偏光変換素子および偏光変換素子の製造方法
【課題】高い偏光変換効率を備えると共に耐熱性や耐光性に優れた偏光変換素子、および偏光変換素子の製造方法を提供する。
【解決手段】偏光変換素子１は、光入射面１ａおよび光入射面１ａに略平行な光射出面１ｂに略４５°の角度を成す複数の界面で順次貼り合わされた、柱状のガラス材１１、１／２λ位相差機能を有する一枚の水晶板より成る位相差板１２および柱状のガラス材１３を備え、ガラス材１１と位相差板１２との界面に光入射面１ａに入射した光を二種類の偏光光に分離し、一方の偏光光を透過し他方の偏光光を反射する偏光分離膜１４と、ガラス材１１とガラス材１３との界面に入射光を反射する反射膜１５と、ガラス材１１と位相差板１２との界面に位相差板との組み合わせで位相差を補償し、偏光変換効率を高める位相差膜１６がそれぞれ設けられている。
【解決手段】偏光変換素子１は、光入射面１ａおよび光入射面１ａに略平行な光射出面１ｂに略４５°の角度を成す複数の界面で順次貼り合わされた、柱状のガラス材１１、１／２λ位相差機能を有する一枚の水晶板より成る位相差板１２および柱状のガラス材１３を備え、ガラス材１１と位相差板１２との界面に光入射面１ａに入射した光を二種類の偏光光に分離し、一方の偏光光を透過し他方の偏光光を反射する偏光分離膜１４と、ガラス材１１とガラス材１３との界面に入射光を反射する反射膜１５と、ガラス材１１と位相差板１２との界面に位相差板との組み合わせで位相差を補償し、偏光変換効率を高める位相差膜１６がそれぞれ設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランダムな偏光方向を有する光を、一方向の偏光方向を有する光に変換する偏光変換素子および偏光変換素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクタなどの光学機器において、ランダムな偏光方向を有する光（非偏光光）を、一方向の偏光方向を有する光に変換する光学素子として偏光変換素子が知られている。図１５は、従来の一般的な偏光変換素子を説明するための模式図であり、（ａ）は偏光変換素子の斜視図、（ｂ）は（ａ）を＋Ｚ軸方向から矢視した偏光変換素子の平面図である。
図１５（ａ）および図１５（ｂ）において、偏光変換素子５０は、入射した光を二種類の偏光光に分離するための偏光分離素子５１と、偏光分離素子５１の光射出面側に選択的に配置され、二種類の偏光光の一方を他方の偏光光に変換するための１／２λ位相差板５２とを備えている。なお、偏光変換素子５０に入射する光は、その主光線（中心軸）が、システム光軸ＡＬに略平行に入射する。
【０００３】
偏光分離素子５１は、システム光軸ＡＬに略直交する光入射面と、光入射面に略平行な光射出面と、光入射面および光射出面と所定の角度を成す複数の界面で順次貼り合わされた複数のガラス材５１ａと、複数の界面に交互に設けられた複数の偏光分離膜５１ｂ（図中に実線で示す）および反射膜５１ｃ（図中に破線で示す）とを備えている。
複数の界面の光入射面（光射出面）との所定の角度は、一般的に４５°であり、ガラス材５１ａは、Ｘ−Ｙ軸方向において略平行四辺形の断面形状を有しＺ軸方向に延伸する柱状を成している。
【０００４】
偏光分離膜５１ｂは誘電体多層膜で形成され、入射した光線束（Ｓ偏光光＋Ｐ偏光光）を、Ｓ偏光の部分光線束（Ｓ偏光光）とＰ偏光の部分光線束（Ｐ偏光光）とに分離して、Ｓ偏光光を反射し、Ｐ偏光光を透過する機能を有する。一方、反射膜５１ｃは誘電体多層膜または金属膜で形成され、反射膜５１ｃに入射したＳ偏光光を反射する機能を有する。
１／２λ位相差板５２は、偏光分離膜５１ｂを透過したＰ偏光光が通過するガラス材５１ａの光射出面に格子状に配列して設けられている。この１／２λ位相差板５２は、入射するＰ偏光光を、偏光方向が直交するＳ偏光光に変換する機能を有している。
【０００５】
なお、偏光変換素子５０は、一般的に偏光変換素子５０に入射する光が偏光分離膜５１ｂのみに入射し、反射膜５１ｃには入射しないように遮光部６０ｂが配列された遮光板６０（図１５（ｂ）中に二点鎖線で示す）が、光入射面側に配設されて用いられる。
【０００６】
このように構成された偏光変換素子５０は、図１５（ｂ）に示すように、柱状のガラス材５１ａが延伸する方向をＺ軸方向に配置して用いられる。そして、遮光板６０の開口部６０ａより偏光分離素子５１のガラス材５１ａに入射した光（Ｓ偏光光＋Ｐ偏光光）は、偏光分離膜５１ｂにおいてＳ偏光光とＰ偏光光の２つの部分光線束に分離される。偏光分離膜５１ｂで分離された一方のＳ偏光光が、反射膜５１ｃにおいて反射されると共に、分離された他方のＰ偏光光が偏光分離膜５１ｂを透過して１／２λ位相差板５２においてＳ偏光光に変換される。すなわち、偏光変換素子５０において一種類の偏光光に変換されたＳ偏光光が、偏光変換素子５０からシステム光軸ＡＬと略平行方向に射出される。
なお、この例では、１／２λ位相差板５２をＰ偏光光が通過するガラス材５１ａの光射出面に格子状に配列して設けているが、Ｓ偏光光が通過するガラス材５１ａの光射出面のみに設けた場合には、一種類の偏光光に変換されたＰ偏光光が得られる。
【０００７】
しかしながら偏光変換素子５０を構成する１／２λ位相差板５２として、有機材料系の位相差フィルムが用いられた従来の偏光変換素子５０は、光源から射出された光が通過することによって、位相差フィルムが黄変したり、発熱したりして、位相差フィルムの光学特性の劣化を招く。すなわち耐熱性および耐光性の信頼性に劣るという問題を有している。
【０００８】
こうした問題に対応するために、１／２λ位相差板に水晶を用いて構成した偏光変換素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、複数の透光性部材の傾斜端面同士が接合された透光性基材中に偏光分離膜と反射膜とが互いに平行、かつ透光性基材に対する入射光軸に斜めに配置され、第１の透光性部材の偏光分離膜が形成された傾斜端面と第２の透光性部材の傾斜端面との間に、一軸延伸された単層の高分子フィルムからなる１／２λ位相差フィルムとから構成された偏光変換素子が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−３０２５２３号公報
【特許文献２】特開２００４−１４５３０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に示される偏光変換素子は、短冊状に加工された水晶よりなる１／２λ位相差板を、偏光分離膜または反射膜に対応して一枚ずつ格子状に配列して、接着剤で貼り合わせて製造される。したがって、耐熱性や耐光性の向上を図ることは可能であるが、１／２λ位相差板を短冊状に加工したり、所定間隔に精度良く並列して接着したりするために、取り扱い時に割れやクラックが発生し易く、しかも製造工程が煩雑化して多大な工数を必要とする課題を有する。また、一枚の１／２λ位相差板では偏光変換効率が低いという問題も有する。
【００１１】
一方、特許文献２に示される偏光変換素子は、ガラス製の第１の透光性部材および第２の透光性部材と、高分子フィルムからなる１／２λ位相差フィルムとは、線膨張係数が大きく異なることから、接合部の剥れなどの不具合が発生し易く、しかも長期間に亘る耐熱性および耐光性の確保の面から課題が残る。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【００１３】
［適用例１］
本適用例に係る偏光変換素子は、光入射面および前記光入射面に略平行な光射出面に略４５°の角度を成す複数の界面で順次貼り合わされた第１の透光性基材、１／２λ位相差機能を有する位相差板および第２の透光性基材を備えた偏光変換素子であって、前記第１の透光性基材と前記位相差板との界面に形成され、前記光入射面に入射した光をＳ偏光光とＰ偏光光とに分離し、且つ一方の偏光光を透過し他方の偏光光を反射する偏光分離膜と、前記第１の透光性基材と前記第２の透光性基材との界面に形成され、入射光を反射する反射膜と、前記位相差板と前記第２の透光性基材との界面に形成され、位相差を補償する位相差膜と、を有することを特徴とする。
【００１４】
これによれば、光入射面および光入射面に略平行な光射出面に略４５°の角度を成す複数の界面で順次貼り合わされた複数の第１の透光性基材、１／２λ位相差機能を有する位相差板および第２の透光性基材を備えた偏光変換素子が、第１の透光性基材と位相差板との界面に光入射面に入射した光をＳ偏光光とＰ偏光光とに分離し、一方の偏光光を透過し他方の偏光光を反射する偏光分離膜と、第１の透光性基材と第２の透光性基材との界面に入射光を反射する反射膜と、位相差板と第２の透光性基材との界面に位相差を補償する位相差膜を有することにより、偏光分離膜において分離されて位相差板に入射する一方の偏光光が、他方の偏光光に変換される。その際、位相差板と位相差膜とによる位相差の組み合わせで位相差膜が位相差を補償し、偏光変換効率を高めることができる。したがって、一種類の偏光方向に揃った偏光変換効率の優れた偏光光を射出する偏光変換素子が得られる。
また、位相差板が第１の透光性基材と第２の透光性基材との間に互いに貼り合わされて設けられていることによって外部環境に曝されることがなく、耐熱性および耐光性に優れると共に、薄型化した偏光変換素子が得られる。
【００１５】
［適用例２］
上記適用例に係る偏光変換素子において、前記位相差膜は低屈折率層と高屈折率層とが交互に積層された誘電体多層膜より成り、前記位相差膜を形成する前記低屈折率層および前記高屈折率層の光学膜厚が２５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲であるのが好ましい。
【００１６】
これによれば、位相差膜を形成する低屈折率層および高屈折率層のそれぞれの光学膜厚が２５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲であることにより、透過率の損失を抑制すると共に、広波長帯域（略４２０ｎｍ〜略６８０ｎｍの可視光波長域）の入射光に対して優れた偏光変換効率を備えた偏光変換素子が得られる。また、光入射面に入射する光の広い入射角許容値（±３°程度）に対応することができる。
【００１７】
［適用例３］
上記適用例に係る偏光変換素子において、前記位相差板は板厚が８０μｍ程度の水晶板より成るのが好ましい。
【００１８】
これによれば、位相差板の板厚が８０μｍ程度の水晶板より成ることにより、位相差膜とによる位相差の組み合わせで位相差膜が位相差を補償し、広波長帯域（略４２０ｎｍ〜略６８０ｎｍの可視光波長域）の入射光に対して偏光変換効率を高めることができる。したがって、位相差板と位相差膜とによる位相差の組み合わせを行うことにより、板厚の異なる二枚の複屈曲板（水晶板）を光学軸が直交するように積層して接合などすることなく、容易に偏光変換効率を高めることができる。
【００１９】
［適用例４］
本適用例に係る偏光変換素子の製造方法は、光入射面および前記光入射面に略平行な光射出面に略４５°の角度を成す複数の界面で順次貼り合わされた第１の透光性基材、１／２λ位相差機能を有する位相差板および第２の透光性基材を備え、前記第１の透光性基材と前記位相差板との界面に形成され、前記光入射面に入射した光をＳ偏光光とＰ偏光光とに分離し、且つ一方の偏光光を透過し他方の偏光光を反射する偏光分離膜と、前記第１の透光性基材と前記第２の透光性基材との界面に形成され、入射光を反射する反射膜と、前記位相差と前記第２の透光性基材との界面に形成され、位相差を補償する位相差膜と、を有する偏光変換素子の製造方法であって、一方の表面に前記位相差膜が通常蒸着で形成された水晶板と、一方の表面に前記反射膜が形成された第２のガラス板と、一方の表面に前記偏光分離膜が形成された第１のガラス板とを準備する準備工程と、前記各膜の形成面を一方向に揃えて、前記水晶板と前記第２のガラス板と前記第１のガラス板と、を多数板厚方向に順次重ね合わせ、互いが貼り合わされたガラスブロックを形成する基材貼着工程と、前記ガラスブロックを、その表面と略４５°の角度を成す複数の略平行で所定の間隔を有する切断面で切断する切断工程と、を備えたことを特徴とする。
【００２０】
これによれば、一方の表面に位相差を補償する位相差膜が形成された１／２λ位相差機能を有する水晶板と、一方の表面に入射光を反射する反射膜が形成された第２のガラス板と、一方の表面に光入射面に入射した光をＳ偏光光とＰ偏光光とに分離し、一方の偏光光を透過し他方の偏光光を反射する偏光分離膜が形成された第１のガラス板とを、準備する準備工程と、各膜の形成面を一方向に揃えて板厚方向に順次重ね合わせ、互いが貼り合わされたガラスブロックを形成する基材貼着工程と、ガラスブロックをその表面と略４５°の角度を成す複数の略平行で所定の間隔を有する切断線に沿って切断する切断工程とを備えることによって、位相差板と位相差膜とによる位相差の組み合わせで位相差膜が位相差を補償し、偏光変換効率を高めた多数の偏光変換素子を一度に得ることができる。すなわち、偏光変換効率を高めた安価な偏光変換素子の製造方法を得ることができる。
さらに、位相差膜１６は、斜方蒸着でなくてもよく、通常蒸着が行えるので、品質の安定した蒸着を行うことができる。
【００２１】
また、短冊状に加工された１／２λ位相差板を短冊状に加工したり、一枚ずつストライプ状に配列して精度良く接着したりする従来の製造方法に比べて作業性に優れ、しかも取り扱い時に割れやクラックの発生などによる不具合を回避した偏光変換素子の製造方法が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係る偏光変換素子の構成を模式的に示す斜視図であり、図２は、図１に示した偏光変換素子のＸ−Ｙ軸方向における拡大断面図である。なお、これらの図面は、説明の便宜のために各構成要素の寸法や比率を実際のものとは異ならせてある。
【００２３】
図１および図２において、偏光変換素子１は、光入射面１ａおよび光入射面１ａに略平行な光射出面１ｂに所定の角度を成す複数の界面で順次貼り合わされた柱状の第１の透光性基材としてのガラス材１１、位相差板１２および第２の透光性基材としてのガラス材１３を備え、正面視長方形の直方体形状を成している。また、ガラス材１１と位相差板１２との界面に偏光分離膜１４、ガラス材１１とガラス材１３との界面に反射膜１５、位相差板１２とガラス材１３との界面に位相差膜１６がそれぞれ設けられている。
【００２４】
なお、複数の界面が光入射面１ａおよび光射出面１ｂと成す所定の角度は、略４５°である。したがって、ガラス材１１，１３は略平行四辺形の断面形状を成している（但し、両側最端部は三角柱形状を成している）。
ガラス材１１およびガラス材１３は、透光性基材であれば限定されず、各種光学ガラス、白板ガラス、ホウケイ酸ガラス、青板ガラスなどを用いることができる。本実施形態におけるガラス材１１，１３は、例えば白板ガラス（Ｂ２７０）より成る。
【００２５】
位相差板１２は、１／２λ位相差機能を有する一枚の水晶板より成る。具体的には、Ｚ軸に対するカット軸１０５°、光学軸２７°、板厚８０μｍ程度の水晶板である。位相差板１２は、偏光分離膜１４を透過して入射するＰ偏光光を、偏光方向が直交するＳ偏光光に変換する機能を有する。
なお、本実施形態における水晶とは、ＳｉＯ2の単結晶であり、人工水晶または天然水晶のどちらであってもよい。
【００２６】
偏光分離膜１４は、例えば、ＭｇＦ2より成る低屈折率層と、ランタンアルミネートより成る高屈折率層とが、所定の層数および光学膜厚で交互に積層された誘電体多層膜より成り、互いに隣り合う位相差板１２またはガラス材１１の面上に形成されている。この偏光分離膜１４は、入射する光（Ｓ偏光光＋Ｐ偏光光）を、偏光方向の異なるＳ偏光の部分光線束（Ｓ偏光光）とＰ偏光の部分光線束（Ｐ偏光光）とに分離して、Ｓ偏光光を反射し、Ｐ偏光光を透過する機能を有する。
【００２７】
反射膜１５は、偏光分離膜１４と同様に、低屈折率層と高屈折率層とが、所定の層数および光学膜厚で交互に積層された誘電体多層膜より成り、互いに隣り合うガラス材１１またはガラス材１３の面上に形成されている。この反射膜１５は、偏光分離膜１４において分離されて入射するＳ偏光光を反射する機能を有する。なお、反射膜１５は、誘電体多層膜に代えてアルミニウム、銀などの金属膜で形成することもできるが、反射率の面などから誘電体多層膜を用いるのが好ましい。
【００２８】
位相差膜１６は、例えばＳｉＯ2よりなる低屈折率層と、例えばＴｉＯ2よりなる高屈折率層とが交互に積層された２４層の誘電体多層膜より成り、互いに隣り合う位相差板１２またはガラス材１３の面上に形成されている。この位相差膜１６は位相差板１２との位相差の組み合わせで偏光変換効率を高める機能を有する。すなわち位相差膜１６は、位相差を補償する機能を有する。
なお、偏光分離膜１４、反射膜１５および位相差膜１６を形成する誘電体多層膜は、各基材の表面にそれぞれの誘電体材料を真空蒸着法、スパッタリング法またはイオンプレーティング法などを用いて成膜される。
【００２９】
次に、位相差膜１６の膜構成について説明する。
「表１」に位相差膜１６の膜構成の一例を示す。膜構成は、光学膜厚ｎｄ＝１／４λ（ｎは材料（蒸着物質）の屈折率、ｄは物理膜厚、λは設計波長を示す）において、設計波長３４５ｎｍ、入射角度４５°における設計値である。
「表１」には、多層膜を構成する層Ｎｏ．における材料と、λ＝１とした場合の４ｎｄ値と、物理膜厚（ｄ（ｎｍ））を示す。なお、層Ｎｏ．は、成膜時に形成される位相差板１２の表面側から順に１層、２層、３層…と表す。
【００３０】
【表１】
「表１」において位相差膜１６は、ＴｉＯ2を１層目として、２層目にＳｉＯ2、以後３層目〜２４層目の間にＴｉＯ2とＳｉＯ2が交互に繰り返し成膜された２４層の誘電体多層膜で構成されている。
この２４層より成る位相差膜１６の内、２４層目（最上層）の誘電体膜は、反射防止（ＡＲ）膜として機能する層であり、１層目〜２３層目が実質的な位相差膜として機能する。
【００３１】
このように構成された位相差膜１６の分光透過率特性および位相差の波長分散特性を、以下に示す。
図３は、位相差膜のＰ波（ＴＭ波）における分光透過率特性を示すグラフであり、図４は、位相差膜のＳ波（ＴＥ波）における分光透過率特性を示すグラフである。
【００３２】
グラフは、横軸に波長（ｎｍ）、縦軸に透過率（％）を示し、波長領域４００ｎｍ〜７００ｎｍにおける５ｎｍ毎の計算値のプロット点を結んだ線図である。図中にプロット点を●（黒丸印）で示す線図が入射角４５°における分光透過率特性であり、同様に△（三角印）で示す線図が入射角４８°、×（ばつ印）で示す線図が入射角４２°における分光透過率特性である。
【００３３】
図３において、位相差膜１６の可視光波長帯（略４２０ｎｍ〜６８０ｎｍ）におけるＰ波（ＴＭ波）の分光透過率特性は、位相差膜１６に対する光の入射角４５°，４２°，４８°（４５°±３°の範囲）共に略同一の推移を示し、いずれも透過率９９％以上の高い値を示す。
【００３４】
一方、位相差膜１６の可視光波長帯におけるＳ波（ＴＥ波）の分光透過率特性は、図４に示すように、低波長域（４２０ｎｍ〜４５５ｎｍ程度）において、部分的に透過率が９９％未満の値を示すが、その範囲以外の波長域においては、いずれも透過率１００％に限りなく近い９９％以上の高い値を示す。したがって位相差膜１６による透過率の損失は極めて低くい。
【００３５】
これは、位相差膜１６を形成するそれぞれの低屈折率層と高屈折率層（実質的に位相差膜として機能する１層目〜２３層目）の光学膜厚が、薄いことにより透過率の損失を極めて低くすることができると言える。
具体的には、「表１」に示す位相差膜１６を形成するそれぞれの低屈折率層と高屈折率層の４ｎｄ値は、０．２８（１層目）〜１．２４（２層目）の範囲である。すなわち、位相差膜１６は、ｎｄ＝１／４λであることから、ｎｄ（光学膜厚）が略２４ｎｍ〜１０７ｎｍ範囲の薄い誘電体多層膜で形成されている。
【００３６】
この位相差膜１６における位相差の波長分散特性を参考に示す。図５は、位相差膜１６の位相差の波長分散特性を示すグラフである。
グラフは、横軸に波長（ｎｍ）、縦軸に位相差（ｄｅｇ）を示し、波長領域４００ｎｍ〜７００ｎｍにおける５ｎｍ毎の計算値のプロット点を結んだ線図である。なお、位相差の波長分散特性は、光の入射角４５°における値を示す。
【００３７】
図５において、位相差膜１６の位相差は、波長４１５ｎｍをピークとして、高波長域に向かって右肩下がりになだらかに低下し、可視光波長帯（略４２０ｎｍ〜６８０ｎｍ）における位相差は、１６４ｄｅｇ〜５０ｄｅｇ程度の値を示す。
なお、この位相差膜１６と位相差板１２との組み合わせによる分光透過率特性および位相差の波長分散特性については後述する。
【００３８】
こうした位相差膜１６の膜構成の比較例として、低屈折率層と高屈折率層の光学膜厚が「表１」に示す位相差膜１６に比べて厚い膜厚の誘電体膜を含み形成された、比較例１としての位相差膜の膜構成を「表２」に示し、比較例２としての位相差膜の膜構成を「表３」に示す。
【００３９】
【表２】
【００４０】
【表３】
「表２」に示す比較例１の位相差膜の膜構成は、光学膜厚ｎｄ＝１／４λにおいて、設計波長５５０ｎｍ、入射角度４５°における設計値であり、「表３」に示す膜構成は、設計波長１１００ｎｍ、入射角度４５°における設計値である。
また、「表２」および「表３」には、「表１」と同様に多層膜を構成する層Ｎｏ．における材料と、λ＝１とした場合の４ｎｄ値と、物理膜厚（ｄ（ｎｍ））とを示す。
【００４１】
「表２」において、比較例１の位相差膜の膜構成は、ＴｉＯ2を１層目として、２層目にＳｉＯ2、以後３層目〜１４層目の間にＴｉＯ2とＳｉＯ2が交互に繰り返し成膜された１４層の誘電体多層膜で構成されている。この１４層より成る位相差膜の内、１４層目（最上層）の誘電体膜は、「表１」に示す位相差膜１６の膜構成と同様に反射防止（ＡＲ）膜として機能する層である。この最上層の誘電体膜については、「表３」に示す比較例２としての位相差膜の膜構成についても同様である。
【００４２】
比較例１の位相差膜を形成するそれぞれの低屈折率層と高屈折率層の４ｎｄ値は、０．４９（１３層目）〜１．００（３層目〜１２層目）の範囲である。すなわち、ｎｄ＝１／４λであることから、ｎｄ（光学膜厚）は略６７ｎｍ〜１３７ｎｍ範囲であり、「表１」に示す位相差膜１６に比べて厚い誘電体多層膜を含み形成されている。
【００４３】
そして、「表３」に示す比較例２の位相差膜の膜構成は、ＴｉＯ2を１層目として、２層目にＳｉＯ2、以後３層目〜６層目の間にＴｉＯ2とＳｉＯ2が交互に繰り返し成膜された６層の誘電体多層膜で構成されている。
この位相差膜を形成するそれぞれの低屈折率層と高屈折率層の４ｎｄ値は、０．９８（５層目）〜１．９９（３層目）の範囲である。すなわち、ｎｄ＝１／４λであることから、ｎｄ（光学膜厚）は略２７０ｎｍ〜５４７ｎｍ範囲であり、「表１」に示す位相差膜１６に比べて極めて厚い誘電体多層膜で形成されている。
【００４４】
このように膜構成された比較例１および比較例２としての位相差膜の分光透過率特性および位相差の波長分散特性を以下に示す。
図６は、比較例１としての位相差膜における分光透過率特性を示すグラフであり、図７は、比較例１としての位相差膜における位相差の波長分散特性を示すグラフである。同様に、図８は、比較例２としての位相差膜における分光透過率特性を示すグラフであり、図９は、比較例２としての位相差膜における位相差の波長分散特性を示すグラフである。
【００４５】
図６および図８に示す分光透過率特性を示すグラフは、横軸に波長（ｎｍ）、縦軸に透過率（％）を示し、波長領域４００ｎｍ〜７００ｎｍにおける５ｎｍ毎の計算値のプロット点を結んだ線図である。
また、各図中に実線で示す線図はＰ波（ＴＭ波）における分光透過率特性を示し、破線で示す線図はＳ波（ＴＥ波）における分光透過率特性を示す。なお、分光透過率特性は，位相差膜に対する光の入射角４５°における値を示す。
【００４６】
一方、図７および図９に示す比較例１および比較例２としての位相差膜の位相差の波長分散特性を示すグラフは、横軸に波長（ｎｍ）、縦軸に位相差（ｄｅｇ）を示し、波長領域４００ｎｍ〜７００ｎｍにおける５ｎｍ毎の計算値のプロット点を結んだ線図である。なお、位相差の波長分散特性は、位相差膜に対する光の入射角４５°における値を示す。
【００４７】
図６において、比較例１の位相差膜における分光透過率特性は、Ｐ波において波長が５１５ｎｍ近辺からの高波長域において９９％以上の高い値を示すが、波長４２０ｎｍ近辺の低波長域に向かって２０％程度の低い値を示す。同様にＳ波における分光透過率は、波長が５９０ｎｍ近辺から高波長域において９９％以上の高い値を示すが、波長４８０ｎｍ程度以下の低波長域において０％程度の値を示す。
【００４８】
また、図８に示す比較例２としての位相差膜における分光透過率特性は、Ｐ波において可視光波長帯（略４２０ｎｍ〜６８０ｎｍ）で９７％〜９９％以上の高い値で推移するが、Ｓ波においては、可視光波長帯の全域に亘ってリップルが見られる。このリップルを解消するためには、物理膜厚ｄが５ｎｍ〜３０ｎｍの極薄層を含む膜構成を形成して最適化することが必要である。
【００４９】
一方、図７に示す比較例１の位相差膜における位相差の波長分散特性は、波長５４５ｎｍ（位相差が略１７８ｄｅｇ）をピークとして、低波長域および高波長域に向かって低下し、波長４２０ｎｍにおいて略−１ｄｅｇの反転した値を示し、波長６８０ｎｍにおいて６６ｄｅｇ程度の位相差を示す。
【００５０】
また、図９に示す比較例２の位相差膜における位相差の波長分散特性は、波長４１５ｎｍ（略５０ｄｅｇ）をピークとして高波長域に向かってリップルを伴いながら右肩下がりに低下し、波長５１５ｎｍ近辺からマイナス位相差に転じ、波長６８０ｎｍにおいて−３８ｄｅｇ程度の値を示す。
【００５１】
これらの図６、図８および上記図３、図４に示す分光透過率特性から、上記位相差膜１６を形成する低屈折率層と高屈折率層のそれぞれの光学膜厚が、略２４ｎｍ〜１０７ｎｍ範囲の薄い誘電体多層膜で形成されていることにより、可視光波長帯（略４２０ｎｍ〜６８０ｎｍ）における透過率の損失を極めて低く抑えた、透過率が１００％に限りなく近い９９％以上の高い値を示す位相差膜１６が得られる。
【００５２】
また、位相差膜１６の位相差の波長分散特性は、図５に示すように可視光波長帯の低波長域から高波長域に向かって右肩下がりになだらかに低下する曲線を描き、比較例１としての位相差膜のように低波長域および高波長域に向かう放物線特性を描いたり、比較例２としての位相差膜のように位相差が低く、しかもマイナスに転じたりすることもない。
こうした結果から、低屈折率層と高屈折率層とが交互に積層された誘電体多層膜より成る位相差膜１６の低屈折率層と高屈折率層のそれぞれの好ましい光学膜厚は、２５ｎｍ〜１１０ｎｍ程度の範囲であると言える。
【００５３】
以上に説明した偏光変換素子１を構成する各構成要素は、偏光分離膜１４を介して互いに隣り合うガラス材１１と位相差板１２、位相差膜１６を介して互いに隣り合う位相差板１２とガラス材１３、反射膜１５を介して互いに隣り合うガラス材１１とガラス材１３のそれぞれが、接着剤（図示せず）により互いに貼着（貼り合わせ）されている。接着剤としては、例えば、接着加工が容易で比較的高温度に耐えうる一液性エポキシまたは一液性アクリル系の紫外線硬化型接着剤が用いられる。貼着部は、接着剤を塗布した後、ケミカルランプや高圧水銀灯などの光を照射して接着剤が硬化され、接着固定される。
【００５４】
次に、このように構成された偏光変換素子１における入射光の動作を、図２を参照しながら説明する。
光入射面１ａに直交するシステム光軸ＡＬに沿って光入射面１ａに入射した光（Ｓ偏光光＋Ｐ偏光光）は、ガラス材１１と位相差板１２との界面に形成された偏光分離膜１４に略４５°の入射角で入射して、Ｓ偏光光とＰ偏光光の２つの部分光線束に分離される。そして、偏光分離膜１４で分離された一方のＳ偏光光が、隣り合うガラス材１３との界面に形成された反射膜１５に略４５°の入射角で入射して、反射膜１５で反射される。反射膜１５で反射された反射光は、光射出面１ｂ側に向かう。
【００５５】
一方、偏光分離膜１４で分離されたＰ偏光光は、偏光分離膜１４を通過して位相差板１２に入射し、位相差板１２および位相差膜１６を通過する。これにより、位相差板１２に入射したＰ偏光光は、位相差板１２中で等しい振幅を有する常光線と異常光線とに別れ、異なる位相速度で位相差板１２中を進み、入射するＰ偏光光の電界ベクトルの振動方向と直交する振動方向を有するＳ偏光光に変換されて、反射膜１５で全反射された反射光と共に光射出面１ｂからシステム光軸ＡＬに略平行方向に射出される。すなわち、偏光変換素子１の光入射面１ａに入射した光（Ｓ偏光光＋Ｐ偏光光）は、一種類のＳ偏光光に変換されて光射出面１ｂから射出される。
【００５６】
こうした入射光の動作において、偏光分離膜１４で分離されたＰ偏光光は、位相差板１２および位相差膜１６を通過してＳ偏光光に変換される際に、位相差板１２と位相差膜１６とによる位相差の組み合わせで位相差膜１６が位相差を補償し、位相差板１２のみの場合に比べて、可視光波長帯における偏光変換効率を高めることができる。
【００５７】
これは、位相差板１２のみを用いた場合の低次波長板としての偏光変換性能に対して、位相差板１２と位相差膜１６とを組み合わせることにより、板厚の異なる二枚の複屈曲板（水晶板）を光学軸が直交するように接合した０次波長板的に機能し、位相差膜１６が位相差を補償し、常光線と異常光線とが互いに補正しあって偏光変換効率を高めることができる。
【００５８】
図１０は、本実施形態に係る偏光変換素子１における位相差の波長分散特性を示すグラフであり、図１１は、位相差板１２のみを用いた（すなわち、位相差膜１６を有しない）偏光変換素子における位相差の波長分散特性を示すグラフである。
それぞれのグラフは、横軸に波長（ｎｍ）、縦軸に位相差（ｄｅｇ）を示し、波長領域４００ｎｍ〜７００ｎｍにおける５ｎｍ毎の測定値のプロット点を結んだ線図である。
【００５９】
位相差の波長分散特性は、分光位相差測定装置を用いて、偏光変換素子１の光入射面１ａにハロゲンランプ光（可視光）を入射角φ（システム光軸ＡＬに対する傾き角度、図２参照）を０°、＋３°、−３°で照射して測定した。
それぞれの図中にプロット点を●（黒丸印）で示す線図が入射角０°における位相差の波長分散特性（位相差特性）であり、同様に△（三角印）で示す線図が入射角＋３°、×（ばつ印）で示す線図が入射角−３°における位相差特性である。
【００６０】
なお、光入射面１ａへの入射角φの値０°、＋３°、−３°は、偏光分離膜１４（位相差板１２および位相差膜１６）に対して入射角４５°，４８°，４２°で入射するのに相当する。この光入射面１ａへの入射光の入射角±３°の角度範囲は、入射光の光入射面１ａに対する入射角許容値であり、ガラス材１１の平行四辺形の辺の傾きバラツキ、形状バラツキなどの各種バラツキに対応することが可能となる範囲でもある。
【００６１】
図１０において、偏光変換素子１の位相差の波長分散特性は、光入射面１ａへの入射角０°，＋３°，−３°共に、略５８０ｎｍ近辺を最大値としてその波長から高波長域および低波長域に向かうに従ってなだらかに低くなる傾向を示し、特に略４２０ｎｍ以下の低波長域において低下するが、可視光波長帯（略４２０ｎｍ〜６８０ｎｍ）における位相差は、いずれの入射角においても略１５５°〜１７９．５°の範囲で、平均位相差１６５°程度の高い位相差が得られる。
【００６２】
一方、図１１において、位相差板１２のみを用いた偏光変換素子における位相差の波長分散特性は、光入射面１ａへの入射角０°，＋３°，−３°共に略一致した線図を示し、略５３０ｎｍを最大値として高波長域および低波長域に向かうに従って低くなる値を示すが、可視光波長帯（略４２０ｎｍ〜６８０ｎｍ）における位相差は略１２５°〜１７９°の範囲で、平均位相差１３５°程度である。
【００６３】
以上の結果から、光入射面１ａおよび光射出面１ｂに所定の角度を成す複数で順次貼り合わされたガラス材１１、位相差板１２およびガラス材１３とを備え、ガラス材１１と位相差板１２との界面に偏光分離膜１４、ガラス材１１とガラス材１３との界面に反射膜１５、位相差板１２とガラス材１３との界面に位相差膜１６がそれぞれ設けられた偏光変換素子１は、可視光波長帯の幅広い波長域において優れた位相差（偏光変換効率）を得ることができると共に、光入射面に入射する光に対して±３°程度の広い入射角許容値を有することができる。
【００６４】
次に、このように構成された偏光変換素子１の製造方法について説明する。
図１２および図１３は、本実施形態に係る偏光変換素子１を製造する主要な工程を示す工程断面図であり、図１２（ａ）、図１２（ｂ）および図１３で示す。なお、これらの図面は、説明の便宜のために各構成要素の寸法や比率を実際のものとは異ならせてある。また、各基材（後述するガラス板および水晶板）は、実際の枚数とは異なる省略した枚数で示す。
【００６５】
先ず、図１２（ａ）に示す工程では、予め一方の表面に位相差膜１６が形成された複数の１／２λ位相差機能を有する水晶板１２０と、予め一方の表面に反射膜１５が形成された複数の第２のガラス板としてのガラス板１３０と、予め一方の面上に偏光分離膜１４が形成された複数の第１のガラス板としてのガラス板１１０とを準備する（準備工程）。
【００６６】
ガラス板１１０およびガラス板１３０は、共に略同一の矩形状の外形形状および所定厚さの白板ガラス（Ｂ２７０）より成る。このガラス板１１０，１３０は、偏光変換素子１の完成時に略平行四辺形の断面形状を有する柱状のガラス材１１，１３を形成する。
水晶板１２０は、ガラス板１１０およびガラス板１３０と略同一の矩形状の外形形状を成した８０μｍ程度の板厚より成り、偏光変換素子１の完成時に位相差板１２を形成する。
【００６７】
水晶板１２０の表面上に形成された位相差膜１６は、上記「表１」に示したＴｉＯ2を１層目として、２層目にＳｉＯ2、以後３層目〜２４層目の間にＴｉＯ2とＳｉＯ2が交互に繰り返し成膜された２４層の誘電体多層膜で構成されている。また、ガラス板１３０の一方の表面に形成された反射膜１５およびガラス板１１０の一方の表面に形成された偏光分離膜１４は、低屈折率層と高屈折率層とが所定の層数および光学膜厚で交互に積層された誘電体多層膜より成る。
【００６８】
これらの位相差膜１６、反射膜１５および偏光分離膜１４は、予め各成膜工程において、それぞれの誘電体材料を真空蒸着法、スパッタリング法またはイオンプレーティング法などを用いて成膜して形成されている。
【００６９】
そして、図１２（ｂ）に示す工程では、それぞれ複数の位相差膜１６が形成された水晶板１２０と、反射膜１５が形成されたガラス板１３０と、偏光分離膜１４が形成されたガラス板１１０と、を板厚方向に順次重ね合わせて、互いを貼り合わせる（基材貼着工程）。
【００７０】
この基材の貼り合わせ（貼着）は、それぞれ水晶板１２０の位相差膜１６が形成された面とガラス板１３０の反射膜１５が形成された面の他方面、ガラス板１３０の反射膜１５が形成された面とガラス板１１０の偏光分離膜１４が形成された面の他方面、およびガラス板１１０の偏光分離膜１４が形成された面と水晶板１２０の位相差膜１６が形成された面の他方面を貼着面として互いの基材同士を貼着する。
【００７１】
それぞれの貼着は、それぞれの界面における少なくともいずれか一方の面上に紫外線硬化型接着剤を塗布した後、ケミカルランプや高圧水銀灯などの光（紫外線）を照射することによって、紫外線硬化型接着剤が硬化され、互いの基材同士が接着固定される。
【００７２】
なお、紫外線硬化型接着剤を硬化する際、紫外線を水晶板１２０の表面に略垂直な方向から照射することによって、複数の貼着面を同時に硬化させることができる。一方、反射膜１５をアルミニウム、銀などの金属膜で形成した場合には、紫外線が金属膜で反射されてしまうために、紫外線をそれぞれの基材の表面に略水平な方向から照射する必要がある。
【００７３】
これにより、複数の水晶板１２０、ガラス板１３０、ガラス板１１０とがこの順序に順次積層され、水晶板１２０とガラス板１３０との界面に位相差膜１６、ガラス板１３０とガラス板１１０との界面に反射膜１５、ガラス板１１０と水晶板１２０との界面に偏光分離膜１４がそれぞれ設けられたガラスブロックが形成される。
【００７４】
そして、図１３に示す工程では、複数の水晶板１２０、ガラス板１３０、ガラス板１１０が互いに接着されたガラスブロックを、その表面と成す角度θが略４５°の複数の略平行で所定の間隔を有する切断線ＣＬ（図中、一点鎖線で示す）で切断する（切断工程）。
【００７５】
切断線ＣＬに沿って切断されたガラスブロックからは、図中にドットで示す領域形状の素子ユニットが複数切り出される。切断線ＣＬに沿って切り出された素子ユニットの切断面が偏光変換素子１の光入射面１ａおよび光射出面１ｂに対応する（図１および図２参照）。なお、切断工程の後には、形成された素子ユニットの切断面を、片面ポリッシュ装置または両面ポリッシュ装置を用いて研磨することで、切断面の平坦度および面精度を整えるのが好ましい。
【００７６】
そして、切り出されたそれぞれの素子ユニットは、両端面部が所定形状に整形されて、光入射面１ａおよび光射出面１ｂに略４５°の角度を成す複数の界面で順次貼り合わされたガラス材１１、位相差板１２およびガラス材１３とを備え、ガラス材１１と位相差板１２との界面に偏光分離膜１４、ガラス材１１とガラス材１３との界面に反射膜１５、位相差板１２とガラス材１３との界面に位相差膜１６がそれぞれ設けられた偏光変換素子１が完成する（図１および図２参照）。
完成した偏光変換素子１は、光入射面１ａに入射する非偏光光（Ｓ偏光光＋Ｐ偏光光）を一種類のＳ偏光光に変換して光射出面１ｂから射出することができる。
【００７７】
以上の偏光変換素子１の製造方法において、偏光分離膜１４がガラス板１１０の一方の面に形成され、反射膜１５がガラス板１３０の一方の面、位相差膜１６が水晶板１２０の一方の面に、それぞれ形成された場合で説明したが、それぞれの界面に隣り合う基材の内の、どちらか一方の表面に形成することができる。例えば、位相差膜１６を水晶板１２０に代えてガラス板１３０の反射膜１５が形成された面の他方面上に形成するなど、製造工程の容易さなどを考慮して適宜選択することができる。
【００７８】
また、複数の位相差膜１６が形成された水晶板１２０と、反射膜１５が形成されたガラス板１３０と、偏光分離膜１４が形成されたガラス板１１０とを、板厚方向に順次重ね合わせて互いを貼り合わせる接着剤として、紫外線硬化型接着剤を用いた場合で説明したが、シランカップリング剤を塗布する又は／及び活性エネルギー線を照射するなどの直接接合法を用いた場合であってもよい。
【００７９】
このように構成および製造された偏光変換素子１は、光入射面１ａに入射したランダムな偏光方向を有する光（Ｓ偏光光＋Ｐ偏光光）を、一種類のＳ偏光光またはＰ偏光光に変換して射出する光学素子として、液晶プロジェクタなどの照明光学系に好ましく用いることができる。
【００８０】
偏光変換素子１は、液晶プロジェクタなどの照明光学系に用いる場合に、偏光変換素子１の配置方向を替えることによって、入射する非偏光光に対してＰ波またはＳ波の偏光光を射出する機能を容易に得ることができる。
【００８１】
図１４（ａ）は完成した偏光変換素子の正面、上面および側面を一括して示す模式図であり、図１４（ｂ）は図１４（ａ）に示す偏光変換素子の正面図に対して９０°の角度、右回転した状態の正面、上面および側面を一括して示す模式図である。
【００８２】
図１４（ａ）に示すように、偏光変換素子１を構成する柱状のガラス材１１，１３が延伸する方向をＺ軸方向に配置して用いることによって、システム光軸ＡＬに略平行に光入射面１ａに入射する非偏光光（Ｓ偏光光＋Ｐ偏光光）を、電界が光入射面１ａに対して垂直方向のＳ波（ＴＥ波）の偏光光を射出することができる。
【００８３】
一方、その偏光変換素子１を９０°の角度、右回転して、図１４（ｂ）に示すように、偏光変換素子１を構成する柱状の各ガラス材１１，１３が延伸する方向をＸ軸方向に配置して用いることによって、システム光軸ＡＬに略平行に光入射面１ａに入射する非偏光光を、電界が光入射面１ａに対して水平方向のＰ波（ＴＭ波）の偏光光を射出することができる。
なお、偏光変換素子１の回転方向は、右回転または左回転のどちらであってもよい。
【００８４】
以上の本実施形態に係る偏光変換素子１は、光入射面１ａおよび光入射面１ａに略平行な光射出面１ｂに略４５°の角度を成す複数の界面で順次貼り合わされた複数のガラス材１１、１／２λ位相差機能を有する位相差板１２およびガラス材１３を備え、ガラス材１１と位相差板１２との界面に光入射面１ａに入射した光をＳ偏光光とＰ偏光光とに分離し、一方の偏光光を透過し他方の偏光光を反射する偏光分離膜１４と、ガラス材１１とガラス材１３との界面に入射光を反射する反射膜１５と、位相差板１２とガラス材１３との界面に位相差を補償する位相差膜１６を有することにより、偏光分離膜１４において分離されて位相差板１２に入射する一方の偏光光が、他方の偏光光に変換される。その際、位相差板１２と位相差膜１６とによる位相差の組み合わせで位相差膜１６が位相差を補償し、偏光変換効率を高めることができる。したがって、一種類の偏光方向に揃った偏光変換効率の優れた偏光光を射出する偏光変換素子１が得られる。また、位相差板１２がガラス材１１とガラス材１３との間に互いに貼り合わされて設けられていることによって外部環境に曝されることがなく、耐熱性および耐光性に優れると共に、薄型化した偏光変換素子１が得られる。
【００８５】
また、本実施形態に係る偏光変換素子１は、低屈折率層と高屈折率層とが交互に積層された誘電体多層膜より成る位相差膜１６を形成する低屈折率層と高屈折率層のそれぞれの光学膜厚が、２５ｎｍ〜１１０ｎｍの範囲であることにより、透過率の損失を抑制すると共に、広波長帯域（（略４２０ｎｍ〜略６８０ｎｍの可視光波長域）の入射光に対して優れた偏光変換効率を備えた偏光変換素子１が得られる。また、光入射面１ａに入射する光の広い入射角許容値（±３°程度）に対応することができる。
【００８６】
さらに、位相差板１２の板厚が８０μｍ程度の一枚の水晶板より成ることにより、位相差膜１６と位相差板１２とによる位相差の組み合わせで位相差膜１６が位相差を補償し、広波長帯域（（略４２０ｎｍ〜略６８０ｎｍの可視光波長域）の入射光に対して偏光変換効率を高めることができる。したがって、位相差板１２と位相差膜１６とによる位相差の組み合わせを行うことにより、板厚の異なる二枚の複屈曲板（水晶板）を光学軸が直交するように積層して接合などすることなく、偏光変換効率を高めた偏光変換素子１を容易に得ることができる。
【００８７】
さらにまた、本実施形態に係る偏光変換素子１の製造方法によれば、一方の表面に位相差を補償する位相差膜１６が形成された１／２λ位相差機能を有する水晶板１２０と、一方の表面に入射光を反射する反射膜１５が形成された第２のガラス板１３０と、一方の表面に光入射面に入射した光をＳ偏光光とＰ偏光光に分離し、一方の偏光光を透過し他方の偏光光を反射する偏光分離膜１４が形成された第１のガラス板１１０とを準備する準備工程と、各膜の形成面を一方向に揃えて板厚方向に順次重ね合わせ、互いが貼り合わされたガラスブロックを形成する基材貼着工程と、ガラスブロックをその表面と略４５°の角度を成す複数の略平行で所定の間隔を有する切断線ＣＬに沿って切断する切断工程とを備えることによって、位相差板１２と位相差膜１６とによる位相差の組み合わせで位相差膜１６が位相差を補償し、偏光変換効率を高めた多数の偏光変換素子１を一度に得ることができる。
【００８８】
また、短冊状に加工された１／２λ位相差板を短冊状に加工したり、一枚ずつストライプ状に配列して精度良く接着したりする従来の製造方法に比べて、作業性に優れ、しかも取り扱い時に割れやクラックの発生などによる不具合を回避した偏光変換素子１の製造方法が得られる。さらに、位相差膜１６は、斜方蒸着でなくてもよく、通常蒸着が行えるので、品質の安定した蒸着を行うことができる。従来技術においては出射面に位相差膜を設ける蒸着であるので、斜方蒸着で行わなくてはいけないが、位相差膜１６は、入射光の角度が４５°であるので、通常蒸着で膜形成を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本実施形態に係る偏光変換素子の構成を模式的に示す斜視図。
【図２】図１に示した偏光変換素子のＸ−Ｙ軸方向における拡大断面図。
【図３】位相差膜のＰ波における分光透過率特性を示すグラフ。
【図４】位相差膜のＳ波における分光透過率特性を示すグラフ。
【図５】位相差膜の位相差の波長分散特性を示すグラフ。
【図６】比較例１の位相差膜における分光透過率特性を示すグラフ。
【図７】比較例１の位相差膜における位相差の波長分散特性を示すグラフ。
【図８】比較例２の位相差膜における分光透過率特性を示すグラフ。
【図９】比較例２の位相差膜における位相差の波長分散特性を示すグラフ。
【図１０】本実施形態に係る偏光変換素子における位相差の波長分散特性を示すグラフ。
【図１１】比較例としての偏光変換素子における位相差の波長分散特性を示すグラフ。
【図１２】本実施形態に係る偏光変換素子を製造する主要な工程を示す工程断面図。
【図１３】本実施形態に係る偏光変換素子を製造する主要な工程を示す工程断面図。
【図１４】（ａ）は完成した偏光変換素子の正面、上面および側面を一括して示す模式図であり、（ｂ）は（ａ）に示す偏光変換素子の正面図に対して９０°の角度右回転した状態の正面、上面および側面を一括して示す模式図。
【図１５】（ａ）は従来の偏光変換素子の斜視図、（ｂ）は（ａ）を＋Ｚ軸方向から矢視した偏光変換素子の平面図。
【符号の説明】
【００９０】
１…偏光変換素子、１ａ…光入射面、１ｂ…光射出面、１１…第１の透光性基材としてのガラス材、１２…位相差板、１３…第２の透光性基材としてのガラス材、１４…偏光分離膜、１５…反射膜、１６…位相差膜、１１０…第１のガラス板、１２０…１／２λ位相差機能を有する水晶板、１３０…第２のガラス板、ＡＬ…システム光軸、ＣＬ…切断線、φ…入射角。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランダムな偏光方向を有する光を、一方向の偏光方向を有する光に変換する偏光変換素子および偏光変換素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクタなどの光学機器において、ランダムな偏光方向を有する光（非偏光光）を、一方向の偏光方向を有する光に変換する光学素子として偏光変換素子が知られている。図１５は、従来の一般的な偏光変換素子を説明するための模式図であり、（ａ）は偏光変換素子の斜視図、（ｂ）は（ａ）を＋Ｚ軸方向から矢視した偏光変換素子の平面図である。
図１５（ａ）および図１５（ｂ）において、偏光変換素子５０は、入射した光を二種類の偏光光に分離するための偏光分離素子５１と、偏光分離素子５１の光射出面側に選択的に配置され、二種類の偏光光の一方を他方の偏光光に変換するための１／２λ位相差板５２とを備えている。なお、偏光変換素子５０に入射する光は、その主光線（中心軸）が、システム光軸ＡＬに略平行に入射する。
【０００３】
偏光分離素子５１は、システム光軸ＡＬに略直交する光入射面と、光入射面に略平行な光射出面と、光入射面および光射出面と所定の角度を成す複数の界面で順次貼り合わされた複数のガラス材５１ａと、複数の界面に交互に設けられた複数の偏光分離膜５１ｂ（図中に実線で示す）および反射膜５１ｃ（図中に破線で示す）とを備えている。
複数の界面の光入射面（光射出面）との所定の角度は、一般的に４５°であり、ガラス材５１ａは、Ｘ−Ｙ軸方向において略平行四辺形の断面形状を有しＺ軸方向に延伸する柱状を成している。
【０００４】
偏光分離膜５１ｂは誘電体多層膜で形成され、入射した光線束（Ｓ偏光光＋Ｐ偏光光）を、Ｓ偏光の部分光線束（Ｓ偏光光）とＰ偏光の部分光線束（Ｐ偏光光）とに分離して、Ｓ偏光光を反射し、Ｐ偏光光を透過する機能を有する。一方、反射膜５１ｃは誘電体多層膜または金属膜で形成され、反射膜５１ｃに入射したＳ偏光光を反射する機能を有する。
１／２λ位相差板５２は、偏光分離膜５１ｂを透過したＰ偏光光が通過するガラス材５１ａの光射出面に格子状に配列して設けられている。この１／２λ位相差板５２は、入射するＰ偏光光を、偏光方向が直交するＳ偏光光に変換する機能を有している。
【０００５】
なお、偏光変換素子５０は、一般的に偏光変換素子５０に入射する光が偏光分離膜５１ｂのみに入射し、反射膜５１ｃには入射しないように遮光部６０ｂが配列された遮光板６０（図１５（ｂ）中に二点鎖線で示す）が、光入射面側に配設されて用いられる。
【０００６】
このように構成された偏光変換素子５０は、図１５（ｂ）に示すように、柱状のガラス材５１ａが延伸する方向をＺ軸方向に配置して用いられる。そして、遮光板６０の開口部６０ａより偏光分離素子５１のガラス材５１ａに入射した光（Ｓ偏光光＋Ｐ偏光光）は、偏光分離膜５１ｂにおいてＳ偏光光とＰ偏光光の２つの部分光線束に分離される。偏光分離膜５１ｂで分離された一方のＳ偏光光が、反射膜５１ｃにおいて反射されると共に、分離された他方のＰ偏光光が偏光分離膜５１ｂを透過して１／２λ位相差板５２においてＳ偏光光に変換される。すなわち、偏光変換素子５０において一種類の偏光光に変換されたＳ偏光光が、偏光変換素子５０からシステム光軸ＡＬと略平行方向に射出される。
なお、この例では、１／２λ位相差板５２をＰ偏光光が通過するガラス材５１ａの光射出面に格子状に配列して設けているが、Ｓ偏光光が通過するガラス材５１ａの光射出面のみに設けた場合には、一種類の偏光光に変換されたＰ偏光光が得られる。
【０００７】
しかしながら偏光変換素子５０を構成する１／２λ位相差板５２として、有機材料系の位相差フィルムが用いられた従来の偏光変換素子５０は、光源から射出された光が通過することによって、位相差フィルムが黄変したり、発熱したりして、位相差フィルムの光学特性の劣化を招く。すなわち耐熱性および耐光性の信頼性に劣るという問題を有している。
【０００８】
こうした問題に対応するために、１／２λ位相差板に水晶を用いて構成した偏光変換素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、複数の透光性部材の傾斜端面同士が接合された透光性基材中に偏光分離膜と反射膜とが互いに平行、かつ透光性基材に対する入射光軸に斜めに配置され、第１の透光性部材の偏光分離膜が形成された傾斜端面と第２の透光性部材の傾斜端面との間に、一軸延伸された単層の高分子フィルムからなる１／２λ位相差フィルムとから構成された偏光変換素子が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−３０２５２３号公報
【特許文献２】特開２００４−１４５３０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に示される偏光変換素子は、短冊状に加工された水晶よりなる１／２λ位相差板を、偏光分離膜または反射膜に対応して一枚ずつ格子状に配列して、接着剤で貼り合わせて製造される。したがって、耐熱性や耐光性の向上を図ることは可能であるが、１／２λ位相差板を短冊状に加工したり、所定間隔に精度良く並列して接着したりするために、取り扱い時に割れやクラックが発生し易く、しかも製造工程が煩雑化して多大な工数を必要とする課題を有する。また、一枚の１／２λ位相差板では偏光変換効率が低いという問題も有する。
【００１１】
一方、特許文献２に示される偏光変換素子は、ガラス製の第１の透光性部材および第２の透光性部材と、高分子フィルムからなる１／２λ位相差フィルムとは、線膨張係数が大きく異なることから、接合部の剥れなどの不具合が発生し易く、しかも長期間に亘る耐熱性および耐光性の確保の面から課題が残る。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【００１３】
［適用例１］
本適用例に係る偏光変換素子は、光入射面および前記光入射面に略平行な光射出面に略４５°の角度を成す複数の界面で順次貼り合わされた第１の透光性基材、１／２λ位相差機能を有する位相差板および第２の透光性基材を備えた偏光変換素子であって、前記第１の透光性基材と前記位相差板との界面に形成され、前記光入射面に入射した光をＳ偏光光とＰ偏光光とに分離し、且つ一方の偏光光を透過し他方の偏光光を反射する偏光分離膜と、前記第１の透光性基材と前記第２の透光性基材との界面に形成され、入射光を反射する反射膜と、前記位相差板と前記第２の透光性基材との界面に形成され、位相差を補償する位相差膜と、を有することを特徴とする。
【００１４】
これによれば、光入射面および光入射面に略平行な光射出面に略４５°の角度を成す複数の界面で順次貼り合わされた複数の第１の透光性基材、１／２λ位相差機能を有する位相差板および第２の透光性基材を備えた偏光変換素子が、第１の透光性基材と位相差板との界面に光入射面に入射した光をＳ偏光光とＰ偏光光とに分離し、一方の偏光光を透過し他方の偏光光を反射する偏光分離膜と、第１の透光性基材と第２の透光性基材との界面に入射光を反射する反射膜と、位相差板と第２の透光性基材との界面に位相差を補償する位相差膜を有することにより、偏光分離膜において分離されて位相差板に入射する一方の偏光光が、他方の偏光光に変換される。その際、位相差板と位相差膜とによる位相差の組み合わせで位相差膜が位相差を補償し、偏光変換効率を高めることができる。したがって、一種類の偏光方向に揃った偏光変換効率の優れた偏光光を射出する偏光変換素子が得られる。
また、位相差板が第１の透光性基材と第２の透光性基材との間に互いに貼り合わされて設けられていることによって外部環境に曝されることがなく、耐熱性および耐光性に優れると共に、薄型化した偏光変換素子が得られる。
【００１５】
［適用例２］
上記適用例に係る偏光変換素子において、前記位相差膜は低屈折率層と高屈折率層とが交互に積層された誘電体多層膜より成り、前記位相差膜を形成する前記低屈折率層および前記高屈折率層の光学膜厚が２５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲であるのが好ましい。
【００１６】
これによれば、位相差膜を形成する低屈折率層および高屈折率層のそれぞれの光学膜厚が２５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲であることにより、透過率の損失を抑制すると共に、広波長帯域（略４２０ｎｍ〜略６８０ｎｍの可視光波長域）の入射光に対して優れた偏光変換効率を備えた偏光変換素子が得られる。また、光入射面に入射する光の広い入射角許容値（±３°程度）に対応することができる。
【００１７】
［適用例３］
上記適用例に係る偏光変換素子において、前記位相差板は板厚が８０μｍ程度の水晶板より成るのが好ましい。
【００１８】
これによれば、位相差板の板厚が８０μｍ程度の水晶板より成ることにより、位相差膜とによる位相差の組み合わせで位相差膜が位相差を補償し、広波長帯域（略４２０ｎｍ〜略６８０ｎｍの可視光波長域）の入射光に対して偏光変換効率を高めることができる。したがって、位相差板と位相差膜とによる位相差の組み合わせを行うことにより、板厚の異なる二枚の複屈曲板（水晶板）を光学軸が直交するように積層して接合などすることなく、容易に偏光変換効率を高めることができる。
【００１９】
［適用例４］
本適用例に係る偏光変換素子の製造方法は、光入射面および前記光入射面に略平行な光射出面に略４５°の角度を成す複数の界面で順次貼り合わされた第１の透光性基材、１／２λ位相差機能を有する位相差板および第２の透光性基材を備え、前記第１の透光性基材と前記位相差板との界面に形成され、前記光入射面に入射した光をＳ偏光光とＰ偏光光とに分離し、且つ一方の偏光光を透過し他方の偏光光を反射する偏光分離膜と、前記第１の透光性基材と前記第２の透光性基材との界面に形成され、入射光を反射する反射膜と、前記位相差と前記第２の透光性基材との界面に形成され、位相差を補償する位相差膜と、を有する偏光変換素子の製造方法であって、一方の表面に前記位相差膜が通常蒸着で形成された水晶板と、一方の表面に前記反射膜が形成された第２のガラス板と、一方の表面に前記偏光分離膜が形成された第１のガラス板とを準備する準備工程と、前記各膜の形成面を一方向に揃えて、前記水晶板と前記第２のガラス板と前記第１のガラス板と、を多数板厚方向に順次重ね合わせ、互いが貼り合わされたガラスブロックを形成する基材貼着工程と、前記ガラスブロックを、その表面と略４５°の角度を成す複数の略平行で所定の間隔を有する切断面で切断する切断工程と、を備えたことを特徴とする。
【００２０】
これによれば、一方の表面に位相差を補償する位相差膜が形成された１／２λ位相差機能を有する水晶板と、一方の表面に入射光を反射する反射膜が形成された第２のガラス板と、一方の表面に光入射面に入射した光をＳ偏光光とＰ偏光光とに分離し、一方の偏光光を透過し他方の偏光光を反射する偏光分離膜が形成された第１のガラス板とを、準備する準備工程と、各膜の形成面を一方向に揃えて板厚方向に順次重ね合わせ、互いが貼り合わされたガラスブロックを形成する基材貼着工程と、ガラスブロックをその表面と略４５°の角度を成す複数の略平行で所定の間隔を有する切断線に沿って切断する切断工程とを備えることによって、位相差板と位相差膜とによる位相差の組み合わせで位相差膜が位相差を補償し、偏光変換効率を高めた多数の偏光変換素子を一度に得ることができる。すなわち、偏光変換効率を高めた安価な偏光変換素子の製造方法を得ることができる。
さらに、位相差膜１６は、斜方蒸着でなくてもよく、通常蒸着が行えるので、品質の安定した蒸着を行うことができる。
【００２１】
また、短冊状に加工された１／２λ位相差板を短冊状に加工したり、一枚ずつストライプ状に配列して精度良く接着したりする従来の製造方法に比べて作業性に優れ、しかも取り扱い時に割れやクラックの発生などによる不具合を回避した偏光変換素子の製造方法が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係る偏光変換素子の構成を模式的に示す斜視図であり、図２は、図１に示した偏光変換素子のＸ−Ｙ軸方向における拡大断面図である。なお、これらの図面は、説明の便宜のために各構成要素の寸法や比率を実際のものとは異ならせてある。
【００２３】
図１および図２において、偏光変換素子１は、光入射面１ａおよび光入射面１ａに略平行な光射出面１ｂに所定の角度を成す複数の界面で順次貼り合わされた柱状の第１の透光性基材としてのガラス材１１、位相差板１２および第２の透光性基材としてのガラス材１３を備え、正面視長方形の直方体形状を成している。また、ガラス材１１と位相差板１２との界面に偏光分離膜１４、ガラス材１１とガラス材１３との界面に反射膜１５、位相差板１２とガラス材１３との界面に位相差膜１６がそれぞれ設けられている。
【００２４】
なお、複数の界面が光入射面１ａおよび光射出面１ｂと成す所定の角度は、略４５°である。したがって、ガラス材１１，１３は略平行四辺形の断面形状を成している（但し、両側最端部は三角柱形状を成している）。
ガラス材１１およびガラス材１３は、透光性基材であれば限定されず、各種光学ガラス、白板ガラス、ホウケイ酸ガラス、青板ガラスなどを用いることができる。本実施形態におけるガラス材１１，１３は、例えば白板ガラス（Ｂ２７０）より成る。
【００２５】
位相差板１２は、１／２λ位相差機能を有する一枚の水晶板より成る。具体的には、Ｚ軸に対するカット軸１０５°、光学軸２７°、板厚８０μｍ程度の水晶板である。位相差板１２は、偏光分離膜１４を透過して入射するＰ偏光光を、偏光方向が直交するＳ偏光光に変換する機能を有する。
なお、本実施形態における水晶とは、ＳｉＯ2の単結晶であり、人工水晶または天然水晶のどちらであってもよい。
【００２６】
偏光分離膜１４は、例えば、ＭｇＦ2より成る低屈折率層と、ランタンアルミネートより成る高屈折率層とが、所定の層数および光学膜厚で交互に積層された誘電体多層膜より成り、互いに隣り合う位相差板１２またはガラス材１１の面上に形成されている。この偏光分離膜１４は、入射する光（Ｓ偏光光＋Ｐ偏光光）を、偏光方向の異なるＳ偏光の部分光線束（Ｓ偏光光）とＰ偏光の部分光線束（Ｐ偏光光）とに分離して、Ｓ偏光光を反射し、Ｐ偏光光を透過する機能を有する。
【００２７】
反射膜１５は、偏光分離膜１４と同様に、低屈折率層と高屈折率層とが、所定の層数および光学膜厚で交互に積層された誘電体多層膜より成り、互いに隣り合うガラス材１１またはガラス材１３の面上に形成されている。この反射膜１５は、偏光分離膜１４において分離されて入射するＳ偏光光を反射する機能を有する。なお、反射膜１５は、誘電体多層膜に代えてアルミニウム、銀などの金属膜で形成することもできるが、反射率の面などから誘電体多層膜を用いるのが好ましい。
【００２８】
位相差膜１６は、例えばＳｉＯ2よりなる低屈折率層と、例えばＴｉＯ2よりなる高屈折率層とが交互に積層された２４層の誘電体多層膜より成り、互いに隣り合う位相差板１２またはガラス材１３の面上に形成されている。この位相差膜１６は位相差板１２との位相差の組み合わせで偏光変換効率を高める機能を有する。すなわち位相差膜１６は、位相差を補償する機能を有する。
なお、偏光分離膜１４、反射膜１５および位相差膜１６を形成する誘電体多層膜は、各基材の表面にそれぞれの誘電体材料を真空蒸着法、スパッタリング法またはイオンプレーティング法などを用いて成膜される。
【００２９】
次に、位相差膜１６の膜構成について説明する。
「表１」に位相差膜１６の膜構成の一例を示す。膜構成は、光学膜厚ｎｄ＝１／４λ（ｎは材料（蒸着物質）の屈折率、ｄは物理膜厚、λは設計波長を示す）において、設計波長３４５ｎｍ、入射角度４５°における設計値である。
「表１」には、多層膜を構成する層Ｎｏ．における材料と、λ＝１とした場合の４ｎｄ値と、物理膜厚（ｄ（ｎｍ））を示す。なお、層Ｎｏ．は、成膜時に形成される位相差板１２の表面側から順に１層、２層、３層…と表す。
【００３０】
【表１】
「表１」において位相差膜１６は、ＴｉＯ2を１層目として、２層目にＳｉＯ2、以後３層目〜２４層目の間にＴｉＯ2とＳｉＯ2が交互に繰り返し成膜された２４層の誘電体多層膜で構成されている。
この２４層より成る位相差膜１６の内、２４層目（最上層）の誘電体膜は、反射防止（ＡＲ）膜として機能する層であり、１層目〜２３層目が実質的な位相差膜として機能する。
【００３１】
このように構成された位相差膜１６の分光透過率特性および位相差の波長分散特性を、以下に示す。
図３は、位相差膜のＰ波（ＴＭ波）における分光透過率特性を示すグラフであり、図４は、位相差膜のＳ波（ＴＥ波）における分光透過率特性を示すグラフである。
【００３２】
グラフは、横軸に波長（ｎｍ）、縦軸に透過率（％）を示し、波長領域４００ｎｍ〜７００ｎｍにおける５ｎｍ毎の計算値のプロット点を結んだ線図である。図中にプロット点を●（黒丸印）で示す線図が入射角４５°における分光透過率特性であり、同様に△（三角印）で示す線図が入射角４８°、×（ばつ印）で示す線図が入射角４２°における分光透過率特性である。
【００３３】
図３において、位相差膜１６の可視光波長帯（略４２０ｎｍ〜６８０ｎｍ）におけるＰ波（ＴＭ波）の分光透過率特性は、位相差膜１６に対する光の入射角４５°，４２°，４８°（４５°±３°の範囲）共に略同一の推移を示し、いずれも透過率９９％以上の高い値を示す。
【００３４】
一方、位相差膜１６の可視光波長帯におけるＳ波（ＴＥ波）の分光透過率特性は、図４に示すように、低波長域（４２０ｎｍ〜４５５ｎｍ程度）において、部分的に透過率が９９％未満の値を示すが、その範囲以外の波長域においては、いずれも透過率１００％に限りなく近い９９％以上の高い値を示す。したがって位相差膜１６による透過率の損失は極めて低くい。
【００３５】
これは、位相差膜１６を形成するそれぞれの低屈折率層と高屈折率層（実質的に位相差膜として機能する１層目〜２３層目）の光学膜厚が、薄いことにより透過率の損失を極めて低くすることができると言える。
具体的には、「表１」に示す位相差膜１６を形成するそれぞれの低屈折率層と高屈折率層の４ｎｄ値は、０．２８（１層目）〜１．２４（２層目）の範囲である。すなわち、位相差膜１６は、ｎｄ＝１／４λであることから、ｎｄ（光学膜厚）が略２４ｎｍ〜１０７ｎｍ範囲の薄い誘電体多層膜で形成されている。
【００３６】
この位相差膜１６における位相差の波長分散特性を参考に示す。図５は、位相差膜１６の位相差の波長分散特性を示すグラフである。
グラフは、横軸に波長（ｎｍ）、縦軸に位相差（ｄｅｇ）を示し、波長領域４００ｎｍ〜７００ｎｍにおける５ｎｍ毎の計算値のプロット点を結んだ線図である。なお、位相差の波長分散特性は、光の入射角４５°における値を示す。
【００３７】
図５において、位相差膜１６の位相差は、波長４１５ｎｍをピークとして、高波長域に向かって右肩下がりになだらかに低下し、可視光波長帯（略４２０ｎｍ〜６８０ｎｍ）における位相差は、１６４ｄｅｇ〜５０ｄｅｇ程度の値を示す。
なお、この位相差膜１６と位相差板１２との組み合わせによる分光透過率特性および位相差の波長分散特性については後述する。
【００３８】
こうした位相差膜１６の膜構成の比較例として、低屈折率層と高屈折率層の光学膜厚が「表１」に示す位相差膜１６に比べて厚い膜厚の誘電体膜を含み形成された、比較例１としての位相差膜の膜構成を「表２」に示し、比較例２としての位相差膜の膜構成を「表３」に示す。
【００３９】
【表２】
【００４０】
【表３】
「表２」に示す比較例１の位相差膜の膜構成は、光学膜厚ｎｄ＝１／４λにおいて、設計波長５５０ｎｍ、入射角度４５°における設計値であり、「表３」に示す膜構成は、設計波長１１００ｎｍ、入射角度４５°における設計値である。
また、「表２」および「表３」には、「表１」と同様に多層膜を構成する層Ｎｏ．における材料と、λ＝１とした場合の４ｎｄ値と、物理膜厚（ｄ（ｎｍ））とを示す。
【００４１】
「表２」において、比較例１の位相差膜の膜構成は、ＴｉＯ2を１層目として、２層目にＳｉＯ2、以後３層目〜１４層目の間にＴｉＯ2とＳｉＯ2が交互に繰り返し成膜された１４層の誘電体多層膜で構成されている。この１４層より成る位相差膜の内、１４層目（最上層）の誘電体膜は、「表１」に示す位相差膜１６の膜構成と同様に反射防止（ＡＲ）膜として機能する層である。この最上層の誘電体膜については、「表３」に示す比較例２としての位相差膜の膜構成についても同様である。
【００４２】
比較例１の位相差膜を形成するそれぞれの低屈折率層と高屈折率層の４ｎｄ値は、０．４９（１３層目）〜１．００（３層目〜１２層目）の範囲である。すなわち、ｎｄ＝１／４λであることから、ｎｄ（光学膜厚）は略６７ｎｍ〜１３７ｎｍ範囲であり、「表１」に示す位相差膜１６に比べて厚い誘電体多層膜を含み形成されている。
【００４３】
そして、「表３」に示す比較例２の位相差膜の膜構成は、ＴｉＯ2を１層目として、２層目にＳｉＯ2、以後３層目〜６層目の間にＴｉＯ2とＳｉＯ2が交互に繰り返し成膜された６層の誘電体多層膜で構成されている。
この位相差膜を形成するそれぞれの低屈折率層と高屈折率層の４ｎｄ値は、０．９８（５層目）〜１．９９（３層目）の範囲である。すなわち、ｎｄ＝１／４λであることから、ｎｄ（光学膜厚）は略２７０ｎｍ〜５４７ｎｍ範囲であり、「表１」に示す位相差膜１６に比べて極めて厚い誘電体多層膜で形成されている。
【００４４】
このように膜構成された比較例１および比較例２としての位相差膜の分光透過率特性および位相差の波長分散特性を以下に示す。
図６は、比較例１としての位相差膜における分光透過率特性を示すグラフであり、図７は、比較例１としての位相差膜における位相差の波長分散特性を示すグラフである。同様に、図８は、比較例２としての位相差膜における分光透過率特性を示すグラフであり、図９は、比較例２としての位相差膜における位相差の波長分散特性を示すグラフである。
【００４５】
図６および図８に示す分光透過率特性を示すグラフは、横軸に波長（ｎｍ）、縦軸に透過率（％）を示し、波長領域４００ｎｍ〜７００ｎｍにおける５ｎｍ毎の計算値のプロット点を結んだ線図である。
また、各図中に実線で示す線図はＰ波（ＴＭ波）における分光透過率特性を示し、破線で示す線図はＳ波（ＴＥ波）における分光透過率特性を示す。なお、分光透過率特性は，位相差膜に対する光の入射角４５°における値を示す。
【００４６】
一方、図７および図９に示す比較例１および比較例２としての位相差膜の位相差の波長分散特性を示すグラフは、横軸に波長（ｎｍ）、縦軸に位相差（ｄｅｇ）を示し、波長領域４００ｎｍ〜７００ｎｍにおける５ｎｍ毎の計算値のプロット点を結んだ線図である。なお、位相差の波長分散特性は、位相差膜に対する光の入射角４５°における値を示す。
【００４７】
図６において、比較例１の位相差膜における分光透過率特性は、Ｐ波において波長が５１５ｎｍ近辺からの高波長域において９９％以上の高い値を示すが、波長４２０ｎｍ近辺の低波長域に向かって２０％程度の低い値を示す。同様にＳ波における分光透過率は、波長が５９０ｎｍ近辺から高波長域において９９％以上の高い値を示すが、波長４８０ｎｍ程度以下の低波長域において０％程度の値を示す。
【００４８】
また、図８に示す比較例２としての位相差膜における分光透過率特性は、Ｐ波において可視光波長帯（略４２０ｎｍ〜６８０ｎｍ）で９７％〜９９％以上の高い値で推移するが、Ｓ波においては、可視光波長帯の全域に亘ってリップルが見られる。このリップルを解消するためには、物理膜厚ｄが５ｎｍ〜３０ｎｍの極薄層を含む膜構成を形成して最適化することが必要である。
【００４９】
一方、図７に示す比較例１の位相差膜における位相差の波長分散特性は、波長５４５ｎｍ（位相差が略１７８ｄｅｇ）をピークとして、低波長域および高波長域に向かって低下し、波長４２０ｎｍにおいて略−１ｄｅｇの反転した値を示し、波長６８０ｎｍにおいて６６ｄｅｇ程度の位相差を示す。
【００５０】
また、図９に示す比較例２の位相差膜における位相差の波長分散特性は、波長４１５ｎｍ（略５０ｄｅｇ）をピークとして高波長域に向かってリップルを伴いながら右肩下がりに低下し、波長５１５ｎｍ近辺からマイナス位相差に転じ、波長６８０ｎｍにおいて−３８ｄｅｇ程度の値を示す。
【００５１】
これらの図６、図８および上記図３、図４に示す分光透過率特性から、上記位相差膜１６を形成する低屈折率層と高屈折率層のそれぞれの光学膜厚が、略２４ｎｍ〜１０７ｎｍ範囲の薄い誘電体多層膜で形成されていることにより、可視光波長帯（略４２０ｎｍ〜６８０ｎｍ）における透過率の損失を極めて低く抑えた、透過率が１００％に限りなく近い９９％以上の高い値を示す位相差膜１６が得られる。
【００５２】
また、位相差膜１６の位相差の波長分散特性は、図５に示すように可視光波長帯の低波長域から高波長域に向かって右肩下がりになだらかに低下する曲線を描き、比較例１としての位相差膜のように低波長域および高波長域に向かう放物線特性を描いたり、比較例２としての位相差膜のように位相差が低く、しかもマイナスに転じたりすることもない。
こうした結果から、低屈折率層と高屈折率層とが交互に積層された誘電体多層膜より成る位相差膜１６の低屈折率層と高屈折率層のそれぞれの好ましい光学膜厚は、２５ｎｍ〜１１０ｎｍ程度の範囲であると言える。
【００５３】
以上に説明した偏光変換素子１を構成する各構成要素は、偏光分離膜１４を介して互いに隣り合うガラス材１１と位相差板１２、位相差膜１６を介して互いに隣り合う位相差板１２とガラス材１３、反射膜１５を介して互いに隣り合うガラス材１１とガラス材１３のそれぞれが、接着剤（図示せず）により互いに貼着（貼り合わせ）されている。接着剤としては、例えば、接着加工が容易で比較的高温度に耐えうる一液性エポキシまたは一液性アクリル系の紫外線硬化型接着剤が用いられる。貼着部は、接着剤を塗布した後、ケミカルランプや高圧水銀灯などの光を照射して接着剤が硬化され、接着固定される。
【００５４】
次に、このように構成された偏光変換素子１における入射光の動作を、図２を参照しながら説明する。
