(57)【要約】【課題】  偏光分離素子の屈折率変調量を精度良く特定し、効率良く評価する評価装置及び評価方法を提供することを目的とする。【解決手段】  レーザ光源２１から偏光分離素子１０にレーザ光を照射して回折効率を測定する。この際に、温度制御手段２５を用いて偏光分離素子１０の温度を制御する。これにより、屈折率変調量と回折効率の関係（結合波理論）、及び回折効率の温度特性から、回折効率に対応する屈折率変調量を特定することが可能となり、偏光分離素子１０の屈折率変調量を算出することが可能となる。【選択図】  図６
2006170727.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度依存性を有する偏光分離素子の屈折率変調量を評価する評価装置であって、
測定対象の偏光分離素子に特定の波長の光束を発光する光源と、
前記光源から発光された前記光束を偏光する偏光方向切換手段と、
前記測定対象の偏光分離素子の温度を制御する温度制御手段と、
前記測定対象の偏光分離素子により回折された回折光の光強度を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記回折光から回折効率を算出する算出手段と、
前記温度制御手段により制御された温度における前記回折効率から、前記測定対象の偏光分離素子の屈折率変調量を導出する導出手段と、を有することを特徴とする偏光分離素子の評価装置。
【請求項２】
温度依存性を有する偏光分離素子の屈折率変調量を評価する評価装置であって、
測定対象の偏光分離素子に特定の波長の光束を発光する光源と、
前記光源から発光された前記光束を偏光する偏光方向切換手段と、
前記光源から発光される前記光束を複数の光束に分光する分光手段と、
分光された前記複数の光束を測定対象の偏光分離素子に所定の角度を持たせて入射させる入射手段と、
前記測定対象の偏光分離素子により回折された前記複数の光束の回折光の光強度を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記回折光から回折効率を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された前記複数の光束の前記回折効率から、前記測定対象の偏光分離素子の屈折率変調量を導出する導出手段と、を有することを特徴とする偏光分離素子の評価装置。
【請求項３】
前記分光手段は、前記レーザ光源から発光された前記光束を２つの光束に分光することを特徴とする請求項２記載の偏光分離素子の評価装置。
【請求項４】
前記導出手段により導出された前記測定対象の偏光分離素子の屈折率変調量を外部に表示する表示手段をさらに有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の偏光分離素子の評価装置。
【請求項５】
光源により特定の波長の光束を発光する第１の工程と、
前記光源から発光された前記光束を偏光する第２の工程と、
前記測定対象の偏光分離素子の温度制御を行う第３の工程と、
前記測定対象の偏光分離素子により回折された前記光束の回折光の光強度を検出する第４の工程と、
前記第４の工程において検出された前記回折光から回折効率を算出する第５の工程と、
前記第３の工程において制御された温度における前記回折効率から、前記測定対象の偏光分離素子の屈折率変調量を算出する第６の工程と、を有することを特徴とする偏光分離素子の評価方法。
【請求項６】
光源により特定の波長の光束を発光する第１の工程と、
前記光源から発光された前記光束を偏光する第２の工程と、
前記光源から発光される前記光束を複数の光束に分する第３の工程と、
分光された前記複数の光束を反射手段により反射させ、測定対象の偏光分離素子に所定の角度を持たせて入射させる第４の工程と、
前記測定対象の偏光分離素子により回折された前記複数の光束の回折光の光強度を検出する第５の工程と、
前記第５の工程において検出された前記複数の光束の前記回折光から回折効率を算出する第６の工程と、
前記第６の工程において算出された前記複数の光束の前記回折効率から、前記測定対象の偏光分離素子の屈折率変調量を導出する第７の工程と、を有することを特徴とする偏光分離素子の評価方法。
