專利名稱：1/4波長板、光拾取裝置和反射型液晶顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及例如在光拾取裝置、液晶投影儀等光學裝置、光學低通濾波器等光學 部件中使用的1/4波長板，特別涉及由石英這種具有雙折射性和旋光性的無機晶體材料構 成的1/4波長板。進而，本發(fā)明涉及使用該1/4波長板的光拾取裝置和反射型液晶顯示裝置。
背景技術：
以往，在各種光學用途中使用在線偏振光和圓偏振光之間轉換偏振狀態(tài)的1/4波 長的相位板即1/4波長板。 一般，l/4波長板利用由通過延伸處理而具有雙折射性的聚碳酸 酯等有機材料構成的樹脂薄膜、用透明基板夾持高分子液晶層的相位差板、石英等具有雙 折射性的無機晶體材料的晶板制造(例如參照專利文獻1 4)。 特別地，最近，在光盤裝置的記錄再現(xiàn)中使用的光拾取裝置中，為了實現(xiàn)記錄的高 密度化、大容量化，采用波長非常短的高輸出的藍紫色激光器。但是，上述樹脂薄膜和液晶 材料具有容易吸收從藍色到紫色以外區(qū)域的光的物理特性，所以，吸收藍紫色激光而發(fā)熱， 可能使材質自身劣化而有損波長板的功能。與此相對，石英等無機晶體材料的耐光性極高， 所以，石英波長板在使用藍紫色激光器的光學系統(tǒng)中特別有利。 開發(fā)了各種結構的石英波長板。例如，在專利文獻3所述的晶板中，當其光學軸相 對于其入射面的法線傾斜時，求出主橢圓偏振光的橢圓率k，通過下述關系式計算晶板的厚 度d，由此，能夠進行高精度的直線_圓偏振振轉換。
cos {(2 Ji /入)X A n…d} = - {2k/ (l_k2)}2 其中，A是入射到所述晶板的光的使用波長，An是相對于所述主橢圓偏振光的 折射率之差。 —般地，在光拾取裝置中，利用1/4波長板將來自半導體激光器的激光束從線偏
振光轉換為圓偏振光，通過光盤表面使其反射，利用所述1/4波長板恢復成線偏振光后，由
受光裝置轉換為電信號。但是，激光是發(fā)散光，所以，透射過l/4波長板時，由于其入射角度
依賴性而沒有成為完全的圓偏振光而成為橢圓偏振光的分量被光盤表面反射，返回半導體
激光器，所以，產生激光器振蕩不穩(wěn)定的問題。關于該問題，在專利文獻4所述的晶板中，通
過使由光的入射角決定的異常光的折射方向與光學軸以外的晶軸一致且與光學軸正交，由
此，由于入射角的變動而引起的通常光和異常光之間的相位差的變化量極小，改善了入射
角度依賴性的問題，能夠始終將入射的線偏振光大致完全轉換為圓偏振光來出射。 并且，公知有如下的相位板將2張晶板以它們的光學軸相互關于貼合面對稱、且
從板面的法線方向觀察相互平行的方式貼合，由此，能夠抵消由于光束入射角的變動而引
起的延遲的變化(例如參照專利文獻5)。進而，在貼合第一波長板和第二波長板的疊層1/4
波長板中，公知有如下結構在相對于光路稍微傾斜地配置的情況下，預料到由此產生的兩
波長板的光學軸的偏移，預先錯開層疊這些光學軸，由此，作為1/4波長板發(fā)揮期望的功能
(例如參照專利文獻6)。
并且，廣泛公知石英所具有的旋光性會對石英波長板的性能造成影響。針對該問 題，提出了如下的1/4波長板以光軸相互交叉的方式重合層疊由具有旋光能的光學材料 構成的2個波長板，通過使用龐加萊球的近似式求出的兩波長板的相位差、光學軸方位角 度、旋光能、以及旋轉軸和中性軸所成的角滿足規(guī)定的關系式，由此，降低旋光能造成的影 響，在寬帶中特性優(yōu)良(例如參照專利文獻7)。 關于該1/4波長板，使用與該專利文獻7的圖1相同的圖26的龐加萊球進行說明。 該圖例示出波長A的光在石英晶體中行進時的作用。設光的入射方向為通過赤道上的2 點Cf、Cs的中性軸Sl，根據直線雙折射對該中性軸Sl的方向賦予相位差r ，根據圓雙折射 對通過北極和南極的極軸方向LR賦予相位差2P ，該情況下，考慮它們的合成向量r'。設 在合成向量r '的延長方向上與龐加萊球交叉的2點為Pa、P，關于直線PaP和始終包含中 性軸Sl和與該中性軸Sl正交的中性軸S2在內的面所成的角e ，使用相位差向量r和相 位差向量2p由下式表現(xiàn)。
tanP = 2p /T
因此，合成向量r'由下式表現(xiàn)。
數(shù)式3
r '=Vr2+(2 p， 其中，設n/為異常光折射率，n。為通常光折射率， 為右圓偏振光折射率，化為 左圓偏振光折射率，d為晶體的厚度，r和p滿足以下的關系。
數(shù)式4
2jt , 、 《r :基于直線雙折射性的相位差r讓7( 2p :基于圓雙折射性的相位差2p 一"Y"(/^ —&>/ 這樣，合成向量r '是對基于直線雙折射性的相位差和基于圓雙折射性的相位差 進行合成后的合成向量，能夠作為在龐加萊球上以直線PaP為旋轉軸旋轉向量r'的動作 進行處理。 在上述專利文獻7中，在具有旋光能的石英波長板中，為了有效地仿真其相位差 特性，關于石英波長板的作用W，在厚度方向上將石英波長板分割為n個旋光片Ti(i = l n)和相位片Ri(i = 1 n)，將它們作為交替作用的元件，使用矩陣如下式那樣近似。
數(shù)式5
W = TnR," T^T^TA W =JjTkRk專利文獻1日本特開2005-208588號公報
專利文獻2日本特開2006-40343號公報
專利文獻3日本特公昭52-4948號公報
專利文獻4日本特公平3-58081號公報
專利文獻5日本特公平3-61921號公報
專利文獻6日本特開2006-40359號公報
專利文獻7日本特開2005-158121號公報 特別地，在高記錄密度光盤裝置的光拾取裝置中使用的1/4波長板要求橢圓率為 0. 9以上的高直線_圓偏振光轉換性能。但是，上述現(xiàn)有的石英波長板都不是考慮由于石英 的旋光性而引起的波長板的偏振狀態(tài)的變化對橢圓率和相位差雙方造成的直接影響而設 計的。因此，無法完全排除旋光性的影響，難以使1/4波長板的橢圓率成為0. 9以上的高值 或實質上接近1。 因此，本申請發(fā)明人驗證了，在1/4石英波長板中，其旋光性給偏振狀態(tài)帶來何種 變化、如何能夠解除該偏振狀態(tài)的變化。首先，在波長A 二 405nm中，關于按照通常手法設 計的光學軸方位角9 =45° 、設計相位差r =90°的石英波長板，分別仿真與石英板的 切割角度有關的橢圓率、相位差、波長板的厚度t。這里，相位差是指在入射到波長板的光 和從該波長板出射的光之間產生的實際相位差。光學軸方位角是指入射到波長板的光的線 偏振光的偏振面和投影到該波長板的入射面(或出射面)的晶體光學軸所成的角度。石英 板的切割角度是指豎立在石英板的入射面上的法線和石英晶體的Z軸(光學軸)所成的角
度。另外，在本仿真中使用右石英。相位差r利用公知的下式計算。 r = (360/A ) (ne_n0)t
n。通常光折射率
:異常光折射率 圖27和圖28分別示出以往公知的單板型的石英1/4波長板121、131。圖27(A)、 (B)的波長板121具有將入射光L的線偏振光轉換為右旋的圓偏振光并出射的右旋光性，其 光學軸方位角9為45° 。入射到該波長板的線偏振光的光由于石英的雙折射性，除了相位 差90°以外，作用有基于旋光性的偏振面的旋轉，所以，如圖27(C)所示，不是圓偏振光，而 是成為右旋的橢圓偏振光從出射面出射。另一方面，圖28(A) 、 (B)的波長板131具有將入 射光L的線偏振光轉換為左旋的圓偏振光并出射的左旋光性，其光學軸方位角e為135° 。 入射到該波長板的線偏振光的光同樣由于石英的雙折射性，除了相位差90。以外，作用有 基于旋光性的偏振面的旋轉，所以，如圖28(C)所示，不是圓偏振光，而是成為左旋的橢圓 偏振光從出射面出射。另外，本仿真中使用的波長板具有圖27(A)、 (B)所示的結構。
