WO2019107249A1 - 光学素子および導光素子 - Google Patents

光学素子および導光素子 Download PDF

Info

Publication number
WO2019107249A1
WO2019107249A1 PCT/JP2018/043025 JP2018043025W WO2019107249A1 WO 2019107249 A1 WO2019107249 A1 WO 2019107249A1 JP 2018043025 W JP2018043025 W JP 2018043025W WO 2019107249 A1 WO2019107249 A1 WO 2019107249A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
wavelength
optical element
wavelength range
light guide
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/043025
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
和彦 塩野
奈々子 西本
保高　弘樹
梨子　公貴
大井　好晴
篤史 小柳
武紀 染谷
Original Assignee
Ａｇｃ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ａｇｃ株式会社 filed Critical Ａｇｃ株式会社
Priority to JP2019557186A priority Critical patent/JP7243634B2/ja
Publication of WO2019107249A1 publication Critical patent/WO2019107249A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/22—Absorbing filters
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/02—Viewing or reading apparatus

Definitions

  • the present invention relates to an optical element and a light guide element.
  • a projector, a head-up display, a head mounted display, etc. are known as an image display apparatus using the light of two or more different bands in the visible region.
  • an apparatus such as a head mounted display may be provided with an optical system that separates a plurality of visible wide-band lights different from one another and propagates the separated lights by a light guide plate and then combines them as an image (image) Are known.
  • Patent Document 1 discloses an optical system as a head mounted display. Specifically, of the light of wavelength ⁇ 1 incident on the light guiding substrate and the light of wavelength ⁇ 2, for example, a wavelength selective 1/2 that selectively functions as a ⁇ / 2 plate with respect to the light of wavelength ⁇ 1. A wave plate is provided. This function discloses an optical system in which the angle formed by the linear polarization direction of the light of wavelength ⁇ 1 and the light of wavelength ⁇ 2 is 90 ° and the light is selectively diffracted and separated by the polarization diffraction grating.
  • the ⁇ / 2 plate described in Patent Document 1 can not give a phase difference of exactly ⁇ / 2 in all light of a predetermined band. That is, although the phase difference of ⁇ / 2 is obtained for the light of the design wavelength, the phase difference obtained deviates from ⁇ / 2 for the light of a wavelength different from the design wavelength. Therefore, when linearly polarized light is incident, it does not exit as linearly polarized light in a vibration direction forming an angle of 90 ° with respect to the vibration direction of the incident linearly polarized light, but becomes elliptically polarized light.
  • the present invention has been made from the above-mentioned point of view, and among incident light in a visible range, a light of a predetermined wavelength range is given a phase difference, and light of a predetermined wavelength range given the phase difference is selected. And an optical element using the optical element to propagate light in a predetermined wavelength range selectively and accurately among light incident in a visible range and for guiding light in the light guide substrate.
  • An object of the present invention is to provide a light guide element that can be separated into light that is transmitted straight through the substrate.
  • the optical element according to the present invention is a second straight line having a vibration direction orthogonal to the vibration direction of the first linearly polarized light, of the light of the first wavelength range among the light in the visible region incident as the first linearly polarized light
  • the light guide element of the present invention is provided on both sides of the optical element of the present invention and the optical element, and the light in the visible range incident by the first linearly polarized light is transmitted straight and the second linearly polarized light is And a plurality of light guide plates for guiding light.
  • an optical element which gives a phase difference only to light of a predetermined wavelength range among incident light in a visible range and selectively emits light of a predetermined wavelength range to which the phase difference is given. And light propagating in the light guiding substrate selectively and accurately and light traveling straight through the light guiding substrate among the incident visible light using the optical element.
  • a separable light guide element can be provided.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the wavelength and transmittance of the absorption layer used in Example 1, and the wavelength of the half-wave plate and the polarization extinction ratio. It is a figure which shows the relationship of the wavelength of the absorption layer used for Example 2, the transmittance
  • the "incidence side” of an optical element means the side where light injects into an optical element from the approach direction of light in use.
  • the “emission side” of the optical element means the side from which the light incident from the incident side of the optical element is emitted.
  • the average transmittance in a specific wavelength range is the arithmetic mean of the transmittance per 1 nm of the wavelength range. “-” Indicating a numerical range means that numerical values described before and after that are included as the lower limit value and the upper limit value.
  • FIG. 1A and FIG. 1B are each a cross-sectional view showing an example of the optical element of the present embodiment.
  • the optical element 10 shown in FIG. 1A and the optical element 10A shown in FIG. 1B respectively orthogonalize the light in the first wavelength range among the light in the visible range incident as the first linearly polarized light with the first linearly polarized light
  • a wavelength plate 1A that converts the light into a second linearly polarized light having a vibration direction and emits the light
  • an absorption layer 2A that absorbs light in a second wavelength range different from the first wavelength range.
  • the optical element 10 and the optical element 10A are an example in which these are disposed in the order of the wavelength plate and the absorption layer from the incident side.
  • the antireflective layer 3 may be provided on at least one surface of the optical element.
  • the difference between the first wavelength range and the second wavelength range means that there is no wavelength range overlapping the two wavelength ranges.
  • the arrangement order of the absorption layer and the wavelength plate may be the order of the absorption layer and the wavelength plate from the incident side.
  • the antireflective layer may be provided at the interface of the absorbing layer or the wave plate with air where the reflected light loss is large.
  • the wave plate 1A converts the light in the first wavelength range of the light in the visible range incident as the first linearly polarized light into the second linearly polarized light having a vibration direction orthogonal to the first linearly polarized light and emits the light. Do.
  • the wave plate 1A is a plate-like body, and light incident from the normal direction to one main surface of the wave plate 1A passes through the wave plate 1A and is emitted from the other main surface.
  • first linearly polarized light when transmitting through the wave plate 1A, the light in the first wavelength range of the light in the visible range is selectively the first straight line
  • the light is converted into second linearly polarized light having a vibration direction orthogonal to the polarized light and emitted.
  • a wavelength range including wavelengths of 580 to 650 nm (hereinafter, also referred to as “wavelength range (1)”) (2) A wavelength range including wavelengths of 500 to 650 nm (hereinafter, also referred to as “wavelength range (2)”) (3) A wavelength range including wavelengths of 410 to 650 nm (hereinafter also referred to as “wavelength range (3)”) can be mentioned.
  • ⁇ S1 is preferably in the range of 560 to 600 nm
  • ⁇ L1 is preferably in the range of 630 to 670 nm.
  • ⁇ S2 is preferably in the range of 480 to 520 nm
  • ⁇ L2 is preferably in the range of 630 to 670 nm.
  • ⁇ S3 is preferably in the range of 400 to 420 nm
  • ⁇ L3 is preferably in the range of 630 to 670 nm.
  • the wavelength plate may have any configuration as long as it has the above-described function.
  • a wave plate having a layer containing a birefringent material can be used.
  • the birefringence material (low molecular weight) liquid crystal, high molecular weight liquid crystal, single crystal material such as quartz, LiNbO 3 or the like, organic polymer film having birefringence by forming processing such as stretched polycarbonate film, substrate
  • An inorganic material such as TiO 2 formed to have birefringence by a film forming method such as anisotropic deposition, or an anisotropic fine structure smaller than the wavelength of incident light is obtained by processing it on an isotropic material surface.
  • the wave plate rotates the light of the first linearly polarized light incident at a predetermined wavelength by 90 ° by including at least one birefringent material layer whose optical axis is aligned in the thickness direction. It can be emitted as second linearly polarized light.
  • the thickness direction is also the optical axis direction.
  • the wave plate may be composed of one birefringent material layer, but a plurality of birefringent material layers may overlap and the optical axes of the layers may be different in direction. In this case, as the degree of freedom in design increases, the function as a ⁇ / 2 plate can be easily exhibited in a wide range centering on light of a predetermined wavelength.
  • the optical axis may be substantially parallel to the main surface of the wave plate 1A and may be continuously twisted and oriented in the thickness direction. Even in this case, as the degree of freedom in design is increased, the function as a ⁇ / 2 plate can be easily exhibited in a wide range centering on light of a predetermined wavelength.
  • the wavelength plate 1A will be described based on an example shown in FIG. 1B, which is composed of two birefringent material layers each using a polymer liquid crystal.
  • the wave plate 1A shown in FIG. 1B has two layers of birefringent material layers 13a and 13b whose optical axes are aligned in the thickness direction in each layer.
  • the birefringence material layers 13a and 13b are made of polymer liquid crystal, and layers in which the major axis direction of liquid crystal molecules is aligned in the plane are laminated in the thickness direction.
  • the birefringence material layers 13a and 13b are stacked so that the alignment directions (optical axes) of the liquid crystal molecules are different from each other when viewed in the optical axis direction, that is, the thickness direction of the wave plate 1A.
  • the birefringence material layer 13a made of polymer liquid crystal can be produced as follows. First, the alignment film 12a is formed on the transparent substrate 11a, and (low molecular weight) liquid crystal is applied on the alignment film 12a. Then, a transparent substrate with an alignment film (not shown) is stacked so as to be parallel to the alignment direction of the alignment film 12a and then cured to obtain a polymer liquid crystal. Then, after curing, the transparent substrate with an alignment film (not shown) is removed. At that time, there may be a sealing material (not shown) for sealing the end of the birefringent material layer 13a. Polymeric liquid crystal is obtained for the birefringent material layer 13b as well as the birefringent material layer 13a. Examples of the constituent material of the transparent substrates 11a and 11b include resins and inorganic materials which are transparent to visible light, such as glass.
  • the birefringent material layer 13a and the birefringent material layer 13b are bonded by the adhesive layer 15, and the wavelength plate 1A is obtained.
  • the adhesive layer 15 an adhesive film, a photo-curable or thermosetting adhesive can be used.
  • the adhesive layer 15 may be thin in order to reduce the wavefront aberration of the wave plate 1A and to improve the temperature characteristics and reliability.
  • the thickness of the adhesive layer 15 is preferably 10 ⁇ m or less.
  • the stack configuration is 45 °.
  • the angle between the first linear polarization direction of light incident from the light incident side and the optical axis of the birefringent material layer 13a viewed from the optical axis is adjusted to be approximately 22 °. Just do it.
  • the stacked structure has an angle of about 44 °.
  • the above-described wave plate is a configuration example of a ⁇ / 2 plate that converts light of the first linearly polarized light in a specific wavelength range (1), (2) or (3) into light of the second linearly polarized light.
  • a wavelength selective ⁇ / 2 of the wavelength plate which emits light other than a specific wavelength region among the light in the visible region incident as the first linearly polarized light while maintaining the first linear polarization state
  • each of the plurality of birefringent material layers whose retardation Rd is approximately an integral multiple of ⁇ k is The layers may be laminated by adjusting the angle formed by the optical axis (slow axis or fast axis) of the birefringent material layer.
  • the retardation Rd By setting the retardation Rd to substantially an integral multiple of ⁇ k, the polarization state after the incident light in the vicinity of the wavelength ⁇ k passes through the wavelength plate becomes invariant regardless of the angle between the optical axes of the respective birefringent material layers.
  • the retardation Rd is a non-integer multiple, and therefore the polarization state after transmission through the wave plate changes. Therefore, in order to convert the light of the first linearly polarized light into the light of the second linearly polarized light for incident light in a specific wavelength range, the angle formed by the optical axes of the plurality of birefringent material layers constituting the wave plate is You can adjust it.
  • Patent Document US Pat. No. 5,953,083 describes an example of its configuration.
  • Materials other than the polymer liquid crystal may be used for the birefringent material layer 13a and the birefringent material layer 13b.
  • a quartz crystal with a refractive index anisotropy ⁇ n of 0.0092 at a wavelength of 550 nm or a uniaxially stretched film with a refractive index anisotropy ⁇ n of 0.001 to 0.005 is processed into a layer thickness d that provides the desired retardation Rd.
  • the layers may be laminated by adjusting ⁇ n according to the uniaxial stretching amount.
  • the first linearly polarized light of the first wavelength range having a predetermined band of light in the visible range in order to compensate by the following absorption layer 2A. can be accurately extracted as second linearly polarized light.
  • the function of the wave plate 1A is to make the light in the visible range incident on the first linearly polarized light, and to transmit the light intensity of the first linearly polarized light in the transmitted light in the first wavelength range having the predetermined band, I 1 , 2
  • I 2 / (I 1 + I 2 ) is preferably 0.8 or more, more preferably 0.85 or more, and particularly preferably 0.9 or more.
  • I 2 / I 1 is preferably 10 or more, more preferably 20 or more, and particularly preferably 50 or more.
  • the light intensity of the incident light wave plate 1A and I 0, which corresponds to the transmittance T of the wavelength plate 1A (I 1 + I 2) / I 0 is preferably larger.
  • (I 1 + I 2 ) / I 0 is preferably 0.9 or more, more preferably 0.95 or more, and particularly preferably 0.98 or more.
  • the absorption layer 2A is a layer that absorbs at least light of a second wavelength range different from the first wavelength range converted by the wave plate 1A among the light in the visible range.
  • a 2nd wavelength range each wavelength range illustrated in the said 1st wavelength range is mentioned, for example.
  • the second wavelength range is appropriately selected from 410 to ⁇ S1 [nm].
  • the first wavelength range is the wavelength range (2)
  • the second wavelength range is appropriately selected from 410 to ⁇ S2 [nm].
  • the average transmittance of light in the second wavelength range is preferably 10% or less, more preferably 5% or less, and still more preferably 3% or less.
  • the spectrum in the absorption layer has a maximum absorption wavelength ⁇ max [nm] in the second wavelength range.
  • the second wavelength range may be on the short wavelength side or on the long wavelength side of the first wavelength range.
  • the absorbing layer has a wavelength of 10% transmittance in the visible region as ⁇ 10% [nm] and a wavelength of 80% transmittance as ⁇ 80% [nm],
  • [nm] is 50 nm or less, it is preferable in that high contrast characteristics can be obtained. 40 nm or less is more preferable, and 30 nm or less is still more preferable for
  • the absorption layer has a wavelength ⁇ L10% [nm] at which the transmittance is 10% on the longer wavelength side than ⁇ max [nm].
  • ⁇ L80% - ⁇ L10% [nm] is, if it is 50nm or less, high contrast It is preferable at the point that a characteristic is obtained. 40 nm or less is more preferable, and 30 nm or less is still more preferable for ⁇ L 80 % ⁇ L 10% [nm].
  • the absorption layer has a wavelength ⁇ S10% [nm] at which the transmittance is 10% on the shorter wavelength side than ⁇ max [nm]
  • ⁇ S10% - ⁇ S80% [nm] which is the difference between ⁇ S80% [nm] and the wavelength ⁇ S80% [nm] where the transmittance is 80% on the shorter wavelength side than ⁇ max [nm]
  • high contrast characteristics It is preferable at the point of being obtained etc. 40 nm or less is more preferable, and 30 nm or less is still more preferable for ⁇ S10% ⁇ S80% [nm].
  • the maximum absorption wavelength ⁇ max of the absorption layer is preferably in the wavelength range of 410 to 580 nm, and 440 to 560 nm More preferable.
  • the OD value of a predetermined wavelength range (wavelength range 1) is OD1
  • the OD value of another predetermined wavelength range (wavelength range 2) different from the predetermined wavelength range is OD2.
  • the wavelength range 1 means that the absorption layer has a higher transmittance than the wavelength range 2, and the smaller the OD1 / OD2, the higher the wavelength range 1
  • the contrast of the transmittance and the low transmittance in the wavelength region 2 is high.
  • the OD value of light having a wavelength of 600 to 700 nm is OD 600-700
  • the OD value of light having a wavelength of 410 to 480 nm is OD 410- If it is 480 , OD 600-700 / OD 410-480 is preferably 0.1 or less in that high contrast can be obtained.
  • OD 600-700 / OD 410-480 is more preferably 0.07 or less, more preferably 0.05 or less.
  • the OD value is represented by ⁇ log 10 (T in ), where T in is the internal transmittance of the object (here, the absorption layer).
  • T in is the internal transmittance of the object (here, the absorption layer).
  • the OD value of light with a wavelength of 600 to 700 nm and the OD value of light with a wavelength of 410 to 480 nm can be calculated from the average transmittance of light in the wavelength range.
  • the ratio of the above-mentioned OD value shows the relation of "OD value of transmitting wavelength region / OD value of light shielding wavelength region".
  • the average transmittance at a wavelength of 410 to 550 nm is preferably 10% or less, more preferably 3% or less .
  • ⁇ L 10% [nm] is preferably in the wavelength range of 530 to 590 nm, and more preferably 540 to 580 nm.
  • ⁇ L 80% [nm] is preferably in the wavelength range of 560 to 620 nm, and more preferably 570 to 600 nm.
  • 50 nm or less is preferable, and 30 nm or less is more preferable as ⁇ L 80 % ⁇ L 10% [nm].
  • the maximum absorption wavelength ⁇ max [nm] of the absorption layer is preferably in the wavelength range of 410 to 500 nm. It is more preferable to be -480 nm. If the second wavelength range of 410 ⁇ ⁇ S2 [nm], in the absorption layer, light OD value of the wavelength 600 ⁇ 700nm (OD 600-700) and the light of the OD value of the wavelength 410 ⁇ 480 nm (OD 410 -480) and the ratio of (OD 600-700 / OD 410-480) is preferred in that more than 0.1 is obtained a high contrast. OD 600-700 / OD 410-480 is more preferably 0.07 or less, more preferably 0.05 or less.
  • the average transmittance at a wavelength of 410 to 450 nm is preferably 10% or less, more preferably 3% or less .
  • ⁇ L 10% [nm] is preferably in the wavelength range of 460 to 500 nm, and more preferably 470 to 490 nm.
  • ⁇ L 80% [nm] is preferably in the wavelength range of 480 to 560 nm, and more preferably 490 to 520 nm.
  • 50 nm or less is preferable, and 30 nm or less is more preferable as ⁇ L 80 % ⁇ L 10% [nm].
  • the configuration of the absorption layer is not particularly limited as long as it has the above-mentioned light absorption characteristics.
  • a material containing a transparent binder component and an absorbent becomes a layer.
  • the transparent binder component include resins and inorganic materials that are transparent to visible light, and transparent resins are preferable.
  • the absorbent examples include dyes, pigments, inorganic fine particles and the like, but dyes are preferable in that they can be uniformly dissolved or dispersed in a resin.
  • the second wavelength range is wide, it is preferable to use at least two types of dyes.
  • two or more dyes it is preferable to use a combination of dyes having different maximum absorption wavelengths ⁇ Dmax [nm] in the spectral spectrum of the dye.
  • the interval of the maximum absorption wavelength of each dye is preferably 15 to 50 nm.
  • the maximum absorption wavelength ⁇ Dmax [nm] of the dye whose maximum absorption wavelength is on the short wavelength side is ⁇ DmaxS [nm]
  • the maximum absorption wavelength is on the long wavelength side
  • ⁇ DmaxL [nm] is preferably in the wavelength range of 490 to 550 nm, and more preferably 500 to 540 nm. Further, ⁇ Dmax L ⁇ D max S [nm] is preferably 15 to 50 nm, more preferably 15 to 40 nm, and still more preferably 20 to 40 nm.
  • ⁇ Dmax S [nm] is preferably in the wavelength range of 430 to 480 nm. -480 nm is more preferable, and 440-460 nm is more preferable.
  • the ⁇ DmaxL [nm] is preferably in the wavelength range of 460 to 480 nm, and more preferably 470 to 480 nm.
  • ⁇ Dmax L ⁇ D max S [nm] is preferably 15 to 40 nm, more preferably 15 to 30 nm, and still more preferably 20 to 30 nm.
  • Dyes include cyanine dyes, rhodamine dyes, diketopyrrolopyrrole dyes, squalilium dyes, azo dyes and the like.
  • the dye is appropriately selected in accordance with the second wavelength range.
  • the transparent resin is acrylic resin, epoxy resin, ene-thiol resin, polycarbonate resin, polyether resin, polyarylate resin, polysulfone resin, polyether sulfone resin, polyparaphenylene resin, polyarylene ether phosphine Oxide resin, polyimide resin, polyamide imide resin, polyolefin resin, cyclic olefin resin, and polyester resin are mentioned.
  • transparent resin 1 type may be used independently from these resin, and 2 or more types may be mixed and used.
  • the transparent resin is preferably a resin having a high glass transition temperature (Tg).
  • Tg of the transparent resin is preferably 140 ° C. or more, and more preferably 200 ° C. or more.
  • polyester resin As resin with high Tg, 1 or more types chosen from polyester resin, polycarbonate resin, polyether sulfone resin, polyarylate resin, polyimide resin, and an epoxy resin are preferable.
  • the transparent resin is more preferably at least one selected from polyester resins and polyimide resins, and polyimide resins are particularly preferable.
  • polyester resin polyethylene terephthalate resin, polyethylene naphthalate resin, etc. are preferable.
  • the absorbent layer may contain, in addition to the above-mentioned transparent binder component and absorbent, various optional components usually contained in this type of absorbent layer as long as the effects of the present invention are not impaired.
  • Optional components include, for example, color correction dyes, leveling agents, antistatic agents, heat stabilizers, light stabilizers, antioxidants, dispersants, flame retardants, lubricants, plasticizers, singlet oxygen quenchers, etc.
  • the absorbing layer can be formed, for example, by dissolving or dispersing a dye and a transparent resin or a raw material component of a transparent resin in a solvent to prepare a coating liquid, coating the same on a substrate, and drying and curing it.
  • the amount of the pigment relative to 100 parts by mass of the transparent resin is preferably 0.5 to 30 parts by mass, and more preferably 5 to 25 parts by mass, as the total amount of the pigments.
  • the thickness of the absorbing layer is preferably 1 to 100 ⁇ m, and more preferably 1 to 10 ⁇ m.
  • the substrate on which the absorbent layer is formed may be, for example, a releasable support substrate which is used only when forming the absorbent layer.
  • a glass plate, a plastic film subjected to a release treatment, a stainless steel plate or the like can be used as the peelable supporting substrate.
  • the base on which the absorption layer is formed has a wavelength when the optical element has the wavelength plate 1A including the transparent substrates 11a and 11b sandwiching the birefringent material layers 13a and 13b as in the optical element 10A illustrated in FIG. 1B. It may be a transparent substrate constituting the plate 1A, in this case, the transparent substrate 11b.
  • the antireflection layer 3 may, for example, be a dielectric multilayer film, an intermediate refractive index medium, or a moth-eye structure in which the refractive index gradually changes.
  • dielectric multilayer films are preferable from the viewpoint of optical efficiency and productivity.
  • the dielectric multilayer film is formed by alternately laminating dielectric films of low refractive index such as SiO 2 and SiO x N y and dielectric films of high refractive index such as Ta 2 O 5 , TiO 2 and Nb 2 O 5 Can be produced.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing another example of the optical element of the embodiment. Similar to the wave plate 1A, the optical element 10B shown in FIG. 2 converts the light in the first wavelength range of the light in the visible range incident as the first linearly polarized light into the second linearly polarized light and emits it. A wave plate 1B and an absorption layer 2B absorbing light in a second wavelength range different from the first wavelength range are provided.
  • the wave plate 1B has the same configuration except that the adhesive layer 15 of the wave plate 1A in the optical element 10A is replaced with the absorption layer 2B.
  • the absorption layer 2B in the optical element 10B is a layer having adhesiveness similar to that of the adhesive layer 15 in the wavelength plate 1A of the optical element 10A, and having the same light absorption as the absorption layer 2A.
  • the absorption layer 2B is a layer that includes a photo-curable or thermosetting adhesive that constitutes the adhesive layer 15 and an absorber such as the above-described dye.
  • a photocurable adhesive is preferable, and one or more selected from a photocurable acrylic resin, an ene thiol resin and an epoxy resin is more preferable.
  • the total amount of the dyes in 100 parts by mass of the adhesive in the absorbent layer 2B is preferably 0.5 to 30 parts by mass, and more preferably 5 to 25 parts by mass.
  • the thickness of the absorption layer 2B is preferably 1 to 100 ⁇ m, and more preferably 1 to 10 ⁇ m.
  • the average transmittance of light having a wavelength of 580 to 650 nm is from the viewpoint of enhancing the utilization efficiency of light. 80% or more is preferable, 85% or more is more preferable, and 90% or more is more preferable.
  • the average transmittance of light with a wavelength of 500 to 650 nm is 80% from the same viewpoint as above.
  • the above is preferable, 85% or more is more preferable, and 90% or more is more preferable.
  • the light guiding element according to the embodiment of the present invention is provided on both sides of the above optical element and the optical element, and linearly transmits light in the visible range incident as the first linearly polarized light, and emits light of the second linearly polarized light. And a plurality of light guide plates for guiding light.
  • a light guide element of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the blue wavelength range is a wavelength range (B)
  • the green wavelength range is a wavelength range (G)
  • the red wavelength range is a wavelength range (R) of light in the visible range. This is an example of handling light.
  • the light guide element according to the embodiment of the present invention is not limited to the case of handling light of three different regions, and may handle light of two different regions.
  • the light guide plate may be two in a simple configuration. It is only.
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view of an example of a light guide element using the optical element according to the embodiment of the present invention.
  • a light guide element 100 shown in FIG. 3 for example, a light guide element used for a head mounted display in which light (image) in a visible range emitted from a reflective liquid crystal panel is recognized by human eyes via the light guide element.
  • FIG. 3 first, light of the first linearly polarized light in the visible range is emitted from the reflective liquid crystal panel (not shown), and is incident from the incident portion shown in FIG.
  • the first linearly polarized light is described as P polarized light
  • the second linearly polarized light is described as S polarized light below.
  • the light guiding element 100 is provided with three light guiding plates 4a, 4b and 4c in this order, and among the light guiding plate 4a, an end portion (first main surface) of the main surface (first main surface) opposite to the light guiding plate 4b side. It has an incidence part which light of visible region enters in the end on the left side in FIG. 3), and has an emission part in the other end (the end on the right side in FIG. 3) of the first main surface of the light guide plate 4a. . Of the main surfaces of the light guide plate 4a, the main surface on the light guide plate 4b side is taken as a second main surface.
  • the main surface on the light guide plate 4a side is referred to as a first main surface
  • the main surface on the light guide plate 4c side is referred to as a second main surface
  • the main surface on the light guide plate 4c is referred to as a first main surface
  • the main surface on the opposite side is referred to as a second main surface.
  • the optical axis in the traveling direction of the light incident from the light incident portion of the light guide element 100 and the light emitted from the light emission portion is the Z axis
  • the light guiding direction in the light guide plates 4a, 4b, 4c is the Y axis
  • a direction perpendicular to the paper including the Y axis and the Z axis is taken as an X axis. That is, the light of the first linearly polarized light (P polarized light) vibrates in the Y axis direction, and the light of the second linearly polarized light (S polarized light) vibrates in the X axis direction.
  • the light guide element 100 has the wave plate 1 and the coupling element 611 from the incident side on the first main surface of the light guide plate 4a in a region where straight light in the Z axis direction from the incident portion is incident.
  • the optical element 10A 1 is formed between the light guide plate 4a and the light guide plate 4b from the second main surface side of the light guide plate 4a in a region where straight light in the Z-axis direction is incident from the incident portion.
  • having a coupling element 621 further, between the light guide plate 4b and the light guide plate 4c, has an optical element 10A 2 and coupling element 631 from the second major surface side of the light guide plate 4b.
  • the optical element 10A has the wave plate 1A on the incident side and the absorption layer 2A on the emission side, but the wave plate 1A and the absorption layer 1A
  • the arrangement is not limited thereto. That is, the optical element 10A 1, the wavelength plate 1A light guide plate 4a side may be arranged so that the absorption layer 2A is a light guide plate 4b side, the optical element 10A 1, the absorbent layer 2A light guide plate 4a side, The wavelength plate 1A may be disposed on the light guide plate 4b side, or they may be integrated or separated. The same applies to the optical element 10A 2.
  • all of the light guide plates 4a, 4b and 4c are P-polarized light of the light incident from the Z-axis direction corresponding to the normal direction to the main surface in the visible region due to the function of the coupling element described later. It has a function of transmitting light straight and deflecting S-polarized light in an oblique direction from the normal direction and totally reflecting the light by the first and second principal surfaces of the light guide plate to guide the inside of the light guide plate.
  • the wave plate 1 can have the same configuration as that of the wave plate 1A.
  • the wave plate 1 converts the wavelength range (B) of the light of P-polarization in the visible range, which is the light emitted from the reflective liquid crystal panel, into the light of S-polarization.
  • the optical element 10A 1 include, but are not detailed illustration has an absorption layer for absorbing light in a wavelength range wave plate and a wavelength range to be converted to S-polarized light to P-polarized light (G) (B).
  • the optical element 10A 2 has an absorption layer for absorbing light in a wavelength range wave plate and a wavelength range to be converted to S-polarized light to P-polarized light (R) (G).
  • the light guide element 100 has the coupling element 612 on the first main surface of the light guide plate 4 a in the region corresponding to the light emitting part. Further, the light guide element 100 has the coupling element 622 on the first main surface of the light guide plate 4b and the coupling element 632 on the first main surface of the light guide plate 4c in the region corresponding to the emission part.
  • the optical path of the light of each wavelength range is shown by the arrow with each component in the light guide element 100.
  • an optical path until light is incident to and emitted from the light guide element 100 will be described.
  • light in the wavelength range (B) is diffracted and deflected in the Z-axis direction by the coupling element 612 provided at the other end (the end on the right side in FIG. 3) of the first main surface of the light guide plate 4a.
  • the light is emitted from the other end of the first main surface of the light guide plate 4a.
  • the diffractive deflection is a function of deflecting light by generating diffracted light at an angle different from the traveling direction of the incident light, with the coupling element having a periodic structure in which the coherence of the incident light is maintained.
  • Diffraction deflection also includes deflection by reflection using light interference caused by the periodic structure.
  • the light passing straight through the wave plate 1, the coupling element 611 and the light guide plate 4a is P-polarized light not converted to S-polarized light by the wave plate 1 in the wavelength range (B), the wavelength range (G) and the wavelength range It includes P-polarized light of (R).
  • Light of P-polarized light is incident on the optical element 10A 1, along with the light in the wavelength region (B) is absorbed, light in the wavelength range (G) is converted from the selectively P-polarized light into S-polarized light, Light in the wavelength range (R) is transmitted as it is P-polarized light.
  • the light in the wavelength range (G) and the wavelength range (R) is transmitted from the coupling element 621 formed at one end (the end on the left side in FIG. 3) of the first main surface of the light guide plate 4b Incident to
  • Wavelength range is converted into S polarized light by the optical element 10A 1 (G) light is coupled devices 621 by entering a predetermined angle theta G to diffraction deflected light guide plate 4b, first and second light guide plate 4b The light is totally reflected at the interface of the main surface with the air, and is guided to the region corresponding to the emission part. Furthermore, light in the wavelength range (G) is diffracted and deflected in the Z-axis direction by the coupling element 622 provided at the other end (the end on the right side in FIG. 3) of the first main surface of the light guide plate 4b. The light is emitted from the light guide plate 4b through the light guide plate 4a from the other end of the first main surface of the light guide plate 4a.
  • the optical element 10A 2 is adapted to absorb light of at least a wavelength range (G), to convert at least a wavelength range of light (R) to the S-polarized light from the P-polarized light.
  • Wavelength range is converted into S polarized light by the optical element 10A 2 light (R) is coupled devices 631 by entering a predetermined angle theta R a diffraction deflected light guide plate 4c, the first and second light guide plate 4c The light is totally reflected at the interface of the main surface with the air, and is guided to the region corresponding to the emission part. Furthermore, light in the wavelength range (R) is diffracted and deflected in the Z-axis direction by the coupling element 632 provided at the other end (the end on the right side in FIG. 3) of the first main surface of the light guide plate 4c.
  • the light is emitted from the light guide plate 4c through the light guide plate 4b and the light guide plate 4a from the other end of the first main surface of the light guide plate 4a.
  • the coupling elements 612, 622 and 632 are transmitted straight through for incident light 7 from the direction facing the light emitting portion of the light guide element 100. The higher the efficiency the better.
  • the flatness of the first main surface and the second main surface, which are total reflection surfaces, and the rectilinear transmission inside the light guide plate affect the resolution of the image. Therefore, as the light guide plate, it is preferable to mirror-polish a translucent glass substrate with little light scattering due to refractive index distribution (cord), air bubbles, foreign matter and the like. Also, as the refractive index is larger, a wider total reflection angle width can be obtained, and the light guiding performance is improved.
  • the coupling element 611 provided at the incident portion of the light guide plate 4 a guides the incident light of S-polarized light whose incident angle ⁇ in of the optical axis of the light beam incident on the first main surface is approximately 0 ° (Z-axis direction). Diffraction deflection is performed at an angle ⁇ t inside the light plate 4a. Then, the deflected light is totally reflected at the interface between the first main surface of the light guide plate 4 a and the air and the air at the second main surface, and propagates in the light guide plate 4 a.
  • n G the refractive index of the light guide plate
  • equation (1) the propagation of the light guide plate in about n G is larger small deflection angle theta t It becomes possible.
  • n air indicates the refractive index of air.
  • FIGS. 5 to 9 the meanings of the signs of n G , n air , ⁇ in and ⁇ t are the same as shown in FIG. n G ⁇ sin ( ⁇ t )> 1 (1)
  • the light guiding element preferably has a propagation condition for guiding divergent light of ⁇ ⁇ centering on the incident angle ⁇ in 00 ° of the optical axis, and the larger the ⁇ , the more the display element The light guiding efficiency of the emitted light is improved.
  • the diffraction grating in the coupling element short periodic structure is required in order to obtain a large deflection angle theta t, there is a case where machining is difficult. Therefore, a light guide plate with a high refractive index n G that can reduce the minimum value of the condition ⁇ t propagating in the light guide plate is effective.
  • the coupling element 611 deflects incident light in the wavelength range (B) to an angle ⁇ t propagating inside the light guide plate, and wavelength-selective deflection transmits the incident light in the wavelength range (G) and the wavelength range (R).
  • a coupling element may be, for example, a high refractive index dielectric film (refractive index: n H ) and a low refractive index dielectric film (refractive index: n L ) as optical thicknesses (refractive index ⁇ wavelength order of incident light) It can be realized by a structure in which layers are alternately stacked at a film thickness) and inclined at an angle ⁇ with respect to the incident direction (Z axis).
  • FIG. 5 shows an example of a YZ cross section of the coupling element 611.
  • the coupling element 611 has a structure in which high refractive index dielectric films 611 H and low refractive index dielectric films 611 L (provided between them) indicated by thick solid lines are alternately stacked.
  • the wavelength range (B) of the incident light is reflected to become a deflection angle propagating in the light guide plate 4a, and the wavelength range (G ) And the wavelength range (R) are obtained.
  • the optical thickness of each of the dielectric films 611H and 611L is approximately 1 / ⁇ 4 ⁇ cos (90 ° - ⁇ ) of the reflection wavelength center wavelength ⁇ .
  • the wavelength width ⁇ becomes wider as the refractive index difference (n H ⁇ n L ) is larger.
  • D indicates the depth of the coupling element 611.
  • the incident angle (90 ° - ⁇ ) is 35 ° or more
  • the reflection wavelength band width expands with respect to S-polarized light, reduces with respect to P-polarized light, and the reflection wavelength band shifts to the short wavelength side
  • the polarization dependency of the spectral reflectance becomes remarkable. Therefore, the wavelength range (B) reflected at the deflection angle propagating in the light guide plate is S-polarized incident light, and the wavelength range (G) and the wavelength range (R) straightly transmitted through the light guide plate are P-polarized incident light
  • l in , l o and l t are incident light incident from the coupling element 611 side, outgoing light emitted to the second main surface side of the light guide plate 4a, and deflection angle ⁇ by the coupling element 611, respectively.
  • deviation at t is light-guided is shown.
  • FIGS. 6-9 the meanings of the signs of l in , l o and l t are the same as shown in FIG.
  • a volume hologram may be used as the coupling element 611.
  • a photosensitive photopolymer in which the refractive index after polymerization changes according to the ultraviolet irradiation intensity.
  • the photosensitive photopolymer is periodically refracted from a high refractive index n H to a low refractive index n L by exposing the photosensitive photopolymer with a standing wave of a periodic ultraviolet intensity distribution generated by two-beam interference of ultraviolet laser light.
  • a volume hologram is obtained which consists of a polymer whose rate is spatially modulated.
