JP2008070691A - 波長板、照明装置及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】強力な光源を有するプロジェクタに用いることができる帯域の広い１／４波長板を提供する。
【解決手段】複屈折性を有する材質を用いた第１及び第２の波長板２、３を光学軸が交差するように貼り合わせ、全体として１／４波長板として機能する波長板１であって、所定の波長λにおいて、常光線及び異常光線に対する第１及び第２の波長板の位相差をΓ１及びΓ２、高次モードの次数をそれぞれ整数ｎ１、ｎ２としたとき、Γ１≒１８０°×２×ｎ１＋１８０°、Γ２≒１８０°×ｎ２＋９０°を満足するように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、波長板、照明装置及びプロジェクタに関し、特に高次モードを用いて所要帯域を広くした１／４波長板と、該１／４波長板を用いた照明装置及びプロジェクタに関する。

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

水晶を用いた１／４波長板（単板）が特許文献２に開示されている。図１４（ａ）は１／４波長板４１を入射面から見た平面図、同図（ｂ）は側面図である。１／４波長板４１の光学軸（Ｚ）４２は、図１４に示すように光線の進行方向とα度傾けて形成されている。αを変化させることにより位相差が９０度を満たす板厚が変化し、１／４波長板を加工し易い板厚とすることが可能となることが開示されている。

また、高次モードを用いた１／４波長板が特許文献３に開示されている。図１５（ａ）は１／４波長板５０を入射方向からみた平面図、同図（ｂ）はその概略斜視図である。１／４波長板５０は、波長７８５ｎｍ（ＣＤに用いるレーザ光の波長）に対して位相差が１６９５°（４次モード２５．５°）で、光学軸の面内回転方位角θ１が２５．５°（通例のように反時計回りが正）の水晶板５１と、位相差が８５０°（２次モード１３０°）で方位角が７９．８°の水晶板５２と、を各々の光学軸５３、５４の交差角θ３が５４．３°で交差するように積層し、全体として波長６５５ｎｍ帯（ＤＶＤに用いるレーザ光の波長）及び７８５ｎｍ帯において１／４波長板として機能すると開示されている。
波長７８５ｎｍに対して、各水晶板５１、５２の位相差及び方位角が、（δ１、θ１、δ２、θ２）＝（１６９５°，２５．５°，８５０°，７９．８°）、各々の光学軸５３、５４が５８°の角度で交差するように設定したとき、積層された１／４波長板５０の位相差Γは、６５５ｎｍで位相差２７０°、７８５ｎｍで位相差９０°になると開示されている。

また、波長６５５ｎｍに対して位相差が１９８０°（５次モード１８０°）で方位角１４°の水晶板と、位相差が９９０°（２次モード２７０°）で方位角が７２°の水晶板と、を各々の光学軸が５８°の角度で交差するように積層した１／４波長板が開示されている。シミュレーションの結果は、波長６５５ｎｍで位相差が２７０°、７８５ｎｍで位相差が９０°であると、開示されている。
特開２００５−２５７８７２公報 特公昭５２−４９４８号公報 ＷＯ０３／０９１７６８Ａ１

しかしながら、特許文献２に開示された設計手法を用いて水晶の１／４波長板を構成すると、水晶板の厚さは厚くできるものの、波長−位相差特性は波長依存性を有している。つまり、位相差９０°を満たすのは一波長のみで、所望の波長帯で９０°位相差を満たすことは出来ないという問題があった。９０°位相差を満たす波長が所定の帯域を有しないと、ピックアップ装置では光源の温度上昇に伴う波長変動により、書き込み時のエラーが生じる等の信頼性に問題が生じる。また、プロジェクタでは光源に強力な光源を用いる場合が多いので、１／４波長板の温度上昇を来し、波長−位相差特性が変化し、色調が変化する等の問題があった。
特許文献３に開示された設計手法を用いて水晶の１／４波長板を構成した場合でも、所望の波長帯、例えばλ±４０ｎｍを満たすことができないという問題があり、プロジェクタに用いると色調が変化する等の問題があった。
本発明は上記の問題に鑑み、強力な光源を有するプロジェクタにも使用できるように、所望の波長帯を確保した１／４波長板と、それを用いた照明装置及びプロジェクタを提供することにある。

