TWI391716B - 1/4波長板,光拾取裝置及反射型液晶顯示裝置 - Google Patents

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Description

1/4波長板,光拾取裝置及反射型液晶顯示裝置
本發明係關於一種例如於光拾取裝置、液晶投影器等光學裝置,或光學低通濾波器等光學零件中所用之1/4波長板,尤其係關於由水晶之類之具有雙折射性以及旋光性之無機結晶材料構成之1/4波長板。進而,本發明係關於使用該1/4波長板之光拾取裝置以及反射型液晶顯示裝置。
習知之於直線偏光與圓偏光之間轉換偏光狀態之1/4波長之相位板,即1/4波長板係使用於各種光學性用途。一般而言,1/4波長板係利用由藉由延伸處理而具有雙折射性之聚碳酸酯等之有機系材料構成之樹脂膜、以透明基板夾持有高分子液晶層之相位差板、水晶等具有雙折射性之無機結晶材料之結晶板而製作(例如,參照專利文獻1至4)。
尤其,最近於光碟裝置之記錄再生所使用之光拾取裝置中,為了實現記錄之高密度化大容量化,而採用有波長非常短且高輸出之藍紫色雷射。然而,上述樹脂膜或液晶材料具有易吸收藍色至紫外區域之光之物性,因此有吸收藍紫色雷射光而發熱、材質自身劣化而損及波長板之功能之虞。相對於此,水晶等無機結晶材料之耐光性極高,因此水晶波長板對於如使用藍紫色雷射之光學系統特別有利。
水晶波長板開發有各種構造者。例如,專利文獻3記載之結晶板,於其光學軸相對於其入射面之法線傾斜時求出主橢圓偏光之橢圓率k,並利用下述關係式算出結晶板之厚度d,藉此可實現精度高之直線-圓偏光轉換。
cos{(2π/λ)×Δn‧d}=-{2k/(1-k2 )}2
此處,λ為入射至上述結晶板之光之使用波長,△n為相對於上述主橢圓偏光之折射率之差。
一般而言,光拾取裝置係藉由1/4波長板將來自半導體雷射之雷射光束由直線偏光轉換為圓偏光,藉由光碟之表面而使其反射,並利用上述1/4波長板恢復為直線偏光之後,利用受光裝置轉換為電性訊號。然而,由於雷射光為發散光,因此在透過1/4波長板時因其入射角度依存性,未成為完全之圓偏光而成為橢圓偏光之成分會被光碟表面反射而返回至半導體雷射,故而會產生使雷射振盪不穩定之問題。關於該問題,專利文獻4記載之結晶板係使由光之入射角所決定之異常光之折射方向與光學軸以外之結晶軸一致,且使之與光學軸正交,藉此使因入射角之變動所引起之尋常光與異常光間之相位差變化量極小,而改善入射角度依存性之問題,從而可將所入射之直線偏光始終大致完全轉換為圓偏光而出射。
又,眾所周知有如下相位板:將2片結晶板以其等之光學軸關於貼合面相互對稱、且自板面之法線方向觀察相互平行之方式而貼合,藉此可消除因光束入射角之變動所引起之延遲(Retardation)之變化(例如,參照專利文獻5)。進而,眾所周知有如下構造:於將第一波長板與第二波長板貼合而成之積層1/4波長板中,即使在使其自光路稍許傾斜配置之情況下,亦可藉由預料到其中產生之兩波長板之光學軸偏移,而預先將其等之光學軸錯開積層,從而發揮作為1/4波長板之所期望之功能(例如,參照專利文獻6)。
又,眾所周知水晶所具有之旋光性可對水晶波長板之性能造成影響。對於該問題,提出有如下之1/4波長板:將由具有旋光能力之光學材料構成之2個波長板,以光軸相互交叉之方式重合而積層,使藉由使用波因卡球(Poincare Sphere)之近似式而求出之兩個波長板之相位差、光學軸方位角度、旋光能力、以及旋轉軸與中性軸所成之角滿足特定之關係式,藉由如此之構成,而降低由旋光能力所引起之影響,於寬頻帶中使特性良好(例如,參照專利文獻7)。
關於該1/4波長板,使用與該專利文獻7之圖1相同之圖26之波因卡球進行說明。該圖26例示波長λ之光於水晶結晶之中前進時之作用。於將光之入射方向設為通過赤道上之二點Cf、Cs之中性軸S1,對於該中性軸S1之方向由直線雙折射賦予相位差Γ,並對於通過北極與南極之極軸方向LR由圓雙折射賦予相位差2ρ之情況下,考慮該等之合成向量Γ'。將在合成向量Γ'之延長方向上與波因卡球交叉之二點設為Pa、P,直線PaP與始終包含中性軸S1及與其正交之中性軸S2之面所成之角β係使用相位差向量Γ與相位差向量2ρ而由下式表示。
tanβ=2ρ/Γ
因此,合成向量Γ'由下式表示。
[數3]
此處,設ne '為異常光折射率,no 為尋常光折射率,nR 為右圓偏光折射率,nL 為左圓偏光折射率,d為結晶之厚度,則Γ以及ρ滿足以下之關係。
[數4]
Γ:因直線雙折射性引起之相位差
2ρ:因圓雙折射性引起之相位差
如此,合成向量Γ'係將因直線雙折射性引起之相位差與因圓雙折射性引起之相位差合成者,因此可作為於波因卡球上以直線PaP為旋轉軸而僅旋轉向量Γ'之舉動而進行處理。
上述專利文獻7中,為了於具有旋光能力之水晶波長板中有效地模擬其相位差特性,將水晶波長板於厚度方向上分割為n個旋光子Ti(i=1~n)與相位子Ri(i=1~n),將該等作為交替作用之元件而使用矩陣來如下式般近似於水晶波長板之作用W。
[數5]
W=T n R n ‧‧‧T 3 R 3 T 2 R 2 T 1 R 1
[專利文獻1]日本專利特開2005-208588號公報
[專利文獻2]日本專利特開2006-40343號公報
[專利文獻3]日本專利特公昭52-4948號公報
[專利文獻4]日本專利特公平3-58081號公報
[專利文獻5]日本專利特公平3-61921號公報
[專利文獻6]日本專利特開2006-40359號公報
[專利文獻7]日本專利特開2005-158121號公報
尤其,高記錄密度光碟裝置之光拾取裝置所用之1/4波長板要求橢圓率為0.9以上之高直線-圓偏光轉換性能。然而,上述習知之水晶波長板均未考慮因水晶旋光性所引起之波長板偏光狀態之變化對橢圓率以及相位差雙方造成之直接性影響而進行設計。因此,無法將旋光性之影響完全排除,難以使1/4波長板之橢圓率為0.9以上之較高值或實質上接近1。
因此,本案發明者們對在1/4水晶波長板中,其旋光性會對偏光狀態造成何種變化,且如何能消除其偏光狀態之變化進行了驗證。首先,於波長λ=405nm時,對於根據通常之方法所設計之光學軸方位角θ=45°、設計相位差Γ=90°之水晶波長板,分別模擬關於水晶板之切斷角度之橢圓率、相位差、波長板之厚度t。此處,所謂相位差,係指入射至波長板之光與自該波長板出射之光間所產生的實際之相位差。所謂光學軸方位角,係指入射至波長板之光之直線偏光之偏光面與投影至該波長板之入射面(或出射面)上之結晶光學軸所成之角度。水晶板之切斷角度係豎立於水晶板之入射面上之法線與水晶結晶之Z軸(光學軸)所成之角度。再者,該模擬中使用右旋水晶。相位差Γ係由眾所周知之下式而計算。
Γ=(360/λ)‧(ne -no )t
no :尋常光折射率
ne :異常光折射率
