JP2003502708A

JP2003502708A - 可視スペクトル用の広帯域ワイヤグリッド偏光子

Info

Publication number: JP2003502708A
Application number: JP2001505225A
Authority: JP
Inventors: パーキンス，レイモンド・ティー; ハンセン，ダグラス・ピー; ガードナー，エリック・ダブリュー; ソーン，ジェームズ・エム; ロビンス，アーサー・エイ
Original assignee: モックステック
Priority date: 1999-06-22
Filing date: 2000-06-22
Publication date: 2003-01-21
Also published as: CN1231772C; EP1192486B1; JP4763099B2; CA2375522A1; HK1047977B; TW546494B; JP2013080230A; HK1047977A1; US6122103A; EP1192486A1; KR20020021129A; BR0012529A; AU769457B2; JP4800437B2; KR100714531B1; JP2011141574A; CN1363048A; AU5758300A; JP2011065183A; EP1192486A4

Abstract

(57)【要約】可視スペクトル用の広帯域ワイヤグリッド偏光子は、基板上で支持される複数の細長い素子を有する。該基板の屈折率よりも低い屈折率を有する領域が素子と基板との間に配置され、共鳴が発生する最も長い波長を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】発明の背景１．発明の属する技術分野本発明は、電磁スペクトルの可視的な部分で使用する偏光光素子に関する。よ
り具体的には、本発明は、特定の偏光の光を効率的に透過するとともに、直交す
る偏光の光を効果的に反射する広帯域幅ワイヤグリッド偏光子に関する。

【０００２】 2.従来技術平行な導電ワイヤのアレイを使用して無線波を偏光することは、１１０年以上
も前にさかのぼる。一般には透明基板によって支持される薄い平行な導体のアレ
イの形態であるワイヤグリッドも、電磁スペクトルの赤外線部分に関する偏光子
として使用されてきた。

【０００３】ワイヤグリッド偏光子の性能を決定する鍵となる要因は、平行なグリッド素子
の中心間の距離または周期と、入射する放射の波長の間の関係である。グリッド
の間隔または周期が波長に比べて長いと、グリッドは偏光子ではなく回折格子と
して機能し、よく知られた原理に従って両方の偏光を回折する（必ずしも同じ効
率ではない）。グリッドの間隔または周期が波長よりずっと短い時は、グリッド
はグリッド素子に対して平行に偏光された電磁放射を反射し、直交する偏光の放
射を透過する偏光子として機能する。

【０００４】遷移領域、すなわちグリッドの周期が波長のほぼ２分の１から２倍の範囲にあ
る領域は、グリッドの透過特性と反射特性の間で急激に変化するという特徴を有
する。特に反射率が急激に増大し、これに対応して透過が減少する。これは入射
光の所与の角度でグリッド素子に対して直交に偏光された光が、１つまたは複数
の特定の波長において発生することになるからである。これらの効果は最初に、
１９０２年にウッドによって報告され（Philosophical Magazine、１９０２年９
月）、しばしば「ウッド異常（Wood's anomaly）」と呼ばれる。続いて、レイリ
ーはウッドのデータを分析して、この異常は、より高い回折オーダが現れる波長
と角度の組合せで発生するという洞察を得た（Philosophical Magazine, vol.１
４（７９）、６０〜６５ページ，１９０７年７月）。レイリーは、異常の場所を
予想する次の等式を開発した（これは文献では一般に「レイリー共鳴」と呼ばれ
る）。

【０００５】

【数１】式中、εは格子周期、ｎは格子を囲む媒体の屈折率、ｋは現れている回折された項（term）のオーダに対応する整数、およびλとΘは共鳴が発生する波長と入射角（どちらも空気中で測定される）で
ある。

【０００６】誘電基板の一方の側で形成された格子に関しては、上記の等式のｎは、１か、
あるいは基板材料の屈折率に等しい場合がある。共鳴が発生する最も長い波長は
次の公式で与えられることに留意されたい。

【０００７】

【数２】式中、ｎは基板の屈折率として設定される。

【０００８】角度依存の効果は、角度が大きくなるにつれ透過領域がより大きな波長にシフ
トすることである。偏光子が偏光ビームスプリッタまたは偏光反射鏡として使用
される目的である場合、このことは重要である。

【０００９】図１は従来技術の基本的なワイヤグリッド偏光子を示し、従来技術と本発明に
関する一連の例の中で使用される用語を定義する。ワイヤグリッド偏光子１００
は誘電基板１２０によって支持される多数の平行な導電電極１１０からなる。こ
のデバイスはｐと示された導体のピッチまたは周期、ｗと示された個別の導体の
幅、およびｔと示された導体の厚さによって特徴づけられる。光源１３２によっ
て生成される光ビーム１３０は、垂線からΘの角度で偏光子に入射し、入射平面
は導電素子に直交する。ワイヤグリッド偏光子１００はこのビームを、反射され
た（specularly reflected）成分１４０と、回折されないで透過される成分１５
０に分割する。等式２によって与えられる最も長い共鳴波長よりも短い波長に関
しては、少なくとも１つのよりオーダの高い回折された成分１６０がある。Ｓと
Ｐの偏光に関して通常の定義を使用すると、Ｓ偏光を伴う光は、入射面に直交す
る偏光ベクトルを有するので、導電素子に対して平行である。逆に、Ｐ偏光を伴
う光は、入射面に平行な偏光ベクトルを有するので、導電素子に直交する。

【００１０】一般に、ワイヤグリッド偏光子は、グリッドのワイヤに平行な電界ベクトルを
伴う光を反射し、グリッドのワイヤに垂直な電界ベクトルを伴う光を透過するが
、ここに説明するように、入射面はグリッドのワイヤに対して垂直である場合も
あれば垂直ではない場合もある。ここでは明確に説明するために幾何学構造を選
択している。

【００１１】理想的には、ワイヤグリッド偏光子は、偏光されたＳ光など１つの光の偏光に
関して完全な鏡として機能し、偏光されたＰ光などの他の偏光に関しては完全に
透過的である。しかし実際には、鏡として使用される最も反射性のある金属でさ
え、入射光の一部を吸収し、９０％から９５％しか反射せず、板ガラス（plane
glass）でも表面の反射があるため、入射光を１００％透過するわけではない。

【００１２】図２は、入射角Θが４５度に等しい、従来技術のワイヤグリッド偏光子の回折
されないかまたはゼロオーダの、計算された透過と反射を示す。これらのデータ
は、テキサス州Allen、Ｐ．Ｏ．Box ３５３のGrating Solver Development Comp
anyから市販されているGsolver格子分析ソフトウェアツールを使用して計算され
た。このソフトウェアツールは、精密に結合された波の分析とモーダル法（moda
l method）を実行する。この分析方法とその結果は、文献に報告されたものと同
じである（「Coupled-wave analysis of lamellar metal transmission grating
s for the visible and the infrared」、Journal of the Optical Society of
America A, Vol. 12 No.5, １９９５年５月、１１１８〜１１２７ページ）。こ
の分析では、アルミニウムグリッドの周期はｐ＝０．２μｍ、導体の幅はｗ＝０
．１μｍ、導体の厚さはｔ＝０．１μｍ、および基板の屈折率はｎ＝１．５２５
と仮定している。等式１によって予想されるように、２つの共鳴が約０．３４μ
ｍの波長と約０．４４５μｍの波長で発生することに留意されたい。また、これ
らの共鳴は、Ｐ偏光の偏光子特性にもっぱら著しく影響を与えることに留意され
たい。

