專利名稱：波片、偏振轉(zhuǎn)換元件、照明光學(xué)系統(tǒng)和圖像顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)涉及改變透射光的偏振方向的波片以及使用該波片的偏振轉(zhuǎn)換元件、照明光學(xué)系統(tǒng)和圖像顯示裝置。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)的投射型圖像顯示裝置(投影儀)中，使用了偏振轉(zhuǎn)換元件來(lái)提高光的使用效率。對(duì)于該偏振轉(zhuǎn)換元件，使用了半波片來(lái)改變光的偏振方向。期望用于該用途的半波片對(duì)可見(jiàn)光范圍內(nèi)的全體波長(zhǎng)進(jìn)行良好的偏振轉(zhuǎn)換，并且使用了寬帶域的半波片。作為半波片的材料，一般使用聚碳酸酯或類似物的膜。然而，例如日本專利 No. 4277514(以下稱為專利文獻(xiàn)1)提出了一種用于改善耐熱性和耐光性的石英波片。在專利文獻(xiàn)1中，波片由兩個(gè)石英片層疊構(gòu)成。特別地，根據(jù)專利文獻(xiàn)1，通過(guò)將波片構(gòu)造成使得滿足θ 2 = θ 1+45且0 < θ 1 < 45，能夠獲得寬帶域化，其中θ 1為由入射直線偏振光的偏振面與第一波片的光軸形成的角度，θ 2為由入射直線偏振光的偏振面與第二波片的光軸形成的角度。日本專利特開(kāi)No. 2009-133917(以下稱為專利文獻(xiàn)2)公開(kāi)了這樣一種技術(shù)，其中使兩個(gè)相同的石英片彼此粘結(jié)，以相對(duì)彼此偏移45度，并且將一個(gè)石英片設(shè)置成與基準(zhǔn)面形成22. 5度的角度。通過(guò)如此設(shè)置石英片，能夠構(gòu)成在視角特性中具有偏性(bias)的波片。在專利文獻(xiàn)2的技術(shù)中，通過(guò)改變?cè)摬ㄆ械呐渲茫瑏?lái)有效地利用該視角特性。然而，在專利文獻(xiàn)1的技術(shù)中，由兩個(gè)石英片各自生成的相位差根據(jù)入射光束的入射角而發(fā)生變化。因此，有必要抵銷兩個(gè)石英片中的相位差的偏差，從而需要復(fù)雜的設(shè)計(jì)。此外，為了抑制波長(zhǎng)分散和輝度降低并且獲得與由膜形成的半波片相當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)性能，石英片的厚度必須設(shè)定為盡可能薄。然而，當(dāng)厚度變薄時(shí)，加工上的困難增加，并且對(duì)產(chǎn)出率和成本的影響變大。采用專利文獻(xiàn)2中所描述那樣的方法會(huì)比較有效。具體說(shuō)，在該方法中，石英波片的設(shè)計(jì)得到簡(jiǎn)化，并且石英片的厚度得到增加。另外，基于在照明光學(xué)系統(tǒng)和偏振轉(zhuǎn)換元件中設(shè)置波片的方式，來(lái)嘗試整體最佳化。然而，如果只像專利文獻(xiàn)2中那樣通過(guò)將兩個(gè)相同的石英片以45度偏移彼此粘結(jié)并將一個(gè)石英片設(shè)置成使得該石英片與基準(zhǔn)面形成22. 5度的角度來(lái)構(gòu)成波片，則波片的光學(xué)性能常常發(fā)生波動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
需要一種技術(shù)來(lái)提供沒(méi)有波動(dòng)并且能夠輕松地制造的具有良好偏振轉(zhuǎn)換效率的波片、偏振轉(zhuǎn)換元件、照明光學(xué)系統(tǒng)和圖像顯示裝置。
根據(jù)本公開(kāi)一實(shí)施例，提供了一種波片，其包括晶體的光軸相對(duì)于主面傾斜的第一石英片、和晶體的光軸相對(duì)于主面傾斜的第二石英片。第二石英片的主面與第一石英片的主面重疊。此外，在從垂直于主面的方向觀察到的正視圖中，由第一石英片的光軸和第二石英片的光軸形成的角度為45度，并且在從平行于主面的方向觀察到的俯視圖中，第一石英片的光軸平行于第二石英片的光軸。根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例，兩個(gè)石英片被設(shè)置成使得這些石英片的光軸方向在從平行于波片或石英片的主面的方向觀察石英片時(shí)彼此平行。具體說(shuō)，本實(shí)施例是基于了以下發(fā)現(xiàn)從平行于主面的方向觀察的兩個(gè)光軸的取向?qū)Σㄆ墓鈱W(xué)特性具有大影響，通過(guò)將波片構(gòu)造成使得這兩個(gè)光軸彼此平行，能夠?qū)⑵褶D(zhuǎn)換效率的光波長(zhǎng)依存性降低至最大程度。此外，還能降低入射角在小于0度的負(fù)側(cè)的光的偏振轉(zhuǎn)換效率的入射角依存性。根據(jù)本公開(kāi)的另一實(shí)施例，提供了一種偏振轉(zhuǎn)換元件，其包括構(gòu)造成將入射光分離成P偏振光和S偏振光的偏振分離器、和構(gòu)造成設(shè)置在被所述偏振分離器分離出的ρ偏振光和S偏振光中的一個(gè)的光路上的波片。作為該波片，使用的是上述波片。因此，在該偏振轉(zhuǎn)換元件中同樣，能夠降低偏振轉(zhuǎn)換效率的波長(zhǎng)依存性和入射角依存性。根據(jù)本公開(kāi)的另一實(shí)施例，提供了一種照明光學(xué)系統(tǒng)，其包括光源、和構(gòu)造成降低從光源射出的光的照度不均勻性的積分元件。此外，該照明光學(xué)系統(tǒng)還包括偏振轉(zhuǎn)換元件，該偏振轉(zhuǎn)換元件構(gòu)造成設(shè)置在透射穿過(guò)所述積分元件的光的光路上，并包括將入射光分離成P偏振光和S偏振光的偏振分離器、和設(shè)置在被所述偏振分離器分離出的P偏振光和s偏振光中的一個(gè)的光路上的波片。作為該偏振轉(zhuǎn)換元件，使用的是上述偏振轉(zhuǎn)換元件。根據(jù)本公開(kāi)一實(shí)施例的照明光學(xué)系統(tǒng)，因?yàn)槭褂昧松鲜銎褶D(zhuǎn)換元件，所以對(duì)于光源，實(shí)現(xiàn)了具有寬波長(zhǎng)范圍和入射角的光的偏振轉(zhuǎn)換。這能夠提供比現(xiàn)有技術(shù)更明亮的照明光。根據(jù)本公開(kāi)另一實(shí)施例，提供了一種圖像顯示裝置，其包括上述照明光學(xué)系統(tǒng)、構(gòu)造成分離從照明光學(xué)系統(tǒng)出射的光的分光光學(xué)系統(tǒng)、構(gòu)造成調(diào)制分離出的光的液晶面板、 構(gòu)造成合成被液晶面板調(diào)制的光的光合成器、和構(gòu)造成投射由光合成器合成的光的透鏡。根據(jù)本公開(kāi)一實(shí)施例的圖像顯示裝置，因?yàn)槭褂昧松鲜稣彰鞴鈱W(xué)系統(tǒng)，所以能夠相對(duì)于來(lái)自光源的光，以高效率生成圖像。因此，能夠以低電能消耗提供更亮的圖像。根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例，波片被設(shè)置成使得兩個(gè)石英片的光軸方向在從平行于波片或石英片的主面的方向觀察石英片時(shí)彼此平行。因此，降低了入射角依存性和波長(zhǎng)依存性， 并且能夠獲得沒(méi)有波動(dòng)的良好的偏振轉(zhuǎn)換效率。


