JP4633005B2 - Optical switching unit, optical switching unit array and image display device - Google Patents
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Description
この発明は、光スイッチングユニット・光スイッチングユニットアレイおよび画像表示装置に関する。この発明は、光通信、光記録、プリンタ用スイッチングデバイス、電子ビューファインダ等に適用できる。 The present invention relates to an optical switching unit, an optical switching unit array, and an image display device. The present invention can be applied to optical communication, optical recording, printer switching devices, electronic viewfinders, and the like.
光スイッチングを行なう素子としては、従来から液晶を用いたものやマイクロミラーを用いたものが知られており、特許文献1には「光の干渉を利用するもの」が提案されている。これら「液晶やマイクロミラーを用いるもの、光の干渉を利用するもの」と異なる原理に立脚する「帯域の狭い反射型の波長フィルタ」が報告されている(非特許文献1)。
As an element for performing optical switching, one using a liquid crystal or one using a micromirror is conventionally known, and
非特許文献1に開示されている波長フィルタは「回折格子と光の波長によるアノマリー現象」を原理的に利用するものである。
The wavelength filter disclosed in Non-Patent
この発明は、非特許文献1に報告されている「回折格子と光の波長によるアノマリー現象」を原理的に利用した、新規な光スイッチングユニットを実現し、かかる光スイッチングユニットを用いて、新たな、光スイッチングユニットアレイや画像表示装置を実現することを課題とする。
The present invention realizes a novel optical switching unit based on the principle of “anomaly phenomenon due to diffraction grating and wavelength of light” reported in Non-Patent
先ず、共鳴フィルタと、入射角可変手段とを説明する。 First, the resonance filter and the incident angle varying means will be described .
「共鳴フィルタ」は、微細な凹凸による周期構造が入射光と共鳴することにより、特定波長を持つ入射光を共鳴反射させるフィルタである。「微細な凹凸による周期構造」は、凹凸の周期が「使用波長と同等程度かそれ以下の大きさ」の周期構造である。
共鳴フィルタは、共鳴反射を起こす「狭い帯域の光(特定波長の光)」以外の光は高い透過率で透過させる。
「入射角可変手段」は、特定波長を持つ入射光の共鳴フィルタに対する入射角を相対的に変化させる手段である。「共鳴フィルタに対する入射角」は、共鳴フィルタの周期構造への入射角である。
A “resonance filter” is a filter that resonantly reflects incident light having a specific wavelength by resonating a periodic structure with fine irregularities with the incident light. The “periodic structure with fine irregularities” is a periodic structure in which the period of irregularities is “approximately the same as or smaller than the wavelength used”.
The resonance filter transmits light other than “narrow band light (light of a specific wavelength)” causing resonance reflection with high transmittance.
The “incident angle varying means” is means for relatively changing the incident angle of incident light having a specific wavelength with respect to the resonance filter. The “incident angle with respect to the resonance filter” is an incident angle with respect to the periodic structure of the resonance filter.
即ち、「特定波長を持つ光」は、特定波長の単色光、もしくは特定波長を含み、共鳴フィルタが共鳴反射を生じる「狭い帯域」に含まれる波長域の光を意味する。
上記「入射光の共鳴フィルタに対する入射角を相対的に変化させる」とは、共鳴フィルタへの入射光の入射角の変化が相対的であることを意味し、入射光の方向を共鳴フィルタに対して変化させる場合、入射光に対して共鳴フィルタの向きを変化させる場合、およびこれらを組み合わせる場合を含む。
That is, “light having a specific wavelength” means monochromatic light having a specific wavelength or light in a wavelength range including a specific wavelength and included in a “narrow band” in which the resonance filter causes resonance reflection.
The phrase “relatively changing the incident angle of the incident light with respect to the resonance filter” means that the change in the incident angle of the incident light to the resonance filter is relative, and the direction of the incident light with respect to the resonance filter is changed. Changing the direction of the resonance filter with respect to the incident light, and combining these.
光スイッチングユニットによる光の「スイッチング」は、入射角可変手段による入射角の相対的な変化により「共鳴フィルタによる共鳴波長を特定波長から変化させる」ことにより、入射光の反射状態と透過状態とをスイッチングすることにより行なわれる。 The “switching” of the light by the optical switching unit is performed by changing the resonance wavelength by the resonance filter from a specific wavelength by changing the incident angle by the incident angle variable means, thereby changing the reflection state and the transmission state of the incident light. This is done by switching.
例えば、特定波長を持つ光の共鳴フィルタへの入射角を「共鳴反射が生じる」ように設定すると、この設定状態では特定波長を持つ光は共鳴反射され、共鳴フィルタを透過できない。この状態で、入射角を変化させると、共鳴波長が変化するので、入射する「特定波長を持つ光」に対しては共鳴反射が起こらず、特定波長の光は共鳴フィルタを透過する。従って、入射角の変化により共鳴フィルタを「透過する状態」と「反射されて透過しない状態」とを切り替えることができる。 For example, when the incident angle of light having a specific wavelength to the resonance filter is set so that “resonance reflection occurs”, light having the specific wavelength is resonantly reflected and cannot pass through the resonance filter in this setting state. In this state, when the incident angle is changed, the resonance wavelength changes, so that resonance reflection does not occur with respect to the incident “light with a specific wavelength”, and the light with the specific wavelength passes through the resonance filter. Therefore, it is possible to switch between the “transmitting state” and the “reflecting and not transmitting state” through the resonance filter by changing the incident angle .
請求項1記載の光スイッチングユニットは、波長の異なる複数の光に対して光スイッチングを行なうものであり、フィルタ素子と、入射角可変手段とを有する。
Optical switching unit according to
「フィルタ素子」は、2以上の共鳴フィルタ:Fi(i=1,2,・・n)を「光の通過する向きに直列的に重ねて配置」してなる。 "Filter elements" refers to two or more resonant filter: Fi (i = 1,2, ·· n) the formed by "disposed to overlap in series in a direction in which the passage of light".
フィルタ素子を構成するn個の共鳴フィルタ:Fiはそれぞれ「共鳴反射を生じる特定波長」が異なる。即ち、ある共鳴フィルタ:Fiが共鳴反射する特定波長:λiは、他の共鳴フィルタ:Fjが共鳴反射する特定波長:λjとは異なる。従って、個々の共鳴フィルタは「各共鳴フィルタに対応した特定波長の光」のみを共鳴反射する。 Each of the n resonance filters: Fi constituting the filter element has a different “specific wavelength causing resonance reflection”. That is, a specific wavelength: λi at which a certain resonance filter: Fi is resonantly reflected is different from a specific wavelength: λj at which another resonance filter: Fj is resonantly reflected. Therefore, each resonance filter reflects and reflects only “light of a specific wavelength corresponding to each resonance filter”.
即ち、フィルタ素子は「微細な凹凸による周期構造が入射光と共鳴することにより、特定波長:λi(i=1,2,・・n)を持つ入射光:Li(i=1,2,・・n)を共鳴反射させるn(≧2)個の共鳴フィルタ:Fi(i=1,2,・・n)を、光の通過する向きに直列的に重ねて配置」してなる。
また、フィルタ素子をなす個々の共鳴フィルタは、透光性の導波層とカバー層とを有し、「周期構造」は、導波層とカバー層との境界部の微細な凹凸構造が「屈折率の異なる微細な領域を、一方向に交互に周期的に配列」した1次元的な構造である。
In other words, the filter element is “incident light having a specific wavelength: λi (i = 1, 2,... N, i) (Li = 1, 2,. N (≧ 2) resonance filters that resonate and reflect n): Fi (i = 1, 2,... N) are arranged in series in the direction in which light passes.
