JP2012220908A - Polarization conversion element, polarization conversion unit, and projection device - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a structure of a polarization conversion element in which an ultraviolet curable resin adhesive is used as an adhesive agent that is excellent in heat-resistance and light-resistance performance, and furthermore, wave plates are included that reliably function as 1/2 wave plates for light beams having a plurality of wavelength bands.SOLUTION: A polarization conversion element includes: an optical element that has a plurality of translucent substrates, and polarization separation films and reflection films which are alternately provided between the translucent substrates; and laminate wave plates 20 that are arranged on a light emission surface of the optical element and rotate a polarization plane of light emitted from the optical element by θ. In the polarization conversion element, the thickness of adhesion layers bonding the translucent substrates is 5 μm or more and 10 μm or less, each laminate wave plate 20 has a first wave plate 30 with a phase difference of Γ1 and a second wave plate 40 with a phase difference of Γ2 with respect to light of design wavelength λ included in any of a plurality of wavelength bands, the first wave plate 30 and the second wave plate 40 are laminated so that respective optical axis azimuths thereof θ1 and θ2 intersect, and the following expressions are satisfied:Γ1=180+360×n (deg), Γ2=180+360×n (deg), and θ2=θ1+θ/2, provided that n is a natural number beginning with 1.

Description

本発明は、光源からのランダム偏光光束を一種類の偏光光束に変換するための偏光変換素子に関する。   The present invention relates to a polarization conversion element for converting a randomly polarized light beam from a light source into one type of polarized light beam.

液晶プロジェクター等の投影型映像装置（投射装置）は、光源装置から出射された光を画像情報に応じて変調し、この変調された光学像をスクリーン上に拡大投射する装置である。
この投射装置では、光の利用効率を向上させるために、光源装置から出射されたランダムな偏光（互いに偏光面が直交するＰ偏光とＳ偏光や、偏光面の方向が様々な直線偏光が混在した光、円偏光、楕円偏光、等の偏光）を有する光（以下、ランダム光と称す）を複数の中間光束に分割し、この分割された中間光束を１種類の直線偏光光に変換し、統一して出射するために偏光変換素子が用いられている。
なお、かかる偏光変換素子は、特許文献１や特許文献２に開示されているような構造を有するものが一般的であった。 A projection type video device (projection device) such as a liquid crystal projector is a device that modulates light emitted from a light source device according to image information and enlarges and projects the modulated optical image on a screen.
In this projection device, random polarized light emitted from the light source device (P-polarized light and S-polarized light whose polarization planes are orthogonal to each other, and linearly polarized light having various polarization plane directions are mixed to improve the light utilization efficiency. Light (polarized light such as light, circularly polarized light, elliptically polarized light, etc.) (hereinafter referred to as random light) is divided into a plurality of intermediate light beams, and the divided intermediate light beams are converted into one type of linearly polarized light to be unified. Thus, a polarization conversion element is used to emit light.
In general, such a polarization conversion element has a structure as disclosed in Patent Documents 1 and 2.

かかる偏光変換素子は、一般に、両主面にＰＢＳ膜（互いに直交関係のＰ偏光とＳ偏光のうち、何れか一方の直線偏光を透過させ、他方の直線偏光を反射させる機能を有する光学機能膜、所謂、偏光分離膜）と反射ミラー膜とを夫々形成された無色透明なガラス等の透光性基板を幾重にも交互に積層してなる積層体を作成し、入射面（積層面）に対して所定の角度、例えば４５（ｄｅｇ）（あるいは１３５（ｄｅｇ））の角度に切断して得た偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ：Polarizing Beam Splitter）アレイ（プリズムアレイ）の出射側表面に、有機系材料、例えばポリカーボネートフィルム製の１／２波長板を有機系の接着剤により接着した構成を備えており、光源から出射されたランダム光は、光路上に配置された遮光板により選択的にＰＢＳ膜に入射してＳ偏光光束とＰ偏光光束とに分離され、例えばＰ偏光光束は、前記ＰＢＳ膜を透過し、Ｓ偏光光束は、前記ＰＢＳ膜を反射する。
前記ＰＢＳ膜を透過したＰ偏光光束は、１／２波長板に入射すると、位相が１８０（ｄｅｇ）ずれることにより、Ｓ偏光の光に変換されて１／２波長板から入射し、前記ＰＢＳ膜を反射したＳ偏光光束は、反射ミラー膜でさらに反射して、前記ＰＢＳアレイの１／２波長板が配置されていない領域の出射面から出射する。
結果として、前記偏光変換素子から出射する光はＳ偏光の光に統一されることとなる。
ただし、上記とは逆に、前記ＰＢＳ膜においてＳ偏光光束を透過してＰ偏光光束を反射するようにし、前記ＰＢＳ膜を透過したＳ偏光光束を１／２波長板によりＰ偏光光束に変換し、前記ＰＢＳ膜で反射したＰ偏光光束を反射ミラー膜で反射して前記ＰＢＳアレイの１／２波長板が配置されていない領域の出射面から出射させるようにすることで、偏光変換素子から出射する光をＰ偏光に統一することも出来る。 Such a polarization conversion element generally has PBS functions on both main surfaces (an optical functional film having a function of transmitting either linearly polarized light of P-polarized light and S-polarized light orthogonal to each other and reflecting the other linearly polarized light). A so-called polarization separation film) and a reflecting mirror film are formed on the incident surface (lamination surface) by creating a multilayered structure in which transparent substrates such as colorless and transparent glass are alternately laminated. An organic material is formed on the surface of the output side of a polarizing beam splitter (PBS) array (prism array) obtained by cutting at a predetermined angle, for example, 45 (deg) (or 135 (deg)). For example, a half-wave plate made of polycarbonate film is bonded with an organic adhesive, and random light emitted from the light source is selectively PB by a light-shielding plate disposed on the optical path. Separated into a S polarized beam and a P polarized incident on film, for example, P-polarized light beam is transmitted through the PBS film, S polarized beam reflects the PBS film.
When the P-polarized light beam transmitted through the PBS film is incident on the half-wave plate, the phase is shifted by 180 (deg), so that it is converted into S-polarized light and incident from the half-wave plate. The S-polarized light beam that has been reflected is further reflected by the reflecting mirror film, and is emitted from the exit surface of the area where the half-wave plate of the PBS array is not disposed.
As a result, light emitted from the polarization conversion element is unified into S-polarized light.
However, contrary to the above, the S-polarized light beam is transmitted through the PBS film to reflect the P-polarized light beam, and the S-polarized light beam transmitted through the PBS film is converted into a P-polarized light beam by a half-wave plate. The P-polarized light beam reflected by the PBS film is reflected by a reflecting mirror film and is emitted from the exit surface of the area where the half-wave plate of the PBS array is not disposed, thereby exiting from the polarization conversion element. It is also possible to unify the light to be p-polarized light.

図２８は、一般的な偏光変換素子の構成を説明する図である。
偏光分離膜９１及び反射（ミラー）膜９２が形成された透光性基板９８と、これらの膜が形成されていない透光性基板９８と、を接着層９３により交互に貼り合わせ、この貼り合わせた積層体を所定の角度、例えば４５（ｄｅｇ）（あるいは１３５（ｄｅｇ））で切り出し、その切断面を研磨して、光入射面９５１及び光出射面９５２を形成した素子本体９５に、接合層９６を介して位相差板９７を接合している。
ところで、上記のような構成を有する偏光変換素子を採用した液晶プロジェクター等に用いられる光源としての白色の光源ランプは、近年、高出力化、短アーク長化が進行しており、上述のＰＢＳアレイ、及び１／２波長板に対する熱負荷が増大している。
そこで、図２８に示したような偏光変換素子を作成する際に、透光性基板９８を積層して接着するために従来用いられる接着剤（接着層９３）だと、高輝度ランプ光に対応出来ず、劣化して光の透過率が低下してしまうという問題があった。
その原因としては、従来用いられる接着剤が短波長光の吸収率が高い成分で構成されていること、粘度が高いために塗布量が多くなって接着層９３が厚くなりその結果光の吸収量が多くなること、分解温度が低い成分で構成されていること、などが考えられる。 FIG. 28 is a diagram illustrating the configuration of a general polarization conversion element.
The light-transmitting substrate 98 on which the polarization separation film 91 and the reflection (mirror) film 92 are formed and the light-transmitting substrate 98 on which these films are not formed are alternately bonded by the adhesive layer 93, and this bonding is performed. The laminated body is cut out at a predetermined angle, for example, 45 (deg) (or 135 (deg)), the cut surface is polished, and the bonding layer is formed on the element body 95 on which the light incident surface 951 and the light emitting surface 952 are formed. A phase difference plate 97 is joined via 96.
By the way, white light source lamps as light sources used in liquid crystal projectors and the like that employ a polarization conversion element having the above-described configuration have recently been increasing in output and shortening arc length. And the heat load on the half-wave plate is increasing.
Therefore, when producing a polarization conversion element as shown in FIG. 28, the adhesive (adhesive layer 93) conventionally used for laminating and adhering the translucent substrate 98 is compatible with high-intensity lamp light. There is a problem that the light transmittance decreases due to deterioration.
The reason for this is that the adhesive used in the past is composed of a component having a high short-wavelength light absorptivity, and the coating amount increases due to the high viscosity, resulting in an increase in the thickness of the adhesive layer 93, resulting in the absorption of light. It is conceivable that it is increased, and that it is composed of a component having a low decomposition temperature.

また、図２８に示す従来の偏光変換素子においては、上記のように接着層９３が厚くなるが、このように接着層９３が厚い状態で積層体が切り出されると、接着層９３の端部に歪みが生じてしまう。この歪みが生じた状態で、切断面が研磨されると、図２９に示すように接着層９３近傍における透光性基板９８の角部９８１が削られてしまう。これにより、素子本体９５に位相差板９７を接合するための接合層９６に隙間が生じて、位相差板９７が剥がれやすくなり、また気泡９６１が形成されて、光の透過率が低下するなどの問題もある。
また、接着層９３近傍における透光性基板９８の角部９８１が削られることで、光が有効に透過する領域が小さくなるという問題もある。 In the conventional polarization conversion element shown in FIG. 28, the adhesive layer 93 is thick as described above. When the laminate is cut out in such a state that the adhesive layer 93 is thick, the end of the adhesive layer 93 is formed. Distortion will occur. If the cut surface is polished in a state where this distortion occurs, the corner portion 981 of the translucent substrate 98 in the vicinity of the adhesive layer 93 is scraped off as shown in FIG. As a result, a gap is generated in the bonding layer 96 for bonding the phase difference plate 97 to the element body 95, the phase difference plate 97 is easily peeled off, and bubbles 961 are formed, resulting in a decrease in light transmittance. There is also a problem.
In addition, there is a problem in that a region where light is effectively transmitted is reduced by cutting off the corner portion 981 of the translucent substrate 98 in the vicinity of the adhesive layer 93.

特開２０００−２９８２１２公報JP 2000-298212 A 特許第３３０９８４６号Patent No. 3309846 特許第２５１９１９８号Patent No. 2519198 特開２０１０−１２８３２９公報JP 2010-128329 A

これらの問題に対して、特許文献３、４には、第１の波長板と第２の波長板からなる積層波長板の例においてこれらの波長板を積層せずに空間的に離間して配置する構成が開示されており、このような構成を偏光変換素子に適用して、偏光変換素子を構成する透光性基板同士を接着剤を用いずに離間して配置することで、接着剤の劣化や、研磨時に透光性基板の角部が削られることに伴う偏光変換素子の光学特性の劣化の影響を回避することも可能であるが、透光性基板同士の光学軸の交差角度の制御や、各々の波長板の表裏面に反射防止膜を形成し設けなければならない、等の製造上の煩雑性やコスト高、光学素子の大型化等の問題が発生するために好ましくない。
さらに、以上説明したような偏光変換素子に用いられる１／２波長板（位相差板）としては、光の三原色であるＲ、Ｇ、Ｂの３波長帯を用いる液晶プロジェクターに適用可能なように、広帯域の波長で位相差が１８０（ｄｅｇ）となり、偏光変換効率が１となって確実にＰ偏光をＳ偏光に変換し、あるいはＳ偏光をＰ偏光に変換可能な仕様を有する１／２波長板が求められている。
本発明の目的は、上記の課題を解決するためになされたものであり、接着剤として、耐熱・耐光性能に優れた紫外線硬化製樹脂接着剤を用い、更に、複数の波長帯の光に対して確実に１／２波長板として機能する波長板を備えた偏光変換素子の構造を実現することを目的とする。 In order to solve these problems, Patent Documents 3 and 4 disclose that in the example of the laminated wave plate composed of the first wave plate and the second wave plate, these wave plates are not spatially arranged and are spaced apart from each other. By applying such a configuration to the polarization conversion element and disposing the light-transmitting substrates constituting the polarization conversion element apart from each other without using an adhesive, Although it is possible to avoid degradation and the effect of degradation of the optical characteristics of the polarization conversion element due to the corners of the translucent substrate being shaved during polishing, it is possible to avoid the crossing angle of the optical axes of the translucent substrates. This is not preferable because problems such as control and manufacturing complexity such as the necessity of forming and providing an antireflection film on the front and back surfaces of each wave plate, an increase in cost, and an increase in the size of the optical element occur.
Furthermore, as a half-wave plate (retardation plate) used for the polarization conversion element as described above, it can be applied to a liquid crystal projector using three wavelength bands of R, G, and B which are the three primary colors of light. A half-wavelength having a specification that the phase difference is 180 (deg) at a wide wavelength range, the polarization conversion efficiency is 1, and P-polarized light can be reliably converted to S-polarized light, or S-polarized light can be converted to P-polarized light. A board is sought.
The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems. As an adhesive, an ultraviolet curable resin adhesive excellent in heat resistance and light resistance is used, and further, for light in a plurality of wavelength bands. An object of the present invention is to realize a structure of a polarization conversion element including a wave plate that functions as a half-wave plate without fail.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

［適用例１］本適用例の偏光変換素子は、互いに略平行な光入射面及び光出射面を有し、
前記光入射面あるいは前記光出射面に対して所定の傾斜角度を有する接合面によって接着剤を介して接合された複数の透光性基板と、複数の前記透光性基板の間の境界部に交互に設けられ、前記光入射面に入射した光を偏光方向が互いに直交する異なる２種類の直線偏光に分離して一方の直線偏光を透過させ、他方の直線偏光を反射する偏光分離部と、反射された前記他方の直線偏光光束を反射し、光路の向きを変える反射部と、を有する光学素子と、前記光出射面に配置され、前記２種類の直線偏光のうち何れか一方の直線偏光の偏光面を回転させて他方の直線偏光の偏光面と平行な直線偏光に変換して出射する位相差板と、を備え、前記接着層は、紫外線硬化型の接着剤であり、厚みが５μｍ以上１０μｍ以下であり、前記位相差板は、前記光出射面であって、前記偏光分離部の上部の領域又は前記反射部の上部の領域に配置され、波長λの光に対して、位相差Γ１の第１の波長板と、波長λの光に対して、位相差Γ２の第２の波長板と、を各々の光学軸が交差するように積層してなり、互いに波長帯が異なる複数の波長帯において、入射する直線偏光の偏光面を回転角θ（ｄｅｇ）回転させた直線偏光に変換して出射する位相差板であって、前記波長λは、前記複数の波長帯のうちの何れかの波長帯に含まれる波長であり、下式（１）及び（２）を満足し、
Γ１＝１８０＋３６０×ｎ（ｄｅｇ）・・・（１）
Γ２＝１８０＋３６０×ｎ（ｄｅｇ）・・・（２）
但し、ｎは１からはじまる自然数
前記第１の波長板の光学軸方位角θ１と、前記第２の波長板の光学軸方位角θ２は、
θ２＝θ１＋θ／２
の関係を満たし、
前記光学軸方位角θ１と前記光学軸方位角θ２が、
１７．５（ｄｅｇ）≦θ１≦２７．５（ｄｅｇ）
６２．５（ｄｅｇ）≦θ２≦７２．５（ｄｅｇ）
又は、
６２．５（ｄｅｇ）≦θ１≦７２．５（ｄｅｇ）
１７．５（ｄｅｇ）≦θ２≦２７．５（ｄｅｇ）
を満足し、
若しくは、
１０７．５（ｄｅｇ）≦θ１≦１１７．５（ｄｅｇ）
１５２．５（ｄｅｇ）≦θ２≦１６２．５（ｄｅｇ）
又は、
１５２．５（ｄｅｇ）≦θ１≦１６２．５（ｄｅｇ）
１０７．５（ｄｅｇ）≦θ２≦１１７．５（ｄｅｇ）
を満足することを特徴とする。 [Application Example 1] The polarization conversion element of this application example has a light incident surface and a light output surface substantially parallel to each other,
At a boundary portion between a plurality of light-transmitting substrates bonded via an adhesive by a bonding surface having a predetermined inclination angle with respect to the light incident surface or the light emitting surface, and the plurality of light-transmitting substrates A polarization separation unit that is provided alternately and separates the light incident on the light incident surface into two different types of linearly polarized light whose polarization directions are orthogonal to each other, transmits one linearly polarized light, and reflects the other linearly polarized light; An optical element having a reflection part that reflects the other reflected linearly polarized light beam and changes the direction of the optical path, and one of the two types of linearly polarized light that is disposed on the light exit surface. A retardation plate that rotates the polarization plane of the light to convert it into a linearly polarized light parallel to the polarization plane of the other linearly polarized light and emits the same, and the adhesive layer is an ultraviolet curable adhesive and has a thickness of 5 μm. 10 μm or less, and the retardation plate is a front plate A light exit surface, which is disposed in an upper region of the polarization separation unit or an upper region of the reflection unit, and for a light of wavelength λ, a first wavelength plate having a phase difference Γ1, and a wavelength of λ A second wave plate having a phase difference Γ2 is laminated with respect to the light so that the optical axes intersect with each other. A phase difference plate that converts to a linearly polarized light rotated by a rotation angle θ (deg) and emits the same, wherein the wavelength λ is a wavelength included in any one of the plurality of wavelength bands; Satisfying equations (1) and (2),
Γ1 = 180 + 360 × n (deg) (1)
Γ2 = 180 + 360 × n (deg) (2)
However, n is a natural number starting from 1. The optical axis azimuth angle θ1 of the first wave plate and the optical axis azimuth angle θ2 of the second wave plate are:
θ2 = θ1 + θ / 2
Satisfy the relationship
The optical axis azimuth θ1 and the optical axis azimuth θ2 are
17.5 (deg) ≦ θ1 ≦ 27.5 (deg)
62.5 (deg) ≦ θ2 ≦ 72.5 (deg)
Or
62.5 (deg) ≦ θ1 ≦ 72.5 (deg)
17.5 (deg) ≦ θ2 ≦ 27.5 (deg)
Satisfied,
Or
107.5 (deg) ≦ θ1 ≦ 117.5 (deg)
152.5 (deg) ≦ θ2 ≦ 162.5 (deg)
Or
152.5 (deg) ≦ θ1 ≦ 162.5 (deg)
107.5 (deg) ≦ θ2 ≦ 117.5 (deg)
It is characterized by satisfying.

