JP5032753B2 - Optical component assembly and optical device - Google Patents

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Description

本発明の少なくとも一つの態様は、光学部品組み立て体及び光学装置の少なくとも一つに関する。At least one embodiment of the present invention relates to at least one of an optical component assembly and an optical device.

偏光光学素子の一つである偏光分離素子は、互いに直交する方向に偏光した光を分離する光学素子であるが、従来、偏光分離素子として、樹脂などの有機材料で作られた有機偏光板及び無機材料で作られた無機偏光板が知られている。   A polarization separation element, which is one of polarization optical elements, is an optical element that separates light polarized in directions orthogonal to each other. Conventionally, as a polarization separation element, an organic polarizing plate made of an organic material such as a resin and Inorganic polarizing plates made of inorganic materials are known.

有機偏光板は、その材料である樹脂が、互いに直交する方向に偏光した光の一方を吸収することによって、互いに直交する方向に偏光した光を分離する偏光板である。一方、無機偏光板は、互いに直交する方向に偏光した光の一方を反射することによって、互いに直交する方向に偏光した光を分離する偏光板である。   The organic polarizing plate is a polarizing plate that separates light polarized in directions orthogonal to each other by absorbing one of the light polarized in directions orthogonal to each other, as a resin as a material thereof. On the other hand, an inorganic polarizing plate is a polarizing plate that separates light polarized in directions orthogonal to each other by reflecting one of light polarized in directions orthogonal to each other.

なお、無機偏光体としては、例えば、ワイヤーグリッド構造を備えた偏光板及びフォトニック結晶構造を備えた偏光板が知られている。   As an inorganic polarizer, for example, a polarizing plate having a wire grid structure and a polarizing plate having a photonic crystal structure are known.

図1(a)及び(b)は、ワイヤーグリッド構造を備えた無機偏光板を表す図であり、(a)は、ワイヤーグリッド構造を備えた無機偏光板の斜視図であり、(b)は、ワイヤーグリッド構造を備えた無機偏光板の断面図である。   1A and 1B are diagrams illustrating an inorganic polarizing plate having a wire grid structure, FIG. 1A is a perspective view of an inorganic polarizing plate having a wire grid structure, and FIG. It is sectional drawing of the inorganic polarizing plate provided with the wire grid structure.

図1(a)及び(b)に示すように、ワイヤーグリッド構造を備えた無機偏光板10は、ベース基板11及びベース基板11上に蒸着された複数の金属ワイヤー12を有する。金属ワイヤー12は、例えば、アルミニウムで作られる。そして、複数の金属ワイヤー12は、ベース基板11上に周期的に配列され、複数の金属ワイヤーの間隔は、無機偏光板10に入射する光の波長よりも十分小さい。このように、光の波長よりも十分に小さい間隔で配列された金属ワイヤー10の方向に平行な方向に電場の振動面を有する光は、金属ワイヤー10の間を通過することができず、反射される。また、金属ワイヤー10の方向に垂直な方向に電場の振動面を有する光は、金属ワイヤー10の間を通過することができる。このようにして、互いに直交する電場の振動面を有する光は、ワイヤーグリッド構造を備えた無機偏光板10によって分離される。   As shown in FIGS. 1A and 1B, an inorganic polarizing plate 10 having a wire grid structure has a base substrate 11 and a plurality of metal wires 12 deposited on the base substrate 11. The metal wire 12 is made of aluminum, for example. The plurality of metal wires 12 are periodically arranged on the base substrate 11, and the interval between the plurality of metal wires is sufficiently smaller than the wavelength of light incident on the inorganic polarizing plate 10. Thus, the light having the vibration surface of the electric field in the direction parallel to the direction of the metal wires 10 arranged at intervals sufficiently smaller than the wavelength of the light cannot pass between the metal wires 10 and is reflected. Is done. Further, light having an electric field vibration plane in a direction perpendicular to the direction of the metal wire 10 can pass between the metal wires 10. In this way, the light having the vibration planes of the electric fields orthogonal to each other is separated by the inorganic polarizing plate 10 having the wire grid structure.

また、フォトニック結晶構造を備えた無機偏光板及びその製造方法の例は、例えば、特許第3288976号公報(特許文献1に開示されている。 Moreover, the example of the inorganic polarizing plate provided with the photonic crystal structure and its manufacturing method is disclosed by patent 3288976 ( patent document 1 ) , for example.

図2は、フォトニック結晶構造を備えた無機偏光板を表す図である。ここで、フォトニック結晶は、高い屈折率の層及び低い屈折率の層を規則的に配置させることにより、周期的な屈折率分布を有するナノ構造デバイスである。図2に示す無機偏光板20は、波長の1/4〜1/2のピッチで形成されたライン/スペース形状の溝を有する基板21、及び基板21の溝を埋めると共に溝の短手方向に三角波形状で溝の長手方向に直線状の凸部を備えた調整層22を有し、調整層22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23と透明な低屈折率の媒質からなる複数の低屈折率層24が交互に積層されている。高屈折率層23及び低屈折率層24は、調整層22の溝の短手方向に三角波形状で溝の長手方向に直線状の凸部の形状に合わせて、短手方向に三角波形状で長手方向に直線状の形状を備えた面を有する。このように、光の波長よりも十分に小さいピッチで短手方向に三角波形状で長手方向に直線状の形状を備えた面を有する高屈折率層23及び低屈折率層24の積層体に光が、入射すると、高屈折率層23及び低屈折率層24の長手方向に平行な(短手方向に垂直な)方向に電場の振動面を有する(TEモードの)光の大部分は、フォトニック結晶構造を備えた無機偏光板20を通過することができず、反射されるが、高屈折率層23及び低屈折率層24の長手方向に垂直な(短手方向に平行な)方向に電場の振動面を有する(TMモードの)光の大部分は、フォトニック結晶構造を備えた無機偏光板20を通過することができる。このようにして、互いに直交する電場の振動面を有する光は、フォトニック結晶構造を備えた無機偏光板20によって分離される。   FIG. 2 is a diagram illustrating an inorganic polarizing plate having a photonic crystal structure. Here, the photonic crystal is a nanostructure device having a periodic refractive index distribution by regularly arranging a high refractive index layer and a low refractive index layer. An inorganic polarizing plate 20 shown in FIG. 2 fills the substrate 21 having a line / space-shaped groove formed at a pitch of ¼ to ½ of the wavelength, and the groove of the substrate 21, and in the short direction of the groove. The adjustment layer 22 has a triangular wave shape and linear protrusions in the longitudinal direction of the groove, and a plurality of high refractive index layers 23 made of a transparent medium having a high refractive index and a transparent low refractive index. A plurality of low refractive index layers 24 made of a medium of refractive index are alternately stacked. The high refractive index layer 23 and the low refractive index layer 24 have a triangular wave shape in the short direction of the groove of the adjustment layer 22 and a triangular wave shape in the short direction in accordance with the shape of the linear protrusion in the long direction of the groove. It has a surface with a linear shape in the direction. In this way, light is applied to the laminate of the high refractive index layer 23 and the low refractive index layer 24 having a surface having a triangular wave shape in the short direction and a linear shape in the longitudinal direction at a pitch sufficiently smaller than the wavelength of light. However, when the light is incident, most of the light (in TE mode) having the vibration plane of the electric field in the direction parallel to the longitudinal direction of the high refractive index layer 23 and the low refractive index layer 24 (perpendicular to the short side direction) In the direction perpendicular to the longitudinal direction of the high refractive index layer 23 and the low refractive index layer 24 (parallel to the short direction), although it cannot pass through the inorganic polarizing plate 20 having a nick crystal structure and is reflected. Most of the light (TM mode) having the vibration plane of the electric field can pass through the inorganic polarizing plate 20 having the photonic crystal structure. In this way, the light having the vibration planes of the electric fields orthogonal to each other is separated by the inorganic polarizing plate 20 having the photonic crystal structure.

図3(a)〜(d)は、フォトニック結晶構造を備えた無機偏光板の製造方法を説明する図である。まず、図3(a)に示すように、基板31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を形成する。次に、図3(b)に示すように、基板と同じ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、基板31のライン/スペース形状の周期的な溝を埋めると共に溝の短手方向に三角波形状で溝の長手方向に直線状の凸部を備えた調整層32を形成する。次に、図3(c)に示すように、透明な高屈折率の媒質及び透明な低屈折率の媒質のターゲットを用いて、同様に、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33及び低屈折率層34を順次積層させる。続いて、図3(d)に示すように、複数の高屈折率層33及び複数の低屈折率層34を積層させて、目的とするフォトニック結晶構造を備えた無機偏光板30を製造することができる。   3A to 3D are views for explaining a method for manufacturing an inorganic polarizing plate having a photonic crystal structure. First, as shown in FIG. 3A, periodic grooves having a line / space shape are formed on the substrate 31 by electron beam lithography and dry etching. Next, as shown in FIG. 3B, the line / space-shaped periodic grooves of the substrate 31 are filled by repeating film formation by sputtering using a target of the same material as the substrate and sputter etching by reverse sputtering. At the same time, an adjustment layer 32 having a triangular wave shape in the short direction of the groove and a linear protrusion in the long direction of the groove is formed. Next, as shown in FIG. 3C, using a transparent high refractive index medium and a transparent low refractive index medium target, similarly, film formation by sputtering and sputter etching by reverse sputtering are repeated. The high refractive index layer 33 and the low refractive index layer 34 are sequentially stacked. Subsequently, as shown in FIG. 3D, a plurality of high-refractive index layers 33 and a plurality of low-refractive index layers 34 are laminated to produce an inorganic polarizing plate 30 having a target photonic crystal structure. be able to.

このような偏光分離素子は、例えば、液晶プロジェクターのような様々な光学装置において、他の光学素子と組み合わせて使用される。例えば、偏光分離素子は、液晶プロジェクターにおいては、1/2波長板及び他のレンズ系等と組み合わせて、使用される。なお、1/2波長板は、二枚の1/4波長板の組み合わせであってもよい。1/2波長板は、互いに直交する方向に偏光した光の一方に、波長の1/2に相当する位相差(180°)を与えると共に楕円偏光の傾き及び回転の無機を変換する板である。また、1/4波長板は、互いに直交する方向に偏光した光の一方に、波長の1/4に相当する位相差(90°)を与えると共に直線偏光と円偏光との変換をする板である。   Such a polarization separation element is used in combination with other optical elements in various optical devices such as a liquid crystal projector. For example, the polarization separation element is used in combination with a half-wave plate and other lens systems in a liquid crystal projector. The half-wave plate may be a combination of two quarter-wave plates. The half-wave plate is a plate that gives a phase difference (180 °) corresponding to half the wavelength to one of light polarized in directions orthogonal to each other, and converts the inclination and rotation inorganic of elliptically polarized light. . The quarter-wave plate is a plate that gives a phase difference (90 °) corresponding to ¼ of the wavelength to one of the light polarized in directions orthogonal to each other and converts linearly polarized light and circularly polarized light. is there.

このような1/2波長板及び1/4波長板などの波長板は、ナノインプリント技術を利用して製作されるサブ波長構造の波長板であってもよい。ナノインプリント技術を利用したサブ波長構造の波長板の構成及びその製造方法は、例えば、KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.2(2005) pp.97−100(非特許文献1に開示されている。 Such a wave plate such as a half-wave plate and a quarter-wave plate may be a wave plate having a sub-wavelength structure manufactured using nanoimprint technology. A structure of a wave plate having a sub-wavelength structure using nanoimprint technology and a manufacturing method thereof are disclosed in , for example, KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL. 2 (2005) pp. 97-100 ( Non-Patent Document 1 ) .

図4(a)及び(b)は、サブ波長構造の波長板の構成及びナノインプリント技術を利用したサブ波長構造の波長板の製造方法を説明する図である。   FIGS. 4A and 4B are diagrams for explaining a configuration of a wavelength plate having a sub-wavelength structure and a method for manufacturing a wavelength plate having a sub-wavelength structure using a nanoimprint technique.

図4(a)は、サブ波長構造の波長板の構成を説明する図であり、(b)は、ナノインプリント技術を利用したサブ波長構造の波長板の製造方法を説明する図である。図4(a)に示すように、例えば、サブ波長構造の波長板40は、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)のような同一の樹脂からなる、基板部分41及び基板部分41に連続する複数の壁体部分42を有する。ここで、複数の壁体部分41は、等間隔で基板部分41に連続しており、基板部分41上に形成されている複数の壁体部分42のピッチP(壁体部分の厚さDと隣接する壁体部分間の間隔との和)は、波長板40に入射する光の波長以下である。例えば、図4(a)に示すサブ波長構造の波長板40においては、複数の壁体部分42の厚さDは、275nmであり、複数の壁体部分42のピッチPは、400nmである。また、複数の壁体部分42の高さHは、互いに直交する方向に偏光した光に与える位相差に比例する。図4(a)に示すサブ波長構造の波長板40においては、複数の壁体部分42の高さHは、2400nmである。   FIG. 4A is a diagram illustrating the configuration of a wavelength plate having a sub-wavelength structure, and FIG. 4B is a diagram illustrating a method for manufacturing a wavelength plate having a sub-wavelength structure using a nanoimprint technique. As shown in FIG. 4A, for example, a wave plate 40 having a sub-wavelength structure is made of the same resin such as polymethyl methacrylate (PMMA), and a plurality of walls that are continuous to the substrate portion 41. It has a body part 42. Here, the plurality of wall portions 41 are continuous with the substrate portion 41 at equal intervals, and the pitch P (the thickness D of the wall portion and the thickness D of the plurality of wall portions 42 formed on the substrate portion 41). The sum of the distance between adjacent wall portions is equal to or less than the wavelength of light incident on the wave plate 40. For example, in the wave plate 40 having the sub-wavelength structure shown in FIG. 4A, the thickness D of the plurality of wall portions 42 is 275 nm, and the pitch P of the plurality of wall portions 42 is 400 nm. Further, the height H of the plurality of wall portions 42 is proportional to the phase difference given to light polarized in directions orthogonal to each other. In the wave plate 40 having the sub-wavelength structure shown in FIG. 4A, the height H of the plurality of wall portions 42 is 2400 nm.

このような光の波長以下のピッチで設けられた複数の壁体部分41を備えたサブ波長構造の波長板40に、互いに直交する方向に偏光した光が、入射すると、複数の壁体部分42の厚さD方向に平行な方向に電場の振動面を有する光と複数の壁体部分42の厚さD方向に垂直な方向に電場の振動面を有する光との間で、波長の四分の一に相当する位相差が生じる。すなわち、図4(a)に示すサブ波長構造の波長板40は、1/4波長板として作用する。   When light polarized in directions orthogonal to each other is incident on the wavelength plate 40 having the sub-wavelength structure provided with the plurality of wall portions 41 provided at a pitch equal to or less than the wavelength of the light, the plurality of wall portions 42 are provided. Between the light having the vibration surface of the electric field in the direction parallel to the thickness D direction and the light having the vibration surface of the electric field in the direction perpendicular to the thickness D direction of the plurality of wall portions 42. A phase difference corresponding to one occurs. That is, the wave plate 40 having the sub-wavelength structure shown in FIG. 4A functions as a quarter wave plate.

図4(b)は、ナノインプリント技術を利用したサブ波長構造の波長板の製造方法を説明する図である。図4(b)に示すように、例えばシリコンからなると共にサブ波長構造の波長板40の形状の反転形状を備えた型44を、加熱すると同時に樹脂バルク材43に対して押し付ける。その後、型44を冷却すると共にサブ波長構造の波長板40の形状を備えた樹脂バルク材から型を離型する。このようにして、サブ波長構造の波長板40を容易に製造することができる。   FIG. 4B is a diagram for explaining a method of manufacturing a wavelength plate having a sub-wavelength structure using nanoimprint technology. As shown in FIG. 4B, a mold 44 made of, for example, silicon and having an inverted shape of the wave plate 40 of the sub-wavelength structure is pressed against the resin bulk material 43 simultaneously with heating. Thereafter, the mold 44 is cooled, and the mold is released from the resin bulk material having the shape of the wave plate 40 having the sub-wavelength structure. In this way, the wave plate 40 having the sub-wavelength structure can be easily manufactured.

上述したように、例えば、液晶プロジェクターのような光学装置において、偏光分離素子は、別個の他の光学素子と組み合わせて使用される。例えば、偏光分離素子は、液晶プロジェクターにおいては、別個の1/2波長板及び別個の他のレンズ系等と組み合わせて、使用される。   As described above, for example, in an optical apparatus such as a liquid crystal projector, the polarization separation element is used in combination with another separate optical element. For example, the polarization separation element is used in combination with a separate half-wave plate and a separate other lens system in a liquid crystal projector.

しかしながら、光学装置において、偏光分離素子を、別個の他の光学素子と組み合わせて使用すると、光学装置に用いられる光学素子の総数が、増加するため、光学装置の全体の大きさ及びコストが、増加する。
特許第3288976号公報 KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.2(2005) pp.97−100
However, in the optical apparatus, when the polarization separation element is used in combination with another separate optical element, the total number of optical elements used in the optical apparatus increases, so that the overall size and cost of the optical apparatus increase. To do.
Japanese Patent No. 3288976 KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL. 2 (2005) pp. 97-100

本発明の第一の目的は、光学部品組み立て体を提供することである。The first object of the present invention is to provide an optical component assembly.

本発明の第二の目的は、光学装置を提供することである。A second object of the present invention is to provide an optical device.

本発明の第一の態様は、第一の光学部品及び第二の光学部品を少なくとも含む光学部品組み立て体であって、前記第一の光学部品及び前記第二の光学部品の両方が、それぞれ独立に、互いに直交する方向に偏光した光を分離する第一の面、並びに、第二の面を少なくとも有する偏光光学素子である、光学部品組み立て体において、前記第一の光学部品に含まれる第一の面及び前記第二の光学部品に含まれる第一の面は、それぞれ独立に、フォトニック結晶構造を有すると共に、前記第一の光学部品に含まれる第二の面は、互いに直交する方向に偏光した光に第一の位相差を与える面であり、前記第二の光学部品に含まれる第二の面は、互いに直交する方向に偏光した光に第二の位相差を与える面であると共に、前記第一の位相差及び前記第二の位相差の和は、前記光の波長の半分に対応する位相差であることを特徴とする、光学部品組み立て体である。 A first aspect of the present invention is an optical component assembly including at least a first optical component and a second optical component, wherein both the first optical component and the second optical component are independent of each other. In addition, in the optical component assembly that is a polarizing optical element having at least a first surface for separating light polarized in directions orthogonal to each other and a second surface, the first optical component includes the first surface. And the first surface included in the second optical component independently have a photonic crystal structure, and the second surface included in the first optical component is in a direction perpendicular to each other. is a surface that gives a first phase difference polarized light, with the second surface, which is contained in the second optical component is a surface that gives a second phase difference to the light polarized in perpendicular directions The first phase difference and the second phase difference The sum of the phase difference, characterized in that it is a phase difference corresponding to half the wavelength of the light, it is an optical component assembly.

本発明の第二の態様は、第一の光学部品及び第二の光学部品を少なくとも含む光学部品組み立て体であって、前記第一の光学部品及び前記第二の光学部品の両方が、それぞれ独立に、互いに直交する方向に偏光した光を分離する第一の面、並びに、第二の面を少なくとも有する偏光光学素子である、光学部品組み立て体において、前記第一の光学部品に含まれる第一の面及び前記第二の光学部品に含まれる第一の面は、それぞれ独立に、フォトニック結晶構造を有すると共に、前記第一の光学部品に含まれる第二の面は、光を屈折させる第一の屈折面を含み、前記第二の光学部品に含まれる第二の面は、光を屈折させる第二の屈折面を含み、該第一の屈折面は、該第二の屈折面と整列されていると共に、前記第一の屈折面及び前記第二の屈折面は、マイクロレンズアレイであることを特徴とする、光学部品組み立て体である。 A second aspect of the present invention is an optical component assembly including at least a first optical component and a second optical component, wherein both the first optical component and the second optical component are independent of each other. In addition, in the optical component assembly that is a polarizing optical element having at least a first surface for separating light polarized in directions orthogonal to each other and a second surface, the first optical component includes the first surface. The first surface included in the second optical component and the first surface included in the second optical component independently have a photonic crystal structure, and the second surface included in the first optical component refracts light. And a second surface included in the second optical component includes a second refractive surface that refracts light, and the first refractive surface is aligned with the second refractive surface. together they are, the first refractive surface and the second refractive It is characterized by a microlens array, an optical component assembly.

本発明の第三の態様は、第一の光学部品及び第二の光学部品を少なくとも含む光学部品組み立て体であって、前記第一の光学部品及び前記第二の光学部品の両方が、それぞれ独立に、互いに直交する方向に偏光した光を分離する第一の面、並びに、第二の面を少なくとも有する偏光光学素子である、光学部品組み立て体において、前記第一の光学部品に含まれる第一の面及び前記第二の光学部品に含まれる第一の面は、それぞれ独立に、フォトニック結晶構造を有すると共に、前記第一の光学部品に含まれる第二の面は、互いに直交する方向に偏光した光に第一の位相差を与える面であり、前記第二の光学部品に含まれる第二の面は、互いに直交する方向に偏光した光に第二の位相差を与える面であると共に、前記第一の光学部品に含まれる第一の面及び前記第二の光学部品に含まれる第一の面は、互いに平行な偏光軸を有することを特徴とする、光学部品組み立て体である。
本発明の第四の態様は、第一の光学部品及び第二の光学部品を少なくとも含む光学部品組み立て体であって、前記第一の光学部品及び前記第二の光学部品の両方が、それぞれ独立に、互いに直交する方向に偏光した光を分離する第一の面、並びに、第二の面を少なくとも有する偏光光学素子である、光学部品組み立て体において、前記第一の光学部品に含まれる第一の面及び前記第二の光学部品に含まれる第一の面は、それぞれ独立に、フォトニック結晶構造を有すると共に、前記第一の光学部品に含まれる第二の面は、光を屈折させる第一の屈折面を含み、前記第二の光学部品に含まれる第二の面は、光を屈折させる第二の屈折面を含み、該第一の屈折面は、該第二の屈折面と整列されていると共に、前記第一の光学部品に含まれる第一の面及び前記第二の光学部品に含まれる第一の面は、互いに平行な偏光軸を有することを特徴とする、光学部品組み立て体である。
本発明の第の態様は、本発明の第一の態様又は本発明の第二の態様又は本発明の第三の態様又は本発明の第四の態様である光学部品組み立て体を含むことを特徴とする光学装置である。
A third aspect of the present invention is an optical component assembly including at least a first optical component and a second optical component, wherein both the first optical component and the second optical component are independent of each other. In addition, in the optical component assembly that is a polarizing optical element having at least a first surface for separating light polarized in directions orthogonal to each other and a second surface, the first optical component includes the first surface. And the first surface included in the second optical component independently have a photonic crystal structure, and the second surface included in the first optical component is in a direction perpendicular to each other. A surface that gives a first phase difference to polarized light, and a second surface included in the second optical component is a surface that gives a second phase difference to light polarized in directions orthogonal to each other. , Included in the first optical component First face included on one surface and said second optical component is characterized by having a polarization axis parallel to each other, it is an optical component assembly.
A fourth aspect of the present invention is an optical component assembly including at least a first optical component and a second optical component, wherein both the first optical component and the second optical component are independent of each other. In addition, in the optical component assembly that is a polarizing optical element having at least a first surface for separating light polarized in directions orthogonal to each other and a second surface, the first optical component includes the first surface. The first surface included in the second optical component and the first surface included in the second optical component independently have a photonic crystal structure, and the second surface included in the first optical component refracts light. And a second surface included in the second optical component includes a second refractive surface that refracts light, and the first refractive surface is aligned with the second refractive surface. And the first optical component included in the first optical component And a first surface that is included in the second optical component is characterized by having a polarization axis parallel to each other, it is an optical component assembly.
A fifth aspect of the present invention includes the optical component assembly according to the first aspect of the present invention, the second aspect of the present invention, the third aspect of the present invention, or the fourth aspect of the present invention. This is an optical device.