【００１３】Ｓ方向に偏光された入力光に関して、従来技術の偏光子の性能は理想に近い。
Ｓ偏光に関する反射効率は、０．４μｍから０．７μｍの可視スペクトルにわた
って９０％よりも大きい。この波長帯にわたって偏光されたＳ光のうち２．５％
未満の光が透過され、その差（balance）は吸収されてしまう。わずかに透過さ
れる成分を除いては、Ｓ偏光に関するワイヤグリッド偏光子の特性は、連続的な
アルミニウム鏡の特性に非常に似ている。

【００１４】Ｐ偏光に関しては、ワイヤグリッドの透過と反射の効率は、約０．５μｍ未満
の波長においては共鳴効果によって支配される。０．５μｍより長い波長では、
ワイヤグリッド構造は偏光されたＰ光に関して、損失のある導電層として機能す
る。この層の損失と、表面からの反射とが結びついて、０．５μｍから０．７μ
ｍの波長帯にわたって偏光されたＰ光の透過が、約８０％に制限される。

【００１５】図３は、米国特許第５，７４８，３６８号でTamadaが説明したような、従来技
術のワイヤグリッド偏光子の異なるタイプについて計算された性能を示す。この
場合、グリッドが一定の屈折率の媒体によって囲まれるように、屈折率が一致す
る流体または接着剤を使用して２つの基板の間のグリッド構造を接着する（lami
nate）。この例では、ｎ＝１．５２５であり、他のグリッドパラメータは前の例
と同じである。このワイヤグリッド構造は、等式１によって予想されるように、
約０．５２μｍの波長で単一の共鳴を示す。約０．５８μｍから０．６２μｍの
間に、Ｐ偏光に関する反射率がほぼゼロである狭い波長領域があることに留意さ
れたい。米国特許第５、７４８、３６８号は、この効果を利用して高い吸収率を
伴う狭い帯域幅のワイヤグリッド偏光子を実現するワイヤグリッド偏光子を説明
している。Tamada特許の仕様で与えられた例は、５５０ｎｍのグリッド周期を使
用し、グリッドの厚さ、導体の幅と形状、および入射角度に応じて８００ｎｍ〜
９５０ｎｍの共鳴波長を生成した。Tamada特許は、偏光の方向に関して、通常と
は異なる定義を使用していることに留意されたい（従来の定義とは異なり、Ｐ偏
光はグリッド素子に対して平行であり、したがって、入射平面とは直交している
ものとして定義されている）。Tamadaが使用する共鳴効果は、等式１によってそ
の位置が予想される共鳴とは異なる。２つの共鳴が一致する場合もあるが、これ
らは必ずしも一致する必要はない。Tamadaはこの第２の共鳴を使用している。さ
らに、効果を示す場合のある薄膜干渉効果がある。直交で偏光された光の反射率
が数パーセント未満の偏光子の帯域幅は、典型的には中心波長の５％である。こ
のタイプの狭帯域偏光子は光メモリと光通信システム内で用途を有する場合もあ
るが、液晶ディスプレイなどの多くの可視光のシステムでは、４００ｎｍ〜７０
０ｎｍの可視スペクトルの波長にわたって均一な特性を伴う偏光光学素子が必要
である。

【００１６】図２に示されたデータを再び参照すると、広帯域偏光子に関して必要な要件は
、最も長い波長共鳴ポイントを抑圧するか、使用する目的のスペクトルより短い
波長にシフトしなければならないことであることが分かるであろう。等式２を再
び参照すると、最も長い波長の共鳴ポイントは３通りの方法で低減できることが
分かるであろう。第１に、グリッド周期εを低減することが可能である。しかし
、グリッド周期を低減すると、特に、グリッド素子の厚さを維持して、反射され
た偏光の反射率を適切にしなければならないため、グリッド構造の製造の困難さ
が増す。第２に、入射角はほとんど垂直な入射に拘束することが可能である。し
かし、入射角を拘束すると偏光子デバイスの用途が著しく低減し、４５度を中心
とした広い角度の帯域幅が望ましい投影液晶ディスプレイなどに応用できなくな
る。第３に、基板の屈折率を低減することが可能である。しかし、偏光子デバイ
スの量産に使用可能なコスト効果の高い基板は、Corningタイプ１７３７Ｆまた
はSchottタイプＡＦ４５などのいくつかの種類の薄い板ガラスのみであり、これ
らはいずれも、可視スペクトルにわたって１．５と１．５３の間で変化する屈折
率を有する。

【００１７】したがって、特に広い波長帯域幅を必要とする可視光システムで使用する、改
良されたワイヤグリッド偏光子に対するニーズが存在する。さらに、約４５度の
入射角で使用する、かかる改良されたワイヤグリッド偏光子に対するニーズが存
在する。特に、最も長い波長の共鳴ポイントを除去するか、またはより短い波長
にシフトできる偏光子構造に対するニーズが存在する。

【００１８】発明の目的および概要本発明の目的は、全可視スペクトルにわたって高い透過と反射の効率を提供で
きる、改良されたワイヤグリッド偏光子を提供することである。

【００１９】本発明の別の目的は、広い範囲の入射角にわたって使用された時に、このよう
な高い効率を提供することのできるワイヤグリッド偏光子を提供することである
。

【００２０】本発明の別の目的は、このような偏光子の製造に関する工程を提供することで
ある。本発明のこれらの目的と利点および他の目的と利点は、基板上に支持される平
行な導電素子のグリッドを含み、グリッド素子と基板との間に挿入される、屈折
率が低く厚さが制御された領域を伴う偏光子デバイスで実現される。

【００２１】本発明の一態様によれば、屈折率が低い領域は基板から伸びるリブ（ｒｉｂ）
からなる。このリブは、グリッド素子を自己整合マスク（self-aligning mask）
として使用して、スロットを基板にエッチングすることによって形成され得る。

【００２２】本発明の別の態様によれば、屈折率が低い領域は、グリッド素子と基板との間
に挿入された屈折率の低い１つまたは複数の誘電膜からなる。本発明の別の態様によれば、グリッド素子は，グリッド素子と基板との間に挿
入された１つまたは複数の誘電膜の中、または誘電膜を通してエッチングするこ
とによって形成されるリブによって支持される。

【００２３】本発明の別の態様によれば、このような偏光子デバイスを製造する工程が提供
される。本発明のこれらの、また別の目的、特徴、利点、および代替の態様は、添付す
る図面と共に次の詳細な説明を考察することにより、当業者に明らかになるであ
ろう。

【００２４】発明の詳細な説明次に図面を参照するが、この中では本発明の種々の要素は数字を与えられ、本
発明は当業者が本発明を作成し使用できるように説明されている。

【００２５】本発明は、低い屈折率と制御された厚さを有する領域によって支持基板から分
離された平行な導電素子のアレイからなる広帯域幅のワイヤグリッド偏光子であ
る。ワイヤグリッドを基板から分離する屈折率の低い領域は、偏光子デバイスの
中で２つの目的を果たす。第１に、低い屈折率の存在は、最も長い波長共鳴ポイ
ントをより短い波長にシフトする。第２に、低い屈折率の領域は、偏光子から反
射された偏光されたＰ光の一部を低減するように設計された、制御された厚さの
１つまたは複数の層として実装することが可能である。