本発明は、強力な光源を用いたプロジェクタの場合でも十分に機能する波長板、あるいは光ピックアップ装置において、レーザダイオードが温度ドリフトにより波長が若干変化した場合でも、１／４波長板として機能するようにするため、複屈折性を有する材質を用いた第１及び第２の波長板を光学軸が交差するように貼り合わせ、全体として１／４波長板として機能する波長板であって、所定の波長λにおいて、常光線及び異常光線に対する第１及び第２の波長板の位相差をΓ１及びΓ２、高次モードの次数をそれぞれ整数ｎ１、ｎ２としたとき、Γ１≒１８０°×２×ｎ１＋１８０°、Γ２≒１８０°×ｎ２＋９０°を満足するように波長板を構成したことを特徴とする。
このように波長板を構成することにより所望の波長帯において位相差が９０°を満たす波長板が得られ、強力な光源を有するプロジェクタにおいても十分に機能する波長板を実現することが可能となる。

前記第１及び第２の波長板に水晶を用い、その切断角度を９０°Ｚ、前記高次モードの次数ｎ１を２、ｎ２を３とし、前記波長λを４５０ｎｍ帯としたとき、前記第１の波長板の位相差Γ１を９００°±５°、光学軸方位角を１８．５°±１°とし、前記第２の波長板の位相差Γ２を６３０°±５°、光学軸方位角を８０°±１°として波長板を構成したことを特徴とする。
このように波長板を構成することにより青色波長帯、例えば４５０ｎｍ±４０ｎｍにおいて位相差が９０°を満たす波長板が得られ、強力な光源を有するプロジェクタにおいても十分に機能する波長板を実現することができ、色調が変化する等の問題が解決した。

前記第１及び第２の波長板に水晶を用い、その切断角度を９０°Ｚ、前記高次モードの次数ｎ１を２、ｎ２を３とし、前記波長λを５５０ｎｍ帯としたとき、前記第１の波長板の位相差Γ１を８９０°±５°、光学軸方位角を１５°±１°とし、前記第２の波長板の位相差Γ２を６２５°±５°、光学軸方位角を７５°±１°として波長板を構成したことを特徴とする。
このように波長板を構成することにより緑色波長帯、例えば５５０ｎｍ±４０ｎｍにおいて位相差が９０°を満たす波長板が得られ、強力な光源を有するプロジェクタにおいても十分に機能する波長板を実現することができ、色調が変化する等の問題が解決した。

前記第１及び第２の波長板に水晶を用い、その切断角度を９０°Ｚ、前記高次モードの次数ｎ１を２、ｎ２を３とし、前記波長λを６２０ｎｍ帯としたとき、前記第１の波長板の位相差Γ１を９００°±５°、光学軸方位角を１８°±１°とし、前記第２の波長板の位相差Γ２を６３０°±５°、光学軸方位角を８０°±１°として波長板を構成したことを特徴とする。
このように波長板を構成することにより赤色波長帯、例えば６２０ｎｍ±４０ｎｍにおいて位相差が９０°を満たす波長板が得られ、強力な光源を有するプロジェクタにおいても十分に機能する波長板を実現することができ、色調が変化する等の問題が解決した。

前記第１及び第２の波長板に水晶を用い、その切断角度を９０°Ｚ、前記高次モードの次数ｎ１を２、ｎ２を３とし、前記波長λを４０５ｎｍ帯としたとき、前記第１の波長板の位相差Γ１を９００°±５°、光学軸方位角を１８°±１°とし、前記第２の波長板の位相差Γ２を６３０°±５°、光学軸方位角を８０°±１°として波長板を構成したことを特徴とする。
このように波長板を構成することにより青紫色波長帯、例えば４０５ｎｍ±４０ｎｍにおいて位相差が９０°を満たす波長板が得られ、レーザダイオードの出力を上げても温度ドリフトに十分対応する波長板を実現することができた。

前記第１及び第２の波長板に水晶を用い、その切断角度を９０°Ｚ、前記高次モードの次数ｎ１を２、ｎ２を３とし、前記波長λを６６０ｎｍ帯としたとき、前記第１の波長板の位相差Γ１を９００°±５°、光学軸方位角を１８°±１°とし、前記第２の波長板の位相差Γ２を６３０°±５°、光学軸方位角を８０°±１°として波長板を構成したことを特徴とする。
このように波長板を構成することによりＤＶＤ波長帯、例えば６６０ｎｍ±４０ｎｍにおいて位相差が９０°を満たす波長板が得られ、レーザダイオードの出力を上げても温度ドリフトに十分対応する波長板を実現することができた。

