JP2005195919A - 偏光インテグレータ - Google Patents

Abstract

【課題】 軽量化と小型化が可能でかつ耐熱性に優れた偏光インテグレータを簡便にかつ低コストで提供する。
【解決手段】 偏光インテグレータは、光源１からの光をＰ偏光とＳ偏光とに分離する偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）５１と、第１のマイクロレンズ５２と、１／２波長板５３と、第２のマイクロレンズ５４とを含み、第１マイクロレンズはＰＢＳによって分離されたＰ偏光とＳ偏光を互いに異なる位置に集光するように配置されており、１／２波長板はＰ偏光が集光される位置に配置されていてＰ偏光をＳ偏光に変換するように作用し、第２マイクロレンズは１／２波長板を通過して偏光変換された後のＳ偏光と１／２波長板を通過しなかったＳ偏光とを統合するように作用し、ＰＢＳ、第１マイクロレンズ、１／２波長板、および第２マイクロレンズの少なくとも一つがＤＬＣ膜を利用して形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無偏光光をＰ偏光とＳ偏光に分離しかつ一方の偏光を他方の偏光に変換して統合する偏光インテグレータの改善に関する。このような偏光インテグレータは、例えば液晶プロジェクタにおいて好ましく用いられ得るものである。

図７は、従来の液晶プロジェクタの一例を模式的なブロック図で図解している。この液晶プロジェクタは光源１を含んでおり、その光源１は光の利用効率を高めるためにドーム状またはパラボラ状の反射ミラー２内に配置されている。光源１から放射された光は、コリメータレンズ３によって平行光にされて、第１の全反射ミラーＭ１によって第１のダイクロイックミラーＤＭ１に向けられる。第１ダイクロイックミラーＤＭ１は、青色光Ｂのみを透過して他の色の光を反射する。第１ダイクロイックミラーＤＭ１を透過した青色光Ｂは、第２の全反射ミラーＭ２と第１の集光レンズＣＬ１を介して、第１の液晶パネルＬＣ１上に集光される。

第１ダイクロイックミラーＤＭ１によって反射された光は、第２のダイクロイックミラーＤＭ２に向けられる。第２ダイクロイックミラーＤＭ２は、緑色光Ｇのみを反射して残りの赤色光Ｒを透過させる。第２ダイクロイックミラーＤＭ２によって反射された緑色光Ｇは、第２の集光レンズＣＬ２によって第２の液晶パネルＬＣ２上に集光される。第２ダイクロイックミラーを透過した赤色Ｒは、第３の全反射ミラーＭ３、第４の全反射ミラーＭ４、および第３の集光レンズＣＬ３を介して、第３の液晶パネルＬＣ３上に集光される。

第１液晶パネルＬＣ１、第２液晶パネルＬＣ２、および第３液晶パネルＬＣ３に向けて集光された青色光Ｂ、緑色光Ｇ、および赤色光Ｒは、それぞれに対応する液晶パネルを透過した後にプリズム４によって統合される。そして、プリズム４によって統合された３原色光は、投射レンズ５によってスクリーン（図示せず）上に投影される。

周知のように、液晶パネルはマトリックス状に配置された多数の画素を含んでおり、画素ごとに電気信号を与えることによって光の透過と遮断を制御することができる。そして、光の透過と遮断を可能にするために、液晶層は２枚の偏光板に挟まれている。すなわち、液晶パネルが受け入れる光は、所定の直線方向に平行に偏光された光だけである。しかし、液晶プロジェクタにおいて通常用いられる光源から放射される光は無偏光光（またはランダム偏光光）である。したがって、光源から放射された光が液晶パネルを透過して投影光として利用され得る光の利用効率は、その光源光の１／２以下である。そこで、液晶プロジェクタにおいて、無偏光の光源光に起因する低い光の利用効率を改善するために、近年では偏光インテグレータが利用されている。

