JP2009047794A - Manufacturing method of wavelength conversion element, wavelength conversion element, light source device, illumination device, projector and monitor apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、波長変換素子の製造方法、波長変換素子、光源装置、照明装置、プロジェクタ及びモニタ装置に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a wavelength conversion element, a wavelength conversion element, a light source device, an illumination device, a projector, and a monitor device.
近年、コヒーレント光源は、画像表示装置、光通信分野、医療分野や顕微鏡などの計測分野においても欠かせないものとなっている。そして、コヒーレント光の波長もその目的によって様々な波長が使用される。
そこで、非線形光学効果を利用した波長変換素子は、周期的なピッチを持つ分極反転構造により光の波長を効率的に変換することでレーザ光源の使用波長の拡大が図れるため多くの分野で利用されている。
このような波長変換素子の製造方法としては、分極反転させる際に分極反転領域のピッチを決めるために、基板の上下面に電極を形成し、その電極に高電圧を印加して分極反転構造を形成する方法が提案されている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照。)。
In recent years, coherent light sources have become indispensable in measurement fields such as image display devices, optical communication fields, medical fields, and microscopes. Various wavelengths of coherent light are used depending on the purpose.
Therefore, wavelength conversion elements that use nonlinear optical effects are used in many fields because the wavelength used by laser light sources can be expanded by efficiently converting the wavelength of light by means of a domain-inverted structure having a periodic pitch. ing.
As a method of manufacturing such a wavelength conversion element, in order to determine the pitch of the domain-inverted region when performing domain inversion, electrodes are formed on the upper and lower surfaces of the substrate, and a high voltage is applied to the electrode to form a domain-inverted structure. A forming method has been proposed (see, for example,
特許文献1に記載の非線形強誘電体光学材料に対するドメイン制御方法では、LiTaO3の基板の+C面に、例えば、Ta(タンタル)からなる金属膜を被着したマスクを形成する。そして、マスク上にレジストを塗布し、+C面側から露光して現像を行い、このレジストの上に、蒸着によりTi膜を形成する。その後、レジスト上のTi膜及びレジストを除去し、マスクをエッチングすることによりTi膜の電極を分極反転させる領域に形成する。また、−C面には全体にTi膜を蒸着し電極を形成する。そして、+C面上の電極と−C面上の電極との間に200kV/cmの電界を印加することにより、LiTaO3の基板に分極反転領域が形成される。
In the domain control method for the nonlinear ferroelectric optical material described in
また、特許文献2に記載の強誘電体の分極反転方法は、MgO−LN基板の−Z面上にCrを蒸着あるいはスパッタして分極反転させる領域に周期電極を形成する。この周期電極は、電荷の集中を規則的に与えるために、波型に繰り返す屈曲した形状が、一定の周期で繰り返すように形成されている。また、+Z面に向かう位置にはコロナワイヤーが設けられており、コロナワイヤーを接続線を介して高圧電源に接続する。これにより、MgO−LN基板にコロナ帯電により電場が印加され、分極反転領域が形成される。
しかしながら、上記特許文献1に記載の技術では、分極を反転させる領域の全面にストライプ状の電極を形成しているため、分極反転させる領域に電荷の分布が生じ、均一な分極反転周期構造を得ることが難しい。すなわち、不均一な分極反転周期構造では、光の変換効率を低下させてしまう。
また、特許文献2に記載の技術では、波型の電極形状を反映して分極反転開始位置が波型になるため、MgO−LN基板の入射端面の光の通過位置により2次高調波の位相整合ロスが発生してしまう。
However, in the technique described in
In the technique described in Patent Document 2, since the polarization inversion start position is a wave shape reflecting the wave shape of the electrode, the phase of the second harmonic depends on the light passing position on the incident end face of the MgO-LN substrate. Matching loss will occur.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、光の変換効率が高い波長変換素子の製造方法、波長変換素子、光源装置、照明装置、プロジェクタ及びモニタ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides a method for manufacturing a wavelength conversion element, a wavelength conversion element, a light source device, an illumination device, a projector, and a monitor device with high light conversion efficiency. With the goal.
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の波長変換素子の製造方法は、分極反転領域と非分極反転領域とが交互に配置されてなる分極反転周期構造を有する波長変換素子の製造方法であって、非線形光学部材の一方の面の前記分極反転領域となる領域の一部に所定の間隔で開口部を有する絶縁層を形成する工程と、前記開口部の内部を含む前記絶縁層上に第1電極を設け、前記非線形光学部材の前記一方の面と反対の他方の面に第2電極を設ける工程と、前記第1電極と前記第2電極との間に前記非線形光学部材を分極反転させる電圧を印加する工程とを備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
A method for manufacturing a wavelength conversion element according to the present invention is a method for manufacturing a wavelength conversion element having a polarization inversion periodic structure in which polarization inversion regions and non-polarization inversion regions are alternately arranged, and includes one surface of a nonlinear optical member. A step of forming an insulating layer having openings at predetermined intervals in a part of a region to be the domain-inverted region, and a first electrode is provided on the insulating layer including the inside of the opening, and the nonlinear optical member Providing a second electrode on the other surface opposite to the one surface, and applying a voltage that reverses the polarization of the nonlinear optical member between the first electrode and the second electrode. It is characterized by.
本発明に係る波長変換素子の製造方法では、非線形光学部材の一方の面の分極反転領域となる領域の一部に所定の間隔で開口部を有する絶縁層を形成する。その後、非線形光学部材の一方の面の開口部の内部を含む絶縁上に第1電極を形成し、非線形光学部材の一方の面と反対の他方の面に第2電極を形成し、第1電極と第2電極との間に電圧を印加する。これにより、非線形光学部材に分極反転周期構造が形成される。
このとき、非線形光学部材の分極反転領域の一部に、所定の間隔で絶縁層に開口部を形成するため、従来のように分極反転領域に全面に電極を形成する場合に比べて、第1電極と非線形光学部材との接触面積が少なくなる。さらに、第1電極と絶縁層との境界部が増える。これにより、第1電極と非線形光学部材とが接触している部分に電荷が集中し、境界部から分極反転領域が第1電極側から第2電極側に進行する。そして、隣接した境界部から発生した分極反転領域がつながる。このように、分極反転領域には、電荷密度が上昇するため、非線形光学部材の分極反転される領域に安定的に電圧を印加することができる。したがって、例えば、波長変換素子のデューティー比(分極反転周期に対する分極反転している領域の割合)が50%の均一な分極反転周期構造を得ることが可能となる。
また、絶縁層に所定の間隔で開口部を形成する方法は、フォトリソグラフィ法により形成することができるため、簡易な製造方法により波長変換素子を製造することが可能である。
In the method for manufacturing a wavelength conversion element according to the present invention, an insulating layer having openings at predetermined intervals is formed in a part of a region to be a polarization inversion region on one surface of a nonlinear optical member. Thereafter, the first electrode is formed on the insulation including the inside of the opening on one surface of the nonlinear optical member, the second electrode is formed on the other surface opposite to the one surface of the nonlinear optical member, and the first electrode A voltage is applied between the first electrode and the second electrode. Thereby, a polarization inversion periodic structure is formed in the nonlinear optical member.
At this time, since the openings are formed in the insulating layer at a predetermined interval in a part of the polarization inversion region of the nonlinear optical member, the first is compared with the case where the electrodes are formed on the entire surface in the polarization inversion region as in the prior art. The contact area between the electrode and the nonlinear optical member is reduced. In addition, the boundary between the first electrode and the insulating layer increases. As a result, the electric charge concentrates on the portion where the first electrode and the nonlinear optical member are in contact, and the domain-inverted region advances from the first electrode side to the second electrode side from the boundary portion. And the polarization inversion area | region which generate | occur | produced from the adjacent boundary part is connected. As described above, since the charge density is increased in the domain-inverted region, a voltage can be stably applied to the domain-inverted region of the nonlinear optical member. Therefore, for example, it is possible to obtain a uniform domain inversion periodic structure in which the duty ratio of the wavelength conversion element (the ratio of the domain inversion to the domain inversion period) is 50%.
