JP2000137117A - 偏光分離素子および偏光変換光学素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、大きな偏光分離角度を有し、かつ
波長変化や角度変化に対する性能劣化が少ない低コスト
な回折型偏光分離素子を提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明の回折型偏光分離素子は、表面レ
リーフ型の１次元の回折面を有する第１の基板と、表面
レリーフ型の１次元の回折面を有する第２の基板とを有
し、第１と第２の基板が回折面を向かい合わせる方向で
近接に配置され、２つの回折面の間を複屈折材料により
充填した構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば液晶画像投
影装置の照明手段に用いられる偏光分離素子に関し、特
に複屈折材料と回折格子を用いた複屈折回折型偏光分離
素子に関するものである。また、前記複屈折回折型偏光
分離素子を用いた偏光変換素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】偏光分離素子とは、偏光を利用して光路
を分岐する光学素子である。代表的なものとしては、薄
膜のブリュースター反射を利用する偏光ビームスプリッ
タがある。図７に、薄膜のブリュースター反射を利用す
る偏光ビームスプリッタの一例を示す。偏光ビームスプ
リッタ１００は、偏光分離膜１０１が所定の角度と間隔
で配設されて形成される。偏光分離膜１０１において、
偏光角でランダム光が入射したときＰ偏光成分は全て透
過し、反射光がＳ偏光成分になる。すなわち、光はブリ
ュースター反射される。このようにして光は二つの偏光
成分に分離される。

【０００３】図７において、紙面に平行な方向の偏光成
分であるＰ偏光成分はダブルヘッドの矢印で、紙面に垂
直な方向の偏光成分であるＳ偏光成分は点印で示され
る。このことは、以下全ての図面に共通する。偏光ブー
ムスプリッタ１００は、光の偏光方向を揃えて出射する
機能を備えているものである。従って、偏光ビームスプ
リッタ１００には、Ｐ偏光光路上にＰ偏光成分をＳ偏光
成分に変換する１／２波長板１０２が配設されている。

【０００４】Ｐ偏光成分は偏光分離膜１０１で透過され
た後、１／２波長板１０２でＳ偏光成分に変換され偏光
ビームスプリッタ１００から出射される。Ｓ偏光成分は
最初に入射した偏光分離膜１０１で反射された後、さら
に隣接する偏光分離膜１０１で反射されて偏光ビームス
プリッタ１００から出射される。

【０００５】上記のような薄膜のブリュースター反射を
利用する偏光ビームスプリッタは、薄膜層を複数設ける
ため製造が複雑であり、コストが高いという欠点があ
る。偏光分離素子として、複屈折結晶を用いた偏光プリ
ズムも知られているが、これはコストが高く作製が複雑
で量産性に欠けるという問題点がある。

【０００６】このような背景から、複屈折材料である液
晶と表面レリーフ型の回折格子を組み合わせ、偏光によ
る回折効率の違いを利用して光路を分岐する複屈折回折
型偏光分離素子が例えば特開平１０ー２１５７６号公報
で提案されている。複屈折回折型偏光分離素子は、大量
生産可能な表面レリーフ型の回折格子と安価な複屈折材
料である液晶材料とを組み合わせた構成であるため、製
造が容易でコストを抑えることができる。

【０００７】図８に、複屈折回折型偏光分離素子の一例
の断面図を示す。偏光分離素子１０３は、表面が平坦な
第１の基板１０４と、第１の基板１０４に対向する面が
ブレーズ化された回折面となっている表面レリーフ型の
第２の基板１０５と、第１の基板１０４と第２の基板１
０５の間を充填する複屈折材料である液晶１０６とから
成る。第２の基板１０５は、液晶１０６の異常光屈折率
に等しい屈折率を有するものを用いる。

【０００８】偏光分離素子１０３に入射したランダム偏
光のうち異常光であるＳ偏光成分は、第２の基板１０５
の回折面１０５ａによる屈折率変調を受けないため直進
し、常光であるＰ偏光成分は回折面１０５ａによる屈折
率変調を受けるため回折される。このようにして、光は
２つの偏光成分に分離される。尚、第２の基板１０５に
は、液晶１０６の常光屈折率に等しい屈折率を有するも
のを用いても良い。この場合、異常光が回折され、常光
が直進することにより常光と異常光の光路が分離され
る。また、第２の基板１０５の表面レリーフ型の格子面
はブレーズ状に限られない。しかし、ブレーズ状の回折
格子面は、一つの回折次数にエネルギーが集中するので
最も望ましい。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来より、偏光分離素
子は、光ヘッド装置、液晶画像投影装置を始めとするさ
まざまな装置で用いられている。光ヘッド装置に用いる
場合、偏光分離素子の偏光分離角度はあまり大きいもの
でない方が望ましい。なぜなら、ディテクタとの相対位
置から、偏光分離角度を大きくとると光学系が大きくな
るからである。

【００１０】一方、液晶画像投影装置に用いる場合は、
偏光分離素子の偏光分離角度は大きい方が望ましい。液
晶画像投影装置においては、偏光分離素子により二つの
偏光成分に分離し、一方の成分の光を他方の成分の光と
同じ偏光状態に変換することにより偏光状態を揃えて、
理論的に全ての光を照明光として用いることにより光の
利用効率を上げる。

【００１１】このとき、一方の光のみの偏光状態の変換
を行うためには、二つの偏光成分の分離幅が所定値以上
である必要がある。偏光分離角度が小さいと、この所定
値の分離幅が得られるまでの光学系の長さが長くなり、
装置が大型化してしまう。よって、偏光分離角度は大き
い方が望ましい。

【００１２】回折型偏光分離素子において、偏光分離角
度を大きくするためには、回折格子の周期を小さくすれ
ばよい。しかし、回折格子の周期を小さくすると、回折
効率の低下が生じる。

【００１３】格子の高さが数μｍ程度の薄いブレーズ回
折格子の場合において、格子周期が設計波長の２０倍程
度までは、表面反射成分を除くとスカラ理論的に１００
％の回折効率が得られるが、格子周期が小さくなるに従
って回折効率が低下する。

【００１４】図９に、図８に示した偏光分離素子１０３
について、ベクトル解析から厳密に計算した回折格子の
周期と回折効率の関係を示す。回折格子の周期をΛ、設
計中心波長をλ₀として、Λ／λ₀を横軸に、回折効率を
縦軸とし、格子周期が波長の２０倍以下、すなわちΛ／
λ₀が２０以下となる範囲について示す。尚、設計中心
波長λ₀を５５０nm、液晶１０６の常光屈折率を１．５
１８３、異常光屈折率を１．６８０４９、最大の格子高
さを３．４μmとして計算を行った。図９においては、
表面反射成分を除いていない。

【００１５】図９から、格子周期が小さくなるにしたが
って、徐々に回折効率が低下することがわかる。これ
は、高次の回折光へのエネルギーの洩れが大きくなるか
らである。尚、波長が周期と同じオーダーとなるとスカ
ラ理論が成り立たなくなるため、ブレーズ化した回折格
子においても十分な回折効率が得られない。回折効率の
最も高いブレーズ回折格子においても十分な回折効率が
得られないので、他の種類の回折格子においてはなおさ
らである。

【００１６】回折格子の周期を小さくすると、回折効率
が低下するという問題が生じるとともに、角度依存性、
色分散性が大きくなるという問題点が生じる。色分散性
が大きくなると、白色波長領域での適用が困難となる。
尚、たとえ格子周期を小さくすることにより発生する問
題点を無視して、偏光分離角度のみを優先して構成しよ
うとしても、ブレーズ格子の高さにより回折格子の周期
を小さくすることには限界があり、大きな偏光分離角度
を得ることが困難となる場合があった。

