【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、偏光分離素子及びその作製方法に関し、特に、入射光の特定の偏光成分のみを透過させ、それと直交する偏光成分を反射する偏光分離素子とその作製方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は、特開平７−２４８４１７号において、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の何れか一方を０次光として透過し、他方を１次光をして回折する体積位相型ホログラフィック偏光ビームスプリッターを提案した。

【０００３】このように、体積位相型ホログラムを用いることにより、入射光の特定の偏光成分のみを透過させ、それと直交する偏光成分を反射する光学素子は公知である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のＰ偏光成分とＳ偏光成分の何れか一方を０次光として透過し、他方を１次光をして回折する偏光分離特性を有する体積位相型ホログラムを用いて透過成分以外の偏光成分を反対側に反射する平板型の偏光分離素子及びその作製方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発明の偏光分離素子は、透明基板の一方の面上に、断面において所定の頂角をなすように第１の傾斜面と第２の傾斜面を相互に平行にそれぞれ複数設けて断面三角波状になるレリーフ面が形成されており、第１の傾斜面と第２
の傾斜面は透明基板の面に対して傾斜するように配置されており、その相互に頂角をなす第１の傾斜面と第２の傾斜面の上に、Ｓ偏光あるいはＰ偏光を反射し、それと偏光方向が直交するＰ偏光あるいはＳ偏光を透過する偏光分離ホログラムが設けられてなることを特徴とするものである。

【０００６】この場合に、頂角が略９０°であり、第１
の傾斜面と第２の傾斜面は透明基板の面に対して略４５
°あるいは略−４５°の角度をなすように配置されていることが望ましい。

【０００７】また、レリーフ面と相補形状のレリーフ面とその反対側に平面とを有する透明体が、透明基板の偏光分離ホログラムが設けられたレリーフ面上にレリーフ面間に偏光分離ホログラムを挟み込むように一体的に配置されている構成としてもよい。

【０００８】その場合に、その透明体の平面上に直線偏光板あるいは直線偏光シートを一体に貼り付けて構成することもできる。

【０００９】本発明の偏光分離素子の第１の作製方法は、Ｓ偏光あるいはＰ偏光を反射し、それと偏光方向が直交するＰ偏光あるいはＳ偏光を透過する偏光分離ホログラムを作製する工程と、一方の面上に、断面において所定の頂角をなすように第１の傾斜面と第２の傾斜面を相互に平行にそれぞれ複数設けて断面三角波状になるレリーフ面であって、第１の傾斜面と第２の傾斜面が基板面に対して傾斜するようなレリーフ面が配置され、他方の面が平面である透明基板を作製する工程と、前記透明基板の前記レリーフ面上に前記偏光分離ホログラムを密着一体化する工程と、を含むことを特徴とする方法である。

【００１０】本発明の偏光分離素子の第２の作製方法は、一方の面上に、断面において所定の頂角をなすように第１の傾斜面と第２の傾斜面を相互に平行にそれぞれ複数設けて断面三角波状になるレリーフ面であって、第１の傾斜面と第２の傾斜面が基板面に対して傾斜するようなレリーフ面が配置され、他方の面が平面である透明基板を作製する工程と、前記透明基板の前記レリーフ面上にホログラム感材層を成膜する工程と、前記透明基板の平面側から平行光を全面に入射させて、前記レリーフ面の第１の傾斜面と第２の傾斜面上の前記ホログラム感材層に入射した光とその裏面で反射された光とを前記ホログラム感材層で干渉させ、また、前記ホログラム感材層の裏面で反射された光と隣接する前記レリーフ面の第１の傾斜面又は第２の傾斜面に再度入射して前記ホログラム感材層の裏面で反射された光とを前記ホログラム感材層で干渉させて、Ｓ偏光あるいはＰ偏光を反射し、それと偏光方向が直交するＰ偏光あるいはＳ偏光を透過する偏光分離ホログラムを作製する工程と、を含むことを特徴とする方法である。

【００１１】本発明の偏光分離素子の第３の作製方法は、第２の作製方法において、前記の偏光分離ホログラムを作製する工程において、前記透明基板の平面側に、
前記透明基板のレリーフ面の第１の傾斜面又は第２の傾斜面の一方の傾斜面の部分にのみ光を入射させる開口を設け、他方の傾斜面の部分に入射する光を遮断する遮光部が設けられているマスク、あるいは、前記透明基板のレリーフ面の第１の傾斜面又は第２の傾斜面の一方の傾斜面の部分と他方の傾斜面の部分に偏光方向が直交する偏光板を設けてなるマスクを配置し、前記マスクを介して平行光を入射させることを特徴とする方法である。

