JP2012108969A - 光学素子、プリズム、偏光変換素子、光ピックアップ装置及び投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広範囲の波長領域で光学特性の優れたプリズムを提供する。
【解決手段】互いに隣り合う第一透光性基材１１及び第二透光性基材１２を偏光分離膜１３と接合層１４とを挟んで接合し入射光をＰ偏光とＳ偏光とに分離するとともにＰ偏光を反射しＳ偏光を透過させるプリズム１０。第一透光性基材１１及び第二透光性基材１２の屈折率ｎを、１．７３＜ｎ＜２．０（d線における）とし、入射角αを、６１°≦α≦８２°に設定し、接合層１４の膜厚ｔを、１５ｎｍ≦ｔ＜６０ｎｍとした。そのため、プリズム１０を容易に製造することができるとともに、光学特性が良好となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学素子、プリズム、偏光変換素子、光ピックアップ装置及び投射装置に関する。

光記録媒体である光ディスクを記録・再生する光ディスク装置に使用する光ピックアップ装置、投射装置、その他の電子機器には、プリズム、偏光変換素子等の光学物品が利用されている。
例えば、光ピックアップ装置にはプリズムが利用されている。
図１９は一般的な光ピックアップ装置の構造が示されている。
図１９において、光ピックアップ装置は、レーザー光を出射する半導体レーザー等からなる光源１００から出射された直線偏光ＰＬは、グレーティング１０１により３ビーム等の回折光となって、プリズム１０２へ入射すると、プリズムの接合面１０２Ｃに配置された偏光分離膜へ入射する。このとき接合面１０２Ｃに対する法線と前記回折光である入射光の入射光軸とを含む面に対して前記直線偏光の偏光面が平行である場合、当該直線偏光はＰ偏光として作用し、当該Ｐ偏光である前記直線偏光は前記偏光分離膜を透過して、１／４波長板１０３へ入射する。１／４波長板１０３へ入射した前記Ｐ偏光は、位相が９０°ずれることにより円偏光に変換されて対物レンズ１０４へ入射し、当該対物レンズ１０４で集光されて光ディスクＤのデータピットに入射することとなる。前記円偏光は前記データピットで逆回転の円偏光ＳＬ１となって反射され、対物レンズ１０４を経て１／４波長板１０３へ入射する。ここで、前記円偏光ＳＬ１は、１／４波長板１０３により位相が９０°ずれてＳ偏光ＳＬ２となってプリズム１０２へ入射する。前記Ｓ偏光ＳＬ２は前記偏光分離膜で反射されて光検出部１０５で受光され、検出される構造である。
ここで、プリズム１０２は、それぞれ三角柱状のガラス基材１０２Ａ，１０２Ｂの間に偏光分離膜と接合層からなる層１０２Ｃを挟んで接合された構造である。プリズム１０２は偏光ビームスプリッターとして用いられる。
プリズム１０２で使用される接合層は、一般的に接着剤が用いられており、接着剤とガラス基材とは屈折率が異なるので、通常、接着剤と一方のガラス基材１０２Ａとの間には所謂マッチングコート（マッチング膜）が設けられている。前記マッチング膜とは、複数の光学素子を接着剤で接着してある積層体において、前記接着剤の屈折率と前記光学素子の屈折率との違いに起因して前記積層体を透過する光の透過率が低下することを防止する為の膜である

ところで、隣り合うガラス基材同士を接合するために、接着剤に代えてプラズマ重合法により成膜された接合膜を用いる技術がある（特許文献１）。そして、特許文献１の接合膜を用いて、互いに対向する２つの三角柱状ガラス基材の対向面にそれぞれ多層膜の偏光分離膜を成膜し、これらの膜をプラズマ重合膜で接合する偏光ビームスプリッター（特許文献２）がある。

図１９の従来例及び特許文献２で示される従来例では、偏光分離膜に対して入射光が４５°の入射角で入射するものであるが、従来例として、入射角６０°で入射する光学素子がある（特許文献３）。
この特許文献３には、光学素子に無偏光（ランダム光）の光が入射すると、入射角６０°で入射した前記光をＰ偏光とＳ偏光に分離して、Ｓ偏光を透過し、Ｐ偏光を反射する偏光分離膜を有する六角柱状プリズムが提案されている。通常、光が高屈折率媒質から低屈折率媒質に臨界角以上で入射すると全反射が起こり、この全反射の際に波長程度の領域においてエバネッセント波がしみ出し、このエバネッセント波がしみ出している領域に別の媒質が存在すると、光が透過して全反射減衰現象が生じるという事実に鑑みて考えられたものである。特許文献３のプリズムは多層膜が形成されたプリズム基材に他のプリズム基材を接着剤で貼り合わせることで製造される。

特許第４３３７９３５号公報 特開２０１０−６０７７０号公報 特開２００８−２０８９２号公報

図１９の従来例では、ガラス基材の間に接着剤、マッチングコートが設けられているので、接着剤塗布工程やマッチングコート成膜工程が不可欠となり、特に、接着剤塗布工程では、接着剤をガラス基材の一面に均一に成膜しなければならないので、製造工程が煩雑となる。そして、所定の波長領域では、偏光分離膜での反射効率や透過効率が悪くなり、光学特性が不良となる。
特許文献１，２で示される従来例では、接着剤を使用することに伴う製造工程の煩雑さという課題は改善される。しかし、昨今、使用されるガラス基材の屈折率ｎは高いものが要求されるようになり、屈折率ｎが１．５程度のガラス基材を使用する特許文献１，２では、高屈折率のガラス基材を利用して、光学特性が良好な光学素子を提供するという課題を十分に解決することはできなかった。
特許文献３で示される従来例では、接着剤を使用するため、接着剤使用に伴う課題、例えば、製造工程が煩雑になるという課題は残る。

本発明の目的は、広範囲の波長領域で光学特性の優れた光学素子、プリズム、偏光変換素子、光ピックアップ装置及び投射装置を提供することにある。

［適用例１］
本適用例の光学素子は、複数の透光性基材と、これらの透光性基材のうち隣り合う透光性基材を偏光分離膜と接合層とを挟んで接合し入射光をＰ偏光とＳ偏光とに分離するとともにＰ偏光を反射しＳ偏光を透過させる光学素子であって、前記透光性基材の屈折率ｎは、１．７３＜ｎ＜２．０であり、前記入射光の入射角αは、６１°≦α≦８２°であり、前記接合層の膜厚ｔは、１５ｎｍ≦ｔ＜６０ｎｍであることを特徴とする。
この構成の本適用例では、１．７３＜ｎ＜２．０(d線における屈折率)という高屈折率であって製造可能な透光性基材を複数形成し、これらのうち隣り合う透光性基材の一方に偏光分離膜を成膜し、この偏光分離膜と透光性基材の他方とを接合層を介して接合する。この光学素子において、入射角αが、６１°≦α≦８２°の範囲で入射光を光学素子に入射すると、入射光は偏光分離膜でＰ偏光とＳ偏光とに分離するとともにＰ偏光を反射しＳ偏光を透過させる。
本発明では、入射角αが８２°より大きい場合には入射光が偏光分離膜に対して全反射することになり、透過光を得ることができず、入射角αが６１°未満の場合には、偏光分離膜での透過率や反射率が特定の波長で低下することになる。
そして、屈折率ｎが１．７３以下であると、偏光分離膜の特性が不十分となり、ｎが２．０以上であると、透光性基材自体を製造することが困難となる。
さらに、接合層の膜厚ｔが１５ｎｍ未満であると、接合強度の信頼性が低下し、膜厚ｔが６０ｎｍ以上であると、偏光分離膜での透過率や反射率が特定の波長で低下することになる。

［適用例２］
本適用例の光学素子では、前記接合層は、前記隣り合う透光性基材のうち一方の透光性基材の上にプラズマ重合法により成膜され、シロキサン（Ｓｉ−Ｏ）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基とを含む第１の接合膜とを有する第１の被着体と、前記隣り合う透光性基材のうち他方の透光性基材の上にプラズマ重合法により成膜され、前記第１の接合膜と同じ材料の第２の接合膜とを有する第２の被着体とを有し、前記第１の接合膜の少なくとも一部の領域及び前記第２の接合膜の少なくとも一部の領域にそれぞれエネルギーを付与し、前記第１の接合膜及び前記第２の接合膜の少なくとも表面付近に存在する前記脱離基が前記Ｓｉ骨格から脱離することにより、前記第１の接合膜の表面の前記領域及び前記第２の接合膜の表面の前記領域にそれぞれ発現した接着性を有する。
この構成の本適用例では、接合層がプラズマ重合膜から形成されることで、接合層の膜厚ｔを、１５ｎｍ≦ｔ＜６０ｎｍの範囲で容易に実現することができ、しかも、接着剤を接合層として用いないことにより、接合部分の厚みの均一化を図り、光学特性を良好なものにできる。

［適用例３］
本適用例のプリズムは、前記複数の透光性基材は第一透光性基材と第二透光性基材であり、前記第一透光性基材は、前記入射光が入射する入射面と、前記Ｐ偏光が出射するＰ波出射面と、これらの入射面と出射面との端部同士を接続し前記偏光分離膜と平行とされる主面とが形成され、前記第二透光性基材は、前記Ｓ偏光が出射するＳ波出射面と、前記入射面と隣接する側面と、この側面と前記Ｓ波出射面との端部同士を接続し前記偏光分離膜と平行とされる主面とが形成されている。
この構成の本適用例では、広範囲の波長領域で光学特性の優れたプリズムを提供することができる。

