波長板、偏光変換素子、偏光変換ユニット及び投射装置
【課題】旋光能の影響を補正し、広範囲の波長帯に対して確実に１／２波長板として機能する波長板を実現する。
【解決手段】複屈折性と旋光性とを有する材料から構成され、所定の設計波長λの光に対して、位相差Γ１＝１８０の第１波長板と、位相差Γ２＝１８０の第２波長板と、を各々の光学軸が交差するように配置し、各波長板において主面法線と光学軸とのなす角度βは、Ａ（ｄｅｇ）≦β＜９０（ｄｅｇ）を満足し、第１波長板の光学軸方位角θ１、２波長板の光学軸方位角θ２は、θ１＝２２．５（ｄｅｇ）＋ａ、θ２＝６７．５（ｄｅｇ）−ｂを満足し、Ａ＝０．００１９ａ６−０．００７８ａ５−０．００６２ａ４＋０．０１１３ａ３＋０．５３３３ａ２−１．９３８ａ＋２３．３４５、−４．０（ｄｅｇ）≦ａ≦４．５（ｄｅｇ）を満足するようにした。
【解決手段】複屈折性と旋光性とを有する材料から構成され、所定の設計波長λの光に対して、位相差Γ１＝１８０の第１波長板と、位相差Γ２＝１８０の第２波長板と、を各々の光学軸が交差するように配置し、各波長板において主面法線と光学軸とのなす角度βは、Ａ（ｄｅｇ）≦β＜９０（ｄｅｇ）を満足し、第１波長板の光学軸方位角θ１、２波長板の光学軸方位角θ２は、θ１＝２２．５（ｄｅｇ）＋ａ、θ２＝６７．５（ｄｅｇ）−ｂを満足し、Ａ＝０．００１９ａ６−０．００７８ａ５−０．００６２ａ４＋０．０１１３ａ３＋０．５３３３ａ２−１．９３８ａ＋２３．３４５、−４．０（ｄｅｇ）≦ａ≦４．５（ｄｅｇ）を満足するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光の直線偏光の偏光面を回転させて出射する波長板及びそれを備えた偏光変換素子、偏光変換ユニット及び投射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクター等の投影型映像装置（投射装置）は、光源装置から出射された光を画像情報に応じて変調し、この変調された光学像をスクリーン上に拡大投射する装置である。
この投射装置では、光の利用効率を向上させるために、光源装置から出射されたランダムな偏光（互いに偏光面が直交するＰ偏光とＳ偏光や、偏光面の方向が様々な直線偏光が混在した光、円偏光、楕円偏光、等の偏光）を有する光（以下、ランダム光と称す）を複数の中間光束に分割し、この分割された中間光束を１種類の直線偏光光に変換し、統一して出射するために偏光変換素子が用いられている。
かかる偏光変換素子は、一般に、両主面にＰＢＳ膜（互いに直交関係のＰ偏光とＳ偏光のうち、何れか一方の直線偏光を透過させ、他方の直線偏光を反射させる機能を有する光学機能膜、所謂、偏光分離膜）と反射ミラー膜とが夫々形成された無色透明なガラス等の透光性基板を幾重にも交互に積層してなる積層体を作成し、入射面（積層面）に対して所定の角度、例えば４５（ｄｅｇ）（あるいは１３５（ｄｅｇ））の角度に切断して得た偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ：Polarizing Beam Splitter）アレイ（プリズムアレイ）の出射側表面に、有機系材料、例えばポリカーボネートフィルム製の１／２波長板を有機系の接着剤により接着した構成を備えており、光源から出射されたランダム光は、光路上に配置された遮光板により選択的にＰＢＳ膜に入射してＳ偏光光束とＰ偏光光束とに分離され、例えばＰ偏光光束は、前記ＰＢＳ膜を透過し、Ｓ偏光光束は、前記ＰＢＳ膜を反射する。
【０００３】
前記ＰＢＳ膜を透過したＰ偏光光束は、１／２波長板に入射すると、位相が１８０（ｄｅｇ）ずれることにより、Ｓ偏光の光に変換されて前記１／２波長板から出射し、前記ＰＢＳ膜を反射したＳ偏光光束は、反射ミラー膜でさらに反射して、前記ＰＢＳアレイの１／２波長板が配置されていない領域の出射面から出射する。
結果として、前記偏光変換素子から出射する光はＳ偏光の光に統一されることとなる。
このような前記偏光変換素子に用いられる１／２波長板（位相差板）としては、光の三原色であるＲ、Ｇ、Ｂの３波長帯を用いる液晶プロジェクターに適用可能なように、広帯域の波長で位相差が１８０（ｄｅｇ）となり、偏光変換効率が１となって確実にＰ偏光をＳ偏光に変換し、あるいはＳ偏光をＰ偏光に変換可能な仕様を有する広帯域若しくは波長選択型の１／２波長板が求められている。
特許文献１には、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの帯域の光が透過したときに１／２波長板として機能する複数枚の１／２波長板を、各々の光学軸が互いに所定の角度で交差するように積層することにより、広帯域で１／２波長板として機能する積層１／２波長板が提案されているが、これによっても、すべての波長において偏光変換効率は０．８５を下回っており、Ｒ、Ｇ、Ｂの各波長帯において完全に１／２波長板として機能しているとは言い難い。引用文献２についても同様である。
特許文献３は、材料に水晶を用いた積層型の広帯域１／２波長板において、積層する第１、第２の波長板の厚みの加工誤差を補正し合うように、各波長板の前記加工誤差に起因した位相ズレ量ΔΓａとΔΓｂが所定の関係式を満足するような第１、第２の波長板を積層することにより所定の偏光変換効率を満足することができることが記載されている。
それに対し特許文献４には、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの帯域の光が透過したときに１／２波長板として機能する、複数枚の水晶よりなる１／２波長板を、各々の光学軸が互いに所定の角度で交差するように積層し、波長板の光学軸方位角や多次モードを調整することで全ての波長帯（Ｒ、Ｇ、Ｂ帯域）において選択的に、高い偏光変換効率を実現した１／２波長板が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１００１１４号公報
【特許文献２】特開昭５９−６０４０８号公報
【特許文献３】特開２００８−２６８９０１公報
【特許文献４】特開２００７−３０４５７２公報
【特許文献５】特開２００５−１５８１２１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、水晶を用いた１／４波長板について提案されている特許文献５において課題として掲げられているように、水晶等の複屈折性を有する光学結晶材料（主に単結晶よりなる材料）は、旋光能を有するため、特に、各波長板の切断角度（水晶板の主面における法線方向と光学軸（Ｚ軸）との交差角度）が９０ｄｅｇ（９０ｄｅｇＺともいう）ではない場合などは、この旋光能の影響により、偏光変換効率が低下し、ある波長範囲では所望の偏光変換効率を満足するような１／２波長板として機能しないという問題がある。
そこで、本発明は、上記のように旋光性及び複屈折性を有する水晶板における旋光能の影響を補正して、広帯域の波長帯において高い偏光変換効率（例えば０．８以上）を実現可能な１／２波長板を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］本適用例は、複屈折性と旋光性とを有する材料から構成され、所定の設計波長λの光に対して、位相差Γ１の第１波長板と、位相差Γ２の第２波長板と、を各々の光学軸が交差するように配置し、波長λ１〜λ２（λ１＜λ２）の範囲の光に対して、入射する光の直線偏光の偏光面を９０（ｄｅｇ）回転させて出射する波長板であって、前記設計波長λは、前記λ１≦λ≦λ２を満足し、
前記位相差Γ１及び前記位相差Γ２は、以下の関係を満足し、
Γ１＝２π／λ×（ｎｅ−ｎｏ）×ｔ１
Γ２＝２π／λ×（ｎｅ−ｎｏ）×ｔ２
Γ１＝Γ２＝１８０（ｄｅｇ）
但し、ｎｅは異常光屈折率、ｎｏは常光屈折率、ｔ１は、前記第１波長板の主面法線方向の厚み、ｔ２は、前記第２波長板の主面法線方向の厚み
前記各波長板において前記主面法線と前記光学軸とのなす角度βは、当該角度βの下限値をＡとした時に、Ａ≦β＜９０（ｄｅｇ）を満足し、前記第１波長板の光学軸方位角θ１、前記第２波長板の光学軸方位角θ２は、前記光学軸方位角θ１の補正値をａとし、前記光学軸方位角θ２の補正値をｂとした時に、
θ１＝２２．５（ｄｅｇ）＋ａ
θ２＝６７．５（ｄｅｇ）−ｂ
但し、ａ＝ｂ≠０（ｄｅｇ）
を満足し、
前記角度βの下限値Ａは、２０（ｄｅｇ）＜Ａを満足する波長板を特徴とする。
【０００８】
本適用例によれば、旋光性及び複屈折性を有する水晶板における旋光能の影響を補正して、広帯域の波長帯において高い偏光変換効率（例えば０．８以上）を実現可能な１／２波長板とすることが出来る。
【０００９】
［適用例２］本適用例は、適用例１に記載の波長板において、前記角度βの下限値Ａは、Ａ＝０．００１９ａ６−０．００７８ａ５−０．００６２ａ４＋０．０１１３ａ３＋０．５３３３ａ２−１．９３８ａ＋２３．３４５を満足し、前記光学軸方位角θ１の補正値ａは、−４．０（ｄｅｇ）≦ａ≦４．５（ｄｅｇ）を満足することを特徴とする。
【００１０】
本適用例によれば、波長４００ｎｍ乃至波長７００ｎｍの範囲において、偏光変換効率の平均ロスが２０パーセント以下となり、波長５００ｎｍ乃至６００ｎｍの範囲において変更変換効率の平均ロスが１０パーセント以下となる高い偏光変換効率を実現可能な１／２波長板とすることが出来る。
【００１１】
［適用例３］本適用例は、適用例１又は２に記載の波長板において、前記波長λ１は、４００ｎｍであり、前記波長λ２は、７００ｎｍであり、前記設計波長λは、λ＝（λ１＋λ２）／２＝５５０ｎｍを満足することを特徴とする。
【００１２】
本適用例によれば、設計波長が、Ｇ帯域の中心となるようにして、プロジェクターにおいて最も良好な特性が求められるＧ帯域において最も偏光変換効率を高くすることが出来る。
【００１３】
［適用例４］本適用例は、適用例１又は２に記載の波長板において、前記設計波長λは、波長λ１＜波長λ３≦λ≦波長λ４＜波長λ２を満足し、前記波長λ３は、５００ｎｍであり、前記波長λ４は、６００ｎｍであることを特徴とする。
【００１４】
本適用例によれば、設計波長が、Ｇ帯域の中心となるようにして、プロジェクターにおいて最も良好な特性が求められるＧ帯域において最も偏光変換効率を高くすることが出来る。
【００１５】
［適用例５］本適用例は、互いに略平行な光入射面及び光出射面を有し、前記光入射面あるいは前記光出射面に対して所定の傾斜角度を有する接合面によって接着剤を介して接合された複数の透光性基板と、複数の前記透光性基板の間の境界部に交互に設けられ、前記光入射面に入射した光を偏光方向が互いに直交する異なる２種類の直線偏光に分離して一方の直線偏光を透過させ、他方の直線偏光を反射する偏光分離部と、反射された前記他方の直線偏光光束を反射し、光路の向きを変える反射部と、を有する光学素子と、前記光出射面であって、前記偏光分離部の上部の領域又は前記反射部の上部の領域に配置され、前記２種類の直線偏光のうち何れか一方の直線偏光の偏光面を回転させて他方の直線偏光の偏光面と平行な直線偏光に変換して出射する波長板と、を備え、前記波長板は、適用例１乃至４の何れかに記載の波長板であり、前記接着層は、紫外線硬化型の接着剤であり、厚みが５μｍ以上１０μｍ以下でありることを特徴とする。
【００１６】
本適用例によれば、光学素子を作成する際の接着剤として耐熱・耐光性能に優れた紫外線硬化製樹脂接着剤を用いることで高耐熱・高耐光性であり、更に、光学軸方位角を上記のように設定し、且つ旋光能の影響を補正するようにしたことで、広帯域の光に対して確実に１／２波長板として機能する位相差板を備えた偏光変換素子の構造を実現することが出来る。
また、接着層の厚みが１０μｍ以下であり、十分に薄いため、光入射面などを研磨する際に透光性基板の角部が削られてしまうことがない。従って、光の透過領域が狭くなるという問題もない。
【００１７】
［適用例６］本適用例は、適用例５に記載の偏光変換素子において、前記接着層は、変性アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とすることを特徴とする。
【００１８】
本適用例によれば、透明基板の接着に耐熱・耐光性能に優れた紫外線硬化製樹脂接着剤を用いることで、偏光変換素子を高耐熱性・高耐光性として長寿命とすることが出来る。
【００１９】
［適用例７］本適用例は、適用例５又は６に記載の偏光変換素子と、当該偏光変換素子を固定する固定枠と、を備える偏光変換ユニットを特徴とする。
【００２０】
本適用例によれば、本発明の偏光変換素子を備えることで、長寿命で光学特性に優れた偏光変換ユニットとすることが出来る。
【００２１】
［適用例８］本適用例は、光を出射する光源装置と、該光源装置からの光を、１種類の偏光光に変換する適用例７に記載の偏光変換ユニットと、当該偏光変換ユニットからの偏光光を画像情報に応じて光学像を形成する光変調装置と、該光変調装置にて形成された前記光学像を拡大投射する投射光学装置と、を備える投射装置を特徴とする。
【００２２】
本適用例によれば、本発明の偏光変換素子を備えることで、長寿命で光学特性に優れた偏光変換ユニットとすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態に係る位相差板の一例としての積層１／２波長板の構成を示す図。
【図２】図１に示す積層１／２波長板１における偏光状態を説明する図。
【図３】波長板の旋光能を考慮した場合の偏光状態を示す図。
【図４】切断角度の下限値と、光学軸方位角の補正値と、厚みのシミュレーション結果を示すグラフ図。
【図５】波長４００ｎｍから７００ｎｍに対する積層１／２波長板の変換効率を示す図。
【図６】波長４００ｎｍから７００ｎｍに対する積層１／２波長板の変換効率を示す図。
【図７】波長４００ｎｍから７００ｎｍに対する積層１／２波長板の変換効率を示す図。
【図８】本発明の積層波長板を適用した偏光変換素子の一例を示す図。
【図９】従来の偏光変換素子の問題点を詳細に説明する図。
【図１０】従来の偏光変換素子の問題点を詳細に説明する図。
【図１１】プラズマ重合膜の組成を説明する概略図。
【図１２】他の実施形態に係る偏光変換素子を示す分解斜視図。
【図１３】図１２の偏光変換素子の一部分を拡大して示した断面図。
【図１４】偏光変換素子の製造工程を説明する図。
【図１５】偏光変換素子の製造工程を説明する図。
【図１６】偏光変換素子の製造工程を説明する図。
【図１７】偏光変換素子の製造工程を説明する図。
【図１８】偏光変換素子の製造工程を説明する図。
【図１９】偏光変換素子の製造工程を説明する図。
【図２０】偏光変換素子の製造工程を説明する図。
【図２１】実施例１及び従来例１の耐熱性試験を示す図。
【図２２】本発明に係る実施例２から実施例６までの平坦度試験の結果を示す図。
【図２３】本発明に係る実施例７から実施例１１までの平坦度試験の結果を示す図。
【図２４】比較例２の平坦度試験の結果を示す図。
【図２５】本発明の実施の形態に係る偏光変換素子を組み込んだ偏光変換ユニットの外観を示す図。
【図２６】図２５の偏光変換ユニットの分解斜視図。
【図２７】本発明の実施の形態に係る偏光変換素子を適用した投光装置の一例としての液晶プロジェクターを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
【００２５】
［波長板の構造］
以下に、本発明の実施の形態に係る位相差板の構成を説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る位相差板の一例としての積層１／２波長板の構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は分解斜視図、（ｃ）は、側面図である。
図１（ａ）に示すように、本発明に係る積層１／２波長板１は、旋光性及び複屈折性を有する水晶等の無機光学結晶を用いた第１の波長板２と、第２の波長板４と、を夫々の光学軸３、光学軸５が交差するように貼り合わせた構成を備え、全体として、光源側から入射する直線偏光光Ａの位相を１８０（ｄｅｇ）ずらし、偏光面をθ＝９０（ｄｅｇ）回転させた直線偏光光Ｂに変換して出射する１／２波長板として機能するように構成する。
図１（ｂ）に示すように、第１の波長板２の光学軸方位角をθ１、第２の波長板４の光学軸方位角をθ２とする。光学軸方位角とは、結晶光学軸と、積層波長板に入射する直線偏光光の偏光面とのなす角度である。
尚、本実施例では、第１の波長板２と、第２の波長板４と、を積層しているが、これに限らず、前記θ１、θ２を本発明が提案する光学設計条件に基づいて設定しさえすればよく、第１の波長板２と、第２の波長板４とを積層せず、空間的に配置してもよいことは言うまでもない。
【００２６】
さらに、図１（ｃ）に示すように、第１の波長板２の切断角度（水晶板の主面における法線方向と結晶光学軸（Ｚ軸）との交差角度）と、第２の波長板４の切断角度は、ともにβ（ｄｅｇ）Ｚ（β＜９０（ｄｅｇ））としている。
これは、水晶等から構成される波長板においては、切断角度βを９０（ｄｅｇ）Ｚより小さくすることで厚みが増加し、製造工程や組立工程における取り扱いが容易になるためである。
ところで、本発明の積層１／２波長板１を液晶プロジェクターに組み込む偏光変換素子に用いる場合、液晶プロジェクターに必要な各波長帯（Ｒ（赤：４００ｎｍ帯）、Ｇ（緑：５００ｎｍ帯）、Ｂ（青：６７５ｎｍ））において、偏光変換効率が１となり、位相差が１８０（ｄｅｇ）となることが求められる。
そこで、所定の設計波長λ、例えば５２０ｎｍの光（緑）に対する第１の波長板２の位相差をΓ１、第２の波長板４の位相差をΓ２としたときに、
Γ１＝１８０（ｄｅｇ）・・・（１）
Γ２＝１８０（ｄｅｇ）・・・（２）
を満足するように、第１及び第２の波長板２、４の厚みを設定する。
【００２７】
波長λの光に対する位相差Γと波長板の厚みｔとの関係は、
Γ＝２π／λ×（ｎｅ−ｎｏ）×ｔ
但し、ｎｅは異常光の屈折率、ｎｅは常光の屈折率
で表すことができる。
従って、第１の波長板２の厚みをｔ１、第２の波長板４の厚みをｔ２とした場合、
Γ１＝２π／λ×（ｎｅ−ｎｏ）×ｔ１
Γ２＝２π／λ×（ｎｅ−ｎｏ）×ｔ２
となる。
また、ｎｅとｎｏの値は、設計波長λの値に依存し、ｎｅは更に波長板の切断角度βにも依存しているので、前記切断角度βや前記設計波長λの値に応じて、ｎｅとｎｏが変化するため、（ｎｅ−ｎｏ）の値は変化することとなる。
【００２８】
