JP2013225069A - 偏光光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ワイヤーグリッド偏光素子の入射側にフィルタを配置しても偏光光の偏光軸のばらつきが顕在化しないようにする。
【解決手段】 棒状のランプ１１と樋状の反射ミラー１２を収容したランプハウス６０内には、ワイヤーグリッド偏光素子８１が設けられ、ランプ１１とワイヤーグリッド偏光素子８１との間にはフィルタ９０が設けられる。ランプ１１からの光はワイヤーグリッド偏光素子８１によって偏光光となり、ワークＷに照射される。ランプ１１の長さ方向に垂直な方向で見た際、フィルタ９０はワイヤーグリッド偏光素子８１よりも大きい。外側斜め入射光Ｌｏが遮蔽されないので、有効照射領域の端点Ｅにおいて偏光軸のばらつきが顕在化しない。
【選択図】 図１

Description

本願の発明は、ワイヤーグリッド偏光素子を使用して偏光光を照射する偏光光照射装置に関する。

液晶パネルの配向膜や、紫外線硬化型液晶を用いた視野角補償フィルムの配向層などを得るための配向処理において、ワークに紫外域の偏光光を照射することにより配向を行なう光配向技術が採用されるようになってきている。以下、本明細書においては、光により配向を行うことを総称して光配向と呼び、光により配向処理された膜や層を光配向膜と総称する。尚、「配向」とは、対象物の何らかの性質について方向性を与えることである。

液晶パネルで用いられる光配向膜は、液晶パネルの大型化とともに大型化しており、それとともに光配向膜用のワークに偏光光を照射する偏光光照射装置も大型化している。
このような大面積の光配向膜用のワークに対して光配向を行うために、線状の光源である棒状のランプとワイヤーグリッド偏光素子とを組み合わせた偏光光照射装置が、例えば特許文献１（特許第４５０６４１２号公報）などで提案されている。

図８は、従来の偏光光照射装置の主要部の斜視概略図である。図８に示す偏光光照射装置は、ワークＷを搬送する搬送機構と、搬送されるワークＷに対して偏光光を照射する光照射部１０などから構成されている。図８において、ワークＷは、例えば視野角補償フィルム用の帯状の長尺ワークであり、送り出しロールＲ１から送り出され、図中矢印方向に搬送されながら偏光光照射により光配向処理され、巻き取りロールＲ２により巻き取られる。棒状のランプ１１及び樋状の反射ミラー１２を備えた光照射部１０からの光はワイヤーグリッド偏光素子８１により偏光され、光照射部１０の下で搬送されるワークＷに照射される。これにより、光配向処理が行われる。

ワイヤーグリッド偏光素子８１は、利用する光（偏光光）を透過する透明基板にグリッドを形成した構造を有する。グリッドは、一定の方向に延びる導電性又は半導電性のラインをスペースを設けながら平行に多数形成したパターン（ライン・アンド・スペース）を有する。入射する光のうち、グリッドの長手方向に平行な偏光成分は大部分が反射もしくは吸収され、グリッドの長手方向に直交する偏光成分は透過する。したがって、ワイヤーグリッド偏光素子８１を透過した光は、グリッドの長手方向に直交する方向の偏光軸を有する偏光光となる。このようなワイヤーグリッド偏光素子８１の詳細は、例えば特許文献２（特開２００２−３２８２３４号公報）や特許文献３（特表２００３−５０８８１３号公報）に示されている。

特許第４５０６４１２号公報 特開２００２−３２８２３４号公報 特表２００３−５０８８１３号公報 特開２００６−１８４７４７号公報

上述した偏光光照射装置において、波長選択やワイヤーグリッド偏光素子の保護などの目的で、光源とワイヤーグリッド偏光素子との間にフィルタを配置することが必要になる場合がある。例えば、光配向では、前述したように紫外線をワークに照射するが、ワークが感度を持つ波長（光配向に使用される波長）以外の紫外線については、ワークの劣化などを生じるため除去すべき場合がある。このような場合、ワークの劣化などを生じる有害な波長の紫外線をフィルタを用いてカットすることが行われる。

また、ワイヤーグリッド偏光素子の重要な特性の一つに消光比がある。光配向において、消光比は、Ｉｖ／Ｉｐで表される。Ｉｖは、グリッドの長手方向に垂直な方向の偏光光強度、Ｉｐは平行な方向の偏光光強度である。高い消光比の偏光光を照射することで、ワークに対する光配向処理の度合いを高めることができる。発明者の研究によると、ワイヤーグリッド偏光素子の特性として、特定の波長域については他の波長域と比べて消光比が高くなる場合があることが判ってきている。ワークの感光波長域（光配向が可能な波長域）と消光比が高くなる波長域が重なっているのであれば、その重なっている波長域の紫外線を選択的に照射することで、光配向処理の効果をより高めることができる。フィルタによる波長選択は、このような目的でも行われることがある。

また、前述したように、ワイヤーグリッド偏光素子は、透明基板上に微細なグリッドを形成した繊細で高価な光学素子であり、グリッドを形成した面（以下、グリッド面という）については特に慎重な取り扱いが要求される。グリッド面を誤って手で触って汚損してしまったり、メンテナンスの際にねじなどを落下させてグリッドに欠けなどを生じさせたりすることがないようにしなければならない。このため、グリッド面を覆うようにして保護用のフィルタを設けることが必要になる場合が多い。ワイヤーグリッド偏光素子は、通常、グリッド面を光源側に向けた状態で配置される。光源とは反対側に向けると、グリッド面が露出してしまう構造になることが多く、誤って手で触ってしまう恐れが高くなるからである。したがって、保護用のフィルタは、ワイヤーグリッド偏光素子の光源側（入射側）に配置される。

上述したいずれかの又は二以上の目的のため、ワイヤーグリッド偏光素子の入射側にフィルタを配置することが必要になる場合がある。ここで、発明者の研究によると、ワイヤーグリッド偏光素子の入射側にフィルタを配置した場合、偏光光照射領域の周辺部において偏光光の偏光軸のばらつきが顕在化する問題が生じることが判明した。

図９は、偏光光照射領域の周辺部における偏光軸のばらつきの問題について示した平面概略図である。図９において、偏光光の偏光軸の向きを矢印で示す。図８に示すように、偏光光照射領域は、樋状の反射ミラー１２の下端開口の直下の領域であり、ランプ１１の長さにほぼ等しい長さの長方形の領域となる。このような偏光光照射領域において、例えばランプ１１の長さ方向に直角な方向の偏光光が出射されるようにワイヤーグリッド偏光素子８１を配置した場合、ランプ１１の直下の位置で偏光光の偏光軸を測定すると、図９に示すように、正しく直角な方向に向いているのが確認される。しかしながら、偏光光照射領域の周辺部、特に四隅の部分で測定すると、図９に示すように偏光軸が直角に向かず、斜めに傾いて（回転して）しまっているのが確認される。

このような各隅部での偏光軸のばらつきに対して、特許文献４では、ランプとワイヤーグリッド偏光素子との間に筒状のミラーを設けるなどの構造で改善していくことが検討されている。しかしながら、発明者の研究によると、ワイヤーグリッド偏光素子の入射側にフィルタを配置すると、幅方向の端部において別の要因で偏光軸のばらつきが顕在化することが判明した。尚、ここでの幅方向とは、偏光光照射領域のうちランプ１１の長さ方向に対して垂直な方向を意味しており、図９に示す例では、ワークＷの長さ方向（搬送方向）に相当する。

本願発明は、上述した新たな課題（フィルタ配置による偏光軸ばらつきの顕在化）を解決するためになされたものであり、ワイヤーグリッド偏光素子の入射側にフィルタを配置しても偏光光の偏光軸のばらつきが顕在化しないようにすることを目的としている。

