JP2016157049A - サブ波長構造素子 - Google Patents

Abstract

【課題】サブ波長構造素子の反射防止領域を広帯域化すること。
【解決手段】サブ波長構造素子１０は、基板１２の厚さ方向の一方に設けられ入射波の入射面となる第１の面Ｆ１と、基板１２の厚さ方向の他方に設けられ入射波が出射する第２の面Ｆ２とを備え、第１の面Ｆ１または第２の面Ｆ２の少なくとも一方に入射波の波長より小さい周期を有するサブ波長構造ＳＢを有する。サブ波長構造ＳＢ１は、基板１２から立設され基板１２から離れるに従って断面の幅が狭くなる複数のテーパー形状部１４を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、サブ波長構造を有するサブ波長構造素子に関する。

従来、レンズ等の光学部材の表面における入射波の反射を防止する技術として、入射波の波長よりも微細な周期を有するサブ波長構造を部材表面に形成する技術が知られている。
サブ波長構造内では、その有効屈折率がサブ波長構造を形成する材料の屈折率と空気の屈折率との間の値となるため、従来から知られている誘電体膜を用いた反射防止膜（ＡＲコート）のように機能する。
サブ波長構造は、ＡＲコートの形成が困難な高周波帯（ミリ波やテラヘルツ波など）の電磁波の反射防止に特に有効である。また、誘電体膜による余分な透過損失がない、単一の材料でＡＲコートを実現できる、などの利点がある。

例えば、下記特許文献１では、サブ波長構造を持つ光学素子において、光学材料による基体の表面に、使用波長よりも細かい微細周期構造により形成されたサブ波長構造における凸部の頂部側に、サブ波長構造の頂部の配列を被覆する補強層を形成することにより、微細な凹凸構造の形状維持性を有効に向上させ、取り扱いを容易としている。

特開２０１４−１６４２６３号公報

近年、電磁波の利用帯域が広がり、反射防止効果を得られる周波数帯をより広いものとする広帯域化に対するニーズがある。
図１０は、従来技術にかかるサブ波長構造ＳＢ４の構成を模式的に示す断面図である。
従来技術にかかるサブ波長構造ＳＢ４は、基板４２の表面に均等幅（Ｗ４４）の溝を形成し、断面の幅Ｗ４２が均一な等幅形状部４４によって形成されている。
図１０に示すサブ波長構造ＳＢ４の等幅形状部４４の幅Ｗ４２、等幅形状部４４間の間隙幅をＷ４４、等幅形状部４４の高さをＨ４２とする。

図１１は、サブ波長構造ＳＢ４の透過率特性を示すグラフである。
図１１のグラフは等幅形状部４４の幅Ｗ４２を２１０μｍ、等幅形状部４４間の間隙幅Ｗ４４を６５μｍ、等幅形状部４４の高さＨ４２を１９０μｍとしており、実線はシミュレーション結果、点線は実際の測定結果を示す。
また、材料は酸化アルミニウム（アルミナ）を使用した。
図１０に示すように、サブ波長構造ＳＢ４において透過率９０％以上が継続する周波数帯、すなわち良好な反射防止効果を得られる周波数帯は、１７５ＧＨｚ〜２５５ＧＨｚ程度となっている。
すなわち、従来技術にかかるサブ波長構造には、反射防止効果を得られる周波数帯に関して改善の余地がある。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、サブ波長構造素子において広い帯域で反射防止効果を得ることにある。