光入射面１ａに直交するシステム光軸ＡＬに沿って光入射面１ａに入射した光（Ｓ偏光光＋Ｐ偏光光）は、ガラス材１１と位相差板１２との界面に形成された偏光分離膜１４に略４５°の入射角で入射して、Ｓ偏光光とＰ偏光光の２つの部分光線束に分離される。そして、偏光分離膜１４で分離された一方のＳ偏光光が、隣り合うガラス材１３との界面に形成された反射膜１５に略４５°の入射角で入射して、反射膜１５で反射される。反射膜１５で反射された反射光は、光射出面１ｂ側に向かう。
【００５５】
一方、偏光分離膜１４で分離されたＰ偏光光は、偏光分離膜１４を通過して位相差板１２に入射し、位相差板１２および位相差膜１６を通過する。これにより、位相差板１２に入射したＰ偏光光は、位相差板１２中で等しい振幅を有する常光線と異常光線とに別れ、異なる位相速度で位相差板１２中を進み、入射するＰ偏光光の電界ベクトルの振動方向と直交する振動方向を有するＳ偏光光に変換されて、反射膜１５で全反射された反射光と共に光射出面１ｂからシステム光軸ＡＬに略平行方向に射出される。すなわち、偏光変換素子１の光入射面１ａに入射した光（Ｓ偏光光＋Ｐ偏光光）は、一種類のＳ偏光光に変換されて光射出面１ｂから射出される。
【００５６】
こうした入射光の動作において、偏光分離膜１４で分離されたＰ偏光光は、位相差板１２および位相差膜１６を通過してＳ偏光光に変換される際に、位相差板１２と位相差膜１６とによる位相差の組み合わせで位相差膜１６が位相差を補償し、位相差板１２のみの場合に比べて、可視光波長帯における偏光変換効率を高めることができる。
【００５７】
これは、位相差板１２のみを用いた場合の低次波長板としての偏光変換性能に対して、位相差板１２と位相差膜１６とを組み合わせることにより、板厚の異なる二枚の複屈曲板（水晶板）を光学軸が直交するように接合した０次波長板的に機能し、位相差膜１６が位相差を補償し、常光線と異常光線とが互いに補正しあって偏光変換効率を高めることができる。
【００５８】
図１０は、本実施形態に係る偏光変換素子１における位相差の波長分散特性を示すグラフであり、図１１は、位相差板１２のみを用いた（すなわち、位相差膜１６を有しない）偏光変換素子における位相差の波長分散特性を示すグラフである。
それぞれのグラフは、横軸に波長（ｎｍ）、縦軸に位相差（ｄｅｇ）を示し、波長領域４００ｎｍ〜７００ｎｍにおける５ｎｍ毎の測定値のプロット点を結んだ線図である。
【００５９】
位相差の波長分散特性は、分光位相差測定装置を用いて、偏光変換素子１の光入射面１ａにハロゲンランプ光（可視光）を入射角φ（システム光軸ＡＬに対する傾き角度、図２参照）を０°、＋３°、−３°で照射して測定した。
それぞれの図中にプロット点を●（黒丸印）で示す線図が入射角０°における位相差の波長分散特性（位相差特性）であり、同様に△（三角印）で示す線図が入射角＋３°、×（ばつ印）で示す線図が入射角−３°における位相差特性である。
【００６０】
なお、光入射面１ａへの入射角φの値０°、＋３°、−３°は、偏光分離膜１４（位相差板１２および位相差膜１６）に対して入射角４５°，４８°，４２°で入射するのに相当する。この光入射面１ａへの入射光の入射角±３°の角度範囲は、入射光の光入射面１ａに対する入射角許容値であり、ガラス材１１の平行四辺形の辺の傾きバラツキ、形状バラツキなどの各種バラツキに対応することが可能となる範囲でもある。
【００６１】
図１０において、偏光変換素子１の位相差の波長分散特性は、光入射面１ａへの入射角０°，＋３°，−３°共に、略５８０ｎｍ近辺を最大値としてその波長から高波長域および低波長域に向かうに従ってなだらかに低くなる傾向を示し、特に略４２０ｎｍ以下の低波長域において低下するが、可視光波長帯（略４２０ｎｍ〜６８０ｎｍ）における位相差は、いずれの入射角においても略１５５°〜１７９．５°の範囲で、平均位相差１６５°程度の高い位相差が得られる。
【００６２】
一方、図１１において、位相差板１２のみを用いた偏光変換素子における位相差の波長分散特性は、光入射面１ａへの入射角０°，＋３°，−３°共に略一致した線図を示し、略５３０ｎｍを最大値として高波長域および低波長域に向かうに従って低くなる値を示すが、可視光波長帯（略４２０ｎｍ〜６８０ｎｍ）における位相差は略１２５°〜１７９°の範囲で、平均位相差１３５°程度である。
【００６３】
以上の結果から、光入射面１ａおよび光射出面１ｂに所定の角度を成す複数で順次貼り合わされたガラス材１１、位相差板１２およびガラス材１３とを備え、ガラス材１１と位相差板１２との界面に偏光分離膜１４、ガラス材１１とガラス材１３との界面に反射膜１５、位相差板１２とガラス材１３との界面に位相差膜１６がそれぞれ設けられた偏光変換素子１は、可視光波長帯の幅広い波長域において優れた位相差（偏光変換効率）を得ることができると共に、光入射面に入射する光に対して±３°程度の広い入射角許容値を有することができる。
【００６４】
次に、このように構成された偏光変換素子１の製造方法について説明する。
図１２および図１３は、本実施形態に係る偏光変換素子１を製造する主要な工程を示す工程断面図であり、図１２（ａ）、図１２（ｂ）および図１３で示す。なお、これらの図面は、説明の便宜のために各構成要素の寸法や比率を実際のものとは異ならせてある。また、各基材（後述するガラス板および水晶板）は、実際の枚数とは異なる省略した枚数で示す。
【００６５】
先ず、図１２（ａ）に示す工程では、予め一方の表面に位相差膜１６が形成された複数の１／２λ位相差機能を有する水晶板１２０と、予め一方の表面に反射膜１５が形成された複数の第２のガラス板としてのガラス板１３０と、予め一方の面上に偏光分離膜１４が形成された複数の第１のガラス板としてのガラス板１１０とを準備する（準備工程）。
【００６６】
ガラス板１１０およびガラス板１３０は、共に略同一の矩形状の外形形状および所定厚さの白板ガラス（Ｂ２７０）より成る。このガラス板１１０，１３０は、偏光変換素子１の完成時に略平行四辺形の断面形状を有する柱状のガラス材１１，１３を形成する。
水晶板１２０は、ガラス板１１０およびガラス板１３０と略同一の矩形状の外形形状を成した８０μｍ程度の板厚より成り、偏光変換素子１の完成時に位相差板１２を形成する。
【００６７】
水晶板１２０の表面上に形成された位相差膜１６は、上記「表１」に示したＴｉＯ2を１層目として、２層目にＳｉＯ2、以後３層目〜２４層目の間にＴｉＯ2とＳｉＯ2が交互に繰り返し成膜された２４層の誘電体多層膜で構成されている。また、ガラス板１３０の一方の表面に形成された反射膜１５およびガラス板１１０の一方の表面に形成された偏光分離膜１４は、低屈折率層と高屈折率層とが所定の層数および光学膜厚で交互に積層された誘電体多層膜より成る。
【００６８】
これらの位相差膜１６、反射膜１５および偏光分離膜１４は、予め各成膜工程において、それぞれの誘電体材料を真空蒸着法、スパッタリング法またはイオンプレーティング法などを用いて成膜して形成されている。
【００６９】
そして、図１２（ｂ）に示す工程では、それぞれ複数の位相差膜１６が形成された水晶板１２０と、反射膜１５が形成されたガラス板１３０と、偏光分離膜１４が形成されたガラス板１１０と、を板厚方向に順次重ね合わせて、互いを貼り合わせる（基材貼着工程）。
【００７０】
この基材の貼り合わせ（貼着）は、それぞれ水晶板１２０の位相差膜１６が形成された面とガラス板１３０の反射膜１５が形成された面の他方面、ガラス板１３０の反射膜１５が形成された面とガラス板１１０の偏光分離膜１４が形成された面の他方面、およびガラス板１１０の偏光分離膜１４が形成された面と水晶板１２０の位相差膜１６が形成された面の他方面を貼着面として互いの基材同士を貼着する。
【００７１】
それぞれの貼着は、それぞれの界面における少なくともいずれか一方の面上に紫外線硬化型接着剤を塗布した後、ケミカルランプや高圧水銀灯などの光（紫外線）を照射することによって、紫外線硬化型接着剤が硬化され、互いの基材同士が接着固定される。
【００７２】
なお、紫外線硬化型接着剤を硬化する際、紫外線を水晶板１２０の表面に略垂直な方向から照射することによって、複数の貼着面を同時に硬化させることができる。一方、反射膜１５をアルミニウム、銀などの金属膜で形成した場合には、紫外線が金属膜で反射されてしまうために、紫外線をそれぞれの基材の表面に略水平な方向から照射する必要がある。
【００７３】
これにより、複数の水晶板１２０、ガラス板１３０、ガラス板１１０とがこの順序に順次積層され、水晶板１２０とガラス板１３０との界面に位相差膜１６、ガラス板１３０とガラス板１１０との界面に反射膜１５、ガラス板１１０と水晶板１２０との界面に偏光分離膜１４がそれぞれ設けられたガラスブロックが形成される。
【００７４】
そして、図１３に示す工程では、複数の水晶板１２０、ガラス板１３０、ガラス板１１０が互いに接着されたガラスブロックを、その表面と成す角度θが略４５°の複数の略平行で所定の間隔を有する切断線ＣＬ（図中、一点鎖線で示す）で切断する（切断工程）。
【００７５】
切断線ＣＬに沿って切断されたガラスブロックからは、図中にドットで示す領域形状の素子ユニットが複数切り出される。切断線ＣＬに沿って切り出された素子ユニットの切断面が偏光変換素子１の光入射面１ａおよび光射出面１ｂに対応する（図１および図２参照）。なお、切断工程の後には、形成された素子ユニットの切断面を、片面ポリッシュ装置または両面ポリッシュ装置を用いて研磨することで、切断面の平坦度および面精度を整えるのが好ましい。
【００７６】
そして、切り出されたそれぞれの素子ユニットは、両端面部が所定形状に整形されて、光入射面１ａおよび光射出面１ｂに略４５°の角度を成す複数の界面で順次貼り合わされたガラス材１１、位相差板１２およびガラス材１３とを備え、ガラス材１１と位相差板１２との界面に偏光分離膜１４、ガラス材１１とガラス材１３との界面に反射膜１５、位相差板１２とガラス材１３との界面に位相差膜１６がそれぞれ設けられた偏光変換素子１が完成する（図１および図２参照）。
完成した偏光変換素子１は、光入射面１ａに入射する非偏光光（Ｓ偏光光＋Ｐ偏光光）を一種類のＳ偏光光に変換して光射出面１ｂから射出することができる。
【００７７】
以上の偏光変換素子１の製造方法において、偏光分離膜１４がガラス板１１０の一方の面に形成され、反射膜１５がガラス板１３０の一方の面、位相差膜１６が水晶板１２０の一方の面に、それぞれ形成された場合で説明したが、それぞれの界面に隣り合う基材の内の、どちらか一方の表面に形成することができる。例えば、位相差膜１６を水晶板１２０に代えてガラス板１３０の反射膜１５が形成された面の他方面上に形成するなど、製造工程の容易さなどを考慮して適宜選択することができる。
【００７８】
また、複数の位相差膜１６が形成された水晶板１２０と、反射膜１５が形成されたガラス板１３０と、偏光分離膜１４が形成されたガラス板１１０とを、板厚方向に順次重ね合わせて互いを貼り合わせる接着剤として、紫外線硬化型接着剤を用いた場合で説明したが、シランカップリング剤を塗布する又は／及び活性エネルギー線を照射するなどの直接接合法を用いた場合であってもよい。
【００７９】
このように構成および製造された偏光変換素子１は、光入射面１ａに入射したランダムな偏光方向を有する光（Ｓ偏光光＋Ｐ偏光光）を、一種類のＳ偏光光またはＰ偏光光に変換して射出する光学素子として、液晶プロジェクタなどの照明光学系に好ましく用いることができる。
【００８０】
偏光変換素子１は、液晶プロジェクタなどの照明光学系に用いる場合に、偏光変換素子１の配置方向を替えることによって、入射する非偏光光に対してＰ波またはＳ波の偏光光を射出する機能を容易に得ることができる。
【００８１】
図１４（ａ）は完成した偏光変換素子の正面、上面および側面を一括して示す模式図であり、図１４（ｂ）は図１４（ａ）に示す偏光変換素子の正面図に対して９０°の角度、右回転した状態の正面、上面および側面を一括して示す模式図である。
【００８２】
図１４（ａ）に示すように、偏光変換素子１を構成する柱状のガラス材１１，１３が延伸する方向をＺ軸方向に配置して用いることによって、システム光軸ＡＬに略平行に光入射面１ａに入射する非偏光光（Ｓ偏光光＋Ｐ偏光光）を、電界が光入射面１ａに対して垂直方向のＳ波（ＴＥ波）の偏光光を射出することができる。
