JP2009157370A - 偏光変換光学系および偏光変換光学系アレイおよび光源装置 - Google Patents
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Abstract
系を実現する。
【解決手段】入射光束の偏光状態を変換して、1方向に直線偏光した光束とする偏光変換
光学系10は、平行平板状の透明基板の少なくとも片面に、無機材料による微細周期構造
を形成され、入射光束L0のP偏光成分LPを透過させ、S偏光成分LSを反射させる無
機偏光分離素子15と、平反射面171Aと1/4波長層172とを組合せてなり、偏光
成分LSを反射して偏光成分LPと同じ偏光状態LP1に変換する反射光学素子17を有
し、無機偏光分離素子の入射側面への入射光束L0の主光線の入射角:θが1°≦θ≦12°の範囲の角に設定され、光束LPとLP1とが互いに平行な光束となるように、無機偏光分離素子15と反射光学素子17との相対的な位置関係が定められている。
【選択図】図1
Description
ら広く知られている。なかでも、入射光束の偏光状態を変換して、1方向に直線偏光した
光束とするものは偏光子あるいは検光子として使用されるが、従来、安価な偏光変換素子
として知られた有機材料を用いるものは、熱等の環境条件に特性が左右されやすく、寿命
の点でも長寿命化が困難であるとされている。
この偏光分離素子は、ランダム偏光状態にある光を透過と反射とにより、互いに偏光面
が直交する直線偏光状態の2光束に分離するものである。
例として1例を挙げれば、例えば、特許文献1の段落「0009」に記載されたように
「透明平行平板の片面に、波長の1/4〜1/2のピッチで形成されたライン/スペース
形状の断面矩形波状溝を有する基板と、基板の溝を埋めると共に溝短手方向に三角波形状
で溝長手方向に直線状の凸部を備えた調整層を有し、調整層の上に、透明な高屈折率の媒
質からなる複数の高屈折率層と透明な低屈折率の媒質からなる複数の低屈折率層が交互に
積層された構成」のものである。
低屈折率層の交互の積層体」に光が入射すると、微細凹凸構造の凸部の長手方向に平行な
方向に電場の振動面を有する(TEモードの)光の大部分は反射され、凹凸の周期方向に
電場の振動面を有する(TMモードの)光の大部分は偏光分離素子を透過する。こうして
、互いに直交する電場の振動面を有する光が分離される。
平行平板による基板に「電子ビームリソグラフィ及びドライエッチング」によりライン/
スペース形状の周期的な溝(断面「矩形波状」である。)を形成し、基板と同材料のター
ゲットを用いたスパッタリングによる成膜及び逆スパッタリングによるスパッタエッチン
グを繰り返して、上記ライン/スペース形状の周期的な溝を埋めると共に、溝周期方向に
三角波形状で、溝長手方向に直線状の凸部を備えた調整層を形成し、さらに、高屈折率の
透明媒質及び低屈折率の透明媒質のターゲットを用い、スパッタリングによる成膜及び逆
スパッタリングによるスパッタエッチングを繰り返して、高屈折率層と低屈折率層を順次
、交互に積層させることにより製造することができる。
から知られている。
これらの偏光分離素子は薄板状であるので、従来の直方体形状のものに比して設置に必
要なスペースが小さくてよく、これらを用いる光学装置のコンパクト化に資するところが
大きい。
して、1方向に直線偏光した光束とする」機能を持つ偏光変換素子が用いられる。この偏
光変換素子として上記「無機材料による偏光分離素子」を用いると、光源から放射される
ランダム偏光状態の照明光は、偏光分離素子を透過する成分(TMモード光)と反射され
る成分(TEモード光)により分離され、分離された2光束はともに直線偏光状態である
が、液晶ライトバルブやDMDに照射される光は、分離された成分の一方のみであり、残
りの50%は無駄になり、光利用効率が低かった。
光を直交させて入射させると、反射された成分(TEモード光)が光源に直接戻ることに
なる。光源としてLDやLED等の固体発光素子を用いる場合、このような戻り光は固体
発光素子の発光状態に影響を及ぼし、発光強度を変動させる等の問題を引き起こす。
偏光変換光学系の実現、また、戻り光の影響を除去できる光源装置の実現を課題とする。
向に直線偏光した光束とする偏光変換光学系」であって、無機偏光分離素子と、反射光学
素子とを有する(請求項1)。
「無機偏光分離素子」は、平行平板状の透明基板の少なくとも片面に、無機材料による
微細周期構造を形成され、入射光束のP偏光成分およびS偏光成分の一方を選択的に透過
させ、他方を反射させて偏光分離を行う素子である。
無機偏光分離素子としては、上述の特許文献1等に記載の「透明平行平板の片面に、波
