JP2010128419A - 光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の透光性部材の設計基準を同じにして製造効率の高い光学素子を提供する。
【解決手段】光入射面１Ａと光出射面１Ｂとに沿って第一透光性部材２２、第二透光性部材２２、偏光分離膜４２、反射膜４１、位相板４３及びプラズマ重合膜４を配置する。第一透光性部材２１の傾斜面２Ａには反射膜４１が設けられ、第二透光性部材２１の傾斜面２Ａには偏光分離膜４２が設けられる。プラズマ重合膜４は、第二透光性部材２２の傾斜面２Ａの表面と反射膜４１との間、第一透光性部材２１の傾斜面２Ａと位相板４３との間、並びに、位相板４３と偏光分離膜４２との間をそれぞれ分子接合する。厚さが数十ｎｍのプラズマ重合膜４を用いることで、偏光分離膜４２と反射膜４１との間隔の許容される公差を考慮して第一透光性部材２１、第二透光性部材２２の厚みを実用上同一に設定することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、光入射面と光出射面とがほぼ平行な光学素子に関する。

光ピックアップや液晶プロジェクタ、その他の装置において、種々の光学素子が用いられている。
この光学素子として、例えば、複数のガラスの間に偏光分離膜と反射膜とが交互に配置され、光入射面から入射される光が偏光分離膜で一部が透過されて位相板で位相を変化させて光出射面から出射され、偏光分離膜で反射された光が反射膜で反射された後に光出射面から出射される偏光分離素子（ＰＳ変換素子）がある。

この偏光分離素子では、複数のガラスは、それぞれ光入射面及び光出射面に斜めに交差する方向に沿って傾斜面が形成されており、このガラスの傾斜面に偏光分離膜を形成し、この偏光分離膜に接着層を介してガラスの一方の傾斜面と接合し、ガラスの他方の傾斜面に反射膜を形成し、この反射膜に接着層を介してガラスを接合した構造が一般的である。従来では、ガラスの光出射面側に位相板が接着層を介して接合された偏光分離素子（特許文献１）や、偏光分離膜に接着層を介して２軸延伸プラスチックフィルムからなる位相板を接合した偏光変換素子（特許文献２）がある。

特許文献１では、隣り合う偏光分離膜と反射膜との間隔が等しくなるように、数十μｍの接着層の厚みを考慮した２種類のガラスを用意して貼り合わせている。
特許文献２では、隣り合う偏光分離膜と反射膜の間隔が等しくなるように、位相板の厚みを考慮した２種類のガラスを用意して貼り合わせている。

特開２０００−２９８２１２号公報 特許４０８０２６５号公報

特許文献１や特許文献２で示される従来例では、互いに対向する傾斜面の間の板厚寸法が異なる２種類のガラスを用意しなければならず、製造上の煩雑さがある。換言すれば、ガラスの板厚を、基準値（目標とする加工の中心値）が異なるものを２種類用意しなければならないので、製造の効率がよくない。特に、接着層の厚さは数十μｍであり、その接着層の厚さを正確に管理して偏光分離素子を製造することは困難である。
さらに、特許文献２では、位相板として２軸延伸プラスチックフィルムを用いているので、プラスチックフィルムの膜厚精度が悪く、その結果、偏光分離素子の精度も低下させてしまう。

本発明の目的は、複数の透光性部材の設計基準を同じにして製造効率の高い光学素子を提供することにある。

［適用例１］
本適用例にかかる光学素子は、光入射面と、この光入射面にほぼ平行な光出射面と、を有する平板形状の光学素子であって、これらの光入射面と光出射面とに沿って複数の透光性部材と偏光分離膜と反射膜と位相板とプラズマ重合膜とが配置され、前記透光性部材には前記光入射面と前記光出射面に対し傾斜した傾斜面が形成され、前記複数の透光性部材のうち一部の透光性部材の傾斜面には前記偏光分離膜と前記反射膜とのいずれか一つが設けられ、前記プラズマ重合膜は前記透光性部材の傾斜面の表面、前記偏光分離膜の表面及び前記反射膜の表面の少なくともいずれか一つの面に設けられ、前記プラズマ重合膜により、隣接する前記透光性部材と前記反射膜との間、隣接する前記透光性部材と前記位相板との間、隣接する位相板と前記偏光分離膜との間の少なくともいずれかが分子接合されていることを特徴とする。
この構成の本適用例では、板状の透光性部材を複数用意し、このうち、１つの透光性部材の表面に反射膜を形成し、他の透光性部材の表面に偏光分離膜を形成し、偏光分離膜が形成された透光性部材の裏面と反射膜との間をプラズマ重合してプラズマ重合膜を形成し、偏光分離膜と位相板との間をプラズマ重合してプラズマ重合膜を形成し、この位相板と他の透光性部材との間をプラズマ重合してプラズマ重合膜を形成する。そして、これらの板状部材の固まりを所定形状に切断して光学素子を製造する。
従って、本適用例では、プラズマ重合膜は、その厚さが数十ｎｍであるため、数十μｍの厚さの接着層に比べて極めて薄いものとなる。そのため、偏光分離膜と反射膜との間隔の許容される公差を考慮した位相板の厚みを設定することで、複数の透光性部材の設計基準を同じにすることができるから、膜厚設計を簡略化でき、光学素子の製造効率を高いものにできる。

