JP2008008990A - Wavelength plate, image projector, and optical pick-up - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wavelength plate which can suitably secure the desired phase difference and transmissivity without using an auxiliary layer of a low refractivity thin film to improve the transmissivity even when placing this high refractivity thin film on the surface of this plate to secure a desired phase difference. <P>SOLUTION: In a wavelength plate, a phase difference is produced between two linear polarized light beams when they pass through the transparent substrate with their polarization plane perpendicularly crossing each other in their polarization plane. In this wavelength plate, a thin film 2 is formed in a periodic structure with fine irregularities arranged in a certain direction on the substrate 1 by using a material having a refractivity higher than the material of the substrate 1. For instance, the fine irregularities may be trigonous or trapezoidal in their cross section. Further, thin films 2a, 2b may be formed on both surfaces of the substrate 1, or a thin film 2 may be formed on one surface with an anti-reflection coating 3 formed on the other surface. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、波長板、画像投射装置、及び光ピックアップ装置に関し、特に、微細凹凸状の周期構造を有する高屈折率薄膜を基板表面に設けることにより、透過率改善のための低屈折率薄膜等の補助層をさらに用いることなく、所望の位相差及び透過率を好適に確保できる波長板等に関するものである。   The present invention relates to a wave plate, an image projection device, and an optical pickup device, and in particular, a low refractive index thin film for improving transmittance by providing a high refractive index thin film having a fine uneven periodic structure on a substrate surface. The present invention relates to a wave plate and the like that can suitably ensure a desired phase difference and transmittance without further using an auxiliary layer.

光学素子の一種として知られる波長板は、互いに直交する偏光成分間に位相差を与える光学機能を有しており、種々の光学装置に用いられている。従来、波長板は、人造又は天然のルチル、方解石、水晶等、複屈折性を示す一軸異方性結晶を用いたものが知られているが、人造のものは結晶を均一に成長させることが難しく、天然の結晶は光学的に均一で大きな形状のものが入手困難で高価である。   A wave plate known as a kind of optical element has an optical function of giving a phase difference between mutually orthogonal polarization components, and is used in various optical devices. Conventionally, a wave plate using a uniaxial anisotropic crystal exhibiting birefringence, such as artificial or natural rutile, calcite, or quartz, is known, but an artificial one can grow a crystal uniformly. Difficult, natural crystals are optically uniform and large shapes are difficult to obtain and expensive.

一方、透過光の波長よりも短い周期構造(サブ波長構造)を持つ波長板、より具体的には、基板表面に透過光の波長よりも短い周期ピッチにて格子パターンが形成された波長板等が提案されている。こうした波長板は、上記格子パターンに基づく光学異方性(複屈折性)を示すため、互いに偏光面を直交する2つの直線偏光に対して位相差を生じさせることができる。   On the other hand, a wave plate having a periodic structure (sub-wavelength structure) shorter than the wavelength of transmitted light, more specifically, a wave plate in which a grating pattern is formed on the substrate surface with a periodic pitch shorter than the wavelength of transmitted light, etc. Has been proposed. Since such a wave plate exhibits optical anisotropy (birefringence) based on the grating pattern, a phase difference can be generated for two linearly polarized light whose polarization planes are orthogonal to each other.

ところで、波長板において特に重要となる性質に、透過率と位相差がある。そして波長板としては、高い透過率を有して、かつ、上記した互いに偏光面を直交する2つの直線偏光に対して所望とされる位相差を生じさせることのできるものが望ましい。 より具体的には、上記位相差は、基板の材料の屈折率や該基板に形成される格子パターンの溝の深さ等についての関数で示される。そして、基板の材料の屈折率が大きいほど、また格子パターンの溝が深いほど、大きな位相差を生じさせることができる。ところが、後者のごとく深溝を有する格子パターンを成形等で製作することは非常に困難であり、特に、量産性を考慮した場合には歩留まりの低下は避けられないものとなっている。   By the way, the transmittance and the phase difference are particularly important properties in the wave plate. As the wave plate, a wave plate having a high transmittance and capable of generating a desired phase difference with respect to the two linearly polarized lights whose polarization planes are orthogonal to each other is desirable. More specifically, the phase difference is expressed as a function of the refractive index of the material of the substrate, the depth of the grooves of the grating pattern formed on the substrate, and the like. The larger the refractive index of the material of the substrate and the deeper the groove of the lattice pattern, the larger the phase difference can be generated. However, as in the latter case, it is very difficult to produce a lattice pattern having deep grooves by molding or the like, and in particular, when considering mass productivity, a decrease in yield is inevitable.

これに対し、例えば特許文献1では、上記基板の屈折率に比べて十分大きい屈折率を有する誘電体媒質を上記基板に形成された格子パターン上に被覆あるいは充填して、上記格子パターンと等しい周期ピッチの格子パターンを形成するようにした波長板が提案されている。こうした波長板では、上記基板の屈折率に比べて十分大きい屈折率を有する誘電体媒質が、基板に形成された格子パターンと等しい周期ピッチにて格子パターンを形成するため、より大きな位相差を生じさせることができるようになる。すなわち、上記基板に形成される格子パターンの溝の深さをより小さく設定することができ、ひいては当該波長板の製作がより容易なものなるとされる。   On the other hand, in Patent Document 1, for example, a dielectric medium having a sufficiently large refractive index compared to the refractive index of the substrate is coated or filled on the lattice pattern formed on the substrate, and the period equal to the lattice pattern is obtained. There has been proposed a wave plate adapted to form a pitch grating pattern. In such a wave plate, a dielectric medium having a sufficiently large refractive index as compared with the refractive index of the substrate forms a lattice pattern with a periodic pitch equal to the lattice pattern formed on the substrate, so that a larger phase difference is generated. To be able to. That is, the depth of the groove of the grating pattern formed on the substrate can be set smaller, and as a result, the wave plate can be manufactured more easily.

確かに、特許文献1で提案された波長板によれば、該波長板によって生じさせることのできる位相差については確かにこれを大きく確保することができる。しかし、上記基板の屈折率に比べて十分大きい屈折率を有する誘電体媒質を、基板に形成された格子パターン上に被覆あるいは充填したことによって、当該波長板に光が入射する際に上記誘電体媒質の表面にて反射される光の量が多くなり、透過率は逆に低下することとなる。 つまり、特許文献1による波長板では、上記誘電体媒質を設けたことで、位相差についてはその改善が図られているものの、該誘電体媒質による透過率の低下が避けられないものとなってしまう。   Certainly, according to the wave plate proposed in Patent Document 1, it is possible to secure a large amount of the phase difference that can be generated by the wave plate. However, when the dielectric medium having a sufficiently large refractive index compared to the refractive index of the substrate is coated or filled on the lattice pattern formed on the substrate, the dielectric material is incident when light enters the wave plate. The amount of light reflected on the surface of the medium increases, and the transmittance decreases. That is, in the wave plate according to Patent Document 1, although the above-described dielectric medium is provided, the phase difference is improved, but the transmittance due to the dielectric medium is unavoidable. End up.

他方、例えば特許文献2では以下のような波長板が開示されている。すなわち、一定の周期ピッチで格子状のパターンが形成された透光性を有する基板の表面に、同基板の材料の屈折率よりも高い屈折率を有する膜材からなる高屈折率膜を形成し、かつ、該高屈折率膜の表面に、高屈折率膜の膜材よりも低い屈折率を有する膜材からなる低屈折率膜をさらに形成する。そして、これにより所望とされる位相差の確保のために基板の表面に同基板よりも高い屈折率を有する膜材を設けていながら、透過率についてもこれを好適に改善することのできる波長板を実現している。   On the other hand, for example, Patent Document 2 discloses the following wave plate. That is, a high refractive index film made of a film material having a refractive index higher than the refractive index of the material of the substrate is formed on the surface of the transparent substrate on which a lattice pattern is formed at a constant periodic pitch. In addition, a low refractive index film made of a film material having a lower refractive index than the film material of the high refractive index film is further formed on the surface of the high refractive index film. Then, in order to secure a desired phase difference, a wave plate that can suitably improve the transmittance while providing a film material having a higher refractive index than that of the substrate on the surface of the substrate. Is realized.

上記のとおり、特許文献2による波長板では、所望の位相差を確保するために、基板よりも高い屈折率を有する膜材を該基板の表面に設けることで高透過率な波長板を実現している。しかし、低屈折率膜をさらに形成するという工程増加し、矩形形状を形成する基板・高屈折率膜・低屈折率膜の3層を考慮した設計をする必要があるとともに、工程管理の面からも煩雑性を伴うことになる。
特開平7−99402号公報 特開2005−099099号公報
As described above, in the wave plate according to Patent Document 2, in order to secure a desired phase difference, a film material having a higher refractive index than that of the substrate is provided on the surface of the substrate to realize a wave plate with high transmittance. ing. However, the number of processes for further forming a low refractive index film is increased, and it is necessary to design in consideration of three layers of a substrate, a high refractive index film, and a low refractive index film that form a rectangular shape, and from the viewpoint of process control. Will also be complicated.
JP-A-7-99402 JP 2005-099099 A

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、所望の位相差確保のために高屈折率薄膜を該基板の表面に設けるものの、透過率改善のための低屈折率薄膜等の補助層をさらに用いることなく、所望の位相差及び透過率を好適に確保できる波長板を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and although a high refractive index thin film is provided on the surface of the substrate to secure a desired phase difference, an auxiliary such as a low refractive index thin film for improving transmittance is provided. It is an object of the present invention to provide a wave plate that can suitably secure a desired phase difference and transmittance without further using a layer.

かかる目的を達成するために、請求項1記載の発明は、透光性の基板を透過して互いに偏光面を直交する2つの直線偏光に位相差を生じさせる波長板において、前記基板の材料の屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率材料からなる高屈折率薄膜が前記基板上に形成され、前記高屈折率薄膜は、微細凹凸構造が一方向に配列された周期構造をサブ波長構造として有することを特徴とする。   In order to achieve such an object, the invention described in claim 1 is a wave plate that transmits a light-transmitting substrate and generates a phase difference between two linearly polarized light whose polarization planes are orthogonal to each other. A high refractive index thin film made of a high refractive index material having a refractive index higher than the refractive index is formed on the substrate, and the high refractive index thin film has a periodic structure in which fine concavo-convex structures are arranged in one direction as a sub-wavelength structure. It is characterized by having as.

上記の微細凹凸構造とは、具体的にはピッチが使用波長(波長板として用いられるときの光の波長)より小さいことを意味する。また、上記の基板は、両面が平行な平行平板ガラスでよいことはもちろんのこと、断面が楔状の平板でもよい。   Specifically, the fine concavo-convex structure means that the pitch is smaller than the wavelength used (the wavelength of light when used as a wave plate). Further, the above substrate may be a parallel flat glass whose both surfaces are parallel, or a wedge-shaped flat plate in cross section.

また、請求項2記載の発明は、請求項1に記載の波長板において、前記微細凹凸構造は、断面三角形状であることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the wave plate according to the first aspect, the fine concavo-convex structure has a triangular cross section.

一般に、光の反射は屈折率の急激な変化により生じる。そのため、屈折の変化を緩やかにすることで、反射率を低下させて透過率を向上させることができるようになる。この点、波長板としての上記三角構造によれば、屈折率がほぼ1である空気中から波長板に入射してくる光は、その断面形状が三角形状であることから屈折率の変化は緩やかになり、ひいては互いに偏光面を直交する2つの直線偏光の透過率を向上させることが可能となる。   In general, reflection of light is caused by a rapid change in refractive index. Therefore, by moderately changing the refraction, the reflectance can be lowered and the transmittance can be improved. In this respect, according to the triangular structure as the wave plate, the light entering the wave plate from the air having a refractive index of approximately 1 has a gradual change in the refractive index because its cross-sectional shape is triangular. As a result, it is possible to improve the transmittance of two linearly polarized light whose polarization planes are orthogonal to each other.