Each resonance filter constituting the filter element has a light-transmitting waveguide layer and a cover layer, and the “periodic structure” has a fine uneven structure at the boundary between the waveguide layer and the cover layer. This is a one-dimensional structure in which fine regions having different refractive indexes are alternately arranged periodically in one direction.
「入射角可変手段」は、n個の共鳴フィルタと1:1に対応してn個用いられる。これらn個の入射角可変手段をC1、C2、・・Ci、・・・Cnとすると、i=1〜nについて、入射角可変手段:Ciは共鳴フィルタ:Fiに対応し、入射角可変手段:Ciは共鳴フィルタ:Fiへの「特定波長:λiを持つ入射光:Li」の入射角:θiを変化させる。n個の入射角可変手段:Ciによる入射角:θiの変化は相互に独立に行なわれる。 There are n “incident angle variable means” corresponding to n resonance filters and 1: 1. If these n incident angle varying means are C1, C2,... Ci,... Cn, for i = 1 to n, the incident angle varying means: Ci corresponds to the resonance filter: Fi, and the incident angle varying means. : Ci changes the incident angle: θi of “incident light: Li having a specific wavelength: λi” to the resonance filter: Fi. The change of the incident angle: θi by the n incident angle varying means: Ci is performed independently of each other.
このように、入射角可変手段:Ci(i=1,2,・・n)により、入射角:θi(i=1,2,・・n)を独立に変化させることにより、共鳴フィルタ:Fi(i=1,2,・・n)による共鳴波長を特定波長:λi(i=1,2,・・n)から変化させることにより、入射光:Li(i=1,2,・・n)の反射状態と透過状態とを独立にスイッチングする。
入射角可変手段:Ciは、個々の共鳴フィルタFiに1対ずつ設けられ、その一方もしくは双方に印加される電圧により共鳴フィルタFiを、入射光の入射方向に対して独立に傾けて入射角θi(i=1,2,・・n)を変化させるものである。
In this way, by changing the incident angle: θi (i = 1, 2,... N) independently by the incident angle varying means: Ci (i = 1, 2,... N), the resonance filter: Fi. By changing the resonance wavelength due to (i = 1, 2,... N) from the specific wavelength: λi (i = 1, 2,... N), incident light: Li (i = 1, 2,... N) ) Are switched independently between the reflection state and the transmission state.
Incident angle varying means: Ci is provided for each resonance filter Fi, and the resonance filter Fi is tilted independently of the incident direction of incident light by a voltage applied to one or both of them, and the incident angle θi. (I = 1, 2,... N) is changed.
請求項1記載の光スイッチングユニットにおける「n種の特定波長:λi(i=1,2,・・n)」は、自然色を表現できるものであることが好ましい(請求項2)。例えば、n=3とし、λ1を赤(R)色波長、λ2を緑(G)色波長、λ3を青(B)色波長とすることにより、光スイッチングユニットからの出力光で自然色を表現できる。n≧4として特定波長の数を増やせば、より精細な色合いを表現できる。
It is preferable that “n types of specific wavelengths: λi (i = 1, 2,... N)” in the optical switching unit according to
請求項1または2記載の光スイッチングユニットにおいて、入射角可変手段は「入射光の共鳴フィルタに対する入射角」を、個々の入射角可変手段:Ciが共鳴フィルタ:Fiへの入射光:Liの共鳴フィルタ:Fiに対する入射角:θiを相対的に変化させる。
3. The optical switching unit according to
即ち、入射角可変手段は「入射光の向きに対して共鳴フィルタの向きを変化」させる手段である。 That is, the incident angle varying means is a means for changing the direction of the resonance filter with respect to the direction of the incident light.
この発明の光スイッチングユニットアレイは、上記請求項1または2記載の光スイッチングユニットを、1次元もしくは2次元のアレイ状に配列して有する(請求項3)。
An optical switching unit array according to the present invention comprises the optical switching units according to
請求項4記載の画像表示装置は、光スイッチングユニットアレイと、光照射手段と、結像レンズとを有する。
「光スイッチングユニットアレイ」は、請求項3記載の光スイッチングユニットアレイである。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an image display device comprising an optical switching unit array, light irradiation means, and an imaging lens.
The “optical switching unit array” is the optical switching unit array according to claim 3 .
「光照射手段」は、光スイッチングユニットアレイの各光スイッチングユニットに、特定波長を持った光を供給する手段である。
「結像レンズ」は、光スイッチングユニットアレイを透過した光を結像させる。結像レンズによる結像は実像でも虚像でもよく、前者の場合には画像表示装置はプロジェクタ装置として実施でき、後者の場合には、結像レンズを接眼レンズとして用い、光スイッチングユニットアレイを透過した光により結像レンズで結像される像を見るビューファインダとして実施することができる。
The “light irradiation means” is means for supplying light having a specific wavelength to each optical switching unit of the optical switching unit array.
The “imaging lens” forms an image of light transmitted through the optical switching unit array. The image formation by the imaging lens may be a real image or a virtual image. In the former case, the image display device can be implemented as a projector device, and in the latter case, the imaging lens is used as an eyepiece and transmitted through the optical switching unit array. It can be implemented as a viewfinder for viewing an image formed by an imaging lens with light.
請求項4記載の画像表示装置は、光スイッチングユニットアレイを構成する光スイッチングユニットが、請求項1または2に記載のものであり、光照射手段が「特定波長:λi(i=1,2,・・n)を持つn種の光を供給するもの」であることができる。この場合、光スイッチングユニットとして請求項3記載のものを用いることにより、カラー画像の表示が可能である(請求項5)。 According to a fourth aspect of the present invention, in the image display device, the optical switching unit constituting the optical switching unit array is the one according to the first or second aspect , and the light irradiation means is “specific wavelength: λi (i = 1, 2, ... Which supplies n types of light having n). In this case, a color image can be displayed by using the optical switching unit according to claim 3 ( claim 5 ).
ここで、図1を参照して、共鳴フィルタと光スイッチングの原理を説明する。
図1(a)は、共鳴フィルタの一般的な構成を示している。
図に示す如く、共鳴フィルタFAは、透光性の基板10上に、導波層12とカバー層14とをこの順序に積層して構成されている。導波層12、カバー層14は材質的には透光性である。
Here, the principle of the resonance filter and optical switching will be described with reference to FIG.
FIG. 1A shows a general configuration of a resonance filter.
As shown in the figure, the resonance filter FA is configured by laminating a
導波層12の「図における上部の面」は微細な凹凸構造となっており、その凹部にカバー層14の材質が入り込んでいる。導波層12とカバー層14とは材質が異なり、従って屈折率が異なっている。このため、導波層12とカバー層14との境界部の微細な凹凸構造は「屈折率の異なる微細な領域が交互に周期的に配列した周期構造」となっている。
The “upper surface in the drawing” of the
説明中の例においては、周期構造は「図の左右方向を周期方向とする1次元的な構造」であり、凹凸形状は図面に直交する方向へは変化しない。
なお、周期構造の参考例として、カバー層14を省略し、導波層12上面の凹凸構造が空気と接するようにすることも考えられる。
この場合には、導波層12と空気とにより「屈折率の異なる微細な領域が交互に周期的に配列した微小な周期構造」を構成することになる。
In the example being described, the periodic structure is “a one-dimensional structure having the horizontal direction in the drawing as the periodic direction”, and the uneven shape does not change in a direction orthogonal to the drawing.