本適用例によれば、光学素子を作成する際の接着剤として耐熱・耐光性能に優れた紫外線硬化製樹脂接着剤を用いることで高耐熱・高耐光性であり、更に、光学軸方位角を上記のように設定することで、複数の波長帯の光に対して確実に１／２波長板として機能する位相差板を備えた偏光変換素子の構造を実現することが出来る。
また、接着層の厚みが１０μｍ以下であり、十分に薄いため、光入射面などを研磨する際に透光性基板の角部が削られてしまうことがない。従って、光の透過領域を狭くなるという問題もない。 According to this application example, by using an ultraviolet curable resin adhesive excellent in heat resistance and light resistance performance as an adhesive when creating an optical element, it has high heat resistance and light resistance, and further, the optical axis azimuth is By setting as described above, it is possible to realize a structure of a polarization conversion element including a retardation plate that functions as a half-wave plate with respect to light in a plurality of wavelength bands.
Further, since the thickness of the adhesive layer is 10 μm or less and is sufficiently thin, the corner portion of the translucent substrate is not scraped when the light incident surface or the like is polished. Therefore, there is no problem of narrowing the light transmission region.

［適用例２］本適用例の偏光変換素子は、適用例１の偏光変換素子において、前記位相差板は、前記光学素子の端縁部に、前記偏光分離膜と前記反射膜とが交互に並べられた方向に沿って接合された基部と、該基部に連続して形成され、且つ前記偏光分離膜又は前記反射膜の前記光出射面側に配置された複数の位相差部本体と、を備えていることを特徴とする。   Application Example 2 The polarization conversion element of this application example is the polarization conversion element of Application Example 1. In the retardation plate, the polarization separation film and the reflection film are alternately arranged at the edge of the optical element. A base part joined along the aligned direction, and a plurality of retardation parts main bodies formed continuously on the base part and disposed on the light exit surface side of the polarization separation film or the reflection film, It is characterized by having.

本適用例によれば、位相差板を構成する位相差部本体が、光学素子に直に接合されないので、両者の接合に接着剤を用いる必要が無く、接着剤の劣化による光学特性の劣化を防止出来る。   According to this application example, since the retardation portion main body constituting the retardation plate is not directly joined to the optical element, it is not necessary to use an adhesive for joining the two, and optical characteristics are deteriorated due to deterioration of the adhesive. It can be prevented.

［適用例３］本適用例の偏光変換素子は、適用例１又は２の偏光変換素子において、前記接着層は、変性アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とすることを特徴とする。   [Application Example 3] The polarization conversion element of this application example is the polarization conversion element of Application Example 1 or 2, wherein the adhesive layer is mainly composed of modified acrylate or modified methacrylate.

本適用例によれば、透明基板の接着に耐熱・耐光性能に優れた紫外線硬化製樹脂接着剤を用いることで、偏光変換素子を高耐熱性・高耐光性として長寿命とすることが出来る。   According to this application example, by using an ultraviolet curable resin adhesive excellent in heat resistance and light resistance performance for adhesion of the transparent substrate, the polarization conversion element can have high heat resistance and high light resistance and can have a long life.

［適用例４］本適用例の偏光変換素子は、適用例１乃至３の何れかの偏光変換素子において、前記位相差板と前記光出射面とは、接合層により接合され、前記接合層は、シロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ）を含む原子構造を有するＳｉ骨格と、該Ｓｉ骨格に結合する脱離基と、を含み、前記Ｓｉ骨格のうち、前記脱離基が脱離したＳｉ骨格の未結合手が活性手となって、前記位相差板と前記光出射面と接合していることを特徴とする。   Application Example 4 In the polarization conversion element of this application example, in the polarization conversion element of any one of application examples 1 to 3, the retardation plate and the light emitting surface are bonded by a bonding layer. A Si skeleton having an atomic structure including a siloxane bond (Si—O), and a leaving group bonded to the Si skeleton, and the Si skeleton from which the leaving group has been removed out of the Si skeleton. The coupling hand becomes an active hand, and the retardation plate and the light emitting surface are joined.

本適用例によれば、無機的な方法で透光性基板と位相差板とを接合するため、接着剤が熱劣化することなく、偏光変換素子を高耐熱性・高耐光性として長寿命とすることが出来る。   According to this application example, the translucent substrate and the phase difference plate are bonded by an inorganic method, so that the adhesive does not thermally deteriorate, and the polarization conversion element has a long life with high heat resistance and high light resistance. I can do it.

［適用例５］本適用例の偏光変換素子は、適用例１乃至３の何れかの偏光変換素子において、前記透光性基板と前記位相差板とは、接合層により接合され、前記接合層は、前記透光性基板に設けられた微結晶連続薄膜と、前記位相差板に設けられた微結晶連続薄膜とを接触させて、前記透光性基板の微結晶連続薄膜と前記位相差板の微結晶連続薄膜との接触界面及び結晶粒界に原子拡散を生じさせる原子拡散接合法により形成される、又は、前記透光性基板及び前記位相差板のうちの何れか一方に設けられた微結晶連続薄膜と、何れか他方に設けられた微結晶構造とを接触させて、前記微結晶連続薄膜と前記微結晶構造との接触界面及び結晶粒界に原子拡散を生じさせる原子拡散接合法により形成されることを特徴とする。   Application Example 5 In the polarization conversion element of this application example, in the polarization conversion element of any one of application examples 1 to 3, the translucent substrate and the retardation plate are bonded by a bonding layer, and the bonding layer Contacting the microcrystalline continuous thin film provided on the translucent substrate with the microcrystalline continuous thin film provided on the retardation plate, thereby bringing the microcrystalline continuous thin film on the translucent substrate and the retardation plate into contact with each other. Formed by an atomic diffusion bonding method that causes atomic diffusion at the contact interface with the microcrystalline continuous thin film and the grain boundary, or provided on either the translucent substrate or the retardation plate An atomic diffusion bonding method in which a microcrystalline continuous thin film is brought into contact with a microcrystalline structure provided on either side to cause atomic diffusion at a contact interface and a grain boundary between the microcrystalline continuous thin film and the microcrystalline structure. It is formed by these.

本適用例によれば、無機的な方法で透光性基板と位相差板とを接合するため、接着剤が熱劣化することなく、偏光変換素子を高耐熱性・高耐光性として長寿命とすることが出来る。   According to this application example, the translucent substrate and the phase difference plate are bonded by an inorganic method, so that the adhesive does not thermally deteriorate, and the polarization conversion element has a long life with high heat resistance and high light resistance. I can do it.

［適用例６］本適用例の偏光変換素子は、適用例１乃至５の何れかの偏光変換素子において、前記位相差板の材質が、無機光学結晶であることを特徴とする。   Application Example 6 In the polarization conversion element of this application example, in the polarization conversion element of any one of application examples 1 to 5, the material of the retardation plate is an inorganic optical crystal.

本適用例によれば、位相差板として放熱性の高い無機光学結晶を用いることで、位相差板を高耐熱性・高耐光性として長寿命とすることが出来る。   According to this application example, by using an inorganic optical crystal having high heat dissipation as the phase difference plate, the phase difference plate can have a long life with high heat resistance and high light resistance.

［適用例７］本適用例の偏光変換ユニットは、適用例１乃至６の何れかの偏光変換素子と、当該偏光変換素子の光入射側に配置されるレンズアレイと、を備えることを特徴とする。   Application Example 7 A polarization conversion unit according to this application example includes the polarization conversion element according to any one of Application Examples 1 to 6, and a lens array disposed on the light incident side of the polarization conversion element. To do.

本適用例によれば、本発明の偏光変換素子を備えることで、長寿命で光学特性に優れた偏光変換ユニットとすることが出来る。   According to this application example, by providing the polarization conversion element of the present invention, a polarization conversion unit having a long lifetime and excellent optical characteristics can be obtained.

［適用例８］本適用例の偏光変換ユニットは、光を出射する光源装置と、該光源装置からの光を、１種類の偏光光に変換する適用例７の偏光変換ユニットと、当該偏光変換ユニットからの偏光光を画像情報に応じて光学像を形成する光変調装置と、該光変調装置にて形成された前記光学像を拡大投射する投射光学装置と、を備えることを特徴とする。   Application Example 8 A polarization conversion unit according to this application example includes a light source device that emits light, a polarization conversion unit according to Application Example 7 that converts light from the light source device into one type of polarized light, and the polarization conversion. A light modulation device that forms an optical image of polarized light from the unit according to image information, and a projection optical device that magnifies and projects the optical image formed by the light modulation device.

本適用例によれば、本発明の偏光変換素子を用いることで、長寿命で光学特性に優れた投光装置とすることが出来る。   According to this application example, by using the polarization conversion element of the present invention, a light projecting device having a long life and excellent optical characteristics can be obtained.

本発明の第１の実施の形態に係る偏光変換素子の一例を示す図。The figure which shows an example of the polarization conversion element which concerns on the 1st Embodiment of this invention. プラズマ重合膜の組成を説明する概略図。Schematic explaining the composition of a plasma polymerization film. 他の実施形態に係る偏光変換素子を示す分解斜視図。The disassembled perspective view which shows the polarization conversion element which concerns on other embodiment. 図３の偏光変換素子の一部分を拡大して示した断面図。Sectional drawing which expanded and showed a part of polarization conversion element of FIG. 本実施形態にかかる偏光変換素子の製造工程を説明する図。The figure explaining the manufacturing process of the polarization conversion element concerning this embodiment. 本実施形態にかかる偏光変換素子の製造工程を説明する図。The figure explaining the manufacturing process of the polarization conversion element concerning this embodiment. 硬化試験における引張強度の測定結果を示す図。The figure which shows the measurement result of the tensile strength in a hardening test. 硬化試験におけるせん断強度の測定結果を示す図。The figure which shows the measurement result of the shear strength in a hardening test. 本実施形態にかかる偏光変換素子の製造工程を説明する図。The figure explaining the manufacturing process of the polarization conversion element concerning this embodiment. 本実施形態にかかる偏光変換素子の製造工程を説明する図。The figure explaining the manufacturing process of the polarization conversion element concerning this embodiment. 本実施形態にかかる偏光変換素子の製造工程を説明する図。The figure explaining the manufacturing process of the polarization conversion element concerning this embodiment. 本実施形態にかかる実施例及び従来例の耐熱性試験を示す図。The figure which shows the heat resistance test of the Example concerning this embodiment, and a prior art example. 本実施形態にかかる実施例の平坦度試験の結果を示す図。The figure which shows the result of the flatness test of the Example concerning this embodiment. 本実施形態に係る実施例の平坦度試験の結果を示す図。The figure which shows the result of the flatness test of the Example which concerns on this embodiment. 比較例の平坦度試験の結果を示す図。The figure which shows the result of the flatness test of a comparative example. 高次モード積層１／２波長板の構成を示す図。The figure which shows the structure of a high-order mode lamination | stacking 1/2 wavelength plate. 本発明の他の実施の形態に係る位相差板の一例としての高次モード積層１／２波長板の構成を示す分解斜視図。The disassembled perspective view which shows the structure of the high-order mode lamination | stacking 1/2 wavelength plate as an example of the phase difference plate which concerns on other embodiment of this invention. 図１６に示す積層１／２波長板における偏光状態の軌跡を示すポアンカレ球を示す図。The figure which shows the Poincare sphere which shows the locus | trajectory of the polarization state in the lamination | stacking 1/2 wavelength plate shown in FIG. 図１８に示す場合において各波長板の光学軸方位角を入れ替えた場合の、直線偏光のポアンカレ球上での軌道の推移を説明するための図。The figure for demonstrating transition of the track | orbit on the Poincare sphere of a linearly polarized light when the optical axis azimuth of each wavelength plate is replaced in the case shown in FIG. 図１７に示す構成の積層１／２波長板における直線偏光のポアンカレ球上での軌道の推移を説明するための図。The figure for demonstrating transition of the track | orbit on the Poincare sphere of a linearly polarized light in the lamination | stacking 1/2 wavelength plate of the structure shown in FIG. 図２０に示す場合において各波長板の光学軸方位角を入れ替えた場合の、直線偏光のポアンカレ球上での軌跡の推移を示す図。The figure which shows transition of the locus | trajectory on the Poincare sphere of a linearly polarized light when the optical axis azimuth of each wavelength plate is replaced in the case shown in FIG. ４００ｎｍから７００ｎｍに対する積層１／２波長板の変換効率を示す図。The figure which shows the conversion efficiency of the laminated half wavelength plate with respect to 400 nm to 700 nm. ４００ｎｍから７００ｎｍに対する積層１／２波長板の変換効率を示す図。The figure which shows the conversion efficiency of the laminated half wavelength plate with respect to 400 nm to 700 nm. ４００ｎｍから７００ｎｍに対する積層１／２波長板の変換効率を示す図。The figure which shows the conversion efficiency of the laminated half wavelength plate with respect to 400 nm to 700 nm. 本発明の実施の形態に係る偏光変換素子を組み込んだ偏光変換ユニットの外観を示す図。The figure which shows the external appearance of the polarization conversion unit incorporating the polarization conversion element which concerns on embodiment of this invention. 図２５の偏光変換ユニットの分解斜視図。FIG. 26 is an exploded perspective view of the polarization conversion unit of FIG. 25. 本発明の実施の形態に係る偏光変換素子を適用した投光装置の一例としての液晶プロジェクターを示す図。The figure which shows the liquid crystal projector as an example of the light projection apparatus to which the polarization conversion element which concerns on embodiment of this invention is applied. 一般的な偏光変換素子の構成を説明する図。The figure explaining the structure of a general polarization conversion element. 一般的な偏光変換素子の構成を説明する図。The figure explaining the structure of a general polarization conversion element.

以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る偏光変換素子の一例を示す図である。
図１に示すように、本発明に係る偏光変換素子１は、上述のＰＢＳアレイである素子本体（光学素子）１０と、素子本体１０に選択的に接合された、水晶等の無機光学結晶からなる位相差板（積層１／２波長板）２０と、を備える。
水晶等の無機光学結晶は、熱伝導性に優れるため、背景技術で述べた有機系材料で作製した位相板に比べ、耐熱性に優れ、高熱による光学特性の劣化の懸念がない。
また、位相差板の材質としては、水晶の他に、リチウムタンタレート、サファイアなども適用可能である。
なお、後述する図２７に示すように、偏光変換素子１においては、２つの素子本体１０を連結して組み込むが、図１では、一部のみを表示している。
図１に示すように、素子本体１０は、複数の透光性基板１１と、複数の透光性基板１１の間に交互に設けられた偏光分離膜（偏光分離部）１２及び反射膜（反射部）１３と、複数の透光性基板１１の間にそれぞれ設けられて、透光性基板１１を接着する接着層１４と、を備えている。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing an example of a polarization conversion element according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, a polarization conversion element 1 according to the present invention includes an element main body (optical element) 10 that is the above-described PBS array, and an inorganic optical crystal such as quartz that is selectively bonded to the element main body 10. A phase difference plate (laminated half-wave plate) 20.
Since inorganic optical crystals such as quartz are excellent in thermal conductivity, they are superior in heat resistance and have no fear of deterioration of optical properties due to high heat, compared to a phase plate made of an organic material described in the background art.
In addition to quartz, lithium tantalate, sapphire, etc. can be applied as the material of the retardation film.
As shown in FIG. 27 described later, in the polarization conversion element 1, two element bodies 10 are connected and incorporated, but only a part is shown in FIG.
As shown in FIG. 1, the element body 10 includes a plurality of light transmissive substrates 11, polarization separation films (polarization separation portions) 12 and reflection films (reflection) that are alternately provided between the plurality of light transmissive substrates 11. Part) 13 and an adhesive layer 14 provided between the plurality of translucent substrates 11 and bonding the translucent substrate 11.