上述の目的を達成するため、請求項１の発明にかかるサブ波長構造素子は、基板の厚さ方向の一方に設けられ入射波の入射面となる第１の面と、前記基板の厚さ方向の他方に設けられ前記入射波が出射する第２の面とを備え、前記第１の面または前記２の面の少なくとも一方に前記入射波の波長より小さい周期を有するサブ波長構造を有するサブ波長構造素子であって、前記サブ波長構造は、前記基板から立設され前記基板から離れるに従って断面の幅が狭くなる複数のテーパー形状部を備える、ことを特徴とする。
請求項２の発明にかかるサブ波長構造素子は、前記サブ波長構造は、前記テーパー形状部が最大幅となる底部と前記基板との間に設けられ、断面の幅が均一な等幅形状部を更に備える、ことを特徴とする。
請求項３の発明にかかるサブ波長構造素子は、前記テーパー形状部が最小幅となる先部は平坦面で形成されている、ことを特徴とする。
請求項４の発明にかかるサブ波長構造素子は、前記等幅形状部の幅は、前記テーパー形状部の最大幅以上の寸法で形成されている、ことを特徴とする。
請求項５の発明にかかるサブ波長構造素子は、前記入射波はテラヘルツ波帯の周波数であり、前記サブ波長構造が形成されている領域が、シリコンまたは酸化アルミニウムで形成されている、ことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、連続的に幅が変化するテーパー形状部がＡＲコートの多層膜と同等に機能して反射防止効果を得られるため、高透過率領域を広帯域化することができる。
請求項２の発明によれば、テーパー形状部の効果により広帯域特性を維持しつつ、サブ波長構造の最深部が等幅形状部間の均一幅の間隙となるので、サブ波長構造の最深部を鋭角で形成する場合と比較して成形性が向上し、サブ波長構造素子の製造効率を向上させることができる。
請求項３の発明によれば、テーパー形状部の先部が平坦面を形成しているので、先部を鋭角で形成する場合と比較して成形性が向上し、サブ波長構造素子の製造効率を向上させることができる。
請求項４の発明によれば、等幅形状部の幅がテーパー形状部の最大幅以上の寸法で形成されているので、テーパー形状部を等幅形状部上に安定して配置することができる。
請求項５の発明によれば、サブ波長構造が入射波に対する透過損失が低い酸化アルミニウムまたはシリコンで形成されているので、サブ波長構造素子を透過することによる入射波への影響を抑制することができる。

実施の形態１にかかるサブ波長構造素子１０の構造を示す説明図である。 実施の形態２にかかるサブ波長構造素子２０の構造を示す説明図である。 サブ波長構造ＳＢ１〜ＳＢ３の先部からの距離と有効屈折率との関係を示すグラフである。 サブ波長構造ＳＢ１およびＳＢ２の透過率特性（シミュレーション）を示すグラフである。 サブ波長構造ＳＢ１およびＳＢ３の透過率特性（シミュレーション）を示すグラフである。 サブ波長構造ＳＢ２の材料を変更した場合の透過率特性（シミュレーション）を示すグラフである。 サブ波長構造ＳＢ２の反射損失特性（シミュレーション）を示すグラフである。 サブ波長構造ＳＢ１〜ＳＢ３を成形するためのダイシングブレードの断面図である。 サブ波長構造ＳＢ３の構造を示す説明図である。 従来技術にかかるサブ波長構造ＳＢ４の構成を模式的に示す断面図である。 サブ波長構造ＳＢ４の透過率特性を示すグラフである。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかるサブ波長構造素子の好適な実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかるサブ波長構造素子１０の構造を示す説明図であり、より詳細には、板状のサブ波長構造素子１０を厚さ方向で切断した断面図である。
実施の形態にかかるサブ波長構造素子１０は、基板１２の厚さ方向の一方に設けられ入射波Ｌ１の入射面となる第１の面Ｆ１と、基板１２の厚さ方向の他方に設けられ第１の面Ｆ１から入射した入射波が出射波Ｌ２として出射する第２の面Ｆ２とを備え、第１の面Ｆ１に入射波Ｌ１の波長より小さい周期を有するサブ波長構造ＳＢ１を有する。
サブ波長構造素子１０のうち、少なくともサブ波長構造ＳＢ１が形成されている領域は、例えばテラヘルツ波に対する透過損失の低い酸化アルミニウム（アルミナ）またはシリコンで形成されている。なお、サブ波長構造素子１０の材料は、これに限らず、従来公知の様々な素材を使用可能である。
また、図１では電磁波の入射面である第１の面Ｆ１にサブ波長構造ＳＢ１を形成した場合を図示しているが、出射面である第２の面Ｆ２、または第１の面Ｆ１および第２の２面Ｆ２の両面にサブ波長構造ＳＢ１を形成するようにしてもよい。
サブ波長構造素子１０は、具体的には例えばテラヘルツ波等の高周波用レンズである。

