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JP2000165898A - Polarization lighting device and its manufacture - Google Patents

Polarization lighting device and its manufacture

Info

Publication number
JP2000165898A
JP2000165898A JP10337165A JP33716598A JP2000165898A JP 2000165898 A JP2000165898 A JP 2000165898A JP 10337165 A JP10337165 A JP 10337165A JP 33716598 A JP33716598 A JP 33716598A JP 2000165898 A JP2000165898 A JP 2000165898A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
liquid crystal
optical element
diffractive optical
wave
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
JP10337165A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akifumi Ogiwara
昭文 荻原
Yasunori Kuratomi
靖規 藏富
Yukio Tanaka
幸生 田中
Akio Takimoto
昭雄 滝本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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 Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP10337165A priority Critical patent/JP2000165898A/en
Priority to EP99973130A priority patent/EP1146379A1/en
Priority to PCT/JP1999/006659 priority patent/WO2000033122A1/en
Priority to KR1020017004491A priority patent/KR20010085907A/en
Priority to TW088120792A priority patent/TW468351B/en
Publication of JP2000165898A publication Critical patent/JP2000165898A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Liquid Crystal (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a projector that has a display characteristic with high resolution, high luminance and high contrast by applying a diffracted optical element using a liquid crystal layer with an anisotropic refractive index to a polarization beam splitter for a reflection type light valve and combining it with a projective lens with a small F value. SOLUTION: The projector is provided at least with a light source, a diffraction optical element 102 having an anisotropic refractive index, a reflection type light valve 103, and a projection optical system 104 that projects an optical image on the light valve 103 with magnification. The diffraction optical element has a periodic structure including uniformly arranged liquid crystals and is configured to reflect a P wave component from the light source, to make the S wave component incident onto the light valve and to lead the P wave component of the light wave reflected in the light valve to the projection optical system.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、反射型ライトハ゛ルフ゛を
用いる投写型フ゜ロシ゛ェクターの照明装置及びその製造方法に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an illumination device for a projection type projector using a reflection type light bulb and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】液晶素子を用いた画像表示装置は、薄
く、軽量であるためノートパソコンのモニターや携帯情
報端末用のモニターとして幅広く用いられている。ま
た、1インチ程度の小型の液晶ライトハ゛ルフ゛の映像を拡大投
写系によって大きなスクリーンに表示する投写型フ゜ロシ゛ェクタ-
も、近年解像度や輝度の向上によって大きな市場が期待
されている。特に反射型のライトハ゛ルフ゛を用いたものは解像
度の向上に伴い画面を構成する1つの画素サイス゛が小さく
なっても画素の大部分の面積を有効利用できる。このた
め、透過型のライトハ゛ルフ゛に比べ光利用効率が高いためさら
なる解像度の向上に対しても対応可能な素子として注目
されている。これらの液晶素子の画像表示は一般に光の
偏光方向を変調することで行われるため、液晶ライトハ゛ルフ゛
の前後で光の偏光方向を特定するための偏光子、偏光ヒ゛
ームスフ゜リッタ等の光学部品が用いられる。
2. Description of the Related Art An image display device using a liquid crystal element is widely used as a monitor of a notebook personal computer or a monitor of a portable information terminal because it is thin and lightweight. Also, a projection type projector which displays an image of a small liquid crystal light half-inch of about 1 inch on a large screen by an enlarged projection system.
However, a large market is expected in recent years due to improvements in resolution and brightness. In particular, a device using a reflection type light bulb can effectively use most of the area of a pixel even if one pixel size constituting a screen is reduced with improvement in resolution. For this reason, since the light use efficiency is higher than that of a transmissive light bulb, it is attracting attention as an element capable of responding to further improvement in resolution. Since image display of these liquid crystal elements is generally performed by modulating the polarization direction of light, optical components such as a polarizer and a polarization beam splitter for specifying the polarization direction of the light before and after the liquid crystal light half are used. .

【0003】反射型のライトハ゛ルフ゛には偏光ヒ゛ームスフ゜リッタを用
いることが構成上コンハ゜クト化が可能なため有効である。こ
の偏光ヒ゛ームスフ゜リッタとしては、MgF2(屈折率:1.3
9),やTiO2(屈折率:2.30)のような屈折率
の異なる膜を透明な外部媒質に高屈折率と低屈折率の2
種類を交互に多層成膜し、それをもう一方の外部媒質で
挟み込んだ構造のものが使用される。
[0003] It is effective to use a polarization beam splitter for the reflection type light bulb because it can be made compact. As this polarization beam splitter, MgF 2 (refractive index: 1.3) is used.
9) A film having a different refractive index, such as TiO 2 (refractive index: 2.30), is formed on a transparent external medium by using a film having a high refractive index and a low refractive index.
A type having a structure in which a plurality of types are alternately formed into a multilayer film and sandwiched by another external medium is used.

【0004】この偏光ヒ゛ームスフ゜リッタの偏光分離原理は一般
にS偏光を反射し、P偏光を透過することで行われる。
P偏光については多層膜に対する入射角をフ゛リュースター角と
呼ばれる角度に設定することで理論的にはP偏光が界面
では全く反射せず、100%透過する条件を用いる。
The polarization beam splitting principle of the polarization beam splitter is generally performed by reflecting S-polarized light and transmitting P-polarized light.
With respect to the P-polarized light, by setting the incident angle with respect to the multilayer film to an angle called Frewster's angle, a condition is used in which the P-polarized light is theoretically not reflected at the interface at all, and is transmitted at 100%.

【0005】S偏光については多層膜の界面で必ず反射
が生ずる。そこで、各層の膜厚を最適化してやれば、光
の干渉効果により多層膜全体としての透過光強度を小さ
くし反射光強度を増大させることができる。従って、多
層膜を構成する全ての薄膜の厚さを最適化することによ
り、界面での反射光が強め合い、結果として多層膜全体
でのS偏光の反射光強度が大きくなる条件を用いること
ができる。
For S-polarized light, reflection always occurs at the interface of the multilayer film. Therefore, by optimizing the film thickness of each layer, it is possible to reduce the transmitted light intensity as a whole multilayer film and increase the reflected light intensity by the light interference effect. Therefore, by optimizing the thicknesses of all the thin films constituting the multilayer film, it is necessary to use a condition in which the reflected light at the interface reinforces each other, and as a result, the intensity of the S-polarized light reflected by the entire multilayer film becomes large. it can.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】投写型フ゜ロシ゛ェクターにお
いては明るい表示画面への要求が大きい。このため光利
用効率を高めることが必要であり、この有効な手段とし
ては光源からより多くの光を取り込めるよう、光学系の
F値(焦点距離/レンズ径)の小さいものが使用され
る。この時F値の小さい投写光学系を使用すると光軸方
向から角度が大きくずれた光が多くなる。このときの最
大の角度は以下の式で表される。
There is a great demand for a bright display screen in a projection type projector. For this reason, it is necessary to increase the light use efficiency. As an effective means, an optical system having a small F value (focal length / lens diameter) is used so as to take in more light from the light source. At this time, if a projection optical system having a small F-number is used, the amount of light whose angle is greatly shifted from the optical axis direction increases. The maximum angle at this time is represented by the following equation.

【0007】 (式1) θ=tan-1(1/2F) 上式においてF=3.0のレンズを用いたときの角度は9.
5°程度となる。このように光軸方向からの角度ス゛レが
大きくなると、偏光ヒ゛ームスフ゜リッタの偏光分離機能に影響す
る。つまり、S波の偏光ヒ゛ームスフ゜リッタへの入射角度が変化
する。すると光軸方向に対し多層膜の膜厚を最適化して
いるので、各層の膜厚が最適値からずれてくる。この結
果、S波の反射率が低下する。
(Equation 1) θ = tan −1 (1 / 2F) In the above equation, the angle when using a lens with F = 3.0 is 9.
It is about 5 °. When the angle shift from the optical axis direction becomes large in this way, it affects the polarization separation function of the polarization beam splitter. That is, the angle of incidence of the S wave on the polarization beam splitter changes. Then, since the film thickness of the multilayer film is optimized in the optical axis direction, the film thickness of each layer deviates from the optimum value. As a result, the reflectance of the S-wave decreases.

【0008】ライトハ゛ルフ゛上の表示画像の黒部分はS波のま
ま反射され偏光ヒ゛ームスフ゜リッタでさらに反射され、投写光学
系には入らずスクリーン上では黒表示となる。しかし、光軸
方向からずれた光線に対してはS波が完全にはゼロとな
らず透過する成分が生じる。このため本来黒表示となる
部分に光が届き、黒の浮きが大きくなる。つまり画像の
コントラストが低下するという課題が生じてくる。
[0008] The black portion of the display image on the light bulb is reflected as it is as the S wave and further reflected by the polarization beam splitter, and does not enter the projection optical system to be displayed on the screen in black. However, for a light beam deviated from the optical axis direction, there is a component that transmits the S wave instead of being completely zero. For this reason, the light reaches the portion where black display is originally performed, and the floating of black is increased. That is, a problem that the contrast of the image is reduced occurs.

【0009】本発明は、前記従来技術の課題を解決し、
高解像度でも光利用効率の大きい反射型のライトハ゛ルフ゛を用
いた投写型フ゜ロシ゛ェクターにおいて、F値の小さい高輝度型
の投写光学系の組合せに対しコントラストの低下のない偏光照
明装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art,
Provided is a polarization illuminating device and a method of manufacturing the same in which there is no decrease in contrast for a combination of a high-brightness projection optical system having a small F value in a projection type projector using a reflection type light bulb having a high light use efficiency even at a high resolution. The purpose is to do.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る偏光照明装置は、光源と屈折率異方性
を有する回折光学素子と反射型のライトハ゛ルフ゛と前記ライトハ゛ル
フ゛上の光学像を拡大投写する投写光学系を少なくとも具
備し、前記回折光学素子は一様に配列された液晶を含ん
だ周期構造が形成されおり、前記光源からのP波成分を
反射し、S波成分を前記ライトハ゛ルフ゛に入射し、ライトハ゛ルフ゛上
で反射された光波のP波成分を投写光学系へと導くよう
に構成されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a polarized light illuminating apparatus according to the present invention comprises a light source, a diffractive optical element having a refractive index anisotropy, a reflective light bulb, and an optical element on the light bulb. At least a projection optical system for enlarging and projecting an image, wherein the diffractive optical element has a periodic structure including liquid crystals arranged uniformly, reflects a P-wave component from the light source, and generates an S-wave component. The P-wave component of the light wave incident on the light bulb and reflected on the light bulb is guided to a projection optical system.

