CN104380154A - 光学元件和光学设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光学元件和使用它的光学设备，其能够基本沿用制造线栅结构的加工工艺，进而能够得到比线栅元件更高的偏振对比度。实施方式中的摆动线元件的特征为在y方向上形成周期在入射的光波的波长以上的周期结构。由此，实施方式1中的摆动线元件能够实现偏振对比度的大幅提高。

Description

光学元件和光学设备
技术领域
本发明涉及光学元件和光学设备。
背景技术
光学设备广泛普及，例如液晶投影仪、显示器、光拾取器、光传感器等中较多使用了控制光的光学元件。而且，随着这些装置的性能提高，要求光学元件也提高性能、提高附加价值、降低成本。
在专利文献1和非专利文献1中，记载了与在透明基板上具有金属线结构的线栅元件相关的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2003-508813号公报(US6,243,199)
非专利文献1：H.Tamada,et al.,"Al wire-grid polarizer using thes-polarization resonance",Opt.Lett.22,6,pp.419-421(1997)
发明内容
发明要解决的课题
光学设备的代表性的一例有液晶投影仪。该液晶投影仪中，使用对从光源射出的光束根据图像信息进行调制的液晶面板形成光学像(图像光)，对屏幕等投影该图像光而进行图像显示。液晶面板具有对1种偏振光进行强度调制的特性，所以在其入射侧和出射侧分别配置具有使偏振光选择性透射的功能的偏振片(偏振元件)。
近年来，因为液晶投影仪的小型化和投影图像的亮度提高，液晶面板上的光密度提高，要求与其对应的偏振元件在耐热性、耐光性上优良。在这一点上，例如由无机材料构成的线栅元件是适合的。
上述非专利文献1中，如下所述地记载了线栅元件的定义(“A wiregrid is a simple one-dimensional metal grating and is quite promising as amicrominiaturized polarization component in the filed of integrated optics”(线栅是简单的1维金属栅并且非常适于集成光学领域中的小型偏振部件))。即，线栅元件是简单的1维(直线状)的金属栅。
此处，例如为了提高以液晶投影仪为代表的光学设备的画质，要求偏振元件提高作为偏振元件的主要性能之一的特定偏振光(以下称为p偏振光)和与其正交的偏振光(以下称为s偏振光)的选择性能即透射率的比。此外，本说明书中，设p偏振光的透射率为Tp、s偏振光的透射率为Ts时，使用偏振对比度(Tp/Ts)作为偏振选择性的性能指标。该情况下，能够认为偏振对比度越高，偏振元件的偏振选择性越优良。
如上所述，线栅元件是在透明基板上等周期地配置有直线状的金属线的元件。这样的线栅元件中，可以认为能够通过金属线的周期和形状来改变性能。但是，对于该金属线的周期和形状，因为入射的电磁波和加工工艺的限制而难以较大地改变条件范围，存在以线栅元件的结构为前提难以实现大幅度的特性提高(偏振对比度提高)的课题。
即，存在为了提高光学设备的画质，即使要提高偏振元件的偏振对比度，在维持线栅结构的状态下也难以改善偏振对比度的课题。
于是，本发明的目的在于提供一种光学元件和使用它的光学设备，其能够基本沿用制造线栅结构的加工工艺，进而能够得到比线栅元件更高的偏振对比度。
其他课题和新的特征将通过本说明书的描述和附图说明。
用于解决课题的方案
一个实施方式中的光学元件包括：(a)对于入射的电磁波透明的透明基板；和(b)多根金属线，其形成在所述透明基板的主面上且在第一方向上以第一周期间隔配置。此时，所述多根金属线各自在与所述第一方向正交的第二方向上具有周期结构地延伸。并且，设所述电磁波的波长为λ，所述透明基板的折射率为n时，所述周期结构的周期在λ/n以上。
发明效果
根据一个实施方式，能够提高光学元件的性能。
附图说明
图1是表示试制的线栅元件的截面的TEM像。
图2是表示由金属细线结构构成的线栅元件的示意结构的立体图。
图3是用于说明p偏振光(TM偏振光)从线栅元件透射的机制的图。
图4是用于说明s偏振光(TE偏振光)在线栅元件上反射的机制的图。
图5是表示线栅元件的透射率的波长依赖性的测定结果(实验结果)和计算结果(模拟结果)。
图6是表示实施方式1中构成偏振元件的摆动线的形状图案的图。
图7是表示摆动线元件中摆动周期与透射率的关系的计算结果。
图8是表示摆动线元件中摆动周期与偏振对比度的关系的计算结果。
图9是表示摆动线元件中摆动周期与衍射光的大小的关系的计算结果。
图10是表示摆动线元件中摆动周期与衍射光的大小的关系的其他计算结果。
图11是表示摆动线元件中入射光与出射光的关系的示意图。
图12是表示在邻接的2根摆动线之间长边方向的相位不同的情况下摆动线元件的结构的示意图。
图13是表示摆动线元件中邻接的摆动线之间的y方向的相位差与偏振对比度的关系的计算结果。
图14是示意性地表示摆动线的图案的图，(a)是表示相位差Δφ＝0的情况的图，(b)是表示相位差Δφ＝π/8的情况的图，(c)是表示相位差Δφ＝π/4的情况的图，(d)是表示相位差Δφ＝π/2的情况的图。
图15是表示邻接的4根摆动线之间的y方向的相位差逐次增加π/2的情况下的摆动线元件的结构的示意图。
图16是表示实施方式2中的摆动线元件的结构的示意图。
图17是表示摆动线元件中摆动周期与p偏振光的透射率的关系和摆动周期与s偏振光的透射率的关系的计算结果。
图18是表示摆动线元件中摆动周期与偏振对比度的关系的计算结果。
图19是表示摆动线元件中摆动周期与透射衍射光的大小的关系的计算结果。
图20是表示在可以得到较大的偏振对比度的条件下，发生透射衍射光的情况下的状况的示意图。
图21(a)是表示正弦波状调制的图，(b)是表示矩形波状调制的图，(c)是表示圆角的矩形波状调制的图。
图22(a)是表示N＝6的情况下的摆动线元件的图，(b)是表示N＝12的情况下的摆动线元件的图，(c)是表示N＝24的情况下的摆动线元件的图。
图23是表示摆动线元件中的入射光的波长依赖性的图。
图24是表示摆动线元件的空间周期分布的图。
图25(a)是表示现有的线栅元件的y方向的频谱的图，(b)是表示摆动线元件(Type-I)的y方向的频谱的图，(c)是表示摆动线元件(Type-II)的y方向的频谱的图。
图26是表示实施方式3中的液晶投影仪的光学系统的示意图。
具体实施方式
以下实施方式中，在为了方便而必要时，分割为多个部分或实施方式进行说明，但除了特别指出的情况以外，它们并非互不相关，为一方是另一方的部分或全部的变形例、应用例、详细说明、补足说明等的关系。
此外，以下实施方式中，在提及元素的数量等(包括个数、数值、量、范围等)的情况下，除了特别指出的情况和原理上明确限定为特定数量等情况以外，都不限定于特定的数量，也可以是特定数量以上或以下。
进而，以下实施方式中，构成元素(包括元素步骤等)除了特别指出的情况和原理上明确认为必需等情况以外，都不是必需的。
同样，以下实施方式中，在提及构成元素等的形状、位置关系等时，除了特别指出的情况和原理上明确认为不可以等情况以外，都包括实质上与其形状等近似或类似的形状等。这对于上述数量等(包括个数、数值、量、范围等)也是同样的。
此外，实施方式中使用的附图中，对于相同的部件原则上附加相同的符号，省略其反复说明。此外，为了使附图易于理解，有时即使在平面图中也附加影线。
(实施方式1)
以下，在本实施方式1中，统一用在纸面内取x轴和z轴的坐标系进行说明。光的偏振光存在TE(Transverse Electric：横电)偏振光和TM(Transverse Magnetic：横向磁场)偏振光。此时，TE偏振光是在y方向具有电场的振动成分的光，TM偏振光是在x方向具有电场的振动成分的光。具体而言，关于坐标系，在没有特别提示时，统一用设与基板垂直的方向为z轴、与金属线的长边方向(延伸方向)为y轴、与y轴正交的方向为x轴的坐标系进行说明。
在纸面内取x轴和z轴的坐标系中，p偏振光与TM偏振光一致，s偏振光与TE偏振光一致。p偏振光和s偏振光的称呼可能因文献或因坐标系而与本实施方式1相反，但在与金属线的长边方向正交的方向具有电场的振动成分的光波(本实施方式1中为p偏振光)具有较大透射率，在物理机制上是共通的。
描述电磁波的麦克斯韦方程的数值解法使用FDTD(FiniTEDifferential Time Domain：时域有限差分)法。
关于金属和半导体材料的折射率，如果没有特别提示，则参考Palik的手册(Palik E.D.(ed.)(1991)Handbook of Optical Constants of SolidsII.Academic Press,New York.)。
本实施方式1中的技术思想能够广泛应用于由麦克斯韦方程描述的电磁波，但在本实施方式1中特别举出作为一种电磁波的光(可见光)为例进行说明。
＜线栅元件＞
首先，在说明本实施方式1的技术思想之前，先说明线栅元件，之后再说明本实施方式1的技术思想。
图1是表示试制的线栅元件的截面的TEM像。图1中，可知线栅元件在作为透明基板的石英基板(SiO2)上形成有由铝(Al)膜构成的金属线。此时，例如图1中金属线的间距(x方向)是150nm，金属线的宽度是47nm，金属线的高度是160nm。以下表示这样的线栅元件的示意图，对线栅元件起到偏振元件的作用进行说明。
图2是表示由金属细线结构构成的线栅元件的示意性结构的立体图。图2中，线栅元件例如在由玻璃基板、石英基板或塑料基板构成的透明基板1S上，形成有由具有周期结构的凹凸形状部构成的线栅(图中记作WG)。具体而言，线栅如图2所示，指的是在x方向以规定间隔配置在y方向延伸的金属细线而成的金属梳状结构，换言之，该线栅由以规定间隔周期性地排列多根金属细线而成的凹凸形状部构成。
这样的线栅元件，在从纸面上部(z轴正方向)使包括多种偏振光的光(电磁波)入射时，能够仅使在规定方向偏振的偏振光从基板1S的下部透射。即，线栅元件起到偏振元件(偏振片)的作用。以下参考附图简单说明其机制(工作原理)。
首先，如图3所示，使电场的振动方向是x轴方向的p偏振光(TM偏振光)入射的情况下，与电场的振动方向相应地，构成线栅的金属细线内的自由电子聚集在金属细线的单侧，因此，在各金属细线中发生极化。这样，使p偏振光(TM偏振光)入射的情况下，仅在金属细线内发生极化，所以p偏振光(TM偏振光)通过线栅到达透明基板1S。此时，因为透明基板1S相对于入射的光(电磁波)也是透明的，所以p偏振光(TM偏振光)也从透明基板1S透射。结果，p偏振光(TM偏振光)从线栅和透明基板1S透射。
另一方面，如图4所示，使电场的振动方向是y方向的s偏振光(TE偏振光)入射的情况下，与电场的振动方向相应地，金属细线内的自由电子能够不受金属细线的侧壁限制而振动。这意味着s偏振光(TE偏振光)对线栅入射的情况下，发生与使光对连续的金属膜入射的情况同样的现象。从而，使s偏振光(TE偏振光)对线栅入射的情况下，与使光对连续的金属膜入射的情况同样，s偏振光(TE偏振光)反射。此时，与光能够侵入金属内的厚度(Skin Depth)相比，金属细线的z方向的厚度更厚的情况下，线栅具有使p偏振光(TM偏振光)透射、使s偏振光(TE偏振光)反射的分离性能(消光比)高的偏振分离功能。
根据以上所述，线栅元件例如在使包括各种偏振光的光入射时，具有仅使在特定方向偏振的偏振光透射的功能。这意味着线栅元件起到偏振元件(偏振片)的作用。
接着，图5是表示线栅元件的透射率的波长依赖性的测定结果(实验结果)和计算结果(模拟结果)。分光透射率的测定使用了分光光度计(日立制造，U4100)。进而，为了使p偏振光和s偏振光分离来测定透射率，使用了2个Karl Lambrecht公司制造的Gran-Taylar棱镜，分别用作检光元件和偏振元件。
图5中，纵轴表示透射率(％)，横轴表示入射光的波长(nm)。此外，Tp表示p偏振光的透射率，Ts表示s偏振光的透射率。此时，实线表示测定结果，虚线表示计算结果。
由图5可知，计算结果与测定结果良好地一致，可以印证本实施方式1中使用的计算方法可靠。以下，在本实施方式1中使用的计算方法中，如果没有特别提示，则为了简化说明，都表示光波对偏振元件垂直入射的情况下的计算结果。
＜本发明人的新的着眼点＞
上述线栅元件在y方向不具有周期结构。
关于这一点，本发明人着眼于以往未着眼的对y方向引入周期结构，同时着眼于y方向的周期在Λ以上的区域，通过对y方向引入Λ以上的周期，而实现具有超过线栅元件的极限的偏振对比度的偏振元件。即，本发明人通过积极应用衍射光与偏振元件的相互作用的偏振依赖性，而实现具有用线栅元件不能够实现的较高偏振对比度的偏振元件。此处，在设入射光的波长为λ、透明基板的折射率为ns的情况下，Λ是由Λ＝λ/ns定义的量。
以下，说明本发明人想到的技术思想。此处，在本说明书中，将Λ≤y方向周期<λ的区域定义为第一区域，将λ≤y方向周期的区域定义为第二区域。在实施方式1中，说明具有第二区域中包括的y方向周期的偏振元件，在实施方式2中，说明具有第一区域中包括的y方向周期的偏振元件。此外，将在y方向具有周期结构而延伸的金属线称为摆动线(图中记作WW)，将由该摆动线构成的偏振元件称为摆动线元件(Wobbled Wire Element)。
＜实施方式1中的偏振元件＞
首先，说明本实施方式1中的偏振元件。
图6是表示金属线的形状的计算模型的一例。图6中，表示了本实施方式1中的构成偏振元件的摆动线的形状图案。如图6所示，本实施方式1中的偏振元件定义为在x方向等间隔地配置多根摆动线、摆动线分别在y方向具有周期结构地延伸的结构。
线栅元件与摆动线元件的较大的不同点在于线栅元件中线栅在y方向不具有周期结构，而是直线状地延伸，相对地，在摆动线元件中，摆动线在y方向具有周期结构而延伸。这样，本实施方式1中，要注意区分线栅元件与摆动线元件。