上記課題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、線状の光源と、光源からの光を偏光させて照射するワイヤーグリッド偏光素子と、ワイヤーグリッド偏光素子が設けられた側とは反対側において光源を覆った樋状の反射ミラーとを備えた偏光光照射装置において、
光源とワイヤーグリッド偏光素子との間の光路上にはフィルタが設けられており、
光源の長さ方向に対して垂直で光照射面に対して平行な方向である幅方向で見た際、フィルタはワイヤーグリッド偏光素子よりも大きいという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、前記請求項１の構成において、前記反射ミラーは、前記光源の長さ方向に垂直な断面での反射面の形状が放物線を成しており、前記フィルタは前記ワイヤーグリッド偏光素子に対して平行に設けられており、
前記フィルタの幅方向の端部が前記ワイヤーグリッド偏光素子からはみ出している長さは２．５ｍｍ以上であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、前記請求項１の構成において、前記反射ミラーは、前記光源の長さ方向に垂直な断面での反射面の形状が放物線を成しており、前記フィルタは前記ワイヤーグリッド偏光素子に対して平行に設けられており、
前記フィルタの端部が前記ワイヤーグリッド偏光素子からはみ出している長さをＳ、前記ワイヤーグリッド偏光素子の有効領域の端点に対して最も外側から入射する光の入射角をθ、前記フィルタと前記ワイヤーグリッド偏光素子との離間間隔をｄとしたとき、Ｓ≧ｄ・ｔａｎθの関係が成立しているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項４記載の発明は、前記請求項１乃至３いずれかの構成において、前記光源、前記ワイヤーグリッド偏光素子及び前記反射ミラーは、ランプハウスに収容されており、
ランプハウスには、ランプハウス内を通風によって冷却する通風路が形成されており、
前記フィルタは前記ワイヤーグリッド偏光素子に対して平行に設けられており、
前記フィルタと前記ワイヤーグリッド偏光素子との間の空間も通風路となっているとともに、前記フィルタの出射面と前記ワイヤーグリッド偏光素子の入射面との離間間隔は５ｍｍ以上であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項５記載の発明は、前記請求項１乃至４いずれかの構成において、前記フィルタは、フィルタ本体と、フィルタ本体を保持したフィルタ枠とによって構成されており、フィルタ本体は複数設けられており、フィルタ枠は、同一平面上に並べられた複数のフィルタ本体を保持したものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項６記載の発明は、前記請求項１乃至５いずれかの構成において、前記ワイヤーグリッド偏光素子は、フレームによって保持されており、前記フィルタはこのフレームに連結されていて前記ワイヤーグリッド偏光素子と一緒に移動可能となっているという構成を有する。

以下に説明する通り、本願の各請求項記載の発明によれば、幅方向で見た際、フィルタはワイヤーグリッド偏光素子よりも大きいので、幅方向の端部における偏光軸のばらつきの顕在化が防止される。このため、より均一性の高い光配向処理に貢献できる。
また、請求項４記載の発明によれば、上記効果に加え、フィルタがワイヤーグリッド偏光素子の冷却を阻害することがないので、ワイヤーグリッド偏光素子が限度以上に加熱されてしまったり、ワイヤーグリッド偏光素子が発する輻射熱が光配向膜を限度以上に加熱してしまったりする問題が防止される。
また、請求項５記載の発明によれば、上記効果に加え、複数のフィルタ本体が並べられてフィルタ枠により保持されているので、より大面積の領域に偏光光を照射するのに適したものとなる。
また、請求項６記載の発明によれば、上記効果に加え、フィルタがワイヤーグリッド偏光素子と一緒に移動できるので、着脱の際の動作が容易となる。

本願発明の実施形態に係る偏光光照射装置の側面断面概略図である。 図１に示すフィルタの平面概略図である。 フィルタの大きさと偏光光照射領域における偏光軸のばらつきとの関係について模式的に示した図である。 ワイヤーグリッド偏光素子に対するフィルタの相対的な大きさと偏光軸のばらつきとの関係について調べた実験の結果を示す図である。 図４に結果を示す実験において、偏光軸の向きを有効照射領域のどの地点で測定したのかを示す平面概略図である。 ワイヤーグリッド偏光素子に対するフィルタの相対的な大きさに関する定性的な説明の一例について示した概略図である。 ワイヤーグリッド偏光素子に対するフィルタのはみ出し長さが一定の場合に離間距離の増大に伴って偏光軸のばらつきが大きくなる点を確認した実験の結果を示す図である。 従来の偏光光照射装置の主要部の斜視概略図である。 偏光光照射領域の周辺部における偏光軸のばらつきの問題について示した平面概略図である。

次に、本願発明を実施するための形態（以下、実施形態）について説明する。
図１は、本願発明の実施形態に係る偏光光照射装置の側面断面概略図である。図１は、ワークＷの搬送方向での断面図となっている。図１に示す偏光光照射装置は、線状の光源と、この光源からの光を偏光させるワイヤーグリッド偏光素子とを備えている。

光源は、光配向に必要な波長の光を放射するものである。図８に示す場合と同様に、ワークＷの幅方向に長いパターンで光を照射するため、棒状のランプ１１が光源として使用されている。本実施形態では、紫外域の光によって光配向を行うので、高圧水銀ランプや水銀に他の金属を加えたメタルハライドランプなどが使用される。紫外域の必要な波長の光を放射するＬＥＤを複数並べて長い照射パターンを得るようにしても良い。尚、棒状のランプ１１は、その長さ方向がワークＷの幅方向となるように配置される。ワークＷは、ランプ１１の長さ方向に対して垂直な水平方向（図1の図面左右方向）に搬送され、その搬送の過程で偏光光が照射される。

