偏振分束器和图像投影装置制造方法及图纸

公开了偏振分束器和图像投影装置。偏振分束器包括基板和多个构件，所述多个构件在第一方向上延伸并且在与第一方向正交的第二方向上以预定周期布置在基板中或在基板上。对于预定波长，每个构件具有2.8或更高的折射率和1或更小的消光系数。偏振分束器提供85％或更高的如下的乘积，所述乘积是在垂直于第一方向和偏振分束器上的入射光的入射方向的第一偏振方向上偏振的光的所述预定波长的透射率与在平行于第一方向的第二偏振方向上偏振的光的所述预定波长的反射率的乘积，其中所述入射光相对于第一方向形成90°的角度并且相对于第二方向形成45°的角度。

【技术实现步骤摘要】
偏振分束器和图像投影装置
本专利技术涉及偏振分束器(polarizationbeamsplitter)和使用偏振分束器的图像投影装置(投影仪)，更具体而言，涉及具有其周期小于使用(或工作)波长的光栅结构的偏振分束器和使用偏振分束器的图像投影装置。
技术介绍
常规提出的线栅型偏振分束器具有以可见波长量级的精细周期部署的直线光栅结构以便分离偏振方向不同的光束。但是，线栅型偏振分束器中的直线光栅结构主要由金属制成并且由于金属而造成光量损失，并由此在用于图像投影装置时造成减少的光量。RobertMagnusson和MehrdadShokooh-Saremi，“Physicalbasisforwidebandresonantreflectors”，Opticsexpress，TheOpticalSociety，2008，第16卷，第5期，第3456-3462页(下文中称为“Magnusson等人”)提出了一种光学元件，其具有由能够抑制光量损失的高折射率材料制成的光栅结构。Magnusson等人公开的光学元件用作用于激光的窄带反射镜和宽带反射镜，并且以入射光垂直地进入元件表面为前提。换句话说，Magnusson等人公开的光学元件不应该应用于透射以特定入射角入射的偏振光并反射具有与入射光正交的偏振方向的偏振光的偏振分束器。
技术实现思路
本专利技术提供能够抑制光量损失的偏振分束器和使用偏振分束器的图像投影装置。根据本专利技术的一方面的偏振分束器包括基板和多个构件，所述多个构件在第一方向上延伸并且在与第一方向正交的第二方向上以预定周期布置在基板中或在基板上。对于预定波长，每个构件具有2.8或更高的折射率和1或更小的消光系数。偏振分束器提供85％或更高的如下的乘积，所述乘积是在垂直于第一方向和偏振分束器上的入射光的入射方向的第一偏振方向上偏振的光的所述预定波长的透射率与在平行于第一方向的第二偏振方向上偏振的光的所述预定波长的反射率的乘积，其中所述入射光相对于第一方向形成90°的角度并且相对于第二方向形成45°的角度。根据本专利技术另一方面的图像投影装置包括：上述偏振分束器；以及光调制元件，被配置成将透射通过偏振分束器的在第一偏振方向上偏振的光调制成在第二偏振方向上偏振的光，并且将在第二偏振方向上偏振的光射出到偏振分束器。参考附图，根据对示例性实施例的以下描述，本专利技术的其它特征将变得清楚。附图说明图1是根据本专利技术一个实施例的偏振分束器的示意图。图2是偏振分束器的截面图。图3是根据变形例的偏振分束器的截面图。图4是偏振分束器的放大截面图。图5图示了偏振分束器的说明性使用方法。图6A和图6B是硅的折射率和消光系数的曲线图。图7是根据第一实施例的偏振分束器的效率的曲线图。图8A和图8B是根据第一实施例的偏振分束器的每个偏振光的光量损失的曲线图。图9是根据第二实施例的偏振分束器的效率的曲线图。图10是根据第三实施例的偏振分束器的效率的曲线图。图11是根据第四实施例的偏振分束器的效率的曲线图。图12是根据第五实施例的偏振分束器的效率的曲线图。图13是根据第六实施例的偏振分束器的效率的曲线图。图14是根据第七实施例的偏振分束器的效率的曲线图。图15是根据第八实施例的偏振分束器的效率的曲线图。图16是根据第九实施例的偏振分束器的效率的曲线图。图17是根据第十实施例的偏振分束器的效率的曲线图。图18是根据第十一实施例的偏振分束器的效率的曲线图。图19是根据第十二实施例的偏振分束器的效率的曲线图。图20是根据第十三实施例的偏振分束器的效率的曲线图。图21是根据第十四实施例的偏振分束器的效率的曲线图。图22是根据第十五实施例的偏振分束器的效率的曲线图。图23是根据第十六实施例的偏振分束器的效率的曲线图。图24是根据第十七实施例的偏振分束器的效率的曲线图。图25是根据第十八实施例的偏振分束器的效率的曲线图。图26是根据第十九实施例的偏振分束器的效率的曲线图。图27是根据第二十实施例的偏振分束器的效率的曲线图。图28图示了根据第二十一实施例的图像投影装置的配置。具体实施方式现在参考附图，将给出对于根据本专利技术的实施例的详细描述。在每个图中，对应的元件将由相同的标号指定，并且将省略重复的描述。图1是根据本专利技术一个实施例的偏振分束器100的示意图。图2是偏振分束器100的截面图。偏振分束器100包括基板1和多个构件2，每个构件2在基板1上提供并沿着延伸方向(第一方向)延伸。基板1具有光栅结构，其中构件2沿着与延伸方向正交的正交方向(第二方向)以预定间隔布置。这个实施例在基板1上提供构件2，但是可以如图3所示在基板1中提供构件2。线栅型偏振分束器(下文中称为线栅型偏振器)的光栅结构由金属材料制成。因此，在与构成光栅结构的构件的纵向(longitudinal)方向平行的方向上偏振的入射光主要被反射，这是因为自由电子在抵消电场的方向上移动。在垂直于纵向方向的方向上偏振的入射光主要透射，这是因为自由电子被限制而不能在抵消电场的方向上移动。因此，线栅型偏振器的效果是从金属得来的，并且构件2的材料的物理特性的使用波长中的消光系数需要高于预定值。具有高于预定值的值的消光系数由于吸收而造成光量损失。因此，线栅型偏振器不能使在垂直于光栅结构中的构件的纵向方向的方向上偏振的入射光的透射率以及在平行于纵向方向的方向上偏振的入射光的反射率大于预定值。更具体而言，已知透射率和反射率的乘积约为80％。根据这个实施例的偏振分束器100中的光栅结构与线栅偏振器的不同之处在于：由于结构的尺寸和折射率的差异，它生成共振现象。一般而言，通过将高折射率材料应用于光栅结构而生成特异现象的光栅结构被称为高对比度光栅(以下称为HCG)。HCG在构成光栅结构的构件与间隙介质之间使用高折射率比，以及由于由结构的尺寸带来的共振现象引起的效果(共振效果)。共振效果需要高折射率。为了生成共振效果，消光系数对于生成共振现象的光栅结构是不必要的，这是因为消光系数与透射和反射中的损失量相关，消光系数对于使用波长可以是低的。根据这个实施例，为了获得共振效果，构件2对于使用波长具有2.8或更高的折射率n和1或更小的消光系数k。换句话说，与线栅型偏振器的栅格结构不同，根据这个实施例的光栅结构由对于使用波长具有高折射率和低消光系数的材料制成。当折射率n小于2.8时，构件2与构件间介质之间的折射率比以及构件2与基板1之间的折射率比变低，因此难以获得共振效果。此外，大于1的消光系数会增大透射和反射期间的光量损失。具有包括有着高折射率和低消光系数的构件2的光栅结构的偏振分束器100可以使吸收量小于使用线栅偏振器时的吸收量。较小的吸收量可以降低热值，并且当偏振分束器100用于图像投影装置等时是受欢迎的。构件2的折射率越高，折射率比越大，并且提供高效率的波长范围(波长带)越宽。对于使用波长，构件2的折射率n可以是3.5或更高，或4或更高。构件2的消光系数变得越低，光量损失越小。因此，构件2的消光系数k可以是0.15或更小，更优选地是0.1或更小。如图2中所示，在这个实施例中，构件2具有矩形截面形状，但是本专利技术不限于这个实施例。构件2可以具有圆角截面形状或圆形截面形状，诸如椭圆形。当应用以下条件表达式时，高度方向和宽度方向上的平均值可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种偏振分束器，包括：基板；以及多个构件，所述多个构件在第一方向上延伸并且在与第一方向正交的第二方向上以预定周期布置在基板中或在基板上，其特征在于，对于预定波长，每个构件具有2.8或更高的折射率和1或更小的消光系数，其中，偏振分束器提供85％或更高的如下的乘积，所述乘积是在垂直于第一方向和偏振分束器上的入射光的入射方向的第一偏振方向上偏振的光的所述预定波长的透射率与在平行于第一方向的第二偏振方向上偏振的光的所述预定波长的反射率的乘积，其中所述入射光相对于第一方向形成90°的角度并且相对于第二方向形成45°的角度。