As a reference example of the periodic structure, it is also conceivable that the
In this case, the
図1(a)に示す共鳴フィルタFAに、図の如く「微細な周期構造に直交する」ように光を入射させると、基板10、導波層12、カバー層14が何れも透光性であるので、入射する光は「殆どの波長領域」で共鳴フィルタFAを透過するが、図1(c)に、説明図として示すように「特定の波長λAを含む狭い波長帯域の光」は反射される。
When light is incident on the resonance filter FA shown in FIG. 1A so as to be “perpendicular to the fine periodic structure” as shown in the figure, the
この状態を、図1(a)においては、共鳴フィルタFAに入射する波長:λAの光が反射され、共鳴フィルタを透過しない状態として描いている。
「特定の波長:λAを含む狭い波長帯域の光」が共鳴フィルタFAにより反射される現象は上記「微小な周期構造」により構成される回折格子と光の波長とによるアノマリー現象であり、導波層12内を全反射で伝播する光波の伝播定数が「微小な周期構造による格子ベクトル」と一致するときに強い共鳴を起こして強い反射光となる現象で「共鳴反射」と呼ばれ、共鳴反射を生じる波長(上の波長:λA)を「共鳴波長」と呼ぶ。
In FIG. 1A, this state is depicted as a state in which light of wavelength λA incident on the resonance filter FA is reflected and does not pass through the resonance filter.
The phenomenon that “light in a narrow wavelength band including a specific wavelength: λA” is reflected by the resonance filter FA is an anomalous phenomenon caused by the diffraction grating constituted by the “micro periodic structure” and the wavelength of light, and is guided by the wave. This phenomenon is called “resonance reflection”, which is a phenomenon in which strong resonance occurs when the propagation constant of a light wave propagating in the
図1(b)は、共鳴フィルタFAに入射する特定波長:λAを持った入射光の入射角が、図1(a)に示す「直交入射」から傾いた状態を示している。
即ち、図1(a)の状態における入射角を0とすれば、図1(b)に示す入射角(αとする)は「α≠0」である。
FIG. 1B shows a state in which the incident angle of incident light having a specific wavelength λA incident on the resonance filter FA is tilted from “orthogonal incidence” shown in FIG.
That is, if the incident angle in the state of FIG. 1A is 0, the incident angle (referred to as α) shown in FIG. 1B is “α ≠ 0”.
このように「0でない入射角」で、波長:λAの光を共鳴フィルタFAに入射させたときの共鳴波長は、図1(d)に示すように、入射角:0のときの共鳴波長:λAから変化して、共鳴波長:λB、λCになる。一般的に、入射角が0から変化するに従い、共鳴波長は「入射角:0における共鳴波長の両側」へ略対称的に分離するようにずれる。分離量は入射角に比例的である。 As shown in FIG. 1D, the resonance wavelength when the light having the wavelength λA is incident on the resonance filter FA at “incidence angle other than 0” is as follows. By changing from λA, the resonance wavelengths become λB and λC. Generally, as the incident angle changes from 0, the resonance wavelength is shifted so as to be separated approximately symmetrically into “incident angle: both sides of the resonance wavelength at 0”. The amount of separation is proportional to the incident angle.
波長:λAの光を入射角:0で共鳴フィルタFAに入射させたときには、共鳴波長はλAであり、入射光は共鳴反射されて共鳴フィルタFAを透過しないが、入射角を変化させることにより、共鳴波長が波長:λAと異なるλB、λCのように変化すると、波長:λAを持った光は図1(b)に示すように共鳴フィルタFAを透過することになる。 When light having a wavelength of λA is incident on the resonance filter FA at an incident angle of 0, the resonance wavelength is λA, and the incident light is resonantly reflected and does not pass through the resonance filter FA, but by changing the incident angle, When the resonance wavelength changes like λB and λC different from the wavelength λA, the light having the wavelength λA passes through the resonance filter FA as shown in FIG.
従って、入射光の入射角を切り替えることにより共鳴フィルタFAの共鳴波長が変化し、波長:λAに対する反射状態(上の例で入射角:0)と透過状態(0でない入射角)とを切り替える光スイッチングを行なうことができる。 Accordingly, the resonance wavelength of the resonance filter FA changes by switching the incident angle of the incident light, and the light that switches between the reflection state (incident angle: 0 in the above example) and the transmission state (non-zero incident angle) with respect to the wavelength: λA. Switching can be performed.
共鳴フィルタFAにおける共鳴波長:λAは、基板10や導波層12、カバー層14の屈折率や寸法、微細な周期構造のピッチ等に依存するものであり、これらを調整することにより、共鳴波長を調整できる。即ち、共鳴フィルタFAは「所望の共鳴波長を有するもの」を設計・製造できる。
The resonance wavelength λA in the resonance filter FA depends on the refractive index and dimensions of the
また、上の例は「入射角:0で入射する場合に共鳴波長がλAとなる共鳴フィルタ」であるが、「有限の入射角:α(例えば5度)で入射する場合に共鳴波長がλAとなるような共鳴フィルタ」も設計・製造可能である。 The above example is a “resonance filter in which the resonance wavelength is λA when incident at an incident angle of 0”, but the resonance wavelength is λA when incident at a finite incident angle: α (for example, 5 degrees). It is possible to design and manufacture a “resonance filter”.
図8は、入射角の変化による共鳴波長の変化の1例を示す図である。
符号80で示す曲線は入射角:0度における透過率であり、曲線81は入射角:1度、曲線82は入射角:2度、曲線83は入射角:3度、曲線84は入射角:4度、曲線85は入射角:5度における透過率であり、これらの曲線において透過率:0を与える波長が「各入射角での共鳴波長」である。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a change in resonance wavelength due to a change in incident angle.
The curve denoted by
図2に、共鳴フィルタの別の例を示す。繁雑を避けるため、混同の虞がないと思われるものについては、図1におけると同一の符号を付した。
図2(a)に示す共鳴フィルタFBにおいて、透光性の基板10上に導波層12とカバー層14とをこの順序に積層した部分は、図1(a)に示す共鳴フィルタFAと同一構造である。
FIG. 2 shows another example of the resonance filter. In order to avoid confusion, the same symbols as in FIG.
In the resonance filter FB shown in FIG. 2A, the portion in which the
図2に示す共鳴フィルタFBは、基板10の自由表面(図で下方の面)に、電圧により高さの変化するPZT素子16A、16Bを固装されている。PZT素子16A、16Bの一方もしくは双方に電圧をかけることにより、共鳴フィルタFAの実態部分(透光性の基板10上に導波層12とカバー層14とをこの順序に積層した部分)を傾けることができる。
In the resonance filter FB shown in FIG. 2, PZT elements 16 </ b> A and 16 </ b> B whose height changes with voltage are fixed on the free surface (lower surface in the drawing) of the
図2に示した例は、図2(b)に示すように、図の上方から下方へ向かって入射する波長:λAの光に対して、共鳴フィルタFBを5度傾けた「傾き角:5度」の状態(入射角:5度)において共鳴反射が生じるように設計・製造されており、共鳴フィルタFBの傾き角が5度から2度に変わったとき共鳴波長の変化により、図2(c)に示すように、波長:λAの光が透過状態となるようにされている。 In the example shown in FIG. 2, as shown in FIG. 2B, the resonance filter FB is tilted by 5 degrees with respect to the light of wavelength: λA entering from the upper side to the lower side of the figure. 2 "(incident angle: 5 degrees) is designed and manufactured so that resonance reflection occurs, and when the inclination angle of the resonance filter FB is changed from 5 degrees to 2 degrees, the resonance wavelength changes, so that FIG. As shown in c), the light of wavelength: λA is set in a transmission state.
