JP4277922B2 - 光学素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、位相素子等として用いられる光学素子及びかかる光学素子の製造方法に関し
、さらに、かかる光学素子を組み込んだプロジェクタに関する。

従来のプロジェクタとして、液晶パネルの前後に一組の偏光板を配置した液晶ライトバ
ルブによって、透過光を制御し像光を形成するものがある。そして、このようなプロジェ
クタにおいて、例えば液晶パネルと入射偏光板との間に補償用の位相差素子を配置するこ
とにより、液晶に残存するプレチルトに起因する複屈折によって生じる位相ずれを補償し
、コントラストを高めるものが存在する（特許文献１参照）。
特開平１０−３１２１６６号公報

上記のような位相差素子は、サファイアや水晶等の複屈折材料で形成されるが、このよ
うな複屈折材料で形成された非常に薄い膜状板部材を、例えばガラス等で形成された厚い
支持用の透明基板上に接着剤で固定する場合がある。この場合、水晶等からなる膜状板部
材をその周辺で厚い基板に押し付けることになるので、膜状板部材の中央部が接着剤で盛
り上かるように変形してしまい、膜状板部材の表面が僅かながら凸レンズ状になってしま
う現象が生じていた。さらに、薄膜化工程にエッチングを用いる場合、複屈折材料の表面
に細かいうろこ状の凹凸が生じる場合がある。このような表面が凸レンズ状になっていた
り、表面に細かい凹凸が存在したりする膜状板部材すなわち位相差素子をプロジェクタに
組み込んだ場合、投射像が湾曲したりピントが合わない部分が生じたりするといった問題
が生じる。

そこで、本発明は、薄い膜状の複屈折材料を貼り付けた高精度の位相差素子等の光学素
子及びその製造方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、上記のような光学素子を組み込むことによって高精度で画像の投射が
可能なプロジェクタを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る光学素子は、（ａ）第１基板と、（ｂ）第２基
板と、（ｃ）無機材料で形成され屈折率異方性を有するとともに、第１基板及び第２基板
の厚さに比較して薄く形成され、第１基板と第２基板との間に配置される薄板状の本体部
分を有する位相差板と、（ｄ）第１基板と位相差板との間に充填される第１接着剤層と、
（ｅ）位相差板と第２基板との間に充填される第２接着剤層とを備える。

上記光学素子では、屈折率異方性を有し相対的に薄い本体部分を、相対的に厚い第１基
板と第２基板との間に接着剤層を介して保持した特有のサンドイッチ構造を有しているの
で、光学素子の製造に際して相対的に薄い位相差板が撓み変形していたり表面に細かい凹
凸が存在する場合も、本体部分のそのような望ましくない形状を第１及び第２接着剤層の
充填形状によって埋め合わせることができる。より具体的には、例えば位相差板を第１基
板上に固定する際に第１接着剤層によって薄板状の本体部分の中央が盛り上がっても、第
２基板を位相差板上に固定する際に第２接着剤層によってこのような盛り上がりを埋め合
わせて変形を相殺することができる。なお、第１基板と第２基板は、位相差板よりも厚く
、比較的撓みにくくなっており、光学素子全体としての形状は撓みや変形のないものとす
ることができ、光学素子全体としての強度も十分高いものにできる。以上により、本光学
素子では、位相差板の通過に際して意図しない集光や発散等の作用が生じにくくなるので
、光学素子の光学特性をより精密なものとすることができ、これをプロジェクタに組み込
んだ場合、高精度な画像の投射が可能になる。

また、本発明の具体的な態様又は観点によれば、上記光学素子において、第１接着剤層
の屈折率が、第２接着剤層の屈折率と略等しい。この場合、位相差板の撓み変形を一方の
第１接着剤層の凸形状と他方の第２接着剤層の凹形状とによって互いに補填することがで
き、撓んだ位相差板の前後を等しい屈折率によって充填することができるので、第１及び
第２基板が平坦である限り、光学素子によって何らかのレンズ的な作用すなわち正又は負
の屈折力を与えないようにすることができる。さらに、上記光学素子表面に細かい凹凸が
存在する場合においてもその凹凸を接着剤によって補填することができるためその細かい
凹凸により光が散乱・屈折するのを防ぐことができる。

本発明の別の態様によれば、位相差板の屈折率が、第１及び第２接着剤層の屈折率と略
等しい。この場合、位相差板の表面での反射を抑えることができ、光学素子の光学特性を
より精密なものとできる。

本発明のさらに別の態様によれば、位相差板が、位相差を与える薄板状の本体部分の周
囲の少なくとも一部に、当該本体部分よりも厚みを有する肉厚部をさらに備える。この場
合、肉厚部によって位相差板の全体的な強度を高めてその取扱を容易にするとともに、位
相差板を第１基板上に固定する際には、第１基板に対して位相差板を押し付け易くして製
作工程の作業性を高めることができる。

本発明のさらに別の態様によれば、位相差板が、水晶で形成され、第１及び第２基板が
、水晶、サファイア、及びガラスのいずれかで形成される。この場合、水晶は、サファイ
ア等に比較して硬度が低いので撓みやすいが、上述のように、より硬い第１及び第２基板
によって位相差板を前後から第１及び第２接着剤層を介して挟むことにより、集光等の作
用が発生することを防止できる。

本発明のさらに別の態様によれば、第１及び第２接着剤層が光硬化性樹脂で形成される
。この場合、第１基板と第２基板との間に位相差板を挟んで固定する作業が簡単になり、
簡易な製造工程で高精度の光学素子を提供することができる。

