JP2009139411A - Polarization and wavelength separation element - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polarization and wavelength separation element having wire grids, and having a polarization separation function and a wavelength separation function in combination. <P>SOLUTION: The polarization and wavelength separation element includes: a plurality of first metallic layers 13 and a plurality of second metallic layers 14 as the first and second wire grids. The first and the second metallic layers 13, 14 are composed of any one of a metallic material being any one selected from among gold, silver, copper, lithium and aluminum, a metallic material satisfying a condition 25<(εr/εi)<SP>2</SP><120 wherein the real part and imaginary part of a complex dielectric constant near a wavelength to be subjected to polarization separation are denoted as εr and εi, respectively and a metallic material satisfying a condition 0.l3<nr<0.28 wherein the real part of a refractive index near a wavelength to be subjected to the polarization separation denotes as nr. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、偏光分離機能および波長分離機能を備えた偏光波長分離素子に関する。   The present invention relates to a polarization wavelength separation element having a polarization separation function and a wavelength separation function.

従来、例えば、特許文献1に開示されているように、ワイヤグリッドによって所定の偏光を分離することができることが知られている。ワイヤグリッドは、一般に、一方向に延びる複数の金属ワイヤを等間隔に並べた構造のものである。ワイヤグリッドにおける金属ワイヤのワイヤ径およびワイヤ間隔は、対象とする光の波長に依存し、通常、ワイヤ間隔は、対象とする光の波長よりも小さな間隔、例えば、前記対象とする光の波長の10分の1以下とされ、ワイヤ径は、例えば、前記ワイヤ間隔の1/4程度とされる。このようなワイヤグリッドは、前記一方向に平行な方向に振動する偏光成分の光を反射し、前記一方向と直交する方向に振動する偏光成分の光を透過する。このため、例えば、無偏光の光がワイヤグリッドに入射されると、所定の偏光を分離した光がワイヤグリッドから射出される。
特開2006−330616号公報
Conventionally, for example, as disclosed in Patent Document 1, it is known that predetermined polarized light can be separated by a wire grid. The wire grid generally has a structure in which a plurality of metal wires extending in one direction are arranged at equal intervals. The wire diameter and the wire interval of the metal wires in the wire grid depend on the wavelength of the target light. Usually, the wire interval is smaller than the wavelength of the target light, for example, the wavelength of the target light. The wire diameter is, for example, about 1/4 of the wire interval. Such a wire grid reflects light of a polarization component that vibrates in a direction parallel to the one direction, and transmits light of a polarization component that vibrates in a direction orthogonal to the one direction. For this reason, for example, when non-polarized light is incident on the wire grid, light separated from predetermined polarized light is emitted from the wire grid.
JP 2006-330616 A

このように従来では、ワイヤグリッドは、偏光分離する機能を備えているが、波長分離することができなかった。ワイヤグリッドが偏光分離機能だけでなく、波長分離機能も備えていれば、ワイヤグリッドの適用範囲が広がるだけでなく、偏光分離および波長分離する場合に、ワイヤグリッドと別途に例えばフィルタ等の波長分離素子を必要とせず、例えば、低廉化や小型化が期待できる。   As described above, the wire grid conventionally has a function of separating the polarization, but cannot perform wavelength separation. If the wire grid has not only the polarization separation function but also the wavelength separation function, not only will the applicable range of the wire grid be expanded, but in the case of polarization separation and wavelength separation, for example, wavelength separation such as a filter separately from the wire grid. No element is required, and for example, reduction in cost and size can be expected.

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、ワイヤグリッドを備え、所定の偏光成分を分離する偏光分離機能および所定の波長を分離する波長分離機能を備えた偏光波長分離素子を提供することである。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a polarized light having a wire grid and having a polarization separation function for separating a predetermined polarization component and a wavelength separation function for separating a predetermined wavelength. It is to provide a wavelength separation element.

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明にかかる一態様では、一方向に延びる複数の金属ワイヤを前記一方向と線形独立な方向に所定の第1間隔を空けて配列した第1および第2ワイヤグリッドを備え、前記第2ワイヤグリッドは、該第2ワイヤグリッドの金属ワイヤを前記第1ワイヤグリッドにおける金属ワイヤ間の間隙に臨むように、前記一方向と前記線形独立な方向とによって形成される面の法線方向において前記第1ワイヤグリッドから所定の第2間隔を空けて配置され、前記第1および第2ワイヤグリッドの金属ワイヤは、金、銀、銅、リチウムおよびアルミニウムのうちのいずれかの金属材料、偏光分離すべき波長付近における複素誘電率の実部および虚部をεrおよびεiとする場合に25<(εr/εi)<120の条件を満たす金属材料、ならびに、偏光分離すべき波長付近における屈折率の実部をnrとする場合に0.13<nr<0.28の条件を満たす金属材料、のうちのいずれかの金属材料から成る。そして、上述の偏光波長分離素子において、好ましくは、基板と、前記基板の一方主面に形成され、一方向に延びると共に前記一方向と線形独立な方向に配列された複数の凹凸部と、前記複数の凹凸部における複数の凸部の上面にそれぞれ形成された複数の第1金属層と、前記複数の凹凸部における複数の凹部の底面にそれぞれ形成された複数の第2金属層とを備え、前記第1ワイヤグリッドは、前記複数の第1金属層から構成されて成り、前記第2ワイヤグリッドは、前記複数の第2金属層から構成されて成る。 As a result of various studies, the present inventor has found that the above object is achieved by the present invention described below. That is, according to one aspect of the present invention, the apparatus includes first and second wire grids in which a plurality of metal wires extending in one direction are arranged at predetermined first intervals in a direction that is linearly independent of the one direction. In the normal direction of the surface formed by the one direction and the linearly independent direction so that the metal wire of the second wire grid faces the gap between the metal wires in the first wire grid. The first and second wire grids are arranged at a predetermined second interval from the first wire grid, and the metal wires of the first and second wire grids are made of any one of gold, silver, copper, lithium, and aluminum. If the real part and the imaginary part of the complex permittivity in the vicinity of the wavelength to be used are εr and εi, a metal material satisfying the condition of 25 <(εr / εi) 2 <120, In addition, when the real part of the refractive index in the vicinity of the wavelength to be polarized light is nr, it is made of any one of the metal materials satisfying the condition of 0.13 <nr <0.28. In the polarization wavelength separation element described above, preferably, a substrate and a plurality of concave and convex portions formed on one main surface of the substrate, extending in one direction and arranged in a direction linearly independent of the one direction, A plurality of first metal layers respectively formed on the top surfaces of the plurality of convex portions in the plurality of concave and convex portions, and a plurality of second metal layers respectively formed on the bottom surfaces of the plurality of concave portions in the plurality of concave and convex portions, The first wire grid is composed of the plurality of first metal layers, and the second wire grid is composed of the plurality of second metal layers.

このような構成の光学素子は、後述の実施例によって実証されるように、第1および第2ワイヤグリッドの金属ワイヤが、少なくとも金、銀、銅、リチウムおよびアルミニウムのうちのいずれかの金属材料、少なくとも“25<(εr/εi)<120”の条件を満たす金属材料、ならびに、少なくとも“0.13<nr<0.28”の条件を満たす金属材料のうちのいずれかの金属材料から形成されることによって、所定の偏光成分の光を分離することができると共に、所定の波長の光を分離することができる。なお、本発明では、透過率50%以上を“透過”と定義している。 The optical element having such a configuration is such that the metal wires of the first and second wire grids are at least one of gold, silver, copper, lithium, and aluminum, as will be demonstrated by examples described later. A metal material satisfying at least “25 <(εr / εi) 2 <120” and a metal material satisfying at least “0.13 <nr <0.28”. By being formed, light having a predetermined polarization component can be separated and light having a predetermined wavelength can be separated. In the present invention, a transmittance of 50% or more is defined as “transmission”.

また、上述の偏光波長分離素子において、前記第1ワイヤグリッドにおける金属ワイヤの第1面積S1と前記第2ワイヤグリッドにおける金属ワイヤの第2面積S2との比S1:S2は、偏光波長分離すべき波長において、偏光分離すべき偏光成分の光の透過率が50%以上であり、かつ、前記偏光分離すべき偏光成分と直交する偏光成分の光の透過率が50%よりも小さくなる比率であることが好ましい。そして、上述の好ましい態様の偏光波長分離素子では、前記第1金属層の第1面積S1と前記第2金属層の第2面積S2との比S1:S2は、偏光波長分離すべき波長において、偏光分離すべき偏光成分の光の透過率が50%以上であり、かつ、前記偏光分離すべき偏光成分と直交する偏光成分の光の透過率が50%よりも小さくなる比率であることが好ましい。   In the polarization wavelength separation element described above, the ratio S1: S2 between the first area S1 of the metal wire in the first wire grid and the second area S2 of the metal wire in the second wire grid should be polarization wavelength separated. In this wavelength, the light transmittance of the polarization component to be polarized and separated is 50% or more, and the light transmittance of the polarization component orthogonal to the polarization component to be polarized and separated is less than 50%. It is preferable. In the polarization wavelength separation element according to the preferred aspect described above, the ratio S1: S2 between the first area S1 of the first metal layer and the second area S2 of the second metal layer is a wavelength to be subjected to polarization wavelength separation. It is preferable that the light transmittance of the polarization component to be polarized and separated is 50% or more and the light transmittance of the polarization component orthogonal to the polarization component to be polarized and separated is less than 50%. .

この構成によれば、偏光波長分離すべき波長において、より確実に偏光波長分離することができる。特に、面積比S1:S2が1:1である場合では、偏光波長分離すべき波長において、所定の偏光成分の光における透過率をより良好に保ちつつ、この所定の偏光成分と直交する偏光成分の光の反射率もより良好にすることができ、透過率と反射率とをバランスよく偏光波長分離することができる。   According to this configuration, polarization wavelength separation can be more reliably performed at a wavelength at which polarization wavelength separation is to be performed. In particular, in the case where the area ratio S1: S2 is 1: 1, the polarization component orthogonal to the predetermined polarization component while keeping the transmittance of light of the predetermined polarization component better at the wavelength to be polarized wavelength separation. The reflectance of the light can also be improved, and the polarization wavelength can be separated in a balanced manner between the transmittance and the reflectance.

また、上述の偏光波長分離素子において、前記第1および第2ワイヤグリッドにおける金属ワイヤの繰り返しピッチPは、入射すべき光における最も短い波長をλminとする場合に、0.1μm≦P≦0.5×λminの条件を満たすことが好ましい。そして、上述の好ましい態様の偏光波長分離素子では、前記凹凸部の繰り返しピッチPは、入射すべき光における最も短い波長をλminとする場合に、0.1μm≦P≦0.5×λminの条件を満たすことが好ましい。   In the polarization wavelength separation element described above, the repetitive pitch P of the metal wires in the first and second wire grids is 0.1 μm ≦ P ≦ 0 when the shortest wavelength in the light to be incident is λmin. It is preferable to satisfy the condition of 5 × λmin. In the polarization wavelength separation element according to the above-described preferred embodiment, the repetitive pitch P of the concavo-convex portion is a condition of 0.1 μm ≦ P ≦ 0.5 × λmin, where λmin is the shortest wavelength in light to be incident It is preferable to satisfy.

この構成によれば、偏光波長分離素子1が一般的な薄膜形成技術によって比較的容易に製造可能となり、また、入射光に対する回折効果が抑制され、真っ直ぐ透過する入射光の割合をより増加させることが可能となる。   According to this configuration, the polarization wavelength separation element 1 can be manufactured relatively easily by a general thin film forming technique, and the diffraction effect on incident light is suppressed, and the proportion of incident light that is transmitted straight is further increased. Is possible.

また、上述の偏光波長分離素子において、前記第1ワイヤグリッドにおける金属ワイヤの中心位置から前記第2ワイヤグリッドにおける金属ワイヤの中心位置までの距離をhとし、偏光を分離すべき波長をλpbとし、複素誘電率の実部および虚部をεrおよびεiとする場合に、490<((εr/εi)−8500×(h/λpb)+4000×(h/λpb))<530の条件を満たすことが好ましい。そして、上述の好ましい態様の偏光波長分離素子では、前記凹部の底面から前記凸部の上面までの高さをhとし、偏光を分離すべき波長をλpbとし、複素誘電率の実部および虚部をεrおよびεiとする場合に、490<((εr/εi)−8500×(h/λpb)+4000×(h/λpb))<530の条件を満たすことが好ましい。 In the polarization wavelength separation element described above, the distance from the center position of the metal wire in the first wire grid to the center position of the metal wire in the second wire grid is h, and the wavelength at which the polarization is to be separated is λpb, When the real part and the imaginary part of the complex permittivity are εr and εi, the condition of 490 <((εr / εi) 2 −8500 × (h / λpb) 2 + 4000 × (h / λpb)) <530 is satisfied. It is preferable. In the polarization wavelength separation element according to the preferred embodiment described above, the height from the bottom surface of the concave portion to the top surface of the convex portion is h, the wavelength at which the polarized light is to be separated is λpb, and the real and imaginary parts of the complex permittivity Εr and εi, it is preferable that the condition of 490 <((εr / εi) 2 -8500 × (h / λpb) 2 + 4000 × (h / λpb)) <530 is satisfied.

この構成によれば、前記hが前記条件式を満足する場合、偏光分離すべき波長λpbにおける或る偏光の透過率とこれに直交する偏光の透過率との差を最大にすることができる。そして、偏光波長分離すべき波長において、確実に偏光波長分離することができる。   According to this configuration, when h satisfies the conditional expression, the difference between the transmittance of certain polarized light and the transmittance of polarized light orthogonal to the wavelength λpb to be polarization-separated can be maximized. In addition, the polarization wavelength can be reliably separated at the wavelength at which the polarization wavelength is to be separated.

また、上述の偏光波長分離素子において、前記第1および第2ワイヤグリッドにおける金属ワイヤの前記法線方向の厚みをtとし、複素屈折率の虚部をniとする場合に、3.6<(ni+4.6×t)<4.3の条件を満たすことが好ましい。そして、上述の好ましい態様の偏光波長分離素子では、前記第1および第2金属層の厚みをtとし、複素屈折率の虚部をniとする場合に、3.6<(ni+4.6×t)<4.3の条件を満たすことが好ましい。   In the polarization wavelength separation element described above, when the thickness in the normal direction of the metal wires in the first and second wire grids is t and the imaginary part of the complex refractive index is ni, 3.6 <( It is preferable that the condition of ni + 4.6 × t) <4.3 is satisfied. In the polarization wavelength separation element according to the preferred aspect described above, when the thickness of the first and second metal layers is t and the imaginary part of the complex refractive index is ni, 3.6 <(ni + 4.6 × t It is preferable that the condition <4.3 is satisfied.

この構成によれば、前記tが前記条件式を満足する場合、偏光分離すべき波長λpbにおける或る偏光の透過率特性の底とこれに直交する偏光の透過率特性の山とを一致させることができる。そして、偏光波長分離すべき波長において、確実に偏光波長分離することができる。   According to this configuration, when t satisfies the conditional expression, the bottom of the transmittance characteristic of a certain polarization at the wavelength λpb to be polarization-separated and the peak of the transmittance characteristic of the polarized light orthogonal thereto are matched. Can do. In addition, the polarization wavelength can be reliably separated at the wavelength at which the polarization wavelength is to be separated.

本発明の光学素子は、所定の偏光成分を分離することができると共に、所定の波長を分離することができる。   The optical element of the present invention can separate a predetermined polarization component and a predetermined wavelength.

以下、本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
(実施形態)
実施形態にかかる偏光波長分離素子は、一方向に延びる複数の金属ワイヤを前記一方向と線形独立な方向に所定の第1間隔を空けて配列した第1および第2ワイヤグリッドを備え、前記第2ワイヤグリッドは、この第2ワイヤグリッドの金属ワイヤを前記第1ワイヤグリッドにおける金属ワイヤ間の間隙に臨むように、前記一方向と前記線形独立な方向とによって形成される面の法線方向において前記第1ワイヤグリッドから所定の第2間隔を空けて配置される。そして、前記第1および第2ワイヤグリッドの金属ワイヤは、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、リチウム(Li)およびアルミニウム(Al)のうちのいずれかの金属材料、偏光分離すべき波長付近における複素誘電率の実部および虚部をεrおよびεiとする場合に“25<(εr/εi)<120”の条件を満たす金属材料、ならびに、偏光分離すべき波長付近における屈折率の実部をnrとする場合に“0.13<nr<0.28”の条件を満たす金属材料、のうちのいずれかの金属材料から成っている。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings. In addition, the structure which attached | subjected the same code | symbol in each figure shows that it is the same structure, The description is abbreviate | omitted.
(Embodiment)
The polarization wavelength separation element according to the embodiment includes first and second wire grids in which a plurality of metal wires extending in one direction are arranged at a predetermined first interval in a direction linearly independent of the one direction. In the normal direction of the surface formed by the one direction and the linearly independent direction, the two-wire grid has the metal wire of the second wire grid facing the gap between the metal wires in the first wire grid. The first wire grid is disposed at a predetermined second interval. The metal wires of the first and second wire grids may be any metal material selected from gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), lithium (Li), and aluminum (Al), and polarized light separation. A metal material that satisfies the condition of “25 <(εr / εi) 2 <120” when the real part and the imaginary part of the complex permittivity in the vicinity of the wavelength to be used are εr and εi, and When the real part of the refractive index is nr, it is made of any one of the metal materials satisfying the condition of “0.13 <nr <0.28”.