また、複数の透光性基板１１は、互いに略平行な光入射面１６と、光出射面１７と、を有する。
また、透光性基板１１は、光入射面１６あるいは光出射面１７に対して所定の傾斜角度を有する接合面１１ａにより接合されている。
偏光分離膜１２は、外部からの入力光（Ｓ偏光光及びＰ偏光光）のうち、Ｐ偏光光を選択的に透過させ、Ｓ偏光光を反射させる。
反射膜１３は、偏光分離膜１２により反射されたＳ偏光光を、光出射面１７に向けて反射させる。
ここで、接着層１４は、その厚みが５μｍ以上１０μｍ以下である。
接着層１４は、変性アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とする紫外線硬化型の接着剤により形成されるため、上記のような厚みとすることが出来る。
従来の紫外線硬化型の接着剤では、変性アクレート又は変性メタクリレートを主成分としていなかったために、粘度が高く、接着層の厚みが１０μｍ以上２０μｍ以下となってしまっていた。 The plurality of translucent substrates 11 have a light incident surface 16 and a light exit surface 17 that are substantially parallel to each other.
The translucent substrate 11 is bonded to the light incident surface 16 or the light emitting surface 17 by a bonding surface 11a having a predetermined inclination angle.
The polarization separation film 12 selectively transmits P-polarized light and reflects S-polarized light among input light (S-polarized light and P-polarized light) from the outside.
The reflection film 13 reflects the S-polarized light reflected by the polarization separation film 12 toward the light exit surface 17.
Here, the adhesive layer 14 has a thickness of 5 μm or more and 10 μm or less.
Since the adhesive layer 14 is formed of an ultraviolet curable adhesive mainly composed of modified acrylate or modified methacrylate, the thickness can be set as described above.
Conventional ultraviolet curable adhesives do not have modified acrylate or modified methacrylate as a main component, and thus have a high viscosity and have an adhesive layer thickness of 10 μm to 20 μm.

このように、接着層の厚みが１０μｍを超える場合、後に図５乃至図１１を用いて説明する偏光変換素子の製造工程において、接着層の端部に歪みが生じてしまう。そのため、光入射面１６及び光出射面１７を研磨する（図１１）際に、歪み近傍の透光性基板１１の角部が削られてしまう。その結果、透光性基板１１の光出射面１７に、位相差板２０を接合する際に、透光性基板１１と、位相差板２０との間に隙間が生じ、気泡が発生してしまう。
これにより、透光性基板１１と位相差板２０とが十分に接合されず、位相差板２０が、剥がれやすくなる。
また、透光性基板１１と、位相差板２０との間に発生した気泡により光の透過率が落ちる。 As described above, when the thickness of the adhesive layer exceeds 10 μm, distortion occurs in the end portion of the adhesive layer in the manufacturing process of the polarization conversion element described later with reference to FIGS. 5 to 11. Therefore, when the light incident surface 16 and the light emitting surface 17 are polished (FIG. 11), the corners of the translucent substrate 11 near the strain are scraped. As a result, when the phase difference plate 20 is bonded to the light emitting surface 17 of the light transmissive substrate 11, a gap is generated between the light transmissive substrate 11 and the phase difference plate 20, and bubbles are generated. .
Thereby, the translucent board | substrate 11 and the phase difference plate 20 are not fully joined, but the phase difference plate 20 becomes easy to peel.
Further, the light transmittance is reduced by the bubbles generated between the translucent substrate 11 and the phase difference plate 20.

一方、接着層の厚みが、５μｍ未満の場合は、接着層にごみなどが混入した場合、ごみなどによって、接着層の接着強度が低下する。
しかし、接着層の厚みが５μｍ以上１０μｍ以下であれば、透光性基板１１の角部が削れにくい為に気泡が発生せず、位相差板２０が透光性基板１１から剥がれやすくなったり、光の透過率が落ちたりする不具合を解消することが出来る。
なお、本実施形態に用いられる接着剤としては、例えば、ＵＴ２０、ＨＲ５４（商品名、株式会社アーデル製）などが挙げられる。 On the other hand, when the thickness of the adhesive layer is less than 5 μm, when dust or the like is mixed into the adhesive layer, the adhesive strength of the adhesive layer is reduced by the dust or the like.
However, if the thickness of the adhesive layer is 5 μm or more and 10 μm or less, the corners of the translucent substrate 11 are difficult to be scraped, so that bubbles are not generated, and the retardation plate 20 is easily peeled off from the translucent substrate 11, It is possible to solve the problem that the light transmittance is lowered.
Examples of the adhesive used in the present embodiment include UT20, HR54 (trade name, manufactured by Adel Co., Ltd.), and the like.

また、図１において、位相差板２０は、接合層２１により、透光性基板１１の光出射面１７おける偏光分離膜１２の上部の領域に接合されている。
この位相差板２０は、上記のように水晶により作製された１／２波長板であり、偏光分離膜１２を透過したＰ偏光光をＳ偏光光に変換する。
ただし、偏光変換素子１において、Ｐ偏光光に統一して出射する場合には、位相差板２０を反射膜１３の上部に設けるようにする。
なお、接合層２１は、分子接合するプラズマ重合膜であり、その主材料は、ポリオルガノシロキサンである。プラズマ重合膜は、プラズマ重合法により形成されてシロキサン結合を含み、結晶化度が４５％以下であるＳｉ骨格と、このＳｉ骨格に結合する有機基からなる脱離機とを含む。そして、エネルギーを付与して表面付近に存在する脱離基がＳｉ骨格から脱離することにより、接着性を発現する。 In FIG. 1, the phase difference plate 20 is bonded to the upper region of the polarization separation film 12 on the light emitting surface 17 of the translucent substrate 11 by the bonding layer 21.
The retardation plate 20 is a half-wave plate made of quartz as described above, and converts the P-polarized light transmitted through the polarization separation film 12 into S-polarized light.
However, in the polarization conversion element 1, the phase difference plate 20 is provided on the upper part of the reflection film 13 in the case where the P conversion light is emitted in a unified manner.
The bonding layer 21 is a plasma polymerized film for molecular bonding, and its main material is polyorganosiloxane. The plasma polymerized film includes a Si skeleton formed by a plasma polymerization method and including a siloxane bond and a crystallinity of 45% or less, and a desorber made of an organic group bonded to the Si skeleton. Then, by applying energy, the leaving group existing in the vicinity of the surface is released from the Si skeleton, thereby exhibiting adhesiveness.

図２は、プラズマ重合膜の組成を説明する概略図であり、（Ａ）は、エネルギーを付与する前の組成を示し、（Ｂ）は、エネルギーを付与した後の組成を示している。
上記したが、図２（Ａ）に示すように、プラズマ重合膜は、Ｓｉ骨格２１Ｂを含むシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ）２１Ａと、Ｓｉ骨格２１Ｂと結合してる脱離基２１Ｃと、を含む。
図２（Ａ）に示すようなプラズマ重合膜よりなる接合層２１にエネルギーが付与されると、図２（Ｂ）に示す通り、図２（Ａ）に示されていた脱離基２１Ｃが、Ｓｉ骨格２１Ｂから脱離する。これにより、接合層２１の表面及び内部に、活性手２１Ｄが生じ、活性化される。
その結果、接合層２１の表面に接着性が発現する。このような接着性が発現すると、接合層２１は強固に接合可能となる。なお、接合層２１のＳｉ骨格２１Ｂの結晶化度は４５％以下であることが好ましく、４０％以下であることがより好ましい。これにより、Ｓｉ骨格２１Ｂは充分にランダムな原子構造を含むものとなり、これにより、Ｓｉ骨格２１Ｂの特性が顕在化する。
ここで、「活性化させる」とは、接合層２１の表面及び内部の脱離基２１Ｃが脱離して、Ｓｉ骨格２１Ｂにおいて終端化されていない結合手（以下、「未結合手」または「ダングリングボンド」ともいう。）が生じた状態や、この未結合手が水酸基（ＯＨ基）によって終端化された状態、または、これらの状態が混在した状態のことをいう。
従って、活性手２１Ｄとは、未結合手（ダングリングボンド）、または未結合手が水酸基によって終端化されたもののことをいい、このような活性手２１Ｄによれば、接合層２１の強固な接合が可能となる。 2A and 2B are schematic diagrams for explaining the composition of the plasma polymerized film. FIG. 2A shows the composition before applying energy, and FIG. 2B shows the composition after applying energy.
As described above, as illustrated in FIG. 2A, the plasma polymerized film includes the siloxane bond (Si—O) 21A including the Si skeleton 21B and the leaving group 21C bonded to the Si skeleton 21B.
When energy is applied to the bonding layer 21 made of a plasma polymerized film as shown in FIG. 2A, as shown in FIG. 2B, the leaving group 21C shown in FIG. Desorbed from the Si skeleton 21B. Thereby, active hands 21D are generated on the surface and inside of the bonding layer 21 and are activated.
As a result, adhesiveness is developed on the surface of the bonding layer 21. When such adhesiveness is expressed, the bonding layer 21 can be strongly bonded. The crystallinity of the Si skeleton 21B of the bonding layer 21 is preferably 45% or less, and more preferably 40% or less. Thereby, the Si skeleton 21B includes a sufficiently random atomic structure, and the characteristics of the Si skeleton 21B become apparent.
Here, “activate” means that the bonding groups 21C on the surface and inside of the bonding layer 21 are desorbed and bonds that are not terminated in the Si skeleton 21B (hereinafter referred to as “unbonded hands” or “dangling hands”). It is also referred to as a “ring bond”), a state in which this dangling bond is terminated by a hydroxyl group (OH group), or a state in which these states are mixed.
Therefore, the active hand 21D means an unbonded hand (dangling bond), or a bond in which the unbonded hand is terminated by a hydroxyl group. According to such an active hand 21D, the bonding layer 21 can be firmly bonded. Is possible.

前述の通り、このプラズマ重合膜は、エネルギーが付与されると、その表面及び内部に活性手が生じるため、プラズマ重合膜に強力な接着性が発現する。
また、接着剤を用いない無機的な接合方法であるので、接着剤の劣化によって光学特性が影響を受けることがない。
また、接着層１４の厚みが５μｍ以上１０μ以下であることで、透光性基板１１の角部が削れにくいことで、プラズマ重合法により隙間無く接合層２１を形成して、透光性基板１１と位相差板２０とを強力に接合出来る。
なお、位相差板２０と光出射面１７との接合方法は、このプラズマ重合法に限ることはなく、上記した変性メタクリレート又は変性アクリレートを主成分とする接着剤によって接合してもよい。 As described above, when energy is applied to the plasma polymerized film, active hands are generated on the surface and inside thereof, so that strong adhesiveness is exhibited in the plasma polymerized film.
Moreover, since it is an inorganic joining method that does not use an adhesive, the optical characteristics are not affected by the deterioration of the adhesive.
Further, since the thickness of the adhesive layer 14 is not less than 5 μm and not more than 10 μm, the corners of the translucent substrate 11 are hard to be scraped, so that the bonding layer 21 is formed without a gap by the plasma polymerization method. And the phase difference plate 20 can be strongly bonded.
In addition, the joining method of the phase difference plate 20 and the light emission surface 17 is not restricted to this plasma polymerization method, You may join by the adhesive agent which has the above-mentioned modified methacrylate or modified acrylate as a main component.

また、接合層２１は、プラズマ重合法のみならず、原子拡散接合法により形成してもよい。
原子拡散接合法とは、まず、真空容器内におけるスパッタリングやイオンプレーティング等の真空成膜により、素子本体１０を構成する透光性基板１１及び位相差板２０に、それぞれ微結晶連続薄膜を成膜する。そして、微結晶連続薄膜同士を、成膜中又は成膜後に重ね合わせて、接合界面及び結晶粒界において原子拡散を生じさせることにより、透光性基板１１及び位相差板２０の間で強固に接合する方法である。
なお、微結晶連続薄膜同士を重ね合わせるだけでなく、透光性基板１１及び位相差板２０のいずれか一方に微結晶連続薄膜を形成し、他方に微結晶構造を形成し、そしてこれらの微結晶連続薄膜と微結晶構造とを重ね合わせることにより、原子拡散接合を実施することも出来る。
この場合も、接着剤を用いない無機的な接合方法であるので、接着剤の劣化によって光学特性が影響を受けることがない。 Further, the bonding layer 21 may be formed not only by a plasma polymerization method but also by an atomic diffusion bonding method.
In the atomic diffusion bonding method, first, a microcrystalline continuous thin film is formed on each of the light-transmitting substrate 11 and the phase difference plate 20 constituting the element body 10 by vacuum film formation such as sputtering or ion plating in a vacuum vessel. Film. Then, the microcrystalline continuous thin films are overlapped during film formation or after film formation to cause atomic diffusion at the bonding interface and the crystal grain boundary, so that the light-transmitting substrate 11 and the phase difference plate 20 are strongly bonded. It is a method of joining.
In addition to superimposing the microcrystalline continuous thin films, a microcrystalline continuous thin film is formed on one of the translucent substrate 11 and the phase difference plate 20, and a microcrystalline structure is formed on the other. Atomic diffusion bonding can also be performed by superimposing a continuous crystal thin film and a microcrystalline structure.
Also in this case, since it is an inorganic joining method that does not use an adhesive, the optical characteristics are not affected by the deterioration of the adhesive.

図３は、他の実施形態に係る偏光変換素子を示す分解斜視図である。
図４は、図３の偏光変換素子の一部分を拡大して示した断面図である。
なお、図１と同様の構成については、同じ符号を付して詳細な説明を省略している。
図３、図４に示す偏光変換素子は、ＰＢＳアレイとしての素子本体１０と、素子本体１０に接合され、１／２波長板として機能し、入射した直線偏光の偏光面を９０（ｄｅｇ）回転させて出射する水晶製の位相差板２０と、を備える。
素子本体１０は、略直方体形状であり、２つの素子本体１０Ａ、１０Ｂが向かい合う長手方向の端部同士を互いに接合し、接合面１０Ｃに対して対称関係となっている。
この素子本体１０は、互いに略平行な光入射面１０Ｄと光出射面１０Ｅとを有する。
また、素子本体１０は、複数の透光性基板１１との間に、長手方向に沿って交互に並んで配置された偏光分離膜１２と反射膜１３とを有する。
また、複数の透光性基板１１は、それぞれ光入射面１０Ｄ或いは、光出射面１０Ｅに対して所定の傾斜角度を有した接合面１１ａによって接合されている。 FIG. 3 is an exploded perspective view showing a polarization conversion element according to another embodiment.
4 is an enlarged cross-sectional view of a part of the polarization conversion element of FIG.
In addition, about the structure similar to FIG. 1, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.
The polarization conversion element shown in FIGS. 3 and 4 is bonded to the element body 10 as a PBS array and functions as a half-wave plate, and rotates the polarization plane of incident linearly polarized light by 90 (deg). A quartz phase difference plate 20 that emits the light.
The element main body 10 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and the end portions in the longitudinal direction where the two element main bodies 10A and 10B face each other are bonded to each other, and are in a symmetrical relationship with respect to the bonding surface 10C.
The element body 10 has a light incident surface 10D and a light emitting surface 10E that are substantially parallel to each other.
In addition, the element body 10 includes the polarization separation films 12 and the reflection films 13 that are alternately arranged along the longitudinal direction between the plurality of translucent substrates 11.
The plurality of translucent substrates 11 are bonded to each other by a bonding surface 11a having a predetermined inclination angle with respect to the light incident surface 10D or the light emitting surface 10E.

偏光分離膜１２と反射膜１３とは、複数の透光性基板１１との間の境界部１１Ｂに交互に設けられている。
偏光分離膜１２は、光入射面１０Ｄに入射した光を、偏光方向が互いに直交する異なる２種類の直線偏光に分離して一方の直線偏光を透過させ、他方の直線偏光を反射させる。
本実施形態では、偏光分離膜１２は、光入射面１０Ｄに入射したランダム偏光光のうちＰ偏光光を選択的に透過させ、Ｓ偏光光を反射させる。
反射膜１３は、偏光分離膜１２により反射された他方の直線偏光を反射し、光路の向きを変える。即ち、反射膜１３は、偏光分離膜１２にて反射されたＳ偏光光を光出射面１０Ｅに向けて反射させる。
素子本体１０は、図４に示すように、複数の透光性基板１１を互いに接合する接着層１４を有する。 The polarization separation film 12 and the reflection film 13 are alternately provided at the boundary portion 11 </ b> B between the plurality of translucent substrates 11.
The polarization separation film 12 separates the light incident on the light incident surface 10D into two different types of linearly polarized light whose polarization directions are orthogonal to each other, transmits one linearly polarized light, and reflects the other linearly polarized light.
In the present embodiment, the polarization separation film 12 selectively transmits P-polarized light among the randomly polarized light incident on the light incident surface 10D and reflects S-polarized light.
The reflective film 13 reflects the other linearly polarized light reflected by the polarization separation film 12 and changes the direction of the optical path. That is, the reflective film 13 reflects the S-polarized light reflected by the polarization separation film 12 toward the light exit surface 10E.
As shown in FIG. 4, the element body 10 includes an adhesive layer 14 that joins a plurality of translucent substrates 11 to each other.

ここで、接着層１４は、紫外線硬化型等の光学系接着剤を用いることが出来る。紫外線硬化型の接着剤を用いた場合、粘度が高く、接着層１４の厚みは、およそ１０μｍ以上２０μｍ以下程度となる。
更に、変性アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とする紫外線硬化型の接着剤を用いると、接着層１４の厚みを５μｍ以上１０μｍと薄くできる。変性アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とする紫外線硬化型の接着剤としては、例えば、ＵＴ２０、ＨＲ１５４（商品名、株式会社アーデル製）などが挙げられる。
接着層１４は、所定の厚さＷ１を有する。 Here, the adhesive layer 14 can use an optical adhesive such as an ultraviolet curing type. When an ultraviolet curable adhesive is used, the viscosity is high, and the thickness of the adhesive layer 14 is about 10 μm to 20 μm.
Further, when an ultraviolet curable adhesive mainly composed of modified acrylate or modified methacrylate is used, the thickness of the adhesive layer 14 can be reduced to 5 μm or more and 10 μm. Examples of the ultraviolet curable adhesive mainly composed of modified acrylate or modified methacrylate include UT20 and HR154 (trade name, manufactured by Adel Co., Ltd.).
The adhesive layer 14 has a predetermined thickness W1.

