波片、偏振转换元件、照明光学系统和图像显示装置的制作方法

专利名称：波片、偏振转换元件、照明光学系统和图像显示装置的制作方法
技术领域：
本实用新型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：
投影机作为在商务领域进行演示等功能的设备已经被广泛地应用了很多年。近年来，随着投影机价格不断降低以及民众生活水平的提高，投影机作为用于家庭影院的显示设备等而广泛进入千家万户。随之而来是对 小型化、分辨率的提高以及光利用效率的改善等提出了更高的要求。因此，作为提高光利用效率的手段，在液晶投影机中内置偏光转换元件，通过对使用卤素灯等的光源射出的光线进行偏光转换，使得射入液晶面板的光线的偏光一致，从而提高光能的使用效率。图10示出以往的偏光转换元件的一个结构例子。偏光转换元件I’是在棱镜的斜面上形成了光学薄膜2’的棱镜阵列3’的规定位置上设置1/2波片5’的结构。在从卤素灯等光源发出的光线中包含S偏光分量和P偏光分量，这里，对于使用液晶面板的画面投射所需的光线仅仅是其中一个偏光分量，因此通过偏光转换元件I’能够使不需要的偏光分量偏光，从而使光的偏光分量一致，能够提高光的利用率。具体来说，入射光中的P偏光分量透过光学薄膜2’而入射到1/2波片5’，通过该1/2波片5’时,偏光面旋转90度而成为S偏光分量。另一方面,入射光中的S偏光分量被光学薄膜2’反射，从而原样射出。从而，从偏光转换元件I’射出的出射光统一为S光，实现了光能的高效利用。作为1/2波片的材料，一般使用聚碳酸酯或类似物的膜。但是，在投影机中，由于波片的位置靠近光源，因为光源的温度通常很高，因此在投影机中作为波片的材料，通常使用石英波片。如日本专利第4277514号中公开了一种层叠波片，如图10所示，通过两个波片层叠而成，两个波片的光学轴面内角度满足Θ 2 = Θ 1+45。通过上述专利文献中的发明，能够在提闻耐热性的同时，提闻光能的利用效率。但是，在上述专利文献中仍然存在以下问题。通过本发明人的实验发现，在上述结构的波片中存在着角度依赖性的问题，也就是说随着入射到波片的光线的角度增大，变换效率(P光到S光)会变差。特别是近年来，环保标准作为电器的评价标准之一已经广泛得到执行，而且对环保节能的要求逐年提高。若优先考虑亮度来进行设计，则入射到波片的光线的角度比以往增大很多。以往可能并不存在的角度依赖性目前变得非常显著，难以消除对于变换效率的恶劣影响。

实用新型内容本实用新型鉴于上述现有技术中的课题而完成，其目的在于提供一种兼顾耐光性、耐热性和高效率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。本实用新型的波片由长方形的第一石英片和第二石英片重叠而成，在所述第一石英片和第二石英片中，光学轴分别相对于其主面倾斜，其特征在于，所述第一石英片的光轴在其主面上的投影与所述第一石英片的长边所成的第一角度在大于22. 5度且小于等于
25.4度的范围内，所述第二石英片的光轴在其主面上的投影与所述第二石英片的长边所成的第二角度在大于等于64. 6度且小于67. 5度的范围内，所述第一石英片和第二石英片的光学轴分别与垂直于所述第一石英片和第二石英片的主面的方向的夹角的第三角度在大 于等于25且小于等于28. 8度的范围内。在上述本实用新型的波片中，优选所述第一角度与所述第二角度之和为90度。在上述本实用新型的波片中，优选所述第一角度为24. 3度，所述第二角度为65. 7度，所述第三角度为27. 3度。本实用新型的偏振转换兀件包括将入射光分尚成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由长方形的第一石英片和第二石英片重叠而成的波片，其特征在于，所述第一石英片的光轴在其主面上的投影与所述第一石英片的长边所成的第一角度在大于22. 