また本発明の照明装置は、本発明の波長板を備えたことを特徴とする。
このように上記の波長板を用いて照明装置を構成することにより、レーザ光を効率よく用い、強力なレーザ光を得ることが出きるという特徴がある。
また本発明のプロジェクタは、本発明の波長板を赤、青、緑色用の波長板として備えたことを特徴とする。
このように上記の波長板を用いてプロジェクタを構成することにより、強力な光源を用いても波長板が十分に機能するので、色調が変化する等の問題が解消できるという利点がある。

以下、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１（ａ）は、入射方向から見た高次モードの１／４波長板１の構成を示す平面図で、同図（ｂ）は斜視図である。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、水晶を用いた第１の波長板２と、第２の波長板３とを、それぞれの光学軸が交差するように光学用接着剤を用いて貼り合わせ、全体として１／４波長板として機能するように構成する。つまり、図１（ｂ）に示すように、例えば図中左側からＳ偏光である入射光が１／４波長板１に入射すると、その出射光は円偏光に変換されて出射するように作用する。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、第１波長板２の光学軸４の方位角をθ１、第２波長板３の光学軸５の方位角をθ２とする。所定の波長λ、例えば４５０ｎｍに対して、常光線及び異常光線に対する第１波長板２の位相差をΓ１、第２波長板３の位相差をΓ２とし、
Γ１＝１８０°×２×ｎ１＋１８０°・・・（１）
Γ２＝１８０°×ｎ２＋９０° ・・・（２）
を満足するように第１及び第２の波長板２、３の厚さを設定する。ここで、ｎ１、ｎ２は高次モードの次数で、整数とする。
第１及び第２の波長板２、３に高次モードの波長板を用い、全体として１／４波長板１を構成し、所望する波長帯における位相差を９０度とする。そこで、第１及び第２の波長板２、３の高次モード次数をそれぞれｎ１、ｎ２、所定の波長におけるそれぞれの位相差をΓ１、Γ２、それぞれの光学軸方位角をθ１、θ２とし、ｎ１、ｎ２、Γ１、Γ２、θ１、θ２を種々変化させて、１／４波長板１の出射光のストークスベクトルを算出して、位相差を求めた。この位相差が所望する波長帯で９０度を満たすように、繰り返しシミュレーションを行った。

はじめに、計算手法を簡単に説明する。直線偏光が２枚の波長板２、３を透過した後の偏光状態は、ミューラ行列を用いて表すことが出来る。

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

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

Ｅの行列要素Ｓ01、Ｓ11、Ｓ21、Ｓ31はストークスパラメータと呼ばれ、偏光状態を表している。このストークスパラメータを用いて、１／４波長板１の位相差Γは次式のように表される。

このように、式（７）を用いて１／４波長板１の位相差を算出することができる。本発明の１／４波長板１は、所望の波長帯、例えば４５０ｎｍ±４０ｎｍにおいて、直線偏光の位相を９０°変調させて円偏光へ、あるいは、円偏光を直線偏光へ変換する作用を有することである。

所望の波長帯において位相差が９０°になり、且つその帯域幅が広くなるように、１／４波長板１の諸パラメータである第１及び第２の波長板２、３のそれぞれの高次モード次数ｎ１、ｎ２と、所定の波長（例えば波長４５０ｎｍ）でのそれぞれの位相差Γ１、Γ２と、それぞれの光学軸方位角θ１、θ２と、を種々変化させ、１／４波長板１の位相差Γのシミュレーションを行った。波長−位相差特性の９０°である波長領域が広くなるように、つまり４５０ｎｍ±４０ｎｍの波長帯おいて位相差９０°が得られるような諸パラメータを求めた。高次モード次数ｎ１、ｎ２が大きくなると、波長帯域幅が狭くなり、小さいと波長板の厚さが薄くなり、製作しづらくなるので、高次モード次数ｎ１、ｎ２を適切に選定した。

図１に示す１／４波長板１を水晶板で構成し、第１及び第２の波長板２、３の切断角度をそれぞれ９０°Ｚ（水晶板の主面の法線が水晶の光学軸であるＺ軸に対して９０°となるような角度でカットされた水晶板）、高次モードの次数ｎ１を２、ｎ２を３、波長λを４５０ｎｍとしたとき、第１の波長板２の位相差Γ１、光学軸方位角θ１をそれぞれ９００°、１８．５°、第２の波長板３の位相差Γ２、光学軸方位角θ２をそれぞれ６３０°、８０°に設定した場合が、所望の波長帯において１／４波長板１の波長−位相差特性が良好な特性となった。その波長−位相差特性を図２に示す。
以上のように、本発明に係る１／４波長板１は位相差が９０°を呈する波長帯が大幅に広がり、例えば強力な光源を用いるプロジェクタにおいて、十分に１／４波長板として機能することが判明した。
図３は、波長λを４５０ｎｍとし、第１及び第２の波長板２、３の切断角度をそれぞれ９０°Ｚ、高次モードの次数ｎ１を２、ｎ２を３、第１の波長板２の位相差Γ１を９００°、第２の波長板３の位相差Γ２、光学軸方位角θ２をそれぞれ６３０°、８０°に設定し、第１の波長板２の光学軸方位角θ１を１４°から２２°まで１°毎に変化させたときの波長−位相差特性である。第１の波長板２の光学軸方位角θ１が微小に変化することにより、波長−位相差特性が影響を受けることが分かる。