圖IA是從平行于主面的方向觀察第一實(shí)施例的波片時(shí)的俯視圖，而圖IB是從垂直于主面的方向觀察到的正視圖；圖2A是從平行于主面的方向觀察現(xiàn)有技術(shù)的波片時(shí)的俯視圖，而圖2B是從垂直于主面的方向觀察到的正視圖3是示出本公開(kāi)一實(shí)施例中入射到波片的光的入射角的說(shuō)明圖；圖4A示出了對(duì)于第一實(shí)施例的波片通過(guò)模擬獲得的平行尼科耳棱鏡中的光透射率，而圖4B示出了正交尼科耳棱鏡中的光透射率；圖5A示出了對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的波片通過(guò)模擬獲得的平行尼科耳棱鏡中的光透射率，而圖5B示出了正交尼科耳棱鏡中的光透射率；圖6A是從平行于主面的方向觀察實(shí)驗(yàn)性地制成的石英片時(shí)的示意圖，而圖6B是從垂直于主面的方向觀察到的示意圖；圖7A是從平行于主面的方向觀察以實(shí)驗(yàn)性地制成的石英片構(gòu)成的第一實(shí)施例的波片時(shí)的示意圖，而圖7B是從垂直于主面的方向觀察到的示意圖；圖8A是從平行于主面的方向觀察以實(shí)驗(yàn)性地制成的石英片構(gòu)成的現(xiàn)有技術(shù)的波片時(shí)的示意圖，而圖8B是從垂直于主面的方向觀察的示意圖；圖9是示出如何測(cè)量所制成的波片的透射率的說(shuō)明圖；圖IOA示出了對(duì)于第一實(shí)施例的波片在平行尼科耳棱鏡中的光透射率的實(shí)測(cè)值， 而圖IOB示出了正交尼科耳棱鏡中的光透射率的實(shí)測(cè)值；圖IlA示出了對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的波片在平行尼科耳棱鏡中的光透射率的實(shí)測(cè)值，而圖IlB示出了正交尼科耳棱鏡中的光透射率的實(shí)測(cè)值；圖12A示出了對(duì)于通過(guò)石英片彼此粘結(jié)制成的第一實(shí)施例的波片通過(guò)測(cè)量平行尼科耳棱鏡中的光透射率所獲得的實(shí)測(cè)值，而圖12B示出了通過(guò)測(cè)量正交尼科耳棱鏡中的光透射率所獲得的實(shí)測(cè)值；圖13是示出第二實(shí)施例的偏振轉(zhuǎn)換元件的示意性構(gòu)造圖；圖14A是第二實(shí)施例的偏振轉(zhuǎn)換元件的正視圖，而圖14B和14C是示出構(gòu)成第二實(shí)施例的偏振轉(zhuǎn)換元件的波片的配置的說(shuō)明圖；圖15A-15H是示出第二實(shí)施例的偏振轉(zhuǎn)換元件中的波片的組合的說(shuō)明圖；圖16是示出第三實(shí)施例的照明光學(xué)系統(tǒng)的示意性構(gòu)造圖；而圖17是示出第四實(shí)施例的圖像顯示裝置的示意性構(gòu)造圖。
具體實(shí)施例方式下面將描述實(shí)施本公開(kāi)的最佳模式的示例。然而，本公開(kāi)并不局限于以下示例。描述的順序如下。1.第一實(shí)施例(波片的示例)2.第二實(shí)施例(偏振轉(zhuǎn)換元件的示例)3.第三實(shí)施例(照明光學(xué)系統(tǒng)的示例)4.第四實(shí)施例(圖像顯示裝置的示例)首先，將定義本說(shuō)明書(shū)中的坐標(biāo)系。在本說(shuō)明書(shū)中，將基于右手坐標(biāo)系進(jìn)行描述。 附圖中的X軸和Y軸定義為波片平面內(nèi)的方向，而Z軸定義為波片的厚度方向。此外，當(dāng)將該波片置于桌子上并從上方觀察時(shí)，右手側(cè)定義為X軸正方向，而上側(cè)定義為Y軸正方向。 另外，從桌子下方區(qū)域朝上側(cè)的方向定義為Z軸正方向。在對(duì)于該波片進(jìn)行光學(xué)計(jì)算的情況下，是基于以下假設(shè)進(jìn)行計(jì)算的，即通常光是從Z軸的較小值側(cè)入射到波片，并朝Z軸的較大值側(cè)穿過(guò)波片。
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此外，X軸方向定義為入射光的偏振方向。1.第一實(shí)施例圖IA和IB是示出第一實(shí)施例的波片100的概略構(gòu)造的示意圖，并且是基于三角法示出的。圖IA是從平行于波片100的主面IOOa的方向觀察波片100時(shí)的俯視圖。圖IB 是從垂直于主面IOOa觀察第一實(shí)施例的波片100時(shí)的正視圖。如圖IA所示，本實(shí)施例的波片100具有這樣一種構(gòu)造，其中第一石英片1的主面
與第二石英片2的主面重疊。在圖中，箭頭Al表示石英片1的光軸方向，而箭頭A2表示石英片2的光軸方向。 光軸也稱為C軸。在本說(shuō)明書(shū)中由箭頭示出的方向如下。具體說(shuō)，在如同圖IB的正視圖中， 箭尖側(cè)的光軸的前端表示前方側(cè)，即靠近觀察者一側(cè)。這同樣適用于本說(shuō)明書(shū)中的其它附圖。此外，在本說(shuō)明書(shū)中，方位角是指從垂直于石英片的主面的方向觀察波片時(shí)由光軸與入射光的偏振方向(X軸)形成的角度，與光軸在石英片的厚度方向(Z軸方向)上的取向無(wú)關(guān)。因此，即使圖IB中的箭頭Al的箭尖在例如XY平面內(nèi)朝180度相反方向取向時(shí)， 方位角也是相同的。如圖IA中箭頭Al和A2所示，在從平行于波片100的主面IOOa的方向即從垂直于入射光的偏振方向(X軸)的方向觀察到的俯視圖中，第一石英片1的光軸和第二石英片 2的光軸相對(duì)于主面IOOa是傾斜的。也就是說(shuō)，第一石英片1和第二石英片2是通過(guò)以將晶體的光軸設(shè)定成傾斜的方式切割石英片即通過(guò)所謂的Z切形成的，并且即使一個(gè)石英片也能作為零次半波片而起作用。此外，在該俯視圖中，第一石英片1的光軸和第二石英片2的光軸是彼此大致平行的。如圖IB所示，在從垂直于主面IOOa的方向觀察波片100時(shí)的正視圖中，由第一石英片1的光軸與第二石英片2的光軸形成的角度為45度。優(yōu)選的是，第一石英片1的光軸相對(duì)于定義為入射光的偏振方向的X軸方向的方位角設(shè)定為67. 5度，而第二石英片2的光軸的方位角設(shè)定為22. 5度。如上所述，在本實(shí)施例中，在從平行于波片100的主面IOOa的方向即從垂直于入射光的偏振方向(X軸)的方向觀察到的俯視圖中，第一石英片1的光軸和第二石英片2的光軸設(shè)定成大致彼此平行。在現(xiàn)有技術(shù)中，例如在專利文獻(xiàn)1中，只考慮了波片面內(nèi)的光軸方向。然而，在以將石英的光軸設(shè)定成傾斜的方式切割石英片以允許一個(gè)石英片用作零次半波片的情況下，石英片的光軸是三維地傾斜的。