圖27以及圖28分別表示習知以來眾所周知之單片式水晶1/4波長板121、131。圖27(A)、(B)之波長板121具有將入射光L之直線偏光轉換為右旋轉之圓偏光而出射之右旋光性,其光學軸方位角θ為45°。入射至該波長板之直線偏光之光因水晶之雙折射性,除了相位差為90°以外,還有旋光性所引起之偏光面之旋轉起作用,因此如圖27(C)所示,並非成為圓偏光而是成為右旋轉之橢圓偏光而自出射面出射。另一方面,圖28(A)(B)之波長板131具有將入射光L之直線偏光轉換為左旋轉之圓偏光而出射之左旋光性,其光學軸方位角θ為135°。入射至該波長板之直線偏光之光同樣因水晶之雙折射性,而除了相位差為90°以外,還有旋光性所引起之偏光面之旋轉作用,因此如圖28(C)所示,並非成為圓偏光而是成為左旋轉之橢圓偏光而自出射面出射。再者,本模擬中所用之波長板係如圖27(A)、(B)所示之構造者。
圖29(A)~(C)表示該結果。根據圖29(A)(B)可知,水晶板之切斷角度Φ 越大,則橢圓率越接近1,相位差越可維持為90°,而旋光性之影響越小。相對於此,若切斷角度Φ 為約5~20°之較小範圍,則橢圓率為0.9以下,相位差亦無法穩定地維持為90°。然而,根據圖29(C)可知,若切斷角度Φ 為約30~90°之範圍,則水晶板之厚度會薄至10~26μm左右。因此,水晶板之強度顯著降低,脆弱且易斷裂,因此製造上以及實際使用上之處理非常困難。
為了不會造成製造上之困難,水晶板之厚度至少需要80μm左右。因此,將水晶板之切斷角度設定為10°而模擬相位差以及橢圓率之波長依存性。圖30係藉由通常之設計方法而以光學軸方位角θ=45°、設計相位差Γo =90°進行設計之情況,以實線表示橢圓率,以虛線表示相位差。如該圖所示,波長λ=405nm,橢圓率為約0.46,相位差為102.2°。
使用圖31之波因卡球對其進行說明如下。於圖30之情況下,設入射光之基準點為Po =(1,0,0),將旋轉軸Ro 設定為自S1軸以S2軸為中心旋轉2θ=90°之位置,將其進而相對於S1‧S2平面而向北極(S3)方向僅傾斜角度2ρ(ρ:水晶板之旋光角)。當以該旋轉軸Ro 為中心使基準點Po 向右旋轉僅相位差δ=90°時,該球上之點P1 成為實際之出射光之位置。如此,自較大地遠離圓偏光所出射之北極之位置而出射之橢圓偏光,無法適合如要求高橢圓率之光拾取裝置般之光學系統。
因此,本發明係鑒於上述習知之問題而完成者,其目的在於提供一種光學特性優異之1/4波長板,其由具有雙折射性以及旋光性、對短波長且高輸出之藍紫色雷射發揮充分之耐光性、可靠性之水晶等之無機材料之結晶板而形成,且可使橢圓率最佳即為0.9以上之較高值或實質上接近1。
進而,本發明之目的在於藉由使用該光學特性優異之1/4波長板,而實現適合於更高記錄密度之光碟裝置之光拾取裝置、以及較習知改善對比度之反射型液晶顯示裝置。
本案發明者們對於與圖27關聯之上述水晶板,進一步模擬光學軸方位角與橢圓率之關係。圖1表示其結果。根據該圖可知,於光學軸方位角θ=35°附近,橢圓率最大且為0.9以上之良好的值。
於該θ=35°,設計同樣切斷角度Φ =10°、設計相位差Γo =90°之水晶板,模擬相位差以及橢圓率之波長依存性並進行驗證。圖2表示其結果,而以實線表示橢圓率、以虛線表示相位差。若考慮製造上之誤差及良率,則較理想的是使橢圓率更接近1。
因此,驗證設計相位差Γo 與光學軸方位角θ之關係。對於θ=33°、33.5°、34°、34.5°、35°,模擬設計相位差相關之橢圓率之變化,圖3表示其結果。橢圓率於設計相位差為91.5°、光學軸方位角為34°附近,可改善至約0.99。根據該圖可判明,藉由不僅使光學軸方位角變化,而且使其與設計相位差相互變化,可改善橢圓率。
圖4表示此時之相位差以及橢圓率之波長依存性,以實線表示橢圓率、以虛線表示相位差。根據該圖可知,即使考慮製造上之誤差及良率,亦可於波長405nm附近,充分確保較高之橢圓率。
使用圖5之波因卡球說明該等情況。進而,圖6(A)(B)表示分別自S1方向(正面)以及S3方向(平面)觀察圖5之波因卡球之圖。於圖2之情況下,同樣地使入射光L之基準點為Po =(1,0,0),將旋轉軸R1 設定為自S1軸以S2軸為中心旋轉2θ=70°之位置,將其進而相對於S1‧S2平面而向北極(S3)方向傾斜僅角度2ρ(ρ:水晶板之旋光角)。當以該旋轉軸R1 為中心使基準點Po 向右旋轉僅相位差δ1 =90°時,該球上之點P11 成為實際之出射光之位置。與波長λ=405nm且橢圓率為約0.46之圖30之情況相比較,出射光之位置更為接近北極,橢圓率更為接近1。
於圖4之情況下,於使旋轉軸R1 以稍微返回S1軸側之方式而旋轉之位置設定旋轉軸R2 。當以該旋轉軸R2 為中心使基準點Po 向右旋轉僅相位差δ2 =91.5°時,該球上之點P12 成為實際出射光之位置。與圖2之情況相比較,出射光之位置更為接近北極,橢圓率更為接近1。
根據該等之模擬結果可確認:將由水晶之旋光性所引起之偏光狀態變化部分作為校正量,追加至由水晶之雙折射性所引起之相位變化量、即設計相位差與光學軸方位角,藉此可使橢圓率較習知大幅改善至極為接近1之值。
進而,本案發明者們對於Φ =10°以外之切斷角度亦進行了同樣之模擬。假定設計相位差Γo 為90°,使水晶板之切斷角度自5°以5°為單位階段性地變化至30°,而模擬光學軸方位角θ與橢圓率之關係。圖7表示其結果。對於各切斷角度,使橢圓率為最大之最佳光學軸方位角如下。
根據該結果可知,相對於習知之水晶1/4波長板係與切斷角度無關地將光學軸方位角設定為θ=45°,藉由根據切斷角度使光學軸方位角θ自45°變化,可改善橢圓率。然而,橢圓率於切斷角度Φ 較小之情況下,尤其於Φ =5°時較小,最大為0.76左右,直接作為1/4波長板而用於光拾取裝置中則欠佳。
因此,進而使設計相位差Γo 自90°變化,以可進一步改善橢圓率之方式嘗試光學軸方位角之進一步最佳化。圖8(A)~圖13(A)分別表示對於包含各切斷角度之最佳光學軸方位角之某範圍之光學軸方位角進行模擬的設計相位差與橢圓率之關係。圖8(B)~圖13(B)同樣對於包含各切斷角度之最佳光學軸方位角之某範圍之光學軸方位角,分別表示相對於光學軸方位角之變化的橢圓率。根據圖8~圖13之結果可確認:對於各切斷角度,存在確實地滿足橢圓率0.9以上之光學軸方位角之範圍與設計相位差之範圍的組合。
將該等結果總結如下。
此處,所謂光學軸校正量,係表示於將習知之直線偏光轉換為右旋轉圓偏光之水晶1/4波長板中,來自普遍設定之光學軸方位角θ=45°之校正量者,係自45°減去最佳光學軸方位角所得之值。所謂相位差校正量,同樣表示於將習知之直線偏光轉換為右旋轉圓偏光之水晶1/4波長板中,來自普遍設定之設計相位差Γo =90°之校正量者,係自最佳設計相位差減去90°所得之值。
