CN111373305A - 偏振分光器、面光源装置以及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种偏振分光器，与以往相比，能够小型化及轻量化。本发明的偏振分光器具有透光性的基材和设于基材的表面的全息图层，能够从经由基材射入到全息图层的光分离S偏振光的光束，而且，基材具有与设有全息图层的表面对置的背面和连接表面及背面的侧面，全息图层具有全息图，该全息图使经由背面及侧面的一部分的任一方从基材的外部摄入到全息图层的圆偏振光的光束衍射，朝向背面及侧面的上述一部分的另一方产生消光比为50：1以上的S偏振光的光束。

Description

偏振分光器、面光源装置以及显示装置
技术领域
本发明涉及一种使用了全息图的全息光学元件，特别涉及使用了能够选择性地分离S偏振光的光束的全息图的偏振分光器、使用了该偏振分光器的面光源装置以及显示装置。
背景技术
一直以来，作为显示装置的显示，多使用液晶显示元件。液晶显示元件在两张基板之间使液晶取向，通过控制设于基板的各像素电极的电压，使配置有像素电极的区域的液晶的取向状态变化，使穿过每个像素的光的偏振状态变化，利用偏振状态的不同控制像素的明亮度而显示图像。如果是透射型的液晶显示元件，则在两张基板的外侧表面设置仅透射特定的线偏振光的偏振板，将通过入射侧的偏振板射向液晶显示元件的光仅设为特定的线偏振光，在线偏振光的光束穿过液晶的期间使偏振状态变化，通过能够穿过射出侧的偏振板的线偏振光分量的比例控制明亮度。另外，在反射型的情况下，使光从一表面射入，通过像素电极反射而从相同的表面射出，但仍然在一表面侧设置仅透射特定的线偏振光的偏振板，线偏振光的光束在直至像素电极往复的期间利用液晶使偏振状态变化，通过线偏振光分量的比例控制明亮度。对于反射型液晶显示元件之一，已知在硅片的表面载置有液晶的LCOS(Liquid Crystal on Silicon)设备。
反射型的液晶显示元件用于对影像进行投影的显示装置即投影仪、佩戴于使用者的头部，在眼前显示图像的显示装置即头戴式显示器(HMD)等，但由于光的入射面和图像的显示面相同，因此需要偏振分光器，该偏振分光器将从光源向液晶显示装置照射的光和从液晶显示装置射出的光的光路分离。在专利文献1中记载有使用了反射型的液晶显示元件的HMD，专利文献1的HMD具备具有光源、导光部件以及液晶显示元件的液晶单元，在液晶显示元件的显示面，作为导光部件固定有偏振分光器，使从光源射入的光被偏振分光器朝向液晶显示元件反射，关于从液晶显示元件射出的图像，使其透过偏振分光器。在专利文献1的HMD中，在比偏振分光器靠光源侧的光路设有供S偏振光穿过的偏振板，且构成为，穿过偏振板的S偏振光的光束向偏振分光器射入，被设置成倾斜面的反射面朝向液晶显示元件反射。
图19是对现有的反射型的显示装置300的显示动作进行说明的图。显示装置300具有反射型的液晶显示元件301、配置于其表面侧的偏振分光器302、以及配置于比偏振分光器302靠光源(未图示)侧的偏振板303。液晶显示元件301通过像素电极反射射入的S偏振光的光束，在液晶显示元件的显示面显示图像，但ON的像素311的光构成为，在穿过液晶层时，偏振的朝向旋转，在显示面正好旋转90度，OFF的像素312的光构成为，在穿过液晶层时，偏振的朝向不旋转。就偏振分光器302而言，一般是使两个直角棱镜的倾斜面对置地贴合的立方体型，在45度的倾斜面306蒸镀有电介质多层膜，且使S偏振光分量反射，使P偏振光分量透过。偏振板303供S偏振光分量穿过，遮蔽P偏振光分量。
来自光源的光310通过配置于偏振分光器302之前的偏振板303成为S偏振光的光束311，并向偏振分光器302射入。S偏振光的光束311被偏振分光器302的倾斜面306朝向液晶显示元件301反射，向液晶显示元件301射入。射入液晶显示元件301的ON的像素304的光在穿过液晶层时，偏振的朝向旋转90度，成为P偏振光的光束312，从液晶显示元件301的表面射出，穿过偏振分光器302的倾斜面306而显示。另一方面，射入液晶显示元件301的OFF的像素305的光即使穿过液晶层偏振的朝向也不改变，保持S偏振光的光束313的状态从液晶显示元件301的表面射出，被偏振分光器302的倾斜面306反射，因此成为非显示的像素。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017－68044号公报
发明内容
发明所要解决的课题
头戴式显示器等穿戴式显示器需要佩戴于头部，追求整体上小型化及轻量化。但是，在反射型的液晶显示元件的情况下，需要与显示元件的显示面相邻地设置偏振分光器，在立方体型的偏振分光器中存在以下问题点：棱镜较重；以及由于在45度的倾斜面反射及透过，因此在截面上纵和横的长度相同，装置大型化。
另外，现有的偏振分光器对光的分割利用基于反射面的反射和透过，只能选择将相对于立方体型的偏振分光器的一面垂直地射入的光原样透过的光路和与该光路正交的被反射面反射的光路两种，在光学系统的设计配置上成为约束。
另外，为了扩大显示元件的视角，需要扩大照明光的口径，其结果，也需要扩大偏振分光器，光学系统大型化、变重无法避免。而且，在现有的偏振分光器中，如果入射角的角度变化，则消光比(S偏振光与P偏振光的比)降低，因此，难以与扩大视角的照明光组合。
此外，在现有的偏振分光器中，P偏振光的透过光的消光比高，但反射光的消光比低，难以直接得到消光比高的S偏振光。而且，在以场序方式(分时方式)进行彩色显示的情况下，将红色、绿色、蓝色的照明光依次照射到显示元件，但在现有的偏振分光器中，难以在宽的波段实现高的消光比。
本发明鉴于上述的问题而做成，目的在于提供能够解决该问题的至少一部分的偏振分光器、使用了该偏振分光器的面光源装置以及显示装置。
用于解决课题的方案
为了解决上述的课题，本发明的偏振分光器具有透光性的基材和设于上述基材的表面的全息图层，能够从经由上述基材射入到上述全息图层的光分离S偏振光的光束，上述偏振分光器的特征在于，上述基材具有与设有上述全息图层的表面对置的背面和连接上述表面及上述背面的侧面，上述全息图层具有全息图，该全息图使经由上述背面及上述侧面的一部分的任一方从上述基材的外部射入到上述全息图层的圆偏振光的光束衍射，朝向上述背面及上述侧面的上述一部分的另一方产生消光比为50：1以上的S偏振光的光束。
另外，本发明的偏振分光器具有透光性的基材和设于上述基材的表面的全息图层，能够从经由上述基材射入到上述全息图层的光分离S偏振光的光束，上述偏振分光器的特征在于，上述基材具有与设有上述全息图层的表面对置的背面和连结上述表面及上述背面的侧面，上述全息图层具有全息图，该全息图使经由上述背面从上述基材的外部射入到上述全息图层的光中的S偏振光的光束的至少一部分衍射，朝向上述侧面的一部分产生S偏振光的光束，且不衍射P偏振光的光束。
另外，本发明的偏振分光器具有透光性的基材和设于上述基材的表面的全息图层，能够从经由上述基材射入到上述全息图层的光分离S偏振光，上述偏振分光器的特征在于，上述基材具有与设有上述全息图层的表面对置的背面和连结上述表面及上述背面的侧面，上述全息图层具有全息图，该全息图使经由上述侧面的一部分从上述基材的外部射入到上述全息图层的光中的S偏振光的光束的至少一部分衍射，朝向上述背面或与上述基材相反的一侧产生S偏振光的光束，且不衍射P偏振光的光束。
另外，本发明的偏振分光器具有透光性的基材和设于上述基材的表面的全息图层，能够从经由上述基材摄入到上述全息图层的光分离S偏振光，上述偏振分光器的特征在于，上述基材具有与设有上述全息图层的表面对置的背面和连结上述表面及上述背面的侧面，上述全息图层的上述全息图具有如下全息图：使比上述基材相对于空气的临界角大的入射角的S偏振光的光束的至少一部分衍射，朝向上述背面或与上述基材相反的一侧产生S偏振光的光束，且不衍射比上述临界角大的入射角的P偏振光的光束。
进一步地，在上述的偏振分光器中，优选的是，上述全息图层的上述全息图使圆偏振光的光束衍射，产生消光比为50：1以上的S偏振光的光束，另外优选的是，上述全息图层的上述全息图使经由上述背面射入的P偏振光的光束透过。另外，也可以是，上述基材的上述表面是平面，上述背面是平面，上述表面和上述背面平行配置，也可以是，上述侧面的至少一部分相对于上述表面的法线倾斜。
进一步地，在上述偏振分光器中，也可以是，在上述全息图层的与上述基材相反的一侧具有第二基材。
另外，本发明的面光源装置的特征在于，具有光源和上述偏振分光器，构成为来自上述光源的射出光经由上述侧面的上述一部分向上述全息图层射入，且从上述基材的背面射出光。
另外，本发明的面光源装置具有：光源；透光性的基材；以及设于上述基材的表面的全息图层，上述面光源装置的特征在于，上述基材具有与设有上述全息图层的表面对置的背面和连结上述表面及上述背面的侧面，构成为，相对于上述全息图层，来自上述光源的射出光经由上述基材以比上述基材相对于空气的临界角大的入射角射入，上述全息图层具有全息图，该全息图使以比上述临界角大的入射角射入的光衍射，朝向上述基材的上述背面或与上述基材相反的一侧产生消光比为50：1以上的S偏振光的光束。
另外，本发明的面光源装置具有：光源；透光性的基材；以及设于上述基材的表面的全息图层，上述面光源装置的特征在于，上述基材具有与设有上述全息图层的表面对置的背面和连结上述表面及上述背面的侧面，构成为，相对于上述全息图层，来自上述光源的射出光以比上述基材相对于空气的临界角大的入射角从上述基材侧射入，上述全息图层具有全息图，该全息图使以比上述临界角大的入射角射入的光中的S偏振光的光束的至少一部分衍射，朝向上述基材的上述背面或与上述基材相反的一侧产生S偏振光的光束，且不衍射P偏振光的光束。