【0011】また本発明に係る偏光照明装置は、光源と
屈折率異方性を有する回折光学素子と反射型のライトハ゛ルフ゛
と前記ライトハ゛ルフ゛上の光学像を拡大投写する投写光学系を
少なくとも具備し、前記回折光学素子は一様に配列され
た液晶を含んだ周期構造が形成されおり、前記光源から
のP波成分を反射し、S波成分を前記ライトハ゛ルフ゛に入射
し、ライトハ゛ルフ゛上で反射された光波のP波成分を投写光学
系へと導くように構成されており、前記光源からの光束
を概ねR(赤)、G(緑)、B(青)に対応する波長が
異なる3つの光束に色分解し、前記波長が異なる光束に
対して異なるヒ゜ッチの周期構造を有する回折光学素子を組
み合わせることを特徴とする。
A polarized light illuminating apparatus according to the present invention comprises at least a light source, a diffractive optical element having refractive index anisotropy, a reflective light bulb, and a projection optical system for enlarging and projecting an optical image on the light bulb. The diffractive optical element has a periodic structure including liquid crystals uniformly arranged, reflects a P-wave component from the light source, enters an S-wave component into the light bulb, and reflects it on the light bulb. The light wave from the light source is guided to a projection optical system, and the light beam from the light source is divided into three light beams having different wavelengths substantially corresponding to R (red), G (green), and B (blue). It is characterized in that a diffractive optical element which separates the light into light beams and has a periodic structure of different switches for the light beams having different wavelengths is combined.

【0012】また上記構成において、前記回折光学素子
は屈折率異方性を有する液晶を用いて周期構造が形成さ
れており、入射光の1方向の偏波成分(P波もしくはS
波)に対し前記周期構造に対応した屈折率分布を生じ、
この屈折率差により光の回折を生じ且つ前記入射光に対
し概ね直交する成分(S波もしくはP波)に対しては優
先的に直進する機能を有していることが望ましい。
In the above structure, the diffractive optical element has a periodic structure formed by using a liquid crystal having a refractive index anisotropy, and a polarization component (P wave or S wave) of incident light in one direction.
Wave) produces a refractive index distribution corresponding to the periodic structure,
It is desirable to have a function of causing light diffraction due to this refractive index difference and preferentially proceeding straight ahead with respect to a component (S wave or P wave) substantially orthogonal to the incident light.

【0013】また上記構成において、前記回折光学素子
の周期構造が屈折率異方性を有する液晶の光軸の傾斜に
より形成されていることが望ましい。
In the above structure, it is desirable that the periodic structure of the diffractive optical element is formed by the inclination of the optical axis of the liquid crystal having the refractive index anisotropy.

【0014】また本発明に係る偏光照明装置の製造方法
は、透明絶縁性基板で挟まれた領域に液晶と高分子を含
む光学媒体が封入された構造を有する偏光照明装置に用
いられる回折光学素子の製造方法であって、前記光学媒
体上にレーサ゛光の2光束干渉により形成された周期的な強
度分布に対応する明部と暗部からなる干渉縞を生ぜし
め、干渉縞の明部に属する領域の高分子が初期に硬化し
始め、偏波成分に依存しない周期構造を形成する第1の
初期工程と前記硬化した高分子層に対し液晶分子が概ね
一様に傾斜して配向し、概ねP波成分のみを回折するよ
うに周期構造が形成される第2の工程を経て周期構造が
完成されることを特徴とする。
The method for manufacturing a polarized light illuminating device according to the present invention is directed to a diffractive optical element used in a polarized light illuminating device having a structure in which an optical medium containing a liquid crystal and a polymer is sealed in a region sandwiched between transparent insulating substrates. Producing an interference fringe consisting of a bright portion and a dark portion corresponding to a periodic intensity distribution formed by two-beam interference of a laser beam on the optical medium, the region belonging to the bright portion of the interference fringe. The liquid crystal molecules begin to cure at an early stage, and the liquid crystal molecules are oriented with a substantially uniform inclination with respect to the cured polymer layer in the first initial step of forming a periodic structure independent of the polarization component. The periodic structure is completed through a second step of forming the periodic structure so as to diffract only the wave component.

【0015】また上記構成において、前記光学媒体は光
重合開始剤及びレーサ゛光の波長を吸収するための色素を含
むことが望ましい。
In the above structure, it is preferable that the optical medium contains a photopolymerization initiator and a dye for absorbing the wavelength of laser light.

【0016】また本発明に係る偏光照明装置の製造方法
は、透明絶縁性基板上に高分子からなる配向処理が施さ
れた薄膜を形成し、前記薄膜上に光または熱硬化型の液
晶層を一様に配向させた後硬化させる第1の工程と、前
記液晶層上に高分子薄膜を形成した後光または熱硬化型
の液晶層を前記液晶層の液晶分子方向に対し概ね直交す
る方向となるように形成する第2の工程からなり、第1
と第2の工程を連続して複数回繰り返して行うことによ
り屈折率異方性を有する周期構造を形成することを特徴
とする。
Further, in the manufacturing method of the polarized light illuminating device according to the present invention, a thin film which has been subjected to an alignment treatment made of a polymer is formed on a transparent insulating substrate, and a light or thermosetting liquid crystal layer is formed on the thin film. A first step of uniformly curing and then curing, and after forming a polymer thin film on the liquid crystal layer, a light or thermosetting liquid crystal layer is formed in a direction substantially orthogonal to the liquid crystal molecule direction of the liquid crystal layer. And a second step of forming
And a second step are continuously and repeatedly performed to form a periodic structure having refractive index anisotropy.

【0017】また本発明に係る偏光照明装置の製造方法
は、透明絶縁性基板上に高分子からなる配向処理が施さ
れた薄膜を形成し、前記薄膜上に光または熱硬化型の液
晶層を一様に配向させた後、硬化させる工程を複数回繰
り返して周期構造を形成する製造方法であって、前記液
晶層の常光屈折率は概ね等しく異常光屈折率が異なる液
晶層を交互に積層して周期構造を形成することを特徴と
する。
Further, in the manufacturing method of the polarized light illuminating device according to the present invention, a thin film which has been subjected to an alignment treatment made of a polymer is formed on a transparent insulating substrate, and a light or thermosetting liquid crystal layer is formed on the thin film. After uniformly aligning, a manufacturing method of forming a periodic structure by repeating the curing step a plurality of times, wherein the ordinary light refractive index of the liquid crystal layer is approximately equal and the extraordinary light refractive index is alternately laminated with different liquid crystal layers. To form a periodic structure.

【0018】また上記構成において、前記回折光学素子
が一様に配列された液晶を含んで構成され、且つ光重合
性モノマーまたは光架橋可能液晶ポリマーが添加され、
紫外領域の光照射に対し、液晶の分子軸の方向が固定化
されることが望ましい。
In the above-mentioned structure, the diffractive optical element is constituted to include liquid crystals arranged uniformly, and a photopolymerizable monomer or a photo-crosslinkable liquid crystal polymer is added.
It is desirable that the direction of the molecular axis of the liquid crystal be fixed with respect to the irradiation of light in the ultraviolet region.

【0019】また上記構成において、前記液晶の硬化工
程は、それぞれ不活性カ゛ス雰囲気中で行われることが望
ましい。
In the above structure, it is preferable that the step of curing the liquid crystal is performed in an inert gas atmosphere.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0021】(実施の形態1)図1に本発明の実施の形
態1で構成した回折光学素子を用いた投写型フ゜ロシ゛ェクター
用偏光照明装置の概略を示す。光源101は蛍光ラン
プ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、水銀ラン
プ、LED、FED、レーザ光、無機または有機EL素
子等が利用できる。光源101からの光は、光源のリフ
レクタにより略平行光として出射し、紙面に平行な方向
に偏光方向を有する(ここでP波105として定義す
る)光と紙面に垂直な方向に偏光方向を有する(ここで
S波106として定義する)光を含んで構成されてい
る。
(Embodiment 1) FIG. 1 schematically shows a polarization illuminating apparatus for a projection type projector using a diffractive optical element constituted in Embodiment 1 of the present invention. As the light source 101, a fluorescent lamp, a xenon lamp, a metal halide lamp, a mercury lamp, an LED, an FED, a laser beam, an inorganic or organic EL element, or the like can be used. Light from the light source 101 is emitted as substantially parallel light by a reflector of the light source, and has a polarization direction in a direction parallel to the plane of the paper (defined as a P wave 105 here) and a polarization direction in a direction perpendicular to the plane of the paper. It is configured to include light (defined here as S wave 106).

【0022】これらの光が回折光学素子102に入射す
ると以下のような作用を生ずる。回折光学素子102は
屈折率異方性を有する光学媒体を用いて形成されてお
り、厚さが10μm程度と厚いため、屈折率分布が厚さ
方向にも周期的に分布している。このため、偏光方向に
より回折作用が異なり、また回折作用としては1方向に
高い回折効率を示す特性を有する。
When these lights are incident on the diffractive optical element 102, the following effects occur. The diffractive optical element 102 is formed using an optical medium having refractive index anisotropy, and has a thickness of about 10 μm, so that the refractive index distribution is periodically distributed also in the thickness direction. For this reason, the diffractive action differs depending on the polarization direction, and the diffractive action has a characteristic of exhibiting high diffraction efficiency in one direction.