【００２６】図４では、本発明のワイヤグリッド偏光子の好ましい実施形態が全体として４
００として示されている。偏光子４００は、透明基板４１０によって支持される
複数の平行な細長い導電素子４２０からなる。基板４１０は、第１の表面４１４
および屈折率ｎ_Sを有する。次に説明するように、基板はガラスである場合もあ
り、約１．５の屈折率ｎ_Sを有する場合もある。

【００２７】素子の大きさと素子の構成の大きさは、使用する波長によって決定され、広い
スペクトルの可視光線または全スペクトルの可視光線用に調節される。素子４２
０は比較的長く、薄い。好ましくは、各素子４２０は一般に、可視光の波長より
も長い長さを有する。したがって、素子４２０は少なくとも約０．７μｍ（マイ
クロメータまたはミクロン）の長さを有する。しかし、典型的な長さはもっと長
い場合もある。

【００２８】さらに、素子４２０は一般に、光の波長より短い、素子の間隔、ピッチまたは
周期Ｐを伴う平行な構成で置かれる。したがって、ピッチは０．４μｍ（マイク
ロメータまたはミクロン）未満であろう。上記に示したように、所与の入射角に
関して共鳴が発生する最も長い波長を低減する１つの方法は、周期を低減するこ
とである。しかし周期を低減すると製造が困難になる。したがって、ピッチＰは
好ましくは光の波長の約半分、つまり約０．２μｍである。ここで再び、（光の
波長の約２倍つまり１．４μｍよりも大きい）長い周期を伴うグリッドは回折格
子として動作し、（光の波長の約２分の１つまり０．２μｍよりも小さい）短い
周期を伴うグリッドは偏光子として動作し、（約０．２μｍと１．４μｍの間の
）遷移領域の周期を伴うグリッドも回折格子として機能し、共鳴と呼ばれる急激
な変化つまり異常（ａｎｏｍａｌｙ）によって特徴づけられることに留意された
い。上記に示したように、可視光スペクトル内の共鳴によって特徴づけられる従
来技術のデバイスは、可視スペクトル内の種々の波長で発生する異常のために、
狭い動作範囲を有する。この遷移領域は、ワイヤグリッドの挙動を理解する際に
重要な概念である。本発明の広い帯域幅の偏光子は、目的の用途のスペクトルに
わたって広い帯域幅性能を得るために、必ずこの遷移領域の外側にとどまるよう
に設計しなければならない。したがって、この遷移領域の境界は、本発明のワイ
ヤグリッドの周期の上限を定義するのに有効である。

【００２９】言及したように、等式１に与えられた角度依存性は、入射角が増加すると、遷
移領域をより長い波長にシフトする。ピッチを減少することによってこのシフト
をさらに増加することが可能である。屈折率が１の基板で垂直な（normal）入射
光では、遷移領域は約０．５λ≦ｐ≦２λによって与えられる。屈折率がｎ_Sの
基板で、垂線に対して角度θで入射する光では、周期の下限は等式１で導出され
た係数だけ低減する必要がある。

【００３０】

【数３】屈折率が１．７で角度が７５度という非常に屈折率の高いガラスについては、等
式３は０．１９λ≦ｐになる。そこで、可視スペクトルに関して任意の入射角と
任意の従来の基板材料に関する有効な遷移領域は、約０．１９λ≦ｐ≦２λの範
囲内である。

【００３１】さらに、各素子４２０は、ピッチＰの１０％〜９０％の範囲に渡る得る幅Ｗを
有する。素子４２０はまた、約２００Åつまり２０ｎｍよりも大きい厚さｔを有
し、現実的な製造の制限により、約３００ｎｍ未満となるだろう。さらに、素子
４２０は好ましくは規則正しい間隔または等間隔である。

【００３２】素子の幅Ｗは、特定の用途に関して偏光子デバイスの性能を最適化するように
選択することが可能である。ピッチに対して素子の幅を増大すると、平行な偏光
に関する反射率を１００％近くまで増大し、また直交する偏光に関する反射率を
理想的な値の０％より上に増大する。したがって、素子の幅と間隔の比が高いと
、透過される光には高い吸収率が提供されるが（平行な偏光は透過されないため
）、必ずしも高い効率が提供されるとは限らない（直交する偏光の一部が反射さ
れるため）。逆に、素子の幅とピッチの比が低いと、反射されたビームに関して
は高い吸収率が提供されるが、必ずしも高い効率が提供されるとは限らない。平
行ビームの反射率と直交ビームの透過率の積によって定義される最も高い合計の
効率は、素子の幅とピッチの比が４０％〜６０％である時に得られる可能性が高
い。

【００３３】素子４２０の構成はスケール通りに描かれておらず、明確に表すために非常に
誇張されている。事実、素子の構成は裸眼には見えず、極端に拡大しないで観察
した時には、部分的に反映する表面として見える。素子４２０は金属など広いス
ペクトルの鏡に形成することのできる任意の材料で形成される。好ましくは、可
視光で使用するために、材料は銀またはアルミニウムである。

【００３４】好ましい実施形態では、導電素子４２０は、有利には基板４１０または第１の
表面４１４から伸びるリブ４３０の上で支持される。リブ４３０は、基板４１０
と同じ材料である場合もあり、基板と一体として形成される場合もある。たとえ
ば、次により詳細に論じるように、素子４２０をマスクとして使用して、素子４
２０の間に露出した基板４１０の一部をエッチングして除くことによってリブ４
３０を形成する場合がある。

【００３５】リブ４３０は高さまたは厚さｈ_Rを有し、またリブ４３０は全体として４３４
で示され、素子４２０と基板４１０との間、または表面４１４の間に配置される
、素子４２０を基板４１０から分離する領域を画定する。リブ４３０によって作
成される領域４３４は、有利には平均屈折率ｎ_Rを有し、ｎ_Rは基板の屈折率ｎ_S
よりかなり小さいか、またはリブ４３４と基板４１０はｎ_R＜ｎ_Sという条件を満
足する。たとえば、リブ４３０はガラスであって、１．５２５の屈折率ｎ_Sを有
し得る。幅が等しいリブと溝に有効な中間屈折率に関するBruggemanの方法を使
用すると（Ann. Phys（Leip.）、Ｖｏｌ．２４、６３６ページ（１９３５年））
、ｎ_Rは約１．４１の値を有する。

【００３６】領域４３４はｔ_Rによって示される厚さを有し、これは好ましい実施形態にお
いてリブ４３０の高さｈ_Rによって画定される。素子４２０は、領域の厚さｔ_Rに
等しい距離だけ、基板４１０または表面４１４から分離される。リブ４３０の高
さｈ_Rまたは領域４３４の厚さｔ_Rを変更して、偏光子４００の性能を調節するこ
とが可能である。以下でより詳しく論じるように、素子４２０を基板４１０また
は表面４１４から分離し、基板４１０より低い屈折率を有する領域４３４を挿入
することは、短い波長における偏光子４１０のｐ偏光透過効率を増大し、偏光子
４１０が有用な最小波長を低くするかまたは、最も高い共鳴ポイントを短い波長
にシフトさせるという点で有利である。