进一步地，在上述面光源装置中，优选的是，上述全息图层的上述全息图使经由上述背面射入的P偏振光的光束透过，且优选的是，在上述基材的上述表面或上述背面设有与上述全息图不同的第二全息图，上述第二全息图使来自上述光源的射出光衍射，在上述基材的内部产生比上述临界角大的入射角的光。另外，也是是，上述全息图层的上述全息图朝向上述基材的上述背面产生发散光或行进方向不同的多个光。
另外，本发明的显示装置的特征在于，具有上述面光源装置和显示元件，该显示元件被从上述面光源装置射出的光照射，或者具有上述面光源装置，在上述面光源装置的上述基材的上述背面形成有显示元件的像素电极。
进一步地，在上述显示装置中，优选的是，上述显示元件通过变更射入到每个像素的光的偏振状态来显示图像，更优选的是，上述显示元件是反射型，在上述显示元件反射出的光向上述面光源装置射入。另外，也可以具备偏振器，该偏振器对于从上述显示元件射出的光具有与P偏振光平行的透过轴。
发明效果
根据本发明的偏振分光器，利用设于基材的表面的全息图层的全息图，能够与从基材的侧面的一部分射入的光中的S偏振光的光束的至少一部分干涉而朝向背面产生S偏振光的光束，或者与从基材的背面射入的光中的S偏振光的光束的至少一部分干涉而朝向侧面的一部分产生S偏振光的光束，能够分离S偏振光的光束。该偏振分光器能够由薄的基材实现，能够实现基材的厚度(侧面的高度)程度的薄的偏振分光器，能够进行大幅的小型化及轻量化。另外，通过全息图的设计，能够调整通过干涉产生的光的状态(朝向、形状、数量)，能够应用于各种用途。关于本发明的其它效果，在具体实施方式中进行叙述。
附图说明
图1是本发明的偏振分光器的概略结构图。
图2是本发明的偏振分光器的概略结构图。
图3中，(A)是本发明的反射型全息图，(B)是对本发明的透射型全息图的制造方法进行说明的概略图。
图4是对全息图的衍射光(A)及非衍射光(B)的偏振光分量的测定方法进行说明的概略图。
图5中的(A)～(D)分别为实验1、3、7以及9的衍射光量的测定结果。
图6是对本发明的全息图的其它制造方法进行说明的图。
图7是对本发明的全息图的其它制造方法进行说明的图。
图8是本发明的偏振分光器的变形例。
图9是本发明的偏振分光器的变形例。
图10中，(A)及(B)是本发明的偏振分光器的变形例，(C)是对本发明的全息图的其它制造方法进行说明的图。
图11中，(A)是本发明的偏振分光器的变形例，(B)是对本发明的全息图的其它制造方法进行说明的图。
图12是使用了透射型全息图的本发明的偏振分光器的变形例。
图13是透射型全息图的衍射光的光量(A)、(C)以及非衍射光的光量(B)、(D)的测定结果((A)及(B)是由S偏振光彼此记录的全息图，(C)及(D)是由圆偏振光彼此记录的全息图)。
图14是表示本发明的面光源装置的实施方式的概略图。
图15是表示本发明的显示装置的实施方式的概略图。
图16是表示本发明的显示装置的实施方式的概略图。
图17是表示本发明的显示装置的实施方式的概略图。
图18是表示本发明的显示装置的实施方式的概略图。
图19是对现有的反射型的显示装置的显示动作进行说明的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。但是，本发明不限于以下的例子。此外，在本说明书中，P偏振光的光束是指向边界面射入的光的电矢量的振动方向包含在入射平面(包括边界面的法线和光的行进方向的面)内的线偏振光(包括圆偏振光及椭圆偏振光等中的P偏振光分量)，S偏振光的光束是指向边界面射入的光的电矢量的振动方向与入射平面垂直的线偏振光(包括圆偏振光及椭圆偏振光等中的S偏振光分量)，P偏振光和S偏振光正交。另外，圆偏振光是指光波的电矢量的前端描绘圆的偏振光。
[偏振分光器的基本结构]
图1及图2是使用了反射型的全息图31的本发明的偏振分光器1的概略结构图，图1表示入射光11从基材2的侧面23的一部分24射入的情况下的光路，图2表示入射光14从基材2的背面22射入的情况下的光路。另外，图12是使用了透射型的全息图32的本发明的偏振分光器1的概略结构图，图12(A)表示入射光11从基材2的侧面23的一部分24射入的情况下的光路，图12(B)表示入射光18从基膜4侧射入的情况下的光路。
偏振分光器1具有透光性的基材2和设于基材2的表面21的全息图层3，全息图层3具有反射型全息图31或透射型全息图32。根据需要，也可以在全息图层的与基材2相反的一侧的面具有基膜4、第二基材5(参照图8(C))。就本发明的偏振分光器1而言，在使用了全息图层3的全息图这一点上，虽然是全息光学元件的一种，但与用作仅变更光线的朝向的转向单元、透镜的现有的全息光学元件不同，能够从射入到全息图层3的光选择性地使S偏振光的光束衍射而分离。
即，如图1(A)所示，本发明的反射型全息图31与经由基材2的侧面的一部分24从基材2的外部射入到全息图层3的入射光11的至少一部分干涉，使入射光11的至少一部分衍射，如图1(B)所示地，能够朝向背面22产生S偏振光的衍射光12，如图1(C)所示地，与全息图31未干涉的非衍射光13在偏振分光器1的表面全反射，从另一侧面的一部分25向基材2的外部射出。进一步地，本发明的反射型全息图31如图2(A)所示地与经由基材2的背面22从基材2的外部射入到全息图层3的入射光14的至少一部分干涉，如图2(B)所示地，能够朝向侧面的一部分24产生S偏振光的衍射光15，与全息图31未干涉的非衍射光16如图2(C)所示地原样穿过全息图层3及基膜4，向外部射出。另外，如图12(A)所示，本发明的透射型全息图32与经由基材2的侧面的一部分24从基材2的外部射入到全息图层3的入射光11的至少一部分干涉，使入射光11的至少一部分衍射，能够朝向与基材2相反的一侧(基膜4侧)产生S偏振光的衍射光17，与全息图32未干涉的非衍射光13在偏振分光器1的表面全反射，从另一侧面的一部分25向基材2的外部射出。进一步地，如图12(B)所示，本发明的透射型全息图32与经由基膜4从基材2的外部射入到全息图层3的入射光18的至少一部分干涉，能够朝向侧面的一部分24产生S偏振光的衍射光15，与全息图32未干涉的非衍射光19原样穿过全息图层3及基材2，向外部射出。本发明的全息图31及32使S偏振光的光束的至少一部分衍射，产生S偏振光的衍射光，但是与P偏振光的光束几乎不干涉，不会使P偏振光的光束衍射。优选的是，全息图31及32与圆偏振光的入射光(S偏振光分量与P偏振光分量大致为50％)干涉，产生消光比为50：1以上的S偏振光的光束。
基材2具有表面21、与表面21对置的背面22、以及将表面21和背面22连接的侧面23。基材2的平面形状(从表面21侧观察的形状)为与入射光11、14、18的形状、衍射光12、15、17以及非衍射光13、16、19的形状相应的形状，典型地为四边形或圆形，但不限于此。基材2具有透光性，但无需对所有波长都具有透光性，只要至少对经由全息光学元件利用的光的波长具有透光性即可。作为基材2的材料，具有比空气的折射率(n0＝1.0)大的折射率(nS)，优选与全息图层3的折射率(nH)相同或接近(±0.1)。作为基材2，能够使用光透过性树脂、玻璃，作为树脂，例如，可以使用将丙烯酸酯树脂(包含聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))、苯乙烯系树脂、聚烯烃系树脂、聚碳酸酯树脂、环氧树脂、硅树脂等。这些基材通常折射率(nS)为1.3～1.6左右。
基材2的表面21是设有全息图层3的面，在图中以平面示出，但也可以不是平面。在表面21上设有全息图层3，但也可以用粘接剂将设于基膜4上的全息图层3的外侧表面和表面21粘在一起，也可以将感光材料作为全息图层3通过涂布或蒸镀等设于表面21上。在图1中是以基膜4成为外侧的方式将全息图层3与表面21粘在一起的构造。另外，也可以将记录有全息图的全息图层3粘接到表面21，也可以在将全息图层3涂布或粘接于表面21后，通过经由基材2照射光而在全息图层3记录全息图。
背面22是与表面21相对的面，是由全息图层3的全息图31分离的入射光14、分离后的衍射光12或穿过了全息图32的非衍射光19的入射/射出面之一。在将使用了反射型全息图31的偏振分光器1用作面光源装置等照明装置的情况下，通常经由背面22向外侧照射S偏振光的光束。如图1所示，背面22可以是与表面21平行的平面，也可以如图9(A)所示地是相对于表面21倾斜的平面。另外，背面22也可以不是平面，而是如图9(B)所示地为凸曲面，使射出的衍射光12会聚，也可以是如图9(C)所示地为凹曲面，使射出的衍射光12发散。此外，通过在背面22配置1/2波片，能够将S偏振光的光束作为P偏振光的光束向外部照射，通过在背面22配置1/4波片，能够将S偏振光的光束作为圆偏振光的光束向外部照射。
侧面23是将基材2的表面21和背面22连接的面，在基材21是长方体的情况下，存在四个垂直的侧面23。图1所示的截面中的侧面23的高度为基材2的厚度，但通过使侧面23的高度比表面21及背面22的长度短，且整体形成为板状，能够将基材2及偏振分光器1轻薄化。例如，作为基材2，能够使用厚度10mm的板状的基材。另外，侧面23也可以相对于表面21或背面22倾斜(图8(A))，也可以设为曲面(图8(B))。另外，也可以在侧面23设置倾斜角不同的多个面。
侧面23的一部分24为由全息图层3的全息图分离的入射光11或分离后的衍射光15的入射/射出面之一。另外，如图1(C)及图12(A)所示，与侧面23的一部分24相对的另一侧面的一部分25为从侧面23的一部分24射入的光11中的与全息图层3的全息图未干涉的非衍射光13射出的射出面。因为基材2的折射率(nS)比空气大，所以通过适当地设定从侧面23的一部分24射入的入射光11的入射角，能够使以下的光容易地射入，该光在基材2的内部相对于表面21及背面22以临界角以上的角度射入，且通过全反射在基材2沿长边方向传播。如果将空气的折射率(n0)设为1，则基材2相对于空气的临界角θc是arcsin(1/基材2的折射率(nS))，基材2的折射率(nS)是1.3时，临界角θc大约是50.3度，基材2的折射率(nS)是1.4时，临界角θc大约是45.6度，在基材2的折射率(nS)是1.5时，临界角θc大约是41.8度。关于设于基材2的表面21的全息图层3、基膜4，如果也是与基材2相同程度以上的折射率，则对于基材的临界角以上的光在与空气的界面进行全反射，因此，能够采用基材2的延长来设计入射光的光路等。此外，只要在基材2内部可得到以基材的临界角以上的入射角向全息图层3射入的入射光，作为入射面，就不限于侧面的一部分(例如，图14(B)及(C))。另外，与全息图层3的全息图未干涉的光不限于从另一侧面23的一部分25射出的结构，也可以设置其它射出单元。例如，如果在全息图层3之上设置第二基材、在其它区域设置与非衍射光干涉并向基材的外部产生衍射光的其它全息图(例如图14(B)的全息图104)、设置将非衍射光转向到比基材的临界角小的角度的其它全息图(例如图14(C)的全息图105)等，则能够向基材2的外部射出非衍射光。
全息图层3是具有全息图31或32的层，例如，使用银盐、重铬酸盐明胶、光敏聚合物、光致抗蚀剂等。优选在全息图层3的一面或两面设有基膜4。基膜4是支撑或保护全息图层3的基材，例如使用聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚氟乙烯系膜等树脂。例如，在作为全息图层3使用了光敏聚合物的情况下，全息图层3由用于干涉条纹记录的单体、用于维持形状的基质以及根据需要添加的非反应性成分、各种添加剂形成。其中的基质是用于维持全息图层的形状的成分，要求高的光线透过率、透明性，为了促进折射率调制，优选为比单体稍低的折射率，一般使用聚氨酯树脂、环氧树脂。另一方面，单体是用于记录干涉条纹的成分，要求高的光线透过率、透明性，优选为比基质稍高的折射率，通过光照射记录干涉条纹。单体主要具有光阳离子聚合系和光自由基聚合系，在光阳离子聚合系中，使用硅系环氧化物等脂环族环氧化合物，另外，在光自由基聚合系中，使用乙烯基咔唑、苯乙烯衍生物、丙烯酸酯或它们的预聚物等乙烯基化合物。此外，作为偏振分光器1，也可以使由基膜4支撑的全息图层3粘贴于基材2，也可以通过涂布或蒸镀等在基材2上设置全息图层3及基膜4。
入射光11、14、18为通过与全息图31或32干涉而衍射的光(例如全息图的干涉条纹和满足布拉格的衍射条件的光)。典型地，能够将与记录全息图31或32时使用的两个光束的任一个相同的行进方向的光或与其共轭的关系的光且相同波长的光用作入射光11、14、18，与记录时使用的两个光束中的另一方相同的行进方向的光或与其共轭的关系的光作为衍射光12、15、19而产生。入射光11是与图3(A)及(B)的记录时的第一光束44相同的行进方向的光。入射光14是与图3(A)的记录时的第二光束45行进方向相反的共轭的关系的光。入射光18是与图3(B)的记录时的第二光束45行进方向相反的共轭的关系的光。通过记录时的第一光束44及第二光束44的状态，能够控制与全息图31或32干涉的入射光11、14、18的状态，另外，也能够控制通过与全息图31或32的干涉而产生的衍射光12、15、19的状态。此外，光的状态包括波长、行进方向、偏振、形状等。
[偏振分光器的制造方法]
图3(A)是对本发明的反射型全息图31的制造方法进行说明的概略图，图3(B)是对本发明的透射型全息图32的制造方法进行说明的概略图。设于基膜4的全息图层3被夹持于记录用第一光学元件41与记录用第二光学元件42之间。全息图层3和记录用第一光学元件41的表面无间隙地粘接，但基膜4和记录用第二光学元件42只是相邻配置，因此在间隙以不形成空气层的方式夹设折射率为相同程度的浸液43。而且，将从记录用第一光学元件41到记录用第二光学元件42以倾倒角度α的方式倾斜配置，将光轴正交的第一光束44和第二光束45以在全息图层3交叉的方式照射，由此，在全息图层3使第一光束44和第二光束45干涉，能够记录全息图31或32。图3(A)和图3(B)的不同点在于，第二光束45的行进方向相反。浸液43优选为与全息图层3的折射率相同，但即使不同，只要因折射率的差而引起的折射在容许范围内即可。此外，图3(A)及(B)是概略图，虽未图示光的光学元件内的折射，但由于第一光束44和第二光束45均以入射角α射入，因此即使折射，在全息图层3，第一光束44和第二光束45的光轴也正交。
记录用第一光学元件41及记录用第二光学元件42是用于将第一光束44及第二光束45导入全息图层3以及导出的部件，至少相对于第一光束44及第二光束45具有透光性。记录用第一光学元件41及记录用第二光学元件42具有比空气的折射率(n0＝1.0)大的折射率(nS)，优选与全息图层3的折射率(nH)相同或接近(±0.1)，能够使用光透过性树脂、玻璃，作为树脂，例如可以使用丙烯酸酯树脂(包含聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))、苯乙烯系树脂、聚烯烃系树脂、聚碳酸酯树脂、环氧树脂、硅树脂等。这些基材通常折射率(nS)是1.3～1.6左右。
在使记录用第一光学元件41与全息图层3粘接的情况下，能够将记录用第一光学元件41直接用作全息光学元件的基材，例如能够用作偏振分光器1的基材2。在使记录用第一光学元件41和全息图层3不粘接而是相邻配置的情况下，能够得到支撑记录有预定的全息图的全息图层3的基膜4，通过与其它透光性的基材粘接能够制作全息光学元件(例如偏振分光器)。在将记录用第一光学元件41和全息图层3相邻配置的情况下，优选的是，在全息图层3的两面设置基膜4，在间隙以不形成空气层的方式夹设折射率为同程度的浸液(参照图6(B))。另外，也可以将记录用第二光学元件42与基膜4粘接、或者不设置基膜4而使全息图层3与记录用第二光学元件42直接相邻或粘接。
另外，如图3所示，记录用第一光学元件41及记录用第二光学元件42可以是长方体，也可以使一部分的面倾斜，也可以将一部分的面设为曲面。作为长方体的光学元件(基材)，例如能够直接使用板玻璃等来制造，由于能够将通用品用作基材，因此有利于大量生产、低成本化。另外，例如，也可以是，将记录用第一光学元件41的第一光束44的入射面设为倾斜面，且使第一光束44的光路和第二光束45的光路以90°以外的角度交叉(图7(A))，也可以是，在记录用第二光学元件42的第二光束45的入射面以矩阵状排列多个凸曲面，附加复眼透镜的功能，将来自多个点光源的发散光作为第二光束45照射到全息图层3(图7(B))。另外，也可以是，不变更记录用第一光学元件41或记录用第二光学元件42的表面形状，而另外配置棱镜、透镜等光学元件，将第一及第二光束成形为预定的状态(图10(C))。
第一光束44是包含S偏振光分量的光，优选的是，从记录用第一光学元件41的侧面射入，相对于全息图层3以记录用第一光学元件41相对于空气的临界角以上的入射角射入。第一光束44对应于再生时的入射光11(图1)，另外，与射入入射光14(图2)或入射光18(图12(B))时产生的衍射光15为共轭的关系。第二光束45是包含S偏振光分量的光，在图3(A)中，从记录用第二光学元件42的背面侧射入，相对于全息图层3从与第一光束44相反的面射入，在全息图层3记录反射型的全息图31。另外，在图3(B)中，第二光束45从记录用第一光学元件41的背面侧射入，相对于全息图层3从与第一光束44相同的面射入，在全息图层3记录透射型的全息图32。第二光束45对应于再生时从基材的背面射出的衍射光12(图1)或在与基板2相反的一侧产生的衍射光17(图12(A))，另外，与入射光14(图2)或入射光18(图12(B))为共轭的关系。通过改变第二光束45的入射角度，能够使再生时的衍射光12或17地射出方向改变。在图3(A)及(B)中使第一光束44和第二光束45正交，但例如，如果变更第二光束45的朝向，则也能够使交叉角为90°以外(图6(A))。对于本发明的全息图而言，优选使第一光束44与第二光束45在全息图层3的交叉角接近90°，特别优选的是设为70°～90°的范围。第一光束44及第二光束45在图3中是平行光，但均不限于平行光，也可以为发散光(图10(C))、会聚光。通过改变第二光束45的形状(与光轴平行的截面图案及垂直的截面图案)，能够使再生时的衍射光12或17的形状也变化成与第二光束45相同的形状。另外，也可以是，依次或同时使用行进方向和/或波长不同的多个光束作为第二光束45在全息图层3多重记录全息图(图11(B))。
此外，在图6、图7、图10(C)或图11(B)中例示了反射型的全息图31的制造方法，但如果构成为将第一光束44及第二光束45的任一个行进方向设为相反朝向，且将第一光束44及第二光束45双方从全息图层3的同一面侧照射，则能够在全息图层3记录透射型的全息图32。
[偏振光分量的测定方法]
图4(A)是对全息图31的衍射光52的偏振光分量的测定方法的一例进行说明的概略图，图4(B)是对全息图31的非衍射光(透射光)59的偏振光分量的测定方法的一例进行说明的概略图。在图4(A)中，相对于全息图31，将与全息图31干涉的再生用的光束51以与第一光束44相同的角度经由记录用第一光学元件41的侧面照射，并将从全息图31产生的衍射光52利用光圈(开口)53取出一部分，用检测器55检测使其穿过格兰汤普森棱镜这样的高性能检偏器54后的光量。另外，在图4(B)中，相对于全息图31，将与全息图31干涉的再生用的光束57以与第二光束45相同的角度经由记录用第二光学元件42的背面照射，并将透过了全息图31的非衍射光(透射光)59利用光圈(开口)53取出一部分，用检测器55检测使其穿过格兰汤普森棱镜这样的高性能检偏器54后的光量。一边用检测器55测定光量，一边使检偏器54的透射轴从与P偏振光平行的方向旋转90°而设为与S偏振光平行的方向，由此，能够测定衍射光或非衍射光的P偏振光分量和S偏振光分量。将S偏振光分量与P偏振光分量的比称为消光比，根据由检测器55检测出的S偏振光分量的光量和P偏振光分量的光量能够算出。
在图4(A)及(B)中，在全息图31被基膜4支撑，并与记录用第一光学元件41粘接，且记录用第二光学元件42和基膜4隔着浸液43相邻的状态下，将再生用的光束51以与第一光束44相同的角度且相同的位置从记录用第一光学元件41的侧面照射。这样，通过以与第一光束44相同的状态照射再生用的光束51，能够提高衍射效率。另外，通过记录用第二光学元件42，能够使未干涉的再生用的光束51透过全息图层3，经由记录用第二光学元件42输出，因此，能够减少因再生用的光束51而引起的噪声。而且，通过记录用第二光学元件42，能够使由再生用的光束57产生的衍射光的光束58从全息图层3经由记录用第二光学元件42射出，因此能够减少因再生用的光束51而引起的噪声。此外，在对于透射型的全息图32测定偏振光分量的情况下，只要以使来自全息图32的衍射光射入检测器55的方式配置，且同样地将再生用的光束向全息图32照射并测定衍射光、透过光即可。图4(A)及(B)是概略图，只要能够配置成使衍射光、透过光射入检测器55即可，可以在途中配置各种光学系统(透镜、反射镜、棱镜等)。
[反射型全息图的验证实验]
表1及图5是对作为本发明的全息图31发挥作用的制造条件的验证实验的结果。就验证实验而言，在图3(A)的制造方法中，记录用第一光学元件41及第二光学元件42使用折射率为1.48的玻璃板(纵100mm×横100mm厚度10mm)，将支撑于折射率为1.58的基膜4且折射率为1.49的光敏聚合物设为全息图层3，在基膜4与记录用第二光学元件42之间夹设有折射率为1.51的浸液43。设为以第一光束44相对于玻璃板侧面的入射角α为14°的方式倾斜的状态(第二光束45的入射角也是14°)，按照使第一光束44及第二光束45分别为S偏振光、P偏振光、圆偏振光的情况下的九种组合记录全息图31，对于记录的各全息图，以相同的配置，在图4(A)的测定方法中，测定照射S偏振光、P偏振光或圆偏振光的再生用的光束51时的相对于检偏器54的透过轴的角度的衍射光52光量，算出衍射光52的光量的S偏振光分量和P偏振光分量。此外，第一光束44和第二光束44配置成光轴以90°交叉，记录时及再生时使用的光束通过由532nm的来自固体激光器的射出光形成消光比为100：1的S偏振光的光束而使用，在P偏振光、圆偏振光的情况下，将其通过波片转换而使用。另外，再生用的光束51的光量在按照由检测器55受光的面积比换算而算出的情况下大约是19mW。
表1的“记录时的偏振光”示出了实验1～9的记录时的第一光束44及第二光束45的偏振光的条件，例如，在实验1中，由S偏振光的第一光束44和S偏振光的第二光束45记录。在表1的“再生用的光束的偏振光”示出了将S偏振光、P偏振光或圆偏振光的再生用的光束51照射至各实验的全息图时产生的衍射光52的衍射光量的最大值和消光比的数值。衍射光量的单位是mW，消光比是S偏振光分量与P偏振光分量的比，是将P偏振光分量设为1时的数值。表中的“－”是评价为，检测到的光量的最大值是用于再生全息图的再生用的光束(照射光)的光量的1/100以下的光量，未进行实质性的衍射。此外，测定环境下的噪声水平以比再生用的光束(照射光)的光量充分低的方式调整暗室的环境，形成为1/10000以下进行测定。在消光比的算出时，即使最小值是照射光的1/100以下的光量，也利用该数值直接计算。
[表1]
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根据表1，对于在实验1、3、7以及9的条件下记录的全息图，照射S偏振光的再生用的光束或圆偏振光的再生用的光束时检测到衍射光。图5(A)～(D)分别是实验1、3、7以及9的相对于检偏器54的透过轴的角度的衍射光52的光量的测定结果，纵轴是衍射光量(mW)，横轴是检偏器54的透过轴与P偏振光的角度(°)，在从与P偏振光平行的方向(0°)到旋转180°的各角度检测衍射光量。另外，实线是照射S偏振光的再生用的光束时的结果，虚线是照射圆偏振光的再生用的光束时的结果。根据这些结果，在记录时使用P偏振光的光束的情况下不能形成本发明的全息图31。圆偏振光的S偏振光分量和P偏振光分量大约是1：1，因此就本发明的全息图31而言，预测记录时第一光束44和第二光束45都需要S偏振光的分量。而且，如果在再生时，即使照射P偏振光的光束也不能得到衍射光，则预测，在再生时，再生用的光束51也需要S偏振光的分量。产生的衍射光52均是消光比为50：1以上的S偏振光的光束。消光比在图5的各图表中通过最大的光量与最小的光量的比求出，在任意的图表中，都是在90°(S偏振光)附近为最大值，在0°或180°(P偏振光)附近为最小值。
就实验1的由S偏振光和S偏振光记录的全息图而言，照射S偏振光的再生用的光束51(约19mW)时的衍射光52的光量的最大值是13.8mW，衍射效率大约是73％，照射圆偏振光的再生用的光束51时的衍射光52的光量的最大值是6.1mW，衍射效率大约是32％。另外，就实验1的全息图而言，相对于消光比为100：1的S偏振光的光束的消光比是445：1，相对于圆偏振光的光束的消光比是58：1。实验1的全息图能够用作如下偏振分光器；如果射入100mW的圆偏振光的光束(S：P＝50：50)作为再生用的光束，则将32mW的S偏振光的衍射光(58：1)分离到其它光路，使68mW的非衍射光原样穿过。另外，实验1的全息图能够用作如下偏振分光器：如果射入100mW的S偏振光的光束(消光比100：1)，则其一部分干涉，将73mW的S偏振光的衍射光(消光比445：1)分离到其它光路，但即使射入P偏振光的光束，也使其原样穿过。
实验3及7的全息图是在记录时组合S偏振光和圆偏振光而记录的，虽然示出了大致相同程度的特性，但与实验1的全息图相比，为大约一半左右的衍射效率。但是，就衍射光而言，相对于消光比为100：1的S偏振光的光束的消光比是300以上，相对于圆偏振光的光束的消光比是63：1、70：1，能够从圆偏振光的光束分离消光比高的S偏振光的光束。
实验9的全息图是由圆偏振光彼此记录的全息图，照射S偏振光的再生用的光束51(约19mW)时的衍射光52的光量的最大值是12.7mW，衍射效率大约是67％，照射圆偏振光的再生用的光束51时的衍射光52的光量的最大值是5.2mW，衍射效率大约是27％，效率比实验1的全息图稍低，但能够充分地用作偏振分光器。
另外，根据图4(B)的测定方法，对相同的全息图31测定照射再生用的光束57时的非衍射光59的光量时，确认了P偏振光的光束与全息图31不干涉地透过全息图31。另外，S偏振光的光束至少一部分与全息图31干涉而产生衍射光，但未干涉的部分透过。
[偏振分光器的制造方法的变形例]
图6、7是对本发明的全息图的其它制造方法进行说明的图。图6(A)是将第二光束45相对于全息图层3、记录用第一及第二光学元件41、42的表面垂直地照射的例子，只要对图3(A)将第二光束45的行进方向偏转便能够实现。就以图6(A)的制造方法记录的全息图而言，如图1及2所示地，相对于从侧面的一部分24倾斜地射入的入射光11，产生与背面22垂直的衍射光12。
在图6(B)中，将全息图层3和设于其两面的基膜4、4’设为独立的部件，在全息图层3与记录用第一光学元件41之间充填浸液46，照射第一及第二光束记录全息图31。在图6(B)中，采用了与图3(A)相同的光轴的配置，但没有特别限制，也可以是其它配置。根据图6(B)的制造方法，能够得到具有记录有预定的全息图31的全息图层3的基膜4、4’。这样，能够独立处理全息图层3，如果将对全息图31进行曝光后的全息图层3粘贴于透光性的基材2，则能够使粘贴的区域作为偏振分光器发挥作用，因此，能够提高基材2的形状、配置等设计的自由度。另外，也能够在对全息图层3的一部分进行曝光而记录全息图31后，移动全息图层3对另一区域曝光，能够使基材2的大小不受制限，形成大面积的全息图31。此外，也可以在粘贴于基材2时将一方的基膜剥落，将全息图层3粘接于基材2，也可以将任一基膜粘接于基材2。
图7(A)构成为，将记录用第一光学元件41及记录用第二光学元件42的侧面47、48设为倾斜面，将第一光束44的空气中的光轴和全息图层3平行配置，如果第一光束44向记录用第一光学元件41的倾斜面射入，则折射并倾斜地从记录用第一光学元件41穿过全息图层3，与第二光束45干涉。该全息图31利用与全息图层3平行的入射光，从全息图层3垂直地产生衍射光，且衍射光从基材的背面垂直地射出，因此作为光学系统，能够用作将入射光的S偏振光分量向正交的方向分离的偏振分光器。此外，记录用第二光学元件42的侧面48也可以不特别设为倾斜面。另外，通过在去除记录用第二光学元件42的状态下照射同样的第一光束44及第二光束45，也能够同样地制造全息图31，该全息图31通过与全息图层3平行的入射光从全息图层3垂直地产生衍射光。
图7(B)构成为，在记录用第二光学元件42的第二光束45的入射面以矩阵状排列多个凸曲面49，附加复眼透镜的功能，向全息图层3照射将平行的第二光束45a通过各凸曲面48会聚于位于比全息图层3靠跟前的焦点后的发散光45b。因此，全息图层3的全息图31利用第一光束44和来自于多个点光源(焦点)的发散光45b形成干涉条纹，在再生时通过与第一光束44相同的光路的光束，作为衍射光产生与发散光45b相同的光，并从基材的背面等射出。通过这样的发散光用作显示装置的光源，能够扩大显示装置的视角。而且，也能用于在再生时使对应于第一光束44的照明用的入射光的亮度分布均匀化。
在以上的制造方法的变形例中，各变更部分能够相互替换，例如，在图6(A)及(B)的制造方法中，也可以与图7(B)组合，在第二光束45的入射面以矩阵状排列多个凸曲面49，附加复眼透镜的功能，在图7(A)及(B)的制造方法中，也可以与图6(B)组合，在全息图层3与记录用第一光学元件41之间充填浸液46。而且，也可以在第一光束44的入射面47以矩阵状配置多个凸曲面或凹曲面。
[偏振分光器的变形例]
图8(A)是偏振分光器1的变形例，例如，能够通过图7(A)的制造方法制造，也能够通过在图7(A)中，在去除了记录用第二光学元件42的状态下照射同样的第一光束44及第二光束45的制造方法制造。基材2的侧面23倾斜，基材2的截面为梯形。在图8(A)的偏振分光器1中，与全息图层3平行的光轴的入射光11向倾斜的侧面23的一部分24射入，入射光11在入射面折射，从而向全息图层3以临界角以上的入射角倾斜地射入，与全息图31干涉，能够从全息图31朝向背面22相对于全息图层3垂直地产生S偏振光的衍射光12。入射光11中的与全息图31未干涉的非衍射光13在偏振分光器1的表面(全息图层3的界面或基膜4表面)全反射，通过倾斜的另一方的侧面的一部分25折射，能够以与全息图层3平行的光轴射出。另外，虽省略图示，但对于来自背面22的入射光14，产生与图8(A)的入射光11相反朝向的衍射光15，非衍射光16穿过全息图层3及基膜4向外部射出。图8(A)的偏振分光器1作为光学系统，能够用作将入射光的S偏振光分量向与入射光的光轴正交的方向分离的偏振分光器，另外，能够将入射光和非衍射光的光轴设为同轴，因此定位的配置等容易。此外，能够适当地设定侧面23的倾斜角及入射光11的入射角，例如，也可以构成为，设置垂直射入侧面23的倾斜面的入射光11，进行了全反射的非衍射光13从另一方的侧面的倾斜面垂直地射出。
图8(B)是偏振分光器1的变形例，将图8(A)的倾斜的侧面进一步设为凹曲面26。凹曲面26为沿与图8(B)的纸面垂直的方向延伸的柱面透镜。在图8(B)的偏振分光器1中，入射光11向基材2的侧方的凹曲面26射入，在基材2的内部作为发散光射入，与全息图31干涉，能够从全息图31朝向背面22相对于全息图层3垂直地产生S偏振光的衍射光12。入射光11中的与全息图31未干涉的非衍射光13在偏振分光器1的表面(全息图层3的界面或基膜4表面)全反射，通过倾斜的另一方的侧方的凹曲面26折射，能够作为比入射光11宽度更大的光射出。另外，虽省略图示，但对于来自背面22的入射光14，产生与图8(B)的入射光11相反的朝向的衍射光15，非衍射光16穿过全息图层3及基膜4向外部射出。另外，虽省略图示，但对于来自背面22的入射光14，产生与图8(B)的入射光11相反朝向的衍射光15，非衍射光16穿过全息图层3及基膜4向外部射出。图8(B)的偏振分光器1能够利用小直径的入射光，能够将光学系统小型化。此外，关于基材2的另一方的侧面，也可以不是凹曲面，而是平面或凸曲面。
图8(C)是偏振分光器1的变形例，在全息图层的与第一基材2相反的一侧的面具有基膜4，而且在基膜4的与全息图层3相反的一侧的面具有第二基材5。就图8(C)的偏振分光器1而言，若在图7(A)的制造方法中，以在基膜4与记录用第二光学元件42之间不具有浸液43而直接粘接的状态制造，则能够直接用作图8(C)的偏振分光器1。在图8(C)的偏振分光器1中，第一基材2的侧面23倾斜，入射光11相对于倾斜垂直地射入，以该光轴直接穿过全息图层3，与全息图31干涉，能够从全息图31朝向第一基材2的背面22相对于全息图层3垂直地产生S偏振光的衍射光12。入射光11中的与全息图31未干涉的非衍射光13穿过基膜4及第二基材5，相对于第二基材5的倾斜的侧面50垂直地射出。另外，虽省略图示，但对于来自第一基材2的背面22的入射光14，产生与图8(C)的入射光11相反朝向的衍射光15，非衍射光16穿过全息图层3、基膜4以及第二基材5向外部射出。图8(C)的偏振分光器1具有第二基材5，因此被干涉光13穿过全息图层3，在第一基材2侧不反射，因此，能够降低对衍射光12的噪声。另外，由于也能够将入射光11和非衍射光13的光轴设为同轴，因此定位的配置等容易。此外，能够适当地设定第一基材2及第二基材4的侧面的倾斜角以及入射光的入射角，例如，也可以构成为，采用相对于全息图层垂直的侧面，作为偏振分光器1的整体，用两张板状基板夹持全息图层。另外，也可以采用与图7(A)相同的光路。
图9(A)～(C)是对偏振分光器1的基材2的背面22进行了变形的例子。图9(A)构成为，基材2的背面27由相对于表面21倾斜的平面构成，从全息图31倾斜地产生衍射光12，衍射光12相对于背面的倾斜面27垂直。图9(A)的全息图31在例如通过图3(A)的制造方法制造的情况下，产生相对于入射光11垂直，但相对于全息图层3倾斜的衍射光12。图9(A)的基材2的背面的倾斜面27设置为与该倾斜前进的衍射光12垂直，因此能够降低像差等影响。另外，通过使背面的倾斜面27相对于衍射光12倾斜，也能够使用在背面的倾斜面27的折射大幅变更射出光的方向。
在图9(B)中，基材2的背面由凸曲面28构成，从全息图31产生的垂直的衍射光12a作为在背面的凸曲面28会聚的光12b而射出。在图9(B)中，能够在基材2的背面成形衍射光，因此具有随着零件数量的削减而得到的成本降低、轻量化、可靠性的提高等各种效果。此外，凸曲面28可以构成为形成沿与纸面垂直的方向延伸的柱镜，使光向一方向会聚，也可以构成为形成使凸曲面28以光轴为中心旋转而成的形状，使光在全方向上会聚。此外，在形成为柱面透镜的情况下，能够设为线状的光源，也能够用作扫描仪等线传感器的光源。另外，若凸曲面28用作反射型的显示装置(例如LCOS)的前光的面光源装置，则通过在显示装置反射后再次穿过，能够作为投影透镜的一部分发挥作用，能够更有效地设计显示装置的小型化。
在图9(C)中，基材2的背面由凹曲面29构成，从全息图31产生的垂直的衍射光12a作为在背面的凹曲面29发散的光12b射出。在图9(C)中，能够在基材2的背面成形衍射光，因此具有随着零件数量的削减而得到的成本降低、轻量化、可靠性的提高等各种效果。此外，凹曲面29可以构成为形成沿与纸面垂直的方向延伸的柱面透镜，使光向一方向发散，也可以构成为形成使凹曲面29以光轴为中心旋转而成的形状，使光在全方向上发散。
图10(A)及(B)是对偏振分光器1的因全息图31而产生的衍射光12进行了变形的例子。图10(A)的全息图31与经由基材2的侧面的一部分24从基材2的外部射入到全息图层3的入射光11的至少一部分干涉，能够使相对于全息图层3倾斜的平行光作为衍射光12朝向背面22产生，衍射光12从基材2的背面22折射并倾斜地射出。图10(A)的全息图31例如，能够通过图3(A)的制造方法制造，在该情况下，入射光11的光轴和衍射光12的光轴正交。与全息图31未干涉的非衍射光13在偏振分光器1的表面全反射，从另一侧面的一部分25向基材2的外部射出。图10(A)的偏振分光器1能够将记录时的两个光束的交叉角设为90°，能够提高消光比。
图10(B)的全息图31与经由基材2的侧面的一部分24从基材2的外部射入到全息图层3的入射光11的至少一部分干涉，能够使相对于全息图层3垂直的发散光作为衍射光12a朝向背面22产生，衍射光12a在基材2的平坦的背面22折射，进一步作为发散光12b射入。图10(B)的全息图31例如能够通过图7(B)的制造方法制造。另外，如图10(C)所示，也能够通过在记录时利用透镜57将作为平行光的第二光束45a形成为发散光45b向全息图层3照射来制造。图10(B)的偏振分光器1能够照射发散的衍射光12b，通过用作显示装置的光源，能够增大显示装置的倍率。
图11(A)为如下例子：多重记录有偏振分光器1的全息图31，从全息图31产生多个衍射光12a、12b、12c。图11(A)的全息图31与经由基材2的侧面的一部分24从基材2的外部射入到全息图层3的入射光11的至少一部分干涉，作为衍射光，能够朝向背面22产生相对于全息图层3垂直的平行光12a、相对于全息图层3倾斜的平行光12b、12c，且从基材的背面22射出。就图11(A)的全息图31而言，例如，通过如图11(B)所示地在记录时相对于共通的第一光束44，依次或同时记录多个第二光束45a、45b、45c，能够在全息图层3的相同位置多重记录多个全息图31。图11(A)的偏振分光器1能够利用多个衍射光12b照射大的范围，另外，通过用作显示装置的光源，能够扩大显示装置的视角。另外，通过以不同的波长多重记录第二光束45a、45b、45c，也能够按照波长生成行进方向不同的照明光。
