(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光入射面および前記光入射面に略平行な光射出面に略４５°の角度を成す複数の斜面で順次貼り合わされた複数の透光性基板と、入射する偏光光に位相差を付与する位相差板とを備え、前記複数の斜面に沿って、入射光を二種類の偏光光に分離する偏光分離膜と、空気層とが交互に設けられた偏光変換素子であって、
前記空気層を形成するスペーサが斜面の長手方向の両端部に形成され、前記光入射面と前記光射出面のそれぞれでは、複数の透光性基板で挟まれた空気層が露出していることを特徴とする偏光変換素子。
【請求項２】
光入射面および前記光入射面に略平行な光射出面に略４５°の角度を成す複数の斜面で順次貼り合わされた複数の透光性基板と、入射する偏光光に位相差を付与する位相差板とを備え、前記複数の斜面に沿って、入射光を二種類の偏光光に分離する偏光分離膜と、空気層とが交互に設けられた偏光変換素子であって、
前記空気層を形成するスペーサが、前記光入射面と前記光射出面とに沿ってそれぞれ形成されていることを特徴とする偏光変換素子。
【請求項３】
光入射面および前記光入射面に略平行な光射出面に略４５°の角度を成す複数の斜面で順次貼り合わされた複数の透光性基板と、入射する偏光光に位相差を付与する位相差板とを備え、前記複数の斜面に沿って、入射光を二種類の偏光光に分離する偏光分離膜と、空気層とが交互に設けられた偏光変換素子であって、
前記空気層を形成するスペーサが、前記斜面の周縁部全域に沿って形成されていることを特徴とする偏光変換素子。
【請求項４】
光入射面および前記光入射面に略平行な光射出面に略４５°の角度を成す複数の斜面で順次貼り合わされた複数の透光性基板と、入射する偏光光に位相差を付与する位相差板と、を備え、複数の前記斜面に沿って、入射光を二種類の偏光光に分離する偏光分離膜と、空気層とが交互に設けられた偏光変換素子の製造方法であって、
前記斜面に凸部を形成して前記空気層を得ることを特徴とする偏光変換素子の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の偏光変換素子の製造方法であって、
前記凸部を、前記斜面を互いに貼り合わす接着剤層で形成することを特徴とする偏光変換素子の製造方法。
【請求項６】
光入射面および前記光入射面に略平行な光射出面に略４５°の角度を成す複数の斜面で順次貼り合わされた複数の透光性基板と、入射する偏光光に位相差を付与する位相差板とを備え、前記複数の斜面に沿って、入射光を二種類の偏光光に分離する偏光分離膜と、空気層と、が交互に設けられた偏光変換素子の製造方法であって、
前記斜面に凹部を形成して前記空気層を得ることを特徴とする偏光変換素子の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の偏光変換素子の製造方法であって、
前記凹部を、エッチング法を用いて形成することを特徴とする偏光変換素子の製造方法。
【請求項８】
請求項６に記載の偏光変換素子の製造方法であって、
前記凹部を、マイクロブラスト法を用いて形成することを特徴とする偏光変換素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランダムな偏光方向を有する光を、一方向の偏光方向を有する光に変換する偏光変換素子および偏光変換素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ランダムな偏光方向を有する光を、一方向の偏光方向を有する光に変換する光学素子として偏光変換素子が知られている。
図２２は、従来の一般的な偏光変換素子を説明するための模式図であり、（ａ）は偏光変換素子の斜視図、（ｂ）は（ａ）を＋ｚ軸方向から見た偏光変換素子の平面図である。
図２２（ａ）および図２２（ｂ）において、偏光変換素子５０は、入射した光を二種類の偏光光に分離するための偏光分離素子５１と、偏光分離素子５１の光射出面側に選択的に配置され、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１／２λ位相差板５２とを備えている。なお、偏光変換素子５０に入射する光は、その主光線（中心軸）が、システム光軸ＡＬに略平行に入射する。
【０００３】
偏光分離素子５１は、システム光軸ＡＬに略直交する光入射面と、光入射面に略平行な光射出面と、光入射面および光射出面と所定の角度を成す複数の斜面で順次貼り合わされた複数の透光性基材としてのガラス材５１ａと、複数の斜面に交互に設けられた複数の偏光分離膜５１ｂ（図中に実線で示す）および反射膜５１ｃ（図中に破線で示す）とを備えている。
複数の斜面の光入射面（光射出面）との所定の角度は、一般的に４５°であり、ガラス材５１ａは、ｘ−ｙ軸方向において略平行四辺形の断面形状を有しｚ軸方向に延伸する柱状を成している。
【０００４】
偏光分離膜５１ｂは誘電体多層膜で形成され、入射した光線束（ｓ偏光光＋ｐ偏光光）を、ｓ偏光の部分光線束（ｓ偏光光）とｐ偏光の部分光線束（ｐ偏光光）とに分離して、ｓ偏光光を反射し、ｐ偏光光を透過する機能を有する。一方、反射膜５１ｃは誘電体多層膜または金属膜で形成され、反射膜５１ｃに入射したｓ偏光光を反射する機能を有する。
１／２λ位相差板５２は、偏光分離膜５１ｂを透過したｐ偏光光が通過するガラス材５１ａの光射出面に、格子状に配列して設けられている。この１／２λ位相差板５２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いる。
【０００５】
なお、偏光変換素子５０は、一般的に偏光変換素子５０に入射する光が偏光分離膜５１ｂのみに入射し、反射膜５１ｃには入射しないように配列された遮光板６０（図２２（ｂ）中に二点鎖線で示す）が、光入射面側に配設されて用いられる。遮光板６０としては、アルミニウム板などの遮光性を有する金属板に開口部６０ａと遮光部６０ｂとを形成したものが例示される。
【０００６】
このように構成された偏光変換素子５０は、図２２（ｂ）に示すように、遮光板６０の開口部６０ａより偏光分離素子５１のガラス材５１ａに入射した光（ｓ偏光光＋ｐ偏光光）が、偏光分離膜５１ｂにおいてｓ偏光光とｐ偏光光の２つの部分光線束に分離される。そして、偏光分離膜５１ｂで分離された一方のｓ偏光光が、反射膜５１ｃにおいて反射されるとともに、分離された他方のｐ偏光光が偏光分離膜５１ｂを透過して１／２λ位相差板５２においてｓ偏光光に変換される。すなわち、偏光変換素子５０において一種類の偏光光に変換されたｓ偏光光が、偏光変換素子５０からシステム光軸ＡＬと略平行方向に射出される。
【０００７】
こうした偏光変換素子の製造方法としては、透光性基材同士の位置関係を精度よく設定した偏光変換素子を得るために、ほぼ平行な第１および第２の表面を有する第１の透光性板材の第１の表面上に偏光分離膜を形成する工程と、第２の表面上に反射膜を形成する工程と、偏光分離膜および反射膜が形成された複数の第１の透光性板材と、２つのほぼ平行な表面を有する複数の第２の透光性板材とをそれぞれ交互に貼り合わせる工程と、交互に貼り合わされた透光性板材を、第１および第２の表面に対して所定の角度で切断してほぼ平行な光入射面と光射出面とを有する光学ブロックを生成する工程と、を備えた製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
また、上記の一般的な偏光変換素子に対して、光が入射する入射面と、入射面に対し略４５゜の角度をなして配置された偏光分離面と、入射面と対向した位置に入射面と略平行に配置され、偏光分離面からの透過光の出射部となる透過出射面と、偏光分離面と略平行に配置され、偏光分離面で反射された成分をさらに反射する反射面と、入射面と略平行に配置され、反射成分を出射する反射出射面とを備え、入射面と偏光分離面と反射面と反射出射面とで囲まれた領域が透明媒体からなり、反射面の透明媒体と反対側の領域は空気からなる偏光変換素子が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−９０５２０号公報
【特許文献２】特開２００４−１７０５５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記特許文献２に示される偏光変換素子は、入射面と偏光分離面と反射面と反射出射面とで囲まれた、断面が平行四辺形状の透明媒体と、偏光分離面と透過出射面と入射面に直交する面で囲まれた、断面が直角三角形状の透明媒体とが、偏光分離面を介して接着されている。そして、このように構成された複数の偏光変換素子は、入射面がレンズアレイの集光部となるようにレンズアレイの一方の面上に並列して配置される。またはレンズアレイの一方の面上に並列した状態で接着固定などして用いられる。
【００１１】
したがって、個々の偏光変換素子は、反射面に高価な反射膜を設けることなく、反射面に入射する入射光を全反射することで、反射面による反射損失を低減することは可能ではあるが、断面が平行四辺形状の透明媒体の反対側の領域が空気により構成されるので、並列して配置した際に、空気領域が直角三角形断面形状の空洞であることから、複数の偏光変換素子の入射面をレンズアレイの一方の面上に所定間隔に精度良く並列して配置するためには、製造工程が煩雑化するとともに、多大な工数を必要とするなどの課題を有している。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【００１３】
［適用例１］
本適用例に係る偏光変換素子は、  光入射面および前記光入射面に略平行な光射出面に略４５°の角度を成す複数の斜面で順次貼り合わされた複数の透光性基板と、入射する偏光光に位相差を付与する位相差板とを備え、前記複数の斜面に沿って、入射光を二種類の偏光光に分離する偏光分離膜と、空気層とが交互に設けられた偏光変換素子であって、
前記空気層を形成するスペーサが斜面の長手方向の両端部に形成され、前記光入射面と前記光射出面のそれぞれでは、複数の透光性基板で挟まれた空気層が露出していることを特徴とする。
【００１４】
これによれば、光入射面および光入射面に略平行な光射出面に略４５°の角度を成す複数の斜面で順次貼り合わされた複数の透光性基板が、複数の斜面に沿って、入射光を二種類の偏光光に分離する偏光分離膜と空気層とが交互に設けられることにより、偏光分離膜において分離されて空気層が設けられた透光性基板の斜面に入射する一方の偏光光が全反射される。そして偏光分離膜を透過した他方の偏光光とともに光射出面側に向かい、二種類の偏光光のうちのいずれか一方の偏光光が位相差板を通過することで、一種類の偏光方向に揃った偏光光が偏光変換素子の光射出面から射出される。したがって、透光性基板の斜面に空気層が設けられることによって、従来の誘電体多層膜からなる反射膜を設けることが不要となり、製造コストを低減するとともに製造リードタイムを短縮することが可能な偏光変換素子が得られる。また、入射光の一部の光を吸収する誘電体多層膜に対し、前記空気層は１００％反射（全反射）が得られる。よって優れた反射性能（偏光変換性能）
を備えた偏光変換素子が得られる。また、空気層を形成するスペーサが斜面の長手方向の両端部に形成され、光入射面と光射出面のそれぞれでは、複数の透光性基板で挟まれた空気層が露出していることによって、斜面の領域全体を広く光機能面として利用することができる。したがって、光の利用効率の高い反射性能（偏光変換性能）が得られる。
【００１５】
［適用例２］
本適用例に係る偏光変換素子は、光入射面および前記光入射面に略平行な光射出面に略４５°の角度を成す複数の斜面で順次貼り合わされた複数の透光性基板と、入射する偏光光に位相差を付与する位相差板とを備え、前記複数の斜面に沿って、入射光を二種類の偏光光に分離する偏光分離膜と、空気層とが交互に設けられた偏光変換素子であって、  前記空気層を形成するスペーサが、前記光入射面と前記光射出面とに沿ってそれぞれ形成されていることを特徴とする。
これによれば、空気層を形成するスペーサが光入射面と光射出面とに沿ってそれぞれ形成されることによって、斜面全体において、均一且つ安定した間隔の空気層が得られる。よって、互いに隣り合う透光性基板の複数の斜面毎の空気層が高い平行度で形成でき、光軸が安定した反射性能（偏光変換性能）を備えた偏光変換素子が得られる。
【００１６】
［適用例３］
本適用例に係る偏光変換素子は、光入射面および前記光入射面に略平行な光射出面に略４５°の角度を成す複数の斜面で順次貼り合わされた複数の透光性基板と、入射する偏光光に位相差を付与する位相差板とを備え、前記複数の斜面に沿って、入射光を二種類の偏光光に分離する偏光分離膜と、空気層とが交互に設けられた偏光変換素子であって、前記空気層を形成するスペーサが、前記斜面の周縁部全域に沿って形成されていることを特徴とする。
これによれば、空気層が密封して形成されることにより、使用環境下における湿気（水分）や微粉が、空気層に侵入したり、付着したりすることがなく、長期間に亘り高い反射性能（偏光変換性能）を維持することができる。
【００１７】
［適用例４］
本適用例に係る偏光変換素子の製造方法は、光入射面および前記光入射面に略平行な光射出面に略４５°の角度を成す複数の斜面で順次貼り合わされた複数の透光性基板と、入射する偏光光に位相差を付与する位相差板と、を備え、複数の前記斜面に沿って、入射光を二種類の偏光光に分離する偏光分離膜と、空気層とが交互に設けられた偏光変換素子の製造方法であって、前記斜面に凸部を形成して前記空気層を得ることを特徴とする。
この製造方法によれば、光入射面および光入射面に略平行な光射出面に略４５°の角度を成す斜面に、凸部を形成することによって、偏光分離膜において分離されて斜面に入射する偏光光を全反射する空気層を容易に形成することができる。
【００１８】
［適用例５］
上記適用例に係る偏光変換素子の製造方法は、前記凸部を、前記斜面を互いに貼り合わす接着剤層で形成するのが好ましい。
この製造方法によれば、空気層を形成する段差形成手段としての凸部が、斜面に互いに隣り合う透光性基板同士を貼り合わす接着剤層で形成されることにより、製造工程が煩雑化して工数が増加することがなく、入射する偏光光を全反射する空気層が形成された偏光変換素子を容易に得ることができる。
【００１９】
［適用例６］
本適用例に係る偏光変換素子の製造方法は、光入射面および前記光入射面に略平行な光射出面に略４５°の角度を成す複数の斜面で順次貼り合わされた複数の透光性基板と、入射する偏光光に位相差を付与する位相差板と、を備え、複数の前記斜面に沿って、入射光を二種類の偏光光に分離する偏光分離膜と、空気層と、が交互に設けられた偏光変換素子の製造方法であって、前記斜面に凹部を形成して前記空気層を得ることを特徴とする。
この製造方法によれば、光入射面および光入射面に略平行な光射出面に略４５°の角度を成す斜面に、凹部を形成することによって、偏光分離膜において分離されて斜面に入射する偏光光を全反射する空気層を容易に形成することができる。
【００２０】
［適用例７］
上記適用例に係る偏光変換素子の製造方法は、前記凹部を、エッチング法を用いて形成するのが好ましい。
この製造方法によれば、空気層を形成する凹部が、エッチング法を用いて形成することにより、精度の高い、しかも安定した間隔の空気層が得られる。よって、互いに隣り合う透光性基板の複数の斜面毎に高い平行度の空気層が形成でき、光軸が安定した反射性能（偏光変換性能）を備えた偏光変換素子が得られる。
【００２１】
［適用例８］
上記適用例に係る偏光変換素子の製造方法は、前記凹部を、マイクロブラスト法を用いて形成するのが好ましい。
この製造方法によれば、空気層を形成する凹部が、マイクロブラスト法を用いて形成することにより、精度の高い、しかも安定した間隔の空気層が得られる。よって、互いに隣り合う透光性基板の複数の斜面毎に高い平行度の空気層が形成でき、光軸が安定した反射性能（偏光変換性能）を備えた偏光変換素子が得られる。また、マイクロブラスト法では凹部の底面および側壁に砂目状の面状態が得られ、砂目状の面状態は空気層を通過する迷光などを分散させることにより遮光するので、優れた反射性能を備えた偏光変換素子が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
［第１の実施形態］
以下、第１の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、第１の実施形態に係る偏光変換素子の構成を模式的に示す断面図であり、図２は、図１に示した第１の実施形態に係る偏光変換素子の部分拡大断面図である。なお、これらの図面は、説明の便宜のために各構成要素の寸法や比率を実際のものとは異ならせてある。
【００３１】
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偏光分離素子（ＰＢＳ）２と、偏光分離素子２の一方の面に選択的に配置された位相差板３とを備えている。また、偏光変換素子１は、偏光分離素子２の光入射面２ａと光入射面２ａに略平行な光射出面２ｂとを有し、光射出面２ｂ上に多数の位相差板３が貼着されている。
【００３２】
偏光分離素子２は、光入射面２ａおよび光射出面２ｂに所定の角度を成す複数の斜面（界面）で順次貼り合わされた柱状の透光性基材としてのガラス材２１（但し、両側最端部は三角柱形状を成している）と、複数の斜面に沿って交互に設けられた偏光分離膜２２および空気層としてのエアギャップ層２３とを含み構成されている。なお、複数の斜面が光入射面２ａおよび光射出面２ｂと成す所定の角度は、例えば、４５°であり、ガラス材２１は略平行四辺形の断面形状を成している。
【００３３】
ガラス材２１は、光入射面２ａおよび光射出面２ｂを形成する相対面と、斜面を形成する偏光分離面２１ａおよび反射面２１ｂの相対面と、によって略平行四辺形の断面形状を成している。そして、互いに隣り合うガラス材２１の偏光分離面２１ａ側の斜面には、偏光分離膜２２が形成されている。すなわち、互いに隣り合うガラス材２１のうちの一方の偏光分離面２１ａに偏光分離膜２２が形成され、その偏光分離面２１ａと隣り合う他方の偏光分離面２１ａとが、接着剤（図示せず）により貼着されている。本実施形態におけるガラス材２１は、例えば、白板ガラスよりなる。白板ガラス（Ｂ２７０）の屈折率は１．５２である。
なお、詳細は後述するが、ガラス材２１としては、屈折率が１．４５以上１．６５未満の透光性基材であれば限定されず、白板ガラスの他に、ホウケイ酸ガラス、青板ガラス、光学ガラスなどを用いることができる。
【００３４】
偏光分離膜２２は、誘電体多層膜で形成される。誘電体多層膜は、例えば、ＳｉＯ2よりなる低屈折率層およびＭｇＦ2よりなる低屈折率層と、例えば、Ｌａ2Ｏ3とＡｌ2Ｏ3の重量割合が１：３の混合物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た多層膜が例示できる。偏光分離膜２２は、入射する光線束（ｓ偏光光＋ｐ偏光光）を、ｓ偏光の部分光線束（ｓ偏光光）とｐ偏光の部分光線束（ｐ偏光光）とに分離して、ｓ偏光光を反射し、ｐ偏光光を透過する機能を有する。
【００３５】
空気層としてのエアギャップ層２３は空気の層であり、斜面に互いに隣り合うガラス材２１の反射面２１ｂ側の斜面に設けられた段差形成手段としてのスペーサ２４により形成されている。スペーサ２４は、反射面２１ｂ側の斜面における反射面２１ｂの光入射面２ａおよび光射出面２ｂ側の両端部に、互いに隣り合うガラス材２１を貼り合わせする接着剤（接着剤層）により構成されている。このスペーサ２４の反射面２１ｂに対する高さ（反射面２１ｂの直角方向における高さ）は、１０μｍ程度である。すなわち、互いに隣り合うガラス材２１の反射面２１ｂ間に形成されたエアギャップ層２３の反射面２１ｂの直角方向における幅、すなわち間隔αは、１０μｍ程度である。なお、エアギャップ層２３は窒素ガスの層でも同じ効果が得られる。エアギャップ層２３の具体的な説明については後述する。
【００３６】
位相差板３は、１／２λ位相差機能を有する水晶（水晶板）で形成されている。水晶板は、ＳｉＯ2の単結晶であり、人工水晶または天然水晶のどちらであってもよい。
位相差板３は、偏光分離素子２の光射出面２ｂのうち、偏光分離膜２２を透過したｐ偏光光が通過する領域だけに、例えば接着剤（図示せず）により貼着されている。したがって位相差板３は、光射出面２ｂに格子状に配置されている（図９（ａ）参照）。なお、この例ではｐ偏光光が通過する領域に位相差板３を形成しているが、ｓ偏光光が通過する領域のみに位相差板３を形成してもよい。
【００３７】
位相差板３は、それぞれの偏光分離膜２２を透過して入射するｐ偏光光（直線偏光光）をｓ偏光光（直線偏光光）に変換する機能を有する。位相差板３に入射するｐ偏光光は、位相差板３中で等しい振幅を有する常光線と異常光線とに別れ、異なる位相速度で位相差板３中を進み、入射するｐ偏光光の電界ベクトルの振動方向と直交する振動方向を有するｓ偏光光に変換される。
【００３８】
なお、スペーサ２４を形成する接着剤、位相差板３を貼着する接着剤および隣り合うガラス材２１の偏光分離面２１ａ同士を貼り合わせる接着剤は、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が用られる。紫外線硬化型接着剤は、貼着部に塗布した後、ケミカルランプや高圧水銀灯などの光を照射して硬化される。
【００３９】
次に、このように構成された偏光変換素子１の空気層としてのエアギャップ層２３の具体的な説明とともに、偏光変換素子１に入射する入射光の動作について説明する。
【００４０】
図２において、システム光軸ＡＬに沿って偏光変換素子１（偏光分離素子２のガラス材２１）の光入射面２ａに入射した光（ｓ偏光光＋ｐ偏光光）は、偏光分離面２１ａに形成された偏光分離膜２２においてｓ偏光光とｐ偏光光の２つの部分光線束に分離される。そして、偏光分離膜２２で分離された一方のｓ偏光光が、反射面２１ｂにおいて反射されるとともに、分離された他方のｐ偏光光が偏光分離膜２２を透過して位相差板３においてｓ偏光光に変換される。すなわち、偏光変換素子１の光入射面２ａに入射した光は、一種類の偏光光に変換されたｓ偏光光が、光射出面２ｂ側からシステム光軸ＡＬに略平行方向に射出される。
【００４１】
偏光分離膜２２により分離されて反射面２１ｂに向かうｓ偏光光は、反射面２１ｂに対して略４５°の角度で反射面２１ｂに入射して反射される。反射面２１ｂに入射した入射光は、反射面２１ｂにエアギャップ層２３を備えていることで、反射面２１ｂにおいて全反射される。そして反射面２１ｂで全反射された反射光は、光射出面２ｂ側に向かう。
【００４２】
ここで、エアギャップ層２３は、斜面に互いに隣り合うガラス材２１の反射面２１ｂの直角方向における間隔α、すなわちエアギャップ層２３を形成するスペーサ２４の高さは、１０μｍ程度に構成されている。
【００４３】
偏光変換素子１は、この間隔αのエアギャップ層２３を備えることにより、反射面２１ｂからエアギャップ層２３側にしみだしたエバネッセント光（近接陽光）が隣のガラス材（透光性基材）２１へ拡散することなく、１００％の反射率（全反射）が得られる。なお、エバネッセント光のしみだし深さ（反射面２１ｂからの高さ）は、可視光波長領域（略４００ｎｍ〜略７００ｎｍ程度）において１μｍ未満である。したがって、本実施形態における間隔αは、少なくとも１μｍ以上あればよい。すなわち間隔αが１μｍ未満の場合はエバネッセント光が隣のガラス材２１に拡散することにより、所望の反射率を得ることができない。なお、間隔αの上限値は、複数のガラス材２１が貼り合わされた光入射面２ａにおける斜面間のピッチ寸法を考慮して設定することができるが、１００μｍ程度の値であってもよい。
【００４４】
こうした反射面２１ｂにおける入射光は、ガラス材２１の屈折率が波長分散特性を有することから、入射光の波長が短いほど屈折率が高くなる。すなわち、臨界角も入射光の波長に依存する。したがって、反射面２１ｂにおける入射光の臨界角は、下記の一般式（１）に示す屈折率分散式（ハルトマンの分散式）に基づく近似式、および一般式（２）に示す全反射条件式に基づいて確認（設定）することができる。なお、以下の説明における基材の屈折率は、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）における屈折率である。
【００４５】
Ｎｓ＝（１．５０９＋（（１１２．２４／（λ−２５０．４８）1.6090））…（１）
但し、λは入射光の波長（ｎｍ）、Ｎｓは波長λの入射光における屈折率を表す。
【００４６】
θc＝ｓｉｎ-1（１／Ｎｓ）…（２）
但し、θcは臨界角（°）であり、反射面２１ｂに対する入射角（反射面２１ｂの法線と入射光との挟角）を表す。
【００４７】
また、臨界角がθcになる（全反射が起こる）偏光分離素子２の光入射面２ａへの最大入射角φ（°）は、次の一般式（３）に基づいて確認することができる。
φ＝ｓｉｎ-1（（Ｎｓ×ｓｉｎ（４５°−θc））…（３）
但し、Ｎｓは波長λの入射光における屈折率、θcは臨界角（°）を示す。
なお、一般式（３）における最大入射角φは、偏光分離素子２の光入射面２ａに垂直入射する方向を０°、すなわち偏光分離面２１ａ（偏光分離膜２２）に対して４５°入射する角度を０°、４５°より小さくなる方向をマイナス（−）、大きくなる方向をプラス（＋）とした場合に、全反射するためのＰＢＳへの入射角θは９０°＞θ≧−φである。
【００４８】
図３は、一般式（１）および一般式（２）に基づいて算出した第１の実施形態の偏光変換素子における臨界角θcの波長分散特性および一般式（３）に基づいて算出した最大入射角φの波長分散特性を示すグラフである。グラフの横軸は、波長領域３５０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲における入射光の波長（ｎｍ）を示し、縦軸に角度（°）を示す。
曲線ａは、臨界角θcの波長分散特性を示し、曲線ｂは最大入射角（−φ）の波長分散特性を示す。なお、各曲線は、波長領域３５０ｎｍ〜８００ｎｍの１ｎｍ毎のプロット点を結んだ線図である。
【００４９】
図３において、曲線ａに示す臨界角θcは、可視光領域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ程度）における変化は少なく、最小値は４０．５６°（実測波長４２３ｎｍ、理論波長４００ｎｍ）、最大値は４１．１８°（実測波長６７５ｎｍ、理論波長７００ｎｍ）、平均値は４０．９２°である。
一方、曲線ｂに示す最大入射角（−φ）は、可視光領域において５．８１°（波長６７５ｎｍ）〜６．８３°（波長４２３ｎｍ）の範囲にある。
【００５０】
これらのことから、光入射面２ａおよび光射出面２ｂと成す角度が４５°に構成された斜面に、偏光分離膜２２およびエアギャップ層２３を備えた反射面２１ｂを有する偏光変換素子１は、光入射面２ａへの最大入射角（−φ）が、少なくとも５．８１°以内の入射光において、反射面２１ｂでの全反射が得られる。
【００５１】
この反射面２１ｂでの全反射が得られる光入射面２ａへの入射光の入射角（システム光軸ＡＬに対する角度）範囲は、ガラス材２１の偏光分離面２１ａおよび反射面２１ｂの平行四辺形の辺の傾きバラツキなどの各種バラツキなどに対応することが可能な範囲である。
【００５２】
なお、光入射面２ａおよび光射出面２ｂに対して４５°の角度で構成された反射面２１ｂが全反射する透光性基材（ガラス材２１）の屈折率Ｎｓの範囲は、１．９３＞Ｎｓ≧１．４１５である。
こうした透光性基材としては、例えばＦＫ５（Ｎｓ：１．４８７４９）、ＢＫ７（Ｎｓ：１．５１６８）、ＳＫ１０（Ｎｓ：１．６２２７８）、ＬＡＫ１０（Ｎｓ：１．７２００３）、ＳＦ６６（Ｎｓ：１．９２２８６）などが挙げられる。
【００５３】
これに対して、複数の斜面に偏光分離膜５１ｂおよび反射膜５１ｃとが交互に設けられた従来の一般的な偏光変換素子５０（図１７参照）における波長分散特性を図４に示す。
なお、偏光変換素子５０の斜面に形成された反射膜５１ｃの膜構成を「表１」に示す。「表１」に示す膜構成は、設計波長６００ｎｍにおける設計値であり、多層膜を構成する層Ｎｏ．における材料と、光学膜厚（ｎｄ）を示す。また、層Ｎｏ．は、ガラス材５１ａの表面側から順に１層、２層、３層…と表している。
【００５４】
【表１】
0004968187.tif 000002
「表１」において反射膜５１ｃは、イオンプレーティング法を用いて、低屈折率層のＳｉＯ2（表中の材料項にＬで表す）を１層目として、２層目に高屈折率層のＴａ2Ｏ5（表中の材料項にＨで表す）、以後３層目〜３１層目の間にＳｉＯ2とＴａ2Ｏ5とを交互に繰り返し成膜した３１層の誘電体多層膜で構成されている。
【００５５】
図４は、従来の偏光変換素子における光入射面への入射角範囲±５°の反射膜５１ｃの反射率の波長分散特性を示すグラフであり、図４（ａ）は入射角−５°の場合を示し、図４（ｂ）は入射角０°の場合、図４（ｃ）は入射角＋５°の場合を示す。
グラフの横軸は、波長領域３５０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲における入射光の波長（ｎｍ）を示し、縦軸に反射率（％）を示す。なお、各図に示す曲線ｃ，ｄ，ｅは、波長領域３５０ｎｍ〜８００ｎｍの１ｎｍ毎のプロット点を結んだ線図である。
【００５６】
図４（ａ）〜図４（ｃ）において、反射面２１ｂにおける反射率は、入射角−５°（曲線ｃ）、入射角０°（曲線ｄ）、入射角＋５°（曲線ｅ）のいずれも、可視光波長領域外の低波長域および高波長域において低い反射率を示す。また、低反射率領域は、入射角＋５°から入射角−５°に向かうに従って、高波長側に移行する。また、可視光波長領域における入射角０°を含む入射角±５°の反射率は、全ての曲線において９９．０％以上の高い値を示すが、反射ロスとなる曲線の凹凸を有している。これは、誘電体多層膜よりなる反射膜５１ｃに偏光光が吸収されることにより発生する。
【００５７】
次に、このように構成された偏光分離素子２の製造方法について説明する。
図５および図６は、本実施形態に係る偏光分離素子を製造する主要な工程を示す工程断面図である。なお、これらの図面は、説明の便宜のために各構成要素の寸法や比率を実際のものとは異ならせてある。
【００５８】
先ず、図５（ａ）に示す工程では、複数の透光性基材としてのガラス板２１１と、複数の透光性基材としてのガラス板２１２とを準備する（準備工程）。このガラス板２１１およびガラス板２１２は、共に矩形状の外形形状で同じ所定厚さの、白板ガラスより成り、後に略平行四辺形の断面形状を有する柱状のガラス材２１を形成する。
【００５９】
ガラス板２１２の２つの表面のうちの一方の表面上には、予め偏光分離膜２２が形成されている。偏光分離膜２２は、例えば、ＳｉＯ2よりなる中屈折率層およびＭｇＦ2よりなる低屈折率層と、例えば、Ｌａ2Ｏ3とＡｌ2Ｏ3の重量割合が１：３の混合物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ている。
なお、図６を含む以後の図面において、透光性基材としてのガラス板は、実際の枚数と異なる省略した枚数を示す。
【００６０】
そして、図５（ｂ）に示す工程では、それぞれのガラス板２１２の偏光分離膜２２が形成された面とガラス板２１１の一方の面とが、紫外線硬化型接着剤（図示せず）によって互いに貼り合わされる（ガラスブロック形成工程）。これにより、それぞれのガラス板２１１とガラス板２１２とが一つのガラスブロックを構成し、ガラス板２１１とガラス板２１２との界面に、偏光分離膜２２が配置される。
そして、図６（ａ）に示す工程では、ガラスブロックのガラス板２１１の表面に、凹凸加工が施される。凹凸加工として接着剤２４０が格子状に塗布される（接着剤塗布工程）。接着剤２４０としては、例えば、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が用いられる。
【００６１】
図７は、図６（ａ）に示す一つのガラスブロックのＡ−Ａ方向における矢視図である。
図６（ａ）および図７において、ガラス板２１１の表面に塗布される接着剤（接着剤層）２４０は、後述する図６（ｂ）に示す工程において切断されるそれぞれの切断線ＣＬを中心線として、ガラス板２１１の矩形状の外形形状の一辺に沿って形成される。接着剤層２４０の幅βは、これも後述するガラスブロック同士を互いに貼り合わせる際の接着性能を考慮して設定されるが、できる限り小さいことが望ましい。これにより、ガラス板２１１の表面に接着剤層２４０が、切断線ＣＬに沿って格子状に形成される。なお、塗布される接着剤２４０の硬化後の厚さは、１０μｍ程度である。
