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JP2008185768A - Wavelength plate and optical device - Google Patents

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JP2008185768A
JP2008185768A JP2007019042A JP2007019042A JP2008185768A JP 2008185768 A JP2008185768 A JP 2008185768A JP 2007019042 A JP2007019042 A JP 2007019042A JP 2007019042 A JP2007019042 A JP 2007019042A JP 2008185768 A JP2008185768 A JP 2008185768A
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JP
Japan
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wave plate
wavelength
ktp
crystal
light
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Application number
JP2007019042A
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Japanese (ja)
Inventor
Naoki Hanashima
直樹 花島
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wide-band wavelength plate having excellent reliability and to provide an optical device provided with the wavelength plate. <P>SOLUTION: The wavelength plate (1/2 wavelength plate) 25 is structured by laminating 2 birefringent plates 25A, 25B each comprising KTP (KTiOPO<SB>4</SB>) crystal to cross each in-plane optical axes D1, D2 each other at a right angle. The KTP crystal is biaxial birefringent crystal transparent in a range from visible region to near-infred region. When the KTP crystal is used as a birefringent material, the change of the birefringence in the visible light region of 400-700 nm is about 0.005 at the maximum which is 1/2 of that of quartz. Then, the degree of the phase shift in 400-700 nm wavelength is minimized to attain stable transmission characteristics over the wide-band. Because the KTP has smaller wavelength dependency compared to that of the quartz, laminated plates are reduced. As a result, a wide-band zero-order wave plate having high reliability is obtained at a low cost. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば液晶プロジェクタの光学系に組み込まれる偏光変換素子に用いて好適な波長板及びこれを備えた光学装置に関する。   The present invention relates to a wavelength plate suitable for use in, for example, a polarization conversion element incorporated in an optical system of a liquid crystal projector, and an optical apparatus including the same.

近年、薄型テレビやプレゼンテーションツールとして、超高圧水銀ランプなどの光源からの光束を、反射型もしくは透過型の液晶ライトバルブからなる光変調素子と投射レンズを通してスクリーン上に投影する液晶プロジェクタが広く使用されている。液晶デバイスは偏光回転デバイスであるため、画面の明暗制御は直線偏光の光に対してのみ有効である。プロジェクタの光学系では、ランプからの光は無偏光であるため、これを一定の直線偏光に変換する偏光変換素子(PBC)が用いられている。   In recent years, a liquid crystal projector that projects a light beam from a light source such as an ultra-high pressure mercury lamp onto a screen through a light modulation element composed of a reflective or transmissive liquid crystal light valve and a projection lens is widely used as a flat screen television or a presentation tool. ing. Since the liquid crystal device is a polarization rotation device, the brightness control of the screen is effective only for linearly polarized light. In the projector optical system, since the light from the lamp is non-polarized light, a polarization conversion element (PBC) that converts the light into constant linearly polarized light is used.

一方、薄型ディスプレイデバイス技術の進展によって、画像の高輝度化やコントラストに対する要求が近年高まっている。プロジェクタシステムでは投射画像の高輝度化を図るために光源のパワーを大きくする必要がある。光量が大きくなると光学部品で発生する熱が大きくなってしまうという問題がある。位相差板など有機材料からなるものについてはその影響が大きく、特に偏光子のような光吸収性のデバイスでは吸収による発熱が大きく、有機材料である偏光子自体の熱破壊などが生じてしまう場合がある。   On the other hand, with the progress of thin display device technology, demands for higher image brightness and contrast are increasing in recent years. In the projector system, it is necessary to increase the power of the light source in order to increase the brightness of the projected image. There is a problem that when the amount of light increases, the heat generated in the optical component increases. The effects of organic materials such as retardation plates are significant, especially in light-absorbing devices such as polarizers, where heat generation due to absorption is large, and thermal destruction of the polarizer, which is an organic material, occurs. There is.