位相差板２０（２０Ａ、２０Ｂ）は、２つの素子本体１０Ａ、１０Ｂの光出射面１０Ｅに夫々配置されている。
位相差板２０は、偏光分離膜１２を透過したＰ偏光光に１８０（ｄｅｇ）の位相差を生じさせて当該Ｐ偏光光の偏光面を９０（ｄｅｇ）回転させるので、反射膜１３により反射されたＳ偏光光の偏光面と平行な直線偏光、即ち、Ｓ偏光光に変換して出射する。
また、図３に示すように、位相差板２０は、櫛状（すだれ状）である。
この位相差板２０（２０Ａ、２０Ｂ）は素子本体１０に接合されて光が透過しない基部２０Ｃ（２０Ｃ１、２０Ｃ２）と、この基部２０Ｃから延在され、光が透過する位相差部２０Ｄ（２０Ｄ１、２０Ｄ２）と、を有する。
即ち、基部２０Ｃは、素子本体１０の光学領域である有効エリア（Ｅ）の外に配置されている。基部２０Ｃの長手方向、即ち、偏光分離膜１２と反射膜１３とが交互に並べられた方向に沿って、接合されている。 The phase difference plates 20 (20A, 20B) are respectively disposed on the light emitting surfaces 10E of the two element bodies 10A, 10B.
The phase difference plate 20 generates a phase difference of 180 (deg) in the P-polarized light transmitted through the polarization separation film 12 and rotates the polarization plane of the P-polarized light by 90 (deg), so that it is reflected by the reflection film 13. It is converted into linearly polarized light parallel to the polarization plane of the S-polarized light, that is, converted into S-polarized light and emitted.
Moreover, as shown in FIG. 3, the phase difference plate 20 has a comb shape (border shape).
The phase difference plate 20 (20A, 20B) is bonded to the element body 10 and does not transmit light, and a base portion 20C (20C1, 20C2), and a phase difference portion 20D (20D1, 20D1, 20D1) that extends from the base portion 20C and transmits light. 20D2).
That is, the base portion 20 </ b> C is disposed outside the effective area (E) that is the optical region of the element body 10. The base 20C is joined along the longitudinal direction, that is, along the direction in which the polarization separation film 12 and the reflection film 13 are alternately arranged.

そして、一方の位相差板２０Ａの基部２０Ｃ１は、素子本体１０における長手方向に平行な端縁部のうち一方の端縁部１０Ｆに接合され、他方の位相差板２０Ｂの基部２０Ｃ２は、一方の位相差板２０Ａにおける位相差部２０Ｄ１の先端部２０Ｅ１に接近している。
即ち、一方の位相差板２０Ａの基部２０Ｃ１は、他方の位相差板２０Ｂにおける位相差部２０Ｄ２の先端部２０Ｅ２に接近しており、他方の位相差板２０Ｂの基部２０Ｃ２は、一方の位相差板２０Ａにおける位相差部２０Ｄ１の先端部２０Ｅ１に接近している。
なお、基部２０Ｃは、その主平面が、長尺の矩形状であり、その幅は、例えば３ｍｍから４ｍｍ程度である。 Then, the base portion 20C1 of one retardation plate 20A is joined to one edge portion 10F among the edge portions parallel to the longitudinal direction of the element body 10, and the base portion 20C2 of the other retardation plate 20B The phase difference plate 20A is close to the tip portion 20E1 of the phase difference portion 20D1.
That is, the base portion 20C1 of one phase difference plate 20A is close to the tip portion 20E2 of the phase difference portion 20D2 in the other phase difference plate 20B, and the base portion 20C2 of the other phase difference plate 20B is one phase difference plate. 20A is approaching the tip portion 20E1 of the phase difference portion 20D1.
Note that the base 20C has a long rectangular main plane and a width of, for example, about 3 mm to 4 mm.

基部２０Ｃは、素子本体１０に、図示しない接合膜により接合されている。
この接合膜は、接着層１４と同様に、紫外線硬化型等の光学系接着剤やプラズマ重合膜により設けられている。接合膜は、光路上に配置されない、光学領域である有効エリアＥの外側に配置されることが望ましいため、基部２０Ｃと素子本体１０の長手方向に並行な端縁部１０Ｆ、１０Ｇとの間にのみ形成されていることが望ましい。
位相差板２０（位相差部２０Ｄ）は、いわば短冊状であり、その厚さは基部２０Ｃと同じである。位相差部２０Ｄは、基部２０Ｃから延在され、素子本体１０の光出射面１０Ｅにおける偏光分離膜１２の上部の領域に配置されている。隣り合う複数の位相差部２０Ｄは、互いに所定幅の隙間Ｗ２をもって配置されており、隙間Ｗ２には、反射膜１３で反射されたＳ偏光光がそのまま通過する。
位相差部２０Ｄは、図４に示すように、それぞれ素子本体１０の光出射面１０Ｅに対向する光入射面２０Ｆを有する。 The base 20C is bonded to the element body 10 by a bonding film (not shown).
Similar to the adhesive layer 14, this bonding film is provided by an optical adhesive such as an ultraviolet curing type or a plasma polymerization film. Since the bonding film is desirably disposed outside the effective area E, which is an optical region, not disposed on the optical path, the bonding film is disposed between the base portion 20C and the edge portions 10F and 10G parallel to the longitudinal direction of the element body 10. It is desirable that only be formed.
The phase difference plate 20 (phase difference portion 20D) has a so-called strip shape, and the thickness thereof is the same as that of the base portion 20C. The phase difference portion 20 </ b> D extends from the base portion 20 </ b> C and is disposed in an upper region of the polarization separation film 12 on the light exit surface 10 </ b> E of the element body 10. A plurality of adjacent phase difference portions 20D are arranged with a gap W2 having a predetermined width, and the S-polarized light reflected by the reflective film 13 passes through the gap W2.
As shown in FIG. 4, the phase difference portion 20 </ b> D has a light incident surface 20 </ b> F that faces the light emitting surface 10 </ b> E of the element body 10.

この位相差部２０Ｄの光入射面２０Ｆと、素子本体１０の光出射面１０Ｅとの間には、僅かな隙間Ｗ３が設けられている。そのため、位相差部２０Ｄの光入射面２０Ｆと光学素子３１０の光出射面１０Ｅとには、それぞれ図示しない反射防止膜が形成されていることが望ましい。
図３、図４の構成によれば、位相差板２０の位相差部２０Ｄが、素子本体１０に接着剤により接着されないので、接着剤の劣化による光学特性の劣化を回避することが出来る。
また、複数の位相差部２０Ｄが、基部２０Ｃと一体となっているため、位相差板２０の素子本体１０への組み付けも容易である。 A slight gap W3 is provided between the light incident surface 20F of the phase difference portion 20D and the light emitting surface 10E of the element body 10. Therefore, it is desirable that antireflection films (not shown) are formed on the light incident surface 20F of the phase difference portion 20D and the light emitting surface 10E of the optical element 310, respectively.
3 and 4, the phase difference portion 20D of the phase difference plate 20 is not bonded to the element body 10 with an adhesive, so that deterioration of optical characteristics due to deterioration of the adhesive can be avoided.
Further, since the plurality of phase difference portions 20D are integrated with the base portion 20C, the phase difference plate 20 can be easily assembled to the element body 10.

次に、素子本体１０の製造工程をより詳しく説明する。
製造工程は、大きく分けて膜形成工程と、接着工程と、切断工程と、研磨工程と、から成っている。
図５乃至図１１は、本実施形態にかかる偏光変換素子、特に素子本体の製造工程を説明する図である。
［膜形成工程］
最初の膜形成工程では、図５に示すように、まず複数の透光性基板（ガラス等の無色透明基板）１１Ａが準備される。これらの透光性基板１１Ａは、互いに略平行な第１面１１Ａ１及び第２面１１Ａ２を有している。
複数の透光性基板１１Ａのうち、いくつかの透光性基板１１Ａの第１面１１Ａ１には、偏光分離膜１２が形成され、第２面１１Ａ２には、反射膜１３が形成される。
その他の透光性基板１１Ａの第１面１１Ａ１及び第２面１１Ａ２には、これらの膜の何れかが形成されるか、あるいは何れの膜も形成されていない。 Next, the manufacturing process of the element body 10 will be described in more detail.
The manufacturing process is roughly divided into a film forming process, an adhesion process, a cutting process, and a polishing process.
5 to 11 are views for explaining a manufacturing process of the polarization conversion element according to the present embodiment, particularly the element body.
[Film formation process]
In the first film formation step, as shown in FIG. 5, first, a plurality of translucent substrates (colorless and transparent substrates such as glass) 11A are prepared. These translucent substrates 11A have a first surface 11A1 and a second surface 11A2 that are substantially parallel to each other.
Among the plurality of translucent substrates 11A, the polarization separation film 12 is formed on the first surface 11A1 of some translucent substrates 11A, and the reflection film 13 is formed on the second surface 11A2.
Any of these films is formed on the first surface 11A1 and the second surface 11A2 of the other translucent substrate 11A, or any film is not formed.

［接着工程］
図６に示す接着工程では、偏光分離膜１２及び反射膜１３が形成された透光性基板１１Ａと、これらの膜が形成されていない透光性基板１１Ａと、が接着剤１４Ａによって交互に貼り合わされる。このとき、偏光分離膜１２と反射膜１３とが透光性基板１１Ａを挟んで交互に積層されるようにする。
ここで、接着剤１４Ａとして変成アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とする接着剤を使用し、その塗布量は、硬化後の厚みが５〜１０μｍとなるように調整する。 [Adhesion process]
In the bonding step shown in FIG. 6, the translucent substrate 11A on which the polarization separation film 12 and the reflective film 13 are formed and the translucent substrate 11A on which these films are not formed are alternately attached by the adhesive 14A. Combined. At this time, the polarization separation films 12 and the reflection films 13 are alternately stacked with the light-transmitting substrate 11A interposed therebetween.
Here, an adhesive mainly composed of a modified acrylate or a modified methacrylate is used as the adhesive 14A, and the coating amount is adjusted so that the thickness after curing is 5 to 10 μm.

次に、図７に示すように、透光性基板１１Ａの第１面１１Ａ１にほぼ垂直な方向から紫外線が照射される。なお、紫外線は、偏光分離膜１２及び反射膜１３を通過するため、図７中全ての接着剤１４Ａは同時に硬化される。
これにより、偏光分離膜１２と透光性基板１１Ａの間と、反射膜１３及び第２の透光性基板の間に、それぞれ接着層１４が形成される。そして、複数の透光性基板１１Ａが接合された積層体４００が形成される。
なお、透光性基板１１Ａの第１面１１Ａ１にほぼ平行な方向から紫外線を照射してもよい。 Next, as shown in FIG. 7, ultraviolet rays are irradiated from a direction substantially perpendicular to the first surface 11A1 of the translucent substrate 11A. Since the ultraviolet rays pass through the polarization separation film 12 and the reflection film 13, all the adhesives 14A in FIG. 7 are cured simultaneously.
Thereby, the adhesive layers 14 are formed between the polarization separation film 12 and the translucent substrate 11A and between the reflective film 13 and the second translucent substrate, respectively. And the laminated body 400 with which the some translucent board | substrate 11A was joined is formed.
In addition, you may irradiate an ultraviolet-ray from the direction substantially parallel to 1st surface 11A1 of 11 A of translucent board | substrates.

ここで、接着剤１４Ａの硬化条件と、各硬化条件によって得られる接着層１４の接着強度との関係について説明する。
下記の表１に示したように、紫外線（ＵＶ）照射量を変化させて硬化試験１から硬化試験７までを実施した。その結果、引張強度については、表１、図８（Ａ）、（Ｂ）に示すようになり、せん断強度については、表１、図９（Ａ）、（Ｂ）に示すようになった。
すなわち、図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、紫外線照射量が１５，０００ｍＪ／ｃｍ^２以上４５，０００ｍＪ／ｃｍ^２以下、特に２０，０００ｍＪ／ｃｍ^２以上３５，０００ｍＪ／ｃｍ^２以下の場合、接着層１４の引張強度が高くなるため好ましい。また、図９（Ａ）、（Ｂ）に示すように、紫外線照射量が１５，０００ｍＪ／ｃｍ^２以上６０，０００ｍＪ／ｃｍ^２以下、特に２５，０００ｍＪ／ｃｍ^２以上５０，０００ｍＪ／ｃｍ^２以下の場合は、接着層１４のせん断強度が高くなるために好ましい。なお、表１中、各硬化試験は、２回ずつ実施している。 Here, the relationship between the curing conditions of the adhesive 14A and the adhesive strength of the adhesive layer 14 obtained by each curing condition will be described.
As shown in Table 1 below, curing test 1 to curing test 7 were carried out by changing the amount of ultraviolet (UV) irradiation. As a result, the tensile strength was as shown in Table 1 and FIGS. 8 (A) and (B), and the shear strength was as shown in Table 1 and FIGS. 9 (A) and (B).
That is, FIG. 8 (A), (B) as shown in, the amount of ultraviolet irradiation is 15,000 / cm ² or more 45,000mJ / cm ² or less, particularly 20,000mJ / cm ² or more 35,000mJ / cm ² or less In this case, the tensile strength of the adhesive layer 14 is increased, which is preferable. Further, as shown in FIGS. 9A and 9B, the ultraviolet irradiation amount is 15,000 mJ / cm ² or more and 60,000 mJ / cm ² or less, particularly 25,000 mJ / cm ² or more and 50,000 mJ / cm ² or less. Is preferable because the shear strength of the adhesive layer 14 is increased. In Table 1, each curing test is performed twice.

引張強度試験、せん断強度試験は、以下の試験方法で実施した。すなわち、１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさの白色ガラス板２枚を接着剤１４Ａで接着して作成した試験品を、引張試験機で、接着面に対し垂直あるいは平行方向に引張加重をかけ、２枚の白色ガラス板が分離した時の加重を測定した。
















［表１］

The tensile strength test and the shear strength test were carried out by the following test methods. That is, a test product prepared by adhering two white glass plates having a size of 10 mm × 10 mm with an adhesive 14A is subjected to a tensile load in a direction perpendicular or parallel to the bonding surface with a tensile tester. The load when the white glass plate was separated was measured.
















[Table 1]

次に、図１０に示すように、切断工程として、第１面１１Ａ１と所定の角度θ（約４５度）をなす切断面でほぼ平行に積層体４００が切断されて、積層ブロック４１０が切り出される。
図１１に示す、続く研磨工程では、切り出された積層ブロック４１０の切断面４１０Ａを研磨装置５００で研磨することにより、偏光変換素子１の素子本体１０が得られる。 Next, as shown in FIG. 10, as a cutting process, the stacked body 400 is cut substantially parallel to the cut surface that forms a predetermined angle θ (about 45 degrees) with the first surface 11 </ b> A <b> 1, and the stacked block 410 is cut out. .
In the subsequent polishing step shown in FIG. 11, the element body 10 of the polarization conversion element 1 is obtained by polishing the cut surface 410 </ b> A of the cut-out laminated block 410 with the polishing apparatus 500.

［耐熱性試験］
実施例１及び比較例１により、本発明に用いる接着剤（接着層）の耐熱性について評価した。
図１２は、実施例１及び従来例１の耐熱性試験を示す図である。
実施例１では、接着剤（ＵＴ２０ 株式会社アーデル製）により、２枚のガラス板を貼り合わせ、所定量の紫外線を照射した。これにより、実施例１の試験片６００を作製した。
一方、比較例１では、従来の接着剤（ＰＨＯＴＯボンド３００ サンライズＭＳＩ株式会社製）により２枚のガラス板を貼り合わせ、所定量の紫外線を照射した。これにより、比較例１の試験片６０１を作製した。
これら試験片６００、６０１を固定枠６１０内に固定した後、試験片６００、６０１をプロジェクターの偏光変換素子を設置すべき場所に組み込み、試験片６００、６０１に光源ランプの光が照射された時、試験片の温度が１２０℃となるようにプロジェクターの冷却機構を調整した。図１２では、３８００時間この環境下に放置した場合の試験結果が示されている。 [Heat resistance test]
According to Example 1 and Comparative Example 1, the heat resistance of the adhesive (adhesive layer) used in the present invention was evaluated.
FIG. 12 is a diagram showing a heat resistance test of Example 1 and Conventional Example 1. FIG.
In Example 1, two glass plates were bonded together with an adhesive (UT20, manufactured by Adel Co., Ltd.) and irradiated with a predetermined amount of ultraviolet rays. Thereby, the test piece 600 of Example 1 was produced.
On the other hand, in Comparative Example 1, two glass plates were bonded together with a conventional adhesive (PHOTO Bond 300 Sunrise MSI Co., Ltd.) and irradiated with a predetermined amount of ultraviolet rays. Thereby, the test piece 601 of the comparative example 1 was produced.
When these test pieces 600 and 601 are fixed in the fixed frame 610, the test pieces 600 and 601 are assembled in a place where the polarization conversion element of the projector is to be installed, and the light from the light source lamp is irradiated on the test pieces 600 and 601. The projector cooling mechanism was adjusted so that the temperature of the test piece was 120 ° C. FIG. 12 shows the test results when left in this environment for 3800 hours.

