(57)【要約】【課題】耐候性、偏光変換効率、および生産性に優れた光学物品および光学物品の製造方法を提供すること【解決手段】偏光変換素子１は、入射した光を二種類の偏光光に分離するための第一接合体１０と、第一接合体１０の一方の面に接合部３０を介して選択的に貼着され、第一接合体１０を透過した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複数の位相差板２５を備えた第二接合体２０と、を備え、矩形状の外形形状を形成している。第二接合体２０は、光入射面１１に対して所定の角度Ｂをなす第二斜面２３を有する複数の透光性部材２４が、第二斜面２３に設けられた偏光変換部としての１枚の位相差板２５を挟んで順次貼り合わされて形成される。【選択図】図１
2011107427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学物品であって、
互いに略平行な光入射面と光出射面とを有し、
前記光入射面と所定の角度をなす第一斜面を有する複数の透光性部材が平板形状に接合され、前記光入射面と略平行な第一接合面を有する第一接合体と、
前記光入射面と所定の角度をなす第二斜面を有する複数の透光性部材が平板形状に接合され、前記光入射面と略平行な第二接合面を有する第二接合体と、を備え、
前記第一接合面と前記第二接合面とが接合され、
前記第一接合体は、前記第一斜面上に偏光分離膜と反射膜とのうちいずれか一方を備え、
前記第二接合体は、前記第二斜面上に１枚のシート状の偏光変換部を備え、
前記偏光変換部と前記偏光分離膜とが実用上入射光の同一光軸上に位置するか、または前記偏光変換部と前記反射膜とが実用上入射光の同一光軸上に位置する
ことを特徴とする光学物品。
【請求項２】
請求項１に記載の光学物品において、
前記光入射面と前記第一斜面とがなす角度Ａと前記光入射面と前記第二斜面とがなす角度Ｂは、Ｂ＜Ａの関係を満たすことを特徴とする光学物品。
【請求項３】
請求項２に記載の光学物品において、
前記角度Ｂは、
前記光入射面から入射する入射光の光量分布および前記光出射面から出射する出射光の光量分布を正規分布と仮定し、前記出射光の光量分布と前記偏光変換部の有効領域とが実用上同一であるとみなして、統計的演算により求められることを特徴とする光学物品。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の光学物品において、
前記偏光変換部が単板の水晶位相差板であることを特徴とする光学物品。
【請求項５】
請求項２から請求項４のいずれかに記載の光学物品において、
前記角度Ｂが１０°以上３０°以下であることを特徴とする光学物品。
【請求項６】
光学物品の製造方法であって、
透光性部材と１枚のシート状の偏光変換部材とを貼り合わせて平板部材を形成する平板部材貼合工程と、
複数の前記平板部材を貼り合わせてブロックを形成するブロック形成工程と、
前記ブロックを、前記偏光変換部材の面方向と所定の角度をなす切断面で切断して平板形状の第二接合体を形成する切断工程と、
前記第二接合体と、予め形成された偏光分離膜および反射膜を有する第一接合体と、を接合する接合工程と、を備えたことを特徴とする光学物品の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載された光学物品の製造方法において、
前記平板部材貼合工程の後に前記平板部材を研磨する研磨工程を備えたことを特徴とする光学物品の製造方法。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載された光学物品の製造方法において、
前記接合工程は、前記第一接合体と前記第二接合体のそれぞれにプラズマ重合膜を形成する重合膜形成工程と、前記プラズマ重合膜を活性化する表面活性化工程と、前記第一接合体に形成された前記プラズマ重合膜と前記第二接合体に形成された前記プラズマ重合膜とを貼り合わせて一体化する貼合工程と、を有することを特徴とする光学物品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学物品および光学物品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、平板状の透光性基材中に、偏光分離膜および位相差板からなる第１膜と反射膜からなる第２膜とを間隔をおいて交互に平行配置した偏光変換素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような偏光変換素子は、光入射面と光出射面とを有し、第１膜および第２膜は光入射面に対し所定の角度傾斜した状態で配置される。ここで、所定の角度とは入射光の偏光を分離および反射するために最適な角度の約４５°に設定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１６７１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の構成では、位相差板が大気中に露出しないため耐候性は向上するものの、位相差板が偏光分離膜に沿って透光性基材の間に配置されており、入射光が位相差板に対して約４５°で入射する。位相差板における偏光変換効率は、位相差板に入射する入射光の角度が位相差板の法線に近いほど高い。特許文献１では、位相差板に対する入射光の角度が４５°であり、偏光変換効率が高くない。したがって、位相差板が大気中に露出しない構造であって、かつ高い偏光変換効率を有する偏光変換素子が期待されている。
また、高い偏光変換効率を有する偏光変換素子を精度よく大量に生産できることも重要である。
【０００５】
