JP2003029032A - Polarizing separation and conversion element - Google Patents

Polarizing separation and conversion element

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JP2003029032A
JP2003029032A JP2001213291A JP2001213291A JP2003029032A JP 2003029032 A JP2003029032 A JP 2003029032A JP 2001213291 A JP2001213291 A JP 2001213291A JP 2001213291 A JP2001213291 A JP 2001213291A JP 2003029032 A JP2003029032 A JP 2003029032A
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JP
Japan
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film
polarization separation
polarization
refractive index
light
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JP2001213291A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaki Kagawa
正毅 香川
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive polarizing separation and conversion element which can separate and convert polarized light with high accuracy. SOLUTION: The element satisfies the relation of t2/t1=4sin<2> x-1, wherein t1 is the distance (thickness of a transparent substrate 113a) between a polarizing separation film 111 and a reflecting film 112 in a polarizing separation part 110, t2 is the distance (thickness of a transparent substrate 113b) between the polarizing separation film 111 in the polarizing separation part 110 and the reflecting film 112 in the adjacent polarizing separation part or between the reflecting film 112 in the polarizing separation part 110 and the polarizing separation film 111 in the adjacent polarizing separation part, and x ( deg.) is the incident angle to the polarizing separation film (45 deg.<x<90 deg.). The element holds regions 110a and 110b where no film is formed on the transparent substrates so as to keep the optical path. The length w1 of the region where the film is formed in the polarizing separation part 110 and the length w2 of the region where the film is not formed are controlled to satisfy w2/w1=0.5-1/2tan<2> x.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、自然光を特定の偏
光状態に揃えるために用いる偏光分離変換素子に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polarization separation conversion element used for aligning natural light into a specific polarization state.

【0002】[0002]

【従来の技術】液晶プロジェクタの基幹部品として、P
S偏光分離変換素子が広く用いられている。
2. Description of the Related Art P is a basic component of a liquid crystal projector.
S-polarized light separation conversion elements are widely used.

【0003】図26は、従来のPS偏光分離変換素子の
構成を模式的に示す図である。このPS偏光分離変換素
子1は、図26に示すように、断面が略長方形状に形成
され、光入射面2aと、光入射面2aに平行な光出射面
2bを有する偏光分離部群2と、偏光分離部群2の光入
射面2a側の所定の位置に配置され、光入射面2aの所
定領域への光の入射を遮断する遮光マスク3と、偏光分
離部群2の光出射面2bに対向して配置された位相板、
たとえば二分の一波長板(以下、λ/2板という)4を
有している。
FIG. 26 is a diagram schematically showing the structure of a conventional PS polarization separation conversion element. As shown in FIG. 26, the PS polarization separation conversion element 1 includes a polarization separation section group 2 which has a substantially rectangular cross section and which has a light incident surface 2a and a light emission surface 2b parallel to the light incident surface 2a. A light-shielding mask 3 which is arranged at a predetermined position on the light incident surface 2a side of the polarization separation unit group 2 and blocks light from entering a predetermined region of the light incident surface 2a, and a light emission surface 2b of the polarization separation unit group 2. A phase plate arranged opposite to,
For example, it has a half-wave plate (hereinafter referred to as a λ / 2 plate) 4.

【0004】偏光分離部群2は、断面が略平行四辺形お
よび三角形の複数の透明基板(ガラス基板)21を接着
することにより構成されるが、光線の入射角が45°に
なるよう偏光分離膜22および反射膜23を交互にガラ
ス基板21で挟んだ断面構造を有する。そして、偏光分
離膜22と反射膜23により偏光分離部20が構成され
ている。具体的には、 ガラス基板21上に薄膜積層型の
偏光分離膜22を成膜し、それを必要な枚数重ねて接着
し、45°の角度で斜めに切り出すことによって作製す
る。なお、接着剤は光学特性に影響を与えないので今後
特に言及はしない。
The polarization separation section group 2 is constituted by adhering a plurality of transparent substrates (glass substrates) 21 each having a cross section of a substantially parallelogram and a triangle. It has a cross-sectional structure in which the film 22 and the reflective film 23 are alternately sandwiched between the glass substrates 21. The polarization separation film 22 and the reflection film 23 form a polarization separation unit 20. Specifically, the thin film laminated polarization separation film 22 is formed on the glass substrate 21, a required number of the films are stacked and adhered, and cut obliquely at an angle of 45 °. Since the adhesive does not affect the optical characteristics, it will not be mentioned in the future.

【0005】偏光分離膜22は、第1の偏光としてのP
偏光はそのまま透過させ、第2の偏光としてのS偏光に
対して反射ミラーとして機能する。したがって、光入射
面2aを介して偏光分離膜22に入射した光のP偏光成
分がまず分離され、残りのS偏光成分は2回反射するこ
とにより、光出射面2bから出射される。反射によりS
偏光が出射する領域にP偏光成分が混入してはならない
ために、光入射面2a側に周期的な遮光マスク3が設け
られている。そして、光出射面2b側には、P偏光とS
偏光が互い違いに出てくるので、いずれか一方のみを偏
光方向が90°変わる位相板(λ/2板)4を通過させ
ることにより、偏光状態を揃えている。
The polarized light separating film 22 is formed of P as the first polarized light.
The polarized light is transmitted as it is, and the S-polarized light as the second polarized light functions as a reflection mirror. Therefore, the P-polarized component of the light that has entered the polarization separation film 22 via the light incident surface 2a is first separated, and the remaining S-polarized component is reflected twice to be emitted from the light emitting surface 2b. S by reflection
Since the P-polarized component should not be mixed in the region where the polarized light is emitted, the periodic light-shielding mask 3 is provided on the light incident surface 2a side. Then, P-polarized light and S-polarized light are provided on the light exit surface 2b side.
Since the polarized light comes out alternately, only one of them is made to pass through the phase plate (λ / 2 plate) 4 whose polarization direction is changed by 90 ° so that the polarized state is made uniform.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上述したPS偏光分離
変換素子は優れた光学部品であるが、価格が高いという
大きな問題点がある。λ/2板4を貼り付ける工程も安
くはないが、それ以上に、入射角45°において十分な
性能の偏光分離膜を得るため、 30層以上もの精緻に制
御された厚さの薄膜を積層しなければならないという点
が製造コストを跳ね上げている。また、偏光分離膜の設
計の難易度も非常に高い。
The PS polarization separation conversion element described above is an excellent optical component, but has a big problem that the price is high. The step of attaching the λ / 2 plate 4 is not cheap, but more than that, in order to obtain a polarization separation film with sufficient performance at an incident angle of 45 °, 30 or more layers of precisely controlled thickness are laminated. The fact that it has to be done increases the manufacturing cost. Further, the difficulty of designing the polarization separation film is very high.

【0007】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、低価格を図れ、しかも精度高く
偏光の分離変換することが可能な偏光分離変換素子を提
供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a polarization separation conversion element which can be manufactured at a low price and which can separate and convert polarized light with high accuracy.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の偏光分離変換素子は、光入射面に対して所
定の角度をもって入射する入射光の第1の偏光を透過さ
せ、第2の偏光を上記光入射面から透過方向とは異なる
方向に反射する偏光分離膜と、反射面が上記偏光分離膜
の光入射面と対向するように配置され、上記偏光分離膜
で反射された第2の偏光を上記第1の偏光の透過方向と
略平行する方向に反射する反射膜とを含む複数の偏光分
離部と、上記各偏光分離部の偏光分離膜を透過した第1
の偏光と上記反射膜で反射された第2の偏光の偏光方向
を揃えて出射する変換手段とを有し、上記複数の偏光分
離部は、入射光の入射方向に対して略直交する方向に、
偏光分離膜と反射膜が交互に並ぶように所定間隔をおい
て配置され、上記入射光の各偏光分離膜の光入射面に対
する入射角度が、45度よりも大きく90度よりも小さ
な特定の角度に設定されている。
In order to achieve the above object, the polarization splitting / converting element of the present invention transmits the first polarized light of the incident light incident at a predetermined angle with respect to the light incident surface, and transmits the second polarized light. A polarized light separation film that reflects the polarized light from the light incident surface in a direction different from the transmission direction, and a reflection surface is disposed so as to face the light incident surface of the polarized light separation film, and the polarized light is reflected by the polarized light separation film. A plurality of polarization splitting portions including a reflection film that reflects the second polarized light in a direction substantially parallel to the transmission direction of the first polarized light;
Of the polarized light and the second polarized light reflected by the reflection film, and the conversion means for emitting the polarized light in the same polarization direction, and the plurality of polarization splitting portions are arranged in a direction substantially orthogonal to the incident direction of the incident light. ,
The polarization separation films and the reflection films are arranged at predetermined intervals so as to be alternately arranged, and the incident angle of the incident light with respect to the light incident surface of each polarization separation film is larger than 45 degrees and smaller than 90 degrees. Is set to.

【0009】本発明では、上記偏光分離部における偏光
分離膜と反射膜との距離と、当該偏光分離部の偏光分離
膜と隣接する偏光分離部の反射膜または当該偏光分離部
の反射膜と隣接する偏光分離部の偏光分離膜との距離が
異なる。
In the present invention, the distance between the polarization separation film and the reflection film in the polarization separation unit, and the reflection film of the polarization separation unit adjacent to the polarization separation film of the polarization separation unit or the reflection film of the polarization separation unit. The distance between the polarized light separating portion and the polarized light separating film is different.

【0010】好適には、上記偏光分離部の偏光分離膜へ
の入射光の入射角度をx度(45°<x<90°)とし
たとき、上記偏光分離部における偏光分離膜と反射膜と
の距離t1 と、当該偏光分離部の偏光分離膜と隣接する
偏光分離部の反射膜または当該偏光分離部の反射膜と隣
接する偏光分離部の偏光分離膜との距離t2 が、t2
1 =4sin2x−1なる関係を満たす。
Preferably, when the incident angle of the incident light on the polarization separation film of the polarization separation unit is x degrees (45 ° <x <90 °), the polarization separation film and the reflection film in the polarization separation unit are and the distance t 1, the distance t 2 between the polarization separation film of the polarization separation unit adjacent to the reflective film or reflective film of the polarization separation section of the polarization separation section and an adjacent polarization separation film of the polarization separation section, t 2 /
The relationship of t 1 = 4sin 2 x−1 is satisfied.

【0011】また、本発明では、上記偏光分離部におけ
る偏光分離膜と反射膜の互いに対向する領域で、光入射
側では、反射膜で偏光分離膜の光入射面への入射を遮ら
ないように、光出射側では、偏光分離膜で反射膜により
反射された第2の偏光の出射を遮らないように、膜を形
成していない領域が存在する。
Further, according to the present invention, in the region where the polarization separation film and the reflection film in the polarization separation section face each other, on the light incident side, the reflection film should not block the incidence on the light incident surface of the polarization separation film. On the light emission side, there is a region where no film is formed so as not to block the emission of the second polarized light reflected by the reflection film by the polarization separation film.

【0012】また、本発明では、上記偏光分離部の偏光
分離膜への入射光の入射角度をx度(45°<x<90
°)としたとき、上記偏光分離部において、膜を形成す
る領域の長さをw1 、膜を形成しない領域の長さをw2
とすると、w2 /w1 =0.5−1/2tan2xなる関係
を満たす。
Further, according to the present invention, the incident angle of the incident light on the polarization splitting film of the polarization splitting portion is x degrees (45 ° <x <90.
°), the length of the region where the film is formed is w 1 and the length of the region where the film is not formed is w 2 in the polarization splitting section.
Then, the relationship of w 2 / w 1 = 0.5−½tan 2 x is satisfied.

【0013】また、本発明では、上記各偏光分離部の偏
光分離膜を透過する第1の偏光が通過する開口の幅と反
射膜で反射される第2の偏光が通過する開口の幅が同じ
幅に設定されている。
Further, in the present invention, the width of the opening through which the first polarized light passing through the polarization separating film of each of the above-mentioned polarization separating portions passes and the width of the opening through which the second polarized light reflected by the reflecting film passes through are the same. It is set to width.

【0014】また、本発明では、上記各偏光分離部の偏
光分離膜および反射膜は透明基板で挟むように配置さ
れ、かつ、上記入射光の偏光分離膜の光入射面への入射
角度の中心値が56度近傍に設定され、上記偏光分離部
の偏光分離膜への入射光の入射角度をx度(45°<x
<90°)としたとき、上記偏光分離部における偏光分
離膜と反射膜との距離である透明基板の厚さt1 と、当
該偏光分離部の偏光分離膜と隣接する偏光分離部の反射
膜または当該偏光分離部の反射膜と隣接する偏光分離部
の偏光分離膜との距離である透明基板の厚さt2 がt2
/t1 =1.75の比を持ち、上記偏光分離部における
偏光分離膜と反射膜の互いに対向する領域で、光入射側
では、反射膜で偏光分離膜の光入射面への入射を遮らな
いように、光出射側では、偏光分離膜で反射膜により反
射された第2の偏光の出射を遮らないように、膜を形成
していない領域が存在し、上記偏光分離部において、膜
を形成する領域の長さをw1 、膜を形成しない領域の長
さをw2 とすると、w2 /w 1 =0.27の関係を満た
す。
Further, according to the present invention, the polarization of each of the above-mentioned polarization separation units is different.
Place the light separation film and the reflection film between the transparent substrates.
And the incident light is incident on the light incident surface of the polarization separation film.
The center value of the angle is set near 56 degrees,
The incident angle of the incident light on the polarization separation film of is x degree (45 ° <x
<90 °), the polarization component in the polarization separation section
The thickness t of the transparent substrate, which is the distance between the separation film and the reflection film1 And this
Reflection of the polarized light separating part adjacent to the polarized light separating film of the polarized light separating part
Polarization separation part adjacent to the film or the reflection film of the polarization separation part
Thickness t of the transparent substrate, which is the distance from the polarization separation film of2 Is t2 
/ T1 = 1.75, and
The area where the polarization separation film and the reflection film face each other, and the light incident side
Does not block the incidence on the light incident surface of the polarization separation film with a reflective film.
Therefore, on the light output side, the polarization separation film prevents
Form a film so as not to block the output of the second polarized light
There is a non-existing area, and the film is
The length of the region forming1 , The length of the area where the film is not formed
Sa w2 Then, w2 / W 1 Satisfies the relationship of = 0.27
You

【0015】また、本発明の偏光分離変換素子は、光入
射面に対して所定の角度をもって入射する入射光の第1
の偏光を透過させ、第2の偏光を上記光入射面から透過
方向とは異なる方向に反射する偏光分離膜と、反射面が
上記偏光分離膜の光入射面と対向するように配置され、
上記偏光分離膜で反射された第2の偏光を上記第1の偏
光の透過方向と略平行する方向に反射する反射膜と、上
記偏光分離膜を透過した第1の偏光と上記反射膜で反射
された第2の偏光の偏光方向を揃えて出射する変換手段
とを有し、上記入射光の偏光分離膜の光入射面に対する
入射角度が、45度よりも大きく90度よりも小さな特
定の角度に設定されている。
Further, the polarization splitting / converting element of the present invention is such that the first incident light incident on the light incident surface at a predetermined angle.
A polarized light separating film which transmits the polarized light of and the second polarized light is reflected from the light incident surface in a direction different from the transmission direction, and a reflecting surface is arranged so as to face the light incident surface of the polarized light separating film,
A reflection film that reflects the second polarized light reflected by the polarization separation film in a direction substantially parallel to the transmission direction of the first polarized light, a first polarization that has passed through the polarization separation film, and a reflection film by the reflection film. And a conversion means for emitting the polarized light of the second polarized light having the same polarization direction, and the incident angle of the incident light with respect to the light incident surface of the polarization separation film is larger than 45 degrees and smaller than 90 degrees. Is set to.