根據圖8(B)~圖13(B)之結果,針對每個切斷角度提取橢圓率成為最大之光學軸方位角,將其關係於切斷角度Φ =5~30°之範圍內繪製於圖14(A)中。進而,將切斷角度Φ 與光學軸方位角θ之校正量a之關係繪製於圖14(B)中。根據該等圖,可如以下之多項式般,將可使橢圓率設定為最佳、即接近1之值且為最大之光學軸方位角θ與切斷角度Φ 之關係一般化。
[數6]
θ=45°-a
其中,
A1 =24.3633333343
A2 =-6.0380000004
A3 =0.6068333334
A4 =-0.0303000000
A5 =0.0007453333
A6 =-0.0000072000
同樣,根據圖8(A)~圖13(A)之結果,針對每個切斷角度提取橢圓率成為最大之設計相位差,將其關係於切斷角度Φ =5~30°之範圍內繪製於圖15(A)中。進而,將切斷角度Φ 與相位差Γ之校正量b之關係繪製於圖15(B)中。根據該等圖,可如以下之多項式般,將可使橢圓率設定為最佳、即接近1之值且為最大之設計相位差Γ與切斷角度Φ 之關係一般化。
[數7]
Γ=90°+b
其中,
B1 =12.8166666674
B2 =-3.5807222225
B3 =0.3900833334
B4 =-0.0206388889
B5 =0.0005300000
B6 =-0.0000052889
上述說明係對於將直線偏光轉換為右旋轉圓偏光之水晶1/4波長板而進行者。與其相同之分析方法亦可使用於將直線偏光轉換為左旋轉圓偏光之水晶1/4波長板。於該情況下,可如以下之多項式般,將可使橢圓率設定為最佳、即接近1之值且為最大之光學軸方位角θ與切斷角度Φ 之關係一般化。
[數8]
θ=135°-a
其中,
A1 =24.3633333343
A2 =-6.0380000004
A3 =0.6068333334
A4 =-0.0303000000
A5 =0.0007453333
A6 =-0.0000072000
同樣,可如以下之多項式般,將可使橢圓率設定為最佳、即接近1之值且為最大之設計相位差Γ與切斷角度Φ 之關係一般化。
[數9]
Γ=90°+b
其中,
B1 =12.8166666674
B2 =-3.5807222225
B3 =0.3900833334
B4 =-0.0206388889
B5 =0.0005300000
B6 =-0.0000052889
如此,對於將直線偏光轉換為左旋轉圓偏光之水晶1/4波長板,亦可將橢圓率設定為接近1之值且為最大。再者,上述模擬係將右旋水晶用於1/4波長板之情況。於該情況下,右旋水晶眾所周知具有使入射光之偏光自出射面側觀察向右方向旋轉之右旋光性。相對於此,左旋水晶具有使入射光之偏光自出射面側觀察向左方向旋轉之左旋光性,旋光之方向朝向與右旋水晶相反之方向而作用。因此,於使用左旋水晶作為1/4波長板之雙折射材料之情況下,設定校正光學軸方位角之方向、即正負之方向為與右旋水晶之情況下相反的方向即可。
於由左旋水晶將直線偏光轉換為右旋轉圓偏光之1/4波長板之情況下,可如以下之多項式般,將可使橢圓率設定為最佳、即接近1之值且為最大之光學軸方位角θ與切斷角度Φ 之關係一般化。
[數10]
θ=45°+a
其中,
A1 =24.3633333343
A2 =-6.0380000004
A3 =0.6068333334
A4 =-0.0303000000
A5 =0.0007453333
A6 =-0.0000072000
進而,可如以下之多項式般,將可使橢圓率設定為最佳、即接近1之值且為最大之設計相位差Γ與切斷角度Φ 之關係一般化。
[數11]
Γ=90°-b
其中,
B1 =12.8166666674
B2 =-3.5807222225
B3 =0.3900833334
B4 =-0.0206388889
B5 =0.0005300000
B6 =-0.0000052889
又,於由左旋水晶將直線偏光轉換為左旋轉圓偏光之1/4波長板之情況下,可如以下之多項式般,將可使橢圓率設定為最佳、即接近1之值且為最大之光學軸方位角θ與切斷角度Φ 之關係一般化。
[數12]
θ=135°+a
其中,
A1 =24.3633333343
A2 =-6.0380000004
A3 =0.6068333334
A4 =-0.0303000000
A5 =0.0007453333
A6 =-0.0000072000
進而,可如以下之多項式般,將可使橢圓率設定為最佳、即接近1之值且為最大之設計相位差Γ與切斷角度Φ 之關係一般化。
[數13]
Γ=90°-b
其中,
B1 =12.8166666674
B2 =-3.5807222225
B3 =0.3900833334
B4 =-0.0206388889
B5 =0.0005300000
B6 =-0.0000052889
本發明係根據該見解而提出者。根據本發明,為了達成上述目的,提供一種1/4波長板,其係由具有雙折射性以及旋光性之無機材料之結晶板而形成,對自該結晶板之入射面所入射之直線偏光進行轉換後,作為圓偏光而自結晶板之出射面出射,或者對自該結晶板之入射面所入射之圓偏光進行轉換後,作為直線偏光而自結晶板之出射面出射,其中,將豎立於結晶板之入射面上之法線、與該結晶板之光學軸所成之切斷角度Φ 設定為0°<Φ <90°之範圍,並將結晶板之光學軸投影於其入射面上之光學軸投影線、與上述直線偏光之偏光面所成之光學軸方位角θ設定為0°<θ<90°且θ≠45°、或90°<θ<180°且θ≠135°之範圍。
如此,藉由根據結晶板之切斷角度而設定最佳之光學軸方位角θ與設計相位差Γ之組合,可校正由其旋光性所引起之偏光狀態之變化部分,從而可使波長板之橢圓率對應於切斷角度而成為最大、即成為儘可能接近1之最佳值。因此,本實施例之1/4波長板不僅對尤其用於光拾取裝置之短波長且高輸出之藍紫色雷射發揮充分之耐光性以及高可靠性,而且可獲得優異之光學特性。
某實施例中,上述結晶板係由水晶構成,於該水晶為右旋水晶之情況下,將光學軸方位角θ設定為0°<θ<45°,將水晶之雙折射性之相位差Γ設定為Γ>90°,而於水晶為左旋水晶之情況下,將光學軸方位角θ設定為45°<θ<90°,將水晶之雙折射性之相位差Γ設定為Γ<90°,藉此可使1/4波長板之橢圓率對應於切斷角度而成為儘可能接近1之最大值。
其他實施例中,上述結晶板係由水晶構成,於該水晶為右旋水晶之情況下,將光學軸方位角θ設定為90°<θ<135°,將水晶之雙折射性之相位差Γ設定為Γ>90°,而於水晶為左旋水晶之情況下,將光學軸方位角θ設定為135°<θ<180°,將水晶之雙折射性之相位差Γ設定為Γ<90°,藉此同樣可使1/4波長板之橢圓率對應於切斷角度而成為儘可能接近1之最大值。
又,其他實施例中,藉由將上述結晶板之切斷角度Φ 設定為5°≦Φ ≦30°之範圍,尤其可有效地校正由結晶板之旋光性所引起之偏光狀態之變化部分。
