JP2015026035A - 偏光解消素子及び偏光解消装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の表層部に構造性複屈折をもつ複数のサブ波長構造領域が隣接して配置された偏光解消素子において光の透過率を向上させる。【解決手段】偏光解消素子１において、基板の表層部に構造性複屈折をもつ複数のサブ波長構造領域１ａ〜１ｈが隣接して配置されている。サブ波長構造領域１ａ〜１ｈは、使用する光の波長よりも短い周期で繰り返して配列された溝をもち、溝の配列方向である光学軸方向が隣接するサブ波長構造領域間で互いに異なっている。隣接するサブ波長構造領域間で光学軸方向がなす角度は６０度以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、基板の表層部に構造性複屈折をもつ複数のサブ波長構造領域が隣接して配置された偏光解消素子、及びそれを用いた偏光解消装置に関するものである。

偏光解消素子は、レーザプリンタなどで問題となる偏光を解消させるための光学部品として用いられたり、光学露光装置や光学測定機などの光学機器の光学系のスペックルの発生を低減させるスペックル低減素子として用いられたりしている。

レーザからの光をマイクロレンズアレイやフライアイレンズを通すことによってひとつの光束を複数の光束に分割する際、分割された光は偏光方向が同一方向に揃っており、光学系の中で特定の条件が整うと、分割された光がそれぞれ迷光の原因となって光学系の途中で光が強めあう点（スペックル）が生じる場合がある。スペックルは、いろいろな光学系で発生することが知られており、これを解消する方法が種々提案されているが、有効な解決策は確立されていない。

スペックルを解消する方法のひとつとしては、偏光状態が様々になったいわゆるランダム偏光状態になっていることが望ましい。偏光が不揃いであると、光の干渉が起こりにくいからである。

偏光解消素子として、サブ波長構造（Sub-Wavelength Structures；ＳＷＳ）を備えたものが知られている（例えば特許文献１を参照。）。サブ波長構造は、使用する光の波長よりも短い周期で繰り返して配列された溝の周期構造である。

光の波長より短いピッチをもつ溝の周期構造は、周期をもつ方向ともたない方向で互いに異なる有効屈折率ｎＴＥ，ｎＴＭをもち、あたかも複屈折材料であるかのように振舞う。この有効屈折率の差によって各偏波方向の光の伝播速度に差ができるため、サブ波長構造を通過する光の偏光状態が変化する。

サブ波長構造は、構造の設計によって複屈折やそれらの分散を自由に制御できる。サブ波長構造のこの特性を利用して、偏光板、波長板、波長分離素子など、様々な製品が展開されている。

サブ波長構造を備えた偏光解消素子において、サブ波長構造の溝の配列方向である光学軸方向を任意に変化させるために、光学機能を発生する部分は複数のサブ波長構造領域に細かく分割されている。このような偏光解消素子において、隣接するサブ波長構造領域間で光学軸方向が互いに異なるように、各サブ波長構造領域に溝の繰返し構造が形成されている。

特開２００４−３４１４５３号公報 特開２００８−２９８８６９号公報

偏光解消素子において光が透過する部分が複数のサブ波長構造領域に分割されていると、サブ波長構造領域の大きさに起因する回折光が発生し、光の透過率（０次光）が低下する。

例えば、複数のサブ波長領域における光学軸方向の配置について、ランダム配置などの規則性のない配置を取ることにより、回折光（１次光、−１次光など）を弱めることは可能である。しかし、ランダム配置は回折光低減に限界がある。

本発明は、基板の表層部に構造性複屈折をもつ複数のサブ波長構造領域が隣接して配置された偏光解消素子において光の透過率を向上させること、及びその偏光解消素子を用いた偏光解消装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる偏光解消素子は、基板の表層部に構造性複屈折をもつ複数のサブ波長構造領域が隣接して配置された偏光解消素子であって、上記サブ波長構造領域は、使用する光の波長よりも短い周期で繰り返して配列された溝をもち、上記溝の配列方向である光学軸方向が隣接するサブ波長構造領域間で互いに異なっており、かつ、隣接するサブ波長構造領域間で上記光学軸方向がなす角度は６０度以下であることを特徴とするものである。

