JPH0627320A - 複屈折回折格子型偏光子 - Google Patents
複屈折回折格子型偏光子Info
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- JPH0627320A JPH0627320A JP18326892A JP18326892A JPH0627320A JP H0627320 A JPH0627320 A JP H0627320A JP 18326892 A JP18326892 A JP 18326892A JP 18326892 A JP18326892 A JP 18326892A JP H0627320 A JPH0627320 A JP H0627320A
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 claims description 14
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 4
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 abstract description 28
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 9
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 4
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
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- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
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- Polarising Elements (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】入射光の広い波長範囲にわたって実用上十分な
高い消光比を得る。 【構成】ニオブ酸リチウム基板15の面16に、プロト
ン交換領域18及び位相補償膜19の回折格子が形成さ
れ、面17に、プロトン交換領域20及び位相補償膜2
1の回折格子が形成される。面16の回折格子は、入射
光の波長λ1 の場合に、ライン部とスペース部の位相差
が常光成分に対しては0、異常光成分に対してはπにな
る。また、面17の回折格子は、入射光の波長がλ
2 (λ1 <λ2)の場合に、ライン部とスペース部の位
相差が常光成分に対しては0、異常光成分に対してはπ
になる。入射光の波長がλ1 より小さい場合は、面16
に形成された回折格子により高い消光比が得られ、入射
光の波長がλ2 より大きい場合は、面17に形成された
回折格子により高い消光比が得られる。入射光の波長が
λ1 とλ2 の間にある場合にも、λ1 ,λ2 の値を適当
に定めることにより、必要な消光比を確保する。
高い消光比を得る。 【構成】ニオブ酸リチウム基板15の面16に、プロト
ン交換領域18及び位相補償膜19の回折格子が形成さ
れ、面17に、プロトン交換領域20及び位相補償膜2
1の回折格子が形成される。面16の回折格子は、入射
光の波長λ1 の場合に、ライン部とスペース部の位相差
が常光成分に対しては0、異常光成分に対してはπにな
る。また、面17の回折格子は、入射光の波長がλ
2 (λ1 <λ2)の場合に、ライン部とスペース部の位
相差が常光成分に対しては0、異常光成分に対してはπ
になる。入射光の波長がλ1 より小さい場合は、面16
に形成された回折格子により高い消光比が得られ、入射
光の波長がλ2 より大きい場合は、面17に形成された
回折格子により高い消光比が得られる。入射光の波長が
λ1 とλ2 の間にある場合にも、λ1 ,λ2 の値を適当
に定めることにより、必要な消光比を確保する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光通信装置や光情報処理
装置に用いる複屈折回折格子型偏光子に関する。
装置に用いる複屈折回折格子型偏光子に関する。
【0002】
【従来の技術】偏光子は入射光のうちの特定の偏光成分
のみを取り出す素子であり、光通信用光源モジュールや
光ディスクヘッド、投写型ディスプレイ等の光学系中に
用いられている。偏光子の種類としては、グラントムソ
ンプリズム等の複屈折性の結晶における偏光による屈折
率の違いを利用するものや、ガラスの表面に誘電体多層
膜をコーティングし、この誘電体多層膜における偏光に
よる透過率、反射率の違いを利用するものが多く使われ
ている。これらに対し、近年、小型で低価格であること
を特徴とした、特開昭63−314502公報に示すよ
うな複屈折回折格子型偏光子が提案されている。
のみを取り出す素子であり、光通信用光源モジュールや
光ディスクヘッド、投写型ディスプレイ等の光学系中に
用いられている。偏光子の種類としては、グラントムソ
ンプリズム等の複屈折性の結晶における偏光による屈折
率の違いを利用するものや、ガラスの表面に誘電体多層
膜をコーティングし、この誘電体多層膜における偏光に
よる透過率、反射率の違いを利用するものが多く使われ
ている。これらに対し、近年、小型で低価格であること
を特徴とした、特開昭63−314502公報に示すよ
うな複屈折回折格子型偏光子が提案されている。
【0003】図3に従来の複屈折回折格子型偏光子の構
成を示す。複屈折性を有するニオブ酸リチウム基板1上
に、プロトン交換領域2および位相補償膜3から成る二
層の回折格子が形成されている。位相補償膜3として
は、例えばNb2 O3 が用いられる。また、回折格子の
ライン部とスペース部の幅は等しい。ここで次のように
記号を定めると、式(1)〜(3)が成り立つ。
成を示す。複屈折性を有するニオブ酸リチウム基板1上
に、プロトン交換領域2および位相補償膜3から成る二
層の回折格子が形成されている。位相補償膜3として
は、例えばNb2 O3 が用いられる。また、回折格子の
ライン部とスペース部の幅は等しい。ここで次のように
記号を定めると、式(1)〜(3)が成り立つ。
【0004】η0 :0次光の回折効率(透過率) η1 :±1次光の回折効率の和 λ :入射光の波長 Tp :プロトン交換領域の深さ Td :位相補償膜の厚さ Δn:プロトン交換領域と非交換領域の屈折率差 nd :位相補償膜の屈折率 η0 =cos2 γ …(1) η1 =2(2/π)2 sin2 γ …(2) γ=(π/λ)[Tp Δn+Td (nd −1)] …(3) 図4にこの複屈折回折格子型偏光子における入射光の位
相変化を示す。(a)は光学軸に垂直な偏光成分(常光
成分)に対応しており、プロトン交換領域における位相
変化量4と位相補償膜における位相変化量5の符号は逆
である。(b)は光学軸に平行な偏光成分(異常光成
分)に対応しており、プロトン交換領域における位相変
化量6と位相補償膜における位相変化量7の符号は同じ
である。図に示すように、Tp およびTd を適当に定め
ることにより、回折格子のライン部とスペース部の位相
差2γを、常光成分に対しては0、異常光成分に対して
はπにすることができる。従って式(1),(2)よ
り、常光成分はη0 =1,η1=0となるため回折され
ずに全て透過し、異常光成分はη0 =0,η1 =0.8
1となるため透過せずに全て回折される。
相変化を示す。(a)は光学軸に垂直な偏光成分(常光
成分)に対応しており、プロトン交換領域における位相
変化量4と位相補償膜における位相変化量5の符号は逆
である。(b)は光学軸に平行な偏光成分(異常光成
分)に対応しており、プロトン交換領域における位相変
化量6と位相補償膜における位相変化量7の符号は同じ
である。図に示すように、Tp およびTd を適当に定め
ることにより、回折格子のライン部とスペース部の位相
差2γを、常光成分に対しては0、異常光成分に対して
はπにすることができる。従って式(1),(2)よ
り、常光成分はη0 =1,η1=0となるため回折され
ずに全て透過し、異常光成分はη0 =0,η1 =0.8
1となるため透過せずに全て回折される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図3に示す従来の複屈
折回折格子型偏光子において、入射光の波長が偏光子の
設計波長からずれると、それに伴って入射光の位相変化
も図4に示す状態からずれる。ここで偏光子の設計波長
をλ0 とし、Δnおよびnd の波長依存性は小さいので
無視して考える。常光成分に対しては、図4(a)に示
すプロトン交換領域における位相変化量4と位相補償膜
における位相変化量5のいずれが相殺されるため、常に
γ=0となる。一方、異常光成分に対しては、図4
(b)に示すプロトン交換領域における位相変化量6と
位相補償膜における位相変化量7のずれが加算されるた
め、γ=(πλ0 /2λ)となる。
折回折格子型偏光子において、入射光の波長が偏光子の
設計波長からずれると、それに伴って入射光の位相変化
も図4に示す状態からずれる。ここで偏光子の設計波長
をλ0 とし、Δnおよびnd の波長依存性は小さいので
無視して考える。常光成分に対しては、図4(a)に示
すプロトン交換領域における位相変化量4と位相補償膜
における位相変化量5のいずれが相殺されるため、常に
γ=0となる。一方、異常光成分に対しては、図4
(b)に示すプロトン交換領域における位相変化量6と
位相補償膜における位相変化量7のずれが加算されるた
め、γ=(πλ0 /2λ)となる。
【0006】偏光子の重要な性能として、常光成分の透
過率と異常光成分の透過率の比で与えられる消光比が挙
げられる。消光比をε1 とすると、式(4)が成り立
つ。
過率と異常光成分の透過率の比で与えられる消光比が挙
げられる。消光比をε1 とすると、式(4)が成り立
つ。
【0007】 ε1 =−10log[cos2 (πλ0 /2λ)] …(4) 図5にλ0 =520nmとしたときの、この複屈折回折
格子型偏光子における入射光の波長λと消光比ε1 の関
係を計算した結果を示す。入射光の波長が設計波長から
ずれるに従って消光比は低下し、可視光領域の下限波長
である390nmおよび上限波長である780nmにお
いては、約6dBの消光比しか得られないことがわか
る。
格子型偏光子における入射光の波長λと消光比ε1 の関
係を計算した結果を示す。入射光の波長が設計波長から
ずれるに従って消光比は低下し、可視光領域の下限波長
である390nmおよび上限波長である780nmにお
いては、約6dBの消光比しか得られないことがわか
る。
【0008】このような消光比の低下を抑制するため
に、回折格子を二重化する方法が提案されている。図6
に二重化した複屈折回折格子型偏光子の構成を示す。ニ
オブ酸リチウム基板8の第一の面9上に、プロトン交換
領域11および位相補償膜12から成る二層の回折格子
が形成されている。さらに、ニオブ酸リチウム基板8の
第二の面10上に、プロトン交換領域13および位相補
償膜14から成る二層の回折格子が形成されている。プ
ロトン交換領域11と13の深さは共にT0 であり、位
相補償膜12と14の厚さは共にTd である。また、2
度回折された光が透過光に重ならないように、二つの回
折格子の溝の方向は互いに直交している。この二重化し
た偏光子の消光比をε2 とすると、式(5)が成り立
つ。
に、回折格子を二重化する方法が提案されている。図6
に二重化した複屈折回折格子型偏光子の構成を示す。ニ
オブ酸リチウム基板8の第一の面9上に、プロトン交換
領域11および位相補償膜12から成る二層の回折格子
が形成されている。さらに、ニオブ酸リチウム基板8の
第二の面10上に、プロトン交換領域13および位相補
償膜14から成る二層の回折格子が形成されている。プ
ロトン交換領域11と13の深さは共にT0 であり、位
相補償膜12と14の厚さは共にTd である。また、2
度回折された光が透過光に重ならないように、二つの回
折格子の溝の方向は互いに直交している。この二重化し
た偏光子の消光比をε2 とすると、式(5)が成り立
つ。
【0009】 ε2 =−20log[cos2 (πλ0 /2λ)] …(5) 図7にλ0 =520nmとしたときの、この複屈折回折
格子型偏光子における入射光の波長λと消光比ε2 の関
係を計算した結果を示す。入射光の波長ずれに伴う消光
比の低下量は抑制されており、可視光領域の下限波長で
ある390nmおよび上限波長である780nmにおい
ては、約12dBの消光比が得られているが、まだ十分
とは言えない。
格子型偏光子における入射光の波長λと消光比ε2 の関
係を計算した結果を示す。入射光の波長ずれに伴う消光
比の低下量は抑制されており、可視光領域の下限波長で
ある390nmおよび上限波長である780nmにおい
ては、約12dBの消光比が得られているが、まだ十分
とは言えない。
【0010】本発明の目的は、入射光の広い波長範囲に
わたって十分な消光比が得られる複屈折回折格子型偏光
子を提供することにある。
わたって十分な消光比が得られる複屈折回折格子型偏光
子を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の複屈折回折格子
型偏光子は、複屈折性を有する結晶基板の第一の面に、
周期的なイオン交換領域およびこのイオン交換領域上に
設けられた誘電体膜からなる回折格子が形成され、かつ
前記第一の面と対向する第二の面に、前記周期的なイオ
ン交換領域およびこのイオン交換領域上に設けられた誘
電体膜からなる回折格子が、前記第一の面に形成された
回折格子と溝の方向が直交して形成される複屈折回折格
子型偏光子において、前記第一の面に形成された回折格
子では、第一の波長の入射光のうちイオン交換領域およ
び誘電体膜を通過する部分と通過しない部分の位相差が
常光成分に対しては0、異常光成分に対してはπとなる
ようなイオン交換領域の深さと誘電体膜の厚さを有し、
かつ前記第二の面に形成された回折格子では、前記第一
の波長と異なる第二の波長の入射光のうちイオン交換領
域および誘電体膜を通過する部分と通過しない部分の位
相差が常光成分に対しては0、異常光成分に対してはπ
となるイオン交換領域の深さと誘電体膜の厚さとを有す
ることを特徴とする。
型偏光子は、複屈折性を有する結晶基板の第一の面に、
周期的なイオン交換領域およびこのイオン交換領域上に
設けられた誘電体膜からなる回折格子が形成され、かつ
前記第一の面と対向する第二の面に、前記周期的なイオ
ン交換領域およびこのイオン交換領域上に設けられた誘
電体膜からなる回折格子が、前記第一の面に形成された
回折格子と溝の方向が直交して形成される複屈折回折格
子型偏光子において、前記第一の面に形成された回折格
子では、第一の波長の入射光のうちイオン交換領域およ
び誘電体膜を通過する部分と通過しない部分の位相差が
常光成分に対しては0、異常光成分に対してはπとなる
ようなイオン交換領域の深さと誘電体膜の厚さを有し、
かつ前記第二の面に形成された回折格子では、前記第一
の波長と異なる第二の波長の入射光のうちイオン交換領
域および誘電体膜を通過する部分と通過しない部分の位
相差が常光成分に対しては0、異常光成分に対してはπ
となるイオン交換領域の深さと誘電体膜の厚さとを有す
ることを特徴とする。
【0012】
【作用】本発明の複屈折回折格子型偏光子においては、
結晶基板の第一の面に形成された回折格子の第二の面に
形成された回折格子で設計波長が異なっている。それぞ
れの回折格子に対する設計波長をλ1 ,λ2 とし、λ1
