(57)【要約】      （修正有）【課題】反射光を拡散させる機能、及び偏光分離機能を有する光学素子を提供する。【解決手段】入射光の一部を反射するとともに一部を透過させる光学素子１は、入射光の少なくとも一部を回折させる回折機能層４と、回折機能層４の一方の面に形成され、複数の微細ワイヤーを含む、偏光分離機能を有するグリッド２と、を備える。回折機能層４の前記一方の面は、複数の第１の領域４ａと、回折機能層４の他方の面４ｃからの高さが第１の領域４ａとは異なる複数の第２の領域４ｂと、を含む。また、第１の領域４ａと第２の領域４ｂとの境界には、段差部８が設けられている。【選択図】図１
2013140376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光の一部を反射するとともに前記入射光の一部を透過させる光学素子であって、
前記入射光の少なくとも一部を回折させる回折機能層と、
前記回折機能層の一方の面に形成され、複数の微細ワイヤーを含む、偏光分離機能を有するグリッドと、を備え、
前記回折機能層の前記一方の面は、
複数の第１の領域と、
前記回折機能層の前記一方の面の反対側の面である他方の面からの高さが前記第１の領域とは異なる複数の第２の領域と、を含み、
前記第１の領域と前記第２の領域との境界には、段差部が設けられていることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記光学素子の前記第１の領域と前記第２の領域とは、前記回折機能層の前記他方の面からの高さが（２ｍ＋１）λ／４ｎだけ異なることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
ただし、ｍは０以上の整数、λは前記入射光の波長、ｎは前記光学素子の周囲媒体の屈折率である。
【請求項３】
前記光学素子の前記第１の領域と前記第２の領域とは、前記回折機能層の前記他方の面からの高さが（ｍ＋１）λ／（Ｎ−１）だけ異なることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
ただし、ｍは０以上の整数、λは前記入射光の波長、Ｎは前記回折機能層の屈折率である。
【請求項４】
前記第１の領域と前記第２の領域とは前記高さが平行であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項５】
前記第１の領域は、前記一方の面において不規則に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項６】
複数の前記第１の領域と複数の前記第２の領域とが特定の不規則な分布に配置された単位パターンを、複数有していることを特徴とする請求項５に記載の光学素子。
【請求項７】
隣接する前記単位パターンの方向が互いに異なることを特徴とする請求項６に記載の光学素子。
【請求項８】
前記第１の領域及び前記第２の領域の外周は直線を含んでおり、
前記微細ワイヤーは、前記直線に対して一定の角度を有して配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項９】
前記回折機能層は、前記グリッドとは異なる材料からなるとともに、透光性を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１０】
前記回折機能層と前記グリッドとの間に、前記回折機能層及び前記グリッドのいずれとも異なる材料からなる密着層が形成されており、
前記回折機能層と前記密着層との間の密着強度、及び前記グリッドと前記密着層との間の密着強度は、前記回折機能層と前記グリッドとの間の密着強度より高いことを特徴とする請求項９に記載の光学素子。
【請求項１１】
入射光の一部を反射するとともに前記入射光の一部を透過させる光学素子であって、
前記入射光の少なくとも一部を回折させる回折機能層と、
前記回折機能層の一方の面に形成され、複数の微細ワイヤーを含む、偏光分離機能を有するグリッドと、を備え、
前記回折機能層の前記一方の面は、
前記回折機能層の前記一方の面の反対側の面である他方の面からの高さが異なる複数の領域を有し、
前記高さが異なる複数の領域の境界には、段差部が設けられていることを特徴とする光学素子。
【請求項１２】
前記高さの異なる複数の領域の各々は、素子面内で分布を有し、
前記高さの異なる複数の領域の各々は、前記回折機能層の前記他方の面からの高さが（２ｍ＋１）λ／４ｎだけ異なることを特徴とする請求項１１に記載の光学素子。
ただし、ｍは０以上の整数、λは前記入射光の波長、ｎは前記光学素子の周囲媒体の屈折率である。
【請求項１３】
前記高さの異なる複数の領域の各々は、素子面内で分布を有し、
前記高さの異なる複数の領域の各々は、前記回折機能層の前記他方の面からの高さが（ｍ＋１）λ／（Ｎ−１）だけ異なることを特徴とする請求項１１に記載の光学素子。
ただし、ｍは０以上の整数、λは前記入射光の波長、Ｎは前記回折機能層の屈折率である。
【請求項１４】
液晶装置と、
投写レンズと、
前記液晶装置から前記投写レンズに至る光路のいずれかの位置に配置された光学素子と、を有し、
前記光学素子は、
入射光の少なくとも一部を回折させる回折機能層と、
前記回折機能層の一方の面に形成され、複数の微細ワイヤーを含む、偏光分離機能を有するグリッドと、を備え、
前記回折機能層の前記一方の面は、
複数の第１の領域と、
前記回折機能層の他方の面からの高さが前記第１の領域とは異なる複数の第２の領域と、を含み、
前記第１の領域と前記第２の領域との境界には、段差部が設けられていることを特徴とする投写型表示装置。
【請求項１５】
前記光学素子の前記第１の領域と前記第２の領域とは、前記回折機能層の前記他方の面からの高さが（２ｍ＋１）λ／４ｎだけ異なることを特徴とする請求項１４に記載の投写型表示装置。
ただし、ｍは０以上の整数、λは前記入射光の波長、ｎは前記光学素子の周囲媒体の屈折率である。
【請求項１６】
前記液晶装置から前記光学素子に至る光路のいずれかの位置に配置されたプリズムを備えることを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の投写型表示装置。
【請求項１７】
前記光学素子から前記投写レンズに至る光路のいずれかの位置に集光レンズが配置されていることを特徴とする請求項１４乃至請求項１６のいずれか一項に記載の投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子及び投写型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
偏光分離機能を備える光学素子の１つとして、ワイヤーグリッド偏光素子が知られている。これは、光の波長より短いピッチで並べられた多数の導体の微細ワイヤーを持つ素子であり、入射光のうち微細ワイヤーに平行な偏光軸を有する成分を反射するとともに、微細ワイヤーに垂直な偏光軸を有する成分を透過する性質を持つ。
【０００３】
ワイヤーグリッド偏光素子は、無機物質からなるため耐光性に優れる。このため、高輝度の光を偏光分離する必要のある、プロジェクタ等の投写型表示装置に適用する試みがある（特許文献１参照）。図２２は、ワイヤーグリッド偏光素子５を用いた投写型表示装置の構成の例を示す模式図である。この図に示すように、２つのワイヤーグリッド偏光素子５の間に液晶装置１０を配置し、一方のワイヤーグリッド偏光素子５から光を入射させる。この入射光は、入射側及び射出側のワイヤーグリッド偏光素子５の偏光分離機能と、液晶装置１０の偏光変換機能とによって、表示光に変換される。そして、当該表示光は、投写レンズ５１を介してスクリーン６１に投写される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３７２７４９号公報