このような偏光波長分離素子のより具体的な一実施形態として、前記第1および第2ワイヤグリッドが基板上に形成される場合について、以下に説明する。   As a more specific embodiment of such a polarization wavelength separation element, the case where the first and second wire grids are formed on a substrate will be described below.

図1は、実施形態における偏光波長分離素子の構成を示す図である。図1(A)は、斜視図であり、図1(B)は、断面図である。   FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a polarization wavelength separation element in the embodiment. FIG. 1A is a perspective view, and FIG. 1B is a cross-sectional view.

図1において、偏光波長分離素子1は、基板11と、基板11の一方主面に形成され、一方向に延びると共に前記一方向と線形独立な方向に配列された複数の凹凸部12(12a、12b)と、複数の凹凸部12における複数の凸部12aの上面にそれぞれ形成された複数の第1金属層13と、複数の凹凸部12における複数の凹部12bの底面にそれぞれ形成された複数の第2金属層14とを備えて構成される。   In FIG. 1, a polarization wavelength separation element 1 is formed on a substrate 11 and one main surface of the substrate 11, and extends in one direction and is arranged in a direction linearly independent of the one direction (12a, 12a, 12b), a plurality of first metal layers 13 formed on the top surfaces of the plurality of convex portions 12a in the plurality of concave and convex portions 12, and a plurality of surfaces formed on the bottom surfaces of the plurality of concave portions 12b in the plurality of concave and convex portions 12, respectively. And a second metal layer 14.

基板11は、平行平板状の部材であり、例えば、偏光波長分離すべき光(電磁波)を透過させるために、この偏光波長分離すべき光の波長に対し透光性の高い材料から形成される。このような基板11の材料(基板材料)としては、例えば、ガラス、透明な無機結晶および透明なプラスチック(樹脂)等を挙げることができる。このガラスは、例えば、石英ガラスや各種の光学ガラス等があり、光学ガラスとしては、例えば、BK、FK、BaKおよびLaK等のクラウンガラスや、LF、SF、LaFおよびLaSF等のフリントガラス等を挙げることができる。この透明な無機結晶は、例えば、水晶、サファイヤ、方解石、蛍石、アルカリハライド、シリコン、ガリウムおよびヒ素等がある。また、この透明なプラスチックは、例えば、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、ポリイミド、ポリエステル、ポリカーボネートおよびポリメタクリル酸メチル(PMMA)等がある。   The substrate 11 is a parallel plate-like member, and is formed of a material having high translucency with respect to the wavelength of the light to be polarized wavelength separated, for example, in order to transmit the light (electromagnetic wave) to be polarized wavelength separated. . Examples of the material (substrate material) of the substrate 11 include glass, transparent inorganic crystals, and transparent plastic (resin). Examples of the glass include quartz glass and various optical glasses. Examples of the optical glass include crown glass such as BK, FK, BaK, and LaK, and flint glass such as LF, SF, LaF, and LaSF. Can be mentioned. Examples of the transparent inorganic crystal include quartz, sapphire, calcite, fluorite, alkali halide, silicon, gallium, and arsenic. Examples of the transparent plastic include polyethylene, polystyrene, polyvinyl alcohol, polyimide, polyester, polycarbonate, and polymethyl methacrylate (PMMA).

凹凸部12は、一方向に延びる凸部12aと前記一方向に延びる凹部12bとから構成されて成り、前記一方向と線形独立な方向に基板11の一方主面上に複数配列されている。図1に示す例では、複数の凹凸部12は、前記一方向と直交する方向に配列されている。すなわち、基板11の一方主面上には、複数の凹凸部12から成る一次元格子が形成されている。複数の凹凸部12の繰り返しピッチ(格子ピッチ)Pは、偏光波長分離すべき光の波長よりも短くされている。   The concavo-convex portion 12 includes a convex portion 12a extending in one direction and a concave portion 12b extending in the one direction, and a plurality of the concave and convex portions 12 are arranged on one main surface of the substrate 11 in a direction linearly independent of the one direction. In the example shown in FIG. 1, the plurality of uneven portions 12 are arranged in a direction orthogonal to the one direction. That is, a one-dimensional lattice composed of a plurality of concave and convex portions 12 is formed on one main surface of the substrate 11. The repetitive pitch (lattice pitch) P of the plurality of concavo-convex portions 12 is shorter than the wavelength of the light to be polarized wavelength separated.

第1および第2金属層13、14は、金属材料(合金を含む)から成る薄膜である。第1金属層13が凸部12aの上面上に形成されると共に、第2金属層14が凹部12bの底面上に形成されることで2層のワイヤグリッドが形成されている。前記第1ワイヤグリッドは、複数の第1金属層13から構成されて成り、前記第2ワイヤグリッドは、前記複数の第2金属層14から構成されて成る。この第1および第2金属層13、14は、金、銀、銅、リチウムおよびアルミニウムのうちのいずれかの金属材料(第1の場合)、偏光分離すべき波長付近における複素誘電率の実部および虚部をεrおよびεiとする場合に、“25<(εr/εi)<120”の条件を満たす金属材料(第2の場合)、ならびに、偏光分離すべき波長付近における屈折率の実部をnrとする場合に、“0.13<nr<0.28”の条件を満たす金属材料(第3の場合)、のうちのいずれかの金属材料から成るものとされる。 The first and second metal layers 13 and 14 are thin films made of a metal material (including an alloy). The first metal layer 13 is formed on the upper surface of the convex portion 12a, and the second metal layer 14 is formed on the bottom surface of the concave portion 12b, thereby forming a two-layer wire grid. The first wire grid is composed of a plurality of first metal layers 13, and the second wire grid is composed of the plurality of second metal layers 14. The first and second metal layers 13 and 14 are made of any metal material of gold, silver, copper, lithium and aluminum (first case), and the real part of the complex dielectric constant in the vicinity of the wavelength to be polarized and separated. When the imaginary part is εr and εi, the metal material satisfying the condition of “25 <(εr / εi) 2 <120” (second case) and the refractive index in the vicinity of the wavelength to be polarized light separated When the part is nr, it is made of any one of the metal materials satisfying the condition of “0.13 <nr <0.28” (third case).

発明者は、種々の金属材料で二層の第1および第2ワイヤグリッドを形成し、偏光波長分離することができるか否かを評価した。その結果を表1に示す。表1では、左から右へ順に、金属ワイヤの材料、偏光波長分離波長λpb、複素屈折率の実部nr、複素屈折率の虚部ni、複素誘電率の実部εr、複素誘電率の虚部εi、(εr/εi)、および、複素屈折率の実部nrと複素屈折率の虚部niとの和nr+niがそれぞれ示されている。 The inventor evaluated whether it was possible to form two-layer first and second wire grids with various metal materials and to separate the polarization wavelength. The results are shown in Table 1. In Table 1, in order from left to right, the metal wire material, the polarization wavelength separation wavelength λpb, the real part nr of the complex refractive index, the imaginary part ni of the complex refractive index, the real part εr of the complex dielectric constant, and the imaginary of the complex dielectric constant The part εi, (εr / εi) 2 , and the sum nr + ni of the real part nr of the complex refractive index and the imaginary part ni of the complex refractive index are shown.

Figure 2009139411
Figure 2009139411

表1に示すように、図1に示す構造の光学素子は、第1および第2金属層13、14(金属ワイヤ)の金属材料が鉛(Pb)、クロム(Cr)および白金(Pt)である場合では偏光波長分離することができず、一方、第1および第2金属層13、14の金属材料が金、銀、銅、リチウムおよびアルミニウムではいずれかの波長で偏光波長分離することができる。したがって、第1および第2金属層13、14の金属材料が少なくとも金、銀、銅、リチウムおよびアルミニウムのうちのいずれかの金属材料である場合に、偏光波長分離することができる。なお、銀は、3つのケースを示しているが各ケースでは、凹凸部12の高さhや第1および第2金属層13、14の厚みtが異なっている。   As shown in Table 1, in the optical element having the structure shown in FIG. 1, the metal materials of the first and second metal layers 13 and 14 (metal wire) are lead (Pb), chromium (Cr), and platinum (Pt). In some cases, the polarization wavelength cannot be separated, while the metal materials of the first and second metal layers 13 and 14 can be separated at any wavelength in the case of gold, silver, copper, lithium, and aluminum. . Therefore, when the metal material of the first and second metal layers 13 and 14 is at least one of gold, silver, copper, lithium, and aluminum, polarization wavelength separation can be performed. In addition, although silver has shown three cases, in each case, the height h of the uneven | corrugated | grooved part 12 and the thickness t of the 1st and 2nd metal layers 13 and 14 differ.

これら金属は、表面プラズモン共鳴を比較的生じやすい金属である。このため、発明者は、二層の第1および第2ワイヤグリッドによる偏光波長分離作用は、金属ワイヤにおける表面プラズモン共鳴が関与している、と推察している。表面プラズモン共鳴(surface plasmon resonance)は、金属に光を当てた場合に、全反射角領域において、或る特定の入射角で反射光の減衰が生じる現象である。表面プラズモン共鳴は、材料の種類に応じた所定の厚み以内の金属(金属膜、金属層)で生じることが知られている。   These metals are those that are relatively easy to cause surface plasmon resonance. For this reason, the inventor speculates that the surface plasmon resonance in the metal wire is involved in the polarization wavelength separation action by the two-layer first and second wire grids. Surface plasmon resonance is a phenomenon in which reflected light is attenuated at a specific incident angle in a total reflection angle region when light is applied to a metal. It is known that surface plasmon resonance occurs in a metal (metal film, metal layer) within a predetermined thickness according to the type of material.

一般に、表面プラズモン共鳴を起こしやすい金属は、(εr/εi)の値が大きい。そこで、各金属について、(εr/εi)を求め、この(εr/εi)を偏光波長分離する金属と偏光波長分離しない金属とで比較すると、表1に示すように、偏光波長分離する金属は、少なくとも25<(εr/εi)<120の条件を満たしている。 In general, a metal that easily causes surface plasmon resonance has a large value of (εr / εi) 2 . Therefore, (εr / εi) 2 is obtained for each metal, and when this (εr / εi) 2 is compared with a metal that separates the polarization wavelength and a metal that does not separate the polarization wavelength, the polarization wavelength is separated as shown in Table 1. The metal satisfies the condition of at least 25 <(εr / εi) 2 <120.

表面プラズモン共鳴は、金属表面に光が入り込む(浸み込む)ことによって起こる。そこで、各金属について、屈折率の実部nrを求め、このnrを偏光波長分離する金属と偏光波長分離しない金属とで比較すると、表1に示すように、偏光波長分離する金属は、少なくとも0.13<nr<0.28の条件を満たしている。   Surface plasmon resonance occurs when light enters (immerses) a metal surface. Therefore, the real part nr of the refractive index is obtained for each metal, and when this nr is compared between the metal that separates the polarization wavelength and the metal that does not separate the polarization wavelength, as shown in Table 1, the metal that separates the polarization wavelength is at least 0. The condition of .13 <nr <0.28 is satisfied.

なお、この第1および第2金属層13、14は、上記第1ないし第3の場合のうちの複数の場合を満たしてもよい。   The first and second metal layers 13 and 14 may satisfy a plurality of cases among the first to third cases.

このような構成の偏光波長分離素子1では、入射光が入射されると、入射光が凹凸部12に形成された第1および第2金属層13、14(前記第1および第2ワイヤグリッド)と相互作用し、所定の偏光成分を持った所定の波長成分の射出光が射出される。このように2層のワイヤグリッドを備える偏光波長分離素子1は、偏光分離するだけでなく、波長分離することもできる。すなわち、このような構成の偏光波長分離素子1は、偏光分離機能および波長分離機能を備えている。   In the polarization wavelength separation element 1 having such a configuration, when incident light is incident, the first and second metal layers 13 and 14 (the first and second wire grids) formed on the concavo-convex portion 12 are formed. , And emitted light of a predetermined wavelength component having a predetermined polarization component is emitted. As described above, the polarization wavelength separation element 1 having the two-layer wire grid can not only perform polarization separation but also wavelength separation. That is, the polarization wavelength separation element 1 having such a configuration has a polarization separation function and a wavelength separation function.

発明者は、上述したように、二層の第1および第2ワイヤグリッドによる偏光波長分離作用は、金属ワイヤにおける表面プラズモン共鳴が関与していると推察している。このため、第1および第2ワイヤグリッドにおける金属ワイヤの各面積を調整する必要がある。また、本発明では、透過率が50%以上を“透過”と定義している。   As described above, the inventor speculates that the surface plasmon resonance in the metal wire is involved in the polarization wavelength separation action by the two-layer first and second wire grids. For this reason, it is necessary to adjust each area of the metal wires in the first and second wire grids. In the present invention, a transmittance of 50% or more is defined as “transmission”.

したがって、上述の偏光波長分離素子1において、第1金属層13の第1面積S1と第2金属層14の第2面積S2との比S1:S2は、偏光波長分離すべき波長において、偏光分離すべき偏光成分の光の透過率が50%以上であり、かつ、前記偏光分離すべき偏光成分と直交する偏光成分の光の透過率が50%よりも小さくなる比率であることが好ましい。   Accordingly, in the polarization wavelength separation element 1 described above, the ratio S1: S2 between the first area S1 of the first metal layer 13 and the second area S2 of the second metal layer 14 is the polarization separation at the wavelength to be polarized wavelength separated. It is preferable that the light transmittance of the polarization component to be reduced is 50% or more and that the light transmittance of the polarization component orthogonal to the polarization component to be polarization-separated is smaller than 50%.

図2は、面積比の相違による波長透過特性を示す図である。図2(A)は、面積比が50:50(=1:1)の場合を示し、図2(B)は、面積比が62:38(≒1.63:1)の場合を示す。図2において、その横軸は、nm単位で表す波長であり、その縦軸は、透過率である。そして、図2において、■は、90度偏光の場合における特性を示し、▲は、0度偏光の場合における特性を示している。   FIG. 2 is a diagram illustrating wavelength transmission characteristics depending on the difference in area ratio. 2A shows a case where the area ratio is 50:50 (= 1: 1), and FIG. 2B shows a case where the area ratio is 62:38 (≈1.63: 1). In FIG. 2, the horizontal axis is the wavelength expressed in nm, and the vertical axis is the transmittance. In FIG. 2, ▪ indicates the characteristics in the case of 90-degree polarized light, and ▲ indicates the characteristics in the case of 0-degree polarized light.

図2に示す波長透過特性は、次の諸元を備える光学素子によって得られたものである。この光学素子は、図1に示す構造と同様に構成されている。基板11は、少なくとも約395nmから約800nmまでの波長の光に対して透光性を有する材料で形成されており、その屈折率Nは、1.5である。凹凸部12Aの繰り返しピッチPは、0.08μmである。第1および第2金属層13、14は、複素屈折率の実部nrおよび虚部niがそれぞれ0.157および2.4であって、複素誘電率の実部および虚部をそれぞれεrおよびεiとする場合に(εr/εi)が57.92である銀(Ag)で形成されている。第1および第2金属層13、14の厚みtは、0.025μmである。そして、第1金属層13の第1面積S1と第2金属層14の第2面積S2との比S1:S2は、図2(A)の場合では50:50であり、一方、図2(B)の場合では62:38である。また、凹凸部12における凹部12bの底面から凸部12aの上面までの高さhは、図2(A)の場合では0.115mmであり、図2(B)の場合では0.08mmである。このように前記高さhは、面積比S1:S2に応じて最適化されている。なお、これら諸元を表2に纏めて示す。 The wavelength transmission characteristics shown in FIG. 2 are obtained by an optical element having the following specifications. This optical element is configured similarly to the structure shown in FIG. The substrate 11 is made of a material that is transparent to light having a wavelength of at least about 395 nm to about 800 nm, and its refractive index N is 1.5. The repetition pitch P of the concavo-convex portion 12A is 0.08 μm. The first and second metal layers 13 and 14 have a complex refractive index real part nr and imaginary part ni of 0.157 and 2.4, respectively, and a complex dielectric constant real part and imaginary part of εr and εi, respectively. In this case, (εr / εi) 2 is made of silver (Ag) having 57.92. The thickness t of the first and second metal layers 13 and 14 is 0.025 μm. The ratio S1: S2 between the first area S1 of the first metal layer 13 and the second area S2 of the second metal layer 14 is 50:50 in the case of FIG. 2A, whereas FIG. In the case of B), it is 62:38. The height h from the bottom surface of the concave portion 12b to the top surface of the convex portion 12a in the concavo-convex portion 12 is 0.115 mm in the case of FIG. 2A and 0.08 mm in the case of FIG. 2B. . Thus, the height h is optimized according to the area ratio S1: S2. These specifications are summarized in Table 2.

Figure 2009139411
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面積比S1:S2が50:50である図2(A)の場合では、0度偏光の波長透過特性は、波長が約395nmから約440nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.75から約0.8まで緩やかに増加し、波長が約440nmから約800nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.8から約0.07まで徐々に減少するプロファイルである。また、90度偏光の波長透過特性は、波長が約395nmから約440nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.035から約0.015まで緩やかに減少し、波長が約440nmから約620nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.015から約0.75まで徐々に増加し、そして、波長が約620nmから約800nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.75から約0.9まで緩やかに増加するプロファイルである。   In the case of FIG. 2A where the area ratio S1: S2 is 50:50, the wavelength transmission characteristics of the 0-degree polarized light increase from about 0.75 as the wavelength increases from about 395 nm to about 440 nm. The profile gradually increases from about 0.8, and the transmittance gradually decreases from about 0.8 to about 0.07 as the wavelength increases from about 440 nm to about 800 nm. The wavelength transmission characteristics of 90-degree polarized light gradually decrease from about 0.035 to about 0.015 as the wavelength increases from about 395 nm to about 440 nm, and the wavelength from about 440 nm to about 620 nm. As the length increases, the transmittance gradually increases from about 0.015 to about 0.75, and as the wavelength increases from about 620 nm to about 800 nm, the transmittance increases from about 0.75 to about 0.9. The profile increases gradually.