図１２に示すように、試験片６０１の接着層では、一部に黄変６２０が見られた一方で、試験片６００の接着層では、黄変が見られなかった。
さらに、試験片６００、６０１をこの環境下に放置し続けた結果、４８００時間後に、試験６０１の接着層では激しい黄変が見られた。一方で、試験片６００の接着層では、光学特性に影響のない程度の若干の黄変が見られるに留まった。
従って、本発明の接着剤により形成された接着層は耐熱性に優れていることが分かる。 As shown in FIG. 12, yellowing 620 was partially observed in the adhesive layer of the test piece 601, while yellowing was not observed in the adhesive layer of the test piece 600.
Furthermore, as a result of continuing the test pieces 600 and 601 in this environment, severe yellowing was observed in the adhesive layer of the test 601 after 4800 hours. On the other hand, in the adhesive layer of the test piece 600, a slight yellowing was observed so as not to affect the optical characteristics.
Therefore, it can be seen that the adhesive layer formed by the adhesive of the present invention is excellent in heat resistance.

［平坦度試験］
（実施例２から実施例１１まで、及び比較例２）
実施例２から実施例１１まで、及び比較例２により、本発明の偏光変換素子における光入射面及び光出射面の平坦度を評価した。
図１３は、本発明に係る実施例２から実施例６までの平坦度試験の結果を示す図であり、図１４は、本発明に係る実施例７から実施例１１までの平坦度試験の結果を示す図であり、図１５は、比較例２の平坦度試験の結果を示す図である。
（実施例２から実施例６まで）
実施例２では、実施例１と同様の接着剤を用いて、後述する図２６に示すような素子本体１０を作製した。そして、図２６に示される左右の２つの素子本体１０のうち、左側の素子本体１０を用いた。そして、下記の測定方法により、その素子本体１０の光入射面１６の略中央における断面図を得た。ここで、断面図では、図２６の左右方向の断面図である。
得られた断面図において、比較的上側に大きく膨らんだ凸部を選び、その凸部の左右近傍の凹部の頂点を線で結んだ。この線から、凸部の頂点までの距離を縦軸のスケールで換算して、「高低差」を算出した。 [Flatness test]
(Example 2 to Example 11 and Comparative Example 2)
From Example 2 to Example 11 and Comparative Example 2, the flatness of the light incident surface and the light exit surface of the polarization conversion element of the present invention was evaluated.
FIG. 13 is a diagram showing the results of flatness tests from Example 2 to Example 6 according to the present invention, and FIG. 14 is the results of flatness tests from Examples 7 to 11 according to the present invention. FIG. 15 is a diagram showing the results of the flatness test of Comparative Example 2.
(Example 2 to Example 6)
In Example 2, an element body 10 as shown in FIG. 26 described later was produced using the same adhesive as in Example 1. And the left element main body 10 was used among two right and left element main bodies 10 shown by FIG. And the sectional view in the approximate center of the light incident surface 16 of the element body 10 was obtained by the following measuring method. Here, the cross-sectional view is a cross-sectional view in the left-right direction of FIG.
In the obtained cross-sectional view, a convex portion that swelled relatively upward was selected, and the vertices of the concave portions near the left and right of the convex portion were connected by lines. The distance from this line to the top of the convex portion was converted on the scale of the vertical axis to calculate the “height difference”.

実施例３から実施例６でも、実施例２と同様に素子本体１０を作製して、その光入射面１６について測定し、断面図を得た。そして、断面図より、実施例２と同様に、「高低差」を２点算出した。図１３には、それらの結果が示されている。
（実施例７から実施例１１まで、及び比較例２）
実施例７から実施例１１まででは、それぞれ実施例２から実施例６までで作製した素子本体１０の光出射面１７について、実施例２と同様に断面図を得た。得られた断面図により、実施例２と同様にして、「高低差」を２点算出した。
比較例２では、接着剤として、比較例１と同様の接着剤を用いた以外は、実施例２と同様にして素子本体を作製し、その光出射面を測定した断面図を得た。得られた断面図より実施例２と同様にして、「高低差」を２点算出した。 In Example 3 to Example 6, the element body 10 was produced in the same manner as in Example 2, and the light incident surface 16 was measured to obtain a cross-sectional view. From the cross-sectional view, two “height differences” were calculated in the same manner as in Example 2. FIG. 13 shows the results.
(Examples 7 to 11 and Comparative Example 2)
In Example 7 to Example 11, sectional views were obtained in the same manner as in Example 2 for the light emitting surface 17 of the element body 10 produced in Examples 2 to 6, respectively. From the obtained cross-sectional view, two “level differences” were calculated in the same manner as in Example 2.
In Comparative Example 2, an element body was prepared in the same manner as in Example 2 except that the same adhesive as in Comparative Example 1 was used as the adhesive, and a cross-sectional view of the light emission surface was obtained. Two points of “height difference” were calculated from the obtained cross-sectional view in the same manner as in Example 2.

実施例７から、実施例１１まで及び比較例２の結果を、図１４、図１５に示す。
断面図の測定方法としては、レーザー干渉計Ｇ１０２Ｓ（フジノン株式会社（現富士フイルム株式会社製））により、素子本体の光入射面又は光出射面を照射して、素子本体からの反射光と元々の平行光とを干渉させることによって、干渉縞を得る。なお、レーザー干渉計で設定した光の波長は、６８５ｎｍである。
得られた干渉縞を干渉縞解析ソフトウェア（フジノン株式会社（現富士フイルム株式会社製））で解析することにより、光入射面又は光出射面の断面図を得る。
図１３、図１４で示すように、本発明の接着剤を用いた実施例２から実施例１１まででは、光入射面及び光出射面における高低差が小さいため、平坦度が優れていることがわかった。
一方、図１５に示すように、従来の接着剤を用いた比較例では、光入射面における高低差が大きいため、平坦度が悪いことが分かった。 The results of Example 7 to Example 11 and Comparative Example 2 are shown in FIGS.
As a method for measuring the cross-sectional view, a laser interferometer G102S (Fujinon Co., Ltd. (currently manufactured by Fuji Film Co., Ltd.)) is used to irradiate the light incident surface or light output surface of the device body, and the reflected light from the device body is originally Interference fringes are obtained by interfering with the parallel light. The wavelength of light set by the laser interferometer is 685 nm.
By analyzing the obtained interference fringes with interference fringe analysis software (Fujinon Co., Ltd. (currently Fuji Film Co., Ltd.)), a cross-sectional view of the light incident surface or the light emitting surface is obtained.
As shown in FIGS. 13 and 14, in Examples 2 to 11 using the adhesive of the present invention, the flatness is excellent because the difference in height between the light incident surface and the light emitting surface is small. all right.
On the other hand, as shown in FIG. 15, in the comparative example using the conventional adhesive agent, it was found that the flatness was poor because the height difference on the light incident surface was large.

［波長板の構造］
以下に、本発明の実施の形態に係る位相差板の構成を説明する。
図１６は、本発明の実施の形態に係る位相差板の一例としての高次モード積層１／２波長板（以下、積層１／２波長板）の構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は分解斜視図である。
図１６（ａ）に示すように、本発明に係る積層１／２波長板２０は、水晶等の無機光学結晶を用いた高次モードの第１の波長板３０と、第２の波長板４０と、を夫々の光学軸３１、４１が交差するように貼り合わせた構成を備え、全体として、光源側から入射する直線偏光光Ａの位相を１８０（ｄｅｇ）ずらし、偏光面を９０（ｄｅｇ）回転させた直線偏光光Ｂに変換して出射する１／２波長板として機能するように構成する。
また、図１６（ｂ）に示すように、第１の波長板３０の光学軸方位角をθ１、第２の波長板４０の光学軸方位角をθ２とする。
なお、光学軸方位角とは、結晶光学軸と、積層波長板に入射する直線偏光光の偏光面とのなす角度である。
また、第１の波長板３０及び第２の波長板４０の切断角度は、夫々９０（ｄｅｇ）Ｚ（水晶板の主面における法線方向と光学軸（Ｚ軸）の交差角度が９０（ｄｅｇ））とである。 [Wave plate structure]
Below, the structure of the phase difference plate which concerns on embodiment of this invention is demonstrated.
FIG. 16 is a diagram showing a configuration of a high-order mode laminated half-wave plate (hereinafter, laminated half-wave plate) as an example of a retardation plate according to an embodiment of the present invention. A perspective view and (b) are exploded perspective views.
As shown in FIG. 16A, the laminated half-wave plate 20 according to the present invention includes a first wave plate 30 of a higher mode using an inorganic optical crystal such as quartz, and a second wave plate 40. Are bonded so that the optical axes 31 and 41 intersect with each other, and as a whole, the phase of the linearly polarized light A incident from the light source side is shifted by 180 (deg), and the polarization plane is 90 (deg) It is configured so as to function as a half-wave plate that is converted into a rotated linearly polarized light B and emitted.
As shown in FIG. 16B, the optical axis azimuth angle of the first wave plate 30 is θ1, and the optical axis azimuth angle of the second wave plate 40 is θ2.
The optical axis azimuth is an angle formed between the crystal optical axis and the polarization plane of linearly polarized light incident on the laminated wave plate.
The cutting angle of the first wave plate 30 and the second wave plate 40 is 90 (deg) Z (the intersection angle between the normal direction on the main surface of the quartz plate and the optical axis (Z axis) is 90 (deg). )).

本発明においては、積層１／２波長板２０を液晶プロジェクターに組み込む偏光変換素子に用いる場合、所定の設計波長λ、例えば５２０ｎｍの光（緑）に対する第１の波長板３０の位相差をΓ１、第２の波長板４０の位相差をΓ２とし、
Γ１＝１８０＋３６０×ｎ（ｄｅｇ）・・・（１）
Γ２＝１８０＋３６０×ｎ（ｄｅｇ）・・・（２）
を満足するように第１及び第２の波長板３０、４０の厚みを設定する。ここで、ｎは高次モードの次数で、１からはじまる自然数とする。
本実施形態においては、ｎの値は、４、５を取り得る。
波長λの光に対する位相差Γと波長板の板厚ｔとの関係は、Γ＝２π／λ×（ｎｅ−ｎｏ）×ｔ（ｎｅは異常光の屈折率、ｎｅは常光の屈折率）である。 In the present invention, when the laminated half-wave plate 20 is used as a polarization conversion element incorporated in a liquid crystal projector, the phase difference of the first wave plate 30 with respect to light (green) having a predetermined design wavelength λ, for example, 520 nm, is Γ1, The phase difference of the second wave plate 40 is Γ2,
Γ1 = 180 + 360 × n (deg) (1)
Γ2 = 180 + 360 × n (deg) (2)
The thicknesses of the first and second wave plates 30 and 40 are set so as to satisfy the above. Here, n is the order of the higher order mode, and is a natural number starting from 1.
In the present embodiment, the value of n can be 4 or 5.
The relationship between the phase difference Γ for light of wavelength λ and the plate thickness t of the wave plate is Γ = 2π / λ × (ne−no) × t (ne is the refractive index of extraordinary light and ne is the refractive index of ordinary light). is there.

ここで、ｎ＝５のとき、
Γ１＝１８０＋３６０×５＝１９８０（ｄｅｇ）
Γ２＝１８０＋３６０×５＝１９８０（ｄｅｇ）
であり、この場合、第１の波長板３０の板厚ｔ１と、第２の波長板４０の板厚ｔ２は、
ｔ１＝ｔ２＝０．３１０２（ｍｍ）となる。
なお、積層１／２波長板２０は、液晶プロジェクターに必要な各波長帯（Ｒ（赤：４００ｎｍ帯）、Ｇ（緑：５００ｎｍ帯）、Ｂ（青：６７５ｎｍ））において、偏光変換効率が１となり、位相差が１８０（ｄｅｇ）となること求められる。 Here, when n = 5,
Γ1 = 180 + 360 × 5 = 1980 (deg)
Γ2 = 180 + 360 × 5 = 1980 (deg)
In this case, the plate thickness t1 of the first wave plate 30 and the plate thickness t2 of the second wave plate 40 are:
t1 = t2 = 0.3102 (mm).
The laminated half-wave plate 20 has a polarization conversion efficiency of 1 in each wavelength band (R (red: 400 nm band), G (green: 500 nm band), B (blue: 675 nm)) necessary for the liquid crystal projector. Therefore, the phase difference is required to be 180 (deg).

第１及び第２の波長板３０、４０に高次モードの波長板を用いて全体として１／２波長板２０を構成する場合、所望する複数の波長帯で位相差を１８０（ｄｅｇ）とするために、積層１／２波長板１の構成パラメータである第１及び第２の波長板３０、４０の夫々の高次モード次数ｎ１、ｎ２、所定の波長での夫々の位相差Γ１、Γ２、夫々の光学軸方位角θ１、θ２を、種々変化させて位相差、変換効率等を求める手法をとった。
その結果、第１の波長板３０の光学軸方位角θ１と第２の波長板４０の光学軸方位角θ２の関係が、
θ２＝θ１＋θ／２・・・（３）
但し、θは偏光面を回転させるべき角度（本発明の場合、１／２波長板であるので９０（ｄｅｇ））
を満足し、特に第１の波長板３０の光学軸方位角θ１が、
１７．５（ｄｅｇ）≦θ１≦２７．５（ｄｅｇ）
を満足し、第２の波長板４０の光学軸方位角θ２が、
６２．５（ｄｅｇ）≦θ２≦７２．５（ｄｅｇ）
を満足することで、上記ＲＧＢ３波長帯の光に対して位相差が１８０（ｄｅｇ）となり、偏光変換効率がほぼ１となることが見出された。 When the half-wave plate 20 is configured as a whole using high-order mode wave plates for the first and second wave plates 30 and 40, the phase difference is set to 180 (deg) in a plurality of desired wavelength bands. Therefore, the higher-order mode orders n1 and n2 of the first and second wave plates 30 and 40, which are the configuration parameters of the laminated half-wave plate 1, and the phase differences Γ1 and Γ2 at predetermined wavelengths, The optical axis azimuth angles θ1 and θ2 were changed variously to obtain a phase difference, conversion efficiency, and the like.
As a result, the relationship between the optical axis azimuth θ1 of the first wave plate 30 and the optical axis azimuth θ2 of the second wave plate 40 is
θ2 = θ1 + θ / 2 (3)
Where θ is the angle to rotate the polarization plane (in the case of the present invention, it is a half-wave plate, 90 (deg))
In particular, the optical axis azimuth angle θ1 of the first wave plate 30 is
17.5 (deg) ≦ θ1 ≦ 27.5 (deg)
And the optical axis azimuth θ2 of the second wave plate 40 is
62.5 (deg) ≦ θ2 ≦ 72.5 (deg)
By satisfying the above, it has been found that the phase difference is 180 (deg) with respect to the light of the RGB three wavelength bands, and the polarization conversion efficiency is almost 1.

また逆に、θ１＝θ２＋θ／２となり、
第１の波長板３０の光学軸方位角θ１が、
６２．５（ｄｅｇ）≦θ１≦７２．５（ｄｅｇ）
を満足し、第２の波長板４０の光学軸方位角θ２が、
１７．５（ｄｅｇ）≦θ２≦２２．５（ｄｅｇ）
を満足しても、同様にＲＧＢの３波長帯の光に対して位相差が１８０（ｄｅｇ）となり、偏光変換効率がほぼ１となる。
ここで、設計波長λの取りうる値の範囲は、５１０≦λ≦５３０（ｎｍ）となる。 Conversely, θ1 = θ2 + θ / 2,
The optical axis azimuth angle θ1 of the first wave plate 30 is
62.5 (deg) ≦ θ1 ≦ 72.5 (deg)
And the optical axis azimuth θ2 of the second wave plate 40 is
17.5 (deg) ≦ θ2 ≦ 22.5 (deg)
In the same manner, the phase difference is 180 (deg) with respect to the light in the three wavelength bands of RGB, and the polarization conversion efficiency is almost 1.
Here, the range of values that the design wavelength λ can take is 510 ≦ λ ≦ 530 (nm).

図１７は、本発明の他の実施の形態に係る位相差板の一例としての高次モード積層１／２波長板（以下、積層１／２波長板）の構成を示す分解斜視図である。
図１７では、第１の波長板３０の光学軸方位角θ１、第２の波長板４０の光学軸方位角θ２を互いに（入射光の偏光面に対して）鈍角としている。
この場合、第１の波長板３０の光学軸方位角θ１が、
１０７．５（ｄｅｇ）≦θ１≦１１７．５（ｄｅｇ）
を満足し、第２の波長板４０の光学軸方位角θ２が、
１５２．５（ｄｅｇ）≦θ２≦１６２．５（ｄｅｇ）
を満足することにより、上記３波長帯の光に対して位相差が１８０（ｄｅｇ）となり、偏光変換効率がほぼ１となる。 FIG. 17 is an exploded perspective view showing a configuration of a high-order mode laminated half-wave plate (hereinafter, laminated half-wave plate) as an example of a retardation plate according to another embodiment of the present invention.
In FIG. 17, the optical axis azimuth θ1 of the first wave plate 30 and the optical axis azimuth θ2 of the second wave plate 40 are obtuse (relative to the polarization plane of incident light).
In this case, the optical axis azimuth angle θ1 of the first wave plate 30 is
107.5 (deg) ≦ θ1 ≦ 117.5 (deg)
And the optical axis azimuth θ2 of the second wave plate 40 is
152.5 (deg) ≦ θ2 ≦ 162.5 (deg)
By satisfying the above, the phase difference becomes 180 (deg) with respect to the light in the three wavelength bands, and the polarization conversion efficiency becomes almost 1.

