WO2014162621A1 - 偏光解消素子並びにその素子を用いた偏光解消装置及び光学機器 - Google Patents

偏光解消素子並びにその素子を用いた偏光解消装置及び光学機器 Download PDF

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WO2014162621A1
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sub
wavelength structure
optical
wavelength
region
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藤村　康浩
梅木　和博
成田　博和
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リコー光学株式会社
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    • G—PHYSICS
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    • G02B5/1876—Diffractive Fresnel lenses; Zone plates; Kinoforms
    • G02B5/188—Plurality of such optical elements formed in or on a supporting substrate

Definitions

  • the present invention relates to a depolarizing element used in an optical instrument, a depolarizing apparatus using the element, and an optical instrument.
  • 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.
  • the divided light When splitting one light beam into a plurality of light beams by passing the light from the laser through a microlens array or fly-eye lens, the divided light is usually aligned in the same direction.
  • the divided light may cause stray light, and a point (speckle) in which the light is strengthened in the middle of the optical system may occur. Speckle is known to occur in various optical systems, and various methods for solving this have been proposed, but no effective solution has been established.
  • the polarization state is a so-called random polarization state. This is because light interference is less likely to occur when the polarization is uneven.
  • a depolarizing element in which the substrate surface is divided into arbitrary regions and sub-wavelength structures (SWS) having different characteristics are provided in each region. It has been proposed (see Patent Document 1).
  • This depolarizing element is provided with a number of sub-wavelength structure regions with different characteristics (optical axes) on the surface of the substrate, so that when the light passes through the substrate, it has polarization corresponding to each sub-wavelength structure. Speckle is eliminated by superimposing light that has passed through the structure.
  • the optical axis of the sub-wavelength structure means the concavo-convex repeating direction of the ridges and recesses of the sub-wavelength structure.
  • the sub-wavelength structure is a periodic structure having ridges and ridges arranged repeatedly with a period shorter than the wavelength of light to be used.
  • a grating structure having a periodic structure with a period smaller than the wavelength of light to be used has a structural birefringence action.
  • a depolarizing element having a function of further diversifying the generated polarization state by changing the depth of the concave portion (height of the convex portion) within the region where the sub-wavelength structure is formed is disclosed. (See Patent Document 2).
  • JP 2004-341453 A JP 2011-180581 A WO2004 / 008196 JP 2007-263593 A Japanese Patent Laid-Open No. 2005-279761 JP 2001-356471 A
  • a depolarizing element in which a plurality of sub-wavelength structural regions having structural birefringence are arranged on the surface layer portion of the base material, it is required to be able to create various polarization states in order to eliminate speckle.
  • a first object of the present invention is to provide a depolarizing element having a structure capable of creating various polarization states in a depolarizing element in which a plurality of sub-wavelength structural regions having structural birefringence are arranged on a surface layer portion of a substrate. Is to provide.
  • a second object of the present invention is to provide an optical apparatus that eliminates speckles by providing such a depolarizing element in an optical system.
  • the depolarizing element according to the present invention is a depolarizing element in which a plurality of sub-wavelength structural regions having structural birefringence are arranged on a surface layer portion of a substrate, wherein the sub-wavelength structural region has a wavelength of light to be used. And having a sub-wavelength structure composed of ridges and ridges arranged repeatedly with a shorter period, and the plurality of sub-wavelength structure regions, the ridges of the sub-wavelength structure and the irregularities of the ridges.
  • the sub-wavelength structure region is included in which the region size in the repeating direction is within a range corresponding to 5 to 25 times of the number of repetition periods of the protruding portion and the recessed portion.
  • the number of repetitions of the sub-wavelength structure is the number of repetitions of the protrusions and the recesses when the protrusions (lines) and the recesses (spaces) are set as one set.
  • the depolarizing element of the present invention as the sub-wavelength structure region in which the concave / convex repeating direction region size is in the range corresponding to 5 to 25 times of the repeating period, a plurality of sub-regions having different concave / convex repeating direction region sizes are used.
  • the wavelength structure region may be included.
  • only a plurality of sub-wavelength structure regions having the same column-direction region size are arranged as sub-wavelength structure regions in which the column-direction region size is within a range corresponding to 5 to 25 repetition cycles. May be.
  • the sub-wavelength structure region includes a plurality of sub-wavelength structure regions in which the convex and concave portions of the sub-wavelength structure and the concave and convex portions of the concave and convex portions are different from each other. You may make it.
  • the sub-wavelength structure region only the plurality of sub-wavelength structure regions in which the convex and concave portions of the sub-wavelength structure and the concave-convex repeating direction of the concave portions are the same are arranged. May be.
  • the sub-wavelength structure region may include a plurality of sub-wavelength structure regions having the same repetition period and filling factor of the sub-wavelength structure.
  • the sub-wavelength structure region may include a plurality of sub-wavelength structure regions having different sub-wavelength structure repetition periods and / or filling factors.
  • the sub-wavelength structure region may include a sub-wavelength structure region in which the concave / convex repeat direction region size is larger than the repeat cycle number corresponding to 25 times.
  • the sub-wavelength structure region only a plurality of sub-wavelength structure regions in which the concave / convex repeating direction region size is in the range corresponding to 5 to 25 times of the repetition period are arranged. Also good.
  • the sub-wavelength structure further includes a connecting portion that connects tip portions of the adjacent protruding portions, and the protruding portions and the connecting portion are formed of silicon dioxide,
  • the connecting portion may be disposed at a distance from the bottom of the concave portion, and the upper portion of the concave portion may be closed by the connecting portion.
  • the sub-wavelength structure may not include the connecting portion.
  • the depolarizing apparatus includes an optical polarizer having a light transmission region in which the depolarizing element of the present invention is disposed, and an elastic body connected to the optical polarizer to translate the optical polarizer.
  • the optical polarizer, the elastic body, and the support are formed by processing one silicon substrate, and the light transmitting region of the optical polarizer is thermally oxidized by a part of the silicon substrate. It is characterized by being formed of silicon dioxide formed.
  • the depolarizing device of the present invention includes the depolarizing device, and a light amount uniformizing device in which a light amount uniformizing optical element for uniformizing the light amount is arranged instead of the depolarizing element of the depolarizing device, May be provided.
  • the light transmission region of the light quantity uniformizing device is disposed on an optical path of light that passes through the light transmission region of the depolarizer.
  • Examples of the light quantity uniformizing optical element disposed in the light quantity uniformizing apparatus include a microlens array, an integrator, or a fly-eye lens array.
  • the present invention is also directed to an optical apparatus including an optical system that irradiates an object with laser light generated from a laser light source.
  • an optical device examples include a laser printer, an exposure device, a spectroscope using a laser light source, and a laser measuring device.
  • the present invention uses the depolarization element of the present invention or the depolarization apparatus of the present invention to change the polarization state of laser light from the light source of these optical apparatuses to a random polarization state. This is disposed on the optical path of the optical system.
  • the depolarizing element of the present invention is rotated about the axis of the light beam direction on the optical path, or is oscillated in a direction parallel or perpendicular to the light beam direction on the optical path. You may make it provide.
  • By providing such a drive mechanism it is possible to add time resolution to the depolarization function by the depolarization element, that is, to add the depolarization function to the time axis.
  • the depolarizing element of the present invention includes a plurality of sub-wavelength structure regions having a concavo-convex repeating direction region size in a range corresponding to 5 to 25 repetition cycles as sub-wavelength structure regions.
  • the ridges or ridges located at the boundary portions (both ends) of the ridges and ridges in the sub-wavelength structure are in accordance with the theoretical values for the function of developing the phase difference. Function does not appear. That is, the function of developing the phase difference in the sub-wavelength structure region varies depending on the ratio of the ridges or recesses located at the boundary and the ridges and recesses not located at the boundary. Therefore, the depolarizing element of the present invention can increase the types of sub-wavelength structure regions that express different phase differences, and can provide a depolarizing element having a structure that can create various polarization states. Can be eliminated.
  • the depolarizer of the present invention translates and vibrates an optical polarizer having a light transmission region in which the depolarizer of the present invention is disposed.
  • the light transmitted through the light transmitting portion in which the depolarizing element of the present invention is formed is emitted in each sub-wavelength structure region with light having a different phase difference according to the sub-wavelength structure of the depolarizing element.
  • Light having a different phase difference for each region is emitted after time division.
  • the depolarizer of the present invention can exhibit the function of eliminating speckles at low cost and in a small space.
  • the occurrence of speckles in the optical system can be reduced in an exposure apparatus, a laser printer, or other optical equipment in which the depolarizing element of the present invention or the depolarizing apparatus of the present invention is arranged in each optical system.
  • FIG. 22 is a conceptual cross-sectional view at the position D-D ′ in FIG. 21. It is the schematic sectional drawing which expanded and showed the optical polarizer of the Example. It is a figure which shows the relationship between the width
  • FIG. 28 is a schematic process cross-sectional view for illustrating a process following the process in FIG. 27. It is a schematic perspective view for demonstrating the Example of the depolarizing apparatus provided with the light quantity equalization apparatus.
  • FIG. 30 is a conceptual cross-sectional view at the E-E ′ position of the light quantity uniformizing device of FIG. 29.
  • the depolarizing element of the present invention is provided with a number of sub-wavelength structures (SWS) having different characteristics on the surface of the substrate, so that when the light passes through the substrate, the polarized light is given by having a polarization corresponding to each periodic structure. Eliminate.
  • SWS sub-wavelength structures
  • the sub-wavelength structure is a periodic structure having ridges and ridges arranged repeatedly with a period shorter than the wavelength of light to be used.
  • a grating structure having a periodic structure with a period smaller than the wavelength of light to be used has a structural birefringence action.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining the sub-wavelength structure. The birefringence action of the subwavelength structure will be described with reference to FIG. The structure shown in FIG. 2 shows a general subwavelength structure.
  • the sub-wavelength structure includes a ridge portion 5 and a ridge portion 7 that are repeatedly arranged with an uneven period (pitch) P shorter than the wavelength of light to be used.
  • Pitch uneven period
  • the width of the protrusion 5 having a refractive index n is L
  • the width of the recess 7 made of an air layer is S
  • P L + S.
  • L / P is called a filling factor (f).
  • d is the depth of the groove.
  • the period is shorter than the wavelength of the shortest incident light to be used, and more preferably, the period is half or less of the used wavelength.
  • a periodic structure having a period P shorter than the wavelength of the incident light does not diffract the incident light, so that the incident light is transmitted as it is and exhibits birefringence characteristics with respect to the incident light. That is, the refractive index varies depending on the polarization direction of incident light. As a result, various wave plates can be realized because the phase difference can be arbitrarily set by adjusting the parameters relating to the structure.
  • Structural birefringence means that when two types of media having different refractive indexes are arranged in a stripe pattern with a period shorter than the wavelength of light, a polarization component parallel to the stripe (TE wave) and a polarization component perpendicular to the stripe (TM).
  • TE wave a polarization component parallel to the stripe
  • TM a polarization component perpendicular to the stripe
  • the refraction index (referred to as an effective refraction index) differs from that of a wave, and birefringence occurs.
  • the effective refractive indexes n TE and n TM are expressed by the following equations (1) and (2).
  • the phase difference (retardation) ⁇ with respect to the wavelength ⁇ of the incident light is expressed by the following equation (3).
  • n TE ⁇ n 1 2 ⁇ f + n 2 2 ⁇ (1 ⁇ f) ⁇ 1/2
  • n TM ⁇ n 1 ⁇ 2 ⁇ f + n 2 ⁇ 2 ⁇ (1 ⁇ f) ⁇ ⁇ 1/2
  • ⁇ (n TE ⁇ n TM ) ⁇ d (3)
  • n 1 is the refractive index (for example, air) of the concave strip portion 7
  • n 2 is the refractive index of the material of the convex strip portion 5
  • f is a filling factor.
  • d is the depth of the concave strip portion 7.
  • the discussion is performed on the assumption that the pattern of the ridges and the ridges continues in a sufficiently wide range.
  • the pattern of the ridges and the ridges is not infinite, and there is always a boundary.
  • the function of expressing the phase difference of the sub-wavelength structure is in a state where the function as the theoretical value is not expressed at the boundary.
  • the average value of the function expression amount in any sub-wavelength structure region is the boundary portion and the non-boundary portion (which can be expressed as the inside). It can be said that it changes depending on the ratio.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between the number of repetitions of the ridges and ridges and the phase difference expression function in the sub-wavelength structure region.
  • FIG. 3A shows a case where the number of repetitions of the ridges 5 and the ridges 7 in the sub-wavelength structure region 10 is, for example, 1000 cycles (1000 ridges 5).
  • FIG. 3B shows a case where the number of repetitions of the ridges 5 and the ridges 7 in the sub-wavelength structure region 10 is, for example, 10 cycles (10 ridges 5).
  • FIG. 3C shows a case where the number of repetitions of the ridges 5 and the ridges 7 in the sub-wavelength structure region 10 is, for example, 5 cycles (5 ridges 5).
  • the pitch of the convex stripes 5 and the concave stripes 7 is, for example, 200 nm (nanometer).
  • the width dimension of the sub-wavelength structure region 10 in FIG. 3A is 200 ⁇ m (micrometer).
  • the width dimension of the subwavelength structure region 10 in FIG. 3B is 2 ⁇ m.
  • the width dimension of the subwavelength structure region 10 in FIG. 3C is 1 ⁇ m.
  • the filling factor of the sub-wavelength structure in the sub-wavelength structure region 10 is, for example, 0.5.
  • the ridges 5 located at the boundary portions (both ends) of the sub-wavelength structure region 10 in the concavo-convex repeating direction of the ridges 5 and the ridges 7 only express half the function of the sub-wavelength structure. Therefore, in the sub-wavelength structure, the number of repetitions of the ridges 5 and the ridges 7 is substantially 999 cycles.
  • the average phase difference of the sub-wavelength structure region 10 is affected by disturbance from the boundary by about 0.1% with respect to the true value.
  • the ridge 5 located at the boundary of the sub-wavelength structure region 10 exhibits only half the function of the sub-wavelength structure.
  • the number of repetitions of the strip 7 is substantially 9 cycles.
  • the average phase difference in the sub-wavelength structure region 10 is affected by disturbance from the boundary by about 10% with respect to the true value.
  • the protrusion 5 located at the boundary portion of the sub-wavelength structure region 10 exhibits only half the function of the sub-wavelength structure.
  • the number of repetitions of 5 and the concave portion 7 is substantially 4 cycles.
  • the average phase difference in the sub-wavelength structure region 10 is affected by disturbance from the boundary by about 20% with respect to the true value.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining an example of the relationship between the number of repetitions of the ridges and ridges in the sub-wavelength structure region and the effective refractive index.
  • the horizontal axis indicates the number of repetition periods (times) of the ridges and recesses, and the ordinate indicates the effective refractive index n TE parallel to the protrusions and recesses of the sub-wavelength structure.
  • a sub-wavelength structure in which the pitch between the ridges and the ridges was 200 nm was formed on an optical glass material having a refractive index n 1.48.
  • the filling factor of the subwavelength structure is 0.5.
  • the effective refractive index n TE is 1.311.
  • Region size 3 ⁇ m, 15 repetition periods: effective refractive index n TE 1.320
  • Region size 2 ⁇ m, 10 repetition cycles: Effective refractive index n TE 1.337
  • the sub-wavelength structure region is formed on the optical glass material, as the number of repetition cycles of the ridges and ridges decreases, it is influenced by the surrounding optical glass material and gradually. It approaches the refractive index of optical glass materials.
