JP2013011850A

JP2013011850A - 波長板

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Publication number: JP2013011850A
Application number: JP2012018575A
Authority: JP
Inventors: Shinko Murakawa; 真弘村川; Yoshiharu Oi; 好晴大井
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2012-01-31
Publication date: 2013-01-17
Anticipated expiration: 2032-01-31
Also published as: JP5834970B2

Abstract

【課題】レーザープロジェクタにおいて光学素子の部品点数の削減による光学系の簡単化および小型化を実現する。
【解決手段】第１の複屈折性媒質層、第２の複屈折性媒質層、第３の複屈折性媒質層の順で積層された３層の複屈折性媒質層を備え、前記各複屈性媒質層のリタデーション値および遅相軸方向が、３層分の試料の偏光特性を数式化した所定の変換行列を用いて算出される出射光の偏光状態を表すパラメータについて規定した制約を満たす組み合わせであり、３種の波長λ_１、λ_２、λ_３（λ_１＜λ_２＜λ_３）の直線偏光が入射すると、波長λ_１およびλ_３の光は楕円率が０．２以下、楕円長軸方向が入射する直線偏光の振動方向に対して±５°の楕円偏光の光になり、前記波長λ_２の光は楕円率が０．２以下、楕円長軸方向が入射する直線偏光の振動方向に対して９０°±５°の楕円偏光の光になることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、入射する光に対して透過する偏光状態を制御するための波長板に関し、特に、レーザープロジェクタの光学系内に配置される波長板に関する。

近年、光源としてレーザーを用いたレーザープロジェクタが開発、上市されている。レーザープロジェクタの光学系には、青色レーザー、緑色レーザー、赤色レーザーが搭載されることが多い。これらのレーザー光は、直線偏光で発振するという特徴があり、高効率に光を利用できる。

また、偏光状態を制御する方法として、偏光子、偏光ビームスプリッタ、４分の１波長板、２分の１波長板等を使うことができる。一般に、４分の１波長板、２分の１波長板は波長依存性を有しているため、レーザープロジェクタの光学系においては、青色レーザー光用、緑色レーザー光用、赤色レーザー光用に複数用いられることになる。レーザープロジェクタの光学系の簡単化のためには、３色あるいは２色のレーザー光が通過する共通光路中に、３色あるいは２色のレーザー光に対し広帯域な４分の１波長板や、広帯域な２分の１波長板を配置して部品点数を削減することが望まれている。

一方、光ピックアップ分野では、４０５ｎｍ波長帯の青紫色レーザー、６６０ｎｍ波長帯の赤色レーザー、７８５ｎｍ波長帯の赤外レーザーの３色のレーザーが用いられており、既に、広帯域な４分の１波長板、広帯域な２分の１波長板、または、例えば、６６０ｎｍ波長帯の光に対して２分の１波長板として機能し、７８５ｎｍ波長帯の光に対して４分の１波長板として機能するような波長選択的に偏光を制御する波長板が提案され実用化されている。

特許第３６７１７６８号特許第４６４９７４８号

しかしながら、レーザープロジェクタに用いられるレーザー光の波長は、光ピックアップで用いられるレーザー光の波長とは異なること、また、求められるレーザー光の偏光制御特性が光ピックアップで求められる偏光制御特性と異なることもあるため、光ピックアップ用途で使われている波長板を転用できない。

例えば、光ピックアップに多く用いられる３種の波長帯（４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ、７８５ｎｍ波長帯）は、レーザープロジェクタに多く用いられる青色レーザー光用、緑色レーザー光用、赤色レーザー光用の３種の波長帯（例えば、４５５ｎｍ波長帯、５２０ｎｍ波長帯、６３８ｎｍ波長帯）と比べて各波長帯間の差が広いため、任意の波長帯に対して波長選択性を持たせることは比較的容易であるが、レーザープロジェクタに多く用いられる青色レーザー光用、緑色レーザー光用、赤色レーザー光用波長帯間の差が狭い場合、中間波長帯のみ２分の１波長板として機能するような波長選択性を、１つの部品により持たせるのは難しい。これは、比較的近い波長帯において大きな波長依存性を発現させるからである。

以上の点を鑑み、本発明は、３つの異なる波長のレーザー光を使用するレーザープロジェクタにおいて、中間波長帯に対してのみ２分の１波長板として機能することが可能な波長選択性を有する波長板の提供を目的とする。

本発明による波長板は、所定の異なる帯域を有する３種の波長λ_１、λ_２、λ_３（λ_１＜λ_２＜λ_３）に対して波長選択的に偏光を制御する波長板であって、第１の複屈折性媒質層、第２の複屈折性媒質層、第３の複屈折性媒質層の順で積層された３層の複屈折性媒質層を備え、前記第１の複屈性媒質層のリタデーション値δ_１および遅相軸方向θ_１、前記第２の複屈折媒質層のリタデーション値δ_２および遅相軸方向θ_２、前記第３の複屈折媒質層のリタデーション値δ_３および遅相軸方向θ_３の値が、以下に示す第１の条件および第２の条件を満たす組み合わせであり、前記３種の波長λ_１、λ_２、λ_３（λ_１＜λ_２＜λ_３）の直線偏光が前記３層の複屈折性媒質層を透過したとき、前記波長λ_１の光は楕円率が０．２以下、楕円長軸方向が入射する直線偏光の振動方向に対して±５°の楕円偏光の光になり、前記波長λ_２の光は楕円率が０．２以下、楕円長軸方向が入射する直線偏光の振動方向に対して９０°±５°の楕円偏光の光になり、前記波長λ_３の光は楕円率が０．２以下、楕円長軸方向が入射する直線偏光の振動方向に対して±５°の楕円偏光の光になることを特徴とする。

第１の条件：
以下の式（Ａ）の演算により得られるパラメータＳ_３の絶対値が、前記波長λ_１、λ_２、λ_３の光において、全て０．３８以下である。
第２の条件：
以下の式（Ａ）の演算により得られるパラメータＳ_２とパラメータＳ_１の比Ｓ_２／Ｓ_１の絶対値が、前記波長λ_１、λ_２、λ_３の光において、全て０．１７以下である。

また、波長板は、第１の複屈性媒質層のリタデーション値と第３の複屈性媒質層のリタデーション値との差が１００ｎｍ以下であって、第１の複屈折性媒質層の遅相軸または進相軸と第３の複屈折性媒質層の遅相軸または進相軸とがなす角度が３°以下であってもよい。

また、波長板は、第１の複屈性媒質層のリタデーション値と第３の複屈性媒質層のリタデーション値との差が１５ｎｍ以下であって、第１の複屈折性媒質層の遅相軸または進相軸と第３の複屈折性媒質層の遅相軸または進相軸とがなす角度が３°以下であってもよい。

本発明によれば、複屈折媒質層を３層積層するという簡易な構成により光ピックアップ用途に用いられる３種の波長帯よりも各波長帯間の差が狭い３種の波長帯に各々含まれる３種の波長（例えば、各波長帯の中心波長）に対しても波長選択的にレーザー光の偏光状態を変えることができるので、レーザープロジェクタにおいて光学素子の部品点数の削減による光学系の簡単化および小型化できる。

本発明の波長板１０の構成例を示す断面模式図。本発明の波長板１０の他の構成例を示す断面模式図。本発明の波長板１０の他の構成例を示す断面模式図。本発明の第７の実施例における波長板１０の各波長帯の出射光のＸ軸方向の偏向成分の強度を示すグラフ。他の構成例を示す断面模式図。比較例である波長板４０の例を断面模式図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る波長板１０の構成例を示す断面模式図である。図１に示す波長板１０は、２枚の透明基板１１ａ、１１ｃの間に、３層の複屈折性媒質層１２ａ、１２ｂ、１２ｃが積層された構造となっている。なお、以下では、光が入射する側から順に、１２ａ、１２ｂ、１２ｃと積層する場合を例に説明するが、１２ｃ、１２ｂ、１２ａの順番であってもよい。

透明基板１１ａと複屈折性媒質層１２ａの間、透明基板１１ｃと複屈折性媒質層１２ｃの間、複屈折性媒質層１２ａと複屈折性媒質層１２ｂの間、複屈折性媒質１２ｂと複屈折媒質層１２ｃの間には、それぞれ図示しない配向膜または接着剤等の透明媒質が配されていてもよい。また、透明基板１１ａの空気側の界面、および透明基板１１ｃの空気側の界面には、図示しない反射防止膜が施されていてもよい。