【0016】また、本発明の偏光分離変換素子では、上
記偏光分離膜および反射膜のうち少なくとも偏光分離膜
は、上記入射光に対して所定の屈折率を有する光学的に
透明な高屈折率層Hと、上記高屈折率層Hを挟むように
配置された当該高屈折率層より低い屈折率の光学的に透
明な第1の低屈折率層Lおよび第2の低屈折率層Lから
なる基本構造膜LHLを含み、上記基本構造の繰り返し
構造(LHL)m を有する。
In the polarization separation conversion element of the present invention, at least the polarization separation film of the polarization separation film and the reflection film is an optically transparent high refractive index layer having a predetermined refractive index with respect to the incident light. H, and an optically transparent first low-refractive index layer L and a second low-refractive index layer L that are arranged so as to sandwich the high-refractive index layer H and have a lower refractive index than the high-refractive index layer. It includes a basic structure film LHL and has a repeating structure (LHL) m of the above basic structure.

【0017】また、本発明の偏光分離変換素子では、上
記高屈折率層の厚さ、並びに第1の低屈折率層および第
2の低屈折率層の厚さは、入射光の基準波長に基づいて
設定されている。
Further, in the polarization separation conversion element of the present invention, the thickness of the high refractive index layer and the thicknesses of the first low refractive index layer and the second low refractive index layer are set to the reference wavelength of incident light. It is set based on.

【0018】また、本発明の偏光分離変換素子では、好
適には、上記入射光の基準波長をλ 0 とするとき、上記
高屈折率層の厚さ、並びに第1の低屈折率層および第2
の低屈折率層の厚さは、基準波長を所定の整数で除した
値に相当する光学的厚さに設定されている。
Further, the polarization separation conversion element of the present invention is preferably
Suitably, the reference wavelength of the incident light is λ 0 And when above
The thickness of the high refractive index layer, and the first low refractive index layer and the second
The thickness of the low-refractive index layer of the reference wavelength is divided by a predetermined integer
It is set to the optical thickness corresponding to the value.

【0019】また、本発明の偏光分離変換素子では、上
記基本構造の繰り返し回数mは、3以上の整数である。
好適には、上記基本構造の繰り返し回数mは、3以上7
以下の整数である。
Further, in the polarization separation conversion element of the present invention, the number of repetitions m of the basic structure is an integer of 3 or more.
Preferably, the number of repetitions m of the basic structure is 3 or more and 7
The following integers.

【0020】また、本発明の偏光分離変換素子では、上
記入射光の光学膜面への入射角度の中心値が56度近傍
に設定されている。
Further, in the polarization separation conversion element of the present invention, the center value of the incident angle of the incident light on the optical film surface is set in the vicinity of 56 degrees.

【0021】また、本発明の偏光分離変換素子では、上
記高屈折率層は、入射光の基準波長を含む所定範囲にお
いて光学定数nの波長分散特性を有し、かつ上記基準波
長より短い所定波長以上において消衰係数が略ゼロに漸
近する特性を有する材料を含み、上記第1および第2の
低屈折率層は、入射光の基準波長を含む所定範囲におい
て光学定数nの波長分散特性を有し、かつ略全波長域で
消衰係数が略ゼロである材料を含む。
Further, in the polarization separation conversion element of the present invention, the high refractive index layer has a wavelength dispersion characteristic of an optical constant n in a predetermined range including a reference wavelength of incident light and has a predetermined wavelength shorter than the reference wavelength. In the above, the first and second low-refractive index layers include a material having a characteristic that the extinction coefficient gradually approaches zero, and the first and second low refractive index layers have a wavelength dispersion characteristic of an optical constant n in a predetermined range including the reference wavelength of incident light. And a material having an extinction coefficient of substantially zero over substantially the entire wavelength range is included.

【0022】また、本発明の偏光分離変換素子では、上
記偏光分離部の偏光分離膜および反射膜は透明基板で挟
むように配置されており、上記高屈折率層の屈折率は、
上記透明基板の屈折率より高く設定され、上記第1およ
び第2の低屈折率層の屈折率は、上記透明基板の屈折率
より低く設定されている。
Further, in the polarization separation conversion element of the present invention, the polarization separation film and the reflection film of the polarization separation section are arranged so as to be sandwiched by the transparent substrates, and the refractive index of the high refractive index layer is:
The refractive index of the transparent substrate is set higher than that of the first and second low refractive index layers, and the refractive index of the first and second low refractive index layers is set lower than that of the transparent substrate.

【0023】また、本発明の偏光分離変換素子では、互
いに隣接する基本構造膜は、第1の低屈折率層Lおよび
第2の低屈折率層Lを共有するように形成されている。
Further, in the polarization separation conversion element of the present invention, the basic structure films adjacent to each other are formed so as to share the first low refractive index layer L and the second low refractive index layer L.

【0024】本発明によれば、たとえば偏光分離部にお
ける偏光分離膜と反射膜との距離(たとえば透明基板の
厚さ)t1 と、当該偏光分離部の偏光分離膜と隣接する
偏光分離部の反射膜または当該偏光分離部の反射膜と隣
接する偏光分離部の偏光分離膜との距離(たとえば透明
基板の厚さ)t2 が、偏光分離膜への入射角度をx度
(45°<x<90°)としたとき、t2 /t1 =4si
n2x−1なる関係を満たすように構成される。また、光
路を確保するため、たとえば透明基板上に膜をつけない
領域が確保される。そして、偏光分離部において、膜を
形成する領域の長さをw1 、膜を形成しない領域の長さ
をw2 とすると、w2 /w1 =0.5−1/2tan2xの
関係を満たす必要ように構成される。この設計指針に基
づいて作られた偏光分離変換素子は、45°より大きく
90°未満の特定の入射角に対応することができる。
According to the present invention, for example, the distance (for example, the thickness of the transparent substrate) t 1 between the polarization separation film and the reflection film in the polarization separation unit and the polarization separation unit adjacent to the polarization separation film of the polarization separation unit. The distance (for example, the thickness of the transparent substrate) t 2 between the reflection film or the polarization film of the polarization separation unit and the polarization separation film of the adjacent polarization separation unit makes the incident angle to the polarization separation film x degrees (45 ° <x. <90 °), t 2 / t 1 = 4si
It is configured to satisfy the relationship of n 2 x−1. Further, in order to secure the optical path, for example, a region where no film is formed is secured on the transparent substrate. Then, in the polarized light separating portion, if the length of the region where the film is formed is w 1 and the length of the region where the film is not formed is w 2 , the relationship of w 2 / w 1 = 0.5−½tan 2 x Configured to meet. The polarization separation conversion element manufactured based on this design guide can deal with a specific incident angle of more than 45 ° and less than 90 °.

【0025】また、本発明によれば、偏光分離素子が、
入射光に対して所定の屈折率を有する光学的に透明な高
屈折率層Hと、高屈折率層Hを挟むように配置された高
屈折率層Hより低い屈折率の光学的に透明な第1の低屈
折率層Lおよび第2の低屈折率層Lからなる基本構造膜
LHLを含み、この基本構造の繰り返し構造(LHL)
m (ただしmは2以上の整数で、好適には3〜7)を有
するように構成される。そして、たとえば偏光分離素子
の光入射面および光透過面に対して接し、偏光分離素子
を挟むようにたとえばガラスからなる透明基板が形成さ
れる。そして、高屈折率層Hと低屈折率層Lは、入射光
の基準波長λ0 のたとえばλ 0 /4相当の光学的厚さに
構成される。たとえば偏光分離素子の低屈折率材料とし
てSiO2 (n=1.46)を、高屈折率材料としてT
iO2 (n=2.44)を各々用いると、Lは94.2
nm・Hは56.4nmとなり、繰り返し1回分あたり
の膜厚は約250nmとなる。透明基板としては一般的
光学ガラス(BK7)を使用することができ、この素子
は56度近傍の角度での入射光に対し最大限の偏光分離
性能を示す。これらの組み合わせの場合は、上述の基本
構造になんらの補正を加える必要がなく、極めて単純な
構成で高い性能が得られる。また、膜の繰り返し回数m
は実用上4で十分であり、この時の積層数は僅かに9層
であり膜厚は1μmにすぎない。
Further, according to the present invention, the polarization separation element is
An optically transparent high refractive index that has a specified refractive index
The high refractive index layer H and the high refractive index layer H sandwiching the high refractive index layer H are sandwiched between the high refractive index layer H and the high refractive index layer H.
Optically transparent first low refractive index having a refractive index lower than that of the refractive index layer H.
Basic structure film including a refractive index layer L and a second low refractive index layer L
Including LHL, a repeating structure of this basic structure (LHL)
m (However, m is an integer of 2 or more, preferably 3 to 7)
To be configured. And, for example, a polarization separation element
Polarization separation element, which is in contact with the light incident surface and the light transmitting surface of
A transparent substrate made of, for example, glass is formed so that
Be done. The high refractive index layer H and the low refractive index layer L are
Reference wavelength λ0 For example λ 0 / 4 optical thickness
Composed. For example, as a low refractive index material for the polarization separation element
SiO2 (N = 1.46) as a high refractive index material
iO2 Using (n = 2.44) respectively, L is 94.2.
nm · H is 56.4 nm, and per repeat
Has a film thickness of about 250 nm. Common as a transparent substrate
Optical glass (BK7) can be used.
Is the maximum polarization separation for incident light at angles near 56 degrees
Show performance. For these combinations, the basics described above
There is no need to add any correction to the structure, it is extremely simple
High performance can be obtained with the configuration. Also, the number of repetitions of the film m
4 is sufficient for practical use, and the number of layers at this time is only 9 layers.
Therefore, the film thickness is only 1 μm.

【0026】本発明によれば、所定基準波長λ0 の入射
光が透明基板に入射される。そして、第1の偏光(P偏
光)および第2の偏光(S偏光)を含む入射光はたとえ
ば透明基板を伝搬されて偏光分離膜の光入射面に到達
し、光入射面に対して所定角度、たとえば56度をもっ
て偏光分離素子に入射される。偏光分離膜に入射した光
は、たとえば第1の基本構造膜、第2の基本構造膜、第
3の基本構造膜を伝搬されていくが、第2の偏光は、た
とえば第2の基本構造膜と第3の基本構造膜との境界で
ある低屈折率層Lで伝搬方向(透過方向)に対して所定
角度をもって反射され、反射膜に到達する。第1の偏光
は、さらに直進して第3の基本構造膜、あるいはさらな
る基本構造膜を透過し、光透過面から出射される。一
方、反射膜に到達した第2の偏光は、反射膜で反射さ
れ、偏光分離膜の第1の偏光の透過方向と略平行する方
向に出射される。そして、変換手段により第2の偏光が
第1の偏光に、あるいは第1の偏光が第2の偏光に変換
される。
According to the present invention, the incident light having the predetermined reference wavelength λ 0 is incident on the transparent substrate. Then, the incident light including the first polarized light (P polarized light) and the second polarized light (S polarized light) is propagated through, for example, the transparent substrate to reach the light incident surface of the polarization separation film, and is incident at a predetermined angle with respect to the light incident surface. , Is incident on the polarization separation element at an angle of 56 degrees, for example. The light incident on the polarization splitting film is propagated through, for example, the first basic structure film, the second basic structure film, and the third basic structure film, while the second polarized light is propagated through the second basic structure film, for example. Is reflected at a predetermined angle with respect to the propagation direction (transmission direction) at the low-refractive index layer L that is the boundary between the third basic structure film and the third basic structure film, and reaches the reflection film. The first polarized light goes straight forward, passes through the third basic structure film or the further basic structure film, and is emitted from the light transmitting surface. On the other hand, the second polarized light that has reached the reflective film is reflected by the reflective film and is emitted in a direction substantially parallel to the transmission direction of the first polarized light of the polarization separation film. Then, the conversion means converts the second polarized light into the first polarized light or the first polarized light into the second polarized light.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施の形
態について図面を参照しながら詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

【0028】第1実施形態 図1は、本発明に係るPS偏光分離変換素子の第1の実
施形態を模式的に示す構成図である。また、図2は、本
第1の実施形態に係るPS偏光分離変換素子の光路を模
式的に示す図である。なお、本実施形態においては、光
学材料の実測した光学定数に基づく設計完成例を示す。
光学定数が変わると最適設計結果がずれる可能性がある
が、しかし本発明はこの例に限定されることなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更可能であること
は言うまでもない。
First Embodiment FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a first embodiment of a PS polarization separation conversion device according to the present invention. Further, FIG. 2 is a diagram schematically showing an optical path of the PS polarization separation conversion device according to the first embodiment. In the present embodiment, an example of design completion based on the actually measured optical constants of the optical material is shown.
If the optical constants change, the optimum design result may deviate, but it goes without saying that the present invention is not limited to this example and can be arbitrarily changed without departing from the gist of the present invention.

【0029】本PS偏光分離変換素子10は、図1およ
び図2に示すように、断面が略長方形状に形成され、光
入射面11aと、光入射面11aに平行な光出射面11
bを有する偏光分離部群11と、偏光分離部群11の光
入射面11a側の所定の位置に配置され、光入射面11
aの所定領域への光の入射を遮断する遮光マスク12
と、偏光分離部群11の光出射面11bに対向して配置
された位相板、たとえばλ/2板(二分の一波長板)1
3を有している。ばお、図1および図2において、遮光
マスク12とλ/2板13は作図上、偏光分離部群11
の光入射面11a,光出射面11bから離れた位置に描
かれているが、どちらも素子の上に直接接着してもよ
い。
As shown in FIGS. 1 and 2, the present PS polarization separation conversion device 10 has a substantially rectangular cross section, and has a light incident surface 11a and a light emitting surface 11 parallel to the light incident surface 11a.
b, and the light incident surface 11a disposed at a predetermined position on the light incident surface 11a side of the polarization separator portion 11.
Light-blocking mask 12 for blocking the incidence of light on a predetermined area of a
And a phase plate, for example, a λ / 2 plate (half-wave plate) 1 arranged to face the light exit surface 11b of the polarization splitting unit group 11.
Have three. In FIG. 1 and FIG. 2, the shading mask 12 and the λ / 2 plate 13 are shown in FIG.
Although it is drawn at a position apart from the light incident surface 11a and the light emitting surface 11b, the both may be directly bonded onto the element.