本発明に係るプロジェクタは、照明装置によって照明された光変調装置で形成された像
光を投射レンズによって投射するものであって、上述した本発明に係る光学素子を備える
。この場合、本発明の光学素子によって光変調装置の液晶パネルの光学的補償等を高精度
化することができ、高品位の画像を投射することができる。

上記プロジェクタの具体的な態様では、光変調装置が、透過型の液晶パネルと、液晶パ
ネルを挟むように配置される一対の偏光素子とを備え、光学素子が、一対の偏光素子の少
なくとも一方と液晶パネルとの間に配置される。この場合、光学素子は例えば光学補償板
等として機能する。

上記プロジェクタの別の態様では、光変調装置が、反射型の液晶パネルと、液晶パネル
に対応して設けられる偏光ビームスプリッタとを備え、光学素子が、偏光ビームスプリッ
タと液晶パネルとの間に配置される。この場合、光学素子は例えば光学補償板等として機
能する。

本発明に係る光学素子の製造方法は、（ａ）無機材料で形成され屈折率異方性を有する
平板部材をエッチングすることによって、所定の位相差を与える厚さの本体部分を有する
位相差板を形成する工程と、（ｂ）位相差板の本体部分の厚さに比較して厚く形成された
第１基板上に、第１接着剤層を介して位相差板を載せ、当該位相差板の周囲を第１基板に
対して押圧する工程と、（ｃ）位相差板上に、第２接着剤層を介して位相差板の本体部分
の厚さに比較して厚く形成された第２基板を載せ、位相差板に対して押圧する工程とを備
える。

上記製造方法では、第１基板上に第１接着剤層を介して位相差板を載せて押圧し、この
位相差板上に第２接着剤層を介して第２基板を載せて押圧するので、位相差板を第１基板
上に固定する際に第１接着剤層によって薄板状の本体部分の中央が盛り上がっても、第２
基板を固定する際に第２接着剤層によってこのような盛り上がりをある程度相殺すること
ができる。つまり、得られた光学素子については、位相差板の通過に際して意図しない集
光等の作用が生じにくくなるので、光学素子の光学特性を精密なものとすることができ、
これをプロジェクタに組み込んだ場合、高精度な画像の投射が可能になる。

また、本発明の具体的な態様又は観点によれば、上記製造方法において、平板部材のエ
ッチング工程で、平板部材の表面のうち本体部分に対応する中央部分の表側面を除いた周
囲と平板部材の背面とをマスクするとともに、マスクされた状態の平板部材をウエットエ
ッチング液中に浸漬する。この場合、ウエットエッチングによって加工することで中央の
本体部分すなわち複屈折効果を生じさせる薄膜状部分を簡易かつ高精度で形成することが
できる。

本発明の別の態様によれば、第１基板上に第１接着剤層を介して位相差板を載せて押圧
した後に、当該第１接着剤層を紫外線で硬化させ、位相差板上に第２接着剤層を介して第
２基板を載せて押圧した後に、当該第２接着剤層を紫外線で硬化させる。この場合、第１
基板と第２基板との間に位相差板を挟んで固定する作業が簡単になり、簡易な製造工程で
高精度の光学素子を提供することができる。

〔第１実施形態〕
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明に係る第１実施形態の光学素子である位相光学素子の
構造を概念的に説明する側方断面図及び平面図である。

図示の位相光学素子１０は、積層されたサンドイッチ構造を有し、平板状の第１基板１
１と、平板状の第２基板１２と、両基板１１の間に保持される位相差板１４とを備える。
第１基板１１と位相差板１４との間には、両者の隙間を充填するように第１接着剤層１６
が設けられており、これら第１基板１１及び位相差板１４は、この第１接着剤層１６によ
って互いに固定されている。また、第２基板１２と位相差板１４との間には、両者の隙間
を充填するように第２接着剤層１７が設けられており、これら第２基板１２及び位相差板
１４は、この第２接着剤層１７によって互いに固定されている。

第１基板１１は、ガラス、サファイア、水晶等の無機材料で形成された比較的厚い平板
部材であり、第１基板１１の例えば入射側となる平面１１ｄと、例えば射出側となる平面
１１ｅとは、互いに略平行になっている。第１基板１１は、可視光等に対して光透過性を
有するが、集光等のレンズ作用を有していない。一方、第２基板１２も、ガラス、サファ
イア、水晶等の無機材料で形成された比較的厚い平板部材であり、第２基板１２の例えば
入射側となる平面１２ｄと、例えば射出側となる平面１２ｅとは、互いに略平行になって
いる。また、第２基板１２は、可視光等に対して光透過性を有するが、集光等のレンズ作
用を有していない。なお、両基板１１，１２は、厚さ数１００μｍ〜数ｍｍ程度で比較的
厚く形成されており、製造・組立時の応力によって撓み変形しにくい支持体となっている
。

位相差板１４は、水晶、サファイア等の無機材料で形成され、全体として薄い平板状の
部材であるが、矩形で薄板状の本体部分１４ａと、本体部分１４ａの外周を囲むように設
けた肉厚部である押圧枠部１４ｂとを備える。

