光学元件和光学设备制造技术

本发明专利技术提供了一种光学元件和使用它的光学设备，其能够基本沿用制造线栅结构的加工工艺，进而能够得到比线栅元件更高的偏振对比度。实施方式中的摆动线元件的特征为在y方向上形成周期在入射的光波的波长以上的周期结构。由此，实施方式1中的摆动线元件能够实现偏振对比度的大幅提高。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光学元件和光学设备
本专利技术涉及光学元件和光学设备。
技术介绍
光学设备广泛普及，例如液晶投影仪、显示器、光拾取器、光传感器等中较多使用了控制光的光学元件。而且，随着这些装置的性能提高，要求光学元件也提高性能、提高附加价值、降低成本。在专利文献1和非专利文献1中，记载了与在透明基板上具有金属线结构的线栅元件相关的技术。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特表2003-508813号公报(US6,243,199)非专利文献1：H.Tamada,etal.,"Alwire-gridpolarizerusingthes-polarizationresonance",Opt.Lett.22,6,pp.419-421(1997)
技术实现思路
专利技术要解决的课题光学设备的代表性的一例有液晶投影仪。该液晶投影仪中，使用对从光源射出的光束根据图像信息进行调制的液晶面板形成光学像(图像光)，对屏幕等投影该图像光而进行图像显示。液晶面板具有对1种偏振光进行强度调制的特性，所以在其入射侧和出射侧分别配置具有使偏振光选择性透射的功能的偏振片(偏振元件)。近年来，因为液晶投影仪的小型化和投影图像的亮度提高，液晶面板上的光密度提高，要求与其对应的偏振元件在耐热性、耐光性上优良。在这一点上，例如由无机材料构成的线栅元件是适合的。上述非专利文献1中，如下所述地记载了线栅元件的定义(“Awiregridisasimpleone-dimensionalmetalgratingandisquitepromisingasamicrominiaturizedpolarizationcomponentinthefiledofintegratedoptics”(线栅是简单的1维金属栅并且非常适于集成光学领域中的小型偏振部件))。即，线栅元件是简单的1维(直线状)的金属栅。此处，例如为了提高以液晶投影仪为代表的光学设备的画质，要求偏振元件提高作为偏振元件的主要性能之一的特定偏振光(以下称为p偏振光)和与其正交的偏振光(以下称为s偏振光)的选择性能即透射率的比。此外，本说明书中，设p偏振光的透射率为Tp、s偏振光的透射率为Ts时，使用偏振对比度(Tp/Ts)作为偏振选择性的性能指标。该情况下，能够认为偏振对比度越高，偏振元件的偏振选择性越优良。如上所述，线栅元件是在透明基板上等周期地配置有直线状的金属线的元件。这样的线栅元件中，可以认为能够通过金属线的周期和形状来改变性能。但是，对于该金属线的周期和形状，因为入射的电磁波和加工工艺的限制而难以较大地改变条件范围，存在以线栅元件的结构为前提难以实现大幅度的特性提高(偏振对比度提高)的课题。即，存在为了提高光学设备的画质，即使要提高偏振元件的偏振对比度，在维持线栅结构的状态下也难以改善偏振对比度的课题。于是，本专利技术的目的在于提供一种光学元件和使用它的光学设备，其能够基本沿用制造线栅结构的加工工艺，进而能够得到比线栅元件更高的偏振对比度。其他课题和新的特征将通过本说明书的描述和附图说明。用于解决课题的方案一个实施方式中的光学元件包括：(a)对于入射的电磁波透明的透明基板；和(b)多根金属线，其形成在所述透明基板的主面上且在第一方向上以第一周期间隔配置。此时，所述多根金属线各自在与所述第一方向正交的第二方向上具有周期结构地延伸。并且，设所述电磁波的波长为λ，所述透明基板的折射率为n时，所述周期结构的周期在λ/n以上。专利技术效果根据一个实施方式，能够提高光学元件的性能。附图说明图1是表示试制的线栅元件的截面的TEM像。图2是表示由金属细线结构构成的线栅元件的示意结构的立体图。图3是用于说明p偏振光(TM偏振光)从线栅元件透射的机制的图。图4是用于说明s偏振光(TE偏振光)在线栅元件上反射的机制的图。图5是表示线栅元件的透射率的波长依赖性的测定结果(实验结果)和计算结果(模拟结果)。图6是表示实施方式1中构成偏振元件的摆动线的形状图案的图。图7是表示摆动线元件中摆动周期与透射率的关系的计算结果。图8是表示摆动线元件中摆动周期与偏振对比度的关系的计算结果。图9是表示摆动线元件中摆动周期与衍射光的大小的关系的计算结果。图10是表示摆动线元件中摆动周期与衍射光的大小的关系的其他计算结果。图11是表示摆动线元件中入射光与出射光的关系的示意图。图12是表示在邻接的2根摆动线之间长边方向的相位不同的情况下摆动线元件的结构的示意图。图13是表示摆动线元件中邻接的摆动线之间的y方向的相位差与偏振对比度的关系的计算结果。