長の1/4〜1/2のピッチで形成されたライン/スペース形状の断面矩形波状溝を有す
る基板と、基板の溝を埋めると共に溝短手方向に三角波形状で溝長手方向に直線状の凸部
を備えた調整層を有し、調整層の上に、透明な高屈折率の媒質からなる複数の高屈折率層
と透明な低屈折率の媒質からなる複数の低屈折率層が交互に積層された構成」のものや、
前述の「ワイヤグリッド構造を備えた無機偏光板」等を用いることができる。
より反射された偏光成分を反射するとともに、反射光束の偏光状態を「無機偏光分離素子
を透過する偏光成分と同じ偏光状態」に変換する光学素子である。
1°≦θ≦12°
の範囲内の角に設定され、無機偏光分離素子を透過した光束と、反射光学素子により偏光
状態を変換された反射光束とが「互いに平行な光束となる」ように、無機偏光分離素子と
反射光学素子との相対的な位置関係が定められている。
分離素子に「1度以上、12度以下」の入射角:θを持って入射し、一部は無機偏光分離
素子を透過する。透過光束は入射光束と平行である。一方、無機偏光分離素子により反射
された偏光成分は、入射光束の入射方向に対して角:2θをなして反射され、反射光学素
子の平反射面に入射して反射されるが、平反射面に組合せられた1/4波長板を往復透過
することで偏光面が90度旋回され「無機偏光分離素子を透過した偏光成分」と同じ偏光
状態になる。
を透過した光束と、反射光学素子により偏光状態を変換された反射光とが、互いに平行な
光束となる」ように定められているので、入射光束を「入射方向に平行で、直線偏光した
光束」に変換することができる。このとき、原理的には入射光束の100%を「直線偏光
状態の光束」に変換できる。
状態を保ったまま透過」させる平行平板状の透過光学素子を有することができる(請求項
2)。この透過光学素子は、これを透過した光束と、無機偏光分離素子を透過した光束と
が、互いに平行な光束となるように、無機偏光分離素子と反射光学素子とに対する相対的
な位置関係が定められている。
の光学機能を有するもの」であることができる(請求項3)。反射光学素子により反射さ
れた光束の偏光状態は、無機偏光分離素子を透過する光束の偏光成分と同じ偏光状態であ
るので、透過光学素子をそのまま透過する。この請求項2の偏光変換光学素子において、
透過光学素子は無機偏光分離素子と同一の光学機能を持つので、無機偏光分離素子と同じ
構成で互いに別個のものを用いることができるが、無機偏光分離素子自体を大面積に形成
し、その一部を「透過光学素子」として用いることもできる。
請求項2記載の偏光変換光学系における透過光学素子としてはまた「無機偏光分離素子
と別個の透明平行平板」であることもできる(請求項4)。
光分離素子と別個の透過光学素子とを密接して、屋根型をなして一体化し、無機偏光分離
素子を透過した光束と透過光学素子を透過した光束とが、互いに平行で近接もしくは密接
するように、反射光学素子の位置を設定した構成とすることができる(請求項5)。
この発明の偏光変換素子アレイは、請求項1〜5の任意の1に記載の偏光変換光学系を
1単位として、その複数単位を所定の1方向にアレイ配列してなる(請求項6)。
有する。
「固体発光素子」は、ランダム偏光状態の発散光を放射する固体発光素子であり、例え
ば、LEDや「ランダム偏光状態の発散光を放射するLD」であることができる。
ズである。
「偏光変換手段」は、コリメートレンズにより平行光束化された光束の偏光状態を、直
線偏光状態に変換する偏光変換手段であり、請求項1〜6の任意の1に記載の偏光変換光
学系が用いられる。偏光変換手段は、コリメートレンズにより平行光束化された光が「無
機偏光分離素子に入射角:θで入射するように、平行光束化された光に対して位置設定」
されている。
変換手段とを有する。
「固体発光素子アレイ」は、ランダム偏光状態の発散光を放射する2以上の固体発光素
子をアレイ配列してなる。具体的には、個別のLEDやLDをアレイ配列したものや、複
数の発光部をモノリシックに有するLDアレイやLEDバーを用いることができる。
発散光を略平行光束化するコリメートレンズを「固体発光素子のアレイ配列と同ピッチで
、固体発光素子アレイと平行にアレイ配列」してなる。アレイ配列されるコリメートレン
ズは互いに別体であってもよいが、全体もしくは一部が相互に一体化されていてもよい。
光状態を、直線偏光状態に変換する機能を有し、請求項1〜6の任意の1に記載の偏光変
換光学系であって「固体発光素子アレイ及びコリメートレンズアレイのアレイ配列方向」
に長く、「固体発光素子アレイおよびコリメートレンズアレイに共通化」されている。
変換手段とを有する。
「固体発光素子アレイ」は、ランダム偏光状態の発散光を放射する2以上の固体発光素