ここで、本体部分１４ａは、例えば正の一軸性結晶その他の屈折率異方性材料であり、
結晶軸すなわち光学軸の方位（配位方向）を例えば光軸ＡＸに沿った方向や光軸ＡＸに垂
直な面内の適当な方位に設定しており、目標とする位相差を実現するため、数μｍ〜１０
数μｍ程度の厚みを有する。本体部分１４ａは、このように薄膜状であるため、位相差板
１４を第１接着剤層１６を介して第１基板１１に貼り付ける際に、中央部において数十μ
ｍ程度であるが凸レンズ状の盛り上がりが形成される。このため、本体部分１４ａの図面
下側の表面１４ｄは、第１接着剤層１６側に凹面に形成されることになり、その図面上側
の表面１４ｅは、第２接着剤層１７側に凸面に形成されることになる。押圧枠部１４ｂは
、位相差板１４を第１基板１１に押し付けるための部分であり、肉厚の枠部分として形成
することによって位相差板１４の機械的強度を確保して、位相差板１４の押圧作業を確実
にしている。ここで、押圧枠部１４ｂの突起方向は、製造工程の関係上、後から貼り付け
られる第２基板１２側としている。なお、押圧枠部１４ｂを設けない場合、本体部分１４
ａを第１基板１１に直接貼り付ける必要があり、本体部分１４ａの表面に傷や欠けが生じ
たり割れが生じたりし易くなる。

第１接着剤層１６は、例えば紫外線硬化樹脂等の光硬化性樹脂で形成されており、第１
基板１１と位相差板１４とを接着して互いに固定する。この場合、第１接着剤層１６は、
両面１１ｅ，１４ｄの間に挟まれて凸レンズ状の外形を有する。また、第２接着剤層１７
も、光硬化性樹脂で形成されており、第２基板１２と位相差板１４とを接着して互いに固
定する。この場合、第２接着剤層１７は、両面１２ｄ，１４ｅの間に挟まれて凹レンズ状
の外形を有する。ここで、紫外線硬化樹脂等の光硬化性樹脂は、可視波長域において例え
ば１．３〜１．７程度の範囲で屈折率を制御することができ、第１基板１１を形成する例
えば水晶の屈折率１．５に略一致させることができる。よって、第１接着剤層１６と位相
差板１４との境界の湾曲した表面１４ｄでレンズとしての屈折力が生じることを防止でき
、また、第２接着剤層１７と位相差板１４との境界の湾曲した表面１４ｅでレンズとして
の屈折力が生じることを防止できる。これにより、全体として平板状の位相光学素子１０
を通過する光線が位相光学素子１０内の屈折差によって集光したり発散する現象を抑える
ことができる。なお、位相差板１４と第１及び第２接着剤層１６，１７との間に多少の屈
折率差があっても、結果的に両接着剤層１６，１７の凹凸が互いに相殺して位相光学素子
１０全体としては屈折力を生じない。ただし、位相差板１４と第１及び第２接着剤層１６
，１７との屈折率差が大きくなると、界面での反射も無視できなくなるので、両者の屈折
率は比較的近いものであることが望ましい。

なお、位相差板１４が水晶で形成される場合、本体部分１４ａの撓み量が大きくなり問
題となる傾向がある。一般的に撓みやすさを示す数値として曲げ強度という値があるが、
水晶は５０Ｍｐａ程度の曲げ強度であり、サファイアの４５０〜７００ＭＰａ程度の曲げ
強度に比較してかなり小さくなっている。よって、位相差板１４を水晶で形成する場合、
特に本体部分１４ａが撓みやすく、本実施形態の構成とすることで本体部分１４ａの撓み
による屈折力の発生を効果的に防止できる。

上記のような位相光学素子１０において、仮に第２接着剤層１７を充填したり第２基板
１２を貼り付けたりしない場合、位相光学素子が第１基板１１と、第２基板１２と、第１
接着剤層１６とで構成されることになる。この場合、本体部分１４ａの露出する平面１４
ｅが凸レンズ面として作用し、不要な結像作用が生じ光学特性を劣化させる可能性がある
。このような位相光学素子をプロジェクタの例えば液晶ライトバルブ等の周辺に配置した
場合、投射像のピントが画面の中央や周辺で合わなくなってしまう可能性がある。

以下、図２等を参照して、図１の位相光学素子１０の製造方法について説明する。予め
、位相光学素子１０の構成要素となる、第１及び第２基板１１，１２、並びに位相差板１
４の材料を準備する。具体的には、第１及び第２基板１１，１２の材料であるガラス、サ
ファイア、水晶等の平板材料を切り出し、それぞれの平板面に対して研磨等の加工を施し
て目的の厚さ（例えば、０．５ｍｍ）の平板を得る。これと並行して、位相差板１４の材
料である水晶等の平板材料を切り出し、平板面に対して研磨等の加工を施して目的の厚さ
（例えば、８０μｍ）の平板を得る。この際、位相差板１４の本体部分１４ａの光学軸を
目的の方位や傾きにするため、位相差板１４の材料をその光学軸が目的通りの配置となる
ように切り出す。なお、第１及び第２基板１１，１２についても、これがガラスでなく、
サファイア、水晶等の結晶材料である場合には、これら第１及び第２基板１１，１２の材
料を光学軸が目的通りに配置されるように切り出す。

次に、図２（ａ）に示すように、位相差板１４の材料である水晶等の平板ＰＰに一方の
平板面の中央の矩形領域を残してマスク８１を施すとともに、平板ＰＰに対してフッ酸処
理を施す。このマスク８１は、例えばクローム及び金の合金、ゴム系の各種有機物等から
なる。なお、マスク８１は、エッチャントであるフッ酸に対して耐食性を有するものであ
ればよく、上記材料に限らない。そして、マスクした平板ＰＰをフッ化水素溶液８５で満
たした処理容器８３中に所定時間浸漬する。これにより、平板ＰＰの中央の矩形領域が片
側からエッチングされ、平板ＰＰの中央部を目的の厚みにすることができる。この際、平
板ＰＰの表側の露出平面は、エッチング処理によって削られるが、平板ＰＰの露出平面の
周囲と平板ＰＰの裏側の平面とは、マスク８１によってエッチングから保護される。

次に、図２（ｂ）に示すように、フッ酸処理後の平板ＰＰを処理容器８３外に取り出し
て、表面を適宜洗浄するとともにマスク８１を除去して次の工程が可能な状態の位相差板
１４とする。図３は、位相差板１４の斜視図である。図からも明らかなように、位相差板
１４は、外周の押圧枠部１４ｂに囲まれた薄板状の本体部分１４ａを備え、この本体部分
１４ａは、必要な位相差を与え得るように、例えば数μｍ〜１０数μｍ程度の厚みを有し
ている。また、押圧枠部１４ｂは、必要な強度を確保できるように、例えば１００μｍ弱
から数１００μｍ程度の厚みを有している。

次に、図２（ｃ）に示すように、予め準備した第１基板１１上に紫外線硬化樹脂を塗布
して薄く広げることにより、薄膜状の第１接着剤層１６とする。そして、図２（ｄ）に示
すように位相差板１４の窪んだ表面が上側になるようにして、第１基板１１上に第１接着
剤層１６を介して位相差板１４を載せて貼り合わせる。その後、第１接着剤層１６を紫外
線で硬化させる。ここで、位相差板１４のうち、第１基板１１に比較してかなり薄い本体
部分１４ａは、それ自体が非常に薄いため可撓性を有し、中央部分ＣＰが盛り上がって全
体として凸面を形成してしまう。この際、第１接着剤層１６は、凸レンズ状に中央部が厚
くなってしまう。一方、第１基板１１については、位相差板１４の本体部分１４ａに比較
して厚いことから撓まない。なお、第１接着剤層１６を構成する紫外線硬化樹脂は、例え
ばエポキシ系の樹脂とすることができ、位相差板１４や第１基板１１との屈折率差は小さ
なものとなっている。

次に、図２（ｅ）に示すように、図２（ｄ）に示す状態の位相差板１４上に紫外線硬化
樹脂を塗布して薄く広げることにより、薄膜状の第２接着剤層１７とする。そして、図２
（ｆ）に示すように第２接着剤層１７を介して第２基板１２を載せて貼り合わせる。その
後、第２接着剤層１７を紫外線で硬化させる。これにより、全体として平板状の位相光学
素子１０が得られる。ここで、第２基板１２は、位相差板１４の本体部分１４ａに比較し
て厚いことから撓まないので、第２接着剤層１７は、本体部分１４ａの影響で凹レンズ状
に中央部が薄くなる。なお、第２接着剤層１７を構成する紫外線硬化樹脂は、例えばエポ
キシ系の樹脂とすることができ、位相差板１４や第２基板１３との屈折率差は小さなもの
となっている。
結果的に、第１接着剤層１６と位相差板１４との境界の湾曲した表面１４ｄでレンズと
しての屈折力が生じることを防止でき、また、第２接着剤層１７と位相差板１４との境界
の湾曲した表面１４ｅでレンズとしての屈折力が生じることを防止できる。さらに、上記
エッチング処理によって表面１４ｄ及び表面１４ｅに細かいうろこ状の凹凸が生じた場合
であっても、このようなうろこ状の凹凸を第１及び第２接着剤層１６，１７によって補填
することができるため、第１接着層１６と表面１４ｄとの境界部、及び第２接着層１７と
表面１４ｅとの境界部においてその細かい凹凸により光が散乱・屈折するのを防ぐことが
できる。なお、位相差板１４と第１及び第２接着剤層１６，１７との間に多少の屈折率差
があっても、第２接着剤層１７の形状は、第１接着剤層１６の形状を相殺するようなもの
になっているので、位相光学素子１０全体としては屈折力を生じないとともに、中間に挟
まれた位相差板１４によって位相差付与の効果が生じる。ただし、位相差板１４の本体部
分１４ａが撓むことによって、位相差板１４によって生じる位相差が厳密には一様でない
ものとなるが、角度にして１度未満程度であり、コントラストに及ぼす影響はあまり大き
くない。

〔第２実施形態〕
図４は、図１に示す位相光学素子１０を組み込んだプロジェクタの光学系の構成を説明
する図である。

本プロジェクタ１１０は、光源光を発生する光源装置２１と、光源装置２１からの光源
光を赤緑青の３色に分離する色分離光学系２３と、色分離光学系２３から射出された各色
の照明光によって照明される光変調部２５と、光変調部２５からの各色の像光を合成する
クロスダイクロイックプリズム２７と、クロスダイクロイックプリズム２７を経た像光を
スクリーン（不図示）に投射するための投射光学系である投射レンズ２９とを備える。

以上のプロジェクタ１１０において、光源装置２１は、光源ランプ２１ａと、凹レンズ
２１ｂと、一対のフライアイレンズ２１ｄ，２１ｅと、偏光変換部材２１ｇと、重畳レン
ズ２１ｉとを備える。このうち、光源ランプ２１ａは、例えば高圧水銀ランプからなり、
光源光を回収して前方に射出させる凹面鏡を備える。凹レンズ２１ｂは、光源ランプ２１
ａからの光源光を平行化する役割を有するが、省略することもできる。一対のフライアイ
レンズ２１ｄ，２１ｅは、マトリックス状に配置された複数の要素レンズからなり、これ
らの要素レンズによって凹レンズ２１ｂを経た光源ランプ２１ａからの光源光を分割して
個別に集光・発散させる。偏光変換部材２１ｇは、フライアイレンズ２１ｅから射出した
光源光を例えば図４の紙面に垂直なＳ偏光成分のみに変換して次段光学系に供給する。重
畳レンズ２１ｉは、偏光変換部材２１ｇを経た照明光を全体として適宜収束させることに
より、光変調部２５に設けた各色の光変調装置に対する重畳照明を可能にする。つまり、
両フライアイレンズ２１ｄ，２１ｅと重畳レンズ２１ｉとを経た照明光は、以下に詳述す
る色分離光学系２３を経て、光変調部２５に設けられた各色の液晶パネル２５ａ，２５ｂ
，２５ｃを均一に重畳照明する。

