JP4842763B2 - 光学素子および光学装置 - Google Patents

Description

この発明は光学素子および光学装置に関する。

使用波長の光波長よりも短い周期（サブ波長周期）の微細凹凸構造を持つ波長板として「透明基板表面に格子パターンが形成されたもの」が知られている。このような波長板は、格子パターンに基づく光学異方性（構造複屈折）を示し、互いに偏光面の直交する２つの直線偏光に対して位相差を生じさせることができる。

波長板における重要な特性として「透過率と位相差」がある。波長板は、互いに偏光面の直交する２つの直線偏光に対して所望の位相差を生じさせるのみならず「高い透過率」を有することが望ましい。
上記位相差は「透明基板材料の屈折率」やサブ波長周期をもつ「格子パターン（微細凹凸構造）の溝深さ」等の関数であり、透明基板材料の屈折率が大きいほど、また格子パターンの溝が深いほど大きな位相差を生じさせることができる。
しかしながら「大きな溝深さのサブ波長構造を持つ格子パターン」を成形等で製作することは必ずしも容易でない。

そこで「透明基板屈折率に比べて十分大きい屈折率を有する媒質」を透明基板に形成された格子パターンに充填して、透明基板屈折率に比べて十分大きい屈折率を有する媒質により「透明基板に形成された格子パターンと等しい周期の格子パターン」を形成して「より大きな位相差」を生じさせるようにしたものが特許文献１に開示されている。この位相板では「大きい位相差」を実現できるが、透明基板屈折率に比べて十分大きい屈折率を有する媒質を透明基板上に有するため「波長板に光が入射する際に高屈折率媒質の表面で反射される光量」が多くなり透過率の低下を招来する。

このような透過率の低下に対処する方法として、透明基板の格子パターンを充填する高屈折率の媒質の上に更に、高屈折率膜の膜材よりも低い屈折率を有する低屈折率膜をさらに形成するものが提案されている（特許文献２）。

この方法では、光は空気側から低屈折率膜に入射するので、空気と低屈折膜との境界面での反射を低く抑えることができ、また低屈折率膜と高屈折率媒質との境界面での反射も低く抑えることができる。しかし、高屈折率媒質と透明基板との屈折率差は依然として大きいので、高屈折媒質と透明基板との境界面での反射は低減されない。

特公平７−９９４０２号公報 特開２００５−０９９０９９

この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、高い透過率と所望の位相差を両立させ得る新規な光学素子とこの光学素子を用いる光学装置の実現を課題とする。

この発明の光学素子は、基本的に「透明基板とサブ波長構造層と」を有する。
サブ波長構造層は透明基板上に薄層として設けられるが、サブ波長構造層の材質の屈折率は、透明基板の材質の屈折率よりも高い。
サブ波長構造層には「１次元格子状の微細凹凸構造」が使用波長より小さいサブ波長周期で形成されている。微細凹凸構造は、凹凸の凹部が「透明基板とサブ波長構造層との境界面に達するように形成」されている。即ち、サブ波長構造層は、微細凹凸構造の凹部により凹凸配列方向に分断されている。
透明基板は、そのサブ波長構造層側に「１次元格子状の微細凹凸構造と同周期に配列した空穴部」を有する。「空穴部」は微細凹凸構造の凹部に連通する。即ち、サブ波長構造層に形成された微細凹凸構造の凹部は、その底部が空穴部に連通している。その結果、光学素子としては、サブ波長構造層の微細凹凸構造と空穴部の配列とが「微細凹凸構造の凹部とこれに連結する空穴部とを１単位の凹部構造とする１次元格子状の格子パターン」を形成することになる。

透明基板が有する「空穴部」は、サブ波長構造層と透明基板との境界面に直交する深さ方向において、幅が不均一であり、該幅の最大幅が、上記境界面位置における「微細凹凸構造の凹部の幅」よりも大きい。
このような構造により、後述のように、サブ波長構造層と透明基板との境界面に直交する方向において、少なくとも空穴部の部分で「入射光に対する屈折率を変化」させる機能が得られる。

即ち「微細凹凸構造の凹部とこれに連結する空穴部とを１単位の凹部構造とする１次元格子状の格子パターン」による構造複屈折により「位相差」を確保しつつ、少なくとも空穴部の部分で「入射光に対する屈折率を変化」させることにより「微細凹凸構造の凹部とこれに連結する空穴部とを１単位の凹部構造とする１次元格子状の格子パターン」の部分での光の反射を有効に軽減させることにより透過率の向上を図るのである。

上記「サブ波長構造層に形成された１次元格子状の微細凹凸構造の周期方向における断面形状」は、例えば長方形形状としてもよく、この場合、サブ波長構造層の微細凹凸構造の凹部・凸部は凹部の深さ方向へ均一な幅を有することになり、この部分での屈折率は凹部の深さ方向に一定であるが、空穴部の部分で上記深さ方向に屈折率が変化することにより、光の反射を軽減できる。

「サブ波長構造層に形成された１次元格子状の微細凹凸構造の周期方向における断面形状」は、凸部の幅が「凸部の高さ方向に変化する形状」が好ましい（請求項２）。このようにサブ波長構造層の微細凹凸構造において、凸部の幅が高さ方向に変化すると、この微細凹凸構造の部分においても、凹部の深さ方向に屈折率の変化が生じるので、空穴部における屈折率変化と合わせて、上記「微細凹凸構造の凹部とこれに連結する空穴部とを１単位の凹部構造とする１次元格子状の格子パターン」の深さ方向においてより大きな屈折率のグラデーションを実現でき、屈折率の急激な変化に起因する反射率の増大を有効に抑制することができ、光学素子の透過率をより向上させることができる。なお上記「屈折率の変化」は連続的な変化でも良いし「ステップの細かい段階的な変化」でもよい。

「サブ波長構造層に形成された１次元格子状の微細凹凸構造の周期方向における断面形状」における「凸部の幅が凸部の高さ方向に変化する形状」は、具体的には「台形形状もしくは三角形形状もしくは部分円形状または部分楕円形状」であることができる（請求項３）。勿論、他の形状、例えば「三角形状の斜面部分を曲線化した形状」等であることもできる。

上記三角形形状は、正三角形形状、２等辺三角形形状や直角２等辺三角形形状等であることができる。部分円形状は「円の一部をなす形状」であり、部分楕円形状は「楕円形の一部をなす形状」である。微細凹凸構造は１次元格子状であるから、断面形状が部分円形状や部分楕円形状である場合には、微細凹凸構造の凸部は「円筒面や楕円筒面の一部」になる。

