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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5908906
(24)【登録日】2016年4月1日
(45)【発行日】2016年4月26日
(54)【発明の名称】光学デバイス、プロジェクタ、製造方法および製造支援装置
(51)【国際特許分類】
G02F 1/13 20060101AFI20160412BHJP
G03B 21/00 20060101ALI20160412BHJP
G03B 21/14 20060101ALI20160412BHJP
G02F 1/13357 20060101ALI20160412BHJP
G02B 26/10 20060101ALN20160412BHJP
G02B 27/26 20060101ALN20160412BHJP
G02B 27/48 20060101ALN20160412BHJP
【ＦＩ】
G02F1/13 505
G03B21/00 D
G03B21/14 Z
G02F1/13357
!G02B26/10 104Z
!G02B27/26
!G02B27/48
【請求項の数】20
【全頁数】57
(21)【出願番号】特願2013-525639(P2013-525639)
(86)(22)【出願日】2012年6月27日
(86)【国際出願番号】JP2012066444
(87)【国際公開番号】WO2013015066
(87)【国際公開日】20130131
【審査請求日】2014年11月4日
(31)【優先権主張番号】特願2011-162584(P2011-162584)
(32)【優先日】2011年7月25日
(33)【優先権主張国】JP
(31)【優先権主張番号】特願2011-258134(P2011-258134)
(32)【優先日】2011年11月25日
(33)【優先権主張国】JP
(31)【優先権主張番号】特願2012-55194(P2012-55194)
(32)【優先日】2012年3月12日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000001960
【氏名又は名称】シチズンホールディングス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100104190
【弁理士】
【氏名又は名称】酒井 昭徳
(72)【発明者】
【氏名】井出 昌史
(72)【発明者】
【氏名】加藤 聖子
(72)【発明者】
【氏名】武石 貴明
【審査官】
小濱 健太
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００３−１０７４７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−０２００２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−２６７３５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００２−２６９７９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００９−２９４６０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−２４４０２１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０２Ｆ １／１３
Ｇ０２Ｆ １／１３３５−１／１３３５７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
所定方向の偏光状態であり、かつ所定波長であるレーザ光を通過させ、前記所定方向に対するダイレクタの方向を基板面と平行に回転して切り替え可能な液晶セルと、
前記液晶セルより出射されたレーザ光を通過させ、遅相軸が任意の方向に設定された波長板と、
前記ダイレクタの方向を、第１の方向と、前記第１の方向と異なる第２の方向と、で交互に、かつ周期的に切り替える制御回路と、
を備え、前記波長板および前記液晶セルを通過したレーザ光を出力する光学デバイスであって、
前記レーザ光は、それぞれ異なる波長の複数のレーザ光で構成され、
前記波長板および前記液晶セルによって構成される積層波長板が、前記複数のレーザ光の各波長において、いずれも１／４波長板として動作するように、前記波長板の厚みが調整され、
前記所定方向、前記任意の方向および前記ダイレクタの方向は、それぞれ前記レーザ光の進行方向と直交する方向であることを特徴とする光学デバイス。
前記液晶セルより出射されたレーザ光を通過させ、遅相軸が任意の方向に設定された波長板と、
前記ダイレクタの方向を、第１の方向と、前記第１の方向と異なる第２の方向と、で交互に、かつ周期的に切り替える制御回路と、
を備え、前記波長板および前記液晶セルを通過したレーザ光を出力する光学デバイスであって、
前記レーザ光は、それぞれ異なる波長の複数のレーザ光で構成され、
前記波長板および前記液晶セルによって構成される積層波長板が、前記複数のレーザ光の各波長において、いずれも１／４波長板として動作するように、前記波長板の厚みが調整され、
前記所定方向、前記任意の方向および前記ダイレクタの方向は、それぞれ前記レーザ光の進行方向と直交する方向であることを特徴とする光学デバイス。
【請求項2】
前記レーザ光は、波長λ１の光と、前記波長λ１とは異なる波長λ２の光と、を含み、
前記波長板は、厚みｄ１と、通過する光の波長λにより変化する屈折率Δｎ１（λ）と、を有し、
前記液晶セルは、厚みｄ２と、通過する光の波長λにより変化する屈折率Δｎ２（λ）と、を有し、
前記波長板および前記液晶セルの各遅相軸の間の角度をΨとした場合に、
前記波長板の厚みｄ１は、λ＝λ１およびλ＝λ２において下記の式が±π／２×（２ｎ−１）となるよう（ｎは自然数）に調整されていることを特徴とする請求項１に記載の光学デバイス。
前記波長板は、厚みｄ１と、通過する光の波長λにより変化する屈折率Δｎ１（λ）と、を有し、
前記液晶セルは、厚みｄ２と、通過する光の波長λにより変化する屈折率Δｎ２（λ）と、を有し、
前記波長板および前記液晶セルの各遅相軸の間の角度をΨとした場合に、
前記波長板の厚みｄ１は、λ＝λ１およびλ＝λ２において下記の式が±π／２×（２ｎ−１）となるよう（ｎは自然数）に調整されていることを特徴とする請求項１に記載の光学デバイス。
【数1】
【請求項3】
所定方向の偏光状態であり、かつ所定波長であるレーザ光を通過させ、前記所定方向に対するダイレクタの方向を基板面と平行に回転して切り替え可能な液晶セルと、
前記液晶セルより出射されたレーザ光を通過させ、遅相軸が任意の方向に設定された波長板と、
前記ダイレクタの方向を、第１の方向と、前記第１の方向と異なる第２の方向と、で交互に、かつ周期的に切り替える制御回路と、
を備え、前記波長板および前記液晶セルを通過したレーザ光を出力する光学デバイスであって、
前記レーザ光は、それぞれ異なる波長の複数のレーザ光で構成され、
前記波長板および前記液晶セルによって構成される積層波長板が、前記複数のレーザ光の各波長において、いずれも１／２波長板として動作するように、前記液晶セルの厚みが調整され、
前記所定方向、前記任意の方向および前記ダイレクタの方向は、それぞれ前記レーザ光の進行方向と直交する方向であることを特徴とする光学デバイス。
前記液晶セルより出射されたレーザ光を通過させ、遅相軸が任意の方向に設定された波長板と、
前記ダイレクタの方向を、第１の方向と、前記第１の方向と異なる第２の方向と、で交互に、かつ周期的に切り替える制御回路と、
を備え、前記波長板および前記液晶セルを通過したレーザ光を出力する光学デバイスであって、
前記レーザ光は、それぞれ異なる波長の複数のレーザ光で構成され、
前記波長板および前記液晶セルによって構成される積層波長板が、前記複数のレーザ光の各波長において、いずれも１／２波長板として動作するように、前記液晶セルの厚みが調整され、
前記所定方向、前記任意の方向および前記ダイレクタの方向は、それぞれ前記レーザ光の進行方向と直交する方向であることを特徴とする光学デバイス。
【請求項4】
前記レーザ光は、波長λ１の光と、前記波長λ１とは異なる波長λ２の光と、を含み、
前記波長板は、厚みｄ１と、通過する光の波長λにより変化する屈折率Δｎ１（λ）と、を有し、
前記液晶セルは、厚みｄ２と、通過する光の波長λにより変化する屈折率Δｎ２（λ）と、を有し、
前記波長板および前記液晶セルの各遅相軸の間の角度をΨとした場合に、
前記液晶セルの厚みｄ２は、λ＝λ１およびλ＝λ２において下記の式が±π×（２ｎ−１）となるよう（ｎは自然数）に調整されていることを特徴とする請求項３に記載の光学デバイス。
前記波長板は、厚みｄ１と、通過する光の波長λにより変化する屈折率Δｎ１（λ）と、を有し、
前記液晶セルは、厚みｄ２と、通過する光の波長λにより変化する屈折率Δｎ２（λ）と、を有し、
前記波長板および前記液晶セルの各遅相軸の間の角度をΨとした場合に、
前記液晶セルの厚みｄ２は、λ＝λ１およびλ＝λ２において下記の式が±π×（２ｎ−１）となるよう（ｎは自然数）に調整されていることを特徴とする請求項３に記載の光学デバイス。
【数2】
【請求項5】
前記屈折率Δｎ１（λ）は、Ａ１＋Ａ２／λ２＋Ａ３／λ４＋Ａ４／λ６…＋Ａｍ／λ＾（２（ｍ−１））（Ａ１，Ａ２，Ａ３，…Ａｍは前記波長板の材料に固有の係数かつｍは自然数）によって近似され、
前記屈折率Δｎ２（λ）は、Ｂ１＋Ｂ２／λ２＋Ｂ３／λ４＋Ｂ４／λ６…＋Ｂｍ／λ＾（２（ｍ−１））（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，…Ｂｍは前記液晶セルの材料に固有の係数）によって近似されることを特徴とする請求項２または４に記載の光学デバイス。
前記屈折率Δｎ２（λ）は、Ｂ１＋Ｂ２／λ２＋Ｂ３／λ４＋Ｂ４／λ６…＋Ｂｍ／λ＾（２（ｍ−１））（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，…Ｂｍは前記液晶セルの材料に固有の係数）によって近似されることを特徴とする請求項２または４に記載の光学デバイス。
【請求項6】
前記波長板は、電圧を印加することが可能な液晶素子であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光学デバイス。
【請求項7】
前記液晶セルにおけるレーザ光が入射する側の前段にも、前記波長板と同一構成の第２の波長板を配置することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光学デバイス。
【請求項8】
前記液晶セルを通過したレーザ光を前記液晶セルへ反射させるミラーを備え、
前記波長板は、前記液晶セルへ入射する前のレーザ光を通過させるとともに、前記ミラーにより反射して前記液晶セルを再度通過したレーザ光を通過させることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光学デバイス。
前記波長板は、前記液晶セルへ入射する前のレーザ光を通過させるとともに、前記ミラーにより反射して前記液晶セルを再度通過したレーザ光を通過させることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光学デバイス。
【請求項9】
前記ダイレクタの方向は、前記所定方向に対して約６７．５°と約１１２．５°との方向に切り替え可能であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の光学デバイス。
【請求項10】
前記ダイレクタの方向は、前記所定方向に対して約０°と約４５°との方向に切り替え可能であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の光学デバイス。
【請求項11】
前記液晶セルは、強誘電性液晶を用いた液晶セルであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の光学デバイス。
【請求項12】
前記液晶セルは、レーザ光の進行方向からみて放射状に電極が形成されている液晶セルであり、
前記制御回路は、前記電極に印加する電圧により前記ダイレクタの方向を切り替えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の光学デバイス。
前記制御回路は、前記電極に印加する電圧により前記ダイレクタの方向を切り替えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の光学デバイス。
【請求項13】
所定方向の偏光状態であり、かつ所定波長であるレーザ光を出射する光源部をさらに有し、
前記光源部は、それぞれ赤色、緑色および青色のレーザ光を出射する各光源と、
前記各光源によって出射された各レーザ光を合波する合波部と、
を含むことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一つに記載の光学デバイス。
前記光源部は、それぞれ赤色、緑色および青色のレーザ光を出射する各光源と、
前記各光源によって出射された各レーザ光を合波する合波部と、
を含むことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一つに記載の光学デバイス。
【請求項14】
請求項１〜１３のいずれか一つに記載の光学デバイスと、
前記レーザ光を空間的に変調する変調器と、
を備え、前記波長板および前記液晶セルを通過し、前記変調器によって変調されたレーザ光を出射することを特徴とするプロジェクタ。
前記レーザ光を空間的に変調する変調器と、
を備え、前記波長板および前記液晶セルを通過し、前記変調器によって変調されたレーザ光を出射することを特徴とするプロジェクタ。
【請求項15】
所定方向の偏光状態であり、かつ、それぞれ異なる波長の複数のレーザ光を通過させ、前記所定方向に対するダイレクタの方向を切り替え可能な液晶セルと、前記液晶セルを通過したレーザ光を通過させ遅相軸が任意の方向に設定された波長板と、を備え、前記波長板および前記液晶セルを通過したレーザ光を出力する光学デバイスの製造方法において、
前記液晶セルの厚みを決定する第一決定工程と、
前記波長板および前記液晶セルの各遅相軸の間の角度を決定する第二決定工程と、
前記第一決定工程によって決定された前記液晶セルの厚みと、前記第二決定工程によって決定された前記各遅相軸の間の角度と、に基づいて、前記波長板の厚みを、出射された各レーザ光の波長において、前記波長板および前記液晶セルによって構成される積層波長板が１／４波長板として動作する厚みに決定する第三決定工程と、
を含み、
前記所定方向、前記任意の方向および前記ダイレクタの方向は、それぞれ前記レーザ光の進行方向と直交する方向であることを特徴とする製造方法。
前記液晶セルの厚みを決定する第一決定工程と、
前記波長板および前記液晶セルの各遅相軸の間の角度を決定する第二決定工程と、
前記第一決定工程によって決定された前記液晶セルの厚みと、前記第二決定工程によって決定された前記各遅相軸の間の角度と、に基づいて、前記波長板の厚みを、出射された各レーザ光の波長において、前記波長板および前記液晶セルによって構成される積層波長板が１／４波長板として動作する厚みに決定する第三決定工程と、
を含み、
前記所定方向、前記任意の方向および前記ダイレクタの方向は、それぞれ前記レーザ光の進行方向と直交する方向であることを特徴とする製造方法。
【請求項16】
前記波長板は、通過する光の波長λにより変化する屈折率Δｎ１（λ）を有し、
前記液晶セルは、通過する光の波長λにより変化する屈折率Δｎ２（λ）を有し、
前記第三決定工程では、前記第一決定工程によって決定された前記液晶セルの厚みｄ２と、前記第二決定工程によって決定された前記各遅相軸の間の角度Ψと、に基づいて、λ＝λ１およびλ＝λ２において下記の式が±π／２×（２ｎ−１）となるよう（ｎは自然数）に前記波長板の厚みｄ１を決定することを特徴とする請求項１５に記載の製造方法。
前記液晶セルは、通過する光の波長λにより変化する屈折率Δｎ２（λ）を有し、
前記第三決定工程では、前記第一決定工程によって決定された前記液晶セルの厚みｄ２と、前記第二決定工程によって決定された前記各遅相軸の間の角度Ψと、に基づいて、λ＝λ１およびλ＝λ２において下記の式が±π／２×（２ｎ−１）となるよう（ｎは自然数）に前記波長板の厚みｄ１を決定することを特徴とする請求項１５に記載の製造方法。
【数3】
【請求項17】