また、図２は、本実施形態に係る波長板１０の他の構成例を示す断面模式図である。波長板１０は、３層の複屈折性媒質層の間にも透明基板が配される構造であってもよく、例えば、図２に示すように、複屈折性媒質層１２ｂと複屈折性媒質層１２ｃの間にさらに透明基板１１ｂを備える構造であってもよい。この場合も同様に、各構造の間に、それぞれ図示しない配向膜あるいは接着剤等の透明媒質が配されてもよい。なお、図２に示す構造に限らず、例えば、複屈折性媒質層１２ａと複屈折性媒質層１２ｂの間に透明基板１１ｂを備える構造であってもよい。このように、１枚の透明基板につき１層の複屈折性媒質層を有する構造とすれば、各透明基板を土台にして１層の複屈折性媒質層を形成し、それらを貼り合わせるだけで容易に３層の複屈折性媒質層を積層できる。

透明基板１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、入射する光に対して透明であれば、樹脂板、樹脂フィルムなど種々の有機材料を用いることができる。なお、歪などにより複屈折が誘起されやすいため、ガラスや石英ガラスなどの無機材料を用いることは、透過光に複屈折の影響を与えないため好ましい。また、ガラスや石英ガラスなどの無機材料を用いることは、有機材料に比べて、耐薬品性および耐擦傷性が優れる点で好ましい。また、少なくとも２枚の透明基板１１ａ、１１ｃにより挟み込む構成が強度確保の点から好ましい。

複屈折性媒質層１２ａ、１２ｂ、１２ｃを成す材料としては、液晶を高分子化した高分子液晶や、延伸して複屈折性を誘起したポリカーボネート、ポリオレフィン、ＰＶＡ等の有機材料が挙げられる。また、水晶、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３、ＫＤＰ等の光学異方性を有する単結晶を使用してもよい。また、単結晶を用いる場合、図３の断面模式図のように、透明基板で保持または挟持することなく、複屈折性媒質層１２ａ、１２ｂ、１２ｃを積層した構造としてもよい。図３は、本実施形態に係る波長板１０の透明基板を有しない構成例を示す断面模式図である。

波長板１０を構成する透明基板、複屈折性媒質層の積層にあたり、図示しない粘着フィルム、ＵＶ硬化型や熱硬化型の接着剤を使用できる。ここで、波長板１０の波面収差の低減、温度特性や信頼性の向上のためには、できるだけ薄い接着層として貼り合わせることが望ましい。例えば、接着層の厚さを１０μｍ以下にすることがとくに望ましい。

ところで、複屈折性の材料は波長分散を有しているため、波長によって異なる複屈折を示すことになる。そこで、波長板１０に用いられる複屈折性の材料としては、その波長分散を考慮して選択するのがよい。なお、複屈折性媒質層１２ａ、１２ｂ、１２ｃの各層に用いる複屈折材料は、同じ材料であっても、異なる材料であってもよい。

本発明では、複屈折性媒質層１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、入射する光の波長毎に以下の式（１）を演算し、結果として得られる出射光の偏光状態を表すパラメータＳ_１、Ｓ_２、Ｓ_３について規定した制約を満たす組み合わせであるとする。具体的には、パラメータＳ_３の絶対値が３種の波長帯全てで０．３８以下、パラメータＳ_２とパラメータＳ_１の比Ｓ_２／Ｓ_１の絶対値が３種の波長帯全てで０．１７以下になる組み合わせであるとする。

なお、上記式（１）は、複屈折性媒質層１２ａ、１２ｂ、１２ｃの３層分の試料の複屈折や二色性といった偏光特性を数式化した変換行列と、入射光の水平偏光成分、４５度偏光成分、円偏光成分を演算して、それぞれ出射光の水平偏光成分、４５度偏光成分、円偏光成分に変換される度合いを表している。また、δ_１は複屈折性媒質層１２ａのリタデーション値、θ_１は複屈折性媒質層１２ａの遅相軸の方向を表している。また、δ_２は複屈折性媒質層１２ｂのリタデーション値、θ_２は複屈折性媒質層１２ｂの遅相軸の方向を表している。また、δ_３は複屈折性媒質層１２ｃのリタデーション値、θ_３は複屈折性媒質層１２ｃの遅相軸の方向を表している。

具体的には、上記制約を満たす組み合わせになるように各層のリタデーション値、遅相軸の方向を調整して定め、定められたリタデーション値および光学軸の方向を有する３層の複屈折性媒質層を形成すればよい。

ここで、パラメータＳ_３の絶対値およびパラメータＳ_２とパラメータＳ_１の比Ｓ_２／Ｓ_１の絶対値は小さいほうが、波長板１０を出射する楕円偏光の状態として、直線偏光性が高く、所望の楕円長軸方向に近くなるので好ましい。

また、さらにδ_１＝δ_３、θ_１＝θ_３という条件を加えて調整することは、パラメータＳ_３の絶対値が０．３８以下、パラメータＳ_２とパラメータＳ_１の比Ｓ_２／Ｓ_１の絶対値が０．１７以下にいう制約を満たす組み合わせを得やすく好ましいが、この限りではない。

本願の発明者は、各層のリタデーション値と遅相軸とをそれぞれ調整していく過程で、上述のパラメータＳ_１、Ｓ_２、Ｓ_３についての上記制約をよりよい状態で満たす組み合わせに、δ_１＝δ_３、θ_１＝θ_３という条件を満たす組み合わせが数多く存在することを発見した。ここで、よりよい状態で満たす組み合わせとは、具体的にはパラメータＳ_３の絶対値およびパラメータＳ_２とパラメータＳ_１の比Ｓ_２／Ｓ_１の絶対値が０に近い値となる組み合わせをいう。従って、各層のリタデーション値、遅相軸の方向を調整する際に、δ_１＝δ_３、θ_１＝θ_３という条件で調整すれば、３層のリタデーション値と遅相軸という６個のパラメータの値を無条件で組み合わせるのに比べて、パラメータＳ_１、Ｓ_２、Ｓ_３についての上記制約をよりよい状態で満たす組み合わせをより簡単に得ることができるといえる。なお、第１層と第３層のリタデーション値および遅相軸に対するこの条件は必須条件ではなく、また許容範囲を持たせてもよい。

例えば、複屈折性媒質層１２ａと複屈折性媒質層１２ｃとのリタデーション値との差が１５ｎｍ以下であって、複屈折性媒質層１２ａの遅相軸（または進相軸）と複屈折性媒質層１２ｃの遅相軸（または進相軸）とがなす角度が３度以下という条件にすれば、得られる偏光性能と選択許容範囲とのバランスにおいて好ましい。

また、複屈折性媒質層１２ａと複屈折性媒質層１２ｃとのリタデーション値との差を１００ｎｍ以下としても、複屈折性媒質層１２ｂのリタデーション値および遅相軸の調整により、上記制約を満たす組み合わせを得ることができるので、これを十分条件として用いてもよい。なお、各層の材料の選定を含め、各層のリタデーション値および遅相軸の組み合わせ方によっては、複屈折性媒質層１２ａと複屈折性媒質層１２ｃとのリタデーション値との差が２００ｎｍ以上や複屈折性媒質層１２ａの遅相軸（または進相軸）と複屈折性媒質層１２ｃの遅相軸（または進相軸）とがなす角度が２２度としても、上記制約を満たす組み合わせを得ることができる。

実施例１．
まず、第１の実施例として、本発明に係る波長板１０の作製方法の例とともに具体的な構成例およびその効果について、図２を用いて説明する。まず、透明基板１１ａとして石英ガラス基板を用い、一方の面に真空蒸着法を用いて図示しない反射防止膜を形成する。また、透明基板１１ａの反射防止膜を形成した面と反対の面にポリイミドを塗布し、図２の座標系で、Ｚ軸を中心にＸ軸からＹ軸へ回転する向きに３９°の方向にラビングし、配向処理を施して図示しない配向膜を形成する。なお、図２の座標系は、波長板１０の基板面に対する垂線をＺ軸とした直交座標系である。次いで、形成した配向膜の上に適量の液晶モノマーを塗布し、波長３６５ｎｍのＵＶ光を液晶モノマー材料全体に照射し、液晶モノマー組成物全体を重合・固化し、その後、３０分間１４０℃の熱処理をして、厚さ４．４μｍの水平配向した高分子液晶からなる第１の複屈折性媒質層１２ａを作製する。このとき、前記ラビング方向３９°が、遅相軸の方向になる。