上記偏光変換素子に用いられている波長板では、光源近傍の高出力の光パワーが照射されるため、材料劣化による吸収増大によって破壊に至る場合や、接着層の劣化による剥がれなどの問題が生じる。また、これら材料の変質による明らかな劣化でなくても、液晶パネルに置かれた位相差板では発熱による複屈折率の変化によって画面の色むらやコントラストの劣化が生じてしまうという問題があった。従って、高輝度を要求される場合には、下記特許文献1にあるように、有機材料を避けて水晶など無機複屈折結晶を用いて構成することが考えられている。   The wave plate used in the polarization conversion element is irradiated with high-power optical power in the vicinity of the light source, which causes problems such as destruction due to increased absorption due to material deterioration and peeling due to deterioration of the adhesive layer. . In addition, even if it is not obvious deterioration due to alteration of these materials, there is a problem that the retardation plate placed on the liquid crystal panel causes uneven color of the screen and deterioration of contrast due to the change of the birefringence due to heat generation. . Therefore, when high luminance is required, it is considered that an organic material is avoided and an inorganic birefringent crystal such as quartz is used as described in Patent Document 1 below.

無機波長板は、複屈折材料を結晶軸がその表面方向となるように切断し、所望の位相シフトとなる厚さに研磨することで得ることができる。例えば、水晶を用いた場合、λ(波長)=546nmにおいて、ne(異常光線の屈折率)=1.55534、no(常光線の屈折率)=1.54617で、複屈折は0.00917である。1/4波長板とするためには、厚さをtとして、
(ne−no)t=λ/4
とすればよく、λ=546nmの場合、厚さtは、14.8μmとなる。
The inorganic wave plate can be obtained by cutting a birefringent material so that the crystal axis is in the surface direction and polishing it to a thickness that provides a desired phase shift. For example, in the case of using quartz, at λ (wavelength) = 546 nm, ne (refractive index of extraordinary ray) = 1.55534, no (refractive index of ordinary ray) = 1.54617, and birefringence is 0.00917. is there. In order to obtain a quarter wave plate, the thickness is t,
(Ne-no) t = λ / 4
When λ = 546 nm, the thickness t is 14.8 μm.

しかし、この厚さでは薄すぎて取り扱いが困難であるために、通常、使用する波長範囲が狭い場合は、
(ne−no)t={m+(1/4)}λ
として中心波長近傍のみ位相シフト条件を満たすようにしている。例えば、m=9とすれば、厚さtは、551μmとなる。
However, since this thickness is too thin and difficult to handle, usually when the wavelength range to be used is narrow,
(Ne−no) t = {m + (1/4)} λ
The phase shift condition is satisfied only in the vicinity of the center wavelength. For example, if m = 9, the thickness t is 551 μm.

ここで、mは次数である。m≠0の波長板は、高次波長板とよばれ、m=0の波長板は、0次の波長板とよばれる。0次の波長板は、厚さを薄くするだけでなく、2枚の複屈折材料を互いに異方性軸が直交するように貼り合わせることでも作製することが可能である。この場合、1枚目と2枚目で位相シフトの符号がキャンセルされる。この構成の場合、2枚の貼り合わせる複屈折材料の厚さの差を、単板での0次の波長板厚さと一致させる必要がある。   Here, m is the order. A wave plate with m ≠ 0 is called a high-order wave plate, and a wave plate with m = 0 is called a zero-order wave plate. The 0th-order wave plate can be produced not only by reducing the thickness but also by bonding two birefringent materials so that their anisotropic axes are orthogonal to each other. In this case, the phase shift code is canceled for the first and second sheets. In the case of this configuration, it is necessary to make the difference in thickness between the two birefringent materials to be bonded coincide with the zero-order wave plate thickness of a single plate.

特開2004−170853号公報JP 2004-170853 A

波長板の波長依存性は、波長と厚さの関係による本質的なものと、屈折率や複屈折率の分散による材料起因によるものとに大別することができる。高分子材料では材料の最適化によって前者の本質的な部分をキャンセル、もしくは後者の材料起因による部分を低減するよう設計することが可能である。しかしながら、光学結晶などの無機材料の場合には、屈折率分散の向きや大きさ(短波長ほど屈折率、複屈折は大きくなる)は大きく変化できないため、材料に起因する部分が波長板の動作帯域を決める重要なファクターとなっている。   The wavelength dependence of the wave plate can be broadly divided into an intrinsic one based on the relationship between the wavelength and the thickness, and an intrinsic material due to dispersion of the refractive index and birefringence. The polymer material can be designed to cancel the essential part of the former by material optimization or to reduce the part caused by the latter material. However, in the case of an inorganic material such as an optical crystal, the direction and magnitude of refractive index dispersion (the shorter the wavelength, the greater the refractive index and birefringence) cannot be changed greatly. It is an important factor that determines the bandwidth.