所定方向の偏光状態であり、かつ、それぞれ異なる波長の複数のレーザ光を通過させ、前記所定方向に対するダイレクタの方向を切り替え可能な液晶セルと、前記液晶セルを通過したレーザ光を通過させ遅相軸が任意の方向に設定された波長板と、を備え、前記波長板および前記液晶セルを通過したレーザ光を出力する光学デバイスの製造方法において、
前記波長板の厚みを決定する第一決定工程と、
前記波長板および前記液晶セルの各遅相軸の間の角度を決定する第二決定工程と、
前記第一決定工程によって決定された前記波長板の厚みと、前記第二決定工程によって決定された前記各遅相軸の間の角度と、に基づいて、前記液晶セルの厚みを、出射された各レーザ光の波長において、前記波長板および前記液晶セルによって構成される積層波長板が１／２波長板として動作する厚みに決定する第三決定工程と、
を含み、
前記所定方向、前記任意の方向および前記ダイレクタの方向は、それぞれ前記レーザ光の進行方向と直交する方向であることを特徴とする製造方法。
前記波長板の厚みを決定する第一決定工程と、
前記波長板および前記液晶セルの各遅相軸の間の角度を決定する第二決定工程と、
前記第一決定工程によって決定された前記波長板の厚みと、前記第二決定工程によって決定された前記各遅相軸の間の角度と、に基づいて、前記液晶セルの厚みを、出射された各レーザ光の波長において、前記波長板および前記液晶セルによって構成される積層波長板が１／２波長板として動作する厚みに決定する第三決定工程と、
を含み、
前記所定方向、前記任意の方向および前記ダイレクタの方向は、それぞれ前記レーザ光の進行方向と直交する方向であることを特徴とする製造方法。
【請求項18】
前記波長板は、通過する光の波長λにより変化する屈折率Δｎ１（λ）を有し、
前記液晶セルは、通過する光の波長λにより変化する屈折率Δｎ２（λ）を有し、
前記第三決定工程では、前記第一決定工程によって決定された前記波長板の厚みｄ１と、前記第二決定工程によって決定された前記各遅相軸の間の角度Ψと、に基づいて、λ＝λ１およびλ＝λ２において下記の式が±π×（２ｎ−１）となるよう（ｎは自然数）に前記液晶セルの厚みｄ２を決定することを特徴とする請求項１７に記載の製造方法。
前記液晶セルは、通過する光の波長λにより変化する屈折率Δｎ２（λ）を有し、
前記第三決定工程では、前記第一決定工程によって決定された前記波長板の厚みｄ１と、前記第二決定工程によって決定された前記各遅相軸の間の角度Ψと、に基づいて、λ＝λ１およびλ＝λ２において下記の式が±π×（２ｎ−１）となるよう（ｎは自然数）に前記液晶セルの厚みｄ２を決定することを特徴とする請求項１７に記載の製造方法。
【数4】
【請求項19】
波長λ１かつ所定方向の偏光状態のレーザ光と、前記波長λ１とは異なる波長λ２かつ前記偏光状態のレーザ光を通過させ、前記所定方向に対するダイレクタの方向を切り替え可能な液晶セルと、前記液晶セルによって出射されたレーザ光を通過させ、遅相軸が任意の方向に設定された波長板と、を備え、前記波長板および前記液晶セルを通過したレーザ光を出力する光学デバイスの製造を支援する製造支援装置において、
下記の式の計算を行うプログラムを記憶した記憶部と、
前記波長板の厚みｄ１と、通過する光の波長λにより変化する前記波長板の屈折率Δｎ１（λ）と、前記液晶セルの厚みｄ２と、通過する光の波長λにより変化する前記液晶セルの屈折率Δｎ２（λ）と、前記波長板および前記液晶セルの各遅相軸の間の角度Ψと、前記記憶部によって記憶された前記プログラムと、に基づいて、λ＝λ１およびλ＝λ２のそれぞれにおける前記波長板の厚みｄ１ごとの下記の式の計算結果を出力する計算部と、
を備え、
前記所定方向、前記任意の方向および前記ダイレクタの方向は、それぞれ前記レーザ光の進行方向と直交する方向であることを特徴とする製造支援装置。
下記の式の計算を行うプログラムを記憶した記憶部と、
前記波長板の厚みｄ１と、通過する光の波長λにより変化する前記波長板の屈折率Δｎ１（λ）と、前記液晶セルの厚みｄ２と、通過する光の波長λにより変化する前記液晶セルの屈折率Δｎ２（λ）と、前記波長板および前記液晶セルの各遅相軸の間の角度Ψと、前記記憶部によって記憶された前記プログラムと、に基づいて、λ＝λ１およびλ＝λ２のそれぞれにおける前記波長板の厚みｄ１ごとの下記の式の計算結果を出力する計算部と、
を備え、
前記所定方向、前記任意の方向および前記ダイレクタの方向は、それぞれ前記レーザ光の進行方向と直交する方向であることを特徴とする製造支援装置。
【数5】
【請求項20】
波長λ１かつ所定方向の偏光状態のレーザ光と、前記波長λ１とは異なる波長λ２かつ前記偏光状態のレーザ光を通過させ、前記所定方向に対するダイレクタの方向を切り替え可能な液晶セルと、前記液晶セルによって出射されたレーザ光を通過させ、遅相軸が任意の方向に設定された波長板と、を備え、前記波長板および前記液晶セルを通過したレーザ光を出力する光学デバイスの製造を支援する製造支援装置において、
下記の式の計算を行うプログラムを記憶した記憶部と、
前記波長板の厚みｄ１と、通過する光の波長λにより変化する前記波長板の屈折率Δｎ１（λ）と、前記液晶セルの厚みｄ２と、通過する光の波長λにより変化する前記液晶セルの屈折率Δｎ２（λ）と、前記波長板および前記液晶セルの各遅相軸の間の角度Ψと、前記記憶部によって記憶された前記プログラムと、に基づいて、λ＝λ１およびλ＝λ２のそれぞれにおける前記液晶セルの厚みｄ２ごとの下記の式の計算結果を出力する計算部と、
を備え、
前記所定方向、前記任意の方向および前記ダイレクタの方向は、それぞれ前記レーザ光の進行方向と直交する方向であることを特徴とする製造支援装置。
下記の式の計算を行うプログラムを記憶した記憶部と、
前記波長板の厚みｄ１と、通過する光の波長λにより変化する前記波長板の屈折率Δｎ１（λ）と、前記液晶セルの厚みｄ２と、通過する光の波長λにより変化する前記液晶セルの屈折率Δｎ２（λ）と、前記波長板および前記液晶セルの各遅相軸の間の角度Ψと、前記記憶部によって記憶された前記プログラムと、に基づいて、λ＝λ１およびλ＝λ２のそれぞれにおける前記液晶セルの厚みｄ２ごとの下記の式の計算結果を出力する計算部と、
を備え、
前記所定方向、前記任意の方向および前記ダイレクタの方向は、それぞれ前記レーザ光の進行方向と直交する方向であることを特徴とする製造支援装置。
【数6】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、レーザ光を生成する光学デバイス、プロジェクタ、製造方法および製造支援装置に関する。【背景技術】
【0002】
従来、照明装置から出射した光を空間光変調装置によって変調し、変調した画像光を投射レンズなどの投射光学系によりスクリーンに拡大投射するプロジェクタが知られている。プロジェクタの照明装置として、従来はメタルハライドランプやハロゲンランプなどが利用されていたが、近年では照明装置およびプロジェクタの小型化を図るため、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ：レーザダイオード）の利用が提案されている。【0003】
しかしながら、レーザ光はコヒーレント光であるため、拡大投射された映像光には、明点および暗点がランダムに分布したスペックルパターンが生じる。スペックルパターンは、投射光学系の各点からの出射光が不規則な位相関係で干渉することによって生じるものであり、投影される映像や画像の品質を劣化させる。これに対して、各原色の光源から出射されたレーザ光の偏光状態をそれぞれ制御することによってスペックルノイズを低減させる画像表示装置が知られている（たとえば、下記特許文献１，２参照。）。また、光の偏光状態を制御し、３Ｄ表示機能をもつ画像表示装置などもよく知られている。【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１０−１６０３０７号公報
【特許文献2】特開２００７−１２１８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上述した従来技術では、光の偏光状態を制御する偏光制御装置を原色の光ごとに設けたり、印加電圧を制御したりしているため、装置の大型化という問題がある。一方、従来の偏光制御装置には波長依存性があるため、複数の原色（波長）の光を１つの偏光制御装置によって制御すると、波長分散によって原色の光ごとに偏光状態が異なり、消光比が低下する。このため、画質が劣化するという問題がある。【0006】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、画質の劣化を抑えつつ装置の小型化を可能にすることができる光学デバイス、プロジェクタ、製造方法および製造支援装置を提供することを目的とする。【課題を解決するための手段】
【0007】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明にかかる光学デバイス、プロジェクタ、製造方法および製造支援装置の一側面では、所定方向の偏光状態であり、かつ所定波長であるレーザ光を通過させ、前記所定方向に対するダイレクタの方向を基板面と平行に回転して切り替え可能な液晶セルと、前記液晶セルより出射されたレーザ光を通過させ、遅相軸が任意の方向に設定された波長板と、前記ダイレクタの方向を周期的に切り替える制御回路とを備え、前記波長板および前記液晶セルを通過したレーザ光を出力する。【0008】
これにより、所定波長のレーザ光の偏光状態を、１つの広帯域の光デバイスによって制御することができる。【発明の効果】
【0009】
この発明によれば、高速にレーザ光の偏光方向を変換することが可能な光学デバイスを提供することができる。また、このような光学デバイスを採用すれば、画質の劣化を抑えつつ装置の小型化を可能にすることができるという効果を奏する。また、３Ｄ表示機能をもつ装置の小型化を可能にすることができるという効果も奏する。【図面の簡単な説明】
【0010】
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる光学デバイス、プロジェクタ、製造方法および製造支援装置の実施の形態を詳細に説明する。【0012】
（実施の形態）図１−１は、実施の形態にかかる光学デバイスの構成例を示す図である。図１−１に示すように、実施の形態にかかる光学デバイス１００は、光源部１１０と、液晶デバイス１２０と、制御回路１３０と、を備えている。ただし、光源部１１０や制御回路１３０は光学デバイス１００の外部に設けられていてもよい。
【0013】
光源部１１０は、所定波長のレーザ光を所定の偏光状態で出射する。レーザ光は、たとえば、複数の原色の光を空間的または時間的に含む直線偏光のレーザ光である。光源部１１０は、具体的には、ＲＧＢレーザ光源１１１と、偏波保持ファイバ１１２と、を含んでいる。ＲＧＢレーザ光源１１１は、複数の原色（赤、緑および青）の光を含み、直線偏光のレーザ光を出射する。光源部１１０は、たとえば、各色の光源を時分割で発光させるフィールドシーケンシャル方式の光源部である。【0014】
偏波保持ファイバ１１２は、ＲＧＢレーザ光源１１１から出射されたレーザ光の偏光状態（直線偏光）を保持して液晶デバイス１２０へ出射するＰＭＦ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ Ｆｉｂｅｒ）である。偏光方向１０１は、偏波保持ファイバ１１２から液晶デバイス１２０へ出射されるレーザ光の偏光方向（たとえば０°）を示している。【0015】
液晶デバイス１２０は、第２の波長板である波長板１２１と、液晶セル１２３と、波長板１２５と、を含んでいる。波長板１２１，１２５は、たとえば同一構成の１／４波長板である。たとえば、波長板１２１，１２５は液晶セルによって作成することができる。波長板１２１は、偏波保持ファイバ１１２から出射されたレーザ光を通過させる。スロー軸方向１２２は、波長板１２１のスロー軸（遅相軸）の方向を示している。スロー軸は、複屈折の屈折率が最も高い軸である。【0016】
スロー軸方向１２２に示すように、波長板１２１のスロー軸は、偏波保持ファイバ１１２から出射されるレーザ光の所定方向の偏光方向１０１に対して約０°の角度に設定されている。したがって、波長板１２１は、通過するレーザ光の偏光状態を変化させずに液晶セル１２３へ出射する。【0017】
液晶セル１２３は、波長板１２１から出射されたレーザ光を通過させる。また、液晶セル１２３は、通過させるレーザ光の偏光方向を、切り替え可能な回転量により回転させる。ダイレクタ方向１２４は、液晶セル１２３における液晶分子のダイレクタの方向を示している。ダイレクタ方向１２４に示すように、波長板１２１のスロー軸方向１２２に対する液晶セル１２３のダイレクタの角度は、液晶セル１２３の基板面と平行な方向に、約６７．５°と約１１２．５°に切り替え可能である。【0018】
液晶セル１２３のダイレクタ方向１２４をスロー軸方向１２２に対して６７．５°に切り替えた場合は、液晶セル１２３から出射されるレーザ光の偏光状態は６７．５×２＝１３５°回転する。液晶セル１２３のダイレクタ方向１２４をスロー軸方向１２２に対して１１２．５°に切り替えた場合は、液晶セル１２３から出射されるレーザ光の偏光状態は１１２．５°×２＝２２５°回転する。【0019】
波長板１２５は、液晶セル１２３から出射されたレーザ光を通過させる。スロー軸方向１２６は、波長板１２５のスロー軸（遅相軸）の方向を示している。スロー軸方向１２６に示すように、波長板１２５のスロー軸は、偏波保持ファイバ１１２から出射されるレーザ光の偏光方向１０１に対して約０°の角度に設定されている。波長板１２５を通過したレーザ光は光学デバイス１００の後段へ出射される。【0020】
偏光状態１０２，１０３は、波長板１２５から出射されるレーザ光の偏光方向を示している。液晶セル１２３のダイレクタ方向１２４をスロー軸方向１２２に対して６７．５°に切り替えた場合は、偏光状態１０２に示すように、波長板１２５から出射されるレーザ光は左回りの円偏光になる。液晶セル１２３のダイレクタ方向１２４をスロー軸方向１２２に対して１１２．５°に切り替えた場合は、偏光状態１０３に示すように、波長板１２５から出射されるレーザ光は右回りの円偏光になる。【0021】
制御回路１３０は、波長板１２１のスロー軸方向１２２に対する液晶セル１２３のダイレクタ方向１２４の角度を、６７．５°と１１２．５°とに周期的に切り替える。たとえば、制御回路１３０は、液晶セル１２３の電極に印加される電圧を制御することによって液晶セル１２３のダイレクタ方向１２４を切り替える。【0022】
図１−１に示したように、液晶デバイス１２０は、偏波保持ファイバ１１２から出射されたレーザ光の偏光状態を円偏光にする１／４波長板として動作する。また、液晶セル１２３のダイレクタ方向１２４を切り替えることで、液晶デバイス１２０から出射されるレーザ光の偏光状態が左回りの円偏光と右回りの円偏光に交互に切り替わる。【0023】
また、液晶セル１２３を波長板１２１と波長板１２５で挟む構成とすることで、液晶デバイス１２０へ入射するレーザ光の偏光状態に依存せずに、液晶デバイス１２０から出射されるレーザ光に対して１／４波長板として動作させることができる。【0024】
図１−２は、光デバイスの変形例１を示す図である。図１−２において、図１−１に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。液晶デバイス１２０へ入射されるレーザ光の偏光状態をスロー軸方向１２６に対して０°または９０°に限定できる場合は、図１−２に示すように、液晶デバイス１２０の波長板１２１を省いた構成としてもよい。この場合も図１−１に示した光学デバイス１００と同等の効果を得ることができるとともに、部品点数を減らすことができる。【0025】
図１−３は、光デバイスの変形例２を示す図である。図１−３において、図１−１に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図１−３に示すように、液晶セル１２３のダイレクタ方向１２４は、スロー軸方向１２２に対して４５°と０°にも切り替え可能であってもよい。【0026】
この場合は、液晶デバイス１２０は１／２波長板として動作する。具体的には、波長板１２１は、スロー軸方向１２２とレーザ光の偏光方向１０１とが一致しているため、入射されたレーザ光の偏光状態を変化させない。液晶セル１２３のダイレクタ方向１２４がスロー軸方向１２２に対して４５°の場合は、レーザ光の偏光方向１０１に対してダイレクタ方向１２４が＋４５°傾いているため、波長板１２１から出射されたレーザ光の偏光方向を４５×２＝９０°回転させる。波長板１２５は、液晶セル１２３からのレーザ光の偏光方向に対してスロー軸方向１２６が＋９０°傾いているため、液晶セル１２３から出射されたレーザ光の偏光状態を変化させない。【0027】
