偏光変換素子、偏光変換ユニット及び投射装置
【課題】接着剤として耐熱・耐光性能に優れた紫外線硬化製樹脂接着剤を用い、広範囲の波長帯に対して確実に１／２波長板として機能する波長板を備えた偏光変換素子を実現する。
【解決手段】複数の透光性基板と、透光性基板間に交互に設けた偏光分離膜及び反射膜と、を有する光学素子と、その光出射面に配置し、出射光の偏光面をθ回転させる積層波長板と、を備えた偏光変換素子において、透光性基板を接着する接着層の厚みを５μｍ以上１０μｍ以下とし、波長板は、設計波長λの光に対して、位相差Γ１の第１の波長板３０と、位相差Γ２の第２の波長板４０と、を光学軸が交差するように積層し、Γ１＝３６０（ｄｅｇ）、Γ２＝１８０（ｄｅｇ）、波長板３０の方位角θ１＝−１６（ｄｅｇ）、波長板４０の方位角θ２＝４５（ｄｅｇ）、それぞれの板厚Ｚ１＝２７（ｄｅｇ）、Ｚ２＝１８（ｄｅｇ）を満足するようにした。
【解決手段】複数の透光性基板と、透光性基板間に交互に設けた偏光分離膜及び反射膜と、を有する光学素子と、その光出射面に配置し、出射光の偏光面をθ回転させる積層波長板と、を備えた偏光変換素子において、透光性基板を接着する接着層の厚みを５μｍ以上１０μｍ以下とし、波長板は、設計波長λの光に対して、位相差Γ１の第１の波長板３０と、位相差Γ２の第２の波長板４０と、を光学軸が交差するように積層し、Γ１＝３６０（ｄｅｇ）、Γ２＝１８０（ｄｅｇ）、波長板３０の方位角θ１＝−１６（ｄｅｇ）、波長板４０の方位角θ２＝４５（ｄｅｇ）、それぞれの板厚Ｚ１＝２７（ｄｅｇ）、Ｚ２＝１８（ｄｅｇ）を満足するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からのランダム偏光光束を一種類の偏光光束に変換するための偏光変換素子、偏光変換ユニット及び投射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクター等の投影型映像装置（投射装置）は、光源装置から出射された光を画像情報に応じて変調し、この変調された光学像をスクリーン上に拡大投射する装置である。
この投射装置では、光の利用効率を向上させるために、光源装置から出射されたランダムな偏光（互いに偏光面が直交するＰ偏光とＳ偏光や、偏光面の方向が様々な直線偏光が混在した光、円偏光、楕円偏光、等の偏光）を有する光（以下、ランダム光と称す）を複数の中間光束に分割し、この分割された中間光束を１種類の直線偏光光に変換し、統一して出射するために偏光変換素子が用いられている。
なお、かかる偏光変換素子は、特許文献１に開示されているような構造を有するものが一般的であった。
【０００３】
かかる偏光変換素子は、一般に、両主面にＰＢＳ膜（互いに直交関係のＰ偏光とＳ偏光のうち、何れか一方の直線偏光を透過させ、他方の直線偏光を反射させる機能を有する光学機能膜、所謂、偏光分離膜）と反射ミラー膜とを夫々形成された無色透明なガラス等の透光性基板を幾重にも交互に積層してなる積層体を作成し、入射面（積層面）に対して所定の角度、例えば４５（ｄｅｇ）（あるいは１３５（ｄｅｇ））の角度に切断して得た偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ：Polarizing Beam Splitter）アレイ（プリズムアレイ）の出射側表面に、有機系材料、例えばポリカーボネートフィルム製の１／２波長板を有機系の接着剤により接着した構成を備えており、光源から出射されたランダム光は、光路上に配置された遮光板により選択的にＰＢＳ膜に入射してＳ偏光光束とＰ偏光光束とに分離され、例えばＰ偏光光束は、前記ＰＢＳ膜を透過し、Ｓ偏光光束は、前記ＰＢＳ膜を反射する。
前記ＰＢＳ膜を透過したＰ偏光光束は、１／２波長板に入射すると、位相が１８０（ｄｅｇ）ずれることにより、Ｓ偏光の光に変換されて１／２波長板から入射し、前記ＰＢＳ膜を反射したＳ偏光光束は、反射ミラー膜でさらに反射して、前記ＰＢＳアレイの１／２波長板が配置されていない領域の出射面から出射する。
結果として、前記偏光変換素子から出射する光はＳ偏光の光に統一されることとなる。
ただし、上記とは逆に、前記ＰＢＳ膜においてＳ偏光光束を透過してＰ偏光光束を反射するようにし、前記ＰＢＳ膜を透過したＳ偏光光束を１／２波長板によりＰ偏光光束に変換し、前記ＰＢＳ膜で反射したＰ偏光光束を反射ミラー膜で反射して前記ＰＢＳアレイの１／２波長板が配置されていない領域の出射面から出射させるようにすることで、偏光変換素子から出射する光をＰ偏光に統一することも出来る。
【０００４】
図３０は、一般的な偏光変換素子の構成を説明する図である。
偏光分離膜９１及び反射（ミラー）膜９２が形成された透光性基板９８と、これらの膜が形成されていない透光性基板９８と、を接着層９３により交互に貼り合わせ、この貼り合わせた積層体を所定の角度、例えば４５（ｄｅｇ）（あるいは１３５（ｄｅｇ））で切り出し、その切断面を研磨して、光入射面９５１及び光出射面９５２を形成した素子本体９５に、接合層９６を介して位相差板９７を接合している。
ところで、上記のような構成を有する偏光変換素子を採用した液晶プロジェクター等に用いられる光源としての白色の光源ランプは、近年、高出力化、短アーク長化が進行しており、上述のＰＢＳアレイ、及び１／２波長板に対する熱負荷が増大している。
そこで、図３０に示したような偏光変換素子を製作する際に、透光性基板９８を積層して接着するために従来用いられる接着剤（接着層９３）だと、高輝度ランプ光に対応出来ず、劣化して光の透過率が低下してしまうという問題があった。
その原因としては、従来用いられる接着剤が短波長光の吸収率が高い成分で構成されていること、粘度が高いために塗布量が多くなって接着層９３が厚くなり、その結果として光の吸収量が多くなること、分解温度が低い成分で構成されていること、などが考えられる。
【０００５】
また、図３０に示す従来の偏光変換素子においては、上記のように接着層９３が厚くなるが、このように接着層９３が厚い状態で積層体が切り出されると、接着層９３の端部に歪みが生じてしまう。この歪みが生じた状態で、切断面が研磨されると、図３１に示すように接着層９３近傍における透光性基板９８の角部９８１が削られてしまう。これにより、素子本体９５に位相差板９７を接合するための接合層９６に隙間が生じて、位相差板９７が剥がれやすくなり、また気泡９６１が形成されて、光の透過率が低下するなどの問題もある。
また、接着層９３近傍における透光性基板９８の角部９８１が削られることで、光が有効に透過する領域が小さくなるという問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２９８２１２公報
【特許文献２】特許第２５１９１９８号
【特許文献３】特開２０１０−１２８３２９公報
【特許文献４】国際公開２００７／０４６２４１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これらの問題に対して、特許文献２、３には、第１の波長板と第２の波長板からなる波長板の例においてこれらの第１、第２の波長板を積層せずに空間的に離間して配置する構成が開示されており、このような構成を偏光変換素子に適用して、偏光変換素子を構成する透光性基板同士を、接着剤を用いずに離間して配置することで、接着剤の劣化や、研磨時に透光性基板の角部が削られることに伴う偏光変換素子の光学特性の劣化の影響を回避することも可能であるが、透光性基板同士の光学軸の交差角度の制御や、各々の波長板の表裏面に反射防止膜を形成し設けなければならない、等の製造上の煩雑性やコスト高、光学素子の大型化等の問題が発生するために好ましくない。
さらに、以上説明したような偏光変換素子に用いられる１／２波長板（位相差板）としては、光の三原色であるＲ、Ｇ、Ｂの３波長帯を用いる液晶プロジェクターに適用可能なように、所定の波長で位相差が１８０（ｄｅｇ）となり、広帯域に亘って偏光変換効率が１となって確実にＰ偏光をＳ偏光に変換し、あるいはＳ偏光をＰ偏光に変換可能な仕様を有する１／２波長板が求められており、特許文献４等にも、このような仕様を有する１／２波長板が提案されている。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、接着剤として、耐熱・耐光性能に優れた紫外線硬化製樹脂接着剤を用い、更に、入射する光に対して、広帯域に亘って確実に１／２波長板として機能する波長板を備えた偏光変換素子の構造を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００９】
［適用例１］本適用例の偏光変換素子は、互いに略平行な光入射面及び光出射面を有し、前記光入射面あるいは前記光出射面に対して所定の傾斜角度を有する接合面によって接着層を介して接合された複数の透光性基板と、複数の前記透光性基板の間の境界部に交互に設けられ、前記光入射面に入射した光を偏光方向が互いに直交する異なる２種類の直線偏光に分離して一方の直線偏光を透過させ、他方の直線偏光を反射する偏光分離部と、反射された前記他方の直線偏光光束を反射し、光路の向きを変える反射部と、を有する光学素子と、前記光出射面に配置され、前記２種類の直線偏光のうち何れか一方の直線偏光の偏光面を回転させて他方の直線偏光の偏光面と平行な直線偏光に変換して出射する位相差板と、を備え、前記接着層は、紫外線硬化型の接着剤であり、厚みが５μｍ以上１０μｍ以下であり、前記位相差板は、前記光出射面であって、前記偏光分離部の上部の領域又は前記反射部の上部の領域に配置され、波長λの光に対して位相差Γ１の第１の波長板と、前記波長λの光に対して位相差Γ２の第２の波長板と、を各々の光学軸が交差するように配置してなり、入射する直線偏光の偏光面を回転角θ＝９０（ｄｅｇ）回転させた直線偏光に変換して出射する位相差板であって、下式（１）及び（２）を満足し、
Γ１＝３６０（ｄｅｇ）・・・（１）
Γ２＝１８０（ｄｅｇ）・・・（２）
前記第１の波長板の光学軸方位角θ１と前記第２の波長板の光学軸方位角θ２が以下の条件１乃至４のうちの何れかの条件を満足する偏光変換素子を特徴とする。
条件１：θ１＝−１６（ｄｅｇ）、θ２＝４５（ｄｅｇ）
条件２：θ１＝１６（ｄｅｇ）、θ２＝１３５（ｄｅｇ）
条件３：θ１＝７４（ｄｅｇ）、θ２＝１３５（ｄｅｇ）
条件４：θ１＝１０６（ｄｅｇ）、θ２＝４５（ｄｅｇ）
【００１０】
本適用例によれば、光学素子を作成する際の接着剤として耐熱・耐光性能に優れた紫外線硬化製樹脂接着剤を用いることで高耐熱・高耐光性であり、更に、光学軸方位角を上記のように設定することで、広帯域の光に対して確実に１／２波長板として機能する位相差板を備えた偏光変換素子の構造を実現することが出来る。
また、接着層の厚みが１０μｍ以下であり、十分に薄いため、光入射面などを研磨する際に透光性基板の角部が削られてしまうことがない。従って、光の透過領域が狭くなるという問題もない。
【００１１】
［適用例２］本適用例の偏光変換素子は、適用例１に記載の偏光変換素子において、前記第１、第２の波長板の材質が無機光学結晶であり、前記第１の波長板の主面における法線と前記無機光学結晶の結晶光学軸とのなす角度を前記第１の波長板の切断角度Ｚ１とし、前記第２の波長板の主面における法線と前記無機光学結晶の結晶光学軸とのなす角度を前記第２の波長板の切断角度Ｚ２としたとき、前記切断角度Ｚ１と前記切断角度Ｚ２とが異なることを特徴とする。
【００１２】
本適用例によれば、各波長板の切断角度を互いに異ならせることにより、それぞれの光学軸方位角に基づく設計位相差を満たしつつ、ハンドリング上都合の良い、ほぼ同等の厚みとすることが出来る。
【００１３】
［適用例３］本適用例の偏光変換素子は、適用例１又は２に記載の偏光変換素子において、前記切断角度Ｚ１と前記切断角度Ｚ２が、Ｚ１＝２７（ｄｅｇ）、Ｚ２＝１８（ｄｅｇ）を満足することを特徴とする。
【００１４】
本適用例によれば、各波長板を、ハンドリング上最も都合の良い０．３ｍｍ前後の厚みとすることが出来る。
【００１５】
［適用例４］本適用例の偏光変換素子は、適用例１乃至３の何れかに記載の偏光変換素子において、前記位相差板は、前記光学素子の端縁部に、前記偏光分離膜と前記反射膜とが交互に並べられた方向に沿って接合された基部と、該基部に連続して形成され、且つ前記偏光分離膜又は前記反射膜の前記光出射面側に配置された複数の位相差部本体と、を備えていることを特徴とする。
【００１６】
本適用例によれば、位相差板を構成する位相差部本体が、光学素子に直に接合されないので、両者の接合に接着剤を用いる必要が無く、接着剤の劣化による光学特性の劣化を防止出来る。
【００１７】
［適用例５］本適用例の偏光変換素子は、適用例１乃至４の何れかに記載の偏光変換素子において、前記接着層は、変性アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とすることを特徴とする。
【００１８】
本適用例によれば、透明基板の接着に耐熱・耐光性能に優れた紫外線硬化製樹脂接着剤を用いることで、偏光変換素子を高耐熱性・高耐光性として長寿命とすることが出来る。
【００１９】
［適用例６］本適用例の偏光変換素子は、適用例１乃至５の何れかに記載の偏光変換素子において、前記位相差板と前記光出射面とは、接合層により接合され、前記接合層は、シロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ）を含む原子構造を有するＳｉ骨格と、該Ｓｉ骨格に結合する脱離基と、を含み、前記Ｓｉ骨格のうち、前記脱離基が脱離したＳｉ骨格の未結合手が活性手となって、前記位相差板と前記光出射面と接合していることを特徴とする。
【００２０】
本適用例によれば、無機的な方法で透光性基板と位相差板とを接合するため、接着剤が熱劣化することなく、偏光変換素子を高耐熱性・高耐光性として長寿命とすることが出来る。
【００２１】
［適用例７］本適用例の偏光変換素子は、適用例１乃至５の何れかに記載の偏光変換素子において、前記透光性基板と前記位相差板とは、接合層により接合され、前記接合層は、前記透光性基板に設けられた微結晶連続薄膜と、前記位相差板に設けられた微結晶連続薄膜とを接触させて、前記透光性基板の微結晶連続薄膜と前記位相差板の微結晶連続薄膜との接触界面及び結晶粒界に原子拡散を生じさせる原子拡散接合法により形成される、又は、前記透光性基板及び前記位相差板のうちの何れか一方に設けられた微結晶連続薄膜と、何れか他方に設けられた微結晶構造とを接触させて、前記微結晶連続薄膜と前記微結晶構造との接触界面及び結晶粒界に原子拡散を生じさせる原子拡散接合法により形成されることを特徴とする。
【００２２】
本適用例によれば、無機的な方法で透光性基板と位相差板とを接合するため、接着剤が熱劣化することなく、偏光変換素子を高耐熱性・高耐光性として長寿命とすることが出来る。
【００２３】
［適用例８］本適用例の偏光変換ユニットは、適用例１乃至７の何れかに記載の偏光変換素子と、当該偏光変換素子を固定する固定枠と、を備えることを特徴とする。
【００２４】
本適用例によれば、本発明の偏光変換素子を備えることで、長寿命で光学特性に優れた偏光変換ユニットとすることが出来る。
【００２５】
［適用例９］本適用例の偏光変換ユニットは、光を出射する光源装置と、該光源装置からの光を、１種類の偏光光に変換する適用例８の偏光変換ユニットと、当該偏光変換ユニットからの偏光光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、該光変調装置にて形成された前記光学像を拡大投射する投射光学装置と、を備えることを特徴とする。
【００２６】
本適用例によれば、本発明の偏光変換素子を用いることで、長寿命で光学特性に優れた投光装置とすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る偏光変換素子の一例を示す図。
【図２】プラズマ重合膜の組成を説明する概略図。
【図３】他の実施形態に係る偏光変換素子を示す分解斜視図。
【図４】図３の偏光変換素子の一部分を拡大して示した断面図。
【図５】本実施形態にかかる偏光変換素子の製造工程を説明する図。
【図６】本実施形態にかかる偏光変換素子の製造工程を説明する図。
【図７】硬化試験における引張強度の測定結果を示す図。
【図８】硬化試験におけるせん断強度の測定結果を示す図。
【図９】本実施形態にかかる偏光変換素子の製造工程を説明する図。
【図１０】本実施形態にかかる偏光変換素子の製造工程を説明する図。
【図１１】本実施形態にかかる偏光変換素子の製造工程を説明する図。
【図１２】本実施形態にかかる実施例及び従来例の耐熱性試験を示す図。
【図１３】本実施形態にかかる実施例の平坦度試験の結果を示す図。
【図１４】本実施形態に係る実施例の平坦度試験の結果を示す図。
【図１５】比較例の平坦度試験の結果を示す図。
【図１６】積層１／２波長板の構成を示す図。
【図１７】本発明の他の実施の形態に係る位相差板の一例としての積層１／２波長板の構成を示す分解斜視図。
【図１８】本発明の他の実施の形態に係る位相差板の一例としての積層１／２波長板の構成を示す分解斜視図。
【図１９】本発明の他の実施の形態に係る位相差板の一例としての積層１／２波長板の構成を示す分解斜視図。
【図２０】図１６に示す積層１／２波長板における偏光状態の軌跡を示すポアンカレ球を示す図。
【図２１】図１７に示す積層１／２波長板における偏光状態の軌跡を示すポアンカレ球を示す図。
【図２２】図１８に示す積層１／２波長板における偏光状態の軌跡を示すポアンカレ球を示す図。
【図２３】図１９に示す構成の積層１／２波長板における直線偏光のポアンカレ球上での軌道の推移を説明するための図。
【図２４】４００ｎｍから７００ｎｍに対する積層１／２波長板の変換効率を示す図。
【図２５】４００ｎｍから７００ｎｍに対する積層１／２波長板の変換効率を示す図。
【図２６】４００ｎｍから７００ｎｍに対する積層１／２波長板の変換効率を示す図。
【図２７】本発明の実施の形態に係る偏光変換素子を組み込んだ偏光変換ユニットの外観を示す図。
【図２８】図２７の偏光変換ユニットの分解斜視図。
【図２９】本発明の実施の形態に係る偏光変換素子を適用した投光装置の一例としての液晶プロジェクターを示す図。
【図３０】一般的な偏光変換素子の構成を説明する図。
【図３１】一般的な偏光変換素子の構成を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る偏光変換素子の一例を示す図である。
図１に示すように、本発明に係る偏光変換素子１は、上述のＰＢＳアレイである素子本体（光学素子）１０と、素子本体１０に選択的に接合された、水晶等の無機光学結晶からなる位相差板（積層１／２波長板）２０と、を備える。
水晶等の無機光学結晶は、熱伝導性に優れるため、背景技術で述べた有機系材料で作製した位相板に比べ、耐熱性に優れ、高熱による光学特性の劣化の懸念がない。
また、位相差板の材質としては、水晶の他に、リチウムタンタレート、サファイアなども適用可能である。
なお、後述する図２７に示すように、偏光変換素子１においては、２つの素子本体１０を連結して組み込むが、図１では、一部のみを表示している。
図１に示すように、素子本体１０は、複数の透光性基板１１と、複数の透光性基板１１の間に交互に設けられた偏光分離膜（偏光分離部）１２及び反射膜（反射部）１３と、複数の透光性基板１１の間にそれぞれ設けられて、透光性基板１１を接着する接着層１４と、を備えている。
【００２９】
また、素子本体１０は、互いに略平行な光入射面１６と、光出射面１７と、を有する。
また、素子本体１０は、光入射面１６あるいは光出射面１７に対して所定の傾斜角度を有する接合面１１ａにより複数の透光性基板１１を偏光分離膜（偏光分離部）１２と反射膜（反射部）１３とを交互に挟んで接着層１４により接合されている。
偏光分離膜１２は、外部からの入力光（Ｓ偏光光及びＰ偏光光）のうち、Ｐ偏光光を選択的に透過させ、Ｓ偏光光を反射させる。
反射膜１３は、偏光分離膜１２により反射されたＳ偏光光を、光出射面１７に向けて反射させる。
ここで、接着層１４は、その厚みが５μｍ以上１０μｍ以下である。
接着層１４は、変性アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とする紫外線硬化型の接着剤により形成されるため、上記のような厚みとすることが出来る。
従来の紫外線硬化型の接着剤では、変性アクレート又は変性メタクリレートを主成分としていなかったために、粘度が高く、接着層の厚みが１０μｍ以上２０μｍ以下となってしまっていた。
【００３０】
このように、接着層の厚みが１０μｍを超える場合、後に図５乃至図１１を用いて説明する偏光変換素子の製造工程において、接着層の端部に歪みが生じてしまう。そのため、光入射面１６及び光出射面１７を研磨する（図１１）際に、歪み近傍の透光性基板１１の角部が削られてしまう。その結果、透光性基板１１の光出射面１７に、位相差板２０を接合する際に、透光性基板１１と、位相差板２０との間に隙間が生じ、気泡が発生してしまう。
これにより、透光性基板１１と位相差板２０とが十分に接合されず、位相差板２０が、剥がれやすくなる。
また、透光性基板１１と、位相差板２０との間に発生した気泡により光の透過率が落ちる。
【００３１】
一方、接着層の厚みが、５μｍ未満の場合は、接着層にごみなどが混入した場合、ごみなどによって、接着層の接着強度が低下する。
しかし、接着層の厚みが５μｍ以上１０μｍ以下であれば、透光性基板１１の角部が削れにくい為に気泡が発生せず、位相差板２０が透光性基板１１から剥がれやすくなったり、光の透過率が落ちたりする不具合を解消することが出来る。
なお、本実施形態に用いられる接着剤としては、例えば、ＵＴ２０、ＨＲ５４（商品名、株式会社アーデル製）などが挙げられる。
【００３２】
また、図１において、位相差板２０は、接合層２１により、透光性基板１１の光出射面１７おける偏光分離膜１２の上部の領域に接合されている。
この位相差板２０は、上記のように水晶により作製された１／２波長板であり、偏光分離膜１２を透過したＰ偏光光をＳ偏光光に変換する。
ただし、偏光変換素子１において、Ｐ偏光光に統一して出射する場合には、位相差板２０を反射膜１３の上部に設けるようにする。
なお、接合層２１は、分子接合するプラズマ重合膜であり、その主材料は、ポリオルガノシロキサンである。プラズマ重合膜は、プラズマ重合法により形成されてシロキサン結合を含み、結晶化度が４５％以下であるＳｉ骨格と、このＳｉ骨格に結合する有機基からなる脱離機とを含む。そして、エネルギーを付与して表面付近に存在する脱離基がＳｉ骨格から脱離することにより、接着性を発現する。
【００３３】
図２は、プラズマ重合膜の組成を説明する概略図であり、（Ａ）は、エネルギーを付与する前の組成を示し、（Ｂ）は、エネルギーを付与した後の組成を示している。
上記したが、図２（Ａ）に示すように、プラズマ重合膜は、Ｓｉ骨格２１Ｂを含むシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ）２１Ａと、Ｓｉ骨格２１Ｂと結合している脱離基２１Ｃと、を含む。
図２（Ａ）に示すようなプラズマ重合膜よりなる接合層２１にエネルギーが付与されると、図２（Ｂ）に示す通り、図２（Ａ）に示されていた脱離基２１Ｃが、Ｓｉ骨格２１Ｂから脱離する。これにより、接合層２１の表面及び内部に、活性手２１Ｄが生じ、活性化される。
その結果、接合層２１の表面に接着性が発現する。このような接着性が発現すると、接合層２１は強固に接合可能となる。なお、接合層２１のＳｉ骨格２１Ｂの結晶化度は４５％以下であることが好ましく、４０％以下であることがより好ましい。これにより、Ｓｉ骨格２１Ｂは充分にランダムな原子構造を含むものとなり、これにより、Ｓｉ骨格２１Ｂの特性が顕在化する。
ここで、「活性化させる」とは、接合層２１の表面及び内部の脱離基２１Ｃが脱離して、Ｓｉ骨格２１Ｂにおいて終端化されていない結合手（以下、「未結合手」または「ダングリングボンド」ともいう。）が生じた状態や、この未結合手が水酸基（ＯＨ基）によって終端化された状態、または、これらの状態が混在した状態のことをいう。
従って、活性手２１Ｄとは、未結合手（ダングリングボンド）、または未結合手が水酸基によって終端化されたもののことをいい、このような活性手２１Ｄによれば、接合層２１の強固な接合が可能となる。
【００３４】
前述の通り、このプラズマ重合膜は、エネルギーが付与されると、その表面及び内部に活性手が生じるため、プラズマ重合膜に強力な接着性が発現する。
また、接着剤を用いない無機的な接合方法であるので、接着剤の劣化によって光学特性が影響を受けることがない。
また、接着層１４の厚みが５μｍ以上１０μ以下であることで、透光性基板１１の角部が削れにくいことで、プラズマ重合法により隙間無く接合層２１を形成して、透光性基板１１と位相差板２０とを強力に接合出来る。
なお、位相差板２０と光出射面１７との接合方法は、このプラズマ重合法に限ることはなく、上記した変性メタクリレート又は変性アクリレートを主成分とする接着剤によって接合してもよい。
【００３５】
また、接合層２１は、プラズマ重合法のみならず、原子拡散接合法により形成してもよい。
原子拡散接合法とは、まず、真空容器内におけるスパッタリングやイオンプレーティング等の真空成膜により、素子本体１０を構成する透光性基板１１及び位相差板２０に、それぞれ微結晶連続薄膜を成膜する。そして、微結晶連続薄膜同士を、成膜中又は成膜後に重ね合わせて、接合界面及び結晶粒界において原子拡散を生じさせることにより、透光性基板１１及び位相差板２０の間で強固に接合する方法である。
なお、微結晶連続薄膜同士を重ね合わせるだけでなく、透光性基板１１及び位相差板２０のいずれか一方に微結晶連続薄膜を形成し、他方に微結晶構造を形成し、そしてこれらの微結晶連続薄膜と微結晶構造とを重ね合わせることにより、原子拡散接合を実施することも出来る。
この場合も、接着剤を用いない無機的な接合方法であるので、接着剤の劣化によって光学特性が影響を受けることがない。
【００３６】
図３は、他の実施形態に係る偏光変換素子を示す分解斜視図である。
図４は、図３の偏光変換素子の一部分を拡大して示した断面図である。
なお、図１と同様の構成については、同じ符号を付して詳細な説明を省略している。
図３、図４に示す偏光変換素子は、ＰＢＳアレイとしての素子本体１０と、素子本体１０に接合され、１／２波長板として機能し、入射した直線偏光の偏光面を９０（ｄｅｇ）回転させて出射する水晶製の位相差板２０と、を備える。
素子本体１０は、略直方体形状であり、２つの素子本体１０Ａ、１０Ｂが向かい合う長手方向の端部同士を互いに接合し、接合面１０Ｃに対して対称関係となっている。
この素子本体１０は、互いに略平行な光入射面１０Ｄと光出射面１０Ｅとを有する。
また、素子本体１０は、複数の透光性基板１１との間に、長手方向に沿って交互に並んで配置された偏光分離膜１２と反射膜１３とを有する。
また、複数の透光性基板１１は、それぞれ光入射面１０Ｄ或いは、光出射面１０Ｅに対して所定の傾斜角度を有した接合面１１ａによって接合されている。
【００３７】
偏光分離膜１２と反射膜１３とは、複数の透光性基板１１との間の境界部１１Ｂに交互に設けられている。
偏光分離膜１２は、光入射面１０Ｄに入射した光を、偏光方向が互いに直交する異なる２種類の直線偏光に分離して一方の直線偏光を透過させ、他方の直線偏光を反射させる。
本実施形態では、偏光分離膜１２は、光入射面１０Ｄに入射したランダム偏光光のうちＰ偏光光を選択的に透過させ、Ｓ偏光光を反射させる。
反射膜１３は、偏光分離膜１２により反射された他方の直線偏光を反射し、光路の向きを変える。即ち、反射膜１３は、偏光分離膜１２にて反射されたＳ偏光光を光出射面１０Ｅに向けて反射させる。
素子本体１０は、図４に示すように、複数の透光性基板１１を互いに接合する接着層１４を有する。
【００３８】
ここで、接着層１４は、紫外線硬化型等の光学系接着剤を用いることが出来る。紫外線硬化型の接着剤を用いた場合、粘度が高く、接着層１４の厚みは、およそ１０μｍ以上２０μｍ以下程度となる。
更に、変性アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とする紫外線硬化型の接着剤を用いると、接着層１４の厚みを５μｍ以上１０μｍと薄くできる。変性アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とする紫外線硬化型の接着剤としては、例えば、ＵＴ２０、ＨＲ１５４（商品名、株式会社アーデル製）などが挙げられる。
接着層１４は、所定の厚さＷ１を有する。
【００３９】
位相差板２０（２０Ａ、２０Ｂ）は、２つの素子本体１０Ａ、１０Ｂの光出射面１０Ｅに夫々配置されている。
位相差板２０は、偏光分離膜１２を透過したＰ偏光光に１８０（ｄｅｇ）の位相差を生じさせて当該Ｐ偏光光の偏光面を９０（ｄｅｇ）回転させるので、反射膜１３により反射されたＳ偏光光の偏光面と平行な直線偏光、即ち、Ｓ偏光光に変換して出射する。
また、図３に示すように、位相差板２０は、櫛状（すだれ状）である。
この位相差板２０（２０Ａ、２０Ｂ）は素子本体１０に接合されて光が透過しない基部２０Ｃ（２０Ｃ１、２０Ｃ２）と、この基部２０Ｃから延在され、光が透過する位相差部２０Ｄ（２０Ｄ１、２０Ｄ２）と、を有する。
即ち、基部２０Ｃは、素子本体１０の光学領域である有効エリア（Ｅ）の外に配置されている。基部２０Ｃの長手方向、即ち、偏光分離膜１２と反射膜１３とが交互に並べられた方向に沿って、接合されている。
【００４０】
そして、一方の位相差板２０Ａの基部２０Ｃ１は、素子本体１０における長手方向に平行な端縁部のうち一方の端縁部１０Ｆに接合され、他方の位相差板２０Ｂの基部２０Ｃ２は、一方の位相差板２０Ａにおける位相差部２０Ｄ１の先端部２０Ｅ１に接近している。
即ち、一方の位相差板２０Ａの基部２０Ｃ１は、他方の位相差板２０Ｂにおける位相差部２０Ｄ２の先端部２０Ｅ２に接近しており、他方の位相差板２０Ｂの基部２０Ｃ２は、一方の位相差板２０Ａにおける位相差部２０Ｄ１の先端部２０Ｅ１に接近している。
なお、基部２０Ｃは、その主平面が、長尺の矩形状であり、その幅は、例えば３ｍｍから４ｍｍ程度である。
【００４１】
基部２０Ｃは、素子本体１０に、図示しない接合膜により接合されている。
この接合膜は、接着層１４と同様に、紫外線硬化型等の光学系接着剤やプラズマ重合膜により設けられている。接合膜は、光路上に配置されない、光学領域である有効エリアＥの外側に配置されることが望ましいため、基部２０Ｃと素子本体１０の長手方向に並行な端縁部１０Ｆ、１０Ｇとの間にのみ形成されていることが望ましい。
位相差板２０（位相差部２０Ｄ）は、いわば短冊状であり、その厚さは基部２０Ｃと同じである。位相差部２０Ｄは、基部２０Ｃから延在され、素子本体１０の光出射面１０Ｅにおける偏光分離膜１２の上部の領域に配置されている。隣り合う複数の位相差部２０Ｄは、互いに所定幅の隙間Ｗ２をもって配置されており、隙間Ｗ２には、反射膜１３で反射されたＳ偏光光がそのまま通過する。
位相差部２０Ｄは、図４に示すように、それぞれ素子本体１０の光出射面１０Ｅに対向する光入射面２０Ｆを有する。
【００４２】
この位相差部２０Ｄの光入射面２０Ｆと、素子本体１０の光出射面１０Ｅとの間には、僅かな隙間Ｗ３が設けられている。そのため、位相差部２０Ｄの光入射面２０Ｆと光学素子３１０の光出射面１０Ｅとには、それぞれ図示しない反射防止膜が形成されていることが望ましい。
図３、図４の構成によれば、位相差板２０の位相差部２０Ｄが、素子本体１０に接着剤により接着されないので、接着剤の劣化による光学特性の劣化を回避することが出来る。
また、複数の位相差部２０Ｄが、基部２０Ｃと一体となっているため、位相差板２０の素子本体１０への組み付けも容易である。
【００４３】
次に、素子本体１０の製造工程をより詳しく説明する。
製造工程は、大きく分けて膜形成工程と、接着工程と、切断工程と、研磨工程と、から成っている。
図５乃至図１１は、本実施形態にかかる偏光変換素子、特に素子本体の製造工程を説明する図である。
［膜形成工程］
最初の膜形成工程では、図５に示すように、まず複数の透光性基板（ガラス等の無色透明基板）１１Ａが準備される。これらの透光性基板１１Ａは、互いに略平行な第１面１１Ａ１及び第２面１１Ａ２を有している。
複数の透光性基板１１Ａのうち、いくつかの透光性基板１１Ａの第１面１１Ａ１には、偏光分離膜１２が形成され、第２面１１Ａ２には、反射膜１３が形成される。
その他の透光性基板１１Ａの第１面１１Ａ１及び第２面１１Ａ２には、これらの膜の何れかが形成されるか、あるいは何れの膜も形成されていない。
【００４４】
［接着工程］
図６に示す接着工程では、偏光分離膜１２及び反射膜１３が形成された透光性基板１１Ａと、これらの膜が形成されていない透光性基板１１Ａと、が接着剤１４Ａによって交互に貼り合わされる。このとき、偏光分離膜１２と反射膜１３とが透光性基板１１Ａを挟んで交互に積層されるようにする。
ここで、接着剤１４Ａとして変成アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とする接着剤を使用し、その塗布量は、硬化後の厚みが５〜１０μｍとなるように調整する。
【００４５】
次に、図７に示すように、透光性基板１１Ａの第１面１１Ａ１にほぼ垂直な方向から紫外線が照射される。なお、紫外線は、偏光分離膜１２及び反射膜１３を通過するため、図７中全ての接着剤１４Ａは同時に硬化される。
これにより、偏光分離膜１２と透光性基板１１Ａの間と、反射膜１３及び第２の透光性基板の間に、それぞれ接着層１４が形成される。そして、複数の透光性基板１１Ａが接合された積層体４００が形成される。
なお、透光性基板１１Ａの第１面１１Ａ１にほぼ平行な方向から紫外線を照射してもよい。
【００４６】
ここで、接着剤１４Ａの硬化条件と、各硬化条件によって得られる接着層１４の接着強度との関係について説明する。
下記の表１に示したように、紫外線（ＵＶ）照射量を変化させて硬化試験１から硬化試験７までを実施した。その結果、引張強度については、表１、図８（Ａ）、（Ｂ）に示すようになり、せん断強度については、表１、図９（Ａ）、（Ｂ）に示すようになった。
すなわち、図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、紫外線照射量が１５，０００ｍＪ／ｃｍ２以上４５，０００ｍＪ／ｃｍ２以下、特に２０，０００ｍＪ／ｃｍ２以上３５，０００ｍＪ／ｃｍ２以下の場合、接着層１４の引張強度が高くなるため好ましい。また、図９（Ａ）、（Ｂ）に示すように、紫外線照射量が１５，０００ｍＪ／ｃｍ２以上６０，０００ｍＪ／ｃｍ２以下、特に２５，０００ｍＪ／ｃｍ２以上５０，０００ｍＪ／ｃｍ２以下の場合は、接着層１４のせん断強度が高くなるために好ましい。なお、表１中、各硬化試験は、２回ずつ実施している。
【００４７】
引張強度試験、せん断強度試験は、以下の試験方法で実施した。すなわち、１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさの白色ガラス板２枚を接着剤１４Ａで接着して作成した試験品を、引張試験機で、接着面に対し垂直あるいは平行方向に引張加重をかけ、２枚の白色ガラス板が分離した時の加重を測定した。
［表１］
【００４８】
次に、図１０に示すように、切断工程として、第１面１１Ａ１と所定の角度θ（約４５度）をなす切断面でほぼ平行に積層体４００が切断されて、積層ブロック４１０が切り出される。
図１１に示す、続く研磨工程では、切り出された積層ブロック４１０の切断面４１０Ａを研磨装置５００で研磨することにより、偏光変換素子１の素子本体１０が得られる。
【００４９】
［耐熱性試験］
実施例１及び比較例１により、本発明に用いる接着剤（接着層）の耐熱性について評価した。
図１２は、実施例１及び従来例１の耐熱性試験を示す図である。
実施例１では、接着剤（ＵＴ２０ 株式会社アーデル製）により、２枚のガラス板を貼り合わせ、所定量の紫外線を照射した。これにより、実施例１の試験片６００を作製した。
一方、比較例１では、従来の接着剤（ＰＨＯＴＯボンド３００ サンライズＭＳＩ株式会社製）により２枚のガラス板を貼り合わせ、所定量の紫外線を照射した。これにより、比較例１の試験片６０１を作製した。
これら試験片６００、６０１を固定枠６１０内に固定した後、試験片６００、６０１をプロジェクターの偏光変換素子を設置すべき場所に組み込み、試験片６００、６０１に光源ランプの光が照射された時、試験片の温度が１２０℃となるようにプロジェクターの冷却機構を調整した。図１２では、３８００時間この環境下に放置した場合の試験結果が示されている。
【００５０】
図１２に示すように、試験片６０１の接着層では、一部に黄変６２０が見られた一方で、試験片６００の接着層では、黄変が見られなかった。
さらに、試験片６００、６０１をこの環境下に放置し続けた結果、４８００時間後に、試験６０１の接着層では激しい黄変が見られた。一方で、試験片６００の接着層では、光学特性に影響のない程度の若干の黄変が見られるに留まった。
従って、本発明の接着剤により形成された接着層は耐熱性に優れていることが分かる。
【００５１】
［平坦度試験］
（実施例２から実施例１１まで、及び比較例２）
実施例２から実施例１１まで、及び比較例２により、本発明の偏光変換素子における光入射面及び光出射面の平坦度を評価した。
図１３は、本発明に係る実施例２から実施例６までの平坦度試験の結果を示す図であり、図１４は、本発明に係る実施例７から実施例１１までの平坦度試験の結果を示す図であり、図１６は、比較例２の平坦度試験の結果を示す図である。
（実施例２から実施例６まで）
実施例２では、実施例１と同様の接着剤を用いて、後述する図２６に示すような素子本体１０を作製した。そして、図２６に示される左右の２つの素子本体１０のうち、左側の素子本体１０を用いた。そして、下記の測定方法により、その素子本体１０の光入射面１６の略中央における断面図を得た。ここで、断面図では、図２６の左右方向の断面図である。
得られた断面図において、比較的上側に大きく膨らんだ凸部を選び、その凸部の左右近傍の凹部の頂点を線で結んだ。この線から、凸部の頂点までの距離を縦軸のスケールで換算して、「高低差」を算出した。
【００５２】
実施例３から実施例６でも、実施例２と同様に素子本体１０を作製して、その光入射面１６について測定し、断面図を得た。そして、断面図より、実施例２と同様に、「高低差」を２点算出した。図１３には、それらの結果が示されている。
（実施例７から実施例１１まで、及び比較例２）
実施例７から実施例１１まででは、それぞれ実施例２から実施例６までで作製した素子本体１０の光出射面１７について、実施例２と同様に断面図を得た。得られた断面図により、実施例２と同様にして、「高低差」を２点算出した。
比較例２では、接着剤として、比較例１と同様の接着剤を用いた以外は、実施例２と同様にして素子本体を作製し、その光出射面を測定した断面図を得た。得られた断面図より実施例２と同様にして、「高低差」を２点算出した。
【００５３】
実施例７から、実施例１１まで及び比較例２の結果を、図１４、図１５に示す。
断面図の測定方法としては、レーザー干渉計Ｇ１０２Ｓ（フジノン株式会社（現富士フイルム株式会社製））により、素子本体の光入射面又は光出射面を照射して、素子本体からの反射光と元々の平行光とを干渉させることによって、干渉縞を得る。なお、レーザー干渉計で設定した光の波長は、６８５ｎｍである。
得られた干渉縞を干渉縞解析ソフトウェア（フジノン株式会社（現富士フイルム株式会社製））で解析することにより、光入射面又は光出射面の断面図を得る。
図１３、図１４で示すように、本発明の接着剤を用いた実施例２から実施例１１まででは、光入射面及び光出射面における高低差が小さいため、平坦度が優れていることがわかった。
一方、図１５に示すように、従来の接着剤を用いた比較例では、光入射面における高低差が大きいため、平坦度が悪いことが分かった。
【００５４】
［波長板の構造］
以下に、本発明の実施の形態に係る位相差板の構成を説明する。
図１６は、本発明の実施の形態に係る位相差板の一例としての積層１／２波長板の構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は分解斜視図、（ｃ）は、側面図である。
図１６（ａ）に示すように、本発明に係る積層１／２波長板２０は、水晶等の無機光学結晶を用いた第１の波長板３０と、第２の波長板４０と、を夫々の光学軸３１、４１が交差するように貼り合わせた構成を備え、全体として、光源側から入射する直線偏光光Ａの位相を１８０（ｄｅｇ）ずらし、偏光面を９０（ｄｅｇ）回転させた直線偏光光Ｂに変換して出射する１／２波長板として機能するように構成する。
また、図１６（ｂ）に示すように、第１の波長板３０の光学軸方位角をθ１、第２の波長板４０の光学軸方位角をθ２とする。
なお、光学軸方位角とは、結晶光学軸と、積層波長板に入射する直線偏光光の偏光面とのなす角度である。
また、図１６（ｃ）に示すように、第１の波長板３０の切断角度（水晶板の主面における法線方向と結晶光学軸（Ｚ軸）との交差角度をいう）Ｚ１は、２７（ｄｅｇ）（２７（ｄｅｇ）Ｚともいう）とし、第２の波長板４０の切断角度Ｚ２は、１８（ｄｅｇ）（１８（ｄｅｇ）Ｚともいう）としている。
この切断角度の値は、組立工程におけるハンドリングの容易さを考慮したものである。同じ位相差を有する波長板においては、切断角度を９０度から小さくする程、複屈折率差（異常光屈折率ｎｅと常光屈折率ｎｏとの差）は小さくなり、一方、波長板の厚みは逆に厚くなっていく。
特に板厚の薄いシングルモードの波長板においては、加工工程時や組立工程時のハンドリングの観点では、波長板の割れや破損を防ぐために、切断角度を９０（Ｄｅｇ）Ｚよりも小さくして、波長板の厚みを大きくした方が有利であるが、切断角度が大きいと、今度は、入射する発散光の影響を受けやすくなる。
そこで、本実施形態では、各波長板３０、４０が、それぞれの光学軸方位角に基づく設計位相差を満たしつつ、ハンドリング上最も都合の良い０．３ｍｍ前後の厚みとなるように、切断角度を互いに異ならせることにより、第１の波長板３０の板厚ｔ１と第２の波長板４０の板厚ｔ２とをほぼ同等（０．３ｍｍ前後）の厚みとなるように設計を行っている。
【００５５】
本発明においては、積層１／２波長板２０を液晶プロジェクターに組み込む偏光変換素子に用いる場合、所定の設計波長λ、例えば５２０ｎｍの光（緑）に対する第１の波長板３０の位相差をΓ１、第２の波長板４０の位相差をΓ２とし、また、第２の波長板４０は、互いに波長帯の異なる複数の波長帯λ１、λ２（λ１＜λ２）の光について、波長λ１の光に対する位相差をΓ２１、波長λ２の光に対する位相差をΓ２２としたときに、
Γ１＝３６０（ｄｅｇ）・・・（１）
Γ２＝１８０（ｄｅｇ）・・・（２）
ΔΓ２＝（Γ２２−Γ２１）／２・・・（３）
ｃｏｓ２θ１＝１−（１−ｃｏｓΔΓ２）／｛２｛１−ｃｏｓ（ｍΔΓ２）｝｝・・・（４）
ただし、ｍ＝２
を満足するように、第１及び第２の波長板３０、４０の厚みを設定する。
【００５６】
なお、波長λの光に対する位相差Γと波長板の板厚ｔとの関係は、Γ＝２π／λ×（ｎｅ−ｎｏ）×ｔ（ｎｅは異常光の屈折率、ｎｅは常光の屈折率）である。
第１の波長板３０の板厚ｔ１、第２の波長板４０の板厚ｔ２を０．３ｍｍ前後としたいとする上記した製造上の都合を考慮すると、Ｚ１＝２７（ｄｅｇ）とした時に、ｔ１＝０．２７５３ｍｍ、となり、また、Ｚ２＝１８（ｄｅｇ）とした時に、ｔ２＝０．２９６５ｍｍとなるため、上記板厚の条件を満足することになる。
なお、波長板の切断角度が変化することで、上記式における（ｎｅ−ｎｏ）の値が変化するものとする。
ところで、積層１／２波長板２０は、液晶プロジェクターに必要な各波長帯（Ｒ（赤：４００ｎｍ帯）、Ｇ（緑：５００ｎｍ帯）、Ｂ（青：６７５ｎｍ））において、偏光変換効率が１となり、位相差が１８０（ｄｅｇ）となること求められる。
【００５７】
第１及び第２の波長板３０、４０を用いて全体として１／２波長板２０を構成する場合に所望する広範囲の波長帯で位相差を１８０（ｄｅｇ）とするために、積層１／２波長板２０を構成する第１及び第２の波長板３０、４０について、所定の波長（例えば、５２０ｎｍ）での夫々の位相差Γ１、Γ２、夫々の光学軸方位角θ１、θ２、切断角度Ｚ１、Ｚ２といったパラメータを種々変化させて最適な位相差、変換効率等を求める手法をとった。
その結果、第１の波長板３０の位相差Γ１、光学軸方位角θ１及び切断角度Ｚ１と、第２の波長板４０の位相差Γ２、光学軸方位角θ２及び切断角度Ｚ２が、
Γ１＝３６０（ｄｅｇ）、θ１＝−１６（ｄｅｇ）、Ｚ１＝２７（ｄｅｇ）・・・（５）
Γ２＝１８０（ｄｅｇ）、θ２＝４５（ｄｅｇ）、Ｚ２＝１８（ｄｅｇ）・・・（６）
を満足するときに、上記ＲＧＢ３波長帯の光に対して位相差が１８０（ｄｅｇ）となり、偏光変換効率がほぼ１となることが見出された。
なお、θ１＝−１６（ｄｅｇ）の場合、切断角Ｚ１＝２７（ｄｅｇ）である第１の波長板３０の板厚は０．２７５３ｍｍとなり、θ２＝４５（ｄｅｇ）の場合、切断角Ｚ２＝１８（ｄｅｇ）である第２の波長板４０の板厚は０．２９６５ｍｍとなる。
ここで、設計波長λの取りうる値の範囲は、５１０≦λ≦５３０（ｎｍ）となる。
なお、図１６において、第１の波長板３０と第２の波長板４０の光学軸方位角、切断角度を入れ替えても良い。言い換えれば、光の入射方向に対して、第１の波長板３０と、第２の波長板４０の積層順を入れ替えてもよい。
具体的には、第１の波長板３０の設計位相差Γ１をΓ１＝１８０（ｄｅｇ）とし、第２の波長板４０の設計位相差Γ２をΓ２＝３６０（ｄｅｇ）とし、第１の波長板３０の光学軸方位角θ１及び切断角度Ｚ１と、第２の波長板４０の光学軸方位角θ２及び切断角度Ｚ２を
θ１＝４５（ｄｅｇ）、Ｚ１＝１８（ｄｅｇ）・・・（５）’
θ２＝−１６（ｄｅｇ）、Ｚ２＝２７（ｄｅｇ）・・・（６）’
とすることが出来る。
この場合、第１の波長板３０の板厚ｔ１が０．２９６５ｍｍ、第２の波長板４０の板厚ｔ２が、０．２７５３ｍｍとなる。
【００５８】
図１７は、本発明の他の実施の形態に係る位相差板の一例としての積層１／２波長板の構成を示す分解斜視図である。
図１７では、図１６における第１の波長板３０の光学軸方位角θ１、第２の波長板４０の光学軸方位角θ２を互いに鈍角としている。
なお、各波長板の切断角度は９０（ｄｅｇ）Ｚではなく、図１６（ｃ）に示したものと同様の関係にある。
図１７に示す場合、第１の波長板３０の位相差Γ１、光学軸方位角θ１及び切断角度Ｚ１と、２の波長板の位相差Γ２、光学軸方位角θ２及び切断角度Ｚ２が、
Γ１＝３６０（ｄｅｇ）、θ１＝１６（ｄｅｇ）、Ｚ１＝２７（ｄｅｇ）・・・（７）
Γ２＝１８０（ｄｅｇ）、θ２＝１３５（ｄｅｇ）、Ｚ２＝１８（ｄｅｇ）・・・（８）
を満足することにより、上記３波長帯の光に対して位相差が１８０（ｄｅｇ）となり、偏光変換効率がほぼ１となる。
また、この場合も、第１の波長板３０と第２の波長板４０の位相差、光学軸方位角、切断角度を下記式（７）’、（８）’のように入れ替えても、偏光変換効率をほぼ１とすることが出来る。
Γ１＝１８０（ｄｅｇ）、θ１＝１３５（ｄｅｇ）、Ｚ１＝１８（ｄｅｇ）・・・（７）’
Γ２＝３６０（ｄｅｇ）、θ１＝１６（ｄｅｇ）、Ｚ２＝２７（ｄｅｇ）・・・（８）’
図１８は、本発明のさらに他の実施の形態に係る位相差板の一例としての積層１／２波長板（以下、積層１／２波長板）の構成を示す分解斜視図である。
これは、図１６の構成における各波長板の光学軸方位角をそれぞれ９０°回転させたものである。
この場合、第１の波長板３０の位相差Γ１、光学軸方位角θ１及び切断角度Ｚ１、第２の波長板の位相差Γ２、光学軸方位角θ２及び切断角度Ｚ２が、
Γ１＝３６０（ｄｅｇ）、θ１＝７４（ｄｅｇ）、Ｚ１＝２７（ｄｅｇ）・・・（９）
Γ２＝１８０（ｄｅｇ）、θ２＝１３５（ｄｅｇ）、Ｚ２＝１８（ｄｅｇ）・・・（１０）
を満足することにより、上記３波長帯の光に対して位相差が１８０（ｄｅｇ）となり、偏光変換効率がほぼ１となる。
また、図１８の場合も、第１の波長板３０と第２の波長板４０の位相差、光学軸方位角、切断角度を下記式（９）’、（１０）’のように入れ替えても、偏光変換効率をほぼ１とすることが出来る。
Γ１＝１８０（ｄｅｇ）、θ１＝１３５（ｄｅｇ）、Ｚ１＝１８（ｄｅｇ）・・・（９）’
Γ２＝３６０（ｄｅｇ）、θ１＝１６（ｄｅｇ）、Ｚ２＝２７（ｄｅｇ）・・・（１０）’
図１９は、本発明の他の実施の形態に係る位相差板の一例としての積層１／２波長板（以下、積層１／２波長板）の構成を示す分解斜視図である。
図１９では、図１８における第１の波長板３０の光学軸方位角θ１、第２の波長板４０の光学軸方位角θ２を互いに鈍角としている。
この場合、第１の波長板３０の位相差Γ１、光学軸方位角θ１及び切断角度Ｚ１と第２の波長板の位相差Γ２、光学軸方位角θ２の切断角度Ｚ２が、
Γ１＝３６０（ｄｅｇ）、θ１＝１０６（ｄｅｇ）、Ｚ１＝２７（ｄｅｇ）・・・（１１）
Γ２＝１８０（ｄｅｇ）、θ２＝４５（ｄｅｇ）、Ｚ２＝１８（ｄｅｇ）・・・（１２）
を満足することにより、上記３波長帯の光に対して位相差が１８０（ｄｅｇ）となり、偏光変換効率がほぼ１となる。
また、図１９の場合も、第１の波長板３０と第２の波長板４０の光学軸方位角、切断角度を下記式（１１）’、（１２）’のように入れ替えても、偏光変換効率をほぼ１とすることが出来る。
Γ１＝１８０（ｄｅｇ）、θ１＝４５（ｄｅｇ）、Ｚ１＝１８（ｄｅｇ）・・・（１１）’
Γ２＝３６０（ｄｅｇ）、θ１＝１０６（ｄｅｇ）、Ｚ２＝２７（ｄｅｇ）・・・（１２）’
【００５９】
次に、上記の光学軸方位角θ１、θ２を以下にして見出したかを説明する。
はじめに、本発明に係る積層１／２波長板の実施例を見つけ出した計算手法を簡単に説明する。直線偏光が２枚の波長板を透過した後の偏光状態は、ミューラ行列、又はジョンズ行列を用いて表すことができる。
Ｅ＝Ｒ２・Ｒ１・Ｉ ・・・（１３）
ここで、Ｉは入射光の偏光状態、Ｅは出射光の偏光状態を表すベクトルである。Ｒ１は積層１／２波長板２０における第１の波長板３０のミューラ行列、Ｒ２は第２の波長板４０のミューラ行列で、夫々次式で表される。
・・・（１４）
・・・（１５）
第１及び第２の波長板３０、４夫々の位相差Γ１、Γ２、光学軸方位角度θ１、θ２を設定して、式（１４）、（１５）よりミューラ行列Ｒ１、Ｒ２を求める。
【００６０】
そして、入射光の偏光状態Ｉを設定すると、式（１３）より出射光の偏光状態Ｅを算出することができる。
行列としてミューラ行列を用いた場合について説明すると、出射光の偏光状態Ｅは次式で表される。
・・・（１６）
Ｅの行列要素Ｓ０１、Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１はストークスパラメータと呼ばれ、偏光状態を表している。このストークスパラメータを用いて、波長板の位相差Γは次式のように表される。
・・・（１７）
Γ＝（２ｍ−１）×π 但し、ｍは正の整数
このように、式（１７）を用いて位相差を算出することができる。
さらに、出射光の偏光状態を表す行列Ｅと、偏光子の行列Ｐとの積を計算し、得られた光量を評価値とすれば、偏光状態を正確に判定する。これを変換効率と定義する。
具体的には、偏光子の行列Ｐの透過軸を９０（ｄｅｇ）に設定し、行列Ｐと出射光偏光状態を表す行列Ｅとの積から得られる行列Ｔのストークスパラメータより、９０（ｄｅｇ）方向の偏光面成分の光量を算出することができる。出射光偏光状態を表す行列Ｅと、偏光子の行列Ｐとの、積は次式のようになる。
【００６１】
Ｔ＝Ｐ・Ｅ ・・・（１８）
ここで、行列Ｔは変換効率を表し、その要素のストークスパラメータで表すと次式（１９）のように表される。
・・・（１９）
ここで、ベクトルＴのストークスパラメータのＳ０２が光量を表している。入射光量を１に設定すればＳ０２が変換効率となる。
位相差、変換効率とも積層１／２波長板を透過した後の偏光状態を表す行列Ｅから求めることができる。
【００６２】
上記の変換効率を評価基準とし、積層１／２波長板の諸パラメータである第１及び第２の波長板３０、４０について、所定の波長（例えば波長５２０ｎｍ）での夫々の位相差Γ１、Γ２、夫々の光学軸方位角θ１、θ２、切断角度Ｚ１、Ｚ２を種々変化させ、計算機を用いてシミュレーションした。
シミュレーションを繰り返し行い、所望の広範囲の波長帯において、変換効率が良い場合の上記パラメータを選び出した。切断角度については、上記した製造上の条件を満たすように、それぞれの波長板の板厚ｔ１、ｔ２が、０．３ｍｍ程度となるように選定した。
【００６３】
その結果を以下に説明する。
図１６に示す積層１／２波長板２０の第１及び第２の波長板３０、４０において、第１の波長板３０の切断角度が２７（ｄｅｇ）Ｚ、第２の波長板４０の切断角度が１８（ｄｅｇ）Ｚで、設計波長λを５２０ｎｍとしたとき、第１の波長板３０の位相差Γ１、光学軸方位角θ１が夫々３６０（ｄｅｇ）、−１６（ｄｅｇ）、第２の波長板の位相差Γ２、光学軸方位角θ２が夫々１８０（ｄｅｇ）、３５（ｄｅｇ）≦θ２≦５５（ｄｅｇ）に設定した場合に、積層１／２波長板２０の変換効率をシミュレーションにより求めた結果良好な波長−変換効率（偏光変換効率）が得られた（後述）。
なお、光学軸方位角θ１、θ２の範囲は、要求仕様に応じて或いは許容誤差として、設定角度から±５（ｄｅｇ）の範囲で有効である。
【００６４】
ここで、図１６に示した積層１／２波長板２０を構成する第１の波長板３０と第２の波長板４０の光学的な作用について図２０を用いて説明する。
図２０（ａ）は、積層１／２波長板２０に入射した直線偏光Ａのポアンカレ球上での軌道の推移を説明するための図である。また、図２０（ｂ）は、図２０（ａ）に示したポアンカレ球において積層１／２波長板２０に入射した光線の偏光状態の軌跡をＳ２軸方向から見た図（Ｓ１Ｓ３平面に投影した図）である。
さらに、図２０（ｃ）は、本発明に係る積層１／２波長板２０の第１の波長板３０の機能について説明するために、前記偏光状態の軌跡をＳ１軸方向から見た図（Ｓ２Ｓ３平面に投影した図）である。
図２０（ｂ）、（ｃ）において、直線偏光Ａの光線がポアンカレ球の赤道上の所定の位置Ｐ０に入射すると、第１の波長板３０によって光軸Ｒ１（２θ１）を中心にして３６０（ｄｅｇ）回転しＰ１に到達し（Ｐ０＝Ｐ１）、さらに第２の波長板４０によって光軸Ｒ２（２θ２）を中心にして１８０（ｄｅｇ）回転しＰ２（赤道）に到達することによって、積層１／２波長板１を出射する光線が直線偏光Ａ（入射光）に対してθ＝９０（ｄｅｇ）だけ回転した直線偏光Ｂとなって積層１／２波長板２０を出射することが分かる。
【００６５】
ここで、第２の波長板４０の位相差Γ２が入射光の波長の変化によりΔΓ２の位相変化を生じた場合、この位相変化ΔΓ２を第１の波長板３０の波長による位相変化ΔΓ１で相殺すれば、積層１／２波長板２０の波長依存性を抑圧し広帯域で１／２波長板として機能できる。
更に、第２の波長板４０の波長による位相変化ΔΓ２は、基板材料の波長分散で決まる一定の数値を有しており、第１の波長板３０の波長による位相変化ΔΓ１は、第１の波長板３０の面内方位角θ１を調整することでその大きさを可変することが可能である。
そこで、第１の波長板３０と第２の波長板４０との関係式を以下に導出する。
入射光の波長が基準波長（設計波長）λから波長λ１〜λ２の間（λ１＜λ２）で変化すると、波長板の有する波長依存性により第１の波長板３０及び第２の波長板４０の位相差が夫々Γ１及びΓ２より変化する。
また、第２波長板の位相差において、
Γ２１：波長λ１のときの位相差
Γ２２：波長λ２のときの位相差
と定義すると、第２の波長板４０の波長による位相変化ΔΓ２は、以下の式を満足する。
ΔΓ２＝（Γ２２−Γ２１）／２・・・（２０）
【００６６】
図２０（ｂ）において、第２の波長板４０に生じた位相変化ΔΓ２により、ポアンカレ球上の座標Ｐ０（Ｐ１）がＰ１”に変化したものとし、このＰ０→Ｐ１”の距離を近似的に直線ｘ２で表すと、ΔΓ２とｘ２は下式の関係を満足する。
（ｘ２）２＝２ｋ２−２ｋ２ｃｏｓΔΓ２・・・（２１）
但し、ｋは、ポアンカレ球の半径を示す。
次に同様に、図２０（ｃ）において、第１の波長板３０に生じた位相変化ΔΓ１により、ポアンカレ球上の座標Ｐ０（Ｐ１）がＰ１’に変化したものとし、このＰ０→Ｐ１’の距離を近似的に直線ｘ１で表すと、ΔΓ１とｘ１は下式（２２）の関係を満足する。
（ｘ１）２＝２ｒ２−２ｒ２ｃｏｓΔΓ１・・・（２２）
但し、ｒは、Ｒ１を回転軸としてΓ１１回転させる時の半径である。
又、ｒは、第１の波長板３０の面内方位角θ１を用いて下式（２３）により表すことができる。
ｒ２＝２ｋ２−２ｋ２ｃｏｓ２θ１・・・（２３）
【００６７】
更に、式（２３）を式（２２）に代入すると、式（２４）が得られる。
（ｘ１）２＝４ｋ２（１−ｃｏｓ２θ１）（１−ｃｏｓΔΓ１）・・・（２４）
そこで、第１の波長板３０と第２の波長板４０の位相変化がお互いに相殺しあうためには、
ｘ１≒ｘ２
である必要があり、式（２１）と式（２４）より
（ｘ１）２＝（ｘ２）２
２ｋ２−２ｋ２ｃｏｓΔΓ２＝４ｋ２（１−ｃｏｓ２θ１）（１−ｃｏｓΔΓ１）の関係が成立する。
そこで、ｋを正規化してまとめると式（２５）が得られる。
ｃｏｓ２θ１＝１−（１−ｃｏｓΔΓ２）／｛２（１−ｃｏｓΔΓ１）｝・・・（２５）
次に、第１の波長板３０と第２の波長板４０とが同じ分散の基板材料で構成されており、
Γ１１／Γ２２＝ｍ
とすると、式（２６）が得られる。
ΔΓ１＝ｍΔΓ２・・・（２６）
そこで、式（２６）を式（２５）に代入すると式（２７）が得られる。
ｃｏｓ２θ１＝１−（１−ｃｏｓΔΓ２）／｛２（１−ｃｏｓｍΔΓ２）｝・・・（２７）
式（２７）は、第２の波長板４０により生ずる位相変化ΔΓ２により第１の波長板３０の面内方位角θ１が決定されることを示している。
【００６８】
次に、上述した計算式を用いて積層１／２波長板２０を構成する第１の波長板３０と第２の波長板４０の具体的なパラメータを算出する。
具体例として、波長３５０ｎｍ〜８５０ｎｍの帯域における広範囲の波長帯において１／２波長板として機能する積層１／２波長板についてパラメータを算出する。
例えば、第１の波長板２０の位相差Γ１＝３６０（ｄｅｇ）、第２の波長板３の位相差Γ２＝１８０（ｄｅｇ）とすると、
ｍ＝Γ１／Γ２＝２
となる。
次に、θ２については、第２の波長板４０に入射する直線偏光の偏光方向を９０（ｄｅｇ）回転した直線偏光として出射させるためにθ２の値を４５（ｄｅｇ）とするが、前述のシミュレーションにより得られた解に対して最適化を図るため、可変範囲を±１０（ｄｅｇ）と設定し、
θ２＝４５（ｄｅｇ）±１０（ｄｅｇ）（３５（ｄｅｇ）≦θ２≦５５（ｄｅｇ））・・・（２８）
とした。
【００６９】
図２１は、図１７に示す構成の積層１／２波長板における直線偏光のポアンカレ球上での軌道の推移を説明するための図である。
赤道上の所定の位置Ｐ０から偏光方向が赤道に対して平行な方向となる直線偏光Ａとして光線が入射すると、第１の波長板３０によって光軸Ｒ１を中心にして３６０（ｄｅｇ）分だけ回転してＰ１（赤道上）へ移され、さらに第２の波長板４０によって光軸Ｒ２を中心にして１８０（ｄｅｇ）分だけ回転しＰ２（赤道上）に到達し、直線偏光Ａに対してθ＝９０（ｄｅｇ）だけ回転した直線偏光Ｂとなって１／２波長板２０を出射し、図１８の場合と同様の１／２積層波長板となっていることが分かる。
また、上記式（２０）〜（２７）も、図１６（図２０）の場合と同様に成立する。
【００７０】
図２２は、図１８に示す構成の積層１／２波長板における直線偏光のポアンカレ球上での軌道の推移を説明するための図である。
赤道上の所定の位置Ｐ０から偏光方向が赤道に対して平行な方向となる直線偏光Ａとして光線が入射すると、第１の波長板３０によって光軸Ｒ１を中心にして３６０（ｄｅｇ）分だけ回転してＰ１（赤道上）へ移され、さらに第２の波長板４０によって光軸Ｒ２を中心にして１８０（ｄｅｇ）分だけ回転しＰ２（赤道上）に到達し、直線偏光Ａに対してθ＝９０（ｄｅｇ）だけ回転した直線偏光Ｂとなって１／２波長板２０を出射し、図１８の場合と同様の１／２積層波長板となっていることが分かる。
また、上記式（２０）〜（２７）も、図１６の場合と同様に成立する。
【００７１】
図２３は、図１９に示す構成の積層１／２波長板における直線偏光のポアンカレ球上での軌道の推移を説明するための図である。
赤道上の所定の位置Ｐ０から偏光方向が赤道に対して平行な方向となる直線偏光Ａとして光線が入射すると、第１の波長板３０によって光軸Ｒ１を中心にして３６０（ｄｅｇ）分だけ回転してＰ１（赤道上）へ移され、さらに第２の波長板４０によって光軸Ｒ２を中心にして１８０（ｄｅｇ）分だけ回転しＰ２（赤道上）に到達し、直線偏光Ａに対してθ＝９０（ｄｅｇ）だけ回転した直線偏光Ｂとなって１／２波長板２０を出射し、図１８の場合と同様の１／２積層波長板となっていることが分かる。
また、上記式（２０）〜（２７）も、図１６の場合と同様に成立する。
【００７２】
図２４は波長４００ｎｍから７００ｎｍに対する本発明の積層１／２波長板２０の変換効率を示す図であり、各波長板の設計波長λを５１０ｎｍとして、入射角を−１０（ｄｅｇ）から＋１０（ｄｅｇ）まで変化させた場合の、波長毎の偏光変換効率の変化を示すグラフ図である。
本発明の積層１／２波長板２０は、入射角依存性を有し、入射角が＋１０（ｄｅｇ）では、高波長となるにつれて偏光変換効率が劣化している。また、入射角−５（ｄｅｇ）、入射角が−５（ｄｅｇ）、−１０（ｄｅｇ）の場合は、低波長での偏光変換効率が悪く、高波長になるにつれて、偏光変換効率が向上している。
しかしながら、全体としては、設計波長５１０ｎｍでは各入射角において偏光変換効率が０．５以上となり、特に入射角が−１０ｄｅｇ〜５ｄｅｇでは、４００ｎｍから７００ｎｍの範囲全体の設計波長において、高い偏光変換効率を示している。
また、入射角０ｄｅｇでは、４５０ｎｍから６５０ｎｍの範囲にかけてほぼ１と、非常に良好な偏光変換効率となった。
液晶プロジェクターで用いる青、緑、赤の波長は夫々４００ｎｍ帯、５００ｎｍ帯、６７５ｎｍ帯であるので、上記パラメータの積層１／２波長板２０は、液晶プロジェクター等に良好に適用可能である。
【００７３】
図２５は波長４００ｎｍから７００ｎｍに対する本発明の積層１／２波長板２０の変換効率を示す図であり、各波長板の設計波長λを５２０ｎｍとして、入射角を−１０（ｄｅｇ）から＋１０（ｄｅｇ）まで変化させた場合の、波長毎の偏光変換効率の変化を示すグラフ図である。
本発明の積層１／２波長板２０は、入射角依存性を有し、入射角が＋１０（ｄｅｇ）では、高波長となるにつれて偏光変換効率が劣化している。また、入射角−５（ｄｅｇ）、入射角が−５（ｄｅｇ）、−１０（ｄｅｇ）の場合は、低波長での偏光変換効率が悪く、高波長になるにつれて、偏光変換効率が向上している。
しかしながら、全体としては、設計波長５１０ｎｍでは各入射角において偏光変換効率が０．５以上となり、特に入射角が−１０ｄｅｇ〜５ｄｅｇでは、４００ｎｍから７００ｎｍの範囲全体の設計波長において、高い偏光変換効率を示している。
また、入射角０ｄｅｇでは、４５０ｎｍから６５０ｎｍの範囲にかけてほぼ１と、非常に良好な偏光変換効率となった。
液晶プロジェクターで用いる青、緑、赤の波長は夫々４００ｎｍ帯、５００ｎｍ帯、６７５ｎｍ帯であるので、上記パラメータの積層１／２波長板２０は、液晶プロジェクター等に良好に適用可能である。
【００７４】
図２６は波長４００ｎｍから７００ｎｍに対する本発明の積層１／２波長板２０の変換効率を示す図であり、各波長板の設計波長λを５３０ｎｍとして、入射角を−１０（ｄｅｇ）から＋１０（ｄｅｇ）まで変化させた場合の、波長毎の偏光変換効率の変化を示すグラフ図である。
本発明の積層１／２波長板２０は、入射角依存性を有し、入射角が＋１０（ｄｅｇ）では、高波長となるにつれて偏光変換効率が劣化している。また、入射角−５（ｄｅｇ）、入射角が−５（ｄｅｇ）、−１０（ｄｅｇ）の場合は、低波長での偏光変換効率が悪く、高波長になるにつれて、偏光変換効率が向上している。
しかしながら、全体としては、設計波長５３０ｎｍでは各入射角において偏光変換効率が０．５以上となり、特に入射角が−１０ｄｅｇ〜５ｄｅｇでは、４００ｎｍから７００ｎｍの範囲全体の設計波長において、高い偏光変換効率を示している。
また、入射角０ｄｅｇでは、４５０ｎｍから６５０ｎｍの範囲にかけてほぼ１と、非常に良好な偏光変換効率となった。
液晶プロジェクターで用いる青、緑、赤の波長は夫々４００ｎｍ帯、５００ｎｍ帯、６７５ｎｍ帯であるので、上記パラメータの積層１／２波長板２０は、液晶プロジェクター等に良好に適用可能である。
なお、積層１／２波長板が対応すべき波長帯は、ＲＧＢのみならず、他の波長の色を加えた、４波長、５波長にも対応可能としてもよい。
【００７５】
図２７は、本発明の実施の形態に係る偏光変換素子を組み込んだ偏光変換ユニットの外観を示す図である。
図２８は、図２７の偏光変換ユニットの分解斜視図である。
図２７、図２８に示す偏光変換ユニット１２０は、ユニット枠２００と、本発明の偏光変換素子１と、遮光板２１０と、レンズアレイ２２０と、クリップ２３０と、を備えている。ユニット枠２００の一方の開口面（図２８では下面）側からは、後述する２つの偏光変換素子本体を有する偏光変換素子１が挿入され、もう一方の開口面（図２８では上面）側からは、遮光板２１０とレンズアレイ２２０とがこの順に挿入される。これらの光学素子２１０、２２０は、ユニット枠２００に収納された状態で、４つのクリップ２３０で上下２方向から挟持される。クリップ２３０は弾性体で形成されているので容易に着脱することができ、偏光変換ユニット１２０の各部品もユニット枠に容易に着脱することができる。
かかるユニット枠２００によって、偏光変換素子１を、光源からの光束が偏光変換素子１（特に後述のＰＢＳ膜）に入射する角度が常に一定になってＰＳ変換が正確に行える姿勢で、液晶プロジェクターに組み込むことが出来る。
【００７６】
図２９は、本発明の実施の形態に係る偏光変換素子を適用した投光装置の一例としての液晶プロジェクターを示す図である。
図２９に示す投写型表示装置（液晶プロジェクター）１００は、光源１１０と、第１のレンズアレイ１１１と、本発明に係る偏光変換素子を組み込んだ偏光変換ユニット１２０と、重畳レンズ１２１と、で構成される照明光学系を備えている。また、ダイクロイックミラー１３１、１３２と、反射ミラー１３３とを含む色光分離光学系１３０を備えている。さらに、入射側レンズ１４０と、リレーレンズ１４１と、反射ミラー１４２、１４３とを含む導光光学系を備えている。また、３枚のフィールドレンズ１４４、１４５、１４６と、３枚の液晶ライトバルブ１５０Ｒ、１５０Ｇ、１５０Ｂと、クロスダイクロイックプリズム１６０と、投写レンズ１７０と、を備えている。
反射ミラー１４６は、重畳レンズ１２１から射出された光を色光分離光学系１３０の方向に反射する機能を有している。色光分離光学系１３０は、２枚のダイクロイックミラー１３１、１３２により、重畳レンズ１２１から射出される光を、赤、緑、青の３色の色光に分離する機能を有している。第１のダイクロイックミラー１３１は、重畳レンズ１２１から射出される光のうち赤色光成分を透過させるとともに、青色光成分と緑色光成分とを反射する。第１のダイクロイックミラー１３１を透過した赤色光は、反射ミラー１３３で反射され、フィールドレンズ１４４を通って赤光用の液晶ライトバルブ１５０Ｒに達する。このフィールドレンズ１４４は、重畳レンズ１２１から射出された各部分光束をその中心軸（主光線）に対して平行な光束に変換する。他の液晶ライトバルブの前に設けられたフィールドレンズ１４５、１４６も同様である。
【００７７】
第１のダイクロイックミラー１３１で反射された青色光と緑色光のうちで、緑色光は第２のダイクロイックミラー１３２によって反射され、フィールドレンズ１４５を通って緑光用の液晶ライトバルブ１５０Ｇに達する。一方、青色光は、第２のダイクロイックミラー１３２を透過し、導光光学系、すなわち、入射側レンズ１４０、反射ミラー１４２、リレーレンズ１４１、反射ミラー１４３を通り、さらに、フィールドレンズ１４６を通って青色光用の液晶ライトバルブ１５０Ｂに達する。
なお、青色光に導光光学系が用いられているのは、青色光の光路の長さが他の色光の光路の長さよりも長いため、光の拡散等による光の利用効率の低下を防止するためである。すなわち、入射側レンズ１４０に入射した光束をそのまま、フィールドレンズ１４６に伝えるためである。
【００７８】
３つの液晶ライトバルブ１５０Ｒ、１５０Ｇ、１５０Ｂは、入射した光を、与えられた画像情報（画像信号）に従って変調する光変調手段としての機能を有している。これにより、３つの液晶ライトバルブ１５０Ｒ、１５０Ｇ、１５０Ｂに入射した各色光は、与えられた画像情報に従って変調されて各色光の画像を形成する。
３つの液晶ライトバルブ１５０Ｒ、１５０Ｇ、１５０Ｂから射出された３色の変調光は、クロスダイクロイックプリズム１６０に入射する。
クロスダイクロイックプリズム１６０は、３色の変調光を合成してカラー画像を形成する色光合成部としての機能を有している。クロスダイクロイックプリズム１６０には、赤光を反射する誘電体多層膜と、青光を反射する誘電体多層膜と、が４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３色の変調光が合成されて、カラー画像を投写するための合成光が形成される。クロスダイクロイックプリズム１６０で生成された合成光は、投写レンズ１７０の方向に射出される。投写レンズ１７０は、この合成光を投写スクリーン上に投写する機能を有し、投写スクリーン上にカラー画像を表示する。
【００７９】
また、後述するような、耐熱・耐光性能に優れた本発明の偏光変換素子を備えた偏光変換ユニットを組み込むことで、高輝度・高発熱の光源を使って鮮明な映像を長時間投影可能な液晶プロジェクターとすることが出来る。
また、本発明にように、本発明の偏光変換素子は、広範囲の波長帯で、確実に１／２波長板として機能する位相差板（積層１／２波長板）を備えているので、高輝度で鮮明な映像を投射可能な液晶プロジェクターを実現できる。
【符号の説明】
【００８０】
１ 偏光変換素子、１０ ＰＢＳアレイ（素子本体）、１０Ａ 素子本体、１０Ｃ 接合面、１０Ｄ 光入射面、１０Ｅ 光出射面、１０Ｆ 端縁部、１１ 透光性基板、１１Ａ 透光性板材、１２ 偏光分離膜、１３ 反射膜、１４ 接着層、１４Ａ 接着剤、１６ 光入射面、１７ 光出射面、２０ 波長板、２０Ａ 位相差板、２０Ｂ 位相差板、２０Ｃ 基部、２０Ｃ１ 基部、２０Ｃ２ 基部、２０Ｄ 位相差部、２０Ｄ１ 位相差部、２０Ｄ２ 位相差部、２０Ｅ 先端部、２０Ｅ１ 先端部、２０Ｅ２ 先端部、２０Ｆ 光入射面、２１ 接合層、３０ 波長板、３１ 光学軸、３１Ａ 接合面、３１Ａ１ 境界部、４０ 波長板、９１ 偏光分離膜、９２ 反射膜、９３ 接着層、９５ 素子本体、９６ 接合層、９７ 位相差板、９８ 透光性基板、１１０ 光源、１１１ レンズアレイ、１２０ 偏光変換ユニット、１２１ 重畳レンズ、１３０ 色光分離光学系、１３１ ダイクロイックミラー、１３２ ダイクロイックミラー、１３３ 反射ミラー、１４０ 入射側レンズ、１４１ リレーレンズ、１４２ 反射ミラー、１４３ 反射ミラー、１４４ フィールドレンズ、１４５ フィールドレンズ、１４６ フィールドレンズ、１４６ 反射ミラー、１５０Ｂ 液晶ライトバルブ、１５０Ｇ 液晶ライトバルブ、１５０Ｒ 液晶ライトバルブ、１６０ クロスダイクロイックプリズム、１７０ 投写レンズ、２００ ユニット枠、２１０ 光学素子、２１０ 遮光板、２２０ レンズアレイ、２３０ クリップ、３１０ 光学素子、４００ 積層体、４１０ 積層ブロック、４１０Ａ 切断面、５００ 研磨装置、６００ 試験片、６０１ 試験、６０１ 試験片、６１０ 固定枠、６２０ 黄変、９５１ 光入射面、９５２ 光出射面、９６１ 気泡、９８１ 角部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からのランダム偏光光束を一種類の偏光光束に変換するための偏光変換素子、偏光変換ユニット及び投射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクター等の投影型映像装置（投射装置）は、光源装置から出射された光を画像情報に応じて変調し、この変調された光学像をスクリーン上に拡大投射する装置である。
この投射装置では、光の利用効率を向上させるために、光源装置から出射されたランダムな偏光（互いに偏光面が直交するＰ偏光とＳ偏光や、偏光面の方向が様々な直線偏光が混在した光、円偏光、楕円偏光、等の偏光）を有する光（以下、ランダム光と称す）を複数の中間光束に分割し、この分割された中間光束を１種類の直線偏光光に変換し、統一して出射するために偏光変換素子が用いられている。
なお、かかる偏光変換素子は、特許文献１に開示されているような構造を有するものが一般的であった。
【０００３】
かかる偏光変換素子は、一般に、両主面にＰＢＳ膜（互いに直交関係のＰ偏光とＳ偏光のうち、何れか一方の直線偏光を透過させ、他方の直線偏光を反射させる機能を有する光学機能膜、所謂、偏光分離膜）と反射ミラー膜とを夫々形成された無色透明なガラス等の透光性基板を幾重にも交互に積層してなる積層体を作成し、入射面（積層面）に対して所定の角度、例えば４５（ｄｅｇ）（あるいは１３５（ｄｅｇ））の角度に切断して得た偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ：Polarizing Beam Splitter）アレイ（プリズムアレイ）の出射側表面に、有機系材料、例えばポリカーボネートフィルム製の１／２波長板を有機系の接着剤により接着した構成を備えており、光源から出射されたランダム光は、光路上に配置された遮光板により選択的にＰＢＳ膜に入射してＳ偏光光束とＰ偏光光束とに分離され、例えばＰ偏光光束は、前記ＰＢＳ膜を透過し、Ｓ偏光光束は、前記ＰＢＳ膜を反射する。
前記ＰＢＳ膜を透過したＰ偏光光束は、１／２波長板に入射すると、位相が１８０（ｄｅｇ）ずれることにより、Ｓ偏光の光に変換されて１／２波長板から入射し、前記ＰＢＳ膜を反射したＳ偏光光束は、反射ミラー膜でさらに反射して、前記ＰＢＳアレイの１／２波長板が配置されていない領域の出射面から出射する。
結果として、前記偏光変換素子から出射する光はＳ偏光の光に統一されることとなる。
ただし、上記とは逆に、前記ＰＢＳ膜においてＳ偏光光束を透過してＰ偏光光束を反射するようにし、前記ＰＢＳ膜を透過したＳ偏光光束を１／２波長板によりＰ偏光光束に変換し、前記ＰＢＳ膜で反射したＰ偏光光束を反射ミラー膜で反射して前記ＰＢＳアレイの１／２波長板が配置されていない領域の出射面から出射させるようにすることで、偏光変換素子から出射する光をＰ偏光に統一することも出来る。
【０００４】
図３０は、一般的な偏光変換素子の構成を説明する図である。
偏光分離膜９１及び反射（ミラー）膜９２が形成された透光性基板９８と、これらの膜が形成されていない透光性基板９８と、を接着層９３により交互に貼り合わせ、この貼り合わせた積層体を所定の角度、例えば４５（ｄｅｇ）（あるいは１３５（ｄｅｇ））で切り出し、その切断面を研磨して、光入射面９５１及び光出射面９５２を形成した素子本体９５に、接合層９６を介して位相差板９７を接合している。
ところで、上記のような構成を有する偏光変換素子を採用した液晶プロジェクター等に用いられる光源としての白色の光源ランプは、近年、高出力化、短アーク長化が進行しており、上述のＰＢＳアレイ、及び１／２波長板に対する熱負荷が増大している。
そこで、図３０に示したような偏光変換素子を製作する際に、透光性基板９８を積層して接着するために従来用いられる接着剤（接着層９３）だと、高輝度ランプ光に対応出来ず、劣化して光の透過率が低下してしまうという問題があった。
その原因としては、従来用いられる接着剤が短波長光の吸収率が高い成分で構成されていること、粘度が高いために塗布量が多くなって接着層９３が厚くなり、その結果として光の吸収量が多くなること、分解温度が低い成分で構成されていること、などが考えられる。
【０００５】
また、図３０に示す従来の偏光変換素子においては、上記のように接着層９３が厚くなるが、このように接着層９３が厚い状態で積層体が切り出されると、接着層９３の端部に歪みが生じてしまう。この歪みが生じた状態で、切断面が研磨されると、図３１に示すように接着層９３近傍における透光性基板９８の角部９８１が削られてしまう。これにより、素子本体９５に位相差板９７を接合するための接合層９６に隙間が生じて、位相差板９７が剥がれやすくなり、また気泡９６１が形成されて、光の透過率が低下するなどの問題もある。
また、接着層９３近傍における透光性基板９８の角部９８１が削られることで、光が有効に透過する領域が小さくなるという問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２９８２１２公報
【特許文献２】特許第２５１９１９８号
【特許文献３】特開２０１０−１２８３２９公報
【特許文献４】国際公開２００７／０４６２４１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これらの問題に対して、特許文献２、３には、第１の波長板と第２の波長板からなる波長板の例においてこれらの第１、第２の波長板を積層せずに空間的に離間して配置する構成が開示されており、このような構成を偏光変換素子に適用して、偏光変換素子を構成する透光性基板同士を、接着剤を用いずに離間して配置することで、接着剤の劣化や、研磨時に透光性基板の角部が削られることに伴う偏光変換素子の光学特性の劣化の影響を回避することも可能であるが、透光性基板同士の光学軸の交差角度の制御や、各々の波長板の表裏面に反射防止膜を形成し設けなければならない、等の製造上の煩雑性やコスト高、光学素子の大型化等の問題が発生するために好ましくない。
さらに、以上説明したような偏光変換素子に用いられる１／２波長板（位相差板）としては、光の三原色であるＲ、Ｇ、Ｂの３波長帯を用いる液晶プロジェクターに適用可能なように、所定の波長で位相差が１８０（ｄｅｇ）となり、広帯域に亘って偏光変換効率が１となって確実にＰ偏光をＳ偏光に変換し、あるいはＳ偏光をＰ偏光に変換可能な仕様を有する１／２波長板が求められており、特許文献４等にも、このような仕様を有する１／２波長板が提案されている。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、接着剤として、耐熱・耐光性能に優れた紫外線硬化製樹脂接着剤を用い、更に、入射する光に対して、広帯域に亘って確実に１／２波長板として機能する波長板を備えた偏光変換素子の構造を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００９】
［適用例１］本適用例の偏光変換素子は、互いに略平行な光入射面及び光出射面を有し、前記光入射面あるいは前記光出射面に対して所定の傾斜角度を有する接合面によって接着層を介して接合された複数の透光性基板と、複数の前記透光性基板の間の境界部に交互に設けられ、前記光入射面に入射した光を偏光方向が互いに直交する異なる２種類の直線偏光に分離して一方の直線偏光を透過させ、他方の直線偏光を反射する偏光分離部と、反射された前記他方の直線偏光光束を反射し、光路の向きを変える反射部と、を有する光学素子と、前記光出射面に配置され、前記２種類の直線偏光のうち何れか一方の直線偏光の偏光面を回転させて他方の直線偏光の偏光面と平行な直線偏光に変換して出射する位相差板と、を備え、前記接着層は、紫外線硬化型の接着剤であり、厚みが５μｍ以上１０μｍ以下であり、前記位相差板は、前記光出射面であって、前記偏光分離部の上部の領域又は前記反射部の上部の領域に配置され、波長λの光に対して位相差Γ１の第１の波長板と、前記波長λの光に対して位相差Γ２の第２の波長板と、を各々の光学軸が交差するように配置してなり、入射する直線偏光の偏光面を回転角θ＝９０（ｄｅｇ）回転させた直線偏光に変換して出射する位相差板であって、下式（１）及び（２）を満足し、
Γ１＝３６０（ｄｅｇ）・・・（１）
Γ２＝１８０（ｄｅｇ）・・・（２）
前記第１の波長板の光学軸方位角θ１と前記第２の波長板の光学軸方位角θ２が以下の条件１乃至４のうちの何れかの条件を満足する偏光変換素子を特徴とする。
条件１：θ１＝−１６（ｄｅｇ）、θ２＝４５（ｄｅｇ）
条件２：θ１＝１６（ｄｅｇ）、θ２＝１３５（ｄｅｇ）
条件３：θ１＝７４（ｄｅｇ）、θ２＝１３５（ｄｅｇ）
条件４：θ１＝１０６（ｄｅｇ）、θ２＝４５（ｄｅｇ）
【００１０】
本適用例によれば、光学素子を作成する際の接着剤として耐熱・耐光性能に優れた紫外線硬化製樹脂接着剤を用いることで高耐熱・高耐光性であり、更に、光学軸方位角を上記のように設定することで、広帯域の光に対して確実に１／２波長板として機能する位相差板を備えた偏光変換素子の構造を実現することが出来る。
また、接着層の厚みが１０μｍ以下であり、十分に薄いため、光入射面などを研磨する際に透光性基板の角部が削られてしまうことがない。従って、光の透過領域が狭くなるという問題もない。
【００１１】
［適用例２］本適用例の偏光変換素子は、適用例１に記載の偏光変換素子において、前記第１、第２の波長板の材質が無機光学結晶であり、前記第１の波長板の主面における法線と前記無機光学結晶の結晶光学軸とのなす角度を前記第１の波長板の切断角度Ｚ１とし、前記第２の波長板の主面における法線と前記無機光学結晶の結晶光学軸とのなす角度を前記第２の波長板の切断角度Ｚ２としたとき、前記切断角度Ｚ１と前記切断角度Ｚ２とが異なることを特徴とする。
【００１２】
本適用例によれば、各波長板の切断角度を互いに異ならせることにより、それぞれの光学軸方位角に基づく設計位相差を満たしつつ、ハンドリング上都合の良い、ほぼ同等の厚みとすることが出来る。
【００１３】
［適用例３］本適用例の偏光変換素子は、適用例１又は２に記載の偏光変換素子において、前記切断角度Ｚ１と前記切断角度Ｚ２が、Ｚ１＝２７（ｄｅｇ）、Ｚ２＝１８（ｄｅｇ）を満足することを特徴とする。
【００１４】
本適用例によれば、各波長板を、ハンドリング上最も都合の良い０．３ｍｍ前後の厚みとすることが出来る。
【００１５】
［適用例４］本適用例の偏光変換素子は、適用例１乃至３の何れかに記載の偏光変換素子において、前記位相差板は、前記光学素子の端縁部に、前記偏光分離膜と前記反射膜とが交互に並べられた方向に沿って接合された基部と、該基部に連続して形成され、且つ前記偏光分離膜又は前記反射膜の前記光出射面側に配置された複数の位相差部本体と、を備えていることを特徴とする。
【００１６】
本適用例によれば、位相差板を構成する位相差部本体が、光学素子に直に接合されないので、両者の接合に接着剤を用いる必要が無く、接着剤の劣化による光学特性の劣化を防止出来る。
【００１７】
［適用例５］本適用例の偏光変換素子は、適用例１乃至４の何れかに記載の偏光変換素子において、前記接着層は、変性アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とすることを特徴とする。
【００１８】
本適用例によれば、透明基板の接着に耐熱・耐光性能に優れた紫外線硬化製樹脂接着剤を用いることで、偏光変換素子を高耐熱性・高耐光性として長寿命とすることが出来る。
【００１９】
［適用例６］本適用例の偏光変換素子は、適用例１乃至５の何れかに記載の偏光変換素子において、前記位相差板と前記光出射面とは、接合層により接合され、前記接合層は、シロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ）を含む原子構造を有するＳｉ骨格と、該Ｓｉ骨格に結合する脱離基と、を含み、前記Ｓｉ骨格のうち、前記脱離基が脱離したＳｉ骨格の未結合手が活性手となって、前記位相差板と前記光出射面と接合していることを特徴とする。
【００２０】
本適用例によれば、無機的な方法で透光性基板と位相差板とを接合するため、接着剤が熱劣化することなく、偏光変換素子を高耐熱性・高耐光性として長寿命とすることが出来る。
【００２１】
［適用例７］本適用例の偏光変換素子は、適用例１乃至５の何れかに記載の偏光変換素子において、前記透光性基板と前記位相差板とは、接合層により接合され、前記接合層は、前記透光性基板に設けられた微結晶連続薄膜と、前記位相差板に設けられた微結晶連続薄膜とを接触させて、前記透光性基板の微結晶連続薄膜と前記位相差板の微結晶連続薄膜との接触界面及び結晶粒界に原子拡散を生じさせる原子拡散接合法により形成される、又は、前記透光性基板及び前記位相差板のうちの何れか一方に設けられた微結晶連続薄膜と、何れか他方に設けられた微結晶構造とを接触させて、前記微結晶連続薄膜と前記微結晶構造との接触界面及び結晶粒界に原子拡散を生じさせる原子拡散接合法により形成されることを特徴とする。
【００２２】
本適用例によれば、無機的な方法で透光性基板と位相差板とを接合するため、接着剤が熱劣化することなく、偏光変換素子を高耐熱性・高耐光性として長寿命とすることが出来る。
【００２３】
［適用例８］本適用例の偏光変換ユニットは、適用例１乃至７の何れかに記載の偏光変換素子と、当該偏光変換素子を固定する固定枠と、を備えることを特徴とする。
【００２４】
本適用例によれば、本発明の偏光変換素子を備えることで、長寿命で光学特性に優れた偏光変換ユニットとすることが出来る。
【００２５】
［適用例９］本適用例の偏光変換ユニットは、光を出射する光源装置と、該光源装置からの光を、１種類の偏光光に変換する適用例８の偏光変換ユニットと、当該偏光変換ユニットからの偏光光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、該光変調装置にて形成された前記光学像を拡大投射する投射光学装置と、を備えることを特徴とする。
【００２６】
本適用例によれば、本発明の偏光変換素子を用いることで、長寿命で光学特性に優れた投光装置とすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る偏光変換素子の一例を示す図。
【図２】プラズマ重合膜の組成を説明する概略図。
【図３】他の実施形態に係る偏光変換素子を示す分解斜視図。
【図４】図３の偏光変換素子の一部分を拡大して示した断面図。
【図５】本実施形態にかかる偏光変換素子の製造工程を説明する図。
【図６】本実施形態にかかる偏光変換素子の製造工程を説明する図。
【図７】硬化試験における引張強度の測定結果を示す図。
【図８】硬化試験におけるせん断強度の測定結果を示す図。
【図９】本実施形態にかかる偏光変換素子の製造工程を説明する図。
【図１０】本実施形態にかかる偏光変換素子の製造工程を説明する図。
【図１１】本実施形態にかかる偏光変換素子の製造工程を説明する図。
【図１２】本実施形態にかかる実施例及び従来例の耐熱性試験を示す図。
【図１３】本実施形態にかかる実施例の平坦度試験の結果を示す図。
【図１４】本実施形態に係る実施例の平坦度試験の結果を示す図。
【図１５】比較例の平坦度試験の結果を示す図。
【図１６】積層１／２波長板の構成を示す図。
【図１７】本発明の他の実施の形態に係る位相差板の一例としての積層１／２波長板の構成を示す分解斜視図。
【図１８】本発明の他の実施の形態に係る位相差板の一例としての積層１／２波長板の構成を示す分解斜視図。
【図１９】本発明の他の実施の形態に係る位相差板の一例としての積層１／２波長板の構成を示す分解斜視図。
【図２０】図１６に示す積層１／２波長板における偏光状態の軌跡を示すポアンカレ球を示す図。
【図２１】図１７に示す積層１／２波長板における偏光状態の軌跡を示すポアンカレ球を示す図。
【図２２】図１８に示す積層１／２波長板における偏光状態の軌跡を示すポアンカレ球を示す図。
【図２３】図１９に示す構成の積層１／２波長板における直線偏光のポアンカレ球上での軌道の推移を説明するための図。
【図２４】４００ｎｍから７００ｎｍに対する積層１／２波長板の変換効率を示す図。
【図２５】４００ｎｍから７００ｎｍに対する積層１／２波長板の変換効率を示す図。
【図２６】４００ｎｍから７００ｎｍに対する積層１／２波長板の変換効率を示す図。
【図２７】本発明の実施の形態に係る偏光変換素子を組み込んだ偏光変換ユニットの外観を示す図。
【図２８】図２７の偏光変換ユニットの分解斜視図。
【図２９】本発明の実施の形態に係る偏光変換素子を適用した投光装置の一例としての液晶プロジェクターを示す図。
【図３０】一般的な偏光変換素子の構成を説明する図。
【図３１】一般的な偏光変換素子の構成を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る偏光変換素子の一例を示す図である。
図１に示すように、本発明に係る偏光変換素子１は、上述のＰＢＳアレイである素子本体（光学素子）１０と、素子本体１０に選択的に接合された、水晶等の無機光学結晶からなる位相差板（積層１／２波長板）２０と、を備える。
水晶等の無機光学結晶は、熱伝導性に優れるため、背景技術で述べた有機系材料で作製した位相板に比べ、耐熱性に優れ、高熱による光学特性の劣化の懸念がない。
また、位相差板の材質としては、水晶の他に、リチウムタンタレート、サファイアなども適用可能である。
なお、後述する図２７に示すように、偏光変換素子１においては、２つの素子本体１０を連結して組み込むが、図１では、一部のみを表示している。
図１に示すように、素子本体１０は、複数の透光性基板１１と、複数の透光性基板１１の間に交互に設けられた偏光分離膜（偏光分離部）１２及び反射膜（反射部）１３と、複数の透光性基板１１の間にそれぞれ設けられて、透光性基板１１を接着する接着層１４と、を備えている。
【００２９】
また、素子本体１０は、互いに略平行な光入射面１６と、光出射面１７と、を有する。
また、素子本体１０は、光入射面１６あるいは光出射面１７に対して所定の傾斜角度を有する接合面１１ａにより複数の透光性基板１１を偏光分離膜（偏光分離部）１２と反射膜（反射部）１３とを交互に挟んで接着層１４により接合されている。
偏光分離膜１２は、外部からの入力光（Ｓ偏光光及びＰ偏光光）のうち、Ｐ偏光光を選択的に透過させ、Ｓ偏光光を反射させる。
反射膜１３は、偏光分離膜１２により反射されたＳ偏光光を、光出射面１７に向けて反射させる。
ここで、接着層１４は、その厚みが５μｍ以上１０μｍ以下である。
接着層１４は、変性アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とする紫外線硬化型の接着剤により形成されるため、上記のような厚みとすることが出来る。
従来の紫外線硬化型の接着剤では、変性アクレート又は変性メタクリレートを主成分としていなかったために、粘度が高く、接着層の厚みが１０μｍ以上２０μｍ以下となってしまっていた。
【００３０】
このように、接着層の厚みが１０μｍを超える場合、後に図５乃至図１１を用いて説明する偏光変換素子の製造工程において、接着層の端部に歪みが生じてしまう。そのため、光入射面１６及び光出射面１７を研磨する（図１１）際に、歪み近傍の透光性基板１１の角部が削られてしまう。その結果、透光性基板１１の光出射面１７に、位相差板２０を接合する際に、透光性基板１１と、位相差板２０との間に隙間が生じ、気泡が発生してしまう。
これにより、透光性基板１１と位相差板２０とが十分に接合されず、位相差板２０が、剥がれやすくなる。
また、透光性基板１１と、位相差板２０との間に発生した気泡により光の透過率が落ちる。
【００３１】
一方、接着層の厚みが、５μｍ未満の場合は、接着層にごみなどが混入した場合、ごみなどによって、接着層の接着強度が低下する。
しかし、接着層の厚みが５μｍ以上１０μｍ以下であれば、透光性基板１１の角部が削れにくい為に気泡が発生せず、位相差板２０が透光性基板１１から剥がれやすくなったり、光の透過率が落ちたりする不具合を解消することが出来る。
なお、本実施形態に用いられる接着剤としては、例えば、ＵＴ２０、ＨＲ５４（商品名、株式会社アーデル製）などが挙げられる。
【００３２】
また、図１において、位相差板２０は、接合層２１により、透光性基板１１の光出射面１７おける偏光分離膜１２の上部の領域に接合されている。
この位相差板２０は、上記のように水晶により作製された１／２波長板であり、偏光分離膜１２を透過したＰ偏光光をＳ偏光光に変換する。
ただし、偏光変換素子１において、Ｐ偏光光に統一して出射する場合には、位相差板２０を反射膜１３の上部に設けるようにする。
なお、接合層２１は、分子接合するプラズマ重合膜であり、その主材料は、ポリオルガノシロキサンである。プラズマ重合膜は、プラズマ重合法により形成されてシロキサン結合を含み、結晶化度が４５％以下であるＳｉ骨格と、このＳｉ骨格に結合する有機基からなる脱離機とを含む。そして、エネルギーを付与して表面付近に存在する脱離基がＳｉ骨格から脱離することにより、接着性を発現する。
【００３３】
図２は、プラズマ重合膜の組成を説明する概略図であり、（Ａ）は、エネルギーを付与する前の組成を示し、（Ｂ）は、エネルギーを付与した後の組成を示している。
上記したが、図２（Ａ）に示すように、プラズマ重合膜は、Ｓｉ骨格２１Ｂを含むシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ）２１Ａと、Ｓｉ骨格２１Ｂと結合している脱離基２１Ｃと、を含む。
図２（Ａ）に示すようなプラズマ重合膜よりなる接合層２１にエネルギーが付与されると、図２（Ｂ）に示す通り、図２（Ａ）に示されていた脱離基２１Ｃが、Ｓｉ骨格２１Ｂから脱離する。これにより、接合層２１の表面及び内部に、活性手２１Ｄが生じ、活性化される。
その結果、接合層２１の表面に接着性が発現する。このような接着性が発現すると、接合層２１は強固に接合可能となる。なお、接合層２１のＳｉ骨格２１Ｂの結晶化度は４５％以下であることが好ましく、４０％以下であることがより好ましい。これにより、Ｓｉ骨格２１Ｂは充分にランダムな原子構造を含むものとなり、これにより、Ｓｉ骨格２１Ｂの特性が顕在化する。
ここで、「活性化させる」とは、接合層２１の表面及び内部の脱離基２１Ｃが脱離して、Ｓｉ骨格２１Ｂにおいて終端化されていない結合手（以下、「未結合手」または「ダングリングボンド」ともいう。）が生じた状態や、この未結合手が水酸基（ＯＨ基）によって終端化された状態、または、これらの状態が混在した状態のことをいう。
従って、活性手２１Ｄとは、未結合手（ダングリングボンド）、または未結合手が水酸基によって終端化されたもののことをいい、このような活性手２１Ｄによれば、接合層２１の強固な接合が可能となる。
【００３４】
前述の通り、このプラズマ重合膜は、エネルギーが付与されると、その表面及び内部に活性手が生じるため、プラズマ重合膜に強力な接着性が発現する。
また、接着剤を用いない無機的な接合方法であるので、接着剤の劣化によって光学特性が影響を受けることがない。
また、接着層１４の厚みが５μｍ以上１０μ以下であることで、透光性基板１１の角部が削れにくいことで、プラズマ重合法により隙間無く接合層２１を形成して、透光性基板１１と位相差板２０とを強力に接合出来る。
なお、位相差板２０と光出射面１７との接合方法は、このプラズマ重合法に限ることはなく、上記した変性メタクリレート又は変性アクリレートを主成分とする接着剤によって接合してもよい。
【００３５】
また、接合層２１は、プラズマ重合法のみならず、原子拡散接合法により形成してもよい。
原子拡散接合法とは、まず、真空容器内におけるスパッタリングやイオンプレーティング等の真空成膜により、素子本体１０を構成する透光性基板１１及び位相差板２０に、それぞれ微結晶連続薄膜を成膜する。そして、微結晶連続薄膜同士を、成膜中又は成膜後に重ね合わせて、接合界面及び結晶粒界において原子拡散を生じさせることにより、透光性基板１１及び位相差板２０の間で強固に接合する方法である。
なお、微結晶連続薄膜同士を重ね合わせるだけでなく、透光性基板１１及び位相差板２０のいずれか一方に微結晶連続薄膜を形成し、他方に微結晶構造を形成し、そしてこれらの微結晶連続薄膜と微結晶構造とを重ね合わせることにより、原子拡散接合を実施することも出来る。
この場合も、接着剤を用いない無機的な接合方法であるので、接着剤の劣化によって光学特性が影響を受けることがない。
【００３６】
図３は、他の実施形態に係る偏光変換素子を示す分解斜視図である。
図４は、図３の偏光変換素子の一部分を拡大して示した断面図である。
なお、図１と同様の構成については、同じ符号を付して詳細な説明を省略している。
図３、図４に示す偏光変換素子は、ＰＢＳアレイとしての素子本体１０と、素子本体１０に接合され、１／２波長板として機能し、入射した直線偏光の偏光面を９０（ｄｅｇ）回転させて出射する水晶製の位相差板２０と、を備える。
素子本体１０は、略直方体形状であり、２つの素子本体１０Ａ、１０Ｂが向かい合う長手方向の端部同士を互いに接合し、接合面１０Ｃに対して対称関係となっている。
この素子本体１０は、互いに略平行な光入射面１０Ｄと光出射面１０Ｅとを有する。
また、素子本体１０は、複数の透光性基板１１との間に、長手方向に沿って交互に並んで配置された偏光分離膜１２と反射膜１３とを有する。
また、複数の透光性基板１１は、それぞれ光入射面１０Ｄ或いは、光出射面１０Ｅに対して所定の傾斜角度を有した接合面１１ａによって接合されている。
【００３７】
偏光分離膜１２と反射膜１３とは、複数の透光性基板１１との間の境界部１１Ｂに交互に設けられている。
偏光分離膜１２は、光入射面１０Ｄに入射した光を、偏光方向が互いに直交する異なる２種類の直線偏光に分離して一方の直線偏光を透過させ、他方の直線偏光を反射させる。
本実施形態では、偏光分離膜１２は、光入射面１０Ｄに入射したランダム偏光光のうちＰ偏光光を選択的に透過させ、Ｓ偏光光を反射させる。
反射膜１３は、偏光分離膜１２により反射された他方の直線偏光を反射し、光路の向きを変える。即ち、反射膜１３は、偏光分離膜１２にて反射されたＳ偏光光を光出射面１０Ｅに向けて反射させる。
素子本体１０は、図４に示すように、複数の透光性基板１１を互いに接合する接着層１４を有する。
【００３８】
ここで、接着層１４は、紫外線硬化型等の光学系接着剤を用いることが出来る。紫外線硬化型の接着剤を用いた場合、粘度が高く、接着層１４の厚みは、およそ１０μｍ以上２０μｍ以下程度となる。
更に、変性アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とする紫外線硬化型の接着剤を用いると、接着層１４の厚みを５μｍ以上１０μｍと薄くできる。変性アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とする紫外線硬化型の接着剤としては、例えば、ＵＴ２０、ＨＲ１５４（商品名、株式会社アーデル製）などが挙げられる。
接着層１４は、所定の厚さＷ１を有する。
【００３９】
位相差板２０（２０Ａ、２０Ｂ）は、２つの素子本体１０Ａ、１０Ｂの光出射面１０Ｅに夫々配置されている。
位相差板２０は、偏光分離膜１２を透過したＰ偏光光に１８０（ｄｅｇ）の位相差を生じさせて当該Ｐ偏光光の偏光面を９０（ｄｅｇ）回転させるので、反射膜１３により反射されたＳ偏光光の偏光面と平行な直線偏光、即ち、Ｓ偏光光に変換して出射する。
また、図３に示すように、位相差板２０は、櫛状（すだれ状）である。
この位相差板２０（２０Ａ、２０Ｂ）は素子本体１０に接合されて光が透過しない基部２０Ｃ（２０Ｃ１、２０Ｃ２）と、この基部２０Ｃから延在され、光が透過する位相差部２０Ｄ（２０Ｄ１、２０Ｄ２）と、を有する。
即ち、基部２０Ｃは、素子本体１０の光学領域である有効エリア（Ｅ）の外に配置されている。基部２０Ｃの長手方向、即ち、偏光分離膜１２と反射膜１３とが交互に並べられた方向に沿って、接合されている。
【００４０】
そして、一方の位相差板２０Ａの基部２０Ｃ１は、素子本体１０における長手方向に平行な端縁部のうち一方の端縁部１０Ｆに接合され、他方の位相差板２０Ｂの基部２０Ｃ２は、一方の位相差板２０Ａにおける位相差部２０Ｄ１の先端部２０Ｅ１に接近している。
即ち、一方の位相差板２０Ａの基部２０Ｃ１は、他方の位相差板２０Ｂにおける位相差部２０Ｄ２の先端部２０Ｅ２に接近しており、他方の位相差板２０Ｂの基部２０Ｃ２は、一方の位相差板２０Ａにおける位相差部２０Ｄ１の先端部２０Ｅ１に接近している。
なお、基部２０Ｃは、その主平面が、長尺の矩形状であり、その幅は、例えば３ｍｍから４ｍｍ程度である。
【００４１】
基部２０Ｃは、素子本体１０に、図示しない接合膜により接合されている。
この接合膜は、接着層１４と同様に、紫外線硬化型等の光学系接着剤やプラズマ重合膜により設けられている。接合膜は、光路上に配置されない、光学領域である有効エリアＥの外側に配置されることが望ましいため、基部２０Ｃと素子本体１０の長手方向に並行な端縁部１０Ｆ、１０Ｇとの間にのみ形成されていることが望ましい。
位相差板２０（位相差部２０Ｄ）は、いわば短冊状であり、その厚さは基部２０Ｃと同じである。位相差部２０Ｄは、基部２０Ｃから延在され、素子本体１０の光出射面１０Ｅにおける偏光分離膜１２の上部の領域に配置されている。隣り合う複数の位相差部２０Ｄは、互いに所定幅の隙間Ｗ２をもって配置されており、隙間Ｗ２には、反射膜１３で反射されたＳ偏光光がそのまま通過する。
位相差部２０Ｄは、図４に示すように、それぞれ素子本体１０の光出射面１０Ｅに対向する光入射面２０Ｆを有する。
【００４２】
この位相差部２０Ｄの光入射面２０Ｆと、素子本体１０の光出射面１０Ｅとの間には、僅かな隙間Ｗ３が設けられている。そのため、位相差部２０Ｄの光入射面２０Ｆと光学素子３１０の光出射面１０Ｅとには、それぞれ図示しない反射防止膜が形成されていることが望ましい。
図３、図４の構成によれば、位相差板２０の位相差部２０Ｄが、素子本体１０に接着剤により接着されないので、接着剤の劣化による光学特性の劣化を回避することが出来る。
また、複数の位相差部２０Ｄが、基部２０Ｃと一体となっているため、位相差板２０の素子本体１０への組み付けも容易である。
【００４３】
次に、素子本体１０の製造工程をより詳しく説明する。
製造工程は、大きく分けて膜形成工程と、接着工程と、切断工程と、研磨工程と、から成っている。
図５乃至図１１は、本実施形態にかかる偏光変換素子、特に素子本体の製造工程を説明する図である。
［膜形成工程］
最初の膜形成工程では、図５に示すように、まず複数の透光性基板（ガラス等の無色透明基板）１１Ａが準備される。これらの透光性基板１１Ａは、互いに略平行な第１面１１Ａ１及び第２面１１Ａ２を有している。
複数の透光性基板１１Ａのうち、いくつかの透光性基板１１Ａの第１面１１Ａ１には、偏光分離膜１２が形成され、第２面１１Ａ２には、反射膜１３が形成される。
その他の透光性基板１１Ａの第１面１１Ａ１及び第２面１１Ａ２には、これらの膜の何れかが形成されるか、あるいは何れの膜も形成されていない。
【００４４】
［接着工程］
図６に示す接着工程では、偏光分離膜１２及び反射膜１３が形成された透光性基板１１Ａと、これらの膜が形成されていない透光性基板１１Ａと、が接着剤１４Ａによって交互に貼り合わされる。このとき、偏光分離膜１２と反射膜１３とが透光性基板１１Ａを挟んで交互に積層されるようにする。
ここで、接着剤１４Ａとして変成アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とする接着剤を使用し、その塗布量は、硬化後の厚みが５〜１０μｍとなるように調整する。
【００４５】
次に、図７に示すように、透光性基板１１Ａの第１面１１Ａ１にほぼ垂直な方向から紫外線が照射される。なお、紫外線は、偏光分離膜１２及び反射膜１３を通過するため、図７中全ての接着剤１４Ａは同時に硬化される。
これにより、偏光分離膜１２と透光性基板１１Ａの間と、反射膜１３及び第２の透光性基板の間に、それぞれ接着層１４が形成される。そして、複数の透光性基板１１Ａが接合された積層体４００が形成される。
なお、透光性基板１１Ａの第１面１１Ａ１にほぼ平行な方向から紫外線を照射してもよい。
【００４６】
ここで、接着剤１４Ａの硬化条件と、各硬化条件によって得られる接着層１４の接着強度との関係について説明する。
下記の表１に示したように、紫外線（ＵＶ）照射量を変化させて硬化試験１から硬化試験７までを実施した。その結果、引張強度については、表１、図８（Ａ）、（Ｂ）に示すようになり、せん断強度については、表１、図９（Ａ）、（Ｂ）に示すようになった。
すなわち、図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、紫外線照射量が１５，０００ｍＪ／ｃｍ２以上４５，０００ｍＪ／ｃｍ２以下、特に２０，０００ｍＪ／ｃｍ２以上３５，０００ｍＪ／ｃｍ２以下の場合、接着層１４の引張強度が高くなるため好ましい。また、図９（Ａ）、（Ｂ）に示すように、紫外線照射量が１５，０００ｍＪ／ｃｍ２以上６０，０００ｍＪ／ｃｍ２以下、特に２５，０００ｍＪ／ｃｍ２以上５０，０００ｍＪ／ｃｍ２以下の場合は、接着層１４のせん断強度が高くなるために好ましい。なお、表１中、各硬化試験は、２回ずつ実施している。
【００４７】
引張強度試験、せん断強度試験は、以下の試験方法で実施した。すなわち、１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさの白色ガラス板２枚を接着剤１４Ａで接着して作成した試験品を、引張試験機で、接着面に対し垂直あるいは平行方向に引張加重をかけ、２枚の白色ガラス板が分離した時の加重を測定した。
［表１］
【００４８】
次に、図１０に示すように、切断工程として、第１面１１Ａ１と所定の角度θ（約４５度）をなす切断面でほぼ平行に積層体４００が切断されて、積層ブロック４１０が切り出される。
図１１に示す、続く研磨工程では、切り出された積層ブロック４１０の切断面４１０Ａを研磨装置５００で研磨することにより、偏光変換素子１の素子本体１０が得られる。
【００４９】
［耐熱性試験］
実施例１及び比較例１により、本発明に用いる接着剤（接着層）の耐熱性について評価した。
図１２は、実施例１及び従来例１の耐熱性試験を示す図である。
実施例１では、接着剤（ＵＴ２０ 株式会社アーデル製）により、２枚のガラス板を貼り合わせ、所定量の紫外線を照射した。これにより、実施例１の試験片６００を作製した。
一方、比較例１では、従来の接着剤（ＰＨＯＴＯボンド３００ サンライズＭＳＩ株式会社製）により２枚のガラス板を貼り合わせ、所定量の紫外線を照射した。これにより、比較例１の試験片６０１を作製した。
これら試験片６００、６０１を固定枠６１０内に固定した後、試験片６００、６０１をプロジェクターの偏光変換素子を設置すべき場所に組み込み、試験片６００、６０１に光源ランプの光が照射された時、試験片の温度が１２０℃となるようにプロジェクターの冷却機構を調整した。図１２では、３８００時間この環境下に放置した場合の試験結果が示されている。
【００５０】
図１２に示すように、試験片６０１の接着層では、一部に黄変６２０が見られた一方で、試験片６００の接着層では、黄変が見られなかった。
さらに、試験片６００、６０１をこの環境下に放置し続けた結果、４８００時間後に、試験６０１の接着層では激しい黄変が見られた。一方で、試験片６００の接着層では、光学特性に影響のない程度の若干の黄変が見られるに留まった。
従って、本発明の接着剤により形成された接着層は耐熱性に優れていることが分かる。
【００５１】
［平坦度試験］
（実施例２から実施例１１まで、及び比較例２）
実施例２から実施例１１まで、及び比較例２により、本発明の偏光変換素子における光入射面及び光出射面の平坦度を評価した。
図１３は、本発明に係る実施例２から実施例６までの平坦度試験の結果を示す図であり、図１４は、本発明に係る実施例７から実施例１１までの平坦度試験の結果を示す図であり、図１６は、比較例２の平坦度試験の結果を示す図である。
（実施例２から実施例６まで）
実施例２では、実施例１と同様の接着剤を用いて、後述する図２６に示すような素子本体１０を作製した。そして、図２６に示される左右の２つの素子本体１０のうち、左側の素子本体１０を用いた。そして、下記の測定方法により、その素子本体１０の光入射面１６の略中央における断面図を得た。ここで、断面図では、図２６の左右方向の断面図である。
得られた断面図において、比較的上側に大きく膨らんだ凸部を選び、その凸部の左右近傍の凹部の頂点を線で結んだ。この線から、凸部の頂点までの距離を縦軸のスケールで換算して、「高低差」を算出した。
【００５２】
実施例３から実施例６でも、実施例２と同様に素子本体１０を作製して、その光入射面１６について測定し、断面図を得た。そして、断面図より、実施例２と同様に、「高低差」を２点算出した。図１３には、それらの結果が示されている。
（実施例７から実施例１１まで、及び比較例２）
実施例７から実施例１１まででは、それぞれ実施例２から実施例６までで作製した素子本体１０の光出射面１７について、実施例２と同様に断面図を得た。得られた断面図により、実施例２と同様にして、「高低差」を２点算出した。
比較例２では、接着剤として、比較例１と同様の接着剤を用いた以外は、実施例２と同様にして素子本体を作製し、その光出射面を測定した断面図を得た。得られた断面図より実施例２と同様にして、「高低差」を２点算出した。
【００５３】
実施例７から、実施例１１まで及び比較例２の結果を、図１４、図１５に示す。
断面図の測定方法としては、レーザー干渉計Ｇ１０２Ｓ（フジノン株式会社（現富士フイルム株式会社製））により、素子本体の光入射面又は光出射面を照射して、素子本体からの反射光と元々の平行光とを干渉させることによって、干渉縞を得る。なお、レーザー干渉計で設定した光の波長は、６８５ｎｍである。
得られた干渉縞を干渉縞解析ソフトウェア（フジノン株式会社（現富士フイルム株式会社製））で解析することにより、光入射面又は光出射面の断面図を得る。
図１３、図１４で示すように、本発明の接着剤を用いた実施例２から実施例１１まででは、光入射面及び光出射面における高低差が小さいため、平坦度が優れていることがわかった。
一方、図１５に示すように、従来の接着剤を用いた比較例では、光入射面における高低差が大きいため、平坦度が悪いことが分かった。
【００５４】
［波長板の構造］
以下に、本発明の実施の形態に係る位相差板の構成を説明する。
図１６は、本発明の実施の形態に係る位相差板の一例としての積層１／２波長板の構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は分解斜視図、（ｃ）は、側面図である。
図１６（ａ）に示すように、本発明に係る積層１／２波長板２０は、水晶等の無機光学結晶を用いた第１の波長板３０と、第２の波長板４０と、を夫々の光学軸３１、４１が交差するように貼り合わせた構成を備え、全体として、光源側から入射する直線偏光光Ａの位相を１８０（ｄｅｇ）ずらし、偏光面を９０（ｄｅｇ）回転させた直線偏光光Ｂに変換して出射する１／２波長板として機能するように構成する。
また、図１６（ｂ）に示すように、第１の波長板３０の光学軸方位角をθ１、第２の波長板４０の光学軸方位角をθ２とする。
なお、光学軸方位角とは、結晶光学軸と、積層波長板に入射する直線偏光光の偏光面とのなす角度である。
また、図１６（ｃ）に示すように、第１の波長板３０の切断角度（水晶板の主面における法線方向と結晶光学軸（Ｚ軸）との交差角度をいう）Ｚ１は、２７（ｄｅｇ）（２７（ｄｅｇ）Ｚともいう）とし、第２の波長板４０の切断角度Ｚ２は、１８（ｄｅｇ）（１８（ｄｅｇ）Ｚともいう）としている。
この切断角度の値は、組立工程におけるハンドリングの容易さを考慮したものである。同じ位相差を有する波長板においては、切断角度を９０度から小さくする程、複屈折率差（異常光屈折率ｎｅと常光屈折率ｎｏとの差）は小さくなり、一方、波長板の厚みは逆に厚くなっていく。
特に板厚の薄いシングルモードの波長板においては、加工工程時や組立工程時のハンドリングの観点では、波長板の割れや破損を防ぐために、切断角度を９０（Ｄｅｇ）Ｚよりも小さくして、波長板の厚みを大きくした方が有利であるが、切断角度が大きいと、今度は、入射する発散光の影響を受けやすくなる。
そこで、本実施形態では、各波長板３０、４０が、それぞれの光学軸方位角に基づく設計位相差を満たしつつ、ハンドリング上最も都合の良い０．３ｍｍ前後の厚みとなるように、切断角度を互いに異ならせることにより、第１の波長板３０の板厚ｔ１と第２の波長板４０の板厚ｔ２とをほぼ同等（０．３ｍｍ前後）の厚みとなるように設計を行っている。
【００５５】
本発明においては、積層１／２波長板２０を液晶プロジェクターに組み込む偏光変換素子に用いる場合、所定の設計波長λ、例えば５２０ｎｍの光（緑）に対する第１の波長板３０の位相差をΓ１、第２の波長板４０の位相差をΓ２とし、また、第２の波長板４０は、互いに波長帯の異なる複数の波長帯λ１、λ２（λ１＜λ２）の光について、波長λ１の光に対する位相差をΓ２１、波長λ２の光に対する位相差をΓ２２としたときに、
Γ１＝３６０（ｄｅｇ）・・・（１）
Γ２＝１８０（ｄｅｇ）・・・（２）
ΔΓ２＝（Γ２２−Γ２１）／２・・・（３）
ｃｏｓ２θ１＝１−（１−ｃｏｓΔΓ２）／｛２｛１−ｃｏｓ（ｍΔΓ２）｝｝・・・（４）
ただし、ｍ＝２
を満足するように、第１及び第２の波長板３０、４０の厚みを設定する。
【００５６】
なお、波長λの光に対する位相差Γと波長板の板厚ｔとの関係は、Γ＝２π／λ×（ｎｅ−ｎｏ）×ｔ（ｎｅは異常光の屈折率、ｎｅは常光の屈折率）である。
第１の波長板３０の板厚ｔ１、第２の波長板４０の板厚ｔ２を０．３ｍｍ前後としたいとする上記した製造上の都合を考慮すると、Ｚ１＝２７（ｄｅｇ）とした時に、ｔ１＝０．２７５３ｍｍ、となり、また、Ｚ２＝１８（ｄｅｇ）とした時に、ｔ２＝０．２９６５ｍｍとなるため、上記板厚の条件を満足することになる。
なお、波長板の切断角度が変化することで、上記式における（ｎｅ−ｎｏ）の値が変化するものとする。
ところで、積層１／２波長板２０は、液晶プロジェクターに必要な各波長帯（Ｒ（赤：４００ｎｍ帯）、Ｇ（緑：５００ｎｍ帯）、Ｂ（青：６７５ｎｍ））において、偏光変換効率が１となり、位相差が１８０（ｄｅｇ）となること求められる。
【００５７】
第１及び第２の波長板３０、４０を用いて全体として１／２波長板２０を構成する場合に所望する広範囲の波長帯で位相差を１８０（ｄｅｇ）とするために、積層１／２波長板２０を構成する第１及び第２の波長板３０、４０について、所定の波長（例えば、５２０ｎｍ）での夫々の位相差Γ１、Γ２、夫々の光学軸方位角θ１、θ２、切断角度Ｚ１、Ｚ２といったパラメータを種々変化させて最適な位相差、変換効率等を求める手法をとった。
その結果、第１の波長板３０の位相差Γ１、光学軸方位角θ１及び切断角度Ｚ１と、第２の波長板４０の位相差Γ２、光学軸方位角θ２及び切断角度Ｚ２が、
Γ１＝３６０（ｄｅｇ）、θ１＝−１６（ｄｅｇ）、Ｚ１＝２７（ｄｅｇ）・・・（５）
Γ２＝１８０（ｄｅｇ）、θ２＝４５（ｄｅｇ）、Ｚ２＝１８（ｄｅｇ）・・・（６）
を満足するときに、上記ＲＧＢ３波長帯の光に対して位相差が１８０（ｄｅｇ）となり、偏光変換効率がほぼ１となることが見出された。