図８は、偏光インテグレータの基本的原理を図解する模式的断面図である（非特許文献１参照）。この偏光インテグレータにおいて、ドーム状反射ミラー２に覆われた光源１から放射された光は、コリメータレンズ（図示せず）によって平行光にされて、偏光分離プリズム１１に照射される。このプリズム１１は、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）膜１２を含んでいる。すなわち、ＰＢＳ膜１２は、光源光のうちでＰ偏光を透過してＳ偏光を反射するように作用する。そのようなＰＢＳ膜は、誘電多層膜で形成することができる。

ＰＢＳ膜１２を透過したＰ偏光は、１／２波長板１３によって偏光方向が回転させられ、Ｓ偏光に変換される。他方、ＰＢＳ膜１２によって反射されたＳ偏光は、全反射ミラー１４によって反射されて、１／２波長板１３を通過したＳ偏光と平行にされる。そして、全反射ミラー１４で反射されたＳ偏光と１／２波長板１３を通過した後のＳ偏光とがレンズ（図示せず）で統合され、その統合されたＳ偏光が液晶パネル上に照射される。

なお、図８の例ではＰＢＳ膜１２を透過したＰ偏光に対して１／２波長板１３が適用されているが、逆にＰＢＳ膜１２で反射されたＳ偏光に対して１／２波長板１３を適用してもよいことが理解されよう。その場合には、光源光束がＰ偏光束とＳ偏光束に分離されて、そのＳ偏光束がＰ偏光束に変換された後に、それら２つのＰ偏光束が統合されて液晶パネル上に照射されることになる。
西田信夫編、「大画面ディスプレイ」、共立出版、２００２年刊行

図８に示されているような偏光インテグレータは、偏光分離プリズム１１を含んでいる。そのようなプリズムは、液晶プロジェクタの小型化にとって好ましくない。また、プリズムをガラスで作製する場合には、その重量が比較的重くなるし、その加工が容易ではない。他方、プリズムを樹脂で作製することも行われているが、プロジェクタの高輝度化に伴って、樹脂の耐熱性が問題になるであろう。さらに、ＰＢＳ膜１２は誘電多層膜による数十層もの偏光分離コーティングが必要なことから、高コストになるという問題がある。

このような従来の偏光インテグレータにおける課題に鑑みて、本発明は、軽量化と小型化が可能でかつ耐熱性に優れた偏光インテグレータを簡便にかつ低コストで提供することを目的としている。

本発明による偏光インテグレータは、光源からの光をＰ偏光とＳ偏光とに分離するための偏光ビームスプリッタと、第１のマイクロレンズと、１／２波長板と、第２のマイクロレンズとを含み、第１マイクロレンズは偏光ビームスプリッタによって分離されたＰ偏光とＳ偏光を互いに異なる位置に集光するように配置されており、１／２波長板はＰ偏光またはＳ偏光が集光される位置に配置されていてＰ偏光またはＳ偏光をＳ偏光またはＰ偏光に変換するように作用し、第２マイクロレンズは１／２波長板を通過して偏光変換された後のＳ偏光またはＰ偏光と１／２波長板を通過しなかったＳ偏光またはＰ偏光とを統合するように作用し、偏光ビームスプリッタ、第１マイクロレンズ、１／２波長板、および第２マイクロレンズの少なくとも一つがＤＬＣ（diamond-like carbon: ダイアモンド状カーボン）膜を利用して形成されていることを特徴としている。

なお、偏光ビームスプリッタと１／２波長板の少なくとも一方はＤＬＣ膜中に形成された屈折率変調型回折格子で形成され得る。また、第１マイクロレンズと第２マイクロレンズの少なくとも一方はＤＬＣ膜中に形成された屈折型レンズと屈折率変調型の回折型レンズとのいずれかであり得る。さらに、偏光ビームスプリッタ、第１マイクロレンズ、１／２波長板、および第２マイクロレンズの組の複数が、光源からの光束の断面内で周期的に配列され得る。そして、そのような偏光インテグレータは、液晶プロジェクタにおいて好ましく用いられ得る。