  • the effective refractive index n TE and thus the phase difference change greatly within the range of 5 to 25 repetition periods.
  • the depolarizer of the present invention utilizes such characteristics of the subwavelength structure.
  • FIG. 1 is a plan view and a cross-sectional view for explaining an embodiment of a depolarizing element.
  • the cross-sectional view corresponds to the A-A ′ position in the plan view.
  • the depolarizing element of the present invention is not limited to this.
  • the depolarizing element 1 includes a plurality of sub-wavelength structure regions 10 having structural birefringence in the surface layer portion of the substrate 3.
  • the sub-wavelength structure region 10 has a sub-wavelength structure including the ridges 5 and the ridges 7 that are repeatedly arranged with a period shorter than the wavelength of light to be used.
  • the sub-wavelength structure can be composed of, for example, a dielectric thin film material, a structural material made of synthetic quartz or an optical glass material, an optical crystal material, or a light transmissive material made of a plastic material.
  • a dielectric material include TiO 2 , Nb 2 O 5 , In 2 O 5 , SnO 2 , Al 2 O 3 , CrO 2 , ZrO 2 , MgF 2 , MgO 2 , CeO 2 , Ta 2 O 5 , SiO 2 , ITO, Highcom (Merck's trade name: ZrO 2 + TiO 2 ), OM-10 (Merck's trade name: Ta 2 O 5 + TiOOn, where n is the number of oxygens, and this compound is in a Ti deficient state.
  • OM-4 (trade name of Merck), H-4 (trade name of Merck), M-4 (trade name of Merck) and the like can be used.
  • silicon, polyethylene, Tsurupica (trade name of Pax Corporation), or the like can be used as the material of the subwavelength structure.
  • the filling factor of the sub-wavelength structure is the same, for example 0.5.
  • the pitch P (see also FIG. 2) of the ridges 5 and the ridges 7 is, for example, 200 nm.
  • the width dimension of the ridge 5 and the width dimension of the ridge 7 are each 100 nm.
  • a structural region 10 is arranged. In the sub-wavelength structure region 10, the number of repetition periods of the sub-wavelength structure is, for example, 5 to 25 times.
  • the subwavelength structure region 10a is 5 times
  • the subwavelength structure region 10b is 10 times
  • the subwavelength structure region 10c is 15 times
  • the subwavelength structure region 10d is 20 times
  • the area 10e is 25 times.
  • the sub-wavelength structure regions 10a, 10b, 10c, 10d and 10e have different phase differences.
  • the region size of the optical axis of the sub-wavelength structure region 10 corresponds to a dimension of 5 times, 10 times, 15 times, 20 times, or 25 times in terms of the number of repetition cycles of the ridges 5 and the ridges 7.
  • region 10 is not limited to these.
  • the size of the sub-wavelength structure region 10 in the concavo-convex repeating direction may be within a range corresponding to 5 to 25 times the number of repetition cycles of the ridges 5 and the ridges 7, for example, the ridges 5 and 7. It may not be an integral multiple of the number of repetition periods.
  • the convex strips 5 are arranged at both ends of the sub-wavelength structure region 10 in the concave / convex repeating direction of the convex strips 5 and the concave strips 7, the number of the concave strips 7 is greater than the number of the convex strips 5. Is also reduced by one.
  • the concave / convex repeating direction region size of the sub-wavelength structure region 10 is 5.5 times, 6.5 times, 7.5 times,... Any one of .5 times and 24.5 times may be used.
  • the ridge 5 or the ridge 7 disposed at the end of the sub-wavelength structure region 10 in the concavo-convex repeating direction of the ridge 5 and the recess 7 is not necessarily the ridge 5 or the recess 7. It may not be the width dimension along the repetition period.
  • sub-wavelength structure region 10 As the sub-wavelength structure region 10, a plurality of sub-wavelength structure regions 10 having different optical axes of the sub-wavelength structure (the concavo-convex repeating directions of the ridges 5 and the recesses 7) are arranged.
  • a sub-wavelength structure region 10 in which the optical axis of the sub-wavelength structure is in the vertical direction on the paper surface and a sub-wavelength structure region 10 in which the optical axis of the sub-wavelength structure is in the horizontal direction on the paper surface are arranged.
  • the depolarization element 1 includes the sub-wavelength structure region 10 in which the sub-wavelength structure having different repetition periods and the sub-wavelength structure having different optical axes are mixedly mounted.
  • the depolarizer 1 includes a plurality of sub-wavelength structure regions 10 having different optical axes, speckle can be eliminated. Further, the depolarizing element 1 includes sub-wavelength structure regions 10 having the same repetition period and filling factor, but having different phase differences due to different repetition periods of the sub-wavelength structures. Therefore, the depolarizer 1 can eliminate speckle more.
  • FIG. 1 shows a state in which about 50 sub-wavelength structure regions 10 each including one division unit region or a plurality of division unit regions are arranged in a 10 ⁇ m ⁇ 10 ⁇ m region with 1 ⁇ m ⁇ 1 ⁇ m as a division unit. .
  • the arrangement region of the sub-wavelength structure region 10 shown in FIG. 1 shows a part of the region where the sub-wavelength structure region 10 is arranged in the depolarizer 1.
  • the size of the arrangement region of the sub-wavelength structure region 10 of the depolarizer 1 is not particularly limited, but is, for example, a square of 5 mm ⁇ 5 mm.
  • the sub-wavelength structure region is also disposed in a region not shown in FIG.
  • the sub-wavelength structure region arranged in a region not shown in FIG. 1 may be the same size as or larger than any of the sub-wavelength structure regions 10 shown in FIG. It may be a thing.
  • the sub-wavelength structure region arranged in a region not shown in FIG. 1 may be larger than 10 ⁇ m ⁇ 10 ⁇ m. The same applies to other embodiments described later.
  • the sub-wavelength structure region 10 in which the optical axis of the sub-wavelength structure is in the vertical direction of the paper surface and the sub-wavelength structure region 10 in which the optical axis of the sub-wavelength structure is in the horizontal direction of the paper surface are arranged.
  • the optical axis is not limited to these.
  • the depolarizing element 1 has a sub-wavelength structure region 10 in which the optical axis of the sub-wavelength structure is oblique to the paper surface, or the ridges 5 and 7 include curves and the optical axis changes. You may include what is.
  • the sub-wavelength structure region 10 is square or rectangular.
  • the shape of the sub-wavelength structure region is not limited to these in the depolarizing element of the present invention.
  • the formation method of a subwavelength structure is not specifically limited.
  • the sub-wavelength structure forming method after forming a resist layer on a substrate, a resist pattern corresponding to the unevenness of the sub-wavelength structure is formed by electron beam drawing or photolithography, and the resist pattern is used as a mask.
  • the material is etched to form a subwavelength structure made of the same material as the base material.
  • the sub-wavelength structure forming method is that a dielectric layer having light transmittance with respect to the wavelength of light used by a film forming method such as a sputtering method or a CVD (chemical vapor deposition) method is formed on a substrate. After depositing and forming a resist layer on the dielectric layer, a resist pattern corresponding to the unevenness of the subwavelength structure is formed by electron beam drawing or photolithography, and the dielectric layer is etched using the resist pattern as a mask. In this method, a subwavelength structure layer made of a material different from that of the substrate is formed.
  • a film forming method such as a sputtering method or a CVD (chemical vapor deposition) method
  • Still another example of the sub-wavelength structure forming method is to apply a resin layer on a base material that is transparent to the wavelength of the light to be used, and press the mold with a fine concavo-convex structure.
  • a resin concavo-convex pattern corresponding to the concavo-convex of the sub-wavelength structure is formed on the resin layer, and the shape of the resin concavo-convex pattern is transferred to a substrate by a dry etching method or the like to obtain a sub-wavelength structure.
  • the formation method of a subwavelength structure was demonstrated, the formation method of a subwavelength structure is not limited to these.
  • FIG. 5 is a schematic plan view and cross-sectional view for explaining another embodiment of the depolarizing element.
  • the cross-sectional view corresponds to the position B-B ′ in the plan view.
  • illustration of the connecting portion is omitted.
  • FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of the sub-wavelength structure portion of FIG.
  • the depolarizing element of the present invention is not limited to this.
  • each sub-wavelength structure region 10 includes a sub-wavelength structure including a periodic structure of concave ridges 7 having a sub-wavelength pitch provided on the surface layer portion of the substrate 3 and ridges 5. Yes.
  • the sub-wavelength structure also includes a connecting portion 9 that connects the tip portions 5a of the adjacent ridges 5 to each other.
  • the connecting portion 9 not only connects the tip portions 5 a of the adjacent ridge portions 5 in the same sub-wavelength structure region 10 but also the adjacent ridge portions 5 between the adjacent sub-wavelength structure regions 10.
  • the tip portions 5a are also connected.
  • the base material 3, the ridge portion 5 and the connecting portion 9 are made of silicon dioxide.
  • the connecting portion 9 is disposed at a distance from the bottom portion 7 a of the concave strip portion 7. The upper portion of the concave strip portion 7 is closed by the connecting portion 9.
  • the sub-wavelength structure is an extremely effective technique in the optical element, there is a problem that the physical strength is weak because of the fine structure. Therefore, the optical element having the sub-wavelength structure has a problem in handling, such as being unable to wipe off dirt or being resonated and damaged due to the fine structure when cleaned with ultrasonic waves.
  • the upper part of the concave part 7 constituting the sub-wavelength structure is closed by a connecting part 9 that connects the end parts 5a of the adjacent convex parts 5 to each other.
  • the period P of the concavo-convex structure is, for example, 200 nm.
  • the width L of the ridge portion 5 is about 136.2 nm.
  • the width dimension S of the recess 7 is about 63.8 nm.
  • the depth d of the recess 7 is about 2.7 ⁇ m.
  • the connecting portion 9 has a thickness T of about 0.3 ⁇ m.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of a manufacturing method for forming the embodiment of the depolarizing element shown in FIGS.
  • the cross section shown in FIG. 7 corresponds to FIG.
  • An example of this manufacturing method will be described with reference to FIG.
  • the parenthesized numerals (1) to (3) in FIG. 7 correspond to the steps (1) to (3) described below.
  • the manufacturing method for forming the depolarizing element of this invention which has the said connection part is not limited to this example of a manufacturing method.
  • a mask pattern 13 having a pitch of 200 nm and a filling factor of 0.45 (line width of 90 nm) is formed on the silicon layer 11 by using an imprint method.
  • the mask pattern 13 is formed so as to have an uneven periodic structure corresponding to the periodic structure of the concave strip 7 and the convex strip 5 of the depolarizer 1 shown in FIGS. 5 and 6.
  • the silicon layer 11 is, for example, a non-doped silicon wafer having a crystal plane (100).
  • the thickness of the silicon layer 11 is, for example, 300 ⁇ m.
  • the height of the convex portion of the mask pattern 13 (depth of the concave portion) is, for example, 100 nm.
  • the material of the mask pattern 13 is not particularly limited as long as it is generally used in the imprint method.
  • the silicon layer 11 is patterned by the dry etching technique using the mask pattern 13 as a mask to form a silicon pattern having an uneven periodic structure.
  • the silicon protrusions 15 are formed by etching the silicon layer 11 in the depth direction by 3 ⁇ m. At that time, the dry etching conditions were set so that side etching was likely to occur.
  • the tip portion in the vicinity of the mask pattern 13 has a filling factor of about 0.45 (width 90 nm), and the intermediate portion and the base end portion have a filling factor of 0.3 (width 60 nm). ) Obtained a shape that is about.
  • the dimensions of the silicon ridges 15 are such that the tip portions of adjacent silicon ridges 15 in the silicon pattern are connected to each other by the silicon oxidation process in the subsequent step (3), and the base ends of the adjacent silicon ridges 15 are It is formed so as not to be connected in the silicon oxidation treatment in the step (3). Accordingly, the width dimension of the distal end portion of the silicon ridge portion 15 is larger than the width dimension of the proximal end portion. In this way, the silicon protrusion 15 having a bowing shape (a shape in which the middle of the column is thin) is intentionally formed.
  • a dry etching method a general ICP (inductively-coupled-plasma) etcher was used.
  • the plasma source is not particularly limited, such as ECR plasma (electron cyclotron resonance) plasma and parallel plate type CCP (capacitively coupled plasma).
  • ECR plasma electron cyclotron resonance
  • parallel plate type CCP capacitortively coupled plasma
  • a Bosch method, a neutral particle beam method, or the like may be used as necessary.
  • the remaining mask pattern 13 is removed.
  • a thermal oxidation process (silicon oxidation process) by a wet method was performed on the silicon pattern provided with the silicon protrusions 15.
  • the thermal oxidation treatment condition may be a condition in which the silicon protrusion 15 is completely oxidized.
  • the thickness of the thermal oxide film formed is set to 3 ⁇ m in consideration of the subsequent process. As specific conditions, thermal oxidation was performed at an oxidation temperature of 1100 ° C. for 18 hours.
  • the silicon ridges 15 are oxidized to form the ridges 5 and connecting portions 9 made of silicon dioxide.
  • the silicon protrusion 15 is indicated by a virtual line (two-dot chain line).
  • a concave strip portion 7 is formed in accordance with the formation of the convex strip portion 5.
  • the silicon layer 11 at the bottom of the concave portion corresponding to the silicon convex portion 15 is oxidized to form the base material 3 made of silicon dioxide.
  • the thickness of the base material 3 is about 3 ⁇ m.
  • Single crystal silicon has a characteristic of expanding 2.27 times by thermal oxidation.
  • line part 5 which consists of silicon dioxide formed by thermally oxidizing the silicon protruding item
  • the range of the tip portion 5a of 0.3 ⁇ m from the tip of the ridge 5 is closed by the connecting portion 9, and the inside has a pitch of 200 nm, a filling factor of 0.68, and a depth of 2.7 ⁇ m.
  • the depolarizing element 1 having a periodic structure of the concave strip portion 7 and the convex strip portion 5 having a sub-wavelength pitch is obtained.
  • a silicon layer 11 exists below the base material 3 of the depolarizer 1.
  • the portion of the silicon layer 11 below the position where the depolarizing element 1 was formed was removed by etching from the back side of the silicon layer 11.
  • the Bosch method is used for this etching.
  • the substrate 3 made of silicon dioxide was allowed to function as an etching stop layer, and only silicon could be removed.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view for explaining another example of the manufacturing method for forming the embodiment of the depolarizing element shown in FIGS. 5 and 6.
  • the parenthesized numerals (1) to (3) in FIG. 8 correspond to the steps (1) to (3) described below.
  • the manufacturing method for forming the depolarizing element of this invention which has the said connection part is not limited to this example of a manufacturing method.
  • the silicon layer 11 having a film thickness of 4.5 ⁇ m is formed on the base material 17 made of synthetic quartz glass.
  • a mask pattern 13 having a pitch of 250 nm and a filling factor of 0.5 (line width of 125 nm) is formed on the silicon layer 11 by imprinting.
  • the height of the convex portion of the mask pattern 13 (depth of the concave portion) is, for example, 100 nm.
  • the material of the mask pattern 13 is not particularly limited as long as it is generally used in the imprint method.
  • the method for forming the silicon layer 11 is not particularly limited, for example, a PVD (physical vapor deposition) method such as a sputtering method or a vapor deposition method, or a CVD method.