また、透明基板１１ｂとして石英ガラス基板を用い、一方の面にポリイミドを塗布し、図２の座標系で、Ｚ軸を中心にＸ軸からＹ軸へ回転する向きに５１°の方向にラビングし、配向処理を施して図示しない配向膜を形成する。次いで、形成した配向膜の上に適量の液晶モノマーを塗布し、波長３６５ｎｍのＵＶ光を液晶モノマー材料全体に照射し、液晶モノマー組成物全体を重合・固化し、その後、３０分間１４０℃の熱処理をして、厚さ４．３μｍの水平配向した高分子液晶からなる第２の複屈折性媒質層１２ｂを作製する。このとき、前記ラビング方向５１°が、遅相軸の方向になる。

また、透明基板１１ｃとして石英ガラス基板を用い、一方の面に真空蒸着法を用いて図示しない反射防止膜を形成する。また、透明基板１１ｃの反射防止膜を形成する面と反対の面にポリイミドを塗布し、図２の座標系で、Ｚ軸を中心にＸ軸からＹ軸へ回転する向きに３９°の方向にラビングし、配向処理を施して図示しない配向膜を形成する。次いで、形成した配向膜の上に適量の液晶モノマーを塗布し、波長３６５ｎｍのＵＶ光を液晶モノマー材料全体に照射し、液晶モノマー組成物全体を重合・固化し、その後、３０分間１４０℃の熱処理をして、厚さ４．４μｍの水平配向した高分子液晶からなる第３の複屈折性媒質層１２ｃを作製する。このとき、前記ラビング方向３９°が、遅相軸の方向になる。

第１の実施例において、複屈折性媒質層１２ａ、１２ｂ、１２ｃに用いた液晶モノマーは、いずれも重合硬化後の高分子液晶状態における複屈折Δｎが、波長４５５ｎｍの光に対し０．１０３７、波長５２０ｎｍの光に対し０．０９９６、波長６３８ｎｍの光に対し０．０９５０となるものである。

次に、図２に示すように、透明基板１１ａ上の第１の複屈折性媒質層１２ａと、透明基板１１ｂ上の第２の複屈折性媒質層１２ｂとが向かい合うように、図示しない透明なＵＶ硬化型の接着剤で接着し、さらに、透明基板１１ｂのもう一方の面と、透明基板１１ｃ上の第３の複屈折性媒質層１２ｃとが向かい合うように、図示しない透明なＵＶ硬化型の接着剤で接着して、本実施例の波長板１０を作製する。

本実施例の波長板１０の各複屈折性媒質層におけるリタデーション値は、次の通りである。

波長４５５ｎｍの光に対して、第１の複屈折性媒質層１２ａの有するリタデーション値δ_１は４５６ｎｍ、第２の複屈折性媒質層１２ｂの有するリタデーション値δ_２は４４６ｎｍ、第３の複屈折性媒質層１２ｃの有するリタデーション値δ_３は４５６ｎｍである。

また、波長５２０ｎｍの光に対して、第１の複屈折性媒質層１２ａの有するリタデーション値δ_１は４３８ｎｍ、第２の複屈折性媒質層１２ｂの有するリタデーション値δ_２は４２８ｎｍ、第３の複屈折性媒質層１２ｃの有するリタデーション値δ_３は４３８ｎｍである。

また、波長６３８ｎｍの光に対して、第１の複屈折性媒質層１２ａの有するリタデーション値δ_１は４１８ｎｍ、第２の複屈折性媒質層１２ｂの有するリタデーション値δ_２は４０９ｎｍ、第３の複屈折性媒質層１２ｃの有するリタデーション値δ_３は４１８ｎｍである。

なお、上述したように、第１の複屈折性媒質層１２ａの遅相軸の方向θ_１は３９°、第２の複屈折性媒質層１２ｂの遅相軸の方向θ_２は５１°、第３の複屈折性媒質層１２ｃの遅相軸の方向θ_３は３９°である。

ここで、上記内容を上述の式（１）に代入して演算した結果得られるパラメータＳ_３の絶対値は、波長４５５ｎｍでは０．０９、波長５２０ｎｍでは０．１３、波長６３８ｎｍでは０．０５である。同様に、パラメータＳ_２とパラメータＳ_１の比であるＳ_２／Ｓ_１の絶対値は、波長４５５ｎｍでは０．００、波長５２０ｎｍでは０．０１、波長６３８ｎｍでは０．０２である。すなわち、上記３種いずれの波長に対しても、パラメータＳ_３の絶対値が０．３８以下、パラメータＳ_２とパラメータＳ_１の比Ｓ_２／Ｓ_１の絶対値が０．１７以下という条件を満たしている。

また、本実施例の波長板１０の透明基板１１ａの反射防止膜形成面に、図２の座標系のＺ軸の方向に、振動方向がＸ軸の方向である直線偏光を入射した場合において、本実施例の波長板１０を透過した後のそれぞれの波長の光の偏光状態は次の通りである。なお、入射する光の波長は、４５５ｎｍ、５２０ｎｍ、６３８ｎｍである。波長４５５ｎｍの直線偏光を入射したときは、楕円率が略０、楕円長軸方向がＸ軸に対し略０°の楕円偏光、すなわち略直線偏光の光となる。また、波長５２０ｎｍの直線偏光を入射したときは、楕円率が約０．１、楕円長軸方向がＸ軸に対し約９０°の楕円偏光の光となる。また、波長６３８ｎｍの直線偏光を入射したときは、楕円率が略０、楕円長軸方向がＸ軸に対し約１°の楕円偏光、すなわち略直線偏光の光となる。なお、楕円率が略０とは、−０．０５を超え０．０５未満をいう。また、略直線偏光とは、楕円率が略０をいう。

このことは、第１の実施例の波長板１０が、波長４５５ｎｍと波長６３８ｎｍの光に対して光学的に等方なガラスのように機能し、波長５２０ｎｍの光に対して２分の１波長板のように機能するという波長選択性を有していることを示している。

なお、本実施例で示した各複屈折性媒質層のラビング方向をθ_１、θ_２、θ_３としたとき、１８０°−θ_１、１８０°−θ_２、１８０°−θ_３のように、ラビング方向を変えた場合も、同等の特性を得ることができる。このことは、本発明の波長板素子１０を表裏の区別なく使用できることを示している。

このように、本発明の波長板１０は、レーザープロジェクタに用いられる３つの波長（３色）のレーザー光に対し、波長選択的に２分の１波長板の機能を発現できるので、３つの波長のレーザー光が通る共通光路中に配置でき、レーザープロジェクタの光学系を簡単化でき、また小型化が実現できる。

実施例２．
次に、第２の実施例として、本発明に係る波長板１０の他の例およびその効果について具体的に説明する。本実施例の波長板１０は、作製方法および用いる材料は第１の実施例と同じである。そして、透明基板１１ａ、１１ｂ、１１ｃに施すラビング方向および複屈折性媒質層１２ａ、１２ｂ、１２ｃの厚さが第１の実施例と異なる。

本実施例では、透明基板１１ａに施すラビング方向を５５°、第１の複屈折性媒質層１２ａの厚さを２．０μｍとした。また、透明基板１１ｂに施すラビング方向を６９°、第２の複屈折性媒質層１２ｂの厚さを９．１μｍとした。また、透明基板１１ｃに施すラビング方向を５５°、第３の複屈折性媒質層１２ｃの厚さを２．０μｍとして、波長板１０を作製する。

波長４５５ｎｍの光に対して、第１の複屈折性媒質層１２ａの有するリタデーション値δ_１は２０７ｎｍ、第２の複屈折性媒質層１２ｂの有するリタデーション値δ_２は９４４ｎｍ、第３の複屈折性媒質層１２ｃの有するリタデーション値δ_３は２０７ｎｍである。

また、波長５２０ｎｍの光に対して、第１の複屈折性媒質層１２ａの有するリタデーション値δ_１は１９９ｎｍ、第２の複屈折性媒質層１２ｂの有するリタデーション値δ_２は９０６ｎｍ、第３の複屈折性媒質層１２ｃの有するリタデーション値δ_３は１９９ｎｍである。

また、波長６３８ｎｍの光に対して、第１の複屈折性媒質層１２ａの有するリタデーション値δ_１は１９０ｎｍ、第２の複屈折性媒質層１２ｂの有するリタデーション値δ_２は８６５ｎｍ、第３の複屈折性媒質層１２ｃの有するリタデーション値δ_３は１９０ｎｍである。