【００３７】さらに、リブ４３０は４４０で示されるように方形または矩形である場合があ
る断面の形状か、または、４４４で示されるように全体として台形である場合が
ある断面の形状を有する場合がある。台形のリブ４４４はリブ４４４の間に、部
分的にＶ字型の溝４４８を形成する場合がある。また、以下でより詳細に論じる
ように、リブ４３０の形状は偏光子４１０の効率にも影響を与える。図４ｂに示
されるように、リブ４５２の間の溝４５０の底はＶ字型である場合がある。さら
に、図４ｃに示されるように、素子４６０はリブ４６２よりも広い場合もあり、
または、基板４６８の溝４６４は、素子４６０の間の溝４７０よりも広い場合も
ある。別法としては、図４ａに示されるように、素子４８０はリブ４８２よりも
狭い場合もあり、基板４８６の中の溝４８４は素子４８０の間の間隔４８８より
も狭い場合もある。

【００３８】図５は、従来技術に関して、４つの異なるリブの高さｈ_Rまたは領域の厚さｔ_R 、すなわち、０．００５、０．０１、０．０４および０．１μｍに関して、入射
ビームの波長と図４の偏光子デバイス４１０のｐ偏光透過効率の間の計算された
関係を示す。分析の仮定は、以前の例と同様であって、格子ピッチまたは周期ｐ
＝０．２μｍ、導体の幅ｗ＝０．１μｍ、導体の厚さｔ＝０．１μｍ、入射角度
は４５度、基板の屈折率は１．５２５である。選択された基板の屈折率は、Corn
ingタイプ１７３７と、SchottタイプＡＦ４５を含む、市販の手ごろな値段の板
ガラス材料を表す。この分析では、導電素子の間で基板を非等方性にエッチング
することによって形成された方形の断面のリブを仮定している。

【００３９】図５に示されるように、０．００５μｍと０．１０μｍの間のリブの高さｈ_R
、すなわち領域の厚さｔ_Rは、このデバイスが有用な最小の波長をはっきりと低
くする。０．０４ミクロンの高さのリブが存在することにより、全可視スペクト
ルに渡る偏光子デバイスの透過効率も改善されることに注意されたい。

【００４０】図５では、０．００５μｍから０．１μｍまで描かれている各エッチの深さは
、従来技術と比較して本発明の性能を向上させていることに特に注意されたい。
０．００５μｍという浅い溝でも、モデルとなっている特定のワイヤグリッド偏
光子構造に関して青の短い波長における性能に大きな影響を与えていることは注
目すべきである。この結果は、最初の実験ならびに多くの同様な計算で観察され
、効果はより小さな周期でさらに明白になった。１ｎｍ〜２ｎｍという低い高さ
のリブでさえ、所定の特定のワイヤグリッド偏光子構造には有益であることが判
明すると思われる。

【００４１】リブの正確な形状は偏光子の性能に副次的な効果を有する。図６は、導電素子
が、基板にエッチングされたＶ字型の溝によって分離された台形のリブ上で支持
されている偏光子に関して、波長とｐ偏光の透過効率の間の計算された関係を示
す。台形リブの効果は先に説明された矩形のリブの効果と似ているが、矩形のリ
ブほど有利ではない。

【００４２】図７は、本発明の代替の実施形態の断面図である。偏光子７００は、透明基板
７１０によって支持される複数の平行な、長い導電素子７２０からなる。誘電材
料の１つまたは複数の層または膜７４０は、導電素子７２０と基板７１０の間に
挿入される。層または膜７４０は厚さｔ_F、屈折率ｎ_Fを有し、厚さがｔ_Rの領域
７３４を画定する。共鳴ポイントを短い波長にシフトする所望の効果を出すため
に、これらの誘電層７４０のうち少なくとも１つが、基板７１０の屈折率ｎ_Sよ
りかなり小さい屈折率ｎ_Fを有するか、または条件ｎ_F＜ｎ_Sを満足させなければ
ならない。

【００４３】図８は、従来技術に関して、基板と導電素子の間に３つの異なる厚さｔ_F、つ
まり０．０４μｍ、０．１μｍおよび０．２２μｍの、ｎ＝１．３８の、フッ化
マグネシウム（ＭｇＦ₂）の単一の層が挿入された時の、波長と、ワイヤグリッ
ド偏光子のＰ偏光の透過効率との間の計算された関係を示す。分析の他の仮定は
、前の例と同じである。ＭｇＦ₂の厚さを０から０．２２μｍに増加していくと
、最も長い波長の共鳴ポイントは約０．４４５μｍから０．４１μｍにしだいに
シフトし、偏光子デバイスが有用である帯域幅が増大する。また、０．２２ミク
ロンの膜の存在により、全可視スペクトルにわたる偏光子の透過も改善される。

【００４４】 Auton（Applied Optics, Volume 6, No.6, １９６７年６月、１０２３〜１０
２７ページ）はすでに、ワイヤグリッドと支持基板の間に、単一の層の反射防止
被膜を使用することを説明し、これに「ブルーミング層（blooming layer）」と
いう名前を付けた。彼の分析は、簡単なインピーダンス・マッチング公式と完全
に導電性のある薄い金属ストリップに基づいたもので、この層は基板の屈折率の
平方根に等しい屈折率と、目的の波長の４分の１の光学的な厚さ（optical thic
kness）を有しなければならないことを示している。Autonは、この方法で製造さ
れたワイヤグリッドの性能は、特に「単一の波長における動作しか必要とされな
いレーザ用途」の、支持のないグリッドの性能と等しいと結論づけている。Auto
nは共鳴効果に気づかなかったか、グリッドの間隔が目的の波長よりもはるかに
小さいと仮定することにより共鳴効果を無視したかのいずれかであった。さらに
、ブルーミング層に関する条件は、等式1によって予想される共鳴を移動または
抑圧するために必要な条件とは異なる。Autonが提案したようなインピーダンス
・マッチング・ブルーミング層は、狭い範囲のパラメータでは効果的だが、本発
明の実施形態は、広い範囲のパラメータに渡って効果的である。したがって、Au
tonは、本発明の第２の実施形態を教示していないことになる。

【００４５】図９は、本発明のさらに別の実施形態の断面図であり、この中で偏光子デバイ
ス９００はリブ９４０によって支持される導電素子９２０からなる。リブ９４０
は１つまたは複数の誘電層９４４にエッチングし、さらに、導電素子９２０の間
に露出した基板９１０にまでエッチングすることによって形成される場合がある
。したがって、リブ９４０は、９５０と９６０に示されるように、１つまたは複
数の膜層９４４、または膜層９４４の一部によって形成される場合がある。さら
に、リブ９４０は多数の膜層９４４によって形成される場合もある。膜層９４４
は、単一の材料での所望の厚さまたは高さを達成するために、同じ材料の多数の
層である場合がある。膜層９４４はまた、異なる効果または性能特性を達成する
ために種々の異なる材料である場合がある。

【００４６】さらに９７０で示されるように、リブ９４０は異なる材料の層で形成される場
合もある。層のうち１つは基板９１０と同じ材料であり、基板９１０と一体とし
て形成される場合もある。たとえば９７０で示されるように、層の１つは上記に
説明され図４に示されるようにリブ４３０と同じで、全リブ９４０の一部を形成
する部分的な基板のリブ９４８を画定する場合もある。したがって、リブ９４０
は膜層９４４と、基板９１０の中に形成された基板リブ９４８の両方によって形
成され、膜層９４４は９７０で示されたように基板リブ９４８に堆積している場
合がある。上記に示したように、リブ９４０は、素子９２０の間の層９４４と基
板９１０にエッチングすることによって形成される場合がある。