【0023】回折光学素子102に入射した光の内、P
波105は異常光成分として働くため、前記素子内に形
成された周期構造の屈折率分布により変調され、図1で
示す回折光学素子102の紙面の下方に進行方向が曲げ
られて出射する。このため、ライトハ゛ルフ゛103にはほとん
ど入射しないことになる。
Of the light incident on the diffractive optical element 102, P
Since the wave 105 acts as an extraordinary light component, the wave 105 is modulated by the refractive index distribution of the periodic structure formed in the element, and is emitted with its traveling direction bent below the plane of the diffractive optical element 102 shown in FIG. For this reason, almost no light enters the light valve 103.

【0024】一方、S波106は回折光学素子102に
対して常光成分として作用するため、回折格子102に
対して周期構造からなる屈折率分布の影響を受けず、等
方的な均一な屈折率の媒体を通過する時と同様の特性を
示す。このため、S波106は回折光学素子102をそ
のまま通過することになる。従って、回折光学素子10
2を通過した後、偏光方向が揃ったS波106のみがライ
トハ゛ルフ゛103に入射する。
On the other hand, since the S-wave 106 acts on the diffractive optical element 102 as an ordinary light component, the S-wave 106 is not affected by the refractive index distribution having a periodic structure, but isotropically uniform in the refractive index. Exhibit the same characteristics as when passing through a medium. For this reason, the S wave 106 passes through the diffractive optical element 102 as it is. Therefore, the diffractive optical element 10
After passing through the light 2, only the S wave 106 having the same polarization direction is incident on the light valve 103.

【0025】ここでは、ライトハ゛ルフ゛103としては、ツイ
ストネマティック液晶またはホメオトロヒ゜ックタイフ゜のVAモート゛
液晶素子等が利用できる。ライトハ゛ルフ゛をに入射したS波1
06はライトハ゛ルフ゛により反射され、その表示画面に対応し
てP波とS波の混在した光波となる。表示画面の黒に対
応する画素では光の変調作用を受けずS波のまま反射さ
れ、白または中間の明るさでは印加された電界に対応し
て光が変調されP波成分を含む光波となって出射する。
Here, as the light valve 103, a twisted nematic liquid crystal or a VA mode liquid crystal element of a homeotropic type can be used. S-wave 1 incident on Light Hall
06 is reflected by the light bulb, and becomes a light wave in which a P wave and an S wave are mixed corresponding to the display screen. Pixels corresponding to black on the display screen are not subjected to light modulation and are reflected as S-waves. At white or intermediate brightness, light is modulated according to the applied electric field to become light waves containing P-wave components. Out.

【0026】つまり液晶素子を通過した後、通過位置に
対応した画素の電界の有無により光の偏光方向が異なる
ことになる。これらの光は再び回折光学素子102に入
射する。ここで回折光学素子102に対し先に説明した
ようにS波106の成分はそのまま通過し、P波105
の成分は回折光学素子102によって反射され投写レン
ズ104に導かれこのレンズにより拡大されてスクリーン上
に映し出されることになる。ここでツイストネマティッ
ク液晶VAモート゛液晶を例として説明を行ったがライトハ゛ルフ゛
103としては電界の極性により液晶分子の配列の方向
が異なる強誘電性液晶や反強誘電液晶等の利用も可能で
ある。
That is, after passing through the liquid crystal element, the polarization direction of light differs depending on the presence or absence of the electric field of the pixel corresponding to the passing position. These lights enter the diffractive optical element 102 again. Here, as described above, the component of the S wave 106 passes through the diffractive optical element 102 as it is, and the P wave 105
Is reflected by the diffractive optical element 102, guided to the projection lens 104, expanded by this lens, and projected on the screen. Here, the twist nematic liquid crystal VA mode liquid crystal has been described as an example. However, as the light bulb 103, a ferroelectric liquid crystal or an antiferroelectric liquid crystal in which the direction of arrangement of liquid crystal molecules differs depending on the polarity of an electric field can be used.

【0027】次に本発明の回折光学素子102に光波が
入射したときの作用について図2を用いて詳しく説明す
る。図2に回折光学素子102の内部構成の断面図を示
す。回折光学素子102は屈折率異方性を有する光学媒
体により構成されている。
Next, the operation when a light wave enters the diffractive optical element 102 of the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view of the internal configuration of the diffractive optical element 102. The diffractive optical element 102 is made of an optical medium having a refractive index anisotropy.

【0028】この素子内部は光の入射する表面から、厚
さ方向に対し周期的な層構造を有している。そして、隣
合う層間では屈折率異方性を有する光学媒体の光軸の傾
きが、1つは回折光学素子102の表面に平行となるよ
うに配列しており、もう1つは表面に対して垂直方向に
配列している。
The inside of the device has a periodic layer structure in the thickness direction from the surface on which light enters. Then, the inclination of the optical axis of the optical medium having the refractive index anisotropy between adjacent layers is arranged such that one is parallel to the surface of the diffractive optical element 102 and the other is with respect to the surface. They are arranged vertically.

【0029】今、屈折率異方性を有する光学媒体に光が
入射する場合を考える。光学媒体の光軸と偏光方向が平
行な光が入射した場合は異常光線となるため、屈折率と
してはNeの値を示す。また、光学媒体の光軸と偏光方
向が垂直となる場合は常光線となり、Noの屈折率を示
すことになる。ここで、Ne>Noである。
Now, consider a case where light is incident on an optical medium having refractive index anisotropy. When light whose polarization direction is parallel to the optical axis of the optical medium is incident, the light becomes an extraordinary ray, and thus the refractive index indicates a value of Ne. Further, when the polarization direction is perpendicular to the optical axis of the optical medium, it becomes an ordinary ray and shows a refractive index of No. Here, Ne> No.

【0030】次に、図2に示す回折光学素子102にお
いて、紙面に対して垂直方向に偏光方向を有する光を常
光線S波106とし、紙面と平行方向に偏光方向を有す
る光を異常光線P波105として、これらの光が回折光
学素子102に入射したときの振る舞いについて考え
る。まず、常光線が入射した場合、各層を構成する光学
媒体の光軸に対し偏光方向はどの場合も垂直となる。こ
のため、各層間での光軸の向きに関係なく、各層での屈
折率はNoとなる。つまり、屈折率がNoの一様な媒体
が存在するのと等しいため、これに入射する常光線は回
折の作用を受けず、図2に図示したようにそのまま透過
することになる。
Next, in the diffractive optical element 102 shown in FIG. 2, light having a polarization direction perpendicular to the paper surface is defined as an ordinary ray S-wave 106, and light having a polarization direction parallel to the paper surface is regarded as an extraordinary ray P. The behavior when these lights enter the diffractive optical element 102 as the wave 105 will be considered. First, when an ordinary ray is incident, the polarization direction is perpendicular to the optical axis of the optical medium constituting each layer in any case. For this reason, the refractive index of each layer is No, regardless of the direction of the optical axis between the layers. That is, since a medium having a uniform refractive index of No is present, the ordinary ray incident on the medium is not affected by diffraction and is transmitted as it is as shown in FIG.

【0031】次に異常光線が入射する場合について考え
る。屈折率異方性を有する光学媒体の光軸が入射面と平
行に配列している層においては、入射光の偏光方向が光
軸と平行となる。このため、Neの屈折率を有する層を
通過する場合に相当する。
Next, a case where an extraordinary ray is incident will be considered. In a layer in which the optical axis of the optical medium having the refractive index anisotropy is arranged parallel to the incident surface, the polarization direction of the incident light is parallel to the optical axis. This corresponds to the case where the light passes through a layer having a refractive index of Ne.

【0032】また、回折光学素子102の入射面に対し
光学媒体の光軸が垂直方向である層に対しては、偏光方
向が光軸と垂直の場合に相当するので、この層はNoの
屈折率を有するものとして取り扱われる。
For a layer in which the optical axis of the optical medium is perpendicular to the incident surface of the diffractive optical element 102, this corresponds to the case where the polarization direction is perpendicular to the optical axis. Treated as having a rate.

【0033】従って、異常光線に対しては回折光学素子
102は、その入射光の進行方向である厚さ方向におい
て屈折率が周期的に異なる複数の層を通過することにな
る。この結果、入射光線はこの層の周期ヒ゜ッチに対応する
特定の方向に光が集光される、いわゆるブラッグの回折
作用を受けることになる。図2に示したように異常光線
は回折光学素子102の素子の内部に形成された層構造
によって反射され紙面右上方に光路を変化することにな
る。
Therefore, the diffractive optical element 102 for an extraordinary ray passes through a plurality of layers having different refractive indexes periodically in the thickness direction which is the traveling direction of the incident light. As a result, the incident light beam is subjected to a so-called Bragg diffraction effect, in which the light is focused in a specific direction corresponding to the periodic switch of this layer. As shown in FIG. 2, the extraordinary ray is reflected by the layer structure formed inside the element of the diffractive optical element 102 and changes its optical path to the upper right of the paper.

【0034】図2で示すような厚さ方向に周期構造を有
するように構成することで、ブラッグの回折条件が適用
されることになる。これは、ある波長を有する光が周期
構造を形成する各層に入射した場合、各層で散乱された
光はその波長と入射角度及び層間のヒ゜ッチに対応する特定
方向に散乱成分が強め合う現象を生じる。これが、ブラ
ッグの回折条件と呼ばれるものであり、このような条件
は従来の2次元的な回折光学素子に対し、3次元的な構
成となり、ブレーズ化(1つの方向に光を収束する)の
作用を有することになる。
By having a structure having a periodic structure in the thickness direction as shown in FIG. 2, the Bragg diffraction condition is applied. This is because when light having a certain wavelength enters each layer forming the periodic structure, the light scattered in each layer causes a phenomenon in which the scattered component strengthens in a specific direction corresponding to the wavelength, the incident angle, and the switch between the layers. . This is what is called Bragg's diffraction condition. Such a condition results in a three-dimensional configuration for a conventional two-dimensional diffractive optical element, and the effect of blazing (focusing light in one direction) is obtained. Will have.

【0035】従って、従来の回折光学素子に対し、回折
効率を飛躍的に向上することができ理論的には100%
の効率が可能である。
Therefore, the diffraction efficiency can be dramatically improved as compared with the conventional diffractive optical element, and theoretically 100%
Efficiency is possible.