图12(A)及(B)是使用了透射型全息图32的偏振分光器1的一例。图12的偏振分光器1是在与图8(A)相同的构造中采用了透射型全息图32的例子，具有侧面23倾斜的基材2、设于基材2的表面21的全息图层3、以及基膜4，全息图层3具有透射型全息图32。在图12的偏振分光器1中，如图12(A)所示，与全息图层3平行的光轴的入射光11向倾斜的侧面23的一部分24射入，入射光11在入射面折射而向全息图层3以临界角以上的入射角倾斜地射入，与全息图31干涉，能够从全息图31朝向基膜4相对于全息图层3垂直地产生衍射光17。入射光11中的与全息图31未干涉的非衍射光13在偏振分光器1的表面(全息图层3的界面或基膜4表面)全反射，通过倾斜的另一方的侧面的一部分25折射，能够以与全息图层3平行的光轴射出。另外，如图12(B)所示，对于经由基膜4垂直地射入的入射光18，产生与图12(A)的入射光11相反朝向的衍射光15，衍射光15通过倾斜的侧面23的一部分24折射，以与全息图层3平行的光轴射出，非衍射光19穿过全息图层3及基材2，从基材2的背面22向外部射出。就图12(A)及(B)的利用了透射型全息图32的偏振分光器1而言，如果构成为在图7(A)的制造方法中，将第二光束45的朝向设为相反朝向，且从记录用第一光学元件41侧照射全息图层3，则能够利用第一光束44和第二光束45制造透射型的全息图32。此外，在图12中利用在与图8(A)相同的构造中采用了透射型全息图32的例子进行了说明，但其它构造也同样能够设为透射型全息图。
[透射型全息图的验证实验]
图13表示相对于检偏器54的透过轴的角度的本发明的透射型全息图32的衍射光及非衍射光(透射光)的光量的分布。在图3(B)的制造方法中，以与反射型全息图的验证实验相同的条件制造透射型全息图32。其中，对于第一光束44及第二光束45，按照由S偏振光彼此制造的全息图32、由圆偏振光彼此制造的全息图32以及由P偏振光彼此制造的全息图32三种组合进行记录，但是由于对于由P偏振光彼此制造的全息图未确认到衍射光，因此仅示出上述两个结果。对于记录的各全息图32，以在图4(A)及(B)中将全息图设为透射型的情况的配置测定衍射光及非衍射光的光量。即，对于全息图32，以与记录时相同的配置将再生用的光束51以与第一光束44相同的角度经由记录用第一光学元件41的侧面照射，并将从全息图32产生的衍射光经由光圈(开口)53及高性能检偏器54由检测器55检测，且将再生用的光束57以与第二光束45相同的角度经由记录用第一光学元件41的背面照射，并将透过了全息图32的非衍射光同样地检测。对应于第一光束44的再生用的光束51的光量在按照由检测器55受光的面积比换算而算出的情况下大约是5.5mW，对应于第二光束45的再生用的光束57的光量在按照由检测器55受光的面积比换算而算出的情况下大约是29mW。图13(A)是由S偏振光彼此制造的全息图32的衍射光的测定结果，图13(B)是由S偏振光彼此制造的全息图32的非衍射光的测定结果，图13(C)是由圆偏振光彼此制造的全息图32的衍射光的测定结果，图13(D)是由圆偏振光彼此制造的全息图32的非衍射光的测定结果。就纵轴而言，在(A)及(C)中是衍射光量(mW)，在(B)及(D)中是非衍射光量(mW)，横轴是检偏器54的透过轴与P偏振光的角度(°)，在从与P偏振光平行的方向(0°)到旋转180°的各角度检测光量。另外，实线是照射S偏振光的再生用的光束时的结果，虚线是照射圆偏振光的再生用的光束时的结果，图13(B)及(D)的点划线是照射P偏振光的再生用的光束时的结果。此外，在图13(A)及(C)中，照射P偏振光的再生用的光束时的光量的最大值是用于再生全息图的再生用的光束(照射光)的光量的1/100以下的光量，未进行实质性的衍射。
根据图13(A)及(C)，在透射型的全息图32中，与S偏振光的再生用的光束干涉，使其一部分衍射而产生衍射光，但与P偏振光的再生用的光束不干涉，实质上不产生衍射光。即使在照射圆偏振光的再生用的光束的情况下，衍射光大致是S偏振光的光束(90°)，衍射光中的P偏振光分量(0°、180°)的光量在图13(A)及(C)中的任一个中均与测定环境下的噪声水平相同。
另外，如图13(B)及(D)所示，在将P偏振光的再生用的光束以与第二光束45相同的角度经由记录用第一光学元件41的背面照射，并检测透过了全息图32的非衍射光(点划线)的情况下，表示P偏振光分量的0°时的透过光量与入射光量大致相同，表示S偏振光分量的90°时的透过光量大致是零，因此可知，P偏振光的光束未衍射，而是作为非干涉的光，几乎所有光都透过。与此相对，在光量相同，仅将偏振面转换成S偏振光而射入的情况下，可知作为非衍射光透过的光量的最大值(实线，90°附近)比P偏振光的再生用的光束下的非衍射光的光量(点划线)小。具体来说，在由S偏振光彼此制造的全息图(图13(B))的情况下，P偏振光的再生用的光束下的非衍射光的最大光量是28.5mW，与此相对，S偏振光的再生用的光束下的非衍射光的最大光量是7.6mW，在由圆偏振光彼此制造的全息图(图13(D))的情况下，P偏振光的再生用的光束下的非衍射光的最大光量是23.3mW，与此相对，S偏振光的再生用的光束下的非衍射光的最大光量是11.9mW，S偏振光的透过率与P偏振光相比，为1/2～1/3倍以下的透过率。
根据这些结果确认到，具有本发明的透射型全息图32的全息图层使入射光中的S偏振光的一部分衍射而产生S偏振光的衍射光，使P偏振光的光束和S偏振光中的非干涉的光透过，能够分离S偏振光的光束。
在以上的偏振分光器1的变形例中，各变更部分能够相互替换，例如，也可以构成为，将图8(B)和图8(C)组合，利用侧面由曲面构成的第一基材和第二基材夹着全息图层，也可以是，在图8(A)中，如图9(C)所示地将背面设为凹曲面，也可以是，在图8(A)～(C)的偏振分光器1中，如图10(A)、(B)、图11(A)那样从全息图31产生倾斜的衍射光、发散的衍射光、多个衍射光。
[面光源装置的实施方式]
图14是表示本发明的面光源装置100的几个实施方式的图。本发明的面光源装置100具有光源101、偏振分光器1、以及使从光源101射出的光以预定的状态射入偏振分光器1的全息图层3的光学系统(入射光用光学系统)。面光源装置100射出面状的光，向被照射部件102照射通过偏振分光器1的反射型全息图31产生的从基材2的背面射出的衍射光12、通过透射型全息图32产生的从基膜4射出的衍射光17等。此外，在图14中，未图示非衍射光。
光源101射出与全息图干涉的波长的光。作为光源101，能够采用LED、灯泡、氙气灯、半导体激光器、有机EL元件、超小型荧光灯管等。
偏振分光器1如已经说明地至少具有透光性的基材2和设于基材2的表面21的全息图层3，全息图层3具有反射型全息图31或透射型全息图32。就反射型全息图31或透射型全息图32而言，如果入射光11以预定的状态射入，则与入射光11的至少一部分干扰，产生面状的衍射光12或衍射光17。
入射光用光学系统使入射光11以预定的状态射入全息图层3的反射型全息图31或透射型全息图32，且包括偏振分光器的基材2。而且，入射光用光学系统也可以包括将从光源射出的光成形为预定的大小、形状的光学元件、偏转光的行进方向的光学元件、变更光的偏振状态的光学元件等。例如，作为入射光用光学系统的一部分，也可以是设于基材2的表面21或背面22的第二全息图。
第二全息图是透射型或反射型的全息图，与来自光源的光干涉，在基材内部产生预定的角度的衍射光。预定的角度优选为使光不能从基材的表面或背面侧按照折射率的关系射入的角度，更优选为基材相对于空气的临界角以上。第二全息图优选以对应于彩色显示，对红光、蓝光、绿光进行干涉的方式对每种颜色的光进行多重记录。通过第二全息图在基材2，即使从基材2的表面21或背面22，也在内部产生与全息图31干涉的入射光11。
被照明部件102被照射来自面光源装置100的光，不限于特定的部件，例如是液晶显示面板、灯箱、内照式标识、全息图等。
图14(A)是面光源装置100的一实施方案，具有光源101、将从光源101射出的光形成为平行光的透镜103、以及偏振分光器1。在图14(A)的面光源装置100中，以射出方向为入射光11的入射角的方式配置光源101，从光源101射出的光通过作为入射光用光学系统的一部分的透镜103成形为平行光，入射光11以预定的角度向基材2的侧面23射入。入射光11的至少一部分在基材2内部与全息图层3的全息图31干涉，从全息图31产生面状的衍射光12，并从基材2的背面22射出，对被照明部件102进行照明。在图14(A)中，将光源的配置以成为入射光11的入射角的方式配置，但作为入射光用光学系统，通过使用各种光学元件，能够变更光源101的朝向。另外也可以是，在从光源101到基材2的侧面23的一部分24之间作为入射光用光学系统配置偏振器、波片，将入射光11形成所希望的偏振状态。
图14(B)是面光源装置100的一实施方案，构成为，具有配置于基材2的背面侧的光源101和偏振分光器1，且在偏振分光器1的基材2的背面22，作为入射光用光学系统的一部分设有第二全息图104。图14(B)的偏振分光器1在基材2的一部分的表面具有全息图31，在基材2没有全息图31的另一部分中，在基材2的背面22设有第二全息图104。而且，图14(B)的光源101具有红色LED101a、绿色LED101b、蓝色LED101c三个光源，能够进行彩色显示。
图14(B)的第二全息图104是透射型的全息图，与从偏振分光器的外侧射入的光干涉，在基材内部产生预定的角度的衍射光。也就是，就图14(B)的第二全息图104而言，如果从外侧射入从红色LED101a射出的第一波长的光(虚线)，则在基材2内部产生朝向全息图31的预定角度的第一波长的衍射光(虚线)。同样地，就第二全息图104而言，如果从外侧射入从蓝色LED101b射出的第二波长的光(实线)，则在基材2内部产生朝向全息图31的预定角度的第二波长的衍射光(实线)，如果从外侧射入从绿色LED101c射出的第三波长的光(点划线)，则在基材2内部产生朝向全息图31的预定角度的第三波长的衍射光(点划线)。就全息图31而言，如果射入第一波长～第三波长的衍射光，则产生面状的衍射光，经由基材2的背面对被照明部件102进行照明。就第二全息图104而言，也可以设置为将另外制造的全息图粘贴到基材2的背面，也可以通过在基材2的背面设置第二全息图层，在第二全息图层记录全息图而设置。
图14(C)是面光源装置100的一实施方案，构成为，具有配置于基材2的背面侧的光源101和偏振分光器1，在偏振分光器1的基材2的表面21，作为入射光用光学系统的一部分设有第二全息图105。图14(C)的偏振分光器1在基材2的表面的一部分具有全息图31，在另一部分设有第二全息图105。而且，图14(C)的光源101具有红色LED101a、绿色LED101b以及蓝色LED101c三个光源，能够进行彩色显示。
图14(C)的第二全息图105是反射型的全息图，与从基材2的背面侧经由基材2射入的光干涉，在基材内部产生预定的角度的衍射光。在图14(C)中，从配置于基材2的背面侧的红色LED101a射出的第一波长的光(虚线)、从蓝色LED101b射出的第二波长的光(实线)、以及从绿色LED101c射出的第三波长的光(点划线)从基材2的背面22向内部折射而射入，并射入第二全息图105。第二全息图105与第一波长的光(虚线)干涉，产生基材2的临界角以上的角度的第一波长的衍射光(虚线)，与第二波长的光(实线)干涉，产生基材2的临界角以上的角度的第二波长的衍射光(实线)，与第三波长的光(点划线)干涉，产生基材2的临界角以上的角度的第三波长的衍射光(点划线)。各衍射光在基材2的背面全反射而射入全息图31。就全息图31而言，如果射入第一波长～第三波长的衍射光，则产生面状的衍射光，经由基材2的背面对被照明部件102进行照明。第二全息图105也可以形成于全息图层3的其它部分，也可以将另外制造的全息图粘贴到基材2的表面21而设置。
此外，在将光源配置于基材2的表面侧的情况下，只要作为第二全息图设置在图14(B)及(C)中将透射型和反射型进行了变更的全息图即可。例如，在将第二全息图设于基材2的表面21的情况下，只要将第二全息图设为透射型，使经由基膜4射入的来自光源的光偏转，并以预定的角度向基材2内部射入即可，在将第二全息图设于基材2的背面22的情况下，只要将第二全息图设为反射型，将经由基膜4、全息图层3以及基材2射入的来自光源的光作为临界角以上的衍射光反射即可。
[显示装置的实施方式]
本发明的显示装置200具有面光源装置100(光源未图示)和照射从面光源装置100射出的光的显示元件201。因为使用面光源，所以显示元件201优选相邻地配置于面光源装置100的表面侧或背面侧。面光源装置100作为相对于显示元件的背光或前光发挥作用，另外，在仅照射S偏振光的光束这一点上，能够得到与穿过偏振器的情况相同的结果。
显示元件201可以是反射型，也可以是透射型，多个像素以矩阵状排列，通过变更射入每个像素的光的透过率、偏振状态等来显示图像。作为显示元件201，能够使用各种方式。作为显示元件201，能够使用透射型的液晶显示装置(LCD：Liquid Crystal Device)、反射型的LCD(包括LCOS：Liquid Crystal on Silicon)、数字微镜设备(DMD：DigitalMicromirror Device)、电子纸等用作显示元件201。在反射型的情况下，在显示元件201的表面侧配置有面光源装置100，因为显示元件201的图像经由面光源装置100显示，所以至少关于ON显示的像素的光，需要使从显示元件的表面侧射出的光穿过面光源装置100的偏振分光器1的全息图层3，需要含有P偏振光分量。因为从面光源装置100照射的面光源是S偏振光的光束，所有作为显示元件201优选采用变更光的偏振状态的显示元件(例如反射型的LCD)。其中，在变更光的透过率的显示元件中，通过两次穿过四分之一波片，也能够使偏振方向旋转90°，能够成为P偏振光。例如，如果在显示元件201的入射面配置四分之一波片，则从面光源装置100射出的S偏振光的光束在射入显示元件201时变更成圆偏振光，在像素电极反射后的圆偏振光的光束在从显示元件201射出时变更成P偏振光，能够穿过偏振分光器1的全息图。此外，在显示元件201中，关于半色调的像素，成为椭圆偏振光，包含S偏振光分量和P偏振光分量，显示与P偏振光分量的比例相应的强度的透过光。
图15(A)是本发明的显示装置200的一例。显示装置200具有反射型的显示元件201和配置于显示元件201的表面侧的面光源装置100(未图示光源)。图15的显示元件201是反射式的液晶显示元件，是将从表面侧射入的光在像素电极反射再从表面侧射出的结构，ON显示的像素202构成为在穿过液晶层的期间使偏振方向旋转90°，OFF显示的像素203构成为在液晶层不改变偏振方向。此外，省略了反射型的显示元件201的内部构造。
来自未图示的光源的光210经由面光源装置100的偏振分光器1的基材2的侧面的一部分24射入，至少一部分与全息图层3的全息图31干涉，产生S偏振光的衍射光211，从基材2的背面22射出，并向显示元件201射入。射入到显示元件201的ON的像素202的S偏振光的衍射光211在穿过液晶层时偏振的朝向旋转90度，成为P偏振光的光束212，从显示元件201的表面射出。从显示元件201的表面射出的P偏振光的光束212经由基材2的背面22射入全息图31，但由于是P偏振光，因此与全息图31不干涉地穿过全息图层3及基膜4。另一方面，射入到显示元件201的OFF的像素203的S偏振光的衍射光211即使穿过液晶层偏振的朝向也不改变，保持S偏振光的光束213原样地从显示元件201的表面射出。从显示元件201的表面射出的S偏振光的光束213经由基材2的背面22射入全息图31，通过全息图31反射而从基材的侧面的一部分24射出。另外，与全息图31未干涉的非衍射光214在偏振分光器1的表面全反射，从另一侧面的一部分25向基材2的外部射出。
图15(A)是全息图31的衍射效率高且与射入的S偏振光的光束大致干涉的情况下的动作。也有时因全息图层3的材质、利用的光的波长等而衍射效率降低，在该情况下，射入的S偏振光的光束中的衍射效率量的分量干涉，剩余部分成为非衍射光。在这样的情况下，如图15(B)所示，只要在偏振分光器1的与显示元件201相反的一侧的面配置仅使P偏振光分量穿过的偏振板204即可。
在图15(B)中，来自光源的光210经由面光源装置100的偏振分光器1的基材2的侧面的一部分24射入，光210的S偏振光分量中的与衍射效率相应的一部分与全息图层3的全息图31干涉，产生S偏振光的衍射光211，射入显示元件201，但光210的S偏振光分量的剩余部分ΔS与P偏振光分量一同作为非衍射光214从另一侧面的一部分25向基材2的外部射出。从显示元件201的表面射出的P偏振光的光束212与图15(A)相同，但S偏振光的光束213经由基材2的背面22射入全息图31，与衍射效率相应的一部分与全息图31干涉，从基材的侧面的一部分24射出。未干涉的S偏振光的剩余部分ΔS穿过全息图层3及基膜4，但不能穿过与偏振分光器1相邻配置的偏振板204，成为非显示的像素。
图16是本发明的显示装置200的另一例，构成为，使用将基材2的侧面设为倾斜面的偏振分光器1，使来自光源的光210与显示元件201的表面平行地射入，使非衍射光214平行地射出。偏振分光器和显示装置的显示动作与图15相同。通过设为该结构，光学系统的设计、对位变得容易。
另外，虽未图示，但通过配置反射型的显示元件作为图14(B)及(C)中的被照明部件102，能够构成将显示元件和光源安装于同一基板上，且在其之上配置有偏振分光器1的一体化的显示装置单元。在图14(C)中，在光源101与作为被照明部件102的显示元件之间具有间隔，因此也可以在该区域安装CPU、存储器等。
图17是本发明的显示装置200的一例，是将面光源装置用作透射型的显示元件201的背光的例子。面光源装置的结构与图16相同。就透射型的显示元件201而言，在透光性的第一基板205与透光性的第二基板207之间封入有液晶层206，在第二基板207的外侧表面配置有仅使P偏振光穿过的偏振板208。显示元件201以矩阵状配置有多个像素，在各像素形成有透明的像素电极，且构成为能够控制像素内的电压。液晶的取向方式、驱动方法没有特别限制，能够使用TN型、IPS型、VA型、OCB型等各种显示元件。显示元件201的ON显示的像素202构成为从第一基板射入的线偏振光穿过液晶层206的期间使偏振方向旋转90°，OFF显示的像素203构成为在液晶层偏振方向不改变。但是，在透射型的情况下，偏振板208的透过轴能够变更，因此例如如果配置仅使S偏振光穿过的偏振板，则能够将ON显示的像素和OFF显示的像素中的动作颠倒。