【００６２】
そして、図６（ｂ）に示す工程では、それぞれのガラスブロックのガラス板２１１の表面に接着剤２４０が塗布された複数のガラスブロックが、互いに貼り合わされた後に、切断線ＣＬに沿って切断される（ガラスブロック貼り合わせ・切断工程）。
ガラスブロックの貼り合わせは、ガラスブロックのガラス板２１１の表面に格子状に塗布された接着剤２４０の中心線が、切断線ＣＬとなるように位置合わせして、それぞれのガラスブロックのガラス板２１１の接着剤２４０が塗布された面と、ガラスブロックのガラス板２１２との面とが貼り合わされる。そして、ケミカルランプや高圧水銀灯などの光（紫外線）を照射することによって、接着剤２４０が硬化される。
【００６３】
こうして互いに接着された複数のガラスブロックを、その表面と所定の角度δを成す切断線ＣＬ（図中、一点鎖線で示す）の位置で略平行に切断することによって、素子ブロックが切り出される。角度δの値は、略４５°である。切断線ＣＬの位置で切り出された一方の切断面が偏光分離素子２の光入射面２ａに対応し、他方の切断面が光射出面２ｂに対応する（図１および図２参照）。
【００６４】
得られた素子ブロックは、素子ブロックの両端面部が所定形状に整形されて偏光分離素子２が完成する。その後、完成した偏光分離素子２は、光射出面２ｂのうち、偏光分離膜２２を透過したｐ偏光光が通過する領域だけに、位相差板３が格子状に貼着されて、偏光変換素子１が完成する。
【００６５】
図８は、完成した偏光変換素子１の部分斜視図である。
図８において、完成した偏光変換素子１には、図６（ｂ）に示す工程において格子状に塗布された接着剤２４０が、互いに隣り合うガラス材２１の光入射面２ａおよび光射出面２ｂに沿って形成された段差形成手段としてのスペーサ２４として機能し、間隔αが１０μｍ程度の空気よりなるエアギャップ層２３が形成されている。なお、偏光分離素子２内に形成されたエアギャップ層２３は、柱状を成したガラス材２１が延伸する方向の両端面に露出している。すなわち、両端面に開放された状態に形成されている。
【００６６】
したがって、偏光変換素子１は、光入射面２ａおよび光射出面２ｂに略４５°の角度を成す複数の斜面に、偏光分離膜２２およびエアギャップ層２３が交互に設けられている。この偏光変換素子１は、入射する光（ｓ偏光光＋ｐ偏光光）を一種類のｓ偏光光に変換して射出する光学素子として、液晶プロジェクタなどの照明光学系に好ましく用いることができる。
【００６７】
以上のように、光入射面２ａおよび光入射面２ａに略平行な光射出面２ｂに略４５°の角度を成す複数の斜面で順次貼り合わされた複数のガラス材２１を有する偏光分離素子２が、複数の斜面に沿って入射光を二種類の偏光光に分離する偏光分離膜２２とエアギャップ層２３とが交互に設けられることにより、偏光分離膜２２において分離された一方の偏光光を反射する従来の反射膜に比べて、製造コストを低減するとともに製造リードタイムを短縮することが可能な偏光分離素子２および偏光変換素子１が得られる。また、入射光の一部の光を吸収する誘電体多層膜などよりなる反射膜に比べ、より１００％に近い反射（全反射）が得られることにより、優れた反射性能（偏光変換性能）を備えた偏光分離素子２および偏光変換素子１が得られる。
【００６８】
また、斜面に互いに隣り合うガラス材２１の光入射面２ａおよび光射出面２ｂ側の両端部に段差形成手段としてのスペーサ２４を配置することにより、ガラス材２１の斜面に空気層としてのエアギャップ層２３を容易に形成し、偏光分離膜２２で分離されて入射する一方の偏光光を全反射することができる。
こうした段差形成手段としてのスペーサ２４が、斜面に沿って互いに隣り合うガラス材２１同士を貼り合わす接着剤層２４０で形成されることにより、製造工程が煩雑化することなく、しかも工数が増加することもない。
【００６９】
さらに、エアギャップ層２３の間隔αが、可視光波長域（略４００ｎｍ〜略７００ｎｍ）の入射光に対して少なくとも１μｍ以上を有することで、ガラス材２１の斜面でしみだすエバネッセント光が隣のガラス材２１に拡散することなく、入射する偏光光を全反射することができる。よって、優れた反射性能を備えた偏光分離素子２および偏光変換素子１が得られる。さらにまた、ガラス材２１の屈折率が、１．４５以上１．６５未満であることにより、偏光分離膜２２において分離されてエアギャップ層２３が設けられたガラス材２１の斜面に入射する一方の偏光光を全反射することができる。よって、優れた反射性能を備えた偏光分離素子２および偏光変換素子１が得られる。
【００７０】
なお、以上の第１の本実施形態において、以下の変形例として挙げられているような形態であっても、第１の実施形態と同様な効果を得ることが可能である。
【００７１】
（変形例１）
上記第１の実施形態において、エアギャップ層２３を形成する段差形成手段としてのスペーサ２４が、互いに隣り合うガラス材２１を貼着固定する接着剤２４０により形成する凹凸加工を行う場合で説明したが、段差形成手段としてのスペーサ２４を次のように構成および製造することができる。この変形例１に示す偏光分離素子の製造方法は、平面形状が矩形状よりなるガラス板の一方の面に、エッチング法による凹凸加工（溝加工）を行って、矩形状の平面形状の上下方向に開放された態様の格子状に凹部を形成することで、凹部に沿った凸部を得る製造方法である。
なお、以下にスペーサ２４の構成を偏光分離素子２の製造方法を基に説明するが、スペーサ２４の構成（形成方法）以外の製造方法については、前記第１の実施形態と同様であり、説明は省略または簡素化する。
【００７２】
図９は、変形例１に係る偏光分離素子を製造する準備工程における工程断面図である。
図９において、複数の透光性基材としてのガラス板３１１と、複数の透光性基材としてのガラス板３１２とを準備する。ガラス板３１１およびガラス板３１２は、共に矩形状の外形形状で所定厚さの白板ガラスより成り、後に略平行四辺形の断面形状を有する柱状のガラス材２１を形成する。
【００７３】
ガラス板３１１の２つの表面のうちの一方の表面には、予めエッチングによりガラス板３１１の矩形状の外形形状の一辺に沿って格子状に形成された凸部３１１ａが設けられている（平面形状については図７参照、但し凸部３１１ａは、図７中に示す接着剤層２４０に相当する）。この凸部３１１ａは、エアギャップ層２３を形成する段差形成手段としてのスペーサ２４として機能する（図１および図２参照）。また、ガラス板３１２の２つの表面のうちの一方の表面上には偏光分離膜２２が形成されている。
【００７４】
格子状に形成された各凸部３１１ａは、後工程において切断するそれぞれの切断線ＣＬが、ガラス板３１１の表面と交差する位置を中心線とする幅βに形成されている。凸部３１１ａの幅βは、後述するガラスブロック同士を互いに貼り合わせる際の接合性能を考慮して設定されるが、できる限り小さいことが望ましい。
【００７５】
格子状の凸部３１１ａの形成方法は、ガラス板３１１の表面の凸部３１１ａが形成される領域にレジストを塗布した後に、レジストを乾燥するプレベーキング、フォトマスクを用いた露光、現像液による現像、レジストの密着性を高めるためのポストベーキングなどの各工程により、格子状のレジスト層が形成される。なお、格子状のレジスト層の形成には、感光性ドライフィルムを用いることもできる。
そして、パターニングされたレジスト層をポジ型のエッチングレジストとして、エッチングが行われる。エッチングは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などのドライエッチング法、またはフッ化アンモニウム（Ｈ4ＦＮ）などのエッチング液中に浸漬するウエットエッチング法を用いて行われる。
【００７６】
そして、アセトンなどのフォトレジスト剥離剤を用いてレジストが剥離される。これにより、矩形状の平面形状の上下方向に開放された態様の格子状の凹部３１１ｂが形成される。すなわち、凹部３１１ｂを形成する凹凸加工により、それぞれの凹部３１１ｂに沿った凸部３１１ａが形成される（平面形状については図７参照、但し凸部３１１ａは、図７中に示す接着剤層２４０に相当する）。形成された凹部３１１ｂの深さ（凸部３１１ａの高さ）γは、２μｍ程度である。なお、凹部３１１ｂの深さγは、少なくとも１μｍ以上あればよい。
【００７７】
凸部３１１ａが形成されたガラス板３１１の表面には、撥水処理を施すのが好ましい。  撥水処理は、少なくともガラス板３１１の凸部３１１ａが形成された面に、撥水性を付与する撥水性機能膜よりなる撥水コートを形成する。
【００７８】
撥水コートの形成には、例えば、次の式（４）で表されるフッ素含有シラン系化合物を用いる。
【００７９】
【化１】
0004968187.tif 000003
但し、式（４）中、Ｒf2は「−（ＣkＦ2k）Ｏ−」の単位式で表される単位を含み、分岐を有しない直鎖状のパーフルオロポリアルキレンエーテル構造を有する２価の基を表す。なお、単位式「−（ＣkＦ2k）Ｏ−」におけるｋは１〜６の整数である。Ｒ3は炭素原子数１〜８の１価炭化水素基であり、Ｗは加水分解性基またはハロゲン原子を表す。ｐは０、１または２を表す。ｎは１〜５の整数を表す。ｍおよびｒは２または３を表す。
【００８０】
撥水コートは、例えば、乾式プロセスの真空蒸着法を用いて形成する。
真空蒸着装置の真空チャンバ内に、フッ素含有シラン系化合物を含む蒸発源を配置し、ガラス板３１１の凸部３１１ａが形成された面を蒸発源に対面させた状態で、支持装置に固定して真空蒸着を行う。
蒸発源は、前記式（４）で表されるフッ素含有シラン系化合物をフッ素系溶剤で所定の固形分濃度となるように希釈し、それを多孔質セラミックスよりなるペレットに所定量含浸させたものを用いる。
【００８１】
そして、真空チャンバ内を所定の圧力に減圧した後、蒸発源を加熱ヒータにより６００℃程度に加熱して、フッ素含有シラン系化合物を蒸発させることによって、蒸発源に対向させた凸部３１１ａが形成された面にフッ素含有シラン系化合物からなる撥水性機能膜が蒸着される。そして、蒸着が終了したガラス板３１１は、真空チャンバ内から取り出した後、所定の温度および湿度に調整された恒温恒湿槽内に所定時間投入するアニール処理を行って、撥水コートが形成される。
なお、撥水性機能膜の膜厚は特に限定されないが、撥水効果を確保できる範囲内で可能な限り薄いのが好ましく、その膜厚は０．００１μｍ〜０．０１μｍ程度である。
【００８２】
撥水コートの形成には、前記式（４）で表されるフッ素含有シラン系化合物に代えて、次の式（５）で表される有機シラザン化合物を用いることもできる。
ＣpＦ2p+1ＣＨ2ＣＨ2Ｓｉ（ＮＨ）1.5…（５）
但し、式（５）中のｐは、正の整数を表す。
この有機シラザン化合物の具体例としては、ヘキサメチルジシラザンが挙げられる。
【００８３】
また、撥水コートの形成は、湿式プロセスを用いて形成することもできる。例えば、前記フッ素含有シラン系化合物を有機溶剤で溶解し、所定の濃度に調整した撥水性処理液を、スピンコート法、スプレー法、ディッピング法などを用いて凸部３１１ａが形成されたガラス板３１１の表面に塗布した後、アニール処理して形成することができる。有機シラザン化合物についても同様な方法で形成することができる。なお、こうした撥水性を付与する撥水性機能膜よりなる撥水コートは、第１の実施形態において、少なくとも接着剤２４０が格子状に塗布される凹凸加工前のガラス板２１１の表面に、予め同様な方法で形成するのが好ましい。
【００８４】
このように、ガラス板３１１の凸部３１１ａが形成された面に、撥水コートが形成されていることにより、偏光分離素子２内に形成されたエアギャップ層２３が、柱状を成したガラス材２１が延伸する方向の両端面に露出していても、使用環境下における湿気（水分）が、毛細管現象によってエアギャップ層２３に侵入したり、付着したりするのを阻止することができる。その結果、反射性能（偏光変換性能）が低下するのを防ぐことができる。なお、エアギャップ層２３に水分が付着すると全反射する機能が損なわれて反射性能が低下する。
【００８５】
そして、ガラス板３１１の格子状の凹部３１１ｂが形成されていない一方の面と、ガラス板３１２の偏光分離膜２２が形成された面とが、接着剤（図示せず）によって互いに貼り合わされて、それぞれのガラス板３１１とガラス板３１２とが一つのガラスブロックを構成し、ガラス板３１１とガラス板３１２との斜面に、偏光分離膜２２が位置する。なお、塗布される接着剤の硬化後の厚さは、例えば８μｍ程度である。
【００８６】
そして、複数のガラスブロックが互いに貼り合わされた後に、切断線ＣＬに沿って切断される（図６（ａ），（ｂ）参照）。
ガラスブロックの貼り合わせは、それぞれのガラスブロックのガラス板３１１の表面に格子状に形成された凸部３１１ａの中心線が、切断線ＣＬとなるように位置合わせして、ガラスブロックのガラス板３１１の表面（格子状に形成された凸部３１１ａの表面）と、ガラスブロックのガラス板３１２との面とが貼り合わされる。貼り合わせには、紫外線硬化型接着剤などの接着剤を用いることもできるが、シランカップリング剤を塗布する又は／及び活性エネルギー線を照射する直接接合法を用いてもよい。
【００８７】
そして、互いに接着された複数のガラスブロックを、表面との角度が略４５°を成す切断線ＣＬの位置で略平行に切断することによって、素子ブロックが切り出される。切断線ＣＬの位置で切り出された一方の切断面が偏光分離素子２の光入射面２ａに対応し、他方の切断面は光射出面２ｂに対応する。
そして、得られた素子ブロックの両端面部が所定形状に整形されて偏光分離素子２が完成する。その後、完成した偏光分離素子２は、光射出面２ｂのうち、偏光分離膜２２を透過したｐ偏光光が通過する領域だけに、位相差板３が格子状に貼着されて、偏光変換素子１０が完成する。
【００８８】
図１０は、完成した偏光変換素子１０の部分斜視図である。なお、図１０中において、完成した偏光変換素子１０の構成を明瞭化するために、ガラス材には、用いたガラス板の名称および符号を付している。これについては、以後の偏光変換素子の部分斜視図（図１２、図１４および図１９）についても同様である。
【００８９】
図１０において、完成した偏光変換素子１０には、エッチング法による凹凸加工により形成された凸部３１１ａが、互いに隣り合うガラス材２１の斜面の光入射面２ａ側および光射出面２ｂ側に位置するスペーサ２４として機能し、間隔αが１０μｍ（凹部３１１ｂの深さγ：２μｍ、接着剤の硬化後の厚さ：８μｍ）程度の空気よりなるエアギャップ層２３が形成されている。すなわち、光入射面１０ａおよび光射出面１０ｂに略４５°の角度を成す複数の斜面に、偏光分離膜２２および空気層としてのエアギャップ層２３が交互に設けられている。
【００９０】
こうして製造された偏光分離素子１０は、エアギャップ層２３を形成する段差形成手段としてのスペーサ２４が、ガラス材２１の反射面２１ｂ上にエッチング法による凹部３１１ｂを形成する凹凸加工により凸部３１１ａが形成されることにより、精度の高い、しかも安定したエアギャップ層２３の間隔α（スペーサ２４の厚さ）を得ることができる。これにより、互いに隣り合うガラス材２１の複数の斜面毎の空気層が高い平行度で形成でき、光軸が安定した反射性能（偏光変換性能）を備えた偏光変換素子１０が得られる。
【００９１】
（変形例２）
変形例１において、凸部３１１ａをエッチング法を用いた凹凸加工（溝加工）により形成したが、エッチング法に代えてマイクロブラスト法を用いて形成することができる。
なお、凸部３１１ａを形成する凹凸加工以外の製造方法については、前記変形例１と同様であり、図９、図１０および図７を参照しながら凹凸加工についてのみ説明する。
【００９２】
ガラス板３１１の２つの表面のうちの一方の表面には、予めマイクロブラスト法を用いた凹凸加工により、ガラス板３１１の矩形状の平面形状の一辺に沿って、上下方向に開放された態様の格子状に形成された凸部３１１ａが設けられている（平面形状については図７参照、但し凸部３１１ａは、図７中に示す接着剤層２４０に相当する）。この凸部３１１ａは、エアギャップ層２３を形成する段差形成手段としてのスペーサ２４として機能する。また、ガラス板３１２の２つの表面のうちの一方の表面上には偏光分離膜２２が形成されている。
【００９３】
マイクロブラスト法を用いた凹凸加工は、マスキング工程においてガラス板３１１の表面の凸部３１１ａを形成する領域のマスクを形成した後に、ブラスト加工により格子状の凹部３１１ｂを形成する。
【００９４】
マスキング工程は、先ず、ガラス板３１１の表面に感光性ドライフィルムをラミネートする。そして、感光性ドライフィルムの上面に、予め作製した、凸部３１１ａを形成する領域以外の領域、すなわち凹部３１１ｂを形成する領域を除去するように形成されたマスクを重ね合わせて、感光性ドライフィルムの露光を行う。露光は、露光装置を用いて、マスク上に紫外線が照射される。
【００９５】
そして、現像を行う。現像は、感光性ドライフィルムの露光が行われたガラス板３１１を、現像装置内に投入して、露光された感光性ドライフィルム上に現像液をスプレイノズルから噴射して行う。現像液としては、例えば、濃度０．１％〜０．３％程度で、液温が３０℃程度の炭酸ナトリウム水溶液を用いる。これにより、ガラス板３１１の表面に、形成される凸部３１１ａに相似した形状の多数の感光性ドライフィルムが格子状に残存する。
そして、酸性水溶液によるリンスおよび乾燥を行った後、ブラスト工程に移行する。
【００９６】
ブラスト工程では、感光性ドライフィルムが現像されたガラス板３１１を、マイクロブラスト装置を用いて、ブラスト加工が行われる。
ブラスト加工は、マイクロブラスト装置を用いて、感光性ドライフィルムが現像されたガラス板３１１の表面に、ブラストノズルから噴射圧０．１５ＭＰａの圧縮空気とともに研磨剤を噴射しながら、ガラス板３１１を５０ｍｍ／秒程度の移動速度で移動させて、残存する感光性ドライフィルム以外の領域のガラス板３１１が除去される。なお、ガラス板３１１は、研磨剤を噴射するブラストノズルの先端を、表面に格子状に残存する感光性ドライフィルム間に位置させて、感光性ドライフィルムに沿って移動するのが好ましい。
【００９７】
これにより、脆性破壊原理によりガラス板３１１の表面に格子状の凹部３１１ｂが形成される。すなわち、凹部３１１ｂを形成する凹凸加工により、それぞれの凹部３１１ｂに沿った凸部３１１ａが形成される。形成された凹部３１１ｂの深さ（凸部３１１ａの高さ）γは、６μｍ程度である。なお、凹部３１１ｂの深さγは、少なくとも１μｍ以上あればよい。形成される凹部３１１ｂの深さγは、研磨剤を噴射する噴射圧又は／及び移動速度を制御することにより調節することができる。例えば、噴射圧０．３５ＭＰａ、移動速度５０ｍｍ／秒程度に制御することで、深さγが１８μｍ程度の凹部３１１ｂが得られる。
【００９８】
なお、研磨剤としては、炭化ケイ素、アルミナ、ガラスビーズあるいはステンレスパウダーなどが挙げられる。また、研磨剤の粒度は、形成する凹部３１１ｂの深さγを考慮して適宜選定することができるが、深さγが６μｍ程度の凹部３１１ｂを得るためには、ＪＩＳ１９９８に規定された＃３０００〜＃８０００（粒子径：４μｍ〜１．２μｍ）程度の微粉を用いるのが好ましい。
【００９９】
凹凸加工により凹部３１１ｂおよび凸部３１１ａが形成されたガラス板３１１の表面には、前記変形例１に示したと同様な撥水処理を施すのが好ましい。撥水処理を施すことにより、偏光分離素子２内に形成されたエアギャップ層２３が、柱状を成したガラス材２１が延伸する方向の両端面に露出していても、使用環境下における湿気（水分）が、毛細管現象によってエアギャップ層２３に侵入したり、付着したりするのを阻止することができる。その結果、反射性能（偏光変換性能）が低下するのを防ぐことができる。
【０１００】
その後、それぞれのガラス板３１２の偏光分離膜２２が形成された面と、ガラス板３１１の凹凸加工を施してない面とが、硬化後の厚さが４μｍ程度となるように塗布された接着剤で、互いに貼り合わされて、一つのガラスブロックが構成される。
そして、複数のガラスブロックを互いに貼り合わせた後に、切断線ＣＬに沿って切断されて素子ブロックが得られる。そして、得られた素子ブロックの両端面部を所定形状に整形して、偏光分離素子２が得られる。さらに、得られた偏光分離素子２は、光射出面２ｂのうち、偏光分離膜２２を透過したｐ偏光光が通過する領域だけに、位相差板３が格子状に貼着されて、偏光変換素子１０が完成する。
【０１０１】
完成した偏光変換素子１０には、マイクロブラスト法による凹凸加工により形成された凸部３１１ａが、互いに隣り合うガラス材２１の斜面の光入射面２ａおよび光射出面２ｂ側に位置するスペーサ２４として機能し、間隔αが１０μｍ程度の空気よりなるエアギャップ層２３が形成されている。すなわち、光入射面２ａおよび光射出面２ｂに略４５°の角度を成す複数の斜面に、偏光分離膜２２および空気層としてのエアギャップ層２３が交互に設けられている。
【０１０２】
このようにしてマイクロブラスト法による凹凸加工により製造された偏光変換素子１０は、精度の高い、しかも安定したエアギャップ層２３の間隔αを得ることができる。これにより、互いに隣り合うガラス材２１の複数の斜面毎に形成された空気層は高い平行度が得られ、光軸の安定した反射性能（偏光変換性能）を備えた偏光変換素子１０が得られる。さらに、エアギャップ層２３を形成する凹部３１１ｂ内の底面および側壁が、マイクロブラスト法の凹凸加工により、砂目状の面状態を有し、この砂目状の面が空気層を透過してくる迷光などを分散により遮断するので、より安定した反射性能（偏光変換性能）が得られる。
【０１０３】
（変形例３）
変形例１に示したエッチング法による凹凸加工（溝加工）および変形例２に示したマイクロブラスト法による凹凸加工において、ガラス板３１２の表面に、以下に示すような凹凸形状を形成してエアギャップ層２３を構成することもできる。
【０１０４】
図１１（ａ）は、別の凹凸形状が形成されたガラス板表面の平面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）に示すガラス板を用いて製造された偏光変換素子の部分拡大断面図である。また、図１３（ａ）は、さらに別の凹凸形状が形成されたガラス板表面の平面図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に示すガラス板を用いて製造された偏光変換素子の部分拡大断面図である。なお、凹凸形状以外の構成および製造方法については、前記第１の実施形態、変形例１および変形例２と同様であり、その説明は省略する。
【０１０５】
図１１（ａ）において、矩形状のガラス板４１２の２つの表面のうちの一方の表面の平面形状内には、多数の凹部４１２ｂが格子状に並置して形成されている。
凹部４１２ｂは、後のガラスブロック貼り合わせ・切断工程において切断される切断線ＣＬを中心線とする幅βよりなる凸部４１２ａの間に、切断線ＣＬ方向に沿って延伸する長方形形状に形成されている。したがって、それぞれの凹部４１２ｂは、幅βよりなる凸部４１２ａと、切断線ＣＬ方向に相対する２辺の周縁部に沿う凸部４１２ａとにより、ガラス板４１２の矩形状の平面形状内に設けられている。
【０１０６】
凸部４１２ａは、段差形成手段としてのスペーサ２４として機能し、凹部４１２ｂが空気層としてのエアギャップ層２３を構成する。凸部４１２ａの幅βは、ガラスブロック同士を互いに貼り合わせる際の接合性能を考慮して設定されるが、できる限り小さいことが望ましい。また、凹部４１２ｂの深さ（γ、図９参照）、すなわち凸部４１２ａの高さは、６μｍ程度であり、後にガラスブロック同士を互いに貼り合わせる際に用いられる接着剤の硬化後の厚さ４μｍ程度と合わせて、１０μｍ程度のエアギャップ層２３が形成される。
【０１０７】
図１２は、完成した偏光変換素子の部分斜視図である。なお、図１２中には、互いに隣り合うガラス材の一つの斜面に形成されたエアギャップ層２３のみを示す。
【０１０８】
図１２および図１１（ｂ）において、こうした凹凸形状を備えたガラス板４１２を用いて製造された偏光変換素子４は、互いに隣り合うガラス板４１１とガラス板４１２との斜面に、スペーサ２４として機能する凸部４１２ａが斜面の周縁部全域に沿って形成され、凹部４１２ｂを含み構成された、間隔αが１０μｍ（凹部４１２ｂの深さγ：６μｍ、接着剤の硬化後の厚さ：４μｍ）程度のエアギャップ層２３が、外部雰囲気から隔離して密封された状態で形成されている。すなわち、偏光変換素子４は、光入射面４ａおよび光射出面４ｂに略４５°の角度を成す複数の斜面に、偏光分離膜２２および密封状態のエアギャップ層２３が交互に設けられている。
【０１０９】
このように矩形状の平面形状内に格子状に並置して形成された凹部４１２ｂを備えたガラス板４１２（図１１（ａ）参照）を用いて製造された偏光変換素子４は、使用環境下における湿気（水分）や微粉などが、エアギャップ層２３に侵入したり、付着したりすることがなく、長期間に亘り高い反射性能（偏光変換性能）を維持することができる。
【０１１０】
一方、図１３（ａ）において、矩形状のガラス板５１２の２つの表面のうちの一方の表面には、後のガラスブロック貼り合わせ・切断工程において切断される切断線ＣＬに直行し、矩形状の平面形状の左右方向に開放された態様の幅広の１つの凹部５１２ｂが形成されている。すなわち、１つの凹部５１２ｂが切断線ＣＬ方向に相対する２辺の周縁部に沿う凸部５１２ａ間に形成されている。
【０１１１】
切断線ＣＬ方向に相対する２辺の周縁部に沿う凸部５１２ａは、段差形成手段として機能し、凹部５１２ｂが空気層としてのエアギャップ層２３を構成する。凸部５１２ａは、後述する偏光変換素子５が完成した際に、偏光変換に利用しない領域となるために、段差形成手段として機能する範囲で、できる限り狭い幅に設定するのが望ましい。また、凹部５１２ｂの深さ（γ、図９参照）、すなわち凸部５１２ａの高さは、６μｍ程度であり、後にガラスブロック同士を互いに貼り合わせる際に用いられる接着剤の硬化後の厚さ４μｍ程度と合わせて、１０μｍ程度のエアギャップ層２３が形成される。なお、凹凸加工により凹部５１２ｂおよび凸部５１２ａが形成されたガラス板５１１の表面には、前記変形例１に示したと同様な撥水処理が施される。
【０１１２】
図１４は、完成した偏光変換素子５の部分斜視図である。
図１４および図１３（ｂ）において、こうした凹凸形状を備えたガラス板５１２（図１３（ａ）参照）を用いて製造された偏光変換素子５は、スペーサ２４として機能する凸部５１２ａが、互いに隣り合うガラス板５１１とのガラス板５１２との斜面の長手方向の両端部に形成され、凹部５１２ｂを含み構成された、間隔αが１０μｍ（凹部５１１ｂの深さγ：６μｍ、接着剤の硬化後の厚さ：４μｍ）程度のエアギャップ層２３が、光入射面５ａおよび光射出面５ｂに貫通して形成される。すなわち、偏光変換素子５は、光入射面５ａおよび光射出面５ｂに略４５°の角度を成す複数の斜面に、偏光分離膜２２および開放状態のエアギャップ層２３が交互に設けられている。
【０１１３】
このように矩形状の平面形状内に凹部５１２ｂが形成された凹凸形状を備えたガラス板５１２を用いて製造された偏光変換素子５は、エアギャップ層２３が斜面領域内を連続して形成されていることによって、斜面領域全体を光機能面として利用することができる。したがって、光の利用効率の高い反射性能（偏光変換性能）が得られる。また、エアギャップ層２３を構成する凹部５１２ｂが、幅広の１つの凹部５１２ｂで形成されていることにより、凹凸加工（溝加工）の作業効率が向上し、低コスト化などに寄与することができる。なお、エアギャップ層２３は、斜面領域内を連続して形成されているが、ガラス板５１２の凹凸形状（凹部５１２ｂおよび凸部５１２ａ）が形成された面に、撥水コートが施されているので、使用環境下における湿気や微粉などが、エアギャップ層２３に侵入したり、付着したりすることはない。
【０１１４】
（変形例４）
偏光変換素子１は、入射する光（ｓ偏光光＋ｐ偏光光）が一種類のｓ偏光光に変換されて射出することができる構成の場合で説明したが、入射する光が一種類のｐ偏光光に変換されて射出することができる構成であってもよい。この場合には、１／２λ位相差機能を有する位相差板３を、偏光分離素子２の反射面２１ｂにおいて反射されるｓ偏光光の光射出面側の面に配置すればよい。
また、位相差板３は、１／２λ位相差機能を有する水晶（水晶板）に代えて、ポリビニルアルコールフィルムなどよりなる位相差層をトリアセチルセルロースフィルムなどで挟み込んだ形態の位相差フィルムであってもよい。
【０１１５】
さらに、偏光変換素子１の１／２λ位相差機能を有する位相差板３は、複数枚の位相差板を積層した積層位相差板であってもよい。
さらにまた、偏光変換素子１は、偏光分離素子２と位相差板３とが分離して用いられる構成の場合であっても、本実施形態の技術思想を適用することができる。
【０１１６】
［第２の実施形態］
第２の実施形態は、光入射面および光射出面に所定の角度を成す複数の斜面に、偏光分離膜と、入射する偏光光に位相差を付与する位相差板と、を交互に設けた偏光変換素子である。なお、位相差板の以外の構成は、第１の実施形態と同様であり、説明は省略または簡素化する。
【０１１７】
図１５（ａ）は、第２の実施形態に係る偏光変換素子の構成を模式的に示す断面図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）に示した第２の実施形態に係る偏光変換素子の部分拡大断面図である。なお、これらの図面は、説明の便宜のために各構成要素の寸法や比率を実際のものとは異ならせてある。
【０１１８】
図１５（ａ），（ｂ）において、偏光変換素子６は、光入射面６ａおよび光射出面６ｂに所定の角度を成す複数の斜面で順次貼り合わされた柱状の透光性基材としてのガラス材２１と、複数の斜面に沿って交互に設けられた、偏光分離膜２２と、空気層としてのエアギャップ層２３を構成する位相差板３００と、を備えている。なお、複数の斜面が光入射面６ａおよび光射出面６ｂと成す所定の角度は、例えば、４５°であり、ガラス材２１は略平行四辺形の断面形状を成している。
【０１１９】
ガラス材２１は、例えば、白板ガラスより成り、互いに隣り合うガラス材２１の一方の斜面に偏光分離膜２２が形成され、他方の斜面に沿って位相差板３００が貼着されている。
偏光分離膜２２は、誘電体多層膜で形成されている。誘電体多層膜は、例えば、ＳｉＯ2よりなる中屈折率層およびＭｇＦ2よりなる低屈折率層と、例えば、Ｌａ2Ｏ3とＡｌ2Ｏ3の重量割合が１：３の混合物よりなる高屈折率層とが、所定の順序および光学膜厚で成膜されている。この偏光分離膜２２は、入射する光線束（ｓ偏光光＋ｐ偏光光）を、ｓ偏光光とｐ偏光光とに分離して、ｓ偏光光を反射し、ｐ偏光光を透過する機能を有する。
【０１２０】
位相差板３００は、１／４λ位相差機能を有する水晶（水晶板）より成り、変形例１および変形例２に示したエッチング法の凹凸加工によって形成された凹部３００ｂおよび凸部３００ａを有する。また、凹凸加工により凹部３００ｂおよび凸部３００ａが形成された位相差板３００の表面には、前記変形例１に示したと同様な撥水処理が施されている。なお、位相差板３００（水晶板）の屈折率は１．５６程度である。
【０１２１】
凹部３００ｂは、斜面の光入射面６ａおよび光射出面６ｂ側の両端部に位置する凸部３００ａ間に、６μｍ程度の深さ（γ、図９参照）で形成されている。なお、位相差板３００を形成する水晶板の板厚は、少なくとも１０μｍ以上であればよく、例えば、１ｍｍ程度であってもよい。
このように構成された位相差板３００は、凸部３００ａの領域を接着面として、隣り合うガラス材２１に、硬化後の厚さが４μｍ程度の接着剤（図示せず）により貼着されている。
【０１２２】
この凹部３００ｂを含み形成された間隔αが空気層としてのエアギャップ層２３を形成し、凹部３００ｂの底面が反射面として機能する。エアギャップ層２３の間隔αは、１０μｍ（凹部３００ｂの深さγ：６μｍ、接着剤の硬化後の厚さ：４μｍ）程度である。
【０１２３】
次に、偏光変換素子６に入射する入射光の動作について説明する。
図１５（ｂ）において、システム光軸ＡＬに沿って偏光変換素子６の光入射面６ａに入射した光（ｓ偏光光＋ｐ偏光光）は、偏光分離膜２２においてｓ偏光光とｐ偏光光の２つの部分光線束に分離される。そして、偏光分離膜２２で分離された一方のｓ偏光光は、位相差板３００に向かって反射され、他方のｐ偏光光は透過する。
【０１２４】
そして、位相差板３００に向かって反射されたｓ偏光光は、位相差板３００に入射する。位相差板３００に入射したｓ偏光光は、位相差板３００内を通過して、反射面として機能する凹部３００ｂの底面（反射面）に、略４５°の角度で入射して反射される。この反射の際、反射面に間隔αのエアギャップ層２３を備えることにより、反射面からエアギャップ層２３側にしみだしたエバネッセント光（近接陽光）が隣のガラス材２１に拡散することなく、１００％の反射率（全反射）で反射される。そして、反射面で反射された光は、再び位相差板３００内を通過する。したがって、入射光のｓ偏光は１／４位相差板を二回通過することによりｐ偏光光に変換されて、光射出面６ｂ側に向かう。
【０１２５】
そして、偏光方向が変換されて光射出面６ｂ側に向かうｐ偏光光は、偏光分離膜２２を透過したｐ偏光光とともに、光射出面６ｂ側からシステム光軸ＡＬに略平行方向に射出される。
すなわち、偏光変換素子６は、光入射面６ａに入射したランダムな偏光方向を有する光を、一種類のｐ偏光光に変換して、光射出面６ｂ側から射出する機能を備えている。
【０１２６】
このように構成された偏光変換素子６の波長分散特性を以下に示す。
図１６は、第１の実施形態において示した一般式（１）および一般式（２）に基づいて算出した偏光変換素子６における臨界角θcの波長分散特性および一般式（３）に基づいて算出した最大入射角φの波長分散特性を示すグラフである。グラフの横軸は、波長領域４００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲における入射光の波長（ｎｍ）を示し、縦軸に角度（°）を示す。
図１６において、曲線ｆは、臨界角θcの波長分散特性を示し、曲線ｇは最大入射角（−φ）の波長分散特性を示す。なお、各曲線は、波長領域４００ｎｍ〜８００ｎｍの１ｎｍ毎のプロット点を結んだ線図である。
【０１２７】
曲線ｆに示す臨界角θcは、可視光領域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ程度）における変化は少なく、最小値は３９．９４°、最大値は４０．５４°、平均値は４０．３３°である。
一方、曲線ｇに示す最大入射角（−φ）は、可視光領域において６．８７°（波長８００ｎｍ）〜７．９０°（波長４００ｎｍ）の範囲にある。
【０１２８】
よって、光入射面６ａおよび光射出面６ｂと成す角度が４５°に構成された斜面に、偏光分離膜２２およびエアギャップ層２３を備えた偏光変換素子６は、少なくとも光入射面６ａへの最大入射角（−φ）が、略７°（少なくとも６．８７°）程度以内の入射光において、反射面となる凹部３００ｂの底面での全反射が得られる。
【０１２９】
これに対して、複数の斜面に偏光分離膜５１ｂおよび反射膜５１ｃとが交互に設けられた従来の一般的な偏光変換素子５０（図２２参照）の±７°範囲の入射角における波長分散特性を図１７に示す。
図１７は、第１の実施形態において図４に示した、光入射面への入射光の入射角範囲±５°に代えて、光入射面への入射光の入射角範囲±７°における波長分散特性である。
したがって、偏光変換素子５０の斜面に形成された反射膜５１ｃの膜構成は、第１の実施形態において「表１」に示した３１層の誘電体多層膜で構成されている。
【０１３０】
図１７は、光入射面への入射光の入射角による反射膜５１ｃにおける反射率の波長分散特性を示すグラフであり、図１７（ａ）は入射角−７°の場合を示し、図１７（ｂ）は入射角０°の場合、図１７（ｃ）は入射角＋７°の場合を示す。
グラフの横軸は、波長領域３５０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲における入射光の波長（ｎｍ）を示し、縦軸に反射率（％）を示す。なお、各図に示す曲線ｈ，ｉ，ｊは、波長領域３５０ｎｍ〜８００ｎｍの１ｎｍ毎のプロット点を結んだ線図である。
【０１３１】
図１７（ａ）〜図１７（ｃ）において、入射角−７°（曲線ｈ）、入射角０°（曲線ｉ）、入射角＋７°（曲線ｊ）における反射率は、いずれも可視光波長領域外の低波長域および高波長域において低い反射率を示し、低反射率領域が入射角＋７°から入射角−７°に向かうに従って、高波長側に移行する。また、可視光波長領域における入射角０°および入射角＋７°の反射率は、９８．７％程度以上の高い値を示すが、入射角−７°においては４００ｎｍ近傍において極端に低い値を示す。さらに、全曲線の可視光波長領域においては、反射ロスとなる曲線の凹凸を有している。これは、誘電体多層膜よりなる反射膜５１ｃに偏光光が吸収されることにより発生する。
【０１３２】
こうしたことから、光入射面６ａおよび光射出面６ｂに所定の角度を成す複数の斜面で順次貼り合わされたガラス材２１と、複数の斜面に沿って交互に設けられた、偏光分離膜２２と、空気層としてのエアギャップ層２３を構成する位相差板３００と、を備えた偏光変換素子６は、入射光の広い範囲の入射角に対応した優れた反射性能（偏光変換性能）が得られる。また、位相差板３００が物理的、化学的に安定した水晶板よりなり、しかも偏光変換素子６の内部に配置されていることにより、耐熱性や耐光性に優れた偏光変換素子６が得られる。
【０１３３】
次に、偏光変換素子６の製造方法について説明する。
なお、以下に示す偏光変換素子６の製造方法は、基本的に第１の実施形態に準じた製造工程によって製造される。したがって、第１の実施形態における偏光分離素子と異なる構成部分における製造工程のみ説明する。
図１８（ａ）は、第２の実施形態に係る偏光分離素子を製造するガラスブロック形成工程における工程断面図であり、図１８（ｂ）は、第２の実施形態に係る偏光分離素子を製造するガラスブロック貼り合わせ・切断工程における工程断面図である。
【０１３４】
図１８（ａ）に示すガラスブロック形成工程では、準備工程において準備したガラス板６１１，６１２と、位相差板３００とが、接着剤（図示せず）によって互いに貼り合わされてガラスブロックが形成される。
準備したガラス板６１１の２つの表面のうちの一方の表面上には、予め偏光分離膜２２が形成されている。このガラス板６１１およびガラス板６１２は、共に矩形状の外形形状で所定厚さの白板ガラスより成り、後に略平行四辺形の断面形状を有する柱状のガラス材２１を形成する。
【０１３５】
位相差板３００は、ガラス材２１と略同じ矩形状の外形形状を有する１／４λ位相差機能を有する水晶（水晶板）よりなる。また、位相差板３００の一方の表面には、予め変形例１に示したエッチング法による凹凸加工によって形成された凹部３００ｂおよび凸部３００ａが格子状に形成されている。この凹部３００ｂおよび凸部３００ａは、後にエアギャップ層２３を形成する。
【０１３６】
位相差板３００を形成する水晶板の板厚は、例えば１５μｍであり、凹部３００ｂの深さγ（すなわち、凸部３００ａの高さ）は、６μｍ程度である。なお、水晶板の板厚は、用いる水晶のカット軸および光学軸方位を選択することにより適宜設定することができる。
また、凹凸加工によって形成された凹凸形状は、変形例３に示した矩形状の平面形状内に格子状に設けられている場合（図１１（ａ）参照）、または矩形状の平面形状の左右方向に開放された態様の幅広の１つの凹部で形成されている場合（図１３（ａ）参照）であってもよい。
【０１３７】
そして、位相差板３００の凹部３００ｂおよび凸部３００ａが格子状に形成された面に相対する面と、ガラス板６１１の一方の面とが接着剤（図示せず）によって互いに貼り合わされる。さらに、ガラス板６１１の位相差板３００が貼り合わされた面に相対する面と、ガラス板６１２の偏光分離膜２２が形成された面と、が接着剤（図示せず）によって互いに貼り合わされて、複数のガラスブロックが形成される。
【０１３８】
図１８（ｂ）に示すガラスブロック貼り合わせ・切断工程では、それぞれのガラスブロックを構成する位相差板３００に格子状に形成された凸部３００ａの表面に接着剤が塗布されて、複数のガラスブロックが互いに貼り合わされた後に、切断線ＣＬに沿って切断される。
ガラスブロック同士は、位相差板３００に格子状に形成された凸部３００ａの略中心線が、切断線ＣＬとなるように位置合わせして貼り合わされる。
【０１３９】
そして、互いに接着固定された複数のガラスブロックを、その表面と略４５°の角度を成す切断線ＣＬ（図中、二点鎖線で示す）の位置で略平行に切断することによって、素子ブロックが切り出される。切断線ＣＬの位置で切り出された一方の切断面が偏光変換素子６の光入射面６ａに対応し、他方の切断面が光射出面６ｂに対応する。
【０１４０】
得られた素子ブロックは、素子ブロックの両端面部が所定形状に整形されて偏光変換素子６が完成する。
図１９は、完成した偏光変換素子６の部分斜視図である。
【０１４１】
図１９および図１５（ｂ）において、完成した偏光変換素子６は、光入射面６ａおよび光射出面６ｂに略４５°の角度を成す複数の斜面に、偏光分離膜２２および空気層としてのエアギャップ層２３を構成する位相差板３００が交互に設けられている。位相差板３００は、互いに隣り合うガラス板６１１とのガラス板６１２との斜面に、光入射面６ａおよび光射出面６ｂに沿って形成された凸部３００ａ間に凹部３００ｂを含み形成された、間隔αが１０μｍ（凹部３００ｂの深さγ：６μｍ、接着剤の硬化後の厚さ：４μｍ）程度のエアギャップ層２３が形成されている。この偏光変換素子６は、光入射面６ａに入射したランダムな偏光方向を有する光を、一種類のｐ偏光光に変換して、光射出面６ｂ側から射出することができる。
【０１４２】
［第３の実施形態］
第３の実施形態は、光入射面および光射出面に所定の角度を成す複数の斜面に沿って、偏光分離膜および位相差を付与する位相差板とよりなる光学機能層と、空気層としてのエアギャップ層とを交互に設けた偏光変換素子である。なお、位相差板の以外の構成は、第１の実施形態および第２の実施形態と同様であり、説明は省略または簡素化する。
【０１４３】
図２０（ａ）は、第３の実施形態に係る偏光変換素子の構成を模式的に示す断面図であり、図２０（ｂ）は、図２０（ａ）に示す第３の実施形態に係る偏光変換素子の部分拡大断面図である。なお、これらの図面は、説明の便宜のために各構成要素の寸法や比率を実際のものとは異ならせてある。
【０１４４】
図２０（ａ），（ｂ）において、偏光変換素子７は、光入射面７ａおよび光射出面７ｂに所定の角度を成す複数の斜面で順次貼り合わされた柱状の透光性基材としてのガラス材２１と、複数の斜面に沿って交互に設けられた、偏光分離膜２２および位相差板３０１よりなる光学機能層と、空気層としてのエアギャップ層２３と、を備えている。なお、複数の斜面が光入射面７ａおよび光射出面７ｂと成す所定の角度は、例えば、４５°であり、ガラス材２１は略平行四辺形の断面形状をなしている。
【０１４５】
