JP2017129601A5

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Publication number: JP2017129601A5
Application number: JP2016006793A
Authority: JP
Filing date: 2016-01-18
Publication date: 2018-12-27
Anticipated expiration: 2036-01-18

Description

Depolarizing element

本発明は、基板の表層部に光の波長以下のピッチをもって形成された微細構造を有し、光の偏光方向を変更して透過させる複数の偏光方向変更領域を備えた偏光解消素子に関するものである。The present invention relates to a depolarizer having a fine structure formed on a surface layer portion of a substrate with a pitch equal to or less than the wavelength of light, and having a plurality of polarization direction changing regions that change and transmit the polarization direction of light. is there.

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。 The depolarization element is used as an optical component to eliminate polarized light, which is a problem in laser printers, and speckle reduction to reduce the generation of speckles in optical systems such as optical exposure devices and optical measuring instruments. It is used as an element.

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干渉発生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、レーザ光を使用する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。 When one light beam is split into multiple light beams by passing the light from the laser through a microlens array or fly-eye lens, the split light is aligned in the same direction, and a specific light beam in the optical system. When the conditions are satisfied, the split light may cause interference, and a point (speckle) where the light strengthens in the middle of the optical system may occur. Speckle is known to occur in various optical systems that use laser light, and various methods have been proposed to eliminate this, but no effective solution has been established.

スペックルを解消する方法のひとつとして、光の偏光状態が様々になったいわゆるランダム偏光状態にすることが挙げられる。偏光が不揃いであると、指向性の低い自然光の状態に近づくために光の干渉が起こりにくいからである。 One method of eliminating speckle includes a so-called random polarization state in which the polarization state of light is varied. This is because if the polarization is uneven, light interference is unlikely to occur because it approaches the state of natural light with low directivity.

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。 As a depolarizing element, one having a sub-wavelength structure (SWS) is known (see, for example, Patent Document 1). The sub-wavelength structure is a periodic structure of grooves arranged repeatedly with a period shorter than the wavelength of light to be used.

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（いわゆる構造複屈折構造である）。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。 The periodic structure of grooves having a pitch shorter than the wavelength of light has different effective refractive indexes nTE and nTM in directions with and without periods, and behaves as if they are birefringent materials (so-called structural birefringence). Structure). Because the difference in effective refractive index can cause a difference in the propagation speed of light in each polarization direction, the polarization state of light passing through the sub-wavelength structure changes. The sub-wavelength structure can freely control birefringence and their dispersion depending on the design of the structure. Various products such as a polarizing plate, a wave plate, and a wavelength separation element have been developed using this characteristic of the sub-wavelength structure.

サブ波長構造を利用した偏光解消素子は、光を透過させる部分が複数の領域に分割され、それらの各領域に種々の光学軸方向をもったサブ波長構造が形成されている。以下、サブ波長構造が形成されている領域を偏光方向変更領域と称する。光学軸方向とは、サブ波長構造の溝の配列方向である。偏光解消素子は、各光学軸変更領域を光が走査するように平面的に駆動される。これにより、該偏光解消素子を透過する光の偏光方向が時間によって種々の方向に変更され、それらを合成した光は種々の偏光方向をもった光となる。偏光解消素子を透過した光が種々の偏光方向をもつことにより、同じ偏光方向をもった光の干渉によるスペックルが緩和される。In a depolarizing element using a sub-wavelength structure, a portion that transmits light is divided into a plurality of regions, and sub-wavelength structures having various optical axis directions are formed in each region. Hereinafter, the region where the sub-wavelength structure is formed is referred to as a polarization direction changing region. The optical axis direction is the arrangement direction of the grooves of the sub-wavelength structure. The depolarizing element is driven in a plane so that light scans each optical axis changing region. As a result, the polarization direction of the light transmitted through the depolarizing element is changed in various directions according to time, and the light obtained by combining them becomes light having various polarization directions. Since the light transmitted through the depolarizer has various polarization directions, speckle due to interference of light having the same polarization direction is alleviated.

特開２００４−３４１４５３号公報JP 2004-341453 A 特開２００８−２９８８６９号公報JP 2008-298869 A

サブ波長構造を利用した偏光解消素子は、光を透過させる部分全体に偏光方向変更領域が形成され、さらに種々の光学軸方向をもつサブ波長構造の形成された偏光方向変更領域が隣接して配置されていたため、隣接する偏光方向変更領域の境界部分（光学軸方向が変化する部分）では、光学軸方向が急激に変化するために光の散乱や回折が生じ、光透過率を低下させる要因となっていた。Depolarizer using sub-wavelength structure, the polarization direction change area is formed on the entire portion that transmits light, and various types of polarization direction change area formed sub-wavelength structure having an optical axis direction is disposed adjacent Therefore, at the boundary part between adjacent polarization direction change regions (the part where the optical axis direction changes), the optical axis direction changes abruptly, causing light scattering and diffraction, which causes a decrease in light transmittance. It was.

これに対し、例えば、偏光方向変更領域の配列を光学軸方向に規則性のないランダムな配置にするなど、偏光方向変更領域の配置を工夫することで、光学軸方向の異なる偏光方向変更領域の境界部分での光の散乱や回折を抑制することは可能であるが、その効果にも限界があり、パターン設計も容易でない。In contrast, for example, such as an array of polarization direction change area to a random arrangement without regularity in the optical axis direction, by devising the arrangement of the polarization direction changing regions, different Henhikarikata direction change regions optic axis direction Although it is possible to suppress light scattering and diffraction at the boundary portion, the effect is limited and pattern design is not easy.

そこで、本発明は、偏光解消素子のパターンの設計及び加工を容易にしながら光透過率を向上させることを目的とするものである。 Accordingly, an object of the present invention is to improve the light transmittance while facilitating the design and processing of the pattern of the depolarizing element.

本発明に係る偏光解消素子は、基板の表層部に光の波長以下のピッチをもって形成された微細構造を有し、光の偏光方向を変更して透過させる複数の偏光方向変更領域と、前記基板の表層部における互いに隣り合う前記偏光方向変更領域の間に設けられ、光の偏光方向を変更することなく透過させる偏光方向無変更領域と、を備えたものである。Depolarizer according to the present invention has a microstructure which is formed with a wavelength less pitch of the light in the surface layer of the substrate, and a plurality of polarization directions change area that transmits by changing the polarization direction of the light, the substrate It provided between the polarization direction change area adjacent to each other in the surface layer of the polarization direction unchanged region for transmitting without changing the polarization direction of the light, but having a.