本発明の偏光解消素子で、上記サブ波長構造領域の配列されている素子領域内において、上記光学軸方向の配列は周期性を持たないように配列されている例を挙げることができる。

上記光学軸方向の配列が周期性を持たないように配列されている構成として、例えば、上記素子領域内において、隣接するサブ波長構造領域間で上記光学軸方向がなす角度が６０度よりも大きくなるように上記光学軸方向が設定されている欠陥発生用のサブ波長構造領域が存在しており、上記素子領域の面積に対して上記欠陥発生用のサブ波長構造領域が占める面積は１％以下であることを挙げることができる。

本発明にかかる偏光解消装置は、本発明の上記偏光解消素子と、上記偏光解消素子を並進振動させるための振動機構と、上記振動機構の動作を制御して上記偏光解消素子を並進振動させる制御部と、を備えたことを特徴とするものである。

本発明の偏光解消装置において、上記振動機構は上記偏光解消素子を互いに直交する２方向で並進振動させることが可能なものであり、上記制御部は上記振動機構の動作を制御して上記偏光解消素子を円又は楕円運動させるようにしてもよい。

本発明の偏光解消素子は、隣接するサブ波長構造領域間で光学軸方向がなす角度が６０度以下であるようにしたので、隣接するサブ波長構造領域間の位相差を小さくすることができる。つまり、本発明の偏光解消素子は、複数のサブ波長構造領域にわたって屈折率を徐々に変化させる。隣接するサブ波長構造領域間の位相差が小さくなると、偏光解消素子を透過する光はサブ波長構造領域が拡大したように感じるために、サブ波長構造領域の実際のサイズよりも回折角が小さくなる。したがって、本発明の偏光解消素子は、複数のサブ波長領域における光学軸方向がランダム配置されている場合に比べて、透過する光の回折光を低減でき、光の透過率を向上させることができる。

本発明の偏光解消素子で、上記サブ波長構造領域の配列されている素子領域内において、上記光学軸方向の配列は周期性を持たないように配列されているようにすれば、素子領域内において光学軸方向の配列が均一化やパターン化されないようにすることができる。

本発明の偏光解消装置は、本発明の上記偏光解消素子を並進振動させるので、サブ波長構造領域毎に位相差の異なる光を時間分割して出射でき、偏光解消素子を透過した光におけるスペックルをより低減できる。

本発明の偏光解消装置において、制御部は振動機構の動作を制御して本発明の偏光解消素子を円又は楕円運動させるようにすれば、偏光解消素子の位置を変位させ続けることができる。これにより、偏光解消素子を透過した光におけるスペックルがより低減される。

偏光解消素子の一実施例を概略的に示した平面図である。 同実施例において隣接するサブ波長構造領域間の位相差の一例を説明するための図である。 偏光解消素子におけるサブ波長構造体を説明するための概略断面図である。 偏光解消素子の比較例を概略的に示した平面図である。 偏光解消素子の比較例において隣接するサブ波長構造領域間の位相差の一例を説明するための図である。 偏光解消装置の一実施例を説明するための概略的な構成図である。 同実施例が偏光解消素子を並進振動させる動作を説明するための概略的な原理図である。 偏光解消装置の他の実施例を説明するための概略的な構成図である。 サブ波長構造領域の光学軸方向の配列の一例を説明するための図である。 図９の光学軸方向の配列を双方向矢印で示した図である。

図１は、偏光解消素子の一実施例のサブ波長構造領域を概略的に示した平面図である。図２は、同実施例において隣接するサブ波長構造領域間の位相差の一例を説明するための図である。図３は、偏光解消素子におけるサブ波長構造体を説明するための概略的な断面図である。

図３に示されるように、偏光解消素子１は、基板３の表層部に、使用する光の波長よりも短い周期で繰り返して配列された溝５を備えている。繰り返して配列された溝５によって、凹凸周期（ピッチ）Ｐを有するサブ波長構造が形成されている。基板３は例えば高透過率の二酸化ケイ素で形成されている。