［適用例２］
本適用例にかかる光学素子は、前記プラズマ重合膜は、その主材料がポリオルガノシロキサンである。
この構成の本適用例では、このポリオルガノシロキサンが比較的に柔軟性に富んでいるので、隣り合う透光性部材と反射膜との間や、隣り合う透光性部材と位相板との間等を接合する際に、両部材の熱膨張に伴う応力を緩和することができる。そのため、これらの部材の間の剥離を確実に防止することができる。しかも、ポリオルガノシロキサンは、耐薬品性に優れているため、耐薬品性の高い光学素子を提供することができる。

［適用例３］
本適用例にかかる光学素子は、隣り合う前記偏光分離膜と前記反射膜の間隔の基準値をR、前記間隔が許容される最大の公差をｍ、前記間隔が許容される最小の公差をｎとし、前記透光性部材の板厚の基準値をＴ、前記透光性部材の板厚が最大になる公差をｔｘ、前記透光性部材の板厚が最小となる公差をｔｙとし、前記位相板の板厚の基準値をＱ、前記位相板の板厚が最大になる公差をｑｘとし、傾斜面の傾斜角をθとし、隣り合う前記偏光分離膜と前記反射膜の間隔をＲ１、Ｒ２とし、隣り合う前記透光性部材の板厚の基準値Ｔを同じくすると、
Ｒ１＝Ｒ+ｍ＝（Ｔ+Ｑ）／Ｓｉｎθ
Ｒ２＝Ｒ−ｎ＝Ｔ／Ｓｉｎθ
Ｑ＜（ｍ×Ｓｉｎθ）−ｑｘ−ｔｘ
ｔｙ＜ｎ×Ｓｉｎθ
である。
この構成の本適用例では、前述の効果をより効率的に達成することができる光学素子を提供することができる。

［適用例４］
本適用例にかかる光学素子は、前記位相板は、水晶、ニオブ酸リチウム、方解石のいずれかである。位相板が無機結晶性材料から形成されているため、薄板化することができる。そのため、板厚公差も精度がよく、より光学素子の製造効率を高いものにできる。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は光学素子として偏光分離素子１を例示したものである。この偏光分離素子１は、例えば、液晶プロジェクタ装置に用いられている。
図１は本実施形態にかかる偏光分離素子１の端面を示す図であり、図２は図１の要部を示す断面図である。
図１において、偏光分離素子１は、第一透光性部材２１と第二透光性部材２２とが第一薄膜層３１又は第二薄膜層３２を間に挟んで交互に配置され、その配置方向の両側が光入射面１Ａと光出射面１Ｂとされた平板状部材である。この光入射面１Ａと光出射面１Ｂとはほぼ平行とされる。
第一透光性部材２１及び第二透光性部材２２は、光入射面１Ａと光出射面１Ｂに対する角度θが４５°となる傾斜面２Ａがそれぞれ形成されている。
第一透光性部材２１や第二透光性部材２２は、ＢＫ７等の光学ガラス、白板ガラス、ホウケイ酸ガラス、青板ガラスをはじめとするガラスから成形されている。

偏光分離素子１の詳細な構造が図２に示されている。図２（Ａ）は偏光分離素子１を透過する光路を説明する概略図であり、図２（Ｂ）は偏光分離素子１の詳細な断面図である。
図２において、第一薄膜層３１は、第一透光性部材２１の互いに対向する傾斜面２Ａの一方の表面に形成される反射膜４１と、この反射膜４１の表面に設けられるプラズマ重合膜４とを備えて構成されている。このプラズマ重合膜４は反射膜４１と第二透光性部材２２とを分子接合する。
反射膜４１は誘電体多層膜又は金属膜で形成され、反射膜４１に入射したＳ偏光光をそのまま反射する機能を有する。反射膜４１を構成する多層膜は、例えば、二酸化ケイ素、酸化チタン等の物質を蒸着することで形成される。

