光源设备包括：载流子产生层（16），其中来自光引导体（12）的光产生载流子，来自发光元件的光进入光引导体；等离子体激发层（17），具有高于来自发光元件的光激发载流子产生层（16）时产生的光的频率的等离子体频率；波矢量转换层（18），把等离子体激发层（17）产生的表面等离子体转换为具有预定出射角的光以输出光。等离子体激发层（17）被夹在具有介电特性的两个层之间。等离子体激发层（17）入射侧部分的有效介电常数大于等离子体激发层（17）出射侧部分的有效介电常数，入射侧部分包括堆叠在光引导体（12）侧的整个结构，出射侧部分包括堆叠在波矢量转换层（18）侧的整个结构和与波矢量转换层（18）接触的介质。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用表面等离子体来输出光的光学元件、光源装置和投影显示装置。
技术介绍
已经提出了一种发光二极管(LED)投影仪，使用LED作为包括在光源装置中的发光元件。这种类型的LED投影仪包括具有LED的光源装置、来自光源装置的光所进入的照明光学系统、具有液晶显示板(来自照明光学系统的光进入其中)的光阀以及用于将来自光阀的光投影到投影表面上的投影光学系统。在LED投影仪中，为了增加投影图像的亮度，必须在从光源装置到光阀的光路上尽可能低防止光损耗。如在非专利文献I中描述的，存在基于集光度(Etendue)的限制，集光度是由光源 装置的面积和发射角的乘积确定的。换言之，来自光源装置的光将不能被用作投影光，除非光源装置的面积和发射角的乘积的值被设置为等于或小于光源装置的面积和由投影透镜的F数所确定的拍摄角(立体角)的乘积的值。因此，在包括LED和光学元件(来自LED的光进入其中)的光源装置中，通过降低从光学元件输出的光的集光度来减小光学损失是需要注意的问题。在包括在LED投影仪的光源装置中，通过使用多个LED来补偿由单个LED发射的光量的短缺，以实现约数千流明的投影光通量是很关键的。作为使用多个LED的这种光源的示例，如图I所示，专利文献I公开的光源单元包括具有LED 204a到204f的多个单色光源装置203a到203f、用于对从单色光源装置203a到203f输出的光的光轴进行匹配的光轴匹配构件202a到202d、光源组201a和201b(来自光轴匹配构件202a到202d的光进入其中)，以及光引导装置200(来自光源组201a和201b的光进入其中)。在该光源单元中，来自多个单色光源装置203a到203f的光被合成，并且具有由光源组201a和201b变窄的发射角的光进入光引导装置200。在该构造中，通过由光源组201a和201b将如射到光引导装置200上的光的发射角变窄来减小光损失。作为使用多个LED的光源装置的另一个示例，如图2所示，专利文献2公开了包括光源衬底301的光源装置，该光源衬底301具有布置在平面上的多个LED 300。该光源装置包括光学元件，该光学元件具有两个棱镜片304和305以及用于支撑棱镜片304和305的棱镜体303，棱镜片304和305各自具有形成在一个表面上的棱镜列并且这些棱镜列被设置为彼此交叉。在光源装置中，来自多个LED 300的光由两个棱镜片304和305合成。专利文献专利文献I JP 2008-145510A专利文献2 JP 2009-87695A非专利文献非专利文献I :PhlatLight TM Photonic Grating LEDs for RPTV LightEngines, Christian Hoepfner、SID Symposium Digest 37,1808(2006)
技术实现思路
然而，在专利文献I中的构造中，光轴匹配构件202a到202d的二色(dichroic)反射表面上的发光面积比LED 204a到204f更大。因此，当入射到光引导装置200上的光的集光度与来自LED 204a到204f的光的集光度相比时，集光度没有改变。因此，在专利文献I中描述的构造中，从光引导装置200输出的光的集光度(其取决于LED 204a到204f的集光度)不能减小。在专利文献2中描述的构造中，平面上的多个LED的布置使得整个光源的发光面积增加，并且因此发生光源自身的集光度增加的问题。换言之，在专利文献I和2中公开的构造中，来自光源单元和光源装置的光的集光度取决于来自LED的光的集光度，因此不能减小来自光学元件的光的集光度。 本专利技术的一个目的是提供一种光学元件、包括该光学元件的光源以及投影显示装置，该光学元件能够解决现有技术的上述问题并且减小从光学元件输出的光的集光度，而不对于发光元件的集光度具有依赖性。为了实现上述目的，根据本专利技术的光学元件包括光引导体，来自发光元件的光进入其中；形成在光引导体中的载流子产生层，其中由来自光引导体的光产生载流子；堆叠到载流子产生层上的等离子体激发层，该层具有比当载流子产生层由来自发光元件激发时产生的光的频率更高的等离子体频率；堆叠到等离子体激发层上的出射层，该层将由等离子体激发层产生的表面等离子体转换为具有预定出射角的光以输出光。等离子体激发层被夹置在具有介电特性的两个层之间。等离子体激发层的入射侧部分的有效介电常数大于等离子体激发层的出射侧部分的有效介电常数，其中，入射侧部分包括堆叠在光引导体那侧的整个结构，出射侧部分包括堆叠在出射层那侧的整个结构以及与出射层接触的介质。