図８と同様に、ランプ１１を覆うようにして、樋状の反射ミラー１２が設けられている。反射ミラー１２は、ランプ１１からの光を折り返してワークＷに向かわせることで光の利用効率を高めるものである。樋状の反射ミラー１２としては、本実施形態では、反射面の断面形状が放物線を成すもの（放物面鏡）が使用されている。

ワイヤーグリッド偏光素子８１は、ランプ１１とワークＷとの間に位置するよう配置される。本実施形態では、ワークＷの大型化に対応するため、複数のワイヤーグリッド偏光素子８１を並べてユニット化したものが採用されている。各ワイヤーグリッド偏光素子８１は方形の板状であり、ワークＷの幅方向（図１の紙面垂直方向）に並べられ、フレーム８２で保持されている。各ワイヤーグリッド偏光素子８１の端面が隣り合う箇所には、隙間からの漏れ光（非偏光光の漏れ）を防止するため、不図示の遮光板が設けられている。このようなワイヤーグリッド偏光素子８１のユニット（以下、偏光素子ユニットという）の構造については、特許文献１に開示されたものを参照することができる。

尚、偏光素子ユニットの着脱を容易にするため、レール８３に沿って移動させる構造が採用されている。ランプ１１などを収容したハウジング（以下、ランプハウスという）６０の下板部には光照射口７０が設けられている。光照射口７０の縁に沿って一対のレール８３が設けられており、偏光素子ユニットは、着脱の際、このレール８３上を移動する構造となっている。

また、ランプ１１からの光による熱の問題を解消するため、ランプハウス６０内を冷却する構造が採用されている。図１に示すように、反射ミラー１２は左右一対のものとなっている。左右の反射ミラー１２は、上部において離間しており、ランプ１１の上側において通風用のスリットを形成している。スリットの上方にはラジエータ２０が設けられており、その上にはブロア３０が設けられている。ブロア３０が動作すると、図１に破線矢印で示すようにラジエータ２０を通して風が流れ、ランプハウス６０内が冷却される。

冷却の目的は、ランプ１１自体の温度上昇を抑制する他、ランプハウス６０内の各部品を冷却したり、ランプハウス６０の表面が限度以上に熱くならないようにしたりするためである。また、各ワイヤーグリッド偏光素子８１を冷却することで熱的損傷を防止する目的の他、各ワイヤーグリッド偏光素子８１が高温になることでその輻射熱でワークＷが異常加熱されるのを防止する目的もある。

本実施形態の装置は、ワイヤーグリッド偏光素子８１の入射側にフィルタ９０を備えている。フィルタ９０の配置は、前述した一又は二以上の目的である。フィルタ９０は、フィルタ本体９１と、フィルタ本体９１を保持したフィルタ枠９２とから成る。
フィルタ本体９１は、利用する偏光光の波長を十分に透過するものであることが最低限必要である。この他、波長選択の目的でフィルタ９０が配置される場合、目的とする波長を透過し、他の波長を適宜遮断ないし吸収する特性を有するものが使用される。

図２は、図１に示すフィルタの平面概略図である。図２に示すように、ワイヤーグリッド偏光素子８１と同様、フィルタ９０についても、複数のフィルタ本体９１を並べて配置した構造が採用されている。各フィルタ本体９１は方形の板状であり、ワークＷの幅方向に並べられている。図２に示すように、フィルタ枠９２の内縁はフィルタ本体９１の枚数分の長さを有し、同一平面上に並べられた各フィルタ本体９１を保持している。図１に示すように、フィルタ枠９２の各辺はＬ字状の断面形状を有し、段差を有する。各フィルタ本体９１は、この段差に落とし込まれた状態で保持されている。尚、図２では、四枚のフィルタ本体９１が使用されているが、フィルタ本体９１はワークＷの大きさに応じて適宜変更されることはいうまでもない。より幅広のワークＷについてより多くの枚数のフィルタ本体９１が使用されるし、幅の狭いワークＷについては少なくされる。

図１に示すように、各フィルタ本体９１は、ワイヤーグリッド偏光素子８１と平行な姿勢でフィルタ枠９２に保持されている。また、フィルタ枠９２は、連結具９３によりワイヤーグリッド偏光素子８１のフレーム８２に連結されている。したがって、フィルタ９０は、偏光素子ユニットの着脱の際に偏光素子ユニットと一緒にレール８３上を移動可能となっている。

また、ワイヤーグリッド偏光素子８１とフィルタ本体９１との間には、ブロア３０による冷却風が流れるようになっている。即ち、フィルタ９０の配置によってワイヤーグリッド偏光素子８１の冷却が阻害されないようにしている。尚、連結具９３は、フィルタ本体９１とワイヤーグリッド偏光素子８１との間に流れる冷却風を遮蔽しない構造となっている。