第二薄膜層３２は、第二透光性部材２２の互いに対向する傾斜面２Ａの一方の表面に形成される偏光分離膜４２と、この偏光分離膜４２の表面に設けられるプラズマ重合膜４と、このプラズマ重合膜４の表面に設けられる位相板４３と、この位相板４３の表面に設けられるプラズマ重合膜４とを備えている。プラズマ重合膜４は偏光分離膜４２と位相板４３との間、並びに、位相板４３と第一透光性部材２１との間を分子接合する。
偏光分離膜４２は、入射した光線束（Ｓ偏光光とＰ偏光光）を、Ｓ偏光の部分光束（Ｓ偏光光）とＰ偏光の部分光束（Ｐ偏光光）とに分離し、Ｓ偏光光を反射し、Ｐ偏光光を透過する機能を有する（図２（Ａ）参照）。
偏光分離膜４２は、異なる材質の層、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）の層、ランタンアルミネートの層及びフッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）の層が積層されて構成される誘電体多層膜である。
位相板４３は、１／２波長板であり、水晶、ニオブ酸リチウム、方解石のいずれかの無機結晶材料から成形されている。ここで、水晶は人工水晶でも天然水晶でもよい。

ここで、隣り合う偏光分離膜４２と反射膜４１の間隔の基準値をＲ、前記間隔が許容される最大の公差をｍ、前記間隔が許容される最小の公差をｎとし、第一透光性部材２１と第二透光性部材２２のそれぞれの板厚Ｔ１，Ｔ２の基準値をＴ、第一透光性部材２１及び第二透光性部材２２のそれぞれの板厚Ｔ１，Ｔ２が最大になる公差をｔｘ、第一透光性部材２１及び第二透光性部材２２のそれぞれの板厚Ｔ１，Ｔ２が最小となる公差をｔｙとし、位相板４３の板厚の基準値をＱ、位相板４３の板厚が最大になる公差をｑｘとし、傾斜面２Ａの傾斜角をθ（＝４５°）とし、隣り合う偏光分離膜４２と反射膜４１の間隔をＲ１、Ｒ２とし、隣り合う第一透光性部材２１及び第二透光性部材２２のそれぞれの板厚Ｔ１，Ｔ２の基準値Ｔを同じくすると、
Ｒ１＝Ｒ+ｍ＝（Ｔ+Ｑ）／Ｓｉｎθ＝（Ｔ＋Ｑ）
Ｒ２＝Ｒ−ｎ＝Ｔ／Ｓｉｎθ
Ｑ＜（ｍ×Ｓｉｎθ）−ｑｘ−ｔｘ
ｔｙ＜ｎ×Ｓｉｎθ
の関係を満たす。なお、前述の数式においては、プラズマ重合膜４は、その厚さが数十ｎｍであるため、厚さ寸法を無視できる。また、反射膜４１及び偏光分離膜４２の膜厚は、それぞれ数μｍであるため、厚さ寸法を無視できる。
上述の偏光分離膜４２と反射膜４１の間隔とは光入射面に沿った膜面の間隔である。偏光分離膜４２と反射膜４１の間隔R１には位相板が備わっており、一方偏光分離膜４２と反射膜４１の間隔Ｒ２には位相板が備わっていない。そして上述のそれぞれの板厚とは、傾斜面に対し直角な法線方向の厚みである。

次に、本実施形態にかかる光学素子の製造方法について説明する。
［薄膜層形成工程］
第一透光性部材２１を成形するための短冊状光学ブロック２１Ａと第二透光性部材２２を形成するための短冊状光学ブロック２２Ａ（図４（Ａ）参照）とを予め用意する。これらの短冊状光学ブロック２１Ａ，２２Ａの材質は第一透光性部材２１や第二透光性部材２２と同じである。
まず、短冊状光学ブロック２１Ａの表面に反射膜４１を真空蒸着、イオンアシスト蒸着、イオンプレーティング法、スパッタ法等の従来と同様の方法を用いて形成する（図４（Ａ）参照）。
同様に、短冊状光学ブロック２２Ａの表面に偏光分離膜４２を真空蒸着、イオンアシスト蒸着、イオンプレーティング法、スパッタ法等の従来と同様の方法を用いて形成する。

［プラズマ接合層形成工程］
図３は、本実施形態で使用するプラズマ重合装置の概略図である。
図３において、プラズマ重合装置１００は、チャンバー１０１と、このチャンバー１０１の内部にそれぞれ設けられる第１電極１１１及び第２電極１１２と、これらの第１電極１１１と第２電極１１２との間に高周波電圧を印加する電源回路１２０と、チャンバー１０１の内部にガスを供給するガス供給部１４０と、チャンバー１０１の内部のガスを排出する排気ポンプ１５０を備えた構造である。
第１電極１１１は、短冊状光学ブロック２１Ａ，２２Ａを支持する支持部１１１Ａを有するものであり、短冊状光学ブロック２１Ａ，２２Ａを挟んで第１電極１１１と第２電極１１２とが対向配置されている。支持部１１１Ａは短冊状光学ブロック２１Ａ，２２Ａの斜辺部分を支持する三角溝状部が形成されており、この三角溝状部に短冊状光学ブロック２１Ａ，２２Ａが支持された状態では、反射膜４１や偏光分離膜４２が第２電極１１２と対向する。

電源回路１２０は、マッチングボックス１２１と高周波電源１２２とを備える。
ガス供給部１４０は、液状の膜材料（原料液）を貯蔵する貯液部１４１と、液状の膜材料を気化して原料ガスに変化させる気化装置１４２と、キャリアガスを貯留するガスボンベ１４３とを備えている。このガスボンベ１４３に貯留されるキャリアガスは、電界の作用によって放電し、この放電を維持するためにチャンバー１０１に導入するガスであって、例えば、アルゴンガスやヘリウムガスが該当する。
これらの貯液部１４１、気化装置１４２及びガスボンベ１４３とチャンバー１０１とが配管１０２で接続されており、ガス状の膜材料とキャリアガスとの混合ガスをチャンバー１０１の内部に供給するように構成されている。
貯液部１４１に貯留される膜材料は、プラズマ重合装置１００によってプラズマ重合膜４を形成するための原材料であり、気化装置１４２で気化されて原料ガスとなる。

この原料ガスとしては、例えば、メチルシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、デカメチルテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、メチルフェニルシロキサン等のオルガノシロキサン、トリメチルガリウム、トリエチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリメチルインジウム、トリエチルインジウム、トリメチル亜鉛、トリエチル亜鉛のような有機金属系化合物、各種炭化水素系化合物、各種フッ素系化合物等が挙げられる。
このような原料ガスを用いて得られるプラズマ重合膜４は、これらの原料が重合してなるもの（重合物）、つまり、ポリオルガノシロキサン、有機金属ポリマー、炭化水素系ポリマー、フッ素系ポリマー等で構成されることになる。

ポリオルガノシロキサンは、通常、撥水性を示すが、各種の活性化処理を施すことによって容易に有機基を脱離させることができ、親水性に変化することができる。つまり、ポリオルガノシロキサンは撥水性と親水性との制御を容易に行える材料である。
撥水性を示すポリオルガノシロキサンで構成されたプラズマ重合膜４は、それ同士を接触させても、有機基によって接着が阻害されることになり、極めて接着し難い。一方、親水性を示すポリオルガノシロキサンで構成されたプラズマ重合膜４は、それ同士を接触させると、特に容易に接着することができる。つまり、撥水性と親水性の制御を容易に行えるという利点は、接着性の制御を容易に行えるという利点につながるため、ポリオルガノシロキサンで構成されたプラズマ重合膜４は、本実施形態では好適に用いられることになる。そして、ポリオルガノシロキサンは比較的柔軟性に富んでいるので、第一透光性部材２１と第二透光性部材２２との構成材質がたとえ相違して線膨張係数が異なっても、第一透光性部材２１と第二透光性部材２２との間に生じる熱膨張に伴う応力を緩和することができる。さらに、ポリオルガノシロキサンは耐薬品性に優れているため、薬品類等に長期にわたって曝されるような部材の接合に効果的に用いることができる。

ポリオルガノシロキサンの中でも、特に、オクタメチルトリシロキサンの重合物を主成分とするものが好ましい。オクタメチルトリシロキサンの重合物を主成分とするプラズマ重合膜４は、接着性に優れていることから、本実施形態の接合方法で好適に用いられる。オクタメチルトリシロキサンの重合物は、常温で液状をなし、適度な粘度を有するため、取扱が容易である。

プラズマ接合層４Ａの成形手順を図４に基づいて説明する。
この工程では、プラズマ重合装置１００のチャンバー１０１の内部に短冊状光学ブロック２１Ａ，２２Ａや位相板４３を配置し、チャンバー１０１の内部に酸素を所定量導入するとともに第１電極１１１と第２電極１１２との間に電源回路１２０から高周波電圧を印加して光学部材自体の活性化を実施する。
その後、チャンバー１０１の内部に原料ガスとキャリアガスとの混合ガスが供給される。供給された混合ガスはチャンバー１０１の内部に充填され、図４（Ａ）に示される通り、短冊状光学ブロック２１Ａに設けられた反射膜４１や、短冊状光学ブロック２２Ａに設けられた偏光分離膜４２に混合ガスが露出される。
第１電極１１１と第２電極１１２との間に高周波電圧を印加することにより、プラズマが発生する。このプラズマのエネルギーにより原料ガス中の分子が重合し、図４（Ｂ）に示される通り、重合物が短冊状光学ブロック２１Ａの反射膜４１や短冊状光学ブロック２２Ａの偏光分離膜４２の表面に付着、堆積する。これにより、図４（Ｃ）に示される通り、反射膜４１や偏光分離膜４２にプラズマ接合層４Ａが形成される。同様の手順によって、短冊状光学ブロック２１Ａの反射膜４１が設けられていない面や、短冊状光学ブロック２２Ａの偏光分離膜４２が設けられていない面にもプラズマ接合層４Ａを形成する。さらに、位相板４３の一方の面にプラズマ接合層４Ａを形成する。