圖29(A) (C)示出其結果。根據圖29(A) 、 (B)可知，石英板的切割角度cp越大， 橢圓率越接近1，相位差維持90。，旋光性的影響小。與此相對，在切割角度(P為大約5 20°的小范圍中，橢圓率為0.9以下，相位差也無法穩(wěn)定地維持90。。但是，根據圖29(C) 可知，在切割角度9為大約30 90。的范圍中，石英板的厚度薄到10 26iim左右。因此， 石英板的強度顯著降低，脆弱且易斷裂，所以，在制造上和實際使用上的處理非常困難。
為了不成為制造上的困難，石英板的厚度至少需要80ym左右。因此，將石英板的 切割角度設定為IO。，對相位差和橢圓率的波長依賴性進行仿真。圖30是通過通常的設計 手法以光學軸方位角9 =45° 、設計相位差r =90°進行設計的情況，用實線示出橢圓 率，用點劃線示出相位差。如該圖所示，在波長A = 405nm中，橢圓率大約為0.46，相位差 為102. 2° 。 利用圖31的龐加萊球對其進行說明時，如下所述。在圖30的情況下，設入射光的 基準點為P。二 (1，0，0)，將旋轉軸R。設定在以S2軸為中心從Sl軸旋轉2e =90°的位置，進而使其相對于S1/S2平面向北極(S3)方向傾斜角度2P (P :石英板的旋光角)。當 以該旋轉軸R。為中心使基準點P。向右旋轉相位差S =90°時，該球上的點P工成為實際出 射光的位置。這樣，在從大幅遠離出射圓偏振光的北極的位置出射的橢圓偏振光中，不適于 要求高橢圓率的光拾取裝置這種光學系統(tǒng)。
發(fā)明內容
因此，本發(fā)明是鑒于上述現(xiàn)有問題點而完成的，其目的在于，提供如下的光學特性 優(yōu)良的1/4波長板由具有雙折射性和旋光性、針對短波長高輸出的藍紫色激光器發(fā)揮充 分的耐光性和可靠性的石英等無機材料的晶板形成，并且，能夠使橢圓率為最佳即0.9以 上的高值或實際接近1。 進而，本發(fā)明的目的在于，通過使用該光學特性優(yōu)良的1/4波長板，從而實現(xiàn)適用 于更高記錄密度的光盤裝置的光拾取裝置、以及與以往相比改善了對比度的反射型液晶顯 示裝置。 本申請發(fā)明人針對與圖27相關聯(lián)敘述的石英板，進一步仿真了光學軸方位角和 橢圓率之間的關系。圖l示出其結果。根據該圖可知，在光學軸方位角9 =35°附近，橢 圓率為最大且是0.9以上的良好的值。在該e =35°中，同樣設計切割角度(|>=10°、設計 相位差1\ = 90°的石英板，仿真并驗證了相位差和橢圓率的波長依賴性。圖2示出其結 果，且用實線示出橢圓率，用點劃線示出相位差?？紤]到制造上的誤差和成品率，優(yōu)選橢圓 率更接近l。因此，驗證了設計相位差r。和光學軸方位角e之間的關系。針對e =33° 、
33.5° 、34° 、34.5° 、35° ，仿真與設計相位差有關的橢圓率的變化，圖3示出其結果。在 設計相位差91.5。、光學軸方位角34。附近，橢圓率能夠改善到大約0.99。根據該圖可以 判明，不僅是光學軸方位角，通過使其與設計相位差相互變化，也能夠改善橢圓率。
圖4示出此時的相位差和橢圓率的波長依賴性，且用實線示出橢圓率，用點劃線 示出相位差。根據該圖可知，即使考慮到制造上的誤差和成品率，在波長405nm附近，也能 夠確保充分高的橢圓率。 使用圖5的龐加萊球對其進行說明。進而，圖6(A) 、 (B)示出分別從Sl方向(正 面)和S3方向(俯面)觀察圖5的龐加萊球的圖。在圖2的情況下，同樣設入射光L的基 準點為P。二 (1，0，0)，將旋轉軸&設定在以S2軸為中心從Sl軸旋轉2e =70°的位置， 進而使其相對于S1/S2平面向北極(S3)方向傾斜角度2P (P :石英板的旋光角)。當以該 旋轉軸&為中心使基準點P。向右旋轉相位差S工=90°時，該球上的點Pn成為實際出射 光的位置。與在波長A = 405nm中橢圓率大約為0. 46的圖30的情況相比，出射光的位置 更接近北極，橢圓率更接近1。 在圖4的情況下，將旋轉軸R2設定在使旋轉軸&以稍微向Sl軸側返回的方式旋 轉得到的位置上。當以該旋轉軸&為中心使基準點P。向右旋轉相位差S2 = 91.5°時，該 球上的點P12成為實際出射光的位置。與圖2的情況相比，出射光的位置更接近北極，橢圓 率更接近l。 根據這些仿真結果可以確認到，將基于石英的旋光性的偏振狀態(tài)的變化部分作為 校正量，附加給基于石英的雙折射性的相位的變化量即設計相位差和光學軸方位角，由此，使橢圓率成為極其接近1的值，與以往相比能夠大幅改善。 進而，本申請發(fā)明人針對9=10°以外的切割角度也進行同樣的仿真。假設設計相 位差r。為90。，使石英板的切割角度從5。到30°每隔5°而階段地變化，對光學軸方位 角e和橢圓率之間的關系進行仿真。圖7示出其結果。針對各切割角度，橢圓率為最大的 最佳光學軸方位角如下所示。切割角度 最佳光學軸方位角 最大橢圓率 5° 20° 0. 76 10° 34° 0.95 15° 40° 0.99 20° 42° 0.99 25° 43° 0.99 30° 44° 0.98 根據該結果可知，現(xiàn)有的石英1/4波長板與切割角度無關地將光學軸方位角設定 為9 = 45° ，與此相對，根據切割角度使光學軸方位角9從45°變化，由此，能夠改善橢 圓率。但是，在切割角度9小的情況下，特別是在9=5°時，橢圓率減小到最大為0. 76左右， 直接作為1/4波長板應用于光拾取裝置是不優(yōu)選的。 因此，進一步使設計相位差r。從9(T變化，嘗試光學軸方位角的進一步優(yōu)化以進 一步改善橢圓率。圖8(A) 圖13(A)分別示出對包含各切割角度的最佳光學軸方位角的 某個范圍的光學軸方位角進行仿真的設計相位差和橢圓率之間的關系。圖8(B) 圖13(B) 同樣針對包含各切割角度的最佳光學軸方位角的某個范圍的光學軸方位角，示出相對于光 學軸方位角的變化的橢圓率。根據圖8 圖13的結果可以確認到，針對各切割角度，存在 可靠地滿足橢圓率0.9以上的光學軸方位角的范圍和設計相位差的范圍的組合。
總結這些結果，如下所述。
表1切割角最佳光學光學軸校最佳設計相位差校最大橢圓度軸方位角正量(a)相位差正量(b)率 5°15。30。102. 0°12. 0°0. 98 10°34°ir91. 5°1. 5°0. 99 15°40。90. 5°0. 5°0. 99 20°42°3d90. 0°0. 0°0. 99 25°43°2D90. 0°0. 0°0. 99 30°44。r90. 0°0. 0°0. 99 這里，作為光學軸校正量，表現(xiàn)在現(xiàn)有的將線偏振光轉換為右旋圓偏振光的石英 1/4波長板中與一般設定的光學軸方位角9 =45°之間的校正量，是從45。減去最佳光 學軸方位角后的值。相位差校正量同樣表現(xiàn)在現(xiàn)有的將線偏振光轉換為右旋圓偏振光的石 英1/4波長板中與一般設定的設計相位差r。 = 90°之間的校正量，是從最佳設計相位差 減去45°后的值。 根據圖8(B) 圖13(B)的結果，按照每個切割角度提取橢圓率最大的光學軸方位 角，在切割角度(p-5 30。的范圍內在圖14(A)中描繪其關系。進而，在圖14(B)中描繪切 割角度(P和光學軸方位角9的校正量a之間的關系。根據這些圖，使橢圓率為最佳即最大