【００１７】回折格子の最適な最大の格子高さｈ
_maxは、複屈折材料の異常光と常光の屈折率の差Δｎ、
設計中心波長λ₀、回折次数ｍとした場合、ｈ_max＝ｍλ
₀／Δｎとなる。ここで、波長や角度変化による回折効
率の依存性を小さくするためには、ｈ_maxはできるだけ
小さい方が望ましい。従って、ｍ＝１とする場合が多
い。さらには、Δｎが大きい方がｈ_maxが小さくなる。
従って、複屈折性の大きな材料ほど偏光分離素子の性能
的には有利である。液晶は、各種複屈折材料の中でも非
常に大きな複屈折性を有する材料であり、大きなもので
Δｎの値が０．２〜０．２５となる 。よって、複屈折
材料として、液晶を用いることが望ましい。

【００１８】しかしながら、最適な最大格子高さｈ_max
は、液晶を用いて構成した複屈折回折型偏光分離素子に
おいても、大きな偏光分離角度となる周期を有する回折
格子を構成するために十分に小さい値とすることは困難
であった。例えば、設計中心波長λ₀を５５０nm、Δｎ
を０．２とした場合、ｈ_max＝２．７５μmとなる。

【００１９】上記のように、従来の複屈折回折型偏光分
離素子において、大きな偏光分離角度を有し、波長や角
度依存性の性能に対する影響が小さいものを構成するこ
とは困難であった。

【００２０】本発明は、上記問題点を鑑みて、大きな偏
光分離角度を有し、かつ波長変化や角度変化に対する性
能劣化が少ない低コストな偏光分離素子を提供すること
を目的とする。また、複屈折回折型偏光素子を用いて、
製造が容易で低コスト、薄型の偏光変換光学素子を提供
することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の回折型偏光分離素子は、表面レリ
ーフ型の１次元の回折面を有する第１の基板と、表面レ
リーフ型の１次元の回折面を有する第２の基板とを有
し、第１と第２の基板が回折面を向かい合わせる方向で
近接に配置され、２つの回折面の間を複屈折材料により
充填した構成とする。

【００２２】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の回折型偏光分離素子において、第１と第２の基板の屈
折率の一方は前記複屈折材料の常光屈折率と略等しく、
他方は前記複屈折材料の異常光屈折率と略等しい構成と
する。

【００２３】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の回折型偏光分離素子において、第１と第２の基板の屈
折率は略等しくかつ前記複屈折材料の常光屈折率または
異常光屈折率のいずれかに略等しい構成とする。

【００２４】請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３
いずれかに記載の回折型偏光分離素子において、前記複
屈折材料は液晶材料である構成とする。

【００２５】請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４
に記載の回折型偏光分離素子において、第１及び第２の
基板は回折面が１次元のブレーズ形状であり、それぞれ
の回折面のブレーズの方向が逆方向となるように配置さ
れており、かつ、設計中心波長をλ₀、前記複屈折材料
の異常光と常光の屈折率の差をΔｎとすると、それぞれ
の回折面のブレーズの格子最大高さｈ₁、ｈ₂はｈ₁＝ｈ₂
＝λ₀／Δｎを満たす構成とする。

【００２６】また、請求項６に記載の偏光変換光学素子
は、入射する光を複数の光束に分割する第１のレンズア
レイと、第１のレンズアレイで分割された各光束を異な
る偏光状態を有する二つの光束に分離する請求項１に記
載の回折型偏光分離素子と、前記回折型偏光分離素子で
分離された二つの光束のうち一方の光束の偏光状態を他
方の光束の偏光状態と一致するように変換する変換素子
と、前記変換素子を透過した二つの光束を合成する第２
のレンズアレイとを備えている構成とする。

【００２７】

【発明の実施の形態】〈第１の実施形態〉図１に、本実
施形態の偏光分離素子の垂直断面図を示す。偏光分離素
子１は、回折面２ａを有する第１の基板２、複屈折材料
である液晶３、回折面４ａを有する第２の基板４から成
る。第１の基板２、第２の基板４は平板状の部材の片面
にブレーズ状の回折格子面が形成されている構成であ
る。第１の基板２、第２の基板４は互いに回折格子面２
ａ、４ａを向かい合わせる方向でかつ互いの回折格子面
２ａ、４ａのブレーズ方向が逆になるように配設されて
いる。液晶３により、第１の基板２と第２の基板４の間
が充填されている。回折面２ａ、４ａは等しい格子周期
Λと格子最大高さｈを有する。

【００２８】第１の基板２は、液晶３の常光屈折率ｎ₀
と略等しい屈折率を有する材料で形成されている。第２
の基板４は、液晶３の異常光屈折率ｎ_eと略等しい屈折
率を有する材料で形成されている。液晶３は、これを挟
む回折面２ａ、４ａの長手方向（紙面に垂直な方向）に
配向されている。液晶３の配向は、回折面２ａ、４ａに
ポリイミドなどによる配向膜を設けることで可能であ
る。

【００２９】ランダム偏光として、基板２から入射する
光のＳ偏光成分（紙面に垂直な偏光成分）については、
液晶３の屈折率は基板２の屈折率より大きい異常光屈折
率となるため、回折面２ａの作用により光は回折され
る。Ｐ偏光成分（紙面に平行な方向の偏光成分）につい
ては、液晶３の屈折率は基板２と略等しい屈折率である
ため、基板２の回折面２ａは回折格子としては機能せず
光はそのまま透過する。

【００３０】液晶３の層を透過し基板４に入射するＳ偏
光成分に対しては、基板４の屈折率が液晶３の異常光屈
折率と略等しい屈折率となるため、回折面４ａは回折格
子として機能せず光はそのまま透過する。

【００３１】他方、基板４に入射するＰ偏光成分に対し
ては、基板４の屈折率が液晶３の常光屈折率よりも大き
い屈折率となるため、回折面４ａは回折格子として機能
し光は回折される。尚、回折面２ａで回折されるＳ偏光
成分の回折方向と、回折面４ａで回折されるＰ偏光成分
の回折方向は逆方向である。

【００３２】偏光分離素子１において、回折される光の
回折効率を最大とするために、第１、第２の基板２、４
のブレーズ格子の最大高さｈはλ₀／Δｎとする。ここ
で、λ₀は設計中心波長を、Δｎは液晶３の異常光屈折
率ｎ_eと常光屈折率ｎ₀の差を表す。

【００３３】上記の構成により、偏光分離素子１は、ラ
ンダム偏光の光を効率よく分離することができる。Ｓ偏
光成分は、回折面２ａにより回折され、Ｐ偏光成分は回
折面４ａによって逆の方向に回折される構成としたこと
により、一つの回折面を持つ素子にくらべて、同じＰＳ
偏光分離角度を得るために必要な回折格子の周期Λを大
きくとることができる。また、一つの回折面を持つ素子
と同じ格子周期とした場合は、より大きな偏光分離角度
が得られる。

【００３４】例えば、偏光分離角度を約６度得るための
格子周期Λは、本実施形態の偏光分離素子１によると１
１μmであるのに対し、図８に示した従来の偏光分離素
子１０３によると５．５μmである。格子周期Λが大き
いほど、回折効率の入射角度依存性が小さくなる。

【００３５】図２に、格子周期Λが１１μmである本実
施形態の偏光分離素子１と、格子周期Λが５．５μmで
ある従来の偏光分離素子１０３における入射角度と回折
効率の関係を示す。計算は、ベクトル解析による厳密な
ものであり、設計中心波長λ0を５５０nm、液晶の常光
屈折率ｎ₀を１．５１８３、異常光屈折率ｎ_eを１．６８
０４９として計算を行った。横軸に入射角度を、縦軸に
回折効率を示す。点線１３で示す関係が本実施形態の偏
光分離素子１のものであり、実線１４に示す関係が従来
の偏光分離素子１０３のものである。

【００３６】図２より明かなように、格子周期Λが大き
い方（点線１３で示す方）が、回折効率の角度による低
下が少ないとともに、絶対的な効率の低下も少ない。こ
れは、先述のように、本実施形態の偏光分離素子１の格
子周期Λが設計中心波長λ₀の２０倍程度となるのに対
し、従来の偏光分離素子１０３の格子周期Λは２０倍以
下であることに起因する。

【００３７】複屈折材料として用いられる液晶３は、屈
折率異方性が大きな液晶材料であれば高分子液晶、ネマ
ティック液晶、液晶ポリマーなどが適用可能である。

【００３８】回折面２ａ、４ａのブレーズ格子は、リソ
グラフィー製造方法による階段状のバイナリ形状で構成
しても、ＲＩＥやイオンエッチングなどのドライプロセ
ス、またルーリングエンジンなどによる切削加工による
ものでもよい。このようなさまざまな方法により作製さ
れた表面レリーフ型の金型を作製し、樹脂やガラスなど
を用いて成形することにより、大量生産が可能である。
また、基板上に樹脂や無機の透明膜により回折面を複合
させたものでもよい。

【００３９】図３に、回折面２ａ、４ａのブレーズ格子
を４値のバイナリ形状とした場合の偏光分離素子１の垂
直断面図を示す。偏光分離角度等、得られる作用は、格
子面が連続でスムーズな面である場合とほぼ同じであ
る。

【００４０】〈第２の実施形態〉図４に、本実施形態の
偏光分離素子５の垂直断面図を示す。偏光分離素子５
は、回折面６ａを有する第１の基板６、液晶７、回折面
８ａを有する第２の基板８より成る。第１の基板６が液
晶７の異常光屈折率ｎ_eと略等しい屈折率を有する点の
み第１の実施形態の偏光分離素子１と相違する。よっ
て、第１の実施形態と重複する説明は避ける。

【００４１】ランダム偏光として基板６から入射する光
のＳ偏光成分については、液晶７の屈折率は基板６の屈
折率と略等しい異常光屈折率となるため、回折面６ａは
回折格子として機能せず光はそのまま透過する。

【００４２】一方、基板６から入射するＰ偏光成分につ
いては、液晶７の屈折率は基板６の屈折率よりも小さい
常光屈折率となるため、回折面６ａは回折格子として機
能し光は紙面右方向に回折される。

【００４３】液晶７の層を透過して、基板８に入射する
Ｓ偏光成分に対しては、基板８の屈折率は第１の基板６
と同じく液晶７の異常光屈折率と略等しくなっているた
め、回折面８ａは回折格子として機能せず光はそのまま
透過する。

【００４４】他方、基板８に入射するＰ偏光成分に対し
ては、基板８の屈折率が基板６と同じく液晶７の異常光
屈折率と略等しくなっているため、回折面８ａは回折格
子として機能し光は紙面右方向に回折される。

【００４５】上記の構成により、ランダム偏光の光を効
率良く分離することができる。Ｓ偏光成分の光は、液晶
７の屈折率と第１、第２の基板６、８の屈折率が略等し
いため、回折面６ａ、８ａで回折作用を受けずに偏光分
離素子５を透過する。Ｐ偏光成分の光は、二つの回折面
６ａ、６ｂで同じ方向に回折される構成とした。よっ
て、一つの回折面を持つ素子にくらべて、同じＰＳ偏光
分離角度を得るために必要な回折格子Λの周期を大きく
とることができる。

【００４６】〈第３の実施形態〉図５に、本実施形態の
偏光分離素子９の垂直断面図を示す。偏光分離素子９
は、回折面１０ａを有する第１の基板１０、液晶１１、
回折面１２ａを有する第２の基板１２より成る。第２の
基板１２が液晶１１の常光屈折率ｎ_eと略等しい屈折率
を有する点のみ第１の実施形態の偏光分離素子１と相違
する。よって、第１の実施形態と重複する説明は避け
る。

【００４７】ランダム偏光として基板１０から入射する
光のＳ偏光成分については、液晶１１の屈折率は第１の
基板１０の屈折率より大きい異常光屈折率となるため、
回折面１０ａは回折格子として機能し光は紙面右方向に
回折される。

【００４８】一方、基板１０に入射する光のＰ偏光成分
については、液晶１１の屈折率は基板１０の屈折率と略
等しい常光屈折率となるため、回折面６ａは回折格子と
して機能せず光はそのまま透過する。

【００４９】液晶１１の層を透過し、基板１２に入射す
るＳ偏光成分については、第２の基板１２の屈折率が第
１の基板１０と同じく液晶１１の異常光屈折率より小さ
い屈折率であるため、回折面８ａは回折格子として機能
し光は紙面右方向に回折される。

【００５０】他方、基板１２に入射するＰ偏光成分に対
しては、基板１２の屈折率は基板１０と同じく液晶１１
の常光屈折率と略等しい屈折率であるため、回折面８ａ
は回折格子として機能せず光はそのまま透過される。

【００５１】上記の構成により、ランダム偏光の光を効
率良く分離することができる。Ｐ偏光成分については、
液晶１１の屈折率と第１、第２の基板１０、１２の屈折
率が同じであるため、光は回折面１０ａ、１２ａでの回
折作用を受けず偏光分離素子９を透過する。Ｓ偏光成分
は、二つの回折面１０ａ、１２ａで同じ方向に回折され
る。よって、それぞれの回折面１０ａ、１２ａの偏光分
離角度の足し合わせが偏光分離素子９の偏光分離角度と
なるので、一つの回折面を持つ素子にくらべて、同じＰ
Ｓ偏光分離角度を得るために必要な回折格子Λの周期を
大きくとることができる。

【００５２】上記第１〜第３の実施形態の偏光分離素子
は、いずれも回折格子面は２面であるが、これを３面以
上の構成にして１面あたりの回折角度を小さくするよう
にしてもよい。しかしながら、この場合性能上は好まし
いが、素子の数が多くなりコスト面において不利であ
る。

【００５３】〈第４の実施形態〉図６に、本実施形態の
偏光変換光学素子１８の垂直断面図を示す。偏光変換光
学素子１８は、第１の実施形態の偏光分離素子１を用い
て構成されている。複数のレンズセルから成る第１のレ
ンズアレイ１５と、これに第１の基板２が接着するよう
に配置された偏光分離素子１と、偏光分離素子１の第２
の基板４から所定距離離れた位置に偏光方向を９０度変
換する１／２波長板１６ａが複数交互に配置された波長
板アレイ１６と、波長板アレイ１６に接着されるように
配置された複数のレンズセルから成る第２のレンズアレ
イ１７とから構成される。

【００５４】ランダム偏光を出射する白色光源（不図
示）から偏光変換光学素子１８に入射する光は、第１の
マイクロレンズアレイ１５により複数の光束に分割され
て偏光分離素子１に入射する。そして、偏光分離素子１
によりＰ偏光成分とＳ偏光成分に分離される。

【００５５】分離されたＰ、Ｓ偏光成分のうち、Ｐ偏光
成分については交互に配置された１／２波長板６ａによ
り偏光方向が変換されＳ偏光成分となり第２のレンズア
レイ１７に入射する。Ｓ偏光成分は、そのまま第２のレ
ンズアレイ１７に入射する。これらの光は、第２のレン
ズアレイ１７により進行方向が揃った光となる。このよ
うにして、偏光方向と進行方向の同じ光が偏光変換光学
素子１８より出射される。

【００５６】尚、波長板アレイ１６は、Ｐ偏光成分が入
射する位置に１／２波長板１６ａが交互に配置される構
成となっているが、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の分離幅が
所定値以上でないと、波長板アレイ１６によりＰ偏光成
分を確実にＳ偏光成分に変換することは困難である。本
実施形態の偏光変換光学素子１８においては、偏光分離
素子１により分離角を大きくできるので、Ｐ偏光とＳ偏
光分離後に所定値以上の分離幅が得られるまでに要する
光学系の距離が短くてよい。よって、偏光分離素子１と
波長板アレイ１６の距離を短くでき、偏光変換光学素子
１８全体を薄く構成できる。

【００５７】

【発明の効果】本発明によれば、表面レリーフ型の回折
格子と、複屈折材料を組み合わせて、特に偏光分離角度
が大きくても回折効率の入射角度や波長に対する依存性
の少ない特性の優れた偏光分離素子を構成することが可
能となる。さらに、偏光分離角度を得るために二つの回
折面を利用するために、回折格子周期の大きな偏光分離
素子が可能となる。