【0030】偏光分離部群11は、光入射面111aに
対して所定の角度をもって入射する入射光IOの第1の
偏光としてのP偏光を透過させ、第2の偏光としてのS
偏光を光入射面111aから透過方向とは異なる方向に
反射する偏光分離膜111と、反射面112aが偏光分
離膜111の光入射面111aと対向するように平行に
配置され、偏光分離膜111で反射されたS偏光をP偏
光の透過方向と略平行する方向である光出射面11bに
向かって反射する反射膜112とを含む複数の偏光分離
部110とを有している。複数の偏光分離部110は、
入射光IOの入射方向(図1の左から右方向)に対して
直交する方向(図1の上下方向)に、偏光分離膜111
と反射膜112が交互に並ぶように所定間隔をおいて配
置されている。そして、各偏光分離部110の入射光I
Oの各偏光分離膜111の光入射面111aに対する入
射角度が、45度よりも大きく90度よりも小さな特定
の角度、たとえば56度に設定されている。
The polarization separation section group 11 transmits the P-polarized light as the first polarized light of the incident light IO which is incident on the light incident surface 111a at a predetermined angle, and transmits the S-polarized light as the second polarized light.
A polarization separation film 111 that reflects polarized light from the light incident surface 111a in a direction different from the transmission direction and a reflection surface 112a are arranged in parallel so as to face the light incident surface 111a of the polarization separation film 111. A plurality of polarization splitting sections 110 including a reflection film 112 that reflects the reflected S-polarized light toward the light exit surface 11b that is a direction substantially parallel to the transmission direction of the P-polarized light. The plurality of polarization separation units 110 are
In the direction (vertical direction in FIG. 1) orthogonal to the incident direction of incident light IO (from left to right in FIG. 1), the polarization separation film 111 is formed.
And the reflection films 112 are arranged at predetermined intervals so as to be alternately arranged. Then, the incident light I of each polarization separation unit 110
The incident angle of O with respect to the light incident surface 111a of each polarization separation film 111 is set to a specific angle larger than 45 degrees and smaller than 90 degrees, for example, 56 degrees.

【0031】具体的には、偏光分離部群2は、断面が略
平行四辺形および三角形の複数の透明基板(ガラス基
板)113を接着することにより構成されるが、光線の
入射角度xが45度よりも大きく90度よりも小さな特
定の角度になるよう偏光分離膜111および反射膜11
2を交互に透明基板113で挟んだ断面構造を有する。
さらに具体的には、薄い透明基板113aと厚い透明基
板113bで、互い違いに配置された偏光分離膜111
および反射膜112を挟む構造を有する。なお、透明基
板113、113a、113bには、一般的に光学ガラ
ス(BK7)が用いられる。
Specifically, the polarized light separating section group 2 is constituted by adhering a plurality of transparent substrates (glass substrates) 113 each having a cross section of substantially parallelogram and triangle, and the incident angle x of the light ray is 45. The polarization separation film 111 and the reflection film 11 are set to have a specific angle larger than 90 degrees and smaller than 90 degrees.
2 has a cross-sectional structure in which two transparent substrates are alternately sandwiched.
More specifically, the polarization separation films 111 that are alternately arranged on the thin transparent substrate 113a and the thick transparent substrate 113b.
And a structure sandwiching the reflection film 112. Optical glass (BK7) is generally used for the transparent substrates 113, 113a, 113b.

【0032】図3は、本第1の実施形態に係るPS偏光
分離変換素子10の各種構造パラメータを示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing various structural parameters of the PS polarization separation conversion device 10 according to the first embodiment.

【0033】また、偏光分離部群11は、偏光分離部1
10の偏光分離膜111への入射光の入射角度をx度
(45°<x<90°)としたとき、偏光分離部110
における偏光分離膜111と反射膜112との距離であ
る薄い透明基板113aの厚さt1 と、当該偏光分離部
110の偏光分離膜111と隣接する偏光分離部の反射
膜112または当該偏光分離膜110の反射膜112と
隣接する偏光分離部の偏光分離膜111との距離である
厚い透明基板113bの厚さt2 が、次式を満足するよ
うに構成されている。
Further, the polarization splitting unit group 11 includes the polarization splitting unit 1.
When the incident angle of the incident light on the polarization splitting film 111 of No. 10 is x degrees (45 ° <x <90 °), the polarization splitting unit 110
The thickness t 1 of the thin transparent substrate 113a, which is the distance between the polarization separation film 111 and the reflection film 112, and the reflection film 112 of the polarization separation unit adjacent to the polarization separation film 111 of the polarization separation unit 110 or the polarization separation film. The thickness t 2 of the thick transparent substrate 113b, which is the distance between the reflection film 112 of 110 and the polarization separation film 111 of the adjacent polarization separation unit, is configured to satisfy the following expression.

【0034】[0034]

【数1】 t2 /t1 =4sin2x−1 …(1)[Number 1] t 2 / t 1 = 4sin 2 x-1 ... (1)

【0035】また、偏光分離部110は、偏光分離膜1
11と反射膜112の互いに対向する領域で、光入射側
では、反射膜112で偏光分離膜111の光入射面11
1aへの入射を遮らないように反射膜112を形成して
いない領域110aが存在するように形成されている。
そして、偏光分離部110は、偏光分離膜111と反射
膜112の互いに対向する領域で、光出射側では、偏光
分離膜111で反射膜112により反射されたP偏光の
出射を遮らないように、偏光分離膜111を形成してい
ない領域110bが存在するように形成されている。
Further, the polarization separation section 110 includes the polarization separation film 1
11 and the reflection film 112, which are opposite to each other, on the light incident side, the reflection film 112 forms the light incident surface 11 of the polarization separation film 111.
It is formed so that there is a region 110a in which the reflection film 112 is not formed so as not to block the incident on 1a.
The polarization separation unit 110 is a region where the polarization separation film 111 and the reflection film 112 face each other, and on the light emission side, so as not to block the emission of the P-polarized light reflected by the reflection film 112 by the polarization separation film 111, It is formed so that there is a region 110b where the polarization separation film 111 is not formed.

【0036】また、偏光分離部110の偏光分離膜11
1への入射光の入射角度をx度(45°<x<90°)
としたとき、偏光分離部110において、偏光分離膜1
11膜を形成する領域の長さをw1 、膜を形成しない領
域の長さをw2 とすると、次式を満足するように構成さ
れている。
Further, the polarization separation film 11 of the polarization separation unit 110
The incident angle of the incident light on 1 is x degree (45 ° <x <90 °)
Then, in the polarization separation section 110, the polarization separation film 1
11 When the length of the region where the film is formed is w 1 and the length of the region where the film is not formed is w 2 , the following formula is satisfied.

【0037】[0037]

【数2】 w2 /w1 =0.5−1/2tan2x …(2)[Number 2] w 2 / w 1 = 0.5-1 / 2tan 2 x ... (2)

【0038】また、偏光分離部110の偏光分離膜11
1を透過するP偏光が通過する開口の幅と反射膜112
で反射されるS偏光が通過する開口の幅が全て同じ幅y
に設定されている。
Further, the polarization splitting film 11 of the polarization splitting unit 110.
1 and the width of the opening through which the P-polarized light that passes through
The widths of the apertures through which S-polarized light reflected by all pass are the same width y
Is set to.

【0039】上述した構成を有する偏光分離変換素子1
0においては、図2に示すように、入射光IOは主に薄
い透明基板113aの端面から入射される。一部の光は
反射膜112が形成されていない。接着剤だけがついた
透明基板接合面を通過するが、接着剤の光学定数を基板
のものとそろえることにより、この界面における反射・
屈折を抑止することが可能である。この膜が形成されて
いない領域110a,110bは、透明基板上にPBS
膜を成膜する際にマスクを施したり、成膜後にエッチン
グで膜を除去するなどにより確保することができる。
The polarization separation conversion element 1 having the above-mentioned structure
At 0, as shown in FIG. 2, the incident light IO is incident mainly from the end face of the thin transparent substrate 113a. The reflection film 112 is not formed on some of the lights. Although only the adhesive passes through the bonding surface of the transparent substrate, the optical constant of the adhesive is aligned with that of the substrate so that reflection at this interface
It is possible to suppress refraction. The regions 110a and 110b where the film is not formed are formed on the transparent substrate by PBS.
It can be ensured by applying a mask when forming the film, or removing the film by etching after forming the film.

【0040】次に、偏光分離部110の各種構造パラメ
ータについて、図3に関連付けて考察する。
Next, various structural parameters of the polarization splitting section 110 will be considered with reference to FIG.

【0041】上述したように、入射角度をx度、光が通
る開口の幅をyとして初等的三角関数を用いて記述を行
った。角度の単位は度で統一している。入射角度がxで
あるから、図3において、a1 =90°−xであり、a
2 =2x−90°と一意に決まる。開口幅をyと定義し
たことにより、2種類の透明基板113a,113bの
膜厚の和は、次式で表される。
As described above, the description is made using the elementary trigonometric function, where the incident angle is x degrees and the width of the opening through which light passes is y. The unit of angle is unified in degrees. Since the incident angle is x, a 1 = 90 ° −x in FIG.
2 = 2 × −90 °, which is uniquely determined. By defining the opening width as y, the sum of the film thicknesses of the two types of transparent substrates 113a and 113b is expressed by the following equation.

【0042】[0042]

【数3】 t1 +t2 =2ysin x …(3)[Mathematical formula-see original document] t 1 + t 2 = 2ysin x (3)

【0043】また、薄い方の透明基板113aの厚さt
1 は次のようになる。
Further, the thickness t of the thinner transparent substrate 113a
1 becomes as follows.

【0044】[0044]

【数4】 t1 =sin a1 ×y/cos (a2 )=y/2sin x …(4)(4) t 1 = sin a 1 × y / cos (a 2 ) = y / 2sin x (4)

【0045】そして、厚い方の透明基板113bの厚さ
2 は次のようになる。
The thickness t 2 of the thicker transparent substrate 113b is as follows.

【0046】[0046]

【数5】 t2 =2ysin x−y/2sin x …(5)T 2 = 2ysin xy− 2 / 2sin x (5)

【0047】薄い方の透明基板113aの厚さt1 と厚
い方の透明基板113bの厚さt2の比は、次式で表さ
れる。
The thinner the ratio of thickness t 2 of the thickness t 1 and the thicker the transparent substrate 113b of the transparent substrate 113a of is expressed by the following equation.

【0048】[0048]

【数6】 t2 /t1 =(2ysin x−y/2sin x)×2sin x/y=4sin2x−1 …(6)T 2 / t 1 = (2ysin x−y / 2sin x) × 2sin x / y = 4sin 2 x−1 (6)

【0049】偏光分離部110において、膜を形成する
領域の長さw1 、膜を形成しない領域の長さw2 は、次
のようになる。
In the polarization splitting section 110, the length w 1 of the region where the film is formed and the length w 2 of the region where the film is not formed are as follows.

【0050】[0050]

【数7】 w1 =y/cos x …(7)## EQU00007 ## w 1 = y / cos x (7)

【0051】[0051]

【数8】 w2 =ytan a2 /sin x=−y/(tan 2x×sin x) …(8)W 2 = ytan a 2 / sin x = −y / (tan 2x × sin x) (8)

【0052】そして、膜を形成する領域の長さw1 と膜
を形成しない領域の長さw2 の比は、次式で表される。
The ratio of the length w 1 of the region where the film is formed to the length w 2 of the region where the film is not formed is expressed by the following equation.

【0053】[0053]

【数9】 w2 /w1 =−1/(tan 2x×tan x)=0.5−1/2tan2x …(9)[Equation 9] w 2 / w 1 = -1 / (tan 2x × tan x) = 0.5-1 / 2tan 2 x ... (9)

【0054】ちなみに、偏光分離部群11の厚さは、次
式で与えられる。
By the way, the thickness of the polarization separation section group 11 is given by the following equation.

【0055】[0055]

【数10】 w3 +w4 =y(tan x+tan a2 ) …(10)[Mathematical formula-see original document] w 3 + w 4 = y (tan x + tan a 2 ) (10)

【0056】たとえば入射角として56度を選択した場
合には、基板厚の比がt2 /t1 =1.75となるよう
なガラス基板を用意し、w2 /w1 =0.27の関係を
満たすように偏光分離膜を成膜すればよい。
For example, when 56 degrees is selected as the incident angle, a glass substrate having a substrate thickness ratio of t 2 / t 1 = 1.75 is prepared and w 2 / w 1 = 0.27. The polarization separation film may be formed so as to satisfy the relationship.

【0057】以上本設計指針に沿ったPS偏光分離変換
素子10は、45°より大きく90°未満の特定の入射
角に対応することができる。これにより、偏光分離膜の
設計自由度が飛躍的に高まり、少ない積層数で高性能な
偏光分離膜の利用が可能になる。PS偏光分離変換素子
を現状よりもはるかに安く生産することに繋がる。
The PS polarization splitting / converting element 10 according to the above design guidelines can deal with a specific incident angle of more than 45 ° and less than 90 °. As a result, the degree of freedom in designing the polarization separation film is dramatically increased, and a high-performance polarization separation film can be used with a small number of layers. This will lead to the production of PS polarization separation conversion elements at a much lower cost than at present.

【0058】以下、このような特徴を有するPS偏光分
離変換素子10に適用可能な偏光分離部110を構成す
る偏光分離膜111の構造の一例について具体的に説明
する。なお、本実施形態では、偏光分離膜と反射膜とし
て説明してるが、反射膜はS偏光を反射可能なもであれ
ばよいことから、反射膜112として以下に説明する偏
光分離膜を採用することが可能である。
Hereinafter, an example of the structure of the polarization separation film 111 which constitutes the polarization separation section 110 applicable to the PS polarization separation conversion element 10 having such characteristics will be specifically described. Although the polarization separation film and the reflection film have been described in the present embodiment, the reflection film may be any one as long as it can reflect S-polarized light. Therefore, the polarization separation film described below is adopted as the reflection film 112. It is possible.

【0059】図4は、本発明に係る偏光分離膜の構造を
説明するための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining the structure of the polarization separation film according to the present invention.

【0060】本偏光分離膜111は、図4に示すよう
に、偏光分離膜111の光入射面111aおよび光透過
面111bに対して接するように、厚さの異なる透明基
板113aと113bとで挟むように形成されている。
As shown in FIG. 4, the present polarization separation film 111 is sandwiched between transparent substrates 113a and 113b having different thicknesses so as to be in contact with the light incident surface 111a and the light transmission surface 111b of the polarization separation film 111. Is formed.

【0061】偏光分離膜111は、入射光OIに対して
所定の屈折率を有する光学的に透明な高屈折率層Hと、
高屈折率層Hを挟むように配置された高屈折率層Hより
低い屈折率の光学的に透明な第1の低屈折率層Lおよび
第2の低屈折率層Lからなる基本構造膜LHLを含み、
この基本構造の繰り返し構造(LHL)m を有する。偏
光分離膜111の基本構造LHLの積層繰り返し回数m
は、後述するように、3以上の整数であることが望まし
く、図4は、m=3の場合を示している。
The polarization separation film 111 is an optically transparent high refractive index layer H having a predetermined refractive index with respect to the incident light OI,
A basic structure film LHL composed of an optically transparent first low-refractive index layer L and a second low-refractive index layer L having a lower refractive index than the high-refractive index layers H arranged so as to sandwich the high-refractive index layer H. Including,
It has a repeating structure (LHL) m of this basic structure. Number of repetitions of lamination of the basic structure LHL of the polarization separation film 111 m
Is preferably an integer of 3 or more, as will be described later, and FIG. 4 shows the case where m = 3.

【0062】図5は、積層繰り返し回数mが3の場合の
偏光分離素子の積層繰り返し構造を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a stacking repeating structure of the polarization separation element when the stacking repeating number m is 3.