尤其較佳為:將切斷角度Φ 設定為5°≦Φ ≦30°之範圍,於水晶為右旋水晶之情況下,設光學軸方位角θ為θ=45°-a,相位差Γ為Γ=90°+b時,而於水晶為左旋水晶之情況下,設光學軸方位角θ為θ=45°+a,相位差Γ為Γ=90°-b時,滿足1°≦a≦30°以及0°≦b≦12°。又,較佳為:將切斷角度Φ 設定為5°≦Φ ≦30°之範圍,於水晶為右旋水晶之情況下,設光學軸方位角θ為θ=135°-a,相位差Γ為Γ=90°+b時,而於水晶為左旋水晶之情況下,設光學軸方位角θ為θ=135°+a,相位差Γ為Γ=90°-b時,滿足1°≦a≦30°以及0°≦b≦12°。
進而,於該等情況下,較佳為以上述a、b分別滿足下式之方式而決定。藉此,可將1/4波長板之橢圓率設定或接近更為接近1之值。
[數14]
θ=45°-a
其中,
A1 =24.3633333343
A2 =-6.0380000004
A3 =0.6068333334
A4 =-0.0303000000
A5 =0.0007453333
A6 =-0.0000072000
[數15]
Γ=90°+b
其中,
B1 =12.8166666674
B2 =-3.5807222225
B3 =0.3900833334
B4 =-0.0206388889
B5 =0.0005300000
B6 =-0.0000052889
又,根據本發明之另一側面,提供一種光拾取裝置,其包括:光源;物鏡,其將自該光源所出射之光聚光於記錄媒體上;光檢測器,其檢測由記錄媒體所反射之光,並且,將上述之本發明之1/4波長板配置於光源與物鏡間之光路中。藉由使用如上所述般將橢圓率設定為更為接近1之最佳值之1/4波長板,可實現適合於更高記錄密度之光碟裝置之光拾取裝置。
進而,根據本發明之另一側面,提供一種反射型液晶顯示裝置,其包括:光源;色分解光學系統,其將自該光源所出射之光分解為複數個不同顏色之光;複數個偏光轉換元件,其等使來自該色分解光學系統之各色之光分別透過;複數個偏光光束分光器,其等使透過該各偏光轉換元件之光分別透過;複數個反射型液晶顯示元件,其等使透過該各偏光光束分光器之光分別入射;色合成光學系統,其對由該各反射型液晶顯示元件所反射之光進行合成;以及投影透鏡,其使藉由該色合成光學系統而合成之光投射而成像,並且,將上述之本發明之複數個1/4波長板分別配置於各反射型液晶顯示元件與各偏光光束分光器間之光路中。同樣地,藉由使用如上所述般將橢圓率設定為更為接近1之最佳值之1/4波長板,可實現較習知改善對比度之反射型液晶顯示裝置。
以下,一面參照附圖,一面對本發明之較佳實施例進行詳細說明。
圖16(A)、(B)概略性地表示本發明之1/4波長板之第1實施例。本實施例之1/4波長板1係由厚度固定之單一水晶波長板而形成。如圖17所示,該水晶波長板係自藉由使豎立於其入射面1a(或出射面1b)上之法線、與光學軸(Z軸)而劃定之切斷角度Φ 處於0°<Φ <90°範圍之水晶板1'而切出。尤其,若於Φ =5°~30°之範圍設定切斷角度,則可加工不會造成製造上困難的具有充分強度之厚度之水晶波長板而作為1/4波長板。
第1實施例之1/4波長板1,構成其之水晶為右旋水晶,具有將入射光之直線偏光轉換為右旋轉圓偏光之右旋光性。波長板1使光學軸方位角θ、即投影至入射面1a上之光學軸2與入射光之直線偏光偏光面之方向3所成之角度,小於習知之45°,而以15°≦θ<45°之範圍進行設定。與切斷角度Φ 對應之最佳之光學軸方位角θ,如圖14相關聯之上述般,使用下式來決定。
[數16]
θ=45°-a
其中,
A1 =24.3633333343
A2 =-6.0380000004
A3 =0.6068333334
A4 =-0.0303000000
A5 =0.0007453333
A6 =-0.0000072000
進而,波長板1之設計相位差Γ係使用與圖15相關聯之上述下式,與切斷角度Φ 對應而決定最佳值。
[數17]
Γ=90°+b
其中,
B1 =12.8166666674
B2 =-3.5807222225
B3 =0.3900833334
B4 =-0.0206388889
B5 =0.0005300000
B6 =-0.0000052889
例如,設切斷角度ΦΦ =13°,設計由右旋水晶構成之1/4波長板1之情況下,根據上述數16之式算出a=6.1°。因此,最佳之光學軸方位角θ為θ=45°-6.1°=38.9°。又,根據上述數17之式算出b=0.3,最佳之設計相位差Γ為Γ=90°+0.3°=90.3°。
如圖16(C)所示,由水晶之雙折射性所引起之相位差、與由旋光性所引起之偏光面之旋轉,作用於自1/4波長板1之入射面1a所入射之直線偏光。然而,1/4波長板1係如上所述般根據切斷角度Φ 而決定最佳之光學軸方位角θ以及設計相位差Γ,藉此將相位差δ以及光學軸方位角θ設定為最佳值。因此,入射光之直線偏光被轉換為橢圓率大致為1之橢圓偏光,實質上作為圓偏光而自出射面1b出射。
使用圖16(D)所示之波因卡球來說明該光學作用。設與S1‧S2平面平行之直線偏光之入射光之基準點為Po =(1,0,0),將旋轉軸R1 設定於自S1軸以S3軸為中心而旋轉2θ之位置,將其進而相對於S1‧S2平面向北極(S3)方向傾斜僅角度2ρ(ρ:水晶板之旋光角)。進而,於使旋轉軸R1 以稍微向S1軸側返回之方式而旋轉之位置,設定旋轉軸R2 。當以該旋轉軸R2 為中心而使基準點Po 向右旋轉僅追加來自普遍性設計相位差90°之校正量之最佳相位差δ時,到達與該球上之北極大致一致之點P2 。該點P2 成為實際之出射光之位置,因此入射光之直線偏光成為圓偏光而出射。
圖18(A)、(B)概略性地表示第1實施例之變形例之1/4波長板1。本實施例之1/4波長板11,構成其之水晶為右旋水晶,並具有將入射光之直線偏光轉換為左旋轉圓偏光之左旋光性。波長板11使光學軸方位角θ、即投影至入射面11a上之光學軸12、與入射光之直線偏光偏光面之方向13所成之角度,小於習知之135°,而以105°≦θ<135°之範圍進行設定。
與切斷角度Φ 對應之最佳之光學軸方位角θ,係使用上述之下式來決定。
[數18]
θ=135°-a
其中,
A1 =24.3633333343
A2 =-6.0380000004
A3 =0.6068333334
A4 =-0.0303000000
A5 =0.0007453333
A6 =-0.0000072000
進而,波長板11之設計相位差Γ,係使用上述之下式,與切斷角度Φ 對應而決定最佳值。
[數19]
Γ=90°+b
其中,
B1 =12.8166666674
B2 =-3.5807222225
B3 =0.3900833334
B4 =-0.0206388889
