JP2005037733A - 偏光変換素子及び偏光変換素子用ブロック - Google Patents

Abstract

【課題】 製造の容易な偏光変換素子を提供する。
【解決手段】 偏光変換素子用ブロック１１９は、一方の表面に偏光分離膜１１６を有する透光性基板１１５と一方の表面に反射膜１１４を有する透光性基板１１３とを交互に且つこれら透光性基板の一方の表面が隣接する透光性基板の他方の表面とそれぞれ対向するように配置し、一方透光性基板の一方の表面と他方の透光性基板の他方の表面との間に１／２波長板１１７を配置して構成した。そして、この偏光変換素子用ブロックを透光性基板の表面に対して斜めに伸びる複数の平行な面に沿って切断して偏光変換素子１０１を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、偏光変換素子及びこの偏光変換素子を製造するためのブロックに関する。本発明はまた、Ｐ偏光とＳ偏光を含む入射光の中からＰ偏光又はＳ偏光の一方の光の偏光角を９０度回転して他方の光と混合して出射するＰＳ偏光変換素子に関する。

図２１と図２２は、特開２０００−２９８２１２号公報（特許文献１）に開示された偏光変換素子の一例を示す。図示するように、この偏光変換素子１００１は平行な入射面１００２と出射面１００３を有する薄い板からなり、入射面１００２と出射面１００３の間にはこれらに対してほぼ４５度の角度をもって斜めに伸びる複数の層が形成されている。これら複数の層は所定の積層パターン１００４を繰り返して構成されている。各パターン１００４は、透光性材料からなる第１の基層１００５と第２の基層１００６を交互に積層して構成されており、第１の基層１００５の一方の境界面とこれに対向する第２の基層１００６との間に偏光分離膜１００７を挟持し、第１の基層１００５の他方の境界面とこれに対向する第２の基層１００６との間に反射膜１００８を挟持している。図示する例において、偏光分離膜１００７は、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射するものである。そして、出射面１００３を形成する第２の基層１００６の表面は、Ｐ偏光の偏光角を９０度回転してＳ偏光に変換する１／２波長板１００９で被覆されている。

このように構成された偏光変換素子１００１によれば、図示しない光源からの非偏光入射光１０１０（Ｐ偏光とＳ偏光を含む光）が第１の基層１００５に入射されると、この入射光１０１０に含まれるＰ偏光は偏光分離膜１００７を透過し、１／２波長板１００９でＳ偏光に変換されて出射される。一方、入射光に含まれるＳ偏光は偏光分離膜１００７と反射膜１００８で反射し、第１の基層１００５の出射面１００３から出射される。
特開２０００−２９８２１２公報

しかしながら、上述した従来の偏光変換素子１００１において、１／２波長板１００９は細い帯状シート（ストリップ）からなるもので、これを第２の基層１００６の表面に細かい間隔をあけて精密に貼り付けることは非常に難しく、工数・不良品・コストの増加を招くという問題があった。

また、偏光変換素子は、入射面１００２に集光レンズアレイを貼り付け、出射面１００３に凸レンズアレイを貼り付けて使用されることがある。この場合、図示するように、１／２波長板が所定の厚みを有するために、この１／２波長板の有る場所ではレンズが１／２波長板に接触し、１／２波長板の無い場所ではレンズと偏光分離素子との間に空隙を生じる。そのため、１／２波長板の無い場所で偏光変換素子と凸レンズアレイとの十分な接着力が確保できないという問題がある。

本発明はこのような問題を解消するためになされたもので、その偏光変換素子用ブロックは、一方の表面に偏光分離膜を有する第１の透光性基板と一方の表面に反射膜を有する第２の透光性基板とを交互に且つ上記第１と第２の透光性基板の一方の表面が隣接する透光性基板の他方の表面とそれぞれ対向するように配置し、上記第１の透光性基板の一方の表面と上記第２の透光性基板の他方の表面との間に１／２波長板を配置して構成されていることを特徴とする。

本発明の他の形態の偏光変換素子用ブロックは、一方の表面に偏光分離膜を有し且つ他方の表面に反射膜を有する第１の透光性基板と、第２の透光性基板とを交互に配置し、上記第１の透光性基板の一方の表面とこれに対向する第２の透光性基板との間に１／２波長板を配置して構成されていることを特徴とする。

これらの偏光変換素子において、上記反射膜は偏光分離膜で形成してもよい。

本発明の他の形態の偏光変換素子用ブロックは、一方の表面に反射膜を有する第１の透光性基板と一方の表面に偏光分離膜を有する第２の透光性基板とを交互に且つ上記第１と第２の透光性基板の一方の表面が隣接する透光性基板の他方の表面とそれぞれ対向するように配置し、上記第１の透光性基板の一方の表面と上記第２の透光性基板の他方の表面との間に１／２波長板を配置して構成されていることを特徴とする。

また、本発明の偏光変換素子は、上述の偏光変換素子用ブロックを上記透光性基板の表面に対して斜めに伸びる複数の平行な面に沿って切断して形成されていることを特徴とする。

この偏光変換素子では、偏光変換素子の一方の表面に反射防止膜を設けることが好ましい。

本発明によれば、１／２波長板層が偏光変換素子の内部に完全に収められ、１／２波長板層は偏光変換素子の積層工程で素子内部に配置される。したがって、従来の偏光変換素子のように、この素子の最終製造工程でストリップ状の１／２波長板を偏光変換素子の表面に貼り付けるといった面倒な工程が不要になり、製造効率及びコストが向上するとともに不良品発生率が低下する。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な複数の実施例を説明する。なお、以下の説明及び図面において、３桁で表示された各符号において、１００の位の数字は実施例の番号に対応しており、１０と位と１の位の数字の組み合わせからなる符号部分が同一又は対応する部品又は部分を示している。

図１は、実施例１に係る偏光変換素子を拡大した断面を示す。図示するように、本発明の偏光変換素子１０１は平行又はほぼ平行に配置された入射面１０２と出射面１０３を有する平板からなり、入射面１０２と出射面１０３との間にはそれらの面と所定の角度（例えば、４５度）をなす方向の平面に沿って伸びる複数の層を備えている。これら複数の層は所定の積層パターン１０４の繰り返しであり、各パターン１０４は第１の基層１０５・反射層１０６・第２の基層１０７・偏光分離層１０８・１／２波長板層１０９をこの順序で配列して構成されている。

第１の基層１０５と第２の基層１０７は透明なガラス又はプラスチックからなる透光性材料で形成されている。反射層１０６はアルミニウムなどの金属膜、または反射性能を高めるために金属膜上に誘電体膜を重ねた複合膜、もしくは誘電体多層膜からなる。偏光分離膜層１０８は、誘電体多層膜からなる偏光ビームスプリッタであり、本実施例では、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射するものが使用されている。１／２波長板層１０９は、Ｐ偏光の偏光角を９０度回転してＳ偏光に変換するもので、通常は複数のフィルムを接着して形成されている。なお、これら複数のフィルムを接着するための接着剤には、透明度が高く、光を受けても品質（特に、透明性）の低下が無い又は少ない接着剤（例えば、アクリル接着剤、エポキシ接着剤、シリコーン接着剤、ポリエステル接着剤）を利用するのが好ましい。

このような構成の偏光変換素子１０１は、図２と図３に示す方法により製造される。この製造方法では、第１〜第３の層１１０，１１１，１１２が用意される。第１の層１１０は、第１の基層１０５になる第１の基板１１３の一方の表面に反射層１０６になる反射膜１１４を一体的に形成したものである。第２の層１１１は、第２の基層１０７になる第２の基板１１５の一方の表面に偏光分離膜層１０９になる偏光分離膜１１６を一体的に形成したものである。第３の層１１２は、１／２波長板層１０９になる１／２波長板１１７からなる。なお、反射膜１１４と偏光分離膜１１６は、公知の化学的又は物理的な気相成長法を用いて基板に直接成膜される。また、発明の性質上必須ではないが、第１の基板１１３と第２の基板１１５は同一の厚みを有することが好ましい。

用意された複数の第１〜第３の層１１０，１１１，１１２は、第１の基板１１３の一方の表面と第２の基板１１５の他方の表面との間に反射膜１１４が挟持され且つ第２の基板１１５に支持されている偏光分離膜１１６と１／２波長板１１７が隣接するように配置されて接着剤１１８で貼り合わされ、積層ブロック１１９が得られる。なお、積層ブロック１１９を作成する際、図２と図３に示すように、この積層ブロック１１９の最上部に反射膜１１４、偏光分離膜１１６、または１／２波長板１１７が露出するのを防止するために、また後の切断工程でこれらの膜や板が破損するのを防止するために、最上部にはダミー基板１２０を貼り付けるのが好ましい。このダミー基板１２０としては、基板１１３又は１１５を用いることが好ましい。

接着剤１１８には、透明度が高く、光を受けても品質（特に、透明性）の低下が無い又は少ない接着剤（例えば、アクリル接着剤、エポキシ接着剤、シリコーン接着剤、ポリエステル接着剤）を利用するのが好ましい。また、各層を貼り合わせる接着剤は同一である必要はなく、例えば第１の層と第２の層はある接着剤で接着し、第２の層と第３の層は別の接着剤、さらに第３の層と第１の層はさらに別の接着剤で接着してもよい。

次に、積層ブロック１１９は、図３に示すように、各層の境界面１２１と４５度又はほぼ４５度の角度をなす平面（切断面１２２）に沿って斜めに切断し、多数の偏光変換素子１０１に分割される。図示するように、切断した後の切れ端部分（端材）１２３を出来るだけ小さくするために、透光性基板を積層する際にその厚み分だけずらし、複数の層の端部によって形成されるブロック端面（図面上左右の端面）が切断面１２２とほぼ平行に伸びるように重ねることが望ましい。また、図示しないが、積層ブロック１１９の切断は、一つ又は複数の平行に配置された回転砥石又はワイヤソーを用いたスライサを用いて行うのが好ましい。さらに、切断後、各偏光変換素子１０１の入射面１０２と反射面１０３は研磨することが好ましい。

このようにして製造された偏光変換素子１０１によれば、図１に示すように、図示しない光源からの非偏光入射光１２４（Ｐ偏光とＳ偏光を含む光）が第２の基層１０７に入射されると、この入射光１２４に含まれるＰ偏光は偏光分離層１０８を透過した後、１／２波長板層１０９でＳ偏光に変換され、第１の基層１０５を介して出射面１０３から出射される。一方、入射光１２４に含まれるＳ偏光は偏光分離膜層１０８と反射層１０６で順番に反射され、第２の基層１０７の出射面１０３から出射される。

以上のように、本発明に係る偏光変換素子によれば、１／２波長板層１０９が偏光変換素子１０１の内部に完全に収められている。また、１／２波長板層１０９は、偏光変換素子１０１の積層工程で素子内部に配置される。したがって、従来の偏光変換素子のように、この素子の最終製造工程でストリップ状の１／２波長板を偏光変換素子の表面に貼り付けるといった面倒な工程が不要になり、製造効率及びコストが向上するとともに不良品発生率が低下する。

図５に実施例２の偏光変換素子、図６と図７に偏光変換素子の製造方法を示す。これらの図に示す実施例２は偏光変換素子２０１の製造方法に特徴を有する。具体的に説明すると、実施例２の偏光変換素子２０１を製造する場合、図６に示すように、３つの層（第１の層２１０、第２の層２１１、第３の層２１２）を用意する。第１の層２１０は、第１の基層２０５になる第１の基板２１３を有する。第２の層２１１は、第２の基層２０７になる第２の基板２１５の一方の表面に反射層２０６になる反射膜２１４を形成するとともに他方の表面に偏光分離膜層２０８になる偏光分離膜２１６を形成したものである。第３の層２１２は、１／２波長板層１０９になる１／２波長板２１７からなる。これら３種類の層２１０，２１１，２１２は、図６に示すように、第２の層２１１の反射膜２１４を第２の第１の基板２１３と第２の基板２１５とで挟持し、偏光分離膜２１６が１／２波長板２１７に隣接するように積層接着されて、積層ブロック２１９が形成される。このようにして形成された積層ブロック２１９は、図７に示すように切断されて複数の偏光変換素子２０１に加工される。そして、得られた偏光変換素子２０１は、実施例１の偏光変換素子と同様に機能し、図４に示すように、第２の基層２０７に入射された非偏光入射光２２４（Ｐ偏光とＳ偏光を含む光）を、一方の偏光（Ｓ偏光）だけを含む出射光に変換する。

上述した実施例１では反射層と偏光分離膜層を異なる材料で形成したが、反射層を偏光分離膜層で代用することもできる。この実施例の場合、図９〜図１１に示すように、積層ブロック３１９の積層パターン３０４を構成する第１の層３１０は第１の基板３１３の片面に偏光分離膜３１６’を有し、第２の層３１１は第２の基板３１５の片面に偏光分離膜３１６を有する。ここで、基板３１３，３１５は後に図９の基層３０５，３０７になるもので、偏光分離膜３１６、３１６’は後に図９の偏光分離膜層３０８、３０８’になるものである。これら第１の層３１０と第２の層３１１は、後に１／２波長板層３０９になる１／２波長板３１７からなる第３の層３１２と共に積層接着されて積層ブロック３１９として一体化された後、図１１に示すように積層ブロック３１９を切断して複数の偏光変換素子３０１が得られる。

