偏光変換素子およびその製造方法
【課題】光および熱に対して耐性を有する偏光変換素子を提供する。
【解決手段】光１５１が入射される入射面１０２と、入射面１０２に平行な出射面１０３を有する板状の偏光変換素子１０１であって、入射光１５１をＳ偏光とＰ偏光に分離し、Ｓ偏光とＰ偏光の内どちらか一方を透過し、他方を反射する偏光分離膜１２２と、光の偏光面を回転させる、無機材料からなる膜状の旋光子１１２と、光を反射する反射膜１２３とを備え、偏光分離膜１２２、旋光子１１２および反射膜１２３は、入射面１０２および出射面１０３の間に位置し、入射面１０２および出射面１０３に対して傾き、入射面１０２と平行な方向に周期的に配置されている。
【解決手段】光１５１が入射される入射面１０２と、入射面１０２に平行な出射面１０３を有する板状の偏光変換素子１０１であって、入射光１５１をＳ偏光とＰ偏光に分離し、Ｓ偏光とＰ偏光の内どちらか一方を透過し、他方を反射する偏光分離膜１２２と、光の偏光面を回転させる、無機材料からなる膜状の旋光子１１２と、光を反射する反射膜１２３とを備え、偏光分離膜１２２、旋光子１１２および反射膜１２３は、入射面１０２および出射面１０３の間に位置し、入射面１０２および出射面１０３に対して傾き、入射面１０２と平行な方向に周期的に配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光変換素子およびその製造方法に関するものである。特に、ランプ光源からの非偏光光を１方向の偏光光に変換する偏光変換素子およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非偏光光を１方向の偏光に変換する偏光変換素子は、例えば、特許文献１、特許文献２に開示されている。特許文献１に開示されている偏光変換素子を、従来の第１偏光変換素子とし、特許文献２に開示されている偏光変換素子を、従来の第２偏光変換素子とする。従来の第１および第２偏光変換素子について説明する。図１７は従来の第１偏光変換素子の構成を示す断面図であり、図１８は従来の第１偏光変換素子の構成を示す斜視図である。また、図１９は従来の第２偏光変換素子の構成を示す断面図である。
【０００３】
図１７および図１８に示しているように、従来の第１偏光変換素子６０１は、光の入射面６０２および出射面６０３に対して斜め方向に層を形成するように、第１の基板６０４と第２の基板６０５とが交互に配置されて構成されている。第１の基板６０４において、第２の基板６０５側の一方の面には偏光分離膜６０６が、他方の面には反射膜６０７が形成され、それらと第２の基板６０５とは、接着剤層６０８を介して接着されている。また、出射面６０３には第２の基板６０５を覆うように、旋光子（１／２波長板）６０９が配置されている。このような構成の偏光変換素子６０１において、Ｐ偏光およびＳ偏光を含むランダム偏光である入射光６１０は、Ｓ偏光に偏光される。
【０００４】
また、図１９に示しているように、従来の第２の偏光変換素子７０１は、光の入射面７０２および出射面７０３に対して略４５度の斜め方向に層を形成するように、一方の面に偏光分離膜７０６が形成された透明な基板７０４が複数配置されていて、さらに、基板７０４および偏光分離膜７０６同士の間には、一層おきに、旋光子（１／２波長板）７０９が配置されている。偏光分離膜７０６および旋光子７０９と、基板７０４および旋光子７０９とは、接着剤からなる接着剤層７０８を介して接着されている。また、出射面７０３には、反射防止膜７１１が形成されている。このような、偏光変換素子７０１において、Ｐ偏光およびＳ偏光を含むランダム偏光である入射光７１０は、Ｓ偏光に偏光される。
【０００５】
なお、従来の第１の偏光変換素子６０１および従来の第２の偏光変換素子７０１において、旋光子６０９および旋光子７０９としては、例えば、入射光の波長の１／２の複屈折を有する複屈折板を用いればよい。旋光子６０９および旋光子７０９は、偏光分離膜６０６および偏光分離膜７０６に入射した光の偏光方向を回転させて、Ｐ偏光をＳ偏光に、Ｓ偏光をＰ偏光に変換する機能を有している。旋光子６０９および旋光子７０９としては、ポリカーボネート、アートンなどのプラスチックフィルムを延伸した延伸樹脂フィルムを用いている。
【特許文献１】特開２０００−２９８１２号公報
【特許文献２】特開２００４−７０２９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
通常、偏光変換素子はプロジェクタの高輝度ランプの近傍等で用いられる。そのため、強い光が照射され、さらに高温にもなる。上述のように従来の旋光子は樹脂フィルムであるため、強い光および熱を受けると変質劣化し、透過率や偏光変換効率が低下する。これを防ぐために、冷却構造の設置や、紫外線や近赤外線を除去するためのフィルターの設置等を行っていた。しかし、このような構成は、プロジェクタ全体の部品点数増加、大型化およびコストアップなどの原因になるという問題があった。また、旋光子である樹脂フィルムは、薄くて柔らかいために扱いにくく、歪曲なく、泡が形成されないよう基板等に付着させるということは困難であった。そのため、偏光変換素子は生産性が悪いという問題もあった。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、光および熱に対して耐性を有する偏光変換素子を提供することを目的とする。
【０００８】
さらに、本発明は、前記偏光変換素子を容易に製造することができる製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の偏光変換素子は、光が入射される入射面と、前記入射面に平行な出射面を有する板状の偏光変換素子であって、入射光をＳ偏光とＰ偏光に分離し、Ｓ偏光とＰ偏光の内どちらか一方を透過し、他方を反射する偏光分離膜と、光の偏光面を回転させる、無機材料からなる膜状の旋光子と、光を反射する反射膜とを備え、前記偏光分離膜、前記旋光子および前記反射膜は、前記入射面および前記出射面の間に位置し、前記入射面および前記出射面に対して傾き、前記入射面と平行な方向に周期的に配置されたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の偏光変換素子の第１の製造方法は、第１の透明基板上または前記第１の透明基板上に積層された層上に、金属酸化物膜である旋光子を斜方蒸着により形成して、積層体を作製する積層体作製工程と、前記積層体作製工程で作製した前記積層体と、第２の透明基板とを、交互に積層して接着し、接着体を形成する接着工程と、前記接着工程後に、前記接着体を前記積層体および前記第２の透明基板に対して傾く方向に切断して、板状体を切り出す切断工程とを備えている。
【００１１】
また、本発明の偏光変換素子の第２の製造方法は、第１の透明基板上または前記第１の透明基板上に積層された層上に、金属酸化物膜である旋光子を斜方蒸着により形成して、積層体を作製する積層体作製工程と、前記積層体作製工程で作製した前記第１の積層体と、少なくとも第２の透明基板を有する第２の積層体とを、交互に積層して接着し、接着体を形成する接着工程と、前記接着工程後に、前記接着体を前記第１の積層体および前記第２の積層体に対して傾く方向に切断して、板状体を切り出す切断工程とを備えている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、光および熱に対して耐性を有する偏光変換素子を提供することができ、さらにこのような偏光変換素子を容易に製造することができる偏光変換素子の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の偏光変換素子は、旋光子として、無機材料を用いているので、光および熱に対して耐性を有している。
【００１４】
また、本発明の偏光変換素子において、好ましくは、前記旋光子は、複屈折を有する金属酸化物膜である。金属酸化物膜は、無機材料の中でも光および熱に対して高い耐性を有する上、強度および密着性も高い。そのため、本発明の偏光変換素子は、さらに光および熱に対して高い耐性を有するうえ、強度も高い。また、蒸着により旋光子を作製することができるので、容易に製造することができ、生産性も上がる。
【００１５】
また、本発明の偏光変換素子において、好ましくは、前記旋光子は、斜方蒸着により形成された、複屈折を有する前記金属酸化物膜である。金属酸化物膜を斜方蒸着により形成することで、高い複屈折性を得ることができる。また、斜方蒸着により旋光子を形成するため容易に旋光子を形成することができる。そのため、生産性も上がる。なお、斜方蒸着とは、蒸着面を蒸着源に対して斜めに設置して蒸着を行うことで、旋光子である複屈折膜を容易に形成することができる。
【００１６】
また、本発明の偏光変換素子は、好ましくは、第１の透明基板と、前記第１の透明基板の片面に形成された前記旋光子とを有する第１の積層体と、第２の透明基板と、前記第２の透明基板の片面に形成された偏光分離膜と、前記第２の透明基板の他面に形成された反射膜とを有する第２の積層体とを備え、前記第１の積層体と前記第２の積層体とが、前記入射面および前記出射面に対して傾き、前記入射面と前記出射面とに対して平行な方向に交互に積層され、前記偏光分離膜と前記旋光子とが対向し、前記反射膜と前記第１の透明基板とが対向している構成とすればよい。
【００１７】
また、本発明の偏光変換素子は、好ましくは、第１の透明基板と、前記第１の透明基板の片面に順次形成された前記偏光分離膜および前記旋光子と、前記第１の透明基板の他面に形成された前記反射膜とを有する積層体と、第２の透明基板とを備え、前記積層体と前記第２の透明基板とが、前記入射面および前記出射面に対して傾き、前記入射面と前記出射面とに対して平行な方向に交互に積層されている構成とすればよい。
【００１８】
また、本発明の偏光変換素子は、好ましくは、第１の透明基板と、前記第１の透明基板の片面に形成された前記偏光分離膜と、前記第１の透明基板の他面に形成された前記旋光子とを有する第１の積層体と、第２の透明基板と、前記第２の透明基板の片面に形成された反射膜とを有する第２の積層体とを備え、前記第１の積層体と前記第２の積層体とが、前記入射面および前記出射面に対して傾き、前記入射面と前記出射面とに対して平行な方向に交互に積層されていて、前記第２の透明基板と前記偏光分離膜とが対向し、前記旋光子と前記反射膜とが対向している。それにより、光が２回透過する間に、直線偏光を直線偏光に維持したまま偏光軸（偏光面）を回転させる機能を有する旋光子を用いている。そのため、旋光子の膜厚を薄くすることができる。
【００１９】
また、本発明の偏光変換素子は、好ましくは、第１の透明基板と、前記第１の透明基板の片面に形成された前記偏光分離膜と、前記第１の透明基板の他面に順次形成された前記旋光子および前記反射膜とを有する積層体と、第２の透明基板とを備え、前記積層体と前記第２の透明基板とが、前記入射面および前記出射面に対して傾き、前記入射面と前記出射面とに対して平行な方向に交互に積層されている。それにより、光が２回透過する間に、直線偏光を直線偏光に維持したまま偏光軸（偏光面）を回転させる機能を有する旋光子を用いている。そのため、旋光子の膜厚を薄くすることができる。
【００２０】
また、本発明の偏光変換素子は、好ましくは、第１の透明基板と、前記第１の透明基板の片面に順次形成された前記反射膜および前記旋光子とを有する第１の積層体と、第２の透明基板と、前記第２の透明基板の片面に形成された偏光分離膜とを有する第２の積層体とを備え、前記第１の積層体と前記第２の積層体とが、前記入射面および前記出射面に対して傾き、前記入射面と前記出射面とに対して平行な方向に交互に積層されていて、前記第１の透明基板と前記偏光分離膜とが対向し、前記旋光子と前記第２の透明基板とが対向している。それにより、光が２回透過する間に、直線偏光を直線偏光に維持したまま偏光軸（偏光面）を回転させる機能を有する旋光子を用いている。そのため、旋光子の膜厚を薄くすることができる。
【００２１】
また、本発明の偏光変換素子の第１および第２の製造方法は、金属酸化物膜である旋光子を斜方蒸着により形成するので、耐光性および耐熱性を有し、かつ、高い複屈折性を有する旋光子を容易に形成することができる。そのため、高品質な偏光変換素子を容易に製造することができる。また、従来のように、薄く軟らかい樹脂フィルムの貼り付け工程が不要になり、旋光子を均一に安定して形成することができる。そのため、品質のよい偏光変換素子を、高い生産性で製造することができる。
【００２２】
以下、本発明の具体的な実施形態について、図を参照しながら説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る偏光変換素子およびその製造方法について図を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る偏光変換素子の構成を示す断面図である。
【００２４】
実施の形態１の偏光変換素子１０１は、第１の積層体１１０と第２の積層体１２０とが、光の入射面１０２および出射面１０３に対して斜め方向に層を形成するように交互に周期的に配置された構造である。入射面１０２および出射面１０３に対する各層の傾きは、例えば略４５度とすればよい。また、第１の積層体１１０と第２の積層体１２０との間には接着剤が塗布されていて、接着剤層１０８が形成されている。
【００２５】
第１の積層体１１０は、第１の透明基板１１１と、第１の透明基板１１１の一方の面に形成された無機材料からなる膜状の旋光子１１２とを有する。また、第２の積層体１２０は、第２の透明基板１２１と、第２の透明基板１２１の一方の面に形成された偏光分離膜１２２と、第２の透明基板１２１の他方の面に形成された反射膜１２３とを有する。
【００２６】
また、偏光分離膜１２２と旋光子１１２とが接着剤層１０８を介して対向し、反射膜１２３と第１の透明基板１１１とが接着剤層１０８を介して対向している。
【００２７】
光源から発せられた入射光１５１は、Ｐ偏光とＳ偏光を含むランダム偏光の光であり、偏光変換素子１０１の入射面１０２に対して直角方向から入射される。入射光１５１は、第１の透明基板１１１を透過して、偏光分離膜１２２でＰ偏光とＳ偏光とに分離される。偏光分離膜１２２は、例えば誘電体多層膜であり、Ｓ偏光かＰ偏光のいずれか一方を透過して他方を反射する特性を有するが、実施の形態１では、Ｐ偏光を透過しＳ偏光を反射する特性を有することとする。
【００２８】
入射光１５１の内Ｐ偏光は、偏光分離膜１２２を透過して、直進し、接着剤層１０８を透過して、旋光子１１２に入射する。旋光子１１２は、光の偏光方向を回転させるので、Ｐ偏光はＳ偏光に変換され、第１の透明基板１１１を透過して出射面１０３より出射される。旋光子１１２は、入射した直線偏光を直線偏光に維持したまま、偏光軸（偏光面）を回転させる機能を有する複屈折膜である。なお、旋光子は、一般的に１／２波長の位相差を生じる膜なので、１／２波長板あるいはλ／２板と呼ぶこともある。旋光子１１２は、無機材料からなるので、耐熱性および耐光性を有している。
【００２９】
入射光の内、偏光分離膜１２２で分離され反射されたＳ偏光は第２の透明基板１２１の中を入射面１０２および出射面１０３に対して略平行に進んで、反射膜１２３で直角に反射され、第２の透明基板１２１を透過して出射面１０３から出射される。
【００３０】