一方、面積比S1:S2が62:38である図2(B)の場合では、0度偏光の波長透過特性は、波長が約395nmから約800nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.57から約0.07まで徐々に減少するプロファイルである。また、90度偏光の波長透過特性は、波長が約395nmから約440nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.03から約0.02まで緩やかに減少し、波長が約440nmから約530nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.02から約0.78まで徐々に増加し、そして、波長が約530nmから約800nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.78から約0.84まで緩やかに増加するプロファイルである。   On the other hand, in the case of FIG. 2B in which the area ratio S1: S2 is 62:38, the wavelength transmission characteristics of the 0-degree polarized light are about 0. 0 as the wavelength increases from about 395 nm to about 800 nm. The profile gradually decreases from 57 to about 0.07. The wavelength transmission characteristics of 90-degree polarized light gradually decreases from about 0.03 to about 0.02 as the wavelength increases from about 395 nm to about 440 nm, and the wavelength from about 440 nm to about 530 nm. As the length increases, the transmittance gradually increases from about 0.02 to about 0.78, and as the wavelength increases from about 530 nm to about 800 nm, the transmittance increases from about 0.78 to about 0.84. The profile increases gradually.

このように面積比S1:S2に応じて波長透過特性が変化している。したがって、上述したように、上述の偏光波長分離素子1において、面積比S1:S2は、偏光波長分離すべき波長において、偏光分離すべき偏光成分の光の透過率が50%以上であり、かつ、前記偏光分離すべき偏光成分と直交する偏光成分の光の透過率が50%よりも小さくなる比率であることが好ましい。   As described above, the wavelength transmission characteristics change according to the area ratio S1: S2. Therefore, as described above, in the polarization wavelength separation element 1 described above, the area ratio S1: S2 is such that the light transmittance of the polarization component to be polarization separated is 50% or more at the wavelength to be polarization wavelength separation, and It is preferable that the light transmittance of the polarized light component orthogonal to the polarized light component to be separated is less than 50%.

例えば、90度偏光の透過率が最低となる波長で偏光波長分離を行うとすると、面積比S1:S2が50:50である場合では、図2(A)に示すように、90度偏光の透過率が最低となる波長約440nmにおいて、0度偏光の透過率が約0.8となっており、良好に偏光分離されている。一方、面積比S1:S2が62:38である場合では、図2(B)に示すように、90度偏光の透過率が最低となる波長約440nmにおいて、0度偏光の透過率が約0.42となっており、良好に偏光分離されていない。   For example, assuming that polarization wavelength separation is performed at a wavelength at which the transmittance of 90-degree polarized light is lowest, when the area ratio S1: S2 is 50:50, as shown in FIG. At a wavelength of about 440 nm at which the transmittance is lowest, the transmittance of 0-degree polarized light is about 0.8, and polarization separation is excellent. On the other hand, when the area ratio S1: S2 is 62:38, as shown in FIG. 2B, the transmittance of the 0-degree polarized light is about 0 at the wavelength of about 440 nm where the transmittance of the 90-degree polarized light is the lowest. .42, and polarization separation is not good.

面積比が50:50である場合では、二層の第1および第2ワイヤグリッドによってバランスよく表面プラズモン共鳴が生じ、バランスよく偏光分離される。このため、上述の偏光波長分離素子1において、第1ワイヤグリッドにおける金属ワイヤの第1面積S1と第2ワイヤグリッドにおける金属ワイヤの第2面積S2との比S1:S2は、約1:1(=約50:50)であることがより好ましい。すなわち、上述の偏光波長分離素子1において、第1金属層13の第1面積S1と第2金属層14の第2面積S2との比S1:S2は、約1:1(=約50:50)であることがより好ましい。   When the area ratio is 50:50, surface plasmon resonance is generated in a balanced manner by the two layers of the first and second wire grids, and polarization separation is performed in a balanced manner. Therefore, in the polarization wavelength separation element 1 described above, the ratio S1: S2 between the first area S1 of the metal wire in the first wire grid and the second area S2 of the metal wire in the second wire grid is about 1: 1 ( = About 50:50). That is, in the polarization wavelength separation element 1 described above, the ratio S1: S2 between the first area S1 of the first metal layer 13 and the second area S2 of the second metal layer 14 is about 1: 1 (= about 50:50). ) Is more preferable.

また、上述の偏光波長分離素子1において、好ましくは、入射すべき光における最も短い波長をλminとする場合に、“0.1μm≦P≦0.5×λmin”の条件を満たすことである。   In the polarization wavelength separation element 1 described above, it is preferable that the condition “0.1 μm ≦ P ≦ 0.5 × λmin” is satisfied when the shortest wavelength in the light to be incident is λmin.

前記条件を下回ると、すなわち、繰り返しピッチ(格子ピッチ)Pが0.1μmよりも短くなると、凹部12bに金属材料を埋め込むことが困難となるため、第2金属層14の形成が困難となって好ましくない。一般に、繰り返しピッチPが波長と同程度になると入射光が回折するため、入射光が真っ直ぐ透過する割合が減少する一方、繰り返しピッチPが波長の半分程度であれば、回折の影響がほとんどなくなる。このため、前記条件を上回ると、入射光が真っ直ぐ透過する割合が減少してしまい好ましくない。したがって、このような構成では、偏光波長分離素子1が例えば蒸着やスパッタ等の薄膜形成技術によって比較的容易に製造可能となり、また、入射光に対する回折効果が抑制され、真っ直ぐ透過する入射光の割合をより増加させることが可能となる。   If the above condition is not satisfied, that is, if the repetitive pitch (lattice pitch) P is shorter than 0.1 μm, it becomes difficult to embed a metal material in the recess 12b, so that the formation of the second metal layer 14 becomes difficult. It is not preferable. In general, since the incident light is diffracted when the repetition pitch P is approximately the same as the wavelength, the proportion of the incident light that is transmitted straight decreases. On the other hand, if the repetition pitch P is about half the wavelength, the influence of diffraction is almost eliminated. For this reason, if it exceeds the said conditions, the ratio which the incident light permeate | transmits straight will reduce, and it is not preferable. Therefore, in such a configuration, the polarization wavelength separation element 1 can be manufactured relatively easily by a thin film forming technique such as vapor deposition or sputtering, and the ratio of incident light that is transmitted straight is suppressed because of the diffraction effect on incident light. Can be further increased.

また、上述の偏光波長分離素子1において、好ましくは、凹部12bの底面から凸部12aの上面までの高さをhとし、偏光を分離すべき波長をλpbとし、複素誘電率の実部および虚部をεrおよびεiとする場合に、“490<((εr/εi)−8500×(h/λpb)+4000×(h/λpb))<530”の条件を満たすことである。 In the polarization wavelength separation element 1 described above, preferably, the height from the bottom surface of the concave portion 12b to the top surface of the convex portion 12a is h, the wavelength at which the polarized light is to be separated is λpb, the real part and the imaginary part of the complex dielectric constant When the parts are εr and εi, the condition of “490 <((εr / εi) 2 −8500 × (h / λpb) 2 + 4000 × (h / λpb)) <530” is satisfied.

上述したように、発明者は、本偏光波長分離作用は、金属ワイヤにおける表面プラズモン共鳴が関与している、と推察している。このため、表面プラズモン共鳴を評価する(εr/εi)および(h/λpb)で後述の第1ないし第8実施例を評価すると、少なくとも“490<((εr/εi)−8500×(h/λpb)+4000×(h/λpb))<530”の条件を満たす場合に、偏光波長分離素子1は、偏光波長分離することが可能である。 As described above, the inventors speculate that this polarization wavelength separation action involves surface plasmon resonance in a metal wire. For this reason, when first to eighth examples described later are evaluated by (εr / εi) 2 and (h / λpb) for evaluating surface plasmon resonance, at least “490 <((εr / εi) 2 −8500 × ( When the condition of h / λpb) 2 + 4000 × (h / λpb)) <530 ”is satisfied, the polarization wavelength separation element 1 can perform polarization wavelength separation.

また、上述の偏光波長分離素子1において、好ましくは、第1および第2金属層13、14の厚みをtとし、複素屈折率の虚部をniとする場合に、“3.6<(ni+4.6×t)<4.3”の条件を満たすことである。   In the polarization wavelength separation element 1 described above, preferably, when the thickness of the first and second metal layers 13 and 14 is t and the imaginary part of the complex refractive index is ni, “3.6 <(ni + 4 .6 × t) <4.3 ”.

また、表面プラズモン共鳴は、微小金属の大きさに依存する。このため、金属の大きさの指標として第1および第2金属層13、14の厚みtおよび微小金属の大きさによって変化する複素屈折率の虚部niで後述の第1ないし第8実施例を評価すると、少なくとも“3.6<(ni+4.6×t)<4.3”の条件を満たす場合に、偏光波長分離素子1は、偏光波長分離することが可能である。   Further, the surface plasmon resonance depends on the size of the minute metal. For this reason, first to eighth embodiments described later are used as an index of the size of the metal with the imaginary part ni of the complex refractive index that varies depending on the thickness t of the first and second metal layers 13 and 14 and the size of the minute metal. When evaluated, the polarization wavelength separation element 1 can perform polarization wavelength separation when at least the condition of “3.6 <(ni + 4.6 × t) <4.3” is satisfied.

また、上述の偏光波長分離素子1において、第1および第2金属層13、14と基板11との密着性を向上させるために、第1および第2金属層13、14の金属材料と基板11の基板材料とに応じて決定された金属材料(合金を含む)から成る下地層が第1および第2金属層13、14と基板11との間に形成されてもよい。例えば、第1および第2金属層13、14の金属材料が金であって、基板11の基板材料がガラスである場合には、下地層の金属材料は、例えばチタン(Ti)が用いられる。   Further, in the polarization wavelength separation element 1 described above, in order to improve the adhesion between the first and second metal layers 13 and 14 and the substrate 11, the metal material of the first and second metal layers 13 and 14 and the substrate 11. An underlayer made of a metal material (including an alloy) determined according to the substrate material may be formed between the first and second metal layers 13 and 14 and the substrate 11. For example, when the metal material of the first and second metal layers 13 and 14 is gold and the substrate material of the substrate 11 is glass, titanium (Ti) is used as the metal material of the base layer, for example.

このような構成の偏光波長分離素子1は、例えば、次の各工程によって製造可能である。   The polarization wavelength separation element 1 having such a configuration can be manufactured, for example, by the following steps.

図3は、図1に示す偏光波長分離素子の製造工程を説明するための図である。まず、平行平板状の基板11が用意され、基板11の一方主面上にレジスト膜21が形成される(図3(A))。次に、上述の凹凸部12を形成すべく、図略のマスクパターンがレジスト膜21に重ねられ、前記マスクパターンを介してレジスト膜21が露光され、そして、レジスト膜21が現像される。これによって複数の凸部12aに対応する部分のレジスト膜が残ると共に、複数の凹部12bに対応する部分のレジスト膜が除去される(図3(B))。次に、レジスト膜が除去された基板11の部分が基板11の厚み方向に異方性エッチングされ(図3(C))、そして、残されていたレジスト膜が除去される(図3(D))。これによって基板11に複数の凸部12aが形成されると共に複数の凹部12bが形成され、複数の凹凸部12が形成される。次に、例えば、真空蒸着やスパッタ等の薄膜形成技術によって、複数の凸部12aの上面にそれぞれ複数の第1金属層13が形成されると共に、複数の凹部12bの底面にそれぞれ複数の第2金属層14が形成される(図3(E))。このような各工程によって偏光波長分離素子1が製造される。   FIG. 3 is a diagram for explaining a manufacturing process of the polarization wavelength separation element shown in FIG. First, a parallel plate substrate 11 is prepared, and a resist film 21 is formed on one main surface of the substrate 11 (FIG. 3A). Next, in order to form the concavo-convex portion 12 described above, a mask pattern (not shown) is overlaid on the resist film 21, the resist film 21 is exposed through the mask pattern, and the resist film 21 is developed. As a result, portions of the resist film corresponding to the plurality of convex portions 12a remain and portions of the resist film corresponding to the plurality of concave portions 12b are removed (FIG. 3B). Next, the portion of the substrate 11 from which the resist film has been removed is anisotropically etched in the thickness direction of the substrate 11 (FIG. 3C), and the remaining resist film is removed (FIG. 3D). )). As a result, a plurality of convex portions 12 a are formed on the substrate 11 and a plurality of concave portions 12 b are formed, whereby a plurality of concave and convex portions 12 are formed. Next, for example, a plurality of first metal layers 13 are formed on the top surfaces of the plurality of convex portions 12a by a thin film forming technique such as vacuum deposition or sputtering, and a plurality of second metal layers are formed on the bottom surfaces of the plurality of concave portions 12b. A metal layer 14 is formed (FIG. 3E). The polarization wavelength separation element 1 is manufactured by such steps.

なお、上述の製造工程では、レジスト膜21を形成し、露光および現像し、そして、基板11をエッチングすることによって基板11に複数の凹凸部12が形成されたが、これに限定するものではない。例えば、凹凸部12に対応する型部材を平行平板状の基板11にモールド形成(型押し)することによって基板11に複数の凹凸部12が形成されてもよい。また例えば、基板材料を射出形成することによって複数の凹凸部12が形成されてもよい。また例えば、レーザ光を照射して基板11を掘削することによって基板11に複数の凹凸部12が形成されてもよい。また例えば、熱形成可能なプラスチック材料から成る基板11の一方主面に金属層を形成した後に、凹凸部12に対応する型部材をこの金属層を形成したプラスチック材料製の基板11にモールド形成(型押し)することによって、基板11に複数の凹凸部12が形成されてもよい。金属層は、プラスチック材料の基板11に比し伸びないので前記二層のワイヤグリッドが形成可能である。   In the manufacturing process described above, the resist film 21 is formed, exposed and developed, and the substrate 11 is etched to form the plurality of concavo-convex portions 12 on the substrate 11. However, the present invention is not limited to this. . For example, the plurality of concave and convex portions 12 may be formed on the substrate 11 by molding (pressing) a mold member corresponding to the concave and convex portions 12 on the parallel plate-shaped substrate 11. Further, for example, the plurality of uneven portions 12 may be formed by injection-molding a substrate material. Further, for example, a plurality of uneven portions 12 may be formed on the substrate 11 by excavating the substrate 11 by irradiating laser light. Further, for example, after a metal layer is formed on one main surface of the substrate 11 made of a heat-formable plastic material, a mold member corresponding to the concavo-convex portion 12 is molded on the plastic material substrate 11 on which the metal layer is formed ( A plurality of concave and convex portions 12 may be formed on the substrate 11 by embossing. Since the metal layer does not extend as compared with the substrate 11 made of plastic material, the two-layer wire grid can be formed.

このような本実施形態にかかる偏光波長分離素子1は、或る特定の波長および偏光を照射する必要がある光源や、入射光から或る特定の波長および偏光を受光する必要がある測定装置等の様々な装置に適用可能である。ここでは、その一例として、R(赤)、G(緑)およびB(青)の三色を混合することによって白色光を射出する白色光源に適用された場合について以下に説明する。   Such a polarization wavelength separation element 1 according to this embodiment includes a light source that needs to irradiate a specific wavelength and polarized light, a measurement device that needs to receive a specific wavelength and polarized light from incident light, and the like. It is applicable to various devices. Here, as an example, a case where the present invention is applied to a white light source that emits white light by mixing three colors of R (red), G (green), and B (blue) will be described below.

(第1白色光源)
図4は、第1白色光源の構成を示す図である。図4において、第1白色光源3は、例えば、液晶表示装置(LCD)のバックライトに好適に適用される光源であり、半導体レーザアレイ31と、光合波器32とを備えて構成されている。
(First white light source)
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of the first white light source. In FIG. 4, the first white light source 3 is a light source suitably applied to a backlight of a liquid crystal display device (LCD), for example, and includes a semiconductor laser array 31 and an optical multiplexer 32. .

半導体レーザアレイ31は、赤色のレーザ光を射出する半導体レーザ素子31aと、青色のレーザ光を射出する半導体レーザ素子31bと、緑色のレーザ光を射出する半導体レーザ素子31cと、これら各色の半導体レーザ素子31a〜31cが配置される回路基板31dとを備えて構成される。赤色の半導体レーザ素子31aおよび青色の半導体レーザ素子31bは、互いに同じ偏光成分から成るレーザ光を射出し、緑色の半導体レーザ素子31cは、赤色の半導体レーザ素子31aおよび青色の半導体レーザ素子31bの偏光成分と直交する偏光成分のレーザ光を照射する。例えば、赤色の半導体レーザ素子31aおよび青色の半導体レーザ素子31bは、90度偏光のレーザ光を射出し、緑色の半導体レーザ素子31cは、0度偏光のレーザ光を照射する。ここで、0度偏光とは、振動面(波面)がワイヤグリッドのワイヤに沿った方向(長尺方向)である光をいい、90度偏光とは、振動面が0度偏光の振動面に直交する光、すなわち、振動面がワイヤグリッドのワイヤに沿った方向に直交する方向である光をいう。   The semiconductor laser array 31 includes a semiconductor laser element 31a that emits red laser light, a semiconductor laser element 31b that emits blue laser light, a semiconductor laser element 31c that emits green laser light, and semiconductor lasers of these colors. And a circuit board 31d on which the elements 31a to 31c are arranged. The red semiconductor laser element 31a and the blue semiconductor laser element 31b emit laser beams having the same polarization component, and the green semiconductor laser element 31c is the polarization of the red semiconductor laser element 31a and the blue semiconductor laser element 31b. A laser beam having a polarization component orthogonal to the component is irradiated. For example, the red semiconductor laser element 31a and the blue semiconductor laser element 31b emit 90-degree polarized laser light, and the green semiconductor laser element 31c emits 0-degree polarized laser light. Here, 0 degree polarization means light whose vibration surface (wavefront) is in the direction along the wires of the wire grid (long direction), and 90 degree polarization means that the vibration surface is a vibration surface of 0 degree polarization. The light that is orthogonal, that is, the light whose vibration plane is orthogonal to the direction along the wires of the wire grid.