ところで、図１に示す場合において、水晶板が有する旋光能を考慮しない場合を想定したとき、直線偏光の偏光面をθ（ｄｅｇ）回転させるには、２つの波長板の光学軸方位角の差が｜θ１−θ２｜＝θ／２となればよい。
本発明の積層波長板は、例えば、偏光変換素子に用いる場合は、入射するＰ偏光をＳ偏光に変換させる１／２波長板として作用すべきものであるので、θ＝９０（ｄｅｇ）となるから、求められる光学軸方位角の差は、｜θ１−θ２｜＝４５（ｄｅｇ）である。
従って、例えば、θ１＝２２．５（ｄｅｇ）、θ２＝６７．５（ｄｅｇ）とすることで、１／２波長板として作用することが可能となる。
なお、光学軸方位角θ１、θ２の範囲は、要求仕様に応じて或いは許容誤差として、設定角度から±２（ｄｅｇ）の範囲で有効である。
しかしながら、図１（ｃ）について説明したように、切断角度βを９０（ｄｅｇ）よりも小さくしていくことで、水晶等光学結晶体の有する旋光能の影響を受けやすくなり、かかる旋光能によって各波長板を通過するときに旋光回転してしまうので積層波長板全体として所望の偏光変換効率が得られないという問題が生じる。
【００２９】
本願発明者は、この旋光能の影響を補正するためには、即ち、水晶板が有する旋光能を考慮する場合には、両波長板の光学軸方位角θ１、θ２を調整して回転軸（光軸）を補正する必要があることに思い至った。
これに基づき、第１の波長板の光学軸方位角θ１、第２の波長板の光学軸方位角θ２を調整値補正値ａ、ｂにより調整し、
θ１＝２２．５（ｄｅｇ）＋ａ（ｄｅｇ）・・・（３）
θ２＝６７．５（ｄｅｇ）−ｂ（ｄｅｇ）・・・（４）
但し、ａ＝ｂ
を満足するように設定する。
この場合、｜θ１−θ２｜＜４５（ｄｅｇ）となる。
ただし、切断角度βの値に起因する旋光能の影響の大小（波長板における旋光回転による直線偏光の回転のズレ量）によっては、上記の光学軸方位角の調整によっては、旋光能の影響を補正仕切れない場合もある。
従って、本発明では、光学軸方位角の調整によって旋光能の影響を補正し得る切断角度βの最小値（下限値）Ａと、切断角度βが、Ａ≦β＜９０（ｄｅｇ）を満たす場合に光学軸方位角の調整量ａが取り得る値の範囲を種々のシミュレーションを行うことによって見いだした。
さらに、切断角度βの最適な範囲として、加工工程時や組立工程時の波長板の割れや破損を防ぐために波長板の厚みが取り扱い上問題とならない値となる切断角度を上限として設定することで、旋光能への対策と取り扱い上最適な厚みの確保を両立させた波長板を得ることが出来る。
【００３０】
まず、第１の波長板２と、第２の波長板４と、から構成される本発明に係る１／２波長板において、光源側から入射する直線偏光光Ａの偏光面を９０（ｄｅｇ）回転させた直線偏光光Ｂに変換して出射することを実現するために、基本となる補正前の構成について考える。
すなわち、第１の波長板２と第２の波長板４において、旋光能の影響を考慮せず、第１の波長板２の光学軸方位角θ１と第２の波長板４の光学軸方位角θ２の値を、調整前の値とする。
【００３１】
上記の式（１）、（２）における位相差、光学軸方位角の値は、第１及び第２の波長板２、４を用いて全体として１／２波長板１を構成する場合に所望する広範囲の波長帯で位相差を１８０（ｄｅｇ）とするために、積層１／２波長板１を構成する第１及び第２の波長板２、４について、所定の波長（例えば、５２０ｎｍ）での夫々の位相差Γ１、Γ２、夫々の光学軸方位角θ１、θ２といったパラメータを種々変化させて最適な位相差、変換効率等を求める手法をとる。
そして、
Γ１＝１８０（ｄｅｇ）・・・（５）
Γ２＝１８０（ｄｅｇ）・・・（６）
θ１＝２２．５（ｄｅｇ）・・・（７）
θ２＝６７．５（ｄｅｇ）・・・（８）
式（５）〜（８）の値を満足する場合に、上記ＲＧＢ３波長帯の光に対して位相差が１８０（ｄｅｇ）となり、偏光変換効率がほぼ１となることが見出された。
ここで、設計波長λの取りうる値の範囲は、５１０≦λ≦５３０（ｎｍ）となる。
なお、図１において、第１の波長板２と第２の波長板４の光学軸方位角を入れ替えても良い。言い換えれば、光の入射方向に対して、第１の波長板２と、第２の波長板４の積層順を入れ替えてもよい。
具体的には、第１の波長板２の光学軸方位角θ１と、第２の波長板４の光学軸方位角θ２を
θ１＝６７．５（ｄｅｇ）・・・（７）’
θ２＝２２．５（ｄｅｇ）・・・（８）’
とすることが出来る。
【００３２】
また、図１における第１の波長板２の光学軸方位角θ１、第２の波長板４の光学軸方位角θ２を互いに鈍角としてもよい。
この場合、第１の波長板２の光学軸方位角θ１と、第２の波長板の光学軸方位角θ２が、
θ１＝１１２．５（ｄｅｇ）・・・（９）
θ２＝１５７．５（ｄｅｇ）・・・（１０）
を満足することにより、上記３波長帯の光に対して位相差が１８０（ｄｅｇ）となり、偏光変換効率がほぼ１となる。
また、この場合も、第１の波長板２と第２の波長板４の光学軸方位角を下記式（５）’、（６）’のように入れ替えても、偏光変換効率をほぼ１とすることが出来る。
θ１＝１５７．５（ｄｅｇ）・・・（９）’
θ２＝１１２．５（ｄｅｇ）・・・（１０）’
【００３３】
次に、上記の光学軸方位角θ１、θ２を以下にして見出したかを説明する。
はじめに、本発明に係る積層１／２波長板の実施例を見つけ出した計算手法を簡単に説明する。直線偏光が２枚の波長板を透過した後の偏光状態は、ミューラ行列、又はジョンズ行列を用いて表すことができる。
Ｅ＝Ｒ２・Ｒ１・Ｉ・・・（１１）
ここで、Ｉは入射光の偏光状態、Ｅは出射光の偏光状態を表すベクトルである。Ｒ１は積層１／２波長板１における第１の波長板２のミューラ行列、Ｒ２は第２の波長板４のミューラ行列で、夫々次式で表される。
・・・（１２）
・・・（１３）
第１及び第２の波長板２、４夫々の位相差Γ１、Γ２、光学軸方位角度θ１、θ２を設定して、式（１２）、（１３）よりミューラ行列Ｒ１、Ｒ２を求める。
【００３４】
そして、入射光の偏光状態Ｉを設定すると、式（１１）より出射光の偏光状態Ｅを算出することができる。
行列としてミューラ行列を用いた場合について説明すると、出射光の偏光状態Ｅは次式で表される。
・・・（１４）
Ｅの行列要素Ｓ０１、Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１はストークスパラメータと呼ばれ、偏光状態を表している。このストークスパラメータを用いて、波長板の位相差Γは次式のように表される。
・・・（１５）
Γ＝（２ｍ−１）×π 但し、ｍは正の整数
このように、式（１５）を用いて位相差を算出することができる。
また、上記のように、図１に示す積層１／２波長板１は、直線偏光の偏光面を、所定の回転角度θだけ回転させる機能を有しており、例えば、水平方向の振動面を持つ直線偏光Ａを入力光として、偏光面をθ＝９０（ｄｅｇ）だけ回転（位相変調）させて水平方向の振動面を持つ直線偏光Ｂとして出射させる。
【００３５】
図２は、図１に示す積層１／２波長板１における偏光状態を説明する図であり、（ａ）は、偏光状態の軌跡をポアンカレ球上に示す図、（ｂ）は、（ａ）における偏光状態の軌跡をＳ１Ｓ３平面に投影した図である。
この位相変調（９０（ｄｅｇ）回転）は図２のポアンカレ球で考えると、入射、偏光状態Ｐ０からＰ２へ変調させることであり、このとき必要な位相差は１８０（ｄｅｇ）である。
積層１／２波長板１が、完全に１／２波長板として機能している場合、赤道上の所定の位置Ｐ０から偏光方向が赤道に対して平行な方向となる直線偏光Ａとして光線が入射すると、第１の波長板２によって光軸Ｒ１（２・θ１）を中心にして１８０（ｄｅｇ）回転しＰ１（赤道上）へ移され、さらに第２の波長板４によって光軸Ｒ２（２・θ２）を中心にして１８０（ｄｅｇ）回転しＰ２（赤道上）に到達し、直線偏光Ａに対してθ＝９０（ｄｅｇ）だけ回転した直線偏光Ｂとなって１／２波長板１を出射することになる。
なお、Ｐ２は、Ｐ０から１８０（ｄｅｇ）回転した赤道上の点である。
図２（ａ）、（ｂ）から分かるように、ここでは水晶板の旋光能を考慮していないため、光軸Ｒ１、光軸Ｒ２は赤道と交差している。
【００３６】
図２（ｃ）は、図２（ａ）に示したポアンカレ球において１／２波長板１に入射した光線の偏光状態の軌跡をＳ３軸方向から見た図（Ｓ１Ｓ２平面に投影した図）である。
第１の波長板２の光学軸方位角θ１、第２の波長板４の光学軸方位角θ２及び直線偏光Ａ（入射光）に対する直線偏光Ｂ（出射光）の回転角θの関係は、ポアンカレ球上では図１８（ｃ）のように表すことができる。
点Ｏ、Ｐ０、Ｐ１を結んでなる三角形ＯＰ０Ｐ１は点Ｏを頂点とする二等辺三角形であり光軸Ｒ１は三角形ＯＰ０Ｐ１の二等分線となり、辺ＯＰ０と光軸Ｒ１とのなす角及び辺ＯＰ１と光軸Ｒ１とのなす角は２θ１となる。点Ｏ、Ｐ１、Ｐ２を結んでなる三角形ＯＰ１Ｐ２は点Ｏを頂点とする二等辺三角形であり、光軸Ｒ２は三角形ＯＰ１Ｐ２の二等分線となる。
【００３７】
ここで、辺ＯＰ１と光軸Ｒ２とのなす角α及び辺ＯＰ２と光軸Ｒ２とのなす角αは、以下のように求められる。
２θ＝２×２θ１＋２α
α＝θ−２θ１
従って、辺ＯＰ０と光軸Ｒ２とのなす角２θ２は、以下のように表すことができる。
２θ２＝α＋２×２θ１＝θ−２θ１＋２×２θ１＝θ＋２θ１
従って、θ２は、
θ２＝θ１＋θ／２・・・（１６）
と表すことができる。
【００３８】
しかしながら、図２のポアンカレ球において、Ｐ０からＰａへ、Ｐ０からＰｂへ変調させた場合も、位相差は同じく１８０（ｄｅｇ）となる。即ち、位相差を用いて評価した場合、必要な偏光状態に変調されているかを判断することができない。ポアンカレ球上（赤道上）のＰ２と異なるＰａ、Ｐｂの点は偏光面の方位である。
これを検出するため、出射光の偏光状態を表す行列Ｅと、偏光子の行列Ｐとの積を計算し、得られた光量を評価値とすれば、偏光状態を正確に判定することができる。これを変換効率と定義する。
具体的には、偏光子の行列Ｐの透過軸を９０（ｄｅｇ）に設定し、行列Ｐと出射光偏光状態を表す行列Ｅとの積から得られる行列Ｔのストークスパラメータより、９０（ｄｅｇ）方向の偏光面成分の光量を算出することができる。出射光偏光状態を表す行列Ｅと、偏光子の行列Ｐとの、積は次式のようになる。
即ち、偏光子の行列Ｐの透過軸を所定の角度に設定し、前記光射光の偏光状態Ｅを表わす行列Ｅと偏光子の行列Ｐとの積をＴとすると、Ｔは次式で表される。
【００３９】
Ｔ＝Ｐ・Ｅ ・・・（１７）
ここで、行列Ｔは変換効率を表し、その要素のストークスパラメータで表すと次式のように表される。
・・・（１８）
ここで、ベクトルＴのストークスパラメータのＳ０２が光量を表している。入射光量を１に設定すればＳ０２が変換効率となる。
ここで、ベクトルＴのストークスパラメータＳ０２が光量を表し、入射光量を１に設定すると、ストークスパラメータＳ０２が変換効率となる。従って、積層１／２波長板１の変換効率Ｔは、第１及び第２の波長板２、３の、所定の波長（例えば波長が、設計波長λ＝５２０ｎｍのとき）での位相差Γ１、Γ２、光学軸方位角θ１、θ２を様々に変化させて、シミュレーションすることができる。
位相差、変換効率とも積層１／２波長板を透過した後の偏光状態を表す行列Ｅから求めることができる。
【００４０】
上記の変換効率を評価基準とし、積層１／２波長板の諸パラメータである第１及び第２の波長板２、４の、所定の波長（例えば波長５２０ｎｍ）での夫々の位相差Γ１、Γ２、夫々の光学軸方位角θ１、θ２を種々変化させ、計算機を用いてシミュレーションした。
シミュレーションを繰り返し行い、所望の複数の波長帯において、変換効率が良い場合の上記パラメータを選び出した。
【００４１】
その結果を以下に説明する。
図１６に示す積層１／２波長板１の第１及び第２の波長板３、４の切断角度が夫々９０（ｄｅｇ）Ｚ（水晶板の主面における法線方向と光学軸（Ｚ軸）との交差角度が９０（ｄｅｇ））、波長λを５２０ｎｍとしたとき、第１の波長板２の位相差Γ１、光学軸方位角θ１が夫々１８０（ｄｅｇ）、２２．５（ｄｅｇ）、第２の波長板の位相差Γ２、光学軸方位角θ２が夫々１８０（ｄｅｇ）、６７．５（ｄｅｇ）に設定した場合に、積層１／２波長板１の変換効率をシミュレーションにより求めた結果良好な波長−変換効率（偏光変換効率）が得られた。
なお、光学軸方位角θ１、θ２の範囲は、要求仕様に応じて或いは許容誤差として、設定角度から±２（ｄｅｇ）の範囲で有効である。
【００４２】
次に、波長板の旋光能を考慮する場合の偏光状態について説明する。
図３は、波長板の旋光能を考慮した場合の偏光状態を示す図であり、（ａ）は、波長板の旋光能を考慮した場合の偏光状態の偏光状態を、ポアンカレ球を用いて示す図、（ｂ）は、（ａ）における偏光状態の軌跡をＳ１Ｓ３平面に投影した図である。
図２について説明したように、積層１／２波長板１が、完全に１／２波長板として機能している場合、赤道上の所定の位置Ｐ０から偏光方向が赤道に対して平行な方向となる直線偏光Ａとして光線が入射すると、第１の波長板２によって光軸Ｒ１を中心にして１８０（ｄｅｇ）回転しＰ１（赤道上）へ移され、さらに第２の波長板４によって光軸Ｒ２を中心にして１８０（ｄｅｇ）回転しＰ２（赤道上）に到達し、直線偏光Ａに対してθ＝９０（ｄｅｇ）°だけ回転した直線偏光Ｂとなって１／２波長板１を出射することになる。
【００４３】
しかし、図３における場合、図３（ｂ）に示すように、光軸Ｒ１、Ｒ２は、旋光能の影響により図３（ａ）と比べて北極側に持ち上がっている（光軸Ｒ１’、光軸Ｒ２’）。
光軸Ｒ１、Ｒ２の持ち上がり量である角度は、２ρとなりえる。ここで、ρは水晶の旋光角であり、ρは切断角度βの値に依存し、βの値が少なくなるほど持ち上がり量は増加し、旋光能の影響は大きくなっている。
このため、光軸Ｒ１’、Ｒ２’を中心に１８０（ｄｅｇ）回転した光は、図３（ａ）における赤道上の点Ｐ１、Ｐ２に到達できず、北極側にずれた点Ｐ１’（≠Ｐ１）、Ｐ２’（≠Ｐ２）に到達する。
従って、この状態では、図３のポアンカレ球が表現する積層波長板は、１／２波長板として完全には機能出来ていない。
この場合は、各波長板の光学軸方位角を調整することにより、光軸Ｒ１’、光軸Ｒ２’を図３（ｃ）のようにずらして（光軸Ｒ１’’、光軸Ｒ２’’）、直線偏光が点Ｐ２に到達するようにする。
具体的には、図１で説明したように、第１の波長板２の光学軸方位角θ１、第２の波長板４の光学軸方位角θ２が、
θ１＝２２．５（ｄｅｇ）＋ａ（ｄｅｇ）
θ２＝６７．５（ｄｅｇ）−ｂ（ｄｅｇ）
ａ＝ｂ≠０（ｄｅｇ）
を満たすようにする。この場合、光軸Ｒ１（光軸Ｒ１’’）、光軸Ｒ２（光軸Ｒ２’’）は、図２（ｂ）に示す場合に比べＰ１側に寄ることになる。
なお、光学軸方位角θ１、θ２の範囲は、要求仕様に応じて或いは許容誤差として、設定角度から±２（ｄｅｇ）の範囲で有効である。
【００４４】
次に、波長板における旋光能を考慮して、第１の波長板２、第２の波長板４におけるパラメータとして、旋光能の補正が可能な（光学軸方位角を調整値して、広帯域の波長帯において高い平均偏光変換効率（例えば０．８以上）を実現可能な１／２波長板を実現し得る）切断角度βの下限値Ａ、及び切断角度βが下限値Ａ≦β＜９０を満たす場合に光学軸方位角θ１、θ２の補正値ａ、ｂが取り得る値を求めた。
詳しくは、波長λ１＝４００ｎｍから波長λ２＝７００ｎｍにおいて、偏光変換効率の平均ロスが２０％以下であり、且つ、波長λ３＝５００ｎｍから波長λ４＝６００ｎｍにおいて、偏光変換効率の平均ロスが１０％以下となる上記パラメータの範囲を求めた。
なお、偏光変換効率は、上記ストークスパラメータを用いたシミュレーションによって求めることが出来る。
波長５００ｎｍ〜６００ｎｍで偏光変換効率が良好となるようにして演算したため、Ｇ（グリーン）帯域を重視するプロジェクターに好適な波長板とすることが出来る。
【００４５】
図４は、切断角度の下限値Ａと、光学軸方位角の補正値ａ（＝ｂ）と、厚みｔ（ｔ１、ｔ２）のシミュレーション結果を示すグラフ図である。
図４のグラフは、切断角度の値を減らして波長板の厚みを増やして行く毎に、光学軸方位角の調整によって旋光能の補正が可能な切断角度βの下限値Ａが、小さくなっていることを示している。なお、旋光能補正のために必要な光学軸方位角の補正値（ａ、ｂ）は、波長板の厚みが増えるのに従い増加している。
シミュレーションの結果、切断角度βの下限値Ａが２０（ｄｅｇ）＜Ａを満たす場合、光学軸方位角の調整によって旋光能が補正可能であることが見出された。
特に、図４のグラフに示すように、切断角度の下限値Ａが、以下の近似（６次）多項式を満足する場合に、上記のシミュレーション条件を満たす（波長λ１＝４００ｎｍから波長λ２＝７００ｎｍにおいて、偏光変換効率の平均ロスが２０％以下であり、且つ、波長λ３＝５００ｎｍから波長λ４＝６００ｎｍにおいて、偏光変換効率の平均ロスが１０％以下となる）ように、旋光能を補正することが出来る。
Ａ＝０．００１９ａ６−０．００７８ａ５−０．００６２ａ４＋０．０１１３ａ３＋０．５３３３ａ２−１．９３８ａ＋２３．３４５
この場合の補正値ａは、−４．０（ｄｅｇ）≦ａ≦４．５（ｄｅｇ）を満足する。
また、下限値Ａは、ａ＝−４．０（ｄｅｇ）の時、Ａ＝５３（ｄｅｇ）となり、ａ＝２．５（ｄｅｇ）の時、Ａ＝２１．５（ｄｅｇ）、ａ＝４．５（ｄｅｇ）の時、Ａ＝２５（ｄｅｇ）となる。
また、第１の波長板２、第２の波長板４の板厚ｔ１，ｔ２について、ｔ１＝ｔ２＝ｔとしたとき、板厚ｔは補正値ａとの以下の近似（６次）多項式を満足する。
ｔ＝−４Ｅ−０６ａ６−６Ｅ−０６ａ５＋８Ｅ−０５ａ４−０．０００４ａ３−０．００４３ａ２＋０．０２５８ａ＋０．１８０６
この場合、ａ＝−４．０（ｄｅｇ）の時、板厚ｔは０．０４４３（ｍｍ）となり、ａ＝２．５（ｄｅｇ）の時、板厚ｔ＝０．２１１１（ｍｍ）となる。さらに、ａ＝４．５では、板厚ｔ＝０．１５８９（ｍｍ）である。
【００４６】
図５は波長４００ｎｍから７００ｎｍに対する本発明の積層１／２波長板１の変換効率を示す図であり、各波長板の設計波長λを５２０ｎｍとして、入射角を−１０（ｄｅｇ）から＋１０（ｄｅｇ）まで変化させた場合の、波長毎の偏光変換効率の変化を示すグラフ図である。
本発明の積層１／２波長板１は、全体としては、設計波長５２０ｎｍでは各入射角において偏光変換効率が０．６以上となり、特に入射角が−１０ｄｅｇ〜５ｄｅｇでは、４００ｎｍから７００ｎｍの範囲全体の設計波長において、高い偏光変換効率を示している。
また、５００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲（Ｇ帯域）において、偏光変換効率が、０．９以上となっている。