また、第１の複屈折性媒質層１２ａの遅相軸の方向θ_１は５５°、第２の複屈折性媒質層１２ｂの遅相軸の方向θ_２は６９°、第３の複屈折性媒質層１２ｃの遅相軸の方向θ_３は５５°である。

ここで、上記内容を上述の式（１）に代入して演算した結果得られるパラメータＳ_３の絶対値は、波長４５５ｎｍでは０．０５、波長５２０ｎｍでは０．１６、波長６３８ｎｍでは０．０５である。同様に、パラメータＳ_２とパラメータＳ_１の比であるＳ_２／Ｓ_１の絶対値は、波長４５５ｎｍでは０．０１、波長５２０ｎｍでは０．０３、波長６３８ｎｍでは０．０３である。すなわち、上記３種いずれの波長に対しても、パラメータＳ_３の絶対値が０．３８以下、パラメータＳ_２とパラメータＳ_１の比Ｓ_２／Ｓ_１の絶対値が０．１７以下という条件を満たしている。

また、本実施例の波長板１０の透明基板１１ａの反射防止膜形成面に、図２の座標系のＺ軸の方向に、振動方向がＸ軸の方向である直線偏光を入射した場合において、本実施例の波長板１０を透過した後のそれぞれの波長の光の偏光状態は次の通りである。なお、入射する光の波長は、４５５ｎｍ、５２０ｎｍ、６３８ｎｍである。波長４５５ｎｍの直線偏光を入射したときは、楕円率が略０、楕円長軸方向がＸ軸に対し略０°の楕円偏光、すなわち略直線偏光の光となる。また、波長５２０ｎｍの直線偏光を入射したときは、楕円率が約０．１、楕円長軸方向がＸ軸に対し約９１°の楕円偏光の光となる。また、波長６３８ｎｍの直線偏光を入射したときは、楕円率が略０、楕円長軸方向がＸ軸に対し約−１°の楕円偏光、すなわち略直線偏光の光となる。

このことは、第２の実施例の波長板１０が、波長４５５ｎｍと波長６３８ｎｍの光に対して光学的に等方なガラスのように機能し、波長５２０ｎｍの光に対して２分の１波長板のように機能するという波長選択性を有していることを示している。

実施例３．
次に、第３の実施例として、本発明に係る波長板１０の他の例およびその効果について具体的に説明する。本実施例の波長板１０は、作製方法および用いる材料は第１〜２の実施例と同じである。そして、透明基板１１ａ、１１ｂ、１１ｃに施すラビング方向および複屈折性媒質層１２ａ、１２ｂ、１２ｃの厚さが第１〜２の実施例と異なる。

本実施例では、透明基板１１ａに施すラビング方向を２５°、第１の複屈折性媒質層１２ａの厚さを５．３μｍとした。また、透明基板１１ｂに施すラビング方向を５７°、第２の複屈折性媒質層１２ｂの厚さを５．０μｍとした。また、透明基板１１ｃに施すラビング方向を４６°、第３の複屈折性媒質層１２ｃの厚さを３．０μｍとして、波長板１０を作製する。

波長４５５ｎｍの光に対して、第１の複屈折性媒質層１２ａの有するリタデーション値δ_１は５５０ｎｍ、第２の複屈折性媒質層１２ｂの有するリタデーション値δ_２は５１９ｎｍ、第３の複屈折性媒質層１２ｃの有するリタデーション値δ_３は３１１ｎｍである。

また、波長５２０ｎｍの光に対して、第１の複屈折性媒質層１２ａの有するリタデーション値δ_１は５２８ｎｍ、第２の複屈折性媒質層１２ｂの有するリタデーション値δ_２は４９８ｎｍ、第３の複屈折性媒質層１２ｃの有するリタデーション値δ_３は２９９ｎｍである。

また、波長６３８ｎｍの光に対して、第１の複屈折性媒質層１２ａの有するリタデーション値δ_１は５０４ｎｍ、第２の複屈折性媒質層１２ｂの有するリタデーション値δ_２は４７５ｎｍ、第３の複屈折性媒質層１２ｃの有するリタデーション値δ_３は２８５ｎｍである。

なお、第１の複屈折性媒質層１２ａの遅相軸の方向θ_１は２５°、第２の複屈折性媒質層１２ｂの遅相軸の方向θ_２は５７°、第３の複屈折性媒質層１２ｃの遅相軸の方向θ_３は４６°である。

ここで、上記内容を上述の式（１）に代入して演算した結果得られるパラメータＳ_３の絶対値は、波長４５５ｎｍでは０．２４、波長５２０ｎｍでは０．２９、波長６３８ｎｍでは０．３６である。同様に、パラメータＳ_２とパラメータＳ_１の比であるＳ_２／Ｓ_１の絶対値は、波長４５５ｎｍでは０．０８、波長５２０ｎｍでは０．０７、波長６３８ｎｍでは０．１６である。すなわち、上記３種いずれの波長に対しても、パラメータＳ_３の絶対値が０．３８以下、パラメータＳ_２とパラメータＳ_１の比Ｓ_２／Ｓ_１の絶対値が０．１７以下という条件を満たしている。

また、本実施例の波長板１０の透明基板１１ａの反射防止膜形成面に、図２の座標系のＺ軸の方向に、振動方向がＸ軸の方向である直線偏光を入射した場合において、本実施例の波長板１０を透過した後のそれぞれの波長の光の偏光状態は次の通りである。なお、入射する光の波長は、４５５ｎｍ、５２０ｎｍ、６３８ｎｍである。波長４５５ｎｍの直線偏光を入射したときは、楕円率が約０．１、楕円長軸方向がＸ軸に対し約２°の楕円偏光の光となる。また、波長５２０ｎｍの直線偏光を入射したときは、楕円率が約０．１、楕円長軸方向がＸ軸に対し約９２°の楕円偏光の光となる。また、波長６３８ｎｍの直線偏光を入射したときは、楕円率が約０．１８、楕円長軸方向がＸ軸に対し約−４．６°の楕円偏光の光となる。

このことは、第３の実施例の波長板１０が、波長４５５ｎｍと波長６３８ｎｍの光に対して光学的に等方なガラスのように機能し、波長５２０ｎｍの光に対して２分の１波長板のように機能するという波長選択性を有していることを示している。

ただし、第３の実施例の波長板１０は、パラメータＳ_３の絶対値が０．３６、パラメータＳ_２とパラメータＳ_１の比Ｓ_２／Ｓ_１の絶対値が０．１６と大きく、第１および第２の実施例の波長板１０に比べ、波長６３８ｎｍの光の出射する楕円偏光の状態として、直線偏光性が劣り、所望する楕円長軸方向の限界に近くなっている。

実施例４．
次に、第４の実施例として、本発明に係る波長板１０の他の例およびその効果について具体的に説明する。本実施例の波長板１０は、作製方法は第１〜３の実施例と同じである。そして、第３の複屈折性媒質層１２ｃに用いる液晶モノマーと透明基板１１ｃに施すラビング方向、複屈折性媒質層１２ａ、１２ｂ、１２ｃの厚さが第１〜３の実施例と異なる。

本実施例では、透明基板１１ａに施すラビング方向を３９°、第１の複屈折性媒質層１２ａの厚さを４．３μｍとした。また、透明基板１１ｂに施すラビング方向を５１°、第２の複屈折性媒質層１２ｂの厚さを４．４μｍとした。また、透明基板１１ｃに施すラビング方向を３８°、第３の複屈折性媒質層１２ｃの厚さを１１．９μｍとして、波長板１０を作製する。

複屈折性媒質層１２ｃに用いる液晶モノマーは、重合・硬化後の高分子液晶状態における複屈折Δｎが、波長４５５ｎｍの光に対し０．０３８５、波長５２０ｎｍの光に対し０．０３６８、波長６３８ｎｍの光に対し０．０３４９となるものである。

波長４５５ｎｍの光に対して、第１の複屈折性媒質層１２ａの有するリタデーション値δ_１は４４６ｎｍ、第２の複屈折性媒質層１２ｂの有するリタデーション値δ_２は４５６ｎｍ、第３の複屈折性媒質層１２ｃの有するリタデーション値δ_３は４５８ｎｍである。

また、波長５２０ｎｍの光に対して、第１の複屈折性媒質層１２ａの有するリタデーション値δ_１は４２８ｎｍ、第２の複屈折性媒質層１２ｂの有するリタデーション値δ_２は４３８ｎｍ、第３の複屈折性媒質層１２ｃの有するリタデーション値δ_３は４３８ｎｍである。