图6中，表示了在上述摆动线元件中，例如各摆动线中x方向的宽度一定，并且具有该宽度的中心沿着y方向被周期性地调制的周期结构的摆动线元件。特别是，在图6中，x方向的宽度的中心沿着y方向被调制成正弦波状。此时，如图6所示，将y方向的调制周期称为摆动周期WP，将调制振幅称为摆动振幅WA。
这样构成的本实施方式1的摆动线元件中，透射光和反射光中发生与上述摆动周期WP和摆动振幅WA相应的衍射光。本实施方式1中的摆动线元件中，利用该衍射光提高偏振对比度。以下说明这一点。
以下所示的计算结果中，为了简化说明，设入射光的波长为λ＝460nm，设摆动线的材质是铝膜。关于基板，如果没有特别提示，则假设使用石英基板(ns＝1.47)。进而，为了使与现有的线栅元件的对比讨论易于理解，设透射率Tp和透射率Ts表示衍射次数为零的光的透射率即正透射率，将衍射次数不是零、即±1次衍射光、±2次衍射光、……称为衍射光。
图7是表示图6所示的摆动线元件中摆动周期WP与透射率Tp、Ts的关系的计算结果。图7中，纵轴表示透射率Tp、Ts(％)，横轴表示摆动周期WP(nm)。此处，设摆动振幅(peak to peak：峰峰值)为40nm。
图7中，摆动周期WP＝∞对应于直线的线、即线栅元件的结果。如图7所示，可知透射率Tp没有呈现因摆动周期WP引起的较大变动。即，摆动线元件与线栅元件之间透射率Tp几乎没有变化。
另一方面，可知透射率Ts显著表现出对摆动周期WP的依赖性，设入射光的波长为λ时，在摆动周期WP大致为λ～10λ的范围中，摆动线元件的透射率Ts小于线栅元件的透射率Ts。
因此，考虑偏振对比度(Tp/Ts)的情况下，因为摆动线元件与线栅元件中透射率Tp几乎相同，并且摆动线元件的透射率Ts小于线栅元件的透射率Ts，所以能够期待用摆动线元件得到比线栅元件更大的偏振对比度。
接着，图8是表示图6所示的摆动线元件中摆动周期WP与偏振对比度(Tp/Ts)的关系的计算结果。图8中，纵轴表示偏振对比度(Tp/Ts)，横轴表示摆动周期WP(nm)。如图8所示，可知设入射光的波长为λ的情况下，在摆动周期WP大致为λ～10λ的范围中，摆动线元件的偏振对比度(Tp/Ts)大于线栅元件的偏振对比度(Tp/Ts)。
接着，图9是表示图6所示的摆动线元件中摆动周期WP与衍射光的大小的关系的计算结果。此处，设s偏振光的正透射光为TsL，设s偏振光的透射衍射光的总和为TsDL。正透射光表示透射光中衍射次数为零的透射光，透射衍射光表示透射光中衍射次数为零以外的衍射光。然后，在图9中，纵轴表示透射衍射光的相对强度(TsDL/TsL)，横轴表示摆动周期WP。
如图9所示，可知在摆动线元件的偏振对比度在线栅元件的同等以上的高对比度范围中，透射衍射光的相对强度(TsDL/TsL)较大，最大发生正透射光(TsL)的约35倍的透射衍射光(TsDL)。这是在摆动线元件中改善偏振对比度的主要机制。这样，在摆动线元件中，在因s偏振光中的透射衍射光增大而改善偏振对比度这一点上具有特征。关于这一点，在后文中叙述s偏振光中的透射衍射光增大时偏振对比度改善的机制。
此外，设入射光的波长为λ的情况下，在图9的摆动周期WP为λ/ns～λ的范围中，表示了发生的透射衍射光在基板的背面(没有形成线图案的一侧的面)全反射的光，从基板背面出射的透射衍射光受到摆动周期WP在λ以上的条件范围的限定。
接着，图10是表示图6所示的摆动线元件中摆动周期WP与衍射光的大小的关系的其他计算结果。此处，设s偏振光的正透射光为TsL，s偏振光的透射衍射光的总和为TsDL。另一方面，设p偏振光的正透射率为TpL，p偏振光的透射衍射光的总和为TpDL。然后，在图10中，纵轴表示透射衍射光的相对强度(TsDL/TsL，TpDL/TpL)，横轴表示摆动周期WP。
图10是比较s偏振光中的透射衍射光的相对强度(TsDL/TsL)与p偏振光中的透射衍射光的相对强度(TpDL/TpL)的图，仅表示了关于从基板背面射出的光的结果。
如图10所示，在摆动线元件的偏振对比度在线栅元件的偏振对比度的同等以上的高对比度范围中，s偏振光中的透射衍射光的相对强度(TsDL/TsL)大于1。与此相对，p偏振光中的透射衍射光的相对强度(TpDL/TpL)最大为0.03程度。从而，由图10可知在高对比度范围中，摆动线元件中发生的透射衍射光主要在s偏振光中出现。
根据以上所述，基于图7～图10所示的计算结果，可以导出以下事项。
(1)摆动线元件与线栅元件透射率Tp大致相同，并且设入射光的波长为λ的情况下，在摆动周期WP为λ～10λ(第二区域)的范围中，摆动线元件的透射率Ts小于线栅元件的透射率Ts。结果，在摆动周期WP为λ～10λ的范围中，摆动线元件与线栅元件相比，能够得到更大的偏振对比度(Tp/Ts)。
(2)在摆动线元件的偏振对比度是线栅元件的同等以上的高对比度范围(λ～10λ的范围)中，s偏振光中的透射衍射光的相对强度(TsDL/TsL)较大。进而，在高对比度范围中，s偏振光中的透射衍射光的相对强度(TsDL/TsL)充分增大，与此相对，p偏振光中的透射衍射光的相对强度(TpDL/TpL)不增大。即，在高对比度范围中，摆动线元件中发生的透射衍射光主要在s偏振光中出现。
根据上述(1)，用摆动线元件能够得到较大的偏振对比度，得到该较大的偏振对比度是因为上述(2)。即，本实施方式1的摆动线元件中，在高对比度范围(λ～10λ的范围)中，p偏振光中的透射衍射光发生较少，相对地s偏振光中的透射衍射光的发生增加。结果，摆动线元件中偏振对比度增大，以下说明该机制。
＜实施方式1中偏振对比度增大的机制＞
图11是表示图6所示的摆动线元件中入射光与出射光的关系的示意图。图11中，要注意在纸面内取y-z平面这一点。如图11所示，摆动线元件具有对于入射的光波透明的透明基板1S，在该透明基板1S的主面(正面)上形成了摆动线。
该摆动线元件中，例如形成了如图6所示的摆动线的形状图案。如图6所示，摆动线元件具有在x方向上等间隔地配置多根摆动线，摆动线分别在y方向上具有周期结构而延伸的结构。
这样构成的摆动线元件中，例如，如图11所示，使光波(电磁波的一种)从摆动线元件的上表面一侧(主面一侧、正面一侧)入射。该光波中例如包括p偏振光和s偏振光。使这样的光波对摆动线元件入射的情况下，p偏振光从摆动线元件透射，而s偏振光在摆动线元件的表面反射。
理想情况下，优选s偏振光完全被反射，但实际上，入射的s偏振光的一部分从摆动线元件透射。因此，在从摆动线元件透射的透射光中，不仅包括p偏振光，也包括s偏振光。
该透射光中包括的s偏振光的比例越小，偏振元件的特性越提高。即，透射光中包括的s偏振光越小，用Tp/Ts定义的偏振对比度越大。因此，可知通过评价偏振对比度，能够评价摆动线元件的特性。
此处，s偏振光因为摆动线元件的y方向的周期结构，而如图11所示地在y方向上发生透射衍射光。特别是，在本实施方式1的摆动线元件中，在y方向上形成有具有入射的波长以上的周期的周期结构，所以在y方向上发生s偏振光的透射衍射光。图11中，例如图示了在y方向发生的±1次衍射光。
