波片、偏振转换元件、照明光学系统和图像显示装置.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103135156 A (43)申请公布日 2013.06.05 CN 103135156 A *CN103135156A* (21)申请号 201110383972.X (22)申请日 2011.11.28 G02B 5/30(2006.01) G02B 27/28(2006.01) G03B 21/14(2006.01) G03B 21/20(2006.01) G02F 1/13357(2006.01) G02F 1/1335(2006.01) (71)申请人 索尼公司 地址 日本东京都 (72)发明人 加藤佑嗣 堀越涼子 (74)专利代理机构 北京市柳沈律师事务。

2、所 11105 代理人 黄小临 (54) 发明名称 波片、 偏振转换元件、 照明光学系统和图像显 示装置 (57) 摘要 本发明提供一种波片、 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 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 。

3、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 发明能够兼顾耐光性、 耐热性和高效率。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 9 页 附图 9 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书9页 附图9页 (10)申请公布号 CN 103135156 A CN 103135156 A *CN103135156A* 1/2 页 2 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。

4、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。 2. 如权利要求 1 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。

5、为 24.3 度， 所述第二角度为 65.7 度， 所述第三角度为 27.3 度。 4.一种偏振转换元件， 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。

6、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。 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， 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。

7、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。 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波片 ； 分离从所述。

8、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， 所述第一石英片的光轴在其主面上的投影与 权 利 要 求 书 CN 103135156 A 2 2/2 页 3 所述第一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。

9、在大于等于 25 且小于等于 28.8 度的范围内。 权 利 要 求 书 CN 103135156 A 3 1/9 页 4 波片、 偏振转换元件、 照明光学系统和图像显示装置 技术领域 0001 本发明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 0002 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。 0003 因此， 作为。

10、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。 0004 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 1 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 1 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。 0005 具体。

11、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 1 射出的出射光统一为 S 光， 实 现了光能的高效利用。 0006 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 。

12、片层叠而成， 两个波片的光学轴面内角度满足21+45。 通过上述专利文献中的发明， 能够在提高耐热性的同时， 提高光能的利用效率。 0007 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。 发。

13、明内容 0008 本发明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。 说 明 书 CN 103135156 A 4 2/9 页 5 0009 本发明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二 角度在大于等于 64.6。

14、 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。 0010 在上述本发明的波片中， 优选所述第一角度与所述第二角度之和为 90 度。 0011 在上述本发明的波片中， 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。 0012 本发明的偏振转换元件包括 ： 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波片， 其特 征在于， 。

15、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。 0013 本发明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。

16、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， 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。 0014 本发明的图像显示装置包括。

17、 ： 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 。

18、22.5 度且小于等于 25.4 度的范围内， 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。 0015 根据本发明， 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。 说 明 书 CN 103135156 A 5 3/9 页 6 附图说明 0016 图 1 是表示本发明的波片的 Z 切割的示意图。。

19、 0017 图 2A 和图 2B 是通过 Z 切割而得到的石英薄片的示意图。 0018 图 3A 图 3C 是在石英薄片上切割构成本发明的波片的两个石英片的示意图。 0019 图 4A 和图 4B 是表示两个石英片的区分方法的示意图。 0020 图 5A 是从 Y 轴方向观看本发明的波片时的俯视图， 图 5B 是从 Z 轴方向观察到的 正视图。 0021 图 6 是表示本发明的偏振转换元件的示意性构造图。 0022 图 7A 图 7H 是表示本发明的偏振转换元件中的波片的组合的说明图。 0023 图 8 是表示本发明的照明光学系统的示意性构造图。 0024 图 9 是表示本发明的图像显示装置的。

20、示意性构造图。 0025 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 0026 下面将参照附图， 通过优选的实施例方式来介绍本发明。 然而， 本公开并不局限于 以下示例。 0027 本发明的波片如图 5 所示， 由两片石英片 1 和 2 构成， 下面参照图 1 图 3 说明石 英片 1 和 2 的制造方法。 0028 首先， 如图 1 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 0.15mm 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。

21、在 25 度至 28.8 度之间变动， 并 且薄片的切割厚度也可以在0.135mm至0.165mm之间变动。 通过图1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。 0029 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发明的薄片的两个石英片 1 和 2。 0030 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。

22、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。 0031 图 3C 中示出石英片 1(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。

23、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1。 该长方形的石英片1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 1 中， C 轴与 石英片 1 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 1 中的投影与长方形 说 明 书 CN 103135156 A 6 4/9 页 7 的长边成大致 24.3 度的角度。 0032 上述石英片 1 和 2 中， C 轴在长方形的石英片中的投影与长方形的短边。

24、所成的角 度也称作面内角度。通过实验可知， 在石英片 1 的面内角度 a 在 24.3 度 25.4 之间， 石英片 2 的面内角度 b 在 64.6 度 65.7 度之间， 并且 a 和 b 之和大致在 903 度 (22.5+64.6 87.1 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 a 为 24.3 度， 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a+b90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 1 所示。 0033 表 1 0034 0035 另外。

25、， 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。 0036 表 2 0037 0038 另外， 由于石英片 1 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。 0039 图 5A 和图 5B 示出石英片 2 的光学轴 A1 和石英片 1 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。