サブ波長構造層と透明基板とはその材質の屈折率が異なり、両者は物質として別個である。両者の屈折率差は必ずしも大きい必要はない。

また、サブ波長構造層と透明基板との屈折率の大小関係としては、サブ波長構造層の屈折率が透明基板の屈折率よりも高い。サブ波長構造層を高屈折率材料で形成すると、サブ波長周期の微細凹凸構造における凹部の深さを浅くしつつ、大きな位相差を実現でき、微細凹凸構造の形成が容易になる。

上記請求項１〜３の任意の１に記載の光学素子は「波長板としての光学機能」を有することができる（請求項４）が、「サブ波長構造層の微細凹凸構造と空穴部の周期的配列による周期構造（前記「微細凹凸構造の凹部とこれに連結する空穴部とを１単位の凹部構造とする１次元格子状の格子パターン」）が、透明基板表面の平坦部分を介して「微細凹凸構造における凹凸配列方向」へ周期的に配列し、偏光選択性の回折格子を構成するようにすることができる（請求項５）。

即ちこの場合「微細凹凸構造の凹部とこれに連結する空穴部とを１単位の凹部構造とする１次元格子状の格子パターン」が、所定の間隔を隔して透明基板表面に凹凸配列方向へ配列形成され、上記格子パターンの「所定の間隔を隔した配列」が、偏光選択性の回折格子（１個の格子パターンが「回折格子の格子の１つ」をなす。）を構成するのである。このような光学素子は「偏光選択性回折格子」として使用できる。

請求項１〜３の任意の１に記載の光学素子はまた「偏光ビームスプリッタ」としての光学機能を有することができる（請求項６）。

透明基板は、平行平板状であるのが一般的であるが、これに限らず「プリズム状」であってもよいし「楔状」等であってもよい。また、サブ波長構造層による１次元格子状の微細凹凸構造は、光の入射側のみならず射出側にも形成することができる。

この発明の光学装置は、上記請求項１〜７の任意の１に記載の光学素子を有するものである（請求項７）。
このような光学装置は例えば、「光源からの光束を液晶表示素子に導光し、この液晶表示素子の表示画像を投射レンズで表示面上に投射するプロジェクタ装置であって、光源と投射レンズとの間の光路上に、請求項１〜６の任意の１に記載の光学素子を配置した」構成のものとすることもできるし（請求項８）、「光源からの光束を光記録媒体に、対物レンズを介して集光照射して情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置であって、光源と対物レンズとの間の光路上に、請求項１〜６の任意の１に記載の光学素子を配置した」構成のものとすることもできる（請求項９）。

ここで、サブ波長周期を持つ１次元格子状の微細凹凸構造による構造複屈折につき簡単に説明する。
図３（ａ）に示すのは、１次元格子状の微細凹凸構造を模式的に示している。この図では微細凹凸構造の断面形状は矩形波形状、即ち、凸部の断面形状が長方形形状である。

微細凹凸構造のピッチ：Ｐは、図に示すように、１対をなす「ランドとスペース」のランドの幅（以下、図示の如く「ランド幅」という。）：ａとスペースの幅（以下、図示の如く「スペース幅」という。）：ｂの和：（ａ＋ｂ）である。また、スペース底部に対するランドの高さを「溝深さ：Ｈ」とする。

このとき、「ａ／Ｐ」で定義される量を「フィリングファクタ」、「Ｈ／ａ」で定義される量を「アスペクト比」と呼ぶ。「フィリングファクタが大きい」ことは、ピッチ：Ｐに占めるランド幅：ａが大きい（スペース幅：ｂが小さい）ことを意味する。また「アスペクト比が大きい」ほど、ランド幅：ａに対する溝深さ：Ｈが大きい。アスペクト比は、微細凹凸構造形成の容易さの観点から「１０よりも小さい」こと、より好ましくは、５程度以下が良い。

微細凹凸構造のピッチ：Ｐがサブ波長オーダであると、ピッチ：Ｐよりも大きい波長の光は回折せず「０次光」としてそのまま透過し（このときの透過率を「０次透過率」と呼ぶ。）が、入射光に対して複屈折性を示す。

即ち、図３（ｂ）に示すように、微細凹凸構造へ「空気領域から入射」する入射光において、微細凹凸構造の周期方向（図の左右方向）に平行に振動する偏光成分：ＴＭ、ランド長手方向（図面に直交する方向）に平行に振動する偏光成分ＴＥに対し、微細凹凸構造は「屈折率が異なる媒質」のように作用する。

微細凹凸構造の部分における有効屈折率を、偏光成分：ＴＭにつきｎ(ＴＭ)、偏光成分：ＴＥについてｎ(ＴＥ)とすると、これら有効屈折率は、微細凹凸構造が形成された材料の屈折率：ｎ、微細凹凸構造のフィリングファクタ：ｆを用いて以下のように表される。

ｎ(ＴＥ)＝√{ｆｎ２＋(１−ｆ)} （１）
ｎ(ＴＭ)＝√［ｎ２／｛ｆ＋(１−ｆ)ｎ２｝］ （２）
このように、偏光成分：ＴＥ、ＴＭに対する屈折率が異なるため、透過光における偏光成分：ＴＭに対し、偏光成分：ＴＥは、図３（ｂ）に示すように位相が「δ」だけ遅れることになる。

即ち、溝深さ：Ｈを用いると、微細凹凸構造の「光学的厚さ」は、偏光成分：ＴＭに対して「Ｈ・ｎ(ＴＭ)」、偏光成分：ＴＥに対して「Ｈ・ｎ(ＴＥ)」であるので、これら光学的厚さの差：Ｈ｛ｎ(ＴＥ)−ｎ(ＴＭ)｝に応じて「位相遅れ：δ」が生ずる。この「位相遅れ：δ」が「リタデーション」である。
光学的厚さの差：Ｈ｛ｎ(ＴＥ)−ｎ(ＴＭ)｝をＤとし、波長をλとすると、δ＝２πＤ／λであるが、微細凹凸構造においては「波長：λの広い領域にわたって、略一定のリタデーション」が得られる。

ｎ(ＴＥ)、ｎ(ＴＭ)は、上記屈折率：ｎと、フィリングファクタ：ｆにより決定され、リタデーション：δは、屈折率：ｎ、フィリングファクタ：ｆ、溝深さ：Ｈにより定まるから、結局、リタデーションは材料（ｎが定まる。）と微細凹凸構造の形態（フィリングファクタ：ｆと溝深さ：Ｈが定まる。）を調整することにより所望のものを得ることができる。

リタデーション：δを調整することにより、偏光成分：ＴＭ、ＴＥに対する位相差を例えば「πやπ／２」に設定でき、１／２波長板、１／４波長板等の各種位相板を実現できる。

上に説明した例では、微細凹凸構造の凸部の断面形状が長方形形状であって、ランド幅：ａ、スペース幅：ｂが一義的であり、フィリングファクタ：ｆも一義的に定まる。
これに対し、図３（ｃ）に示す微細凹凸構造のように、断面形状が「台形形状の周期的配列」である場合、ピッチ：Ｐは一義的であるが、凸部の幅は溝深さに応じて異なり、溝深さ：Ｈ１の部分では幅：ａ１でフィリングファクタ：ｆ１＝ａ１／Ｐであるが、溝深さ：Ｈ２の部分では幅：ａ２でフィリングファクタ：ｆ２＝ａ２／Ｐとなって、フィリングファクタが溝の深さ方向に変化する。

このため、式（１）、（２）で与えられる屈折率：ｎ(ＴＥ)、ｎ(ＴＭ)は「フィリングファクタの変化に応じて変化」する。換言すれば、屈折率：ｎ(ＴＥ)、ｎ(ＴＭ)は微細凹凸構造の溝深さ方向にグラデーションをなして変化する。

この場合のリタデーションは、上記Ｈ｛ｎ(ＴＥ)−ｎ(ＴＭ)｝における屈折率：ｎ(ＴＥ)、ｎ(ＴＭ)を、それぞれの平均値：ｎ_Ｍ(ＴＥ)、ｎ_Ｍ(ＴＭ)で置き換えて得られる光学的厚さをＤとして「２πＤ／λ」で与えられる。

即ち、微細凹凸構造における凸部の断面形状が、台形形状のように「凸部の幅が凸部の高さ方向に変化する形状（請求項２）」である場合には、屈折率：ｎ(ＴＥ)、ｎ(ＴＭ)が凸部の高さ方向に変化するので「急激な屈折率変化の場合に生じる高い反射率」が屈折率のグラデーションにより緩和されて「反射率が低減」されるので、微細凹凸構造における０次光の透過率が上昇するのである。
この発明の光学素子では「空穴部での屈折率変化」により有効に反射率を低減させて０次光透過率を増大させるのである。

以上に説明したように、この発明によれば、新規な光学素子およびこの光学素子を含む光学装置を実現できる。この発明の光学素子は、所望の位相差と高い透過率を両立させ従って良好な光学性能を有し、従って、この光学素子を用いることにより性能良好な光学装置を実現できる。

以下、発明の実施の形態を説明する。
図１に光学素子の形態例を示す。
図１において、符号１０は透明基板、符号２０はサブ波長構造層を示している。透明基板１０とサブ波長構造層２０とは異なる物質であって屈折率が異なる。
図１（ａ）の場合を例にとって説明すると、この場合の光学素子は透明基板１０上に、透明基板１０と屈折率の異なるサブ波長構造層２０を有し、サブ波長構造層２０に、１次元格子状の微細凹凸構造が、使用波長より小さいサブ波長周期で、且つ、凹部が透明基板１０とサブ波長構造層２０との境界面に達するように形成されている。符号２１は微細凹凸構造の凸部を示している。凹部は「透明基板１０とサブ波長構造層２０との境界面に達する」ので、微細凹凸構造を構成する凸部２１同士は透明基板上で凹部により分断されている。

一方、透明基板１０のサブ波長構造層２０側に、微細凹凸構造の凹部に連通して「１次元格子状の微細凹凸構造と同周期に配列」した空穴部１１が形成されている。即ち、空穴部１１の配列は「サブ波長構造層２０の微細凹凸構造と同周期」である。

サブ波長構造層２０の微細凹凸構造は１次元格子状であるので、微細凹凸構造の断面形状は図面に直交する方向には一様である。また、空穴部１１の断面形状も図面に直交する方向へ実質的に均一である。

図１（ａ）に示す例では、サブ波長構造層２０に形成された１次元格子状の微細凹凸構造の周期方向における断面形状が、凸部の幅が「凸部の高さ方向に変化」する形状であり（請求項２）、より具体的には、この断面形状は台形形状である（請求項３）。

図１（ｂ）、（ｃ）は図１（ａ）に示す形態の変形例であり、図１（ｂ）の例では、サブ波長構造層２０の微細凹凸構造における凸部２２の底部が「断面長方形状の台部２２Ａ」をなす。また、図１（ｃ）に示す例では、台形形状の断面形状を有する凸部２３の底部が、台形底辺より若干長さが大きい「断面長方形状の台部２３Ａ」をなしている。

図２には光学素子の別の形態例を３例示す。繁雑をさけるため、混同の虞が無いと思われるものに付いては図１におけると同一の符号を付した。
図２（ａ）に示す例では、サブ波長構造層２０に形成された微細凹凸構造の凸部２４の断面形状が３角形形状であり、（ｂ）に示す例では、サブ波長構造層２０に形成された微細凹凸構造の凸部２５の断面形状が矩形形状であり、（ｃ）に示す例では、サブ波長構造層２０に形成された微細凹凸構造の凸部２６の断面形状が部分円形状である。

図１に示す３例と図２（ａ）、（ｃ）に示す２例では、サブ波長構造層２０に形成された微細凹凸構造の凸部の幅が「凸部の高さ方向に変化」するので、図３（ｃ）に即して説明したように、微細凹凸構造自体においても屈折率がグラデーションをなして変化する。

図１、図２に示された形態例に即して説明したように、この発明の光学素子は、透明基板１０のサブ波長構造層２０側に、微細凹凸構造の凹部に連通して、１次元格子状の微細凹凸構造と同周期に配列した空穴部１１が形成されている。そして、この空穴部が「透明基板１０とサブ波長構造層２０との境界面に直交する方向（図１、図２の上下方向）において、入射光に対する屈折率を変化させる機能」を有するのである。

ここで、光学素子を構成する透明基板・サブ波長構造層の材料を例示すると、透明基板１０の材料としては、石英（屈折率：ｎ＝１．４５）や、ＨＯＹＡ社製の商品名：ＢＳＣ７（ｎ＝１．５）が好適である。
サブ波長構造層２０は、これらよりも高い屈折率を持つ材料で形成され、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２、ＩＴＯ（ＳｎＯ_２＋Ｉｎ_２Ｏ_５）などの「無機材料」や、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｓｂ_２Ｏ_５、ＩＴＯ、Ａｌ_２Ｏ_３等の元素を材料中に結合させた「ゾル・ゲル材料」、さらにはＳｉＯ_２を骨格とするゾル・ゲル材料中に、上記無機材料の微粒子（５ｎｍ以上１００ｎｍ以下）を分散させた「混合材料」、あるいは、光硬化型樹脂や熱硬化型樹脂で屈折率が１．６以上のもの等を利用可能である。