  • a PVD (physical vapor deposition) method such as a sputtering method or a vapor deposition method
  • CVD method a chemical vapor deposition method
  • the silicon layer 11 is patterned by the dry etching technique using the mask pattern 13 as a mask to form a silicon pattern having an uneven periodic structure.
  • the silicon ridges 15 are formed by etching the silicon layer 11 in the depth direction by 4.2 ⁇ m. At that time, the dry etching conditions were set so that side etching was likely to occur.
  • the tip portion near the mask pattern 13 has a filling factor of about 0.5 (width 125 nm), and the intermediate portion and the base end portion have a filling factor of 0.32 (width 80 nm). ) Obtained a shape that is about.
  • the silicon protrusions 15 are dimensioned so that the tips of the silicon protrusions 15 adjacent to each other in the silicon pattern are connected by the silicon oxidation treatment in the subsequent step (3). It forms so that the base end part of the adjacent silicon convex part 15 may not be connected in the silicon oxidation process of a process (3).
  • the remaining mask pattern 13 is removed.
  • a thermal oxidation process (silicon oxidation process) by a wet method was performed on the silicon pattern provided with the silicon protrusions 15.
  • the thermal oxidation treatment condition may be a condition in which the silicon protrusion 15 is completely oxidized.
  • thermal oxidation was performed at an oxidation temperature of 1100 ° C. for 2 hours. Thereby, the silicon layer 11 formed on the substrate 17 was completely oxidized. However, the silicon layer 11 formed on the substrate 17 may not be completely oxidized.
  • the silicon ridges 15 are oxidized to form the base 3 made of silicon dioxide, the ridges 5 and the connecting portions 9, and the recesses 7 corresponding to the ridges 5.
  • the thickness of the base material 3 is about 0.63 ⁇ m.
  • the silicon layer 11 formed by film formation on the base material 17 has a lower density than that of single crystal silicon, and the expansion coefficient due to thermal oxidation is slightly reduced. Although it depends on the film forming conditions of the silicon layer 11, the expansion coefficient due to thermal oxidation is generally about 1.8 to 2.2 times. The membrane used this time expanded about 2.1 times.
  • the filling factor of 0.32 width 80 nm
  • the range of the tip portion 5a of 0.6 ⁇ m from the tip of the ridge portion 5 is closed by the connecting portion 9, and the inside has a pitch of 250 nm, a filling factor of 0.67, and a depth of 3.6 ⁇ m.
  • the depolarizing element 1 having a periodic structure of the concave strip portion 7 and the convex strip portion 5 having a sub-wavelength pitch is obtained.
  • the filling factor at the tip of the silicon ridges 15 is set to 0.44 to 0.5 in consideration of the material of the silicon layer 11. Further, the filling factor of the base end portion and the intermediate portion of the silicon protrusion 15 is set to a value at which the adjacent base end portion and the intermediate portion are not connected in the subsequent silicon oxidation treatment.
  • the depolarizing element 1 having a structure in which the upper portion of the concave portion 7 is closed by the connecting portion 9 that connects the tip portions 5a of the adjacent convex portions 5 is formed by a silicon oxidation process in a later step. .
  • the depolarizing element 1 is formed by processing the silicon layer 11 formed on the base material 17. Since the base material 17 is quartz glass, a step of attaching the depolarizing element 1 to another optical element is provided by processing the base material 17 or using quartz glass that has been processed in advance as another optical element. And a composite optical element can be formed. Thereby, the mechanical assembly shift
  • quartz glass is used as the substrate 17, but the substrate on which the silicon layer is formed may be an optical functional film. Even in this case, the same operation and effect as when quartz glass is used as the substrate on which the silicon layer is formed can be obtained.
  • the optical functional film may have any optical function such as an antireflection film or a filter.
  • the optical functional film may be formed of a single layer film or may be formed of a plurality of layers.
  • the material of the layer which comprises an optical function film can endure the thermal oxidation process from a viewpoint that the silicon layer formed on an optical function film is thermally oxidized by a post process.
  • the material include silicon dioxide and metal oxides such as Ta 2 O 5 and TiO 2 which are formed with high density by a sputtering method or an ion plating method.
  • the material of the layer which comprises an optical function film is not limited to these.
  • a non-doped silicon wafer having a general plane orientation (100) is used as the silicon layer 11.
  • a non-doped silicon wafer having a general plane orientation (100) is used as the silicon layer 11.
  • an N-type or P-type silicon wafer may be used as long as the loss does not occur when thermal oxidation is performed in a subsequent process.
  • the nanoimprint method is used as a method for forming the mask pattern 13.
  • the mask pattern can be formed by, for example, precision molding, exposure method, or electron beam. Other well-known methods such as drawing by may be used.
  • wet oxidation is used as a thermal oxidation method for the silicon protrusions 15 and the silicon layer 11. This thermal oxidation treatment is performed by dry oxidation. May be.
  • the method for manufacturing the depolarizing element of the present invention having the sub-wavelength structure having the connecting portion is in accordance with the periodic structure of the concave and convex portions on the silicon layer.
  • the tips of the silicon ridges are connected so that the tips of the adjacent silicon ridges are connected by a subsequent silicon oxidation process, and the base ends of the adjacent silicon ridges are not connected in the silicon oxidation process.
  • the silicon ridges are oxidized, and the ridges and the connecting portions that connect the tips of the adjacent ridges are connected to silicon dioxide.
  • the manufacturing method for forming the ridges made of silicon dioxide by oxidizing the silicon ridges can also be applied to a method for manufacturing a depolarizing element that does not include the connecting portion.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view for explaining another example of the manufacturing method for forming the embodiment of the depolarizing element shown in FIG.
  • the parenthesized numerals (1) to (3) in FIG. 9 correspond to the steps (1) to (3) described below.
  • This example of the manufacturing method can be applied not only to the depolarization element shown in FIG. 1 but also to the depolarization element of the present invention that does not have the connecting portion. Further, the manufacturing method for forming the depolarizing element of the present invention is not limited to this manufacturing method example. 9, parts having the same functions as those in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted.
  • the silicon layer 11 having a film thickness of 4.5 ⁇ m is formed on the base material 17 made of synthetic quartz glass.
  • a mask pattern 13 having a pitch of 250 nm and a filling factor of 0.32 (line width of 80 nm) is formed on the silicon layer 11 by imprinting.
  • the height of the convex portion of the mask pattern 13 (depth of the concave portion) is, for example, 100 nm.
  • the silicon layer 11 is patterned by the dry etching technique using the mask pattern 13 as a mask to form a silicon pattern having an uneven periodic structure.
  • the silicon protrusion 11 is formed by etching the silicon layer 11 in the depth direction by 4.2 ⁇ m. At that time, the dry etching conditions were set so that side etching hardly occurred.
  • a general ICP etcher was used as a dry etching method.
  • the plasma source is not particularly limited, such as ECR plasma or parallel plate CCP.
  • a Bosch method, a neutral particle beam method, or the like may be used as necessary.
  • the dimensions of the silicon ridges 16 are different from each other in the silicon pattern in which the silicon ridges 16 adjacent to each other in the subsequent step (3) are silicon. It is formed so as not to be connected by oxidation treatment.
  • the remaining mask pattern 13 is removed.
  • a thermal oxidation process (silicon oxidation process) by a wet method was performed on the silicon pattern provided with the silicon protrusions 16.
  • the thermal oxidation treatment condition may be a condition in which the silicon protrusion 16 is completely oxidized.
  • thermal oxidation was performed at an oxidation temperature of 1100 ° C. for 2 hours. Thereby, the silicon layer 11 formed on the substrate 17 was completely oxidized. However, the silicon layer 11 formed on the substrate 17 may not be completely oxidized.
  • the silicon ridges 16 are oxidized to form the base 3 made of silicon dioxide, the ridges 5 and the ridges 7 corresponding to the ridges 5.
  • the thickness of the base material 3 is about 0.63 ⁇ m.
  • the silicon layer 11 formed by film formation on the base material 17 has a lower density than that of single crystal silicon, and the expansion coefficient due to thermal oxidation is slightly reduced. Although it depends on the film forming conditions of the silicon layer 11, the expansion coefficient due to thermal oxidation is generally about 1.8 to 2.2 times. The membrane used this time expanded about 2.1 times.
  • the silicon ridges 16 adjacent to each other are connected to the filling factor of the silicon ridges 16 by a silicon oxidation process in a later step.
  • a value that is not set, for example, 0.44 or less is set.
  • the depolarizing element 1 is formed by processing the silicon layer 11 formed on the base material 17. Therefore, this example of the manufacturing method is similar to the above-described example of the manufacturing method described with reference to FIG. 8 when the depolarizing element is formed on a substrate having an optical function (for example, quartz glass or an optical functional film). The above actions and the above effects can be obtained.
  • an optical function for example, quartz glass or an optical functional film
  • the mask pattern 13 may be formed by other known methods such as precision molding, exposure, and electron beam drawing. Further, the thermal oxidation treatment of the silicon protrusions 16 and the silicon layer 11 may be performed by dry oxidation.
  • the silicon ridges 16 are formed by processing the silicon layer 11 formed on the base material 17, but the silicon ridges 16 are shown in FIG. It may be formed on a silicon wafer in the same manner as the described manufacturing method example.
  • an example of a method for manufacturing the depolarizing element of the present invention having a sub-wavelength structure is an uneven periodic structure according to the periodic structure of the concave stripes and the convex stripes on the silicon layer.
  • Forming a mask pattern having a concave-convex periodic structure by patterning the silicon layer using the mask pattern as a mask by a dry etching technique, and forming a silicon pattern adjacent to the silicon pattern.
  • Forming the ridge portion is an uneven periodic structure according to the periodic structure of the concave stripes and the convex stripes on the silicon layer.
  • the depolarizing element of the above embodiment is mainly intended for ultraviolet to visible light, but the present invention relates to a “depolarizing element having a sub-wavelength structure”, and there is no particular limitation on the wavelength range to be used.
  • the present invention can be applied to light such as infrared light and terahertz waves. Specific examples are shown below.
  • depolarizing element of the present invention for terahertz waves will be described.
  • a plan view and a cross-sectional view of the depolarizer of this embodiment are the same as those shown in FIGS. This embodiment will be described with reference to FIGS.
  • the depolarizing element 1 of this embodiment for terahertz waves includes a plurality of sub-wavelength structure regions 10.
  • the filling factor of the subwavelength structure is the same, for example, 0.55.
  • the pitch P of the ridges 5 and the ridges 7 is, for example, 200 ⁇ m.
  • the width dimension (line width) of the protrusion 5 is, for example, 110 ⁇ m.
  • the width dimension of the concave strip portion 7 is 90 ⁇ m, for example. This shape has a phase difference of ⁇ / 2 with respect to light having a wavelength of 500 ⁇ m.
  • the number of repetition periods of the sub-wavelength structure is, for example, 5 to 25 times.
  • the sub-wavelength structure region 10 is mixed with those having different sub-wavelength structure repetition periods and those having different sub-wavelength structure optical axes.
  • the depolarization element 1 includes a plurality of sub-wavelength structure regions 10 having different optical axes, terahertz wave speckles can be eliminated. Further, the depolarizing element 1 includes sub-wavelength structure regions 10 having the same repetition period and filling factor, but having different phase differences due to different repetition periods of the sub-wavelength structures. Therefore, the depolarizing element 1 can further eliminate the speckle of the terahertz wave.
  • sub-wavelength structure regions 10 including one division unit region or a plurality of division unit regions are arranged as a division unit of 1 mm ⁇ 1 mm in a region of 10 mm ⁇ 10 mm.
  • the state is shown.
  • the arrangement region of the sub-wavelength structure region 10 shown in FIG. 1 shows a part of the region where the sub-wavelength structure region 10 is arranged in the depolarizer 1. It should be noted that the fact that the size of the arrangement region of the sub-wavelength structure region 10 of the depolarizing element 1 is not particularly limited also applies to this embodiment for terahertz waves. Further, the shape and arrangement of the sub-wavelength structure region 10 are not limited to those shown in FIG. 1 and may be other shapes and arrangements.
  • a mask pattern having a pitch of 200 ⁇ m and a filling factor of 0.55 is formed on a silicon layer having a thickness of, for example, 300 ⁇ m using a photolithography method.
  • the silicon layer is, for example, a non-doped single crystal silicon wafer having a crystal plane (100).
  • the height of the ridges in the mask pattern is, for example, 40 ⁇ m.
  • the silicon layer is not limited to a non-doped silicon wafer having a crystal plane (100), but may be a single crystal silicon wafer having another crystal plane, or a doped single wafer into which a P-type or N-type impurity is introduced. It may be a crystalline silicon wafer.
  • the mask pattern material is not particularly limited as long as it is generally used in the photolithography method.
  • the mask pattern forming method is not limited to the photolithography method, and other methods such as an electron beam drawing method and an imprint method may be used.
  • the silicon layer is patterned using a dry etching technique with the mask pattern as a mask to form a sub-wavelength structure composed of a silicon pattern having an uneven periodic structure.
  • the silicon layer is etched in the depth direction by, for example, 200 ⁇ m to form a protrusion made of silicon.
  • the dry etching conditions were set so that side etching hardly occurred.
  • a concave stripe part is formed between adjacent convex stripe parts.
  • a shape having a filling factor of about 0.55 (line width 110 ⁇ m) was obtained as the finished dimension of the protrusions made of silicon.
  • This shape has a phase difference of ⁇ / 2 with respect to light having a wavelength of 500 ⁇ m. Thereby, it is possible to form a deflection eliminating element that can be used for a terahertz wave made of silicon.
  • a depolarizing element for a terahertz wave having a sub-wavelength structure made of a silicon pattern by processing a silicon layer and an example of a manufacturing method thereof have been described. If other materials that transmit terahertz waves, such as polyethylene or Tsurupica (trade name of Pax Corporation), are used as the material of the subwavelength structure, they can be used to eliminate speckles of terahertz waves, as in the case of using silicon. A deflection eliminating element can be formed. If a material that transmits infrared light is used as the material of the subwavelength structure, a deflection canceling element that can be used for speckle cancellation of infrared light can be formed.
  • Tsurupica trade name of Pax Corporation
  • FIG. 10 shows an optical system of a laser printer. Inside the laser diode unit 51, there are provided a laser diode as a light source and a collimating lens for making the laser beam emitted from the laser diode a parallel light beam. A laser beam emitted as parallel light from the laser diode unit 51 is deflected and scanned by a polygon mirror (rotating polygonal mirror) 52, and a drum-shaped photosensitive member is formed by an imaging lens system including an F- ⁇ lens 53 and the like. An image is formed on the charged surface of the body drum 55.
  • a polygon mirror rotating polygonal mirror
  • the depolarizing element 1 is placed on the optical path between the laser diode unit 51 and the polygon mirror 52 so that the laser beam emitted from the laser diode unit 51 has a random polarization state. Is arranged.
  • the depolarizing element 1 in order to enhance the function of the depolarizing element 1, the depolarizing element 1 is rotated about an axis parallel to the optical axis direction of the laser beam, or the depolarizing element 1 is parallel to the optical axis of the laser beam.
  • a drive mechanism 57 having a function of vibrating vertically or vertically is provided.
  • time resolution can be added to the depolarization function of the depolarizer 1. That is, a depolarization function can be added to the time axis.
  • the depolarizer 1 When the depolarizer 1 is rotated, the depolarizer 1 is formed so as to have a center of rotation. Then, a rotation mechanism driven by a motor may be attached to the rotation center of the depolarizing element 1 to rotate the depolarizing element 1, or the center of the depolarizing element 1 is held rotatably. A mechanism for rotating the depolarizing element 1 may be provided on the outer periphery of the depolarizing element 1. The rotational speed of the depolarizing element 1 varies depending on the light source used and the frequency of the display device used, but if there is a rotational speed of 10 rpm or more, the effect of improving the depolarization function can be sufficiently obtained.