また、波長６３８ｎｍの光に対して、第１の複屈折性媒質層１２ａの有するリタデーション値δ_１は４０９ｎｍ、第２の複屈折性媒質層１２ｂの有するリタデーション値δ_２は４１８ｎｍ、第３の複屈折性媒質層１２ｃの有するリタデーション値δ_３は４１５ｎｍである。

また、第１の複屈折性媒質層１２ａの遅相軸の方向θ_１は３９°、第２の複屈折性媒質層１２ｂの遅相軸の方向θ_２は５１°、第３の複屈折性媒質層１２ｂの遅相軸の方向θ_３は３８°である。

ここで、上記内容を上述の式（１）に代入して演算した結果得られるパラメータＳ_３の絶対値は、波長４５５ｎｍでは０．０７、波長５２０ｎｍでは０．１２、波長６３８ｎｍでは０．０７である。同様に、パラメータＳ_２とパラメータＳ_１の比であるＳ_２／Ｓ_１の絶対値は、波長４５５ｎｍでは０．００、波長５２０ｎｍでは０．０５、波長６３８ｎｍでは０．００である。すなわち、上記３種いずれの波長に対しても、パラメータＳ_３の絶対値が０．３８以下、パラメータＳ_２とパラメータＳ_１の比Ｓ_２／Ｓ_１の絶対値が０．１７以下という条件を満たしている。

また、本実施例の波長板１０の透明基板１１ａの反射防止膜形成面に、図２の座標系のＺ軸の方向に、振動方向がＸ軸の方向である直線偏光を入射した場合において、本実施例の波長板１０を透過した後のそれぞれの波長の光の偏光状態は次の通りである。なお、入射する光の波長は、４５５ｎｍ、５２０ｎｍ、６３８ｎｍである。波長４５５ｎｍの直線偏光を入射したときは、楕円率が略０、楕円長軸方向がＸ軸に対し略０°の楕円偏光、すなわち略直線偏光の光となる。また、波長５２０ｎｍの直線偏光を入射したときは、楕円率が約０．１、楕円長軸方向がＸ軸に対し約８９°の楕円偏光の光となる。また、波長６３８ｎｍの直線偏光を入射したときは、楕円率が略０、楕円長軸方向がＸ軸に対し略０°の楕円偏光、すなわち略直線偏光の光となる。

このことは、第４の実施例の波長板１０が、構成する３層の複屈折性媒質層に用いる材料が同一でなくても、波長４５５ｎｍと波長６３８ｎｍの光に対して光学的に等方なガラスのように機能し、波長５２０ｎｍの光に対して２分の１波長板のように機能するという波長選択性を有していることを示している。

実施例５．
次に、第５の実施例として、本発明に係る波長板１０の作製方法の他の例とともに具体的な構成例およびその効果について、図１を用いて具体的に説明する。まず、透明基板１１ａとして石英ガラス基板を用い、一方の面に真空蒸着法を用いて図示しない反射防止膜を形成する。また、透明基板１１ａの反射防止膜を形成した面と反対の面にポリイミドを塗布し、図１の座標系で、Ｚ軸を中心にＸ軸からＹ軸へ回転する向きに３９°の方向にラビングし、配向処理を施して図示しない配向膜を形成する。なお、図１の座標系は、波長板１０の基板面に対する垂線をＺ軸とした直交座標系である。そして、形成した配向膜の上に適量の液晶モノマーを塗布し、波長３６５ｎｍのＵＶ光を液晶モノマー材料全体に照射し、液晶モノマー組成物全体を重合・固化し、その後、３０分間１４０℃の熱処理をして、厚さ４．４μｍの水平配向した高分子液晶からなる第１の複屈折性媒質層１２ａを作製する。このとき、前記ラビング方向３９°が、遅相軸の方向になる。

次に、透明基板１１ｃとして石英ガラス基板を用い、一方の面に真空蒸着法を用いて図示しない反射防止膜を形成する。透明基板１１ｃの反射防止膜を形成した面と反対の面にポリイミドを塗布し、図１の座標系で、Ｚ軸を中心にＸ軸からＹ軸へ回転する向きに３９°の方向にラビングし、配向処理を施して図示しない配向膜を形成する。次いで、形成した配向膜の上に適量の液晶モノマーを塗布し、波長３６５ｎｍのＵＶ光を液晶モノマー材料全体に照射し、液晶モノマー組成物全体を重合・固化し、その後、３０分間１４０℃の熱処理をして、厚さ４．４μｍの水平配向した高分子液晶からなる第３の複屈折性媒質層１２ｃを作製する。このとき、前記ラビング方向３９°が、遅相軸の方向になる。

第５の実施例において、複屈折性媒質層１２ａ、１２ｃに用いる液晶モノマーは、いずれも重合硬化後の高分子液晶状態における複屈折Δｎが、波長４５５ｎｍの光に対し０．１０３７、波長５２０ｎｍの光に対し０．０９９６、波長６３８ｎｍの光に対し０．０９５０となるものである。

次に、図１に示すように、透明基板１１ａ上の第１の複屈折性媒質層１２ａに、複屈折性媒質層１２ｂとして一軸延伸して複屈折を誘起したポリカーボネートを、図示しない透明なＵＶ硬化型の接着剤で接着する。このとき、該ポリカーボネートの遅相軸方向が、図１の座標系で、Ｚ軸を中心にＸ軸からＹ軸へ回転する向きに５１°になるように接着する。そして、透明基板１１ａ上に積層された第２の複屈折性媒質層１２ｂと、透明基板１１ｃ上の第３の複屈折性媒質層１２ｃとが向かい合うように、第２の複屈折性媒質層１２ｂと第３の複屈折性媒質層１２ｃとを図示しない透明なＵＶ硬化型の接着剤で接着して、本実施例の波長板１０を作製する。

波長４５５ｎｍの光に対して、第１の複屈折性媒質層１２ａの有するリタデーション値δ_１は４５６ｎｍ、第２の複屈折性媒質層１２ｂの有するリタデーション値δ_２は４４６ｎｍ、第３の複屈折性媒質層１２ｃの有するリタデーション値δ_３は４５６ｎｍである。ここで、第２の複屈折性媒質層１２ｂの有する４４６ｎｍのリタデーション値は、材料であるポリカーボネートを一軸延伸する具合を調整して所望の値を得る。

また、波長５２０ｎｍの光に対して、第１の複屈折性媒質層１２ａの有するリタデーション値δ_１は４３８ｎｍ、第２の複屈折性媒質層１２ｂの有するリタデーション値δ_２は４２５ｎｍ、第３の複屈折性媒質層１２ｃの有するリタデーション値δ_３は４３８ｎｍである。

また、波長６３８ｎｍの光に対して、第１の複屈折性媒質層１２ａの有するリタデーション値δ_１は４１８ｎｍ、第２の複屈折性媒質層１２ｂの有するリタデーション値δ_２は４０２ｎｍ、第３の複屈折性媒質層１２ｃの有するリタデーション値δ_３は４１８ｎｍである。

また、第１の複屈折性媒質層１２ａの遅相軸の方向θ_１は３９°、第２の複屈折性媒質層１２ｂの遅相軸の方向θ_２は５１°、第３の複屈折性媒質層１２ｃの遅相軸の方向θ_３は３９°である。

ここで、上記内容を上述の式（１）に代入して演算した結果得られるパラメータＳ_３の絶対値は、波長４５５ｎｍでは０．０９、波長５２０ｎｍでは０．０９、波長６３８ｎｍでは０．１１である。同様に、パラメータＳ_２とパラメータＳ_１の比であるＳ_２／Ｓ_１の絶対値は、波長４５５ｎｍでは０．００、波長５２０ｎｍでは０．０３、波長６３８ｎｍでは０．０５である。すなわち、上記３種いずれの波長に対しても、パラメータＳ_３の絶対値が０．３８以下、パラメータＳ_２とパラメータＳ_１の比Ｓ_２／Ｓ_１の絶対値が０．１７以下という条件を満たしている。

