(57)【要約】【課題】有機フィルム製のλ／２波長板を用いても長寿命な偏光変換素子、これを備えた偏光変換ユニット、投写装置を実現する。【解決手段】互いに略平行な光入射面１１及び光出射面１２と、光出射面１１に対して所定の角度をもって順次接合された複数の透光性ユニット１３と、透光性ユニット１３の間に交互に設けられた偏光分離膜１４及び反射ミラー膜１５と、有し、光入射面１１に入射した光束を偏光方向が異なる２種類の偏光光束に分離して光出射面から出射する偏光分離手段１０と、２種類の偏光光束のうち、少なくとも一方の偏光方向を回転させて他方の偏光光束と揃える偏光回転素子４０と、偏光回転素子４０を一方の主面に形成され、偏光回転素子よりも高い熱伝導率を有する放熱透明基板３０と、を備え、放熱透明基板３０は、他方の主面において偏光分離手段１０の光出射面１２に対して無機材料主成分とする接合層２０により接合する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに略平行な光入射面及び光出射面を有し、前記光出射面に対して所定の傾斜角度を有した接合面によって接合された複数の透光性基板と、
前記複数の前記透光性基板の接合面間に交互に設けられ、前記光入射面に入射した光束を偏光方向が互いに直交して異なる２種類の直線偏光光束に分離して一方の直線偏光光束を透過させ、他方の直線偏光光束を反射させる偏光分離手段と、
反射された前記他方の直線偏光光束を反射し、光路の向きをかえる反射手段と、
前記光出射面側に接合層を介して接合された放熱透明基板と、
該放熱透明基板の出射面に配置され、前記２種類の偏光光束のうち何れか一方の直線偏光光束の偏光面を回転させて他方の直線偏光光束の偏光面と平行な直線偏光光束に変換して出射する有機材料からなる偏光回転素子と、
を備え、
前記接合層は、無機材料を主成分とすることを特徴とする偏光変換素子。
【請求項２】
前記接合層は、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、該Ｓｉ骨格にプラズマ重合法により結合される有機基からなる脱離基と、を含み、エネルギーを付与して表面付近に存在する前記脱離基が前記Ｓｉ骨格から脱離することにより発現する接着性により、前記出射面側に前記放熱透明基板を接合することを特徴とする請求項１に記載の偏光変換素子。
【請求項３】
前記接合層は、前記透光性基板に設けられた微結晶連続薄膜と、前記放熱透明基板に設けられた微結晶連続薄膜とを接触させて、前記透光性基板の微結晶連続薄膜と、前記放熱透明基板の微結晶連続薄膜の接触界面及び結晶粒界に原子拡散接合法により形成される、または前記透光性基板及び前記放熱透明基板のうちの何れか一方に設けられた微結晶連続薄膜と、何れか他方に設けられた微結晶構造とを接触させて、前記微結晶連続薄膜と前記微結晶構造との接触界面及び結晶粒界に原子拡散を生じさせる原子拡散接合法によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の偏光変換素子。
【請求項４】
前記放熱透明基板は、前記偏光分離手段と前記反射手段との配列方向に平行な両端部に、第１の溝部を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の偏光変換素子。
【請求項５】
前記放熱透明基板は、前記透光性基板と、前記偏光分離手段又は前記反射手段と、の間の積層接着面に対応する箇所に、第２の溝部を備えることを特徴とする請求項４に記載の偏光変換素子。
【請求項６】
前記第１の溝部及び前記第２の溝部の深さは、前記放熱透明基板の厚みに対して３乃至３．５対１０の比率であることを特徴とする請求項５に記載の偏光変換素子。
【請求項７】
前記第１の溝部及び前記第２の溝部の幅は、０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項５又は６に記載の偏光変換素子。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一項に記載の偏光変換素子と、当該偏光変換素子及び光源からの光束を選択的に前記偏光分離膜に入射させるための遮光板と、を着脱可能に組み込むための治具と、を備えることを特徴とする偏光変換ユニット。
【請求項９】
前記光源と、請求項８に記載の偏光変換ユニットと、前記偏光変換ユニットから出射された光を画像信号に基づいて変調する光変調手段と、前記光変調手段から射出された変調光を投写する投写光学系と、を備える投写装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からのランダム偏光光束を一種類の偏光光束に変換するための偏光変換素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶プロジェクター等の投写装置は、特許文献１や特許文献２に開示されているような構造を有する偏光変換素子を備えている。前記偏光変換素子は、光源から出射されるランダム偏光光束（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さまざまな直線偏光が混在した光束）を所定の直線偏光光束に統一して出射する素子である。
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）と反射ミラー膜とを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度（あるいは１３５度）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λ／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、光源からのランダム偏光光束は、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、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。
前記ＰＢＳ膜を透過したＰ偏光光束は、λ／２波長板に入射すると、位相が１８０度ずれることにより、Ｓ偏光の光に変換されてλ／２波長板から入射し、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λ／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。
【０００３】
ところで、かかる構成を有する偏光変換素子を採用した液晶プロジェクター等に用いられる光源としての白色の光源ランプは、近年、高出力化、短アーク長化が進行しており、上述のＰＢＳ、及びλ／２波長板に対する熱負荷が増大している。特に、樹脂フィルムからなり、光や熱による性能劣化（偏光回転効率や光透過性の劣化）を生じ易いλ／２波長板への熱負荷の影響は顕著である。
かかる問題に対し、特許文献３には、偏光変換素子において、少なくとも一方の偏光光束（直線偏光光）の偏光方向を回転させるλ／２位相差（樹脂）フィルムを、熱伝導率が一般的な透明ガラス（熱伝導率：０．８Ｗ／ｍ／Ｋ）よりも高い熱伝導性を有する放熱透明基板上に形成したことが記載されている。
同文献においては、例えば、λ／２位相差フィルムは、偏光ビームスプリッターアレイと熱伝導放熱透明基板とによって挟持されている。
なお、熱伝導放熱透明基板の材料としては、（１）酸化アルミニウムの結晶物であるサファイア、（２）酸化アルミニウムと酸化イットリウムの結晶物であるＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）、（３）酸化ケイ素の結晶物である水晶、の何れかが使用可能である。
耐熱性に課題のあるλ／２位相差フィルムを、高い熱伝導性を有する熱伝導放熱透明基板上に形成することで、λ／２位相差フィルムで発生した熱を熱伝導放熱透明基板に伝達して、速やかに外界（空気中）に放散させ、λ／２位相差フィルムの蓄熱を防止することが出来る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２９８２１２公報
【特許文献２】特許第３３０９８４６号
【特許文献３】特許第４１９３３７６号
【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、特許文献３に記載の構成を有する偏光変換素子について、λ／２位相差フィルムを、偏光ビームスプリッター及び熱伝導放熱透明基板（水晶放熱板）によって挟持し、熱伝導放熱透明基板とλ／２位相差フィルムとを変性アクリルレートを主成分とする接着剤（ＰＨＯＴＯボンドＰＢ３００：サンライズＭＳＩ株式会社）により接着したものを液晶プロジェクターに組み込み、実機条件６０度〜８０度の高温度下で加速エージング試験を実施したところ、水晶放熱板の真下に配置したフィルム製のλ／２波長板と、接着剤とが早期に黄変してしまうという現象が発生した。
すなわち、偏光ビームスプリッターに水晶放熱板を配置することによりフィルム製λ／２波長板の冷却効果を高めるという技術的思想だけでは、偏光変換素子の長寿命化を達成することは出来ていない、ということが判明したのである。
上記の問題点を鑑みて、本発明は、有機フィルム製のλ／２波長板（位相差板）を用いても、耐熱・耐光性能に優れた構造を有する長寿命な偏光変換素子、これを備えた偏光変換ユニット、投写装置を実現することを目的とする。
【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］本適用例に係る偏光変換素子は、互いに略平行な光入射面及び光出射面を有し、前記光出射面に対して所定の傾斜角度を有した接合面によって接合された複数の透光性基板と、前記複数の前記透光性基板の接合面間に交互に設けられ、前記光入射面に入射した光束を偏光方向が互いに直交して異なる２種類の直線偏光光束に分離して一方の直線偏光光束を透過させ、他方の直線偏光光束を反射させる偏光分離手段と、反射された前記他方の直線偏光光束を反射し、光路の向きをかえる反射手段と、前記光出射面側に接合層を介して接合された放熱透明基板と、該放熱透明基板の出射面に配置され、前記２種類の偏光光束のうち何れか一方の直線偏光光束の偏光面を回転させて他方の直線偏光光束の偏光面と平行な直線偏光光束に変換して出射する有機材料からなる偏光回転素子と、
を備え、前記接合層は、無機材料を主成分とする。
【０００８】
本適用例によれば、耐熱性に問題のあるフィルム製の偏光回転手段を用いても、透光性基板、偏光分離手段及び反射手段からなる素子本体と、偏光回転手段と、の間に放熱透明基板を設け、さらに、放熱透明基板を偏光回転手段に対して、無機成分を主成分とする接合層により接合したことにより、接合層の黄変を抑制し、耐熱・耐光性能に優れた構造を有する長寿命な偏光変換素子を実現することが出来る。
【０００９】
［適用例２］本適用例に係る偏光変換素子は、前記接合層は、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、該Ｓｉ骨格にプラズマ重合法により結合される有機基からなる脱離基と、を含み、エネルギーを付与して表面付近に存在する前記脱離基が前記Ｓｉ骨格から脱離することにより発現する接着性により、前記出射面側に前記放熱透明基板を接合することを特徴とする。
【００１０】
本適用例によれば、放熱透明基板を出射面側に接合する際に、有機材料からなる接着剤を用いることなく、プラズマ重合法により接合したことで、接合層及び偏光回転手段の黄変を抑制し、耐熱・耐光性能に優れた構造を有する長寿命な偏光変換素子を実現することが出来る。
【００１１】
［適用例３］本適用例に係る偏光変換素子は、適用例１において、前記接合層は、前記透光性基板に設けられた微結晶連続薄膜と、前記放熱透明基板に設けられた微結晶連続薄膜とを接触させて、前記透光性基板の微結晶連続薄膜と、前記放熱透明基板の微結晶連続薄膜の接触界面及び結晶粒界に原子拡散接合法により形成される、または前記透光性基板及び前記放熱透明基板のうちの何れか一方に設けられた微結晶連続薄膜と、何れか他方に設けられた微結晶構造とを接触させて、前記微結晶連続薄膜と前記微結晶構造との接触界面及び結晶粒界に原子拡散を生じさせる原子拡散接合法によって形成されることを特徴とする。
【００１２】
本適用例によれば、放熱透明基板を偏光分離手段に対して接合する際に、有機材料からなる接着剤を用いることなく、原子拡散接合法により接合したことで、接合層及び偏光回転手段の黄変を抑制し、耐熱・耐光性能に優れた構造を有する長寿命な偏光変換素子を実現することが出来る。
【００１３】
［適用例４］本適用例に係る偏光変換素子は、適用例１乃至３の何れかにおいて、前記放熱透明基板は、前記偏光分離手段と前記反射手段との配列方向に平行な両端部に、第１の溝部を備える。
【００１４】
本適用例によれば、水晶放熱板の結晶光学軸が出射光の偏光面に対して０度または９０度となるように、放熱透明基板に対して高精度で積層することが可能になり、偏光変換素子からの出射光に不必要な位相差が付くことを防止することが出来る。
【００１５】
［適用例５］本適用例に係る偏光変換素子は、適用例４において、前記放熱透明基板は、前記透光性基板と、前記偏光分離手段又は前記反射手段と、の間の積層接着面に対応する箇所に、第２の溝部を備える。
【００１６】
本適用例によれば、プラズマ重合法又は原子拡散接合法によって偏光分離手段に放熱透明基板を接合する際に、放熱透明基板のクラックや、透光性ユニットと偏光分離膜又は反射ミラー膜との間の剥離（割れ）の原因となる、透光性基板と偏光分離膜又は反射ミラー膜と積層接着面に生じる段差を避ける接合することが出来る。
また、偏光分離膜と放熱透明基板との接着面、反射ミラー膜と放熱透明基板との接着面付近に発生する気泡を、接着時に第２の溝部から逃がして光の透過率を確保することが可能になる。
【００１７】
［適用例６］本適用例に係る偏光変換素子は、適用例５において、前記第１の溝部及び前記第２の溝部の深さは、前記放熱透明基板の厚みに対して３乃至３．５対１０の比率である。
【００１８】
本適用例によれば、放熱透明基板に対する溝入れの安定化と、強度保証とを両立することが出来る。
【００１９】
［適用例７］本適用例に係る偏光変換素子は、適用例５又は６において、前記第１の溝部及び前記第２の溝部の幅は、０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下である。
【００２０】
本適用例によれば、溝部による放熱透明基板における光の透過率の低下を防ぐことが可能になる。
【００２１】
［適用例８］本適用例に係る偏光変換ユニットは、適用例１乃至７の何れかの偏光変換素子と、当該偏光変換素子及び光源からの光束を選択的に前記偏光分離膜に入射させるための遮光板と、を着脱可能に組み込むための治具と、を備える。
【００２２】
本適用例によれば、適用例１乃至７の何れかの偏光変換素子を、液晶プロジェクターなどの投射装置に組み込む時に、光源からの光束が偏光変換素子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ような姿勢で組み込むことが出来る。
【００２３】
［適用例９］本適用例に係る透写装置は、光源と、適用例８の偏光変換ユニットと、前記偏光変換ユニットから出射された光を画像信号に基づいて変調する光変調手段と、前記光変調手段から射出された変調光を投写する投写光学系と、を備える。
【００２４】
本適用例によれば、適用例１乃至７の何れかの耐熱・耐光性能に優れた偏光変換素子を備え、高輝度の光源を使って鮮明な映像を長時間投影可能な投影装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態に係る偏光変換素子を適用した液晶プロジェクターの一例を示す図。
【図２】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３】図２に示す偏光変換ユニットの分解図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る偏光変換素子の一例を示す図。
【図５】偏光分離スプリッターアレイの製造工程を説明する図。
【図６】偏光分離スプリッターアレイの製造工程を説明する図。
【図７】偏光分離スプリッターアレイの製造工程を説明する図。
【図８】偏光分離スプリッターアレイの製造工程を説明する図。
【図９】偏光分離スプリッターアレイの製造工程を説明する図。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係る偏光変換素子の変形例を示す図。
【図１１】本発明の第２の実施形態にかかる偏光変換素子の一例を示す図。
【図１２】本発明の第３の実施形態にかかる偏光変換素子の一例を示す図。
【図１３】本発明の第４の実施形態にかかる偏光変換素子の一例を示す図。
【図１４】透光性ユニット等の角部が削られた状態でプラズマ重合法による水晶放熱板の結合を行った場合のＰＢＳの状態を示す図。
【図１５】図１３の構成の偏光変換素子において、ＰＢＳと水晶放熱板との間の接合層をさらに拡大して示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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。
図１は、本発明の実施の形態に係る偏光変換素子を適用した液晶プロジェクターの一例を示す図である。
図１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。
【００２７】
反射ミラー１４６は、重畳レンズ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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
図２は、図１の液晶プロジェクターの光学エンジン内に搭載される、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３は、図２の偏光変換ユニットの分解斜視図である。
図２、図３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、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３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３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、液晶プロジェクターに対して、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組み込むことが出来る。
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。
【００３１】
図４は、本発明の第１の実施の形態に係る偏光変換素子の一例を示す図であり、（ａ）は各部材の積層関係を示す断面図、（ｂ）は水晶放熱板（放熱透明基板）の光軸方向を示す図である。
本発明の偏光変換素子１は、互いに略平行な光入射面１１及び光出射面１２を備え、図１に示す遮光板２１０からのランダム偏光光束の、光入射面１１への入射方向と直交する方向に２つ結合された素子本体としての偏光分離スプリッターアレイ（以下、ＰＢＳアレイと称する）１０（１０Ａ、１０Ｂ）と、ＰＢＳアレイ１０の光出射面１２に対して接合層２０により接合された、例えば水晶を材料とする熱伝導性の高い放熱透明基板（以下、水晶放熱板と記載する）３０と、さらに、水晶放熱板３０上に接着された有機材料からなる偏光回転素子（以下、λ／２位相差フィルムと記載する）４０と、を備えている。
水晶放熱板３０上のλ／２位相差フィルムは、変性アクリルレート又は変性メタクリレートを主成分とする接着剤あるいはプラズマ重合法（特開２０１０−１１３０５６号公報）などを用いて接合可能である。
【００３２】
各ＰＢＳアレイ１０は、互いに略平行な光入射面１３ａ及び光出射面１３ｂ、並びに前記光出射面に対して所定の傾斜角度（例えば、４５度あるいは１３５度）を有した接合面１３ｃを備え、且つ互いの接合面によって直列に接合された透光性ユニット（透光性基板）１３と、透光性ユニット１３の間に交互に設けられた偏光分離手段としての偏光分離膜（ＰＢＳ膜）１４及び反射手段としての反射ミラー膜１５と、を備えている。
なお、ＰＢＳアレイ１０は、ガラス等の無色透明の基板（透光性板材）、ＰＢＳ膜、及び反射ミラー膜を、接着剤（変性メタクリレートを主成分とするＵＴ２０（商品名：株式会社アーデル）、あるいは変性アクリルレートを主成分とするＰＢ３００等）により交互に幾重にも積層・接着し、上述の光出射面に対する角度で切断して形成している。
ＰＢＳアレイ１０の製造工程をより詳しく説明すると、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。
【００３３】
図５乃至図９は、本実施形態にかかる偏光分離スプリッターアレイの製造工程を説明する図である。
最初の膜形成工程では、図５に示すように、まず複数の透光性板材（ガラス等の無色透明基板）１３Ａが準備される。これらの透光性板材１３Ａは、互いに略平行な第１面１３Ａ１及び第２面１３Ａ２を有している。
複数の透光性板材１３Ａのうち、いくつかの透光性板材１３Ａの第１面１３Ａ１には、ＰＢＳ膜１４が形成され、第２面１３Ａ２には、反射ミラー膜１５が形成される。その他の透光性板材１３Ａの第１面１３Ａ１及び第２面１３Ａ２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。
図６に示す接着工程では、これらの透光性板材１３Ａと、が接着剤１６Ａによって交互に貼り合わされる。このとき、ＰＢＳ膜１４と反射ミラー膜１５とが透光性板材１３Ａを挟んで交互に積層されるようにする。
ここで、接着剤１６Ａとして変成アクリルレートを主成分とする接着剤を用いた場合、その厚みは約２０μｍとなる。変性メタクリレートを主成分とする接着剤の場合は、５〜１０μｍである。
【００３４】
次に、図７に示すように、透光性板材１３Ａの第１面１３Ａ１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、ＰＢＳ膜１４及び反射ミラー膜１５を通過するため、図７中全ての接着剤１６Ａは同時に硬化される。
これにより、ＰＢＳ膜１４と透光性板材１３Ａの間と、反射ミラー膜１５及び第２の透光性板材の間に、それぞれ接着層１６が形成される。そして、複数の透光性板材１３Ａが接合された積層体４００が形成される。
なお、透光性板材１３Ａの第１面１３Ａ１にほぼ平行な方向から紫外線を照射してもよい。
次に、図８に示すように、切断工程として、第１面１３Ａ１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９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、ＰＢＳアレイ１０が得られる。
なお、切断された透光性板材１３Ａが、図４のＰＢＳアレイ１０における透光性ユニット１３となる。
【００３５】
図４に戻り、偏光分離膜１４は、互いに偏光面が直交するＰ偏光光束及びＳ偏光光束が混在したランダム偏光光束が入射すると、Ｐ偏光光束を選択的に透過させ、Ｓ偏光光束を反射させる。
従って、光入射面１１から入射したランダム偏光光束は、偏光分離膜１４に入射すると、偏光分離膜１４によってＰ偏光光束とＳ偏光光束に分離される。
分離された偏光光束のうち、Ｐ偏光光束は、偏光分離膜１４を透過し水晶放熱板３０に至り、水晶放熱板３０の出射面３１から出射される。なお、この際、水晶放熱板３０の光学軸は、Ｐ偏光光束及びＳ偏光光束の偏光面の何れか一方の偏光面と一致する向きに設定しているので（図４（ｂ））、Ｐ偏光光束の偏光面と前記光学軸とは平行或いは直交関係となるため当該Ｐ偏光光束に位相差が生じることはない。
【００３６】
さらに、偏光分離膜１４で反射されたＳ偏光光束は、反射ミラー膜１５で反射されて水晶放熱板３０に至り、さら水晶放熱板３０を透過して、λ／２位相差板としてのλ／２位相差フィルム４０に入射する。
λ／２位相差フィルム４０に入射したＳ偏光光束は、λ／２位相差フィルム４０を透過する過程で１８０度位相がずれるので、偏光面が９０度回転されて、Ｐ偏光光束に変換されて出射されることとなる。
これにより、偏光変換素子１に入射したランダム偏光光束は、すべて１種類の偏光光束（Ｐ偏光光束）に揃えられて出射されることになる。
【００３７】
水晶放熱板３０は、熱伝導率が一般的な透明ガラス（熱伝導率：０．８Ｗ／ｍ／Ｋ）よりも高い水晶から構成されて、λ／２位相差フィルム４０に対して放熱板として機能する。
すなわち、高い熱伝導性を有し、偏光回転素子で発生した熱を水晶放熱板３０に伝達して、速やかに外界（空気中）に放散させ、偏光回転素子の蓄熱を防止することが可能になる。
このとき、水晶放熱板３０の配置箇所は、特許文献３の構造とは異なり、まずＰＢＳ１０の出射面に直に積層し、次に当該水晶放熱板３０の主表面にλ／２位相差フィルム４０を積層する構造とした。また、本発明では、λ／２位相差フィルム４０の表面に更に、水晶放熱板を積層する構造とはしていない。本願発明者は、λ／２位相差フィルム４０の一方の主面を大気中に曝露しつつ、他方の主面に水晶放熱板を配置し、λ／２位相差フィルム４０の積層された面とは反対側の前記水晶放熱板の主面をＰＢＳ１０の出射面に直に積層させたことを特徴としている。
それに加え、本実施形態においては、水晶放熱板３０をＰＢＳアレイ１０に接合する接合層２０として、変性アクリルレートなどの有機溶剤を主成分とする接着剤を用いることなく、無機材料を主成分とする接合膜を用いた。
例えば、接合層２０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シサンである。プラズマ重合膜は、プラズマ重合法により形成されシロキシサン結合を含み、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基とを含む。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。
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。
【００３８】
また、接合層２０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、ＰＢＳアレイ１０を構成する透光性ユニット１３及び水晶放熱板３０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ユニット及び水晶放熱板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、透光性ユニット１３及び水晶放熱板３０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する。
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。
【００３９】
このように、接合層２０を無機化した構成を備えた偏光変換素子１を、実際に液晶プロジェクターに組み込んで、背景技術で説明した高温度・加速エージング試験を実施したところ、接合層２０、及び有機フィルム製のλ／２位相差フィルム４０が黄変する現象は見られなかった。
上述した実験において、上記の特許文献３に記載の構造、即ちλ／２位相差フィルムをＰＢＳと水晶放熱板３０とで挟持した構造において、変性アクリルレートを主成分とした接着剤で接着した場合は、フィルムの黄変・発火が発生することが分かり、また、同じく特許文献３の構成において、本実施形態のようにＰＢＳ上に水晶放熱板を配置し、さらに、その上にλ／２位相差フィルムを積層し、更に水晶放熱板を積層してしまうと、変性アクリルレートを主成分とした接着剤で水晶放熱板とＰＢＳとの間にλ／２位相差フィルムを接合してしまうと、同様に、発熱・黄変してしまう問題が生じる。
【００４０】
それに対し、本実施形態においては、ＰＢＳアレイ１０に水晶放熱板３０を直に、無機化した手法で接合することで、黄変を抑制することが出来た。
従来品（特許文献３の構造）において、変性アクリレートを主成分とする接着剤によって接着した場合、接着剤や位相差フィルムが黄変する問題があるが、無機的な方法によってＰＢＳ１０の出射面に直に積層し、次に当該水晶放熱板３０の主表面にλ／２位相差フィルム４０を積層する構造することによって、こういった問題を防止して、従来品に比し長寿命が可能であることが確認出来た。
すなわち、ＰＢＳアレイ１０に対して水晶放熱板３０を、変性アクリレートを主成分した接着剤を用いて接合しているような従来製品においても、ＰＢＳアレイ１０と水晶放熱板３０との接合方法を変更することで、偏光変換素子を長寿命化させることが可能である。
【００４１】
ところで、図４に示す構成において、偏光変換素子が、Ｐ偏光光束に統一して出射させる、所謂Ｐ偏光光学系エンジン用としたが、Ｓ偏光光束に統一して出射させるＳ偏光光学系光学エンジン用にアレンジすることが可能である。
即ち、この場合、図１０に示すように、偏光分離膜１４を透過したＰ偏光をＳ偏光に変換するためのλ／２位相差フィルム４０を、水晶放熱板３０におけるＰ偏光の出射領域に配置することになるが、収束度の強い光が、中心部のλ／２位相差フィル編む４０Ａに集光し、蓄熱、発熱の原因となるため、図４に示すＰ偏光光学系の構成が、より望ましいと言える。
なお、本実施形態で使用するλ／２位相差フィルムには、ポラテクノ社製のＮＲ（ポリビニルアルコール系）、ＨＰＣ（ポリカーボネート系）や、ＷＢＲ（広帯域用）、ＷＢＲ−９０ＰＣＡＲやＷＢＲ−９０ＰＣ（ＣＬ）ＡＲなどのＷＢＲ−９０シリーズ（広帯域用１／２波長板）などがある。
【００４２】
以下に説明する実施形態は、図１０に示す場合にも適用可能であるが、図４に示す構成に基づいて説明していく。
図１１は、本発明の第２の実施形態にかかる偏光変換素子の一例を示す図であり、（ａ）は各部材の積層関係を示す断面図、（ｂ）は概略斜視図である。
本実施形態においては、水晶放熱板３０の、ＰＢＳアレイ１０への接合面側に、２種類の溝部を設けている。
図１１に示す溝部３１は、２枚接合されたＰＢＳアレイ１０Ａ、１０Ｂの接合部に生じる段差をさけるための溝部であり、さらに、溝部３２（第１の溝部）は、図１１（ｂ）から分かるように、水晶からなる放熱透明基板の光軸と、ＰＢＳアレイ１０から出射されるＳ偏光光束及びＰ偏光光束の偏光面の方向と一致させる若しくは直交させて出射光に不要な位相差が付かないようにするための、組み付け時の位置決め用のマーカー溝である。
溝部３２は、水晶放熱板３０における、偏光分離膜１４と反射ミラー膜１５の配列方向に平行な両端部に設けられている。
このマーカー溝によって、水晶放熱板の結晶光学軸が出射光の偏光面に対して所定の角度（０度または９０度）となるように、ＰＢＳアレイ１０に対して高精度で積層することが可能になる。
【００４３】
図１２は、本発明の第３の実施形態にかかる偏光変換素子の一例を示す図であり、（ａ）は各部材の積層関係を示す断面図、（ｂ）は概略斜視図である。
本実施形態においては、偏光変換素子がＳ偏光光束に統一して出射させるＳ偏光光学系光学エンジンの場合、図１１に示したような、水晶放熱板３０の光軸を、図１２（ｂ）に示すように４５度ずらし、波長特性を持たせた水晶放熱板３０Ａとしたことが特徴的である。
この場合、水晶放熱板３０Ａは、偏光分離膜１４で反射して、さらに反射ミラー膜１５によって反射してＰＢＳアレイ１０から出射したＳ偏光の位相を１８０度ずらしてＰ偏光とするλ／２波長板として動作する。水晶放熱板３０Ａを出射したＰ偏光は、さらにλ／２位相差フィルム４０によってＳ偏光に変換される。
かかる構成によれば、偏光変換素子が、Ｓ偏光光学系光学エンジン用の場合でも、偏光変換素子１の中心部にλ／２位相差フィルム４０を配置する必要がなく、かかる偏光回転素子の蓄熱・発熱を効果的に抑制して、素子の長寿命化を図ることが出来る。
【００４４】
図１３は、本発明の第４の実施形態にかかる偏光変換素子の一例を示す図であり、（ａ）は各部材の積層関係を示す断面図、（ｂ）は概略斜視図、（ｃ）は、（ａ）の一部を拡大した図である。
本実施形態においては、水晶放熱板３０の、ＰＢＳアレイ１０における透光性ユニット１３と、偏光分離膜１４又は反射ミラー膜１５との接合部との対応箇所に、第２の溝部として、図１１に示したような溝部３２を形成している。
上述の図５乃至図９で説明したように、本実施形態のＰＢＳアレイ１０は、ガラス等の無色透明の基板、ＰＢＳ膜、及び反射ミラー膜を、接着剤（変性メタクリレートを主成分とするＵＴ２０、あるいは変性アクリルレートを主成分とするＰＢ３００等）により交互に幾重にも積層・接着し、上述の光出射面に対する角度で切断して形成し、さらに切断面を研磨して製造している。
この際、接着剤は粘度が高いため、透明基板とＰＢＳ膜、さらに透明基板と反射ミラー膜との間の接着層１６が厚くなる。このように厚い接着層１６を有する積層体が切り出されると、接着層１６の端部に歪みや荒れが生じる。具体的には、接着層１６が変性アクリルレート系のＰＢ３００の場合は約０．３μｍ、変性メタクリレート系のＵＴ２０の場合は、約０．２μｍの段差が端部に生じる。
このような歪みや荒れが生じた状態で、図９に示したように切断面が研磨されると、接着層１６の近傍における透光性ユニット１３やＰＢＳ膜１４、反射ミラー膜１５の角部が削られてしまう。
この状態で、上述のプラズマ重合法によりＰＢＳアレイ１０に水晶放熱板３０を接合すると、以下のような問題が生じる。
【００４５】
図１４は、透光性ユニット１３等の角部が削られた状態でプラズマ重合法による水晶放熱板の結合を行った場合のＰＢＳの状態を示す図である。
接合層２０を介して水晶放熱板３０を積層し、プラズマ重合法により接合する場合、その過程でエネルギー（圧縮力）を付与すると、水晶放熱板３０における削られた角部１７に当接する部分３３付近に応力が集中することになる。
厚みの大きい接着剤（変性アクリルレートを主成分とするもので２０μｍ、変性メタクリレートを主成分とするもので５〜１０μｍ）と異なり、プラズマ重合法に用いられる接合膜は、厚みが５ｎｍ〜１００００ｎｍと極薄であるため、ＰＢＳアレイ１０の表面に発生した段差を吸収することが出来ない。
従って、圧縮力が付与されることで、水晶放熱板３０の部分３３に過剰な応力が集中し、当接部分３３にクラックが発生してしまったり、ＰＢＳアレイ１０において、透光性ユニット１３と、ＰＢＳ膜１４又は反射ミラー１５とが剥離してしまったりするという不具合が発生する。
【００４６】
そこで、図１３に示したように、水晶放熱板３０のＰＢＳアレイ１０と対向する面、特に、透光性ユニット１３とＰＢＳ膜１４（反射ミラー１５）との接合箇所に対応する箇所に、溝３２を設けることで、削られた箇所１７が、水晶放熱板３０に接触するのを避け、上記のような不具合を回避することが出来る。
なお、溝部３２は、図１１について説明したように、水晶放熱板３０の光軸を、ＰＢＳアレイ１０から出射するＰ偏光光束、Ｓ偏光光束の偏光面と合わせるための、位置合わせ用の溝としても機能し得ることは言うまでもない。
ここで、図１３（ｃ）に示す溝部３２の深さｔは、水晶放熱板３０（３０Ａ）の厚みに対して、１０：３〜３．５の比率に設定する。
深さｔの最小値は、溝入れ装置によって溝部３２を形成する時に安定して確実に溝を入れられる最小の深さとなる。すなわち、あまりに浅すぎると、水晶放熱板３０の全体に溝が入らない可能性がある。逆に、水晶放熱板３０の厚みに対して溝の深さが大きすぎると、取り扱い上、またはプラズマ重合法においてエネルギー（圧縮力）を与えた時に水晶放熱板３０が割れてしまうなど強度的な問題が発生する。
【００４７】
また、溝部３２の幅ｈは、０．１ｍｍ≦ｈ≦０．２ｍｍに設定する。
ｈの最小値は、溝入れ装置の能力に依存するが、最大値は、ＰＢＳアレイ１０の分光特性を保証できる最大の値となる。すなわち、偏光分離膜１４、反射ミラー膜１５から出射する直線偏光光束が、溝部３２にかかって光の透過率が低下するのを防止し得る最大の幅となる。
また、図１４に示す場合、接合層２０における、削られた箇所１７付近に気泡が発生することがある。これにより、ＰＢＳアレイ１０から出射して接合層２０を通過する光の透過率が低下したり、接合層２０と水晶放熱板３０との間に隙間が生じて両者がはがれやすくなったりするなどの問題がある。
【００４８】
図１５は、図１３の構成の偏光変換素子において、ＰＢＳアレイ１０と水晶放熱板３０との間の接合層をさらに拡大して示す図である。
図１５に示すように、溝部３２を設けていることで、真空のチャンバー内でプラズマ重合法による接合を行う際には、溝部３２から空気が抜けて、気泡を消滅させることが出来、上記の問題を解決することが可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１  偏光変換素子、１０  偏光分離手段、１１  光入射面、１２  光出射面、１３  透光性基板、１４  偏光分離膜、１５  反射ミラー膜、２０  接合層、３０  放熱透明基板、３１  溝部、３２  溝部、４０  λ／２位相差フィルム、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  遮光板、２２０  レンズアレイ、２３０  クリップ
【図１】
2012123035.tif 000003
【図２】
2012123035.tif 000004
【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】
2012123035.tif 000009
【図８】
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【図９】
2012123035.tif 000011
【図１０】
2012123035.tif 000012
【図１１】
2012123035.tif 000013
【図１２】
2012123035.tif 000014
【図１３】
2012123035.tif 000015
【図１４】
2012123035.tif 000016
【図１５】
2012123035.tif 000017