图14是示意性地表示摆动线的图案的图，(a)是表示相位差Δφ＝0的情况的图，(b)是表示相位差Δφ＝π/8的情况的图，(c)是表示相位差Δφ＝π/4的情况的图，(d)是表示相位差Δφ＝π/2的情况的图。图15是表示邻接的4根摆动线之间的y方向的相位差逐次增加π/2的情况下的摆动线元件的结构的示意图。图16是表示实施方式2中的摆动线元件的结构的示意图。图17是表示摆动线元件中摆动周期与p偏振光的透射率的关系和摆动周期与s偏振光的透射率的关系的计算结果。图18是表示摆动线元件中摆动周期与偏振对比度的关系的计算结果。图19是表示摆动线元件中摆动周期与透射衍射光的大小的关系的计算结果。图20是表示在可以得到较大的偏振对比度的条件下，发生透射衍射光的情况下的状况的示意图。图21(a)是表示正弦波状调制的图，(b)是表示矩形波状调制的图，(c)是表示圆角的矩形波状调制的图。图22(a)是表示N＝6的情况下的摆动线元件的图，(b)是表示N＝12的情况下的摆动线元件的图，(c)是表示N＝24的情况下的摆动线元件的图。图23是表示摆动线元件中的入射光的波长依赖性的图。图24是表示摆动线元件的空间周期分布的图。图25(a)是表示现有的线栅元件的y方向的频谱的图，(b)是表示摆动线元件(Type-I)的y方向的频谱的图，(c)是表示摆动线元件(Type-II)的y方向的频谱的图。图26是表示实施方式3中的液晶投影仪的光学系统的示意图。具体实施方式以下实施方式中，在为了方便而必要时，分割为多个部分或实施方式进行说明，但除了特别指出的情况以外，它们并非互不相关，为一方是另一方的部分或全部的变形例、应用例、详细说明、补足说明等的关系。此外，以下实施方式中，在提及元素的数量等(包括个数、数值、量、范围等)的情况下，除了特别指出的情况和原理上明确限定为特定数量等情况以外，都不限定于特定的数量，也可以是特定数量以上或以下。进而，以下实施方式中，构成元素(包括元素步骤等)除了特别指出的情况和原理上明确认为必需等情况以外，都不是必需的。同样，以下实施方式中，在提及构成元素等的形状、位置关系等时，除了特别指出的情况和原理上明确认为不可以等情况以外，都包括实质上与其形状等近似或类似的形状等。这对于上述数量等(包括个数、数值、量、范围等)也是同样的。此外，实施方式中使用的附图中，对于相同的部件原则上附加相同的符号，省略其反复说明。此外，为了使附图易于理解，有时即使在平面图中也附加影线。(实施方式1)以下，在本实施方式1中，统一用在纸面内取x轴和z轴的坐标系进行说明。光的偏振光存在TE(TransverseElectric：横电)偏振光和TM(Trans本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学元件，其特征在于，包括：(a)对于入射的电磁波透明的透明基板；和(b)多根金属线，其形成在所述透明基板的主面上且在第一方向上以第一周期间隔配置，所述多根金属线各自在与所述第一方向正交的第二方向上具有周期结构地延伸，设所述电磁波的波长为λ，所述透明基板的折射率为n时，所述周期结构的周期在λ/n以上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光学元件，其特征在于，包括：(a)对于入射的电磁波透明的透明基板；和(b)多根金属线，其形成在所述透明基板的主面上且在第一方向上以第一周期间隔配置，所述多根金属线各自在与所述第一方向正交的第二方向上具有周期结构地延伸，设所述电磁波的波长为λ，所述透明基板的折射率为n时，所述周期结构的周期在λ/n以上且小于λ，在所述多根金属线的各根中，所述周期结构是，所述多根金属线各自在所述第一方向上的宽度的中心位置一定且所述多根金属线各自在所述第一方向上的宽度沿着所述第二方向被周期性地调制的结构。2.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于：所述第一方向上的宽度沿着所述第二方向被调制成正弦波状。3.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于：所述第一方向上的宽度沿着所述第二方向被调制成矩形波状。4.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于：所述多根金属线中的规定的金属线的所述周期结构的相位，和与所述规定的金属线邻接的金属线的所述周期结构的相位的差异是180度。5.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于：在所述透明基板的侧面设置有吸收所述电磁波的吸收部件。6.如权利要求1所述的光学元件，...

【专利技术属性】
技术研发人员：平田浩二，峰邑浩行，安斋由美子，西田哲也，山本治朗，小藤直行，池田英博，木村展之，
申请(专利权)人：日立麦克赛尔株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP