[发明专利]波片、偏振转换元件、照明光学系统和图像显示装置

说明书

技术领域

本公开涉及改变透射光的偏振方向的波片以及使用该波片的偏振转换元件、照明光学系统和图像显示装置。

背景技术

在现有技术的投射型图像显示装置(投影仪)中，使用了偏振转换元件来提高光的使用效率。对于该偏振转换元件，使用了半波片来改变光的偏振方向。

期望用于该用途的半波片对可见光范围内的全体波长进行良好的偏振转换，并且使用了宽带域的半波片。

作为半波片的材料，一般使用聚碳酸酯或类似物的膜。然而，例如日本专利No.4277514(以下称为专利文献1)提出了一种用于改善耐热性和耐光性的石英波片。在专利文献1中，波片由两个石英片层叠构成。特别地，根据专利文献1，通过将波片构造成使得满足θ2＝θ1+45且0＜θ1＜45，能够获得宽带域化，其中θ1为由入射直线偏振光的偏振面与第一波片的光轴形成的角度，θ2为由入射直线偏振光的偏振面与第二波片的光轴形成的角度。

日本专利特开No.2009-133917(以下称为专利文献2)公开了这样一种技术，其中使两个相同的石英片彼此粘结，以相对彼此偏移45度，并且将一个石英片设置成与基准面形成22.5度的角度。

通过如此设置石英片，能够构成在视角特性中具有偏性(bias)的波片。在专利文献2的技术中，通过改变该波片中的配置，来有效地利用该视角特性。

然而，在专利文献1的技术中，由两个石英片各自生成的相位差根据入射光束的入射角而发生变化。因此，有必要抵销两个石英片中的相位差的偏差，从而需要复杂的设计。

此外，为了抑制波长分散和辉度降低并且获得与由膜形成的半波片相当的光学性能，石英片的厚度必须设定为尽可能薄。然而，当厚度变薄时，加工上的困难增加，并且对产出率和成本的影响变大。

采用专利文献2中所描述那样的方法会比较有效。具体说，在该方法中，石英波片的设计得到简化，并且石英片的厚度得到增加。另外，基于在照明光学系统和偏振转换元件中设置波片的方式，来尝试整体最佳化。

然而，如果只像专利文献2中那样通过将两个相同的石英片以45度偏移彼此粘结并将一个石英片设置成使得该石英片与基准面形成22.5度的角度来构成波片，则波片的光学性能常常发生波动。

发明内容

需要一种技术来提供没有波动并且能够轻松地制造的具有良好偏振转换效率的波片、偏振转换元件、照明光学系统和图像显示装置。

根据本公开一实施例，提供了一种波片，其包括晶体的光轴相对于主面倾斜的第一石英片、和晶体的光轴相对于主面倾斜的第二石英片。第二石英片的主面与第一石英片的主面重叠。

此外，在从垂直于主面的方向观察到的正视图中，由第一石英片的光轴和第二石英片的光轴形成的角度为45度，并且在从平行于主面的方向观察到的俯视图中，第一石英片的光轴平行于第二石英片的光轴。

根据本公开的实施例，两个石英片被设置成使得这些石英片的光轴方向在从平行于波片或石英片的主面的方向观察石英片时彼此平行。具体说，本实施例是基于了以下发现：从平行于主面的方向观察的两个光轴的取向对波片的光学特性具有大影响，通过将波片构造成使得这两个光轴彼此平行，能够将偏振转换效率的光波长依存性降低至最大程度。此外，还能降低入射角在小于0度的负侧的光的偏振转换效率的入射角依存性。

根据本公开的另一实施例，提供了一种偏振转换元件，其包括构造成将入射光分离成p偏振光和s偏振光的偏振分离器、和构造成设置在被所述偏振分离器分离出的p偏振光和s偏振光中的一个的光路上的波片。作为该波片，使用的是上述波片。

因此，在该偏振转换元件中同样，能够降低偏振转换效率的波长依存性和入射角依存性。

根据本公开的另一实施例，提供了一种照明光学系统，其包括光源、和构造成降低从光源射出的光的照度不均匀性的积分元件。

此外，该照明光学系统还包括偏振转换元件，该偏振转换元件构造成设置在透射穿过所述积分元件的光的光路上，并包括将入射光分离成p偏振光和s偏振光的偏振分离器、和设置在被所述偏振分离器分离出的p偏振光和s偏振光中的一个的光路上的波片。作为该偏振转换元件，使用的是上述偏振转换元件。

根据本公开一实施例的照明光学系统，因为使用了上述偏振转换元件，所以对于光源，实现了具有宽波长范围和入射角的光的偏振转换。这能够提供比现有技术更明亮的照明光。