【００１２】本発明の偏光分離素子の第４の作製方法は、一方の面上に、断面において所定の頂角をなすように第１の傾斜面と第２の傾斜面を相互に平行にそれぞれ複数設けて断面三角波状になるレリーフ面であって、第１の傾斜面と第２の傾斜面が基板面に対して傾斜するようなレリーフ面が配置され、他方の面が平面である透明基板を作製する工程と、前記透明基板の前記レリーフ面上にホログラム感材層を成膜する工程と、前記透明基板の前記レリーフ面に透明媒体を介して反射板を配置する工程と、前記透明基板の平面側から前記レリーフ面の第１の傾斜面に略垂直に第１の平行光を入射させると共に、前記レリーフ面の第２の傾斜面に略垂直に第２の平行光を入射させて前記ホログラム感材層に相互に反対方向から入射した第１の平行光と第２の平行光を前記ホログラム感材層で干渉させて、Ｓ偏光あるいはＰ偏光を反射し、それと偏光方向が直交するＰ偏光あるいはＳ偏光を透過する偏光分離ホログラムを作製する工程と、を含むことを特徴とする方法である。

【００１３】本発明の偏光分離素子の第５の作製方法は、一方の面上に、断面において所定の頂角をなすように第１の傾斜面と第２の傾斜面を相互に平行にそれぞれ複数設けて断面三角波状になるレリーフ面であって、第１の傾斜面と第２の傾斜面が基板面に対して傾斜するようなレリーフ面が配置され、他方の面が平面である透明基板を作製する工程と、前記透明基板の前記レリーフ面上にホログラム感材層を成膜する工程と、前記透明基板の前記レリーフ面の各傾斜面と平行な反射面を有し、前記レリーフ面と相補的な形状のレリーフ面を有するレリーフ反射鏡を用意する工程と、前記透明基板の平面側から前記レリーフ面の第１の傾斜面に略垂直に第１の平行光を入射させると共に、前記レリーフ面の第２の傾斜面に略垂直に第２の平行光を入射させて、前記透明基板レリーフ反射鏡の反射面で反射されて前記ホログラム感材層に相互に反対方向から入射した平行光と第１の平行光及び第２の平行光とを前記ホログラム感材層で干渉させて、Ｓ偏光あるいはＰ偏光を反射し、それと偏光方向が直交するＰ偏光あるいはＳ偏光を透過する偏光分離ホログラムを作製する工程と、を含むことを特徴とする方法である。

【００１４】本発明においては、透明基板の一方の面上に、断面において所定の頂角をなすように第１の傾斜面と第２の傾斜面を相互に平行にそれぞれ複数設けて断面三角波状になるレリーフ面が形成されており、第１の傾斜面と第２の傾斜面は透明基板の面に対して傾斜するように配置されており、その相互に頂角をなす第１の傾斜面と第２の傾斜面の上に、Ｓ偏光あるいはＰ偏光を反射し、それと偏光方向が直交するＰ偏光あるいはＳ偏光を透過する偏光分離ホログラムが設けられて偏光分離素子が構成されているので、透明基板の平面側あるいはレリーフ面側から入射した光の中の、例えばＳ偏光を入射方向と略反対の方向へ反射させると共に、例えばＰ偏光を入射側と反対側の面から射出させるので、入射光の相互に直交する直線偏光成分を分離することができる。 しかも、透明基板のレリーフ面上に設けられた第１の傾斜面と第２の傾斜面とからなる多くの微小屋根形面上に偏光分離ホログラムを設けて薄くて面積の大きな偏光分離素子を構成することができるので、大きな径の入射光の偏光成分を薄くて軽い光学素子で分離することができる。

【００１５】また、このような偏光分離素子を一回の露光により簡単に作製することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の偏光分離素子及びその作製方法を実施例に基づいて説明する。

【００１７】以下の説明において示すＳ偏光を反射し、
Ｐ偏光を透過する偏光分離ホログラムは、特開平７−２
４８４１７号に基づいて、ホログラム面に平行に干渉縞が記録された体積位相型ホログラムから構成されるものである。

【００１８】図１に、本発明の偏光分離素子１の基本構成を示す。 透明基板３の一方の面上に、断面において頂角が略９０°をなすように傾斜面４、４'を相互に平行に多数設けて断面三角波状のレリーフ面となっており、
各傾斜面４、４'は透明基板３の面に対して略４５°あるいは略−４５°の角度をなすように配置されている。
その相互に略９０°をなす傾斜面４、４'の上に、上記のような偏光分離ホログラム２が設けられている。 そして、その偏光分離ホログラム２の特性は、例えば入射角４５°で傾斜面４に入射する入射光Ｌ中のＳ偏光を図中に実線矢印で示すように反射して、隣の傾斜面４'に同様に入射角４５°で入射させるものであり、入射光Ｌ中のＰ偏光は図中に破線矢印で示すように透過させるものである。

【００１９】したがって、偏光分離素子１の透明基板３
側（面６側）から略垂直に入射した光Ｌ中のＳ偏光は、
傾斜面４あるいは４'でまず反射され、次いで隣の傾斜面４'あるいは４で反射されて元の入射方向と略反対の方向へ戻る。 これに対して、入射光Ｌ中のＰ偏光は、傾斜面４あるいは４'を透過して透明基板３の入射側と反対側の面から射出する。 偏光分離素子１の偏光分離ホログラム２側（面６と反対側）から入射した光も同様である。

【００２０】したがって、本発明の偏光分離素子１によると、透明基板３の平面６側あるいはレリーフ面（偏光分離ホログラム２）側から入射した光Ｌの中の、Ｓ偏光を入射方向と略反対の方向へ反射させると共に、Ｐ偏光を入射側と反対側の面から射出させるので、入射光の相互に直交する直線偏光成分を分離することができる。 しかも、透明基板３のレリーフ面上に設けられた傾斜面４
と傾斜面４'からなる多くの微小屋根形面上に偏光分離ホログラム２を設けて薄くて面積の大きな偏光分離素子１を構成することができるので、大きな径の入射光の偏光成分を薄くて軽い光学素子で分離することができる。

【００２１】ところで、図１の偏光分離素子１において、透過するＰ偏光は、実際には傾斜面４、４'から空気中に出るとき屈折して、図中に一点鎖線矢印Ｐ'で示すように曲がってしまう。 これを避けるためには、透明基板３の傾斜面４、４'（レリーフ面）側に、傾斜面４、４'間の溝を透明基板３の屈折率と同じ屈折率を有する透明媒体で埋めて上記のような屈折を避けるようにすることが望ましい。 そのためには、図２に断面図を示すように、透明基板３と同様に、透明基板３のレリーフ面に面する透明基板５の面上に、透明基板３の傾斜面４
と傾斜面４'からなる多くの微小屋根形面内に相補的に入り込む微小屋根形面を設け、図示のように、透明基板３と透明基板５の微小屋根形面間に偏光分離ホログラム２を挟み込むように一体化し、かつ、透明基板３の平面６と透明基板５の平面７を相互に平行になるように構成する。

【００２２】また、図２のような配置において、図３に示すように、Ｐ偏光が透過する側の面７上にそのＰ偏光を透過する直線偏光板あるいは直線偏光シート８を一体に貼り付けて構成することにより、この偏光分離素子１
の消光比を高めて性能を向上させることができる。

【００２３】なお、図１〜図３の配置において、傾斜面４と４'がなす頂角は必ずしも９０°である必要はない。 また、各傾斜面４、４'も透明基板３の面に対して必ずしも４５°あるいは−４５°の角度をなすように配置する必要はない。 入射光Ｌの方向、偏光分離ホログラム２の角度特性等に応じて最適な角度に設定する。

【００２４】次に、上記のような本発明による偏光分離素子１の作製方法の実施例について説明する。

【００２５】図４に第１の実施例の作製方法を示す。 図４（ａ）に示すように、フォトポリマー等の体積位相型ホログラム感材１０中に、ホログラム面に平行な干渉縞を形成して、所望の偏光特性の偏光分離ホログラム２を作製する。

【００２６】一方、図４（ｂ）に示すように、透明樹脂等の透明体の一面に傾斜面４と傾斜面４'からなる多くの微小屋根形面を持つレリーフ面９を形成することにより、一方の面上にレリーフ面９を他方の面に平面６を持つ透明基板３を作製する。