因此，不但應(yīng)該考慮從圖IB所示垂直于主面的方向觀察到的正視圖中的光軸方向，而且還應(yīng)考慮從如圖IA所示平行于主面的方向觀察到的俯視圖中的光軸方向。本公開(kāi)的實(shí)施例是基于以下發(fā)現(xiàn)，即能夠通過(guò)使兩個(gè)石英片構(gòu)造成使得從平行于波片的主面的方向觀察到的俯視圖中的光軸方向彼此平行來(lái)輕松地實(shí)現(xiàn)帶寬增大。此外，在本實(shí)施例中，可使用相同的石英片作為第一石英片1和第二石英片2。具體說(shuō)，能夠通過(guò)沿主面內(nèi)的方向旋轉(zhuǎn)石英片并使主面彼此重疊成使得兩個(gè)相同石英片的光軸在正視圖中形成的角度為45度而在俯視圖中的光軸彼此平行，來(lái)構(gòu)成波片。這消除了制造多種石英片的必要，因此能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)化制造步驟和降低成本。對(duì)于具有沿著X軸方向的偏振方向的光入射到該波片100的情況進(jìn)行了模擬。此外，作為比較示例，對(duì)圖2A和2B所示波片110也相似地進(jìn)行了模擬。圖2B是從垂直于波片110的主面IlOa的方向觀察波片110時(shí)的正視圖。圖2A 是從平行于主面IlOa且垂直于入射光的偏振方向的方向觀察波片110時(shí)的俯視圖。如圖2A所示，該波片110由第一石英片Ia和第二石英片加的主面彼此重疊構(gòu)成。在圖中，箭頭A3表示第一石英片Ia的光軸方向，而箭頭A4表示第二石英片加的光軸方向。如圖2B所示，在從垂直于波片110的主面IlOa的方向觀察到的正視圖中，第一石英片Ia的光軸的方位角和第二石英片加的光軸的方位角分別為67. 5度和22. 5度，類似于圖IA和IB所示實(shí)施例的波片100。然而，如圖2A所示，當(dāng)從平行于主面1 IOa且垂直于入射光的偏振方向的俯視方向觀察波片110時(shí)，第一石英片Ia的光軸和第二石英片加的光軸沿著彼此相交的方向。在模擬中，將相對(duì)于石英的光軸以25度進(jìn)行切割所獲得的25度Z切晶片用作石英片1、2和石英片la、2a。將晶片的厚度設(shè)定為約0. 15mm,以使以0度入射角入射并具有 480nm波長(zhǎng)的光能夠獲得180度的相位差。具體說(shuō)，石英片1、2、Ia和加是相同的石英片，并沿主面內(nèi)的方向旋轉(zhuǎn)以彼此重疊成使得光軸的方位角如上所述設(shè)定為67. 5度和22. 5度。此外，因?yàn)槭⑹蔷w，所以使用液晶模擬器來(lái)進(jìn)行模擬。為了調(diào)查作為半波片的性能，在波片的入射側(cè)和出射側(cè)設(shè)置偏振片，并對(duì)偏振片形成平行尼科耳棱鏡(Nicol)的情況和偏振片形成正交尼科耳棱鏡的情況分別進(jìn)行計(jì)算。將各偏振片設(shè)置成使得在入射側(cè)穿過(guò)偏振片的光的偏振方向與波片100、110的X 軸方向一致。穿過(guò)半波片的光的偏振方向旋轉(zhuǎn)90度。因此，在平行尼科耳棱鏡中，穿過(guò)波片的光被設(shè)置在出射側(cè)的偏振片遮擋。因此，可以說(shuō)，穿過(guò)設(shè)置在出射側(cè)的偏振片后的光相對(duì)于穿過(guò)設(shè)置在入射側(cè)的偏振片的光的透射率越低時(shí)，波片的偏振轉(zhuǎn)換效率越高。在正交尼科耳棱鏡中，穿過(guò)波片的光的偏振方向與設(shè)置在出射側(cè)的偏振片的偏振軸方向一致。因此，可以說(shuō)，穿過(guò)設(shè)置在出射側(cè)的偏振片后的光相對(duì)于穿過(guò)設(shè)置射側(cè)的偏振片的光的透射率越高，波片的偏振轉(zhuǎn)換效率越高。在模擬中，對(duì)于光向各波片的入射角設(shè)定為-3度、0度和+3度的三種模式求取透射率。如圖3中的箭頭A5所示，將垂直于波片100的主面的光的入射角定義為0度。此外，如箭頭A6所示，將相對(duì)于波片100的主面傾斜并從X軸正側(cè)朝負(fù)側(cè)行進(jìn)的光束的入射角定義為正角。如箭頭A7所示，將傾斜的并從X軸負(fù)側(cè)朝正側(cè)行進(jìn)的光束的入射角定義為負(fù)角。這同樣適用于波片110。圖4A和4B示出了對(duì)于本實(shí)施例的波片100進(jìn)行的上述模擬的結(jié)果。圖4A示出了平行尼科耳棱鏡中的透射率。圖4B示出了正交尼科耳棱鏡中的透射率。線a、b和c分別對(duì)應(yīng)于光束向波片100的入射角為0度、_3度和+3度的情況。如圖4A所示，在平行尼科耳棱鏡中，入射角為-3度的光的透射率為低值，大致等于入射角為0度的光的透射率的值，并且在波長(zhǎng)為420nm-700nm的寬帶域中從這兩個(gè)入射角獲得高的轉(zhuǎn)換效率。如果光的入射角為+3度，則在較長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)，透射率較高。如圖4B所示，同樣在正交尼科耳棱鏡中，入射角為-3度的光的透射率為高值，大致等于入射角為0度的光的透射率的值，并且在波長(zhǎng)為420nm-700nm的寬帶域中從這兩個(gè)入射角獲得高的轉(zhuǎn)換效率。在入射角為+3度的光的情況下，對(duì)于波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光，透射率較低。圖5A和5B示出了通過(guò)將兩個(gè)石英片彼此重疊成使得光軸在從平行于石英片主面的方向觀察到的俯視圖中彼此相交的方式構(gòu)成的波片110的模擬結(jié)果。圖5A示出了平行尼科耳棱鏡中的透射率。圖5B示出了正交尼科耳棱鏡中的透射率。線a、b和c分別對(duì)應(yīng)于光束向波片110的入射角為0度、_3度和+3度的情況。如圖5A所示，在平行尼科耳棱鏡中，入射角為0度的光的透射率的值與本實(shí)施例的波片100的值大致相同。然而，入射角為-3度的光的透射率的值高，完全與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)。因此，能夠確認(rèn)，在本實(shí)施例的波片100中，入射角在負(fù)側(cè)的光的轉(zhuǎn)換效率比起現(xiàn)有技術(shù)的波片110得到了改善。對(duì)于入射角為+3度的光，透射率在較短波長(zhǎng)側(cè)較高。如圖5B所示，在正交尼科耳棱鏡中，入射角為0度的光的透射率的值與本實(shí)施例的波片100的值大致相同。然而，入射角為-3度的光的透射率最多約為84%。因此，通過(guò)與圖4B比較，能夠確認(rèn)，入射角在負(fù)側(cè)的光的轉(zhuǎn)換效率在本實(shí)施例的波片100中得到了改
業(yè)