したがって、出射面１０３から出射されるのはＳ偏光のみとなる。つまり、偏光変換素子１０１は、Ｐ偏光およびＳ偏光を含むランダム偏光の光をＳ偏光に変換することができる。
【００３１】
次に、本発明の実施の形態１に係る偏光変換素子１０１の製造方法について、図を用いて説明する。図２は本発明の実施の形態１に係る偏光変換素子を製造するための蒸着装置を説明する図である。図３は本発明の実施の形態１に係る偏光変換素子の製造工程における接着時の配列を示す図である。また、図４は本発明の実施の形態１に係る偏光変換素子の製造工程における切断位置を示す断面図である。
【００３２】
まず、平行基板である第１の透明基板１１１の一方の面に旋光子１１２を形成して、第１の積層体１１０を作製する。この形成方法について、図２を用いて説明する。図２より、真空蒸着装置１９１は、チャンバ１９０、基板ホルダ１９２および蒸着源１９３を備えていて、基板ホルダ１９２および蒸着源１９３はチャンバ１９０内に設置されている。真空蒸着装置１９１は、他に、排気ポンプ、電子銃および基板加熱装置等を備えているが、図示は省略している。
【００３３】
基板ホルダ１９２には、第１の透明基板１１１が設置される。真空蒸着装置１９１を用いて、この第１の透明基板１１１の面に旋光子１１２を蒸着により形成する。第１の透明基板１１１としては、ここでは一例として白板ガラスを用いた。基板ホルダ１９２に、第１の透明基板１１１を設置する際に、蒸着源１９３方向に対して傾けて設置する。つまり、第１の透明基板１１１と蒸着源１９３とを結ぶ線に対して、第１の透明基板１１１が垂直ではなく、傾くように設置する。これにより、第１の透明基板１１１における旋光子１１２が形成される面（成膜される面）と、第１の透明基板１１１と蒸着源１９３とを結ぶ線が垂直ではなく、傾く。このようにして、蒸着を行うことで、いわゆる斜方蒸着を行うことができ、第１の透明基板１１１上に旋光子１１２を形成することができる。例えば、蒸着源１９３の方向に対して、第１の透明基板１１１の成膜される面が約６０度となるように、第１の透明基板１１１を設置する。なお、この傾斜角度は蒸着材料の成膜条件、膜質、生産性などにより適宜設定すればよい。また、第１の透明基板１１１上に蒸着される蒸着材料は特に限定されるものではなく、斜方蒸着により複屈折を有する材料であればよく、例えば、酸化タンタルを用いればよい。
【００３４】
第１の透明基板１１１を基板ホルダ１９２に設置し、蒸着材料である酸化タンタルを蒸着源１９３に入れる。次に、排気ポンプを用いてチャンバ１９０内の空気を排気し、チャンバ１９０内を真空にする。この間に、基板加熱装置を用いて第１の透明基板１１１を加熱してもよい。第１の透明基板１１１を加熱することで、第１の透明基板１１１と蒸着される膜との付着力を高めることができるため、膜の強度を高めることができる。チャンバ１９０内が真空となった後、蒸着源１９３を加熱して蒸着材料を溶融蒸発させる。蒸発した蒸着材料は、第１の透明基板１１１の面に対して斜方から入射する。それにより、第１の透明基板１１１の面に蒸着材料が膜となって付着する。この膜は方向によって屈折率が異なる、つまり、複屈折性を有する膜である。具体的には、図２において、上下方向および紙面と直角方向で屈折率に差異が生じる膜である。このようにして、第１の透明基板１１１上に形成された膜が、偏光変換素子１０１で用いることができる、光の１／２波長の位相差を生じる膜厚となるまで斜方蒸着を続ける。なお、この膜の成膜の前後に、第１の透明基板１１１と、この膜（旋光子１１２）との付着力を向上させるための下地膜や、複屈折膜の耐候性や耐損傷性を向上させるための保護膜を形成してもよい。このようにして、第１の透明基板１１１上に旋光子１１２である膜を形成する。
【００３５】
このように実施の形態１では、旋光子１１２は、軟弱な樹脂フィルムではなく、第１の透明基板１１１の面に形成された金属酸化物の膜である。そのため、フィルム貼り合わせの際の歪曲、泡の巻き込み等の不良が発生しないため、製造が容易であり、生産性が高い。また、斜方蒸着を用いることで、第１の透明基板１１１の全面に一度に旋光子１１２を形成することができる。そのため、図１７および図１８に示した従来の第１偏光素子を製造する際には必要であった、旋光子を細かい間隔で精密に多数個貼り合わせるといった手間のかかる工程が不要なので、工数短縮、不良品の減少およびコストダウンが可能となる。
【００３６】
旋光子１１２は、無機材料であればよいが、中でも金属酸化物は耐熱性および耐光性が特に高い上、密着性および強度も高い。また、斜方蒸着により形成された膜は、高い複屈折性を有するという効果を奏する。また、金属酸化物としては、上述した酸化タンタル以外に、例えば、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化ジルコニウムおよび酸化アルミニウム等を用いればよい。
【００３７】
次に、第２の積層体１２０を作製する。白板ガラス製の第２の透明基板１２１の片面に、例えば、アルミニウムかクロムの膜あるいは誘電体多層膜からなる反射膜１２３を成膜する。次いで第２の透明基板１２１の反対面に誘電体多層膜からなる偏光分離膜１２２を成膜する。このようにして、第２の積層体１２０を作製する。これらの成膜においては、図２に示した真空蒸着装置１９１を用いればよい。なお、この場合は斜方蒸着は行わない。つまり、第２の透明基板１２１を、蒸着源１９３方向に対して垂直となるように設置して蒸着を行えばよい。また、蒸着以外に、例えば、スパッタ等を用いて成膜を行ってもよい。
【００３８】
次に、図３に示すように、第１の積層体１１０および第２の積層体１２０を交互に複数配列する。このとき、偏光分離膜１２２と旋光子１１２とが対向し、反射膜１２３と第１の透明基板１１１とが対向するように配置する。このように、第１の積層体１１０および第２の積層体１２０が交互に配列されるように、接着剤を用いてそれぞれの積層体同士を接着する。それにより、図４に示す接着体１４０を得る。また、図４に示しているように、第１の積層体１１０と第２の積層体１２０とを交互に接着することで形成された接着体１４０の両端にはどちらの面にも膜が形成されていない、第３の透明基板１３０を接着することが好ましい。それにより、偏光変換素子１０１完成後において、第３の透明基板１３０を光学機器に取り付ける時の固定部として用いることができる。また、偏光変換素子１０１完成後において、第３の透明基板１３０は端部となる。つまり、偏光変換素子１０１の後工程の切り出しや研磨において欠けやすい端の箇所が、光を制御することのない第３の透明基板１３０となる。そのため、偏光変換素子１０１の作製の際に、光学機能に影響を与えることがない。なお、図４においては、見やすさを考慮して、接着剤層１０８（図１参照）の図示を省略しているが、実際には、第１の積層体１１０、第２の積層体１２０および第３の透明基板１３０の各接着面には接着剤層１０８が形成されている（図１参照）。
【００３９】
次に、図４に示すように、接着体１４０を、第１の積層体１１０の面に対して斜めの方向に切断線１４１に沿って切断する。例えば、第１の積層体１１０の面に対して、切断線１４１が約４５度方向に傾くようにすればよい。図４において、切断線１４１は一点鎖線で示している。切断後に、研磨等を行うので、その分を考慮して、偏光変換素子１０１完成後（図１参照）の厚みよりも余分の厚さになるように、適宜切断間隔を決定する。なお、切断線１４１が、入射面１０２もしくは出射面１０３側となる（図１参照）。切断には、例えば、ワイヤーソー、外周刃切断機および内周刃切断機等を用いることができる。
【００４０】
また、第１の積層体１１０および第２の積層体１２０とを配列して接着する場合に、図３、図４に示しているように、切断方向とほぼ同一方向に各部材をずらして配列して接着すれば、端材を最小に抑えることができ、偏光変換素子１０１を多く製造することができる。
【００４１】
次に、切り出した板材は切断面が粗いので上下両面を研磨して透明な表面に仕上げ、入射面１０２および出射面１０３を形成する。以上の工程で偏光変換素子１０１が製造される。
【００４２】
実施の形態１の偏光変換素子とその製造方法によれば、旋光子１１２を第１の透明基板１１１に斜方蒸着により形成するので、従来のように樹脂フィルムの貼り合わせをする必要がなく、樹脂フィルム（旋光子）の歪曲や泡の巻き込み、位置ズレが生じない。そのため、容易に高精度で旋光子１１２を形成することができる。
【００４３】
また、実施の形態１に係る偏光変換素子１０１用いたプロジェクタを実際に作製し、投射試験を行った。その結果、従来の樹脂フィルム製の旋光子を用いた偏光変換素子では高温で高輝度光に曝されて徐々に樹脂フィルムが変色して、透過率と偏光変換効率が劣化した。しかし、実施の形態１の偏光変換素子１０１では旋光子１１２の透過率と偏光変換効率の劣化が少なく、プロジェクタの寿命が向上した。
【００４４】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る偏光変換素子およびその製造方法について図を用いて説明する。図５は本発明の実施の形態２に係る偏光変換素子の構成を示す断面図である。
【００４５】
実施の形態２の偏光変換素子２０１は、積層体２１０と第２の透明基板２２１とが、光の入射面２０２および出射面２０３に対して斜め方向に層を形成するように交互に周期的に配置された構造である。入射面２０２および出射面２０３に対する各層の傾きは、例えば略４５度とすればよい。また、積層体２１０と第２の透明基板２２１との間には接着剤が塗布されていて、接着剤層２０８が形成されている。
【００４６】
第１の積層体２１０は、第１の透明基板２１１と、第１の透明基板２１１の一方の面に順次形成された偏光分離膜２１３および無機材料からなる膜状の旋光子２１２と、第１の透明基板２１１の他方の面に形成された反射膜２１４とを有する。旋光子２１２と反射膜２１４とが、それぞれ接着剤層２０８を介して第２の透明基板２２１に対向している。
【００４７】
光源から発せられた入射光２５１は、Ｐ偏光およびＳ偏光を含むランダム偏光であり、偏光変換素子２０１の入射面２０２に対して直角方向から入射される。入射光２５１は、第１の透明基板２１１を透過して、偏光分離膜２１３によってＰ偏光とＳ偏光とに分離される。偏光分離膜２１３は、実施の形態１と同様に例えば誘電体多層膜とし、Ｐ偏光を透過しＳ偏光を反射する特性を有することとする。
【００４８】
入射光２５１の内Ｐ偏光は、偏光分離膜２１３を透過して直進し、旋光子２１２に入射しＳ偏光に変換され、接着剤層２０８を透過して、第２の透明基板２２１を透過して、出射面２０３より出射される。
【００４９】
入射光２５１の内、偏光分離膜２１３によって分離され反射されたＳ偏光は第１の透明基板２１１中を入射面２０２および出射面２０３に対して略平行に進んで、反射膜２１４によって直角に反射され、第１の透明基板２１１を透過して、出射面２０３から出射される。
【００５０】
したがって、出射面２０３から出射されるのは、Ｓ偏光のみとなる。つまり、偏光変換素子２０１は、Ｐ偏光およびＳ偏光を含むランダム偏光をＳ偏光に偏光することができる。
【００５１】
次に、実施の形態２に係る偏光変換素子２０１の製造方法について、図６および図７を用いて説明する。図６は本発明の実施の形態２に係る偏光変換素子の製造工程における接着時の配列を示す断面図であり、図７は本発明の実施の形態２に係る偏光変換素子の製造工程における切断位置を示す断面図である。
【００５２】
まず、平行基板である第１の透明基板２１１の一方の面に偏光分離膜２１３と旋光子２１２を順次形成し、他方の面に反射膜２１４を形成して、積層体２１０を作製する。第２の透明基板２２１には成膜する必要がないので、その分成膜工程に時間およびコストがかからない。
【００５３】
第１の透明基板２１１および第２の透明基板２２１としては、例えば、光学ガラスＢＫ７を用いればよい。積層体２１０の作製には、図２に示す真空蒸着装置１９１を用いればよい。具体的には、図２に示す真空蒸着装置１９１の基板ホルダ１９２に第１の透明基板２１１を、蒸着源１９３方向に対して垂直となるように設置し、一方の面に反射膜２１４として、例えば、アルミニウムの下に増反射層を加えた増反射アルミニウムミラーを蒸着により成膜する。次に反射膜２１４の反対面に偏光分離膜２１３を蒸着する。そして、第１の透明基板２１１を蒸着源１９３方向に対して約７０度に傾けて設置し、偏光分離膜２１３上に、例えば、酸化ニオブを斜方蒸着し、偏光分離膜２１３上に複屈折膜である旋光子２１２を形成する。
【００５４】
次に、図６に示すように、積層体２１０と第２の透明基板２２１とを交互に複数配列して、積層体２１０および第２の透明基板２２１のそれぞれを接着剤を用いて接着する。なお、図６および図７においては、見やすさを考慮して、接着剤層２０８の図示を省略している。
【００５５】
次に、図７に示しているように、積層体２１０と第２の透明基板２２１とを交互に接着することで形成された接着体２４０を、積層体２１０の面に対して斜めの方向に切断線２４１に沿って切断する。例えば、積層体２１０の面に対して、切断線２４１が約４５度方向に傾くようにすればよい。図７において、切断線２４１は一点鎖線で示している。切断後に、研磨等を行うので、その分を考慮して、偏光変換素子２０１完成後（図５参照）の厚みよりも余分の厚さになるように、適宜切断間隔を決定する。なお、切断線２４１が、入射面２０２もしくは出射面２０３側となる（図５参照）。切断には、例えば、ワイヤーソー、外周刃切断機および内周刃切断機等を用いることができる。
【００５６】
また、積層体２１０および第２の透明基板２２１とを配列して接着する場合に、図６、図７に示しているように、切断方向とほぼ同一方向に各部材をずらして配列して接着すれば、端材を最小に抑えることができ、偏光変換素子２０１を多く製造することができる。
【００５７】
次に、切り出した板材は切断面が粗いので上下両面を研磨して透明な表面に仕上げ、入射面２０２および出射面２０３を形成する。以上の工程で偏光変換素子２０１が製造される。
【００５８】
実施の形態２の偏光変換素子とその製造方法によれば、旋光子２１２を第１の透明基板２１１の偏光分離膜２１３上に蒸着により形成するので、従来のように樹脂フィルムの貼り合わせをする必要がなく、樹脂フィルム（旋光子）の歪曲や泡の巻き込み、位置ズレが生じない。そのため、容易に高精度で旋光子２１２を形成することができる。
【００５９】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る偏光変換素子３０１およびその製造方法について図を用いて説明する。図８は本発明の実施の形態３に係る偏光変換素子の構成を示す断面図である。
【００６０】
実施の形態３の偏光変換素子３０１は、第１の積層体３１０と第２の積層体３２０とが、光の入射面３０２および出射面３０３に対して斜め方向に層を形成するように交互に周期的に配置された構造である。入射面３０２および出射面３０３に対する各層の傾きは、例えば略４５度とすればよい。また、第１の積層体３１０と第２の積層体３２０との間には接着剤が塗布されていて、接着剤層３０８が形成されている。
【００６１】
第１の積層体３１０は、第１の透明基板３１１と、第１の透明基板３１１の一方の面に形成された偏光分離膜３１３と、第１の透明基板３１１の他方の面に形成された無機材料からなる膜状の旋光子３１２とを有する。また、第２の積層体３２０は、第２の透明基板３２１と、第２の透明基板３２１の一方の面に形成された反射膜３２２とを有する。
【００６２】
また、第２の透明基板３２１と偏光分離膜３１３とが接着剤層３０８を介して対向し、旋光子３１２と反射膜３２２とが接着剤層３０８を介して対向している。
【００６３】
光源から発せられた入射光３５１は、Ｐ偏光およびＳ偏光を含むランダム偏光であり、偏光変換素子３０１の入射面３０２に対して直角方向から入射される。入射光３５１は、第１の透明基板３１１を透過して、偏光分離膜３１３によってＰ偏光とＳ偏光とに分離される。偏光分離膜３１３は、実施の形態１と同様に例えば誘電体多層膜とし、Ｐ偏光を透過しＳ偏光を反射する特性を有することとする。
【００６４】
入射光３５１の内Ｐ偏光は、偏光分離膜３１３を透過して直進し、接着剤層３０８および第２の透明基板３２１を透過して、出射面３０３より出射される。
【００６５】
入射光３５１の内、偏光分離膜３１３によって分離されたＳ偏光は第１の透明基板３１１中を入射面３０２および出射面３０３に対して略平行に進んで、旋光子３１２に入射し、接着剤層３０８を透過し、反射膜３２２によって直角に反射され、再び、接着剤層３０８および旋光子３１２を透過して、第１の透明基板３１１を透過して、出射面３０３から出射される。Ｓ偏光は、旋光子３１２に入射し、接着剤層３０８を透過し、反射膜３２２においてさらに直角に反射され、再び、接着剤層３０８および旋光子３１２を透過する際に、Ｐ偏光に変換される。このように、旋光子３１２は、２回の透過で光を偏光するようにする。それにより、１回の透過で光を偏光する場合（例えば、実施の形態１、２に示している場合）よりも旋光子３１２を薄くできる。そのため、旋光子３１２を斜方蒸着により形成する場合に、材料を少なくかつ製造時間を短くできる。
【００６６】
上述のように、出射面３０３から出射されるのは、Ｐ偏光のみとなる。つまり、偏光変換素子３０１は、Ｐ偏光およびＳ偏光を含むランダム偏光をＰ偏光に偏光することができる。
【００６７】
次に、実施の形態３に係る偏光変換素子３０１の製造方法について、図９および図１０を用いて説明する。図９は本発明の実施の形態３に係る偏光変換素子の製造工程における接着時の配列を示す断面図であり、図１０は本発明の実施の形態３に係る偏光変換素子の製造工程における切断位置を示す断面図である。
【００６８】
まず、平行基板である第１の透明基板３１１の一方の面に偏光分離膜３１３を形成し、他方の面に旋光子３１２を形成して、第１の積層体３１０を作製する。次に、第２の透明基板３２１の一方の面に反射膜３２２を形成して、第２の積層体３２０を作製する。
【００６９】
第１の積層体３１０の作製には図２に示す真空蒸着装置１９１を用いればよい。具体的には、図２に示す真空蒸着装置１９１の基板ホルダ１９２に第１の透明基板３１１を、蒸着源１９３方向に対して垂直となるように設置し、一方の面に偏光分離膜３１３を蒸着する。そして、第１の透明基板３１１を蒸着源１９３方向に対して約７０度に傾けて、他方の面が蒸着源１９３に向くように設置して、例えば酸化ニオブを斜方蒸着する。それにより、第１の透明基板３１１の他方の面に、複屈折膜である旋光子３１２を形成する。上述したように、旋光子３１２は薄くてもよいので、蒸着にかかる時間が短い上、蒸着材料も少なくてすむ。
【００７０】
次に、第２の積層体３２０を作製する。第１の積層体３１０の作製と同様に、図２に示す真空蒸着装置１９１を用いればよい。真空蒸着装置１９１の基板ホルダ１９２に第２の透明基板３２１を、蒸着源１９３方向に対して垂直となるように設置し、一方の面に反射膜３２２として、例えば、アルミニウムの下に増反射層を加えた増反射アルミニウムミラーを蒸着により成膜する。
【００７１】
次に、図１０に示すように、第１の積層体３１０と第２の積層体３２０とを交互に複数配列する。このとき、第２の透明基板３２１と偏光分離膜３１３とが対向し、旋光子３１２と反射膜３２２とが対向するように配置する。このように、第１の積層体３１０および第２の積層体３２０が交互に配列されるように、接着剤を用いてそれぞれの積層体同士を接着する。それにより、図１０に示す接着体３４０を得る。また、図１０に示しているように、第１の積層体３１０と第２の積層体３２０とを交互に接着することで形成された接着体３４０の両端にはどちらの面にも膜が形成されていない、第３の透明基板３３０を接着することが好ましい。それにより、偏光変換素子３０１完成後において、第３の基板３３０を光学機器に取り付ける時の固定部として用いることができる。また、偏光変換素子３０１において、第３の基板３３０は端部となる。つまり、偏光変換素子３０１の後工程の切り出しや研磨において欠けやすい端の箇所が、光を制御することのない第３の基板３３０となる。そのため、偏光変換素子３０１の作製の際に、光学機能に影響を与えることがない。なお、図１０においては、見やすさを考慮して、接着剤層３０８（図８参照）の図示を省略しているが、実際には、第１の積層体３１０、第２の積層体３２０および第３の透明基板３３０の各接着面には接着剤層３０８が形成されている（図８参照）。
【００７２】
次に、図１０に示すように、接着体３４０を、第１の基板３１０の面に対して斜めの方向に切断線３４１に沿って切断する。例えば、第１の基板３１０の面に対して、切断線３４１が約４５度方向に傾くようにすればよい。図１０において、切断線３４１は一点鎖線で示している。切断後に、研磨等を行うので、その分を考慮して、偏光変換素子３０１完成後（図８参照）の厚みよりも余分の厚さになるように、適宜切断間隔を決定する。なお、切断線３４１が、入射面３０２もしくは出射面３０３側となる（図８参照）。切断には、例えば、ワイヤーソー、外周刃切断機および内周刃切断機などを用いることができる。
【００７３】
また、第１の積層体３１０および第２の積層体３２０とを配列して接着する場合に、図９、図１０に示しているように、切断方向とほぼ同一方向に各部材をずらして配列して接着すれば、端材を最小に抑えることができ、偏光変換素子３０１を多く製造することができる。
【００７４】
次に、切り出した板材は切断面が粗いので上下両面を研磨して透明な表面に仕上げ、入射面３０２および出射面３０３を形成する。以上の工程で偏光変換素子３０１が製造される。
【００７５】
実施の形態３の偏光変換素子とその製造方法によれば、旋光子３１２を第１の透明基板３１１に斜方蒸着により形成するので、従来のように樹脂フィルムの貼り合わせをする必要がなく、樹脂フィルム（旋光子）の歪曲や泡の巻き込み、位置ズレが生じない。そのため、容易に高精度で旋光子３１２を形成することができる。
【００７６】
また、上述のように、旋光子３１２は、光が２回透過する間に、直線偏光を直線偏光に維持したまま偏光軸（偏光面）を回転させる機能を有する構成としているため、実施形態１や実施の形態２の偏光変換素子１０１、２０１の旋光子１１２、２１２よりも膜厚は薄い。そのため、複屈折膜である旋光子３１２の成膜時間が短縮できるのでより安価な偏光分離素子３０１を実現できる。
【００７７】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る偏光変換素子およびその製造方法について図を用いて説明する。図１１は本発明の実施の形態４に係る偏光変換素子の構成を示す断面図である。
【００７８】
実施の形態４の偏光変換素子４０１は、積層体４１０と第４の透明基板２２１とが、光の入射面４０２および出射面４０３に対して斜め方向に層を形成するように交互に周期的に配置された構造である。入射面４０２および出射面４０３に対する各層の傾きは、例えば略４５度とすればよい。また、積層体４１０と第２の透明基板４２１との間には接着剤が塗布されていて、接着剤層４０８が形成されている。
【００７９】
第１の積層体４１０は、第１の透明基板４１１と、第１の透明基板４１１の一方の面に形成された偏光分離膜４１３と、第１の透明基板４１１の他方の面に順次形成された無機材料からなる膜状の旋光子４１２および反射膜４１４とを有する。偏光分離膜４１３と反射膜４１４とが、それぞれ接着剤層４０８を介して第２の透明基板４２１に対向している。
【００８０】
光源から発せられた入射光４５１は、Ｐ偏光およびＳ偏光を含むランダム偏光であり、偏光変換素子４０１の入射面４０２に対して直角方向から入射される。入射光４５１は、第１の透明基板４１１を透過して、偏光分離膜４１３によってＰ偏光とＳ偏光とに分離される。偏光分離膜４１３は、実施の形態１と同様に例えば誘電体多層膜とし、Ｐ偏光を透過しＳ偏光を反射する特性を有することとする。
【００８１】
入射光４５１の内Ｐ偏光は、偏光分離膜４１３を透過して直進し、接着剤層４０８および第２の透明基板４２１を透過して、出射面４０３より出射される。
【００８２】
入射光４５１の内、偏光分離膜４１３によって分離されたＳ偏光は第１の透明基板４１１中を入射面４０２および出射面４０３に対して略平行に進んで、旋光子４１２に入射し、反射膜４１４によって直角に反射され、再び、旋光子４１２に入射し、第１の透明基板４１１を透過して、出射面４０３から出射される。Ｓ偏光は、旋光子４１２に入射し、反射膜４１４において反射され、再び、旋光子４１２を透過する際に、Ｐ偏光に変換される。このように、旋光子４１２は、２回の透過で光を偏光するようにする。それにより、１回の透過で光を偏光する場合（例えば、実施の形態１、２に示している場合）よりも旋光子４１２を薄くできる。そのため、旋光子４１２を斜方蒸着により形成する場合に、材料を少なくかつ製造時間を短くできる。
【００８３】
上述のように、出射面４０３から出射されるのは、Ｐ偏光のみとなる。つまり、偏光変換素子４０１は、Ｐ偏光およびＳ偏光を含むランダム偏光をＰ偏光に偏光することができる。
【００８４】
次に、実施の形態４に係る偏光変換素子４０１の製造方法について、図１２および図１３を用いて説明する。図１２は本発明の実施の形態４に係る偏光変換素子の製造工程における接着時の配列を示す断面図であり、図１３は本発明の実施の形態４に係る偏光変換素子の製造工程における切断位置を示す断面図である。
【００８５】
まず、平行基板である第１の透明基板４１１の一方の面に偏光分離膜４１３を形成し、他方の面に旋光子４１２と反射膜４１４を順次形成して、積層体４１０を作製する。第２の透明基板４２１は成膜する必要がないので、その分成膜工程に時間およびコストがかからない。
【００８６】
積層体４１０の作製には、図２に示す真空蒸着装置１９１を用いればよい。具体的には、図２に示す真空蒸着装置１９１の基板ホルダ１９２に第１の透明基板４１１を、蒸着源１９３方向に対して垂直となるように設置し、一方の面に偏光分離膜４１３を蒸着により成膜する。次に、第１の透明基板４１１を蒸着源１９３方向に対して約７０度に傾けて、他方の面が蒸着源１９３に向くように設置して、例えば、酸化ニオブを斜方蒸着し、第１の透明基板４１１の他方の面に複屈折膜である旋光子４１２を形成する。そして、第１の透明基板４１１を再び蒸着源１９３方向に対して垂直となるように設置し、旋光子４１２上に反射膜４１４としてアルミニウムの下に増反射層を加えた増反射アルミニウムミラーを蒸着により成膜する。
【００８７】
次に、図１２に示すように、積層体４１０と第２の透明基板４２１とを交互に複数配列して、積層体４１０および第２の透明基板４２１のそれぞれを接着剤を用いて接着する。なお、図１２および図１３においては、見やすさを考慮して、接着剤層４０８の図示を省略している。
【００８８】
次に、図１３に示しているように、積層体４１０と第２の透明基板４２１とを交互に接着することで形成された接着体４４０を、積層体４１０の面に対して斜めの方向に切断線４４１に沿って切断する。例えば、積層体４１０の面に対して、切断線４４１が約４５度方向に傾くようにすればよい。図１３において、切断線４４１は一点鎖線で示している。切断後に、研磨等を行うので、その分を考慮して、偏光変換素子４０１完成後（図１１参照）の厚みよりも余分の厚さになるように、適宜切断間隔を決定する。なお、切断線４４１が、入射面４０２もしくは出射面４０３側となる（図１１参照）。切断には、例えば、ワイヤーソー、外周刃切断機および内周刃切断機などを用いることができる。
【００８９】
また、積層体４１０および第２の透明基板４２１とを配列して接着する場合に、図１２、図１３に示しているように、切断方向とほぼ同一方向に各部材をずらして配列して接着すれば、端材を最小に抑えることができ、偏光変換素子４０１を多く製造することができる。
【００９０】
次に、切り出した板材は切断面が粗いので上下両面を研磨して透明な表面に仕上げ、入射面４０２および出射面４０３を形成する。以上の工程で偏光変換素子４０１が製造される。
【００９１】
実施の形態４の偏光変換素子とその製造方法によれば、旋光子４１２を第１の透明基板４１１上に蒸着により形成するので、従来のように樹脂フィルムの貼り合わせをする必要がなく、樹脂フィルム（旋光子）の歪曲や泡の巻き込み、位置ズレが生じない。そのため、容易に高精度で旋光子４１２を形成することができる。
【００９２】
また、上述のように、旋光子４１２は、光が２回透過する間に、直線偏光を直線偏光に維持したまま偏光軸（偏光面）を回転させる機能を有する構成としているため、実施形態１や実施の形態２の偏光変換素子１０１、２０１の旋光子１１２、２１２よりも膜厚は薄い。そのため、複屈折膜である旋光子４１２の成膜時間が短縮できるのでより安価な偏光分離素子４０１を実現できる。
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５に係る偏光変換素子５０１およびその製造方法について図を用いて説明する。図１４は本発明の実施の形態５に係る偏光変換素子の構成を示す断面図である。
【００９３】
実施の形態５の偏光変換素子５０１は、第１の積層体５１０と第２の積層体５２０とが、光の入射面５０２および出射面５０３に対して斜め方向に層を形成するように交互に周期的に配置された構造である。入射面５０２および出射面５０３に対する各層の傾きは、例えば略４５度とすればよい。また、第１の積層体５１０と第２の積層体５２０との間には接着剤が塗布されていて、接着剤層５０８が形成されている。
【００９４】
第１の積層体５１０は、第１の透明基板５１１と、第１の透明基板５１１の一方の面に順次形成された反射膜５１３および無機材料からなる膜状の旋光子５１２とを有する。また、第２の積層体５２０は、第２の透明基板５２１と、第２の透明基板３２１の一方の面に形成された偏光分離膜５２２とを有する。
【００９５】
また、第１の透明基板５１１と偏光分離膜５２２とが接着剤層５０８を介して対向し、第２の透明基板５２１と旋光子５１２とが接着剤層５０８を介して対向している。
【００９６】
光源から発せられた入射光５５１は、Ｐ偏光およびＳ偏光を含むランダム偏光であり、偏光変換素子５０１の入射面５０２に対して直角方向から入射される。入射光５５１は、第１の透明基板５２１を透過して、偏光分離膜５２２によってＰ偏光とＳ偏光とに分離される。偏光分離膜５２２は、実施の形態１と同様に例えば誘電体多層膜とし、Ｐ偏光を透過しＳ偏光を反射する特性を有することとする。
【００９７】
入射光５５１の内Ｐ偏光は、偏光分離膜５２２を透過して直進し、接着剤層５０８および第１の透明基板５１１を透過して、出射面５０３より出射される。
【００９８】
偏光分離膜５２２によって分離されたＳ偏光は第２の透明基板５２１中を入射面５０２および出射面５０３に対して略平行に進んで、接着剤層５０８を透過し、旋光子５１２に入射し、反射膜５１３によって直角に反射され、再び、旋光子５１２を透過し、接着剤層５０８および第１の透明基板５１１を透過して、出射面５０３から出射される。Ｓ偏光は、旋光子５１２に入射し、反射膜３２２において直角に反射され、再び、旋光子５１２を透過する際に、Ｐ偏光に変換される。このように、旋光子５１２は、２回の透過で光を偏光するようにする。それにより、１回の透過で光を偏光する場合（例えば、実施の形態１、２に示している場合）よりも旋光子５１２を薄くできる。そのため、旋光子５１２を斜方蒸着により形成する場合に、材料を少なくかつ製造時間を短くできる。
【００９９】
上述のように、出射面５０３から出射されるのは、Ｐ偏光のみとなる。つまり、偏光変換素子５０１は、Ｐ偏光およびＳ偏光を含むランダム偏光をＰ偏光に偏光することができる。
【０１００】
次に、実施の形態５に係る偏光変換素子５０１の製造方法を図１５および図１６を用いて説明する。図１５は本発明の実施の形態５に係る偏光変換素子の製造工程における接着時の配列を示す断面図であり、図１６は本発明の実施の形態５に係る偏光変換素子の製造工程における切断位置を示す断面図である。
【０１０１】
まず、平行基板である第１の透明基板５１１の一方の面に反射膜５１３および旋光子５１２を順次形成して、第１の積層体５１０を作製する。次に、第２の透明基板５２１の一方の面に偏光分離膜５２２を形成して、第２の積層体５２０を作製する。
【０１０２】
第１の積層体５１０の作製には図２に示す真空蒸着装置１９１を用いればよい。具体的には、図２に示す真空蒸着装置１９１の基板ホルダ１９２に第１の透明基板５１１を、蒸着源１９３方向に対して垂直となるように設置し、一方の面に反射膜５１３として、例えば、アルミニウムの下に増反射層を加えた増反射アルミニウムミラーを蒸着により成膜する。そして、第１の透明基板５１１を蒸着源１９３方向に対して約７０度に傾けて設置し、反射膜５１３上に、例えば、酸化ニオブを斜方蒸着し、反射膜５１３上に複屈折膜である旋光子５１２を形成する。上述したように、旋光子５１２は薄くてもよいので、蒸着にかかる時間が短い上、蒸着材料も少なくてすむ。
【０１０３】
次に、第２の積層体５２０を作製する。第１の積層体５１０の作製と同様に、図２に示す真空蒸着装置１９１を用いればよい。真空蒸着装置１９１の基板ホルダ１９２に第２の透明基板５２１を、蒸着源１９３方向に対して垂直となるように設置し、一方の面に偏光分離膜５２２を蒸着する。
【０１０４】
次に、図１５に示しているように、第１の積層体５１０と第２の積層体５２０とを交互に複数配列する。このとき、第１の透明基板５１１と偏光分離膜５２２とが対向し、旋光子５１２と第２の透明基板５２１とが対向するように配置する。このように、第１の積層体５１０および第２の積層体５２０が交互に配列されるように、接着剤を用いてそれぞれの積層体同士を接着する。それにより、図１６に示す接着体５４０を得る。また、図１６に示しているように、第１の積層体５１０と第２の積層体５２０とを交互に接着することで形成された接着体５４０の両端にはどちらの面にも膜が形成されていない、第３の透明基板５３０を接着することが好ましい。それにより、偏光変換素子５０１完成後において、第３の基板５３０を光学機器に取り付ける時の固定部として用いることができる。また、偏光変換素子５０１において、第３の基板５３０は端部となる。つまり、偏光変換素子５０１の後工程の切り出しや研磨において欠けやすい端の箇所が、光を制御することのない第３の基板５３０となる。そのため、偏光変換素子５０１の作製の際に、光学機能に影響を与えることがない。なお、図１６においては、見やすさを考慮して、接着剤層５０８（図１４参照）の図示を省略しているが、実際には、第１の積層体５１０、第２の積層体５２０および第３の透明基板５３０の各接着面には接着剤層５０８が形成されている（図１４参照）。
【０１０５】
次に、図１６に示すように、接着体５４０を、第１の積層体５１０の面に対して斜めの方向に切断線５４１に沿って切断する。例えば、第１の積層体５１０の面に対して、切断線５４１が約４５度方向に傾くようにすればよい。図１６において、切断線５４１は一点鎖線で示している。切断後に、研磨等を行うので、その分を考慮して、偏光変換素子５０１完成後（図１４参照）の厚みよりも余分の厚さになるように、適宜切断間隔を決定する。なお、切断線５４１が、入射面５０２もしくは出射面５０３側となる（図１４参照）。切断には、例えば、ワイヤーソー、外周刃切断機および内周刃切断機などを用いることができる。
【０１０６】
また、第１の積層体５１０および第２の積層体５２０とを配列して接着する場合に、図１５、図１６に示しているように、切断方向とほぼ同一方向に各部材をずらして配列して接着すれば、端材を最小に抑えることができ、偏光変換素子５０１を多く製造することができる。
【０１０７】
次に、切り出した板材は切断面が粗いので上下両面を研磨して透明な表面に仕上げ、入射面５０２および出射面５０３を形成する。以上の工程で偏光変換素子５０１が製造される。
【０１０８】
実施の形態５の偏光変換素子とその製造方法によれば、旋光子５１２を第１の反射膜５１３上に蒸着により形成するので、従来のように樹脂フィルムの貼り合わせをする必要がなく、樹脂フィルム（旋光子）の歪曲や泡の巻き込み、位置ズレが生じない。そのため、容易に高精度で旋光子５１２を形成することができる。
【０１０９】
また、上述のように、旋光子５１２は、光が２回透過する間に、直線偏光を直線偏光に維持したまま偏光軸（偏光面）を回転させる機能を有する構成としているため、実施形態１や実施の形態２の偏光変換素子１０１、２０１の旋光子１１２、２１２よりも膜厚は薄い。そのため、複屈折膜である旋光子５１２の成膜時間が短縮できるのでより安価な偏光分離素子５０１を実現できる。
【０１１０】
上述のように、本実施の形態１〜５に係る偏光変換素子は、旋光子として無機材料、特に金属酸化物を用いているので、耐熱性および耐光性を有している。なお、実施の形態１〜５に係る偏光変換素子において、旋光子である金属酸化物は、例えば、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化ジルコニウムおよび酸化アルミニウム等を用いればよい。
【０１１１】
また、斜方蒸着により形成された膜は緻密度が比較的低く大気中に長期間放置すると水分が入り込んで特性が変化することもあるが、本実施の形態１〜５に係る偏光変換素子では、斜方蒸着により形成された膜である旋光子が、基板等に挟まれて閉じこめられているので特性が安定している。
【０１１２】
また、本実施の形態１〜５に係る偏光変換素子の製造方法において、斜方蒸着により旋光子を形成しているので、高い複屈折性を有する旋光子を容易に形成できる。したがって、高品質な偏光変換素子を容易に製造できる。
【０１１３】
なお、本実施の形態１〜５に係る偏光変換素子において、入射面と出射面が空気に接する形態で使用する場合は、面に反射防止膜を成膜して入射あるいは出射の際の反射を防いでもよい。また、偏光変換素子を、レンズなどの光学素子と貼り合わせて使用することもできる。
【０１１４】
以上説明した実施の形態１〜５に係る偏光変換素子および偏光変換素子の製造方法は、あくまでも一例であり、これらに限定されるわけではない。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本発明の偏光変換素子は偏光を利用する光学機器に利用可能であり、さらに、高温環境や高輝度光に曝されても劣化しない旋光子を内蔵しているため、特にプロジェクタの照明光学系に用いることで、プロジェクタの寿命と輝度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る偏光変換素子の構成を示す断面図
【図２】本発明の実施の形態１に係る偏光変換素子を製造するための蒸着装置を説明する図
【図３】本発明の実施の形態１に係る偏光変換素子の製造工程における接着時の配列を示す断面図
【図４】本発明の実施の形態１に係る偏光変換素子の製造工程における切断位置を示す断面図
【図５】本発明の実施の形態２に係る偏光変換素子の構成を示す断面図
【図６】本発明の実施の形態２に係る偏光変換素子の製造工程における接着時の配列を示す断面図
【図７】本発明の実施の形態２に係る偏光変換素子の製造工程における切断位置を示す断面図
【図８】本発明の実施の形態３に係る偏光変換素子の構成を示す断面図
【図９】本発明の実施の形態３に係る偏光変換素子の製造工程における接着時の配列を示す断面図
【図１０】本発明の実施の形態３に係る偏光変換素子の製造工程における切断位置を示す断面図
【図１１】本発明の実施の形態４に係る偏光変換素子の構成を示す断面図
【図１２】本発明の実施の形態４に係る偏光変換素子の製造工程における接着時の配列を示す断面図
【図１３】本発明の実施の形態４に係る偏光変換素子の製造工程における切断位置を示す断面図
【図１４】本発明の実施の形態５に係る偏光変換素子の構成を示す断面図
【図１５】本発明の実施の形態５に係る偏光変換素子の製造工程における接着時の配列を示す断面図
【図１６】本発明の実施の形態５に係る偏光変換素子の製造工程における切断位置を示す断面図
【図１７】従来の第１偏光変換素子の構成を示す断面図
【図１８】従来の第１偏光変換素子の構成を示す斜視図
【図１９】従来の第２偏光変換素子の構成を示す断面図
【符号の説明】
【０１１７】
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１ 偏光変換素子
１０２、２０２、３０２、４０２、５０２ 入射面
１０３、２０３、３０３、４０３、５０３ 出射面
１１０、３１０、５１０ 第１の積層体
２１０、４１０ 積層体
１１１、２１１、３１１、４１１、５１１ 第１の透明基板
１１２、２１２、３１２、４１２、５１２ 旋光子
１２０、３２０、５２０ 第２の積層体
１２１、２２１、３２１、４２１、５２１ 第２の透明基板
１２２、２１３、３１３、４１３、５２２ 偏光分離膜
１２３、２１４、３２２、４１４、５１３ 反射膜
１３０、３３０ 第３の透明基板
１４０、２４０、３４０、４４０、５４０ 接着体
１４１、２４１、３４１、４４１、５４１ 切断線
１５１、２５１、３５１、４５１、５５１ 入射光
１９１ 真空蒸着装置
１９２ 基板ホルダ
１９０ チャンバ
１９３ 蒸着源
６０１、７０１ 偏光変換素子
６０２、７０２ 入射面
６０３、７０３ 出射面
６０４ 第１の基板
６０５ 第２の基板
６０６、７０６ 偏光分離膜
６０７ 反射膜
６０８、７０８ 接着剤層
６０９、７０９ 旋光子
６１０、７１０ 入射光
７０４ 基板
７１１ 反射防止膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光変換素子およびその製造方法に関するものである。特に、ランプ光源からの非偏光光を１方向の偏光光に変換する偏光変換素子およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非偏光光を１方向の偏光に変換する偏光変換素子は、例えば、特許文献１、特許文献２に開示されている。特許文献１に開示されている偏光変換素子を、従来の第１偏光変換素子とし、特許文献２に開示されている偏光変換素子を、従来の第２偏光変換素子とする。従来の第１および第２偏光変換素子について説明する。図１７は従来の第１偏光変換素子の構成を示す断面図であり、図１８は従来の第１偏光変換素子の構成を示す斜視図である。また、図１９は従来の第２偏光変換素子の構成を示す断面図である。
【０００３】
図１７および図１８に示しているように、従来の第１偏光変換素子６０１は、光の入射面６０２および出射面６０３に対して斜め方向に層を形成するように、第１の基板６０４と第２の基板６０５とが交互に配置されて構成されている。第１の基板６０４において、第２の基板６０５側の一方の面には偏光分離膜６０６が、他方の面には反射膜６０７が形成され、それらと第２の基板６０５とは、接着剤層６０８を介して接着されている。また、出射面６０３には第２の基板６０５を覆うように、旋光子（１／２波長板）６０９が配置されている。このような構成の偏光変換素子６０１において、Ｐ偏光およびＳ偏光を含むランダム偏光である入射光６１０は、Ｓ偏光に偏光される。
【０００４】
また、図１９に示しているように、従来の第２の偏光変換素子７０１は、光の入射面７０２および出射面７０３に対して略４５度の斜め方向に層を形成するように、一方の面に偏光分離膜７０６が形成された透明な基板７０４が複数配置されていて、さらに、基板７０４および偏光分離膜７０６同士の間には、一層おきに、旋光子（１／２波長板）７０９が配置されている。偏光分離膜７０６および旋光子７０９と、基板７０４および旋光子７０９とは、接着剤からなる接着剤層７０８を介して接着されている。また、出射面７０３には、反射防止膜７１１が形成されている。このような、偏光変換素子７０１において、Ｐ偏光およびＳ偏光を含むランダム偏光である入射光７１０は、Ｓ偏光に偏光される。
【０００５】
なお、従来の第１の偏光変換素子６０１および従来の第２の偏光変換素子７０１において、旋光子６０９および旋光子７０９としては、例えば、入射光の波長の１／２の複屈折を有する複屈折板を用いればよい。旋光子６０９および旋光子７０９は、偏光分離膜６０６および偏光分離膜７０６に入射した光の偏光方向を回転させて、Ｐ偏光をＳ偏光に、Ｓ偏光をＰ偏光に変換する機能を有している。旋光子６０９および旋光子７０９としては、ポリカーボネート、アートンなどのプラスチックフィルムを延伸した延伸樹脂フィルムを用いている。
【特許文献１】特開２０００−２９８１２号公報
【特許文献２】特開２００４−７０２９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
通常、偏光変換素子はプロジェクタの高輝度ランプの近傍等で用いられる。そのため、強い光が照射され、さらに高温にもなる。上述のように従来の旋光子は樹脂フィルムであるため、強い光および熱を受けると変質劣化し、透過率や偏光変換効率が低下する。これを防ぐために、冷却構造の設置や、紫外線や近赤外線を除去するためのフィルターの設置等を行っていた。しかし、このような構成は、プロジェクタ全体の部品点数増加、大型化およびコストアップなどの原因になるという問題があった。また、旋光子である樹脂フィルムは、薄くて柔らかいために扱いにくく、歪曲なく、泡が形成されないよう基板等に付着させるということは困難であった。そのため、偏光変換素子は生産性が悪いという問題もあった。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、光および熱に対して耐性を有する偏光変換素子を提供することを目的とする。
【０００８】
さらに、本発明は、前記偏光変換素子を容易に製造することができる製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の偏光変換素子は、光が入射される入射面と、前記入射面に平行な出射面を有する板状の偏光変換素子であって、入射光をＳ偏光とＰ偏光に分離し、Ｓ偏光とＰ偏光の内どちらか一方を透過し、他方を反射する偏光分離膜と、光の偏光面を回転させる、無機材料からなる膜状の旋光子と、光を反射する反射膜とを備え、前記偏光分離膜、前記旋光子および前記反射膜は、前記入射面および前記出射面の間に位置し、前記入射面および前記出射面に対して傾き、前記入射面と平行な方向に周期的に配置されたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の偏光変換素子の第１の製造方法は、第１の透明基板上または前記第１の透明基板上に積層された層上に、金属酸化物膜である旋光子を斜方蒸着により形成して、積層体を作製する積層体作製工程と、前記積層体作製工程で作製した前記積層体と、第２の透明基板とを、交互に積層して接着し、接着体を形成する接着工程と、前記接着工程後に、前記接着体を前記積層体および前記第２の透明基板に対して傾く方向に切断して、板状体を切り出す切断工程とを備えている。
【００１１】
また、本発明の偏光変換素子の第２の製造方法は、第１の透明基板上または前記第１の透明基板上に積層された層上に、金属酸化物膜である旋光子を斜方蒸着により形成して、積層体を作製する積層体作製工程と、前記積層体作製工程で作製した前記第１の積層体と、少なくとも第２の透明基板を有する第２の積層体とを、交互に積層して接着し、接着体を形成する接着工程と、前記接着工程後に、前記接着体を前記第１の積層体および前記第２の積層体に対して傾く方向に切断して、板状体を切り出す切断工程とを備えている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、光および熱に対して耐性を有する偏光変換素子を提供することができ、さらにこのような偏光変換素子を容易に製造することができる偏光変換素子の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の偏光変換素子は、旋光子として、無機材料を用いているので、光および熱に対して耐性を有している。
【００１４】
また、本発明の偏光変換素子において、好ましくは、前記旋光子は、複屈折を有する金属酸化物膜である。金属酸化物膜は、無機材料の中でも光および熱に対して高い耐性を有する上、強度および密着性も高い。そのため、本発明の偏光変換素子は、さらに光および熱に対して高い耐性を有するうえ、強度も高い。また、蒸着により旋光子を作製することができるので、容易に製造することができ、生産性も上がる。
【００１５】
また、本発明の偏光変換素子において、好ましくは、前記旋光子は、斜方蒸着により形成された、複屈折を有する前記金属酸化物膜である。金属酸化物膜を斜方蒸着により形成することで、高い複屈折性を得ることができる。また、斜方蒸着により旋光子を形成するため容易に旋光子を形成することができる。そのため、生産性も上がる。なお、斜方蒸着とは、蒸着面を蒸着源に対して斜めに設置して蒸着を行うことで、旋光子である複屈折膜を容易に形成することができる。
【００１６】
また、本発明の偏光変換素子は、好ましくは、第１の透明基板と、前記第１の透明基板の片面に形成された前記旋光子とを有する第１の積層体と、第２の透明基板と、前記第２の透明基板の片面に形成された偏光分離膜と、前記第２の透明基板の他面に形成された反射膜とを有する第２の積層体とを備え、前記第１の積層体と前記第２の積層体とが、前記入射面および前記出射面に対して傾き、前記入射面と前記出射面とに対して平行な方向に交互に積層され、前記偏光分離膜と前記旋光子とが対向し、前記反射膜と前記第１の透明基板とが対向している構成とすればよい。
【００１７】
また、本発明の偏光変換素子は、好ましくは、第１の透明基板と、前記第１の透明基板の片面に順次形成された前記偏光分離膜および前記旋光子と、前記第１の透明基板の他面に形成された前記反射膜とを有する積層体と、第２の透明基板とを備え、前記積層体と前記第２の透明基板とが、前記入射面および前記出射面に対して傾き、前記入射面と前記出射面とに対して平行な方向に交互に積層されている構成とすればよい。
【００１８】
また、本発明の偏光変換素子は、好ましくは、第１の透明基板と、前記第１の透明基板の片面に形成された前記偏光分離膜と、前記第１の透明基板の他面に形成された前記旋光子とを有する第１の積層体と、第２の透明基板と、前記第２の透明基板の片面に形成された反射膜とを有する第２の積層体とを備え、前記第１の積層体と前記第２の積層体とが、前記入射面および前記出射面に対して傾き、前記入射面と前記出射面とに対して平行な方向に交互に積層されていて、前記第２の透明基板と前記偏光分離膜とが対向し、前記旋光子と前記反射膜とが対向している。それにより、光が２回透過する間に、直線偏光を直線偏光に維持したまま偏光軸（偏光面）を回転させる機能を有する旋光子を用いている。そのため、旋光子の膜厚を薄くすることができる。
【００１９】
また、本発明の偏光変換素子は、好ましくは、第１の透明基板と、前記第１の透明基板の片面に形成された前記偏光分離膜と、前記第１の透明基板の他面に順次形成された前記旋光子および前記反射膜とを有する積層体と、第２の透明基板とを備え、前記積層体と前記第２の透明基板とが、前記入射面および前記出射面に対して傾き、前記入射面と前記出射面とに対して平行な方向に交互に積層されている。それにより、光が２回透過する間に、直線偏光を直線偏光に維持したまま偏光軸（偏光面）を回転させる機能を有する旋光子を用いている。そのため、旋光子の膜厚を薄くすることができる。
【００２０】
また、本発明の偏光変換素子は、好ましくは、第１の透明基板と、前記第１の透明基板の片面に順次形成された前記反射膜および前記旋光子とを有する第１の積層体と、第２の透明基板と、前記第２の透明基板の片面に形成された偏光分離膜とを有する第２の積層体とを備え、前記第１の積層体と前記第２の積層体とが、前記入射面および前記出射面に対して傾き、前記入射面と前記出射面とに対して平行な方向に交互に積層されていて、前記第１の透明基板と前記偏光分離膜とが対向し、前記旋光子と前記第２の透明基板とが対向している。それにより、光が２回透過する間に、直線偏光を直線偏光に維持したまま偏光軸（偏光面）を回転させる機能を有する旋光子を用いている。そのため、旋光子の膜厚を薄くすることができる。
【００２１】
また、本発明の偏光変換素子の第１および第２の製造方法は、金属酸化物膜である旋光子を斜方蒸着により形成するので、耐光性および耐熱性を有し、かつ、高い複屈折性を有する旋光子を容易に形成することができる。そのため、高品質な偏光変換素子を容易に製造することができる。また、従来のように、薄く軟らかい樹脂フィルムの貼り付け工程が不要になり、旋光子を均一に安定して形成することができる。そのため、品質のよい偏光変換素子を、高い生産性で製造することができる。
【００２２】
以下、本発明の具体的な実施形態について、図を参照しながら説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る偏光変換素子およびその製造方法について図を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る偏光変換素子の構成を示す断面図である。
【００２４】
実施の形態１の偏光変換素子１０１は、第１の積層体１１０と第２の積層体１２０とが、光の入射面１０２および出射面１０３に対して斜め方向に層を形成するように交互に周期的に配置された構造である。入射面１０２および出射面１０３に対する各層の傾きは、例えば略４５度とすればよい。また、第１の積層体１１０と第２の積層体１２０との間には接着剤が塗布されていて、接着剤層１０８が形成されている。
【００２５】
第１の積層体１１０は、第１の透明基板１１１と、第１の透明基板１１１の一方の面に形成された無機材料からなる膜状の旋光子１１２とを有する。また、第２の積層体１２０は、第２の透明基板１２１と、第２の透明基板１２１の一方の面に形成された偏光分離膜１２２と、第２の透明基板１２１の他方の面に形成された反射膜１２３とを有する。
【００２６】
また、偏光分離膜１２２と旋光子１１２とが接着剤層１０８を介して対向し、反射膜１２３と第１の透明基板１１１とが接着剤層１０８を介して対向している。
【００２７】
光源から発せられた入射光１５１は、Ｐ偏光とＳ偏光を含むランダム偏光の光であり、偏光変換素子１０１の入射面１０２に対して直角方向から入射される。入射光１５１は、第１の透明基板１１１を透過して、偏光分離膜１２２でＰ偏光とＳ偏光とに分離される。偏光分離膜１２２は、例えば誘電体多層膜であり、Ｓ偏光かＰ偏光のいずれか一方を透過して他方を反射する特性を有するが、実施の形態１では、Ｐ偏光を透過しＳ偏光を反射する特性を有することとする。
【００２８】
入射光１５１の内Ｐ偏光は、偏光分離膜１２２を透過して、直進し、接着剤層１０８を透過して、旋光子１１２に入射する。旋光子１１２は、光の偏光方向を回転させるので、Ｐ偏光はＳ偏光に変換され、第１の透明基板１１１を透過して出射面１０３より出射される。旋光子１１２は、入射した直線偏光を直線偏光に維持したまま、偏光軸（偏光面）を回転させる機能を有する複屈折膜である。なお、旋光子は、一般的に１／２波長の位相差を生じる膜なので、１／２波長板あるいはλ／２板と呼ぶこともある。旋光子１１２は、無機材料からなるので、耐熱性および耐光性を有している。
【００２９】
入射光の内、偏光分離膜１２２で分離され反射されたＳ偏光は第２の透明基板１２１の中を入射面１０２および出射面１０３に対して略平行に進んで、反射膜１２３で直角に反射され、第２の透明基板１２１を透過して出射面１０３から出射される。
【００３０】
したがって、出射面１０３から出射されるのはＳ偏光のみとなる。つまり、偏光変換素子１０１は、Ｐ偏光およびＳ偏光を含むランダム偏光の光をＳ偏光に変換することができる。
【００３１】
次に、本発明の実施の形態１に係る偏光変換素子１０１の製造方法について、図を用いて説明する。図２は本発明の実施の形態１に係る偏光変換素子を製造するための蒸着装置を説明する図である。図３は本発明の実施の形態１に係る偏光変換素子の製造工程における接着時の配列を示す図である。また、図４は本発明の実施の形態１に係る偏光変換素子の製造工程における切断位置を示す断面図である。
【００３２】
まず、平行基板である第１の透明基板１１１の一方の面に旋光子１１２を形成して、第１の積層体１１０を作製する。この形成方法について、図２を用いて説明する。図２より、真空蒸着装置１９１は、チャンバ１９０、基板ホルダ１９２および蒸着源１９３を備えていて、基板ホルダ１９２および蒸着源１９３はチャンバ１９０内に設置されている。真空蒸着装置１９１は、他に、排気ポンプ、電子銃および基板加熱装置等を備えているが、図示は省略している。
【００３３】
基板ホルダ１９２には、第１の透明基板１１１が設置される。真空蒸着装置１９１を用いて、この第１の透明基板１１１の面に旋光子１１２を蒸着により形成する。第１の透明基板１１１としては、ここでは一例として白板ガラスを用いた。基板ホルダ１９２に、第１の透明基板１１１を設置する際に、蒸着源１９３方向に対して傾けて設置する。つまり、第１の透明基板１１１と蒸着源１９３とを結ぶ線に対して、第１の透明基板１１１が垂直ではなく、傾くように設置する。これにより、第１の透明基板１１１における旋光子１１２が形成される面（成膜される面）と、第１の透明基板１１１と蒸着源１９３とを結ぶ線が垂直ではなく、傾く。このようにして、蒸着を行うことで、いわゆる斜方蒸着を行うことができ、第１の透明基板１１１上に旋光子１１２を形成することができる。例えば、蒸着源１９３の方向に対して、第１の透明基板１１１の成膜される面が約６０度となるように、第１の透明基板１１１を設置する。なお、この傾斜角度は蒸着材料の成膜条件、膜質、生産性などにより適宜設定すればよい。また、第１の透明基板１１１上に蒸着される蒸着材料は特に限定されるものではなく、斜方蒸着により複屈折を有する材料であればよく、例えば、酸化タンタルを用いればよい。
【００３４】
第１の透明基板１１１を基板ホルダ１９２に設置し、蒸着材料である酸化タンタルを蒸着源１９３に入れる。次に、排気ポンプを用いてチャンバ１９０内の空気を排気し、チャンバ１９０内を真空にする。この間に、基板加熱装置を用いて第１の透明基板１１１を加熱してもよい。第１の透明基板１１１を加熱することで、第１の透明基板１１１と蒸着される膜との付着力を高めることができるため、膜の強度を高めることができる。チャンバ１９０内が真空となった後、蒸着源１９３を加熱して蒸着材料を溶融蒸発させる。蒸発した蒸着材料は、第１の透明基板１１１の面に対して斜方から入射する。それにより、第１の透明基板１１１の面に蒸着材料が膜となって付着する。この膜は方向によって屈折率が異なる、つまり、複屈折性を有する膜である。具体的には、図２において、上下方向および紙面と直角方向で屈折率に差異が生じる膜である。このようにして、第１の透明基板１１１上に形成された膜が、偏光変換素子１０１で用いることができる、光の１／２波長の位相差を生じる膜厚となるまで斜方蒸着を続ける。なお、この膜の成膜の前後に、第１の透明基板１１１と、この膜（旋光子１１２）との付着力を向上させるための下地膜や、複屈折膜の耐候性や耐損傷性を向上させるための保護膜を形成してもよい。このようにして、第１の透明基板１１１上に旋光子１１２である膜を形成する。
【００３５】
このように実施の形態１では、旋光子１１２は、軟弱な樹脂フィルムではなく、第１の透明基板１１１の面に形成された金属酸化物の膜である。そのため、フィルム貼り合わせの際の歪曲、泡の巻き込み等の不良が発生しないため、製造が容易であり、生産性が高い。また、斜方蒸着を用いることで、第１の透明基板１１１の全面に一度に旋光子１１２を形成することができる。そのため、図１７および図１８に示した従来の第１偏光素子を製造する際には必要であった、旋光子を細かい間隔で精密に多数個貼り合わせるといった手間のかかる工程が不要なので、工数短縮、不良品の減少およびコストダウンが可能となる。
【００３６】
旋光子１１２は、無機材料であればよいが、中でも金属酸化物は耐熱性および耐光性が特に高い上、密着性および強度も高い。また、斜方蒸着により形成された膜は、高い複屈折性を有するという効果を奏する。また、金属酸化物としては、上述した酸化タンタル以外に、例えば、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化ジルコニウムおよび酸化アルミニウム等を用いればよい。
【００３７】
次に、第２の積層体１２０を作製する。白板ガラス製の第２の透明基板１２１の片面に、例えば、アルミニウムかクロムの膜あるいは誘電体多層膜からなる反射膜１２３を成膜する。次いで第２の透明基板１２１の反対面に誘電体多層膜からなる偏光分離膜１２２を成膜する。このようにして、第２の積層体１２０を作製する。これらの成膜においては、図２に示した真空蒸着装置１９１を用いればよい。なお、この場合は斜方蒸着は行わない。つまり、第２の透明基板１２１を、蒸着源１９３方向に対して垂直となるように設置して蒸着を行えばよい。また、蒸着以外に、例えば、スパッタ等を用いて成膜を行ってもよい。
【００３８】
次に、図３に示すように、第１の積層体１１０および第２の積層体１２０を交互に複数配列する。このとき、偏光分離膜１２２と旋光子１１２とが対向し、反射膜１２３と第１の透明基板１１１とが対向するように配置する。このように、第１の積層体１１０および第２の積層体１２０が交互に配列されるように、接着剤を用いてそれぞれの積層体同士を接着する。それにより、図４に示す接着体１４０を得る。また、図４に示しているように、第１の積層体１１０と第２の積層体１２０とを交互に接着することで形成された接着体１４０の両端にはどちらの面にも膜が形成されていない、第３の透明基板１３０を接着することが好ましい。それにより、偏光変換素子１０１完成後において、第３の透明基板１３０を光学機器に取り付ける時の固定部として用いることができる。また、偏光変換素子１０１完成後において、第３の透明基板１３０は端部となる。つまり、偏光変換素子１０１の後工程の切り出しや研磨において欠けやすい端の箇所が、光を制御することのない第３の透明基板１３０となる。そのため、偏光変換素子１０１の作製の際に、光学機能に影響を与えることがない。なお、図４においては、見やすさを考慮して、接着剤層１０８（図１参照）の図示を省略しているが、実際には、第１の積層体１１０、第２の積層体１２０および第３の透明基板１３０の各接着面には接着剤層１０８が形成されている（図１参照）。
【００３９】
次に、図４に示すように、接着体１４０を、第１の積層体１１０の面に対して斜めの方向に切断線１４１に沿って切断する。例えば、第１の積層体１１０の面に対して、切断線１４１が約４５度方向に傾くようにすればよい。図４において、切断線１４１は一点鎖線で示している。切断後に、研磨等を行うので、その分を考慮して、偏光変換素子１０１完成後（図１参照）の厚みよりも余分の厚さになるように、適宜切断間隔を決定する。なお、切断線１４１が、入射面１０２もしくは出射面１０３側となる（図１参照）。切断には、例えば、ワイヤーソー、外周刃切断機および内周刃切断機等を用いることができる。
【００４０】
また、第１の積層体１１０および第２の積層体１２０とを配列して接着する場合に、図３、図４に示しているように、切断方向とほぼ同一方向に各部材をずらして配列して接着すれば、端材を最小に抑えることができ、偏光変換素子１０１を多く製造することができる。
【００４１】
次に、切り出した板材は切断面が粗いので上下両面を研磨して透明な表面に仕上げ、入射面１０２および出射面１０３を形成する。以上の工程で偏光変換素子１０１が製造される。
【００４２】
実施の形態１の偏光変換素子とその製造方法によれば、旋光子１１２を第１の透明基板１１１に斜方蒸着により形成するので、従来のように樹脂フィルムの貼り合わせをする必要がなく、樹脂フィルム（旋光子）の歪曲や泡の巻き込み、位置ズレが生じない。そのため、容易に高精度で旋光子１１２を形成することができる。
【００４３】
また、実施の形態１に係る偏光変換素子１０１用いたプロジェクタを実際に作製し、投射試験を行った。その結果、従来の樹脂フィルム製の旋光子を用いた偏光変換素子では高温で高輝度光に曝されて徐々に樹脂フィルムが変色して、透過率と偏光変換効率が劣化した。しかし、実施の形態１の偏光変換素子１０１では旋光子１１２の透過率と偏光変換効率の劣化が少なく、プロジェクタの寿命が向上した。
【００４４】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る偏光変換素子およびその製造方法について図を用いて説明する。図５は本発明の実施の形態２に係る偏光変換素子の構成を示す断面図である。
【００４５】
実施の形態２の偏光変換素子２０１は、積層体２１０と第２の透明基板２２１とが、光の入射面２０２および出射面２０３に対して斜め方向に層を形成するように交互に周期的に配置された構造である。入射面２０２および出射面２０３に対する各層の傾きは、例えば略４５度とすればよい。また、積層体２１０と第２の透明基板２２１との間には接着剤が塗布されていて、接着剤層２０８が形成されている。
【００４６】
第１の積層体２１０は、第１の透明基板２１１と、第１の透明基板２１１の一方の面に順次形成された偏光分離膜２１３および無機材料からなる膜状の旋光子２１２と、第１の透明基板２１１の他方の面に形成された反射膜２１４とを有する。旋光子２１２と反射膜２１４とが、それぞれ接着剤層２０８を介して第２の透明基板２２１に対向している。
【００４７】
光源から発せられた入射光２５１は、Ｐ偏光およびＳ偏光を含むランダム偏光であり、偏光変換素子２０１の入射面２０２に対して直角方向から入射される。入射光２５１は、第１の透明基板２１１を透過して、偏光分離膜２１３によってＰ偏光とＳ偏光とに分離される。偏光分離膜２１３は、実施の形態１と同様に例えば誘電体多層膜とし、Ｐ偏光を透過しＳ偏光を反射する特性を有することとする。
【００４８】
入射光２５１の内Ｐ偏光は、偏光分離膜２１３を透過して直進し、旋光子２１２に入射しＳ偏光に変換され、接着剤層２０８を透過して、第２の透明基板２２１を透過して、出射面２０３より出射される。
【００４９】
入射光２５１の内、偏光分離膜２１３によって分離され反射されたＳ偏光は第１の透明基板２１１中を入射面２０２および出射面２０３に対して略平行に進んで、反射膜２１４によって直角に反射され、第１の透明基板２１１を透過して、出射面２０３から出射される。
【００５０】
したがって、出射面２０３から出射されるのは、Ｓ偏光のみとなる。つまり、偏光変換素子２０１は、Ｐ偏光およびＳ偏光を含むランダム偏光をＳ偏光に偏光することができる。
【００５１】
次に、実施の形態２に係る偏光変換素子２０１の製造方法について、図６および図７を用いて説明する。図６は本発明の実施の形態２に係る偏光変換素子の製造工程における接着時の配列を示す断面図であり、図７は本発明の実施の形態２に係る偏光変換素子の製造工程における切断位置を示す断面図である。
【００５２】
まず、平行基板である第１の透明基板２１１の一方の面に偏光分離膜２１３と旋光子２１２を順次形成し、他方の面に反射膜２１４を形成して、積層体２１０を作製する。第２の透明基板２２１には成膜する必要がないので、その分成膜工程に時間およびコストがかからない。
【００５３】
第１の透明基板２１１および第２の透明基板２２１としては、例えば、光学ガラスＢＫ７を用いればよい。積層体２１０の作製には、図２に示す真空蒸着装置１９１を用いればよい。具体的には、図２に示す真空蒸着装置１９１の基板ホルダ１９２に第１の透明基板２１１を、蒸着源１９３方向に対して垂直となるように設置し、一方の面に反射膜２１４として、例えば、アルミニウムの下に増反射層を加えた増反射アルミニウムミラーを蒸着により成膜する。次に反射膜２１４の反対面に偏光分離膜２１３を蒸着する。そして、第１の透明基板２１１を蒸着源１９３方向に対して約７０度に傾けて設置し、偏光分離膜２１３上に、例えば、酸化ニオブを斜方蒸着し、偏光分離膜２１３上に複屈折膜である旋光子２１２を形成する。
【００５４】
次に、図６に示すように、積層体２１０と第２の透明基板２２１とを交互に複数配列して、積層体２１０および第２の透明基板２２１のそれぞれを接着剤を用いて接着する。なお、図６および図７においては、見やすさを考慮して、接着剤層２０８の図示を省略している。
【００５５】
次に、図７に示しているように、積層体２１０と第２の透明基板２２１とを交互に接着することで形成された接着体２４０を、積層体２１０の面に対して斜めの方向に切断線２４１に沿って切断する。例えば、積層体２１０の面に対して、切断線２４１が約４５度方向に傾くようにすればよい。図７において、切断線２４１は一点鎖線で示している。切断後に、研磨等を行うので、その分を考慮して、偏光変換素子２０１完成後（図５参照）の厚みよりも余分の厚さになるように、適宜切断間隔を決定する。なお、切断線２４１が、入射面２０２もしくは出射面２０３側となる（図５参照）。切断には、例えば、ワイヤーソー、外周刃切断機および内周刃切断機等を用いることができる。
【００５６】
また、積層体２１０および第２の透明基板２２１とを配列して接着する場合に、図６、図７に示しているように、切断方向とほぼ同一方向に各部材をずらして配列して接着すれば、端材を最小に抑えることができ、偏光変換素子２０１を多く製造することができる。
【００５７】
次に、切り出した板材は切断面が粗いので上下両面を研磨して透明な表面に仕上げ、入射面２０２および出射面２０３を形成する。以上の工程で偏光変換素子２０１が製造される。
【００５８】
実施の形態２の偏光変換素子とその製造方法によれば、旋光子２１２を第１の透明基板２１１の偏光分離膜２１３上に蒸着により形成するので、従来のように樹脂フィルムの貼り合わせをする必要がなく、樹脂フィルム（旋光子）の歪曲や泡の巻き込み、位置ズレが生じない。そのため、容易に高精度で旋光子２１２を形成することができる。
【００５９】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る偏光変換素子３０１およびその製造方法について図を用いて説明する。図８は本発明の実施の形態３に係る偏光変換素子の構成を示す断面図である。
【００６０】
実施の形態３の偏光変換素子３０１は、第１の積層体３１０と第２の積層体３２０とが、光の入射面３０２および出射面３０３に対して斜め方向に層を形成するように交互に周期的に配置された構造である。入射面３０２および出射面３０３に対する各層の傾きは、例えば略４５度とすればよい。また、第１の積層体３１０と第２の積層体３２０との間には接着剤が塗布されていて、接着剤層３０８が形成されている。
【００６１】
第１の積層体３１０は、第１の透明基板３１１と、第１の透明基板３１１の一方の面に形成された偏光分離膜３１３と、第１の透明基板３１１の他方の面に形成された無機材料からなる膜状の旋光子３１２とを有する。また、第２の積層体３２０は、第２の透明基板３２１と、第２の透明基板３２１の一方の面に形成された反射膜３２２とを有する。
【００６２】
また、第２の透明基板３２１と偏光分離膜３１３とが接着剤層３０８を介して対向し、旋光子３１２と反射膜３２２とが接着剤層３０８を介して対向している。
【００６３】
光源から発せられた入射光３５１は、Ｐ偏光およびＳ偏光を含むランダム偏光であり、偏光変換素子３０１の入射面３０２に対して直角方向から入射される。入射光３５１は、第１の透明基板３１１を透過して、偏光分離膜３１３によってＰ偏光とＳ偏光とに分離される。偏光分離膜３１３は、実施の形態１と同様に例えば誘電体多層膜とし、Ｐ偏光を透過しＳ偏光を反射する特性を有することとする。
【００６４】
入射光３５１の内Ｐ偏光は、偏光分離膜３１３を透過して直進し、接着剤層３０８および第２の透明基板３２１を透過して、出射面３０３より出射される。
【００６５】
入射光３５１の内、偏光分離膜３１３によって分離されたＳ偏光は第１の透明基板３１１中を入射面３０２および出射面３０３に対して略平行に進んで、旋光子３１２に入射し、接着剤層３０８を透過し、反射膜３２２によって直角に反射され、再び、接着剤層３０８および旋光子３１２を透過して、第１の透明基板３１１を透過して、出射面３０３から出射される。Ｓ偏光は、旋光子３１２に入射し、接着剤層３０８を透過し、反射膜３２２においてさらに直角に反射され、再び、接着剤層３０８および旋光子３１２を透過する際に、Ｐ偏光に変換される。このように、旋光子３１２は、２回の透過で光を偏光するようにする。それにより、１回の透過で光を偏光する場合（例えば、実施の形態１、２に示している場合）よりも旋光子３１２を薄くできる。そのため、旋光子３１２を斜方蒸着により形成する場合に、材料を少なくかつ製造時間を短くできる。
【００６６】
上述のように、出射面３０３から出射されるのは、Ｐ偏光のみとなる。つまり、偏光変換素子３０１は、Ｐ偏光およびＳ偏光を含むランダム偏光をＰ偏光に偏光することができる。
【００６７】
次に、実施の形態３に係る偏光変換素子３０１の製造方法について、図９および図１０を用いて説明する。図９は本発明の実施の形態３に係る偏光変換素子の製造工程における接着時の配列を示す断面図であり、図１０は本発明の実施の形態３に係る偏光変換素子の製造工程における切断位置を示す断面図である。
【００６８】
まず、平行基板である第１の透明基板３１１の一方の面に偏光分離膜３１３を形成し、他方の面に旋光子３１２を形成して、第１の積層体３１０を作製する。次に、第２の透明基板３２１の一方の面に反射膜３２２を形成して、第２の積層体３２０を作製する。
【００６９】
第１の積層体３１０の作製には図２に示す真空蒸着装置１９１を用いればよい。具体的には、図２に示す真空蒸着装置１９１の基板ホルダ１９２に第１の透明基板３１１を、蒸着源１９３方向に対して垂直となるように設置し、一方の面に偏光分離膜３１３を蒸着する。そして、第１の透明基板３１１を蒸着源１９３方向に対して約７０度に傾けて、他方の面が蒸着源１９３に向くように設置して、例えば酸化ニオブを斜方蒸着する。それにより、第１の透明基板３１１の他方の面に、複屈折膜である旋光子３１２を形成する。上述したように、旋光子３１２は薄くてもよいので、蒸着にかかる時間が短い上、蒸着材料も少なくてすむ。
【００７０】
次に、第２の積層体３２０を作製する。第１の積層体３１０の作製と同様に、図２に示す真空蒸着装置１９１を用いればよい。真空蒸着装置１９１の基板ホルダ１９２に第２の透明基板３２１を、蒸着源１９３方向に対して垂直となるように設置し、一方の面に反射膜３２２として、例えば、アルミニウムの下に増反射層を加えた増反射アルミニウムミラーを蒸着により成膜する。
【００７１】
次に、図１０に示すように、第１の積層体３１０と第２の積層体３２０とを交互に複数配列する。このとき、第２の透明基板３２１と偏光分離膜３１３とが対向し、旋光子３１２と反射膜３２２とが対向するように配置する。このように、第１の積層体３１０および第２の積層体３２０が交互に配列されるように、接着剤を用いてそれぞれの積層体同士を接着する。それにより、図１０に示す接着体３４０を得る。また、図１０に示しているように、第１の積層体３１０と第２の積層体３２０とを交互に接着することで形成された接着体３４０の両端にはどちらの面にも膜が形成されていない、第３の透明基板３３０を接着することが好ましい。それにより、偏光変換素子３０１完成後において、第３の基板３３０を光学機器に取り付ける時の固定部として用いることができる。また、偏光変換素子３０１において、第３の基板３３０は端部となる。つまり、偏光変換素子３０１の後工程の切り出しや研磨において欠けやすい端の箇所が、光を制御することのない第３の基板３３０となる。そのため、偏光変換素子３０１の作製の際に、光学機能に影響を与えることがない。なお、図１０においては、見やすさを考慮して、接着剤層３０８（図８参照）の図示を省略しているが、実際には、第１の積層体３１０、第２の積層体３２０および第３の透明基板３３０の各接着面には接着剤層３０８が形成されている（図８参照）。
【００７２】
次に、図１０に示すように、接着体３４０を、第１の基板３１０の面に対して斜めの方向に切断線３４１に沿って切断する。例えば、第１の基板３１０の面に対して、切断線３４１が約４５度方向に傾くようにすればよい。図１０において、切断線３４１は一点鎖線で示している。切断後に、研磨等を行うので、その分を考慮して、偏光変換素子３０１完成後（図８参照）の厚みよりも余分の厚さになるように、適宜切断間隔を決定する。なお、切断線３４１が、入射面３０２もしくは出射面３０３側となる（図８参照）。切断には、例えば、ワイヤーソー、外周刃切断機および内周刃切断機などを用いることができる。
【００７３】
また、第１の積層体３１０および第２の積層体３２０とを配列して接着する場合に、図９、図１０に示しているように、切断方向とほぼ同一方向に各部材をずらして配列して接着すれば、端材を最小に抑えることができ、偏光変換素子３０１を多く製造することができる。
【００７４】
次に、切り出した板材は切断面が粗いので上下両面を研磨して透明な表面に仕上げ、入射面３０２および出射面３０３を形成する。以上の工程で偏光変換素子３０１が製造される。
【００７５】
実施の形態３の偏光変換素子とその製造方法によれば、旋光子３１２を第１の透明基板３１１に斜方蒸着により形成するので、従来のように樹脂フィルムの貼り合わせをする必要がなく、樹脂フィルム（旋光子）の歪曲や泡の巻き込み、位置ズレが生じない。そのため、容易に高精度で旋光子３１２を形成することができる。
【００７６】
また、上述のように、旋光子３１２は、光が２回透過する間に、直線偏光を直線偏光に維持したまま偏光軸（偏光面）を回転させる機能を有する構成としているため、実施形態１や実施の形態２の偏光変換素子１０１、２０１の旋光子１１２、２１２よりも膜厚は薄い。そのため、複屈折膜である旋光子３１２の成膜時間が短縮できるのでより安価な偏光分離素子３０１を実現できる。
【００７７】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る偏光変換素子およびその製造方法について図を用いて説明する。図１１は本発明の実施の形態４に係る偏光変換素子の構成を示す断面図である。
【００７８】
実施の形態４の偏光変換素子４０１は、積層体４１０と第４の透明基板２２１とが、光の入射面４０２および出射面４０３に対して斜め方向に層を形成するように交互に周期的に配置された構造である。入射面４０２および出射面４０３に対する各層の傾きは、例えば略４５度とすればよい。また、積層体４１０と第２の透明基板４２１との間には接着剤が塗布されていて、接着剤層４０８が形成されている。
【００７９】
第１の積層体４１０は、第１の透明基板４１１と、第１の透明基板４１１の一方の面に形成された偏光分離膜４１３と、第１の透明基板４１１の他方の面に順次形成された無機材料からなる膜状の旋光子４１２および反射膜４１４とを有する。偏光分離膜４１３と反射膜４１４とが、それぞれ接着剤層４０８を介して第２の透明基板４２１に対向している。
【００８０】
光源から発せられた入射光４５１は、Ｐ偏光およびＳ偏光を含むランダム偏光であり、偏光変換素子４０１の入射面４０２に対して直角方向から入射される。入射光４５１は、第１の透明基板４１１を透過して、偏光分離膜４１３によってＰ偏光とＳ偏光とに分離される。偏光分離膜４１３は、実施の形態１と同様に例えば誘電体多層膜とし、Ｐ偏光を透過しＳ偏光を反射する特性を有することとする。
【００８１】
入射光４５１の内Ｐ偏光は、偏光分離膜４１３を透過して直進し、接着剤層４０８および第２の透明基板４２１を透過して、出射面４０３より出射される。
【００８２】
入射光４５１の内、偏光分離膜４１３によって分離されたＳ偏光は第１の透明基板４１１中を入射面４０２および出射面４０３に対して略平行に進んで、旋光子４１２に入射し、反射膜４１４によって直角に反射され、再び、旋光子４１２に入射し、第１の透明基板４１１を透過して、出射面４０３から出射される。Ｓ偏光は、旋光子４１２に入射し、反射膜４１４において反射され、再び、旋光子４１２を透過する際に、Ｐ偏光に変換される。このように、旋光子４１２は、２回の透過で光を偏光するようにする。それにより、１回の透過で光を偏光する場合（例えば、実施の形態１、２に示している場合）よりも旋光子４１２を薄くできる。そのため、旋光子４１２を斜方蒸着により形成する場合に、材料を少なくかつ製造時間を短くできる。
【００８３】
上述のように、出射面４０３から出射されるのは、Ｐ偏光のみとなる。つまり、偏光変換素子４０１は、Ｐ偏光およびＳ偏光を含むランダム偏光をＰ偏光に偏光することができる。
【００８４】
次に、実施の形態４に係る偏光変換素子４０１の製造方法について、図１２および図１３を用いて説明する。図１２は本発明の実施の形態４に係る偏光変換素子の製造工程における接着時の配列を示す断面図であり、図１３は本発明の実施の形態４に係る偏光変換素子の製造工程における切断位置を示す断面図である。
【００８５】
まず、平行基板である第１の透明基板４１１の一方の面に偏光分離膜４１３を形成し、他方の面に旋光子４１２と反射膜４１４を順次形成して、積層体４１０を作製する。第２の透明基板４２１は成膜する必要がないので、その分成膜工程に時間およびコストがかからない。
【００８６】
積層体４１０の作製には、図２に示す真空蒸着装置１９１を用いればよい。具体的には、図２に示す真空蒸着装置１９１の基板ホルダ１９２に第１の透明基板４１１を、蒸着源１９３方向に対して垂直となるように設置し、一方の面に偏光分離膜４１３を蒸着により成膜する。次に、第１の透明基板４１１を蒸着源１９３方向に対して約７０度に傾けて、他方の面が蒸着源１９３に向くように設置して、例えば、酸化ニオブを斜方蒸着し、第１の透明基板４１１の他方の面に複屈折膜である旋光子４１２を形成する。そして、第１の透明基板４１１を再び蒸着源１９３方向に対して垂直となるように設置し、旋光子４１２上に反射膜４１４としてアルミニウムの下に増反射層を加えた増反射アルミニウムミラーを蒸着により成膜する。
【００８７】
次に、図１２に示すように、積層体４１０と第２の透明基板４２１とを交互に複数配列して、積層体４１０および第２の透明基板４２１のそれぞれを接着剤を用いて接着する。なお、図１２および図１３においては、見やすさを考慮して、接着剤層４０８の図示を省略している。
【００８８】
次に、図１３に示しているように、積層体４１０と第２の透明基板４２１とを交互に接着することで形成された接着体４４０を、積層体４１０の面に対して斜めの方向に切断線４４１に沿って切断する。例えば、積層体４１０の面に対して、切断線４４１が約４５度方向に傾くようにすればよい。図１３において、切断線４４１は一点鎖線で示している。切断後に、研磨等を行うので、その分を考慮して、偏光変換素子４０１完成後（図１１参照）の厚みよりも余分の厚さになるように、適宜切断間隔を決定する。なお、切断線４４１が、入射面４０２もしくは出射面４０３側となる（図１１参照）。切断には、例えば、ワイヤーソー、外周刃切断機および内周刃切断機などを用いることができる。
【００８９】
また、積層体４１０および第２の透明基板４２１とを配列して接着する場合に、図１２、図１３に示しているように、切断方向とほぼ同一方向に各部材をずらして配列して接着すれば、端材を最小に抑えることができ、偏光変換素子４０１を多く製造することができる。
【００９０】
次に、切り出した板材は切断面が粗いので上下両面を研磨して透明な表面に仕上げ、入射面４０２および出射面４０３を形成する。以上の工程で偏光変換素子４０１が製造される。
【００９１】
実施の形態４の偏光変換素子とその製造方法によれば、旋光子４１２を第１の透明基板４１１上に蒸着により形成するので、従来のように樹脂フィルムの貼り合わせをする必要がなく、樹脂フィルム（旋光子）の歪曲や泡の巻き込み、位置ズレが生じない。そのため、容易に高精度で旋光子４１２を形成することができる。
【００９２】
また、上述のように、旋光子４１２は、光が２回透過する間に、直線偏光を直線偏光に維持したまま偏光軸（偏光面）を回転させる機能を有する構成としているため、実施形態１や実施の形態２の偏光変換素子１０１、２０１の旋光子１１２、２１２よりも膜厚は薄い。そのため、複屈折膜である旋光子４１２の成膜時間が短縮できるのでより安価な偏光分離素子４０１を実現できる。
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５に係る偏光変換素子５０１およびその製造方法について図を用いて説明する。図１４は本発明の実施の形態５に係る偏光変換素子の構成を示す断面図である。
【００９３】
実施の形態５の偏光変換素子５０１は、第１の積層体５１０と第２の積層体５２０とが、光の入射面５０２および出射面５０３に対して斜め方向に層を形成するように交互に周期的に配置された構造である。入射面５０２および出射面５０３に対する各層の傾きは、例えば略４５度とすればよい。また、第１の積層体５１０と第２の積層体５２０との間には接着剤が塗布されていて、接着剤層５０８が形成されている。
【００９４】
第１の積層体５１０は、第１の透明基板５１１と、第１の透明基板５１１の一方の面に順次形成された反射膜５１３および無機材料からなる膜状の旋光子５１２とを有する。また、第２の積層体５２０は、第２の透明基板５２１と、第２の透明基板３２１の一方の面に形成された偏光分離膜５２２とを有する。
【００９５】
また、第１の透明基板５１１と偏光分離膜５２２とが接着剤層５０８を介して対向し、第２の透明基板５２１と旋光子５１２とが接着剤層５０８を介して対向している。
【００９６】
光源から発せられた入射光５５１は、Ｐ偏光およびＳ偏光を含むランダム偏光であり、偏光変換素子５０１の入射面５０２に対して直角方向から入射される。入射光５５１は、第１の透明基板５２１を透過して、偏光分離膜５２２によってＰ偏光とＳ偏光とに分離される。偏光分離膜５２２は、実施の形態１と同様に例えば誘電体多層膜とし、Ｐ偏光を透過しＳ偏光を反射する特性を有することとする。
【００９７】
入射光５５１の内Ｐ偏光は、偏光分離膜５２２を透過して直進し、接着剤層５０８および第１の透明基板５１１を透過して、出射面５０３より出射される。
【００９８】
偏光分離膜５２２によって分離されたＳ偏光は第２の透明基板５２１中を入射面５０２および出射面５０３に対して略平行に進んで、接着剤層５０８を透過し、旋光子５１２に入射し、反射膜５１３によって直角に反射され、再び、旋光子５１２を透過し、接着剤層５０８および第１の透明基板５１１を透過して、出射面５０３から出射される。Ｓ偏光は、旋光子５１２に入射し、反射膜３２２において直角に反射され、再び、旋光子５１２を透過する際に、Ｐ偏光に変換される。このように、旋光子５１２は、２回の透過で光を偏光するようにする。それにより、１回の透過で光を偏光する場合（例えば、実施の形態１、２に示している場合）よりも旋光子５１２を薄くできる。そのため、旋光子５１２を斜方蒸着により形成する場合に、材料を少なくかつ製造時間を短くできる。
【００９９】
上述のように、出射面５０３から出射されるのは、Ｐ偏光のみとなる。つまり、偏光変換素子５０１は、Ｐ偏光およびＳ偏光を含むランダム偏光をＰ偏光に偏光することができる。
【０１００】
次に、実施の形態５に係る偏光変換素子５０１の製造方法を図１５および図１６を用いて説明する。図１５は本発明の実施の形態５に係る偏光変換素子の製造工程における接着時の配列を示す断面図であり、図１６は本発明の実施の形態５に係る偏光変換素子の製造工程における切断位置を示す断面図である。
【０１０１】
まず、平行基板である第１の透明基板５１１の一方の面に反射膜５１３および旋光子５１２を順次形成して、第１の積層体５１０を作製する。次に、第２の透明基板５２１の一方の面に偏光分離膜５２２を形成して、第２の積層体５２０を作製する。
【０１０２】
第１の積層体５１０の作製には図２に示す真空蒸着装置１９１を用いればよい。具体的には、図２に示す真空蒸着装置１９１の基板ホルダ１９２に第１の透明基板５１１を、蒸着源１９３方向に対して垂直となるように設置し、一方の面に反射膜５１３として、例えば、アルミニウムの下に増反射層を加えた増反射アルミニウムミラーを蒸着により成膜する。そして、第１の透明基板５１１を蒸着源１９３方向に対して約７０度に傾けて設置し、反射膜５１３上に、例えば、酸化ニオブを斜方蒸着し、反射膜５１３上に複屈折膜である旋光子５１２を形成する。上述したように、旋光子５１２は薄くてもよいので、蒸着にかかる時間が短い上、蒸着材料も少なくてすむ。
【０１０３】
次に、第２の積層体５２０を作製する。第１の積層体５１０の作製と同様に、図２に示す真空蒸着装置１９１を用いればよい。真空蒸着装置１９１の基板ホルダ１９２に第２の透明基板５２１を、蒸着源１９３方向に対して垂直となるように設置し、一方の面に偏光分離膜５２２を蒸着する。
【０１０４】
次に、図１５に示しているように、第１の積層体５１０と第２の積層体５２０とを交互に複数配列する。このとき、第１の透明基板５１１と偏光分離膜５２２とが対向し、旋光子５１２と第２の透明基板５２１とが対向するように配置する。このように、第１の積層体５１０および第２の積層体５２０が交互に配列されるように、接着剤を用いてそれぞれの積層体同士を接着する。それにより、図１６に示す接着体５４０を得る。また、図１６に示しているように、第１の積層体５１０と第２の積層体５２０とを交互に接着することで形成された接着体５４０の両端にはどちらの面にも膜が形成されていない、第３の透明基板５３０を接着することが好ましい。それにより、偏光変換素子５０１完成後において、第３の基板５３０を光学機器に取り付ける時の固定部として用いることができる。また、偏光変換素子５０１において、第３の基板５３０は端部となる。つまり、偏光変換素子５０１の後工程の切り出しや研磨において欠けやすい端の箇所が、光を制御することのない第３の基板５３０となる。そのため、偏光変換素子５０１の作製の際に、光学機能に影響を与えることがない。なお、図１６においては、見やすさを考慮して、接着剤層５０８（図１４参照）の図示を省略しているが、実際には、第１の積層体５１０、第２の積層体５２０および第３の透明基板５３０の各接着面には接着剤層５０８が形成されている（図１４参照）。
【０１０５】
次に、図１６に示すように、接着体５４０を、第１の積層体５１０の面に対して斜めの方向に切断線５４１に沿って切断する。例えば、第１の積層体５１０の面に対して、切断線５４１が約４５度方向に傾くようにすればよい。図１６において、切断線５４１は一点鎖線で示している。切断後に、研磨等を行うので、その分を考慮して、偏光変換素子５０１完成後（図１４参照）の厚みよりも余分の厚さになるように、適宜切断間隔を決定する。なお、切断線５４１が、入射面５０２もしくは出射面５０３側となる（図１４参照）。切断には、例えば、ワイヤーソー、外周刃切断機および内周刃切断機などを用いることができる。
【０１０６】
また、第１の積層体５１０および第２の積層体５２０とを配列して接着する場合に、図１５、図１６に示しているように、切断方向とほぼ同一方向に各部材をずらして配列して接着すれば、端材を最小に抑えることができ、偏光変換素子５０１を多く製造することができる。
【０１０７】
次に、切り出した板材は切断面が粗いので上下両面を研磨して透明な表面に仕上げ、入射面５０２および出射面５０３を形成する。以上の工程で偏光変換素子５０１が製造される。
【０１０８】
実施の形態５の偏光変換素子とその製造方法によれば、旋光子５１２を第１の反射膜５１３上に蒸着により形成するので、従来のように樹脂フィルムの貼り合わせをする必要がなく、樹脂フィルム（旋光子）の歪曲や泡の巻き込み、位置ズレが生じない。そのため、容易に高精度で旋光子５１２を形成することができる。
【０１０９】
また、上述のように、旋光子５１２は、光が２回透過する間に、直線偏光を直線偏光に維持したまま偏光軸（偏光面）を回転させる機能を有する構成としているため、実施形態１や実施の形態２の偏光変換素子１０１、２０１の旋光子１１２、２１２よりも膜厚は薄い。そのため、複屈折膜である旋光子５１２の成膜時間が短縮できるのでより安価な偏光分離素子５０１を実現できる。
【０１１０】
上述のように、本実施の形態１〜５に係る偏光変換素子は、旋光子として無機材料、特に金属酸化物を用いているので、耐熱性および耐光性を有している。なお、実施の形態１〜５に係る偏光変換素子において、旋光子である金属酸化物は、例えば、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化ジルコニウムおよび酸化アルミニウム等を用いればよい。