【請求項７】
前記第３の工程において、前記光源から発光された前記光束は二つの光束に分光されることを特徴とする請求項６記載の偏光分離素子の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光分離素子の評価装置及びその評価方法に関し、特に偏光分離素子の特性を決定する屈折率変調量を評価する評価装置及びその評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、液晶材料等を用いて構成され、特定の偏光方位の入射光を選択的に回折させる偏光分離素子が提案されている。偏光分離素子は、非重合性液晶と、重合性モノマあるいはプレポリマと、光重合開始剤からなる組成物を二光束干渉露光により露光し、光学的異方性を示す領域と光学的等方性を示す領域とからなる周期的構造を形成した回折素子であり、画像ディスプレイ等の表示装置に用いられている。
【０００３】
偏光分離素子に関する技術としては、以下のものが提案されている。
【０００４】
特許文献１では、液晶と高分子とを含む光学媒体を液晶のＮ−Ｉ点（液晶のネマティック相からアイソトロピック相への転移温度）に対応した特定の温度範囲に保持し、前記光学媒体に二光束干渉露光を行うことにより、液晶を微細な周期構造に対し一様な方向に配向させる回折光学素子の製造方法が提案されている。
【０００５】
特許文献２では、液晶と高分子材料を利用して異方性領域と等方性領域を交互に積み重ねた構造において、液晶の選択、各種モノマの組み合わせ、光重合開始材と色素の組み合わせ、及び各種材料の配合比を特定し、それらを最適化することにより回折効率、及び偏光分離度を向上させた偏光選択性ホログラム素子が提案されている。
【０００６】
特許文献３では、回折効率が極小値をとる素子温度が２５℃〜７０℃以下の範囲において、屈折率異方性および屈折率の温度依存性がそれぞれ異なる領域が交互に配列された構造を有する回折光学素子が提案されている。
【特許文献１】特開２０００−２２１４６５号公報
【特許文献２】特開２００３−１６１８３４号公報
【特許文献３】特開２００３−２７０４１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
偏光分離素子の特性を評価するパラメータとして、屈折率変調量がある。この屈折率変調量は、偏光分離素子作製時における周期構造を形成する複雑な相分離過程では特定することが困難であり、素子作成後に事後的に算出される。
【０００８】
偏光分離素子の回折効率には、クーゲルニック（Kogelnik）の結合波理論（BellSyst. Tech. J.,48, 1969,P2909-2947）が適応される。この理論では、回折効率は、入射光の波長、素子への入射角度、格子（周期構造）のピッチ、及び格子の傾きが一定である場合、屈折率変調量と膜厚に大きく依存し、最大効率１００％を取り得るとされる。なお、この理論は、ある波長の光が周期構造を形成する各領域に入射すると各領域で散乱された光は、その波長、入射角度、及び各領域の周期構造ピッチに対応する特定方向に散乱成分が強め合うというブラックの回折条件に基づく。
【０００９】
以下の式は、クーゲルニックの結合波理論式を表す。
【００１０】
【数１】
2006170727.tif 000003
【００１１】
なお、各パラメータは以下の通りである。
光源波長：λ
屈折率変調量：Δｎ
格子膜厚：Ｔ
格子ピッチ：ｄ
入射角：θ
ブラッグ条件を満たす入射角：θ0
格子形成媒質平均屈折率：ｎ
格子傾き（格子周期構造に垂直なベクトル）：φ
【００１２】
よって、1次回折光の回折効率の角度特性と結合波理論とのフィッティングにより、偏光分離素子の屈折率変調量を算出評価される。
【００１３】
しかし、一つの入射角度の回折効率で屈折率変調量の算出評価を行うと、複数の屈折率変調量がフィッティングする場合がある。例えば、図７の膜厚４μｍのグラフで回折効率０.８をとる屈折率変調量としては０.０７６と０.１４０がフィッティングする。これでは、屈折率変調量を正確に評価できたとは言えない。
【００１４】
