JP2018055004A - 偏光子 - Google Patents

Abstract

【課題】特に赤外光領域において、良好な偏光特性と良好な生産性とを両立することができる偏光子を提供する。【解決手段】偏光子１０は、凹状溝１１が繰り返し配置された周期構造を備え、透明樹脂材により構成されている透明部材１６と、凹状溝１１の間の頂部に設けられ、金属材料により構成されている第１の金属線状部１２と、凹状溝１１の底部に設けられ、金属材料により構成されている第２の金属線状部１３とを備え、凹状溝１１が繰り返し配置されているピッチＰが、透過を制限する波長帯域の最短波長以下であり、最短波長は、７８０ｎｍである。【選択図】図１

Description

本発明は、偏光子に関するものである。

近年、偏光子を用いた反射光検出装置が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。特許文献１に記載の反射光検出装置は、２つの偏光子を並べて、一方の偏光子を通して近赤外線領域の偏光光を照射し、観測している物体から反射した近赤外線領域の光をもう一方の偏光子を通して受光している。

また、特許文献２に記載の反射光検出装置は、偏光軸の方向が異なる２つの偏光子を並べて、一方の偏光子から可視領域の偏光光を照射し、観測している物体から反射した可視領域の光をもう一方の偏光子を通して受光する仕組みが想定されている。

ここで、偏光度を高くすれば当然、反射光検出装置のＳ／Ｎ比がよくなることから、より高い偏光度を実現できる偏光子が望まれていた。

ＵＳ２００９／００８７１９２号公報 特開２０１２−１１３２８０号公報

一方、単に偏光度を高めるだけではなく、実際の生産性を良好にするためには、ある程度の製造時のばらつきがあっても、所望の偏光特性を確保できる設計が必要である。従来、可視光領域においては、生産性と所望の偏光特性とを両立する研究が進められているが、赤外光領域については、生産性と所望の偏光特性とを両立することが難しかった。

本発明の課題は、特に赤外光領域において、良好な偏光特性と良好な生産性とを両立することができる偏光子を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。

第１の発明は、凹状溝（１１）が繰り返し配置された周期構造を備え、透明樹脂材により構成されている透明部材（１６）と、前記凹状溝（１１）の間の頂部に設けられ、金属材料により構成されている第１の金属線状部（１２）と、前記凹状溝（１１）の底部に設けられ、金属材料により構成されている第２の金属線状部（１３）と、を備え、前記凹状溝（１１）が繰り返し配置されているピッチＰが、透過を制限する波長帯域の最短波長以下であり、前記最短波長は、７８０ｎｍである、偏光子（１０）である。

第２の発明は、第１の発明に記載の偏光子（１０）において、前記ピッチＰに対する前記凹状溝（１１）の幅Ｓの比率Ｓ／Ｐが、０．５〜０．６であること、を特徴とする偏光子（１０）である。

第３の発明は、第１の発明又は第２の発明に記載の偏光子（１０）において、前記第１の金属線状部（１２）の厚さＴ１は、６５ｎｍ以上１４５ｎｍ以下であり、前記第２の金属線状部（１３）の厚さＴ２は、２０ｎｍ以上１４０ｎｍ以下であり、前記第１の金属線状部（１２）の延長方向が偏光面である赤外光域の入射光の透過率Ｔｓが０．０４％以下であり、前記第１の金属線状部（１２）の繰り返し方向が偏光面である赤外光域の入射光の透過率Ｔｐが９０％以上であること、を特徴とする偏光子（１０）である。

第４の発明は、第１の発明又は第２の発明に記載の偏光子（１０）において、前記第１の金属線状部（１２）の繰り返し方向における前記第１の金属線状部（１２）の幅Ｕは、前記頂部の幅よりも広く構成されており、前記第１の金属線状部（１２）の幅Ｕは、５０ｎｍ以上９０ｎｍ以下であり、前記凹状溝（１１）の深さＤは、８０ｎｍ以上１４０ｎｍ以下であり、前記第１の金属線状部（１２）の延長方向が偏光面である赤外光域の入射光の透過率Ｔｓが０．０４％以下であり、前記第１の金属線状部（１２）の繰り返し方向が偏光面である赤外光域の入射光の透過率Ｔｐが９０％以上であること、を特徴とする偏光子（１０）である。

本発明によれば、偏光子は、特に赤外光領域において、良好な偏光特性と良好な生産性とを両立することができる。

偏光子１０の斜視図である。 偏光子１０の製造工程を示すフローチャートである。 偏光子１０の製造工程を示す図である。 ロール版３０の製造工程を説明する図である。 凹状溝１１の変形形態を示す図である。 数値演算に用いた偏光子１０のモデルを示す図である。 凹状溝１１の深さＤが８０ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが５０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｓ（％）を示すグラフである。 凹状溝１１の深さＤが８０ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが５０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｐ（％）を示すグラフである。 凹状溝１１の深さＤが８０ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが５０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｓ（％）及び入射光の透過率Ｔｐ（％）の必要な偏光特性を満たす範囲をまとめて示すグラフである。 凹状溝１１の深さＤが１００ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが５０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｓ（％）を示すグラフである。 凹状溝１１の深さＤが１００ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが５０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｐ（％）を示すグラフである。 凹状溝１１の深さＤが１００ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが５０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｓ（％）及び入射光の透過率Ｔｐ（％）の必要な偏光特性を満たす範囲をまとめて示すグラフである。 凹状溝１１の深さＤが１２０ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが５０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｓ（％）を示すグラフである。 凹状溝１１の深さＤが１２０ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが５０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｐ（％）を示すグラフである。 凹状溝１１の深さＤが１２０ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが５０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｓ（％）及び入射光の透過率Ｔｐ（％）の必要な偏光特性を満たす範囲をまとめて示すグラフである。 凹状溝１１の深さＤが１２０ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが５０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｓ（％）を示すグラフである。 凹状溝１１の深さＤが１２０ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが５０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｐ（％）を示すグラフである。 凹状溝１１の深さＤが１２０ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが５０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｓ（％）及び入射光の透過率Ｔｐ（％）の必要な偏光特性を満たす範囲をまとめて示すグラフである。 凹状溝１１の深さＤが８０ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが６０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｓ（％）を示すグラフである。 凹状溝１１の深さＤが８０ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが６０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｐ（％）を示すグラフである。 凹状溝１１の深さＤが８０ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが６０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｓ（％）及び入射光の透過率Ｔｐ（％）の必要な偏光特性を満たす範囲をまとめて示すグラフである。 凹状溝１１の深さＤが１００ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが６０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｓ（％）を示すグラフである。 凹状溝１１の深さＤが１００ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが６０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｐ（％）を示すグラフである。 凹状溝１１の深さＤが１００ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが６０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｓ（％）及び入射光の透過率Ｔｐ（％）の必要な偏光特性を満たす範囲をまとめて示すグラフである。 凹状溝１１の深さＤが１２０ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが６０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｓ（％）を示すグラフである。 凹状溝１１の深さＤが１２０ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが６０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｐ（％）を示すグラフである。 凹状溝１１の深さＤが１２０ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが６０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｓ（％）及び入射光の透過率Ｔｐ（％）の必要な偏光特性を満たす範囲をまとめて示すグラフである。 凹状溝１１の深さＤが１４０ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが６０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｓ（％）を示すグラフである。 凹状溝１１の深さＤが１４０ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが６０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｐ（％）を示すグラフである。 凹状溝１１の深さＤが１４０ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが６０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｓ（％）及び入射光の透過率Ｔｐ（％）の必要な偏光特性を満たす範囲をまとめて示すグラフである。 実際に作製された偏光子のＳＥＭ写真である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面等を参照して説明する。

（実施形態）
図１は、偏光子１０の斜視図である。
なお、図１を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張して示している。
また、以下の説明では、具体的な数値、形状、材料等を示して説明を行うが、これらは、適宜変更することができる。

偏光子１０は、ワイヤーグリッド型偏光子であり、入射光のうち、透過軸方向と直交する方向に振動する光を反射するいわゆる反射型の偏光子である。すなわち、偏光子１０は、特定の偏光軸の方向（反射される光の振動方向と直交する方向）に振動する光を透過させる。
偏光子１０は、透過を制御する波長帯域で透明な透明材料により形成された透明部材１６を備えている。この透明部材１６の表面には、凹状溝１１が一定のピッチＰで繰り返して並べて配置されている。この凹状溝１１の延長方向と直交する方向へ繰り返し配置されている凹凸形状によって、透明部材１６の表面には、周期構造が設けられている。

偏光子１０は、凹状溝１１間の凸部の頂部に、金属材料が配置されており、これにより凹状溝１１に沿って延長する金属材料による第１の金属線状部（凸部金属層）１２が形成されている。また、凹状溝１１の底面部には、第１の金属線状部１２と同一の金属材料が配置されており、凹状溝１１に沿って延長する金属材料によって第２の金属線状部（凹部金属層）１３が形成されている。偏光子１０は、凹状溝１１の繰り返しピッチＰが、この偏光子１０により透過を制御する波長帯域の最短波長λｍｉｎ以下のピッチＰ（Ｐ≦λｍｉｎ）となっている。このように、偏光子１０は、凹状溝１１間の頂部に設けられた第１の金属線状部１２と、凹状溝１１の底面に設けられた第２の金属線状部１３とによる２層構造の金属線状部を備えており、偏光子として機能する。なお、本実施形態において、透過を制御する波長帯域としては、波長が７８０ｎｍ以上、２５００ｎｍ以下の近赤外光領域を波長帯域としている。