【0036】このような理論的な回折効率の計算結果は
H.Kogelnik、(BellSyst. Tec
h. J.,48,1969,P.2909−294
7)の解析に開示されている。
The calculation result of such a theoretical diffraction efficiency is described in H.-J. Kogelnik, (BellSys. Tec.)
h. J. , 48, 1969, p. 2909-294
It is disclosed in the analysis of 7).

【0037】また、図2の構成において入射面に対し分
子が垂直立っている層は液晶ではなく屈折率1.5程度
を有する高分子媒体によって置き換えることも可能であ
る。
In the structure shown in FIG. 2, the layer in which the molecules are perpendicular to the plane of incidence can be replaced by a polymer medium having a refractive index of about 1.5 instead of liquid crystal.

【0038】(実施の形態2)図3に色分解、色合成系
を備えたカラーでの画像表示が可能な投写型表示装置の
一例を示す。これは反射型のライトバルブに対して適用
されるものである。
(Embodiment 2) FIG. 3 shows an example of a projection type display device capable of displaying images in color provided with a color separation and color synthesis system. This is applied to a reflection type light valve.

【0039】図の(a)で示している部分が2階部分の
光源からの光をR(赤)、G(緑)、B(青)の各波長
の光に分解する色分解系を示す。また、(b)は2階部
分の色分解系から導かれた各波長の光がライトバルブを
通過した後、再び色合成が行われる色合成系を示し、1
階部分に配置される。(a)と(b)で示す2階部分と
1階部分が上下に重ね合わされて投写型表示装置が構成
される。
The portion indicated by (a) in the figure shows a color separation system that separates light from the light source on the second floor into light of each wavelength of R (red), G (green), and B (blue). . (B) shows a color synthesis system in which light of each wavelength guided from the color separation system of the second floor portion passes through the light valve and then performs color synthesis again.
Located on the floor. The second-floor part and the first-floor part shown in (a) and (b) are vertically overlapped to constitute a projection display device.

【0040】この反射型システムについて更に詳しく説
明する。光源101から出射された光束は第1レンス゛群と
第2レンス゛群からなるインテグレータ301を通過し、光
束の面内での均一性が保たれてダイクロイックプリズム
303に入射する。
The reflection type system will be described in more detail. The light beam emitted from the light source 101 passes through an integrator 301 composed of a first lens group and a second lens group, and enters the dichroic prism 303 while maintaining the uniformity of the light beam in the plane.

【0041】このダイクロイックプリズム303では各
帯域の波長フィルターが内部に形成された構成となって
いる。このため、光源からの白色光は前記波長フィルタ
−に対応して、色の三原色であるR、G、Bの各波長に
対応した光に分解される。そして、図の中で矢印で示さ
れた方向に例えばR、G、Bの光がそれぞれ分解されて
出射する。これは三枚構成のダイクロイックミラーと同
様の機能を有するがプリズム構成のため、広い空間を使
用することなく色の分解が可能であるため、コンパクト
なシステムを構成することができる。また、ダイクロイ
ックプリズムと概ね等しい構成のダイクロイックミラー
を用いることも可能である。
The dichroic prism 303 has a configuration in which a wavelength filter for each band is formed inside. For this reason, the white light from the light source is decomposed into light corresponding to each of the three primary colors R, G and B corresponding to the wavelength filter. Then, for example, R, G, and B lights are respectively decomposed and emitted in directions indicated by arrows in the drawing. This has the same function as the three-piece dichroic mirror, but because of the prism configuration, it is possible to separate colors without using a large space, so that a compact system can be configured. It is also possible to use a dichroic mirror having substantially the same configuration as the dichroic prism.

【0042】次に3つの方向に出射された光は全反射ミ
ラー305〜307により反射され下側方向である1階
部分へ導かれる。そして、これらの3つの光は回折光学
素子308〜310に入射し、S偏光成分がそのまま透
過して反射型ライトハ゛ルフ゛311〜313に入射する。ここ
で説明を簡単にするためライトハ゛ルフ゛を偏光ヒ゛ームスフ゜リッタの横
方向に表示しているが実際は偏光ヒ゛ームスフ゜リッタ308〜3
10の紙面裏側に置かれる。反射型ライトハ゛ルフ゛311〜3
13で反射された光波は偏光ヒ゛ームスフ゜リッタに再び入射し、
P波成分が反射されてタ゛イクロイックフ゜リス゛ム304に入射す
る。
Next, the light emitted in the three directions is reflected by the total reflection mirrors 305 to 307 and guided to the lower first floor. Then, these three lights are incident on the diffractive optical elements 308 to 310, and the S-polarized light component is transmitted as it is and is incident on the reflection type light valves 311 to 313. Here, for the sake of simplicity, the light bulb is displayed in the horizontal direction of the polarization beam splitter, but actually, the polarization beam splitters 308 to 3 are actually displayed.
It is placed on the back side of the paper. Reflective light bulbs 311-3
The light wave reflected by 13 re-enters the polarization beam splitter,
The P-wave component is reflected and enters the dichroic stream 304.

【0043】このタ゛イクロイックフ゜リス゛ム304は前記タ゛イクロイック
フ゜リス゛ム303と逆の機能を有し、R、G、Bそれぞれ分
かれて入射した光の色合成を行い、投写レンス゛104の方
向に色合成が行なわれた1方向に進行する光として出射
させる。投写レンス゛104を通過した後の光はスクリーン
302上に拡大された画像として表示される。
The dichroic frame 304 has a function opposite to that of the dichroic frame 303, and performs color synthesis of the R, G, and B divided light components, and performs color synthesis in the direction of the projection lens 104. It is emitted as light traveling in the direction. The light after passing through the projection lens # 104 is displayed as an enlarged image on the screen 302.

【0044】図3に示すように回折光学素子308〜3
10はタ゛イクロイックフ゜リス゛ム303によってR、G、Bの波長
に色分解されたそれぞれの光波にたいして適用される。
従って実施の形態1で説明したようにそれぞれの光波に
対して回折の効果を高める必要がある。このためには各
波長に対して最適化した周期ヒ゜ッチが形成された回折光学
素子をそれぞれ個別に3つ用いるのがよい。
As shown in FIG. 3, the diffractive optical elements 308 to 3
Numeral 10 is applied to each light wave that has been separated into R, G, and B wavelengths by a dichroic stream 303.
Therefore, as described in the first embodiment, it is necessary to enhance the effect of diffraction for each light wave. For this purpose, it is preferable to use three diffractive optical elements each having a periodic switch optimized for each wavelength.

【0045】後の製造方法において詳しく述べるがR、
G、Bと短波長になるにつれ屈折率分布の周期構造ヒ゜ッチ
を小さくなるように形成することで回折光学素子308
〜310の回折効率の最適化を図ることができる。実
際、図3に示すシステムにおいても回折光学素子308
〜310において異なる周期構造が形成されたものを使
用した。
As will be described in detail in a later manufacturing method, R,
The diffraction optical element 308 is formed by forming the periodic structure switch of the refractive index distribution to be smaller as the wavelength becomes shorter as G and B.
310310 can be optimized for diffraction efficiency. In fact, even in the system shown in FIG.
In each of Examples No. to No. 310, a different periodic structure was used.

【0046】(実施の形態3)次に本発明の回折光学素
子の作製過程について図4を用いて説明する。まず、干
渉縞を露光するための光源としては、例えば、Arレーサ゛
からの515nm前後の波長の出射光が利用できる。こ
れをビームエキスパンダ等によって直径30mm〜50
mm程度のビームに広げた後、ビームスプリッタ等によ
り2方向に分割し、ミラー等を組み合わせて構成するこ
とで回折光学素子上に照射する干渉縞の構造を形成す
る。
(Embodiment 3) Next, a manufacturing process of the diffractive optical element of the present invention will be described with reference to FIG. First, as a light source for exposing the interference fringes, for example, outgoing light having a wavelength of about 515 nm from an Ar laser can be used. The diameter is 30 mm to 50 mm using a beam expander or the like.
After the beam is spread to a beam of about mm, the beam is split in two directions by a beam splitter or the like, and a structure of an interference fringe to be irradiated on the diffractive optical element is formed by combining the mirror and the like.

【0047】次に回折光学素子の作製プロセスについて
説明する。ガラス基板をタ゛ストを除去するために洗浄した
後、このガラス基板上に液晶と高分子の混合した光学媒
体をスハ゜チュラ等で滴下し、この上にもう1枚のガラス基板
を上方から張り合わせ2枚のガラス基板の間隙に光学媒
体が封入されたセルを作製した。
Next, a manufacturing process of the diffractive optical element will be described. After washing the glass substrate to remove the dust, an optical medium in which a liquid crystal and a polymer are mixed is dropped on the glass substrate with a stapler or the like, and another glass substrate is adhered onto the glass substrate from above, and two glass substrates are laminated from above. A cell in which an optical medium was sealed in a gap between glass substrates was manufactured.

【0048】光学媒体としてはネマティック液晶、高分子材料
としてはモノマーやオリコ゛マーの混合物である。具体的には、Ph
enylglycidil ether acrylate hexamethylene diisocya
nateurethane prepolymer,2-Hydroxyethyl Methacrylat
e,Dimethylol tricyclodecane diacrylate等が利用でき
る。今回使用した液晶は正の誘電異方性を有するもので
あるが、負の誘電異方性を有するものを使用することも
可能である。光重合開始剤としてN-Phenylglycine、ま
た515nm付近のレーサ゛波長の光を吸収するための色素とし
てDibromofluoresceine等を添加してもよい。また、セル
のキ゛ャッフ゜の均一性を保つため10μm径程度のヒ゛ース゛を
添加してもよい。
The optical medium is a nematic liquid crystal, and the polymer material is a mixture of a monomer and an oligomer. Specifically, Ph
enylglycidil ether acrylate hexamethylene diisocya
nateurethane prepolymer, 2-Hydroxyethyl Methacrylat
e, Dimethylol tricyclodecane diacrylate and the like can be used. Although the liquid crystal used this time has a positive dielectric anisotropy, it is also possible to use a liquid crystal having a negative dielectric anisotropy. N-Phenylglycine may be added as a photopolymerization initiator, and Dibromofluoresceine or the like may be added as a dye for absorbing light having a laser wavelength around 515 nm. Further, in order to maintain the uniformity of the cell cap, a paste having a diameter of about 10 μm may be added.