なお、θ１＝−１６（ｄｅｇ）の場合、切断角Ｚ１＝２７（ｄｅｇ）である第１の波長板３０の板厚は０．２７５３ｍｍとなり、θ２＝４５（ｄｅｇ）の場合、切断角Ｚ２＝１８（ｄｅｇ）である第２の波長板４０の板厚は０．２９６５ｍｍとなる。
ここで、設計波長λの取りうる値の範囲は、５１０≦λ≦５３０（ｎｍ）となる。
なお、図１６において、第１の波長板３０と第２の波長板４０の光学軸方位角、切断角度を入れ替えても良い。言い換えれば、光の入射方向に対して、第１の波長板３０と、第２の波長板４０の積層順を入れ替えてもよい。
具体的には、第１の波長板３０の設計位相差Γ１をΓ１＝１８０（ｄｅｇ）とし、第２の波長板４０の設計位相差Γ２をΓ２＝３６０（ｄｅｇ）とし、第１の波長板３０の光学軸方位角θ１及び切断角度Ｚ１と、第２の波長板４０の光学軸方位角θ２及び切断角度Ｚ２を
θ１＝４５（ｄｅｇ）、Ｚ１＝１８（ｄｅｇ）・・・（５）’
θ２＝−１６（ｄｅｇ）、Ｚ２＝２７（ｄｅｇ）・・・（６）’
とすることが出来る。
この場合、第１の波長板３０の板厚ｔ１が０．２９６５ｍｍ、第２の波長板４０の板厚ｔ２が、０．２７５３ｍｍとなる。
【００５８】
図１７は、本発明の他の実施の形態に係る位相差板の一例としての積層１／２波長板の構成を示す分解斜視図である。
図１７では、図１６における第１の波長板３０の光学軸方位角θ１、第２の波長板４０の光学軸方位角θ２を互いに鈍角としている。
なお、各波長板の切断角度は９０（ｄｅｇ）Ｚではなく、図１６（ｃ）に示したものと同様の関係にある。
図１７に示す場合、第１の波長板３０の位相差Γ１、光学軸方位角θ１及び切断角度Ｚ１と、２の波長板の位相差Γ２、光学軸方位角θ２及び切断角度Ｚ２が、
Γ１＝３６０（ｄｅｇ）、θ１＝１６（ｄｅｇ）、Ｚ１＝２７（ｄｅｇ）・・・（７）
Γ２＝１８０（ｄｅｇ）、θ２＝１３５（ｄｅｇ）、Ｚ２＝１８（ｄｅｇ）・・・（８）
を満足することにより、上記３波長帯の光に対して位相差が１８０（ｄｅｇ）となり、偏光変換効率がほぼ１となる。
また、この場合も、第１の波長板３０と第２の波長板４０の位相差、光学軸方位角、切断角度を下記式（７）’、（８）’のように入れ替えても、偏光変換効率をほぼ１とすることが出来る。
Γ１＝１８０（ｄｅｇ）、θ１＝１３５（ｄｅｇ）、Ｚ１＝１８（ｄｅｇ）・・・（７）’
Γ２＝３６０（ｄｅｇ）、θ１＝１６（ｄｅｇ）、Ｚ２＝２７（ｄｅｇ）・・・（８）’
図１８は、本発明のさらに他の実施の形態に係る位相差板の一例としての積層１／２波長板（以下、積層１／２波長板）の構成を示す分解斜視図である。
これは、図１６の構成における各波長板の光学軸方位角をそれぞれ９０°回転させたものである。
この場合、第１の波長板３０の位相差Γ１、光学軸方位角θ１及び切断角度Ｚ１、第２の波長板の位相差Γ２、光学軸方位角θ２及び切断角度Ｚ２が、
Γ１＝３６０（ｄｅｇ）、θ１＝７４（ｄｅｇ）、Ｚ１＝２７（ｄｅｇ）・・・（９）
Γ２＝１８０（ｄｅｇ）、θ２＝１３５（ｄｅｇ）、Ｚ２＝１８（ｄｅｇ）・・・（１０）
を満足することにより、上記３波長帯の光に対して位相差が１８０（ｄｅｇ）となり、偏光変換効率がほぼ１となる。
また、図１８の場合も、第１の波長板３０と第２の波長板４０の位相差、光学軸方位角、切断角度を下記式（９）’、（１０）’のように入れ替えても、偏光変換効率をほぼ１とすることが出来る。
Γ１＝１８０（ｄｅｇ）、θ１＝１３５（ｄｅｇ）、Ｚ１＝１８（ｄｅｇ）・・・（９）’
Γ２＝３６０（ｄｅｇ）、θ１＝１６（ｄｅｇ）、Ｚ２＝２７（ｄｅｇ）・・・（１０）’
図１９は、本発明の他の実施の形態に係る位相差板の一例としての積層１／２波長板（以下、積層１／２波長板）の構成を示す分解斜視図である。
図１９では、図１８における第１の波長板３０の光学軸方位角θ１、第２の波長板４０の光学軸方位角θ２を互いに鈍角としている。
この場合、第１の波長板３０の位相差Γ１、光学軸方位角θ１及び切断角度Ｚ１と第２の波長板の位相差Γ２、光学軸方位角θ２の切断角度Ｚ２が、
Γ１＝３６０（ｄｅｇ）、θ１＝１０６（ｄｅｇ）、Ｚ１＝２７（ｄｅｇ）・・・（１１）
Γ２＝１８０（ｄｅｇ）、θ２＝４５（ｄｅｇ）、Ｚ２＝１８（ｄｅｇ）・・・（１２）
を満足することにより、上記３波長帯の光に対して位相差が１８０（ｄｅｇ）となり、偏光変換効率がほぼ１となる。
また、図１９の場合も、第１の波長板３０と第２の波長板４０の光学軸方位角、切断角度を下記式（１１）’、（１２）’のように入れ替えても、偏光変換効率をほぼ１とすることが出来る。
Γ１＝１８０（ｄｅｇ）、θ１＝４５（ｄｅｇ）、Ｚ１＝１８（ｄｅｇ）・・・（１１）’
Γ２＝３６０（ｄｅｇ）、θ１＝１０６（ｄｅｇ）、Ｚ２＝２７（ｄｅｇ）・・・（１２）’
【００５９】
次に、上記の光学軸方位角θ１、θ２を以下にして見出したかを説明する。
はじめに、本発明に係る積層１／２波長板の実施例を見つけ出した計算手法を簡単に説明する。直線偏光が２枚の波長板を透過した後の偏光状態は、ミューラ行列、又はジョンズ行列を用いて表すことができる。
Ｅ＝Ｒ２・Ｒ１・Ｉ ・・・（１３）
ここで、Ｉは入射光の偏光状態、Ｅは出射光の偏光状態を表すベクトルである。Ｒ１は積層１／２波長板２０における第１の波長板３０のミューラ行列、Ｒ２は第２の波長板４０のミューラ行列で、夫々次式で表される。
・・・（１４）
・・・（１５）
第１及び第２の波長板３０、４夫々の位相差Γ１、Γ２、光学軸方位角度θ１、θ２を設定して、式（１４）、（１５）よりミューラ行列Ｒ１、Ｒ２を求める。
【００６０】
そして、入射光の偏光状態Ｉを設定すると、式（１３）より出射光の偏光状態Ｅを算出することができる。
行列としてミューラ行列を用いた場合について説明すると、出射光の偏光状態Ｅは次式で表される。
・・・（１６）
Ｅの行列要素Ｓ０１、Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１はストークスパラメータと呼ばれ、偏光状態を表している。このストークスパラメータを用いて、波長板の位相差Γは次式のように表される。
・・・（１７）
Γ＝（２ｍ−１）×π 但し、ｍは正の整数
このように、式（１７）を用いて位相差を算出することができる。
さらに、出射光の偏光状態を表す行列Ｅと、偏光子の行列Ｐとの積を計算し、得られた光量を評価値とすれば、偏光状態を正確に判定する。これを変換効率と定義する。
具体的には、偏光子の行列Ｐの透過軸を９０（ｄｅｇ）に設定し、行列Ｐと出射光偏光状態を表す行列Ｅとの積から得られる行列Ｔのストークスパラメータより、９０（ｄｅｇ）方向の偏光面成分の光量を算出することができる。出射光偏光状態を表す行列Ｅと、偏光子の行列Ｐとの、積は次式のようになる。
【００６１】
Ｔ＝Ｐ・Ｅ ・・・（１８）
ここで、行列Ｔは変換効率を表し、その要素のストークスパラメータで表すと次式（１９）のように表される。
・・・（１９）
ここで、ベクトルＴのストークスパラメータのＳ０２が光量を表している。入射光量を１に設定すればＳ０２が変換効率となる。
位相差、変換効率とも積層１／２波長板を透過した後の偏光状態を表す行列Ｅから求めることができる。
【００６２】
上記の変換効率を評価基準とし、積層１／２波長板の諸パラメータである第１及び第２の波長板３０、４０について、所定の波長（例えば波長５２０ｎｍ）での夫々の位相差Γ１、Γ２、夫々の光学軸方位角θ１、θ２、切断角度Ｚ１、Ｚ２を種々変化させ、計算機を用いてシミュレーションした。
シミュレーションを繰り返し行い、所望の広範囲の波長帯において、変換効率が良い場合の上記パラメータを選び出した。切断角度については、上記した製造上の条件を満たすように、それぞれの波長板の板厚ｔ１、ｔ２が、０．３ｍｍ程度となるように選定した。
【００６３】
その結果を以下に説明する。
図１６に示す積層１／２波長板２０の第１及び第２の波長板３０、４０において、第１の波長板３０の切断角度が２７（ｄｅｇ）Ｚ、第２の波長板４０の切断角度が１８（ｄｅｇ）Ｚで、設計波長λを５２０ｎｍとしたとき、第１の波長板３０の位相差Γ１、光学軸方位角θ１が夫々３６０（ｄｅｇ）、−１６（ｄｅｇ）、第２の波長板の位相差Γ２、光学軸方位角θ２が夫々１８０（ｄｅｇ）、３５（ｄｅｇ）≦θ２≦５５（ｄｅｇ）に設定した場合に、積層１／２波長板２０の変換効率をシミュレーションにより求めた結果良好な波長−変換効率（偏光変換効率）が得られた（後述）。
なお、光学軸方位角θ１、θ２の範囲は、要求仕様に応じて或いは許容誤差として、設定角度から±５（ｄｅｇ）の範囲で有効である。
【００６４】
ここで、図１６に示した積層１／２波長板２０を構成する第１の波長板３０と第２の波長板４０の光学的な作用について図２０を用いて説明する。
図２０（ａ）は、積層１／２波長板２０に入射した直線偏光Ａのポアンカレ球上での軌道の推移を説明するための図である。また、図２０（ｂ）は、図２０（ａ）に示したポアンカレ球において積層１／２波長板２０に入射した光線の偏光状態の軌跡をＳ２軸方向から見た図（Ｓ１Ｓ３平面に投影した図）である。
さらに、図２０（ｃ）は、本発明に係る積層１／２波長板２０の第１の波長板３０の機能について説明するために、前記偏光状態の軌跡をＳ１軸方向から見た図（Ｓ２Ｓ３平面に投影した図）である。
図２０（ｂ）、（ｃ）において、直線偏光Ａの光線がポアンカレ球の赤道上の所定の位置Ｐ０に入射すると、第１の波長板３０によって光軸Ｒ１（２θ１）を中心にして３６０（ｄｅｇ）回転しＰ１に到達し（Ｐ０＝Ｐ１）、さらに第２の波長板４０によって光軸Ｒ２（２θ２）を中心にして１８０（ｄｅｇ）回転しＰ２（赤道）に到達することによって、積層１／２波長板１を出射する光線が直線偏光Ａ（入射光）に対してθ＝９０（ｄｅｇ）だけ回転した直線偏光Ｂとなって積層１／２波長板２０を出射することが分かる。
【００６５】
ここで、第２の波長板４０の位相差Γ２が入射光の波長の変化によりΔΓ２の位相変化を生じた場合、この位相変化ΔΓ２を第１の波長板３０の波長による位相変化ΔΓ１で相殺すれば、積層１／２波長板２０の波長依存性を抑圧し広帯域で１／２波長板として機能できる。
更に、第２の波長板４０の波長による位相変化ΔΓ２は、基板材料の波長分散で決まる一定の数値を有しており、第１の波長板３０の波長による位相変化ΔΓ１は、第１の波長板３０の面内方位角θ１を調整することでその大きさを可変することが可能である。
そこで、第１の波長板３０と第２の波長板４０との関係式を以下に導出する。
入射光の波長が基準波長（設計波長）λから波長λ１〜λ２の間（λ１＜λ２）で変化すると、波長板の有する波長依存性により第１の波長板３０及び第２の波長板４０の位相差が夫々Γ１及びΓ２より変化する。
また、第２波長板の位相差において、
Γ２１：波長λ１のときの位相差
Γ２２：波長λ２のときの位相差
と定義すると、第２の波長板４０の波長による位相変化ΔΓ２は、以下の式を満足する。
ΔΓ２＝（Γ２２−Γ２１）／２・・・（２０）
【００６６】
図２０（ｂ）において、第２の波長板４０に生じた位相変化ΔΓ２により、ポアンカレ球上の座標Ｐ０（Ｐ１）がＰ１”に変化したものとし、このＰ０→Ｐ１”の距離を近似的に直線ｘ２で表すと、ΔΓ２とｘ２は下式の関係を満足する。
（ｘ２）２＝２ｋ２−２ｋ２ｃｏｓΔΓ２・・・（２１）
但し、ｋは、ポアンカレ球の半径を示す。
次に同様に、図２０（ｃ）において、第１の波長板３０に生じた位相変化ΔΓ１により、ポアンカレ球上の座標Ｐ０（Ｐ１）がＰ１’に変化したものとし、このＰ０→Ｐ１’の距離を近似的に直線ｘ１で表すと、ΔΓ１とｘ１は下式（２２）の関係を満足する。
（ｘ１）２＝２ｒ２−２ｒ２ｃｏｓΔΓ１・・・（２２）
但し、ｒは、Ｒ１を回転軸としてΓ１１回転させる時の半径である。
又、ｒは、第１の波長板３０の面内方位角θ１を用いて下式（２３）により表すことができる。
ｒ２＝２ｋ２−２ｋ２ｃｏｓ２θ１・・・（２３）
【００６７】
更に、式（２３）を式（２２）に代入すると、式（２４）が得られる。
（ｘ１）２＝４ｋ２（１−ｃｏｓ２θ１）（１−ｃｏｓΔΓ１）・・・（２４）
そこで、第１の波長板３０と第２の波長板４０の位相変化がお互いに相殺しあうためには、
ｘ１≒ｘ２
である必要があり、式（２１）と式（２４）より
（ｘ１）２＝（ｘ２）２
２ｋ２−２ｋ２ｃｏｓΔΓ２＝４ｋ２（１−ｃｏｓ２θ１）（１−ｃｏｓΔΓ１）の関係が成立する。
そこで、ｋを正規化してまとめると式（２５）が得られる。
ｃｏｓ２θ１＝１−（１−ｃｏｓΔΓ２）／｛２（１−ｃｏｓΔΓ１）｝・・・（２５）
次に、第１の波長板３０と第２の波長板４０とが同じ分散の基板材料で構成されており、
Γ１１／Γ２２＝ｍ
とすると、式（２６）が得られる。
ΔΓ１＝ｍΔΓ２・・・（２６）
そこで、式（２６）を式（２５）に代入すると式（２７）が得られる。
ｃｏｓ２θ１＝１−（１−ｃｏｓΔΓ２）／｛２（１−ｃｏｓｍΔΓ２）｝・・・（２７）
式（２７）は、第２の波長板４０により生ずる位相変化ΔΓ２により第１の波長板３０の面内方位角θ１が決定されることを示している。
【００６８】
次に、上述した計算式を用いて積層１／２波長板２０を構成する第１の波長板３０と第２の波長板４０の具体的なパラメータを算出する。
具体例として、波長３５０ｎｍ〜８５０ｎｍの帯域における広範囲の波長帯において１／２波長板として機能する積層１／２波長板についてパラメータを算出する。
例えば、第１の波長板２０の位相差Γ１＝３６０（ｄｅｇ）、第２の波長板３の位相差Γ２＝１８０（ｄｅｇ）とすると、
ｍ＝Γ１／Γ２＝２
となる。
次に、θ２については、第２の波長板４０に入射する直線偏光の偏光方向を９０（ｄｅｇ）回転した直線偏光として出射させるためにθ２の値を４５（ｄｅｇ）とするが、前述のシミュレーションにより得られた解に対して最適化を図るため、可変範囲を±１０（ｄｅｇ）と設定し、
θ２＝４５（ｄｅｇ）±１０（ｄｅｇ）（３５（ｄｅｇ）≦θ２≦５５（ｄｅｇ））・・・（２８）
とした。
【００６９】
図２１は、図１７に示す構成の積層１／２波長板における直線偏光のポアンカレ球上での軌道の推移を説明するための図である。
赤道上の所定の位置Ｐ０から偏光方向が赤道に対して平行な方向となる直線偏光Ａとして光線が入射すると、第１の波長板３０によって光軸Ｒ１を中心にして３６０（ｄｅｇ）分だけ回転してＰ１（赤道上）へ移され、さらに第２の波長板４０によって光軸Ｒ２を中心にして１８０（ｄｅｇ）分だけ回転しＰ２（赤道上）に到達し、直線偏光Ａに対してθ＝９０（ｄｅｇ）だけ回転した直線偏光Ｂとなって１／２波長板２０を出射し、図１８の場合と同様の１／２積層波長板となっていることが分かる。
また、上記式（２０）〜（２７）も、図１６（図２０）の場合と同様に成立する。
【００７０】
図２２は、図１８に示す構成の積層１／２波長板における直線偏光のポアンカレ球上での軌道の推移を説明するための図である。
赤道上の所定の位置Ｐ０から偏光方向が赤道に対して平行な方向となる直線偏光Ａとして光線が入射すると、第１の波長板３０によって光軸Ｒ１を中心にして３６０（ｄｅｇ）分だけ回転してＰ１（赤道上）へ移され、さらに第２の波長板４０によって光軸Ｒ２を中心にして１８０（ｄｅｇ）分だけ回転しＰ２（赤道上）に到達し、直線偏光Ａに対してθ＝９０（ｄｅｇ）だけ回転した直線偏光Ｂとなって１／２波長板２０を出射し、図１８の場合と同様の１／２積層波長板となっていることが分かる。
また、上記式（２０）〜（２７）も、図１６の場合と同様に成立する。
【００７１】
図２３は、図１９に示す構成の積層１／２波長板における直線偏光のポアンカレ球上での軌道の推移を説明するための図である。
赤道上の所定の位置Ｐ０から偏光方向が赤道に対して平行な方向となる直線偏光Ａとして光線が入射すると、第１の波長板３０によって光軸Ｒ１を中心にして３６０（ｄｅｇ）分だけ回転してＰ１（赤道上）へ移され、さらに第２の波長板４０によって光軸Ｒ２を中心にして１８０（ｄｅｇ）分だけ回転しＰ２（赤道上）に到達し、直線偏光Ａに対してθ＝９０（ｄｅｇ）だけ回転した直線偏光Ｂとなって１／２波長板２０を出射し、図１８の場合と同様の１／２積層波長板となっていることが分かる。
また、上記式（２０）〜（２７）も、図１６の場合と同様に成立する。
【００７２】
図２４は波長４００ｎｍから７００ｎｍに対する本発明の積層１／２波長板２０の変換効率を示す図であり、各波長板の設計波長λを５１０ｎｍとして、入射角を−１０（ｄｅｇ）から＋１０（ｄｅｇ）まで変化させた場合の、波長毎の偏光変換効率の変化を示すグラフ図である。
本発明の積層１／２波長板２０は、入射角依存性を有し、入射角が＋１０（ｄｅｇ）では、高波長となるにつれて偏光変換効率が劣化している。また、入射角−５（ｄｅｇ）、入射角が−５（ｄｅｇ）、−１０（ｄｅｇ）の場合は、低波長での偏光変換効率が悪く、高波長になるにつれて、偏光変換効率が向上している。
しかしながら、全体としては、設計波長５１０ｎｍでは各入射角において偏光変換効率が０．５以上となり、特に入射角が−１０ｄｅｇ〜５ｄｅｇでは、４００ｎｍから７００ｎｍの範囲全体の設計波長において、高い偏光変換効率を示している。
また、入射角０ｄｅｇでは、４５０ｎｍから６５０ｎｍの範囲にかけてほぼ１と、非常に良好な偏光変換効率となった。
液晶プロジェクターで用いる青、緑、赤の波長は夫々４００ｎｍ帯、５００ｎｍ帯、６７５ｎｍ帯であるので、上記パラメータの積層１／２波長板２０は、液晶プロジェクター等に良好に適用可能である。
【００７３】
図２５は波長４００ｎｍから７００ｎｍに対する本発明の積層１／２波長板２０の変換効率を示す図であり、各波長板の設計波長λを５２０ｎｍとして、入射角を−１０（ｄｅｇ）から＋１０（ｄｅｇ）まで変化させた場合の、波長毎の偏光変換効率の変化を示すグラフ図である。
本発明の積層１／２波長板２０は、入射角依存性を有し、入射角が＋１０（ｄｅｇ）では、高波長となるにつれて偏光変換効率が劣化している。また、入射角−５（ｄｅｇ）、入射角が−５（ｄｅｇ）、−１０（ｄｅｇ）の場合は、低波長での偏光変換効率が悪く、高波長になるにつれて、偏光変換効率が向上している。
しかしながら、全体としては、設計波長５１０ｎｍでは各入射角において偏光変換効率が０．５以上となり、特に入射角が−１０ｄｅｇ〜５ｄｅｇでは、４００ｎｍから７００ｎｍの範囲全体の設計波長において、高い偏光変換効率を示している。
また、入射角０ｄｅｇでは、４５０ｎｍから６５０ｎｍの範囲にかけてほぼ１と、非常に良好な偏光変換効率となった。
液晶プロジェクターで用いる青、緑、赤の波長は夫々４００ｎｍ帯、５００ｎｍ帯、６７５ｎｍ帯であるので、上記パラメータの積層１／２波長板２０は、液晶プロジェクター等に良好に適用可能である。
【００７４】
図２６は波長４００ｎｍから７００ｎｍに対する本発明の積層１／２波長板２０の変換効率を示す図であり、各波長板の設計波長λを５３０ｎｍとして、入射角を−１０（ｄｅｇ）から＋１０（ｄｅｇ）まで変化させた場合の、波長毎の偏光変換効率の変化を示すグラフ図である。
本発明の積層１／２波長板２０は、入射角依存性を有し、入射角が＋１０（ｄｅｇ）では、高波長となるにつれて偏光変換効率が劣化している。また、入射角−５（ｄｅｇ）、入射角が−５（ｄｅｇ）、−１０（ｄｅｇ）の場合は、低波長での偏光変換効率が悪く、高波長になるにつれて、偏光変換効率が向上している。