ここで、この凹状溝１１の繰り返しによる凹凸形状は、凸部となる平坦な部位を間に挟んで、断面矩形形状の凹状溝１１が複数並んで構成される。よって、偏光子１０は、凸部の頂部及び凹部の底面部がそれぞれ平坦面に構成される。そして、この頂部及び底面部に一定の厚みＴ１及びＴ２となるように金属材料を配置して第１の金属線状部１２及び第２の金属線状部１３が形成される。これにより第１の金属線状部１２及び第２の金属線状部１３は、それぞれ凸部の頂部形状、凹部の底面部形状に対応して凸部の頂部側及び凹状溝１１の底面側が平坦面に形成される。しかし、凸部の頂部及び又は凹部の底面部は、例えば、断面形状を円弧形状等に形成してもよく、種々の形状を広く適用することができる。また、第１の金属線状部１２及び第２の金属線状部１３は、凸部の頂部形状、凹部の底面部形状に応じた種々の形状を適用することができる。さらに、これに対応して第１の金属線状部１２及び第２の金属線状部１３は、凸部の頂部側とは逆側、凹部の底面部側とは逆側についても、種々の形状を適用することができる。

偏光子１０は、透明フィルム材を素材とする基材（基材層）１５に、透明材料を素材とする透明部材１６が支持されて設けられており、この透明部材１６の賦型処理により凹状溝１１が並んで配置された周期構造が構成される。また、この周期構造が作製された微細な凹凸面上に、蒸着、又は、スパッタリング、又は、電界メッキ、又は、無電解メッキ等により金属層が作製されて第１の金属線状部１２及び第２の金属線状部１３が構成される。なお、第１の金属線状部１２及び第２の金属線状部１３の作製には、上記の他、化学気相成長、原子層堆積法等を用いてもよい。

ここで、この基材１５には、樹脂材料を面内の一方向に延伸して作製される透明フィルム材が用いられており、光学的に異方性を備えている。すなわち、基材１５に用いられる透明フィルム材は、樹脂材料の延伸による光学異方性の発現により、延伸方向の屈折率が延伸方向と直交する方向に比して増大した又は減少した（すなわち延伸方向（延伸軸方向）が遅相軸方向である又は延伸方向（延伸軸方向）に直交する方向が遅相軸方向である）状態にある。
なお、このような延伸方向（延伸軸方向）が遅相軸方向である樹脂材料は、正の複屈折性を示す樹脂材料であり、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）樹脂等である。また、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）フィルム、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）フィルム、ポリイミドフィルム、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）が挙げられる。また、延伸方向（延伸軸方向）に直交する方向が遅相軸方向である樹脂材料は、負の複屈折性を示す樹脂材料であり、例えばＰＳ（ポリスチレン）樹脂等である。

偏光子１０は、この基材１５の遅相軸方向に対して、第１の金属線状部１２及び第２の金属線状部１３の延長方向が平行となるように、すなわち、基材１５の延伸軸の方向が偏光子１０の偏光軸の方向に対して０度の関係を持って配置されている。
このように設定すれば、基材１５においては、第１の金属線状部１２及び第２の金属線状部１３で反射する偏光成分に対して面内方向の屈折率が最も大きい向きであることにより、第１の金属線状部１２及び第２の金属線状部１３で反射する偏光成分を、最も効率よく反射する向きに基材１５が配置されることになる。またこれにより第１の金属線状部１２及び第２の金属線状部１３で透過する偏光成分に対しては、界面反射が最も小さくなる向きに基材１５が配置されることになり、第１の金属線状部１２及び第２の金属線状部１３を透過する偏光成分を最も効率よく透過する向きに基材１５が配置されることになる。

なお、基材１５の延伸軸の方向は、偏光子１０の偏光軸の方向に対して９０度の関係を持って配置されていてもよい。この９０度の関係としても、第１の金属線状部１２及び第２の金属線状部１３を透過する偏光成分に対して偏光作用を及ぼさないからである。
また、上述した基材１５の延伸軸の方向と偏光子１０の偏光軸の方向との関係は、０度±１度以内、又は、９０度±１度以内、の角度を持って配置されていれば、偏光子１０を透過した偏光成分に対して、基材１５が偏光作用を及ぼすことによる悪影響を無視できるレベルに抑えることができる。なお、上述の０度及び９０度に設けた±１度の範囲を超えてしまうと、急激に偏光状態が乱れるので、上記範囲内に納めることが望ましい。