Moreover, since the method of forming openings in the insulating layer at predetermined intervals can be formed by photolithography, the wavelength conversion element can be manufactured by a simple manufacturing method.
また、本発明の波長変換素子の製造方法は、前記開口部を前記非線形光学部材の分極反転周期方向と交差する方向の1つの前記分極反転領域内の複数形成することが好ましい。 In the wavelength conversion element manufacturing method of the present invention, it is preferable that a plurality of the openings are formed in one polarization inversion region in a direction intersecting with the polarization inversion period direction of the nonlinear optical member.
本発明に係る波長変換素子の製造方法では、開口部を非線形光学部材の分極反転周期方向と交差する方向の1つの分極反転領域内に複数形成する。これにより、分極反転領域において、開口部を複数設けない場合に比べて、非線形光学部材と第1電極との接触面積が小さくなる。すなわち、第1電極と絶縁層との電界密度が高い境界部が、分極反転周期方向及び分極反転周期方向と交差する方向に増える。したがって、非線形光学部材の分極反転領域の内部に、より均一な分極反転周期構造を形成することが可能となる。 In the wavelength conversion element manufacturing method according to the present invention, a plurality of openings are formed in one polarization inversion region in a direction intersecting with the polarization inversion period direction of the nonlinear optical member. Thereby, in the polarization inversion region, the contact area between the nonlinear optical member and the first electrode is smaller than in the case where a plurality of openings are not provided. That is, the boundary portion where the electric field density between the first electrode and the insulating layer is high increases in the direction of the domain inversion period and the direction intersecting with the domain inversion period direction. Therefore, a more uniform domain-inverted periodic structure can be formed inside the domain-inverted region of the nonlinear optical member.
また、本発明の波長変換素子の製造方法は、分極反転周期方向に交差する方向に、隣接する前記開口部内に形成された前記第1電極の間隔が、前記第1電極の分極反転周期方向の幅より小さく、かつ、前記第1電極のピッチの半分の寸法より小さいことが好ましい。 In the wavelength conversion element manufacturing method of the present invention, the interval between the first electrodes formed in the adjacent openings in the direction crossing the polarization inversion period direction is the same as the polarization inversion period direction of the first electrode. It is preferably smaller than the width and smaller than half the pitch of the first electrode.
本発明に係る波長変換素子の製造方法では、分極反転周期方向に交差する方向に、隣接する第1電極の間隔が、第1電極の分極反転方向の寸法より小さく、かつ、第1電極のピッチの半分の寸法より小さい。これにより、隣接する第1電極から発生した分極反転領域がつながり易くなるため、確実に分極反転領域を得ることが可能となる。 In the wavelength conversion element manufacturing method according to the present invention, the interval between the adjacent first electrodes is smaller than the dimension of the first electrode in the polarization inversion direction in the direction intersecting the polarization inversion period direction, and the pitch of the first electrodes Is less than half the dimension. Thereby, since the polarization inversion area | region which generate | occur | produced from the adjacent 1st electrode becomes easy to connect, it becomes possible to obtain a polarization inversion area | region reliably.
また、本発明の波長変換素子の製造方法は、分極反転周期方向に交差する方向に配列された前記開口部内に形成された前記第1電極は、分極反転周期方向に1列ごとに前記開口部の配列方向にずれていることが好ましい。 In the wavelength conversion element manufacturing method according to the present invention, the first electrode formed in the opening arranged in a direction intersecting the polarization inversion period direction may have the opening in each row in the polarization inversion period direction. It is preferable that they are shifted in the arrangement direction.
本発明に係る波長変換素子の製造方法では、分極反転周期方向に交差する方向に配列された第1電極から発生した分極反転領域がつながったときに、分極反転周期方向と交差する方向の分極反転領域が直線にならないときに効果的である。すなわち、隣接する開口部内に形成された第1電極は、分極反転周期方向に1列ごとに開口部の配列方向にずれている。これにより、非分極反転領域の分極反転周期方向の幅は分極反転周期方向と交差する方向に一定であり、分極反転領域の分極反転周期方向の幅は分極反転周期方向と交差する方向に一定ではない。これにより、波長変換素子に入射させる光の入射位置を調整することにより、位相整合を満たす領域に比較的効率良く光を入射させ易くなる。詳細については図面を用いて後で説明する。 In the method for manufacturing a wavelength conversion element according to the present invention, when the domain-inverted regions generated from the first electrodes arranged in the direction intersecting the domain-inverted periodic direction are connected, the domain-inverted direction in the direction intersecting the domain-inverted periodic direction This is effective when the region does not become a straight line. That is, the first electrodes formed in the adjacent openings are shifted in the arrangement direction of the openings for each row in the polarization inversion period direction. As a result, the width of the polarization inversion period direction of the non-polarization inversion region is constant in the direction intersecting with the polarization inversion period direction, and the width of the polarization inversion period direction of the polarization inversion region is not constant in the direction intersecting with the polarization inversion period direction. Absent. Thereby, by adjusting the incident position of the light incident on the wavelength conversion element, it becomes easier to make the light incident on the region satisfying the phase matching relatively efficiently. Details will be described later with reference to the drawings.
また、本発明の波長変換素子の製造方法は、前記開口部を形成する工程においては、前記非線形光学部材の分極反転周期方向に形成し、前記絶縁層を形成する工程においては、前記非分極反転領域に第1絶縁層を形成するとともに、前記分極反転領域に第2絶縁層を所定の間隔をあけて形成し、前記第1絶縁層の分極反転周期方向の寸法は、前記第2絶縁層の分極反転周期方向の寸法より大きく、かつ、分極反転周期のピッチの半分の寸法より大きいことが好ましい。 In the method of manufacturing a wavelength conversion element of the present invention, in the step of forming the opening, the non-polarization inversion is performed in the step of forming in the polarization reversal period direction of the nonlinear optical member and in the step of forming the insulating layer. A first insulating layer is formed in the region, and a second insulating layer is formed in the domain-inverted region at a predetermined interval. A dimension of the first insulating layer in a domain-inverted period direction It is preferably larger than the dimension in the domain inversion period direction and larger than half the pitch of the domain inversion period.
また、本発明に係る波長変換素子の製造方法では、第1電極と非線形光学部材との接触面積が従来に比べて少ないため、非線形光学部材に接触している第1電極に電荷が集中するので、分極反転領域が分極反転周期方向に広がる。このとき、第1絶縁層の分極反転周期方向の幅が、第2絶縁層の分極反転周期方向の幅より大きく、かつ、分極反転周期のピッチの半分の寸法より大きくなるように形成されているため、分極反転領域が分極反転周期方向に広がってもデューティー比が、例えば、50%の均一な分極反転周期構造を効率良く得ることが可能となる。 Further, in the method for manufacturing a wavelength conversion element according to the present invention, since the contact area between the first electrode and the nonlinear optical member is smaller than in the prior art, the electric charge is concentrated on the first electrode in contact with the nonlinear optical member. The domain-inverted region extends in the domain-inverted period direction. At this time, the width of the first insulating layer in the direction of polarization inversion period is larger than the width of the second insulating layer in the direction of polarization inversion period, and larger than half the pitch of the polarization inversion period. Therefore, even when the domain-inverted region extends in the domain-inverted periodic direction, it is possible to efficiently obtain a uniform domain-inverted periodic structure with a duty ratio of, for example, 50%.
また、本発明の波長変換素子の製造方法は、分極反転領域と非分極反転領域とが交互に配置されてなる分極反転周期構造を有する波長変換素子の製造方法であって、非線形光学部材の一方の面の分極反転周期方向に、前記分極反転領域となる領域に前記非分極反転領域の膜厚より薄い膜厚の絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層上に第1電極を形成し、前記非線形光学部材の前記一方の面と反対の他方の面に第2電極を形成する工程と、前記第1電極と前記第2電極との間に前記非線形光学部材を分極反転させる電圧を印加する工程とを備えることを特徴とする。 The wavelength conversion element manufacturing method of the present invention is a method for manufacturing a wavelength conversion element having a polarization inversion periodic structure in which polarization inversion regions and non-polarization inversion regions are alternately arranged. Forming an insulating layer having a thickness smaller than the thickness of the non-polarization inversion region in a region serving as the polarization inversion region in the direction of polarization inversion period of the surface, and forming a first electrode on the insulating layer, Forming a second electrode on the other surface opposite to the one surface of the nonlinear optical member, and applying a voltage that reverses the polarization of the nonlinear optical member between the first electrode and the second electrode And a process.