色分離光学系２３は、第１及び第２ダイクロイックミラー２３ａ，２３ｂと、補正光学
系である３つのフィールドレンズ２３ｆ，２３ｇ，２３ｈと、反射ミラー２３ｊ，２３ｍ
，２３ｎ，２３ｏとを備え、光源装置２１とともに照明装置を構成する。ここで、第１ダ
イクロイックミラー２３ａは、赤緑青の３色のうち例えば赤光及び緑光を反射し青光を透
過させる。また、第２ダイクロイックミラー２３ｂは、入射した赤及び緑の２色のうち例
えば緑光を反射し赤光を透過させる。この色分離光学系２３において、光源装置２１から
の略白色の光源光は、反射ミラー２３ｊで光路を折り曲げられて第１ダイクロイックミラ
ー２３ａに入射する。第１ダイクロイックミラー２３ａを通過した青光は、例えばＳ偏光
のまま、反射ミラー２３ｍを経てフィールドレンズ２３ｆに入射する。また、第１ダイク
ロイックミラー２３ａで反射されて第２ダイクロイックミラー２３ｂでさらに反射された
緑光は、例えばＳ偏光のままフィールドレンズ２３ｇに入射する。さらに、第２ダイクロ
イックミラー２３ｂを通過した赤光は、例えばＳ偏光のまま、レンズＬＬ１，ＬＬ２及び
反射ミラー２３ｎ，２３ｏを経て、入射角度を調節するためのフィールドレンズ２３ｈに
入射する。レンズＬＬ１，ＬＬ２及びフィールドレンズ２３ｈは、リレー光学系を構成し
ている。このリレー光学系は、第１レンズＬＬ１の像を、第２レンズＬＬ２を介してほぼ
そのままフィールドレンズ２３ｈに伝達する機能を備えている。

光変調部２５は、３つの液晶パネル２５ａ，２５ｂ，２５ｃと、各液晶パネル２５ａ，
２５ｂ，２５ｃを挟むように配置される３組の偏光フィルタ２５ｅ，２５ｆ，２５ｇとを
備える。ここで、第１光路ＯＰ１に配置された青光用の液晶パネル２５ａと、これを挟む
一対の偏光フィルタ２５ｅ，２５ｅとは、青光を画像情報に基づいて２次元的に輝度変調
するための青色用の液晶ライトバルブを構成する。このうち、液晶パネル２５ａは、例え
ば垂直配向型の動作を行う液晶セルを備えるが、ＴＮ型の動作を行う液晶セルを含むもの
とすることもできる。液晶パネル２５ａは、一対の基板間に液晶層を挟んだ一般的な構造
を有し、表の基板側に配向膜、透明共通電極層、ブラックマトリックス等を備え、裏の基
板側に配向膜、透明画素電極、回路層等を備える。青色用の液晶ライトバルブは、図１に
示す位相光学素子１０を、コントラスト向上用の光学補償板として、例えば偏光フィルタ
２５ｅと液晶パネル２５ａとの間に組み込んでいる。同様に、第２光路ＯＰ２に配置され
た緑光用の液晶パネル２５ｂと、対応する偏光フィルタ２５ｆ，２５ｆも、緑色用の液晶
ライトバルブを構成し、第３光路ＯＰ３に配置された赤光用の液晶パネル２５ｃと、偏光
フィルタ２５ｇ，２５ｇも、赤色用の液晶ライトバルブを構成する。そして、これら緑光
及び赤色用の液晶ライトバルブも、コントラスト向用の光学補償板として、図１に示す位
相光学素子１０を、例えば第１偏光フィルタ２５ｆ，２５ｇと液晶パネル２５ｂ，２５ｃ
との間に組み込んでいる。なお、以上の偏光フィルタ２５ｅ，２５ｆ，２５ｇは、樹脂等
で形成される吸収型の偏光子とすることもできるが、ワイヤグリッド偏光子等の反射型の
偏光子とすることもできる。

青光用の第１液晶パネル２５ａには、色分離光学系２３の第１ダイクロイックミラー２
３ａを透過することによって分岐された青光が、フィールドレンズ２３ｆを介して入射す
る。緑光用の第２液晶パネル２５ｂには、色分離光学系２３の第２ダイクロイックミラー
２３ｂで反射されることによって分岐された緑光が、フィールドレンズ２３ｇを介して入
射する。赤光用の第３液晶パネル２５ｃは、第２ダイクロイックミラー２３ｂを透過する
ことによって分岐された赤光が、フィールドレンズ２３ｈを介して入射する。各液晶パネ
ル２５ａ〜２５ｃは、入射した照明光の空間的強度分布を変調する非発光型の光変調装置
であり、各液晶パネル２５ａ〜２５ｃにそれぞれ入射した３色の光は、各液晶パネル２５
ａ〜２５ｃに電気的信号として入力された駆動信号或いは画像信号に応じて変調される。
その際、偏光フィルタ２５ｅ，２５ｆ，２５ｇによって、各液晶パネル２５ａ〜２５ｃに
入射する照明光の偏光方向が調整されるとともに、各液晶パネル２５ａ〜２５ｃから射出
される変調光から所定の偏光方向の成分光が像光として取り出される。さらに、位相光学
素子１０によって、液晶パネル２５ａ〜２５ｃによる位相変調が適正になるように調整が
行われ、これらの光学的補償が可能になる。