  • a cell for holding the outer periphery of the depolarizing element 1 is provided, and the cell is vibrated in parallel or perpendicular to the beam direction of the laser beam by the piezoelectric element.
  • the vibration speed of the depolarizing element 1 varies depending on the light source used and the frequency of the display device used. However, if there is a vibration frequency of 1/10 or more of the display vibration frequency (for example, 10 msec) of the device used, the depolarization function The effect of improving is sufficiently obtained.
  • FIG. 12 schematically shows the optical system of the exposure apparatus.
  • Ultraviolet laser light from a light source 60 composed of a KrF excimer laser or an ArF excimer laser is converted into a predetermined light beam shape by a light beam shaping optical system 61 and irradiated to a mask 66 which is an original plate by illumination optical systems 63 and 64.
  • the pattern of the mask 66 is projected and exposed by irradiating the wafer 68 with ultraviolet rays that have passed through the mask 66 by the projection optical system 67.
  • the wafer 68 is held on a wafer stage 69, and projection exposure is repeated as the wafer 68 moves two-dimensionally along a plane orthogonal to the optical axis of the projection optical system 67.
  • the depolarizing element 1 is placed on the optical path between the light beam shaping optical system 61 and the illumination optical system 63 in order to convert the laser light emitted from the light source 60 into laser light having a random polarization state. Is arranged.
  • a driving mechanism for rotating or vibrating the depolarizing element 1 may be provided to enhance the depolarizing function of the depolarizing element 1.
  • Such a drive mechanism is the same as that of the laser printer described above, and a description thereof is omitted here.
  • FIG. 13 shows an example in which the depolarizing element is applied to an optical fiber amplifier.
  • the excitation light 71 from the light source 70 is incident on the rare earth element-doped optical fiber 74 to activate the rare earth element in the optical fiber 74, and the incident light 72 is incident thereon. Is amplified and emitted.
  • An optical coupler 73 that couples the excitation light 71 and the incident light 72 is provided to cause both the excitation light 71 and the incident light 72 to enter the optical fiber 74.
  • the rare earth element added to the optical fiber 74 is selected according to the wavelength of incident light to be amplified.
  • lanthanoid rare earth elements such as erbium (Er) when the incident light wavelength is in the 1550 nm wavelength band, neodymium (Nd) when the incident light wavelength is in the 1060 nm wavelength band or 1300 nm wavelength band, Praseodymium (Pr) is used when the wavelength is in the 1300 nm wavelength band, and thulium (Tm) is used when the wavelength of the incident light is in the 1450 nm wavelength band.
  • Er erbium
  • Nd neodymium
  • Tm thulium
  • the rare earth element-doped optical fiber 74 has a polarization dependency with respect to the amplification characteristic, in this embodiment, in order to make the light incident on the optical fiber 74 unpolarized, it is on the optical path between the optical coupler 73 and the optical fiber 74.
  • the depolarizing element 1 of the present invention is arranged in the above.
  • a drive mechanism for rotating or vibrating the depolarizing element 1 may be provided to enhance the depolarizing function of the depolarizing element 1.
  • Such a drive mechanism is the same as that of the laser printer described above, and a description thereof is omitted here.
  • the depolarizing element of the present invention can be applied to an optical system in which speckle is generated due to polarized light, in addition to the laser printer, the exposure apparatus, and the optical fiber amplifier exemplified above.
  • an optical system a spectroscope using a laser light source, a laser measuring device, an optical pickup device, a projector, a polarization analyzer as described in Patent Document 3, a polarization mode dispersion compensation (PMDC) system, a CCD, and the like
  • PMDC polarization mode dispersion compensation
  • the effect of using the depolarizing element and the effect of rotating and vibrating the depolarizing element were verified in a laser projector.
  • a part of the display screen was enlarged, the number of speckles per area of the enlarged part was counted, and the count number was converted into a count number in the area of the entire display screen and evaluated.
  • the number of speckle counts including large and small and light and shade, was about 30,000.
  • the count number drastically decreased to about 1000.
  • FIG. 14 is a schematic plan view for explaining still another embodiment of the depolarizing element.
  • the sectional view of this embodiment of the depolarizing element is the same as the sectional view of FIG. 1 or FIG.
  • the depolarizing element 1 of this embodiment has a plurality of sub-wavelength structures whose optical axes are inclined 45 degrees upward (or downward to the left) or upward (or downward) to the right with respect to the vertical and horizontal directions of the drawing.
  • a sub-wavelength structure region 10 is disposed.
  • a sub-wavelength structure region 10 in which the optical axis of the sub-wavelength structure is in the vertical direction or the horizontal direction on the paper surface is also arranged.
  • each sub-wavelength structure region 10 the repetition period (pitch) and filling factor of the sub-wavelength structure are the same.
  • the plurality of sub-wavelength structure regions 10 in which the optical axes of the sub-wavelength structures are inclined by 45 degrees include sub-wavelength structure regions 10 having different sub-wavelength structure repetition periods.
  • the maximum number of repetition periods of the sub-wavelength structure is, for example, 5 to 25 times.
  • the maximum number of repetition periods of the sub-wavelength structure is the number of repetition periods in the sub-wavelength structure region 10 at the position where the repetition period is the largest in the concavo-convex direction of the ridges 5 and 7.
  • the portion of the ridges and ridges of the portion where the repetition frequency of the sub-wavelength structure is the maximum number of times is set as the concave / convex repeating direction region size in the sub-wavelength structure region.
  • the depolarizing element 1 of this embodiment includes sub-wavelength structure regions 10 having the same repetition period and filling factor, but having different phase differences due to different repetition periods of the sub-wavelength structures. Yes. Therefore, the speckle can be eliminated more similarly to the embodiment shown in FIG. 1 or FIG.
  • FIG. 15 is a schematic plan view for explaining still another embodiment of the depolarizing element.
  • the sectional view of this embodiment of the depolarizing element is the same as the sectional view of FIG. 1 or FIG.
  • the plurality of sub-wavelength structure regions 10 include curved lines in the ridges 5 and the ridges 7 as compared to the embodiment shown in FIG. 1 or FIG. It further includes a subwavelength structure region 10 in which the optical axis is changed. In each sub-wavelength structure region 10, the repetition period (pitch) and filling factor of the sub-wavelength structure are the same.
  • the plurality of sub-wavelength structure regions 10 in which the convex stripes 5 and the concave stripes 7 include curves include sub-wavelength structure regions 10 having different sub-wavelength structure repetition periods.
  • the number of repetition periods of the sub-wavelength structure is, for example, 5 to 25 times.
  • the depolarizer 1 of this embodiment can further eliminate speckle.
  • FIG. 16 is a schematic plan view for explaining still another embodiment of the depolarizing element.
  • the sectional view of this embodiment of the depolarizing element is the same as the sectional view of FIG. 1 or FIG.
  • the plurality of sub-wavelength structure regions 10 have the optical axis of the sub-wavelength structure rising to the right with respect to the vertical direction and the horizontal direction of the paper as compared with the embodiment shown in FIG. Alternatively, it further includes a plurality of subwavelength structure regions 10 inclined 45 degrees to the left. In each sub-wavelength structure region 10, the repetition period (pitch) and filling factor of the sub-wavelength structure are the same.
  • each sub-wavelength structure region 10 in which the optical axis of the sub-wavelength structure is inclined 45 degrees the maximum number of repetition periods of the sub-wavelength structure is, for example, 5 to 25 times.
  • the depolarization element 1 of this embodiment can also eliminate speckle more similarly to the above embodiment.
  • FIG. 17 is a schematic plan view for explaining still another embodiment of the depolarizing element.
  • the sectional view of this embodiment of the depolarizing element is the same as the sectional view of FIG. 1 or FIG.
  • the plurality of sub-wavelength structure regions 10 have equilateral triangles as region units.
  • a sub-wavelength structure region 10 is formed by arranging sub-wavelength structures whose optical axes are in the vertical direction on the paper surface, in the horizontal direction on the paper surface, in the oblique 45 degree direction to the right or in the oblique 45 degree to the left. Adjacent unit regions having the same optical axis in the sub-wavelength structure are defined as one sub-wavelength structure region 10.
  • the maximum number of repetition periods of the sub-wavelength structure is, for example, 5 to 25 times.
  • the depolarization element 1 of this embodiment can also eliminate speckle more similarly to the above embodiment.
  • FIG. 18 is a schematic plan view for explaining still another embodiment of the depolarizing element.
  • the sectional view of this embodiment of the depolarizing element is the same as the sectional view of FIG. 1 or FIG.
  • the plurality of sub-wavelength structure regions 10 have regular hexagons as region units.
  • a sub-wavelength structure region 10 is formed by arranging sub-wavelength structures whose optical axes are in the vertical direction on the paper surface, in the horizontal direction on the paper surface, in the oblique 45 degree direction to the right or in the oblique 45 degree to the left. Adjacent unit regions having the same optical axis in the sub-wavelength structure are defined as one sub-wavelength structure region 10.
  • the maximum number of repetition periods of the sub-wavelength structure is, for example, 5 to 25 times.
  • the depolarization element 1 of this embodiment can also eliminate speckle more similarly to the above embodiment.
  • FIG. 19 is a schematic plan view for explaining still another embodiment of the depolarizing element.
  • the sectional view of this embodiment of the depolarizing element is the same as the sectional view of FIG. 1 or FIG.
  • the plurality of sub-wavelength structure regions 10 further include a circular region unit in addition to a regular hexagonal region unit, as compared with the embodiment shown in FIG.
  • the sub-wavelength structure region 10 is formed by arranging sub-wavelength structures with the optical axis in the vertical direction on the paper surface, in the horizontal direction on the paper surface, in the oblique 45 degree direction to the right, or oblique 45 degree to the left.
  • a unit region having adjacent or overlapping sub-wavelength structures having the same optical axis is defined as one sub-wavelength structure region 10.
  • the maximum number of repetition periods of the sub-wavelength structure is, for example, 5 to 25 times.
  • the depolarization element 1 of this embodiment can also eliminate speckle more similarly to the above embodiment.
  • FIG. 20 is a schematic plan view and cross-sectional view for explaining still another embodiment of the depolarizing element.
  • the cross-sectional view corresponds to the C-C ′ position in the plan view.
  • the depolarizing element of the present invention is not limited to this. 20, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
  • the depolarizing element 1 of this embodiment includes a region where the sub-wavelength structure region 10 is not disposed in the placement region of the sub-wavelength structure region 10.
  • the sub-wavelength structure region 10 only a plurality of sub-wavelength structure regions 10 having the same concavo-convex repeating directions of the ridges 5 and the ridges 7 of the sub-wavelength structure are arranged.
  • the maximum number of repetition periods of the sub-wavelength structure is, for example, 5 to 25 times.
  • a region where the sub-wavelength structure region 10 is not disposed can be regarded as a region where the generated phase difference is zero. Therefore, the region where the sub-wavelength structure region 10 is disposed and the region where the sub-wavelength structure region 10 is not disposed are regions having different phase differences from each other.
  • the depolarization element 1 of this embodiment can also eliminate speckles as in the above embodiment.
  • the depolarization element of the present invention is a modification of these examples. It is not limited to.
  • the sub-wavelength structure region may have any shape.
  • the arrangement direction of the sub-wavelength structure in the sub-wavelength structure region is arbitrary.
  • the angle formed by the optical axes of the sub-wavelength structures is arbitrary, and the number of directions of the optical axes of the sub-wavelength structures is also arbitrary.
  • the depolarizing device of the present invention is one in which the depolarizing element of the present invention is arranged in the light transmission region of an optical polarizer that is vibrated in translation.
  • FIG. 21 is a schematic perspective view for explaining an embodiment of the depolarizer.
  • FIG. 22 is a conceptual cross-sectional view taken along the line D-D ′ in FIG. 21.
  • a spring structure as shown in FIGS. 21 and 22 was formed by penetrating a 0.525 mm (millimeter) silicon wafer (silicon substrate).
  • the depolarizer 101 includes an optical polarizer 103, an elastic body 105, a support body 107, a vibrator 109, and a pedestal 111.
  • the optical polarizer 103, the elastic body 105, and the support body 107 are formed by, for example, one silicon substrate 113 being subjected to semiconductor thermal oxidation by a silicon process method (photolithographic processing, nanoimprint processing, wet etching processing, dry etching processing, etc.) described later. It is formed by processing including a process.
  • the optical polarizer 103 has a light transmission region 103a.
  • the light transmitting region 103a is formed of silicon dioxide 115 formed by thermally oxidizing a part of the silicon substrate 113.
  • the portion of the optical polarizer 103 that is thicker than the light transmission region 103 a has a surface formed of silicon dioxide 115 and an interior formed of a silicon substrate 113.
  • the depolarizing element 1 is formed on one surface of the light transmission region 103a.
  • the depolarizing element 1 is, for example, as described in the above embodiment, and has a sub-wavelength structure composed of ridges 5 and ridges 7 that are repeatedly arranged with a period shorter than the wavelength of light to be used.
  • the depolarizing element 1 is formed of silicon dioxide 115.
  • the elastic body 105 is connected to the optical polarizer 103 to translate the optical polarizer 103 in translation.
  • a pair of elastic bodies 105 are provided.
  • the support body 107 supports the optical polarizer 103 via the elastic body 105.
  • the elastic body 105 and the support body 107 have a surface formed of silicon dioxide 115 and an interior formed of a silicon substrate 113.
  • the vibrator 109 is for causing the optical polarizer 103 to vibrate in translation.
  • the vibrator 109 translates and vibrates the optical polarizer 103 via the elastic body 105.
  • the vibrator 109 is, for example, a piezoelectric vibrator.
  • the vibrator 109 is not limited to a piezoelectric vibrator.
  • the vibrator 109 may have any structure as long as it can translate the optical polarizer 103 at a predetermined frequency.
  • the pedestal 111 is for fixing the position of the support 107 and the vibrator 109.
  • the pedestal 111 is made of, for example, metal and has a rectangular shape. However, the material and shape of the base 111 are not limited to these.
  • the base end portions of a pair of elastic bodies 105 are connected to the opposite sides (long sides in FIG. 21) of the optical polarizer 103, respectively.
  • the tip of the vibrator 109 is connected to the tip of one elastic body 105.
  • the tip of the other elastic body 105 is connected to the support body 107.
  • the other opposing sides (short sides in FIG. 21) of the optical polarizer 103 are in a free state.
  • the support body 107 and the vibrator 109 are fixed to a frame-shaped pedestal 111 formed in a shape surrounding the support body 107 and the vibrator 109.
  • the support 107 and the vibrator 109 are arranged with a space therebetween.
  • the support 107 and the vibrator 109 may be in contact with each other.
  • the pedestal 111 is manufactured by processing different from the optical polarizer 103, the elastic body 105, and the support body 107. This production method is not described here.
  • the fixing between the pedestal 111 and the support 107 and the bonding between the pedestal 111 and the vibrator 109 are industrially possible, such as adhesive resin, AuSn eutectic bonding, Au—Au solid phase diffusion bonding, solder bonding, bump bonding, etc. Any joining method can be used.
  • FIG. 23 is a schematic cross-sectional view showing the optical polarizer 103 in an enlarged manner.