このようなことから、0次波長板であっても波長400〜700nmの広帯域にわたって動作することは不可能である。一方、特許文献1に開示されているように、波長板をその異方性軸が所定の関係となるように貼り合わせることで1枚目と2枚目で波長依存性をキャンセルすることも可能である。   For this reason, even a zero-order wave plate cannot operate over a wide band of wavelengths from 400 to 700 nm. On the other hand, as disclosed in Patent Document 1, it is possible to cancel the wavelength dependency between the first and second sheets by bonding the wave plates so that their anisotropic axes have a predetermined relationship. It is.

しかしながら、貼り合わせる2枚の波長板が高次のものであると、高次であることによる波長依存性が桁違いに大きいため、貼り合わせによる効果が小さくなる。2枚の波長板がともに0次であるとき波長400〜700nmの広い帯域で動作する波長板が得られるが、0次波長板を構成するのに2枚の複屈折板を使用する場合には合計で4枚の複屈折板が必要になり、非常に高価なものになる。   However, if the two wave plates to be bonded are of higher order, the wavelength dependence due to the higher order is remarkably large, so the effect of the bonding is reduced. When the two wave plates are both in the 0th order, a wave plate operating in a wide band of wavelengths from 400 to 700 nm can be obtained. However, when two birefringent plates are used to form the 0th wave plate, In total, four birefringent plates are required, which is very expensive.

一方、直交貼り合わせタイプの0次波長板では、動作帯域を決定する大きな要因は材料の屈折率分散であり、分散の小さい材料を用いることで波長板の広帯域化を図ることができる。しかし、無機複屈折率材料として最も一般的に用いられている水晶は、400〜700nmの可視光帯域で、最大で約0.01の複屈折変化が生じており、これを用いて0次の1/4波長板を構成したときの位相シフト量の波長依存性は、波長400〜700nmで最大180度以上となり、信頼性の高い広帯域の波長板は得られない。   On the other hand, in the orthogonally bonded type zero-order wave plate, the major factor that determines the operating band is the refractive index dispersion of the material. By using a material with small dispersion, the wave plate can be widened. However, the most commonly used quartz crystal as the inorganic birefringence material has a birefringence change of about 0.01 at the maximum in the visible light band of 400 to 700 nm. The wavelength dependence of the phase shift amount when a quarter wavelength plate is configured is 180 degrees or more at a wavelength of 400 to 700 nm, and a highly reliable broadband wavelength plate cannot be obtained.

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、信頼性に優れた広帯域の波長板及びこれを備えた光学装置を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a broadband wave plate excellent in reliability and an optical apparatus including the same.

以上の課題を解決するに当たり、本発明の波長板は、複数枚の複屈折板をそれらの光軸が直交するように貼り合わせてなる波長板であって、上記複屈折板は、KTP結晶からなることを特徴とする。   In solving the above problems, the wave plate of the present invention is a wave plate formed by bonding a plurality of birefringent plates so that their optical axes are orthogonal to each other, and the birefringent plate is made of a KTP crystal. It is characterized by becoming.