即ち、図2に示す例では、共鳴フィルタFBに設けられたPZT素子16A、16Bと、これらの一方もしくは双方に電圧を印加する電圧印加手段(図示されず)とが「入射角可変手段」を構成することになる。
That is, in the example shown in FIG. 2, the
図2の例では、共鳴フィルタFBへの入射角を可変にする手段として、PZT素子を用いる場合を説明したが、このほかにも静電気力や「磁場による磁歪」を使った素子を用いることも可能である。 In the example of FIG. 2, the case where the PZT element is used as the means for changing the incident angle to the resonance filter FB has been described. However, an element using electrostatic force or “magnetostriction due to a magnetic field” may be used. Is possible.
以上に説明したように、この発明の光スイッチングユニットでは「入射光の共鳴フィルタに対する入射角を相対的に変化させる」ことにより光スイッチングを行なうことができる。このような光スイッチングユニットをアレイ配列した光スイッチングユニットアレイにより、各素子の独立した光スイッチングにより画像を表示することができる。 As described above, in the optical switching unit of the present invention, optical switching can be performed by “relatively changing the incident angle of incident light with respect to the resonance filter”. With such an optical switching unit array in which optical switching units are arrayed, an image can be displayed by independent optical switching of each element.
図3は請求項2記載の光スイッチングユニットの実施の1形態を説明するための図である。図3(a)は、光スイッチングを行なう部分を説明図的に示している。
図3(a)において、符号FEは「フィルタ素子」を示す。符号F1、F2、F3は共鳴フィルタを示す。共鳴フィルタF1〜F3はフィルタ素子FEを構成する。
共鳴フィルタF1、F2、F3はそれぞれ垂直入射(入射角:0での入射)する入射光に対する共鳴波長が異なり、共鳴フィルタF1の共鳴波長はλ1、共鳴フィルタF2の共鳴波長はλ2、共鳴フィルタF3の共鳴波長はλ3である。これら共鳴フィルタF1〜F3は、図1に即して説明した共鳴フィルタFAと同じタイプのものである。
FIG. 3 is a view for explaining one embodiment of the optical switching unit according to claim 2 . FIG. 3A is a diagram illustratively showing a portion that performs optical switching.
In FIG. 3A, the symbol FE indicates a “filter element”. Reference numerals F1, F2, and F3 denote resonance filters. The resonance filters F1 to F3 constitute a filter element FE.
The resonance filters F1, F2, and F3 have different resonance wavelengths for incident light that is vertically incident (incident at an incident angle of 0), the resonance wavelength of the resonance filter F1 is λ1, the resonance wavelength of the resonance filter F2 is λ2, and the resonance filter F3. The resonance wavelength of λ3 is λ3. These resonance filters F1 to F3 are of the same type as the resonance filter FA described with reference to FIG.
図3(a)において、符号L1は波長:λ1を持って共鳴フィルタF1へ入射する入射光を示し、符号RL1は共鳴フィルタF1により共鳴反射された波長:λ1を持つ光を示している。符号TL1は、波長:λ1を持って共鳴フィルタF1へ「有限の入射角:θ」で入射し、入射角変化による共鳴波長の変化により「共鳴反射されずに共鳴フィルタF1を透過する光」を示している。 In FIG. 3A, symbol L1 indicates incident light having a wavelength: λ1 and incident on the resonance filter F1, and symbol RL1 indicates light having a wavelength: λ1 that is resonantly reflected by the resonance filter F1. The symbol TL1 is incident on the resonance filter F1 with a wavelength: λ1 at “finite incident angle: θ”, and “light that passes through the resonance filter F1 without being resonantly reflected” due to a change in the resonance wavelength due to the change in the incident angle. Show.
同様に、符号L2は波長:λ2を持って共鳴フィルタF2へ入射する入射光を示し、符号RL2は共鳴フィルタF2により共鳴反射された波長:λ2を持った光を示している。符号TL2は、波長:λ2を持って共鳴フィルタF2へ有限の入射角:θで入射し、入射角変化による共鳴波長の変化により「共鳴反射されずに共鳴フィルタF2を透過する光」を示している。 Similarly, symbol L2 indicates incident light having a wavelength: λ2 and incident on the resonance filter F2, and symbol RL2 indicates light having a wavelength: λ2 that is resonantly reflected by the resonance filter F2. The symbol TL2 indicates “light that is incident on the resonance filter F2 with a wavelength: λ2 at a finite incident angle: θ and is transmitted through the resonance filter F2 without being resonantly reflected by a change in the resonance wavelength due to the change in the incidence angle”. Yes.
符号L3は波長:λ3を持って共鳴フィルタF3へ入射する入射光を示し、符号RL3は共鳴フィルタF3により共鳴反射された波長:λ3の光を示している。符号TL3は、波長:λ3を持って共鳴フィルタF3へ有限の入射角:θで入射し、入射角変化による共鳴波長の変化により「共鳴反射されずに共鳴フィルタF3を透過する光」を示している。 Reference symbol L3 indicates incident light having a wavelength: λ3 and incident on the resonance filter F3, and reference symbol RL3 indicates light having a wavelength: λ3 that is resonantly reflected by the resonance filter F3. The symbol TL3 indicates “light that is incident on the resonance filter F3 with a wavelength: λ3 at a finite incident angle: θ and is transmitted through the resonance filter F3 without being resonantly reflected by a change in the resonance wavelength due to the change in the incident angle”. Yes.
即ち、共鳴フィルタF1、F2、F3は光の通過する向き(図3(a)の下向き)に直列に配置されている。 That is, the resonance filters F1, F2, and F3 are arranged in series in the direction in which light passes (downward in FIG. 3A).
なお「共鳴反射の起きる波長帯域」は狭いので、共鳴フィルタF1は波長:λ2、λ3の光を高い透過率で透過させ、共鳴フィルタF2は波長:λ1、λ3の光を高い透過率で透過させ、共鳴フィルタF3は波長:λ1、λ2の光を高い透過率で透過させる。 Since the “wavelength band where resonance reflection occurs” is narrow, the resonance filter F1 transmits light with wavelengths λ2 and λ3 with high transmittance, and the resonance filter F2 transmits light with wavelengths λ1 and λ3 with high transmittance. The resonance filter F3 transmits light having wavelengths λ1 and λ2 with high transmittance.
図3(b)は、光スイッチングユニットの参考例の使用状態を説明図的に示している。 FIG. 3B illustrates the usage state of the reference example of the optical switching unit.
符号LS1、LS2、LS3は光源、符号M1はミラー、符号M2、M3はダイクロイックミラーを示す。これらミラーM1、ダイクロイックミラーM2、M3は図の如く「揺動可能」であり、駆動手段D1、D2、D3により「鏡面の態位」を揺動して切り替えることができるようになっている。 Reference numerals LS1, LS2, and LS3 indicate light sources, reference numeral M1 indicates a mirror, and reference numerals M2 and M3 indicate dichroic mirrors. These mirrors M1 and dichroic mirrors M2 and M3 are “rockable” as shown in the figure, and the “mirror position” can be switched by driving means D1, D2 and D3.