本発明の目的は、耐候性、偏光変換効率、および生産性に優れた光学物品および光学物品の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
［適用例１］
本適用例に係る発明は、光学物品であって、互いに略平行な光入射面と光出射面とを有し、前記光入射面と所定の角度をなす第一斜面を有する複数の透光性部材が平板形状に接合され、前記光入射面と略平行な第一接合面を有する第一接合体と、前記光入射面と所定の角度をなす第二斜面を有する複数の透光性部材が平板形状に接合され、前記光入射面と略平行な第二接合面を有する第二接合体と、を備え、前記第一接合面と前記第二接合面とが接合され、前記第一接合体は、前記第一斜面上に偏光分離膜と反射膜とのうちいずれか一方を備え、前記第二接合体は、前記第二斜面上に１枚のシート状の偏光変換部を備え、前記偏光変換部と前記偏光分離膜とが実用上入射光の同一光軸上に位置するか、または前記偏光変換部と前記反射膜とが実用上入射光の同一光軸上に位置することを特徴とする。
【０００７】
この構成の本適用例では、偏光変換素子は、第一接合体と第二接合体とが接合されて形成される。第一接合体は、光入射面と所定の角度をなす第一斜面に偏光分離膜と反射膜のうちいずれか一方を備え、第二接合体は、光入射面と所定の角度をなす第二斜面に１枚のシート状の偏光変換部を備えている。第一接合体は平板状に形成され、第一接合体の一方の面は光入射面、他方の面が第一接合面である。また、第二接合体は平板状に形成され、第二接合体の一方の面は光出射面、他方の面が第二接合面である。第一接合体および第二接合体は、第一接合面と第二接合面とが接合され、偏光変換素子として一体的に形成される。このとき、入射光の光軸が、第一接合体に設けられた偏光分離膜または反射膜のいずれか一方と、偏光変換部と、が実用上同一光軸上に位置するように配置される。ここで、実用上同一光軸上に位置するとは、光軸が、偏光分離膜または反射膜として機能できる有効な領域上と偏光変換部として機能できる有効な領域上に位置することを意味する。
偏光変換部と偏光分離膜とが実用上同一光軸上に位置するように配置される場合は、第一接合体の光入射面から入射した入射光は、偏光分離膜によって、例えばｓ偏光光とｐ偏光光に分離される。ｐ偏光光はそのまま第一接合体を透過し、第二接合体の偏光変換部に入射し、ｓ偏光光に変換される。一方、ｓ偏光光は偏光分離膜によって反射され、さらに反射膜によって反射されて第一接合体および第二接合体の透光性部材を透過して光出射面から出射する。また、偏光変換部と反射膜とが実用上同一光軸上に位置するように配置される場合は、第一接合体の光入射面から入射した入射光は、偏光分離膜によって、例えばｓ偏光光とｐ偏光光に分離される。ｐ偏光光はそのまま第一接合体および第二接合体を透過して光出射面から出射する。一方、ｓ偏光光は偏光分離膜によって反射され、さらに反射膜によって反射されて第一接合体を透過し、第二接合体の偏光変換部に入射し、Ｐ偏光光に変換される。
【０００８】
以上の構成であれば、偏光変換部は第二接合体の第二斜面上に、透光性部材に挟まれた状態で設けられるため、大気中に露出することがない。したがって、大気中の酸素等による劣化が少なく、耐候性に優れる。そして、偏光分離膜に関係なく、入射光に対して自由な角度で偏光変換部を設置することができる。また、偏光変換部と、偏光分離膜または反射膜のうちいずれか一方とが、入射光の同一光軸上に位置するように配置されるため、偏光分離膜で分離された偏光光が確実に偏光変換部を透過する。したがって、偏光変換効率に優れた偏光変換素子を提供することができる。さらに、第二接合体は、透光性部材と偏光変換部とが交互に貼り合わされた構成となっているため、製造工程においては、シート状の偏光変換部が貼り付けられた複数の透光性部材をブロック状に積層し、偏光変換部の面方向に対して所定の角度をなす切断面で切断することにより、多量の第二接合体を簡易に製造することができる。すなわち、生産性に優れる。
【０００９】
［適用例２］
上記適用例に係る発明では、前記光入射面と前記第一斜面とがなす角度Ａと前記光入射面と前記第二斜面とがなす角度Ｂは、Ｂ＜Ａの関係を満たすことが好ましい。
これによれば、第一接合体の第一斜面は、光入射面に対して角度Ａをなしている。第一接合体は、第一斜面上に偏光分離膜および反射膜のうちいずれか一方を有し、入射光を偏光光ごとに分離する。したがって、角度Ａは、入射光を偏光光ごとに分離するために最適な角度であることが好ましく、例えば、４５°である。一方、第二接合体の第二斜面は、光入射面に対して角度Ｂをなしている。第二接合体は、第二斜面上に偏光変換部を有し、偏光変換部に入射する偏光光を別の偏光光に変換する。偏光光を変換するには、偏光変換部の表面に対してより直行する方向から偏光光が入射するほど偏光変換効率が向上する。したがって、角度Ａおよび角度ＢをＢ＜Ａとすることにより、偏光変換部に入射する偏光光は、偏光変換部の表面に対してより直行する方向から入射する。したがって、従来のように偏光変換部を偏光分離膜とともに設けた構成に比べて、偏光変換部における偏光変換効率を向上させることができる。以上より、第一接合体では、入射光を効率よく偏光光ごとに分離できるとともに、第二接合体の偏光変換部では偏光変換効率に優れるので、このような偏光変換素子は、全体としてより優れた偏光変換効率を得ることができる。
【００１０】
［適用例３］
上記適用例に係る発明では、前記角度Ｂは、前記光入射面から入射する入射光の光量分布および前記光出射面から出射する出射光の光量分布を正規分布と仮定し、前記出射光の光量分布と前記偏光変換部の有効領域とが実用上同一であるとみなして、統計的演算により求められることが好ましい。