【技术特征摘要】
2017.09.25 JP 2017-183518;2018.09.11 JP 2018-169731.一种偏振分束器，包括：基板；以及多个构件，所述多个构件在第一方向上延伸并且在与第一方向正交的第二方向上以预定周期布置在基板中或在基板上，其特征在于，对于预定波长，每个构件具有2.8或更高的折射率和1或更小的消光系数，其中，偏振分束器提供85％或更高的如下的乘积，所述乘积是在垂直于第一方向和偏振分束器上的入射光的入射方向的第一偏振方向上偏振的光的所述预定波长的透射率与在平行于第一方向的第二偏振方向上偏振的光的所述预定波长的反射率的乘积，其中所述入射光相对于第一方向形成90°的角度并且相对于第二方向形成45°的角度。2.根据权利要求1所述的偏振分束器，其特征在于，所述多个构件被布置在基板的第一表面上，并且其中，偏振分束器透射入射在与第一表面相对的第二表面上的在第一偏振方向上偏振的光，并且反射入射在第一表面上的在第二偏振方向上偏振的光。3.根据权利要求1所述的偏振分束器，其特征在于，以下条件表达式被满足：λ/n<P<λ/n_base其中，P是所述预定周期，λ是所述预定波长，n是每个构件对于所述预定波长的折射率，n_base是基板对于所述预定波长的折射率。4.根据权利要求1所述的偏振分束器，其特征在于，以下条件表达式被满足：0.1≤W/P≤0.6其中，P是所述预定周期...

【专利技术属性】
技术研发人员：大冢博，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP