(57)【要約】【課題】収差による画質低下が少ないコンパクトな光学装置を提供する。【解決手段】本発明の光学装置は、光学素子と、光学素子による収差を補正する収差補正素子と、を備える。収差補正素子は、誘電体材料からなる複数の柱状構造体を備える。複数の柱状構造体は、入射光に対して導波路効果を生じさせる屈折率およびピッチを有し、複数の柱状構造体のうちの第１柱状構造体の径と第２柱状構造体の径とは、互いに異なる。【選択図】図３
2020064174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子と、
前記光学素子による収差を補正する収差補正素子と、を備え、
前記収差補正素子は、誘電体材料からなる複数の柱状構造体を備え、
前記複数の柱状構造体は、入射光に対して導波路効果を生じさせる屈折率およびピッチを有し、
前記複数の柱状構造体のうちの第１柱状構造体の径と第２柱状構造体の径とは、互いに異なる、光学装置。
【請求項２】
前記ピッチは、前記入射光の前記柱状構造体内での波長以上、空気中での波長未満であり、
前記複数の柱状構造体は、前記入射光に対して導波モード共鳴を生じさせる、請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記ピッチは、ｋ＝ｍ・２π／Ｕ（ｋ：波数、Ｕ：ピッチ、ｍ：整数）の位相整合条件を満たす、請求項２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記収差補正素子は、基材と、前記基材に設けられた前記複数の柱状構造体と、を有する、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項５】
前記基材は、第１面と第２面とを有する透光性基板を有し、
前記光学素子から射出された光は、前記透光性基板の前記第１面から入射され、前記透光性基板の前記第２面から射出される、請求項４に記載の光学装置。
【請求項６】
前記基材は、第１面と第２面とを有する下地層と、前記下地層の前記第２面に設けられた反射層と、を有し、
前記光学素子から射出された光は、前記下地層の前記第１面から入射され、前記反射層で反射され、前記下地層の前記第１面から射出される、請求項４に記載の光学装置。
【請求項７】
前記柱状構造体の屈折率と前記下地層の屈折率との差は、０．１以上である、請求項６に記載の光学装置。
【請求項８】
前記複数の柱状構造体は、前記光学素子に設けられた、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項９】
前記収差補正素子は、前記柱状構造体の周囲に設けられ、前記柱状構造体の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率層をさらに備えた、請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１０】
前記柱状構造体の屈折率と前記低屈折率層の屈折率との差は、０．１以上である、請求項９に記載の光学装置。
【請求項１１】
前記収差補正素子は、前記入射光の照射領域内に前記柱状構造体が設けられた第１領域と、前記入射光の照射領域内に前記柱状構造体が設けられていない第２領域と、を有する、請求項１から請求項１０までのいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１２】
前記収差補正素子は、前記入射光の照射領域内に前記柱状構造体が第１の密度で設けられた第３領域と、前記入射光の照射領域内に前記柱状構造体が前記第１の密度とは異なる第２の密度で設けられた第４領域と、を有する、請求項１から請求項１１までのいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１３】
前記柱状構造体は、底面の面積が上面の面積よりも広いテーパー形状を有する、請求項１から請求項１２までのいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３までのいずれか一項に記載の光学装置を備えた、表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学装置および表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばプロジェクター等の表示装置においては、表示品位の向上を目的として、レンズ等の光学素子によって生じる各種の収差を補正する手段が用いられる。下記の特許文献１には、縮小側像面に形成される画像を拡大投影し、縮小側像面に対して略テレセントリックとされた光学系を備え、さらに絞りと縮小側像面との光路上に回折光学素子を備えた表示装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−６６４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された収差補正光学系は、レンズと回折光学素子との組み合わせによって構成されている。ところが、高精度の収差補正を行い、高解像度の表示画像を得ようとすると、レンズの枚数が増加する、もしくは、レンズと回折光学素子とを組み合わせることによるレンズの大型化が生じる、等の問題がある。その結果、光学系全体のサイズが大きくなり、表示装置の大型化の要因となる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本発明の一つの態様の光学装置は、光学素子と、前記光学素子による収差を補正する収差補正素子と、を備える。前記収差補正素子は、誘電体材料からなる複数の柱状構造体を備える。前記複数の柱状構造体は、入射光に対して導波路効果を生じさせる屈折率およびピッチを有し、前記複数の柱状構造体のうちの第１柱状構造体の径と第２柱状構造体の径とは互いに異なる。
【０００６】
本発明の一つの態様の光学装置において、前記ピッチは、前記入射光の前記柱状構造体内での波長以上、空気中での波長未満であり、前記複数の柱状構造体は、前記入射光に対して導波モード共鳴を生じさせる作用を有してもよい。
【０００７】
本発明の一つの態様の光学装置において、前記ピッチは、ｋ＝ｍ・２π／Ｕ（ｋ：波数、Ｕ：ピッチ、ｍ：整数）の位相整合条件を満たしてもよい。
【０００８】
本発明の一つの態様の光学装置において、前記収差補正素子は、基材と、前記基材に設けられた前記複数の柱状構造体と、を有していてもよい。
【０００９】
本発明の一つの態様の光学装置において、前記基材は、第１面と第２面とを有する透光性基板を有し、前記光学素子から射出された光は、前記透光性基板の前記第１面から入射され、前記透光性基板の前記第２面から射出されてもよい。
【００１０】
本発明の一つの態様の光学装置において、前記基材は、第１面と第２面とを有する下地層と、前記下地層の前記第２面に設けられた反射層と、を有し、前記光学素子から射出された光は、前記下地層の前記第１面から入射され、前記反射層で反射され、前記下地層の前記第１面から射出されてもよい。
【００１１】
本発明の一つの態様の光学装置において、前記柱状構造体の屈折率と前記下地層の屈折率との差は、０．１以上であってもよい。
【００１２】
本発明の一つの態様の光学装置において、前記複数の柱状構造体は、前記光学素子に設けられていてもよい。
【００１３】
本発明の一つの態様の光学装置において、前記収差補正素子は、前記柱状構造体の周囲に設けられ、前記柱状構造体の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率層をさらに備えていてもよい。
【００１４】
本発明の一つの態様の光学装置において、前記柱状構造体の屈折率と前記低屈折率層の屈折率との差は、０．１以上であってもよい。
【００１５】
本発明の一つの態様の光学装置において、前記収差補正素子は、前記入射光の照射領域内に前記柱状構造体が設けられた第１領域と、前記入射光の照射領域内に前記柱状構造体が設けられていない第２領域と、を有していてもよい。
【００１６】
本発明の一つの態様の光学装置において、前記収差補正素子は、前記入射光の照射領域内に前記柱状構造体が第１の密度で設けられた第３領域と、前記入射光の照射領域内に前記柱状構造体が前記第１の密度とは異なる第２の密度で設けられた第４領域と、を有していてもよい。
【００１７】
本発明の一つの態様の光学装置において、前記柱状構造体は、底面の面積が上面の面積よりも広いテーパー形状を有していてもよい。
【００１８】
本発明の一つの態様の表示装置は、本発明の一つの態様の光学装置を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【図２】照明装置の概略構成図である。
【図３】光学装置の側面図である。
【図４】収差補正素子の側面図である。
【図５】柱状構造体の径と位相シフト量との関係を示すグラフである。
【図６】縦方向導波モードの概念を示す模式図である。
【図７】横方向導波モードの概念を示す模式図である。
【図８】光が正常なレンズを透過する際の等位相面を示す図である。
【図９】光が欠陥を有するレンズを透過する際の等位相面を示す図である。
【図１０】第２実施形態の光学装置の側面図である。
【図１１】第３実施形態の光学装置の側面図である。
【図１２】第４実施形態の光学装置の側面図である。
【図１３】第５実施形態の光学装置の側面図である。
【図１４】第６実施形態の光学装置の側面図である。
【図１５】第７実施形態の光学装置の側面図である。
【図１６】第８実施形態の光学装置の側面図である。
【図１７】第９実施形態の光学装置の側面図である。
【図１８】第１０実施形態の光学装置の側面図である。
【図１９】導波モード共鳴が生じた場合の柱状構造体の径と位相シフト量との関係を示すグラフである。
【図２０】第１９実施形態の収差補正素子の側面図である。
【図２１】球面レンズの色収差を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図９を用いて説明する。
本実施形態では、表示装置の一例として、プロジェクターを挙げて説明する。
図１は、第１実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。
図２は、照明装置の側面図である。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
【００２１】
本実施形態のプロジェクターは、光変調装置として３つの透過型液晶ライトバルブを用いたプロジェクターの一例である。なお、光変調装置として、反射型液晶ライドバルブを用いることもできる。また、光変調装置として、マイクロミラーを用いたデバイス、例えば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等を利用したものなど、液晶以外の光変調装置を用いてもよい。
【００２２】
図１に示すように、プロジェクター１は、照明装置２と、色分離光学系３と、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇおよび光変調装置４Ｂと、光合成光学系５と、投射光学系６と、を備えている。また、プロジェクター１は、後述する光学装置を備えている。照明装置２は、照明光ＷＬを射出する。色分離光学系３は、照明装置２からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢに分離する。光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇおよび光変調装置４Ｂはそれぞれ、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、各色の画像光を形成する。光合成光学系５は、各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂからの各色の画像光を合成する。投射光学系６は、光合成光学系５からの合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向かって投射する。
【００２３】
図２に示すように、照明装置２は、半導体レーザーから射出された青色の励起光のうち、波長変換されずに射出される青色の励起光Ｂの一部と、蛍光体ホイール５０による励起光Ｂの波長変換によって生じる黄色の蛍光ＹＬと、を含む白色の照明光ＷＬを射出する。照明装置２は、略均一な照度分布を有するように調整された照明光ＷＬを色分離光学系３に向けて射出する。照明装置２の具体的な構成については後述する。
【００２４】
図１に示すように、色分離光学系３は、第１ダイクロイックミラー７ａと、第２ダイクロイックミラー７ｂと、第１反射ミラー８ａと、第２反射ミラー８ｂと、第３反射ミラー８ｃと、リレーレンズ８ｄと、を備えている。
【００２５】
第１ダイクロイックミラー７ａは、照明装置２から射出された照明光ＷＬを、赤色光ＬＲと、緑色光ＬＧと青色光ＬＢとが混合された光と、に分離する。そのため、第１ダイクロイックミラー７ａは、赤色光ＬＲを透過するとともに、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを反射する。第２ダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧと青色光ＬＢとが混合された光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。そのため、第２ダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射するとともに、青色光ＬＢを透過する。
【００２６】
第１反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置され、第１ダイクロイックミラー７ａを透過した赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。第２反射ミラー８ｂおよび第３反射ミラー８ｃは、青色光ＬＢの光路中に配置され、第２ダイクロイックミラー７ｂを透過した青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに導く。
【００２７】