上記「混合材料」は、特性に応じて混合・ブレンドが可能である。光硬化型樹脂や熱硬化型樹脂は、例えば、光透過型接着剤を初めとする「光学特性に優れたもの」が用いられる。上記「無機材料」で形成されるサブ波長構造層は２００℃以上の耐熱性があり「高温環境で使用する光学素子のサブ波長構造層の材料」として適している。

以下には、透明基板１０として石英（屈折率：ｎ＝１．４５）の平行平板、サブ波長構造層２０の材料としてＴａ_２Ｏ_５（屈折率：ｎ＝２．２５）の場合を例として説明する。

透明基板１０である石英の平行平板の平坦な面上に、Ｔａ_２Ｏ_５によるサブ波長構造層をスパッタリングや蒸着等の成膜技術で薄層として形成する。

なお、サブ波長構造層２０を上記ゾル・ゲル材料や混合材料、光硬化型樹脂や熱硬化型樹脂で形成する場合には、これらを透明基板１０上にスピンコート等により薄層上に形成すればよい。

サブ波長構造層２０に形成する「サブ波長周期を持った１次元格子状の微細凹凸構造」は、例えば、薄層として形成されたサブ波長構造層上に「電子ビームの走査により潜像を形成されるレジスト層」を設け、このレジスト層に「微細凹凸構造に対応するパターン」を電子ビームにより描画して潜像を形成し、これを現像して「微細凹凸構造に対応するレジストパターン」を得、このレジストパターンをマスクとしてＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等のエッチングでサブ波長構造層を透明基板１０の表面に至るまでエッチングすることによって形成することができる。

このようなエッチング工法を用いる場合、材料によってエッチングレートが異なる。
この「エッチングレートの違い」を利用することにより、図１、図２に示すような空穴部１１を形成することが可能である。一般に、高屈折率材料はエッチングにより侵刻されにくい特性を有するため、エッチングにより「高屈折率材料（Ｔａ_２Ｏ_５）によるサブ波長構造層２０」の侵刻を透明基板１０との境界までを行ったのち、さらにエッチングを行うと、サブ波長構造層２０に形成された微細凹凸構造の凹部で透明基板１０がエッチングされ、空穴部１１が形成される。このようにして「微細凹凸構造の凹部に連接」する空穴部１１が透明基板１０に形成される。

空穴部１１の大きさや断面形状は、エッチングの条件（導入ガスの種類や導入量、エッチング時間等）を透明基板・サブ波長構造層の材料に応じて切換え、あるいは調整することにより制御でき、空洞１１の断面形状や大きさを制御することにより、空穴部における屈折率の変化を制御して「サブ波長構造層２０と透明基板１０の境界面での反射による透過率のロス」を低減することが可能となる。

図４（ａ）は、図１（ａ）に示した形態例の一部を示している。この形態例では微細凹凸構造の凸部２１は断面形状が台形形状であり、前述のように、この微細凹凸構造の部分でも屈折率が図の上下方向へ変化する。

また、空穴部１１の配列も「１種の微細凹凸構造」を構成するのでこの部分でも構造複屈折が生じるが、空穴部１１」の断面形状は均一でないので、この空穴部１１の部分においても「フィルファクタが空穴部１１の深さ方向へ変化」して屈折率の変化を惹起するのである。そしてこの屈折率変化のグラデーションが反射率を軽減させる。

「空穴部１１の部分における屈折率変化による反射率低減効果」は、主として、空穴部１１の大きさ・形状を特徴づける４つの量、即ち、図４（ａ）に示すように、微細凹凸構造のピッチ：Ｐ（これは空穴部１１の配列ピッチでもある。）、空穴部１１の配列方向における最大幅：Ｘ、空穴部１１の深さ：Ｈ２、空穴部１１における最大幅：Ｘを与える深さ：Ｚにより実質的に決定されることが発明者らの研究を通じて明らかになった。

そこで、図４（ａ）の状態を同図（ｂ）に示す「多辺形の断面形状としてモデル化」し、屈折率変化による反射率低減効果を見るべく、偏光成分：ＴＭ、ＴＥに対する透過率を演算シミュレーションにより調べた。
演算シミュレーションの前提条件は以下の通りである。

透明基板１０は石英の平行平板で屈折率：ｎ＝１．４５、サブ波長構造層２０のＴａ_２Ｏ_５であって屈折率：ｎ＝２．２５である。
演算に当たっては、長さの次元を持つ量を使用波長：λで規格化して無次元化した。

即ち、微細凹凸構造のピッチ：Ｐ／λ＝０．５、微細凹凸構造における凸部の断面形状である台形形状の底辺部分において凸部の幅：０．７Ｐ／λ＝０．３５、凹部の幅：０．３Ｐ／λ＝０．１５、凸部の高さ（凹部の深さ）：Ｈ１／λ＝０．７４である。

このような条件のもとにおいて、演算パラメータとして、
空穴部の深さ：Ｈ２／λ、空穴部１１における最大幅：Ｘを与える深さ：Ｚと空隙部の深さ：Ｈ２の比：Ｚ／Ｈ２とを用い、これらのパラメータ：Ｈ２／λ、Ｚ／Ｈ２を種々に変化させ「空穴部の最大幅：Ｘとピッチ：Ｐとの比：Ｘ／Ｐの変化に対する０次光透過率の変化」を調べた。結果を図５、図６に示す。

図５、図６の各図における縦軸「Efficiency」は０次光透過率であり、空穴部が形成されていない場合（透明基板の平坦な面の上に「サブ波長構造層の微細凹凸構造のみ」が存在する場合）の偏光成分：ＴＥの透過率を１としている。即ち、この場合が「空穴部の効果がない場合」であり、このときの偏光成分：ＴＭの透過率は０．９２である。
なお、図５、図６において「空洞あり、空洞なし」は「空穴部のある場合とない場合」を意味し、「ＴＥ−ＯＴ」とあるのは偏光成分：ＴＥの０次光透過率、「ＴＭ−ＯＴ」とあるのは偏光成分：ＴＭの０次光透過率を表す。

図５、図６に示すように、０次光透過率：ＴＥ−ＯＴは、空穴部の存在により「空穴部がない場合よりも小さく」なるが、Ｘ／Ｐが大きい領域では十分に大きな値となり、透過率：ＴＭ−ＯＴについても、Ｘ／Ｐの大きさにより「空穴部がない場合よりも大きな値」が実現できている。

次にリタデーションについて、上記パラメータ：Ｈ２／λを０．２５、０．４９とし、パラメータ：Ｚ／Ｈ２を０．０（空穴部がない場合）、０．２、０．４、０．６、０．８、１．０のように変化させたときの使用波長：λを単位とするリタデーションのパラメータ：Ｘ／Ｐに対する変化を求めたところ図７（ａ）、（ｂ）の如くになった。図７の縦軸「Retardation」がリタデーションである。

