JPWO2011122555A1 - 光学素子、光源装置、および投射型表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1Aおよび図1Bに、本発明の第1の実施形態における光学素子を概略的に示す。図1Aは、本実施形態の光学素子の概略斜視図である。図1Bは、本実施形態の光学素子の概略断面図であって、導光体内部で多重反射しながら伝播する光の伝搬する面での断面を示している。以下の説明では、図1Aおよび図1Bに示すように、導光体の上面、すなわち光学素子の光の出射面に平行な面をxy平面とし、出射面と直交する方向をz方向とする。同様に、入射面をzx平面とし、偏光方向がy方向に平行な直線偏光をTE偏光とし、偏光方向がy方向に垂直な直線偏光をTM偏光とする。また、実際の光学素子では、個々の層の厚さが非常に薄く、またそれぞれ層の厚さの違いが大きいので、各層を正確なスケール、比率で図示することは困難である。このため、図面では、各層が実際の比率通りには描かれておらず、模式的に示されていることに留意されたい。
図5は、本発明の第2の実施形態における光学素子を概略的に示す斜視図である。
図6は、本発明の第3の実施形態における光学素子を概略的に示す斜視図である。
次に、図7から図9を参照して、本発明の第4の実施形態における光学素子について説明する。
図10Aおよび図10Bは、本発明の第5の実施形態における光学素子を概略的に示す図である。図10Aが、本実施形態の光学素子の概略斜視図であり、図10Bが、本実施形態の光学素子を光源方向から見た概略平面図である。
図11Aおよび図11Bは、本発明の第6の実施形態における光学素子を概略的に示す図である。図11Aが、本実施形態の光学素子の概略斜視図であり、図11Bが、本実施形態の光学素子をy方向から見た概略断面図である。
本発明の第7の実施形態における光学素子は、第1の実施形態における第1および第2の回折格子の構成を変更した変形例である。本実施形態の光学素子は、この変更に伴い、後述するように、第1の実施形態の光学素子に設けられていた回折手段を設ける必要がなくなるため、第1の実施形態と比べて有利となる。
10,20,30,40,50,60,70 光学素子
11,61,71 導光体
12,22,32 金属層
13,23,33,43,73 カバー層
14,74 第1の回折格子
14a,74a 凸部
15,75 第2の回折格子
16,46 回折手段
17 λ/4板
18 拡散反射層
29 低屈折率層
55 拡散反射手段
55a 入射口
68 鏡面反射層
102R,102G,102B,202 液晶パネル
100,200 LEDプロジェクタ
104,204 投射光学系
Claims (30)
- 光源から光が入射する導光体であって、第1の面と該第1の面に対向する第2の面とを有する導光体と、
前記導光体の前記第1の面に設けられ、前記導光体から入射した光のうち、偏光方向が前記第1の面内の第1の方向と直交する特定の偏光成分により表面プラズモンを励起する表面プラズモン励起手段と、
前記導光体の前記第1の面に、前記表面プラズモン励起手段を介して設けられた金属層と、該金属層の、前記導光体に対向する面とは反対側の面に設けられたカバー層と、を含み、前記特定の偏光成分によって前記表面プラズモン励起手段で励起された表面プラズモンに応じて前記金属層と前記カバー層との界面で発生する表面プラズモンから、前記特定の偏光成分と同じ偏光成分を有する光を生じさせる光発生手段と、
前記導光体内に設けられ、前記導光体内を伝搬する光の偏光方向を変換する位相変調層と、
を有し、
前記表面プラズモン励起手段は、前記導光体と前記金属層との界面に形成された複数の凸部であり、該複数の凸部は、それぞれが前記第1の方向に延び、該第1の方向と前記第1の面内で直交する第2の方向に沿って周期的に配列されている、
光学素子。 - 前記光発生手段が、前記カバー層と前記金属層との界面に、前記表面プラズモン励起手段と同一の構造を有し、前記カバー層が、前記導光体の誘電率と同じ誘電率を有する、請求項1に記載の光学素子。
- 前記光発生手段が、前記カバー層と前記金属層との界面に挿入され、前記カバー層の屈折率よりも小さい屈折率を有する低屈折率層を含む、請求項1に記載の光学素子。