【００４７】ここで再び、領域９３４はリブ９４０によって画定され、リブ９４０は膜層９
４４によるか、または膜層９４４と基板リブ９４８によって膜層９４４の中に形
成される場合がある。この構成は、有利には、屈折率が低い層の効果とリブの付
いた基板の効果を組み合わせる可能性を有する。リブ９４０の全体の高さｈ_Rは
、９５０に示されるように誘電層９４４の厚さｔ_Fの一部でしかない場合もあり
、９６０で示されるように誘電層９４４の厚さｔ_Fに等しい場合もあり、または
９７０で示されるように誘電層９４４の厚さｔ_Fを超える場合もある。したがっ
て、９７０で示されるように、領域の厚さｔ_Rとリブ９４０の全体の高さｈ_Rは、
層９４４の厚さｔ_Fと基板リブ９４８の高さｈ_Sによって形成される。基板リブ９
４８は、基板リブ９４８と膜層９４４によって形成された組み合わされたリブ９
４０に関するサブ構造となり、基板リブ９４８は各々、そこに配置された複数の
膜層９４４を有する。

【００４８】図１０は、基板と導電素子の間に単一のＭｇＦ₂の層を有すことにより、基板
リブの高さｈ_SとＭｇＦ₂の膜の厚さｔ_Fを３種類に組み合わせて製造された偏光
子デバイスの、波長とｐ偏光の透過率の間の関係を示す。２つの場合では、基板
リブの高さｈ_SとＭ_gＦ₂膜の厚さｔ_Fは同じである。第１の場合では、基板リブの
高さｈ_Sと膜の厚さｔ_Fは両方とも０．０４μｍであり、リブの高さｈ_Rと領域の
厚さｔ_Rは０．０８μｍである。第２の場合では、基板リブの高さｈ_Sと膜の厚さ
ｔ_Fは両方とも０．１０μｍであり、リブの高さｈ_Rと領域の厚さｔ_Rは０．２０
μｍである。第３の場合では、ＭｇＦ₂膜の厚さｔ_Fは０．２２μｍで基板リブの
高さｈ_Sは０．０４μｍしかなく、領域の厚さｔ_Rは０．２６μｍである。従来技
術の偏光子と比較すると、この後者の組合せは５０％の透過率のポイントを約０
．４６μｍから約０．４１μｍにシフトし、可視スペクトルにわたる偏光子の透
過率の平均を約６％だけ増加させる。

【００４９】図１１は、前に図４に示された偏光子デバイスを製造する工程を示す。第１の
ステップは、平行な導電素子１１２０のアレイを基板１１１０上に形成すること
である。これらの素子１１２０の形成は、いくつかの一般に知られた工程のうち
任意の工程により可能である。たとえば、米国特許第４、０４９、９４４号のGa
rvin、米国特許第４、５１４、４７９号のFerranteは両方とも、ホログラフィ干
渉リトグラフィを使用してフォトレジスト内に微細な格子構造を形成し、次にイ
オンビームエッチングによってこの構造を下にある金属膜に転写する方法を説明
している。Stenkamp（「Grid polarizer for the visible spectral region」、
Proceedings of the SPIE、vol. ２２１３、２８８〜２９６ページ）は、直接
ｅビームリトグラフィを使用してレジストパターンを形成し、次にリアクティブ
イオンエッチング（reactive ion etching）によってパターンを金属膜に転写す
る方法を説明している。極紫外線リトグラフィとＸ線リトグラフィを含む他の高
解像度のリトグラフィ技法を使用して、レジストパターンを作成することも可能
である。他のエッチングメカニズムとリフトオフ（lift off）プロセスを含む他
の技法を使用して、レジストから金属膜へパターンを転写することも可能である
。平行な導電素子のアレイを形成するために使用する厳密なプロセスは、本発明
にとっては重要ではない。

【００５０】平行な導電素子１１２０を形成した後の第２のステップは、導電素子１１２０
をマスクとして使用して基板１１１０をエッチングし、導体１１２０を支持する
リブ１１３０を作成することである。基板１１１０の材料に応じた適切な化学的
性質のイオンビームエッチングまたはリアクティブイオンエッチングを使用して
、溝を基板１１１０にエッチングすることが可能である。

【００５１】図１２は、図７と図９に先に示された偏光子デバイスを製造する工程を示す。
第１の工程ステップは、透明基板１２１０の１つの表面上に透明誘電材料１２３
０の１つまたは複数の膜を堆積させることである。第２のステップは、先に説明
したように平行な導電素子１２２０のアレイを形成することである。第３のステ
ップは、導電素子１２２０をマスクとして使用し、その下にある層１２３０をエ
ッチングすることによって導電素子を支持するリブ１２４０を形成することであ
る。エッチングの深さは誘電膜層１２３０の厚さの一部に限定される場合もあり
、誘電膜層１２３０を通じて伸びる場合もあり、必要に応じて、誘電膜層１２３
０を介して基板１２１０まで伸びる場合もある。

【００５２】本発明の説明された実施形態は例示的なものであり、当業者であればその修正
形態を思いつくであろうことを理解されたい。たとえば、本発明は入射角が４５
度である例で説明されたが、本発明を、偏光子デバイスの物理的なパラメータを
適切に調節して他の入射角にも同様に適用することが可能である。さらに、本発
明の第１の利点は、偏光子デバイスの有用な帯域幅を可視スペクトルの短い波長
に広げることであるが、本発明はまた、赤外線など他のスペクトルの領域で使用
するために偏光子デバイスの透過を改善するために使用される場合もある。従来
技術と比較して、設計上、本発明によって柔軟性が大幅に増大されたことを考え
ると、他の代替形態も当業者であればすぐに思いつくであろう。したがって、本
発明は開示された実施形態に限定されるものではなく、首記の請求項によって定
義されたようにのみ限定されるものと見なすべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術のワイヤグリッド偏光子の斜視図である。

【図２】従来技術のワイヤグリッド偏光子の、波長と、透過率と反射率の間の関係を示
すグラフ図である。

【図３】従来技術のワイヤグリッド偏光子の、波長と、透過率と反射率の間の関係を示
すグラフ図である。

【図４】図４は、本発明のワイヤグリッド偏光子の好ましい実施形態の断面図である。図４ａは、本発明のワイヤグリッド偏光子の代替的な実施形態の部分断面図で
ある。図４ｂは、本発明のワイヤグリッド偏光子の代替的な実施形態の部分断面図で
ある。図４ｃは、本発明のワイヤグリッド偏光子の代替的な実施形態の部分断面図で
ある。