［適用例４］
本適用例の偏光変換素子は、前述の光学素子と、前記偏光分離膜で反射されたＰ偏光をＳ偏光に偏光する波長板とを備えている。
この構成の本適用例では、広範囲の波長領域で光学特性の優れた偏光変換素子を提供することができる。

［適用例５］
本適用例の光ピックアップ装置は、前述のプリズムを備えている。
この構成の本適用例では、プリズムが広範囲の波長領域で光学特性の優れたものとなるので、検出精度の高い光ピックアップ装置を提供することができる。

［適用例６］
本適用例の投射装置は、前述の偏光変換素子を備えている。
この構成の本適用例では、偏光変換素子が広範囲の波長領域で光学特性の優れたものとなるので、投影精度の高い投射装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態にかかる光ピックアップ装置を示す概略図。 第１実施形態のプリズムを示す概略図。 （Ａ）はプラズマ重合膜の接合層にエネルギーを付与する前の分子構造を説明する概略図、（Ｂ）はプラズマ重合膜の接合層にエネルギーを付与した後の分子構造を説明する概略図。 入射角αを変化させた場合の波長（ｎｍ）と透過率Ｔ（％）との関係を示す図。 接合膜の膜厚ｔを変化させた場合の波長（ｎｍ）と透過率Ｔ（％）との関係を示す図。 屈折率ｎが１．８３の場合において入射角αを変化させた場合の波長（ｎｍ）と透過率Ｔ（％）との関係を示す図。 屈折率ｎが１．７７の場合において入射角αを変化させた場合の波長（ｎｍ）と透過率Ｔ（％）との関係を示す図。 屈折率ｎが１．７５の場合において入射角αを変化させた場合の波長（ｎｍ）と透過率Ｔ（％）との関係を示す図。 屈折率ｎが１．７３の場合において入射角αを変化させた場合の波長（ｎｍ）と透過率Ｔ（％）との関係を示す図。 屈折率ｎが１．７１の場合において入射角αを変化させた場合の波長（ｎｍ）と透過率Ｔ（％）との関係を示す図。 本発明の第２実施形態にかかる投射装置を示す概略図。 第２実施形態の偏光変換素子を示す概略図。 実施例１の波長（ｎｍ）と透過率Ｔ（％）との関係を示す図。 比較例１の偏光分離膜の波長（ｎｍ）と透過率Ｔ（％）との関係を示す図。 比較例１のマッチングコートの波長（ｎｍ）と透過率Ｔ（％）との関係を示す図。 実施例１と比較例１とのＰ偏光とＳ偏光との波長と透過率との関係を示すグラフ。 実施例２の波長（ｎｍ）と透過率Ｔ（％）との関係を示す図。 比較例２の波長（ｎｍ）と透過率Ｔ（％）との関係を示す図。 従来のプリズムを内蔵した光ピックアップ装置の概略図。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１から図１０は本発明の第１実施形態が示されている。
図１は第１実施形態にかかる光ピックアップ装置の概略構成を示す。
図１において、光ピックアップ装置１は、レーザー発信機１００と、このレーザー発信機から照射されたＳ偏光ＳＬが透過するグレーティング１０１と、このグレーティング１０１で透過されたＳ偏光ＳＬを透過する第１実施形態にかかるプリズム１０と、このプリズム１０で透過されたＳ偏光ＳＬを楕円偏光に変える１／４波長板１０３と、この１／４波長板１０３で偏光された楕円偏光をディスクＤに照射する対物レンズ１０４とを備えている。プリズム１０はディスクＤで反射されてＰ偏光ＰＬとなった光を検出部１０５に向けて反射する偏光ビームスプリッターである。

図２にはプリズム１０の概略構成が示されている。
図２において、プリズム１０は、第一透光性基材１１及び第二透光性基材１２と、これらの第一透光性基材１１と第二透光性基材１２との互いに対向する面に挟んで設けられ入射光をＰ偏光とＳ偏光とに分離するとともにＰ偏光を反射しＳ偏光を透過させる偏光分離膜１３と接合層１４とを備えている。
第一透光性基材１１と第二透光性基材１２とは、端面が台形状とされ、その屈折率ｎが１．７３＜ｎ＜２．０である高屈折ガラスである。このガラスは、添加剤を加えた光学ガラスである。

第一透光性基材１１は、入射光が入射する入射面１１Ａと、Ｐ偏光が出射するＰ波出射面１１Ｂと、これらの入射面１１ＡとＰ波出射面１１Ｂとの端部同士を接続し偏光分離膜１３と平行とされる主面１１Ｃとが形成された断面台形状である。
第二透光性基材１２は、Ｓ偏光が出射するＳ波出射面１２Ａと、入射面１１Ａと隣接する側面１２Ｂと、この側面１２ＢとＳ波出射面１２Ａとの端部同士を接続し偏光分離膜１３と平行とされる主面１２Ｃとが形成された断面台形状である。

偏光分離膜１３は、高屈折率の無機材料からなる薄膜、例えば、酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）又は酸化チタン（ＴｉＯ_２）の薄膜と、低屈折率の無機材料からなる薄膜、例えば、ＳｉＯ_２の薄膜とが交互に配置される構成である。
偏光分離膜１３は、真空蒸着、イオンアシスト蒸着、イオンプレーティング法、スパッタ法等の従来と同様の方法を用いて形成される。
偏光分離膜１３の層構成として、表１に記載のものが例示できる。

接合層１４は、図３（Ｂ）に示される通り、第一透光性基材１１と第二透光性基材１２の一方にプラズマ重合法により成膜され、シロキサン（Ｓｉ−Ｏ）結合を含み、結晶化度が４５％以下であるＳｉ骨格１４Ａと、このＳｉ骨格１４Ａに結合する有機基からなる脱離基とを含む第１の接合膜とを有する第１の被着体と、第一透光性基材１１と第二透光性基材１２の他方にプラズマ重合法により成膜され、第１の接合膜と同じ材料の第２の接合膜とを有する第２の被着体とを有し、第１の接合膜の少なくとも一部の領域及び第２の接合膜の少なくとも一部の領域にそれぞれエネルギーを付与し、第１の接合膜及び第２の接合膜の少なくとも表面付近に存在する前記脱離基がＳｉ骨格１４Ａから脱離することにより、第１の接合膜の表面の領域及び第２の接合膜の表面の領域にそれぞれ発現した接着性を有するものである。

具体的には、エネルギーが付与される前のプラズマ重合膜からなる接合層１４は、図３（Ａ）に示される通り、シロキサン（Ｓｉ−Ｏ）結合を含み、ランダムな原始構造を有するＳｉ骨格１４Ｂと、このＳｉ骨格１４Ｂに結合する脱離基１４Ｃとを有し、変形し難い強固な膜となる。これは、Ｓｉ骨格１４Ｂの結晶性が低くなるため、結晶粒界における転位移やずれ等の欠陥が生じがたいためと考えられる。このようなプラズマ重合膜の接合層１４にエネルギーが付与されると、図３（Ｂ）に示される通り、接合層１４の表面及び内部に、活性手１４Ｄが生じる。これにより、接合層１４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１４同士は強固に接合可能となる。なお、接合層１４のＳｉ骨格１４Ｂの結晶化度は前述の通り４５％以下であり、好ましくは、４０％以下である。これにより、Ｓｉ骨格１４Ｂは十分のランダムな原始構造を含むものとなり、これにより、前述した通り、Ｓｉ骨格１４Ｂの特性が顕在化する。
プラズマ重合膜の接合層１４の表面が活性化された第一透光性基材１１と第二透光性基材１２とを貼り合わせて一体化する。

本実施形態のプリズム１０では、入射光の入射角αは、６１°≦α≦８２°である。
表２から表１１には、入射角αを変化させた場合のシミュレート例１からシミュレート例１０までの例が示されている。これらの表２〜１１では、接合層１４及び偏光分離膜１３の層構成並びに屈折率ｎが示されている。そして、これらのシミュレート例１〜１０では、第一透光性基材１１と第二透光性基材１２として高屈折ガラス（オハラ株式会社製商品名ＬＡＨ５５）を使用し、設計波長が５００ｎｍとされる。

以上のシミュレート例において、波長（ｎｍ）と透過率Ｔ（％）との関係が図４に示されている。なお、図４では、上部にまとまって記載されているのがＳ偏光の透過率Ｔであり、下部にまとまって記載されているのがＰ偏光の透過率である。
図４において、入射角αが５８°のシミュレート例１では、Ｓ偏光の透過率Ｔが波長の全域、特に、波長が１３００ｎｍ以上の領域で低く、Ｐ偏光の透過率が波長の全域、特に、波長が１３００ｎｍ以上の領域で高くなり、光学特性がよくないものとなる。入射角αが８５°のシミュレート例１０では、Ｐ偏光の透過率Ｔが波長の全域、特に、波長が４００〜１０００ｎｍの領域で低く、シミュレート例１と同様に、光学特性がよいものとはならない。
これに対して、シミュレート例２〜９で示される入射角αが６１°、６４°、６７°、７０°、７３°、７６°、７９°、８２°の例では、Ｓ偏光の透過率が９０％以上であり、Ｐ偏光の透過率が１０％未満であるので、光学特性が良好であって、実用上、問題のない範囲となった。
従って、入射角αは、６１°≦α≦８２°が好ましい範囲である。

表１２から表１７には、接合層１４の膜厚ｔを変化させた場合のシミュレート例１１からシミュレート例１６までの例が示されている。これらの表１２〜１７では、接合層１４及び偏光分離膜１３の層構成並びに屈折率ｎが示されている。そして、これらのシミュレート例１１〜１６では、第一透光性基材１１と第二透光性基材１２として高屈折ガラス（オハラ株式会社製商品名ＬＡＨ５５）を使用し、設計波長が５００ｎｍとされ、さらに、入射角αが７０°である。

以上のシミュレート例において、波長（ｎｍ）と透過率Ｔ（％）との関係が図５に示されている。なお、図５では、上部にまとまって記載されているのがS偏光の透過率Ｔであり、下部にまとまって記載されているのがP偏光の透過率である。
図５において、P偏光の透過率はシミュレート例１１〜１６の間で大きな相違はないが、S偏光の透過率でシミュレート例１１〜１６の間で相違がある。つまり、接合層１４の膜厚ｔが７５ｎｍのシミュレート例１１では、S偏光の透過率Ｔが波長の全域、特に、波長が４００〜６００ｎｍの領域で低く、接合層１４の膜厚ｔが６０ｎｍのシミュレート例１２では、シミュレート例１１ほどではないが、S偏光の透過率Ｔが波長４００〜６００ｎｍの領域で低くなり、光学特性に問題が残る。
これに対して、膜厚ｔが５０ｎｍ以下のシミュレート例１３〜１６では、S偏光の透過率Ｔが極めて高い値にあるので、光学特性が良好であり、実用上、問題がない。
従って、接合層１４の膜厚ｔは、１５ｎｍ≦ｔ＜６０ｎｍである。なお、接合層１４の膜厚ｔは光学特性の点から小さければ小さいほどよいが、接合層１４の強度を考慮すると、膜厚ｔは１５ｎｍ未満のものが除かれる。

表１８から表２２には、第一透光性基材１１及び第二透光性基材１２の屈折率ｎを変化させた場合のシミュレート例１７からシミュレート例２１までが示されている。
これらの表１８〜２２では、接合層１４及び偏光分離膜１３の層構成並びに屈折率ｎが示されている。そして、これらのシミュレート例１７〜２１では、設計波長が４００ｎｍとされ、さらに、入射角αが７０°である。

以上のシミュレート例において、波長（ｎｍ）と透過率Ｔ（％）との関係が図６から図１０に示されている。なお、これらの図では、入射角αを０°、＋３°、−３°の３つのパターンにおいて、Ｐ偏光とＳ偏光との透過率と波長との関係が示されおり、上部にまとまって記載されているのがＳ偏光の透過率Ｔであり、下部にまとまって記載されているのがP偏光の透過率である。
図６は屈折率ｎが１．８３としたシミュレート例１７において波長（ｎｍ）と透過率Ｔ（％）との関係を示す。
図６において、入射角αを０°、＋３°、−３°の３つのパターンのいずれであっても、波長が４００ｎｍ以上の範囲において、Ｓ偏光の透過率が高く、Ｐ偏光の透過率が低い。

図７は屈折率ｎが１．７７としたシミュレート例１８において波長（ｎｍ）と透過率Ｔ（％）との関係を示す。
図７において、入射角αを０°、＋３°、−３°の３つのパターンのいずれであっても、波長が４００ｎｍ以上の範囲において、Ｓ偏光の透過率が高く、Ｐ偏光の透過率が低い。
図８は屈折率ｎが１．７５としたシミュレート例１９において波長（ｎｍ）と透過率Ｔ（％）との関係を示す。
図８において、入射角αを０°、＋３°、−３°の３つのパターンのいずれであっても、波長が４００ｎｍ以上の範囲において、Ｓ偏光の透過率が高く、Ｐ偏光の透過率が低い。

図９は屈折率ｎが１．７３としたシミュレート例１９において波長（ｎｍ）と透過率Ｔ（％）との関係を示す。
図９において、入射角αを−３°とした場合に、波長が４００ｎｍ以上であってもＰ偏光の透過率が高いものとなり、実用上、問題が残る。
図１０は屈折率ｎが１．７１としたシミュレート例２０において波長（ｎｍ）と透過率Ｔ（％）との関係を示す。
図１０において、入射角αを−３°とした場合に、波長が４００ｎｍ以上であってもＰ偏光の透過率が高いものとなり、実用上、問題が残る。
従って、第一透光性基材１１と第二透光性基材１２との屈折率ｎは、１．７３＜ｎが好ましい。但し、ｎ＝２．１は現在あるガラスの屈折率の上限値であるため、ｎ＜２．０である。つまり、屈折率ｎは、１．７３＜ｎ＜２．０である。