5度且小于等于25. 4度的范围内，所述第二石英片的光轴在其主面上的投影与所述第二石英片的长边所成的第二角度在大于等于64. 6度且小于67. 5度的范围内，所述第一石英片和第二石英片的光学轴分别与垂直于所述第一石英片和第二石英片的主面的方向的夹角的第三角度在大于等于25且小于等于28. 8度的范围内。本实用新型的照明光学系统包括光源；降低从所述光源射出的光的照度不均匀性的积分元件；和偏振转换元件，设置在透射穿过所述积分元件的光的光路上，并包括将入射光分尚成P偏振光和S偏振光的偏振分尚器、和设置在被所述偏振分尚器分尚出的P偏振光和S偏振光中的一个的光路上的由长方形的第一石英片和第二石英片重叠而成的波片，其特征在于，所述第一石英片的光轴在其主面上的投影与所述第一石英片的长边所成的第一角度在大于22. 5度且小于等于25. 4度的范围内，所述第二石英片的光轴在其主面上的投影与所述第二石英片的长边所成的第二角度在大于等于64. 6度且小于67. 5度的范围内，所述第一石英片和第二石英片的光学轴分别与垂直于所述第一石英片和第二石英片的主面的方向的夹角的第三角度在大于等于25且小于等于28. 8度的范围内。本实用新型的图像显示装置包括照明光学系统，所述照明光学系统包括光源；降低从所述光源射出的光的照度不均匀性的积分元件；和偏振转换元件，所述偏振转换元件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由长方形的第一石英片和第二石英片重叠而成的波片；分离从所述照明光学系统出射的光的分光光学系统；调制分离出的光的液晶面板；合成被所述液晶面板调制的光的光合成器；和投射由所述光合成器合成的光的透镜，其特征在于，所述第一石英片的光轴在其主面上的投影与所述第一石英片的长边所成的第一角度在大于22. 5度且小于等于25. 4度的范围内，所述第二石英片的光轴在其主面上的投影与所述第二石英片的长边所成的第二角度在大于等于64. 6度且小于67. 5度的范围内，所述第一石英片和第二石英片的光学轴分别与垂直于所述第一石英片和第二石英片的主面的方向的夹角的第三角度在大于等于25且小于等于28. 8度的范围内。根据本实用新型，能够提供一种兼顾耐光性、耐热性和高效率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。

图I是表示本实用新型的波片的Z切割的示意图。图2A和图2B是通过Z切割而得到的石英薄片的示意图。图3A 图3C是在石英薄片上切割构成本实用新型的波片的两个石英片的示意图。图4A和图4B是表示两个石英片的区分方法的示意图。图5A是从Y轴方向观看本实用新型的波片时的俯视图，图5B是从Z轴方向观察到的正视图。图6是表示本实用新型的偏振转换元件的示意性构造图。图7A 图7H是表示本实用新型的偏振转换元件中的波片的组合的说明图。图8是表示本实用新型的照明光学系统的示意性构造图。图9是表示本实用新型的图像显示装置的示意性构造图。图10是表示现有技术的偏振转换元件的示意性构造图。
具体实施方式
下面将参照附图，通过优选的实施例方式来介绍本实用新型。然而，本公开并不局限于以下示例。本实用新型的波片如图5所示，由两片石英片I和2构成，下面参照图I 图3说明石英片I和2的制造方法。首先，如图I所示，将石英晶体按照光学轴C轴的方向放置在例如切割机上，以与垂直于C轴的平面成大致27. 3度的角度切割出大致O. 15_的薄片，即Z切割。注意，由于加工精度的问题，在实际实施加工的过程中，切割角度允许在25度至28. 8度之间变动，并且薄片的切割厚度也可以在O. 135mm至O. 165mm之间变动。通过图I所示的Z切割的方法，石英体被切割为如图2A和图2B所示的薄片。如图图2A和图2B所示，光学轴C轴与与薄片的主平面并非垂直，而是成大致62. 7度(90度-27. 3度)的角度。图3A示出通过Z切割所得的石英片的俯视图和侧视图。在该石英片上进一步进行切割从而得到构成本实用新型的薄片的两个石英片I和2。图3B中示出石英片2 (A片)的切割方法，在图3B所示的大致长方形的薄片上，沿着与长方形中的长边成大致24. 3度的角度以适当的宽度切出如图3B所示的平行四边形。然后，在该平行四边形中，以垂直于左右的两条边的方向将该平行四边形的上下两部分切除，从而形成长方形的石英片2。该长方形的石英片2的长度和宽度可以根据实际的加工需要取适当的取值。从而，在切割所得的石英片2中，C轴与石英片2的主平面成大致62. 7度的角度，并且在长方形的石英片2中的投影与长方形的长边成大致65. 7度的角度。图3C中示出石英片I (B片)的切割方法，与图3C中的A片的切割方法类似，在图3C所示的大致长方形的薄片上，沿着与长方形中的宽边成大致24. 3度的角度以适当的宽度切出如图3C所示的平行四边形。然后，在该平行四边形中，以垂直于上下的两条边的方向将该平行四边形的左右两部分切除，从而形成长方形的石英片I。该长方形的石英片I的长度和宽度可以根据实际的加工需要适当的取值。从而，在切割所得的石英片I中，C轴与石英片I的主平面同样成大致62. 7度的角度，并且在长方形的石英片I中的投影与长方形 的长边成大致24. 3度的角度。上述石英片I和2中，C轴在长方形的石英片中的投影与长方形的短边所成的角度也称作面内角度。通过实验可知，在石英片I的面内角度0a在24. 3度 25. 4之间，石英片2的面内角度0 b在64. 6度 65. 7度之间，并且0a和0b之和大致在90±3度(22. 5+64. 6 = 87. I度 25. 4+67. 5 = 92. 9度)的范围内的情况下，均可以得到良好的亮度透过率。尤其在Θ a为24. 3度，Θ b为65. 7度的情况下可以得到最好的亮度透过率，即角度依赖性最小。另外，在Θ a+ Θ b = 90度的情况下，比非90度的情况下的亮度透过率好。关于其亮度透过率例如表I所示。表I
C轴切断角度面内角度亮度透过率
(deg)Θ b (deg)Θ a(deg)505-595nm
25.0__6^5__215__100.0%_
26.3__664__216__102.8%_
27.3__657__243__103.3%_
27.6__654__246__103.0%_
28.8_ 64.625.4102.9%_另外，上面以505_595nm的波长范围的光为例进行了说明，如表2所示，由于根据光的颜色不同，其波长范围也有所不同，因此亮度透过率在每个波长范围下也有所不同，可以根据需要来适当选择参数。表 2
C面内角度亮度透过率轴切断
.,Θ b Θ a
角度420-505nm 505-595nm 595-650nm
、(deg) (deg)
(deg)______
25.067.522.5 100.0%__100.0%__100.0%
26.366.423.6 102.1%__102.8%__100.8%
27.665.424.6 98.7%__103.0%__103.6%
28.864.625.4 92.7% 102.9%103.7%[0038]另外，由于石英片I和2的面内角度不同，因此，为了进行区分，也可以如图4A和4B所示那样进行加工，即在A片的一端切出一个缺口，在B片的一端切出两个缺口。图5A和图5B示出石英片2的光学轴Al和石英片I的光学轴A2的角度关系。在图中，X轴和Y轴定义为波片100平面内的方向，而Z轴定义为波片的厚度方向。其中X轴是石英片的长边方向，Y轴是石英片的宽边方向。此外，当将该波片置于桌子上并从上方观察时，右手侧定义为X轴正方向，而上侧定义为Y轴正方向。另外，从桌子下方区域朝上侧的方向定义为Z轴正方向。在对于该波片进行光学计算的情况下，是基于以下假设进行计算的，即通常光是从Z轴的较小值侧入射到波片，并朝Z轴的较大值侧穿过波片。此外，X轴方向定义为入射光的偏振方向。图5A是从Y轴的方向观察波片100时的俯视图。图5B是从Z轴的方向观察波片100时的正视图。如图5A所示，本实用新型的波片100具有这样一种构造，其中石英片I的主面与石英片2的主面重叠。在图中，箭头Al表示石英片2的光学轴方向，而箭头A2表示石英片I的光学轴方向。光学轴也称为C轴。在本说明书中由箭头示出的方向如下。具体说，在如同图5B的正视图中，箭尖侧的光学轴的前端表示前方侧，即靠近观察者一侧。这同样适用于本说明书中的其它附图。此外，在本说明书中，面内角度是指从垂直于石英片的主面的方向观察波片时由光学轴的投影与入射光的偏振方向(X轴)形成的角度，与光学轴在石英片的厚度方向(Z轴方向)上的取向无关。因此，即使图5B中的箭头Al的箭尖在例如XY平面内朝180度相反方向取向时，面内角度也是相同的。如上所述，如图5A中箭头Al和A2所示，在从平行于波片100的主面IOOa的方向即从Y轴的方向观察到的俯视图中，石英片I的光学轴和石英片2的光学轴相对于主面IOOa是倾斜的。也就是说，石英片I和石英片2是通过以将晶体的光学轴设定成倾斜的方式切割石英片即通过所谓的Z切形成的，并且即使一个石英片也能作为零次半波片而起作用。此外，在该俯视图中，石英片I的光学轴和石英片2的光学轴在XZ面上的投影是彼此大致平行的。如图5B所示，在从垂直于主面IOOa的方向观察波片100时的正视图中，由石英片I的光学轴与石英片2的光学轴在XY面的投影形成的角度大致为41. 4度。如上所述，优选的是，石英片I的光学轴的面内角度设定为24. 3度，而石英片2的光学轴的面内角度设定为65. 7度。在以将石英的光学轴设定成倾斜的方式切割石英片以允许一个石英片用作零次半波片的情况下，石英片的光学轴是三维地倾斜的。因此，不但应该考虑从图5B所示垂直 于主面的方向观察到的正视图中的光学轴方向，而且还应考虑从如图5A所示平行于主面的方向观察到的俯视图中的光学轴方向。本公开的实施例是基于以下发现，即能够通过使两个石英片构造成使得从平行于波片的主面的方向观察到的俯视图中的光学轴方向彼此平行来轻松地实现带宽增大。[0051]此外，在本实施例中，可使用相同的石英片作为石英片I和石英片2。具体说，能够通过沿主面内的方向旋转石英片并使主面彼此重叠成使得两个相同石英片的光学轴在正视图中形成的角度为大致41. 4度而在俯视图中的光学轴彼此平行，来构成波片。这消除了制造多种石英片的必要，因此能够实现简化制造步骤和降低成本。下面将描述通过使用上述波片100来构成偏振转换元件的示例。图6是示出本公开本实用新型的偏振转 换元件200的构造的示意性构造图。本实施例的偏振转换兀件200包括将入射光分离成P偏振光和s偏振光的偏振分离器20、和设置在被偏振分离器20分离出的P偏振光和s偏振光之一的光路上的波片24。偏振分离器20是由呈例如平行六面体形状的多个棱镜21彼此粘结而成的。在棱镜21之间的粘结面处，交替形成有例如反射s偏振光并透射P偏振光的PBS面22a和再次反射被PBS面22a反射的s偏振光的反射面22b。在透射穿过PBS面22a的P偏振光出射的棱镜21的出射面处,设置有波片24。作为该波片24，可使用上述实施例(图5A和5B)中示出的波片100。在本示例中，波片100沿面内方向旋转并设置成使得P偏振光的偏振方向能够与图5A和5B中的波片100的X轴
方向一致。可在出射面设置有波片24的棱镜21的光入射侧的面处设置遮光片23。如箭头AlO所示，在本实施例中入射到偏振转换元件200的s偏振光被棱镜21的PBS面22a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，并直接出射为s偏振光。另一方面，如箭头All所示，入射到本实施例的偏振转换元件200的p偏振光透射穿过棱镜21的PBS面22a，并入射到波片24。在入射到波片24的p偏振光中，基于相对于X轴处于45度面内角度的有效轴(virtual axis)发生180度的相位差(λ/2)。因此，发生轴对称的偏振变化，使得光出射为s偏振光。这样,在本实施例的偏振转换兀件200中,包括P偏振光和s偏振光两者的光被转换成这些偏振方向之一的光。特别地，上述实施例中示出的波片100被用作波片24。因此，对于入射角在负侧的光能够降低波长依存性。因此，通过将偏振转换元件设置成使得光以小于O度的负侧的入射角优选以-3度入射到波片24，能够实现高的偏振转换效率。图7示出了石英片的各种组合方式。因此，由箭头Α12示出的石英片2的光学轴的面内角度为大致65. 7度，而由箭头Α13示出的石英片I的光学轴的面内角度为大致24. 3度。波片24b由波片24a沿其主面内的方向旋转180度而得到。如已经描述的，如在本说明书中定义的，面内角度与光学轴在Z轴方向上的取向无关，图中箭尖取向为180度相反侧的光学轴具有相同的面内角度。因此，由箭头A12示出的光学轴的面内角度同样地为大致65. 7度，而由箭头A13示出的光学轴的面内角度为大致24. 3度。如图7B所示，也可采用通过在正视图中交换石英片I的光学轴的取向与石英片2的光学轴的取向所获得的构造。在波片24c中，石英片I的光学轴(箭头A13)的面内角度为24. 3度，而石英片2的光学轴(箭头A12)的面内角度为65. 7度。波片24d由波片24c沿主面内的方向旋转180度而得到。石英片I的光学轴(箭头A13)的面内角度为24. 3度，而石英片2的光学轴(箭头A12)的面内角度为65. 7度。图7C示出了通过使图7A中的波片24a和24 b沿主面内的方向(XY平面内的方向)旋转90度所获得的构造。因此，在波片24e中，石英片2的光学轴的面内角度为箭头A12示出的155. 7度(-24. 3度)，而石英片I的光学轴的面内角度为箭头A13示出的114. 3度(-65. 7 度)。波片24f由波片24e沿主面内的方向旋转180度而得到。因此，石英片2的光学轴(箭头A12)的面内角度和石英片I的光学轴(箭头A13)的面内角度相似地分别为155.7度和114. 3度。图7D示出了通过使图7B中的波片24c和24d沿主面内的方向旋转90度所获得的构造。在波片24g中，石英片I的光学轴(箭头A13)的面内角度为114. 3度(-65. 7度)，而石英片2的光学轴(箭头A12)的面内角度为155. 7度(-24. 3度)。波片24h由波片24g在其主面内旋转180度而得到。因此，石英片I的光学轴(箭头A13)的面内角度也同样地为114. 3度，而石英片2的光学轴(箭头A12)的面内角度为155. 7 度。图7E示出了图7A中的波片24a与图7B中的波片24d的组合。图7F示出了图7B中的波片24c与图7A中的波片24b的组合。图7G示出了图7C中的波片24e与图7D中的波片24h的组合。图7H示出了图7D中的波片24g与图7C中的波片24f的组合。具体说，波片24c、24e和24g作为与波片24a相当的波片而存在，而波片24d、24f和24h作为与波片24b相当的波片而存在。因此，总共存在4X4 = 16种组合。图7A-15H示出了这16种组合中的八种组合。下面将参考图8描述通过使用本实用新型的波片100来构成能够应用于例如投影仪等图像显示装置的照明光学系统的示例。图8是示出本实用新型的照明光学系统300的构造的示意性构造图。本实施例的照明光学系统300包括发光的光源30、降低从光源30射出的光的辉度不均匀性的积分元件35、和调整透射穿过积分元件35的光的偏振方向的偏振转换元件36。