【図５】本発明のワイヤグリッド偏光子の好ましい実施形態の、Ｐ偏光に関する波長と
、透過率と反射率の間の関係を示すグラフ図である。

【図６】本発明のワイヤグリッド偏光子の代替的な実施形態の、Ｐ偏光に関する波長と
、透過率と反射率の間の関係を示すグラフ図である。

【図７】本発明のワイヤグリッド偏光子の代替的な実施形態の概念的な断面図である。

【図８】本発明のワイヤグリッド偏光子の代替的な実施形態の、Ｐ偏光に関する波長と
、透過率と反射率の間の関係を示すグラフ図である。

【図９】本発明のワイヤグリッド偏光子の別の代替的な実施形態の概念的な断面図であ
る。

【図１０】本発明のワイヤグリッド偏光子の別の代替的な実施形態の、Ｐ偏光に関する波
長と、透過率と反射率の間の関係を示すグラフ図である。

【図１１】本発明のワイヤグリッド偏光子を作成する、好ましい方法の工程ステップの概
念的な断面図である。

【図１２】本発明ワイヤグリッド偏光子を作成する、代替的な方法の工程ステップの概念
的な断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者ガードナー，エリック・ダブリューアメリカ合衆国ユタ州84604，プロヴォ，ノース 850 ウエスト 2495 (72)発明者ソーン，ジェームズ・エムアメリカ合衆国ユタ州84604，プロヴォ，イースト 2620 ノース 1119 (72)発明者ロビンス，アーサー・エイアメリカ合衆国ユタ州84097，オレム，サウス 590 イースト 748 Ｆターム(参考） 2H049 BA02 BA16 BA45 BB42