【0049】以上のようにして作製した液晶サンフ゜ルに対
し、先に述べたArレーザを用いて干渉縞の露光を行っ
た。まず光学系の作製位置に回折光学素子102をセッ
ティングした。また、シャッタにより露光時間を調節し
た。ミラーを調整することで、サンフ゜ル位置には、1μmヒ
゜ッチ程度の干渉縞が形成されるように調整した。この時
のArレーサ゛の照射強度は50mW〜100mW程度であ
った。
The liquid crystal sample prepared as described above was exposed to interference fringes using the above-described Ar laser. First, the diffractive optical element 102 was set at the position where the optical system was manufactured. The exposure time was adjusted by a shutter. The mirror was adjusted so that interference fringes of about 1 μm pitch were formed at the sample position. The irradiation intensity of the Ar laser at this time was about 50 mW to 100 mW.

【0050】ここでサンフ゜ル位置に形成される干渉縞のヒ゜ッ
チとレーサ゛の波長との関係について考える。サンフ゜ル上に形成
される干渉縞のヒ゜ッチは2光束の交角が大きいほどまたレー
サ゛波長が短いほど小さくなる。これは以下の式で表すこ
とができる。
Here, the relationship between the pitch of the interference fringes formed at the sample position and the wavelength of the laser will be considered. The pitch of the interference fringes formed on the sample becomes smaller as the intersection angle of the two light beams becomes larger and as the laser wavelength becomes shorter. This can be represented by the following equation:

【0051】 (式2) ヒ゜ッチ:P=λ/2sinθ ;λ レーサ゛波長、θ 交角 従って、実施の形態2で述べたようにR、G、Bの光に
対して回折の効果を高めるためには短波長になるにつれ
周期構造をレーサ゛での周期構造形成時と対応させて小さく
することが必要である。
(Equation 2) Pitch: P = λ / 2 sin θ; λ Racer ゛ wavelength, θ intersection angle Therefore, as described in the second embodiment, in order to enhance the effect of diffraction for R, G, and B light. As the wavelength becomes shorter, it is necessary to make the periodic structure smaller in correspondence with the time when the periodic structure is formed by the laser.

【0052】次に液晶サンフ゜ルに対してレーサ゛により干渉縞
を形成するプロセスについて詳しく説明する。
Next, the process of forming interference fringes on the liquid crystal sample by the laser will be described in detail.

【0053】まず、シャッタを閉じて光照射が無い状態
で、液晶サンフ゜ルをセッティングする。そして、シャッタ
を所定の時間、ここでは5分間程度開放した後閉じる。
図4に示すように、この過程により初期段階として液晶
サンフ゜ルにはレーサ゛の2光束の干渉により形成されている干
渉縞の強度の高い明部に属する領域において高分子材料
の硬化が開始する。この過程で周期的な高分子の柱が形
成されることになる。また、同時に液晶材料はレーサ゛露光
により硬化反応が生じないので硬化された高分子の領域
から押し出され、レーサ゛の強度の弱い暗部の領域に集まる
ようになる。つまり高分子と液晶の周期的な密度分布が
生じる相分離の現象が起こる。これが第1の工程であ
る。
First, the liquid crystal sample is set with the shutter closed and no light irradiation. Then, the shutter is opened for a predetermined time, here about 5 minutes, and then closed.
As shown in FIG. 4, as a result of this process, as an initial stage, the liquid crystal sample starts to cure the polymer material in a region belonging to a bright portion where the intensity of interference fringes formed by interference of two light beams of the laser. In this process, periodic polymer columns are formed. At the same time, the liquid crystal material is extruded from the cured polymer region because the curing reaction does not occur due to the laser exposure, and gathers in the dark region where the laser intensity is low. That is, a phase separation phenomenon occurs in which a periodic density distribution between the polymer and the liquid crystal occurs. This is the first step.

【0054】次の第2の工程としては暗部に集まった液
晶分子が最初に硬化した高分子の柱に対して図4の
[2]で示すように分子が立つ方向に巨視的に配向す
る。従って液晶分子が並んだ層と高分子密度の多い層が
交互に周期的に形成される。高分子の屈折率は一般に
1.5程度であり、通常よく用いられるネマティック液晶の常
光屈折率Noと概ね等しい。このため、入射光の常光線
に対しては液晶の屈折率はNoであり高分子部分の屈折
率もNo程度となる。
In the next second step, the liquid crystal molecules gathered in the dark part are macroscopically aligned in the direction in which the molecules stand as shown in FIG. Therefore, a layer in which liquid crystal molecules are arranged and a layer having a high polymer density are alternately and periodically formed. The refractive index of the polymer is generally about 1.5, which is almost equal to the ordinary light refractive index No of the nematic liquid crystal that is often used. Therefore, the refractive index of the liquid crystal is No for the ordinary ray of the incident light, and the refractive index of the polymer portion is also about No.

【0055】このため、このとき回折光学素子は等方媒
体と見なされるため入射した光はそのまま通過する。図
2のS波106が入射した場合に相当する。
At this time, since the diffractive optical element is regarded as an isotropic medium, the incident light passes therethrough. This corresponds to the case where the S-wave 106 of FIG. 2 is incident.

【0056】一方、異常光線に対しては液晶の屈折率は
液晶分子が高分子層に対して垂直の方向に並んでいるた
め屈折率がNeとなり、高分子層は屈折率異方性を有し
ないのでNoのままである。したがって、液晶層と高分
子層で屈折率が異なる周期構造を生じることになる。こ
れは、図2で説明したP波105が入射した場合と同様
であるため、異常光線はこの屈折率分布に対応して特定
方向に回折される。
On the other hand, with respect to extraordinary rays, the refractive index of the liquid crystal becomes Ne because the liquid crystal molecules are arranged in a direction perpendicular to the polymer layer, and the polymer layer has a refractive index anisotropy. No, it remains No. Therefore, a periodic structure having different refractive indices between the liquid crystal layer and the polymer layer is generated. Since this is the same as the case where the P-wave 105 described in FIG. 2 is incident, the extraordinary ray is diffracted in a specific direction corresponding to this refractive index distribution.

【0057】図4では説明を簡単にするため横方向に周
期構造が並んだ図で説明したがレーサ゛光の強度分布はセルの
厚さ方向に分布させることも可能であるため、図2のよ
うな縦方向に周期構造が形成されたようなハ゜ターンを作る
ことも可能である。
In FIG. 4, for the sake of simplicity, a description has been given of a diagram in which periodic structures are arranged in the horizontal direction. However, since the intensity distribution of the laser beam can be distributed in the thickness direction of the cell, as shown in FIG. It is also possible to make a pattern in which a periodic structure is formed in a vertical direction.

【0058】図5は上記、第1と第2の工程の時間的な
経過を詳しく説明したものである。これは、図4のレーサ゛
の干渉露光中の周期構造の形成過程を観察するため、63
3nmのHe-Neレーサ゛をモニター光として液晶サンプルに入射しこ
の回折強度の時間的な変化を示したものである。この波
長のレーサ゛光は光強度も弱く液晶サンプルの吸収帯から外
れているため格子形成に対し影響を与えることはない。
FIG. 5 explains in detail the time course of the first and second steps. This is because the observation of the formation process of the periodic structure during the interference exposure of the laser shown in FIG.
A 3 nm He-Ne laser is incident on a liquid crystal sample as monitor light, and shows the temporal change of the diffraction intensity. Since the laser light of this wavelength has a low light intensity and is out of the absorption band of the liquid crystal sample, it does not affect the grating formation.

【0059】図5の(a)は偏光子によってS偏光の光
波を入射した場合であり、(b)はP偏光を入射した場
合である。これらの図を見るとわかるように回折強度の
変化は大きく2つの段階があることがわかる。つまり、
時間的な回折強度の増加が小さく入射する偏光方向にほ
とんど依存しない部分と入射するP波に対してのみ回折
強度が急激に増加する部分である。
FIG. 5A shows a case where an S-polarized light wave is incident by a polarizer, and FIG. 5B shows a case where a P-polarized light is incident. As can be seen from these figures, the change in the diffraction intensity is large and has two stages. That is,
There is a portion where the increase in diffraction intensity with time is small and hardly depends on the incident polarization direction, and a portion where the diffraction intensity sharply increases only for the incident P wave.

【0060】回折強度の値は液晶サンプル内に周期構造
が形成される過程に対応すると考えられるため回折強度
の時間的な変化から内部の形成過程を推察することがで
きる。つまり、最初の回折強度が緩やかに増加する第1
の工程は図4で示したように高分子が硬化し柱が形成さ
れ液晶と高分子の密度分布が生じる過程である。この過
程では、高分子と液晶との密度分布が形成されるため、
液晶の密度が多い部分では平均的に高分子層に比べ平均
値が高くなり周期的な屈折率分布が生じ回折の現象が生
じることになる。この段階では液晶の配向は形成されて
いないため、入射する偏波方向に対する依存性は生じて
いない。
Since the value of the diffraction intensity is considered to correspond to the process of forming the periodic structure in the liquid crystal sample, the internal formation process can be inferred from the temporal change of the diffraction intensity. In other words, the first diffraction intensity at which the initial diffraction intensity gradually increases
Is a process in which the polymer is cured to form columns as shown in FIG. 4 and a density distribution of the liquid crystal and the polymer is generated. In this process, a density distribution between the polymer and the liquid crystal is formed,
In a portion where the density of the liquid crystal is high, the average value is higher on average than in the polymer layer, a periodic refractive index distribution is generated, and a phenomenon of diffraction occurs. At this stage, the orientation of the liquid crystal has not been formed, so that there is no dependence on the incident polarization direction.