口 ο入射角為+3度的光的透射率在較短波長(zhǎng)側(cè)較低。如上所述，在現(xiàn)有技術(shù)的波片110中，透射率既存在波長(zhǎng)依存性又存在入射角依存性。對(duì)比之下，在本實(shí)施例的波片100中，如圖4A和4B所示，入射光為-3度的光呈現(xiàn)出沒(méi)有波長(zhǎng)依存性并且與入射角為0度的光相當(dāng)?shù)耐干渎?。即，可以說(shuō)，通過(guò)本實(shí)施例的波片 100，能夠?qū)τ谌肷浣菫樨?fù)角的光獲得入射角依存性和波長(zhǎng)依存性得到降低的高轉(zhuǎn)換效率。特別地，在使用波片的光學(xué)系統(tǒng)中，由于該光學(xué)系統(tǒng)中的透鏡構(gòu)造等因素，在光的強(qiáng)度分布中常常出現(xiàn)作為光的入射角的函數(shù)的偏性。在這種情況下，可通過(guò)使用本實(shí)施例的波片100并將波片設(shè)置成在其表面中旋轉(zhuǎn)以使具有高強(qiáng)度的光能夠以位于小于0度的負(fù)側(cè)的入射角入射，來(lái)以較高效率進(jìn)行偏振轉(zhuǎn)換。下面將參考圖6A-12B來(lái)描述通過(guò)波片的實(shí)際制造和測(cè)量對(duì)這些模擬結(jié)果進(jìn)行的檢驗(yàn)的結(jié)果。首先，如圖6A和6B所示，切出各自具有矩形形狀的第一石英片Ic和第二石英片 2c。這些石英片lc、2c是相同的石英片。類似于模擬，它們是通過(guò)以下方法獲得的相對(duì)于光軸以25度進(jìn)行Z切，并將它們的厚度設(shè)定為約0. 15mm,以便能夠?qū)τ谝?度入射角入射并具有480nm波長(zhǎng)的光獲得180度的相位差。圖6B是從垂直于主面的方向觀察第一石英片Ic和第二石英片2c時(shí)的正視圖。圖 6A是從平行于主面的方向觀察到的俯視圖。箭頭A8表示第一石英片Ic的光軸方向。箭頭A9表示第二石英片2c的光軸方向。 在第一石英片Ic和第二石英片2c兩者中，光軸相對(duì)于入射光的偏振方向(X軸)的方位角均為22. 5度。在第一石英片Ic和第二石英片2c的主面上形成有溝槽3和4，以區(qū)別石英片的前后側(cè)。圖7A和7B是由第一石英片Ic和第二石英片2c重疊構(gòu)成的本實(shí)施例的波片100 的示意圖。圖7B是從垂直于波片100的主面(石英片Ic和2c的主面)的方向觀察到的正視圖。圖7A是從平行于主面的方向觀察到的俯視圖。如圖7B所示，第二石英片2c沿其主面內(nèi)的方向旋轉(zhuǎn)90度。第二石英片2c的溝槽4在圖7B中以虛線示出。這意味著溝槽4在圖7B中設(shè)置在第二石英片2c的后側(cè)。具體說(shuō)，圖7B所示第二石英片2c是由圖6B所示第二石英片2c的前后側(cè)反向并在圖中沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度而得到的。通過(guò)如此構(gòu)成波片100，第二石英片2c的光軸在正視圖中的方位角被設(shè)定為67. 5 度。第一石英片Ic的光軸的方位角為22. 5度。此外，如圖7A所示，各石英片的光軸在從平行于主面的方向觀察到的俯視圖中是彼此平行的。圖8A和8B是示出由第一石英片Ic和第二石英片2c重疊構(gòu)成的現(xiàn)有技術(shù)的波片 110(見(jiàn)圖2)的示意圖。圖8B是從垂直于波片110的主面(石英片Ic和2c的主面)的方向觀察到的正視圖。圖8A是從平行于該主面的方向觀察到的俯視圖。如圖8B所示，第二石英片2c在圖中沿其主面內(nèi)的方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度。此外， 如虛線表示的溝槽4所示，圖8B所示第二石英片2c是由圖6B所示第二石英片2c的前后側(cè)反向得到的。如果波片110是如此構(gòu)成的，則雖然第二石英片2c的光軸在正視圖中的方位角被設(shè)定為67. 5度，但是第二石英片2c的光軸在俯視圖中卻沿與第一石英片Ic的光軸相交的方向取向，如圖8A所示。如圖9所示，將如此構(gòu)成的波片100和110固定至玻璃白板5，并設(shè)定在分光光度計(jì)中。第一石英片Ic和第二石英片2c通過(guò)修補(bǔ)帶6簡(jiǎn)單地固定至玻璃白板5。在從分光光度計(jì)的光源7向波片100、110發(fā)射的光8的入射側(cè)設(shè)置有偏振片10， 并在透射穿過(guò)波片100、110的光8的出射側(cè)設(shè)置有檢偏器11。從光源7出射的光8透射穿過(guò)偏振片10，然后如光斑9所示入射到第一石英片Ic 與第二石英片2c之間的交叉部分。透射穿過(guò)該交叉部分的光入射到檢偏器11，并且透射穿過(guò)檢偏器11的光由受光器(未示出)檢測(cè)。沿檢偏器11的入射面中的方向旋轉(zhuǎn)檢偏器11，并測(cè)量波片100、110在平行尼科耳棱鏡和正交尼科耳棱鏡中的透射率。圖IOA和IOB示出了本實(shí)施例的波片100的透射率的實(shí)際測(cè)量的結(jié)果。圖IOA示出了平行尼科耳棱鏡中的透射率，而圖IOB示出了正交尼科耳棱鏡中的透射率。線a、b和c分別對(duì)應(yīng)于光向波片100的入射角為0度、-3度和+3度的情況。因?yàn)榈谝皇⑵琁c和第二石英片2c的重疊是通過(guò)修補(bǔ)帶6簡(jiǎn)單地進(jìn)行的，所以在所有線a、b和c中，圖IOA中的透射率均高于示出模擬結(jié)果的圖4A中的透射率。然而，以下趨勢(shì)與模擬結(jié)果的趨勢(shì)相同。具體說(shuō)，當(dāng)光的入射角為0度和-3度時(shí)，透射率的波長(zhǎng)依存性小。當(dāng)光的入射角為+3度時(shí)，透射率的波長(zhǎng)依存性大，并且透射率在較長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)較高。同樣，在示出正交尼科耳棱鏡中的透射率的圖IOB中，雖然透射率與圖4B相比較低，但是以下趨勢(shì)與模擬結(jié)果的趨勢(shì)是相同的。具體說(shuō)，當(dāng)光的入射角為0度和-3度時(shí)，透射率的波長(zhǎng)依存性小。當(dāng)光的入射角為+3度時(shí)，透射率的波長(zhǎng)依存性大，并且透射率在較長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)較低。圖IlA和IlB示出了具有現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)造的波片110的透射率的實(shí)際測(cè)量的結(jié)果。圖IlA示出了平行尼科耳棱鏡中的透射率，而圖IlB示出了正交尼科耳棱鏡中的透射率。線a、b和c分別對(duì)應(yīng)于光向波片110的入射角為0度、-3度和+3度的情況。在圖IlA中，雖然透射率整體較高，但是趨勢(shì)與圖5A的模擬結(jié)果的趨勢(shì)是大致相同的。具體說(shuō)，例如，入射角為+3度的光的透射率在較短波長(zhǎng)側(cè)較高。同樣，在示出正交尼科耳棱鏡的情況的圖IlB中，雖然透射率整體較低，但是趨勢(shì)與圖5B的模擬結(jié)果的趨勢(shì)是大致相同的。具體說(shuō)，例如，入射角為+3度的光的透射率在較短波長(zhǎng)側(cè)較低。