ここで、「偏光方向無変更領域」とは、光の偏光方向を変更するような微細構造が形成されていない領域、すなわちサブ波長構造が形成されていない領域を意味するのであって、サブ波長構造が形成されているがその配列方向が光の偏光方向を変更しない方向であるために、出射光の偏光方向が入射光の偏光方向と同じである領域は含まれない。Here, the “ polarization direction unchanged region” means a region where a fine structure that changes the polarization direction of light is not formed, that is, a region where a sub-wavelength structure is not formed. for the structure is formed is the direction in which the alignment direction does not change the polarization direction of the light, the polarization direction of the emitted light is not included in the region is the same as the polarization direction of the incident light.

入射光と同じ光学軸方向をもつ微細構造、すなわち出射光の偏光方向が入射光と同じ偏光方向であるような微細構造は、入射光の偏光方向を変更するものではないため実質的に光学的な機能を有さず、微細構造が設けられていないのと同じである。換言すれば、光の偏光方向を変更するような微細構造をもたない領域を設ければ、その領域において入射光の偏光方向を変更することなく、入射光と同じ偏光方向の光を出射させることができるため、入射光と同じ偏光方向をもつ微細構造を有する領域を設ける必要がない。 Fine structure with the same optical axis direction as the incident light, that is, the outgoing lightPolarizationDirection is the same as incident lightside lightThe direction of the microstructure is the direction of the incident lightPolarizationSince the direction is not changed, it has substantially no optical function and is the same as the case where no fine structure is provided. In other words, the light PolarizationIf a region that does not have a fine structure that changes the direction is provided, the incident light in that regionPolarizationSame as incident light without changing directionPolarizationBecause it can emit light in the direction, it is the same as incident lightPolarizationThere is no need to provide a region having a directional microstructure.

前記偏光方向無変更領域は、前記微細構造の凸部と同一高さの平坦面を有するものとすることができる。かかる偏光方向無変更領域は、例えば偏光方向変更領域の微細構造の凹部を形成するためのエッチングの際に、偏光方向無変更領域となる領域全体にマスクを施してその領域全体がエッチングされないようにすることで形成されるものである。The polarization direction unchanged region may have a flat surface having the same height as the convex portion of the fine structure. Such polarization direction unmodified region, for example, during the etching for forming the recess of the microstructure of the polarization direction change area, as the entire region is not etched by applying a mask to the entire region to be a polarization direction unchanged region It is formed by doing.

また、前記偏光方向無変更領域は前記微細構造の凹部と同一高さの平坦面を有するものとしてもよい。かかる偏光方向無変更領域は、例えば偏光方向変更領域の微細構造の凹部を形成するためのエッチングの際に、偏光方向無変更領域となる領域にマスクを施さないことによってその領域全体にエッチングがなされることで形成されるものである。Further, the polarization direction unchanged region may have a flat surface having the same height as the concave portion of the fine structure. Such a polarization direction unchanged region is etched in the entire region by not masking the region that becomes the polarization direction unchanged region, for example, in the etching for forming the concave portion of the fine structure of the polarization direction changed region. Is formed.

前記偏光方向無変更領域に反射防止膜が形成されていることが好ましい。そうすれば、偏光方向無変更領域における光透過率を向上させることができ、当該偏光解消素子の光透過率を向上させることができる。偏光方向無変更領域をもたない偏光解消素子でも、予め基板に反射防止膜を形成しておいてから微細構造形成用のエッチングを施す等の方法により、微細構造の凸部の上面に反射防止膜を残存させることは可能であるが、微細構造であるため光透過率を向上させるという効果は限定的である。これに対し、偏光方向無変更領域は平坦面であるから、反射防止膜を形成することによって光透過率をより大きく向上させることができる。 AbovePolarization directionIt is preferable that an antireflection film is formed in the non-change region. that way, Polarization directionThe light transmittance in the non-change region can be improved, and the light transmittance of the depolarizing element can be improved.Polarization directionEven for a depolarizing element that does not have an unchanged region, an antireflection film is formed on the upper surface of the convex portion of the fine structure by, for example, forming an antireflection film on the substrate in advance and then performing etching for forming the fine structure. Although it can be left, the effect of improving the light transmittance is limited due to the fine structure. In contrast,Polarization directionSince the non-change region is a flat surface, the light transmittance can be greatly improved by forming an antireflection film.

また、上記反射防止膜の代わりに、前記偏光方向無変更領域に反射防止構造が形成されていても、同様の効果を得ることができる。The same effect can be obtained even when an antireflection structure is formed in the polarization direction unchanged region instead of the antireflection film.

前記偏光方向変更領域として、同一平面内において互いに異なる光学軸方向をもつ複数の偏光方向変更領域を有し、同じ光学軸方向をもつ前記偏光方向変更領域の合計面積は各光学軸方向間において略同一であり、前記偏光方向無変更領域の合計面積も各光学軸方向の前記偏光方向変更領域の合計面積と略同一であることが好ましい。上述のように、偏光方向無変更領域は入射光の偏光方向と同じ光学軸方向のサブ波長構造を有する領域としての光学的機能を有するのであるから、各光学軸方向の偏光方向変更領域のそれぞれの合計面積と偏光方向無変更領域の合計面積とが同じ面積をもつことによって、それらの領域を走査される光は、偏光方向の時間分割が均等に行なわれるようになり、より自然光に近い光を作り出すことができる。As the polarization direction change area having a plurality of polarization directions change area having different optical axis directions in the same plane, the total area of the polarization direction change area having the same optical axis direction substantially between the optical axis It is preferable that the total area of the polarization direction non-change regions is the same as the total area of the polarization direction change regions in each optical axis direction. As described above, since the polarization direction unchanged region is to have an optical function as a region having a sub-wavelength structure of the same optical axis direction as the polarization direction of the incident light, each of the polarization directions change area of the optical axis Since the total area of the same area and the total area of the polarization direction unchanged region have the same area, the light that is scanned in these areas is evenly divided in time in the polarization direction, and light that is closer to natural light. Can produce.

ここで、上記の「略同一」とは、各光学軸方向の偏光方向変更領域のそれぞれの合計面積、及び偏光方向無変更領域の合計面積が全く同一である場合だけでなく、各光学軸方向の偏光方向変更領域及び偏光方向無変更領域の合計面積の間にバラツキが存在するが、各領域を透過した光の合成光の各偏光方向成分のバラツキが目視レベルで感じられない程度（例えば２０％程度）である場合も含む。Here, "substantially the same" in the above, not only the total area of each of the total area, and the polarization direction unchanged area of the polarization direction changing region of the optical axis direction is exactly the same, the optical axis direction Although there is a variation between the total areas of the polarization direction changing region and the polarization direction non-changing region, the variation of each polarization direction component of the combined light transmitted through each region is not perceived at a visual level (for example, 20 %).