サブ波長構造体の複屈折作用について、図３を参照して説明する。サブ波長凹凸構造の媒質として空気と屈折率ｎの媒質を想定する。屈折率ｎの凸条のランドの幅がＬ、空気層からなる凹条の溝の幅がＳであり、Ｐ＝Ｌ＋Ｓである。また、Ｌ／Ｐはフィリングファクタ（Ｆ）と呼ばれる。ｄは溝の深さである。

周期Ｐの目安としては、使用する最も短い入射光の波長より短い周期で、より望ましくは使用波長の半分以下の周期とする。周期Ｐが入射光の波長よりも短い周期構造は入射光を回折することはないため入射光はそのまま透過し、入射光に対して複屈折特性を示す。すなわち、入射光の偏光方向に応じて異なる屈折率を示す。その結果、構造に関するパラメータを調整することにより位相差を任意に設定することができるため各種波長板を実現できる。

構造性複屈折とは、屈折率の異なる２種類の媒質を光の波長よりも短い周期でストライプ状に配置したとき、ストライプに平行な偏光成分（ＴＥ波）とストライプに垂直な偏光成分（ＴＭ波）とで屈折率（有効屈折率と呼ぶ）が異なり、複屈折作用が生じることをいう。

サブ波長構造体の周期よりも２倍以上の波長をもつ光が垂直入射したと仮定する。このときの入射光の偏光方向がサブ波長構造体の溝に平行（ＴＥ方向）であるか垂直（ＴＭ方向）であるかによって、サブ波長構造体の有効屈折率は次の式で与えられる。
ｎ（ＴＥ）＝（Ｆ×ｎ²＋（１−Ｆ））^1/2
ｎ（ＴＭ）＝（Ｆ／ｎ²＋（１−Ｆ））^1/2

入射光の偏光方向がサブ波長構造体の溝に平行である場合の有効屈折率をｎ（ＴＥ）、垂直である場合の有効屈折率をｎ（ＴＭ）と表す。式中の符号Ｆは前述のフィリングファクタである。

このようなサブ波長構造体を透過した光のＴＥ波とＴＭ波の間の位相差（リタデーション）Δは、
Δ＝Δｎ・ｄ
である。ここで、Δｎはｎ（ＴＥ）とｎ（ＴＭ）の差、ｄは前述の溝の深さである。

サブ波長構造領域に直線偏光の光が入射すると、この位相差によってその透過光は楕円偏光に変わる。光学軸の異なるサブ波長構造領域が隣接する本発明の偏光解消素子を直線偏光の光が透過すると、隣接するサブ波長構造領域間で楕円率が異なるとともに、サブ波長構造体を構成する溝の深さの異なる部分を透過した直線偏光間でも位相差の相違によって楕円率が異なる。

この偏光解消素子で発生する位相差Δは使用する波長λに対して、λ／４≦Δ≦λとなるようにサブ波長構造体が設計されていることが好ましい。これにより、この偏光解消素子の異なる場所を通過した光束同士であってもその干渉を低減することができる。

図１を参照して偏光解消素子１におけるサブ波長構造領域の配置について説明する。
偏光解消素子１において、複数のサブ波長構造領域１ａ〜１ｈが配置されている。これらのサブ波長構造領域は互いに隙間のない状態で配置されている。ここでは８×１５＝１２０個のサブ波長構造領域１ａ〜１ｈが配置されたものを示している。ただし、これは概略図であり、サブ波長構造領域１ａ〜１ｈの個数は限定されるものではなく、サブ波長構造領域１ａ〜１ｈの数は多いほどよい。例えば、偏光解消素子１が３ｍｍ×３ｍｍ（ミリメートル）の正方形で、１つのサブ波長構造領域が１０μｍ×１０μｍ（マイクロメートル）であるとすると、３００×３００＝９００００個のサブ波長構造領域１ａ〜１ｈが配置された偏光解消素子１となる。