光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの各々は、液晶パネルから構成されている。光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを通過させる間に画像情報に応じて変調し、赤色の画像光を形成する。同様に、光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを通過させる間に画像情報に応じて変調し、緑色の画像光を形成する。光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを通過させる間に画像情報に応じて変調し、青色の画像光を形成する。光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの各々の光入射側および光射出側には、偏光板（図示略）がそれぞれ配置されている。
【００２８】
光変調装置４Ｒの光入射側には、光変調装置４Ｒに入射する赤色光ＬＲを平行化するフィールドレンズ１０Ｒが設けられている。光変調装置４Ｇの光入射側には、光変調装置４Ｇに入射する緑色光ＬＧを平行化するフィールドレンズ１０Ｇが設けられている。光変調装置４Ｂの光入射側には、光変調装置４Ｂに入射する青色光ＬＢを平行化するフィールドレンズ１０Ｂが設けられている。
【００２９】
光合成光学系５は、クロスダイクロイックプリズムから構成されている。光合成光学系５は、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの各々から射出された各色の画像光を合成し、合成された画像光を投射光学系６に向かって射出する。
【００３０】
投射光学系６は、複数の投射レンズから構成されている。投射光学系６は、光合成光学系５により合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向かって拡大投射する。これにより、スクリーンＳＣＲ上には、拡大されたカラー映像が表示される。
【００３１】
（照明装置）
次に、照明装置２の構成について説明する。
図２に示すように、照明装置２は、励起光を射出するアレイ光源３０と、コリメート光学系４０と、集光光学系４２と、蛍光体ホイール５０と、ピックアップ光学系６０と、インテグレーター光学系１１０と、偏光変換素子１２０と、重畳レンズ１３０と、を備えている。
【００３２】
アレイ光源３０は、後述する蛍光体ホイール５０が備える蛍光体層５１を励起させる励起光Ｂとして、青色光を射出する複数の半導体レーザー３１を有する。半導体レーザー３１の発光強度のピークは、例えば約４４５ｎｍである。
【００３３】
なお、後述する蛍光体層（散乱光生成部）２３を励起させることができる波長の光であれば、半導体レーザー３１は４４５ｎｍ以外のピーク波長を有する色光を射出するものであっても構わない。
【００３４】
コリメート光学系４０は、アレイ光源３０から射出された励起光Ｂを平行光に変換する。コリメート光学系４０は、例えば複数の半導体レーザー３１の配列に対応してアレイ状に配列された複数のコリメーターレンズ４１で構成されている。コリメート光学系４０を透過することによって平行光に変換された励起光Ｂは、集光光学系４２に入射する。
【００３５】
集光光学系４２は、例えば１枚の凸レンズから構成される。集光光学系４２は、アレイ光源３０から射出される励起光Ｂの光線軸上に配置され、コリメート光学系４０により平行化された励起光Ｂを蛍光体ホイール５０上に集光させる。
【００３６】
蛍光体ホイール５０は、アレイ光源３０から射出される青色の励起光Ｂの一部を透過させ、残りの励起光Ｂを蛍光に変換する機能を有する。蛍光体ホイール５０は、回転基板５０ａと、蛍光体層５１と、ダイクロイック膜５２と、モーター５５ｂと、を有する。回転基板５０ａは、例えば光透過性を有するガラスや樹脂から構成されている。
【００３７】
回転基板５０ａは、回転軸Ｏの方向から見て円形に形成されている。ただし、回転基板５０ａの外形は円形に限定されず、例えば多角形であってもよい。モーター５５ｂは、所定の回転軸Ｏ周りに回転基板５０ａを回転させる。回転基板５０ａは、回転基板５０ａに入射する励起光Ｂの光軸に略直交する面内で回転する。蛍光体層５１は、残りの励起光Ｂを吸収して赤色光および緑色光を含む黄色の蛍光ＹＬを射出する蛍光体粒子を含んでいる。蛍光ＹＬの発光強度のピークは、例えば約５５０ｎｍである。
【００３８】
蛍光体粒子として、例えばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体が用いられる。なお、蛍光体粒子の形成材料は、１種であってもよいし、２種以上の材料を用いて形成された粒子が混合されたものであってもよい。
【００３９】
ダイクロイック膜５２は、蛍光体層５１と回転基板５０ａとの間に設けられている。ダイクロイック膜５２は、励起光Ｂを透過して蛍光ＹＬを反射させる。
【００４０】
蛍光ＹＬと蛍光体層５１を透過した励起光Ｂの一部の光、すなわち青色光Ｂ１とが合成されることによって白色の照明光ＷＬが生成される。すなわち、照明光ＷＬは、蛍光ＹＬとレーザー光からなる励起光Ｂとを含んだ光から構成されている。
【００４１】
ピックアップ光学系６０は、例えばピックアップレンズ６１とピックアップレンズ６２とから構成されている。ピックアップ光学系６０は、蛍光体層５１から射出される照明光ＷＬを取り込むとともに略平行化してインテグレーター光学系１１０に向けて射出させる。
【００４２】
インテグレーター光学系１１０は、第１レンズアレイ１１１と第２レンズアレイ１１２とを備えている。第１レンズアレイ１１１は、マトリクス状に配置された複数のレンズを備えている。第２レンズアレイ１１２は、第１レンズアレイ１１１の複数のレンズに対応した複数のレンズを備えている。第１レンズアレイ１１１は、ピックアップ光学系６０からの照明光ＷＬを複数の分割光束に分割するとともに、各分割光束を集光する。第２レンズアレイ１１２は、第１レンズアレイ１１１からの分割光束を所定の発散角にて射出する。
【００４３】
偏光変換素子１２０は、第２レンズアレイ１１２から射出された光を直線偏光に変換する。偏光変換素子１２０は、例えば、偏光分離膜および位相差板（ともに図示略）を備えている。すなわち、偏光変換素子１２０は、非偏光を一方向の直線偏光に変換する。
【００４４】
重畳レンズ１３０は、偏光変換素子１２０から射出された複数の分割光束を、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、光変調装置４Ｂの各々の被照明領域において重畳させる。すなわち、第２レンズアレイ１１２および重畳レンズ１３０は、第１レンズアレイ１１１の各レンズの像を光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂの画像形成領域の近傍に結像させる。
【００４５】
（光学装置）
以下、本実施形態の光学装置について説明する。
図３は、光学装置２０の側面図である。
本実施形態の光学装置２０は、図１に示すプロジェクター１において、例えばコリメーターレンズ４１、重畳レンズ１３０、リレーレンズ８ｄ、フィールドレンズ１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ等の集光素子に適用することができる。
【００４６】
図３に示すように、光学装置２０は、レンズ２１（光学素子）と、収差補正素子２２と、を備えている。レンズ２１は、球面レンズで構成されている。収差補正素子２２は、レンズ２１の光射出側に設けられ、レンズ２１による収差を補正する。
【００４７】
図４は、収差補正素子２２の側面図である。
収差補正素子２２は、基板２２１（基材）と、基板２２１の第２面２２１ｂに設けられた複数の柱状構造体２２２と、を備えている。複数の柱状構造体２２２は、基板２２１の法線方向から見て、２次元状に周期的に並んで設けられている。複数の柱状構造体２２２は、基板２２１の第２面２２１ｂの全域に設けられている。柱状構造体２２２は、ｎｍオーダーの径を有しており、ナノピラーなどと呼ばれることもある。
【００４８】
柱状構造体２２２は、例えば酸化チタン（ＴｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）等の高屈折率の誘電体材料から構成されている。また、柱状構造体２２２の形状は、円柱状、正四角柱状等の回転対称形である。基板２２１は、柱状構造体２２２の屈折率よりも低い屈折率を有するガラス（ＳｉＯ２）等の透光性基板から構成されている。レンズ２１から射出された光は、基板２２１の第１面２２１ａから入射され、第２面２２１ｂから射出される。
【００４９】
複数の柱状構造体２２２は、入射光に対して導波路効果を生じさせる屈折率およびピッチを有している。柱状構造体２２２の屈折率は、２．２〜４．０程度の範囲である。例えば柱状構造体２２２の材料であるＴｉＯ２の屈折率は２．２８〜２．４２程度であり、ＳｉＮの屈折率は２．０〜２．１程度であり、ＧａＰの屈折率は３．１〜４．０程度である。
【００５０】
隣り合う柱状構造体２２２間のピッチＰは、１００〜７００ｎｍ程度であり、本実施形態の一例として２５０ｎｍである。柱状構造体２２２間のピッチＰは、全ての隣り合う柱状構造体２２２間で一定であってもよいし、互いに異なっていてもよい。また、柱状構造体２２２の高さＨは、１００〜１０００ｎｍ程度であり、本実施形態の一例として６００ｎｍである。柱状構造体２２２の高さＨは、全ての柱状構造体２２２で一定である。
【００５１】
柱状構造体２２２の径Ｗは、５０〜７００ｎｍ程度である。また、複数の柱状構造体２２２のうち、任意の一つの柱状構造体を第１柱状構造体２２２Ａと称し、他の一つの柱状構造体を第２柱状構造体２２２Ｂと称したとすると、第１柱状構造体２２２Ａの径Ｗ１と第２柱状構造体２２２Ｂの径Ｗ２とは互いに異なる。本実施形態の一例として、例えば第１柱状構造体２２２Ａの径Ｗ１が１００ｎｍであり、第２柱状構造体２２２Ｂの径Ｗ２が５００ｎｍである。すなわち、柱状構造体２２２の径Ｗは、全ての柱状構造体２２２について一定ではなく、少なくとも一部の柱状構造体２２２の径Ｗは他の柱状構造体２２２の径Ｗと異なる。
【００５２】
収差補正素子２２は、柱状構造体２２２の形成領域Ｒ内での光閉じ込め効果によってナノオーダーサイズの光共振器として作用する。また、後述するように、収差補正素子２２は、径Ｗが異なる柱状構造体２２２を有することによって、収差補正素子２２を通過する光の位相を変調することができ、他の光学素子による収差を補正することができる。
【００５３】
位相変調は、柱状構造体２２２の形成領域Ｒ内での導波路効果(Waveguide effect)によって得られる。入射光の波長をλとし、柱状構造体２２２の実効屈折率をｎeffとし、柱状構造体２２２の高さをＨとすると、位相変調量φは、以下の（１）式で表される。
φ＝２π／λ×（ｎeff×Ｈ）  …（１）
【００５４】
ここで、収差補正素子２２における光の導波モードについて説明する。
光が柱状構造体２２２の形成領域Ｒに入射した際、以下の２つの導波モードによる光の導波が生じる。
【００５５】
図６は、縦方向導波モードの概念を示す模式図である。図７は、横方向導波モードの概念を示す模式図である。
図６に示すように、収差補正素子２２に対して垂直入射した光Ｌは、柱状構造体２２２の形成領域Ｒとその外側空間との界面で垂直に反射されることにより、反射光Ｌ１は、柱状構造体２２２の形成領域Ｒ内で往復し、共振を生じつつ導波する。この導波モードを縦方向導波モードと称する。縦方向導波モードは、ファブリーペロー共振器と同じ原理により生じる導波モードである。
【００５６】
また、収差補正素子２２に対して入射した光は、柱状構造体２２２のピッチＰに応じて所定の角度だけ回折される。このとき、複数の柱状構造体２２２は、回折格子として作用する。特に回折角が９０°となる条件では、図７に示すように、回折光Ｌ２は、入射光Ｌに対して垂直方向に導波する。この導波モードを横方向導波モードと称する。
【００５７】
収差補正素子２２においては、縦方向導波モードによる光の伝播と横方向導波モードによる光の伝播とが空気中で重なり合い、収差補正素子２２から射出される光の位相が決まる。
【００５８】
ここで、（１）式における実効屈折率ｎeffは、柱状構造体２２２の径Ｗに依存する。そのため、柱状構造体２２２内への光の閉じ込めについては、柱状構造体２２２の径Ｗが大きい程、基本モードによる閉じ込めが増加する。したがって、柱状構造体２２２の径Ｗを変化させることにより、導波モードが変化し、実効屈折率ｎeffも変化する。その結果、柱状構造体２２２の高さが一定であっても、位相変調が可能となる。
【００５９】
ここで、本発明者は、柱状構造体２２２の径Ｗを変化させた場合の位相シフト量のシミュレーションをＦＤＴＤ法によって行った。ここでは、柱状構造体２２２の径Ｗのみを変化させ、柱状構造体２２２の間隔および高さは一定とした。図５に、シミュレーション結果のグラフを示す。グラフの横軸は、柱状構造体の径（ｎｍ）であり、グラフの縦軸は、位相シフト量（／２π）である。
【００６０】
図５に示すように、柱状構造体２２２の径Ｗを２５０ｎｍから４２０ｎｍまで変化させたとき、位相シフト量（／２π）を約０．０５から１まで変化させることができた。すなわち、柱状構造体２２２の径Ｗを大きくすると、位相変調量を大きくできることが判った。このことから、光の照射領域内での位置によって柱状構造体２２２の径Ｗを変えれば、位相変調量を局所的に変化させることが可能となる。このように、本実施形態の収差補正素子２２によれば、位置によって柱状構造体２２２の径Ｗを変え、位相変調量を局所的に変化させることにより、収差を補正することができる。
【００６１】
ここで、図８および図９を用いて、位相変調量を局所的に変化させることにより収差の補正が可能となる理由を簡単に説明する。
【００６２】
図８は、光Ｌが正常なレンズ７０を透過する際の等位相面Ｆを示す図である。
光の波面の一部の位相変調量を他の部分の位相変調量と異ならせることにより、光の進行方向を変化させることが可能となる。逆に言えば、光の波面全体に対して同じ位相変調量で位相を遅らせても進行方向の変化は起こらない。
【００６３】
例えば図８に示すように、レンズ７０も位相変調素子の一つと考えることができる。レンズ７０において、レンズ７０の端部に近い位置を通る光Ｌは、位相変調量を小さくする、すなわち位相遅れを少なくすることによって等位相面Ｆを先に進ませている。これに対し、レンズ７０の光軸ＡＸに近い位置を通る光Ｌは、位相変調量を大きくする、すなわち位相遅れを多くすることによって等位相面Ｆをレンズ端部の光よりも遅らせている。このように、レンズ７０の位置によって異なる変調量の位相変調を行うことにより、レンズ入射前の平面波Ｆ１からレンズ透過後の球面波Ｆ２へと波面変換を行ない、平行光から１点に集光する集束光となるように、光の進行方向を変化させている。
【００６４】
図９は、欠陥を有するレンズ７１を光Ｌが透過する際の等位相面Ｆを示す図である。
画像のボケや歪み等の表示品位低下の要因となる収差は、光Ｌの波面が理想状態から崩れ、光Ｌの進行方向がずれることに起因する。
例えば図９に示すように、レンズ７１の一部に傷７１ｄがあった場合、傷７１ｄに対応する位置で等位相面Ｆの歪みＫ、すなわち球面波からのずれが生じる。その結果、光Ｌは１点に集光しないこととなり、画像のボケや歪みの原因となる。
【００６５】
そこで、本実施形態の光学装置２０によれば、収差補正素子２２の複数の柱状構造体２２２のうち、レンズ２１による等位相面Ｆの歪みＫに対応する位置に対応する柱状構造体２２２の径Ｗを他の柱状構造体２２２の径Ｗから適切な寸法だけ異ならせることによって、局所的に位相変調を行うことができる。これにより、収差補正素子２２は、光Ｌの理想的な球面波からのずれを補正することができる。その結果、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差等の各種収差による画質低下が少ないコンパクトな光学装置２０を実現することができる。
【００６６】
本実施形態の光学装置２０においては、レンズ２１と収差補正素子２２とが別個の部材として構成されているため、収差補正素子２２を製造しやすく、所望の補正性能を得やすい。
【００６７】
また、本実施形態においては、柱状構造体２２２の形状が円柱状、正四角柱状等の回転対称形であるため、収差補正素子２２において、構造性複屈折の効果は発生せず、入射光の偏光状態に依存することなく、収差補正の効果が得られる。なお、柱状構造体２２２の形状は、必ずしも円柱状、正四角柱状等の回転対称形でなくてもよい。
【００６８】
本実施形態のプロジェクター１は、上記の光学装置２０を用いたことによって、投影画像の解像度が高く、表示品位に優れるとともに、小型化が実現できる。
【００６９】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図１０を用いて説明する。
第２実施形態の光学装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、複数の柱状構造体の配置が第１実施形態と異なる。そのため、光学装置の全体構成の説明は省略する。
図１０は、第２実施形態の光学装置２４の側面図である。
図１０において、第１実施形態で用いた図３と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００７０】
図１０に示すように、本実施形態の光学装置２４は、レンズ２１と、収差補正素子２５と、を備えている。収差補正素子２５は、基板２２１（基材）と、基板２２１の第２面２２１ｂに設けられた複数の柱状構造体２２２と、を備えている。複数の柱状構造体２２２は、基板２２１の第２面２２１ｂのうち、入射光の照射領域内において、レンズ２１の光軸に近い中央部には設けられておらず、光軸から遠い周縁部に設けられている。すなわち、収差補正素子２５は、入射光の照射領域内に柱状構造体２２２が設けられた第１領域２５ａと、入射光の照射領域内に柱状構造体２２２が設けられていない第２領域２５ｂと、を有する。柱状構造体２２２が設けられた第１領域２５ａは、図９に例を挙げて説明したように、光Ｌの等位相面Ｆが局所的に歪み、位相変調が必要な領域に対応する。
光学装置２４のその他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００７１】
本実施形態においても、各種の収差による画質低下が少ないコンパクトな光学装置２４を実現できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００７２】
収差補正素子においては、導波路効果により柱状構造体２２２内に光閉じ込めが生じること、射出光の一部が設計値の位相からずれてノイズ成分となること等に起因して、光量ロスが生じるおそれがある。この問題に対し、本実施形態の光学装置２４によれば、位相変調による補正が必要な一部の領域である第１領域２５ａのみに柱状構造体２２２が設けられているため、光量の低下を最小限に抑えることができる。
【００７３】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図１１を用いて説明する。
第３実施形態の光学装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、複数の柱状構造体の配置が第１実施形態と異なる。そのため、光学装置の全体構成の説明は省略する。
図１１は、第３実施形態の光学装置２６の側面図である。
図１１において、第１実施形態で用いた図３と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００７４】
図１１に示すように、本実施形態の光学装置２６は、レンズ２１と、収差補正素子２７と、を備えている。収差補正素子２７は、複数の柱状構造体２２２で構成され、低屈折率層２７１を備えていてもよい。複数の柱状構造体２２２は、レンズ２１の光射出面の全域に設けられている。すなわち、本実施形態の光学装置２６は、レンズ２１と収差補正素子２７とが一体化された構成を有する。
【００７５】
低屈折率層２７１は、柱状構造体２２２とレンズ２１との間に設けられ、柱状構造体２２２の屈折率よりも低い屈折率を有する材料から構成されている。低屈折率層２７１の屈折率が柱状構造体２２２の屈折率よりも低いため、柱状構造体２２２における光の閉じ込め効果が阻害されることがない。低屈折率層２７１の構成材料として、例えばＳｉＯ２等が用いられる。低屈折率層２７１の屈折率は、例えば１．３〜２．１程度である。第１実施形態で述べたように、柱状構造体２２２の屈折率は２．２〜４．０程度であるため、柱状構造体２２２の屈折率と低屈折率層２７１の屈折率との差は、０．１以上であることが望ましい。
光学装置２６のその他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００７６】
本実施形態においても、各種の収差による画質低下が少ないコンパクトな光学装置２６を実現できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００７７】
柱状構造体を有する収差補正素子を用いる場合、レンズと収差補正素子とが別体であると、レンズと収差補正素子との精密なアライメントが必要となる。これに対し、本実施形態の光学装置２６においては、レンズ２１と収差補正素子２７とが一体の光学部材であるため、プロジェクター１の組み立て工程におけるレンズ２１と収差補正素子２７とのアライメント作業を不要とすることができる。
【００７８】
さらに、本実施形態の光学装置２６においては、柱状構造体２２２の周囲が低屈折率層２７１で覆われていてもよい。この構成によれば、柱状構造体２２２での光の閉じ込め効果が確実に発現される。さらに、柱状構造体２２２が低屈折率層２７１によって保護されるため、プロジェクター１の組み立て工程における光学装置２６のハンドリングが容易になる。
【００７９】
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図１２を用いて説明する。
第４実施形態の光学装置の基本構成は第３実施形態と同様であり、複数の柱状構造体の配置が第３実施形態と異なる。そのため、光学装置の全体構成の説明は省略する。
図１２は、第４実施形態の光学装置２８の側面図である。
図１２において、第３実施形態で用いた図１１と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８０】
図１２に示すように、本実施形態の光学装置２８は、レンズ２１と、収差補正素子２９と、を備えている。収差補正素子２９は、複数の柱状構造体２２２を備えている。複数の柱状構造体２２２は、レンズ２１の光射出面のうち、入射光の照射領域内において、レンズ２１の光軸ＡＸに近い中央部には設けられておらず、光軸ＡＸから遠い周辺部に設けられている。すなわち、収差補正素子２９は、入射光の照射領域内に柱状構造体２２２が設けられた第１領域２９ａと、入射光の照射領域内に柱状構造体２２２が設けられていない第２領域２９ｂと、を有する。光学装置２８は、レンズ２１と収差補正素子２９とが一体化された構成を有する。なお、第３実施形態と同様、複数の柱状構造体２２２の周囲に低屈折率層２７１が設けられていてもよい。
光学装置２８のその他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００８１】
本実施形態においても、各種の収差による画質低下が少ないコンパクトな光学装置２８を実現できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００８２】
また、本実施形態においても、光量の低下が最小限に抑えられる、といった第２実施形態と同様の効果、および、レンズ２１と収差補正素子２９とのアライメント作業が不要になる、といった第３実施形態と同様の効果が得られる。
【００８３】
［第５実施形態］
以下、本発明の第５実施形態について、図１３を用いて説明する。
第５実施形態の光学装置の基本構成は第３実施形態と同様であり、複数の柱状構造体の配置が第３実施形態と異なる。そのため、光学装置の全体構成の説明は省略する。
図１３は、第５実施形態の光学装置の側面図である。
図１３において、第３実施形態で用いた図１１と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８４】
図１３に示すように、本実施形態の光学装置３２は、第１レンズ３３と、収差補正素子３４と、第２レンズ３５と、を備えている。第１レンズ３３は、凸レンズで構成されている。第２レンズ３５は、凹レンズで構成されている。収差補正素子３４は、複数の柱状構造体２２２と、低屈折率層２７１と、を備えている。複数の柱状構造体２２２は、第１レンズ３３の光射出面の全域に設けられている。第２レンズ３５は、複数の柱状構造体２２２と低屈折率層２７１とを介して、第１レンズ３３と対向して配置されている。すなわち、本実施形態の光学装置３２においては、複数の柱状構造体２２２は第１レンズ３３と第２レンズ３５との間に挟持され、第１レンズ３３と収差補正素子３４と第２レンズ３５とは一体化されている。
光学装置３２のその他の構成は、第３実施形態と同様である。
【００８５】
本実施形態においても、各種の収差による画質低下が少ないコンパクトな光学装置３２を実現できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００８６】
また、本実施形態においては、第１レンズ３３と収差補正素子３４と第２レンズ３５とが一体化されているため、通常はトリプレットレンズや自由曲面レンズ等を用いて行う高精度な収差補正を小型の光学装置３２で実現することができる。
【００８７】
［第６実施形態］
以下、本発明の第６実施形態について、図１４を用いて説明する。
第６実施形態の光学装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、収差補正素子の構成が第１実施形態と異なる。そのため、光学装置の全体構成の説明は省略する。
図１４は、第６実施形態の光学装置の側面図である。
図１４において、第１実施形態で用いた図３と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８８】
第１〜第５実施形態の光学装置においては、透過型の収差補正素子が用いられていたのに対し、第６実施形態の光学装置においては、反射型の収差補正素子が用いられている。したがって、本実施形態の光学装置は、図１に示すプロジェクター１において、例えば第１反射ミラー８ａ、第２反射ミラー８ｂ、第３反射ミラー８ｃ等の反射素子が用いられる個所に適用することができる。
【００８９】
図１４に示すように、本実施形態の光学装置３６は、レンズ２１と、収差補正素子３７と、を備えている。収差補正素子３７は、基材３８と、基材３８に設けられた複数の柱状構造体２２２と、を有する。基材３８は、第１面３８１ａと第２面３８１ｂとを有する下地層３８１と、下地層３８１の第２面３８１ｂに設けられた反射層３８２と、を有する。
【００９０】
下地層３８１の構成材料として、例えばＳｉＯ２等が用いられる。下地層３８１は、柱状構造体２２２の屈折率よりも低い屈折率を有する。下地層３８１の屈折率は、例えば１．３〜２．１程度である。第１実施形態で述べたように、柱状構造体２２２の屈折率は２．２〜４．０程度であるため、柱状構造体２２２の屈折率と下地層３８１の屈折率との差は、０．１以上であることが望ましい。また、反射層３８２の構成材料として、高反射率を有する金属膜、もしくは誘電体多層膜が用いられる。
【００９１】
本実施形態の収差補正素子３７は反射型の収差補正素子であるため、レンズ２１から射出された光は、下地層３８１の第１面３８１ａから入射された後、反射層３８２で反射され、下地層３８１の第１面３８１ａから後段の光学系に向けて射出される。
光学装置３６のその他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００９２】
本実施形態においては、収差補正素子３７と反射ミラーとが一体化されているため、各種の収差による画質低下が少ないコンパクトな光学装置３６を実現することができる。
【００９３】
［第７実施形態］
以下、本発明の第７実施形態について、図１５を用いて説明する。
第７実施形態の光学装置の基本構成は第６実施形態と同様であり、複数の柱状構造体の配置が第６実施形態と異なる。そのため、光学装置の全体構成の説明は省略する。
図１５は、第７実施形態の光学装置の側面図である。
図１５において、第６実施形態で用いた図１４と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００９４】
図１５に示すように、本実施形態の光学装置４４は、レンズ２１と、収差補正素子４５と、を備えている。複数の柱状構造体２２２は、基材３８の第２面のうち、入射光の照射領域内において一部の領域のみに設けられている。すなわち、収差補正素子４５は、入射光の照射領域内に柱状構造体２２２が設けられた第１領域４５ａと、入射光の照射領域内に柱状構造体２２２が設けられていない第２領域４５ｂと、を有する。
光学装置４４のその他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００９５】
本実施形態においても、各種の収差による画質低下が少ないコンパクトな光学装置４４を実現できる、といった第６実施形態と同様の効果が得られる。
【００９６】
また、本実施形態の光学装置４４によれば、位相変調による補正が必要な一部の領域である第１領域４５ａのみに柱状構造体２２２が設けられているため、光量低下が最小限に抑えられる。
【００９７】
［第８実施形態］
以下、本発明の第８実施形態について、図１６を用いて説明する。
第８実施形態の光学装置の基本構成は第６実施形態と同様であり、レンズの配置が第６実施形態と異なる。そのため、光学装置の全体構成の説明は省略する。
図１６は、第８実施形態の光学装置の側面図である。
図１６において、第６実施形態で用いた図１４と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００９８】
図１６に示すように、本実施形態の光学装置４６は、レンズ４７と、収差補正素子４８と、を備えている。収差補正素子４８は、基材３８と、基材３８に設けられた複数の柱状構造体２２２と、低屈折率層２７１と、を有する。基材３８は、下地層３８１と、反射層３８２と、を有する。レンズ４７は、平凸レンズから構成されている。レンズ４７は、平面４７ｂが柱状構造体２２２に対向する向きで収差補正素子４８に固定されている。すなわち、本実施形態の光学装置４６は、反射型の収差補正素子４８とレンズ４７とが一体化された構成を有する。
光学装置４６のその他の構成は、第６実施形態と同様である。
【００９９】
本実施形態においては、レンズ４７と収差補正素子４８と反射ミラーとして機能する反射層３８２とが実質的に一体化されているため、各種の収差による画質低下が少ないコンパクトな光学装置４６を実現することができる。
【０１００】
また、本実施形態の光学装置４６においては、レンズ４７と収差補正素子４８とが一体の光学部材であるため、プロジェクター１の組み立て工程におけるレンズ４７と収差補正素子４８とのアライメント作業を不要とすることができる。
【０１０１】
［第９実施形態］
以下、本発明の第９実施形態について、図１７を用いて説明する。
第９実施形態の光学装置の基本構成は第８実施形態と同様であり、柱状構造体の配置が第８実施形態と異なる。そのため、光学装置の全体構成の説明は省略する。
図１７は、第９実施形態の光学装置の側面図である。
図１７において、第８実施形態で用いた図１６と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１０２】
図１７に示すように、本実施形態の光学装置５６は、レンズ４７と、収差補正素子５７と、を備えている。複数の柱状構造体２２２は、基材３８の第２面のうち、入射光の照射領域内において一部の領域のみに設けられている。すなわち、収差補正素子５７は、入射光の照射領域内に柱状構造体２２２が設けられた第１領域５７ａと、入射光の照射領域内に柱状構造体２２２が設けられていない第２領域５７ｂと、を有する。
光学装置５６のその他の構成は、第８実施形態と同様である。
【０１０３】
本実施形態においても、各種の収差による画質低下が少ないコンパクトな光学装置５６を実現できる、といった第８実施形態と同様の効果が得られる。
【０１０４】
また、本実施形態の光学装置５６によれば、位相変調による補正が必要な一部の領域である第１領域５７ａのみに柱状構造体２２２が設けられているため、光量低下を最小限に抑えることができる。
【０１０５】
［第１０実施形態］
以下、本発明の第１０実施形態について、図１８を用いて説明する。
第１０実施形態の光学装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、導波モードが第１実施形態と異なる。そのため、光学装置の全体構成の説明は省略する。
図１８は、第１０実施形態の光学装置の側面図である。
図１８において、第１実施形態で用いた図３と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１０６】
第１〜第９実施形態の光学装置は、単色光用の光学装置であって、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差等の各種収差の補正が可能であった。これに対し、第１０実施形態の光学装置は、例えば白色光のような複数波長を含む光用の光学装置であって、上記の収差に加えて、色収差の補正が可能である。したがって、本実施形態の光学装置は、図１に示すプロジェクター１において、例えば投射光学系６等に適用することができる。
【０１０７】
図１８に示すように、本実施形態の光学装置６４の構成は、第１実施形態と同様である。ただし、収差補正素子６５において、隣り合う柱状構造体２２２間のピッチは、入射光の柱状構造体２２２内での波長以上、空気中での波長未満であり、かつ、２つの導波モードはｋ＝ｍ・２π／Ｕ（ｋ：波数、Ｕ：ピッチ、ｍ：整数）の位相整合条件を満足する必要がある。これにより、複数の柱状構造体２２２は、入射光に対して導波モード共鳴を生じさせることができる。導波モード共鳴については、以下で説明する。
【０１０８】
図２１は、一般的なレンズ７０の色収差を示す図である。
一般的なレンズ材料は波長分散を有しており、レンズの屈折率は波長によって異なる。そのため、図２１に示すように、レンズ７０による結像位置Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３は、波長λ１，λ２，λ３によって光軸ＡＸ上で前後にずれる。この現象が色収差である。
【０１０９】
本実施形態の光学装置６４によれば、以下の作用によりレンズ２１による色収差を補正することができる。
図１９は、導波モード共鳴が生じた場合の柱状構造体の径と位相シフト量との関係を示すグラフである。符号λａで示すグラフは、例えば波長５００ｎｍにおける関係を示し、符号λｂで示すグラフは、例えば波長５５０ｎｍにおける関係を示す。
本実施形態の光学装置６４に光が入射した際、図６に示す縦方向導波モードと図７に示す横方向導波モードの双方が生じる作用は、第１実施形態と同様である。ところが、本実施形態の場合、柱状構造体２２２間のピッチが前記２つの導波モードを結合させるための位相整合条件を満足するため、横方向導波モードの回折光Ｌ２と入射光Ｌとが互いに強め合い、複数の柱状構造体２２２の形成領域Ｒにおいて強い定在波が生じる。その結果、２つの導波モードが重なると、図１９に示すように、柱状構造体２２２の径の変化に対して不連続な位相変調量が得られる。
【０１１０】
導波モード共鳴が発生しない場合には、図５に示したように、柱状構造体２２２の径の変化に対して連続的に位相変調量が変化するため、入射光の波長に対して異なる位相変調量が得られる。一方、導波モード共鳴が発生した場合には、図１９に示したように、不連続で急峻な変化を示す位相変調特性に基づいて、図１９の実線のグラフλａと破線のグラフλｂとの交点で示されるように、異なる波長であっても同じ位相変調量が得られる柱状構造体２２２の径を選択することが可能となる。
【０１１１】
その結果、本実施形態の光学装置６４によれば、複数の波長にわたって焦点距離を等しくすることができ、色収差を補正することができる。このように、本実施形態の光学装置６４は、超薄型の透過型色消しレンズとして機能し、プロジェクター１の投射光学系６等の光学系で用いることができる。
【０１１２】
柱状構造体２２２間のピッチが、入射光の柱状構造体２２２での波長以上、空気中での波長未満であり、かつ、前記２つの導波モードを結合させるために前記位相整合条件を満足するという条件を満たし、色収差の補正が可能な第１０実施形態の光学装置６４においても、第２〜第９実施形態と同様の変形例を例示することができる。以下の光学装置の構成は第２〜第９実施形態と変わらないため、図示を省略し、簡単に説明する。以下の実施形態に固有の効果についても、第２〜第９実施形態と同様である。
【０１１３】
［第１１実施形態］
図１０に示すように、色収差補正が可能な第１０実施形態の光学装置において、収差補正素子は、柱状構造体が設けられた第１領域と、柱状構造体が設けられていない第２領域と、を有していてもよい。
【０１１４】
［第１２実施形態］
図１１に示すように、色収差補正が可能な第１０実施形態の光学装置において、複数の柱状構造体がレンズに設けられ、レンズと収差補正素子とが一体化されていてもよい。
【０１１５】
［第１３実施形態］
図１２に示すように、色収差補正が可能な第１０実施形態の光学装置において、レンズと収差補正素子とが一体化され、収差補正素子は、柱状構造体が設けられた第１領域と、柱状構造体が設けられていない第２領域と、を有していてもよい。
【０１１６】
［第１４実施形態］
図１３に示すように、色収差補正が可能な第１０実施形態の光学装置において、複数の柱状構造体が第１レンズと第２レンズとの間に設けられ、第１レンズと収差補正素子と第２レンズとが一体化されていてもよい。
【０１１７】
［第１５実施形態］
図１４に示すように、色収差補正が可能な第１０実施形態の光学装置において、収差補正素子が反射層を有する反射型の光学装置であってもよい。
【０１１８】
［第１６実施形態］
図１５に示すように、色収差補正が可能な第１０実施形態の光学装置において、収差補正素子は、反射層を備え、柱状構造体が設けられた第１領域と、柱状構造体が設けられていない第２領域と、を有していてもよい。
【０１１９】
［第１７実施形態］
図１６に示すように、色収差補正が可能な第１０実施形態の光学装置において、レンズと反射型の収差補正素子とが一体化されていてもよい。
【０１２０】
［第１８実施形態］
図１７に示すように、色収差補正が可能な第１０実施形態の光学装置において、レンズと反射型の収差補正素子とが一体化され、柱状構造体が設けられた第１領域と、柱状構造体が設けられていない第２領域と、を有していてもよい。
【０１２１】
［第１９実施形態］
以下、本発明の第１９実施形態について、図２０を用いて説明する。
第１９実施形態の光学装置の構成は第１実施形態と同様であり、収差補正素子が第１実施形態と異なる。そのため、光学装置の全体構成の説明は省略する。
図２０は、第１９実施形態の収差補正素子の側面図である。
図２０において、第１実施形態で用いた図３と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１２２】
図２０に示すように、本実施形態の収差補正素子６７は、基板２２１と、複数の柱状構造体２２２と、を備えている。収差補正素子６７は、入射光の照射領域内に複数の柱状構造体２２２が第１の密度で設けられた第３領域６７ｃと、入射光の照射領域内に複数の柱状構造体２２２が第１の密度とは異なる第２の密度で設けられた第４領域６７ｄと、を有する。すなわち、収差補正素子６７は、複数の柱状構造体２２２が高密度に設けられた第３領域６７ｃと、複数の柱状構造体２２２が低密度に設けられた第４領域６７ｄと、を有する。
【０１２３】
本実施形態では、光軸ＡＸに近い収差補正素子６７の中央部において、複数の柱状構造体２２２が高密度で設けられている。光軸ＡＸから遠い収差補正素子６７の周辺部において、複数の柱状構造体２２２が低密度で設けられている。ただし、柱状構造体２２２は、必ずしも収差補正素子６７の中央部で高い密度、収差補正素子６７の周辺部で低い密度に設けられていなくてもよく、第３領域６７ｃおよび第４領域６７ｄの位置は適宜設定することができる。
【０１２４】
柱状構造体２２２のピッチは、共鳴周波数を決定するパラメーターであるとともに、位相分布の空間的なサンプリング間隔を決めるパラメーターでもある。例えばレンズを用いて集光する場合、図８に示すように、位相が連続的に変化する等位相面Ｆが得られる。一方、柱状構造体を有する収差補正素子の場合、柱状構造体の径によって位相変調量が決定されるため、図２０に示すように、柱状構造体２２２が存在する位置に対応した離散的な位相分布Ｇが得られる。したがって、柱状構造体２２２のピッチが狭い領域では、柱状構造体２２２のピッチが広い領域よりも位相のサンプリング間隔が狭まり、理想の位相分布に近い機能が得られる。ただし、柱状構造体２２２のピッチを変更した場合には共鳴周波数が変化するため、最適な位相変調量が得られるように、例えば柱状構造体２２２の高さ等、別のパラメーターで柱状構造体２２２の形状を調整する必要がある。
【０１２５】
例えば収差補正素子６７を集光素子として用いる場合、入射光の光量分布が光軸付近に集中している場合には、本実施形態のように、収差補正素子６７の中央部の柱状構造体２２２のピッチを狭くする。これにより、収差補正素子６７の中央部において所望の位相分布からのずれを最小限にすることができ、集光効率を向上させることができる。この場合、収差補正素子６７の周辺部は入射光量が少ないため、所望の位相分布からのずれの影響が素子中央部よりも少なく、集光効率の向上を大きく妨げることがない。また、周辺部の柱状構造体２２２のピッチを広くすることによって、収差補正素子６７を作製する際の難易度を下げることができる。その結果、収差補正素子６７を量産する際の歩留り向上につなげることができる。
【０１２６】
本実施形態の収差補正素子６７は、第１〜第１８実施形態の光学装置のいずれにも適用が可能である。
【０１２７】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態では、柱状構造体が円柱状、正四角柱状等の場合を例示したが、底面の面積が上面の面積よりも広いテーパー形状を有していてもよい。この構成によれば、例えばレンズの曲面上に柱状構造体を形成しても、隣り合う柱状構造体の側面同士の平行度を維持することができる。例えばテーパー面の傾斜角度は法線方向に対して１５°以下程度でよい。また、ナノオーダーの柱状構造体を形成する手段の一つとして、ナノインプリント法が挙げられる。ナノインプリント法を用いて柱状構造体を形成する場合、柱状構造体がテーパー形状を有していれば、柱状構造体材料から転写型を剥離する際の剥離作業を容易に行うことができ、所望の形状を有する柱状構造体を得やすい。
【０１２８】
また、光学装置を構成する各構成要素の形状、数、配置、材料等の具体的な構成については、上記実施形態に限定されることなく、適宜変更が可能である。
【０１２９】
また、上記実施形態の光学装置は、図１に示したプロジェクターの光学系に限らず、スキャナー装置、インタラクティブプロジェクター用のセンシング用赤外波長投射光学装置等にも適用が可能である。また、光学装置は、プロジェクターに限らず、ヘッドマウントディスプレイ等の表示装置にも適用が可能である。
【符号の説明】
【０１３０】
１…プロジェクター（表示装置）、２０，２４，２６，２８，３２，３６，４４，４６，５６，６４…光学装置、２１，４７…レンズ（光学素子）、２２，２５，２７，２９，３４，３７，４５，４８，５７，６５，６７…収差補正素子、２５ａ，２９ａ，４５ａ，５７ａ…第１領域、２５ｂ，２９ｂ，４５ｂ，５７ｂ…第２領域、３３…第１レンズ（光学素子）、３８…基材、６７ｃ…第３領域、６７ｄ…第４領域、２２１…基板（基材）、２２２…柱状構造体、２２２Ａ…第１柱状構造体、２２２Ｂ…第２柱状構造体、２７１…低屈折率層、３８１…下地層、３８２…反射層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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