- 前記カバー層が、前記導光体の屈折率よりも小さい屈折率を有し、前記金属層が、前記カバー層の膜厚よりも小さい膜厚を有する、請求項1に記載の光学素子。
- 前記金属層がAgを含む、請求項1から4のいずれか1項に記載の光学素子。
- 前記表面プラズモン励起手段が、赤色光の前記特定の偏光成分により表面プラズモンを励起し、前記複数の凸部の前記第2の方向の周期が、0.2μm〜4.2μmの範囲にある、請求項5に記載の光学素子。
- 前記表面プラズモン励起手段が、緑色光の前記特定の偏光成分により表面プラズモンを励起し、前記複数の凸部の前記第2の方向の周期が、0.2μm〜3.5μmの範囲にある、請求項5に記載の光学素子。
- 前記表面プラズモン励起手段が、青色光の前記特定の偏光成分により表面プラズモンを励起し、前記複数の凸部の前記第2の方向の周期が、0.15μm〜3.0μmの範囲にある、請求項5に記載の光学素子。
- 前記金属層がAuまたはAlを含む、請求項1から4のいずれか1項に記載の光学素子。
- 前記表面プラズモン励起手段の前記凸部は、前記第1の方向と直交する断面において、前記凸部の頂点を通り前記第2の方向と直交する線に対して対称である、請求項1から9のいずれか1項に記載の光学素子。
- 前記表面プラズモン励起手段の前記凸部は、前記第1の方向と直交する断面が矩形状である、請求項10に記載の光学素子
- 前記表面プラズモン励起手段の前記凸部は、前記第1の方向と直交する断面が階段状である、請求項10に記載の光学素子
- 前記表面プラズモン励起手段の前記凸部は、前記第1の方向と直交する断面が正弦波状である、請求項10に記載の光学素子
- 前記表面プラズモン励起手段の前記凸部は、前記第1の方向と直交する断面が二等辺三角形である、請求項10に記載の光学素子
- 前記カバー層内を伝播する光を前記所定の方向に回折して出射する回折手段を有する、請求項1から14のいずれか1項に記載の光学素子。
- 前記回折手段が、前記カバー層の出射面に形成された複数の構造体であって、前記各構造体が前記第1の方向に延び、前記第2の方向に沿って周期的に配列された複数の構造体である、請求項15に記載の光学素子。
- 前記回折手段が、ホログラムである、請求項15に記載の光学素子。
- 前記表面プラズモン励起手段の前記凸部は、前記第1の方向と直交する断面において、前記凸部の頂点を通り前記第2の方向と直交する線に対して非対称である、請求項1から9のいずれか1項に記載の光学素子。
- 前記表面プラズモン励起手段の前記凸部は、前記第1の方向と直交する断面が鋸歯状である、請求項18に記載の光学素子。
- 前記表面プラズモン励起手段の前記凸部は、前記第1の方向と直交する断面が階段状である、請求項18に記載の光学素子。
- 前記導光体の前記第2の面が、前記第1の面に対して傾斜している、請求項1から20のいずれか1項に記載の光学素子。
- 前記導光体の前記第2の面は、前記第1の方向と直交する断面が、鋸歯状である、請求項1から20のいずれか1項に記載の光学素子
- 前記導光体の前記第2の面に設けられた反射層を有する、請求項1から22のいずれか1項に記載の光学素子。
- 前記反射層が、入射した光を拡散反射する拡散体を含む、請求項23に記載の光学素子。
- 前記位相変調層が、前記導光体と前記反射層との間に挿入されている、請求項23から24のいずれか1項に記載の光学素子。
- 前記導光体の、前記第1の面と前記第2の面とを除く他の面を覆うように設けられ、前記導光体に光を入射するための入射口を有する反射手段をさらに有する、請求項23から25のいずれか1項に記載の光学素子。
- 前記位相変調層が、透過した光に位相差を付与する位相差板である、請求項1から26のいずれか1項に記載の光学素子。
- 請求項1から27のいずれか1項に記載の光学素子と、
前記導光体の外周部に配置された前記光源と、を備えた光源装置。 - 前記光源が固体光源である、請求項28に記載の光源装置。
- 請求項28または29に記載の光源装置と、画像信号に応じて前記光源装置から出射される光を変調する光変調素子と、該光変調素子によって変調された光を投射する投射光学系と、を備えた投射型表示装置。
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