透明部材１６には、賦型処理可能な各種の硬化性樹脂を用いることができるが、本実施形態では、紫外線硬化性樹脂を用いている。なお、基材１５を加熱して軟化させた状態で賦型用金型に押圧して賦型処理してもよく、この場合、透明部材１６は、基材１５により構成されることになる。

第１の金属線状部１２及び第２の金属線状部１３に用いる金属材料は、例えば各種の導体に係る金属、合金、金属化合物等を広く適用することができるが、アルミニウム、ニッケル、クロム、銀、のいずれかの金属、又は、これらいずれかの金属を含む合金、又は、これらいずれかの金属の化合物を用いることが望ましい。なお、透過を制限する電磁波（光）を効率よく反射する観点からは、アルミニウム、ニッケル、銀等の反射率の高い金属、又は、これら金属の合金、又は、これら金属の化合物を用いることが望ましく、赤外光や可視光に対しては、特にアルミニウムが好ましい。またこれとは逆に、透過を制限する電磁波の反射を抑圧する観点からは、クロム等の反射率の低い金属、又は、これら金属の合金、又は、これら金属の化合物を用いることが望ましい。

第１の金属線状部１２及び第２の金属線状部１３は、複数の層構造となるように作製してもよい。このような層構造により作製することにより、例えば第１の金属線状部１２及び第２の金属線状部１３の上下から入射する入射光に対して特性を異ならせ、第１の金属線状部１２及び第２の金属線状部１３の両面の色合いを異ならせたりすることができる。

次に、偏光子１０の製造工程について説明する。
図２は、偏光子１０の製造工程を示すフローチャートである。
図３は、偏光子１０の製造工程を示す図である。
この製造工程では、ロールに巻き取った長尺透明フィルム材から基材１５が提供される。この製造工程は、ロールから基材１５を引き出して搬送しながら、凹凸形状作製工程ステップ（以下、単にＳ）２により、基材１５の表面に凹凸形状を作製する。

より具体的には、このＳ２の凹凸形状作製工程では、図３（Ａ）に示すように、始めに、基材１５に紫外線硬化性樹脂の塗工液を塗工した後、周側面に微細凹凸形状が作製されている賦型用金型であるロール版に基材１５を押圧して搬送しながら、紫外線を照射して紫外線硬化性樹脂を硬化させる。その後、硬化した紫外線硬化性樹脂を基材１５と一体にロール版より剥離する。この工程では、図３（Ｂ）に示すように、ロール版の周側面に形成された微細凹凸形状を転写して、基材１５の表面に、凹状溝１１の繰り返しによる凹凸形状を作製する。本実施形態では、円周方向に延長する向きに凸条が作製されたロール版３０を使用して、基材１５の長手方向に延長する凹状溝１１を作製する。よって、この基材１５の遅相軸方向に対して、凹状溝１１の延長方向が平行となり、基材１５の遅相軸方向に対して、第１の金属線状部１２及び第２の金属線状部１３の延長方向が平行となるように形成される。

続いて、金属線状部作製工程Ｓ３において、蒸着、又は、スパッタリング等により、図３（Ｃ）に示すように、凹状溝１１が作製された凹凸形状面の上面（図３中における上面）の全面に、金属材料を堆積させる。ここで、このように凹状溝１１が作製された凹凸形状面に金属材料を堆積させる場合、この凹凸形状の凹状溝１１間である頂部では、到来する金属材料が順次堆積して第１の金属線状部１２が形成される。これに対して凹状溝１１に到来する金属材料は、凹状溝１１に侵入して底面に堆積し、その結果、第２の金属線状部１３が形成される。このようにして、本実施形態では、第１の金属線状部１２及び第２の金属線状部１３を作製する。

上述のようにして金属材料を堆積して第１の金属線状部１２及び第２の金属線状部１３を作製した後、エッチング工程Ｓ４により隣接する第１の金属線状部１２間の空隙幅Ｓを拡大する。

上述したように蒸着、又は、スパッタリング等により金属材料を堆積する場合、第１の金属線状部１２及び第２の金属線状部１３の間の、凹状溝１１の壁面にも金属材料が付着することもあるが、この壁面に付着する金属材料は、極めて少量であって厚みが薄く、これにより金属材料層として機能することなく、第１の金属線状部１２と第２の金属線状部１３とは、互いに繋がることなく間隔を開けて配置されている。よって、第１の金属線状部１２及び第２の金属線状部１３は、幅方向について、隣接する第１の金属線状部１２及び第２の金属線状部１３との間で絶縁性が担保され、偏光子１０においては、偏光面による透過率の選択性が担保される。

しかし、例えば、蒸着により金属材料を堆積させる場合には、図３（Ｄ）に示すように、第１の金属線状部１２において、厚み方向だけでなく、幅方向にも金属材料が成長し、その結果、第１の金属線状部１２間の空隙幅Ｓが極端に低下するおそれがある。このように空隙幅Ｓが極端に低下すると、第１の金属線状部１２おける開口率（第１の金属線状部１２の繰り返し方向に係る空隙幅Ｓの占める割合）が低下し、その結果、透過率が低下することになる。

そこで、本実施形態では、エッチング液を使用したエッチングにより開口率を増大させるエッチング工程（Ｓ４）を行う。
なおエッチング処理では、第１の金属線状部１２の厚みＴも減少することになるが、この厚みＴの減少に比べて空隙幅Ｓをより多く広げることができる。しかし、エッチング時間が余りにも長いと、第２の金属線状部１３の厚みが薄くなって光学特性が劣化し、特に吸収軸方向の反射率Ｒｓが急激に低下する。一方、余りにもエッチング時間が短いと、透過軸方向の透過率Ｔｐが低下する。また、エッチングの進行は、エッチング液の濃度や液温によっても左右される。したがって、エッチングの条件は、エッチング液の濃度、及び、エッチング液の温度、さらに、エッチング時間に関して、適切な条件を設定して行うとよい。

なお、上述したウェットエッチングに代えて、いわゆるドライエッチングにより空隙幅Ｓを広げるようにしてもよい。また、実用上充分に空隙幅Ｓが確保されている場合には、エッチング工程を省略してもよい。なお、このエッチング工程により、凹状溝１１の壁面に付着した金属材料も全部又は一部が除去され、これにより第１の金属線状部１２及び第２の金属線状部１３間の絶縁性を向上して偏光特性を向上することができる。

このようにして第１の金属線状部１２及び第２の金属線状部１３を作製すると、この製造工程の最終工程で、例えば、長尺の偏光子１０をロールに巻き取って偏光子巻取体が作製される。そして、この偏光子巻取体が続く処理工程に搬送されて切断処理が実行される。

ここで、偏光子１０の製造工程中の凹凸形状作製工程Ｓ２において用いられるロール版３０について説明する。
図４は、ロール版３０の製造工程を説明する図である。
ロール版３０は、周側面に微細凹凸形状が作製された賦型用金型であり、凹状溝１１に対応する凸条である微細凹凸形状が周側面に形成されている。この実施形態において、この凸条は、円周方向に延長するように、凹状溝１１の溝幅に対応する幅に形成されている。そして、このロール版３０を用いて賦型処理を行い、基材１５の長手方向に延長する凹状溝１１が作製される。

ロール版３０は、切削加工が容易な金属材料を素材とする円筒形状又は円柱形状により母材３１が形成されている。本実施形態では、銅のパイプ材が母材３１に用いられている。ロール版３０の製造工程は、先ず、平滑化工程において、バイト３２を使用した母材３１の周側面の切削処理により母材３１の周側面を平滑化した後、電解溶出作用と、砥粒による擦過作用の複合による電解複合研磨法により母材３１の周側面を超鏡面化する。

続いて、ロール版３０の製造工程は、切削工程において、母材３１を切削装置に装着した後、バイト３２の先端を母材３１の周側面に押し当て、この状態で矢印Ｂにより示すように母材３１を回転させながら、矢印Ｃにより示すようにバイト３２を母材３１の管軸に沿った方向に移動させ、これにより母材３１の周側面をらせん状に切削加工する。このようにして、母材３１は、その周側面に、円周方向に延長する断面が矩形形状に形成され、凹状溝１１に対応する凸条が作製される。なお、バイト３２は、同時並列的に複数の凹状溝を作製可能とするために、先端が櫛歯状に形成されており、切削工程では、ロール版３０の作製に要する時間を短縮することができる。このような微細な櫛歯形状によるバイト３２の作製方法は、特に限定されないが、一般にこれらを達成する微細精密加工法として知られる高エネルギ線加工やリソグラフィ加工、化学的エッチング、又は、精密切削法等を適宜選択してもよいし、また、これらを自由に組み合わせて作製してもよい。

なお、ロール版３０に形成される凸条は、らせん状に形成されているが、非常に微細なピッチ、かつ、微小な送り量で形成されているので、透明部材１６の表面に賦型される凹状溝１１は、直線状に形成されていると見なすことができる。
また、偏光子１０の製造工程中の凹凸形状作製工程Ｓ２において、上述のロール版３０を用いずに、板状版を用いてもよい。