本発明に係る波長変換素子の製造方法では、非線形光学部材の一方の面に分極反転領域となる領域の膜厚が、非分極反転領域の膜厚より薄くなるように絶縁層を形成する。その後、非線形光学部材の一方の面に第1電極を形成し、非線形光学部材の一方の面と反対の他方の面に第2電極を形成し、第1電極と第2電極との間に電圧を印加する。これにより、非線形光学部材に分極反転周期が形成される。
このとき、非線形光学部材と第1電極とが線接触するように、例えば、断面視波型の絶縁層を形成することにより、従来のように分極反転領域に全面に電極を形成する場合に比べて、第1電極と非線形光学部材との部分が少なくなる。これにより、第1電極と非線形光学部材とが接触している部分に電荷が集中する。このように、分極反転領域には、電荷密度が上昇するため、非線形光学部材の分極反転領域に安定的に電圧を印加することができる。また、非線形光学部材と第1電極とが線接触であるため、分極反転領域と非分極反転領域との電界のコントラストを向上させることが可能である。したがって、波長変換素子のデューティー比(分極反転周期に対する分極反転している領域の割合)が、例えば、50%の均一な分極反転周期構造を得ることが可能となる。
また、絶縁層の膜厚を変えて形成する方法は、フォトリソグラフィ法により形成することができるため、簡易な製造方法により波長変換素子を製造することが可能である。
In the method for manufacturing a wavelength conversion element according to the present invention, the insulating layer is formed on one surface of the nonlinear optical member so that the thickness of the region serving as the polarization inversion region is smaller than the thickness of the non-polarization inversion region. Thereafter, a first electrode is formed on one surface of the nonlinear optical member, a second electrode is formed on the other surface opposite to the one surface of the nonlinear optical member, and a voltage is applied between the first electrode and the second electrode. Apply. Thereby, a polarization inversion period is formed in the nonlinear optical member.
At this time, for example, by forming a cross-sectional view type insulating layer so that the nonlinear optical member and the first electrode are in line contact with each other, compared with the conventional case where the electrode is formed on the entire surface in the domain-inverted region. Thus, the portions of the first electrode and the nonlinear optical member are reduced. Thereby, electric charges concentrate on the part where the first electrode and the nonlinear optical member are in contact with each other. Thus, since the charge density increases in the domain-inverted region, a voltage can be stably applied to the domain-inverted region of the nonlinear optical member. Further, since the nonlinear optical member and the first electrode are in line contact, it is possible to improve the electric field contrast between the domain-inverted region and the non-domain-inverted region. Therefore, it is possible to obtain a uniform polarization inversion periodic structure in which the duty ratio of the wavelength conversion element (the ratio of the domain inversion to the domain inversion period) is, for example, 50%.
Moreover, since the method of changing the film thickness of the insulating layer can be formed by a photolithography method, the wavelength conversion element can be manufactured by a simple manufacturing method.
また、本発明の波長変換素子の製造方法は、前記絶縁層の材料として樹脂材料を用い、前記絶縁層を形成する工程が、前記絶縁層を加熱し溶融させるリフロー工程を含むことが好ましい。 In the wavelength conversion element manufacturing method of the present invention, it is preferable that a resin material is used as a material of the insulating layer, and the step of forming the insulating layer includes a reflow step of heating and melting the insulating layer.
本発明に係る波長変換素子の製造方法では、絶縁層の材料として樹脂材料を用い、リフロー処理工程を備えることにより、非線形部材の一方の面に対して絶縁層が開口部あるいは膜厚の薄い部分に向かってゆるやかに傾斜する。このように、第1絶縁層及び第2絶縁層を非線形光学部材の上方側に曲面を有するように形成することにより、第1絶縁層及び第2絶縁層が第1電極の成膜時の影にならない。これにより、絶縁層の開口部や膜厚分布を有する絶縁層の窪んだ領域内に均一に第1電極を形成し易くなるため、断線等が生じることなく、膜厚が比較的均一になる。したがって、第1電極と第2電極との間に、確実に電圧を印加することができるため、精度良く分極反転領域を形成することができる。
また、絶縁層が第1絶縁層及び第2絶縁層を有する場合に適用すると、リフロー処理条件によって第1絶縁層と第2絶縁層との間の開口部の大きさを調整することができるため、第1電極と非線光学形部材の一方の面との接触面積を調整することが可能となる。したがって、非線形部材の材質等に応じて、非線形光学部材の分極反転領域の電荷密度を調整することができるため、精度の良い分極反転周期構造を得ることが可能となる。
また、リフロー処理工程により、第1絶縁層と第2絶縁層とを非線形光学部材上で接触させることが可能となるため、第1絶縁層と第1電極との境界部と、第2絶縁層と第1電極との境界部とを同一の箇所にすることができる。これにより、分極反転領域と非分極反転領域との電界のコントラストを向上させることが可能である。
In the method for manufacturing a wavelength conversion element according to the present invention, a resin material is used as the material of the insulating layer, and a reflow treatment step is provided, so that the insulating layer has an opening or a portion having a small thickness with respect to one surface of the nonlinear member. Inclined gently toward Thus, by forming the first insulating layer and the second insulating layer so as to have a curved surface above the nonlinear optical member, the first insulating layer and the second insulating layer are not affected when the first electrode is formed. do not become. This makes it easier to form the first electrode uniformly in the opening of the insulating layer and the recessed region of the insulating layer having a film thickness distribution, so that the film thickness becomes relatively uniform without disconnection or the like. Therefore, since a voltage can be reliably applied between the first electrode and the second electrode, the domain-inverted region can be formed with high accuracy.
In addition, when the insulating layer includes the first insulating layer and the second insulating layer, the size of the opening between the first insulating layer and the second insulating layer can be adjusted depending on the reflow processing conditions. The contact area between the first electrode and one surface of the non-linear optical member can be adjusted. Therefore, since the charge density of the domain-inverted region of the nonlinear optical member can be adjusted according to the material of the nonlinear member, a highly accurate domain-inverted periodic structure can be obtained.
In addition, since the first insulating layer and the second insulating layer can be brought into contact with each other on the nonlinear optical member by the reflow processing step, the boundary between the first insulating layer and the first electrode, and the second insulating layer And the boundary between the first electrode and the first electrode. Thereby, the contrast of the electric field between the domain-inverted region and the non-domain-inverted region can be improved.
また、本発明の波長変換素子は、上記の波長変換素子の製造方法により製造されたことを特徴とする。
本発明に係る波長変換素子では、上述した波長変換素子の製造方法により、非線形光学部材の光を入射させる方向に均一な分極反転周期を形成すること可能となる。したがって、光の変換効率が高い波長変換素子を提供することが可能となる。
The wavelength conversion element of the present invention is manufactured by the above-described method for manufacturing a wavelength conversion element.
In the wavelength conversion element according to the present invention, it is possible to form a uniform polarization inversion period in the direction in which the light of the nonlinear optical member is incident by the above-described method for manufacturing a wavelength conversion element. Therefore, it is possible to provide a wavelength conversion element with high light conversion efficiency.
また、本発明の光源装置は、光を射出する光源と、該光源から射出された光の波長を所定の波長に変換する上記の波長変換素子とを備えることを特徴とする。 In addition, a light source device of the present invention includes a light source that emits light and the wavelength conversion element that converts a wavelength of light emitted from the light source into a predetermined wavelength.