圖12A和12B示出了對(duì)于通過(guò)將第一石英片Ic實(shí)際上粘結(jié)至第二石英片2c并在其表面上形成防反射膜而制成的本實(shí)施例的波片100通過(guò)類似于圖9地測(cè)量透射率所獲得的結(jié)果。第一石英片Ic與第二石英片2c的粘結(jié)是通過(guò)紫外線粘結(jié)劑進(jìn)行的。圖12A示出了平行尼科耳棱鏡的波片100的透射率，而圖12B示出了正交尼科耳棱鏡的波片100的透射率。根據(jù)圖12A，可看出入射角為0度和-3度的光的透射率整體均很低，能夠獲得與圖4A的模擬結(jié)果大致相當(dāng)?shù)母咿D(zhuǎn)換效率。此外，入射角為+3度的光的透射率在較長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)較高的趨勢(shì)也與模擬結(jié)果良好匹配。因?yàn)樵O(shè)置有防反射膜，所以在示出正交尼科耳棱鏡的情況的圖12B中，透射率整體增高約10%。然而，對(duì)于入射角為0度和-3度的光，波長(zhǎng)依存性幾乎不存在，并且透射率高。此外，入射角為+3度的光的透射率在較長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)較低的趨勢(shì)也與圖4B的模擬結(jié)果良好匹配。如上所述，根據(jù)本實(shí)施例的波片100，通過(guò)將兩個(gè)石英片構(gòu)造成使得石英片的光軸在從平行于它們的主面的方向觀察石英片時(shí)彼此平行，能夠降低入射角在小于0度的負(fù)側(cè)的光的波長(zhǎng)依存性。例如，如果使波片100沿其主面內(nèi)的方向旋轉(zhuǎn)并設(shè)置成使得強(qiáng)光能夠沿著-3度入射角的方向入射，則在圖12A、12B等中示出的入射角為-3度和0度的光的特性占支配地位，并且能夠在整個(gè)可見(jiàn)光范圍中獲得良好的偏振轉(zhuǎn)換效率。雖然以上示出了波長(zhǎng)范圍為420nm-700nm內(nèi)的數(shù)據(jù)，但是對(duì)于較短波長(zhǎng)側(cè)的極限為400nm或更短的情況也能獲得相同的有益效果。此外，波片100具有通過(guò)沿主面內(nèi)的方向旋轉(zhuǎn)由相同Z切形成的兩個(gè)波片并重疊這兩個(gè)波片而獲得的簡(jiǎn)單構(gòu)造。因此，制造也容易，并且能夠降低成本。在上述專利文獻(xiàn)1的技術(shù)中，由于設(shè)計(jì)的復(fù)雜性以及抑制波長(zhǎng)分散的目的，一個(gè)石英片的厚度必須設(shè)定為約0. 1mm。該厚度在一般制造方法中接近制造極限，因此生產(chǎn)率低下。
然而，在本實(shí)施例的波片100中，如上所述，即使對(duì)于單片厚度約為0. 15mm的石英片，也能充分降低波長(zhǎng)依存性，并且能夠提高生產(chǎn)率。當(dāng)本實(shí)施例中的石英片的單片厚度在至少0. lmm-0. 3mm的范圍內(nèi)時(shí)，能夠降低入射角在小于0度的負(fù)側(cè)的光的波長(zhǎng)依存性。在以上描述中，采取了使用相對(duì)于光軸以25度進(jìn)行Z切所形成的石英片的示例。 然而，該角度可在例如15度-30度的范圍內(nèi)相應(yīng)地設(shè)定。當(dāng)?shù)谝皇⑵墓廨S的方位角與第二石英片的光軸的方位角的組合為5度、 67. 5度)、(112. 5度、157. 5度)或(157. 5度、112. 5度)時(shí)，也能獲得相同的有益效果。2.第二實(shí)施例(偏振轉(zhuǎn)換元件的示例)下面將描述通過(guò)使用上述波片100來(lái)構(gòu)成偏振轉(zhuǎn)換元件的示例。圖13是示出本公開(kāi)第二實(shí)施例的偏振轉(zhuǎn)換元件200的構(gòu)造的示意性構(gòu)造圖。本實(shí)施例的偏振轉(zhuǎn)換元件200包括將入射光分離成ρ偏振光和s偏振光的偏振分離器20、和設(shè)置在被偏振分離器20分離出的ρ偏振光和s偏振光之一的光路上的波片24。偏振分離器20是由呈例如平行六面體形狀的多個(gè)棱鏡21彼此粘結(jié)而成的。在棱鏡21之間的粘結(jié)面處，交替形成有例如反射s偏振光并透射ρ偏振光的PBS面2 和再次反射被PBS面22a反射的s偏振光的反射面22b。在透射穿過(guò)PBS面2 的ρ偏振光出射的棱鏡21的出射面處，設(shè)置有波片24。作為該波片24，可使用第一實(shí)施例(圖IA和1B)中示出的波片100。在本示例中，波片100 沿面內(nèi)方向旋轉(zhuǎn)并設(shè)置成使得P偏振光的偏振方向能夠與圖IA和IB中的波片100的X軸
方向一致。可在出射面設(shè)置有波片M的棱鏡21的光入射側(cè)的面處設(shè)置遮光片23。如箭頭AlO所示，在本實(shí)施例中入射到偏振轉(zhuǎn)換元件200的s偏振光被棱鏡21的 PBS面2 反射，并入射到反射面22b。然后，s偏振光再次被反射面22b反射，并直接出射為s偏振光。另一方面，如箭頭All所示，入射到本實(shí)施例的偏振轉(zhuǎn)換元件200的ρ偏振光透射穿過(guò)棱鏡21的PBS面22a，并入射到波片Μ。在入射到波片M的ρ偏振光中，基于相對(duì)于 X軸處于45度方位角的有效軸(virtual axis)發(fā)生180度的相位差(λ/2)。因此，發(fā)生軸對(duì)稱的偏振變化，使得光出射為s偏振光。這樣，在本實(shí)施例的偏振轉(zhuǎn)換元件200中，包括ρ偏振光和s偏振光兩者的光被轉(zhuǎn)換成這些偏振方向之一的光。特別地，第一實(shí)施例中示出的波片100被用作波片24。因此，對(duì)于入射角在負(fù)側(cè)的光能夠降低波長(zhǎng)依存性。因此，通過(guò)將偏振轉(zhuǎn)換元件設(shè)置成使得光以小于0度的負(fù)側(cè)的入射角優(yōu)選以-3度入射到波片Μ，能夠?qū)崿F(xiàn)高的偏振轉(zhuǎn)換效率。圖14Α是從波片M側(cè)觀察偏振轉(zhuǎn)換元件200時(shí)的示意性正視圖。偏振轉(zhuǎn)換元件200分成兩個(gè)區(qū)域Tl和Τ2。波片M設(shè)置在區(qū)域Tl和區(qū)域Τ2的每一個(gè)中。為方便起見(jiàn)，以下將分別描述設(shè)置在區(qū)域Τ2中的波片2 和設(shè)置在區(qū)域Tl中的波片Mb。然而，這些波片2 和24b與第一實(shí)施例中示出的波片100是相同的，并且是通過(guò)將外形加工成矩形形狀而獲得的。在區(qū)域T2中，如圖14B所示，對(duì)于圖中的坐標(biāo)方向，波片2 設(shè)置成與第一實(shí)施例 (圖IA和1B)中示出的波片100的取向相同。箭頭A12表示構(gòu)成波片Ma的第一石英片1的光軸方向，而箭頭A13表示構(gòu)成波片Ma的第二石英片2的光軸方向。