また逆に、第１の波長板３０の光学軸方位角θ１が、
１５２．５（ｄｅｇ）≦θ１≦１６２．５（ｄｅｇ）
を満足し、第２の波長板４０の光学軸方位角θ２が、
１０７．５（ｄｅｇ）≦θ２≦１１７．５（ｄｅｇ）
を満足するようにしても、上記３波長帯の光に対して位相差が１８０（ｄｅｇ）となり、偏光変換効率がほぼ１となる。
この場合も、設計波長λの取りうる値の範囲は、５１０≦λ≦５３０（ｎｍ）となる。 Conversely, the optical axis azimuth θ1 of the first wave plate 30 is
152.5 (deg) ≦ θ1 ≦ 162.5 (deg)
And the optical axis azimuth θ2 of the second wave plate 40 is
107.5 (deg) ≦ θ2 ≦ 117.5 (deg)
Even when the above is satisfied, the phase difference is 180 (deg) with respect to the light in the three wavelength bands, and the polarization conversion efficiency is almost 1.
Also in this case, the range of possible values of the design wavelength λ is 510 ≦ λ ≦ 530 (nm).

次に、上記の光学軸方位角θ１、θ２を以下にして見出したかを説明する。
はじめに、本発明に係る積層１／２波長板の実施例を見つけ出した計算手法を簡単に説明する。直線偏光が２枚の波長板を透過した後の偏光状態は、ミューラ行列、又はジョン
ズ行列を用いて表すことができる。
Ｅ＝Ｒ２・Ｒ１・Ｉ （４）
ここで、Ｉは入射光の偏光状態、Ｅは出射光の偏光状態を表すベクトルである。Ｒ１は積層１／２波長板２０における第１の波長板３０のミューラ行列、Ｒ２は第２の波長板４０のミューラ行列で、夫々次式で表される。

第１及び第２の波長板３０、４０の高次モード次数ｎを決め、夫々の位相差Γ１、Γ２、光学軸方位角度θ１、θ２を設定して、式（５）、（６）よりミューラ行列Ｒ１、Ｒ２を求める。 Next, explanation will be given on whether the above-mentioned optical axis azimuth angles θ1 and θ2 were found as follows.
First, a calculation method for finding an example of the laminated half-wave plate according to the present invention will be briefly described. The polarization state after the linearly polarized light passes through the two wave plates can be expressed using a Mueller matrix or a Johns matrix.
E = R2 ・ R1 ・ I (4)
Here, I is a vector representing the polarization state of incident light, and E is a vector representing the polarization state of outgoing light. R1 is the Mueller matrix of the first wave plate 30 in the laminated half-wave plate 20, and R2 is the Mueller matrix of the second wave plate 40, which are represented by the following equations.

The higher order mode orders n of the first and second wave plates 30 and 40 are determined, the respective phase differences Γ1 and Γ2, and the optical axis azimuth angles θ1 and θ2 are set. Matrixes R1 and R2 are obtained.

そして、入射光の偏光状態Ｉを設定すると、式（４）より出射光の偏光状態Ｅを算出することができる。
行列としてミューラ行列を用いた場合について説明すると、出射光の偏光状態Ｅは次式で表される。

Ｅの行列要素Ｓ_０１、Ｓ_１１、Ｓ_２１、Ｓ_３１はストークスパラメータと呼ばれ、偏光状態を表している。このストークスパラメータを用いて、波長板の位相差Γは次式のように表される。

Γ＝（２ｍ−１）×π 但し、ｍは正の整数
このように、式（８）を用いて位相差を算出することができる。
また、上記のように、図１６、図１７に示す積層１／２波長板２０は、直線偏光の偏光面を、所定の回転角度θだけ回転させる機能を有しており、例えば、水平方向の振動面を持つ直線偏光Ａを入力光として、偏光面をθ＝９０（ｄｅｇ）だけ回転（位相変調）させて水平方向の振動面を持つ直線偏光Ｂとして出射させる。 When the polarization state I of the incident light is set, the polarization state E of the emitted light can be calculated from the equation (4).
The case where a Mueller matrix is used as the matrix will be described. The polarization state E of the emitted light is expressed by the following equation.

The matrix elements S ₀₁ , S ₁₁ , S ₂₁ and S ₃₁ of E are called Stokes parameters and represent the polarization state. Using this Stokes parameter, the phase difference Γ of the wave plate is expressed as follows.

Γ = (2m−1) × π where m is a positive integer. Thus, the phase difference can be calculated using the equation (8).
Further, as described above, the laminated half-wave plate 20 shown in FIGS. 16 and 17 has a function of rotating the polarization plane of linearly polarized light by a predetermined rotation angle θ, for example, in the horizontal direction. The linearly polarized light A having a vibration plane is input light, and the polarization plane is rotated (phase modulation) by θ = 90 (deg) to be emitted as linearly polarized light B having a horizontal vibration plane.

図１８は、図１６に示す積層１／２波長板２０における偏光状態の軌跡を示すポアンカレ球を示す図である。
この位相変調（９０（ｄｅｇ）回転）は図１８のポアンカレ球で考えると、入射、偏光状態Ｐ０からＰ２へ変調させることであり、このとき必要な位相差は１８０（ｄｅｇ）である。
積層１／２波長板２０が、完全に１／２波長板として機能している場合、赤道上の所定の位置Ｐ０から偏光方向が赤道に対して平行な方向となる直線偏光Ａとして光線が入射すると、第１の波長板３０によって光軸Ｒ１（２・θ１）を中心にして１８０（ｄｅｇ）回転しＰ１（赤道上）へ移され、さらに第２の波長板４０によって光軸Ｒ２（２・θ２）を中心にして１８０（ｄｅｇ）回転しＰ２（赤道上）に到達し、直線偏光Ａに対してθ＝９０（ｄｅｇ）だけ回転した直線偏光Ｂとなって１／２波長板２０を出射することになる。
なお、Ｐ２は、Ｐ０から１８０（ｄｅｇ）回転した赤道上の点である。 FIG. 18 is a diagram showing a Poincare sphere showing the locus of the polarization state in the laminated half-wave plate 20 shown in FIG.
This phase modulation (90 (deg) rotation) is to modulate from the incident and polarization state P0 to P2 when considering the Poincare sphere in FIG. 18, and the necessary phase difference is 180 (deg).
When the laminated half-wave plate 20 functions completely as a half-wave plate, light is incident as linearly polarized light A having a polarization direction parallel to the equator from a predetermined position P0 on the equator. Then, the first wavelength plate 30 rotates 180 (deg) around the optical axis R1 (2 · θ1) and moves to P1 (up the equator), and further, the second wavelength plate 40 causes the optical axis R2 (2. Rotates 180 (deg) around θ2), reaches P2 (on the equator), and becomes linearly polarized light B rotated by θ = 90 (deg) with respect to linearly polarized light A, and exits the half-wave plate 20 Will do.
Note that P2 is a point on the equator rotated 180 (deg) from P0.

図１８（ｂ）は、図１８（ａ）に示したポアンカレ球において１／２波長板２０に入射した光線の偏光状態の軌跡をＳ３軸方向から見た図（Ｓ１Ｓ２平面に投影した図）である。
第１の波長板３０の光学軸方位角θ１、第２の波長板４０の光学軸方位角θ２及び直線偏光Ａ（入射光）に対する直線偏光Ｂ（出射光）の回転角θの関係は、ポアンカレ球上では図１８（ｂ）のように表すことができる。
点Ｏ、Ｐ０、Ｐ１を結んでなる三角形ＯＰ０Ｐ１は点Ｏを頂点とする二等辺三角形であり光軸Ｒ１は三角形ＯＰ０Ｐ１の二等分線となり、辺ＯＰ０と光軸Ｒ１とのなす角及び辺ＯＰ１と光軸Ｒ１とのなす角は２θ１となる。点Ｏ、Ｐ１、Ｐ２を結んでなる三角形ＯＰ１Ｐ２は点Ｏを頂点とする二等辺三角形であり、光軸Ｒ２は三角形ＯＰ１Ｐ２の二等分線となる。 FIG. 18B is a view (projected on the S1S2 plane) of the polarization state trajectory of the light beam incident on the half-wave plate 20 in the Poincare sphere shown in FIG. is there.
The relationship between the optical axis azimuth angle θ1 of the first wave plate 30, the optical axis azimuth angle θ2 of the second wave plate 40, and the rotation angle θ of the linearly polarized light B (emitted light) with respect to the linearly polarized light A (incident light) is Poincare On the sphere, it can be represented as shown in FIG.
A triangle OP0P1 connecting the points O, P0, and P1 is an isosceles triangle having the point O as an apex, and the optical axis R1 is a bisector of the triangle OP0P1, and the angle and side OP1 formed by the side OP0 and the optical axis R1 And the optical axis R1 is 2θ1. A triangle OP1P2 connecting the points O, P1, and P2 is an isosceles triangle having the point O as an apex, and the optical axis R2 is a bisector of the triangle OP1P2.

ここで、辺ＯＰ１と光軸Ｒ２とのなす角α及び辺ＯＰ２と光軸Ｒ２とのなす角αは、以下のように求められる。
２θ＝２×２θ１＋２α
α＝θ−２θ１
従って、辺ＯＰ０と光軸Ｒ２とのなす角２θ２は、以下のように表すことができる。
２θ２＝α＋２×２θ１＝θ−２θ１＋２×２θ１＝θ＋２θ１
従って、θ２は、
θ２＝θ１＋θ／２・・・（９）
と表すことができる。 Here, the angle α formed between the side OP1 and the optical axis R2 and the angle α formed between the side OP2 and the optical axis R2 are obtained as follows.
2θ = 2 × 2θ1 + 2α
α = θ-2θ1
Therefore, the angle 2θ2 formed by the side OP0 and the optical axis R2 can be expressed as follows.
2θ2 = α + 2 × 2θ1 = θ-2θ1 + 2 × 2θ1 = θ + 2θ1
Therefore, θ2 is
θ2 = θ1 + θ / 2 (9)
It can be expressed as.

しかしながら、図１８のポアンカレ球において、Ｐ０からＰａへ、Ｐ０からＰｂへ変調させた場合も、位相差は同じく１８０（ｄｅｇ）となる。即ち、位相差を用いて評価した場合、必要な偏光状態に変調されているかを判断することができない。ポアンカレ球上（赤道上）のＰ２と異なるＰａ、Ｐｂの点は偏光面の方位である。
これを検出するため、出射光の偏光状態を表す行列Ｅと、偏光子の行列Ｐとの積を計算し、得られた光量を評価値とすれば、偏光状態を正確に判定することができる。これを変換効率と定義する。
具体的には、偏光子の行列Ｐの透過軸を９０（ｄｅｇ）に設定し、行列Ｐと出射光偏光状態を表す行列Ｅとの積から得られる行列Ｔのストークスパラメータより、９０（ｄｅｇ）方向の偏光面成分の光量を算出することができる。出射光偏光状態を表す行列Ｅと、偏光子の行列Ｐとの、積は次式のようになる。
即ち、偏光子の行列Ｐの透過軸を所定の角度に設定し、前記光射光の偏光状態Ｅを表わす行列Ｅと偏光子の行列Ｐとの積をＴとすると、Ｔは次式で表される。 However, in the Poincare sphere of FIG. 18, the phase difference is also 180 (deg) when modulated from P0 to Pa and from P0 to Pb. That is, when the evaluation is performed using the phase difference, it cannot be determined whether the light is modulated to a necessary polarization state. Points Pa and Pb different from P2 on the Poincare sphere (on the equator) are the directions of the planes of polarization.
In order to detect this, the polarization state can be accurately determined by calculating the product of the matrix E representing the polarization state of the outgoing light and the matrix P of the polarizer and using the obtained light quantity as an evaluation value. . This is defined as conversion efficiency.
Specifically, the transmission axis of the matrix P of the polarizer is set to 90 (deg), and from the Stokes parameter of the matrix T obtained from the product of the matrix P and the matrix E representing the outgoing light polarization state, 90 (deg) The amount of the polarization plane component in the direction can be calculated. The product of the matrix E representing the outgoing light polarization state and the polarizer matrix P is given by the following equation.
That is, when the transmission axis of the polarizer matrix P is set to a predetermined angle, and the product of the matrix E representing the polarization state E of the light radiation and the polarizer matrix P is T, T is expressed by the following equation. The

Ｔ＝Ｐ・Ｅ （１０）
ここで、行列Ｔは変換効率を表し、その要素のストークスパラメータで表すと次式のように表される。

ここで、ベクトルＴのストークスパラメータのＳ_０２が光量を表している。入射光量を１に設定すればＳ_０２が変換効率となる。
ここで、ベクトルＴのストークスパラメータＳ０２が光量を表し、入射光量を１に設定
すると、ストークスパラメータＳ０２が変換効率となる。従って、積層１／２波長板１の
変換効率Ｔは、第１及び第２の波長板２、３の高次モード次数ｎ、所定の波長（例えば波
長が、設計波長λ＝５２０ｎｍのとき）での位相差Γ１、Γ２、光学軸方位角θ１、θ２を様々に変化させて、シミュレーションすることができる。
位相差、変換効率とも積層１／２波長板を透過した後の偏光状態を表す行列Ｅから求めることができる。 T = P · E (10)
Here, the matrix T represents the conversion efficiency, and is represented by the following equation when represented by the Stokes parameter of the element.

Here, S ₀₂ of the Stokes parameters of the vector T represents the amount of light. If the amount of incident light is set to 1, S ₀₂ becomes the conversion efficiency.
Here, when the Stokes parameter S02 of the vector T represents the light quantity and the incident light quantity is set to 1, the Stokes parameter S02 becomes the conversion efficiency. Therefore, the conversion efficiency T of the laminated half-wave plate 1 is the high-order mode order n of the first and second wave plates 2 and 3 and a predetermined wavelength (for example, when the wavelength is the design wavelength λ = 520 nm). The phase differences Γ1 and Γ2 and the optical axis azimuth angles θ1 and θ2 can be varied and simulated.
Both the phase difference and the conversion efficiency can be obtained from the matrix E representing the polarization state after passing through the laminated half-wave plate.

上記の変換効率を評価基準とし、積層１／２波長板の諸パラメータである第１及び第２の波長板３０、４０の高次モード次数ｎ、所定の波長（例えば波長５２０ｎｍ）での夫々の位相差Γ１、Γ２、夫々の光学軸方位角θ１、θ２を種々変化させ、計算機を用いてシミュレーションした。
シミュレーションを繰り返し行い、所望の複数の波長帯において、変換効率が良い場合の上記パラメータを選び出した。高次モード次数ｎが大き過ぎると、変換効率が１に近い波長帯域幅が狭くなり、積層１／２波長板としても使いづらくなるので、製造し易さ等を含めて上記パラメータを選定した。 Using the above conversion efficiency as an evaluation criterion, the higher-order mode order n of the first and second wave plates 30 and 40, which are various parameters of the laminated half-wave plate, at a predetermined wavelength (for example, a wavelength of 520 nm), respectively. The phase differences Γ1 and Γ2 and the respective optical axis azimuth angles θ1 and θ2 were variously changed, and simulation was performed using a computer.
The simulation was repeated and the above parameters were selected when the conversion efficiency was good in a desired plurality of wavelength bands. If the higher-order mode order n is too large, the wavelength bandwidth with a conversion efficiency close to 1 is narrowed, making it difficult to use as a laminated half-wave plate, so the above parameters were selected including the ease of manufacturing.

その結果を以下に説明する。
図１６に示す積層１／２波長板２０の第１及び第２の波長板３０、４０の切断角度が夫々９０（ｄｅｇ）Ｚ（水晶板の主面における法線方向と光学軸（Ｚ軸）との交差角度が９０（ｄｅｇ））、高次モードの次数ｎが４で、波長λを５２０ｎｍとしたとき、第１の波長板３０の位相差Γ１、光学軸方位角θ１が夫々１６２０（＝１８０＋３６０×４）（ｄｅｇ）、２２．５（ｄｅｇ）、第２の波長板の位相差Γ２、光学軸方位角θ２が夫々１６２０（＝１８０＋３６０×４）（ｄｅｇ）、６７．５（ｄｅｇ）に設定した場合に、または、高次モードの次数ｎが５で、波長λを５２０ｎｍとしたとき、第１の波長板３０の位相差Γ１、光学軸方位角θ１が夫々１９８０（＝１８０＋３６０×５）（ｄｅｇ）、２２．５（ｄｅｇ）、第２の波長板の位相差Γ２、光学軸方位角θ２が夫々１９８０（＝１８０＋３６０×５）（ｄｅｇ）、６７．５（ｄｅｇ）に設定した場合に、積層１／２波長板２０の変換効率をシミュレーションにより求めた結果良好な波長−変換効率（偏光変換効率）が得られた（後述）。
なお、光学軸方位角θ１、θ２の範囲は、要求仕様に応じて或いは許容誤差として、設定角度から±５（ｄｅｇ）の範囲で有効である。 The results will be described below.
The cutting angles of the first and second wave plates 30 and 40 of the laminated half-wave plate 20 shown in FIG. 16 are 90 (deg) Z (normal direction and optical axis (Z axis) on the main surface of the crystal plate). The phase difference Γ1 of the first wave plate 30 and the optical axis azimuth angle θ1 are 1620 (= 90 (deg)), the order n of the higher order mode is 4, and the wavelength λ is 520 nm. 180 + 360 × 4) (deg), 22.5 (deg), the phase difference Γ2 of the second wave plate, and the optical axis azimuth angle θ2 are 1620 (= 180 + 360 × 4) (deg) and 67.5 (deg), respectively. When set, or when the order n of the higher-order mode is 5 and the wavelength λ is 520 nm, the phase difference Γ1 and the optical axis azimuth angle θ1 of the first wave plate 30 are 1980 (= 180 + 360 × 5), respectively. (Deg), 22.5 (deg), phase difference of second wave plate When Γ2 and optical axis azimuth angle θ2 were set to 1980 (= 180 + 360 × 5) (deg) and 67.5 (deg), respectively, the conversion efficiency of the laminated half-wave plate 20 was obtained as a result of simulation. Wavelength-conversion efficiency (polarization conversion efficiency) was obtained (described later).
The range of the optical axis azimuth angles θ1 and θ2 is effective within a range of ± 5 (deg) from the set angle in accordance with required specifications or as an allowable error.