サブ波長構造領域１ａ〜１ｈは使用する光の波長よりも短い周期で繰り返して配列された溝５（図３を参照。）により構成されるストライプ状の凹凸構造をもっている。そのストライプ状の凹凸の配列方向が光学軸方向である。図１において、この光学軸方向は双方向矢印で図示されている。

各サブ波長構造領域１ａ〜１ｈは１つずつの光学軸方向をもっている。サブ波長構造領域１ａ〜１ｈの光学軸方向は隣接するサブ波長構造領域間で互いに異なっている。サブ波長構造領域３ｃの光学軸方向は１８０度を８分割した方向のいずれかの方向をもつように形成されている。サブ波長構造領域１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ，１ｈの光学軸方向は、順に、０度、２２.５度、４５度、６７.５度、９０度、１１２.５度、１３５度、１５７.５度である。ここで、光学軸方向は、紙面上下方向を０度とし、反時計回りに角度が大きくなっている。

この実施例では、縦横方向で隣接するサブ波長構造領域間で光学軸方向がなす角度は２２.５度に設定されている（図２も参照。）。また、１つのサブ波長構造領域の光学軸方向と、そのサブ波長構造領域を取り囲む８つのサブ波長構造領域の光学軸方向とがなす角度は４５度以下（０度を含む）に設定されている。このように、サブ波長構造領域１ａ〜１ｈの配列領域において、光学軸方向が徐々に変化されることによって屈折率が徐々に変化されている。つまり、サブ波長構造領域の光学軸方向がランダムに配置される場合に比べて、隣接するサブ波長構造領域間の位相差が小さくされている。

図４は、サブ波長構造領域の光学軸方向がランダムに配置されている偏光解消素子の比較例のサブ波長構造領域を概略的に示した平面図である。図５は、同比較例において隣接するサブ波長構造領域間の位相差の一例を説明するための図である。

比較例の偏光解消素子１０１において、複数のサブ波長構造領域１ａ〜１ｈが配置されている。サブ波長構造領域１ａ〜１ｈの光学軸方向は図１を参照して説明した実施例と同じである。

偏光解消素子１０１では、横方向に８つのサブ波長構造領域１ａ〜１ｈをランダムに並べた配列が基準配列Ｓとされている。基準配列Ｓが横方向に並べられている。横方向に並べられた複数の基準配列Ｓが下方向に１マス、横方向に２マスだけずらされて、サブ波長構造領域１ａ〜１ｈが規則的に配列されている。なお、サブ波長構造領域１ａ〜１ｈの配置は完全にランダムであってもよい。

偏光解消素子１０１において、隣接するサブ波長構造領域間で光学軸方向がなす角度は６７.５度又は１１２.５度である（図５も参照。）。また、１つのサブ波長構造領域の光学軸方向と、そのサブ波長構造領域を取り囲む８つのサブ波長構造領域の光学軸方向とがなす角度は２２.５度〜１５７.５度である。

偏光解消素子１０１のサブ波長構造領域１ａ〜１ｈの配列領域において、光学軸方向の変化は、図１に示された偏光解消素子１における光学軸方向の変化と比較して急激である。つまり、隣接するサブ波長構造領域間の位相差が大きい。

実施例の偏光解消素子１は、比較例の偏光解消素子１０１と比較して、隣接するサブ波長構造領域間の位相差が小さい。隣接するサブ波長構造領域間の位相差が小さくなると、偏光解消素子１を透過する光はサブ波長構造領域が拡大したように感じるために、サブ波長構造領域１ａ〜１ｈの実際のサイズよりも回折角が小さくなる。

したがって、偏光解消素子１は、比較例の偏光解消素子１０１に比べて、透過する光の回折光を低減でき、光の透過率を向上させることができる。もちろん、偏光解消素子１は透過光におけるスペックルを減少させる効果を有している。

光パワーメーターを用いて本発明の効果を検証した。測定対象として、ナノインプリント技術を用いて作製した偏光解消素子を用いた。ナノインプリント技術を用いて偏光解消素子を作製する方法は、例えば特許文献２に開示されている。