作为光源30，使用的是例如超高压汞灯。从光源30射出的光被反射器31反射，并穿过覆盖该反射器的光出射口的防爆玻璃32射出。防爆玻璃32是为了保护光源30免受损伤等而设置的。对于透射穿过防爆玻璃32的光，在图中XY平面内的辉度分布的不均匀性通过积分元件35得到降低。在本实施例中，积分元件35由第一蝇眼透镜33和第二蝇眼透镜34组成。可在光源30与积分元件35之间设置紫外线截止滤波器(ultraviolet cutfilter)。透射穿过积分元件35的光被偏振转换元件36转换成偏振方向被调整为一个方向的光，并从照明光学系统300射出。作为该偏振转换元件36，可使用上面的偏振转换元件200。在该偏振转换元件36中，与例如构成第二蝇眼透镜的各透镜34a_34d相对应地设置波片37a-37d。[0083]对于来自透镜34a和34b的光，与上述(图IA和1B)示出的波片100相同的波片37a和37b分别设置在与上面不出的波片100相同的坐标轴方向上。对于来自透镜34c和34d的光，分别设置由波片37a和37b沿主面内的方向(XY平面内的方向)旋转180度得到的波片37c和37d。也就是说，波片37c和37d相当于上述的波片100。从光源30射出的光的辉度分布并未变得完全均匀，虽然该光穿过了积分元件35。例如，如同图8中的光束L1-L4那样从外侧朝内侧行进的光束的强度通常高于其它光束的
强度。 具体说，在入射到波片37a和37b的光束中，入射角在小于O度的负侧的光束LI和L2的强度较高。因此，通过将波片37a和37b设置成使得构成波片37a和37b的石英片的光学轴取向为与上述波片100相同的取向，光束LI和L2能够优先地受到偏振转换，并且能够提高转换效率。在入射到波片37c和37d的光束中，入射角在大于O度的正侧的光束L3和L4的强度较高。因此，通过沿主面内的方向旋转波片37a (37b) 180度并将之设置成使得其光学轴能够取向为与上述波片100相差180度的取向，光束L3和L4能够优先地受到偏振转换，并且能够提高转换效率。这样，在本实施例中，通过与具有高强度的光的入射角相关联地设置波片37a-37d，能够提高偏振转换效率。因此，能够提高照明的辉度。通过使用上述照明光学系统来构成例如投影仪等图像显示装置，能够显示更明亮、更清晰的图像。图9是示出本实用新型的图像显示装置400的构造的示意性构造图。本实施例的图像显示装置400包括出射偏振光的照明光学系统40、分离照明光学系统40所出射的光的分光光学系统50、调制被分光光学系统50分离的光束的液晶面板63,68 和 73。此外，图像显示装置400包括合成由液晶面板63、68和73调制的各光束的光合成器80、和投射由光合成器80合成的光的投射透镜90。作为照明光学系统40，可使用上述照明光学系统300。从例如超高压汞灯等光源射出的白光被反射器42反射，并透射穿过防爆玻璃43以射出。在本实施例中，在照明光学系统40中设置有紫外线截止滤波器44，从透射穿过防爆玻璃43的光中去除紫外线。透射穿过紫外线截止滤波器44的光在其辉度不均匀性被第一蝇眼透镜45和第二蝇眼透镜46降低后入射到偏振转换元件47。作为偏振转换元件47，使用上述偏振转换元件200。偏振转换兀件47将入射光转换成例如s偏振光,并且该s偏振光从照明光学系统40出射。从照明光学系统40射出的光被例如聚光透镜48准直，并入射到分光光学系统50。分光光学系统50包括二向色镜49和二向色镜53。例如，二向色镜49透射来自照明光学系统40的白光中的蓝光，并反射红光和绿光。二向色镜53设置在被二向色镜49反射的光的光路上。它反射绿光并透射红光。入射到分光光学系统50的光首先入射到例如二向色镜49。二向色镜49透射蓝光并反射红光和绿光。