【０１１１】
また、斜方蒸着により形成された膜は緻密度が比較的低く大気中に長期間放置すると水分が入り込んで特性が変化することもあるが、本実施の形態１〜５に係る偏光変換素子では、斜方蒸着により形成された膜である旋光子が、基板等に挟まれて閉じこめられているので特性が安定している。
【０１１２】
また、本実施の形態１〜５に係る偏光変換素子の製造方法において、斜方蒸着により旋光子を形成しているので、高い複屈折性を有する旋光子を容易に形成できる。したがって、高品質な偏光変換素子を容易に製造できる。
【０１１３】
なお、本実施の形態１〜５に係る偏光変換素子において、入射面と出射面が空気に接する形態で使用する場合は、面に反射防止膜を成膜して入射あるいは出射の際の反射を防いでもよい。また、偏光変換素子を、レンズなどの光学素子と貼り合わせて使用することもできる。
【０１１４】
以上説明した実施の形態１〜５に係る偏光変換素子および偏光変換素子の製造方法は、あくまでも一例であり、これらに限定されるわけではない。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本発明の偏光変換素子は偏光を利用する光学機器に利用可能であり、さらに、高温環境や高輝度光に曝されても劣化しない旋光子を内蔵しているため、特にプロジェクタの照明光学系に用いることで、プロジェクタの寿命と輝度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る偏光変換素子の構成を示す断面図
【図２】本発明の実施の形態１に係る偏光変換素子を製造するための蒸着装置を説明する図
【図３】本発明の実施の形態１に係る偏光変換素子の製造工程における接着時の配列を示す断面図
【図４】本発明の実施の形態１に係る偏光変換素子の製造工程における切断位置を示す断面図
【図５】本発明の実施の形態２に係る偏光変換素子の構成を示す断面図
【図６】本発明の実施の形態２に係る偏光変換素子の製造工程における接着時の配列を示す断面図
【図７】本発明の実施の形態２に係る偏光変換素子の製造工程における切断位置を示す断面図
【図８】本発明の実施の形態３に係る偏光変換素子の構成を示す断面図
【図９】本発明の実施の形態３に係る偏光変換素子の製造工程における接着時の配列を示す断面図
【図１０】本発明の実施の形態３に係る偏光変換素子の製造工程における切断位置を示す断面図
【図１１】本発明の実施の形態４に係る偏光変換素子の構成を示す断面図
【図１２】本発明の実施の形態４に係る偏光変換素子の製造工程における接着時の配列を示す断面図
【図１３】本発明の実施の形態４に係る偏光変換素子の製造工程における切断位置を示す断面図
【図１４】本発明の実施の形態５に係る偏光変換素子の構成を示す断面図
【図１５】本発明の実施の形態５に係る偏光変換素子の製造工程における接着時の配列を示す断面図
【図１６】本発明の実施の形態５に係る偏光変換素子の製造工程における切断位置を示す断面図
【図１７】従来の第１偏光変換素子の構成を示す断面図
【図１８】従来の第１偏光変換素子の構成を示す斜視図
【図１９】従来の第２偏光変換素子の構成を示す断面図
【符号の説明】
【０１１７】
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１ 偏光変換素子
１０２、２０２、３０２、４０２、５０２ 入射面
１０３、２０３、３０３、４０３、５０３ 出射面
１１０、３１０、５１０ 第１の積層体
２１０、４１０ 積層体
１１１、２１１、３１１、４１１、５１１ 第１の透明基板
１１２、２１２、３１２、４１２、５１２ 旋光子
１２０、３２０、５２０ 第２の積層体
１２１、２２１、３２１、４２１、５２１ 第２の透明基板
１２２、２１３、３１３、４１３、５２２ 偏光分離膜
１２３、２１４、３２２、４１４、５１３ 反射膜
１３０、３３０ 第３の透明基板
１４０、２４０、３４０、４４０、５４０ 接着体
１４１、２４１、３４１、４４１、５４１ 切断線
１５１、２５１、３５１、４５１、５５１ 入射光
１９１ 真空蒸着装置
１９２ 基板ホルダ
１９０ チャンバ
１９３ 蒸着源
６０１、７０１ 偏光変換素子
６０２、７０２ 入射面
６０３、７０３ 出射面
６０４ 第１の基板
６０５ 第２の基板
６０６、７０６ 偏光分離膜
６０７ 反射膜
６０８、７０８ 接着剤層
６０９、７０９ 旋光子
６１０、７１０ 入射光
７０４ 基板
７１１ 反射防止膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が入射される入射面と、前記入射面に平行な出射面を有する板状の偏光変換素子であって、
入射光をＳ偏光とＰ偏光に分離し、Ｓ偏光とＰ偏光の内どちらか一方を透過し、他方を反射する偏光分離膜と、
光の偏光面を回転させる、無機材料からなる膜状の旋光子と、
光を反射する反射膜とを備え、
前記偏光分離膜、前記旋光子および前記反射膜は、前記入射面および前記出射面の間に位置し、前記入射面および前記出射面に対して傾き、前記入射面と平行な方向に周期的に配置されたことを特徴とする偏光変換素子。
【請求項２】
前記旋光子は、複屈折を有する金属酸化物膜である請求項１に記載の偏光変換素子。
【請求項３】
前記旋光子は、斜方蒸着により形成された、複屈折を有する前記金属酸化物膜である請求項２に記載の偏光変換素子。
【請求項４】
第１の透明基板と、前記第１の透明基板の片面に形成された前記旋光子とを有する第１の積層体と、
第２の透明基板と、前記第２の透明基板の片面に形成された偏光分離膜と、前記第２の透明基板の他面に形成された反射膜とを有する第２の積層体とを備え、
前記第１の積層体と前記第２の積層体とが、前記入射面および前記出射面に対して傾き、前記入射面と前記出射面とに対して平行な方向に交互に積層され、
前記偏光分離膜と前記旋光子とが対向し、前記反射膜と前記第１の透明基板とが対向している請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の偏光変換素子。
【請求項５】
第１の透明基板と、前記第１の透明基板の片面に順次形成された前記偏光分離膜および前記旋光子と、前記第１の透明基板の他面に形成された前記反射膜とを有する積層体と、
第２の透明基板とを備え、
前記積層体と前記第２の透明基板とが、前記入射面および前記出射面に対して傾き、前記入射面と前記出射面とに対して平行な方向に交互に積層されている請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の偏光変換素子。
【請求項６】
第１の透明基板と、前記第１の透明基板の片面に形成された前記偏光分離膜と、前記第１の透明基板の他面に形成された前記旋光子とを有する第１の積層体と、
第２の透明基板と、前記第２の透明基板の片面に形成された反射膜とを有する第２の積層体とを備え、
前記第１の積層体と前記第２の積層体とが、前記入射面および前記出射面に対して傾き、前記入射面と前記出射面とに対して平行な方向に交互に積層されていて、
前記第２の透明基板と前記偏光分離膜とが対向し、前記旋光子と前記反射膜とが対向している請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の偏光変換素子。
【請求項７】
第１の透明基板と、前記第１の透明基板の片面に形成された前記偏光分離膜と、前記第１の透明基板の他面に順次形成された前記旋光子および前記反射膜とを有する積層体と、
第２の透明基板とを備え、
前記積層体と前記第２の透明基板とが、前記入射面および前記出射面に対して傾き、前記入射面と前記出射面とに対して平行な方向に交互に積層されている請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の偏光変換素子。
【請求項８】
第１の透明基板と、前記第１の透明基板の片面に順次形成された前記反射膜および前記旋光子とを有する第１の積層体と、
第２の透明基板と、前記第２の透明基板の片面に形成された偏光分離膜とを有する第２の積層体とを備え、
前記第１の積層体と前記第２の積層体とが、前記入射面および前記出射面に対して傾き、前記入射面と前記出射面とに対して平行な方向に交互に積層されていて、
前記第１の透明基板と前記偏光分離膜とが対向し、前記旋光子と前記第２の透明基板とが対向している請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の偏光変換素子。
【請求項９】
第１の透明基板上または前記第１の透明基板上に積層された層上に、金属酸化物膜である旋光子を斜方蒸着により形成して、積層体を作製する積層体作製工程と、
前記積層体作製工程で作製した前記積層体と、第２の透明基板とを、交互に積層して接着し、接着体を形成する接着工程と、
前記接着工程後に、前記接着体を前記積層体および前記第２の透明基板に対して傾く方向に切断して、板状体を切り出す切断工程とを備える偏光変換素子の製造方法。
【請求項１０】
第１の透明基板上または前記第１の透明基板上に積層された層上に、金属酸化物膜である旋光子を斜方蒸着により形成して、積層体を作製する積層体作製工程と、
前記積層体作製工程で作製した前記第１の積層体と、少なくとも第２の透明基板を有する第２の積層体とを、交互に積層して接着し、接着体を形成する接着工程と、
前記接着工程後に、前記接着体を前記第１の積層体および前記第２の積層体に対して傾く方向に切断して、板状体を切り出す切断工程とを備える偏光変換素子の製造方法。
【請求項１】
光が入射される入射面と、前記入射面に平行な出射面を有する板状の偏光変換素子であって、
入射光をＳ偏光とＰ偏光に分離し、Ｓ偏光とＰ偏光の内どちらか一方を透過し、他方を反射する偏光分離膜と、
光の偏光面を回転させる、無機材料からなる膜状の旋光子と、
光を反射する反射膜とを備え、
前記偏光分離膜、前記旋光子および前記反射膜は、前記入射面および前記出射面の間に位置し、前記入射面および前記出射面に対して傾き、前記入射面と平行な方向に周期的に配置されたことを特徴とする偏光変換素子。
【請求項２】
前記旋光子は、複屈折を有する金属酸化物膜である請求項１に記載の偏光変換素子。
【請求項３】
前記旋光子は、斜方蒸着により形成された、複屈折を有する前記金属酸化物膜である請求項２に記載の偏光変換素子。
【請求項４】
第１の透明基板と、前記第１の透明基板の片面に形成された前記旋光子とを有する第１の積層体と、
第２の透明基板と、前記第２の透明基板の片面に形成された偏光分離膜と、前記第２の透明基板の他面に形成された反射膜とを有する第２の積層体とを備え、
前記第１の積層体と前記第２の積層体とが、前記入射面および前記出射面に対して傾き、前記入射面と前記出射面とに対して平行な方向に交互に積層され、
前記偏光分離膜と前記旋光子とが対向し、前記反射膜と前記第１の透明基板とが対向している請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の偏光変換素子。
【請求項５】
第１の透明基板と、前記第１の透明基板の片面に順次形成された前記偏光分離膜および前記旋光子と、前記第１の透明基板の他面に形成された前記反射膜とを有する積層体と、
第２の透明基板とを備え、
前記積層体と前記第２の透明基板とが、前記入射面および前記出射面に対して傾き、前記入射面と前記出射面とに対して平行な方向に交互に積層されている請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の偏光変換素子。
【請求項６】
第１の透明基板と、前記第１の透明基板の片面に形成された前記偏光分離膜と、前記第１の透明基板の他面に形成された前記旋光子とを有する第１の積層体と、
第２の透明基板と、前記第２の透明基板の片面に形成された反射膜とを有する第２の積層体とを備え、
前記第１の積層体と前記第２の積層体とが、前記入射面および前記出射面に対して傾き、前記入射面と前記出射面とに対して平行な方向に交互に積層されていて、
前記第２の透明基板と前記偏光分離膜とが対向し、前記旋光子と前記反射膜とが対向している請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の偏光変換素子。
【請求項７】
第１の透明基板と、前記第１の透明基板の片面に形成された前記偏光分離膜と、前記第１の透明基板の他面に順次形成された前記旋光子および前記反射膜とを有する積層体と、
第２の透明基板とを備え、
前記積層体と前記第２の透明基板とが、前記入射面および前記出射面に対して傾き、前記入射面と前記出射面とに対して平行な方向に交互に積層されている請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の偏光変換素子。
【請求項８】
第１の透明基板と、前記第１の透明基板の片面に順次形成された前記反射膜および前記旋光子とを有する第１の積層体と、
第２の透明基板と、前記第２の透明基板の片面に形成された偏光分離膜とを有する第２の積層体とを備え、
前記第１の積層体と前記第２の積層体とが、前記入射面および前記出射面に対して傾き、前記入射面と前記出射面とに対して平行な方向に交互に積層されていて、
前記第１の透明基板と前記偏光分離膜とが対向し、前記旋光子と前記第２の透明基板とが対向している請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の偏光変換素子。
【請求項９】
第１の透明基板上または前記第１の透明基板上に積層された層上に、金属酸化物膜である旋光子を斜方蒸着により形成して、積層体を作製する積層体作製工程と、
前記積層体作製工程で作製した前記積層体と、第２の透明基板とを、交互に積層して接着し、接着体を形成する接着工程と、
前記接着工程後に、前記接着体を前記積層体および前記第２の透明基板に対して傾く方向に切断して、板状体を切り出す切断工程とを備える偏光変換素子の製造方法。
【請求項１０】
第１の透明基板上または前記第１の透明基板上に積層された層上に、金属酸化物膜である旋光子を斜方蒸着により形成して、積層体を作製する積層体作製工程と、
前記積層体作製工程で作製した前記第１の積層体と、少なくとも第２の透明基板を有する第２の積層体とを、交互に積層して接着し、接着体を形成する接着工程と、
前記接着工程後に、前記接着体を前記第１の積層体および前記第２の積層体に対して傾く方向に切断して、板状体を切り出す切断工程とを備える偏光変換素子の製造方法。
【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】
【公開番号】特開２００６−６４８７１（Ｐ２００６−６４８７１Ａ）
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２４５６７０（Ｐ２００４−２４５６７０）
【出願日】平成１６年８月２５日（２００４．８．２５）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月２５日（２００４．８．２５）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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