本発明の第一の態様又は本発明の第二の態様又は本発明の第三の態様又は本発明の第四の態様によれば、光学部品組み立て体を提供することができる。 According to the first aspect of the present invention, the second aspect of the present invention, the third aspect of the present invention, or the fourth aspect of the present invention , an optical component assembly can be provided.

本発明の第の態様によれば、光学装置を提供することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, an optical device can be provided.

次に、本発明の実施の形態(実施形態)を図面と共に説明する。 Next, an embodiment (embodiment) of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明による第一の実施形態は、互いに直交する方向に偏光した光を分離する第一の面、並びに、光の屈折、反射、及び偏光の位相制御からなる群より選択される少なくとも一つの機能を備えた第二の面を少なくとも有する偏光光学素子である。本発明による第一の実施形態によれば、光学装置の大きさ及びコストを低減することが可能な偏光光学素子を提供することができる。すなわち、本発明による第一の実施形態である偏光光学素子は、互いに直交する方向に偏光した光を分離する第一の面、並びに、光の屈折、反射、及び偏光の位相制御からなる群より選択される少なくとも一つの機能を備えた第二の面を少なくとも有するので、互いに直交する方向に偏光した光を分離する偏光分離素子及び光の屈折、反射、及び偏光の位相制御からなる群より選択される少なくとも一つの機能を備えた光学構成部品の両方を別個に設ける必要が無く、光学構成部品の数を低減させることが可能である。その結果として、偏光光学素子を含む光学装置の大きさ及びコストを低減することが可能になる。   According to a first embodiment of the present invention, a first surface for separating light polarized in directions orthogonal to each other, and at least one function selected from the group consisting of light refraction, reflection, and polarization phase control A polarizing optical element having at least a second surface comprising: According to the first embodiment of the present invention, it is possible to provide a polarizing optical element capable of reducing the size and cost of the optical device. That is, the polarizing optical element according to the first embodiment of the present invention includes a first surface that separates light polarized in directions orthogonal to each other, and a group consisting of light refraction, reflection, and polarization phase control. Since it has at least a second surface having at least one selected function, it is selected from the group consisting of a polarization separation element that separates light polarized in directions orthogonal to each other and phase control of light refraction, reflection, and polarization It is not necessary to separately provide both optical components having at least one function, and the number of optical components can be reduced. As a result, it is possible to reduce the size and cost of the optical device including the polarizing optical element.

本発明による第一の実施形態において、偏光とは、光波の電気ベクトルの振動方向が規則的な波、及びその状態の総称である。一般には、光放射の進行方向に垂直な面内で互いに直角の方向に振動する二つの直線偏光の成分に分けることができる。   In the first embodiment according to the present invention, the polarization is a general term for a wave having a regular vibration direction of an electric vector of a light wave and its state. In general, it can be divided into two linearly polarized light components that vibrate in directions perpendicular to each other in a plane perpendicular to the traveling direction of light radiation.

本発明による第一の実施形態である偏光光学素子は、単一の光学素子であり、少なくとも第一の面及び第二の面を有する。本発明による第一の実施形態である偏光光学素子においては、第一の面及び第二の面の各々は、光の入射側に設けられてもよく、光の射出側に設けられてもよい。偏光光学素子は、第一の面及び第二の面と異なるさらなる単数又は複数の面を有してもよい。   The polarizing optical element according to the first embodiment of the present invention is a single optical element and has at least a first surface and a second surface. In the polarizing optical element according to the first embodiment of the present invention, each of the first surface and the second surface may be provided on the light incident side, or may be provided on the light emission side. . The polarizing optical element may have an additional surface or surfaces that are different from the first surface and the second surface.

本発明による第一の実施形態である偏光光学素子において、第一の面は、互いに直交する方向に偏光した光を分離する。ここで、互いに直交する方向に偏光した光は、互いに直交する方向に振動する電場の振動面を備えた偏光を意味する。よって、互いに直交する方向に偏光した光を分離するとは、ある方向に振動する電場の振動面を備えた偏光と、その方向に直交する方向に振動する電場の振動面を備えた偏光とを部分的に又は完全に分離することを意味する。   In the polarizing optical element according to the first embodiment of the present invention, the first surface separates light polarized in directions orthogonal to each other. Here, the light polarized in directions orthogonal to each other means polarized light having a vibration surface of an electric field that vibrates in directions orthogonal to each other. Therefore, separating light polarized in directions orthogonal to each other means that polarized light having a vibration surface of an electric field that vibrates in a certain direction and polarized light having a vibration surface of an electric field that vibrates in a direction orthogonal to that direction are partially divided. Means complete or complete separation.

本発明による第一の実施形態である偏光光学素子において、第二の面は、光の屈折、反射、及び偏光の位相制御からなる群より選択される少なくとも一つの機能を備える。   In the polarizing optical element according to the first embodiment of the present invention, the second surface has at least one function selected from the group consisting of light refraction, reflection, and polarization phase control.

本発明による第一の実施形態である偏光光学素子において、例えば、第二の面は、光を屈折させる面である。第二の面が、光の屈折の機能を有する場合には、光が第一の面から第二の面へ進行するときには、第一の面によって分離された互いに直交する方向に偏光した光を、第二の面で屈折させる。あるいは、光が第二の面から第一の面へ進行するときには、第二の面で屈折させられた且つ互いに直交する方向に偏光した光を、第一の面によって分離する。ここで、光の屈折の機能は、光を収束させる機能、光を発散させる機能、及び光を平行光にする機能、光を偏向させる機能を含む。第二の面は、例えば、単数又は複数の凸面、凹面、又はプリズム面であってもよい。ここで、単数又は複数の凸面、凹面、又はプリズム面などは、公知の方法によって設計及び製造することができる。なお、複数の凸面又は凹面としては、マイクロレンズアレイが挙げられる。すなわち、第二の面は、光を屈折させる面であるので、互いに直交する方向に偏光した光を分離する機能及び光を屈折させる機能の両方を備えた偏光光学素子を提供することができる。   In the polarizing optical element according to the first embodiment of the present invention, for example, the second surface is a surface that refracts light. When the second surface has a light refraction function, when the light travels from the first surface to the second surface, the light polarized in the directions orthogonal to each other separated by the first surface is used. Refract at the second surface. Alternatively, when the light travels from the second surface to the first surface, the light refracted by the second surface and polarized in directions orthogonal to each other is separated by the first surface. Here, the function of light refraction includes a function of converging light, a function of diverging light, a function of making light parallel, and a function of deflecting light. The second surface may be, for example, one or more convex surfaces, concave surfaces, or prism surfaces. Here, one or a plurality of convex surfaces, concave surfaces, or prism surfaces can be designed and manufactured by a known method. In addition, a micro lens array is mentioned as a some convex surface or a concave surface. That is, since the second surface is a surface that refracts light, a polarizing optical element having both a function of separating light polarized in directions orthogonal to each other and a function of refracting light can be provided.

第二の面が、光を屈折させる面である場合において、第二の面は、例えば、光を収束させる面又は発散させる面である。すなわち、光を収束させる面は、例えば、単数又は複数の凸面であり、球面又は非球面である。第二の面が、光を収束させる面又は光を発散させる面であるので、互いに直交する方向に偏光した光を分離する機能及び光を収束させる又は発散させる機能の両方を備えた偏光光学素子を提供することができる。   When the second surface is a surface that refracts light, the second surface is, for example, a surface that converges light or a surface that diverges light. That is, the surface for converging light is, for example, one or a plurality of convex surfaces, and is a spherical surface or an aspheric surface. Since the second surface is a surface for converging light or a surface for diverging light, a polarizing optical element having both a function of separating light polarized in directions orthogonal to each other and a function of converging or diverging light Can be provided.

第二の面が、光を屈折させる面である場合において、第二の面は、例えば、光を偏向させる面である。すなわち、光を偏向させる面は、例えば、光の光軸を折り曲げる面であり、例えば、単数又は複数のプリズム面である。第二の面が、光を偏向させる面であるので、互いに直交する方向に偏光した光を分離する機能及び光を偏向させる機能の両方を備えた偏光光学素子を提供することができる。   In the case where the second surface is a surface that refracts light, the second surface is, for example, a surface that deflects light. That is, the surface that deflects light is, for example, a surface that bends the optical axis of light, and is, for example, one or more prism surfaces. Since the second surface is a surface for deflecting light, it is possible to provide a polarizing optical element having both a function of separating light polarized in directions orthogonal to each other and a function of deflecting light.

本発明による第一の実施形態である偏光光学素子において、例えば、第二の面は、光を反射させる面である。第二の面が、光の反射の機能を有する場合には、第一の面によって分離された互いに直交する方向に偏光した光を、第二の面で反射させる。ここで、光の反射の機能は、偏光光学素子に入射する光の全て又は一部を反射させる機能を含む。第二の面は、例えば、単数又は複数の鏡面であってもよい。すなわち、第二の面は、光を反射させる面であるので、互いに直交する方向に偏光した光を分離する機能及び光を反射させる機能の両方を備えた偏光光学素子を提供することができる。   In the polarizing optical element according to the first embodiment of the present invention, for example, the second surface is a surface that reflects light. When the second surface has a function of reflecting light, the light polarized in directions orthogonal to each other separated by the first surface is reflected by the second surface. Here, the function of reflecting light includes a function of reflecting all or part of the light incident on the polarizing optical element. The second surface may be, for example, one or more mirror surfaces. That is, since the second surface is a surface that reflects light, a polarizing optical element having both a function of separating light polarized in directions orthogonal to each other and a function of reflecting light can be provided.

本発明による第一の実施形態である偏光光学素子において、例えば、第二の面は、偏光の位相を制御する面である。第二の面が、偏光の位相制御の機能を有する場合には、光が第一の面から第二の面へ進行するときには、第一の面によって分離された互いに直交する方向に偏光した光の位相を、第二の面で制御する。あるいは、光が第二の面から第一の面へ進行するときには、第二の面で位相を制御された互いに直交する方向に偏光した光を、第一の面によって分離する。よって、第二の面は、偏光の位相を制御する面であるので、互いに直交する方向に偏光した光を分離する機能及び偏光の位相を制御する機能の両方を備えた偏光光学素子を提供することができる。   In the polarizing optical element according to the first embodiment of the present invention, for example, the second surface is a surface that controls the phase of polarized light. When the second surface has a function of controlling the phase of polarization, when the light travels from the first surface to the second surface, the light polarized in directions orthogonal to each other separated by the first surface Is controlled in the second plane. Alternatively, when the light travels from the second surface to the first surface, the light polarized in directions orthogonal to each other whose phase is controlled by the second surface is separated by the first surface. Therefore, since the second surface is a surface for controlling the phase of polarized light, a polarizing optical element having both a function of separating light polarized in directions orthogonal to each other and a function of controlling the phase of polarized light is provided. be able to.

ここで、偏向の位相制御の機能は、互いに直交する方向に偏光した光に、所定の位相差を与える機能を含む。すなわち、本発明による第一の実施形態である偏光光学素子において、第二の面は、例えば、互いに直交する方向に偏光した光に位相差を与える面である。第二の面は、例えば、偏光光学素子に入射する互いに直交する方向に偏光した光に、その光の波長の半分((1/2)λ)、波長の四分の一((1/4)λ)、波長の八分の一((1/8)λ)の位相差を与える面であってもよい。この場合には、偏光光学素子は、互いに直交する方向に偏光した光を分離する偏光子としての作用及び互いに直交する方向に偏光した光に所定の位相差を与える波長板の作用を有する。特に、第二の面が、偏光光学素子に入射する互いに直交する方向に偏光した光に、その光の波長の半分((1/2)λ)に相当する位相差を与えることは、偏光光学素子に入射する光の振動面を90°回転させることを意味する。また、その光の波長の四分の一((1/4)λ)に相当する位相差を与えることは、偏光光学素子に入射する直線偏光(又は円偏光)を円偏光(又は直線偏光)に変換することを意味する。よって、第二の面は、互いに直交する方向に偏光した光に位相差を与える面であるので、互いに直交する方向に偏光した光を分離する機能及び互いに直交する方向に偏光した光に位相差を与える機能の両方を備えた偏光光学素子を提供することができる。   Here, the function of phase control of deflection includes a function of giving a predetermined phase difference to light polarized in directions orthogonal to each other. That is, in the polarizing optical element according to the first embodiment of the present invention, the second surface is, for example, a surface that gives a phase difference to light polarized in directions orthogonal to each other. The second surface is, for example, that the light polarized in the directions orthogonal to each other incident on the polarizing optical element is half the wavelength of the light ((1/2) λ), and the quarter of the wavelength ((¼) ) Λ), or a surface that provides a phase difference of 1/8 wavelength ((1/8) λ). In this case, the polarizing optical element has a function as a polarizer that separates light polarized in directions orthogonal to each other and a function of a wave plate that gives a predetermined phase difference to light polarized in directions orthogonal to each other. In particular, the second surface gives a phase difference corresponding to half the wavelength of the light ((1/2) λ) to the light polarized in the directions orthogonal to each other incident on the polarizing optical element. This means that the vibration plane of light incident on the element is rotated by 90 °. Further, giving a phase difference corresponding to a quarter of the wavelength of the light ((1/4) λ) converts linearly polarized light (or circularly polarized light) incident on the polarizing optical element into circularly polarized light (or linearly polarized light). It means to convert to. Therefore, the second surface is a surface that gives a phase difference to light polarized in directions orthogonal to each other. Therefore, the second surface has a function of separating light polarized in directions orthogonal to each other and a phase difference in light polarized in directions orthogonal to each other. It is possible to provide a polarizing optical element having both of the functions of providing the above.

互いに直交する方向に偏光した光に所定の位相差を与える第二の面としては、例えば、サブ波長構造が挙げられる。サブ波長構造は、等間隔で設けられ且つ一定の高さを備えた複数の壁体が、一定のピッチ(壁体部分の厚さと隣接する壁体部分間の間隔との和)で設けられる構造である。ここで、複数の壁体部分のピッチは、偏光光学素子に入射する光の波長以下である構造であり、複数の壁体部分の高さは、互いに直交する方向に偏光した光に与える位相差に比例する。例えば、図4(a)と共に説明した構成を有すると共に図4(b)を共に説明した製造方法によって製造されるサブ波長構造を用いることができる。   An example of the second surface that gives a predetermined phase difference to light polarized in directions orthogonal to each other is a sub-wavelength structure. The sub-wavelength structure is a structure in which a plurality of wall bodies provided at equal intervals and having a constant height are provided at a constant pitch (the sum of the thickness of the wall body portion and the interval between adjacent wall body portions). It is. Here, the pitch of the plurality of wall portions is a structure that is equal to or less than the wavelength of the light incident on the polarizing optical element, and the height of the plurality of wall portions is a phase difference given to light polarized in directions orthogonal to each other. Is proportional to For example, it is possible to use a sub-wavelength structure having the configuration described with reference to FIG. 4A and manufactured by the manufacturing method described with reference to FIG.

本発明による第一の実施形態である偏光光学素子において、第一の面を含む第一の部分及び第一の部分と異なると共に第二の面を含む第二の部分は、それぞれ、無機材料及び/又は有機材料を含んでもよい。好ましくは、無機材料及び/又は有機材料は、偏光光学素子に入射する光を透過させることができる材料である。ここで、第一の部分は、第一の面の全てを含む偏光光学素子の一部分であり、第二の部分は、第二の面の全てを含む偏光光学素子の一部分であり、第一の部分及び第二の部分は、偏光光学素子の互いに異なる部分である。なお、第一の部分は、第二の面を含まず、第二の部分は、第一の面を含まない。また、好ましくは、第一の部分及び第二の部分は、同一の材料からなる。第一の部分及び第二の部分が、同一の材料からなる場合には、偏光光学素子を、その同一の材料のみを用いて、製造することが可能になる。さらに、偏光光学素子が、その同一の材料のみからなる場合には、周囲温度等の環境の変化に対する偏光光学素子の耐久性を向上させることができる。   In the polarizing optical element according to the first embodiment of the present invention, the first portion including the first surface and the second portion different from the first portion and including the second surface are respectively an inorganic material and An organic material may be included. Preferably, the inorganic material and / or the organic material is a material that can transmit light incident on the polarizing optical element. Here, the first part is a part of the polarizing optical element including all of the first surface, and the second part is a part of the polarizing optical element including all of the second surface, The part and the second part are different parts of the polarizing optical element. The first portion does not include the second surface, and the second portion does not include the first surface. Preferably, the first part and the second part are made of the same material. When the first part and the second part are made of the same material, the polarizing optical element can be manufactured using only the same material. Furthermore, when the polarizing optical element is made of only the same material, durability of the polarizing optical element against environmental changes such as ambient temperature can be improved.

また、本発明による第一の実施形態である偏光光学素子において、好ましくは、第一の面を含む第一の部分及び第一の部分と異なると共に第二の面を含む第二の部分の少なくとも一方は、無機材料からなる。一般に、無機材料は、有機材料と比較して、高い耐熱性を有する。よって、第一の面を含む第一の部分及び第一の部分と異なると共に第二の面を含む第二の部分の少なくとも一方が、無機材料からなる場合には、より高い耐熱性を備えた偏光光学素子を提供することが可能になる。さらに、好ましくは、第一の面を含む第一の部分及び第一の部分と異なると共に第二の面を含む第二の部分の両方が、無機材料からなる。この場合には、その全体が無機材料からなる偏光光学素子を提供することが可能になる。そして、偏光光学素子の全体が、無機材料からなる場合には、さらに高い耐熱性を備えた偏光光学素子を提供することができる。無機材料としては、例えば、各種ガラス材料及び金属材料などが挙げられる。   In the polarizing optical element according to the first embodiment of the present invention, preferably, at least one of the first part including the first surface and the second part different from the first part and including the second surface. One is made of an inorganic material. In general, inorganic materials have higher heat resistance than organic materials. Therefore, when at least one of the first part including the first surface and the second part different from the first part and including the second surface is made of an inorganic material, higher heat resistance is provided. It becomes possible to provide a polarizing optical element. Further preferably, both the first part including the first surface and the second part different from the first part and including the second surface are made of an inorganic material. In this case, it is possible to provide a polarizing optical element made entirely of an inorganic material. And when the whole polarizing optical element consists of inorganic materials, the polarizing optical element provided with still higher heat resistance can be provided. Examples of the inorganic material include various glass materials and metal materials.

特に、互いに直交する方向に偏光した光を分離する第一の面を含む第一の部分が、無機材料からなる場合には、互いに直交する方向に偏光した光における一方の偏光の成分を透過させると共に、その一方の偏光の成分と直交する他方の偏光の成分を反射させる。ここで、“透過させる”は、完全に透過させること及び実質的に透過させることの両方を含み、“反射させる”は、完全に反射させること及び実質的に反射させることの両方を含む。よって、無機材料からなる第一の部分には、光のエネルギーが完全に又は実質的に吸収されないため、無機材料からなる第一の部分の温度は、容易には上昇せず、無機材料からなる第一の部分は、高い耐熱性を備える。従って、第一の部分が、無機材料からなる場合には、互いに直交する方向に偏光した光を分離する際に偏光光学素子の温度上昇を抑制することができ、より高い耐熱性を備えた偏光光学素子を提供することができる。(これに対して、第一の部分が、有機材料からなる場合には、互いに直交する方向に偏光した光における一方の偏光の成分を透過させると共に、その一方の偏光の成分と直交する他方の偏光の成分を吸収する。よって、有機材料からなる第一の部分には、光のエネルギーが完全に又は実質的に吸収されるため、有機材料からなる第一の部分の温度は、容易に上昇し、有機材料からなる第一の部分の耐熱性は、一般に低い。)
第一の面を含む第一の部分が、無機材料からなる場合には、無機材料からなる第一の部分としては、例えば、フォトニック結晶構造を備えた部及びワイヤーグリッド構造を備えた部分が挙げられる。すなわち、第一の面は、例えば、フォトニック結晶構造又はワイヤーグリッド構造を有する。
In particular, when the first portion including the first surface that separates the light polarized in the directions orthogonal to each other is made of an inorganic material, the component of one polarization in the light polarized in the directions orthogonal to each other is transmitted. At the same time, the other polarization component orthogonal to the one polarization component is reflected. Here, “transmitting” includes both completely transmitting and substantially transmitting, and “reflecting” includes both reflecting completely and substantially reflecting. Therefore, since the first portion made of an inorganic material does not absorb light energy completely or substantially, the temperature of the first portion made of an inorganic material does not easily rise and is made of an inorganic material. The first part has high heat resistance. Therefore, when the first portion is made of an inorganic material, the temperature rise of the polarization optical element can be suppressed when separating the light polarized in the directions orthogonal to each other, and polarization with higher heat resistance can be suppressed. An optical element can be provided. (On the other hand, when the first part is made of an organic material, it transmits one polarization component of light polarized in directions orthogonal to each other and transmits the other component orthogonal to the one polarization component. Absorbs the component of polarized light, so that the first part made of organic material absorbs the light energy completely or substantially, so that the temperature of the first part made of organic material easily rises. However, the heat resistance of the first portion made of an organic material is generally low.)
When the first part including the first surface is made of an inorganic material, examples of the first part made of an inorganic material include a part having a photonic crystal structure and a part having a wire grid structure. Can be mentioned. That is, the first surface has, for example, a photonic crystal structure or a wire grid structure.

なお、ワイヤーグリッド構造は、基板及び基板に設けられた基板の面の一方向に平行に且つ周期的に設けられた複数のワイヤーを有し、複数のワイヤーの間隔は、光の波長よりも短い。ワイヤーグリッド構造については、例えば、図1(a)及び(b)に示したような従来のワイヤーグリッド構造を用いることができる。また、フォトニック結晶構造は、高い屈折率の層及び低い屈折率の層を規則的に配置させることにより、周期的な屈折率分布を有するナノ構造デバイスである。フォトニック結晶構造については、例えば、図2に示したような従来のフォトニック結晶構造を用いることができる。ここで、第一の部分の無機材料としては、例えば、ワイヤーグリッド構造に使用されるアルミニウムなどの金属、フォトニック結晶構造の層に使用される各種ガラスなどが挙げられる。   The wire grid structure has a substrate and a plurality of wires provided periodically and parallel to one direction of the surface of the substrate provided on the substrate, and the interval between the plurality of wires is shorter than the wavelength of light. . For the wire grid structure, for example, a conventional wire grid structure as shown in FIGS. 1A and 1B can be used. The photonic crystal structure is a nanostructure device having a periodic refractive index distribution by regularly arranging a high refractive index layer and a low refractive index layer. For the photonic crystal structure, for example, a conventional photonic crystal structure as shown in FIG. 2 can be used. Here, examples of the inorganic material of the first portion include metals such as aluminum used for a wire grid structure, and various glasses used for a layer of a photonic crystal structure.

また、本発明による第一の実施形態である偏光光学素子において、好ましくは、第一の面は、フォトニック結晶構造を有する。第一の部分が、フォトニック結晶構造を有する場合には、第一の部分に含まれるフォトニック結晶構造の高い屈折率の層及び低い屈折率の層の構成を公知のFDTD(時間領域差分)法を用いて適切に設計することによって、第一の部分のフォトニック結晶構造による互いに直交する方向に偏光した光を分離する性能(偏光分離性能)を調整することができる。よって、例えば、第一の部分に含まれるフォトニック結晶構造による偏光分離性能を調整して、偏光光学素子の偏光分離性能を最適化することができる。   In the polarizing optical element according to the first embodiment of the present invention, preferably, the first surface has a photonic crystal structure. When the first part has a photonic crystal structure, the configuration of the high refractive index layer and the low refractive index layer of the photonic crystal structure included in the first part is known FDTD (time domain difference). By appropriately designing using the method, it is possible to adjust the performance (polarization separation performance) of separating light polarized in directions orthogonal to each other by the photonic crystal structure of the first portion. Therefore, for example, the polarization separation performance of the polarization optical element can be optimized by adjusting the polarization separation performance of the photonic crystal structure included in the first portion.