KTP(リン酸チタン酸カリウム:KTiOPO4)結晶は、可視域から近赤外域まで透明な二軸性複屈折結晶であり、波長588nmでのa軸、b軸及びc軸の屈折率は、na:1.7789、nb:1.76809、nc:1.87429である。複屈折は、b軸とc軸間で0.106、a軸のb軸間で0.0108となっている。複屈折材料としてKTP結晶を用いた場合、400〜700nmの可視光帯域での複屈折変化は最大で約0.005であり、水晶の1/2である。従って、波長400〜700nmでの位相シフト量も小さく抑えることが可能となり、広帯域にわたって安定した透過特性を得ることができる。また、KTPは水晶に比べて波長依存性が小さいため、貼り合わせ枚数を少なくできる。これにより、信頼性の高い広帯域の0次波長板を低コストで得ることが可能となる。 The KTP (potassium phosphate titanate: KTiOPO 4 ) crystal is a biaxial birefringent crystal that is transparent from the visible region to the near infrared region, and the refractive indexes of the a-axis, b-axis, and c-axis at a wavelength of 588 nm are expressed as na. : 1.7898, nb: 1.76809, nc: 1.87429. The birefringence is 0.106 between the b-axis and the c-axis and 0.0108 between the a-axis and the b-axis. When a KTP crystal is used as the birefringent material, the maximum birefringence change in the visible light band of 400 to 700 nm is about 0.005, which is ½ of quartz. Therefore, the amount of phase shift at a wavelength of 400 to 700 nm can be kept small, and stable transmission characteristics can be obtained over a wide band. In addition, since KTP has less wavelength dependency than quartz, the number of bonded sheets can be reduced. This makes it possible to obtain a highly reliable broadband 0th-order wave plate at low cost.

本発明に係る波長板は、1/2波長板、1/4波長板等として構成することができる。例えば、2枚の1/2波長板を貼り合わせて0次の1/2波長板を作製する場合、これら2枚の1/2波長板の厚みを相互に異ならせ、その厚みの差Δtが、(ne−no)Δt=(1/2)λの関係を満たすようにする。   The wave plate according to the present invention can be configured as a half-wave plate, a quarter-wave plate, or the like. For example, when two half-wave plates are bonded together to produce a zero-order half-wave plate, the thicknesses of the two half-wave plates are made different from each other, and the difference Δt in thickness is , (Ne−no) Δt = (1/2) λ.

1/2波長板の適用例としては、液晶プロジェクタ等の光学装置における偏光変換素子(PBC)等が好適である。本発明に係る波長板は、無機材料で構成されているため、光源近傍に配置しても熱吸収による複屈折の変化が生じにくい。また、屈折率の波長依存性が水晶等に比べて小さいため、信頼性の高い光学特性が得られるとともに、貼り合わせ枚数を少なくして波長板を構成することが可能となるので、素子の小型化・薄型化と低コスト化に貢献できる。   As an application example of the half-wave plate, a polarization conversion element (PBC) or the like in an optical apparatus such as a liquid crystal projector is preferable. Since the wave plate according to the present invention is made of an inorganic material, even if it is disposed in the vicinity of the light source, a change in birefringence due to heat absorption hardly occurs. In addition, since the wavelength dependency of the refractive index is smaller than that of quartz or the like, highly reliable optical characteristics can be obtained, and a wave plate can be formed with a reduced number of bonded sheets, so that the element size can be reduced. Contributes to downsizing / thinning and cost reduction.

以上述べたように、本発明によれば、信頼性に優れた広帯域の波長板を低コストで得ることが可能である。   As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a broadband wave plate excellent in reliability at a low cost.

以下、本発明の各実施形態について図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は本発明の実施形態による光学装置10の概略構成図である。本実施形態の光学装置10は、液晶プロジェクタ(画像表示装置)として構成されている。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical device 10 according to an embodiment of the present invention. The optical device 10 of the present embodiment is configured as a liquid crystal projector (image display device).

光学装置10において、例えば超高圧水銀ランプからなる光源11は、白色の照明光Lを一対のフライアイレンズからなるインテグレータレンズ12へ向けて照射する。インテグレータレンズ12は、照明光Lの光量分布を均一化して偏光変換素子13へ入射させる。偏光変換素子13は、入射した照明光LについてP偏光成分をS偏光成分へ変換してコンデンサーレンズ14へ入射させる。コンデンサーレンズ14は、偏光変換素子13の出射光を次段の色分離光学系の光路長に合わせた光線に変換して出射する。   In the optical device 10, a light source 11 made of, for example, an ultrahigh pressure mercury lamp irradiates white illumination light L toward an integrator lens 12 made of a pair of fly-eye lenses. The integrator lens 12 makes the light amount distribution of the illumination light L uniform and makes it incident on the polarization conversion element 13. The polarization conversion element 13 converts the P-polarized component of the incident illumination light L into an S-polarized component and makes it incident on the condenser lens 14. The condenser lens 14 converts the light emitted from the polarization conversion element 13 into light that matches the optical path length of the color separation optical system at the next stage and emits the light.