サブ波長構造素子１０のサブ波長構造ＳＢ１は、基板１２から立設され基板１２から離れるに従って断面の幅Ｗ１２が狭くなる複数のテーパー形状部１４を備える。
すなわち、テーパー形状部１４の幅Ｗ１２のうち、テーパー形状部１４の第１の面側Ｆ１の端部（先部１４０２）の幅をＷ１２ａ、テーパー形状部１４が最大幅となる底部１４０４の幅をＷ１２ｂとすると、Ｗ１２ａ＜Ｗ１２ｂとなっている。
本実施の形態では、特に先部１４０２が鋭角を形成し、先部１４０２の幅Ｗ１２ａが略０となっている。
なお、以下「幅」とは、板状のサブ波長構造素子１０の表面が延在する方向に沿った長さとする。

また、隣り合うテーパー形状部１４間の間隙幅Ｗ１４は、基板１２に近づくに従って狭くなっている。
すなわち、テーパー形状部１４間の間隙幅Ｗ１４のうち、テーパー形状部１４の先部１４０２間の間隙幅をＷ１４ａ、底部１４０４間の間隙幅をＷ１４ｂとすると、Ｗ１４ａ＞Ｗ１４ｂとなっている。
本実施の形態では、特に底部１４０４間の間隙が鋭角を形成し、底部１４０４間の間隙幅Ｗ１４ｂが略０となっている。
なお、テーパー形状部１４の先部１４０２間の間隙幅Ｗ１４ａが、サブ波長構造ＳＢ１の周期となる。
また、テーパー形状部１４は、基板１２に対して直交する方向に延在する高さＨ１６を有している。

テーパー形状部１４は、基板１２上において、たがいに直交するＸ軸方向とＹ軸方向に等間隔をおいて碁盤の目状に多数立設されている。
また、テーパー形状部１４の表面１４０６は、滑らかな面で形成されている。滑らかな面とは、表面に微細な凹凸がない面である。
テーパー形状部１４を高さと直交する平面で切断した形状が多角形である場合、滑らかな面は平面で形成され、円形である場合は、滑らかな面は円錐面で形成される。

図１に示すようなサブ波長構造ＳＢ１は、例えば図８Ａに示すようなダイシングブレードＢＬ１を用いて、図示しない基材の表面（第１の面Ｆ１側）を切断することによって形成する。なお、図８Ａ〜図８Ｄは全て円環状のダイシングブレードＢＬ１〜ＢＬ４の断面を模式的に示している。
ダイシングブレードＢＬ１は、先部５２０２に近づくにつれて幅が狭くなるテーパー刃５２である。このダイシングブレードＢＬ１でテーパー形状部１４の表面１４０６を削り出し、隣接するテーパー形状部１４間の間隙を成形する。
テーパー形状部１４の先部１４０２を鋭角とするため、ダイシングブレードＢＬ１の位置合わせや切断作業には細心の注意を払う必要がある。
なお、サブ波長構造ＳＢ１の形成は、これに限らず従来公知の様々な形成方法を利用可能である。例えば、基材がシリコンである場合には、エッチングによりサブ波長構造ＳＢ１を形成するなどの方法が取り得る。

（実施の形態２）
図２は、実施の形態２にかかるサブ波長構造素子２０の構造を示す説明図である。
実施の形態２にかかるサブ波長構造素子２０は、実施の形態１と同様のテーパー形状部２４に加えて、テーパー形状部２４が最大幅となる底部２４０４と基板２２との間に、断面の幅Ｗ２６が均一な等幅形状部２６を更に備える。

すなわち、サブ波長構造素子２０のサブ波長構造ＳＢ２は、基板２２から立設され基板２２から離れるに従って断面の幅Ｗ２２が狭くなる複数のテーパー形状部２４と、テーパー形状部２４の底部２４０４側に形成された等幅形状部２６とを備える。
等幅形状部２６は、基板２２に対して直交する方向に延在する高さＨ２４を有している。
また、等幅形状部２６の表面２６０２は、滑らかな面で形成されている。滑らかな面とは、表面に微細な凹凸がない面である。
等幅形状部２６を高さと直交する平面で切断した形状が多角形である場合、滑らかな面は平面で形成され、円形である場合は、滑らかな面は円筒面で形成される。

等幅形状部２６の上面２６０２は、テーパー形状部２４の底部２４０４と接しており、等幅形状部の幅Ｗ２６は、テーパー形状部２４の最大幅（底部２４０４の幅）Ｗ２２ｂ以上の寸法で形成されている。よって、等幅形状部２６上にテーパー形状部２４が安定して配置される。
また、テーパー形状部２４と等幅形状部２６とは同軸上に設けられている。

