JPWO2013190680A1 - 光学素子および光学装置 - Google Patents
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Abstract
Description
以下、本実施の形態1では紙面内にx軸とz軸をとる座標系に統一して説明を行なう。光の偏光光はTE(Transverse Electric)偏光光とTM(Transverse Magnetic)偏光光が存在する。このとき、TE偏光光とは、y方向に電場の振動成分を持つ光であり、TM偏光光とは、x方向に電場の振動成分を持つ光である。具体的に、座標系に関して、特に断らない限り、基板に垂直な方向をz軸とし、金属ワイヤの長手方向(延在方向)をy軸とし、y軸に直交する方向をx軸とする座標系に統一して説明を進める。
まず、本実施の形態1における技術的思想を説明する前に、ワイヤグリッド素子について説明し、その後、本実施の形態1における技術的思想について説明する。
上述したワイヤグリッド素子は、y方向に周期構造を有していない。
まず、本実施の形態1における偏光素子について説明する。
図11は、図6に示したウォブルワイヤ素子について、入射光と出射光との関係を示す模式図である。図11においては、紙面内にy−z平面をとっている点に注意されたい。図11に示すように、ウォブルワイヤ素子は、入射される光波に対して透明な透明基板1Sを有しており、この透明基板1Sの主面(表面)上にウォブルワイヤが形成されている。
上述したように、本実施の形態1におけるウォブルワイヤ素子の特徴点は、周期が入射される光波の波長以上の周期構造をy方向に形成する点にある。
図12は、隣接する2本のウォブルワイヤ間で長手方向(y方向)の位相が異なる場合のウォブルワイヤ素子の構成を示す模式図である。図12に示すように、ウォブルワイヤの番号をi、x方向のピッチをp0、ウォブル周期WPをL,ウォブル振幅WAをA、y方向の位相をφiとし、波数ky=2π/Lとすると、i番目のウォブルワイヤの中央のx座標(xc)は以下に示す(式1)で表される。
φi=0 iが偶数
φi=Δφ iが奇数
ここで、Δφは、隣接するウォブルワイヤ間のy方向の位相差である。
実施の形態1では、金属ワイヤのx方向の幅を一定として、x方向の幅の中心が周期的に変調され、かつ、この変調周期が第2領域(λ≦変調周期)に含まれるウォブルワイヤ素子について説明した。そして、実施の形態1では、このように構成されているウォブルワイヤ素子が、透明基板を透過するs偏光光について回折光が大きくなる条件範囲、すなわち、ウォブル周期が概ねλ〜10λの範囲で、従来のワイヤグリッド素子よりも大きな偏光コントラストが得られることを示した。
図16は、本実施の形態2におけるウォブルワイヤ素子の構成を示す模式図である。図16に示すように、本実施の形態2におけるウォブルワイヤ素子は、ウォブルワイヤのx方向の幅を変調した偏光素子である。すなわち、本実施の形態2におけるウォブルワイヤ素子は、x方向の幅の中心位置が一定であり、かつ、x方向の幅がy方向に沿って周期的に変調されている構造を有している。
φi=0 iが偶数
φi=Δφ iが奇数
ここで、Δφは、隣接するウォブルワイヤ間のy方向の位相差である。図16では、Δφ=πの場合が示されている。例えば、実施の形態1のようにウォブルワイヤのx方向の幅が一定の場合には、Δφ=0、すなわち、隣接するウォブルワイヤ間のx方向のスペース(空隙)が一定の場合に偏光コントラストが最大となった(図13参照)。
本実施の形態2におけるウォブルワイヤ素子においても、y方向に周期構造を有している。具体的には、図16に示すように、本実施の形態2におけるウォブルワイヤ素子では、ウォブルワイヤのx方向の幅をy方向に沿って変調している。このy方向に沿って形成されている周期構造の周期は、λ/n〜λの範囲に含まれている。ここで、回折光が発生する条件は、周期がλ以上である必要があるが、特に、透明基板内を考えると、透明基板の屈折率がnsの場合、透明基板内を通過する光波の実効的な波長はλ/nsとなる。したがって、透明基板内において透過回折光が発生する条件は、周期がλ/ns以上であればよい。
上述したように、本実施の形態2におけるウォブルワイヤ素子の特徴点は、周期が入射される光波の波長/屈折率(透明基板)以上で、入射される光波の波長よりも小さい周期構造をy方向に形成する点にある。
実施の形態2におけるウォブルワイヤ素子では、例えば、図16に示すように、ウォブルワイヤのx方向の幅をy方向に沿って正弦波状に変調する例について説明したが、ウォブルワイヤ素子の周期構造(変調構造)は、正弦波変調に限らない。
以下では、本願発明のウォブルワイヤ素子の特性ついて説明する。
本実施の形態3では、実施の形態1や形態2におけるウォブルワイヤ素子を適用した光学装置について、図面を参照しながら説明する。本実施の形態3では、様々な光学装置のうち、特に、光学装置の1つである液晶プロジェクタを例に挙げて説明する。