B5 =0.0005300000
B6 =-0.0000052889
如圖18(C)所示,由水晶之雙折射性所引起之相位差、與由旋光性所引起之偏光面之旋轉,作用於自1/4波長板11之入射面11a所入射之直線偏光。然而,1/4波長板11如上所述般係根據切斷角度Φ 而決定最佳之光學軸方位角θ以及設計相位差Γ,藉此將相位差δ以及光學軸方位角θ設定為最佳值。因此,入射光之直線偏光被轉換為橢圓率大致為1之橢圓偏光,且實質上作為圓偏光而自出射面11b出射。
使用圖18(D)所示之波因卡球來說明其光學作用。設與S1‧S2平面平行之直線偏光之入射光之基準點為Po =(1,0,0),將旋轉軸R1 設定於自S1軸以S3軸為中心而旋轉2θ之位置,將其進而相對於S1‧S2平面向北極(S3)方向傾斜僅角度2ρ(ρ:水晶板之旋光角)。進而,於使旋轉軸R1 以稍微向S1軸側返回之方式而旋轉之位置,設定旋轉軸R2 。當以該旋轉軸R2 為中心使基準點Po 向右旋轉僅追加來自普遍性設計相位差90°之校正量之最佳相位差δ時,到達與該球上之南極大致一致之點P2 。該點P2 成為實際之出射光之位置,因此入射光之直線偏光成為圓偏光而出射。
圖19(A)、(B)概略性地表示第1實施例之其他變形例之1/4波長板1。本實施例之1/4波長板21,構成其之水晶為左旋水晶,具有將入射光之直線偏光轉換為右旋轉圓偏光之右旋光性。波長板21使光學軸方位角θ、即投影至入射面21a上之光學軸22、與入射光之直線偏光偏光面之方向23所成之角度,大於習知之45°,而以45°<θ≦75°之範圍進行設定。
與切斷角度Φ 對應之最佳之光學軸方位角θ,係使用上述之下式來決定。
[數20]
θ=45°+a
其中,
A1 =24.3633333343
A2 =-6.0380000004
A3 =0.6068333334
A4 =-0.0303000000
A5 =0.0007453333
A6 =-0.0000072000
進而,波長板21之設計相位差Γ,係使用上述之下式,與切斷角度Φ 對應而決定最佳值。
[數21]
Γ=90°-b
其中,
B1 =12.8166666674
B2 =-3.5807222225
B3 =0.3900833334
B4 =-0.0206388889
B5 =0.0005300000
B6 =-0.0000052889
如圖19(C)所示,由水晶之雙折射性所引起之相位差、與由旋光性所引起之偏光面之旋轉,作用於自1/4波長板21之入射面21a所入射之直線偏光。然而,1/4波長板21如上所述般係根據切斷角度Φ 而決定最佳之光學軸方位角θ以及設計相位差Γ,藉此將相位差δ以及光學軸方位角θ設定為最佳值。因此,入射光之直線偏光被轉換為橢圓率大致為1之橢圓偏光,且實質上作為圓偏光而自出射面21b出射。
使用圖19(D)所示之波因卡球來說明其光學作用。設與S1‧S2平面平行之直線偏光之入射光之基準點為Po =(1,0,0),將旋轉軸R1 設定於自S1軸以S3軸為中心而旋轉2θ之位置,將其進而相對於S1‧S2平面向北極(S3)方向傾斜僅角度2ρ(ρ:水晶板之旋光角)。進而,於使旋轉軸R1 以自S1軸側進而前進少許之方式而旋轉之位置,設定旋轉軸R2 。當以該旋轉軸R2 為中心使基準點Po 向右旋轉僅追加來自普遍性設計相位差90°之校正量之最佳相位差δ時,到達與該球上之北極大致一致之點P2 。該點P2 成為實際之出射光之位置,因此入射光之直線偏光成為圓偏光而出射。
圖20(A)、(B)概略性地表示第1實施例之又一其他變形例之1/4波長板1。本實施例之1/4波長板31,構成其之水晶為左旋水晶,具有將入射光之直線偏光轉換為左旋轉圓偏光之左旋光性。波長板31使光學軸方位角θ、即投影至入射面31a上之光學軸32、與入射光之直線偏光偏光面之方向33所成之角度,大於習知之135°,而以135°<θ≦165°之範圍進行設定。
與切斷角度Φ 對應之最佳之光學軸方位角θ,係使用上述之下式來決定。
[數22]
θ=135°+a
其中,
A1 =24.3633333343
A2 =-6.0380000004
A3 =0.6068333334
A4 =-0.0303000000
A5 =0.0007453333
A6 =-0.0000072000
進而,波長板31之設計相位差Γ,係使用上述之下式,與切斷角度Φ 對應而決定最佳值。
[數23]
Γ=90°-b
其中,
B1 =12.8166666674
B2 =-3.5807222225
B3 =0.3900833334
B4 =-0.0206388889
B5 =0.0005300000
B6 =-0.0000052889
如圖20(C)所示,由水晶之雙折射性所引起之相位差、與由旋光性所引起之偏光面之旋轉,作用於自1/4波長板31之入射面31a所入射之直線偏光。然而,1/4波長板31如上所述般係根據切斷角度Φ 決定最佳之光學軸方位角θ以及設計相位差Γ,藉此將相位差δ以及光學軸方位角θ設定為最佳值。因此,入射光之直線偏光被轉換為橢圓率大致為1之橢圓偏光,且實質上作為圓偏光而自出射面31b出射。
使用圖20(D)所示之波因卡球來說明其光學作用。設與S1‧S2平面平行之直線偏光之入射光之基準點為Po =(1,0,0),將旋轉軸R1 設定於自S1軸以S3軸為中心而旋轉2θ之位置,將其進而相對於S1‧S2平面向北極(S3)方向傾斜僅角度2ρ(ρ:水晶板之旋光角)。進而,於使旋轉軸R1 以自S1軸側進而前進少許之方式而旋轉之位置,設定旋轉軸R2 。當以該旋轉軸R2 為中心使基準點Po 向右旋轉僅追加來自普遍性設計相位差90°之校正量之最佳相位差δ時,到達與該球上之南極大致一致之點P2 。該點P2 成為實際之出射光之位置,因此入射光之直線偏光成為圓偏光而出射。
如此,藉由根據上述水晶板之切斷角度而設定最佳之光學軸方位角θ與設計相位差Γ之組合,可校正由水晶之旋光性所引起之偏光狀態之變化部分,使波長板1之橢圓率成為接近1之最佳值。因此,本實施例之1/4波長板不僅可對尤其用於光拾取裝置之短波長且高輸出之藍紫色雷射發揮充分之耐光性以及高可靠性,而且可獲得優異之光學特性。
圖21(A)、(B)概略性地表示本發明之1/4波長板之第2實施例。本實施例之1/4波長板41係將相同切斷角度Φ 之二片水晶波長板41a、41b積層而構成。水晶波長板41a、41b各自之光學軸42a、42b係配置成如圖21(A)所示,自入射面43a(或出射面43b)觀察呈平行,且如圖21(B)所示,自側面觀察亦呈平行。
1/4波長板41之相位差Γ藉由各水晶波長板41a、41b之相位差Γa、Γb而表示如下。於上述水晶波長板為右旋水晶且具有右旋光性或左旋光性之情況下,則成為Γ=Γa+Γb=90°+b。於上述水晶波長板為左旋水晶且具有右旋光性或左旋光性之情況下,則成為Γ=Γa+Γb=90°+b。