本発明によれば、軽量化と小型化が可能でかつ耐熱性に優れた偏光インテグレータを簡便にかつ低コストで提供することができる。そして、そのような偏光インテグレータは、液晶プロジェクタの軽量化と小型化と低コスト化をも可能にすることができる。

まず、本願発明をなすに際して、本発明者らは、透光性ＤＬＣ（diamond-like carbon:ダイアモンド状カーボン）膜にエネルギビームを照射することによってその屈折率を高めることができることを確認している。そのようなＤＬＣ膜は、シリコン基板、ガラス基板、その他の種々の基体上にプラズマＣＶＤ（化学気相堆積）によって形成することができる。そのようなプラズマＣＶＤによって得られる透光性ＤＬＣ膜は、通常は１．５５程度の屈折率を有している。

ＤＬＣ膜の屈折率を高めるためのエネルギビームとしては、イオンビーム、電子ビーム、シンクロトロン放射（ＳＲ）光、紫外（ＵＶ）光などを用いることができる。これらのエネルギビーム照射の中でもＨｅイオン照射によって、ＤＬＣ膜の最大の屈折率変化量をΔｎ＝０．６５程度まで高め得ることを現状において確認できている。また、ＳＲ光照射によっても、ＤＬＣ膜の最大の屈折率変化量をΔｎ＝０．５０程度まで現状において高めることができる。さらに、ＵＶ光照射によっても、ＤＬＣ膜の最大の屈折率変化量をΔｎ＝０．２０程度まで現状において高めることができる。これらの、ＤＬＣ膜のエネルギビーム照射による屈折率変化量は、従来のガラスのイオン交換による屈折率変化量（最大でもΔｎ＝０．１７）または石英系ガラスのＵＶ光照射による屈折率変化量（Δｎ＝０．０１以下程度）に比べて顕著に大きいことが分かる。

図１は、本発明による実施形態の一例としての偏光インテグレータを模式的な断面図で図解している。この偏光インテグレータにおいて、光源１はドーム状またはパラボラ状の反射ミラー２内に配置されている。光源１から放射された光はコリメータレンズ（図せず）によって平行光にされ、偏光ビームスプリッタ５１に照射される。すなわち、偏光ビームスプリッタ５１は、光源光をＰ偏光とＳ偏光に分離する。第１のマイクロレンズ５２は、Ｐ偏光束を１／２波長板５３上に集光するとともに、Ｓ偏光束を１／２波長板５３の配置されていない領域に集光する。

１／２波長板５３は、Ｐ偏光をＳ偏光に変換する。１／２波長板５３を透過した後のＳ偏光束と１／２波長板５３が配置されていない領域を通過したＳ偏光束とは、第２のマイクロレンズ５４とレンズ５５の作用によって統合されて、集光レンズＣＬによって液晶パネルＬＣ上に照射される。もちろん、その液晶パネルＬＣに含まれる偏光板は、Ｓ偏光を受け入れるように設定されている。

なお、図１の例ではＰ偏光に対して１／２波長板５３が適用されているが、逆にＳ偏光に対して１／２波長板５３を適用してもよいことが理解されよう。すなわち、その場合には、光源光束が偏光ビームスプリッタ５１によってＰ偏光束とＳ偏光束に分離されて、そのＳ偏光束が１／２波長板５３でＰ偏光束に変換された後に、それら２つのＰ偏光束が統合されて液晶パネルＬＣ上に照射されることになる。もちろん、その液晶パネルＬＣに含まれる偏光板は、Ｐ偏光を受け入れるように設定される。

以上のように、無偏光の光源光を偏光インテグレータによってＳ偏光またはＰ偏光のいずれか一方に統合することによって、液晶プロジェクタにおける光源光の利用効率を改善することができる。

