPU 1110.

ユーザインタフェース1140は、たとえば、ユーザからの操作入力を受け付ける入力デバイスや、ユーザへ情報を出力する出力デバイスなどを含む。入力デバイスは、たとえばキー(たとえばキーボード)やリモコンなどによって実現することができる。出力デバイスは、たとえばディスプレイやスピーカなどによって実現することができる。また、タッチパネルなどによって入力デバイスおよび出力デバイスを実現してもよい。ユーザインタフェース1140は、CPU1110によって制御される。   The user interface 1140 includes, for example, an input device that receives an operation input from the user, an output device that outputs information to the user, and the like. The input device can be realized by a key (for example, a keyboard) or a remote controller, for example. The output device can be realized by, for example, a display or a speaker. Further, an input device and an output device may be realized by a touch panel or the like. The user interface 1140 is controlled by the CPU 1110.

通信インタフェース1150は、たとえば、無線や有線によって情報処理装置1100の外部との間で通信を行う通信インタフェースである。通信インタフェース1150は、CPU1110によって制御される。   The communication interface 1150 is a communication interface that performs communication with the outside of the information processing apparatus 1100 by, for example, wireless or wired communication. The communication interface 1150 is controlled by the CPU 1110.

たとえば、補助メモリ1130には、上記(10)式または(11)式や、(10)式または(11)式による演算を行う演算プログラムなどが記憶される。また、ユーザインタフェース1140や通信インタフェース1150からは、液晶セル122(波長板125)の厚みd2、角度Ψ、使用波長λB,λG,λRなど、上記(10)式または(11)式による演算を行うための各パラメータが入力される。ユーザインタフェース1140や通信インタフェース1150から入力された各パラメータはメインメモリ1120に記憶される。   For example, the auxiliary memory 1130 stores an arithmetic program for performing an arithmetic operation according to the above formula (10) or (11) or the formula (10) or (11). Further, from the user interface 1140 and the communication interface 1150, the thickness d2, the angle Ψ, the operating wavelengths λB, λG, and λR of the liquid crystal cell 122 (wavelength plate 125) are calculated according to the above formula (10) or (11). Each parameter is input. Each parameter input from the user interface 1140 or the communication interface 1150 is stored in the main memory 1120.

CPU1110は、補助メモリ1130に記憶された上記(10)式または(11)式および演算プログラムと、メインメモリ1120に記憶された各パラメータと、に基づいて、各波長成分について、厚みd1ごとのリタデーションΓeを算出する。そして、CPU1110は、厚みd1とリタデーションΓeとの関係を、たとえばユーザインタフェース1140や通信インタフェース1150によって出力する。   The CPU 1110 uses the above equation (10) or (11) and the arithmetic program stored in the auxiliary memory 1130 and each parameter stored in the main memory 1120 to retardation each wavelength component for each thickness d1. Γe is calculated. Then, CPU 1110 outputs the relationship between thickness d1 and retardation Γe, for example, via user interface 1140 or communication interface 1150.

ただし、情報処理装置1100の構成は上記に限らない。たとえば、上記(10)式または(11)式や演算プログラムなどは、情報処理装置1100に記憶されておらず、外部のシミュレーション装置に記憶されていてもよい。情報処理装置1100は、たとえば通信インタフェース1150を介して、外部のシミュレーション装置へ各パラメータを送信し、厚みd1ごとのリタデーションΓeの計算結果を受信し、受信した計算結果を出力してもよい。   However, the configuration of the information processing apparatus 1100 is not limited to the above. For example, the expression (10) or the expression (11) and the arithmetic program are not stored in the information processing apparatus 1100 but may be stored in an external simulation apparatus. The information processing apparatus 1100 may transmit each parameter to an external simulation apparatus, for example, via the communication interface 1150, receive the calculation result of the retardation Γe for each thickness d1, and output the received calculation result.