上記色分離光学系は、コンデンサーレンズ14から出射された照明光Lについて、青色帯域の光を反射し赤色及び緑色帯域の光を透過する第1ダイクロイックミラー15Aと、緑色帯域の光を反射し赤色帯域の光を透過する第2ダイクロイックミラー15Bで構成されている。   The color separation optical system includes a first dichroic mirror 15A that reflects blue band light and transmits red and green band light, and reflects green band light and reflects red illumination light L emitted from the condenser lens 14. It is composed of a second dichroic mirror 15B that transmits light in the band.

第1ダイクロイックミラー15Aで反射された青色光Lbは、ミラー16で全反射して光路が90度変換されて青色用空間変調素子17bへ入射する。一方、第2ダイクロイックミラー15Bで反射された緑色光Lgは緑色用空間変調素子17gへ入射し、第2ダイクロイックミラー15Bを透過した赤色光Lrは、ミラー18,19で全反射して光路がそれぞれ90度変換された後、赤色用空間変調素子17rへ入射する。   The blue light Lb reflected by the first dichroic mirror 15A is totally reflected by the mirror 16, the optical path is converted by 90 degrees, and enters the blue spatial modulation element 17b. On the other hand, the green light Lg reflected by the second dichroic mirror 15B is incident on the green spatial modulation element 17g, and the red light Lr transmitted through the second dichroic mirror 15B is totally reflected by the mirrors 18 and 19 so that the optical paths are respectively changed. After the 90 degree conversion, the light enters the red spatial modulation element 17r.

青色用空間変調素子Lb、緑色用空間変調素子Lg及び赤色用空間変調素子Lrは、それぞれ透過型液晶表示パネルで構成されており、空間変調した青色光Lb、緑色光Lg及び赤色光Lrを合成プリズム20へ出射する。合成プリズム20は、入射した各色光を合成して投影レンズ系21を介して図示しないスクリーンへ画像光PLを投射する。   Each of the blue spatial modulation element Lb, the green spatial modulation element Lg, and the red spatial modulation element Lr includes a transmissive liquid crystal display panel, and synthesizes the spatially modulated blue light Lb, green light Lg, and red light Lr. The light is emitted to the prism 20. The combining prism 20 combines the incident color lights and projects the image light PL through a projection lens system 21 onto a screen (not shown).

次に、以上のように構成される本実施形態の光学装置10における偏光変換素子13の詳細について説明する。図2は、偏光変換素子13の構成及び機能を説明する概略図である。   Next, details of the polarization conversion element 13 in the optical device 10 of the present embodiment configured as described above will be described. FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the configuration and function of the polarization conversion element 13.

偏光変換素子13は、無偏光の照明光Lを一定の直線偏光(S偏光)に変換する光学素子である。偏光変換素子13は、プリズムの斜面に光学薄膜23を成膜したプリズムアレイ24の所定位置に1/2波長板25を備えた構造を有している。光学薄膜23は、例えば光学多層膜からなり、P偏光成分は透過しS偏光成分は反射する光学特性を有している。1/2波長板25は、プリズムアレイ24の出射面において光学薄膜23を介して透過するP偏光成分の出射領域に選択的に設置されており、入射するP偏光成分に180度の位相差を与え、S偏光として出射させる機能を果たす。   The polarization conversion element 13 is an optical element that converts the non-polarized illumination light L into constant linearly polarized light (S-polarized light). The polarization conversion element 13 has a structure in which a half-wave plate 25 is provided at a predetermined position of a prism array 24 in which an optical thin film 23 is formed on the slope of the prism. The optical thin film 23 is made of, for example, an optical multilayer film, and has an optical characteristic of transmitting the P-polarized component and reflecting the S-polarized component. The half-wave plate 25 is selectively installed in the exit region of the P-polarized component that is transmitted through the optical thin film 23 on the exit surface of the prism array 24, and has a phase difference of 180 degrees with respect to the incident P-polarized component. And fulfills the function of emitting as S-polarized light.