光合波器32は、複数色のレーザ光を、本実施形態では赤色のレーザ光、青色のレーザ光および緑色のレーザ光を合波する光学素子であり、例えば、導光板32aと、ミラー32bと、偏光波長分離素子32cと、偏光分離素子32dとを備えて構成されている。   The optical multiplexer 32 is an optical element that combines the laser beams of a plurality of colors with the red laser beam, the blue laser beam, and the green laser beam in the present embodiment, and includes, for example, a light guide plate 32a and a mirror 32b. The polarization wavelength separation element 32c and the polarization separation element 32d are provided.

導光板32aは、赤、青および緑の各色光を後述するように導き、少なくともこれら各波長の光に対して透明な平行平板状の部材である。ミラー32bは、赤、青および緑の各色光を少なくとも反射する光学素子であり、例えば、金属膜等である。偏光波長分離素子32cは、図1に示す上述した偏光波長分離素子(その上記変形形態を含む)1と同様に構成されており、この図4に示す例では、赤色および青色の偏光成分の光(上述の例では90度偏光の光)において、青色の波長帯域の光を透過し、そして、赤色の波長帯域の光を反射する特性を備えている。偏光分離素子32dは、入射光から所定の偏光成分を分離して射出する光学素子であり、この図4に示す例では、赤色および青色の偏光成分の光(上述の例では90度偏光の光)を分離して射出する特性を備えている。すなわち、偏光分離素子32dは、赤色および青色の偏光成分の光を透過し、この赤色および青色の偏光成分に直交する偏光成分の光、つまり、この図4に示す例では、緑色の偏光成分の光(上述の例では0度偏光の光)を反射する。   The light guide plate 32a is a parallel plate-shaped member that guides red, blue, and green color lights as will be described later and is transparent to at least light of each wavelength. The mirror 32b is an optical element that reflects at least each color light of red, blue, and green, and is, for example, a metal film. The polarization wavelength separation element 32c is configured in the same manner as the above-described polarization wavelength separation element (including the above-described modified form) 1 shown in FIG. 1. In the example shown in FIG. (In the above example, 90-degree polarized light) has a characteristic of transmitting light in the blue wavelength band and reflecting light in the red wavelength band. The polarization separation element 32d is an optical element that separates and emits a predetermined polarization component from incident light. In the example shown in FIG. 4, light of red and blue polarization components (in the above example, light of 90-degree polarization). ) Is separated and injected. That is, the polarization separation element 32d transmits the light of the red and blue polarization components, and the light of the polarization component orthogonal to the red and blue polarization components, that is, in the example shown in FIG. Light (0-degree polarized light in the above example) is reflected.

導光板32aの一方面には、偏光波長分離素子32cおよび偏光分離素子32dが形成されており、その他方略全面には、ミラー32bが形成されている。半導体レーザアレイ31の回路基板31dと光合波器32の導光板32aとは、互いの面間隔が一方端から他方端へ徐々に拡がるように、回路基板31dにおける、各半導体レーザ素子31a〜31cを配置する主面と導光板32aの前記一方面とが所定の角度θをなすように配置される。各色の半導体レーザ素子31a〜31cは、赤色の半導体レーザ素子31a、青色の半導体レーザ素子31b、緑色の半導体レーザ素子31cの順に前記一方端から他方端へ回路基板31dの主面上に配置されている。偏光波長分離素子32cは、ミラー32bで他方面から一方面に折り返された赤色の半導体レーザ素子31aにおける光軸AX1と青色の半導体レーザ素子31bの光軸AX2とが交差する位置に導光板32aの一方面上に配置される。そして、偏光分離素子32dは、ミラー32bで他方面から一方面に折り返された青色の半導体レーザ素子31bにおける光軸AX2(偏光波長分離素子1で一方面から他方面に折り返された赤色の半導体レーザ素子31aにおける光軸AX1)と青色の半導体レーザ素子31bの光軸AX3とが交差する位置に導光板32aの一方面上に配置される。   A polarization wavelength separation element 32c and a polarization separation element 32d are formed on one surface of the light guide plate 32a, and a mirror 32b is formed on the other substantially entire surface. The circuit board 31d of the semiconductor laser array 31 and the light guide plate 32a of the optical multiplexer 32 have the semiconductor laser elements 31a to 31c on the circuit board 31d so that the distance between the surfaces gradually increases from one end to the other end. The main surface to be arranged and the one surface of the light guide plate 32a are arranged so as to form a predetermined angle θ. The semiconductor laser elements 31a to 31c of the respective colors are arranged on the main surface of the circuit board 31d from the one end to the other end in the order of the red semiconductor laser element 31a, the blue semiconductor laser element 31b, and the green semiconductor laser element 31c. Yes. The polarization wavelength separation element 32c is formed on the light guide plate 32a at a position where the optical axis AX1 of the red semiconductor laser element 31a folded from the other surface to the one surface by the mirror 32b and the optical axis AX2 of the blue semiconductor laser element 31b intersect. It is arranged on one side. The polarization separation element 32d is an optical axis AX2 of the blue semiconductor laser element 31b folded from the other surface to the one surface by the mirror 32b (a red semiconductor laser folded from the one surface to the other surface by the polarization wavelength separation element 1). The optical axis AX1) of the element 31a and the optical axis AX3 of the blue semiconductor laser element 31b are arranged on one surface of the light guide plate 32a.

このような構成の第1白色光源3では、半導体レーザ素子31aから射出された赤色のレーザ光は、導光板32aの一方面へ入射される。この入射した赤色のレーザ光は、導光板32aを一方面から他方面へ導光し、ミラー32bで反射される。このミラー32bで反射した赤色のレーザ光は、導光板32aを他方面から一方面へ導光し、偏光波長分離素子32cに到達する。一方、半導体レーザ素子31bから射出された青色のレーザ光は、偏光波長分離素子32cへ入射される。この偏光波長分離素子32cに入射された青色のレーザ光は、偏光波長分離素子32cを透過する一方、前記偏光波長分離素子32cに到達した赤色のレーザ光は、偏光波長分離素子32cで反射され、青色のレーザ光と赤色のレーザ光とが偏光波長分離素子32cによって合波される。この合波した赤色および青色のレーザ光は、導光板32aを一方面から他方面へ導光し、ミラー32bで反射される。このミラー32bで反射した赤色および青色のレーザ光は、導光板32aを他方面から一方面へ導光し、偏光分離素子32dに到達する。一方、半導体レーザ素子31cから射出された緑色のレーザ光は、偏光分離素子32dへ入射される。この偏光分離素子32dに入射された緑色のレーザ光は、偏光分離素子32dで反射される一方、前記偏光分離素子32dに到達した赤色および青色のレーザ光は、偏光分離素子32dを透過し、緑色のレーザ光と赤色および青色のレーザ光とが偏光分離素子32dによって合波され、白色のレーザ光となって第1白色光源3から射出される。   In the first white light source 3 having such a configuration, the red laser light emitted from the semiconductor laser element 31a is incident on one surface of the light guide plate 32a. The incident red laser light guides the light guide plate 32a from one surface to the other surface and is reflected by the mirror 32b. The red laser light reflected by the mirror 32b guides the light guide plate 32a from the other surface to one surface and reaches the polarization wavelength separation element 32c. On the other hand, the blue laser light emitted from the semiconductor laser element 31b is incident on the polarization wavelength separation element 32c. The blue laser light incident on the polarization wavelength separation element 32c is transmitted through the polarization wavelength separation element 32c, while the red laser light reaching the polarization wavelength separation element 32c is reflected by the polarization wavelength separation element 32c, The blue laser beam and the red laser beam are combined by the polarization wavelength separation element 32c. The combined red and blue laser light guides the light guide plate 32a from one surface to the other surface and is reflected by the mirror 32b. The red and blue laser beams reflected by the mirror 32b guide the light guide plate 32a from the other surface to the one surface and reach the polarization separation element 32d. On the other hand, the green laser light emitted from the semiconductor laser element 31c is incident on the polarization separation element 32d. The green laser light incident on the polarization separation element 32d is reflected by the polarization separation element 32d, while the red and blue laser lights reaching the polarization separation element 32d pass through the polarization separation element 32d and are green. And the red and blue laser lights are combined by the polarization separation element 32d to be emitted from the first white light source 3 as white laser light.

このように偏光波長分離素子32cの偏光波長分離作用および偏光分離素子32dの偏光分離作用により赤色、青色および緑色の各レーザ光を合成することによって、第1白色光源3は、各色の偏光成分および光軸が略一致した白色のレーザ光を射出することができる。   In this way, the first white light source 3 combines the polarization components of the respective colors and the red, blue, and green laser beams by the polarization wavelength separation action of the polarization wavelength separation element 32c and the polarization separation action of the polarization separation element 32d. It is possible to emit white laser light whose optical axes are substantially coincident.

(第2白色光源)
図5は、第2白色光源の構成を示す図である。図5において、第2白色光源5は、例えば、液晶表示装置のバックライトに好適に適用される光源であり、第1ないし第3半導体レーザ素子51〜53と、第1および第2光合波器54、55とを備えて構成されている。
(Second white light source)
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of the second white light source. In FIG. 5, the second white light source 5 is a light source suitably applied to, for example, a backlight of a liquid crystal display device, and includes first to third semiconductor laser elements 51 to 53 and first and second optical multiplexers. 54 and 55.

第1ないし第3半導体レーザ素子51〜53は、それぞれ、赤色のレーザ光、緑色のレーザ光および青色のレーザ光を射出する光源である。これら第1ないし第3半導体レーザ素子51〜53は、互いに同じ偏光成分から成るレーザ光を射出する。   The first to third semiconductor laser elements 51 to 53 are light sources that emit red laser light, green laser light, and blue laser light, respectively. These first to third semiconductor laser elements 51 to 53 emit laser beams having the same polarization component.

第1および第2光合波器54、55は、それぞれ、複数色のレーザ光を合波する光学素子である。本実施形態では、第1光合波器54は、赤色のレーザ光および緑色のレーザ光を同一の偏光成分で合波する素子であり、第2光合波器55は、赤色のレーザ光、緑色のレーザ光および青色のレーザ光を同一の偏光成分で合波する素子である。第1および第2光合波器54、55は、それぞれ、例えば、第1プリズム54a、55aと、偏光波長分離素子54b、55bと、第2プリズム54c、55cとを備えて構成されている。第1および第2プリズム54a、55a:54c、55cは、断面が直角二等辺三角形状である三角柱形状である。第1プリズム54aは、赤色光を後述するように導く、少なくともこの波長の光に対して透明な部材で形成される。第2プリズム54c、55cは、赤および緑の各色光を後述するように導き、少なくともこれら各波長の光に対して透明な部材で形成される。第1プリズム55aは、赤、緑および青の各色光を後述するように導き、少なくともこれら各波長の光に対して透明な部材で形成される。第1プリズム54a、55aと第2プリズム54c、55cとは、互いに、その底面(断面において、直角二等辺三角形の等しくない辺を含む面)が向かい合うように、層状(膜状、板状)の偏光波長分離素子54b、55bを挟んで密着している。偏光波長分離素子54b、55bは、図1に示す上述した偏光波長分離素子(その上記変形形態を含む)1と同様に構成されている。偏光波長分離素子54bは、この図5に示す例では、各色の偏光成分の光において、赤色の波長帯域の光を透過し、そして、緑色の波長帯域の光を反射する特性を備えている。偏光波長分離素子55bは、この図5に示す例では、各色の偏光成分の光において、赤色および緑色の波長帯域の光を透過し、そして、青色の波長帯域の光を反射する特性を備えている。   The first and second optical multiplexers 54 and 55 are optical elements that multiplex laser beams of a plurality of colors, respectively. In the present embodiment, the first optical multiplexer 54 is an element that combines the red laser light and the green laser light with the same polarization component, and the second optical multiplexer 55 is the red laser light, the green laser light This element combines laser light and blue laser light with the same polarization component. Each of the first and second optical multiplexers 54 and 55 includes, for example, first prisms 54a and 55a, polarization wavelength separation elements 54b and 55b, and second prisms 54c and 55c. The first and second prisms 54a, 55a: 54c, 55c have a triangular prism shape whose cross section is a right-angled isosceles triangle. The first prism 54a is formed of a member that guides red light as described later and is transparent to at least light of this wavelength. The second prisms 54c and 55c guide the red and green light beams as described later, and are formed of a member that is transparent to at least the light of each wavelength. The first prism 55a guides red, green, and blue color lights as described later, and is formed of a member that is at least transparent to light of each wavelength. The first prisms 54a, 55a and the second prisms 54c, 55c are layered (film-like, plate-like) such that their bottom surfaces (surfaces including unequal sides of right-angled isosceles triangles in the cross section) face each other. The polarization wavelength separation elements 54b and 55b are in close contact with each other. The polarization wavelength separation elements 54b and 55b are configured in the same manner as the polarization wavelength separation element 1 (including the above-described modification) 1 shown in FIG. In the example shown in FIG. 5, the polarization wavelength separation element 54 b has characteristics of transmitting light in the red wavelength band and reflecting light in the green wavelength band in the light of the polarization components of each color. In the example shown in FIG. 5, the polarization wavelength separation element 55b has characteristics of transmitting light in the red and green wavelength bands and reflecting light in the blue wavelength band in the light of the polarization components of each color. Yes.

第1半導体レーザ素子51は、第1光合波器54の第1側面へ赤色のレーザ光が入射するように配置される。より具体的には、第1半導体レーザ素子51は、第1光合波器54における第1プリズム54aの第1側面(断面において、直角二等辺三角形の等しい辺の一方の辺を含む面)に対向するように配置される。第2半導体レーザ素子52は、その光軸AX5が第1半導体レーザ素子51の光軸AX4と第1光合波器54の偏光波長分離素子54bで略交差するように、そして、第1光合波器54における前記第1側面と直交する第2側面へ緑色のレーザ光が入射するように配置される。より具体的には、第2半導体レーザ素子52は、その光軸AX5が第1半導体レーザ素子51の光軸AX4と第1光合波器54の偏光波長分離素子54bで略直交するように、そして、第1光合波器54の第2プリズム54cにおける前記第1プリズム54aの第1側面と直交する第2側面(断面において、直角二等辺三角形の等しい辺の一方の辺を含む面)に対向するように配置される。第1光合波器54と第2光合波器55とは、それらの偏光波長分離素子54b、55bが互いに直交するように、そして、それらの光軸が互いに一致するように配置される。より具体的には、第1光合波器54の前記第1側面に対向する第3側面(第2プリズム54cにおける前記第2側面と直交する第3側面(断面において、直角二等辺三角形の等しい辺の他方の辺を含む面)と、第2光合波器55の第3側面(第2プリズム55cの第3側面(断面において、直角二等辺三角形の等しい辺の他方の辺を含む面)とが互いに対向するように、第1光合波器54と第2光合波器55とは、配置される。第3半導体レーザ素子53は、第2光合波器55の前記第3側面と直交する第2側面へ青色のレーザ光が入射するように配置される。この第2光合波器55の第2側面は、第1光合波器54の第2側面と反対側に位置している。より具体的には、第3半導体レーザ素子53は、第2光合波器55における第1プリズム55aの第2側面(断面において、直角二等辺三角形の等しい辺の一方の辺を含む面)に対向するように配置される。   The first semiconductor laser element 51 is arranged so that red laser light is incident on the first side surface of the first optical multiplexer 54. More specifically, the first semiconductor laser element 51 faces the first side surface of the first prism 54a in the first optical multiplexer 54 (a surface including one side of equal sides of a right isosceles triangle in the cross section). To be arranged. The second semiconductor laser element 52 has an optical axis AX5 that substantially intersects the optical axis AX4 of the first semiconductor laser element 51 at the polarization wavelength separation element 54b of the first optical multiplexer 54, and the first optical multiplexer. The green laser beam is arranged so as to enter the second side surface orthogonal to the first side surface in 54. More specifically, the second semiconductor laser element 52 has its optical axis AX5 substantially orthogonal to the optical axis AX4 of the first semiconductor laser element 51 at the polarization wavelength separation element 54b of the first optical multiplexer 54, and The second prism 54c of the first optical multiplexer 54 opposes the second side surface orthogonal to the first side surface of the first prism 54a (a surface including one side of equal sides of a right isosceles triangle in the cross section). Are arranged as follows. The first optical multiplexer 54 and the second optical multiplexer 55 are arranged so that their polarization wavelength separation elements 54b and 55b are orthogonal to each other, and their optical axes coincide with each other. More specifically, a third side surface (a third side surface orthogonal to the second side surface of the second prism 54c (an equal side of a right-angled isosceles triangle in the cross section) facing the first side surface of the first optical multiplexer 54. And the third side surface of the second optical multiplexer 55 (the third side surface of the second prism 55c (the surface including the other side of the equal side of the right isosceles triangle in the cross section)). The first optical multiplexer 54 and the second optical multiplexer 55 are arranged so as to face each other, and the third semiconductor laser element 53 is a second orthogonal to the third side surface of the second optical multiplexer 55. It arrange | positions so that a blue laser beam may inject into a side surface.The 2nd side surface of this 2nd optical multiplexer 55 is located in the opposite side to the 2nd side surface of the 1st optical multiplexer 54. More concretely. The third semiconductor laser element 53 includes the first prism in the second optical multiplexer 55. (In cross-section plane including the one side of the equal sides of the isosceles right triangle) second side of 55a are disposed so as to face the.