ここで、偏光変換部の有効領域とは、入射光の光軸方向の厚みが一定となる領域である。偏光変換部は、光入射面に対して傾斜して設けられるため、入射光の光軸方向の厚みが一定とならない不定領域も存在する。
これによれば、光入射面から入射する入射光の光量分布を正規分布と仮定すると、光出射面から出射する出射光の光量分布も正規分布となることが理想的である。このとき、出射光の光量分布と偏光変換部の有効領域とが同一であるとみなすことにより、統計的演算を用いて偏光変換部の有効領域の各幅および角度Ｂ（各種パラメーター）を算出することができる。このようにして得られたパラメーターにより、理想的な光量分布が得られる偏光変換素子を提供することができる。すなわち、このような偏光変換素子は偏光変換効率に優れている。
【００１１】
［適用例４］
上記適用例に係る発明では、前記偏光変換部が単板の水晶位相差板であることが好ましい。
これによれば、偏光変換部として水晶位相差板を用いるので、耐候性に優れた光学物品を提供することができる。
【００１２】
［適用例５］
上記適用例に係る発明では、前記角度Ｂが１０°以上３０°以下であることが好ましい。
これによれば、偏光変換部に入射する偏光光を効率よく変換することができる。また、製造工程において、シート状の偏光変換部が貼り付けられた複数の透光性部材をブロック状に積層し、偏光変換部の面方向に対して１０°以上３０°以下の角度をなす切断面で切断することにより、多量の第二接合体を簡易に製造することができる。すなわち、偏光変換素子の偏光変換効率および生産性を向上させることができる。
【００１３】
［適用例６］
本適用例に係る発明は、光学物品の製造方法であって、透光性部材と１枚のシート状の偏光変換部材とを貼り合わせて平板部材を形成する平板部材貼合工程と、複数の前記平板部材を貼り合わせてブロックを形成するブロック形成工程と、前記ブロックを、前記偏光変換部材の面方向と所定の角度をなす切断面で切断して平板形状の第二接合体を形成する切断工程と、前記第二接合体と、予め形成された偏光分離膜および反射膜を有する第一接合体と、を接合する接合工程と、を備えたことを特徴とする。
この製造方法によれば、透光性部材に偏光変換部材を貼り合わせて平板部材を形成した後、複数の平板部材を積層してブロックを形成し、その後、偏光変換部材の面方向と所定の角度をなす切断面で切断し、所定形状の第二接合体を成形する。したがって、簡易な方法で多量の第二接合体を製造することができる。すなわち、偏光変換素子を簡易な方法で多量に製造することができる。
【００１４】
［適用例７］
上記適用例に係る発明では、前記平板部材貼合工程の後に前記平板部材を研磨する研磨工程を備えたことが好ましい。
これによれば、透光性部材に貼り付けられた偏光変換部材の厚みを研磨によって調整する。したがって、偏光変換部材を所定の厚さよりも厚い平板を用いることができる。それは、所定の厚さよりも厚い偏光変換部材を貼り合わせた後に、研磨により所定の厚さに研磨するので、予め所定の厚さに加工された薄い偏光変換部材を取り扱うのに比べて取り扱い性が向上し、偏光変換部材を破損するなどの不具合を防止することができるとともに、より作業性に優れた偏光変換素子の製造方法を提供することができる。
【００１５】
［適用例８］
上記適用例に係る発明では、前記接合工程は、前記第一接合体と前記第二接合体のそれぞれにプラズマ重合膜を形成する重合膜形成工程と、前記プラズマ重合膜を活性化する表面活性化工程と、前記第一接合体に形成された前記プラズマ重合膜と前記第二接合体に形成された前記プラズマ重合膜とを貼り合わせて一体化する貼合工程と、を有することが好ましい。
この構成の本適用例では、第一接合体の一方の面にプラズマ重合膜を形成し、同様に、第二接合体の一方の面にプラズマ重合膜を形成する。ここで、第一接合体に形成されるプラズマ重合膜と第二接合体に形成されるプラズマ重合膜とは重なり合って１つの接合部を構成するので、接合部の半分の厚さにプラズマ重合膜が設定される。そして、表面活性化工程では、プラズマ重合膜の表面を効率よく活性化する。表面活性化工程は、例えば、プラズマを照射する方法、オゾンガスに接触させる方法、オゾン水で処理する方法、あるいは、アルカリ処理する方法等を用いることができる。さらに、貼合工程ではプラズマ重合膜同士を押し付け、第一接合体と第二接合体とをプラズマ重合膜を介して接合する。したがって、本適用例では、第一接合体と第二接合体との接合を確実に行うことができる。また、接合部の厚みを均一に形成することができ、耐光性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる偏光変換素子を示す端面図。
【図２】第１実施形態における偏光変換素子の光入射面側に集光レンズアレイを設けた場合の光量分布を説明する図。
【図３】第１実施形態における位相差板の不適領域の幅と光量比率との関係を示すグラフ。
【図４】第１実施形態における位相差板の角度Ｂと厚みＴｓとの関係を示すグラフ。
【図５】第１実施形態の偏光変換素子を製造する主要工程における工程断面図。
【図６】第１実施形態の偏光変換素子を製造する主要工程における工程断面図。
【図７】第１実施形態の偏光変換素子を製造する主要工程における工程断面図。
【図８】第１実施形態で使用するプラズマ重合装置の概略図。
【図９】第１実施形態におけるプラズマ重合膜の成形手順を説明する概略図。
【図１０】本発明の第２実施形態にかかる偏光変換素子を示す端面図。
【図１１】本発明において位相差板の角度Ｂに応じた光学特性を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ここで、各実施形態において、同一構成要素は同一符号を付して説明を省略もしくは簡略にする。