能夠設定為接近i的值的光學軸方位角e和切割角度(p之間的關系，能夠像以下的多項式那樣一般化。
數(shù)式6
9
45° 其中， A丄=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)的結果，按照每個切割角度提取橢圓率最大的設計 相位差，在切割角度9=5 30°的范圍內在圖15(A)中描繪其關系。進而，在圖15(B)中描 繪切割角度(p和相位差r的校正量b之間的關系。根據這些圖，使橢圓率為最佳即最大能 夠設定為接近l的值的設計相位差r和切割角度(p之間的關系，能夠像以下的多項式那樣
一般化。
數(shù)式7
r = 90°
+b
其中，
= 12.8166666674 B2 = -3. 5807222225 B3 = 0.3900833334 B4 = -0. 0206388889 B5 = 0.0005300000 BR = -0. 0000052889
上述說明是針對將線偏振光轉換為右旋圓偏振光的石英1/4波長板進行的。與此 相同的分析方法也能夠用于將線偏振光轉換為左旋圓偏振光的石英1/4波長板。該情況
下，使橢圓率為最佳即最大能夠設定為接近i的值的光學軸方位角e和切割角度cp之間的 關系，能夠像以下的多項式那樣一般化。數(shù)式8
9 =135° -a
其中， A丄=24. 3633333343 A2 = -6. 0380000004 A3 = 0. 6068333334 A4 = -0. 0303000000 A5 = 0. 0007453333 A6 =-0. 0000072000 同樣，使橢圓率為最佳即最大能夠設定為接近l的值的設計相位差r和切割角度 9之間的關系，能夠像以下的多項式那樣一般化。數(shù)式9
r = 90° +b 其中，B: = 12. 8166666674
B2 =-3. 5807222225
B3 = 0. 3900833334
B4 =-0. 0206388889
B5 = 0. 0005300000
B6 =-0. 0000052889 這樣，針對將線偏振光轉換為左旋圓偏振光的石英1/4波長板，也能夠將橢圓率 最大設定為接近l的值。另外，上述仿真是在1/4波長板中使用右石英的情況。該情況下， 眾所周知，右石英具有從出射面?zhèn)扔^察使入射光的偏振光向右方向選擇的右旋光性。與此 相對，左石英具有從出射面?zhèn)扔^察使入射光的偏振光向左方向選擇的左旋光性，旋光的朝 向向與右石英相反的方向作用。因此，在使用左石英作為1/4波長板的雙折射材料的情況 下，只要將校正光學軸方位角的朝向即正負方向設定為與右石英的情況相反的朝向即可。
在左石英構成的將線偏振光轉換為右旋圓偏振光的1/4波長板的情況下，使橢圓 率為最佳即最大能夠設定為接近1的值的光學軸方位角e和切割角度tp之間的關系，能夠 像以下的多項式那樣一般化。
數(shù)式10
<formula>formula see original document page 10</formula> 其中，
A丄=24. 3633333343 A2 =-6. 0380000004 A3 = 0. 6068333334 A4 =-0. 0303000000 A5 = 0. 0007453333 A6 =-0. 0000072000 進而，使橢圓率為最佳即最大能夠設定為接近l的值的設計相位差r和切割角度 cp之間的關系，能夠像以下的多項式那樣一般化。數(shù)式ll
r = 90° -b 其中，= 12. 8166666674 B2 =-3. 5807222225 B3 = 0. 3900833334 B4 =-0. 0206388889 B5 = 0. 0005300000 B6 =-0. 0000052889 并且，在左石英構成的將線偏振光轉換為左旋圓偏振光的1/4波長板的情況下，
使橢圓率為最佳即最大能夠設定為接近l的值的光學軸方位角e和切割角度cp之間的關
系，能夠像以下的多項式那樣一般化。數(shù)式12
9 =135° +a
其中， A丄=24. 3633333343 A2 =-6. 0380000004 A3 = 0. 6068333334 A4 =-0. 0303000000 A5 = 0. 0007453333 A6 =-0. 0000072000 進而，使橢圓率為最佳即最大能夠設定為接近l的值的設計相位差r和切割角度 cp之間的關系，能夠像以下的多項式那樣一般化。數(shù)式13
r = 90° -b 其中，= 12. 8166666674
B2 =-3. 5807222225
B3 = 0. 3900833334
B4 =-0. 0206388889
B5 = 0. 0005300000
B6 =-0. 0000052889 本發(fā)明是根據該見解而提出的。根據本發(fā)明，為了達成上述目的，提供一種1/4波 長板，該1/4波長板由具有雙折射性和旋光性的無機材料的晶板形成，對從所述晶板的入 射面入射的線偏振光進行轉換，將其作為圓偏振光從所述晶板的出射面出射，或者，對從所 述晶板的入射面入射的圓偏振光進行轉換，將其作為線偏振光從所述晶板的出射面出射，
其中，將由豎立在所述晶板的所述入射面的法線和所述晶板的光學軸構成的角度qn殳定在
0°<9<90°的范圍內，將由光學軸投影線和所述線偏振光的偏振面構成的光學軸方位角e 設定在o。 < e <90°且e - 45° 、或者90° < e < iso°且e -135°的范圍內，該 光學軸投影線是將所述光學軸投影到所述晶板的所述入射面而得到的。
這樣，根據晶板的切割角度來設定最佳的光學軸方位角e和設計相位差r的組 合，由此，校正基于其旋光性的偏振狀態(tài)的變化部分，能夠使波長板的橢圓率對應于切割角 度成為最大、即盡量接近l的最佳值。因此，本實施例的1/4波長板不僅針對特別是在光拾 取裝置中使用的短波長高輸出的藍紫色激光器發(fā)揮充分的耐光性和高可靠性，還能夠得到 優(yōu)良的光學特性。 在某個實施例中，所述晶板由石英構成，在所述石英是右石英的情況下，將所述光
學軸方位角e設定為o。 < e <45° ，將基于所述石英的雙折射性的相位差r設定為r >90° ，在所述石英是左石英的情況下，將所述光學軸方位角e設定為45° < e <90° ， 將基于所述石英的雙折射性的相位差r設定為r <90° ，由此，能夠使i/4波長板的橢圓 率對應于切割角度成為盡量接近l的最大值。 在另一實施例中，所述晶板由石英構成，在所述石英是右石英的情況下，將所述光 學軸方位角e設定為9(T < e < 135° ，將基于所述石英的雙折射性的相位差r設定 為r >90° ，在所述石英是左石英的情況下，將所述光學軸方位角e設定為135° < e <180° ，將基于所述石英的雙折射性的相位差r設定為r <90° ，由此，同樣能夠使i/4 波長板的橢圓率對應于切割角度成為盡量接近l的最大值。 并且，在另一實施例中，將所述晶板的切割角度cp設定在5ogcpS30。的范圍內，