図3は1/2波長板25の概略構成図である。本実施形態の1/2波長板25は、KTP(リン酸チタン酸カリウム:KTiOPO4)結晶からなる2枚の複屈折板25A,25Bをそれらの光軸(光学軸)D1,D2が直交するように貼り合わせて構成されている。複屈折板25A,25Bは、厚さが異なる2枚の1/2波長板として構成されており、透明な接着剤を介して貼り合わされている。 FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the half-wave plate 25. The half-wave plate 25 of the present embodiment has two birefringent plates 25A and 25B made of KTP (potassium phosphate titanate: KTiOPO 4 ) crystal and their optical axes (optical axes) D1 and D2 are orthogonal to each other. It is configured by pasting together. The birefringent plates 25A and 25B are configured as two half-wave plates having different thicknesses, and are bonded together via a transparent adhesive.

2枚の複屈折板25A,25Bは、面内の光軸D1,D2が互いに直交するように貼り合わされることにより、同一の厚さ範囲で位相シフトの符号がキャンセルされる。このとき、複屈折板25A,25Bの厚さの差Δt(t1−t2)が、(ne−no)Δt={m+(1/2)}λの関係を満たすように複屈折板25A,25Bの厚さが選定される。m=0の場合は0次の1/2波長板が得られ、m≠0の場合は高次の1/2波長板が得られることになる。本実施形態では、Δtが0次の波長板厚さと一致するように設計される。これにより、取り扱い性を損なわない程度の厚さで0次の1/2波長板を容易に構成することが可能となる。   The two birefringent plates 25A and 25B are bonded so that the in-plane optical axes D1 and D2 are orthogonal to each other, so that the sign of the phase shift is canceled in the same thickness range. At this time, the birefringence plates 25A and 25B are set so that the thickness difference Δt (t1−t2) between the birefringence plates 25A and 25B satisfies the relationship of (ne−no) Δt = {m + (1/2)} λ. Thickness is selected. When m = 0, a zero-order half-wave plate is obtained, and when m ≠ 0, a high-order half-wave plate is obtained. In the present embodiment, Δt is designed so as to coincide with the 0th-order wave plate thickness. As a result, it is possible to easily construct a zeroth-order half-wave plate with a thickness that does not impair the handleability.

KTP結晶は、可視域から近赤外域まで透明な二軸性結晶であり、波長588nmでのa軸、b軸及びc軸の屈折率は、na:1.7789、nb:1.76809、nc:1.87429である。複屈折は、b軸とc軸間で0.106、a軸のb軸間で0.0108となっている。   The KTP crystal is a biaxial crystal that is transparent from the visible range to the near-infrared range, and the refractive indexes of the a-axis, b-axis, and c-axis at a wavelength of 588 nm are na: 1.78989, nb: 1.76809, nc : 1.87429. The birefringence is 0.106 between the b-axis and the c-axis and 0.0108 between the a-axis and the b-axis.

図4及び図5は、KTP結晶(a−b軸間)と水晶について測定した可視光帯域における複屈折変化と位相シフト量の波長依存をそれぞれ示している。各図において、実線はKTP結晶、一点鎖線は水晶を表している。なお、図5は、0次の1/4波長板をサンプルに用いたときの実験結果である。   4 and 5 show the wavelength dependence of the birefringence change and the phase shift amount in the visible light band measured for the KTP crystal (between the ab axis) and the quartz crystal, respectively. In each figure, the solid line represents the KTP crystal, and the alternate long and short dash line represents the crystal. FIG. 5 shows experimental results when a 0th-order quarter-wave plate is used as a sample.

図4に示すように、複屈折材料としてKTP結晶を用いた場合、400〜700nmの可視光帯域での複屈折変化は最大で約0.005であり、水晶の複屈折変化(約0.01)の実に半分である。従って、図5に示すように波長400〜700nmでの位相シフト量も、±30度と小さく抑えられる。これにより、広帯域にわたって高いPS偏光変換効率を得ることができる。   As shown in FIG. 4, when a KTP crystal is used as the birefringent material, the maximum birefringence change in the visible light band of 400 to 700 nm is about 0.005, and the birefringence change (about 0.01 ) Is really half. Therefore, as shown in FIG. 5, the phase shift amount at a wavelength of 400 to 700 nm is also suppressed to as small as ± 30 degrees. Thereby, high PS polarization conversion efficiency can be obtained over a wide band.