【0063】偏光分離膜111は、図5に示すように、
たとえば光入射面111a側から第1の低屈折率層L
1、高屈折率層H、および第2の低屈折率層L2からな
る基本構造を単純に3回繰り返して積層した構造を有す
る。すなわち、光入射面111a側から第1の基本構造
膜LHL1、第2の基本構造膜LHL2、および第3の
基本構造膜LHL3が順番に積層した構造で、基本構造
になんらの補正を加える必要がなく、極めて単純な構成
となっている。そして、3層からなる基本構造膜を3つ
積層することから、単純に考察すると9層となるはずで
ある。しかし、実際には、図5に示すように、第1の基
本構造膜LHL1の第2の低屈折率層L2と第2の基本
構造膜LHL2の第1の低屈折率膜L1を共有させるよ
うに同一の層として形成できる。同様に、第2の基本構
造膜LHL2の第2の低屈折率層L2と第3の基本構造
膜LHL3の第1の低屈折率膜L1を共有させるように
同一の層として形成できる。したがって、実際の層数
は、9ではなく7となる。
The polarization separation film 111, as shown in FIG.
For example, from the light incident surface 111a side to the first low refractive index layer L
It has a structure in which the basic structure consisting of 1, the high refractive index layer H, and the second low refractive index layer L2 is simply repeated three times to be laminated. That is, the first basic structure film LHL1, the second basic structure film LHL2, and the third basic structure film LHL3 are sequentially stacked from the light incident surface 111a side, and it is necessary to add some correction to the basic structure. It has a very simple structure. Since three basic structure films each having three layers are laminated, a simple consideration should be nine layers. However, in practice, as shown in FIG. 5, the second low refractive index layer L2 of the first basic structure film LHL1 and the first low refractive index film L1 of the second basic structure film LHL2 are shared. Can be formed as the same layer. Similarly, the second low refractive index layer L2 of the second basic structure film LHL2 and the first low refractive index film L1 of the third basic structure film LHL3 can be formed as the same layer so as to be shared. Therefore, the actual number of layers is 7 instead of 9.

【0064】また、図6は、積層繰り返し回数mが4の
場合の偏光分離素子の積層繰り返し構造を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing a stacking repeating structure of the polarization separation element when the stacking repeating number m is 4.

【0065】この場合も、3層からなる基本構造膜を4
つ積層することから、単純に考察すると12層となるは
ずである。しかし、実際には、図6に示すように、第1
の基本構造膜LHL1の第2の低屈折率層L2と第2の
基本構造膜LHL2の第1の低屈折率膜L1を共有させ
るように同一の層として形成できる。同様に、第2の基
本構造膜LHL2の第2の低屈折率層L2と第3の基本
構造膜LHL3の第1の低屈折率膜L1を共有させるよ
うに同一の層として形成でき、第3の基本構造膜LHL
3の第2の低屈折率層L2と第4の基本構造膜LHL4
の第1の低屈折率膜L1を共有させるように同一の層と
して形成できる。したがって、実際の層数は、12では
なく9となる。
In this case as well, the basic structure film consisting of three layers is divided into four layers.
Since two layers are stacked, a simple consideration should be 12 layers. However, in practice, as shown in FIG.
The second low refractive index layer L2 of the basic structural film LHL1 and the first low refractive index film L1 of the second basic structural film LHL2 can be formed as the same layer so as to be shared. Similarly, the second low refractive index layer L2 of the second basic structure film LHL2 and the first low refractive index film L1 of the third basic structure film LHL3 can be formed as the same layer so as to be shared, and Basic structure film LHL
Third low refractive index layer L2 and fourth basic structure film LHL4
The first low refractive index film L1 can be formed as the same layer so as to be shared. Therefore, the actual number of layers is 9 instead of 12.

【0066】偏光分離膜111の積層数Mは、次式て与
えられる。
The number M of stacked layers of the polarization separation film 111 is given by the following equation.

【0067】[0067]

【数11】 M=3×m−(m−1) …(11)[Equation 11] M = 3 × m− (m−1) (11)

【0068】すなわち、本発明に係る偏光分離膜111
の積層数Mは、3層からな基本構造膜LHLを単純に積
層した場合に考察される数より2層だけ少なくなる。し
たがって、本発明に係る偏光分離膜111の構造は、製
造工程の簡単化、薄膜化に寄与できる。
That is, the polarization separation film 111 according to the present invention.
The number M of stacked layers is 2 layers less than the number considered when simply stacking the basic structure film LHL consisting of three layers. Therefore, the structure of the polarization splitting film 111 according to the present invention can contribute to simplification of the manufacturing process and thinning.

【0069】偏光分離膜111の高屈折率層Hは、入射
光IOの基準波長λ0 、たとえば550nmを含む所定
範囲において光学定数(屈折率)nの波長分散特性を有
し、かつ基準波長λ0 より短い所定波長以上において消
衰係数kが略ゼロに漸近する特性を有する材料により構
成される。
The high refractive index layer H of the polarization separation film 111 has a wavelength dispersion characteristic of an optical constant (refractive index) n in a predetermined range including the reference wavelength λ 0 of the incident light IO, for example, 550 nm, and the reference wavelength λ. It is made of a material having a characteristic that the extinction coefficient k gradually approaches zero at a predetermined wavelength shorter than 0 .

【0070】高屈折率層Hには、TiO2 (n=2.3
5〜2.8)やITO(n=1.95〜2.1)、Zn
O(n=1.9)、CeO2 (n=1.95)、SnO
2 (n=1.95)、Al23 (n=1.63)、L
23 (n=1.95)、ZrO2 (n=2.0
5)、Y23 (n=1.87)等が用いられる。
The high refractive index layer H contains TiO 2 (n = 2.3).
5 to 2.8), ITO (n = 1.95 to 2.1), Zn
O (n = 1.9), CeO 2 (n = 1.95), SnO
2 (n = 1.95), Al 2 O 3 (n = 1.63), L
a 2 O 3 (n = 1.95), ZrO 2 (n = 2.0
5), Y 2 O 3 (n = 1.87) and the like are used.

【0071】本実施形態では、高屈折率層Hとして、最
も屈折率の高いTiO2 を採用した例を示す。
In this embodiment, an example in which TiO 2 having the highest refractive index is adopted as the high refractive index layer H is shown.

【0072】図7は、TiO2 の光学定数(屈折率)n
の波長分散依存性を示す図である。図7において、横軸
が波長を、縦軸が光学定数(屈折率)nをそれぞれ表し
ている。図7に示すように、高屈折率層Hとして用いら
れるTiO2 は、入射光IOの基準波長λ0 =550n
mを含む所定範囲、具体的には、略380nm〜770
nmの範囲において、n=2.8〜2.35の波長分散
特性を有している。
FIG. 7 shows the optical constant (refractive index) n of TiO 2 .
It is a figure which shows the chromatic dispersion dependence of. In FIG. 7, the horizontal axis represents wavelength and the vertical axis represents optical constant (refractive index) n. As shown in FIG. 7, TiO 2 used as the high refractive index layer H has a reference wavelength λ 0 = 550n of incident light IO.
A predetermined range including m, specifically, approximately 380 nm to 770
In the range of nm, it has wavelength dispersion characteristics of n = 2.8 to 2.35.

【0073】図8は、TiO2 の光学定数(消衰係数)
kの波長分散依存性を示す図である。図8において、横
軸が波長を、縦軸が光学定数(消衰係数)kを表してい
る。図8に示すように、高屈折率層Hとして用いられる
TiO2 は、入射光IOの基準波長λ0 =550nmよ
り短い380nm近傍において消衰係数kが急激に略ゼ
ロに漸近し、波長が500nm近傍以上でゼロとなる特
性を有している。
FIG. 8 shows the optical constant (extinction coefficient) of TiO 2 .
It is a figure which shows the chromatic dispersion dependence of k. In FIG. 8, the horizontal axis represents wavelength and the vertical axis represents optical constant (extinction coefficient) k. As shown in FIG. 8, in TiO 2 used as the high refractive index layer H, the extinction coefficient k rapidly approaches zero near 380 nm, which is shorter than the reference wavelength λ 0 = 550 nm of the incident light IO, and the wavelength is 500 nm. It has the property of becoming zero in the vicinity and above.

【0074】偏光分離膜111の第1および第2の低屈
折率層L(L1,L2)は、入射光IOの基準波長、た
とえば550nmを含む所定範囲において光学定数(屈
折率)nの波長分散特性を有し、かつ略全波長域kで消
衰係数が略ゼロである材料により構成される。
The first and second low refractive index layers L (L1, L2) of the polarization separation film 111 have wavelength dispersion of an optical constant (refractive index) n in a predetermined range including the reference wavelength of the incident light IO, for example, 550 nm. It is made of a material having characteristics and having an extinction coefficient of substantially zero in substantially the entire wavelength range k.

【0075】低屈折率層2には、SiO2 (n=1.4
54〜1.473)やMgF2 (n=1.38)、Li
F(n=1.4)、AlF3 (n=1.4)、Na3
lF 6 (n=1.33)等が用いられる。
The low refractive index layer 2 is made of SiO.2 (N = 1.4
54-1.473) and MgF2 (N = 1.38), Li
F (n = 1.4), AlF3 (N = 1.4), Na3 A
IF 6 (N = 1.33) or the like is used.

【0076】本実施形態では、低屈折率層Lとして、S
iO2 を採用した例を示す。
In this embodiment, as the low refractive index layer L, S
An example in which iO 2 is adopted is shown.

【0077】図9は、SiO2 の光学定数(屈折率)n
の波長分散依存性を示す図である。図9において、横軸
が波長を、縦軸が光学定数(屈折率)nをそれぞれ表し
ている。図9に示すように、低屈折率層Lとして用いら
れるSiO2 は、入射光IOの基準波長λ0 =550n
mを含む所定範囲、具体的には、略380nm〜770
nmの範囲において、n=1.473〜1.454の波
長分散特性を有している。
FIG. 9 shows the optical constant (refractive index) n of SiO 2 .
It is a figure which shows the chromatic dispersion dependence of. In FIG. 9, the horizontal axis represents wavelength and the vertical axis represents optical constant (refractive index) n. As shown in FIG. 9, SiO 2 used as the low refractive index layer L has a reference wavelength λ 0 = 550n of the incident light IO.
A predetermined range including m, specifically, approximately 380 nm to 770
It has a wavelength dispersion characteristic of n = 1.473 to 1.454 in the range of nm.

【0078】また、SiO2 の消衰係数kは全波長域で
ゼロであり、SiO2 膜による吸収はない。
[0078] In addition, the extinction coefficient k of SiO 2 is a zero in the entire wavelength range, there is no absorption by the SiO 2 film.

【0079】偏光分離膜111の高屈折率層Hの厚さ
h、並びに第1の低屈折率層Lおよび第2の低屈折率層
Lの厚さlは、入射光の基準波長、たとえば550nm
に基づいて設定されている。具体的には、入射光の基準
波長λ0 =550nmとするとき、高屈折率層Hの厚さ
h、並びに第1の低屈折率層Lおよび第2の低屈折率層
Lの厚さlは、基準波長λ0 を所定の整数で除した値、
たとえばλ0 /4に相当する光学的厚さに設定されてい
The thickness h of the high-refractive index layer H and the thickness l of the first low-refractive index layer L and the second low-refractive index layer L of the polarization separation film 111 are determined by the reference wavelength of incident light, for example, 550 nm.
It is set based on. Specifically, when the reference wavelength λ 0 of incident light is 550 nm, the thickness h of the high refractive index layer H and the thickness l of the first low refractive index layer L and the second low refractive index layer L are set. Is a value obtained by dividing the reference wavelength λ 0 by a predetermined integer,
It is set to an optical thickness for example corresponding to lambda 0/4

【0080】このように、偏光分離膜111の高屈折率
層Hの厚さ、並びに第1の低屈折率層Lおよび第2の低
屈折率層Lの厚さは、λ0 /4相当の光学的厚さであ
る。高屈折率材料としてTiO2 (基準波長λ0 でn=
2.44)を、低屈折率材料としてSiO2 (基準波長
λ0 でn=1.46)をそれぞれ用いると、hは56.
4nm、lは94.2nmとなり、繰り返し1回分あた
りの膜厚は約250nmとなる。たとえば、膜の繰り返
し回数mを4として場合には、上述したように積層数M
は僅かに9層であり膜厚は1μmにすぎない。そして、
本実施形態においては、入射光IOの偏光分離膜111
の光入射面111aへの入射角度θの中心値が56度近
傍に設定されている。
[0080] Thus, the high refractive index layer thickness of H of the polarization separation film 111, and the thickness of the first low refractive index layer L and the second low refractive index layer L is, lambda 0/4 equivalent Optical thickness. As a high-refractive index material, TiO 2 (n = at reference wavelength λ 0
2.44) and SiO 2 (n = 1.46 at the reference wavelength λ 0 ) as the low refractive index material, h is 56.
4 nm and l are 94.2 nm, and the film thickness per one repetition is about 250 nm. For example, when the number of repetitions m of the film is set to 4, the number of layers M is increased as described above.
Is only 9 layers and the film thickness is only 1 μm. And
In this embodiment, the polarization separation film 111 for the incident light IO is used.
The center value of the incident angle θ on the light incident surface 111a is set to near 56 degrees.

【0081】透明基板113a,113bとしては、た
とえば光学定数(屈折率)nが1.52のガラス(BK
7)が用いられる。
As the transparent substrates 113a and 113b, for example, glass (BK having an optical constant (refractive index) n of 1.52) is used.
7) is used.

【0082】このように、本実施形態においては、透明
基板113a,113bとして、たとえば光学定数(屈
折率)nが1.52のガラスが用いられることから、透
明基板の屈折率n3と、偏光分離膜111の高屈折率層
Hの屈折率n(H)と、低屈折率層Lの屈折率n(L)
との関係は、次のようになる。
As described above, in this embodiment, since the glass having the optical constant (refractive index) n of 1.52 is used as the transparent substrates 113a and 113b, the refractive index n3 of the transparent substrate and the polarized light separation are obtained. The refractive index n (H) of the high refractive index layer H and the refractive index n (L) of the low refractive index layer L of the film 111
The relationship with is as follows.

【0083】[0083]

【数12】 n(L)<n3<n(H) …(12)[Equation 12]           n (L) <n3 <n (H) (12)

【0084】すなわち、本実施形態においては、偏光分
離膜111の高屈折率層Hの屈折率n(H)は、透明基
板3の屈折率n3より高く設定され、第1および第2の
低屈折率層Lの屈折率n(L)透明基板3の屈折率n3
より低く設定されている。
That is, in this embodiment, the refractive index n (H) of the high refractive index layer H of the polarization separation film 111 is set higher than the refractive index n3 of the transparent substrate 3, and the first and second low refractive indexes are set. Refractive index n (L) of the refractive index layer L Refractive index n3 of the transparent substrate 3
It is set lower.