子をアレイ配列してなるものであり、上述の請求項8記載のものと同様のものである。
「コリメートレンズアレイ」は、各固体発光素子から放射される発散光を略平行光束化
するコリメートレンズを、固体発光素子のアレイ配列と同ピッチで、固体発光素子アレイ
と平行にアレイ配列してなり、上述の請求項8記載のものと同様のものである。
光状態を直線偏光状態に変換するものであり、請求項6記載の偏光変換光学系アレイが用
いられる。偏光変換光学系のアレイ配列は「固体発光素子アレイおよびコリメートレンズ
アレイのアレイ配列と同ピッチで、同方向」である。即ち、請求項9記載の光源装置では
、基本的に請求項7記載の光源装置を複数個、アレイ配列した構成であり、光源装置の個
々は個別であってもよいし、別個の保持手段等により全体を一体としてもよい。
子とを有する。
やLEDが用いられる。
「コリメートレンズ」は、固体発光素子から放射される発散光を略平行光束化する。
微細周期構造を形成され、入射光束のP偏光成分およびS偏光成分の一方を選択的に透過
させ、他方を反射させる偏光分離素子であり、前述の特許文献1等に記載されたものや、
ワイヤグリッド構造を備えたものを用いることができる。
「反射される偏光成分が固体発光素子の発光部へ戻らない」ように、コリメータレンズの
光軸に対して傾けて配置されている。このように、請求項10記載の光源装置においては
、平行平板状の無機偏光分離素子はコリメートレンズの光軸に対して傾く。この傾き角を
「α(≠0)」とすると、入射光束は無機偏光分離素子に傾いて入射する。このときの入
射角はαに等しく、無機偏光分離素子により反射される偏光成分は入射方向に対して「2
αの角」をなす。
大きさに設定される。このとき、αを大きく設定すれば、無機偏光分離素子とコリメート
レンズとの間隔を短くできるが、傾き角:αが大きくなりすぎると、無機偏光分離素子の
「偏光分離機能」を十全に機能させることができない。偏光分離機能を十全に機能させる
ためには、αは小さきほうが良いが、αが小さくなると「反射された偏光成分の光が固体
発光素子の発光部へ戻らない」ようにするには、無機偏光分離素子とコリメートレンズと
の間隔を大きく設定せざるを得ず、光源装置が大型化する。
することなく「反射された偏光成分の光が固体発光素子の発光部へ戻らない」ようにする
には、角:αの範囲は、
1°≦α≦12°
の範囲であり、請求項1におけるθの範囲「1°≦θ≦12°」の範囲も、このような観
点から定められている。角:θ、αのより好ましい範囲は、
2°≦θ≦10°、2°≦α≦10°
である。
および光源装置を実現できる。請求項1〜9の何れかに記載の発明によれば、光源からの
ランダム偏光状態の光を実質的に100%の利用効率で直線偏光状態に変換できる。また
、この発明の光源装置では、無機偏光分離素子で反射された偏光成分が固体発光素子の発
光部に戻って発光状態に影響を与えることがない。
図1は、光源装置の実施の1形態を示している。
図1において、符号10は光源装置、符号11は固体発光素子、符号13はコリメート
レンズ、符号15は無機偏光分離素子、符号17は反射光学素子をそれぞれ示している。
ンダム偏光状態の発散光を放射するLD」やLEDが用いられる。
により、略平行光束である入射光束L0に変換され、平行平板状の無機偏光分離素子15
に入射する。
無機偏光分離素子15は、平行平板状の透明基板の少なくとも片面に、無機材料による
微細周期構造を形成され、この実施の形態においては、入射光束L0におけるP偏光成分
LPを選択的に透過させ、S偏光成分LSを反射させることによりランダム偏光状態の入
射光束を、偏光面が互いに直交するP偏光成分LPとS偏光成分LSとに分離する。この
例に限らず、無機偏光分離素子15が、S偏光成分を透過させ、P偏光成分を反射させる
ようにする構成も可能である。
0と同方向に進行する平行光束である。
無機偏光分離素子15は、図の如く、入射光束L0に対して角:θだけ傾けられており
、従って入射光束L0は入射角:θで無機偏光分離素子15に入射する。無機偏光分離素
子15により反射された反射光束はS偏光成分LSであり、入射光束L0に対して「2θ
」傾いて進行し、反射光学素子17に入射する。
を十分に機能させることができ、なおかつ、光源装置を大型化することなく「反射された
偏光成分LSが固体発光素子11の発光部へ戻らない」ように、また、反射された偏光成
分LSが反射光学素子17の平反射面171Aに有効に入射するように、
1°≦θ≦12°
の範囲、より好ましくは、
2°≦θ≦10°
の範囲に設定されるが、この実施の形態では10度に設定されている。
てなり、平反射面171Aが無機偏光分離素子15と平行に対向するように傾けられ、反
射光束であるS偏光成分LSが全て入射するように、大きさおよび配置位置を設定されて
いる。
、反射される際に、1/4波長層172を往復透過するので、位相が180度変換され、
偏光面が90度旋回される。その結果、反射光束は無機偏光分離素子15を透過したP偏
光成分LPと同じ偏光方向の光束LP1となる。平反射面171Aは無機偏光分離素子1
5と平行に対向しているので、反射光束LP1は、P偏光成分LPと平行な光束となる。
系」を構成している。
即ち、この「偏光変換光学系」は、略平行光束である入射光束の偏光状態を変換して、
1方向に直線偏光した光束とする偏光変換光学系において、平行平板状の透明基板の少な
くとも片面に、無機材料による微細周期構造を形成され、入射光束L0のP偏光成分LP
を選択的に透過させ、S偏光成分を反射させる無機偏光分離素子15と、平反射面171
Aと1/4波長層172とを組合せてなり、無機偏光分離素子15により反射された偏光
成分LSを反射し、反射光束LP1の偏光状態を、無機偏光分離素子15を透過する偏光
成分LPと同じ偏光状態に変換する反射光学素子17とを有し、無機偏光分離素子15の
入射側面への入射光束の主光線の入射角:θが1°≦θ≦12°の範囲の角:10°に設
定され、無機偏光分離素子15を透過した光束LPと、反射光学素子17により偏光状態
を変換された反射光束LP1とが、互いに平行な光束となるように、無機偏光分離素子1
5と反射光学素子17との相対的な位置関係が定められている。
図2(a)に示す無機偏光分離素子150は、透明平行平板の片面に、波長(固体発光
素子11の発光波長)の1/4〜1/2のピッチで形成された「ライン/スペース形状の
断面矩形波状溝」を有する基板151と、基板151の溝を埋めると共に溝短手方向(図
の上下方向)に「三角波形状で溝長手方向(図面に直交する方向)に直線状の凸部」を備
えた調整層153を有し、調整層153の上に、透明な高屈折率の媒質からなる複数の高
屈折率層と透明な低屈折率の媒質からなる複数の低屈折率層が交互に積層された積層体1
55を有するものである。積層体155の表面形状は、調整層153表面の「断面三角波
形状」に倣った微細凹凸構造となる。
低屈折率層の交互の積層体」に光が入射すると、微細凹凸構造の凸部の長手方向に平行な
方向に電場の振動面を有する(TEモードの)光の大部分(説明中の実施の形態ではS偏
光成分)は反射され、凹凸の周期方向に電場の振動面を有する(TMモードの)光(説明
中の実施の形態ではP偏光成分)の大部分は無機偏光分離素子150を透過する。
ームリソグラフィ及びドライエッチング」によりライン/スペース形状の周期的な溝(上
記「断面矩形波状」の溝)を形成して基板151とし、基板と同材料のターゲットを用い
たスパッタリングによる成膜及び逆スパッタリングによるスパッタエッチングを繰り返し
て、上記ライン/スペース形状の周期的な溝を埋めると共に、溝周期方向に三角波形状で
、溝長手方向に直線状の凸部を備えた調整層153を形成し、さらに、高屈折率の透明媒
質及び低屈折率の透明媒質のターゲットを用い、スパッタリングによる成膜及び逆スパッ
タリングによるスパッタエッチングを繰り返して、高屈折率層と低屈折率層を順次、交互
に積層させて積層体155を形成することにより製造することができる。
無機偏光分離素子1500は、図2(a)に示した無機偏光分離素子150と同様の構
成の、2枚の無機偏光分離素子150Aと150Bとを透明な基板の側で接着等の貼り合
せ方法で一体化したものである。
とができ、図2(a)の場合よりも更に、偏光分離の効率を高めることができる。
イヤグリッド構造を備えた無機偏光板」や、「ワイヤグリッド構造を備えた無機偏光板を
2枚重ねて一体化したもの」、図2(a)に示した無機偏光分離素子150と「ワイヤグ
リッド構造を備えた無機偏光板」を互いに重ねて一体化したもの等を適宜に用いることが
できる。
とLP1とはそれぞれ平行光束で「互いに平行」であるが、偏光成分LPとLP1とは、
図の上下方向において相互間に「若干の隙間」がある。しかし、無機偏光分離素子15、
反射光学素子17の大きさや、相互の位置関係を調整することにより、偏光成分LPとL
P1とが「互いに密接する」ようにすることも勿論可能である。
虞が無いと思われるものについては、図1におけると同一の符号を用いた。
固体発光素子11から放射された「ランダム偏光状態の発散光束」はコリメートレンズ
13により、略平行光束である入射光束L0に変換され、平行平板状の無機偏光分離素子
15Aに入射する。
無機偏光分離素子15Aは、平行平板状の透明基板の少なくとも片面に、無機材料によ
る微細周期構造を形成され、この実施の形態においては、入射光束L0におけるP偏光成
分LPを選択的に透過させ、S偏光成分LSを反射させることにより、ランダム偏光状態
の入射光束L0を、偏光面が互いに直交するP偏光成分LPとS偏光成分LSとに分離す
る。無機偏光分離素子15Aが、S偏光成分を透過させ、P偏光成分を反射させるように
する構成も可能である。
L0と同方向に進行する平行光束である。
無機偏光分離素子15Aは、図の如く、入射光束L0に対して角:θだけ傾けられてお
り、入射光束L0は入射角:θで無機偏光分離素子15Aに入射する。無機偏光分離素子
15Aにより反射された反射光束はS偏光成分LSであり、入射光束L0に対して2θ傾
いて進行し、反射光学素子17に入射する。
させることができ、なおかつ、光源装置を大型化することなく「反射された偏光成分LS
が固体発光素子11の発光部へ戻らない」ように、また、反射された偏光成分LSが反射
光学素子17の平反射面171Aに有効に入射するように、
1°≦θ≦12°
の範囲、より好ましくは、
2°≦θ≦10°
の範囲に設定されるが、この実施の形態では10度に設定されている。
てなり、平反射面171Aが無機偏光分離素子15と平行に対向するように傾けられ、反
射光束であるS偏光成分LSが全て入射するように、大きさおよび配置位置を設定されて
いる。
される際に、1/4波長層172を往復透過するので位相が180度変換され、偏光面が
90度旋回される。その結果、反射光束は無機偏光分離素子15を透過したP偏光成分L
Pと同じ偏光方向の光束LP1となる。平反射面171Aは無機偏光分離素子15と平行
に対向しているので、反射光束LP1はP偏光成分LPと平行な光束となる。
学系」を構成している。
図3の実施の形態においては、無機偏光分離素子15Aの大きさが、図の上下方向に大
きく、光源側からのランダム偏光状態の平行光束である入射光束L0は、無機偏光分離素
子15Aの、図における「下半分」に入射し、透過光束である偏光成分LPと反射光束で
ある偏光成分LSとに分離される。そして、偏光成分LSは反射光学素子17により偏光
成分LP1となって、無機偏光分離素子15Aの「上半分」に入射する。
無機偏光分離素子15Aの上半分を透過する。
上下方向において互いに密接するように、無機偏光分離素子15Aや反射光学素子17、
コリメートレンズ13等の大きさや位置関係が設定されている。
無機偏光分離素子15Aの形態や構成は、上に説明した各種のものを適宜に利用できる
ことは言うまでも無い。
換光学系を構成し、略平行光束である入射光束の偏光状態を変換して、1方向に直線偏光
した光束とする偏光変換光学系において、平行平板状の透明基板の少なくとも片面に、無
機材料による微細周期構造を形成され、入射光束L0のP偏光成分LPを選択的に透過さ
せ、S偏光成分を反射させる無機偏光分離素子15Aと、平反射面171Aと1/4波長
層172とを組合せてなり、無機偏光分離素子15Aにより反射された偏光成分LSを反
射し、反射光束LP1の偏光状態を、無機偏光分離素子15を透過する偏光成分LPと同
じ偏光状態に変換する反射光学素子17とを有し、無機偏光分離素子15Aの入射側面へ
の入射光束の主光線の入射角:θが1°≦θ≦12°の範囲の角:10°に設定され、無
機偏光分離素子15Aを透過した光束LPと、反射光学素子17により偏光状態を変換さ
れた反射光束LP1とが、互いに平行な光束となるように、無機偏光分離素子15Aと反
射光学素子17との相対的な位置関係が定められている。
7により反射された反射光束LP1を、その偏光状態を保ったまま透過させる「平行平板
状の透過光学素子」をなしており、無機偏光分離素子を透過した光束LPと、透過光学素
子を透過した光束LP1とが互いに平行な光束となるように、無機偏光分離素子15Aと
反射光学素子17と透過光学素子15Aとの相対的な位置関係が定められている(請求項
2)。さらに、透過光学素子15Aは、無機偏光分離素子15Aと「同一の光学機能」を
有する(請求項3)。
の虞が無いと思われるものについては、図1におけると同一の符号を用いた。
固体発光素子11から放射されたランダム偏光状態の発散光束はコリメートレンズ13
により、略平行光束である入射光束L0に変換され、平行平板状の無機偏光分離素子15
Bに入射する。
無機偏光分離素子15Bは、平行平板状の透明基板の少なくとも片面に、無機材料によ
る微細周期構造を形成され、この実施の形態においては、入射光束L0におけるP偏光成
分LPを選択的に透過させ、S偏光成分LSを反射させることにより、ランダム偏光状態
の入射光束L0を、偏光面が互いに直交するP偏光成分LPとS偏光成分LSとに分離す
る。無機偏光分離素子15Bが、S偏光成分を透過させ、P偏光成分を反射させるように
する構成も可能である。
L0と同方向に進行する平行光束である。
無機偏光分離素子15Bは、図の如く、入射光束L0に対して角:θだけ傾けられてお
り、従って入射光束L0は入射角:θで無機偏光分離素子15Bに入射する。無機偏光分
離素子15Bにより反射された反射光束はS偏光成分LSであり、入射光束L0に対して
2θ傾いて進行し、反射光学素子17に入射する。
機能を十分に機能させることができ、なおかつ、光源装置を大型化することなく「反射さ
れた偏光成分LSが固体発光素子11の発光部へ戻らない」ように、また、反射された偏
光成分LSが反射光学素子17の平反射面171Aに有効に入射するように、
1°≦θ≦12°
の範囲、より好ましくは、
2°≦θ≦10°
の範囲に設定されるが、この実施の形態では10度に設定されている。
てなり、平反射面171Aが無機偏光分離素子15と平行に対向するように傾けられ、反
射光束であるS偏光成分LSが全て入射するように、大きさおよび配置位置を設定されて
いる。
、反射される際に、1/4波長層172を往復透過するので位相が180度変換され、偏
光面が90度旋回される。その結果、反射光束は無機偏光分離素子15Bを透過したP偏
光成分LPと同じ偏光方向の光束LP1となる。平反射面171Aは無機偏光分離素子1
5Bと平行に対向しているので、反射光束LP1はP偏光成分LPと平行な光束となる。
る平行平板状であって、反射光学素子17により反射された反射光束LP1を「その偏光
状態(P偏光状態)を保ったまま透過」させる。また、無機偏光分離素子15Bを透過し
た光束LPと、透過光学素子19を透過した光束LP1とが、互いに平行な光束となるよ
うに、無機偏光分離素子15Bと反射光学素子17と透過光学素子19との相対的な位置
関係が定められている(請求項2)。
9は「偏光変換光学系」を構成し、偏光変換された平行光束である偏光成分LPとLP1
とが、図の上下方向において互いに密接するように、無機偏光分離素子15B、反射光学
素子17、透過光学素子19やコリメートレンズ13等の大きさや位置関係が設定されて
いる。
無機偏光分離素子15Bの形態や構成は上に説明した各種のものを適宜利用できる。
過光学素子19が「偏光変換光学系」を構成する。
即ち、略平行光束である入射光束の偏光状態を変換して、1方向に直線偏光した光束と
する偏光変換光学系は、平行平板状の透明基板の少なくとも片面に、無機材料による微細
周期構造を形成され、入射光束L0のP偏光成分LPを選択的に透過させ、S偏光成分を
反射させる無機偏光分離素子15Bと、平反射面171Aと1/4波長層172とを組合
せてなり、無機偏光分離素子15Bにより反射された偏光成分LSを反射し、反射光束L
P1の偏光状態を、無機偏光分離素子15Bを透過する偏光成分LPと同じ偏光状態に変
換する反射光学素子17とを有し、無機偏光分離素子15Aの入射側面への入射光束の主
光線の入射角:θが1°≦θ≦12°の範囲の角:10°に設定され、無機偏光分離素子
15Bを透過した光束LPと、反射光学素子17により偏光状態を変換された反射光束L
P1とが互いに平行な光束となるように、無機偏光分離素子15Bと反射光学素子17と
の相対的な位置関係が定められ、反射光学素子17により反射された反射光束LP1を、
その偏光状態を保ったまま透過させる平行平板状の透過光学素子19を有し、この透過光
学素子19は「無機偏光分離素子15Bと別個の透明平行平板」である(請求項4)。
向に対して、角:βだけ傾けて設けられている。勿論、これに限らず、透過光学素子19
が偏光成分LP1に対して直交するようにしてもよい。図4の実施の形態で、角:βは角
:θに等しく、即ち10°に設定されている。
子19とは密接して屋根型をなして一体化され、無機偏光分離素子15Bを透過した光束
LPと透過光学素子19を透過した光束LP1とが、互いに平行で近接もしくは密接する
ように、反射光学素子17の位置が設定されている(請求項5)。
上に説明したところでは、光源である固体発光素子11は単一の素子であったが、この
固体発光素子11を「図4の図面に直交する方向へ所定のピッチでアレイ配列する」こと
ができる。アレイ配列の形態としては、複数個の固体発光素子を所定のピッチで配列して
も良いし、LDアレイやLEDバーのように、発光部自体がアレイ配列をなし、全体がモ
ノリシックに一体化されたものであることもできる。
レイ配列してなる固体発光素子アレイ」を構成することができる。
この固体発光素子アレイにおける各固体発光素子11から放射される発散光を略平行光
束化するコリメートレンズ13を、固体発光素子のアレイ配列と同ピッチで、固体発光素
子アレイと平行(図面に直交する方向)にアレイ配列して「コリメートレンズアレイ」と
することができる。
れぞれ対応するコリメートレンズ13により平行光束化され、図面に直交する方向に互い
に平行に配列する。
を「断面形状を図4の形状としたまま、図面に直交する方向へ長く形成」し、コリメート
レンズアレイにより平行光束化されて図面に直交する方向へ配列する入射光束に対して共
通化し、先に説明したような偏光変換機能を持たせて「個々の光束の偏光状態を全体とし
て、直線偏光状態に変換する偏光変換手段」とすることができる。
求項8)を実現できる。
ランダム偏光状態の発散光を放射する2以上の固体発光素子11a、11b、・・が図
の上下方向へ所定のピッチでアレイ配列され固体発光素子アレイ110を構成する。
・から放射される発散光を略平行光束化するものであり、固体発光素子11a、11b、
・・のアレイ配列と同ピッチで、固体発光素子アレイ110と平行(図の除下方向)にア
レイ配列して「コリメートレンズアレイ」を構成する。
11aに対応する偏光変換光学系」を構成する。また、無機偏光分離素子15b、反射光
学素子17b、透過光学素子19bは「固体発光素子11bに対応する偏光変換光学系」
を構成する。
変換光学系」が用いられ、これら複数の偏光変換光学系は、固体発光素子アレイ110お
よびコリメートレンズアレイのアレイ配列と同ピッチで、同方向(図の上下方向)にアレ
イ配列して「偏光変換手段」である偏光変換光学系アレイを構成する。
光変換することができる光源装置(請求項9)を実現できる。
の複数単位が所定の1方向(図の上下方向)にアレイ配列する部分は請求項6記載の「偏
光変換光学系アレイ」を構成する。
、固体発光素子11から放射される発散光を略平行光束化するコリメートレンズ13と、
平行平板状の透明基板の少なくとも片面に、無機材料による微細周期構造を形成され、入
射光束のP偏光成分およびS偏光成分の一方を選択的に透過させ、他方を反射させる無機
偏光分離素子15、15A、15Bとによる部分」において、無機偏光分離素子にはコリ
メータレンズ13により平行光束化された光が入射するが「反射される偏光成分LSが固
体発光素子11の発光部へ戻らない」ように、無機偏光分離素子は「コリメータレンズ1
3の光軸に対して傾けて配置され」ており、従って、これらにより構成される部分は請求
項10記載の光源装置を構成する。
ランダム偏光状態の発散光を放射する2以上の固体発光素子11a、11b、・・が図の上下方向へ所定のピッチでアレイ配列され固体発光素子アレイ110を構成する。
・から放射される発散光を略平行光束化するものであり、固体発光素子11a、11b、
・・のアレイ配列と同ピッチで、固体発光素子アレイ110と平行(図の除下方向)にア
レイ配列して「コリメートレンズアレイ」を構成する。
11aに対応する偏光変換光学系」を構成する。また、無機偏光分離素子15b、反射光
学素子17b、透過光学素子19bは「固体発光素子11bに対応する偏光変換光学系」
を構成する。
変換光学系」が用いられ、これら複数の偏光変換光学系は、固体発光素子アレイ110お
よびコリメートレンズアレイのアレイ配列と同ピッチで、同方向(図の上下方向)にアレ
イ配列して「偏光変換手段」である偏光変換光学系アレイを構成する。
無機偏光分離素子15a・・、透過光学素子19a・・も互いに連結されて一体化され「分離透過光学素子アレイ」をなしている。
この形態でも、複数の固体発光素子11a、11b、・・からの光束を同時に偏光変換することができる。
この例では、光を偏光状態に拘わりなく透過させる透明な材質による支持部材20を用いる。支持部材20は、図面左右方向を厚み方向とする板状である。
11 固体発光素子
13 コリメートレンズ
15 無機偏光分離素子
17 反射光学素子
Claims (10)
- 略平行光束である入射光束の偏光状態を変換して、1方向に直線偏光した光束とする偏
光変換光学系において、
平行平板状の透明基板の少なくとも片面に、無機材料による微細周期構造を形成され、
入射光束のP偏光成分およびS偏光成分の一方を選択的に透過させ、他方を反射させる無
機偏光分離素子と、
平反射面と1/4波長層とを組合せてなり、上記無機偏光分離素子により反射された偏
光成分を反射し、反射光束の偏光状態を、上記無機偏光分離素子を透過する偏光成分と同
じ偏光状態に変換する反射光学素子とを有し、
上記無機偏光分離素子の入射側面への入射光束の主光線の入射角:θが、
1°≦θ≦12°
の範囲の角に設定され、
上記無機偏光分離素子を透過した光束と、反射光学素子により偏光状態を変換された反
射光束とが、互いに平行な光束となるように、上記無機偏光分離素子と反射光学素子との