【００８３】
一方、その偏光変換素子１を９０°の角度、右回転して、図１４（ｂ）に示すように、偏光変換素子１を構成する柱状の各ガラス材１１，１３が延伸する方向をＸ軸方向に配置して用いることによって、システム光軸ＡＬに略平行に光入射面１ａに入射する非偏光光を、電界が光入射面１ａに対して水平方向のＰ波（ＴＭ波）の偏光光を射出することができる。
なお、偏光変換素子１の回転方向は、右回転または左回転のどちらであってもよい。
【００８４】
以上の本実施形態に係る偏光変換素子１は、光入射面１ａおよび光入射面１ａに略平行な光射出面１ｂに略４５°の角度を成す複数の界面で順次貼り合わされた複数のガラス材１１、１／２λ位相差機能を有する位相差板１２およびガラス材１３を備え、ガラス材１１と位相差板１２との界面に光入射面１ａに入射した光をＳ偏光光とＰ偏光光とに分離し、一方の偏光光を透過し他方の偏光光を反射する偏光分離膜１４と、ガラス材１１とガラス材１３との界面に入射光を反射する反射膜１５と、位相差板１２とガラス材１３との界面に位相差を補償する位相差膜１６を有することにより、偏光分離膜１４において分離されて位相差板１２に入射する一方の偏光光が、他方の偏光光に変換される。その際、位相差板１２と位相差膜１６とによる位相差の組み合わせで位相差膜１６が位相差を補償し、偏光変換効率を高めることができる。したがって、一種類の偏光方向に揃った偏光変換効率の優れた偏光光を射出する偏光変換素子１が得られる。また、位相差板１２がガラス材１１とガラス材１３との間に互いに貼り合わされて設けられていることによって外部環境に曝されることがなく、耐熱性および耐光性に優れると共に、薄型化した偏光変換素子１が得られる。
【００８５】
また、本実施形態に係る偏光変換素子１は、低屈折率層と高屈折率層とが交互に積層された誘電体多層膜より成る位相差膜１６を形成する低屈折率層と高屈折率層のそれぞれの光学膜厚が、２５ｎｍ〜１１０ｎｍの範囲であることにより、透過率の損失を抑制すると共に、広波長帯域（（略４２０ｎｍ〜略６８０ｎｍの可視光波長域）の入射光に対して優れた偏光変換効率を備えた偏光変換素子１が得られる。また、光入射面１ａに入射する光の広い入射角許容値（±３°程度）に対応することができる。
【００８６】
さらに、位相差板１２の板厚が８０μｍ程度の一枚の水晶板より成ることにより、位相差膜１６と位相差板１２とによる位相差の組み合わせで位相差膜１６が位相差を補償し、広波長帯域（（略４２０ｎｍ〜略６８０ｎｍの可視光波長域）の入射光に対して偏光変換効率を高めることができる。したがって、位相差板１２と位相差膜１６とによる位相差の組み合わせを行うことにより、板厚の異なる二枚の複屈曲板（水晶板）を光学軸が直交するように積層して接合などすることなく、偏光変換効率を高めた偏光変換素子１を容易に得ることができる。
【００８７】
さらにまた、本実施形態に係る偏光変換素子１の製造方法によれば、一方の表面に位相差を補償する位相差膜１６が形成された１／２λ位相差機能を有する水晶板１２０と、一方の表面に入射光を反射する反射膜１５が形成された第２のガラス板１３０と、一方の表面に光入射面に入射した光をＳ偏光光とＰ偏光光に分離し、一方の偏光光を透過し他方の偏光光を反射する偏光分離膜１４が形成された第１のガラス板１１０とを準備する準備工程と、各膜の形成面を一方向に揃えて板厚方向に順次重ね合わせ、互いが貼り合わされたガラスブロックを形成する基材貼着工程と、ガラスブロックをその表面と略４５°の角度を成す複数の略平行で所定の間隔を有する切断線ＣＬに沿って切断する切断工程とを備えることによって、位相差板１２と位相差膜１６とによる位相差の組み合わせで位相差膜１６が位相差を補償し、偏光変換効率を高めた多数の偏光変換素子１を一度に得ることができる。
【００８８】
また、短冊状に加工された１／２λ位相差板を短冊状に加工したり、一枚ずつストライプ状に配列して精度良く接着したりする従来の製造方法に比べて、作業性に優れ、しかも取り扱い時に割れやクラックの発生などによる不具合を回避した偏光変換素子１の製造方法が得られる。さらに、位相差膜１６は、斜方蒸着でなくてもよく、通常蒸着が行えるので、品質の安定した蒸着を行うことができる。従来技術においては出射面に位相差膜を設ける蒸着であるので、斜方蒸着で行わなくてはいけないが、位相差膜１６は、入射光の角度が４５°であるので、通常蒸着で膜形成を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本実施形態に係る偏光変換素子の構成を模式的に示す斜視図。
【図２】図１に示した偏光変換素子のＸ−Ｙ軸方向における拡大断面図。
【図３】位相差膜のＰ波における分光透過率特性を示すグラフ。
【図４】位相差膜のＳ波における分光透過率特性を示すグラフ。
【図５】位相差膜の位相差の波長分散特性を示すグラフ。
【図６】比較例１の位相差膜における分光透過率特性を示すグラフ。
【図７】比較例１の位相差膜における位相差の波長分散特性を示すグラフ。
【図８】比較例２の位相差膜における分光透過率特性を示すグラフ。
【図９】比較例２の位相差膜における位相差の波長分散特性を示すグラフ。
【図１０】本実施形態に係る偏光変換素子における位相差の波長分散特性を示すグラフ。
【図１１】比較例としての偏光変換素子における位相差の波長分散特性を示すグラフ。
【図１２】本実施形態に係る偏光変換素子を製造する主要な工程を示す工程断面図。
【図１３】本実施形態に係る偏光変換素子を製造する主要な工程を示す工程断面図。
【図１４】（ａ）は完成した偏光変換素子の正面、上面および側面を一括して示す模式図であり、（ｂ）は（ａ）に示す偏光変換素子の正面図に対して９０°の角度右回転した状態の正面、上面および側面を一括して示す模式図。
【図１５】（ａ）は従来の偏光変換素子の斜視図、（ｂ）は（ａ）を＋Ｚ軸方向から矢視した偏光変換素子の平面図。
【符号の説明】
【００９０】
１…偏光変換素子、１ａ…光入射面、１ｂ…光射出面、１１…第１の透光性基材としてのガラス材、１２…位相差板、１３…第２の透光性基材としてのガラス材、１４…偏光分離膜、１５…反射膜、１６…位相差膜、１１０…第１のガラス板、１２０…１／２λ位相差機能を有する水晶板、１３０…第２のガラス板、ＡＬ…システム光軸、ＣＬ…切断線、φ…入射角。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光入射面および前記光入射面に略平行な光射出面に略４５°の角度を成す複数の界面で順次貼り合わされた第１の透光性基材、１／２λ位相差機能を有する位相差板および第２の透光性基材を備えた偏光変換素子であって、
前記第１の透光性基材と前記位相差板との界面に形成され、前記光入射面に入射した光をＳ偏光光とＰ偏光光とに分離し、且つ一方の偏光光を透過し他方の偏光光を反射する偏光分離膜と、
前記第１の透光性基材と前記第２の透光性基材との界面に形成され、入射光を反射する反射膜と、
前記位相差板と前記第２の透光性基材との界面に形成され、位相差を補償する位相差膜と、
を有することを特徴とする偏光変換素子。
【請求項２】
請求項１に記載の偏光変換素子であって、
前記位相差膜は低屈折率層と高屈折率層とが交互に積層された誘電体多層膜より成り、前記位相差膜を形成する前記低屈折率層および前記高屈折率層の光学膜厚が２５ｎｍ〜１１０ｎｍの範囲であることを特徴とする偏光変換素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の偏光変換素子であって、
前記位相差板は板厚が８０μｍ程度の水晶板より成ることを特徴とする偏光変換素子。
【請求項４】
光入射面および前記光入射面に略平行な光射出面に略４５°の角度を成す複数の界面で順次貼り合わされた第１の透光性基材、１／２λ位相差機能を有する位相差板、および第２の透光性基材を備え、前記第１の透光性基材と前記位相差板との界面に形成され、前記光入射面に入射した光をＳ偏光光とＰ偏光光とに分離し、且つ一方の偏光光を透過し他方の偏光光を反射する偏光分離膜と、前記第１の透光性基材と前記第２の透光性基材との界面に形成され、入射光を反射する反射膜と、前記位相差板と前記第２の透光性基材との界面に形成され、位相差を補償する位相差膜を有する偏光変換素子の製造方法であって、
一方の表面に前記位相差膜が通常蒸着で形成された水晶板と、一方の表面に前記反射膜が形成された第２のガラス板と、一方の表面に前記偏光分離膜が形成された第１のガラス板とを準備する準備工程と、
前記各膜の形成面を一方向に揃えて、前記水晶板と前記第２のガラス板と前記第１のガラス板と、を多数板厚方向に順次重ね合わせ、互いが貼り合わされたガラスブロックを形成する基材貼着工程と、
前記ガラスブロックを、その表面と略４５°の角度を成す複数の略平行で所定の間隔を有する切断面で切断する切断工程と、
を備えたことを特徴とする偏光変換素子の製造方法。
【請求項１】
光入射面および前記光入射面に略平行な光射出面に略４５°の角度を成す複数の界面で順次貼り合わされた第１の透光性基材、１／２λ位相差機能を有する位相差板および第２の透光性基材を備えた偏光変換素子であって、
前記第１の透光性基材と前記位相差板との界面に形成され、前記光入射面に入射した光をＳ偏光光とＰ偏光光とに分離し、且つ一方の偏光光を透過し他方の偏光光を反射する偏光分離膜と、
前記第１の透光性基材と前記第２の透光性基材との界面に形成され、入射光を反射する反射膜と、
前記位相差板と前記第２の透光性基材との界面に形成され、位相差を補償する位相差膜と、
を有することを特徴とする偏光変換素子。
【請求項２】
請求項１に記載の偏光変換素子であって、
前記位相差膜は低屈折率層と高屈折率層とが交互に積層された誘電体多層膜より成り、前記位相差膜を形成する前記低屈折率層および前記高屈折率層の光学膜厚が２５ｎｍ〜１１０ｎｍの範囲であることを特徴とする偏光変換素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の偏光変換素子であって、
前記位相差板は板厚が８０μｍ程度の水晶板より成ることを特徴とする偏光変換素子。
【請求項４】
光入射面および前記光入射面に略平行な光射出面に略４５°の角度を成す複数の界面で順次貼り合わされた第１の透光性基材、１／２λ位相差機能を有する位相差板、および第２の透光性基材を備え、前記第１の透光性基材と前記位相差板との界面に形成され、前記光入射面に入射した光をＳ偏光光とＰ偏光光とに分離し、且つ一方の偏光光を透過し他方の偏光光を反射する偏光分離膜と、前記第１の透光性基材と前記第２の透光性基材との界面に形成され、入射光を反射する反射膜と、前記位相差板と前記第２の透光性基材との界面に形成され、位相差を補償する位相差膜を有する偏光変換素子の製造方法であって、
一方の表面に前記位相差膜が通常蒸着で形成された水晶板と、一方の表面に前記反射膜が形成された第２のガラス板と、一方の表面に前記偏光分離膜が形成された第１のガラス板とを準備する準備工程と、
前記各膜の形成面を一方向に揃えて、前記水晶板と前記第２のガラス板と前記第１のガラス板と、を多数板厚方向に順次重ね合わせ、互いが貼り合わされたガラスブロックを形成する基材貼着工程と、
前記ガラスブロックを、その表面と略４５°の角度を成す複数の略平行で所定の間隔を有する切断面で切断する切断工程と、
を備えたことを特徴とす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】
【公開番号】特開２００９−１９２８６８（Ｐ２００９−１９２８６８Ａ）
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３４０７７（Ｐ２００８−３４０７７）
【出願日】平成２０年２月１５日（２００８．２．１５）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月１５日（２００８．２．１５）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]