(強誘電性液晶を用いた液晶セルの具体例)
つぎに、図2Aから図2Dに示した電極形状をもつ液晶セルの代わりに、強誘電性液晶を用いた液晶セル122の具体例について説明する。ここでは液晶セル122に強誘電性液晶を用いる場合について説明する。液晶セル122について説明するが、図1B等に示した波長板125についても同様である。
(Specific example of liquid crystal cell using ferroelectric liquid crystal)
Next, a specific example of the liquid crystal cell 122 using ferroelectric liquid crystal instead of the liquid crystal cell having the electrode shape shown in FIGS. 2A to 2D will be described. Here, a case where a ferroelectric liquid crystal is used for the liquid crystal cell 122 will be described. Although the liquid crystal cell 122 will be described, the same applies to the wave plate 125 shown in FIG. 1B and the like.

図12は、強誘電性液晶を用いた液晶セルの具体例を示す断面図である。図12に示すように、液晶セル122は、たとえば、約2[μm]の厚さの液晶層1220を挟持した一対のガラス基板1231,1232と、これら2枚のガラス基板1231,1232を接着するシール材1270とで構成されている。ガラス基板1231,1232のそれぞれの対向面には電極1241,1242が形成されており、その上に配向膜1251,1252が配置され、配向処理がなされている。電極1241,1242は、たとえばITOなどのベタ電極である。   FIG. 12 is a cross-sectional view showing a specific example of a liquid crystal cell using a ferroelectric liquid crystal. As shown in FIG. 12, in the liquid crystal cell 122, for example, a pair of glass substrates 1231 and 1232 sandwiching a liquid crystal layer 1220 having a thickness of about 2 [μm] and these two glass substrates 1231 and 1232 are bonded. And a sealing material 1270. Electrodes 1241 and 1242 are formed on the opposing surfaces of the glass substrates 1231 and 1232, and alignment films 1251 and 1252 are disposed on the electrodes 1241 and 1242. The electrodes 1241 and 1242 are solid electrodes such as ITO, for example.

つぎに、強誘電性液晶の電気光学効果について説明する。図13および図14は、強誘電性液晶の分子長軸方向と電界との関係を示す説明図である。図13および図14では、液晶セル122を、レーザ光の入射側からみた場合の液晶分子を模式的に示しており、図13および図14に沿って液晶の平均的な分子長軸方向について説明する。液晶セル122について説明するが、図1B等に示した波長板125についても同様である。   Next, the electro-optic effect of the ferroelectric liquid crystal will be described. 13 and 14 are explanatory views showing the relationship between the molecular major axis direction of the ferroelectric liquid crystal and the electric field. 13 and 14 schematically show liquid crystal molecules when the liquid crystal cell 122 is viewed from the laser light incident side, and the average molecular major axis direction of the liquid crystal will be described with reference to FIGS. 13 and 14. To do. Although the liquid crystal cell 122 will be described, the same applies to the wave plate 125 shown in FIG. 1B and the like.

図13に示すように、電界Eが図面表(液晶セル122の第1のガラス基板1231)から裏(液晶セル122の第2のガラス基板1232)に向かって印加されると、液晶分子LCMの第1の強誘電状態である平均的な分子長軸方向Mは、配向膜の配向軸OAを中心に角度「θ1」傾いて安定している。一方、図14に示すように、電界Eが図面裏から表に向かって印加されると、液晶分子LCMの第2の強誘電状態である平均的な分子長軸方向Mは、配向膜の配向軸OAに対して時計回りに角度「θ2」傾いて安定している。   As shown in FIG. 13, when an electric field E is applied from the drawing table (the first glass substrate 1231 of the liquid crystal cell 122) toward the back (the second glass substrate 1232 of the liquid crystal cell 122), the liquid crystal molecules LCM The average molecular major axis direction M, which is the first ferroelectric state, is stable at an angle “θ1” about the alignment axis OA of the alignment film. On the other hand, as shown in FIG. 14, when the electric field E is applied from the back to the front, the average molecular major axis direction M, which is the second ferroelectric state of the liquid crystal molecules LCM, is the orientation of the alignment film. It is stable by tilting the angle “θ2” clockwise with respect to the axis OA.