即，本实施方式1的摆动线元件中，特征点在于在y方向上形成周期在入射的波长以上的周期结构。由此，能够主要在s偏振光中发生透射衍射光。
接着，如图11所示，对于s偏振光发生透射衍射光，关于从透明基板1S的背面透射的s偏振光(透射衍射光)的衍射角φ，例如设摆动周期为L、入射光的波长为λ、m为整数，可以用sinφ＝mλ/L表达。特别影响光学设备的透射衍射光主要是m＝±1的1次衍射光。
此处，例如考虑如图11所示，从摆动线元件透射的透射光，被液晶面板(液晶板)LCP进行强度调制，用透镜LEN1成像的例子。该例是一般的液晶投影仪等中应用的简化的结构。
该情况下，如图11所示，从摆动线元件透射的正透射光即p偏振光和s偏振光(漏光成分)对透镜LEN1的NA(＝sinθ)的范围内入射，所以通过透镜LEN1成像。另一方面，s偏振光的透射衍射光满足θ<φ(＝λ/L)的条件的情况下，s偏振光的透射衍射光不会通过透镜LEN1成像。即，通过以满足θ<φ(＝λ/L)的条件的方式设定摆动周期L，能够从成像区域中排除s偏振光的透射衍射光。结果，根据本实施方式1，能够减少参与成像的s偏振光的比例，偏振对比度提高。
即，本实施方式1的摆动线元件中，通过使透射的s偏振光的漏光成分中的一部分成为透射衍射光，而实质上减少参与成像的s偏振光的漏光成分。另一方面，对于p偏振光，因为几乎不发生从成像区域中排除的透射衍射光，所以结果能够提高偏振对比度。
具体进行说明，例如在图11中，设入射光中包括的p偏振光为“100”，s偏振光也为“100”。此处，首先考虑现有的线栅元件。设从线栅元件通过液晶面板LCP和透镜LEN1参与成像的p偏振光为“90”。另一方面，设从线栅元件通过液晶面板LCP和透镜LEN1参与成像的s偏振光的漏光成分为“10”，则使用线栅元件的情况下的偏振对比度是“90/10”＝“9”。
与此相对，考虑本实施方式1中的摆动线元件。该情况下，也设从摆动线元件通过液晶面板LCP和透镜LEN1参与成像的p偏振光为“90”。另一方面，来自摆动线元件的s偏振光的漏光成分也是“10”，但该漏光成分中的一部分是透射衍射光。设该透射衍射光为“5”时，实质上从摆动线元件通过液晶面板LCP和透镜LEN1参与成像的s偏振光的漏光成分是“5”。结果，使用本实施方式1中的摆动线元件的情况下的偏振对比度是“90/5”＝“18”(>“9”)。
根据以上所述，可知与使用现有的线栅元件的情况相比，使用本实施方式1中的摆动线元件的情况下，更能够提高偏振对比度。这就是使用本实施方式1中的摆动线元件能够提高偏振对比度的机制。
＜实施方式1的本质＞
如上所述，本实施方式1中的摆动线元件的特征点在于在y方向上形成周期在入射的光波的波长以上的周期结构。
即，本申请的发明人着眼于现有的线栅元件中完全没有考虑的y方向上的周期结构。即，为了进一步提高偏振对比度，只要能够减少在线栅元件上不反射而是透射的s偏振光的漏光成分即可，但是减少s偏振光的漏光成分本身是困难的。
因此，本发明人着眼于不是通过减少s偏振光的漏光成分本身，而是在s偏振光的漏光成分中发生衍射光，实质上减少在透镜的数值孔径(NA)范围内包括的s偏振光的漏光成分，从而提高偏振对比度这一点。该着眼点是崭新的，本发明人使该构想具体化，想到了在y方向上具有入射光的波长以上的周期结构的摆动线元件。
即，在y方向上形成入射光的波长以上的周期结构的情况下，能够在s偏振光中发生透射衍射光，由此能够减少参与成像的s偏振光的漏光成分。结果，在本实施方式1的摆动线元件中，能够实现偏振对比度的大幅提高。
此外，因为在s偏振光中发生透射衍射光，所以y方向的周期结构的周期需要在入射光的波长以上，但与入射光的波长相比过大也不能够实现偏振对比度的提高。这是因为y方向的周期结构的周期过大时，衍射角减小，即使是衍射光也会包括在透镜的数值孔径的范围内。从而，如本实施方式1中所说明，例如在y方向的周期结构的周期是λ以上10λ以下程度的情况下，能够大幅提高偏振对比度。
如上所述，根据本实施方式1中的摆动线元件，通过表现出y方向的周期结构引起的衍射光的偏振依赖性，能够得到比线栅元件更大的偏振对比度。从而，例如能够实现搭载了该摆动线元件的以液晶投影仪为代表的光学设备的画质的提高。
进而，该摆动线元件能够与现有的线栅元件同样地利用半导体加工技术制造。特别是，摆动线元件的制造工序，是在制造现有的线栅元件的工序中，仅变更对金属线进行图案形成的工序，能够利用其它制造工序，所以可以得到能够容易制造的优点。
＜变形例＞
图12是表示在邻接的2根摆动线之间长边方向(y方向)的相位不同的情况的摆动线元件的结构的示意图。如图12所示，设摆动线的编号为i，x方向的间距为p0，摆动周期WP为L，摆动振幅WA为A，y方向的相位为φi，设波数ky＝2π/L时，第i根摆动线的中央的x坐标(xc)用以下所示的(式1)表达。
xc＝p0·i+(A/2)×sin(kyy+φi)  ……(式1)
φi＝0       i是偶数
φi＝Δφ    i是奇数
此处，Δφ是邻接的摆动线之间的y方向的相位差。
图13是表示图12所示的摆动线元件中邻接的摆动线之间的y方向的相位差Δφ与偏振对比度(Tp/Ts)的关系的计算结果。图13中，纵轴表示偏振对比度(Tp/Ts)，横轴表示相位差Δφ(度)。此外，设摆动周期为600nm。
如图13所示，可知本实施例中的摆动线元件中，相位差Δφ大致在90度以下(＝π/4)时，可以得到现有的摆动线元件的同等以上的偏振对比度。然后，可知相位差Δφ越小，偏振对比度越提高。从而，邻接的2根摆动线的y方向的相位差Δφ是0度的情况下最能够提高偏振对比度，但如图13所示，只要相位差Δφ在90度以下，就能够与现有的摆动线元件相比提高偏振对比度。
例如，Δφ＝0的情况下，本变形例中的摆动线元件中，能够得到最大的偏振对比度。具体而言，该最大值是1130，使用该摆动线元件能够得到同一条件的线栅元件的偏振对比度(380)的约3倍的偏振对比度。
图14是示意性地表示图12所示的摆动线元件中y方向的相位差Δφ不同的4种情况的摆动线的图案的图。图14(a)表示相位差Δφ＝0的情况，图14(b)表示相位差Δφ＝π/8的情况。此外，图14(c)表示相位差Δφ＝π/4的情况，图14(d)表示相位差Δφ＝π/2的情况。
在图14(a)～(d)所示的本变形例中的摆动线元件中，例如也通过使用FDTD法计算衍射光的角度、衍射光的强度、p偏振光的透射率(Tp)、s偏振光的透射率(Ts)，而能够制造适合用途的特性的摆动线元件。
图15是表示邻接的4根摆动线之间的y方向的相位差Δφ逐次增加π/2的情况的摆动线元件的结构的示意图。该图15所示的摆动线元件中，对于x方向，由4根摆动线形成1个周期。该情况下，摆动线元件的形状变得复杂，但该情况下也能够实现偏振对比度的提高。
(实施方式2)