本発明による第二の実施形態は、第一の光学部品及び第二の光学部品を少なくとも含む光学部品組み立て体であって、第一の光学部品及び第二の光学部品の少なくとも一方は、本発明による第一の実施形態の偏光光学素子である、光学部品組み立て体である。ここで、光学部品組み立て体は、第一の光学部品及び第二の光学部品以外の光学部品を含んでもよい。第一の光学部品及び第二の光学部品は、互いに別個の光学部品である。また、第一の光学部品及び第二の光学部品は、互いに分離されていてもよく、互いに直接的に又は間接的に接続されていてもよい。さらに、第一の光学部品及び第二の光学部品は、互いに同一の光学部品であってもよく、互いに異なる光学部品であってもよい。そして、第一の光学部品及び第二の光学部品の少なくとも一方が、本発明による第一の実施形態の偏光光学素子であるので、光学装置の大きさ及びコストを低減することが可能な光学部品組み立て体を提供することができる。すなわち、そして、第一の光学部品及び第二の光学部品の少なくとも一方に、互いに直交する方向に偏光した光を分離すると共に光の屈折、反射、及び偏光の位相制御からなる群より選択される少なくとも一つの機能の両方を備えた本発明による第一の実施形態の偏光光学素子を用いることによって、光学装置における光学部品の数を低減することができる。その結果として、光学装置の大きさ及びコストを低減することが可能となる。   A second embodiment according to the present invention is an optical component assembly including at least a first optical component and a second optical component, and at least one of the first optical component and the second optical component is the present invention. 1 is an optical component assembly that is a polarizing optical element according to the first embodiment. Here, the optical component assembly may include an optical component other than the first optical component and the second optical component. The first optical component and the second optical component are separate optical components. The first optical component and the second optical component may be separated from each other, or may be directly or indirectly connected to each other. Further, the first optical component and the second optical component may be the same optical component or different optical components. Since at least one of the first optical component and the second optical component is the polarizing optical element according to the first embodiment of the present invention, the optical component capable of reducing the size and cost of the optical device. An assembly can be provided. That is, at least one of the first optical component and the second optical component separates light polarized in directions orthogonal to each other and is selected from the group consisting of light refraction, reflection, and polarization phase control. By using the polarizing optical element according to the first embodiment of the present invention having both at least one function, the number of optical components in the optical device can be reduced. As a result, the size and cost of the optical device can be reduced.

本発明による第二の実施形態である光学部品組み立て体において、好ましくは、前記第一の光学部品及び前記第二の光学部品の両方が、それぞれ独立に、本発明による第一の実施形態の偏光光学素子である。第一の光学部品及び第二の光学部品の両方が、本発明による第一の実施形態の偏光光学素子であるので、光学装置の大きさ及びコストをさらに低減することが可能な光学部品組み立て体を提供することができる。すなわち、第一の光学部品及び第二の光学部品の両方に、互いに直交する方向に偏光した光を分離すると共に光の屈折、反射、及び偏光の位相制御からなる群より選択される少なくとも一つの機能の両方を備えた本発明による第一の実施形態の偏光光学素子を用いることによって、光学装置における光学部品の数をさらに低減することができる。その結果として、光学装置の大きさ及びコストをさらに低減することが可能となる。また、第一の光学部品及び第二の光学部品の両方が、互いに直交する方向に偏光した光を分離する第一の面を有するので、第一の光学部品の第一の面及び第二の光学部品の第一の面の両方によって、互いに直交する方向に偏光した光を分離することができる。ここで、光学部品組み立て体を通じた互いに直交する方向に偏光した光の透過率は、第一の面を備えた第一の光学部品の透過率×第一の面を備えた第二の光学部品の透過率である。特に、第一の光学部品の第一の面及び第二の光学部品の第一の面の両方が、同一であると共に互いに整列されていれば、光学部品組み立て体を通じた互いに直交する方向に偏光した光の透過率は、第一の面を備えた第一又は第二の光学部品の透過率の二乗になる。その結果、互いに直交する方向に偏光した光を分離する性能を向上させた光学部品組み立て体を提供することができる。すなわち、光学部品組み立て体を通じた互いに直交する方向に偏光した光の透過率の比(例えば、TEモードの光の透過率に対するTMモードの光の透過率の比)(コントラスト)を向上させることができる。   In the optical component assembly according to the second embodiment of the present invention, it is preferable that both of the first optical component and the second optical component are independent of each other. It is an optical element. Since both the first optical component and the second optical component are the polarizing optical elements according to the first embodiment of the present invention, an optical component assembly capable of further reducing the size and cost of the optical device. Can be provided. That is, at least one selected from the group consisting of light refraction, reflection, and polarization phase control, as well as separating light polarized in directions orthogonal to each other in both the first optical component and the second optical component. By using the polarizing optical element according to the first embodiment of the present invention having both functions, the number of optical components in the optical device can be further reduced. As a result, it is possible to further reduce the size and cost of the optical device. In addition, since both the first optical component and the second optical component have a first surface that separates light polarized in directions orthogonal to each other, the first surface and the second optical component of the first optical component Both of the first surfaces of the optical component can separate light polarized in directions orthogonal to each other. Here, the transmittance of light polarized in directions orthogonal to each other through the optical component assembly is the transmittance of the first optical component having the first surface × the second optical component having the first surface. Is the transmittance. In particular, if both the first surface of the first optical component and the first surface of the second optical component are identical and aligned with each other, they are polarized in directions orthogonal to each other through the optical component assembly. The light transmittance is the square of the transmittance of the first or second optical component having the first surface. As a result, it is possible to provide an optical component assembly with improved performance for separating light polarized in directions orthogonal to each other. That is, the ratio of the transmittance of light polarized in directions orthogonal to each other through the optical component assembly (for example, the ratio of the transmittance of the TM mode to the transmittance of the TE mode light) (contrast) can be improved. it can.

本発明による第二の実施形態である光学部品組み立て体において、好ましくは、第一の光学部品に含まれる第二の面は、互いに直交する方向に偏光した光に第一の位相差を与える面であり、第二の光学部品に含まれる第二の面は、互いに直交する方向に偏光した光に第二の位相差を与える面である。この場合には、第一の光学部品に含まれる第一の面及び第二の光学部品に含まれる第一の面の両方によって、互いに直交する方向に偏光した光を分離することができるのみならず、第一の光学部品に含まれる第二の面及び第二の光学部品に含まれる第二の面の両方によって、互いに直交する方向に偏光した光に、第一の位相差及び第二の位相差の和に相当する位相差を与えることができる。第一の光学部品に含まれる第二の面及び第二の光学部品に含まれる第二の面は、互いに同一であってもよく、互いに異なってもよい。また、第一の位相差及び第二の位相差も、互いに同一であってもよく、互いに異なってもよい。   In the optical component assembly according to the second embodiment of the present invention, preferably, the second surface included in the first optical component is a surface that gives a first phase difference to light polarized in directions orthogonal to each other. The second surface included in the second optical component is a surface that gives a second phase difference to light polarized in directions orthogonal to each other. In this case, light polarized in directions orthogonal to each other can be separated by both the first surface included in the first optical component and the first surface included in the second optical component. First, both the second surface included in the first optical component and the second surface included in the second optical component cause the first phase difference and the second phase to be polarized in directions orthogonal to each other. A phase difference corresponding to the sum of the phase differences can be given. The second surface included in the first optical component and the second surface included in the second optical component may be the same as or different from each other. Also, the first phase difference and the second phase difference may be the same or different from each other.

本発明による第二の実施形態である光学部品組み立て体において、例えば、第一の位相差及び第二の位相差の和は、光の波長の半分に対応する位相差である。この場合には、互いに直交する方向に偏光した光を分離すると共に、互いに直交する方向に偏光した光に、光の波長の半分に対応する位相差を与えることができる。すなわち、互いに直交する方向に偏光した光を分離する偏光子の機能及び互いに直交する方向に偏光した光に、光の波長の半分に対応する位相差を与える(1/2)波長板の機能の両方を備えた光学部品組み立て体を提供することができる。   In the optical component assembly according to the second embodiment of the present invention, for example, the sum of the first phase difference and the second phase difference is a phase difference corresponding to half the wavelength of light. In this case, light polarized in directions orthogonal to each other can be separated, and a phase difference corresponding to half the wavelength of the light can be given to light polarized in directions orthogonal to each other. That is, the function of a polarizer that separates light polarized in directions orthogonal to each other and the function of a (1/2) wavelength plate that gives a phase difference corresponding to half the wavelength of light to light polarized in directions orthogonal to each other. An optical component assembly having both can be provided.

本発明による第二の実施形態である光学部品組み立て体において、好ましくは、第一の光学部品に含まれる第二の面は、光を屈折させる第一の屈折面を含み、第二の光学部品に含まれる第二の面は、光を屈折させる第二の屈折面を含み、第一の屈折面は、第二の屈折面と整列されている。この場合には、第一の光学部品に含まれる第一の面及び第二の光学部品に含まれる第一の面の両方によって、互いに直交する方向に偏光した光を分離することができるのみならず、第一の光学部品に含まれる第二の面及び第二の光学部品に含まれる第二の面の両方によって、第一の屈折面の屈折力及び第二の屈折面の屈折力の和に対応する屈折力で光を屈折させることができる。第一の光学部品に含まれる第二の面及び第二の光学部品に含まれる第二の面は、互いに同一であってもよく、互いに異なってもよい。また、光の屈折は、光の収束、光の発散、及び光の平行化、光の偏向を含み、第一の屈折面及び第二の屈折面は、それぞれ、単数又は複数の凸面、凹面、又はプリズム面であってもよい。なお、複数の凸面又は凹面としては、マイクロレンズアレイが挙げられる。屈折面の屈折力は、その屈折面に入射する光の入射高さにおける屈折力であり、第一の屈折面の屈折力及び第二の屈折面の屈折力の絶対値及び符号は、それぞれ、互いに同一であってもよく、互いに異なってもよい。第一の屈折面及び第二の屈折面の整列は、少なくとも、第一の屈折面の光軸及び第二の屈折面の光軸が完全に又は実質的に一致することを意味する。   In the optical component assembly according to the second embodiment of the present invention, preferably, the second surface included in the first optical component includes a first refractive surface that refracts light, and the second optical component. The second surface included in the light source includes a second refractive surface that refracts light, and the first refractive surface is aligned with the second refractive surface. In this case, light polarized in directions orthogonal to each other can be separated by both the first surface included in the first optical component and the first surface included in the second optical component. The sum of the refractive power of the first refractive surface and the refractive power of the second refractive surface by both the second surface included in the first optical component and the second surface included in the second optical component. The light can be refracted with a refractive power corresponding to. The second surface included in the first optical component and the second surface included in the second optical component may be the same as or different from each other. The light refraction includes light convergence, light divergence, and light collimation, light deflection, and the first refracting surface and the second refracting surface are respectively one or more convex surfaces, concave surfaces, Or a prism surface may be sufficient. In addition, a micro lens array is mentioned as a some convex surface or a concave surface. The refractive power of the refractive surface is the refractive power at the incident height of the light incident on the refractive surface, and the absolute value and sign of the refractive power of the first refractive surface and the refractive power of the second refractive surface are respectively They may be the same as each other or different from each other. The alignment of the first refractive surface and the second refractive surface means that at least the optical axis of the first refractive surface and the optical axis of the second refractive surface are completely or substantially coincident.

本発明による第二の実施形態である光学部品組み立て体において、例えば、第一の屈折面及び第二の屈折面は、マイクロレンズアレイである。この場合には、互いに直交する方向に偏光した光を分離すると共に、第一の屈折面及び第二の屈折面のマイクロレンズアレイによって、屈折させることができる。ここで、第一の屈折面及び第二の屈折面のマイクロレンズアレイは、通常、互いに整列されている。ただし、第一の屈折面及び第二の屈折面のマイクロレンズアレイは、互いに同一の形状を有する必要はない。すなわち、互いに直交する方向に偏光した光を分離する偏光子の機能及び光学部品組み立て体を通過する光を屈折させる機能の両方を備えた光学部品組み立て体を提供することができる。   In the optical component assembly according to the second embodiment of the present invention, for example, the first refractive surface and the second refractive surface are microlens arrays. In this case, light polarized in directions orthogonal to each other can be separated and refracted by the microlens array of the first refracting surface and the second refracting surface. Here, the micro lens arrays of the first refractive surface and the second refractive surface are usually aligned with each other. However, the micro lens arrays of the first refracting surface and the second refracting surface do not need to have the same shape. That is, it is possible to provide an optical component assembly having both a function of a polarizer that separates light polarized in directions orthogonal to each other and a function of refracting light passing through the optical component assembly.

本発明による第二の実施形態である光学部品組み立て体において、好ましくは、第一の光学部品に含まれる第一の面及び第二の光学部品に含まれる第一の面は、互いに平行な偏光軸を有する。なお、互いに平行な偏光軸は、完全に平行な偏光軸及び実質的に平行であるとみなせる偏光軸の両方を含む。第一の光学部品に含まれる第一の面及び第二の光学部品に含まれる第一の面が、互いに平行な偏光軸を有する場合には、互いに平行な偏光軸を備えた第一の光学部品に含まれる第一の面及び第二の光学部品に含まれる第一の面を透過する、偏光軸に平行な又は垂直な方向に偏光した光の透過率が、最大又は最小になり、偏光軸に平行な方向に偏光した光と偏光軸に垂直な方向に偏光した光とのコントラストが、最大になる。特に、互いに平行な偏光軸を備えた第一の光学部品に含まれる第一の面及び第二の光学部品に含まれる第一の面が、同一の偏光分離特性を有する又は同一の偏光分離部である場合には、互いに平行な偏光軸を備えた第一の光学部品に含まれる第一の面及び第二の光学部品に含まれる第一の面を透過する、偏光軸に平行な又は垂直な方向に偏光した光の透過率は、(単一の光学部品を透過する偏光軸に平行な又は垂直な方向に偏光した光の透過率)のN乗となる。ここで、Nは、互いに平行な偏光軸を備えた光学部品の数である。   In the optical component assembly according to the second embodiment of the present invention, preferably, the first surface included in the first optical component and the first surface included in the second optical component are polarized light parallel to each other. Has an axis. Note that the polarization axes parallel to each other include both a completely parallel polarization axis and a polarization axis that can be regarded as substantially parallel. When the first surface included in the first optical component and the first surface included in the second optical component have polarization axes parallel to each other, the first optical having the polarization axes parallel to each other The transmittance of light polarized in a direction parallel to or perpendicular to the polarization axis that is transmitted through the first surface included in the component and the first surface included in the second optical component is maximized or minimized. The contrast between light polarized in a direction parallel to the axis and light polarized in a direction perpendicular to the polarization axis is maximized. In particular, the first surface included in the first optical component having parallel polarization axes and the first surface included in the second optical component have the same polarization separation characteristics or the same polarization separation unit. The first surface included in the first optical component having the polarization axis parallel to each other and the first surface included in the second optical component are transmitted parallel to or perpendicular to the polarization axis. The transmittance of light polarized in any direction is the Nth power of (the transmittance of light polarized in a direction parallel to or perpendicular to the polarization axis transmitted through a single optical component). Here, N is the number of optical components having polarization axes parallel to each other.

本発明による第二の実施形態である光学部品組み立て体において、好ましくは、第一の光学部品及び第二の光学部品は、それぞれ独立に、互いに直交する方向に偏光した光が入射しない非有効部分を有すると共に非有効部分で接合される。第一の光学部品及び第二の光学部品に含まれる非有効部分は、それぞれ、互いに直交する方向に偏光した光が入射しない第一の光学部品及び第二の光学部品の部分である。第一の光学部品及び第二の光学部品における非有効部分の形態及び構成は、特に限定されないが、非有効部分としては、例えば、第一の光学部品及び第二の光学部品の外周部分が挙げられる。そして、非有効部分を有する第一の光学部品及び第二の光学部品は、互いに非有効部分で接合される。この場合には、第一の光学部品及び第二の光学部品が、非有効部分を有するので、第一の光学部品及び第二の光学部品の非有効部分に、無色のみならず着色した接着剤を塗布することができる。よって、非有効部分を有する第一の光学部品及び第二の光学部品を、無色のみならず着色した接着剤を用いて、接合することができる。   In the optical component assembly according to the second embodiment of the present invention, preferably, the first optical component and the second optical component are each independently an ineffective portion where light polarized in directions orthogonal to each other does not enter. And joined at the ineffective portion. The ineffective portions included in the first optical component and the second optical component are portions of the first optical component and the second optical component, respectively, into which light polarized in directions orthogonal to each other does not enter. The form and configuration of the ineffective portion in the first optical component and the second optical component are not particularly limited, and examples of the ineffective portion include the outer peripheral portions of the first optical component and the second optical component. It is done. And the 1st optical component and 2nd optical component which have an ineffective part are mutually joined by an ineffective part. In this case, since the first optical component and the second optical component have ineffective portions, a colored adhesive as well as colorless is added to the ineffective portions of the first optical component and the second optical component. Can be applied. Therefore, the first optical component and the second optical component having an ineffective portion can be bonded using not only colorless but also a colored adhesive.

より具体的には、φ10μm〜200μm程度の直径及び直径よりも長い長さのガラス棒を切断して得られるガラス材料を含む接着剤を用いて、第一の光学部品及び第二の光学部品を接合することができる。ここで、ガラス材料は、ギャップ材料として使用される。また、必要に応じて、第一の光学部品及び第二の光学部品の接合箇所に専用の凹凸構造を製作し、第一の光学部品及び第二の光学部品に専用の接合部位を設定することができる。このような凹凸構造を採用することによって、第一の光学部品及び第二の光学部品の接合強度、よって、第一の光学部品及び第二の光学部品の信頼性を向上させることができる。また、二つの光学部品の各々における片面の周辺部分の全体に凹凸構造を設けて、二つの光学部品を接合する場合には、二つの光学部品の凹凸部分が設けられた側の中央の面は、接合された凹凸部分によって密閉することが可能となる。よって、二つの光学部品の凹凸部分が設けられた側の中央の面は、凹凸部分によって保護され、製作初期の状態を維持することが可能となる。例えば、それらの中央の面についての耐洗浄性を向上させることができ、光学部品の凹凸部分が設けられた側に、第一の面(第二の面)が設けられる場合には、凹凸部分によって第一の面(第二の面)を保護することができる。   More specifically, the first optical component and the second optical component are formed using an adhesive including a glass material obtained by cutting a glass rod having a diameter of about 10 μm to 200 μm and a length longer than the diameter. Can be joined. Here, the glass material is used as a gap material. In addition, if necessary, a dedicated concavo-convex structure is produced at the joint location of the first optical component and the second optical component, and a dedicated joint site is set for the first optical component and the second optical component. Can do. By adopting such a concavo-convex structure, it is possible to improve the bonding strength between the first optical component and the second optical component, and thus the reliability of the first optical component and the second optical component. In addition, when an uneven structure is provided on the entire peripheral portion of one surface of each of the two optical components and the two optical components are joined, the central surface on the side where the uneven portions of the two optical components are provided is It becomes possible to seal with the joined uneven portions. Therefore, the central surface on the side where the concavo-convex portions of the two optical components are provided is protected by the concavo-convex portions, and the initial production state can be maintained. For example, when the first surface (second surface) is provided on the side where the uneven portion of the optical component is provided, the unevenness portion can be improved. Thus, the first surface (second surface) can be protected.

なお、可能であれば、第一の光学部品及び第二の光学部品を、非有効部分で接合するのみならず、互いに直交する方向に偏光した光が入射する有効部分でも接合してもよい。すなわち、第一の光学部品及び第二の光学部品を、第一の光学部品及び第二の光学部品の有効部分及び非有効部分の両方を介して、接合させてもよい。例えば、二つの光学部品における外側の面に二つの光学部品の第一の面を設け、二つの光学部品における内側の面に、互いに合致する形態を備えた第二の面を設けるとすれば、二つの光学部品の内側の面の全部を互いに接合させることが可能となる。   If possible, the first optical component and the second optical component may be bonded not only at the ineffective portion but also at the effective portion where light polarized in directions orthogonal to each other is incident. That is, the first optical component and the second optical component may be joined via both the effective portion and the ineffective portion of the first optical component and the second optical component. For example, if the first surface of the two optical components is provided on the outer surface of the two optical components, and the second surface having a shape matching each other is provided on the inner surface of the two optical components, All of the inner surfaces of the two optical components can be joined together.

本発明による第二の実施形態である光学部品組み立て体において、好ましくは、第一の光学部品及び第二の光学部品の少なくとも一方は、光学部品を固定する固定用部材に固定される。この場合には、第一の光学部品及び第二の光学部品の少なくとも一方を、光学部品を固定する固定用部材に機械的に容易に固定することができる。また、固定用部材が、光学部品の位置を調整する機能を有する場合には、第一の光学部品及び第二の光学部品の少なくとも一方を、光学部品を固定する固定用部材に固定する際に、光学部品組み立て体において、固定用部材に固定される光学部品の位置を調整することが可能となる。なお、光学部品を固定する固定用部材は、特に限定されないが、光学部品を収納すると共に固定することができる板状のセルなどの治具が挙げられる。また、第一の光学部品及び第二の光学部品の両方を、固定用部材に固定する場合には、固定用部材の厚さを変更することによって、第一の光学部品及び第二の光学部品の間隔(距離)を、変更又は調整することが可能となる。   In the optical component assembly according to the second embodiment of the present invention, preferably, at least one of the first optical component and the second optical component is fixed to a fixing member that fixes the optical component. In this case, at least one of the first optical component and the second optical component can be mechanically easily fixed to a fixing member that fixes the optical component. In addition, when the fixing member has a function of adjusting the position of the optical component, at least one of the first optical component and the second optical component is fixed to the fixing member that fixes the optical component. In the optical component assembly, the position of the optical component fixed to the fixing member can be adjusted. The fixing member for fixing the optical component is not particularly limited, and examples thereof include a jig such as a plate-like cell that can store and fix the optical component. In addition, when both the first optical component and the second optical component are fixed to the fixing member, the first optical component and the second optical component are changed by changing the thickness of the fixing member. It is possible to change or adjust the interval (distance).

本発明による第三の実施形態は、本発明による第一の実施形態である偏光光学素子又は本発明による第二の実施形態である光学部品組み立て体を含む、光学装置である。本発明の第三の実施形態である光学装置によれば、光学装置が、上述した本発明による第一の実施形態である偏光光学素子又は本発明による第二の実施形態である光学部品組み立て体を含むので、低減された大きさ及びコストを備えた光学装置を提供することができる。光学装置は、偏光光学素子又は光学部品組み立て体を含む装置であれば、特に限定されないが、偏光光学素子又は光学部品組み立て体を含む光学装置としては、例えば、(液晶)プロジェクターなどが挙げられる。すなわち、例えば、公知の(液晶)プロジェクターに含まれる偏光光学素子又は光学部品組み立て体として、第一の実施形態である偏光光学素子又は本発明による第二の実施形態である光学部品組み立て体を用いることによって、本発明の第三の実施形態である光学装置を実施することができる。   The third embodiment according to the present invention is an optical device including the polarizing optical element according to the first embodiment according to the present invention or the optical component assembly according to the second embodiment according to the present invention. According to the optical device which is the third embodiment of the present invention, the optical device is the polarizing optical element which is the first embodiment according to the present invention or the optical component assembly which is the second embodiment according to the present invention. Therefore, an optical device having a reduced size and cost can be provided. The optical device is not particularly limited as long as the optical device includes a polarizing optical element or an optical component assembly. Examples of the optical device including the polarizing optical element or the optical component assembly include a (liquid crystal) projector. That is, for example, as the polarizing optical element or the optical component assembly included in a known (liquid crystal) projector, the polarizing optical element according to the first embodiment or the optical component assembly according to the second embodiment of the present invention is used. Thus, the optical device according to the third embodiment of the present invention can be implemented.