  • the uneven period (pitch) P is 150 to 250 nm.
  • the land width L of the ridge 5 is 75 to 125 nm.
  • the width S of the groove of the recess 7 made of an air layer is 75 to 125 nm.
  • the depth d of the groove is 2 to 5 ⁇ m.
  • the thickness t of the optical polarizer 103 is 7 to 15 ⁇ m.
  • the depolarizer 1 includes a plurality of subwavelength structure regions 10 (see, for example, FIG. 1, FIG. 5, FIG. 14 to FIG. 20).
  • the region size in the concave / convex repeating direction of the convex portion 5 and the concave portion 7 of the sub-wavelength structure is within a range corresponding to 5 to 25 times in terms of the repetition period of the convex portion 5 and the concave portion 7.
  • a subwavelength structure region 10 is included.
  • the light transmission region 103a has a thin thickness of about 10 ⁇ m. Therefore, in the optical polarizer 103, a frame having a thickness of 0.525 mm is left on the outer periphery of the light transmission region 103a to ensure the strength.
  • the optical polarizer 103, the elastic body 105, and the support 107 plate are produced by processing a silicon substrate of about 525 ⁇ m, for example. That is, it is a process of sequentially processing a thin silicon substrate from both sides, and the structure itself produced by this process has the function of an elastic beam. Therefore, it is possible to obtain a translational displacement of about 100 ⁇ m necessary for averaging the speckle pattern without separately providing an elastic material connected to the optical polarizer 103 and without using a mechanical resonance phenomenon. It has become.
  • the resonance frequency was obtained using CAD (Computer Aided Design) and structural analysis software. While changing the thickness (width) of the elastic body 105, the resonance frequency was adjusted to 18 kHz (kilohertz), for example. In this design result, a width of 0.13 mm of the elastic body 105 was obtained.
  • FIG. 24 is a diagram showing the relationship between the width of the elastic body 105 and the resonance frequency in the depolarizer of this embodiment.
  • the vertical axis represents the resonance frequency (kHz)
  • the horizontal axis represents the elastic body width (mm).
  • the thickness of the portion (peripheral portion) different from the light transmission region 103a in the optical polarizer 103 may not be the same as the thickness of the support 107.
  • the thickness of the elastic body 105 may not be the same as the thickness of the support body 107.
  • the thickness of these portions may be smaller than the thickness of the support 107. An example is shown in FIGS.
  • FIG. 25 is a conceptual cross-sectional view for explaining another embodiment of the depolarizer.
  • FIG. 26 is a conceptual cross-sectional view for explaining still another embodiment of the depolarizer. 25 and FIG. 26, parts having the same functions as those in FIG. 21 and FIG.
  • the thickness of the portion of the optical polarizer 103 that is different from the light transmission region 103a may be the same as the thickness of the light transmission region 103a. Note that the thickness of the portion of the optical polarizer 103 that is different from the light transmission region 103 a may be different from the thickness of the light transmission region 103 a and the thickness of the support 107. Thus, the thickness of the portion different from the light transmission region 103a in the optical polarizer 103 can be formed to an arbitrary thickness dimension.
  • the thickness of the elastic body 105 may be different from the thickness of the light transmission region 103a and the thickness of the support body 107. Note that the thickness of the support 107 need not be uniform. Further, as shown in FIG. 26, the elastic body 105 may have the same thickness as the light transmission region 103a. Thus, the elastic body 105 can be formed to have an arbitrary thickness dimension.
  • FIG. 27 and 28 are schematic process cross-sectional views for explaining an example of a procedure for creating the optical polarizer 103, the elastic body 105, and the support 107.
  • a procedure for creating cross-sectional shapes of the optical polarizer 103, the elastic body 105, and the support 107 shown in FIG. 26 will be described.
  • the cross-sectional shape shown in FIG. 21 or FIG. 25 can be created in the same manner as the creation procedure described below.
  • the basic manufacturing process of the optical polarizer 103, the elastic body 105, and the support body 107 is as follows. As shown in FIGS. 27 (a) to 28 (j), the front surface and the back surface of the silicon substrate 113 are thermally oxidized (diffusion furnace). To form silicon dioxide 115 (thermal silicon oxide film) (thermal oxide film forming step). The thickness of the silicon dioxide 115 is, for example, 50 ⁇ m.
  • a double-side polished silicon substrate 113 (normal 525 ⁇ m thickness) is prepared, and on the surface of the surface that expresses the optical polarizer function (the upper surface in FIGS. 27 and 28), A metal film 117 is formed by sputtering with a film thickness of about 0.1 to 1 ⁇ m.
  • the metal film 117 is a protective film for protecting the upper surface at the time of alkaline wet etching which will be described later.
  • the metal film 117 is made of chromium or nickel, for example. However, the metal film 117 may be a material other than metal as long as the material is durable to alkaline wet etching and can be patterned in a process described later.
  • a normal photolithography method resist coating, pre-baking, stepper exposure, development, A resist material 119 that covers a part of the elastic body 105 and a part constituting the support body 107 (see FIGS. 1 and 26) is formed by rinsing and shape evaluation.
  • the silicon substrate 113 is etched from the back side of the silicon substrate 113 with an alkali (KOH) wet etchant.
  • KOH alkali
  • the crystal plane that appears after wet etching differs depending on the crystal structure of the silicon substrate 113.
  • Wet etching is performed under time management until a portion to be etched of the silicon substrate 113 reaches a predetermined thickness (for example, remaining thickness: about 25 to 45 ⁇ m). After the etching, the silicon substrate 113 is cleaned.
  • the pitch and line / space structure of the sub-wavelength structure whose solution is obtained in advance by optical design (simulation) on the surface (upper surface in the figure) on which the optical polarizer function is exhibited.
  • a NIP (nanoimprint) mold for manufacturing.
  • a silicon film is formed on a quartz substrate, an electron beam resist is applied thereon, and a pattern is formed on the resist by a dedicated EB drawing apparatus.
  • the shape is manufactured by a method of imprinting on a quartz substrate by a dry etching method.
  • NIP transfer resin is applied on the metal film 117.
  • the quartz mold prepared above is pressed against this resin to form a metal film 117 / resin material layer 121 / mold (not shown).
  • the resin is cured by irradiating ultraviolet rays from above the quartz mold.
  • the shape inverted from the unevenness of the mold is transferred to the resin material layer 121 on the metal film 117.
  • This specific process is disclosed in Patent Document 2.
  • the method for forming the resin material layer 121 (mask pattern) having a predetermined pattern is not limited to the NIP method, and any method may be used.
  • the metal film 117 is etched by dry etching using the resin material layer 121 as a mask (introducing BCl 3 , Cl 2 , O 2 gas). Thereby, the metal film 117 is patterned.
  • the silicon substrate 113 is deeply etched by a Bosch process using the resin material layer 121 and the metal film 117 as a mask.
  • a normal photolithography method resist coating, pre-baking, stepper exposure, development
  • a resist material 123 that protects the portions constituting the optical polarizer 103 and the elastic body 105 is formed.
  • the silicon substrate 113 is etched by wet etching using the resist material 123 as a mask to form the optical polarizer 103, the elastic body 105, and the support body 107.
  • the resist materials 119 and 123, the resin material layer 121, and the metal film 117 on the front and back surfaces of the substrate are peeled off. Thereby, the patterned silicon substrate 113 is completed.
  • the patterned silicon substrate 113 is thermally oxidized in a thermal oxidation furnace to form silicon dioxide 115 on the surface of the silicon substrate 113.
  • Silicon is thermally oxidized from the surface of the silicon substrate 113 to a thickness of 5 to 10 ⁇ m, and the composition changes to silicon dioxide 115.
  • the pattern shape after the composition change was the same as the initial design value. Thereby, the light transmission region 103a made of silicon dioxide 115 and the depolarizing element 1 are formed.
  • the manufacturing process of the base 111 is completely different from the silicon process. This is a metal shape processing step.
  • the base 111 for example, a metal plate (thickness: 1.0 mm) punched by a press is used, or a machined metal plate (thickness: 1.0 to 2.0 mm) is used. Thereby, a base 111 for fixing the support 107 and the vibrator 109 is formed.
  • the base 111 and the support 107 are fixed with an adhesive resin, all the metal material and resist material on the silicon substrate 113 are removed, and after the surface thermal oxidation, the silicon substrate 113 subjected to the surface thermal oxidation is predetermined. Cut with a dicer to the outer shape. Note that silicon dioxide 115 (excluding the natural oxide film) is not formed on the cut surface cut by the dicer. In this state, the optical polarizer chip (the depolarizer 101) having a resonance structure is completed.
  • a commercially available adhesive may be used to fix the pedestal 111, the support 107, and the vibrator 109 (commercial vibrator).
  • the fixing is performed by bonding via metal such as AuSn eutectic bonding, Au-Au solid phase diffusion bonding, solder bonding, etc.
  • sputtering film formation is performed on the vibrator 109 in the order of Ti, Ni, and Au. carry out.
  • a metal pad necessary for joining the support 107 is formed on the pedestal 111.
  • the manufacturing method of the optical polarizer 103, the elastic body 105, the support body 107, and the base 111 is not limited to the manufacturing process demonstrated above, Another manufacturing method may be sufficient.
  • the depolarizing element 1 including the connecting portion 9 that connects the tip portions 5 a of the protruding strips 5 adjacent to each other in the sub-wavelength structure is used as the light. It can also be formed in the polarizer 103.
  • the thickness of the silicon substrate 113 (including the thickness of the silicon dioxide 115) was 525 ⁇ m, and the thickness of the silicon dioxide 115 constituting the light transmitting portion 103a was 10 ⁇ m.
  • the optical deflector 3 is designed so that the resonance frequency is 18 kHz.
  • the vibrator 109 was driven for resonance for horizontal axis scanning, and an amplitude of 50 ⁇ m was obtained.
  • the light transmitted through the light transmitting portion 103a in which the depolarizer 101 is formed is different from the light having a different phase difference according to the sub-wavelength structure of the depolarizer 101.
  • light having a different phase difference for each sub-wavelength structure region is time-divided and emitted. By using this light, it is possible to “eliminate objective speckle” among speckle components.
  • the speckle includes the following two components: “Objective Speckle” and “Subjective Speckle”.
  • Objective Speckle is speckle generated on a micro device such as liquid crystal or DMD (Digital Mirror Device).
  • Subjective Speckle is a phenomenon in which, when viewed through a human eye, speckles are generated due to the relationship between the lens system of the eye and the pupil, that is, a phenomenon in which interference fringes are generated in the human eyeball.
  • the speckle noise of the image on the screen is measured before and after operating the depolarizer 101, that is, before and after applying a voltage component to the vibrator 109 as a drive signal.
  • the speckle contrast C was obtained by capturing an image on the screen with a CCD camera and analyzing the luminance of each CCD pixel.
  • C ⁇ / I ( ⁇ : standard deviation of luminance variation, I: luminance average)
  • I luminance average
  • the difference in flicker noise was not recognized before and after the vibrator 109 of the depolarizer 101 was operated. This is presumed that the difference in flicker noise was not recognized because the vibrator 109 of the depolarizer 101 vibrates at a frequency of 18 kHz that cannot be followed by human eyes.
  • the depolarizer 101 can exhibit the function of canceling speckles at a low cost and in a space-saving manner.
  • the material constituting the elastic body 105 is a silicon material.
  • the vibrator 109 uses a commercially available vibrator. Therefore, it is possible to purchase and use a commercially available vibrator that matches the target characteristics. In other words, the objective characteristic of the depolarizer 101 can be changed by using a vibrator according to the target frequency and amplitude.
  • FIG. 29 is a schematic perspective view for explaining another embodiment of the depolarizer.
  • the depolarizing device 201 of this embodiment includes a depolarizing device 101 and a light amount uniformizing device 125.
  • FIG. 30 is a conceptual cross-sectional view at the E-E ′ position of the light quantity equalizing device of FIG. 29.
  • the configuration of the depolarizer 101 is the same as that shown in FIGS.
  • the light quantity uniformizing device 125 is formed with a light quantity uniformizing optical element 127b for making the light quantity uniform in place of the depolarizing element 1 of the depolarizing apparatus 101.
  • the light amount uniformizing device 125 includes a light amount uniformizing optical device 127.
  • the configuration of the light quantity uniformizing device 125 is the same as that of the depolarizer 101 except for the light quantity uniformizing optical device 127.
  • the light quantity uniformizing optical device 127 has a light transmission region 127a.
  • the light transmission region 127a is formed of silicon dioxide 115 formed by thermally oxidizing a part of the silicon substrate 113.
  • the portion thicker than the light transmission region 127 a of the light quantity uniformizing optical device 127 has a surface made of silicon dioxide 115 and an inside made of a silicon substrate 113.
  • the configuration of this part is the same as that of the optical polarizer 103 of the depolarizer 101.
  • An optical element 127b for uniformizing the amount of light is formed on one surface of the light transmission region 127a and is made of silicon dioxide 115 for uniformizing the amount of light.
  • the light quantity equalizing optical element 127b is, for example, a microlens array, an integrator, or a fly-eye lens array.
  • the light transmission region 127a of the light amount uniformizing device 125 is disposed on the optical path of light that passes through the light transmission region 103a of the depolarization device 101.
  • the light amount equalizing device 125 is arranged on the incident light side with respect to the depolarizing device 101.
  • the light amount uniformizing device 125 may be arranged on the outgoing light side with respect to the depolarizing device 101.
  • the light quantity uniformizing optical device 127 is translated and oscillated by the vibrator 109, similarly to the optical polarizer 103 of the depolarizing device 101.
  • incident light having high spatial coherence becomes light (emitted light) having extremely low spatial coherence when passing through the light amount uniformizing device 125 and the depolarizer 101.
  • the depolarization device 201 in which the depolarization device 101 and the light quantity equalization device 125 are integrated or arranged on the same optical path is applied to an optical system such as a laser exposure device or a laser processing device.
  • the depolarizer 201 can make the polarization state of the transmitted light of the depolarizer 201 random and make the light quantity uniform.
  • an optical device including an optical system that irradiates a target with laser light generated from a laser light source is also a target.
  • examples of such an optical device include a laser printer, an exposure device, a spectroscope using a laser light source, and a laser measuring device.
  • the optical apparatus of the present invention uses the depolarization element of the present invention or the depolarization apparatus of the present invention in order to change the polarization state of the laser light from the light source of these optical apparatuses to a random polarization state. These are arranged on the optical path of the optical system of these optical devices.
  • the light quantity uniformizing apparatus 125 is used instead of the depolarizing element 1.
  • the optical element 127b is formed. Thereby, the light quantity equalization apparatus 125 can be produced.
  • the light quantity equalizing optical element 127b is, for example, a microlens array, an integrator, or a fly-eye lens array. These lenses can be produced, for example, by a so-called reflow method, ion exchange method, machining method, transfer method (see, for example, Patent Document 6).
  • the manufacturing method of the light quantity equalization apparatus 125 is not limited to this.
  • the depolarizing device of the present invention can be applied to, for example, the laser printer shown in FIG. 10, the exposure device shown in FIG. 12, and the optical fiber amplifier shown in FIG.
  • the optical system of the laser printer shown in FIG. 10 the optical system of the exposure apparatus shown in FIG. 12, and the optical system of the optical fiber amplifier shown in FIG. A device may be arranged.
  • the depolarization apparatus of the present invention can be applied to an optical system in which speckles are generated due to polarization in addition to the laser printer, the exposure apparatus, and the optical fiber amplifier exemplified above.
  • Such an optical system is, for example, mentioned above as an apparatus to which the depolarizing element of the present invention is applied.
  • the depolarizer of the present invention is not limited to these.
  • the shape of the elastic body 105 is not limited to that shown in the above embodiment.
  • the shape, number, and position of the elastic body 105 connected to the optical polarizer are any shape, number, and connection position that can translate the optical polarizer by driving the vibrator. Any configuration may be used.
  • the vibrator 109 causes the optical polarizer 103 to vibrate in translation via the elastic body 105, but the depolarizer of the present invention is not limited to this.
  • the vibrator may be configured to directly translate the optical polarizer. The same applies to the light amount uniformizing device in the aspect of the depolarizing device of the present invention provided with the light amount uniformizing device.
  • the planar shape of the optical polarizer and the light transmission region is not limited to a rectangle, but is arbitrary. The same applies to the light amount uniformizing device in the aspect of the depolarizing device of the present invention provided with the light amount uniformizing device.
  • the shapes of the support and the pedestal are also arbitrary. The same applies to the light amount uniformizing device in the aspect of the depolarizing device of the present invention provided with the light amount uniformizing device.
  • the depolarizer of the present invention is not limited to this.
  • the elastic body may be formed only of silicon dioxide formed by thermally oxidizing a silicon substrate.
  • the silicon substrate is thermally oxidized, if the upper and lower surfaces of the elastic body and the support are covered with a thermal oxidation-preventing film, the elastic body and the support without silicon dioxide are formed on the upper and lower surfaces. It is also possible.

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Abstract

基材の表層部に構造性複屈折をもつ複数のサブ波長構造領域が配置された偏光解消素子において、様々な偏光状態を作り出せる構造をもった偏光解消素子を提供する。偏光解消素子において、基材の表層部に構造性複屈折をもつ複数のサブ波長構造領域が配置されている。サブ波長構造領域は、使用する光の波長よりも短い周期で繰り返して配列された凸条部と凹条部からなるサブ波長構造をもっている。サブ波長構造領域として、サブ波長構造の凸条部と凹条部の凹凸繰返し方向の領域サイズが凸条部と凹条部の繰返し周期数で５～２５回相当の範囲内であるサブ波長構造領域が含まれている。

Description

偏光解消素子並びにその素子を用いた偏光解消装置及び光学機器
　本発明は、光学機器に用いられる偏光解消素子並びにその素子を用いた偏光解消装置及び光学機器に関するものである。
　偏光解消素子は、レーザプリンタなどで問題となる偏光を解消させるための光学部品として用いられたり、光学露光装置や光学測定機などの光学機器の光学系のスペックルの発生を低減させるスペックル低減素子として用いられたりしている。
　レーザからの光をマイクロレンズアレイやフライアイレンズを通すことによってひとつの光束を複数の光束に分割する際、通常、分割された光は偏光方向が同一方向に揃っている。光学系の中で特定の条件が整うと、分割された光がそれぞれ迷光の原因となって光学系の途中で光が強めあう点（スペックル）が生じる場合がある。スペックルは、いろいろな光学系で発生することが知られており、これを解消する方法が種々提案されているが、有効な解決策は確立されていない。
　スペックルを解消する方法の一つとしては、偏光状態が様々になったいわゆるランダム偏光状態になっていることが望ましい。偏光が不揃いであると、光の干渉が起こりにくいからである。
　スペックルを解消するには、異なる特性の光を重ね合わせることが有効であると言われている。そのことに基づき、偏光を解消する手法の１つとして、基板表面を任意の領域に分割し、互いに特性の異なるサブ波長構造（Sub-Wavelength Structures：ＳＷＳ）を各領域に設けた偏光解消素子が提案されている（特許文献１参照。）。この偏光解消素子は、基板表面に互いに特性（光学軸）が異なるサブ波長構造領域をいくつも設けることで基板を光が通過する際に各サブ波長構造に応じた偏光を持たせ、各サブ波長構造を通過した光を重ね合わせることによってスペックルを解消する。ここで、サブ波長構造の光学軸は、サブ波長構造の凸条部と凹条部の凹凸繰返し方向を意味する。
　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凸条部と凹条部をもつ周期構造である。使用する光の波長よりも微小な周期の周期構造を有する格子構造は構造性複屈折作用をもつ。
　また、サブ波長構造が形成された領域内で凹条部の深さ（凸条部の高さ）を変化させることにより、発生させる偏光状態を一層多様化させる機能を有する偏光解消素子が開示されている（特許文献２を参照。）。
特開２００４－３４１４５３号公報 特開２０１１－１８０５８１号公報 ＷＯ２００４／００８１９６号 特開２００７－２６３５９３号公報 特開２００５－２７９７６１号公報 特開２００１－３５６４７１号公報
今榮真紀子、外３名，「構造性複屈折を用いた広帯域１／４波長板の最適設計」，コニカミノルタテクノロジーレポート、ＶＯＬ．３，コニカミノルタホールディングス株式会社，２００６年，ｐ．６２－６７
　基材の表層部に構造性複屈折をもつ複数のサブ波長構造領域が配置された偏光解消素子において、スペックルを解消するためには様々な偏光状態を作り出せることが求められる。
　本発明の第１の目的は、基材の表層部に構造性複屈折をもつ複数のサブ波長構造領域が配置された偏光解消素子において、様々な偏光状態を作り出せる構造をもった偏光解消素子を提供することである。
　本発明の第２の目的は、そのような偏光解消素子を光学系に備えることによりスペックルを解消した光学機器を提供することである。
　本発明にかかる偏光解消素子は、基材の表層部に構造性複屈折をもつ複数のサブ波長構造領域が配置された偏光解消素子であって、上記サブ波長構造領域は、使用する光の波長よりも短い周期で繰り返して配列された凸条部と凹条部からなるサブ波長構造をもち、上記複数のサブ波長構造領域として、上記サブ波長構造の上記凸条部と上記凹条部の凹凸繰返し方向の領域サイズが上記凸条部と上記凹条部の繰返し周期数で５～２５回相当の範囲内である上記サブ波長構造領域が含まれていることを特徴とするものである。
　ここで、サブ波長構造の繰返し周期数は、凸条部（ライン）と凹条部（スペース）を１セットとしたときの上記凸条部と上記凹条部の繰返し数である。
　本発明の偏光解消素子において、上記凹凸繰返し方向領域サイズが上記繰返し周期数で５～２５回相当の範囲内の上記サブ波長構造領域として、上記凹凸繰返し方向領域サイズが互いに異なっている複数のサブ波長構造領域が含まれているようにしてもよい。ただし、本発明の偏光解消素子において、列方向領域サイズが繰返し周期数で５～２５回相当の範囲内のサブ波長構造領域として、同一の列方向領域サイズの複数のサブ波長構造領域のみが配置されていてもよい。
　また、本発明の偏光解消素子において、上記サブ波長構造領域として、上記サブ波長構造の上記凸条部と上記凹条部の凹凸繰返し方向が互いに異なっている複数のサブ波長構造領域が含まれているようにしてもよい。ただし、本発明の偏光解消素子において、サブ波長構造領域として、サブ波長構造の上記凸条部と上記凹条部の凹凸繰返し方向が同一の複数のサブ波長構造領域のみが配置されているようにしてもよい。
　また、本発明の偏光解消素子において、上記サブ波長構造領域として、上記サブ波長構造の繰返し周期及びフィリングファクターが同一である複数のサブ波長構造領域が含まれているようにしてもよい。なお、本発明の偏光解消素子において、サブ波長構造領域として、サブ波長構造の繰返し周期及びフィリングファクターの少なくとも一方が互いに異なる複数のサブ波長構造領域が含まれているようにしてもよい。
　また、本発明の偏光解消素子において、上記サブ波長構造領域として、上記凹凸繰返し方向領域サイズが上記繰返し周期数で２５回相当よりも大きいサブ波長構造領域が含まれているようにしてもよい。なお、本発明の偏光解消素子において、サブ波長構造領域として、上記凹凸繰返し方向領域サイズが上記繰返し周期数で５～２５回相当の範囲内である複数のサブ波長構造領域のみが配置されていてもよい。
　本発明の偏光解消素子において、上記サブ波長構造は、隣り合う上記凸条部の先端部同士を連結する連結部をさらに備え、上記凸条部及び上記連結部は二酸化ケイ素で形成されており、上記連結部は上記凹条部の底部とは間隔をもって配置されており、上記凹条部の上部は上記連結部によって閉じられているようにしてもよい。ただし、サブ波長構造は上記連結部を備えていなくてもよい。
　本発明にかかる偏光解消装置は、本発明の偏光解消素子が配置されている光透過領域を有する光偏光器と、上記光偏光器を並進振動させるために上記光偏光器に連結された弾性体と、上記弾性体を介して上記光偏光器を支持する支持体と、上記光偏光器を並進振動させるための振動子と、上記支持体と上記振動子とを位置固定するための台座と、を備え、上記光偏光器、上記弾性体及び上記支持体は１つのシリコン基板が加工されて形成されたものであり、上記光偏光器の上記光透過領域は上記シリコン基板の一部分が熱酸化されて形成された二酸化ケイ素で形成されていることを特徴とするものである。
　本発明の偏光解消装置は、上記偏光解消装置と、上記偏光解消装置の上記偏光解消素子に替えて光量を均一化するための光量均一化用光学素子が配置されている光量均一化装置と、を備えているようにしてもよい。上記光量均一化装置の上記光透過領域は上記偏光解消装置の上記光透過領域を透過する光の光路上に配置されている。上記光量均一化装置に配置される上記光量均一化用光学素子として、例えばマイクロレンズアレイ、インテグレータ又はフライアイレンズアレイなどを挙げることができる。
　本発明はまた、レーザ光源から発生するレーザ光を対象物に照射する光学系を備えた光学機器も対象としている。そのような光学機器としてはレーザプリンタ、露光装置、レーザ光源を用いる分光器、及びレーザ計測装置などを挙げることができる。そのような光学機器において、本発明はそれらの光学機器の光源からのレーザ光の偏光状態をランダムな偏光状態にするために本発明の偏光解消素子又は本発明の偏光解消装置をそれらの光学機器の光学系の光路上に配置したものである。
　上記の光学機器においては、本発明の偏光解消素子を上記光路上において光線方向の軸を中心として回転させたり、又は光路上において光線方向に対して平行又は垂直な方向に振動させたりする駆動機構を備えるようにしてもよい。そのような駆動機構を備えるようにすれば、偏光解消素子による偏光解消機能に時間分解能を追加、すなわち時間軸に対しても偏光解消の機能を付加することができる。
　本発明の偏光解消素子は、サブ波長構造領域として、凹凸繰返し方向領域サイズが繰返し周期数で５～２５回相当の範囲内である複数のサブ波長構造領域を含んでいる。サブ波長構造領域において、サブ波長構造の凸条部と凹条部の凹凸繰返し方向の境界部（両端）に位置する凸条部又は凹条部は、位相差を発現させる機能について理論値通りの機能が発現しない。つまり、サブ波長構造領域の位相差を発現させる機能は、上記境界に位置する凸条部又は凹条部と、上記境界部に位置しない凸条部及び凹条部との割合によって変化する。
　したがって、本発明の偏光解消素子は、互いに異なる位相差を発現させるサブ波長構造領域の種類を増やすことができ、様々な偏光状態を作り出せる構造をもった偏光解消素子を提供することができ、スペックルを解消できる。
　本発明の偏光解消装置は、本発明の偏光解消素子が配置されている光透過領域を有する光偏光器を並進振動させる。これにより、本発明の偏光解消素子が形成された光透過部を透過する光は、偏光解消素子のサブ波長構造に従って位相差の異なる光がサブ波長構造領域毎に出射されるとともに、サブ波長構造領域毎に位相差の異なる光が時間分割されて出射される。この光を用いることによって、スペックル成分の内で、「オブジェクティブスペックルを解消する」ことができる。このように、本発明の偏光解消装置は安価に省スペースでスペックル解消の機能発現が可能となる。
　本発明の偏光解消素子又は本発明の偏光解消装置をそれぞれの光学系に配置した露光装置、レーザプリンタその他の光学機器では光学系でのスペックルの発生を低減させることができる。