すなわち、液晶分子LCMは、分子長軸方向Mを動直線として描くコーン形状の側面上を転移している。また角度「θ1」と角度「θ2」の和(θ1+θ2)が第1の強誘電状態である液晶の平均的な分子長軸方向と、第2の強誘電状態である液晶の平均的な分子長軸方向との間の角度、つまり円錐(コーン)の中心角θ(すなわちコーン角度)となる。強誘電性液晶の材料を種々考慮することで、中心角θの角度を45°に設定することができる。これにより、液晶セル122の基板面と平行な方向にダイレクタ方向122a(液晶分子の方向)を上述したように切り替えることができる。   That is, the liquid crystal molecules LCM are transferred on the cone-shaped side surface that draws the molecular major axis direction M as a moving straight line. The sum (θ1 + θ2) of the angles “θ1” and “θ2” is the average molecular long axis direction of the liquid crystal in the first ferroelectric state and the average molecular length of the liquid crystal in the second ferroelectric state. This is the angle between the axial direction, that is, the central angle θ of the cone (ie, cone angle). By considering various materials for the ferroelectric liquid crystal, the angle of the central angle θ can be set to 45 °. As a result, the director direction 122a (the direction of the liquid crystal molecules) can be switched to the direction parallel to the substrate surface of the liquid crystal cell 122 as described above.

また、以上説明した波長板121,123,124,126を液晶素子によって作成することができる。さらに、液晶素子内に電圧を印加することができるように、液晶層の両面に電極を形成する。これにより、液晶素子への印加電圧を制御し、波長板121,123,124,126の位相差を微調整することができる。また、波長板121,123,124,126の設計および製造が容易となり、温度変化によるレーザ光の波長シフトといった使用環境の変化にも対応が可能となる。   Further, the wave plates 121, 123, 124, and 126 described above can be formed by a liquid crystal element. Further, electrodes are formed on both surfaces of the liquid crystal layer so that a voltage can be applied in the liquid crystal element. Thereby, the voltage applied to the liquid crystal element can be controlled, and the phase difference of the wave plates 121, 123, 124, 126 can be finely adjusted. In addition, the design and manufacture of the wave plates 121, 123, 124, and 126 are facilitated, and it is possible to cope with changes in the usage environment such as a wavelength shift of the laser beam due to temperature changes.

以上説明したように、光学デバイス、プロジェクタ、製造方法および製造支援装置によれば、液晶セルの厚みを抑えてスイッチング特性の低下を抑えつつ1/2波長板として動作する広帯域の積層波長板を実現することができる。   As described above, according to the optical device, the projector, the manufacturing method, and the manufacturing support apparatus, a broadband laminated wave plate that operates as a half-wave plate while suppressing a decrease in switching characteristics by reducing the thickness of the liquid crystal cell is realized. can do.

以上のように、この発明にかかる光学デバイス、プロジェクタ、製造方法および製造支援装置は、映像や画像を映写する光学デバイス、プロジェクタ、製造方法および製造支援装置に有用であり、特に、ピコプロジェクタなどの小型の光学デバイスに適している。   As described above, the optical device, the projector, the manufacturing method, and the manufacturing support apparatus according to the present invention are useful for the optical device, the projector, the manufacturing method, and the manufacturing support apparatus that project images and images. Suitable for small optical devices.