図４は、第１及び第２の波長板２、３の切断角度をそれぞれ９０°Ｚ、高次モードの次数ｎ１を２、ｎ２を３、第１の波長板２の位相差Γ１、光学軸方位角θ１をそれぞれ９００°、１８．５°、第２の波長板３の位相差Γ２を６３０°に設定し、第２の波長板３の光学軸方位角θ２を７６°から８４°まで１°毎に変化させたときの波長−位相差特性である。この場合も図３と同様に、第２の波長板２の光学軸方位角θ２が微小に変化することにより、波長−位相差特性が影響を受けることが分かる。
図３及び４に示したシミュレーションの結果より、１／４波長板１が４５０ｎｍ±４０ｎｍの波長帯おいて位相差９０°を満たす光学軸の方位角θ１、θ２の許容範囲は、１８．５°、８０°に対しそれぞれ±１°程度であることが判明した。
図５は、第１及び第２の波長板２、３の切断角度をそれぞれ９０°Ｚ、高次モードの次数ｎ１を２、ｎ２を３、第１の波長板２の光学軸方位角θ１を１８．５°、第２の波長板３の位相差Γ２、光学軸方位角θ２をそれぞれ６３０°、８０°に設定し、第１の波長板２の位相差Γ１を８６０°から９４０°まで１０°毎に変化させたときの波長−位相差特性である。第１の波長板２の位相差Γ１の変化により、波長−位相差特性が影響を受けることが分かる。

図６は、第１及び第２の波長板２、３の切断角度をそれぞれ９０°Ｚ、高次モードの次数ｎ１を２、ｎ２を３、第１の波長板２の位相差Γ１、光学軸方位角θ１をそれぞれ９００°、１８．５°、第２の波長板３の光学軸方位角θ２を８０°に設定し、第２の波長板３の位相差Γ２を５９０°から６７０°まで１０°毎に変化させたときの波長−位相差特性である。図５と同様、第２の波長板２の位相差Γ２の変化により、波長−位相差特性が影響を受けることが分かる。
図５及び６に示したシミュレーションの結果より、１／４波長板１が４５０ｎｍ±４０ｎｍの波長帯おいて位相差９０°を満たす位相差Γ１、Γ２の許容範囲は、９００°、６３０°に対しそれぞれ±５°程度であることが判明した。
図７は上記で求めたシミュレーションの結果、即ち波長λを４５０ｎｍとし、第１及び第２の波長板２、３の切断角度を共に９０°Ｚ、高次モードの次数ｎ１を２、ｎ２を３、第１の波長板２の位相差Γ１、光学軸方位角θ１をそれぞれ９００°、１８．５°、第２の波長板３の位相差Γ２、光学軸方位角θ２をそれぞれ６３０°、８０°に設定した場合の波長−位相差特性６と、実際に上記の値の波長板２、３を試作し、その時の波長−位相差特性７を測定した場合の特性を重ね書きした例である。図７よりシミュレーションの結果と実測とに若干の差が生じる場合があることが分かった。

図８は上記と同様なシミュレーションを波長５５０ｎｍの１／４波長板に適用した場合の波長−位相差特性である。第１及び第２の波長板２、３の切断角度を共に９０°Ｚ、高次モードの次数ｎ１を２、ｎ２を３、第１の波長板２の位相差Γ１、光学軸方位角θ１をそれぞれ８９０°、１５°、第２の波長板３の位相差Γ２、光学軸方位角θ２をそれぞれ６２５°、７５°に設定した場合の波長−位相差特性である。５５０ｎｍ±４０ｎｍの帯域において位相差が９０°を十分に満たしている。
また、図９は波長６２０ｎｍの１／４波長板に上記シミュレーションを適用した場合で、第１及び第２の波長板２、３の切断角度を共に９０°Ｚ、高次モードの次数ｎ１を２、ｎ２を３、第１の波長板２の位相差Γ１、光学軸方位角θ１をそれぞれ９００°、１８°、第２の波長板３の位相差Γ２、光学軸方位角θ２をそれぞれ６３０°、８０°に設定した場合の波長−位相差特性である。この場合も６２０ｎｍ±４０ｎｍの帯域において位相差が９０°を十分に満たしている。