このような構成の第2白色光源5では、半導体レーザ素子51から射出された赤色のレーザ光は、第1光合波器54の第1側面(第1プリズム54aの第1側面)へ入射される。この入射した赤色のレーザ光は、第1光合波器54の第1プリズム54aを第1側面から第3側面(第2プリズム54cの第3側面)へ向かって導光し、偏光波長分離素子54bに到達する。一方、半導体レーザ素子52から射出された緑色のレーザ光は、第1光合波器54の第2側面(第2プリズム54cの第2側面)へ入射される。この入射した緑色のレーザ光は、第1光合波器54の第2プリズム54cを第2側面から第4側面へ向かって導光し、偏光波長分離素子54bに到達する。この第4側面は、第1光合波器54の第1プリズム54cにおける第1側面と直交する第4側面(断面において、直角二等辺三角形の等しい辺の他方の辺を含む面)である。この偏光波長分離素子54bに到達した赤色のレーザ光は、偏光波長分離素子54bを透過する一方、偏光波長分離素子54bに到達した緑色のレーザ光は、偏光波長分離素子54bで反射され、赤色のレーザ光と緑色のレーザ光とが偏光波長分離素子54bによって合波される。この合波した赤色および緑色のレーザ光は、第1光合波器54の第2プリズム54cを第1側面から第3側面の方向へ向かって偏光波長分離素子54bから第3側面へ導光し、第3側面から射出される。この第3側面から射出された赤色および緑色のレーザ光は、第2光合波器55の第3側面(第2プリズム55cの第3側面)へ入射される。この入射した赤色および緑色のレーザ光は、第2光合波器55の第2プリズム55cを第3側面から第1側面(第1プリズム55aの第1側面)へ向かって導光し、偏光波長分離素子55bに到達する。一方、半導体レーザ素子53から射出された青色のレーザ光は、第2光合波器55の第2側面(第2プリズム54cの第2側面)へ入射される。この入射した青色のレーザ光は、第2光合波器55の第2プリズム55cを第2側面から第4側面へ向かって導光し、偏光波長分離素子55bに到達する。この第2光合波器55における第4側面は、第2光合波器55の第1プリズム55aにおける第1側面と直交する第4側面(断面において、直角二等辺三角形の等しい辺の他方の辺を含む面)である。この偏光波長分離素子55bに到達した赤色および緑色のレーザ光は、偏光波長分離素子55bを透過する一方、偏光波長分離素子55bに到達した青色のレーザ光は、偏光波長分離素子55bで反射され、赤色および緑色のレーザ光と青色のレーザ光とが偏光波長分離素子55bによって合波される。この合波した赤色、緑色および青色のレーザ光は、第2光合波器55の第1プリズム55aを第3側面から第1側面の方向へ向かって偏光波長分離素子55bから第1側面へ導光し、白色のレーザ光となって第1側面から射出される。   In the second white light source 5 having such a configuration, the red laser light emitted from the semiconductor laser element 51 is incident on the first side surface of the first optical multiplexer 54 (the first side surface of the first prism 54a). . The incident red laser light guides the first prism 54a of the first optical multiplexer 54 from the first side surface toward the third side surface (the third side surface of the second prism 54c), and the polarization wavelength separation element 54b. To reach. On the other hand, the green laser light emitted from the semiconductor laser element 52 is incident on the second side surface of the first optical multiplexer 54 (the second side surface of the second prism 54c). The incident green laser light guides the second prism 54c of the first optical multiplexer 54 from the second side surface toward the fourth side surface, and reaches the polarization wavelength separation element 54b. The fourth side surface is a fourth side surface orthogonal to the first side surface of the first prism 54c of the first optical multiplexer 54 (a surface including the other side of the equal sides of the right isosceles triangle in the cross section). The red laser light reaching the polarization wavelength separation element 54b is transmitted through the polarization wavelength separation element 54b, while the green laser light reaching the polarization wavelength separation element 54b is reflected by the polarization wavelength separation element 54b, The laser beam and the green laser beam are combined by the polarization wavelength separation element 54b. The combined red and green laser light guides the second prism 54c of the first optical multiplexer 54 from the polarization wavelength separation element 54b toward the third side surface from the first side surface toward the third side surface, Injected from the third side. The red and green laser beams emitted from the third side face are incident on the third side face of the second optical multiplexer 55 (the third side face of the second prism 55c). The incident red and green laser light guides the second prism 55c of the second optical multiplexer 55 from the third side surface toward the first side surface (first side surface of the first prism 55a), and polarization wavelength separation. The element 55b is reached. On the other hand, the blue laser light emitted from the semiconductor laser element 53 is incident on the second side surface of the second optical multiplexer 55 (the second side surface of the second prism 54c). The incident blue laser light guides the second prism 55c of the second optical multiplexer 55 from the second side surface toward the fourth side surface, and reaches the polarization wavelength separation element 55b. The fourth side surface of the second optical multiplexer 55 is a fourth side surface orthogonal to the first side surface of the first prism 55a of the second optical multiplexer 55 (in the cross section, the other side of the equal side of the right isosceles triangle is Including the surface). The red and green laser beams that have reached the polarization wavelength separation element 55b are transmitted through the polarization wavelength separation element 55b, while the blue laser light that has reached the polarization wavelength separation element 55b is reflected by the polarization wavelength separation element 55b, The red and green laser lights and the blue laser light are combined by the polarization wavelength separation element 55b. The combined red, green, and blue laser beams are guided from the polarization wavelength separation element 55b to the first side surface through the first prism 55a of the second optical multiplexer 55 from the third side surface toward the first side surface. Then, it is emitted from the first side surface as white laser light.

このように偏光波長分離素子54b、55bの偏光波長分離作用により赤色、青色および緑色の各レーザ光を合成することによって、第2白色光源5は、各色の偏光成分および光軸が略一致した白色のレーザ光を射出することができる。   In this way, by combining the red, blue, and green laser lights by the polarization wavelength separation action of the polarization wavelength separation elements 54b and 55b, the second white light source 5 is white in which the polarization components and the optical axes of the respective colors are substantially the same. The laser beam can be emitted.

次に、実施例により本発明にかかる偏光波長分離素子について、より具体的に説明する。   Next, the polarization wavelength separation element according to the present invention will be described more specifically with reference to examples.

図6ないし図13は、第1ないし第8実施例における偏光波長分離素子の波長透過特性を示す図である。図6ないし図13において、その横軸は、nm単位で示す波長であり、その縦軸は、透過率である。そして、図6ないし図13において、■は、90度偏光であって入射角0度の場合における特性を示し、□は、90度偏光であって入射角20度の場合における特性を示し、▲は、0度偏光であって入射角0度の場合における特性を示し、そして、△は、0度偏光であって入射角20度の場合における特性を示している。入射角は、複数の第1金属層13(または複数の第2金属層14)によって形成される面の法線方向を0度とし、複数の第1金属層13が配列される繰り返し方向を90度とする、前記法線方向と前記繰り返し方向との間の角度である。   6 to 13 are diagrams showing the wavelength transmission characteristics of the polarization wavelength separation elements in the first to eighth embodiments. 6 to 13, the horizontal axis represents the wavelength in nm, and the vertical axis represents the transmittance. In FIGS. 6 to 13, ■ indicates the characteristics in the case of 90-degree polarized light and an incident angle of 0 degrees, □ indicates the characteristics in the case of 90-degree polarized light and an incident angle of 20 degrees, and ▲ Indicates a characteristic in the case of 0 degree polarization and an incident angle of 0 degree, and Δ indicates a characteristic in the case of 0 degree polarization and an incident angle of 20 degrees. The incident angle is set to 0 degrees as the normal direction of the surface formed by the plurality of first metal layers 13 (or the plurality of second metal layers 14), and the repeating direction in which the plurality of first metal layers 13 are arranged is 90 degrees. It is an angle between the normal direction and the repeat direction, in degrees.

(第1実施例)
第1実施例における偏光波長分離素子1Aは、図1に示す構造と同様に構成されている。基板11Aは、少なくとも約395nmから約800nmまでの波長の光に対して透光性を有する材料で形成されており、その屈折率Nは、1.45である。凹凸部12Aにおける凹部12Abの底面から凸部12Aaの上面までの高さhは、0.07nmであり、凹凸部12Aの繰り返しピッチPは、0.15μmである。第1および第2金属層13A、14Aは、複素屈折率の実部nrおよび虚部niがそれぞれ0.13025および2.79813であって、複素誘電率の実部および虚部をそれぞれεrおよびεiとする場合に(εr/εi)が114.88である銀(Ag)で形成されている。第1金属層13Aの第1面積SA1と第2金属層14Aの第2面積SA2との比SA1:SA2は、50:50であり、第1および第2金属層13A、14Aの厚みtは、0.02μmである。そして、第1および第2金属層13A、14Aは、ni+4.6×tが3.698であり、偏光を分離すべき波長をλpbとする場合に、((εr/εi)−8500×(h/λpb)+4000×(h/λpb))が約515.133である。
(First embodiment)
The polarization wavelength separation element 1A in the first embodiment is configured in the same manner as the structure shown in FIG. The substrate 11A is made of a material that transmits light with a wavelength of at least about 395 nm to about 800 nm, and its refractive index N is 1.45. The height h from the bottom surface of the concave portion 12Ab to the top surface of the convex portion 12Aa in the concavo-convex portion 12A is 0.07 nm, and the repetition pitch P of the concavo-convex portion 12A is 0.15 μm. In the first and second metal layers 13A and 14A, the real part nr and the imaginary part ni of the complex refractive index are 0.13025 and 2.79813, respectively, and the real part and the imaginary part of the complex dielectric constant are respectively εr and εi. In this case, (εr / εi) 2 is formed of silver (Ag) having 114.88. The ratio SA1: SA2 between the first area SA1 of the first metal layer 13A and the second area SA2 of the second metal layer 14A is 50:50, and the thickness t of the first and second metal layers 13A, 14A is: 0.02 μm. In the first and second metal layers 13A and 14A, ni + 4.6 × t is 3.698, and when the wavelength at which polarized light is to be separated is λpb, ((εr / εi) 2 −8500 × ( h / λpb) 2 + 4000 × (h / λpb)) is about 515.133.

このような第1実施例における偏光波長分離素子1Aは、図6に示す波長透過特性を示す。すなわち、入射角0度の0度偏光における波長透過特性は、波長が約395nmから約800nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.75から約0.13まで徐々に減少するプロファイルである。入射角20度の0度偏光における波長透過特性は、波長が約395nmから約800nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.70から約0.10まで徐々に減少するプロファイルである。   Such a polarization wavelength separation element 1A in the first embodiment exhibits the wavelength transmission characteristics shown in FIG. That is, the wavelength transmission characteristic of 0-degree polarized light with an incident angle of 0 degrees is a profile in which the transmittance gradually decreases from about 0.75 to about 0.13 as the wavelength increases from about 395 nm to about 800 nm. The wavelength transmission characteristic of 0-degree polarized light with an incident angle of 20 degrees is a profile in which the transmittance gradually decreases from about 0.70 to about 0.10 as the wavelength increases from about 395 nm to about 800 nm.

また、入射角0度の90度偏光における波長透過特性は、波長が約395nmから約485nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.35から約0.02まで徐々に減少し、波長が約485nmから約620nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.02から約0.55まで徐々に増加し、そして、波長が約620nmから約800nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.55から約0.7まで緩やかに増加するプロファイルである。入射角20度の90度偏光における波長透過特性は、波長が約395nmから約485nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.37から約0.02まで徐々に減少し、波長が約485nmから約620nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.02から約0.50まで徐々に増加し、そして、波長が約620nmから約800nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.50から約0.7まで緩やかに増加するプロファイルである。   The wavelength transmission characteristics of 90-degree polarized light with an incident angle of 0 degrees gradually decrease from about 0.35 to about 0.02 as the wavelength increases from about 395 nm to about 485 nm. As the wavelength increases from 485 nm to about 620 nm, the transmittance gradually increases from about 0.02 to about 0.55, and as the wavelength increases from about 620 nm to about 800 nm, the transmittance increases to about 0.55. The profile gradually increases from about 0.7 to about 0.7. The wavelength transmission characteristics of 90-degree polarized light with an incident angle of 20 degrees gradually decrease from about 0.37 to about 0.02 as the wavelength increases from about 395 nm to about 485 nm. The transmittance gradually increases from about 0.02 to about 0.50 as it increases to about 620 nm, and the transmittance increases from about 0.50 to about 0.50 as the wavelength increases from about 620 nm to about 800 nm. The profile gradually increases to 0.7.

このように0度偏光および90度偏光において、入射角の相違による波長透過特性の相違は、ほとんどなく、0度偏光において、入射角20度の場合が入射角0度の場合に較べて若干透過率が低いだけである。そして、第1実施例における偏光波長分離素子1Aは、上述したように、波長約485nmにおいて、偏光分離すると共に波長分離されている。   In this way, there is almost no difference in wavelength transmission characteristics due to the difference in incident angle between 0 degree polarized light and 90 degree polarized light, and 0 degree polarized light is slightly transmitted when the incident angle is 20 degrees compared to when the incident angle is 0 degrees. The rate is only low. In addition, as described above, the polarization wavelength separation element 1A according to the first embodiment performs polarization separation and wavelength separation at a wavelength of about 485 nm.

(第2実施例)
第2実施例における偏光波長分離素子1Bは、図1に示す構造と同様に構成されている。基板11Bは、少なくとも約395nmから約800nmまでの波長の光に対して透光性を有する材料で形成されており、その屈折率Nは、1.45である。凹凸部12Bにおける凹部12Bbの底面から凸部12Baの上面までの高さhは、0.13nmであり、凹凸部12Bの繰り返しピッチPは、0.15μmである。第1および第2金属層13B、14Bは、複素屈折率の実部nrおよび虚部niがそれぞれ0.157および2.4であって、前記(εr/εi)が57.92である銀(Ag)で形成されている。第1金属層13Bの第1面積SB1と第2金属層14Bの第2面積SB2との比SB1:SB2は、50:50であり、第1および第2金属層13B、14Bの厚みtは、0.04μmである。そして、第1および第2金属層13B、14Bは、ni+4.6×tが4.2であり、偏光を分離すべき波長をλpbとする場合に、((εr/εi)−8500×(h/λpb)+4000×(h/λpb))が約497.746である。
(Second embodiment)
The polarization wavelength separation element 1B in the second embodiment is configured in the same manner as the structure shown in FIG. The substrate 11B is made of a material that transmits light with a wavelength of at least about 395 nm to about 800 nm, and its refractive index N is 1.45. The height h from the bottom surface of the concave portion 12Bb to the top surface of the convex portion 12Ba in the concavo-convex portion 12B is 0.13 nm, and the repetition pitch P of the concavo-convex portion 12B is 0.15 μm. In the first and second metal layers 13B and 14B, the real part nr and the imaginary part ni of the complex refractive index are 0.157 and 2.4, respectively, and (εr / εi) 2 is 57.92. (Ag). The ratio SB1: SB2 between the first area SB1 of the first metal layer 13B and the second area SB2 of the second metal layer 14B is 50:50, and the thickness t of the first and second metal layers 13B, 14B is: 0.04 μm. In the first and second metal layers 13B and 14B, when ni + 4.6 × t is 4.2 and λpb is a wavelength at which polarized light is to be separated, ((εr / εi) 2 −8500 × ( h / λpb) 2 + 4000 × (h / λpb)) is about 497.7746.

このような第2実施例における偏光波長分離素子1Bは、図7に示す波長透過特性を示す。すなわち、入射角0度の0度偏光における波長透過特性は、波長が約395nmから約440nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.59から約0.7まで徐々に増加し、波長が約440nmから約575nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.7から約0.1まで徐々に減少し、そして、波長が約575nmから約800nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.1から約0まで緩やかに減少するプロファイルである。入射角20度の0度偏光における波長透過特性は、波長が約395nmから約575nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.65から約0.07まで徐々に減少し、そして、波長が約575nmから約800nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.07から約0まで緩やかに減少するプロファイルである。   Such a polarization wavelength separation element 1B in the second embodiment exhibits the wavelength transmission characteristics shown in FIG. That is, the wavelength transmission characteristics of 0-degree polarized light with an incident angle of 0 degrees gradually increase from about 0.59 to about 0.7 as the wavelength increases from about 395 nm to about 440 nm. As the wavelength increases from 440 nm to about 575 nm, the transmission gradually decreases from about 0.7 to about 0.1, and as the wavelength increases from about 575 nm to about 800 nm, the transmission decreases to about 0.1. The profile gradually decreases from about 0 to about 0. The wavelength transmission characteristics of 0-degree polarized light with an incident angle of 20 degrees gradually decrease from about 0.65 to about 0.07 as the wavelength increases from about 395 nm to about 575 nm, and the wavelength is about As the length increases from 575 nm to about 800 nm, the transmittance gradually decreases from about 0.07 to about 0.