第１実施形態を図１から図９に基づいて説明する。第１実施形態は、光学物品としてＰＳ変換素子（または偏光ビームスプリッター、Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  Ｂｅａｍ  Ｓｐｌｉｔｔｅｒ、ＰＢＳ）と称される偏光変換素子１を用いて説明する。この偏光変換素子１は、例えば、液晶プロジェクター装置に用いられている。
【００１８】
図１において、偏光変換素子１は、入射した光を二種類の偏光光に分離するための第一接合体１０と、第一接合体１０の一方の面に接合部３０を介して選択的に貼付され、第一接合体１０を透過した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複数の位相差板２５を備えた第二接合体２０と、を備え、矩形状の外形形状を形成している。
【００１９】
第一接合体１０は、光入射側に設けられた光入射面１１とこの光入射面１１に略平行な第一接合面１２とにより平板形状に形成されている。また、第一接合体１０は、光入射面１１に対して所定の角度Ａをなす第一斜面１３を有する複数の透光性部材１４が、第一斜面１３に設けられた偏光分離膜１５または反射膜１６を挟んで順次貼り合わされて形成されている。なお、偏光分離膜１５と反射膜１６とは、複数の第一斜面１３に交互かつ平行に設けられている。
複数の第一斜面１３が光入射面１１となす角度Ａは、入射光が偏光光ごとに分離されて入射光と同じ方向に出射可能な角度であればよく、例えば、４５°である。図１に示すように、透光性部材１４は略平行四辺形の断面形状を有する柱状の部材であり、互いに隣り合う透光性部材１４同士が偏光分離膜１５または反射膜１６を挟んで図示しない接着剤（例えば、紫外線硬化型の接着剤）により貼り合わされている。
【００２０】
透光性部材１４は、ＢＫ７等の光学ガラス、白板ガラス、ホウケイ酸ガラス、青板ガラス等のガラスから成形されている。
偏光分離膜１５は、誘電体多層膜で形成され、入射した光線束（Ｓ偏光光とＰ偏光光）を、Ｓ偏光の部分光束（Ｓ偏光光）とＰ偏光の部分光束（Ｐ偏光光）とに分離し、Ｓ偏光光を反射し、Ｐ偏光光を透過する機能を有する。誘電体多層膜は、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）よりなる低屈折率層と、例えば酸化アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）よりなる高屈折率層とが所定の順序および光学膜厚で形成され、光学的に面内均一とされている。
【００２１】
反射膜１６は、誘電体多層膜又は金属膜で形成され、反射膜１６に入射したＳ偏光光をそのまま反射する機能を有する。反射膜１６を構成する多層膜は、例えば、二酸化ケイ素、酸化チタン等の物質を蒸着することで形成される。
【００２２】
第二接合体２０は、光出射側に設けられた光出射面２１とこの光出射面２１に略平行な第二接合面２２とにより平板形状に形成されている。また、第二接合体２０は、光入射面１１に対して所定の角度Ｂをなす第二斜面２３を有する複数の透光性部材２４が、第二斜面２３に設けられた偏光変換部としての１枚の位相差板２５を挟んで順次貼り合わされて形成される。
複数の第二斜面２３が光入射面１１となす角度Ｂは、角度Ａよりも小さく（Ｂ＜Ａ）、例えば、角度Ｂは０°以上４５°未満である。なお、角度Ｂのより好ましい範囲は０°以上３０°以下である。角度Ｂが４５°以上となると、位相差板２５における偏光変換効率が低下するおそれがある。なお、本実施形態では、角度Ｂは２０°である。図１に示すように、透光性部材２４は略平行四辺形の断面形状を有する柱状の部材であり、互いに隣り合う透光性部材２４同士が位相差板２５を挟んで図示しない接着剤（例えば、紫外線硬化型の接着剤）により貼り合わされている。
【００２３】
透光性部材２４は、ＢＫ７等の光学ガラス、白板ガラス、ホウケイ酸ガラス、青板ガラス等のガラスから成形されている。
位相差板２５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おり、１／２λ位相差機能を有する水晶（水晶板）である。水晶は、ＳｉＯ２の単結晶であり、人工水晶でも天然水晶でもよい。
【００２４】
位相差板２５の厚みおよび角度Ｂは、理想的な光量分布が得られるように、統計的手法によりそれぞれ求めることができる。以下にその方法を説明する。
位相差板２５は、第一接合体１０の偏光分離膜１５を透過した光（ｐ偏光光）が通過する領域、すなわち第一接合体１０の偏光分離膜１５を透過した光が射出される第一接合面１２（第二接合面２２）に対応した領域に配置される。位相差板２５は、光入射面１１に対して角度Ｂで傾斜して設けられるため、図１に示すように、位相差板２５の厚みが一定となる有効領域ＥＡと、厚みが一定とならない不適領域ＵＡとが存在する。したがって、第一接合体１０の偏光分離膜１５を透過した光が射出される第一接合面１２（第二接合面２２）に対応した領域と位相差板２５の有効領域ＥＡとが重なる位置に第二接合体２０は配置される。
ここで、有効領域ＥＡの幅をＴＥＡ、不適領域ＵＡの幅をＴＵＡとすると、位相差板２５のピッチＰは以下の式（１）で表される。
【００２５】
Ｐ＝ＴＥＡ＋２ＴＵＡ    ・・・（１）
【００２６】
次に、理想的な光量分布について説明する。図２には、偏光変換素子１の光入射面１１側に複数の小レンズ（集光レンズ）４１がマトリックス状に配列された集光レンズアレイ４を設けた場合の光量分布を示す。図２において、上から１段目には集光レンズアレイ４の断面図が記載され、２段目には集光レンズアレイ４の各小レンズ４１で集光され偏光変換素子１の光入射面１１を照射する光の光量分布が示されている。また、３段目には偏光変換素子１の第一接合体１０の断面図、４段目には偏光変換素子１の第二接合体２０の断面図、５段目には偏光変換素子１の光出射面２１を出射する光の光量分布が示されている。なお、図２には、偏光変換素子１の接合部３０は図示されていない。
図２に示すように、偏光変換素子１の光入射面１１を照射する光量分布は、集光レンズアレイ４の小レンズ４１の中心を軸とした正規分布となる。偏光変換素子１における偏光分離膜１５および反射膜１６は光学的に面内均一に形成されているので、このような光が第一接合体１０に入射すると、第二接合体２０の位相差板２５にも正規分布の状態で光が入射する。このように、光が正規分布の状態で位相差板２５に入射することが理想的な光量分布である。
【００２７】
正規分布となって位相差板２５に入射する光量のうち、位相差板２５で偏光光を変換する割合を設定する。この割合により示される面積は、図２に示す光出射面２１側の理想的な正規分布のうち、斜線部分の面積Ｓに相当する。ここで、正規分布の中心軸をＯ、面積Ｓにおける中心軸Ｏと対向する対向軸をＺとすると、ＯＺ間の距離は、標準正規分布表から、設定された割合に応じて求めることができる。
ここで、光出射面２１から出射する出射光の光量分布（正規分布）と位相差板２５の有効領域ＥＡとが実用上同一であるとすると、正規分布におけるＯＺ間の距離は、本実施形態におけるピッチＰの有効領域ＥＡの幅ＴＥＡの１／２の長さに相当する。ＯＺ間の距離ＴＯＺは、以下の式（２）で表される。
【００２８】
ＴＯＺ＝Ｐ／２−ＴＵＡ    ・・・（２）
【００２９】
したがって、ピッチＰを任意に設定すると、標準正規分布表から求められたＴＯＺを用いて、上記式（２）より位相差板２５の不適領域ＵＡの幅ＴＵＡを求めることができる。
なお、不適領域ＵＡの幅ＴＵＡは、その値が小さいほど光量比率が高いため、有効な光量比率（例えば５０％以上）を有するように、不適領域ＵＡの幅ＴＵＡを設定することが好ましい。具体的に、ピッチＰ＝４０００μｍとした場合の、不適領域ＵＡの幅ＴＵＡと光量比率の関係を図３に示す。図３に示されるように、不適領域幅ＴＵＡが１０００μｍを超えると光量比率が低下している。すなわち、ピッチＰ＝４０００μｍの場合は、不適領域幅ＴＵＡは１０００μｍ以下にすることが好ましい。
【００３０】
そこで、ピッチＰ＝４０００μｍの場合における角度Ｂと不適領域ＵＡの幅ＴＵＡを求める。前述のとおり、不適領域ＵＡの幅ＴＵＡは１０００μｍ以下が好ましいとされるため、ＴＵＡ≒１０００μｍとなる角度Ｂおよび位相差板２５の厚みＴｓの組み合わせを求める。なお、不適領域ＵＡの幅ＴＵＡと角度Ｂと位相差板２５の厚みＴｓとの関係は以下の式（３）で表される。
【００３１】
Ｔｓ＝ＴＵＡ×ｓｉｎＢ    ・・・（３）
【００３２】
ピッチＰ＝４０００μｍの場合において、ＴＵＡ≒１０００μｍとなる角度Ｂおよび位相差板２５の厚みＴｓの組み合わせを図４に示す。図４において、グラフの右下の格子線の領域Ｒに含まれる角度Ｂおよび位相差板２５の厚みＴｓの組み合わせであれば、ＴＵＡ≦１０００μｍとなり、光量分布を十分に確保できることになる。このようにして、最適な位相差板２５の厚みＴｓおよび角度Ｂを求めることができる。
また、第二接合体２０の厚みＴｙは、以下の式（４）により求めることができる。
【００３３】
Ｔｙ＝Ｐ×ｔａｎＢ    ・・・（４）
【００３４】
接合部３０は、第一接合体１０の第一接合面１２と、第二接合体２０の第二接合面２２と、を接合するものであり、プラズマ重合膜により形成される。
【００３５】
このような偏光変換素子１は、前述のとおり、偏光分離膜１５と位相差板２５の有効領域ＥＡとが重なる状態に位置合わせがなされている。したがって、偏光変換素子１に入射する入射光は、偏光分離膜１５へ入射して有効な偏光光に変換され、位相差板２５の有効領域ＥＡを通過する。すなわち、偏光分離膜１５および位相差板２５の有効領域ＥＡは、同一光軸上に位置している。これにより、偏光変換素子１の光入射面１１から入射した入射光は、偏光分離膜１５においてｓ偏光光とｐ偏光光に分離され、ｐ偏光光は位相差板２５の有効領域ＥＡに入射してｓ偏光光に変換される。
【００３６】
次に、偏光変換素子１の製造方法について説明する。図５は、本実施形態における偏光変換素子を製造する主要工程における工程断面図であり、（Ａ）〜（Ｃ）に示す。図６は、本実施形態における偏光変換素子を製造する主要工程における工程断面図であり、（Ｄ）に示す。図７は、実施形態における偏光変換素子を製造する主要工程における工程断面図であり、（Ｅ）〜（Ｆ）に示す。
偏光変換素子１は、まず、第二接合体２０を成形するために、平板部材貼合工程と、第一研磨工程と、ブロック形成工程と、切断工程と、第二研磨工程と、を実施する。
［平板部材貼合工程］
図５（Ａ）に示すように、透光性部材２４を成形するための平板形状のガラス板１０１と、位相差板２５を成形するための平板形状の水晶板１０２と、を準備する。ガラス板１０１の一方の面に図示しない紫外線硬化型の接着剤を塗布し、接着剤の上に水晶板１０２を載置する。そして、水晶板１０２の上面方向から、ケミカルランプまたは高圧水銀灯を用いて、算光量６００ｍｊ／ｃｍ２（照度２ｍＷ／ｃｍ２）程度の紫外線光を照射して、接着剤を硬化させ、ガラス板１０１と水晶板１０２とを貼り合わせる（図５（Ｂ）参照）。
【００３７】
［第一研磨工程］
次に、公知の研磨装置を用いて、ガラス板１０１に貼り合わされた水晶板１０２を所定の厚さ（例えば、２００μｍ）に研磨して、平板部材１０３を成形する（図５（Ｃ）参照）。
【００３８】
［ブロック形成工程］