測定条件は以下のとおりである。
光パワーメーター：レーザーパワーメータ―ＬＰ１（三和電気計器株式会社の製品）
偏光解消素子：石英製
光パワーメーターの測定範囲：９ｍｍ×９ｍｍ
照射したレーザ光の波長：６５０ｎｍ（ナノメートル）
偏光解消素子（金型）と光パワーメーターの間の距離：２００ｍｍ
サブ波長構造領域の大きさ：１０μｍ×１０μｍ

図１の偏光解消素子１（実施例）と、図４の偏光解消素子１０１（比較例）について、透過光の０次光を測定した。比較例に対する測定値は３０μＷ（マイクロワット）であった。実施例に対する測定値は４５μＷであった。実施例の偏光解消素子は比較例の偏光解消素子と比較して光量が１.５倍の透過光を得られたことになる。

このように、本発明の偏光解消素子は、複数のサブ波長領域における光学軸方向がランダム配置されている場合に比べて、透過する光の回折光を低減でき、光の透過率を向上させることができることが実証された。

次に偏光解消装置の実施例について説明する。
図６は、偏光解消装置の一実施例を説明するための概略的な構成図である。
偏光解消装置７は、偏光解消素子１、外枠部９、台座部１１、振動部１３、共振用ばね構造部１５及び制御部１７を備えている。

偏光解消素子１は本発明の偏光解消素子であり、例えば図１を参照して説明した偏光解消素子１である。

外枠部９、台座部１１、振動部１３及び共振用ばね構造部１５は、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術によって形成されたものであり、ここではシリコン基板が加工されて形成されたものである。外枠部９、台座部１１、振動部１３及び共振用ばね構造部１５を構成するシリコン材料の厚みは例えば２００μｍである。

外枠部９は、例えば、外形寸法が７ｍｍ×７ｍｍ、幅寸法が１ｍｍの枠形状である。

台座部１１は外枠部９の枠内に配置されている。台座部１１は、例えば、外形寸法が４ｍｍ×４ｍｍ、幅寸法が０.５ｍｍの枠形状である。台座部１１は、振動部１３及び共振用ばね構造部１５を介して外枠部９の枠内に梁状に保持されている。

台座部１１に偏光解消素子１が接合されている。偏光解消素子１と台座部１１の接合方法は特に限定されないが、例えば分子接合や接着剤による接合などを挙げることができる。

振動部１３は、例えば３つのムーニー型アクチュエータによって構成されている。ムーニー型アクチュエータは、枠状部材と、下部電極層と、圧電体層と、上部電極層によって形成されている。枠状部材はシリコン材料で形成されている。下部電極層は、その両端が枠状部材の上に配置され、枠状部材の枠内の空間の上をまたぐように配置されている。圧電体層は下部電極層の上に積層されている。上部電極層は圧電体層の上に積層されている。圧電体層及び上部電極層は枠状部材の枠内の空間の上をまたぐように配置されている。下部電極層、圧電体層及び上部電極層の積層体は、その長手方向が枠状部材の長手方向に沿うように配置されている。

下部電極層及び上部電極層は例えばプラチナ（Ｐｔ）で形成されている。圧電体層は例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で形成されている。ただし、下部電極層、圧電体層及び上部電極層の材料はこれらの材料に限定されない。

下部電極層、圧電体層及び上部電極層の積層体は、例えば、厚み寸法が５０μｍ〜１５０μｍ、長さ寸法が１５０μｍ〜２００μｍである。下部電極層の幅寸法は例えば４０μｍである。圧電体層及び上部電極層の幅寸法は例えばそれぞれ２０μｍ〜３０μｍである。

振動部１３において、３つのムーニー型アクチュエータは、長手方向と直交する方向に一列に配列されている。隣り合うムーニー型アクチュエータはシリコン材料からなる連結部材によって連結されている。また、配列の両端に位置する２つのムーニー型アクチュエータのうち一方のムーニー型アクチュエータは、シリコン材料からなる連結部材によって台座部１１に連結されている。