光源LS1〜LS3は、例えば、半導体レーザあるいはLEDが用いられる。光源LS1は波長:λ1の光を放射し、光源LS2、LS3はそれぞれ波長:λ2、λ3の光を放射する。図3(a)に即して説明したように、波長:λ1〜λ3はそれぞれ共鳴フィルタF1〜F3の(入射角:0のときの)共鳴波長である。 As the light sources LS1 to LS3, for example, semiconductor lasers or LEDs are used. The light source LS1 emits light of wavelength λ1, and the light sources LS2 and LS3 emit light of wavelengths λ2 and λ3, respectively. As described with reference to FIG. 3A, the wavelengths: λ1 to λ3 are resonance wavelengths of the resonance filters F1 to F3 (when the incident angle is 0), respectively.
ダイクロイックミラーM2は波長:λ1の光を透過させ、波長:λ2の光を反射する。ダイクロイックミラーM3は波長:λ1、λ2の光を透過させ、波長:λ3の光を反射する。 The dichroic mirror M2 transmits light having a wavelength: λ1, and reflects light having a wavelength: λ2. The dichroic mirror M3 transmits light having wavelengths λ1 and λ2, and reflects light having wavelength λ3.
ミラーM1、ダイクロイックミラーM2、M3は「基準の態位」では、反射光を共鳴フィルタF1、F2、F3に入射角:0で入射させるように設定されており、駆動手段D1、D2、D3による駆動による「駆動態位」では、反射光の共鳴フィルタF1〜F3への入射角を図3(a)の入射角:θに設定するようになっている。従って、ミラーMと駆動手段D1とは「入射角可変手段:C1」を構成し、ダイクロイックミラーM2と駆動手段D2とは「入射角可変手段:C2」を構成し、ダイクロイックミラーM3と駆動手段D3とは「入射角可変手段:C3」を構成する。 The mirror M1 and the dichroic mirrors M2 and M3 are set so that the reflected light is incident on the resonance filters F1, F2 and F3 at an incident angle of 0 in the “reference position”, and is driven by the driving means D1, D2 and D3. In the “driving state” by driving, the incident angle of the reflected light to the resonance filters F1 to F3 is set to the incident angle: θ in FIG. Therefore, the mirror M and the drive means D1 constitute “incident angle variable means: C1”, and the dichroic mirror M2 and the drive means D2 constitute “incident angle variable means: C2,” and the dichroic mirror M3 and the drive means D3. Constitutes "incident angle variable means: C3".
入射角可変手段:C1〜C3は、対応する共鳴フィルタへの入射光の入射角を「0からθ」へ変化させる。入射角:θでは、各共鳴フィルタとも共鳴波長はλ1〜λ3から変化し、波長:λ1〜λ3の光は共鳴フィルタF1〜F3を透過する。 Incident angle varying means: C1 to C3 change the incident angle of incident light to the corresponding resonance filter from “0 to θ”. At an incident angle: θ, the resonance wavelength of each resonance filter varies from λ1 to λ3, and light having wavelengths λ1 to λ3 passes through the resonance filters F1 to F3.
即ち、図3に示す光スイッチングユニットは、微細な凹凸による周期構造が入射光と共鳴することにより、特定波長:λi(i=1,2,3)を持った入射光:Li(i=1,2,3)を共鳴反射させる3個の共鳴フィルタ:Fi(i=1,2,3)を、光の通過する向きに直列的に配置してなるフィルタ素子FEと、共鳴フィルタ:Fiへの特定波長:λi(i=1,2,3)を持った光の入射角を、相対的に変化させる入射角可変手段:Ci(i=1,2,3)とを有し、入射角可変手段:Ci(i=1,2,3)により入射角を独立に変化させることにより、共鳴フィルタ:Fi(i=1,2,3)による共鳴波長を特定波長:λi(i=1,2,3)から変化させることにより、入射光:Li(i=1,2,3)の反射状態と透過状態とを独立にスイッチングする光スイッチングユニットである。 That is, the optical switching unit shown in FIG. 3 has incident light: Li (i = 1) having a specific wavelength: λi (i = 1, 2, 3) because the periodic structure with fine irregularities resonates with the incident light. , 2, 3) to three resonance filters: Fi (i = 1, 2, 3) arranged in series in the light passing direction, and to the resonance filter: Fi. The incident angle variable means: Ci (i = 1, 2, 3) for relatively changing the incident angle of light having a specific wavelength: λi (i = 1, 2, 3). By changing the incident angle independently by the variable means: Ci (i = 1, 2, 3), the resonance wavelength by the resonance filter: Fi (i = 1, 2, 3) is changed to the specific wavelength: λi (i = 1, 1). 2, 3) by changing the reflection state and transmission state of incident light: Li (i = 1, 2, 3) Which is the optical switching unit for switching independently.
波長:λ1を赤(R)色波長、波長:λ2を緑(G)色波長、波長:λ3を青(B)色波長とすれば、入射角可変手段:C1〜C3により、これら波長:λ1〜λ3に対する共鳴フィルタF1〜F3の「透過状態・反射状態」を独立に切り替えれば、フィルタ素子FEを透過する光の色を自然色の範囲で切り替えて表示することができる。 If the wavelength: λ1 is the red (R) color wavelength, the wavelength: λ2 is the green (G) wavelength, and the wavelength: λ3 is the blue (B) wavelength, the incident angle variable means: C1 to C3, these wavelengths: λ1 If the “transmission state / reflection state” of the resonance filters F1 to F3 with respect to λ3 is independently switched, the color of the light transmitted through the filter element FE can be switched and displayed in a natural color range .
また、図3(b)に即して説明した例では、入射角可変手段:C1〜C3は「入射光L1〜L3の向きを変化させる手段」である。 In the example described with reference to FIG. 3B , the incident angle varying means: C1 to C3 are “means for changing the direction of the incident light L1 to L3”.
図3の形態において、共鳴波長の異なる共鳴フィルタの数を増やして光の通過する向きに直列的に配列し、それに応じて発光波長の異なる光源や揺動可能なダイクロイックミラーの数を増やすことにより、透過光の色をより細かく変化させることができる。 In the form of FIG. 3, by increasing the number of resonance filters having different resonance wavelengths and arranging them in series in the direction in which light passes, the number of light sources having different emission wavelengths and the number of swingable dichroic mirrors are increased accordingly. The color of transmitted light can be changed more finely.
逆に、共鳴フィルタの数を2個にすれば、例えば、波長:λ1とλ2の光の光スイッチングを組み合わせて、波長:λ1、λ2、または「これらを混合した色」を表現でき、共鳴フィルタを1個にすれば、例えば、特定波長:λ1の光を光スイッチングできる。 Conversely, if the number of resonance filters is two, for example, the wavelength: λ1, λ2, or “mixed color” can be expressed by combining the optical switching of the wavelengths: λ1 and λ2. If one is used, for example, light having a specific wavelength: λ1 can be optically switched.
また、図3の実施の形態において、共鳴フィルタF1〜F3として、図2に即して説明した共鳴フィルタFBのタイプのものを用い、ミラーM1、ダイクロイックミラーM2、M3を固定的に設け、共鳴フィルタを電圧印加によるPZT素子の「高さ変化」により傾けて入射角を変化させて光スイッチングを行なうことができる。
この場合が請求項1の実施の形態である。
In the embodiment shown in FIG. 3, the resonance filters F1 to F3 are of the type of the resonance filter FB described with reference to FIG. 2, and the mirror M1, the dichroic mirrors M2 and M3 are fixedly provided, and the resonance filters Optical switching can be performed by changing the incident angle by tilting the filter by “height change” of the PZT element by applying a voltage .