図１０は青紫レーザ（４０５ｎｍ帯）の光ピックアップ装置に用いられる１／４波長板を、第１の波長板２と第２の波長板３と用いて構成した例である。第１及び第２の波長板２、３の切断角度をそれぞれ９０°Ｚ、高次モードの次数ｎ１を２、ｎ２を３、波長λを４０５ｎｍとしたとき、第１の波長板２の位相差Γ１、光学軸方位角θ１をそれぞれ９００°、１８°、第２の波長板３の位相差Γ２、光学軸方位角θ２をそれぞれ６３０°、８０°に設定した場合が、所望の波長帯において１／４波長板１の位相差が良好な位相特性となった。
図１１はＤＶＤ（６６０ｎｍ帯）の光ピックアップ装置に用いられる１／４波長板を第１の波長板２と第２の波長板３と用いて構成した例である。第１及び第２の波長板２、３の切断角度をそれぞれ９０°Ｚ、高次モードの次数ｎ１を２、ｎ２を３、波長λを６６０ｎｍとしたとき、第１の波長板２の位相差Γ１、光学軸方位角θ１をそれぞれ９００°、１８°、第２の波長板３の位相差Γ２、光学軸方位角θ２をそれぞれ６３０°、８０°に設定した場合が、所望の波長帯において１／４波長板１の位相差が良好な位相特性となった。
なお、図８から図１１に示した波長５５０ｎｍ帯、６２０ｎｍ帯、４０５ｎｍ帯、６６０ｎｍ帯の１／４波長板についても第１の波長板２の位相差Γ１、光学軸方位角θ１、第２の波長板３の位相差Γ２、光学軸方位角θ２のパラメータを変化させて波長−位相差特性を求めたが、図３から図６示した波長−位相差特性と同様な曲線が得られた。

図１２は本発明に係る照明装置１０の概略図であって、第１及び第２のレーザダイオード（以下、ＬＥＤと称す）１１ａ、１１ｂと、第１及び第２のコリメータレンズ１２ａ、１２ｂと、本発明になる第１及び第２の１／４波長板１３ａ、１３ｂと、第１及び第２の反射型偏光板（例えばワイヤグリッド型偏光子）１４ａ、１４ｂと、偏光ビームスプリッタ１５と、偏光膜１６と、液晶パネル１７と、を備えている。第１及び第２のＬＥＤ１１ａ、１１ｂは同一の波長領域の光、例えば緑色光（以下、Ｇ光と称す）を出射するものとする。ここで、第１及び第２の１／４波長板１３ａ、１３ｂと、第１及び第２の反射型偏光板１４ａ、１４ｂとは偏光ビームスプリッタ１５の面に光学用接着剤にて接着されている。そして、第１の反射型偏光板１４ａは、Ｐ偏光光は透過するが、Ｓ偏光光は反射し、第２の反射型偏光板１４ｂは、Ｓ偏光光は透過するが、Ｐ偏光光は反射するように構成する。偏光ビームスプリッタ１５は、Ｐ偏光光は透過するが、Ｓ偏光光は反射する。また、第１及び第２の１／４波長板１３ａ、１３ｂはＧ光に対応した、例えば図８に示した１／４波長板を用いる。

第１のＬＥＤ１１ａから出射したＧ光は第１のコリメータレンズ１２ａで平行光となり、第１の１／４波長板１３ａに入射し、これを透過して第１の反射型偏光板１４ａに入射する。第１の反射型偏光板１４ａはＰ偏光光を透過し、Ｓ偏光光を反射する。反射型偏光板１４ａを透過したＰ偏光光は偏光ビームスプリッタ１５に入射し、偏光膜１６によりＰ偏光光は透過し、照明方向（光軸方向）に出射する。第１の反射型偏光板１４ａにより反射されたＳ偏光光は第１の１／４波長板１３ａを透過し、第１のＬＥＤ１１ａの方向に戻る。第１のＬＥＤ１１ａは光軸方向に垂直な反射部１１ｒを有し、ＬＥＤ１１ａの方向に戻された光を反射する。第１の反射型偏光板１４ａにより反射されたＳ偏光光は、第１の１／４波長板１３ａを２度通過することにより偏波面が９０°回転され、Ｐ偏光光に変換される。変換されたＰ偏光光は第１の反射型偏光板１４ａを透過し、偏光ビームスプリッタ１５を透過して、照明方向（光軸方向）に出射する。このように、第１のＬＥＤ１１ａから出射された光を効率よく用いることができる。