なお、基板(ガラス平板等)と高屈折率材料の屈折率差が大きい場合、ここでも反射が起こり、透過率低下が発生してしまう。この場合、反射防止コートがあらかじめ施されたガラス基板上に上記高屈折率材料の薄膜を形成する構成としてもよい。   In addition, when the refractive index difference between the substrate (glass flat plate or the like) and the high refractive index material is large, reflection also occurs here, resulting in a decrease in transmittance. In this case, it is good also as a structure which forms the thin film of the said high refractive index material on the glass substrate in which the antireflection coating was previously given.

また、請求項3記載の発明は、請求項1に記載の波長板において、前記微細凹凸構造は、断面台形状であることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the wavelength plate according to the first aspect, the fine concavo-convex structure has a trapezoidal cross section.

また、請求項4記載の発明は、請求項2又は3に記載の波長板において、前記高屈折率薄膜は、前記微細凹凸構造の陥没部分に前記基板と平行な面を有する平坦部が形成されたことを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the wave plate according to the second or third aspect, the high refractive index thin film has a flat portion having a plane parallel to the substrate in a recessed portion of the fine concavo-convex structure. It is characterized by that.

また、請求項5記載の発明は、請求項1から4のいずれか1項に記載の波長板において、前記高屈折率薄膜は、波長板に入射する光の波長をλとしたとき、前記微細凹凸構造のピッチ:P/λ及び溝深さ:H/λが条件、(1)0<P/λ<0.4、(2)H/λ>0.5を満たすように設定されて形成されたことを特徴とする。   Further, the invention according to claim 5 is the wavelength plate according to any one of claims 1 to 4, wherein the high refractive index thin film has the fineness when the wavelength of light incident on the wavelength plate is λ. The pitch of the concavo-convex structure: P / λ and groove depth: H / λ are set so as to satisfy the conditions (1) 0 <P / λ <0.4 and (2) H / λ> 0.5. It is characterized by that.

図20は、屈折率n=1.5の基板上に、図19に示すような、ピッチP/λ=0.32で、ランドとスペースが1:1の比率で形成された矩形状の微細周期構造における、溝深さH/λ(横軸)と0次透過率(縦軸)の関係を示している。   FIG. 20 shows a rectangular fine pattern in which a land and a space are formed at a ratio of 1: 1 on a substrate having a refractive index n = 1.5 with a pitch P / λ = 0.32 as shown in FIG. The relationship between the groove depth H / λ (horizontal axis) and the zero-order transmittance (vertical axis) in the periodic structure is shown.

また、図21は、屈折率n=2.3の基板上に、図19に示すような、ピッチP/λ=0.32で、ランドとスペースが1:1の比率で形成された矩形状の微細周期構造における、溝深さH/λ(横軸)と0次透過率(縦軸)の関係を示している。図21では、図20と比べて透過率低下が著しく発生していることがわかる。   FIG. 21 shows a rectangular shape in which a land and a space are formed at a ratio of 1: 1 on a substrate having a refractive index n = 2.3, as shown in FIG. 19, with a pitch P / λ = 0.32. 2 shows the relationship between the groove depth H / λ (horizontal axis) and the zero-order transmittance (vertical axis) in the fine periodic structure. In FIG. 21, it can be seen that the transmittance is significantly reduced as compared with FIG.

詳細は後述するが、請求項5に記した関係を満足することにより、補助層等を設けることなく図20の断面矩形形状の透過率(90%)より高い透過率を得ることが可能となる。   Although details will be described later, by satisfying the relationship described in claim 5, it is possible to obtain a transmittance higher than the transmittance (90%) of the rectangular cross section of FIG. 20 without providing an auxiliary layer or the like. .

また、請求項6記載の発明は、請求項1から4のいずれか1項に記載の波長板において、前記高屈折率薄膜は、波長板に入射する光の波長をλとしたとき、前記微細凹凸構造のピッチ:P/λ及び溝深さ:H/λが条件、(1)0<P/λ<0.5、(2)1.0<H/λ<1.5を満たすように設定されて形成されたことを特徴とする。   The invention according to claim 6 is the wave plate according to any one of claims 1 to 4, wherein the high refractive index thin film has the fine structure when the wavelength of light incident on the wave plate is λ. The pitch of the concavo-convex structure: P / λ and groove depth: H / λ satisfy the conditions: (1) 0 <P / λ <0.5, (2) 1.0 <H / λ <1.5 It is set and formed.

詳細は後述するが、請求項6に記した関係を満足することにより、図20の断面矩形形状の透過率(90%)より高い透過率を得ることが可能となる。   Although details will be described later, by satisfying the relationship described in claim 6, it is possible to obtain a transmittance higher than the transmittance (90%) of the rectangular cross section in FIG.

また、請求項7記載の発明は、請求項5又は6に記載の波長板において、前記高屈折率薄膜は、前記基板の表裏両面に形成されたことを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, in the wave plate according to the fifth or sixth aspect, the high refractive index thin film is formed on both front and back surfaces of the substrate.

また、請求項8記載の発明は、請求項1から6のいずれか1項に記載の波長板において、前記基板の一方の面に前記高屈折率薄膜が形成され、他方の面に反射防止膜が形成されたことを特徴とする。   The wave plate according to any one of claims 1 to 6, wherein the high refractive index thin film is formed on one surface of the substrate and the antireflection film is formed on the other surface. Is formed.

また、請求項9記載の発明は、光源からの光束を液晶表示素子に導光し、前記液晶表示素子の表示画像を投射レンズで表示面上に投射する画像投射装置において、前記光源と前記投射レンズの間に、請求項1から8のいずれか1項に記載の波長板が配置されたことを特徴とする。   According to a ninth aspect of the present invention, in the image projection apparatus for guiding a light beam from a light source to a liquid crystal display element and projecting a display image of the liquid crystal display element onto a display surface by a projection lens, the light source and the projection The wave plate according to any one of claims 1 to 8 is arranged between the lenses.

また、請求項10記載の発明によれば、光源からの光束を光記録媒体へ対物レンズを介して集光照射し、情報の記録又は/及び再生を行う光ピックアップ装置において、前記光源と前記対物レンズの間に、請求項1から8のいずれか1項に記載の波長板が配置されたことを特徴とする。   According to a tenth aspect of the present invention, in the optical pickup device that records and / or reproduces information by condensing and irradiating a light beam from a light source to an optical recording medium via an objective lens, the light source and the objective The wave plate according to any one of claims 1 to 8 is arranged between the lenses.

本発明によれば、所望の位相差確保のため基板よりも高い屈折率を有する高屈折率薄膜を該基板の表面に設けるものの、透過率改善のために低屈折率薄膜等の補助層を用いることなく、所望の位相差及び透過率を好適に確保できる波長板等が実現される。   According to the present invention, although a high refractive index thin film having a higher refractive index than that of the substrate is provided on the surface of the substrate in order to secure a desired retardation, an auxiliary layer such as a low refractive index thin film is used to improve the transmittance. Thus, a wave plate or the like that can suitably ensure a desired phase difference and transmittance can be realized.

以下、本発明の実施形態について説明する。実施の形態を、波長板、画像投射装置、光ピックアップ装置の3つに分類し、波長板は実施形態1〜4、画像投射装置は実施形態5〜8、光ピックアップ装置は実施形態9において述べる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. The embodiment is classified into a wave plate, an image projection device, and an optical pickup device. The wave plate is described in Embodiments 1 to 4, the image projection device is described in Embodiments 5 to 8, and the optical pickup device is described in Embodiment 9. .

[実施形態1]
図1は、本発明の第1の実施形態の波長板を説明するための図である。図1(a)は本実施形態の波長板の構成を示した斜視図で、該波長板は、平行平板状のガラス平板1(例えば石英基板:屈折率1.5)の両面に薄膜2が形成された構成となっている。薄膜2は屈折率:1.6以上の材料により形成され、その表面形状として「断面三角形状の微細凹凸構造」がサブ波長構造として形成されている。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram for explaining a wave plate according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a perspective view showing the configuration of the wave plate of this embodiment. The wave plate has thin films 2 on both sides of a parallel plate-like glass plate 1 (for example, quartz substrate: refractive index 1.5). It has a formed configuration. The thin film 2 is formed of a material having a refractive index of 1.6 or more, and a “fine concavo-convex structure having a triangular cross section” is formed as a subwavelength structure as a surface shape thereof.

図1(b)及び図1(c)は、該波長板の薄膜の構造を説明するための図である。また、後述するが、図1(d)及び図1(e)は該波長板の素子構成の変形例を示した図である。微細凹凸構造の凹凸は断面形状が三角形状であり、このような三角形状の凹凸がY軸方向へ均一な断面形状で形成されている。断面三角形状の微細凹凸構造のピッチをP、溝深さをHとする。アスペクト比はH/Pであり、アスペクト比が大きいほどピッチPに対する溝深さHが大きいことになる。アスペクト比は、微細凹凸構造形成の容易さの観点からは小さいほどよい。   FIG. 1B and FIG. 1C are diagrams for explaining the structure of the thin film of the wave plate. As will be described later, FIG. 1D and FIG. 1E are diagrams showing modifications of the element configuration of the wave plate. The unevenness of the fine unevenness structure has a triangular cross-sectional shape, and such triangular unevenness is formed with a uniform cross-sectional shape in the Y-axis direction. The pitch of the fine concavo-convex structure having a triangular cross section is P, and the groove depth is H. The aspect ratio is H / P, and the greater the aspect ratio, the greater the groove depth H with respect to the pitch P. The aspect ratio is preferably as small as possible from the viewpoint of easy formation of the fine relief structure.

よく知られたように、微細凹凸構造がサブ波長構造であると、入射光に対して複屈折性を示す。すなわち、図1(c)に示すように、微細凹凸構造へ空気領域から入射する入射光において、微細凹凸構造の周期方向(図の左右方向)に平行に振動する偏光成分TM、Y軸方向(図面に直交する方向)に平行に振動する偏光成分TEに対し、微細凹凸構造は屈折率が異なる媒質のように作用する。このため、透過光における偏光成分TMに対し、偏光成分TEは位相がδだけ遅れることになる。   As is well known, when the fine concavo-convex structure is a sub-wavelength structure, it exhibits birefringence with respect to incident light. That is, as shown in FIG. 1C, in the incident light incident on the fine concavo-convex structure from the air region, the polarization component TM that vibrates parallel to the periodic direction (left-right direction in the drawing) of the fine concavo-convex structure (Y-axis direction ( The fine concavo-convex structure acts like a medium having a different refractive index with respect to the polarization component TE oscillating in parallel in a direction orthogonal to the drawing. For this reason, the phase of the polarization component TE is delayed by δ with respect to the polarization component TM in the transmitted light.

つまり、溝深さHを用いると、微細凹凸構造の光学的厚さは、偏光成分TMに対してH×n(TM)、偏光成分TEに対してH×n(TE)であるので、これら光学的厚さの差である、H×{n(TE)−n(TM)}に応じて位相遅れδが生ずる。この位相遅れδがリタデーションである。光学的厚さの差である、H×{n(TE)−n(TM)}をDとし、波長をλとすると、δ=2πD/λである。   That is, when the groove depth H is used, the optical thickness of the fine concavo-convex structure is H × n (TM) with respect to the polarization component TM and H × n (TE) with respect to the polarization component TE. A phase delay δ is generated according to H × {n (TE) −n (TM)}, which is a difference in optical thickness. This phase delay δ is retardation. If H × {n (TE) −n (TM)}, which is the difference in optical thickness, is D and the wavelength is λ, then δ = 2πD / λ.