シリコン材料からなる共振用ばね構造部１５の一端は、振動部１３を構成する３つのムーニー型アクチュエータのうちの１つに連結されている。共振用ばね構造部１５と接続されているムーニー型アクチュエータは、配列の両端に位置する２つのムーニー型アクチュエータのうち台座部１１に連結されていない方のムーニー型アクチュエータである。共振用ばね構造部１５の他端は外枠部９に連結されている。

偏光解消装置７には２組の振動部１３及び共振用ばね構造部１５が設けられている。台座部１１と２組の振動部１３及び共振用ばね構造部１５は、共振用ばね構造部１５、振動部１３、台座部１１、振動部１３、共振用ばね構造部１５の順に一列に連結されている。台座部１１と２組の振動部１３及び共振用ばね構造部１５は、偏光解消素子１を並進振動させるための振動機構を構成している。

振動部１３から共振用ばね構造部１５を介して外枠部９にまたがって配線１９ａ，１９ｂが形成されている。配線１９ａは振動部１３のムーニー型アクチュエータの下部電極層と電気的に接続されている。配線１９ｂは振動部１３のムーニー型アクチュエータの上部電極層と電気的に接続されている。配線１９ａ，１９ｂは２つの振動部１３ごとに設けられている。

外枠部９に２組の電極パッド２１ａ，２１ｂが形成されている。電極パッド２１ａ，２１ｂは対応する配線１９ａ，１９ｂと電気的に接続されている。配線１９ａ，１９ｂ及び電極パッド２１ａ，２１ｂは、例えば下部電極層及び上部電極層と同じ材料、ここではプラチナによって形成されている。

制御部１７は電極パッド２１ａ，２１ｂ及び配線１９ａ，１９ｂを介して振動部１３のムーニー型アクチュエータの動作を制御して、偏光解消素子１を並進振動させる。

図７は、偏光解消素子を並進振動させる動作を説明するための概略的な原理図である。
台座部１１を挟んで配置された一対の振動部１３のムーニー型アクチュエータを互いに逆方向に変位させると、一方の振動部１３の枠状部材は長手方向に伸び、他方の振動部１３の枠状部材は長手方向に縮む。枠状部材が長手方向に伸びた振動部１３は長手方向と直交する方向の寸法が小さくなる。枠状部材が長手方向に縮んだ振動部１３は長手方向と直交する方向の寸法が大きくなる。これにより、台座部１１に配置された偏光解消素子１の位置は、枠状部材が長手方向に伸びた振動部１３の方へ変位する。

偏光解消装置７は、一対の振動部１３を動作させるタイミングを制御することにより、偏光解消素子１を所望の周波数で並進振動させることができる。これにより、偏光解消素子１が振動されない場合に比べて、偏光解消素子１を透過した光におけるスペックルがより低減される。

図８は、偏光解消装置の他の実施例を説明するための概略的な構成図である。図８において図６と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。

この実施例の偏光解消装置２３は、図６に示された実施例の偏光解消装置７と比較して２組の振動部１３、共振用ばね構造部１５、配線１９ａ，１９ｂ及び電極パッド２１ａ，２１ｂをさらに備えている。したがって、偏光解消装置２３は、４組の振動部１３及び共振用ばね構造部１５を備えている。また、偏光解消装置２３の外枠部９の外形は例えば７ｍｍ×７ｍｍである。

振動部１３及び共振用ばね構造部１５は、矩形の台座部１１の各片に１組ずつ連結されている。これにより、４組の振動部１３及び共振用ばね構造部１５で構成される振動機構は、偏光解消素子１を互いに直交する２方向で並進振動させることが可能になっている。

制御部１７は、４組の振動部１３及び共振用ばね構造部１５で構成される振動機構の動作を制御して、偏光解消素子１を円又は楕円運動させる。したがって、偏光解消装置２３は、偏光解消素子１の位置を変位させ続けることができる。これにより、偏光解消素子１が並進振動される場合に比べて、偏光解消素子１を透過した光におけるスペックルがより低減される。

ところで、本発明の偏光解消素子において、サブ波長構造領域の配列されている素子領域内で、サブ波長構造領域の光学軸方向の配列が周期性を持たないように配列されていることが好ましい。素子領域内における光学軸方向の配列が均一化やパターン化されないようにすることができるからである。なお、素子領域内における光学軸方向の配列が均一化されたりパターン化されたりすると、その配列によって新たな回折光が発生するという不具合が発生する。

サブ波長構造領域の光学軸方向の配列が周期性を持たないように配列した一実施例について説明する。
図９は、サブ波長構造領域の光学軸方向の配列の一例を説明するための図である。図１０は、図９の光学軸方向の配列を双方向矢印で示した図である。図９（Ａ）及び図１０（Ａ）はサブ波長構造領域の光学軸方向の配列が周期性を持っている配置例を示す。図９（Ｂ）及び図１０（Ｂ）はサブ波長構造領域の光学軸方向の配列が周期性を持っていない配置例を示す。図９及び図１０において図１と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。

偏光解消素子１のサブ波長構造領域が配列されている素子領域にサブ波長構造領域１ａ，１ｃ，１ｅ，１ｇが配置されている。この配置例では４方向の光学軸方向（１８０度（０度）、４５度、９０度、１３５度）が設定されている。サブ波長構造領域１ａ，１ｃ，１ｅ，１ｇの光学軸方向は、順に、１８０度、４５度、９０度、１３５度である。図９において、各サブ波長構造領域１ａ，１ｃ，１ｅ，１ｇの光学軸方向は角度の数値で図示されている。

図９では、８×８＝６４個のサブ波長構造領域１ａ，１ｃ，１ｅ，１ｇが配置されたものを示している。ただし、これは概略図であり、サブ波長構造領域１ａ，１ｃ，１ｅ，１ｇの個数は限定されるものではない。

図９（Ａ）では、サブ波長構造領域１ａ，１ｃ，１ｅ，１ｇの光学軸方向は、縦横方向で隣接するサブ波長構造領域間で光学軸方向がなす角度が４５度（６０度以下）になるように、周期性を持って配列されている。

図９（Ｂ）では、図９（Ａ）の光学軸方向の配列に対して、１つのサブ波長構造領域１ｃが欠陥発生用のサブ波長構造領域１ａ−１に変更されている。欠陥発生用のサブ波長構造領域１ａ−１は、隣接するサブ波長構造領域間で光学軸方向がなす角度が６０度よりも大きくなるように光学軸方向が設定されている。例えば、欠陥発生用のサブ波長構造領域１ａ−１の光学軸方向は１８０度（０度）である。

欠陥発生用のサブ波長構造領域１ａ−１に対して左方向又は下方向で隣接するサブ波長構造領域１ａの光学軸方向は１８０度であり、欠陥発生用のサブ波長構造領域１ａ−１の光学軸方向と同じである。隣接するサブ波長構造領域１ａ−１と１ａ間で光学軸方向がなす角度は０度である。

欠陥発生用のサブ波長構造領域１ａ−１に対して上方向又は右方向で隣接するサブ波長構造領域１ｅの光学軸方向は９０度である。したがって、隣接するサブ波長構造領域１ａ−１と１ｅ間で光学軸方向がなす角度は９０度であり、６０度よりも大きくなっている。

このように、周期性を持っている光学軸方向の配列（図９（Ａ））に対して、欠陥発生用のサブ波長構造領域１ａ−１を導入することにより、サブ波長構造領域の光学軸方向の配列の周期性を崩し、周期性を持たないようにすることができる。これにより、サブ波長構造領域の光学軸方向の配列の周期性に起因する回折光の発生をなくす又は低減することができる。

ここで、欠陥発生用のサブ波長構造領域１ａ−１の数を増やしすぎると、隣接するサブ波長構造領域間で光学軸方向がなす角度が大きいことに起因する回折光の発生が大きくなる。そこで、偏光解消素子１のサブ波長構造領域が配列されている素子領域の面積に対して欠陥発生用のサブ波長構造領域１ａ−１が占める面積は１％以下であることが好ましい。