次に、複数の平板部材１０３の一方の面に紫外線硬化型の接着剤を塗布し、この接着剤の上に別の平板部材１０３を、接着剤が塗布されていない側の面が接するように載置する。このとき、各平板部材１０３の端部が平板部材１０３の面方向に対して例えば２０°傾斜するように、各平板部材１０３をずらして配置する。この傾斜角度は、後述の切断角度θと同じ角度にすることが好ましい。これにより、材料の無駄を省略することができる。
そして、前述と同様にして紫外線照射により接着剤を硬化させ、複数の平板部材１０３を積層して積層ブロック１０４を形成する（図６（Ｄ）参照）。
【００３９】
［切断工程］
積層ブロック１０４をワイヤソーを用いて所定形状に切断する。図６（Ｄ）に示すとおり、積層ブロック１０４の面方向に対して角度θをなす切断面（図６（Ｄ）中、破線で示す）Ｌでほぼ平行に所定間隔毎に切断する。ここで、角度θは、偏光変換素子１の位相差板２５が光入射面１１となす角度Ｂと等しく、例えば２０°である。切断された１つの切断ブロック１０５を図７（Ｅ）に示す。切断ブロック１０５は端面が平行四辺形とされ、所定間隔毎にガラス板１０１の間に水晶板１０２が配置された構造となる。
【００４０】
［第二研磨工程］
次に、公知の研磨装置を用いて、切断ブロック１０５の切り口を研磨し、所定の厚さ（例えば、１４５５μｍ）に調整する。この第二研磨工程により、光出射面２１および第二接合面２２が形成され、第二接合体２０が成形される。
【００４１】
次に、別の加工工程によって予め加工された第一接合体１０を準備し（図７（Ｆ）参照）、第一接合体１０と第二接合体２０とを接合する工程について説明する。具体的には、プラズマ重合膜形成工程と表面活性化工程と貼合工程と、を実施する。
［プラズマ重合膜形成工程］
図９に示すように、第一接合体１０の第一接合面１２にプラズマ重合膜３１を形成し、その後、第二接合体２０の第二接合面２２にプラズマ重合膜３２を形成する。
プラズマ重合膜は、図８に示すプラズマ重合装置２００を用いて成形される。
図８において、プラズマ重合装置２００は、チャンバー２０１と、このチャンバー２０１の内部にそれぞれ設けられる第一電極２１１及び第二電極２１２と、これらの第一電極２１１と第二電極２１２との間に高周波電圧を印加する電源回路２２０と、チャンバー２０１の内部にガスを供給するガス供給部２４０と、チャンバー２０１の内部のガスを排出する排気ポンプ２５０を備えた構造である。
第一電極２１１は、第一接合体１０や第二接合体２０を支持する支持部２１１Ａを有するものであり、第一接合体１０や第二接合体２０を挟んで第一電極２１１と第二電極２１２とが対向配置されている。
【００４２】
電源回路２２０は、マッチングボックス２２１と高周波電源２２２とを備える。
ガス供給部２４０は、液状の膜材料（原料液）を貯蔵する貯液部２４１と、液状の膜材料を気化して原料ガスに変化させる気化装置２４２と、キャリアガスを貯留するガスボンベ２４３とを備えている。このガスボンベ２４３に貯留されるキャリアガスは、電界の作用によって放電し、この放電を維持するためにチャンバー２０１に導入するガスであって、例えば、アルゴンガスやヘリウムガスが該当する。
これらの貯液部２４１、気化装置２４２及びガスボンベ２４３とチャンバー２０１とが配管２０２で接続されており、ガス状の膜材料とキャリアガスとの混合ガスをチャンバー２０１の内部に供給するように構成されている。
貯液部２４１に貯留される膜材料は、プラズマ重合装置２００によって第一接合体１０や第二接合体２０にプラズマ重合膜３１および３２を形成するための原材料であり、気化装置２４２で気化されて原料ガスとなる。
【００４３】
この原料ガスとしては、例えば、メチルシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、デカメチルテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、メチルフェニルシロキサン等のオルガノシロキサン、トリメチルガリウム、トリエチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリメチルインジウム、トリエチルインジウム、トリメチル亜鉛、トリエチル亜鉛のような有機金属系化合物、各種炭化水素系化合物、各種フッ素系化合物等が挙げられる。
このような原料ガスを用いて得られるプラズマ重合膜３１および３２は、これらの原料が重合してなるもの（重合物）、つまり、ポリオルガノシロキサン、有機金属ポリマー、炭化水素系ポリマー、フッ素系ポリマー等で構成されることになる。
【００４４】
ポリオルガノシロキサンは、通常、撥水性を示すが、各種の活性化処理を施すことによって容易に有機基を脱離させることができ、親水性に変化することができる。つまり、ポリオルガノシロキサンは撥水性と親水性との制御を容易に行える材料である。
撥水性を示すポリオルガノシロキサンで構成されたプラズマ重合膜３１および３２は、それ同士を接触させても、有機基によって接着が阻害されることになり、極めて接着し難い。一方、親水性を示すポリオルガノシロキサンで構成されたプラズマ重合膜３１および３２は、それ同士を接触させると、特に容易に接着することができる。つまり、撥水性と親水性の制御を容易に行えるという利点は、接着性の制御を容易に行えるという利点につながるため、ポリオルガノシロキサンで構成されたプラズマ重合膜３１および３２は、本実施形態では好適に用いられることになる。そして、ポリオルガノシロキサンは比較的柔軟性に富んでいるので、第一接合体１０や第二接合体２０との構成材質がたとえ相違して線膨張係数が異なっても、第一接合体１０や第二接合体２０との間に生じる熱膨張に伴う応力を緩和することができる。さらに、ポリオルガノシロキサンは耐薬品性に優れているため、薬品類等に長期にわたって曝されるような部材の接合に効果的に用いることができる。