100 光学デバイス
101,210,220,230,240,931〜933 偏光方向
102,103 偏光状態
110 光源部
111 RGBレーザ光源
112 偏波保持ファイバ
120 液晶デバイス
120a 積層波長板
121,123〜126 波長板
121a,123a,124a,125a,126a,301 スロー軸方向
122 液晶セル
122a ダイレクタ方向
130 制御回路
211〜218,221〜224,231〜234,241〜248,1241,1242 電極
411,711,712,721〜723,1001〜1003 リタデーション特性
511,731〜733 方位角特性
601〜604 位相差フィルム
810,820 クロストーク特性
901 赤色光源
902 緑色光源
903 青色光源
911〜913 偏光板
921〜923 透過偏光方向
1004 リタデーション
1100 情報処理装置
1101 バス
1110 CPU
1120 メインメモリ
1130 補助メモリ
1140 ユーザインタフェース
1150 通信インタフェース
1220 液晶層
1231,1232 ガラス基板
1251,1252 配向膜
1270 シール材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Optical device 101,210,220,230,240,931-933 Polarization direction 102,103 Polarization state 110 Light source part 111 RGB laser light source 112 Polarization-maintaining fiber 120 Liquid crystal device 120a Laminated wave plate 121,123-126 Wave plate 121a , 123a, 124a, 125a, 126a, 301 Slow axis direction 122 Liquid crystal cell 122a Director direction 130 Control circuit 211-218, 221-224, 231-234, 241-248, 1241, 1242 Electrode 411, 711, 712, 721 723, 1001 to 1003 Retardation characteristics 511, 731 to 733 Azimuth angle characteristics 601 to 604 Retardation film 810,820 Crosstalk characteristics 901 Red light source 902 Green light source 903 Blue light source 91 ~913 polarizer 921 to 923 transmitting polarization direction 1004 retardation 1100 information processing apparatus 1101 bus 1110 CPU
1120 Main memory 1130 Auxiliary memory 1140 User interface 1150 Communication interface 1220 Liquid crystal layer 1231, 1232 Glass substrate 1251, 1252 Alignment film 1270 Sealing material

Claims (10)