相対的な位置関係が定められていることを特徴とする偏光変換光学系。 - 請求項1記載の偏光変換光学系において、
反射光学素子により反射された反射光束を、その偏光状態を保ったまま透過させる平行
平板状の透過光学素子を有し、
無機偏光分離素子を透過した光束と、上記透過光学素子を透過した光束とが、互いに平
行な光束となるように、上記無機偏光分離素子と反射光学素子と透過光学素子との相対的
な位置関係が定められていることを特徴とする偏光変換光学系。 - 請求項2記載の偏光変換光学系において、
透過光学素子が、無機偏光分離素子と同一の光学機能を有するものであることを特徴と
する偏光変換光学系。 - 請求項2記載の偏光変換光学系において、
透過光学素子が、無機偏光分離素子と別個の透明平行平板であることを特徴とする偏光
変換光学系。 - 請求項2〜4の任意の1に記載の偏光変換光学系において、
無機偏光分離素子と、この無機偏光分離素子とは別個の透過光学素子とが密接して屋根
型をなして一体化され、上記無機偏光分離素子を透過した光束と透過光学素子を透過した
光束とが、互いに平行で近接もしくは密接するように、反射光学素子の位置が設定されて
いることを特徴とする偏光変換光学系。 - 請求項1〜5の任意の1に記載の偏光変換光学系を1単位として、その複数単位を所定
の1方向にアレイ配列してなる偏光変換光学系アレイ。 - ランダム偏光状態の発散光を放射する固体発光素子と、
この固体発光素子から放射される発散光を略平行光束化するコリメートレンズと、
このコリメートレンズにより平行光束化された光束の偏光状態を、直線偏光状態に変換
する偏光変換手段とを有し、
上記偏光変換手段が、請求項1〜6の任意の1に記載の偏光変換光学系であって、上記
平行光束化された光が、無機偏光分離素子に入射角:θで入射するように、上記平行光束
化された光に対して位置設定されていることを特徴とする光源装置。 - ランダム偏光状態の発散光を放射する2以上の固体発光素子をアレイ配列してなる固体
発光素子アレイと、
各固体発光素子から放射される発散光を略平行光束化するコリメートレンズを、固体発
光素子のアレイ配列と同ピッチで、上記固体発光素子アレイと平行にアレイ配列してなる
コリメートレンズアレイと、
このコリメートレンズアレイにより平行光束化された個々の光束の偏光状態を、直線偏
光状態に変換する偏光変換手段とを有し、
上記偏光変換手段が、請求項1〜6の任意の1に記載の偏光変換光学系であって、上記
固体発光素子アレイおよびコリメートレンズアレイのアレイ配列方向に長く、上記固体発
光素子アレイ、コリメートレンズアレイに共通化されていることを特徴とする光源装置。 - ランダム偏光状態の発散光を放射する2以上の固体発光素子をアレイ配列してなる固体
発光素子アレイと、
各固体発光素子から放射される発散光を略平行光束化するコリメートレンズを、固体発
光素子のアレイ配列と同ピッチで、上記固体発光素子アレイと平行にアレイ配列してなる
コリメートレンズアレイと、
このコリメートレンズアレイにより平行光束化された個々の光束の偏光状態を、直線偏
光状態に変換する偏光変換手段とを有し、
上記偏光変換手段が、請求項6記載の偏光変換光学系アレイであって、偏光変換光学系
のアレイ配列が、上記固体発光素子アレイおよびコリメートレンズアレイのアレイ配列と
同ピッチで、同方向であることを特徴とする光源装置。 - ランダム偏光状態の発散光を放射する固体発光素子と、
この固体発光素子から放射される発散光を略平行光束化するコリメートレンズと、
平行平板状の透明基板の少なくとも片面に、無機材料による微細周期構造を形成され、
入射光束のP偏光成分およびS偏光成分の一方を選択的に透過させ、他方を反射させる無
機偏光分離素子とを有し、
上記無機偏光分離素子は、上記コリメータレンズにより平行光束化された光を入射され
、反射される偏光成分が上記固体発光素子の発光部へ戻らないように、上記コリメータレ
ンズの光軸に対して傾けて配置されていることを特徴とする光源装置。
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JP2002514778A (ja) * | 1998-05-14 | 2002-05-21 | モックステク | 概して偏光した光ビームをつくり出すための偏光子装置 |
JP2007033676A (ja) * | 2005-07-25 | 2007-02-08 | Ricoh Co Ltd | 偏光変換光学素子、光変調モジュール及び投射型画像表示装置 |
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