【0061】次に第2の工程では、硬化した高分子の柱
に対して液晶の密度が高い領域で液晶が並ぶ現象を生じ
る。このため、入射する偏波成分はこの場合、P波に対
して強い回折依存性を有し、この過程が急峻に起こるた
め時間的な回折強度の増加が大きくなると考えられる。
Next, in the second step, a phenomenon occurs in which the liquid crystals are arranged in a region where the density of the liquid crystals is high with respect to the columns of the cured polymer. Therefore, in this case, it is considered that the incident polarization component has a strong diffraction dependency on the P wave, and this process occurs steeply, so that the temporal diffraction intensity increases.

【0062】上記の2つの過程は露光時のレーサ゛光強度を
変化させたり、添加する光重合開始剤や色素の量を変化
させても変わらずに生じた。
The above two processes occurred without change even when the laser light intensity at the time of exposure was changed or when the amount of the photopolymerization initiator or dye to be added was changed.

【0063】干渉縞を露光した液晶サンプルに対し、水
銀ランフ゜の概ね均一な光を5分程度照射しサンフ゜ル全体にお
いて未硬化部分が安定に硬化されるようにしてサンフ゜ルは
完成した。液晶サンプルのレーサ゛露光中は温度を60°程
度に上昇させ光学媒体の粘性を下げ密度分布が良好に形
成されるようにして行った。
The liquid crystal sample exposed to the interference fringes was irradiated with a substantially uniform light of mercury lamp for about 5 minutes so that the uncured portion of the entire sample was stably cured, thereby completing the sample. During the laser exposure of the liquid crystal sample, the temperature was raised to about 60 ° to lower the viscosity of the optical medium so that a good density distribution was formed.

【0064】図6はここで製造した上記サンフ゜ルの光学特
性の評価結果である。波長544nmの緑色のレーサ゛光をこのサ
ンフ゜ルに入射し入射角度を変化させて回折効率を調べた。
この結果においてS1次はこの回折光学素子を透過せず
回折する成分であり、この値としては小さいほど偏光照
明装置に適する。また、P1次はこの回折光学素子によ
って回折され反射光として利用される成分である。つま
り、P1次/S1次の比はスクリーン上でのコントラストに対応し
この値が大きいほど偏光照明装置に用いる場合に好まし
いことになる。
FIG. 6 shows the evaluation results of the optical characteristics of the sample manufactured here. Green laser light having a wavelength of 544 nm was incident on this sample, and the diffraction efficiency was examined by changing the incident angle.
In the result, the S1 order is a component that does not transmit through the diffractive optical element and diffracts. The P1 order is a component diffracted by the diffractive optical element and used as reflected light. That is, the P1 / S1 ratio corresponds to the contrast on the screen, and the larger this value is, the more preferable it is when used in a polarized light illumination device.

【0065】この角度依存性は両端で±10°まで示し
ており、実施の形態1で説明したように光軸からのス゛レ
としてはF=3.0程度のレンズを用いた場合に相当す
る。図6からわかるようにP1次は角度変化により強度
が低下する。また、S1次は角度変化に対して値が増加
せず、逆に低下し角度のス゛レに対する浮き上がりの現象
は生じていない。(b)を見るとわかるようにコントラストは
角度の変化に対して変わらず概ね一定値を保っているこ
とがわかる。
This angle dependency is shown up to ± 10 ° at both ends, which corresponds to the case where a lens having an F of about 3.0 is used as the gap from the optical axis as described in the first embodiment. As can be seen from FIG. 6, the intensity of the P1 order decreases due to an angle change. Further, the value of the S1 order does not increase with the change in the angle, but decreases, and conversely, there is no phenomenon that the value rises with respect to the angle variation. As can be seen from (b), it can be seen that the contrast remains substantially constant with respect to the change in the angle.

【0066】ここで作製した回折光学素子を図1で示す
構成において使用した場合、F値の小さなレンズに対し
てもライトハ゛ルフ゛103から反射された成分のうちS波10
6が投写レンズ104に入射する割合は小さい。従っ
て、コントラストの低下の少ない偏光照明装置を提供すること
ができることが判明した。
When the manufactured diffractive optical element is used in the configuration shown in FIG. 1, even if the lens has a small F value, the S wave 10
6 is incident on the projection lens 104 at a low rate. Therefore, it has been found that a polarized light illuminating device with less decrease in contrast can be provided.

【0067】さらに、図1では光源からの光波のS波1
06をライトハ゛ルフ゛103に入射するように構成している。
回折光学素子に対してS波の透過波は高次に回折される
ことなく概ね全てライトハ゛ルフ゛103に入射するため光利用
効率を高く設定することができる。図6においてP1次
の回折効率は角度が大きくなると減少し、これは白レヘ゛ル
の輝度低下に結びつくが液晶サンプルのΔnを大きくす
ることで改善することも可能である。光学媒体として用
いる液晶のΔnの値は広く選択することが可能なため、
今後P1次の回折効率をより高く、角度依存性が緩和さ
れた回折光学素子をここで示した方法により製造でき、
優れた偏光照明装置を提供できると考えられる。
Further, in FIG. 1, the S wave 1 of the light wave from the light source is shown.
06 is incident on the light valve 103.
Since the transmitted wave of the S wave enters the light valve 103 without being diffracted into the diffractive optical element at a high order, the light use efficiency can be set high. In FIG. 6, the diffraction efficiency of the P1 order decreases as the angle increases, which leads to a decrease in the brightness of the white level. However, it can be improved by increasing Δn of the liquid crystal sample. Since the value of Δn of the liquid crystal used as the optical medium can be selected widely,
In the future, a diffractive optical element with higher P1 order diffraction efficiency and reduced angle dependence can be manufactured by the method shown here.
It is believed that an excellent polarized lighting device can be provided.

【0068】(実施の形態4)図7においてUV硬化型
の液晶を用いてスヒ゜ンコート塗布により周期構造を積層し、
屈折率異方性を有する回折光学素子を製造する過程につ
いて説明する。
(Embodiment 4) Referring to FIG. 7, a UV-curable liquid crystal is used to form a periodic structure by spin coating.
A process for manufacturing a diffractive optical element having refractive index anisotropy will be described.

【0069】ガラス基板を用意し、この基板をタ゛ストを除
去するために洗浄した後、高分子からなる配向膜、例え
ばポリイミドをスピンコート法等により塗布し、加熱処
理を行うことなどで配向膜を基板上に形成した。この
後、ローラ等により特定方向にラヒ゛ンク゛処理を施した。
A glass substrate is prepared, and the substrate is washed to remove the dust. Then, an alignment film made of a polymer, for example, polyimide is applied by a spin coating method or the like, and the alignment film is formed by heat treatment. Formed on a substrate. Thereafter, a laser cracking process was performed in a specific direction using a roller or the like.

【0070】次にこのガラス基板を図7のスヒ゜ンナー701
上にセッテインク゛した。このガラス基板上に光重合性液晶モ
ノマーまたは光架橋可能液晶ホ゜リマー等が含まれたUV硬
化型液晶をスヒ゜ンコート塗布した。膜厚としては1000〜
10000程度である。この塗布膜に対しUV光照射を
行い液晶分子が基板に平行に並んだ状態で硬化させた。
尚、この硬化過程は雰囲気中の酸素により阻害されない
ように窒素等の不活性カ゛ス雰囲気中で行った。
Next, this glass substrate was used as a scanner 701 in FIG.
Set ink on top. A UV curable liquid crystal containing a photopolymerizable liquid crystal monomer or a photo-crosslinkable liquid crystal polymer was coated on this glass substrate by spin coating. 1000 to 1000
It is about 10,000. The coating film was irradiated with UV light to be cured while the liquid crystal molecules were arranged in parallel with the substrate.
This curing process was performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen so as not to be inhibited by oxygen in the atmosphere.

【0071】この後、液晶分子を基板に対し垂直に立て
るための垂直配向膜を硬化した液晶上に形成した。そし
て、上記と同様にスヒ゜ンナー701上に再びセッティンク゛しUV
硬化型の液晶を同様に塗布し硬化させた。また、連続形
成に先立って予め他のガラス基板に対し1層のみ水平配
向と垂直配向用の配向目をそれぞれ形成し、UV硬化型
の液晶が水平または垂直に配向することをクロスニコルの偏光
板の下にサンフ゜ルを配置して顕微鏡で観察することで確認
した。
Thereafter, a vertical alignment film for vertically setting the liquid crystal molecules with respect to the substrate was formed on the cured liquid crystal. Then, in the same manner as above, the setting is performed again on the scanner 701 and the UV is applied.
A curable liquid crystal was similarly applied and cured. In addition, prior to continuous formation, only one layer of horizontal alignment and vertical alignment is formed on another glass substrate in advance, and a cross-Nicol polarizing plate is used to confirm that the UV-curable liquid crystal is horizontally or vertically aligned. It was confirmed by placing a sample underneath and observing with a microscope.

【0072】次に上記の工程を図7の右図のように連続
して繰り返し行うことにより液晶分子の配向方向が基板
に対し水平なものと垂直なものが交互に連続した多層構
造を形成した。この過程により図2に示すものと同様な
回折光学素子が出来上がった。実施の形態1で述べたよ
うに、この回折光学素子にS波106が入射した場合は
等方媒体と見なされそのまま透過し、P波105に対し
ては周期的な屈折率分布により反射されることになる。
Next, by repeating the above steps continuously as shown in the right diagram of FIG. 7, a multilayer structure was formed in which liquid crystal molecules were alternately arranged horizontally and vertically with respect to the substrate. . Through this process, a diffractive optical element similar to that shown in FIG. 2 was completed. As described in the first embodiment, when the S wave 106 enters this diffractive optical element, it is regarded as an isotropic medium and is transmitted as it is, and the P wave 105 is reflected by a periodic refractive index distribution. Will be.

【0073】実際、図6で示したと同様の方法により回
折効率の評価をしたところS波は概ね透過し、P波成分
のみが反射され、液晶分子の配向方向が異なる多層構造
が形成されていることが確認された。
Actually, when the diffraction efficiency was evaluated by the same method as shown in FIG. 6, the S-wave was substantially transmitted, only the P-wave component was reflected, and a multilayer structure in which the orientation directions of the liquid crystal molecules were different was formed. It was confirmed that.