透射穿过二向色镜49的蓝光透射穿过紫外线吸收滤波器51，从而截除紫外线。透射穿过紫外线吸收滤波器51的蓝光被反射镜52反射，因此其行进路径发生改变，使得蓝光入射到聚光透镜61。被聚光透镜61会集的蓝光的偏振方向通过入射侧偏振片62调整成直线偏振光，并入射到液晶面板63。在液晶面板63的后续阶段，作为检偏器设置有出射侧偏振片64。出射侧偏振片64只透射透射穿过液晶面板63的光中的具有预定偏振方向的光。入射侧偏振片62和出射侧偏振片64的偏振面设置成例如彼此一致。作为液晶面板63，可使用例如扭曲向列型的面板。在该情况下，取决于图像信息的蓝光用信号电压施加 至例如液晶面板63的每个像素，而透射穿过每个像素的蓝光的偏振方向根据该电压发生旋转。通过使偏振方向相对于各像素各不相同的该蓝光透射穿过出射侧偏振片64，能够获得具有取决于图像信息的强度分布的蓝光。透射穿过出射侧偏振片64的蓝光透射穿过设置在例如合成棱镜80的入射面上的半波膜。由此，使其偏振方向旋转90度，然后该蓝光入射到合成棱镜80。被二向色镜49反射的红光和绿光入射到二向色镜53。二向色镜53反射绿光并透射红光。被二向色镜53反射的绿光入射到聚光透镜66。被聚光透镜66会集的绿光通过入射侧偏振片67转换成直线偏振光，并入射到液晶面板68。液晶面板68根据图像信息旋转透射穿过每个像素的绿光的偏振方向。透射穿过液晶面板68的绿光透射穿过出射侧偏振片69，从而变成具有取决于图像信息的强度分布的绿色图像光，并入射到合成棱镜80。透射穿过二向色镜53的红光透射穿过会集透镜54，然后被反射镜55反射。例如带通滤波器等波长选择滤波器56设置在被反射镜55反射的红光的光路上，并且只向后续阶段透射有效的红光。透射穿过波长选择滤波器56的红光透射穿过会集透镜57，然后被反射镜58反射，以使其行进路径发生改变。该红光因其光路较长，所以比绿光和蓝光更容易扩散。因此，红光通过会集透镜54和57得到收敛。被反射镜58反射的红光被聚光透镜71会集，然后入射到入射侧偏振片72。红光透射穿过入射侧偏振片72，从而变成直线偏振光，并入射到液晶面板73。在液晶面板73中，基于图像信息的电压信号施加至各像素。此外，透射的红光的偏振方向根据该电压信号得到旋转。透射穿过液晶面板73的红光入射到出射侧偏振片74，以变成具有取决于图像信息的强度分布的红色图像光。透射穿过出射侧偏振片74的红光的偏振方向通过设置在例如合成棱镜80的入射面上的半波膜75旋转90度，然后该红光入射到合成棱镜80。合成棱镜80透射作为的P偏振光的绿光，并反射作为S偏振光的蓝光和红光,从而将红光、绿光和蓝光合成到相同的光路上。从合成棱镜出射的合成光通过投射透镜90以放大方式投射到例如屏幕上。如上所述，在本实施例的图像显示装置400中，使用的是上述照明光学系统。在该照明光学系统40中，来自光源41的光的偏振转换效率高。因此，照明光学系统40能够以低电能消耗输出具有高辉度的光。因此，本实施例的图像显示装置400能够以低成本提供更亮、更清晰的图像。以上描述了根据本公开实施例的波片、偏振转换元件、照明光学系统和图像显示 装置。然而，本公开并不局限于上述实施例，并包括不背离权利要求所给出的本公开的要旨的各种可能模式。
权利要求1.一种波片，由长方形的第一石英片和第二石英片重叠而成，在所述第一石英片和第二石英片中，光学轴分别相对于其主面倾斜，其特征在于， 所述第一石英片的光轴在其主面上的投影与所述第一石英片的长边所成的第一角度在大于22. 5度且小于等于25. 4度的范围内，所述第二石英片的光轴在其主面上的投影与所述第二石英片的长边所成的第二角度在大于等于64. 6度且小于67. 5度的范围内，所述第一石英片和第二石英片的光学轴分别与垂直于所述第一石英片和第二石英片的主面的方向的夹角的第三角度在大于等于25度且小于等于28. 8度的范围内。