  • photosensitive glass may be used as long as it is a photosensitive material whose refractive index changes according to the ultraviolet irradiation intensity.
  • the photosensitive glass is superior to the organic material in the characteristics stability against temperature change and the flatness required for the total reflection surface.
  • the coupling element 611 made of a volume hologram may be provided in the incident portion of the first main surface of the light guide plate 4a.
  • a translucent glass substrate may be used as the light guide plate 4a, and a volume hologram element made of a photopolymer film may be bonded to the incident portion of the light guide plate 4a.
  • the volume hologram using a photopolymer has a small difference in refractive index difference (n H ⁇ n L ) of 0.05 or less, which is smaller than that of a combined element made of a dielectric multilayer film, and therefore the reflection wavelength band width is narrow. Therefore, the wavelength width ⁇ and the incident angle width ⁇ of the light guide plate propagating light are effective under narrow conditions.
  • the deflecting action of the volume hologram can also be explained from the diffracting action by the periodic modulation structure of the refractive index.
  • FIG. 7 shows an example of the coupling element 611 capable of obtaining a large refractive index difference (n H ⁇ n L ) of 0.5 or more.
  • Coupling element shown in FIG. 7 611, the incident portion of the first major surface of the light guide plate 4a, the lattice 611H width w and the inclination angle ⁇ in the refractive index n H is inclined formed at a period P in the Y-axis direction It comprises a surface diffraction grating 611.
  • the refractive index difference (n H ⁇ n L ) ⁇ 0.5 can be realized by constructing the grating 611H with a transparent dielectric material of n H ⁇ 1.5.
  • the inclination angle of the grating 611H alpha, setting the width w and period P.
  • the depth D of the grating 611H at which the diffraction efficiency is maximum in the wavelength range (B) is set.
  • the coupling element 611 including such an inclined surface diffraction grating 611 can obtain a large difference in refractive index (n H- n L ) compared to a volume hologram, so the depth D of the coupling element can be reduced, and the wavelength width ⁇
  • the light guide plate propagation light can be generated with high efficiency for incident light having a wide angular width ⁇ .
  • the inclined surface diffraction grating 611 has polarization dependence of diffraction efficiency, and can realize polarization selectivity of diffracting S-polarized light and transmitting P-polarized light straight.
  • the diffraction efficiency depends on the incident polarization even with a grating shape in which the incident angle that gives the maximum diffraction efficiency is changed to 0 ° by using an inclined surface diffraction grating in which the central axis of the grating shape whose cross section is a triangle is inclined.
  • the maximum diffraction efficiency can be obtained under the conditions of P / ⁇ and D / P where the incident light of S polarized light is smaller than P polarized light, so that the diffraction angle advantageous for propagation in the light guide plate is low for grating fabrication It can be realized by grid depth.
  • the minus first order diffracted light of the coupling element 611 is defined by the equation (5) using the diffraction angle ⁇ t inside the light guide plate 4a.
  • n G ⁇ sin ( ⁇ t ) sin ( ⁇ in ) ⁇ / P (5)
  • FIGS. 8A and 8B illustrate another shape of the inclined surface grating than that of FIG.
  • the cross-sectional shape of the grid 611H may be a parallelogram in which the rectangular grid illustrated in FIG. 7 is inclined at an angle ⁇ .
  • the cross-sectional shape of the grating 611H may be a trapezoidal shape illustrated in FIG. 8A in which the inclination angles ⁇ and ⁇ of the two grating wall surfaces are different. Also, it may be in the shape of an inclined triangle illustrated in FIG. 8B with or without slight flats on the lattice surface.
  • Such a grating 611H is formed by patterning a resist applied to the first main surface of the light guide plate 4a using a patterning mask and an ultraviolet exposure device or an electron beam exposure device, and then dry etching the incident portion of the light guide plate 4a.
  • the grid may be processed into
  • there is an imprinting method in which a desired grid shape is transferred to an ultraviolet curing resin or thermosetting resin on the incident part of the light guide plate 4a using a mold in which the grid 611H is processed. It is valid.
  • a trapezoidal or triangular lattice cross-sectional shape shown in FIGS. 8A and 8B is preferable because it can be stably released from the mold without deforming the lattice 611H made of a cured resin.
  • the shape of the coupling element 611 as an inclined surface diffraction grating, diffracted light of high diffraction efficiency propagating in the light guide plate can be obtained with respect to incident light of S polarized light having an incident angle of approximately 0 °.
  • the wavelength dependence and the polarization dependence of the diffraction efficiency of the inclined surface diffraction grating may be incomplete in some cases, it is preferable to use the wavelength plate of the aforementioned wavelength selection and the absorption layer in combination.
  • the direction of the extraordinary light refractive index of the grating 611H is a refractive index that acts on S polarized light of incident light in the X axis direction
  • the direction of the ordinary refractive index is a refractive index that acts on P polarized light of incident light in the Y axis direction.
  • the refractive index of the grating 611H and filler are the same in n o and n s ( ⁇ n o), does not function as a diffraction element regardless of the shape of the grating 611H.
  • incident light of S-polarization is highly efficiently deflected to a diffraction angle which propagates in the light guide plate, and a polarization diffraction grating is obtained in which incident light of P-polarization goes straight through the light guide plate without diffraction loss.
  • liquid crystal monomer before polymerization is filled between the mold substrate of the grating 611H and the light guide plate 4a, it is irradiated with ultraviolet rays to solidify by polymerization. Then, a liquid crystal molecular alignment is aligned in the longitudinal (X-axis) direction of the grating 611H, and a polymer liquid crystal birefringent grating 611H having a refractive index of n e for S polarized light and n o for P polarized light is obtained.
  • an alignment film may be provided on the surface of the mold substrate of the grating 611H in contact with the liquid crystal monomer. Specifically, a polyimide film was applied and rubbing was performed in the X-axis direction, or a photo-alignment film that was subjected to alignment treatment in the polarization direction when irradiated with ultraviolet light having the same polarization direction was applied to the mold substrate of the grating 611H. After that, ultraviolet light whose polarization is uniform in the X-axis direction may be emitted.
  • a nematic liquid crystal (low molecular liquid crystal) may be used instead of the polymer liquid crystal as the inclined surface diffraction grating 611H made of a birefringent material. Coupling that can switch the diffraction efficiency by applying a voltage to the nematic liquid crystal layer as a holographic PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystal) in which a nematic liquid crystal layer having dielectric anisotropy and a uniform refractive index polymer layer alternately have a periodic structure It may be an element.
  • a holographic PDLC Polymer Dispersed Liquid Crystal
  • the coupling element 611 formed in the incident part of the light guide plate 4a is mainly described, the coupling elements 621 and 623 formed in the incident part of the light guide plates 4b and 4c are also for the light guide plate propagation light of each wavelength range Therefore, the same function may be obtained.
  • the coupling elements 612, 622, and 632 formed in the emission portions of the light guide plates 4a, 4b, and 4c may clearly recognize a real image of the outside. Therefore, it is preferable that a high straight-ahead transmissivity of a visible range transmitted through the light guide plate 4a from the light guide plate 4c through the light guide plate 4a is obtained as compared with the coupling element formed in the incident portion.
  • the diffraction efficiency (I ⁇ 1 ) of ⁇ 1st order diffracted light may be designed so that the ratio I ⁇ 1 / I 0 of the diffraction efficiency (I 0 ) of the next transmitted light is 0.05 to 1.
  • the coupling elements 612, 622 and 632 in FIG. 3 are formed on the first main surfaces of the light guide plates 4a, 4b and 4c, and deflect the propagation light in the light guide plate to the output portion with transmission efficiency by transmission diffraction. These coupling elements may be formed on the second main surfaces of the light guide plates 4a, 4b and 4c, respectively, and the propagating light in the light guide plate may be deflected by reflection diffraction to be taken out from the emitting portion.
  • the optical path length difference of the uneven portion of the grating is (grating refractive index) ⁇ (grating depth), and the optical path length difference of the uneven portion of the grating of the transmissive diffraction phase grating ⁇ (grating refractive index) -1 ⁇ Since the value is larger than x (grating depth), the same diffraction efficiency can be obtained with a relatively shallow grating.
  • the incident light 7 from the direction facing the emission part of the light guide element 100 acts as a transmission type diffraction grating, so that the diffraction efficiency is suppressed and the straight transmission factor is improved.
  • the refractive index at the d-line is preferably 1.65 or more, more preferably 1.70 or more, and particularly preferably 1.75 or more.
  • FIG. 9 shows a configuration example in which the coupling elements 611 and 612 are respectively provided in the light incident portion and the light emitting portion of the first main surface 4a_S1 of the light guide plate 4a.
  • the coupling element 612 may be provided on the second main surface 4a_S2 instead of being provided on the first main surface 4a_S1.
  • the coupling elements 611 and 612 may be formed on the light incident portion and the light emitting portion of the second main surface 4a_S2 of the light guide plate 4a. In that case, the incident light in the wavelength range reflected and deflected by the coupling element is totally reflected and propagated in the light guide plate.
  • the first main surface 4a_S1 and the second main surface 4a_S2 of the light guide plate 4a are usually optical polished surfaces.
  • the surface roughness Ra of both main surfaces is, for example, 1/100 or less of the wavelength of incident light, and preferably 1/1000 or less.
  • the parallelism is preferably 30 seconds or less, more preferably 10 seconds or less.
  • the tolerance of the substrate thickness of the light guide plate 4a is preferably ⁇ 3% or less with respect to the average value, and more preferably ⁇ 1% or less.
  • the surface roughness Ra when the surface roughness Ra is described, the arithmetic mean roughness (center line average roughness) according to JIS B 0601 to JIS B 0031 is meant.
  • the first main surface 4a_S1 and the second main surface 4a_S2 of the light guide plate 4a generate a scattered light and reduce the total reflection propagation light if there is a scratch or a dirt, so a cladding layer covering the light propagation core portion of the optical fiber
  • a protective layer having a lower refractive index than the light guide plate 4a may be formed on the surface to a uniform thickness.
  • the light guide plate 4a in the light guide element 100 shown in FIG. 3 has been described above as an example.
  • the light guide plate 4 b and the light guide plate 4 c in the light guide element 100 can also be the same as the light guide plate 4 a.
  • optical element of the present invention Examples of the optical element of the present invention will be described below. Specifically, an optical element having the same configuration as that shown in FIG. 1B was produced as follows.
  • Example 1 Optical Element (1) Production of Half-Wavelength Plate 1A with First Wavelength Region as Wavelength Region (1)
  • the polyimide film uniformly coated on one side of the transparent substrates 11a and 11b is heated and solidified Then, rubbing treatment is performed in one direction to form liquid crystal alignment films 12a and 12b.
  • the liquid crystal monomer before polymerization is applied to a uniform film thickness on the alignment film side on the transparent substrate. Then, ultraviolet light is irradiated at the temperature of the nematic liquid crystal phase to polymerize and solidify, whereby the polymer liquid crystal layers 13a and 13b are formed on the transparent substrates 11a and 11b, respectively.
  • the refractive index anisotropy ⁇ n of the polymer liquid crystal layer in which the directors are aligned in the rubbing direction is 0.10, and the film thickness is approximately 3.08 ⁇ m so that the retardation Rd is 308 nm.
  • the liquid crystal monomer exhibits a nematic liquid crystal phase upon polymerization and solidification, maintains a large refractive index anisotropy ⁇ n in the polymer liquid crystal state after polymerization, and uses a material transparent to visible light.
  • the direction of the slow axis (having an extraordinary light refractive index) between the slow axis of the polymer liquid crystal layer 13a and the slow axis 13b forms an angle of 45 °, and the ultraviolet curing adhesive 15 is used respectively.
  • the polymer liquid crystal layer side of the above is joined, and it is irradiated with ultraviolet rays to adhere and fix.
  • an antireflective film (not shown in FIG. 1B) is provided so that the reflectance to light in the visible range is 0.5% or less.
  • a polarizer that transmits only P-polarized light is disposed in the light path between the light source of the spectrophotometer and the wave plate, and a light source that emits only P-polarized light is produced.
  • an analyzer whose transmission linear polarization direction is P polarization is disposed, and the polarization transmittance of the wave plate is measured.
  • the wavelength plate 1A is formed so that the P polarization direction of the incident light forms an angle of 22 ° with the slow axis of the polymer liquid crystal layer 13a and forms the angle of 67 ° with the slow axis of the polymer liquid crystal layer 13a. Deploy.
  • the ratio of the P-polarized light transmission intensity I P to I 0 -p when the wavelength plate 1A is disposed based on the spectral transmission intensity I 0 -p (of P-polarized light) when the wavelength plate 1A is not provided Let r P be I P / I 0 -p .
  • the transmission polarization direction of the analyzer is set to S polarization, and the wavelength plate 1A is arranged based on the spectral transmission intensity I 0-s (of the light of S polarization) when the wavelength plate 1A is not provided
  • the ratio r S of the S-polarized light transmission intensity I S to I 0-s is I S / I 0-s .
  • the polarization extinction ratio Ex is I S / I P
  • the first wavelength range is the half wavelength plate 1A of the wavelength range (1).
  • the absorbing layer 2A in which the first wavelength range corresponds to the wavelength range (1) is formed.
  • 8 parts by mass of SUDAN-II manufactured by Yamada Chemical Industry Co., Ltd., ⁇ max D ; 495 nm
  • polyimide resin C3G30 trade name; manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd.
  • the obtained solution is applied to the surface of the transparent substrate 11b and dried to obtain an absorption layer 2A having a thickness of 6.7 ⁇ m. Further, an antireflection layer 3 made of a dielectric multilayer film in which TiO 2 and SiO 2 are alternately laminated is formed on the absorption layer 2A to obtain an optical element 10A.
  • the spectral transmittance in the absorption layer 2A is measured with a spectrophotometer (manufactured by Hitachi High-Tech Science: U4150), the characteristics shown in Table 1 can be obtained.
  • the maximum absorption wavelength ⁇ max can be confirmed in the range of 410 to 580 nm.
  • the average transmittance of light in the second wavelength range 410 to ⁇ S1 [nm] ( ⁇ S1 : 560 to 600 nm) can be confirmed to be 10% or less, and 50 nm or less for ⁇ L 80 % ⁇ L 10% .
  • the light of OD value of the wavelength 600 ⁇ 700 nm and (OD 600-700), the ratio of the light OD value of the wavelength 410 ⁇ 480nm (OD 410-480) ( OD 600-700 / OD 410-480) is 0 .1 or less can be confirmed.
  • FIG. 10 shows the relationship between the wavelength and the transmittance, and the wavelength and the polarization extinction ratio in the absorption layer 2A obtained above.
  • the absorption layer 2A obtained in Example 1 can significantly reduce the transmittance of light in the second wavelength range and can increase the light in the first wavelength range, and the second wavelength range and the like. It can be seen that the change in transmittance with the first wavelength range can be made sharp.
  • a leaked light component of P-polarized light exists in a wavelength range (for example, less than 560 nm) in which the polarization extinction ratio is not sufficiently lowered in the half-wave plate 1A. Since the leaked light component can be sufficiently absorbed by the layer 2A, in this case, the S-polarized light component in the second wavelength range can be selectively extracted with high efficiency.
  • Example 2 Optical element (1) having first wavelength range as wavelength range (2) (1) Production of 1/2 wavelength plate 1A
  • the half wavelength plate 1A was produced using the same material and method as in Example 1. Do. The difference is that the film thickness is approximately 2.75 ⁇ m so that the retardation Rd of the polymer liquid crystal layers 13a and 13b is 275 nm, and the slow axis of the polymer liquid crystal layer 13a and the slow axis of 13b (abnormal light refractive index Adjust the direction to make an angle of 44 °.
  • the wavelength plate 1A is formed so that the P polarization direction of the incident light forms an angle of 22 ° with the slow axis of the polymer liquid crystal layer 13a and forms the angle of 67 ° with the slow axis of the polymer liquid crystal layer 13a. Deploy.
  • the spectral transmittance of the wavelength plate 1A obtained in this manner can be confirmed to have an average transmittance of 92% or more in visible light with a wavelength of 410 to 650 nm.
  • the polarization extinction ratio Ex is I S / I P
  • the first wavelength range is the half wavelength plate 1A of the wavelength range (2).
  • the absorbing layer 2A in which the first wavelength range corresponds to the wavelength range (2) is formed on the surface of the transparent substrate 11b of the half wavelength plate 1A.
  • 8 parts by mass of FDB-005 manufactured by Yamada Chemical Industry Co., Ltd., ⁇ max D ; 453 nm
  • polyimide resin C3G30 trade name; manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd.
  • the resulting solution is applied to the surface of the transparent substrate 11b and dried to obtain an absorption layer 2A with a film thickness of 7.5 ⁇ m. Further, an antireflection layer 3 made of a dielectric multilayer film in which TiO 2 and SiO 2 are alternately laminated is formed on the absorption layer 2A to obtain an optical element 10A.
  • the spectral transmittance in the absorption layer 2A is measured with a spectrophotometer (manufactured by Hitachi High-Tech Science: U4150), the characteristics shown in Table 2 can be obtained.
  • the maximum absorption wavelength ⁇ max can be confirmed in the range of 410 to 500 nm.
  • the average transmittance of light in the second wavelength range 410 to ⁇ S2 [nm] ( ⁇ S2 : 480 to 520 nm) can be confirmed to be 10% or less, and ⁇ L 80 % ⁇ L 10% can be 50 nm or less.
  • the light of OD value of the wavelength 600 ⁇ 700 nm and (OD 600-700), the ratio of the light OD value of the wavelength 410 ⁇ 480nm (OD 410-480) ( OD 600-700 / OD 410-480) is 0 .1 or less can be confirmed.
  • FIG. 11 shows the relationship between the wavelength and the transmittance, and the wavelength and the polarization extinction ratio in the absorption layer 2A obtained above.
  • the absorption layer 2A obtained in Example 2 can largely reduce the transmittance of light in the second wavelength range, and can increase light in the first wavelength range, and can increase the second wavelength range.
  • the change in transmittance with the first wavelength range can be made steep.
  • a leaked light component of P polarized light exists in a wavelength range (for example, less than 480 nm) in which the polarization extinction ratio is not sufficiently lowered in the half wave plate 1A. Since the leaked light component can be sufficiently absorbed by the layer 2A, in this case, the S-polarized light component in the second wavelength range can be selectively extracted with high efficiency.
  • an optical element which gives a phase difference only to light of a predetermined wavelength range among incident light in a visible range and selectively emits light of a predetermined wavelength range to which the phase difference is given. Further, it is possible to provide a light guide element capable of selectively separating light of a predetermined wavelength range among incident light in the visible range using the optical element, with high accuracy.
  • a light guide element can be used for an image display apparatus, for example, a projector or a head mounted display, using light of two or more different bands.