図７から明らかなように「空穴部の深さ：Ｈ２が大きくなると、リタデーションが増大する傾向」がある。説明中の例では、透明基板に対してサブ波長構造層の屈折率が高く、リタデーションに対する微細凹凸構造の影響が空穴部による影響よりも大きい。

以上の結果から、微細凹凸構造における凹部の深さ（凸部の高さ）：Ｈ１、空穴部の深さ：Ｈ２をエッチング条件の制御により調整することにより、高い透過率を実現しつつ所望の位相差を実現することができる。

例えば、光学素子を１／４波長板として実現する場合であれば、１／４波長板はリタデーション：０．２５λにあたるから、図７の場合よりも、空穴部の深さ：Ｈ２を浅くして、リタデーションが０．２５λとなるようなＸ／Ｐを選択すればよい。

若干補足すると上の説明から明らかなように、光学素子の０次光透過率は、サブ波長構造層における微細凹凸構造の凸部の断面形状が台形形状（凸部の高さ方向に幅が変化する形状）であることによる「微細凹凸構造での屈折率のグラデーション」と「空穴部における屈折率のグラデーション」とが光学素子の０次光透過率の向上（反射率の低減）に寄与しているが、「少なくとも空穴部における屈折率の変化」があれば、透過率の向上を図ることができる。

なお、必要に応じて、空穴部の一部もしくは全部、あるいはさらに、微細凹凸構造の凹部における深さ方向の一部もしくは全部に、透明基板・サブ波長構造層の屈折率のうち低いほうよりもさらに低い屈折率を持つ材料を充填してもよい。

光学素子を「１／２波長板」として実現する場合であれば、リタデーションを０．５λとすればよく、リタデーション：０．５λを実現するように、微細凹凸構造・空穴部を設定すればよいが、このようにするかわりに、平行平板状の透明基板の両面にサブ波長構造層を形成し、両面とも微細凹凸構造・空穴部配列を形成し、各面におけるリタデーションが０．２５となるようなＨ２、Ｘ／Ｐを設定してもよい。このようにすると、片面のみでリタデーション：０．５λを実現するよりも微細凹凸構造のアスペクト比を小さく設定できる。

また、透明基板の片面のみにサブ波長構造層を形成する場合、透明基板の他方の面に反射防止膜を形成することによって、透過率のさらなる向上を図ることができる。反射防止膜は、例えばよく知られた「高屈折率層と低反射率層を交互に積層した４層構成のもの」等を蒸着により形成することができる。
図８に実施の形態を示す光学素子３０は「偏光選択性回折素子」である。
偏光選択性回折格子３０は、図８（ａ）の如き構成を持つ。即ち、同図において符号３１は透明基板を示している。
図８（ｂ）は、図８（ａ）に符号３３で示す「光学素子表面部分」を拡大して示している。図８（ｂ）に示す如く「凸部３２１の配列による微細凹凸構造と空穴部３１１の周期的配列による周期構造（図８（ａ）において符号３２で示す部分）」が、透明基板３１表面の平坦部分３１Ａを介して微細凹凸構造の凹凸配列方向（図の左右方法）へ周期的に配列して「回折格子」をなしている。即ち、図８（ａ）に符号３２で示す個々の周期構造３２が「回折格子の個々の格子」に相当する（請求項５）。

偏光選択性回折素子３０は「偏光依存性回折格子」である。周期構造３２を通過する光波と平坦部分３１Ａを通過する光波の位相差が２πのとき、回折波は０次だけの透過波となる。また、位相差がπのときは０次の透過波はなく、全て１次以上の回折波になる。周期構造３２における光学的異方性を利用して偏光成分：ＴＥ（振動面が図面に平行である。）に位相差：２π」、偏光成分：ＴＭ（振動面が図面に直交する。）に「位相差：π」を与えるように「微細凹凸構造と空穴部配列を設定」すると、偏光成分：ＴＥ波が素通りし、偏光成分：ＴＭが全て回折する偏光選択性回折素子となる。

このような偏光選択性回折素子においても、空穴部の存在が「反射率ロスを低減」する効果を生じる。

図９に実施の形態を示す光学素子４０は「偏光ビームスプリッタ」である（請求項６）。偏光ビームスプリッタ４０は、図１、図２に即して説明したものと同様に、透明基板に形成されたサブ波長構造層に微細凹凸構造が形成され、この微細凹凸構造の凹部に連通して、透明基板側に空穴部の周期的配列が形成されている。微細凹凸構造の凸部の断面形状は、図１、図２に例示したような種々の形状が可能である。

等方性の均一媒質により形成されるスカラー領域（格子ピッチが波長よりも十分に大きい）の回折素子では、その回折効率に偏光依存性は発現しないが、格子構造が微細凹凸構造になってピッチがサブ波長領域になると、格子構造に依存した光学異方性、即ち、構造複屈折が発現するので回折効率に偏光依存性が生じる。従って、微細凹凸構造に「偏光ビームスプリッタ」の機能を持たせることができる。

図９の例では、例えば、偏光成分：ＴＭが０次光として直進的に透過し、偏光成分：ＴＥは１次回折光として回折する。回折角が光学素子４０に対して４５度となるように設定すれば、図の如く、０次光（偏光成分：ＴＭ）と１次回折光（偏光成分：ＴＥ）とが互いに直交するように分離することができる。この場合にも、空穴部の存在が「反射率ロスを低減」する効果を生む。

以下には、この発明の光学素子を用いる光学装置の実施の形態を説明する。
図１０に示す光学装置はプロジェクタ装置（請求項８）である。
３原色に対応する各色の映像を個別に形成する３つの液晶表示素子１１０、１１１、１１２と、これら液晶表示素子から射出した各色の映像光を合成するクロスプリズム１１３を有し、液晶表示素子とクロスプリズム１１３との間の３光路に、波長板１１６、１１７、１１８を有している。波長板１１６、１１７、１１８として上に実施の形態を説明した１／２波長板相当の波長板を用いる。

白色光源１０１から放射された白色光はリフレクタ１０２により反射され、ダイクロイックミラー１０３に入射する。ダイクロイックミラー１０３は、青色波長以下の光を透過させ、青色波長より長い波長の光を反射する。従って、ダイクロイックミラー１０３に入射する白色光の内、青色成分はダイクロイックミラー１０３を透過し、緑色成分と赤色成分はダイクロイックミラー１０３により反射されてダイクロイックミラー１０４に入射する。

ダイクロイックミラー１０４は赤色波長以上の波長の光を透過させ、赤色波長より短い波長の光を反射する。従って、ダイクロイックミラー１０４に入射した光のうち、緑色成分はダイクロイックミラー１０４に反射され、赤色成分はダイクロイックミラー１０４を透過する。このようにして、ダイクロイックミラー１０３、１０４により白色光源１０１からの白色光が、赤、緑、青の３原色の成分光に色分解される。

ダイクロイックミラー１０３を透過した「青色成分光」は、ミラー１０５により反射されて液晶表示素子１１０に入射し、ダイクロイックミラー１０４に反射された「緑色成分光」は液晶表示素子１１１に入射する。ダイクロイックミラー１０４を透過した「赤色成分光」はリレーレンズ１０８、ミラー１０６、リレーレンズ１０９、ミラー１０７により構成される光路を辿って液晶表示素子１１２に入射する。リレーレンズ１０８と１０９とは赤色成分光に対する光路長補正を行う。

液晶表示素子１１０、１１１、１１２は「液晶層を１対の偏光子で挟持」してなり、液晶層を挟持する１対の偏光子は互いに偏光方向を直交させている。
各色成分光は、対応する液晶表示素子の入射側偏光子を透過すると直線偏光となって液晶層に入射する。液晶表示素子１１０、１１１、１１２にはそれぞれ、青色画像、緑色画像、赤色画像を表示するように画像信号が印加され、「投射すべき映像の画素」の位置の液晶層を透過する光は偏光面が９０度旋回し、射出側偏光子と同じ偏光方向になって射出側偏光子を透過する。

このようにして、液晶表示素子１１０からは「青色画像に応じて２次元的に強度変調された青色成分光（以下「青色映像光」という。）」が射出する。同様に、液晶表示素子１１１からは「緑色画像に応じて２次元的に強度変調された緑色成分光（以下「緑色映像光」という。）」が射出し、液晶表示素子１１２からは「赤色画像に応じて２次元的に強度変調された赤色成分光（以下「赤色映像光」という。）」が射出する。即ち、液晶表示素子１１０、１１１、１１２は３原色（青、緑、青）に対応する映像を個別に形成する。

これら各液晶表示素子から射出した各色映像光は、その偏光方向が図面の面内に平行な方向となっている。
液晶表示素子１１０から射出した青色映像光は波長板１１６に入射し、液晶表示素子１１１、１１２からそれぞれ射出した緑色映像光、赤色映像光は、それぞれ波長板１１７、１１８に入射する。

波長板１１６、１１７、１１８は「１／２波長板相当」であって、透過する光の直交２成分に対して１／２波長分の位相差を与える。これら波長板に入射する各色映像光は、上記の如く図面に平行な面内に偏光しているから、透過光はその偏光面が入射時の方向から９０度旋回し、図面に直交する方向に偏光した光束となって、クロスプリズム１１３に、それぞれ対応する面から入射する。

クロスプリズム１１３は、図面に直交する方向からみた断面形状が正方形となる光透過性素材による直方体であり、互いに直交する反射面１１３ａ，１１３ｂを有している。反射面１１３ａは「青色波長以下の波長の光を反射し、青色波長より長い波長の光を透過するダイクロイックミラー」となっており、反射面１１３ｂは「赤色波長以上の波長の光を反射し、赤色波長より短い波長の光を透過するダイクロイックミラー」となっている。

クロスプリズム１１３に入射する各色映像光のうち、青色映像光は反射面１１３ａに反射され、赤色映像光は反射面１１３ｂに反射され、緑色映像光は反射面１１３ａ、１１３ｂを透過し、いずれも同一の方向となり、色合成されてクロスプリズム１１３から射出する。射出した光束は投射レンズ１１４に入射し、投射レンズ１１４により「表示面」であるスクリーン１１５上に拡大投射されて投射映像を表示する。

反射面１１３ａ、１１３ｂは、その「反射光、或いは透過光の偏光軸」について方向性を有し、一般に「一方の偏光方向についてより高透過率」を有する。そこでクロスプリズム１１３への入射光の偏光方向と反射面の偏光軸を最適化をするためにクロスプリズム１１３の前段に１／２波長板相当の波長板１１６、１１７、１１８を挿入している。この実施形態においては、青、緑、赤の各色映像光に対して１／２波長板相当の波長板１１６、１１７、１１８を挿入した場合を示しているが、映像光のいずれか１つのみに対して上記波長板を挿入する構成としてもよい。

図１１は、図１０に示した実施の形態の変形例である。繁雑を避けるため、混同の恐れが無いと思われるものについては図１０におけると同一の符号を付し、これらについての説明は図１０に関する説明を援用する。

図１１のプロジェクタ装置は、図１０のプロジェクタ装置の白色光源１０１とダイクロイックミラー１０３との間に、均一照明手段２０１（オプチカルインテグレータ）と偏光変換素子２０２とを付加したものである。

「オプチカルインテグレータ」である均一照明手段２０１は、液晶表示素子への照射光の光量を略均一にする手段であり、例えばフライアイレンズ、ロッドレンズ、矩形レンズアレイ等から成る公知のものを適宜利用できる。

偏光変換素子２０２は、白色光源１０１からの光を有効に使い、スクリーン上の投射映像を明るくするために液晶表示素子へ入射する光の偏光方向を揃えるのに用いられる。

液晶表示素子１１０、１１１、１１２は、液晶の持つ偏光特性を利用しており、高いコントラストを実現できるが、１対の偏光子で液晶を挟持しているため、図１０に示した実施の形態におけるように「各液晶表示素子に入射する照射光が自然偏光状態である」と、各液晶表示素子の「入射側偏光子」を透過する際に、照明光量の１／２が遮断されてしまうことになり、光の利用効率が悪い。

偏光変換素子２０２は、光源側からの照明光の偏光状態を「照明光の光強度を略保存しつつ、自然偏光状態から直線偏光状態」に変換するものである。このようにして直線偏光化された照明光の偏光方向を、液晶表示素子における入射側偏光子の偏光方向と揃えれば、光源側からの照明光の略１００％を投射画像の表示に利用することができる。

図１２は、光源からの白色光束が均一照明手段２０１により均一化され、偏光変換手段２０２により偏光状態を変換される状態を説明するための図である。

光源側からの白色光束は「１対の集光レンズアレイ（フライアイレンズアレイ）を対向配置して構成」した公知の均一照明手段２０１を透過して、偏光変換手段２０２に入射する。偏光変換手段２０２は、光学基体２０２Ａと、波長板部分２０２Ｂとを有している。