また、屈折率変調量の評価精度を向上させるために、二つ以上の入射角度の回折効率で屈折率変調量の算出評価を行う方法が考えられる。二つ以上の入射角度を実現するには、素子または光源の回転／移動手段を設ける方法や、複数の光源を用いる方法が考えられるが、このような方法では評価時間の増加や評価装置の複雑化が課題となる。
【００１５】
本発明は、上記問題点に鑑みて提案されたものであり、偏光分離素子の屈折率変調量を精度良く特定し、効率良く評価する評価装置及び評価方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１記載の発明は、温度依存性を有する偏光分離素子の屈折率変調量を評価する評価装置であって、測定対象の偏光分離素子に特定の波長の光束を発光する光源と、前記光源から発光された前記光束を偏光する偏光方向切換手段と、前記測定対象の偏光分離素子の温度を制御する温度制御手段と、前記測定対象の偏光分離素子により回折された回折光の光強度を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記回折光から回折効率を算出する算出手段と、前記温度制御手段により制御された温度における前記回折効率から、前記測定対象の偏光分離素子の屈折率変調量を導出する導出手段と、を有することを特徴とする偏光分離素子の評価装置である。
【００１７】
請求項２記載の発明は、温度依存性を有する偏光分離素子の屈折率変調量を評価する評価装置であって、測定対象の偏光分離素子に特定の波長の光束を発光する光源と、前記光源から発光された前記光束を偏光する偏光方向切換手段と、前記光源から発光される前記光束を複数の光束に分光する分光手段と、分光された前記複数の光束を測定対象の偏光分離素子に所定の角度を持たせて入射させる入射手段と、前記測定対象の偏光分離素子により回折された前記複数の光束の回折光の光強度を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記回折光から回折効率を算出する算出手段と、前記算出手段により算出された前記複数の光束の前記回折効率から、前記測定対象の偏光分離素子の屈折率変調量を導出する導出手段と、を有することを特徴とする偏光分離素子の評価装置である。
【００１８】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記分光手段は、前記レーザ光源から発光された前記光束を２つの光束に分光することを特徴とする。
【００１９】
請求項４記載の発明は、請求項１から３記載の発明において、前記導出手段により導出された前記測定対象の偏光分離素子の屈折率変調量を外部に表示する表示手段をさらに有することを特徴とする。
【００２０】
請求項５記載の発明は、光源により特定の波長の光束を発光する第１の工程と、前記光源から発光された前記光束を偏光する第２の工程と、前記測定対象の偏光分離素子の温度制御を行う第３の工程と、前記測定対象の偏光分離素子により回折された前記光束の回折光の光強度を検出する第４の工程と、前記第４の工程において検出された前記回折光から回折効率を算出する第５の工程と、前記第３の工程において制御された温度における前記回折効率から、前記測定対象の偏光分離素子の屈折率変調量を算出する第６の工程と、を有することを特徴とする偏光分離素子の評価方法である。
【００２１】
請求項６記載の発明は、光源により特定の波長の光束を発光する第１の工程と、前記光源から発光された前記光束を偏光する第２の工程と、前記光源から発光される前記光束を複数の光束に分する第３の工程と、分光された前記複数の光束を反射手段により反射させ、測定対象の偏光分離素子に所定の角度を持たせて入射させる第４の工程と、前記測定対象の偏光分離素子により回折された前記複数の光束の回折光の光強度を検出する第５の工程と、前記第５の工程において検出された前記複数の光束の前記回折光から回折効率を算出する第６の工程と、前記第６の工程において算出された前記複数の光束の前記回折効率から、前記測定対象の偏光分離素子の屈折率変調量を導出する第７の工程と、を有することを特徴とする偏光分離素子の評価方法である。