また、液晶セル１２３は、レーザ光の偏光方向１０１に対してダイレクタ方向１２４が０°となる場合、波長板１２１から出射されたレーザ光の偏光方向を変化させない。波長板１２５は、液晶セル１２３からのレーザ光の偏光方向に対してスロー軸方向１２６が０°となっているため、液晶セル１２３から出射されたレーザ光の偏光状態を変化させない。【0028】
偏光状態１０４は、液晶セル１２３のダイレクタ方向１２４がスロー軸方向１２２に対して４５°である場合に液晶デバイス１２０から出射されるレーザ光の偏光方向を示している。また、偏光状態１０５は、液晶セル１２３のダイレクタ方向１２４がスロー軸方向１２２に対して０°である場合に液晶デバイス１２０から出射されるレーザ光の偏光方向を示している。偏光状態１０４，１０５に示すように、ダイレクタ方向１２４をスロー軸方向１２２に対して０°と４５°とに切り替えることで液晶デバイス１２０から出射されるレーザ光の偏光状態を偏光方向１０１に対して、０°および９０°の直線偏光へと切り替えることができる。【0029】
図１−４は、光デバイスの変形例３を示す図である。図１−４において、図１−３に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図１−４に示すように、液晶デバイス１２０へ入射されるレーザ光の偏光状態をスロー軸方向１２２に対して４５°の直線偏光とした場合について説明する。【0030】
この場合は、波長板１２１は、レーザ光の偏光方向１０１に対してスロー軸方向１２２が−４５°傾いているため、入射されたレーザ光の偏光状態を右回りの円偏光に変換する。液晶セル１２３は、位相をπ変化させるため、波長板１２１から出射されたレーザ光の偏光方向を左回りの円偏光に変換する。波長板１２５は、スロー軸方向１２６が０°であるため、液晶セル１２３から出射されたレーザ光の偏光状態を、液晶デバイス１２０へ入射されたレーザ光に対して０°の直線偏光に変換して通過させる。【0031】
図１−５は、光デバイスの変形例４を示す図である。図１−５において、図１−３に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図１−５に示すように、液晶デバイス１２０へ入射されるレーザ光の偏光状態をスロー軸方向１２２に対して３０°の直線偏光とした場合について説明する。【0032】
この場合は、波長板１２１は、レーザ光の偏光方向１０１に対してスロー軸方向１２２が−３０°傾いているため、入射されたレーザ光の偏光状態を右回りの楕円偏光（スロー軸方向１２２の方向に長い）に変換する。液晶セル１２３は、位相をπ変化させるため、波長板１２１から出射されたレーザ光の偏光方向を左回りの楕円偏光（スロー軸方向１２２の垂直方向に長い）に変換する。【0033】
波長板１２５は、レーザ光の楕円偏光の方向に対してスロー軸方向１２６が垂直であるため、ｘ軸，ｙ軸方向の位相ずれπ／４をキャンセルする。このため、波長板１２５は、液晶セル１２３から出射されたレーザ光の偏光状態を、スロー軸方向１２２に対して６０°の直線偏光に変換して通過させる。【0034】
図１−６は、光デバイスの変形例５を示す図である。図１−６において、図１−３に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図１−６に示すように、液晶デバイス１２０へ入射されるレーザ光の偏光状態をスロー軸方向１２２に対して６０°の直線偏光とした場合について説明する。【0035】
この場合は、波長板１２１は、レーザ光の偏光方向１０１に対してスロー軸方向１２２が−６０°傾いているため、入射されたレーザ光の偏光状態を右回りの楕円偏光（スロー軸方向１２２の垂直方向に長い）に変換する。液晶セル１２３は、位相をπ変化させるため、波長板１２１から出射されたレーザ光の偏光方向を左回りの楕円偏光（スロー軸方向１２２の方向に長い）に変換する。【0036】
波長板１２５は、レーザ光の楕円偏光の方向に対してスロー軸方向１２６が垂直であるため、ｘ軸，ｙ軸方向の位相ずれπ／４をキャンセルする。このため、波長板１２５は、液晶セル１２３から出射されたレーザ光の偏光状態を、スロー軸方向１２２に対して３０°の直線偏光に変換して通過させる。【0037】
（液晶デバイスの波長分散特性）つぎに、液晶デバイス１２０の波長分散特性について説明する。一般的な波長板によるレーザ光の偏光状態に対する作用は、ジョーンズマトリクスとして、たとえば下記（１）式のように示すことができる。Γｅは波長板のリタデーション（位相差）を示している。Ψｅは波長板のアジマス角を示している。（Ｖｘ，Ｖｙ）は入射偏光を示している。
【0038】
【数1】
【0039】
液晶デバイス１２０において、波長板１２１，１２５のリタデーション（位相差）をγ１（＝π／２）とする。また、液晶セル１２３のリタデーションをγ２（＝π）とする。液晶セル１２３のアジマス角Ψは、波長板１２１，１２５のスロー軸の方向に対する液晶セル１２３のダイレクタの方向（スロー軸の方向）の角度となる。【0040】
波長板１２１，１２５および液晶セル１２３によって構成される液晶デバイス１２０のジョーンズマトリクスはたとえば下記（２）式によって示すことができる。なお、下記（２）式において「×」は行列の積を示している。【0041】
【数2】
【0042】
液晶デバイス１２０による作用を１枚の一般的な波長板による作用としてみなすと、上記（１）式に示したジョーンズマトリクスと上記（２）式に示したジョーンズマトリクスとの間に等式が成り立つ。この等式により、液晶デバイス１２０のリタデーションΓｅは、たとえば下記（３）式によって示すことができる。また、液晶デバイス１２０のレーザ光の入射偏光に対するアジマス角Ψｅは、たとえば下記（４）式によって示すことができる。【0043】
【数3】
【0044】
【数4】
【0045】
ここで、リタデーションγ１，γ２は波長分散特性を有する。２×γ１＝γ２とすると、下記（５）式を満たす場合は、液晶デバイス１２０を通過したレーザ光のリタデーションΓｅは、リタデーションγ１，γ２の影響を受けない。【0046】
【数5】
【0047】
波長板１２１，１２５は１／４波長板であるため、リタデーションγ１＝π／２となる。また、液晶セル１２３が１／２波長板として動作する場合は、液晶セル１２３のリタデーションγ２はπとなる。この場合は、上記（３）式および（４）式は下記（６）式および（７）式のようになる。【0048】
【数6】
【0049】
【数7】
【0050】
上記（７）式のように、波長板としての液晶デバイス１２０のアジマス角Ψｅは、波長板１２１，１２５のスロー軸と液晶セル１２３のスロー軸とのアジマス角Ψに関わらずπ／４となる。【0051】
図２−１は、液晶デバイスのリタデーションの特性の一例を示す図である。図２−１において、横軸は、波長板１２１，１２５のスロー軸と液晶セル１２３のスロー軸とのアジマス角Ψを示している。縦軸は、液晶デバイス１２０のリタデーションΓｅを示している。リタデーション特性２１０は、アジマス角Ψに対するリタデーションΓｅの特性を示している。上記（６）式およびリタデーション特性２１０に示すように、液晶デバイス１２０のリタデーションΓｅは、波長板１２１，１２５のスロー軸と液晶セル１２３のスロー軸とのアジマス角Ψに応じて０〜２πに変化する。【0052】
また、アジマス角Ψがπ／４の場合はリタデーションΓｅ＝πとなり、液晶デバイス１２０は、入射偏光に対してスロー軸が４５°に調整された１／２波長板として動作する。また、アジマス角Ψが３π／８の場合はリタデーションΓｅ＝π／２となり、液晶デバイス１２０は、入射偏光に対してスロー軸が４５°に調整された１／４波長板として動作する。【0053】
図２−２は、図１−１に示した液晶デバイスの波長分散特性の一例を示す図である。図２−２において、横軸は光の波長［ｎｍ］を示している。縦軸は液晶デバイス１２０の複屈折による位相差（リタデーション）を示している。波長分散特性２０１は、通常の１／４波長板を通過したレーザ光における波長に対する位相差の特性を参考として示している。通常の１／４波長板を通過したレーザ光の位相差Γは、たとえば下記（８）式によって示すことができる。【0054】
Γ＝（２π／λ）×（ｎｅ−ｎｏ）×ｄ …（８）【0055】
上記（８）式において、λは光の波長である。ｎｅは１／４波長板のファースト軸（進相軸）の方向の屈折率である。ファースト軸は、複屈折の屈折率が最も低い軸である。ｎｏは１／４波長板のスロー軸の方向の屈折率である。ｄは１／４波長板の厚みである。したがって、波長分散特性２０１は、波長λによって位相差Γが異なる特性となる。【0056】
波長分散特性２０２は、Ψ＝３π／８の場合に液晶デバイス１２０を通過したレーザ光における波長に対する位相差の特性を示している。Ψは、波長板１２１，１２５のスロー軸に対する液晶セル１２３のダイレクタ方向１２４の角度を示している。【0057】
波長分散特性２０２に示すように、液晶デバイス１２０は、波長依存性の少ない（すなわち広帯域の）１／４波長板として動作することが分かる。したがって、光学デバイス１００によれば、波長分散を抑えつつレーザ光の偏光状態を制御することができる。波長分散を抑えることができるため、消光比の低下を抑え、レーザ光をスクリーンに投影した画像の画質を向上させることができる。【0058】
また、偏光状態をたとえば右回りの円偏光と左回りの円偏光とに切り替えることで、レーザ光をスクリーンに投影した画像のスペックルを低減して画質を向上させることができる。また、映像の偏光状態をたとえば右回りの円偏光と左回りの円偏光とに切り替えることで、円偏光フィルタ方式の三次元画像を生成することもできる。【0059】
また、複数の原色を含むレーザ光の偏光状態を液晶デバイス１２０によって制御することができる。このため、たとえば原色の光ごとに偏光制御装置を設ける場合に比べて、部品点数を減らし、装置の小型化が可能になる。【0060】
また、液晶セル１２３には、たとえばネマティック液晶を用いることができる。または、液晶セル１２３には、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ：強誘電性液晶）を用いることができる。また、液晶セル１２３には、ダイレクタの方向をそれぞれ異なる方向に保持する複数の電極を有する液晶セルを用いてもよい（たとえば図８−１〜図８−４参照）。【0061】
いずれの液晶セルを用いても、液晶分子のダイレクタの方向を基板面と平行に回転して切り替えており、横電界を使用して液晶の電界応答速度のみによって液晶分子の動きを制御できるため、レーザ光の偏光状態の切り替えを高速に行うことができる。レーザ光の偏光状態の切り替えを高速に行うことで、スペックルの低減効果を向上させたり、フレームレートの高い三次元画像を生成したりすることができる。【0062】
（光源部の構成例）次に光源部の構成について、詳細に説明する。光源部では、それぞれ異なる波長の複数のレーザ光を合波して、１本のレーザ光としている。図３−１は、光源部の構成例を示す図である。図１−１に示した光源部１１０は、たとえば、図３−１に示すように、赤色光源３１１と、緑色光源３１２と、青色光源３１３と、偏波保持ファイバ３１４〜３１６と、コンバイナ３１７と、偏波保持ファイバ３１８と、を備えている。偏波保持ファイバ３１８は、図１−１に示した偏波保持ファイバ１１２に対応する構成である。
【0063】
赤色光源３１１（Ｒ）は、赤色のレーザ光を発振して偏波保持ファイバ３１４へ出射する。緑色光源３１２（Ｇ）は、緑色のレーザ光を発振して偏波保持ファイバ３１５へ出射する。青色光源３１３（Ｂ）は、青色のレーザ光を発振して偏波保持ファイバ３１６へ出射する。赤色光源３１１、緑色光源３１２および青色光源３１３が出射する各レーザ光の偏光状態は、所定方向の直線偏光であるとする。また、赤色光源３１１、緑色光源３１２および青色光源３１３のそれぞれは、たとえば、各色のレーザ光を直接発光するレーザ装置でもよいし、ＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：第二高調波発生）方式のレーザ装置などでもよい。【0064】
偏波保持ファイバ３１４は、赤色光源３１１から出射されたレーザ光を、偏光状態を保持しつつコンバイナ３１７へ出射する。偏波保持ファイバ３１５は、緑色光源３１２から出射されたレーザ光を、偏光状態を保持しつつコンバイナ３１７へ出射する。偏波保持ファイバ３１６は、青色光源３１３から出射されたレーザ光を、偏光状態を保持しつつコンバイナ３１７へ出射する。【0065】
コンバイナ３１７は、偏波保持ファイバ３１４〜３１６から出射された各レーザ光を合波する合波部である。コンバイナ３１７は、合波したレーザ光を偏波保持ファイバ３１８へ出射する。偏波保持ファイバ３１８は、コンバイナ３１７から出射されたレーザ光を、偏光状態を保持しつつ出射する。偏波保持ファイバ３１８から出射されるレーザ光は、赤色、緑色および青色の各光を含むレーザ光となる。また、偏波保持ファイバ３１８から出射されるレーザ光の偏光状態は所定方向の直線偏光となる。【0066】
図３−２は、光源部の変形例１を示す図である。図３−２において、図３−１に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図３−２に示すように、光源部１１０は、赤色光源３１１と、緑色光源３１２と、青色光源３１３と、ミラー３２１と、ダイクロイックミラー３２２，３２３と、を備えていてもよい。【0067】
赤色光源３１１は、赤色のレーザ光を発振してミラー３２１へ出射する。緑色光源３１２は、緑色のレーザ光を発振してダイクロイックミラー３２２へ出射する。青色光源３１３は、青色のレーザ光を発振してダイクロイックミラー３２３へ出射する。ミラー３２１は、赤色光源３１１から出射されたレーザ光を反射させてダイクロイックミラー３２２へ出射する。【0068】
ダイクロイックミラー３２２，３２３は、赤色光源３１１、緑色光源３１２および青色光源３１３によって出射された各レーザ光を合波する合波部である。ダイクロイックミラー３２２は、緑色光源３１２から出射されたレーザ光（緑の波長の光）を反射させてダイクロイックミラー３２３へ出射する。また、ダイクロイックミラー３２２は、ミラー３２１から出射されたレーザ光（赤の波長の光）を透過させてダイクロイックミラー３２３へ出射する。【0069】
ダイクロイックミラー３２３は、青色光源３１３から出射されたレーザ光（青の波長の光）を反射させて光源部１１０の後段へ出射する。また、ダイクロイックミラー３２３は、ダイクロイックミラー３２２から出射されたレーザ光（赤および緑の波長の光）を透過させて光源部１１０の後段へ出射する。ダイクロイックミラー３２２，３２３のそれぞれは、たとえば誘電体多層膜によって実現することができる。【0070】
ダイクロイックミラー３２３から出射されるレーザ光は、赤色、緑色および青色の各光を含むレーザ光となる。また、ダイクロイックミラー３２３から出射されるレーザ光の偏光状態は所定方向の直線偏光となる。【0071】
図３−３は、光源部の変形例２を示す図である。図３−３において、図３−２に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図３−３に示すように光源部１１０は、赤色光源３１１と、緑色光源３１２と、青色光源３１３と、ダイクロイックミラー３２２，３２３と、を備えていてもよい。赤色光源３１１は、赤色のレーザ光を発振してダイクロイックミラー３２２へ出射する。緑色光源３１２は、緑色のレーザ光を発振してダイクロイックミラー３２２へ出射する。青色光源３１３は、青色のレーザ光を発振してダイクロイックミラー３２３へ出射する。【0072】
ダイクロイックミラー３２２は、赤色光源３１１から出射されたレーザ光（赤の波長の光）を反射させてダイクロイックミラー３２３へ出射する。また、ダイクロイックミラー３２２は、緑色光源３１２から出射されたレーザ光（緑の波長の光）を透過させてダイクロイックミラー３２３へ出射する。【0073】
ダイクロイックミラー３２３は、青色光源３１３から出射されたレーザ光（青の波長の光）を反射させて光源部１１０の後段へ出射する。また、ダイクロイックミラー３２３は、ダイクロイックミラー３２２から出射されたレーザ光（赤および緑の波長の光）を透過させて光源部１１０の後段へ出射する。【0074】
ダイクロイックミラー３２３から出射されるレーザ光は、赤色、緑色および青色の各光を含むレーザ光となる。また、ダイクロイックミラー３２３から出射されるレーザ光の偏光状態は所定方向の直線偏光となる。【0075】