【0085】以上説明したような構成を有するPS偏光
分離変換素子10においては、たとえば基準波長λ0
550nmの入射光IOが透明基板113aの図1中の
左側面から入射される。そして、第1の偏光としてのP
偏光および第2の偏光としてのS偏光を含む入射光は透
明基板113aを伝搬されて偏光分離膜111の光入射
面111aに到達し、光入射面111aに対して所定角
度、好適には56度をもって偏光分離膜111に入射さ
れる。偏光分離膜111に入射した光は、第1の基本構
造膜LHL1、第2の基本構造膜LHL2、第3の基本
構造膜LHL3を伝搬されていくが、S偏光は、たとえ
ば第2の基本構造膜LHL2と第3の基本構造膜LHL
3との境界である低屈折率層Lで伝搬方向(透過方向)
に対して所定角度をもって反射され、透明基板3aを伝
搬されて反射膜112に到達する。P偏光は、さらに直
進して第3の基本構造膜LHL3を透過し、光透過面1
11bから出射され、透明基板3を伝搬されて図1中の
右側面(光出射面)11bから出射される。一方、反射
膜112に到達したS偏光は、反射膜112で反射さ
れ、偏光分離膜111のP偏光の透過方向と略平行する
方向に出射され、λ/2板13に入射される。そして、
λ/2板13でS偏光がP偏光に変換され、PS偏光分
離変換素子10からはP偏光に偏光方向が揃えられて出
射される。
In the PS polarization splitting / converting element 10 having the above-described configuration, for example, the incident light IO having the reference wavelength λ 0 of 550 nm is incident from the left side surface of the transparent substrate 113a in FIG. Then, P as the first polarized light
Incident light including polarized light and S-polarized light as the second polarized light is propagated through the transparent substrate 113a and reaches the light incident surface 111a of the polarization separation film 111, and is at a predetermined angle with respect to the light incident surface 111a, preferably 56 degrees. Is incident on the polarization separation film 111. The light that has entered the polarization separation film 111 propagates through the first basic structure film LHL1, the second basic structure film LHL2, and the third basic structure film LHL3, while the S-polarized light has, for example, the second basic structure film. The film LHL2 and the third basic structure film LHL
Propagation direction (transmission direction) in the low-refractive index layer L which is the boundary with
Is reflected at a predetermined angle with respect to, propagates through the transparent substrate 3a, and reaches the reflection film 112. The P-polarized light goes further straight, passes through the third basic structure film LHL3, and passes through the light transmitting surface 1
It is emitted from 11b, propagated through the transparent substrate 3, and emitted from the right side surface (light emission surface) 11b in FIG. On the other hand, the S-polarized light that has reached the reflection film 112 is reflected by the reflection film 112, is emitted in a direction substantially parallel to the transmission direction of the P-polarized light of the polarization separation film 111, and is incident on the λ / 2 plate 13. And
The λ / 2 plate 13 converts the S-polarized light into P-polarized light, and the P-polarized light separating / converting element 10 outputs the P-polarized light with its polarization direction aligned.

【0086】このようにして、偏光分離膜111でP偏
光とS偏光とが分離されるが、本実施形態においては、
入射光IOの偏光分離膜111の光入射面111aへの
入射角度の中心値が56度近傍に設定されている。以下
に、偏光分離膜111における基本構造膜LHLの繰り
返し回数m、および入射光IOの偏光分離膜111への
入射角度について、図面に関連付け順を追って説明す
る。
In this way, the P-polarized light and the S-polarized light are separated by the polarization separation film 111, but in the present embodiment,
The center value of the incident angle of the incident light IO on the light incident surface 111a of the polarization separation film 111 is set to around 56 degrees. The number m of repetitions of the basic structure film LHL in the polarization splitting film 111 and the incident angle of the incident light IO on the polarization splitting film 111 will be described below in association with the drawings.

【0087】まず、偏光分離膜111における基本構造
膜LHLの繰り返し回数mについて考察する。
First, the number of repetitions m of the basic structure film LHL in the polarization separation film 111 will be considered.

【0088】図10は、繰り返し回数mが3〜7におけ
るP偏光透過率の波長依存性を示す図であり、図11
は、繰り返し回数mが1,2におけるP偏光透過率の波
長依存性を示す図である。また、図12、繰り返し回数
mが3〜7におけるP偏光反射率の波長依存性を示す図
であり、図13は、繰り返し回数mが1,2におけるP
偏光反射率の波長依存性を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing the wavelength dependence of the P-polarized light transmittance when the number of repetitions m is 3 to 7.
FIG. 3 is a diagram showing wavelength dependence of P-polarized light transmittance when the number of repetitions m is 1 and 2. FIG. 12 is a diagram showing the wavelength dependence of the P polarized light reflectance when the number of repetitions m is 3 to 7, and FIG. 13 is P when the number of repetitions m is 1 and 2.
It is a figure which shows the wavelength dependence of polarized light reflectance.

【0089】図10および図11において、横軸が波長
を、縦軸が透過率をそれぞれ表している。また、図12
および図13において、横軸が波長を、縦軸が反射率を
それぞれ表している。図10および図12において、そ
れぞれで示す実線が繰り返し回数m=3の場合の透過
率特性および反射率特性を示し、で示す破線が繰り返
し回数m=4の場合の透過率特性および反射率特性を示
し、で示す破線が繰り返し回数m=5の場合の透過率
特性および反射率特性を示し、で示す破線が繰り返し
回数m=6の場合の透過率特性および反射率特性を示
し、で示す一点鎖線が繰り返し回数m=7の場合の透
過率特性および反射率特性を示している。また、図11
および図13において、それぞれで示す実線が繰り返
し回数m=1の場合の透過率特性および反射率特性を示
し、で示す破線が繰り返し回数m=2の場合の透過率
特性および反射率特性を示している。
10 and 11, the horizontal axis represents wavelength and the vertical axis represents transmittance. In addition, FIG.
In FIG. 13 and FIG. 13, the horizontal axis represents wavelength and the vertical axis represents reflectance. In FIG. 10 and FIG. 12, solid lines respectively indicate the transmittance characteristics and reflectance characteristics when the number of repetitions m = 3, and broken lines indicate the transmittance characteristics and the reflectance characteristics when the number of repetitions m = 4. In the figure, the broken line indicated by indicates the transmittance characteristic and the reflectance characteristic when the number of repetitions m = 5, and the broken line indicates the transmittance characteristic and the reflectance characteristic when the number of repetitions m = 6. Shows the transmittance characteristic and the reflectance characteristic when the number of repetitions m = 7. In addition, FIG.
In FIG. 13 and FIG. 13, the solid line indicates the transmittance characteristic and the reflectance characteristic when the number of repetitions m = 1, and the broken line indicates the transmittance characteristic and the reflectance characteristic when the number of repetitions m = 2. There is.

【0090】図11〜図13からわかるように、本実施
形態に係る偏光分離膜111において、第1の偏光とし
てのP偏光の反射はごくわずかであり、波長400nm
以上では大部分が偏光分離素子膜を透過する。図10お
よび図11から、繰り返し回数mが増えるにつれて、偏
光分離素子膜を透過し始める波長が長波長側にシフトす
る傾向がうかがえる。
As can be seen from FIGS. 11 to 13, in the polarization splitting film 111 according to the present embodiment, the reflection of P-polarized light as the first polarized light is very small, and the wavelength of 400 nm.
In the above, most of the light is transmitted through the polarization separation element film. From FIGS. 10 and 11, it can be seen that as the number of repetitions m increases, the wavelength at which the polarization separation element film starts to be transmitted shifts to the long wavelength side.

【0091】図14は、繰り返し回数mが3〜7におけ
るS偏光透過率の波長依存性を示す図であり、図15
は、繰り返し回数mが1,2におけるS偏光透過率の波
長依存性を示す図である。また、図16は、繰り返し回
数mが3〜7におけるS偏光反射率の波長依存性を示す
図であり、図17は、繰り返し回数mが1,2における
S偏光反射率の波長依存性を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing the wavelength dependence of the S-polarized light transmittance when the number of repetitions m is 3 to 7.
FIG. 4 is a diagram showing wavelength dependency of S-polarized light transmittance when the number of repetitions m is 1 and 2. 16 is a diagram showing the wavelength dependence of the S-polarized reflectance when the number of repetitions m is 3 to 7, and FIG. 17 shows the wavelength dependency of the S-polarized reflectance when the number of repetitions m is 1 and 2. It is a figure.

【0092】図14および図15において、横軸が波長
を、縦軸が透過率をそれぞれ表している。また、図16
および図17において、横軸が波長を、縦軸が反射率を
それぞれ表している。図14および図16において、そ
れぞれで示す実線が繰り返し回数m=3の場合の透過
率特性および反射率特性を示し、で示す破線が繰り返
し回数m=4の場合の透過率特性および反射率特性を示
し、で示す破線が繰り返し回数m=5の場合の透過率
特性および反射率特性を示し、で示す破線が繰り返し
回数m=6の場合の透過率特性および反射率特性を示
し、で示す一点鎖線が繰り返し回数m=7の場合の透
過率特性および反射率特性を示している。また、図15
および図17において、それぞれで示す実線が繰り返
し回数m=1の場合の透過率特性および反射率特性を示
し、で示す破線が繰り返し回数m=2の場合の透過率
特性および反射率特性を示している。
14 and 15, the horizontal axis represents wavelength and the vertical axis represents transmittance. In addition, FIG.
In FIG. 17 and FIG. 17, the horizontal axis represents wavelength and the vertical axis represents reflectance. In FIGS. 14 and 16, the solid line indicates the transmittance characteristic and the reflectance characteristic when the number of repetitions m = 3, and the broken line indicates the transmittance characteristic and the reflectance characteristic when the number of repetitions m = 4. In the figure, the broken line indicated by indicates the transmittance characteristic and the reflectance characteristic when the number of repetitions m = 5, and the broken line indicates the transmittance characteristic and the reflectance characteristic when the number of repetitions m = 6. Shows the transmittance characteristic and the reflectance characteristic when the number of repetitions m = 7. In addition, FIG.
In FIG. 17 and FIG. 17, the solid line indicates the transmittance characteristic and the reflectance characteristic when the number of repetitions is m = 1, and the broken line indicates the transmittance characteristic and the reflectance characteristic when the number of repetitions is m = 2. There is.

【0093】図17からわかるように、繰り返し回数m
が1の場合には、S偏光の反射率が最高でも70%より
低く実用に即さない。これに対して図14〜図17から
わかるように、繰り返し回数mが2以上の場合には、波
長400nm〜720nm程度の範囲で殆ど反射され、
透過できないことが明らかである。繰り返し回数mを増
やすと、不透過域上限のエッジが急峻になる。
As can be seen from FIG. 17, the number of repetitions m
When the value is 1, the reflectance of S-polarized light is lower than 70% at maximum, which is not practical. On the other hand, as can be seen from FIGS. 14 to 17, when the number of repetitions m is 2 or more, most of the light is reflected in the wavelength range of 400 nm to 720 nm,
It is clear that it cannot penetrate. When the number of repetitions m is increased, the upper edge of the opaque region becomes steep.

【0094】以上の図10〜図17の特性から考察する
と、本実施形態に係る偏光分離膜111は、400nm
以上の150nm〜300nmの範囲でP偏光とS偏光
とを高い精度で分離し得る。ここで、偏光ビームスプリ
ッタの特性として、P偏光の透過率83%以上、かつS
偏光の透過率5%以下を想定すると、積層繰り返し回数
mは、上述した図10〜図17の特性から考察すると、
3以上7以下の整数であることが望ましい。この場合、
400nm〜700nmという極めて広い波長域に対応
しうる偏光ビームスプリッタを実現できる。
Considering the characteristics shown in FIGS. 10 to 17, the polarization separation film 111 according to the present embodiment is 400 nm thick.
P-polarized light and S-polarized light can be separated with high accuracy in the above range of 150 nm to 300 nm. Here, as the characteristics of the polarization beam splitter, the transmittance of P-polarized light is 83% or more, and S
Assuming that the transmittance of polarized light is 5% or less, the number m of stacking repetitions is considered from the characteristics of FIGS.
It is preferably an integer of 3 or more and 7 or less. in this case,
It is possible to realize a polarization beam splitter capable of supporting an extremely wide wavelength range of 400 nm to 700 nm.

【0095】図18は、P偏光の透過率83%以上、か
つS偏光の透過率5%以下の条件を満足する連続した波
長範囲の幅を評価関数に用いた場合の、偏光分離可能波
長幅の繰り返し回数依存性を示す図である。図18にお
いて、横軸が繰り返し回数mを、縦軸が偏光分離可能波
長幅をそれぞれ表している。
FIG. 18 shows the wavelength widths that can be separated by polarization when the width of a continuous wavelength range satisfying the conditions of the transmittance of P-polarized light of 83% or more and the transmittance of S-polarized light of 5% or less is used as the evaluation function. It is a figure which shows the repetition frequency dependence of. In FIG. 18, the horizontal axis represents the number of repetitions m, and the vertical axis represents the polarization separable wavelength width.

【0096】図18からわかるように、ある波長幅に対
応しうる偏光ビームスプリッタを実現する場合、偏光分
離膜111の基本構造の繰り返し回数mは、2以上であ
れば良く、400nm〜700nmという極めて広い波
長域に対応しうる偏光ビームスプリッタを実現するため
には、繰り返し回数mは、3以上(図18のデータでは
10まで)であることが望ましく、好適には、上述した
ように、3以上7以下の整数であることが望ましい。
As can be seen from FIG. 18, in order to realize a polarization beam splitter capable of supporting a certain wavelength width, the number of repetitions m of the basic structure of the polarization separation film 111 should be 2 or more, which is 400 nm to 700 nm. In order to realize a polarization beam splitter capable of supporting a wide wavelength range, the number of repetitions m is preferably 3 or more (up to 10 in the data of FIG. 18), and preferably 3 or more as described above. It is preferably an integer of 7 or less.

【0097】また、図18からわかるように、m=5の
当たりにピークがあり、以後僅かに減少していく傾向が
ある。したがって、実用的には、繰り返し回数mは4ま
たは5で十分である。
Further, as can be seen from FIG. 18, there is a peak around m = 5, and there is a tendency that the peak decreases slightly thereafter. Therefore, practically, the number of repetitions m of 4 or 5 is sufficient.

【0098】図19は、積層繰り返し回数mが4の場合
のP偏光およびS偏光の透過率の波長依存性を示す図で
ある。図19において、横軸が波長を、縦軸が透過率を
それぞれ表している。また、図19において、破線がP
偏光の透過率特性を示し、実線がS偏光の透過率特性を
示している。
FIG. 19 is a diagram showing the wavelength dependence of the transmittance of P-polarized light and S-polarized light when the number of times m of stacking is repeated is 4. In FIG. 19, the horizontal axis represents wavelength and the vertical axis represents transmittance. Further, in FIG. 19, the broken line is P
The transmittance characteristic of polarized light is shown, and the solid line shows the transmittance characteristic of S polarized light.

【0099】図19に示すように、積層繰り返し回数m
を4とした場合、偏光ビームスプリッタの特性として、
P偏光の透過率83%以上、かつS偏光の透過率5%以
下を想定すると、400nm〜700nmという極めて
広い波長域に対応でき、極めて実用的な偏光ビームスプ
リッタを実現できる。
As shown in FIG. 19, the number of stacking repetitions m
When 4 is set as the characteristic of the polarization beam splitter,
Assuming that the transmittance of P-polarized light is 83% or more and the transmittance of S-polarized light is 5% or less, an extremely wide wavelength range of 400 nm to 700 nm can be supported, and a very practical polarization beam splitter can be realized.