<λ0 <λ2 であるとする。入射光の波長がλ1 より小
さい場合、主に第一の面に形成された回折格子の寄与に
より、従来例より高い消光比が得られる。一方、入射光
の波長がλ2 より大きい場合、主に第二の面に形成され
た回折格子の寄与により、従来例より高い消光比が得ら
れる。また、入射光の波長がλ1 とλ2 の間にある場
合、消光比が従来例に比べて低下する領域が存在する
が、λ1 ,λ2 の値を適当に定めることにより、必要な
消光比を確保することが可能である。その結果、従来例
より広い波長範囲にわたって、実用上十分な高い消光比
を得ることができる。
結晶基板の第一の面に形成された回折格子の第二の面に
形成された回折格子で設計波長が異なっている。それぞ
れの回折格子に対する設計波長をλ1 ,λ2 とし、λ1
<λ0 <λ2 であるとする。入射光の波長がλ1 より小
さい場合、主に第一の面に形成された回折格子の寄与に
より、従来例より高い消光比が得られる。一方、入射光
の波長がλ2 より大きい場合、主に第二の面に形成され
た回折格子の寄与により、従来例より高い消光比が得ら
れる。また、入射光の波長がλ1 とλ2 の間にある場
合、消光比が従来例に比べて低下する領域が存在する
が、λ1 ,λ2 の値を適当に定めることにより、必要な
消光比を確保することが可能である。その結果、従来例
より広い波長範囲にわたって、実用上十分な高い消光比
を得ることができる。
【0013】
【実施例】以下に図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図1は本発明の複屈折回折格子型偏光子の
一実施例を示す斜視図である。
て説明する。図1は本発明の複屈折回折格子型偏光子の
一実施例を示す斜視図である。
【0014】ニオブ酸リチウム基板15の第一の面16
上に、プロトン交換領域18および位相補償膜19から
成る二層の回折格子が形成されている。さらに、ニオブ
酸リチウム基板15の第二の面17上に、プロトン交換
領域20および位相補償膜21から成る二層の回折格子
が形成されている。
上に、プロトン交換領域18および位相補償膜19から
成る二層の回折格子が形成されている。さらに、ニオブ
酸リチウム基板15の第二の面17上に、プロトン交換
領域20および位相補償膜21から成る二層の回折格子
が形成されている。
【0015】プロトン交換領域18および20の深さは
それぞれTp1,Tp2であり、位相補償膜19および21
の厚さはそれぞれTd1,Td2である。また、2度回折さ
れた光が透過光に重ならないように、二つの回折格子の
溝の方向は互いに直交している。Tp1とTd1の値は、入
射光の波長がλ1 の場合に、回折格子のライン部とスペ
ース部の位相差が常光成分に対しては0、異常光成分に
対してはπになるように定められている。また、Tp2と
Td2の値は、入射光の波長がλ2 の場合に、回折格子の
ライン部とスペース部の位相差が常光成分に対しては
0、異常光成分に対してはπになるように定められてい
る。この偏光子の消光比をεとすると、式(6)が成り
立つ。
それぞれTp1,Tp2であり、位相補償膜19および21
の厚さはそれぞれTd1,Td2である。また、2度回折さ
れた光が透過光に重ならないように、二つの回折格子の
溝の方向は互いに直交している。Tp1とTd1の値は、入
射光の波長がλ1 の場合に、回折格子のライン部とスペ
ース部の位相差が常光成分に対しては0、異常光成分に
対してはπになるように定められている。また、Tp2と
Td2の値は、入射光の波長がλ2 の場合に、回折格子の
ライン部とスペース部の位相差が常光成分に対しては
0、異常光成分に対してはπになるように定められてい
る。この偏光子の消光比をεとすると、式(6)が成り
立つ。
【0016】 ε=−10log[cos2 (πλ1 /2λ)] −10log[cos2 (πλ2 /2λ)] …(6) 図2にλ1 =420nm,λ2 =690nmとしたとき
の、この複屈折回折格子型偏光子における入射光の波長
λと消光比εの関係を計算した結果を示す。可視光領域
を完全に含む380nmから810nmまでの広い波長
範囲にわたって16dB以上の高い消光比が得られてお
り、必要な消光比を確保することのできる波長範囲が従
来例に比べて拡大していることがわかる。
の、この複屈折回折格子型偏光子における入射光の波長
λと消光比εの関係を計算した結果を示す。可視光領域
を完全に含む380nmから810nmまでの広い波長
範囲にわたって16dB以上の高い消光比が得られてお
り、必要な消光比を確保することのできる波長範囲が従
来例に比べて拡大していることがわかる。
【0017】
【発明の効果】以上に述べたように本発明によれば、入
射光の広い波長範囲にわたって実用上十分な高い消光比
を実現することが可能な複屈折回折型偏光子を得ること
ができる。
射光の広い波長範囲にわたって実用上十分な高い消光比
を実現することが可能な複屈折回折型偏光子を得ること
ができる。
【図1】本発明の複屈折回折格子型偏光子の一実施例を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図2】本実施例における入射光の波長の消光比の関係
を示す相関図である。