（光学デバイスを適用した映像エンジンの構成例）図４−１は、光学デバイスを適用した映像エンジンの構成例１を示す図である。図４−１において、図１−１に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図４−１に示す映像エンジン４００は、図１−１に示した光学デバイス１００を適用し、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）を用いた映像エンジンである。映像エンジン４００は、光源部１１０と、レンズ４１０と、偏光ビームスプリッタ４２０と、ＬＣＯＳ４３０と、レンズ４４０と、液晶デバイス１２０と、を備えている。
【0076】
レンズ４１０は、光源部１１０から出射されたレーザ光を偏光ビームスプリッタ４２０へ出射する。偏光ビームスプリッタ４２０は、レンズ４１０から出射されたレーザ光を反射させてＬＣＯＳ４３０へ出射する。また、偏光ビームスプリッタ４２０は、ＬＣＯＳ４３０から出射されたレーザ光を、偏光状態に応じてレンズ４４０へ出射する。【0077】
ＬＣＯＳ４３０は、レーザ光を空間的に変調して映像を形成する変調器である。ＬＣＯＳ４３０は、偏光ビームスプリッタ４２０から出射されたレーザ光を偏光ビームスプリッタ４２０へ反射させる。また、ＬＣＯＳ４３０は、レーザ光が反射する面の各画素に印加される電圧に応じて、各画素における反射光の偏光状態を制御する。これにより、偏光ビームスプリッタ４２０からレンズ４４０の側へ透過するレーザ光の強度を画素ごとに制御することができる。【0078】
レンズ４４０は、偏光ビームスプリッタ４２０から出射されたレーザ光を絞って液晶デバイス１２０へ出射する。レンズ４４０はレンズを複数枚組み合わせた構成としてもよい。液晶デバイス１２０は、レンズ４４０から出射されたレーザ光の偏光状態を制御して後段へ出射する。液晶デバイス１２０から出射されたレーザ光はたとえばスクリーンに投影される。【0079】
図４−２は、映像エンジンの構成例１の変形例を示す図である。図４−２において、図４−１と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。液晶セル１２３にＦＬＣを用いる場合は、偏光ビームスプリッタ４２０を通過後の光を絞る必要がないため、図４−２に示すように、ＬＣＯＳ４３０からの反射光をそのまま投影してもよい。【0080】
図５−１は、光学デバイスを適用した映像エンジンの構成例２を示す図である。図５−１において、図１−１に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図５−１に示す映像エンジン５００は、図１−１に示した光学デバイス１００を適用し、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ：微小電気機械素子）を用いた映像エンジンである。映像エンジン５００は、光源部１１０と、レンズ５１０と、液晶デバイス１２０と、ＭＥＭＳミラー５２０と、を備えている。【0081】
レンズ５１０は、光源部１１０から出射されたレーザ光を液晶デバイス１２０へ出射する。液晶デバイス１２０は、レンズ５１０から出射されたレーザ光の偏光状態を制御してＭＥＭＳミラー５２０へ出射する。レンズ５１０はレンズを複数枚組み合わせた構成としてもよい。ＭＥＭＳミラー５２０は、レーザ光を空間的に変調して映像を形成する変調器である。ＭＥＭＳミラー５２０は、ミラー５２１と、回転軸５２２，５２３と、を備えている。ミラー５２１は、液晶デバイス１２０から出射されたレーザ光を反射させる。【0082】
また、ミラー５２１は、外部からの制御により、回転軸５２２，５２３のそれぞれを回転軸として回転する。回転軸５２２，５２３は互いに角度の異なる（たとえば直交する）回転軸である。したがって、ミラー５２１は、可変の角度によってレーザ光を反射させる。ミラー５２１によって反射したレーザ光はスクリーンにスキャンされる。【0083】
図５−２は、光学デバイスを適用した映像エンジンの構成例３を示す図である。図５−２において、図１−１または図５−１に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図５−２に示す映像エンジン５００は、図５−１に示した映像エンジン５００の変形例である。【0084】
映像エンジン５００は、光源部１１０と、偏波保持ファイバ５３０と、コリメータレンズ５４１と、液晶デバイス１２０と、コリメータレンズ５４３と、偏波保持ファイバ５５０と、コリメータレンズ５６０と、ＭＥＭＳミラー５２０と、を備えている。偏波保持ファイバ５３０は、光源部１１０から出射されたレーザ光を、偏光状態を保持しつつコリメータレンズ５４１へ出射する。【0085】
コリメータレンズ５４１は、偏波保持ファイバ５３０から出射されたレーザ光をコリメートして液晶デバイス１２０へ出射する。また、コリメータレンズ５４１は、樹脂５４２によって液晶デバイス１２０に固定されている。液晶デバイス１２０は、コリメータレンズ５４１から出射されたレーザ光の偏光状態を制御してコリメータレンズ５４３へ出射する。コリメータレンズ５４３は、液晶デバイス１２０から出射されたレーザ光を偏波保持ファイバ５５０へ結合させる。また、コリメータレンズ５４３は、樹脂５４４によって液晶デバイス１２０に固定されている。【0086】
偏波保持ファイバ５５０は、コリメータレンズ５４３によって結合されたレーザ光を、偏光状態を保持しつつコリメータレンズ５６０へ出射する。コリメータレンズ５６０は、偏波保持ファイバ５５０から出射されたレーザ光をＭＥＭＳミラー５２０へ出射する。ＭＥＭＳミラー５２０は、コリメータレンズ５６０から出射されたレーザ光を可変の角度によって反射させる。【0087】
図６−１は、光学デバイスを適用した映像エンジンの構成例４を示す図である。図６−１において、図１−１に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図６−１に示す映像エンジン６００は、図１−１に示した光学デバイス１００を適用し、ＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ：登録商標）を用いた映像エンジンである。映像エンジン６００は、光源部１１０と、液晶デバイス１２０と、レンズ６１０と、ＤＬＰ６２０と、を備えている。【0088】
液晶デバイス１２０は、光源部１１０から出射されたレーザ光の偏光状態を制御してレンズ６１０へ出射する。レンズ６１０は、液晶デバイス１２０から出射されたレーザ光をＤＬＰ６２０へ出射する。なお、レンズ６１０はレンズを複数枚組み合わせた構成としてもよい。ＤＬＰ６２０は、レーザ光を空間的に変調して映像を形成する変調器である。ＤＬＰ６２０は、レンズ６１０から出射されたレーザ光をスクリーンの側へ反射させる。また、ＤＬＰ６２０は、レーザ光が反射する面の各画素における光の反射角度を制御する。これにより、ＤＬＰ６２０の画素ごとに、光をスクリーンへ反射し、またはスクリーンとは異なる方向へ反射させることで、スクリーンへ投影されるレーザ光の強度を画素ごとに制御することができる。【0089】
図６−２は、光学デバイスを適用した映像エンジンの構成例５を示す図である。図６−２において、図１−１、図５−２または図６−１に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図６−２に示す映像エンジン６００は、図６−１に示した映像エンジン６００の変形例である。【0090】
映像エンジン６００は、光源部１１０と、偏波保持ファイバ５３０と、コリメータレンズ５４１と、液晶デバイス１２０と、コリメータレンズ５４３と、偏波保持ファイバ５５０と、コリメータレンズ５６０と、ＤＬＰ６２０と、を備えている。コリメータレンズ５６０は、レーザ光をＤＬＰ６２０へ出射する。ＤＬＰ６２０は、コリメータレンズ５６０から出射されたレーザ光を、画素ごとに可変の角度によって反射させる。【0091】
以上説明したように、液晶デバイス１２０では、光源部で合波した１本のレーザ光を調整するだけでよいので、映像エンジン全体を小型化でき、また、調整自体も容易に行うことが可能である。【0092】
（光学デバイスを適用したプロジェクタの構成例）図７は、光学デバイスを適用したプロジェクタの構成例を示す図である。図７において、図１−１、図３−１〜図３−３、図４−１などに示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図７に示すプロジェクタ７００は、映像エンジン７１０と、制御ボード７２０と、電源７３０と、を備えている。
【0093】
映像エンジン７１０には、たとえば、図４−１に示した映像エンジン４００、図５−１、図５−２に示した映像エンジン５００、図６−１，図６−２に示した映像エンジン６００を適用することができる。ここでは、映像エンジン７１０に、図４−１に示した映像エンジン４００を適用する場合について説明する。この場合は、映像エンジン７１０は、赤色光源３１１、緑色光源３１２、青色光源３１３、液晶デバイス１２０およびＬＣＯＳ４３０を含む。【0094】
制御ボード７２０は、光源コントローラ７２１と、液晶素子コントローラ７２２と、ＬＣＯＳコントローラ７２３と、コントロールユニット７２４と、を備えている。光源コントローラ７２１は、コントロールユニット７２４からの制御に従って、赤色光源３１１、緑色光源３１２および青色光源３１３へ供給する駆動電流を制御することで、赤色光源３１１、緑色光源３１２および青色光源３１３が出射する各レーザ光を制御する。【0095】
液晶素子コントローラ７２２は、図１−１に示した制御回路１３０に対応する構成である。液晶素子コントローラ７２２は、コントロールユニット７２４からの制御に従って、液晶セル１２３の電極へ印加する電圧を制御することで、プロジェクタ７００が出射するレーザ光の偏光状態を制御する。具体的には、液晶素子コントローラ７２２は、波長板１２１のスロー軸方向１２２に対する液晶セル１２３のダイレクタ方向１２４の角度を、６７．５°と１１２．５°とに周期的に切り替える。【0096】
コントロールユニット７２４は、映像信号処理ユニット７２５を備えている。映像信号処理ユニット７２５は、プロジェクタ７００へ入力された映像信号に基づく映像処理を行う。コントロールユニット７２４は、映像信号処理ユニット７２５における映像処理に基づいて、所定のタイミングで光源コントローラ７２１、液晶素子コントローラ７２２およびＬＣＯＳコントローラ７２３を制御する。【0097】
ＬＣＯＳコントローラ７２３は、コントロールユニット７２４からの制御に従って、ＬＣＯＳ４３０の電極へ印加する電圧を制御することでレーザ光を変調し、プロジェクタ７００が出射するレーザ光の画像や映像を制御する。これにより、プロジェクタ７００が出射するレーザ光をスクリーンに投影することで映像を表示することができる。電源７３０は、制御ボード７２０の電源である。電源７３０はバッテリであってもよい。【0098】
（液晶セルの電極構造の例）図８−１は、液晶セルの電極構造の例１を示す図である。図８−１に示す液晶セル１２３は、レーザ光の進行方向からみた液晶セル１２３である（図８−２〜図８−４においても同様）。電極８１１〜８１８は、液晶セル１２３の電極である。電極８１１〜８１８は、それぞれ０°，４５°，９０°，１３５°，１８０°，２２５°，２７０°，３１５°の角度で設けられている。
【0099】
電極８１１と電極８１５、電極８１２と電極８１６、電極８１３と電極８１７、電極８１４と電極８１８はそれぞれ組になる電極である。組になる電極に電圧を印加することで、液晶セル１２３における液晶分子のダイレクタを基板面と平行に回転させ、ダイレクタ方向を制御することができる。たとえば、電極８１１および電極８１５に電圧を印加することで、液晶セル１２３のダイレクタ方向を０°に制御することができる。また、組になる電極以外の電極にも電圧を印加してもよい。これにより、各電極に印加される電圧値のバランスをとることで、より広範囲に液晶セル１２３のダイレクタ方向を制御することができる。このように、液晶の電界応答速度のみによって液晶分子の動きを制御できるため、高速に動作させることが可能である。【0100】
この場合は、液晶デバイス１２０へ入射するレーザ光の偏光方向および波長板１２１，１２５のスロー軸方向１２２，１２６は、偏光方向８１０に示すように、２２．５°，６７．５°，１１２．５°，１５７．５°のいずれかの方向にする。これにより、電極８１１〜８１８に印加する電圧の制御により、液晶セル１２３のダイレクタ方向を波長板１２１，１２５のスロー軸方向１２２，１２６に対して６７．５°および１１２．５°の角度に切り替えることができる。【0101】
図８−１に示した液晶セル１２３については、たとえば、非特許文献（大寺康夫，千葉 貴史，川上 彰二郎、「回転電界駆動による液晶偏光制御デバイス」、光学、３０巻１号、２９−３０頁、２００１年１月１０日）に記載された液晶偏光制御デバイスを用いることができる。【0102】
図８−２は、液晶セルの電極構造の例２を示す図である。図８−２に示す電極８２１〜８２４は、液晶セル１２３の電極である。電極８２１〜８２４は、それぞれ４５°，９０°，２２５°，２７０°の角度で設けられている。液晶セル１２３においては、ダイレクタ方向を６７．５°および１１２．５°の２方向に切り替えればよいため、図８−２に示すように、液晶セル１２３には２組の電極を設ければよい。【0103】
この場合は、液晶デバイス１２０へ入射するレーザ光の偏光方向および波長板１２１，１２５のスロー軸方向１２２，１２６は、偏光方向８２０に示すように、２２．５°，６７．５°，１１２．５°，１５７．５°のいずれかの方向にする。これにより、電極８２１〜８２４に印加する電圧の制御により、液晶セル１２３のダイレクタ方向を波長板１２１，１２５のスロー軸方向１２２，１２６に対して６７．５°および１１２．５°の角度に切り替えることができる。【0104】
図８−３は、液晶セルの電極構造の例３を示す図である。図８−３に示す電極８３１〜８３４は、液晶セル１２３の電極である。電極８３１〜８３４は、それぞれ０°，９０°，１８０°，２７０°の角度で設けられている。【0105】
この場合は、液晶デバイス１２０へ入射するレーザ光の偏光方向および波長板１２１，１２５のスロー軸方向１２２，１２６は、偏光方向８３０に示すように、２２．５°，６７．５°，１１２．５°，１５７．５°のいずれかの方向にする。これにより、電極８３１〜８３４に印加する電圧の制御により、液晶セル１２３のダイレクタ方向を波長板１２１，１２５のスロー軸方向１２２，１２６に対して６７．５°および１１２．５°の角度に切り替えることができる。【0106】
図８−４は、液晶セルの電極構造の例４を示す図である。図８−４に示す電極８４１〜８４８は、液晶セル１２３の電極である。電極８４１〜８４８は、それぞれ２２．５°，６７．５°，１１２．５°，１５７．５°，２０２．５°，２４７．５°，２９２．５°，３３７．５°の角度で設けられている。すなわち、電極８４１〜８４８は、図８−１に示した電極８１１〜８１８をそれぞれ２２．５°ずつ傾けたものである。【0107】
この場合は、液晶デバイス１２０へ入射するレーザ光の偏光方向および波長板１２１，１２５のスロー軸方向１２２，１２６は、偏光方向８４０に示すように、０°，４５°，９０°，１３５°のいずれかの方向にする。これにより、電極８４１〜８４８に印加する電圧の制御により、液晶セル１２３のダイレクタ方向を波長板１２１，１２５のスロー軸方向１２２，１２６に対して６７．５°および１１２．５°の角度に切り替えることができる。【0108】
図８−１〜図８−４に示したように、液晶セル１２３は、ダイレクタ方向を保持する電極の組を複数有することで、複数のダイレクタ方向の切り替えを高速に行うことができる。具体的には、液晶セル１２３は、ダイレクタの方向を波長板１２１，１２５のスロー軸の方向に対して６７．５°の方向に保持する第一電極と、ダイレクタの方向を波長板１２１，１２５のスロー軸の方向に対して１１２．５°の方向に保持する第二電極と、を有する。【0109】
（プロジェクタの利用形態）図９−１は、プロジェクタの利用形態の例１を示す図である。図９−１に示すプロジェクタ７００は、たとえば図７に示したプロジェクタ７００である。プロジェクタ７００は、光学デバイス１００によって周期的かつ高速に偏光状態を切り替えながらレーザ光９０１をスクリーン９２０へ出射する。これにより、スクリーン９２０に投影される映像や画像のスペックルを低減し、画質を向上させることができる。
【0110】