また、本実施例の波長板１０の透明基板１１ａの反射防止膜形成面に、図２の座標系のＺ軸の方向に、振動方向がＸ軸の方向である直線偏光を入射した場合において、本実施例の波長板１０を透過した後のそれぞれの波長の光の偏光状態は次の通りである。なお、入射する光の波長は、４５５ｎｍ、５２０ｎｍ、６３８ｎｍである。波長４５５ｎｍの直線偏光を入射したときは、楕円率が略０、楕円長軸方向がＸ軸に対し略０°の楕円偏光、すなわち略直線偏光の光となる。また、波長５２０ｎｍの直線偏光を入射したときは、楕円率が略０、楕円長軸方向がＸ軸に対し約９１°の楕円偏光、すなわち略直線偏光の光となる。また、波長６３８ｎｍの直線偏光を入射したときは、楕円率が約０．１、楕円長軸方向がＸ軸に対し約１°の楕円偏光の光となる。

このことは、第５の実施例の波長板１０が、波長４５５ｎｍと波長６３８ｎｍの光に対して光学的に等方なガラスのように機能し、波長５２０ｎｍの光に対して２分の１波長板のように機能するという波長選択性を有していることを示している。

実施例６．
次に、第６の実施例として、本発明に係る波長板１０の他の例およびその効果について具体的に説明する。本実施例の波長板１０は、作製方法および用いる材料は第１〜３の実施例と同じである。そして、透明基板１１ａ、１１ｂ、１１ｃに施すラビング方向、複屈折性媒質層１２ａ、１２ｂ、１２ｃの厚さが第１〜３の実施例と異なる。また、本実施例の波長板１０は、波長選択性を持たせる対象とする波長帯が、第１〜第５の実施例と異なる。すなわち、第６の実施例の波長板１０には、中心波長が４３０ｎｍ、５３０ｎｍ、６３８ｎｍの３種類の波長光が入射するものとする。

本実施例では、透明基板１１ａに施すラビング方向を６０°、第１の複屈折性媒質層１２ａの厚さを３．６μｍとした。また、透明基板１１ｂに施すラビング方向を８９°、第２の複屈折性媒質層１２ｂの厚さを６．４μｍとした。また、透明基板１１ｃに施すラビング方向を６０°、第３の複屈折性媒質層１２ｃの厚さを３．６μｍとして、波長板１０を作製する。

波長４３０ｎｍの光に対して、第１の複屈折性媒質層１２ａの有するリタデーション値δ_１は３８１ｎｍ、第２の複屈折性媒質層１２ｂの有するリタデーション値δ_２は６７７ｎｍ、第３の複屈折性媒質層１２ｃの有するリタデーション値δ_３は３８１ｎｍである。

また、波長５３０ｎｍの光に対して、第１の複屈折性媒質層１２ａの有するリタデーション値δ_１は３５７ｎｍ、第２の複屈折性媒質層１２ｂの有するリタデーション値δ_２は６３４ｎｍ、第３の複屈折性媒質層１２ｃの有するリタデーション値δ_３は３５７ｎｍである。

また、波長６３８ｎｍの光に対して、第１の複屈折性媒質層１２ａの有するリタデーション値δ_１は３４２ｎｍ、第２の複屈折性媒質層１２ｂの有するリタデーション値δ_２は６０８ｎｍ、第３の複屈折性媒質層１２ｃの有するリタデーション値δ_３は３４２ｎｍである。

なお、第１の複屈折性媒質層１２ａの遅相軸の方向θ_１は６０°、第２の複屈折性媒質層１２ｂの遅相軸の方向θ_２は８９°、第３の複屈折性媒質層１２ｃの遅相軸の方向θ_３は６０°である。

ここで、上記内容を上述の式（１）に代入して演算した結果得られるパラメータＳ_３の絶対値は、波長４３０ｎｍでは０．０２、波長５３０ｎｍでは０．２２、波長６３８ｎｍでは０．１３である。同様に、パラメータＳ_２とパラメータＳ_１の比であるＳ_２／Ｓ_１の絶対値は、波長４３０ｎｍでは０．１１、波長５３０ｎｍでは０．０２、波長６３８ｎｍでは０．０２である。すなわち、上記３種いずれの波長に対しても、パラメータＳ_３の絶対値が０．３８以下、パラメータＳ_２とパラメータＳ_１の比Ｓ_２／Ｓ_１の絶対値が０．１７以下という条件を満たしている。

また、本実施例の波長板１０の透明基板１１ａの反射防止膜形成面に、図２の座標系のＺ軸の方向に、振動方向がＸ軸の方向である直線偏光を入射した場合において、本実施例の波長板１０を透過した後のそれぞれの波長の光の偏光状態は次の通りである。なお、入射する光の波長は、４３０ｎｍ、５３０ｎｍ、６３８ｎｍである。波長４３０ｎｍの直線偏光を入射したときは、楕円率が略０、楕円長軸方向がＸ軸に対し約−３°の楕円偏光、すなわち略直線偏光の光となる。また、波長５３０ｎｍの直線偏光を入射したときは、楕円率が約０．１、楕円長軸方向がＸ軸に対し約９０°の楕円偏光の光となる。また、波長６３８ｎｍの直線偏光を入射したときは、楕円率が約０．１、楕円長軸方向がＸ軸に対し約−１°の楕円偏光の光となる。

このことは、第６の実施例の波長板１０が、波長４３０ｎｍと波長６３８ｎｍの光に対して光学的に等方なガラスのように機能し、波長５３０ｎｍの光に対して２分の１波長板のように機能するという波長選択性を有していることを示している。

実施例７．
次に、第７の実施例として、本発明に係る波長板１０の他の例およびその効果について具体的に説明する。本実施例の波長板１０は、作製方法および用いる材料は第１〜３の実施例と同じである。そして、透明基板１１ａ、１１ｂ、１１ｃに施すラビング方向、複屈折性媒質層１２ａ、１２ｂ、１２ｃの厚さが第１〜３の実施例と異なる。また、本実施例の波長板１０では、青用に４５５ｎｍ帯、緑用に５２０ｎｍ帯、６３８ｎｍ帯の３種類の波長帯の光が入射するものとするが、そのうちの特に波長４４０ｎｍ、波長５１５ｎｍ、波長６５０ｎｍの光が、本発明における波長板が波長選択性をもつ対象とする３種の波長λ_１、λ_２、λ_３であるとする。

すなわち、本実施の波長板１０は、後述する理由のため、最適となる波長を各波長帯の中心波長から意図的にずらして作製する。すなわち、青用に４４０ｎｍ、緑用に５１５ｎｍ、赤用に６５０ｎｍのそれぞれの波長光に対して最適になるように作製する。

本実施例では、透明基板１１ａに施すラビング方向を３３°、第１の複屈折性媒質層１２ａの厚さを４．２μｍとした。また、透明基板１１ｂに施すラビング方向を５７°、第２の複屈折性媒質層１２ｂの厚さを４．２μｍとした。また、透明基板１１ｃに施すラビング方向を３３°、第３の複屈折性媒質層１２ｃの厚さを４．２μｍとして、波長板１０を作製する。

波長４４０ｎｍの光に対して、第１の複屈折性媒質層１２ａの有するリタデーション値δ_１は４１９ｎｍ、第２の複屈折性媒質層１２ｂの有するリタデーション値δ_２は４４１ｎｍ、第３の複屈折性媒質層１２ｃの有するリタデーション値δ_３は４４１ｎｍである。

また、波長５１５ｎｍの光に対して、第１の複屈折性媒質層１２ａの有するリタデーション値δ_１は４１９ｎｍ、第２の複屈折性媒質層１２ｂの有するリタデーション値δ_２は４１９ｎｍ、第３の複屈折性媒質層１２ｃの有するリタデーション値δ_３は４１９ｎｍである。

また、波長６５０ｎｍの光に対して、第１の複屈折性媒質層１２ａの有するリタデーション値δ_１は３９８ｎｍ、第２の複屈折性媒質層１２ｂの有するリタデーション値δ_２は３９８ｎｍ、第３の複屈折性媒質層１２ｃの有するリタデーション値δ_３は３９８ｎｍである。

なお、第１の複屈折性媒質層１２ａの遅相軸の方向θ_１は３３°、第２の複屈折性媒質層１２ｂの遅相軸の方向θ_２は５７°、第３の複屈折性媒質層１２ｃの遅相軸の方向θ_３は３３°である。