实施方式1中，说明了使金属线的x方向的宽度固定，对x方向的宽度中心周期性地调制，并且该调制周期包括在第二区域(λ≤调制周期)中的摆动线元件。然后，实施方式1中，表示了这样构成的摆动线元件在从透明基板透射的s偏振光中衍射光增大的条件范围、即摆动周期是大致λ～10λ的范围中，可以得到比现有的线栅元件更大的偏振对比度。
特别是，实施方式1中的摆动线元件例如在如图11所示满足s偏振光的透射衍射光中的衍射角大于透镜LEN1的数值孔径的条件的情况下是有效的。
该情况下，s偏振光的透射衍射光可能在光学设备内多重反射而成为杂散光。即，例如将实施方式1中的摆动线元件应用于光盘的光学头部或光通信用的接收器的情况下，可以认为上述杂散光可能使信号品质降低。
于是，本实施方式2中，说明对金属线的x方向的宽度进行调制的摆动线元件。具体而言，以下说明使用这样构成的本实施方式2中的摆动线元件，能够不发生透射衍射光而得到较高的偏振对比度。
此外，本实施方式2中的摆动线元件是x方向的宽度沿y方向的调制周期包括在第一区域(Λ≤调制周期<λ)中的摆动线元件。
＜实施方式2中的偏振元件＞
图16是表示本实施方式2中的摆动线元件的结构的示意图。如图16所示，本实施方式2中的摆动线元件是对摆动线的x方向的宽度进行了调制的偏振元件。即，本实施方式2中的摆动线元件具有x方向的宽度的中心位置一定、并且x方向的宽度沿着y方向被周期性地调制的结构。
如图16所示，设摆动线的编号为i，摆动线的x方向的平均宽度为w0，摆动周期WP为L，摆动振幅WA为A/2，y方向的相位为φi，设波数ky＝2π/L时，第i根摆动线的宽度wi能够用以下所示的(式2)表达。
wi＝w0+(A/2)×sin(kyy+φi)  ……(式2)
φi＝0     i是偶数
φi＝Δφ  i是奇数
此处，Δφ是邻接的摆动线之间的y方向的相位差。图16中表示了Δφ＝π的情况。例如，如实施方式1所示摆动线的x方向的宽度一定的情况下，Δφ＝0，即邻接的摆动线之间的x方向的空间(空隙)一定的情况下，偏振对比度最大(参考图13)。
于是，在本实施方式2中，也可以考虑在对摆动线的x方向的宽度进行调制时，通过使邻接的摆动线之间的x方向的空间(空隙)一定，而使偏振对比度提高。根据该观点，如图16所示，在本实施方式2中，对摆动线的x方向的宽度进行调制时，为了使邻接的摆动线之间的x方向的空间(空隙)一定而使Δφ＝π。
图17是表示图16所示的摆动线元件中摆动周期WP与p偏振光的透射率Tp的关系、和摆动周期WP与s偏振光的透射率Ts的关系的计算结果。此处，设摆动振幅(peak to peak：峰峰值)为40nm。此外，图17中，摆动周期WP＝∞表示了直线的线的结果。图17中，纵轴表示透射率Tp或者透射率Ts，横轴表示摆动周期WP(nm)。
如图17所示，关于p偏振光的透射率Tp，没有表现出对摆动周期WP的较大依赖性。另一方面，关于s偏振光的透射率Ts，对摆动周期WP的依赖性是显著的，设ns为透明基板的折射率且设入射光的波长为λ，可知在摆动周期WP大致是λ/ns～λ的范围(第一区域)中，s偏振光的透射率Ts小于线栅元件的透射率。
接着，图18是表示图16所示的摆动线元件中摆动周期WP与偏振对比度(Tp/Ts)的关系的计算结果。图18中，纵轴表示偏振对比度(Tp/Ts)，横轴表示摆动周期WP(nm)。
如图18所示，设入射光的波长为λ的情况下，在摆动周期WP大致是λ/ns～λ的范围(第一区域)中，能够得到比相同条件的线栅元件更大的偏振对比度(Tp/Ts)。具体而言，本实施方式2的摆动线元件中，偏振对比度(Tp/Ts)的最大值是约3500，可知可以得到现有的线栅元件的情况下的近10倍的偏振对比度(Tp/Ts)。
接着，图19是表示图16所示的摆动线元件中摆动周期WP与透射衍射光的大小的关系的计算结果。图19中，设p偏振光的透射衍射光的总和为TpDL，表示了相对于p偏振光的正透射光TpL的相对值(TpDL/TpL)。同样，设s偏振光的透射衍射光的总和为TsDL，表示了相对于s偏振光的正透射光TsL的相对值(TsDL/TsL)。
此处，图19中，纵轴表示p偏振光中透射衍射光(TpDL)相对于正透射光TpL的相对值(TpDL/TpL)和s偏振光中透射衍射光(TsDL)相对于正透射光TsL的相对值(TsDL/TsL)。另一方面，横轴表示摆动周期WP(nm)。
如图19所示，可知在透射光中，p偏振光的透射衍射光在计算的误差范围内没有发生。此外，与实施方式1所示的图9比较容易得知，本实施方式2中的摆动线元件中，在s偏振光中透射衍射光的发生也较少。从而，可知本实施方式2中的摆动线元件中，p偏振光和s偏振光在偏振对比度(Tp/Ts)较大的条件范围(高对比度范围)中，都能够忽略透射衍射光的影响。
根据以上所述，基于图17～图19所示的计算结果，可以导出以下事项。
(3)摆动线元件和线栅元件中透射率Tp几乎相同，并且在摆动周期WP是λ/ns～λ的范围(第一区域)中，摆动线元件的透射率Ts小于线栅元件的透射率Ts。结果，在摆动周期WP是λ/ns～λ的范围中，摆动线元件能够得到比线栅元件更大的偏振对比度(Tp/Ts)。
(4)在摆动线元件的偏振对比度是线栅元件的同等以上的高对比度范围(λ/ns～λ的范围)中，p偏振光中的透射衍射光和s偏振光中的透射衍射光的大小都较小。即，本实施方式2中，在偏振对比度(Tp/Ts)较大的条件范围(摆动周期WP是λ/ns～λ的范围)中，能够忽略p偏振光和s偏振光双方的透射衍射光的影响。
根据上述(3)，本实施方式2中的摆动线元件中，能够得到较大的偏振对比度，但因为上述(4)与实施方式1中上述(2)不同，所以可以推测本实施方式2中的摆动线元件中，得到较大的偏振对比度是与实施方式1中说明的机制不同的。即，本实施方式2中的摆动线元件中，在高对比度范围(λ/ns～λ的范围)中，可以如下推测得到较大的偏振对比度(Tp/Ts)的机制。对该机制进行说明。
＜实施方式2中偏振对比度增大的机制＞
本实施方式2中的摆动线元件中，也在y方向具有周期结构。具体而言，如图16所示，本实施方式2中的摆动线元件中，对摆动线的x方向的宽度沿着y方向调制。该沿y方向形成的周期结构的周期，包括在λ/n～λ的范围中。此处，发生衍射光的条件需要周期是λ以上，但特别考虑透明基板内时，透明基板的折射率是ns的情况下，通过透明基板内的光波的有效波长是λ/ns。从而，在透明基板内发生透射衍射光的条件是只要周期在λ/ns以上即可。
此处，本实施方式2中的摆动线元件中，因为y方向的周期结构的周期在λ/n～λ的范围中，所以可以认为在透明基板内透射的s偏振光中发生衍射光。即，可以认为本实施方式2中，也在透明基板内发生s偏振光的透射衍射光。
但是，实际的计算结果中，例如如图19所示，s偏振光的透射衍射光的大小减小。这可以认为是因为以下所示的理由。即，本实施方式2中的摆动线元件中，如图16所示，在邻接的摆动线之间发生相位的差异。特别是图16中邻接的摆动线的相位差是π(＝180度)。