図９−２は、プロジェクタの利用形態の例２を示す図である。図９−２において、図９−１と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図９−２に示すように、プロジェクタ７００は、左回りの円偏光のレーザ光９０２と、右回りの円偏光のレーザ光９０３と、を交互にスクリーン９２０へ出射する。また、レーザ光９０２およびレーザ光９０３は、それぞれ異なる視点からの映像となるように変調される。【0111】
三次元グラス９３０は、左回りの円偏光のレーザ光９０２のみを透過するグラス９３１と、右回りの円偏光のレーザ光９０３のみを透過するグラス９３２と、を備えている。これにより、三次元グラス９３０の装着者に三次元映像を視認させることができる。なお、ここでは円偏光の切り替えにより三次元映像を実現する構成について説明したが、たとえば異なる方向の直線偏光の切り替えにより三次元映像を実現する構成としてもよい。【0112】
（スペックルの低減を実現する場合の制御）図１０は、スペックルの低減を実現する場合の制御例を示すフローチャートである。たとえば図９−１に示したように、スペックルの低減を実現する場合は、光学デバイス１００は、コントロールユニット７２４の制御によってたとえば図１０に示す各ステップを実行する。まず、液晶素子コントローラ７２２が、液晶セル１２３のダイレクタ方向１２４を切り替える（ステップＳ１００１）。
【0113】
つぎに、ＬＣＯＳコントローラ７２３が、ＬＣＯＳ４３０に赤色用の映像信号を入力する（ステップＳ１００２）。つぎに、光源コントローラ７２１が、赤色光源３１１をオンにする（ステップＳ１００３）。つぎに、光源コントローラ７２１が、赤色光源３１１をオフにする（ステップＳ１００４）。【0114】
つぎに、ＬＣＯＳコントローラ７２３が、ＬＣＯＳ４３０に緑色用の映像信号を入力する（ステップＳ１００５）。つぎに、光源コントローラ７２１が、緑色光源３１２をオンにする（ステップＳ１００６）。つぎに、光源コントローラ７２１が、緑色光源３１２をオフにする（ステップＳ１００７）。【0115】
つぎに、ＬＣＯＳコントローラ７２３が、ＬＣＯＳ４３０に青色用の映像信号を入力する（ステップＳ１００８）。つぎに、光源コントローラ７２１が、青色光源３１３をオンにする（ステップＳ１００９）。つぎに、光源コントローラ７２１が、青色光源３１３をオフにし（ステップＳ１０１０）、ステップＳ１００１へ戻る。以上の各ステップを繰り返し行うことで、液晶セル１２３のダイレクタ方向１２４を切り替えることによって偏光状態を切り替えながら各色のレーザ光を時分割で出力することができる。【0116】
これにより、赤色、緑色、青色の一連のレーザ光を出力するごとに液晶セル１２３のダイレクタ方向１２４を切り替えることができる。ただし、たとえばスペックルの低減を目的とする場合は、液晶セル１２３の切り替えは、赤色光源３１１、緑色光源３１２、青色光源３１３およびＬＣＯＳ４３０の制御と同期していなくてもよい。【0117】
図１１は、液晶デバイスのダイレクタ方向の切り替えの一例を示す図である。図１１において、図８−１に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。ダイレクタ１１１０は液晶セル１２３のダイレクタである。状態１１０１〜１１０４は、ダイレクタ１１１０の方向の切り替えの状態を示している。【0118】
液晶素子コントローラ７２２は、電極８１１〜８１８に印加する電圧の制御により、図１０に示したステップＳ１００１に移行するごとに、ダイレクタ１１１０の方向を４５°ずつ変化させる。これにより、ダイレクタ１１１０の方向を状態１１０１、状態１１０２、状態１１０３、状態１１０４、状態１１０１、…の順に切り替えることができる。【0119】
（三次元映像を実現する場合の制御）図１２は、三次元映像を実現する場合の制御例を示すフローチャートである。たとえば図９−２に示したように、光学デバイス１００によって三次元映像を実現する場合は、たとえば、コントロールユニット７２４の制御によって図１２に示す各ステップを繰り返し実行する。
【0120】
まず、液晶素子コントローラ７２２が、液晶セル１２３のダイレクタ方向１２４を切り替える（ステップＳ１２０１）。つぎに、光源コントローラ７２１が、青色光源３１３をオフにする（ステップＳ１２０２）。つぎに、光源コントローラ７２１が、赤色光源３１１をオンにする（ステップＳ１２０３）。【0121】
つぎに、ＬＣＯＳコントローラ７２３が、右目の赤色用の映像信号をＬＣＯＳ４３０へ入力する（ステップＳ１２０４）。液晶素子コントローラ７２２が、液晶セル１２３のダイレクタ方向１２４を切り替える（ステップＳ１２０５）。つぎに、ＬＣＯＳコントローラ７２３が、左目の赤色用の映像信号をＬＣＯＳ４３０へ入力する（ステップＳ１２０６）。【0122】
つぎに、液晶素子コントローラ７２２が、液晶セル１２３のダイレクタ方向１２４を切り替える（ステップＳ１２０７）。つぎに、光源コントローラ７２１が、赤色光源３１１をオフにする（ステップＳ１２０８）。つぎに、光源コントローラ７２１が、緑色光源３１２をオンにする（ステップＳ１２０９）。【0123】
つぎに、ＬＣＯＳコントローラ７２３が、右目の緑色用の映像信号をＬＣＯＳ４３０へ入力する（ステップＳ１２１０）。液晶素子コントローラ７２２が、液晶セル１２３のダイレクタ方向１２４を切り替える（ステップＳ１２１１）。つぎに、ＬＣＯＳコントローラ７２３が、左目の緑色用の映像信号をＬＣＯＳ４３０へ入力する（ステップＳ１２１２）。【0124】
つぎに、液晶素子コントローラ７２２が、液晶セル１２３のダイレクタ方向１２４を切り替える（ステップＳ１２１３）。つぎに、光源コントローラ７２１が、緑色光源３１２をオフにする（ステップＳ１２１４）。つぎに、光源コントローラ７２１が、青色光源３１３をオンにする（ステップＳ１２１５）。【0125】
つぎに、ＬＣＯＳコントローラ７２３が、右目の青色用の映像信号をＬＣＯＳ４３０へ入力する（ステップＳ１２１６）。液晶素子コントローラ７２２が、液晶セル１２３のダイレクタ方向１２４を切り替える（ステップＳ１２１７）。つぎに、ＬＣＯＳコントローラ７２３が、左目の青色用の映像信号をＬＣＯＳ４３０へ入力し（ステップＳ１２１８）、ステップＳ１２０１へ戻る。【0126】
以上の各ステップを繰り返し行うことで、右目用の映像信号と左目用の映像信号とで偏光状態を切り替えながらレーザ光を出力し、三次元映像を実現することができる。このように、たとえば三次元映像を目的とする場合は、液晶セル１２３の切り替えは、赤色光源３１１、緑色光源３１２、青色光源３１３およびＬＣＯＳ４３０の制御と同期させる。具体的には、液晶セル１２３の切り替えは、右目用の映像信号と左目用の映像信号とを切り替えるタイミングで行う。液晶セル１２３の切り替えの順序については、たとえば図１１に示した例と同様である。【0127】
（液晶セルへの印加電圧１）図１３−１は、液晶セルへの印加電圧の一例を示す図である。図１３−１において、図８−１に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図１３−１に示すように、電極８１１〜８１８に印加する電圧は、たとえばそれぞれＶ0、Ｖ0／２（１＋１／√２）、Ｖ0／２、Ｖ0／２（１−１／√２）、０、Ｖ0／２（１−１／√２）、Ｖ0／２、Ｖ0／２（１＋１／√２）とする。電極８１１〜８１８に対する１周期あたりの印加電圧Ｖの時間は、たとえば下記（９）式によって算出することができる。
【0128】
【数8】
【0129】
図１３−２は、１周期あたりの印加電圧の時間の一例を示す図である。図１３−２に示すテーブル１３２０において、ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ１〜８はそれぞれ電極８１１〜８１８を示している。テーブル１３２０に示すように、電極８１１〜８１８へ印加する電圧は、それぞれＶ0、０．８５４Ｖ0、０．５Ｖ0、０．１４６Ｖ0、０、０．１４６Ｖ0、０．５Ｖ0、０．８５４Ｖ0とする。また、電極８１１〜８１８に対する１周期あたりの印加電圧Ｖの時間は、それぞれＴ、７３０Ｔ／１０００、２５０Ｔ／１０００、２０Ｔ／１０００、０、２０Ｔ／１０００、２５０Ｔ／１０００、７３０Ｔ／１０００とする。【0130】
（液晶セルへの印加電圧の波形１）図１４−１は、液晶セルへの印加電圧の波形の例１を示す図である。図１４−１において、Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ１〜８はそれぞれ電極８１１〜８１８を示している。波形１４１１〜１４１８は、それぞれ電極８１１〜８１８に対する印加電圧の波形を示している。ｐｕｌｓｅ１〜５は、印加電圧の波形パターンを示している。たとえば、電極８１２と電極８１８には同じ波形パターン（ｐｕｌｓｅ２）の電圧が印加される。また、電極８１３と電極８１７には同じ波形パターン（ｐｕｌｓｅ３）の電圧が印加される。また、電極８１４と電極８１６には同じ波形パターン（ｐｕｌｓｅ４）の電圧が印加される。
【0131】
液晶素子コントローラ７２２は、液晶セル１２３の電極８１１〜８１８に対して、それぞれ波形１４１１〜１４１８のような電圧を印加することで、液晶セル１２３のダイレクタ方向を順次切り替えることができる。【0132】
図１４−２は、液晶セルへの印加電圧の波形の例２を示す図である。図１４−２において、図１４−１に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。液晶素子コントローラ７２２は、液晶セル１２３の電極８１１〜８１８に対して、それぞれ図１４−２に示す波形１４１１〜１４１８のような電圧を印加することで液晶セル１２３のダイレクタ方向を順次切り替えてもよい。【0133】
（液晶セルへの印加電圧２）また、電極８１１〜８１８への電圧の印加は以下のように行ってもよい。図１５−１は、液晶セルへの印加電圧の一例を示す図である。図１５−１において、図８−１に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図１５−１に示すように、電極８１１〜８１８に印加する電圧は、たとえばそれぞれＶ0、Ｖ0／√２、０、−Ｖ0／√２、−Ｖ0、−Ｖ0／√２、０、Ｖ0／√２とする。上記の電圧印加方法によれば、電極８１１〜８１８に対して１／８周期あたり上記電圧値を印加すればよい。
【0134】
図１５−２は、１周期あたりの印加電圧の時間の一例を示す図である。図１５−２に示すテーブル１５２０において、ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ１〜８はそれぞれ電極８１１〜８１８を示している。テーブル１５２０に示すように、電極８１１〜８１８へ印加する電圧は、それぞれＶ0、０．７０７Ｖ0、０、−０．７０７Ｖ0、−Ｖ0、−０．７０７Ｖ0、０、７０７Ｖ0とする。【0135】
（液晶セルへの印加電圧の波形２）図１６は、液晶セルへの印加電圧の波形の例３を示す図である。図１６において、Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ１〜８はそれぞれ電極８１１〜８１８を示している。波形１６０１〜１６０８は、それぞれ電極８１１〜８１８に対する印加電圧の波形を示している。ｐｕｌｓｅ１〜８は、印加電圧の波形パターンを示している。電極８１１〜８１８へ印加する電圧は、それぞれＶ0、０．７０７Ｖ0、０、−０．７０７Ｖ0、−Ｖ0、−０．７０７Ｖ0、０、０．７０７Ｖ0とする。
【0136】
（液晶セルへの電圧印加による電界分布）図１７は、液晶セルへの電圧印加による電界分布の一例を示す図（その１）である。図１７に示す電界分布１７００は、液晶セル１２３に上記の電圧（たとえば図１４−１または図１６）を印加した場合の液晶セル１２３の基板表面における電界分布を示している。領域１７０１〜１７１０は、電界強度がそれぞれ９〜１０、８〜９、７〜８、６〜７、５〜６、４〜５、３〜４、２〜３、１〜２、０〜１である領域を示している。ダイレクタ方向１７２０は、ダイレクタ１１１０の方向を示している。
【0137】
図１８は、液晶セルへの電圧印加による電界分布の一例を示す図（その２）である。図１８において、図１７に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図１８に示す電界分布１８００は、液晶セル１２３に上記の電圧（たとえば図１４−２）を印加した場合の液晶セル１２３の液晶バルクにおける電界分布を示している。【0138】
（各電極への電圧印加パターン）図１９は、液晶セルの各電極への電圧印加パターンの一例を示す図である。図１９において、図１４−１に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図１９に示すテーブル１９００は、液晶セル１２３の電極８１１〜８１８への電圧印加パターンの一例を示している。テーブル１９００に示すように、液晶素子コントローラ７２２は、１周期ごとに電極８１１〜８１８に印加するパルスをシフトさせる。
【0139】
たとえば、液晶素子コントローラ７２２は、１周期目においては電極８１１〜８１８に対してそれぞれｐｕｌｓｅ１，２，３，４，５，４，３，２を印加し、２周期目においては電極８１１〜８１８に対してそれぞれｐｕｌｓｅ２，３，４，５，４，３，２，１を印加する。そして、液晶素子コントローラ７２２は、８周期目の次に１周期目に戻る。【0140】
図２０−１〜図２０−８は、電圧印加パターンによる電界分布の変化の一例を示す図である。図２０−１〜図２０−８において、図１７に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図２０−１〜図２０−８にそれぞれ示す電界分布２００１〜２００８は、それぞれ図１９に示したテーブル１９００の１周期目〜８周期目における液晶セル１２３の電界分布を示している。【0141】
図２０−１〜図２０−８に示すように、１周期ごとに電極８１１〜８１８に印加するパルスをシフトさせることで液晶セル１２３の電界分布を変化させ、液晶セル１２３のダイレクタ方向１２４を順次切り替えることができる。【0142】
（光学デバイスの変形例）図２１は、光学デバイスの他の変形例を示す図である。図２１において、図１−１に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図２１に示すように、光学デバイス１００は、液晶セル１２３を反射型の液晶セルとしてもよい。この場合は、図１−１に示した波長板１２１と波長板１２５は共通化して、１つの波長板１２１として配置すればよい。
【0143】
図２１に示すように、液晶セル１２３の波長板１２１とは反対側の面にミラー１０１０を設ける。液晶セル１２３は、偏光方向を回転させたレーザ光をミラー１０１０によって反射させて波長板１２１へ出射する。これによりレーザ光は液晶セル１２３を往復することになり、反射されたレーザ光は液晶セル１２３によりレーザ光が偏波保持ファイバ１１２から液晶セル１２３に入射した時に回転された偏光方向と同じ量だけ偏光方向が回転される。すなわち、透過に対して２倍の光路を通過するため、液晶セル１２３は実質的に１／２波長板として作用する。波長板１２１は、液晶セル１２３から出射されたレーザ光を通過させる。これにより、液晶セル１２３によって反射して波長板１２１を通過したレーザ光の反射光の偏光状態は偏光状態１０２，１０３（図１−１参照）のようになる。【0144】
このように、液晶セル１２３を反射型の液晶セルとし、レーザ光が波長板１２１を往復するようにすることで、図１−１に示した光学デバイス１００と同様の効果を得ることができる。これにより、波長板１２５を省いた構成とすることもできるため、部品点数を減らして装置の小型化を可能にすることができる。【0145】
なお、液晶セル１２３によって反射して波長板１２１を通過したレーザ光は、たとえばサーキュレータなどを用いて取り出すことができる。また、光源部１１０からのレーザ光が波長板１２１へ入射する位置と、液晶セル１２３によって反射したレーザ光が波長板１２１から出射される位置と、が異なるように各素子の角度などを調整することでレーザ光を取り出してもよい。【0147】
（積層波長板の設計）図２２は、積層波長板の動作の一例を示す図である。図２２において、図１−１に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図２２において、ｘ軸は、上記の所定方向（０°）に対応している。ｚ軸は、光の進行方向に対応している。図２２に示す波長板１２１，１２５のリタデーションはともにγ１であるとする。また、波長板１２１，１２５におけるスロー軸方向１２２，１２６と所定方向との間の方位角（アジマス角）はともにΨ１であるとする。
【0148】