在图17中，来自未图示的光源的光210经由面光源装置100的偏振分光器1的基材2的侧面的一部分24射入，至少一部分与全息图层3的全息图31干扰，产生S偏振光的衍射光211并从基材2的背面22射出而向显示元件201射入。射入到显示元件201的ON的像素202的S偏振光的衍射光211在穿过液晶层206的期间将偏振的朝向旋转90度，成为P偏振光的光束215，穿过第二基板207及偏振板208显示图像。另一方面，摄入到显示元件201的OFF的像素203的S偏振光的衍射光211即使穿过液晶层偏振的朝向也不改变，保持S偏振光的光束216原样地穿过第二基板207，但不穿过偏振板208，成为非显示的像素。另外，与全息图31未干涉的非衍射光214在偏振分光器1的表面全反射，从另一侧面的一部分25向基材2的外部射出。
图18是本发明的显示装置200的另一例，是将显示元件201的一方的透光性基板用作偏振分光器的基材的例子。该一体型的显示元件201能够通过在透光性基板的外侧表面粘贴记录有全息图31的全息图层3而简单地制造。
在图18(A)中，在透射型的显示元件201的第一基板205的外侧表面粘贴有记录有全息图31的全息图层3及基膜4。来自光源的光210从第一基板205的侧面射入，从全息图31朝向液晶层206产生S偏振光的衍射光，在液晶层206中，在ON的像素202，变更为P偏振光的光束215，在OFF的像素203，保持S偏振光的光束216原样地穿过第二基板207，通过偏振板208，使P偏振光的光束215穿过，阻止S偏振光的光束216。
在图18(B)中，在反射型的显示元件201的表面侧的透光性基板221的外侧表面粘贴有记录有全息图31的全息图层3及基膜4，而且在其外侧配置有仅使P偏振光分量穿过的偏振板204。此外，反射型的显示元件201在硅基板220设有液晶驱动电路(未图示)和像素电极(反射电极)223，在与透光性基板221之间封入有液晶层222。来自光源的光210从表面侧的透光性基板221的侧面射入，从全息图31朝向液晶层222产生S偏振光的衍射光，且经由液晶层222在像素电极反射，并穿过表面侧的透光性基板221。S偏振光的衍射光在ON的像素202中在液晶层222往复的期间变更为P偏振光的光束212，在OFF的像素203中保持S偏振光的光束213原样。因此，P偏振光的光束212与全息图31不干涉地穿过全息图层3及基膜4，进一步地还穿过偏振板204而显示。S偏振光的光束213经由基材2的背面22向全息图31射入，一部分与全息图31干涉，从基材的侧面的一部分24射出。另外，S偏振光的光束213中的与全息图31未干涉的光不能穿过偏振板204，结局，成为非显示的像素。
此外，作为显示装置的面光源装置，示出了基于反射型全息图31的实施方式，但即使在透射型全息图32的情况下，也能够将经由基膜4照射的S偏振光的衍射光17用作面光源，能够与显示元件组合实现显示装置。
如以上那样，在本说明书中对多个方式进行了说明，但本发明的应用范围不限于各个方式。例如，也能够将这些多个方式组合。
符号说明
1—偏振分光器，2—基材，3—全息图层，4—基膜，11—入射光，12—衍射光，13—非衍射光，21—基材的表面，22—基材的背面，23—基材的侧面，31—全息图。

Claims (20)

1.一种偏振分光器，其具有透光性的基材和设于上述基材的表面的全息图层，能够从经由上述基材射入到上述全息图层的光分离S偏振光的光束，
上述偏振分光器的特征在于，
上述基材具有与设有上述全息图层的表面对置的背面和连接上述表面及上述背面的侧面，
上述全息图层具有全息图，该全息图使经由上述背面及上述侧面的一部分的任一方从上述基材的外部射入到上述全息图层的圆偏振光的光束衍射，朝向上述背面及上述侧面的上述一部分的另一方产生消光比为50：1以上的S偏振光的光束。
2.一种偏振分光器，其具有透光性的基材和设于上述基材的表面的全息图层，能够从经由上述基材射入到上述全息图层的光分离S偏振光的光束，
上述偏振分光器的特征在于，
上述基材具有与设有上述全息图层的表面对置的背面和连结上述表面及上述背面的侧面，
上述全息图层具有全息图，该全息图使经由上述背面从上述基材的外部射入到上述全息图层的光中的S偏振光的光束的至少一部分衍射，朝向上述侧面的一部分产生S偏振光的光束，且不衍射P偏振光的光束。
3.一种偏振分光器，其具有透光性的基材和设于上述基材的表面的全息图层，能够从经由上述基材射入到上述全息图层的光分离S偏振光，
上述偏振分光器的特征在于，
上述基材具有与设有上述全息图层的表面对置的背面和连结上述表面及上述背面的侧面，
上述全息图层具有全息图，该全息图使经由上述侧面的一部分从上述基材的外部射入到上述全息图层的光中的S偏振光的光束的至少一部分衍射，朝向上述背面或与上述基材相反的一侧产生S偏振光的光束，且不衍射P偏振光的光束。
4.一种偏振分光器，其具有透光性的基材和设于上述基材的表面的全息图层，能够从经由上述基材摄入到上述全息图层的光分离S偏振光，
上述偏振分光器的特征在于，
上述基材具有与设有上述全息图层的表面对置的背面和连结上述表面及上述背面的侧面，
上述全息图层的上述全息图具有如下全息图：使比上述基材相对于空气的临界角大的入射角的S偏振光的光束的至少一部分衍射，朝向上述背面或与上述基材相反的一侧产生S偏振光的光束，且不衍射比上述临界角大的入射角的P偏振光的光束。
5.根据权利要求2～4中任一项所述的偏振分光器，其特征在于，
上述全息图层的上述全息图使圆偏振光的光束衍射，产生消光比为50：1以上的S偏振光的光束。
6.根据权利要求1所述的偏振分光器，其特征在于，
上述全息图层的上述全息图使经由上述背面射入的P偏振光的光束透过。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的偏振分光器，其特征在于，
上述基材的上述表面是平面，上述背面是平面，上述表面和上述背面平行配置。
8.根据权利要求7所述的偏振分光器，其特征在于，
上述侧面的至少一部分相对于上述表面的法线倾斜。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的偏振分光器，其特征在于，
在上述全息图层的与上述基材相反的一侧具有第二基材。
10.一种面光源装置，其特征在于，
具有光源和权利要求1～9中任一项所述的偏振分光器，
构成为来自上述光源的射出光经由上述侧面的上述一部分向上述全息图层射入，且从上述基材的背面射出光。
11.一种面光源装置，其具有：
光源；
透光性的基材；以及
设于上述基材的表面的全息图层，
上述面光源装置的特征在于，
上述基材具有与设有上述全息图层的表面对置的背面和连结上述表面及上述背面的侧面，
构成为，相对于上述全息图层，来自上述光源的射出光经由上述基材以比上述基材相对于空气的临界角大的入射角射入，
上述全息图层具有全息图，该全息图使以比上述临界角大的入射角射入的光衍射，朝向上述基材的上述背面或与上述基材相反的一侧产生消光比为50：1以上的S偏振光的光束。
12.一种面光源装置，其具有：
光源；
透光性的基材；以及
设于上述基材的表面的全息图层，
上述面光源装置的特征在于，
上述基材具有与设有上述全息图层的表面对置的背面和连结上述表面及上述背面的侧面，
构成为，相对于上述全息图层，来自上述光源的射出光以比上述基材相对于空气的临界角大的入射角从上述基材侧射入，
上述全息图层具有全息图，该全息图使以比上述临界角大的入射角射入的光中的S偏振光的光束的至少一部分衍射，朝向上述基材的上述背面或与上述基材相反的一侧产生S偏振光的光束，且不衍射P偏振光的光束。
13.根据权利要求11或12所述的面光源装置，其特征在于，
上述全息图层的上述全息图使经由上述背面射入的P偏振光的光束透过。
14.根据权利要求11～13中任一项所述的面光源装置，其特征在于，
在上述基材的上述表面或上述背面设有与上述全息图不同的第二全息图，
上述第二全息图使来自上述光源的射出光衍射，在上述基材的内部产生比上述临界角大的入射角的光。
15.根据权利要求10～14中任一项所述的面光源装置，其特征在于，
上述全息图层的上述全息图朝向上述基材的上述背面产生发散光或行进方向不同的多个光。
16.一种显示装置，其特征在于，具有：
权利要求10～15中任一项所述的面光源装置；以及
显示元件，其被从上述面光源装置射出的光照射。
17.一种显示装置，其特征在于，
具有权利要求10～15中任一项所述的面光源装置，
在上述面光源装置的上述基材的上述背面形成有显示元件的像素电极。
18.根据权利要求16或17所述的显示装置，其特征在于，
上述显示元件通过变更射入到每个像素的光的偏振状态来显示图像。
19.根据权利要求18所述的显示装置，其特征在于，
上述显示元件是反射型，在上述显示元件反射出的光向上述面光源装置射入。
20.根据权利要求17～19中任一项所述的显示装置，其特征在于，
具备偏振器，该偏振器对于从上述显示元件射出的光具有与P偏振光平行的透过轴。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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