ガラス材２１は、例えば、白板ガラスより成り、互いに隣り合うガラス材２１の一方の斜面に偏光分離膜２２と偏光分離膜２２の表面に貼着された位相差板３０１よりなる光学機能層が配置され、他方の斜面に空気層としてのエアギャップ層２３が形成されている。
【０１４６】
偏光分離膜２２は、誘電体多層膜で形成されている。誘電体多層膜は、例えば、ＳｉＯ2よりなる中屈折率層およびＭｇＦ2よりなる低屈折率層と、例えば、Ｌａ2Ｏ3とＡｌ2Ｏ3の重量割合が１：３の混合物よりなる高屈折率層とが、所定の順序および光学膜厚で成膜されている。この偏光分離膜２２は、入射する光線束（ｓ偏光光＋ｐ偏光光）を、ｓ偏光光とｐ偏光光とに分離して、ｓ偏光光を反射し、ｐ偏光光を透過する機能を有する。
【０１４７】
位相差板３０１は、１／２λ位相差機能を有する水晶（水晶板）で形成されている。位相差板３０１は、それぞれの偏光分離膜２２を透過して入射するｐ偏光光をｓ偏光光に変換する機能を有する。
【０１４８】
空気層としてのエアギャップ層２３は空気の層であり、斜面に互いに隣り合うガラス材２１の斜面に設けられた段差形成手段としてのスペーサ２４により形成されている。スペーサ２４は、光入射面７ａおよび光射出面７ｂに沿って、互いに隣り合うガラス材２１を貼り合わせする接着剤（接着剤層）により構成されている。このスペーサ２４の高さ、すなわち間隔αは、１０μｍ程度である。
【０１４９】
次に、このように構成された偏光変換素子７に入射する入射光の動作について説明する。
図２０（ｂ）において、システム光軸ＡＬに沿って偏光変換素子７の光入射面７ａに入射した光（ｓ偏光光＋ｐ偏光光）は、ガラス材２１の一方の斜面に形成された光学機能層の内の偏光分離膜２２においてｓ偏光光とｐ偏光光の２つの部分光線束に分離される。そして、偏光分離膜２２で分離された一方のｓ偏光光は、エアギャップ層２３に向かって反射され、他方のｐ偏光光は透過する。
【０１５０】
そして、エアギャップ層２３に向かって反射されたｓ偏光光は、エアギャップ層２３を形成するガラス材２１の他方面（反射面）に対して略４５°の角度で入射して反射される。この反射の際、反射面に間隔αのエアギャップ層２３を備えることにより、反射面からエアギャップ層２３側にしみだすエバネッセント光（近接陽光）が隣のガラス材２１に拡散することなく、１００％の反射率（全反射）で反射される。そして全反射された反射光は、光射出面７ｂ側に向かう。
【０１５１】
一方、偏光分離膜２２を透過したｐ偏光光は、偏光分離膜２２に隣接する光学機能層の内の位相差板３０１に入射する。
位相差板３０１に入射したｐ偏光光は、位相差板３０１内を通過して光射出面７ｂ側に向かう。位相差板３０１に入射したｐ偏光光は、位相差板３０１内を通過することによりｓ偏光光に変換される。
【０１５２】
そして、偏光方向が変換されて光射出面７ｂ側に向かうｓ偏光光は、エアギャップ層２３を形成するガラス材２１の反射面で全反射されたｓ偏光光とともに、光射出面７ｂ側からシステム光軸ＡＬに略平行方向に射出される。
すなわち、偏光変換素子７は、光入射面７ａに入射したランダムな偏光方向を有する光を、一種類のｓ偏光光に変換して、光射出面７ｂ側から射出する機能を備えている。
【０１５３】
こうしたことから、光入射面７ａおよび光射出面７ｂに所定の角度を成す複数の斜面で順次貼り合わされたガラス材２１と、複数の斜面に交互に設けられた、偏光分離膜２２および位相差板３０１よりなる光学機能層と、空気層としてのエアギャップ層２３を備えた偏光変換素子７は、優れた反射性能（偏光変換性能）が得られる。また、位相差板３０１が物理的、化学的に安定した水晶板よりなり、しかも偏光変換素子７の内部に配置されていることにより、耐熱性や耐光性に優れた偏光変換素子７が得られる。
【０１５４】
次に、偏光変換素子７の製造方法について説明する。
なお、以下に示す偏光変換素子７の製造方法は、基本的に第１の実施形態に準じた製造工程によって製造される。したがって、第１の実施形態における偏光分離素子と異なる構成部分における製造工程のみ説明する。
【０１５５】
図２１（ａ）は、第３の実施形態に係る偏光分離素子を製造するガラスブロック形成工程における工程断面図であり、図２１（ｂ）は、第３の実施形態に係る偏光分離素子を製造するガラスブロック貼り合わせ・切断工程における工程断面図である。
図２１（ａ）に示すガラスブロック形成工程では、準備工程において準備したガラス板７１１，７１２と、位相差板３０１とが、接着剤（図示せず）によって互いに貼り合わされてガラスブロックが形成される。
【０１５６】
準備したガラス板７１１およびガラス板７１２は、共に矩形状の外形形状で所定厚さの白板ガラスよりなり、ガラス板７１２の２つの表面のうちの一方の表面上には、予め偏光分離膜２２が形成されている。こうしたガラス板７１１，７１２は、後に略平行四辺形の断面形状を有する柱状のガラス材２１を形成する。
【０１５７】
位相差板３０１は、ガラス板７１１，７１２と略同じ矩形状の外形形状の１／２λ位相差機能を有する水晶（水晶板）よりなる。なお、位相差板３０１を形成する水晶板の板厚は、例えば１５μｍ程度である。この板厚は、用いる水晶のカット軸および光学軸方位を選択することにより適宜設定することができる。
【０１５８】
そして、ガラス板７１１の一方の面に、接着剤（図示せず）を用いて位相差板３０１を接合した後、ガラス板７１１に接合された位相差板３０１の表面と、ガラス板７１２の偏光分離膜２２が形成された面と、を接着剤（図示せず）を用いて接合する。
そして、ガラス板７１１の表面に接着剤（接着剤層）２４０が塗布される。接着剤２４０は、後述する図２１（ｂ）に示す工程において切断されるそれぞれの切断線ＣＬが、ガラス板７１１の表面と交差する位置を中心線として、ガラス板７１１の矩形状の外形形状の一辺に沿って格子状に形成される（図７参照）。なお、塗布される接着剤２４０の硬化後の厚さは、１０μｍ程度である。
【０１５９】
図２１（ｂ）に示すガラスブロック貼り合わせ・切断工程では、それぞれのガラスブロックのガラス板７１１の表面に接着剤２４０が格子状に塗布された複数のガラスブロックが、互いに貼り合わされた後に、切断線ＣＬに沿って切断される。
ガラスブロックの貼り合わせは、ガラスブロックのガラス板７１１の表面のうちの一方の表面に格子状に塗布された接着剤２４０の中心線が、切断線ＣＬとなるように位置合わせして、それぞれのガラスブロックのガラス板７１１の接着剤２４０が塗布された面と、次のガラスブロックのガラス板７１２の面と、が貼り合わされる。そして、ケミカルランプや高圧水銀灯などの光（紫外線）を照射することによって、接着剤２４０が硬化される。
【０１６０】
そして、ガラス板７１１のもう一方の面に位相差板３０１を接合し、次にガラス板７１２の偏光分離膜２２が形成された面を接合する。これを繰り返して複数のガラスブロックを接着固定する。
【０１６１】
そして、互いに接着固定された複数のガラスブロックを、その表面と略４５°の角度を成す切断線ＣＬ（図中、二点鎖線で示す）の位置で略平行に切断することによって、素子ブロックが切り出される。切断線ＣＬの位置で切り出された一方の切断面が偏光変換素子７の光入射面７ａに対応し、他方の切断面が光射出面７ｂに対応する。
得られた素子ブロックは、素子ブロックの両端面部が所定形状に整形されて偏光変換素子７が完成する。
【図面の簡単な説明】
【０１６２】
【図１】第１の実施形態に係る偏光変換素子の構成を模式的に示す断面図。
【図２】第１の実施形態に係る偏光変換素子の部分拡大断面図。
【図３】第１の実施形態の偏光変換素子における臨界角θcの波長分散特性および最大入射角φの波長分散特性を示すグラフ。
【図４】従来の偏光変換素子における光入射面への入射角範囲±５°の反射率の波長分散特性を示すグラフ。
【図５】第１の実施形態に係る偏光分離素子を製造する主要な工程を示す工程断面図。
【図６】第１の実施形態に係る偏光分離素子を製造する主要な工程を示す工程断面図。
【図７】第１の実施形態に係る偏光分離素子のガラスブロックをＡ−Ａ視した矢視図。
【図８】第１の実施形態に係る偏光変換素子の部分斜視図。
【図９】変形例１に係る偏光分離素子を製造する準備工程における工程断面図。
【図１０】変形例１に係る偏光変換素子の部分斜視図。
【図１１】（ａ）は別の凹凸形状が形成されたガラス板表面の平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すガラス板を用いて製造された偏光変換素子の部分拡大断面図。
【図１２】図１１（ｂ）に示す偏光変換素子の部分斜視図。
【図１３】（ａ）は、さらに別の凹凸形状が形成されたガラス板表面の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すガラス板を用いて製造された偏光変換素子の部分拡大断面図。
【図１４】図１３（ｂ）に示す偏光変換素子の部分斜視図。
【図１５】（ａ）は第２の実施形態に係る偏光変換素子の構成を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は第２の実施形態に係る偏光変換素子の部分拡大断面図。
【図１６】第２の実施形態の偏光変換素子における臨界角θcの波長分散特性および最大入射角φの波長分散特性を示すグラフ。
【図１７】従来の偏光変換素子における光入射面への入射角範囲±７°の反射率の波長分散特性を示すグラフ。
【図１８】第２の実施形態に係る偏光変換素子を製造する主要な工程を示す工程断面図。
【図１９】第２の実施形態に係る偏光変換素子の部分斜視図。
【図２０】（ａ）は第３の実施形態に係る偏光変換素子の構成を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は第３の実施形態に係る偏光変換素子の部分拡大断面図。
【図２１】第３の実施形態に係る偏光変換素子を製造する主要な工程を示す工程断面図。
【図２２】（ａ）は従来の偏光変換素子の斜視図、（ｂ）は（ａ）を＋ｚ軸方向から見た従来の偏光変換素子の平面図。
【符号の説明】
【０１６３】
１，４，５，６，７，１０…偏光変換素子、２…偏光分離素子、２ａ…光入射面、２ｂ…光射出面、３，３００，３０１…位相差板、２１…透光性基材としてのガラス材、２１ａ…偏光分離面、２１ｂ…反射面、２２，２２１…偏光分離膜、２３…空気層としてのエアギャップ層、２４…段差形成手段としてのスペーサ、２１１，２１２，３１１，３１２，４１１，４１２，５１１，５１２，６１１，６１２，７１１，７１２…ガラス板、２４０…接着剤（接着剤層）、３１１ａ，４１１ａ，５１１ａ…凸部、３１１ｂ，４１１ｂ，５１１ｂ…凹部。
【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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