ここで、上記内容を上述の式（１）に代入して演算した結果得られるパラメータＳ_３の絶対値は、波長４４０ｎｍでは０．０３、波長５１５ｎｍでは０．０２、波長６５０ｎｍでは０．０７である。同様に、パラメータＳ_２とパラメータＳ_１の比であるＳ_２／Ｓ_１の絶対値は、波長４４０ｎｍでは０．００、波長５１５ｎｍでは０．０１、波長６５０ｎｍでは０．０７である。すなわち、上記３種いずれの波長に対しても、パラメータＳ_３の絶対値が０．３８以下、パラメータＳ_２とパラメータＳ_１の比Ｓ_２／Ｓ_１の絶対値が０．１７以下という条件を満たしている。

本実施例の波長板１０の透明基板１１ａの反射防止膜形成面に、波長４４０ｎｍの光が図２の座標系のＸ軸の方向に振動する直線偏光として、波長５１５ｎｍの光が図２の座標系のＹ軸の方向に振動する直線偏光として、波長６５０ｎｍの光が図２の座標系のＸ軸の方向に振動する直線偏光として、Ｚ軸の方向に入射する。このとき、本実施例の波長板１０を透過した後のそれぞれの波長の光の偏光状態は次の通りである。波長４４０ｎｍの出射光は、楕円率が略０、楕円長軸方向がＸ軸に対し略０°の楕円偏光、すなわち略直線偏光の光となる。また、波長５１５ｎｍの直線偏光を入射したときは、楕円率が略０、楕円長軸方向がＸ軸に対し略０°の楕円偏光、すなわち略直線偏光の光となる。また、波長６５０ｎｍの直線偏光を入射したときは、楕円率が略０、楕円長軸方向がＸ軸に対し約−２°の楕円偏光、すなわち略直線偏光の光となる。

このことは、第７の実施例の波長板１０が、波長４４０ｎｍと波長６５０ｎｍの光に対して光学的に等方なガラスのように機能し、波長５１５ｎｍの光に対して２分の１波長板のように機能するという波長選択性を有していることを示している。

さらに、本実施例の波長板１０の透明基板１１ａの反射防止膜形成面に、波長４５５ｎｍ帯の光が振動方向がＸ軸の方向である直線偏光とし、波長５２０ｎｍ帯の光が振動方向がＹ軸方向である直線偏光とし、波長６３８ｎｍ帯の光が振動方向がＸ軸の方向である直線偏光として、Ｚ軸の方向に入射する場合を説明する。

このとき、各波長帯の出射光のＸ軸方向の偏光成分の強度を図４に示す。図４（ａ）は、波長４５５ｎｍ付近の光について出射光のＸ軸方向の偏光成分の強度と比視感度とを示すグラフである。また、図４（ｂ）は、波長５２０ｎｍ付近の光について出射光のＸ軸方向の偏光成分の強度と比視感度とを示すグラフである。また、図４（ｃ）は、波長６４０ｎｍ付近の光について出射光のＸ軸方向の偏光成分の強度と比視感度とを示すグラフである。なお、図４（ａ）〜（ｃ）において、横軸は波長を示す。また、左側の縦軸はＸ軸方向の偏向成分の強度を示す。また、右側の縦軸は比視感度を示す。なお、グラフ中の実線がＸ軸方向の偏向成分の強度に対応し、破線が比視感度に対応している。図４（ａ）〜（ｃ）によると、各波長帯（すなわち波長４５５ｎｍ帯、波長５２０ｎｍ帯および波長６３８ｎｍ帯）において、本実施例の波長板１０を出射する光のＸ軸方向の偏光成分の強度の波長依存性は、比視感度の波長依存性と略逆方向の特性を示している。

すると、本実施例の波長板１０をレーザープロジェクタにて使用し、前述した各波長帯の直線偏光を本実施例の波長板１０に入射して得られる出射光のＸ軸方向の偏光成分のみを投射して画像表示する場合、各波長帯それぞれで視感度の波長依存性を緩和して、結果として波長依存性のより小さい画像を表示することができる。

本実施の波長板１０は、最適となる波長を各波長帯の中心波長から意図的にずらして作製することで、レーザープロジェクタにて表示される画像の視感度の波長依存性を緩和することも可能である。

なお、入射する３種の波長帯に対して最適化の対象とする３つの波長を中心波長からずらして設計する場合にそのずらす許容範囲は、青色波長帯の場合、緑色波長帯、赤色波長帯のＸ成分強度の波長依存性に比べて青色波長帯のＸ成分強度の波長依存性が一番大きいため、緑色波長帯、赤色波長帯の場合と比べて狭くなるが、例えば波長４４０ｎｍ〜４５５ｎｍの間であれば波長４５５ｎｍでのＸ成分強度が８０％以上となるので好ましい。緑色波長帯、赤色波長帯のＸ成分強度の波長依存性は大きくないため、ずらす許容範囲は青色波長帯の場合よりも広く、緑色波長帯の場合には波長５００ｎｍ〜５２０ｎｍの間で、また赤色波長帯の場合には６４０ｎｍ〜７００ｎｍの間で設計時に最適化の対象とする波長をずらすことができる。

比較例１．
次に、第１の比較例として、本発明の第３の実施例の波長板１０に対し、第２の複屈折媒質層１２ｂの厚さを５．１μｍに変更したものについて、効果の違いを説明する。第１の比較例の波長板は、図２に示す本発明の波長板１０と同様の構造をもち、作製方法および用いる材料は第１〜３の実施例の波長板１０と同じである。その上で、透明基板１１ａに施すラビング方向を２５°、第１の複屈折性媒質層１２ａの厚さを５．３μｍ、透明基板１１ｂに施すラビング方向を５７°、第２の複屈折性媒質層１２ｂの厚さを５．１μｍ、透明基板１１ｃに施すラビング方向を４６°、第３の複屈折性媒質層１２ｃの厚さを３．０μｍとして、本比較例である波長板（以下、本発明に係る波長板１０と区別するため、波長板３０という。）を作製する。

本比較例の波長板３０の各複屈折性媒質層におけるリタデーション値は、次の通りである。

波長４５５ｎｍの光に対して、第１の複屈折性媒質層１２ａの有するリタデーション値δ_１は５５０ｎｍ、第２の複屈折性媒質層１２ｂの有するリタデーション値δ_２は５２９ｎｍ、第３の複屈折性媒質層１２ｃの有するリタデーション値δ_３は３１１ｎｍである。

また、波長５２０ｎｍの光に対して、第１の複屈折性媒質層１２ａの有するリタデーション値δ_１は５２８ｎｍ、第２の複屈折性媒質層１２ｂの有するリタデーション値δ_２は５０８ｎｍ、第３の複屈折性媒質層１２ｃの有するリタデーション値δ_３は２９９ｎｍである。

また、波長６３８ｎｍの光に対して、第１の複屈折性媒質層１２ａの有するリタデーション値δ_１は５０４ｎｍ、第２の複屈折性媒質層１２ｂの有するリタデーション値δ_２は４８５ｎｍ、第３の複屈折性媒質層１２ｃの有するリタデーション値δ_３は２８５ｎｍである。

また、第１の複屈折性媒質層１２ａの遅相軸の方向θ_１は２５°、第２の複屈折性媒質層１２ｂの遅相軸の方向θ_２は５７°、第３の複屈折性媒質層１２ｃの遅相軸の方向θ_３は４６°である。

ここで、上記内容を上述の式（１）に代入して演算した結果得られるパラメータＳ_３の絶対値は、波長４５５ｎｍでは０．１１、波長５２０ｎｍでは０．３９、波長６３８ｎｍでは０．４４である。同様に、パラメータＳ_２とパラメータＳ_１の比であるＳ_２／Ｓ_１の絶対値は、波長４５５ｎｍでは０．０２、波長５２０ｎｍでは０．０７、波長６３８ｎｍでは０．１４である。本例では、波長５２０ｎｍおよび６３８ｎｍにおいて、パラメータＳ_３の絶対値が０．３８を超えてしまっている。

第１の比較例の波長板３０を出射する光の偏光状態を調べる。図２の座標系のＺ軸の方向に、振動方向がＸ軸の方向である直線偏光を入射した場合において、本比較例の波長板３０を透過した後のそれぞれの波長の光の偏光状態は次の通りである。なお、入射する光の波長は、４５５ｎｍ、５２０ｎｍ、６３８ｎｍである。波長４５５ｎｍの直線偏光を入射したときは、楕円率が約０．０５、楕円長軸方向がＸ軸に対し約１°の楕円偏光の光となる。また、波長５２０ｎｍの直線偏光を入射したときは、楕円率が約０．２１、楕円長軸方向がＸ軸に対し約９２°の楕円偏光の光となる。また、波長６３８ｎｍの直線偏光を入射したときは、楕円率が約０．２３、楕円長軸方向がＸ軸に対し約−４°の楕円偏光の光となる。