以上の構成の第１実施形態では、次の作用効果を奏することができる。
（１）互いに隣り合う第一透光性基材１１及び第二透光性基材１２を偏光分離膜１３と接合層１４とを挟んで接合し入射光をＰ偏光とＳ偏光とに分離するとともにＰ偏光を反射しＳ偏光を透過させるプリズム１０において、第一透光性基材１１及び第二透光性基材１２の屈折率ｎを、１．７３＜ｎ＜２．０とし、入射角αを、６１°≦α≦８２°に設定し、接合層１４の膜厚ｔを、１５ｎｍ≦ｔ＜６０ｎｍとした。そのため、プリズム１０を容易に製造することができるとともに、光学特性が良好となる。

（２）接合層１４をプラズマ重合膜から形成したので、１５ｎｍ≦ｔ＜６０ｎｍの範囲のある膜厚ｔを容易に実現することができる。その上、接着剤を接合層として用いないから、接合部分の厚みの均一化を図り、光学特性を良好なものにできる。

（３）プリズム１０を備えて光ピックアップ装置１を構成したから、光ピックアップ装置１を光の検出精度を高いものにできる。

図１１及び図１２は本発明の第２実施形態が示されている。第２実施形態は光学素子として投射装置に設けられる偏光変換素子を光学素子とした例である。
図１１は第２実施形態にかかる投射装置の概略構成を示す。
図１１において、投射装置２は、インテグレーター照明光学系１１０と、色分離光学系１２０と、リレー光学系１３０と、光源から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調装置１４０と、光変調装置１４０で変調された光を拡大投射する投射光学装置１５０とを備える。
インテグレーター照明光学系１１０は、３枚の透過型液晶パネル１４１Ｒ，１４１Ｇ，１４１Ｂの画像形成領域をほぼ均一に照明するための光学系であり、光源装置１１１と、第１レンズアレイ１１２と、偏光変換ユニット２００と、重畳レンズ１１３とを備える。

光源装置１１１は、光源ランプ１１４から射出された輻射状の光線をリフレクター１１５で反射して略平行光線とし、この略平行光線を外部へと射出する。
偏光変換ユニット２００は、第２レンズアレイ２１０と、遮光板２２０と、偏光変換素子２０とを備える。
色分離光学系１２０は、２枚のダイクロイックミラー１２１，１２２と、反射ミラー１２３とを備え、ダイクロイックミラー１２１、１２２によりインテグレーター照明光学系１１０から射出された複数の光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の色光に分離する。ダイクロイックミラー１２１で分離された青色光は、反射ミラー１２３によって反射され、フィールドレンズ１４２を通って、青色用の透過型液晶パネル１４１Ｂに到達する。
ダイクロイックミラー１２１を透過した赤色光と緑色光のうちで、緑色光は、ダイクロイックミラー１２２によって反射され、フィールドレンズ１４２を通って、緑色用の透過型液晶パネル１４１Ｇに到達する。
リレー光学系１３０は、入射側レンズ１３１と、リレーレンズ１３３と、反射ミラー１３２、１３４とを備える。色分離光学系１２０で分離された赤色光は、ダイクロイックミラー１２２を透過して、リレー光学系１３０を通り、さらにフィールドレンズ１４２を通って、赤色光用の透過型液晶パネル１４１Ｒに到達する。
光変調装置１４０は、透過型液晶パネル１４１Ｒ，１４１Ｇ，１４１Ｂと、クロスダイクロイックプリズム１４３とを備える。このクロスダイクロイックプリズム１４３は、各色光毎に変調された光学像を合成してカラーの光学像を形成するものである。

偏光変換素子２０は、第２レンズアレイ２１０からの光（Ｐ偏光及びＳ偏光）を１種類のＳ偏光に変換するものであり、その具体的な構成が図１２に示されている。
図１２において、偏光変換素子２０は、素子本体２０Ａと、素子本体２０Ａに選択的に接合された波長板２０Ｂとを備える。
素子本体２０Ａは、複数の透光性基材２１と、これらの透光性基材２１のうち隣り合う透光性基材２１の間に設けられた偏光分離膜２３及び接合層２４とを備える。
複数の透光性基材２１は、互いに略平行な光入射面２１Ａと光出射面２１Ｂとが形成される。
偏光分離膜２３は、第２レンズアレイ２１０からの光（Ｓ偏光及びＰ偏光）のうち、Ｓ偏光を選択的に透過させ、Ｐ偏光を反射させる。