ここで、本発明においては、偏光インテグレータに含まれる偏光ビームスプリッタ、第１マイクロレンズ、１／２波長板、および第２マイクロレンズの少なくとも一つがＤＬＣ膜を利用して形成される。もちろん、ＤＬＣ膜は薄いものであり、軽くかつ優れた耐熱性を有している。したがって、偏光ビームスプリッタ、第１マイクロレンズ、１／２波長板、および第２マイクロレンズの少なくとも一つがＤＬＣ膜を利用して作製可能になれば、偏光インテグレータの小型化、軽量化、および低コスト化が可能になり、ひいては液晶プロジェクタの小型化、軽量化、および低コスト化が可能になる。

図２において、本発明による屈折型マイクロレンズアレイの作製方法の一例が、模式的な断面図で図解されている。このような屈折型マイクロレンズアレイは、図１中の第１マイクロレンズアレイ５２または第２マイクロレンズアレイ５４として用いることができる。

図２（ａ）において、ＤＬＣ膜２１上にマスク層２２が形成されている。マスク層２２としては、エネルギビーム２３の透過を制限し得る機能を有する種々の材料を用いることができるが、金が好ましく用いられ得る。このマスク層２２はアレイ状に配列された微小な凹部２２ａを有している。それらの凹部２２ａの各々は、概略球面の一部または概略円柱面の一部からなる底面を有している。それらの凹部２２ａのアレイを含むマスク層２２を介して、エネルギビーム２３がＤＬＣ膜２１に照射される。

図２（ｂ）において、エネルギビーム２３の照射後にマスク層２２を除去することによって、ＤＬＣ膜２１中に形成されたマイクロレンズアレイ２１ａが得られる。すなわち、エネルギビーム２３の照射によって、マスク層２２の凹部２２ａのアレイに対応して、ＤＬＣ膜２１内において高屈折率領域２１ａのアレイが形成されている。このとき、マスク層２２の凹部２２ａは球面状または円柱面状の底面を有しているので、凹部２１ａの中央から周縁に向かうにしたがってマスク層の厚さが増大している。すなわち、エネルギビーム２３は、凹部２２ａの周縁部に比べて中央部において透過しやすいことになる。したがって、高屈折率領域２１ａの深さは、その中央部において深くて周縁部において浅い球面状凸レンズまたは円柱面状凸レンズの形状を有している。その結果、それらの高屈折率領域２１ａの各々が、そのまま一つのマイクロレンズとして作用し得る。

なお、図２に示されているようなエネルギビーム２３によってマイクロレンズアレイを作製する場合、概略球面状または概略円柱面状の凹部２２ａの深さを調節することによって、マイクロレンズ２１ａの厚さを調節することができ、すなわちその焦点距離を調節することができる。また、凹部２２ａの深さを変化させなくても、照射するエネルギビーム２３の透過能を変化させることによってもマイクロレンズ２１ａの焦点距離を調節することができる。たとえば、エネルギビーム２３としてＨｅイオンビームを用いる場合、そのイオンの加速エネルギを高めて透過能を高めることによって、マイクロレンズ２１ａの焦点距離を短くすることができる。また、ＤＬＣ膜に対するエネルギビーム２３のドース量が高いほど屈折率変化Δｎが大きくなるので、そのドース量を調節することによってもマイクロレンズ２１ａの焦点距離を調節することも可能である。

図２（ａ）に示されているような概略球面状または概略円柱面状の底面を有する凹部２２ａを含むマスク層２２は、種々の方法によって作製することができる。たとえば、ＤＬＣ膜２１上に均一な厚さのマスク層２２を形成し、その上にアレイ状に配列された微小な穴または平行に配列された線状の開口を有するレジスト層を形成する。そして、そのレジスト層の微小な穴または線状の開口から等方的エッチングを行うことによって、その微小な穴の下のマスク層２２内に概略半球状または概略半円柱状の凹部２２ａを形成することができる。