この場合、切断角度βは、最小値Ａは２１．５（ｄｅｇ）であり、光学軸方位角ａの調整値補正値ａは、２．５（ｄｅｇ）である。また、その際、各波長板の厚みｔ１、ｔ２は、０．２１１１ｍｍである。
液晶プロジェクターで用いる青、緑、赤の波長は夫々４００ｎｍ帯、５００ｎｍ帯、６７５ｎｍ帯であるので、上記パラメータの積層１／２波長板１は、液晶プロジェクター等に良好に適用可能である。
なお、切断角度βの上限は、図４の場合と同様に、ハンドリング上好ましい例えば０．３ｍｍ以上となるように、
Γ＝２π／λ×（ｎｅ−ｎｏ）×ｔ
の式から導き出せば良い。
【００４７】
図６は波長４００ｎｍから７００ｎｍに対する本発明の積層１／２波長板１の変換効率を示す図であり、各波長板の設計波長λを５１０ｎｍとして、入射角を−１０（ｄｅｇ）から＋１０（ｄｅｇ）まで変化させた場合の、波長毎の偏光変換効率の変化を示すグラフ図である。
本発明の積層１／２波長板１は、全体としては、設計波長５１０ｎｍでは各入射角において偏光変換効率が０．６以上となり、特に入射角が−１０ｄｅｇ〜５ｄｅｇでは、４００ｎｍから７００ｎｍの範囲全体の設計波長において、高い偏光変換効率を示している。
また、５００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲（Ｇ帯域）において、偏光変換効率が、０．９以上となっている。
この場合、切断角度βは、最小値Ａは５３．０（ｄｅｇ）であり、光学軸方位角の調整値補正値ａは、−４．０（ｄｅｇ）である。また、その際、各波長板の厚みｔ１、ｔ２は、０．０４４３ｍｍである。
液晶プロジェクターで用いる青、緑、赤の波長は夫々４００ｎｍ帯、５００ｎｍ帯、６７５ｎｍ帯であるので、上記パラメータの積層１／２波長板１は、液晶プロジェクター等に良好に適用可能である。
なお、切断角度βの上限は、図４の場合と同様にハンドリング上好ましい例えば０．３ｍｍ以上となるように、Γ＝２π／λ×（ｎｅ−ｎｏ）×ｔの式から導き出せば良い。
【００４８】
図７は波長４００ｎｍから７００ｎｍに対する本発明の積層１／２波長板１の変換効率を示す図であり、各波長板の設計波長λを５３０ｎｍとして、入射角を−１０（ｄｅｇ）から＋１０（ｄｅｇ）まで変化させた場合の、波長毎の偏光変換効率の変化を示すグラフ図である。
本発明の積層１／２波長板１は、全体としては、設計波長５３０ｎｍでは各入射角において偏光変換効率が０．５以上となり、特に入射角が−１０ｄｅｇ〜５ｄｅｇでは、４００ｎｍから７００ｎｍの範囲全体の設計波長において、高い偏光変換効率を示している。
また、５００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲（Ｇ帯域）において、偏光変換効率が、０．９以上となっている。
この場合、切断角度βは、最小値Ａは２５．０（ｄｅｇ）であり、光学軸方位角ａの調整値補正値ａは、４．５（ｄｅｇ）である。また、その際、各波長板の厚みｔ１、ｔ２は、０．１５８９ｍｍである。
液晶プロジェクターで用いる青、緑、赤の波長は夫々４００ｎｍ帯、５００ｎｍ帯、６７５ｎｍ帯であるので、上記パラメータの積層１／２波長板１は、液晶プロジェクター等に良好に適用可能である。
なお、切断角度βの上限は、例えば、ハンドリング上好ましい例えば０．３ｍｍ以上となるように、Γ＝２π／λ×（ｎｅ−ｎｏ）×ｔの式から導き出せば良い。
積層１／２波長板が対応すべき波長帯は、ＲＧＢのみならず、他の波長の色を加えた、４波長、５波長にも対応可能としてもよい。
また、設計波長λを、５５０ｎｍとして設計すれば、Ｇ帯域の中心波長にて最も偏光変換効率を良好にして、プロジェクターに用いるためのより好適な波長板を実現出来る。
【００４９】
図８は、本発明の積層波長板を適用した偏光変換素子の一例を示す図である。
図８に示す偏光変換素子は、上述のＰＢＳアレイである素子本体（光学素子）１０と、素子本体１０に選択的に接合された、水晶等の無機光学結晶からなる位相差板（積層１／２波長板）１と、を備える。
水晶等の無機光学結晶は、熱伝導性に優れるため、背景技術で述べた有機系材料で作製した位相板に比べ、耐熱性に優れ、高熱による光学特性の劣化の懸念がない。
また、位相差板の材質としては、水晶の他に、リチウムタンタレート、サファイアなども適用可能である。
なお、後述する図２６に示すように、偏光変換素子においては、２つの素子本体１０を連結して組み込むが、図８では、一部のみを表示している。
図１に示すように、素子本体１０は、複数の透光性基板１１と、複数の透光性基板１１の間に交互に設けられた偏光分離膜（偏光分離部）１２及び反射膜（反射部）１３と、複数の透光性基板１１の間にそれぞれ設けられて、透光性基板１１を接着する接着層１４と、を備えている。
【００５０】
また、素子本体１０は、互いに略平行な光入射面１６と、光出射面１７と、を有する。
また、素子本体１０は、光入射面１６あるいは光出射面１７に対して所定の傾斜角度を有する接合面１１ａにより複数の透光性基板１１を偏光分離膜（偏光分離部）１２と反射膜（反射部）１３とを交互に挟んで接着層１４により接合されている。
偏光分離膜１２は、外部からの入力光（Ｓ偏光光及びＰ偏光光）のうち、Ｐ偏光光を選択的に透過させ、Ｓ偏光光を反射させる。
反射膜１３は、偏光分離膜１２により反射されたＳ偏光光を、光出射面１７に向けて反射させる。
ここで、接着層１４は、その厚みが５μｍ以上１０μｍ以下である。
接着層１４は、変性アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とする紫外線硬化型の接着剤により形成されるため、上記のような厚みとすることが出来る。
従来の紫外線硬化型の接着剤では、変性アクレート又は変性メタクリレートを主成分としていなかったために、粘度が高く、接着層の厚みが１０μｍ以上２０μｍ以下となってしまっていた。
【００５１】
このように、接着層の厚みが１０μｍを超える場合、後に図１４乃至図２０を用いて説明する偏光変換素子の製造工程において、接着層の端部に歪みが生じてしまう。そのため、光入射面１６及び光出射面１７を研磨する（図２０）際に、歪み近傍の透光性基板１１の角部が削られてしまう。その結果、透光性基板１１の光出射面１７に、位相差板１を接合する際に、透光性基板１１と、位相差板１との間に隙間が生じ、気泡が発生してしまう。
これにより、透光性基板１１と位相差板１とが十分に接合されず、位相差板１が、剥がれやすくなる。
また、透光性基板１１と、位相差板１との間に発生した気泡により光の透過率が落ちる。
図９、１０は、従来の偏光変換素子の問題点を詳細に説明する図である。
また、図９に示す従来の偏光変換素子においては、上記のように接着層９３が厚くなるが、このように接着層９３が厚い状態で積層体が切り出されると、接着層９３の端部に歪みが生じてしまう。この歪みが生じた状態で、切断面が研磨されると、図１０に示すように接着層９３近傍における透光性基板９８の角部９８１が削られてしまう。これにより、素子本体９５に位相差板９７を接合するための接合層９６に隙間が生じて、位相差板９７が剥がれやすくなり、また気泡９６１が形成されて、光の透過率が低下するなどの問題もある。
また、接着層９３近傍における透光性基板９８の角部９８１が削られることで、光が有効に透過する領域が小さくなるという問題もある。
【００５２】
一方、接着層の厚みが、５μｍ未満の場合は、接着層にごみなどが混入した場合、ごみなどによって、接着層の接着強度が低下する。
しかし、接着層の厚みが５μｍ以上１０μｍ以下であれば、透光性基板１１の角部が削れにくい為に気泡が発生せず、位相差板１が透光性基板１１から剥がれやすくなったり、光の透過率が落ちたりする不具合を解消することが出来る。
なお、本実施形態に用いられる接着剤としては、例えば、ＵＴ２０、ＨＲ５４（商品名、株式会社アーデル製）などが挙げられる。
【００５３】
また、図８において、位相差板１は、接合層２１により、透光性基板１１の光出射面１７おける偏光分離膜１２の上部の領域に接合されている。
この位相差板１は、上記のように水晶により作製された１／２波長板であり、偏光分離膜１２を透過したＰ偏光光をＳ偏光光に変換する。
ただし、偏光変換素子１において、Ｐ偏光光に統一して出射する場合には、位相差板１を反射膜１３の上部に設けるようにする。
なお、接合層２１は、分子接合するプラズマ重合膜であり、その主材料は、ポリオルガノシロキサンである。プラズマ重合膜は、プラズマ重合法により形成されてシロキサン結合を含み、結晶化度が４５％以下であるＳｉ骨格と、このＳｉ骨格に結合する有機基からなる脱離機とを含む。そして、エネルギーを付与して表面付近に存在する脱離基がＳｉ骨格から脱離することにより、接着性を発現する。
【００５４】
図１１は、プラズマ重合膜の組成を説明する概略図であり、（Ａ）は、エネルギーを付与する前の組成を示し、（Ｂ）は、エネルギーを付与した後の組成を示している。
上記したが、図１１（Ａ）に示すように、プラズマ重合膜は、Ｓｉ骨格２１Ｂを含むシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ）２１Ａと、Ｓｉ骨格２１Ｂと結合している脱離基２１Ｃと、を含む。
図１１（Ａ）に示すようなプラズマ重合膜よりなる接合層２１にエネルギーが付与されると、図２（Ｂ）に示す通り、図１１（Ａ）に示されていた脱離基２１Ｃが、Ｓｉ骨格２１Ｂから脱離する。これにより、接合層２１の表面及び内部に、活性手２１Ｄが生じ、活性化される。
その結果、接合層２１の表面に接着性が発現する。このような接着性が発現すると、接合層２１は強固に接合可能となる。なお、接合層２１のＳｉ骨格２１Ｂの結晶化度は４５％以下であることが好ましく、４０％以下であることがより好ましい。これにより、Ｓｉ骨格２１Ｂは充分にランダムな原子構造を含むものとなり、これにより、Ｓｉ骨格２１Ｂの特性が顕在化する。
ここで、「活性化させる」とは、接合層２１の表面及び内部の脱離基２１Ｃが脱離して、Ｓｉ骨格２１Ｂにおいて終端化されていない結合手（以下、「未結合手」または「ダングリングボンド」ともいう。）が生じた状態や、この未結合手が水酸基（ＯＨ基）によって終端化された状態、または、これらの状態が混在した状態のことをいう。
従って、活性手２１Ｄとは、未結合手（ダングリングボンド）、または未結合手が水酸基によって終端化されたもののことをいい、このような活性手２１Ｄによれば、接合層２１の強固な接合が可能となる。
【００５５】
前述の通り、このプラズマ重合膜は、エネルギーが付与されると、その表面及び内部に活性手が生じるため、プラズマ重合膜に強力な接着性が発現する。
また、接着剤を用いない無機的な接合方法であるので、接着剤の劣化によって光学特性が影響を受けることがない。
また、接着層１４の厚みが５μｍ以上１０μ以下であることで、透光性基板１１の角部が削れにくいことで、プラズマ重合法により隙間無く接合層２１を形成して、透光性基板１１と位相差板１とを強力に接合出来る。
なお、位相差板１と光出射面１７との接合方法は、このプラズマ重合法に限ることはなく、上記した変性メタクリレート又は変性アクリレートを主成分とする接着剤によって接合してもよい。
【００５６】
また、接合層２１は、プラズマ重合法のみならず、原子拡散接合法により形成してもよい。
原子拡散接合法とは、まず、真空容器内におけるスパッタリングやイオンプレーティング等の真空成膜により、素子本体１０を構成する透光性基板１１及び位相差板１に、それぞれ微結晶連続薄膜を成膜する。そして、微結晶連続薄膜同士を、成膜中又は成膜後に重ね合わせて、接合界面及び結晶粒界において原子拡散を生じさせることにより、透光性基板１１及び位相差板１の間で強固に接合する方法である。
なお、微結晶連続薄膜同士を重ね合わせるだけでなく、透光性基板１１及び位相差板１のいずれか一方に微結晶連続薄膜を形成し、他方に微結晶構造を形成し、そしてこれらの微結晶連続薄膜と微結晶構造とを重ね合わせることにより、原子拡散接合を実施することも出来る。
この場合も、接着剤を用いない無機的な接合方法であるので、接着剤の劣化によって光学特性が影響を受けることがない。
【００５７】
図１２は、他の実施形態に係る偏光変換素子を示す分解斜視図である。
図１３は、図１２の偏光変換素子の一部分を拡大して示した断面図である。
なお、図１と同様の構成については、同じ符号を付して詳細な説明を省略している。
図１２、図１３に示す偏光変換素子は、ＰＢＳアレイとしての素子本体１０と、素子本体１０に接合され、１／２波長板として機能し、入射した直線偏光の偏光面を９０（ｄｅｇ）回転させて出射する水晶製の位相差板１と、を備える。
素子本体１０は、略直方体形状であり、２つの素子本体１０Ａ、１０Ｂが向かい合う長手方向の端部同士を互いに接合し、接合面１０Ｃに対して対称関係となっている。
この素子本体１０は、互いに略平行な光入射面１０Ｄと光出射面１０Ｅとを有する。
また、素子本体１０は、複数の透光性基板１１との間に、長手方向に沿って交互に並んで配置された偏光分離膜１２と反射膜１３とを有する。
また、複数の透光性基板１１は、それぞれ光入射面１０Ｄ或いは、光出射面１０Ｅに対して所定の傾斜角度を有した接合面１１ａによって接合されている。
【００５８】
偏光分離膜１２と反射膜１３とは、複数の透光性基板１１との間の境界部１１Ｂに交互に設けられている。
偏光分離膜１２は、光入射面１０Ｄに入射した光を、偏光方向が互いに直交する異なる２種類の直線偏光に分離して一方の直線偏光を透過させ、他方の直線偏光を反射させる。
本実施形態では、偏光分離膜１２は、光入射面１０Ｄに入射したランダム偏光光のうちＰ偏光光を選択的に透過させ、Ｓ偏光光を反射させる。
反射膜１３は、偏光分離膜１２により反射された他方の直線偏光を反射し、光路の向きを変える。即ち、反射膜１３は、偏光分離膜１２にて反射されたＳ偏光光を光出射面１０Ｅに向けて反射させる。
素子本体１０は、図１３に示すように、複数の透光性基板１１を互いに接合する接着層１４を有する。
【００５９】
ここで、接着層１４は、紫外線硬化型等の光学系接着剤を用いることが出来る。紫外線硬化型の接着剤を用いた場合、粘度が高く、接着層１４の厚みは、およそ１０μｍ以上２０μｍ以下程度となる。
更に、変性アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とする紫外線硬化型の接着剤を用いると、接着層１４の厚みを５μｍ以上１０μｍと薄くできる。変性アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とする紫外線硬化型の接着剤としては、例えば、ＵＴ２０、ＨＲ１５４（商品名、株式会社アーデル製）などが挙げられる。
接着層１４は、所定の厚さＷ１を有する。
【００６０】
位相差板１（２０Ａ、２０Ｂ）は、２つの素子本体１０Ａ、１０Ｂの光出射面１０Ｅに夫々配置されている。
位相差板１は、偏光分離膜１２を透過したＰ偏光光に１８０（ｄｅｇ）の位相差を生じさせて当該Ｐ偏光光の偏光面を９０（ｄｅｇ）回転させるので、反射膜１３により反射されたＳ偏光光の偏光面と平行な直線偏光、即ち、Ｓ偏光光に変換して出射する。
また、図１２に示すように、位相差板１は、櫛状（すだれ状）である。
この位相差板１（２０Ａ、２０Ｂ）は素子本体１０に接合されて光が透過しない基部２０Ｃ（１Ｃ１、１Ｃ２）と、この基部２０Ｃから延在され、光が透過する位相差部１Ｄ（１Ｄ１、１Ｄ２）と、を有する。
即ち、基部２０Ｃは、素子本体１０の光学領域である有効エリア（Ｅ）の外に配置されている。基部２０Ｃの長手方向、即ち、偏光分離膜１２と反射膜１３とが交互に並べられた方向に沿って、接合されている。
【００６１】
そして、一方の位相差板１Ａの基部１Ｃ１は、素子本体１０における長手方向に平行な端縁部のうち一方の端縁部１０Ｆに接合され、他方の位相差板１Ｂの基部１Ｃ２は、一方の位相差板１Ａにおける位相差部１Ｄ１の先端部１Ｅ１に接近している。
即ち、一方の位相差板１Ａの基部１Ｃ１は、他方の位相差板１Ｂにおける位相差部１Ｄ２の先端部１Ｅ２に接近しており、他方の位相差板１Ｂの基部１Ｃ２は、一方の位相差板１Ａにおける位相差部１Ｄ１の先端部１Ｅ１に接近している。
なお、基部２０Ｃは、その主平面が、長尺の矩形状であり、その幅は、例えば３ｍｍから４ｍｍ程度である。
【００６２】
基部２０Ｃは、素子本体１０に、図示しない接合膜により接合されている。
この接合膜は、接着層１４と同様に、紫外線硬化型等の光学系接着剤やプラズマ重合膜により設けられている。接合膜は、光路上に配置されない、光学領域である有効エリアＥの外側に配置されることが望ましいため、基部２０Ｃと素子本体１０の長手方向に並行な端縁部１０Ｆ、１０Ｇとの間にのみ形成されていることが望ましい。
位相差板１（位相差部１Ｄ）は、いわば短冊状であり、その厚さは基部２０Ｃと同じである。位相差部１Ｄは、基部２０Ｃから延在され、素子本体１０の光出射面１０Ｅにおける偏光分離膜１２の上部の領域に配置されている。隣り合う複数の位相差部１Ｄは、互いに所定幅の隙間Ｗ２をもって配置されており、隙間Ｗ２には、反射膜１３で反射されたＳ偏光光がそのまま通過する。
位相差部１Ｄは、図１３に示すように、それぞれ素子本体１０の光出射面１０Ｅに対向する光入射面１Ｆを有する。
【００６３】
この位相差部１Ｄの光入射面１Ｆと、素子本体１０の光出射面１０Ｅとの間には、僅かな隙間Ｗ３が設けられている。そのため、位相差部１Ｄの光入射面１Ｆと光学素子３１０の光出射面１０Ｅとには、それぞれ図示しない反射防止膜が形成されていることが望ましい。
図１２、図１３の構成によれば、位相差板１の位相差部１Ｄが、素子本体１０に接着剤により接着されないので、接着剤の劣化による光学特性の劣化を回避することが出来る。
また、複数の位相差部１Ｄが、基部２０Ｃと一体となっているため、位相差板１の素子本体１０への組み付けも容易である。
【００６４】
次に、素子本体１０の製造工程をより詳しく説明する。
製造工程は、大きく分けて膜形成工程と、接着工程と、切断工程と、研磨工程と、から成っている。
図１４乃至図１９は、本実施形態にかかる偏光変換素子、特に素子本体の製造工程を説明する図である。
［膜形成工程］
最初の膜形成工程では、図１４に示すように、まず複数の透光性基板（ガラス等の無色透明基板）１１Ａが準備される。これらの透光性基板１１Ａは、互いに略平行な第１面１１Ａ１及び第２面１１Ａ２を有している。
複数の透光性基板１１Ａのうち、いくつかの透光性基板１１Ａの第１面１１Ａ１には、偏光分離膜１２が形成され、第２面１１Ａ２には、反射膜１３が形成される。