図１２（ａ）に示すように、光学基体２０２Ａの部分は、照明光の光軸に対して４５度傾いた偏光分離面２０２１と反射面２０２２とを有する。
偏光分離面２０２１は、入射光を偏光面が互いに直交する反射光Ｓ（以下「Ｓ成分」という。）と透過光Ｐ（以下「Ｐ成分」という。）に分割する。反射面２０２２は、Ｓ成分を反射してＰ成分の進行方向と略同じ方向に向ける。

偏光分離面２０２１と反射面２０２２の組み合わせを１ユニットとし、このようなユニットの複数ユニットが、照明光の透過領域に渡って設けられて所謂「偏光プリズムレンズアレイ」をなし、アレイを構成する個々の偏光プリズムごとに、透過する照明光をＳ成分とＰ成分に分ける。

波長板部分２０２Ｂは、光学基体２０２Ａから射出するＳ成分の偏光面を９０度旋回させ、Ｐ成分の偏光方向に揃える。このようにして「偏光方向が揃った直線偏光の照明光」が得られる。この照明光の偏光方向は勿論「各液晶表示素子の入射側偏光子の偏光方向」と同じである。

図１２（ｂ）は波長板部分２０２Ｂの部分を説明する図である。波長板部分２０２Ｂは、ガラス平板２０２Ｂ１の片面に形成された「屈折率：１．６以上の材料」による薄層２０２Ｂ２の表面に、断面矩形波状の微細凹凸構造２０２１Ｂ、２０２２Ｂ、２０２３Ｂ等がサブ波長構造として形成され、各微細凹凸構造２０２１Ｂ等は「１／２波長板相当の波長板」としての機能を付与されている。ガラス平板２０２Ｂ１は光学基体２０２Ａにおける「方向の揃った照明光が射出する側の面」に一体化され、微細凹凸構造２０２１Ｂ等は「Ｓ成分が射出する部分」に形成されている。なお、波長板部分２０２Ｂと光学基体２０２Ａとの接合は、薄層２０２Ｂ２を光学基体２０２Ａの側としてもよく、このようにすると、微細凹凸構造をガラス平板２０２Ｂ１により良好に保護することができる。

またガラス平板２０２Ｂ１を用いず、薄層２０２Ｂ２を光学基体２０２Ａに直接形成してもよい。本実施例に用いられている波長板部２０２Ｂとして実施例１で説明した波長板を用いればよい。勿論、ガラス平板２０２Ｂ１の片面に形成された薄層２０２Ｂ２の表面に形成される断面矩形波状の微細凹凸構造２０２１Ｂ、２０２２Ｂ、２０２３Ｂ等を、その凹部がガラス平板２０２Ｂ１に達するように形成し、各凹部に連接して空穴部がガラス平板に形成されるようにして、波長板部分における０次光透過率を高めることができる。

図１３は、プロジェクタ装置の実施の別形態の変形例である。

このプロジェクタ装置は「単板式」であり、白色光を放射する照明装置３００と、放射された白色光を変調してカラー画像を形成する「液晶表示装置」と、表示されたカラー画像を投射する投射レンズ３０９を有する。

照明装置３0０は、基板３０２と、基板３０２に搭載されて白色光を放射するＬＥＤチップ３０１と、ＬＥＤチップ３０１から放射される光の照度分布を均一化するための照度分布均一化手段として「ロッドレンズ３０３、充填材３０４ａ及び反射層３０５、波長板３０６」を有する。充填材３０４ａは「ロッドレンズ３０３よりも屈折率の高い材質」で形成され、ロッドレンズ３０３のＬＥＤチップ３０１側の面に凹面として形成された境界面３０４とＬＥＤチップ３０１との間の空間に充填されている。ロッドレンズ３０３の光射出側端面３０３ｂに設けられた波長板３０６は１／４波長板相当である。

「液晶表示装置」は、液晶表示素子３８０Ａとその入射側に配設された偏光子３０８ａ、カラーフィルタ３０８ｃと、射出側に配設された偏光子３０８ｂを有している。偏光子３０８ａ、３０８ｂは透過させる光の偏光面の方向（偏光方向という）が互いに直交している。カラーフィルタ３０８ｃは「白色光を赤・緑・青の３原色に色分解」する。

ＬＥＤチップ３０１は電力を供給されると白色光を放射する。放射された白色光は充填材３０４ａ内を伝搬してロッドレンズ３０３との境界面３０４に入射し、ロッドレンズ３０３内に入射する。充填材３０４ａはロッドレンズ３０３よりも屈折率が高いので、白色光は境界面３０４においてロッドレンズ３０３の光軸方向（図の左右方向）に近づくように屈折する。

ロッドレンズ３０３内を伝搬する白色光は、ロッドレンズ３０３の壁面で全反射を繰り返しつつ伝搬し、全反射が繰り返されることにより光射出側端面３０３ｂにおける照度分布が均一化されていく。

ロッドレンズ３０３の光射出側端面３０３ｂから射出する白色光は１／４波長板３０６に入射する。ＬＥＤチップ３０１から出射された白色光は「ランダム偏光」であるため１／４波長３０６をランダム偏光のまま透過する。この白色光は偏光子３０８ａに入射し、偏光子３０８ａの偏光方向に平行なｐ偏光成分はそのまま透過し、カラーフィルタ３０８ｃを介して液晶表示素子３０８Ａに入射する。

偏光子３０７ａの偏光方向に直交するｓ偏光成分は偏光子３０７ａにより反射され、１／４波長板３０６に再入射し、例えば「右回りの円偏光」に変換されてロッドレンズ３０３内を伝搬し、ロッドレンズ３０３のＬＥＤチップ側の面３０３ａに形成された反射層３０５で反射され、再度ロッドレンズ３０３を介して偏光子３０７ａに入射する。反射層３０５に反射される際、右回りの円偏光は「左回りの円偏光」に変換され、１／４波長板３０６に入射してｐ偏光成分に変換され、偏光子３０７ａを透過してカラーフィルタ３０８ｃを介して液晶表示素子３０８Ａに入射する。
このようにして、ＬＥＤチップ３０１から放射された白色光はその大部分が効率よく、且つ、均一な照度分布をもってカラーフィルタ３０８ｃに入射し、カラーフィルタ３０８ｃにより赤・緑・青の３原色に色分解され、液晶表示素子３０８Ａにより画像情報に応じて偏光面を旋回され、偏光子３０８ｂを透過するとカラー画像光となり、投射レンズ３０９によってスクリーン３１０に投射されてカラー投射画像を形成する。

このプロジェクタ装置は、白色光を放射するＬＥＤチップ３０１を備えた単一の照明装置３００と、カラーフィルタ３０８ｃと単一の液晶表示装置を有する「単板式プロジェクタ装置」であり小型軽量かつ低価格に実施することができる。