This case is the embodiment of
図4は、カラー画像表示用の画像表示装置の実施の1形態を説明するための図である。 FIG. 4 is a diagram for explaining an embodiment of an image display device for displaying color images.
図4(a)は、光スイッチングユニットアレイを説明図的に示している。例として描かれた光スイッチングユニットアレイ41Rは、単一の透明基板に、多数の微小な共鳴フィルタ410が2次元的にアレイ配列して形成されている。
FIG. 4A illustrates the optical switching unit array in an explanatory manner. The optical
個々の共鳴フィルタ410は、図2に示したタイプのもので、外部からの電圧印加により高さ変化を生じるPZT素子により、入射光に対する傾きを個別に変化させて入射角を変化させることができるようになっており、電圧印加を行なう駆動回路も透明基板上に共鳴フィルタとともに作りこまれている。従って、アレイ配列した個々の共鳴フィルタ410を独立して駆動できる。 The individual resonance filters 410 are of the type shown in FIG. 2, and can change the incident angle by individually changing the inclination with respect to the incident light by a PZT element that changes in height when an external voltage is applied. A drive circuit for applying a voltage is also built with a resonance filter on a transparent substrate. Accordingly, the individual arrayed resonance filters 410 can be driven independently.
光スイッチングユニットアレイ41Rにアレイ配列させて形成された多数の共鳴フィルタ410は「同一種類」のものであり、個々の共鳴フィルタ410は、図2(b)に示した「傾き角:5度の状態」を、PZT素子16A等に電圧を印加されない「オフ状態」として、入射する光のうち赤(R)色光を共鳴反射し、他の波長の光を透過させるように共鳴波長:λRが設定されている。
A large number of resonance filters 410 formed in an array on the optical
図4(b)において、符号41G、41BLで示す光スイッチングユニットアレイは、構造的には上に説明した光スイッチングユニットアレイ41Rと同様のものである。光スイッチングユニットアレイ41G、41BLには多数の共鳴フィルタが「光スイッチングユニットアレイ41Rにおける共鳴フィルタ410の配列と合同的に配列形成」されている。
In FIG. 4B, the optical switching unit arrays denoted by reference numerals 41G and 41BL are structurally similar to the optical
光スイッチングユニットアレイ41Gにおいて配列形成されている各共鳴フィルタは同一種のものであり、駆動されないオフ状態において、入射する光のうち緑(G)色光を共鳴反射し、他の波長の光を透過させるように共鳴波長:RGが設定されている。光スイッチングユニットアレイ41BLにおいて配列形成されている各共鳴フィルタは同一種のものであり、駆動されないオフ状態において、入射する光のうち青(BL)色光を共鳴反射し、他の波長の光を透過させるように共鳴波長:λBLが設定されている。 The resonance filters arranged in the optical switching unit array 41G are of the same type, and in the off state where they are not driven, the green (G) color light of the incident light is resonantly reflected and light of other wavelengths is transmitted. The resonance wavelength: RG is set so that The resonance filters arranged in the optical switching unit array 41BL are of the same type, and in the off state where they are not driven, the blue (BL) color light of the incident light is resonantly reflected and light of other wavelengths is transmitted. The resonance wavelength: λBL is set so that
光スイッチングユニットアレイ41BL、41G、41Rは、図の如く、光の通過方向(図4(b)の上下方向)へ互いに重なり合うように配置されており、各光スイッチングユニットアレイの個々の共鳴フィルタは、他の光スイッチングユニットアレイにおいて対応する位置にある共鳴フィルタと「光の通過方向」において互いに重なりあう。 As shown in the figure, the optical switching unit arrays 41BL, 41G, and 41R are arranged so as to overlap each other in the light passing direction (the vertical direction in FIG. 4B), and the individual resonance filters of each optical switching unit array are In other optical switching unit arrays, resonance filters at corresponding positions overlap with each other in the “light passing direction”.
即ち、図4(b)に示す、光スイッチングユニットアレイ41BL、41G、41Rは、全体として、請求項3記載の光スイッチングユニットを2次元的にアレイ配列したものである。
図4(b)における符号10BL、10G、10Rは、カラー光源手段の光源部を構成する光源であり、この実施の形態においては高出力LDが用いられている。これら光源10BL、10G、10Rから放射される青(BL)色光、緑(G)色光、赤(R)色光は、カップリングレンズ42により平行光束に変換されて、光通過方向である図4(b)上下方向に直列的に重ねて配置された光スイッチングユニットアレイ41BL、41R、41Gに入射する。
That is, the optical switching unit arrays 41BL, 41G, 41R shown in FIG. 4B are two-dimensionally arrayed optical switching units according to claim 3.
Reference numerals 10BL, 10G, and 10R in FIG. 4B denote light sources that constitute the light source unit of the color light source means. In this embodiment, a high output LD is used. The blue (BL) light, green (G) light, and red (R) light emitted from the light sources 10BL, 10G, and 10R are converted into parallel light fluxes by the
光スイッチングユニットアレイの各共鳴フィルタの駆動状態が「オフ状態」のとき、光スイッチングユニットアレイの各共鳴フィルタへの入射角は5度であって、対応する波長の光を共鳴反射し、「オン状態(傾き角:2度)」では入射角は2度であって、上記波長の光を透過させる。 When the drive state of each resonance filter of the optical switching unit array is “off state”, the incident angle to each resonance filter of the optical switching unit array is 5 degrees, and the light of the corresponding wavelength is resonantly reflected. In the “state (tilt angle: 2 degrees)”, the incident angle is 2 degrees, and light of the above wavelength is transmitted.
光スイッチングユニットアレイ41BL、41G、41Rの各光スイッチングユニットがオフ状態(共鳴フィルタが駆動されていない状態)では、光源10BLからの青色光は光スイッチングユニットアレイ41BLで共鳴反射されるが、光スイッチングユニットアレイ41G、41Rは透過する。また、光源10Gからの緑色光は光スイッチングユニットアレイ41Gで共鳴反射されるが、光スイッチングユニットアレイ41BL、41Rは透過し、光源10Rからの赤色光は光スイッチングユニットアレイ41Rで共鳴反射されるが、光スイッチングユニットアレイ41G、41BLは透過する。
When each optical switching unit of the optical switching unit arrays 41BL, 41G, and 41R is in an off state (a state in which the resonance filter is not driven), blue light from the light source 10BL is resonantly reflected by the optical switching unit array 41BL. The
結局、光スイッチングユニットアレイ41R、41G、41BLの各光スイッチングユニットがオフ状態では、赤色光は光スイッチングユニットアレイ41Rにより共鳴反射され、緑色光、青色光はそれぞれ光スイッチングユニットアレイ41G、41Bにより共鳴反射されるので、光源10R、10G、10BLからの各色の光は光スイッチングユニットアレイ41R、41G、41BLの直列配列を透過することがない。
After all, when each optical switching unit of the optical
光スイッチングユニットアレイ41BLの各光スイッチングユニットが駆動されたオン状態では、光源10BLからの青色光は光スイッチングユニットアレイ41BL、41G、41Rを透過し、光スイッチングユニットアレイ41Gの各光スイッチングユニットが駆動されたオン状態では、光源10Gからの緑色光は光スイッチングユニットアレイ41BL、41G、41Rを透過する。 In the ON state where each optical switching unit of the optical switching unit array 41BL is driven, the blue light from the light source 10BL is transmitted through the optical switching unit arrays 41BL, 41G, and 41R, and each optical switching unit of the optical switching unit array 41G is driven. In the ON state, the green light from the light source 10G passes through the optical switching unit arrays 41BL, 41G, and 41R.