図26は、本実施の形態3における液晶プロジェクタの光学系を示す模式図である。図26において、本実施の形態3における液晶プロジェクタは、光源LS、導波光学系LGS、ダイクロイックミラーDM(B)、DM(G)、反射ミラーMR1(R)、MR1(B)、MR2(R)、ウォブルワイヤ素子WWE1(B)、WWE1(G)、WWE1(R)、WWE2(B)、WWE2(G)、WWE2(R)、液晶パネルLCP(B)、LCP(G)、LCP(R)、投影レンズLENを有している。
本実施の形態3における液晶プロジェクタは、上記のように構成されており、以下に、その動作について説明する。まず、図26に示すように、ハロゲンランプなどより構成される光源LSから青色光と緑色光と赤色光を含む白色光が射出される。そして、光源LSから射出された白色光は、導波光学系LGSに入射されることにより、白色光に対して光分布の一様化やコリメートなどが実施される。その後、導波光学系LGSを射出した白色光は、最初にダイクロイックミラーDM(B)に入射する。ダイクロイックミラーDM(B)では、白色光に含まれる青色光だけが反射され、緑色光と赤色光は、ダイクロイックミラーDM(B)を透過する。
DM(B) ダイクロイックミラー
DM(G) ダイクロイックミラー
DM(R) ダイクロイックミラー
LCP 液晶パネル
LCP(B) 液晶パネル
LCP(G) 液晶パネル
LCP(R) 液晶パネル
LEN 投影レンズ
LEN1 レンズ
LGS 導波光学系
LS 光源
MR1(B) 反射ミラー
MR1(R) 反射ミラー
MR2(R) 反射ミラー
p0 ピッチ
W 幅
WA ウォブル振幅
WG ワイヤグリッド
WP ウォブル周期
WW ウォブルワイヤ
WWE1(B) ウォブルワイヤ素子
WWE1(G) ウォブルワイヤ素子
WWE1(R) ウォブルワイヤ素子
WWE2(B) ウォブルワイヤ素子
WWE2(G) ウォブルワイヤ素子
WWE2(R) ウォブルワイヤ素子
Δφ 位相差
Claims (14)
- (a)入射される電磁波に対して透明である透明基板と、
(b)前記透明基板の主面上に形成され、第1方向に第1周期間隔で配置された複数の金属ワイヤと、を備え、
前記複数の金属ワイヤのそれぞれは、前記第1方向と直交する第2方向に周期構造を有しながら延在しており、
前記電磁波の波長をλとし、前記透明基板の屈折率をnとした場合、
前記周期構造の周期は、λ/n以上である光学素子。 - 請求項1に記載の光学素子であって、
前記周期構造の周期は、前記電磁波の波長以上である光学素子。 - 請求項2に記載の光学素子であって、
前記複数の金属ワイヤのそれぞれにおいて、
前記周期構造は、前記第1方向の幅が一定であり、かつ、前記幅の中心が前記第2方向に沿って周期的に変調されている構造である光学素子。 - 請求項3に記載の光学素子であって、
前記幅の中心は、前記第2方向に沿って正弦波状に変調されている光学素子。 - 請求項4に記載の光学素子であって、
前記複数の金属ワイヤのうちの所定の金属ワイヤにおける前記周期構造の位相と、前記所定の金属ワイヤと隣接する金属ワイヤにおける前記周期構造の位相とのずれが、0度以上90度以下である光学素子。 - 請求項1に記載の光学素子であって、
前記周期構造の周期は、前記電磁波の波長よりも小さい光学素子。 - 請求項6に記載の光学素子であって、
前記複数の金属ワイヤのそれぞれにおいて、
前記周期構造は、前記第1方向の幅の中心位置が一定であり、かつ、前記第1方向の幅が前記第2方向に沿って周期的に変調されている構造である光学素子。 - 請求項7に記載の光学素子であって、
前記第1方向の幅は、前記第2方向に沿って正弦波状に変調されている光学素子。 - 請求項7に記載の光学素子であって、
前記第1方向の幅は、前記第2方向に沿って矩形波状に変調されている光学素子。 - 請求項7に記載の光学素子であって、
前記複数の金属ワイヤのうちの所定の金属ワイヤにおける前記周期構造の位相と、前記所定の金属ワイヤと隣接する金属ワイヤにおける前記周期構造の位相のずれが、180度である光学素子。 - 請求項6に記載の光学素子であって、
前記透明基板の側面には、前記電磁波を吸収する吸収部材が設けられている光学素子。 - 請求項1に記載の光学素子であって、
前記電磁波は、可視光である光学素子。 - 請求項12に記載の光学素子であって、
前記複数の金属ワイヤのそれぞれは、アルミニウム膜から形成されている光学素子。 - (a)光源と、
(b)前記光源から射出される光から特定の偏光光を選択透過する第1偏光素子と、
(c)前記第1偏光素子から射出された前記偏光光を入射し、画像情報に応じて前記偏光光の強度変調を行なう液晶パネルと、
(d)前記液晶パネルから射出された前記偏光光を入射する第2偏光素子と、
(e)前記第2偏光素子から射出された前記偏光光を入射して画像を投影する投影レンズと、を備え、
前記第1偏光素子および前記第2偏光素子は、
(f)入射される前記光に対して透明である透明基板と、
(g)前記透明基板の主面上に形成され、第1方向に第1周期間隔で配置された複数の金属ワイヤと、を有し、
前記複数の金属ワイヤのそれぞれは、前記第1方向と直交する第2方向に周期構造を有しながら延在しており、
前記光の波長をλとし、前記透明基板の屈折率をnとした場合、
前記周期構造の周期は、λ/n以上である光学装置。
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