波長板２０Ｂは、透光性基材２１の光出射面２１Ｂに接合される。この波長板２０Ｂは、水晶により形成された１／２波長板であり、偏光分離膜２３から反射されたＰ偏光をＳ偏光に変換する。
第２実施形態では、複数の透光性基材２１は、第１実施形態の第一透光性基材１１及び第二透光性基材１２と同じ材質及び屈折率ｎである。つまり、透光性基材２１の屈折率ｎは１．７３＜ｎ＜２．０である。そして、入射光の入射角αは、６１°≦α≦８２°である。
接合層２４は、第１実施形態の接合層１４と同じ材料並びに厚さとされる。つまり、接合層２４は、分子接合するプラズマ重合膜であり、その膜厚ｔは、１５ｎｍ≦ｔ＜６０ｎｍである。
偏光分離膜２３は、高屈折率の無機材料からなる薄膜、例えば、酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）又は酸化チタン（ＴｉＯ_２）の薄膜と、低屈折率の無機材料からなる薄膜、例えば、ＳｉＯ_２の薄膜とが交互に配置される構成である。積層される数は適宜設定される。

従って、第２実施形態では、第１実施形態の（１）（２）と同じ作用効果を奏することができる他、次の作用効果を奏することができる。
（４）屈折率ｎが１．７３＜ｎ＜２．０の複数の透光性基材２１と、これらの透光性基材２１の間に設けられた偏光分離膜２３及び膜厚ｔが１５ｎｍ≦ｔ＜６０ｎｍの接合層２４とを備え、入射角αを６１°≦α≦８２°とした素子本体２０Ａに、波長板２０Ｂを設けて偏光変換素子２０を構成したから、広範囲の波長領域で光学特性の優れた偏光変換素子２０を提供することができる。

（５）前述の偏光変換素子２０を備えて投射装置２を構成したから、投射装置２の投影精度を高いものにできる。

第１実施形態及び第２実施形態の効果を確認する実施例について説明する。
実施例１及び従来例１は第１実施形態に対応するものである。
実施例１の接合層１４及び偏光分離膜１３の層構成並びに屈折率ｎが表２３に示され、比較例１の接合層及び偏光分離膜の層構成並びに屈折率ｎが表２４及び表２５に示されている。
表２３において、実施例１は、第一透光性基材１１と第二透光性基材１２として高屈折ｎ＝１．８７のガラスを使用し、設計波長が４００ｎｍとされる。
比較例１は図１９に示される従来例の構成であり、互いに対向するガラス基材の間に偏光分離膜、接着剤層及びマッチングコートが挟まれる。接着剤層に隣接する偏光分離膜の層構成が表２４に示され、マッチングコートの層構成が表２５に示されている。表２４で示される偏光分離膜は設計波長が９００ｎｍとされる。表２５で示されるマッチングコートは設計波長が５００ｎｍとされる。

実施例１は、入射角αを７０°、６７°、７３°に変えて、波長と透過率との関係をシミュレートしたものである。実施例１のシミュレート結果を図１３に示す。比較例１は、入射角αを４５°、４２°、４８°に変えて、波長と透過率との関係をシミュレートした。比較例１のシミュレート結果を図１４及び図１５に示す。
実施例１では、図１３に示される通り、入射角αを７０°、６７°、７３°のいずれにしても、波長４００ｎｍ以上の領域で、Ｓ偏光の透過率が高く、Ｐ偏光の透過率が低いので、良好な光学特性であった。
これに対して、比較例１では、図１４で示される通り、偏光分離膜のＰ偏光並びにS偏光の透過率の波長依存性が大きい。そして、図１５で示されるように、マッチングコートでのＰ偏光並びにS偏光の透過率が高い。しかし、成膜工程が１つ増えるため、コスト面でも不利であることがわかる。

また、偏光分離波長の領域を比較したシミュレート結果を図１６に示す。図１６では、比較例１のＰ偏光の透過率が高いものとなっているものの、Ｓ偏光が波長８００ｎｍ以上の領域で透過率が極めて高いものとなっているので、偏光分離波長域Ｒｏは４００ｎｍから８００ｎｍの範囲となる。これに対して、実施例１のＰ偏光の透過率が広い領域で低くなっているともにＳ偏光の広い範囲で高いものとなっているので、偏光分離波長域Ｒは４００ｎｍから１５００ｎｍの広範囲となる。

実施例２及び従来例２は第２実施形態に対応するものである。
実施例２の接合層１４及び偏光分離膜１３の層構成並びに屈折率ｎが表２６に示され、比較例２の接合層及び偏光分離膜の層構成並びに屈折率ｎが表２７に示されている。
表２６において、実施例２は、透光性基材２１として高屈折ｎ＝１．８７のガラスを使用し、設計波長が４００ｎｍとされる。
比較例１は従来例の構成であり、出射面及び入射面に対して偏光分離膜が４５°に傾斜して設けられている。偏光分離膜はガラス基材に対して接着剤からなる接合層で接合される。なお、設計波長は７６０ｎｍである。