［表面活性化工程］
その後、図４（Ｄ）に示される通り、プラズマ接合層４Ａの表面を活性化させる。
表面活性化工程は、例えば、プラズマを照射する方法、オゾンガスに接触させる方法、オゾン水で処理する方法、あるいは、アルカリ処理する方法等を用いることができる。
ここで、活性化させる、とは、プラズマ接合層４Ａの表面及び内部の分子結合が切断されて終端化されていない結合手が生じた状態や、その切断された結合手にＯＨ基が結合した状態、又は、これらの状態が混在した状態をいう。
この表面活性化工程では、プラズマ接合層４Ａの表面を効率よく活性化させるためにプラズマを照射する方法が好ましい。プラズマ接合層４Ａの表面に照射するとしたのは、プラズマ接合層４Ａの分子構造を必要以上に、例えば、プラズマ接合層４Ａと反射膜４１又は偏光分離膜４２との境界に至るまで切断しないので、プラズマ接合層４Ａの特性の低下を避けるためである。

本実施形態で使用されるプラズマとしては、例えば、酸素、アルゴン、チッソ、空気、水等を1種又は２種以上混合して用いることができる。これらの中で、酸素とアルゴンを混合して使用することが好ましい。
このようなプラズマを使用することで、プラズマ接合層４Ａの特性の著しい低下を防止するとともに、広範囲のムラをなくし、より短時間で処理することができる。そして、プラズマはプラズマ接合層４Ａを形成する装置と同設備で発生させることができるから、製造コストが低減できるという利点もある。
プラズマを照射する時間は、プラズマ接合層４Ａの表面付近の分子結合を切断し得る程度の時間であれば特に限定されるものではないが、５ｓｅｃ〜３０ｍｉｎ程度であるのが好ましく、１０〜６０ｓｅｃがより好ましい。
このようにして活性化されたプラズマ接合層４Ａの表面には、ＯＨ基が導入される。
なお、本実施形態では、プラズマ重合膜形成工程と表面活性化工程との間に第一透光性部材２１、第二透光性部材２２を洗浄する工程を設けてもよい。この洗浄工程は、薬品、水、その他の適宜な手段を用いて行われる。

［第１次貼合工程］
第１次貼合工程では、図５（Ａ）に示される通り、短冊状光学ブロック２１Ａの反射膜４１と位相板４３とを、それぞれプラズマ接合層４Ａが形成された面を対向させて配置し、その後、図５（Ｂ）に示される通り、プラズマ接合層４Ａ同士を貼り合わせるとともに位相板４３と短冊状光学ブロック２１Ａとを互いに押し付ける。２枚のプラズマ接合層４Ａから１層のプラズマ重合膜４が形成される。
プラズマ接合層４Ａ同士を貼り合わせることで、これらの層同士が結合する。この結合は、次の（１）又は（２）、あるいは、（１）及び（２）のメカニズムに基づくものと推測される。
（１）２つの基材同士を貼り合わせると、各プラズマ接合層４Ａの表面にそれぞれ存在するＯＨ基同士が隣接することになる。この隣接したＯＨ基同士は、水素結合によって互いに引き合い、ＯＨ基同士の間に引力が発生する。また、この水素結合によって互いに引き合うＯＨ基同士は温度条件によって脱水縮合を伴って表面から離脱する。その結果、２つのプラズマ接合層４Ａの接触境界では、脱離したＯＨ基が結合していた結合手同士が結合する。つまり、各プラズマ接合層４Ａを構成するそれぞれの母材同士が直接結合して一体化し、１層のプラズマ重合膜４が形成される。
（２）２つの基材同士を貼り合わせると、各プラズマ接合層４Ａの表面や内部に生じた終端化されていない結合手同士が再結合する。この再結合は、互いに重なり合う（絡み合う）ように複雑に生じることから、接合界面にネットワーク状の結合が形成される。これにより、各プラズマ接合層４Ａを構成するそれぞれの母材同士が直接接合して一体化し、一層のプラズマ重合膜４が形成される。