このように構成された実施例３の偏光変換素子３０１によれば、実施例１と同様に、第２の基層３０７に入射したＳ偏光はまず、１／２波長板３０９に隣接する第１の偏光分離膜層３０８で反射し、次に反射層として機能する第２の偏光分離膜層３０８’で反射して出射面３０３から出射する。一方、第２の基層３０７に入射したＰ偏光は、第１の偏光分離膜層３０８を透過し、１／２波長板３０９でＳ偏光に変換されて、出射面３０３から出射する。

また、このような構成を有する実施例３によれば、第１の層３１０と第２の層３１１が同一の構成を有するので、透光性基板の片側表面に偏光分離膜を形成した１種類の層を第１の層と第２の層の両方に利用することができる。さらに、透光性基板の表面に１種類の偏光分離膜だけを形成すればよいので、製造工程が簡単になる。

実施例２における反射層を偏光分離膜層で代用することもできる。この実施例の場合、図１３〜図１５に示すように、積層ブロック４１９の積層パターン４０４を構成する第１の層４１０は第１の基板４１３を有し、第２の層４１１は第２の基板５１５の両面に偏光分離膜４１６、４１６’を有する。ここで、基板４１３，４１５は後に図１３の基層４０５，４０７になるもので、偏光分離膜４１６、４１６’は後に図９の偏光分離膜層４０８、４０８’になるものである。これら第１の層４１０と第２の層４１１は、１／２波長板４１７からなる第３の層４１２と共に積層接着されて積層ブロック４１９として一体化された後、図１５に示すように積層ブロック４１９を切断して複数の偏光変換素子４０１が得られる。

このように構成された実施例４の偏光変換素子４０１によれば、実施例２と同様に、第２の基層４０７に入射したＳ偏光はまず、１／２波長板４０９に隣接する第１の偏光分離膜層４０８で反射し、次に反射層として機能する第２の偏光分離膜層４０８’で反射して出射面４０３から出射する。一方、第２の基層４０７に入射したＰ偏光は、第１の偏光分離膜層４０８を透過し、１／２波長板４０９でＳ偏光に変換されて、出射面４０３から出射する。したがって、実施例４によれば、一方の基板４１５だけに偏光分離膜４１６，４１６’を形成すればよいので、基板の製造に要する時間が短縮される。

図１７に実施例５の偏光変換素子、図１８と図１９に偏光変換素子の製造方法を示す。これらの図に示す実施例５の偏光変換素子５０１は、偏光分離膜の機能と、偏光分離膜層と反射層の配置場所の点で上述した実施例と相違する。具体的に説明すると、この実施例５の偏光変換素子５０１は、図１７に示すように、各パターン５０４が第１の基層５０５・偏光分離層５０８・第２の基層５０７・反射層５０６・１／２波長板層５０９をこの順序で配列して構成されており、偏光分離層５０８にはＳ偏光を透過してＰ偏光を反射するものが使用されている。このような構成の偏光変換素子５０１は、図１８及び図１９に示すように、第１の透光性基板５１３の一方の表面に偏光分離膜５１６を形成した第１の層５１０と、第２の透光性基板５１５の一方の表面に分離膜５１４を形成した第２の層５１１と、１／２波長板５１７からなる第３の層５１２をこの順序で接着して積層したブロック５１９をスライスして形成される。または、図示しないが、第１の透光性基板５１３（第１の層５１０）と、第２の透光性基板５１５の一方の表面に偏光分離膜５１６を形成するとともに他方の表面に反射膜５１４を形成した第２の層５１１と、１／２波長板５１７からなる第３の層５１２をこの順序で接着して積層したブロック５１９をスライスして偏光変換素子５０１を得ることもできる。

このように形成された実施例５の偏光変換素子５１０によれば、図１７に示すように、非偏光入射光５２２（Ｐ偏光とＳ偏光を含む光）が第１の基層５０５に入射されると、この入射光５２２に含まれるＳ偏光は偏光分離層５０８を透過して第２の基層５０７の出射面５０３から出射される。一方、入射光に含まれるＰ偏光は、偏光分離層５０８で反射された後、１／２波長板層５０９を透過する際にＳ偏光に変換される。変換後のＳ偏光は、次に反射層５０６で反射した後、再び１／２波長板５０９を透過し、第１の基層５０５の出射面５０３から出射される。なお、１／２波長板層５０９は、Ｐ偏光をＳ偏光に変換するものであって、Ｓ偏光をＰ偏光に変換するものでないため、変換後のＳ偏光が再びＰ偏光に再変換されることがない。