【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、上記構成においては、液晶装置１０の射出側に配置されたワイヤーグリッド偏光素子５から液晶装置１０へ向けて反射された光はほとんど拡散されないため、反射光が液晶装置１０の一部に集中して照射されてしまう。これにより、液晶装置１０の動作が不安定になったり、寿命が低下したりするという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記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］入射光の一部を反射するとともに前記入射光の一部を透過させる光学素子であって、前記入射光の少なくとも一部を回折させる回折機能層と、前記回折機能層の一方の面に形成され、複数の微細ワイヤーを含む、偏光分離機能を有するグリッドと、を備え、前記回折機能層の前記一方の面は、複数の第１の領域と、前記回折機能層の前記一方の面の反対側の面である他方の面からの高さが前記第１の領域とは異なる複数の第２の領域と、を含み、前記第１の領域と前記第２の領域との境界には、段差部が設けられていることを特徴とする光学素子。
【０００８】
このような構成によれば、回折機能層の一方の面には、第１の領域と第２の領域とによって形作られる凹凸が複数分布する。回折機能層は、この凹凸の分布によって入射光を回折させて、入射方向と異なる方向に拡散させることができる。
【０００９】
また、入射光は、グリッドにおいて、微細ワイヤーと平行な偏光軸を有する成分が反射され、微細ワイヤーと垂直な偏光軸を有する成分が透過する。以上から、上記光学素子によれば、入射光を偏光状態の異なる反射光及び透過光に分離して取り出すことができるとともに、その射出方向を拡散させることができる。
【００１０】
［適用例２］上記光学素子であって、前記光学素子の前記第１の領域と前記第２の領域とは、前記回折機能層の前記他方の面からの高さが（２ｍ＋１）λ／４ｎだけ異なることを特徴とする光学素子。ただし、ｍは０以上の整数、λは前記入射光の波長、ｎは前記光学素子の周囲媒体の屈折率である。
【００１１】
このような構成によれば、第１の領域と第２の領域との高さの差が（２ｍ＋１）λ／４ｎとなっていることで、回折機能層による反射光の拡散効果を最大とすることができる。このとき、透過光の拡散効果は必ずしも最大とならないので、回折機能層を透過した光のうち０次回折光の強度が高まり、透過光の拡散効果を小さくすることができる。このように、上記光学素子によれば、入射光を偏光状態の異なる反射光及び透過光に分離しつつ、反射光を拡散させ、かつ透過光の拡散を抑えることができる。
【００１２】
［適用例３］上記の光学素子であって、前記光学素子の前記第１の領域と前記第２の領域とは、前記回折機能層の前記他方の面からの高さが（ｍ＋１）λ／（Ｎ−１）だけ異なることを特徴とする光学素子。ただし、ｍは０以上の整数、λは前記入射光の波長、Ｎは前記回折機能層の屈折率である。
【００１３】
このような構成によれば、透過光の拡散効果を最小とすることができる。
【００１４】
［適用例４］上記光学素子であって、前記第１の領域と前記第２の領域とは平行であることを特徴とする光学素子。
【００１５】
このような構成によれば、第１の領域及び第２の領域に、等しい角度で同時に光を入射させることができる。このため、回折機能層上にフォトリソグラフィー法によって容易にグリッドを形成することができる。
【００１６】
［適用例５］上記光学素子であって、前記第１の領域は、前記一方の面において不規則に配置されていることを特徴とする光学素子。
【００１７】
このような構成によれば、回折機能層の一方の面には、第１の領域と第２の領域とによって形作られる凹凸が法則性がなく統計的な偏りのない不規則な分布になる。このため、入射光を様々な方向に拡散させることができる。よって、光学素子による入射光の拡散範囲を広げることが可能となる。
【００１８】
［適用例６］上記光学素子であって、複数の前記第１の領域と複数の前記第２の領域とが特定の不規則な分布に配置された単位パターンを、複数有していることを特徴とする光学素子。
【００１９】
このような構成によれば、回折機能層の製造に用いるフォトマスクも、上記単位パターンに相当するマスクパターンが繰り返し配置された構造とすることができ、当該フォトマスクの作成が容易となる。これにより、光学素子を容易に製造することが可能となる。
【００２０】
［適用例７］上記光学素子であって、隣接する前記単位パターンの方向が互いに異なることを特徴とする光学素子。
【００２１】
このような構成によれば、単位パターンの繰り返し周期に起因する拡散方向の偏りを解消することができる。
【００２２】
［適用例８］上記光学素子であって、前記第１の領域及び前記第２の領域の外周は直線を含んでおり、前記微細ワイヤーは、前記直線に対して一定の角度を有して配置されていることを特徴とする光学素子。
【００２３】
このような構成によれば、第１の領域と第２の領域との境界に設けられた段差部と、微細ワイヤーとが非平行となる。このため、当該段差の近傍に配置された微細ワイヤーが不安定になる不具合を回避することができる。
【００２４】
［適用例９］上記光学素子であって、前記回折機能層は、前記グリッドとは異なる材料からなるとともに、透光性を有することを特徴とする光学素子。
【００２５】
このような構成によれば、入射光のうちグリッドを透過した成分を光学素子の外部に取り出すことができる。すなわち、半透過反射型の光学素子とすることができる。
【００２６】
［適用例１０］上記光学素子であって、前記回折機能層と前記グリッドとの間に、前記回折機能層及び前記グリッドのいずれとも異なる材料からなる密着層が形成されており、前記回折機能層と前記密着層との間の密着強度、及び前記グリッドと前記密着層との間の密着強度は、前記回折機能層と前記グリッドとの間の密着強度より高いことを特徴とする光学素子。
【００２７】
このような構成によれば、回折機能層とグリッドとの間の密着性を、密着層を介することによって向上させることができる。
【００２８】
［適用例１１］入射光の一部を反射するとともに前記入射光の一部を透過させる光学素子であって、前記入射光の少なくとも一部を回折させる回折機能層と、前記回折機能層の一方の面に形成され、複数の微細ワイヤーを含む、偏光分離機能を有するグリッドと、を備え、前記回折機能層の前記一方の面は、前記回折機能層の前記一方の面の反対側の面である他方の面からの高さが異なる複数の領域を有し、前記高さが異なる複数の領域の境界には、段差部が設けられていることを特徴とする光学素子。
【００２９】
［適用例１２］上記の光学素子であって、前記高さの異なる複数の領域の各々は、素子面内で分布を有し、前記高さの異なる複数の領域の各々は、前記回折機能層の前記他方の面からの高さが（２ｍ＋１）λ／４ｎだけ異なることを特徴とする光学素子。ただし、ｍは０以上の整数、λは前記入射光の波長、ｎは前記光学素子の周囲媒体の屈折率である。
【００３０】
［適用例１３］上記の光学素子であって、前記高さの異なる複数の領域の各々は、素子面内で分布を有し、前記高さの異なる複数の領域の各々は、前記回折機能層の前記他方の面からの高さが（ｍ＋１）λ／（Ｎ−１）だけ異なることを特徴とする光学素子。ただし、ｍは０以上の整数、λは前記入射光の波長、Ｎは前記回折機能層の屈折率である。
【００３１】
適用例１１から適用例１３のいずれかに記載の構成によれば、例えば入射光の波長の帯域の中心と両端の波長に合わせた高さを適当な割合で分布させることができ、特定の波長に注目した高さの構成に比べて正反射光をより少なくすることができる。
【００３２】
［適用例１４］液晶装置と、投写レンズと、前記液晶装置から前記投写レンズに至る光路のいずれかの位置に配置された光学素子と、を有し、前記光学素子は、入射光の少なくとも一部を回折させる回折機能層と、前記回折機能層の一方の面に形成され、複数の微細ワイヤーを含む、偏光分離機能を有するグリッドと、を備え、前記回折機能層の前記一方の面は、複数の第１の領域と、前記回折機能層の他方の面からの高さが前記第１の領域とは異なる複数の第２の領域と、を含み、前記第１の領域と前記第２の領域との境界には、段差部が設けられていることを特徴とする投写型表示装置。
【００３３】
このような構成によれば、液晶装置を透過した光は光学素子に入射し、グリッドの微細ワイヤーと垂直な偏光軸を有する成分が光学素子を透過して、投写レンズに入射する。これにより、光学素子の偏光分離機能を用いて、液晶装置による表示を投写レンズを介して投写することができる。
【００３４】
また、光学素子を反射した光は、回折機能層の機能により拡散されるため、液晶装置の一部に反射光が集中して照射されることによる光誤動作等の不具合を抑制することができる。
【００３５】
［適用例１５］上記投写型表示装置であって、前記光学素子の前記第１の領域と前記第２の領域とは、前記回折機能層の前記他方の面からの高さが（２ｍ＋１）λ／４ｎだけ異なることを特徴とする投写型表示装置。ただし、ｍは０以上の整数、λは前記入射光の波長、ｎは前記光学素子の周囲媒体の屈折率である。
【００３６】
このような構成によれば、光学素子の回折機能層による反射光の拡散効果を最大とすることができる。よって、液晶装置の一部に光学素子からの反射光が集中して照射されることによる光誤動作等の不具合を抑制することができる。このとき、透過光の拡散効果は必ずしも最大とならないので、回折機能層を透過した光のうち０次回折光の強度が高まり、透過光の拡散効果を小さくすることができる。したがって液晶装置を透過した光のうち、投写レンズを透過して表示に寄与する光の割合を高めることができる。
【００３７】
［適用例１６］上記投写型表示装置であって、前記液晶装置から前記光学素子に至る光路のいずれかの位置に配置されたプリズムを備えることを特徴とする投写型表示装置。
【００３８】
このような構成によれば、液晶装置を透過した光の進行方向をプリズムによって変えることができる。さらには、異なる液晶装置を透過した、光路の異なる光をプリズムによって統合することができ、当該統合された光を光学素子へ入射させることができる。
【００３９】
［適用例１７］上記投写型表示装置であって、前記光学素子から前記投写レンズに至る光路のいずれかの位置に集光レンズが配置されていることを特徴とする投写型表示装置。
【００４０】
このような構成によれば、光学素子を透過した光をより多く投写レンズに入射させて、光の利用効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】（ａ）は、本実施形態に係る光学素子の斜視図、（ｂ）は、回折機能層の形状を示す斜視図。
【図２】（ａ）は、図１（ａ）の光学素子のＸ−Ｚ平面に沿った断面図、（ｂ）は、（ａ）の一部を拡大した断面図。
【図３】光学素子の機能を説明するための模式図。
【図４】光学素子の透過光特性を示すグラフであり、（ａ）は透過率の波長依存性、（ｂ）はコントラストの波長依存性を示すグラフ。
【図５】光学素子における単位パターンの配置の例を示す図。
【図６】光学素子の製造方法のフローチャート。
【図７】（ａ）から（ｃ）は、光学素子の製造工程における断面図。
【図８】（ａ）から（ｃ）は、光学素子の製造工程における断面図。
【図９】（ａ）、（ｂ）は、反射防止膜上にレジストを積層した場合における、反射防止膜の厚さと、レジストと反射防止膜の界面での反射光強度との関係を示すグラフ。
【図１０】プロジェクタの光学系を示す模式図。
【図１１】光学素子及びワイヤーグリッド偏光素子の透過軸の設定例を示す図。
【図１２】（ａ）、（ｂ）は、光学素子が与える回折光強度分布を示す図。
【図１３】回折機能層の第１の領域及び第２の領域の形状の例を示す図。
【図１４】図１３に示したパターンを有する光学素子による回折光強度分布を示す図。
【図１５】変形例に係る光学素子による回折光強度分布を示す図。
【図１６】３つの液晶装置を備えたプロジェクタの光学系を示す模式図。
【図１７】変形例に係るプロジェクタの光学系を示す模式図。
【図１８】光学素子にＳｉＮ層を積層させた状態を示す断面図。
【図１９】集光レンズを有するプロジェクタの光学系を示す模式図。
【図２０】回折機能層の第１の領域及び第２の領域の最小単位の形状と、グリッドに含まれる微細ワイヤーの延在方向との関係の例を示す図。
【図２１】投写型表示装置としてのプロジェクタの斜視図。
【図２２】ワイヤーグリッド偏光素子を用いた投写型表示装置の構成の例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、図面を参照し、光学素子及び投写型表示装置の実施形態について説明する。なお、以下に示す各図においては、各構成要素を図面上で認識され得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法や比率を実際のものとは適宜に異ならせてある。
【００４３】
（Ａ．光学素子）
図１（ａ）は、本実施形態に係る光学素子１の斜視図であり、図２（ａ）は、図１（ａ）の光学素子１のＸ−Ｚ平面に沿った断面図である。光学素子１は、ガラス等からなる基体６と、基体６上に配置された回折機能層４と、回折機能層４上に配置されたグリッド２とを有している。図１（ａ）は、光学素子１の一部を拡大したものであり、実際にはＸ−Ｙ平面のより広い範囲にわたって同様の構造が連続している。
【００４４】
図１（ｂ）は、回折機能層４の形状を示す斜視図であり、図１（ａ）からグリッド２を取り除いた状態の図である。回折機能層４は、入射光に対して透光性を有するポリマーからなり、一方の面に多数の凹凸が形成されている。当該一方の面は、複数の第１の領域４ａと、複数の第２の領域４ｂとを含んでいる。ここで第２の領域４ｂは、回折機能層４の他方の面４ｃ（すなわち回折機能層４のうち基体６に接する面）からの高さが第１の領域４ａとは異なっている。本実施形態では、第２の領域４ｂが、第１の領域４ａに対して高くなっている。そして、第１の領域４ａと第２の領域４ｂとの境界には、段差部８が設けられている。段差部８の高さｇ（図２（ａ））は、入射光の波長より小さくなるように設定される。また、段差部８は、第１の領域４ａや第２の領域４ｂに対して略垂直となっている。すなわち、回折機能層４の断面は略矩形（矩形波状）となっている。
【００４５】
第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂの配置はランダム（不規則）であり、その形状は、正方形か、又は当該正方形を縦横に不規則に繋ぎ合わせた形状となっている。ここで、第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂの最小寸法（すなわち上記正方形の１辺の長さ）δ（図２（ａ））は、入射光の波長λより長く、可視光に用いる場合には例えば２μｍとすることができる。第１の領域４ａと第２の領域４ｂとは、互いに平行な平面である。
【００４６】
回折機能層４の一方の面上（すなわち第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂの上）には、実際には図１（ａ）のようにグリッド２が形成されている。グリッド２は、互いに平行な多数のアルミニウムの微細ワイヤーから構成される。この微細ワイヤーは、第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂの外周の直線の１つと平行に配置されている。微細ワイヤーの配置ピッチｄ（図２（ａ））は、入射光の波長λより短くなっており、例えば１４０ｎｍとすることができる。なお、図１（ａ）においては、説明の便宜上、微細ワイヤーの本数を実際より少なく描いている。
【００４７】
図２（ｂ）は、図２（ａ）の一部を拡大した断面図である。この図に示すように、グリッド２は、ＳｉＯ2又はＳｉＮ等からなる封止層３によって封止されており、回折機能層４、グリッド２、及び封止層３によって囲まれた空間は真空状態となっている。
【００４８】
回折機能層４とグリッド２との間には、回折機能層４及びグリッド２のいずれとも異なる材料からなる密着層を形成してもよい。このとき、回折機能層４と密着層との間の密着強度、及びグリッド２と密着層との間の密着強度は、回折機能層４とグリッド２との間の密着強度より高いことが好ましい。このような構成とすれば、回折機能層４とグリッド２との間の密着性を、密着層を介することによって向上させることができる。密着層の素材としては、例えば、ＳｉＯ2等の誘電体薄膜を用いることができる。
【００４９】
図３は、光学素子１の機能を説明するための模式図である。このうち図３（ａ）は、回折機能層４の機能を示す図であり、図３（ｂ）は、グリッド２の機能を示す図である。
【００５０】
図３（ｂ）に示すように、グリッド２への入射光８０は、微細ワイヤーと平行な偏光軸を有する成分ｐがグリッド２によって反射され、微細ワイヤーと垂直な偏光軸を有する成分ｓがグリッド２を透過する。すなわち、グリッド２を有する光学素子１は偏光分離機能を備えており、入射光８０を、偏光状態の異なる反射光８０ｒ及び透過光８０ｔに分離することができる。
【００５１】
図３（ａ）に示す光学素子１においては、黒の領域が第１の領域４ａに相当し、白の領域が第２の領域４ｂに相当する。回折機能層４の一方の面には、この第１の領域４ａと第２の領域４ｂとによって形作られる凹凸が複数分布している（図１（ｂ））。回折機能層４は、この凹凸の分布によって入射光８０を回折させて、図３（ａ）に示すように、入射方向とは異なる方向に拡散させることができる。より詳しくは、回折機能層４の作用によれば、グリッド２によって反射された反射光８０ｒと、グリッド２を透過した透過光８０ｔの双方を拡散させることができる。そして、後述するように、反射光８０ｒ及び透過光８０ｔの拡散特性は調整することが可能である。
【００５２】
光学素子１を透過型の装置に適用する場合は、透過光特性が重要となる。図４は、光学素子１の透過光特性を示すグラフであり、（ａ）は透過率の波長依存性、（ｂ）はコントラストの波長依存性を示している。ここで、コントラストは、光学素子１を透過する光のうち、成分ｓ（図３（ｂ））の強度の、成分ｐの強度に対する比で定義される。この図からわかるように、透過率とコントラストとの間にはトレードオフの関係が見られ、例えばコントラストを高めようとすると、透過率が若干低下する。
【００５３】
図３（ａ）に示した反射光８０ｒの拡散効果と透過光８０ｔの拡散効果は、回折機能層４の段差部８の高さｇを変えることで制御することができる。入射光８０が回折機能層４へ略垂直に入射する状況において、反射光８０ｒの拡散効果が最大となる段差部８の高さｇｒは以下の式（１）で与えられる。
ｇｒ＝（２ｍ＋１）λ／４ｎ    式（１）
ただし、ｍは０以上の整数、λは入射光８０の波長、ｎは光学素子１の周囲媒体の屈折率である。他方で、透過光８０ｔの拡散効果が最大となる段差部８の高さｇｔは以下の式（２）で与えられる。
ｇｔ＝（２ｍ＋１）λ／２（Ｎ−１）    式（２）
ただし、Ｎは回折機能層４の屈折率である。
式（１）、式（２）から、反射光８０ｒの拡散効果が最大となる段差部８の高さｇｒと、透過光８０ｔの拡散効果が最大となる段差部８の高さｇｔとは、互いに異なることがわかる。したがって、回折機能層４の段差部８の高さをｇｒに等しくすれば、透過光８０ｔの拡散効果を抑えることが可能となる。
【００５４】
例えば、λ＝６００ｎｍの場合は、ｍ＝０に対して、式（１）よりｇｒ＝１００ｎｍとなり、また式（２）よりｇｔ＝６００ｎｍとなる。ただし、ｎ＝１．５、Ｎ＝１．５とする。ここで、段差部８の高さｇを１００ｎｍ（高さｇｒ）とすれば、回折機能層４による反射光８０ｒの拡散効果を最大とすることができる。このとき、高さｇが、透過光８０ｔの拡散効果を最大とする高さｇｔ（６００ｎｍ）とは異なっているため、透過光８０ｔの拡散効果は大きくならない。したがって、入射光８０を偏光状態の異なる反射光８０ｒ及び透過光８０ｔに分離しつつ、反射光８０ｒを広範囲に拡散させ、かつ透過光８０ｔの拡散を抑えることができる。
【００５５】
ところで、式（２）のｇｔが取り得る値の中間値をｇｔ’とすると、ｇｔ’は、
ｇｔ’＝（ｍ＋１）λ／（Ｎ−１）    式（３）
を満たす。回折機能層４の段差部８の高さｇを上記ｇｔ’とすれば、透過光８０ｔの拡散効果を最小とすることができる。すなわち、段差部８の高さｇを上記ｇｔ’とすることによっても、入射光８０を偏光状態の異なる反射光８０ｒ及び透過光８０ｔに分離しつつ、反射光８０ｒを拡散させ、かつ透過光８０ｔの拡散を抑えることができる。
【００５６】
上記光学素子１を具体的な表示デバイスに適用する場合、回折機能層４の第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂを全範囲で完全にランダムに配置してもよいが、これに代えて次のようにすることもできる。すなわち、複数の第１の領域４ａと複数の第２の領域４ｂとが特定のランダムな分布に配置された単位パターンを作成し、複数の当該単位パターンを繰り返し配置するというものである。ここで、単位パターンの大きさは任意であるが、例えば１辺が４００μｍの正方形とすることができる。このような構成によれば、回折機能層４の製造に用いるフォトマスクも、上記単位パターンに相当するマスクパターンが繰り返し配置された構造とすることができ、当該フォトマスクの作成が容易となる。これにより、光学素子を容易に製造することが可能となる。
【００５７】
さらに、図５に示すように、隣接する単位パターン１ｕの方向が互いに異なるように配置してもよい。図５においては、単位パターン１ｕ内の矢印が単位パターン１ｕの方向を示している。このような配置によれば、回折機能層４の周期性が低く抑えられる結果、単位パターン１ｕの繰り返し周期に起因する拡散方向の偏りを解消することができ、回折による色づきを実用上問題が生じない程度に緩和することができる。
【００５８】
以上に述べたように、グリッド２と回折機能層４とを有する光学素子１は、入射光８０を、グリッド２によって偏光状態の異なる反射光８０ｒ及び透過光８０ｔに分離することができるとともに、当該反射光８０ｒを回折機能層４によって拡散させることができる。特に、段差部８の高さｇをｇｒ＝（２ｍ＋１）λ／４ｎと等しくすること等によって、反射光８０ｒを広範囲に拡散させ、かつ透過光８０ｔの拡散を抑えることができる。すなわち、本実施形態によれば、偏光分離機能と光拡散機能とを併せもち、かつ透過光の拡散のみを抑制することが可能な光学素子１が得られる。また、上記光学素子１は、アルミニウムの微細ワイヤーからなるグリッド２によって偏光分離を行うものであるため、耐光性に優れている。
【００５９】
（Ｂ．光学素子の製造方法）
続いて、図６から図８を用いて、光学素子１の製造方法について説明する。図６は、光学素子１の製造方法のフローチャートであり、図７及び図８は、光学素子１の製造工程における断面図である。以下、図６のフローチャートに沿って説明する。
【００６０】
工程Ｓ１では、基体６上に、回折機能層４を形成する。この工程は、まず、厚さ０．７ｍｍのガラスからなる基体６上に、スピンコート法等を用いて、ポリマーからなる回折機能材料層４Ｌを積層する（図７（ａ））。続いて、フォトマスクを用いて回折機能材料層４Ｌのうち第１の領域４ａに相当する領域を選択的に露光し、その後湿式現像で除去することにより、回折機能材料層４Ｌの一方の面に、第１の領域４ａと第２の領域４ｂの分布を形成する。第１の領域４ａと第２の領域４ｂとの高さの差、すなわち回折機能材料層４Ｌのうちエッチングされる部分の深さは、例えば１００ｎｍとする。また、第１の領域４ａと第２の領域４ｂとが平行となるようにエッチングする。こうして、基体６上に回折機能層４が形成される（図７（ｂ））。
【００６１】
次に、工程Ｓ２では、回折機能層４上に、スパッタ等により厚さ１２０ｎｍの導体膜としてのアルミ膜２Ｌを形成する。
【００６２】
次に、工程Ｓ３では、アルミ膜２Ｌ上に、真空蒸着又はスパッタ等により反射防止膜３２を形成する。反射防止膜３２としては、例えば、ＳｉＣやＳｉＯxＮy：Ｈ（ｘ、ｙは組成比）が適している。もしくは、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を用いてもよい。反射防止効果を有するか否かは、素材の複素屈折率に大きく左右され、例えば、複素屈折率の実部の値が１．４以上、複素屈折率の虚部の値が−０．１以上−１．５以下のものが望ましい。図９は、反射防止膜３２上にレジスト３４（図７（ｃ））を積層した場合における、反射防止膜３２の厚さと、レジスト３４と反射防止膜３２の界面での反射光強度との関係を示すグラフであり、（ａ）は反射防止膜３２としてＳｉＣを用いた場合のもの、また（ｂ）は反射防止膜３２としてＳｉＯxＮy：Ｈを用いた場合のものである。なお、反射防止膜３２の最適な膜厚は、同じ素材であっても製膜条件によって異なる。
【００６３】
次に、工程Ｓ４では、反射防止膜３２上に、スピンコート法等によって、略平坦な平面を有するレジスト３４を形成する（図７（ｃ））。
【００６４】
次に、工程Ｓ５では、レジスト３４に対してレーザー干渉露光を行い、グリッド２の微細ワイヤーの形成位置に相当する領域、すなわちピッチが１４０ｎｍである微細な線状の領域を選択的に露光して、微細ワイヤーの潜像を形成する（図８（ａ））。レーザー干渉露光に用いる光源としては、波長２６６ｎｍの連続発振ＤＵＶ（Deep Ultra Violet）レーザーを用いることができ、入射角θLは、例えば７２度とすることができる。このとき、レジスト３４の下層に反射防止膜３２が形成されていることにより、レーザー光がアルミ膜２Ｌによって反射され露光が不完全となる不具合を防止することができる。ここで、回折機能層４の第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂは平行であるため、これらの領域に等しい角度で同時にレーザー光を入射させることができる。このため、凹凸を有する回折機能層４上であっても、レーザー光を略等しいパワー密度で均一に照射することができ、以降の各工程において高い形状並びに寸法精度でレジスト３４のパターン、及びグリッド２を形成することができる。また、レジスト３４は、回折機能層４の凹凸に起因する若干の膜厚ばらつきが存在するが、当該凹凸の深さ、すなわち段差部８の高さｇは、１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度と極めて小さいため、上記膜厚ばらつきによるパターン形状に関わる不具合はほとんど生じない。このため、平坦な面上にレジストを形成した場合と同様の潜像を形成することができる。
【００６５】
次に、工程Ｓ６では、レーザー干渉露光されたレジスト３４の現像を行う。これにより、ピッチが１４０ｎｍの微細な線状のレジスト３４のパターンが得られる（図８（ｂ））。
【００６６】
次に、工程Ｓ７では、アルミ膜２Ｌをエッチングする。より詳しくは、上記レジスト３４のパターンをマスクにしてドライエッチングを行うことにより、反射防止膜３２及びアルミ膜２Ｌをパターニングする。続く工程Ｓ８では、レジスト３４及び反射防止膜３２を除去する。これにより、回折機能層４上に、１４０ｎｍのピッチで配列された微細ワイヤーからなるグリッド２が形成される（図８（ｃ））。
【００６７】
なお、アルミ膜２Ｌと反射防止膜３２との間にＳｉＯ2（厚さ３０ｎｍ）を形成しておくと、アルミ膜２Ｌに対するエッチング選択比がレジスト３４の場合と比べて向上するため、レジスト３４のパターンを浅くすることができる。これにより、より安定したレジスト３４のパターンを形成することができる。
【００６８】
次に、工程Ｓ９では、グリッド２上に封止層３を形成する。この工程は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、真空蒸着法等により、真空環境下においてグリッド２上にＳｉＯ2又はＳｉＮ等からなる層を形成することによって行う。この結果、回折機能層４、グリッド２、及び封止層３によって囲まれた空間を真空状態で封止することができる（図２（ｂ））。
【００６９】
以上の工程により、回折機能層４及びグリッド２を有する光学素子１を製造することができる。この製造方法によれば、回折機能層４の表面の凹凸が矩形であることにより、回折機能層４の表面にグリッド２をより確実に形成することができる。本実施形態では、導体膜としてはアルミ膜２Ｌを用いたが、その他の金属素材、例えば、銀、ニッケル等を用いることもできる。また、回折機能層４の素材としてポリマーを用いたが、例えば、石英ガラス基板上にフォトリソグラフィー法で形成した回折機能層４の上に、上記製造方法でグリッド２を形成することもできる。ここで、フォトリソグラフィー法としては、例えば回折機能材料層４Ｌ上にレジストを塗布する工程と、フォトマスクを介してレジストを露光した後に現像する工程と、残存したレジストをマスクとして回折機能材料層４Ｌをエッチングする工程と、レジストを除去する工程とによって行うことができる。
【００７０】
（Ｃ．投写型表示装置）
続いて、上記光学素子１を投写型表示装置に適用した例について説明する。図２１は、投写型表示装置としてのプロジェクタ１００の斜視図である。プロジェクタ１００は、筐体１１０、投写レンズ５１を有しており、内蔵された水銀灯等の光源（不図示）から光を射出し、これを内部に備え付けられたライトバルブとしての液晶装置１０（図１０）によって変調した後に投写レンズ５１から前方に投写する装置である。
【００７１】
図１０は、プロジェクタ１００の光学系を示す模式図である。図中の破線は、プロジェクタ１００内において光源から射出された光の光路を示す。当該光路には、ワイヤーグリッド偏光素子５、液晶装置１０、光学素子１、投写レンズ５１がこの順に配置されている。換言すれば、液晶装置１０から投写レンズ５１に至る光路のいずれかの位置に光学素子１が配置されている。投写レンズ５１の先には、スクリーン６１が配置されている。プロジェクタ１００は、液晶装置１０における表示を投写レンズ５１を介してスクリーン６１に拡大投写する。
【００７２】
ワイヤーグリッド偏光素子５は、透光性を有する基体上に導体からなる多数の微細ワイヤーを平行に配置したものである。ワイヤーグリッド偏光素子５は、入射光８０のうち微細ワイヤーと平行な偏光軸を有する成分を反射するとともに、微細ワイヤーと垂直な偏光軸を有する成分を透過する。すなわち、ワイヤーグリッド偏光素子５は、偏光分離機能を有している。ただし、単に平坦な基体上に微細ワイヤーを形成した素子であるため、反射光及び透過光を拡散させる機能は有していない。入射光８０のうちワイヤーグリッド偏光素子５を透過した成分は、ほとんど拡散されることなく液晶装置１０に入射する。
【００７３】
液晶装置１０は、枠状のシール剤を介して貼り合わされた素子基板及び対向基板を有しており、素子基板と対向基板との間に液晶が封入されている。この液晶は、素子基板及び対向基板の対向面に形成された電極を介して駆動電圧を印加されることにより配向状態が変化する。液晶装置１０は、透過光の偏光状態を、液晶の配向状態に応じて変化させることができる。
【００７４】
液晶装置１０を透過した光は、光学素子１に入射する。光学素子１は、上記したように、グリッド２の微細ワイヤーと垂直な偏光軸を有する成分を透過して投写レンズ５１へ入射させ、グリッド２の微細ワイヤーと平行な偏光軸を有する成分を反射させる。反射光８０ｒによる液晶装置１０の不具合を抑えるために、光学素子１は、液晶装置１０からできるだけ離して配置することが好ましい。光学素子１及びワイヤーグリッド偏光素子５の透過軸の設定例を図１１に示す。本実施形態では、光学素子１及びワイヤーグリッド偏光素子５の透過軸は互いに平行となっている。
【００７５】
ここで、光学素子１の回折機能層４は、段差部８の高さｇがｇｒ＝（２ｍ＋１）λ／４ｎと等しくなっている。このため、上記したように、回折機能層４の回折作用により反射光８０ｒの拡散効果が最大となり、また透過光８０ｔの拡散は抑制される。
【００７６】
図１２は、光学素子１が与える回折光強度分布を示す図である。このうち（ａ）は、液晶装置１０の位置での光学素子１からの反射光８０ｒの強度分布を示しており、（ｂ）は、光学素子１を挟んで液晶装置１０と対称な位置における透過光８０ｔの強度分布を示している。図１２（ａ）、図１２（ｂ）の左図は、Ｘ−Ｙ平面における回折光強度分布を示し、色の濃い部分ほど光強度が高いことを表している。図１２（ａ）、図１２（ｂ）の右図は、Ｙ軸の位置における回折光強度分布を示している。
【００７７】
図１２（ａ）の左図中の領域８５ｒは、反射光８０ｒが照射される領域である。領域８５ｒは、液晶装置１０の配置領域の全体を包含する大きさの略円形の領域となっており、反射光８０ｒは、領域８５ｒの全体に拡散される。このように、光学素子１からの反射光８０ｒは、液晶装置１０の全体を含む領域８５ｒに拡散されるので、液晶装置１０の一部に反射光８０ｒが集中することによる誤動作等の不具合が生じにくい。
【００７８】
また、図１２（ｂ）の左図中の領域８５ｔは、透過光８０ｔが照射される領域である。ただし、図１２（ｂ）の右図に示すように、領域８５ｔにおける光強度は、領域８５ｒにおける光強度に比べて極めて小さくなっている。一方で、図１２（ｂ）の左図中の原点付近の領域８７ｔにおいては、透過光８０ｔの強度が大きくなっている。このように、光学素子１からの透過光８０ｔは、Ｘ−Ｙ座標の原点付近（すなわち光路の近傍）に集中し、それ以外の方向にはほとんど拡散しない。これは、回折機能層４の段差部８の高さｇが、反射光８０ｒの拡散効果を最大とさせるような高さｇｒ＝（２ｍ＋１）λ／４ｎとなっているため、透過光８０ｔの拡散効果が大きくならないことに起因する。これにより、光学素子１からの透過光８０ｔの大部分を、投写レンズ５１の入射瞳Ｄ（図１０）に入射させることができ、光の利用効率を高めることができる。
【００７９】
以下、光学素子１による回折光の分布の広がりの具体例について説明する。回折光の分布の広がりをＳとすると、当該分布の広がりＳは、光学素子１に含まれる回折機能層４の第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂの最小寸法δ（図２）と、回折機能層４からの距離Ｌとによって決まり、両者の間にはＳ＝２λＬ／δの関係がある。したがって、回折機能層４から液晶装置１０までの距離をＬ１、回折機能層４から投写レンズ５１の入射瞳Ｄまでの距離をＬ２とすると、液晶装置１０の位置における反射光８０ｒの広がりＳｒは、Ｓｒ＝２λＬ１／δで与えられ、また、投写レンズ５１の入射瞳Ｄにおける透過光８０ｔの広がりＳｔはＳｔ＝２λＬ２／δで与えられる。例えば、λ＝６００ｎｍ、δ＝２．０μｍ、Ｌ１＝４０ｍｍ、Ｌ２＝５０ｍｍとすると、Ｓｒ＝２４ｍｍ、Ｓｔ＝３０ｍｍとなる。一例として、対角０．９インチ（約２３ｍｍ）の液晶装置１０を考えればわかるように、反射光８０ｒを、液晶装置１０の全体を含むような領域８５ｒ（図１２（ａ））に拡散させることが可能であり、液晶装置１０上での光強度を、液晶装置１０が安定動作できる程度に充分に弱くすることができる。他方で、透過光８０ｔはＳｔ＝３０ｍｍの範囲で拡散するとしても、図１２（ｂ）に示すように、その拡散効果は充分に抑えられ、透過光８０ｔは光路の近傍に集中する。このため、略全ての光を投写レンズ５１の入射瞳Ｄへ入射させることができる。
【００８０】
以上のように、光学素子１を適用したプロジェクタ１００によれば、回折機能層４の作用により、反射光８０ｒは広く拡散された後に液晶装置１０へ到達するため、液晶装置１０の安定動作を妨げることがない。また、透過光８０ｔは、充分に拡散が抑制されているため、スクリーン６１へ到達する光量をほとんど犠牲にすることがない。このため、明るく長寿命なプロジェクタ１００を実現することができる。
【００８１】
（変形例１）
上述のように、光学素子１によれば、回折機能層４の作用により、反射光８０ｒに適当な強度分布と広がりをもたせることができる。ここで、回折機能層４の凹凸の並べ方（すなわち第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂの配置）あるいはその平面形状を工夫することにより、液晶装置１０の形状や大きさに応じて、反射光８０ｒの空間強度分布を制御することができる。すなわち、特定の場所に反射光８０ｒを集光させることができる。
【００８２】
例えば、回折機能層４の第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂは、図１又は図３に示すような形状に限られず、図１３に示すような形状としてもよい。この図においては、黒の領域が第１の領域４ａに相当し、白の領域が第２の領域４ｂに相当する。
【００８３】
図１４は、図１３に示したパターンを有する光学素子１による回折光強度分布を示す図である。図１４（ａ）、図１４（ｂ）は、上述した図１２（ａ）、図１２（ｂ）と同様に、それぞれ反射光８０ｒ、透過光８０ｔの強度分布を示している。本変形例においては、図１４（ａ）に示すように、反射光８０ｒが照射される領域８５ｒは、液晶装置１０を囲む枠状の領域となる。このように、本変形例における反射光８０ｒは、液晶装置１０の配置領域を含まない領域に指向的に拡散し、液晶装置１０にはほとんど入射しない。
【００８４】
一方、図１４（ｂ）に示すように、透過光８０ｔは、上記領域８５ｒと同様の枠状の領域８５ｔ、及び原点付近の領域８７ｔに入射する。ここで、図１４（ｂ）の右図に示すように、透過光８０ｔのほとんどは領域８７ｔに入射し、枠状の領域８５ｔには、残る僅かの光が入射するに過ぎない。このように、光学素子１からの透過光８０ｔは、Ｘ−Ｙ座標の原点付近（すなわち光路の近傍）に集中し、それ以外の方向にはほとんど拡散しない。これは、回折機能層４の段差部８の高さｇが、反射光８０ｒの拡散効果を最大とさせるような高さｇｒ＝（２ｍ＋１）λ／４ｎとなっているため、透過光８０ｔの拡散効果が大きくならないことに起因する。なお、図１４（ａ）、図１４（ｂ）は、入射光が単色光の場合であり、入射光が一定の波長域を有している場合には、領域８５ｒ，８５ｔ，８７ｔの境界がぼけ、各領域の幅が広くなる。
【００８５】
以上のように、図１３に示したパターンの回折機能層４を有する光学素子１によれば、光学素子１による反射光８０ｒのほとんどを、液晶装置１０の配置領域外に拡散させることができる。このため、高輝度の光を用いるプロジェクタ１００においても、反射光８０ｒによる液晶装置１０の光誤動作や劣化を抑制することができる。
【００８６】
同様に、回折機能層４の第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂの配置パターンを調整することで、図１５（ａ）、図１５（ｂ）に示すような回折強度分布とすることも可能である。図１５（ａ）、図１５（ｂ）は、それぞれ反射光８０ｒ、透過光８０ｔの強度分布を示している。この例では、反射光８０ｒが拡散される領域８５ｒは、液晶装置１０の上下に分布している（図１５（ａ））。また、透過光８０ｔは、ほとんどが光軸付近の領域８７ｔに集中し、残る僅かの光が、領域８５ｒと同様の形状を有する領域８５ｔに拡散される。この場合においても、光学素子１による反射光８０ｒのほとんどを、液晶装置１０の配置領域外に拡散させることができる。このため、反射光８０ｒによる液晶装置１０の光誤動作や劣化を抑制することができる。
【００８７】
（変形例２）
プロジェクタ１００は、複数の液晶装置１０を用いる構成であってもよい。図１６は、３つの液晶装置１０を備えたプロジェクタ１００の光学系を示す模式図である。当該光学系は、４つの面を有するプリズム５３と、プリズム５３の１つの面に対向して配置された光学素子１と、プリズム５３の他の３つの面にそれぞれ対向して配置された液晶装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂとを有している。プリズム５３は、液晶装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂから入射した光を屈折させ、いずれも光学素子１に入射させることができる。したがって、プリズム５３は、各液晶装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂから光学素子１に至る光路に配置されているとも言える。液晶装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは、それぞれ赤色光、緑色光、青色光を強度変調する。これらの強度変調された光をプリズム５３によって合成することで、表示光が得られる。液晶装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの、プリズム５３とは反対側の位置には、ワイヤーグリッド偏光素子５が配置されている。上記光学系は、光学素子１から射出された光が入射する投写レンズ５１と、ミラー９１ａ，９１ｂ，９１ｃと、ダイクロイックミラー９２ａ，９２ｂとをさらに備えている。投写レンズ５１は、プリズム５３から光学素子１に至る光路の延長線上に配置されている。
【００８８】
図示しない光源から射出された光は、ダイクロイックミラー９２ａに入射し、青色光のみが透過する。当該青色光は、ミラー９１ａによって反射された後にワイヤーグリッド偏光素子５、液晶装置１０Ｂを順に透過する。ダイクロイックミラー９２ａによって反射された残りの光は、ダイクロイックミラー９２ｂに入射し、緑色光が反射され、赤色光は透過する。上記緑色光は、ワイヤーグリッド偏光素子５、液晶装置１０Ｇを順に透過する。また、上記赤色光は、ミラー９１ｂ，９１ｃによって反射された後に、ワイヤーグリッド偏光素子５、液晶装置１０Ｒを順に透過する。液晶装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを透過した赤色光、緑色光、青色光は、プリズム５３に入射し、進行方向を変えられていずれも光学素子１へ向けて射出される。
【００８９】
光学素子１は、上記したように、入射光のうちグリッド２の微細ワイヤーと垂直な偏光軸を有する成分を透過して投写レンズ５１へ入射させ、グリッド２の微細ワイヤーと平行な偏光軸を有する成分を反射させる。このとき、回折機能層４の作用により、反射光は広く拡散された状態でプリズム５３、ひいては液晶装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂへ到達するため、液晶装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの安定動作を妨げることがない。また、透過光は、充分に拡散が抑制されているため、スクリーン６１へ到達する光量をほとんど犠牲にすることがない。このため、明るく長寿命なプロジェクタ１００を実現することができる。
【００９０】
また、プロジェクタ１００は、図１７のような構成とすることもできる。当該光学系においては、平行に配置されたダイクロイックミラー９２ａ，９２ｂ、ミラー９１ｂの列と、平行に配置されたミラー９１ａ、ダイクロイックミラー９２ｃ，９２ｄの列とが対向して配置されている。また、ミラー９１ａとダイクロイックミラー９２ｃとの間にはワイヤーグリッド偏光素子５と液晶装置１０Ｒとが配置され、ダイクロイックミラー９２ｂとダイクロイックミラー９２ｃとの間にはワイヤーグリッド偏光素子５と液晶装置１０Ｇとが配置され、ダイクロイックミラー９２ｂとミラー９１ｂとの間にはワイヤーグリッド偏光素子５と液晶装置１０Ｂとが配置されている。ミラー９１ａ，９１ｂ及びダイクロイックミラー９２ａ，９２ｂ，９２ｃ，９２ｄは、液晶装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂに対して４５度の角度をなして配置されている。ダイクロイックミラー９２ｃ，９２ｄの延長線上には、光学素子１、投写レンズ５１がこの順に配置され、投写レンズ５１の先にはスクリーン６１が置かれている。
【００９１】
図示しない光源から射出された光は、ダイクロイックミラー９２ａに入射し、赤色光のみが反射する。当該赤色光は、ミラー９１ａによって反射された後にワイヤーグリッド偏光素子５、液晶装置１０Ｒ、ダイクロイックミラー９２ｃ，９２ｄを順に透過し、光学素子１に入射する。ダイクロイックミラー９２ａを透過した残りの光は、ダイクロイックミラー９２ｂに入射し、緑色光が反射され、青色光は透過する。ダイクロイックミラー９２ｂに反射された緑色光は、ワイヤーグリッド偏光素子５、液晶装置１０Ｇを順に透過した後、ダイクロイックミラー９２ｃによって反射され、さらにダイクロイックミラー９２ｄを透過して光学素子１に入射する。また、ダイクロイックミラー９２ｂを透過した青色光は、ワイヤーグリッド偏光素子５、液晶装置１０Ｂを順に透過した後、ミラー９１ｂによって反射され、ダイクロイックミラー９２ｄによってさらに反射された後に光学素子１に入射する。したがって、液晶装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを透過して強度変調された赤色光、緑色光、青色光は、いずれも最終的に光学素子１に入射する。
【００９２】
上記したように、光学素子１による反射光は、回折機能層４の作用により、広く拡散される。このため、当該反射光によって液晶装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの安定動作が妨げられる不具合が生じにくい。また、光学素子１を透過した光は、充分に拡散が抑制されているため、スクリーン６１へ到達する光量をほとんど犠牲にすることがない。このため、明るく長寿命なプロジェクタ１００を実現することができる。
【００９３】
（変形例３）
光学素子１のグリッド２側には、屈折率が１より大きい物質を積層させてもよい。図１８は、光学素子１にＳｉＮ層７を積層させた状態を示す断面図である。なお、図１８においては、封止層３（図２（ｂ））の記載を省略している。
【００９４】
光学素子１の拡散効果を制御する場合には、最適な回折機能層４の段差部８の高さｇは、上記式（１）からわかるように、周囲媒体の屈折率ｎに依存する。図１８に示すように、例えば周囲媒体としてＳｉＮ（ｎ≒１．５）を用いると、周囲媒体が空気（ｎ≒１．０）である場合と比較して段差部８の高さｇを小さくすることが可能となる。段差部８の高さｇが小さいほど、グリッド２の製造工程（フォトリソグラフィー法を含む工程）が容易となるため、グリッド２をより容易に製造することが可能となる。
【００９５】
（変形例４）
プロジェクタ１００の光学系において、光学素子１から投写レンズ５１に至る光路のいずれかの位置には、図１９に示すように、集光レンズとしてのフィールドレンズ５２を配置してもよい。このようにフィールドレンズ５２を配置することにより、光学素子１からの透過光８０ｔをより多く投写レンズ５１の入射瞳Ｄへ集めることが可能となる。これにより、光の利用効率を高めることができる。
【００９６】
（変形例５）
上記実施形態では、回折機能層４の第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂの形状は正方形又は正方形を繋げた形状であるとし、グリッド２に含まれる微細ワイヤーは、上記正方形の辺の１つに平行となっているが、これ以外にも種々の構成とすることができる。図２０は、回折機能層４の第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂの最小単位の形状（以下「単位形状」と呼ぶ）と、グリッド２に含まれる微細ワイヤーの延在方向との関係の例を示す図である。
【００９７】