本発明に係る光源装置では、光源から射出された光のうち一部の光は、波長変換素子により所定の波長に変換される。ここで、波長変換素子は、光の変換効率が高いため、装置全体の光の利用効率を向上させることが可能となる。 In the light source device according to the present invention, part of the light emitted from the light source is converted into a predetermined wavelength by the wavelength conversion element. Here, since the wavelength conversion element has high light conversion efficiency, it is possible to improve the light use efficiency of the entire apparatus.
また、本発明の照明装置は、上記光源装置を備えることを特徴とする。
本発明に係る照明装置では、光の利用効率が高い光源装置を備えているため、明るい光を射出することが可能となる。
Moreover, the illuminating device of this invention is equipped with the said light source device, It is characterized by the above-mentioned.
Since the illumination device according to the present invention includes a light source device with high light utilization efficiency, bright light can be emitted.
本発明のプロジェクタは、上記の光源装置と、該光源装置から射出される光を変調する光変調手段と、該光変調手段によって変調された光を投射する投射装置とを備えることを特徴とする。 A projector according to the present invention includes the light source device described above, a light modulation unit that modulates light emitted from the light source device, and a projection device that projects light modulated by the light modulation unit. .
本発明に係るプロジェクタでは、光源装置から射出された光は、光変調手段により変調される。そして、変調された光は、投射装置により投射される。ここで、プロジェクタは、光の利用効率が高い光源装置を備えているので、明るく鮮明な画像を投射することが可能となる。 In the projector according to the present invention, the light emitted from the light source device is modulated by the light modulation means. The modulated light is projected by the projection device. Here, since the projector includes a light source device with high light use efficiency, it is possible to project a bright and clear image.
本発明のモニタ装置は、上記の光源装置と、該光源装置から射出された光により被写体を撮像する撮像手段とを備えることを特徴とする。 A monitor device according to the present invention includes the light source device described above and an imaging unit that captures an image of a subject using light emitted from the light source device.
本発明に係るモニタ装置では、光源装置より射出された光は被写体を照射し、撮像手段により被写体を撮像する。このとき、上述したように、光の利用効率が高い光源装置を備えているので、明るい光により被写体が照射される。したがって、撮像手段により被写体を鮮明に撮像することが可能となる。 In the monitor device according to the present invention, the light emitted from the light source device irradiates the subject, and the subject is imaged by the imaging means. At this time, as described above, since the light source device with high light utilization efficiency is provided, the subject is irradiated with bright light. Therefore, the subject can be clearly imaged by the imaging means.
以下、図面を参照して、本発明に係る波長変換素子の製造方法、波長変換素子、光源装置、照明装置、プロジェクタ及びモニタ装置の実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
図1は、本実施形態の波長変換素子の分極反転周期構造を示す斜視図であり、図2は、非線形光学部材に絶縁層を成膜した状態を示す要部断面図であり、図3は、絶縁層をフォトリソグラフィ法により所定の形状に形成した状態を示す斜視図であり、図4(a),(b)は、リフロー処理を施した状態を示す要部断面図であり、図5は、電極を蒸着した状態を示す要部断面図であり、図6は、電極に電圧を印加する状態を示す要部断面図であり、図7(a),(b)は、非線形光学部材の分極反転領域を示す要部断面図であり、図8は、分極反転領域の進行状態を示す要部断面図であり、図9は、分極反転周期構造を示す要部断面図である。
Hereinafter, embodiments of a wavelength conversion element manufacturing method, a wavelength conversion element, a light source device, an illumination device, a projector, and a monitor device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the scale of each member is appropriately changed in order to make each member a recognizable size.
FIG. 1 is a perspective view showing a polarization inversion periodic structure of the wavelength conversion element of the present embodiment, FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part showing a state where an insulating layer is formed on a nonlinear optical member, and FIG. FIGS. 4A and 4B are perspective views showing a state in which the insulating layer is formed into a predetermined shape by a photolithography method, and FIGS. 4A and 4B are main part cross-sectional views showing the state after the reflow treatment. FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part showing a state in which an electrode is deposited, FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part showing a state in which a voltage is applied to the electrode, and FIGS. 7 (a) and 7 (b) are nonlinear optical members. FIG. 8 is a main part sectional view showing the progress of the polarization inversion region, and FIG. 9 is a main part sectional view showing the domain inversion periodic structure.
[第1実施形態]
本発明に係る波長変換素子の製造方法により製造される波長変換素子1は、図1に示すように、非分極反転領域16aと分極反転領域16bとが交互に形成されたドメインの繰り返し構造を有する。波長変換素子1の非分極反転領域16aと分極反転領域16bとが交互に形成された方向(分極反転周期方向)をX方向とし、このX方向に光を入射する。この波長変換素子1のX方向の非分極反転領域16aの幅をP1とし、分極反転領域16bの幅をP2とする。この幅P1と幅P2とは略同じであり、分極反転周期のピッチはΛである(Λ=P1+P2)。また、非分極反転領域16aとは、非線形光学部材の元々の自発分極方向を有する領域を示し、分極反転領域16bとは、元々の自発分極方向を反転させた領域を示す。
また、Y方向は、分極反転領域16bの長手方向であり、Z方向は、非線形光学部材に電圧を印加する方向である。
なお、分極反転周期のピッチΛは、変換する波長によって決められており、青色の光を射出させるためには、分極反転周期のピッチPは4.3μmであり、緑色の光を射出させるためには、分極反転周期のピッチPは6.8μmであり、赤色の光を射出させるためには、分極反転周期のピッチPは10.2μmである。なお、この値は一例に過ぎない。
[First Embodiment]
As shown in FIG. 1, the
The Y direction is the longitudinal direction of the domain-inverted
The pitch Λ of the polarization inversion period is determined by the wavelength to be converted. In order to emit blue light, the pitch P of the polarization inversion period is 4.3 μm, and in order to emit green light. The pitch P of the polarization inversion period is 6.8 μm. In order to emit red light, the pitch P of the polarization inversion period is 10.2 μm. This value is only an example.