【0074】さらに角度変化に対してP1次は低下する
ものの、S1次は増加することなくコントラストは角度変化に
対して変わらなかった。従って、図1のようなシステム
において使用した場合F値の小さなレンズに対しても適
用可能なことが判明した。
Further, although the P1 order decreased with respect to the angle change, the S1 order did not increase and the contrast did not change with the angle change. Therefore, it was found that the present invention can be applied to a lens having a small F-number when used in the system as shown in FIG.

【0075】(実施の形態5)次に実施の形態4と同様
にスヒ゜ンコート塗布によりUV硬化型の液晶を積層させる場
合、今回は液晶分子を水平配向と垂直方向に交互に積層
させるのではなく水平方向のみの一方向に配向させた。
このとき、1層目の液晶の塗布は実施の形態4と同様に
行った。
(Embodiment 5) Next, in the case of laminating UV-curable liquid crystals by spin coating in the same manner as in Embodiment 4, this time, instead of alternately laminating the liquid crystal molecules in the horizontal direction and the vertical direction, It was oriented in one direction only in the horizontal direction.
At this time, application of the first layer of liquid crystal was performed in the same manner as in Embodiment 4.

【0076】次に2層目の液晶の種類を常光屈折率は概
ね1.5程度で等しいが、異常光屈折率が0.1程度大
きい液晶を使用した。具体的には1層目の液晶は(N
o:1.48,Ne:1.55)、2層目の液晶は(N
o:1.48,Ne:1.65)のものを使用した。
Next, as the type of liquid crystal in the second layer, a liquid crystal having an ordinary light refractive index of about 1.5 and the same, but an extraordinary light refractive index of about 0.1 was used. Specifically, the liquid crystal of the first layer is (N
o: 1.48, Ne: 1.55) The liquid crystal of the second layer is (N
o: 1.48, Ne: 1.65).

【0077】このように1層目と2層目で液晶の配向方
向を等しくできるため配向膜を1種類とすることがで
き、また周期構造としても交互に異なる配向を行うより
もより簡略な設計となる。さらに、最初のラヒ゛ンク゛を施し
た配向膜に対し液晶を塗布して配向方向を規定すること
で2層目以降の配向方向に対してもある程度制御を行う
ことができるため、液晶塗布前の配向膜形成を省略でき
る可能性をも有しており実施の形態4に比べより簡略で
確実な製造方法を提供できる。
As described above, since the alignment directions of the liquid crystal can be equalized in the first layer and the second layer, one type of alignment film can be used, and the periodic structure can be designed more simply than the case where different alignments are alternately performed. Becomes Furthermore, by applying a liquid crystal to the alignment film that has been subjected to the first lamination and defining the alignment direction, it is possible to control the alignment direction of the second and subsequent layers to a certain extent. There is also a possibility that the formation can be omitted, and a simpler and more reliable manufacturing method can be provided as compared with the fourth embodiment.

【0078】以上のような工程で完成した回折光学素子
102の概略図を図8に示す。1層目の液晶と2層目の
液晶は同じ方向に配向しており異常光の屈折率が異なっ
ている。いまこの素子上に図2のように光波が入射した
場合を考える。S波106の入射に対しては1層目、2
層目の液晶の常光屈折率は1.48と等しいため、等方
媒体と見なされそのまま直進して通過し回折の影響は受
けない。
FIG. 8 is a schematic view of the diffractive optical element 102 completed by the above steps. The liquid crystal of the first layer and the liquid crystal of the second layer are oriented in the same direction and have different refractive indexes for extraordinary light. Now, consider the case where a light wave is incident on this element as shown in FIG. The first layer and the second layer
Since the ordinary refractive index of the liquid crystal in the layer is equal to 1.48, it is regarded as an isotropic medium and passes straight through as it is without being affected by diffraction.

【0079】次に、P波105が入射した場合は、第1
層目の液晶の異常光屈折率は1.55であり、2層目の
異常光屈折率は1.65であり、0.1の屈折率差が生
じる。このため、これらの液晶層が交互に積層された周
期構造によってP波105は回折作用を受け基板に対し
図2に示すように反射する方向に出射することになる。
Next, when the P-wave 105 enters, the first
The extraordinary light refractive index of the liquid crystal of the layer is 1.55, and the extraordinary light refractive index of the second layer is 1.65, which results in a difference of 0.1 in refractive index. For this reason, the P-wave 105 receives a diffraction effect due to the periodic structure in which these liquid crystal layers are alternately stacked, and is emitted in the direction of reflection on the substrate as shown in FIG.

【0080】この回折光学素子を実施の形態4と同様に
して回折効率の評価を行った。この結果、S波は透過
し、P波は反射する特性を示した。また、入射方向の角
度依存性についてはS波は入射角度が変化するにつれ減
少しており、コントラストの角度依存性はほとんどなかった。
従って、ここで作製した回折光学素子を図1に示すシス
テムにおいて使用することでF値の小さいレンズに対し
てもコントラストを低下させることなく適用可能なことが判明
した。
The diffraction efficiency of this diffractive optical element was evaluated in the same manner as in the fourth embodiment. As a result, the S wave was transmitted and the P wave was reflected. Regarding the angle dependence of the incident direction, the S-wave was reduced as the incident angle was changed, and the angle dependence of the contrast was hardly observed.
Therefore, it has been found that by using the diffractive optical element manufactured here in the system shown in FIG. 1, it can be applied to a lens having a small F value without lowering the contrast.

【0081】以上のように本発明では屈折率異方性を有
する光学媒体により回折光学素子を作製し、これを偏光
照明装置に適用する際の構成及び製造方法について説明
した。
As described above, in the present invention, a structure and a manufacturing method when a diffractive optical element is manufactured using an optical medium having a refractive index anisotropy and applied to a polarized light illumination device have been described.

【0082】屈折率異方性を有する光学媒体としては、
ニオブ酸リチウム、KD2PO4、β−BaB24、PL
ZT等の電気光学効果等を有する一軸性の結晶を用いる
ことも可能であり、また、KTiPO4等の二軸性の光
学結晶等も含め屈折率異方性を有する媒体を用いること
により効果を発揮することも可能である。
As the optical medium having the refractive index anisotropy,
Lithium niobate, KD 2 PO 4 , β-BaB 2 O 4 , PL
It is also possible to use a uniaxial crystal having an electro-optical effect such as ZT, and to obtain an effect by using a medium having a refractive index anisotropy including a biaxial optical crystal such as KTiPO 4. It is also possible to demonstrate.

【0083】[0083]

【発明の効果】以上に示したように、本発明は屈折率異
方性を有する光学媒体を用いて三次元的な層構造を有す
る回折光学素子を作製し、これを偏光照明装置に適用す
る際の構成及びその製造方法に関するものである。屈折
率異方性を有する光学媒体を用いることで特定の偏波成
分に対しは透過し、これと直交する偏波成分に対しては
回折といった偏光方向による選択性を有している。
As described above, according to the present invention, a diffractive optical element having a three-dimensional layer structure is manufactured using an optical medium having a refractive index anisotropy, and this is applied to a polarized light illumination device. And a manufacturing method thereof. By using an optical medium having a refractive index anisotropy, a specific polarization component is transmitted, and a polarization component orthogonal to the specific polarization component has selectivity according to a polarization direction such as diffraction.

【0084】さらに、ライトハ゛ルフ゛の黒レヘ゛ルに対応するS波
成分は入射角度が光軸方向からずれるにつれ減少する。
このため、光軸から外れた光に対しても黒レヘ゛ルの浮きは
生じない。従って、F値の小さい光線の取り込み角の大
きいレンズに対しても適用可能である。この回折光学素
子を反射型ライトハ゛ルフ゛とF値の小さい投写レンズと共に用
いて投写型フ゜ロシ゛ェクターを構成すればより高解像度で高輝
度なシステムを提供することが可能となり大きな価値を
有する。
Further, the S-wave component corresponding to the black level of the light bulb decreases as the incident angle deviates from the optical axis direction.
For this reason, the floating of the black level does not occur even for light off the optical axis. Therefore, the present invention can be applied to a lens having a large F-number capturing angle. If this diffractive optical element is used together with a reflective light bulb and a projection lens having a small F-number to form a projection type projector, a system with higher resolution and higher brightness can be provided, which has great value.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の回折光学素子を用いた投写型表示装置
の一実施例の形態の構成図
FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of a projection display device using a diffractive optical element of the present invention.

【図2】回折光学素子の内部構成の一例を示す断面図FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an example of an internal configuration of the diffractive optical element.

【図3】本発明の回折光学素子を用いたカラー対応の投写
型表示装置の一実施例の形態の構成図
FIG. 3 is a configuration diagram of an embodiment of a color-compatible projection display device using the diffractive optical element of the present invention.

【図4】本発明の回折光学素子の作成過程の一例を示す
FIG. 4 is a diagram showing an example of a process of manufacturing a diffractive optical element according to the present invention.

【図5】本発明の回折光学素子の作成過程の時間的変化
の一例を示す図
FIG. 5 is a diagram showing an example of a temporal change in the process of manufacturing the diffractive optical element of the present invention.

【図6】(a)、(b)本発明の回折光学素子の評価結
果の一例を示す図
FIGS. 6A and 6B are diagrams showing an example of evaluation results of the diffractive optical element of the present invention.

【図7】本発明の回折光学素子の製造方法の一実施の形
態の構成図
FIG. 7 is a configuration diagram of an embodiment of a method for manufacturing a diffractive optical element according to the present invention.