【0100】次に、入射光IOの偏光分離膜111への
入射角度について考察する。本実施形態では、上述した
ように、入射光IOの偏光分離膜111の光入射面11
1aへの入射角度θの中心値が56度近傍に設定されて
いる。
Next, the incident angle of the incident light IO on the polarization separation film 111 will be considered. In the present embodiment, as described above, the light incident surface 11 of the polarization separation film 111 for the incident light IO.
The center value of the incident angle θ to 1a is set near 56 degrees.

【0101】実用的には、最適入射角56度近傍から多
少ずれた光線であっても、偏光分離ができた方が望まし
いことは言うまでもない。
Needless to say, in practice, it is desirable that the polarized light can be separated even for a light beam that is slightly deviated from the vicinity of the optimum incident angle of 56 degrees.

【0102】図20は、偏光分離可能波長幅の入射角度
依存性を示す図である。図20において、横軸が中心角
度からのずれを、縦軸が偏光分離可能波長幅をそれぞれ
表している。図20からわかるように、入射角度の中心
値から±5度程度ずれた角度で入射された光線であって
150nm〜300nmの波長範囲で偏光分離を実現で
きる。
FIG. 20 is a diagram showing the incident angle dependence of the polarization separable wavelength width. In FIG. 20, the horizontal axis represents the deviation from the central angle, and the vertical axis represents the polarization separable wavelength width. As can be seen from FIG. 20, it is possible to realize polarized light separation in a wavelength range of 150 nm to 300 nm, which is a light beam that is incident at an angle that is deviated from the center value of the incident angle by approximately ± 5 degrees.

【0103】最適条件から±3度ずれた場合、並びに±
5度ずれた場合のP偏光およびS偏光の透過率の波長依
存性のシミュレーション結果を図21〜図24に示す。
When the deviation is ± 3 degrees from the optimum condition, and ±
21 to 24 show the simulation results of the wavelength dependence of the transmittances of P-polarized light and S-polarized light when they are deviated by 5 degrees.

【0104】図21は、繰り返し回数mが4である偏光
分離素子への入射光IOの入射角度が最適条件56度か
ら+3度ずれた場合のP偏光およびS偏光の透過率の波
長依存性を示す図であり、図22は、繰り返し回数mが
4である偏光分離素子への入射光IOの入射角度が最適
条件56度から−3度ずれた場合のP偏光およびS偏光
の透過率の波長依存性を示す図であり、図23は、繰り
返し回数mが4である偏光分離素子への入射光IOの入
射角度が最適条件56度から+5度ずれた場合のP偏光
およびS偏光の透過率の波長依存性を示す図であり、図
24は、繰り返し回数mが4である偏光分離素子への入
射光IOの入射角度が最適条件56度から−5度ずれた
場合のP偏光およびS偏光の透過率の波長依存性を示す
図である。
FIG. 21 shows the wavelength dependence of the transmittance of P-polarized light and S-polarized light when the incident angle of the incident light IO on the polarization beam splitter with the number of repetitions m of 4 deviates by +3 degrees from the optimum condition of 56 degrees. FIG. 22 is a diagram showing the wavelengths of the transmittances of P-polarized light and S-polarized light when the incident angle of the incident light IO on the polarization beam splitting element having the number of repetitions m of 4 deviates from the optimum condition of 56 degrees by −3 degrees FIG. 23 is a diagram showing the dependence, and FIG. 23 is a transmittance of P-polarized light and S-polarized light when the incident angle of the incident light IO to the polarization beam splitting element with the number of repetitions m of 4 deviates by +5 degrees from the optimum condition of 56 degrees 24 is a diagram showing the wavelength dependence of P polarization and S polarization in the case where the incident angle of the incident light IO on the polarization separation element having the number of repetitions m of 4 deviates by −5 degrees from the optimum condition of 56 degrees. It is a figure which shows the wavelength dependence of the transmittance of a.

【0105】図21〜図24において、横軸が波長を、
縦軸が透過率をそれぞれ表している。また、図21〜図
24において、破線がP偏光の透過率特性を示し、実線
がS偏光の透過率特性を示している。
21 to 24, the horizontal axis represents wavelength,
The vertical axis represents the transmittance. Further, in FIGS. 21 to 24, the broken line shows the transmittance characteristic of P-polarized light, and the solid line shows the transmittance characteristic of S-polarized light.

【0106】図21および図22からわかるように、最
適条件から±3度ずれた入射角度59度および56度の
場合、最適条件下の特性を示す図19に比べて、多少波
形が乱れているが、なお広波長域に亘ってP偏光の透過
率83%以上、かつS偏光の透過率5%以下の条件を満
たしている。
As can be seen from FIGS. 21 and 22, when the incident angles are 59 ° and 56 ° which are deviated from the optimum condition by ± 3 °, the waveform is slightly disturbed as compared with FIG. 19 showing the characteristic under the optimum condition. However, the condition that the transmittance of P-polarized light is 83% or more and the transmittance of S-polarized light is 5% or less is satisfied over a wide wavelength range.

【0107】また、図23および図24からわかるよう
に、最適条件から±5度ずれた入射角度61度および5
1度の場合、最適条件下の特性を示す図19に比べて、
さらに波形が乱れているが、±3度ずれた場合に比べて
狭まるものの、なお広波長域に亘ってP偏光の透過率8
3%以上、かつS偏光の透過率5%以下の条件を満たし
ている。
As can be seen from FIGS. 23 and 24, the incident angles 61 ° and 5 ° deviated from the optimum condition by ± 5 °.
In the case of 1 degree, compared to FIG. 19 showing the characteristic under the optimum condition,
Furthermore, the waveform is disturbed, but it becomes narrower than when it is deviated by ± 3 degrees, but the transmittance of P-polarized light is still 8 over a wide wavelength range.
The conditions of 3% or more and S-polarized light transmittance of 5% or less are satisfied.

【0108】以上説明したように、本第1の実施形態に
よれば、偏光分離部110における偏光分離膜111と
反射膜112との距離(たとえば透明基板113aの厚
さ)t1 と、偏光分離部110の偏光分離膜111と隣
接する偏光分離部の反射膜112または偏光分離部11
0の反射膜112と隣接する偏光分離部の偏光分離膜1
11との距離(たとえば透明基板113bの厚さ)t2
が、偏光分離膜への入射角度をx度(45°<x<90
°)としたとき、t2 /t1 =4sin2x−1なる関係を
満たし、光路を確保するため、たとえば透明基板上に膜
をつけない領域110a,110bを確保し、さらに偏
光分離部110において、膜を形成する領域の長さをw
1 、膜を形成しない領域の長さをw2 とすると、w2
1 =0.5−1/2tan2xを満たすように構成したの
で、45°より大きく90°未満の特定の入射角に対応
することができる。これにより、偏光分離膜の設計自由
度が飛躍的に高まり、少ない積層数で高性能な偏光分離
膜の利用が可能になる。PS偏光分離変換素子を現状よ
りもはるかに安く生産することに繋がるという利点があ
る。
As described above, according to the first embodiment, the distance (for example, the thickness of the transparent substrate 113a) t 1 between the polarization separation film 111 and the reflection film 112 in the polarization separation unit 110, and the polarization separation. The polarization separation film 111 of the part 110 and the reflection film 112 of the polarization separation part adjacent to the polarization separation film 111 or the polarization separation part 11
Polarization separation film 1 of the polarization separation unit adjacent to the 0 reflection film 112
Distance from 11 (for example, thickness of transparent substrate 113b) t 2
However, the incident angle to the polarization separation film is x degrees (45 ° <x <90
°), the relationship of t 2 / t 1 = 4sin 2 x−1 is satisfied, and in order to secure the optical path, for example, the regions 110a and 110b where no film is formed are secured on the transparent substrate, and the polarization separation unit 110 is further secured. Where, the length of the region forming the film is w
1 and w 2 is the length of the region where the film is not formed, w 2 /
Since it is configured to satisfy w 1 = 0.5−½tan 2 x, it is possible to cope with a specific incident angle of more than 45 ° and less than 90 °. As a result, the degree of freedom in designing the polarization separation film is dramatically increased, and a high-performance polarization separation film can be used with a small number of layers. There is an advantage that it leads to the production of the PS polarization separation conversion element at a much lower cost than the current state.

【0109】また、本第1の実施形態によれば、偏光分
離膜111を、入射光OIに対して所定の屈折率を有す
る光学的に透明な高屈折率層Hと、高屈折率層Hを挟む
ように配置された高屈折率層Hより低い屈折率の光学的
に透明な第1の低屈折率層Lおよび第2の低屈折率層L
からなる基本構造膜LHLを含み、この基本構造の繰り
返し構造(LHL)m (ただしmは2以上の整数で、好
適には3〜7)を有するようにしたので、膜構成は極め
て単純、かつ必要な層の数が少なくて済むために安価な
製造が可能となる利点がある。そしてこの構成を用いれ
ば、偏光分離変換素子が組みこまれた光学素子全体の価
格が下がることにもつながる。
Further, according to the first embodiment, the polarization separation film 111 includes the optically transparent high refractive index layer H having a predetermined refractive index with respect to the incident light OI and the high refractive index layer H. Optically transparent first low-refractive index layer L and second low-refractive index layer L having a lower refractive index than the high-refractive index layer H arranged so as to sandwich
Since it has a basic structure film LHL consisting of, and has a repeating structure (LHL) m (where m is an integer of 2 or more, preferably 3 to 7) of this basic structure, the film structure is extremely simple and It has the advantage of being able to be manufactured at low cost, since the number of layers required is small. If this configuration is used, the cost of the entire optical element incorporating the polarization separation conversion element can be reduced.

【0110】また、本偏光分離素子は入射角56度にお
いて優れた偏光分離特性を持つ。また、偏光分離膜11
1の低屈折率材料としてSiO2 (n=1.46)を、
高屈折率材料としてTiO2 (n=2.44)を各々用
いると、Lは94.2nm・Hは56.4nmとなり、
繰り返し1回分あたりの膜厚は約250nmとなる。透
明基板としては一般的光学ガラス(BK7)を使用する
ことができ、この素子は56度近傍の角度での入射光に
対し最大限の偏光分離性能を示す。これらの組み合わせ
の場合は、上述の基本構造になんらの補正を加える必要
がなく、極めて単純な構成で高い性能が得られる。ま
た、膜の繰り返し回数mは実用上4で十分であり、この
時の積層数は僅かに9層であり膜厚は1μmにすぎな
い。以上のように構成された本発明に係る偏光分離変換
素子は高い生産性を有し、大量生産により安価に市場に
提供できることになる。
Further, this polarization separation element has excellent polarization separation characteristics at an incident angle of 56 degrees. In addition, the polarization separation film 11
SiO 2 (n = 1.46) as a low refractive index material of 1,
When TiO 2 (n = 2.44) is used as the high refractive index material, L is 94.2 nm and H is 56.4 nm,
The film thickness per one repetition is about 250 nm. A common optical glass (BK7) can be used as the transparent substrate, and this element exhibits the maximum polarization separation performance for incident light at an angle near 56 degrees. In the case of these combinations, it is not necessary to make any correction to the basic structure described above, and high performance can be obtained with an extremely simple configuration. Further, the number of repetitions m of the film is practically sufficient to be 4, and the number of laminated layers at this time is only 9 layers and the film thickness is only 1 μm. The polarization separation conversion element according to the present invention configured as described above has high productivity and can be provided to the market at low cost by mass production.

【0111】第2実施形態 図25は、本発明に係るPS偏光分離変換素子の第2の
実施形態を模式的に示す構成図である。
Second Embodiment FIG. 25 is a schematic diagram showing a second embodiment of a PS polarization separation conversion device according to the present invention.

【0112】本第2の実施形態が上述した第1の実施形
態と異なる点は、図25に示すように、偏光分離部11
Aにおいて、偏光分離膜111と反射膜112とを同じ
厚さの透明基板114により略等間隔で交互に配置し、
かつ、光路を確保するための透明基板上に膜をつけない
領域110a,110bを設けない構成としたことにあ
る。なお、偏光分離膜111としては、第1の実施形態
のものと同様のものを用いている。
The difference of the second embodiment from the above-mentioned first embodiment is that, as shown in FIG.
In A, the polarization separation films 111 and the reflection films 112 are alternately arranged at substantially equal intervals by the transparent substrate 114 having the same thickness,
In addition, the regions 110a and 110b without the film are not provided on the transparent substrate for ensuring the optical path. The polarization separation film 111 is the same as that of the first embodiment.

【0113】本第2の実施形態によれば、45°より大
きく90°未満の特定の入射角に対応することができる
ことはもとより、偏光分離部群11Aの厚さを薄くで
き、ひいては、偏光分離変換素子の薄型化を図れる利点
がある。
According to the second embodiment, not only is it possible to deal with a specific incident angle of more than 45 ° and less than 90 °, but also the thickness of the polarization separation section group 11A can be reduced, which in turn results in polarization separation. There is an advantage that the conversion element can be thinned.

【0114】[0114]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
低価格を図れ、しかも精度高く偏光の分離変換すること
が可能な偏光分離変換素子を実現できる利点がある。す
なわち、45°より大きく90°未満の特定の入射角に
対応することができ、その結果、偏光分離膜の設計自由
度が飛躍的に高まり、少ない積層数で高性能な偏光分離
膜の利用が可能になる。したがって、偏光分離変換素子
を現状よりもはるかに安く生産することに繋がる。
As described above, according to the present invention,
There is an advantage that it is possible to realize a polarization splitting / converting element that can be manufactured at a low price and that can split and convert polarized light with high accuracy. That is, it is possible to deal with a specific incident angle of more than 45 ° and less than 90 °, and as a result, the degree of freedom in designing the polarization separation film is dramatically increased, and the use of a high-performance polarization separation film with a small number of layers is possible. It will be possible. Therefore, the polarization separation conversion element can be manufactured at a much lower cost than the current one.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係るPS偏光分離変換素子の第1の実
施形態を模式的に示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a first embodiment of a PS polarization separation conversion device according to the present invention.

【図2】本第1の実施形態に係るPS偏光分離変換素子
の光路を模式的に示す図である。
FIG. 2 is a diagram schematically showing an optical path of a PS polarization separation conversion device according to the first embodiment.

【図3】本第1の実施形態に係るPS偏光分離変換素子
の各種構造パラメータを示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing various structural parameters of the PS polarization separation conversion element according to the first embodiment.

【図4】本発明に係る偏光分離膜の構造を説明するため
の図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining the structure of a polarization separation film according to the present invention.

【図5】積層繰り返し回数mが3の場合の偏光分離素子
の積層繰り返し構造を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a stacking repeating structure of a polarization separation element in the case where the stacking repeating number m is 3.

【図6】積層繰り返し回数mが4の場合の偏光分離素子
の積層繰り返し構造を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a stacking repeating structure of a polarization separation element when the stacking repeating number m is 4.

【図7】TiO2 の光学定数(屈折率)nの波長分散依
存性を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the wavelength dispersion dependence of the optical constant (refractive index) n of TiO 2 .