図１９は、図１６に示す場合において各波長板の光学軸方位角を入れ替えた場合の、直線偏光のポアンカレ球上での軌道の推移を説明するための図である。
赤道上の所定の位置Ｐ０から偏光方向が赤道に対して平行な方向となる直線偏光Ａとして光線が入射すると、第１の波長板３０によって光軸Ｒ１（２θ１）を中心にして西回りに１８０（ｄｅｇ）回転してＰ１（赤道上）へ移され、さらに第２の波長板４０によって光軸Ｒ２（２θ２）を中心にして１８０（ｄｅｇ）回転しＰ２（赤道上）に到達し、直線偏光Ａに対してθ＝９０（ｄｅｇ）だけ回転した直線偏光Ｂとなって１／２波長板２０を出射することが分かる。
すなわち、第１波長板３０、第２の波長板４０の光学軸方位角を入れ替えても、図１８の場合と同様に位相差１８０（ｄｅｇ）となり１／２波長板として機能していることが分かる。 FIG. 19 is a diagram for explaining the transition of the trajectory on the Poincare sphere of linearly polarized light when the optical axis azimuth angle of each wave plate is changed in the case shown in FIG.
When light enters as linearly polarized light A having a polarization direction parallel to the equator from a predetermined position P0 on the equator, the first wave plate 30 causes the optical axis R1 (2θ1) to be centered and 180 westward. (Deg) is rotated and moved to P1 (on the equator), and further rotated by 180 (deg) around the optical axis R2 (2θ2) by the second wave plate 40 to reach P2 (on the equator). It can be seen that the linearly polarized light B rotated by θ = 90 (deg) with respect to A is emitted from the half-wave plate 20.
That is, even if the optical axis azimuth angles of the first wave plate 30 and the second wave plate 40 are switched, the phase difference is 180 (deg) as in the case of FIG. I understand.

図２０は、図１７に示す構成の積層１／２波長板における直線偏光のポアンカレ球上での軌道の推移を説明するための図である。
赤道上の所定の位置Ｐ０から偏光方向が赤道に対して平行な方向となる直線偏光Ａとして光線が入射すると、第１の波長板３０によって光軸Ｒ１を中心にして１８０（ｄｅｇ）回転してＰ１（赤道上）へ移され、さらに第２の波長板４０によって光軸Ｒ２を中心にして１８０（ｄｅｇ）回転しＰ２（赤道上）に到達し、直線偏光Ａに対してθ＝９０（ｄｅｇ）だけ回転した直線偏光Ｂとなって１／２波長板２０を出射することが分かる。 FIG. 20 is a diagram for explaining the transition of the trajectory on the Poincare sphere of linearly polarized light in the laminated half-wave plate having the configuration shown in FIG.
When light enters as linearly polarized light A having a polarization direction parallel to the equator from a predetermined position P0 on the equator, the first wave plate 30 rotates 180 (deg) around the optical axis R1. P1 (on the equator), and further rotated by 180 (deg) about the optical axis R2 by the second wave plate 40 to reach P2 (on the equator), and θ = 90 (deg) with respect to the linearly polarized light A It can be seen that the light is emitted from the half-wave plate 20 as the linearly polarized light B rotated by a large amount.

図２１は、図１７に示す場合において各波長板の光学軸方位角を入れ替えた場合の、直線偏光のポアンカレ球上での軌跡の推移を示す図である。
赤道上の所定の位置Ｐ０から偏光方向が赤道に対して平行な方向となる直線偏光Ａとして光線が入射すると、第１の波長板３０によって光軸Ｒ１を中心にして１８０（ｄｅｇ）回転してＰ１（赤道上）へ移され、さらに第２の波長板４０によって光軸Ｒ２を中心にして１８０（ｄｅｇ）回転しＰ２（赤道上）に到達し、直線偏光Ａに対してθ＝９０（ｄｅｇ）だけ回転した直線偏光Ｂとなって１／２波長板２０を出射することが分かる。
図１９、１９に示すように、光学軸方位角が鈍角であったとしても、｜θ１−θ２｜＝θ／２であれば、図１６と同様の１／２積層波長板とすることが出来る。 FIG. 21 is a diagram showing the transition of the locus on the Poincare sphere of linearly polarized light when the optical axis azimuth angle of each wave plate is changed in the case shown in FIG.
When light enters as linearly polarized light A having a polarization direction parallel to the equator from a predetermined position P0 on the equator, the first wave plate 30 rotates 180 (deg) around the optical axis R1. P1 (on the equator), and further rotated by 180 (deg) about the optical axis R2 by the second wave plate 40 to reach P2 (on the equator), and θ = 90 (deg) with respect to the linearly polarized light A It can be seen that the light is emitted from the half-wave plate 20 as the linearly polarized light B rotated by a large amount.
As shown in FIGS. 19 and 19, even if the optical axis azimuth is an obtuse angle, if | θ1−θ2 | = θ / 2, a ½ laminated wave plate similar to FIG. 16 can be obtained. .

図２２は波長４００ｎｍから７００ｎｍに対する本発明の積層１／２波長板２０の変換効率を示す図であり、（ａ）は各波長板の設計波長λを５２０ｎｍ（Ｇ）として、入射角を−３（ｄｅｇ）から＋３（ｄｅｇ）まで変化させた場合の、波長毎の偏光変換効率の変化を示すグラフ図であり、（ｂ）は各波長板の設計波長λを５２０ｎｍとして、入射角を−１０（ｄｅｇ）から＋１０（ｄｅｇ）まで変化させた場合の、波長毎の偏光変換効率の変化を示すグラフ図である。
いずれの場合も、全ての曲線がほぼ重なった状態であり、液晶プロジェクターで用いる青、緑、赤の波長は夫々４００ｎｍ帯、５００ｎｍ帯、６７５ｎｍ帯であるので、上記パラメータの積層１／２波長板１の変換効率は、入射角に±１０までのズレがあったとしても、必要な波長帯でほぼ１となることが判明した。 FIG. 22 is a diagram showing the conversion efficiency of the laminated half-wave plate 20 of the present invention for wavelengths from 400 nm to 700 nm. (A) shows the design wavelength λ of each wave plate as 520 nm (G), and the incident angle is −3. It is a graph which shows the change of the polarization conversion efficiency for every wavelength at the time of changing from (deg) to +3 (deg), (b) makes design wavelength (lambda) of each wavelength plate 520 nm, and an incident angle is -10. It is a graph which shows the change of the polarization conversion efficiency for every wavelength at the time of changing from (deg) to +10 (deg).
In any case, all the curves are almost overlapped, and the blue, green, and red wavelengths used in the liquid crystal projector are 400 nm band, 500 nm band, and 675 nm band, respectively. It has been found that the conversion efficiency of 1 is almost 1 in the required wavelength band even if the incident angle has a deviation of ± 10.

図２３は波長４００ｎｍから７００ｎｍに対する本発明の積層１／２波長板２０の変換効率を示す図であり、（ａ）は各波長板の設計波長λを５２０ｎｍとして、入射角を−３（ｄｅｇ）から＋３（ｄｅｇ）まで変化させた場合の、波長毎の偏光変換効率の変化を示すグラフ図であり、（ｂ）は、各波長板の設計波長λを５２０ｎｍとして、入射角を−１０（ｄｅｇ）から＋１０（ｄｅｇ）まで変化させた場合の、波長毎の偏光変換効率の変化を示すグラフ図である。
いずれの場合も、全ての曲線がほぼ重なった状態であり、液晶プロジェクターで用いる青、緑、赤の波長は夫々４００ｎｍ帯、５００ｎｍ帯、６７５ｎｍ帯であるので、上記パラメータの積層１／２波長板１の変換効率は、入射角に±１０（ｄｅｇ）までのズレがあったとしても、必要な波長帯でほぼ１となることが判明した。 FIG. 23 is a diagram showing the conversion efficiency of the laminated half-wave plate 20 of the present invention for wavelengths from 400 nm to 700 nm. FIG. 23A shows the design wavelength λ of each wave plate as 520 nm, and the incident angle is −3 (deg). It is a graph which shows the change of the polarization conversion efficiency for every wavelength at the time of changing from +3 to +3 (deg), (b) makes the design wavelength (lambda) of each wavelength plate 520 nm, and makes an incident angle -10 (deg). It is a graph which shows the change of the polarization conversion efficiency for every wavelength at the time of changing from +10 (deg) to +10 (deg).
In any case, all the curves are almost overlapped, and the blue, green, and red wavelengths used in the liquid crystal projector are 400 nm band, 500 nm band, and 675 nm band, respectively. The conversion efficiency of 1 was found to be almost 1 in the necessary wavelength band even if the incident angle was shifted to ± 10 (deg).

図２４は波長４００ｎｍから７００ｎｍに対する本発明の積層１／２波長板２０の変換効率を示す図であり、（ａ）は各波長板の設計波長λを５２０ｎｍとして、入射角を−３（ｄｅｇ）から＋３（ｄｅｇ）まで変化させた場合の、波長毎の偏光変換効率の変化を示すグラフ図であり、（ｂ）は各波長板の設計波長λを５２０ｎｍとして、入射角を−１０（ｄｅｇ）から＋１０（ｄｅｇ）まで変化させた場合の、波長毎の偏光変換効率の変化を示すグラフ図である。
いずれの場合も、全ての曲線がほぼ重なった状態であり、液晶プロジェクターで用いる青、緑、赤の波長は夫々４００ｎｍ帯、５００ｎｍ帯、６７５ｎｍ帯であるので、上記パラメータの積層１／２波長板１の変換効率は、入射角に±１０（ｄｅｇ）までのズレがあったとしても、必要な波長帯でほぼ１となることが判明した。
なお、積層１／２波長板が対応すべき波長帯は、ＲＧＢのみならず、他の波長の色を加えた、４波長、５波長にも対応可能としてもよい。
この場合、ピーク波長が図２２〜図２４に示したカーブに４つのピーク波長が出来る様にし、ピーク波長の何れかを設計波長とする。 FIG. 24 is a diagram showing the conversion efficiency of the laminated half-wave plate 20 of the present invention for wavelengths from 400 nm to 700 nm. FIG. 24A shows the design wavelength λ of each wave plate as 520 nm and the incident angle is −3 (deg). It is a graph which shows the change of the polarization conversion efficiency for every wavelength at the time of changing from to +3 (deg), (b) makes the design wavelength (lambda) of each wavelength plate 520 nm, and an incident angle is -10 (deg). It is a graph which shows the change of the polarization conversion efficiency for every wavelength at the time of changing from to +10 (deg).
In any case, all the curves are almost overlapped, and the blue, green, and red wavelengths used in the liquid crystal projector are 400 nm band, 500 nm band, and 675 nm band, respectively. The conversion efficiency of 1 was found to be almost 1 in the necessary wavelength band even if the incident angle was shifted to ± 10 (deg).
It should be noted that the wavelength band that the laminated half-wave plate should support may be applicable not only to RGB but also to four wavelengths and five wavelengths added with colors of other wavelengths.
In this case, the peak wavelengths are made to have four peak wavelengths in the curves shown in FIGS. 22 to 24, and any one of the peak wavelengths is set as the design wavelength.

図２５は、本発明の実施の形態に係る偏光変換素子を組み込んだ偏光変換ユニットの外観を示す図である。
図２６は、図２５の偏光変換ユニットの分解斜視図である。
図２５、図２６に示す偏光変換ユニット１２０は、ユニット枠２００と、本発明の偏光変換素子１と、遮光板２１０と、レンズアレイ２２０と、クリップ２３０と、を備えている。ユニット枠２００の一方の開口面（図２６では下面）側からは、後述する２つの偏光変換素子本体を有する偏光変換素子１が挿入され、もう一方の開口面（図２６では上面）側からは、遮光板２１０とレンズアレイ２２０とがこの順に挿入される。これらの光学素子２１０、２２０は、ユニット枠２００に収納された状態で、４つのクリップ２３０で上下２方向から挟持される。クリップ２３０は弾性体で形成されているので容易に着脱することができ、偏光変換ユニット１２０の各部品もユニット枠に容易に着脱することができる。
かかるユニット枠２００によって、偏光変換素子１を、光源からの光束が偏光変換素子１（特に後述のＰＢＳ膜）に入射する角度が常に一定になってＰＳ変換が正確に行える姿勢で、液晶プロジェクターに組み込むことが出来る。 FIG. 25 is a diagram illustrating an appearance of a polarization conversion unit incorporating the polarization conversion element according to the embodiment of the present invention.
FIG. 26 is an exploded perspective view of the polarization conversion unit of FIG.
The polarization conversion unit 120 shown in FIGS. 25 and 26 includes a unit frame 200, the polarization conversion element 1 of the present invention, a light shielding plate 210, a lens array 220, and a clip 230. A polarization conversion element 1 having two polarization conversion element bodies to be described later is inserted from one opening surface (lower surface in FIG. 26) side of the unit frame 200, and from the other opening surface (upper surface in FIG. 26) side. The light shielding plate 210 and the lens array 220 are inserted in this order. These optical elements 210 and 220 are sandwiched from four directions by four clips 230 in a state of being accommodated in the unit frame 200. Since the clip 230 is formed of an elastic body, it can be easily attached and detached, and each component of the polarization conversion unit 120 can be easily attached to and detached from the unit frame.
The unit frame 200 allows the polarization conversion element 1 to be placed on the liquid crystal projector in such a posture that the angle at which the light beam from the light source is incident on the polarization conversion element 1 (especially a PBS film described later) is always constant and PS conversion can be performed accurately. Can be incorporated.

図２７は、本発明の実施の形態に係る偏光変換素子を適用した投光装置の一例としての液晶プロジェクターを示す図である。
図２７に示す投写型表示装置（液晶プロジェクター）１００は、光源１１０と、第１のレンズアレイ１１１と、本発明に係る偏光変換素子を組み込んだ偏光変換ユニット１２０と、重畳レンズ１２１と、で構成される照明光学系を備えている。また、ダイクロイックミラー１３１、１３２と、反射ミラー１３３とを含む色光分離光学系１３０を備えている。さらに、入射側レンズ１４０と、リレーレンズ１４１と、反射ミラー１４２、１４３とを含む導光光学系を備えている。また、３枚のフィールドレンズ１４４、１４５、１４６と、３枚の液晶ライトバルブ１５０Ｒ、１５０Ｇ、１５０Ｂと、クロスダイクロイックプリズム１６０と、投写レンズ１７０と、を備えている。
反射ミラー１４６は、重畳レンズ１２１から射出された光を色光分離光学系１３０の方向に反射する機能を有している。色光分離光学系１３０は、２枚のダイクロイックミラー１３１、１３２により、重畳レンズ１２１から射出される光を、赤、緑、青の３色の色光に分離する機能を有している。第１のダイクロイックミラー１３１は、重畳レンズ１２１から射出される光のうち赤色光成分を透過させるとともに、青色光成分と緑色光成分とを反射する。第１のダイクロイックミラー１３１を透過した赤色光は、反射ミラー１３３で反射され、フィールドレンズ１４４を通って赤光用の液晶ライトバルブ１５０Ｒに達する。このフィールドレンズ１４４は、重畳レンズ１２１から射出された各部分光束をその中心軸（主光線）に対して平行な光束に変換する。他の液晶ライトバルブの前に設けられたフィールドレンズ１４５、１４６も同様である。 FIG. 27 is a diagram showing a liquid crystal projector as an example of a light projecting device to which the polarization conversion element according to the embodiment of the present invention is applied.
A projection display device (liquid crystal projector) 100 shown in FIG. 27 includes a light source 110, a first lens array 111, a polarization conversion unit 120 incorporating the polarization conversion element according to the present invention, and a superimposing lens 121. The illumination optical system is provided. Further, a color light separation optical system 130 including dichroic mirrors 131 and 132 and a reflection mirror 133 is provided. Furthermore, a light guiding optical system including an incident side lens 140, a relay lens 141, and reflection mirrors 142 and 143 is provided. In addition, three field lenses 144, 145, and 146, three liquid crystal light valves 150R, 150G, and 150B, a cross dichroic prism 160, and a projection lens 170 are provided.
The reflection mirror 146 has a function of reflecting the light emitted from the superimposing lens 121 in the direction of the color light separation optical system 130. The color light separation optical system 130 has a function of separating light emitted from the superimposing lens 121 into three color lights of red, green, and blue by two dichroic mirrors 131 and 132. The first dichroic mirror 131 transmits the red light component of the light emitted from the superimposing lens 121 and reflects the blue light component and the green light component. The red light transmitted through the first dichroic mirror 131 is reflected by the reflection mirror 133, passes through the field lens 144, and reaches the liquid crystal light valve 150R for red light. The field lens 144 converts each partial light beam emitted from the superimposing lens 121 into a light beam parallel to the central axis (principal light beam). The same applies to the field lenses 145 and 146 provided in front of the other liquid crystal light valves.

第１のダイクロイックミラー１３１で反射された青色光と緑色光のうちで、緑色光は第２のダイクロイックミラー１３２によって反射され、フィールドレンズ１４５を通って緑光用の液晶ライトバルブ１５０Ｇに達する。一方、青色光は、第２のダイクロイックミラー１３２を透過し、導光光学系、すなわち、入射側レンズ１４０、反射ミラー１４２、リレーレンズ１４１、反射ミラー１４３を通り、さらに、フィールドレンズ１４６を通って青色光用の液晶ライトバルブ１５０Ｂに達する。
なお、青色光に導光光学系が用いられているのは、青色光の光路の長さが他の色光の光路の長さよりも長いため、光の拡散等による光の利用効率の低下を防止するためである。すなわち、入射側レンズ１４０に入射した光束をそのまま、フィールドレンズ１４６に伝えるためである。 Of the blue light and green light reflected by the first dichroic mirror 131, the green light is reflected by the second dichroic mirror 132, passes through the field lens 145, and reaches the liquid crystal light valve 150G for green light. On the other hand, the blue light passes through the second dichroic mirror 132, passes through the light guide optical system, that is, the incident side lens 140, the reflection mirror 142, the relay lens 141, and the reflection mirror 143, and further passes through the field lens 146. The liquid crystal light valve 150B for blue light is reached.
The light guide optical system is used for blue light because the optical path length of the blue light is longer than the optical path lengths of the other color lights, thus preventing a reduction in light utilization efficiency due to light diffusion or the like. It is to do. That is, this is to transmit the light beam incident on the incident side lens 140 to the field lens 146 as it is.

