JP4537115B2 - 偏光分離プリズム - Google Patents
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Description
偏光分離素子として構成するためには、この屈折率と角度の関係がプリズム媒質および、H層、L層の界面で同時に成り立つ必要がある。そのため、プリズム媒質の屈折率npと、薄膜を形成する2つの誘電体媒質の屈折率nHとnLとの間には、下記の関係式が成り立つ必要がある。
構造複屈折を用いた偏光分離素子としは、図15のように多層膜をエッチングして、1次元格子状にした物が知られている。TiO2などのH層15と、SiO2などのL層16を交互に積層させてそれを1次元格子となるようにエッチングしたものである。1次元格子の周期は波長より短い構造として構造複屈折を形成している。
図10(b)はn1をTiO2、n2を空気とした格子のTiO2のフィリングファクタfに対する有効屈折率の変化を表したグラフである。同様に図10(c)はn1をSiO2としたときの有効屈折率のグラフである。このグラフより、TE方向では、H層とL層の屈折率差が大きく、TM方向ではH層とL層の屈折率差が小さくなっていることがわかる。適切なプリズム媒質をとるとTM方向でブリュースター角の条件が成り立ちp偏光を透過させることができる。各層の厚さはブリュースター角の条件とは独立であることから、H層、L層の膜厚を最適化することで、誘電体多層膜を形成することが可能である。それによりs偏光を反射させ、偏光分離素子としての機能を得られる。これは、誘電体薄膜だけで構成した偏光分離素子よりも、p偏光において、ブリュースター角の条件を満たす媒質の選択自由度が上がる。そのため、同時にs偏光における反射率を高くとることが可能である。これによって、可視光全域をカバーする偏光分離素子が20層程度で構成できるという特徴がある。
前記構造複屈折層は、格子が使用する波長よりも短い周期構造の構造を備えかつ構造複屈折を備えており、前記偏光分離素子は、三角プリズムで挟まれており、入射する偏光に対して高い屈折率を示す前記構造複屈折層の方向が隣り合う層の間でほぼ直交する方向に配置されている特徴とする偏光分離プリズムとした。
n2p>n2s ・・・(2)
|n1s−n2s|>|n1p−n2p| ・・・(3)
さらに、前記構造構造複屈折を有する層はそれぞれ、少なくとも2つの媒質からなる一次元格子からなり、格子は使用する波長よりも短い周期構造を有する構成とする。
特に、前記誘電体は酸化チタン(TiO2)とする。
前記第一の構造複屈折を有する層と、前記第二の構造複屈折を有する層のp偏光に対する有効屈折率で決定されるブリュースター角を含む角度範囲で前記偏光分離層に光線が入射することとする。
0.2<d2/λS<1.0 ・・・(7)
ただし、θ:前記入射光線の偏光分離層への入射角。
0.10<f2<0.8 ・・・(9)
さらに、前記光学部材の光弾性定数の絶対値が0.1×10−8cm2/Nより小さいものを使い、この偏光分離素子を用いて、光源部からの光束を画像信号に基づいて変調する変調手段に導光し、該変調手段により変調された光束を投写光学系によって所定面上に投写する投写型表示装置を構成することで、有効な光学装置が得られる。
図1は本発明、実施例1の偏光分離素子の構成図である。表1に実施例1の構成をあらわす設計値を示す。図1において、プリズムの入射面(25)に対して、偏光分離層(23)は45°傾いている。入射面(25)に垂直に入射する光線(18)(20)が偏光分離層(23)に入射する際の入射平面と偏光分離層の第1の一次元格子は図2のように直交し、その方向を格子方向Vとする。第2の一次元格子は図2のように入射平面と平行な配置であり、その方向は格子方向Pとする。偏光分離層で、S偏光は反射(21)させ、入射側プリズム(25)にある入射面(25)とは別の射出面(26)から射出させる。また、P偏光は透過(22)させ、射出側プリズム(24)にある射出面(27)から射出させる構成となっている。
2 リフレクター
3 インテグレーター
3a,3b フライアイレンズ
4 偏光変換素子
5 コンデンサーレンズ
6 ミラー
7 フィールドレンズ
8 ダイクロイックミラー
9a1、9b1、9c1 偏光分離膜
9a、9b、9c 偏光分離膜
9a1、9b1、9c1 偏光ビームスプリッター
10a、10b 色選択性位相差板
11r、11g、11b 反射型液晶表示素子
12r、12g、12b 1/4位相差板
14 投射レンズ系
15 H層(第1の一次元格子)
16 L層(第2の一次元格子)
17 多層膜
18 P偏光入射光
19 P偏光透過光
20 S偏光入射光
21 S偏光反射光
22 入射側プリズム
23 偏光分離素子
24 射出側プリズム
25 入射面
26 S偏光反射光の射出面
27 P偏光透過光の射出面
28 入射平面
29 格子断面観察方向Aを示す矢印
30 格子断面観察方向Bを示す矢印
101〜105 第1実施例の入射側から1番目〜5番目の各層
201〜205 第2実施例の入射側から1番目〜3番目の各層
301〜304 第3実施例の入射側から1番目〜5番目の各層
401〜403 第4実施例の入射側から1番目〜5番目の各層
Claims (6)
- 一次元格子状の構造複屈折層が複数層積層された偏光分離層が平板状の光学部材で挟まれた偏光分離素子を有する偏光分離プリズムであって、
前記構造複屈折層は、格子が使用する波長よりも短い周期構造の構造を備えかつ構造複屈折を備えており、
前記偏光分離素子は、三角プリズムで挟まれており、
入射する偏光に対して高い屈折率を示す前記構造複屈折層の方向が隣り合う層の間でほぼ直交する方向に配置されている特徴とする偏光分離プリズム。 - 前記偏光分離層に入射する光線のうち、主として反射する光線の偏光成分と、主として透過する光線の偏光成分は互いにほぼ直交し、その2方向と入射する偏光に対して高い屈折率を示す前記構造複屈折層の方向とほぼ直交する2方向とがほぼ等しい請求項1に記載の偏光分離プリズム。
- 前記2つの平板状の光学部材のうち、一方の平板状の光学部材に設けた入射面から入射した光線の前記偏光分離層における透過光が射出する射出面は、もう一方の平板状の光学部材に設けられ、前記偏光分離層における反射光が射出する射出面は、前記入射面と同じ光学部材に設けられ、反射光の方向は、前記入射光とは異なる角度である請求項2に記載の偏光分離素子。
- 入射光の前記偏光分離層に入射する際の入射平面と平行な方向の偏光成分をp偏光、入射平面とほぼ直交する方向の偏光成分をs偏光とするとき、p偏光を透過、s偏光を反射する請求項3に記載の偏光分離プリズム。
- 前記偏光分離層を構成する少なくとも2つの媒質のうち少なくとも1つは誘電体、少なくとも他の1つは空気である請求項4に記載の偏光分離プリズム。
- 請求項1乃至5の何れか一項に記載の偏光分離プリズムを用いて、光源部からの光束を画像信号に基づいて変調する変調手段に導光し、該変調手段により変調された光束を投写光学系によって所定面上に投写していることを特徴とする投写型表示装置。
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