此處,相位差之校正量b可由下式表示。
[數24]
其中,
B1 =12.8166666674
B2 =-3.5807222225
B3 =0.3900833334
B4 =-0.0206388889
B5 =0.0005300000
B6 =-0.0000052889
各水晶波長板41a、41b之光學軸方位角θ1、θ2與上述第1實施例及其各變形例之情況同樣,以如下方式而決定。即,於上述水晶波長板為右旋水晶且具有右旋光性之情況下,則成為θ1=θ2=45°-a。
於上述水晶波長板為右旋水晶且具有左旋光性之情況下,則成為θ1=θ2=135°-a。
於上述水晶波長板為左旋水晶且具有右旋光性之情況下,則成為θ1=θ2=45°+a。
於上述水晶波長板為左旋水晶且具有左旋光性之情況下,則成為θ1=θ2=135°+a。
此處,光學軸方位角之校正量a可由下式表示。
[數25]
其中,
A1 =24.3633333343
A2 =-6.0380000004
A3 =0.6068333334
A4 =-0.0303000000
A5 =0.0007453333
A6 =-0.0000072000
藉由將該等之水晶波長板41a、41b以上述方式而積層,1/4波長板41可校正由各水晶波長板之旋光性所引起之偏光狀態之變化部分,使其橢圓率成為接近1之最佳值°因此,本實施例之1/4波長板亦不僅可對尤其用於光拾取裝置之短波長且高輸出之藍紫色雷射發揮充分之耐光性以及高可靠性,而且可獲得優異之光學特性。
圖22(A)、(B)概略性地表示上述第2實施例之1/4波長板之變形例。本實施例之1/4波長板51同樣係將相同切斷角度Φ 之二片水晶波長板51a、51b積層而構成。水晶波長板51a、51b各自之光學軸52a、52b係如圖22(A)所示,自入射面53a(或出射面53b)觀察呈平行,且如圖22(B)所示,自側面觀察關於上述兩波長板之貼合面呈對稱且使光軸彼此對準而配置。
1/4波長板51之相位差Γ同樣藉由各水晶波長板51a、51b之相位差Γa、Γb而表示如下。於上述水晶波長板為右旋水晶且具有右旋光性或左旋光性之情況下,
Γ=Γa+Γb=90°+b。
於上述水晶波長板為左旋水晶且具有右旋光性或左旋光性之情況下,
Γ=Γa+Γb=90°+b。
此處,相位差之校正量b同樣可由下式表示。
[數26]
其中,
B1 =12.8166666674
B2 =-3.5807222225
B3 =0.3900833334
B4 =-0.0206388889
B5 =0.0005300000
B6 =-0.0000052889
各水晶波長板51a、51b之光學軸方位角θ1、θ2,係與上述第1實施例以及其各變形例之情況同樣,以如下方式而決定。即,於上述水晶波長板為右旋水晶且具有右旋光性之情況下,則成為θ1=θ2=45°-a。
於上述水晶波長板為右旋水晶且具有左旋光性之情況下,則成為θ1=θ2=135°-a。
於上述水晶波長板為左旋水晶且具有右旋光性之情況下,則成為θ1=θ2=45°+a。
於上述水晶波長板為左旋水晶且具有左旋光性之情況下,則成為θ1=θ2=135°+a。
此處,光學軸方位角之校正量a可由下式表示。
[數27]
其中,
A1 =24.3633333343
A2 =-6.0380000004
A3 =0.6068333334
A4 =-0.0303000000
A5 =0.0007453333
A6 =-0.0000072000
藉由將該等之水晶波長板51a、51b以上述方式而積層,1/4波長板51可同樣地校正由各水晶波長板之旋光性所引起之偏光狀態之變化部分,使其橢圓率成為接近1之最佳值。因此,本實施例之1/4波長板亦不僅可對尤其用於光拾取裝置之短波長且高輸出之藍紫色雷射發揮充分之耐光性以及高可靠性,而且可獲得優異之光學特性。
圖23表示適用第1實施例之1/4波長板之光拾取裝置之實施例。本實施例之光拾取裝置60係用於例如Blu-ray Disc(藍光光碟)(商標)等之光碟裝置之記錄再生者,例如具有由放射波長405nm之藍紫色光即雷射光之雷射二極體構成之光源61。光拾取裝置60包括:繞射光柵62,其將來自光源61之雷射光繞射而三束化;偏光光束分光器63,其將透過該繞射光柵之雷射光分離為P偏光成分與S偏光成分,並透過或反射;準直透鏡(collimate lens)64,其使由該偏光光束分光器所反射之雷射光成為平行光;鏡66,其將透過該準直透鏡之雷射光朝向光碟65反射;1/4波長板67,其將由該鏡所反射之直線偏光之雷射光轉換為圓偏光;物鏡68,其將透過該1/4波長板之雷射光聚光;以及光檢測器69,其檢測自光碟65所反射之雷射光。進而,光拾取裝置60具有檢測自光源61出射、且透過偏光光束分光器63之雷射光之監控用光檢測器70。
以下說明光拾取裝置60之動作。自光源61出射之直線偏光之雷射光,因藉由三束法之追蹤控制而由繞射光柵62分離為三束之後,S偏光成分由偏光光束分光器63反射,藉由準直透鏡64而成為平行光。平行光之雷射光由鏡66全反射,由1/4波長板67自直線偏光轉換為圓偏光,並由物鏡68聚光而照射至光碟65上所形成之訊號記錄層之訊坑(pit)。由該訊坑所反射之雷射光透過上述物鏡,藉由1/4波長板67而自圓偏光轉換為直線偏光,並由鏡66全反射而透過準直透鏡64以及偏光光束分光器63,入射至光檢測器69並被檢測。藉此,進行記錄於上述光碟上之訊號之讀取動作。又,自光源61所出射之雷射光之P偏光成分透過偏光光束分光器63而入射至監控用光檢測器70並被檢測。藉由該檢測輸出,控制自上述雷射二極體所出射之雷射光之輸出。
本實施例之光拾取裝置中,對於1/4波長板67使用本發明之第1實施例之水晶1/4波長板。藉此,可將直線偏光之雷射光轉換為橢圓率為0.9以上之較高值、或實質上接近1之實質性的圓偏光,可實現適合於更高記錄密度之光碟裝置之光拾取裝置。
圖24表示LCOS型液晶投影器之實施例,作為適用第1實施例之1/4波長板之反射型液晶顯示裝置之一例。本實施例之液晶投影器80包括:光源81;第1以及第2積分透鏡82a、82b;偏光轉換元件83;冷光鏡84;構成色分解光學系統之第1以及第2分色鏡85a、85b;以及折返鏡86。進而,上述投影器包括:反射型液晶顯示元件89a、89b、89c,其等由紅色用、綠色用以及藍色用之偏光光束分光器87a、87b、87c,紅色用、綠色用以及藍色用之1/4波長板88a、88b、88c,和紅色用、綠色用以及藍色用之LCOS(Liquid Crystal on Silicon,液晶覆矽)構成;構成色合成光學系統之正交稜鏡90;投影透鏡91;以及螢幕92。