次に、本発明に係る波長変換素子1の製造方法について、図2から図9を参照して説明する。
まず、図2に示すように、真空チャンバ(図示略)内にLiNbO3(ニオブ酸リチウム)基板(非線形光学部材)10を準備し、真空ポンプにより真空チャンバ内の真空引きを行う。真空チャンバ内が真空引きされた後、LiNbO3基板10の上面(一方の面)10aの全面にレジスト(絶縁層)11を塗布する。本実施形態では、樹脂材料の一例としてレジストを用いる。
そして、フォトリソグラフィ法を用いて、図3に示すように、後に分極反転領域16bとなる領域に対応するレジスト11に所定の間隔で開口部11eを形成する。ここで、説明の都合上、レジスト層11は、LiNbO3基板10の非分極反転領域16aに対応して形成された第1レジスト(第1絶縁層)11aと呼び、LiNbO3基板10の分極反転領域16bに対応して形成された第2レジスト(第2絶縁層)11bと呼ぶ。この第1レジスト11a及び第2レジスト11bは、1つの分極反転領域16b,非分極反転領域16aを見るとY方向に延びており、全体的にはX方向にストライプ状に所定の間隔をあけて形成される。また、第1,第2レジスト11a,11bの膜厚Lは3μm程度である。
Next, a method for manufacturing the
First, as shown in FIG. 2, a LiNbO 3 (lithium niobate) substrate (nonlinear optical member) 10 is prepared in a vacuum chamber (not shown), and the vacuum chamber is evacuated by a vacuum pump. After the vacuum chamber is evacuated, a resist (insulating layer) 11 is applied to the entire upper surface (one surface) 10 a of the LiNbO 3
Then, by using a photolithography method, as shown in FIG. 3,
その後、80℃、30分のリフロー処理により第1,第2レジスト11a,11bを軟化させる。これにより、第1,第2レジスト11a,11bが、図4(a)に示すように、LiNbO3基板10の上面10aの上方側に曲面を有する形状となる。このとき、図4(b)に示すように、第2レジスト11bの膜厚L2に比べて、第1レジスト11aの膜厚L1の方が厚く(L1>L2)、第2レジスト11bのX方向の幅Q2に比べて、第1レジスト11aの幅Q1の方が長い(Q1>Q2)。また、第1レジスト11aの幅Q1は、分極反転周期のピッチΛの半分より長い(Q1>Λ/2)。
このとき、リフロー処理の温度,時間等により、第1,第2レジスト11a,11bの間の開口部11eの大きさや、第1,第2レジスト11a,11bのそれぞれの幅を調整することができる。そして、図5に示すように、LiNbO3基板10の上面10a側から全面に膜厚1μm程度の金属膜を蒸着法により成膜し、第1電極12を形成する。電極としては、Al,Cr,Ni等導電性を有する材質を用いる。また、LiNbO3基板10の下面(他方の面)10bにも、金属膜を蒸着法により成膜し第2電極13を形成する。これにより、第1電極12は、第1,第2レジスト11a,11b上及び開口部11e内に形成され、開口部11e内の第1電極12とLiNbO3基板10の上面10aとが接触する。すなわち、分極反転領域16bの長手方向(Y方向)に沿う方向に第1電極12とLiNbO3基板10の上面10aとが接触する。
Thereafter, the first and second resists 11a and 11b are softened by a reflow process at 80 ° C. for 30 minutes. As a result, the first and second resists 11a and 11b have a shape having a curved surface above the
At this time, the size of the
そして、図6に示すように、電源15により第1電極12と第2電極13との間にパルス状の電圧を印加する。また、印加電圧としては、例えば、18kV/mmの電圧である。
電圧印加により、図7(a)に示すように、開口部11e内の第1電極12(第2レジスト11bの両側)から分極反転が開始する。詳細には、図7(b)に示すように、第1,第2レジスト11a,11b間の第1電極12の端部、すなわち、第1電極12と第1レジスト11aとの境界部(以下、エッジ部と称す)をE1とし、第1電極12と第2レジスト11bとのエッジ部をE2とすると、エッジ部E1,E2に電荷が集中する。そして、1つの分極反転領域16bにおいて、第1,第2レジスト11a,11b間のエッジ部E1,E2の4箇所から分極反転部AがLiNbO3基板10の上面10aから下面10b(Z方向)に向かって進行する。
そして、図8に示すように、分極反転部AがLiNbO3基板10の下面10bまで進行するだけの時間が経過した後、電源15により第1電極12と第2電極13との間に、例えば、21kV/mmの電圧を印加する。これにより、分極反転部Aは、図9に示すように、横方向(X方向)に広がり、分極反転領域16bが埋まり、LiNbO3基板10には、非分極反転領域16aと分極反転領域16bとが交互に形成される。このとき、非分極反転領域16aの幅P1と分極反転領域16bの幅P2とが同じであり、すなわち、分極反転周期のピッチΛに対する分極反転している領域の割合(デューティー比)が、例えば、約50%となる。
なお、分極反転後は、第1,第2レジスト11a,11bを取り除いても、そのまま残しておいても良い。
Then, as shown in FIG. 6, a pulsed voltage is applied between the
By applying the voltage, as shown in FIG. 7A, polarization inversion starts from the first electrode 12 (on both sides of the second resist 11b) in the
Then, as shown in FIG. 8, after the time necessary for the polarization inversion portion A to travel to the
After the polarization inversion, the first and second resists 11a and 11b may be removed or left as they are.
本実施形態に係る波長変換素子1の製造方法では、従来のように分極反転領域16bに全面に電極を形成する場合に比べて、第1電極12とLiNbO3基板10との接触面積が少なくなるため、LiNbO3基板10と接触する第1電極12に電荷が集中する。このように、分極反転領域16bにおける電荷密度が上昇するため、LiNbO3基板10の面内に、デューティー比が50%の均一な分極反転周期構造を安定して得ることが可能となる。
In the method of manufacturing the
また、一般的に、第2レジスト11bを設けず、分極反転領域16bの全面に第1電極12を形成し、エッジ部E1だけから分極反転部Aが形成されるのに対して、本実施形態のように、分極反転領域16bにも第2レジスト11bを設けて開口部11eを形成することにより、エッジ部E1,E2から分極反転部Aが形成される。このように、LiNbO3基板10の上面10aにエッジ部E1,E2から分極反転部Aが形成されることにより、非分極反転領域16aと分極反転領域16bとが形成される方向(X方向)に分極反転部Aの広がる量を少なくすることができる。したがって、X方向の分極反転部Aの不均一性を最小限に抑えることが可能となる。
このような、製造方法により製造された波長変換素子1は、非分極反転領域16aの幅P1と分極反転領域16bの幅P2との分極反転周期のピッチΛを均一に形成されたものとなるため、光の変換効率の高いものとなる。
つまり、本実施形態の波長変換素子1の製造方法は、LiNbO3基板10の面内の分極反転領域16bに安定的に電圧を印加することができるため、光の変換効率が高い波長変換素子1を製造することが可能である。
In general, the second resist 11b is not provided, the
Since the
That is, the
また、分極反転部AはX方向に広がり、第1レジスト11aの下方まで分極反転領域Aが進行するため、第2レジスト11bのX方向の幅Q2に比べて、第1レジスト11aの幅Q1の方を長く、第1レジスト11aの幅Q1を分極反転周期のピッチΛの半分より長くすることにより、デューティー比が50%の均一な分極反転周期構造を得ることが可能となる。
また、フォトリソグラフィ法により第1,第2レジスト11a,11bを形成し、その後、第1電極12を形成するため、簡易な方法で、分極反転領域16bに第1電極12を形成することができる。
また、第1レジスト11aの幅Q1に比べて、幅Q2の短い第2レジスト11bの膜厚L2を薄くすることにより、第1レジスト11aと第2レジスト11bとの間の開口部11eに第1電極12が蒸着し易くなる。これにより、開口部11e内に正確に第1電極12が蒸着されるため、第1電極12と第2電極13との間により安定的に電圧を印加することが可能となる。
Further, since the domain inversion portion A extends in the X direction and the domain inversion region A proceeds to the lower side of the first resist 11a, the width Q1 of the first resist 11a is smaller than the width Q2 of the second resist 11b in the X direction. By making the length longer and making the width Q1 of the first resist 11a longer than half the pitch Λ of the polarization inversion period, a uniform domain inversion periodic structure with a duty ratio of 50% can be obtained.