薄膜を形成する高屈折率材料としては、基板材料としてよく使われる石英(n=1.5)や、HOYA社製BK7(n=1.5)よりも高屈折率(例えば1.6以上)の材料を選べばよい。TiO、Nb、Ta、ZrO、ITO(SnO+In)等の無機材料や、TiO、ZrO、Sb、ITO、Al等の元素を材料中に結合させたゾル・ゲル材料、さらには、SiOを骨格とするゾル・ゲル材料中に上記無機材料の微粒子(5nm以上100nm以下)を分散させた混合材料、あるいは、光硬化型樹脂や熱硬化型樹脂で屈折率が1.6以上のもの等が利用可能である。上記混合材料は、特性に応じて混合・ブレンドが可能である。光硬化型樹脂や熱硬化型樹脂は、例えば、光透過型接着剤をはじめとする光学特性に優れたものが用いられる。 As a high refractive index material for forming a thin film, a higher refractive index (for example, 1.6 or more) than quartz (n = 1.5) often used as a substrate material or BK7 (n = 1.5) manufactured by HOYA. You can choose the material. Inorganic materials such as TiO 2 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , ZrO 2 , ITO (SnO 2 + In 2 O 5 ), TiO 2 , ZrO 2 , Sb 2 O 5 , ITO, Al 2 O 3, etc. A sol / gel material in which an element is bonded to the material, or a mixed material in which fine particles (5 nm to 100 nm) of the inorganic material are dispersed in a sol / gel material having a SiO 2 skeleton, or photocuring A mold resin or a thermosetting resin having a refractive index of 1.6 or more can be used. The mixed material can be mixed and blended according to the characteristics. As the photocurable resin or thermosetting resin, for example, a resin having excellent optical characteristics such as a light transmitting adhesive is used.

上記無機材料は、スパッタリングや蒸着等の成膜技術で薄層を形成する。ゾル・ゲル材料や混合材料、光硬化型樹脂や熱硬化型樹脂は、ガラス平板上にスピンコート等で薄層を形成する。無機材料による薄層は、200℃以上の耐熱性があり、高温環境で使用する波長板や光学素子の薄層として適している。   The inorganic material forms a thin layer by a film forming technique such as sputtering or vapor deposition. A sol / gel material, a mixed material, a photocurable resin, or a thermosetting resin forms a thin layer on a glass plate by spin coating or the like. A thin layer made of an inorganic material has a heat resistance of 200 ° C. or more, and is suitable as a thin layer of a wave plate or an optical element used in a high temperature environment.

なお、微細凹凸構造は、例えば、薄層の上に電子ビームの走査により潜像の形成されるレジスト層を形成し、このレジストに微細凹凸構造に対応するパターンを電子ビームにより描画して潜像を形成し、これを現像して微細凹凸構造に対応するレジストパターンを得て、このレジストパターンをマスクとしてRIE(反応性イオンエッチング)等のエッチングで薄層を所望の溝深さにエッチングすることによって形成することができる。また、薄層を熱硬化性樹脂で構成した場合は、熱式ナノインプリント方法で形成することもできる。   For example, a fine concavo-convex structure is formed by forming a resist layer on which a latent image is formed by scanning an electron beam on a thin layer, and drawing a pattern corresponding to the fine concavo-convex structure on the resist with an electron beam. And developing this to obtain a resist pattern corresponding to the fine relief structure, and etching the thin layer to a desired groove depth by etching such as RIE (reactive ion etching) using this resist pattern as a mask Can be formed. Moreover, when a thin layer is comprised with a thermosetting resin, it can also form with a thermal nanoimprint method.

図2は、本実施形態の波長板の光学特性を示した図で、屈折率n=2.3の薄層に波長λの光を入射させてピッチP/λをパラメータとしたときの、溝深さ:H/λ(横軸)と0次透過率(縦軸)の関係を表したものである。図2(a)は図1(a)のY軸方向に相当するTE方向成分の透過率を示し、図2(b)は図1(a)のY軸方向に相当するTE方向成分の透過率を示す。   FIG. 2 is a diagram showing the optical characteristics of the wave plate of the present embodiment, in which light of wavelength λ is incident on a thin layer having a refractive index n = 2.3, and the pitch P / λ is used as a parameter. Depth: represents the relationship between H / λ (horizontal axis) and zero-order transmittance (vertical axis). 2A shows the transmittance of the TE direction component corresponding to the Y axis direction of FIG. 1A, and FIG. 2B shows the transmission of the TE direction component corresponding to the Y axis direction of FIG. Indicates the rate.

図20に示すように、断面矩形形状の透過率(90%)より高い透過率を得るには、ピッチP/λ、溝深さH/λの範囲として、
0<P/λ<0.4
H/λ>0.5
が好適である(図2(a)、図2(b)において破線で囲った範囲A )。
As shown in FIG. 20, in order to obtain a transmittance higher than the transmittance (90%) of the rectangular cross section, as a range of pitch P / λ and groove depth H / λ,
0 <P / λ <0.4
H / λ> 0.5
Is preferable (the range A 1 surrounded by a broken line in FIGS. 2A and 2B).

また、図20のように、断面矩形形状の透過率(90%)より高い透過率を得るには、上記の範囲に限定されるものでなく、ピッチ:P/λ、溝深さ:H/λの範囲として、
0<P/λ<0.5
1.0<H/λ<1.5
でもよい(図2(a)、図2(b)において破線で囲った範囲B )。
Further, as shown in FIG. 20, in order to obtain a transmittance higher than the transmittance (90%) of the rectangular cross section, the present invention is not limited to the above range, but pitch: P / λ, groove depth: H / As the range of λ,
0 <P / λ <0.5
1.0 <H / λ <1.5
However, it may be (range B 1 surrounded by a broken line in FIGS. 2A and 2B).

図3は、本実施形態の波長板の光学特性を示した図で、屈折率n=2.3、ピッチP/λ=0.32のときの、溝深さH/λ(横軸)とリタデーション(縦軸:波長単位)の関係を表したものである。溝深さH/λの増大とともにリタデーションが線形に増加することがわかる。これは、微細凹凸構造の光学的厚さの、偏光成分TM及び偏光成分TEに対する差である、H×{n(TE)−n(TM)}が溝深さHの1次関数であることによる。上記の高透過率を満足する範囲で、所望の位相差が確保できるようにすればよい。例えば、1/4波長板を実現するためには、リタデーションは0.25λとなればよく、そのためには溝深さ:H/λとして0.72を選択すればよい。   FIG. 3 is a diagram showing the optical characteristics of the wave plate of the present embodiment. The groove depth H / λ (horizontal axis) when the refractive index n = 2.3 and the pitch P / λ = 0.32. This represents the relationship of retardation (vertical axis: wavelength unit). It can be seen that the retardation increases linearly as the groove depth H / λ increases. This means that H × {n (TE) −n (TM)}, which is the difference between the optical thickness of the fine concavo-convex structure with respect to the polarization component TM and the polarization component TE, is a linear function of the groove depth H. by. What is necessary is just to be able to ensure a desired phase difference in the range which satisfies said high transmittance | permeability. For example, in order to realize a ¼ wavelength plate, the retardation may be 0.25λ, and for that purpose, 0.72 may be selected as the groove depth: H / λ.

さらに、1/2波長板を実現するためには、リタデーションは0.5λとなればよく、1/4波長板の溝深さH/λの2倍を選択すればよいが、他の方法として、図1(d)に示すように、ガラス平板1の両面に高屈折率の薄膜2a及び薄膜2bを形成し、その各面に断面三角形状を形成する構成し、各々1/4波長板相当の溝深さH/λが0.72を選択してもよい。片面のみの構造で1/2波長板を形成する場合に比べ、アスペクトを低減することが可能である。   Further, in order to realize a half-wave plate, the retardation only needs to be 0.5λ, and it is only necessary to select twice the groove depth H / λ of the quarter-wave plate. As shown in FIG. 1 (d), a thin film 2a and a thin film 2b having a high refractive index are formed on both surfaces of a glass flat plate 1, and a triangular cross section is formed on each surface, each corresponding to a quarter wavelength plate. The groove depth H / λ may be selected to be 0.72. The aspect can be reduced as compared with the case where the half-wave plate is formed with a structure of only one side.

また、図1(a)のような片面のみで波長板を構成した場合、ガラス平板1のもう一方の平面において、図1(e)のように反射防止膜3を形成してもよい。この場合、反射防止膜3は、例えば従来から知られるような、高屈折率層と低反射率層とを交互に積層した4層構成の反射防止膜等を蒸着してやればよい。これにより、素子としての波長板の透過率が確保できる。なお、図1(d)のような両面構造にした場合は、本工程が不要となるため、高リタデーションの波長板を形成する場合は、両面構造にすることが望ましい。   Further, when the wave plate is configured only on one side as shown in FIG. 1A, the antireflection film 3 may be formed on the other plane of the glass flat plate 1 as shown in FIG. In this case, for example, the antireflection film 3 may be formed by depositing an antireflection film having a four-layer structure in which high refractive index layers and low reflectance layers are alternately stacked, as conventionally known. Thereby, the transmittance | permeability of the wavelength plate as an element is securable. In addition, when a double-sided structure as shown in FIG. 1D is used, this step is not necessary. Therefore, when a high retardation wave plate is formed, a double-sided structure is desirable.

[実施形態2]
図4は、本発明の第2の実施形態の波長板を説明するための図である。図4(a)は本実施形態の波長板の構成を示した断面図、図4(b)は該波長板の薄膜の構造を説明するための図である。素子構成としては、実施形態1のような断面三角形状が一方向に連続したものに限られるものでなく、図4(a)に示すように、隣り合う三角形の間に一定のスペースを介するものであってもよい。
[Embodiment 2]
FIG. 4 is a diagram for explaining the wave plate according to the second embodiment of the present invention. 4A is a cross-sectional view showing the configuration of the wave plate of the present embodiment, and FIG. 4B is a diagram for explaining the structure of the thin film of the wave plate. The element configuration is not limited to the one in which the cross-sectional triangle shape is continuous in one direction as in the first embodiment, and a certain space is interposed between adjacent triangles as shown in FIG. It may be.

図5は、本実施形態の波長板の光学特性を示した図で、屈折率n=2.3の薄層上に形成された構成において、波長λの光を入射させピッチP/λをパラメータとしたときの、溝深さH/λ(横軸)と0次透過率(縦軸)、±1次回折光効率(縦軸)の関係を表したものである。なお、図4(b)に示すように、スペースなしで三角形状が連続的に配列した場合を想定し、そのときの三角形高さをH’、実際の三角形の高さをHとしたときに、図5(a)〜(d)はH/H’=1のときの0次透過率や±1次回折効率を示し、図5(e)〜(h)はH/H’=0.9のときの0次透過率や±1次回折効率を示し、図5(i)〜(l)はH/H’=0.8のときの0次透過率や±1次回折効率を示し、図5(m)〜(p)はH/H’=0.7のときの0次透過率や±1次回折効率を示している。   FIG. 5 is a diagram showing the optical characteristics of the wave plate of the present embodiment. In a configuration formed on a thin layer having a refractive index n = 2.3, light having a wavelength λ is incident and the pitch P / λ is set as a parameter. The relationship between the groove depth H / λ (horizontal axis), 0th-order transmittance (vertical axis), and ± 1st-order diffracted light efficiency (vertical axis) is shown. As shown in FIG. 4B, assuming that triangles are continuously arranged without a space, the triangle height at that time is H ′, and the actual triangle height is H. FIGS. 5A to 5D show 0th-order transmittance and ± 1st-order diffraction efficiency when H / H ′ = 1, and FIGS. 5E to 5H show H / H ′ = 0. FIG. 5 (i) to (l) show the 0th-order transmittance and ± 1st-order diffraction efficiency when H / H ′ = 0.8. 5 (m) to 5 (p) show 0th-order transmittance and ± 1st-order diffraction efficiency when H / H ′ = 0.7.