［位相板研磨工程］
その後、図６に示される通り、位相板４３を研磨する。
図６には位相板の研磨装置が示されている。図６において、研磨装置は、Ｐ方向に回転する回転テーブル５０と、この回転テーブル５０の上に固定される載置台５１とを備え、この載置台５１には押圧部材５２が対向配置されている。この押圧部材５２はＰ方向に回転可能かつ載置台５１方向に移動可能であり、その載置台５１側の端面には砥石５３が設けられている。
位相板４３が設けられた短冊状光学ブロック２１Ａを載置台５１の上に複数配置し、この状態で、回転テーブル５０と押圧部材５２とをＰ方向に回転させて位相板４３を研磨する。研磨に際しては、位相板４３はプラズマ重合膜４（図６では図示を省略）を介して反射膜４１及び短冊状光学ブロック２１Ａに接合されているため、砥石５３からの力がかかっても、位相板４３が短冊状光学ブロック２１Ａから剥がれることはない。
本実施形態では、位相板４３を予め厚みのあるものを用意し、プラズマ重合膜４を介して短冊状光学ブロック２２Ａに接合した状態で、位相板４３を所定の厚みまで研磨する。
研磨された位相板４３の面には前述の方法によってプラズマ接合層４Ａを形成する。

［第２次貼合工程］
そして、図７に示される通り、位相板４３が設けられた短冊状光学ブロック２１Ａと、偏光分離膜４２が設けられた短冊状光学ブロック２２Ａとを、プラズマ接合層４Ａ同士が対向するように配置し、これらを互いに押圧する。これにより、２枚のプラズマ接合層４Ａから１層のプラズマ重合膜４が形成される。
表面が活性化されたプラズマ接合層４Ａは、その活性状態が経時的に緩和するので、表面活性化工程の後速やかに貼合工程に移行する。具体的には、表面活性化工程の後、６０分以内に貼合工程に移行するのが好ましく、５分以内に移行するのがより好ましい。この時間内であれば、プラズマ接合層４Ａの表面が十分な活性状態を維持しているので、貼り合わせに際して十分な結合強度を得ることができる。

［切断工程］
複数枚が積層された短冊状光学ブロック２１Ａ，２２Ａを所定形状に切断する。
図８（Ａ）で示される通り、複数が積層されて一体となった短冊状光学ブロック２１Ａ，２２Ａを用意する。この状態では、反射膜４１及びプラズマ重合膜４から第一薄膜層３１が形成され、偏光分離膜４２、位相板４３及びプラズマ重合膜４から第二薄膜層３２が形成される。これらの短冊状光学ブロック２１Ａ，２２Ａは、両端部が揃えられた状態とされる。
その後、図８（Ｂ）に示される通り、積層された短冊状光学ブロック２１Ａ，２２Ａに、その平面に対して４５°の方向Ｌに沿って所定間隔毎に切断する。切断された１つのブロック２１Ｃを図９（Ａ）に示す。
図９（Ａ）に示される通り、ブロック２１Ｃは端面が平行四辺形とされる。その後、ブロック２１Ｃの所定位置をその平面に対して垂直な方向Ｖ１に沿って切断する。その結果、図９（Ｂ）に示される偏光分離素子１が製造される。

以上の構成の本実施形態では次の作用効果を奏することができる。
（１）光入射面１Ａと光出射面１Ｂとに沿って第一透光性部材２１、第二透光性部材２２、偏光分離膜４２、反射膜４１、位相板４３及びプラズマ重合膜４が配置された偏光分離素子１において、第一透光性部材２１と第二透光性部材２２にはそれぞれ光入射面１Ａと光出射面１Ｂに傾斜した傾斜面２Ａが形成され、第一透光性部材２１の一方の傾斜面２Ａには反射膜４１が設けられ、第二透光性部材２２の一方の傾斜面２Ａには偏光分離膜４２が設けられ、プラズマ重合膜４は、第二透光性部材２２の傾斜面２Ａの表面と反射膜４１との間、第一透光性部材２１の傾斜面２Ａと位相板４３との間、並びに、位相板４３と偏光分離膜４２との間をそれぞれ分子接合する。
そのため、本実施形態では、第一透光性部材２１、第二透光性部材２２、反射膜４１、偏光分離膜４２及び位相板４３の間を接合するために、数十μｍの厚さの接着層を使用した従来例に比べて、厚さが数十ｎｍのプラズマ重合膜４を用いることで、偏光分離膜４２と反射膜４１との間隔の許容される公差を考慮した位相板４３の厚みを設定することができる。従って、第一透光性部材２１と第二透光性部材２２の設計基準を同じすることができるから、光学素子の製造効率を高いものにできる。詳述すると、偏光分離膜４２と反射膜４１との間隔を許容される公差以内にすれば、光学素子内での光損出を防ぎ、変換偏光効率が好ましい光学素子を得ることができる。そして、この構造は、同じ設計基準の第一透光性部材２１と第二透光性部材２２を準備することで得られる。つまり、準備した同一設計基準の透光性部材を第一透光性部材２１として用いても、あるいはこれを第二透光性部材２２として用いてもよく、高い製造効率が得られる。

（２）隣り合う偏光分離膜４２と反射膜４１の間隔の基準値をＲ、この間隔が許容される最大の公差をｍ、前記間隔が許容される最小の公差をｎとし、第一透光性部材２１及び第二透光性部材２２のそれぞれの板厚の基準値をＴ、第一透光性部材２１及び第二透光性部材２２のそれぞれの板厚が最大になる公差をｔｘ、第一透光性部材２１及び第二透光性部材２２のそれぞれの板厚が最小となる公差をｔｙとし、位相板４３の板厚の基準値をＱ、位相板４３の板厚が最大になる公差をｑｘとし、傾斜面２Ａの傾斜角をθとし、隣り合う偏光分離膜４２と反射膜４１の光入射面１Ａ上の間隔をＲ１、Ｒ２とし、隣り合う第一透光性部材２１及び第二透光性部材２２のそれぞれの板厚の基準値Ｔを同じくすると、Ｒ１＝Ｒ+ｍ＝（Ｔ+Ｑ）／Ｓｉｎθ、Ｒ２＝Ｒ−ｎ＝Ｔ／Ｓｉｎθ、Ｑ＜（ｍ×Ｓｉｎθ）−ｑｘ−ｔｘ、ｔｙ＜ｎ×Ｓｉｎθ、の関係を有するものとした。そのため、前述の効果をより効率的に達成することができる。

（３）プラズマ重合膜４の主材料はポリオルガノシロキサンであり、このポリオルガノシロキサンが比較的に柔軟性に富んでいるので、プラズマ重合膜４で部材同士を接合する際に、両部材の熱膨張に伴う応力を緩和することができる。しかも、ポリオルガノシロキサンは、耐薬品性に優れているため、耐薬品性の高い偏光分離素子を提供することができる。

（４）位相板４３は、水晶、ニオブ酸リチウム、方解石のいずれかからなる無機結晶材料から形成されるので、薄板化することができ、板厚公差も精度がよく、より偏光分離素子１の製造効率を高いものにできる。
（５）位相板４３を所定の厚さにするために、板厚が規定値より厚い位相板４３を短冊状光学ブロック２１Ａに設け、この位相板４３の表面を研磨するようにしたので、短冊状光学ブロック２１Ａから形成される第二透光性部材２２の傾斜面２Ａに対する位相板４３の位置だしを正確に行うことができる。
（６）研磨工程では、短冊状光学ブロック２２Ａを載置台５１の上に配置し、この状態で、回転テーブル５０と押圧部材５３とを回転させて位相板４３を研磨するようにしたので、位相板４３を所定の寸法に効率的に研磨することができる。

以下、本実施形態の効果を確認するために、実施例について説明する。
実施例として、θ＝４５°とし、第一透光性部材２１及び第二透光性部材２２のそれぞれの板厚Ｔ１，Ｔ２の基準値Ｔを２８００μｍ、位相板４３の板厚の基準値Ｑを３０μｍ、偏光分離膜４２の膜厚の基準値を６μｍ、反射膜４１の膜厚の基準値を３μｍとすると、実施例の各項目の最大公差及び最小公差は表１のようになる。

比較例は、特許文献１，２として提示された偏光分離素子である。
比較例１は、特許文献２の段落［００５９］に記載された具体例であり、その設計条件を表２に示す。

比較例２は、特許文献１の段落［００６２］〜［００６５］に記載された具体例であり、その設計条件を表３に示す。

実施例は、前述の通り、プラズマ重合膜４の厚さは数ｎｍであり、偏光分離膜４２及び反射膜４１の板厚も数μｍであるため、無視することができる。そのため、表１に示される通り、第一透光性部材２１及び第二透光性部材２２の板厚の最大公差を＋２０μｍまで、最小公差を−２０μｍまでに抑えることができる。つまり、実施例では、第一透光性部材２１と第二透光性部材２２との設計基準を同じにすることができるから、偏光光学素子１の製造効率を高いものにできる。
比較例１は、表２に示される通り、位相板として１００μｍという厚い有機フィルムを用いるために、本実施形態の透光性部材に相当するガラスの板厚の基準値が２１６０〜２２６０μｍであるため、複数のガラスの設計基準を同じにすることはできないことがわかる。従って、複数の設計基準に基づいた透光性部材をそれぞれ準備しなくてはいけない煩雑さがある。
比較例２は、表３に示される通り、本実施形態の透光性部材に相当するガラスの板厚の基準値が２５７０〜３１７０μｍであるので、比較例１と同様に、複数のガラスの設計基準を同じにすることはできないことがわかる。これもまた、複数の設計基準に基づいた透光性部材をそれぞれ準備しなくてはいけない煩雑さがある。