クロスダイクロイックプリズム２７は、光合成部材であり、４つの直角プリズムを貼り
合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、Ｘ字状に
交差する一対の誘電体多層膜２７ａ，２７ｂが形成されている。一方の第１誘電体多層膜
２７ａは青色光を反射し、他方の第２誘電体多層膜２７ｂは赤色光を反射する。このクロ
スダイクロイックプリズム２７は、液晶パネル２５ａからの青光を第１誘電体多層膜２７
ａで反射して進行方向右側に射出させ、液晶パネル２５ｂからの緑光を第１及び第２誘電
体多層膜２７ａ，２７ｂを介して直進・射出させ、液晶パネル２５ｃからの赤光を第２誘
電体多層膜２７ｂで反射して進行方向左側に射出させる。

投射レンズ２９は、クロスダイクロイックプリズム２７で合成されたカラーの像光を、
所望の倍率でスクリーン（不図示）上に投射する。つまり、各液晶パネル２５ａ〜２５ｃ
に入力された駆動信号或いは画像信号に対応する所望の倍率のカラー動画やカラー静止画
がスクリーン上に投射される。

以上のプロジェクタ１１０において、光変調部２５に組み込まれた位相光学素子１０は
、既に説明したように、例えば液晶パネル２５ａ〜２５ｃによって正確に調整できなかっ
た位相変調量を微調整する目的で使用される。このような位相光学素子１０を液晶ライト
バルブ内の適所に配置することで、光変調部２５による光変調のコントラストを高めるこ
とができ、或いは光変調量の効率的で精密な制御が可能になり、高品位の画像の投射が可
能になる。この際、位相光学素子１０中に組み込まれた位相差板１４の本体部分１４ａに
おける光学軸の方向や本体部分１４ａの厚みは、液晶パネル２５ａ〜２５ｃによって与え
られる複屈折位相差に対して必要な調整量に対応するものとなっている。よって、位相光
学素子１０において内部の本体部分１４ａの厚みは通常極めて薄くなるが、このような厚
みは、個々の液晶パネル２５ａ〜２５ｃごとに設定することが望ましい。

以下、具体例について説明する。上記のようなプロジェクタ１１０において、例えば緑
色用の液晶ライトバルブ２５ｂ，２５ｆに図１のような位相光学素子１０を組み込むシミ
ュレーションを行って緑色の結像特性を調べた。結果は、図５（ａ）の全体図並びに図５
（ｂ）及び（ｃ）の部分拡大図に示すように、画面全体で投射像のグリッドが鮮明である
ことが分かる。一方、位相光学素子１０を図２（ｃ）に示す途中工程の構造に対応する比
較例とした場合、図６（ａ）の全体図並びに図６（ｂ）及び（ｃ）の部分拡大図に示すよ
うに、画面周辺で投射像のグリッドが不鮮明になってしまうことが分かる。

〔第３実施形態〕
図７は、図１に示す位相光学素子１０を組み込んだプロジェクタの光学系の構成を説明
する図である。なお、第３実施形態のプロジェクタ３００は、第２実施形態のプロジェク
タ１１０を変形したものであり、特に説明しない部分は、第２実施形態と同様である。

本プロジェクタ３００は、光源光を発生する光源装置２１と、光源装置２１からの光源
光を赤緑青の３色に分割する色分離光学系３２３と、色分離光学系３２３から射出された
各色の照明光によって照明される光変調部３２５と、光変調部３２５からの各色の像光を
合成するクロスダイクロイックプリズム２７と、クロスダイクロイックプリズム２７を経
た像光をスクリーン（不図示）に投射するための投射光学系である投射レンズ２９とを備
える。

色分離光学系３２３は、第１及び第２ダイクロイックミラー３２３ａ，２３ｂと、反射
ミラー３２３ｎとを備える。この色分離光学系２３において、光源装置２１からの略白色
の光源光は、ダイクロイックミラー３２３ａに入射する。第１ダイクロイックミラー３２
３ａで反射された青光は、例えばＳ偏光のまま、反射ミラー３２３ｎを経て偏光ビームス
プリッタ５５ａに入射する。また、第１ダイクロイックミラー３２３ａを透過して第２ダ
イクロイックミラー２３ｂで反射された緑光は、例えばＳ偏光のまま偏光ビームスプリッ
タ５５ｂに入射する。さらに、第２ダイクロイックミラー２３ｂを通過した赤光は、例え
ばＳ偏光のまま、偏光ビームスプリッタ５５ｃに入射する。

光変調部３２５は、３つの偏光ビームスプリッタ５５ａ，５５ｂ，５５ｃと、３つの液
晶パネル５６ａ，５６ｂ，５６ｃと、位相光学素子３１０とを備える。ここで、青光用の
第１光路ＯＰ１に配置された偏光ビームスプリッタ５５ａと、これに付随する液晶パネル
５６ａ及び位相光学素子３１０とは、照明光のうち青光を画像情報に基づいて２次元的に
輝度変調するための青色用の液晶ライトバルブを構成する。青色用の液晶ライトバルブの
うち、偏光ビームスプリッタ５５ａは、図４の偏光フィルタ２５ｅ，２５ｅに対応し、液
晶パネル５６ａは、図４の液晶パネル２５ａに対応し、位相光学素子３１０は、図４の位
相光学素子１０に対応する。