その他の透光性基板１１Ａの第１面１１Ａ１及び第２面１１Ａ２には、これらの膜の何れかが形成されるか、あるいは何れの膜も形成されていない。
【００６５】
［接着工程］
図１５に示す接着工程では、偏光分離膜１２及び反射膜１３が形成された透光性基板１１Ａと、これらの膜が形成されていない透光性基板１１Ａと、が接着剤１４Ａによって交互に貼り合わされる。このとき、偏光分離膜１２と反射膜１３とが透光性基板１１Ａを挟んで交互に積層されるようにする。
ここで、接着剤１４Ａとして変成アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とする接着剤を使用し、その塗布量は、硬化後の厚みが５〜１０μｍとなるように調整する。
【００６６】
次に、図１６に示すように、透光性基板１１Ａの第１面１１Ａ１にほぼ垂直な方向から紫外線が照射される。なお、紫外線は、偏光分離膜１２及び反射膜１３を通過するため、図１６中全ての接着剤１４Ａは同時に硬化される。
これにより、偏光分離膜１２と透光性基板１１Ａの間と、反射膜１３及び第２の透光性基板の間に、それぞれ接着層１４が形成される。そして、複数の透光性基板１１Ａが接合された積層体４００が形成される。
なお、透光性基板１１Ａの第１面１１Ａ１にほぼ平行な方向から紫外線を照射してもよい。
【００６７】
ここで、接着剤１４Ａの硬化条件と、各硬化条件によって得られる接着層１４の接着強度との関係について説明する。
下記の表１に示したように、紫外線（ＵＶ）照射量を変化させて硬化試験１から硬化試験７までを実施した。その結果、引張強度については、表１、図１７（Ａ）、（Ｂ）に示すようになり、せん断強度については、表１、図１８（Ａ）、（Ｂ）に示すようになった。
すなわち、図１７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、紫外線照射量が１５，０００ｍＪ／ｃｍ２以上４５，０００ｍＪ／ｃｍ２以下、特に２０，０００ｍＪ／ｃｍ２以上３５，０００ｍＪ／ｃｍ２以下の場合、接着層１４の引張強度が高くなるため好ましい。また、図９（Ａ）、（Ｂ）に示すように、紫外線照射量が１５，０００ｍＪ／ｃｍ２以上６０，０００ｍＪ／ｃｍ２以下、特に２５，０００ｍＪ／ｃｍ２以上５０，０００ｍＪ／ｃｍ２以下の場合は、接着層１４のせん断強度が高くなるために好ましい。なお、表１中、各硬化試験は、２回ずつ実施している。
【００６８】
引張強度試験、せん断強度試験は、以下の試験方法で実施した。すなわち、１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさの白色ガラス板２枚を接着剤１４Ａで接着して作成した試験品を、引張試験機で、接着面に対し垂直あるいは平行方向に引張加重をかけ、２枚の白色ガラス板が分離した時の加重を測定した。
［表１］
【００６９】
次に、図１９に示すように、切断工程として、第１面１１Ａ１と所定の角度θ（約４５度）をなす切断面でほぼ平行に積層体４００が切断されて、積層ブロック４１０が切り出される。
図２０に示す、続く研磨工程では、切り出された積層ブロック４１０の切断面４１０Ａを研磨装置５００で研磨することにより、偏光変換素子１の素子本体１０が得られる。
【００７０】
［耐熱性試験］
実施例１及び比較例１により、本発明に用いる接着剤（接着層）の耐熱性について評価した。
図２１は、実施例１及び従来例１の耐熱性試験を示す図である。
実施例１では、接着剤（ＵＴ２０ 株式会社アーデル製）により、２枚のガラス板を貼り合わせ、所定量の紫外線を照射した。これにより、実施例１の試験片６００を作製した。
一方、比較例１では、従来の接着剤（ＰＨＯＴＯボンド３００ サンライズＭＳＩ株式会社製）により２枚のガラス板を貼り合わせ、所定量の紫外線を照射した。これにより、比較例１の試験片６０１を作製した。
これら試験片６００、６０１を固定枠６１０内に固定した後、試験片６００、６０１をプロジェクターの偏光変換素子を設置すべき場所に組み込み、試験片６００、６０１に光源ランプの光が照射された時、試験片の温度が１２０℃となるようにプロジェクターの冷却機構を調整した。図２１では、３８００時間この環境下に放置した場合の試験結果が示されている。
【００７１】
図２１に示すように、試験片６０１の接着層では、一部に黄変６２０が見られた一方で、試験片６００の接着層では、黄変が見られなかった。
さらに、試験片６００、６０１をこの環境下に放置し続けた結果、４８００時間後に、試験６０１の接着層では激しい黄変が見られた。一方で、試験片６００の接着層では、光学特性に影響のない程度の若干の黄変が見られるに留まった。
従って、本発明の接着剤により形成された接着層は耐熱性に優れていることが分かる。
【００７２】
［平坦度試験］
（実施例２から実施例１１まで、及び比較例２）
実施例２から実施例１１まで、及び比較例２により、本発明の偏光変換素子における光入射面及び光出射面の平坦度を評価した。
図２２は、本発明に係る実施例２から実施例６までの平坦度試験の結果を示す図であり、図２３は、本発明に係る実施例７から実施例１１までの平坦度試験の結果を示す図であり、図２４は、比較例２の平坦度試験の結果を示す図である。
（実施例２から実施例６まで）
実施例２では、実施例１と同様の接着剤を用いて、後述する図２６に示すような素子本体１０を作製した。そして、図２６に示される左右の２つの素子本体１０のうち、左側の素子本体１０を用いた。そして、下記の測定方法により、その素子本体１０の光入射面１６の略中央における断面図を得た。ここで、断面図では、図２６の左右方向の断面図である。
得られた断面図において、比較的上側に大きく膨らんだ凸部を選び、その凸部の左右近傍の凹部の頂点を線で結んだ。この線から、凸部の頂点までの距離を縦軸のスケールで換算して、「高低差」を算出した。
【００７３】
実施例３から実施例６でも、実施例２と同様に素子本体１０を作製して、その光入射面１６について測定し、断面図を得た。そして、断面図より、実施例２と同様に、「高低差」を２点算出した。図２２には、それらの結果が示されている。
（実施例７から実施例１１まで、及び比較例２）
実施例７から実施例１１まででは、それぞれ実施例２から実施例６までで作製した素子本体１０の光出射面１７について、実施例２と同様に断面図を得た。得られた断面図により、実施例２と同様にして、「高低差」を２点算出した。
比較例２では、接着剤として、比較例１と同様の接着剤を用いた以外は、実施例２と同様にして素子本体を作製し、その光出射面を測定した断面図を得た。得られた断面図より実施例２と同様にして、「高低差」を２点算出した。
【００７４】
実施例７から、実施例１１まで及び比較例２の結果を、図２３、図２４に示す。
断面図の測定方法としては、レーザー干渉計Ｇ１０２Ｓ（フジノン株式会社（現富士フイルム株式会社製））により、素子本体の光入射面又は光出射面を照射して、素子本体からの反射光と元々の平行光とを干渉させることによって、干渉縞を得る。なお、レーザー干渉計で設定した光の波長は、６８５ｎｍである。
得られた干渉縞を干渉縞解析ソフトウェア（フジノン株式会社（現富士フイルム株式会社製））で解析することにより、光入射面又は光出射面の断面図を得る。
図２２、図２３で示すように、本発明の接着剤を用いた実施例２から実施例１１まででは、光入射面及び光出射面における高低差が小さいため、平坦度が優れていることがわかった。
一方、図２４に示すように、従来の接着剤を用いた比較例では、光入射面における高低差が大きいため、平坦度が悪いことが分かった。
【００７５】
図２５は、本発明の実施の形態に係る偏光変換素子を組み込んだ偏光変換ユニットの外観を示す図である。
図２６は、図２５の偏光変換ユニットの分解斜視図である。
図２５、図２６に示す偏光変換ユニット１２０は、ユニット枠２００と、本発明の偏光変換素子１と、遮光板２１０と、レンズアレイ２２０と、クリップ２３０と、を備えている。ユニット枠２００の一方の開口面（図２６では下面）側からは、後述する２つの偏光変換素子本体を有する偏光変換素子１が挿入され、もう一方の開口面（図２６では上面）側からは、遮光板２１０とレンズアレイ２２０とがこの順に挿入される。これらの光学素子２１０、２２０は、ユニット枠２００に収納された状態で、４つのクリップ２３０で上下２方向から挟持される。クリップ２３０は弾性体で形成されているので容易に着脱することができ、偏光変換ユニット１２０の各部品もユニット枠に容易に着脱することができる。
かかるユニット枠２００によって、偏光変換素子１を、光源からの光束が偏光変換素子１（特に後述のＰＢＳ膜）に入射する角度が常に一定になってＰＳ変換が正確に行える姿勢で、液晶プロジェクターに組み込むことが出来る。
【００７６】
図２７は、本発明の実施の形態に係る偏光変換素子を適用した投光装置の一例としての液晶プロジェクターを示す図である。
図２７に示す投写型表示装置（液晶プロジェクター）１００は、光源１１０と、第１のレンズアレイ１１１と、本発明に係る偏光変換素子を組み込んだ偏光変換ユニット１２０と、重畳レンズ１２１と、で構成される照明光学系を備えている。また、ダイクロイックミラー１３１、１３２と、反射ミラー１３３とを含む色光分離光学系１３０を備えている。さらに、入射側レンズ１４０と、リレーレンズ１４１と、反射ミラー１４２、１４３とを含む導光光学系を備えている。また、３枚のフィールドレンズ１４４、１４５、１４６と、３枚の液晶ライトバルブ１５０Ｒ、１５０Ｇ、１５０Ｂと、クロスダイクロイックプリズム１６０と、投写レンズ１７０と、を備えている。
反射ミラー１４６は、重畳レンズ１２１から射出された光を色光分離光学系１３０の方向に反射する機能を有している。色光分離光学系１３０は、２枚のダイクロイックミラー１３１、１３２により、重畳レンズ１２１から射出される光を、赤、緑、青の３色の色光に分離する機能を有している。第１のダイクロイックミラー１３１は、重畳レンズ１２１から射出される光のうち赤色光成分を透過させるとともに、青色光成分と緑色光成分とを反射する。第１のダイクロイックミラー１３１を透過した赤色光は、反射ミラー１３３で反射され、フィールドレンズ１４４を通って赤光用の液晶ライトバルブ１５０Ｒに達する。このフィールドレンズ１４４は、重畳レンズ１２１から射出された各部分光束をその中心軸（主光線）に対して平行な光束に変換する。他の液晶ライトバルブの前に設けられたフィールドレンズ１４５、１４６も同様である。
【００７７】
第１のダイクロイックミラー１３１で反射された青色光と緑色光のうちで、緑色光は第２のダイクロイックミラー１３２によって反射され、フィールドレンズ１４５を通って緑光用の液晶ライトバルブ１５０Ｇに達する。一方、青色光は、第２のダイクロイックミラー１３２を透過し、導光光学系、すなわち、入射側レンズ１４０、反射ミラー１４２、リレーレンズ１４１、反射ミラー１４３を通り、さらに、フィールドレンズ１４６を通って青色光用の液晶ライトバルブ１５０Ｂに達する。
なお、青色光に導光光学系が用いられているのは、青色光の光路の長さが他の色光の光路の長さよりも長いため、光の拡散等による光の利用効率の低下を防止するためである。すなわち、入射側レンズ１４０に入射した光束をそのまま、フィールドレンズ１４６に伝えるためである。
【００７８】
３つの液晶ライトバルブ１５０Ｒ、１５０Ｇ、１５０Ｂは、入射した光を、与えられた画像情報（画像信号）に従って変調する光変調手段としての機能を有している。これにより、３つの液晶ライトバルブ１５０Ｒ、１５０Ｇ、１５０Ｂに入射した各色光は、与えられた画像情報に従って変調されて各色光の画像を形成する。
３つの液晶ライトバルブ１５０Ｒ、１５０Ｇ、１５０Ｂから射出された３色の変調光は、クロスダイクロイックプリズム１６０に入射する。
クロスダイクロイックプリズム１６０は、３色の変調光を合成してカラー画像を形成する色光合成部としての機能を有している。クロスダイクロイックプリズム１６０には、赤光を反射する誘電体多層膜と、青光を反射する誘電体多層膜と、が４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３色の変調光が合成されて、カラー画像を投写するための合成光が形成される。クロスダイクロイックプリズム１６０で生成された合成光は、投写レンズ１７０の方向に射出される。投写レンズ１７０は、この合成光を投写スクリーン上に投写する機能を有し、投写スクリーン上にカラー画像を表示する。
【００７９】
また、後述するような、耐熱・耐光性能に優れた本発明の偏光変換素子を備えた偏光変換ユニットを組み込むことで、高輝度・高発熱の光源を使って鮮明な映像を長時間投影可能な液晶プロジェクターとすることが出来る。
また、本発明にように、本発明の偏光変換素子は、広範囲の波長帯で、確実に１／２波長板として機能する位相差板（積層１／２波長板）を備えているので、高輝度で鮮明な映像を投射可能な液晶プロジェクターを実現できる。
【符号の説明】
【００８０】
１ １／２波長板、１０ ＰＢＳアレイ（素子本体）、１０Ａ 素子本体、１０Ｃ 接合面、１０Ｄ 光入射面、１０Ｅ 光出射面、１０Ｆ 端縁部、１１ 透光性基板、１１Ａ 透光性板材、１２ 偏光分離膜、１３ 反射膜、１４ 接着層、１４Ａ 接着剤、１６ 光入射面、１７ 光出射面、２０ 波長板、２０Ａ 位相差板１Ｂ 位相差板１Ｃ 基部、１Ｃ１ 基部、１Ｃ２ 基部、１Ｄ 位相差部、１Ｄ１ 位相差部、１Ｄ２ 位相差部、１Ｅ 先端部、１Ｅ１ 先端部、１Ｅ２ 先端部、１Ｆ 光入射面、２１ 接合層、３０ 波長板、３１ 光学軸３Ａ 接合面、３１Ａ１ 境界部、４０ 波長板、９１ 偏光分離膜、９２ 反射膜、９３ 接着層、９５ 素子本体、９６ 接合層、９７ 位相差板、９８ 透光性基板、１１０ 光源、１１１ レンズアレイ、１２０ 偏光変換ユニット、１２１ 重畳レンズ、１３０ 色光分離光学系、１３１ ダイクロイックミラー、１３２ ダイクロイックミラー、１３３ 反射ミラー、１４０ 入射側レンズ、１４１ リレーレンズ、１４２ 反射ミラー、１４３ 反射ミラー、１４４ フィールドレンズ、１４５ フィールドレンズ、１４６ フィールドレンズ、１４６ 反射ミラー、１５０Ｂ 液晶ライトバルブ、１５０Ｇ 液晶ライトバルブ、１５０Ｒ 液晶ライトバルブ、１６０ クロスダイクロイックプリズム、１７０ 投写レンズ、２００ ユニット枠、２１０ 光学素子、２１０ 遮光板、２２０ レンズアレイ、２３０ クリップ、３１０ 光学素子、４００ 積層体、４１０ 積層ブロック、４１０Ａ 切断面、５００ 研磨装置、６００ 試験片、６０１ 試験、６０１ 試験片、６１０ 固定枠、６２０ 黄変、９５１ 光入射面、９５２ 光出射面、９６１ 気泡、９８１ 角部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光の直線偏光の偏光面を回転させて出射する波長板及びそれを備えた偏光変換素子、偏光変換ユニット及び投射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクター等の投影型映像装置（投射装置）は、光源装置から出射された光を画像情報に応じて変調し、この変調された光学像をスクリーン上に拡大投射する装置である。
この投射装置では、光の利用効率を向上させるために、光源装置から出射されたランダムな偏光（互いに偏光面が直交するＰ偏光とＳ偏光や、偏光面の方向が様々な直線偏光が混在した光、円偏光、楕円偏光、等の偏光）を有する光（以下、ランダム光と称す）を複数の中間光束に分割し、この分割された中間光束を１種類の直線偏光光に変換し、統一して出射するために偏光変換素子が用いられている。
かかる偏光変換素子は、一般に、両主面にＰＢＳ膜（互いに直交関係のＰ偏光とＳ偏光のうち、何れか一方の直線偏光を透過させ、他方の直線偏光を反射させる機能を有する光学機能膜、所謂、偏光分離膜）と反射ミラー膜とが夫々形成された無色透明なガラス等の透光性基板を幾重にも交互に積層してなる積層体を作成し、入射面（積層面）に対して所定の角度、例えば４５（ｄｅｇ）（あるいは１３５（ｄｅｇ））の角度に切断して得た偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ：Polarizing Beam Splitter）アレイ（プリズムアレイ）の出射側表面に、有機系材料、例えばポリカーボネートフィルム製の１／２波長板を有機系の接着剤により接着した構成を備えており、光源から出射されたランダム光は、光路上に配置された遮光板により選択的にＰＢＳ膜に入射してＳ偏光光束とＰ偏光光束とに分離され、例えばＰ偏光光束は、前記ＰＢＳ膜を透過し、Ｓ偏光光束は、前記ＰＢＳ膜を反射する。
【０００３】
前記ＰＢＳ膜を透過したＰ偏光光束は、１／２波長板に入射すると、位相が１８０（ｄｅｇ）ずれることにより、Ｓ偏光の光に変換されて前記１／２波長板から出射し、前記ＰＢＳ膜を反射したＳ偏光光束は、反射ミラー膜でさらに反射して、前記ＰＢＳアレイの１／２波長板が配置されていない領域の出射面から出射する。
結果として、前記偏光変換素子から出射する光はＳ偏光の光に統一されることとなる。
このような前記偏光変換素子に用いられる１／２波長板（位相差板）としては、光の三原色であるＲ、Ｇ、Ｂの３波長帯を用いる液晶プロジェクターに適用可能なように、広帯域の波長で位相差が１８０（ｄｅｇ）となり、偏光変換効率が１となって確実にＰ偏光をＳ偏光に変換し、あるいはＳ偏光をＰ偏光に変換可能な仕様を有する広帯域若しくは波長選択型の１／２波長板が求められている。
特許文献１には、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの帯域の光が透過したときに１／２波長板として機能する複数枚の１／２波長板を、各々の光学軸が互いに所定の角度で交差するように積層することにより、広帯域で１／２波長板として機能する積層１／２波長板が提案されているが、これによっても、すべての波長において偏光変換効率は０．８５を下回っており、Ｒ、Ｇ、Ｂの各波長帯において完全に１／２波長板として機能しているとは言い難い。引用文献２についても同様である。
特許文献３は、材料に水晶を用いた積層型の広帯域１／２波長板において、積層する第１、第２の波長板の厚みの加工誤差を補正し合うように、各波長板の前記加工誤差に起因した位相ズレ量ΔΓａとΔΓｂが所定の関係式を満足するような第１、第２の波長板を積層することにより所定の偏光変換効率を満足することができることが記載されている。