以下說明液晶投影器80之動作。自光源81所出射之隨機光(random light)藉由第1積分透鏡82a而成為平行光,藉由PS轉換元件83而將P偏光成分轉換為S偏光,並使S偏光直接透過,進而藉由第2積分透鏡82b而成為平行光,而入射至冷光鏡84。由該冷光鏡所反射之光中,綠色光以及藍色光藉由第1分色鏡85a而反射,而使紅色光透過,並由折返鏡86而反射。上述紅色光為S偏光,藉此由偏光光束分光器87a之偏光膜而反射,透過1/4波長板88a而入射至LCOS89a並被反射。此時,上述紅色光被調變,再次透過1/4波長板88a而轉換為P偏光,並透過偏光光束分光器87a之偏光膜,入射至正交稜鏡90。
由上述第1分色鏡所反射之綠色光,由第2分色鏡85b反射,而其為S偏光,藉此由偏光光束分光器87b之偏光膜而反射,並透過1/4波長板88b而入射至LCOS89b並被反射。此時,上述綠色光被調變,再次透過1/4波長板88b而轉換為P偏光,並透過偏光光束分光器87b之偏光膜而入射至正交稜鏡90。同樣地,由上述第1分色鏡所反射之藍色光,透過第2分色鏡85b,而其為S偏光,藉此由偏光光束分光器87而反射,並透過1/4波長板88c而入射至LCOS89c並被反射。此時,上述藍色光被調變,再次透過1/4波長板88c而轉換為P偏光,並透過偏光光束分光器87c而入射至正交稜鏡90。
正交稜鏡90構成為使所入射之紅色光與藍色光反射,而使綠色光透過。因此,入射至上述正交稜鏡之紅色光、綠色光以及藍色光進行色合成,並經由投影透鏡91而投影至螢幕92上,獲得彩色影像。
本實施例之投影器中,紅綠藍各色用之1/4波長板88a、88b、88c分別使用本發明之第1實施例之水晶1/4波長板。藉此,可將直線偏光之雷射光轉換為橢圓率為0.9以上之較高值、或實質上接近1之實質性的圓偏光,可實現較習知改善對比度之反射型液晶顯示裝置。
圖25表示適用第1實施例之1/4波長板之反射型液晶顯示裝置之其他實施例。本實施例之反射型液晶顯示裝置100包括:光源101;偏光轉換元件102;分色鏡103;偏光板104;偏光光束分光器105;1/4波長板106;綠色用之反射型液晶顯示元件107;偏光旋轉元件108;偏光光束分光器109;紅色用之反射型液晶顯示元件110;藍色用之反射型液晶顯示元件111;偏光旋轉元件112;構成色合成光學系統之偏光光束分光器113;以及投影透鏡114。
以下說明反射型液晶顯示裝置100之動作。自光源101所出射之白色光藉由偏光轉換元件102而轉換為S偏光之後,藉由構成色分解光學系統之分色鏡103而反射綠色光,並使紅色以及藍色混合光透過由上述分色鏡所反射之綠色光為S偏光,藉此由偏光光束分光器105之偏光膜而反射,並透過1/4波長板106入射至反射型液晶顯示元件107。入射至上述反射型液晶顯示元件之綠色光根據影像資料而被調變,明亮顯示之光作為P偏光而反射並再次透過1/4波長板106,透過偏光光束分光器105之偏光膜而入射至偏光光束分光器113。
透過分色鏡103之紅色以及藍色混合光,入射至偏光旋轉元件108而分離為S偏光之紅色光與P偏光之藍色光,上述紅色光藉由構成色分解光學系統之偏光光束分光器109之偏光膜而反射,而上述藍色光則透過,並分別入射至反射型液晶顯示元件110、111。入射至反射型液晶顯示元件110之紅色光根據影像資料而調變,明亮顯示之光作為P偏光而反射,無助於顯示之光則保持S偏光而被反射。P偏光之紅色光透過偏光光束分光器109之偏光面而入射至偏光旋轉元件112,並被轉換為S偏光而入射至偏光光束分光器113。
入射至反射型液晶顯示元件111之藍色光中,明亮顯示之光作為S偏光而反射,無助於顯示之光則保持P偏光而被反射。S偏光之藍色光由偏光光束分光器109之偏光面反射,而入射至偏光旋轉元件112,轉換為S偏光後並入射至偏光光束分光器113。入射至偏光光束分光器113之P偏光之綠色光與S偏光之紅色光以及藍色光經色合成後出射,自投影透鏡114投影至螢幕上。
本實施例之反射型液晶顯示裝置中,亦同樣地對於1/4波長板106使用本發明之第1實施例之水晶1/4波長板。藉此,可將直線偏光之雷射光轉換為橢圓率為0.9以上之較高值、或實質上接近1之實質性的圓偏光,可實現較習知改善對比度之反射型液晶顯示裝置。
本發明並不限定於上述實施例,可於其技術性範圍內追加各種變形或變更而實施。例如,上述實施例之1/4波長板係以波長λ=405nm為前提進行說明,但當然亦可同樣適用於其他波長。又,本發明之1/4波長板亦可同樣適用於上述實施例以外之光拾取裝置或反射型液晶顯示裝置。
1、11、21、31、41、51、67、88a、88b、88c、106、121、131...1/4波長板
1’...水晶板
1a、11a、21a、31a、43a、53a...入射面
1b、11b、21b、31b、43b、53b...出射面
2、12、22、32、42a、42b、52a、52b...光學軸
3、13、23、33、43、53...偏光面之方向
41a、41b、51a、51b...水晶波長板
60...光拾取裝置
61、81、101...光源
62...繞射光柵
63、87a、87b、87C、105、109、113...偏光光束分光器
64...準直透鏡
65...光碟
66...鏡
68...物鏡
69...光檢測器
70...監控用光檢測器
80...液晶投影器
82a、82b...積分透鏡
83、102...偏光轉換元件
84...冷光鏡
85a、85b、103...分色鏡
86...折返鏡
89a、89b、89c、107、110、111...反射型液晶顯示元件
90...正交稜鏡
91、114...投影透鏡
92...螢幕
104...偏光板
100...反射型液晶顯示裝置
108、112...偏光旋轉元件
圖1係表示1/4波長板之光學軸方位角與橢圓率之關係之線圖。
圖2係表示θ=35°、相位差90°之情況下相位差、橢圓率之波長依存性之線圖。
圖3係對於不同切斷角度表示設計相位差相關之橢圓率之變化的線圖。
圖4係表示θ=34°、相位差91.5°之情況下相位差、橢圓率之波長依存性之線圖。
圖5係利用波因卡球說明圖2、圖4之波長板之偏光狀態之圖。
圖6(A)及(B)係分別表示圖5之波因卡球之正面以及平面之圖。
圖7係表示5~30°之光學軸方位角與橢圓率之關係之線圖。
圖8(A)係對於切斷角度為5°之情況下包含最佳光學軸方位角之某範圍之光學軸方位角而表示設計相位差與橢圓率之關係的線圖,(B)係表示光學軸方位角與橢圓率之關係之線圖。
圖9(A)係對於切斷角度為10°之情況下包含最佳光學軸方位角之某範圍之光學軸方位角而表示設計相位差與橢圓率之關係的線圖,(B)係表示光學軸方位角與橢圓率之關係之線圖。
圖10(A)係對於切斷角度為15°之情況下包含最佳光學軸方位角之某範圍之光學軸方位角而表示設計相位差與橢圓率之關係的線圖,(B)係表示光學軸方位角與橢圓率之關係之線圖。