青色用の液晶ライトバルブにおいて、まず、偏光ビームスプリッタ５５ａは、位相光学
素子３１０を介して、液晶パネル５６ａに入射させる光の偏光方向と、液晶パネル５６ａ
から射出された光の偏光方向とについての調整を行っている。この偏光ビームスプリッタ
５５ａ中には、青色の偏光を分離するための偏光分離膜３２ｂが内蔵されている。つぎに
、液晶パネル５６ａは、入射光の偏光方向を入力信号に応じて画素単位で変化させる反射
型の液晶パネルである。液晶パネル５６ａは、一対の基板間に液晶層を挟んだ一般的な構
造を有し、表の基板側に配向膜、透明共通電極層等を備え、裏の基板側に配向膜、反射画
素電極、回路層等を備える。最後に、位相光学素子３１０は、図４の位相光学素子１０の
場合と同様に、例えば液晶パネル５６ａによって正確に調整できなかった位相変調量を微
調整する目的で使用される。この位相光学素子３１０は、図１に示す位相光学素子１０と
同様に、第１基板１１と第２基板１２との間に接着剤層１６，１７を介して位相差板１４
を挟んだ構造を有するが、位相差板１４の本体部分１４ａにおける光学軸の方向や本体部
分１４ａの厚みが異なっている。このような位相光学素子３１０を液晶パネル５６ａの近
傍に配置することで、青色用の液晶ライトバルブによる光変調量の効率的で精密な制御が
可能になる。

以上の液晶ライトバルブにおいて、偏光ビームスプリッタ５５ａは、入射光のうちＳ偏
光を偏光分離膜３２ｂによって反射して液晶パネル５６ａへと入射させ、液晶パネル５６
ａから反射によって射出されて位相光学素子３１０を通過した変調光のうち、偏光分離膜
３２ｂを透過したＰ偏光をクロスダイクロイックプリズム２７側に射出する。この偏光ビ
ームスプリッタ５５ａは、第１光路ＯＰ１の中心であるシステム光軸に対して傾斜配置さ
れるワイヤグリッド偏光子等の他の反射型の偏光分離素子に置き換えることができる。

なお、液晶パネル５６ａや位相光学素子３１０は、図４に示すプロジェクタ１１０の液
晶パネル２５ａや位相光学素子１０の場合と異なり、光が往復することになるので、これ
らで発生するリタデーションは２倍になると考えられる。よって、例えば図４の位相光学
素子１０と同様に位相変調量の微調整を行う場合、位相光学素子１０に比較して位相光学
素子３１０の厚みを半分にするなどの調整が必要となる。

光変調部３２５において、緑色用の第２光路ＯＰ２に配置された偏光ビームスプリッタ
５５ｂと、これに付随する液晶パネル５６ｂ及び位相光学素子３１０とは、照明光のうち
緑光を画像情報に基づいて２次元的に輝度変調するための緑色用の液晶ライトバルブを構
成する。ここで、緑色用の偏光ビームスプリッタ５５ｂ、液晶パネル５６ｂ、及び位相光
学素子３１０は、青色用の偏光ビームスプリッタ５５ａ、液晶パネル５６ａ、及び位相光
学素子３１０とそれぞれ同様の構造及び機能を有する。なお、偏光ビームスプリッタ５５
ｂ中には、緑色の偏光を分離するための偏光分離膜３２ｇが内蔵されている。

光変調部３２５において、赤色用の第３光路ＯＰ３に配置された偏光ビームスプリッタ
５５ｃと、これに付随する液晶パネル５６ｃ及び位相光学素子３１０とは、照明光のうち
赤光を画像情報に基づいて２次元的に輝度変調するための赤色用の液晶ライトバルブを構
成する。ここで、赤色用の偏光ビームスプリッタ５５ｃ、液晶パネル５６ｃ、及び位相光
学素子３１０は、青色用の偏光ビームスプリッタ５５ａ、液晶パネル５６ａ、及び位相光
学素子３１０とそれぞれ同様の構造及び機能を有する。なお、偏光ビームスプリッタ５５
ｃ中には、赤色の偏光を分離するための偏光分離膜３２ｒが内蔵されている。

以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるもの
ではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能で
あり、例えば次のような変形も可能である。

すなわち、上記実施形態では、位相光学素子１０の位相差板１４として水晶等を用いた
例について説明したが、水晶以外の他の正の一軸性結晶（例えば、方解石、バナジン酸イ
ットリウム、ルチル等）を用いることができる。また、正の一軸性結晶の代わりにサファ
イア等の負の一軸性結晶を用いることもできる。以上において、位相差板１４の材料の曲
げ強度が２００ＭＰａ以下の正又は負の一軸性結晶である場合、本体部分１４ａの撓み量
が大きくなる傾向が強まるが、第１及び第２基板１１，１２の間に接着剤層１６，１７を
介して位相差板１４の本体部分１４ａを挟む上記本実施形態のサンドイッチ構造とするこ
とにより、本体部分１４ａの撓みによる屈折力の発生を効果的に防止できる。

また、位相光学素子１０において、第１基板１１と第２基板１２の順序は、適宜入れ替
えることができる。つまり、第１基板１１を入射側とするとともに第２基板１２を射出側
とすることができるだけでなく、第２基板１２を入射側とするとともに第１基板１１を射
出側とすることができる。

また、位相光学素子１０において、第１基板１１と第２基板１２とを同じ素材で形成す
る必要はなく、例えば第１基板１１をサファイア等の負の一軸性結晶で形成し、第２基板
１２をガラス等の等方性物質で形成することができる。なお、第１基板１１をサファイア
等の負の一軸性結晶とし、位相差板１４を水晶等の正の一軸性結晶とした場合、負の一軸
性結晶と正の一軸性結晶とを複合した光学素子を得ることができる。

また、上記第１実施形態では、位相差板１４の外周を囲むように押圧枠部１４ｂを設け
ているが、位相差板１４の外周の一部、例えば対向する２辺にのみ押圧枠部１４ｂを設け
ることもできる。