區(qū)域Tl中的波片24b設(shè)置為由沿主面內(nèi)的方向(XY平面內(nèi)的方向)180度旋轉(zhuǎn)設(shè)置在區(qū)域T2中的波片2 得到的取向。這時(shí)，構(gòu)成波片24b的第一石英片1和第二石英片 2的光軸分別處于圖14C所示箭頭A14和A15的取向。因此，區(qū)域T2中的波片Ma對(duì)于入射角在小于0度的負(fù)側(cè)的光提供高的轉(zhuǎn)換效率。區(qū)域Tl中的波片24b對(duì)于入射角在大于0度的正側(cè)的光呈現(xiàn)出良好的轉(zhuǎn)換效率，因?yàn)椴ㄆ?4b是由沿主面內(nèi)的方向180度旋轉(zhuǎn)波片2 得到的。通常，由于光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)造，如光學(xué)系統(tǒng)中的透鏡的偏心等，入射到偏振轉(zhuǎn)換元件的光的入射角的分布是不均勻的。因此，入射到偏振轉(zhuǎn)換元件的光的入射角的分布在其主面內(nèi)并不一定是均勻的。然而，通過(guò)像本實(shí)施例中那樣適宜地改變波片M在偏振轉(zhuǎn)換元件200中的設(shè)置取向，能夠進(jìn)行與光在主面內(nèi)的入射角分布相關(guān)聯(lián)的偏振轉(zhuǎn)換，因此能夠進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)換效率。除這里示出的波片2 和Mb的光軸方向的組合之外，還存在提供同等有益效果的組合。這些組合通過(guò)例如沿波片2 和24b的主面(XY平面)內(nèi)的方向旋轉(zhuǎn)波片2 和 24b而獲得。這些組合在圖15A-15H中例示出。在以下描述中，第一石英片1的光軸的取向以箭頭A12示出，而第二石英片2的光軸的取向以箭頭A13示出。在本示例中，第一石英片1 和第二石英片2在從平行于主面的方向觀察到的俯視圖中的光軸是彼此平行的，并且在所有組合中是相同的。然而，在從垂直于主面的方向觀察到的正視圖中的光軸的組合是不同的。圖15A示出了圖14A-14C所示的組合。因此，由箭頭A12示出的第一石英片1的光軸的方位角為67. 5度，而由箭頭A13示出的第二石英片2的光軸的方位角為22. 5度。波片Mb由波片2 沿其主面內(nèi)的方向旋轉(zhuǎn)180度而得到。如已經(jīng)描述的，如在本說(shuō)明書(shū)中定義的，方位角與光軸在Z軸方向上的取向無(wú)關(guān)，圖中箭尖取向?yàn)?80度相反側(cè)的光軸具有相同的方位角。因此，由箭頭A12示出的光軸的方位角同樣地為67. 5度，而由箭頭A13示出的光軸的方位角為22. 5度。如圖15B所示，也可采用通過(guò)在正視圖中交換第一石英片1的光軸的取向與第二石英片2的光軸的取向所獲得的構(gòu)造。在波片2 中，第一石英片1的光軸(箭頭A12)的方位角為22. 5度，而第二石英片2的光軸(箭頭A13)的方位角為67. 5度。波片Md由波片2 沿主面內(nèi)的方向旋轉(zhuǎn)180度而得到。第一石英片1的光軸 (箭頭AU)的方位角為22. 5度，而第二石英片2的光軸(箭頭Al； )的方位角為67. 5度。圖15C示出了通過(guò)使圖15A中的波片2 和24b沿主面內(nèi)的方向(XY平面內(nèi)的方向)旋轉(zhuǎn)90度所獲得的構(gòu)造。因此，在波片Me中，第一石英片1的光軸的方位角為箭頭 A12示出的157. 5度(-22. 5度)，而第二石英片2的光軸的方位角為箭頭A13示出的112. 5 度(-67. 5 度)。波片24f由波片2 沿主面內(nèi)的方向旋轉(zhuǎn)180度而得到。因此，第一石英片1的光軸(箭頭AU)的方位角和第二石英片2的光軸(箭頭Al； )的方位角相似地分別為157. 5 度和112. 5度。
圖15D示出了通過(guò)使圖15B中的波片2 和24d沿主面內(nèi)的方向旋轉(zhuǎn)90度所獲得的構(gòu)造。在波片Mg中，第一石英片1的光軸(箭頭A12)的方位角為112.5度(-67.5 度)，而第二石英片2的光軸(箭頭Al； )的方位角為157. 5度(-22. 5度)。波片Mh由波片24g在其主面內(nèi)旋轉(zhuǎn)180度而得到。因此，第一石英片1的光軸 (箭頭A12)的方位角也同樣地為112. 5度，而第二石英片2的光軸(箭頭A13)的方位角為 157. 5 度。圖15E示出了圖15A中的波片Ma與圖15B中的波片Md的組合。圖15F示出了圖15B中的波片2 與圖15A中的波片24b的組合。圖15G示出了圖15C中的波片2 與圖15D中的波片Mh的組合。圖15H示出了圖15D中的波片Mg與圖15C中的波片Mf的組合。具體說(shuō)，波片2如、2如和24g作為與波片2 相當(dāng)?shù)牟ㄆ嬖冢ㄆ琈cUMf 和24h作為與波片24b相當(dāng)?shù)牟ㄆ嬖?。因此，總共存?X4= 16種組合。圖15A-15H 示出了這16種組合中的八種組合。3.第三實(shí)施例(照明光學(xué)系統(tǒng)的示例)下面將參考圖16描述通過(guò)使用本公開(kāi)一實(shí)施例的波片100來(lái)構(gòu)成能夠應(yīng)用于例如投影儀等圖像顯示裝置的照明光學(xué)系統(tǒng)的示例。圖16是示出第三實(shí)施例的照明光學(xué)系統(tǒng)300的構(gòu)造的示意性構(gòu)造圖。本實(shí)施例的照明光學(xué)系統(tǒng)300包括發(fā)光的光源30、降低從光源30射出的光的輝度不均勻性的積分元件35、和調(diào)整透射穿過(guò)積分元件35的光的偏振方向的偏振轉(zhuǎn)換元件36。作為光源30，使用的是例如超高壓汞燈。從光源30射出的光被反射器31反射，并穿過(guò)覆蓋該反射器的光出射口的防爆玻璃32射出。防爆玻璃32是為了保護(hù)光源30免受損傷等而設(shè)置的。對(duì)于透射穿過(guò)防爆玻璃32的光，在圖中XY平面內(nèi)的輝度分布的不均勻性通過(guò)積分元件35得到降低。在本實(shí)施例中，積分元件35由第一蠅眼透鏡33和第二蠅眼透鏡34 組成?？稍诠庠?0與積分元件35之間設(shè)置紫外線截止濾波器(ultraviolet cut filter)ο透射穿過(guò)積分元件35的光被偏振轉(zhuǎn)換元件36轉(zhuǎn)換成偏振方向被調(diào)整為一個(gè)方向的光，并從照明光學(xué)系統(tǒng)300射出。作為該偏振轉(zhuǎn)換元件36，可使用第二實(shí)施例中示出的偏振轉(zhuǎn)換元件200。在該偏振轉(zhuǎn)換元件36中，與例如構(gòu)成第二蠅眼透鏡的各透鏡34a_34d相對(duì)應(yīng)地設(shè)置波片37a-37d。對(duì)于來(lái)自透鏡3 和34b的光，與第一實(shí)施例(圖IA和1B)中示出的波片100相同的波片37a和37b分別設(shè)置在與第二實(shí)施例(圖14A-14C)中示出的波片2 相同的坐標(biāo)軸方向上。對(duì)于來(lái)自透鏡3 和34d的光，分別設(shè)置由波片37a和37b沿主面內(nèi)的方向(XY 平面內(nèi)的方向)旋轉(zhuǎn)180度得到的波片37c和37d。