実施形態1でも述べたように、図20に示す断面矩形形状の透過率(90%)より高い透過率を得るピッチP/λ及び溝深さH/λの範囲としては、
0<P/λ<0.4
H/λ>0.5
が好適であるが、上記の範囲に限定されるものでなく、
0<P/λ<0.5
1.0<H/λ<1.5
でもよい。
As described in the first embodiment, the range of the pitch P / λ and the groove depth H / λ for obtaining a transmittance higher than the transmittance (90%) of the rectangular cross section shown in FIG.
0 <P / λ <0.4
H / λ> 0.5
Is preferred, but is not limited to the above range,
0 <P / λ <0.5
1.0 <H / λ <1.5
But you can.

なお、例えば図5(o)と図5(c)を比較した場合に、H/H’が小さくなればなるほど、溝深さH/λが大きくなっても±1次回折光が残留するため、透過率の観点からはH/H’が大きい方が望ましい。   For example, when FIG. 5 (o) is compared with FIG. 5 (c), as H / H ′ decreases, ± first-order diffracted light remains even when the groove depth H / λ increases. From the viewpoint of transmittance, it is desirable that H / H ′ is large.

図6は、本実施形態の波長板の光学特性を示した図で、屈折率n=2.3、ピッチP/λ=0.32のときのH/H’をパラメータとして、溝深さH/λ(横軸)とリタデーション(縦軸:波長単位)との関係を表したものである。溝深さH/λの増大とともにリタデーションが線形に増加する点は実施形態1と同様である。上記の高透過率を満足する範囲で、所望の位相差が確保できるようにすればよいわけだが、H/H’が0.25〜0.75の範囲ではリタデーションは一定であるため、透過率確保の点からH/H‘が大きい方が望ましい。例えば、1/4波長板を実現するためには、リタデーションが0.25λとなればよく、溝深さH/λとして0.63を選択すればよい。   FIG. 6 is a diagram showing the optical characteristics of the wave plate of the present embodiment. The groove depth H is set with H / H ′ as a parameter when the refractive index n = 2.3 and the pitch P / λ = 0.32. This represents the relationship between / λ (horizontal axis) and retardation (vertical axis: wavelength unit). Similar to the first embodiment, the retardation increases linearly as the groove depth H / λ increases. Although it is only necessary to ensure a desired phase difference within a range satisfying the above high transmittance, the retardation is constant when H / H ′ is in the range of 0.25 to 0.75. From the viewpoint of securing, it is desirable that H / H ′ is large. For example, in order to realize a quarter wavelength plate, the retardation may be 0.25λ, and 0.63 may be selected as the groove depth H / λ.

[実施形態3]
図7は、本発明の第3の実施形態の波長板を説明するための図である。図7(a)は本実施形態の波長板の構成を示した断面図、図7(b)は該波長板の薄膜の構造を説明するための図である。素子構成としては、実施形態1のような断面三角形状が一方向に連続したものに限られるものでなく、図7(a)に示すように、断面台形状が一方向に連続したものであってもよい。
[Embodiment 3]
FIG. 7 is a diagram for explaining a wave plate according to a third embodiment of the present invention. FIG. 7A is a cross-sectional view showing the configuration of the wave plate of this embodiment, and FIG. 7B is a diagram for explaining the structure of the thin film of the wave plate. The element configuration is not limited to one in which the triangular cross section is continuous in one direction as in the first embodiment, and the trapezoidal cross section is continuous in one direction as shown in FIG. May be.

図8は、本実施形態の波長板の光学特性を示した図で、屈折率n=2.3の薄層上に形成された構成において、波長λの光を入射させピッチP/λをパラメータとしたときの、溝深さH/λ(横軸)と0次透過率(縦軸)、±1次回折光効率(縦軸)の関係を表したものである。なお、図7(b)に示すように、スペースなしで三角形状が連続的に配列した場合を想定し、そのときの三角形高さをH’、台形の高さをHとしたときに、図8(a)〜(d)はH/H’=1のときの0次透過率や±1次回折効率を示し、図8(e)〜(h)はH/H’=0.9のときの0次透過率や±1次回折効率を示し、図8(i)〜(l)はH/H’=0.8のときの0次透過率や±1次回折効率を示し、図8(m)〜(p)はH/H’=0.7のときの0次透過率や±1次回折効率を示している。   FIG. 8 is a diagram showing optical characteristics of the wave plate of the present embodiment. In a configuration formed on a thin layer having a refractive index n = 2.3, light having a wavelength λ is incident and the pitch P / λ is set as a parameter. The relationship between the groove depth H / λ (horizontal axis), 0th-order transmittance (vertical axis), and ± 1st-order diffracted light efficiency (vertical axis) is shown. As shown in FIG. 7B, assuming that the triangles are continuously arranged without spaces, the height of the triangle is H ′ and the height of the trapezoid is H. 8 (a) to (d) show 0th-order transmittance and ± 1st-order diffraction efficiency when H / H ′ = 1, and FIGS. 8 (e) to 8 (h) show H / H ′ = 0.9. FIG. 8 (i) to (l) show the 0th order transmittance and the ± 1st order diffraction efficiency when H / H ′ = 0.8. 8 (m) to (p) indicate 0th-order transmittance and ± 1st-order diffraction efficiency when H / H ′ = 0.7.

また、図20に示すような、断面矩形形状の透過率(90%)より高い透過率を得るピッチP/λ及び溝深さH/λの範囲については、実施形態1及び2と同様である。   Further, as shown in FIG. 20, the range of the pitch P / λ and the groove depth H / λ for obtaining a transmittance higher than the transmittance (90%) of the rectangular cross section is the same as in the first and second embodiments. .

なお、例えば図8(o)と図8(c)を比較した場合に、H/H’が小さくなるほど、溝深さH/λが大きくなっても±1次回折光が残留するため、H/H’は透過率の観点からは大きい方が望ましい。また、実施形態2の場合(図5)と比較すると、±1次回折効率が小さいことから、実施形態2の構造より本実施形態の構造がより望ましいといえる。また、実施形態1及び2が三角形状で凸部先端が鋭く尖った構造をしているのに対し、本実施形態では、先端部がフラットなため接触による破損、事故等の恐れがなくなる。そして、機械的強度が高くなるという意味で工程管理が簡素化できる。   For example, when FIG. 8 (o) is compared with FIG. 8 (c), as H / H ′ decreases, ± first-order diffracted light remains even if the groove depth H / λ increases. H ′ is preferably larger from the viewpoint of transmittance. Further, the structure of the present embodiment is more desirable than the structure of the second embodiment because the ± first-order diffraction efficiency is smaller than that of the second embodiment (FIG. 5). In contrast to Embodiments 1 and 2, which have a triangular shape and the tip of the convex portion is sharp and sharp, in this embodiment, the tip is flat, so there is no risk of damage due to contact or accidents. And process management can be simplified in the sense that mechanical strength becomes high.

図9は、本実施形態の波長板の光学特性を示した図で、屈折率n=2.3、ピッチP/λ=0.32のときのH/H’をパラメータとして、溝深さH/λ(横軸)とリタデーション(縦軸:波長単位)との関係を表したものである。溝深さH/λの増大とともにリタデーションが線形に増加する点は実施形態1と同様である。上記の高透過率を満足する範囲で、所望の位相差が確保できるようにすればよい。例えば、1/4波長板を実現するためには、リタデーションが0.25λとなればよく、H/H’が0.75の場合は、溝深さH/λとして0.63を選択すればよい。   FIG. 9 is a diagram showing the optical characteristics of the wave plate of the present embodiment. The groove depth H is set with H / H ′ as a parameter when the refractive index n = 2.3 and the pitch P / λ = 0.32. This represents the relationship between / λ (horizontal axis) and retardation (vertical axis: wavelength unit). Similar to the first embodiment, the retardation increases linearly as the groove depth H / λ increases. What is necessary is just to be able to ensure a desired phase difference in the range which satisfies said high transmittance | permeability. For example, in order to realize a ¼ wavelength plate, the retardation may be 0.25λ. When H / H ′ is 0.75, 0.63 is selected as the groove depth H / λ. Good.

[実施形態4]
図10は、本発明の第4の実施形態の波長板を説明するための図である。図10(a)は本実施形態の波長板の構成を示した断面図、図10(b)は該波長板の薄膜の構造を説明するための図である。素子構成としては、実施形態1のような断面三角形状が一方向に連続したものに限られるものでなく、図10(a)に示すように、隣り合う台形の間に一定のスペースを介するものであってもよい。
[Embodiment 4]
FIG. 10 is a diagram for explaining a wave plate according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 10A is a cross-sectional view showing the configuration of the wave plate of this embodiment, and FIG. 10B is a view for explaining the structure of the thin film of the wave plate. The element structure is not limited to the one in which the cross-sectional triangle shape is continuous in one direction as in the first embodiment, and a certain space is interposed between adjacent trapezoids as shown in FIG. It may be.

図11は、本実施形態の波長板の光学特性を示した図で、屈折率n=2.3の薄層上に形成された構成において、波長λの光を入射させピッチP/λをパラメータとしたときの、溝深さH/λ(横軸)と0次透過率(縦軸)、±1次回折光効率(縦軸)の関係を表したものである。なお、図10(b)に示すように、スペースなしで三角形状が連続的に配列した場合を想定し、そのときの三角形高さをH’、台形の高さをHとしたときに、図11(a)〜(d)はH/H’=1のときの0次透過率や±1次回折効率を示し、図11(e)〜(h)はH/H’=0.9のときの0次透過率や±1次回折効率を示し、図11(i)〜(l)はH/H’=0.8のときの0次透過率や±1次回折効率を示し、図11(m)〜(p)はH/H’=0.7のときの0次透過率や±1次回折効率を示している。   FIG. 11 is a diagram showing the optical characteristics of the wave plate of the present embodiment. In a configuration formed on a thin layer having a refractive index n = 2.3, light having a wavelength λ is incident and the pitch P / λ is set as a parameter. The relationship between the groove depth H / λ (horizontal axis), 0th-order transmittance (vertical axis), and ± 1st-order diffracted light efficiency (vertical axis) is shown. As shown in FIG. 10B, assuming that triangles are continuously arranged without spaces, the height of the triangle is H ′ and the height of the trapezoid is H. 11 (a) to 11 (d) show 0th-order transmittance and ± 1st-order diffraction efficiency when H / H ′ = 1, and FIGS. 11 (e) to 11 (h) show H / H ′ = 0.9. FIGS. 11 (i) to 11 (l) show the 0th order transmittance and the ± 1st order diffraction efficiency when H / H ′ = 0.8. 11 (m) to (p) indicate the 0th-order transmittance and ± 1st-order diffraction efficiency when H / H ′ = 0.7.

また、図20に示すような、断面矩形形状の透過率(90%)より高い透過率を得るピッチP/λ及び溝深さH/λの範囲については、実施形態1〜3と同様である。   Further, as shown in FIG. 20, the range of the pitch P / λ and the groove depth H / λ for obtaining a transmittance higher than the transmittance (90%) of the rectangular cross section is the same as in the first to third embodiments. .

なお、例えば図11(o)と図11(c)を比較した場合に、H/H’が小さくなるほど、溝深さH/λが大きくなっても±1次回折光が残留するため、H/H’は透過率の観点からは大きい方が望ましい。   For example, when FIG. 11 (o) is compared with FIG. 11 (c), as H / H ′ decreases, ± first-order diffracted light remains even when the groove depth H / λ increases. H ′ is preferably larger from the viewpoint of transmittance.

図12は、本実施形態の波長板の光学特性を示した図で、屈折率n=2.3、ピッチP/λ=0.32のときのH/H’をパラメータとして、溝深さH/λ(横軸)とリタデーション(縦軸:波長単位)との関係を表したものである。溝深さH/λの増大とともにリタデーションが線形に増加する点は実施形態1と同様である。また、H/H’が増加するほどリタデーションは増える傾向にある。例えば、1/4波長板を実現するためには、リタデーションが0.25λとなればよく、H/H’が0.75の場合は、溝深さH/λとして0.58を選択すればよい。   FIG. 12 is a diagram showing the optical characteristics of the wave plate of the present embodiment. The groove depth H is defined by using H / H ′ when the refractive index n = 2.3 and the pitch P / λ = 0.32 as parameters. This represents the relationship between / λ (horizontal axis) and retardation (vertical axis: wavelength unit). Similar to the first embodiment, the retardation increases linearly as the groove depth H / λ increases. Further, the retardation tends to increase as H / H ′ increases. For example, in order to realize a ¼ wavelength plate, the retardation may be 0.25λ. When H / H ′ is 0.75, 0.58 is selected as the groove depth H / λ. Good.