因此，例如通过使规定的摆动线引起的衍射光和与该摆动线邻接的摆动线引起的衍射光的相位差为π(＝180度)，而在衍射光相互重合的情况下使其相互抵消。即，实际上，在透明基板内会发生s偏振光的透射衍射光，但通过相互抵消而表现为仿佛不存在衍射光。从而，到达透明基板内的s偏振光的一部分即使抵消也仍然作为透射衍射光分散，所以最终从透明基板透射而漏出的s偏振光(正透射光)的强度减小。结果，使用本实施方式2中的摆动线元件能够提高偏振对比度。
进而，根据其他观点，也能够如下说明本实施方式2中偏振对比度提高的理由。即，本实施方式2中的摆动线元件中，y方向的周期结构的周期存在于λ/ns～λ的范围中，所以是同时发生瑞利(Rayleigh)共振和衍射光发生的条件。然后，在该条件下，通过邻接的2根摆动线的y方向的相位差异(例如π)，而抑制瑞利(Rayleigh)共振和衍射光发生。由此，能够认为要分配到衍射光的光能结果被置换为吸收和反射。这样，从透明基板透射而漏出的s偏振光(正透射光)的强度减小，所以使用本实施方式2中的摆动线元件能够提高偏振对比度。
根据以上所述，可知与使用现有的线栅元件的情况相比，使用本实施方式2中的摆动线元件的情况下，更能够提高偏振对比度。这就是使用本实施方式2中的摆动线元件能够提高偏振对比度的机制。
＜实施方式2的本质＞
如上所述，本实施方式2中的摆动线元件的特征点在于在y方向形成周期在入射的光波的波长/折射率(透明基板)以上且小于入射的光波的波长的周期结构。
即，本发明人着眼于现有的线栅元件中完全没有考虑的y方向的周期结构。即，为了进一步提高偏振对比度，只要能够减少在线栅元件上不反射而是透射的s偏振光的漏光成分即可，但是减少s偏振光的漏光成分本身是困难的。
因此，本发明人着眼于不是通过减少s偏振光的漏光成分本身，而是在透明基板内发生s偏振光的透射衍射光，实质上减少s偏振光的漏光成分，从而提高偏振对比度这一点。
特别是本实施方式2的摆动线元件中，使y方向的周期结构的周期包括在λ/ns～λ的范围中。由此，能够在透明基板内发生透射衍射光，并且λ/ns～λ的条件范围与通过了透明基板内的透射衍射光在透明基板的背面全反射的条件范围几乎一致。
因为这一点，也能够使透明基板内发生的透射衍射光不向透明基板外部漏出。结果，使用本实施方式2的摆动线元件，能够抑制透明基板内发生的s偏振光的透射衍射光向透明基板外部漏出而成为杂散光。
进而，本实施方式2中，通过使构成摆动线元件的相邻的摆动线的y方向的相位差成为π(＝180度)，而在透明基板内发生s偏振光的透射衍射光，并且以不会向透明基板外部漏出的方式使其抵消。
根据以上所述，根据本实施方式2中的摆动线元件，通过使通过透明基板的s偏振光(正透射光)的一部分成为透射衍射光而分散，能够减小从透明基板透射而漏出的s偏振光(正透射光)的强度。因此，使用本实施方式2中的摆动线元件能够提高偏振对比度。
此外，根据本实施方式2中的摆动线元件，因为在透明基板内发生的透射衍射光满足全反射的条件，并且抵消的条件成立，所以能够充分地抑制透射衍射光(s偏振光)向透明基板外部漏出而发生杂散光。即，使用本实施方式2中的摆动线元件，能够得到抑制从透明基板向外部漏出的杂散光发生、同时实现偏振对比度提高的显著效果。
此外，在充分抑制从透明基板向外部漏出的杂散光发生的观点上，例如优选如图16所示邻接的摆动线的y方向的相位差是π(＝180度)。但是，本实施方式2中的摆动线元件不限于此，在存在其他大小的相位差的情况下也是有用的。
这是因为，存在π(＝180度)以外的相位差的情况下，不能够使邻接的摆动线分别引起的透射衍射光完全抵消，一部分透射衍射光会残存，但本实施方式2中，y方向的周期结构的周期在λ/ns～λ的条件范围内，该条件范围与透射衍射光全反射的条件几乎一致。即，本实施方式2中的摆动线元件中，即使透射衍射光(s偏振光)发生，也会全反射，所以即使邻接的摆动线的y方向的相位差不是π(＝180度)，也能够抑制向透明基板外部漏出的杂散光发生。
图20是表示在可以得到较大的偏振对比度的条件下，发生透射衍射光的情况下的状况的示意图。图20中，本实施方式2中的摆动线元件中，摆动周期在λ/ns～λ的范围中。因此，发生的透射衍射光(s偏振光)不能够从透明基板1S的背面出射(因为波数成为虚数)，而是全反射，结果从透明基板1S的侧面出射。从而，能够认为对于使用本实施方式2中的摆动线元件的情况下的透射衍射光的影响，只要是一般的使用方法就不需要考虑。
但是，从透明基板1S的侧面射出的透射衍射光成为杂散光而有问题的情况下，也可以在透明基板1S的侧面配置黑色涂料等光吸收部件。该情况下，要从透明基板1S的侧面射出的透射衍射光几乎被光吸收部件吸收，所以能够几乎完全抑制向透明基板1S的外部漏出的杂散光。
＜变形例＞
实施方式2中的摆动线元件中，说明了例如如图16所示对摆动线的x方向的宽度沿着y方向调制成正弦波状的例子，但摆动线元件的周期结构(调制结构)不限于正弦波调制。
例如，图21是表示对摆动线的x方向的宽度沿着y方向调制成矩形波状的例子的图。图21中，设摆动周期为400nm，调制振幅(peakto peak：峰峰值)为40nm。图21(a)表示用于比较的正弦波调制的情况，偏振对比度是3500。另一方面，图21(b)表示矩形波状调制的情况，偏振对比度是8300。此外，图21(c)表示考虑制造工艺的圆角矩形波调制的情况，偏振对比度是4600。
根据以上所述，可知摆动线元件的周期结构(调制结构)是矩形波状调制的情况下，与正弦波状调制的情况相比偏振对比度提高。即，实施了矩形波状调制的摆动线元件中，也能够得到大幅超过现有的线栅元件的偏振对比度(380)的偏振对比度。
另一方面，p偏振光的透射率Tp在图21(a)所示的正弦波状调制的情况下是89.2％，在图21(b)所示的矩形波状调制的情况下是87.8％，图21(c)所示的圆角矩形波状调制的情况下是88.9％。从而，能够认为对于p偏振光的透射率Tp，图21(a)所示的正弦波状调制较好。
图22是摆动线元件的其他变形例。该变形例中的摆动线元件中，考虑制造工艺，通过在铝膜上连续地形成圆形的孔(直径100nm)，而形成矩形波状的摆动线。图22中，设摆动周期为400nm，调制振幅(peakto peak：峰峰值)为40nm。此外，设每个摆动周期形成的孔的数量为N。
图22(a)是N＝6的情况的摆动线元件。图22(a)的摆动线元件中，p偏振光的透射率Tp是84.5％，偏振对比度是27500。接着，图22(b)是N＝12的情况的摆动线元件。图22(b)的摆动线元件中，p偏振光的透射率Tp是87.9％，偏振对比度是6400。接着，图22(c)是N＝24的情况的摆动线元件。图22(c)的摆动线元件中，p偏振光的透射率Tp是89.4％，偏振对比度是4200。
根据以上所述，可知图22(a)～(c)所示的任意一个摆动线元件中，能够得到大幅超过现有的线栅元件的偏振对比度(380)的偏振对比度。