図５は、凹状溝１１の変形形態を示す図である。
上記説明では、断面矩形形状の凹状溝を作製する場合について述べたが、図５（Ａ）に示すように、対向する壁面が先細りのテーパ面である断面楔形形状に凹状溝１１を作製してもよく、また図５（Ｂ）により示すように、全体が正弦波形状である凹凸面形状となる断面形状に凹状溝１１を作製してもよく、種々の形状を適用することができる。

次に、赤外光領域において用いられる本実施形態の偏光子１０の各部寸法を、どのような値とすることが望ましいかを知るために、各部寸法を変更しながら膨大な寸法の組み合せについて、シミュレーション解析を行った。
図６は、数値演算に用いた偏光子１０のモデルを示す図である。
図６に示す各寸法パラメータ（Ｐ，Ｓ，Ｌ，Ｔ１，Ｔ２，Ｕ）を複数種類ずつ設定し、シミュレーション解析は、数万通りの組み合せについて行った。このシミュレーション解析結果の中から、良好な偏光特性を得ることができ、かつ、生産上のバラツキを許容できる寸法の組み合せが得られたので、以下に示す。
なお、シミュレーション解析の条件は、以下のようにした。
波長λ＝９４０ｎｍ
第１の金属線状部１２及び第２の金属線状部１３の屈折率ｎ＝１．１９、消衰係数ｋ＝６．８６
透明部材１６の屈折率ｎ＝１．５０、消衰係数ｋ＝０

シミュレーション解析の結果、ピッチＰ＝１００ｎｍ、ピッチＰに対する凹状溝１１の幅Ｓの比率Ｓ／Ｐが、０．５とした場合が、良好な偏光特性と生産性を確保できることがわかった。
この条件下で行ったシミュレーション解析の結果から、凹状溝１１の深さＤを８０ｎｍ、１００ｎｍ、１２０ｎｍ、１４０ｎｍの４種類と、第１の金属線状部１２の幅Ｕを５０ｎｍ、６０ｎｍの２種類とをそれぞれ組み合わせた場合において、良好な結果が得られていた。これらについて、入射光の透過率Ｔｓと入射光の透過率Ｔｐとが、第１の金属線状部１２の厚さＴ１及び第２の金属線状部１３の厚さＴ２によりどのように変化するのかを、以下に示す。なお、入射光の透過率Ｔｓは、第１の金属線状部１２の延長方向が偏光面である赤外光域の入射光の透過率Ｔｓであり、入射光の透過率Ｔｐは、第１の金属線状部１２の繰り返し方向が偏光面である赤外光域の入射光の透過率Ｔｐである。

図７は、凹状溝１１の深さＤが８０ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが５０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｓ（％）を示すグラフである。
図８は、凹状溝１１の深さＤが８０ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが５０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｐ（％）を示すグラフである。
図７及び図８では、等高線状に各透過率を示しており、また、以下に示す各グラフについても同様である。
ここで、例えば、視線検知等のセンサ用途に用いる場合を想定し、必要な偏光特性として、Ｔｓが０．０４％以下と、より厳しい要件のＴｓが０．０２％以下とを設定し、さらにＴｐが９０％以上を設定した。
この条件を満たすことができるＴ１及びＴ２の範囲を分かりやすく示すために、図９にこれらのラインをまとめて示すグラフを作図した。

図９は、凹状溝１１の深さＤが８０ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが５０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｓ（％）及び入射光の透過率Ｔｐ（％）の必要な偏光特性を満たす範囲をまとめて示すグラフである。
図９を含め以下に示す同様な図中にハッチングを設けた領域が、Ｔｓが０．０４％以下、かつ、Ｔｐが９０％以上の条件を満たすことができるＴ１及びＴ２の範囲である。この条件下では、Ｔ１は、１０５ｎｍ以上１４５ｎｍ以下であり、Ｔ２は、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であれば、Ｔｓが０．０４％以下かつＴｐが９０％以上の優れた偏光特性を満たすことができる。すなわち、Ｔ１及びＴ２については、上述した範囲でのばらつきが許容されるということであり、この範囲は、製造マージンとして捉えることができ、十分に大量生産を行えるといえる。以下に示す別条件についても同様に、ハッチングを設けて範囲については、この製造マージンとしての捉え方が可能である。
また、Ｔｓが０．０２％以下という、さらに厳しい要件を満たすことも、可能である。その場合には、Ｔ１及びＴ２の製造マージンが狭くなる。