それに対し特許文献４には、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの帯域の光が透過したときに１／２波長板として機能する、複数枚の水晶よりなる１／２波長板を、各々の光学軸が互いに所定の角度で交差するように積層し、波長板の光学軸方位角や多次モードを調整することで全ての波長帯（Ｒ、Ｇ、Ｂ帯域）において選択的に、高い偏光変換効率を実現した１／２波長板が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１００１１４号公報
【特許文献２】特開昭５９−６０４０８号公報
【特許文献３】特開２００８−２６８９０１公報
【特許文献４】特開２００７−３０４５７２公報
【特許文献５】特開２００５−１５８１２１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、水晶を用いた１／４波長板について提案されている特許文献５において課題として掲げられているように、水晶等の複屈折性を有する光学結晶材料（主に単結晶よりなる材料）は、旋光能を有するため、特に、各波長板の切断角度（水晶板の主面における法線方向と光学軸（Ｚ軸）との交差角度）が９０ｄｅｇ（９０ｄｅｇＺともいう）ではない場合などは、この旋光能の影響により、偏光変換効率が低下し、ある波長範囲では所望の偏光変換効率を満足するような１／２波長板として機能しないという問題がある。
そこで、本発明は、上記のように旋光性及び複屈折性を有する水晶板における旋光能の影響を補正して、広帯域の波長帯において高い偏光変換効率（例えば０．８以上）を実現可能な１／２波長板を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］本適用例は、複屈折性と旋光性とを有する材料から構成され、所定の設計波長λの光に対して、位相差Γ１の第１波長板と、位相差Γ２の第２波長板と、を各々の光学軸が交差するように配置し、波長λ１〜λ２（λ１＜λ２）の範囲の光に対して、入射する光の直線偏光の偏光面を９０（ｄｅｇ）回転させて出射する波長板であって、前記設計波長λは、前記λ１≦λ≦λ２を満足し、
前記位相差Γ１及び前記位相差Γ２は、以下の関係を満足し、
Γ１＝２π／λ×（ｎｅ−ｎｏ）×ｔ１
Γ２＝２π／λ×（ｎｅ−ｎｏ）×ｔ２
Γ１＝Γ２＝１８０（ｄｅｇ）
但し、ｎｅは異常光屈折率、ｎｏは常光屈折率、ｔ１は、前記第１波長板の主面法線方向の厚み、ｔ２は、前記第２波長板の主面法線方向の厚み
前記各波長板において前記主面法線と前記光学軸とのなす角度βは、当該角度βの下限値をＡとした時に、Ａ≦β＜９０（ｄｅｇ）を満足し、前記第１波長板の光学軸方位角θ１、前記第２波長板の光学軸方位角θ２は、前記光学軸方位角θ１の補正値をａとし、前記光学軸方位角θ２の補正値をｂとした時に、
θ１＝２２．５（ｄｅｇ）＋ａ
θ２＝６７．５（ｄｅｇ）−ｂ
但し、ａ＝ｂ≠０（ｄｅｇ）
を満足し、
前記角度βの下限値Ａは、２０（ｄｅｇ）＜Ａを満足する波長板を特徴とする。
【０００８】
本適用例によれば、旋光性及び複屈折性を有する水晶板における旋光能の影響を補正して、広帯域の波長帯において高い偏光変換効率（例えば０．８以上）を実現可能な１／２波長板とすることが出来る。
【０００９】
［適用例２］本適用例は、適用例１に記載の波長板において、前記角度βの下限値Ａは、Ａ＝０．００１９ａ６−０．００７８ａ５−０．００６２ａ４＋０．０１１３ａ３＋０．５３３３ａ２−１．９３８ａ＋２３．３４５を満足し、前記光学軸方位角θ１の補正値ａは、−４．０（ｄｅｇ）≦ａ≦４．５（ｄｅｇ）を満足することを特徴とする。
【００１０】
本適用例によれば、波長４００ｎｍ乃至波長７００ｎｍの範囲において、偏光変換効率の平均ロスが２０パーセント以下となり、波長５００ｎｍ乃至６００ｎｍの範囲において変更変換効率の平均ロスが１０パーセント以下となる高い偏光変換効率を実現可能な１／２波長板とすることが出来る。
【００１１】
［適用例３］本適用例は、適用例１又は２に記載の波長板において、前記波長λ１は、４００ｎｍであり、前記波長λ２は、７００ｎｍであり、前記設計波長λは、λ＝（λ１＋λ２）／２＝５５０ｎｍを満足することを特徴とする。
【００１２】
本適用例によれば、設計波長が、Ｇ帯域の中心となるようにして、プロジェクターにおいて最も良好な特性が求められるＧ帯域において最も偏光変換効率を高くすることが出来る。
【００１３】
［適用例４］本適用例は、適用例１又は２に記載の波長板において、前記設計波長λは、波長λ１＜波長λ３≦λ≦波長λ４＜波長λ２を満足し、前記波長λ３は、５００ｎｍであり、前記波長λ４は、６００ｎｍであることを特徴とする。
【００１４】
本適用例によれば、設計波長が、Ｇ帯域の中心となるようにして、プロジェクターにおいて最も良好な特性が求められるＧ帯域において最も偏光変換効率を高くすることが出来る。
【００１５】
［適用例５］本適用例は、互いに略平行な光入射面及び光出射面を有し、前記光入射面あるいは前記光出射面に対して所定の傾斜角度を有する接合面によって接着剤を介して接合された複数の透光性基板と、複数の前記透光性基板の間の境界部に交互に設けられ、前記光入射面に入射した光を偏光方向が互いに直交する異なる２種類の直線偏光に分離して一方の直線偏光を透過させ、他方の直線偏光を反射する偏光分離部と、反射された前記他方の直線偏光光束を反射し、光路の向きを変える反射部と、を有する光学素子と、前記光出射面であって、前記偏光分離部の上部の領域又は前記反射部の上部の領域に配置され、前記２種類の直線偏光のうち何れか一方の直線偏光の偏光面を回転させて他方の直線偏光の偏光面と平行な直線偏光に変換して出射する波長板と、を備え、前記波長板は、適用例１乃至４の何れかに記載の波長板であり、前記接着層は、紫外線硬化型の接着剤であり、厚みが５μｍ以上１０μｍ以下でありることを特徴とする。
【００１６】
本適用例によれば、光学素子を作成する際の接着剤として耐熱・耐光性能に優れた紫外線硬化製樹脂接着剤を用いることで高耐熱・高耐光性であり、更に、光学軸方位角を上記のように設定し、且つ旋光能の影響を補正するようにしたことで、広帯域の光に対して確実に１／２波長板として機能する位相差板を備えた偏光変換素子の構造を実現することが出来る。
また、接着層の厚みが１０μｍ以下であり、十分に薄いため、光入射面などを研磨する際に透光性基板の角部が削られてしまうことがない。従って、光の透過領域が狭くなるという問題もない。
【００１７】
［適用例６］本適用例は、適用例５に記載の偏光変換素子において、前記接着層は、変性アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とすることを特徴とする。
【００１８】
本適用例によれば、透明基板の接着に耐熱・耐光性能に優れた紫外線硬化製樹脂接着剤を用いることで、偏光変換素子を高耐熱性・高耐光性として長寿命とすることが出来る。
【００１９】
［適用例７］本適用例は、適用例５又は６に記載の偏光変換素子と、当該偏光変換素子を固定する固定枠と、を備える偏光変換ユニットを特徴とする。
【００２０】
本適用例によれば、本発明の偏光変換素子を備えることで、長寿命で光学特性に優れた偏光変換ユニットとすることが出来る。
【００２１】
［適用例８］本適用例は、光を出射する光源装置と、該光源装置からの光を、１種類の偏光光に変換する適用例７に記載の偏光変換ユニットと、当該偏光変換ユニットからの偏光光を画像情報に応じて光学像を形成する光変調装置と、該光変調装置にて形成された前記光学像を拡大投射する投射光学装置と、を備える投射装置を特徴とする。
【００２２】
本適用例によれば、本発明の偏光変換素子を備えることで、長寿命で光学特性に優れた偏光変換ユニットとすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態に係る位相差板の一例としての積層１／２波長板の構成を示す図。
【図２】図１に示す積層１／２波長板１における偏光状態を説明する図。
【図３】波長板の旋光能を考慮した場合の偏光状態を示す図。
【図４】切断角度の下限値と、光学軸方位角の補正値と、厚みのシミュレーション結果を示すグラフ図。
【図５】波長４００ｎｍから７００ｎｍに対する積層１／２波長板の変換効率を示す図。
【図６】波長４００ｎｍから７００ｎｍに対する積層１／２波長板の変換効率を示す図。
【図７】波長４００ｎｍから７００ｎｍに対する積層１／２波長板の変換効率を示す図。
【図８】本発明の積層波長板を適用した偏光変換素子の一例を示す図。
【図９】従来の偏光変換素子の問題点を詳細に説明する図。
【図１０】従来の偏光変換素子の問題点を詳細に説明する図。
【図１１】プラズマ重合膜の組成を説明する概略図。
【図１２】他の実施形態に係る偏光変換素子を示す分解斜視図。
【図１３】図１２の偏光変換素子の一部分を拡大して示した断面図。
【図１４】偏光変換素子の製造工程を説明する図。
【図１５】偏光変換素子の製造工程を説明する図。
【図１６】偏光変換素子の製造工程を説明する図。
【図１７】偏光変換素子の製造工程を説明する図。
【図１８】偏光変換素子の製造工程を説明する図。
【図１９】偏光変換素子の製造工程を説明する図。
【図２０】偏光変換素子の製造工程を説明する図。
【図２１】実施例１及び従来例１の耐熱性試験を示す図。
【図２２】本発明に係る実施例２から実施例６までの平坦度試験の結果を示す図。
【図２３】本発明に係る実施例７から実施例１１までの平坦度試験の結果を示す図。
【図２４】比較例２の平坦度試験の結果を示す図。
【図２５】本発明の実施の形態に係る偏光変換素子を組み込んだ偏光変換ユニットの外観を示す図。
【図２６】図２５の偏光変換ユニットの分解斜視図。
【図２７】本発明の実施の形態に係る偏光変換素子を適用した投光装置の一例としての液晶プロジェクターを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
【００２５】
［波長板の構造］
以下に、本発明の実施の形態に係る位相差板の構成を説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る位相差板の一例としての積層１／２波長板の構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は分解斜視図、（ｃ）は、側面図である。
図１（ａ）に示すように、本発明に係る積層１／２波長板１は、旋光性及び複屈折性を有する水晶等の無機光学結晶を用いた第１の波長板２と、第２の波長板４と、を夫々の光学軸３、光学軸５が交差するように貼り合わせた構成を備え、全体として、光源側から入射する直線偏光光Ａの位相を１８０（ｄｅｇ）ずらし、偏光面をθ＝９０（ｄｅｇ）回転させた直線偏光光Ｂに変換して出射する１／２波長板として機能するように構成する。
図１（ｂ）に示すように、第１の波長板２の光学軸方位角をθ１、第２の波長板４の光学軸方位角をθ２とする。光学軸方位角とは、結晶光学軸と、積層波長板に入射する直線偏光光の偏光面とのなす角度である。
尚、本実施例では、第１の波長板２と、第２の波長板４と、を積層しているが、これに限らず、前記θ１、θ２を本発明が提案する光学設計条件に基づいて設定しさえすればよく、第１の波長板２と、第２の波長板４とを積層せず、空間的に配置してもよいことは言うまでもない。
【００２６】
さらに、図１（ｃ）に示すように、第１の波長板２の切断角度（水晶板の主面における法線方向と結晶光学軸（Ｚ軸）との交差角度）と、第２の波長板４の切断角度は、ともにβ（ｄｅｇ）Ｚ（β＜９０（ｄｅｇ））としている。
これは、水晶等から構成される波長板においては、切断角度βを９０（ｄｅｇ）Ｚより小さくすることで厚みが増加し、製造工程や組立工程における取り扱いが容易になるためである。
ところで、本発明の積層１／２波長板１を液晶プロジェクターに組み込む偏光変換素子に用いる場合、液晶プロジェクターに必要な各波長帯（Ｒ（赤：４００ｎｍ帯）、Ｇ（緑：５００ｎｍ帯）、Ｂ（青：６７５ｎｍ））において、偏光変換効率が１となり、位相差が１８０（ｄｅｇ）となることが求められる。
そこで、所定の設計波長λ、例えば５２０ｎｍの光（緑）に対する第１の波長板２の位相差をΓ１、第２の波長板４の位相差をΓ２としたときに、
Γ１＝１８０（ｄｅｇ）・・・（１）
Γ２＝１８０（ｄｅｇ）・・・（２）
を満足するように、第１及び第２の波長板２、４の厚みを設定する。
【００２７】
波長λの光に対する位相差Γと波長板の厚みｔとの関係は、
Γ＝２π／λ×（ｎｅ−ｎｏ）×ｔ
但し、ｎｅは異常光の屈折率、ｎｅは常光の屈折率
で表すことができる。
従って、第１の波長板２の厚みをｔ１、第２の波長板４の厚みをｔ２とした場合、
Γ１＝２π／λ×（ｎｅ−ｎｏ）×ｔ１
Γ２＝２π／λ×（ｎｅ−ｎｏ）×ｔ２
となる。
また、ｎｅとｎｏの値は、設計波長λの値に依存し、ｎｅは更に波長板の切断角度βにも依存しているので、前記切断角度βや前記設計波長λの値に応じて、ｎｅとｎｏが変化するため、（ｎｅ−ｎｏ）の値は変化することとなる。
【００２８】
ところで、図１に示す場合において、水晶板が有する旋光能を考慮しない場合を想定したとき、直線偏光の偏光面をθ（ｄｅｇ）回転させるには、２つの波長板の光学軸方位角の差が｜θ１−θ２｜＝θ／２となればよい。
本発明の積層波長板は、例えば、偏光変換素子に用いる場合は、入射するＰ偏光をＳ偏光に変換させる１／２波長板として作用すべきものであるので、θ＝９０（ｄｅｇ）となるから、求められる光学軸方位角の差は、｜θ１−θ２｜＝４５（ｄｅｇ）である。
従って、例えば、θ１＝２２．５（ｄｅｇ）、θ２＝６７．５（ｄｅｇ）とすることで、１／２波長板として作用することが可能となる。
なお、光学軸方位角θ１、θ２の範囲は、要求仕様に応じて或いは許容誤差として、設定角度から±２（ｄｅｇ）の範囲で有効である。
しかしながら、図１（ｃ）について説明したように、切断角度βを９０（ｄｅｇ）よりも小さくしていくことで、水晶等光学結晶体の有する旋光能の影響を受けやすくなり、かかる旋光能によって各波長板を通過するときに旋光回転してしまうので積層波長板全体として所望の偏光変換効率が得られないという問題が生じる。
【００２９】
本願発明者は、この旋光能の影響を補正するためには、即ち、水晶板が有する旋光能を考慮する場合には、両波長板の光学軸方位角θ１、θ２を調整して回転軸（光軸）を補正する必要があることに思い至った。
これに基づき、第１の波長板の光学軸方位角θ１、第２の波長板の光学軸方位角θ２を調整値補正値ａ、ｂにより調整し、
θ１＝２２．５（ｄｅｇ）＋ａ（ｄｅｇ）・・・（３）
θ２＝６７．５（ｄｅｇ）−ｂ（ｄｅｇ）・・・（４）
但し、ａ＝ｂ
を満足するように設定する。
この場合、｜θ１−θ２｜＜４５（ｄｅｇ）となる。
ただし、切断角度βの値に起因する旋光能の影響の大小（波長板における旋光回転による直線偏光の回転のズレ量）によっては、上記の光学軸方位角の調整によっては、旋光能の影響を補正仕切れない場合もある。
従って、本発明では、光学軸方位角の調整によって旋光能の影響を補正し得る切断角度βの最小値（下限値）Ａと、切断角度βが、Ａ≦β＜９０（ｄｅｇ）を満たす場合に光学軸方位角の調整量ａが取り得る値の範囲を種々のシミュレーションを行うことによって見いだした。
さらに、切断角度βの最適な範囲として、加工工程時や組立工程時の波長板の割れや破損を防ぐために波長板の厚みが取り扱い上問題とならない値となる切断角度を上限として設定することで、旋光能への対策と取り扱い上最適な厚みの確保を両立させた波長板を得ることが出来る。
【００３０】
まず、第１の波長板２と、第２の波長板４と、から構成される本発明に係る１／２波長板において、光源側から入射する直線偏光光Ａの偏光面を９０（ｄｅｇ）回転させた直線偏光光Ｂに変換して出射することを実現するために、基本となる補正前の構成について考える。
すなわち、第１の波長板２と第２の波長板４において、旋光能の影響を考慮せず、第１の波長板２の光学軸方位角θ１と第２の波長板４の光学軸方位角θ２の値を、調整前の値とする。
【００３１】
上記の式（１）、（２）における位相差、光学軸方位角の値は、第１及び第２の波長板２、４を用いて全体として１／２波長板１を構成する場合に所望する広範囲の波長帯で位相差を１８０（ｄｅｇ）とするために、積層１／２波長板１を構成する第１及び第２の波長板２、４について、所定の波長（例えば、５２０ｎｍ）での夫々の位相差Γ１、Γ２、夫々の光学軸方位角θ１、θ２といったパラメータを種々変化させて最適な位相差、変換効率等を求める手法をとる。
そして、
Γ１＝１８０（ｄｅｇ）・・・（５）
Γ２＝１８０（ｄｅｇ）・・・（６）
θ１＝２２．５（ｄｅｇ）・・・（７）
θ２＝６７．５（ｄｅｇ）・・・（８）
式（５）〜（８）の値を満足する場合に、上記ＲＧＢ３波長帯の光に対して位相差が１８０（ｄｅｇ）となり、偏光変換効率がほぼ１となることが見出された。
ここで、設計波長λの取りうる値の範囲は、５１０≦λ≦５３０（ｎｍ）となる。
なお、図１において、第１の波長板２と第２の波長板４の光学軸方位角を入れ替えても良い。言い換えれば、光の入射方向に対して、第１の波長板２と、第２の波長板４の積層順を入れ替えてもよい。
具体的には、第１の波長板２の光学軸方位角θ１と、第２の波長板４の光学軸方位角θ２を
θ１＝６７．５（ｄｅｇ）・・・（７）’
θ２＝２２．５（ｄｅｇ）・・・（８）’
とすることが出来る。
【００３２】
また、図１における第１の波長板２の光学軸方位角θ１、第２の波長板４の光学軸方位角θ２を互いに鈍角としてもよい。
この場合、第１の波長板２の光学軸方位角θ１と、第２の波長板の光学軸方位角θ２が、
θ１＝１１２．５（ｄｅｇ）・・・（９）
θ２＝１５７．５（ｄｅｇ）・・・（１０）
を満足することにより、上記３波長帯の光に対して位相差が１８０（ｄｅｇ）となり、偏光変換効率がほぼ１となる。
また、この場合も、第１の波長板２と第２の波長板４の光学軸方位角を下記式（５）’、（６）’のように入れ替えても、偏光変換効率をほぼ１とすることが出来る。
θ１＝１５７．５（ｄｅｇ）・・・（９）’
θ２＝１１２．５（ｄｅｇ）・・・（１０）’
【００３３】
次に、上記の光学軸方位角θ１、θ２を以下にして見出したかを説明する。
はじめに、本発明に係る積層１／２波長板の実施例を見つけ出した計算手法を簡単に説明する。直線偏光が２枚の波長板を透過した後の偏光状態は、ミューラ行列、又はジョンズ行列を用いて表すことができる。
Ｅ＝Ｒ２・Ｒ１・Ｉ・・・（１１）