【００２２】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明において、前記第３の工程において、前記光源から発光された前記光束は二つの光束に分光されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の偏光分離素子の評価装置により、偏光分離素子の屈折率変調量を評価する際に回折効率の温度特性を加味して算出するので、偏光分離素子の屈折率変調量を精度良く特定し、効率良く評価することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
まず、偏光分離素子について図面を参照して説明する。図１は、二光束干渉露光を行う前の偏光分離素子を示す。
【００２５】
偏光分離素子１０は、液晶分子１１と、重合性モノマ１２と、光重合開始剤１３とを混合した組成物を、透明基板１４が挟み込む形で構成される。
【００２６】
液晶分子１１には、屈折率異方性を有する一般的な液晶分子を用いる。具体的には、ビフェニル、ターフェニル、フェニルシクロヘキサン、ビフェニルシクロヘキサン、安息香酸フェニルエステル、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル、フェニルピリミジン、フェニルジオキサン、トラン、１−フェニル−２−シクロヘキシルエタン、１−フェニル−２−ビフェニルエタン、１−シクロヘキシル−２−ビフェニルエタン、ビフェニルカルボン酸フェニルエステル、４−シクロヘキシル安息香酸フェニルエステル等を骨格とし、アルキル基、アルコキシ基や、誘電異方性を付与するための極性付与基としてのシアノ基、ハロゲン基を置換基として有する液晶を用いる。
【００２７】
なお、液晶には、コレステリック相、ネマティック相、スメクティック相など様々な相の種類があるが、液晶分子１１にはいずれのタイプの液晶でも使用できる。また、液晶分子１１は、重合性モノマ１２の合計量１００重量部に対して、２０〜５００重量部の割合で使用されることが好ましい。
【００２８】
重合性モノマ１２としては、重合による硬化収縮が大きいものを用いる。具体的には、エチレン性不飽和結合を有する光重合可能な化合物であって、１分子中に少なくともエチレン性不飽和二重結合を１個有し、光重合・光架橋可能なモノマ、オリゴマー、プレポリマ及びこれらの混合物を用いる。
【００２９】
モノマ及びその共重合体としては、不飽和カルボン酸及びその塩、不飽和カルボン酸と脂肪族多価アルコール化合物とのエステル、不飽和カルボン酸と脂肪族多価アミン化合物とのアミド等が挙げられ、特に２官能以上の多官能性モノマは硬化収縮が大きく好適である。
【００３０】
不飽和カルボン酸のモノマとしては、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸、マレイン酸、及びこれらのハロゲン置換不飽和カルボン酸が挙げられる。具体的には、塩素化不飽和カルボン酸、臭素化不飽和カルボン酸、弗素化不飽和カルボン酸等である。不飽和カルボン酸の塩としては、前述の酸のナトリウム塩やカリウム塩等が挙げられる。また、不飽和カルボン酸の塩には、ウレタンアクリレート類、ポリエステルアクリレート類、エポキシ樹脂と（メタ）アクリル酸等の多官能性のアクリレートやメタクリレートも含まれる。
【００３１】
なお、偏光分離素子１０に用いる液晶分子１１、重合性モノマ１２を選択する際には、所定のオーダーパラメータの配向状態において重合性モノマ１２の硬化層の屈折率とほぼ等しい屈折率となる液晶分子１１を選択することも、液晶分子１１を選択してから、液晶のオーダーパラメータの配向状態での屈折率とほぼ等しい屈折率になるように重合性モノマ１２を選択することもできる。
【００３２】
光重合開始剤１３としては公知の材料を用いる。具体的には、ビアセチル、アセトフェノン、ベンゾフェノン、ミヒラーケトン、ベンジル、ベンゾインアルキルエーテル、ベンジルジメチルケタール、１−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン、２−クロロチオキサントン、メチルベンゾイルフォーメート、１−（４−イソプロピルフェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン、ジエトキシアセトフェノン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２，２−ジメトキシ−１，２−ジフェニルエタン−１−オン、α-アミノアルキルフェノン、ビスアシルフォスフィンオキサイド、メタロセンを用いる。特にビスアシルフォスフィンオキサイド系を用いることが好ましい。