素子領域の面積に対して欠陥発生用のサブ波長構造領域１ａ−１が占める面積は１％以下であれば、欠陥発生用のサブ波長構造領域１ａ−１が透過率に与える影響を実用上問題のない程度にすることができる（例えば特許文献２の段落［００２７］−［００２９］及び図１４を参照。）。

なお、図９（Ｂ）では、欠陥発生用のサブ波長構造領域１ａ−１は光学軸方向が１８０度のものであるが、欠陥発生用のサブ波長構造領域は、光学軸方向が４５度、９０度、１３５度のいずれのものであってもよい。また、複数の欠陥発生用のサブ波長構造領域が配置される場合には、複数の欠陥発生用のサブ波長構造領域で光学軸方向が互いに異なっていてもよい。

また、図９では光学軸方向が４方向に設定されているが、光学軸方向は３方向以上であれば、多くの領域で、隣接するサブ波長構造領域間で光学軸方向がなす角度が６０度以下としつつ、一部に欠陥発生用のサブ波長構造領域を配置することによって、隣接するサブ波長構造領域間で光学軸方向がなす角度が６０度よりも大きくなっている領域を存在させることができる。

以上、本発明の実施例が説明されたが、材料、形状、配置、寸法等は一例であり、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、本発明の偏光解消素子において、複数のサブ波長構造領域は互いに大きさが異なっていてもよい。

また、サブ波長構造領域の平面形状は、矩形に限定されず、例えば三角形や六角形など、どのような形状であってもよい。

また、本発明の偏光解消素子に設定されるサブ波長構造領域の光学軸方向は、８方向に限定されず、３方向以上、好ましくは４方向以上であればよい。サブ波長構造領域の光学軸方向が３方向であれば、隣接するサブ波長構造領域間で光学軸方向がなす角度は６０度以下にすることができる。サブ波長構造領域の光学軸方向が４方向であれば、隣接するサブ波長構造領域間で光学軸方向がなす角度は４５度以下にすることができる。

また、サブ波長構造領域の光学軸方向の配置は、図１に示されたものに限定されず、隣接するサブ波長構造領域間で光学軸方向がなす角度が６０度以下、好ましくは４５度以下になる配置であれば、どのような配置であってもよい。

１ 偏光解消素子
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ，１ｈ サブ波長構造領域
１ａ−１ 欠陥発生用のサブ波長構造領域
３ 基板
５ 溝
７，２３ 偏光解消装置
１７ 制御部

Claims (5)

1. 基板の表層部に構造性複屈折をもつ複数のサブ波長構造領域が隣接して配置された偏光解消素子であって、
   前記サブ波長構造領域は、使用する光の波長よりも短い周期で繰り返して配列された溝をもち、前記溝の配列方向である光学軸方向が隣接するサブ波長構造領域間で互いに異なっており、かつ、
   隣接するサブ波長構造領域間で前記光学軸方向がなす角度は６０度以下であることを特徴とする偏光解消素子。
2. 前記サブ波長構造領域の配列されている素子領域内において、前記光学軸方向の配列は周期性を持たないように配列されている請求項１に記載の偏光解消素子。
3. 前記素子領域内において、隣接するサブ波長構造領域間で前記光学軸方向がなす角度が６０度よりも大きくなるように前記光学軸方向が設定されている欠陥発生用のサブ波長構造領域が存在しており、
   前記素子領域の面積に対して前記欠陥発生用のサブ波長構造領域が占める面積は１％以下である請求項２に記載の偏光解消素子。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載された偏光解消素子と、
   前記偏光解消素子を並進振動させるための振動機構と、
   前記振動機構の動作を制御して前記偏光解消素子を並進振動させる制御部と、を備えたことを特徴とする偏光解消装置。
5. 前記振動機構は前記偏光解消素子を互いに直交する２方向で並進振動させることが可能なものであり、
   前記制御部は前記振動機構の動作を制御して前記偏光解消素子を円又は楕円運動させる請求項４に記載の偏光解消装置。

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