上述したように第２のＬＥＤ１１ｂは第１のＬＥＤ１１ａと同一波長領域のＧ光を出射する。第２のＬＥＤ１１ｂから出射したＧ光は第２のコリメータレンズ１２ｂで平行光となり、第２の１／４波長板１３ｂに入射し、これを透過して第２の反射型偏光板１４ｂに入射する。第２の反射型偏光板１４ｂに入射したＳ偏光光は透過し、Ｐ偏光光は反射する。透過したＳ偏光光は偏光ビームスプリッタ１５の偏光膜１６で反射され照明方向（光軸方向）に出射する。また、第２の反射型偏光板１４ｂにより反射されたＰ偏光光は第１の１／４波長板１３ｂを透過し、第２のＬＥＤ１１ｂの方向に戻る。第２のＬＥＤ１１ｂは光軸方向に垂直な反射部１１ｒを有し、ＬＥＤ１１ｂの方向に戻された光を反射する。第２の反射型偏光板１４ｂにより反射されたＰ偏光光は、第２の１／４波長板１３ｂを２度通過することにより偏波面が９０°回転され、Ｓ偏光光に変換される。変換されたＳ偏光光は第２の反射型偏光板１４ｂを透過し、偏光ビームスプリッタ１５により反射されて、照明方向（光軸方向）に出射する。このように、第２のＬＥＤ１１ｂから出射された光を効率よく用いることができる。
以上説明したように、本照明装置は第１及び第２のＬＥＤ１１ａ、１１ｂから出射した光を同一の照明方向１８に効率よく出射することが出きる。

以上の説明では緑色光（Ｇ光）を例に説明したが、プロジェクタに用いられる赤色光（Ｒ光）、青色光（Ｂ光）についても同様であるが、赤色光（Ｒ光）の場合には、例えば図９に示した１／４波長板を、青色光（Ｂ光）の場合には、例えば図２に示した１／４波長板を用いればよい。
図１３は本発明に係るプロジェクタの構成を示す概略図である。プロジェクタ２０は光源２１（ランプ）と、第１及び第２のインテグレータレンズ２２ａ、２２ｂと、ＰＳ変換素子２３と、コールドミラー２４と、第１及び第２のダイクロイックミラー２５ａ、２５ｂと、折り返しミラー２６と、赤色用の偏光ビームスプリッタ２７ａと、赤色用の１／４波長板２８ａと、赤色用のＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）２９ａと、緑色用の偏光ビームスプリッタ２７ｂと、緑色用の１／４波長板２８ｂと、緑色用のＬＣＯＳ２９ｂと、青色用の偏光ビームスプリッタ２７ｃと、青色用の１／４波長板２８ｃと、青色用のＬＣＯＳ２９ｃと、クロスプリズム３０と、投影レンズ３１と、スクリーン３２と、を備えている。ここで、赤色用の１／４波長板２８ａ、緑色用の１／４波長板２８ｂ及び青色用の１／４波長板２８ｃは、それぞれ図８、図９及び図２で示した１／４波長板を用いればよい。
なお、ＬＣＯＳ方式は表示デバイスにＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）を用いる。ＬＣＯＳとは反射型の液晶表示パネルで高開口率が特徴であり、配線やスイッチング素子を反射層の下に作るため継ぎ目のないシームレスな映像を表示できる。

プロジェクタ２０の作用を簡単に説明する。
光源２１から出射したランダム光はインテグレータレンズ２２ａに入射して平行光となり、ＰＳ変換素子２３に入射し、透過する際にランダム光のうちＰ偏光光はＳ偏光光に変換され、Ｓ偏光はそのまま出射する。つまり、ＰＳ変換素子２３を出射した光はＳ偏光光のみとなる。さらにインテグレータレンズ２２ｂにより平行光となり、コールドミラー２４により光路を９０度変えられる。コールドミラー２４により反射された光のうち赤色光はダイクロイックミラー２５ａを透過し、折り返しミラー２６で光路を９０度変えられて、赤色用の偏光ビームスプリッタ２７ａに入射する。偏光ビームスプリッタ２７ａに入射した光はＳ偏光光であるため、偏光ビームスプリッタ２７ａの偏光膜２７ａａにより反射されて、赤色用の１／４波長板２８ａを透過し、赤色用のＬＣＯＳ２９ａに入射し、反射される。この際、赤色光は赤色用のＬＣＯＳ２９ａにより変調される。変調された赤色光は赤色用の１／４波長板２８ａを透過するが、１／４波長板２８ａを２度通過することになり、Ｐ偏光光に変換される。そのため、反射光は赤色用の偏光ビームスプリッタ２７ａの偏光膜２７ａａを透過して、クロスプリズム３０に入射する。