このようなフィルタ９０は、図１に示すように、ワイヤーグリッド偏光素子８１よりも幅広のものとなっている。より正確にいえば、幅方向で見た際、フィルタ９０はワイヤーグリッド偏光素子８１よりも大きいものとなっている。

尚、「フィルタはワイヤーグリッド偏光素子よりも大きい」といった場合、いうまでもないことであるが、フィルタとして機能する領域がワイヤーグリッド偏光素子よりも大きいという意味である。図１に示すように、フィルタ本体９１の端部はフィルタ枠９２で覆われており、フィルタ本体９１のうちフィルタ枠９２で覆われた部分はフィルタ９０としては機能しない。したがって、実施形態でいえば、フィルタ本体９１のうちフィルタ枠９２で覆われていない部分（有効領域）の大きさがワイヤーグリッド偏光素子８１よりも大きいということである。ちなみに、この点はワイヤーグリッド偏光素子８１についても同様で、ワイヤーグリッド偏光素子として有効に機能する領域よりもフィルタ９０の有効領域の方が大きいという意味である。ワイヤーグリッド偏光素子８１の有効領域は、ワイヤーグリッド偏光素子８１のうちのフレーム８２や不図示の遮光板で覆われていない部分ということになる。

上記のようにフィルタ９０をワイヤーグリッド偏光素子８１よりも幅広にしておくことは、前述した光照射面における偏光軸のばらつきの顕在化の問題を研究した発明者の研究成果に基づいている。以下、この点について図３を使用して説明する。図３は、フィルタ９０の大きさと偏光軸のばらつきとの関係について模式的に示した図である。尚、光照射面において、一定以上の照度で偏光光が照射される領域が有効照射領域として設定される。問題となる偏光軸のばらつきは、一義的には有効照射領域において生じる。

前述したように、ワイヤーグリッド偏光素子では、グリッドの長手方向に垂直な方向に偏光する偏光光を透過し、グリッドの長手方向に平行な方向に偏光する偏光光を反射ないし吸収する。この特性は、光がワイヤーグリッド偏光素子に垂直に入射する時に最適に得られるが、光が斜めに入射しても消光比自体には影響がない。しかしながら、光が斜めに入射すると、偏光光の偏光軸が変化し、この影響が大きくなると、問題となる偏光軸のばらつきとなって現れる。

図３に示すように、有効照射領域のうちの幅方向（ランプ１１の長さ方向に垂直な方向）について考えてみる。有効照射領域の各点には、ランプ１１から直接到達する光と、反射ミラー１２を経て到達する光とがある。反射ミラー１２が樋状放物面鏡である場合、通常、ランプ１１の中心が焦点の位置になるようランプ１１は配置される。この場合、ランプ１１の中心から出て反射ミラー１２に反射した光は、光軸ａに沿った平行光になり、光照射面に垂直に入射する。ランプ１１の中心から出た光の軌跡を、図３中実線で示す。
実際には、ランプ１１は、有限な大きさの発光部を有しており、中心以外の場所から出た光は平行光とはならない。仮に、ランプ１１の管内全体が発光部だとすると、図３に一点鎖線で示すように光照射面の一点に光が到達する。また、図３中に二点鎖線で示すように、反対側の反射ミラー１２に反射して一点に到達する光もある。

図３から容易に理解できるように、有効照射領域の中央部では、各光線の入射角に大きな違いはない。しかし、図３に示すように、有効照射領域の端部の点Ｅでは、一方の側の反射ミラー１２に反射して入射する光線と、ランプ１１からの直射光及び反対側の反射ミラー１２に反射して入射する光線との間で、入射角の違いが大きくなる。このため、有効照射領域の中央部では問題となる偏光軸のばらつきが生じていなくても、端部の点Ｅでは、問題となるばらつきが生じてしまうことがある。

ここで重要なことは、点Ｅに入射する光のうち、外側から入射する光の存在である。この光は、上述したランプ１１が有限な発光部を有することから来るもので、この例では、ランプ１１の下部から放射されて端部の点Ｅの側の反射ミラー１２に反射した光である。この外側から斜めに入射する光（以下、外側斜め入射光と呼び、図３中にＬｏで示す）は、実は、偏光軸のばらつきの点では、ランプ１１からの直射光や反対側の反射ミラー１２に反射して入射する光（以下、中央側光と呼ぶ）の影響を弱める働きを有している。即ち、点Ｅで測定される偏光光の偏光軸は、入射する各偏光光の偏光軸を重ね合わせたものであり、重ねの理が成り立つ。外側斜め入射光Ｌｏは、中央側光の偏光軸を弱めるように作用し、点Ｅにおいて総量として観測される偏光光の偏光軸が光照射領域の中央部に比べて大きく異なってしまう（ばらついてしまう）のを抑制している。

ここで、何らかの部材により外側斜め入射光Ｌｏが遮蔽されてしまうと、中央側光の影響を弱める作用が無くなってしまうので、偏光軸のばらつきが顕在化してしまう。実施形態の構造でいえば、フィルタ枠９２がこれに相当する。ワイヤーグリッド偏光素子８１の入射側にフィルタ９０を配置する際、図３中に破線で示すように、ワイヤーグリッド偏光素子８１と同程度の幅のフィルタ９０としてしまうと、フィルタ９０はフィルタ枠９２を有していることから、このフィルタ枠９２が外側斜め入射光Ｌｏを遮蔽する状態となってしまう。
本願の発明者は、フィルタ９０を当初はワイヤーグリッド偏光素子８１と同程度の幅としたが、上記のような偏光軸のばらつき顕在化を確認した。発明者は、この原因について鋭意調査し、上記のような知見を得て、フィルタ９０をワイヤーグリッド偏光素子８１よりも幅広のものとする解決策を見い出したのである。

次に、フィルタ９０をワイヤーグリッド偏光素子８１よりもどの程度大きくしておけば良いかについて説明する。図４は、ワイヤーグリッド偏光素子８１に対するフィルタ９０の相対的な大きさと偏光軸のばらつきとの関係について調べた実験の結果を示す図である。
この実験では、幅の異なるフィルタ９０を用意し、それぞれについて偏光軸のばらつきがどのようになるかを調べた。図５は、図４に結果を示す実験において、偏光軸の向きを有効照射領域のどの地点で測定したのかを示す平面概略図である。

図５に示すように、まず、有効照射領域の中心点（ランプ１１の中心の直下の位置）Ａにおいて偏光軸を測定し、これを基準となる偏光軸の向きとした。次に、有効照射領域の隅の一点Ｂにおいて偏光軸の向きを測定し、Ａ点における偏光軸に対して成す角を偏光軸のばらつきとした。また、有効照射領域を少し外れた点であるが、図５に示す点Ｃにおける偏光軸の向きを測定し、同様に点Ａでの偏光軸の向きに対して成す角を偏光軸のばらつきとした。

寸法について例示すると、ランプ１１の長さが３０００ｍｍ程度であるとすると、有効照射領域は、２５００×８０ｍｍ程度である。点Ｃは、点Ｂから例えば１５０ｍｍ程度離れた場所とされる。この例では、ワイヤーグリッド偏光素子の有効領域の幅は９０ｍｍである。尚、ワークＷの幅の全長に亘って偏光光を照射する必要がある場合、図５中に破線で示すように、有効照射領域の長さはワークＷの幅より少し大きく設定される。幅方向にマージンを取った上でワークＷに光配向処理する場合、ワークＷの幅よりマージンの分だけ狭い領域が有効照射領域として設定される。

図４に示すように、フィルタの幅が８０ｍｍの場合（ワイヤーグリッド偏光素子よりも１０ｍｍ狭い場合）、点Ｂでは０．２４度程度の偏光軸のずれが観測され、点Ｃでは１．０度程度のずれが観測された。また、フィルタの幅がワイヤーグリッド偏光素子と同じ９０ｍｍの場合、Ｂ点では０．１５度程度の偏光軸のずれが観測され、点Ｃは０．６度程度のずれが観測された。フィルタの幅がワイヤーグリッド偏光素子よりも少し大きく、９５ｍｍの場合、Ｂ点では０．１１度程度の偏光軸のずれが観測され、点Ｃでは０．４９度程度のずれが観測された。さらにフィルタの幅を大きくし、１００ｍｍ、１１０ｍｍとしたが、偏光軸のずれは、点Ｂでは０．１１度程度、点Ｃでは０．４８度程度と、大きな変化は無かった。また、フィルタを配置しない状態での測定も同様に行っており、その結果が図３中の右端に併せて示してある。点Ｂで０．１１度程度のずれ、点Ｃでは０．４８度程度のずれであり、フィルタの幅を９５ｍｍ以上とした場合と同程度であった。