也就是說(shuō)，波片37c和37d相當(dāng)于圖 14A-14C所示的波片Mb。從光源30射出的光的輝度分布并未變得完全均勻，雖然該光穿過(guò)了積分元件35。例如，如同圖16中的光束L1-L4那樣從外側(cè)朝內(nèi)側(cè)行進(jìn)的光束的強(qiáng)度通常高于其它光束的強(qiáng)度。具體說(shuō)，在入射到波片37a和37b的光束中，入射角在小于0度的負(fù)側(cè)的光束Ll 和L2的強(qiáng)度較高。因此，通過(guò)將波片37a和37b設(shè)置成使得構(gòu)成波片37a和37b的石英片的光軸取向?yàn)榕c第二實(shí)施例(圖14A-14C)中示出的波片2 相同的取向，光束Ll和L2能夠優(yōu)先地受到偏振轉(zhuǎn)換，并且能夠提高轉(zhuǎn)換效率。在入射到波片37c和37d的光束中，入射角在大于0度的正側(cè)的光束L3和L4的強(qiáng)度較高。因此，通過(guò)沿主面內(nèi)的方向旋轉(zhuǎn)波片37a(37b) 180度并將之設(shè)置成使得其光軸能夠取向?yàn)榕c第二實(shí)施例(圖14A-14C)中示出的波片24b相同的取向，光束L3和L4能夠優(yōu)先地受到偏振轉(zhuǎn)換，并且能夠提高轉(zhuǎn)換效率。這樣，在本實(shí)施例中，通過(guò)與具有高強(qiáng)度的光的入射角相關(guān)聯(lián)地設(shè)置波片 37a-37d,能夠提高偏振轉(zhuǎn)換效率。因此，能夠提高照明的輝度。4.第四實(shí)施例(圖像顯示裝置的示例)通過(guò)使用上述照明光學(xué)系統(tǒng)來(lái)構(gòu)成例如投影儀等圖像顯示裝置，能夠顯示更明亮、更清晰的圖像。圖17是示出第四實(shí)施例的圖像顯示裝置400的構(gòu)造的示意性構(gòu)造圖。本實(shí)施例的圖像顯示裝置400包括出射偏振光的照明光學(xué)系統(tǒng)40、分離照明光學(xué)系統(tǒng)40所出射的光的分光光學(xué)系統(tǒng)50、調(diào)制被分光光學(xué)系統(tǒng)50分離的光束的液晶面板 63,68 和 73。此外，圖像顯示裝置400包括合成由液晶面板63、68和73調(diào)制的各光束的光合成器80、和投射由光合成器80合成的光的投射透鏡90。作為照明光學(xué)系統(tǒng)40，可使用第三實(shí)施例(圖16)中示出的照明光學(xué)系統(tǒng)300。從例如超高壓汞燈等光源射出的白光被反射器42反射，并透射穿過(guò)防爆玻璃43以射出。在本實(shí)施例中，在照明光學(xué)系統(tǒng)40中設(shè)置有紫外線截止濾波器44，從透射穿過(guò)防爆玻璃43的光中去除紫外線。透射穿過(guò)紫外線截止濾波器44的光在其輝度不均勻性被第一蠅眼透鏡45和第二蠅眼透鏡46降低后入射到偏振轉(zhuǎn)換元件47。作為偏振轉(zhuǎn)換元件47，使用第二實(shí)施例(圖 13)中示出的偏振轉(zhuǎn)換元件200。偏振轉(zhuǎn)換元件47將入射光轉(zhuǎn)換成例如s偏振光，并且該 s偏振光從照明光學(xué)系統(tǒng)40出射。從照明光學(xué)系統(tǒng)40射出的光被例如聚光透鏡48準(zhǔn)直，并入射到分光光學(xué)系統(tǒng)50。分光光學(xué)系統(tǒng)50包括二向色鏡49和二向色鏡53。例如，二向色鏡49透射來(lái)自照明光學(xué)系統(tǒng)40的白光中的藍(lán)光，并反射紅光和綠光。二向色鏡53設(shè)置在被二向色鏡49反射的光的光路上。它反射綠光并透射紅光。入射到分光光學(xué)系統(tǒng)50的光首先入射到例如二向色鏡49。二向色鏡49透射藍(lán)光并反射紅光和綠光。透射穿過(guò)二向色鏡49的藍(lán)光透射穿過(guò)紫外線吸收濾波器51，從而截除紫外線。透射穿過(guò)紫外線吸收濾波器51的藍(lán)光被反射鏡52反射，因此其行進(jìn)路徑發(fā)生改變，使得藍(lán)光入射到聚光透鏡61。被聚光透鏡61會(huì)集的藍(lán)光的偏振方向通過(guò)入射側(cè)偏振片62調(diào)整成直線偏振光， 并入射到液晶面板63。在液晶面板63的后續(xù)階段，作為檢偏器設(shè)置有出射側(cè)偏振片64。出射側(cè)偏振片64只透射透射穿過(guò)液晶面板63的光中的具有預(yù)定偏振方向的光。入射側(cè)偏振片62和出射側(cè)偏振片64的偏振面設(shè)置成例如彼此一致。作為液晶面板63，可使用例如扭曲向列型的面板。在該情況下，取決于圖像信息的藍(lán)光用信號(hào)電壓施加至例如液晶面板63的每個(gè)像素，而透射穿過(guò)每個(gè)像素的藍(lán)光的偏振方向根據(jù)該電壓發(fā)生旋轉(zhuǎn)。通過(guò)使偏振方向相對(duì)于各像素各不相同的該藍(lán)光透射穿過(guò)出射側(cè)偏振片64，能夠獲得具有取決于圖像信息的強(qiáng)度分布的藍(lán)光。透射穿過(guò)出射側(cè)偏振片64的藍(lán)光透射穿過(guò)設(shè)置在例如合成棱鏡80的入射面上的半波膜。由此，使其偏振方向旋轉(zhuǎn)90度，然后該藍(lán)光入射到合成棱鏡80。被二向色鏡49反射的紅光和綠光入射到二向色鏡53。二向色鏡53反射綠光并透射紅光。被二向色鏡53反射的綠光入射到聚光透鏡66。被聚光透鏡66會(huì)集的綠光通過(guò)入射側(cè)偏振片67轉(zhuǎn)換成直線偏振光，并入射到液晶面板68。液晶面板68根據(jù)圖像信息旋轉(zhuǎn)透射穿過(guò)每個(gè)像素的綠光的偏振方向。透射穿過(guò)液晶面板68的綠光透射穿過(guò)出射側(cè)偏振片69，從而變成具有取決于圖像信息的強(qiáng)度分布的綠色圖像光，并入射到合成棱鏡80。透射穿過(guò)二向色鏡53的紅光透射穿過(guò)會(huì)集透鏡M，然后被反射鏡55反射。例如帶通濾波器等波長(zhǎng)選擇濾波器56設(shè)置在被反射鏡55反射的紅光的光路上， 并且只向后續(xù)階段透射有效的紅光。透射穿過(guò)波長(zhǎng)選擇濾波器56的紅光透射穿過(guò)會(huì)集透鏡57，然后被反射鏡58反射， 以使其行進(jìn)路徑發(fā)生改變。該紅光因其光路較長(zhǎng)，所以比綠光和藍(lán)光更容易擴(kuò)散。因此，紅光通過(guò)會(huì)集透鏡M 和57得到收斂。被反射鏡58反射的紅光被聚光透鏡71會(huì)集，然后入射到入射側(cè)偏振片72。紅光透射穿過(guò)入射側(cè)偏振片72，從而變成直線偏振光，并入射到液晶面板73。在液晶面板73中，基于圖像信息的電壓信號(hào)施加至各像素。此外，透射的紅光的偏振方向根據(jù)該電壓信號(hào)得到旋轉(zhuǎn)。透射穿過(guò)液晶面板73的紅光入射到出射側(cè)偏振片74， 以變成具有取決于圖像信息的強(qiáng)度分布的紅色圖像光。