Abstract

入射する可視域の光のうち所定の波長域の光のみに位相差を与えるとともに、該位相差が与えられた所定の波長域の光を選択的に出射する光学素子、および、該光学素子を用いた、入射する可視域の光のうち所定の波長域の光を選択的にかつ精度よく導光用基板内を伝搬する光と導光用基板を直進透過する光に分離可能な導光素子の提供。第１の直線偏光で入射する可視域の光のうち第１の波長域の光を、前記第１の直線偏光の振動方向と直交する振動方向を有する第２の直線偏光に変換して出射する波長板と、前記第１の波長域とは異なる、第２の波長域の光を吸収する吸収層と、を備える光学素子。

Description

光学素子および導光素子
　本発明は光学素子および導光素子に関する。
　可視域において、異なる２以上の帯域の光を用いる画像表示装置としては、プロジェクタやヘッドアップディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイなどが知られている。例えば、ヘッドマウントディスプレイのような装置は、互いに異なる複数の可視広帯域の光を分離して、これら分離した光を導光板で伝搬させた後に、映像（画像）として結合させる光学系を備えることが知られている。
　ヘッドマウントディスプレイとして例えば、特許文献１にその光学系が開示されている。具体的には、導光用基板に入射する波長λ１の光と波長λ２の光のうち、例えば波長λ１の光に対して選択的にλ／２板として機能する、波長選択型の１／２波長板を備える。この機能により、波長λ１の光と波長λ２の光の直線偏光方向がなす角度を９０°とし、偏光性の回折格子により波長選択的に回折分離させる光学系が開示されている。
　しかし、特許文献１に記載されたλ／２板は、所定の帯域の光すべてにおいて厳密にλ／２の位相差を与えることはできない。すなわち、設計波長の光については、λ／２の位相差が得られるものの、設計波長と異なる波長の光については、得られる位相差はλ／２からずれが生じる。そのため、直線偏光が入射した場合、入射直線偏光の振動方向に対して、９０°の角度をなす振動方向の直線偏光として出射せず、楕円偏光となる。
　例えば、Ｓ偏光で入射する光をＰ偏光の光に変調するλ／２板であったとしても、設計波長からずれる波長の光に対しては、λ／２板を出射する光もＳ偏光の成分を含むことになる。そうすると、本来、不要な光の成分も漏れとなって出射してしまい、これら複数の光を、導光用基板内を伝搬するように結合させて映像（画像）としたときにノイズとなりクリアな画像が得られないという問題があった。
国際公開第２０１５／１２５７９４号
　本発明は、上記観点からなされたものであり、入射する可視域の光のうち所定の波長域の光のみに位相差を与えるとともに、該位相差が与えられた所定の波長域の光を選択的に出射する光学素子、および、該光学素子を用いた、入射する可視域の光のうち所定の波長域の光を選択的にかつ精度よく導光用基板内を伝搬する光と導光用基板を直進透過する光に分離可能な導光素子の提供を目的とする。
　本発明の光学素子は、第１の直線偏光で入射する可視域の光のうち第１の波長域の光を、前記第１の直線偏光の振動方向と直交する振動方向を有する第２の直線偏光に変換して出射する波長板と、前記第１の波長域とは異なる、第２の波長域の光を吸収する吸収層と、を備える。
　本発明の導光素子は、上記本発明の光学素子と、前記光学素子の両側に設けられ、前記第１の直線偏光で入射する可視域の光を直進透過し、前記第２の直線偏光を導光する複数の導光板と、を備える。
　本発明によれば、入射する可視域の光のうち所定の波長域の光のみに位相差を与えるとともに、該位相差が与えられた所定の波長域の光を選択的に出射する光学素子、および、該光学素子を用いた、入射する可視域の光のうち所定の波長域の光を選択的にかつ精度よく導光用基板内を伝搬する光と導光用基板を直進透過する光に分離可能な導光素子を提供できる。
実施形態の光学素子の一例を示す断面図である。 実施形態の光学素子の別の一例を示す断面図である。 実施形態の光学素子の別の一例を示す断面図である。 実施形態の導光素子の一例を示す断面図である。 図３に示す導光素子の一部の断面図である。 結合素子と導光板（一部）の一例を示す断面図である。 結合素子と導光板（一部）の別の一例を示す断面図である。 結合素子と導光板（一部）の別の一例を示す断面図である。 結合素子と導光板（一部）の別の一例を示す断面図である。 結合素子と導光板（一部）の別の一例を示す断面図である。 導光板の一例を示す断面図である。 実施例１に用いた吸収層の波長と透過率および１／２波長板の波長と偏光消光比の関係を示す図である。 実施例２に用いた吸収層の波長と透過率および１／２波長板の波長と偏光消光比の関係を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本明細書において、光学素子の「入射側」とは、使用に際して光の進入方向から光が光学素子に入射する側をいう。光学素子の「出射側」とは、光学素子の入射側から入射した光が、出射する側をいう。
　本明細書において、特定の波長域における平均透過率は、該波長域の１ｎｍ毎の透過率の相加平均である。数値範囲を示す「～」は、その前後に記載された数値を下限値および上限値として含むことを意味する。
［光学素子］
　本発明の実施形態の光学素子について図面を参照して説明する。図１Ａおよび図１Ｂは、それぞれ本実施形態の光学素子の一例を示す断面図である。
　図１Ａに示す光学素子１０および図１Ｂに示す光学素子１０Ａは、それぞれ、第１の直線偏光で入射する可視域の光のうち第１の波長域の光を、第１の直線偏光と直交する振動方向を有する第２の直線偏光に変換して出射する波長板１Ａと、第１の波長域とは異なる第２の波長域の光を吸収する吸収層２Ａを備える。光学素子１０および光学素子１０Ａは、図１Ａおよび図１Ｂに示すとおり、入射側から、波長板、吸収層の順でこれらが配置された例である。なお、光利用効率を高めるため、光学素子の少なくとも１面に、反射防止層３を備えてもよい。ここで、第１の波長域と第２の波長域が異なるとは、２つの波長域に重なる波長域がないことをいう。
　また、本発明の実施形態にかかる光学素子において、吸収層と波長板の配置順は、入射側から吸収層、波長板の順でもよい。光学素子が反射防止層を有する場合、反射防止層は、反射光損失が大きくなる、吸収層または波長板の空気との界面に備えるとよい。
（波長板）
　波長板１Ａは、第１の直線偏光で入射する可視域の光のうち第１の波長域の光を、第１の直線偏光と直交する振動方向を有する第２の直線偏光に変換して出射する。
　波長板１Ａは、板状体であって、波長板１Ａの一方の主面に対し法線方向から入射した光は波長板１Ａを透過して他方の主面から出射する。波長板１Ａに、第１の直線偏光で可視域の光を入射させると、波長板１Ａを透過する際に、可視域の光のうち第１の波長域の光が選択的に第１の直線偏光と直交する振動方向を有する第２の直線偏光に変換されて出射する。
　可視域のうち波長板１Ａにより位相が変換される第１の波長域として、具体的には、
　（１）波長５８０～６５０ｎｍを含む波長域（以下、「波長域（１）」ともいう。）
　（２）波長５００～６５０ｎｍを含む波長域（以下、「波長域（２）」ともいう。）
　（３）波長４１０～６５０ｎｍを含む波長域（以下、「波長域（３）」ともいう。）が挙げられる。
　例えば、波長域（１）における最短波長をλＳ１、最長波長をλＬ１とした場合、λＳ１は波長５６０～６００ｎｍの範囲が好ましく、λＬ１は波長６３０～６７０ｎｍの範囲が好ましい。
　また、例えば、波長域（２）における最短波長をλＳ２、最長波長をλＬ２とした場合、λＳ２は波長４８０～５２０ｎｍの範囲が好ましく、λＬ２は波長６３０～６７０ｎｍの範囲が好ましい。
　例えば、波長域（３）における最短波長をλＳ３、最長波長をλＬ３とした場合、λＳ３は波長４００～４２０ｎｍの範囲が好ましく、λＬ３は波長６３０～６７０ｎｍの範囲が好ましい。
　本発明の実施形態にかかる光学素子において波長板は、上記機能を有するものであれば、構成は特に問わない。具体的には、複屈折性材料を含む層を有する波長板を使用できる。複屈折性材料としては、（低分子）液晶、高分子液晶や、水晶、ＬｉＮｂＯ３等の単結晶材料、延伸ポリカーボネートフィルム等の成形加工により複屈折性を持たせた有機系高分子フィルム、基板上に異方性蒸着などの成膜方法で複屈折性を持たせて形成したＴｉＯ２等の無機材料、入射光の波長より小さな異方性微細構造を等方性材料表面に加工して得られる構造複屈折、等が挙げられる。これらの中でも、異常光屈折率ｎｅと常光屈折率ｎｏの差｜ｎｅ－ｎｏ｜＝Δｎで規定される屈折率異方性Δｎが相対的に大きくでき、薄厚で波長依存性および入射角依存性の少ない低次数の波長板が得られるとともに、入射光面内および光透過する厚さ方向の光学軸（進相軸と遅相軸）を空間的に調整できる設計自由度が高い観点から高分子液晶の使用が好ましい。
　波長板は、より具体的には、厚さ方向に光学軸が揃った複屈折性材料層を少なくとも１層有することで、所定の波長で入射する第１の直線偏光の光を９０°回転させた第２の直線偏光の光として出射できる。なお、ここでいう厚さ方向は、光軸方向でもある。波長板は、１層の複屈折性材料層で構成してもよいが、複数の複屈折性材料層が重なり、各層の光学軸の方向が互いに異なる構成でもよい。この場合、設計自由度が上がることで、所定の波長の光を中心に広範囲において、λ／２板としての機能を発揮しやすい。
　また、この他に、複数の複屈折性材料層を有する場合、光学軸が波長板１Ａの主面に略平行で、かつ、厚さ方向に連続的にツイストされて配向される構成でもよい。この場合でも、設計自由度が上がることで、所定の波長の光を中心に広範囲において、λ／２板としての機能を発揮しやすい。なお、以下では、波長板１Ａが、それぞれ高分子液晶を用いた、２層の複屈折性材料層で構成される、図１Ｂに示す例に基づき説明する。
　図１Ｂに示す波長板１Ａは、それぞれに層内で厚さ方向に光学軸が揃っている２層の複屈折性材料層１３ａ、１３ｂを有する。複屈折性材料層１３ａ、１３ｂは、高分子液晶からなり、面内で液晶分子の長軸方向が同一配向した層が、厚さ方向に積層されている。複屈折性材料層１３ａ、１３ｂは、光軸方向、すなわち、波長板１Ａの厚さ方向から見て、液晶分子の配向方向（光学軸）が互いに異なるように積層されている。
　高分子液晶からなる複屈折性材料層１３ａは、次のように作製できる。まず、透明基板１１ａ上に配向膜１２ａを形成し、さらに配向膜１２ａ上に（低分子）液晶を塗布する。そして、不図示の配向膜付の透明基板を配向膜１２ａの配向方向と平行となるように重ね、その後、硬化させ高分子液晶を得る。そして、硬化後、不図示の配向膜付の透明基板を取り除く。また、その際、複屈折性材料層１３ａの端部を封止する不図示のシール材があってもよい。複屈折性材料層１３ｂについても複屈折性材料層１３ａと同様に高分子液晶を得る。透明基板１１ａ、１１ｂの構成材料としては、可視光に対して透明な樹脂や無機材料、例えば、ガラスが挙げられる。
　そして、複屈折性材料層１３ａと複屈折性材料層１３ｂとは、接着層１５により接着され波長板１Ａが得られる。接着層１５としては、粘着フィルム、光硬化型や熱硬化型の接着剤を使用できる。接着層１５は、波長板１Ａの波面収差の低減、温度特性や信頼性向上のため薄ければよく、接着層１５の厚さは１０μｍ以下が好ましい。
　なお、波長域（１）において、例えば、波長５８０～６５０ｎｍの第１の直線偏光の光を選択的に第２の直線偏光の光に変換させるには、複屈折性材料層１３ａと１３ｂのリタデーションＲｄを中心波長（λｃ）６１３ｎｍ＝２×５８０×６５０／（５８０＋６５０）の略１／２（Ｒｄ≒３０７ｎｍ）に調整し、これらの光学軸（遅相軸または進相軸）のなす角度を略４５°とした積層構成とする。ここで、複屈折性材料層１３ａおよび複屈折性材料層１３ｂのリタデーションＲｄは、複屈折性材料層の屈折率異方性Δｎと層厚ｄの積（Ｒｄ＝Δｎ×ｄ）に相当し、複屈折性材料層１３ａと１３ｂは、波長λｃ＝６１３ｎｍに対する位相差Φ＝３６０×Ｒｄ／λｃが略１８０°のλ／２板になるように２層構成で積層している。なお、この場合、光軸から見た、光入射側から入射する光の第１の直線偏光方向と複屈折性材料層１３ａの光学軸とのなす角度は、略２２°となるように調整すればよい。
　同様に、波長域（２）において、例えば、波長５００～６５０ｎｍの第１の直線偏光の光を選択的に第２の直線偏光の光に変換させるには、複屈折性材料層１３ａと複屈折性材料層１３ｂのリタデーションＲｄを中心波長（λｃ）５６５ｎｍ＝２×５００×６５０／（５００＋６５０）の略１／２（Ｒｄ≒２８３ｎｍ）に調整し、これらの光学軸（遅相軸または進相軸）のなす角度を略４４°とした積層構成とする。ここで、複屈折性材料層１３ａと１３ｂは、波長λｃ＝５６５ｎｍに対する位相差Φ＝３６０×Ｒｄ／λｃが略１８０°のλ／２板になるように２層構成で積層している。なお、この場合も、光軸から見た、光入射側から入射する光の第１の直線偏光方向と複屈折性材料層１３ａの光学軸とのなす角度は、略２２°となるように調整すればよい。
　さらに、波長域（３）において、例えば、波長４１０～６５０ｎｍの第１の直線偏光の光を選択的に第２の直線偏光の光に変換させるには、複屈折性材料層１３ａと複屈折性材料層１３ｂのリタデーションＲｄを中心波長（λｃ）５０３ｎｍ＝２×４１０×６５０／（４１０＋６５０）の略１／２（Ｒｄ≒２５２ｎｍ）に調整し、これらの光学軸（遅相軸または進相軸）のなす角度を略４４°とした積層構成とする。ここで、複屈折性材料層１３ａと１３ｂは、波長λｃ＝５０３ｎｍに対する位相差Φ＝３６０×Ｒｄ／λｃが略１８０°のλ／２板になるように２層構成で積層している。なお、この場合も、光軸から見た、光入射側から入射する光の第１の直線偏光方向と複屈折性材料層１３ａの光学軸とのなす角度は、略２２°となるように調整すればよい。
　前述の波長板は、特定の波長域（１）、（２）または（３）の第１の直線偏光の光を第２の直線偏光の光に変換させるλ／２板の構成例である。次に、波長板を、第１の直線偏光で入射する可視域の光のうち、特定の波長域以外の光を、第１の直線偏光状態を維持して出射する波長選択性のλ／２板とする場合を考える。このとき、第１の直線偏光状態を維持して透過する波長域の中心波長をλｋとすると、波長板を、リタデーションＲｄがλｋの略整数倍となる複数の複屈折性材料層を、各々の複屈折性材料層の光学軸（遅相軸または進相軸）のなす角度を調整して積層する構成としてもよい。
　リタデーションＲｄをλｋの略整数倍とすることにより、各々の複屈折性材料層の光学軸のなす角度に関わらず、波長λｋ近傍の入射光が波長板を透過後の偏光状態は不変となる。一方、特定の波長域の入射光の波長に対しては、リタデーションＲｄが非整数倍となるため波長板を透過後の偏光状態は変化する。したがって、特定の波長域の入射光では第１の直線偏光の光を第２の直線偏光の光に変換させるように、波長板を構成する複数の複屈折性材料層の光学軸のなす角度を調整すればよい。例えば、特許文献ＵＳ５，９５３，０８３に、その構成例が記載されている。
　複屈折性材料層１３ａおよび複屈折性材料層１３ｂには、高分子液晶以外の材料を用いてもよい。例えば、波長５５０ｎｍにおける屈折率異方性Δｎが０．００９２の水晶や、屈折率異方性Δｎが０．００１～０．００５の一軸延伸フィルムを、所望のリタデーションＲｄとなる層厚ｄに加工または一軸延伸量によりΔｎを調整して積層すればよい。
　ここで、例えば、波長板１Ａの精度が十分でない場合であっても、以下の吸収層２Ａで補うため、可視域の光のうち所定の帯域を有する第１の波長域の第１の直線偏光の光を第２の直線偏光の光として精度よく取り出せる。
　波長板１Ａの機能は、第１の直線偏光で可視域の光を入射させ、所定の帯域を有する第１の波長域の透過光において、第１の直線偏光の光強度をＩ１、第２の直線偏光の光強度をＩ２とすると、Ｉ２／（Ｉ１＋Ｉ２）が大きいほど好ましい。Ｉ２／（Ｉ１＋Ｉ２）は、具体的には、０．８以上が好ましく、０．８５以上がより好ましく、０．９以上が特に好ましい。また、偏光消光比をＩ２／Ｉ１とすると、Ｉ２／Ｉ１は１０以上が好ましく、２０以上がより好ましく、５０以上が特に好ましい。なお、波長板１Ａの入射光の光強度をＩ０とすると、波長板１Ａの透過率Ｔに相当する（Ｉ１＋Ｉ２）／Ｉ０は大きいほど好ましい。（Ｉ１＋Ｉ２）／Ｉ０は、具体的には、０．９以上が好ましく、０．９５以上がより好ましく、０．９８以上が特に好ましい。また、このような高透過率を実現するために、波長板１Ａの空気との界面には反射防止層を備えるとよい。
（吸収層）
　吸収層２Ａは、可視域の光のうち、少なくとも、波長板１Ａが変換する第１の波長域とは異なる第２の波長域の光を吸収する層である。第２の波長域としては、例えば、上記第１の波長域において例示した各波長域が挙げられる。
　例えば、可視域を４１０～６５０ｎｍとし、第１の波長域が波長域（１）である場合、第２の波長域は、４１０～λＳ１［ｎｍ］から適宜選択される。第１の波長域が波長域（２）である場合、第２の波長域は、４１０～λＳ２［ｎｍ］から適宜選択される。
　吸収層において、第２の波長域における光の平均透過率は、１０％以下が好ましく、５％以下がより好ましく、３％以下がさらに好ましい。
　吸収層における分光スペクトルは第２の波長域内に最大吸収波長λｍａｘ［ｎｍ］を有する。第２の波長域は、第１の波長域より短波長側にあっても、長波長側にあってもよい。吸収層は、可視域において、透過率が１０％となる波長をλ１０％［ｎｍ］とし、透過率が８０％となる波長をλ８０％［ｎｍ］とするとき、｜λ８０％－λ１０％｜［ｎｍ］が、５０ｎｍ以下であると、高コントラスト特性が得られるなどの点で好ましい。｜λ８０％－λ１０％｜［ｎｍ］は４０ｎｍ以下がより好ましく、３０ｎｍ以下がさらに好ましい。
　すなわち、第２の波長域が、第１の波長域より短波長側にある場合、吸収層は、λｍａｘ［ｎｍ］より長波長側で透過率が１０％となる波長λＬ１０％［ｎｍ］と、λｍａｘ［ｎｍ］より長波長側で透過率が８０％となる波長λＬ８０％［ｎｍ］との差、λＬ８０％－λＬ１０％［ｎｍ］が、５０ｎｍ以下であると、高コントラスト特性が得られるなどの点で好ましい。λＬ８０％－λＬ１０％［ｎｍ］は４０ｎｍ以下がより好ましく、３０ｎｍ以下がさらに好ましい。
　第２の波長域が、第１の波長域より長波長側にある場合、吸収層は、λｍａｘ［ｎｍ］より短波長側で透過率が１０％となる波長λＳ１０％［ｎｍ］と、λｍａｘ［ｎｍ］より短波長側で透過率が８０％となる波長λＳ８０％［ｎｍ］との差、λＳ１０％－λＳ８０％［ｎｍ］が、５０ｎｍ以下であると、高コントラスト特性が得られるなどの点で好ましい。λＳ１０％－λＳ８０％［ｎｍ］は４０ｎｍ以下がより好ましく、３０ｎｍ以下がさらに好ましい。
　第２の波長域が４１０～λＳ１［ｎｍ］（λＳ１：５６０～６００ｎｍ）の場合、吸収層の最大吸収波長λｍａｘは、４１０～５８０ｎｍの波長域内にあるのが好ましく、４４０～５６０ｎｍがより好ましい。
　吸収層の光の透過量を透過率Ｔで表示した場合、透過率Ｔと光学濃度ＯＤ値との関係は、ＯＤ＝－Ｌｏｇ１０[Ｔ]となり、大きなＯＤ値ほど吸収が高い吸収層に対応する。ここで、吸収層の分光スペクトルにおいて所定の波長域（波長域１）のＯＤ値をＯＤ１とし、所定の波長域とは異なる別の所定の波長域（波長域２）のＯＤ値をＯＤ２とした場合に、ＯＤ１とＤ２の比ＯＤ１／ＯＤ２が１より小さい場合、波長域１は波長域２より透過率が高い吸収層であることを意味し、ＯＤ１／ＯＤ２が小さいほど、波長域１の高透過率と波長域２の低透過率のコントラストが高い。
　第２の波長域が４１０～λＳ１［ｎｍ］の場合、吸収層においては、波長６００～７００ｎｍの光のＯＤ値をＯＤ６００－７００とし、波長４１０～４８０ｎｍの光のＯＤ値をＯＤ４１０－４８０とすると、ＯＤ６００－７００／ＯＤ４１０－４８０は、０．１以下が高コントラストを得られる点で好ましい。ＯＤ６００－７００／ＯＤ４１０－４８０は０．０７以下がより好ましく、０．０５以下がさらに好ましい。
　ここで、ＯＤ値は、対象物（ここでは吸収層）の内部透過率をＴｉｎとすると、－ｌｏｇ１０（Ｔｉｎ）で表される。なお、内部透過率Ｔｉｎ［％］は、対象物の（外部）透過率をＴ［％］、反射率をＲ［％］としたとき、Ｔｉｎ＝（Ｔ／（１００－Ｒ））×１００で表される。
　なお、波長６００～７００ｎｍの光のＯＤ値、波長４１０～４８０ｎｍの光のＯＤ値は、それぞれ、当該波長域の光の平均透過率から算出できる。上記ＯＤ値の比は、「透過する波長域のＯＤ値／遮光する波長域のＯＤ値」の関係を示す。
　第２の波長域が４１０～λＳ１［ｎｍ］（λＳ１：５６０～６００ｎｍ）の場合、吸収層においては、波長４１０～５５０ｎｍの平均透過率は１０％以下が好ましく、３％以下がより好ましい。このとき、λＬ１０％［ｎｍ］は５３０～５９０ｎｍの波長域内にあるのが好ましく、５４０～５８０ｎｍがより好ましい。また、λＬ８０％［ｎｍ］は５６０～６２０ｎｍの波長域内にあるのが好ましく、５７０～６００ｎｍがより好ましい。さらに、λＬ８０％－λＬ１０％［ｎｍ］は５０ｎｍ以下が好ましく、３０ｎｍ以下がより好ましい。
　第２の波長域が４１０～λＳ２［ｎｍ］（λＳ２：４８０～５２０ｎｍ）の場合、吸収層の最大吸収波長λｍａｘ［ｎｍ］は、４１０～５００ｎｍの波長域内にあるのが好ましく、４４０～４８０ｎｍがより好ましい。第２の波長域が４１０～λＳ２［ｎｍ］の場合、吸収層においては、波長６００～７００ｎｍの光のＯＤ値（ＯＤ６００－７００）と、波長４１０～４８０ｎｍの光のＯＤ値（ＯＤ４１０－４８０）との比（ＯＤ６００－７００／ＯＤ４１０－４８０）は０．１以下が高コントラストを得られる点で好ましい。ＯＤ６００－７００／ＯＤ４１０－４８０は０．０７以下がより好ましく、０．０５以下がさらに好ましい。
　第２の波長域が４１０～λＳ２［ｎｍ］（λＳ２：４８０～５２０ｎｍ）の場合、吸収層においては、波長４１０～４５０ｎｍの平均透過率は１０％以下が好ましく、３％以下がより好ましい。このとき、λＬ１０％［ｎｍ］は４６０～５００ｎｍの波長域内にあるのが好ましく、４７０～４９０ｎｍがより好ましい。また、λＬ８０％［ｎｍ］は４８０～５６０ｎｍの波長域内にあるのが好ましく、４９０～５２０ｎｍがより好ましい。さらに、λＬ８０％－λＬ１０％［ｎｍ］は５０ｎｍ以下が好ましく、３０ｎｍ以下がより好ましい。
　吸収層は上記吸光特性を有する限り、構成は特に制限されない。例えば、透明性のバインダ成分と吸収剤を含む材料が層状となる構成が挙げられる。透明性のバインダ成分としては、可視光に対して透明な樹脂や無機材料が挙げられ、透明樹脂が好ましい。
　吸収剤としては色素、顔料、無機微粒子等が挙げられるが、樹脂中に均一に溶解または分散できる点などから色素が好ましい。また、第２の波長域が広い場合、色素は、少なくとも２種類用いることが好ましい。さらに、色素を２種類以上用いる場合には、色素の分光スペクトルにおける最大吸収波長λＤｍａｘ［ｎｍ］が異なる色素を組み合わせて用いることが好ましい。さらに、その場合、各色素の最大吸収波長の間隔は１５～５０ｎｍが好ましい。
　最大吸収波長が異なる２種類の色素を用いる場合、最大吸収波長が短波長側にある色素の最大吸収波長λＤｍａｘ［ｎｍ］をλＤｍａｘＳ［ｎｍ］、最大吸収波長が長波長側にある色素の最大吸収波長λＤｍａｘ［ｎｍ］をλＤｍａｘＬ［ｎｍ］とすれば、第２の波長域が４１０～λＳ１［ｎｍ］（λＳ１：５６０～６００ｎｍ）の場合には、λＤｍａｘＳ［ｎｍ］は４６０～５３０ｎｍの波長域内にあるのが好ましく、４７０～５１０ｎｍがより好ましい。この場合、λＤｍａｘＬ［ｎｍ］は４９０～５５０ｎｍの波長域内にあるのが好ましく、５００～５４０ｎｍがより好ましい。さらに、λＤｍａｘＬ－λＤｍａｘＳ［ｎｍ］は１５～５０ｎｍが好ましく、１５～４０ｎｍがより好ましく、２０～４０ｎｍがさらに好ましい。
　また、上記において第２の波長域が４１０～λＳ２［ｎｍ］（λＳ２：４８０～５２０ｎｍ）の場合には、λＤｍａｘＳ［ｎｍ］は、４３０～４８０ｎｍの波長域内にあるのが好ましく、４４０～４８０ｎｍがより好ましく、４４０～４６０ｎｍがさらに好ましい。λＤｍａｘＬ［ｎｍ］は４６０～４８０ｎｍの波長域内にあるのが好ましく、４７０～４８０ｎｍがより好ましい。さらに、λＤｍａｘＬ－λＤｍａｘＳ［ｎｍ］は１５～４０ｎｍが好ましく、１５～３０ｎｍがより好ましく、２０～３０ｎｍがさらに好ましい。
　上記のように、最大吸収波長が異なる２種類の色素を用いるいずれの場合も、λＤｍａｘＬ－λＤｍａｘＳ［ｎｍ］の値が小さすぎると、広帯域の吸収領域を確保できないおそれがあり、また、λＤｍａｘＬ－λＤｍａｘＳ［ｎｍ］の値が小さすぎると、λＤｍａｘＬ［ｎｍ］とλＤｍａｘＳ［ｎｍ］の間の波長で十分な吸収が得られなくなるおそれがある。
　色素としてはシアニン色素、ローダミン色素、ジケトピロロピロール色素、スクアリリウム色素、アゾ色素等が挙げられる。色素は、第２の波長域に合わせて適宜選択される。
　透明樹脂は、具体的には、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、エン・チオール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリサルホン樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリパラフェニレン樹脂、ポリアリーレンエーテルフォスフィンオキシド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、環状オレフィン樹脂、およびポリエステル樹脂が挙げられる。透明樹脂としては、これらの樹脂から１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。
　上記の中でも、透明性、色素の透明樹脂に対する溶解性および耐熱性の観点から、透明樹脂は、ガラス転移温度（Ｔｇ）の高い樹脂が好ましい。透明樹脂のＴｇは具体的には１４０℃以上が好ましく、２００℃以上がより好ましい。
　Ｔｇが高い樹脂として、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリイミド樹脂、およびエポキシ樹脂から選ばれる１種以上が好ましい。さらに、透明樹脂は、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂から選ばれる１種以上がより好ましく、ポリイミド樹脂が特に好ましい。ポリエステル樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂等が好ましい。
　吸収層には、上述の透明性のバインダ成分および吸収剤の他にさらに、本発明の効果を損なわない範囲で、この種の吸収層が通常含有する各種任意成分を含有してもよい。任意成分としては、例えば、色調補正色素、レベリング剤、帯電防止剤、熱安定剤、光安定剤、酸化防止剤、分散剤、難燃剤、滑剤、可塑剤、１重項酸素クエンチャー等が挙げられる。
　吸収層は、例えば、色素と、透明樹脂または透明樹脂の原料成分とを、溶媒に溶解または分散させて塗工液を調製し、これを基材に塗工し乾燥、硬化させて形成できる。透明樹脂１００質量部に対する色素の量は、色素の合計量として、０．５～３０質量部が好ましく、５～２５質量部がより好ましい。なお、吸収層の厚さは、１～１００μｍが好ましく、１～１０μｍがより好ましい。
　吸収層を形成させる基材は、吸収層を形成する際にのみ使用する、例えば剥離性の支持基材でもよい。剥離性の支持基材としては、ガラス板や、離型処理されたプラスチックフィルム、ステンレス鋼板等が使用できる。吸収層を形成させる基材は、光学素子が、図１Ｂ示す光学素子１０Ａのように複屈折性材料層１３ａ、１３ｂを挟持する透明基板１１ａ、１１ｂを備える波長板１Ａを有する場合には、波長板１Ａを構成する透明基板、この場合は透明基板１１ｂであってもよい。
　反射防止層３としては、誘電体多層膜や中間屈折率媒体、屈折率が漸次的に変化するモスアイ構造などが挙げられる。中でも光学的効率、生産性の観点から誘電体多層膜が好ましい。誘電体多層膜は、ＳｉＯ２、ＳｉＯｘＮｙ等の低屈折率の誘電体膜と、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５等の高屈折率の誘電体膜とを交互に積層して作製できる。
　図２は、実施形態の光学素子の別の一例を示す断面図である。図２に示す光学素子１０Ｂは、波長板１Ａと同様に、第１の直線偏光で入射する可視域の光のうち第１の波長域の光を、第２の直線偏光に変換して出射する波長板１Ｂと、前記第１の波長域とは異なる第２の波長域の光を吸収する吸収層２Ｂとを備える。
　波長板１Ｂは、光学素子１０Ａにおける波長板１Ａの接着層１５を、吸収層２Ｂに置き換えた以外は同じ構成である。光学素子１０Ｂにおける吸収層２Ｂは、光学素子１０Ａの波長板１Ａにおける接着層１５と同程度の接着性を有するとともに、吸収層２Ａと同様の吸光性を有する層である。
　吸収層２Ｂは、具体的には、接着層１５を構成する光硬化型や熱硬化型の接着剤と上記色素等の吸収剤を含む層である。吸収層２Ｂに用いる接着剤としては光硬化型の接着剤が好ましく、光硬化型のアクリル樹脂、エン・チオール樹脂およびエポキシ樹脂から選ばれる１種以上がより好ましい。吸収層２Ｂにおける、接着剤１００質量部に対する色素の合計量は、０．５～３０質量部が好ましく、５～２５質量部がより好ましい。また、吸収層２Ｂの厚さは、１～１００μｍが好ましく、１～１０μｍがより好ましい。
　本発明の実施形態にかかる光学素子は、例えば、第１の波長域が、波長域（１）である場合、波長５８０～６５０ｎｍの光の平均透過率は、光の利用効率を高める観点から、８０％以上が好ましく、８５％以上がより好ましく、９０％以上がさらに好ましい。
　また、本発明の実施形態にかかる光学素子は、例えば、第１の波長域が、波長域（２）である場合、波長５００～６５０ｎｍの光の平均透過率は、上記同様の観点から８０％以上が好ましく、８５％以上がより好ましく、９０％以上がさらに好ましい。
［導光素子］
　本発明の実施形態にかかる導光素子は、上記の光学素子と、光学素子の両側に設けられ、第１の直線偏光で入射する可視域の光を直進透過し、第２の直線偏光の光を導光する複数の導光板と、を備える。本発明の実施形態の導光素子について図面を参照して説明する。なお、以下は、可視域の光のうち、青色の波長域を波長域（Ｂ）、緑色の波長域を波長域（Ｇ）、赤色の波長域を波長域（Ｒ）として該３つの領域の光を取り扱う場合の例である。しかし、本発明の実施形態にかかる導光素子は、異なる３領域の光を取り扱う場合に限らず、異なる２領域の光を取り扱うものでもよい。例えば、導光素子に可視域で入射する光が、後述する、波長域（Ｇ）と波長域（Ｒ）の２種類のみの場合、導光板を２枚とする、簡易な構成にすればよいだけである。
　図３に、本発明の実施形態にかかる光学素子を用いた導光素子の一例の断面図を示す。図３に示す導光素子１００としては、例えば、反射型液晶パネルから出射された可視域の光（映像）を、導光素子を介して人の目が認識するヘッドマウントディスプレイに用いる導光素子が挙げられる。図３において、まず、（不図示の）反射型液晶パネルから可視域の第１の直線偏光の光が出射して、図３に示した入射部から入射する。なお、第１の直線偏光をＰ偏光、第２の直線偏光をＳ偏光として以下に説明する。
　導光素子１００は、３枚の導光板４ａ、４ｂ、４ｃがこの順に備えられ、導光板４ａのうち、導光板４ｂの側と反対側の主面（第１の主面）の端部（図３でいう左側の端）に可視域の光が入射する入射部を有し、導光板４ａの第１の主面の他方の端部（図３でいう右側の端）に出射部を有する。なお、導光板４ａの主面のうち、導光板４ｂの側の主面を第２の主面とする。以下の説明において、導光板４ｂの主面のうち、導光板４ａ側の主面を第１の主面、導光板４ｃ側の主面を第２の主面という。また、導光板４ｃの主面のうち、導光板４ｂ側の主面を第１の主面、その反対側の主面を第２の主面という。
　図３において、導光素子１００の入射部より入射する光および出射部より出射する光の進行方向の光軸をＺ軸とし、導光板４ａ、４ｂ、４ｃ内部を導光する方向をＹ軸とし、Ｙ軸およびＺ軸を含む紙面に垂直な方向をＸ軸とする。すなわち、第１の直線偏光（Ｐ偏光）の光は、Ｙ軸方向に振動し、第２の直線偏光（Ｓ偏光）の光は、Ｘ軸方向に振動する。
　導光素子１００は、入射部からＺ軸方向への直進光が入射する領域において、導光板４ａの第１の主面上に、入射側から波長板１および結合素子６１１を有する。また、導光素子１００は、入射部からＺ軸方向への直進光が入射する領域において、導光板４ａと導光板４ｂの間に、導光板４ａの第２の主面側から光学素子１０Ａ１および結合素子６２１を有し、さらに、導光板４ｂと導光板４ｃの間に、導光板４ｂの第２の主面側から光学素子１０Ａ２および結合素子６３１を有する。上記の光学素子において、例えば、図１Ｂでは、光学素子１０Ａは入射側に波長板１Ａを有し、出射側に吸収層２Ａを有するように配置されているが、波長板１Ａと吸収層１Ａの配置はそれに限定されない。すなわち、光学素子１０Ａ１は、波長板１Ａが導光板４ａ側、吸収層２Ａが導光板４ｂ側となるように配置されてもよく、光学素子１０Ａ１は、吸収層２Ａが導光板４ａ側、波長板１Ａが導光板４ｂ側となる配置でもよく、それらが一体化されていても、分離されていてもよい。光学素子１０Ａ２についても同様である。
　この場合、後述する結合素子の機能により、導光板４ａ、４ｂ、４ｃは、いずれも、可視域において、主面に対して法線方向に相当するＺ軸方向から入射する光のうちＰ偏光の光を直進透過させ、Ｓ偏光の光を該法線方向から斜め方向に偏向させて導光板の第１と第２の主面で全反射させて導光板内を導光させる機能を有する。波長板１については、上記波長板１Ａと同様の構成とできる。波長板１は、反射型液晶パネルからの出射光である可視域のＰ偏光の光のうち、波長域（Ｂ）をＳ偏光の光に変換する。光学素子１０Ａ１は、詳細な図示はしないが、波長域（Ｇ）のＰ偏光の光をＳ偏光の光に変換する波長板と波長域（Ｂ）の光を吸収する吸収層を有する。光学素子１０Ａ２は、波長域（Ｒ）のＰ偏光の光をＳ偏光の光に変換する波長板と波長域（Ｇ）の光を吸収する吸収層を有する。
　導光素子１００は、出射部に対応する領域において、導光板４ａの第１の主面上に結合素子６１２を有する。また、導光素子１００は、出射部に対応する領域において、導光板４ｂの第１の主面上に結合素子６２２を、導光板４ｃの第１の主面上に結合素子６３２を有する。
　図３には、導光素子１００における各構成部材とともに、各波長域の光の光路を矢印で示す。以下、導光素子１００に光が入射して、出射するまでの光路について説明する。
　可視域のＰ偏光の光が、導光素子１００への入射光路中にある波長板１をＺ軸方向に直進透過すると、選択的に波長域（Ｂ）の光がＳ偏光の光に変換され、導光板４ａの第１の主面の一方の端部（図３でいう左側の端）に備えられた結合素子６１１に入射する。Ｓ偏光に変換された波長域（Ｂ）の光は、結合素子６１１により所定の角度θＢに回折偏向されて導光板４ａに進入し、導光板４ａの第１および第２の主面の空気との界面で全反射され、出射部に対応する領域に導光される。さらに、波長域（Ｂ）の光は、導光板４ａの第１の主面の他方の端部（図３でいう右側の端）に備えられた結合素子６１２によりＺ軸方向に回折偏向されて、導光板４ａの第１の主面の他方の端部から出射する。
　ここで、回折偏向とは、結合素子が入射光の可干渉性が維持される周期構造を有し、入射光の進行方向と異なる角度に回折光を発生することで光を偏向する機能である。なお、回折偏向は、周期構造に起因する光干渉を利用した反射による偏向作用も含む。
　波長板１、結合素子６１１および導光板４ａを直進透過する光は、波長域（Ｂ）のうち波長板１でＳ偏光に変換されなかったＰ偏光の光と、波長域（Ｇ）および波長域（Ｒ）のＰ偏光の光を含む。これらＰ偏光の光は、光学素子１０Ａ１に入射すると、波長域（Ｂ）の光が吸収されるとともに、波長域（Ｇ）の光は選択的にＰ偏光からＳ偏光の光に変換され、波長域（Ｒ）の光はＰ偏光の光のまま透過する。そして、波長域（Ｇ）および波長域（Ｒ）の光は導光板４ｂの第１の主面の一方の端部（図３でいう左側の端）に形成された結合素子６２１からＺ軸方向に入射する。
　光学素子１０Ａ１でＳ偏光に変換された波長域（Ｇ）の光は、結合素子６２１により所定の角度θＧに回折偏向されて導光板４ｂに進入し、導光板４ｂの第１および第２の主面の空気との界面で全反射され、出射部に対応する領域に導光される。さらに、波長域（Ｇ）の光は、導光板４ｂの第１の主面の他方の端部（図３でいう右側の端）に備えられた結合素子６２２によりＺ軸方向に回折偏向されて、導光板４ｂから導光板４ａを経て導光板４ａの第１の主面の他方の端部から出射する。
　導光板４ｂ、光学素子１０Ａ１および結合素子６２１をＺ軸方向に直進透過する光は、波長域（Ｇ）のうち光学素子１０Ａ１でＳ偏光に変換されなかったＰ偏光の光と、波長域（Ｒ）のＰ偏光の光を含む。該透過光のＰ偏光は、光学素子１０Ａ２に到達する。光学素子１０Ａ２は、少なくとも波長域（Ｇ）の光を吸収するとともに、少なくとも波長域（Ｒ）の光をＰ偏光からＳ偏光の光に変換する。
　光学素子１０Ａ２でＳ偏光に変換された波長域（Ｒ）の光は、結合素子６３１により所定の角度θＲに回折偏向されて導光板４ｃに進入し、導光板４ｃの第１および第２の主面の空気との界面で全反射され、出射部に対応する領域に導光される。さらに、波長域（Ｒ）の光は、導光板４ｃの第１の主面の他方の端部（図３でいう右側の端）に備えられた結合素子６３２によりＺ軸方向に回折偏向されて、導光板４ｃから導光板４ｂおよび導光板４ａを経て導光板４ａの第１の主面の他方の端部から出射する。なお、ヘッドマウントディスプレイのような装置では、外界の実像も鮮明に視認するため、導光素子１００の出射部と対向する方向からの入射光７に対し、結合素子６１２、６２２および６３２を直進透過する効率が高いほど好ましい。
　なお、導光板４ａ、４ｂ、４ｃは、全反射面である第１の主面と第２の主面の平坦性と導光板内部の直進透過性が画像の解像度に影響する。そのため、導光板は、屈折率分布（脈理）や気泡・異物などによる光散乱の少ない透光性ガラス基板を鏡面研磨して用いるとよい。また、屈折率が大きいほど広い全反射角度幅が得られ、導光性能が向上する。
（結合素子）
　図４を用いて、導光板４ａと結合素子６１１および６１２の機能について説明する。導光板４ａの入射部に備えられた結合素子６１１は、第１の主面に入射する光束の光軸の入射角θｉｎが略０°（Ｚ軸方向）であるＳ偏光の入射光を導光板４ａ内部で角度θｔに回折偏向させる。そして、偏向させた光は、導光板４ａの第１の主面と空気との界面、第２の主面の空気との界面で全反射させ、導光板４ａ内を伝搬させる。
　ここで、導光板の屈折率をｎＧとすると、導光板内を全反射で伝搬する条件は式（１）で表され、ｎＧが大きいほど小さな偏向角度θｔで導光板内の伝搬が可能となる。なお、図４中、ｎａｉｒは空気の屈折率を示す。以下の図５～９において、ｎＧ、ｎａｉｒ、θｉｎ、θｔの符号の意味は図４で示すのと同じ意味である。
　ｎＧ×ｓｉｎ（θｔ）＞１　　　　　（１）
　具体的な伝搬条件は、ｎＧ＝１．５０ではθｔ＞４１．８°だが、ｎＧ＝１．７５ではθｔ＞３４．９°となる。
　導光素子は、可視光を効率よく導光させるために、光軸の入射角θｉｎ≒０°を中心に±Δθの発散光を導光する伝搬条件が好ましく、Δθが大きいほど表示素子の出射光の導光効率が向上する。また、結合素子に回折格子を用いる場合、大きな偏向角度θｔを得るためには短い周期構造が必要となり、加工が難しくなる場合がある。そのため、導光板内を伝搬する条件θｔの最小値を低減できる高屈折率ｎＧの導光板が有効である。
　結合素子６１１は、波長域（Ｂ）の入射光を、導光板内部を伝搬する角度θｔに偏向させ、波長域（Ｇ）および波長域（Ｒ）の入射光を透過する波長選択性の偏向機能が必要となる。このような結合素子は、例えば、高屈折率誘電体膜（屈折率：ｎＨ）と低屈折率誘電体膜（屈折率：ｎＬ）を入射光の波長オーダーの光学膜厚（屈折率×膜厚）で交互に積層し、入射方向（Ｚ軸）に対して角度αで傾斜させた構造で実現できる。
　図５は、結合素子６１１のＹＺ断面の一例を示す。結合素子６１１は、太実線で示す高屈折率誘電体膜６１１Ｈと（それらの間に備わる）低屈折率誘電体膜６１１Ｌを交互に積層した構造である。結合素子６１１においては、各誘電体膜の光学膜厚を調整することで、入射光のうち波長域（Ｂ）を導光板４ａ内に伝搬する偏向角となるように反射し、波長域（Ｇ）および波長域（Ｒ）を直進透過する分光特性を得る。誘電体多層膜への入射角は（９０°－α）のため、各誘電体膜６１１Ｈ、６１１Ｌの光学膜厚を反射波長帯中心波長λの略１／｛４×ｃｏｓ（９０°－α）｝の多層膜構成とした場合、波長幅Δλは屈折率差（ｎＨ－ｎＬ）が大きいほど広くなる。図５において、Ｄは結合素子６１１の深さを示す。
　また、入射角（９０°－α）が３５°以上では、反射波長帯幅がＳ偏光の光に対して拡大し、Ｐ偏光の光に対して縮小し、反射波長帯が短波長側にシフトするため、分光反射率の偏光依存性が顕著になる。したがって、導光板内を伝搬する偏向角で反射させる波長域（Ｂ）をＳ偏光の入射光とし、導光板を直進透過する波長域（Ｇ）および波長域（Ｒ）をＰ偏光の入射光とすることで、所期の波長域の入射光を導光板内に伝搬させる光と導光板を直進透過させる光と、に効率よく分離しやすい。
　図５において、lｉｎ、ｌｏおよびｌｔは、それぞれ、結合素子６１１側から入射する入射光、導光板４ａの第２の主面側に出射する出射光、および結合素子６１１により偏向角度θｔで回折偏向されて導光板４ａ内を導光する導光板伝搬光を示す。以下の図６～９において、ｌｉｎ、ｌｏおよびｌｔの符号の意味は図５で示すのと同じ意味である。
　また、結合素子６１１は、体積ホログラムを用いてもよい。例えば、紫外線照射強度に応じて重合後の屈折率が変化する感光性フォトポリマーを使用できる。該感光性フォトポリマーを、紫外線レーザ光の二光束干渉により生成される周期的な紫外線強度分布の定在波で露光することにより、周期的に高屈折率ｎＨから低屈折率ｎＬに屈折率が空間変調分布するポリマーからなる体積ホログラムが得られる。フォトポリマー材料からなる導光板４ａを用いることで、図６に示すように導光板内部に結合素子６１１を形成できる。紫外線照射強度に応じて屈折率が変化する感光性材料であれば、フォトポリマーに限らず感光性ガラスを用いてもよい。感光性ガラスは有機材料に比べ、温度変化に対する特性安定性や全反射面に要求される平坦性の点で優れる。
　さらに、図５に例示された誘電体多層膜からなる結合素子６１１と同様に、体積ホログラムからなる結合素子６１１を導光板４ａの第１の主面の入射部に備えてもよい。この場合、導光板４ａに透光性ガラス基板を用い、フォトポリマーフィルムからなる体積ホログラム素子を導光板４ａの入射部に接合してもよい。
　フォトポリマーを用いた体積ホログラムは、屈折率差（ｎＨ－ｎＬ）が０．０５以下と、誘電体多層膜からなる結合素子に比べ小さい値であるため反射波長帯幅が狭い。そのため、導光板伝搬光の波長幅Δλおよび入射角幅Δθが狭い条件で有効となる。体積ホログラムの偏向作用は、屈折率の周期変調構造による回折作用からも説明できる。
　図７に、０．５以上の大きな屈折率差（ｎＨ－ｎＬ）が得られる結合素子６１１の例を示す。図７に示す結合素子６１１は、導光板４ａの第１の主面の入射部に、屈折率ｎＨで幅ｗおよび傾斜角αの格子６１１Ｈが、Ｙ軸方向に周期Ｐで形成された傾斜表面回折格子６１１からなる。格子６１１ＨはＸ軸方向に同じ断面形状が連続し、格子のない領域６１１Ｌは屈折率ｎＬ＝１．０の空気である。したがって、格子６１１ＨをｎＨ≧１．５の透明誘電体材料で構成することにより、屈折率差（ｎＨ－ｎＬ）≧０．５を実現できる。ここで、波長域（Ｂ）の入射光を導光板内に伝搬する偏向角θｔの回折角となるように、格子６１１Ｈの傾斜角α、幅ｗおよび周期Ｐを設定する。さらに、波長域（Ｂ）で回折効率が最大となる格子６１１Ｈの深さＤを設定する。
　このような傾斜表面回折格子６１１からなる結合素子６１１は、体積ホログラムと比べ大きな屈折率差（ｎＨ－ｎＬ）が得られるため、結合素子の深さＤを薄くでき、波長幅Δλおよび入射角幅Δθが広い入射光に対して高効率で導光板伝搬光を生成できる。傾斜表面回折格子６１１は、回折効率の偏光依存性があり、Ｓ偏光の光を回折してＰ偏光の光を直進透過させる偏光選択性を実現できる。
　一般に、格子周期Ｐの回折格子に入射角θｉｎで入射する波長λの入射光が、回折格子により回折され、屈折率ｎＧの導光板を透過する時、回折次数ｍ（ｍは整数）の回折角θｍは式（２）で定義される。
　ｓｉｎ（θｍ）＝ｓｉｎ（θｉｎ）＋ｍλ／Ｐ　　　　（２）
　格子断面形状に関わらず、式（３）の条件を満たせば、ｍ≧１の回折光は発生しない。
　｜ｓｉｎ（θｉｎ）＋λ／Ｐ｜＞１　　　　　（３）
　矩形格子断面ｍ＝－１の透過回折光が最大効率となる条件は、θｍ＝－θｉｎのリトロー配置として知られていて、式（４）に相当する。
　－ｓｉｎ（θｍ）＝ｓｉｎ（θｉｎ）＝λ／（２×Ｐ）　　　　（４）
　－１次回折光を発生させるためには、式（４）において、λ／（２×Ｐ）＜１を満たすことが前提条件である。式（３）および式（４）より、均一屈折材料からなる断面形状が略線対称の矩形格子において、格子周期Ｐと波長λの比が０．５～１．５の範囲で、リトロー配置斜入射角θｉｎの条件であれば、回折角θｍ＝－θｉｎの角度方向に－１次回折光が発生し、Ｐ偏光に比べＳ偏光が相対的に低い格子深さＤにて高い回折効率が得られる。
　また、断面が三角形の格子形状の中心軸を傾斜させた傾斜表面回折格子とすることにより、最大回折効率となる入射角を０°まで変化させた格子形状でも、回折効率は入射偏光に依存する。このとき、Ｐ偏光に比べＳ偏光の入射光の方が小さなＰ／λおよびＤ／Ｐの条件で最大回折効率が得られるため、導光板内伝搬に有利な回折角を格子作製に有利な低い格子深さで実現できる。
　ここで、結合素子６１１の－１次回折光は導光板４ａ内部の回折角θｔを用いて式（５）で規定される。
　ｎＧ×ｓｉｎ（θｔ）＝ｓｉｎ（θｉｎ）－λ／Ｐ　　　　（５）
　したがって、θｉｎ≒０°では、ｎＧ×ｓｉｎ（θｔ）＝－λ／Ｐとなる。導光板の主面で全反射される条件は、｜ｎＧ×ｓｉｎ（θｔ）｜＝λ／Ｐ＞１であるため、前述の０．５＜Ｐ／λ＜１．５と併せて、式（６）が傾斜表面回折格子からなる結合素子６１１を用いて導光板内を光が伝搬する条件となる。
　０．５＜Ｐ／λ＜１．０　　　（６）
　すなわち、可視域の入射光のうち、導光板の内部を伝搬する波長域のＳ偏光の入射光に対して高い回折効率が得られるように、式（６）を満たす周期Ｐからなる傾斜表面回折格子の傾斜角αおよび深さＤに加工する。図８Ａ、図８Ｂに傾斜表面回折格子の図７とは別の形状を例示する。
　格子６１１Ｈの断面形状は、図７に例示した矩形格子を角度αで傾斜させた平行四辺形でもよい。格子６１１Ｈの断面形状は、２つの格子壁面の傾斜角αとβが異なる図８Ａに例示した台形形状でもよい。また、格子表面に平坦部がわずかにあるか、またはない図８Ｂに例示した傾斜三角形状としてもよい。
　このような格子６１１Ｈは、パターニング用マスクと紫外線露光機や電子ビーム露光機を用いて導光板４ａの第１の主面に塗布されたレジストをパターニングした後、ドライエッチングにより導光板４ａの入射部に格子を加工してもよい。格子形状の安定性や生産性の点で、格子６１１Ｈが加工された型を用いて、導光板４ａの入射部に紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂に所期の格子形状を転写するインプリント製法が有効である。インプリント製法では硬化樹脂からなる格子６１１Ｈを変形させることなく型から安定して離形できるために、図８Ａおよび図８Ｂに示す台形または三角形の格子断面形状が好ましい。