また、光スイッチングユニットアレイ41Rの各光スイッチングユニットが駆動されたオン状態では、光源10Rからの赤色光は光スイッチングユニットアレイ41BL、40G、41Rを透過する。従って、光スイッチングユニットアレイ41BL、41G、41Rを、画像信号に応じて制御手段44で「個々の共鳴フィルタのPZT素子への電圧印加を制御する」ことにより透過光によるカラー画像を表示することができる。
Further, in the ON state where each optical switching unit of the optical
図4のカラー画像表示装置は、例えば「ビューファインダ」等として実施できる。
また、図4(b)に示した部分に図示されない「投射レンズ」を付加し、光スイッチングユニットアレイ41R〜41BLを透過したカラー画像光を、投射レンズによりスクリーン上に拡大して投射するカラープロジェクタとして実施することもできる。このようなプロジェクタは3枚の液晶パネルを用いるカラープロジェクタに比して、画像表示部が薄型かつコンパクトである。
The color image display apparatus shown in FIG. 4 can be implemented as, for example, a “viewfinder”.
Further, a “projection lens” (not shown) is added to the portion shown in FIG. 4B, and the color image light transmitted through the light
ここで、図5を参照すると、図5は、図1に示したタイプの共鳴フィルタを示しているが、図5において、符号t1で示す厚さは「導波層12の厚さ」であり、符号t2で示す厚さは「導波層12の上面に形成された微細な凹凸による周期構造の厚さ(微細な凹凸における凹部の深さ)」であり、符号Λで示すのは上記周期構造の「ピッチ」、符号dで示すのは「周期構造における凸部の幅」である。このとき「f=d/Λ」により「フィルファクタ:f」を定義する。
Referring now to FIG. 5, FIG. 5 shows a resonance filter of the type shown in FIG. 1. In FIG. 5, the thickness indicated by reference numeral t1 is “the thickness of the
以下に、図6を参照して共鳴フィルタの製造方法を説明する。
表面をきれいに研磨した石英基板60を用意し、表面を洗浄したのち、真空蒸着によりTiO2の薄膜62を成膜する(図6(a))。「TiO2の薄膜」は、屈折率が大きく、比較的容易に形成可能である。
Hereinafter, a method for manufacturing a resonance filter will be described with reference to FIG.
A
形成された薄膜62の上面にフォトレジスト薄膜を形成し、微細なパターニングを行ってフォトレジスト層に格子を形成する。パターニングの方法は、ステッパを用いた露光、EB(電子ビーム)を用いた露光、集光ビームを走査することによって行なう露光、2光束干渉による露光などの方法により形成が可能である。
A photoresist thin film is formed on the upper surface of the formed
この例では大面積化における生産性を考慮して、2光束干渉による露光法を用いた。光源には波長:351nmのガスレーザを用い、フォトレジストには「i線系ポジ型フォトレジスト」を使用した。この場合、形成される格子のピッチ(薄膜62に形成される周期構造における上記ピッチ:Λに対応する。)は「2つの露光光束の交差角度」によって調整でき、図6(e)に示す露光光束L1、L2片側入射角度:θを用いて、Λ=λ/(sinθ)から形成可能になる。ここでλは、2つの露光光束LA、LBの波長である。また図6(e)において符号PRはフォトレジストの層を示す。
また、微細構造のフィルファクタ:fは露光強度によって調節することができる。
In this example, an exposure method using two-beam interference is used in consideration of productivity in increasing the area. A gas laser having a wavelength of 351 nm was used as the light source, and “i-line positive photoresist” was used as the photoresist. In this case, the pitch of the grating to be formed (corresponding to the pitch: Λ in the periodic structure formed on the thin film 62) can be adjusted by the “intersection angle of two exposure light beams”, and the exposure shown in FIG. Light beams L1 and L2 can be formed from Λ = λ / (sin θ) using one-side incident angle: θ. Here, λ is the wavelength of the two exposure light beams LA and LB. In FIG. 6E, the symbol PR indicates a photoresist layer.
The fine structure fill factor f can be adjusted by the exposure intensity.
格子を形成されたフォトレジストをマスクとして「TiO2の薄膜62」をエッチングし、図6(b)に示す如くにTiO2の薄膜62に「微細な凹凸による周期構造」を形成する。この例では、エッチングにより形成する凹凸の深さが浅いので、フォトレジストをマスクとしたエッチングが可能であるが、フォトレジストパターンをマスクとして金属薄膜を蒸着、フォトレジストを除去した後の金属パターンをマスクとしたエッチングを行なうことも可能である。また、この例では微細な凹凸構造の断面形状を矩形としているが、台形、波型などの形状も実現可能である。
The “TiO 2
このように微細な凹凸の形成された薄膜62に対して、カバー層64を形成する(図6(c))。この例ではカバー層64の材料として「アクリル製紫外線硬化樹脂」を使用し、紫外線の照射により硬化させた。その際、樹脂が微細な凹凸による周期構造の凹部に十分に侵入し、且つ、表面を良好に平坦化するため、紫外線硬化樹脂として「粘度:10cP以下」のものを使用した。
A
図6の(a)〜(c)の工程で「図1に即して説明したタイプの共鳴フィルタ」が得られる。さらに、石英基板60の底面にPZT素子などの圧電効果を有する素子66A、66Bを形成し、各素子に電極をつける(図6(d))ことによりことにより「図2に即して説明したタイプの共鳴フィルタ」が得られる。
In the steps (a) to (c) in FIG. 6, the “resonance filter of the type described with reference to FIG. 1” is obtained. Further,
上述の、石英基板60上に導波層62をTiO2の薄膜で形成し、その上面に微細な凹凸による周期構造を形成し、カバー層64を形成し、最後に石英基板60の底面にPZT素子などの圧電効果を有する素子66A、66Bを形成し、各素子に電極をつける製造プロセスを用い、波長:635nm(赤:R)、波長:532nm(緑:G)、波長:440nm(青:BL)の光に対して「傾き角:5度で共鳴反射を生じ、傾き角:2度でこれらの光を透過」させる共鳴フィルタFR、FG、FBLを作製した。
The
これら共鳴フィルタで相互に異なるのは微細構造のピッチ:Λのみである。以下に、前述の厚さ:t1、t2、ピッチ:Λ、フィルファクタ:fの具体的な値を挙げる。 The only difference between these resonance filters is the fine structure pitch: Λ. Hereinafter, specific values of the above-mentioned thicknesses: t1, t2, pitch: Λ, fill factor: f are listed.
共鳴フィルタ FBL FG FR
ピッチ:Λ 230nm 290nm 360nm
フィルファクタ:f 0.5 0.5 0.5
厚さ:t2 20nm 20nm 20nm
厚さ:t1 80nm 80nm 80nm 。
Resonance filter FBL FG FR
Pitch: Λ 230nm 290nm 360nm
Fill factor: f 0.5 0.5 0.5
Thickness: t2 20nm 20nm 20nm
Thickness:
これら共鳴フィルタFR、FG、FBLの、入射角:2度と5度における透過曲線を図7に示す。図7(a)は共鳴フィルタFRに対する透過曲線、(b)は共鳴フィルタFGに対する透過曲線、(c)は共鳴フィルタFBLに対する透過曲線である。 FIG. 7 shows transmission curves of the resonance filters FR, FG, and FBL at incident angles: 2 degrees and 5 degrees. 7A shows a transmission curve for the resonance filter FR, FIG. 7B shows a transmission curve for the resonance filter FG, and FIG. 7C shows a transmission curve for the resonance filter FBL.