また、入射角0度の90度偏光における波長透過特性は、波長が約395nmから約440nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.02から約0まで徐々に減少し、波長が約440nmから約710nmまで長くなるに従って、その透過率が約0から約0.77まで徐々に増加し、そして、波長が約710nmから約800nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.77から約0.9まで緩やかに増加するプロファイルである。入射角20度の90度偏光における波長透過特性は、波長が約395nmから約440nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.02から約0まで徐々に減少し、波長が約440nmから約710nmまで長くなるに従って、その透過率が約0から約0.8まで徐々に増加し、そして、波長が約710nmから約800nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.8から約0.86まで緩やかに増加するプロファイルである。   The wavelength transmission characteristics of 90-degree polarized light with an incident angle of 0 degrees gradually decrease from about 0.02 to about 0 as the wavelength increases from about 395 nm to about 440 nm, and the wavelength starts from about 440 nm. As the wavelength increases from about 710 nm, the transmission gradually increases from about 0 to about 0.77, and as the wavelength increases from about 710 nm to about 800 nm, the transmission increases from about 0.77 to about 0.7. The profile gradually increases to 9. The wavelength transmission characteristic of 90-degree polarized light with an incident angle of 20 degrees gradually decreases from about 0.02 to about 0 as the wavelength increases from about 395 nm to about 440 nm, and the wavelength decreases from about 440 nm to about 710 nm. As the wavelength increases from about 0 to about 0.8, and as the wavelength increases from about 710 nm to about 800 nm, the transmittance increases from about 0.8 to about 0.86. It is a slowly increasing profile.

このように0度偏光および90度偏光において、0度偏光の入射角20度の場合にピークが見られないが、入射角の相違による波長透過特性の相違は、ほとんどなく、0度偏光において、入射角20度の場合が入射角0度の場合に較べて若干透過率が低く、また、90度偏光において、入射角20度の場合が入射角0度の場合に較べて若干透過率が高いだけである。そして、第2実施例における偏光波長分離素子1Bは、上述したように、波長約440nmにおいて、偏光分離すると共に波長分離されている。   Thus, in 0 degree polarized light and 90 degree polarized light, no peak is observed when the incident angle of 0 degree polarized light is 20 degrees, but there is almost no difference in wavelength transmission characteristics due to the difference in incident angle. When the incident angle is 20 degrees, the transmittance is slightly lower than when the incident angle is 0 degrees, and with 90-degree polarized light, the transmittance is slightly higher when the incident angle is 20 degrees than when the incident angle is 0 degrees. Only. In addition, as described above, the polarization wavelength separation element 1B according to the second embodiment performs polarization separation and wavelength separation at a wavelength of about 440 nm.

(第3実施例)
第3実施例における偏光波長分離素子1Cは、図1に示す構造と同様に構成されている。基板11Cは、少なくとも約197nmから約800nmまでの波長の光に対して透光性を有する材料で形成されており、その屈折率Nは、1.45である。凹凸部12Cにおける凹部12Cbの底面から凸部12Caの上面までの高さhは、0.105nmであり、凹凸部12Cの繰り返しピッチPは、0.15μmである。第1および第2金属層13C、14Cは、複素屈折率の実部nrおよび虚部niがそれぞれ0.1728および1.9838であって、前記(εr/εi)が32.45である銀(Ag)で形成されている。第1金属層13Cの第1面積SC1と第2金属層14Cの第2面積SC2との比SC1:SC2は、50:50であり、第1および第2金属層13C、14Cの厚みtは、0.04μmである。そして、第1および第2金属層13C、14Cは、ni+4.6×tが3.784であり、偏光を分離すべき波長をλpbとする場合に、((εr/εi)−8500×(h/λpb)+4000×(h/λpb))が約496.748である。
(Third embodiment)
The polarization wavelength separation element 1C in the third embodiment is configured in the same manner as the structure shown in FIG. The substrate 11C is made of a material that transmits light with a wavelength of at least about 197 nm to about 800 nm, and its refractive index N is 1.45. The height h from the bottom surface of the recess 12Cb to the top surface of the protrusion 12Ca in the uneven portion 12C is 0.105 nm, and the repetition pitch P of the uneven portion 12C is 0.15 μm. In the first and second metal layers 13C and 14C, the real part nr and the imaginary part ni of the complex refractive index are 0.1728 and 1.9838, respectively, and the (εr / εi) 2 is 32.45. (Ag). The ratio SC1: SC2 between the first area SC1 of the first metal layer 13C and the second area SC2 of the second metal layer 14C is 50:50, and the thickness t of the first and second metal layers 13C, 14C is 0.04 μm. In the first and second metal layers 13C and 14C, ni + 4.6 × t is 3.784, and ((εr / εi) 2 −8500 × ( h / λpb) 2 + 4000 × (h / λpb)) is about 497.648.

このような第3実施例における偏光波長分離素子1Cは、図8に示す波長透過特性を示す。すなわち、入射角0度の0度偏光における波長透過特性は、波長が約197nmから約264nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.2から約0.14まで徐々に減少し、波長が約264nmから約331nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.14から約0.7まで徐々に増加し、波長が約331nmから約532nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.7から約0.1まで徐々に減少し、そして、波長が約532nmから約800nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.1から約0まで緩やかに減少するプロファイルである。入射角20度の0度偏光における波長透過特性は、波長が約197nmから約264nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.06から約0.1まで徐々に減少し、波長が約264nmから約331nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.1から約0.67まで徐々に増加し、波長が約331nmから約532nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.67から約0.08まで徐々に減少し、そして、波長が約532nmから約800nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.08から約0まで緩やかに減少するプロファイルである。   The polarization wavelength separation element 1C according to the third embodiment exhibits the wavelength transmission characteristics shown in FIG. That is, the wavelength transmission characteristics of 0-degree polarized light with an incident angle of 0 degrees gradually decrease from about 0.2 to about 0.14 as the wavelength increases from about 197 nm to about 264 nm. As the length increases from 264 nm to about 331 nm, the transmittance gradually increases from about 0.14 to about 0.7, and as the wavelength increases from about 331 nm to about 532 nm, the transmittance increases from about 0.7 to about 331 nm. It is a profile that gradually decreases from 0.1 and gradually decreases in transmittance from about 0.1 to about 0 as the wavelength increases from about 532 nm to about 800 nm. The wavelength transmission characteristics of 0-degree polarized light at an incident angle of 20 degrees gradually decrease from about 0.06 to about 0.1 as the wavelength increases from about 197 nm to about 264 nm. The transmittance gradually increases from about 0.1 to about 0.67 as the wavelength increases from about 331 nm, and the transmittance increases from about 0.67 to about 0.1 as the wavelength increases from about 331 nm to about 532 nm. The profile gradually decreases to 08, and the transmittance gradually decreases from about 0.08 to about 0 as the wavelength increases from about 532 nm to about 800 nm.

また、入射角0度の90度偏光における波長透過特性は、波長が約197nmから約331nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.08から約0.2まで徐々に増加し、波長が約331nmから約398nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.2から約0.03まで徐々に減少し、波長が約398nmから約666nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.03から約0.8まで徐々に増加し、そして、波長が約666nmから約800nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.8でほぼ一定であるプロファイルである。入射角20度の90度偏光における波長透過特性は、波長が約197nmから約331nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.05から約0.15まで徐々に増加し、波長が約331nmから約398nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.15から約0.03まで徐々に減少し、波長が約398nmから約666nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.03から約0.78まで徐々に減少し、そして、波長が約666nmから約800nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.78から約0.8まで緩やかに増加するプロファイルである。   The wavelength transmission characteristics of 90-degree polarized light with an incident angle of 0 degree gradually increase from about 0.08 to about 0.2 as the wavelength increases from about 197 nm to about 331 nm. As the wavelength increases from 331 nm to about 398 nm, the transmittance gradually decreases from about 0.2 to about 0.03, and as the wavelength increases from about 398 nm to about 666 nm, the transmittance increases from about 0.03 to about 366 nm. It is a profile that gradually increases to 0.8 and whose transmittance is approximately constant at about 0.8 as the wavelength increases from about 666 nm to about 800 nm. The wavelength transmission characteristics of 90-degree polarized light with an incident angle of 20 degrees gradually increase from about 0.05 to about 0.15 as the wavelength increases from about 197 nm to about 331 nm. As the wavelength increases from about 398 nm, the transmittance gradually decreases from about 0.15 to about 0.03, and as the wavelength increases from about 398 nm to about 666 nm, the transmittance increases from about 0.03 to about 0.03. The profile gradually decreases to 78, and the transmittance gradually increases from about 0.78 to about 0.8 as the wavelength increases from about 666 nm to about 800 nm.

このように0度偏光および90度偏光において、入射角の相違による波長透過特性の相違は、ほとんどなく、0度偏光において、入射角20度の場合が入射角0度の場合に較べて若干透過率が低いだけである。そして、第3実施例における偏光波長分離素子1Cは、上述したように、波長約400nmにおいて、偏光分離すると共に波長分離されている。   In this way, there is almost no difference in wavelength transmission characteristics due to the difference in incident angle between 0 degree polarized light and 90 degree polarized light, and 0 degree polarized light is slightly transmitted when the incident angle is 20 degrees compared to when the incident angle is 0 degrees. The rate is only low. In addition, as described above, the polarization wavelength separation element 1 </ b> C according to the third embodiment performs polarization separation and wavelength separation at a wavelength of about 400 nm.

(第4実施例)
第4実施例における偏光波長分離素子1Dは、図1に示す構造と同様に構成されている。基板11Dは、少なくとも約395nmから約800nmまでの波長の光に対して透光性を有する材料で形成されており、その屈折率Nは、1.45である。凹凸部12Dにおける凹部12Dbの底面から凸部12Daの上面までの高さhは、0.15nmであり、凹凸部12Dの繰り返しピッチPは、0.15μmである。第1および第2金属層13D、14Dは、複素屈折率の実部nrおよび虚部niがそれぞれ0.21238および3.015であって、前記(εr/εi)が49.89である金(Au)で形成されている。第1金属層13Dの第1面積SD1と第2金属層14Dの第2面積SD2との比SD1:SD2は、50:50であり、第1および第2金属層13D、14Dの厚みtは、0.02μmである。そして、第1および第2金属層13D、14Dは、ni+4.6×tが3.915であり、偏光を分離すべき波長をλpbとする場合に、((εr/εi)−8500×(h/λpb)+4000×(h/λpb))が約518.637である。
(Fourth embodiment)
The polarization wavelength separation element 1D in the fourth embodiment is configured in the same manner as the structure shown in FIG. The substrate 11D is made of a material that transmits light with a wavelength of at least about 395 nm to about 800 nm, and its refractive index N is 1.45. The height h from the bottom surface of the concave portion 12Db to the top surface of the convex portion 12Da in the concave / convex portion 12D is 0.15 nm, and the repetition pitch P of the concave / convex portion 12D is 0.15 μm. The first and second metal layers 13D and 14D are gold in which the real part nr and the imaginary part ni of the complex refractive index are 0.21238 and 3.015, respectively, and (εr / εi) 2 is 49.89. (Au) is formed. The ratio SD1: SD2 between the first area SD1 of the first metal layer 13D and the second area SD2 of the second metal layer 14D is 50:50, and the thickness t of the first and second metal layers 13D, 14D is: 0.02 μm. The first and second metal layers 13D and 14D have ni + 4.6 × t of 3.915, and ((εr / εi) 2 −8500 × ( h / λpb) 2 + 4000 × (h / λpb)) is about 518.637.

このような第4実施例における偏光波長分離素子1Dは、図9に示す波長透過特性を示す。すなわち、入射角0度の0度偏光における波長透過特性は、波長が約395nmから約620nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.29から約0.82まで徐々に増加し、波長が約620nmから約800nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.82から約0.25まで徐々に減少するプロファイルである。入射角20度の0度偏光における波長透過特性は、波長が約395nmから約620nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.28から約0.75まで徐々に増加し、波長が約620nmから約800nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.75から約0.16まで徐々に減少するプロファイルである。   Such a polarization wavelength separation element 1D in the fourth embodiment exhibits the wavelength transmission characteristics shown in FIG. That is, the wavelength transmission characteristics of 0-degree polarized light with an incident angle of 0 degrees gradually increase from about 0.29 to about 0.82 as the wavelength increases from about 395 nm to about 620 nm. As the length increases from 620 nm to about 800 nm, the transmittance gradually decreases from about 0.82 to about 0.25. The wavelength transmission characteristics of 0-degree polarized light with an incident angle of 20 degrees gradually increase from about 0.28 to about 0.75 as the wavelength increases from about 395 nm to about 620 nm. It is a profile in which the transmittance gradually decreases from about 0.75 to about 0.16 as it becomes longer to about 800 nm.

また、入射角0度の90度偏光における波長透過特性は、波長が約395nmから約485nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.28から約0.3まで徐々に増加し、波長が約485nmから約575nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.3から約0まで徐々に減少し、波長が約575nmから約620nmまで長くなるに従って、その透過率が約0でほぼ一定であり、そして、波長が約620nmから約800nmまで長くなるに従って、約0から約0.82まで緩やかに増加するプロファイルである。入射角20度の90度偏光における波長透過特性は、入射角0度の90度偏光の上記プロファイルとほぼ同様である。   The wavelength transmission characteristics of 90-degree polarized light with an incident angle of 0 degrees gradually increase from about 0.28 to about 0.3 as the wavelength increases from about 395 nm to about 485 nm. As the wavelength increases from 485 nm to about 575 nm, the transmittance gradually decreases from about 0.3 to about 0, and as the wavelength increases from about 575 nm to about 620 nm, the transmittance is approximately constant at about 0; The profile gradually increases from about 0 to about 0.82 as the wavelength increases from about 620 nm to about 800 nm. The wavelength transmission characteristics of 90-degree polarized light with an incident angle of 20 degrees are substantially the same as the profile of 90-degree polarized light with an incident angle of 0 degrees.

このように0度偏光および90度偏光において、入射角の相違による波長透過特性の相違は、ほとんどなく、0度偏光において、入射角20度の場合が入射角0度の場合に較べて若干透過率が低いだけである。そして、第4実施例における偏光波長分離素子1Dは、上述したように、波長約600nmにおいて、偏光分離すると共に波長分離されている。   In this way, there is almost no difference in wavelength transmission characteristics due to the difference in incident angle between 0 degree polarized light and 90 degree polarized light, and 0 degree polarized light is slightly transmitted when the incident angle is 20 degrees compared to when the incident angle is 0 degrees. The rate is only low. In addition, as described above, the polarization wavelength separation element 1D according to the fourth embodiment performs polarization separation and wavelength separation at a wavelength of about 600 nm.

(第5実施例)
第5実施例における偏光波長分離素子1Eは、図1に示す構造と同様に構成されている。基板11Eは、少なくとも約395nmから約800nmまでの波長の光に対して透光性を有する材料で形成されており、その屈折率Nは、1.45である。凹凸部12Eにおける凹部12Ebの底面から凸部12Eaの上面までの高さhは、0.14nmであり、凹凸部12Eの繰り返しピッチPは、0.15μmである。第1および第2金属層13E、14Eは、複素屈折率の実部nrおよび虚部niがそれぞれ0.272および3.24であって、前記(εr/εi)が34.97である銀(Ag)で形成されている。第1金属層13Eの第1面積SE1と第2金属層14Eの第2面積SE2との比SE1:SE2は、50:50であり、第1および第2金属層13E、14Eの厚みtは、0.02μmである。そして、第1および第2金属層13E、14Eは、ni+4.6×tが4.14であり、偏光を分離すべき波長をλpbとする場合に、((εr/εi)−8500×(h/λpb)+4000×(h/λpb))が約504.797である。
(5th Example)
The polarization wavelength separation element 1E in the fifth embodiment is configured in the same manner as the structure shown in FIG. The substrate 11E is made of a material that transmits light having a wavelength of at least about 395 nm to about 800 nm, and its refractive index N is 1.45. The height h from the bottom surface of the concave portion 12Eb to the top surface of the convex portion 12Ea in the concavo-convex portion 12E is 0.14 nm, and the repetition pitch P of the concavo-convex portion 12E is 0.15 μm. In the first and second metal layers 13E and 14E, the real part nr and the imaginary part ni of the complex refractive index are 0.272 and 3.24, respectively, and (εr / εi) 2 is 34.97. (Ag). The ratio SE1: SE2 between the first area SE1 of the first metal layer 13E and the second area SE2 of the second metal layer 14E is 50:50, and the thickness t of the first and second metal layers 13E, 14E is: 0.02 μm. In the first and second metal layers 13E and 14E, when ni + 4.6 × t is 4.14 and the wavelength at which polarized light is to be separated is λpb, ((εr / εi) 2 -8500 × ( h / λpb) 2 + 4000 × (h / λpb)) is about 504.797.

このような第5実施例における偏光波長分離素子1Eは、図10に示す波長透過特性を示す。すなわち、入射角0度の0度偏光における波長透過特性は、波長が約395nmから約530nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.38から約0.4まで緩やかに増加し、波長が約530nmから約620nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.4から約0.7まで徐々に増加し、そして、波長が約620nmから約800nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.7から約0.22まで徐々に減少するプロファイルである。入射角20度の0度偏光における波長透過特性は、波長が約395nmから約530nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.38でほぼ一定であり、波長が約530nmから約620nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.38から約0.58まで徐々に増加し、そして、波長が約620nmから約800nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.58から約0.15まで徐々に減少するプロファイルである。   Such a polarization wavelength separation element 1E in the fifth embodiment exhibits the wavelength transmission characteristics shown in FIG. In other words, the wavelength transmission characteristics of 0-degree polarized light with an incident angle of 0 degrees gradually increase from about 0.38 to about 0.4 as the wavelength increases from about 395 nm to about 530 nm. As the wavelength increases from 530 nm to about 620 nm, the transmittance gradually increases from about 0.4 to about 0.7, and as the wavelength increases from about 620 nm to about 800 nm, the transmittance increases to about 0.7. The profile gradually decreases from about 0.22 to about 0.22. The wavelength transmission characteristics of 0-degree polarized light with an incident angle of 20 degrees are almost constant at about 0.38 as the wavelength increases from about 395 nm to about 530 nm, and the wavelength increases from about 530 nm to about 620 nm. The transmittance gradually increases from about 0.38 to about 0.58, and as the wavelength increases from about 620 nm to about 800 nm, the transmittance gradually increases from about 0.58 to about 0.15. It is a profile that decreases.

また、入射角0度の90度偏光における波長透過特性は、波長が約395nmから約620nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.2から約0.03まで緩やかに減少し、波長が約620nmから約800nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.03から約0.8まで徐々に増加するプロファイルである。入射角20度の90度偏光における波長透過特性は、入射角0度の90度偏光の上記プロファイルとほぼ同様である。   The wavelength transmission characteristics of 90-degree polarized light with an incident angle of 0 degree gradually decrease from about 0.2 to about 0.03 as the wavelength increases from about 395 nm to about 620 nm. As the length increases from 620 nm to about 800 nm, the transmittance gradually increases from about 0.03 to about 0.8. The wavelength transmission characteristics of 90-degree polarized light with an incident angle of 20 degrees are substantially the same as the profile of 90-degree polarized light with an incident angle of 0 degrees.

このように0度偏光および90度偏光において、入射角の相違による波長透過特性の相違は、ほとんどなく、0度偏光において、入射角20度の場合が入射角0度の場合に較べて若干透過率が低いだけである。そして、第5実施例における偏光波長分離素子1Eは、上述したように、波長約620nmにおいて、偏光分離すると共に波長分離されている。   In this way, there is almost no difference in wavelength transmission characteristics due to the difference in incident angle between 0 degree polarized light and 90 degree polarized light, and 0 degree polarized light is slightly transmitted when the incident angle is 20 degrees compared to when the incident angle is 0 degrees. The rate is only low. In addition, as described above, the polarization wavelength separation element 1E according to the fifth embodiment performs polarization separation and wavelength separation at a wavelength of about 620 nm.

(第6実施例)
第6実施例における偏光波長分離素子1Fは、図1に示す構造と同様に構成されている。基板11Fは、少なくとも約395nmから約800nmまでの波長の光に対して透光性を有する材料で形成されており、その屈折率Nは、1.45である。凹凸部12Fにおける凹部12Fbの底面から凸部12Faの上面までの高さhは、0.12nmであり、凹凸部12Fの繰り返しピッチPは、0.15μmである。第1および第2金属層13F、14Fは、複素屈折率の実部nrおよび虚部niがそれぞれ0.21457および2.19177であって、前記(εr/εi)が25.59であるリチウム(Li)で形成されている。第1金属層13Fの第1面積SF1と第2金属層14Fの第2面積SF2との比SF1:SF2は、50:50であり、第1および第2金属層13F、14Fの厚みtは、0.04μmである。そして、第1および第2金属層13F、14Fは、ni+4.6×tが3.992であり、偏光を分離すべき波長をλpbとする場合に、((εr/εi)−8500×(h/λpb)+4000×(h/λpb))が約494.925である。
(Sixth embodiment)
The polarization wavelength separation element 1F in the sixth embodiment is configured in the same manner as the structure shown in FIG. The substrate 11F is made of a material that transmits light with a wavelength of at least about 395 nm to about 800 nm, and its refractive index N is 1.45. The height h from the bottom surface of the concave portion 12Fb to the upper surface of the convex portion 12Fa in the concave and convex portion 12F is 0.12 nm, and the repeating pitch P of the concave and convex portion 12F is 0.15 μm. In the first and second metal layers 13F and 14F, the real part nr and the imaginary part ni of the complex refractive index are 0.21457 and 2.19177, respectively, and (εr / εi) 2 is 25.59. (Li) is formed. The ratio SF1: SF2 between the first area SF1 of the first metal layer 13F and the second area SF2 of the second metal layer 14F is 50:50, and the thickness t of the first and second metal layers 13F, 14F is: 0.04 μm. The first and second metal layers 13F and 14F have an (ni + 4.6 × t) of 3.992, and ((εr / εi) 2 -8500 × ( h / λpb) 2 + 4000 × (h / λpb)) is about 494.925.

このような第6実施例における偏光波長分離素子1Fは、図11に示す波長透過特性を示す。すなわち、入射角0度の0度偏光における波長透過特性は、波長が約395nmから約440nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.6から約0.65まで徐々に増加し、そして、波長が約440nmから約800nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.65から約0.1まで徐々に減少するプロファイルである。入射角20度の0度偏光における波長透過特性は、波長が約395nmから約800nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.6から約0.1まで徐々に減少するプロファイルである。   The polarization wavelength separation element 1F according to the sixth embodiment exhibits the wavelength transmission characteristics shown in FIG. That is, the wavelength transmission characteristic of 0-degree polarized light with an incident angle of 0 degrees gradually increases from about 0.6 to about 0.65 as the wavelength increases from about 395 nm to about 440 nm, and the wavelength Is a profile in which the transmittance gradually decreases from about 0.65 to about 0.1 as the length increases from about 440 nm to about 800 nm. The wavelength transmission characteristic of 0-degree polarized light with an incident angle of 20 degrees is a profile in which the transmittance gradually decreases from about 0.6 to about 0.1 as the wavelength increases from about 395 nm to about 800 nm.

また、入射角0度の90度偏光における波長透過特性は、波長が約395nmから約485nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.05から約0まで緩やかに減少し、波長が約485nmから約575nmまで長くなるに従って、その透過率が約0から約0.05まで緩やかに増加し、そして、波長が約575nmから約800nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.05から約0.7まで徐々に増加するプロファイルである。入射角20度の90度偏光における波長透過特性は、入射角0度の90度偏光の上記プロファイルとほぼ同様である。   The wavelength transmission characteristics of 90-degree polarized light with an incident angle of 0 degree gradually decrease from about 0.05 to about 0 as the wavelength increases from about 395 nm to about 485 nm, and the wavelength starts from about 485 nm. The transmittance increases slowly from about 0 to about 0.05 as it increases to about 575 nm, and as the wavelength increases from about 575 nm to about 800 nm, the transmittance increases from about 0.05 to about 0.00. The profile gradually increases to 7. The wavelength transmission characteristics of 90-degree polarized light with an incident angle of 20 degrees are substantially the same as the profile of 90-degree polarized light with an incident angle of 0 degrees.

このように0度偏光および90度偏光において、0度偏光の入射角20度の場合にピークが見られないが、入射角の相違による波長透過特性の相違は、ほとんどなく、0度偏光において、入射角20度の場合が入射角0度の場合に較べて若干透過率が低いだけである。そして、第6実施例における偏光波長分離素子1Fは、上述したように、波長約485nmにおいて、偏光分離すると共に波長分離されている。   Thus, in 0 degree polarized light and 90 degree polarized light, no peak is observed when the incident angle of 0 degree polarized light is 20 degrees, but there is almost no difference in wavelength transmission characteristics due to the difference in incident angle. The transmittance is slightly lower when the incident angle is 20 degrees than when the incident angle is 0 degrees. In addition, as described above, the polarization wavelength separation element 1F according to the sixth embodiment performs polarization separation and wavelength separation at a wavelength of about 485 nm.

(第7実施例)
第7実施例における偏光波長分離素子1Gは、図1に示す構造と同様に構成されている。基板11Gは、少なくとも約197nmから約800nmまでの波長の光に対して透光性を有する材料で形成されており、その屈折率Nは、1.45である。凹凸部12Gにおける凹部12Gbの底面から凸部12Gaの上面までの高さhは、0.055nmであり、凹凸部12Gの繰り返しピッチPは、0.15μmである。第1および第2金属層13G、14Gは、複素屈折率の実部nrおよび虚部niがそれぞれ0.21788および3.185であって、複素誘電率の実部および虚部をそれぞれεrおよびεiとする場合に(εr/εi)が52.93であるアルミニウム(Al)で形成されている。第1金属層13Gの第1面積SG1と第2金属層14Gの第2面積SG2との比SG1:SG2は、50:50であり、第1および第2金属層13G、14Gの厚みtは、0.015μmである。そして、第1および第2金属層13G、14Gは、ni+4.6×tが3.86であり、偏光を分離すべき波長をλpbとする場合に、((εr/εi)−8500×(h/λpb)+4000×(h/λpb))が約516.97である。
(Seventh embodiment)
The polarization wavelength separation element 1G in the seventh embodiment is configured similarly to the structure shown in FIG. The substrate 11G is made of a material that transmits light with a wavelength of at least about 197 nm to about 800 nm, and its refractive index N is 1.45. The height h from the bottom surface of the concave portion 12Gb to the top surface of the convex portion 12Ga in the concavo-convex portion 12G is 0.055 nm, and the repetition pitch P of the concavo-convex portion 12G is 0.15 μm. In the first and second metal layers 13G and 14G, the real part nr and the imaginary part ni of the complex refractive index are 0.21788 and 3.185, respectively, and the real part and the imaginary part of the complex dielectric constant are εr and εi, respectively. In this case, (εr / εi) 2 is formed of aluminum (Al) having 52.93. The ratio SG1: SG2 between the first area SG1 of the first metal layer 13G and the second area SG2 of the second metal layer 14G is 50:50, and the thickness t of the first and second metal layers 13G, 14G is 0.015 μm. In the first and second metal layers 13G and 14G, when ni + 4.6 × t is 3.86 and the wavelength at which polarized light is to be separated is λpb, ((εr / εi) 2 -8500 × ( h / λpb) 2 + 4000 × (h / λpb)) is about 516.97.

このような第7実施例における偏光波長分離素子1Gは、図12に示す波長透過特性を示す。すなわち、入射角0度の0度偏光における波長透過特性は、波長が約197nmから約398nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.8から約0.08まで徐々に減少し、そして、波長が約398nmから約800nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.08から約0まで緩やかに減少するプロファイルである。入射角20度の0度偏光における波長透過特性は、波長が約197nmから約398nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.75から約0.08まで徐々に減少し、そして、波長が約398nmから約800nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.08から約0まで緩やかに減少するプロファイルである。   Such a polarization wavelength separation element 1G in the seventh embodiment exhibits the wavelength transmission characteristics shown in FIG. That is, the wavelength transmission characteristic of 0-degree polarized light with an incident angle of 0 degrees gradually decreases from about 0.8 to about 0.08 as the wavelength increases from about 197 nm to about 398 nm. Is a profile in which the transmittance gradually decreases from about 0.08 to about 0 as the length increases from about 398 nm to about 800 nm. The wavelength transmission characteristics of 0-degree polarized light at an incident angle of 20 degrees gradually decrease from about 0.75 to about 0.08 as the wavelength increases from about 197 nm to about 398 nm, and the wavelength is about As the length increases from 398 nm to about 800 nm, the transmittance gradually decreases from about 0.08 to about 0.

また、入射角0度の90度偏光における波長透過特性は、波長が約197nmから約264nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.1から約0.03まで徐々に減少し、波長が約264nmから約398nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.03から約0.7まで徐々に増加し、そして、波長が約398nmから約800nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.7から約0.79まで緩やかに増加するプロファイルである。入射角20度の90度偏光における波長透過特性は、波長が約197nmから約264nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.2から約0.03まで徐々に減少し、波長が約264nmから約398nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.03から約0.7まで徐々に増加し、そして、波長が約398nmから約800nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.7から約0.8まで緩やかに増加するプロファイルである。   The wavelength transmission characteristics of 90-degree polarized light with an incident angle of 0 degrees gradually decrease from about 0.1 to about 0.03 as the wavelength increases from about 197 nm to about 264 nm. As the length increases from 264 nm to about 398 nm, the transmittance gradually increases from about 0.03 to about 0.7, and as the wavelength increases from about 398 nm to about 800 nm, the transmittance increases to about 0.7. The profile gradually increases from about 0.79 to about 0.79. The wavelength transmission characteristics of 90-degree polarized light with an incident angle of 20 degrees gradually decrease from about 0.2 to about 0.03 as the wavelength increases from about 197 nm to about 264 nm. As the wavelength increases from about 398 nm, the transmission gradually increases from about 0.03 to about 0.7, and as the wavelength increases from about 398 nm to about 800 nm, the transmission increases from about 0.7 to about 0.7. The profile gradually increases to 0.8.

このように0度偏光および90度偏光において、入射角の相違による波長透過特性の相違は、ほとんどなく、0度偏光において、入射角20度の場合が入射角0度の場合に較べて若干透過率が低いだけである。そして、第7実施例における偏光波長分離素子1Gは、上述したように、波長約265nmにおいて、偏光分離すると共に波長分離されている。   In this way, there is almost no difference in wavelength transmission characteristics due to the difference in incident angle between 0 degree polarized light and 90 degree polarized light, and 0 degree polarized light is slightly transmitted when the incident angle is 20 degrees compared to when the incident angle is 0 degrees. The rate is only low. In addition, as described above, the polarization wavelength separation element 1G according to the seventh embodiment performs polarization separation and wavelength separation at a wavelength of about 265 nm.

(第8実施例)
第8実施例における偏光波長分離素子1Hは、図1に示す構造と同様に構成されている。基板11Hは、少なくとも約197nmから約800nmまでの波長の光に対して透光性を有する材料で形成されており、その屈折率Nは、1.45である。凹凸部12Hにおける凹部12Hbの底面から凸部12Haの上面までの高さhは、0.13nmであり、凹凸部12Hの繰り返しピッチPは、0.15μmである。第1および第2金属層13H、14Hは、複素屈折率の実部nrおよび虚部niがそれぞれ0.1728および1.9838であって、前記(εr/εi)が32.45である銀(Ag)で形成されている。第1金属層13Hの第1面積SH1と第2金属層14Hの第2面積SH2との比SH1:SH2は、50:50であり、第1および第2金属層13H、14Hの厚みtは、0.05μmである。そして、第1および第2金属層13H、14Hは、ni+4.6×tが4.234であり、偏光を分離すべき波長をλpbとする場合に、((εr/εi)−8500×(h/λpb)+4000×(h/λpb))が約434.639である。
(Eighth embodiment)
The polarization wavelength separation element 1H in the eighth embodiment is configured similarly to the structure shown in FIG. The substrate 11H is made of a material that transmits light with a wavelength of at least about 197 nm to about 800 nm, and its refractive index N is 1.45. The height h from the bottom surface of the concave portion 12Hb to the top surface of the convex portion 12Ha in the concavo-convex portion 12H is 0.13 nm, and the repetition pitch P of the concavo-convex portion 12H is 0.15 μm. In the first and second metal layers 13H and 14H, the real part nr and the imaginary part ni of the complex refractive index are 0.1728 and 1.9838, respectively, and (εr / εi) 2 is 32.45. (Ag). The ratio SH1: SH2 between the first area SH1 of the first metal layer 13H and the second area SH2 of the second metal layer 14H is 50:50, and the thickness t of the first and second metal layers 13H, 14H is: 0.05 μm. In the first and second metal layers 13H and 14H, when ni + 4.6 × t is 4.234 and the wavelength at which polarized light is to be separated is λpb, ((εr / εi) 2 −8500 × ( h / λpb) 2 + 4000 × (h / λpb)) is about 434.639.

このような第8実施例における偏光波長分離素子1Hは、図13に示す波長透過特性を示す。すなわち、入射角0度の0度偏光における波長透過特性は、波長が約197nmから約264nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.13から約0.06まで徐々に減少し、波長が約264nmから約398nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.06から約0.57まで徐々に増加し、波長が約398nmから約532nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.57から約0.09まで徐々に減少し、そして、波長が約532nmから約800nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.09から約0まで緩やかに減少するプロファイルである。入射角20度の0度偏光における波長透過特性は、波長が約197nmから約398nmまで長くなるに従って、その透過率が約0から約0.58まで徐々に増加し、波長が約398nmから約532nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.58から約0.04まで徐々に減少し、そして、波長が約532nmから約800nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.04から約0まで緩やかに減少するプロファイルである。   Such a polarization wavelength separation element 1H in the eighth embodiment exhibits the wavelength transmission characteristics shown in FIG. That is, the wavelength transmission characteristics of 0-degree polarized light with an incident angle of 0 degrees gradually decrease from about 0.13 to about 0.06 as the wavelength increases from about 197 nm to about 264 nm. As the length increases from 264 nm to about 398 nm, the transmittance gradually increases from about 0.06 to about 0.57, and as the wavelength increases from about 398 nm to about 532 nm, the transmittance increases from about 0.57 to about 532 nm. The profile gradually decreases to 0.09, and the transmittance gradually decreases from about 0.09 to about 0 as the wavelength increases from about 532 nm to about 800 nm. The wavelength transmission characteristics of 0-degree polarized light with an incident angle of 20 degrees gradually increase from about 0 to about 0.58 as the wavelength increases from about 197 nm to about 398 nm, and the wavelength increases from about 398 nm to about 532 nm. The transmittance gradually decreases from about 0.58 to about 0.04, and as the wavelength increases from about 532 nm to about 800 nm, the transmittance decreases from about 0.04 to about 0. The profile gradually decreases.