[実施形態5]
図13は、本発明の実施形態における画像投射装置の構成を示した図である。画像投射装置100は、3原色に対応する各色の映像を個別に形成する3つの液晶表示素子110、111、112と、これら各液晶表示素子から射出した各色の映像光を合成するクロスプリズム113を有し、各液晶表示素子とクロスプリズム113との間の3光路に、先に述べた実施形態における1/2波長板相当の波長板116、117、118を有している。
[Embodiment 5]
FIG. 13 is a diagram showing the configuration of the image projection apparatus in the embodiment of the present invention. The image projection apparatus 100 includes three liquid crystal display elements 110, 111, and 112 that individually form images of the respective colors corresponding to the three primary colors, and a cross prism 113 that combines the image lights of the respective colors emitted from these liquid crystal display elements. In addition, the three optical paths between the liquid crystal display elements and the cross prism 113 include the wave plates 116, 117, and 118 corresponding to the half-wave plates in the above-described embodiment.

白色光源101から放射された白色光は、リフレクタ102により反射され、ダイクロイックミラー103に入射する。ダイクロイックミラー103は、青色波長以下の光を透過させ、青色波長より長い波長の光を反射する。したがって、ダイクロイックミラー103に入射する白色光の内、青色成分はダイクロイックミラー103を透過し、緑色成分と赤色成分はダイクロイックミラー103により反射されてダイクロイックミラー104に入射する。   White light emitted from the white light source 101 is reflected by the reflector 102 and enters the dichroic mirror 103. The dichroic mirror 103 transmits light having a blue wavelength or less and reflects light having a wavelength longer than the blue wavelength. Therefore, among the white light incident on the dichroic mirror 103, the blue component is transmitted through the dichroic mirror 103, and the green component and the red component are reflected by the dichroic mirror 103 and incident on the dichroic mirror 104.

ダイクロイックミラー104は、赤色波長以上の波長の光を透過させ、赤色波長より短い波長の光を反射する。したがって、ダイクロイックミラー104に入射した光のうち、緑色成分はダイクロイックミラー104に反射され、赤色成分はダイクロイックミラー104を透過する。このようにして、ダイクロイックミラー103、104により白色光源101からの白色光が、赤、緑、青の3原色の成分光に色分解される。   The dichroic mirror 104 transmits light having a wavelength longer than the red wavelength and reflects light having a wavelength shorter than the red wavelength. Therefore, of the light incident on the dichroic mirror 104, the green component is reflected by the dichroic mirror 104 and the red component is transmitted through the dichroic mirror 104. In this manner, the white light from the white light source 101 is color-separated by the dichroic mirrors 103 and 104 into three primary color component lights of red, green, and blue.

ダイクロイックミラー103を透過した青色成分光は、ミラー105により反射され、液晶表示素子110に入射し、ダイクロイックミラー104に反射された緑色成分光は、液晶表示素子111に入射する。また、ダイクロイックミラー104を透過した赤色成分光は、リレーレンズ108、ミラー106、リレーレンズ109、ミラー107により構成される光路を辿って液晶表示素子112に入射する。リレーレンズ108と109とは、赤色成分光の光路長補正を行う。   The blue component light transmitted through the dichroic mirror 103 is reflected by the mirror 105 and enters the liquid crystal display element 110, and the green component light reflected by the dichroic mirror 104 enters the liquid crystal display element 111. The red component light transmitted through the dichroic mirror 104 follows the optical path formed by the relay lens 108, the mirror 106, the relay lens 109, and the mirror 107 and enters the liquid crystal display element 112. The relay lenses 108 and 109 perform optical path length correction of red component light.

液晶表示素子110、111、112は、液晶層を1対の偏光子で挟持してなり、液晶層を挟持する1対の偏光子は互いに偏光方向を直交させている。そして、各色成分光は、対応する液晶表示素子の入射側偏光子を透過すると直線偏光となって液晶層に入射する。液晶表示素子110、111、112には、それぞれ、青色画像、緑色画像、赤色画像を表示するように画像信号が印加され、投射すべき映像の画素の位置の液晶層を透過する光は、偏光面が90度旋回し、射出側偏光子と同じ偏光方向になって射出側偏光子を透過する。   The liquid crystal display elements 110, 111, and 112 have a liquid crystal layer sandwiched between a pair of polarizers, and the pair of polarizers sandwiching the liquid crystal layer have their polarization directions orthogonal to each other. Each color component light passes through the incident side polarizer of the corresponding liquid crystal display element and becomes linearly polarized light and enters the liquid crystal layer. Image signals are applied to the liquid crystal display elements 110, 111, and 112 so as to display a blue image, a green image, and a red image, respectively, and the light transmitted through the liquid crystal layer at the pixel position of the image to be projected is polarized. The surface rotates 90 degrees, and has the same polarization direction as that of the exit-side polarizer and passes through the exit-side polarizer.

このようにして、液晶表示素子110からは、青色画像に応じて2次元的に強度変調された青色成分光(以下、青色映像光という)が射出する。同様に、液晶表示素子111からは、緑色画像に応じて2次元的に強度変調された緑色成分光(以下、緑色映像光という)が射出し、液晶表示素子112からは赤色画像に応じて2次元的に強度変調された赤色成分光(以下、赤色映像光という)が射出する。すなわち、液晶表示素子110、111、112は、3原色(青、緑、青)に対応する映像を個別に形成する。   In this way, the liquid crystal display element 110 emits blue component light (hereinafter referred to as blue video light) that is two-dimensionally intensity-modulated according to the blue image. Similarly, the liquid crystal display element 111 emits green component light that is two-dimensionally intensity-modulated according to the green image (hereinafter referred to as green video light), and the liquid crystal display element 112 outputs 2 according to the red image. Red component light (hereinafter referred to as red image light) that is dimensionally intensity-modulated is emitted. That is, the liquid crystal display elements 110, 111, and 112 individually form images corresponding to the three primary colors (blue, green, and blue).

これら各液晶表示素子から射出した各色映像光は、その偏光方向が図面の面内に平行な方向となっている。そして、液晶表示素子110から射出した青色映像光は波長板116に入射し、液晶表示素子111、112からそれぞれ射出した緑色映像光、赤色映像光は、それぞれ波長板117、118に入射する。   Each color image light emitted from each liquid crystal display element has a polarization direction parallel to the plane of the drawing. The blue image light emitted from the liquid crystal display element 110 is incident on the wave plate 116, and the green image light and red image light emitted from the liquid crystal display elements 111 and 112 are incident on the wave plates 117 and 118, respectively.

波長板116、117、118は、1/2波長板であって、透過する光の直交2成分に対して1/2波長分の位相差を与える。これら波長板に入射する各色映像光は、上記のように図面に平行な面内に偏光しているため、透過光は、その偏光面が入射時の方向から90度旋回し、図面に直交する方向に偏光した光束となって、それぞれ対応する面からクロスプリズム113に入射する。   The wave plates 116, 117, and 118 are ½ wavelength plates, and give a phase difference of ½ wavelength to two orthogonal components of transmitted light. Since each color image light incident on these wave plates is polarized in a plane parallel to the drawing as described above, the transmitted light is rotated by 90 degrees from the direction of incidence of the transmitted light and is orthogonal to the drawing. It becomes a light beam polarized in the direction and enters the cross prism 113 from the corresponding surface.

クロスプリズム113は、図面に直交する方向からみた断面形状が正方形となる光透過性素材による直方体であり、互いに直交する反射面113a,113bを有している。反射面113aは、青色波長以下の波長の光を反射し、青色波長より長い波長の光を透過するダイクロイックミラーとなっており、反射面113bは、赤色波長以上の波長の光を反射し、赤色波長より短い波長の光を透過するダイクロイックミラーとなっている。   The cross prism 113 is a rectangular parallelepiped made of a light-transmitting material having a square cross-sectional shape when viewed from a direction orthogonal to the drawing, and has reflection surfaces 113a and 113b orthogonal to each other. The reflective surface 113a is a dichroic mirror that reflects light having a wavelength less than or equal to the blue wavelength and transmits light having a wavelength longer than the blue wavelength, and the reflective surface 113b reflects light having a wavelength that is greater than or equal to the red wavelength. The dichroic mirror transmits light having a wavelength shorter than the wavelength.

クロスプリズム113に入射する各色映像光のうち、青色映像光は反射面113aに反射され、赤色映像光は反射面113bに反射され、緑色映像光は反射面113a、113bを透過し、いずれも同一の方向となり、色合成されてクロスプリズム113から射出する。射出した光束は、投射レンズ114に入射し、投射レンズ114により表示面であるスクリーン115上に拡大投射されて投射映像を表示する。   Of the color image lights incident on the cross prism 113, the blue image light is reflected on the reflection surface 113a, the red image light is reflected on the reflection surface 113b, and the green image light is transmitted through the reflection surfaces 113a and 113b. The colors are synthesized and emitted from the cross prism 113. The emitted light beam is incident on the projection lens 114 and enlarged and projected on the screen 115 as a display surface by the projection lens 114 to display a projected image.

さて、ここで反射面113a、113bは、その反射光あるいは透過光の偏光軸について方向性を有する。一般に、一方の偏光方向について、より高透過率を有する。そこで、クロスプリズムへの入射光の偏光方向と反射面の偏光軸の最適化をするため、クロスプリズム前段に1/2波長板を適宜挿入する。なお、図13においては、青、緑、赤のいずれの波長に対しても1/2波長板を挿入した場合を示しているが、入力波長のいずれか1のみについて1/2波長板を挿入する構成であってもよい。   Here, the reflecting surfaces 113a and 113b have directionality with respect to the polarization axis of the reflected light or transmitted light. In general, it has higher transmittance for one polarization direction. Therefore, in order to optimize the polarization direction of the incident light to the cross prism and the polarization axis of the reflecting surface, a half-wave plate is appropriately inserted in front of the cross prism. FIG. 13 shows the case where a half-wave plate is inserted for any of blue, green, and red wavelengths, but a half-wave plate is inserted for only one of the input wavelengths. It may be configured to.

[実施形態6]
図14は、本発明の実施形態における画像投射装置の構成を示した図で、本実施形態は実施形態5の画像投射装置の変形例である。繁雑を避けるため、混同のおそれがないと思われるものについては図13におけると同一の符号を付し、これらについての説明は図13に関する説明を援用する。
[Embodiment 6]
FIG. 14 is a diagram illustrating the configuration of the image projection apparatus according to the embodiment of the present invention. This embodiment is a modification of the image projection apparatus according to the fifth embodiment. In order to avoid complications, those that are not likely to be confused are given the same reference numerals as in FIG. 13, and the explanations relating to FIG.

本実施形態の画像投射装置は、実施形態5の画像投射装置に対し、白色光源101とダイクロイックミラー103との間に、均一照明手段201(オプチカルインテグレータ)と偏光変換素子202とを付加したものである。   The image projection apparatus according to this embodiment is obtained by adding a uniform illumination unit 201 (optical integrator) and a polarization conversion element 202 between the white light source 101 and the dichroic mirror 103 to the image projection apparatus according to the fifth embodiment. is there.

オプチカルインテグレータである均一照明手段201は、液晶表示素子への照射光の光量を略均一にする手段であり、例えばフライアイレンズ、ロッドレンズ、矩形レンズアレイ等からなる公知のものを適宜利用できる。   The uniform illumination unit 201 that is an optical integrator is a unit that makes the amount of light irradiated to the liquid crystal display element substantially uniform. For example, a well-known unit composed of a fly-eye lens, a rod lens, a rectangular lens array, or the like can be used as appropriate.