図２（ａ）に示されているような概略球面状または概略円柱面状の底面を有する凹部２２ａを含むマスク層２２は、図３の模式的な断面図に図解されているような方法で作製され得る刻印型を用いて簡便に作製することもできる。

図３（ａ）において、例えばシリカの基板３１上にレジストパターン３２が形成される。このレジストパターン３２は、基板３１上でアレイ状に配列された複数の微小な円形領域上または平行に配列された複数の細い帯状領域上に形成されている。

図３（ｂ）において、レジストパターン３２が加熱溶融させられ、各微小円形領域上または細い帯状領域上で溶融したレジスト３２は、その表面張力によって概略球面状または概略円柱面状の凸レンズ形状になる。

図３（ｃ）において、概略凸レンズ状のレジスト３２ｂとともにシリカ基板３１ａをＲＩＥすれば、レジスト３２ｂの径または幅がＲＩＥで縮小しながらシリカ基板３１ａがエッチングされる。

その結果、図３（ｄ）に示されているように、概略球面状または概略円柱面状の凸部３１ｂが配列されたシリカの刻印型３１ｃが最終的に得られる。なお、凸部３１ｂの高さは、図３（ｃ）におけるレジスト３２ｂのエッチング速度とシリカ基板３１ａのエッチング速度との比率を調節することによって調節することができる。

こうして得られた刻印型３１ｃは、図２（ａ）に示されているような凹部２２ａを含むマスク層２２の作製に好ましく用いられ得る。すなわち、例えばマスク層２２が金材料で形成されている場合、金は展延性に富んでいるので、その金マスク層２２に刻印型３１ｃで刻印することによって、簡便に凹部２２ａを形成することができる。また、刻印型３１ｃは一度作製すれば繰り返し使用可能であるので、エッチングによってマスク層２２中の凹部２２ａを形成する場合に比べて遥かに簡便かつ低コストで凹部２２ａを形成することを可能にする。

なお、本発明におけるようにＤＬＣ膜を用いた屈折型マイクロレンズアレイは、従来のガラス基板を用いる場合にくらべて、エネルギビーム照射によって高屈折率のレンズを形成することができるので、ガラス基板に比べて遥かに薄いＤＬＣ膜中に屈折型マイクロレンズアレイを形成することができる。しかし、ＤＬＣ膜を用いた屈折型マイクロレンズであっても、次に述べる回折型マイクロレンズに比べれば厚いＤＬＣ膜を要し、１０μｍから２０μｍ程度以上の厚さを要する(回折効果を利用したマイクロレンズの例としては、「マイクロレンズ（アレイ）の超精密加工と量産化技術」、技術情報協会出版、２００３年、第７１−８１頁参照）。

図４（ａ）の模式的な平面図と図４（ｂ）の模式的な断面図において、本発明の他の実施形態による回折型マイクロレンズが図解されている。特に、屈折率変調型の回折型マイクロレンズは屈折型マイクロレンズに比べて顕著に薄く作製することが可能であり、１〜２μｍ程度の厚さのＤＬＣ薄膜中に回折型マイクロレンズを作製することができる。すなわち、この屈折率変調型の回折型マイクロレンズ４０も、ＤＬＣ膜４１を用いて作製されており、同心円状の複数の帯状リング領域Ｒｍｎを含んでいる。ここで、符号Ｒｍｎは、第ｍ番目のリングゾーン中の第ｎ番目の帯状リング領域を表すとともに、同心円の中心からその帯状リング領域の外周までの半径をも表すものとする。それらの帯状リング領域Ｒｍｎは、同心円の中心から遠いものほど、減少させられた幅を有している。

互いに隣接する帯状リング領域Ｒｍｎは、互いに異なる屈折率を有している。図４の回折型マイクロレンズは、それが２レベルの屈折率変調を含む回折型レンズである場合には、ｎ＝２番目までの帯状リング領域を含むリングゾーンをｍ＝３番目まで含んでいることになる。そして、同じリングゾーン中では、外側に比べて内側の帯状リング領域の方が高い屈折率を有している。

このことから類推されるであろうように、４レベルの屈折率変調を含む回折型レンズでは、一つのリングゾーンがｎ＝４番目までの帯状リング領域を含み、この場合にも同じリングゾーン中では同心円の中心に近い帯状リング領域ほど高い屈折率を有している。すなわち、一つのリングゾーン中で内周側から外周側に向かって４段階の屈折率変化が形成されている。そして、そのような４段階の屈折率変化の周期がリングゾーンごとにｍ回繰り返されることになる。

なお、帯状リング領域Ｒｍｎの外周半径は、スカラー近似を含む回折理論から次式（１）にしたがって設定することができる。この式（１）において、Ｌはレンズの回折レベルを表し、λは光の波長を表し、そしてｆはレンズの焦点距離を表している。また、最大の屈折率変化量Δｎは、最大の位相変調振幅Δφ＝２π（Ｌ−１）／Ｌを生じさせ得るものでなければならない。

図５の模式的な断面図において、図４に示されているような２レベルの回折型マイクロレンズの作製方法の一例が図解されている。

図５（ａ）において、ＤＬＣ膜４１上に、例えばＮｉの導電層４２が周知のＥＢ（電子ビーム）蒸着法によって形成される。このＮｉ導電層４２上には図４中のｎ＝１に対応する帯状リング領域Ｒｍｎ（ｍ＝１〜３）を覆うようにレジストパターン４３が形成される。そのレジストパターン４３の開口部に、電気めっきによって金マスク４４が形成される。

図５（ｂ）において、レジストパターン４３が除去されて、金マスク４４が残される。そして、その金マスク４４の開口部を通して、エネルギビーム４５がＤＬＣ膜４１に照射される。その結果、エネルギビーム４５に照射された帯状リング領域Ｒｍ１の屈折率が高められ、エネルギビーム４５がマスクされた帯状リング領域Ｒｍ２は当初のＤＬＣ膜の屈折率を維持している。すなわち、図４に示されているような２レベルの回折型マイクロレンズが得られる。

なお、図５の例ではＤＬＣ膜ごとにその上にマスク層が形成されるが、別個に作製された独立のマスクを用いてＤＬＣ膜にエネルギビーム照射してもよいことは言うまでもない。また、順次パターンが調整されたマスクを用いてＤＬＣ膜にエネルギビーム照射を繰り返すことによって、多レベルの回折型マイクロレンズが形成され得ることが理解されよう。

さらに、図３（ｄ）に示されているような刻印型の変わりに、多段階に厚さが変化さられた同心円状の帯状リング領域を含む刻印型を用いてＤＬＣ膜上の金マスク層に刻印し、その刻印された金マスク層を介してエネルギビーム照射することによって、一回のエネルギビーム照射で多レベルの回折型マイクロレンズを作製することも可能である。

さらにまた、回折型マイクロレンズに関する上述の実施形態では屈折型レンズの球面状凸レンズに対応する回折型マイクロレンズが説明されたが、本発明は屈折型レンズの柱面状凸レンズに対応する回折型マイクロレンズにも同様に適用し得ることが理解されよう。その場合には、屈折率変調された同心円状の複数の帯状リング領域の代わりに、屈折率変調された互いに平行な複数の帯状領域を形成すればよい。この場合、例えば図４（ｂ）の断面図において、屈折率変調された互いに平行な複数の帯状領域は、その図の紙面に対して垂直に伸びていることになる。また、その場合において、図５（ｂ）中の金マスク４４もその図の紙面に対して垂直に伸びていればよい。

さらに、本発明においては、図１中の偏光ビームスプリッタ５１が、ＤＬＣ膜を利用して作製され得る。すなわち、この偏光ビームスプリッタ５１は、ＤＬＣ膜に形成された屈折率変調型回折格子を含んでいる。なお、回折格子によって偏光分離し得ることは、例えば Applied Optics, Vol.41, 2002, pp.3558-3566 において説明されている。