本発明に係る偏光解消素子は、互いに隣り合う偏光方向変更領域の間に、光の偏光方向を変更することなく透過させる偏光方向無変更領域が設けられているので、互いに異なる光学軸方向をもつ微細構造が隣接せず、光の散乱や回折を生じる微細構造の境界部分が存在しない。これにより、光透過率が向上する。Depolarizer according to the present invention, between the polarization direction change area adjacent to each other, since the direction of polarization unchanged region for transmitting without changing the polarization direction of the light is provided, having different optical axis directions The microstructures are not adjacent to each other, and there are no boundaries between the microstructures that cause light scattering and diffraction. Thereby, the light transmittance is improved.

上述のように、偏光方向無変更領域が入射光の偏光方向と同じ特定の光学軸方向をもつ微細構造を有する領域としての機能を有するため、入射光の偏光方向と同じ特定の光学軸方向をもつ領域を設ける必要がなくなり、他の光学軸方向をもつ微細構造をもつ偏光方向変更領域を設けるスペースを確保することができる。これにより、光の偏光方向を時間分割するための微細構造のパターン数を増加させることができ、スペックルの解消効果を向上させることができる。As described above, since the polarization direction unmodified region functions as a region having a fine structure with the same specific optical axis direction as the polarization direction of the incident light, the same specific optical axis direction as the polarization direction of the incident light It is not necessary to provide a region having a space, and a space for providing a polarization direction changing region having a fine structure having another optical axis direction can be secured. Thereby, the number of fine structure patterns for time-dividing the polarization direction of light can be increased, and the effect of eliminating speckles can be improved.

従来のように、微細構造を有する偏光方向変更領域を隣接して配置すると、隣接する偏光方向変更領域間の境界部分は、偏光方向変更領域を微細化して配列すればするほど増加することになる。隣接する偏光方向変更領域間の境界部分が増加すると、その部分での散乱光や回折光が増加し、光透過率が低下する。したがって、従来の偏光解消素子では、偏光方向変更領域の微細化に限界があった。As is conventional, when positioned adjacent the polarization direction change area having a microstructure, the boundary portion between the polarization direction change area adjacent the polarization direction change area to increase more you sequence is miniaturized Become. When the boundary part between adjacent polarization direction changing regions increases, scattered light and diffracted light in that part increase, and the light transmittance decreases. Therefore, the conventional depolarizing element has a limit in miniaturizing the polarization direction changing region.

これに対し、本発明では、互いに隣り合う偏光方向変更領域の間にサブ波長構造をもたない偏光方向無変更領域が存在するため、光の散乱や回折を生じる微細構造の境界部分が存在せず、偏光方向変更領域を微細化しても散乱光や回折光が増加しない。したがって、偏光方向変更領域の微細化が可能となり、光の偏光方向を時間分割するための微細構造のパターン数をさらに増加させることができ、スペックルの解消効果を向上させることができる。 In contrast, in the present invention, they are adjacent to each other.Polarization directionNo sub-wavelength structure between change areasPolarization directionBecause there is no change area, there is no fine structure boundary that causes light scattering and diffraction,Polarization directionEven if the change area is miniaturized, scattered light and diffracted light do not increase. Therefore, Polarization directionThe change area can be miniaturized and lightPolarizationIt is possible to further increase the number of fine structure patterns for time-sharing directions, and to improve the speckle elimination effect.

また、互いに隣り合う偏光方向変更領域の境界部分にサブ波長構造を形成しないため、設計及び加工が容易になる。さらに、光学軸方向の異なるサブ波長構造どうしが隣接しないため、熱膨張によるパターンの歪みや倒れも発生せず、歩留まりが向上する。In addition, since the sub-wavelength structure is not formed at the boundary portion between the polarization direction changing regions adjacent to each other, design and processing are facilitated. Further, since the sub-wavelength structures having different optical axis directions are not adjacent to each other, pattern distortion or collapse due to thermal expansion does not occur, and the yield is improved.

偏光解消素子の一実施例を概略的に示す平面図である。It is a top view which shows roughly one Example of a depolarization element. 同偏光解消素子が駆動されることによって光の走査方向を示す図である。It is a figure which shows the scanning direction of light by driving the same depolarization element. 同偏光解消素子による光の偏光方向の時間分割機能を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the time division function of the polarization direction of the light by the same depolarization element. 偏光解消素子の構造の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the structure of a depolarizing element. 偏光解消素子の構造の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the structure of a depolarizing element. 偏光解消素子の構造のさらに他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the further another example of the structure of a depolarizing element. 図６の構造を有する偏光解消素子の製造工程の一例をその順に示す工程断面図である。FIG. 7 is a process cross-sectional view illustrating an example of a manufacturing process of the depolarizer having the structure of FIG. 6 in that order. 図７の続きを示す工程断面図である。FIG. 8 is a process cross-sectional view illustrating the continuation of FIG. 7. 偏光解消素子の構造のさらに他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the further another example of the structure of a depolarizing element. 偏光解消素子の構造のさらに他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the further another example of the structure of a depolarizing element. 偏光方向変更領域と偏光方向無変更領域の配置の一例を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating an example of arrangement | positioning of a polarization direction change area | region and a polarization direction non-change area | region. 偏光方向変更領域と偏光方向無変更領域の配置の他の例を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the other example of arrangement | positioning of a polarization direction change area | region and a polarization direction non-change area | region. 偏光方向変更領域と偏光方向無変更領域の配置のさらに他の例を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the further another example of arrangement | positioning of a polarization direction change area | region and a polarization direction non-change area | region. 偏光方向変更領域と偏光方向無変更領域の配置のさらに他の例を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the further another example of arrangement | positioning of a polarization direction change area | region and a polarization direction non-change area | region. 偏光方向変更領域と偏光方向無変更領域の配置のさらに他の例を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the further another example of arrangement | positioning of a polarization direction change area | region and a polarization direction non-change area | region. 偏光方向変更領域と偏光方向無変更領域の配置のさらに他の例を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the further another example of arrangement | positioning of a polarization direction change area | region and a polarization direction non-change area | region.

以下、本発明に係る偏光解消素子の実施形態について、図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of a depolarizing element according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は偏光解消素子の一実施例を模式的に示す平面図である。 FIG. 1 is a plan view schematically showing an embodiment of a depolarizing element.