しかしながら、全体としては、設計波長５３０ｎｍでは各入射角において偏光変換効率が０．５以上となり、特に入射角が−１０ｄｅｇ〜５ｄｅｇでは、４００ｎｍから７００ｎｍの範囲全体の設計波長において、高い偏光変換効率を示している。
また、入射角０ｄｅｇでは、４５０ｎｍから６５０ｎｍの範囲にかけてほぼ１と、非常に良好な偏光変換効率となった。
液晶プロジェクターで用いる青、緑、赤の波長は夫々４００ｎｍ帯、５００ｎｍ帯、６７５ｎｍ帯であるので、上記パラメータの積層１／２波長板２０は、液晶プロジェクター等に良好に適用可能である。
なお、積層１／２波長板が対応すべき波長帯は、ＲＧＢのみならず、他の波長の色を加えた、４波長、５波長にも対応可能としてもよい。
【００７５】
図２７は、本発明の実施の形態に係る偏光変換素子を組み込んだ偏光変換ユニットの外観を示す図である。
図２８は、図２７の偏光変換ユニットの分解斜視図である。
図２７、図２８に示す偏光変換ユニット１２０は、ユニット枠２００と、本発明の偏光変換素子１と、遮光板２１０と、レンズアレイ２２０と、クリップ２３０と、を備えている。ユニット枠２００の一方の開口面（図２８では下面）側からは、後述する２つの偏光変換素子本体を有する偏光変換素子１が挿入され、もう一方の開口面（図２８では上面）側からは、遮光板２１０とレンズアレイ２２０とがこの順に挿入される。これらの光学素子２１０、２２０は、ユニット枠２００に収納された状態で、４つのクリップ２３０で上下２方向から挟持される。クリップ２３０は弾性体で形成されているので容易に着脱することができ、偏光変換ユニット１２０の各部品もユニット枠に容易に着脱することができる。
かかるユニット枠２００によって、偏光変換素子１を、光源からの光束が偏光変換素子１（特に後述のＰＢＳ膜）に入射する角度が常に一定になってＰＳ変換が正確に行える姿勢で、液晶プロジェクターに組み込むことが出来る。
【００７６】
図２９は、本発明の実施の形態に係る偏光変換素子を適用した投光装置の一例としての液晶プロジェクターを示す図である。
図２９に示す投写型表示装置（液晶プロジェクター）１００は、光源１１０と、第１のレンズアレイ１１１と、本発明に係る偏光変換素子を組み込んだ偏光変換ユニット１２０と、重畳レンズ１２１と、で構成される照明光学系を備えている。また、ダイクロイックミラー１３１、１３２と、反射ミラー１３３とを含む色光分離光学系１３０を備えている。さらに、入射側レンズ１４０と、リレーレンズ１４１と、反射ミラー１４２、１４３とを含む導光光学系を備えている。また、３枚のフィールドレンズ１４４、１４５、１４６と、３枚の液晶ライトバルブ１５０Ｒ、１５０Ｇ、１５０Ｂと、クロスダイクロイックプリズム１６０と、投写レンズ１７０と、を備えている。
反射ミラー１４６は、重畳レンズ１２１から射出された光を色光分離光学系１３０の方向に反射する機能を有している。色光分離光学系１３０は、２枚のダイクロイックミラー１３１、１３２により、重畳レンズ１２１から射出される光を、赤、緑、青の３色の色光に分離する機能を有している。第１のダイクロイックミラー１３１は、重畳レンズ１２１から射出される光のうち赤色光成分を透過させるとともに、青色光成分と緑色光成分とを反射する。第１のダイクロイックミラー１３１を透過した赤色光は、反射ミラー１３３で反射され、フィールドレンズ１４４を通って赤光用の液晶ライトバルブ１５０Ｒに達する。このフィールドレンズ１４４は、重畳レンズ１２１から射出された各部分光束をその中心軸（主光線）に対して平行な光束に変換する。他の液晶ライトバルブの前に設けられたフィールドレンズ１４５、１４６も同様である。
【００７７】
第１のダイクロイックミラー１３１で反射された青色光と緑色光のうちで、緑色光は第２のダイクロイックミラー１３２によって反射され、フィールドレンズ１４５を通って緑光用の液晶ライトバルブ１５０Ｇに達する。一方、青色光は、第２のダイクロイックミラー１３２を透過し、導光光学系、すなわち、入射側レンズ１４０、反射ミラー１４２、リレーレンズ１４１、反射ミラー１４３を通り、さらに、フィールドレンズ１４６を通って青色光用の液晶ライトバルブ１５０Ｂに達する。
なお、青色光に導光光学系が用いられているのは、青色光の光路の長さが他の色光の光路の長さよりも長いため、光の拡散等による光の利用効率の低下を防止するためである。すなわち、入射側レンズ１４０に入射した光束をそのまま、フィールドレンズ１４６に伝えるためである。
【００７８】
３つの液晶ライトバルブ１５０Ｒ、１５０Ｇ、１５０Ｂは、入射した光を、与えられた画像情報（画像信号）に従って変調する光変調手段としての機能を有している。これにより、３つの液晶ライトバルブ１５０Ｒ、１５０Ｇ、１５０Ｂに入射した各色光は、与えられた画像情報に従って変調されて各色光の画像を形成する。
３つの液晶ライトバルブ１５０Ｒ、１５０Ｇ、１５０Ｂから射出された３色の変調光は、クロスダイクロイックプリズム１６０に入射する。
クロスダイクロイックプリズム１６０は、３色の変調光を合成してカラー画像を形成する色光合成部としての機能を有している。クロスダイクロイックプリズム１６０には、赤光を反射する誘電体多層膜と、青光を反射する誘電体多層膜と、が４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３色の変調光が合成されて、カラー画像を投写するための合成光が形成される。クロスダイクロイックプリズム１６０で生成された合成光は、投写レンズ１７０の方向に射出される。投写レンズ１７０は、この合成光を投写スクリーン上に投写する機能を有し、投写スクリーン上にカラー画像を表示する。
【００７９】
また、後述するような、耐熱・耐光性能に優れた本発明の偏光変換素子を備えた偏光変換ユニットを組み込むことで、高輝度・高発熱の光源を使って鮮明な映像を長時間投影可能な液晶プロジェクターとすることが出来る。
また、本発明にように、本発明の偏光変換素子は、広範囲の波長帯で、確実に１／２波長板として機能する位相差板（積層１／２波長板）を備えているので、高輝度で鮮明な映像を投射可能な液晶プロジェクターを実現できる。
【符号の説明】
【００８０】
１ 偏光変換素子、１０ ＰＢＳアレイ（素子本体）、１０Ａ 素子本体、１０Ｃ 接合面、１０Ｄ 光入射面、１０Ｅ 光出射面、１０Ｆ 端縁部、１１ 透光性基板、１１Ａ 透光性板材、１２ 偏光分離膜、１３ 反射膜、１４ 接着層、１４Ａ 接着剤、１６ 光入射面、１７ 光出射面、２０ 波長板、２０Ａ 位相差板、２０Ｂ 位相差板、２０Ｃ 基部、２０Ｃ１ 基部、２０Ｃ２ 基部、２０Ｄ 位相差部、２０Ｄ１ 位相差部、２０Ｄ２ 位相差部、２０Ｅ 先端部、２０Ｅ１ 先端部、２０Ｅ２ 先端部、２０Ｆ 光入射面、２１ 接合層、３０ 波長板、３１ 光学軸、３１Ａ 接合面、３１Ａ１ 境界部、４０ 波長板、９１ 偏光分離膜、９２ 反射膜、９３ 接着層、９５ 素子本体、９６ 接合層、９７ 位相差板、９８ 透光性基板、１１０ 光源、１１１ レンズアレイ、１２０ 偏光変換ユニット、１２１ 重畳レンズ、１３０ 色光分離光学系、１３１ ダイクロイックミラー、１３２ ダイクロイックミラー、１３３ 反射ミラー、１４０ 入射側レンズ、１４１ リレーレンズ、１４２ 反射ミラー、１４３ 反射ミラー、１４４ フィールドレンズ、１４５ フィールドレンズ、１４６ フィールドレンズ、１４６ 反射ミラー、１５０Ｂ 液晶ライトバルブ、１５０Ｇ 液晶ライトバルブ、１５０Ｒ 液晶ライトバルブ、１６０ クロスダイクロイックプリズム、１７０ 投写レンズ、２００ ユニット枠、２１０ 光学素子、２１０ 遮光板、２２０ レンズアレイ、２３０ クリップ、３１０ 光学素子、４００ 積層体、４１０ 積層ブロック、４１０Ａ 切断面、５００ 研磨装置、６００ 試験片、６０１ 試験、６０１ 試験片、６１０ 固定枠、６２０ 黄変、９５１ 光入射面、９５２ 光出射面、９６１ 気泡、９８１ 角部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに略平行な光入射面及び光出射面を有し、
前記光入射面あるいは前記光出射面に対して所定の傾斜角度を有する接合面によって接着層を介して接合された複数の透光性基板と、
複数の前記透光性基板の間の境界部に交互に設けられ、前記光入射面に入射した光を偏光方向が互いに直交する異なる２種類の直線偏光に分離して一方の直線偏光を透過させ、他方の直線偏光を反射する偏光分離部と、反射された前記他方の直線偏光光束を反射し、光路の向きを変える反射部と、を有する光学素子と、
前記光出射面に配置され、前記２種類の直線偏光のうち何れか一方の直線偏光の偏光面を回転させて他方の直線偏光の偏光面と平行な直線偏光に変換して出射する位相差板と、を備え、
前記接着層は、紫外線硬化型の接着剤であり、厚みが５μｍ以上１０μｍ以下であり、
前記位相差板は、前記光出射面であって、前記偏光分離部の上部の領域又は前記反射部の上部の領域に配置され、
波長λの光に対して位相差Γ１の第１の波長板と、前記波長λの光に対して位相差Γ２の第２の波長板と、を各々の光学軸が交差するように配置してなり、
入射する直線偏光の偏光面を回転角θ＝９０（ｄｅｇ）回転させた直線偏光に変換して出射する位相差板であって、
下式（１）及び（２）を満足し、
Γ１＝３６０（ｄｅｇ）・・・（１）
Γ２＝１８０（ｄｅｇ）・・・（２）
前記第１の波長板の光学軸方位角θ１と前記第２の波長板の光学軸方位角θ２が以下の条件１乃至４のうちの何れかの条件を満足することを特徴とする偏光変換素子。
条件１：θ１＝−１６（ｄｅｇ）、θ２＝４５（ｄｅｇ）
条件２：θ１＝１６（ｄｅｇ）、θ２＝１３５（ｄｅｇ）
条件３：θ１＝７４（ｄｅｇ）、θ２＝１３５（ｄｅｇ）
条件４：θ１＝１０６（ｄｅｇ）、θ２＝４５（ｄｅｇ）
【請求項２】
前記第１、第２の波長板の材質が無機光学結晶であり、
前記第１の波長板の主面における法線と前記無機光学結晶の結晶光学軸とのなす角度を前記第１の波長板の切断角度Ｚ１とし、
前記第２の波長板の主面における法線と前記無機光学結晶の結晶光学軸とのなす角度を前記第２の波長板の切断角度Ｚ２としたとき、
前記切断角度Ｚ１と前記切断角度Ｚ２とが異なることを特徴とする請求項１に記載の偏光変換素子。
【請求項３】
前記切断角度Ｚ１と前記切断角度Ｚ２が、
Ｚ１＝２７（ｄｅｇ）、Ｚ２＝１８（ｄｅｇ）
を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の偏光変換素子。
【請求項４】
前記位相差板は、
前記光学素子の端縁部に、前記偏光分離部と前記反射部とが交互に並べられた方向に沿って接合された基部と、
該基部に連続して形成され、且つ前記偏光分離部又は前記反射部の前記光出射面側に配置された複数の位相差部本体と、を備えていることを特徴とする請求項１乃至３何れか一項に記載の偏光変換素子。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一項に記載の偏光変換素子において、
前記接着層は、変性アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とすることを特徴とする偏光変換素子。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の偏光変換素子において、
前記位相差板と前記光出射面とは、接合層により接合され、
前記接合層は、シロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ）を含む原子構造を有するＳｉ骨格と、該Ｓｉ骨格に結合する脱離基と、を含み、
前記Ｓｉ骨格のうち、前記脱離基が脱離したＳｉ骨格の未結合手が活性手となって、前記位相差板と前記光出射面と接合していることを特徴とする偏光変換素子。
【請求項７】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の偏光変換素子において、
前記透光性基板と前記位相差板とは、接合層により接合され、
前記接合層は、前記透光性基板に設けられた微結晶連続薄膜と、前記位相差板に設けられた微結晶連続薄膜とを接触させて、前記透光性基板の微結晶連続薄膜と前記位相差板の微結晶連続薄膜との接触界面及び結晶粒界に原子拡散を生じさせる原子拡散接合法により形成される、又は、前記透光性基板及び前記位相差板のうちの何れか一方に設けられた微結晶連続薄膜と、何れか他方に設けられた微結晶構造とを接触させて、前記微結晶連続薄膜と前記微結晶構造との接触界面及び結晶粒界に原子拡散を生じさせる原子拡散接合法により形成されることを特徴とする偏光変換素子。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一項に記載の偏光変換素子と、
当該偏光変換素子を固定する固定枠と、
を備えることを特徴とする偏光変換ユニット。
【請求項９】
光を出射する光源装置と、
請求項８に記載の偏光変換ユニットと、
当該偏光変換ユニットからの偏光光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
当該光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、
を備えることを特徴とする投射装置。
【請求項１】
互いに略平行な光入射面及び光出射面を有し、
前記光入射面あるいは前記光出射面に対して所定の傾斜角度を有する接合面によって接着層を介して接合された複数の透光性基板と、
複数の前記透光性基板の間の境界部に交互に設けられ、前記光入射面に入射した光を偏光方向が互いに直交する異なる２種類の直線偏光に分離して一方の直線偏光を透過させ、他方の直線偏光を反射する偏光分離部と、反射された前記他方の直線偏光光束を反射し、光路の向きを変える反射部と、を有する光学素子と、
前記光出射面に配置され、前記２種類の直線偏光のうち何れか一方の直線偏光の偏光面を回転させて他方の直線偏光の偏光面と平行な直線偏光に変換して出射する位相差板と、を備え、
前記接着層は、紫外線硬化型の接着剤であり、厚みが５μｍ以上１０μｍ以下であり、
前記位相差板は、前記光出射面であって、前記偏光分離部の上部の領域又は前記反射部の上部の領域に配置され、
波長λの光に対して位相差Γ１の第１の波長板と、前記波長λの光に対して位相差Γ２の第２の波長板と、を各々の光学軸が交差するように配置してなり、
入射する直線偏光の偏光面を回転角θ＝９０（ｄｅｇ）回転させた直線偏光に変換して出射する位相差板であって、
下式（１）及び（２）を満足し、
Γ１＝３６０（ｄｅｇ）・・・（１）
Γ２＝１８０（ｄｅｇ）・・・（２）
前記第１の波長板の光学軸方位角θ１と前記第２の波長板の光学軸方位角θ２が以下の条件１乃至４のうちの何れかの条件を満足することを特徴とする偏光変換素子。
条件１：θ１＝−１６（ｄｅｇ）、θ２＝４５（ｄｅｇ）
条件２：θ１＝１６（ｄｅｇ）、θ２＝１３５（ｄｅｇ）
条件３：θ１＝７４（ｄｅｇ）、θ２＝１３５（ｄｅｇ）
条件４：θ１＝１０６（ｄｅｇ）、θ２＝４５（ｄｅｇ）
【請求項２】
前記第１、第２の波長板の材質が無機光学結晶であり、
前記第１の波長板の主面における法線と前記無機光学結晶の結晶光学軸とのなす角度を前記第１の波長板の切断角度Ｚ１とし、
前記第２の波長板の主面における法線と前記無機光学結晶の結晶光学軸とのなす角度を前記第２の波長板の切断角度Ｚ２としたとき、
前記切断角度Ｚ１と前記切断角度Ｚ２とが異なることを特徴とする請求項１に記載の偏光変換素子。
【請求項３】
前記切断角度Ｚ１と前記切断角度Ｚ２が、
Ｚ１＝２７（ｄｅｇ）、Ｚ２＝１８（ｄｅｇ）
を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の偏光変換素子。
【請求項４】
前記位相差板は、
前記光学素子の端縁部に、前記偏光分離部と前記反射部とが交互に並べられた方向に沿って接合された基部と、
該基部に連続して形成され、且つ前記偏光分離部又は前記反射部の前記光出射面側に配置された複数の位相差部本体と、を備えていることを特徴とする請求項１乃至３何れか一項に記載の偏光変換素子。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一項に記載の偏光変換素子において、
前記接着層は、変性アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とすることを特徴とする偏光変換素子。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の偏光変換素子において、
前記位相差板と前記光出射面とは、接合層により接合され、
前記接合層は、シロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ）を含む原子構造を有するＳｉ骨格と、該Ｓｉ骨格に結合する脱離基と、を含み、
前記Ｓｉ骨格のうち、前記脱離基が脱離したＳｉ骨格の未結合手が活性手となって、前記位相差板と前記光出射面と接合していることを特徴とする偏光変換素子。
【請求項７】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の偏光変換素子において、
前記透光性基板と前記位相差板とは、接合層により接合され、
前記接合層は、前記透光性基板に設けられた微結晶連続薄膜と、前記位相差板に設けられた微結晶連続薄膜とを接触させて、前記透光性基板の微結晶連続薄膜と前記位相差板の微結晶連続薄膜との接触界面及び結晶粒界に原子拡散を生じさせる原子拡散接合法により形成される、又は、前記透光性基板及び前記位相差板のうちの何れか一方に設けられた微結晶連続薄膜と、何れか他方に設けられた微結晶構造とを接触させて、前記微結晶連続薄膜と前記微結晶構造との接触界面及び結晶粒界に原子拡散を生じさせる原子拡散接合法により形成されることを特徴とする偏光変換素子。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一項に記載の偏光変換素子と、
当該偏光変換素子を固定する固定枠と、
を備えることを特徴とする偏光変換ユニット。
【請求項９】
光を出射する光源装置と、
請求項８に記載の偏光変換ユニットと、
当該偏光変換ユニットからの偏光光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
当該光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、
を備えることを特徴とする投射装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【公開番号】特開２０１３−３３６８（Ｐ２０１３−３３６８Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３４８６１（Ｐ２０１１−１３４８６１）
【出願日】平成２３年６月１７日（２０１１．６．１７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１７日（２０１１．６．１７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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