JP2002022949A - 偏光位相変調素子とインテグレータ光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造容易でコンパクトな偏光位相変調素子と
それを用いた光利用効率の高いインテグレータ光学系を
提供する。 【解決手段】 露光量を屈折率変調として記録すること
が可能な感光材料(17)に対し、感光材料(17)表面の法線
(X2)に関して対称に同一波長のコヒーレントな２光束を
入射させて、２光束で構成される干渉縞で感光材料(17)
に対する露光を行う。このとき干渉縞のピッチを使用波
長よりも小さくし、感光材料(17)表面の露光を受ける領
域が所定のパターンを成すようにマスク(M)を介して露
光を行う。そのパターンは、使用波長よりも小さなピッ
チの干渉縞が屈折率分布として記録された構造性複屈折
領域となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は偏光位相変調素子と
インテグレータ光学系に関するものであり、更に詳しく
はプロジェクターの照明システムに用いられるインテグ
レータ光学系と、そのインテグレータ光学系に偏光変換
機能を付加して光利用効率を向上させることが可能な偏
光位相変調素子及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶パネルのように特定偏光の光変調に
より画像表示を行う空間光変調素子では、特定偏光以外
の照明光は偏光子で吸収されるため、一般に照明光の約
半分は光量損失となる。この問題を解決して光利用効率
を向上させるために、偏光の分離と偏波面(すなわち電
気ベクトルの振動面)の回転とにより偏光変換を行う照
明システムが各種提案されている。その一例を図２１に
示す。

【０００３】図２１は、液晶パネル(28)の表示画像を投
影レンズ(29)でスクリーン面(不図示)上に投影する液晶
プロジェクターを示している。この液晶プロジェクター
は液晶パネル(28)を照明するために、ランプ(20)，第１
レンズアレイ(22A)，第２レンズアレイ(22B)，ＰＢＳ(p
olarizing beam splitter)アレイ(24)，１／２波長板(2
5)，重ね合わせレンズ(26)及びコンデンサーレンズ(27)
から成る照明システムを備えている。ランプ(20)は、照
明光を発する光源(20a)と、光源(20a)からの照明光を略
平行光にする放物面鏡(20b)と、から成っており、ラン
プ(20)から射出した照明光は、第１，第２レンズアレイ
(22A,22B)から成るレンズアレイ方式のインテグレータ
光学系に入射する。

【０００４】図２２に、第１レンズアレイ(22A)のレン
ズセルパターン(P1)を示す。この第１レンズアレイ(22
A)は、液晶パネル(28)と略相似な矩形のレンズセルを２
次元のアレイ状に配列して成るものであり、複数のレン
ズセルで入射光を分割する。そして、第１レンズアレイ
(22A)と同様のアレイ構造を有する第２レンズアレイ(22
B)の近傍に、複数の光源像(図２３中の楕円)を形成す
る。第１レンズアレイ(22A)の各レンズセルと液晶パネ
ル(28)とは、第２レンズアレイ(22B)の各レンズセルを
介して共役な関係にあるため、照明光の空間的なエネル
ギー分布は均一化されて液晶パネル(28)は無駄なく均一
に照明される。

【０００５】第２レンズアレイ(22B)を射出した照明光
は、その近傍に位置するＰＢＳアレイ(24)に入射して、
偏波面が互いに直交する２つの直線偏光(すなわちＴＭ
偏光とＴＥ偏光)に分離される。図２１中、実線がＴＭ
偏光(電気ベクトルの振動方向が紙面に平行)、破線がＴ
Ｅ偏光(電気ベクトルの振動方向が紙面に垂直)である。
ＰＢＳアレイ(24)の射出側面には短冊状の１／２波長板
(25)が貼り付けられており、ＰＢＳアレイ(24)で分離さ
れた２つの偏光のうち、ＴＥ偏光のみが１／２波長板(2
5)に入射する。

【０００６】図２３に、第２レンズアレイ(22B)のレン
ズセルパターン(P2)と、第１レンズアレイ(22A)により
形成される光源像の配置と、１／２波長板(25，斜線部)
の貼り付けパターンと、の関係を示す。図２３中、１／
２波長板(25)にオーバーラップしている楕円がＴＥ偏光
から成る光源像であり、その各光源像と同じレンズセル
上に位置する楕円(クロスハッチ部)がＴＭ偏光から成る
光源像である(偏光方向：楕円中の矢印方向)。１／２波
長板(25)は、ＴＥ偏光の偏波面を90°回転させることに
より、ＴＥ偏光をＴＭ偏光に変換する。したがって照明
光は全てＴＭ偏光となる。ＴＭ偏光に揃えられた照明光
は、重ね合わせレンズ(26)とコンデンサーレンズ(27)を
通過した後、液晶パネル(28)を照明する。

【０００７】図２１〜図２３から分かるように、上述し
たレンズアレイ方式のインテグレータ光学系では、第２
レンズアレイ(22B)が第１レンズアレイ(22A)と同じ形状
・サイズのレンズセルから成っている。このため、高い
光利用効率を保持しつつインテグレータ光学系をコンパ
クト化することは困難である。またＦナンバーの制約が
あるため、投影レンズ(29)のコンパクト化も困難であ
る。なお、図２１中、第１レンズアレイ(22A)のレンズ
セルサイズをd1、第１レンズアレイ(22A)から第２レン
ズアレイ(22B)までの光学距離をF1、液晶パネル(28)の
サイズをd2、重ね合わせレンズ(26)からコンデンサーレ
ンズ(27)までの光学距離をF2、とすると、d1：F1＝d2：
F2の関係がほぼ成り立ち、また、照明Ｆナンバーはほぼ
F1／Dで決まる。

【０００８】上記問題を解決するために、開口形状や開
口サイズの異なる複数種類のレンズセルで第２レンズア
レイを構成したインテグレータ光学系が特開平１０−１
９７８２７号公報で提案されている。その構成によれ
ば、光源像の間隔が狭くなってＦナンバーが大きくなる
ため、光利用効率の向上及びコンパクト化が可能とな
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】特開平１０−１９７８
２７号公報記載のインテグレータ光学系では、照明光を
偏光分離素子で偏波面が互いに直交する２つの直線偏光
に分離し、第２レンズアレイの各レンズセルに貼り付け
た１／２波長板で一方の直線偏光の偏波面を90°回転さ
せることにより、２つの直線偏光の偏波面を同じにして
いる。この偏光変換により、偏波面が揃った直線偏光の
みを偏光子に入射させることができるため、偏光子によ
る光量損失はほとんどなくなり、空間光変調素子に対し
て光利用効率の高い照明が達成可能となる。しかし第２
レンズアレイは、開口形状や開口サイズの異なる複数種
類のレンズセルで構成されているため、その各レンズセ
ルに１／２波長板を貼り付けることは困難である。ま
た、レンズセルは第２レンズアレイの中心部から離れる
ほど微細化するため、様々な形状の微細な１／２波長板
の切り貼りを行うことは実際には不可能である。

【００１０】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであって、製造容易でコンパクトな偏光位相変調素
子とそれを用いた光利用効率の高いインテグレータ光学
系を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明の偏光位相変調素子は、屈折率変調型の
ホログラムから成る偏光位相変調素子であって、使用波
長よりも小さなピッチの干渉縞が屈折率分布として記録
された構造性複屈折領域を所定のパターンで有すること
を特徴とする。

【００１２】第２の発明の偏光位相変調素子は、上記第
１の発明の構成において、前記構造性複屈折領域を２種
類以上のパターンで有するとともに、各パターンの構造
性複屈折領域に記録されている干渉縞が互いに異なるこ
とを特徴とする。

【００１３】第３の発明の偏光位相変調素子は、上記第
１又は第２の発明の構成において、さらに光学的な等方
性又は略等方性を有する非構造性複屈折領域を所定のパ
ターンで有することを特徴とする。

【００１４】第４の発明の偏光位相変調素子は、上記第
３の発明の構成において、前記構造性複屈折領域と前記
非構造性複屈折領域とが交互に並ぶ一定の周期構造を有
し、その周期構造のピッチが0.001〜0.1mmであることを
特徴とする。

【００１５】第５の発明の偏光位相変調素子は、屈折率
変調型のホログラムを有する偏光位相変調素子であっ
て、使用波長よりも小さなピッチの干渉縞が前記ホログ
ラム内に屈折率分布として記録されており、前記干渉縞
に対して平行な溝から成るブレーズ形状の回折格子面が
前記ホログラム表面に形成されており、そのブレーズ形
状の凹部に光学的な等方性又は略等方性を有する樹脂が
充填されていることを特徴とする。

【００１６】第６の発明の偏光位相変調素子は、上記第
５の発明の構成において、前記回折格子面がブレーズ形
状の異なる２種類以上の領域で構成されていることを特
徴とする。

【００１７】第７の発明の偏光位相変調素子の製造方法
は、露光量を屈折率変調として記録することが可能な感
光材料に対し、その感光材料表面の法線に関して対称又
は略対称に同一波長のコヒーレントな２光束を入射させ
ることにより、その２光束で構成される干渉縞で前記感
光材料に対する露光を行う、屈折率変調型のホログラム
から成る偏光位相変調素子の製造方法であって、前記干
渉縞のピッチを使用波長よりも小さくするとともに、前
記感光材料表面の露光を受ける領域が所定のパターンを
成すようにマスクを介して前記露光を行うことを特徴と
する。

【００１８】第８の発明の偏光位相変調素子の製造方法
は、上記第７の発明の構成において、前記露光を複数回
繰り返すとともに、前記パターン及び前記干渉縞を各露
光ごとに異なったものに切り換えることを特徴とする。

【００１９】第９の発明の偏光位相変調素子の製造方法
は、上記第８の発明の構成において、前記パターンの切
り換えを前記マスクの交換により行うことを特徴とす
る。

【００２０】第１０の発明の偏光位相変調素子の製造方
法は、上記第７，第８又は第９の発明の構成において、
さらに斜めエッチングによって前記感光材料表面にブレ
ーズ形状の回折格子面を形成し、そのブレーズ形状の凹
部に光学的な等方性又は略等方性を有する樹脂を充填す
ることによって樹脂平面を構成することを特徴とする。

【００２１】第１１の発明の偏光位相変調素子の製造方
法は、上記第７，第８，第９又は第１０の発明の構成に
おいて、前記感光材料表面の露光を受ける領域が0.001
〜0.1mmピッチの周期構造を成すようにマスクを介して
前記露光を行うことを特徴とする。

【００２２】第１２の発明の偏光位相変調素子の製造方
法は、上記第７，第８，第９又は第１０の発明の構成に
おいて、0.001〜0.1mmピッチの干渉縞での露光を前記露
光と重ねて行うことを特徴とする。

【００２３】第１３の発明のインテグレータ光学系は、
被照明領域に入射させる照明光の空間的なエネルギー分
布を均一化するレンズアレイ方式のインテグレータ光学
系であって、複数のレンズセルで入射光を分割する第１
レンズアレイ、該第１レンズアレイの各レンズセルと被
照明領域とを共役にするレンズセルを前記第１レンズア
レイの各レンズセルと対を成すように同じ数だけ有する
第２レンズアレイ、及び該第２レンズアレイの近傍又は
その共役位置の近傍で入射光の偏光状態を揃えるホログ
ラム位相素子を備え、該ホログラム位相素子が上記第
１，第２又は第３の発明に係る、構造性複屈折領域を所
定のパターンで有する偏光位相変調素子であることを特
徴とする。

【００２４】第１４の発明のインテグレータ光学系は、
上記第１３の発明の構成において、前記第１，第２レン
ズアレイが１つの光学素子として一体化されており、前
記構造性複屈折領域の幅が2mm以下であることを特徴と
する。

【００２５】第１５の発明のインテグレータ光学系は、
上記第１３又は第１４の発明の構成において、さらに、
複屈折作用及び回折作用により照明光を偏波面が互いに
直交する２つの直線偏光に分離する偏光分離素子を、前
記第１レンズアレイ近傍又はその共役位置の近傍に配置
したことを特徴とする。

【００２６】第１６の発明のインテグレータ光学系は、
上記第１５の発明の構成において、前記偏光分離素子に
よる２つの直線偏光の分離角が前記第１レンズアレイの
レンズセル単位で異なり、前記第２レンズアレイが開口
形状又は開口サイズの異なる２種類以上のレンズセルで
構成されていることを特徴とする。

【００２７】第１７の発明のインテグレータ光学系は、
上記第１５又は第１６の発明の構成において、前記偏光
分離素子による２つの直線偏光の分離方向が前記第１レ
ンズアレイのレンズセル単位で異なり、前記ホログラム
位相素子における前記構造性複屈折領域の光学軸方向が
前記第２レンズアレイのレンズセル単位で異なることを
特徴とする。

【００２８】第１８の発明のインテグレータ光学系は、
上記第１５，第１６又は第１７の発明の構成において、
前記偏光分離素子が上記第５又は第６の発明に係る偏光
位相変調素子であることを特徴とする。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施した偏光位相
変調素子とインテグレータ光学系を、図面を参照しつつ
説明する。なお、前記従来例や各実施の形態の相互で同
一の部分や相当する部分には同一の符号を付して重複説
明を適宜省略する。

【００３０】《構造性複屈折とホログラム》微細構造に
方向性をもたせると、構造性複屈折とよばれる光学異方
性が発生する。例えば図８に示すように、２種類の等方
性誘電体から成る１次元周期性多層構造の中を、層に対
して平行に光が進む場合を考える。この周期構造のピッ
チΛが光の波長に比べて十分に小さければ、この微細構
造は光に対して負の一軸結晶のように作用する{光学軸
(ax)は層に対して垂直である。}。したがって、ＴＥ波
(電気ベクトルの振動方向が層に平行)とＴＭ波(電気ベ
クトルの振動方向が層に垂直)とで、使用光に対する屈
折率は異なる。

【００３１】ホログラムに光の波長よりも小さなピッチ
の干渉縞を記録すれば、周期的な屈折率分布を有する上
記微細構造を構成することが可能である。例えば、露光
量を屈折率変調として記録する(つまり露光量の大小で
屈折率差を生じる)ことが可能な感光材料に対し、その
感光材料表面の法線に関して対称又は略対称に、同一波
長のコヒーレントな２光束を入射させる。すると、２光
束で構成される干渉縞(つまりエネルギー分布)で感光材
料が露光されて、屈折率変調型のホログラムが得られ
る。

【００３２】図７に、製作波長500(nm)で、屈折率1.5の
感光材料にホログラムを作成するときの２光束(すなわ
ち物体光と参照光)の角度差(°)と、干渉縞間隔(μｍ)
と、の関係を示す。図７のグラフから分かるように、２
光束の角度差を大きくすることにより、干渉縞のピッチ
を使用波長よりも小さくすること(つまりフリンジピッ
チの微細化)が可能である。例えば、製作波長：532(n
m)，フリンジピッチ(Λ，干渉縞間隔)：200(nm)とし、
前記等方性誘電体(図８)の各誘電率を1.41，1.35とすれ
ば、前記微細構造を厚さ：200(μｍ)で１／２波長板と
して機能させることが可能となる。

【００３３】《ホログラムタイプの偏光位相変調素子》
ホログラムの作成においては、上記のようにフリンジピ
ッチの微細化が可能であるため、構造性複屈折が生じる
領域のパターニングにより、様々な機能を持った偏光位
相変調素子を簡単に製造することができる。その偏光位
相変調素子の例として、位相板の機能を有するホログラ
ム位相素子，偏光分離機能を有する偏光分離素子及びそ
れらの製造方法を以下に説明する。

【００３４】図１は、ホログラム位相素子の製造装置を
模式的に示すシステム構成図である。この製造装置は、
レーザー光源(10)，エキスパンダー(11)，マスク(M)，
マスクホルダー(12)，回折光カット光学系(13)，ハーフ
ミラー(14)，ミラー(15A,15B)，導光プリズム(16)，回
転ステージ(19)等を備えている。レーザー光源(10)から
発せられたレーザー光は、エキスパンダー(11)でビーム
径が拡大され、マスクホルダー(12)に取り付けられてい
るマスク(M)で光束規制される。マスク(M)を通過したレ
ーザー光は、回折光カット光学系(13)を透過した後、ハ
ーフミラー(14)で２光束(物体光，参照光)に分割され、
ミラー(15A,15B)での反射後、それぞれ導光プリズム(1
6)に入射して感光材料(17)を露光する。この感光材料(1
7)は、露光量を屈折率変調として記録することが可能
な、フォトポリマーから成るホログラム感材である。

【００３５】マスクホルダー(12)は、複数のマスク(M)
を使用する場合にその交換及び位置決めを容易にするた
めのものであって、図２はその一例を示している。図２
に示すマスクホルダー(12)は３種類のマスク(M1〜M3)が
固定可能になっており、レーザー光が入射するマスク(M
1〜M3)はマスクホルダー(12)の回転(X1：回転軸)によっ
て切り換えられる。図４，図５にマスク(M)の具体例を
示す。マスク(M0〜M3)には、所定のパターン(Q0〜Q3)か
ら成る開口が形成されている。したがって、各開口に入
射したレーザー光のみを回折光カット光学系(13)に入射
させることが可能である。

【００３６】マスク(M)の位置は、エキスパンダー(11)
とハーフミラー(14)との間に限らない。例えば、感光材
料(17)表面にマスク(M)を配置して露光を行うことも可
能である。しかし、マスク(M)の開口幅が小さくなる
と、回折によるゴーストの発生が無視できなくなる。こ
のため図１に示すように、レーザー光をハーフミラー(1
4)で２光束に分離する前にマスク(M)で光束規制するこ
とが望ましく、マスク(M)とハーフミラー(14)との間に
回折光カット光学系(13)を配置することが更に望まし
い。

【００３７】図３に、回折光カット光学系(13)の具体例
を示す。図３中、短い破線が０次光、長い破線が±１次
光をそれぞれ示している。回折光カット光学系(13)は、
２枚のレンズ(L1,L2)と、その間に配置されたスリット
板(PL)と、で構成されている。スリット板(PL)には０次
光のみを通過させるスリット(SL)が形成されており、±
１次光はスリット板(PL)で遮光される。したがって、マ
スク(M)で回折光が生じても、生じた回折光は回折光カ
ット光学系(13)により除去される。

【００３８】感光材料(17)は、ガラス基板(18)の表面に
貼り付けられた(又は塗布された)状態で、図１に示すよ
うに回転ステージ(19)にセットされる。回転ステージ(1
9)の回転軸(X2)は感光材料(17)表面の法線に対して平行
になっているため、回転ステージ(19)が回転しても感光
材料(17)の表面に対する光束入射角度は変化しない。な
お、感光材料(17)を透過した不要光による悪影響を防ぐ
ために、不要光を吸収する黒色の吸収板(不図示)が、ガ
ラス基板(18)の裏面に密着状態又は液浸状態で取り付け
られている。

【００３９】また感光材料(17)の表面には、導光プリズ
ム(16)が密着状態又は液浸状態で取り付けられる。例え
ば、感光材料(17)と同じ屈折率を有する液体(パラフィ
ン等)を介して、導光プリズム(16)が感光材料(17)に密
着するように配置される。このように導光プリズム(16)
を用いると、導光プリズム(16)と感光材料(17)との間の
空気層がなくなるため、界面反射に起因するゴーストの
発生を防止しながらフリンジピッチを小さくすることが
できる。

【００４０】導光プリズム(16)の作用を更に詳しく説明
する。図６(A)にレーザー光が導光プリズム(16)を通っ
て感光材料(17)に入射する場合の光路を示し、図６(B)
にレーザー光が感光材料(17)に直接入射する場合の光路
を示す。レーザー光は角度θで感光材料(17)に入射し、
角度θ'で感光材料(17)中を進むことになるが、フリン
ジピッチを小さくするためには、感光材料(17)中の角度
θ'を大きくする必要がある(図７)。図６(B)に示すよう
に導光プリズム(16)が無い場合、角度θ'を大きくしよ
うとすれば、表面反射によるロスが増大しゴーストも発
生しやすくなる。そして、角度θ'は臨界角が限界とな
る。図６(A)に示すように、導光プリズム(16)等の導光
部材を設ければ、導光プリズム(16)の２面に対して略垂
直に各レーザー光を入射させて、臨界角以上のθ'を上
記ロス等なしに実現することができる。

【００４１】図１に示すように、感光材料(17)表面の法
線(X2)に関して対称(又は略対称)に、同一波長のコヒー
レントな２光束を入射させることにより、その２光束で
構成される干渉縞で感光材料(17)に対する露光を行うこ
とができる。このとき、２光束の角度差を大きくするこ
とによって、干渉縞のピッチを使用波長よりも小さくす
ることが可能である(図７)。したがって、使用波長より
も小さなピッチの干渉縞を屈折率分布として記録するこ
とができる。

【００４２】感光材料(17)に対する露光は前述のマスク
(M)を介して行われるため、感光材料(17)表面の露光を
受ける領域は、マスク(M)に形成されている開口と同じ
パターンを成すことになる。したがって、使用波長より
も小さなピッチの干渉縞が屈折率分布として記録された
微細な構造性複屈折領域を、所定のパターンで構成する
ことができる。例えば図４のマスク(M0)を用いれば、１
／２波長板として機能する構造性複屈折領域を図１０に
示すパターン(Q0，斜線部)で有するホログラム位相素子
を得ることができる。また、短冊状の開口を有するマス
クを用いれば、１／２波長板として機能する構造性複屈
折領域を従来例と同じ短冊状のパターン{図２３中の１
／２波長板(25)の貼り付けパターン(斜線部)}で有する
ホログラム位相素子を得ることができる。

【００４３】上記のようにマスク(M)を用いたホログラ
ム露光によって、構造性複屈折領域を微細なパターンで
簡単に構成することができ、それと同時にマスク(M)で
の遮光(非露光)により光学的な等方性(又は略等方性)を
有する非構造性複屈折領域を微細なパターンで構成する
ことができる。そして、感光材料(17)表面に対して垂直
又は略垂直(法線方向又は略法線方向)に使用光が入射す
るように配置すれば、パターン化された構造性複屈折領
域を位相板(１／２波長板等)として機能させることが可
能となる。なお、製作波長と使用波長とは異なっていて
もよく、例えば製作波長が紫外域波長、使用波長が可視
域波長でもよい。

【００４４】また、感光材料(17)に対する露光を複数回
繰り返すとともに、前記パターン及び干渉縞を各露光ご
とに異なったものに切り換えれば、構造性複屈折領域を
２種類以上のパターンで有するとともに、各パターンの
構造性複屈折領域に記録されている干渉縞が互いに異な
ったホログラム位相素子を製造することができる。例え
ば、マスクホルダー(12)を回転させてマスク(M1〜M3；
図２，図５)を交換すれば、パターン(Q1〜Q3)の切り換
えを行うことができる。また、回転ステージ(19)を回転
させて２光束の入射方向を切り換えれば、干渉縞の方向
{つまり光学軸(ax)の方向}を切り換えることができる。
このパターン及び干渉縞の切り換えを順次行うことによ
り、図１２に示す３種類のパターン(Q1〜Q3)の構造性複
屈折領域を有するホログラム位相素子が得られる。な
お、２光束の波長や光束入射角度を変えることによりフ
リンジピッチの切り換えを行うことも可能であり、その
場合、位相板としての機能が異なる複数の構造性複屈折
領域(１／２波長板，１／４波長板等)を複数のパターン
で混在させることも可能である。

【００４５】一定の周期性を有するパターンの開口をマ
スク(M)に形成すれば、図１３に示すように、使用波長
よりも小さなピッチ(Λ2)の干渉縞が屈折率分布として
記録された微細な構造性複屈折領域(α)を、マスク(M)
に形成されている開口と同じ周期性(ピッチ：Λ1)のパ
ターンで構成することができる。図１３中のβは、マス
ク(M)での遮光により露光を受けなかった屈折率一定領
域、すなわち非構造性複屈折領域に相当する。したがっ
て、光学軸(ax)方向の位置(X)での屈折率(n)の分布は、
図１４に示すようになる。例えば、感光材料(17)表面の
露光を受ける領域(α)が0.001〜0.1mmピッチの周期構造
を成すようにマスク(M)を介して前述の露光(図１)を行
えば、構造性複屈折領域(α)と非構造性複屈折領域(β)
とが交互に並ぶ一定の周期構造(タイプ１の回折格子構
造)が得られ、その周期構造のピッチ(Λ1)は回折が発生
する0.001〜0.1mmとなる。

【００４６】また、使用波長よりも大きいピッチの干渉
縞での露光を、使用波長よりも小さいピッチの干渉縞で
の露光と重ねて行えば、図１５に示すように、使用波長
よりも小さなピッチ(Λ2)の干渉縞が屈折率分布として
記録された微細な構造性複屈折領域(α)を、重ね合わせ
により屈折率が飽和した領域(γ)を含む周期性(ピッ
チ：Λ1)のパターンで構成することができる。図１５中
の飽和した領域(γ)は、非構造性複屈折領域(屈折率一
定)に相当する。したがって、光学軸(ax)方向の位置(X)
での屈折率(n)の分布は、図１６に示すようになる。例
えば、0.001〜0.1mmピッチの干渉縞での露光を前述の露
光(図１)と重ねて行えば、構造性複屈折領域(α)と非構
造性複屈折領域(γ)とが交互に並ぶ一定の周期構造(タ
イプ２の回折格子構造)がマスク(M)なしで得られ、その
周期構造のピッチ(Λ1)は回折が発生する0.001〜0.1mm
となる。

【００４７】上記のように構造性複屈折を示す微細周期
構造を持つ部分(α)と持たない部分(β，γ)とが周期的
に並ぶバイナリー型の回折格子構造(図１３，図１５)で
は、構造性複屈折領域(α)を通る光と非構造性複屈折領
域(β，γ)を通る光との位相差が2πの整数倍ならば回
折せずにすべて透過し(L0：透過光)、位相差がπならば
直進する透過光がなくなってすべて回折波になる(L1：
回折光)。つまり、入射光の電界方向が干渉縞に平行な
場合をＴＥ波、磁界方向が平行な場合をＴＭ波とし、Ｔ
Ｅ波，ＴＭ波に対する構造性複屈折領域(α)の屈折率を
ｎTE,ｎTM、ＴＥ波，ＴＭ波に対する非構造性複屈折領
域(β，γ)の屈折率をｎ0TE,ｎ0TMとすると、ｎ0TE＝ｎ
0TM、ｎTE≠ｎTMとなるので、例えば、ΔｎTE＝ｎTE−
ｎ0TE＝2mπ，ΔｎTM＝ｎTM−ｎ0TM＝(2m+1)πであれば
(m：整数)、ＴＥ波は０次光(L0)として直進し、ＴＭ波
は±１次光(L1)として回折することになる。したがっ
て、バイナリー型の回折格子構造(図１３，図１５)は、
偏光分離素子(つまりＰＢＳ：polarizing beam splitte
r)としての機能(偏光分離機能)を有することになる。

【００４８】次に、上記バイナリー型の回折格子構造
(図１３，図１５)と同様に偏光分離機能を有する、ブレ
ーズ型の回折格子構造(図１７)を説明する。この回折格
子構造は、図１７(D)に示すように屈折率変調型のホロ
グラム(17H)を有する偏光位相変調素子において構成さ
れるものである。ホログラム(17H)内には使用波長より
も小さなピッチの干渉縞が屈折率分布として記録されて
おり、ホログラム(17H)表面には干渉縞に対して平行な
溝から成るブレーズ形状の回折格子面(17d)が形成され
ている。また、回折格子面(17d)のブレーズ形状の凹部
には、光学的な等方性(又は略等方性)を有する樹脂(17
I)が充填されている。

【００４９】回折格子面(17d)のブレーズ形状は１種類
であってもよいが、ブレーズ形状(回折格子ピッチ，溝
方向等)の異なる２種類以上の領域で回折格子面(17d)を
構成してもよい。図９，図１１に、回折格子面(17d)を
構成する各領域のブレーズパターン(R1〜R6)の例を示
す。図９は回折格子ピッチの異なる３種類のブレーズパ
ターン(R1〜R3)を示しており、図１１は回折格子ピッチ
と溝方向の異なる６種類のブレーズパターン(R1〜R6)を
示している。各領域での回折格子面(17d)の溝方向と、
ホログラム(17H)内の屈折率分布による構造性複屈折の
方向と、を対応させることにより、偏光分離方向を領域
毎に変えることが可能である。また、回折格子ピッチの
大小に応じて、偏光分離角度を領域毎に変えることが可
能である。

【００５０】図１７(D)に示す回折格子構造を構成する
に際し、まず使用波長よりも小さなピッチの干渉縞で感
光材料を露光することにより、図１７(A)に示すホログ
ラム(17H)を作成する。感光材料表面の露光を受ける領
域が所定のパターンを成すように、前記製造装置(図１)
によりマスク(M)を介して露光を行ってもよく、パター
ニングの必要がなければマスク(M)なしに露光を行って
もよい。次に、図１７(B)に示すように、斜めエッチン
グによって上記感光材料表面{つまりホログラム(17H)の
表面}にブレーズ形状の回折格子面(17d)を形成する。そ
して、図１７(C)に示すように、そのブレーズ形状の凹
部に光学的な等方性(又は略等方性)を有する樹脂(17I)
を充填することによって樹脂平面(17f)を構成する(素子
の平板化)。

【００５１】上記回折格子構造(図１７)は少ない工程数
で製作可能であるが、液晶等の複屈折材料を用いた場合
と同様の複屈折作用をホログラム(17H)の構造性複屈折
で実現して、偏光分離を可能とする。そこで、液晶の複
屈折性を利用した偏光分離素子の例を挙げて、以下に偏
光分離機能を詳述する。

【００５２】図１８は、表面レリーフ型(膜厚変調型)の
回折格子(2)と、ネマティック液晶又はスメクティック
液晶から成る液晶(3)と、対向平板(4)と、シール剤(5)
と、を主な構成要素として備えた偏光分離素子(1)であ
る。回折格子(2)は、光学的な略等方性を有する樹脂製
の透明シートから成り、かつ、ブレーズ形状の回折格子
面(2a)を有している。この回折格子面(2a)に隣接する液
晶(3)は、光学的な異方性を有する一軸性の光学的異方
体層を成しており、前記ホログラム(17H)はこの液晶(3)
に相当する。また、液晶(3)を回折格子(2)との間で挟む
ようにして液晶(3)と隣接する対向平板(4)は、樹脂製又
はガラス製の透明基板である。対向平板(4)の液晶(3)側
の面には配向膜(4a)が設けられており、配向膜(4a)には
回折格子面(2a)の溝方向に沿って液晶(3)がホモジニア
ス配向するようにラビング処理が施されている。前記ホ
ログラム(17H)に記録されている干渉縞の方向は、液晶
(3)の配向方向に相当する。

【００５３】液晶(3)は光学的な異方性を有する複屈折
材料であるため、常光に対する屈折率と異常光に対する
屈折率とは異なる。したがって、光学的に略等方な回折
格子(2)との境界に位置する回折格子面(2a)が及ぼす回
折作用も、常光と異常光とでは異なる。この偏光分離素
子(1)では、常光，異常光のうちのいずれか一方に対す
る屈折率が回折格子(2)の屈折率と同じになるように各
材料が選択されている。例えば、常光に対する液晶(3)
の屈折率と回折格子(2)の屈折率とを同じにした場合、
常光が回折作用を受けずに回折格子面(2a)を透過し、異
常光が回折格子面(2a)での回折作用を受けて偏向するこ
とになる。逆に、異常光に対する液晶(3)の屈折率と回
折格子(2)の屈折率とを同じにした場合、異常光が回折
作用を受けずに回折格子面(2a)を透過し、常光が回折格
子面(2a)での回折作用を受けて偏向することになる。前
記ホログラム(17H)も液晶(3)と同様に作用するので、常
光，異常光のうちのいずれか一方{図１７中の回折光(L
0)}が回折格子面(17d)での回折作用を受けて偏向するこ
とになる。

【００５４】上記のように液晶(3)又はホログラム(17H)
を回折格子面(2a又は17d)に隣接させることにより、入
射してきた照明光を偏波面が互いに直交する２つの直線
偏光{例えば図１７中の透過光(L0)と回折光(L1)}に分離
することができる。しかも、回折格子面(2a又は17d)が
ブレーズ形状を成しているため高い回折効率が得られ
る。回折格子面(2a又は17d)での回折効率が高ければ偏
光変換効率も高くなるため、光利用効率を向上させるこ
とが可能である。

【００５５】《インテグレータ光学系》次に、前述のホ
ログラム位相素子や偏光分離素子を用いた、偏光変換機
能を有するレンズアレイ方式のインテグレータ光学系を
説明する。図１９，図２０に示す液晶プロジェクター
は、いずれも前記従来例(図２１)とは異なるタイプのイ
ンテグレータ光学系を備えている。図１９に示すインテ
グレータ光学系は、偏光分離素子(21)と、第１，第２レ
ンズアレイ(22a,22b)が１つの光学素子として一体化さ
れた一体型レンズアレイ(22)と、ホログラム位相素子(2
3)と、で構成されており、図２０に示すインテグレータ
光学系は、偏光分離素子(21)と、第１，第２レンズアレ
イ(22A,22B)と、第２レンズアレイ(22B)に一体化された
ホログラム位相素子(23A)と、で構成されている。

【００５６】第１レンズアレイ(22a,22A)は、液晶パネ
ル(28)と略相似な矩形のレンズセルを２次元のアレイ状
に配列して成るものであり、複数のレンズセルで入射光
を分割する。そして、第１レンズアレイ(22a,22A)と同
じ数のレンズセルから成るアレイ構造{第１，第２レン
ズアレイ(22a,22A;22b,22B)の各レンズセルは対を成
す。}を有する第２レンズアレイ(22b,22B)の近傍に、複
数の光源像(図１０，図１２中の楕円)を形成する。第１
レンズアレイ(22a,22A)の各レンズセルと液晶パネル(2
8)とは、第２レンズアレイ(22b,22B)の各レンズセルを
介して共役な関係にあるため、照明光の空間的なエネル
ギー分布は均一化されて液晶パネル(28)は無駄なく均一
に照明される。

【００５７】図１９，図２０に示すインテグレータ光学
系では、第１レンズアレイ(22a,22A)近傍(又はその共役
位置の近傍でもよい。)に配置された偏光分離素子(21)
によって偏光分離が行われ、第２レンズアレイ(22b,22
B)近傍(又はその共役位置の近傍でもよい。)に配置され
たホログラム位相素子(23,23A)によって偏波面の回転が
行われる。偏光分離素子(21)としては、前記ホログラム
(17H)の構造性複屈折を利用したブレーズ型回折格子構
造から成る偏光位相変調素子(図１７)、又は液晶(3)の
複屈折性を利用したブレーズ型回折格子構造から成る偏
光分離素子(1，図１８)が用いられる。また、ホログラ
ム位相素子(23,23A)としては、前記製造装置(図１)によ
り得られる偏光位相変調素子、つまり使用波長よりも小
さなピッチの干渉縞が屈折率分布として記録された(１
／２波長板として機能する)構造性複屈折領域を所定の
パターンで有するホログラム位相素子が用いられる。

【００５８】ところで、前記従来例(図２１)のように偏
光分離をＰＢＳアレイ(24)で行い偏波面の回転を１／２
波長板(25)で行う構成では、ＰＢＳアレイ(24)の形状・
加工精度，１／２波長板(25)の貼り付け精度等に物理的
な制約が生じる。このため、ＰＢＳアレイ(24)のピッチ
や１／２波長板(25)の幅を小さくしようとしても、2mm
程度が限界となる。前記製造装置(図１)を用いれば、１
／２波長板として機能する幅2mm以下の構造性複屈折領
域を微細かつ複雑にパターニングすることができる。そ
して、マスク(M)の開口に対応する構造性複屈折領域
と、マスク(M)の遮光領域に対応する非構造性複屈折領
域と、をそれぞれ幅2mm以下で構成したホログラム位相
素子(23,23A)を用いることにより、従来よりも微細かつ
複雑な偏光制御が可能となる。この微細かつ複雑なパタ
ーンでの偏波面の回転に対する偏光分離のマッチングを
考えた場合、偏光分離は前記ブレーズ型の回折格子構造
(図１７，図１８)で行うことが望ましい。ブレーズ型回
折格子構造を有する偏光分離素子(21)をホログラム位相
素子(23,23A)と組み合わせることによって、図１９に示
すようにインテグレータ光学系の小型化等が達成可能と
なる。

【００５９】レンズセルサイズ(d1)と光学距離(F1)との
比(d1：F1)を保ちながらレンズセルサイズ(d1)を小さく
すると、光学距離(F1)が短縮されるためインテグレータ
光学系は小さくなる。したがって、図１９に示すように
第１，第２レンズアレイ(22a,22b)の一体成型が可能と
なり、小型化と共にコストダウンを達成することができ
る。前記ＰＢＳアレイ(24)の微細化は不可能であるが、
ブレーズ型回折格子構造を有する偏光分離素子(21)の構
造自体はレンズセルサイズ(d1)に依存しない。また、ホ
ログラム位相素子(23,23A)において構造性複屈折領域の
パターンを微細化することは、前述したように容易であ
る。したがって、レンズセルサイズ(d1)を小さくするこ
とは可能である。なお、図１９では従来例(図２１)の１
／３サイズでレンズセルサイズ(d1)を示してあるが、実
際はもっと細かいピッチで構成することができる。

【００６０】従来例(図２１)におけるレンズセルパター
ン(P2)と光源像(楕円)との位置関係(図２３)から分かる
ように、その周辺に位置するレンズセルほど光源像が占
める相対的な面積は小さい。したがって、レンズセルの
開口を周辺ほど小さくして光源像を密にすれば、第２レ
ンズアレイ(22B)全体のサイズを小さくすることができ
る。第２レンズアレイ(22B)全体のサイズを小さくすれ
ば、照明システム(図２１)のＦナンバーが大きくなるた
め、投影レンズ(29)に必要なＦナンバーも大きくするこ
とができる。したがって、高い光利用効率を保持しつつ
投影レンズ(29)の小型化及び低コスト化を達成すること
ができる。

【００６１】図１９，図２０に示すインテグレータ光学
系に用いる第２レンズアレイ(22b,22B)において、周辺
に位置するレンズセルほど開口を小さく(いわゆる異形
化)し、また、第１レンズアレイ(22a,22A)の各レンズセ
ルを適宜偏心させることによりレンズセル単位で光源像
を密にすれば、上記のように第２レンズアレイ(22b,22
B)全体のサイズを小さくすることができる。図１０に、
レンズセルの開口を上下１方向に異形化した第２レンズ
アレイ(22b,22B)のレンズセルパターン(P2)を示し、図
１２に、レンズセルの開口を上下左右斜めの複数方向に
異形化した第２レンズアレイ(22b,22B)のレンズセルパ
ターン(P2)を示す。図２３，図１０，図１２に示す各レ
ンズセルパターン(P2)の外周円(一点鎖線)を比較すると
分かるように、開口の異形化方向を増やすほどレンズセ
ルを密に詰めることができ、第２レンズアレイ(22b,22
B)全体のサイズ(外周円の直径)を小さくすることができ
る。

【００６２】図１０，図１２のレンズセルパターン(P2)
で示すように、第２レンズアレイ(22b,22B)が開口形状
や開口サイズの異なる２種類以上のレンズセルで構成さ
れている場合には、偏光分離された一対の光源像(つま
り各レンズセル上のＴＭ偏光の像とＴＥ偏光の像)を近
づけて密にするために、偏光分離素子(21)による偏光分
離の角度や方向もレンズセル単位で調整する必要があ
る。つまり、レンズセルパターン(P2)の周辺ほど、偏光
分離角を小さくするとともに、偏光分離方向を異形化方
向に対して略垂直に近づけることが望ましいといえる。

【００６３】図１０に示すレンズセルパターン(P2)の第
２レンズアレイ(22b,22B)を用いる場合には、図９に示
すように２つの直線偏光の分離角(つまり回折角)が第１
レンズアレイ(22a,22A)のレンズセル単位で異なるよう
に、回折格子ピッチが異なる３種類のブレーズパターン
(R1〜R3)の偏光分離素子(21)を用いる。このブレーズパ
ターン(R1〜R3)の回折格子ピッチは、上下の１方向に沿
って周辺ほど粗くなっている。また、図１２に示すレン
ズセルパターン(P2)の第２レンズアレイ(22b,22B)を用
いる場合には、図１１に示すように２つの直線偏光の分
離角及び分離方向が第１レンズアレイ(22a,22A)のレン
ズセル単位で異なるように、回折格子ピッチ及び溝方向
が異なる６種類のブレーズパターン(R1〜R6)の偏光分離
素子(21)を用いる。このブレーズパターン(R1〜R6)の回
折格子ピッチは、上下左右斜めの４方向に沿って周辺ほ
ど粗くなっており、また溝方向は前記異形化方向に対応
した略放射状になっている。

【００６４】偏光分離素子(21)は前述の複屈折作用及び
回折作用によって、照明光を偏波面が互いに直交する２
つの直線偏光(ＴＭ偏光とＴＥ偏光)に分離する。図１
９，図２０中、実線がＴＭ偏光、破線がＴＥ偏光であ
る。また、図１０，図１２中、クロスハッチで表示され
ている楕円がＴＭ偏光から成る光源像、その各光源像と
同じレンズセル上に位置する楕円がＴＥ偏光から成る光
源像であり、楕円中の矢印方向が偏光方向である。また
図１０，図１２中、斜線で表示されている構造性複屈折
領域パターン(Q0〜Q3)が、ホログラム位相素子(23,23A)
において１／２波長板{斜線は光学軸(ax)方向(±22.5
°,45°)を表す。}として機能する構造性複屈折領域で
ある。前述したように、図１０の構造性複屈折領域パタ
ーン(Q0)は図４のマスク(M0)を用いて製造され、図１２
の構造性複屈折領域パターン(Q1〜Q3)は図５(A)〜(C)の
マスク(M1〜M3)を用いて製造される。

【００６５】偏光分離素子(21)で分離された２つの偏光
のうちの少なくとも一方(図１０ではＴＥ偏光のみ)が、
ホログラム位相素子(23,23A)の構造性複屈折領域に入射
する。そして、パターン(Q0〜Q3)を成す構造性複屈折領
域は、入射光の偏波面を所定角度(図１０では90°)回転
させることにより、入射光を上下の１方向に偏光方向が
揃った偏光(図１０ではＴＭ偏光)に変換する。偏光方向
が揃えられた照明光は、重ね合わせレンズ(26)とコンデ
ンサーレンズ(27)を通過した後、液晶パネル(28)を照明
する。

【００６６】図１２に示す第２レンズアレイ(22b,22B)
のレンズセルパターン(P2)のようにレンズセルの開口を
複数方向に異形化すると、Ｆナンバーを大きくすること
はできるが、偏光分離方向を第１レンズアレイ(22a,22
A)のレンズセル単位で変えなければならなくなる。図１
１に示すブレーズパターン(P1)による偏光分離方向は４
種類なので、光源像の偏光方向(矢印)も４種類存在して
しまうことになるが、１／２波長板として機能する構造
性複屈折領域は、第２レンズアレイ(22b,22B)のレンズ
セル単位で光学軸(ax)方向が異なる３種類のパターン(Q
1〜Q3)で構成されているため、入射光をすべて同一の偏
光方向に揃えることが可能である。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、製
造容易でコンパクトな偏光位相変調素子を実現すること
ができる。また、その偏光分離素子を用いることによ
り、光利用効率の高いインテグレータ光学系を実現する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ホログラム位相素子の製造装置を模式的に示す
システム構成図。

【図２】図１の製造装置に用いられるマスクホルダーの
一例を示す平面図。

【図３】図１の製造装置に用いられる回折光カット光学
系の一例を示す光学構成図。

【図４】１種類の構造性複屈折領域を形成するためのマ
スクの具体例を示す平面図。

【図５】３種類の構造性複屈折領域を形成するためのマ
スクの具体例を示す平面図。

【図６】感光材料を露光する際の入射光束に対する導光
プリズムの作用を説明するための光路図。

【図７】２光束が成す角度に対する干渉縞間隔の依存性
を示すグラフ。

【図８】構造性複屈折を生じる１次元周期性多層構造を
示す模式図。

【図９】第１レンズアレイのレンズセルパターンと、１
方向の偏光分離を行う偏光分離素子のブレーズパターン
と、の関係を示す平面図。

【図１０】第２レンズアレイのレンズセルパターンと、
第１レンズアレイにより形成される光源像の配置と、１
種類の構造性複屈折領域を有するホログラム位相素子の
構造性複屈折領域パターンと、の関係を示す平面図。

【図１１】第１レンズアレイのレンズセルパターンと、
４方向の偏光分離を行う偏光分離素子のブレーズパター
ンと、の関係を示す平面図。

【図１２】第２レンズアレイのレンズセルパターンと、
第１レンズアレイにより形成される光源像の配置と、３
種類の構造性複屈折領域を有するホログラム位相素子の
構造性複屈折領域パターンと、の関係を示す平面図。

【図１３】構造性複屈折領域と非構造性複屈折領域とが
周期的に並ぶバイナリー型の回折格子構造(タイプ１)を
示す模式図。

【図１４】図１３の回折格子構造(タイプ１)における屈
折率分布を示すグラフ。

【図１５】構造性複屈折領域と非構造性複屈折領域とが
周期的に並ぶバイナリー型の回折格子構造(タイプ２)を
示す模式図。

【図１６】図１５の回折格子構造(タイプ２)における屈
折率分布を示すグラフ。

【図１７】構造性複屈折を示すホログラムから成るブレ
ーズ型の回折格子構造の製造方法を示す工程図。

【図１８】液晶とブレーズ形状の回折格子とから成るブ
レーズ型の偏光分離素子を示す断面図。

【図１９】第１，第２レンズアレイが一体化されたイン
テグレータ光学系を照明システムに備えた液晶プロジェ
クターを示す光学構成図。

【図２０】第２レンズアレイとホログラム位相素子とが
一体化されたインテグレータ光学系を照明システムに備
えた液晶プロジェクターを示す光学構成図。

【図２１】従来の偏光変換機能を有するインテグレータ
光学系を照明システムに備えた液晶プロジェクターを示
す光学構成図。

【図２２】図２１中の第１レンズアレイのレンズセルパ
ターンを示す平面図。

【図２３】図２１中のインテグレータ光学系における、
第２レンズアレイのレンズセルパターンと、第１レンズ
アレイにより形成される光源像の配置と、１／２波長板
の貼り付けパターンと、の関係を示す平面図。

【符号の説明】

1 …偏光分離素子 2 …回折格子 2a …回折格子面 3 …液晶 12 …マスクホルダー M,M0〜M3 …マスク 17 …感光材料 17H …ホログラム 17d …回折格子面 17I …樹脂 17f …樹脂平面 21 …偏光分離素子 22 …一体型レンズアレイ 22A,22a …第１レンズアレイ 22B,22b …第２レンズアレイ 23,23A …ホログラム位相素子 28 …液晶パネル P1 …第１レンズアレイのレンズセルパターン P2 …第２レンズアレイのレンズセルパターン Q0〜Q3 …構造性複屈折領域パターン(マスクの開口パ
ターン) R1〜R6 …ブレーズパターン α …構造性複屈折領域 β，γ …非構造性複屈折領域 L0 …透過光 L1 …回折光

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｆ 1/1335 Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５Ｃ０５８ Ｇ０３Ｈ 1/04 Ｇ０３Ｈ 1/04 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ａ (72)発明者 林 宏太郎 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内 Ｆターム(参考） 2H049 AA03 AA13 AA25 AA34 AA37 AA43 AA63 AA64 AA66 BA05 BA06 BA42 BA45 BA47 BB01 BB03 BB62 BC22 CA05 CA09 CA15 CA22 CA28 2H052 BA02 BA03 BA09 BA14 2H091 FA19Z FA26X FA26Z FA41Z GA06 LA16 MA07 2H099 AA12 BA09 CA17 DA09 2K008 AA08 AA10 AA17 BB04 BB06 DD12 EE01 EE04 HH06 HH18 HH25 5C058 AA06 AB04 BA05 BA23 EA11 EA12 EA26

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 屈折率変調型のホログラムから成る偏光
   位相変調素子であって、使用波長よりも小さなピッチの
   干渉縞が屈折率分布として記録された構造性複屈折領域
   を所定のパターンで有することを特徴とする偏光位相変
   調素子。
2. 【請求項２】 前記構造性複屈折領域を２種類以上のパ
   ターンで有するとともに、各パターンの構造性複屈折領
   域に記録されている干渉縞が互いに異なることを特徴と
   する請求項１記載の偏光位相変調素子。
3. 【請求項３】 さらに光学的な等方性又は略等方性を有
   する非構造性複屈折領域を所定のパターンで有すること
   を特徴とする請求項１又は２記載の偏光位相変調素子。
4. 【請求項４】 前記構造性複屈折領域と前記非構造性複
   屈折領域とが交互に並ぶ一定の周期構造を有し、その周
   期構造のピッチが0.001〜0.1mmであることを特徴とする
   請求項３記載の偏光位相変調素子。
5. 【請求項５】 屈折率変調型のホログラムを有する偏光
   位相変調素子であって、使用波長よりも小さなピッチの
   干渉縞が前記ホログラム内に屈折率分布として記録され
   ており、前記干渉縞に対して平行な溝から成るブレーズ
   形状の回折格子面が前記ホログラム表面に形成されてお
   り、そのブレーズ形状の凹部に光学的な等方性又は略等
   方性を有する樹脂が充填されていることを特徴とする偏
   光位相変調素子。
6. 【請求項６】 前記回折格子面がブレーズ形状の異なる
   ２種類以上の領域で構成されていることを特徴とする請
   求項５記載の偏光位相変調素子。
7. 【請求項７】 露光量を屈折率変調として記録すること
   が可能な感光材料に対し、その感光材料表面の法線に関
   して対称又は略対称に同一波長のコヒーレントな２光束
   を入射させることにより、その２光束で構成される干渉
   縞で前記感光材料に対する露光を行う、屈折率変調型の
   ホログラムから成る偏光位相変調素子の製造方法であっ
   て、 前記干渉縞のピッチを使用波長よりも小さくするととも
   に、前記感光材料表面の露光を受ける領域が所定のパタ
   ーンを成すようにマスクを介して前記露光を行うことを
   特徴とする偏光位相変調素子の製造方法。
8. 【請求項８】 前記露光を複数回繰り返すとともに、前
   記パターン及び前記干渉縞を各露光ごとに異なったもの
   に切り換えることを特徴とする請求項７記載の偏光位相
   変調素子の製造方法。
9. 【請求項９】 前記パターンの切り換えを前記マスクの
   交換により行うことを特徴とする請求項８記載の偏光位
   相変調素子の製造方法。
10. 【請求項１０】 さらに斜めエッチングによって前記感
    光材料表面にブレーズ形状の回折格子面を形成し、その
    ブレーズ形状の凹部に光学的な等方性又は略等方性を有
    する樹脂を充填することによって樹脂平面を構成するこ
    とを特徴とする請求項７，８又は９記載の偏光位相変調
    素子の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記感光材料表面の露光を受ける領域
    が0.001〜0.1mmピッチの周期構造を成すようにマスクを
    介して前記露光を行うことを特徴とする請求項７，８，
    ９又は１０記載の偏光位相変調素子の製造方法。
12. 【請求項１２】 0.001〜0.1mmピッチの干渉縞での露光
    を前記露光と重ねて行うことを特徴とする請求項７，
    ８，９又は１０記載の偏光位相変調素子の製造方法。
13. 【請求項１３】 被照明領域に入射させる照明光の空間
    的なエネルギー分布を均一化するレンズアレイ方式のイ
    ンテグレータ光学系であって、 複数のレンズセルで入射光を分割する第１レンズアレ
    イ、該第１レンズアレイの各レンズセルと被照明領域と
    を共役にするレンズセルを前記第１レンズアレイの各レ
    ンズセルと対を成すように同じ数だけ有する第２レンズ
    アレイ、及び該第２レンズアレイの近傍又はその共役位
    置の近傍で入射光の偏光状態を揃えるホログラム位相素
    子を備え、該ホログラム位相素子が請求項１，２又は３
    記載の構造性複屈折領域を所定のパターンで有する偏光
    位相変調素子であることを特徴とするインテグレータ光
    学系。
14. 【請求項１４】 前記第１，第２レンズアレイが１つの
    光学素子として一体化されており、前記構造性複屈折領
    域の幅が2mm以下であることを特徴とする請求項１３記
    載のインテグレータ光学系。
15. 【請求項１５】 さらに、複屈折作用及び回折作用によ
    り照明光を偏波面が互いに直交する２つの直線偏光に分
    離する偏光分離素子を、前記第１レンズアレイ近傍又は
    その共役位置の近傍に配置したことを特徴とする請求項
    １３又は１４記載のインテグレータ光学系。
16. 【請求項１６】 前記偏光分離素子による２つの直線偏
    光の分離角が前記第１レンズアレイのレンズセル単位で
    異なり、前記第２レンズアレイが開口形状又は開口サイ
    ズの異なる２種類以上のレンズセルで構成されているこ
    とを特徴とする請求項１５記載のインテグレータ光学
    系。
17. 【請求項１７】 前記偏光分離素子による２つの直線偏
    光の分離方向が前記第１レンズアレイのレンズセル単位
    で異なり、前記ホログラム位相素子における前記構造性
    複屈折領域の光学軸方向が前記第２レンズアレイのレン
    ズセル単位で異なることを特徴とする請求項１５又は１
    ６記載のインテグレータ光学系。
18. 【請求項１８】 前記偏光分離素子が請求項５又は６記
    載の偏光位相変調素子であることを特徴とする請求項１
    ５，１６又は１７記載のインテグレータ光学系。