本発明による第四の実施形態は、本発明による第一の実施形態である偏光光学素子又は本発明による第二の実施形態である光学部品組み立て体を用いて、互いに直交する方向に偏光した光を分離すると共に、偏光光学素子又は光学部品組み立て体を通過する光を屈折させる、光を反射させる、又は偏光の位相を制御する方法である。本発明の第四の実施形態である方法によれば、本発明による第一の実施形態である偏光光学素子又は本発明による第二の実施形態である光学部品組み立て体を用いて、互いに直交する方向に偏光した光を分離すると共に、偏光光学素子又は光学部品組み立て体を通過する光を屈折させる、光を反射させる、又は偏光の位相を制御するので、光学装置の大きさ及びコストを低減することが可能となる。   In the fourth embodiment of the present invention, light polarized in directions orthogonal to each other using the polarizing optical element according to the first embodiment of the present invention or the optical component assembly according to the second embodiment of the present invention. And refracting the light passing through the polarizing optical element or optical component assembly, reflecting the light, or controlling the phase of the polarized light. According to the method of the fourth embodiment of the present invention, the polarizing optical element according to the first embodiment of the present invention or the optical component assembly according to the second embodiment of the present invention is used to be orthogonal to each other. Reduces the size and cost of optical devices by separating light polarized in the direction and refracting light passing through a polarizing optical element or optical assembly, reflecting light, or controlling the phase of polarization It becomes possible.

図5(a)〜(e)は、本発明による第一の実施形態である偏光光学素子の具体例を説明する図であり、(a)は、偏光分離機能を備えた第一の面及び光収束機能を備えた第二の面を有する偏光光学素子を説明する図であり、(b)は、偏光分離機能を備えた第一の面及び光発散機能を備えた第二の面を有する偏光光学素子を説明する図であり、(c)は、偏光分離機能を備えた第一の面及び光偏向機能を備えた第二の面を有する偏光光学素子を説明する図であり、(d)は、偏光分離機能を備えた第一の面及び光反射機能を備えた第二の面を有する偏光光学素子を説明する図であり、(e)、偏光分離機能を備えた第一の面及び偏光の位相制御機能を備えた第二の面を有する偏光光学素子を説明する図である。 FIGS. 5A to 5E are diagrams for explaining a specific example of the polarizing optical element according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5A is a diagram illustrating a first surface having a polarization separation function and FIG. It is a figure explaining the polarization optical element which has the 2nd surface provided with the light convergence function, and (b) has the 1st surface provided with the polarization separation function, and the 2nd surface provided with the light divergence function. FIG. 4C is a diagram for explaining a polarization optical element, and FIG. 4C is a diagram for explaining a polarization optical element having a first surface having a polarization separation function and a second surface having a light deflection function; ) Is a diagram for explaining a polarizing optical element having a first surface having a polarization separation function and a second surface having a light reflection function, and (e) a first surface having a polarization separation function. It is a figure explaining the polarization optical element which has the 2nd surface provided with the phase control function of polarization.

図5(a)に示すように、偏光光学素子50は、第一の面51及び第二の面52を有する。第一の面51は、互いに直交する方向に偏光した光を分離し、第二の面52は、光を収束させる。また、第一の面51は、フォトニック結晶構造を有し、第二の面52は、凸面である。なお、図5(a)には、単数の凸面のみ図示したが、複数の凸面からなるマイクロレンズアレイであってもよい。さらに、第一の面51を含む第一の部分(点線より左側)及び第二の面52を含む第二の部分(点線より右側)は、いずれも無機材料からなる。図5(a)に示す偏光光学素子50の第一の面51側から、偏光光学素子50に互いに直交する方向に偏光した光を入射させると、互いに直交する方向に偏光した光は、第一の面51によって分離される。すなわち、互いに直交する方向に偏光した光の一方が、第一の面51を透過し、互いに直交する方向に偏光した光の他方が、第一の面51によって反射される。第一の面51を透過した光は、第二の面52によって収束させられる。このようにして、図5(a)に示す偏光光学素子50によって、互いに直交する方向に偏光した光を分離すると共に、互いに直交する方向に偏光した光の一方を、透過させると共に収束させることができる。さらに、偏光光学素子50は、互いに直交する方向に偏光した光を分離する第一の面51及び光を収束させる機能を備えた第二の面52の両方を有するので、光学装置の大きさ及びコストを低減することが可能な偏光光学素子50を提供することができる。なお、第一の面51を含む第一の部分(点線より左側)及び第二の面52を含む第二の部分の両方、すなわち、偏光光学素子50の全体が、無機材料からなるので、偏光光学素子50の耐熱性は、高い。   As shown in FIG. 5A, the polarizing optical element 50 has a first surface 51 and a second surface 52. The first surface 51 separates light polarized in directions orthogonal to each other, and the second surface 52 converges the light. The first surface 51 has a photonic crystal structure, and the second surface 52 is a convex surface. In FIG. 5A, only a single convex surface is shown, but a microlens array including a plurality of convex surfaces may be used. Furthermore, the first part including the first surface 51 (left side from the dotted line) and the second part including the second surface 52 (right side from the dotted line) are both made of an inorganic material. When light polarized in directions orthogonal to each other is incident on the polarization optical element 50 from the first surface 51 side of the polarization optical element 50 shown in FIG. 5A, the light polarized in directions orthogonal to each other is the first. Are separated by a surface 51 of That is, one of the lights polarized in the directions orthogonal to each other passes through the first surface 51, and the other of the lights polarized in the directions orthogonal to each other is reflected by the first surface 51. The light transmitted through the first surface 51 is converged by the second surface 52. In this way, the polarized optical element 50 shown in FIG. 5A separates the light polarized in the directions orthogonal to each other and allows one of the lights polarized in the directions orthogonal to each other to be transmitted and converged. it can. Furthermore, the polarizing optical element 50 has both the first surface 51 that separates light polarized in directions orthogonal to each other and the second surface 52 that has a function of converging the light. The polarizing optical element 50 capable of reducing the cost can be provided. Note that both the first portion including the first surface 51 (left side from the dotted line) and the second portion including the second surface 52, that is, the entire polarization optical element 50 is made of an inorganic material. The heat resistance of the optical element 50 is high.

図5(b)に示すように、偏光光学素子50は、第一の面51及び第二の面52を有する。第一の面51は、互いに直交する方向に偏光した光を分離し、第二の面52は、光を発散させる。また、第一の面51は、フォトニック結晶構造を有し、第二の面52は、凹面である。なお、図5(b)には、単数の凹面のみ図示したが、複数の凹面からなるマイクロレンズアレイであってもよい。さらに、第一の面51を含む第一の部分(点線より左側)及び第二の面52を含む第二の部分(点線より右側)は、いずれも無機材料としてのガラス材料からなる。図5(b)に示す偏光光学素子50の第一の面51側から、偏光光学素子50に互いに直交する方向に偏光した光を入射させると、互いに直交する方向に偏光した光は、第一の面51によって分離される。すなわち、互いに直交する方向に偏光した光の一方が、第一の面51を透過し、互いに直交する方向に偏光した光の他方が、第一の面51によって反射される。第一の面51を透過した光は、第二の面52によって発散させられる。このようにして、図5(b)に示す偏光光学素子50によって、互いに直交する方向に偏光した光を分離すると共に、互いに直交する方向に偏光した光の一方を、透過させると共に発散させることができる。さらに、偏光光学素子50は、互いに直交する方向に偏光した光を分離する第一の面51及び光を発散させる機能を備えた第二の面52の両方を有するので、光学装置の大きさ及びコストを低減することが可能な偏光光学素子50を提供することができる。なお、第一の面51を含む第一の部分(点線より左側)及び第二の面52を含む第二の部分の両方、すなわち、偏光光学素子50の全体が、無機材料からなるので、偏光光学素子50の耐熱性は、高い。   As shown in FIG. 5B, the polarizing optical element 50 has a first surface 51 and a second surface 52. The first surface 51 separates light polarized in directions orthogonal to each other, and the second surface 52 diverges light. The first surface 51 has a photonic crystal structure, and the second surface 52 is a concave surface. In FIG. 5B, only a single concave surface is shown, but a microlens array including a plurality of concave surfaces may be used. Further, the first part including the first surface 51 (left side from the dotted line) and the second part including the second surface 52 (right side from the dotted line) are both made of a glass material as an inorganic material. When light polarized in directions orthogonal to each other is incident on the polarization optical element 50 from the first surface 51 side of the polarization optical element 50 shown in FIG. 5B, the light polarized in directions orthogonal to each other is the first. Are separated by a surface 51 of That is, one of the lights polarized in the directions orthogonal to each other passes through the first surface 51, and the other of the lights polarized in the directions orthogonal to each other is reflected by the first surface 51. The light transmitted through the first surface 51 is diverged by the second surface 52. In this way, the polarization optical element 50 shown in FIG. 5B separates light polarized in directions orthogonal to each other and transmits and diverges one of light polarized in directions orthogonal to each other. it can. Furthermore, since the polarization optical element 50 has both the first surface 51 that separates light polarized in directions orthogonal to each other and the second surface 52 that has a function of diverging light, the size of the optical device and The polarizing optical element 50 capable of reducing the cost can be provided. Note that both the first portion including the first surface 51 (left side from the dotted line) and the second portion including the second surface 52, that is, the entire polarization optical element 50 is made of an inorganic material. The heat resistance of the optical element 50 is high.

図5(c)に示すように、偏光光学素子50は、第一の面51及び第二の面52を有する。第一の面51は、互いに直交する方向に偏光した光を分離し、第二の面52は、光を偏向させる。また、第一の面51は、フォトニック結晶構造を有し、第二の面52は、プリズム面(斜平面)である。なお、図5(b)には、単数のプリズム面のみ図示したが、複数のプリズム面からなるプリズムアレイ(複数のプリズムが配置された構成を指す)であってもよい。さらに、第一の面51を含む第一の部分(点線より左側)及び第二の面52を含む第二の部分(点線より右側)は、いずれも無機材料としてのガラス材料からなる。図5(c)に示す偏光光学素子50の第一の面51側から、偏光光学素子50に互いに直交する方向に偏光した光を入射させると、互いに直交する方向に偏光した光は、第一の面51によって分離される。すなわち、互いに直交する方向に偏光した光の一方が、第一の面51を透過し、互いに直交する方向に偏光した光の他方が、第一の面51によって反射される。第一の面51を透過した光は、第二の面52によって偏向させられる。このようにして、図5(c)に示す偏光光学素子50によって、互いに直交する方向に偏光した光を分離すると共に、互いに直交する方向に偏光した光の一方を、透過させると共に偏向させることができる。さらに、偏光光学素子50は、互いに直交する方向に偏光した光を分離する第一の面51及び光を偏向させる機能を備えた第二の面52の両方を有するので、光学装置の大きさ及びコストを低減することが可能な偏光光学素子50を提供することができる。なお、第一の面51を含む第一の部分(点線より左側)及び第二の面52を含む第二の部分の両方、すなわち、偏光光学素子50の全体が、無機材料からなるので、偏光光学素子50の耐熱性は、高い。   As shown in FIG. 5C, the polarizing optical element 50 has a first surface 51 and a second surface 52. The first surface 51 separates light polarized in directions orthogonal to each other, and the second surface 52 deflects the light. The first surface 51 has a photonic crystal structure, and the second surface 52 is a prism surface (an oblique plane). In FIG. 5B, only a single prism surface is shown, but a prism array composed of a plurality of prism surfaces (a configuration in which a plurality of prisms are arranged) may be used. Further, the first part including the first surface 51 (left side from the dotted line) and the second part including the second surface 52 (right side from the dotted line) are both made of a glass material as an inorganic material. When light polarized in directions orthogonal to each other is incident on the polarization optical element 50 from the first surface 51 side of the polarization optical element 50 shown in FIG. 5C, the light polarized in directions orthogonal to each other is the first. Are separated by a surface 51 of That is, one of the lights polarized in the directions orthogonal to each other passes through the first surface 51, and the other of the lights polarized in the directions orthogonal to each other is reflected by the first surface 51. The light transmitted through the first surface 51 is deflected by the second surface 52. In this way, the polarized optical element 50 shown in FIG. 5C separates the light polarized in the directions orthogonal to each other and transmits and deflects one of the lights polarized in the directions orthogonal to each other. it can. Furthermore, the polarizing optical element 50 has both the first surface 51 that separates light polarized in directions orthogonal to each other and the second surface 52 that has a function of deflecting light. The polarizing optical element 50 capable of reducing the cost can be provided. Note that both the first portion including the first surface 51 (left side from the dotted line) and the second portion including the second surface 52, that is, the entire polarization optical element 50 is made of an inorganic material. The heat resistance of the optical element 50 is high.

図5(d)に示すように、偏光光学素子50は、第一の面51及び第二の面52を有する。第一の面51は、互いに直交する方向に偏光した光を分離し、第二の面52は、光を反射させる。また、第一の面51は、フォトニック結晶構造を有し、第二の面52は、反射面(鏡面)である。なお、図5(d)には、単数の反射面のみ図示したが、複数の反射面からなっていてもよい。さらに、第一の面51を含む第一の部分(点線より左側)及び第二の面52を含む第二の部分(点線より右側)は、いずれも無機材料からなる。ただし、第一の面51を含む第一の部分は、複数種類のガラス材料で形成され、第二の面52を含む第二の部分は、金属材料で形成される。図5(d)に示す偏光光学素子50の第一の面51側から、偏光光学素子50に互いに直交する方向に偏光した光を入射させると、互いに直交する方向に偏光した光は、第一の面51によって分離される。すなわち、互いに直交する方向に偏光した光の一方が、第一の面51を透過し、互いに直交する方向に偏光した光の他方が、第一の面51によって反射される。第一の面51を透過した光は、第二の面52によって反射させられる。ここで、第一の面51を透過した光が、第二の面52によって反射されるとき、光の位相が反転する。このため、第二の面52によって反射された光は、第一の面51によって反射されることになる。次に、この第一の面51によって反射された光は、再度第二の面52に入射し、第二の面52によって、再度反射させられる。第一の面52によって反射された光が、第二の面52によって反射させられるときにも、光の位相が、再度反転し、第二の面52によって二度反射させられた光の位相は、基に戻る。そして、第二の面52によって二度反射させられた光は、第一の面51を透過して、偏光光学素子50から射出される。このようにして、偏光光学素子50に入射する互いに直交する方向に偏光した光は、それぞれ、反射されることになる。   As shown in FIG. 5D, the polarizing optical element 50 has a first surface 51 and a second surface 52. The first surface 51 separates light polarized in directions orthogonal to each other, and the second surface 52 reflects light. The first surface 51 has a photonic crystal structure, and the second surface 52 is a reflecting surface (mirror surface). In FIG. 5D, only a single reflecting surface is shown, but it may be composed of a plurality of reflecting surfaces. Furthermore, the first part including the first surface 51 (left side from the dotted line) and the second part including the second surface 52 (right side from the dotted line) are both made of an inorganic material. However, the first portion including the first surface 51 is formed of a plurality of types of glass materials, and the second portion including the second surface 52 is formed of a metal material. When light polarized in directions orthogonal to each other is incident on the polarization optical element 50 from the first surface 51 side of the polarization optical element 50 shown in FIG. 5D, the light polarized in directions orthogonal to each other is Are separated by a surface 51 of That is, one of the lights polarized in the directions orthogonal to each other passes through the first surface 51, and the other of the lights polarized in the directions orthogonal to each other is reflected by the first surface 51. The light transmitted through the first surface 51 is reflected by the second surface 52. Here, when the light transmitted through the first surface 51 is reflected by the second surface 52, the phase of the light is inverted. For this reason, the light reflected by the second surface 52 is reflected by the first surface 51. Next, the light reflected by the first surface 51 enters the second surface 52 again, and is reflected again by the second surface 52. When the light reflected by the first surface 52 is reflected by the second surface 52, the phase of the light is reversed again, and the phase of the light reflected twice by the second surface 52 is Return to the base. Then, the light reflected twice by the second surface 52 passes through the first surface 51 and is emitted from the polarization optical element 50. In this way, the light polarized in the directions orthogonal to each other incident on the polarizing optical element 50 is reflected.

例えば、第一の面のフォトニック結晶構造が、互いに直交する方向に偏光した光の一方であるTMモードの光を透過し、それら光の他方であるTEモードの光を反射させるとすれば、偏光光学素子50に入射するTMモードの光は、第一51の面を透過し、TEモードの光は、第一の面51によって反射させられる。第一の面51を透過したTMモードの光は、第二の面52によって反射されるとき、光の位相が反転し、第二の面52によって反射された光は、TEモードの光となる。第二の面52によって反射されたTEモードの光は、TMモードの光を透過させると共にTEモードの光を反射させる第一の面51によって、反射させられる。第一の面51によって反射されたTEモードの光は、再度第二の面52によって反射されるとき、光の位相が、反転し、第二の面52によって再度反射された光は、TMモードの光となる。そして、第二の面52によって反射されたTMモードの光は、第一の面51を透過し、偏光光学素子50から射出される。すなわち、偏光光学素子50に入射するTMモードの光は、TMモードの光として偏光光学素子50から射出され、すなわち、偏光光学素子50に入射するTEモードの光は、TEモードの光として偏光光学素子50から射出される。   For example, if the photonic crystal structure of the first surface transmits TM mode light that is one of the lights polarized in directions orthogonal to each other and reflects the TE mode light that is the other of the lights, The TM mode light incident on the polarizing optical element 50 is transmitted through the first surface 51, and the TE mode light is reflected by the first surface 51. When the TM mode light transmitted through the first surface 51 is reflected by the second surface 52, the phase of the light is inverted, and the light reflected by the second surface 52 becomes TE mode light. . The TE mode light reflected by the second surface 52 is reflected by the first surface 51 that transmits the TM mode light and reflects the TE mode light. When the TE mode light reflected by the first surface 51 is reflected again by the second surface 52, the phase of the light is inverted, and the light reflected by the second surface 52 again is TM mode. Of light. The TM mode light reflected by the second surface 52 passes through the first surface 51 and is emitted from the polarizing optical element 50. That is, TM mode light incident on the polarizing optical element 50 is emitted from the polarizing optical element 50 as TM mode light. That is, TE mode light incident on the polarizing optical element 50 is polarized optically as TE mode light. Injected from the element 50.

なお、第二の面52に入射する光は、第二の面52に入射する光の入射角と第二の面52によって反射される光の反射角が等しいように、第二の面52によって反射される。図5(d)においては、第二の面52は、第一の面51に対して傾斜しているので、第二の面52に入射する光は、第二の面52に入射する光の方向から傾斜した方向へ反射される。このようにして、図5(d)に示す偏光光学素子50によって、互いに直交する方向に偏光した光を分離すると共に、互いに直交する方向に偏光した光の一方を、透過させると共に反射させることができる。さらに、偏光光学素子50は、互いに直交する方向に偏光した光を分離する第一の面51及び光を反射させる機能を備えた第二の面52の両方を有するので、光学装置の大きさ及びコストを低減することが可能な偏光光学素子50を提供することができる。なお、第一の面51を含む第一の部分(点線より左側)及び第二の面52を含む第二の部分の両方、すなわち、偏光光学素子50の全体が、無機材料からなるので、偏光光学素子50の耐熱性は、高い。   The light incident on the second surface 52 is reflected by the second surface 52 so that the incident angle of the light incident on the second surface 52 and the reflection angle of the light reflected by the second surface 52 are equal. Reflected. In FIG. 5D, since the second surface 52 is inclined with respect to the first surface 51, the light incident on the second surface 52 is the light incident on the second surface 52. Reflected in a direction inclined from the direction. In this way, the polarized optical element 50 shown in FIG. 5 (d) separates light polarized in directions orthogonal to each other and transmits and reflects one of the light polarized in directions orthogonal to each other. it can. Furthermore, the polarizing optical element 50 has both the first surface 51 that separates light polarized in directions orthogonal to each other and the second surface 52 that has a function of reflecting light, so that the size of the optical device and The polarizing optical element 50 capable of reducing the cost can be provided. Note that both the first portion including the first surface 51 (left side from the dotted line) and the second portion including the second surface 52, that is, the entire polarization optical element 50 is made of an inorganic material. The heat resistance of the optical element 50 is high.

図5(e)に示すように、偏光光学素子50は、第一の面51及び第二の面52を有する。第一の面51は、互いに直交する方向に偏光した光を分離し、第二の面52は、互いに直交する方向に偏光した光に位相差を与える。また、第一の面51は、フォトニック結晶構造を有し、第二の面52は、サブ波長構造を有する。さらに、第一の面51を含む第一の部分(点線より左側)及び第二の面52を含む第二の部分(点線より右側)は、いずれも無機材料からなる。ただし、第一の面51を含む第一の部分は、ガラス材料で形成され、第二の面52を含む第二の部分は、ポリメタクリル酸メチルのような有機樹脂で形成される。図5(e)に示す偏光光学素子50の第一の面51側から、偏光光学素子50に互いに直交する方向に偏光した光を入射させると、互いに直交する方向に偏光した光は、第一の面51によって分離される。すなわち、互いに直交する方向に偏光した光の一方が、第一の面51を透過し、互いに直交する方向に偏光した光の他方が、第一の面51によって反射される。第一の面51を透過した光(直線偏光)は、第二の面52によって、位相差を与えられる。位相差は、例えば、互いに直交する方向に偏光した光の波長の半分、四分の一などが挙げられる。そして、互いに直交する方向に偏光した光の波長の半分、四分の一の位相差を与えることは、それぞれ、第一の面51を透過した直線偏光の振動面を90°回転させること、第一の面51を透過した直線偏光を円偏光に変換することに相当する。このようにして、図5(e)に示す偏光光学素子50によって、互いに直交する方向に偏光した光を分離すると共に、互いに直交する方向に偏光した光の一方を透過させると共に互いに直交する方向に偏光した光に位相差を与えることができる。さらに、偏光光学素子50は、互いに直交する方向に偏光した光を分離する第一の面51及び互いに直交する方向に偏光した光に位相差を与える機能を備えた第二の面52の両方を有するので、光学装置の大きさ及びコストを低減することが可能な偏光光学素子50を提供することができる。なお、第一の面51を含む第一の部分(点線より左側)及び第二の面52を含む第二の部分の両方、すなわち、偏光光学素子50の全体が、無機材料からなるので、偏光光学素子50の耐熱性は、高い。   As shown in FIG. 5E, the polarizing optical element 50 has a first surface 51 and a second surface 52. The first surface 51 separates light polarized in directions orthogonal to each other, and the second surface 52 gives a phase difference to light polarized in directions orthogonal to each other. The first surface 51 has a photonic crystal structure, and the second surface 52 has a subwavelength structure. Furthermore, the first part including the first surface 51 (left side from the dotted line) and the second part including the second surface 52 (right side from the dotted line) are both made of an inorganic material. However, the first portion including the first surface 51 is formed of a glass material, and the second portion including the second surface 52 is formed of an organic resin such as polymethyl methacrylate. When light polarized in directions orthogonal to each other is incident on the polarization optical element 50 from the first surface 51 side of the polarization optical element 50 shown in FIG. 5E, the light polarized in directions orthogonal to each other is Are separated by a surface 51 of That is, one of the lights polarized in the directions orthogonal to each other passes through the first surface 51, and the other of the lights polarized in the directions orthogonal to each other is reflected by the first surface 51. The light transmitted through the first surface 51 (linearly polarized light) is given a phase difference by the second surface 52. Examples of the phase difference include a half wavelength and a quarter wavelength of light polarized in directions orthogonal to each other. Further, giving a phase difference of half and a quarter of the wavelength of light polarized in directions orthogonal to each other means that the plane of vibration of linearly polarized light transmitted through the first surface 51 is rotated by 90 °. This corresponds to converting linearly polarized light transmitted through one surface 51 into circularly polarized light. In this way, the polarized optical element 50 shown in FIG. 5E separates the light polarized in the directions orthogonal to each other, transmits one of the lights polarized in the directions orthogonal to each other, and in the directions orthogonal to each other. A phase difference can be given to polarized light. Further, the polarizing optical element 50 includes both a first surface 51 that separates light polarized in directions orthogonal to each other and a second surface 52 that has a function of giving a phase difference to light polarized in directions orthogonal to each other. Thus, the polarizing optical element 50 capable of reducing the size and cost of the optical device can be provided. Note that both the first portion including the first surface 51 (left side from the dotted line) and the second portion including the second surface 52, that is, the entire polarization optical element 50 is made of an inorganic material. The heat resistance of the optical element 50 is high.