所定方向の偏光状態でありかつそれぞれ異なる波長の複数のレーザ光を通過させ、前記所定方向に対するダイレクタの方向を基板面と平行な第1方向および第2方向に切り替え可能であり、通過するレーザ光の波長において1/2波長板として動作する液晶セルと、
前記レーザ光の波長において1/4波長板として動作し、前記液晶セルより出射された各レーザ光を通過させ、遅相軸が前記液晶セルへ入射する各レーザ光の偏光方向に対して平行または垂直な第1波長板と、
前記レーザ光の波長において1/4波長板として動作し、前記第1波長板より出射された各レーザ光を通過させ、遅相軸が前記第1波長板の遅相軸と平行な第2波長板と、
前記レーザ光の波長において1/2波長板として動作し、前記第2波長板より出射された各レーザ光を通過させ、遅相軸が前記第1方向または前記第2方向と平行な第3波長板と、
前記ダイレクタの方向を周期的に切り替える制御回路と、
を備え、前記液晶セル、前記第1波長板、前記第2波長板および前記第3波長板を通過した各レーザ光を出力し、前記所定方向、前記ダイレクタの方向、前記第1波長板の遅相軸、前記第2波長板の遅相軸および前記第3波長板の遅相軸は、それぞれ前記各レーザ光の進行方向と直交する方向であることを特徴とする光学デバイス。
A polarization state in a predetermined direction and is passed through a plurality of laser beams of different wavelengths, it is possible to switch the direction of the director relative to the predetermined direction in the first direction and the second direction parallel to the substrate surface, the laser beam passing through A liquid crystal cell operating as a half-wave plate at a wavelength of
Operates as a quarter-wave plate at the wavelength of the laser beam, allows each laser beam emitted from the liquid crystal cell to pass, and has a slow axis parallel to the polarization direction of each laser beam incident on the liquid crystal cell or A first vertical wave plate;
A second wavelength that operates as a quarter-wave plate at the wavelength of the laser beam, passes each laser beam emitted from the first wavelength plate, and has a slow axis parallel to the slow axis of the first wave plate The board,
A third wavelength that operates as a half-wave plate at the wavelength of the laser beam, passes each laser beam emitted from the second wavelength plate, and has a slow axis parallel to the first direction or the second direction. The board,
A control circuit that periodically switches the direction of the director;
And outputs each laser beam that has passed through the liquid crystal cell, the first wave plate, the second wave plate, and the third wave plate, and outputs the predetermined direction, the direction of the director, and the delay of the first wave plate. An optical device, wherein a phase axis, a slow axis of the second wave plate, and a slow axis of the third wave plate are directions orthogonal to the traveling directions of the respective laser beams .
前記第1波長板、前記第2波長板および前記第3波長板の厚みは、前記複数の各レーザ光の波長において、前記液晶セル、前記第1波長板、前記第2波長板および前記第3波長板によって構成される積層波長板が1/2波長板として動作する厚みに調整されていることを特徴とする請求項1に記載の光学デバイス。   The thicknesses of the first wave plate, the second wave plate, and the third wave plate are set such that the liquid crystal cell, the first wave plate, the second wave plate, and the third wave plate have wavelengths of the plurality of laser beams. The optical device according to claim 1, wherein the laminated wave plate constituted by the wave plate is adjusted to a thickness that operates as a half-wave plate. 前記液晶セルの前段に設けられ、各レーザ光を前記液晶セルへ通過させ、前記第1波長板と同一構成の第4波長板と、
前記第3波長板の後段に設けられ、前記第3波長板より出射された各レーザ光を通過させ、前記第2波長板と同一構成の第5波長板と、
を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の光学デバイス。
A fourth wave plate provided in a front stage of the liquid crystal cell, allowing each laser beam to pass through the liquid crystal cell, and having the same configuration as the first wave plate;
A fifth wave plate that is provided at a subsequent stage of the third wave plate, passes each laser beam emitted from the third wave plate, and has the same configuration as the second wave plate;
The optical device according to claim 1, further comprising:
前記第3波長板は、遅相軸の方向が固定の波長板で構成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の光学デバイス。   The optical device according to claim 1, wherein the third wave plate is a wave plate having a fixed slow axis direction. 前記ダイレクタの方向は、前記所定方向に対して約22.5°と約−22.5°との方向に切り替え可能、または前記所定方向との間の角度が約112.5°と約67.5°となるように切り替え可能であることを特徴とする請求項4に記載の光学デバイス。   The direction of the director can be switched between about 22.5 ° and about −22.5 ° with respect to the predetermined direction, or the angle between the predetermined direction is about 112.5 ° and about 67.67. The optical device according to claim 4, wherein the optical device is switchable so as to be 5 °. 前記第3波長板は、前記所定方向に対するダイレクタの方向を前記液晶セル(以下「第1液晶セル」と称する)と同じ前記第1方向および前記第2方向に切り替え可能な第2液晶セルで構成され、
前記制御回路は、前記第1液晶セルおよび前記第2液晶セルの各ダイレクタの方向を同期して同一方向に切り替えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の光学デバイス。