を示す相関図である。
【図3】従来の複屈折回折格子型偏光子の一例を示す側
面図である。
面図である。
【図4】従来例における入射光の位相変化を示す図であ
る。
る。
【図5】従来例における入射光の波長と消光比の関係を
示す相関図である。
示す相関図である。
【図6】従来例の二重化した複屈折回折格子型偏光子を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図7】従来例の二重化した複屈折回折格子型偏光子に
おける入射光の波長と消光比の関係を示す相関図であ
る。
おける入射光の波長と消光比の関係を示す相関図であ
る。
1 ニオブ酸リチウム基板 2 プロトン交換領域 3 位相補償膜 4 プロトン交換領域における位相変化量 5 位相補償膜における位相変化量 6 プロトン交換領域における位相変化量 7 位相補償膜における位相変化量 8 ニオブ酸リチウム基板 9 第一の面 10 第二の面 11 プロトン交換領域 12 位相補償膜 13 プロトン交換領域 14 位相補償膜 15 ニオブ酸リチウム基板 16 第一の面 17 第二の面 18 プロトン交換領域 19 位相補償膜 20 プロトン交換領域 21 位相補償膜
Claims (1)
- 【請求項1】 複屈折性を有する結晶基板の第一の面
に、周期的なイオン交換領域およびこのイオン交換領域
上に設けられた誘電体膜からなる回折格子が形成され、
かつ前記第一の面と対向する第二の面に、前記周期的な
イオン交換領域およびこのイオン交換領域上に設けられ
た誘電体膜からなる回折格子が、前記第一の面に形成さ
れた回折格子と溝の方向が直交して形成される複屈折回
折格子型偏光子において、前記第一の面に形成された回
折格子では、第一の波長の入射光のうちイオン交換領域
および誘電体膜を通過する部分と通過しない部分の位相
差が常光成分に対しては0、異常光成分に対してはπと
なるようなイオン交換領域の深さと誘電体膜の厚さを有
し、かつ前記第二の面に形成された回折格子では、前記
第一の波長と異なる第二の波長の入射光のうちイオン交
換領域および誘電体膜を通過する部分と通過しない部分
の位相差が常光成分に対しては0、異常光成分に対して
はπとなるイオン交換領域の深さと誘電体膜の厚さとを
有することを特徴とする複屈折回折格子型偏光子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4183268A JP2848137B2 (ja) | 1992-07-10 | 1992-07-10 | 複屈折回折格子型偏光子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4183268A JP2848137B2 (ja) | 1992-07-10 | 1992-07-10 | 複屈折回折格子型偏光子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0627320A true JPH0627320A (ja) | 1994-02-04 |
| JP2848137B2 JP2848137B2 (ja) | 1999-01-20 |
Family
ID=16132694
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4183268A Expired - Fee Related JP2848137B2 (ja) | 1992-07-10 | 1992-07-10 | 複屈折回折格子型偏光子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2848137B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1420275A4 (en) * | 2001-08-24 | 2005-11-16 | Asahi Glass Co Ltd | MULTILAYER DIFFUSING POLARIZER AND LIQUID CRYSTAL ELEMENT |
| WO2006059690A1 (ja) * | 2004-12-02 | 2006-06-08 | Asahi Glass Company, Limited | 投射型表示装置 |
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1992
- 1992-07-10 JP JP4183268A patent/JP2848137B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| EP1420275A4 (en) * | 2001-08-24 | 2005-11-16 | Asahi Glass Co Ltd | MULTILAYER DIFFUSING POLARIZER AND LIQUID CRYSTAL ELEMENT |
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| JP2848137B2 (ja) | 1999-01-20 |
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