由此，能夠特別有效地校正基于晶板的旋光性的偏振狀態(tài)的變化部分。 [oi 63] 特別地，優(yōu)選將切割角度cp設定在5c ^ (p ^ 30°的范圍內，在石英是右石英的情況 下，設光學軸方位角e為e = 45° -3、相位差r為r = 90° +b時，在石英是左石英的情 況下，設光學軸方位角e為e = 45° +3、相位差r為r = 90° -b時，滿足r《a《3Q。和0°《b《l2° 。并且，優(yōu)選將切割角度9設定在5°^(()蕓30°的范圍內，在石英是右石 英的情況下，設光學軸方位角e為e = 135° -3、相位差r為r = 90° +1^時，在石英是 左石英的情況下，設光學軸方位角e為e = 135° +3、相位差r為r = 90° -b時，滿
足1°《a《30°和0°《b《12° 。 進而，在這些情況下，優(yōu)選決定為所述a、 b分別滿足下式。由此，能夠將1/4波長
板的橢圓率設定為或接近進一步接近1的值。數(shù)式14
e = 45° -a其中，A丄=24.3633333343A2 = -6. 0380000004A3 = 0.6068333334A4 = -0. 0303000000A5 = 0.0007453333A6 = -0. 0000072000數(shù)式15r = 90° +b 其中，= 12. 8166666674
B2 =-3. 5807222225
B3 = 0. 3900833334
B4 =-0. 0206388889
B5 = 0. 0005300000
B6 =-0. 0000052889 并且，根據本發(fā)明的另一側面，提供一種光拾取裝置，其中，該光拾取裝置具有光 源；物鏡，其將從該光源出射的光會聚到記錄介質上；以及檢測器，其檢測由記錄介質反射 的光，該光拾取裝置將上述本發(fā)明的1/4波長板配置在光源和物鏡之間的光路中。如上所 述，通過使用將橢圓率設定為更接近1的最佳值的1/4波長板，從而能夠實現(xiàn)適用于更高記 錄密度的光盤裝置的光拾取裝置。 進而，根據本發(fā)明的另一側面，提供一種反射型液晶顯示裝置，其中，該反射型液 晶顯示裝置具有光源；顏色分解光學系統(tǒng)，其將從所述光源出射的光分解為多個不同顏 色的光；多個偏振光轉換元件，其分別使來自所述顏色分解光學系統(tǒng)的各所述顏色的光透 射；多個偏振光分束器，其分別使透射了各所述偏振光轉換元件的光透射；多個反射型液晶顯示元件，其分別使透射了各所述偏振光分束器的光入射；顏色合成光學系統(tǒng)，其對由各 所述反射型液晶顯示元件反射的光進行合成；以及投影透鏡，其投射由所述顏色合成光學 系統(tǒng)合成的光并使其成像，該反射型液晶顯示裝置將上述本發(fā)明的多個1/4波長板分別配 置在各反射型液晶顯示元件和各偏振光分束器之間的光路中。同樣，如上所述，通過使用將 橢圓率設定為更接近1的最佳值的1/4波長板，從而能夠實現(xiàn)與以往相比改善了對比度的 反射型液晶顯示裝置。
圖1是示出1/4波長板的光學軸方位角和橢圓率之間的關系的線圖。 圖2是在e =35° 、相位差90°的情況下示出相位差、橢圓率的波長依賴性的線圖。 圖3是針對不同的切割角度示出與設計相位差有關的橢圓率的變化的線圖。
圖4是在e =34° 、相位差91.5°的情況下示出相位差、橢圓率的波長依賴性的 線圖。 圖5是利用龐加萊球說明圖2、圖4的波長板的偏振狀態(tài)的圖。 圖6(A)、 (B)是分別示出圖5的龐加萊球的正面和俯面的圖。 圖7是示出5 30。的光學軸方位角和橢圓率之間的關系的線圖。 圖8(A)是在切割角度為5°的情況下針對包含最佳光學軸方位角的某個范圍的
光學軸方位角示出設計相位差和橢圓率之間的關系的線圖，(B)是示出光學軸方位角和橢
圓率之間的關系的線圖。 圖9(A)是在切割角度為10°的情況下針對包含最佳光學軸方位角的某個范圍的 光學軸方位角示出設計相位差和橢圓率之間的關系的線圖，(B)是示出光學軸方位角和橢 圓率之間的關系的線圖。 圖10(A)是在切割角度為15°的情況下針對包含最佳光學軸方位角的某個范圍 的光學軸方位角示出設計相位差和橢圓率之間的關系的線圖，(B)是示出光學軸方位角和 橢圓率之間的關系的線圖。 圖11(A)是在切割角度為20°的情況下針對包含最佳光學軸方位角的某個范圍 的光學軸方位角示出設計相位差和橢圓率之間的關系的線圖，(B)是示出光學軸方位角和 橢圓率之間的關系的線圖。 圖12(A)是在切割角度為25°的情況下針對包含最佳光學軸方位角的某個范圍 的光學軸方位角示出設計相位差和橢圓率之間的關系的線圖，(B)是示出光學軸方位角和 橢圓率之間的關系的線圖。 圖13(A)是在切割角度為30°的情況下針對包含最佳光學軸方位角的某個范圍 的光學軸方位角示出設計相位差和橢圓率之間的關系的線圖，(B)是示出光學軸方位角和 橢圓率之間的關系的線圖。 圖14(A)是示出使橢圓率優(yōu)化的光學軸方位角e和切割角度9之間的關系的線 圖，(B)是示出光學軸方位角的校正量a和切割角度9之間的關系的線圖。
圖15(A)是示出使橢圓率優(yōu)化的設計相位差r和切割角度Cp之間的關系的線圖， (B)是示出設計相位差的校正量b和切割角度(p之間的關系的線圖。
圖16(A)是從光的出射方向觀察本發(fā)明的1/4波長板的第1實施例的正面圖，(B) 是其側面圖，(C)是示出其偏振狀態(tài)的立體圖，(D)是利用龐加萊球說明偏振狀態(tài)的圖。
圖17是示出圖16的波長板即石英板的切割角度的說明圖。 圖18(A)是從光的出射方向觀察第1實施例的變形例的1/4波長板的正面圖，(B) 是其側面圖，(C)是示出其偏振狀態(tài)的立體圖，(D)是利用龐加萊球說明偏振狀態(tài)的圖。
圖19(A)是從光的出射方向觀察第1實施例的另一變形例的1/4波長板的正面 圖，(B)是其側面圖，(C)是示出其偏振狀態(tài)的立體圖，(D)是利用龐加萊球說明偏振狀態(tài)的 圖。 圖20(A)是從光的出射方向觀察第1實施例的又一變形例的1/4波長板的正面 圖，(B)是其側面圖，(C)是示出其偏振狀態(tài)的立體圖，(D)是利用龐加萊球說明偏振狀態(tài)的 圖。 圖21 (A)是從光的出射方向觀察本發(fā)明的1/4波長板的第2實施例的正面圖，(B) 是其側面圖。 圖22(A)是從光的出射方向觀察第2實施例的變形例的1/4波長板的正面圖，(B) 是其側面圖。 圖23是示出應用了本發(fā)明的l/4波長板的光拾取裝置的實施例的結構的概略圖。
圖24是示出應用了本發(fā)明的1/4波長板的LC0S型液晶投影儀的實施例的結構的 概略圖。 圖25是示出應用了本發(fā)明的1/4波長板的反射型液晶顯示裝置的實施例的結構 的概略圖。 圖26是利用龐加萊球說明現(xiàn)有的1/4波長板的偏振狀態(tài)的圖。 圖27(A)是從光的出射方向觀察現(xiàn)有的l/4波長板的正面圖，(B)是其側面圖，(C)
是示出其偏振狀態(tài)的立體圖。 圖28(A)是從光的出射方向觀察現(xiàn)有的另一 1/4波長板的正面圖，(B)是其側面 圖，(C)是示出其偏振狀態(tài)的立體圖。 圖29(A) (C)是分別示出與石英板的切割角度有關的橢圓率、相位差、石英板的 厚度的線圖。 圖30是在e =45° 、相位差90°的情況下示出相位差、橢圓率的波長依賴性的 線圖。 圖31是利用龐加萊球說明圖30的波長板的偏振狀態(tài)的圖。
標號說明 1、11、21、31、41、51、67、88a、88b、88c、106、121、131 :1/4波長板；la、lla、21a、 31a、43a、53a :入射面；lb、21b、31b、43b、53b :出射面；2、 12、22、32、42a、42b、52a、52b :光學 軸3、13、23、33、43、53 :偏振面的朝向41a、41b、51a、51b :石英波長板；60 :光拾取裝置61、 81、101 :光源；62 :衍射光柵；63、87a、87b、87c、 105、 109、 113 :偏振光分束器；64 :準直透
鏡65 :光盤；66 :反射鏡；68 :物鏡；69 :光檢測器；70 :監(jiān)視器用光檢測器80 :液晶投影儀；
82a、82b :積分透鏡；83、 102 :偏振光轉換元件；84 :冷反射鏡；85a、85b、103 :二色鏡；86 :折 回反射鏡;89a、89b、89c、107、110、111 :反射型液晶顯示元件90 :正交棱鏡91、114 :投影透
鏡；92 :屏幕；104 :偏振片；100 :反射型液晶顯示裝置；108、H2 :偏振光旋轉元件。
具體實施例方式
下面，參照附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。 圖16 (A) 、 (B)概略地示出本發(fā)明的1/4波長板的第1實施例。本實施例的1/4波 長板1由厚度一定的單一石英波長板形成。該石英波長板如圖17所示，從由豎立在其入射 面la(或出射面lb)上的法線和光學軸(Z軸)劃定的切割角度9在0°<(()<90°的范圍內的 石英板l'切出。特別地，當將切割角度設定在9=5° 30°的范圍內時，作為1/4波長板，能 夠加工在制造上沒有困難的具有充分強度的厚度的石英波長板。 構成第1實施例的1/4波長板1的石英是右石英，具有將入射光的線偏振轉換為 右旋圓偏振的右旋光性。波長板1使光學軸方位角9 、即投影到入射面la的光學軸2和入 射光的線偏振的偏振面的朝向3所成的角度比現(xiàn)有的45。小，設定在15。《e <45°的 范圍內。與切割角度tp對應的最佳光學軸方位角9如與圖14相關聯(lián)地敘述的那樣，使用下 式決定。數(shù)式16
9 = 45° -a
其中，
A =24.3633333343A2 =-6.0380000004A3 =0.6068333334A4 =-0.0303000000A5 =0.0007453333Afi =-0.0000072000 進而，波長板1的設計相位差r使用與圖15相關聯(lián)地敘述的下式，與切割角度(P
對應地決定最佳值。數(shù)式17
r = 90° +b其中，
B丄=12.8166666674B2 =-3.5807222225B3 =0.3900833334B4 =-0.0206388889B5 =0.0005300000Bfi =-0.0000052889
例如，在設切割角度cp為(p-13。:來設計由右石英構成的1/4波長板1的情況下，根 據上述數(shù)式16的式子，計算a二6. 1° 。因此，最佳的光學軸方位角9為9 =45° -6.1° =38.9° 。并且，根據上述數(shù)式17的式子，計算b二0.3，最佳的設計相位差r為r = 90° +0. 3° = 90. 3° 。 如圖16(C)所示，在從1/4波長板1的入射面la入射的線偏振光中，作用有基于石 英的雙折射性的相位差和基于旋光性的偏振面的旋轉。但是，1/4波長板1如上所述，根據 切割角度9來決定最佳的光學軸方位角e和設計相位差r，由此，將相位差S和光學軸方 位角e設定為最佳值。因此，入射光的線偏振光被轉換為橢圓率大致為i的橢圓偏振光，
實質上作為圓偏振光從出射面lb出射。 使用圖16(D)所示的龐加萊球說明該光學作用。設與S1/S2平面平行的線偏振的 入射光的基準點為P。 = (l，O，O)，將旋轉軸&設定在以S3軸為中心從Sl軸旋轉2 e的位 置，進而使其相對于S1/S2平面向北極(S3)方向傾斜角度2P (P :石英板的旋光角)。進 而，將旋轉軸R2設定在使旋轉軸&以稍微向Sl軸側返回的方式旋轉的位置上。當以該旋 轉軸R2為中心，使基準點P。向右旋轉附加了與一般的設計相位差90°之間的校正量的最 佳相位差S時，到達與該球上的北極大致一致的點&。該點&成為實際出射光的位置，所 以，入射光的線偏振轉為圓偏振出射。 圖18(A) 、 (B)概略地示出第1實施例的變形例的1/4波長板1。構成本實施例的 1/4波長板11的石英是右石英，具有將入射光的線偏振轉換為左旋圓偏振的左旋光性。波 長板11使光學軸方位角9 、即投影到入射面lla的光學軸12和入射光的線偏振的偏振面 的朝向13所成的角度比現(xiàn)有的135°小，設定在105?！秂 <135°的范圍內。
與切割角度(p對應的最佳光學軸方位角9使用上述的下式決定。
數(shù)式18
9 =135° -a
其中，
A =24.3633333343A2 =-6.0380000004A3 =0.6068333334A4 =-0.0303000000A5 =0.0007453333Afi =-0.0000072000 進而，波長板ll的設計相位差r使用上述的下式，與切割角度cp對應地決定最佳值。數(shù)式19
r = 90° +b
其中，= 12. 8166666674 B2 = -3. 5807222225 B3 = 0. 3900833334 B4 = -0. 0206388889 B5 = 0. 0005300000 B6 = -0. 0000052889 如圖18(C)所示，在從1/4波長板11的入射面lla入射的線偏振光中，作用有基 于石英的雙折射性的相位差和基于旋光性的偏振面的旋轉。但是，1/4波長板11如上所述，
根據切割角度tp來決定最佳的光學軸方位角e和設計相位差r，由此，將相位差s和光學 軸方位角e設定為最佳值。因此，入射光的線偏振被轉換為橢圓率大致為l的橢圓偏振，
實質上作為圓偏振光從出射面lib出射。 使用圖18(D)所示的龐加萊球說明該光學作用。設與S1/S2平面平行的線偏振的 入射光的基準點為P。 = (i，o，o)，將旋轉軸&設定在以S3軸為中心從SI軸旋轉2 e的位 置，進而使其相對于S1/S2平面向北極(S3)方向傾斜角度2P (P :石英板的旋光角)。進 而，將旋轉軸R2設定在使旋轉軸&以稍微向SI軸側返回的方式旋轉的位置上。當以該旋 轉軸R2為中心，使基準點P。向右旋轉附加了與一般的設計相位差90°之間的校正量的最 佳相位差S時，到達與該球上的南極大致一致的點&。該點&成為實際出射光的位置，所 以，入射光的線偏振轉為圓偏振出射。 圖19(A) 、 (B)概略地示出第1實施例的另一變形例的1/4波長板1。構成本實施 例的1/4波長板21的石英是左石英，具有將入射光的線偏振光轉換為右旋圓偏振光的右旋 光性。波長板21使光學軸方位角9 、即投影到入射面21a的光學軸22和入射光的線偏振 光的偏振面的朝向23所成的角度比現(xiàn)有的45。大，設定在45。 < e《75°的范圍內。
與切割角度cp對應的最佳光學軸方位角e使用上述的下式決定。
數(shù)式20
e = 45° +a
其中，