ここで、Ｉは入射光の偏光状態、Ｅは出射光の偏光状態を表すベクトルである。Ｒ１は積層１／２波長板１における第１の波長板２のミューラ行列、Ｒ２は第２の波長板４のミューラ行列で、夫々次式で表される。
・・・（１２）
・・・（１３）
第１及び第２の波長板２、４夫々の位相差Γ１、Γ２、光学軸方位角度θ１、θ２を設定して、式（１２）、（１３）よりミューラ行列Ｒ１、Ｒ２を求める。
【００３４】
そして、入射光の偏光状態Ｉを設定すると、式（１１）より出射光の偏光状態Ｅを算出することができる。
行列としてミューラ行列を用いた場合について説明すると、出射光の偏光状態Ｅは次式で表される。
・・・（１４）
Ｅの行列要素Ｓ０１、Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１はストークスパラメータと呼ばれ、偏光状態を表している。このストークスパラメータを用いて、波長板の位相差Γは次式のように表される。
・・・（１５）
Γ＝（２ｍ−１）×π 但し、ｍは正の整数
このように、式（１５）を用いて位相差を算出することができる。
また、上記のように、図１に示す積層１／２波長板１は、直線偏光の偏光面を、所定の回転角度θだけ回転させる機能を有しており、例えば、水平方向の振動面を持つ直線偏光Ａを入力光として、偏光面をθ＝９０（ｄｅｇ）だけ回転（位相変調）させて水平方向の振動面を持つ直線偏光Ｂとして出射させる。
【００３５】
図２は、図１に示す積層１／２波長板１における偏光状態を説明する図であり、（ａ）は、偏光状態の軌跡をポアンカレ球上に示す図、（ｂ）は、（ａ）における偏光状態の軌跡をＳ１Ｓ３平面に投影した図である。
この位相変調（９０（ｄｅｇ）回転）は図２のポアンカレ球で考えると、入射、偏光状態Ｐ０からＰ２へ変調させることであり、このとき必要な位相差は１８０（ｄｅｇ）である。
積層１／２波長板１が、完全に１／２波長板として機能している場合、赤道上の所定の位置Ｐ０から偏光方向が赤道に対して平行な方向となる直線偏光Ａとして光線が入射すると、第１の波長板２によって光軸Ｒ１（２・θ１）を中心にして１８０（ｄｅｇ）回転しＰ１（赤道上）へ移され、さらに第２の波長板４によって光軸Ｒ２（２・θ２）を中心にして１８０（ｄｅｇ）回転しＰ２（赤道上）に到達し、直線偏光Ａに対してθ＝９０（ｄｅｇ）だけ回転した直線偏光Ｂとなって１／２波長板１を出射することになる。
なお、Ｐ２は、Ｐ０から１８０（ｄｅｇ）回転した赤道上の点である。
図２（ａ）、（ｂ）から分かるように、ここでは水晶板の旋光能を考慮していないため、光軸Ｒ１、光軸Ｒ２は赤道と交差している。
【００３６】
図２（ｃ）は、図２（ａ）に示したポアンカレ球において１／２波長板１に入射した光線の偏光状態の軌跡をＳ３軸方向から見た図（Ｓ１Ｓ２平面に投影した図）である。
第１の波長板２の光学軸方位角θ１、第２の波長板４の光学軸方位角θ２及び直線偏光Ａ（入射光）に対する直線偏光Ｂ（出射光）の回転角θの関係は、ポアンカレ球上では図１８（ｃ）のように表すことができる。
点Ｏ、Ｐ０、Ｐ１を結んでなる三角形ＯＰ０Ｐ１は点Ｏを頂点とする二等辺三角形であり光軸Ｒ１は三角形ＯＰ０Ｐ１の二等分線となり、辺ＯＰ０と光軸Ｒ１とのなす角及び辺ＯＰ１と光軸Ｒ１とのなす角は２θ１となる。点Ｏ、Ｐ１、Ｐ２を結んでなる三角形ＯＰ１Ｐ２は点Ｏを頂点とする二等辺三角形であり、光軸Ｒ２は三角形ＯＰ１Ｐ２の二等分線となる。
【００３７】
ここで、辺ＯＰ１と光軸Ｒ２とのなす角α及び辺ＯＰ２と光軸Ｒ２とのなす角αは、以下のように求められる。
２θ＝２×２θ１＋２α
α＝θ−２θ１
従って、辺ＯＰ０と光軸Ｒ２とのなす角２θ２は、以下のように表すことができる。
２θ２＝α＋２×２θ１＝θ−２θ１＋２×２θ１＝θ＋２θ１
従って、θ２は、
θ２＝θ１＋θ／２・・・（１６）
と表すことができる。
【００３８】
しかしながら、図２のポアンカレ球において、Ｐ０からＰａへ、Ｐ０からＰｂへ変調させた場合も、位相差は同じく１８０（ｄｅｇ）となる。即ち、位相差を用いて評価した場合、必要な偏光状態に変調されているかを判断することができない。ポアンカレ球上（赤道上）のＰ２と異なるＰａ、Ｐｂの点は偏光面の方位である。
これを検出するため、出射光の偏光状態を表す行列Ｅと、偏光子の行列Ｐとの積を計算し、得られた光量を評価値とすれば、偏光状態を正確に判定することができる。これを変換効率と定義する。
具体的には、偏光子の行列Ｐの透過軸を９０（ｄｅｇ）に設定し、行列Ｐと出射光偏光状態を表す行列Ｅとの積から得られる行列Ｔのストークスパラメータより、９０（ｄｅｇ）方向の偏光面成分の光量を算出することができる。出射光偏光状態を表す行列Ｅと、偏光子の行列Ｐとの、積は次式のようになる。
即ち、偏光子の行列Ｐの透過軸を所定の角度に設定し、前記光射光の偏光状態Ｅを表わす行列Ｅと偏光子の行列Ｐとの積をＴとすると、Ｔは次式で表される。
【００３９】
Ｔ＝Ｐ・Ｅ ・・・（１７）
ここで、行列Ｔは変換効率を表し、その要素のストークスパラメータで表すと次式のように表される。
・・・（１８）
ここで、ベクトルＴのストークスパラメータのＳ０２が光量を表している。入射光量を１に設定すればＳ０２が変換効率となる。
ここで、ベクトルＴのストークスパラメータＳ０２が光量を表し、入射光量を１に設定すると、ストークスパラメータＳ０２が変換効率となる。従って、積層１／２波長板１の変換効率Ｔは、第１及び第２の波長板２、３の、所定の波長（例えば波長が、設計波長λ＝５２０ｎｍのとき）での位相差Γ１、Γ２、光学軸方位角θ１、θ２を様々に変化させて、シミュレーションすることができる。
位相差、変換効率とも積層１／２波長板を透過した後の偏光状態を表す行列Ｅから求めることができる。
【００４０】
上記の変換効率を評価基準とし、積層１／２波長板の諸パラメータである第１及び第２の波長板２、４の、所定の波長（例えば波長５２０ｎｍ）での夫々の位相差Γ１、Γ２、夫々の光学軸方位角θ１、θ２を種々変化させ、計算機を用いてシミュレーションした。
シミュレーションを繰り返し行い、所望の複数の波長帯において、変換効率が良い場合の上記パラメータを選び出した。
【００４１】
その結果を以下に説明する。
図１６に示す積層１／２波長板１の第１及び第２の波長板３、４の切断角度が夫々９０（ｄｅｇ）Ｚ（水晶板の主面における法線方向と光学軸（Ｚ軸）との交差角度が９０（ｄｅｇ））、波長λを５２０ｎｍとしたとき、第１の波長板２の位相差Γ１、光学軸方位角θ１が夫々１８０（ｄｅｇ）、２２．５（ｄｅｇ）、第２の波長板の位相差Γ２、光学軸方位角θ２が夫々１８０（ｄｅｇ）、６７．５（ｄｅｇ）に設定した場合に、積層１／２波長板１の変換効率をシミュレーションにより求めた結果良好な波長−変換効率（偏光変換効率）が得られた。
なお、光学軸方位角θ１、θ２の範囲は、要求仕様に応じて或いは許容誤差として、設定角度から±２（ｄｅｇ）の範囲で有効である。
【００４２】
次に、波長板の旋光能を考慮する場合の偏光状態について説明する。
図３は、波長板の旋光能を考慮した場合の偏光状態を示す図であり、（ａ）は、波長板の旋光能を考慮した場合の偏光状態の偏光状態を、ポアンカレ球を用いて示す図、（ｂ）は、（ａ）における偏光状態の軌跡をＳ１Ｓ３平面に投影した図である。
図２について説明したように、積層１／２波長板１が、完全に１／２波長板として機能している場合、赤道上の所定の位置Ｐ０から偏光方向が赤道に対して平行な方向となる直線偏光Ａとして光線が入射すると、第１の波長板２によって光軸Ｒ１を中心にして１８０（ｄｅｇ）回転しＰ１（赤道上）へ移され、さらに第２の波長板４によって光軸Ｒ２を中心にして１８０（ｄｅｇ）回転しＰ２（赤道上）に到達し、直線偏光Ａに対してθ＝９０（ｄｅｇ）°だけ回転した直線偏光Ｂとなって１／２波長板１を出射することになる。
【００４３】
しかし、図３における場合、図３（ｂ）に示すように、光軸Ｒ１、Ｒ２は、旋光能の影響により図３（ａ）と比べて北極側に持ち上がっている（光軸Ｒ１’、光軸Ｒ２’）。
光軸Ｒ１、Ｒ２の持ち上がり量である角度は、２ρとなりえる。ここで、ρは水晶の旋光角であり、ρは切断角度βの値に依存し、βの値が少なくなるほど持ち上がり量は増加し、旋光能の影響は大きくなっている。
このため、光軸Ｒ１’、Ｒ２’を中心に１８０（ｄｅｇ）回転した光は、図３（ａ）における赤道上の点Ｐ１、Ｐ２に到達できず、北極側にずれた点Ｐ１’（≠Ｐ１）、Ｐ２’（≠Ｐ２）に到達する。
従って、この状態では、図３のポアンカレ球が表現する積層波長板は、１／２波長板として完全には機能出来ていない。
この場合は、各波長板の光学軸方位角を調整することにより、光軸Ｒ１’、光軸Ｒ２’を図３（ｃ）のようにずらして（光軸Ｒ１’’、光軸Ｒ２’’）、直線偏光が点Ｐ２に到達するようにする。
具体的には、図１で説明したように、第１の波長板２の光学軸方位角θ１、第２の波長板４の光学軸方位角θ２が、
θ１＝２２．５（ｄｅｇ）＋ａ（ｄｅｇ）
θ２＝６７．５（ｄｅｇ）−ｂ（ｄｅｇ）
ａ＝ｂ≠０（ｄｅｇ）
を満たすようにする。この場合、光軸Ｒ１（光軸Ｒ１’’）、光軸Ｒ２（光軸Ｒ２’’）は、図２（ｂ）に示す場合に比べＰ１側に寄ることになる。
なお、光学軸方位角θ１、θ２の範囲は、要求仕様に応じて或いは許容誤差として、設定角度から±２（ｄｅｇ）の範囲で有効である。
【００４４】
次に、波長板における旋光能を考慮して、第１の波長板２、第２の波長板４におけるパラメータとして、旋光能の補正が可能な（光学軸方位角を調整値して、広帯域の波長帯において高い平均偏光変換効率（例えば０．８以上）を実現可能な１／２波長板を実現し得る）切断角度βの下限値Ａ、及び切断角度βが下限値Ａ≦β＜９０を満たす場合に光学軸方位角θ１、θ２の補正値ａ、ｂが取り得る値を求めた。
詳しくは、波長λ１＝４００ｎｍから波長λ２＝７００ｎｍにおいて、偏光変換効率の平均ロスが２０％以下であり、且つ、波長λ３＝５００ｎｍから波長λ４＝６００ｎｍにおいて、偏光変換効率の平均ロスが１０％以下となる上記パラメータの範囲を求めた。
なお、偏光変換効率は、上記ストークスパラメータを用いたシミュレーションによって求めることが出来る。
波長５００ｎｍ〜６００ｎｍで偏光変換効率が良好となるようにして演算したため、Ｇ（グリーン）帯域を重視するプロジェクターに好適な波長板とすることが出来る。
【００４５】
図４は、切断角度の下限値Ａと、光学軸方位角の補正値ａ（＝ｂ）と、厚みｔ（ｔ１、ｔ２）のシミュレーション結果を示すグラフ図である。
図４のグラフは、切断角度の値を減らして波長板の厚みを増やして行く毎に、光学軸方位角の調整によって旋光能の補正が可能な切断角度βの下限値Ａが、小さくなっていることを示している。なお、旋光能補正のために必要な光学軸方位角の補正値（ａ、ｂ）は、波長板の厚みが増えるのに従い増加している。
シミュレーションの結果、切断角度βの下限値Ａが２０（ｄｅｇ）＜Ａを満たす場合、光学軸方位角の調整によって旋光能が補正可能であることが見出された。
特に、図４のグラフに示すように、切断角度の下限値Ａが、以下の近似（６次）多項式を満足する場合に、上記のシミュレーション条件を満たす（波長λ１＝４００ｎｍから波長λ２＝７００ｎｍにおいて、偏光変換効率の平均ロスが２０％以下であり、且つ、波長λ３＝５００ｎｍから波長λ４＝６００ｎｍにおいて、偏光変換効率の平均ロスが１０％以下となる）ように、旋光能を補正することが出来る。
Ａ＝０．００１９ａ６−０．００７８ａ５−０．００６２ａ４＋０．０１１３ａ３＋０．５３３３ａ２−１．９３８ａ＋２３．３４５
この場合の補正値ａは、−４．０（ｄｅｇ）≦ａ≦４．５（ｄｅｇ）を満足する。
また、下限値Ａは、ａ＝−４．０（ｄｅｇ）の時、Ａ＝５３（ｄｅｇ）となり、ａ＝２．５（ｄｅｇ）の時、Ａ＝２１．５（ｄｅｇ）、ａ＝４．５（ｄｅｇ）の時、Ａ＝２５（ｄｅｇ）となる。
また、第１の波長板２、第２の波長板４の板厚ｔ１，ｔ２について、ｔ１＝ｔ２＝ｔとしたとき、板厚ｔは補正値ａとの以下の近似（６次）多項式を満足する。
ｔ＝−４Ｅ−０６ａ６−６Ｅ−０６ａ５＋８Ｅ−０５ａ４−０．０００４ａ３−０．００４３ａ２＋０．０２５８ａ＋０．１８０６
この場合、ａ＝−４．０（ｄｅｇ）の時、板厚ｔは０．０４４３（ｍｍ）となり、ａ＝２．５（ｄｅｇ）の時、板厚ｔ＝０．２１１１（ｍｍ）となる。さらに、ａ＝４．５では、板厚ｔ＝０．１５８９（ｍｍ）である。
【００４６】
図５は波長４００ｎｍから７００ｎｍに対する本発明の積層１／２波長板１の変換効率を示す図であり、各波長板の設計波長λを５２０ｎｍとして、入射角を−１０（ｄｅｇ）から＋１０（ｄｅｇ）まで変化させた場合の、波長毎の偏光変換効率の変化を示すグラフ図である。
本発明の積層１／２波長板１は、全体としては、設計波長５２０ｎｍでは各入射角において偏光変換効率が０．６以上となり、特に入射角が−１０ｄｅｇ〜５ｄｅｇでは、４００ｎｍから７００ｎｍの範囲全体の設計波長において、高い偏光変換効率を示している。
また、５００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲（Ｇ帯域）において、偏光変換効率が、０．９以上となっている。
この場合、切断角度βは、最小値Ａは２１．５（ｄｅｇ）であり、光学軸方位角ａの調整値補正値ａは、２．５（ｄｅｇ）である。また、その際、各波長板の厚みｔ１、ｔ２は、０．２１１１ｍｍである。
液晶プロジェクターで用いる青、緑、赤の波長は夫々４００ｎｍ帯、５００ｎｍ帯、６７５ｎｍ帯であるので、上記パラメータの積層１／２波長板１は、液晶プロジェクター等に良好に適用可能である。
なお、切断角度βの上限は、図４の場合と同様に、ハンドリング上好ましい例えば０．３ｍｍ以上となるように、
Γ＝２π／λ×（ｎｅ−ｎｏ）×ｔ
の式から導き出せば良い。
【００４７】
図６は波長４００ｎｍから７００ｎｍに対する本発明の積層１／２波長板１の変換効率を示す図であり、各波長板の設計波長λを５１０ｎｍとして、入射角を−１０（ｄｅｇ）から＋１０（ｄｅｇ）まで変化させた場合の、波長毎の偏光変換効率の変化を示すグラフ図である。
本発明の積層１／２波長板１は、全体としては、設計波長５１０ｎｍでは各入射角において偏光変換効率が０．６以上となり、特に入射角が−１０ｄｅｇ〜５ｄｅｇでは、４００ｎｍから７００ｎｍの範囲全体の設計波長において、高い偏光変換効率を示している。
また、５００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲（Ｇ帯域）において、偏光変換効率が、０．９以上となっている。
この場合、切断角度βは、最小値Ａは５３．０（ｄｅｇ）であり、光学軸方位角の調整値補正値ａは、−４．０（ｄｅｇ）である。また、その際、各波長板の厚みｔ１、ｔ２は、０．０４４３ｍｍである。
液晶プロジェクターで用いる青、緑、赤の波長は夫々４００ｎｍ帯、５００ｎｍ帯、６７５ｎｍ帯であるので、上記パラメータの積層１／２波長板１は、液晶プロジェクター等に良好に適用可能である。
なお、切断角度βの上限は、図４の場合と同様にハンドリング上好ましい例えば０．３ｍｍ以上となるように、Γ＝２π／λ×（ｎｅ−ｎｏ）×ｔの式から導き出せば良い。
【００４８】
図７は波長４００ｎｍから７００ｎｍに対する本発明の積層１／２波長板１の変換効率を示す図であり、各波長板の設計波長λを５３０ｎｍとして、入射角を−１０（ｄｅｇ）から＋１０（ｄｅｇ）まで変化させた場合の、波長毎の偏光変換効率の変化を示すグラフ図である。
本発明の積層１／２波長板１は、全体としては、設計波長５３０ｎｍでは各入射角において偏光変換効率が０．５以上となり、特に入射角が−１０ｄｅｇ〜５ｄｅｇでは、４００ｎｍから７００ｎｍの範囲全体の設計波長において、高い偏光変換効率を示している。
また、５００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲（Ｇ帯域）において、偏光変換効率が、０．９以上となっている。
この場合、切断角度βは、最小値Ａは２５．０（ｄｅｇ）であり、光学軸方位角ａの調整値補正値ａは、４．５（ｄｅｇ）である。また、その際、各波長板の厚みｔ１、ｔ２は、０．１５８９ｍｍである。
液晶プロジェクターで用いる青、緑、赤の波長は夫々４００ｎｍ帯、５００ｎｍ帯、６７５ｎｍ帯であるので、上記パラメータの積層１／２波長板１は、液晶プロジェクター等に良好に適用可能である。
なお、切断角度βの上限は、例えば、ハンドリング上好ましい例えば０．３ｍｍ以上となるように、Γ＝２π／λ×（ｎｅ−ｎｏ）×ｔの式から導き出せば良い。
積層１／２波長板が対応すべき波長帯は、ＲＧＢのみならず、他の波長の色を加えた、４波長、５波長にも対応可能としてもよい。
また、設計波長λを、５５０ｎｍとして設計すれば、Ｇ帯域の中心波長にて最も偏光変換効率を良好にして、プロジェクターに用いるためのより好適な波長板を実現出来る。
【００４９】
図８は、本発明の積層波長板を適用した偏光変換素子の一例を示す図である。
図８に示す偏光変換素子は、上述のＰＢＳアレイである素子本体（光学素子）１０と、素子本体１０に選択的に接合された、水晶等の無機光学結晶からなる位相差板（積層１／２波長板）１と、を備える。
水晶等の無機光学結晶は、熱伝導性に優れるため、背景技術で述べた有機系材料で作製した位相板に比べ、耐熱性に優れ、高熱による光学特性の劣化の懸念がない。
また、位相差板の材質としては、水晶の他に、リチウムタンタレート、サファイアなども適用可能である。
なお、後述する図２６に示すように、偏光変換素子においては、２つの素子本体１０を連結して組み込むが、図８では、一部のみを表示している。
図１に示すように、素子本体１０は、複数の透光性基板１１と、複数の透光性基板１１の間に交互に設けられた偏光分離膜（偏光分離部）１２及び反射膜（反射部）１３と、複数の透光性基板１１の間にそれぞれ設けられて、透光性基板１１を接着する接着層１４と、を備えている。
【００５０】
また、素子本体１０は、互いに略平行な光入射面１６と、光出射面１７と、を有する。
また、素子本体１０は、光入射面１６あるいは光出射面１７に対して所定の傾斜角度を有する接合面１１ａにより複数の透光性基板１１を偏光分離膜（偏光分離部）１２と反射膜（反射部）１３とを交互に挟んで接着層１４により接合されている。
偏光分離膜１２は、外部からの入力光（Ｓ偏光光及びＰ偏光光）のうち、Ｐ偏光光を選択的に透過させ、Ｓ偏光光を反射させる。
反射膜１３は、偏光分離膜１２により反射されたＳ偏光光を、光出射面１７に向けて反射させる。
ここで、接着層１４は、その厚みが５μｍ以上１０μｍ以下である。