図6(a)、(b)、(c)及び(d)は、本発明による第二の実施形態である光学部品組み立て体の具体例を説明する図であり、(a)は、前段における偏光分離機能を備えた偏光分離素子並びに後段における偏光分離機能を備えた第一の面及び波長の二分の一の位相差を与える機能を備えた第二の面を有する偏光光学素子の組み合わせを含む光学部品組み立て体を説明する図であり、(b)は、前段における偏光分離機能を備えた第一の面及び波長の二分の一の位相差を与える機能を備えた第二の面を有する偏光光学素子並びに後段における偏光分離機能を備えた偏光分離素子の組み合わせを含む光学部品組み立て体を説明する図であり、(c)は、偏光分離機能を備えた第一の面及び波長の四分の一の位相差を与える機能を備えた第二の面を有する二つの偏光光学素子を含む光学部品組み立て体を説明する図であり、(d)は、図6(a)に示す偏光分離素子及び偏光光学素子の組み合わせ並びにミラー及びハーフミラーを含む光学部品組み立て体を説明する図である。 6 (a), (b), (c) and (d) are diagrams for explaining a specific example of the optical component assembly according to the second embodiment of the present invention. FIG. A combination of a polarization separation element having a polarization separation function and a polarization optical element having a first surface having a polarization separation function in a later stage and a second surface having a function of giving a half phase difference of a wavelength It is a figure explaining an optical component assembly, (b) is the polarization | polarized-light which has the 1st surface with the polarization separation function in the front | former stage, and the 2nd surface with the function to give the phase difference of 1/2 of a wavelength. It is a figure explaining the optical component assembly containing the combination of an optical element and the polarization separation element provided with the polarization separation function in the latter stage, and (c) is the 1st surface provided with the polarization separation function, and the quarter of the wavelength Second with the function of giving one phase difference FIG. 7 is a diagram for explaining an optical component assembly including two polarization optical elements having a surface, and FIG. 6D is a combination of the polarization separation element and the polarization optical element shown in FIG. It is a figure explaining a component assembly.

図6(a)に示すように、光学部品組み立て体60は、前段に偏光分離機能を備えた偏光分離素子64及び後段に偏光光学素子61を含む。偏光光学素子61は、偏光分離機能を備えた第一の面62及び波長の二分の一の位相差を与える機能を備えた第二の面63を有する。偏光分離素子64は、偏光分離機能を備えたフォトニック結晶構造を有する。
偏光光学素子61における第一の面62は、偏光分離機能を備えたフォトニック結晶構造を含み、偏光光学素子61における第二の面63は、波長の二分の一の位相差を与える機能を備えたサブ波長構造を含む。第一の面62及び第二の面63を備えた偏光光学素子61及び偏光分離素子64は、それぞれ、無機材料からなる。なお、偏光光学素子61の第一の面62に含まれるフォトニック結晶構造の偏光軸及び偏光分離素子64のフォトニック結晶構造の偏光軸は、互いに平行である。
As shown in FIG. 6A, the optical component assembly 60 includes a polarization separation element 64 having a polarization separation function at the front stage and a polarization optical element 61 at the rear stage. The polarization optical element 61 has a first surface 62 having a polarization separation function and a second surface 63 having a function of giving a half phase difference of the wavelength. The polarization separation element 64 has a photonic crystal structure having a polarization separation function.
The first surface 62 in the polarization optical element 61 includes a photonic crystal structure having a polarization separation function, and the second surface 63 in the polarization optical element 61 has a function of giving a phase difference of ½ of the wavelength. Including subwavelength structures. Each of the polarization optical element 61 and the polarization separation element 64 having the first surface 62 and the second surface 63 is made of an inorganic material. The polarization axis of the photonic crystal structure included in the first surface 62 of the polarization optical element 61 and the polarization axis of the photonic crystal structure of the polarization separation element 64 are parallel to each other.

光学部品組み立て体60に、互いに直交する方向に電場の振動面を有する偏光した光の両方を同じ割合で含む光を入射させる。互いに直交する方向に電場の振動面を有する偏光した光は、それぞれ、TEモードの光及びTMモードの光と呼ばれる。なお、TEモード及びTMモードの光の電場の振動面は、それぞれ、光の進行方向に対しても直交する。光学部品組み立て体60の偏光分離素子64に入射したTEモードの光及びTMモードの光は、偏光分離素子64のフォトニック結晶構造によって、分離される。すなわち、TMモードの光は、偏光分離素子64を透過するが、TEモードの光の大部分は、偏光分離素子64によって反射され、TEモードの光の一部は、偏光分離素子64を透過する。次に、偏光分離素子64を透過したTEモードの光及びTMモードの光は、偏光光学素子61の第一の面62のフォトニック結晶構造によって、分離される。すなわち、TMモードの光は、偏光光学素子61の第一の面62を透過するが、TEモードの光は、偏光光学素子61の第一の面62によって反射される。次に、偏光光学素子61の第一の面62を透過したTMモードの光には、偏光光学素子61の第二の面63のサブ波長構造によって、光の波長の二分の一に対応する位相差が与えられる。これにより、偏光光学素子61の第一の面62を透過したTMモードの光は、TEモードの光に変換され、TEモードの光が、偏光光学素子61の第二の面63から射出される。   The optical component assembly 60 is irradiated with light containing both of the polarized light having the vibration planes of the electric field in the directions orthogonal to each other at the same ratio. Polarized light having electric field vibration planes in directions orthogonal to each other are referred to as TE mode light and TM mode light, respectively. Note that the vibration planes of the electric fields of light in the TE mode and TM mode are also orthogonal to the traveling direction of the light. The TE mode light and TM mode light incident on the polarization separation element 64 of the optical component assembly 60 are separated by the photonic crystal structure of the polarization separation element 64. That is, TM mode light is transmitted through the polarization separation element 64, but most of the TE mode light is reflected by the polarization separation element 64, and part of the TE mode light is transmitted through the polarization separation element 64. . Next, the TE mode light and TM mode light transmitted through the polarization separation element 64 are separated by the photonic crystal structure of the first surface 62 of the polarization optical element 61. That is, the TM mode light is transmitted through the first surface 62 of the polarizing optical element 61, while the TE mode light is reflected by the first surface 62 of the polarizing optical element 61. Next, the TM mode light transmitted through the first surface 62 of the polarizing optical element 61 corresponds to a half of the wavelength of the light due to the sub-wavelength structure of the second surface 63 of the polarizing optical element 61. A phase difference is given. Thereby, the TM mode light transmitted through the first surface 62 of the polarizing optical element 61 is converted into TE mode light, and the TE mode light is emitted from the second surface 63 of the polarizing optical element 61. .

このようにして、光学部品組み立て体60を用いて、互いに直交する方向に偏光したTEモードの光及びTMモードの光を分離すると共に分離された光に光の波長の二分の一に対応する位相差が与えることができる。ここで、第一の面62及び第二の面63を備えた偏光光学素子61並びに偏光分離素子64は、ガラスのような無機材料からなるので、光学部品組み立て体60の耐熱性が改善される。また、偏光光学素子61の第一の面62及び偏光分離素子64が、フォトニック結晶構造を含むので、光学部品組み立て体60のコントラストを改善することができる。なお、光学部品組み立て体60のコントラストは、TEモードの光の透過率に対するTMモードの光の透過率の比(コントラスト=TMモードの光の透過率/TEモードの光の透過率)である。さらに、偏光光学素子61が、偏光分離機能を備えた第一の面62及び波長の二分の一の位相差を与える機能を備えた第二の面63の両方を含むので、光学部品組み立て体60に含まれる光学構成部品の数を低減させ、その結果、光学部品組み立て体60の大きさ及びコストを低減することができる。   In this way, the optical component assembly 60 is used to separate the TE mode light and the TM mode light polarized in directions orthogonal to each other, and the separated light corresponds to one half of the wavelength of the light. Phase difference can be given. Here, since the polarization optical element 61 and the polarization separation element 64 having the first surface 62 and the second surface 63 are made of an inorganic material such as glass, the heat resistance of the optical component assembly 60 is improved. . In addition, since the first surface 62 of the polarization optical element 61 and the polarization separation element 64 include a photonic crystal structure, the contrast of the optical component assembly 60 can be improved. The contrast of the optical component assembly 60 is the ratio of the TM mode light transmittance to the TE mode light transmittance (contrast = TM mode light transmittance / TE mode light transmittance). Further, since the polarization optical element 61 includes both the first surface 62 having a polarization separation function and the second surface 63 having a function of giving a half phase difference of the wavelength, the optical component assembly 60 is provided. The number of optical components included in the optical component assembly 60 can be reduced, and as a result, the size and cost of the optical component assembly 60 can be reduced.

図6(a)に示すような光学部品組み立て体60を、液晶プロジェクタなどに用いることができる。具体的には、光学部品組み立て体60を、液晶プロジェクタの光源と液晶デバイスとの間に設ける。ここで、光学部品組み立て体60の偏光分離素子64は、液晶プロジェクタの光源側に配置され、光学部品組み立て体60の偏光光学素子61は、液晶デバイス側に設けられる。なお、光学部品組み立て体60の偏光光学素子61及び偏光分離素子64のフォトニック結晶構造の両方が、P偏光を透過させると共にS偏光を反射させるように構成されている。そして、光源から放射されるS偏光及びP偏光の両方を含む光を光学部品組み立て体60に入射させると、図6(a)に示したのと同様にして、光学部品組み立て体60に入射したP偏光は、S偏光に変換されて、光学部品組み立て体60から射出され、光学部品組み立て体60に入射したS偏光は、光源側に反射される。光学部品組み立て体60から射出されたS偏光は、液晶デバイスに入射し、液晶デバイスによって変調される。   An optical component assembly 60 as shown in FIG. 6A can be used for a liquid crystal projector or the like. Specifically, the optical component assembly 60 is provided between the light source of the liquid crystal projector and the liquid crystal device. Here, the polarization separation element 64 of the optical component assembly 60 is disposed on the light source side of the liquid crystal projector, and the polarization optical element 61 of the optical component assembly 60 is provided on the liquid crystal device side. Note that both the polarization optical element 61 of the optical component assembly 60 and the photonic crystal structure of the polarization separation element 64 are configured to transmit P-polarized light and reflect S-polarized light. Then, when light including both S-polarized light and P-polarized light emitted from the light source is incident on the optical component assembly 60, it is incident on the optical component assembly 60 in the same manner as shown in FIG. The P-polarized light is converted to S-polarized light and emitted from the optical component assembly 60, and the S-polarized light incident on the optical component assembly 60 is reflected to the light source side. S-polarized light emitted from the optical component assembly 60 enters the liquid crystal device and is modulated by the liquid crystal device.

図6(b)に示すように、光学部品組み立て体60は、前段に偏光光学素子61及び後段に偏光分離機能を備えた偏光分離素子64を含む。偏光光学素子61は、偏光分離機能を備えた第一の面62及び波長の二分の一の位相差を与える機能を備えた第二の面63を有する。偏光分離素子64は、偏光分離機能を備えたフォトニック結晶構造を有する。
偏光光学素子61における第一の面62は、偏光分離機能を備えたフォトニック結晶構造を含み、偏光光学素子61における第二の面63は、波長の二分の一の位相差を与える機能を備えたサブ波長構造を含む。第一の面62及び第二の面63を備えた偏光光学素子61及び偏光分離素子64は、それぞれ、無機材料からなる。なお、偏光光学素子61の第一の面62に含まれるフォトニック結晶構造の偏光軸及び偏光分離素子64のフォトニック結晶構造の偏光軸は、互いに平行である。
As shown in FIG. 6B, the optical component assembly 60 includes a polarization optical element 61 in the front stage and a polarization separation element 64 having a polarization separation function in the rear stage. The polarization optical element 61 has a first surface 62 having a polarization separation function and a second surface 63 having a function of giving a half phase difference of the wavelength. The polarization separation element 64 has a photonic crystal structure having a polarization separation function.
The first surface 62 in the polarization optical element 61 includes a photonic crystal structure having a polarization separation function, and the second surface 63 in the polarization optical element 61 has a function of giving a phase difference of ½ of the wavelength. Including subwavelength structures. Each of the polarization optical element 61 and the polarization separation element 64 having the first surface 62 and the second surface 63 is made of an inorganic material. The polarization axis of the photonic crystal structure included in the first surface 62 of the polarization optical element 61 and the polarization axis of the photonic crystal structure of the polarization separation element 64 are parallel to each other.

光学部品組み立て体60に、互いに直交する方向に電場の振動面を有する偏光した光の両方を同じ割合で含む光を入射させる。互いに直交する方向に電場の振動面を有する偏光した光は、それぞれ、TEモードの光及びTMモードの光と呼ばれる。なお、TEモード及びTMモードの光の電場の振動面は、それぞれ、光の進行方向に対しても直交する。光学部品組み立て体60の偏光光学素子61に入射したTEモードの光及びTMモードの光には、偏光光学素子61の第二の面63のサブ波長構造によって、光の波長の二分の一に対応する位相差が与えられる。これにより、偏光光学素子61の第二の面63を透過したTEモードの光及びTMモードの光は、それぞれ、TMモードの光及びTEモードの光に変換され、偏光光学素子61の第一の面62へ入射する。次に、偏光光学素子61の第一の面62へ入射した光は、偏光光学素子61の第一の面62のフォトニック結晶構造によって、分離される。すなわち、偏光光学素子61の第二の面63を通じてTEモードの光を変換することによって得られたTMモードの光は、偏光光学素子61の第一の面62を透過するが、偏光光学素子61の第二の面63を通じてTMモードの光を変換することによって得られたTEモードの光の大部分は、偏光光学素子61の第一の面62によって第二の面63に向かって反射され、TEモードの光の一部は、偏光光学素子61の第一の面62を透過する。ここで、偏光光学素子61の第一の面62によって反射されたTEモードの光の大部分には、偏光光学素子61の第二の面63のサブ波長構造によって、光の波長の二分の一に対応する位相差が与えられ、偏光光学素子61の第一の面62によって反射されたTEモードの光の大部分は、TMモードの光に変換され、偏光光学素子61から射出される。一方、偏光光学素子61の第一の面62を透過したTEモードの光の一部及びTMモードの光は、偏光分離素子64に入射し、偏光分離素子64のフォトニック結晶構造によって分離される。すなわち、TMモードの光は、偏光分離素子64のフォトニック結晶構造を透過するが、TEモードの光の一部は、偏光分離素子64のフォトニック結晶構造によって反射される。   The optical component assembly 60 is irradiated with light containing both of the polarized light having the vibration planes of the electric field in the directions orthogonal to each other at the same ratio. Polarized light having electric field vibration planes in directions orthogonal to each other are referred to as TE mode light and TM mode light, respectively. Note that the vibration planes of the electric fields of light in the TE mode and TM mode are also orthogonal to the traveling direction of the light. The TE mode light and the TM mode light incident on the polarizing optical element 61 of the optical component assembly 60 correspond to half the wavelength of the light by the sub-wavelength structure of the second surface 63 of the polarizing optical element 61. Phase difference is given. As a result, the TE mode light and the TM mode light transmitted through the second surface 63 of the polarizing optical element 61 are converted into TM mode light and TE mode light, respectively. Incident on the surface 62. Next, the light incident on the first surface 62 of the polarizing optical element 61 is separated by the photonic crystal structure of the first surface 62 of the polarizing optical element 61. That is, the TM mode light obtained by converting the TE mode light through the second surface 63 of the polarizing optical element 61 is transmitted through the first surface 62 of the polarizing optical element 61, but the polarizing optical element 61. Most of the TE mode light obtained by converting the TM mode light through the second surface 63 is reflected by the first surface 62 of the polarizing optical element 61 toward the second surface 63. Part of the TE mode light is transmitted through the first surface 62 of the polarizing optical element 61. Here, most of the TE mode light reflected by the first surface 62 of the polarizing optical element 61 is half the wavelength of the light due to the sub-wavelength structure of the second surface 63 of the polarizing optical element 61. Most of the TE mode light reflected by the first surface 62 of the polarizing optical element 61 is converted into TM mode light and emitted from the polarizing optical element 61. On the other hand, part of the TE mode light and TM mode light transmitted through the first surface 62 of the polarization optical element 61 enter the polarization separation element 64 and are separated by the photonic crystal structure of the polarization separation element 64. . That is, TM mode light is transmitted through the photonic crystal structure of the polarization separation element 64, but part of the TE mode light is reflected by the photonic crystal structure of the polarization separation element 64.

このようにして、光学部品組み立て体60を用いて、互いに直交する方向に偏光したTEモードの光及びTMモードの光を分離すると共に分離された光に光の波長の二分の一に対応する位相差が与えることができる。ここで、第一の面62及び第二の面63を備えた偏光光学素子61並びに偏光分離素子64は、ガラスのような無機材料からなるので、光学部品組み立て体60の耐熱性が改善され、偏光光学素子61の第一の面62及び偏光分離素子64が、フォトニック結晶構造を含むので、光学部品組み立て体60のコントラストを改善することができる。なお、光学部品組み立て体60のコントラストは、TEモードの光の透過率に対するTMモードの光の透過率の比(コントラスト=TMモードの光の透過率/TEモードの光の透過率)である。また、偏光光学素子61が、偏光分離機能を備えた第一の面62及び波長の二分の一の位相差を与える機能を備えた第二の面63の両方を含むので、光学部品組み立て体60に含まれる光学構成部品の数を低減させ、その結果、光学部品組み立て体60の大きさ及びコストを低減することができる。   In this way, the optical component assembly 60 is used to separate the TE mode light and the TM mode light polarized in directions orthogonal to each other, and the separated light corresponds to one half of the wavelength of the light. Phase difference can be given. Here, since the polarization optical element 61 and the polarization separation element 64 having the first surface 62 and the second surface 63 are made of an inorganic material such as glass, the heat resistance of the optical component assembly 60 is improved. Since the first surface 62 of the polarization optical element 61 and the polarization separation element 64 include the photonic crystal structure, the contrast of the optical component assembly 60 can be improved. The contrast of the optical component assembly 60 is the ratio of the TM mode light transmittance to the TE mode light transmittance (contrast = TM mode light transmittance / TE mode light transmittance). In addition, since the polarization optical element 61 includes both the first surface 62 having a polarization separation function and the second surface 63 having a function of giving a half phase difference of the wavelength, the optical component assembly 60 is provided. The number of optical components included in the optical component assembly 60 can be reduced, and as a result, the size and cost of the optical component assembly 60 can be reduced.

図6(b)に示すような光学部品組み立て体60を、液晶プロジェクタなどに用いることができる。具体的には、光学部品組み立て体60における偏光光学素子61と偏光分離素子64との間に液晶デバイスを設ける。ただし、偏光光学素子61の第一の面は、P偏光を透過させるように構成されたフォトニック結晶構造であり、偏光分離素子64のフォトニック結晶構造は、S偏光を透過させるように構成されているとする。そして、光源から放射される光を、偏光ビームスプリッターを用いてS偏光に変換する。S偏光は、光学部品組み立て体60における偏光光学素子61の第二の面63によって、P偏光に変換させられる。P偏光に変換された光は、光学部品組み立て体60における偏光光学素子61の第一の面62を透過し、残余のS偏光成分は、光学部品組み立て体60における偏光光学素子61の第一の面62によって、反射させられる。次に、偏光光学素子61の第一の面62を透過したP偏光は、液晶デバイスに入射し、液晶デバイスにおいてS偏光に変換される。液晶デバイスによって変換されたS偏光は、光学部品組み立て体60における偏光分離素子64を透過し、残余のP偏光成分は、偏光分離素子64によって反射させられる。光学部品組み立て体60における偏光分離素子64を透過したS偏光は、合成プリズム及び投射レンズを介してスクリーンへ投射される。   An optical component assembly 60 as shown in FIG. 6B can be used for a liquid crystal projector or the like. Specifically, a liquid crystal device is provided between the polarization optical element 61 and the polarization separation element 64 in the optical component assembly 60. However, the first surface of the polarization optical element 61 has a photonic crystal structure configured to transmit P-polarized light, and the photonic crystal structure of the polarization separation element 64 is configured to transmit S-polarized light. Suppose that Then, the light emitted from the light source is converted into S-polarized light using a polarization beam splitter. S-polarized light is converted into P-polarized light by the second surface 63 of the polarizing optical element 61 in the optical component assembly 60. The light converted into P-polarized light is transmitted through the first surface 62 of the polarizing optical element 61 in the optical component assembly 60, and the remaining S-polarized component is the first of the polarizing optical element 61 in the optical component assembly 60. Reflected by surface 62. Next, the P-polarized light transmitted through the first surface 62 of the polarizing optical element 61 enters the liquid crystal device and is converted to S-polarized light in the liquid crystal device. The S-polarized light converted by the liquid crystal device is transmitted through the polarization separation element 64 in the optical component assembly 60, and the remaining P-polarized component is reflected by the polarization separation element 64. The S-polarized light transmitted through the polarization separation element 64 in the optical component assembly 60 is projected onto the screen via the synthesis prism and the projection lens.

図6(c)に示すように、光学部品組み立て体60は、二つの偏光光学素子61を含む。二つの偏光光学素子61は、偏光分離機能を備えた第一の面62及び波長の四分の一の位相差を与える機能を備えた第二の面63を有する。偏光光学素子61における第一の面62は、偏光分離機能を備えたフォトニック結晶構造を含み、偏光光学素子61における第二の面63は、波長の二分の一の位相差を与える機能を備えたサブ波長構造を含む。第一の面62及び第二の面63を備えた偏光光学素子61は、無機材料からなる。なお、二つの偏光光学素子61の第一の面62に含まれるフォトニック結晶構造の偏光軸は、互いに平行である。また、一方の偏光光学素子61の第二の面63は、他方の偏光光学素子61に面する側に配置される。   As shown in FIG. 6C, the optical component assembly 60 includes two polarizing optical elements 61. The two polarization optical elements 61 have a first surface 62 having a polarization separation function and a second surface 63 having a function of giving a phase difference of a quarter of the wavelength. The first surface 62 in the polarization optical element 61 includes a photonic crystal structure having a polarization separation function, and the second surface 63 in the polarization optical element 61 has a function of giving a phase difference of ½ of the wavelength. Including subwavelength structures. The polarizing optical element 61 having the first surface 62 and the second surface 63 is made of an inorganic material. Note that the polarization axes of the photonic crystal structures included in the first surfaces 62 of the two polarizing optical elements 61 are parallel to each other. Further, the second surface 63 of one polarizing optical element 61 is disposed on the side facing the other polarizing optical element 61.