コールドミラー２４により反射された光のうち、赤色光より波長の短い光はダイクロイックミラー２５ａにより反射され、９０度光路を変えられてダイクロイックミラー２５ｂに入射する。ダイクロイックミラー２５ｂは、緑色光は反射し、青色光は透過するように構成されているので、緑色光は９０度光路を変えられて緑色用の偏光ビームスプリッタ２７ｂに入射する。偏光ビームスプリッタ２７ｂに入射した光はＳ偏光光であるため、偏光ビームスプリッタ２７ｂの偏光膜２７ｂｂにより反射されて、緑色用の１／４波長板２８ｂを透過し、緑色用のＬＣＯＳ２９ｂに入射し、反射される。この際、緑色光は緑色用のＬＣＯＳ２９ｂにより変調される。変調された緑色光は緑色用の１／４波長板２８ｂを透過するが、１／４波長板２８ｂを２度通過するのでＰ偏光光に変換される。そのため、反射光は緑色用の偏光ビームスプリッタ２７ｂの偏光膜２７ｂｂを透過して、クロスプリズム３０に入射する。

ダイクロイックミラー２５ｂを透過した青色光は、青色用の偏光ビームスプリッタ２７ｃに入射する。偏光ビームスプリッタ２７ｃに入射した光はＳ偏光光であるため、偏光ビームスプリッタ２７ｃの偏光膜２７ｃｃにより反射されて、青色用の１／４波長板２８ｃを透過し、青色用のＬＣＯＳ２９ｃに入射し、反射される。この際、青色光は青色用のＬＣＯＳ２９ｃにより変調される。変調された青色光は青色用の１／４波長板２８ｃを透過するが、１／４波長板２８ｃを２度通過するのでＰ偏光光に変換される。そのため、反射光は青色用の偏光ビームスプリッタ２７ｃの偏光膜２７ｃｃを透過して、クロスプリズム３０に入射する。
クロスプリズム３０は入射した赤色光、緑色光及び青色光のうち、赤色光と青色光とは偏光膜により反射され、緑色光は透過するように構成されている。クロスプリズム３０を出射した赤色光、緑色光及び青色光は投影レンズ３１を介してスクリーン３２上に投影され、カラー映像が得られことになる。

本発明に係る１／４波長板の構成を示した概略構成図で、（ａ）は入射方向から見た平面図、（ｂ）は斜視図。 青色用（４５０ｎｍ帯）１／４波長板の波長−位相差特性を示した図。 青色用１／４波長板における第１の波長板の光学軸が変化した場合の波長−位相差特性を示した図。 青色用１／４波長板における第２の波長板の光学軸が変化した場合の波長−位相差特性を示した図。 青色用１／４波長板における第１の波長板の位相差が変化した場合の波長−位相差特性を示した図。 青色用１／４波長板における第２の波長板の位相差が変化した場合の波長−位相差特性を示した図。 青色用１／４波長板のシミュレーションと１／４波長板を試作し実測した場合との比較図。 緑色用（５５０ｎｍ帯）の１／４波長板の波長−位相差特性を示した図。 赤色用（６２０ｎｍ帯）の１／４波長板の波長−位相差特性を示した図。 青紫用（４０５ｎｍ帯）の１／４波長板の波長−位相差特性を示した図。 ＤＶＤ用（６６０ｎｍ帯）の１／４波長板の波長−位相差特性を示した図。 本発明に係る照明装置の構成を示した概略構成図。 本発明に係るプロジェクタの構成を示した概略構成図。 従来の１／４波長板の構成を示した図で、（ａ）は入射方向から見た平面図、（ｂ）は側面図。 従来の１／４波長板の構成を示した概略構成図で、（ａ）は入射方向から見た平面図、（ｂ）は斜視図。