共鳴フィルタFBLの場合、波長:440nmの青色LDからの光を入射角5度で入射させる場合、石英基板の屈折率:1.45、TiO2の屈折率:2.25、アクリル系紫外線硬化樹脂の屈折率:1.50となり、図7(c)に示すように、波長:440nm付近の狭帯域で共鳴反射を起こす(曲線74)が、他の波長の光は略透過する。入射角が2度では、共鳴波長は略453nm(曲線75)となり、従って、この入射角:2度で入射する「波長:440nmの青色LDからの光」は共鳴フィルタFBLを透過する。 In the case of the resonance filter FBL, when light from a blue LD having a wavelength of 440 nm is incident at an incident angle of 5 degrees, the refractive index of the quartz substrate is 1.45, the refractive index of TiO 2 is 2.25, and the acrylic ultraviolet curable resin. The refractive index is 1.50, and as shown in FIG. 7C, resonance reflection occurs in a narrow band near the wavelength: 440 nm (curve 74), but light of other wavelengths is substantially transmitted. When the incident angle is 2 degrees, the resonance wavelength is approximately 453 nm (curve 75). Therefore, the “light from the blue LD having a wavelength of 440 nm” incident at the incident angle: 2 degrees passes through the resonance filter FBL.
共鳴フィルタFGの場合、波長:532nmの緑色LDからの光を入射角5度で入射させる場合、図7(b)に示すように、波長:532nm付近の狭帯域で共鳴反射(曲線72)を起こすが、他の波長の光は略透過する。入射角が2度では、共鳴波長は略550nm(曲線73)となり、従って、この入射角:2度で入射する「波長:532nmの緑色LDからの光」は共鳴フィルタFGを透過する。 In the case of the resonance filter FG, when light from a green LD having a wavelength of 532 nm is incident at an incident angle of 5 degrees, as shown in FIG. 7B, resonance reflection (curve 72) is performed in a narrow band near the wavelength of 532 nm. Occurs but transmits light of other wavelengths. When the incident angle is 2 degrees, the resonance wavelength is approximately 550 nm (curve 73). Therefore, the “light from the green LD having the wavelength: 532 nm” incident at the incident angle: 2 degrees passes through the resonance filter FG.
共鳴フィルタFRの場合、波長:635nmの赤色LDからの光を入射角5度で入射させる場合、図7(a)に示すように、波長:635nm付近の狭帯域で共鳴反射(曲線70)を起こすが、他の波長の光は略透過する。入射角が2度では、共鳴波長は略648nm(曲線71)となり、従って、この入射角:2度で入射する「波長:635nmの赤色LDからの光」は共鳴フィルタFBLを透過する。 In the case of the resonance filter FR, when light from a red LD having a wavelength of 635 nm is incident at an incident angle of 5 degrees, as shown in FIG. 7A, resonance reflection (curve 70) is performed in a narrow band near the wavelength of 635 nm. Occurs but transmits light of other wavelengths. When the incident angle is 2 degrees, the resonance wavelength is approximately 648 nm (curve 71). Therefore, the “light from the red LD with the wavelength: 635 nm” incident at the incident angle: 2 degrees passes through the resonance filter FBL.
10 透光性の基板
12 導波層
14 カバー層14
FA 共鳴フィルタ
λA 特定波長
DESCRIPTION OF
FA resonance filter λA Specific wavelength
Claims (5)
共鳴フィルタ:Fiへの特定波長:λi(i=1,2,・・n)を持つ光の入射角:θi(i=1,2,・・n)を独立に変化させる入射角可変手段:Ci(i=1,2,・・n)とを有し、
上記入射角可変手段:Ci(i=1,2,・・n)は、個々の共鳴フィルタFiに1対ずつ設けられ、その一方もしくは双方に印加される電圧により共鳴フィルタFiを、入射光の入射方向に対して独立に傾けて入射角θi(i=1,2,・・n)を変化させるものであり、
上記入射角可変手段:Ci(i=1,2,・・n)により上記入射角:θi(i=1,2,・・n)を独立に変化させることにより、上記共鳴フィルタ:Fi(i=1,2,・・n)による共鳴波長を上記特定波長:λi(i=1,2,・・n)から変化させることにより上記入射光:Li(i=1,2,・・n)の反射状態と透過状態とを独立にスイッチングし、
上記フィルタ素子を構成する個々の共鳴フィルタは、透光性の導波層と透光性のカバー層とを有し、
上記周期構造は、上記導波層と上記カバー層との境界部の微細な凹凸構造が、屈折率の異なる微細な領域を、一方向に交互に周期的に配列した1次元的な構造のものであることを特徴とする光スイッチングユニット。 Resonant reflection of incident light: Li (i = 1, 2,... N) having a specific wavelength: [lambda] i (i = 1, 2,... N) due to resonance of the periodic structure with fine irregularities with the incident light. A filter element in which n (≧ 2) resonance filters: Fi (i = 1, 2,... N) are stacked in series in the light passing direction;
Resonance filter: Incident angle varying means for independently changing the incident angle: θi (i = 1, 2,... N) of light having a specific wavelength λ i (i = 1, 2,... N) to Fi: Ci (i = 1, 2,... N),
The incident angle varying means Ci (i = 1, 2,... N) is provided for each resonance filter Fi as a pair, and the resonance filter Fi is applied to one or both of the resonance filters Fi by the incident light. Inclining independently with respect to the incident direction to change the incident angle θi (i = 1, 2,... N),
By changing the incident angle: θi (i = 1, 2,... N) independently by the incident angle varying means: Ci (i = 1, 2,... N), the resonance filter: Fi (i = 1, 2,... N) by changing the resonance wavelength from the specific wavelength: λi (i = 1, 2,... N), the incident light: Li (i = 1, 2,... N) Independently switching between reflective and transmissive states
Each resonance filter constituting the filter element has a light-transmitting waveguide layer and a light-transmitting cover layer,
The periodic structure has a one-dimensional structure in which a fine uneven structure at the boundary between the waveguide layer and the cover layer is formed by alternately arranging fine regions having different refractive indexes in one direction. optical switching unit, characterized in that it.
n種の特定波長:λiが、自然色を表現できるものであることを特徴とする光スイッチングユニット。 The optical switching unit according to claim 1, wherein
An optical switching unit characterized in that n kinds of specific wavelengths: λi can express natural colors.
この光スイッチングユニットアレイの各光スイッチングユニットに、特定波長を持つ光を供給する光照射手段と、
上記光スイッチングユニットアレイを透過した光を結像させる結像レンズを有する画像表示装置。 An optical switching unit array according to claim 3,
Light irradiation means for supplying light having a specific wavelength to each optical switching unit of the optical switching unit array;
An image display device having an imaging lens for forming an image of light transmitted through the optical switching unit array.
光スイッチングユニットアレイを構成する光スイッチングユニットが、請求項1または2に記載のものであり、光照射手段が、特定波長:λi(i=1,2,・・n)を持つn種の光を供給するものであることを特徴とする画像表示装置。 The image display device according to claim 4.
The optical switching unit constituting the optical switching unit array is the one according to claim 1 or 2, and the light irradiation means has n types of light having a specific wavelength: λi (i = 1, 2,... N). An image display device for supplying
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