液晶セル１２３のリタデーションはγ２であるとする。また、液晶セル１２３のダイレクタ方向１２４と所定方向との間の方位角はΨ２であるとする。ここでは、波長板１２１，１２５のスロー軸方向１２２，１２６の方向を基準の０°と定義する。この場合は、波長板１２１，１２５の方位角Ψ１は０°となる。したがって、波長板１２１，１２５と液晶セル１２３との間の方位角Ψは、Ψ＝Ψ２−Ψ１＝Ψ２となる。【0149】
図２２に示す液晶デバイス１２０は、波長板１２１，１２５および液晶セル１２３によって構成される液晶デバイス１２０を１つの波長板（積層波長板）として仮想的に図示したものである。スロー軸方向２２０１は、液晶デバイス１２０の仮想的なスロー軸の方向を示している。液晶デバイス１２０のスロー軸方向２２０１と所定方向との間の方位角をΨｅとする。【0150】
液晶デバイス１２０のリタデーションΓｅと、液晶デバイス１２０のスロー軸方向２２０１と所定方向との間の方位角Ψｅと、は波長板１２１，１２５および液晶セル１２３のリタデーションγ１，γ２と方位角Ψとジョーンズマトリクスとに基づく計算により上記（３）式および（４）式のように示すことができる。【0151】
上記（３）式および（４）式において、波長板ｘ（波長板１２１，１２５および液晶セル１２３）のリタデーションγｘは、通過する光の波長によって下記（１０）式のように変化する。下記（１０）式において、Δｎｘは、波長板ｘの屈折率（複屈折）である。Δｎｘは、たとえば波長板ｘの材料や通過する光の波長λによって決まる。Δｎｘの波長依存性については後述する。ｄｘは、波長板ｘの厚みである。【0152】
【数9】
【0153】
＜液晶デバイスを１／４波長板として使用する場合＞ここでは、液晶デバイス１２０を１／４波長板として使用する場合について説明する。液晶デバイス１２０を１／４波長板として使用するためには、液晶デバイス１２０のリタデーションΓｅ＝±π／２×（２ｎ−１）とすればよい（ｎは自然数、±は＋または−を示す）ため、ｃｏｓ（Γｅ／２）＝±１／√２かつｓｉｎ（Γｅ／２）＝±１／√２となる。また、液晶セル１２３は、所定波長（たとえば緑色の波長）で１／２波長板となるように設計され、γ２＝πとなる。したがってｓｉｎ（γ２／２）＝１となる。
【0154】
たとえば、偏光方向を右回りの円偏光と左回りの円偏光とに切り替えるためにはΨｅ＝４５°となればよいため、上記（４）式は、上記のｃｏｓ（Γｅ／２）＝±１／√２かつｓｉｎ（Γｅ／２）＝±１／√２と、ｓｉｎ（γ２／２）＝１と、によりｓｉｎ（２Ψｅ）＝±√２・ｓｉｎ（２Ψ）＝１となる。したがって、波長板１２１，１２５と液晶セル１２３との間の方位角Ψを、２２．５°，６７．５°，１１２．５°または１５７．５°、すなわちΨ＝π／８×（２ｎ−１）とすればよい。【0155】
上記（３）式に、上記（１０）式と、Ψ＝π／８×（２ｎ−１）と、各光源によって出射される各レーザ光の波長と、を代入し、上記（３）式が±１／√２に近づくような波長板１２１，１２５の材料および厚みｄ１の選択を行う。これにより、各光源によって出射される各レーザ光の波長において、液晶デバイス１２０（積層波長板）を１／４波長板として動作させることができる。【0156】
たとえば、液晶セル１２３におけるスイッチングが容易なように、波長板１２１，１２５と液晶セル１２３との間の方位角Ψを６７．５°にしたとする。ここで、青色、緑色および赤色の各レーザ光の波長をそれぞれλＢ、λＧおよびλＲとする。波長板１２１，１２５における青色、緑色および赤色の各レーザ光に対するリタデーションをそれぞれγ１Ｂ、γ１Ｇおよびγ１Ｒとする。リタデーションγ１Ｂ，γ１Ｇ，γ１Ｒは、上記（１０）式と、波長板１２１，１２５の屈折率Δｎ１と、波長板１２１，１２５の厚みｄ１と、波長λＢ，λＧ，λＲと、によって得ることができる。【0157】
液晶セル１２３における青色、緑色および赤色の各レーザ光に対するリタデーションをそれぞれγ２Ｂ、γ２Ｇおよびγ２Ｒとする。リタデーションγ２Ｂ，γ２Ｇ，γ２Ｒは、上記（１０）式と、液晶セル１２３の屈折率Δｎ２と、液晶セル１２３の厚みｄ２と、波長λＢ，λＧ，λＲと、によって得ることができる。【0158】
下記（１１）式に示す倍角の公式と、Ψ＝６７．５°と、γ１＝γ１Ｂ，γ１Ｇ，γ１Ｒと、γ２＝γ２Ｂ，γ２Ｇ，γ２Ｒと、を上記（３）式に代入することで、下記（１２）式を得ることができる。【0159】
【数10】
【0160】
【数11】
【0161】
上記（１２）式は、積和公式により、下記（１３）式のように変形することができる。【0162】
【数12】
【0163】
また、屈折率Δｎも波長λに応じて変化する。たとえば、屈折率Δｎは、Ｃａｕｃｈｙ（コーシー）の分散公式から、Δｎ＝ａ＋ｂ／λ2＋ｃ／λ4＋ｄ／λ6…と近似することができる。ａ，ｂ，ｃ，ｄ，…は、波長板の材料に固有の係数である。以下の説明においては、屈折率Δｎをａ＋ｂ／λ2＋ｃ／λ4（第３項まで）によって近似する。【0164】
γ１Ｂ，γ１Ｇ，γ１Ｒ，γ２Ｂ，γ２Ｇ，γ２Ｒは、上記（１０）式により下記（１４）式のように示すことができる。ただし、波長板１２１，１２５における係数ａ，ｂ，ｃをそれぞれａ１，ｂ１，ｃ１とする。液晶セル１２３における係数ａ，ｂ，ｃをそれぞれａ２，ｂ２，ｃ２とする。【0165】
【数13】
【0166】
また、液晶セル１２３は所定波長（たとえばλＧ）において１／２波長板として動作するため、液晶セル１２３における係数ａ２，ｂ２，ｃ２および上記（１４）式によって液晶セル１２３の厚みｄ２が決まる。【0167】
また、上記（１２）式を変形することにより、液晶デバイス１２０における波長λＢ，λＧ，λＲに対するリタデーションΓｅは、下記（１５）式のように示すことができる。【0168】
【数14】
【0169】
上記（１５）式は、積和公式により、下記（１６）式のように変形することができる。【0170】
【数15】
【0171】
したがって、上記（１５）式または（１６）式の波長λＢ，λＧ，λＲに対するリタデーションΓｅが±π／２×（２ｎ−１）に近づくように、波長板１２１，１２５の厚みｄ１を選択する。これにより、波長λＢ，λＧ，λＲの各波長成分において、液晶デバイス１２０（積層波長板）を１／４波長板として動作させることができる。【0172】
図２３は、液晶デバイスを１／４波長板として使用する場合の波長に対するリタデーションの特性の第一の例を示すグラフである。図２３において、横軸は、光の波長λ［ｎｍ］を示している。縦軸は、液晶デバイス１２０のリタデーションΓｅ（位相差）を示している。リタデーション特性２３０１は、液晶セル１２３が、１／４波長板として動作する単体の液晶セルであると仮定した場合の波長に対するリタデーションΓｅの変化特性を参考として示している。【0173】
リタデーション特性２３０２は、波長板１２１，１２５および液晶セル１２３によって構成される液晶デバイス１２０における波長に対するリタデーションΓｅの変化特性を示している。リタデーション特性２３０２に示すように、波長板１２１，１２５および液晶セル１２３によって構成される液晶デバイス１２０においては、波長に対してリタデーションΓｅが周期的に変化している。【0174】
たとえば、青色のレーザ光に対応する波長４４８［ｎｍ］においては、リタデーションΓｅが約π／２となっている。また、緑色のレーザ光に対応する５３２［ｎｍ］においては、リタデーションΓｅが約π／２となっている。また、赤色のレーザ光に対応する６５０［ｎｍ］においては、リタデーションΓｅが約π／２となっている。【0175】
このように、使用する複数の波長においてリタデーションΓｅが所望の値となるように、波長板１２１，１２５の厚みｄ１を設計することで、使用する各波長成分において液晶デバイス１２０を１／４波長板として動作させることができる。この場合は、液晶デバイス１２０へ入射する各レーザ光の偏光方向を揃えておく（図２８−１参照）。【0176】
図２４−１は、液晶デバイスを１／４波長板として使用する場合の方位角の特性の第一の例（Ψ＝３π／８）を示すグラフである。図２４−２は、液晶デバイスを１／４波長板として使用する場合の方位角の特性の第一の例（Ψ＝５π／８）を示すグラフである。図２４−１，図２４−２において、横軸は、光の波長λ［ｎｍ］を示している。縦軸は、液晶デバイス１２０の方位角Ψｅを示している。【0177】
図２４−１に示す方位角特性２４１０は、液晶デバイス１２０において、波長板１２１，１２５のスロー軸と、液晶セル１２３のスロー軸と、の間の方位角ΨをΨ＝３π／８とした場合の波長に対する方位角Ψｅの変化特性を示している。方位角特性２４１０に示すように、Ψ＝３π／８とした場合の液晶デバイス１２０は、使用する各波長（４４８［ｎｍ］、５３２［ｎｍ］および６５０［ｎｍ］）において、液晶デバイス１２０の方位角Ψｅが約４５°となっている。【0178】
図２４−２に示す方位角特性２４２０は、液晶デバイス１２０において、波長板１２１，１２５のスロー軸と、液晶セル１２３のスロー軸と、の間の方位角ΨをΨ＝５π／８とした場合の波長に対する方位角Ψｅの変化特性を示している。方位角特性２４２０に示すように、Ψ＝５π／８とした場合の液晶デバイス１２０は、使用する各波長（４４８［ｎｍ］、５３２［ｎｍ］および６５０［ｎｍ］）において、液晶デバイス１２０の方位角Ψｅが約−４５°となっている。【0179】
図２３〜図２４−２に示したように、波長板１２１，１２５の厚みｄ１の設計により、使用する各波長（４４８［ｎｍ］、５３２［ｎｍ］および６５０［ｎｍ］）において、液晶デバイス１２０のリタデーションΓｅをπ／２、液晶デバイス１２０の方位角Ψｅを±４５°に揃えることができる。このため、各波長の入射時の偏光方向を０°または９０°に揃えることで、液晶デバイス１２０から出力される各波長成分を同一の円偏光とすることができる。【0180】
図２５は、液晶デバイスを１／４波長板として使用する場合の波長に対するリタデーションの特性の第二の例を示すグラフである。図２５において、図２３に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。液晶デバイス１２０のリタデーションΓｅの特性が、図２５のリタデーション特性２３０２のようになるように波長板１２１，１２５の厚みｄ１を設計してもよい。この場合は、たとえば、図２３に示した例よりも、波長板１２１，１２５の厚みｄ１を小さくすることができる。【0181】
この場合においても、青色のレーザ光に対応する波長４５５［ｎｍ］と、赤色のレーザ光に対応する６３５［ｎｍ］と、においてはリタデーションΓｅが約π／２となっている。また、緑色のレーザ光に対応する５３２［ｎｍ］においては、リタデーションΓｅが約３π／２（−π／２）となっている。このため、使用する各波長（４５５［ｎｍ］、５３２［ｎｍ］および６３５［ｎｍ］）において、液晶デバイス１２０のリタデーションΓｅを±π／２に揃えることができる。これにより、波長λＢ，λＧ，λＲの各波長成分において、液晶デバイス１２０を１／４波長板として動作させることができる。【0182】
さらに、緑色のレーザ光の偏光方向を、青色および赤色の偏光方向に対して９０°傾けておくことで（たとえば図２８−２参照）、液晶デバイス１２０から出力される緑色の波長成分と、液晶デバイス１２０から出力される青色および赤色の各波長成分と、を同一の円偏光とすることができる。このため、液晶デバイス１２０から出力される各波長成分を同一の円偏光とすることができる。【0183】
図２６−１は、液晶デバイスを１／４波長板として使用する場合の方位角の特性の第二の例（Ψ＝３π／８）を示すグラフである。図２６−２は、液晶デバイスを１／４波長板として使用する場合の方位角の特性の第二の例（Ψ＝５π／８）を示すグラフである。図２６−１、図２６−２において図２４−１または図２４−２に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。【0184】
図２５に示した例では、Ψ＝３π／８とした場合の方位角特性２４１０は図２６−１のようになる。図２５に示した例においても、Ψ＝３π／８とした場合の液晶デバイス１２０の方位角Ψｅは、使用する各波長（４５５［ｎｍ］、５３２［ｎｍ］および６３５［ｎｍ］）において約４５°となっている。【0185】
また、図２５に示した例では、Ψ＝５π／８とした場合の方位角特性２４２０は図２６−２のようになる。図２５に示した例においても、Ψ＝５π／８とした場合の液晶デバイス１２０の方位角Ψｅは、使用する各波長（４５５［ｎｍ］、５３２［ｎｍ］および６３５［ｎｍ］）において約−４５°となっている。【0186】
図２３〜図２６−２に示したように、波長板１２１，１２５の厚みｄ１の設計により、使用する各波長（４５５［ｎｍ］、５３２［ｎｍ］および６３５［ｎｍ］）において、液晶デバイス１２０を１／４波長板として動作させることができる。【0187】
図２３〜図２６−２に示した例では、Ψ＝３π／８とΨ＝５π／８の組み合わせもしくはΨ＝π／８とΨ＝７π／８の組み合わせで方位角を切り替えることによって、リタデーションΓｅの値はそのままに使用する各波長における方位角Ψｅを±４５°に切り替えることができ、円偏光スイッチングデバイスとして使用することができる。【0188】
これは、コーン角度が４５°の強誘電性液晶または図８−１に示したような液晶セル１２３を用いて、液晶のダイレクタ方向１２４をスロー軸方向１２２に対して６７．５°と１１２．５°の組み合わせもしくは２２．５°と１５７．５°（−２２．５°）の組み合わせで切り替えることによって実現することができる。【0189】
（位相差フィルムを用いる構成）上記の例において、波長板１２１，１２５とは異なる任意の位相差γ３を有する位相差フィルム（たとえばλ／４フィルム）を波長板１２１，１２５と組み合わせて使用してもよい。これにより、位相差特性ならびに方位角特性が使用する各波長に合うように、より柔軟な調整を行うことが可能となる。
【0190】
図２７−１は、位相差フィルムを組み合わせた積層波長板の一例を示す図である。図２７−１において、図２２に示した部分と同一の部分については説明を省略する。図２７−１に示すように、たとえば、位相差フィルム１２７を波長板１２１と液晶セル１２３の間に設けることができる。また、位相差フィルム１２８を波長板１２５の後段に設けることができる。また、波長板１２１を設けない構成とする場合は、位相差フィルム１２７は設けなくてもよい。位相差フィルム１２７，１２８の光軸は、波長板１２１，１２５と平行もしくは垂直とすることができる。【0191】
まず、位相差フィルム（たとえば位相差フィルム１２７，１２８）のスロー軸と波長板１２１，１２５のスロー軸とを平行にする場合について説明する。【0192】
図２７−２は、位相差フィルムの波長分散の特性の例を示すグラフである。図２７−３は、位相差フィルムを設けた液晶デバイスの波長に対するリタデーションの特性の例を示すグラフである。図２７−２および図２７−３において、横軸は、光の波長λ［ｎｍ］を示している。縦軸は、リタデーションΓｅ（位相差）を示している。【0193】
図２７−２に示すリタデーション特性２７２１は、波長板１２１，１２５の波長に対するリタデーションΓｅの変化特性を示している。リタデーション特性２７２２は、位相差フィルム１２７，１２８の波長に対するリタデーションΓｅの変化特性の一例を示している。図２７−２のリタデーション特性２７２３は、位相差フィルム１２７，１２８の波長に対するリタデーションΓｅの変化特性の他の例を示している。【0194】
位相差フィルム１２７，１２８には、リタデーション特性２７２２，２７２３のように、波長板１２１，１２５と異なる波長分散をもつ位相差フィルムを適用することができる。そして、位相差フィルム１２７，１２８と波長板１２１，１２５とのスロー軸を揃えるように設計する。【0195】
図２７−３に示すリタデーション特性２７３１は、位相差フィルム１２７，１２８を設けない場合の液晶デバイス１２０の波長に対するリタデーションΓｅの変化特性を示している。リタデーション特性２７３２は、リタデーション特性２７２２を有する位相差フィルム１２７，１２８を設けた場合の液晶デバイス１２０の波長に対するリタデーションΓｅの変化特性を示している。リタデーション特性２７３３は、リタデーション特性２７２３を有する位相差フィルム１２７，１２８を設けた場合の液晶デバイス１２０の波長に対するリタデーションΓｅの変化特性を示している。【0196】
図２７−２および図２７−３に示すように、位相差フィルム１２７，１２８を組み合わせることで目的の位相差をとる波長位置を変化させることができるため、使用する波長への柔軟な対応が可能となる。なお、上記の例ではλ／４フィルムを位相差フィルム１２７，１２８として用いているが、位相差フィルム１２７，１２８の位相差はλ／４に限らない。【0197】