Further, since the first and second resists 11a and 11b are formed by photolithography and then the
Further, by reducing the film thickness L2 of the second resist 11b having a shorter width Q2 than the width Q1 of the first resist 11a, the
また、リフロー処理により第1,第2レジスト11a,11bを軟化した後、第1電極12を蒸着しているため、開口部11eに向かって第1,第2レジスト11a,11bが傾斜する。これにより、第1,第2レジスト11a,11bが、第1電極12の成膜時の影にならないので、開口部11e内に第1電極12を蒸着し易くなる。
さらに、フォトリソグラフィ法によりレジスト11を所定の形状に形成する工程、あるいは、リフロー処理工程により第1レジスト11aと第2レジスト11bとの間の開口部11eの大きさを調整することができる。これにより、第1電極12とLiNbO3基板10の上面10aとの接触面積を調整することが可能となる。
Moreover, since the
Further, the size of the
なお、リフロー処理の工程で、非分極反転領域16aと分極反転領域16bとに形成された第1,第2レジスト11a、11bの厚みを代えたが、リフロー処理の工程ではなく、図3に示すフォトリソグラフィ法の条件を調整することにより、第1,第2レジスト11a,11bの高さを調整しても良い。
さらに、非分極反転領域16aと分極反転領域16bとの第1,第2レジスト11a,11bの膜厚L1,L2は必ずしも異なる必要はなく、同じであっても良い。
In the reflow process, the thicknesses of the first and second resists 11a and 11b formed in the
Further, the film thicknesses L1 and L2 of the first and second resists 11a and 11b of the
また、図4に示すリフロー処理の工程後、図10に示すように、NaCl(塩化ナトリウム)を有する液体電極を用いても良い。すなわち、第1,第2レジスト11a、11bを含む第1空間を形成する第1収容部17と、LiNbO3基板10の下面10bを含む空間を形成する第2収容部18とを有している。第1,第2収容部17,18のそれぞれの空間には、第1NaCl溶液19a,第2NaCl溶液19bがそれぞれ充填されている。また、第1NaCl溶液19aは、第1収容部17と上面10aとが対向する面に設けられたOリング14aにより、第1収容部17の外部に漏れないようになっている。また、第2NaCl溶液19bは、第2収容部18と下面10bとが対向する面に設けられたOリング14bにより、第2収容部18の外部に漏れないようになっている。
さらに、第1収容部17の内面17aには第1電極20aが設けられており、第2収容部18の内面18aには第2電極20bが設けられている。
この構成により、電源15により第1電極20aと第2電極20bとの間にパルス状の電圧を印加することで、LiNbO3基板10の開口部11eが形成された上面10aには、第1NaCl溶液19aを介して電圧が印加され、LiNbO3基板10の下面10bには、第2NaCl溶液19bを介して電圧が印加される。このようにして、図9に示すように、非分極反転領域16aと分極反転領域16bとが交互に形成される。
Further, after the reflow treatment step shown in FIG. 4, a liquid electrode containing NaCl (sodium chloride) may be used as shown in FIG. That is, it has the
Furthermore, a
With this configuration, by applying a pulse voltage between the
[第1実施形態の変形例]
図4に示す第1実施形態では、第1,第2レジスト11a、11bを完全に分離してX方向にストライプ状になるように形成したが、図11に示すように、第1,第2レジスト21a,21bが連続的に形成された膜厚分布を有する断面視波型の構成であっても良い。このような変形例について、図11を参照して説明する。
[Modification of First Embodiment]
In the first embodiment shown in FIG. 4, the first and second resists 11a and 11b are completely separated and formed in a stripe shape in the X direction. However, as shown in FIG. A cross-sectional view wave type configuration having a film thickness distribution in which the resists 21a and 21b are continuously formed may be used. Such a modification will be described with reference to FIG.
この構成では、レジストの膜厚分布は、分極反転領域16bの第2レジスト21bの膜厚が、非分極反転領域16aの第1レジスト21aの膜厚より薄い分布である。具体的には、膜厚分布の中で、最も膜厚の薄いところがLiNbO3基板10の上面10aに接触している。これにより、図11に示すように、第1電極12の端部、すなわち、第1電極12と第1レジスト21aとのエッジ部(境界部)Eaと、第1電極12と第2レジスト21bとのエッジ部(境界部)Eaとは同じ位置となる。このような第1,第2レジスト21a,21bは、隣接するレジスト21a,21bがリフロー処理時に接触するように、第1,第2レジスト21a,21bの間隔やリフロー処理の条件を最適化することで形成される。例えば、フォトリソグラフィ法により、隣接する第1,第2レジスト21a,21bの間隔を0.3μm〜0.5μmにすることにより、リフロー処理を行うことで、隣接する第1,第2レジスト21a,21bを接触させることができる。そして、このようにして形成された凹部11f内及び第1,第2レジスト21a,21b上に第1電極12を形成する。
In this configuration, the thickness distribution of the resist is such that the thickness of the second resist 21b in the domain-inverted
したがって、上述した実施形態では、4箇所のエッジ部E1,E2から分極反転領域16bに分極反転領域16bを形成したが、図11に示す構成では、LiNbO3基板10の上面10aと第1電極12とは線接触であるため、2箇所のエッジ部Eaから分極反転領域16bに分極反転領域16bを形成する。これにより、分極反転領域16bと非分極反転領域16aとの電界のコントラストを向上させることが可能であるため、分極反転領域16bを容易に形成することができる。
なお、第1電極12は、LiNbO3基板10の上面10aに必ずしも接触していなくても良い。この構成では、第1電極12と第2電極13との間に印加する電圧を上げることにより、分極反転領域16bを得ることが可能となる。
Therefore, in the above-described embodiment, the domain-inverted
The
[第2実施形態]
次に、本発明に係る第2実施形態について、図12から図16を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態の図面において、上述した第1実施形態に係る波長変換素子1の製造方法と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
本実施形態に係る波長変換素子1の製造方法では、開口部32が、LiNbO3基板10の上面10aの分極反転周期方向(X方向)と交差する方向(Y方向)に沿って複数形成されている点において、第1実施形態と異なる。その他の構成においては第1実施形態と同様である。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. Note that, in the drawings of the respective embodiments described below, the same reference numerals are given to portions that share the same manufacturing method and configuration of the
In the method for manufacturing the
次に、本発明に係る波長変換素子1の製造方法について、図12から図16を参照して説明する。
図12は、非線形光学部材に絶縁層を成膜した状態を示す要部断面図であり、図13は、絶縁層をフォトリソグラフィ法により所定の形状に形成した状態を示す要部断面図であり、図14(a)がリフロー処理を施した状態を示す上面図であり、図14(b)が図14(a)のB−B線矢視における断面図であり、図15(a)が非線形光学部材の分極反転領域を示す上面図であり、図15(b)が図15(a)のB−B線矢視における断面図であり、図16は、分極反転周期構造を示す上面図である。また、図15(a)は、LiNbO3基板10の上面10aと接触した第1電極41のみを示す。
Next, a method for manufacturing the
FIG. 12 is a main part sectional view showing a state in which an insulating layer is formed on the nonlinear optical member, and FIG. 13 is a main part sectional view showing a state in which the insulating layer is formed into a predetermined shape by photolithography. 14 (a) is a top view showing a state after the reflow treatment, FIG. 14 (b) is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 14 (a), and FIG. It is a top view which shows the polarization inversion area | region of a nonlinear optical member, FIG.15 (b) is sectional drawing in the BB line arrow of Fig.15 (a), FIG. 16 is a top view which shows a polarization inversion periodic structure It is. FIG. 15A shows only the
まず、第1実施形態と同様に、図12に示すように、LiNbO3基板10の上面10aにレジスト(絶縁層)31を塗布する。
そして、フォトリソグラフィ法を用いて、図13に示すように、レジスト31を分極反転領域36bのY方向に沿って間隔をあけて開口部32を形成する。
その後、80℃、30分のリフロー処理によりレジスト31を軟化し、図14に示すように、開口部32間のレジスト31を山状に形成する。このとき、図14に示すように、隣接する開口部32の間隔をi(レジスト31のY方向の長さ)とし、開口部32のX方向の幅をwとすると、w>iの関係が成り立つ。また、レジスト31の開口部32の形状は、Y方向に長い楕円状である。