テーパー形状部２４の先部２４０２は平坦面となっており、先部２４０２を鋭角状とするよりも成形がしやすくなっている。
また、隣り合う等幅形状部２６間の間隙幅Ｗ２８も均一となっており、サブ波長構造ＳＢ２の最深部が等幅形状部２６間の均一幅の間隙となるので、サブ波長構造ＳＢ１のように最深部を鋭角で形成する場合と比較して、成形性が向上し、サブ波長構造素子２０の製造効率を向上させることができる。
なお、図２では電磁波の入射面である第１の面Ｆ１にサブ波長構造ＳＢ１を形成した場合を図示しているが、出射面である第２の面Ｆ２、または第１の面Ｆ１および第２の面Ｆ２の両面にサブ波長構造ＳＢ１を形成するようにしてもよい。

サブ波長構造ＳＢ２のテーパー形状部２４の幅をＷ２２、テーパー形状部２４の先部２４０２の幅をＷ２２ａ、テーパー形状部２４の底部２４０４の幅をＷ２２ｂ、テーパー形状部２４間の間隙幅をＷ２４、テーパー形状部２４の先部２４０２間の間隙幅をＷ２４ａ、テーパー形状部２４の底部２４０４間の間隙幅をＷ２４ｂ、テーパー形状部２４の高さをＨ２２とする。また、等幅形状部２６の幅をＷ２６、等幅形状部２６間の間隙幅をＷ２８、等幅形状部２６の高さをＨ２４とする。

図２に示すようなサブ波長構造ＳＢ２は、例えば図８Ａに示すようなテーパー状のダイシングブレードＢＬ１または図８Ｂに示すようなダイシングブレードＢＬ２を用いて、図示しない基材の表面（第１の面Ｆ１側）を切断してテーパー形状部２４を形成した後、テーパー形状部２４の間（底部２４０４間）を図８Ｃに示すような等幅刃５６のダイシングブレードＢＬ３で切断して等幅形状部２６を形成することによって製造可能である。
なお、ダイシングブレードＢＬ２は、先部５４０２に近づくにつれて幅が狭くなるテーパー刃５４であるが、先部５４０２が上記所定の曲率を有する曲面となっている。すなわち、ダイシングブレードＢＬ２はダイシングブレードＢＬ１の先部がなまった状態であると言える。
また、サブ波長構造ＳＢ２においては、テーパー形状部２４の先部２４０２に平坦面を形成するため、ダイシングブレードＢＬ１またはＢＬ２で切断する位置同士の距離がサブ波長構造ＳＢ１よりも若干長くなる。
また、図８Ｄに示すように、先部５７０２に近づくにつれて幅が狭くなるテーパー刃５７と、テーパー刃５７の先部５７０２から突出し、均一な幅を有する等幅部５８とを有するダイシングブレードＢＬ４によって図示しない基材の表面（第１の面Ｆ１側）を切断してサブ波長構造ＳＢ２を形成することも可能である。
なお、サブ波長構造ＳＢ２の形成は、これに限らず従来公知の様々な形成方法を利用可能である。例えば、基材がシリコンである場合には、エッチングによりサブ波長構造ＳＢ１を形成するなどの方法が取り得る。

（実施例）
つぎに、実施の形態１にかかるサブ波長構造ＳＢ１および実施の形態２にかかるサブ波長構造ＳＢ２の特性について説明する。
比較のため、図９に示す他のサブ波長構造ＳＢ３の特性についても検討した。
なお、図４から図７に示すグラフは、各サブ波長構造ＳＢ１〜ＳＢ３の特性のシミュレーション結果を示しており、第１の面Ｆ１および第２の面Ｆ２の両面にサブ波長構造ＳＢ１〜ＳＢ３を形成したシミュレーションモデルを用いている。また、特に断りがある場合を除いて、各サブ波長構造ＳＢ１〜ＳＢ３の材料は、酸化アルミニウム（アルミナ）であるものとした。

図９に示すサブ波長構造ＳＢ３は、サブ波長構造ＳＢ１と同様に基板３２上の入射波Ｌ１の入射面となる第１の面Ｆ１に、基板３２から立設され基板３２から離れるに従って断面の幅Ｗ３２が狭くなる複数のテーパー形状部３４を有しているが、テーパー形状部３４の先部３４０２が平坦面となっている。また、隣り合うテーパー形状部３４の底部３４０４間が曲率半径Ｒを有する曲面を形成している。