図２０（ａ）の構成では、単位形状は正方形であり、当該正方形の辺とグリッド２の微細ワイヤーの延在方向とのなす角が４５度となっている。このような構成によれば、単位形状の直線状の境界と、微細ワイヤーとが非平行となる。したがって、回折機能層４の段差部８に沿って微細ワイヤーが形成されることがない。このため、段差部８の近傍に配置された微細ワイヤーが不安定になる不具合を回避することができる。
【００９８】
図２０（ｂ）、図２０（ｃ）では、単位形状がそれぞれ円形、楕円形となっている。このような構成においては、グリッド２の微細ワイヤーは、単位形状の境界に対して一定の角度を有して配置されるので、図２０（ａ）と同様、微細ワイヤーを安定して形成することができる。
【００９９】
また、単位形状を円形にすれば、等方的な反射光強度分布を実現できる。他方で、単位形状に異方性を持たせ、例えば、長方形あるいは楕円形とすれば、反射光強度分布の形状に異方性を持たせることも可能である。その場合、単位形状の幅が狭い方向では分布の広がりが大きく、単位形状の幅が広い方向では分布の広がりが狭くなる。
【０１００】
（変形例６）
上記実施形態におけるプロジェクタ１００の光学系は、液晶装置１０の入射側にワイヤーグリッド偏光素子５が、また射出側に光学素子１が、それぞれ配置されているが、これに代えて、液晶装置１０の入射側、射出側のいずれにも光学素子１を配置する構成としてもよい。
【０１０１】
（変形例７）
光学素子１は、入射光の波長に応じて回折機能層４の凹凸の深さを適宜変更してもよい。回折機能層４の凹凸の深さ、すなわち段差部８の高さｇは、上記式（２）より（２ｍ＋１）λ／４ｎと等しくなることが好ましい。この式において例えばｍ＝０とし、波長λを赤、緑、青の光の中心波長、例えば６５０ｎｍ、５５０ｎｍ、４５０ｎｍとすることにより、好ましい高さｇの値は、赤色光に対してはｇ（Ｒ）＝１７９ｎｍ、緑色光に対してはｇ（Ｇ）＝１５２ｎｍ、青色光に対してはｇ（Ｂ）＝１２４ｎｍと求まる。したがって、液晶装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂに対向して配置される光学素子１において、回折機能層４の段差部８の高さｇをそれぞれ上記のように設定することにより、各光学素子１は、入射する光の波長に適した回折機能層４を有することとなり、より効率良く光を拡散させることができる。
【０１０２】
（変形例８）
プロジェクタ１００の光源としては、レーザーを用いてもよい。レーザー光は、波長スペクトルの半値幅が極めて狭いため、回折機能層４による光の制御をより好適に行うことができる。
【０１０３】
（変形例９）
上記実施形態では、光学素子１をプロジェクタ１００に適用した例が示されているが、プロジェクタ１００は、光学素子１の数ある適用例の１つである。この他にも、例えば、偏光分離層を必要とする携帯用液晶ディスプレイへも適用できる。
【符号の説明】
【０１０４】
１…光学素子、１ｕ…単位パターン、２…グリッド、２Ｌ…アルミ膜、３…封止層、４…回折機能層、４Ｌ…回折機能材料層、４ａ…第１の領域、４ｂ…第２の領域、５…ワイヤーグリッド偏光素子、６…基体、８…段差部、１０，１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ…液晶装置、３２…反射防止膜、３４…レジスト、５１…投写レンズ、５２…集光レンズとしてのフィールドレンズ、５３…プリズム、６１…スクリーン、９１ａ，９１ｂ，９１ｃ…ミラー、９２ａ，９２ｂ，９２ｃ，９２ｄ…ダイクロイックミラー、１００…投写型表示装置としてのプロジェクタ。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年3月6日(2013.3.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光の一部を反射するとともに前記入射光の一部を透過させる光学素子であって、
前記入射光の少なくとも一部を回折させる回折機能層と、
前記回折機能層の一方の面に形成され、複数の微細ワイヤーを含む、偏光分離機能を有するグリッドと、を備え、
前記回折機能層の前記一方の面は複数の領域が特定の不規則な分布に配置された単位パターンを、複数有し、
前記複数の領域は、互いに隣り合う第１の領域と第２の領域とを含み、
前記第１の領域の所定の面からの高さは、前記第２の領域の前記所定の面からの高さと異なり、
前記第１の領域と前記第２の領域との境界には、段差部が設けられていることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
隣接する前記単位パターンの方向が互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記第１の領域と前記第２の領域とは、前記所定の面からの高さが（２ｍ＋１）λ／４ｎだけ異なることを特徴とする請求項１または２記載の光学素子。
ただし、ｍは０以上の整数、λは前記入射光の波長、ｎは前記光学素子の周囲媒体の屈折率である。
【請求項４】
前記第１の領域と前記第２の領域とは、前記所定の面からの高さが（ｍ＋１）λ／（Ｎ−１）だけ異なることを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子。
ただし、ｍは０以上の整数、λは前記入射光の波長、Ｎは前記回折機能層の屈折率である。
【請求項５】
前記第１の領域と前記第２の領域とは、互いに平行な平面であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項６】
前記第１の領域及び前記第２の領域の外周は直線を含んでおり、
前記微細ワイヤーは、前記直線に対して一定の角度を有して配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項７】
前記回折機能層は、前記グリッドとは異なる材料からなるとともに、透光性を有することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項８】
前記回折機能層と前記グリッドとの間に、前記回折機能層及び前記グリッドのいずれとも異なる材料からなる密着層が形成されており、
前記回折機能層と前記密着層との間の密着強度、及び前記グリッドと前記密着層との間の密着強度は、前記回折機能層と前記グリッドとの間の密着強度より高いことを特徴とする請求項７に記載の光学素子。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか一項に記載の光学素子と、
光源と、
液晶装置と、
投写レンズと、
を備えたことを特徴とする投写型表示装置。
【請求項１０】
前記光学素子は、前記液晶装置と前記投写レンズとの間の光路中に設けられ、
前記光学素子が備える前記回折機能層は、前記液晶装置からの入射光の一部を前記液晶装置の配置領域外に拡散反射するように構成されていることを特徴とする請求項９に記載の投写型表示装置。
【請求項１１】
前記入射光の一部が、前記光学素子によって前記液晶装置の配置領域を含まない領域に指向的に拡散反射されるように、前記回折機能層が構成されていることを特徴とする投写型表示装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
［適用例１１］入射光の一部を反射するとともに前記入射光の一部を透過させる光学素子であって、前記入射光の少なくとも一部を回折させる回折機能層と、前記回折機能層の一方の面に形成され、複数の微細ワイヤーを含む、偏光分離機能を有するグリッドと、を備え、前記回折機能層の前記一方の面は複数の領域が特定の不規則な分布に配置された単位パターンを、複数有し、前記複数の領域は、互いに隣り合う第１の領域と第２の領域とを含み、前記第１の領域の所定の面からの高さは、前記第２の領域の前記所定の面からの高さと異なり、前記第１の領域と前記第２の領域との境界には、段差部が設けられていることを特徴とする光学素子。