A =24.3633333343A2 =-6.0380000004A3 =0.6068333334A4 =-0.0303000000A5 =0.0007453333Afi =-0.0000072000
進而，波長板21的設計相位差r使用上述的下式，與切割角度(P對應地決定最佳值。數(shù)式21
r = 90° _b
其中，= 12. 8166666674 B2 = -3. 5807222225 B3 = 0. 3900833334 B4 = -0. 0206388889 B5 = 0. 0005300000 B6 = -0. 0000052889 如圖19(C)所示，在從1/4波長板21的入射面21a入射的線偏振光中，作用有基 于石英的雙折射性的相位差和基于旋光性的偏振面的旋轉。但是，1/4波長板21如上所述，
根據切割角度cp來決定最佳的光學軸方位角e和設計相位差r，由此，將相位差S和光學 軸方位角e設定為最佳值。因此，入射光的線偏振被轉換為橢圓率大致為l的橢圓偏振，
實質上作為圓偏振光從出射面21b出射。 使用圖19(D)所示的龐加萊球說明該光學作用。設與S1/S2平面平行的線偏振的 入射光的基準點為P。 = (l，O，O)，將旋轉軸&設定在以S3軸為中心從SI軸旋轉2 e的位 置，進而使其相對于S1/S2平面向北極(S3)方向傾斜角度2P (P :石英板的旋光角)。進 而，將旋轉軸R2設定在使旋轉軸&以從SI軸側稍微前進的方式旋轉的位置上。當以該旋 轉軸R2為中心，使基準點P。向右旋轉附加了與一般的設計相位差90°之間的校正量的最 佳相位差S時，到達與該球上的北極大致一致的點&。該點&成為實際出射光的位置，所 以，入射光的線偏振轉為圓偏振出射。 圖20(A) 、 (B)概略地示出第1實施例的又一變形例的1/4波長板1。構成本實施 例的1/4波長板31的石英是左石英，具有將入射光的線偏振光轉換為左旋圓偏振光的左旋 光性。波長板31使光學軸方位角9 、即投影到入射面31a的光學軸32和入射光的線偏振 光的偏振面的朝向33所成的角度比現(xiàn)有的135。大，設定在135。 < e《165°的范圍內。
與切割角度cp對應的最佳光學軸方位角e使用上述的下式決定。
數(shù)式22
9 =135° +a
24.3633333343
6.0380000004
A3 = 0. 6068333334 A4 = -0. 0303000000 A5 = 0. 0007453333 A6 = -0. 0000072000 進而，波長板31的設計相位差r使用上述的下式，與切割角度cp對應地決定最佳值。數(shù)式23
r = 90° _b
其中，= 12. 8166666674 B2 =-3. 5807222225 B3 = 0. 3900833334 B4 =-0. 0206388889 B5 = 0. 0005300000 B6 =-0. 0000052889 如圖20(C)所示，在從1/4波長板31的入射面31a入射的線偏振中，作用有基于 石英的雙折射性的相位差和基于旋光性的偏振面的旋轉。但是，1/4波長板31如上所述，
根據切割角度9來決定最佳的光學軸方位角e和設計相位差r，由此，將相位差s和光學 軸方位角e設定為最佳值。因此，入射光的線偏振光被轉換為橢圓率大致為i的橢圓偏振
光，實質上作為圓偏振光從出射面31b出射。 使用圖20(D)所示的龐加萊球說明該光學作用。設與S1/S2平面平行的線偏振的 入射光的基準點為P。 = (l，O，O)，將旋轉軸&設定在以S3軸為中心從SI軸旋轉2 e的位 置，進而使其相對于S1/S2平面向北極(S3)方向傾斜角度2P (P :石英板的旋光角)。進 而，將旋轉軸R2設定在使旋轉軸&以從SI軸側稍微前進的方式旋轉的位置上。當以該旋 轉軸R2為中心，使基準點P。向右旋轉附加了與一般的設計相位差90°之間的校正量的最 佳相位差S時，到達與該球上的南極大致一致的點&。該點&成為實際出射光的位置，所 以，入射光的線偏振光作為圓偏振光出射。 這樣，根據所述石英板的切割角度來設定最佳的光學軸方位角e和設計相位差
r的組合，由此，校正基于石英的旋光性的偏振狀態(tài)的變化部分，能夠使波長板l的橢圓率
成為接近1的最佳值。因此，本實施例的1/4波長板不僅針對特別是在光拾取裝置中使用
的短波長高輸出的藍紫色激光器發(fā)揮充分的耐光性和高可靠性，還能夠得到優(yōu)良的光學特 性。 圖21 (A) 、 (B)概略地示出本發(fā)明的1/4波長板的第2實施例。本實施例的1/4波 長板41構成為層疊相同切割角度cp的2張石英波長板41a、41b。石英波長板41a、41b配置 成，各自的光學軸42a、42b如圖21(A)所示，從入射面43a(或出射面43b)觀察是平行的， 并且，如圖21(B)所示，從側面觀察為是平行的。
1/4波長板41的相位差r通過各石英波長板41a、41b的相位差ra、 rb如下所述
表現(xiàn)。在所述石英波長板為右石英且具有右旋光性或左旋光性的情況下，r = ra+rb = 90° +b。在所述石英波長板為左石英且具有右旋光性或左旋光性的情況下，r = ra+rb
=90°
+b。
其中，相位差的校正j數(shù)式24
b能夠利用下式表現(xiàn)。 其中，= 12. 8166666674
B2 = -3. 5807222225
B3 = 0. 3900833334
B4 = -0. 0206388889
B5 = 0. 0005300000
B6 = -0. 0000052889 各石英波長板41a、41b的光學軸方位角9 1、 9 2與上述第1實施例及其各變形 例的情況相同，如下所述決定。即，在所述石英波長板為右石英且具有右旋光性的情況下， ei= e2 = 45° -a。在所述石英波長板為右石英且具有左旋光性的情況下，91=92 =135° -a。在所述石英波長板為左石英且具有右旋光性的情況下，9 1= 9 2 = 45° +a。 在所述石英波長板為左石英且具有左旋光性的情況下，9 1= 9 2 = 135° +a。
其中，光學軸方位角的校正量a能夠利用下式表現(xiàn)。數(shù)式25
6
人'=1 其中， A丄=24. 3633333343
A2 =-6. 0380000004
A3 = 0. 6068333334
A4 = -0. 0303000000
A5 = 0. 0007453333
A6 = -0. 0000072000 通過如上所述層疊這些石英波長板41a、41b， 1/4波長板41校正基于各石英波長 板的旋光性的偏振狀態(tài)的變化部分，能夠使其橢圓率成為接近1的最佳值。因此，本實施例 的1/4波長板不僅針對特別是在光拾取裝置中使用的短波長高輸出的藍紫色激光器發(fā)揮 充分的耐光性和高可靠性，還能夠得到優(yōu)良的光學特性。 圖22 (A) 、 (B)概略地示出上述第2實施例的1/4波長板的變形例。本實施例的1/4波長板51同樣構成為層疊相同切割角度(p的2張石英波長板51a、51b。石英波長板51a、51b配置成，各自的光學軸52a、52b如圖22(A)所示，從入射面53a(或出射面53b)觀察是平行的，并且，如圖22(B)所示，從側面觀察關于所述兩波長板的貼合面對稱，且光軸相互匹配。
1/4波長板51的相位差r同樣通過各石英波長板51a、51b的相位差ra、 rb