図２７−４は、位相差フィルムを設けた液晶デバイスの波長に対する方位角の特性の例を示すグラフである。図２７−４において、横軸は、光の波長λ［ｎｍ］を示している。縦軸は、液晶デバイス１２０の方位角Ψｅを示している。図２７−４に示す方位角特性２７４１は、位相差フィルム１２７，１２８を設けない場合の液晶デバイス１２０における波長に対する方位角Ψｅの変化特性を示している。【0198】
方位角特性２７４２は、リタデーション特性２７２２を有する位相差フィルム１２７，１２８を設けた場合の液晶デバイス１２０における波長に対する方位角Ψｅの変化特性を示している。方位角特性２７４３は、リタデーション特性２７２３を有する位相差フィルム１２７，１２８を設けた場合の液晶デバイス１２０における波長に対する方位角Ψｅの変化特性を示している。【0199】
方位角特性２７４１〜２７４３に示すように、液晶デバイス１２０の方位角Ψｅは、位相差フィルム１２７，１２８を設けない場合と同様に、位相差が極小値または極大値となる点で±４５ｄｅｇとなる。【0200】
図２７−５は、位相差フィルムの枚数によるリタデーションの特性の変化の一例を示す図である。図２７−５において、横軸は、光の波長λ［ｎｍ］を示している。縦軸は、リタデーションΓｅ（位相差）を示している。【0201】
図２７−５のリタデーション特性２７５１〜２７５３は、リタデーション特性２７２２を有する位相差フィルム（たとえば位相差フィルム１２７，１２８）の枚数を０枚，１枚，２枚とした場合のリタデーションΓｅの変化特性を示している。【0202】
このように、位相差フィルムの枚数を変化させることによっても液晶デバイス１２０のリタデーションΓｅの特性を調整することが可能である。また、位相差フィルム（たとえば位相差フィルム１２７，１２８）の枚数を３枚以上としてもよい。【0203】
図２７−６は、位相差フィルムの枚数による方位角の特性の変化の一例を示す図である。図２７−６において、横軸は、光の波長λ［ｎｍ］を示している。縦軸は、液晶デバイス１２０の方位角Ψｅを示している。図２７−６に示す方位角特性２７６１〜２７６３は、リタデーション特性２７２２を有する位相差フィルム（たとえば位相差フィルム１２７，１２８）の枚数を０枚，１枚，２枚とした場合の方位角Ψｅの変化特性を示している。【0204】
方位角特性２７６１〜２７６３に示すように、液晶デバイス１２０の方位角Ψｅは、位相差フィルム１２７，１２８を設けない場合と同様に、位相差が極小値または極大値となる点で±４５ｄｅｇとなる。【0205】
また、位相差フィルム（たとえば位相差フィルム１２７，１２８）のスロー軸と波長板１２１，１２５のスロー軸とを直交させて組み合わせることもできる。【0206】
図２７−７は、位相差フィルムと波長板のスロー軸を直交させた場合の位相差フィルムの枚数によるリタデーションの特性の変化の一例を示す図である。図２７−７において、横軸は、光の波長λ［ｎｍ］を示している。縦軸は、リタデーションΓｅ（位相差）を示している。【0207】
図２７−７のリタデーション特性２７７１〜２７７３は、位相差フィルム（たとえば位相差フィルム１２７，１２８）のスロー軸と波長板１２１，１２５のスロー軸とを直交させた場合において、リタデーション特性２７２２を有する位相差フィルムの枚数を０枚，１枚，２枚とした場合のリタデーションΓｅの変化特性を示している。【0208】
リタデーション特性２７７１〜２７７３に示すように、位相差フィルムのスロー軸と波長板１２１，１２５のスロー軸とを直交させた場合は、位相差フィルムのスロー軸と波長板１２１，１２５のスロー軸とを平行にした場合と比較して、リタデーションΓｅの変化特性のピーク位置を逆方向にシフトさせることができる。【0209】
図２７−８は、位相差フィルムと波長板のスロー軸を直交させた場合の位相差フィルムの枚数による方位角の特性の変化の一例を示す図である。図２７−８において、横軸は、光の波長λ［ｎｍ］を示している。縦軸は、方位角Ψｅを示している。【0210】
図２７−８の方位角特性２７８１〜２７８３は、位相差フィルム（たとえば位相差フィルム１２７，１２８）のスロー軸と波長板１２１，１２５のスロー軸とを直交させた場合において、リタデーション特性２７２２を有する位相差フィルムの枚数を０枚，１枚，２枚とした場合の方位角Ψｅの変化特性を示している。【0211】
方位角特性２７８１〜２７８３に示すように、位相差フィルムのスロー軸と波長板１２１，１２５のスロー軸とを直交させた場合は、位相差フィルムのスロー軸と波長板１２１，１２５のスロー軸とを平行にした場合と比較して、方位角Ψｅの変化特性のピーク位置をリタデーションΓｅの変化特性のピーク位置と同様に逆方向にシフトさせることができる。【0212】
図２８−１は、光学デバイスの一例を示す斜視図である。図２８−１において、図１−１に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図２８−１に示すように、赤色光源３１１、緑色光源３１２および青色光源３１３と、液晶デバイス１２０と、の間に偏光板２８１１〜２８１３を設けてもよい。【0213】
赤色光源３１１、緑色光源３１２および青色光源３１３から出力されたレーザ光は、それぞれ偏光板２８１１〜２８１３へ入射する。偏光板２８１１は、赤色光源３１１から出射されたレーザ光のうちの透過偏光方向２８２１の直線偏光成分のみを透過させて液晶デバイス１２０へ出射する偏光子である。偏光板２８１２は、緑色光源３１２から出射されたレーザ光のうちの透過偏光方向２８２２の直線偏光成分のみを透過させて液晶デバイス１２０へ出射する偏光子である。【0214】
偏光板２８１３は、青色光源３１３から出射されたレーザ光のうちの透過偏光方向２８２３の直線偏光成分のみを透過させて液晶デバイス１２０へ出射する偏光子である。たとえば図２３に示した第一の例のように、使用する各波長においてリタデーションΓｅが一致する場合は、図２８−１に示すように、偏光板２８１１〜２８１３が透過させる直線偏光成分の透過偏光方向２８２１〜２８２３をいずれも所定方向に揃えておく。これにより、液晶デバイス１２０から出力される各波長成分を同一の円偏光とすることができる。【0215】
なお、赤色光源３１１、緑色光源３１２および青色光源３１３が直線偏光のレーザ光を出射する場合は、赤色光源３１１、緑色光源３１２および青色光源３１３からの各レーザ光の偏光方向が、それぞれ透過偏光方向２８２１〜２８２３とほぼ一致するように、赤色光源３１１、緑色光源３１２および青色光源３１３の角度を調整しておいてもよい。また、この場合は、偏光板２８１１〜２８１３を省いた構成とすることも可能である。これにより、偏光板２８１１〜２８１３における光損失を抑えることができる。【0216】
偏光方向２８３１〜２８３３は、液晶デバイス１２０から出射されるレーザ光における、それぞれ赤色、緑色および青色の各波長成分における偏光方向を示している。図２８−１に示す例では、各波長成分における偏光方向は同じ方向の円偏光となっている。【0217】
図２８−２は、光学デバイスの他の例を示す斜視図である。図２８−２において、図２８−１に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。たとえば図２５に示した第二の例のように、使用する各波長においてリタデーションΓｅが±π／２となる場合は、図２８−２に示すように、偏光板２８１１〜２８１３が透過させる直線偏光成分の透過偏光方向２８２１〜２８２３を９０°ずらしておく。【0218】
図２５に示した第二の例では、青色および赤色の各波長においてはリタデーションΓｅがπ／２となり、緑色の波長においてはリタデーションΓｅが３π／２（−π／２）となっている。この場合は、赤色および青色に対応する透過偏光方向２８２１，２８２３を揃えておくとともに、緑色に対応する透過偏光方向２８２２は透過偏光方向２８２１，２８２３に対して９０°ずらしておく。これにより、液晶デバイス１２０から出力される各波長成分を同一の円偏光とすることができる。【0219】
また、図２８−１および図２８−２に示した光学デバイス１００においては、液晶デバイス１２０への各入射偏光と波長板１２１（１枚目の波長板）の遅相軸方向が平行または垂直であるため、波長板１２１を省いた構成としてもよい。【0220】
図２９は、各波長における波長板の厚みに対するリタデーション特性の一例を示すグラフである。図２９において、横軸は、波長板１２１，１２５の厚みｄ１を示している。縦軸は、液晶デバイス１２０のリタデーションΓｅを示している。リタデーション特性２９０１〜２９０３は、それぞれ青色、緑色および赤色の波長における、波長板１２１，１２５の厚みｄ１に対するリタデーションΓｅの特性を示している。リタデーション２９０４は、π／２のリタデーションを示している。【0221】
実施の形態にかかる製造支援装置は、波長板１２１，１２５の屈折率Δｎ１（λ）と、液晶セル１２３の厚みｄ２と、液晶セル１２３の屈折率Δｎ２（λ）と、波長板１２１，１２５および液晶セル１２３の各スロー軸の間の角度Ψと、上記（１５）式または（１６）式と、に基づいて、各波長成分について、波長板１２１，１２５の厚みｄ１ごとのリタデーションΓｅを算出し、厚みｄ１ごとのリタデーションΓｅの計算結果を出力する。たとえば、製造支援装置は、厚みｄ１ごとのリタデーションΓｅの計算結果を、図２９に示すグラフのように表示することで出力する。【0222】
これにより、液晶デバイス１２０の設計者は、液晶デバイス１２０のリタデーションΓｅが各波長成分において所望のリタデーションに近くなる波長板１２１，１２５の厚みｄ１を容易に選択することができる。たとえば、符号２９０５，２９０６に示す位置の厚みｄ１を選択することで、液晶デバイス１２０のリタデーションΓｅが各波長成分においてπ／２に近くなり、各波長成分において１／４波長板として動作する液晶デバイス１２０を設計することができる。【0223】
＜一般的な条件式＞上記（１５）式および（１６）式においては、Ψ＝６７．５°としてリタデーションΓｅを示したが、より一般的には、波長λに対するリタデーションΓｅは下記（１７）式によって示すことができる。すなわち、使用する各波長において、下記（１７）式によって算出されるリタデーションΓｅが±π／２×（２ｎ−１）に近づくように波長板１２１，１２５の厚みｄ１を設計する。これにより、使用する各波長において、液晶デバイス１２０を１／４波長板として動作させることができる。
【0224】
【数16】
【0225】
上記（１７）式において、波長板１２１，１２５の屈折率Δｎ１（λ）は、上記のＣａｕｃｈｙの分散公式から、ａ１＋ｂ１／λ2＋ｃ１／λ4…によって近似することができる。また、液晶セル１２３の屈折率Δｎ２（λ）は、ａ２＋ｂ２／λ2＋ｃ２／λ4…によって近似することができる。【0226】
すなわち、波長板１２１，１２５の材料に固有の係数をＡ１，Ａ２，Ａ３，…Ａｍ（ｍは自然数）とすると、波長板１２１，１２５の屈折率Δｎ１（λ）は、Ａ１＋Ａ２／λ2＋Ａ３／λ4＋Ａ４／λ6…＋Ａ（ｍ）／λ＾（２（ｍ−１））によって近似することができる。また、液晶セル１２３の材料に固有の係数をＢ１，Ｂ２，Ｂ３，…Ｂｍとすると、液晶セル１２３の屈折率Δｎ２（λ）は、Ｂ１＋Ｂ２／λ2＋Ｂ３／λ4＋Ｂ４／λ6…＋Ｂ（ｍ）／λ＾（２（ｍ−１））によって近似することができる。【0227】
このように、実施の形態にかかる製造方法においては、まず、第一決定工程として、液晶セル１２３の厚みｄ２が決定される。また、第二決定工程として、波長板１２１，１２５および液晶セル１２３の各スロー軸の間の角度Ψが決定される。そして、第三決定工程として、第一決定工程および第二決定工程による各決定結果に基づいて、波長板１２１，１２５の厚みｄ１が、使用する各波長において、液晶デバイス１２０が１／４波長板として動作する厚みに決定される。なお、第一決定工程および第二決定工程の順序は入れ替えてもよい。【0228】
これにより、使用する各波長において、液晶デバイス１２０が１／４波長板として動作し、波長ごとの偏光方向のばらつきを抑えることができる。このため、たとえばプロジェクタ７００において、レーザ光の各波長成分の偏光状態をより精度よく制御することができる。したがって、レーザ光の各波長成分の消光比のばらつきを抑え、レーザ光をスクリーンに投影した画像の画質を向上させることができる。【0229】
また、各波長成分について、偏光状態をたとえば右回りの円偏光と左回りの円偏光とに切り替えることができる。このため、レーザ光をスクリーンに投影した画像の各波長成分のスペックルを低減して画質をより向上させることができる。また、映像の偏光状態をたとえば右回りの円偏光と左回りの円偏光とに切り替えることで、円偏光フィルタ方式の三次元画像を生成することもできる。【0230】
なお、使用する各波長において、上記（１７）式によって算出されるリタデーションΓｅが±π／２×（２ｎ−１）となる波長板１２１，１２５の厚みｄ１が定まらない場合もあり得る。これに対して、たとえば、各レーザ光の各波長帯域内において、リタデーションΓｅが±π／２×（２ｎ−１）となる波長板１２１，１２５の厚みｄ１が少なくとも１つは存在するように、波長板１２１，１２５の材料や液晶デバイス１２０を設計することが望ましい。【0231】
各レーザ光の各波長帯域としては、たとえば、青色のレーザ光の波長帯域を４３５〜４８０［ｎｍ］とし、緑色のレーザ光の波長帯域を５００〜５６０［ｎｍ］とし、赤色のレーザ光の波長帯域を６１０〜７５０［ｎｍ］とすることができる。【0232】
図３０は、実施の形態にかかる製造支援装置のハードウェア構成の一例を示す図である。実施の形態にかかる製造支援装置は、たとえば図３０に示す情報処理装置３０００によって実現することができる。情報処理装置３０００は、ＣＰＵ３０１０と、メインメモリ３０２０と、補助メモリ３０３０と、ユーザインタフェース３０４０と、通信インタフェース３０５０と、を備えている。ＣＰＵ３０１０、メインメモリ３０２０、補助メモリ３０３０、ユーザインタフェース３０４０および通信インタフェース３０５０は、バス３００１によって接続されている。【0233】
ＣＰＵ３０１０（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）は、情報処理装置３０００の全体の制御を司る。メインメモリ３０２０は、たとえばＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）である。メインメモリ３０２０は、ＣＰＵ３０１０のワークエリアとして使用される。補助メモリ３０３０は、たとえば、ハードディスク、光ディスク、フラッシュメモリなどの不揮発メモリである。補助メモリ３０３０には、情報処理装置３０００を動作させる各種のプログラムが記憶されている。補助メモリ３０３０に記憶されたプログラムは、メインメモリ３０２０にロードされてＣＰＵ３０１０によって実行される。【0234】
ユーザインタフェース３０４０は、たとえば、ユーザからの操作入力を受け付ける入力デバイスや、ユーザへ情報を出力する出力デバイスなどを含む。入力デバイスは、たとえばキー（たとえばキーボード）やリモコンなどによって実現することができる。出力デバイスは、たとえばディスプレイやスピーカなどによって実現することができる。また、タッチパネルなどによって入力デバイスおよび出力デバイスを実現してもよい。ユーザインタフェース３０４０は、ＣＰＵ３０１０によって制御される。【0235】
通信インタフェース３０５０は、たとえば、無線や有線によって情報処理装置３０００の外部との間で通信を行う通信インタフェースである。通信インタフェース３０５０は、ＣＰＵ３０１０によって制御される。【0236】
たとえば、補助メモリ３０３０には、上記（１５）式または（１６）式や、（１５）式または（１６）式による演算を行う演算プログラムなどが記憶される。また、ユーザインタフェース３０４０や通信インタフェース３０５０からは、液晶セル１２３の厚みｄ２、角度Ψ、使用波長λＢ，λＧ，λＲなど、上記（１５）式または（１６）式による演算を行うための各パラメータが入力される。ユーザインタフェース３０４０や通信インタフェース３０５０から入力された各パラメータはメインメモリ３０２０に記憶される。【0237】
ＣＰＵ３０１０は、補助メモリ３０３０に記憶された上記（１５）式または（１６）式および演算プログラムと、メインメモリ３０２０に記憶された各パラメータと、に基づいて、各波長成分について、厚みｄ１ごとのリタデーションΓｅを算出する。そして、ＣＰＵ３０１０は、厚みｄ１とリタデーションΓｅとの関係を、たとえばユーザインタフェース３０４０や通信インタフェース３０５０によって出力する。【0238】
ただし、情報処理装置３０００の構成は上記に限らない。たとえば、上記（１５）式または（１６）式や演算プログラムなどは、情報処理装置３０００に記憶されておらず、外部のシミュレーション装置に記憶されていてもよい。情報処理装置３０００は、たとえば通信インタフェース３０５０を介して、外部のシミュレーション装置へ各パラメータを送信し、厚みｄ１ごとのリタデーションΓｅの計算結果を受信し、受信した計算結果を出力してもよい。【0239】
＜液晶デバイスを１／２波長板として使用する場合＞つぎに、液晶デバイス１２０を１／２波長板として使用する場合について説明する。なお、液晶デバイス１２０を１／２波長板として使用する場合は、液晶セル１２３の厚みを制御する必要があるため、液晶セル１２３には、厚みがより制御しやすい図８−１〜図８−４に示したような、レーザ光の進行方向からみて放射状に電極が形成されている液晶セルを用いることが好ましい。
【0240】
液晶デバイス１２０を１／２波長板として使用するためには、液晶デバイス１２０のリタデーションΓｅ＝±π×（２ｎ−１）とすればよい（ｎは自然数、±は＋または−を示す）ため、ｃｏｓ（Γｅ／２）＝０かつｓｉｎ（Γｅ／２）＝±１となる。また、液晶セル１２３は、所定波長（たとえば緑色の波長）で１／２波長板となるように設計され、γ２＝πとなる。したがってｓｉｎ（γ２／２）＝１となる。また、波長板１２１，１２５は、所定波長（たとえば緑色の波長）で１／４波長板となるように設計される。【0241】
たとえば、偏光方向を０度と９０度の直線偏光に切り替えるためにはΨｅ＝４５°となればよいため、上記（４）式は、上記のｃｏｓ（Γｅ／２）＝０かつｓｉｎ（Γｅ／２）＝±１と、ｓｉｎ（γ２／２）＝１と、によりｓｉｎ（２Ψｅ）＝ｓｉｎ（２Ψ）＝１となる。したがって、波長板１２１，１２５と液晶セル１２３との間の方位角Ψを、４５°または１３５°、すなわちΨ＝π／４×（２ｎ−１）とすればよい。【0242】
上記（３）式に、上記（１０）式と、Ψ＝π／４×（２ｎ−１）と、各光源によって出射される各レーザ光の波長と、を代入し、上記（３）式が０に近づくような液晶セル１２３の材料および厚みｄ２の再選択を行う。これにより、各光源によって出射される各レーザ光の波長において、液晶デバイス１２０（積層波長板）を１／２波長板として動作させることができる。【0243】
たとえば、波長板１２１，１２５と液晶セル１２３との間の方位角Ψを４５°にしたとする。Ψ＝π／４と、γ１＝γ１Ｂ，γ１Ｇ，γ１Ｒと、γ２＝γ２Ｂ，γ２Ｇ，γ２Ｒと、を上記（３）式に代入することで、下記（１８）式を得ることができる。【0244】
【数17】
【0245】
上記（１８）式は、積和公式により、下記（１９）式のように変形することができる。【0246】
【数18】
【0247】
また、上記のように、屈折率Δｎをａ＋ｂ／λ2＋ｃ／λ4（第３項まで）によって近似すると、γ１Ｂ，γ１Ｇ，γ１Ｒ，γ２Ｂ，γ２Ｇ，γ２Ｒは、上記（１０）式により上記（１４）式のように示すことができる。また、波長板１２１，１２５は所定波長（たとえばλＧ）において１／４波長板として動作するため、波長板１２１，１２５における係数ａ１，ｂ１，ｃ１および上記（１４）式によって波長板１２１，１２５の厚みｄ１が決まる。【0248】
また、上記（１８）式を変形することにより、液晶デバイス１２０における波長λＢ，λＧ，λＲに対するリタデーションΓｅは、下記（２０）式のように示すことができる。【0249】
【数19】
【0250】
上記（２０）式は、積和公式により、下記（２１）式のように変形することができる。【0251】
【数20】
【0252】
したがって、上記（１９）式または（２０）式の波長λＢ，λＧ，λＲに対するリタデーションΓｅが±π×（２ｎ−１）に近づくように、液晶セル１２３の厚みｄ２を選択する。これにより、波長λＢ，λＧ，λＲの各波長成分において、液晶デバイス１２０（積層波長板）を１／２波長板として動作させることができる。【0253】
図３１は、液晶デバイスを１／２波長板として使用する場合の波長に対するリタデーションの特性の例を示すグラフである。図３１において、横軸は、光の波長λ［ｎｍ］を示している。縦軸は、液晶デバイス１２０のリタデーションΓｅ（位相差）を示している。リタデーション特性３１０１は、液晶セル１２３が、１／２波長板として動作する単体の液晶セルであると仮定した場合の波長に対するリタデーションΓｅの変化特性を参考として示している。【0254】
リタデーション特性３１０２は、波長板１２１，１２５および液晶セル１２３によって構成される液晶デバイス１２０における波長に対するリタデーションΓｅの変化特性を示している。リタデーション特性３１０２に示すように、波長板１２１，１２５および液晶セル１２３によって構成される液晶デバイス１２０においては、波長に対してリタデーションΓｅが周期的に変化している。【0255】
ここでは、青色のレーザ光に対応する波長を４４８［ｎｍ］、緑色のレーザ光に対応する波長を５１０［ｎｍ］、赤色のレーザ光に対応する波長を６６０［ｎｍ］とする。たとえば、青色のレーザ光に対応する波長４４８［ｎｍ］においては、リタデーションΓｅが約πとなっている。また、緑色のレーザ光に対応する５１０［ｎｍ］および赤色のレーザ光に対応する６６０［ｎｍ］においても、リタデーションΓｅが約πとなっている。【0256】
このように、使用する複数の波長においてリタデーションΓｅが所望の値となるように、液晶セル１２３の厚みｄ２を設計することで、使用する各波長成分において液晶デバイス１２０を１／２波長板として動作させることができる。【0257】
図３２は、液晶デバイスを１／２波長板として使用する場合の方位角の特性の例（Ψ＝π／４）を示すグラフである。図３２において、横軸は、光の波長λ［ｎｍ］を示している。縦軸は、液晶デバイス１２０の方位角Ψｅを示している。【0258】
図３２に示す方位角特性３２１０は、液晶デバイス１２０において、波長板１２１，１２５のスロー軸と、液晶セル１２３のスロー軸と、の間の方位角ΨをΨ＝π／４とした場合の波長に対する方位角Ψｅの変化特性を示している。方位角特性３２１０に示すように、Ψ＝π／４とした場合の液晶デバイス１２０は、使用する各波長（４４８［ｎｍ］、５１０［ｎｍ］および６６０［ｎｍ］）において、液晶デバイス１２０の方位角Ψｅが約−４５°となっている。【0259】
図３１および図３２に示したように、液晶セル１２３の厚みｄ２の設計により、使用する各波長（４４８［ｎｍ］、５１０［ｎｍ］および６６０［ｎｍ］）において、液晶デバイス１２０のリタデーションΓｅをπ、液晶デバイス１２０の方位角Ψｅを±４５°に揃えることができる。このため、各波長の入射時の偏光方向を揃えることで、液晶デバイス１２０から出力される各波長成分を０度の入射直線偏光に対して９０度回転した同一の直線偏光とすることができる。【0260】
液晶デバイス１２０を１／２波長板として使用する場合においては、上記の製造支援装置を用いて、使用する各波長において、上記（１７）式によって算出されるリタデーションΓｅが±π×（２ｎ−１）に近づくように液晶セル１２３の厚みｄ２を設計する。これにより、使用する各波長において、液晶デバイス１２０を１／２波長板として動作させることができる。【0261】
たとえば、上記のＣＰＵ３０１０は、補助メモリ３０３０に記憶された上記（１５）式または（１６）式および演算プログラムと、メインメモリ３０２０に記憶された各パラメータと、に基づいて、各波長成分について、厚みｄ２ごとのリタデーションΓｅを算出する。そして、ＣＰＵ３０１０は、厚みｄ２とリタデーションΓｅとの関係を、たとえばユーザインタフェース３０４０や通信インタフェース３０５０によって出力する。【0262】
このように、実施の形態にかかる製造方法においては、まず、第一決定工程として、波長板１２１，１２５の厚みｄ１が決定される。また、第二決定工程として、波長板１２１，１２５および液晶セル１２３の各スロー軸の間の角度Ψが決定される。そして、第三決定工程として、第一決定工程および第二決定工程による各決定結果に基づいて、液晶セル１２３の厚みｄ２が、使用する各波長において、液晶デバイス１２０が１／２波長板として動作する厚みに決定される。なお、第一決定工程および第二決定工程の順序は入れ替えてもよい。【0263】
これにより、使用する各波長において、液晶デバイス１２０が１／２波長板として動作し、波長ごとの偏光方向のばらつきを抑えることができる。このため、たとえばプロジェクタ７００において、レーザ光の各波長成分の偏光状態をより精度よく制御することができる。したがって、レーザ光の各波長成分の消光比のばらつきを抑え、レーザ光をスクリーンに投影した画像の画質を向上させることができる。【0264】
また、各波長成分について、偏光状態をたとえば０度の直線偏光と９０度の直線偏光とに切り替えることができる。このため、レーザ光をスクリーンに投影した画像の各波長成分のスペックルを低減して画質をより向上させることができる。また、映像の偏光状態をたとえば０度の直線偏光と９０度の直線偏光とに切り替えることで、直線偏光フィルタ方式の三次元画像を生成することもできる。【0265】
なお、使用する各波長において、上記（１７）式によって算出されるリタデーションΓｅが±π×（２ｎ−１）となる液晶セル１２３の厚みｄ２が定まらない場合もあり得る。これに対して、たとえば、各レーザ光の各波長帯域内において、リタデーションΓｅが±π×（２ｎ−１）となる液晶セル１２３の厚みｄ２が少なくとも１つは存在するように、波長板１２１，１２５の材料や液晶デバイス１２０を設計することが望ましい。【0266】
（強誘電性液晶を用いた液晶セルの具体例）つぎに、図８−１から図８−４に示した電極形状をもつ液晶セルの代わりに、強誘電性液晶を用いた液晶セル１２３の具体例について説明する。ここでは、液晶セル１２３に強誘電性液晶を用いる場合について説明する。
【0267】
図３３は、強誘電性液晶を用いた液晶セルの具体例を示す断面図である。図３３に示すように、液晶セル１２３は、たとえば、約２［μｍ］の厚さの液晶層３３２０を挟持した一対のガラス基板３３３１，３３３２と、これら２枚のガラス基板３３３１，３３３２を接着するシール材３３７０とで構成されている。ガラス基板３３３１，３３３２のそれぞれの対向面には電極３３４１，３３４２が形成されており、その上に配向膜３３５１，３３５２が配置され、配向処理がなされている。電極３３４１，３３４２は、たとえばＩＴＯなどのベタ電極である。【0268】
液晶デバイス１２０を反射型として使用する場合には、ガラス基板３３３２の外側には、反射板３３６０を配置する。【0269】
波長板１２１からの光は、第一のガラス基板３３３１の側から照射される。照射された光は、第一のガラス基板３３３１、電極３３４１、配向膜３３５１、液晶層３３２０、配向膜３３５２、電極３３４２、および第二のガラス基板３３３２を透過して反射板３３６０に至り、そこで反射されて、逆の経路を辿ってから出射し、波長板１２１へ入射する。【0271】
つぎに、強誘電性液晶の電気光学効果について説明する。図３４および図３５は、強誘電性液晶の分子長軸方向と電界との関係を示す説明図である。図３４および図３５では、液晶セル１２３を、レーザ光の入射側からみた場合の液晶分子を模式的に示しており、図３４および図３５に沿って液晶の平均的な分子長軸方向について説明する。【0272】
図３４に示すように、電界Ｅが図面表（液晶セル１２３の第一のガラス基板３３３１）から裏（液晶セル１２３の第二のガラス基板３３３２）に向かって印加されると、液晶分子ＬＣＭの第一の強誘電状態である平均的な分子長軸方向Ｍは、配向膜の配向軸ＯＡを中心に角度「θ１」傾いて安定している。一方、図３５に示すように、電界Ｅが図面裏から表に向かって印加されると、液晶分子ＬＣＭの第二の強誘電状態である平均的な分子長軸方向Ｍは、配向膜の配向軸ＯＡに対して時計回りに角度「θ２」傾いて安定している。【0273】
すなわち、液晶分子ＬＣＭは、分子長軸方向Ｍを動直線として描くコーン形状の側面上を転移している。また角度「θ１」と角度「θ２」の和（θ１＋θ２）が第一の強誘電状態である液晶の平均的な分子長軸方向と、第二の強誘電状態である液晶の平均的な分子長軸方向との間の角度、つまり円錐（コーン）の中心角θ（すなわちコーン角度）となる。強誘電性液晶の材料を種々考慮することで、中心角θの角度を４５°に設定することができる。これにより、液晶セル１２３の基板面と平行な方向にダイレクタ方向１２４（液晶分子の方向）を上述したように切り替えることができる。【0274】
また、以上説明した波長板１２１，１２５を液晶素子によって作成することができる。さらに、液晶素子内に電圧を印加することができるように、液晶層の両面に電極を形成する。これにより、液晶素子への印加電圧を制御し、波長板１２１，１２５の位相差を微調整することができる。また、波長板１２１，１２５の設計および製造が容易となり、温度変化によるレーザ光の波長シフトといった使用環境の変化にも対応が可能となる。【0275】
以上説明したように、光学デバイス、プロジェクタ、製造方法および製造支援装置によれば、画質の劣化を抑えつつ装置の小型化を可能にすることができる。【産業上の利用可能性】
【0276】
以上のように、この発明にかかる光学デバイス、プロジェクタ、製造方法および製造支援装置は、映像や画像を映写する光学デバイス、プロジェクタ、製造方法および製造支援装置に有用であり、特に、ピコプロジェクタなどの小型の光学デバイスに適している。【符号の説明】
【0277】
１００ 光学デバイス１０１，８１０，８２０，８３０，８４０ 偏光方向
１０２〜１０５ 偏光状態
１１０ 光源部
１１１ ＲＧＢレーザ光源
１１２，３１４〜３１６，３１８，５３０，５５０ 偏波保持ファイバ
１２０ 液晶デバイス
１２１，１２５ 波長板
１２２，１２６，２２０１ スロー軸方向
１２３ 液晶セル
１２４ ダイレクタ方向
１２７，１２８ 位相差フィルム
１３０ 制御回路
２０１，２０２ 波長分散特性
２１０，２３０１，２３０２，２７２１〜２７２３，２７３１〜２７３３，２７５１〜２７５３，２７７１〜２７７３，２９０１，３１０１，３１０２ リタデーション特性
３１１ 赤色光源
３１２ 緑色光源
３１３ 青色光源
３１７ コンバイナ
３２１，５２１，１０１０ ミラー
３２２，３２３ ダイクロイックミラー
４００，５００，６００，７１０ 映像エンジン
４１０，４４０，５１０，６１０ レンズ
４２０ 偏光ビームスプリッタ
４３０ ＬＣＯＳ
５２０ ＭＥＭＳミラー
５２２，５２３ 回転軸
５４１，５４３，５６０ コリメータレンズ
５４２，５４４ 樹脂
６２０ ＤＬＰ
７００ プロジェクタ
７２０ 制御ボード
７２１ 光源コントローラ
７２２ 液晶素子コントローラ
７２３ ＬＣＯＳコントローラ
７２４ コントロールユニット
７２５ 映像信号処理ユニット
７３０ 電源
８１１〜８１８，８２１〜８２４，８３１〜８３４，８４１〜８４８，３３４１，３３４２ 電極
９０１〜９０３ レーザ光
９２０ スクリーン
９３０ 三次元グラス
９３１，９３２ グラス
１１０１〜１１０４ 状態
１１１０ ダイレクタ
１３２０，１５２０，１９００ テーブル
１４１１〜１４１８，１６０１〜１６０８ 波形
１７００，１８００，２００１〜２００８ 電界分布
１７０１〜１７１０ 領域
２４１０，２４２０，２７４１〜２７４３，２７６１〜２７６３，２７８１〜２７８３，３２１０ 方位角特性
２８１１〜２８１３ 偏光板
２８２１〜２８２３ 透過偏光方向
２９０４ リタデーション
３３２０ 液晶層
３３３１，３３３２ ガラス基板
３３５１，３３５２ 配向膜
３３６０ 反射板
３３７０ シール材
【図1-1】
【図1-2】
【図1-3】
【図1-4】
【図1-5】
【図1-6】
【図2-1】
【図2-2】
【図3-1】
【図3-2】
【図3-3】
【図4-1】
【図4-2】
【図5-1】
【図5-2】
【図6-1】
【図6-2】
【図7】
【図8-1】
【図8-2】
【図8-3】
【図8-4】
【図9-1】
【図9-2】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13-1】
【図13-2】
【図14-1】
【図14-2】
【図15-1】
【図15-2】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20-1】
【図20-2】
【図20-3】
【図20-4】
【図20-5】
【図20-6】
【図20-7】
【図20-8】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24-1】
【図24-2】
【図25】
【図26-1】
【図26-2】
【図27-1】
【図27-2】
【図27-3】
【図27-4】
【図27-5】
【図27-6】
【図27-7】
【図27-8】
【図28-1】
【図28-2】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】