2.如权利要求I所述的波片，其特征在于， 所述第一角度与所述第二角度之和为90度。
3.如权利要求2所述的波片，其特征在于， 所述第一角度为24. 3度，所述第二角度为65. 7度，所述第三角度为27. 3度。
4.一种偏振转换兀件,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由长方形的第一石英片和第二石英片重叠而成的波片，其特征在于， 所述第一石英片的光轴在其主面上的投影与所述第一石英片的长边所成的第一角度在大于22. 5度且小于等于25. 4度的范围内，所述第二石英片的光轴在其主面上的投影与所述第二石英片的长边所成的第二角度在大于等于64. 6度且小于67. 5度的范围内，所述第一石英片和第二石英片的光学轴分别与垂直于所述第一石英片和第二石英片的主面的方向的夹角的第三角度在大于等于25度且小于等于28. 8度的范围内。
5.一种照明光学系统，包括光源；降低从所述光源射出的光的照度不均匀性的积分元件；和偏振转换元件，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偏振光的偏振分尚器、和设置在被所述偏振分尚器分尚出的P偏振光和S偏振光中的一个的光路上的由长方形的第一石英片和第二石英片重叠而成的波片，其特征在于， 所述第一石英片的光轴在其主面上的投影与所述第一石英片的长边所成的第一角度在大于22. 5度且小于等于25. 4度的范围内，所述第二石英片的光轴在其主面上的投影与所述第二石英片的长边所成的第二角度在大于等于64. 6度且小于67. 5度的范围内，所述第一石英片和第二石英片的光学轴分别与垂直于所述第一石英片和第二石英片的主面的方向的夹角的第三角度在大于等于25度且小于等于28. 8度的范围内。
6.一种图像显示装置，包括 照明光学系统，所述照明光学系统包括光源；降低从所述光源射出的光的照度不均匀性的积分元件；和偏振转换元件，所述偏振转换元件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由长方形的第一石英片和第二石英片重叠而成的波片； 分离从所述照明光学系统出射的光的分光光学系统； 调制分离出的光的液晶面板； 合成被所述液晶面板调制的光的光合成器；和 投射由所述光合成器合成的光的透镜，其特征在于，所述第一石英片的光轴在其主面上的投影与所述第一石英片的长边所成的第一角度在大于22. 5度且小于等于25. 4度的范围内，所述第二石英片的光轴在其主面上的投影与所述第二石英片的长边所成的第二角度在大于等于64. 6度且小于67. 5度的范围内，所述第一石英片和第二石英片的光学轴分别与垂直于所述第一石英片和第二石英片的主面的方向的夹角的第三角度在大于等于25度且小于等于28. 8度的范围内
专利摘要本实用新型提供一种波片、偏振转换元件、照明光学系统和图像显示装置。所述波片由长方形的第一石英片和第二石英片重叠而成，在所述第一石英片和第二石英片中，光学轴分别相对于其主面倾斜，其中，所述第一石英片的光轴在其主面上的投影与所述第一石英片的长边所成的第一角度在大于22.5度且小于等于25.4度的范围内，所述第二石英片的光轴在其主面上的投影与所述第二石英片的长边所成的第二角度在大于等于64.6度且小于67.5度的范围内，所述第一石英片和第二石英片的光学轴分别与垂直于所述第一石英片和第二石英片的主面的方向的夹角的第三角度在大于等于25且小于等于28.8度的范围内。通过本实用新型能够兼顾耐光性、耐热性和高效率。
文档编号G03B21/14GK202362480SQ201120480319
公开日2012年8月1日 申请日期2011年11月28日 优先权日2011年11月28日
发明者加藤佑嗣, 堀越涼子 申请人:索尼公司