実施例２は、入射角αを７０°、６７°、７３°に変えて、波長と透過率との関係をシミュレートしたものである。実施例２のシミュレート結果を図１７に示す。比較例２は、入射角αを４５°、４２°、４８°に変えて、波長と透過率との関係をシミュレートした。比較例２のシミュレート結果を図１８に示す。
実施例２では、図１７に示される通り、入射角αを７０°、６７°、７３°のいずれにしても、波長４００ｎｍ以上の領域で、Ｓ偏光の透過率が高く、Ｐ偏光の透過率が低いので、良好な光学特性であった。
これに対して、比較例２では、図１８で示される通り、Ｐ偏光の透過率が波長４５０ｎｍを超える領域で低くなり、Ｓ偏光の反射率も３５０ｎｍから４００ｎｍの領域で高いものとなっている。従って、比較例２では、光学特性が不良であることがわかる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的および効果を達成できる範囲内での変形や改良が、本発明の内容に含まれるものであることはいうまでもない。
例えば、前記実施形態では、接合層をプラズマ重合膜から形成したが、本発明では、これに限定されるものではなく、接合層１４，２４の膜厚ｔを、１５ｎｍ≦ｔ＜６０ｎｍに設定できるのであれば、接合層１４，２４自体の構成は限定されない。
例えば、接合層１４，２４を、透光性基材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、前記透光性基材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、前記透光性基材及び前記位相差板のうちのいずれか一方に設けられた微結晶連続薄膜と、いず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ものであってもよい。

また、本発明の光学素子は、プリズムや偏光変換素子以外の光学素子にも利用することができる。
さらに、本発明に適用されるプリズムや偏光変換素子は、テレビ、その他の電子機器に利用することができる。

本発明は、複数の透光性基材のうち隣り合う透光性基材を偏光分離膜と接合層とを挟んで構成されるプリズム、偏光変換素子、その他の光学素子に利用することができる。

１…光ピックアップ装置、２…投射装置、１０…プリズム、１１…第一透光性基材、１１Ａ…入射面、１１Ｂ…Ｐ波出射面、１１Ｃ…主面、１２…第二透光性基材、１２Ａ…Ｓ波出射面、１２Ｂ…側面、１２Ｃ…主面、１３，２３…偏光分離膜、１４，２４…接合層、１４Ａ，１４Ｂ…Ｓｉ骨格、１４Ｃ…脱離基、２０…偏光変換素子、２０Ｂ…波長板、２１…透光性基材、２１Ａ…光入射面、２１Ｂ…光出射面

Claims (6)

1. 複数の透光性基材と、これらの透光性基材のうち隣り合う透光性基材を偏光分離膜と接合層とを挟んで接合し入射光をＰ偏光とＳ偏光とに分離するとともにＰ偏光を反射しＳ偏光を透過させる光学素子であって、
   前記透光性基材の屈折率ｎは、１．７３＜ｎ＜２．０（d線における）であり、
   前記入射光の入射角αは、６１°≦α≦８２°であり、
   前記接合層の膜厚ｔは、１５ｎｍ≦ｔ＜６０ｎｍである
   ことを特徴とする光学素子。
2. 請求項１に記載された光学素子において、
   前記接合層は、前記隣り合う透光性基材のうち一方の透光性基材の上にプラズマ重合法により成膜され、シロキサン（Ｓｉ−Ｏ）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基とを含む第１の接合膜とを有する第１の被着体と、前記隣り合う透光性基材のうち他方の透光性基材の上にプラズマ重合法により成膜され、前記第１の接合膜と同じ材料の第２の接合膜とを有する第２の被着体とを有し、前記第１の接合膜の少なくとも一部の領域及び前記第２の接合膜の少なくとも一部の領域にそれぞれエネルギーを付与し、前記第１の接合膜及び前記第２の接合膜の少なくとも表面付近に存在する前記脱離基が前記Ｓｉ骨格から脱離することにより、前記第１の接合膜の表面の前記領域及び前記第２の接合膜の表面の前記領域にそれぞれ発現した接着性を有する
   ことを特徴とする光学素子。
3. 請求項１又は請求項２に記載された光学素子を備え、
   前記複数の透光性基材は第一透光性基材と第二透光性基材であり、前記第一透光性基材は、前記入射光が入射する入射面と、前記Ｐ偏光が出射するＰ波出射面と、これらの入射面と出射面との端部同士を接続し前記偏光分離膜と平行とされる主面とが形成され、前記第二透光性基材は、前記Ｓ偏光が出射するＳ波出射面と、前記入射面と隣接する側面と、この側面と前記Ｓ波出射面との端部同士を接続し前記偏光分離膜と平行とされる主面とが形成されたことを特徴とするプリズム。
4. 請求項１又は請求項２に記載された光学素子と、前記偏光分離膜で反射されたＰ偏光をＳ偏光に偏光する波長板とを備えたことを特徴とする偏光変換素子。
5. 請求項３に記載されたプリズムを備えたことを特徴とする光ピックアップ装置。
6. 請求項４に記載された偏光変換素子を備えたことを特徴とする投射装置。

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