また、入射角0度の90度偏光における波長透過特性は、波長が約197nmから約331nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.05から約0.14まで徐々に増加し、波長が約331nmから約398nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.14から約0まで徐々に減少し、波長が約398nmから約800nmまで長くなるに従って、約0から約0.87まで徐々に増加するプロファイルである。入射角20度の90度偏光における波長透過特性は、波長が約197nmから約331nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.02から約0.07まで徐々に増加し、波長が約331nmから約398nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.07から約0まで徐々に減少し、波長が約398nmから約800nmまで長くなるに従って、約0から約0.86まで徐々に増加するプロファイルである。   In addition, the wavelength transmission characteristics of 90-degree polarized light with an incident angle of 0 degrees gradually increase from about 0.05 to about 0.14 as the wavelength increases from about 197 nm to about 331 nm. As the wavelength increases from 331 nm to about 398 nm, the transmittance gradually decreases from about 0.14 to about 0, and as the wavelength increases from about 398 nm to about 800 nm, it gradually increases from about 0 to about 0.87. It is a profile. The wavelength transmission characteristics of 90-degree polarized light with an incident angle of 20 degrees gradually increase from about 0.02 to about 0.07 as the wavelength increases from about 197 nm to about 331 nm. A profile that gradually decreases from about 0.07 to about 0 as the wavelength increases from about 398 nm, and gradually increases from about 0 to about 0.86 as the wavelength increases from about 398 nm to about 800 nm. is there.

このように0度偏光および90度偏光において、入射角の相違による波長透過特性の相違は、ほとんどない。そして、第8実施例における偏光波長分離素子1Hは、上述したように、波長約400nmにおいて、偏光分離すると共に波長分離されている。   Thus, in 0 degree polarized light and 90 degree polarized light, there is almost no difference in wavelength transmission characteristics due to a difference in incident angle. In addition, as described above, the polarization wavelength separation element 1H in the eighth embodiment performs polarization separation and wavelength separation at a wavelength of about 400 nm.

(比較例)
次に、第1ないし第8実施例に対する比較例の光学素子について説明する。
(Comparative example)
Next, an optical element of a comparative example for the first to eighth embodiments will be described.

図14は、比較例における光学素子の波長透過特性を示す図である。図14において、その横軸は、nm単位で示す波長であり、その縦軸は、透過率である。そして、■は、90度偏光であって入射角0度の場合における特性を示し、□は、90度偏光であって入射角20度の場合における特性を示し、▲は、0度偏光であって入射角0度の場合における特性を示し、そして、△は、0度偏光であって入射角20度の場合における特性を示している。   FIG. 14 is a diagram showing the wavelength transmission characteristics of the optical element in the comparative example. In FIG. 14, the horizontal axis is the wavelength in nm, and the vertical axis is the transmittance. The black square indicates the characteristics when the polarization is 90 degrees and the incident angle is 0 degree, the square indicates the characteristics when the polarization is 90 degrees and the incident angle is 20 degrees, and the solid triangle indicates that the polarization is 0 degrees. The characteristic is obtained when the incident angle is 0 degree, and Δ indicates the characteristic when the incident light is 0 degree polarized light and the incident angle is 20 degrees.

比較例における光学素子は、図1に示す構造と同様に構成されている。基板は、少なくとも約197nmから約800nmまでの波長の光に対して透光性を有する材料で形成されており、その屈折率Nは、1.45である。凹凸部における凹部の底面から凸部の上面までの高さhは、0.075nmであり、凹凸部の繰り返しピッチPは、0.15μmである。第1および第2金属層は、複素屈折率の実部nrおよび虚部niがそれぞれ1.20229および2.29904であって、前記(εr/εi)が0.48である鉛(Pb)で形成されている。第1金属層の第1面積と第2金属層の第2面積との比は、50:50であり、第1および第2金属層の厚みtは、0.025μmである。そして、第1および第2金属層は、ni+4.6×tが3.424であり、偏光を分離すべき波長をλpbとする場合に、((εr/εi)−8500×(h/λpb)+4000×(h/λpb))が約−1530.767である。 The optical element in the comparative example is configured similarly to the structure shown in FIG. The substrate is made of a material that is transparent to light having a wavelength of at least about 197 nm to about 800 nm, and its refractive index N is 1.45. The height h from the bottom surface of the concave portion to the top surface of the convex portion in the concave and convex portion is 0.075 nm, and the repeating pitch P of the concave and convex portion is 0.15 μm. The first and second metal layers have lead (Pb) in which the real part nr and the imaginary part ni of the complex refractive index are 1.20229 and 2.29904, respectively, and the (εr / εi) 2 is 0.48. It is formed with. The ratio of the first area of the first metal layer to the second area of the second metal layer is 50:50, and the thickness t of the first and second metal layers is 0.025 μm. In the first and second metal layers, ni + 4.6 × t is 3.424, and when the wavelength at which polarized light is to be separated is λpb, ((εr / εi) 2 -8500 × (h / λpb ) 2 + 4000 × (h / λpb)) is about −1530.767.

このような比較例における光学素子は、図14に示す波長透過特性を示す。すなわち、入射角0度の0度偏光における波長透過特性は、波長が約197nmから約800nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.32から約0.04まで徐々に減少するプロファイルである。入射角20度の0度偏光における波長透過特性は、波長が約197nmから約264nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.14から約0.16まで緩やかに増加し、波長が約264nmから約800nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.16から約0.04まで徐々に減少するプロファイルである。   The optical element in such a comparative example exhibits the wavelength transmission characteristics shown in FIG. That is, the wavelength transmission characteristic of 0-degree polarized light with an incident angle of 0 degrees is a profile in which the transmittance gradually decreases from about 0.32 to about 0.04 as the wavelength increases from about 197 nm to about 800 nm. The wavelength transmission characteristics of 0-degree polarized light with an incident angle of 20 degrees gradually increase from about 0.14 to about 0.16 as the wavelength increases from about 197 nm to about 264 nm. The profile gradually decreases from about 0.16 to about 0.04 as the transmittance increases to about 800 nm.

また、入射角0度の90度偏光における波長透過特性は、波長が約197nmから約264nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.1から約0.04まで徐々に減少し、波長が約264nmから約331nmまで透過率が焼く0.04でほぼ一定であり、そして、波長が約331nmから約800nmまで長くなるに従って、その透過率が約0.04から約0.6まで徐々に増加するプロファイルである。入射角20度の90度偏光における波長透過特性は、入射角0度の90度偏光の上記プロファイルとほぼ同様である。   The wavelength transmission characteristics of 90-degree polarized light with an incident angle of 0 degrees gradually decrease from about 0.1 to about 0.04 as the wavelength increases from about 197 nm to about 264 nm. The transmittance from 264 nm to about 331 nm is approximately constant at 0.04 burning, and as the wavelength increases from about 331 nm to about 800 nm, the transmittance gradually increases from about 0.04 to about 0.6. It is a profile. The wavelength transmission characteristics of 90-degree polarized light with an incident angle of 20 degrees are substantially the same as the profile of 90-degree polarized light with an incident angle of 0 degrees.

比較例における光学素子は、このように偏光分離すると共に波長分離することができない。   Thus, the optical element in the comparative example cannot separate the wavelength while separating the polarization.

上述の第1ないし第8実施例および比較例の諸元を表3に纏めて示す。   Table 3 summarizes the specifications of the first to eighth examples and the comparative example.

Figure 2009139411
Figure 2009139411

表3から分かるように、図1に示す構造の偏光波長分離素子1(1A〜1H)は、第1および第2ワイヤグリッドの金属ワイヤとなる第1および第2金属層13、14が、少なくとも、金、銀、銅、リチウムおよびアルミニウムのうちのいずれかの金属材料から形成されている。あるいは、この第1および第2金属層13、14が、少なくとも、“25<(εr/εi)<120”の条件を満たす金属材料から形成されている。あるいは、この第1および第2金属層13、14が、少なくとも、“0.13<nr<0.28”の条件を満たす金属材料から形成されている。あるいは、偏光波長分離素子1(1A〜1H)は、少なくとも、“490<((εr/εi)−8500×(h/λpb)+4000×(h/λpb))<530”の条件を満たしている。あるいは、偏光波長分離素子1(1A〜1H)は、少なくとも、“3.6<(ni+4.6×t)<4.3”の条件を満たしている。 As can be seen from Table 3, the polarization wavelength separation element 1 (1A to 1H) having the structure shown in FIG. 1 has at least the first and second metal layers 13 and 14 serving as the metal wires of the first and second wire grids. , Gold, silver, copper, lithium and aluminum. Alternatively, the first and second metal layers 13 and 14 are made of a metal material that satisfies at least the condition of “25 <(εr / εi) 2 <120”. Alternatively, the first and second metal layers 13 and 14 are formed of a metal material that satisfies at least the condition of “0.13 <nr <0.28”. Alternatively, the polarization wavelength separation element 1 (1A to 1H) satisfies at least the condition of “490 <((εr / εi) 2 −8500 × (h / λpb) 2 + 4000 × (h / λpb)) <530”. ing. Alternatively, the polarization wavelength separation element 1 (1A to 1H) satisfies at least the condition of “3.6 <(ni + 4.6 × t) <4.3”.

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および/または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。   In order to express the present invention, the present invention has been properly and fully described through the embodiments with reference to the drawings. However, those skilled in the art can easily change and / or improve the above-described embodiments. It should be recognized that this is possible. Accordingly, unless the modifications or improvements implemented by those skilled in the art are at a level that departs from the scope of the claims recited in the claims, the modifications or improvements are not covered by the claims. It is interpreted that it is included in

実施形態における偏光波長分離素子の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the polarization wavelength separation element in embodiment. 面積比の相違による波長透過特性を示す図である。It is a figure which shows the wavelength transmission characteristic by the difference in area ratio. 図1に示す偏光波長分離素子の製造工程を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing process of the polarization wavelength separation element shown in FIG. 第1白色光源の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a 1st white light source. 第2白色光源の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a 2nd white light source. 第1実施例における偏光波長分離素子の波長透過特性を示す図である。It is a figure which shows the wavelength transmission characteristic of the polarization wavelength separation element in 1st Example. 第2実施例における偏光波長分離素子の波長透過特性を示す図である。It is a figure which shows the wavelength transmission characteristic of the polarization wavelength separation element in 2nd Example. 第3実施例における偏光波長分離素子の波長透過特性を示す図である。It is a figure which shows the wavelength transmission characteristic of the polarization wavelength separation element in 3rd Example. 第4実施例における偏光波長分離素子の波長透過特性を示す図である。It is a figure which shows the wavelength transmission characteristic of the polarization wavelength separation element in 4th Example. 第5実施例における偏光波長分離素子の波長透過特性を示す図である。It is a figure which shows the wavelength transmission characteristic of the polarization wavelength separation element in 5th Example. 第6実施例における偏光波長分離素子の波長透過特性を示す図である。It is a figure which shows the wavelength transmission characteristic of the polarization wavelength separation element in 6th Example. 第7実施例における偏光波長分離素子の波長透過特性を示す図である。It is a figure which shows the wavelength transmission characteristic of the polarization wavelength separation element in 7th Example. 第8実施例における偏光波長分離素子の波長透過特性を示す図である。It is a figure which shows the wavelength transmission characteristic of the polarization wavelength separation element in 8th Example. 比較例における光学素子の波長透過特性を示す図である。It is a figure which shows the wavelength transmission characteristic of the optical element in a comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

1、1A〜1H、32c、54b、55b 偏光波長分離素子
3 第1白色光源
5 第2白色光源
11、11A〜11H 基板
12、12A〜12H 凹凸部
13、13A〜13H 第1金属層
14、14A〜14H 第2金属層
1, 1A to 1H, 32c, 54b, 55b Polarization wavelength separation element 3 First white light source 5 Second white light source 11, 11A to 11H Substrate 12, 12A to 12H Uneven portion 13, 13A to 13H First metal layer 14, 14A -14H Second metal layer

Claims (6)

一方向に延びる複数の金属ワイヤを前記一方向と線形独立な方向に所定の第1間隔を空けて配列した第1および第2ワイヤグリッドを備え、
前記第2ワイヤグリッドは、該第2ワイヤグリッドの金属ワイヤを前記第1ワイヤグリッドにおける金属ワイヤ間の間隙に臨むように、前記一方向と前記線形独立な方向とによって形成される面の法線方向において前記第1ワイヤグリッドから所定の第2間隔を空けて配置され、
前記第1および第2ワイヤグリッドの金属ワイヤは、金、銀、銅、リチウムおよびアルミニウムのうちのいずれかの金属材料、偏光分離すべき波長付近における複素誘電率の実部および虚部をεrおよびεiとする場合に25<(εr/εi)<120の条件を満たす金属材料、ならびに、偏光分離すべき波長付近における屈折率の実部をnrとする場合に0.13<nr<0.28の条件を満たす金属材料、のうちのいずれかの金属材料から成ること
を特徴とする偏光波長分離素子。
A first and second wire grid in which a plurality of metal wires extending in one direction are arranged at predetermined first intervals in a direction linearly independent of the one direction;
The second wire grid is a normal of a surface formed by the one direction and the linearly independent direction so that the metal wires of the second wire grid face the gap between the metal wires in the first wire grid. Arranged at a predetermined second distance from the first wire grid in a direction,
The metal wires of the first and second wire grids are made of any metal material of gold, silver, copper, lithium and aluminum, and εr is a real part and an imaginary part of a complex dielectric constant in the vicinity of a wavelength to be polarized light separated. A metal material satisfying the condition of 25 <(εr / εi) 2 <120 when εi is set, and 0.13 <nr <0. A polarization wavelength separation element comprising any one of metal materials satisfying 28 conditions.
前記第1ワイヤグリッドにおける金属ワイヤの第1面積S1と前記第2ワイヤグリッドにおける金属ワイヤの第2面積S2との比S1:S2は、偏光波長分離すべき波長において、偏光分離すべき偏光成分の光の透過率が50%以上であり、かつ、前記偏光分離すべき偏光成分と直交する偏光成分の光の透過率が50%よりも小さくなる比率であること
を特徴とする請求項1に記載の偏光波長分離素子。
The ratio S1: S2 between the first area S1 of the metal wire in the first wire grid and the second area S2 of the metal wire in the second wire grid is the ratio of the polarization component to be polarized and separated at the wavelength to be polarized. The light transmittance is 50% or more, and the light transmittance of the polarized light component orthogonal to the polarized light component to be polarized and separated is a ratio smaller than 50%. Polarization wavelength separation element.
前記第1および第2ワイヤグリッドにおける金属ワイヤの繰り返しピッチPは、入射すべき光における最も短い波長をλminとする場合に、0.1μm≦P≦0.5×λminの条件を満たすこと
を特徴とする請求項1に記載の偏光波長分離素子。
The repetition pitch P of the metal wires in the first and second wire grids satisfies the condition of 0.1 μm ≦ P ≦ 0.5 × λmin, where λmin is the shortest wavelength in the light to be incident. The polarization wavelength separation element according to claim 1.
前記第1ワイヤグリッドにおける金属ワイヤの中心位置から前記第2ワイヤグリッドにおける金属ワイヤの中心位置までの距離をhとし、偏光を分離すべき波長をλpbとし、複素誘電率の実部および虚部をεrおよびεiとする場合に、490<((εr/εi)−8500×(h/λpb)+4000×(h/λpb))<530の条件を満たすこと
を特徴とする請求項1に記載の偏光波長分離素子。
The distance from the center position of the metal wire in the first wire grid to the center position of the metal wire in the second wire grid is h, the wavelength at which polarized light is to be separated is λpb, and the real and imaginary parts of the complex permittivity are The condition of 490 <((εr / εi) 2 -8500 × (h / λpb) 2 + 4000 × (h / λpb)) <530 is satisfied when εr and εi are set forth. Polarization wavelength separation element.
前記第1および第2ワイヤグリッドにおける金属ワイヤの前記法線方向の厚みをtとし、複素屈折率の虚部をniとする場合に、3.6<(ni+4.6×t)<4.3の条件を満たすこと
を特徴とする請求項1に記載の偏光波長分離素子。
When the thickness in the normal direction of the metal wires in the first and second wire grids is t and the imaginary part of the complex refractive index is ni, 3.6 <(ni + 4.6 × t) <4.3 The polarization wavelength separation element according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.
基板と、
前記基板の一方主面に形成され、一方向に延びると共に前記一方向と線形独立な方向に配列された複数の凹凸部と、
前記複数の凹凸部における複数の凸部の上面にそれぞれ形成された複数の第1金属層と、
前記複数の凹凸部における複数の凹部の底面にそれぞれ形成された複数の第2金属層とを備え、
前記第1ワイヤグリッドは、前記複数の第1金属層から構成されて成り、
前記第2ワイヤグリッドは、前記複数の第2金属層から構成されて成ること
を特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の偏光波長分離素子。
A substrate,
A plurality of concave and convex portions formed on one main surface of the substrate and extending in one direction and arranged in a direction linearly independent of the one direction;
A plurality of first metal layers respectively formed on upper surfaces of a plurality of convex portions in the plurality of concave and convex portions;
A plurality of second metal layers respectively formed on the bottom surfaces of the plurality of recesses in the plurality of uneven portions,
The first wire grid is composed of the plurality of first metal layers,
The polarization wavelength separation element according to any one of claims 1 to 5, wherein the second wire grid is configured by the plurality of second metal layers.
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