偏光解消素子の一実施例を説明するための平面図及び断面図である。 サブ波長構造を説明するための概略断面図である。 サブ波長構造領域における凸条部及び凹条部の繰返し周期数と位相差発現機能の関係を説明するための図であって、繰返し周期数が１０００サイクルのサブ波長構造領域を示す図である。 サブ波長構造領域における凸条部及び凹条部の繰返し周期数と位相差発現機能の関係を説明するための図であって、繰返し周期数が１０サイクルのサブ波長構造領域を示す図である。 サブ波長構造領域における凸条部及び凹条部の繰返し周期数と位相差発現機能の関係を説明するための図であって、繰返し周期数が５サイクルのサブ波長構造領域を示す図である。 サブ波長構造領域における凸条部及び凹条部の繰返し周期数と有効屈折率の関係の一例を説明するための図である。 偏光解消素子の他の実施例を説明するための概略的な平面図及び断面図である。 同実施例のサブ波長構造部分を拡大して示す断面図である。 同実施例を形成するための製造方法の一例を説明するための概略的な断面図である。 同実施例を形成するための製造方法の他の例を説明するための概略的な断面図である。 図１に示された偏光解消素子の実施例を形成するための製造方法の一例を説明するための概略的な断面図である。 偏光解消素子を使用した一実施例としてのレーザプリンタの光学系を示す概略斜視図である。 偏光解消素子を使用した他の実施例としてのレーザプリンタの光学系を示す概略斜視図である。 偏光解消素子を使用したさらに他の実施例としての露光装置の光学系を示す概略構成図である。 偏光解消素子を使用したさらに他の実施例としての光ファイバ増幅器の光学系を示す概略構成図である。 偏光解消素子のさらに他の実施例を説明するための概略的な平面図である。 偏光解消素子のさらに他の実施例を説明するための概略的な平面図である。 偏光解消素子のさらに他の実施例を説明するための概略的な平面図である。 偏光解消素子のさらに他の実施例を説明するための概略的な平面図である。 偏光解消素子のさらに他の実施例を説明するための概略的な平面図である。 偏光解消素子のさらに他の実施例を説明するための概略的な平面図である。 偏光解消素子のさらに他の実施例を説明するための概略的な平面図である。 偏光解消装置の一実施例を説明するための概略的な斜視図である。 図２１のＤ－Ｄ’位置での概念的な断面図である。 同実施例の光偏光器を拡大して示した概略的な断面図である。 同実施例の偏光解消装置における弾性体の幅と共振周波数の関係を示す図である。 偏光解消装置の他の実施例を説明するための概念的な断面図である 偏光解消装置のさらに他の実施例を説明するための概念的な断面図である 光偏光器、弾性体及び支持体の作成手順の一例を説明するための概略的な工程断面図である。 図２７の続きの工程を説明するための概略的な工程断面図である。 光量均一化装置を備えた偏光解消装置の実施例を説明するための概略的な斜視図である。 図２９の光量均一化装置のＥ－Ｅ’位置での概念的な断面図である。
　本発明の偏光解消素子は、特性の異なるサブ波長構造（ＳＷＳ）が基板表面にいくつも設けられることで、基板を光が通過する際に各周期構造に応じた偏光を持たせることで偏光を解消する。
　サブ波長構造と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凸条部と凹条部をもつ周期構造のことである。使用する光の波長よりも微小な周期の周期構造を有する格子構造は構造性複屈折作用をもつ。
　図２は、サブ波長構造を説明するための概略断面図である。サブ波長構造の複屈折作用について、図２を参照して説明する。図２に示された構造は一般的なサブ波長構造を示したものである。
　サブ波長構造は、使用する光の波長よりも短い凹凸周期（ピッチ）Ｐで繰り返して配列された凸条部５と凹条部７を備えている。例えば、サブ波長構造の媒質として空気と屈折率ｎの媒質を想定する。屈折率ｎの凸条部５の幅がＬ、空気層からなる凹条部７の幅がＳであり、Ｐ＝Ｌ＋Ｓである。また、Ｌ／Ｐはフィリングファクター（ｆ）と呼ばれる。ｄは溝の深さである。
　周期Ｐの目安としては、使用する最も短い入射光の波長より短い周期で、より望ましくは使用波長の半分以下の周期とする。周期Ｐが入射光の波長よりも短い周期構造は入射光を回折することはないため入射光はそのまま透過し、入射光に対して複屈折特性を示す。すなわち、入射光の偏光方向に応じて異なる屈折率を示す。その結果、構造に関するパラメータを調整することにより位相差を任意に設定することができるため各種波長板を実現できる。
　構造性複屈折とは、屈折率の異なる２種類の媒質を光の波長よりも短い周期でストライプ状に配置したとき、ストライプに平行な偏光成分（ＴＥ波）とストライプに垂直な偏光成分（ＴＭ波）とで屈折率（有効屈折率と呼ぶ）が異なり、複屈折作用が生じることをいう。
　例えば非特許文献１に記載されるように、有効屈折率ｎTE，ｎTMは次の式（１），（２）で示される。さらに、入射光の波長λに対する位相差（リタデーション）δは次の式（３）で示される。
　　　ｎTE＝｛ｎ1 2×ｆ ＋ ｎ2 2×（１－ｆ）｝1/2　・・・（１）
　　　ｎTM＝｛ｎ1 -2×ｆ ＋ ｎ2 -2×（１－ｆ）｝-1/2　・・・（２）
　　　δ＝（ｎTE－ｎTM）×ｄ　・・・（３）
　式（１），（２）において、ｎ1は凹条部７の屈折率（例えば空気）、ｎ2は凸条部５の材質の屈折率、ｆはフィリングファクターである。式（３）において、ｄは凹条部７の深さである。
　サブ波長構造領域に直線偏光の光が入射すると、この位相差によってその透過光は楕円偏光に変わる。サブ波長構造の凸条部と凹条部の凹凸繰返し方向（以下、光学軸ともいう）が互いに異なる複数のサブ波長構造領域が配置された偏光解消素子を直線偏光の光が透過すると、サブ波長構造領域間で楕円率が異なる。
　一般的にサブ波長構造を議論するときには、凸条部及び凹条部のパターンが十分に広い範囲で続いていることを前提として議論が行われる。しかしながら、実際には凸条部及び凹条部のパターンは無限ではなく、必ず境界が存在している。サブ波長構造の位相差を発現させる機能は、その境界部は理論値通りの機能が発現していない状態になる。つまり、サブ波長構造が形成されているサブ波長構造領域が狭い範囲である場合は、任意のサブ波長構造領域内における機能発現量の平均値は境界部と非境界部（内部と表現できる）の割合によって変化すると言える。
　図３は、サブ波長構造領域における凸条部及び凹条部の繰返し周期数と位相差発現機能の関係を説明するための図である。
　図３Ａは、サブ波長構造領域１０における凸条部５及び凹条部７の繰返し数が例えば１０００サイクル（凸条部５が１０００本）の場合を示している。図３Ｂは、サブ波長構造領域１０における凸条部５及び凹条部７の繰返し数が例えば１０サイクル（凸条部５が１０本）の場合を示している。図３Ｃは、サブ波長構造領域１０における凸条部５及び凹条部７の繰返し数が例えば５サイクル（凸条部５が５本）の場合を示している。
　凸条部５及び凹条部７のピッチがは例えば２００ｎｍ（ナノメートル）であるとする。図３Ａのサブ波長構造領域１０の幅寸法は２００μｍ（マイクロメートル）である。図３Ｂのサブ波長構造領域１０の幅寸法は２μｍである。図３Ｃのサブ波長構造領域１０の幅寸法は１μｍである。
　図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃにおいて、サブ波長構造領域１０におけるサブ波長構造のフィリングファクターは例えば０.５である。
　図３Ａにおいて、凸条部５と凹条部７の凹凸繰返し方向でのサブ波長構造領域１０の境界部（両端）に位置する凸条部５は、サブ波長構造の機能を半分しか発現しない。したがって、サブ波長構造は、凸条部５及び凹条部７の繰返し数が実質９９９サイクルになる。サブ波長構造領域１０の平均位相差は、真値に対して０.１％程度だけ境界部から外乱の影響を受ける。
　図３Ｂにおいて、図３Ａの場合と同様にサブ波長構造領域１０の境界部に位置する凸条部５はサブ波長構造の機能を半分しか発現しないので、サブ波長構造は、凸条部５及び凹条部７の繰返し数が実質９サイクルになる。サブ波長構造領域１０の平均位相差は、真値に対して１０％程度だけ境界部から外乱の影響を受ける。
　図３Ｃにおいて、図３Ａ及び図３Ｂの場合と同様にサブ波長構造領域１０の境界部に位置する凸条部５はサブ波長構造の機能を半分しか発現しないので、サブ波長構造は、凸条部５及び凹条部７の繰返し数が実質４サイクルになる。サブ波長構造領域１０の平均位相差は、真値に対して２０％程度だけ境界部から外乱の影響を受ける。
　つまり、凸条部５と凹条部７の繰返し数が少ないほど、サブ波長構造領域１０全体に対して境界部の凸条部５が占める割合が大きくなるので、サブ波長構造領域１０の位相差は真値からずれる。
　図４は、サブ波長構造領域における凸条部及び凹条部の繰返し周期数と有効屈折率の関係の一例を説明するための図である。図４において、横軸は凸条部及び凹条部の繰返し周期数（回）を示し、縦軸はサブ波長構造の凸条部及び凹条部に平行な有効屈折率ｎTEを示す。
　屈折率ｎ＝１.４８の光学ガラス材料に、凸条部及び凹条部のピッチが２００ｎｍのサブ波長構造を形成した。サブ波長構造のフィリングファクターは０.５である。
　サブ波長構造領域が十分に大きい場合（例えば領域サイズ１００μｍ、繰返し周期数５００回）における有効屈折率ｎTEは１.３１１となる。
　これに対し、サブ波長構造領域を狭くした場合には以下の通りになる。
　領域サイズ３μｍ、繰返し周期数１５回：有効屈折率ｎTE＝１.３２０
　領域サイズ２μｍ、繰返し周期数１０回：有効屈折率ｎTE＝１.３３７
　このモデルでは、光学ガラス材料に対してサブ波長構造領域が形成された構造であるため、凸条部及び凹条部の繰返し周期数が少なくなるにつれ、周辺の光学ガラス材料の影響を受け、徐々に光学ガラス材料の屈折率に近づいていく。
　特に、繰返し周期数が５回～２５回の範囲内で有効屈折率ｎTE、ひいては位相差が大きく変化する。
　本発明の偏光解消素子は、このようなサブ波長構造の特性を利用する。
　図１は、偏光解消素子の一実施例を説明するための平面図及び断面図である。図１において、断面図は平面図のＡ－Ａ’位置に対応している。なお、本発明の偏光解消素子はこれに限定されるものではない。
　偏光解消素子１は、基材３の表層部に構造性複屈折をもつ複数のサブ波長構造領域１０を備えている。サブ波長構造領域１０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凸条部５と凹条部７からなるサブ波長構造を備えている。
　サブ波長構造は、例えば、誘電体の薄膜材料、合成石英もしくは光学ガラス材料からなる構造材料、光学結晶材料又はプラスチック材料からなる光透過性材料で構成することができる。そのような誘電体材料としては、例えば、ＴｉＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、Ｉｎ2Ｏ5、ＳｎＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＣｒＯ2、ＺｒＯ2、ＭｇＦ2、ＭｇＯ2、ＣｅＯ2、Ｔａ２Ｏ5、ＳｉＯ2、ＩＴＯ、ハイコム（メルク社の商品名：ＺｒＯ2＋ＴｉＯ2）、ＯＭ－１０（メルク社の商品名：Ｔａ2Ｏ5＋ＴｉＯｎ（ｎは酸素数であり、この化合物はＴｉが欠損状態にあるものを表わす。））、ＯＭ－４（メルク社の商品名）、Ｈ－４（メルク社の商品名）、Ｍ－４（メルク社の商品名）などを用いることができる。また、赤外光やテラヘルツ光に対して用いるのであれば、サブ波長構造の材料として例えばシリコン、ポリエチレン、Ｔｓｕｒｕｐｉｃａ（パックス社の商品名）などを用いることができる。
　複数のサブ波長構造領域１０において、サブ波長構造のフィリングファクターは同一であり、例えば０.５である。凸条部５及び凹条部７のピッチＰ（図２も参照。）は例えば２００ｎｍである。凸条部５の幅寸法及び凹条部７の幅寸法はそれぞれ１００ｎｍである。
　サブ波長構造領域１０として、サブ波長構造の繰返し周期数が互いに異なっていることによって光学軸（凸条部５と凹条部７の凹凸繰返し方向）の領域サイズが互いに異なっている複数のサブ波長構造領域１０が配置されている。サブ波長構造領域１０において、サブ波長構造の繰返し周期数は例えば５～２５回である。
　例えば、サブ波長構造の繰返し周期数について、サブ波長構造領域１０ａは５回、サブ波長構造領域１０ｂは１０回、サブ波長構造領域１０ｃは１５回、サブ波長構造領域１０ｄは２０回、サブ波長構造領域１０ｅは２５回である。図４に示されたようにサブ波長構造の繰返し周期数が５回～２５回の範囲内で有効屈折率ｎTE、ひいては位相差が大きく変化するので、サブ波長構造領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅは互いに位相差が異なる。
　この実施例では、サブ波長構造領域１０の光学軸の領域サイズは凸条部５と凹条部７の繰返し周期数で５回、１０回、１５回、２０回又は２５回の寸法に相当しているが、サブ波長構造領域１０の凹凸繰返し方向領域サイズはこれらに限定されない。サブ波長構造領域１０の凹凸繰返し方向領域サイズは、凸条部５と凹条部７の繰返し周期数で５～２５回相当の範囲内であればよく、例えば凸条部５と凹条部７の繰返し周期数の整数倍でなくてもよい。
　例えば、凸条部５と凹条部７の凹凸繰返し方向においてサブ波長構造領域１０の両端にそれぞれ凸条部５が配置されている場合、凹条部７の数は凸条部５の数よりも１つ小さくなる。この場合、サブ波長構造領域１０の凹凸繰返し方向領域サイズは、凸条部５と凹条部７の繰返し周期数で５.５回、６.５回、７.５回、・・・、２３.５回、２４.５回のうちのいずれかであればよい。また、凸条部５と凹条部７の凹凸繰返し方向においてサブ波長構造領域１０の端部に配置される凸条部５又は凹条部７は、必ずしも凸条部５及び凹条部７の繰返し周期に沿った幅寸法でなくてもよい。
　サブ波長構造領域１０として、サブ波長構造の光学軸（凸条部５と凹条部７の凹凸繰返し方向）が互いに異なっている複数のサブ波長構造領域１０が配置されている。サブ波長構造の光学軸が紙面縦方向のサブ波長構造領域１０と、サブ波長構造の光学軸が紙面横方向のサブ波長構造領域１０が配置されている。
　また、サブ波長構造領域１０として、凸条部５及び凹条部７が延伸する方向の寸法が互いに異なっている複数のサブ波長構造領域１０が配置されている。
　このように、偏光解消素子１には、サブ波長構造領域１０として、サブ波長構造の繰返し周期数が互いに異なっているもの、サブ波長構造の光学軸が互いに異なっているものが混載されている。
　偏光解消素子１は、複数のサブ波長構造領域１０として光学軸が互いに異なっているものを含んでいるので、スペックルを解消できる。さらに、偏光解消素子１は、同一の繰返し周期及びフィリングファクターを有するが、サブ波長構造の繰返し周期数が互いに異なっていることにより互いに位相差が異なっているサブ波長構造領域１０を含んでいる。したがって、偏光解消素子１は、スペックルをより解消できる。
　図１では、１０μｍ×１０μｍの領域に、１μｍ×１μｍを分割単位として１つの分割単位領域又は複数の分割単位領域からなる約５０個のサブ波長構造領域１０が配置された状態が示されている。図１に示されたサブ波長構造領域１０の配置領域は、偏光解消素子１においてサブ波長構造領域１０が配置される領域の一部分を示している。
　偏光解消素子１のサブ波長構造領域１０の配置領域の大きさは、特に限定されないが、例えば５ｍｍ×５ｍｍの正方形である。偏光解消素子１において、図１には図示されていない領域においても、サブ波長構造領域が配置されている。
　図１には図示されていない領域に配置されているサブ波長構造領域は、図１に示されたサブ波長構造領域１０のいずれかと同じ大きさのものであってもよいし、それよりも大きいものであってもよい。例えば、図１には図示されていない領域に配置されているサブ波長構造領域は、１０μｍ×１０μｍよりも大きいものであってもよい。後述する他の実施例でも同様である。
　上記実施例では、サブ波長構造の光学軸が紙面縦方向のサブ波長構造領域１０と、サブ波長構造の光学軸が紙面横方向のサブ波長構造領域１０が配置されているが、サブ波長構造の光学軸はこれらに限定されない。例えば、偏光解消素子１は、サブ波長構造領域１０として、サブ波長構造の光学軸が紙面斜め方向のものや、凸条部５及び凹条部７が曲線を含んでいて光学軸が変化しているものを含んでいてもよい。
　また、上記実施例では、サブ波長構造領域１０は正方形又は長方形であるが、本発明の偏光解消素子においてサブ波長構造領域の形状はこれらに限定されない。
　なお、本発明の偏光解消素子に関し、サブ波長構造の形成方法は特に限定されない。
　例えば、サブ波長構造の形成方法は、基材上にレジスト層を形成した後、電子ビーム描画やフォトリソグラフィによりサブ波長構造の凹凸に応じたレジストパターンを形成し、そのレジストパターンをマスクにして基材をエッチングして基材と同一材料からなるサブ波長構造を形成する方法である。