26、， 而 Z 轴定义为波片的厚度方向。其中 X 轴 说 明 书 CN 103135156 A 7 5/9 页 8 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。 0040 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。 0041 此外， X 轴方向定义为入射光的偏振方向。 0042 图 5A 是从 Y 轴的方向观察波片 100 时的俯视图。

27、。图 5B 是从 Z 轴的方向观察波片 100 时的正视图。 0043 如图 5A 所示， 本发明的波片 100 具有这样一种构造， 其中石英片 1 的主面与石英 片 2 的主面重叠。 0044 在图中， 箭头 A1 表示石英片 2 的光学轴方向， 而箭头 A2 表示石英片 1 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。 0045 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。

28、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 A1 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。 0046 如上所述， 如图 5A 中箭头 A1 和 A2 所示， 在从平行于波片 100 的主面 100a 的方 向即从 Y 轴的方向观察到的俯视图中， 石英片 1 的光学轴和石英片 2 的光学轴相对于主面 100a 是倾斜的。也就是说， 石英片 1 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。

29、 用。 0047 此外， 在该俯视图中， 石英片 1 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。 0048 如图 5B 所示， 在从垂直于主面 100a 的方向观察波片 100 时的正视图中， 由石英片 1 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 1 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。 0049 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。

30、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。 0050 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1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。 0052 这消除了制造多种石英片的必要。

31、， 因此能够实现简化制造步骤和降低成本。 说 明 书 CN 103135156 A 8 6/9 页 9 0053 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 开本发明的偏振转换元件 200 的构造的示意性构造图。 0054 本实施例的偏振转换元件 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。 0055 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。

32、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。 0056 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。 0057 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。 0058 如箭头 A10 所示， 在本实施例中入射到偏振。

33、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。 0059 另一方面， 如箭头 A11 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 (/2)。因此， 发 生轴对称的偏振变化， 使得光出射为 s 偏振光。 0060 这样， 在本实施例的偏振转。

34、换元件 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。 0061 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 0 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。 0062 图 7 示出了石英片的各种组合方式。因此， 由箭头 A12 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A13示出的石英片1的光学轴的面内角度为大致24.3 度。 0063 波片 24b 由波片 24a 沿其主面内的方向旋转 。

35、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。 0064 如图 7B 所示， 也可采用通过在正视图中交换石英片 1 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 1 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。 00。

36、65 波片 24d 由波片 24c 沿主面内的方向旋转 180 度而得到。石英片 1 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。 0066 图 7C 示出了通过使图 7A 中的波片 24a 和 24b 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 1 的光学轴的面内角度为箭头 A13 示出的 114.3 说 明 书 CN 103135156 A 。

37、9 7/9 页 10 度 (-65.7 度 )。 0067 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 1 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。 0068 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 1 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 )。 0069 。

38、波片24h由波片24g在其主面内旋转180度而得到。 因此， 石英片1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。 0070 图 7E 示出了图 7A 中的波片 24a 与图 7B 中的波片 24d 的组合。 0071 图 7F 示出了图 7B 中的波片 24c 与图 7A 中的波片 24b 的组合。 0072 图 7G 示出了图 7C 中的波片 24e 与图 7D 中的波片 24h 的组合。 0073 图 7H 示出了图 7D 中的波片 24g 与图 7C 中的波片 24f 的组合。 0074 。

39、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 44 16 种组合。图 7A-15H 示出了这 16 种组合中的八种组合。 0075 下面将参考图8描述通过使用本发明的波片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。 0076 图 8 是示出本发明的照明光学系统 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 。

40、的光的偏振方向的偏振转换元件 36。 0077 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。 0078 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。 0079 可在光源 30 与积分元件 35 之间设置紫外线截止滤波器 (ultraviolet cut filter)。 0080 透射穿过积分元件35的。

41、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。 0081 作为该偏振转换元件 36， 可使用上面的偏振转换元件 200。 0082 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 1A 和 1B) 示出的波片 100 相同的波片 37a 和 37b 分别设置在与上面示出的波片 100 相同的坐标轴方向上。 0084 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。

42、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 说 明 书 CN 103135156 A 10 8/9 页 11 的波片 100。 0085 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。 0086 具体说， 在入射到波片 37a 和 37b 的光束中， 入射角在小于 0 度的负侧的光束 L1 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。

43、石英片 的光学轴取向为与上述波片 100 相同的取向， 光束 L1 和 L2 能够优先地受到偏振转换， 并且 能够提高转换效率。 0087 在入射到波片 37c 和 37d 的光束中， 入射角在大于 0 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。 0088 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。

44、高照明的辉度。 0089 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 是示出本发明的图像显示装置 400 的构造的示意性构造图。 0090 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。 0091 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。 0092 作为照明光学系统 4。

45、0， 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。 0093 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。偏振转换元件 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。 0094 从照明光学系统40射出的光被例如聚光透镜48准直。

46、， 并入射到分光光学系统50。 0095 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。 0096 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。 0097 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。 0098 被聚光。

47、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 说 明 书 CN 103135156 A 11 9/9 页 12 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。 0099 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。

48、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。 0100 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。 0101 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。 0102 被二向色镜 53 反射的绿光入射到聚光透镜 66。 0103 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。

49、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。 0104 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。 0105 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。 0106 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。 0107 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。 0108 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。