【００５８】また、表面レリーフ型の回折格子は大量生
産が可能であり、さらに、複屈折材料として例えば液晶
などの安価なものを用いれば用いて構成すれば、安価な
偏光分離素子が可能となる。

【００５９】本発明の偏光変換分離素子によれば、上記
偏光分離素子を用いて構成するので、製造が容易で安価
であり、しかも大きな偏光分離角により薄型の構成が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施形態の偏光分離素子の垂直断面
図。

【図２】 第１の実施形態と従来技術の偏光分離素子に
おける入射角度と回折効率の関係を示す図。

【図３】 第１の実施形態のバイナリ形状の格子面を有
する偏光分離素子の垂直断面図。

【図４】 第２の実施形態の偏光分離素子の垂直断面
図。

【図５】 第３の実施形態の偏光分離素子の垂直断面
図。

【図６】 第４の実施形態の偏光変換光学素子の垂直断
面図。

【図７】 従来技術の偏光ビームスプリッタの垂直断面
図。

【図８】 従来技術の回折型偏光分離素子の垂直断面
図。

【図９】 図８に示す偏光分離素子における格子周期と
回折効率の関係を示す図。

【符号の説明】

１、５、９ 偏光分離素子 ２、６、１０ 第１の基板 ２ａ、６ａ、１０ａ 回折面 ３、７、１１ 液晶 ４、８、１２ 第２の基板 ４ａ、８ａ、１２ａ 回折面 １５ 第１のレンズアレイ １６ 波長板アレイ １６ａ １／２波長板 １７ 第２のレンズアレイ １８ 偏光変換光学素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H049 AA13 AA50 AA64 BA42 BA45 BA47 BB62 BC22 2H091 FA07X FA07Z FA10X FA10Z FA19X FA29X FA29Z FA50X FA50Z FB02 FD01 FD06 JA01 KA01 LA12

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面レリーフ型の１次元の回折面を有す
   る第１の基板と、 表面レリーフ型の１次元の回折面を有する第２の基板と
   を有し、 第１と第２の基板が回折面を向かい合わせる方向で近接
   に配置され、２つの回折面の間を複屈折材料により充填
   した構成であることを特徴とする回折型偏光分離素子。
2. 【請求項２】 第１と第２の基板の屈折率の一方は前記
   複屈折材料の常光屈折率と略等しく、他方は前記複屈折
   材料の異常光屈折率と略等しいことを特徴とする請求項
   １に記載の回折型偏光分離素子。
3. 【請求項３】 第１と第２の基板の屈折率は略等しくか
   つ前記複屈折材料の常光屈折率または異常光屈折率のい
   ずれかに略等しいことを特徴とする請求項１に記載の回
   折型偏光分離素子。
4. 【請求項４】 前記複屈折材料は液晶材料であることを
   特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の回折型偏光
   分離素子。
5. 【請求項５】 第１及び第２の基板は回折面が１次元の
   ブレーズ形状であり、それぞれの回折面のブレーズの方
   向が逆方向となるように配置されており、かつ、設計中
   心波長をλ₀、前記複屈折材料の異常光と常光の屈折率
   の差をΔｎとすると、それぞれの回折面のブレーズの格
   子最大高さｈ₁、ｈ₂はｈ₁＝ｈ₂＝λ₀／Δｎを満たすこ
   とを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の回折型
   偏光分離素子。
6. 【請求項６】 入射する光を複数の光束に分割する第１
   のレンズアレイと、 第１のレンズアレイで分割された各光束を異なる偏光状
   態を有する二つの光束に分離する請求項１に記載の回折
   型偏光分離素子と、 前記回折型偏光分離素子で分離された二つの光束のうち
   一方の光束の偏光状態を他方の光束の偏光状態と一致す
   るように変換する変換素子と、 前記変換素子を透過した二つの光束を合成する第２のレ
   ンズアレイとを備えていることを特徴とする偏光変換光
   学素子。