The third wave plate is composed of a second liquid crystal cell in which the direction of the director relative to the predetermined direction can be switched between the first direction and the second direction same as the liquid crystal cell (hereinafter referred to as “first liquid crystal cell”). And
The optical device according to claim 1, wherein the control circuit switches the direction of each director of the first liquid crystal cell and the second liquid crystal cell in the same direction in synchronization.
前記各ダイレクタの方向は、前記所定方向との間の角度が約0°と約22.5°とになるように切り替え可能、または前記所定方向との間の角度が約90°と約112.5°とになるように切り替え可能であることを特徴とする請求項6に記載の光学デバイス。   The direction of each director is switchable so that the angle between the predetermined direction is about 0 ° and about 22.5 °, or the angle between the predetermined direction is about 90 ° and about 112.degree. The optical device according to claim 6, wherein the optical device can be switched so as to be 5 °. 請求項1〜7のいずれか一つに記載の光学デバイスと、
レーザ光を空間的に変調する変調器と、
を備え、前記光学デバイスより出力され、前記変調器によって変調されたレーザ光を出射することを特徴とするプロジェクタ。
The optical device according to any one of claims 1 to 7,
A modulator that spatially modulates the laser light;
And a laser beam emitted from the optical device and modulated by the modulator.
所定方向の偏光状態でありかつそれぞれ異なる波長の複数のレーザ光を通過させ、前記所定方向に対するダイレクタの方向を基板面と平行な第1方向および第2方向に切り替え可能であり、通過するレーザ光の波長において1/2波長板として動作する液晶セルと、前記レーザ光の波長において1/4波長板として動作し、前記液晶セルより出射された各レーザ光を通過させ、遅相軸が前記液晶セルへ入射する各レーザ光の偏光方向に対して平行または垂直な第1波長板と、前記レーザ光の波長において1/4波長板として動作し、前記第1波長板より出射された各レーザ光を通過させ、遅相軸が前記第1波長板の遅相軸と平行な第2波長板と、前記レーザ光の波長において1/2波長板として動作し、前記第2波長板より出射された各レーザ光を通過させ、遅相軸が前記第1方向または前記第2方向と平行な第3波長板と、前記ダイレクタの方向を周期的に切り替える制御回路と、を備え、前記液晶セル、前記第1波長板、前記第2波長板および前記第3波長板を通過した各レーザ光を出力し、前記所定方向、前記ダイレクタの方向、前記第1波長板の遅相軸、前記第2波長板の遅相軸および前記第3波長板の遅相軸は、それぞれ前記各レーザ光の進行方向と直交する方向である光学デバイスの製造方法において、
前記液晶セルおよび前記第3波長板の厚みを決定する第1決定工程と、
前記第1波長板および前記液晶セルの各遅相軸の間の角度と、前記第2波長板および前記第3波長板の各遅相軸の間の角度と、を決定する第2決定工程と、
前記第1決定工程によって決定された厚みと、前記第2決定工程によって決定された角度と、に基づいて、前記第1波長板および前記第2波長板の厚みを、出射された各レーザ光の波長において、前記液晶セル、前記第1波長板、前記第2波長板および前記第3波長板によって構成される積層波長板が1/2波長板として動作する厚みに決定する第3決定工程と、
を含むことを特徴とする製造方法。
A polarization state in a predetermined direction and is passed through a plurality of laser beams of different wavelengths, it is possible to switch the direction of the director relative to the predetermined direction in the first direction and the second direction parallel to the substrate surface, the laser beam passing through A liquid crystal cell that operates as a half-wave plate at the wavelength of the liquid crystal, and a liquid crystal cell that operates as a quarter-wave plate at the wavelength of the laser light, passes each laser light emitted from the liquid crystal cell , and the slow axis is the liquid crystal A first wavelength plate that is parallel or perpendicular to the polarization direction of each laser beam incident on the cell, and each laser beam that operates as a quarter-wave plate at the wavelength of the laser beam and is emitted from the first wavelength plate And the second phase plate whose slow axis is parallel to the slow axis of the first wave plate and the half wave plate at the wavelength of the laser beam, and emitted from the second wave plate Each A third wavelength plate that transmits light and whose slow axis is parallel to the first direction or the second direction, and a control circuit that periodically switches the direction of the director, the liquid crystal cell, the first Each laser beam that has passed through the wave plate, the second wave plate, and the third wave plate is output, and the predetermined direction, the director direction, the slow axis of the first wave plate, and the slow wave of the second wave plate. In the method of manufacturing an optical device, wherein the phase axis and the slow axis of the third wavelength plate are directions orthogonal to the traveling directions of the laser beams, respectively .
A first determining step for determining a thickness of the liquid crystal cell and the third wave plate ;
A second determining step of determining an angle between each slow axis of the first wave plate and the liquid crystal cell and an angle between each slow axis of the second wave plate and the third wave plate; ,
Based on the thickness determined by the first determination step and the angle determined by the second determination step, the thicknesses of the first wavelength plate and the second wavelength plate are determined for each of the emitted laser beams. A third determining step for determining a thickness at which a laminated wave plate constituted by the liquid crystal cell, the first wave plate, the second wave plate, and the third wave plate operates as a half wave plate at a wavelength;