根据本专利技术的光源装置包括本专利技术的光学元件，以及位于光引导体的外周上的光反射元件。根据本公开的投影显示装置包括本专利技术的光源装置、对从光源装置输出的光进行调制的显示元件和通过从显示元件输出的光投影出投影图像的投影光学系统。本专利技术的效果根据本专利技术，可以减小来自光学元件的光的集光度，而不对于发光元件的集光度具有依赖性。附图说明图I是根据专利文献I的构造的示例性说明图。图2是示出了根据专利文献2的构造的示例性分解立体图。图3是示意性地示出了根据第一实施例的光源装置的立体图。图4是示出了在根据第一实施例的光源装置中的光的行为的示例性截面图。图5是示例性地示出了包括在根据第一实施例的光源装置中的方向控制层的立体图。图6A是示出了在根据第一实施例的光源装置中的制造过程的示例性截面图。图6B是示出了在根据第一实施例的光源装置中的制造过程的示例性截面图。图6C是示出了在根据第一实施例的光源装置中的制造过程的示例性截面图。图6D是示出了在根据第一实施例的光源装置中的制造过程的示例性截面图。图6E是示出了在根据第一实施例的光源装置中的制造过程的示例性截面图。图6F是示出了在根据第一实施例的光源装置中的制造过程的示例性截面图。图6G是示出了在根据第一实施例的光源装置中的制造过程的示例性截面图。图7是示意性地示出了根据第二实施例的光源装置的立体图。图8A是示出了在根据第二实施例的光源装置中的微透镜阵列的形成过程的示例性截面图。图8B是示出了在根据第二实施例的光源装置中的微透镜阵列的形成过程的示例性截面图。 图9是示意性地示出了包括在根据第三实施例的光源装置中的方向控制层的立体图。图10是示意性地示出了包括在根据第四实施例的光源装置中的方向控制层的立体图。图11是示意性地示出了包括在根据第五实施例的光源装置中的方向控制层的立体图。图12是示意性地示出了包括在根据第六实施例的光源装置中的方向控制层的立体图。图13是示意性地示出了包括在根据第七实施例的光源装置中的方向控制层的立体图。图14是示意性地示出了包括在根据第八实施例的光源装置中的方向控制层的立体图。图15是示意性地示出了包括在根据第九实施例的光源装置中的方向控制层的立体图。图16是示出了根据第十实施例的光源单元的立体图。图17是示出了包括在根据第十实施例的光源单元中的用于轴对称偏振的1/2波片的结构的垂直截面图。图18A是示出了包括在根据第十实施例的光源装置中的用于轴对称偏振的1/2波片的示例性立体图。图18B是示出了包括在根据第十实施例的光源装置中的用于轴对称偏振的1/2波片的示例性立体图。图19是示出了当用于轴对称本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.03.04 JP 2010-0479441.ー种光学元件，包括 光引导体，来自发光元件的光进入所述光引导体； 形成在所述光引导体中的载流子产生层，在所述载流子产生层中由来自所述光引导体的光产生载流子； 堆叠到所述载流子产生层上的等离子体激发层，所述等离子体激发层具有比当所述载流子产生层由来自所述发光元件的光激发时产生的光的频率更高的等离子体频率；以及 堆叠到所述等离子体激发层上的出射层，所述出射层把由所述等离子体激发层产生的表面等离子体转换为具有预定出射角的光以输出所述光， 其中，所述等离子体激发层被夹置在具有介电特性的两个层之间；并且 所述等离子体激发层的入射侧部分的有效介电常数高于所述等离子体激发层的出射侧部分的有效介电常数，所述入射侧部分包括堆叠在所述光引导体那侧上的整个结构，所述出射侧部分包括堆叠在所述出射层那侧上的整个结构以及与所述出射层接触的介质。2.根据权利要求2所述的光学元件，其中 所述有效介电常数是复有效介电常数hff，并且复有效介电常数满足以下公式(1)，其中X轴和y轴是与所述等离子体激发层的界面平行的方向，z轴是与所述等离子体激发层的界面垂直的方向，《是从所述载流子产生层输出的光的角频率，e ( ,x, y, z)是在所述入射侧部分或所述出射侧部分中的电介质的介电常数分布，积分范围D是所述入射侧部分或所述出射侧部分的三维坐标的范围，kspp, z是表面等离子体的波数的z分量，并且j是虚数単位 [公式I]3.根据权利要求I或2所述的光学元件，还包括介电常数层，所述介电常数层形成为与下述至少一者相邻所述等离子体激发层的所述出射层那侧、所述等离子体激发层的光引导体那侧。4.根据权利要求3所述的光学元件，其中 所述等离子体激发层被夹置在ー对所述介电常数层之间；并且 与所述等离子体激发层的光引导体侧相邻的介电常数层的介电常数比与所述等离子体激发层的出射层侧相邻的介电常数层的介电常数更高。5.根据权利要求3或4所述的光学元件，其中，位置与所述等离子体激发层的出射层侧相邻的介电常数层是通过堆叠具有不同介电常数的多个介电常数层而形成的，这些介电常数层被布置成使介电常数从所述等离子体激发层侧向所述出射层侧变低。...
【专利技术属性】
技术研发人员：枣田昌尚，今井雅雄，斋藤悟郎，富永慎，
申请(专利权)人：日本电气株式会社，
类型：发明
国别省市：
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