この実施例の偏光解消素子１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凹凸形状からなるサブ波長構造（微細構造）を有する複数の偏光方向変更領域４と、各偏光方向変更領域４の周囲を取り囲むように設けられた偏光方向無変更領域６を備えている。偏光方向変更領域４の微細構造は、その領域を透過する光に位相差を与えることによってその光の偏光方向を変更するように形成されたものである。他方、偏光方向無変更領域６は、透過する光の偏光方向を変更するような微細構造をもたない。すなわち、偏光方向無変更領域６は、その領域に入射した光の偏光方向を変更することなくそのまま透過させる領域である。The depolarizing element 1 of this embodiment includes a plurality of polarization direction changing regions 4 having a sub-wavelength structure (fine structure) having a concavo-convex shape arranged repeatedly with a period shorter than the wavelength of light to be used, and each polarization direction. A polarization direction non-change area 6 is provided so as to surround the change area 4. The fine structure of the polarization direction changing region 4 is formed so as to change the polarization direction of the light by giving a phase difference to the light transmitted through the region. On the other hand, the polarization direction non-change region 6 does not have a fine structure that changes the polarization direction of transmitted light. That is, the polarization direction unchanged region 6 is a region that transmits the light incident on the region as it is without changing the polarization direction.

この実施例の偏光方向変更領域４には４種類の微細構造のうちのいずれかが形成されており、各偏光方向変更領域４を光が走査することによって光の偏光方向が種々の方向へ変更されるようになっている。偏光方向変更領域４に形成されている微細構造は、入射光の偏光方向を図における上下方向（（Ａ）の方向とする）とすると、入射光の偏光方向（Ａ）を４５°回転させた（Ｂ）の方向に変更する微細構造、入射光の偏光方向（Ａ）を９０°回転させた方向（Ｃ）に変更する微細構造、入射光の偏光方向（Ａ）を１３５°回転させた方向（Ｄ）に変更する微細構造、又は直線偏光である入射光を楕円偏光にする微細構造のいずれかである。 Of this examplePolarization directionAny one of four types of microstructures is formed in the change region 4,Polarization directionBy scanning the change area 4 with light,PolarizationThe direction is changed in various directions.Polarization directionThe microstructure formed in the change region 4 is the incident light PolarizationIf the direction is the vertical direction in the figure (the direction of (A)),PolarizationFine structure that changes the direction (A) to the direction (B) rotated by 45 °, the incident lightPolarizationFine structure to change the direction (A) to 90 ° rotated direction (C), incident lightPolarizationIt is either a fine structure that changes the direction (A) to a direction (D) rotated by 135 °, or a fine structure that converts incident light that is linearly polarized light into elliptically polarized light.

偏光解消素子に４種類の微細構造を形成する場合、合成された透過光に３６０°方向に対して均等な偏光方向成分が存在するように、４５°（１８０°÷４）間隔でずれた方向性（０°、４５°、９０°１３５°）をもった微細構造を配置することが一般的である。以下、偏光解消素子に形成される微細構造の種類の数をパターンレベルと称する。このような４パターンレベルの偏光解消素子は、光の偏光方向を４つの方向に時間分割することができる。When four types of microstructures are formed on the depolarization element, the directions shifted by 45 ° (180 ° ÷ 4) intervals so that the synthesized transmitted light has a uniform polarization direction component with respect to the 360 ° direction. It is common to arrange fine structures having properties (0 °, 45 °, 90 ° 135 °). Hereinafter, the number of types of fine structures formed in the depolarizer is referred to as a pattern level. Such a 4-pattern level depolarizer can time-divide the polarization direction of light into four directions.

これに対し、この実施例の偏光解消素子１は入射光の偏光方向（Ａ）と同一の光学軸方向の微細構造を有する偏光方向変更領域４は存在しない。既述のように、光の偏光方向を変更する微細構造をもたない偏光方向無変更領域６は入射光の偏光方向（Ａ）と同一の光学軸方向の微細構造を有する偏光方向変更領域と同じ光学的機能を有するものであるから、この偏光解消素子１は、入射光の偏光方向が（Ａ）の方向となるように使用することで、４種類の偏光方向変更領域４と偏光方向無変更領域６とで、光の偏光方向を（Ａ）−（Ｅ）の５方向へ時間分割する５パターンレベルの偏光解消素子として機能するのである。On the other hand, the depolarizing element 1 of this embodiment does not have the polarization direction changing region 4 having a fine structure in the same optical axis direction as the polarization direction (A) of the incident light. As described above, the polarization direction unmodified region 6 without a microstructure to change the polarization direction of the light polarization direction change area having the same optical axis direction of the microstructure to the polarization direction (A) of the incident light since those having the same optical function, the depolarization element 1, the use as the polarization direction of the incident light becomes a direction of (a), 4 types of polarized light direction changing region 4 and the Mu polarization direction The change area 6 functions as a 5-pattern level depolarizing element that time-divides the polarization direction of light into five directions (A) to (E).

さらに、この実施例の偏光解消素子１では、偏光方向無変更領域６が設けられているというだけでなく、互いに隣り合う偏光方向偏光領域４の間に必ず偏光方向無変更領域６が存在するようになっていることにより、以下の効果を得ることができる。Furthermore, in the depolarization element 1 of this embodiment, not only the polarization direction unchanged region 6 is provided, but the polarization direction unchanged region 6 always exists between the polarization direction polarized regions 4 adjacent to each other. As a result, the following effects can be obtained.

まず、図２の太線矢印の経路で光が走査するように偏光解消素子１を駆動したとすると、図３に示されているように、偏光解消素子１を透過した光は（Ｂ）−（Ａ）−（Ｃ）−（Ａ）−（Ｄ）−（Ａ）−（Ｅ）−（Ａ）−（Ｃ）−（Ａ）−（Ｂ）−（Ａ）−（Ｅ）−（Ａ）−（Ｄ）−（Ａ）−（Ｅ）―・・・というように光の偏光方向が常に方向（Ａ）を挟みながら変化していき、偏光方向の時間分解がより細かく行なわれるようになる。これにより、スペックルの解消効果が向上する。First, assuming that the depolarizing element 1 is driven so that light scans along the path of the thick arrow in FIG. 2, the light transmitted through the depolarizing element 1 is (B) − ( A)-(C)-(A)-(D)-(A)-(E)-(A)-(C)-(A)-(B)-(A)-(E)-(A) -(D)-(A)-(E) -... The polarization direction of light always changes while sandwiching the direction (A), and the time resolution of the polarization direction becomes finer. . Thereby, the effect of eliminating speckle is improved.