符号の説明

１ １／４波長板、２、３ 波長板、４、５ 光学軸、θ１、θ２ 光学軸方位角、６ シミュレーション、７ 実測、１０ 照明装置、１１ａ、１１ｂ 第１及び第２のレーザダイオード、１２ａ、１２ｂ 第１及び第２のコリメータレンズ、１３ａ、１３ｂ 第１及び第２の１／４波長板、１４ａ、１４ｂ 第１及び第２の反射型偏光板、１５ 偏光ビームスプリッタ、１６、２７ａａ、２７ｂｂ、２７ｃｃ 偏光膜、１７ 液晶パネル、２０ プロジェクタ、２１ 光源（ランプ）、２２ａ、２２ｂ インテグレータレンズ、２３ ＰＳ変換素子、２５ａ、２５ｂ ダイクロイックミラー、２６ 折り返しミラー、２７ａ 赤色用の偏光ビームスプリッタ、２７ｂ 緑色用の偏光ビームスプリッタ、２７ｃ 青色用の偏光ビームスプリッタ、２８ａ 赤色用の１／４波長板、２８ｂ 緑色用の１／４波長板、２８ｃ 青色用の１／４波長板、２９ａ 赤色用のＬＣＯＳ、２９ｂ 緑色用のＬＣＯＳ、２９ｃ 青色用のＬＣＯＳ、３０ クロスプリズム、３１ 投影レンズ、３２ スクリーン

Claims (8)

1. 複屈折性を有する材質を用いた第１及び第２の波長板を光学軸が交差するように貼り合わせ、全体として１／４波長板として機能する波長板であって、
   所定の波長λにおいて、常光線及び異常光線に対する第１及び第２の波長板の位相差をΓ１及びΓ２、高次モードの次数をそれぞれ整数ｎ１、ｎ２としたとき、
   Γ１≒１８０°×２×ｎ１＋１８０°
   Γ２≒１８０°×ｎ２＋９０°
   を満足するように構成したことを特徴とする波長板。
2. 前記第１及び第２の波長板に水晶を用い、その切断角度を９０°Ｚ、前記高次モードの次数ｎ１を２、ｎ２を３とし、
   前記波長λを４５０ｎｍ帯としたとき、前記第１の波長板の位相差Γ１を９００°±５°、光学軸方位角を１８．５°±１°とし、
   前記第２の波長板の位相差Γ２を６３０°±５°、光学軸方位角を８０°±１°としたことを特徴とする請求項１に記載の波長板。
3. 前記第１及び第２の波長板に水晶を用い、その切断角度を９０°Ｚ、前記高次モードの次数ｎ１を２、ｎ２を３とし、
   前記波長λを５５０ｎｍ帯としたとき、前記第１の波長板の位相差Γ１を８９０°±５°、光学軸方位角を１５°±１°とし、
   前記第２の波長板の位相差Γ２を６２５°±５°、光学軸方位角を７５°±１°としたことを特徴とする請求項１に記載の波長板。
4. 前記第１及び第２の波長板に水晶を用い、その切断角度を９０°Ｚ、前記高次モードの次数ｎ１を２、ｎ２を３とし、
   前記波長λを６２０ｎｍ帯としたとき、前記第１の波長板の位相差Γ１を９００°±５°、光学軸方位角を１８°±１°とし、
   前記第２の波長板の位相差Γ２を６３０°±５°、光学軸方位角を８０°±１°としたことを特徴とする請求項１に記載の波長板。
5. 前記第１及び第２の波長板に水晶を用い、その切断角度を９０°Ｚ、前記高次モードの次数ｎ１を２、ｎ２を３とし、
   前記波長λを４０５ｎｍ帯としたとき、前記第１の波長板の位相差Γ１を９００°±５°、光学軸方位角を１８°±１°とし、
   前記第２の波長板の位相差Γ２を６３０°±５°、光学軸方位角を８０°±１°としたことを特徴とする請求項１に記載の波長板。
6. 前記第１及び第２の波長板に水晶を用い、その切断角度を９０°Ｚ、前記高次モードの次数ｎ１を２、ｎ２を３とし、
   前記波長λを６６０ｎｍ帯としたとき、前記第１の波長板の位相差Γ１を９００°±５°、光学軸方位角を１８°±１°とし、
   前記第２の波長板の位相差Γ２を６３０°±５°、光学軸方位角を８０°±１°としたことを特徴とする請求項１に記載の波長板。
7. 請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の波長板を備えたことを特徴とする照明装置。
8. 請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の波長板を、赤、青、緑色用の波長板として備えたことを特徴とするプロジェクタ。

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