図６は、屈折率変調型回折格子を含むＤＬＣ膜からなる偏光ビームスプリッタ５１Ａを模式的な断面図で表している。すなわち、このＤＬＣ膜５１Ａは、相対的に低屈折率の領域５１ａと相対的に高屈折率の領域５１ｂとを含んでいる。低屈折率領域５１ａはエネルギビーム照射されなかった領域であり、例えば１．５５の屈折率を有している。他方、高屈折率領域５１ｂは例えば６２０（ｍＡ／ｍｉｎ／ｍｍ²)のシンクロトロン条件でＳＲ（シンクロトロン放射）光照射されて、その屈折率が例えば１．９０に高められている。また、高屈折率領域５１ｂと低屈折率領域５１ａとの界面は、ＤＬＣ膜の表面に対して例えば４０度だけ傾斜させられている。

このような偏光ビームスプリッタ５１Ａは、以下のように作製することができる。例えば、ＤＬＣ膜上に、幅０．５μｍの金ストライプが周期１μｍで繰り返し配列されたライン・アンド・スペースのパターンを有する金マスクが形成される。その後、ＤＬＣ膜の表面に対して４０度の傾斜角でかつ金ストライプの長さ方向に直交するの方向にＳＲ光照射すればよい。

図６に示されているようなＤＬＣ膜の偏光ビームスプリッタ５１にＳ偏光とＰ偏光を含む光が入射すれば、Ｓ偏光は０次回折光として透過し（ＴＥ波に相当）、Ｐ偏光は１次回折光として回折される（ＴＭ波に相当）。すなわち、Ｐ偏光とＳ偏光が、互いに分離されることになる。

さらに、本発明においては、図１中の１／２波長板５３も、ＤＬＣ膜を利用して作製され得る。すなわち、図６に示されている屈折率変調型回折格子に類似の回折格子を含むＤＬＣ膜によって、１／２波長板の作用を生じさせることができる。そのような１／２波長板５３は、以下のように作製することができる。例えば、ＤＬＣ膜上に、幅０．５μｍの金ストライプが周期１μｍで繰り返し配列されたライン・アンド・スペースのパターンを有する金マスクが形成される。その後、ＤＬＣ膜の表面に対して垂直な方向にＳＲ光照射すればよい。こうして得られる屈折率変調型回折格子を含むＤＬＣ膜の１／２波長板５３に対して、例えばＰ偏光を通過させれば、その直線偏光面が９０度回転されてＳ偏光に変換される。もちろん、そのような１／２波長板によって、Ｓ偏光をＰ偏光に変換することも可能である。

なお、図７においては透過型の液晶プロジェクタが示されているが、本発明による偏光インテグレータは反射型の液晶プロジェクタ（非特許文献１参照）にもそのまま適用し得ることは言うまでもない。

以上のように、本発明によれば、偏光インテグレータに含まれる偏光ビームスプリッタ、第１マイクロレンズ、１／２波長板、および第２マイクロレンズの少なくとも一つがＤＬＣ膜を利用して形成され、軽量化されかつ小型化された偏光インテグレータを簡便にかつ低コストで提供することが可能となる。

本発明による偏光ビームスプリッタは、軽量化かつ小型化が可能で、簡便かつ低コストで提供され得る。また、そのような偏光ビームスプリッタは、液晶プロジェクタの軽量化と小型化と低コスト化を可能にする。

本発明による偏光インテグレータの一例を模式的に図解する断面図である。 図１の偏光インテグレータに含まれる屈折型マイクロレンズアレイをＤＬＣ膜を利用して作製する方法を模式的に図解する断面図である。 図２の屈折型マイクロレンズの作製方法に利用し得る刻印型の形成方法を模式的に図解する断面図である。 図１の偏光インテグレータに含まれるＤＬＣ膜の回折型マイクロレンズを模式的に図解する断面図である。 図４の回折型マイクロレンズの作製方法を模式的に図解する断面図である。 図１の偏光インテグレータに含まれるＤＬＣ膜の偏光ビームスプリッタを模式的に図解する断面図である。 従来の液晶プロジェクタを図解する模式的断面図である。 従来の偏光インテグレータの基本原理を模式的に図解する断面図である。