液晶表示素子110、111、112は、液晶の持つ偏光特性を利用しており、高いコントラストを実現できるが、1対の偏光子で液晶を挟持しているため、実施形態5のように、各液晶表示素子に入射する照射光が自然偏光状態であると、各液晶表示素子の入射側偏光子を透過する際に照明光量の1/2が遮断されてしまうことになり、光の利用効率が悪い。   The liquid crystal display elements 110, 111, and 112 use the polarization characteristics of the liquid crystal and can achieve high contrast. However, since the liquid crystal is sandwiched between a pair of polarizers, If the irradiation light incident on the liquid crystal display element is in a naturally polarized state, half of the amount of illumination light is blocked when passing through the incident side polarizer of each liquid crystal display element, and the light utilization efficiency is reduced. bad.

偏光変換素子202は、白色光源101からの光を有効に使い、スクリーン上の投射映像を明るくするために液晶表示素子へ入射する光の偏光方向を揃えるのに用いられる。また、偏光変換素子202は、光源側からの照明光の偏光状態を、照明光の光強度を略保存しつつ自然偏光状態から直線偏光状態に変換するものである。このようにして直線偏光化された照明光の偏光方向を、液晶表示素子における入射側偏光子の偏光方向と揃えれば、光源側からの照明光の略100%を投射画像の表示に利用することができる。   The polarization conversion element 202 is used to effectively use the light from the white light source 101 and align the polarization direction of the light incident on the liquid crystal display element in order to brighten the projected image on the screen. The polarization conversion element 202 converts the polarization state of the illumination light from the light source side from the natural polarization state to the linear polarization state while substantially preserving the light intensity of the illumination light. If the polarization direction of the linearly polarized illumination light is aligned with the polarization direction of the incident-side polarizer in the liquid crystal display element, approximately 100% of the illumination light from the light source side can be used for displaying a projected image. Can do.

図15は、本実施形態の画像投射装置における均一照明手段及び偏光変換素子の構成を示した図で、光源101からの白色光束が均一照明手段201により均一化され、偏光変換手段202により偏光状態を変換される状態を説明するための図である。   FIG. 15 is a diagram illustrating the configuration of the uniform illumination unit and the polarization conversion element in the image projection apparatus according to the present embodiment. The white light beam from the light source 101 is uniformized by the uniform illumination unit 201 and the polarization state is converted by the polarization conversion unit 202. It is a figure for demonstrating the state converted.

光源101側からの白色光束は、1対の集光レンズアレイ(フライアイレンズアレイ)を対向配置して構成した公知の均一照明手段201を透過して、偏光変換手段202に入射する。   The white light beam from the light source 101 side is transmitted through a known uniform illumination unit 201 configured by arranging a pair of condensing lens arrays (fly eye lens arrays) so as to be incident on the polarization conversion unit 202.

偏光変換手段202は、光学基体202Aと、波長板部分202Bとを有している。また、図15(a)に示すように、光学基体202Aの部分は、照明光の光軸に対して45度傾いた偏光分離面2021と反射面2022とを有する。   The polarization conversion means 202 has an optical base 202A and a wave plate portion 202B. As shown in FIG. 15A, the optical base 202A has a polarization separation surface 2021 and a reflection surface 2022 inclined by 45 degrees with respect to the optical axis of the illumination light.

偏光分離面2021は、入射光を偏光面が互いに直交する反射光S(以下、S成分という)と透過光P(以下、P成分という)に分割する。反射面2022は、S成分を反射してP成分の進行方向と略同一方向に向ける。   The polarization separation surface 2021 divides incident light into reflected light S (hereinafter referred to as S component) and transmitted light P (hereinafter referred to as P component) whose polarization surfaces are orthogonal to each other. The reflecting surface 2022 reflects the S component and directs it in the direction substantially the same as the traveling direction of the P component.

また、偏光分離面2021と反射面2022の組み合わせを1ユニットとし、このようなユニットの複数ユニットが照明光の透過領域に渡って設けられ、いわゆる偏光プリズムレンズアレイをなし、アレイを構成する個々の偏光プリズムごとに、透過する照明光をS成分とP成分に分ける。   Further, the combination of the polarization separation surface 2021 and the reflection surface 2022 is one unit, and a plurality of such units are provided over the transmission region of the illumination light, forming a so-called polarization prism lens array, and the individual elements constituting the array. For each polarizing prism, the transmitted illumination light is divided into an S component and a P component.

波長板部分202Bは、光学基体202Aから射出するS成分の偏光面を90度旋回させ、P成分の偏光方向に揃える。このようにして、偏光方向が揃った直線偏光の照明光が得られる。この照明光の偏光方向は、もちろん、各液晶表示素子の入射側偏光子の偏光方向と同じである。   The wave plate portion 202B rotates the polarization plane of the S component emitted from the optical substrate 202A by 90 degrees and aligns it with the polarization direction of the P component. In this way, linearly polarized illumination light having a uniform polarization direction is obtained. Of course, the polarization direction of the illumination light is the same as the polarization direction of the incident-side polarizer of each liquid crystal display element.

図15(b)に示すように、波長板部分202Bは、ガラス平板202B1の片面に形成された屈折率1.6以上の材料による薄層202B2の表面に、断面矩形波状の微細凹凸構造2021B、2022B、2023B等がサブ波長構造として形成され、各微細凹凸構造2021B等は、1/2波長板としての機能を付与されている。   As shown in FIG. 15 (b), the wave plate portion 202B includes a fine concavo-convex structure 2021B having a rectangular cross section on the surface of a thin layer 202B2 made of a material having a refractive index of 1.6 or more formed on one surface of a glass flat plate 202B1. 2022B, 2023B, and the like are formed as sub-wavelength structures, and each fine concavo-convex structure 2021B is provided with a function as a half-wave plate.

ガラス平板202B1は、光学基体202Aの、方向の揃った照明光が射出する側の面に一体化され、微細凹凸構造2021B等は、S成分が射出する部分に形成されている。なお、波長板部分202Bと光学基体202Aとの接合は、薄層202B2を光学基体202Aの側としてもよく、このようにすると、微細凹凸構造をガラス平板202B1により良好に保護することができる。また、ガラス平板202B1を用いずに、薄層202B2を光学基体202Aに直接形成してもよい。   The glass flat plate 202B1 is integrated with the surface of the optical base body 202A on the side where the illumination light having the same direction is emitted, and the fine concavo-convex structure 2021B and the like are formed in the portion where the S component is emitted. The wave plate portion 202B and the optical base body 202A may be joined with the thin layer 202B2 on the side of the optical base body 202A. In this way, the fine uneven structure can be better protected by the glass flat plate 202B1. Further, the thin layer 202B2 may be directly formed on the optical base 202A without using the glass flat plate 202B1.

[実施形態7]
図16は、本発明の実施形態における画像投射装置の構成を示した図で、本実施形態は実施形態5の画像投射装置の変形例である。本実施形態の画像投射装置は、単板式の液晶画像投射装置であり、図16に示すように、白色光を出射可能な照明装置300と、出射された白色光を変調してカラー画像を形成する液晶表示素子308と、カラー画像を投射する投射レンズ309と、から概略構成されている。
[Embodiment 7]
FIG. 16 is a diagram illustrating the configuration of the image projection apparatus according to the embodiment of the present invention. This embodiment is a modification of the image projection apparatus according to the fifth embodiment. The image projection apparatus according to the present embodiment is a single-plate liquid crystal image projection apparatus. As shown in FIG. 16, an illumination device 300 that can emit white light and a color image formed by modulating the emitted white light. And a liquid crystal display element 308 that projects and a projection lens 309 that projects a color image.

照明装置300は、白色光を出射するLEDチップ301と、LEDチップ301を載置する基板302と、LEDチップ301の出射光の照度分布を均一化するロッドレンズ303と、から概略構成されている。   The illuminating device 300 is roughly configured by an LED chip 301 that emits white light, a substrate 302 on which the LED chip 301 is mounted, and a rod lens 303 that equalizes the illuminance distribution of the emitted light from the LED chip 301. .

また、ロッドレンズ303の光出射側端面303bには、先述した実施形態の1/4波長板306、偏光板307aが配置されている。そして、液晶表示装置308の光入射面には、白色光をRGBの各色光に変換するカラーフィルタ308aが配置され、液晶表示装置308の光出射面には、偏光板307が配置されている。   Further, the quarter-wave plate 306 and the polarizing plate 307a of the above-described embodiment are disposed on the light emitting side end face 303b of the rod lens 303. A color filter 308 a that converts white light into RGB light is disposed on the light incident surface of the liquid crystal display device 308, and a polarizing plate 307 is disposed on the light exit surface of the liquid crystal display device 308.

照明装置300は、LEDチップ301に電力が供給されると、LEDチップ301から白色光が出射される。白色光は、充填材304aを伝搬してロッドレンズ303との境界面である凹部304の面に入射する。充填材304aは、ロッドレンズ303よりも屈折率が高いため、白色光は、上記境界面において屈折してロッドレンズ303内に伝搬する。   The illumination device 300 emits white light from the LED chip 301 when power is supplied to the LED chip 301. White light propagates through the filler 304 a and enters the surface of the recess 304 that is a boundary surface with the rod lens 303. Since the filler 304 a has a higher refractive index than the rod lens 303, the white light is refracted at the boundary surface and propagates into the rod lens 303.

ロッドレンズ303内を伝搬する白色光は、ロッドレンズ303内で全反射を繰り返すことによりその照度分布を均一化され、光出射側端面303bから出射される。照度分布を均一化された白色光は1/4波長板306に入射するが、LEDチップ301から出射された白色光はランダム偏光であるため、1/4波長板306を透過してもランダム偏光のまま出射される。   The white light propagating in the rod lens 303 is totally reflected in the rod lens 303 to make its illuminance distribution uniform, and is emitted from the light emitting side end face 303b. White light with uniform illuminance distribution is incident on the quarter-wave plate 306, but since the white light emitted from the LED chip 301 is randomly polarized light, it is randomly polarized even if it passes through the quarter-wave plate 306. It is emitted as it is.

そして、白色光は偏光板307aに入射し、p偏光(一方の偏光)はそのまま反射型偏光分離層を透過して液晶表示装置308に向けて出射され、s偏光(他方の偏光)は偏光板307aにより反射される。反射されたs偏光は、1/4波長板306に再入射し、例えば右回りの円偏光に変換されてロッドレンズ303に向けて出射される。   The white light is incident on the polarizing plate 307a, the p-polarized light (one polarized light) is transmitted through the reflective polarization separation layer as it is, and is emitted toward the liquid crystal display device 308, and the s-polarized light (the other polarized light) is the polarizing plate. Reflected by 307a. The reflected s-polarized light reenters the quarter-wave plate 306, is converted into, for example, clockwise circularly polarized light, and is emitted toward the rod lens 303.

ロッドレンズ303内を伝搬した右回りの円偏光は、ロッドレンズのLED側端面303aに形成された反射層305に入射し、再び偏光板307aに向けて反射される。また、反射層305に反射された際に、右回りの円偏光は左回りの円偏光に変換される。   The clockwise circularly polarized light propagating through the rod lens 303 is incident on the reflection layer 305 formed on the LED side end surface 303a of the rod lens and is reflected again toward the polarizing plate 307a. Also, when reflected by the reflective layer 305, clockwise circularly polarized light is converted into counterclockwise circularly polarized light.

左回りの円偏光は、ロッドレンズ303を伝搬して1/4波長板306に入射し、p偏光に変換される。p偏光は偏光板307aを透過することができるので、そのまま透過し、液晶表示装置308に向けて出射される。   The counterclockwise circularly polarized light propagates through the rod lens 303 and enters the quarter-wave plate 306 and is converted to p-polarized light. Since the p-polarized light can pass through the polarizing plate 307 a, it is transmitted as it is and emitted toward the liquid crystal display device 308.