【図8】TiO2 の光学定数(消衰係数)kの波長分散
依存性を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing wavelength dispersion dependence of an optical constant (extinction coefficient) k of TiO 2 .

【図9】SiO2 の光学定数(屈折率)nの波長依存性
を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing wavelength dependence of an optical constant (refractive index) n of SiO 2 .

【図10】積層繰り返し回数mが3〜7におけるP偏光
透過率の波長依存性を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing the wavelength dependence of P-polarized light transmittance when the number of times m of stacking is repeated is 3 to 7.

【図11】積層繰り返し回数mが1,2におけるP偏光
透過率の波長依存性を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing the wavelength dependence of P-polarized light transmittance when the number of times m of lamination is 1, 2;

【図12】積層繰り返し回数mが3〜7におけるP偏光
反射率の波長依存性を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing wavelength dependence of P-polarized light reflectance when the number of times m of lamination is repeated 3 to 7.

【図13】積層繰り返し回数mが1,2におけるP偏光
反射率の波長依存性を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing the wavelength dependence of the P-polarized light reflectance when the number of times m of stacking is repeated is 1 and 2.

【図14】積層繰り返し回数mが3〜7におけるS偏光
透過率の波長依存性を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing the wavelength dependence of S-polarized light transmittance when the number of times m of lamination is repeated 3 to 7.

【図15】積層繰り返し回数mが1,2におけるS偏光
透過率の波長依存性を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing the wavelength dependence of S-polarized light transmittance when the number of times m of lamination is 1 and 2;

【図16】積層繰り返し回数mが3〜7におけるS偏光
反射率の波長依存性を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing the wavelength dependence of S-polarized reflectance when the number of times m of stacking is repeated is 3 to 7.

【図17】積層繰り返し回数mが1,2におけるS偏光
反射率の波長依存性を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing the wavelength dependence of the S-polarized reflectance when the number of times m of lamination is repeated 1 and 2.

【図18】P偏光の透過率83%以上、かつS偏光の透
過率5%以下の条件を満足する連続した波長範囲の幅を
評価関数に用いた場合の、偏光分離可能波長幅の繰り返
し回数依存性を示す図である。
FIG. 18 is the number of repetitions of the wavelength range that can be separated by polarization when the width of a continuous wavelength range satisfying the conditions of the transmittance of P-polarized light of 83% or more and the transmittance of S-polarized light of 5% or less is used as the evaluation function. It is a figure which shows a dependency.

【図19】積層繰り返し回数mが4の場合のP偏光およ
びS偏光の透過率の波長依存性を示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing the wavelength dependence of the transmittance of P-polarized light and S-polarized light in the case where the stacking repetition number m is 4.

【図20】偏光分離可能波長幅の入射角度依存性を示す
図である。
FIG. 20 is a diagram showing an incident angle dependency of a polarization separable wavelength width.

【図21】繰り返し回数mが4である偏光分離素子への
入射光の入射角度が最適条件56度から+3度ずれた場
合のP偏光およびS偏光の透過率の波長依存性を示す図
である。
FIG. 21 is a diagram showing the wavelength dependence of the transmittance of P-polarized light and S-polarized light when the incident angle of the incident light on the polarization separation element having the number of repetitions m of 4 deviates by +3 degrees from the optimum condition of 56 degrees. .

【図22】繰り返し回数mが4である偏光分離素子への
入射光の入射角度が最適条件56度から−3度ずれた場
合のP偏光およびS偏光の透過率の波長依存性を示す図
である。
FIG. 22 is a diagram showing the wavelength dependence of the transmittance of P-polarized light and S-polarized light when the incident angle of the incident light on the polarization separation element having the number of repetitions m of 4 deviates from the optimum condition of 56 degrees by −3 degrees. is there.

【図23】繰り返し回数mが4である偏光分離素子への
入射光の入射角度が最適条件56度から+5度ずれた場
合のP偏光およびS偏光の透過率の波長依存性を示す図
である。
FIG. 23 is a diagram showing the wavelength dependence of the transmittance of P-polarized light and S-polarized light when the incident angle of incident light on the polarization beam splitting element having the number of repetitions m of 4 deviates from the optimum condition of 56 ° by + 5 °. .

【図24】繰り返し回数mが4である偏光分離素子への
入射光の入射角度が最適条件56度から−5度ずれた場
合のP偏光およびS偏光の透過率の波長依存性を示す図
である。
FIG. 24 is a diagram showing the wavelength dependence of the transmittance of P-polarized light and S-polarized light when the incident angle of the incident light on the polarization separation element with the number of repetitions m of 4 deviates by −5 degrees from the optimum condition of 56 degrees. is there.

【図25】本発明に係るPS偏光分離変換素子の第2の
実施形態を模式的に示す構成図である。
FIG. 25 is a configuration diagram schematically showing a second embodiment of a PS polarization separation conversion device according to the present invention.

【図26】従来のPS偏光分離変換素子の構成を模式的
に示す図である。
FIG. 26 is a diagram schematically showing a configuration of a conventional PS polarization separation conversion element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,10A…偏光分離変換素子、11,11A…偏光
分離部、12…遮光マスク、13…λ/2板、111…
偏光分離膜、111a…光入射面、111b…光透過
面、3…透明基板、H…高屈折率層、L…低屈折率層、
L1…第1の低屈折率層、L2…第2の低屈折率層、L
HL1…第1の基本構造膜、LHL2…第2の基本構造
膜、LHL3…第3の基本構造膜、LHL4…第4の基
本構造膜、113a…薄い透明基板、113b…厚い透
明基板、114…透明基板。
10, 10A ... Polarization separation / conversion element, 11, 11A ... Polarization separation section, 12 ... Light-shielding mask, 13 ... λ / 2 plate, 111 ...
Polarization separation film, 111a ... Light incident surface, 111b ... Light transmitting surface, 3 ... Transparent substrate, H ... High refractive index layer, L ... Low refractive index layer,
L1 ... first low refractive index layer, L2 ... second low refractive index layer, L
HL1 ... First basic structure film, LHL2 ... Second basic structure film, LHL3 ... Third basic structure film, LHL4 ... Fourth basic structure film, 113a ... Thin transparent substrate, 113b ... Thick transparent substrate, 114 ... Transparent substrate.