このように、波長選択性を持たせる対象とする波長帯のいずれかにおいて、パラメータＳ_３の絶対値が０．３８を超える場合、出射する偏光の楕円率を０．２以下に抑えることができなくなる。すると、このような波長板３０を、波長選択性の波長板として、レーザープロジェクタに用いるのは難しい。

比較例２．
次に、第２の比較例として、本発明の第３の実施例の波長板に対し、第３の複屈折媒質層１２ｃの遅相軸方向を４５°に変更したものについて、効果の違いを説明する。第２の比較例の波長板３０は、図２に示す本発明の波長板１０と同様の構造をもち、作製方法および用いる材料は第１〜３の実施例の波長板１０と同じである。その上で、透明基板１１ａに施すラビング方向を２５°、第１の複屈折性媒質層１２ａの厚さを５．３μｍ、透明基板１１ｂに施すラビング方向を５７°、第２の複屈折性媒質層１２ｂの厚さを５．０μｍ、透明基板１１ｃに施すラビング方向を４５°、第３の複屈折性媒質層１２ｃの厚さを３．０μｍとして、本比較例である波長板３０を作製する。

また、第１の複屈折性媒質層１２ａの遅相軸の方向θ_１は２５°、第２の複屈折性媒質層１２ｂの遅相軸の方向θ_２は５７°、第３の複屈折性媒質層１２ｂの遅相軸の方向θ_３は４５°である。

ここで、上記内容を上述の式（１）に代入して演算した結果得られるパラメータＳ_３の絶対値は、波長４５５ｎｍでは０．２４、波長５２０ｎｍでは０．２９、波長６３８ｎｍでは０．３６である。同様に、パラメータＳ_２とパラメータＳ_１の比であるＳ_２／Ｓ_１の絶対値は、波長４５５ｎｍでは０．０４、波長５２０ｎｍでは０．００、波長６３８ｎｍでは０．２３である。本例では、波長６３８ｎｍにおいて、パラメータＳ_２とパラメータＳ_１の比Ｓ_２／Ｓ_１の絶対値が０．１７を超えてしまっている。

第２の比較例の波長板３０を出射する光の偏光状態を調べる。図２の座標系のＺ軸の方向に、振動方向がＸ軸の方向である直線偏光を入射した場合において、本比較例の波長板３０を透過した後のそれぞれの波長の光の偏光状態は次の通りである。なお、入射する光の波長は、４５５ｎｍ、５２０ｎｍ、６３８ｎｍである。波長４５５ｎｍの直線偏光を入射したときは、楕円率が約０．１２、楕円長軸方向がＸ軸に対し約１°の楕円偏光の光となる。また、波長５２０ｎｍの直線偏光を入射したときは、楕円率が約０．１５、楕円長軸方向がＸ軸に対し約９０°の楕円偏光の光となる。また、波長６３８ｎｍの直線偏光を入射したときは、楕円率が約０．１８、楕円長軸方向がＸ軸に対し約−６°の楕円偏光の光となる。

このように、波長選択性を持たせる対象とする波長帯のいずれかにおいて、パラメータＳ_２とパラメータＳ_１の比Ｓ_２／Ｓ_１の絶対値が０．１７を超える場合、出射する偏光の楕円長軸方向を±５°内に抑えることができなくなる。すると、このような波長板３０を、波長選択性の波長板として、レーザープロジェクタに用いるのは難しい。

比較例３．
次に、第３の比較例として、３層構造でない波長板４０について述べる。図５は、レーザープロジェクタに用いられる、波長５２０ｎｍの緑色レーザー光用の２分の１波長板４０の例を示す断面模式図である。図５に示す波長板４０は、透明基板４１と透明基板４２の間に、１層の複屈折性媒質層４３を挟持した構成である。複屈折性媒質層４３は、第１の実施例の波長板１０で用いた高分子液晶を材料として用い、２．６μｍの厚さを有しているものとする。このとき、複屈折性媒質層４３の有する波長５２０ｎｍにおけるリタデーション値は２５９ｎｍである。これは、波長の略半分の値である。

第３の比較例の波長板４０を出射する光の偏光状態を調べる。本比較例の波長板４０の遅相軸に対し４５°の方向、すなわち図５のＸ軸方向に振動する直線偏光を入射して得られる出射光の偏光状態は次の通りである。

波長５２０ｎｍのレーザー光を入射すると、楕円率が略０、振動方向がＸ軸に対し９０°の直線偏光が出射する。一方、波長４５５ｎｍのレーザー光を入射すると、楕円率が０．３、楕円長軸方向がＸ軸に対して９０°の楕円偏光が出射する。また、波長６３８ｎｍのレーザー光を入射すると、楕円率が０．３７、楕円長軸方向がＸ軸に対して９０°の楕円偏光が出射する。

すなわち、波長５２０ｎｍの緑色レーザー光用の２分の１波長板４０では、波長４５５ｎｍのレーザー光および波長６３８ｎｍのレーザー光に対しては、楕円率を０．２以下および、楕円長軸方向を±５°内に抑える機能を有していないことがわかる。

このように、波長５２０ｎｍの緑色レーザー光用の２分の１波長板４０では、レーザープロジェクタに多く用いられる３つの波長のレーザー光に対し、波長選択的に２分の１波長板の機能を発現できないので、３つの波長のレーザー光が通る共通光路中に配置できない。

以上のように、本発明は、レーザープロジェクタに用いられる３つの波長のレーザー光に対し、波長選択的に２分の１波長板の機能を発現できるので、３つの波長のレーザー光が通る共通光路中に配置でき、レーザープロジェクタの光学系の簡単化および小型化の用途に好適に適用できる。

１０波長板
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ透明基板
１２ａ第１の複屈折性媒質層
１２ｂ第２の複屈折性媒質層
１２ｃ第３の複屈折性媒質層
３０第１〜３の比較例である波長板
４０第４の比較例である波長板
４１、４２透明基板
４３複屈折性媒質層

Claims

所定の異なる帯域を有する３種の波長λ_１、λ_２、λ_３（λ_１＜λ_２＜λ_３）に対して波長選択的に偏光を制御する波長板であって、
第１の複屈折性媒質層、第２の複屈折性媒質層、第３の複屈折性媒質層の順で積層された３層の複屈折性媒質層を備え、
前記第１の複屈性媒質層のリタデーション値δ_１および遅相軸方向θ_１、前記第２の複屈折媒質層のリタデーション値δ_２および遅相軸方向θ_２、前記第３の複屈折媒質層のリタデーション値δ_３および遅相軸方向θ_３の値が、以下に示す第１の条件および第２の条件を満たす、組み合わせであり、
前記３種の波長λ_１、λ_２、λ_３（λ_１＜λ_２＜λ_３）の直線偏光が前記３層の複屈折性媒質層を透過したとき、前記波長λ_１の光は楕円率が０．２以下、楕円長軸方向が入射する直線偏光の振動方向に対して±５°の楕円偏光の光になり、前記波長λ_２の光は楕円率が０．２以下、楕円長軸方向が入射する直線偏光の振動方向に対して９０°±５°の楕円偏光の光になり、前記波長λ_３の光は楕円率が０．２以下、楕円長軸方向が入射する直線偏光の振動方向に対して±５°の楕円偏光の光になる
ことを特徴とする波長板。
第１の条件：
以下の式（Ａ）の演算により得られるパラメータＳ_３の絶対値が、前記波長λ_１、λ_２、λ_３の光において、全て０．３８以下である
第２の条件：
以下の式（Ａ）の演算により得られるパラメータＳ_２とパラメータＳ_１の比Ｓ_２／Ｓ_１の絶対値が、前記波長λ_１、λ_２、λ_３の光において、全て０．１７以下である
第１の複屈性媒質層のリタデーション値と第３の複屈性媒質層のリタデーション値との差が１００ｎｍ以下であって、第１の複屈折性媒質層の遅相軸または進相軸と第３の複屈折性媒質層の遅相軸または進相軸とがなす角度が３°以下である
請求項１に記載の波長板。
第１の複屈性媒質層のリタデーション値と第３の複屈性媒質層のリタデーション値との差が１５ｎｍ以下であって、第１の複屈折性媒質層の遅相軸または進相軸と第３の複屈折性媒質層の遅相軸または進相軸とがなす角度が３°以下である
請求項１に記載の波長板。