上記図７から図９と同様にして、図１０から図１８には、凹状溝１１の深さＤが１００ｎｍ、１２０ｎｍ、１４０ｎｍの場合について示した。
図１０は、凹状溝１１の深さＤが１００ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが５０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｓ（％）を示すグラフである。
図１１は、凹状溝１１の深さＤが１００ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが５０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｐ（％）を示すグラフである。
図１２は、凹状溝１１の深さＤが１００ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが５０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｓ（％）及び入射光の透過率Ｔｐ（％）の必要な偏光特性を満たす範囲をまとめて示すグラフである。
これら図１０から図１２の条件下では、Ｔ１は、８５ｎｍ以上１４５ｎｍ以下であり、Ｔ２は、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であれば、Ｔｓが０．０４％以下かつＴｐが９０％以上の優れた偏光特性を満たすことができる。

図１３は、凹状溝１１の深さＤが１２０ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが５０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｓ（％）を示すグラフである。
図１４は、凹状溝１１の深さＤが１２０ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが５０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｐ（％）を示すグラフである。
図１５は、凹状溝１１の深さＤが１２０ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが５０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｓ（％）及び入射光の透過率Ｔｐ（％）の必要な偏光特性を満たす範囲をまとめて示すグラフである。
これら図１３から図１５の条件下では、Ｔ１は、６５ｎｍ以上１４５ｎｍ以下であり、Ｔ２は、２０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下であれば、Ｔｓが０．０４％以下かつＴｐが９０％以上の優れた偏光特性を満たすことができる。

図１６は、凹状溝１１の深さＤが１４０ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが５０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｓ（％）を示すグラフである。
図１７は、凹状溝１１の深さＤが１４０ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが５０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｐ（％）を示すグラフである。
図１８は、凹状溝１１の深さＤが１４０ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが５０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｓ（％）及び入射光の透過率Ｔｐ（％）の必要な偏光特性を満たす範囲をまとめて示すグラフである。
これら図１６から図１８の条件下では、Ｔ１は、４５ｎｍ以上１２５ｎｍ以下であり、Ｔ２は、３０ｎｍ以上１４０ｎｍ以下であれば、Ｔｓが０．０４％以下かつＴｐが９０％以上の優れた偏光特性を満たすことができる。

上記図７から図１８と同様にして、図１９から図３０には、第１の金属線状部１２の幅Ｕが６０ｎｍに広くなっている形態であって、凹状溝１１の深さＤが８０ｎｍ、１００ｎｍ、１２０ｎｍ、１４０ｎｍの場合について示した。

図１９は、凹状溝１１の深さＤが８０ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが６０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｓ（％）を示すグラフである。
図２０は、凹状溝１１の深さＤが８０ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが６０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｐ（％）を示すグラフである。
図２１は、凹状溝１１の深さＤが８０ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが６０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｓ（％）及び入射光の透過率Ｔｐ（％）の必要な偏光特性を満たす範囲をまとめて示すグラフである。
これら図１９から図２１の条件下では、Ｔｓが０．０４％以下かつＴｐが９０％以上の優れた偏光特性を満たすことができる範囲は存在していなかった。

図２２は、凹状溝１１の深さＤが１００ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが６０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｓ（％）を示すグラフである。
図２３は、凹状溝１１の深さＤが１００ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが６０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｐ（％）を示すグラフである。
図２４は、凹状溝１１の深さＤが１００ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが６０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｓ（％）及び入射光の透過率Ｔｐ（％）の必要な偏光特性を満たす範囲をまとめて示すグラフである。
これら図２２から図２４の条件下では、Ｔｓが０．０４％以下かつＴｐが９０％以上の優れた偏光特性を満たすことができる範囲は存在していなかった。

図２５は、凹状溝１１の深さＤが１２０ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが６０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｓ（％）を示すグラフである。
図２６は、凹状溝１１の深さＤが１２０ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが６０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｐ（％）を示すグラフである。
図２７は、凹状溝１１の深さＤが１２０ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが６０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｓ（％）及び入射光の透過率Ｔｐ（％）の必要な偏光特性を満たす範囲をまとめて示すグラフである。
これら図２５から図２７の条件下では、Ｔ１は、６０ｎｍ以上９０ｎｍ以下であり、Ｔ２は、６０ｎｍ以上１１５ｎｍ以下であれば、Ｔｓが０．０４％以下かつＴｐが９０％以上の優れた偏光特性を満たすことができる。

図２８は、凹状溝１１の深さＤが１４０ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが６０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｓ（％）を示すグラフである。
図２９は、凹状溝１１の深さＤが１４０ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが６０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｐ（％）を示すグラフである。
図３０は、凹状溝１１の深さＤが１４０ｎｍ、第１の金属線状部１２の幅Ｕが６０ｎｍの場合における入射光の透過率Ｔｓ（％）及び入射光の透過率Ｔｐ（％）の必要な偏光特性を満たす範囲をまとめて示すグラフである。
これら図２８から図３０の条件下では、Ｔ１は、５０ｎｍ以上９０ｎｍ以下であり、Ｔ２は、８０ｎｍ以上１４０ｎｍ以下であれば、Ｔｓが０．０４％以下かつＴｐが９０％以上の優れた偏光特性を満たすことができる。

（実施例）
次に、実際に偏光子１０を作製して、各部寸法及び偏光特性を測定したので、その結果を以下に示す。
図３１は、実際に作製された偏光子のＳＥＭ写真である。
実際に作製された偏光子１０の各部寸法を、先に示した図６中の符号に基づいて以下に示す。
Ｌ＝３８ｎｍ
Ｓ＝６２ｎｍ
Ｐ＝１００ｎｍ
Ｕ＝５５ｎｍ
Ｔ１＝９１ｎｍ
Ｔ２＝７８ｎｍ
Ｄ＝１４０ｎｍ
以上の形状の偏光子１０について、日本分光社製のＶ６７０分光器用いて、波長９４０ｎｍにおいて分光測定を行ったところ、Ｔｐ＝８５％、Ｔｓ＝０．０１％という優れた結果を得ることができた。
なお、上記実測寸法を用いて、上述と同様なシミュレーション解析を行った結果、Ｔｐ＝８７．３％、Ｔｓ＝０．０１％という結果が得られた。よって、実測値とシミュレーション解析結果とが略合致していることも確認された。

なお、以上の説明中では、凹状溝１１の間に設けられている樹脂凸形状については、矩形形状である例を挙げて説明したが、例えば、先端の幅が狭くなっている先細り形状としてもよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、赤外光領域において用いられる偏光子１０において、Ｔｓが０．０４％以下かつＴｐが９０％以上の優れた偏光特性を満たすことができ、かつ、Ｔ１及びＴ２について製造マージンをもって、良好な生産性を確保できる。また、条件を絞り込むことにより、Ｔｓが０．０２％以下といったさらに厳しい要件についても、満足することができる。

本発明は、Ｔｓが０．０４％以下かつＴｐが９０％以上の極めて偏光特性が高いワイヤーグリッド型偏光子として適用することができ、他にも、光学用途としてヘッドアップディスプレイやヘッドマウントディスプレイ、アイトラッキング等の偏光子、医療用途として静脈読取デバイスの偏光子等、にも適用することが可能である。

１０ 偏光子
１１ 凹状溝
１２ 第１の金属線状部
１３ 第２の金属線状部
１５ 基材
１６ 透明部材
３０ ロール版
３１ 母材
３２ バイト

Claims (4)

1. 凹状溝が繰り返し配置された周期構造を備え、透明樹脂材により構成されている透明部材と、
   前記凹状溝の間の頂部に設けられ、金属材料により構成されている第１の金属線状部と、
   前記凹状溝の底部に設けられ、金属材料により構成されている第２の金属線状部と、
   を備え、
   前記凹状溝が繰り返し配置されているピッチＰが、透過を制限する波長帯域の最短波長以下であり、
   前記最短波長は、７８０ｎｍである、
   偏光子。
2. 請求項１に記載の偏光子において、
   前記ピッチＰに対する前記凹状溝の幅Ｓの比率Ｓ／Ｐが、０．５〜０．６であること、
   を特徴とする偏光子。
3. 請求項１又は請求項２に記載の偏光子において、
   前記第１の金属線状部の厚さＴ１は、６５ｎｍ以上１４５ｎｍ以下であり、
   前記第２の金属線状部の厚さＴ２は、２０ｎｍ以上１４０ｎｍ以下であり、
   前記第１の金属線状部の延長方向が偏光面である赤外光域の入射光の透過率Ｔｓが０．０４％以下であり、
   前記第１の金属線状部の繰り返し方向が偏光面である赤外光域の入射光の透過率Ｔｐが９０％以上であること、
   を特徴とする偏光子。
4. 請求項１又は請求項２に記載の偏光子において、
   前記第１の金属線状部の繰り返し方向における前記第１の金属線状部の幅は、前記頂部の幅よりも広く構成されており、
   前記第１の金属線状部の幅Ｕは、５０ｎｍ以上９０ｎｍ以下であり、
   前記凹状溝の深さＤは、８０ｎｍ以上１４０ｎｍ以下であり、
   前記第１の金属線状部の延長方向が偏光面である赤外光域の入射光の透過率Ｔｓが０．０４％以下であり、
   前記第１の金属線状部の繰り返し方向が偏光面である赤外光域の入射光の透過率Ｔｐが９０％以上であること、
   を特徴とする偏光子。