　結合素子６１１は、その形状を傾斜表面回折格子とすることで、入射角が略０°のＳ偏光の入射光に対し、導光板内を伝搬する高い回折効率の回折光が得られる。しかし、傾斜表面回折格子の回折効率の波長依存性および偏光依存性は不完全な場合があるため、前述の波長選択の波長板と吸収層を併用するとよい。
　傾斜表面回折格子の格子６１１Ｈの形状に依存せず偏光依存性を実現する構成例を以下に示す。図７および図８Ａ、８Ｂの格子６１１Ｈとして、例えば異常光屈折率ｎｅおよび常光屈折率ｎｏ（ｎｅ＞ｎｏ）の高分子液晶からなる複屈折材料を用い、格子間６１１Ｌに屈折率ｎｓ（ｎｓ≒ｎｏ）の等方屈折率材料からなる充填剤を充填した構造とする。格子６１１Ｈの異常光屈折率の方向がＸ軸方向で入射光のＳ偏光に作用する屈折率とし、常光屈折率の方向がＹ軸方向で入射光のＰ偏光に作用する屈折率とする。その結果、入射光のＳ偏光に対しては、格子６１１Ｈと充填剤の屈折率がｎｅとｎｓ(≒ｎｏ)で異なるため、傾斜表面回折格子として機能する。
　一方、Ｐ偏光に対しては、格子６１１Ｈと充填剤の屈折率がｎｏとｎｓ(≒ｎｏ)で同一であるため、格子６１１Ｈの形状に関わらず回折素子として機能しない。その結果、Ｓ偏光の入射光は高効率で導光板内を伝搬する回折角度に偏向され、Ｐ偏光の入射光は回折損失なく導光板を直進透過する偏光回折格子が得られる。
　例えば、格子６１１Ｈの型基板と導光板４ａの間に重合前の液晶モノマーを充填した後、紫外線を照射して重合固化する。そうすると、格子６１１Ｈの長手（Ｘ軸）方向に液晶分子配向が揃い、屈折率がＳ偏光に対してｎｅでＰ偏光に対してｎｏとなる高分子液晶複屈折格子６１１Ｈが得られる。なお、液晶モノマーの配向性を高めて重合後の屈折率差（ｎＨ－ｎＬ）を大きな値に維持するため、格子６１１Ｈの型基板の液晶モノマーに接する面に配向膜を備えてもよい。具体的には、ポリイミド膜を塗布してＸ軸方向にラビング処理を施す、あるいは、偏光方向の揃った紫外線を照射すると偏光方向に配向処理される光配向膜を格子６１１Ｈの型基板に塗布した後、Ｘ軸方向に偏光の揃った紫外線を照射してもよい。
　複屈折材料からなる傾斜表面回折格子６１１Ｈとして、高分子液晶の代わりにネマティック液晶（低分子液晶）を用いてもよい。誘電率異方性を有するネマティック液晶層と均一屈折率高分子層が交互に周期構造をなすホログラフィックＰＤＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ）とし、ネマティック液晶層へ電圧印加することにより回折効率を切替できる結合素子としてもよい。
　主に、導光板４ａの入射部に形成される結合素子６１１について説明したが、導光板４ｂ、４ｃの入射部に形成される結合素子６２１、６２３も、各波長域の導光板伝搬光に対して同様の機能が得られる構成とすればよい。
　また、導光板４ａ、４ｂおよび４ｃの出射部に形成される結合素子６１２、６２２および６３２は、ヘッドマウントディスプレイのような装置では外界の実像も鮮明に視認する場合がある。そのため、入射部に形成される結合素子に比べ、導光板４ｃから導光板４ｂを経て導光板４ａを透過する可視域の高い直進透過率が得られるとよい。すなわち、各導光板の伝搬光を出射部側に取出す結合素子の効率は低い設定となるため、回折格子を結合素子に用いる場合は、－１次回折光の回折効率（Ｉ－１）と、０次透過光の回折効率（Ｉ０）と、の比Ｉ－１／Ｉ０が０．０５～１となるように格子形状を設計すればよい。
　図３の結合素子６１２、６２２および６３２は、導光板４ａ、４ｂおよび４ｃの第１の主面に形成され、導光板内の伝搬光を所期の効率で出射部に透過回折により偏向するが、これらの結合素子をそれぞれ導光板４ａ、４ｂおよび４ｃの第２の主面に形成し、導光板内の伝搬光を反射回折により偏向して出射部から取り出す構成でもよい。反射型回折位相格子では、格子凹凸部の光路長差が（格子屈折率）×（格子深さ）となり、透過型回折位相格子の格子凹凸部の光路長差｛（格子屈折率）－１｝×（格子深さ）に比べて大きな値となるため、相対的に浅い格子で同じ回折効率が得られる。その結果、導光素子１００の出射部と対向する方向からの入射光７に対しては透過型回折格子として作用するため、回折効率が抑制されて直進透過率が向上する。
（導光板）
　導光板は全反射によって光を導光するため、高屈折率の材料ほど小さい入射角の光まで全反射を実現できる。そのため、ｄ線（５８７．５６ｎｍ）での屈折率は、１．６５以上が好ましく、１．７０以上がより好ましく、１．７５以上が特に好ましい。
　図９に、導光板４ａの第１の主面４ａ_Ｓ１の光入射部および光出射部に、結合素子６１１と６１２をそれぞれ備えた構成例を示す。なお、結合素子６１２は、第１の主面４ａ_Ｓ１に備えられる代わりに、第２の主面４ａ_Ｓ２に備わる構成でもよい。さらに、図９に示す構成ではなく、導光板４ａの第２の主面４ａ_Ｓ２の光入射部および光出射部にそれぞれ結合素子６１１と６１２を形成した構成でもよい。その場合は、結合素子で反射偏向された波長域の入射光が導光板内を全反射して伝搬する。
　導光板４ａの第１の主面４ａ_Ｓ１と第２の主面４ａ_Ｓ２は、通常、光学研磨面である。両主面の表面粗さＲａは、例えば、入射光の波長の１／１００以下であり、１／１０００以下が好ましい。また、平行度は３０秒以下が好ましく、１０秒以下がより好ましい。さらに、導光板４ａの基板厚の公差は、平均値に対して±３％以下が好ましく、±１％以下がより好ましい。なお、本明細書において、表面粗さＲａと記載した場合、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１～ＪＩＳ　Ｂ　００３１による算術平均粗さ（中心線平均粗さ）を指すものとする。
　導光板４ａの第１の主面４ａ_Ｓ１と第２の主面４ａ_Ｓ２は、傷や汚れがあると散乱光が発生し全反射伝搬光が減少するため、光ファイバーの光伝搬コア部を覆うクラッド層のように、表面に導光板４ａより低い屈折率の保護層を均一厚に形成してもよい。
　また、結合素子６１１で偏向されて導光板４ａを伝搬し、結合素子６１２で偏向されて出射部に取出される画像信号光以外の光が迷光となって重畳すると画質劣化を招く。迷光の重畳を抑制するために、導光板４ａの第１の主面４ａ_Ｓ１と第２の主面４ａ_Ｓ２以外の面には光吸収剤を塗布するなどして、遮光機能を持たせるとよい。具体的には、導光板４ａの端面を粗面としたり、可視光を吸収する黒樹脂８１ａおよび８２ａを塗布したりして、結合素子６１１および６１２で発生した迷光成分（図９にて、点線および一点鎖線で示す光線）を吸収してもよい。
　以上、導光板について図３に示す導光素子１００における導光板４ａを例に説明した。導光素子１００における導光板４ｂおよび導光板４ｃについても、導光板４ａと同様にできる。
　以下に、本発明の光学素子の実施例を説明する。具体的には、図１Ｂに示すのと同様の構成の光学素子を以下のとおり作製した。
（実施例１）第１の波長域を、波長域（１）とする光学素子
（１）１／２波長板１Ａの製造
　透明基板１１ａ、１１ｂの片面に均一に塗布されたポリイミド膜を加熱固化した後、一方向にラビング処理することで液晶配向膜１２ａ、１２ｂとする。透明基板上の配向膜側に重合前の液晶モノマーを均一膜厚に塗布する。そして、ネマティック液晶相状態の温度にて紫外線を照射することにより重合固化させて透明基板１１ａ、１１ｂ上に、それぞれ、高分子液晶層１３ａ、１３ｂが形成される。ここで、ラビング方向にダイレクターが揃った高分子液晶層の屈折率異方性Δｎは０．１０で、リタデーションＲｄが３０８ｎｍとなるように膜厚を略３．０８μｍとする。液晶モノマーは、重合固化時にネマティック液晶相を示し、重合後の高分子液晶状態で大きな屈折率異方性Δｎを維持し、可視光に対して透明な材料を用いる。
　次に、高分子液晶層１３ａの遅相軸と１３ｂとの遅相軸（異常光屈折率をなす）方向が４５°の角度を成すように調整し、紫外線硬化接着剤１５を用いて、それぞれの高分子液晶層側を接合し、紫外線照射して接着固定する。なお、透明基板１１ａの空気との界面には、可視域の光に対する反射率が０．５％以下となる反射防止膜（図１Ｂには不図示）を設ける。
　このようにして得られた波長板１Ａの分光透過率を分光光度計（日立ハイテクサイエンス社製：Ｕ４１５０)で測定すると、波長４１０～６５０ｎｍの可視光において９２％以上の平均透過率を確認できる。
　次に、分光光度計の光源と波長板との間の光路中にＰ偏光の光のみを透過する偏光子を配置し、Ｐ偏光の光のみ出射する光源を作る。そして、波長板１Ａと分光光度計の光検出器との間の光路中に透過直線偏光方向をＰ偏光とする検光子を配置し、波長板の偏光透過率を測定する。なお、入射光のＰ偏光方向が、高分子液晶層１３ａの遅相軸と２２°の角度を成し、高分子液晶層１３ａの遅相軸と６７°の角度を成すように波長板１Ａを配置する。
　ここで、波長板１Ａを備えないときの（Ｐ偏光の光の）分光透過強度Ｉ０ーｐを基準に、波長板１Ａを配置したときのＰ偏光透過強度ＩＰとＩ０ーｐの比ｒＰをＩＰ／Ｉ０ーｐとする。同様に、検光子の透過偏光方向をＳ偏光に設定し、波長板１Ａを備えないときの（Ｓ偏光の光の）分光透過強度Ｉ０ーｓを基準に、波長板１Ａを配置したときのＳ偏光透過強度ＩＳとＩ０ーｓの比ｒＳをＩＳ／Ｉ０ーｓとする。また、偏光消光比ＥｘをＩＳ／ＩＰとすると、Ｅｘ＝ｒＳ／ｒＰで関係付けられるのでｒＳとｒＰの測定により、波長４９０～６５０ｎｍの光に対する、偏光消光比Ｅｘが２０以上となり、第１の波長域が波長域（１）の１／２波長板１Ａとなっていることを確認できる。
（２）吸収層２Ａおよび反射防止層３の形成
　次に、１／２波長板１Ａの透明基板１１ｂの表面に第１の波長域が波長域（１）に対応する吸収層２Ａを形成する。ポリイミド樹脂Ｃ３Ｇ３０（商品名；三菱ガス化学製）の１００質量部に対して色素としてＳＵＤＡＮ－II（山田化学工業社製、λｍａｘＤ；４９５ｎｍ）を８質量部およびＦＤＧ－００２（山田化学工業社製、λｍａｘＤ；５２８ｎｍ）を５質量部、およびシクロヘキサンを加えて十分に撹拌し、均一に溶解させる。得られた溶液を透明基板１１ｂの表面に塗布し、乾燥して膜厚６．７μｍの吸収層２Ａを得る。さらに、吸収層２Ａ上にＴｉＯ２およびＳｉＯ２を交互に積層した誘電体多層膜からなる反射防止層３を形成して光学素子１０Ａを得る。
　なお、吸収層２Ａにおける、分光透過率を分光光度計（日立ハイテクサイエンス社製：Ｕ４１５０）で測定すると、表１に示す特性が得られる。表１から分かるように、最大吸収波長λｍａｘは４１０～５８０ｎｍの範囲内を確認できる。また、第２の波長域４１０～λＳ１［ｎｍ］（λＳ１：５６０～６００ｎｍ）における光の平均透過率は１０％以下、λＬ８０％－λＬ１０％は５０ｎｍ以下を確認できる。さらに、波長６００～７００ｎｍの光のＯＤ値（ＯＤ６００－７００）と、波長４１０～４８０ｎｍの光のＯＤ値（ＯＤ４１０－４８０）との比（ＯＤ６００－７００／ＯＤ４１０－４８０）が０．１以下を確認できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　また、図１０に上記で得られた吸収層２Ａにおける波長と透過率および波長と偏光消光比の関係を示す。図１０から、実施例１で得られた吸収層２Ａは、第２の波長域の光の透過率を大きく低減できるとともに第１の波長域の光を高くし、かつ、第２の波長域と第１の波長域との間の透過率変化を急峻にできることが分かる。さらに、本例の場合、１／２波長板１Ａにて、偏光消光比が十分に低下しきれていない波長域（例えば、５６０ｎｍ未満）については、Ｐ偏光の漏れ光成分が存在するが、吸収層２Ａにより、漏れ光成分を十分に吸収できるので、この場合、第２の波長域のＳ偏光成分を高効率で選択的に取り出せる。
（実施例２）第１の波長域を、波長域（２）とする光学素子
（１）１／２波長板１Ａの製造
　１／２波長板１Ａは、実施例１と同じ材料および方法で作製する。相違点は、高分子液晶層１３ａ、１３ｂのリタデーションＲｄが２７５ｎｍとなるように膜厚を略２．７５μｍとし、高分子液晶層１３ａの遅相軸と１３ｂとの遅相軸（異常光屈折率をなす）方向が４４°の角度を成すように調整する。なお、入射光のＰ偏光方向が、高分子液晶層１３ａの遅相軸と２２°の角度を成し、高分子液晶層１３ａの遅相軸と６７°の角度を成すように波長板１Ａを配置する。このようにして得られた波長板１Ａの分光透過率は、波長４１０～６５０ｎｍの可視光において９２％以上の平均透過率を確認できる。また、偏光消光比ＥｘをＩＳ／ＩＰとすると、Ｅｘ＝ｒＳ／ｒＰで関係付けられるのでｒＳとｒＰの測定により、波長４４０～６５０ｎｍの光に対する、偏光消光比Ｅｘが２０以上となり、第１の波長域が波長域（２）の１／２波長板１Ａとなっていることを確認できる。
（２）吸収層２Ａおよび反射防止層３の形成
　次に、１／２波長板１Ａの透明基板１１ｂの表面に第１の波長域が波長域（２）に対応する吸収層２Ａを形成する。ポリイミド樹脂Ｃ３Ｇ３０（商品名；三菱ガス化学製）の１００質量部に対して色素としてＦＤＢ－００５（山田化学工業社製、λｍａｘＤ；４５３ｎｍ）を８質量部およびＦＤＢ－００６（山田化学工業社製、λｍａｘＤ；４７７ｎｍ）を１質量部、およびシクロヘキサンを加えて十分に撹拌し、均一に溶解させる。得られた溶液を透明基板１１ｂの表面に塗布し、乾燥して膜厚７．５μｍの吸収層２Ａを得る。さらに、吸収層２Ａ上にＴｉＯ２およびＳｉＯ２を交互に積層した誘電体多層膜からなる反射防止層３を形成して光学素子１０Ａを得る。
　なお、吸収層２Ａにおける、分光透過率を分光光度計（日立ハイテクサイエンス社製：Ｕ４１５０）で測定すると、表２に示す特性が得られる。表２から分かるように、最大吸収波長λｍａｘは４１０～５００ｎｍの範囲内を確認できる。第２の波長域４１０～λＳ２［ｎｍ］（λＳ２：４８０～５２０ｎｍ）における光の平均透過率は１０％以下、λＬ８０％－λＬ１０％は５０ｎｍ以下を確認できる。さらに、波長６００～７００ｎｍの光のＯＤ値（ＯＤ６００－７００）と、波長４１０～４８０ｎｍの光のＯＤ値（ＯＤ４１０－４８０）との比（ＯＤ６００－７００／ＯＤ４１０－４８０）が０．１以下を確認できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　また、図１１に上記で得られた吸収層２Ａにおける波長と透過率および波長と偏光消光比の関係を示す。図１１から、実施例２で得られた吸収層２Ａは、第２の波長域の光の透過率を大きく低減できるとともに第１の波長域の光を高くし、かつ、第２の波長域と第１の波長域との間の透過率変化を急峻にできる。さらに、本例の場合、１／２波長板１Ａにて、偏光消光比が十分に低下しきれていない波長域（例えば、４８０ｎｍ未満）については、Ｐ偏光の漏れ光成分が存在するが、吸収層２Ａにより、漏れ光成分を十分に吸収できるので、この場合、第２の波長域のＳ偏光成分を高効率で選択的に取り出せる。
　本発明によれば、入射する可視域の光のうち所定の波長域の光のみに位相差を与えるとともに、該位相差が与えられた所定の波長域の光を選択的に出射する光学素子、および、該光学素子を用いた、入射する可視域の光のうち所定の波長域の光を選択的にかつ精度よく回折分離可能な導光素子が提供できる。このような導光素子は、異なる２以上の帯域の光を用いる、画像表示装置、例えば、プロジェクタやヘッドマウントディスプレイに利用可能である。
　１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ａ１，１０Ａ２…光学素子、１Ａ，１Ｂ，１…波長板、２Ａ，２Ｂ…吸収層、３…反射防止層、１１ａ、１１ｂ…透明基板、１２ａ，１２ｂ…配向膜、１３ａ，１３ｂ…複屈折性材料層、１５…接着層
　１００…導光素子、４ａ，４ｂ，４ｃ…導光板、６１１，６１２，６２１，６２２，６３１，６３２…結合素子。