【図8】回折光学素子の内部構成の一例を示す断面図FIG. 8 is a sectional view showing an example of the internal configuration of the diffractive optical element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 光源 102 回折光学素子 103 ライトハ゛ルフ゛ 104 投写レンズ 105 P波 106 S波 301 インテグレータ 302 スクリーン 303,304 タ゛イクロイックフ゜リス゛ム 305〜307 全反射ミラー 308〜310 回折光学素子 311〜313 反射型ライトハ゛ルフ゛ 401 ガラス基板 701 スヒ゜ンナー 702 配向膜 Reference Signs List 101 light source 102 diffractive optical element 103 light bulb 104 projection lens 105 P-wave 106 S-wave 301 integrator 302 screen 303, 304 dichroic prism 305-307 total reflection mirror 308-310 diffractive optical element 311-313 reflective light bulb 401 glass substrate 701 Swiener 702 Orientation film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 幸生 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 滝本 昭雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 2H091 FA05X FA10X FA14X FA14Z FA19X FA26X FA41X FA41Z FB06 FB12 FB13 FC01 FC23 FD06 GA06 LA03 LA17 MA07 2H099 AA12 BA17 CA17 5C060 BA03 BA08 BC05 DA00 DA05 EA00 GA01 GB02 GB06 HC00 HC20 HC25 JA17 JB06 5G435 AA00 AA03 BB12 BB16 BB17 CC12 DD02 DD05 FF05 GG01 GG03 GG08 GG28 GG46 LL15 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Yukio Tanaka 1006 Kadoma Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Akio Takimoto 1006 Odaka Kadoma Kadoma City, Osaka Matsushita Electric Industrial F Term (Reference) 2H091 FA05X FA10X FA14X FA14Z FA19X FA26X FA41X FA41Z FB06 FB12 FB13 FC01 FC23 FD06 GA06 LA03 LA17 MA07 2H099 AA12 BA17 CA17 5C060 BA03 BA08 BC05 DA00 DA05 EA00 GA01 GB02 GB06 HC00 HC20 ACOB BB06 JCO DD05 FF05 GG01 GG03 GG08 GG28 GG46 LL15

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光源と屈折率異方性を有する回折光学素子
と反射型のライトハ゛ルフ゛と前記ライトハ゛ルフ゛上の光学像を拡大投
写する投写光学系を少なくとも具備し、前記回折光学素
子は一様に配列された液晶を含んだ周期構造が形成され
おり、前記光源からのP波成分を反射し、S波成分を前
記ライトハ゛ルフ゛に入射し、ライトハ゛ルフ゛上で反射された光波のP
波成分を投写光学系へと導くように構成されていること
を特徴とする偏光照明装置。
1. A light source, a diffractive optical element having refractive index anisotropy, a reflective light valve, and a projection optical system for enlarging and projecting an optical image on the light valve, wherein the diffractive optical element is uniform. A periodic structure including the liquid crystal arranged in the light source is formed, the P-wave component from the light source is reflected, the S-wave component is incident on the light bulb, and the P of the light wave reflected on the light bulb is reflected.
A polarized light illumination device configured to guide a wave component to a projection optical system.
【請求項2】光源と屈折率異方性を有する回折光学素子
と反射型のライトハ゛ルフ゛と前記ライトハ゛ルフ゛上の光学像を拡大投
写する投写光学系を少なくとも具備し、前記回折光学素
子は一様に配列された液晶を含んだ周期構造が形成され
おり、前記光源からのP波成分を反射し、S波成分を前
記ライトハ゛ルフ゛に入射し、ライトハ゛ルフ゛上で反射された光波のP
波成分を投写光学系へと導くように構成されていること
を特徴とする偏光照明装置であって、前記光源からの光
束を概ねR(赤)、G(緑)、B(青)に対応する波長
が異なる3つの光束に色分解し、前記波長が異なる光束
に対して異なるヒ゜ッチの周期構造を有する回折光学素子を
組み合わせることを特徴とする偏光照明装置。
2. A light source, a diffractive optical element having refractive index anisotropy, a reflective light bulb, and a projection optical system for enlarging and projecting an optical image on the light bulb, wherein the diffractive optical element is uniform. A periodic structure including the liquid crystal arranged in the light source is formed, the P-wave component from the light source is reflected, the S-wave component is incident on the light bulb, and the P of the light wave reflected on the light bulb is reflected.
What is claimed is: 1. A polarization illuminating device comprising: a light source configured to guide a wave component to a projection optical system, wherein a light beam from the light source substantially corresponds to R (red), G (green), and B (blue). A polarization illuminating apparatus, comprising: performing color separation into three light beams having different wavelengths; and combining a diffractive optical element having a periodic structure of different switches with respect to the light beams having different wavelengths.
【請求項3】前記回折光学素子は屈折率異方性を有する
液晶を用いて周期構造が形成されており、入射光の1方
向の偏波成分(P波もしくはS波)に対し前記周期構造
に対応した屈折率分布を生じ、この屈折率差により光の
回折を生じ且つ前記入射光に対し概ね直交する成分(S
波もしくはP波)に対しては優先的に直進する機能を有
していることを特徴とする請求項1、2のいずれかに記
載の偏光照明装置。
3. The diffractive optical element has a periodic structure formed by using a liquid crystal having a refractive index anisotropy, and the periodic structure is not affected by a polarization component (P wave or S wave) of incident light in one direction. And a component (S) that causes diffraction of light and is substantially orthogonal to the incident light.
3. The polarized light illuminating device according to claim 1, wherein the polarized light illuminating device has a function of traveling straight ahead with respect to a wave or a P wave.
【請求項4】前記回折光学素子の周期構造が屈折率異方
性を有する液晶の光軸の傾斜により形成されていること
を特徴とする請求項3に記載の偏光照明装置。
4. The polarized light illuminator according to claim 3, wherein the periodic structure of the diffractive optical element is formed by tilting the optical axis of a liquid crystal having a refractive index anisotropy.
【請求項5】透明絶縁性基板で挟まれた領域に液晶と高
分子を含む光学媒体が封入された構造を有する偏光照明
装置に用いられる回折光学素子の製造方法であって、前
記光学媒体上にレーサ゛光の2光束干渉により形成された周
期的な強度分布に対応する明部と暗部からなる干渉縞を
生ぜしめ、干渉縞の明部に属する領域の高分子が初期に
硬化し始め、偏波成分に依存しない周期構造を形成する
第1の初期工程と前記硬化した高分子層に対し液晶分子
が概ね一様に傾斜して配向し、概ねP波成分のみを回折
するように周期構造が形成される第2の工程を経て周期
構造が完成されることを特徴とする偏光照明装置に用い
られる回折光学素子の製造方法。
5. A method for manufacturing a diffractive optical element used in a polarized light illuminating device having a structure in which an optical medium containing a liquid crystal and a polymer is sealed in a region sandwiched between transparent insulating substrates, the method comprising: Then, an interference fringe consisting of a bright portion and a dark portion corresponding to the periodic intensity distribution formed by the two-beam interference of the laser beam is generated. The first initial step of forming a periodic structure independent of the wave component, and the periodic structure is arranged such that the liquid crystal molecules are aligned with a substantially uniform inclination with respect to the cured polymer layer and diffract only the P-wave component. A method for manufacturing a diffractive optical element used in a polarized light illumination device, wherein a periodic structure is completed through a second step to be formed.
【請求項6】前記光学媒体は光重合開始剤及びレーサ゛光の
波長を吸収するための色素を含むことを特徴とする請求
項5に記載の偏光照明装置の製造方法。
6. The method according to claim 5, wherein the optical medium contains a photopolymerization initiator and a dye for absorbing the wavelength of the laser light.
【請求項7】透明絶縁性基板上に高分子からなる配向処
理が施された薄膜を形成し、前記薄膜上に光または熱硬
化型の液晶層を一様に配向させた後硬化させる第1の工
程と、前記液晶層上に高分子薄膜を形成した後光または
熱硬化型の液晶層を前記液晶層の液晶分子方向に対し概
ね直交する方向となるように形成する第2の工程からな
り、第1と第2の工程を連続して複数回繰り返して行う
ことにより屈折率異方性を有する周期構造を形成するこ
とを特徴とする偏光照明装置に用いられる回折光学素子
の製造方法。
7. A first method comprising: forming a thin film on a transparent insulating substrate which has been subjected to an alignment treatment comprising a polymer; and uniformly orienting a light or thermosetting liquid crystal layer on the thin film, followed by curing. And a second step of forming a polymer thin film on the liquid crystal layer and then forming a light or thermosetting liquid crystal layer in a direction substantially perpendicular to the liquid crystal molecule direction of the liquid crystal layer. A method of manufacturing a diffractive optical element for use in a polarized light illumination device, wherein a periodic structure having refractive index anisotropy is formed by repeatedly performing the first and second steps a plurality of times.
【請求項8】透明絶縁性基板上に高分子からなる配向処
理が施された薄膜を形成し、前記薄膜上に光または熱硬
化型の液晶層を一様に配向させた後、硬化させる工程を
複数回繰り返して周期構造を形成する製造方法であっ
て、前記液晶層の常光屈折率は概ね等しく異常光屈折率
が異なる液晶層を交互に積層して周期構造を形成するこ
とを特徴とする偏光照明装置に用いられる回折光学素子
の製造方法。
8. A step of forming a polymer-oriented thin film on a transparent insulating substrate, uniformly orienting a light or thermosetting liquid crystal layer on the thin film, and then curing the liquid or thermosetting liquid crystal layer. Is repeated a plurality of times to form a periodic structure, wherein the periodic structure is formed by alternately stacking liquid crystal layers having substantially the same ordinary light refractive index as the liquid crystal layer and different extraordinary light refractive indexes. A method for manufacturing a diffractive optical element used in a polarized light illumination device.
【請求項9】前記回折光学素子が一様に配列された液晶
を含んで構成され、且つ光重合性モノマーまたは光架橋
可能液晶ポリマーが添加され、紫外領域の光照射に対
し、液晶の分子軸の方向が固定化されることを特徴とす
る請求項7、8に記載の偏光照明装置の製造方法。
9. The diffractive optical element is constituted by including liquid crystals arranged uniformly, and a photopolymerizable monomer or a photocrosslinkable liquid crystal polymer is added to the diffractive optical element. 9. The method according to claim 7, wherein the direction is fixed.
【請求項10】前記液晶の硬化工程は、それぞれ不活性
カ゛ス雰囲気中で行われることを特徴とする請求項7、8
に記載の偏光照明装置の製造方法。
10. The method according to claim 7, wherein the step of curing the liquid crystal is performed in an inert gas atmosphere.
3. The method for manufacturing a polarized light illumination device according to item 1.
JP10337165A 1998-11-27 1998-11-27 Polarization lighting device and its manufacture Pending JP2000165898A (en)

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