図９に示すサブ波長構造ＳＢ３は、例えば図８Ｂに示すようなダイシングブレードＢＬ２を用いて形成する。
上述のように、ダイシングブレードＢＬ２は、先部５４０２に近づくにつれて幅が狭くなるテーパー刃５４であるが、先部５４０２が上記曲率半径Ｒに対応する曲率を有する曲面となっている。
すなわち、サブ波長構造ＳＢ３は、図１に示すサブ波長構造ＳＢ１の形成時にダイシングブレードＢＬ２の先部のなまりによって隣り合うテーパー形状部３４の底部３４０４間が曲率半径Ｒを有する曲面となるとともに、切断位置のずれによりテーパー形状部３４の先部３４０２が平坦面となったサブ波長構造ＳＢ１の不良状態ともいえる。
また、図２に示すサブ波長構造ＳＢ２は、上記サブ波長構造ＳＢ３に対して、等幅刃５６のダイシングブレードＢＬ３で等幅溝を形成した状態ともいえる。

各サブ波長構造ＳＢ１〜ＳＢ３の寸法は、以下のように設計した。
サブ波長構造ＳＢ１は、テーパー形状部１４の先部１４０２の幅Ｗ１２ａを略０μｍ（鋭角）、底部１４０４の幅Ｗ１２ｂを２６５μｍ、先部１４０２間の間隙幅Ｗ１４ａ（サブ波長構造ＳＢ１の周期）を２６５μｍ、底部１４０４間の間隙幅Ｗ１４ｂ略０μｍ（鋭角）、テーパー形状部１４の高さＨ１６を７００μｍとした。
また、サブ波長構造ＳＢ２は、テーパー形状部２４の先部２４０２の幅Ｗ２２ａを２０μｍ、底部２４０４の幅Ｗ２２ｂを２１５μｍ、先部２４０２間の間隙幅Ｗ２４ａ（サブ波長構造ＳＢ２の周期）を２６５μｍ、底部２４０４間の間隙幅Ｗ２４ｂを５０μｍ、等幅形状部２６の幅Ｗ２６を２３５μｍ、等幅形状部２６間の間隙幅Ｗ２８を３０μｍ、テーパー形状部２４の高さＨ２２を５５０μｍ、等幅形状部２６の高さＨ２４を１５０μｍとした。
また、サブ波長構造ＳＢ３は、テーパー形状部３４の先部３４０２の幅Ｗ３２ａを２０μｍ、底部３４０４の幅Ｗ３２ｂを略２６５μｍ、先部３４０２間の間隙幅Ｗ３４ａを２６５μｍ、底部３４０４間の間隙幅Ｗ３４ｂを略０μｍ（曲率半径Ｒの曲面）、底部３４０４間の曲率半径Ｒを１５μｍ、高さＨ３６を７００μｍとした。
すなわち、サブ波長構造ＳＢ１〜ＳＢ３の基本構造は、サブ波長構造の周期（先部間の間隙幅）およびサブ波長構造の基板からの高さが、それぞれ２６５μｍ、７００μｍで統一されている。

また、テーパー形状部１４，２４，３４は四角錐であり、等幅形状部２６は矩形（上面視で正方形）であるものとした。なお、このようにテーパー形状部１４，２４を四角錐に、等幅形状部２６を矩形（上面視で正方形）にすると、基材をＸ軸方向およびＹ軸方向に直交してダイシングブレードで切断すればよく、効率的にサブ波長構造素子を製造することができる。

図３は、サブ波長構造ＳＢ１〜ＳＢ３の先部からの距離と有効屈折率との関係を示すグラフである。
図３において、縦軸は有効屈折率ｎであり、横軸はサブ波長構造ＳＢ１〜ＳＢ３の先部からの距離である。
図３に示すように、サブ波長構造ＳＢ１〜ＳＢ３の先部からの距離が０μｍの位置はサブ波長構造ＳＢ１〜ＳＢ３が形成されていない空気層と同等のため、有効屈折率ｎは空気の屈折率であるｎ＝１となる。また、サブ波長構造ＳＢ１〜ＳＢ３の先部からの距離が７００μｍの位置は、基板１２，２２，３２が位置し、有効屈折率ｎは酸化アルミニウム（アルミナ、基板の素材）の屈折率であるｎ＝３．１となる。
この間、各サブ波長構造ＳＢ１〜ＳＢ３の有効屈折率は連続的に変化する。なお、サブ波長構造ＳＢ２については、テーパー形状部２４に対応する領域では有効屈折率が連続的に変化するが、等幅形状部２６では一定値となる。