【００３３】
光重合開始剤１３の添加量が少なすぎる場合には、液晶分子１１と重合性モノマ１２の相分離が起こり難くなるため、相分離させるための二光束干渉露光の露光時間が長くなり、逆に、光重合開始剤１３が多すぎる場合には、液晶１１と重合性モノマ１２の相分離が不十分な状態で硬化してしまうため、液晶分子１１が重合性モノマ１２内に取り込まれ、偏光選択性が小さくなる。そこで、良好な相分離反応がなされるように光重合開始剤１３の添加量を調整する。光重合開始剤１３の添加量は、モノマ全量に対して０．１重量％以上５重量％以下であることが好ましく、０．５重量％以上３重量％以下であることがより好ましい。
【００３４】
なお、液晶分子１１と、重合性ポリマ１２と、光重合開始材１３とを混合した組成物は、感光性を有するため、素子作製工程は感光する波長域の光を遮断した環境下で行う。
【００３５】
次に、図２を参照して偏光分離素子１０の相分離によるホログラム形成過程について説明する。
【００３６】
特定の波長のレーザ光源による二光束干渉露光系を用いて偏光分離素子１０内の組成物に対して露光を行うと、干渉縞の明部において重合性モノマ１２の光重合反応が始まる。光重合反応により重合性モノマ１２に硬化収縮が起こって密度差が生じる。これに伴い隣接する重合性モノマ１２が干渉光の明部に移動するので更に光重合が進行する。また、同時に明部に存在していた液晶分子１１が暗部に向かって追い出され、相分離が起こる。そして、干渉縞の明暗のピッチに対応して液晶分子層と重合性モノマ層の周期構造が形成され、液晶分子層の配向ベクトルが干渉縞の間隔方向を向いた状態が得られる。
【００３７】
なお、露光量は、光重合開始剤の添加濃度や露光時の温度によっても異なるが、０．５Ｊ／ｃｍ2から３０Ｊ／ｃｍ2が好ましく、１Ｊ／ｃｍ2から１５Ｊ／ｃｍ2がより好ましい。また、上記の干渉露光及び相分離過程においては、組成物の温度によって相分離の速度が変化し液晶分子１１の配向性に影響を及ぼすと考えられるので、組成物を適切な温度（４０〜１００℃）に加熱しておく。
【００３８】
図３は、二光束干渉露光後の偏光分離装置１０を示す。二光束干渉露光後の偏光分離装置１０内の組成物は、液晶分子層１５と、重合性モノマ層１６の周期構造をとる。なお、相分離による液晶分子層１５と重合性モノマ層１６の周期構造では、液晶分子１１と重合性モノマ１２を完全に分離することは困難である。そのため、液晶分子層１５とは、液晶分子１１が多い領域を示し、重合性モノマ層１６とは重合性モノマ１２が多い領域を示す。また、液晶分子層１５と重合性モノマ１６との界面は、実際には平面では無く凹凸状であると推測されるため、界面での液晶分子１１の長軸方向のバラツキは大きく、液晶分子層１５のオーダーパラメータは若干小さい状態となっている。なお、液晶分子層１５と重合性モノマ層１６との界面の傾斜角としては０°から２０°程度が好ましい。
【００３９】
また、偏光分離装置１０の周期構造のピッチは、所望の回折角や波長によって異なる。具体的には、４０５ｎｍの入射光に対して２０°の回折角を得るためには、１．１μｍ程度のピッチ、６５０ｎｍの入射光では２．３μｍ程度のピッチが必要となる。なお、周期構造のピッチは通常０．２μｍから１０μｍの範囲に納まる。
【００４０】
なお、ここでは二光束干渉露光系による偏光分離装置１０の作製方法を説明したが、所望のピッチが実現できるなら、ステッパー露光、マスク露光等の方法を用いて相分離過程を促がし、偏光分離素子１０を作製してもよい。
【００４１】
次に、偏光分離素子１０の機能、特性について図４を参照して説明する。図４は、相分離により周期構造が形成された偏光分離素子１０を示す。偏光分離素子１０は、光学異方性（複屈折性）を示す異方性領域１７と、光学等方性を示す等方性領域１８の周期構造をとる。なお、異方性領域１７とは図３の液晶分子層１５に該当し、等方性領域１８とは図３の重合性モノマ１６に該当する。
【００４２】