此外，图22(a)的摆动线元件的情况下偏振对比度最大，另一方面，p偏振光的透射率Tp最小。即，可知摆动线元件中，与现有的线栅元件同样，偏振对比度处于此消彼长的关系。从而，需要在考虑制造工艺等的基础上，设计合适的元件形状并实用化。本申请发明中，为了简化说明，说明了使光波对摆动线元件垂直入射的情况，但不限于此，为了与应用领域适应的实用化需要适当考虑。
此外，本发明中的摆动线元件能够通过应用现有的线栅元件的制造工序而制造。具体而言，例如通过使用溅射法而在透明基板上形成铝膜。之后，通过使用光刻技术和蚀刻技术，对铝膜进行图案形成。通过变更该铝膜的图案形成，能够代替现有的线栅元件地形成本申请发明中的摆动线元件。
此外，在制造图22(a)～(c)所示的摆动线元件的情况下，能够在透明基板上使铝膜成膜之后，例如通过照射电子束或激光等，而在铝膜上连续地形成孔，由此制造。
＜摆动线元件的特性＞
以下说明本申请发明的摆动线元件的特性。
图23是表示图21(a)所示的摆动线元件中的入射光的波长依赖性的计算结果。图23中，构成摆动线元件的摆动线的材质是铝，间距是150nm，宽度是50nm，高度是150nm。此外，摆动周期是400nm，摆动振幅(peak to peak：峰峰值)是40nm。
如图23所示，可知本发明的摆动线元件中，在400nm至500nm的波长范围中，可以得到80％以上的p偏振光的透射率Tp和0.2％以下的s偏振光的透射率Ts，具有偏振对比度在400以上的良好的偏振分离性能。特别是，可知在430nm以上的波长范围中，s偏振光的透射率Ts大幅减少，能够实现优良的偏振对比度。
此外，可知对于图23所示的平均反射率R(p偏振光的反射率Rp和s偏振光的反射率Rs的和，主成分是Rs)，在本发明中的摆动线元件中，在400nm～440nm的波长范围中存在反映了瑞利(Rayleigh)共振的极小值。这样的s偏振光的透射率Ts和平均反射率R的特性，是摆动线元件中特有的、而现有的线栅元件中未出现的特征。
这样的摆动线元件的特征，在将摆动线元件应用于以液晶投影仪为代表的光学设备时是有用的。例如，液晶投影仪中，除了提高偏振对比度，在对液晶面板进行热保护的观点上，还要求反射率小的偏振元件。该情况下，如上所述，使用本发明中的摆动线元件(偏振元件)，与现有的线栅元件相比，能够提高偏振对比度，并且也实现反射率降低，所以用于液晶投影仪的情况下，能够发挥优良的性能。
接着，图24是表示图21(a)所示的摆动线元件的空间频率分布的图。此处，根据计算模型(网格尺寸1nm)以摆动线的部分是“1”、摆动线之间的间隙(空间)是“0”的方式生成二值化的二维数据。然后，对于生成的二维数据在y方向进行傅立叶变换而计算频谱。此外，图24中，不是使用空间频率自身，而是使用与空间频率的相反数对应的空间周期(nm)。图24中，纵轴表示频谱振幅，横轴表示空间周期(nm)。如图24所示，可知对于y方向，在摆动周期下出现较大的峰值。
在实际的偏振元件中，也能够实施同样的频谱分析。例如，能够根据偏振元件上面的SEM照片对摆动线的部分和摆动线之间的间隙(空间)的部分适当地二值化生成二维数据之后，分离为y方向(摆动线的长边方向)和x方向(与y方向正交的方向)实施傅立叶分析。
实际的偏振元件中，会发生依赖于制造工艺的元件形状的抖动，和性能容许范围内的金属线的缺损等。以下表示考虑这些实施的频谱分析的结果。
图25是表示频谱分析的结果的图。图25中，为了简化，表示了y方向的频谱强度。图25(a)是现有的线栅元件的y方向的频谱。如图25(a)所示，可知现有的线栅元件中，因为在y方向不具有周期结构，所以除了制造工艺引起的金属线形状的杂乱的抖动和缺陷之外，不存在峰值。
图25(b)是图21(a)所示的摆动线元件的频谱。该摆动线元件的摆动周期是第一区域(λ/ns～λ)，所以称其为摆动线元件(Type-I)。该摆动线元件(Type-I)的频谱如图25(b)所示，是使图24所示的结果和依赖于制造工艺的金属线形状的杂乱的抖动组合的结构。即，可知摆动线元件(Type-I)中，与摆动周期对应的频谱存在于Λ与λ之间。
图25(c)是图12所示的实施方式1的摆动线元件的频谱。该摆动线元件的摆动周期是第二区域(λ以上)，所以称其为摆动线元件(Type-II)。可知该摆动线元件(Type-II)的频谱如图25(c)所示，与摆动周期对应的峰值存在于大于λ的位置。
通过使用这样的频谱分析技术，能够判别现有的线栅元件和本发明的摆动线元件。此外，本发明的摆动线元件的摆动振幅基本上能够任意地设定，但在使本发明的效果显著的观点上，优选摆动振幅(peakto peak：峰峰值)在邻接的摆动线的平均周期的5％以上。
(实施方式3)
本实施方式3中，参考附图说明应用了实施方式1和实施方式2中的摆动线元件的光学设备。本实施方式3中，在各种光学设备中，特别举出作为一种光学设备的液晶投影仪为例进行说明。
＜液晶投影仪的结构＞
图26是表示本实施方式3中的液晶投影仪的光学系统的示意图。图26中，本实施方式3中的液晶投影仪具有光源LS、导波光学系统LGS、分色镜DM(B)、DM(G)、反射镜MR1(R)、MR1(B)、MR2(R)、摆动线元件WWE1(B)、WWE1(G)、WWE1(R)、WWE2(B)、WWE2(G)、WWE2(R)、液晶面板LCP(B)、LCP(G)、LCP(R)、投影透镜LEN。
光源LS由卤素灯等构成，射出包括蓝色光、绿色光和红色光的白色光。然后，导波光学系统构成为实施从光源LS射出的光的分布的均匀化和准直化等。
分色镜DM(B)构成为使与蓝色光对应的波长的光反射，使其他的绿色光和红色光透射。同样，分色镜DM(G)构成为使与绿色光对应的波长的光反射，使其他的红色光透射。此外，反射镜MR1(R)构成为使红色光反射。
摆动线元件WWE1(B)、WWE2(B)构成为使蓝色光入射并使特定的偏振光选择性透射，摆动线元件WWE1(G)、WWE2(G)构成为使绿色光入射并使特定的偏振光选择性透射。此外，摆动线元件WWE1(R)、WWE2(R)构成为使红色光入射并使特定的偏振光选择性透射。
具体而言，摆动线元件WWE1(B)、WWE1(G)、WWE1(R)、WWE2(B)、WWE2(G)、WWE2(R)是实施方式1或实施方式2中说明的摆动线元件，例如与实施方式1对应的情况下，摆动周期是λ以上。另一方面，与实施方式2对应的情况下，摆动周期存在于λ/ns～λ的范围中。
反射镜MR1(B)构成为使蓝色光反射，反射镜MR1(R)和反射镜MR2(R)构成为使红色光反射。
液晶面板LCP(B)构成为使从蓝色用的摆动线元件WWE1(B)射出的偏振光入射，根据图像信息进行偏振光的强度调制。同样，液晶面板LCP(G)构成为使从绿色用的摆动线元件WWE1(G)射出的偏振光入射，根据图像信息进行偏振光的强度调制，液晶面板LCP(R)构成为使红色用的摆动线元件WWE1(R)射出的偏振光入射，根据图像信息进行偏振光的强度调制。液晶面板LCP(B)、LCP(G)、LCP(R)与控制液晶面板的控制电路(未图示)电连接，基于来自该控制电路的控制信号，控制对液晶面板施加的电压。此外，投影透镜LEN是用于投影图像的透镜。
＜液晶投影仪的动作＞