この図４に示す結果からは、フィルタの幅を９５ｍｍ以上としておけば、問題となる偏光軸のばらつきは生じないということになる。図１に示すように、フィルタ９０はワイヤーグリッド偏光素子８１と同心上に（中心が同一法線上になるように）平行に配置され、且つ互いの幅方向が同一方向になるように配置される。したがって、全体で５ｍｍオーバーであるので、各側で２．５ｍｍ以上大きくなっていれば良いということになる。

以上は実験データに基づく定量的な説明であったが、外側斜め入射光の作用を考慮した定性的な説明も可能である。この説明について、図６を参照して行う。図６は、ワイヤーグリッド偏光素子に対するフィルタ９０の相対的な大きさに関する定性的な説明の一例について示した概略図である。

前述したように、端部における偏光軸のずれは、外側斜め入射光Ｌｏが遮蔽されることによる。これを考慮に入れた場合、偏光軸のばらつきが顕在化しないようにするには、有効照射領域の幅方向の端点Ｅにおいて最も外側から斜めに入射する光（最も入射角が大きい外側斜め入射光、以下、最外斜め入射光と呼び、Ｌｏ’で示す）を遮らないようにすることが臨界的な条件ということになる。この光を遮らなければ、より入射角が小さい外側斜め入射光も遮ることがないし、端点Ｅよりも内側の点においても外側斜め入射光が遮蔽されることはない。

ワイヤーグリッド偏光素子の有効領域は、端点Ｅに入射する最外斜め入射光Ｌｏ’が透過する大きさとされる。通常は余裕を見て有効領域は少し大きくされるが、臨界的な条件を考えるため、ここでは、図６に示すように、最外斜め入射光Ｌｏ’はワイヤーグリッド偏光素子８１の有効領域の端点Ｐを通過するとして考える。尚、最外斜め入射光Ｌｏ’を厳密に表現すると、発光部の各点のうち、有効照射領域の端点Ｅから反射ミラー１２を経て発光部を見込んだ際に最もワイヤーグリッド偏光素子８１の側に位置する点から出た光ということになる。

最外斜め入射光Ｌｏ’の入射角をθとする。フィルタ９０、ワイヤーグリッド偏光素子８１及び光照射面はすべて平行であるので、入射角θはそれぞれの面で等しい。尚、図６は、フィルタ本体９１やワイヤーグリッド偏光素子８１中での屈折を無視して描いている。また、フィルタ９０とワイヤーグリッド偏光素子８１の離間間隔をｄとする。離間間隔ｄは、有効領域を規定する面間の距離で、この例ではそれぞれの出射面の間隔である。この場合、図６に示すように、フィルタ９０のワイヤーグリッド偏光素子８１からのはみ出し長さＳを、Ｓ≧ｄ・ｃｏｔ（π／２−θ）＝ｄ・ｔａｎθとしておけば、最外斜め入射光Ｌｏ’を遮蔽することなくワイヤーグリッド偏光素子８１に入射させることができることになる。フィルタ９０全体としてみると、２ｄ・ｔａｎθ以上大きくしておけば良いということになる。

離間間隔ｄは、冷却を行う場合、冷却風のための必要なコンダクタンスとの関係で規定される。実用的には５ｍｍ以上は必要であり、２０〜３０ｍｍ程度の場合が多い。入射角θは、ランプ１１の発光部の大きさ、反射ミラー１２の曲率、設定される有効照射領域の幅に応じて決まる。例えばθが５度であり、ｄが２５ｍｍであるとすると、２ｄ・ｔａｎθは４．４ｍｍ程度になり、上記実験結果の５ｍｍに近い値となる。このように、フィルタ９０をワイヤーグリッド偏光素子に対して５ｍｍ以上大きくするか、２ｄ・ｔａｎθ以上大きくしておけば、問題となる偏光軸のばらつきの顕在化が避けられることになる。

上記のように、はみ出し長さＳが一定の場合、離間距離ｄを大きくしていくと、偏光軸のばらつきは大きくなる。図７は、この点を確認した実験の結果を示す図である。図７に結果を示す実験は、図４と同様の測定点で偏光軸のばらつきが測定された。この際、図４の条件から、フィルタをワイヤーグリッド偏光素子に近づけたり遠ざけたりしながら測定を行った。図７中、「−１０ｍｍ」とあるのは、１０ｍｍ近づけた場合のデータ、「−２０ｍｍ」とあるのは、２０ｍｍ近づけた場合のデータ、「＋１０ｍｍ」とあるのは、１０ｍｍ遠ざけた場合のデータである。