３つの液晶ライトバルブ１５０Ｒ、１５０Ｇ、１５０Ｂは、入射した光を、与えられた画像情報（画像信号）に従って変調する光変調手段としての機能を有している。これにより、３つの液晶ライトバルブ１５０Ｒ、１５０Ｇ、１５０Ｂに入射した各色光は、与えられた画像情報に従って変調されて各色光の画像を形成する。
３つの液晶ライトバルブ１５０Ｒ、１５０Ｇ、１５０Ｂから射出された３色の変調光は、クロスダイクロイックプリズム１６０に入射する。
クロスダイクロイックプリズム１６０は、３色の変調光を合成してカラー画像を形成する色光合成部としての機能を有している。クロスダイクロイックプリズム１６０には、赤光を反射する誘電体多層膜と、青光を反射する誘電体多層膜と、が４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３色の変調光が合成されて、カラー画像を投写するための合成光が形成される。クロスダイクロイックプリズム１６０で生成された合成光は、投写レンズ１７０の方向に射出される。投写レンズ１７０は、この合成光を投写スクリーン上に投写する機能を有し、投写スクリーン上にカラー画像を表示する。 The three liquid crystal light valves 150R, 150G, and 150B have a function as light modulation means for modulating incident light according to given image information (image signal). As a result, the color lights incident on the three liquid crystal light valves 150R, 150G, and 150B are modulated in accordance with given image information to form images of the respective color lights.
The three colors of modulated light emitted from the three liquid crystal light valves 150R, 150G, and 150B are incident on the cross dichroic prism 160.
The cross dichroic prism 160 has a function as a color light combining unit that combines three colors of modulated light to form a color image. In the cross dichroic prism 160, a dielectric multilayer film that reflects red light and a dielectric multilayer film that reflects blue light are formed in a substantially X shape at the interface of four right-angle prisms. These dielectric multilayer films combine three colors of modulated light to form combined light for projecting a color image. The combined light generated by the cross dichroic prism 160 is emitted in the direction of the projection lens 170. The projection lens 170 has a function of projecting the combined light on the projection screen, and displays a color image on the projection screen.

また、後述するような、耐熱・耐光性能に優れた本発明の偏光変換素子を備えた偏光変換ユニットを組み込むことで、高輝度・高発熱の光源を使って鮮明な映像を長時間投影可能な液晶プロジェクターとすることが出来る。
また、本発明にように、本発明の偏光変換素子は、異なる複数の波長帯で、確実に１／２波長板として機能する位相差板（積層１／２波長板）を備えているので、高輝度で鮮明な映像を投射可能な液晶プロジェクターを実現できる。 In addition, by incorporating a polarization conversion unit equipped with the polarization conversion element of the present invention having excellent heat resistance and light resistance as described later, a clear image can be projected for a long time using a light source with high brightness and high heat generation. It can be a liquid crystal projector.
Further, as in the present invention, the polarization conversion element of the present invention includes a phase difference plate (laminated 1/2 wavelength plate) that reliably functions as a 1/2 wavelength plate in a plurality of different wavelength bands. A liquid crystal projector that can project clear images with high brightness can be realized.

１ 偏光変換素子、１０ ＰＢＳアレイ（素子本体）、１０Ａ 素子本体、１０Ｃ 接合面、１０Ｄ 光入射面、１０Ｅ 光出射面、１０Ｆ 端縁部、１１ 透光性基板、１１Ａ 透光性板材、１２ 偏光分離膜、１３ 反射膜、１４ 接着層、１４Ａ 接着剤、１６ 光入射面、１７ 光出射面、２０ 波長板、２０Ａ 位相差板、２０Ｂ 位相差板、２０Ｃ 基部、２０Ｃ１ 基部、２０Ｃ２ 基部、２０Ｄ 位相差部、２０Ｄ１ 位相差部、２０Ｄ２ 位相差部、２０Ｅ 先端部、２０Ｅ１ 先端部、２０Ｅ２ 先端部、２０Ｆ 光入射面、２１ 接合層、３０ 波長板、３１ 光学軸、３１Ａ 接合面、３１Ａ１ 境界部、４０ 波長板、９１ 偏光分離膜、９２ 反射膜、９３ 接着層、９５ 素子本体、９６ 接合層、９７ 位相差板、９８ 透光性基板、１１０ 光源、１１１ レンズアレイ、１２０ 偏光変換ユニット、１２１ 重畳レンズ、１３０ 色光分離光学系、１３１ ダイクロイックミラー、１３２ ダイクロイックミラー、１３３ 反射ミラー、１４０ 入射側レンズ、１４１ リレーレンズ、１４２ 反射ミラー、１４３ 反射ミラー、１４４ フィールドレンズ、１４５ フィールドレンズ、１４６ フィールドレンズ、
１４６ 反射ミラー、１５０Ｂ 液晶ライトバルブ、１５０Ｇ 液晶ライトバルブ、
１５０Ｒ 液晶ライトバルブ、１６０ クロスダイクロイックプリズム、１７０ 投写レンズ、２００ ユニット枠、２１０ 光学素子、２１０ 遮光板、２２０ レンズアレイ、２３０ クリップ、３１０ 光学素子、４００ 積層体、４１０ 積層ブロック、４１０Ａ 切断面、５００ 研磨装置、６００ 試験片、６０１ 試験、６０１ 試験片、
６１０ 固定枠、６２０ 黄変、９５１ 光入射面、９５２ 光出射面、９６１ 気泡、
９８１ 角部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Polarization conversion element, 10 PBS array (element main body), 10A element main body, 10C joint surface, 10D light incident surface, 10E light emission surface, 10F edge part, 11 translucent board | substrate, 11A translucent board | plate material, 12 polarized light Separation film, 13 Reflection film, 14 Adhesive layer, 14A Adhesive, 16 Light incident surface, 17 Light exit surface, 20 Wavelength plate, 20A Phase difference plate, 20B Phase difference plate, 20C base, 20C1 base, 20C2 base, 20D position Phase difference portion, 20D1 phase difference portion, 20D2 phase difference portion, 20E tip portion, 20E1 tip portion, 20E2 tip portion, 20F light incident surface, 21 bonding layer, 30 wavelength plate, 31 optical axis, 31A bonding surface, 31A1 boundary portion, 40 Wavelength plate, 91 Polarization separation film, 92 Reflective film, 93 Adhesive layer, 95 Element body, 96 Bonding layer, 97 Phase difference plate, 98 Translucent substrate, 110 Light source, 111 Lens array A, 120 polarization conversion unit, 121 superposition lens, 130 color light separation optical system, 131 dichroic mirror, 132 dichroic mirror, 133 reflection mirror, 140 incident side lens, 141 relay lens, 142 reflection mirror, 143 reflection mirror, 144 field lens, 145 field lens, 146 field lens,
146 reflection mirror, 150B liquid crystal light valve, 150G liquid crystal light valve,
150R liquid crystal light valve, 160 cross dichroic prism, 170 projection lens, 200 unit frame, 210 optical element, 210 light shielding plate, 220 lens array, 230 clip, 310 optical element, 400 laminated body, 410 laminated block, 410A cut surface, 500 Polishing device, 600 test piece, 601 test, 601 test piece,
610 fixed frame, 620 yellowing, 951 light incident surface, 952 light exit surface, 961 bubble,
981 Corner

Claims (8)

互いに略平行な光入射面及び光出射面を有し、
前記光入射面あるいは前記光出射面に対して所定の傾斜角度を有する接合面によって接着剤を介して接合された複数の透光性基板と、
複数の前記透光性基板の間の境界部に交互に設けられ、前記光入射面に入射した光を偏光方向が互いに直交する異なる２種類の直線偏光に分離して一方の直線偏光を透過させ、他方の直線偏光を反射する偏光分離部と、反射された前記他方の直線偏光光束を反射し、光路の向きを変える反射部と、を有する光学素子と、
前記光出射面に配置され、前記２種類の直線偏光のうち何れか一方の直線偏光の偏光面を回転させて他方の直線偏光の偏光面と平行な直線偏光に変換して出射する位相差板と、を備え、
前記接着層は、紫外線硬化型の接着剤であり、厚みが５μｍ以上１０μｍ以下であり、
前記位相差板は、前記光出射面であって、前記偏光分離部の上部の領域又は前記反射部の上部の領域に配置され、
波長λの光に対して、位相差Γ１の第１の波長板と、波長λの光に対して、位相差Γ２の第２の波長板と、を各々の光学軸が交差するように積層してなり、
互いに波長帯が異なる複数の波長帯において、入射する直線偏光の偏光面を回転角θ（ｄｅｇ）回転させた直線偏光に変換して出射する位相差板であって、
前記波長λは、前記複数の波長帯のうちの何れかの波長帯に含まれる波長であり、
下式（１）及び（２）を満足し、
Γ１＝１８０＋３６０×ｎ（ｄｅｇ）・・・（１）
Γ２＝１８０＋３６０×ｎ（ｄｅｇ）・・・（２）
但し、ｎは１からはじまる自然数
前記第１の波長板の光学軸方位角θ１と、前記第２の波長板の光学軸方位角θ２は、
θ２＝θ１＋θ／２
の関係を満たし、
前記光学軸方位角θ１と前記光学軸方位角θ２が、
１７．５（ｄｅｇ）≦θ１≦２７．５（ｄｅｇ）
６２．５（ｄｅｇ）≦θ２≦７２．５（ｄｅｇ）
又は、
６２．５（ｄｅｇ）≦θ１≦７２．５（ｄｅｇ）
１７．５（ｄｅｇ）≦θ２≦２７．５（ｄｅｇ）
を満足し、
若しくは、
１０７．５（ｄｅｇ）≦θ１≦１１７．５（ｄｅｇ）
１５２．５（ｄｅｇ）≦θ２≦１６２．５（ｄｅｇ）
又は、
１５２．５（ｄｅｇ）≦θ１≦１６２．５（ｄｅｇ）
１０７．５（ｄｅｇ）≦θ２≦１１７．５（ｄｅｇ）
を満足することを特徴とする偏光変換素子。 Having a light entrance surface and a light exit surface substantially parallel to each other;
A plurality of light-transmitting substrates bonded via an adhesive by a bonding surface having a predetermined inclination angle with respect to the light incident surface or the light emitting surface;
Provided alternately at the boundary between the plurality of translucent substrates, the light incident on the light incident surface is separated into two different types of linearly polarized light whose polarization directions are orthogonal to each other, and one linearly polarized light is transmitted. An optical element having a polarization separation unit that reflects the other linearly polarized light, and a reflection unit that reflects the reflected light beam of the other linearly polarized light and changes the direction of the optical path;
A phase difference plate that is arranged on the light exit surface, rotates one of the two types of linearly polarized light, converts it into a linearly polarized light parallel to the other linearly polarized light, and emits it. And comprising
The adhesive layer is an ultraviolet curable adhesive having a thickness of 5 μm or more and 10 μm or less,
The phase difference plate is the light exit surface, and is disposed in an upper region of the polarization separation unit or an upper region of the reflection unit,
A first wave plate having a phase difference Γ1 for light having a wavelength λ and a second wave plate having a phase difference Γ2 for light having a wavelength λ are stacked so that the optical axes intersect each other. And
A phase difference plate that converts a polarization plane of incident linearly polarized light into linearly polarized light rotated by a rotation angle θ (deg) and emits the light in a plurality of wavelength bands different from each other,
The wavelength λ is a wavelength included in any one of the plurality of wavelength bands,
The following formulas (1) and (2) are satisfied,
Γ1 = 180 + 360 × n (deg) (1)
Γ2 = 180 + 360 × n (deg) (2)
However, n is a natural number starting from 1. The optical axis azimuth angle θ1 of the first wave plate and the optical axis azimuth angle θ2 of the second wave plate are:
θ2 = θ1 + θ / 2
Satisfy the relationship
The optical axis azimuth θ1 and the optical axis azimuth θ2 are
17.5 (deg) ≦ θ1 ≦ 27.5 (deg)
62.5 (deg) ≦ θ2 ≦ 72.5 (deg)
Or
62.5 (deg) ≦ θ1 ≦ 72.5 (deg)
17.5 (deg) ≦ θ2 ≦ 27.5 (deg)
Satisfied,
Or
107.5 (deg) ≦ θ1 ≦ 117.5 (deg)
152.5 (deg) ≦ θ2 ≦ 162.5 (deg)
Or
152.5 (deg) ≦ θ1 ≦ 162.5 (deg)
107.5 (deg) ≦ θ2 ≦ 117.5 (deg)
A polarization conversion element characterized by satisfying 前記位相差板は、
前記光学素子の端縁部に、前記偏光分離部と前記反射部とが交互に並べられた方向に沿って接合された基部と、
該基部に連続して形成され、且つ前記偏光分離部又は前記反射部の前記光出射面側に配置された複数の位相差部本体と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の偏光変換素子。 The retardation plate is
A base part joined to an edge of the optical element along a direction in which the polarization separation part and the reflection part are alternately arranged;
2. A plurality of retardation portions main bodies formed continuously on the base portion and disposed on the light exit surface side of the polarization separation portion or the reflection portion. Polarization conversion element. 請求項１又は２に記載の偏光変換素子において、
前記接着層は、変性アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とすることを特徴とする偏光変換素子。 In the polarization conversion element according to claim 1 or 2,
The polarization conversion element, wherein the adhesive layer contains a modified acrylate or a modified methacrylate as a main component. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の偏光変換素子において、
前記位相差板と前記光出射面とは、接合層により接合され、
前記接合層は、シロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ）を含む原子構造を有するＳｉ骨格と、該Ｓｉ骨格に結合する脱離基と、を含み、
前記Ｓｉ骨格のうち、前記脱離基が脱離したＳｉ骨格の未結合手が活性手となって、前記位相差板と前記光出射面と接合していることを特徴とする偏光変換素子。 In the polarization conversion element according to any one of claims 1 to 3,
The retardation plate and the light exit surface are joined by a joining layer,
The bonding layer includes a Si skeleton having an atomic structure including a siloxane bond (Si—O), and a leaving group bonded to the Si skeleton,
Of the Si skeleton, a dangling bond of the Si skeleton from which the leaving group is eliminated becomes an active hand and is bonded to the retardation plate and the light exit surface. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の偏光変換素子において、
前記透光性基板と前記位相差板とは、接合層により接合され、
前記接合層は、前記透光性基板に設けられた微結晶連続薄膜と、前記位相差板に設けられた微結晶連続薄膜とを接触させて、前記透光性基板の微結晶連続薄膜と前記位相差板の微結晶連続薄膜との接触界面及び結晶粒界に原子拡散を生じさせる原子拡散接合法により形成される、又は、前記透光性基板及び前記位相差板のうちの何れか一方に設けられた微結晶連続薄膜と、何れか他方に設けられた微結晶構造とを接触させて、前記微結晶連続薄膜と前記微結晶構造との接触界面及び結晶粒界に原子拡散を生じさせる原子拡散接合法により形成されることを特徴とする偏光変換素子。 In the polarization conversion element according to any one of claims 1 to 3,
The translucent substrate and the retardation plate are bonded by a bonding layer,
The bonding layer is formed by bringing the microcrystalline continuous thin film provided on the light transmitting substrate into contact with the microcrystalline continuous thin film provided on the retardation plate, Formed by an atomic diffusion bonding method that causes atomic diffusion at the contact interface and crystal grain boundary of the retardation plate with the microcrystalline continuous thin film, or on either one of the translucent substrate and the retardation plate An atom that causes atomic diffusion at a contact interface and a crystal grain boundary between the microcrystalline continuous thin film and the microcrystalline structure by bringing the microcrystalline continuous thin film provided into contact with the microcrystalline structure provided on either side A polarization conversion element formed by a diffusion bonding method. 請求項１乃至５の何れか一項に記載の偏光変換素子において、
前記位相差板の材質が、無機光学結晶であることを特徴とする偏光変換素子。 In the polarization conversion element according to any one of claims 1 to 5,
A polarization conversion element, wherein a material of the retardation plate is an inorganic optical crystal. 請求項１乃至６の何れか一項に記載の偏光変換素子と、当該偏光変換素子の光入射側に配置されるレンズアレイと、を備えることを特徴とする偏光変換ユニット。   A polarization conversion unit comprising: the polarization conversion element according to any one of claims 1 to 6; and a lens array disposed on a light incident side of the polarization conversion element. 光を出射する光源装置と、
該光源装置からの光を、１種類の偏光光に変換する請求項７に記載の偏光変換ユニットと、
当該偏光変換ユニットからの偏光光を画像情報に応じて光学像を形成する光変調装置と、
該光変調装置にて形成された前記光学像を拡大投射する投射光学装置と、
を備えることを特徴とする投射装置。 A light source device that emits light;
The polarization conversion unit according to claim 7, which converts light from the light source device into one kind of polarized light;
A light modulation device that forms an optical image of the polarized light from the polarization conversion unit according to image information;
A projection optical device for enlarging and projecting the optical image formed by the light modulation device;
A projection apparatus comprising:

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