上述の実施例の設計に基づき、偏光変換素子を試作し、投射表示装置に実装して投射スクリーン上での照度分布を測定した。比較例と同様な照度を得ることができた。接着層および位相板の厚みを薄くすることにより複数の板厚の透光部材を準備しなくとも照度を確保した投射表示装置を得ることができる。また、要求される偏光分離膜と反射膜の間隔と位相板の板厚から、透光性部材の最小公差と最大公差を簡便に求め、透光性部材を準備することができる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態では、第一透光性部材２１及び第二透光性部材２２をガラスから成形したが、本発明では、ガラス以外での材質、例えば、ポリカーボネートやアクリル系等の透明プラスチック材料から第一透光性部材２１及び第二透光性部材２２を成形するものでもよい。
さらに、位相板４３の研磨工程を省略し、予め、所定寸法の位相板４３を用意するものでもよい。

前記実施形態では、光学素子として偏光分離素子１を説明したが、本発明では、光入射面１Ａと光出射面１Ｂとに沿って第一透光性部材２１、第二透光性部材２２、偏光分離膜４２、反射膜４１、位相板４３及びプラズマ重合膜４が配置された光学素子であれば、その具体的な構造は問わない。
また、本発明では、光学素子を液晶プロジェクタ以外の光学装置、例えば、光ピックアップやカメラ等に用いることができる。

本発明は、液晶プロジェクタ、その他の装置に用いられる光学素子に利用できる。

本発明の一実施形態の光学素子である偏光分離素子を示す端面図。 図１の要部拡大断面図。 前記実施形態で使用するプラズマ重合装置の概略図。 プラズマ接合層の成形手順を説明する概略図。 前記実施形態における第１次貼合工程を説明する概略図。 前記実施形態における位相板の研磨工程を実施するための研磨装置を示す斜視図。 前記実施形態における第２次貼合工程を説明する概略図。 前記実施形態における切断工程を説明する概略図。 前記実施形態における切断工程を説明する概略図。

符号の説明

１…偏光分離素子（光学素子）、１Ａ…光入射面、１Ｂ…光出射面、２Ａ…傾斜面、４…プラズマ重合膜、４Ａ…プラズマ接合層、２１…第一透光性部材、２２…第二透光性部材、２１Ａ，２２Ａ…短冊状光学ブロック、３１…第一薄膜層、３２…第二薄膜層、４１…反射膜、４２…偏光分離膜、４３…位相板

Claims (4)

1. 光入射面と、この光入射面にほぼ平行な光出射面と、を有する平板形状の光学素子であって、
   これらの光入射面と光出射面とに沿って複数の透光性部材と偏光分離膜と反射膜と位相板とプラズマ重合膜とが配置され、
   前記透光性部材には前記光入射面と前記光出射面に対し傾斜した傾斜面が形成され、前記複数の透光性部材のうち一部の透光性部材の傾斜面には前記偏光分離膜と前記反射膜とのいずれか一つが設けられ、
   前記プラズマ重合膜は前記透光性部材の傾斜面の表面、前記偏光分離膜の表面及び前記反射膜の表面の少なくともいずれか一つの面に設けられ、
   前記プラズマ重合膜により、隣接する前記透光性部材と前記反射膜との間、隣接する前記透光性部材と前記位相板との間、隣接する位相板と前記偏光分離膜との間の少なくともいずれかが分子接合されていることを特徴とする光学素子。
2. 請求項１に記載された光学素子において、
   前記プラズマ重合膜は、その主材料がポリオルガノシロキサンであることを特徴とする光学素子。
3. 請求項１又は請求項２に記載された光学素子において、
   隣り合う前記偏光分離膜と前記反射膜の間隔の基準値をR、前記間隔が許容される最大の公差をｍ、前記間隔が許容される最小の公差をｎとし、
   前記透光性部材の板厚の基準値をＴ、前記透光性部材の板厚が最大になる公差をｔｘ、前記透光性部材の板厚が最小となる公差をｔｙとし、
   前記位相板の板厚の基準値をＱ、前記位相板の板厚が最大になる公差をｑｘとし、
   傾斜面の傾斜角をθとし、
   隣り合う前記偏光分離膜と前記反射膜の間隔をＲ１、Ｒ２とし、
   隣り合う前記透光性部材の板厚の基準値Ｔを同じくすると、
   Ｒ１＝Ｒ+ｍ＝（Ｔ+Ｑ）／Ｓｉｎθ
   Ｒ２＝Ｒ−ｎ＝Ｔ／Ｓｉｎθ
   Ｑ＜（ｍ×Ｓｉｎθ）−ｑｘ−ｔｘ
   ｔｙ＜ｎ×Ｓｉｎθ
   であることを特徴とする光学素子。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載された光学素子において
   前記位相板は、水晶、ニオブ酸リチウム、方解石のいずれかであることを特徴とする光学素子。

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