符号の説明

１ 光源、２ ドーム状またはパラボラ状の反射ミラー、３ コリメータレンズ、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４ 全反射ミラー、ＤＭ１、ＤＭ２ ダイクロイックミラー、Ｂ 青色光、Ｇ 緑色光、Ｒ 赤色光、ＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３ 集光レンズ、ＬＣ１、ＬＣ２、ＬＣ３ 液晶パネル、４ プリズム、５ 投影レンズ、１１ 偏光分離プリズム、１２ ＰＢＳ膜、１３ １／２波長板、１４ 全反射ミラー、Ｐ Ｐ偏光、Ｓ Ｓ偏光、２１ ＤＬＣ膜、２１ａ 高屈折領域、２２ 金マスク層、２２ａ 凹部、２３ エネルギビーム、３１ シリカ基板、３２ レジスト、３２ａ 溶融されたレジスト、３１ａ ＲＩＥされているシリカ基板、３２ｂ ＲＩＥされているレジスト、３１ｃ シリカ製刻印型、３１ｂ 凸部、４０ 回折型マイクロレンズ、ｆ 焦点距離、４１ ＤＬＣ膜、４１ａ 高屈折率領域、４１ｂ 低屈折率領域、４２ Ｎｉ層、４３ レジスト、４４ 金マスク、４５ エネルギビーム、５１ 偏光ビームスプリッタ、５１Ａ ＤＬＣ膜、５１ａ 低屈折率領域、５１ｂ 高屈折率領域、５２ 第１マイクロレンズアレイ、５３ １／２波長板、５４ 第２マイクロレンズアレイ、５５ レンズ、ＣＬ 集光レンズ、ＬＣ 液晶パネル。

Claims (5)

1. 光源からの光をＰ偏光とＳ偏光とに分離するための偏光ビームスプリッタと、第１のマイクロレンズと、１／２波長板と、第２のマイクロレンズとを含み、
   前記第１マイクロレンズは前記偏光ビームスプリッタによって分離されたＰ偏光とＳ偏光を互いに異なる位置に集光するように配置されており、
   前記１／２波長板は前記Ｐ偏光または前記Ｓ偏光が集光される位置に配置されていてＰ偏光またはＳ偏光をＳ偏光またはＰ偏光に変換するように作用し、
   前記第２マイクロレンズは前記１／２波長板を通過して偏光変換された後のＳ偏光またはＰ偏光と前記１／２波長板を通過しなかったＳ偏光またはＰ偏光とを統合するように作用し、
   前記偏光ビームスプリッタ、前記第１マイクロレンズ、前記１／２波長板、および前記第２マイクロレンズの少なくとも一つがＤＬＣ膜を利用して形成されていることを特徴とする偏光インテグレータ。
2. 前記偏光ビームスプリッタと前記１／２波長板の少なくとも一方はＤＬＣ膜中に形成された屈折率変調型回折格子で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の偏光インテグレータ。
3. 前記第１マイクロレンズと前記第２マイクロレンズの少なくとも一方は、ＤＬＣ膜中に形成された屈折型レンズと屈折率変調型の回折型レンズとのいずれかであることを特徴とする請求項１または２に記載の偏光インテグレータ。
4. 前記偏光ビームスプリッタ、前記第１マイクロレンズ、前記１／２波長板、および前記第２マイクロレンズの組の複数が、前記光源からの光束の断面内で周期的に配列されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の偏光インテグレータ。
5. 請求項１から４のいずれかに記載された偏光インテグレータを含むことを特徴とする液晶プロジェクタ。

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