【００２７】次いで、図４（ｃ）に示すように、この透明基板３のレリーフ面９上に図４（ａ）の工程で得た偏光分離ホログラム２をエンボス等により密着一体化することにより、図１のような偏光分離素子１が得られる。

【００２８】図５に第２の実施例の作製方法を示す。 図４（ｂ）のようにして作製した透明基板３のレリーフ面９上に体積位相型ホログラム感材１０を塗布成膜する。
次いで、透明基板３の平面６側から所定波長の平行光１
１を全面に入射させる。 レリーフ面９の傾斜面４、４'
上のホログラム感材１０に入射した光１１とその空気と接する裏面で反射された光１２とがホログラム感材１０
で干渉し、また、ホログラム感材１０の裏面で反射された光１２が隣接する傾斜面４'、４に再度入射し、同様にホログラム感材１０の裏面で反射された光１３と干渉して、ホログラム感材１０中にホログラム感材面に平行な干渉縞が記録され、偏光分離ホログラム２が透明基板３のレリーフ面９上に一体に形成される。

【００２９】図６に第３の実施例の作製方法を示す。 この方法は、図５の方法においては、ホログラム感材１０
に何れの位置にも、反対側から入射する光が同時に存在して不要干渉縞を形成するのを防止する方法であり、図５の配置において、透明基板３の平面６の平行光１１入射側にマスク１４を配置するもので、マスク１４には透明基板３のレリーフ面９の一方の傾斜面４あるいは４'
（図の場合は、４）の部分にのみ光を入射させる開口１
５を設け、他方の傾斜面４'あるいは４（図の場合は、
４'）の部分に入射する光を遮断する遮光部１５'が設けられているものであり、したがって、マスク１４の開口１５を透過しあ光１１'は、レリーフ面９の一方の傾斜面４上のホログラム感材１０に入射し、その光１１'
とホログラム感材１０の空気と接する裏面で反射された光１２'とがホログラム感材１０で干渉し、また、ホログラム感材１０の裏面で反射された光１２'が隣接する他方の傾斜面４'に再度入射し、同様にホログラム感材１０の裏面で反射された光１３'と干渉して、ホログラム感材１０中にホログラム感材面に平行な干渉縞が記録され、偏光分離ホログラム２が透明基板３のレリーフ面９上に一体に形成される方法である。 この場合は、ホログラム感材１０に何れの位置にも、一方の方向から入射する光のみしか存在せず、反対方向から入射する光による不要干渉縞が形成されない。

【００３０】なお、マスク１４の部分１５と１６に偏光方向が直交する偏光板を設けて構成しても、反対方向から入射する光による干渉縞は異なる特性になるため、上記の不要干渉縞の問題は解消される。

【００３１】図７に第４の実施例の作製方法を示す。 図４（ｂ）のようにして作製した透明基板３のレリーフ面９上に体積位相型ホログラム感材１０を塗布成膜する。
次いで、体積位相型ホログラム感材１０上に屈折率整合液あるいは図２の透明基板５のような相補的なレリーフ面を有する透明媒体１６を介して反射板１７を透明基板３に略平行に配置する。 次いで、透明基板３の平面６側から所定波長の２つの方向の異なる平行光１８、１９を全面に入射させる。 一方の平行光１８は一方の傾斜面４'に略垂直に入射してホログラム感材１０を透過し、
その光は反射板１７で反射されて他方の傾斜面４に略垂直に裏面側から入射する。 他方の平行光１９は他方の傾斜面４に略垂直に入射してホログラム感材１０を透過し、その光は反射板１７で反射されて一方の傾斜面４'
に略垂直に裏面側から入射する。 それらの光１８と１９
はホログラム感材１０で干渉して、ホログラム感材１０
中にホログラム感材面に平行な干渉縞が記録され、偏光分離ホログラム２が透明基板３のレリーフ面９上に一体に形成される。