透射穿過(guò)出射側(cè)偏振片74的紅光的偏振方向通過(guò)設(shè)置在例如合成棱鏡80的入射面上的半波膜75旋轉(zhuǎn)90度，然后該紅光入射到合成棱鏡80。合成棱鏡80透射作為的ρ偏振光的綠光，并反射作為s偏振光的藍(lán)光和紅光，從而將紅光、綠光和藍(lán)光合成到相同的光路上。從合成棱鏡出射的合成光通過(guò)投射透鏡90以放大方式投射到例如屏幕上。如上所述，在本實(shí)施例的圖像顯示裝置400中，使用的是第三實(shí)施例(圖16)中示出的照明光學(xué)系統(tǒng)。在該照明光學(xué)系統(tǒng)40中，來(lái)自光源41的光的偏振轉(zhuǎn)換效率高。因此， 照明光學(xué)系統(tǒng)40能夠以低電能消耗輸出具有高輝度的光。因此，本實(shí)施例的圖像顯示裝置 400能夠以低成本提供更亮、更清晰的圖像。以上描述了根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的波片、偏振轉(zhuǎn)換元件、照明光學(xué)系統(tǒng)和圖像顯示裝置。然而，本公開(kāi)并不局限于上述實(shí)施例，并包括不背離權(quán)利要求所給出的本公開(kāi)的要旨的各種可能模式。
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本公開(kāi)包含與2010年9月30日在日本專利局提交的日本優(yōu)先權(quán)專利申請(qǐng)JP 2010-221508的公開(kāi)內(nèi)容相關(guān)的主題，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文。
權(quán)利要求
1.一種波片，包括晶體的光軸相對(duì)于主面傾斜的第一石英片；和晶體的光軸相對(duì)于主面傾斜的第二石英片，第二石英片的主面與第一石英片的主面重疊，其中，在從垂直于主面的方向觀察到的正視圖中，由第一石英片的光軸和第二石英片的光軸形成的角度為45度，并且在從平行于主面的方向觀察到的俯視圖中，第一石英片的光軸平行于第二石英片的光軸。
2.如權(quán)利要求1所述的波片，其中，當(dāng)?shù)谝皇⑵墓廨S在所述正視圖中的方位角為 22. 5度、67. 5度、112. 5度或157. 5度時(shí)，第二石英片的光軸在所述正視圖中的方位角分別為 67. 5 度、22. 5 度、157. 5 度或 112. 5 度。
3.如權(quán)利要求1所述的波片，其中，對(duì)于具有期望波長(zhǎng)的光，第一石英片和第二石英片生成180度的相位差。
4.如權(quán)利要求1所述的波片，其中，第一和第二石英片的光軸相對(duì)于第一和第二石英片的主面傾斜的角度為15度-30度。
5.如權(quán)利要求1所述的波片，其中，第一和第二石英片具有相同的厚度、和相同的在厚度方向上的光軸傾斜度。
6.如權(quán)利要求1所述的波片，其中，第一石英片和第二石英片的單片厚度為 0. lmm-0. 3mm。
7.一種偏振轉(zhuǎn)換元件，包括構(gòu)造成將入射光分離成P偏振光和S偏振光的偏振分離器；和構(gòu)造成設(shè)置在被所述偏振分離器分離出的P偏振光和s偏振光中的一個(gè)的光路上的波片，其中所述波片包括晶體的光軸相對(duì)于主面傾斜的第一石英片、和晶體的光軸相對(duì)于主面傾斜的第二石英片，并且第二石英片的主面與第一石英片的主面重疊，并且在從垂直于主面的方向觀察到的正視圖中，由第一石英片的光軸和第二石英片的光軸形成的角度為45度，并且在從平行于主面的方向觀察到的俯視圖中，第一石英片的光軸平行于第二石英片的光軸。
8.如權(quán)利要求7所述的偏振轉(zhuǎn)換元件，其中，設(shè)置有多個(gè)偏振分離器和多個(gè)波片，并且所述波片沿主面內(nèi)的方向旋轉(zhuǎn)并設(shè)置成使得入射光的入射角和強(qiáng)度匹配于所述波片的視角特性。
9.一種照明光學(xué)系統(tǒng)，包括光源；構(gòu)造成降低從所述光源射出的光的照度不均勻性的積分元件；和偏振轉(zhuǎn)換元件，構(gòu)造成設(shè)置在透射穿過(guò)所述積分元件的光的光路上，并包括將入射光分離成P偏振光和S偏振光的偏振分離器、和設(shè)置在被所述偏振分離器分離出的P偏振光和S偏振光中的一個(gè)的光路上的波片，其中所述波片包括晶體的光軸相對(duì)于主面傾斜的第一石英片、和晶體的光軸相對(duì)于主面傾斜的第二石英片，并且第二石英片的主面與第一石英片的主面重疊，并且在從垂直于主面的方向觀察到的正視圖中，由第一石英片的光軸和第二石英片的光軸形成的角度為45度，并且在從平行于主面的方向觀察到的俯視圖中，第一石英片的光軸平行于第二石英片的光軸。
10.如權(quán)利要求9所述的偏振轉(zhuǎn)換元件，其中，所述偏振轉(zhuǎn)換元件包括多個(gè)偏振分離器和多個(gè)波片，并且所述波片沿主面內(nèi)的方向旋轉(zhuǎn)并設(shè)置成使得入射光的入射角和強(qiáng)度匹配于所述波片的視角特性。
11.一種圖像顯示裝置，包括照明光學(xué)系統(tǒng)，構(gòu)造成包括光源；降低從所述光源射出的光的照度不均勻性的積分元件；和偏振轉(zhuǎn)換元件，所述偏振轉(zhuǎn)換元件設(shè)置在透射穿過(guò)所述積分元件的光的光路上，并包括將入射光分離成P偏振光和S偏振光的偏振分離器、和設(shè)置在被所述偏振分離器分離出的P偏振光和S偏振光中的一個(gè)的光路上的波片；構(gòu)造成分離從所述照明光學(xué)系統(tǒng)出射的光的分光光學(xué)系統(tǒng)；構(gòu)造成調(diào)制分離出的光的液晶面板；構(gòu)造成合成被所述液晶面板調(diào)制的光的光合成器；和構(gòu)造成投射由所述光合成器合成的光的透鏡，其中所述波片包括晶體的光軸相對(duì)于主面傾斜的第一石英片、和晶體的光軸相對(duì)于主面傾斜的第二石英片，并且第二石英片的主面與第一石英片的主面重疊，并且在從垂直于主面的方向觀察到的正視圖中，由第一石英片的光軸和第二石英片的光軸形成的角度為45度，并且在從平行于主面的方向觀察到的俯視圖中，第一石英片的光軸平行于第二石英片的光軸。
全文摘要
這里所公開(kāi)的是一種波片，其包括晶體的光軸相對(duì)于主面傾斜的第一石英片；和晶體的光軸相對(duì)于主面傾斜的第二石英片，第二石英片的主面與第一石英片的主面重疊，其中，在從垂直于主面的方向觀察到的正視圖中，由第一石英片的光軸和第二石英片的光軸形成的角度為45度，并且在從平行于主面的方向觀察到的俯視圖中，第一石英片的光軸平行于第二石英片的光軸。這里還公開(kāi)了使用上述波片的偏振轉(zhuǎn)換元件、照明光學(xué)系統(tǒng)和圖像顯示裝置。
文檔編號(hào)G02F1/13357GK102445729SQ20111028572
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者堀越?jīng)鲎? 山本英樹(shù) 申請(qǐng)人:索尼公司