本発明者は、水晶及びKTP結晶からなる1/2波長板を用いて偏光変換素子を構成したときのそれぞれの偏光透過率(400〜700nmの透過率平均値)を測定した。実験結果によれば、水晶の場合は74%であったのに対し、KTP結晶の場合は88%であった。可視光帯域の光に対して位相シフト量が180度からずれると、偏光変換が完全でなくなり透過率が低下する。すなわち、各々の偏光透過率の違いは、KTPの複屈折の波長依存性が水晶に比べて小さいことによるもので、本発明の優位性を示している。   This inventor measured each polarization | polarized-light transmittance (transmittance average value of 400-700 nm) when a polarization conversion element was comprised using the half-wave plate which consists of a crystal | crystallization and a KTP crystal | crystallization. According to the experimental results, it was 74% for quartz and 88% for KTP crystals. If the phase shift amount deviates from 180 degrees with respect to the light in the visible light band, the polarization conversion becomes incomplete and the transmittance decreases. That is, the difference in polarization transmittance is due to the fact that the wavelength dependence of the birefringence of KTP is smaller than that of quartz, indicating the superiority of the present invention.

また、KTP結晶は水晶に比べて波長依存性が小さいため、水晶を用いた場合のように貼り合わせ枚数を増やして波長依存性をキャンセルする必要がなくなり、貼り合わせ枚数を少なくして低コスト、小型・薄型の1/2波長板25を作製することが可能となる。なお、高次ほど波長依存の影響が少なくなるので、KTP結晶基板を複数枚貼り合わせて高次の波長板を作製することも勿論可能である。   In addition, since the wavelength dependence of the KTP crystal is smaller than that of quartz, there is no need to cancel the wavelength dependence by increasing the number of bonded sheets as in the case of using quartz, and the cost is reduced by reducing the number of bonded sheets. A small and thin half-wave plate 25 can be produced. In addition, since the influence of wavelength dependence decreases as the order increases, it is of course possible to produce a higher-order wavelength plate by laminating a plurality of KTP crystal substrates.

また、KTP結晶は二軸性結晶であるため、光学軸のひとつが複屈折板の面内方向にあり入射光が複屈折板の表面に垂直に入射する条件において、一軸性結晶と同様な解析で波長板の光学設計が可能である。また、二軸性結晶は一軸性結晶よりも光学軸が多いため、光学軸の選定の仕方で複数の複屈折性を得ることができ、これにより波長板の設計自由度の向上が図れるようになる。   In addition, since the KTP crystal is a biaxial crystal, the same analysis as the uniaxial crystal is performed under the condition that one of the optical axes is in the in-plane direction of the birefringent plate and the incident light is perpendicularly incident on the surface of the birefringent plate. Therefore, optical design of the wave plate is possible. In addition, since biaxial crystals have more optical axes than uniaxial crystals, a plurality of birefringences can be obtained by selecting the optical axis so that the degree of freedom in designing the wave plate can be improved. Become.

以上のように、本実施形態によれば、1/2波長板25を構成する複屈折材料にKTP結晶を用いているので、可視光帯域における複屈折の波長依存性を従来の水晶波長板に比べて低くすることができる。これにより、可視光全域において安定した位相差特性が得られ、高い偏光変換効率を確保できるようになる。その結果、偏光透過率が向上して、光利用効率が高まり、画像の高輝度化を図ることができるとともに、光学装置10全体の低消費電力化に貢献することができるようになる。   As described above, according to the present embodiment, since the KTP crystal is used as the birefringent material constituting the half-wave plate 25, the wavelength dependence of birefringence in the visible light band is compared with the conventional quartz wavelength plate. It can be made lower than that. As a result, stable phase difference characteristics can be obtained over the entire visible light range, and high polarization conversion efficiency can be ensured. As a result, the polarization transmittance is improved, the light use efficiency is increased, the brightness of the image can be increased, and the overall power consumption of the optical device 10 can be reduced.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。   The embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to this, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention.