圖11(A)係對於切斷角度為20°之情況下包含最佳光學軸方位角之某範圍之光學軸方位角而表示設計相位差與橢圓率之關係的線圖,(B)係表示光學軸方位角與橢圓率之關係之線圖。
圖12(A)係對於切斷角度為25°之情況下包含最佳光學軸方位角之某範圍之光學軸方位角而表示設計相位差與橢圓率之關係的線圖,(B)係表示光學軸方位角與橢圓率之關係之線圖。
圖13(A)係對於切斷角度為30°之情況下包含最佳光學軸方位角之某範圍之光學軸方位角而表示設計相位差與橢圓率之關係的線圖,(B)係表示光學軸方位角與橢圓率之關係之線圖。
圖14(A)係表示使橢圓率最佳化之光學軸方位角θ與切斷角度Φ 之關係之線圖,(B)係表示光學軸方位角之校正量a與切斷角度Φ 之關係之線圖。
圖15(A)係表示使橢圓率最佳化之設計相位差Γ與切斷角度Φ 之關係之線圖,(B)係表示設計相位差之校正量b與切斷角度Φ 之關係之線圖。
圖16(A)係自光之出射方向觀察本發明之1/4波長板之第1實施例之正面圖,(B)係其側面圖,(C)係表示其偏光狀態之立體圖,(D)係利用波因卡球說明偏光狀態之圖。
圖17係表示圖16之波長板即水晶板之切斷角度之說明圖。
圖18(A)係自光之出射方向觀察第1實施例之變形例之1/4波長板之正面圖,(B)係其側面圖,(C)係表示其偏光狀態之立體圖,(D)係利用波因卡球說明偏光狀態之圖。
圖19(A)係自光之出射方向觀察第1實施例之其他變形例之1/4波長板之正面圖,(B)係其側面圖,(C)係表示其偏光狀態之立體圖,(D)係利用波因卡球說明偏光狀態之圖。
圖20(A)係自光之出射方向觀察第1實施例之又一變形例之1/4波長板之正面圖,(B)係其側面圖,(C)係表示其偏光狀態之立體圖,(D)係利用波因卡球說明偏光狀態之圖。
圖21(A)係自光之出射方向觀察本發明之1/4波長板之第2實施例之正面圖,(B)係其側面圖。
圖22(A)係自光之出射方向觀察第2實施例之變形例之1/4波長板之正面圖,(B)係其側面圖。
圖23係表示適用本發明之1/4波長板之光拾取裝置之實施例之構成的概略圖。
圖24係表示適用本發明之1/4波長板之LCOS型液晶投影器之實施例之構成的概略圖。
圖25係表示適用本發明之1/4波長板之反射型液晶顯示裝置之實施例之構成的概略圖。
圖26係利用波因卡球說明習知之1/4波長板之偏光狀態之圖。
圖27(A)係自光之出射方向觀察習知之1/4波長板之正面圖,(B)係其側面圖,(C)係表示其偏光狀態之立體圖。
圖28(A)係自光之出射方向觀察習知之其他1/4波長板之正面圖,(B)係其側面圖,(C)係表示其偏光狀態之立體圖。
圖29(A)至(C)係分別表示水晶板之切斷角度相關之橢圓率、相位差、水晶板之厚度的線圖。
圖30係表示θ=45°、相位差90°之情況下相位差、橢圓率之波長依存性之線圖。
圖31係利用波因卡球說明圖30之波長板之偏光狀態之圖。

Claims (8)

  1. 一種1/4波長板,其係由具有雙折射性以及旋光性之無機材料之結晶板所形成,對自上述結晶板之入射面所入射之直線偏光進行轉換後作為圓偏光,而自上述結晶板之出射面出射,或者對自上述結晶板之入射面所入射之圓偏光進行轉換後作為直線偏光,而自上述結晶板之出射面出射,其特徵在於:將立於上述結晶板之上述入射面上之法線、與上述結晶板之光學軸所成之角度Φ 設定為0°<Φ <90°之範圍,將上述光學軸投影於上述結晶板之上述入射面上之光學軸投影線、與上述直線偏光之偏光面所成之光學軸方位角θ設定為0°<θ<90°且θ≠45°、或90°<θ<180°且θ≠135°之範圍。
  2. 如申請專利範圍第1項之1/4波長板,其中,上述結晶板係由水晶構成,於上述水晶為右旋水晶之情況下,將上述光學軸方位角θ設定為0°<θ<45°,將由上述水晶之雙折射性所致之相位差Γ設定為Γ>90°;而於上述水晶為左旋水晶之情況下,將上述光學軸方位角θ設定為45°<θ<90°,將由上述水晶之雙折射性所致之相位差Γ設定為Γ<90°。
  3. 如申請專利範圍第1項之1/4波長板,其中,上述結晶板係由水晶構成,於上述水晶為右旋水晶之情況下,將上述光學軸方位角θ設定為90°<θ<135°,將由上述水晶之雙折射性所致之相位差Γ設定為Γ>90°;而於上述水晶為左旋水晶之情況下,將上述光學軸方位角θ設定為135°<θ<180°,將由上述水晶之雙折射性所致之相位差Γ設定為Γ<90°。
  4. 如申請專利範圍第2項之1/4波長板,其中,將上述角度Φ 設定為5°≦Φ ≦30°之範圍,於上述水晶為右旋水晶之情況下,設定上述光學軸方位角θ為θ=45°-a、上述相位差Γ為Γ=90°+b時,或於上述水晶為左旋水晶之情況下,設定上述光學軸方位角θ為θ=45°+a、上述相位差Γ為Γ=90°-b時,分別滿足1°≦a≦30°以及0°≦b≦12°。
  5. 如申請專利範圍第3項之1/4波長板,其中,將上述角度Φ 設定為5°≦Φ ≦30°之範圍,於上述水晶為右旋水晶之情況下,設定上述光學軸方位角θ為θ=135°-a、上述相位差Γ為Γ=90°+b時,或於上述水晶為左旋水晶之情況下,設定上述光學軸方位角θ為θ=135°+a、上述相位差Γ為Γ=90°-b時,分別滿足1°≦a≦30°以及0°≦b≦12°。
  6. 如申請專利範圍第4或5項之1/4波長板,其中,上述a、b滿足下式[數1] 其中A1 =24.3633333343A2 =-6.0380000004A3 =0.6068333334A4 =-0.0303000000A5 =0.0007453333A6 =-0.0000072000與下式[數2] 其中B1 =12.8166666674B2 =-3.5807222225B3 =0.3900833334B4 =-0.0206388889B5 =0.0005300000B6 =-0.0000052889。
  7. 一種光拾取裝置,其特徵在於,其包括:光源;物鏡,其將自上述光源所出射之光聚光於記錄媒體上;檢測器,其檢測由上述記錄媒體所反射之光;以及申請專利範圍第1至6項中任一項之1/4波長板,其配置於上述光源與上述物鏡間之光路中。
  8. 一種反射型液晶顯示裝置,其特徵在於,其包括:光源;色分解光學系統,其將自上述光源所出射之光分解為複數個不同顏色之光;複數個偏光轉換元件,其等使來自上述色分解光學系統之上述各色之光分別透過;複數個偏光光束分光器,其等使透過上述各偏光轉換元件之光分別透過;複數個反射型液晶顯示元件,其等使透過上述各偏光光束分光器之光分別入射;色合成光學系統,其對由上述各反射型液晶顯示元件所反射之光進行合成;投影透鏡,其使藉由上述色合成光學系統而合成之光投射而成像;以及複數個申請專利範圍第1至6項中之任一項之1/4波長板,其等分別配置於上述各反射型液晶顯示元件與上述各偏光光束分光器間之光路中。
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