異方性領域１７は、入射される偏光の種類（Ｓ偏光／Ｐ偏光）に応じて異なる屈折率ｎｏ、ｎｅを持つ。他方、等方性領域１８は、偏光の種類によらず一定の屈折率ｎを持つ。また、等方性領域１８の屈折率ｎは、異方性領域１７の屈折率ｎｏ、ｎｅのうちいずれか一方の屈折率と等号関係に立つ。
【００４３】
偏光分離素子１０にＳ偏光が入射する場合に、等方性領域１８の屈折率ｎと、異方性領域１７の一方の屈折率ｎｏが、ｎ＝ｎｏの関係を満たすとき、光はそのまま透過する。また、偏光分離素子１０にＰ偏光が入射する場合に、等方性領域１８の屈折率ｎと、異方性領域１７の他方の屈折率ｎeが、ｎ≠ｎeの関係を満たすとき、光は回折する。このように偏光分離素子１０は、入射光の偏光方向により透過と回折を行う。
【００４４】
偏光分離素子の特性を評価するパラメータとしては、屈折率変調量がある。この屈折率変調量は、偏光分離素子作製時における周期構造を形成する複雑な相分離過程では特定することが困難である。
【００４５】
偏光分離素子の回折効率には、クーゲルニックの結合波理論が適応される。この理論では、回折効率は、入射光の波長、素子への入射角度、格子（周期構造）のピッチ、及び格子の傾きが一定である場合、屈折率変調量と膜厚に大きく依存し、最大効率１００％を取り得るとされる。
【００４６】
よって、偏光分離素子の屈折率変調量は、１次回折光の回折効率の角度特性と結合波理論とのフィッティングにより、素子作成後に事後的に算出評価される。
【００４７】
次に、図６を参照して第一の実施形態に係る偏光分離素子の評価装置について説明する。偏光分離素子評価装置は、主制御部２０と、レーザ光源２１と、直線偏光板２２と、半波長板２３と、ＮＤフィルター２４と、温度制御装置２５と、光検出装置２８と、算出装置２９とからなる。
【００４８】
レーザ光源２１は、偏光分離素子１０にレーザ光の照射を行う。直線偏光板２２と半波長板２３は、偏光分離素子１０へのレーザ光入射光路に配置され、レーザ光を所望の偏光方向に設定する。すなわち、半波長板２３の光軸を４５度回転させることで、偏光分離素子１０に入射するレーザ光のＳ偏光／Ｐ偏光の切り換えを行う。なお、ここでいうＰ偏光は干渉露光時の干渉縞と直交方向とし、Ｓ偏光は干渉縞の方向とする。ＮＤフィルター２４は、偏光分離素子１０へのレーザ光入射光路に配置され、偏光分離素子１０に入射するレーザ光の入射光強度を所望の値に調整する。
【００４９】
温度制御装置２５は、温調ホルダ２６と、温調コントローラ２７からなり、偏光分離素子１０の温度制御を行う。温調コントローラ２７により、温調ホルダ２６の温度制御を行うことで、温調ホルダ２６上の偏光分離素子１０の温度制御がなされる。
【００５０】
光検出装置２８は、偏光分離素子１０を透過したレーザ光（０次光）と、偏光分離素子により回折されたレーザ光（１次光）の光強度を検出する。算出装置２９は、光検出装置２８で検出された回折光の光強度から、回折効率を算出する。主制御部２０は、評価装置各部の主制御を行う。また、各データに基づき屈折率変調量の算出を行う。
【００５１】
本実施形態の評価装置では、偏光分離素子１０にレーザ光を照射して回折効率を測定する際に、温度制御手段を用いて偏光分離素子の温度を制御する。これにより、屈折率変調量と回折効率の関係（結合波理論）、及び回折効率の温度特性から、回折効率に対応する屈折率変調量を特定することが可能となり、偏光分離素子の屈折率変調量を算出することが可能となる。
【００５２】
次に、図１０を参照して第二の実施形態に係る偏光分離素子の評価装置について説明する。偏光分離素子評価装置は、主制御部３０と、レーザ光源３１と、直線偏光板３２と、半波長板３３と、分光ミラー３４と、折り返しミラー３５と、ＮＤフィルター３６と、光検出装置３７とからなる。
【００５３】
レーザ光源３１は、偏光分離素子１０にレーザ光の入射を行う。直線偏光板３２と半波長板３３は、偏光分離素子１０へのレーザ光入射光路に配置され、レーザ光を所望の偏光方向に設定する。すなわち、半波長板３３の光軸を４５度回転させることで、偏光分離素子１０に入射するレーザ光のＰ偏光／Ｓ偏光の切り換えを行う。なお、ここでいうＰ偏光は干渉露光時の干渉縞と直交方向とし、Ｓ偏光は干渉縞の方向とする。
【００５４】