如下所述表現(xiàn)。在所述石英波長板為右石英且具有右旋光性或左旋光性的情況下，r =ra+rb = 90° +b。在所述石英波長板為左石英且具有右旋光性或左旋光性的情況下，r=ra+rb = 90° +b。
b同樣能夠利用下式表現(xiàn)。
其中，相位差的校正j數(shù)式26
fc=i 其中， B: = 12. 8166666674
B2 = -3. 5807222225
B3 = 0. 3900833334
B4 = -0. 0206388889
B5 = 0. 0005300000
B6 = -0. 0000052889 各石英波長板51a、51b的光學軸方位角9 1、 9 2與上述第1實施例及其各變形例的情況相同，如下所述決定。即，在所述石英波長板為右石英且具有右旋光性的情況下，ei= e2 = 45° -a。在所述石英波長板為右石英且具有左旋光性的情況下，91=92=135° -a。在所述石英波長板為左石英且具有右旋光性的情況下，9 1= 9 2 = 45° +a。在所述石英波長板為左石英且具有左旋光性的情況下，9 1= 9 2 = 135° +a。
其中，光學軸方位角的校正量a能夠利用下式表現(xiàn)。
數(shù)式25
其中，
A丄=24.3633333343A2 = -6. 0380000004A3 = 0.6068333334A4 = -0. 0303000000A5 = 0.0007453333AR = -0. 0000072000
通過如上所述層疊這些石英波長板51a、51b， 1/4波長板51同樣校正基于各石英波長板的旋光性的偏振狀態(tài)的變化部分，能夠使其橢圓率成為接近l的最佳值。因此，本實施例的1/4波長板不僅針對特別是在光拾取裝置中使用的短波長高輸出的藍紫色激光器發(fā)揮充分的耐光性和高可靠性，還能夠得到優(yōu)良的光學特性。 圖23示出應用了第1實施例的1/4波長板的光拾取裝置的實施例。本實施例的光拾取裝置60例如用于Blu-ray Disc(商標)等光盤裝置的記錄再現(xiàn)，例如具有由放射波長405nm的藍紫色光即激光的激光二極管構成的光源61。光拾取裝置60具有衍射光柵62，其對來自光源61的激光進行衍射使其成為3個光束；偏振光分束器63，其將透射過該衍射光柵的激光分離為P偏振分量和S偏振分量進行透射或反射；準直透鏡64，其使在該偏振光分束器反射的激光成為平行光；反射鏡66，其向光盤65反射透射過該準直透鏡的激光；l/4波長板67，其將由該反射鏡反射的線偏振光的激光轉換為圓偏振光；物鏡68，其會聚透射過該1/4波長板的激光；以及光檢測器69，其檢測從光盤65反射的激光。進而，光拾取裝置60具有監(jiān)視器用光檢測器70，該監(jiān)視器用光檢測器70檢測從光源61出射并透射過偏振光分束器63的激光。 以下說明光拾取裝置60的動作。從光源61出射的線偏振的激光在基于3光束法的跟蹤控制下，由衍射光柵62分離為3個光束后，S偏振分量被偏振光分束器63反射，通過準直透鏡64成為平行光。平行的激光在反射鏡66進行全反射，通過1/4波長板67從線偏振光轉換為圓偏振光，利用物鏡68會聚，對形成于光盤65的信號記錄層的凹坑進行照射。由該凹坑反射的激光透射過所述物鏡，通過1/4波長板67從圓偏振光轉換為線偏振光，在反射鏡66進行全反射，透射過準直透鏡64和偏振光分束器63，入射到光檢測器69進行檢測。由此，進行記錄在所述光盤中的信號的讀取動作。并且，從光源61出射的激光的P偏振光分量透射過偏振光分束器63，入射到監(jiān)視器用光檢測器70進行檢測。通過該檢測輸出，控制從所述激光二極管出射的激光的輸出。 本實施例的光拾取裝置在1/4波長板67中使用本發(fā)明的第1實施例的石英1/4波長板。由此，能夠將線偏振光的激光轉換為橢圓率為0. 9以上的高值或實質上接近1的實質的圓偏振光，由此，能夠實現(xiàn)適用于更高記錄密度的光盤裝置的光拾取裝置。
圖24示出LCOS型液晶投影儀的實施例，作為應用了第1實施例的1/4波長板的反射型液晶顯示裝置的一例。本實施例的液晶投影儀80具有光源81 ;第1和第2積分透鏡82a、82b ;偏振光轉換元件83 ;冷反射鏡84 ;構成顏色分解光學系統(tǒng)的第1和第2 二色鏡85a、85b ;以及折回反射鏡86。進而，所述投影儀具有紅色用、綠色用和藍色用的偏振光分束器87a、87b、87c ;紅色用、綠色用和藍色用的1/4波長板88a、88b、88c ;紅色用、綠色用和藍色用的由LCOS(Liquid Crystal on Silicon)構成的反射型液晶顯示元件89a、89b、89c ;構成顏色合成光學系統(tǒng)的正交棱鏡90 ;投影透鏡91 ;以及屏幕92。 以下說明液晶投影儀80的動作。從光源81出射的隨機光通過第1積分透鏡82a成為平行光，通過PS轉換元件83將P偏振分量轉換為S偏振光并且直接透射S偏振光，進而，通過第2積分透鏡82b成為平行光，入射到冷反射鏡84。由該冷反射鏡反射的光中的綠色光和藍色光由第1 二色鏡85a反射，紅色光透射過第1 二色鏡85a，由折回反射鏡86反射。所述紅色光是S偏振光，由此，被偏振光分束器87a的偏振膜反射，透射過1/4波長板88a，入射到LCOS 89a并反射。此時，所述紅色光被調制，再次透射過1/4波長板88a，轉換為P偏振光，透射過偏振光分束器87a的偏振膜，入射到正交棱鏡90。 由所述第1 二色鏡反射的綠色光被第2 二色鏡85b反射，是S偏振光，由此，被偏振光分束器87b的偏振膜反射，透射過1/4波長板88b，入射到LCOS 89b并反射。此時，所述綠色光被調制，再次透射過1/4波長板88b，轉換為P偏振光，透射過偏振光分束器87b的偏振膜，入射到正交棱鏡90。同樣，由所述第1 二色鏡反射的藍色光透射過第2 二色鏡85b，是S偏振光，由此，被偏振光分束器87反射，透射過1/4波長板88c，入射到LCOS 89c并反射。此時，所述藍色光被調制，再次透射過1/4波長板88c，轉換為P偏振光，透射過偏振光分束器87c，入射到正交棱鏡90。 正交棱鏡90構成為反射所入射的紅色光和藍色光而透射綠色光。因此，對入射到所述正交棱鏡的紅色光、綠色光和藍色光進行顏色合成，經由投影透鏡91投影到屏幕92上，得到彩色影像。 本實施例的投影儀在紅綠藍各色用的1/4波長板88a、88b、88c中分別使用本發(fā)明的第1實施例的石英1/4波長板。由此，能夠將線偏振光的激光轉換為橢圓率為0. 9以上的高值或實質上接近1的實質的圓偏振光，由此，能夠實現(xiàn)與以往相比改善了對比度的反射型液晶顯示裝置。 圖25示出應用了第1實施例的1/4波長板的反射型液晶顯示裝置的另一實施例。本實施例的反射型液晶顯示裝置100具有光源101、偏振光轉換元件102、二色鏡103、偏振片104、偏振光分束器105、1/4波長板106、綠色用的反射型液晶顯示元件107、偏振光旋轉元件108、偏振光分束器109、紅色用的反射型液晶顯示元件110、藍色用的反射型液晶顯示元件111、偏振光旋轉元件112、構成顏色合成光學系統(tǒng)的偏振光分束器113、以及投影透鏡114。 以下說明反射型液晶顯示裝置100的動作。從光源101出射的白色光通過偏振光轉換元件102轉換為S偏振光后，通過構成顏色分解光學系統(tǒng)的二色鏡103反射綠色光，紅色和藍色混合光透射過二色鏡103。被所述二色鏡反射的綠色光是S偏振光，由此，被偏振光分束器105的偏振膜反射，透射過1/4波長板106，入射到反射型液晶顯示元件107。