他の実施例

偏光変換素子がその出射面を空気に接した状態で使用される場合、透光性の基層と空気との境界面における出射光の反射を最小限にするために、図４、図８、図１２及び図１６に示すように偏光変換素子１０１’、２０１’、３０１’、４０１’の出射面を反射防止膜１２５、２２５，３２５，４２５，５２５で被覆してもよい。同様に、入射面が空気と接した状態で使用される場合、入射面を反射防止膜で被覆してもよい。この反射防止膜は、化学的又は物理的な気相成長法を用いて形成することができる。

実施例１に係る偏光変換素子の部分拡大断面図。 図１の偏光変換素子の製造方法を説明する図。 図１の偏光変換素子の製造方法を説明する図。 図１の偏光変換素子の改良例を示す部分拡大断面図。 実施例２に係る偏光変換素子の部分拡大断面図。 図５の偏光変換素子の製造方法を説明する図。 図５の偏光変換素子の製造方法を説明する図。 図５の偏光変換素子の改良例を示す部分拡大断面図。 実施例３に係る偏光変換素子の部分拡大断面図。 図９の偏光変換素子の製造方法を説明する図。 図９の偏光変換素子の製造方法を説明する図。 図９の偏光変換素子の改良例を示す部分拡大断面図。 実施例４に係る偏光変換素子の部分拡大断面図。 図１３の偏光変換素子の製造方法を説明する図。 図１３の偏光変換素子の製造方法を説明する図。 図１３の偏光変換素子の改良例を示す部分拡大断面図。 実施例５に係る偏光変換素子の部分拡大断面図。 図１７の偏光変換素子の製造方法を説明する図。 図１７の偏光変換素子の製造方法を説明する図。 図１７の偏光変換素子の改良例を示す部分拡大断面図。 従来の偏光変換素子の部分拡大断面図。 図２１に示す従来の偏光変換素子の斜視図。

符号の説明

１０１：偏光変換素子
１０２：入射面
１０３：出射面
１０４：パターン
１０５：第１の基層
１０６：反射層
１０７：第２の基層
１０８：偏光分離層
１０９：１／２波長板層
１１０：第１の層
１１１：第２の層
１１２：第３の層
１１３：第１の基板
１１４：反射膜
１１５：第２の基板
１１６：偏光分離膜
１１７：１／２波長板
１１８：接着剤
１１９：ブロック
１２０：ダミー基板
１２１：境界面
１２２：切断面
１２３：端材
１２４：入射光
１２５：反射防止膜

Claims (6)

1. 一方の表面に偏光分離膜を有する第１の透光性基板と一方の表面に反射膜を有する第２の透光性基板とを交互に且つ上記第１と第２の透光性基板の一方の表面が隣接する透光性基板の他方の表面とそれぞれ対向するように配置し、上記第１の透光性基板の一方の表面と上記第２の透光性基板の他方の表面との間に１／２波長板を配置したことを特徴とする偏光変換素子用ブロック。
2. 一方の表面に偏光分離膜を有し且つ他方の表面に反射膜を有する第１の透光性基板と、第２の透光性基板とを交互に配置し、上記第１の透光性基板の一方の表面とこれに対向する第２の透光性基板との間に１／２波長板を配置したことを特徴とする偏光変換素子用ブロック。
3. 上記反射膜を偏光分離膜で形成したことを特徴とする請求項１又は２の記載の偏光変換素子ブロック。
4. 一方の表面に反射膜を有する第１の透光性基板と一方の表面に偏光分離膜を有する第２の透光性基板とを交互に且つ上記第１と第２の透光性基板の一方の表面が隣接する透光性基板の他方の表面とそれぞれ対向するように配置し、上記第１の透光性基板の一方の表面と上記第２の透光性基板の他方の表面との間に１／２波長板を配置したことを特徴とする偏光変換素子用ブロック。
5. 請求項１〜４のいずれかの偏光変換素子用ブロックを上記透光性基板の表面に対して斜めに伸びる複数の平行な面に沿って切断して形成されたことを特徴とする偏光変換素子。
6. 上記偏光変換素子の一方の表面に反射防止膜を設けたことを特徴とする請求項５に記載の偏光変換素子。
   

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