例えば以上の実施形態では、本発明に係る波長板を1/2波長板として構成した例について説明したが、1/4波長板、1/8波長板等の他の位相差板として構成することも可能である。   For example, in the above-described embodiment, the example in which the wave plate according to the present invention is configured as a half-wave plate has been described. However, the wave plate according to the present invention may be configured as another retardation plate such as a quarter-wave plate or a 8-wave plate. Is also possible.

1/4波長板は、目的とする波長帯域の直線偏光を円偏光に又は円偏光を直線偏光に変換する素子である。適用例としては、液晶プロジェクタにおいて、空間変調素子を反射型液晶表示パネルで構成した場合に当該液晶表示パネルの前面に設置される1/4波長板が挙げられる。あるいは、光ピックアップ装置に組み込まれる1/4波長板にも、本発明は適用可能である。   The quarter-wave plate is an element that converts linearly polarized light in a target wavelength band into circularly polarized light or circularly polarized light into linearly polarized light. As an application example, in a liquid crystal projector, when the spatial modulation element is formed of a reflective liquid crystal display panel, a quarter wavelength plate installed on the front surface of the liquid crystal display panel can be cited. Alternatively, the present invention can also be applied to a quarter wavelength plate incorporated in an optical pickup device.

本発明の実施形態による光学装置としての液晶プロジェクタの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the liquid crystal projector as an optical apparatus by embodiment of this invention. 図1の液晶プロジェクタにおける偏光変換素子の構成及び作用を説明する図である。It is a figure explaining the structure and effect | action of the polarization conversion element in the liquid crystal projector of FIG. 本発明の実施形態による波長板の概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the wave plate by embodiment of this invention. KTP結晶及び水晶の可視広帯域における複屈折の波長依存性を示す図である。It is a figure which shows the wavelength dependence of the birefringence in the visible broadband of KTP crystal and quartz. KTP結晶及び水晶の可視光帯域における位相シフト量の波長依存性を示す図である。It is a figure which shows the wavelength dependence of the phase shift amount in the visible light band of a KTP crystal and quartz.

符号の説明Explanation of symbols

10…光学装置(液晶プロジェクタ)、11…光源、13…偏光変換素子、15A,15B…ダイクロイックミラー、17r,17g,17b…空間変調素子(透過型液晶表示パネル)、25…1/2波長板、25A,25B…複屈折板   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Optical apparatus (liquid crystal projector), 11 ... Light source, 13 ... Polarization conversion element, 15A, 15B ... Dichroic mirror, 17r, 17g, 17b ... Spatial modulation element (transmission type liquid crystal display panel), 25 ... 1/2 wavelength plate , 25A, 25B ... birefringent plates

Claims (6)

複数枚の複屈折板をそれらの光軸が直交するように貼り合わせてなる波長板であって、
前記複屈折板は、KTP(KTiOPO4)結晶からなる
ことを特徴とする波長板。
A wave plate formed by laminating a plurality of birefringent plates so that their optical axes are orthogonal,
The birefringent plate is made of a KTP (KTiOPO 4 ) crystal.
前記複数枚のKTP基板の厚みが相互に異なっている
ことを特徴とする請求項1に記載の波長板。
The wavelength plate according to claim 1, wherein the plurality of KTP substrates have different thicknesses.
当該波長板は、1/2波長板である
ことを特徴とする請求項2に記載の波長板。
The wave plate according to claim 2, wherein the wave plate is a half wave plate.
当該波長板は、1/4波長板である
ことを特徴とする請求項2に記載の波長板。
The wave plate according to claim 2, wherein the wave plate is a quarter wave plate.
複数枚の複屈折板をそれらの光軸が直交するように貼り合わせてなる波長板を備えた光学装置であって、
前記複屈折板は、KTP(KTiOPO4)結晶からなる
ことを特徴とする光学装置。
An optical device including a wave plate formed by laminating a plurality of birefringent plates so that their optical axes are orthogonal to each other,
The birefringent plate is made of a KTP (KTiOPO 4 ) crystal.
前記波長板は、一方の直線偏光を他方の直線偏光に変換する偏光変換素子として用いられる
ことを特徴とする請求項5に記載の光学装置。
The optical device according to claim 5, wherein the wavelength plate is used as a polarization conversion element that converts one linearly polarized light into the other linearly polarized light.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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