接着層１４は、変性アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とする紫外線硬化型の接着剤により形成されるため、上記のような厚みとすることが出来る。
従来の紫外線硬化型の接着剤では、変性アクレート又は変性メタクリレートを主成分としていなかったために、粘度が高く、接着層の厚みが１０μｍ以上２０μｍ以下となってしまっていた。
【００５１】
このように、接着層の厚みが１０μｍを超える場合、後に図１４乃至図２０を用いて説明する偏光変換素子の製造工程において、接着層の端部に歪みが生じてしまう。そのため、光入射面１６及び光出射面１７を研磨する（図２０）際に、歪み近傍の透光性基板１１の角部が削られてしまう。その結果、透光性基板１１の光出射面１７に、位相差板１を接合する際に、透光性基板１１と、位相差板１との間に隙間が生じ、気泡が発生してしまう。
これにより、透光性基板１１と位相差板１とが十分に接合されず、位相差板１が、剥がれやすくなる。
また、透光性基板１１と、位相差板１との間に発生した気泡により光の透過率が落ちる。
図９、１０は、従来の偏光変換素子の問題点を詳細に説明する図である。
また、図９に示す従来の偏光変換素子においては、上記のように接着層９３が厚くなるが、このように接着層９３が厚い状態で積層体が切り出されると、接着層９３の端部に歪みが生じてしまう。この歪みが生じた状態で、切断面が研磨されると、図１０に示すように接着層９３近傍における透光性基板９８の角部９８１が削られてしまう。これにより、素子本体９５に位相差板９７を接合するための接合層９６に隙間が生じて、位相差板９７が剥がれやすくなり、また気泡９６１が形成されて、光の透過率が低下するなどの問題もある。
また、接着層９３近傍における透光性基板９８の角部９８１が削られることで、光が有効に透過する領域が小さくなるという問題もある。
【００５２】
一方、接着層の厚みが、５μｍ未満の場合は、接着層にごみなどが混入した場合、ごみなどによって、接着層の接着強度が低下する。
しかし、接着層の厚みが５μｍ以上１０μｍ以下であれば、透光性基板１１の角部が削れにくい為に気泡が発生せず、位相差板１が透光性基板１１から剥がれやすくなったり、光の透過率が落ちたりする不具合を解消することが出来る。
なお、本実施形態に用いられる接着剤としては、例えば、ＵＴ２０、ＨＲ５４（商品名、株式会社アーデル製）などが挙げられる。
【００５３】
また、図８において、位相差板１は、接合層２１により、透光性基板１１の光出射面１７おける偏光分離膜１２の上部の領域に接合されている。
この位相差板１は、上記のように水晶により作製された１／２波長板であり、偏光分離膜１２を透過したＰ偏光光をＳ偏光光に変換する。
ただし、偏光変換素子１において、Ｐ偏光光に統一して出射する場合には、位相差板１を反射膜１３の上部に設けるようにする。
なお、接合層２１は、分子接合するプラズマ重合膜であり、その主材料は、ポリオルガノシロキサンである。プラズマ重合膜は、プラズマ重合法により形成されてシロキサン結合を含み、結晶化度が４５％以下であるＳｉ骨格と、このＳｉ骨格に結合する有機基からなる脱離機とを含む。そして、エネルギーを付与して表面付近に存在する脱離基がＳｉ骨格から脱離することにより、接着性を発現する。
【００５４】
図１１は、プラズマ重合膜の組成を説明する概略図であり、（Ａ）は、エネルギーを付与する前の組成を示し、（Ｂ）は、エネルギーを付与した後の組成を示している。
上記したが、図１１（Ａ）に示すように、プラズマ重合膜は、Ｓｉ骨格２１Ｂを含むシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ）２１Ａと、Ｓｉ骨格２１Ｂと結合している脱離基２１Ｃと、を含む。
図１１（Ａ）に示すようなプラズマ重合膜よりなる接合層２１にエネルギーが付与されると、図２（Ｂ）に示す通り、図１１（Ａ）に示されていた脱離基２１Ｃが、Ｓｉ骨格２１Ｂから脱離する。これにより、接合層２１の表面及び内部に、活性手２１Ｄが生じ、活性化される。
その結果、接合層２１の表面に接着性が発現する。このような接着性が発現すると、接合層２１は強固に接合可能となる。なお、接合層２１のＳｉ骨格２１Ｂの結晶化度は４５％以下であることが好ましく、４０％以下であることがより好ましい。これにより、Ｓｉ骨格２１Ｂは充分にランダムな原子構造を含むものとなり、これにより、Ｓｉ骨格２１Ｂの特性が顕在化する。
ここで、「活性化させる」とは、接合層２１の表面及び内部の脱離基２１Ｃが脱離して、Ｓｉ骨格２１Ｂにおいて終端化されていない結合手（以下、「未結合手」または「ダングリングボンド」ともいう。）が生じた状態や、この未結合手が水酸基（ＯＨ基）によって終端化された状態、または、これらの状態が混在した状態のことをいう。
従って、活性手２１Ｄとは、未結合手（ダングリングボンド）、または未結合手が水酸基によって終端化されたもののことをいい、このような活性手２１Ｄによれば、接合層２１の強固な接合が可能となる。
【００５５】
前述の通り、このプラズマ重合膜は、エネルギーが付与されると、その表面及び内部に活性手が生じるため、プラズマ重合膜に強力な接着性が発現する。
また、接着剤を用いない無機的な接合方法であるので、接着剤の劣化によって光学特性が影響を受けることがない。
また、接着層１４の厚みが５μｍ以上１０μ以下であることで、透光性基板１１の角部が削れにくいことで、プラズマ重合法により隙間無く接合層２１を形成して、透光性基板１１と位相差板１とを強力に接合出来る。
なお、位相差板１と光出射面１７との接合方法は、このプラズマ重合法に限ることはなく、上記した変性メタクリレート又は変性アクリレートを主成分とする接着剤によって接合してもよい。
【００５６】
また、接合層２１は、プラズマ重合法のみならず、原子拡散接合法により形成してもよい。
原子拡散接合法とは、まず、真空容器内におけるスパッタリングやイオンプレーティング等の真空成膜により、素子本体１０を構成する透光性基板１１及び位相差板１に、それぞれ微結晶連続薄膜を成膜する。そして、微結晶連続薄膜同士を、成膜中又は成膜後に重ね合わせて、接合界面及び結晶粒界において原子拡散を生じさせることにより、透光性基板１１及び位相差板１の間で強固に接合する方法である。
なお、微結晶連続薄膜同士を重ね合わせるだけでなく、透光性基板１１及び位相差板１のいずれか一方に微結晶連続薄膜を形成し、他方に微結晶構造を形成し、そしてこれらの微結晶連続薄膜と微結晶構造とを重ね合わせることにより、原子拡散接合を実施することも出来る。
この場合も、接着剤を用いない無機的な接合方法であるので、接着剤の劣化によって光学特性が影響を受けることがない。
【００５７】
図１２は、他の実施形態に係る偏光変換素子を示す分解斜視図である。
図１３は、図１２の偏光変換素子の一部分を拡大して示した断面図である。
なお、図１と同様の構成については、同じ符号を付して詳細な説明を省略している。
図１２、図１３に示す偏光変換素子は、ＰＢＳアレイとしての素子本体１０と、素子本体１０に接合され、１／２波長板として機能し、入射した直線偏光の偏光面を９０（ｄｅｇ）回転させて出射する水晶製の位相差板１と、を備える。
素子本体１０は、略直方体形状であり、２つの素子本体１０Ａ、１０Ｂが向かい合う長手方向の端部同士を互いに接合し、接合面１０Ｃに対して対称関係となっている。
この素子本体１０は、互いに略平行な光入射面１０Ｄと光出射面１０Ｅとを有する。
また、素子本体１０は、複数の透光性基板１１との間に、長手方向に沿って交互に並んで配置された偏光分離膜１２と反射膜１３とを有する。
また、複数の透光性基板１１は、それぞれ光入射面１０Ｄ或いは、光出射面１０Ｅに対して所定の傾斜角度を有した接合面１１ａによって接合されている。
【００５８】
偏光分離膜１２と反射膜１３とは、複数の透光性基板１１との間の境界部１１Ｂに交互に設けられている。
偏光分離膜１２は、光入射面１０Ｄに入射した光を、偏光方向が互いに直交する異なる２種類の直線偏光に分離して一方の直線偏光を透過させ、他方の直線偏光を反射させる。
本実施形態では、偏光分離膜１２は、光入射面１０Ｄに入射したランダム偏光光のうちＰ偏光光を選択的に透過させ、Ｓ偏光光を反射させる。
反射膜１３は、偏光分離膜１２により反射された他方の直線偏光を反射し、光路の向きを変える。即ち、反射膜１３は、偏光分離膜１２にて反射されたＳ偏光光を光出射面１０Ｅに向けて反射させる。
素子本体１０は、図１３に示すように、複数の透光性基板１１を互いに接合する接着層１４を有する。
【００５９】
ここで、接着層１４は、紫外線硬化型等の光学系接着剤を用いることが出来る。紫外線硬化型の接着剤を用いた場合、粘度が高く、接着層１４の厚みは、およそ１０μｍ以上２０μｍ以下程度となる。
更に、変性アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とする紫外線硬化型の接着剤を用いると、接着層１４の厚みを５μｍ以上１０μｍと薄くできる。変性アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とする紫外線硬化型の接着剤としては、例えば、ＵＴ２０、ＨＲ１５４（商品名、株式会社アーデル製）などが挙げられる。
接着層１４は、所定の厚さＷ１を有する。
【００６０】
位相差板１（２０Ａ、２０Ｂ）は、２つの素子本体１０Ａ、１０Ｂの光出射面１０Ｅに夫々配置されている。
位相差板１は、偏光分離膜１２を透過したＰ偏光光に１８０（ｄｅｇ）の位相差を生じさせて当該Ｐ偏光光の偏光面を９０（ｄｅｇ）回転させるので、反射膜１３により反射されたＳ偏光光の偏光面と平行な直線偏光、即ち、Ｓ偏光光に変換して出射する。
また、図１２に示すように、位相差板１は、櫛状（すだれ状）である。
この位相差板１（２０Ａ、２０Ｂ）は素子本体１０に接合されて光が透過しない基部２０Ｃ（１Ｃ１、１Ｃ２）と、この基部２０Ｃから延在され、光が透過する位相差部１Ｄ（１Ｄ１、１Ｄ２）と、を有する。
即ち、基部２０Ｃは、素子本体１０の光学領域である有効エリア（Ｅ）の外に配置されている。基部２０Ｃの長手方向、即ち、偏光分離膜１２と反射膜１３とが交互に並べられた方向に沿って、接合されている。
【００６１】
そして、一方の位相差板１Ａの基部１Ｃ１は、素子本体１０における長手方向に平行な端縁部のうち一方の端縁部１０Ｆに接合され、他方の位相差板１Ｂの基部１Ｃ２は、一方の位相差板１Ａにおける位相差部１Ｄ１の先端部１Ｅ１に接近している。
即ち、一方の位相差板１Ａの基部１Ｃ１は、他方の位相差板１Ｂにおける位相差部１Ｄ２の先端部１Ｅ２に接近しており、他方の位相差板１Ｂの基部１Ｃ２は、一方の位相差板１Ａにおける位相差部１Ｄ１の先端部１Ｅ１に接近している。
なお、基部２０Ｃは、その主平面が、長尺の矩形状であり、その幅は、例えば３ｍｍから４ｍｍ程度である。
【００６２】
基部２０Ｃは、素子本体１０に、図示しない接合膜により接合されている。
この接合膜は、接着層１４と同様に、紫外線硬化型等の光学系接着剤やプラズマ重合膜により設けられている。接合膜は、光路上に配置されない、光学領域である有効エリアＥの外側に配置されることが望ましいため、基部２０Ｃと素子本体１０の長手方向に並行な端縁部１０Ｆ、１０Ｇとの間にのみ形成されていることが望ましい。
位相差板１（位相差部１Ｄ）は、いわば短冊状であり、その厚さは基部２０Ｃと同じである。位相差部１Ｄは、基部２０Ｃから延在され、素子本体１０の光出射面１０Ｅにおける偏光分離膜１２の上部の領域に配置されている。隣り合う複数の位相差部１Ｄは、互いに所定幅の隙間Ｗ２をもって配置されており、隙間Ｗ２には、反射膜１３で反射されたＳ偏光光がそのまま通過する。
位相差部１Ｄは、図１３に示すように、それぞれ素子本体１０の光出射面１０Ｅに対向する光入射面１Ｆを有する。
【００６３】
この位相差部１Ｄの光入射面１Ｆと、素子本体１０の光出射面１０Ｅとの間には、僅かな隙間Ｗ３が設けられている。そのため、位相差部１Ｄの光入射面１Ｆと光学素子３１０の光出射面１０Ｅとには、それぞれ図示しない反射防止膜が形成されていることが望ましい。
図１２、図１３の構成によれば、位相差板１の位相差部１Ｄが、素子本体１０に接着剤により接着されないので、接着剤の劣化による光学特性の劣化を回避することが出来る。
また、複数の位相差部１Ｄが、基部２０Ｃと一体となっているため、位相差板１の素子本体１０への組み付けも容易である。
【００６４】
次に、素子本体１０の製造工程をより詳しく説明する。
製造工程は、大きく分けて膜形成工程と、接着工程と、切断工程と、研磨工程と、から成っている。
図１４乃至図１９は、本実施形態にかかる偏光変換素子、特に素子本体の製造工程を説明する図である。
［膜形成工程］
最初の膜形成工程では、図１４に示すように、まず複数の透光性基板（ガラス等の無色透明基板）１１Ａが準備される。これらの透光性基板１１Ａは、互いに略平行な第１面１１Ａ１及び第２面１１Ａ２を有している。
複数の透光性基板１１Ａのうち、いくつかの透光性基板１１Ａの第１面１１Ａ１には、偏光分離膜１２が形成され、第２面１１Ａ２には、反射膜１３が形成される。
その他の透光性基板１１Ａの第１面１１Ａ１及び第２面１１Ａ２には、これらの膜の何れかが形成されるか、あるいは何れの膜も形成されていない。
【００６５】
［接着工程］
図１５に示す接着工程では、偏光分離膜１２及び反射膜１３が形成された透光性基板１１Ａと、これらの膜が形成されていない透光性基板１１Ａと、が接着剤１４Ａによって交互に貼り合わされる。このとき、偏光分離膜１２と反射膜１３とが透光性基板１１Ａを挟んで交互に積層されるようにする。
ここで、接着剤１４Ａとして変成アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とする接着剤を使用し、その塗布量は、硬化後の厚みが５〜１０μｍとなるように調整する。
【００６６】
次に、図１６に示すように、透光性基板１１Ａの第１面１１Ａ１にほぼ垂直な方向から紫外線が照射される。なお、紫外線は、偏光分離膜１２及び反射膜１３を通過するため、図１６中全ての接着剤１４Ａは同時に硬化される。
これにより、偏光分離膜１２と透光性基板１１Ａの間と、反射膜１３及び第２の透光性基板の間に、それぞれ接着層１４が形成される。そして、複数の透光性基板１１Ａが接合された積層体４００が形成される。
なお、透光性基板１１Ａの第１面１１Ａ１にほぼ平行な方向から紫外線を照射してもよい。
【００６７】
ここで、接着剤１４Ａの硬化条件と、各硬化条件によって得られる接着層１４の接着強度との関係について説明する。
下記の表１に示したように、紫外線（ＵＶ）照射量を変化させて硬化試験１から硬化試験７までを実施した。その結果、引張強度については、表１、図１７（Ａ）、（Ｂ）に示すようになり、せん断強度については、表１、図１８（Ａ）、（Ｂ）に示すようになった。
すなわち、図１７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、紫外線照射量が１５，０００ｍＪ／ｃｍ２以上４５，０００ｍＪ／ｃｍ２以下、特に２０，０００ｍＪ／ｃｍ２以上３５，０００ｍＪ／ｃｍ２以下の場合、接着層１４の引張強度が高くなるため好ましい。また、図９（Ａ）、（Ｂ）に示すように、紫外線照射量が１５，０００ｍＪ／ｃｍ２以上６０，０００ｍＪ／ｃｍ２以下、特に２５，０００ｍＪ／ｃｍ２以上５０，０００ｍＪ／ｃｍ２以下の場合は、接着層１４のせん断強度が高くなるために好ましい。なお、表１中、各硬化試験は、２回ずつ実施している。
【００６８】
引張強度試験、せん断強度試験は、以下の試験方法で実施した。すなわち、１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさの白色ガラス板２枚を接着剤１４Ａで接着して作成した試験品を、引張試験機で、接着面に対し垂直あるいは平行方向に引張加重をかけ、２枚の白色ガラス板が分離した時の加重を測定した。
［表１］
【００６９】
次に、図１９に示すように、切断工程として、第１面１１Ａ１と所定の角度θ（約４５度）をなす切断面でほぼ平行に積層体４００が切断されて、積層ブロック４１０が切り出される。
図２０に示す、続く研磨工程では、切り出された積層ブロック４１０の切断面４１０Ａを研磨装置５００で研磨することにより、偏光変換素子１の素子本体１０が得られる。
【００７０】
［耐熱性試験］
実施例１及び比較例１により、本発明に用いる接着剤（接着層）の耐熱性について評価した。
図２１は、実施例１及び従来例１の耐熱性試験を示す図である。
実施例１では、接着剤（ＵＴ２０ 株式会社アーデル製）により、２枚のガラス板を貼り合わせ、所定量の紫外線を照射した。これにより、実施例１の試験片６００を作製した。
一方、比較例１では、従来の接着剤（ＰＨＯＴＯボンド３００ サンライズＭＳＩ株式会社製）により２枚のガラス板を貼り合わせ、所定量の紫外線を照射した。これにより、比較例１の試験片６０１を作製した。
これら試験片６００、６０１を固定枠６１０内に固定した後、試験片６００、６０１をプロジェクターの偏光変換素子を設置すべき場所に組み込み、試験片６００、６０１に光源ランプの光が照射された時、試験片の温度が１２０℃となるようにプロジェクターの冷却機構を調整した。図２１では、３８００時間この環境下に放置した場合の試験結果が示されている。
【００７１】
図２１に示すように、試験片６０１の接着層では、一部に黄変６２０が見られた一方で、試験片６００の接着層では、黄変が見られなかった。
さらに、試験片６００、６０１をこの環境下に放置し続けた結果、４８００時間後に、試験６０１の接着層では激しい黄変が見られた。一方で、試験片６００の接着層では、光学特性に影響のない程度の若干の黄変が見られるに留まった。
従って、本発明の接着剤により形成された接着層は耐熱性に優れていることが分かる。
【００７２】
［平坦度試験］
（実施例２から実施例１１まで、及び比較例２）
実施例２から実施例１１まで、及び比較例２により、本発明の偏光変換素子における光入射面及び光出射面の平坦度を評価した。
図２２は、本発明に係る実施例２から実施例６までの平坦度試験の結果を示す図であり、図２３は、本発明に係る実施例７から実施例１１までの平坦度試験の結果を示す図であり、図２４は、比較例２の平坦度試験の結果を示す図である。
（実施例２から実施例６まで）