【００４５】
ポリオルガノシロキサンの中でも、特に、オクタメチルトリシロキサンの重合物を主成分とするものが好ましい。オクタメチルトリシロキサンの重合物を主成分とするプラズマ重合膜３１および３２は、接着性に優れていることから、本実施形態の接合方法で好適に用いられる。オクタメチルトリシロキサンの重合物は、常温で液状をなし、適度な粘度を有するため、取扱が容易である。
【００４６】
次に、プラズマ重合膜３１および３２の成形手順を図９に基づいて説明する。
このプラズマ重合装置２００のチャンバー２０１の内部に第一接合体１０（第二接合体２０）を配置し、チャンバー２０１の内部に酸素を所定量導入するとともに第一電極２１１と第二電極２１２との間に電源回路２２０から高周波電圧を印加して光学部材自体の活性化を実施する。
【００４７】
その後、チャンバー２０１の内部に原料ガスとキャリアガスとの混合ガスが供給される。供給された混合ガスはチャンバー２０１の内部に充填され、図９（Ａ）に示すように、第一接合体１０の第一接合面１２（第二接合体２０の第二接合面２２）に混合ガスが露出される。
第一電極２１１と第二電極２１２との間に高周波電圧を印加することにより、プラズマが発生する。このプラズマのエネルギーにより原料ガス中の分子が重合し、図９（Ｂ）に示されるとおり、重合物が第一接合面１２（第二接合面２２）に付着、堆積する。これにより、図９（Ｃ）に示すように、プラズマ重合膜３１（プラズマ重合膜３２）が形成される。
【００４８】
［表面活性化工程］
次に、プラズマ重合膜３１（プラズマ重合膜３２）の表面を活性化させる（図９（Ｄ）参照）。表面を活性化させるには、例えば、プラズマを照射する方法、オゾンガスに接触させる方法、オゾン水で処理する方法、あるいは、アルカリ処理する方法等を用いることができる。
【００４９】
ここで、活性化させる、とは、プラズマ重合膜３１（プラズマ重合膜３２）の表面及び内部の分子結合が切断されて終端化されていない結合手が生じた状態や、その切断された結合手にＯＨ基が結合した状態、又は、これらの状態が混在した状態をいう。
プラズマ重合膜３１（プラズマ重合膜３２）の表面を効率よく活性化させるためにはプラズマを照射する方法が好ましい。プラズマ重合膜３１（プラズマ重合膜３２）の表面に照射するとしたのは、プラズマ重合膜３１（プラズマ重合膜３２）の分子構造を必要以上に、例えば、プラズマ重合膜３１と透光性部材との境界に至るまで切断しないので、プラズマ重合膜３１の特性の低下を避けることができる。
【００５０】
［貼合工程］
表面が活性化されたプラズマ重合膜３１とプラズマ重合膜３２とを貼り合わせて接合部３０を形成し、一体化する。このとき、図１に示すように、第一接合体１０の偏光分離膜１５と、第二接合体２０の位相差板２５の有効領域ＥＡとが重なるように位置を調整して接合する。これにより、図１に示す偏光変換素子１が成形される。
【００５１】
以上の構成の本実施形態では、以下の作用効果を奏することができる。
（１）入射した光を二種類の偏光光に分離する第一接合体１０と、第一接合体１０に接合部３０を介して選択的に配置され、第一接合体１０を透過した二種類の偏光光のうち一方を他方の偏光光に変換するための位相差板２５を有する第二接合体２０と、を備えた偏光変換素子１は、第一接合体１０の偏光分離膜１５と位相差板２５の有効領域ＥＡとが対応する位置に配置される。したがって、偏光変換素子１に入射した入射光は、偏光分離膜１５により二種類の偏光光（ｐ偏光光とｓ偏光光）に分離され、偏光分離膜１５を透過した偏光光（ｐ偏光光）は位相差板２５に入射する。ｐ偏光光は、位相差板２５によりｓ偏光光に変換される。すなわち、偏光変換素子１によれば、入射光を容易に一種類の偏光光に変換することができる。
特に、位相差板２５が光入射面１１に対して角度Ｂ＝２０°で傾斜して設けられていることにより、従来のように偏光分離膜とともに４５°の角度をもった位相差板が形成された偏光変換素子に比べて、入射光は位相差板２５の面方向に対してより直交する方向（法線方向）から入射する。したがって、位相差板２５における偏光変換効率に優れ、偏光変換素子１としての偏光変換効率にも優れる。
【００５２】
（２）上記実施形態では、第一接合体１０の偏光分離膜１５および反射膜１６が光入射面１１に対して角度Ａ＝４５°をなし、第二接合体２０の位相差板２５は光入射面１１に対して角度Ｂ＝２０°をなして形成される。偏光分離膜１５で偏光光を分離するには角度Ａ＝４５°であることが最適とされているため、第一接合体１０に入射する入射光に対して優れた偏光分離特性を付与することができる。
また、位相差板２５で偏光光を効率よく変換するためには、位相差板２５の面方向に対して入射光が垂直に入射することが望ましいとされている。本実施形態では、位相差板２５は、光入射面１１に対して角度Ｂ＝２０°の傾斜をなしているため、偏光変換効率に優れる。
すなわち、偏光分離膜１５においても位相差板２５においても光学的に効率のよい設計となっているため、より優れた偏光変換効率を発揮することができる。
【００５３】
（３）位相差板２５は複数の透光性部材２４に挟まれた構成であるので、位相差板２５が大気中に露出しないため大気中の酸素等による劣化が少なく、耐候性に優れている。
【００５４】
（４）上記実施形態では、第二接合体２０における位相差板２５の厚みおよび角度Ｂを設定するために、光入射面１１から入射する入射光の光量分布を正規分布であると仮定する。これにより、位相差板２５から出射する光の光量分布も正規分布と仮定できるため、標準正規分布表から理想的な位相差板２５の厚みおよび角度Ｂを統計的に設定することができる。特に、位相差板２５で偏光光を変換する割合を設定することができるので、所望の偏光変換効率を有する偏光変換素子を提供することができる。