このようにして、照明装置300から出射された白色光のp偏光は、液晶表示装置308全面に均一な照度分布で入射される。液晶表示装置308に入射される白色光は、まず、カラーフィルタ308aによりRGBの各色光に変換され、その後液晶表示装置308により変調されカラー画像が形成される。合成されたカラー画像は、次に投射レンズ309によってスクリーン310に投射される。   In this way, the p-polarized light of the white light emitted from the illumination device 300 is incident on the entire surface of the liquid crystal display device 308 with a uniform illuminance distribution. The white light incident on the liquid crystal display device 308 is first converted into RGB color light by the color filter 308a, and then modulated by the liquid crystal display device 308 to form a color image. The synthesized color image is then projected onto the screen 310 by the projection lens 309.

上記によれば、白色光を出射するLEDチップ301を備えた1つの照明装置300、及びカラーフィルタ308aを備えた1つの液晶表示装置308を備えた単板式画像投射装置の構成により、画像投射装置の小型軽量化及び低価格化を図ることができる。   According to the above, the image projection apparatus has the configuration of the single plate type image projection apparatus including one illumination device 300 including the LED chip 301 that emits white light and one liquid crystal display device 308 including the color filter 308a. Can be reduced in size, weight, and cost.

なお、本実施形態では、白色光を出射するLEDチップ301を用いて説明したが、それぞれRGBの色光を出射するLEDチップを配置してもよい。また、LEDチップ301の代わりにそれぞれRGBの色光を出射するLEDチップを配置した場合、本実施形態のようにカラーフィルタ308aを用いて、LEDチップ301を同時に連続発光させてもよいが、カラーフィルタ308aを用いずにRGBのLEDチップ301を交番発光させてもよい。この場合、カラーフィルタ308aを用いる必要がなくなるため、画像投射装置のさらなる低価格化を図ることができる。   In addition, although this embodiment demonstrated using the LED chip 301 which radiate | emits white light, you may arrange | position the LED chip which radiate | emits RGB color light, respectively. In addition, when LED chips that emit RGB color light are arranged instead of the LED chip 301, the LED chip 301 may be made to continuously emit light simultaneously using the color filter 308a as in the present embodiment. The RGB LED chip 301 may be caused to emit alternating light without using 308a. In this case, since it is not necessary to use the color filter 308a, the price of the image projection apparatus can be further reduced.

[実施形態8]
図17は、本発明の実施形態における画像投射装置の構成を示した図で、本実施形態は実施形態5の画像投射装置の変形例である。画像投射装置は、上述した透過型の液晶表示素子を用いたものに限定されるものではなく、例えば、反射型液晶表示素子を用いたものでもよい。
[Embodiment 8]
FIG. 17 is a diagram illustrating the configuration of the image projection apparatus according to the embodiment of the present invention. This embodiment is a modification of the image projection apparatus according to the fifth embodiment. The image projection apparatus is not limited to the one using the above-described transmission type liquid crystal display element, and may be one using a reflection type liquid crystal display element, for example.

本実施形態の画像投射装置は、白色光を発光し得るLED410から出射される白色光の照度を均一化するためのロッドレンズ411と、ロッドレンズ411から入射される光の偏光変換を行うために配置された前記実施形態の1/4波長板412と、偏光子413とが順次設けられている。   The image projection apparatus according to the present embodiment performs the polarization conversion of the light incident from the rod lens 411 and the rod lens 411 for uniformizing the illuminance of the white light emitted from the LED 410 that can emit white light. The quarter wavelength plate 412 and the polarizer 413 of the above-described embodiment are sequentially provided.

LED410からの白色光は、偏光ビームスプリッタ(PBS)414に入射される。PBS414に入射された光は、その接合面でS波成分のみが反射し、反射型液晶表示素子415に入射される。   White light from the LED 410 is incident on a polarization beam splitter (PBS) 414. Only the S wave component of the light incident on the PBS 414 is reflected by the joint surface, and is incident on the reflective liquid crystal display element 415.

反射型液晶表示素子415は、入射光を映像信号に応じて空間変調するとともに、入射光の偏光面に直交する偏光面成分に変換して反射するものであり、本実施形態においては、高速スイッチングが可能なLCOS(Liquid Crystal On Silicon)素子が用いられる。   The reflective liquid crystal display element 415 spatially modulates incident light in accordance with a video signal, converts it into a polarization plane component orthogonal to the polarization plane of the incident light, and reflects it. In this embodiment, high-speed switching is performed. An LCOS (Liquid Crystal On Silicon) element that can be used is used.

そして、映像信号に基づいて変調されるとともにP偏光に変換された反射光は、S偏光反射面を透過して投射レンズ416に入射する。このようにして、映像情報を与えられた光は、投射レンズ416を介してスクリーン417上に拡大投射される。   Then, the reflected light that has been modulated based on the video signal and converted to P-polarized light passes through the S-polarized reflection surface and enters the projection lens 416. In this way, the light given the video information is enlarged and projected on the screen 417 via the projection lens 416.

[実施形態9]
図18は、本発明の実施形態における光ピックアップ装置の構成を示した図である。先述した実施形態の波長板は、画像投射装置以外の光学モジュールとして用いてもよく、例えば光ピックアップ装置に用いることも可能である。
[Embodiment 9]
FIG. 18 is a diagram showing the configuration of the optical pickup device in the embodiment of the present invention. The wave plate of the above-described embodiment may be used as an optical module other than the image projection apparatus, and can be used for an optical pickup apparatus, for example.

光ピックアップ装置501は、光源502、回折格子503、偏光ビームスプリッタ504、1/4波長板505、コリメータレンズ506、対物レンズ507、光記録媒体509、シリンドカルレンズ510、及びフォトディテクタ511とを有している。   The optical pickup device 501 includes a light source 502, a diffraction grating 503, a polarizing beam splitter 504, a quarter wavelength plate 505, a collimator lens 506, an objective lens 507, an optical recording medium 509, a cylindrical lens 510, and a photodetector 511. is doing.

また、光ピックアップ装置501は、レーザダイオード等の光源502から出射した光を、それぞれ別体に配設された回折格子503、偏光ビームスプリッタ504、1/4波長板505、コリメータレンズ506、及び対物レンズ507を順次透過させて光記録媒体509に照射し、その反射光を、前記対物レンズ507、前記1/4波長板505を透過させた後、前記偏光ビームスプリッタ504において透過方向に対し直交する方向に反射させるように構成されている。   In addition, the optical pickup device 501 converts the light emitted from the light source 502 such as a laser diode into a diffraction grating 503, a polarizing beam splitter 504, a quarter wavelength plate 505, a collimator lens 506, and an objective, which are separately provided. The lens 507 is sequentially transmitted to irradiate the optical recording medium 509, and the reflected light is transmitted through the objective lens 507 and the quarter-wave plate 505, and then orthogonal to the transmission direction in the polarization beam splitter 504. It is configured to reflect in the direction.

なお、偏光ビームスプリッタ504において光が反射するのは、光の偏光が1/4波長板505を2回透過する際に変化したためである。例えば、光源502の光がs偏光であれば、1/4波長板505を2回透過した光はp偏光となる。   The reason why the light is reflected by the polarization beam splitter 504 is that the polarization of the light changes when it passes through the quarter-wave plate 505 twice. For example, if the light from the light source 502 is s-polarized light, the light transmitted through the quarter-wave plate 505 twice becomes p-polarized light.

そして、偏光ビームスプリッタ504において反射した光は、シリンドカルレンズ510によって集光された後に、フォトディテクタ511によって受光されて、読み出しデータ等として用いられるようになっている。   The light reflected by the polarization beam splitter 504 is collected by the cylindrical lens 510 and then received by the photodetector 511 to be used as read data or the like.

上述した実施形態によれば、ガラス平板の材料の屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率材料による高屈折率薄膜がガラス平板上に形成され、該薄膜は、断面三角形状の微細凹凸構造が一方向に配列された周期構造をサブ波長構造として有するため、低屈折率層等の補助層を設けずに、所望の位相差及び透過率を好適に確保することができる。   According to the above-described embodiment, a high refractive index thin film made of a high refractive index material having a refractive index higher than that of the glass flat plate material is formed on the glass flat plate, and the thin film has a fine concavo-convex structure having a triangular cross section. Since the subwavelength structure has a periodic structure arranged in one direction, a desired phase difference and transmittance can be suitably ensured without providing an auxiliary layer such as a low refractive index layer.

また、上述した実施形態によれば、ガラス平板の材料の屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率材料による高屈折率薄膜がガラス平板上に形成され、該薄膜は、微細凹凸構造の陥没部分に前記ガラス平板と平行な面を有する平坦部が形成されているため、低屈折率層等の補助層を設けずに、所望の位相差及び透過率を好適に確保することができる。   Further, according to the embodiment described above, a high refractive index thin film made of a high refractive index material having a refractive index higher than the refractive index of the glass flat plate material is formed on the glass flat plate, and the thin film is a depression of a fine uneven structure. Since a flat portion having a plane parallel to the glass flat plate is formed in the portion, a desired phase difference and transmittance can be suitably ensured without providing an auxiliary layer such as a low refractive index layer.

また、上述した実施形態によれば、基板の材料の屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率材料による高屈折率薄膜がガラス平板上に形成され、該薄膜は、断面台形状の微細凹凸構造が一方向に配列された周期構造をサブ波長構造として有するため、低屈折率層等の補助層を設けずに、所望の位相差及び透過率を好適に確保することができる。また、三角形状の先端部をフラットにしているため、接触に対する強度も向上する。したがって、製造が容易で機械的強度の高い反射防止構造を有する光学素子が実現される。   Further, according to the embodiment described above, the high refractive index thin film made of the high refractive index material having a refractive index higher than the refractive index of the material of the substrate is formed on the glass flat plate, and the thin film has a fine unevenness having a trapezoidal cross section. Since the subwavelength structure has a periodic structure in which the structures are arranged in one direction, a desired phase difference and transmittance can be suitably ensured without providing an auxiliary layer such as a low refractive index layer. Moreover, since the triangular tip is flat, the strength against contact is improved. Therefore, an optical element having an antireflection structure that is easy to manufacture and has high mechanical strength is realized.

また、上述した実施形態によれば、ガラス平板の材料の屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率材料による高屈折率薄膜がガラス平板上に形成され、該薄膜は、微細凹凸構造の陥没部分に前記ガラス平板と平行な面を有する平坦部が形成されているため、低屈折率層等の補助層を設けずに、所望の位相差及び透過率を好適に確保することができる。また、三角形状の先端部をフラットにしているため、接触に対する強度も向上する。したがって、製造が容易で機械的強度の高い反射防止構造を有する光学素子が実現される。   Further, according to the embodiment described above, a high refractive index thin film made of a high refractive index material having a refractive index higher than the refractive index of the glass flat plate material is formed on the glass flat plate, and the thin film is a depression of a fine uneven structure. Since a flat portion having a plane parallel to the glass flat plate is formed in the portion, a desired phase difference and transmittance can be suitably ensured without providing an auxiliary layer such as a low refractive index layer. Moreover, since the triangular tip is flat, the strength against contact is improved. Therefore, an optical element having an antireflection structure that is easy to manufacture and has high mechanical strength is realized.

また、上述した実施形態によれば、波長板に入射する光の波長をλとしたとき、高屈折率薄膜は、微細凹凸構造のピッチ:P/λ及び溝深さ:H/λの範囲が、条件(1)0<P/λ<0.4、(2)H/λ>0.5を満たすように設定されて形成されているため、高い透過率を確保することができる。   Further, according to the above-described embodiment, when the wavelength of light incident on the wave plate is λ, the high refractive index thin film has a range of fine concavo-convex structure pitch: P / λ and groove depth: H / λ. , (1) Since 0 <P / λ <0.4 and (2) H / λ> 0.5, the high transmittance can be secured.