分光ミラー３４は、レーザ光源からのレーザ光を二光束に分割する。本実施形態の分光ミラー３４は、レーザ光を図１０に示すように透過レーザと斜行レーザに分割する。折り返しミラー３５は、斜光レーザを偏光分離素子基板面に対し所望の入射角で入射させるように調整する。ＮＤフィルター３６は、偏光分離素子１０へのレーザ光入射光路に配置され、偏光分離素子１０に入射するレーザ光の入射光強度を所望の値に調整する。
【００５５】
光検出装置３７は、偏光分離素子１０を透過したレーザ光（０次光）と、偏光分離素子により回折されたレーザ光（１次光）の光強度を、透過レーザと斜行レーザの二光束分検出する。算出装置３８は、光検出装置３７で検出された回折光の光強度から、回折効率を二光束分算出する。主制御部３０は、評価装置各部の主制御を行う。また、各データに基づき屈折率変調量の算出を行う。
【００５６】
本実施形態の評価装置では、偏光分離素子１０のレーザ光を分光ミラー３４及び折り返しミラー３５を用いることで、二つの入射角度の回折効率を同時に測定することが可能となる。これにより、屈折率変調量と回折効率の関係（結合波理論）、及び回折効率の角度特性から、偏光分離素子の屈折率変調量を正確に算出することが可能となる。また、評価装置を大型化、複雑化せずに、短い評価時間で屈折率変調量を算出することが可能となる。
【実施例１】
【００５７】
以下に、本実施形態に係る評価装置の具体的な実施例について説明する。
【００５８】
偏光分離素子１０を図６に示す評価装置に設置し、偏光分離素子１０の透明基板１４に対して垂直方向から波長４４２ｎｍの直線偏光のレーザ光を照射して、入射光強度に対する1次回折光強度を検出した。なお、ＮＤフィルター２４により偏光分離素子１０に入射する光強度は５ｍＷに調整した。また、温調ホルダ２６には、ペルチェ素子を用いたものを使用した。
【００５９】
なお、測定対象の偏光分離素子１０は、以下の手順で作製した。
【００６０】
まず、厚み０．７ｍｍのガラス基板の片面に青色光に対する反射防止膜を形成し、およそ４μｍ径のビーズスペーサーを混入した接着剤により二枚のガラス基板を貼り合わせセル基板を形成した。なお、接着剤の塗布は、反射防止膜形成面とは反対の面で、基板の縁２箇所に塗布した。
【００６１】
次に、以下の材料の混合物からなる組成物を約６０℃に加熱しながら毛管法によりセル基板中に注入し、厚み約４μｍの組成物層を形成した。
ネマティック液晶(メルク製  ＴＬ２１６、Δε＞０、ＴＮＩ点８０℃)  ３０重量部
フェニルグリシジルエーテルアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマ(共栄社化学製ＡＨ６００)  ７５重量部
ジメチロールトリシクロデカンジアクリレート(共栄社化学製ＤＣＰ−Ａ)  １０重量部
２−ヒドロキシエチルメタクリレート(共栄社化学製ＨＯ)  ５重量部
ビスアシルフォスフィンオキサイド系光重合開始剤(チバガイギー製イルガキュア８１９)  ０．１〜３重量部
【００６２】
なお、組成物は緑色より短波長の光に反応性を示すので、赤色光を用いた暗室下で取り扱った。セル基板中に注入後、組成物は室温下において等方性を示した。
【００６３】
次に、波長４４２ｎｍ、出力８０ｍＷ のＨｅ−Ｃｄレーザによる二光束干渉露光系を作成した。レーザ光を分割、拡大し、１つの光束を約１０ｍＷ／ｃｍ2程度の平行光とし、２光束の交差角度を２６°に設定した。この波長と交差角度により、二光束の交差領域に約１μｍ周期の干渉縞が生成された。
【００６４】
次に、セル基板を加熱装置に取り付け、約６０℃に加熱した状態で、約１分間の２光束干渉露光を行った。なお、この際、基板面の垂直方向に対して＋２６°と０°の方向から２光束が入射するように設定した。これにより、偏光分離素子１０が形成された。
【００６５】
周期構造ピッチが約１μｍで、素子基板面に対して約８１°の格子傾き（格子周期構造に垂直なベクトル）を持つ変更分離素子に、波長４４２ｎｍのレーザ光を偏光分子素子基板面に対して垂直入射した場合における、屈折率変調量Δｎと１次光回折効率ηとの関係を膜厚別に表したグラフを図７に示す。
【００６６】