入射到所述反射型液晶顯示元件的綠色光根據圖像數(shù)據被調制，明亮顯示的光作為P偏振光被反射，再次透射過1/4波長板106，透射過偏振光分束器105的偏振膜，入射到偏振光分束器113。 透射過二色鏡103的紅色和藍色混合光入射到偏振光旋轉元件108，分離為S偏振光的紅色光和P偏振光的藍色光，通過構成顏色分解光學系統(tǒng)的偏振光分束器109的偏振膜反射所述紅色光，所述藍色光透射過偏振光分束器109，分別入射到反射型液晶顯示元件110、111。入射到反射型液晶顯示元件110的紅色光根據圖像數(shù)據被調制，明亮顯示的光作為P偏振光被反射，對顯示沒有幫助的光作為S偏振光直接反射。P偏振光的紅色光透射過偏振光分束器109的偏振面，入射到偏振光旋轉元件112，轉換為S偏振光并入射到偏振光分束器113。 關于入射到反射型液晶顯示元件111的藍色光，明亮顯示的光作為S偏振光被反射，對顯示沒有幫助的光作為P偏振光直接反射。S偏振光的藍色光被偏振光分束器109的偏振面反射，入射到偏振光旋轉元件112，轉換為S偏振光并入射到偏振光分束器113。對入射到偏振光分束器113的P偏振光的綠色光和S偏振光的紅色光和藍色光進行顏色合成并出射，從投影透鏡114投影到屏幕上。 本實施例的反射型液晶顯示裝置也同樣在1/4波長板106中使用本發(fā)明的第1實施例的石英1/4波長板。由此，能夠將線偏振光的激光轉換為橢圓率為0. 9以上的高值或實質上接近1的實質的圓偏振光，由此，能夠實現(xiàn)與以往相比改善了對比度的反射型液晶 顯示裝置。 本發(fā)明不限于上述實施例，能夠在其技術范圍內施加各種變形或變更來實施。例 如，以波長A = 405nm為前提說明了上述實施例的1/4波長板，但是，針對其他波長當然也 能夠同樣應用。并且，本發(fā)明的1/4波長板同樣能夠應用于上述實施例以外的光拾取裝置 和反射型液晶顯示裝置。
權利要求
一種1/4波長板，該1/4波長板由具有雙折射性和旋光性的無機材料的晶板形成，對從所述晶板的入射面入射的線偏振光進行轉換，將其作為圓偏振光從所述晶板的出射面出射，或者，對從所述晶板的入射面入射的圓偏振光進行轉換，將其作為線偏振光從所述晶板的出射面出射，該1/4波長板的特征在于，將由豎立在所述晶板的所述入射面的法線和所述晶板的光學軸構成的角度設定在的范圍內，將由光學軸投影線和所述線偏振光的偏振面構成的光學軸方位角θ設定在0°＜θ＜90°且θ≠45°、或者90°＜θ＜180°且θ≠135°的范圍內，該光學軸投影線是將所述光學軸投影到所述晶板的所述入射面而得到的。F2009102080885C0000011.tif,F2009102080885C0000012.tif
2. 根據權利要求1所述的1/4波長板，其特征在于，所述晶板由石英構成，在所述石英是右石英的情況下，將所述光學軸方位角e設定為 o° < e <45° ，將基于所述石英的雙折射性的相位差r設定為r > 90° ，在所述石英 是左石英的情況下，將所述光學軸方位角e設定為45° < e <90° ，將基于所述石英的 雙折射性的相位差r設定為r < 90° 。
3. 根據權利要求l所述的1/4波長板，其特征在于，所述晶板由石英構成，在所述石英是右石英的情況下，將所述光學軸方位角e設定為 90° < e < 135° ，將基于所述石英的雙折射性的相位差r設定為r >90° ，在所述石 英是左石英的情況下，將所述光學軸方位角e設定為135° < e <180° ，將基于所述石 英的雙折射性的相位差r設定為r <90° 。
4. 根據權利要求2所述的1/4波長板，其特征在于，將所述角度9設定在5° ■ (p S 30°的范圍內，在所述石英是右石英的情況下，設所述光 學軸方位角e為e = 45° -3、所述相位差r為r = 90° +b時，在所述石英是左石英的 情況下，設所述光學軸方位角e為e = 45° +3、所述相位差r為r = 90° -b時，滿足1°《a《30°和0°《b《12° 。
5. 根據權利要求3所述的1/4波長板，其特征在于，將所述角度cp設定在5。 ^ 9 ^ 30°的范圍內，在所述石英是右石英的情況下，設所述光 學軸方位角e為e = 135° -3、所述相位差r為r = 90° +b時，在所述石英是左石英 的情況下，設所述光學軸方位角e為e = 135° +3、所述相位差r為r = 90° -b時，滿足1°《a《30°和0°《b《12° 。
6. 根據權利要求4或5所述的1/4波長板，其特征在于， 所述a、 b滿足下式數(shù)式1<formula>formula see original document page 2</formula>其中，A丄=24. 3633333343 A2 = -6. 0380000004 A = 0. 6068333334A4 = -0. 0303000000 A5 = 0. 0007453333 A6 = -0. 0000072000 和下式數(shù)式2
<formula>formula see original document page 3</formula>其中，= 12.8166666674 B2 = -3. 5807222225 B3 = 0.3900833334 B4 = -0. 0206388889 B5 = 0.0005300000 B6 = -0. 0000052889
7. —種光拾取裝置，其特征在于，該光拾取裝置具有 光源；物鏡，其將從所述光源出射的光會聚到記錄介質上； 檢測器，其檢測由所述記錄介質反射的光；以及權利要求1 6中的任一項所述的1/4波長板，其配置在所述光源和所述物鏡之間的 光路中。
8. —種反射型液晶顯示裝置，其特征在于，該反射型液晶顯示裝置 具有光源；顏色分解光學系統(tǒng)，其將從所述光源出射的光分解為多個不同顏色的光； 多個偏振光轉換元件，其分別使來自所述顏色分解光學系統(tǒng)的各所述顏色的光透射； 多個偏振光分束器，其分別使透射了各所述偏振光轉換元件的光透射； 多個反射型液晶顯示元件，其分別使透射了各所述偏振光分束器的光入射； 顏色合成光學系統(tǒng)，其對由各所述反射型液晶顯示元件反射的光進行合成； 投影透鏡，其投射由所述顏色合成光學系統(tǒng)合成的光并使其成像；以及 多個權利要求1 6中的任一項所述的1/4波長板，其分別配置在各所述反射型液晶 顯示元件和各所述偏振光分束器之間的光路中。
全文摘要
本發(fā)明提供由具有雙折射性和旋光性的石英晶板形成、能夠使橢圓率更接近1的光學特性優(yōu)良的1/4波長板、光拾取裝置和反射型液晶顯示裝置。1/4波長板(1)由切割角度為特別是的石英板形成。石英板的光學軸方位角θ對應于切割角度，在15°≤θ＜45°的范圍內根據規(guī)定的關系式決定。石英板的設計相位差Γ對應于切割角度，根據規(guī)定的關系式決定。通過組合這樣決定的光學軸方位角θ和設計相位差Γ，從而校正基于石英的旋光性的偏振狀態(tài)的變化部分，能夠將橢圓率設定為接近1的最佳值。
文檔編號G11B7/135GK101726787SQ200910208088
公開日2010年6月9日 申請日期2009年10月27日 優(yōu)先權日2008年10月27日
發(fā)明者大戶正之 申請人:愛普生拓優(yōu)科夢株式會社