光学部品組み立て体60に、互いに直交する方向に電場及び磁場の振動面を有する偏光した光の両方を同じ割合で含む光を入射させる。互いに直交する方向に電場の振動面を有する偏光した光は、それぞれ、TEモードの光及びTMモードの光と呼ばれる。なお、TEモード及びTMモードの光の電場の振動面は、それぞれ、光の進行方向に対しても直交する。光学部品組み立て体60の(光の入射側における)第一の偏光光学素子61に入射したTEモード及びTMモードの光は、第一の偏光光学素子61の第一の面62によって分離される。すなわち、TMモードの光は、第一の偏光光学素子61の第一の面62を透過するが、TEモードの光は、第一の偏光光学素子61の第一の面62によって反射される。第一の偏光光学素子61の第一の面62を透過したTMモードの光は、第一の偏光光学素子61の第二の面63のサブ波長構造によって、光の波長の四分の一に対応する位相差が与えられる。次に、光の波長の四分の一に対応する位相差が与えられた光は、(光の射出側における)第二の偏光光学素子61の第二の面63へ入射する。ここで、光の波長の四分の一に対応する位相差が与えられた光に、光の波長の四分の一に対応する位相差がさらに与えられる。よって、第一の偏光光学素子61の第一の面62を透過したTMモードの光には、合計で光の波長の二分の一に対応する位相差が与えられる。これにより、第一の偏光光学素子61の第一の面62を透過したTMモードの光は、TEモードの光に変換される。次に、第一の偏光光学素子61の第二の面63及び第二の偏光光学素子61の第二の面63によって変換されたTEモードの光は、第二の偏光光学素子61の第一の面62へ入射する。そして、第二の偏光光学素子61の第一の面62に入射したTEモードの光は、第二の偏光光学素子61の第一の面62によって、反射される。第二の偏光光学素子61の第一の面62によって反射されたTEモードの光には、第二の偏光光学素子61の第二の面63及び第一の偏光光学素子の第一の面62によって、それぞれ、光の波長の四分の一に対応する位相差が与えられる。すなわち、第二の偏光光学素子61の第一の面62によって反射されたTEモードの光は、第二の偏光光学素子61の第二の面63及び第一の偏光光学素子の第一の面62を通じて、TMモードの光に変換される。TMモードに変換された光は、第一の偏光光学素子61の第一の面62を透過し、第一の偏光光学素子61から射出される。   The optical component assembly 60 is irradiated with light containing both the polarized light having the vibration surface of the electric field and the magnetic field at the same ratio in directions orthogonal to each other. Polarized light having electric field vibration planes in directions orthogonal to each other are referred to as TE mode light and TM mode light, respectively. Note that the vibration planes of the electric fields of light in the TE mode and TM mode are also orthogonal to the traveling direction of the light. The TE mode and TM mode light incident on the first polarizing optical element 61 (on the light incident side) of the optical component assembly 60 is separated by the first surface 62 of the first polarizing optical element 61. That is, the TM mode light is transmitted through the first surface 62 of the first polarizing optical element 61, while the TE mode light is reflected by the first surface 62 of the first polarizing optical element 61. The TM mode light transmitted through the first surface 62 of the first polarizing optical element 61 is reduced to a quarter of the wavelength of the light by the sub-wavelength structure of the second surface 63 of the first polarizing optical element 61. A corresponding phase difference is given. Next, the light having a phase difference corresponding to a quarter of the wavelength of the light is incident on the second surface 63 of the second polarizing optical element 61 (on the light exit side). Here, the phase difference corresponding to a quarter of the wavelength of the light is further given to the light given the phase difference corresponding to the quarter of the wavelength of the light. Therefore, the TM mode light transmitted through the first surface 62 of the first polarizing optical element 61 is given a phase difference corresponding to a half of the wavelength of the light in total. Thereby, the TM mode light transmitted through the first surface 62 of the first polarizing optical element 61 is converted into TE mode light. Next, the TE mode light converted by the second surface 63 of the first polarizing optical element 61 and the second surface 63 of the second polarizing optical element 61 is the first light of the second polarizing optical element 61. The incident light enters the surface 62. The TE mode light incident on the first surface 62 of the second polarizing optical element 61 is reflected by the first surface 62 of the second polarizing optical element 61. The TE mode light reflected by the first surface 62 of the second polarizing optical element 61 includes the second surface 63 of the second polarizing optical element 61 and the first surface 62 of the first polarizing optical element. Gives a phase difference corresponding to a quarter of the wavelength of the light, respectively. That is, the TE mode light reflected by the first surface 62 of the second polarizing optical element 61 is reflected by the second surface 63 of the second polarizing optical element 61 and the first surface of the first polarizing optical element. Through 62, the light is converted into TM mode light. The light converted into the TM mode passes through the first surface 62 of the first polarizing optical element 61 and is emitted from the first polarizing optical element 61.

このようにして、光学部品組み立て体60を用いて、互いに直交する方向に偏光したTEモードの光及びTMモードの光を分離すると共に分離された光に合計で光の波長の二分の一(光の波長の四分の一×2)に対応する位相差が与えることができる。ここで、第一の面62及び第二の面63を備えた偏光光学素子61は、ガラスのような無機材料からなるので、光学部品組み立て体60の耐熱性が改善される。また、偏光光学素子61が、偏光分離機能を備えた第一の面62及び波長の二分の一の位相差を与える機能を備えた第二の面63の両方を含むので、光学部品組み立て体60に含まれる光学構成部品の数を低減させ、その結果、光学部品組み立て体60の大きさ及びコストを低減することができる。   In this way, the optical component assembly 60 is used to separate the TE mode light and the TM mode light polarized in directions orthogonal to each other, and to the separated light, a half of the wavelength of the light (light A phase difference corresponding to a quarter of the wavelength x 2) can be given. Here, since the polarizing optical element 61 provided with the first surface 62 and the second surface 63 is made of an inorganic material such as glass, the heat resistance of the optical component assembly 60 is improved. In addition, since the polarization optical element 61 includes both the first surface 62 having a polarization separation function and the second surface 63 having a function of giving a half phase difference of the wavelength, the optical component assembly 60 is provided. The number of optical components included in the optical component assembly 60 can be reduced, and as a result, the size and cost of the optical component assembly 60 can be reduced.

図6(d)に示すように、光学部品組み立て体60は、光の入射側から順に、ハーフミラー65、偏光分離機能を備えた偏光分離素子64、偏光光学素子61、並びにミラー66を含む。偏光光学素子61は、偏光分離機能を備えた第一の面62及び波長の二分の一の位相差を与える機能を備えた第二の面63を有する。偏光分離素子64は、偏光分離機能を備えたフォトニック結晶構造を有する。偏光光学素子61における第一の面62は、偏光分離機能を備えたフォトニック結晶構造を含み、偏光光学素子61における第二の面63は、波長の二分の一の位相差を与える機能を備えたサブ波長構造を含む。第一の面62及び第二の面63を備えた偏光光学素子61及び偏光分離素子64は、それぞれ、無機材料からなる。なお、偏光光学素子61の第一の面62に含まれるフォトニック結晶構造の偏光軸及び偏光分離素子64のフォトニック結晶構造の偏光軸は、互いに平行である。また、ハーフミラー65は、ハーフミラー65に入射する光量の半分の光を透過させ、ハーフミラー65に入射する光量の半分の光を反射させる。ミラー66は、ハーフミラー65に入射する光量の全てを反射させるミラーである。   As shown in FIG. 6D, the optical component assembly 60 includes a half mirror 65, a polarization separation element 64 having a polarization separation function, a polarization optical element 61, and a mirror 66 in order from the light incident side. The polarization optical element 61 has a first surface 62 having a polarization separation function and a second surface 63 having a function of giving a half phase difference of the wavelength. The polarization separation element 64 has a photonic crystal structure having a polarization separation function. The first surface 62 in the polarization optical element 61 includes a photonic crystal structure having a polarization separation function, and the second surface 63 in the polarization optical element 61 has a function of giving a phase difference of ½ of the wavelength. Including subwavelength structures. Each of the polarization optical element 61 and the polarization separation element 64 having the first surface 62 and the second surface 63 is made of an inorganic material. The polarization axis of the photonic crystal structure included in the first surface 62 of the polarization optical element 61 and the polarization axis of the photonic crystal structure of the polarization separation element 64 are parallel to each other. The half mirror 65 transmits half the light amount incident on the half mirror 65 and reflects half the light amount incident on the half mirror 65. The mirror 66 is a mirror that reflects all of the amount of light incident on the half mirror 65.

光学部品組み立て体60に、互いに直交する方向に電場の振動面を有する偏光した光の両方を同じ割合で含む光を入射させる。互いに直交する方向に電場の振動面を有する偏光した光は、それぞれ、TEモードの光及びTMモードの光と呼ばれる。なお、TEモード及びTMモードの光の電場の振動面は、それぞれ、光の進行方向に対しても直交する。光学部品組み立て体60のハーフミラー65に入射したTEモードの光及びTMモードの光の光量の半分は、ハーフミラー65を透過し、残りの半分は、ハーフミラー65によって反射される。次に、ハーフミラー65を透過したTEモードの光及びTMモードの光は、偏光分離素子64のフォトニック結晶構造によって、分離される。すなわち、TMモードの光は、偏光分離素子64を透過するが、TEモードの光の大部分は、偏光分離素子64によって反射され、TEモードの光の一部は、偏光分離素子64を透過する。そして、偏光分離素子64によって反射されたTEモードの光の大部分は、ハーフミラー65に入射し、ハーフミラー65によって反射されることになる。ここで、ハーフミラー65に入射した光は、ハーフミラー65によって反射されるときに、光の位相が反転し、ハーフミラー65によって反射された光は、TMモードの光となる。一方、偏光分離素子64を透過したTEモードの光及びTMモードの光は、偏光光学素子61の第一の面62のフォトニック結晶構造によって、分離される。すなわち、TMモードの光は、偏光光学素子61の第一の面62を透過するが、TEモードの光は、偏光光学素子61の第一の面62によって反射される。そして、偏光光学素子61の第一の面62を透過したTMモードの光には、偏光光学素子61の第二の面63のサブ波長構造によって、光の波長の二分の一に対応する位相差が与えられる。これにより、偏光光学素子61の第一の面62を透過したTMモードの光は、TEモードの光に変換され、TEモードの光が、偏光光学素子61の第二の面63から射出される。次に、偏光光学素子61の第二の面63から射出された光は、ミラー66に入射し、ミラー66によって反射されることになる。ここで、ミラー66に入射した光は、ミラー66によって反射されるときに、光の位相が反転し、ミラー66によって反射された光は、TMモードの光となる。すなわち、ハーフミラー65及びミラー66によって反射された光は、いずれもTMモードの光である。   The optical component assembly 60 is irradiated with light containing both of the polarized light having the vibration planes of the electric field in the directions orthogonal to each other at the same ratio. Polarized light having electric field vibration planes in directions orthogonal to each other are referred to as TE mode light and TM mode light, respectively. Note that the vibration planes of the electric fields of light in the TE mode and TM mode are also orthogonal to the traveling direction of the light. Half of the light amount of the TE mode light and TM mode light incident on the half mirror 65 of the optical component assembly 60 is transmitted through the half mirror 65, and the remaining half is reflected by the half mirror 65. Next, the TE mode light and the TM mode light transmitted through the half mirror 65 are separated by the photonic crystal structure of the polarization separation element 64. That is, TM mode light is transmitted through the polarization separation element 64, but most of the TE mode light is reflected by the polarization separation element 64, and part of the TE mode light is transmitted through the polarization separation element 64. . Then, most of the TE mode light reflected by the polarization separation element 64 enters the half mirror 65 and is reflected by the half mirror 65. Here, when the light incident on the half mirror 65 is reflected by the half mirror 65, the phase of the light is reversed, and the light reflected by the half mirror 65 becomes TM mode light. On the other hand, the TE mode light and TM mode light transmitted through the polarization separation element 64 are separated by the photonic crystal structure of the first surface 62 of the polarization optical element 61. That is, the TM mode light is transmitted through the first surface 62 of the polarizing optical element 61, while the TE mode light is reflected by the first surface 62 of the polarizing optical element 61. The TM mode light transmitted through the first surface 62 of the polarizing optical element 61 has a phase difference corresponding to one half of the wavelength of the light due to the sub-wavelength structure of the second surface 63 of the polarizing optical element 61. Is given. Thereby, the TM mode light transmitted through the first surface 62 of the polarizing optical element 61 is converted into TE mode light, and the TE mode light is emitted from the second surface 63 of the polarizing optical element 61. . Next, the light emitted from the second surface 63 of the polarizing optical element 61 enters the mirror 66 and is reflected by the mirror 66. Here, when the light incident on the mirror 66 is reflected by the mirror 66, the phase of the light is inverted, and the light reflected by the mirror 66 becomes TM mode light. That is, the light reflected by the half mirror 65 and the mirror 66 is TM mode light.

このようにして、図6(d)に示す光学部品組み立て体60を用いて、互いに直交する方向に偏光したTEモード及びTMモードの両方を含む光から、互いに直交する方向に偏光した光の一方であるTMモードの光を効率的に得ることができる。   In this way, using the optical component assembly 60 shown in FIG. 6D, one of the lights polarized in the directions orthogonal to each other from the light including both the TE mode and the TM mode polarized in the directions orthogonal to each other. It is possible to efficiently obtain TM mode light.

図7は、本発明による第二の実施形態である光学部品組み立て体の別の具体例を説明する図であり、偏光分離機能を備えた第一の面及び光を屈折させる機能を備えた第二の面を有する二つの偏光光学素子の組み合わせを含む光学部品組み立て体を説明する図である。 FIG. 7 is a diagram for explaining another specific example of the optical component assembly according to the second embodiment of the present invention, in which a first surface having a polarization separation function and a function of refracting light are provided. It is a figure explaining the optical component assembly containing the combination of two polarizing optical elements which have two surfaces.

図7に示すように、光学部品組み立て体70は、二つの偏光光学素子71、72を含む。二つの偏光光学素子71、72のうち、光の入射側における偏光光学素子71及び光の射出側における偏光光学素子72を、それぞれ、第一の偏光光学素子71及び第二の偏光光学素子72と呼ぶことにする。第一の偏光光学素子71は、偏光分離機能を備えた第一の面73及び光を収束させる機能を備えた第二の面74を有する。第二の偏光光学素子72は、偏光分離機能を備えた第一の面73及び光を発散させる機能を備えた第二の面75を有する。第一の偏光光学素子71及び第二の偏光光学素子72における第一の面73は、偏光分離機能を備えたフォトニック結晶構造を含む。第一の偏光光学素子71における第二の面74は、光を収束させる機能を備えた凸面を含み、第二の偏光光学素子72における第二の面75は、光を発散させる機能を備えた凹面を含む。なお、第一の偏光光学素子71における凸面及び第二の偏光光学素子72における凹面は、それぞれ、単数であってもよく、複数(マイクロレンズアレイ等)であってもよい。第一の偏光光学素子71及び第二の偏光光学素子72は、いずれも無機材料からなる。なお、二つの偏光光学素子71の第一の面73に含まれるフォトニック結晶構造の偏光軸は、互いに平行であり、第一の偏光光学素子71における凸面及び第二の偏光光学素子72における凹面は、整列されている。また、一方の偏光光学素子71の第二の面74は、他方の偏光光学素子72に面する側に配置される。   As shown in FIG. 7, the optical component assembly 70 includes two polarizing optical elements 71 and 72. Of the two polarizing optical elements 71 and 72, the polarizing optical element 71 on the light incident side and the polarizing optical element 72 on the light exit side are respectively referred to as a first polarizing optical element 71 and a second polarizing optical element 72, respectively. I will call it. The first polarization optical element 71 has a first surface 73 having a polarization separation function and a second surface 74 having a function of converging light. The second polarization optical element 72 has a first surface 73 having a polarization separation function and a second surface 75 having a function of diverging light. The first surface 73 of the first polarizing optical element 71 and the second polarizing optical element 72 includes a photonic crystal structure having a polarization separation function. The second surface 74 of the first polarizing optical element 71 includes a convex surface having a function of converging light, and the second surface 75 of the second polarizing optical element 72 has a function of diverging light. Concave surface included. The convex surface in the first polarizing optical element 71 and the concave surface in the second polarizing optical element 72 may be singular or plural (microlens array or the like). Both the first polarizing optical element 71 and the second polarizing optical element 72 are made of an inorganic material. The polarization axes of the photonic crystal structure included in the first surfaces 73 of the two polarizing optical elements 71 are parallel to each other, and the convex surface in the first polarizing optical element 71 and the concave surface in the second polarizing optical element 72 Are aligned. The second surface 74 of one polarizing optical element 71 is disposed on the side facing the other polarizing optical element 72.

光学部品組み立て体70に、互いに直交する方向に電場の振動面を有する偏光した光の両方を同じ割合で含む光を入射させる。互いに直交する方向に電場の振動面を有する偏光した光は、それぞれ、TEモードの光及びTMモードの光と呼ばれる。なお、TEモード及びTMモードの光の電場の振動面は、それぞれ、光の進行方向に対しても直交する。光学部品組み立て体70の第一の偏光光学素子71に入射したTEモード及びTMモードの光は、第一の偏光光学素子71の第一の面73によって分離される。すなわち、TMモードの光は、第一の偏光光学素子71の第一の面73を透過するが、TEモードの光の大部分は、第一の偏光光学素子71の第一の面73によって反射され、TEモードの光の一部は、第一の偏光光学素子71の第一の面73を透過する。第一の偏光光学素子71の第一の面73を透過したTMモードの光及びTEモードの光の一部は、第一の偏光光学素子71の第二の面74の凸面によって、収束させられる。次に、第一の偏光光学素子71の第二の面74の凸面によって収束させた光は、第二の偏光光学素子72の第二の面74へ平行光として入射する。ここで、第一の偏光光学素子71の第二の面74の凸面によって収束させられた光は、第二の偏光光学素子72の第二の面75の凹面によって、発散させられ、概略平行光として、第二の偏光光学素子72の第一の面73へ入射する。そして、第二の偏光光学素子72の第一の面73に入射したTMモードの光は、第二の偏光光学素子72の第一の面73を透過し、第二の偏光光学素子72の第一の面73に入射したTEモードの光は、第二の偏光光学素子72の第一の面73によって反射させられる。   The optical component assembly 70 is irradiated with light containing both of the polarized light having the vibration surface of the electric field in the same direction in the direction orthogonal to each other. Polarized light having electric field vibration planes in directions orthogonal to each other are referred to as TE mode light and TM mode light, respectively. Note that the vibration planes of the electric fields of light in the TE mode and TM mode are also orthogonal to the traveling direction of the light. The TE mode and TM mode light incident on the first polarizing optical element 71 of the optical component assembly 70 is separated by the first surface 73 of the first polarizing optical element 71. That is, TM mode light is transmitted through the first surface 73 of the first polarizing optical element 71, but most of the TE mode light is reflected by the first surface 73 of the first polarizing optical element 71. A part of the TE mode light is transmitted through the first surface 73 of the first polarizing optical element 71. Part of the TM mode light and the TE mode light transmitted through the first surface 73 of the first polarizing optical element 71 is converged by the convex surface of the second surface 74 of the first polarizing optical element 71. . Next, the light converged by the convex surface of the second surface 74 of the first polarizing optical element 71 enters the second surface 74 of the second polarizing optical element 72 as parallel light. Here, the light converged by the convex surface of the second surface 74 of the first polarizing optical element 71 is diverged by the concave surface of the second surface 75 of the second polarizing optical element 72, and is approximately parallel light. As a result, the light is incident on the first surface 73 of the second polarizing optical element 72. Then, the TM mode light incident on the first surface 73 of the second polarizing optical element 72 is transmitted through the first surface 73 of the second polarizing optical element 72, and the second light of the second polarizing optical element 72. The TE mode light incident on one surface 73 is reflected by the first surface 73 of the second polarizing optical element 72.

このようにして、光学部品組み立て体70を用いて、互いに直交する方向に偏光したTEモードの光及びTMモードの光を分離すると共に分離された光を屈折させることができる。ここで、第一の面73及び第二の面74、75を備えた二つの偏光光学素子71、72は、ガラスのような無機材料からなるので、光学部品組み立て体70の耐熱性が改善され、二つの偏光光学素子71、72の第一の面73が、フォトニック結晶構造を含むので、光学部品組み立て体70のコントラストを改善することができる。なお、光学部品組み立て体70のコントラストは、TEモードの光の透過率に対するTMモードの光の透過率の比(コントラスト=TMモードの光の透過率/TEモードの光の透過率)である。また、偏光光学素子71、72が、偏光分離機能を備えた第一の面73及び光を屈折させる機能を備えた第二の面74、75の両方を含むので、光学部品組み立て体70に含まれる光学構成部品の数を低減させ、その結果、光学部品組み立て体70の大きさ及びコストを低減することができる。   In this manner, the optical component assembly 70 can be used to separate TE mode light and TM mode light polarized in directions orthogonal to each other and to refract the separated light. Here, since the two polarizing optical elements 71 and 72 having the first surface 73 and the second surfaces 74 and 75 are made of an inorganic material such as glass, the heat resistance of the optical component assembly 70 is improved. Since the first surfaces 73 of the two polarizing optical elements 71 and 72 include a photonic crystal structure, the contrast of the optical component assembly 70 can be improved. The contrast of the optical component assembly 70 is the ratio of the TM mode light transmittance to the TE mode light transmittance (contrast = TM mode light transmittance / TE mode light transmittance). Further, since the polarization optical elements 71 and 72 include both the first surface 73 having the polarization separation function and the second surfaces 74 and 75 having the function of refracting light, they are included in the optical component assembly 70. As a result, the size and cost of the optical component assembly 70 can be reduced.

図8は、本発明の実施形態による光学部品組み立て体を含む液晶プロジェクタの例を説明する図である。 FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a liquid crystal projector including an optical component assembly according to an embodiment of the present invention.

図8に示すような液晶プロジェクタは、光の入射側に偏光分離素子84を含み、光の射出側に偏光光学素子81を含む。偏光分離素子84は、S偏光を透過させると共にP偏光を反射させるように構成されたフォトニック結晶構造を有する。また、偏光光学素子81は、S偏光を透過させると共にP偏光を反射させるように構成されたフォトニック結晶構造を備えた第一の面82及び偏光光学素子81に入射する光に光の波長の二分の一に対応する位相差を与える第二の面83を有する。そして、偏光光学素子81の第一の面82は、光の射出側に面し、第二の面83は、光の入射側に面する。液晶プロジェクタの液晶デバイス85は、光学部品組み立て体の偏光分離素子84と偏光光学素子81との間に設けられる。なお、偏光ビームスプリッターなどの液晶プロジェクタのその他の構成要素は、公知のものと同様であり、ここではその詳細な記載は省略する。   The liquid crystal projector as shown in FIG. 8 includes a polarization separation element 84 on the light incident side and a polarization optical element 81 on the light emission side. The polarization separation element 84 has a photonic crystal structure configured to transmit S-polarized light and reflect P-polarized light. In addition, the polarization optical element 81 has a first wavelength 82 having a photonic crystal structure configured to transmit S-polarized light and reflect P-polarized light, and the light incident on the polarization optical element 81 has a wavelength of light. It has the 2nd surface 83 which gives the phase difference corresponding to a half. The first surface 82 of the polarizing optical element 81 faces the light exit side, and the second surface 83 faces the light incident side. The liquid crystal device 85 of the liquid crystal projector is provided between the polarization separation element 84 and the polarization optical element 81 of the optical component assembly. The other components of the liquid crystal projector, such as a polarizing beam splitter, are the same as known components, and detailed description thereof is omitted here.

図8に示す液晶プロジェクタにおいては、まず、光源から放射される光を、偏光ビームスプリッターを用いてS偏光に変換する。S偏光は、光学部品組み立て体における偏光分離素子84を透過し、残余のP偏光成分は、偏光分離素子84によって、反射させられる。次に、偏光分離素子84を透過したS偏光は、液晶デバイス85に入射し、液晶デバイス85においてP偏光に変換される。液晶デバイス85によって変換されたP偏光は、光学部品組み立て体における偏光光学素子81の第二の面83によって、再度S偏光に変換される。そして、偏光光学素子81の第二の面83によって変換されたS偏光は、偏光光学素子81の第一の面82を透過し、合成プリズム及び投射レンズを介してスクリーンへ投射される。   In the liquid crystal projector shown in FIG. 8, first, light emitted from a light source is converted into S-polarized light using a polarization beam splitter. S-polarized light is transmitted through the polarization separation element 84 in the optical component assembly, and the remaining P-polarized light component is reflected by the polarization separation element 84. Next, the S-polarized light transmitted through the polarization separation element 84 enters the liquid crystal device 85 and is converted into P-polarized light in the liquid crystal device 85. The P-polarized light converted by the liquid crystal device 85 is converted again to S-polarized light by the second surface 83 of the polarizing optical element 81 in the optical component assembly. Then, the S-polarized light converted by the second surface 83 of the polarizing optical element 81 is transmitted through the first surface 82 of the polarizing optical element 81 and projected onto the screen via the combining prism and the projection lens.

図9は、第一の光学部品及び第二の光学部品が非有効部分を有すると共に非有効部分で接合される光学部品組み立て体の例を説明する図である。   FIG. 9 is a diagram illustrating an example of an optical component assembly in which the first optical component and the second optical component have an ineffective portion and are joined at the ineffective portion.