本实施方式3中的液晶投影仪如上所述地构成，以下说明其动作。首先，如图26所示，从由卤素灯等构成的光源LS射出包括蓝色光、绿色光和红色光的白色光。然后，从光源LS射出的白色光对导波光学系统LGS入射，由此对于白色光实施光分布的均匀化和准直化等。之后，从导波光学系统LGS射出的白色光，首先对分色镜DM(B)入射。在分色镜DM(B)上，仅有白色光中包括的蓝色光被反射，绿色光和红色光从分色镜DM(B)透射。
从分色镜DM(B)透射后的绿色光和红色光，对分色镜DM(G)入射。在分色镜DM(G)上，仅有绿色光被反射，红色光从分色镜DM(G)透射。这样，能够从白色光分离为蓝色光、绿色光和红色光。
接着，分离后的蓝色光通过反射镜MR1(B)对摆动线元件WWE1(B)入射，蓝色光中包括的特定的偏振光被选择性透射。然后，选择性透射后的偏振光对液晶面板LCP(B)入射。在液晶面板LCP(B)中，基于控制信号进行入射的偏振光的强度调制。之后，强度调制后的偏振光从液晶面板LCP(B)射出，对摆动线元件WWE2(B)入射之后，从摆动线元件WWE2(B)射出。
同样，分离后的绿色光对摆动线元件WWE1(G)入射，绿色光中包括的特定的偏振光被选择性透射。然后，选择性透射后的偏振光对液晶面板LCP(G)入射。在液晶面板LCP(G)中，基于控制信号进行入射的偏振光的强度调制。之后，强度调制后的偏振光从液晶面板LCP(G)射出，对摆动线元件WWE2(G)入射之后，从摆动线元件WWE2(G)射出。
此外，分离后的红色光通过反射镜MR1(R)和反射镜MR2(R)对摆动线元件WWE1(R)入射，红色光中包括的特定的偏振光被选择性透射。然后，选择性透射后的偏振光对液晶面板LCP(R)入射。在液晶面板LCP(R)中，基于控制信号进行入射的偏振光的强度调制。之后，强度调制后的偏振光从液晶面板LCP(R)射出，对摆动线元件WWE2(R)入射之后，从摆动线元件WWE2(R)射出。
之后，从摆动线元件WWE2(B)射出的偏振光(蓝色)、从摆动线元件WWE2(G)射出的偏振光(绿色)、从摆动线元件WWE2(R)射出的偏振光(红色)被合波，通过投影透镜LEN对屏幕(未图示)投影。这样，使用本实施方式3中的液晶投影仪，能够投影图像。
根据本实施方式3，因为使用摆动线元件置换现有的线栅元件，所以能够实现改善了对比度的液晶投影仪。换言之，根据本实施方式3，能够提高液晶投影仪的画质。
以上基于实施方式具体说明了本发明人的发明，但本发明不限定于上述实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。
例如，上述实施方式中，说明了对应可见光至近红外线光的光学元件和光学设备，但不限于此，只要是符合麦克斯韦方程的电磁波，就能够同样地应用本申请发明的技术思想。具体而言，在77GHz的无线设备中，电磁波(光)的波长是约4mm，对于这样的电磁波，例如也能够将摆动线元件应用为光学部件(偏振片)。
符号说明
1S  透明基板
DM(B)  分色镜
DM(G)  分色镜
DM(R)  分色镜
LCP 液晶面板
LCP(B)  液晶面板
LCP(G)  液晶面板
LCP(R)  液晶面板
LEN 投影透镜
LEN1  透镜
LGS 导波光学系统
LS   光源
MR1(B) 反射镜
MR1(R) 反射镜
MR2(R) 反射镜
p0  间距
W  宽度
WA 摆动振幅
WG 线栅
WP 摆动周期
WW 摆动线
WWE1(B)  摆动线元件
WWE1(G)  摆动线元件
WWE1(R)  摆动线元件
WWE2(B)  摆动线元件
WWE2(G)  摆动线元件
WWE2(R)  摆动线元件
Δφ  相位差。

Claims (14)

1.一种光学元件，其特征在于，包括：
(a)对于入射的电磁波透明的透明基板；和
(b)多根金属线，其形成在所述透明基板的主面上且在第一方向上以第一周期间隔配置，
所述多根金属线各自在与所述第一方向正交的第二方向上具有周期结构地延伸，
设所述电磁波的波长为λ，所述透明基板的折射率为n时，所述周期结构的周期在λ/n以上。
2.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于：
所述周期结构的周期在所述电磁波的波长以上。
3.如权利要求2所述的光学元件，其特征在于：
在所述多根金属线的各根中，
所述周期结构是所述第一方向上的宽度一定且所述宽度的中心沿着所述第二方向被周期性地调制的结构。
4.如权利要求3所述的光学元件，其特征在于：
所述宽度的中心沿着所述第二方向被调制成正弦波状。
5.如权利要求4所述的光学元件，其特征在于：
所述多根金属线中的规定的金属线的所述周期结构的相位，和与所述规定的金属线邻接的金属线的所述周期结构的相位的差异是0度以上90度以下。
6.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于：
所述周期结构的周期小于所述电磁波的波长。
7.如权利要求6所述的光学元件，其特征在于：
在所述多根金属线的各根中，
所述周期结构是所述第一方向上的宽度的中心位置一定且所述第一方向上的宽度沿着所述第二方向被周期性地调制的结构。
8.如权利要求7所述的光学元件，其特征在于：
所述第一方向上的宽度沿着所述第二方向被调制成正弦波状。
9.如权利要求7所述的光学元件，其特征在于：
所述第一方向上的宽度沿着所述第二方向被调制成矩形波状。
10.如权利要求7所述的光学元件，其特征在于：
所述多根金属线中的规定的金属线的所述周期结构的相位，和与所述规定的金属线邻接的金属线的所述周期结构的相位的差异是180度。
11.如权利要求6所述的光学元件，其特征在于：
在所述透明基板的侧面设置有吸收所述电磁波的吸收部件。
12.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于：
所述电磁波是可见光。
13.如权利要求12所述的光学元件，其特征在于：
所述多根金属线均由铝膜形成。
14.一种光学设备，其特征在于，包括：
(a)光源；
(b)第一偏振元件，其使从所述光源射出的光中规定的偏振光选择性透射；
(c)液晶面板，从所述第一偏振元件射出的所述偏振光入射到该液晶面板，该液晶面板根据图像信息进行所述偏振光的强度调制；
(d)第二偏振元件，从所述液晶面板射出的所述偏振光入射到该第二偏振元件中；和
(e)投影透镜，从所述第二偏振元件射出的所述偏振光入射到该投影透镜中而投影图像，
所述第一偏振元件和所述第二偏振元件包括：
(f)对于入射的所述光透明的透明基板；和
(g)多根金属线，其形成在所述透明基板的主面上且在第一方向上以第一周期间隔配置，
所述多根金属线各自在与所述第一方向正交的第二方向上具有周期结构地延伸，
设所述光的波长为λ，所述透明基板的折射率为n时，所述周期结构的周期在λ/n以上。
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