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】可視スペクトル用の広帯域ワイヤグリッド偏光子であって、
前記偏光子は第１の表面と屈折率とを有する基板と、前記基板の前記第１の表面上の領域であって、前記基板の屈折率より小さい屈
折率を有する領域と、前記領域の上に配置された平行な細長い素子のアレイと、を備え、前記アレイは、通常は前記基板と結合して可視スペクトル内で通常共鳴
効果を生成するであろう構成を有し、前記素子は、通常は前記基板と結合して可
視スペクトル内で通常共鳴効果を生成するであろう大きさを有し、前記基板の屈
折率よりも小さな屈折率を伴う前記領域は、通常発生する共鳴効果を低い波長に
シフトさせ、これによって共鳴効果が発生しない可視波長の帯域を広げることを
特徴とする、広帯域ワイヤグリッド偏光子。
【請求項２】前記素子は、可視光の波長の約２分の１と可視光の波長の約
２倍の間の周期を有することを特徴とする、請求項１に記載の偏光子。
【請求項３】前記素子は、約０．０７６μｍ〜１．４μｍの間の周期を有
することを特徴とする、請求項１に記載の偏光子。
【請求項４】前記領域は、約０．００１μｍと０．３μｍの間の厚さを有
することを特徴とする、請求項１に記載の偏光子。
【請求項５】前記素子は、約０．０４μｍと０．３μｍの間の厚さを有し
、アルミニウムまたは銀であることを特徴とする、請求項１に記載の偏光子。
【請求項６】前記領域は前記基板から伸びる複数のリブを備えることを特
徴とする、請求項１に記載の偏光子。
【請求項７】前記リブは前記基板と一体であり、該基板と同じ材料で形成
されることを特徴とする、請求項６に記載の偏光子。
【請求項８】前記リブの各々は、前記基板の材料とは異なる材料の少なく
とも１つの層からなることを特徴とする、請求項６に記載の偏光子。
【請求項９】前記材料の少なくとも１つの層はフッ化マグネシウムである
ことを特徴とする、請求項８に記載の偏光子。
【請求項１０】前記少なくとも１つの層は約０．０４μｍと０．２２μｍ
の間の厚さを有することを特徴とする、請求項９に記載の偏光子。
【請求項１１】前記リブは矩形の断面を有することを特徴とする、請求項
６に記載の偏光子。
【請求項１２】前記リブは台形の断面を有することを特徴とする、請求項
６に記載の偏光子。
【請求項１３】前記領域は誘電材料の層を含むことを特徴とする、請求項
１に記載の偏光子。
【請求項１４】前記誘電材料の層は、フッ化マグネシウムを含むことを特
徴とする、請求項１３に記載の偏光子。
【請求項１５】前記層は約０．００１μｍと０．３μｍの間の厚さを有す
ることを特徴とする、請求項１３に記載の偏光子。
【請求項１６】前記領域は、前記基板の材料とは異なる材料の少なくとも
１つの層と、該少なくとも１つの層の中に形成され該少なくとも１つの層から伸
びる複数のリブとを備えることを特徴とする、請求項１に記載の偏光子。
【請求項１７】前記領域は、前記基板の中に形成され該基板から伸びる複
数のリブを備え、該複数のリブの各々は、該リブの材料とは異なる材料の層であ
って該リブの上に配置された少なくとも１つの層を有することを特徴とする、請
求項１に記載の偏光子。
【請求項１８】前記基板はガラスであり、前記領域はフッ化マグネシウム
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の偏光子。
【請求項１９】前記基板は約１．５の屈折率を有し、前記領域は約１．４
の屈折率を有することを特徴とする、請求項１に記載の偏光子。
【請求項２０】第１の表面と屈折率を有する透明基板と、前記基板によって支持される平行な細長い素子のアレイと、前記素子と前記基板の間に配置され、前記基板の屈折率よりも小さい屈折率を
有し、約０．００１μｍと０．３μｍの間の厚さを有する領域と、を備える、可視スペクトル用の広帯域ワイヤグリッド偏光子。
【請求項２１】前記素子のアレイは可視スペクトルの光の電磁波と相互作
用し、一般には第１の偏光の光のほとんどを反射し、第２の偏光の光のほとんど
を透過するように構成され、前記アレイは、前記可視スペクトル内で通常は第２の偏光のかなりの量が透過
されるのではなく反射されるような共鳴効果を形成するような構成を有し、前記
素子は、前記可視スペクトル内で通常は第２の偏光のかなりの量が透過されるの
ではなく反射されるような共鳴効果を形成するような大きさを有し、前記基板の屈折率よりも低い屈折率を伴う前記領域は、通常は発生する共鳴効
果をより短い波長にシフトさせ、これによって共鳴効果が発生しない可視波長の
帯域を広げることを特徴とする、請求項２０に記載の偏光子。
【請求項２２】前記素子は約０．０７６μｍから０．２μｍの間の周期を有
することを特徴とする、請求項２０に記載の偏光子。
【請求項２３】前記素子は、約０．０４μｍと０．３μｍの間の厚さを有
し、アルミニウムまたは銀であることを特徴とする、請求項２０に記載の偏光子
。
【請求項２４】前記領域は、前記基板から伸びる複数のリブを備えること
を特徴とする、請求項２０に記載の偏光子。
【請求項２５】前記リブは前記基板と一体であり、該基板と同じ材料で形
成されることを特徴とする、請求項２４に記載の偏光子。
【請求項２６】前記リブの各々は前記基板の材料とは異なる材料の少なく
とも１つの層を備えることを特徴とする、請求項２４に記載の偏光子。
【請求項２７】前記材料の少なくとも１つの層は、フッ化マグネシウムで
あることを特徴とする、請求項２６に記載の偏光子。
【請求項２８】前記リブは矩形の断面を有することを特徴とする、請求項
２４に記載の偏光子。
【請求項２９】前記リブは台形の断面を有することを特徴とする、請求項
２６に記載の偏光子。
【請求項３０】前記領域は誘電材料の膜を含むことを特徴とする、請求項
２０に記載の偏光子。
【請求項３１】前記誘電材料の膜はフッ化マグネシウムを含むことを特徴
とする、請求項３０に記載の偏光子。
【請求項３２】前記領域は、前記基板の材料とは異なる材料の少なくとも
１つの層と、該少なくとも１つの層の中に形成され該層から伸びる複数のリブと
を備えることを特徴とする、請求項２０に記載の偏光子。
【請求項３３】前記領域は、前記基板の中に形成され該基板から伸びる複
数のリブを備え、該複数のリブの各々は、該リブの材料とは異なる材料の層であ
って該リブの上に配置された少なくとも１つの層を有することを特徴とする、請
求項２０に記載の偏光子。
【請求項３４】前記基板はガラスであり、前記領域はフッ化マグネシウム
を含むことを特徴とする、請求項２０に記載の偏光子。
【請求項３５】前記基板は約１．５の屈折率を有し、前記領域は約１．４
の屈折率を有することを特徴とする、請求項２０に記載の偏光子。
【請求項３６】広帯域幅の可視光を偏光する装置であって、該装置は可視スペクトルの中の少なくとも１つの波長を有する光ビームを生成する光源
と、前記光ビーム内に配置され、第１の表面と屈折率を有する透明基板と、前記基板の第１の表面に結合された、平行な細長い素子のアレイと、前記基板の第１の表面と前記素子の間に配置された領域であって、該基板の屈
折率より小さい屈折率を有する領域と、を備え、前記素子のアレイは、前記可視スペクトルの光の電磁波と相互作用し、一般に
、第１の偏光の光のほとんどを反射し、第２の偏光の光のほとんどを透過するよ
うに構成され、前記アレイは、通常は前記可視スペクトルの中で第２の偏光のかなりの量が透
過されるのではなく反射されるような共鳴効果を前記基板と共に生成するような
構成を有し、前記素子は、通常は可視スペクトルの中で第２の偏光のかなりの量
は透過されるのではなく反射されるような共鳴効果を前記基板と共に生成するよ
うな大きさを有し、前記基板の屈折率よりも低い屈折率を伴う前記領域は、通常は発生する共鳴効
果をより低い波長にシフトさせ、これによって共鳴効果が発生しない可視波長の
帯域を広げることを特徴とする、装置。
【請求項３７】前記素子は、可視光のビームの波長の約半分の周期を有す
ることを特徴とする、請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】前記素子は約０．１９λと０．５λの間の周期を有し、λ
は前記ビームの波長であることを特徴とする、請求項３６に記載の装置。
【請求項３９】前記領域は約０．００１μｍと０．３μｍの間の厚さを有
することを特徴とする、請求項３６に記載の装置。
【請求項４０】前記素子は、約０．０４μｍと０．３μｍの間の厚さを有
し、アルミニウムまたは銀であることを特徴とする、請求項３６に記載の装置。
【請求項４１】前記領域は前記基板から伸びる複数のリブを備えることを
特徴とする、請求項３６に記載の装置。
【請求項４２】前記リブは前記基板と一体であり、該基板と同じ材料で形
成されることを特徴とする、請求項４１に記載の装置。
【請求項４３】前記リブの各々は前記基板の材料とは異なる材料の少なく
とも１つの層からなることを特徴とする、請求項４１に記載の装置。
【請求項４４】前記材料の少なくとも１つの層はフッ化マグネシウムであ
ることを特徴とする、請求項４３に記載の装置。
【請求項４５】前記リブは矩形の断面を有することを特徴とする、請求項
４１に記載の装置。
【請求項４６】前記リブは台形の断面を有することを特徴とする、請求項
４１に記載の装置。
【請求項４７】前記領域は誘電材料の膜を含むことを特徴とする、請求項
３６に記載の装置。
【請求項４８】前記誘電材料の膜はフッ化マグネシウムを含むことを特徴
とする、請求項４７に記載の装置。
【請求項４９】前記領域は前記基板の材料とは異なる材料の少なくとも１
つの層と、該少なくとも１つの層の中に形成され該層から伸びる複数のリブとを
備えることを特徴とする、請求項３６に記載の装置。
【請求項５０】前記領域は前記基板の中に形成され該基板から伸びる複数
のリブを備え、該複数のリブの各々は、該リブの材料とは異なる材料の層であっ
て該リブの上に配置された少なくとも１つの層を有することを特徴とする、請求