図9に示すように、光学部品組み立て体は、第一及び第二の光学部品91を含む。第一及び第二の光学部品91は、それぞれ、偏光分離機能を備えた第一の面及び偏光の位相制御機能を備えた第二の面を有する。そして、第一及び第二の光学部品91は、それぞれ、第一の面及び第二の面の外周に、互いに直交する方向に偏光した光が入射しない非有効部分92を有する。そして、そして、第一及び第二の光学部品91は、非有効部分92に塗布した接着剤93で接合される。接着剤93は、互いに直交する方向に偏光した光が入射しない非有効部分92に塗布されるため、無色のみならず着色した接着剤を使用することができる。このように、図9に示すような光学部品組み立て体を、図6(c)に示す光学部品組み立て体と同様に用いることによっても、互いに直交する方向に偏光したTEモードの光及びTMモードの光を分離すると共に分離された光に光の波長の二分の一に対応する位相差が与えることができる。なお、図9におけるフォトニック結晶構造の一方又は両方に代えて、ワイヤーグリッド構造も用いることができる。   As shown in FIG. 9, the optical component assembly includes first and second optical components 91. The first and second optical components 91 each have a first surface having a polarization separation function and a second surface having a polarization phase control function. And the 1st and 2nd optical components 91 have the ineffective part 92 into which the light polarized in the mutually orthogonal direction does not enter into the outer periphery of a 1st surface and a 2nd surface, respectively. And the 1st and 2nd optical components 91 are joined by the adhesive agent 93 apply | coated to the ineffective part 92. FIG. Since the adhesive 93 is applied to the ineffective portion 92 where light polarized in directions orthogonal to each other is not incident, not only colorless but also a colored adhesive can be used. As described above, by using the optical component assembly as shown in FIG. 9 in the same manner as the optical component assembly shown in FIG. 6C, the TE mode light and the TM mode polarized in directions orthogonal to each other. The light can be separated and a phase difference corresponding to one half of the wavelength of the light can be given to the separated light. Note that a wire grid structure can be used instead of one or both of the photonic crystal structures in FIG.

図10は、第一の光学部品及び第二の光学部品の少なくとも一方は、光学部品を固定する固定用部材に固定される光学部品組み立て体の例を説明する図である。   FIG. 10 is a diagram illustrating an example of an optical component assembly in which at least one of the first optical component and the second optical component is fixed to a fixing member that fixes the optical component.

図10に示すように、光学部品組み立て体においては、互いに直交する方向に偏光した光を分離する第一の面、並びに、光の屈折、反射、及び偏光の位相制御からなる群より選択される少なくとも一つの機能を備えた第二の面を有する光学部品が、光学部品を固定する固定用部材に固定されている。固定用部材は、光学部品101の周囲(の四つの面)を囲むことになる四枚のガラス板(二枚のガラス板のみ図示する)を有するセル102及びセル102の四枚のガラス板のうち二枚のガラス板の間隔を調整するための機械的手段103を有する。より詳しくは、光学部品101をセル102の四枚のガラス板に囲まれる空間に位置させ、セル102の二枚のガラス板で光学部品101をはさむ。そして、セル102の二枚のガラス板の間隔を、機械的手段103を使用して、減少させる。このようにして、光学部品101は、セル102の二枚のガラス板に硬く挟みこまれ、セル102内に固定される。また、光学組み立て品に含まれる他の光学部品も同様の固定用部材によって所定の位置に固定される。よって、光学部品101を容易に固定することができる。また、図示していないが、セル102に複数のガラス板の位置を調整するために、複数の機械的手段を設ければ、偏光分離素子における光学部品101の位置を調整することができる。   As shown in FIG. 10, the optical component assembly is selected from the group consisting of a first surface that separates light polarized in directions orthogonal to each other, and phase control of light refraction, reflection, and polarization. An optical component having a second surface having at least one function is fixed to a fixing member that fixes the optical component. The fixing member includes a cell 102 having four glass plates (only two glass plates are shown) surrounding the optical component 101 (four surfaces), and the four glass plates of the cell 102. Of these, mechanical means 103 for adjusting the distance between the two glass plates is provided. More specifically, the optical component 101 is positioned in a space surrounded by the four glass plates of the cell 102, and the optical component 101 is sandwiched between the two glass plates of the cell 102. Then, the distance between the two glass plates of the cell 102 is reduced using the mechanical means 103. In this way, the optical component 101 is firmly sandwiched between the two glass plates of the cell 102 and fixed in the cell 102. Further, other optical components included in the optical assembly are also fixed at predetermined positions by the same fixing member. Therefore, the optical component 101 can be easily fixed. Although not shown, if a plurality of mechanical means are provided to adjust the position of the plurality of glass plates in the cell 102, the position of the optical component 101 in the polarization separation element can be adjusted.

図5(e)に示すような、ガラス材料からなるフォトニック結晶構造及びサブ波長構造を備えた偏光光学素子を、FDTD(時間領域差分)法を用いて設計し、図3に示すような方法によって、偏光光学素子のフォトニック結晶構造を製造した。   A polarizing optical element having a photonic crystal structure and a sub-wavelength structure made of a glass material as shown in FIG. 5E is designed using the FDTD (time domain difference) method, and the method as shown in FIG. Thus, a photonic crystal structure of a polarizing optical element was manufactured.

偏光光学素子のフォトニック結晶構造は、石英からなる基板及び低屈折率層の材料と同じ材料からなる調整層、並びに調整層に順次積層された第一の薄膜層群〜第十三の薄膜層群を含む。第一の薄膜層群は、基板側から、厚さλ/2の高屈折率層及び厚さλ/2の低屈折率層を交互にそれぞれ10層ずつ積層させたものである。第二の薄膜層群は、基板側から、厚さλ/2の高屈折率層及び厚さλ/2×0.90の低屈折率層を交互にそれぞれ10層ずつ積層させたものである。第三の薄膜層群は、基板側から、厚さλ/2×0.95の高屈折率層及び厚さλ/2×0.90の低屈折率層を交互にそれぞれ10層ずつ積層させたものである。第四の薄膜層群は、基板側から、厚さλ/2×0.95の高屈折率層及び厚さλ/2×0.85の低屈折率層を交互にそれぞれ8層ずつ積層させたものである。第五の薄膜層群は、基板側から、厚さλ/2×0.90の高屈折率層及び厚さλ/2×0.85の低屈折率層を交互にそれぞれ8層ずつ積層させたものである。第六の薄膜層群は、基板側から、厚さλ/2×0.90の高屈折率層及び厚さλ/2×0.80の低屈折率層を交互にそれぞれ6層ずつ積層させたものである。第七の薄膜層群は、基板側から、厚さλ/2×0.85の高屈折率層及び厚さλ/2×0.80の低屈折率層を交互にそれぞれ6層ずつ積層させたものである。第八の薄膜層群は、基板側から、厚さλ/2×0.80の高屈折率層及び厚さλ/2×0.70の低屈折率層を交互にそれぞれ4層ずつ積層させたものである。第九の薄膜層群は、基板側から、厚さλ/2×0.75の高屈折率層及び厚さλ/2×0.60の低屈折率層を4層ずつ積層させたものである。第十の薄膜層群は、基板側から、厚さλ/2×0.70の高屈折率層及び厚さλ/2×0.55の低屈折率層をそれぞれ1層ずつ積層させたものである。第十一の薄膜層群は、基板側から、厚さλ/2×0.60の高屈折率層及び厚さλ/2×0.50の低屈折率層をそれぞれ1層ずつ積層させたものである。第十二の薄膜層群は、基板側から、厚さλ/2×0.50の高屈折率層及び厚さλ/2×0.40の低屈折率層をそれぞれ1層ずつ積層させたものである。第十三の薄膜層群は、基板側から、厚さλ/2×0.50の高屈折率層及び厚さλ/2×0.30の低屈折率層をそれぞれ1層ずつ積層させたものである。   The photonic crystal structure of the polarizing optical element includes a substrate made of quartz and an adjustment layer made of the same material as that of the low refractive index layer, and a first thin film layer group to a thirteenth thin film layer sequentially laminated on the adjustment layer. Including groups. The first thin film layer group is formed by alternately laminating 10 layers each of a high refractive index layer having a thickness λ / 2 and a low refractive index layer having a thickness λ / 2 from the substrate side. The second thin film layer group is formed by alternately laminating 10 layers each of a high refractive index layer having a thickness of λ / 2 and a low refractive index layer having a thickness of λ / 2 × 0.90 from the substrate side. . The third thin film layer group is formed by alternately laminating 10 layers each of a high refractive index layer having a thickness of λ / 2 × 0.95 and a low refractive index layer having a thickness of λ / 2 × 0.90 from the substrate side. It is a thing. In the fourth thin film layer group, eight layers of high refractive index layers having a thickness λ / 2 × 0.95 and low refractive index layers having a thickness λ / 2 × 0.85 are alternately stacked from the substrate side. It is a thing. In the fifth thin film layer group, eight layers of high refractive index layers having a thickness of λ / 2 × 0.90 and low refractive index layers having a thickness of λ / 2 × 0.85 are alternately stacked from the substrate side. It is a thing. In the sixth thin film layer group, six layers of high refractive index layers having a thickness of λ / 2 × 0.90 and low refractive index layers having a thickness of λ / 2 × 0.80 are alternately laminated from the substrate side. It is a thing. In the seventh thin film layer group, six layers of high refractive index layers having a thickness λ / 2 × 0.85 and low refractive index layers having a thickness λ / 2 × 0.80 are alternately laminated from the substrate side. It is a thing. In the eighth thin film layer group, four layers of high refractive index layers of thickness λ / 2 × 0.80 and low refractive index layers of thickness λ / 2 × 0.70 are alternately laminated from the substrate side. It is a thing. The ninth thin film layer group is formed by stacking four layers of a high refractive index layer having a thickness of λ / 2 × 0.75 and a low refractive index layer having a thickness of λ / 2 × 0.60 from the substrate side. is there. The tenth thin film layer group is formed by laminating a high refractive index layer having a thickness of λ / 2 × 0.70 and a low refractive index layer having a thickness of λ / 2 × 0.55 from the substrate side. It is. In the eleventh thin film layer group, a high refractive index layer having a thickness of λ / 2 × 0.60 and a low refractive index layer having a thickness of λ / 2 × 0.50 were laminated one by one from the substrate side. Is. In the twelfth thin film layer group, a high refractive index layer having a thickness of λ / 2 × 0.50 and a low refractive index layer having a thickness of λ / 2 × 0.40 were laminated one by one from the substrate side. Is. In the thirteenth thin film layer group, a high refractive index layer having a thickness of λ / 2 × 0.50 and a low refractive index layer having a thickness of λ / 2 × 0.30 were laminated one by one from the substrate side. Is.

なお、λは、偏光分離素子に入射させる光の波長であり、ここでは、470nmである。また、波長λ(470nm)における石英、高屈折率層、低屈折率層の屈折率は、それぞれ、1.45、2.333、1.435である。   Note that λ is the wavelength of light incident on the polarization separation element, and is 470 nm here. The refractive indexes of quartz, the high refractive index layer, and the low refractive index layer at the wavelength λ (470 nm) are 1.45, 2.333, and 1.435, respectively.

次に、偏光光学素子の基板におけるフォトニック結晶構造と反対側に、図4(a)に示すようなサブ波長構造を、図4(b)に示すような方法に従って形成した。サブ波長構造の複数の壁体部分は、屈折率が1.54である、SiOに僅かにTiO2を混合し屈折率調整したスパッタリング薄膜表面からなる薄膜であった。壁体部分の高さは、2.4μmであり、壁体部分の厚さは、120nmであり、壁体部分のピッチは、400nmであった(フィリングファクター=(ピッチ−厚さ)/ピッチ=0.7)。 Next, a sub-wavelength structure as shown in FIG. 4A was formed on the side of the polarizing optical element opposite to the photonic crystal structure according to the method shown in FIG. The plurality of wall portions of the sub-wavelength structure were thin films made of a sputtering thin film surface having a refractive index of 1.54 and a refractive index adjusted by slightly mixing TiO 2 with SiO 2 . The height of the wall portion was 2.4 μm, the thickness of the wall portion was 120 nm, and the pitch of the wall portion was 400 nm (filling factor = (pitch−thickness) / pitch = 0.7).

図11は、偏光分離機能を備えた第一の面及び偏光の位相制御機能を備えた第二の面を有する偏光光学素子に対する光の透過率のシミュレーション結果を示す図である。図11の縦軸は、偏光光学素子に対する光の透過率を示し、図11の横軸は、表面微細パターンの方向に対する入射光の偏波面の角度(度)を表す。横軸について、より詳しくは、表面微細パターンの方向に対する入射光の偏波面の角度は、入射光の偏波面と偏光光学素子におけるサブ波長構造の壁体部分の長手方向との間の角度であり、角度0度及び±180度は、入射光の偏波面と偏光光学素子におけるサブ波長構造の壁体部分の長手方向とが平行であることを意味し、角度±90度は、入射光の偏波面と偏光光学素子におけるサブ波長構造の壁体部分の長手方向とが垂直であることを意味する。また、偏光光学素子に入射する光の波長は、400nm、500nm、600nm、700nm、800nmであった。得られた偏光光学素子の透過率は、表面微細パターンの方向に対する入射光の偏波面の角度の全体及び可視光の波長領域の全体(400nm〜800nm)にわたって、従来のKONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.2(2005) pp.97−100で報告されたサブ波長構造の透過率よりも高い均一性を示した。   FIG. 11 is a diagram illustrating a simulation result of light transmittance for a polarizing optical element having a first surface having a polarization separation function and a second surface having a polarization phase control function. The vertical axis in FIG. 11 represents the light transmittance with respect to the polarizing optical element, and the horizontal axis in FIG. 11 represents the angle (degree) of the polarization plane of incident light with respect to the direction of the surface fine pattern. More specifically, with respect to the horizontal axis, the angle of the polarization plane of the incident light with respect to the direction of the surface fine pattern is the angle between the polarization plane of the incident light and the longitudinal direction of the wall portion of the sub-wavelength structure in the polarizing optical element. The angles 0 ° and ± 180 ° mean that the polarization plane of the incident light is parallel to the longitudinal direction of the wall portion of the sub-wavelength structure in the polarizing optical element, and the angle ± 90 ° is the polarization of the incident light. It means that the wavefront and the longitudinal direction of the wall portion of the sub-wavelength structure in the polarizing optical element are perpendicular. The wavelengths of light incident on the polarizing optical element were 400 nm, 500 nm, 600 nm, 700 nm, and 800 nm. The transmittance of the obtained polarizing optical element is the same as that of the conventional KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL. 2 (2005) pp. It showed higher uniformity than the transmission of the subwavelength structure reported in 97-100.

図7に示すような、二つの偏光光学素子を含む光学部品組み立て体を形成した。第一の偏光光学素子は、フォトニック結晶構造を備えた第一の面及び球面の凸面を備えた第二の面を有し、第二の偏光光学素子は、フォトニック結晶構造を備えた第一の面及び球面の凹面を備えた第二の面を有する。フォトニック結晶構造の構成は、上述した実施例1のものと同様である。また、球面の凸面及び球面の凹面については、複数個の球面の凸面及び球面の凹面が、設けられており、マイクロレンズアレイを形成している。光線の入射高さにおける凸面の屈折力及び凹面の屈折力は、互いに、反対の符号及び実質的に等しい絶対値を有していた。球面の凸面の曲率半径は、700μmであり、球面の直径は、12.0μmであり、球面の凹面の曲率半径は、500μmであり、球面の凹面の直径は、11.0μmであった。また、マイクロレンズのピッチは、12.0μmであり、球面の凸面と球面の凹面との間の距離は、500μmであった。   As shown in FIG. 7, an optical component assembly including two polarizing optical elements was formed. The first polarizing optical element has a first surface with a photonic crystal structure and a second surface with a spherical convex surface, and the second polarizing optical element has a first surface with a photonic crystal structure. And having a second surface with one surface and a spherical concave surface. The configuration of the photonic crystal structure is the same as that of Example 1 described above. Further, with respect to the spherical convex surface and the spherical concave surface, a plurality of spherical convex surfaces and a spherical concave surface are provided to form a microlens array. The refractive power of the convex surface and the refractive power of the concave surface at the incident height of the light beam had opposite signs and substantially equal absolute values. The radius of curvature of the convex surface of the spherical surface was 700 μm, the diameter of the spherical surface was 12.0 μm, the radius of curvature of the concave surface of the spherical surface was 500 μm, and the diameter of the concave surface of the spherical surface was 11.0 μm. The pitch of the microlenses was 12.0 μm, and the distance between the spherical convex surface and the spherical concave surface was 500 μm.

加えて、上記の光学部品組み立て体において、球面の凸面及び球面の凹面の組み合わせを、表1に示すように、それぞれ、600μm及び400μm、800μm及び600μm、900μm及び700μm、並びに1000μm及び800μmに変更した光学部品組み立て体を製作した。   In addition, in the optical component assembly described above, the combination of the spherical convex surface and the spherical concave surface was changed to 600 μm and 400 μm, 800 μm and 600 μm, 900 μm and 700 μm, and 1000 μm and 800 μm, respectively, as shown in Table 1. An optical assembly was manufactured.

表1 製作したマイクロレンズの曲率半径及びそれらの光学特性   Table 1 Curvature radius of manufactured microlenses and their optical characteristics

Figure 0005032753
本実施例で得られた光学部品組み立て体を、それぞれ、0.7インチ液晶プロジェクター用パネルに取り付けた液晶デバイスの光学特性を測定した。また、光学部品組み立て体に入射する光の入射角は、約±4°の範囲にあった。
Figure 0005032753
The optical characteristics of the liquid crystal devices in which the optical component assemblies obtained in this example were each attached to a 0.7-inch liquid crystal projector panel were measured. Further, the incident angle of light incident on the optical component assembly was in the range of about ± 4 °.

本実施例で得られた光学部品組み立て体を備えた液晶デバイスの透過効率を、比較例の光学部品組み立て体を備えた液晶デバイスの透過効率と比較した。比較例の光学部品組み立て体は、球面の凸面及び球面の凹面が形成されていないフォトニック結晶構造を備えた二つの偏光光学素子からなる光学部品組み立て体である。   The transmission efficiency of the liquid crystal device including the optical component assembly obtained in this example was compared with the transmission efficiency of the liquid crystal device including the optical component assembly of the comparative example. The optical component assembly of the comparative example is an optical component assembly including two polarization optical elements having a photonic crystal structure in which a spherical convex surface and a spherical concave surface are not formed.

表1に示すように、比較例の光学部品組み立て体を備えた液晶デバイスの透過効率を1とすると、本実施例で得られた光学部品組み立て体を備えた液晶デバイスの透過効率は、1.4を超えており、本実施例で得られた光学部品組み立て体を備えた液晶デバイスの透過効率は、比較例の光学部品組み立て体を備えた液晶デバイスの透過効率よりも顕著に高かった。また、表1に示すように、本実施例で得られた光学部品組み立て体に、約±4°の範囲の入射角で光を入射させたとき、本実施例で得られた光学部品組み立て体から射出される光の射出角の平均値は、概略平行光であるとみなせる射出角である、0.1°よりも十分に小さかった。このため、光学部品組み立て体の透過効率を向上させると共に隣接するマイクロレンズを透過する光の混合を低減する光学部品組み立て体を得ることができた。すなわち、本実施例の光学部品組み立て体を含む液晶デバイスを用いた液晶プロジェクターを使用した場合には、液晶分子の劣化が低減されて、液晶デバイスの光に対する耐久性が向上し、スクリーンに投射される画像のコントラストの低下及び混色は、見られなかった。   As shown in Table 1, assuming that the transmission efficiency of the liquid crystal device including the optical component assembly of the comparative example is 1, the transmission efficiency of the liquid crystal device including the optical component assembly obtained in this example is 1. The transmission efficiency of the liquid crystal device including the optical component assembly obtained in this example was significantly higher than the transmission efficiency of the liquid crystal device including the optical component assembly of the comparative example. Moreover, as shown in Table 1, when light is incident on the optical component assembly obtained in this example at an incident angle in the range of about ± 4 °, the optical component assembly obtained in this example The average value of the emission angles of the light emitted from the light source was sufficiently smaller than 0.1 °, which is an emission angle that can be regarded as substantially parallel light. For this reason, the optical component assembly which improves the transmission efficiency of an optical component assembly and reduces the mixing of the light which permeate | transmits an adjacent microlens was able to be obtained. That is, when a liquid crystal projector using a liquid crystal device including the optical component assembly of the present embodiment is used, the deterioration of the liquid crystal molecules is reduced, and the durability of the liquid crystal device with respect to light is improved and projected onto the screen. There was no reduction in contrast or color mixing in the image.