図４は、サブ波長構造ＳＢ１およびＳＢ２の透過率特性（シミュレーション）を示すグラフである。
図４において、縦軸は透過率［％］であり、横軸は入射波Ｌ１の周波数［ＧＨｚ］である。
サブ波長構造ＳＢ１について検討すると、透過率が９０％を超える領域が周波数１２５ＧＨｚ〜３５０ＧＨｚの帯域に形成され、この帯域において良好な反射防止効果が得られることがわかる。
これは、テーパー形状部１４で連続的に有効屈折率が変化することにより、ＡＲコートにおける多層膜と同等の効果が得られるためである。

また、サブ波長構造ＳＢ２では、透過率が９０％を超える領域が周波数９０ＧＨｚ〜３５０ＧＨｚの帯域に形成されており、サブ波長構造ＳＢ１に比べて遜色ない透過率特性が得られている。
これは、図３に示すように、サブ波長構造ＳＢ２では有効屈折率の変化がサブ波長構造ＳＢ１と近い値をとるためである。
すなわち、サブ波長構造素子にサブ波長構造ＳＢ１およびサブ波長構造ＳＢ２のようなテーパー形状部を形成することによって、サブ波長構造部分における有効屈折率が連続的に変化して、広い周波数帯において反射防止効果が得られるようになる。また、サブ波長構造ＳＢ２では等幅形状部を備えることによりサブ波長構造ＳＢ１に比べ成形性が向上することに加え、有効屈折率の変化をサブ波長構造ＳＢ１に近づけることでサブ波長構造ＳＢ１と遜色ない広帯域透過率特性が得られる。

比較のため、サブ波長構造ＳＢ３についても検討する。
図５は、サブ波長構造ＳＢ１およびＳＢ３の透過率特性（シミュレーション）を示すグラフである。
サブ波長構造ＳＢ３では、透過率が連続的に９０％を超え始める周波数が１３２ＧＨｚ前後になるとともに、これより高い周波数においても断続的に透過率が９０％を下回る領域が存在する。
すなわち、サブ波長構造ＳＢ３のように、単にテーパー形状部３４の先部３４０２を平面で形成したり、テーパー形状部３４の底部３４０４間の間隙を曲面で形成した場合、図３に示す通り有効屈折率の変化に差が生じるため、サブ波長構造ＳＢ１よりも全体として透過率が低くなり、反射防止性能の向上は図ることができない。

図６は、サブ波長構造ＳＢ２の材料を変更した場合の透過率特性（シミュレーション）を示すグラフである。
実線は酸化アルミニウムでサブ波長構造ＳＢ２を形成した場合の透過率特性であり、図４の実線と同じグラフである。また、一点破線はシリコンでサブ波長構造ＳＢ２を形成した場合の透過率特性である。
シリコンで形成したサブ波長構造ＳＢ２は、回折の影響により３４０ＧＨｚ前後で透過率が低下する領域があるものの、１０５ＧＨｚ前後から連続的に透過率が９０％を超えており、良好な反射防止効果が得られることがわかる。
特に、周波数１１９ＧＨｚ以上３２２ＧＨｚ以下の領域では、酸化アルミニウムおよびシリコンの両方で高い透過率を得られる。具体的には、この周波数帯では酸化アルミニウムで透過率９３％を、シリコンで透過率９４％を、それぞれ超える高い透過率を得られる。

図７は、サブ波長構造ＳＢ２の反射損失特性（シミュレーション）を示すグラフである。
図７の縦軸は反射損失（リターンロス）［ｄＢ］を示し、横軸は入射波の周波数［ＧＨｚ］を示す。また、実線は酸化アルミニウムで形成したサブ波長構造ＳＢ２、一点破線はシリコンで形成したサブ波長構造ＳＢ２の特性を示す。
酸化アルミニウムおよびシリコンのいずれも、周波数１２０ＧＨｚ前後以上の帯域で反射損失が低減する傾向があり、良好な透過特性（反射防止効果）を得られることがわかる。