一つの膜厚に対して同じ回折効率を得る屈折率変調量は複数存在する。例えば、図７において膜厚4μｍのグラフでは、回折効率ηが０．８になる屈折率変調量は、およそ０．０７６と０．１４０がある。そのため、垂直入射での評価だけでは実際とは異なった屈折率変調量を決定する場合がある。
【００６７】
一般に液晶材料の複屈折（|ｎｅ−ｎｏ|）は温度が上昇するにつれ低下する傾向にある。そのため未硬化部分に液晶材料を多く含有する偏光分離素子の温度特性も、液晶材料の温度特性と同様に温度に大きく依存し、偏光分離素子１０の温度が上昇するにつれ偏光分離素子１０の屈折率変調量も低下する。
【００６８】
図８は、作製した偏光分離素子の温度特性を測定した結果を示す。Ｐ偏光における1次光の回折効率は、温度の上昇に伴い一旦増加し、８０℃付近で急激に低下した。この８０℃付近は、液晶のＮ−Ｉ点（液晶のネマティック相からアイソトロピック相への転移温度）である。
【００６９】
図９は、膜厚４μｍにおける屈折率変調量と回折効率の関係を示す。前述のように、偏光分離素子１０の温度の上昇に伴い、偏光分離素子１０の屈折率変調量も低下する。これより、本グラフにおいて温度上昇の方向は、図中の矢印が示すように左向きとなる。そして、図８の１次Ｐ偏光のグラフと、図９のグラフとを対応させて考えると、本実施例における偏光分離素子の屈折率変調量は０．１４程度であることが分かる。このように、屈折率変調量と回折効率の関係（結合波理論）、回折効率の温度特性から、所定の温度においての回折効率に対応する屈折率変調量を特定することが可能となる。
【実施例２】
【００７０】
偏光分離素子１０を図９に示す評価装置に設置し、波長４４２ｎｍの直線偏光のレーザ光を照射した。レーザ光を分光ミラー３４により二光束に分割し、偏光分離素子基板面に対して垂直方向と、基板面に対して＋５°の入射角となるように折り返しミラー３５で調整し、各光束の入射光強度に対する１次回折光強度を検出した。なお、ＮＤフィルター３６により偏光分離素子１０に入射する光強度は５ｍＷに調整した。
【００７１】
なお、ここではレーザ光の分光手段として分光ミラー３５を用いているが、これに限らず、波長板とビームスプリッタとを組み合わせたものを分光手段とすることもできる。
【００７２】
図１１は、膜厚４μｍの偏光分離素子において、±２０°の角度範囲での回折効率の入射角特性を示すグラフである。図１１において、Ａで示される点は、本実施形態の評価装置により測定された回折効率を示し、これにより偏光分離素子１０の屈折率変調量が０．１３４であることがわかる。なお、実測値プロット点は、０°及び５°の２点であり測定所要時間は１０秒以下であった。このように、偏光分離素子の屈折率変調量を、時間をかけずに精度良く測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】露光処理前の偏光分離素子の構成を示す図である。
【図２】露光処理中の偏光分離素子の構成を示す図である。
【図３】露光処理後の偏光分離素子の構成を示す図である。
【図４】偏光分離素子の構造を示す図である。
【図５】Ｓ／Ｐ偏光を偏光分離素子に入射した状態を示す図である。
【図６】第１の実施形態の評価装置を示す図である。
【図７】１次光回折効率ηと屈折率変調量Δｎの関係を示すグラフ図である。
【図８】１次光回折効率ηと温度との関係を示すグラフ図である。
【図９】膜厚４μｍの偏光分離素子の１次光回折効率ηと屈折率変調量Δｎの関係を示すグラフ図である。
【図１０】第２の実施形態の評価装置を示す図である。
【図１１】１次光回折効率ηと入射角θの関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０    偏光分離素子
１１    液晶分子
１２    重合成モノマ
１４    透明基板
１５    液晶分子層
１６    重合性モノマ層
１７    異方性領域
１８    等方性領域
２１    レーザ光源
２５    温度制御装置
２８    光検出装置
３４    分光ミラー
３５    折り返しミラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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