以上、本発明の実施の形態及び実施例を具体的に説明してきたが、本発明は、これらの実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、これら本発明の実施の形態及び実施例を、本発明の主旨及び範囲を逸脱することなく、変更又は変形することができる。
[付記]
付記(1):
互いに直交する方向に偏光した光を分離する第一の面、並びに、光の屈折、反射、及び偏光の位相制御からなる群より選択される少なくとも一つの機能を備えた第二の面を少なくとも有することを特徴とする偏光光学素子。
付記(2):
前記第一の面を含む第一の部分及び該第一の部分と異なると共に前記第二の面を含む第二の部分の少なくとも一方は、無機材料からなることを特徴とする、付記(1)に記載の偏光光学素子。
付記(3):
前記第一の面は、フォトニック結晶構造を有することを特徴とする、付記(1)又は(2)に記載の偏光光学素子。
付記(4):
前記第二の面は、互いに直交する方向に偏光した光に位相差を与える面であることを特徴とする、付記(1)乃至(3)のいずれか一つに記載の偏光光学素子。
付記(5):
前記第二の面は、光を屈折させる面であることを特徴とする、付記(1)乃至(3)のいずれか一つに記載の偏光光学素子。
付記(6):
前記第二の面は、光を収束させる面又は発散させる面であることを特徴とする、付記(5)に記載の偏光光学素子。
付記(7):
前記第二の面は、光の偏向させる面であることを特徴とする、付記(5)に記載の偏光光学素子。
付記(8):
前記第二の面は、光を反射させる面であることを特徴とする、付記(1)乃至(3)のいずれか一つに記載の偏光光学素子。
付記(9):
第一の光学部品及び第二の光学部品を少なくとも含む光学部品組み立て体であって、
該第一の光学部品及び該第二の光学部品の少なくとも一方は、付記(1)乃至(8)のいずれか一つに記載の偏光光学素子であることを特徴とする、光学部品組み立て体。
付記(10):
前記第一の光学部品及び前記第二の光学部品の両方が、それぞれ独立に、付記(1)乃至(8)のいずれか一つに記載の偏光光学素子であることを特徴とする、付記(9)に記載の光学部品組み立て体。
付記(11):
前記第一の光学部品に含まれる第二の面は、互いに直交する方向に偏光した光に第一の位相差を与える面であり、
前記第二の光学部品に含まれる第二の面は、互いに直交する方向に偏光した光に第二の位相差を与える面であることを特徴とする、付記(10)に記載の光学部品組み立て体。
付記(12):
前記第一の位相差及び前記第二の位相差の和は、前記光の波長の半分に対応する位相差であることを特徴とする、付記(11)に記載の光学部品組み立て体。
付記(13):
前記第一の光学部品に含まれる第二の面は、光を屈折させる第一の屈折面を含み、
前記第二の光学部品に含まれる第二の面は、光を屈折させる第二の屈折面を含み、
該第一の屈折面は、該第二の屈折面と整列されていることを特徴とする、付記(10)に記載の光学部品組み立て体。
付記(14):
前記第一の屈折面及び前記第二の屈折面は、マイクロレンズアレイであることを特徴とする、付記(13)に記載の光学部品組み立て体。
付記(15):
前記第一の光学部品に含まれる第一の面及び前記第二の光学部品に含まれる第一の面は、互いに平行な偏光軸を有することを特徴とする、付記(10)乃至(14)のいずれか一つに記載の光学部品組み立て体。
付記(16):
前記第一の光学部品及び前記第二の光学部品は、それぞれ独立に、互いに直交する方向に偏光した光が入射しない非有効部分を有すると共に該非有効部分で接合されることを特徴とする、付記(6)乃至(12)のいずれか一つに記載の光学部品組み立て体。
付記(17):
前記第一の光学部品及び前記第二の光学部品の少なくとも一方は、光学部品を固定する固定用部材に固定されることを特徴とする、付記(9)乃至(15)のいずれか一つに記載の光学部品組み立て体。
付記(18):
付記(1)乃至(8)のいずれか一つに記載の偏光分離素子又は付記(9)乃至(17)のいずれか一つに記載の光学部品組み立て体を含むことを特徴とする光学装置。
(偏光光学素子、光学部品組み立て体、及び光学装置)
本発明の実施形態は、偏光光学素子、光学部品組み立て体、及び光学装置に関する。
本発明の実施形態は、光学装置の大きさ及びコストを低減することが可能な偏光光学素子及び光学部品組み立て体を提供することを目的とする。
また、本発明の実施形態は、低減された大きさ及びコストを備えた光学装置を提供することを目的とする。
本発明の第一の実施形態は、互いに直交する方向に偏光した光を分離する第一の面、並びに、光の屈折、反射、及び偏光の位相制御からなる群より選択される少なくとも一つの機能を備えた第二の面を少なくとも有することを特徴とする偏光光学素子である。
本発明の第二の実施形態は、第一の光学部品及び第二の光学部品を少なくとも含む光学部品組み立て体であって、該第一の光学部品及び該第二の光学部品の少なくとも一方は、本発明の第一の実施形態である偏光光学素子であることを特徴とする、光学部品組み立て体である。
本発明の第三の実施形態は、本発明の第一の実施形態である偏光分離素子又は本発明の第二の実施形態である光学部品組み立て体を含むことを特徴とする光学装置である。
本発明の実施形態によれば、光学装置の大きさ及びコストを低減することが可能な偏光光学素子及び光学部品組み立て体を提供することができる。
また、本発明の実施形態によれば、低減された大きさ及びコストを備えた光学装置を提供することができる。
本発明の実施形態を、偏光光学素子、光学部品組み立て体、及び光学装置に適用することができる可能性がある。
Although the embodiments and examples of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to these embodiments and examples, and these embodiments and examples of the present invention are not limited thereto. Can be changed or modified without departing from the spirit and scope of the present invention.
[Appendix]
Appendix (1):
A first surface for separating light polarized in directions orthogonal to each other, and at least a second surface having at least one function selected from the group consisting of light refraction, reflection, and polarization phase control A polarizing optical element.
Appendix (2):
(1) At least one of the first part including the first surface and the second part different from the first part and including the second surface is made of an inorganic material. The polarizing optical element according to 1.
Appendix (3):
The polarizing optical element according to appendix (1) or (2), wherein the first surface has a photonic crystal structure.
Appendix (4):
The polarizing optical element according to any one of appendices (1) to (3), wherein the second surface is a surface that gives a phase difference to light polarized in directions orthogonal to each other.
Appendix (5):
The polarizing optical element according to any one of appendices (1) to (3), wherein the second surface is a surface that refracts light.
Appendix (6):
The polarizing optical element according to appendix (5), wherein the second surface is a surface for converging light or a surface for diverging.
Appendix (7):
The polarizing optical element according to appendix (5), wherein the second surface is a surface for deflecting light.
Appendix (8):
The polarizing optical element according to any one of appendices (1) to (3), wherein the second surface is a surface that reflects light.
Appendix (9):
An optical component assembly including at least a first optical component and a second optical component,
At least one of the first optical component and the second optical component is the polarizing optical element according to any one of appendices (1) to (8), an optical component assembly.
Appendix (10):
Note that both the first optical component and the second optical component are each independently the polarizing optical element according to any one of appendices (1) to (8). The optical component assembly according to 9).
Appendix (11):
The second surface included in the first optical component is a surface that gives a first phase difference to light polarized in directions orthogonal to each other,
The optical component assembly according to appendix (10), wherein the second surface included in the second optical component is a surface that gives a second phase difference to light polarized in directions orthogonal to each other. body.
Appendix (12):
The optical component assembly according to appendix (11), wherein the sum of the first phase difference and the second phase difference is a phase difference corresponding to half the wavelength of the light.
Appendix (13):
The second surface included in the first optical component includes a first refractive surface that refracts light,
The second surface included in the second optical component includes a second refractive surface that refracts light,
The optical component assembly according to appendix (10), wherein the first refractive surface is aligned with the second refractive surface.
Appendix (14):
The optical component assembly according to appendix (13), wherein the first refractive surface and the second refractive surface are microlens arrays.
Appendix (15):
Additional notes (10) to (14), wherein the first surface included in the first optical component and the first surface included in the second optical component have polarization axes parallel to each other. An optical component assembly according to any one of the above.
Appendix (16):
The first optical component and the second optical component each independently have a non-effective portion where light polarized in directions orthogonal to each other does not enter and are joined by the non-effective portion. The optical component assembly according to any one of (6) to (12).
Appendix (17):
At least one of the first optical component and the second optical component is fixed to a fixing member that fixes the optical component, according to any one of appendices (9) to (15), The optical component assembly as described.
Appendix (18):
An optical apparatus comprising the polarization separation element according to any one of appendices (1) to (8) or the optical component assembly according to any one of appendices (9) to (17).
(Polarizing optical element, optical component assembly, and optical device)
Embodiments described herein relate generally to a polarizing optical element, an optical component assembly, and an optical device.
An object of an embodiment of the present invention is to provide a polarizing optical element and an optical component assembly that can reduce the size and cost of an optical device.
Another object of the present invention is to provide an optical apparatus having a reduced size and cost.
The first embodiment of the present invention is a first surface that separates light polarized in directions orthogonal to each other, and at least one function selected from the group consisting of light refraction, reflection, and polarization phase control. A polarizing optical element having at least a second surface provided with:
The second embodiment of the present invention is an optical component assembly including at least a first optical component and a second optical component, wherein at least one of the first optical component and the second optical component is 1 is an optical component assembly that is a polarizing optical element according to a first embodiment of the present invention.
The third embodiment of the present invention is an optical apparatus characterized by including the polarization beam splitting element according to the first embodiment of the present invention or the optical component assembly according to the second embodiment of the present invention.
According to the embodiments of the present invention, it is possible to provide a polarizing optical element and an optical component assembly that can reduce the size and cost of an optical device.
In addition, according to the embodiment of the present invention, an optical device having a reduced size and cost can be provided.
Embodiments of the present invention may be applicable to polarizing optical elements, optical component assemblies, and optical devices.

図1(a)及び(b)は、ワイヤーグリッド構造を備えた無機偏光板を表す図であり、図1(a)は、ワイヤーグリッド構造を備えた無機偏光板の斜視図であり、図1(b)は、ワイヤーグリッド構造を備えた無機偏光板の断面図である。 1A and 1B are diagrams illustrating an inorganic polarizing plate having a wire grid structure, and FIG. 1A is a perspective view of the inorganic polarizing plate having a wire grid structure . (B) is sectional drawing of the inorganic polarizing plate provided with the wire grid structure. 図2は、フォトニック結晶構造を備えた無機偏光板を表す図である。 FIG. 2 is a diagram illustrating an inorganic polarizing plate having a photonic crystal structure. 図3(a)〜(d)は、フォトニック結晶構造を備えた無機偏光板の製造方法を説明する図である。 FIGS. 3A to 3D are views for explaining a method for producing an inorganic polarizing plate having a photonic crystal structure. 図4(a)及び(b)は、サブ波長構造の波長板の構成及びナノインプリント技術を利用したサブ波長構造の波長板の製造方法を説明する図であり、図4(a)は、サブ波長構造の波長板の構成を説明する図であり、図4(b)は、ナノインプリント技術を利用したサブ波長構造の波長板の製造方法を説明する図である。 4 (a) and 4 (b) are diagrams for explaining a structure of a sub-wavelength structure wave plate and a method of manufacturing a sub-wavelength structure wave plate using nanoimprint technology, and FIG. 4 (a) shows a sub-wavelength structure. It is a figure explaining the structure of the wave plate of a structure, FIG.4 (b) is a figure explaining the manufacturing method of the wave plate of a subwavelength structure using nanoimprint technology. 図5(a)〜(e)は、本発明による第一の実施形態である偏光光学素子の具体例を説明する図であり、図5(a)は、偏光分離機能を備えた第一の面及び光収束機能を備えた第二の面を有する偏光光学素子を説明する図であり、図5(b)は、偏光分離機能を備えた第一の面及び光発散機能を備えた第二の面を有する偏光光学素子を説明する図であり、図5(c)は、偏光分離機能を備えた第一の面及び光偏向機能を備えた第二の面を有する偏光光学素子を説明する図であり、図5(d)は、偏光分離機能を備えた第一の面及び光反射機能を備えた第二の面を有する偏光光学素子を説明する図であり、図5(e)、偏光分離機能を備えた第一の面及び偏光の位相制御機能を備えた第二の面を有する偏光光学素子を説明する図である。 FIGS. 5A to 5E are diagrams for explaining a specific example of the polarizing optical element according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5A is a diagram illustrating a first example having a polarization separation function. FIG. 5B is a diagram for explaining a polarization optical element having a surface and a second surface having a light convergence function, and FIG. 5B shows a first surface having a polarization separation function and a second surface having a light divergence function. is a diagram for explaining a polarizing optical element having a surface, FIG. 5 (c), illustrating the polarizing optical element having a second surface having a first surface and a light deflecting function having the polarization separating function a diagram, FIG. 5 (d) are diagrams for explaining a polarizing optical element having a second surface having a first surface and reflecting light having a polarization separating function, FIG. 5 (e) is It is a figure explaining the polarization optical element which has the 1st surface provided with the polarization separation function, and the 2nd surface provided with the phase control function of polarized light. 図6(a)、(b)、(c)及び(d)は、本発明による第二の実施形態である光学部品組み立て体の具体例を説明する図であり、図6(a)は、前段における偏光分離機能を備えた偏光分離素子並びに後段における偏光分離機能を備えた第一の面及び波長の二分の一の位相差を与える機能を備えた第二の面を有する偏光光学素子の組み合わせを含む光学部品組み立て体を説明する図であり、図6(b)は、前段における偏光分離機能を備えた第一の面及び波長の二分の一の位相差を与える機能を備えた第二の面を有する偏光光学素子並びに後段における偏光分離機能を備えた偏光分離素子の組み合わせを含む光学部品組み立て体を説明する図であり、図6(c)は、偏光分離機能を備えた第一の面及び波長の四分の一の位相差を与える機能を備えた第二の面を有する二つの偏光光学素子を含む光学部品組み立て体を説明する図であり、図6(d)は、図6(a)に示す偏光分離素子及び偏光光学素子の組み合わせ並びにミラー及びハーフミラーを含む光学部品組み立て体を説明する図である。6 (a), (b), (c) and (d) are diagrams for explaining a specific example of the optical component assembly according to the second embodiment of the present invention, and FIG. A combination of a polarization separation element having a polarization separation function in the preceding stage and a polarization optical element having a first surface having a polarization separation function in the subsequent stage and a second surface having a function of giving a half phase difference of the wavelength FIG. 6B is a diagram illustrating a first surface having a polarization separation function in the previous stage and a second function having a function of giving a half phase difference in wavelength. FIG. 6C is a diagram for explaining an optical component assembly including a combination of a polarization optical element having a surface and a polarization separation element having a polarization separation function at a later stage, and FIG. 6C is a first surface having a polarization separation function. Giving a phase difference of a quarter of the wavelength Is a view for explaining the optical component assembly comprising two polarizing optical element having a second surface provided with a, FIG. 6 (d) is a combination of the polarization separation element and the polarization optical element shown in FIG. 6 (a) It is a figure explaining the optical component assembly containing a mirror and a half mirror. 図7は、本発明による第二の実施形態である光学部品組み立て体の別の具体例を説明する図であり、偏光分離機能を備えた第一の面及び光を屈折させる機能を備えた第二の面を有する二つの偏光光学素子の組み合わせを含む光学部品組み立て体を説明する図である。 FIG. 7 is a diagram for explaining another specific example of the optical component assembly according to the second embodiment of the present invention, in which a first surface having a polarization separation function and a function of refracting light are provided. It is a figure explaining the optical component assembly containing the combination of two polarizing optical elements which have two surfaces. 図8は、本発明の実施形態による光学部品組み立て体を含む液晶プロジェクタの例を説明する図である。 FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a liquid crystal projector including an optical component assembly according to an embodiment of the present invention. 図9は、第一の光学部品及び第二の光学部品が非有効部分を有すると共に非有効部分で接合される光学部品組み立て体の例を説明する図である。 FIG. 9 is a diagram illustrating an example of an optical component assembly in which the first optical component and the second optical component have an ineffective portion and are joined at the ineffective portion. 図10は、第一の光学部品及び第二の光学部品の少なくとも一方は、光学部品を固定する固定用部材に固定される光学部品組み立て体の例を説明する図である。 FIG. 10 is a diagram illustrating an example of an optical component assembly in which at least one of the first optical component and the second optical component is fixed to a fixing member that fixes the optical component. 図11は、偏光分離機能を備えた第一の面及び偏光の位相制御機能を備えた第二の面を有する偏光光学素子に対する光の透過率のシミュレーション結果を示す図である。 FIG. 11 is a diagram illustrating a simulation result of light transmittance for a polarizing optical element having a first surface having a polarization separation function and a second surface having a polarization phase control function.

符号の説明Explanation of symbols

10 ワイヤーグリッド構造を備えた無機偏光板
11 ベース基板
12 金属ワイヤー
20、30 フォトニック結晶構造を備えた無機偏光板
21、31 基板
22、32 調整層
23、33 高屈折率層
24、34 低屈折率層
40 サブ波長構造の波長板
41 基板部分
42 壁体部分
43 樹脂バルク材
44 型
50、61、81 偏光光学素子
51、62、82 第一の面
52、63、83 第二の面
60 光学部品組み立て体
64、84 偏光分離素子
65 ハーフミラー
66 ミラー
70 光学部品組み立て体
71 第一の偏光光学素子
72 第二の偏光光学素子
73 第一及び第二の偏光光学素子の第一の面
74 第一の偏光光学素子の第二の面
75 第二の偏光光学素子の第二の面
85 液晶デバイス
91、101 光学部品
92 非有効部分
93 接着剤
102 セル
103 機械的手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Inorganic polarizing plate provided with wire grid structure 11 Base substrate 12 Metal wire 20, 30 Inorganic polarizing plate provided with photonic crystal structure 21, 31 Substrate 22, 32 Adjustment layer 23, 33 High refractive index layer 24, 34 Low refraction Index layer 40 Wave plate with sub-wavelength structure 41 Substrate portion 42 Wall portion 43 Resin bulk material 44 Mold 50, 61, 81 Polarizing optical element 51, 62, 82 First surface 52, 63, 83 Second surface 60 Optical Component assembly 64, 84 Polarization separation element 65 Half mirror 66 Mirror 70 Optical component assembly 71 First polarization optical element 72 Second polarization optical element 73 First surface of first and second polarization optical elements 74 First Second surface of one polarizing optical element 75 Second surface of second polarizing optical element 85 Liquid crystal device 91, 101 Optical component 92 Ineffective portion 9 3 Adhesive 102 Cell 103 Mechanical means

Claims (12)

第一の光学部品及び第二の光学部品を少なくとも含む光学部品組み立て体であって、
前記第一の光学部品及び前記第二の光学部品の両方が、それぞれ独立に、互いに直交する方向に偏光した光を分離する第一の面、並びに、第二の面を少なくとも有する偏光光学素子である、光学部品組み立て体において、
前記第一の光学部品に含まれる第一の面及び前記第二の光学部品に含まれる第一の面は、それぞれ独立に、フォトニック結晶構造を有すると共に、
前記第一の光学部品に含まれる第二の面は、互いに直交する方向に偏光した光に第一の位相差を与える面であり、
前記第二の光学部品に含まれる第二の面は、互いに直交する方向に偏光した光に第二の位相差を与える面であると共に、
前記第一の位相差及び前記第二の位相差の和は、前記光の波長の半分に対応する位相差であることを特徴とする、光学部品組み立て体。
An optical component assembly including at least a first optical component and a second optical component,
Each of the first optical component and the second optical component is a polarizing optical element having at least a first surface that separates light polarized in directions orthogonal to each other and at least a second surface. In an optical component assembly,
The first surface included in the first optical component and the first surface included in the second optical component each independently have a photonic crystal structure,
The second surface included in the first optical component is a surface that gives a first phase difference to light polarized in directions orthogonal to each other,
The second surface included in the second optical component is a surface that gives a second phase difference to light polarized in directions orthogonal to each other.
The optical component assembly characterized in that the sum of the first phase difference and the second phase difference is a phase difference corresponding to half of the wavelength of the light.
請求項1に記載の光学組み立て体において、
前記第一の面を含む第一の部分及び該第一の部分と異なると共に前記第二の面を含む第二の部分の少なくとも一方は、無機材料からなることを特徴とする、光学部品組み立て体。
The optical assembly according to claim 1 ,
An optical component assembly, wherein at least one of the first part including the first surface and the second part different from the first part and including the second surface is made of an inorganic material. .
第一の光学部品及び第二の光学部品を少なくとも含む光学部品組み立て体であって、
前記第一の光学部品及び前記第二の光学部品の両方が、それぞれ独立に、互いに直交する方向に偏光した光を分離する第一の面、並びに、第二の面を少なくとも有する偏光光学素子である、光学部品組み立て体において、
前記第一の光学部品に含まれる第一の面及び前記第二の光学部品に含まれる第一の面は、それぞれ独立に、フォトニック結晶構造を有すると共に、
前記第一の光学部品に含まれる第二の面は、光を屈折させる第一の屈折面を含み、
前記第二の光学部品に含まれる第二の面は、光を屈折させる第二の屈折面を含み、
該第一の屈折面は、該第二の屈折面と整列されていると共に、
前記第一の屈折面及び前記第二の屈折面は、マイクロレンズアレイであることを特徴とする、光学部品組み立て体。
An optical component assembly including at least a first optical component and a second optical component,
Each of the first optical component and the second optical component is a polarizing optical element having at least a first surface that separates light polarized in directions orthogonal to each other and at least a second surface. In an optical component assembly,
The first surface included in the first optical component and the first surface included in the second optical component each independently have a photonic crystal structure,
The second surface included in the first optical component includes a first refractive surface that refracts light,
The second surface included in the second optical component includes a second refractive surface that refracts light,
The first refractive surface is aligned with the second refractive surface;
The optical component assembly according to claim 1, wherein the first refractive surface and the second refractive surface are microlens arrays.
請求項に記載の光学組み立て体において、
前記第一の面を含む第一の部分及び該第一の部分と異なると共に前記第二の面を含む第二の部分の少なくとも一方は、無機材料からなることを特徴とする、光学部品組み立て体。
The optical assembly according to claim 3 , wherein
An optical component assembly, wherein at least one of the first part including the first surface and the second part different from the first part and including the second surface is made of an inorganic material. .
請求項1からまでのいずれか一項に記載の光学組み立て体において、
前記第一の光学部品に含まれる第一の面及び前記第二の光学部品に含まれる第一の面は、互いに平行な偏光軸を有することを特徴とする、光学部品組み立て体。
In the optical assembly according to any one of claims 1 to 4 ,
An optical component assembly, wherein the first surface included in the first optical component and the first surface included in the second optical component have polarization axes parallel to each other.
第一の光学部品及び第二の光学部品を少なくとも含む光学部品組み立て体であって、An optical component assembly including at least a first optical component and a second optical component,
前記第一の光学部品及び前記第二の光学部品の両方が、それぞれ独立に、互いに直交する方向に偏光した光を分離する第一の面、並びに、第二の面を少なくとも有する偏光光学素子である、光学部品組み立て体において、Each of the first optical component and the second optical component is a polarizing optical element having at least a first surface that separates light polarized in directions orthogonal to each other and at least a second surface. In an optical component assembly,
前記第一の光学部品に含まれる第一の面及び前記第二の光学部品に含まれる第一の面は、それぞれ独立に、フォトニック結晶構造を有すると共に、The first surface included in the first optical component and the first surface included in the second optical component each independently have a photonic crystal structure,
前記第一の光学部品に含まれる第二の面は、互いに直交する方向に偏光した光に第一の位相差を与える面であり、The second surface included in the first optical component is a surface that gives a first phase difference to light polarized in directions orthogonal to each other,
前記第二の光学部品に含まれる第二の面は、互いに直交する方向に偏光した光に第二の位相差を与える面であると共に、The second surface included in the second optical component is a surface that gives a second phase difference to light polarized in directions orthogonal to each other.
前記第一の光学部品に含まれる第一の面及び前記第二の光学部品に含まれる第一の面は、互いに平行な偏光軸を有することを特徴とする、光学部品組み立て体。An optical component assembly, wherein the first surface included in the first optical component and the first surface included in the second optical component have polarization axes parallel to each other.
請求項6に記載の光学組み立て体において、The optical assembly according to claim 6,
前記第一の面を含む第一の部分及び該第一の部分と異なると共に前記第二の面を含む第二の部分の少なくとも一方は、無機材料からなることを特徴とする、光学部品組み立て体。An optical component assembly, wherein at least one of the first part including the first surface and the second part different from the first part and including the second surface is made of an inorganic material. .
第一の光学部品及び第二の光学部品を少なくとも含む光学部品組み立て体であって、An optical component assembly including at least a first optical component and a second optical component,
前記第一の光学部品及び前記第二の光学部品の両方が、それぞれ独立に、互いに直交する方向に偏光した光を分離する第一の面、並びに、第二の面を少なくとも有する偏光光学素子である、光学部品組み立て体において、Each of the first optical component and the second optical component is a polarizing optical element having at least a first surface that separates light polarized in directions orthogonal to each other and at least a second surface. In an optical component assembly,
前記第一の光学部品に含まれる第一の面及び前記第二の光学部品に含まれる第一の面は、それぞれ独立に、フォトニック結晶構造を有すると共に、The first surface included in the first optical component and the first surface included in the second optical component each independently have a photonic crystal structure,
前記第一の光学部品に含まれる第二の面は、光を屈折させる第一の屈折面を含み、The second surface included in the first optical component includes a first refractive surface that refracts light,
前記第二の光学部品に含まれる第二の面は、光を屈折させる第二の屈折面を含み、The second surface included in the second optical component includes a second refractive surface that refracts light,
該第一の屈折面は、該第二の屈折面と整列されていると共に、The first refractive surface is aligned with the second refractive surface;
前記第一の光学部品に含まれる第一の面及び前記第二の光学部品に含まれる第一の面は、互いに平行な偏光軸を有することを特徴とする、光学部品組み立て体。An optical component assembly, wherein the first surface included in the first optical component and the first surface included in the second optical component have polarization axes parallel to each other.
請求項8に記載の光学組み立て体において、The optical assembly according to claim 8, wherein
前記第一の面を含む第一の部分及び該第一の部分と異なると共に前記第二の面を含む第二の部分の少なくとも一方は、無機材料からなることを特徴とする、光学部品組み立て体。An optical component assembly, wherein at least one of the first part including the first surface and the second part different from the first part and including the second surface is made of an inorganic material. .
請求項1からまでのいずれか一項に記載の光学組み立て体において、
前記第一の光学部品及び前記第二の光学部品は、それぞれ独立に、互いに直交する方向に偏光した光が入射しない非有効部分を有すると共に該非有効部分で接合されることを特徴とする、光学部品組み立て体。
In the optical assembly according to any one of claims 1 to 9 ,
The first optical component and the second optical component each independently have an ineffective portion where light polarized in directions orthogonal to each other does not enter and are joined at the ineffective portion. Parts assembly.
請求項1からまでのいずれか一項に記載の光学組み立て体において、
前記第一の光学部品及び前記第二の光学部品の少なくとも一方は、光学部品を固定する固定用部材に固定されることを特徴とする、光学部品組み立て体。
In the optical assembly according to any one of claims 1 to 9 ,
At least one of the first optical component and the second optical component is fixed to a fixing member that fixes the optical component.
請求項1から11までのいずれか一項に記載の光学部品組み立て体を含むことを特徴とする光学装置。 An optical device comprising the optical component assembly according to any one of claims 1 to 11 .
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