また、上記第２実施形態では、位相光学素子１０を液晶パネル２５ａ〜２５ｃの入射側
に配置しているが、位相光学素子１０を液晶パネル２５ａ〜２５ｃの射出側に配置するこ
とができる。なお、液晶パネル２５ａ〜２５ｃの入射側に集光用のマイクロレンズを形成
している場合、位相補償素子１０と液晶パネル２５ｃ〜２５ｃを通過する光の角度が等し
くなるため、位相光学素子１０を射出側に配置することが望ましい。

また、上記のような位相光学素子１０は、光学補償、位相変換その他の目的で、プロジ
ェクタ１１０，３００の他の箇所（例えば偏光変換部材２１ｇ、色分離光学系２３、投射
レンズ２９等の内部）に組み込むこともできる。

また、上記第３実施形態では、偏光ビームスプリッタ５５ａ，５５ｂ，５５ｃの偏光分
離膜で反射したＳ偏光を液晶パネル５６ａ，５６ｂ，５６ｃに入射させ、偏光ビームスプ
リッタ５５ａ，５５ｂ，５５ｃの偏光分離膜を透過したＰ偏光を画像光として射出する例
のみを挙げたが、偏光ビームスプリッタ５５ａ，５５ｂ，５５ｃの偏光分離膜を透過した
Ｐ偏光を液晶パネル５６ａ，５６ｂ，５６ｃに入射させ、偏光ビームスプリッタ５５ａ，
５５ｂ，５５ｃの偏光分離膜で反射したＳ偏光を画像光として射出する構成とすることも
可能である。

また、上記実施形態のプロジェクタ１１０，３００では、光源装置２１を、光源ランプ
２１ａ、一対のフライアイレンズ２１ｄ，２１ｅ、偏光変換部材２１ｇ、及び重畳レンズ
２１ｉで構成したが、フライアイレンズ２１ｄ，２１ｅ、偏光変換部材２１ｇ等について
は省略することができ、光源ランプ２１ａも、ＬＥＤ等の別光源に置き換えることができ
る。

また、上記実施形態では、色分離光学系２３，３２３を用いて照明光の色分離を行って
、光変調部２５，３２５において各色の変調を行った後に、クロスダイクロイックプリズ
ム２７において各色の像の合成を行っているが、単一の液晶パネルすなわち液晶ライトバ
ルブによって画像を形成することもできる。

上記実施形態では、３つの液晶パネル２５ａ〜２５ｃ，５６ａ〜５６ｃを用いたプロジ
ェクタ１１０，３００の例のみを挙げたが、本発明は、２つの液晶パネルを用いたプロジ
ェクタ、あるいは、４つ以上の液晶パネルを用いたプロジェクタにも適用可能である。

上記実施形態では、スクリーンを観察する方向から投射を行なうフロントタイプのプロ
ジェクタの例のみを挙げたが、本発明は、スクリーンを観察する方向とは反対側から投射
を行なうリアタイプのプロジェクタにも適用可能である。

（ａ）、（ｃ）は、第１実施形態の位相光学素子の側方断面図及び平面図である。 （ａ）〜（ｆ）は、図１の位相光学素子の製造工程を説明する側方断面図である。 図２（ｂ）の工程に示される位相差板の形状を説明する斜視図である。 図１の位相光学素子を組み込んだ第２実施形態のプロジェクタの光学系を説明する図である。 （ａ）〜（ｃ）は、実施例の位相光学素子を組み込んだ結像状態を示す。 （ａ）〜（ｃ）は、比較例の位相光学素子を組み込んだ結像状態を示す。 図１の位相光学素子を組み込んだ第３実施形態のプロジェクタの光学系を説明する図である。

符号の説明

１０…位相光学素子、 １１…第１基板、 １１ｄ，１１ｅ…平面、 １２…第２基板
、 １２ｄ，１２ｅ…平面、 １４…位相差板、 １４ａ…本体部分、 １４ｂ…押圧枠
部、 １４ｄ，１４ｅ…表面、 １６…第１接着剤層、 １７…第２接着剤層、 ２１…
光源装置、 ２３…色分離光学系、 ２３ａ，２３ｂ…ダイクロイックミラー、 ２５…
光変調部、 ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ…液晶パネル、 ２５ｅ，２５ｆ，２５ｇ…偏光フ
ィルタ、 ２７…クロスダイクロイックプリズム、 ２９…投射レンズ、 ８１…マスク
、 ８３…処理容器、 １１０…プロジェクタ、 ＡＸ…光軸、 ＣＰ…中央部分、 Ｐ
Ｐ…平板

Claims (2)

1. 無機材料で形成され屈折率異方性を有する平板部材をエッチングすることによって、所定の位相差を与える厚さの本体部分を有する位相差板を形成する工程と、
   前記位相差板の本体部分の厚さに比較して厚く形成された第１基板上に、第１接着剤層を介して前記位相差板を載せ、当該位相差板の周囲を前記第１基板に対して押圧する工程と、
   前記位相差板上に、第２接着剤層を介して前記位相差板の本体部分の厚さに比較して厚く形成された第２基板を載せ、前記位相差板に対して押圧する工程と
   を備え、
   前記平板部材のエッチング工程で、前記平板部材の表面のうち前記本体部分に対応する中央部分の表側面を除いた周囲と前記平板部材の背面とをマスクするとともに、マスクされた状態の前記平板部材をウエットエッチング液中に浸漬する光学素子の製造方法。
2. 前記第１基板上に前記第１接着剤層を介して前記位相差板を載せて押圧した後に、当該第１接着剤層を紫外線で硬化させ、前記位相差板上に前記第２接着剤層を介して前記第２基板を載せて押圧した後に、当該第２接着剤層を紫外線で硬化させる請求項１記載の光学素子の製造方法。

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