Claims (32)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光入射面に対して所定の角度をもって入
射する入射光の第1の偏光を透過させ、第2の偏光を上
記光入射面から透過方向とは異なる方向に反射する偏光
分離膜と、 反射面が上記偏光分離膜の光入射面と対向するように配
置され、上記偏光分離膜で反射された第2の偏光を上記
第1の偏光の透過方向と略平行する方向に反射する反射
膜とを含む複数の偏光分離部と、 上記各偏光分離部の偏光分離膜を透過した第1の偏光と
上記反射膜で反射された第2の偏光の偏光方向を揃えて
出射する変換手段とを有し、 上記複数の偏光分離部は、入射光の入射方向に対して略
直交する方向に、偏光分離膜と反射膜が交互に並ぶよう
に所定間隔をおいて配置され、 上記入射光の各偏光分離膜の光入射面に対する入射角度
が、45度よりも大きく90度よりも小さな特定の角度
に設定されている偏光分離変換素子。
1. A polarization splitting film that transmits a first polarized light of incident light incident at a predetermined angle with respect to a light incident surface and reflects a second polarized light from the light incident surface in a direction different from a transmission direction. And a reflection surface is disposed so as to face the light incident surface of the polarization splitting film, and the second polarized light reflected by the polarization splitting film is reflected in a direction substantially parallel to the transmission direction of the first polarized light. A plurality of polarization splitting units including a reflection film, and a conversion unit that outputs the first polarization transmitted through the polarization splitting films of the respective polarization splitting units and the polarization directions of the second polarizations reflected by the reflection film in alignment with each other. The plurality of polarization splitting portions are arranged at predetermined intervals so that the polarization splitting films and the reflection films are alternately arranged in a direction substantially orthogonal to the incident direction of the incident light, The angle of incidence of each polarization separation film on the light incident surface is larger than 45 degrees. Polarization separation conversion element is set to a smaller specific angle than 90 degrees.
【請求項2】 上記偏光分離部における偏光分離膜と反
射膜との距離と、当該偏光分離部の偏光分離膜と隣接す
る偏光分離部の反射膜または当該偏光分離部の反射膜と
隣接する偏光分離部の偏光分離膜との距離が異なる請求
項1記載の偏光分離変換素子。
2. The distance between the polarization separation film and the reflection film in the polarization separation unit, the reflection film of the polarization separation unit adjacent to the polarization separation film of the polarization separation unit, or the polarization adjacent to the reflection film of the polarization separation unit. The polarization separation conversion element according to claim 1, wherein the separation section has a different distance from the polarization separation film.
【請求項3】 上記偏光分離部の偏光分離膜への入射光
の入射角度をx度(45°<x<90°)としたとき、
上記偏光分離部における偏光分離膜と反射膜との距離t
1 と、当該偏光分離部の偏光分離膜と隣接する偏光分離
部の反射膜または当該偏光分離部の反射膜と隣接する偏
光分離部の偏光分離膜との距離t2 が、 t2 /t1 =4sin2x−1 なる関係を満たす請求項2記載の偏光分離変換素子。
3. When the incident angle of the incident light on the polarization separation film of the polarization separation section is x degrees (45 ° <x <90 °),
Distance t between the polarization separation film and the reflection film in the polarization separation section
The distance t 2 between 1 and the reflection film of the polarization separation unit adjacent to the polarization separation film of the polarization separation unit or the reflection film of the polarization separation unit adjacent to the polarization separation film of the polarization separation unit is t 2 / t 1 = polarization separation conversion element according to claim 2, wherein satisfying 4sin 2 x-1 the relationship.
【請求項4】 上記偏光分離部における偏光分離膜と反
射膜の互いに対向する領域で、光入射側では、反射膜で
偏光分離膜の光入射面への入射を遮らないように、光出
射側では、偏光分離膜で反射膜により反射された第2の
偏光の出射を遮らないように、膜を形成していない領域
が存在する請求項1記載の偏光分離変換素子。
4. The light exit side of the polarization splitting part in the area where the polarization splitting film and the reflecting film face each other, and the light exiting side of the light splitting part is arranged so that the reflection film does not block the light entering surface of the polarization splitting film. 2. The polarization separation conversion element according to claim 1, wherein a region where no film is formed exists so as not to block the emission of the second polarized light reflected by the reflection film by the polarization separation film.
【請求項5】 上記偏光分離部における偏光分離膜と反
射膜の互いに対向する領域で、光入射側では、反射膜で
偏光分離膜の光入射面への入射を遮らないように、光出
射側では、偏光分離膜で反射膜により反射された第2の
偏光の出射を遮らないように、膜を形成していない領域
が存在する請求項3記載の偏光分離変換素子。
5. The light exiting side of the polarization splitting part in a region where the polarization splitting film and the reflecting film are opposed to each other so that the light entering side does not block the light entering surface of the polarization splitting film by the reflecting film. 4. The polarization separation conversion element according to claim 3, wherein there is a region where the film is not formed so as not to block the emission of the second polarized light reflected by the reflection film by the polarization separation film.
【請求項6】 上記偏光分離部の偏光分離膜への入射光
の入射角度をx度(45°<x<90°)としたとき、
上記偏光分離部において、膜を形成する領域の長さをw
1 、膜を形成しない領域の長さをw2 とすると、 w2 /w1 =0.5−1/2tan2x なる関係を満たす請求項4記載の偏光分離変換素子。
6. When the incident angle of the incident light on the polarization separation film of the polarization separation section is x degrees (45 ° <x <90 °),
In the above-mentioned polarized light separating section, the length of the region where the film is formed is
1, when the length of the region that does not form a film and w 2, w 2 / w 1 = 0.5-1 / 2tan 2 x becomes polarization separation conversion element according to claim 4, wherein satisfying the relationship.
【請求項7】 上記偏光分離部において、膜を形成する
領域の長さをw1 、膜を形成しない領域の長さをw2
すると、 w2 /w1 =0.5−1/2tan2x なる関係を満たす請求項5記載の偏光分離変換素子。
7. The polarization separating section, w 1 the length of the region for forming the film, when the length of the region that does not form a film and w 2, w 2 / w 1 = 0.5-1 / 2tan The polarization separation conversion element according to claim 5, wherein the relationship of 2 x is satisfied.
【請求項8】 上記各偏光分離部の偏光分離膜を透過す
る第1の偏光が通過する開口の幅と反射膜で反射される
第2の偏光が通過する開口の幅が同じ幅に設定されてい
る請求項6記載の偏光分離変換素子。
8. The width of the opening through which the first polarized light passing through the polarization separating film of each of the polarization separating portions passes and the width of the opening through which the second polarized light reflected by the reflecting film passes through are set to the same width. The polarization separation conversion element according to claim 6.
【請求項9】 上記各偏光分離部の偏光分離膜を透過す
る第1の偏光が通過する開口の幅と反射膜で反射される
第2の偏光が通過する開口の幅が同じ幅に設定されてい
る請求項7記載の偏光分離変換素子。
9. The width of the opening through which the first polarized light passing through the polarization separating film of each of the polarization separating sections and the width of the opening through which the second polarized light reflected by the reflecting film passes are set to the same width. The polarization separation conversion element according to claim 7.
【請求項10】 上記各偏光分離部の偏光分離膜および
反射膜のうち少なくとも偏光分離膜は、上記入射光に対
して所定の屈折率を有する光学的に透明な高屈折率層H
と、上記高屈折率層Hを挟むように配置された当該高屈
折率層より低い屈折率の光学的に透明な第1の低屈折率
層Lおよび第2の低屈折率層Lからなる基本構造膜LH
Lを含み、 上記基本構造の繰り返し構造(LHL)m を有する請求
項1記載の偏光分離変換素子。
10. At least the polarization separation film of the polarization separation film and the reflection film of each polarization separation unit is an optically transparent high refractive index layer H having a predetermined refractive index with respect to the incident light.
And a first low-refractive index layer L and a second low-refractive index layer L which are arranged so as to sandwich the high-refractive index layer H and which have a lower refractive index than the high-refractive index layer and which are optically transparent. Structure film LH
The polarization splitting conversion element according to claim 1, further comprising L, having a repeating structure (LHL) m of the basic structure.
【請求項11】 上記高屈折率層の厚さ、並びに第1の
低屈折率層および第2の低屈折率層の厚さは、入射光の
基準波長に基づいて設定されている請求項10記載の偏
光分離変換素子。
11. The thickness of the high refractive index layer and the thicknesses of the first low refractive index layer and the second low refractive index layer are set based on a reference wavelength of incident light. The polarization separation conversion element described.
【請求項12】 上記入射光の基準波長をλ0 とすると
き、上記高屈折率層の厚さ、並びに第1の低屈折率層お
よび第2の低屈折率層の厚さは、基準波長を所定の整数
で除した値に相当する光学的厚さに設定されている請求
項10記載の偏光分離変換素子。
12. When the reference wavelength of the incident light is λ 0 , the thickness of the high refractive index layer and the thicknesses of the first low refractive index layer and the second low refractive index layer are the reference wavelength. The polarization separation conversion element according to claim 10, wherein the polarization separation conversion element is set to an optical thickness corresponding to a value obtained by dividing by.
【請求項13】 上記基本構造の繰り返し回数mは、3
以上の整数である請求項10記載の偏光分離変換素子。
13. The number of repetitions m of the basic structure is 3
The polarization separation conversion element according to claim 10, wherein the polarization separation conversion element is an integer equal to or greater than the above.
【請求項14】 上記入射光の偏光分離膜の光入射面へ
の入射角度の中心値が56度近傍に設定されている請求
項10記載の偏光分離分離素子。
14. The polarization separation / separation device according to claim 10, wherein a center value of an incident angle of the incident light on the light incident surface of the polarization separation film is set to around 56 degrees.
【請求項15】 上記高屈折率層は、入射光の基準波長
を含む所定範囲において光学定数nの波長分散特性を有
し、かつ上記基準波長より短い所定波長以上において消
衰係数が略ゼロに漸近する特性を有する材料を含み、 上記第1および第2の低屈折率層は、入射光の基準波長
を含む所定範囲において光学定数nの波長分散特性を有
し、かつ略全波長域で消衰係数が略ゼロである材料を含
む請求項10記載の偏光分離変換素子。
15. The high refractive index layer has wavelength dispersion characteristics of an optical constant n in a predetermined range including a reference wavelength of incident light, and has an extinction coefficient of substantially zero at a predetermined wavelength shorter than the reference wavelength. The first and second low refractive index layers each include a material having an asymptotic characteristic, have wavelength dispersion characteristics of an optical constant n in a predetermined range including a reference wavelength of incident light, and extinguish in a substantially entire wavelength range. The polarization separation conversion element according to claim 10, comprising a material having an extinction coefficient of substantially zero.
【請求項16】 上記各偏光分離部の偏光分離膜および
反射膜は透明基板で挟むように配置されており、 上記高屈折率層の屈折率は、上記透明基板の屈折率より
高く設定され、 上記第1および第2の低屈折率層の屈折率は、上記透明
基板の屈折率より低く設定されている請求項10記載の
偏光分離変換素子。
16. The polarization separation film and the reflection film of each of the polarization separation sections are arranged so as to be sandwiched between transparent substrates, and the high refractive index layer has a refractive index set higher than that of the transparent substrate. The polarization separation conversion element according to claim 10, wherein the first and second low refractive index layers have a refractive index lower than that of the transparent substrate.
【請求項17】 上記各偏光分離部の偏光分離膜および
反射膜は透明基板で挟むように配置されており、 上記高屈折率層の屈折率は、上記透明基板の屈折率より
高く設定され、 上記第1および第2の低屈折率層の屈折率は、上記透明
基板の屈折率より低く設定されている請求項15記載の
偏光分離変換素子。
17. The polarization separation film and the reflection film of each of the polarization separation sections are arranged so as to be sandwiched between transparent substrates, and the high refractive index layer has a refractive index set higher than that of the transparent substrate. The polarization splitting conversion element according to claim 15, wherein the first and second low refractive index layers have a refractive index lower than that of the transparent substrate.
【請求項18】 互いに隣接する基本構造膜は、第1の
低屈折率層Lおよび第2の低屈折率層Lを共有するよう
に形成されている請求項10記載の偏光分離変換素子。
18. The polarization separation conversion element according to claim 10, wherein the basic structure films adjacent to each other are formed so as to share the first low refractive index layer L and the second low refractive index layer L.
【請求項19】 上記各偏光分離部の偏光分離膜および
反射膜は透明基板で挟むように配置され、かつ、上記入
射光の偏光分離膜の光入射面への入射角度の中心値が5
6度近傍に設定され、 上記偏光分離部の偏光分離膜への入射光の入射角度をx
度(45°<x<90°)としたとき、上記偏光分離部
における偏光分離膜と反射膜との距離である透明基板の
厚さt1 と、当該偏光分離部の偏光分離膜と隣接する偏
光分離部の反射膜または当該偏光分離部の反射膜と隣接
する偏光分離部の偏光分離膜との距離である透明基板の
厚さt2 がt2 /t1 =1.75の比を持ち、 上記偏光分離部における偏光分離膜と反射膜の互いに対
向する領域で、光入射側では、反射膜で偏光分離膜の光
入射面への入射を遮らないように、光出射側では、偏光
分離膜で反射膜により反射された第2の偏光の出射を遮
らないように、膜を形成していない領域が存在し、上記
偏光分離部において、膜を形成する領域の長さをw1
膜を形成しない領域の長さをw2 とすると、w2 /w1
=0.27の関係を満たす請求項1記載の偏光分離変換
素子。
19. The polarization separation film and the reflection film of each polarization separation unit are arranged so as to be sandwiched by transparent substrates, and the center value of the incident angle of the incident light on the light incident surface of the polarization separation film is 5.
The incident angle of the incident light on the polarization splitting film of the polarization splitting part is set to around 6 degrees and x
When the degree (45 ° <x <90 °) is set, the thickness t 1 of the transparent substrate, which is the distance between the polarization separation film and the reflection film in the polarization separation unit, is adjacent to the polarization separation film of the polarization separation unit. The thickness t 2 of the transparent substrate, which is the distance between the polarization film of the polarization splitting unit or the polarization film of the polarization splitting unit and the polarization film of the adjacent polarization splitting unit, has a ratio of t 2 / t 1 = 1.75. In the area where the polarization separation film and the reflection film in the polarization separation section face each other, on the light incidence side, the polarization separation is performed on the light emission side so that the reflection film does not block the incidence on the light incidence surface of the polarization separation film. In order not to block the emission of the second polarized light reflected by the reflecting film by the film, there is a region where the film is not formed, and the length of the region where the film is formed in the polarization splitting part is w 1 ,
If the length of the region where no film is formed is w 2 , then w 2 / w 1
The polarization separation / conversion device according to claim 1, wherein the relationship of 0.27 is satisfied.
【請求項20】 上記各偏光分離部の偏光分離膜および
反射膜は透明基板で挟むように配置され、かつ、上記入
射光の偏光分離膜の光入射面への入射角度の中心値が5
6度近傍に設定され、 上記偏光分離部の偏光分離膜への入射光の入射角度をx
度(45°<x<90°)としたとき、上記偏光分離部
における偏光分離膜と反射膜との距離である透明基板の
厚さt1 と、当該偏光分離部の偏光分離膜と隣接する偏
光分離部の反射膜または当該偏光分離部の反射膜と隣接
する偏光分離部の偏光分離膜との距離である透明基板の
厚さt2 がt2 /t1 =1.75の比を持ち、 上記偏光分離部における偏光分離膜と反射膜の互いに対
向する領域で、光入射側では、反射膜で偏光分離膜の光
入射面への入射を遮らないように、光出射側では、偏光
分離膜で反射膜により反射された第2の偏光の出射を遮
らないように、膜を形成していない領域が存在し、上記
偏光分離部において、膜を形成する領域の長さをw1
膜を形成しない領域の長さをw2 とすると、w2 /w1
=0.27の関係を満たす請求項10記載の偏光分離変
換素子。
20. The polarization separation film and the reflection film of each of the polarization separation sections are arranged so as to be sandwiched by transparent substrates, and the center value of the incident angle of the incident light on the light incident surface of the polarization separation film is 5.
The incident angle of the incident light on the polarization splitting film of the polarization splitting part is set to around 6 degrees and x
When the degree (45 ° <x <90 °) is set, the thickness t 1 of the transparent substrate, which is the distance between the polarization separation film and the reflection film in the polarization separation unit, is adjacent to the polarization separation film of the polarization separation unit. The thickness t 2 of the transparent substrate, which is the distance between the polarization film of the polarization splitting unit or the polarization film of the polarization splitting unit and the polarization film of the adjacent polarization splitting unit, has a ratio of t 2 / t 1 = 1.75. In the region where the polarization separation film and the reflection film in the polarization separation unit face each other, on the light incidence side, the polarization separation is performed on the light emission side so that the reflection film does not block the incidence on the light incidence surface of the polarization separation film. In order not to block the emission of the second polarized light reflected by the reflecting film by the film, there is a region where the film is not formed, and the length of the region where the film is formed in the polarization splitting part is w 1 ,
If the length of the region where no film is formed is w 2 , then w 2 / w 1
The polarization separation conversion element according to claim 10, wherein the relationship of 0.27 is satisfied.
【請求項21】 光入射面に対して所定の角度をもって
入射する入射光の第1の偏光を透過させ、第2の偏光を
上記光入射面から透過方向とは異なる方向に反射する偏
光分離膜と、 反射面が上記偏光分離膜の光入射面と対向するように配
置され、上記偏光分離膜で反射された第2の偏光を上記
第1の偏光の透過方向と略平行する方向に反射する反射
膜と、 上記偏光分離膜を透過した第1の偏光と上記反射膜で反
射された第2の偏光の偏光方向を揃えて出射する変換手
段とを有し、 上記入射光の偏光分離膜の光入射面に対する入射角度
が、45度よりも大きく90度よりも小さな特定の角度
に設定されている偏光分離変換素子。
21. A polarization separation film which transmits a first polarized light of incident light incident at a predetermined angle with respect to a light incident surface and reflects a second polarized light from the light incident surface in a direction different from a transmission direction. And a reflection surface is arranged so as to face the light incident surface of the polarization separation film, and the second polarized light reflected by the polarization separation film is reflected in a direction substantially parallel to the transmission direction of the first polarized light. The polarization separation film for the incident light, which has a reflection film and a conversion unit for emitting the first polarization transmitted through the polarization separation film and the second polarization reflected by the reflection film in the same polarization direction. A polarization separation conversion element in which an incident angle with respect to a light incident surface is set to a specific angle larger than 45 degrees and smaller than 90 degrees.
【請求項22】 上記偏光分離膜および反射膜のうち少
なくとも偏光分離膜は、上記入射光に対して所定の屈折
率を有する光学的に透明な高屈折率層Hと、上記高屈折
率層Hを挟むように配置された当該高屈折率層より低い
屈折率の光学的に透明な第1の低屈折率層Lおよび第2
の低屈折率層Lからなる基本構造膜LHLを含み、 上記基本構造の繰り返し構造(LHL)m を有する請求
項21記載の偏光分離変換素子。
22. At least the polarization separation film of the polarization separation film and the reflection film is an optically transparent high refractive index layer H having a predetermined refractive index with respect to the incident light, and the high refractive index layer H. The first low refractive index layer L and the second optically transparent low refractive index layer L having a refractive index lower than that of the high refractive index layer.
22. The polarization separation / conversion device according to claim 21, further comprising a basic structure film LHL including the low refractive index layer L, and having a repeating structure (LHL) m of the basic structure.
【請求項23】 上記高屈折率層の厚さ、並びに第1の
低屈折率層および第2の低屈折率層の厚さは、入射光の
基準波長に基づいて設定されている請求項22記載の偏
光分離変換素子。
23. The thickness of the high refractive index layer and the thicknesses of the first low refractive index layer and the second low refractive index layer are set based on a reference wavelength of incident light. The polarization separation conversion element described.
【請求項24】 上記入射光の基準波長をλ0 とすると
き、上記高屈折率層の厚さ、並びに第1の低屈折率層お
よび第2の低屈折率層の厚さは、基準波長を所定の整数
で除した値に相当する光学的厚さに設定されている請求
項22記載の偏光分離変換素子。
24. When the reference wavelength of the incident light is λ 0 , the thickness of the high refractive index layer and the thickness of the first low refractive index layer and the second low refractive index layer are the reference wavelength. 23. The polarization separation conversion element according to claim 22, wherein the polarization separation conversion element is set to an optical thickness corresponding to a value obtained by dividing by.
【請求項25】 上記基本構造の繰り返し回数mは、3
以上の整数である請求項22記載の偏光分離変換素子。
25. The number of repetitions m of the basic structure is 3
The polarization splitting conversion element according to claim 22, wherein the polarization splitting conversion element is an integer not less than the above.
【請求項26】 上記基本構造の繰り返し回数mは、3
以上7以下の整数である請求項22記載の偏光分離変換
素子。
26. The number of repetitions m of the basic structure is 3
The polarization separation conversion element according to claim 22, wherein the polarization separation conversion element is an integer of 7 or more and 7 or less.
【請求項27】 上記入射光の光学膜面への入射角度の
中心値が56度近傍に設定されている請求項22記載の
偏光分離分離素子。
27. The polarization beam splitting device according to claim 22, wherein the center value of the incident angle of the incident light on the optical film surface is set to around 56 degrees.
【請求項28】 上記入射光の光学膜面への入射角度の
中心値が56度近傍に設定されている請求項26記載の
偏光分離分離素子。
28. The polarization beam splitting element according to claim 26, wherein the center value of the incident angle of the incident light on the optical film surface is set in the vicinity of 56 degrees.
【請求項29】 上記高屈折率層は、入射光の基準波長
を含む所定範囲において光学定数nの波長分散特性を有
し、かつ上記基準波長より短い所定波長以上において消
衰係数が略ゼロに漸近する特性を有する材料を含み、 上記第1および第2の低屈折率層は、入射光の基準波長
を含む所定範囲において光学定数nの波長分散特性を有
し、かつ略全波長域で消衰係数が略ゼロである材料を含
む請求項22記載の偏光分離変換素子。
29. The high refractive index layer has a wavelength dispersion characteristic of an optical constant n in a predetermined range including a reference wavelength of incident light, and has an extinction coefficient of substantially zero at a predetermined wavelength shorter than the reference wavelength. The first and second low refractive index layers each include a material having an asymptotic characteristic, have wavelength dispersion characteristics of an optical constant n in a predetermined range including a reference wavelength of incident light, and extinguish in a substantially entire wavelength range. The polarization splitting conversion element according to claim 22, comprising a material having an extinction coefficient of substantially zero.
【請求項30】 上記偏光分離部の偏光分離膜および反
射膜は透明基板で挟むように配置されており、 上記高屈折率層の屈折率は、上記透明基板の屈折率より
高く設定され、 上記第1および第2の低屈折率層の屈折率は、上記透明
基板の屈折率より低く設定されている請求項22記載の
偏光分離変換素子。
30. The polarization separation film and the reflection film of the polarization separation section are arranged so as to be sandwiched between transparent substrates, and the high refractive index layer has a refractive index higher than that of the transparent substrate. The polarization separation conversion element according to claim 22, wherein the first and second low refractive index layers have a refractive index lower than that of the transparent substrate.
【請求項31】 上記偏光分離膜および反射膜は透明基
板の互いに対向する面に形成されており、 上記高屈折率層の屈折率は、上記透明基板の屈折率より
高く設定され、 上記第1および第2の低屈折率層の屈折率は、上記透明
基板の屈折率より低く設定されている請求項29記載の
偏光分離変換素子。
31. The polarization separation film and the reflection film are formed on surfaces of a transparent substrate which face each other, and a refractive index of the high refractive index layer is set to be higher than a refractive index of the transparent substrate. 30. The polarization separation conversion element according to claim 29, wherein the refractive index of the second low refractive index layer is set lower than the refractive index of the transparent substrate.
【請求項32】 互いに隣接する基本構造膜は、第1の
低屈折率層Lおよび第2の低屈折率層Lを共有するよう
に形成されている請求項22記載の偏光分離変換素子。
32. The polarization separation conversion element according to claim 22, wherein the basic structure films adjacent to each other are formed so as to share the first low refractive index layer L and the second low refractive index layer L.
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