First, as in the first embodiment, as shown in FIG. 12, a resist (insulating layer) 31 is applied to the
Then, using photolithography, as shown in FIG. 13,
Thereafter, the resist 31 is softened by a reflow process at 80 ° C. for 30 minutes, and the resist 31 between the
そして、図15(a)に示すように、LiNbO3基板10の上面10aの全面に第1電極41の蒸着を行うことにより、開口部32内に形成された第1電極41がLiNbO3基板10の上面10aと接触する。すなわち、開口部32の配列方向(Y方向)に第1電極41が所定の間隔をあけて飛び石状に複数列形成される。このような第1電極41は、X方向及びY方向の2次元方向に同一直線上にそれぞれ配列されている。
また、開口部32の幅wは第1電極41の幅であり、開口部32の間隔iは第1電極41の間隔となる。また、LiNbO3基板10の下面10bにも第2電極42の蒸着を行う。
その後、電源(図示略)により、第1電極41と第2電極42との間にパルス状の電圧を印加する。これにより、図15(a),図15(b)に示すように、第1電極41の端部、すなわち、第1電極41とレジスト31との境界部がエッジ部E1となり、このエッジ部E1に電荷が集中する。そして、図15(b)に示すように、分極反転領域36bに、エッジ部E1から分極反転部Aが、LiNbO3基板10の上面10aから下面10bに向かって進行する。そして、分極反転部AがLiNbO3基板10の下面10bまで進行すると、LiNbO3基板10の面内方向、すなわち、第1電極41の配列方向(Y方向)に広がる。これにより、エッジ部E1から発生し隣接する分極反転部Aはつながり、図16に示すように、第1電極41の配列方向に分極反転領域16bが形成される。
Then, as shown in FIG. 15A, the
The width w of the
Thereafter, a pulsed voltage is applied between the
本実施形態に係る波長変換素子1の製造方法では、分極反転領域36bに飛び石状に第1電極41を設けることにより、従来のように分極反転領域36bに全面に電極を形成する場合に比べて、第1電極41とLiNbO3基板10との接触面積が少なくなる。これにより、第1電極41とレジスト31との境界部、すなわち、エッジ部E1に電荷が集中する。また、第1実施形態に比べて、X方向及びY方向にエッジ部が増えるため、分極反転領域36bには、電荷密度が上昇するため、LiNbO3基板10の面内に、デューティー比が50%の均一な分極反転周期構造を得ることが可能となる。
また、リフロー処理によりレジスト31を溶解した後、第1電極41を蒸着しているため、開口部32に向かってレジスト31が傾斜するので、レジスト31が第1電極41の成膜時の影にならず、開口部32内に第1電極41を蒸着し易くなる。
In the manufacturing method of the
In addition, since the
[第2実施形態の変形例]
図15(a)に示す第2実施形態では、第1電極41は、X方向及びY方向の2次元方向に同一直線上にそれぞれ配列されている構成であったが、第1電極41がY方向にずれて配置された千鳥配置であっても良い。このような変形例について、図17から図19を参照して説明する。本変形例は、第1電極41と第2電極42との間に電圧を印加し、エッジ部E1から発生し隣接する分極反転部Aがつながったときに、Y方向に直線にならないときに有効である。
[Modification of Second Embodiment]
In the second embodiment shown in FIG. 15A, the
本変形例の第1電極41は、図17に示すように、X方向に複数配列された第1電極41が一列ごとに隣接する第1電極41に対してY方向にずれて配置されている。具体的には、隣接する第1電極41は、第1電極41の分極反転方向に交差する方向のピッチの半分だけY方向にずれて配置されている。なお、図17は、LiNbO3基板10の上面10aと接触した第1電極41のみを示す。
本変形例は、第1電極41と第2電極42との間に電圧を印加すると、図18に示すように、第2実施形態と同様に、分極反転部Aが、第1電極41の端部、すなわち、第1電極41とレジスト31との境界部であるエッジ部E1から発生する。そして、分極反転部AがXY平面からZ方向に進行した後、図19に示すように、隣接する分極反転部Aがつながる。このとき、非分極反転領域16aと分極反転領域16bとの境界部Dが第1電極41の楕円形状に沿って曲線を描いている。
As shown in FIG. 17, in the
In this modification, when a voltage is applied between the
ここで、第2実施形態のように、第1電極41がX方向及びY方向に同一直線上に形成されていて、第1電極41の形状に沿って分極反転が進行した場合、X方向の非分極反転領域16aの幅T1及び分極反転領域16bの幅T2がY方向に一定ではなくなってしまう。
このとき、本変形例のように、第1電極41を千鳥配列に形成することにより、分極反転領域16bのX方向の幅T2はY方向に大きくなったり小さくなったりするが、非分極反転領域16aのX方向の幅T1はY方向に一定となる。これにより、分極反転領域16bのX方向の幅T2が、非分極反転領域16aの幅T1と同じになる位置に光を入射させることにより、同一周期が確保される。すなわち、本変形例では、分極反転領域16bの幅T2がY方向に異なる場合でも、波長変換素子1に光を入射させる入射位置を調整することにより、位相整合を満たす領域に比較的効率良く光を入射させ易くなる。
Here, as in the second embodiment, when the
At this time, by forming the
[第3実施形態:光源装置]
次に、第3実施形態について説明する。本実施形態では、上述の各実施形態で説明した波長変換素子の製造方法により製造された波長変換素子を備えた光源装置の一例について説明する。
図20は、本実施形態に係る光源装置100を示す概略構成図である。図20に示すように、光源装置100は、赤外光を射出する光源101と、第1実施形態の波長変換素子の製造方法により製造された波長変換素子1と、波長選択素子102とを備えている。
波長変換素子1(第2高調波発生素子、SHG:Second Harmonic Generation)は、光源101から射出された光W1(図20に示す実線)を所定の波長に変換する素子であり、入射光をほぼ半分の波長に変換する非線形光学素子である。
また、波長選択素子102は、図20に示すように、波長変換素子1から射出された所定の選択波長のレーザ光W2(図20に示す鎖線)を選択して光源101に向かって反射させることによって光源101の共振器ミラーとして機能するとともに、変換されたレーザ光W3(図20に示す二点鎖線)を透過させるものである。波長選択素子102としては、例えば、周期格子を有するホログラムのような光学素子を用いることができる。
以上のように構成された光源装置100によれば、光の変換効率の高い波長変換素子1を備えているため、装置全体の光の利用効率を向上させることが可能となる。
なお、本実施形態の光源装置100において、波長選択素子102を備えた構成としたが、光源101の内部に共振器構造を有する場合は、波長選択素子102を必ずしも備える必要はない。
[Third Embodiment: Light Source Device]
Next, a third embodiment will be described. In the present embodiment, an example of a light source device including a wavelength conversion element manufactured by the wavelength conversion element manufacturing method described in each of the above-described embodiments will be described.
FIG. 20 is a schematic configuration diagram illustrating the
A wavelength conversion element 1 (second harmonic generation element, SHG: Second Harmonic Generation) is an element that converts light W1 emitted from the light source 101 (solid line shown in FIG. 20) into a predetermined wavelength, and substantially converts incident light. It is a nonlinear optical element that converts to a half wavelength.
Further, as shown in FIG. 20, the
According to the
Although the
[第4実施形態:照明装置]
次に、第4実施形態について説明する。本実施形態では、上述の実施形態で説明した光源装置を応用した照明装置の一例について説明する。
図21は、本実施形態に係る照明装置200を示す概略構成図である。図21に示すように、照明装置200は、上述の第3実施形態で説明した光源装置100を備えている。この光源装置100は、光源101と、波長変換素子1と、波長選択素子102と、拡散板210とを備えている。
以上のように構成された照明装置200によれば、シンチレーションの発生を軽減することが可能な光源装置100を備えているので、照明装置200自体もシンチレーションの発生が軽減されるものとなる。
[Fourth Embodiment: Lighting Device]
Next, a fourth embodiment will be described. In this embodiment, an example of an illumination device to which the light source device described in the above embodiment is applied will be described.
FIG. 21 is a schematic configuration diagram showing the
According to the
[第5実施形態:プロジェクタ]
次に、第5実施形態について説明する。本実施形態では、上述の実施形態で説明した光源装置を応用したプロジェクタの一例について説明する。
本実施形態のプロジェクタ300では、図22に示すように、反射型のスクリーン350を用い、スクリーン350の正面側からスクリーン350上に画像情報を含む光を投射する。
プロジェクタ300は、図22に示すように、光源装置100と、光変調装置(光変調手段)320と、ダイクロイックプリズム(色合成手段)330と、投射装置340とを備えている。
光源装置100は、赤色光を射出する赤色光源装置(光源)100Rと、緑色光を射出する第3実施形態の緑色光源装置(光源)100Gと、青色光を射出する第3実施形態の青色光源装置(光源)100Bとからなる。
[Fifth Embodiment: Projector]
Next, a fifth embodiment will be described. In this embodiment, an example of a projector to which the light source device described in the above embodiment is applied will be described.