また、偏光方向変更領域４が隣接しないため、隣り合う偏光方向変更領域の境界部分が存在しないこととなる。異なる光学軸方向をもつ微細構造が隣接して配置されていると、その境界領域でパターンの配列方向の急激な変化によって光の散乱や回折が生じ、光透過率が低下するが、そのような境界部分のない偏光解消素子１は境界部分での光の散乱や回折がなく、光透過率が向上する。In addition, since the polarization direction changing regions 4 are not adjacent to each other, there is no boundary portion between adjacent polarization direction changing regions. If microstructures with different optical axis directions are arranged adjacent to each other, light scattering and diffraction occur due to abrupt changes in the arrangement direction of the pattern in the boundary region, and the light transmittance decreases. The depolarizing element 1 having no boundary portion does not scatter or diffract light at the boundary portion, and the light transmittance is improved.

さらに、偏光方向変更領域を隣接して配置した場合、偏光方向変更領域を微細にすればするほど、全体としてその境界部分が増加することになり、光の散乱や回折が増加する。これに対し、隣り合う偏光方向変更領域４の境界部分が存在しないため、従来よりも偏光方向変更領域４の微細化が可能となり、光透過率を低下させることなく、光の偏光方向の時間分解機能を向上させることができる。Furthermore, when placed adjacent the polarization direction change area, the more you the polarization direction change area fine, will be the boundary portion as a whole is increased, scattering and diffraction of light is increased. On the other hand, since there is no boundary between adjacent polarization direction changing regions 4, the polarization direction changing region 4 can be made finer than before, and the time resolution of the polarization direction of light can be achieved without lowering the light transmittance. Function can be improved.

光学軸方向の異なる微細構造を隣接して配置しないため、隣接して配置する場合に比べてその設計と加工が容易であるとともに、全体として微細構造が形成されている領域の面積が低下するため、歩留まりが向上し、製造コストの低減を図ることができる。 Since the microstructures with different optical axis directions are not arranged adjacent to each other, the design and processing are easier than in the case of arranging them adjacent to each other, and the area of the region where the microstructure is formed as a whole is reduced. The yield can be improved and the manufacturing cost can be reduced.

偏光解消素子１の断面構造としては、図４に示されているように、偏光方向無変更領域６が偏光方向変更領域４に形成されている微細構造の凸部と同じ高さを有する平面となっている構造が挙げられる。この構造は、例えば、石英材料等からなる基板２における微細構造の凸部及び偏光方向無変更領域６となる部分にＣｒ膜を配置し、Ｃｒ膜をマスクとして基板２の面に垂直な方向にドライエッチングを行なうことで得られる。As shown in FIG. 4, the cross-sectional structure of the depolarizing element 1 includes a plane having the same height as the convex portion of the fine structure in which the polarization direction non-change region 6 is formed in the polarization direction change region 4. The structure which has become. In this structure, for example, a Cr film is arranged on the convex portion of the fine structure on the substrate 2 made of quartz material or the like and the portion that becomes the polarization direction unchanging region 6, and the Cr film is used as a mask in a direction perpendicular to the surface of the substrate 2. It can be obtained by dry etching.

図４の構造では、図６に示されているように、偏光方向無変更領域６の表面に反射防止膜８を形成することができる。これにより、偏光方向無変更領域６の光透過率をさらに向上させることができる。In the structure of FIG. 4, as shown in FIG. 6, an antireflection film 8 can be formed on the surface of the polarization direction unchanged region 6. Thereby, the light transmittance of the polarization direction unchanged region 6 can be further improved.

偏光方向無変更領域６に反射防止膜８が形成された偏光解消素子１の製造方法の一例について図７及び図８を用いて説明する。An example of a method for manufacturing the depolarizing element 1 in which the antireflection film 8 is formed in the polarization direction unchanged region 6 will be described with reference to FIGS.

まず、石英ガラス等からなる基板２を用意し（図７（ａ））、その基板２の表面に蒸着法によって多層膜からなる反射防止膜８を形成する（図７（ｂ））。その反射防止膜８上にスパッタ法によりＣｒ膜１０を形成する（図７（ｃ））。そのＣｒ膜１０上に電子線描画用のレジスト１２を塗布しプリベークした後、描画、現像及びリンスの工程により、微細構造の凸部及び偏光方向無変更領域６となる部分にのみレジスト１２を残存させる（図７（ｄ））。レジスト１２をマスクとしてＣｒ膜１０のドライエッチングを行なうことにより（図７（ｅ））、微細構造の凸部及び偏光方向無変更領域６となる部分上にＣｒ膜１０からなるマスクが形成される。その後、レジスト１２を剥離する（図７（ｆ））。First, a substrate 2 made of quartz glass or the like is prepared (FIG. 7A), and an antireflection film 8 made of a multilayer film is formed on the surface of the substrate 2 by vapor deposition (FIG. 7B). A Cr film 10 is formed on the antireflection film 8 by sputtering (FIG. 7C). The resist 12 for electron beam drawing is applied on the Cr film 10 and prebaked, and then the resist 12 is left only in the portions that become the convex portions of the fine structure and the polarization direction unchanged region 6 by the drawing, developing and rinsing steps. (FIG. 7D). By performing dry etching of the Cr film 10 using the resist 12 as a mask (FIG. 7 (e)), a mask made of the Cr film 10 is formed on the portion that becomes the convex portion of the fine structure and the polarization direction unchanged region 6. . Thereafter, the resist 12 is removed (FIG. 7F).

Ｃｒ膜１０をマスクとして反射防止膜８及び基板２のドライエッチングを行なう（図８（ｇ））。基板２にバイアスをかけることにより、基板２の表面に対して垂直な方向にエッチングを進行させる（図８（ｈ））。Ｃｒ膜１０を所定の剥離処理により除去する（図８（ｉ））。これにより、偏光方向無変更領域６の表面に反射防止膜８を残存させつつ偏光方向変更領域４の微細構造を形成することができる。The antireflection film 8 and the substrate 2 are dry-etched using the Cr film 10 as a mask (FIG. 8G). By applying a bias to the substrate 2, etching proceeds in a direction perpendicular to the surface of the substrate 2 (FIG. 8H). The Cr film 10 is removed by a predetermined peeling process (FIG. 8 (i)). Thus, it is possible to form a fine structure of the polarization direction changing region 4 while leaving the anti-reflection film 8 on the surface of the polarization direction unmodified region 6.

また、偏光解消素子１の断面構造としては、図５に示されているように、偏光方向無変更領域６が偏光方向変更領域４に形成されている微細構造の溝の底面と同じ高さを有する平面となっている構造であってもよい。この構造は、例えば、石英材料等からなる基板２における微細構造の凸部となる部分にのみＣｒ膜を配置し、Ｃｒ膜をマスクとして基板２の面に垂直な方向にドライエッチングを行なうことで得られる。Further, as shown in FIG. 5, the cross-sectional structure of the depolarizing element 1 has the same height as the bottom surface of the groove of the fine structure in which the polarization direction non-change region 6 is formed in the polarization direction change region 4. It may be a structure having a flat surface. In this structure, for example, a Cr film is disposed only on a portion of the substrate 2 made of a quartz material, which is a convex portion of a fine structure, and dry etching is performed in a direction perpendicular to the surface of the substrate 2 using the Cr film as a mask. can get.

図５のように、偏光方向無変更領域６が微細構造の溝の底面と同じ高さを有する平面である場合であっても、図９に示されているように、偏光方向無変更領域６に反射防止膜８を形成して、光透過率の向上を図ることができる。この構造は、例えば、ドライエッチングにより偏光方向変更領域４の微細構造及び偏光方向無変更領域６を形成した後、反射防止膜８を斜め蒸着（入射角度２０°程度）することにより実現することができる。As shown in FIG. 5, even when the polarization direction unmodified region 6 is a plane having the same height as the bottom surface of the groove of the microstructure, as shown in Figure 9, the polarization direction unchanged region 6 By forming the antireflection film 8 on the surface, the light transmittance can be improved. This structure can be realized, for example, by forming the fine structure of the polarization direction changing region 4 and the polarization direction unchanged region 6 by dry etching and then depositing the antireflection film 8 obliquely (incident angle of about 20 °). it can.

なお、微細構造の形成方法としては、上記の方法に限られず、ナノインプリント法を用いて形成することも可能である。ナノインプリント法を用いた形成方法の一例は、石英基板上にシリコン層を形成し、そのシリコン層上にインプリント法を用いてマスクパターンを形成した後、そのマスクパターンをマスクにしてドライエッチングによりシリコン層をパターニングし、微細な凹凸構造をもつシリコンパターンを形成する。マスクパターンを除去した後、シリコンパターンに対して熱酸化処理を施すことにより、石英基板上にシリコンが熱酸化されて形成された二酸化ケイ素からなる微細構造が得られる。 Note that the formation method of the fine structure is not limited to the above-described method, and it can also be formed using a nanoimprint method. An example of a formation method using the nanoimprint method is that a silicon layer is formed on a quartz substrate, a mask pattern is formed on the silicon layer using an imprint method, and then silicon is formed by dry etching using the mask pattern as a mask. The layer is patterned to form a silicon pattern having a fine concavo-convex structure. After removing the mask pattern, the silicon pattern is subjected to thermal oxidation to obtain a fine structure made of silicon dioxide formed by thermally oxidizing silicon on the quartz substrate.

また、図１０に示されているように、偏光方向無変更領域６に立体的な反射防止構造９を形成することもできる。この反射防止構造９の形成方法の一例は次のとおりである。予め結晶面を規制したシリコン基板にパターニングを行なった後、シリコン基板に対してアルカリ・ウェットエッチングを行ない、シリコン基板の表面に反射防止構造となる微細な切妻凹凸形状を形成する。このシリコン基板を金型として使用する。そして、基板２の一表面全体に光硬化樹脂を塗布した後、金型を押し当てた状態で基板２の表面の樹脂を硬化させることにより、金型の微細な切妻凹凸形状を樹脂に転写する。その後、ドライエッチングにより樹脂の微細形状を基板２に転写する。表面に微細形状が転写された基板２をスタート基板として、Ｃｒ膜等のマスクを用いたドライエッチングによる方法や、ナノインプリント法を用いた方法により、偏光方向無変更領域６に反射防止構造９を残存させながら、偏光方向変更領域４に微細構造を形成することができる。反射防止構造９の凹凸形状は高さが非常に低いため、Ｃｒ膜等のマスクを用いたドライエッチングによる方法や、ナノインプリント法を用いた方法のプロセスに影響を与えない。なお、この方法では、偏光方向変更領域４の微細構造の凸部にも反射防止構造の凹凸形状が残ることとなるが、図１０ではその図示は省略されている。Further, as shown in FIG. 10, a three-dimensional antireflection structure 9 can be formed in the polarization direction unchanged region 6. An example of a method of forming the antireflection structure 9 is as follows. After patterning on a silicon substrate whose crystal plane has been regulated in advance, alkali wet etching is performed on the silicon substrate to form a fine gable concavo-convex shape serving as an antireflection structure on the surface of the silicon substrate. This silicon substrate is used as a mold. And after apply | coating photocurable resin to the whole one surface of the board | substrate 2, the fine gable | groove uneven | corrugated shape of a metal mold | die is transcribe | transferred to resin by hardening the resin of the surface of the board | substrate 2 in the state which pressed the metal mold | die. . Thereafter, the fine shape of the resin is transferred to the substrate 2 by dry etching. The antireflection structure 9 remains in the polarization direction unchanged region 6 by a dry etching method using a mask such as a Cr film or a nanoimprint method using the substrate 2 having a fine shape transferred on the surface as a start substrate. Thus, a fine structure can be formed in the polarization direction changing region 4. Since the uneven shape of the antireflection structure 9 is very low, it does not affect the process of the dry etching method using a mask such as a Cr film or the method using the nanoimprint method. In this method, the concave and convex shape of the antireflection structure remains on the convex portion of the fine structure in the polarization direction changing region 4, but the illustration thereof is omitted in FIG.

なお、この実施例では、偏光方向変更領域４の微細構造が基板２の表面をドライエッチングすることによって形成されているが、基板２の表面に基板２とは異なる材質の誘電体薄膜層が形成され、その誘電体薄膜層がドライエッチングされることによって微細構造が形成されていてもよい。In this embodiment, the fine structure of the polarization direction changing region 4 is formed by dry etching the surface of the substrate 2, but a dielectric thin film layer made of a material different from the substrate 2 is formed on the surface of the substrate 2. In addition, the fine structure may be formed by dry etching the dielectric thin film layer.