【００３２】図８に第５の実施例の作製方法を示す。 図４（ｂ）のようにして作製した透明基板３のレリーフ面９上に体積位相型ホログラム感材１０を塗布成膜する。
一方、透明基板３のレリーフ面９の各傾斜面４、４'と平行な反射面２１、２１'を有し、レリーフ面９と相補的な形状のレリーフ面を有するレリーフ反射鏡２０を用意する。 次いで、体積位相型ホログラム感材１０上にそのレリーフ反射鏡２０を配置し、透明基板３のレリーフ面９の傾斜面４がレリーフ反射鏡２０の反射面２１と平行に、傾斜面４'が反射面２１'と平行になるようにする。 この状態で、透明基板３の平面６側から所定波長の２つの方向の異なる平行光２２、２３を全面に入射させる。 一方の平行光２２は一方の傾斜面４'に略垂直に入射してホログラム感材１０を透過し、その裏面側の反射面２１'で元の方向に反射されて再度反対側からホログラム感材１０に入射して干渉する。 他方の平行光２３は他方の傾斜面４に略垂直に入射してホログラム感材１０
を透過し、その裏面側の反射面２１で元の方向に反射されて再度反対側からホログラム感材１０に入射して干渉する。 このようにして、ホログラム感材１０中にホログラム感材面に平行な干渉縞が記録され、偏光分離ホログラム２が透明基板３のレリーフ面９上に一体に形成される。

【００３３】以上のように、上記何れの作製方法も一回の露光により作製できるので、簡単な装置で高速に本発明の偏光分離素子を作製することが可能である。

【００３４】以上、本発明の偏光分離素子及びその作製方法を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明の偏光分離素子及びその作製方法によると、透明基板の一方の面上に、断面において所定の頂角をなすように第１の傾斜面と第２の傾斜面を相互に平行にそれぞれ複数設けて断面三角波状になるレリーフ面が形成されており、第１の傾斜面と第２の傾斜面は透明基板の面に対して傾斜するように配置されており、その相互に頂角をなす第１の傾斜面と第２の傾斜面の上に、Ｓ偏光あるいはＰ偏光を反射し、それと偏光方向が直交するＰ偏光あるいはＳ偏光を透過する偏光分離ホログラムが設けられて偏光分離素子が構成されているので、透明基板の平面側あるいはレリーフ面側から入射した光の中の、例えばＳ
偏光を入射方向と略反対の方向へ反射させると共に、例えばＰ偏光を入射側と反対側の面から射出させるので、
入射光の相互に直交する直線偏光成分を分離することができる。 しかも、透明基板のレリーフ面上に設けられた第１の傾斜面と第２の傾斜面とからなる多くの微小屋根形面上に偏光分離ホログラムを設けて薄くて面積の大きな偏光分離素子を構成することができるので、大きな径の入射光の偏光成分を薄くて軽い光学素子で分離することができる。

【００３６】また、このような偏光分離素子を一回の露光により簡単に作製することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の偏光分離素子の基本構成を示す断面図である。

【図２】偏光分離素子の変形例を示す断面図である。

【図３】図３の変形例の偏光分離素子を示す断面図である。

【図４】本発明の偏光分離素子の第１の実施例の作製方法を示す図である。

【図５】本発明の偏光分離素子の第２の実施例の作製方法を示す図である。

【図６】本発明の偏光分離素子の第３の実施例の作製方法を示す図である。

【図７】本発明の偏光分離素子の第４の実施例の作製方法を示す図である。

【図８】本発明の偏光分離素子の第５の実施例の作製方法を示す図である。

【符号の説明】

Ｌ…入射光 Ｓ…Ｓ偏光 Ｐ…Ｐ偏光 Ｐ'…実際のＰ偏光進行方向 １…偏光分離素子 ２…偏光分離ホログラム ３…透明基板 ４、４'…傾斜面 ５…透明基板 ６…平面 ７…平面 ８…直線偏光板又は直線偏光シート ９…レリーフ面 １０…体積位相型ホログラム感材 １１…平行光 １１'…透過光 １２…反射光 １２'…反射光 １３…再反射光 １３'…再反射光 １４…マスク １５…開口 １５'…遮光部 １６…透明媒体 １７…反射板 １８、１９…平行光 ２０…レリーフ反射鏡 ２１、２１'…反射面 ２２、２３…平行光

フロントページの続き (72)発明者 谷口 幸夫 東京都新宿区市谷加賀町一丁目１番１号 大日本印刷株式会社内 (72)発明者 森田 英明 東京都新宿区市谷加賀町一丁目１番１号 大日本印刷株式会社内 Ｆターム(参考） 2H049 BA02 BA05 BB01 BB03 BC01 CA01 CA09 CA11 CA20 CA28 2K008 BB04 BB08 DD03 DD12 EE01 EE04 HH01