なお、この実施の形態では白色光を出射するＬＥＤチップ３０１を有するが、これに代えて、赤・緑・青の光を放射する３種のＬＥＤチップを用いても良い。このようにＬＥＤチップ３０１の代わりに赤・緑・青の色光を放射する３個のＬＥＤチップを配置した場合「カラーフィルタ８１を用い、３個のＬＥＤチップを同時に連続発光」させてもよいが、「カラーフィルタ３０８ｃを用いず、上記３個のＬＥＤチップをサイクリックに発光させてもよい。このようにすると、カラーフィルタ３０８ｃが不要になり、プロジェクタ装置のさらなる低価格化を図ることができる。

このプロジェクタ装置においては、１／４波長板相当の波長板３０６と偏光子３０７ａ、３０７ｂが用いられているが、これら波長板・偏光子として上に説明したリタデーション：０．２５λの波長板や偏光ビームスプリッタを用いることができる。

図１４は、プロジェクタ装置の実施の別形態の変形例である。

このプロジェクタ装置は反射型液晶表示素子を用いたものである。
光源装置は図１３のものと同様であり、白色光を放射するＬＥＤ４１０、ロッドレンズ４１１等を有する。ロッドレンズ４１１により照度分布を均一化された白色光は１／４波長板相当の波長板４１２を介して偏光子４１３を透過し、偏光ビームスプリッタ４１４の接合面で反射されて反射型液晶表示素子４１５に入射される。

反射型液晶表示素子４１５は、映像信号に応じて「入射光の偏光面を旋回させる空間変調」を行うもので、この形態においては「高速スイッチングが可能なＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）素子が用いられている。映像信号に基づいてｐ偏光に変換された反射光は、偏光ビームスプリッタ４１４を透過して画像光として投射レンズ４１６に入射し、スクリーン４１７上に拡大投射される。

この形態例に用いられている偏光子４１３や偏光ビームスプリッタ４１４として、先に説明した偏光ビームスプリッタ（図９）を、また１／４波長板相当の波長板４１２として上述のリタデーション：０．２５λの波長板を用いることができる。

図１５は、光学装置の実施の１形態である光ピックアップ装置を説明するための図である。光ピックアップ装置５００は、半導体レーザ等の光源５０２から出射した光を、回折格子５０３、偏光ビームスプリッタ５０４、１／４波長板５０５、コリメータレンズ５０６および対物レンズ５０７を順次透過させて光記録媒体５０９に照射し、その反射光（戻り光）を、対物レンズ５０７、１／４波長板５０５を介して偏光ビームスプリッタ５０４に入射させ、シリンドカルレンズ５１０に向けて反射させる。シリンドリカルレンズ５１０により非点収差を与えられた戻り光は、フォトディテクタ５１１によって読み出しデータ等として検出される。

回折格子５０３として上述の偏光選択性回折素子（図８）を、偏光ビームスプリッタ５０４として上述の偏光ビームスプリッタ（図９）を、１／４波長板５として前述のリタデーション：０．２５λの波長板を用いることができる。

光学素子の実施の形態例を説明するための図である。 光学素子の実施の別形態例を説明するための図である。 微細凹凸構造による構造複屈折を説明するための図である。 この発明の光学素子の光学機能を説明するための図である。 光学素子の光学機能を説明するための図である。 光学素子の光学機能を説明するための図である。 光学素子の光学機能を説明するための図である。 偏光選択性回折格子の実施の１形態を説明するための図である。 偏光ビームスプリッタの実施の１形態を説明するための図である。 光学装置としてのプロジェクタ装置の実施の１形態を説明する図である。 光学装置としてのプロジェクタ装置の実施の別形態を説明する図である。 図１０のプロジェクタ装置の均一照明手段と偏光変換手段を説明するための図である。 光学装置としてのプロジェクタ装置の実施の他の形態を説明する図である。 光学装置としてのプロジェクタ装置の実施の他の形態を説明する図である。 光学装置としての光ピックアップ装置の実施の１形態を説明する図である。

符号の説明

１０ 透明基板
２０ サブ波長構造層
１１ 空穴部
２１ 微細凹凸構造の凸部

Claims (9)

1. 透明基板上に、上記透明基板よりも屈折率の高い薄層によるサブ波長構造層を有し、
   上記サブ波長構造層に、１次元格子状の微細凹凸構造が、使用波長より小さいサブ波長周期で、且つ、凹部が透明基板とサブ波長構造層との境界面に達するように形成され、
   上記透明基板は、上記サブ波長構造層側に、上記微細凹凸構造の凹部に連通して、上記１次元格子状の微細凹凸構造と同周期に配列した空穴部を有し、
   上記空穴部は、上記境界面に直交する深さ方向において、幅が不均一であり、該幅の最大幅が、上記サブ波長構造層と上記透明基板との境界面位置における上記微細凹凸構造の凹部の幅よりも大きいことを特徴とする光学素子。
2. 請求項１記載の光学素子において、
   サブ波長構造層に形成された１次元格子状の微細凹凸構造の周期方向における断面形状が、凸部の幅が上記凸部の高さ方向に変化する形状であることを特徴とする光学素子。
3. 請求項２記載の光学素子において、
   サブ波長構造層に形成された１次元格子状の微細凹凸構造の周期方向における断面形状が、台形形状もしくは三角形形状もしくは部分円形状または部分楕円形状であることを特徴とする光学素子。
4. 請求項１または２または３記載の光学素子において、
   波長板としての光学機能を有することを特徴とする光学素子。
5. 請求項１〜３の任意の１に記載の光学素子であって、
   サブ波長構造層の微細凹凸構造と空穴部の周期的配列による周期構造が、透明基板表面の平坦部分を介して、上記微細凹凸構造の凹凸配列方向へ周期的に配列し、偏光選択性の回折格子を構成していることを特徴とする光学素子。
6. 請求項１〜３の任意の１に記載の光学素子であって、
   偏光ビームスプリッタとしての光学機能を有することを特徴とする光学素子。
7. 請求項１〜６の任意の１に記載の光学素子を有する光学装置。
8. 請求項７記載の光学装置において、
   光源からの光束を液晶表示素子に導光し、この液晶表示素子の表示画像を投射レンズで表示面上に投射するプロジェクタ装置として構成され、
   上記光源と上記投射レンズとの間の光路上に、請求項１〜６の任意の１に記載の光学素子が配置されたことを特徴とする光学装置。
9. 請求項７記載の光学装置において、
   光源からの光束を光記録媒体に、対物レンズを介して集光照射して情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置として構成され、
   上記光源と上記対物レンズとの間の光路上に、請求項１〜６の任意の１に記載の光学素子が配置されたことを特徴とする光学装置。

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