図７に示すように、点Ｂではそれほど大きな変化は出ていないが、点Ｃでは、離間距離ｄを大きくすることによって、偏光軸のばらつきが大きくなることが確認される。そして、離間距離ｄを大きくすることによって、偏光軸のばらつきが顕在化してくるはみ出し長さＳの値（臨界点）が上昇することが確認される。

このように、本実施形態の装置によれば、偏光光のばらつきの顕在化が抑えられるので、フィルタ９０を使用して波長選択をしたり、ワイヤーグリッド偏光素子８１を保護したりすることを可能にしつつ、偏光軸のばらつきの少ない偏光光照射が行える。このため、より均一性の高い光配向処理を行うに貢献できる。
また、フィルタ９が、複数のフィルタ本体９１を並べてフィルタ枠９２で保持した構造である点は、ワークＷの大型化に対応してより大きな領域に偏光光を照射するのに役立っている。但し、フィルタ本体が一枚のみであり、一枚のみのフィルタ本体をフィルタ枠で保持した構造であっても、本願発明は実施可能である。
尚、フィルタも目的な機能については、前述したもののいずれでも良く、前述した以外のものであっても良いことは勿論である。

また、フィルタ枠９２がワイヤーグリッド偏光素子８１のフレーム８２に連結されていてフィルタ９がワイヤーグリッド偏光素子８１と一緒に移動可能である点は、メンテナンスなどの作業を容易にする効果がある。メンテナンスにおいて、例えばランプ１１の点検のためにランプハウス６０内を開放する必要が生じる。この場合ワイヤーグリッド偏光素子８１やフィルタ９をランプハウス６０から取り外す必要があるが、本実施形態では、レール８３に沿って引き出すことで一緒に取り出せ、またレール８３に沿って移動させることで再装着ができる。このため、作業が容易である。

１１ ランプ
１２ 反射ミラー
２０ ラジエータ
３０ ブロア
６０ ランプハウス
７０ 光照射口
８１ ワイヤーグリッド偏光素子
８２ フレーム
８３ レール
９０ フィルタ
９１ フィルタ本体
９２ フィルタ枠
９３ 連結具

Claims (6)

1. 線状の光源と、光源からの光を偏光させて照射するワイヤーグリッド偏光素子と、ワイヤーグリッド偏光素子が設けられた側とは反対側において光源を覆った樋状の反射ミラーとを備えた偏光光照射装置において、
   光源とワイヤーグリッド偏光素子との間の光路上にはフィルタが設けられており、
   光源の長さ方向に対して垂直で光照射面に対して平行な方向である幅方向で見た際、フィルタはワイヤーグリッド偏光素子よりも大きいことを特徴とする偏光光照射装置。
2. 前記反射ミラーは、前記光源の長さ方向に垂直な断面での反射面の形状が放物線を成しており、前記フィルタは前記ワイヤーグリッド偏光素子に対して平行に設けられており、
   前記フィルタの幅方向の端部が前記ワイヤーグリッド偏光素子からはみ出している長さは２．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の偏光光照射装置。
3. 前記反射ミラーは、前記光源の長さ方向に垂直な断面での反射面の形状が放物線を成しており、前記フィルタは前記ワイヤーグリッド偏光素子に対して平行に設けられており、
   前記フィルタの端部が前記ワイヤーグリッド偏光素子からはみ出している長さをＳ、前記ワイヤーグリッド偏光素子の有効領域の端点に対して最も外側から入射する光の入射角をθ、前記フィルタと前記ワイヤーグリッド偏光素子との離間間隔をｄとしたとき、Ｓ≧ｄ・ｔａｎθの関係が成立していることを特徴とする請求項１記載の偏光光照射装置。
4. 前記光源、前記ワイヤーグリッド偏光素子及び前記反射ミラーは、ランプハウスに収容されており、
   ランプハウスには、ランプハウス内を通風によって冷却する通風路が形成されており、
   前記フィルタは前記ワイヤーグリッド偏光素子に対して平行に設けられており、
   前記フィルタと前記ワイヤーグリッド偏光素子との間の空間も通風路となっているとともに、前記フィルタの出射面と前記ワイヤーグリッド偏光素子の入射面との離間間隔は５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の偏光光照射装置。
5. 前記フィルタは、フィルタ本体と、フィルタ本体を保持したフィルタ枠とによって構成されており、フィルタ本体は複数設けられており、フィルタ枠は、同一平面上に並べられた複数のフィルタ本体を保持したものであることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の偏光光照射装置。
6. 前記ワイヤーグリッド偏光素子は、フレームによって保持されており、前記フィルタはこのフレームに連結されていて前記ワイヤーグリッド偏光素子と一緒に移動可能となっていることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の偏光光照射装置。

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