また、上述した実施形態によれば、波長板に入射する光の波長をλとしたとき、高屈折率薄膜は、微細凹凸構造のピッチ:P/λ及び溝深さ:H/λの範囲が、条件(1)0<P/λ<0.5、(2)1.0<H/λ<1.5を満たすように設定されて形成されているため、高い透過率を確保することができる。   Further, according to the above-described embodiment, when the wavelength of light incident on the wave plate is λ, the high refractive index thin film has a range of fine concavo-convex structure pitch: P / λ and groove depth: H / λ. Since (1) 0 <P / λ <0.5 and (2) 1.0 <H / λ <1.5, the high transmittance can be secured. it can.

また、上述した実施形態によれば、微細凹凸構造を有する高屈折率薄膜がガラス平板の表裏両面に形成されているため、構造の低アスペクト化が可能となる。   Further, according to the above-described embodiment, the high refractive index thin film having the fine uneven structure is formed on both the front and back surfaces of the glass flat plate, so that the aspect of the structure can be reduced.

また、上述した実施形態によれば、微細凹凸構造を有する高屈折率薄膜がガラス平板の一方の面に形成され、また該薄膜が形成された裏面には反射防止膜が形成されているため、波長板としての透過率ロスをさらに低減することが可能である。   Further, according to the above-described embodiment, the high refractive index thin film having a fine concavo-convex structure is formed on one surface of the glass plate, and the antireflection film is formed on the back surface on which the thin film is formed. It is possible to further reduce the transmittance loss as a wave plate.

また、上述した実施形態によれば、光源からの光束を液晶表示素子に導光し、該液晶表示素子の表示画像を投射レンズで表示面上に投射する画像投射装置において、光源と投射レンズの間に本発明が適用される波長板が搭載されているので、光学機器の低コスト化を図り、透過率特性及びリタデーション特性を確保することが可能となる。   Further, according to the above-described embodiment, in the image projection apparatus that guides the light flux from the light source to the liquid crystal display element and projects the display image of the liquid crystal display element on the display surface by the projection lens, the light source and the projection lens Since the wave plate to which the present invention is applied is mounted in between, it is possible to reduce the cost of the optical device and to ensure the transmittance characteristic and the retardation characteristic.

また、上述した実施形態によれば、光源からの光束を光記録媒体へ対物レンズを介して集光照射し情報の記録再生を行う光ピックアップ装置において、光源と対物レンズの間に本発明が適用される波長板が搭載されているので、光学機器の低コスト化、透過率特性及びリタデーション特性を確保することが可能である。   Further, according to the above-described embodiment, the present invention is applied between the light source and the objective lens in the optical pickup device that records and reproduces information by collecting and irradiating the light flux from the light source to the optical recording medium via the objective lens. Since the wavelength plate to be mounted is mounted, it is possible to reduce the cost of the optical device, and to ensure the transmittance characteristics and the retardation characteristics.

なお、上述する実施形態は、本発明の好適な実施形態であり、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。   The above-described embodiment is a preferred embodiment of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment alone, and various modifications are made without departing from the gist of the present invention. Implementation is possible.

本発明の実施形態に係る波長板を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the wave plate which concerns on embodiment of this invention. 本発明の本実施形態に係る波長板の光学特性を示した図である。It is the figure which showed the optical characteristic of the wavelength plate which concerns on this embodiment of this invention. 本発明の本実施形態に係る波長板の光学特性を示した図である。It is the figure which showed the optical characteristic of the wavelength plate which concerns on this embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る波長板を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the wave plate which concerns on embodiment of this invention. 本発明の本実施形態に係る波長板の光学特性を示した図である。It is the figure which showed the optical characteristic of the wavelength plate which concerns on this embodiment of this invention. 本発明の本実施形態に係る波長板の光学特性を示した図である。It is the figure which showed the optical characteristic of the wavelength plate which concerns on this embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る波長板を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the wave plate which concerns on embodiment of this invention. 本発明の本実施形態に係る波長板の光学特性を示した図である。It is the figure which showed the optical characteristic of the wavelength plate which concerns on this embodiment of this invention. 本発明の本実施形態に係る波長板の光学特性を示した図である。It is the figure which showed the optical characteristic of the wavelength plate which concerns on this embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る波長板を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the wave plate which concerns on embodiment of this invention. 本発明の本実施形態に係る波長板の光学特性を示した図である。It is the figure which showed the optical characteristic of the wavelength plate which concerns on this embodiment of this invention. 本発明の本実施形態に係る波長板の光学特性を示した図である。It is the figure which showed the optical characteristic of the wavelength plate which concerns on this embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る画像投射装置の構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the image projection apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る画像投射装置の構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the image projection apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る画像投射装置における均一照明手段及び偏光変換素子の構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the uniform illumination means and the polarization conversion element in the image projection apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る画像投射装置の構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the image projection apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る画像投射装置の構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the image projection apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る光ピックアップ装置の構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the optical pick-up apparatus which concerns on embodiment of this invention. 従来の波長板における微細周期構造を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the fine periodic structure in the conventional wavelength plate. 従来の波長板の光学特性を示した図である。It is the figure which showed the optical characteristic of the conventional wavelength plate. 従来の波長板の光学特性を示した図である。It is the figure which showed the optical characteristic of the conventional wavelength plate.

符号の説明Explanation of symbols

1 ガラス平板
2,2a,2b 薄膜
3 反射防止膜
100 画像投射装置
101 白色光源
102 リフレクタ
103,104 ダイクロイックミラー
105,106,107 ミラー
108,109 リレーレンズ
110,111,112,308 液晶表示素子
113 クロスプリズム
113a,113b 反射面
114 投射レンズ
115 スクリーン
116,117,118 波長板
201 均一照明手段
202 偏光変換素子
202A 光学基体
202B 波長板部分
202B1 ガラス平板
202B2 薄層
2021B,2022B,2023B 微細凹凸構造
301,410 LEDチップ(LED)
302 基板
303,411 ロッドレンズ
303a LED側面
303b 光出射側端面
304 凹部
304a 充填剤
305 反射層
306,412,505 1/4波長板
307,307a 偏光板
308a カラーフィルタ
309,416 投射レンズ
310,417 スクリーン
413 偏光子
414,504 偏光ビームスプリッタ(PBS)
415 反射型液晶表示素子
501 光ピックアップ装置
502 光源
503 回折格子
506 コリメータレンズ
507 対物レンズ
509 光記録媒体
510 シリンドカルレンズ
511 フォトディテクタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Glass flat plate 2, 2a, 2b Thin film 3 Antireflection film 100 Image projection apparatus 101 White light source 102 Reflector 103,104 Dichroic mirror 105,106,107 Mirror 108,109 Relay lens 110,111,112,308 Liquid crystal display element 113 Cross Prism 113a, 113b Reflecting surface 114 Projection lens 115 Screen 116, 117, 118 Wavelength plate 201 Uniform illumination means 202 Polarization conversion element 202A Optical substrate 202B Wavelength plate portion 202B1 Glass flat plate 202B2 Thin layer 2021B, 2022B, 2023B Fine uneven structure 301,410 LED chip (LED)
302 Substrate 303, 411 Rod lens 303a LED side surface 303b Light emission side end surface 304 Concave 304a Filler 305 Reflective layer 306, 412, 505 1/4 wavelength plate 307, 307a Polarizing plate 308a Color filter 309, 416 Projection lens 310, 417 Screen 413 Polarizer 414, 504 Polarizing beam splitter (PBS)
415 Reflective liquid crystal display element 501 Optical pickup device 502 Light source 503 Diffraction grating 506 Collimator lens 507 Objective lens 509 Optical recording medium 510 Cylindrical lens 511 Photo detector

Claims (10)

透光性の基板を透過して互いに偏光面を直交する2つの直線偏光に位相差を生じさせる波長板において、
前記基板の材料の屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率材料からなる高屈折率薄膜が前記基板上に形成され、
前記高屈折率薄膜は、微細凹凸構造が一方向に配列された周期構造をサブ波長構造として有することを特徴とする波長板。
In a wave plate that causes a phase difference between two linearly polarized lights that are transmitted through a translucent substrate and orthogonal to each other in the plane of polarization,
A high refractive index thin film made of a high refractive index material having a refractive index higher than that of the material of the substrate is formed on the substrate,
The wave plate according to claim 1, wherein the high refractive index thin film has a subwavelength structure having a periodic structure in which fine uneven structures are arranged in one direction.
前記微細凹凸構造は、断面三角形状であることを特徴とする請求項1に記載の波長板。   The wave plate according to claim 1, wherein the fine concavo-convex structure has a triangular cross section. 前記微細凹凸構造は、断面台形状であることを特徴とする請求項1に記載の波長板。   The wave plate according to claim 1, wherein the fine uneven structure has a trapezoidal cross section. 前記高屈折率薄膜は、前記微細凹凸構造の陥没部分に前記基板と平行な面を有する平坦部が形成されたことを特徴とする請求項2又は3に記載の波長板。   4. The wave plate according to claim 2, wherein the high refractive index thin film is formed with a flat portion having a surface parallel to the substrate in a depressed portion of the fine concavo-convex structure. 前記高屈折率薄膜は、波長板に入射する光の波長をλとしたとき、前記微細凹凸構造のピッチ:P/λ及び溝深さ:H/λが条件
(1)0<P/λ<0.4
(2)H/λ>0.5
を満たすように設定されて形成されたことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の波長板。
In the high refractive index thin film, when the wavelength of light incident on the wave plate is λ, the pitch of the fine concavo-convex structure is P / λ and the groove depth is H / λ (1) 0 <P / λ < 0.4
(2) H / λ> 0.5
5. The wave plate according to claim 1, wherein the wave plate is formed so as to satisfy the above.
前記高屈折率薄膜は、波長板に入射する光の波長をλとしたとき、前記微細凹凸構造のピッチ:P/λ及び溝深さ:H/λが条件
(1)0<P/λ<0.5
(2)1.0<H/λ<1.5
を満たすように設定されて形成されたことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の波長板。
In the high refractive index thin film, when the wavelength of light incident on the wave plate is λ, the pitch of the fine concavo-convex structure is P / λ and the groove depth is H / λ (1) 0 <P / λ < 0.5
(2) 1.0 <H / λ <1.5
5. The wave plate according to claim 1, wherein the wave plate is formed so as to satisfy the above.
前記高屈折率薄膜は、前記基板の表裏両面に形成されたことを特徴とする請求項5又は6に記載の波長板。   The wave plate according to claim 5, wherein the high refractive index thin film is formed on both front and back surfaces of the substrate. 前記基板の一方の面に前記高屈折率薄膜が形成され、他方の面に反射防止膜が形成されたことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の波長板。   The wavelength plate according to claim 1, wherein the high refractive index thin film is formed on one surface of the substrate, and an antireflection film is formed on the other surface. 光源からの光束を液晶表示素子に導光し、前記液晶表示素子の表示画像を投射レンズで表示面上に投射する画像投射装置において、
前記光源と前記投射レンズの間に、請求項1から8のいずれか1項に記載の波長板が配置されたことを特徴とする画像投射装置。
In an image projection apparatus that guides a light beam from a light source to a liquid crystal display element and projects a display image of the liquid crystal display element on a display surface by a projection lens,
9. An image projection apparatus, wherein the wave plate according to claim 1 is disposed between the light source and the projection lens.
光源からの光束を光記録媒体へ対物レンズを介して集光照射し、情報の記録又は/及び再生を行う光ピックアップ装置において、
前記光源と前記対物レンズの間に、請求項1から8のいずれか1項に記載の波長板が配置されたことを特徴とする光ピックアップ装置。
In an optical pickup device that records and / or reproduces information by condensing and irradiating a light beam from a light source onto an optical recording medium via an objective lens,
9. An optical pickup device, wherein the wave plate according to claim 1 is disposed between the light source and the objective lens.
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