実施例２では、実施例１と同様の接着剤を用いて、後述する図２６に示すような素子本体１０を作製した。そして、図２６に示される左右の２つの素子本体１０のうち、左側の素子本体１０を用いた。そして、下記の測定方法により、その素子本体１０の光入射面１６の略中央における断面図を得た。ここで、断面図では、図２６の左右方向の断面図である。
得られた断面図において、比較的上側に大きく膨らんだ凸部を選び、その凸部の左右近傍の凹部の頂点を線で結んだ。この線から、凸部の頂点までの距離を縦軸のスケールで換算して、「高低差」を算出した。
【００７３】
実施例３から実施例６でも、実施例２と同様に素子本体１０を作製して、その光入射面１６について測定し、断面図を得た。そして、断面図より、実施例２と同様に、「高低差」を２点算出した。図２２には、それらの結果が示されている。
（実施例７から実施例１１まで、及び比較例２）
実施例７から実施例１１まででは、それぞれ実施例２から実施例６までで作製した素子本体１０の光出射面１７について、実施例２と同様に断面図を得た。得られた断面図により、実施例２と同様にして、「高低差」を２点算出した。
比較例２では、接着剤として、比較例１と同様の接着剤を用いた以外は、実施例２と同様にして素子本体を作製し、その光出射面を測定した断面図を得た。得られた断面図より実施例２と同様にして、「高低差」を２点算出した。
【００７４】
実施例７から、実施例１１まで及び比較例２の結果を、図２３、図２４に示す。
断面図の測定方法としては、レーザー干渉計Ｇ１０２Ｓ（フジノン株式会社（現富士フイルム株式会社製））により、素子本体の光入射面又は光出射面を照射して、素子本体からの反射光と元々の平行光とを干渉させることによって、干渉縞を得る。なお、レーザー干渉計で設定した光の波長は、６８５ｎｍである。
得られた干渉縞を干渉縞解析ソフトウェア（フジノン株式会社（現富士フイルム株式会社製））で解析することにより、光入射面又は光出射面の断面図を得る。
図２２、図２３で示すように、本発明の接着剤を用いた実施例２から実施例１１まででは、光入射面及び光出射面における高低差が小さいため、平坦度が優れていることがわかった。
一方、図２４に示すように、従来の接着剤を用いた比較例では、光入射面における高低差が大きいため、平坦度が悪いことが分かった。
【００７５】
図２５は、本発明の実施の形態に係る偏光変換素子を組み込んだ偏光変換ユニットの外観を示す図である。
図２６は、図２５の偏光変換ユニットの分解斜視図である。
図２５、図２６に示す偏光変換ユニット１２０は、ユニット枠２００と、本発明の偏光変換素子１と、遮光板２１０と、レンズアレイ２２０と、クリップ２３０と、を備えている。ユニット枠２００の一方の開口面（図２６では下面）側からは、後述する２つの偏光変換素子本体を有する偏光変換素子１が挿入され、もう一方の開口面（図２６では上面）側からは、遮光板２１０とレンズアレイ２２０とがこの順に挿入される。これらの光学素子２１０、２２０は、ユニット枠２００に収納された状態で、４つのクリップ２３０で上下２方向から挟持される。クリップ２３０は弾性体で形成されているので容易に着脱することができ、偏光変換ユニット１２０の各部品もユニット枠に容易に着脱することができる。
かかるユニット枠２００によって、偏光変換素子１を、光源からの光束が偏光変換素子１（特に後述のＰＢＳ膜）に入射する角度が常に一定になってＰＳ変換が正確に行える姿勢で、液晶プロジェクターに組み込むことが出来る。
【００７６】
図２７は、本発明の実施の形態に係る偏光変換素子を適用した投光装置の一例としての液晶プロジェクターを示す図である。
図２７に示す投写型表示装置（液晶プロジェクター）１００は、光源１１０と、第１のレンズアレイ１１１と、本発明に係る偏光変換素子を組み込んだ偏光変換ユニット１２０と、重畳レンズ１２１と、で構成される照明光学系を備えている。また、ダイクロイックミラー１３１、１３２と、反射ミラー１３３とを含む色光分離光学系１３０を備えている。さらに、入射側レンズ１４０と、リレーレンズ１４１と、反射ミラー１４２、１４３とを含む導光光学系を備えている。また、３枚のフィールドレンズ１４４、１４５、１４６と、３枚の液晶ライトバルブ１５０Ｒ、１５０Ｇ、１５０Ｂと、クロスダイクロイックプリズム１６０と、投写レンズ１７０と、を備えている。
反射ミラー１４６は、重畳レンズ１２１から射出された光を色光分離光学系１３０の方向に反射する機能を有している。色光分離光学系１３０は、２枚のダイクロイックミラー１３１、１３２により、重畳レンズ１２１から射出される光を、赤、緑、青の３色の色光に分離する機能を有している。第１のダイクロイックミラー１３１は、重畳レンズ１２１から射出される光のうち赤色光成分を透過させるとともに、青色光成分と緑色光成分とを反射する。第１のダイクロイックミラー１３１を透過した赤色光は、反射ミラー１３３で反射され、フィールドレンズ１４４を通って赤光用の液晶ライトバルブ１５０Ｒに達する。このフィールドレンズ１４４は、重畳レンズ１２１から射出された各部分光束をその中心軸（主光線）に対して平行な光束に変換する。他の液晶ライトバルブの前に設けられたフィールドレンズ１４５、１４６も同様である。
【００７７】
第１のダイクロイックミラー１３１で反射された青色光と緑色光のうちで、緑色光は第２のダイクロイックミラー１３２によって反射され、フィールドレンズ１４５を通って緑光用の液晶ライトバルブ１５０Ｇに達する。一方、青色光は、第２のダイクロイックミラー１３２を透過し、導光光学系、すなわち、入射側レンズ１４０、反射ミラー１４２、リレーレンズ１４１、反射ミラー１４３を通り、さらに、フィールドレンズ１４６を通って青色光用の液晶ライトバルブ１５０Ｂに達する。
なお、青色光に導光光学系が用いられているのは、青色光の光路の長さが他の色光の光路の長さよりも長いため、光の拡散等による光の利用効率の低下を防止するためである。すなわち、入射側レンズ１４０に入射した光束をそのまま、フィールドレンズ１４６に伝えるためである。
【００７８】
３つの液晶ライトバルブ１５０Ｒ、１５０Ｇ、１５０Ｂは、入射した光を、与えられた画像情報（画像信号）に従って変調する光変調手段としての機能を有している。これにより、３つの液晶ライトバルブ１５０Ｒ、１５０Ｇ、１５０Ｂに入射した各色光は、与えられた画像情報に従って変調されて各色光の画像を形成する。
３つの液晶ライトバルブ１５０Ｒ、１５０Ｇ、１５０Ｂから射出された３色の変調光は、クロスダイクロイックプリズム１６０に入射する。
クロスダイクロイックプリズム１６０は、３色の変調光を合成してカラー画像を形成する色光合成部としての機能を有している。クロスダイクロイックプリズム１６０には、赤光を反射する誘電体多層膜と、青光を反射する誘電体多層膜と、が４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３色の変調光が合成されて、カラー画像を投写するための合成光が形成される。クロスダイクロイックプリズム１６０で生成された合成光は、投写レンズ１７０の方向に射出される。投写レンズ１７０は、この合成光を投写スクリーン上に投写する機能を有し、投写スクリーン上にカラー画像を表示する。
【００７９】
また、後述するような、耐熱・耐光性能に優れた本発明の偏光変換素子を備えた偏光変換ユニットを組み込むことで、高輝度・高発熱の光源を使って鮮明な映像を長時間投影可能な液晶プロジェクターとすることが出来る。
また、本発明にように、本発明の偏光変換素子は、広範囲の波長帯で、確実に１／２波長板として機能する位相差板（積層１／２波長板）を備えているので、高輝度で鮮明な映像を投射可能な液晶プロジェクターを実現できる。
【符号の説明】
【００８０】
１ １／２波長板、１０ ＰＢＳアレイ（素子本体）、１０Ａ 素子本体、１０Ｃ 接合面、１０Ｄ 光入射面、１０Ｅ 光出射面、１０Ｆ 端縁部、１１ 透光性基板、１１Ａ 透光性板材、１２ 偏光分離膜、１３ 反射膜、１４ 接着層、１４Ａ 接着剤、１６ 光入射面、１７ 光出射面、２０ 波長板、２０Ａ 位相差板１Ｂ 位相差板１Ｃ 基部、１Ｃ１ 基部、１Ｃ２ 基部、１Ｄ 位相差部、１Ｄ１ 位相差部、１Ｄ２ 位相差部、１Ｅ 先端部、１Ｅ１ 先端部、１Ｅ２ 先端部、１Ｆ 光入射面、２１ 接合層、３０ 波長板、３１ 光学軸３Ａ 接合面、３１Ａ１ 境界部、４０ 波長板、９１ 偏光分離膜、９２ 反射膜、９３ 接着層、９５ 素子本体、９６ 接合層、９７ 位相差板、９８ 透光性基板、１１０ 光源、１１１ レンズアレイ、１２０ 偏光変換ユニット、１２１ 重畳レンズ、１３０ 色光分離光学系、１３１ ダイクロイックミラー、１３２ ダイクロイックミラー、１３３ 反射ミラー、１４０ 入射側レンズ、１４１ リレーレンズ、１４２ 反射ミラー、１４３ 反射ミラー、１４４ フィールドレンズ、１４５ フィールドレンズ、１４６ フィールドレンズ、１４６ 反射ミラー、１５０Ｂ 液晶ライトバルブ、１５０Ｇ 液晶ライトバルブ、１５０Ｒ 液晶ライトバルブ、１６０ クロスダイクロイックプリズム、１７０ 投写レンズ、２００ ユニット枠、２１０ 光学素子、２１０ 遮光板、２２０ レンズアレイ、２３０ クリップ、３１０ 光学素子、４００ 積層体、４１０ 積層ブロック、４１０Ａ 切断面、５００ 研磨装置、６００ 試験片、６０１ 試験、６０１ 試験片、６１０ 固定枠、６２０ 黄変、９５１ 光入射面、９５２ 光出射面、９６１ 気泡、９８１ 角部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複屈折性と旋光性とを有する材料から構成され、
所定の設計波長λの光に対して、位相差Γ１の第１波長板と、位相差Γ２の第２波長板と、を各々の光学軸が交差するように配置し、
波長λ１〜λ２（λ１＜λ２）の範囲の光に対して、入射する光の直線偏光の偏光面を９０（ｄｅｇ）回転させて出射する波長板であって、
前記設計波長λは、
前記λ１≦λ≦λ２
を満足し、
前記位相差Γ１及び前記位相差Γ２は、以下の関係を満足し、
Γ１＝２π／λ×（ｎｅ−ｎｏ）×ｔ１
Γ２＝２π／λ×（ｎｅ−ｎｏ）×ｔ２
Γ１＝Γ２＝１８０（ｄｅｇ）
但し、ｎｅは異常光屈折率、ｎｏは常光屈折率、ｔ１は、前記第１波長板の主面法線方向の厚み、ｔ２は、前記第２波長板の主面法線方向の厚み
前記各波長板において前記主面法線と前記光学軸とのなす角度βは、当該角度βの下限値をＡとした時に、
Ａ≦β＜９０（ｄｅｇ）を満足し、
前記第１波長板の光学軸方位角θ１、前記第２波長板の光学軸方位角θ２は、前記光学軸方位角θ１の補正値をａとし、前記光学軸方位角θ２の補正値をｂとした時に、
θ１＝２２．５（ｄｅｇ）＋ａ
θ２＝６７．５（ｄｅｇ）−ｂ
但し、ａ＝ｂ≠０（ｄｅｇ）
を満足し、
前記角度βの下限値Ａは、２０（ｄｅｇ）＜Ａ
を満足することを特徴とする波長板。
【請求項２】
請求項１に記載の波長板において、
前記角度βの下限値Ａは、Ａ＝０．００１９ａ６−０．００７８ａ５−０．００６２ａ４＋０．０１１３ａ３＋０．５３３３ａ２−１．９３８ａ＋２３．３４５を満足し、
前記光学軸方位角θ１の補正値ａは、−４．０（ｄｅｇ）≦ａ≦４．５（ｄｅｇ）
を満足することを特徴とする波長板。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の波長板において、
前記波長λ１は、４００ｎｍであり、
前記波長λ２は、７００ｎｍであり、
前記設計波長λは、λ＝（λ１＋λ２）／２＝５５０ｎｍを満足することを特徴とする波長板。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の波長板において、前記設計波長λは、波長λ１＜波長λ３≦λ≦波長λ４＜波長λ２を満足し、前記波長λ３は、５００ｎｍであり、前記波長λ４は、６００ｎｍであることを特徴とする波長板。
【請求項５】
互いに略平行な光入射面及び光出射面を有し、前記光入射面あるいは前記光出射面に対して所定の傾斜角度を有する接合面によって接着剤を介して接合された複数の透光性基板と、複数の前記透光性基板の間の境界部に交互に設けられ、前記光入射面に入射した光を偏光方向が互いに直交する異なる２種類の直線偏光に分離して一方の直線偏光を透過させ、他方の直線偏光を反射する偏光分離部と、反射された前記他方の直線偏光光束を反射し、光路の向きを変える反射部と、を有する光学素子と、前記光出射面であって、前記偏光分離部の上部の領域又は前記反射部の上部の領域に配置され、前記２種類の直線偏光のうち何れか一方の直線偏光の偏光面を回転させて他方の直線偏光の偏光面と平行な直線偏光に変換して出射する波長板と、を備え、前記波長板は、請求項１乃至４の何れかに記載の波長板であり、前記接着層は、紫外線硬化型の接着剤であり、厚みが５μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする偏光変換素子。
【請求項６】
請求項５に記載の偏光変換素子において、前記接着層は、変性アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とすることを特徴とする偏光変換素子。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の偏光変換素子と、当該偏光変換素子を固定する固定枠と、を備えることを特徴とする偏光変換ユニット。
【請求項８】
光を出射する光源装置と、該光源装置からの光を、１種類の偏光光に変換する請求項７に記載の偏光変換ユニットと、当該偏光変換ユニットからの偏光光を画像情報に応じて光学像を形成する光変調装置と、該光変調装置にて形成された前記光学像を拡大投射する投射光学装置と、を備えることを特徴とする投射装置。
【請求項１】
複屈折性と旋光性とを有する材料から構成され、
所定の設計波長λの光に対して、位相差Γ１の第１波長板と、位相差Γ２の第２波長板と、を各々の光学軸が交差するように配置し、
波長λ１〜λ２（λ１＜λ２）の範囲の光に対して、入射する光の直線偏光の偏光面を９０（ｄｅｇ）回転させて出射する波長板であって、
前記設計波長λは、
前記λ１≦λ≦λ２
を満足し、
前記位相差Γ１及び前記位相差Γ２は、以下の関係を満足し、
Γ１＝２π／λ×（ｎｅ−ｎｏ）×ｔ１
Γ２＝２π／λ×（ｎｅ−ｎｏ）×ｔ２
Γ１＝Γ２＝１８０（ｄｅｇ）
但し、ｎｅは異常光屈折率、ｎｏは常光屈折率、ｔ１は、前記第１波長板の主面法線方向の厚み、ｔ２は、前記第２波長板の主面法線方向の厚み
前記各波長板において前記主面法線と前記光学軸とのなす角度βは、当該角度βの下限値をＡとした時に、
Ａ≦β＜９０（ｄｅｇ）を満足し、
前記第１波長板の光学軸方位角θ１、前記第２波長板の光学軸方位角θ２は、前記光学軸方位角θ１の補正値をａとし、前記光学軸方位角θ２の補正値をｂとした時に、
θ１＝２２．５（ｄｅｇ）＋ａ
θ２＝６７．５（ｄｅｇ）−ｂ
但し、ａ＝ｂ≠０（ｄｅｇ）
を満足し、
前記角度βの下限値Ａは、２０（ｄｅｇ）＜Ａ
を満足することを特徴とする波長板。
【請求項２】
請求項１に記載の波長板において、
前記角度βの下限値Ａは、Ａ＝０．００１９ａ６−０．００７８ａ５−０．００６２ａ４＋０．０１１３ａ３＋０．５３３３ａ２−１．９３８ａ＋２３．３４５を満足し、
前記光学軸方位角θ１の補正値ａは、−４．０（ｄｅｇ）≦ａ≦４．５（ｄｅｇ）
を満足することを特徴とする波長板。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の波長板において、
前記波長λ１は、４００ｎｍであり、
前記波長λ２は、７００ｎｍであり、
前記設計波長λは、λ＝（λ１＋λ２）／２＝５５０ｎｍを満足することを特徴とする波長板。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の波長板において、前記設計波長λは、波長λ１＜波長λ３≦λ≦波長λ４＜波長λ２を満足し、前記波長λ３は、５００ｎｍであり、前記波長λ４は、６００ｎｍであることを特徴とする波長板。
【請求項５】
互いに略平行な光入射面及び光出射面を有し、前記光入射面あるいは前記光出射面に対して所定の傾斜角度を有する接合面によって接着剤を介して接合された複数の透光性基板と、複数の前記透光性基板の間の境界部に交互に設けられ、前記光入射面に入射した光を偏光方向が互いに直交する異なる２種類の直線偏光に分離して一方の直線偏光を透過させ、他方の直線偏光を反射する偏光分離部と、反射された前記他方の直線偏光光束を反射し、光路の向きを変える反射部と、を有する光学素子と、前記光出射面であって、前記偏光分離部の上部の領域又は前記反射部の上部の領域に配置され、前記２種類の直線偏光のうち何れか一方の直線偏光の偏光面を回転させて他方の直線偏光の偏光面と平行な直線偏光に変換して出射する波長板と、を備え、前記波長板は、請求項１乃至４の何れかに記載の波長板であり、前記接着層は、紫外線硬化型の接着剤であり、厚みが５μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする偏光変換素子。
【請求項６】
請求項５に記載の偏光変換素子において、前記接着層は、変性アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とすることを特徴とする偏光変換素子。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の偏光変換素子と、当該偏光変換素子を固定する固定枠と、を備えることを特徴とする偏光変換ユニット。
【請求項８】
光を出射する光源装置と、該光源装置からの光を、１種類の偏光光に変換する請求項７に記載の偏光変換ユニットと、当該偏光変換ユニットからの偏光光を画像情報に応じて光学像を形成する光変調装置と、該光変調装置にて形成された前記光学像を拡大投射する投射光学装置と、を備えることを特徴とする投射装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２０１３−７９３９（Ｐ２０１３−７９３９Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４１４８１（Ｐ２０１１−１４１４８１）
【出願日】平成２３年６月２７日（２０１１．６．２７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２７日（２０１１．６．２７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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