項３６に記載の装置。
【請求項５１】前記基板はガラスであり、前記領域はフッ化マグネシウム
を含むことを特徴とする、請求項３６に記載の装置。
【請求項５２】前記基板は約１．５の屈折率を有し、前記領域は約１．４
の屈折率を有することを特徴とする、請求項３６に記載の装置。
【請求項５３】第１の表面と屈折率を有する透明基板と、該基板の該第１の表面によって支持される平行な細長い素子のアレイであって
、該アレイは０．１９λ≦ｐ≦２λという条件を満たし、ここでｐは該素子の周
期であり、λは波長であることを特徴とする、アレイと、前記基板の前記第１の表面と該素子との間に配置された領域であって、該領域
は、該基板の該第１の表面と該素子の間の屈折率と厚さを有し、ｎ_R＜ｎ_Sおよび
０．００１μｍ≦ｔ_R≦０．３μｍという条件を満たし、ここでｎ_Rは該領域の有
効な屈折率であり、ｎ_Sは前記基板の屈折率であり、ｔ_Rは該基板の前記第１の表
面と前記素子との間の領域の厚さである、領域と、を備える広帯域ワイヤグリッド偏光子。
【請求項５４】第１の表面と屈折率とを有する透明基板を提供するステッ
プと、前記基板の前記第１の表面上に平行な素子であって、マスクを画定する素子の
アレイを形成するステップと、前記素子の間で前記基板をエッチングして、該基板から伸び、該基板の前記屈
折率より小さな屈折率を伴う領域を画定するリブを形成するステップと、を含む、可視スペクトル用の広帯域ワイヤグリッド偏光子を作成する方法。
【請求項５５】前記第１の表面上に誘電膜の層を堆積させてから前記素子
を形成するステップをさらに含み、前記基板をエッチングするステップはさらに
、前記素子の間に膜をエッチングするステップを含むことを特徴とする、請求項
５４に記載の方法。
【請求項５６】前記平行な素子のアレイを形成するステップは、約０．０
７６μｍと０．２μｍの間の周期を有する素子を形成するステップを含む請求項
５４に記載の方法。
【請求項５７】前記基板をエッチングするステップは、約０．００１μｍ
と０．３μｍの間の深さに該基板をエッチングするステップを含む請求項５４に
記載の方法。
【請求項５８】第１の表面と屈折率とを有する透明基板を提供するステッ
プと、前記基板の屈折率より小さい屈折率を有する前記第１の表面上に誘電膜の層を
堆積させるステップと、前記誘電膜の層の上に平行な素子のアレイを形成するステップと、前記素子の間に前記誘電膜の層をエッチングしてリブを形成するステップと、
を含む、可視スペクトル用の広帯域ワイヤグリッド偏光子を作成する方法。
【請求項５９】前記誘電膜の層をエッチングするステップはさらに、前記
素子の間の前記基板をエッチングするステップを含むことを特徴とする、請求項
５８に記載の方法。
【請求項６０】誘電膜の層を堆積させるステップは、フッ化マグネシウム
の層を堆積させるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項５８に記載の
方法。
【請求項６１】基板であって、前記基板から伸びる複数のリブを形成する
エッチングされた表面を有する基板と、前記リブの上に配置された平行な細長い素子のアレイと、を備える可視スペクトル用の広帯域ワイヤグリッド偏光子。
【請求項６２】前記基板は、約０．０４μｍと０．３μｍの間の深さにエ
ッチングされることを特徴とする、請求項６１に記載の偏光子。
【請求項６３】前記素子は約０．０７６μｍと１．４μｍの間の周期を有
することを特徴とする、請求項６１に記載の偏光子。
【請求項６４】第１の表面と屈折率とを有する透明基板と、該基板によって支持される平行な細長い素子であって、約０．０４μｍと０．
３μｍの間の厚さを有し、アルミニウムまたは銀である素子のアレイと、前記素子と前記基板の間に配置され、該基板の屈折率より小さい屈折率を有す
る領域と、を備える可視スペクトル用の広帯域ワイヤグリッド偏光子。
【請求項６５】前記素子のアレイは、可視スペクトル内の光の電磁波と相
互作用し、一般に、第１の偏光の光のほとんどを反射し、第２の偏光の光のほと
んどを透過するように構成され、前記アレイは、通常は可視スペクトルの中で第２の偏光のかなりの量が透過さ
れるのではなく反射されるような共鳴効果を前記基板と共に生成するような構成
を有し、前記素子は、通常は可視スペクトルの中で第２の偏光のかなりの量が透
過されるのではなく反射されるような共鳴効果を前記基板と共に生成するような
大きさを有し、前記基板の屈折率よりも低い屈折率を伴う前記領域は、通常は発生する共鳴効
果をより低い波長にシフトさせ、これによって共鳴効果が発生しない可視波長の
帯域を広げることを特徴とする、請求項６４に記載の偏光子。
【請求項６６】前記素子は約０．０７６μｍから０．２μｍの間の周期を
有することを特徴とする、請求項６４に記載の偏光子。
【請求項６７】前記領域は約０．００１μｍと０．３μｍの間の厚さを有
することを特徴とする、請求項６４に記載の偏光子。
【請求項６８】前記領域は前記基板から伸びる複数のリブを備えることを
特徴とする、請求項６４に記載の偏光子。
【請求項６９】前記リブは前記基板と一体であり、該基板と同じ材料で形
成されることを特徴とする、請求項６８に記載の偏光子。
【請求項７０】前記リブの各々は前記基板の前記材料とは異なる材料の少
なくとも１つの層からなることを特徴とする、請求項６８に記載の偏光子。
【請求項７１】前記材料の少なくとも１つの層はフッ化マグネシウムであ
ることを特徴とする、請求項７０に記載の偏光子。
【請求項７２】前記リブは矩形の断面を有することを特徴とする、請求項
６８に記載の偏光子。
【請求項７３】前記リブは台形の断面を有することを特徴とする、請求項
６８に記載の偏光子。
【請求項７４】前記領域は誘電材料の膜を含むことを特徴とする、請求項
６４に記載の偏光子。
【請求項７５】前記誘電材料の膜はフッ化マグネシウムを含むことを特徴
とする、請求項７４に記載の偏光子。
【請求項７６】前記領域は前記基板の材料とは異なる材料の少なくとも１
つの層と、該少なくとも１つの層の中に形成され該層から伸びる複数のリブとを
備えることを特徴とする、請求項６４に記載の偏光子。
【請求項７７】前記領域は前記基板の中に形成され該基板から伸びる複数
のリブを備え、該複数のリブの各々は、該リブの材料とは異なる材料の層であっ
て該リブの上に配置された少なくとも１つの層を有することを特徴とする、請求
項６４に記載の偏光子。
【請求項７８】前記基板はガラスであり、前記領域はフッ化マグネシウム
を含むことを特徴とする、請求項６４に記載の偏光子。
【請求項７９】前記基板は約１．５の屈折率を有し、前記領域は約１．４
の屈折率を有することを特徴とする、請求項６４に記載の偏光子。
【請求項８０】第１の表面と屈折率とを有する基板と、前記基板上の第１の表面上の領域であって、該基板から伸びる複数のリブを含
み、該基板の屈折率より小さい屈折率を有する領域と、前記領域の上に配置された平行な細長い素子のアレイと、を備える可視スペクトル用の広帯域ワイヤグリッド偏光子。
【請求項８１】前記素子は約０．０７６μｍから１．４μｍの間の周期を
有することを特徴とする、請求項８０に記載の偏光子。
【請求項８２】前記領域は約０．００１μｍと０．３μｍの間の厚さを有
することを特徴とする、請求項８０に記載の偏光子。
【請求項８３】前記素子は、約０．０４μｍと０．３μｍの間の厚さを有
し、アルミニウムまたは銀であることを特徴とする、請求項８０に記載の偏光子
。
【請求項８４】前記リブは前記基板と一体であり、該基板と同じ材料で形
成されることを特徴とする、請求項８０に記載の偏光子。
【請求項８５】前記リブの各々は前記基板の材料とは異なる材料の少なく
とも１つの層からなることを特徴とする、請求項８０に記載の偏光子。
【請求項８６】前記材料の少なくとも１つの層はフッ化マグネシウムであ
ることを特徴とする、請求項８５に記載の偏光子。
【請求項８７】前記リブは矩形の断面を有することを特徴とする、請求項
８０に記載の偏光子。
【請求項８８】前記リブは台形の断面を有することを特徴とする、請求項
８０に記載の偏光子。
【請求項８９】前記領域は誘電材料の層を含むことを特徴とする、請求項
８０に記載の偏光子。
【請求項９０】前記誘電材料の層はフッ化マグネシウムを含むことを特徴
とする、請求項８９に記載の偏光子。
【請求項９１】前記領域は前記基板の材料とは異なる材料の少なくとも１
つの層と、該少なくとも１つの層の中に形成され該層から伸びる複数のリブとを
備えることを特徴とする、請求項８０に記載の偏光子。
【請求項９２】前記領域は前記基板の中に形成され該基板から伸びる複数
のリブを備え、該複数のリブの各々は、該リブの材料とは異なる材料の層であっ
て該リブの上に配置された少なくとも１つの層を有することを特徴とする、請求
項８０に記載の偏光子。
【請求項９３】前記基板はガラスであり、前記領域はフッ化マグネシウム
を含むことを特徴とする、請求項８０に記載の偏光子。
【請求項９４】前記基板は約１．５の屈折率を有し、前記領域は約１．４
の屈折率を有することを特徴とする、請求項８０に記載の偏光子。
【請求項９５】第１の表面と屈折率とを有する基板と、前記基板の第１の表面上の領域であって、該基板の屈折率より小さな屈折率を
有し、該基板の材料とは異なる材料の少なくとも１つの層と、該膜の層の中に形
成されそこから伸びる複数のリブとを含む領域と、該領域の上に配置された平行で細長い素子のアレイと、を備える可視スペクトル用の広帯域ワイヤグリッド偏光子。
【請求項９６】第１の表面と屈折率とを有する基板と、前記基板の第１の表面の上の領域であって、該基板の屈折率より小さい屈折率
を有し、該基板の中に形成され該基板から伸びる複数のリブを有する領域と、該リブの材料とは異なる材料の層であって該複数のリブの各々の上に配置され
た少なくとも１つの層と、前記領域の上に配置された平行な細長い素子のアレイと、を備える可視スペクトル用の広帯域ワイヤグリッド偏光子。