本発明において、互いに隣り合う偏光方向変更領域４の間に偏光方向無変更領域６が存在することが最低限度の要件であり、その配置方法については自由に設計することができる。しかし、偏光解消素子１を透過した光をより自然光に近い光とするために、合成された透過光に各光学軸方向成分が均等に存在していることが望ましい。そのためには、偏光解消素子１の光を透過させる面における各光学軸方向のそれぞれの偏光方向偏光領域４の合計面積が略同一であり、かつそれらの合計面積と偏光方向無変更領域６の合計面積が略同一であるということが必要となる。「略同一」とは、完全に同一である場合だけでなく、ある程度均一化されているものの目視レベルでそれを認識することができない程度のバラツキ（例えば２０％程度）がある場合も含む。In the present invention, the minimum requirement is that there is no polarization direction change region 6 between the polarization direction change regions 4 adjacent to each other, and the arrangement method can be freely designed. However, in order to make the light transmitted through the depolarizer 1 light closer to natural light, it is desirable that the components in the optical axis direction are present uniformly in the combined transmitted light. For this purpose, the total area of the polarization direction polarization regions 4 in the respective optical axis directions on the surface through which the light of the depolarization element 1 transmits is substantially the same, and the total area and the total of the polarization direction unchanged region 6 It is necessary that the areas are substantially the same. “Substantially the same” includes not only the case where they are completely the same, but also the case where there is variation (for example, about 20%) that is uniform to some extent but cannot be recognized at the visual level.

例えば、偏光解消素子１が図１の実施例のように（Ａ）−（Ｅ）の５パターンレベルを有する場合には、透過光が（Ａ）方向の光となる偏光方向無変更領域６の合計面積、及び（Ｂ）−（Ｅ）の各光学軸方向をもつそれぞれの偏光方向変更領域４の合計面積がすべて同一である必要がある。各光学軸方向の偏光方向変更領域４の合計面積をすべて同一とするためには、各偏光方向変更領域４の面積をすべて同一にし、同じ光学軸方向をもつ偏光方向更領域４の個数を同一にすればよい。その上で、偏光方向無変更領域６の合計面積が各光学軸方向の偏光方向変更領域４のそれぞれの合計面積と同一になるように設計すればよい。For example, when the depolarizing element 1 has five pattern levels (A) to (E) as in the embodiment of FIG. 1, the polarization direction unchanged region 6 in which the transmitted light becomes light in the (A) direction. The total area and the total area of the polarization direction changing regions 4 having the optical axis directions (B) to (E) must all be the same. To the same all the total area of the polarization direction changing region 4 of each optical axis direction, the area of each polarization direction change area 4 all the same, the same number of polarization direction further regions 4 having the same optical axis You can do it. In addition, the total area of the polarization direction unchanged regions 6 may be designed to be the same as the total area of the polarization direction changed regions 4 in each optical axis direction.

そのような設計を容易にするために、以下、偏光方向変更領域４及び偏光方向無変更領域６の配置についての設計方法の一例を説明する。To facilitate such a design, the following, an example of a method for designing the arrangement of the polarization direction changing region 4 and the polarization direction unmodified region 6.

図１１に示されているように、偏光解消素子１の光を透過させる面を複数の均等な領域３（以下、分割領域３と称する）に分割し、各分割領域３に１つの偏光方向変更領域４が内包されている。図１１の例では、分割領域３の形状は正方形であり、偏光方向変更領域４の形状も正方形であるが、分割領域３及び偏光方向変更領域４の形状に特に制限はない。As shown in FIG. 11, the light transmitting surface of the depolarizing element 1 is divided into a plurality of equal areas 3 (hereinafter referred to as divided areas 3), and one polarization direction is changed in each divided area 3. Region 4 is included. In the example of FIG. 11, the shape of the divided region 3 is a square and the shape of the polarization direction changing region 4 is also a square, but the shape of the divided region 3 and the polarization direction changing region 4 is not particularly limited.

図１１の例では、パターンレベル数が５であるから、偏光方向変更領域４に形成されている微細構造の光学軸方向の種類数は４である。したがって、各光学軸方向の偏光方向変更領域４の個数を同一にするとして、同一光学軸方向をもつ偏光方向変更領域４の合計面積と偏光方向無変更領域６の合計面積とを同一にするためには、次式（１）を満たすように、分割領域３の１辺の長さＡと、偏光方向変更領域４の一辺の長さａを設定すればよい。
（Ａ^２−ａ^２）×４＝ａ^２
ａ^２＝０．８Ａ^２（１）In the example of FIG. 11, since the number of pattern levels is 5, the number of types of fine structures formed in the polarization direction changing region 4 in the optical axis direction is four. Therefore, as the number of polarization direction change area 4 of the optical axis direction in the same, to the same as the total area of the polarization direction changing region 4 and the total area of the polarization direction unmodified regions 6 having the same optical axis In this case, the length A of one side of the divided region 3 and the length a of one side of the polarization direction changing region 4 may be set so as to satisfy the following expression (1).
(A ² −a ² ) × 4 = a ²
a ² = 0.8 A ² (1)

すなわち、分割領域３及び偏光方向変更領域４の形状がともに正方形である場合、パターンレベル数をｎとすれば、
（Ａ^２−ａ^２）×（ｎ−１）＝ａ^２（２）
の関係を満たすようにＡとａを設定することで、同一光学軸方向をもつ偏光方向変更領域４の合計面積と偏光方向無変更領域６の合計面積とを同一にすることができる。That is, when the shape of both the divided region 3 and the polarization direction changing region 4 is square, if the number of pattern levels is n,
(A ² −a ² ) × (n−1) = a ² (2)
By setting the A and a so as to satisfy the relationship, it is possible to make the total area of the total area and the polarization direction unmodified region 6 of the polarization direction change area 4 having the same optical axis in the same.

図１２に示されているようにパターンレベル数を４にした場合は、偏光方向変更領域４に４５°間隔でずれた光学軸方向をもつ微細構造を形成する。この場合、
（Ａ^２−ａ^２）×３＝ａ^２（３）
すなわち、ａ＝０．８６６０Ａを満たすようにＡとａを設定することで、同一光学軸方向をもつ偏光方向変更領域４の合計面積と偏光方向無変更領域６の合計面積とを同一にすることができる。As shown in FIG. 12, when the number of pattern levels is 4, a fine structure having an optical axis direction shifted by 45 ° intervals is formed in the polarization direction changing region 4. in this case,
(A ² −a ² ) × 3 = a ² (3)
That, a = 0.8660A By setting A and a to meet, to the total area of the polarization direction change area 4 having the same optical axis and the total area of the polarization direction unmodified region 6 in the same Can do.