The manufacturing method characterized by including.
波長λ1かつ所定方向の偏光状態のレーザ光と、前記波長λ1とは異なる波長λ2かつ前記偏光状態のレーザ光を通過させ、前記所定方向に対するダイレクタの方向を基板面と平行な第1方向および第2方向に切り替え可能であり、通過するレーザ光の波長において1/2波長板として動作する液晶セルと、前記レーザ光の波長において1/4波長板として動作し、前記液晶セルより出射された各レーザ光を通過させ、遅相軸が前記液晶セルへ入射するレーザ光の偏光方向に対して平行または垂直な第1波長板と、前記レーザ光の波長において1/4波長板として動作し、前記第1波長板より出射された各レーザ光を通過させ、遅相軸が前記第1波長板の遅相軸と平行な第2波長板と、前記レーザ光の波長において1/2波長板として動作し、前記第2波長板より出射された各レーザ光を通過させ、遅相軸が前記第1方向または前記第2方向と平行な第3波長板と、前記ダイレクタの方向を周期的に切り替える制御回路と、を備え、前記液晶セル、前記第1波長板、前記第2波長板および前記第3波長板を通過した各レーザ光を出力し、前記所定方向、前記ダイレクタの方向、前記第1波長板の遅相軸、前記第2波長板の遅相軸および前記第3波長板の遅相軸は、それぞれ前記各レーザ光の進行方向と直交する方向である光学デバイスの製造を支援する製造支援装置において、
前記液晶セルおよび前記第1波長板と、前記第2波長板および前記第3波長板と、のうちの少なくともいずれかについて、
前記第1波長板または前記第2波長板の厚みd1と、通過する光の波長λにより変化する前記第1波長板または前記第2波長板の屈折率Δn1(λ)と、前記液晶セルまたは前記第3波長板の厚みd2と、通過する光の波長λにより変化する前記液晶セルまたは前記第3波長板の屈折率Δn2(λ)と、前記第1波長板および前記液晶セルの各遅相軸の間の角度Ψまたは前記第2波長板および前記第3波長板の各遅相軸の間の角度Ψと、に基づいて、λ=λ1およびλ=λ2のそれぞれにおける前記第1波長板または前記第2波長板の厚みd1ごとの下記の式の計算を行うプログラムを記憶した記憶部と、
前記記憶部によって記憶された前記プログラムによる前記計算を行い、前記計算の結果を出力する計算部と、
を備えることを特徴とする製造支援装置。
Figure 0006375167
A laser beam having a wavelength λ1 and a polarization state in a predetermined direction and a laser beam having a wavelength λ2 and a polarization state different from the wavelength λ1 are passed, and the direction of the director relative to the predetermined direction is the first direction and the first direction parallel to the substrate surface A liquid crystal cell that can be switched in two directions and operates as a half-wave plate at the wavelength of the passing laser beam, and operates as a quarter-wave plate at the wavelength of the laser beam and is emitted from the liquid crystal cell. A first wavelength plate that transmits laser light and whose slow axis is parallel or perpendicular to the polarization direction of the laser light incident on the liquid crystal cell, and operates as a quarter wavelength plate at the wavelength of the laser light, Each laser beam emitted from the first wavelength plate is allowed to pass, and operates as a second wavelength plate whose slow axis is parallel to the slow axis of the first wavelength plate, and a ½ wavelength plate at the wavelength of the laser beam. and, A third wavelength plate that passes each laser beam emitted from the second wavelength plate and whose slow axis is parallel to the first direction or the second direction, and a control circuit that periodically switches the direction of the director; And outputs each laser beam that has passed through the liquid crystal cell, the first wave plate, the second wave plate, and the third wave plate , the predetermined direction, the direction of the director, and the first wave plate In a manufacturing support apparatus for supporting the manufacture of an optical device in which the slow axis, the slow axis of the second wave plate, and the slow axis of the third wave plate are directions orthogonal to the traveling directions of the laser beams, respectively . ,
About at least one of the liquid crystal cell and the first wave plate, the second wave plate and the third wave plate,
The thickness d1 of the first wave plate or the second wave plate, the refractive index Δn1 (λ) of the first wave plate or the second wave plate that changes according to the wavelength λ of the light passing therethrough, the liquid crystal cell or the The thickness d2 of the third wave plate, the refractive index Δn2 (λ) of the liquid crystal cell or the third wave plate that changes according to the wavelength λ of the light passing therethrough, and the slow axes of the first wave plate and the liquid crystal cell Or the angle ψ between the slow axes of the second wave plate and the third wave plate, respectively, the first wave plate at λ = λ1 and λ = λ2, respectively, A storage unit storing a program for calculating the following equation for each thickness d1 of the second wave plate ;
A calculation unit that performs the calculation according to the program stored in the storage unit and outputs a result of the calculation;
Production support device, characterized in that it comprises a.
Figure 0006375167
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