Claims (17)

  1. 　第１の直線偏光で入射する可視域の光のうち第１の波長域の光を、前記第１の直線偏光の振動方向と直交する振動方向を有する第２の直線偏光に変換して出射する波長板と、
    　前記第１の波長域とは異なる、第２の波長域の光を吸収する吸収層と、
    　を備える光学素子。
  2. 　前記第１の波長域は、波長５８０～６５０ｎｍを含む請求項１に記載の光学素子。
  3. 　波長５８０～６５０ｎｍの光の平均透過率が８０％以上である、請求項２に記載の光学素子。
  4. 　前記第１の波長域における、前記第１の直線偏光から前記第２の直線偏光に変換される最短波長をλＳ１［ｎｍ］とするとき、前記λＳ１［ｎｍ］は、波長５６０～６００ｎｍの範囲にあり、
    　前記第２の波長域は、４１０～λＳ１［ｎｍ］である、請求項２または請求項３に記載の光学素子。
  5. 　前記第１の波長域は、波長５００～６５０ｎｍを含む、請求項１～４いずれか１項に記載の光学素子。
  6. 　波長５００～６５０ｎｍの光の平均透過率が８０％以上である、請求項５に記載の光学素子。
  7. 　前記第１の波長域における、前記第１の直線偏光から前記第２の直線偏光に変換される最短波長をλＳ２［ｎｍ］とするとき、前記λＳ２［ｎｍ］は、波長４８０～５２０ｎｍの範囲にあり、
    　前記第２の波長域は、４１０～λＳ２［ｎｍ］である、請求項５または請求項６に記載の光学素子。
  8. 　前記第１の波長域は、波長４１０～６５０ｎｍを含む、請求項１～７いずれか１項に記載の光学素子。
  9. 　前記吸収層は、波長６００～７００ｎｍの光のＯＤ値をＯＤ６００－７００とし、波長４１０～４８０ｎｍの光のＯＤ値をＯＤ４１０－４８０とするとき、ＯＤ６００－７００／ＯＤ４１０－４８０が、０．１以下である、請求項１～８いずれか１項に記載の光学素子。
  10. 　前記吸収層は、可視域において、透過率が１０％となる波長をλ１０％［ｎｍ］とし、透過率が８０％となる波長をλ８０％［ｎｍ］とするとき、｜λ８０％－λ１０％｜［ｎｍ］が、５０ｎｍ以下である、請求項１～９いずれか１項に記載の光学素子。
  11. 　前記吸収層は、最大吸収波長が異なる２種以上の色素と樹脂を含む、請求項１～１０いずれか１項に記載の光学素子。
  12. 　前記吸収層は、前記色素を２種類含有し、前記２種類の色素のうち、最大吸収波長が短波長側にある色素の最大吸収波長をλＤｍａｘＳ［ｎｍ］とし、最大吸収波長が長波長側にある色素の最大吸収波長をλＤｍａｘＬ［ｎｍ］とするとき、
    　λＤｍａｘＬ－λＤｍａｘＳ［ｎｍ］が、１５～５０ｎｍである、請求項１１に記載の光学素子。
  13. 　前記色素は、シアニン色素、ローダミン色素、ジケトピロロピロール色素、スクアリリウム色素およびアゾ色素から選ばれる少なくとも２種を含む請求項１１または請求項１２に記載の光学素子。
  14. 　前記波長板は、厚さ方向に光学軸が揃った複屈折性材料層を複数層有し、
    　前記複数層の各層の光学軸の方向が互いに異なる、請求項１～１３いずれか１項に記載の光学素子。
  15. 　前記複屈折性材料層は、高分子液晶を有する、請求項１４に記載の光学素子。
  16. 　前記波長板および前記吸収層を、光が入射する側からこの順に備える、請求項１～１５いずれか１項に記載の光学素子。
  17. 　請求項１～１６いずれか１項に記載の光学素子と、
    　前記光学素子の両側に設けられ、前記第１の直線偏光で入射する可視域の光を直進透過し、前記第２の直線偏光を導光する複数の導光板と、
    　を備える導光素子。
PCT/JP2018/043025 2017-11-28 2018-11-21 光学素子および導光素子 WO2019107249A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019557186A JP7243634B2 (ja) 2017-11-28 2018-11-21 光学素子および導光素子

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017228126 2017-11-28
JP2017-228126 2017-11-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019107249A1 true WO2019107249A1 (ja) 2019-06-06

Family

ID=66665678

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2018/043025 WO2019107249A1 (ja) 2017-11-28 2018-11-21 光学素子および導光素子

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP7243634B2 (ja)
WO (1) WO2019107249A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022540693A (ja) * 2019-07-19 2022-09-16 マジック リープ， インコーポレイテッド 低減された偏光感度を伴う回折格子を有するディスプレイデバイス

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3723409B2 (ja) * 2000-03-31 2005-12-07 シャープ株式会社 波長選択素子およびそれを用いた表示装置
JP2011233208A (ja) * 2010-04-28 2011-11-17 Asahi Glass Co Ltd 波長選択波長板、波長選択回折素子および光ヘッド装置
JP2013109219A (ja) * 2011-11-22 2013-06-06 Keiwa Inc 光学シート、透明導電性積層体及びタッチパネル
JP2013200374A (ja) * 2012-03-23 2013-10-03 Canon Inc 画像表示装置
WO2015125794A1 (ja) * 2014-02-21 2015-08-27 旭硝子株式会社 導光素子および映像表示装置
JP2015222418A (ja) * 2014-04-30 2015-12-10 キヤノン株式会社 色分離合成系およびこれを用いた色分離合成装置、画像表示装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3723409B2 (ja) * 2000-03-31 2005-12-07 シャープ株式会社 波長選択素子およびそれを用いた表示装置
JP2011233208A (ja) * 2010-04-28 2011-11-17 Asahi Glass Co Ltd 波長選択波長板、波長選択回折素子および光ヘッド装置
JP2013109219A (ja) * 2011-11-22 2013-06-06 Keiwa Inc 光学シート、透明導電性積層体及びタッチパネル
JP2013200374A (ja) * 2012-03-23 2013-10-03 Canon Inc 画像表示装置
WO2015125794A1 (ja) * 2014-02-21 2015-08-27 旭硝子株式会社 導光素子および映像表示装置
JP2015222418A (ja) * 2014-04-30 2015-12-10 キヤノン株式会社 色分離合成系およびこれを用いた色分離合成装置、画像表示装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022540693A (ja) * 2019-07-19 2022-09-16 マジック リープ， インコーポレイテッド 低減された偏光感度を伴う回折格子を有するディスプレイデバイス
JP7447237B2 (ja) 2019-07-19 2024-03-11 マジック リープ， インコーポレイテッド 低減された偏光感度を伴う回折格子を有するディスプレイデバイス

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2019107249A1 (ja) 2020-12-03
JP7243634B2 (ja) 2023-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7079202B2 (en) Multi-layer diffraction type polarizer and liquid crystal element
US6947215B2 (en) Optical element, optical functional device, polarization conversion device, image display apparatus, and image display system
JP4680677B2 (ja) 偏光制御素子
KR101098202B1 (ko) 편광성 회절형 필터 및 적층 편광성 회절형 필터
JP4876992B2 (ja) 偏光解消素子
US8081382B2 (en) Reflective screen, display device, and mobile apparatus
US20090122402A1 (en) Achromatic Converter Of A Spatial Distribution Of Polarization Of Light
KR101259537B1 (ko) 광학 소자, 편광 필터, 광 아이솔레이터 및 광학 장치
JP4792679B2 (ja) アイソレータおよび電圧可変アッテネータ
JP5012171B2 (ja) 反射回折偏光子および光学装置
WO2019107249A1 (ja) 光学素子および導光素子
JP6719763B2 (ja) 高速光スイッチングエンジン
JP4923615B2 (ja) 光アイソレータおよび双方向光送受信装置
JP4106981B2 (ja) 光減衰器
WO2023048086A1 (ja) 波長板、光学系、および表示装置
KR101867743B1 (ko) 배향막의 제조 방법 및 표시체의 제조 방법
JP5842495B2 (ja) 情報記録媒体
WO2005078485A1 (ja) 多層膜光学部材およびその製造方法
JP2013130810A (ja) 偏光解消素子、光計測機器および投射型表示装置
JP5152366B2 (ja) アイソレータおよび電圧可変アッテネータ
JP2010152297A (ja) 偏光子、光アイソレータおよびそれを用いた光デバイス
US8164716B2 (en) Polarization beam splitter and optical system
JP2010032807A (ja) 偏光分離素子、光アイソレータおよびそれを用いた光デバイス
WO2023171246A1 (ja) 液晶光学素子およびその製造方法
JP2001344800A (ja) 光ヘッド装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18882480

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019557186

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18882480

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1