In the
As shown in FIG. 22, the
The
また、液晶ライトバルブ320は、赤色光源装置100Rから射出された光を画像情報に応じて光変調する2次元の赤色用光変調装置320Rと、緑色光源装置100Gから射出された光を画像情報に応じて光変調する2次元の緑色用光変調装置320Gと、青色光源装置100Bから射出された光を画像情報に応じて光変調する2次元の青色用光変調装置320Bとからなる。さらに、ダイクロイックプリズム330は、各光変調装置320R,320G,320Bにより変調された各色光を合成するものである。
また、各光源装置100R,100G,100Bから射出された光の照度分布を均一化させるため、各光源装置100R,100G,100Bよりも光路下流側に、均一化光学系302R,302G,302Bを設けており、これらによって照度分布が均一化された光によって、液晶ライトバルブ320R,320G,320Bを照明している。例えば、均一化光学系302R,302G、302Bは、例えば、ホログラム302a及びフィールドレンズ303bによって構成される。
また、投射装置340は、ダイクロイックプリズム330で合成された光をスクリーン350上に投射するものである。
In addition, the liquid crystal
Further, in order to make the illuminance distribution of the light emitted from each
The
以上のように構成されたプロジェクタ300によれば、光の利用効率が高い光源装置100R,100G,100Bを備えているので、明るく鮮明な画像をスクリーン350に投射することが可能となる。
なお、赤色光源装置100Rは、光源101が赤色光(可視光)を射出する光源装置を用いたが、第3実施形態で示した光源装置100のように、赤外光を射出する光源101を備え、光源101から射出された光の波長を変換する光源装置を用いても良い。
また、第3実施形態の光源装置100をプロジェクタ300に限らず、走査型の画像表示装置にも適用することが可能である。
According to the
The red
Further, the
[第6実施形態:モニタ装置]
次に、第3実施形態に係る光源装置100を応用したモニタ装置400の構成例について説明する。図23は、モニタ装置の概略を示す模式図である。モニタ装置400は、装置本体410と、光伝送部420とを備える。
[Sixth Embodiment: Monitor Device]
Next, a configuration example of the
光伝送部420は、光を送る側と受ける側の2本のライトガイド421,422を備える。各ライトガイド421,422は、多数本の光ファイバを束ねたもので、レーザ光を遠方に送ることができる。光を送る側のライトガイド421の入射側には光源装置100が配設され、その出射側には拡散板423が配設されている。光源装置100から出射したレーザ光は、ライトガイド421を伝って光伝送部420の先端に設けられた拡散板423に送られ、拡散板423により拡散されて被写体を照射する。
The
光伝送部420の先端には、結像レンズ424も設けられており、被写体からの反射光を結像レンズ424で受けることができる。その受けた反射光は、受け側のライトガイド422を伝って、装置本体410内に設けられた撮像手段としてのカメラ411に送られる。この結果、光源装置100により出射したレーザ光により被写体を照射したことで得られる反射光に基づく画像をカメラ411で撮像することができる。
An
以上のように構成されたモニタ装置400によれば、光の利用効率の高い光源装置100により被写体を照射することができることから、カメラ411により得られる撮像画像の明るさを高めることができる。
According to the
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、色光合成手段として、クロスダイクロイックプリズムを用いたが、これに限るものではない。色光合成手段としては、例えば、ダイクロイックミラーをクロス配置とし色光を合成するもの、ダイクロイックミラーを平行に配置し色光を合成するものを用いることができる。
また、LiNbO3基板の下面に全面に第2電極を形成したが、LiNbO3基板の下面の第1電極と対応する位置に、第1電極と同一形状の電極を設けても良い。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, although a cross dichroic prism is used as the color light combining means, the present invention is not limited to this. As the color light synthesizing means, for example, a dichroic mirror having a cross arrangement to synthesize color light, or a dichroic mirror arranged in parallel to synthesize color light can be used.
Further, the second electrode is formed on the entire lower surface of the LiNbO 3 substrate, but an electrode having the same shape as the first electrode may be provided at a position corresponding to the first electrode on the lower surface of the LiNbO 3 substrate.
1…波長変換素子、10…LiNbO3基板(非線形光学部材)、10a…上面(一方の面)、10b…下面(他方の面)、11…レジスト(絶縁層)、11a…第1レジスト(第1絶縁層)、11b…第2レジスト(第2絶縁層)、12…第1電極、13…第2電極、100…光源装置、102…波長選択素子、200…照明装置、300…プロジェクタ、320…光変調装置(光変調手段)、400…モニタ装置、411…カメラ(撮像手段)
DESCRIPTION OF
Claims (12)
非線形光学部材の一方の面の前記分極反転領域となる領域の一部に所定の間隔で開口部を有する絶縁層を形成する工程と、
前記開口部の内部を含む前記絶縁層上に第1電極を設け、前記非線形光学部材の前記一方の面と反対の他方の面に第2電極を設ける工程と、
前記第1電極と前記第2電極との間に前記非線形光学部材を分極反転させる電圧を印加する工程とを備えることを特徴とする波長変換素子の製造方法。 A method for manufacturing a wavelength conversion element having a polarization inversion periodic structure in which polarization inversion regions and non-polarization inversion regions are alternately arranged,
Forming an insulating layer having openings at a predetermined interval in a part of a region to be the domain-inverted region on one surface of the nonlinear optical member;
Providing a first electrode on the insulating layer including the inside of the opening, and providing a second electrode on the other surface opposite to the one surface of the nonlinear optical member;
And a step of applying a voltage that reverses the polarization of the nonlinear optical member between the first electrode and the second electrode.
前記第1絶縁層の分極反転周期方向の寸法は、前記第2絶縁層の分極反転周期方向の寸法より大きく、かつ、分極反転周期のピッチの半分の寸法より大きいことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の波長変換素子の製造方法。 In the step of forming the insulating layer, a first insulating layer is formed in the non-polarization inversion region and a second insulating layer is provided in the polarization inversion region at a predetermined interval in a direction of polarization inversion of the nonlinear optical member. Formed,
2. A dimension of the first insulative layer in a direction of polarization inversion period is larger than a dimension of the second insulative layer in a direction of domain inversion period and is larger than half of a pitch of the domain inversion period. The manufacturing method of the wavelength conversion element of any one of Claim 4.
非線形光学部材の一方の面の分極反転周期方向に、前記分極反転領域となる領域に前記非分極反転領域の膜厚より薄い膜厚の絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層上に第1電極を形成し、前記非線形光学部材の前記一方の面と反対の他方の面に第2電極を形成する工程と、
前記第1電極と前記第2電極との間に前記非線形光学部材を分極反転させる電圧を印加する工程とを備えることを特徴とする波長変換素子の製造方法。 A method for manufacturing a wavelength conversion element having a polarization inversion periodic structure in which polarization inversion regions and non-polarization inversion regions are alternately arranged,
Forming an insulating layer having a thickness smaller than the thickness of the non-polarization inversion region in a region serving as the polarization inversion region in the direction of polarization inversion period of one surface of the nonlinear optical member;
Forming a first electrode on the insulating layer and forming a second electrode on the other surface opposite to the one surface of the nonlinear optical member;
And a step of applying a voltage that reverses the polarization of the nonlinear optical member between the first electrode and the second electrode.
前記絶縁層を形成する工程が、前記絶縁層を加熱し溶融させるリフロー工程を含むことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の波長変換素子の製造方法。 Using a resin material as the material of the insulating layer,
The method for manufacturing a wavelength conversion element according to any one of claims 1 to 6, wherein the step of forming the insulating layer includes a reflow step of heating and melting the insulating layer.
該光源から射出された光の波長を所定の波長に変換する請求項8に記載の波長変換素子とを備えることを特徴とする光源装置。 A light source that emits light;
A light source device comprising: the wavelength conversion element according to claim 8, which converts a wavelength of light emitted from the light source into a predetermined wavelength.
該光源装置から射出される光を変調する光変調手段と、
該光変調手段によって変調された光を投射する投射装置とを備えることを特徴とするプロジェクタ。 The light source device according to claim 9;
Light modulating means for modulating light emitted from the light source device;
A projector comprising: a projection device that projects light modulated by the light modulation means.
該光源装置から射出された光により被写体を撮像する撮像手段とを備えることを特徴とするモニタ装置。 The light source device according to claim 9;
A monitor device comprising: imaging means for imaging a subject by light emitted from the light source device.
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JP2009092843A (en) * | 2007-10-05 | 2009-04-30 | Ngk Insulators Ltd | Manufacturing method for periodic polarization reversal structure |
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