【００５５】
（５）第二接合体２０の製造において、ガラス板１０１の一方の面に水晶板１０２を形成した複数の平板部材１０３を積層して積層ブロック１０４を形成する。この積層ブロック１０４を水晶板１０２の配置方向に対して２０°の角度を有する所定幅ごとの切断面Ｌで切断することにより、複数の第二接合体２０を成形することができる。したがって、多量の偏光変換素子１を効率よく製造することができる。
【００５６】
（６）また、第一接合体１０の第一接合面１２および第二接合体２０の第二接合面２２にプラズマ重合膜を形成し、プラズマ重合膜を表面活性化させることにより、第一接合面１２と第二接合面２２とを接合して接合部３０を形成した。これによれば、第一接合体１０と第二接合体２０との剥離を確実に防止することができる。
特に、ポリオルガノシロキサンを用いてプラズマ重合膜を形成すると、ポリオリガノシロキサンが比較的柔軟性に富んでいるため、両接合体を接合する際に両接合体の熱膨張に伴う応力を緩和することができる。
【００５７】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態では入射光を一種類のｓ偏光光に変換して射出する偏光変換素子１について説明したが、第２実施形態では、入射光を一種類のｐ偏光光に変換して射出する偏光変換素子について、図１０を用いて説明する。図１０は第２実施形態にかかる偏光変換素子の端面を示す図である。
【００５８】
図１０において、偏光変換素子６は、入射した光を二種類の偏光光に分離するための第一接合体６０と、第一接合体６０の一方の面に接合部８０を介して選択的に貼着され、第一接合体６０を透過した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複数の位相差板７５を備えた第二接合体７０と、を備え、矩形状の外形形状を形成している。
第一接合体６０は、第一実施形態の第一接合体１０と同様の構成であるので説明を省略する。
【００５９】
第二接合体７０は、第一実施形態の第二接合体２０と同様の構成であるが、第一接合体６０に対する配置が第一実施形態とは異なる。すなわち、反射膜６６と位相差板７５の有効領域ＥＡとが重なる状態に配置される。したがって、偏光変換素子６に入射する入射光は、偏光分離膜６５へ入射して分離されたＳ偏光光は、反射膜６６で反射されて位相差板７５の有効領域ＥＡを通過する。すなわち、反射膜６６および位相差板７５の有効領域ＥＡは、同一光軸上に位置している。これにより、偏光変換素子６の光入射面６１から入射した入射光は、偏光分離膜６５においてｓ偏光光とｐ偏光光に分離され、ｓ偏光光は位相差板７５の有効領域ＥＡに入射してｐ偏光光に変換される。
以上の構成の第２実施形態では、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００６０】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、上記実施形態では、第一接合体と第二接合体とをプラズマ重合膜により接合したが、本発明では、光学接着剤を用いて第一接合体と第二接合体とを接合してもよい。この場合、光学接着剤としては、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を用いるのが好ましい。紫外線硬化型接着剤は、接着部に塗布した後、ケミカルランプや高圧水銀灯などの光（エネルギー線）を照射して硬化される。これによれば、簡易な方法で偏光変換素子を製造することができる。
【実施例】
【００６１】
以下、本実施形態の効果を確認するための実施例について説明する。
上記第１実施形態に示す製造方法により、切断角θの異なる偏光変換素子をそれぞれ作成した。各構成の寸法を以下の表１に示す。
【００６２】
【表１】
2011107427.tif 000003
【００６３】
各偏光変換素子について、偏光強度を変化させて偏光変換効率を測定し、その光学特性の損失を図１１のグラフに示す。
図１１に示されるように、実施例１から実施例７に示す偏光変換素子は、光学特性の損失が１．０％以下と少なく、入射光に対して優れた偏光変換効率を有する偏光変換素子であることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、プロジェクター、その他の装置に用いられる偏光変換素子として利用できる。
【符号の説明】
【００６５】
１…偏光変換素子、１０…第一接合体、１１…光入射面、１２…第一接合面、１３…第一斜面、１４…透光性部材、１５…偏光分離膜、１６…反射膜、２０…第二接合体、２１…光出射面、２２…第二接合面、２３…第二斜面、２４…透光性部材、２５…位相差板、３０…接合部、ＥＡ…有効領域、ＵＡ…不適領域、Ｐ…ピッチ。
【図１】
2011107427.tif 000004
【図２】
2011107427.tif 000005
【図３】
2011107427.tif 000006
【図４】
2011107427.tif 000007
【図５】
2011107427.tif 000008
【図６】
2011107427.tif 000009
【図７】
2011107427.tif 000010
【図８】
2011107427.tif 000011
【図９】
2011107427.tif 000012
【図１０】
2011107427.tif 000013
【図１１】
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