なお、本発明のサブ波長構造素子１０，２０は、上述した高周波用レンズ以外にも様々な用途に使用可能である。
例えば、本発明のサブ波長構造ＳＢ１，ＳＢ２を誘電損失が大きい誘電体上に形成することにより、入射波の表面反射がなくなり、誘電体内で終端される。すなわち、誘電体にサブ波長構造ＳＢ１，ＳＢ２を形成したサブ波長構造素子１０，２０を電磁波吸収体として用いることができる。
また、サブ波長構造ＳＢ１，ＳＢ２を誘電体上に形成した場合、波長λがサブ波長構造ＳＢ１，ＳＢ２の周期ｐ×誘電体の屈折率ｎより小さくなる電磁波では、回折によりエネルギーを失う。よって、誘電体にサブ波長構造ＳＢ１，ＳＢ２を形成したサブ波長構造素子１０，２０を、高周波を遮断するローパスフィルタとして用いることができる。

以上説明したように、実施の形態にかかるサブ波長構造素子１０，２０は、連続的に幅が変化するテーパー形状部１４，２４がＡＲコートの多層膜と同等に機能して反射防止効果を得られるため、高透過率領域を広帯域化することができる。
また、サブ波長構造ＳＢ２のように等幅形状部２６を設けた場合、サブ波長構造ＳＢ２の最深部は等幅形状部２６間の均一幅の間隙となるので、最深部を鋭角で形成する場合と比較して、成形性が向上し、サブ波長構造素子の製造効率を向上させることができる。更に、等幅形状部２６を設けた場合でも、有効屈折率の変化をサブ波長構造素子１０と近い値にすることで、サブ波長構造素子１０と遜色ない広帯域透過率特性を得ることができる。
また、サブ波長構造ＳＢ２においてテーパー形状部２４の先部２４０２を平坦面に形成するようにすれば、先部２４０２を鋭角で形成する場合と比較して成形性が向上し、サブ波長構造素子の製造効率を向上させることができる。
また、サブ波長構造ＳＢ２においてテーパー形状部２４の底部の幅が等幅形状部２６の幅以下とすれば、テーパー形状部２４を等幅形状部２６上に安定して配置することができる。
また、サブ波長構造素子１０，２０を入射波Ｌ１に対する透過損失が低い酸化アルミニウムまたはシリコンで形成されているので、サブ波長構造素子１０を透過することによる入射波への影響を抑制することができる。

１０，２０……サブ波長構造素子、１２，２２……基板、１４，２４……テーパー形状部、１４０２，２４０２……先部、１４０４，２４０４……底部、２６……等幅形状部、Ｆ１……第１の面、Ｆ２……第２の面、Ｌ１……入射波、Ｌ２……出射波、ＳＢ１，ＳＢ２……サブ波長構造

Claims (5)

1. 基板の厚さ方向の一方に設けられ入射波の入射面となる第１の面と、
   前記基板の厚さ方向の他方に設けられ前記入射波が出射する第２の面とを備え、
   前記第１の面または前記２の面の少なくとも一方に前記入射波の波長より小さい周期を有するサブ波長構造を有するサブ波長構造素子であって、
   前記サブ波長構造は、前記基板から立設され前記基板から離れるに従って断面の幅が狭くなる複数のテーパー形状部を備える、
   ことを特徴とするサブ波長構造素子。
2. 前記サブ波長構造は、
   前記テーパー形状部が最大幅となる底部と前記基板との間に設けられ、断面の幅が均一な等幅形状部を更に備える、
   ことを特徴とする請求項１記載のサブ波長構造素子。
3. 前記テーパー形状部が最小幅となる先部は平坦面で形成されている、
   ことを特徴とする請求項２記載のサブ波長構造素子。
4. 前記等幅形状部の幅は、前記テーパー形状部の最大幅以上の寸法で形成されている、
   ことを特徴とする請求項２または３記載のサブ波長構造素子。
5. 前記入射波はテラヘルツ波帯の周波数であり、
   前記サブ波長構造が形成されている領域が、シリコンまたは酸化アルミニウムで形成されている、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載のサブ波長構造素子。

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