図１３に示されているようにパターンレベル数を８にした場合は、偏光方向変更領域４に２２．５°間隔でずれた光学軸方向をもつ微細構造を形成する。この場合、
（Ａ^２−ａ^２）×７＝ａ^２（４）
すなわち、ａ＝０．９３５４Ａを満たすようにＡとａを設定することで、同一光学軸方向をもつ偏光方向変更領域４の合計面積と偏光方向無変更領域６の合計面積とを同一にすることができる。As shown in FIG. 13, when the number of pattern levels is 8, a fine structure having an optical axis direction shifted by 22.5 ° intervals is formed in the polarization direction changing region 4. in this case,
(A ² −a ² ) × 7 = a ² (4)
That, a = 0.9354A By setting A and a to meet, to the total area of the polarization direction change area 4 having the same optical axis and the total area of the polarization direction unmodified region 6 in the same Can do.

図１４に示されているようにパターンレベル数を１２にした場合は、偏光方向変更領域４に１５°間隔でずれた光学軸方向をもつ微細構造を形成する。この場合、
（Ａ^２−ａ^２）×１１＝ａ^２（５）
すなわち、ａ＝０．９５７４Ａを満たすようにＡとａを設定することで、同一光学軸方向をもつ偏光方向変更領域４の合計面積と偏光方向無変更領域６の合計面積とを同一にすることができる。As shown in FIG. 14, when the number of pattern levels is 12, a fine structure having an optical axis direction shifted by 15 ° intervals is formed in the polarization direction changing region 4. in this case,
(A ² −a ² ) × 11 = a ² (5)
That, a = 0.9574A By setting A and a to meet, to the total area of the polarization direction change area 4 having the same optical axis and the total area of the polarization direction unmodified region 6 in the same Can do.

図１５に示されているように、分割領域３を正方形とし、偏光方向変更領域４を円形とすることも可能である。この場合、分割領域３の一辺の長さをＡ、偏光方向変更領域４の半径をｒとすると、１つの分割領域３内における偏光方向無変更領域６の面積は、
Ａ^２−πｒ^２（６）
であるから、パターンレベル数がｎのときは、
（Ａ^２−πｒ^２）×（ｎ−１）＝πｒ^２（７）
を満たすようにＡとｒを設定すればよい。ただし、ｒ＜Ａ／２を満たす範囲でなければならない。ｒ＝Ａ／２となると偏光方向変更領域４同士が接してしまい、Ｒ＞Ａ／２となると偏光方向変更領域４同士が重なってしまうからである。As shown in FIG. 15, the divided region 3 can be a square and the polarization direction changing region 4 can be a circle. In this case, when the length of one side of the divided region 3 is A and the radius of the polarization direction changing region 4 is r, the area of the polarization direction unchanged region 6 in one divided region 3 is
A ² −πr ² (6)
Therefore, when the number of pattern levels is n,
(A ² −πr ² ) × (n−1) = πr ² (7)
A and r may be set so as to satisfy the above. However, it must be in a range satisfying r <A / 2. This is because when r = A / 2, the polarization direction change regions 4 come into contact with each other, and when R> A / 2, the polarization direction change regions 4 overlap each other.

図１６に示されているように、分割領域３を正六角形とし、偏光方向変更領域４を円形とすることもできる。この場合、六角形の一辺の長さをＬ、偏光方向変更領域４の半径をｒとすると、１つの分割領域３の面積は、
６×（Ｌ／２）^２ｔａｎ６０°＝２．５９８Ｌ^２（８）
である。したがって、パターンレベル数がｎのときは、
[（２．５９８Ｌ^２）−（πｒ^２）]×（ｎ−１）＝πｒ^２（９）
を満たすようにＬとｒを設定すればよい。As shown in FIG. 16, the divided region 3 may be a regular hexagon, and the polarization direction changing region 4 may be a circle. In this case, if the length of one side of the hexagon is L and the radius of the polarization direction changing region 4 is r, the area of one divided region 3 is
6 × (L / 2) ² tan 60 ° = 2.598 L ² (8)
It is. Therefore, when the number of pattern levels is n,
[(2.598L ² ) − (πr ² )] × (n−1) = πr ² (9)
L and r may be set so as to satisfy the above.

ただし、一辺の長さがＬの正六角形に内接する円の半径ｒ_ＭＡＸは、
ｒ_ＭＡＸ＝（Ｌ／２）ｔａｎ６０°＝０．８６６０Ｌ（１０）
であるから、ｒ＜０．８６６０Ｌを満たす範囲でなければならない。ｒ≧０．８６６０Ｌとなると、偏光方向変更領域４が接したり重なったりするからである。However, the radius r _{MAX of} a circle inscribed in a regular hexagon whose side is L is
r _MAX = (L / 2) tan 60 ° = 0.8660 L (10)
Therefore, the range must satisfy r <0.8660L. This is because when r ≧ 0.8660L, the polarization direction changing region 4 comes into contact with or overlaps.

１偏光解消素子
２基板
３分割領域
４偏光方向変更領域
６偏光方向無変更領域
８反射防止膜
９反射防止構造
１０Ｃｒ膜
１２レジスト
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Depolarization element 2 Board | substrate 3 Dividing area | region 4 Polarization direction change area 6 Polarization direction unchanged area 8 Antireflection film 9 Antireflection structure 10 Cr film 12 Resist

Claims

It has a fine structure formed on the surface layer of the substrate with a pitch less than the wavelength of light,PolarizationChange the direction and make it transparentPolarization directionChange area,
The adjacent to each other in the surface layer portion of the substratePolarization directionBetween the change areas, the light PolarizationTransparent without changing directionPolarization directionA depolarizing element having an unchangeable region.

The depolarizing element according to claim 1, wherein the polarization direction unchanged region has a flat surface having the same height as the convex portion of the fine structure.

The depolarizing element according to claim 1, wherein the polarization direction unchanged region has a flat surface having the same height as the concave portion of the fine structure.

The depolarizing element according to claim 2 or 3, wherein an antireflection film is formed at least in the polarization direction unchanged region.

The depolarizing element according to claim 1, wherein an antireflection structure is formed at least in the polarization direction unchanged region.

Examples polarization direction change area having a plurality of polarization directions change area having different optical axis directions in the same plane,
The total area of the polarization direction changing regions having the same optical axis direction is substantially the same between the optical axis directions,
6. The depolarizer according to claim 1, wherein a total area of the polarization direction unchanged regions is substantially the same as a total area of the polarization direction changed regions in each optical axis direction.