　サブ波長構造の形成方法の他の例は、基材上にスパッタリング法やＣＶＤ（化学気相成長）法などの成膜法によって使用する光の波長に対して光透過性をもつ誘電体層を堆積し、その誘電体層上にレジスト層を形成した後、電子ビーム描画やフォトリソグラフィによりサブ波長構造の凹凸に応じたレジストパターンを形成し、そのレジストパターンをマスクにして誘電体層をエッチングして基材とは異なる材料からなるサブ波長構造層を形成する方法である。
　サブ波長構造の形成方法のさらに他の例は、使用する光の波長に対して光透過性をもつ基材上に樹脂層を塗布し、微細凹凸構造の金型を押し当てるインプリント工法によってその樹脂層にサブ波長構造の凹凸に応じた樹脂凹凸パターンを形成し、ドライエッチング法などによって樹脂凹凸パターンの形状を基材に転写し、サブ波長構造を得る方法である。
　サブ波長構造の形成方法の例について説明したが、サブ波長構造の形成方法はこれらに限定されない。
　図５は、偏光解消素子の他の実施例を説明するための概略的な平面図及び断面図である。図５において、断面図は平面図のＢ－Ｂ’位置に対応している。図５の平面図において、連結部の図示は省略されている。図６は、図５のサブ波長構造部分を拡大して示す断面図である。なお、本発明の偏光解消素子はこれに限定されるものではない。
　この実施例のサブ波長構造領域１０の配置は図１に示された実施例と同様であるので、サブ波長構造領域１０の配置についての説明は省略する。
　偏光解消素子１において、各サブ波長構造領域１０は、基材３の表層部に設けられたサブ波長のピッチを有する凹条部７と凸条部５の周期構造からなるサブ波長構造を備えている。サブ波長構造は、隣り合う凸条部５の先端部５ａ同士を連結する連結部９も備えている。
　連結部９は、同一のサブ波長構造領域１０内で隣り合う凸条部５の先端部５ａ同士を連結しているだけでなく、隣接するサブ波長構造領域１０間で隣り合う凸条部５の先端部５ａ同士も連結している。
　基材３、凸条部５及び連結部９は二酸化ケイ素で形成されている。連結部９は凹条部７の底部７ａとは間隔をもって配置されている。凹条部７の上部は連結部９によって閉じられている。
　ところで、光学素子においてサブ波長構造は非常に有効な技術であるが、微細な構造であるために物理的強度が弱いという問題があった。したがって、サブ波長構造を備えた光学素子は、汚れを拭き取れなかったり、超音波で洗浄すると微細構造であるために共振して破損したりするなど、取扱性に問題があった。
　この実施例では、サブ波長構造を構成する凹条部７の上部は、隣り合う凸条部５の先端部５ａ同士を連結する連結部９によって閉じられている。これにより、サブ波長構造の強度が向上し、サブ波長構造の表面の拭き取りが可能になり、凹条部７の内部への異物の入り込みがなくなる。したがって、偏光解消素子１は取扱性に優れている。
　例えば、偏光解消素子１において、凹凸構造の周期Ｐは例えば２００ｎｍである。凸条部５の幅寸法Ｌは約１３６.２ｎｍである。周期Ｐに占める凸条部５の幅寸法の割合を示すフィリングファクターｆ（ｆ＝Ｌ／Ｐ）は約０.６８である。凹条部７の幅寸法Ｓは約６３.８ｎｍである。凹条部７の深さｄは約２.７μｍである。連結部９の厚みＴは約０.３μｍである。
　図７は、図５及び図６に示された偏光解消素子の実施例を形成するための製造方法の一例を説明するための概略的な断面図である。図７に示された断面は図６に対応している。図７を参照してこの製造方法の例を説明する。図７におけるカッコ数字（１）～（３）は以下に説明される工程（１）～（３）に対応している。なお、上記連結部を有する本発明の偏光解消素子を形成するための製造方法はこの製造方法例に限定されるものではない。
（１）例えば、シリコン層１１の上に、インプリント法を用いて、ピッチ２００ｎｍ、フィリングファクター０.４５（ライン幅９０ｎｍ）のマスクパターン１３を形成する。マスクパターン１３は、図５及び図６に示された偏光解消素子１の凹条部７と凸条部５の周期構造に応じた凹凸周期構造をもつように形成される。シリコン層１１は、例えば結晶面（１００）のノンドープシリコンウェハである。シリコン層１１の厚みは例えば３００μｍである。マスクパターン１３の凸条部の高さ（凹条部の深さ）は例えば１００ｎｍである。マスクパターン１３の材料は、インプリント法において一般的に用いられるものであればよく、特に限定されない。
（２）ドライエッチング技術によってマスクパターン１３をマスクにしてシリコン層１１をパターニングして凹凸周期構造をもつシリコンパターンを形成する。シリコン層１１を深さ方向に３μｍエッチングしてシリコン凸条部１５を形成する。その際にドライエッチング条件をサイドエッチングが起きやすいように設定した。
　例えば、ＳＦ6ベースのガス種でエッチングする等である。シリコン凸条部１５の加工仕上がりの寸法として、マスクパターン１３の近傍の先端部はフィリングファクター０.４５（幅９０ｎｍ）程度であり、中間部及び基端部はフィリングファクターが０.３（幅６０ｎｍ）程度である形状を得た。
　シリコン凸条部１５の寸法は、シリコンパターンにおいて隣り合うシリコン凸条部１５の先端部同士が後の工程（３）のシリコン酸化処理によって連結され、隣り合うシリコン凸条部１５の基端部が工程（３）のシリコン酸化処理において連結されないように形成される。したがって、シリコン凸条部１５の先端部の幅寸法は基端部の幅寸法よりも大きい寸法をもつ。このように、意図的にボーイング形状（柱の中間が細った形状）をもつシリコン凸条部１５を形成する。
　ドライエッチングの手法としては、一般的なＩＣＰ（inductively coupled plasma）エッチャーを用いた。プラズマ源としてはＥＣＲプラズマ（electron cyclotron resonance plasma）や平行平板型ＣＣＰ（capacitively coupled plasma）など、特に制限はない。また、微妙なサイドエッチング量の制御が必要な場合は、必要に応じてボッシュ法や、中性粒子ビーム法などを用いてもよい。
（３）残存しているマスクパターン１３を除去する。シリコン凸条部１５を備えたシリコンパターンに対して、ウェット法による熱酸化処理（シリコン酸化処理）を実施した。熱酸化処理条件は、シリコン凸条部１５が完全に酸化される条件であればよい。この製造方法例では、後工程との兼ね合いで、形成される熱酸化膜の厚みが３μｍとした。具体的な条件としては酸化温度１１００℃で１８時間熱酸化した。
　シリコン凸条部１５が酸化されて、二酸化ケイ素からなる凸条部５及び連結部９が形成される。図７（３）において、シリコン凸条部１５は仮想線（二点鎖線）で示されている。凸条部５の形成に応じて形成される凹条部７が形成される。シリコン凸条部１５に応じた凹条部の底部のシリコン層１１が酸化されて、二酸化ケイ素からなる基材３が形成される。基材３の厚みは約３μｍである。
　単結晶シリコンは熱酸化によって２.２７倍に膨張する特性を有している。これにより、シリコン凸条部１５が熱酸化されて形成された二酸化ケイ素からなる凸条部５の先端部５ａは９０ｎｍ×２.２７＝２０４.３ｎｍとなる。先端部５ａにおいて、凸条部５の幅方向に膨張して形成される二酸化ケイ素の寸法は凹凸周期構造の周期（２００ｎｍ）を超えるので、隣り合う先端部５ａ同士が連結され、連結部９が形成される。凸条部５の形成に応じて形成される凹条部７の上部は連結部９によって完全に閉じられた形となった。
　また、シリコン凸条部１５の先端部以外は、上記工程（２）でサイドエッチングによりフィリングファクター０.３（幅６０ｎｍ）となっていたので、凸条部５の基端部及び中間部は、６０ｎｍ×２.２７＝１３６.２ｎｍ（フィリングファクター０.６８）になる。
　このように、凸条部５の先端から０.３μｍの先端部５ａの範囲は連結部９によって閉じられており、内部は、ピッチが２００ｎｍ、フィリングファクターが０.６８、深さが２.７μｍのラインアンドスペースとなっている、サブ波長のピッチを有する凹条部７と凸条部５の周期構造をもつ偏光解消素子１が得られた。
（４）図７（３）では図示されていないが、偏光解消素子１の基材３の下方にはシリコン層１１が存在している。偏光解消素子１の形成位置の下方のシリコン層１１部分をシリコン層１１の裏面側からエッチングして除去した。このエッチングには例えばボッシュ法が用いられる。二酸化ケイ素からなる基材３をエッチングストップ層として機能させ、シリコンのみを除去することができた。
　次に、図８を参照して図５及び図６に示された偏光解消素子を形成するための製造方法の他の例を説明する。図８は、図５及び図６に示された偏光解消素子の実施例を形成するための製造方法の他の例を説明するための概略的な断面図である。図８におけるカッコ数字（１）～（３）は以下に説明される工程（１）～（３）に対応している。なお、上記連結部を有する本発明の偏光解消素子を形成するための製造方法はこの製造方法例に限定されるものではない。
（１）例えば、合成石英ガラスからなる基材１７上に、膜厚が４.５μｍのシリコン層１１を成膜する。シリコン層１１上にインプリント法を用いて、ピッチ２５０ｎｍ、フィリングファクター０.５（ライン幅１２５ｎｍ）のマスクパターン１３を形成する。マスクパターン１３の凸条部の高さ（凹条部の深さ）は例えば１００ｎｍである。マスクパターン１３の材料は、インプリント法において一般的に用いられるものであればよく、特に限定されない。
　シリコン層１１の成膜方法は、例えばスパッタ法や蒸着法などのＰＶＤ（物理気相成長）法や、ＣＶＤ法など、特に限定されない。ただし、膜密度が低い場合は後の工程で影響が出る可能性があり、その場合は成膜後にアニール処理をすることが好ましい。
（２）ドライエッチング技術によってマスクパターン１３をマスクにしてシリコン層１１をパターニングして凹凸周期構造をもつシリコンパターンを形成する。シリコン層１１を深さ方向に４.２μｍエッチングしてシリコン凸条部１５を形成する。その際にドライエッチング条件をサイドエッチングが起きやすいように設定した。
　シリコン凸条部１５の加工仕上がりの寸法として、マスクパターン１３の近傍の先端部はフィリングファクター０.５（幅１２５ｎｍ）程度であり、中間部及び基端部はフィリングファクターが０.３２（幅８０ｎｍ）程度である形状を得た。
　ここでも、上記の製造方法例と同様に、シリコン凸条部１５の寸法は、シリコンパターンにおいて隣り合うシリコン凸条部１５の先端部同士が後の工程（３）のシリコン酸化処理によって連結され、隣り合うシリコン凸条部１５の基端部が工程（３）のシリコン酸化処理において連結されないように形成される。
（３）残存しているマスクパターン１３を除去する。シリコン凸条部１５を備えたシリコンパターンに対して、ウェット法による熱酸化処理（シリコン酸化処理）を実施した。熱酸化処理条件は、シリコン凸条部１５が完全に酸化される条件であればよい。この製造方法例では、酸化温度１１００℃で２時間熱酸化した。これにより、基材１７上に成膜されたシリコン層１１は完全に酸化された。ただし、基材１７上に成膜されたシリコン層１１は完全には酸化されなくてもよい。
　シリコン凸条部１５が酸化されて、二酸化ケイ素からなる基材３、凸条部５及び連結部９、ならびに凸条部５に応じた凹条部７が形成される。基材３の厚みは約０.６３μｍである。
　基材１７上に成膜によって形成されたシリコン層１１は、単結晶シリコンに比べて密度が低い関係で、熱酸化による膨張率が若干下がる。シリコン層１１の成膜条件によるが、熱酸化による膨張率は１.８～２.２倍程度になるのが一般的である。今回使用した膜においては約２.１倍に膨張した。
　これにより、シリコン凸条部１５が熱酸化されて形成された二酸化ケイ素からなる凸条部５の先端部５ａは１２５ｎｍ×２.１＝２６２.５ｎｍとなる。先端部５ａにおいて、凸条部５の幅方向に膨張して形成される二酸化ケイ素の寸法は凹凸周期構造の周期（２５０ｎｍ）を超えるので、隣り合う先端部５ａ同士が連結され、連結部９が形成される。凸条部５の形成に応じて形成される凹条部７の上部は連結部９によって完全に閉じられた形となった。
　また、シリコン凸条部１５の先端部以外は、上記工程（２）でサイドエッチングによりフィリングファクター０.３２（幅８０ｎｍ）となっていたので、凸条部５の基端部及び中間部は、８０ｎｍ×２.１＝１６８ｎｍ（フィリングファクター約０.６７）になる。
　このように、凸条部５の先端から０.６μｍの先端部５ａの範囲は連結部９によって閉じられており、内部は、ピッチが２５０ｎｍ、フィリングファクターが０.６７、深さが３.６μｍのラインアンドスペースとなっている、サブ波長のピッチを有する凹条部７と凸条部５の周期構造をもつ偏光解消素子１が得られた。
　以上のように、シリコン凸条部１５の形成において、シリコン層１１の材質を考慮して、シリコン凸条部１５の先端部におけるフィリングファクターを０.４４～０.５に設定する。また、シリコン凸条部１５の基端部及び中間部のフィリングファクターを後工程のシリコン酸化処理で隣り合う基端部及び中間部が連結されない値に設定する。これにより、後工程のシリコン酸化処理によって、隣り合う凸条部５の先端部５ａを連結する連結部９によって凹条部７の上部が閉じられている構造をもつ偏光解消素子１が形成される。
　また、この製造方法例は基材１７上に成膜されたシリコン層１１を加工することによって偏光解消素子１を形成する。基材１７は石英ガラスなので、基材１７を加工することにより、又は他の光学素子として予め加工された石英ガラスを用いることにより、他の光学素子に偏光解消素子１を貼り付ける工程を設けることなく、複合光学素子を形成できる。これにより、他の光学素子に偏光解消素子１を貼り付ける際の機械的な組み立てズレを無くすことができる。さらに、接着剤を用いることなく、偏光解消素子１を他の光学素子の表面に密着性よく配置することができる。
　この製造方法では、基材１７として石英ガラスが用いられているが、シリコン層が成膜される基材は光学機能膜であってもよい。この場合でも、シリコン層が成膜される基材として石英ガラスが用いられる場合と同様の作用及び効果が得られる。
　ここで、光学機能膜は、例えば反射防止膜やフィルターなど、どのような光学機能を有するものであってもよい。また、光学機能膜は、１層の膜で形成されているものであってもよいし、複数層の膜で形成されているものであってもよい。
　なお、光学機能膜を構成する層の材質は、光学機能膜上に成膜されるシリコン層が後工程で熱酸化される観点から、その熱酸化プロセスに耐え得るものであることが好ましい。その材質は、例えば、スパッタ法やイオンプレーティング法などで高密度に成膜された、二酸化ケイ素や、Ｔａ2Ｏ5やＴｉＯ2などの金属酸化物などである。ただし、光学機能膜を構成する層の材質はこれらに限定されない。
　また、図７を参照して説明した上記の製造方法例において、シリコン層１１として汎用的な面方位（１００）のノンドープのシリコンウェハを用いたが、後工程で加工できればシリコンウェハの結晶方位に制限はない。また、ノンドープのシリコンウェハを用いたが、後工程において熱酸化した時に損失が発生するレベルでなければ、Ｎ型やＰ型のシリコンウェハを用いても構わない。
　また、図７又は図８を参照して説明した上記の製造方法例において、マスクパターン１３の形成方法としてナノインプリント法を用いたが、マスクパターンの形成方法は、例えば精密成型や露光法、電子線による描画など、公知の他の方法であってもよい。
　また、図７又は図８を参照して説明した上記の製造方法例において、シリコン凸条部１５及びシリコン層１１の熱酸化法としてウェット酸化を用いたが、この熱酸化処理はドライ酸化で行なわれてもよい。
　以上のように、上記連結部をもつサブ波長構造を有する本発明の偏光解消素子を製造するための方法は、シリコン層の上に、上記凹条部と上記凸条部の周期構造に応じた凹凸周期構造をもつマスクパターンを形成する工程と、ドライエッチング技術によって上記マスクパターンをマスクにして上記シリコン層をパターニングして凹凸周期構造をもつシリコンパターンを形成する工程であって、上記シリコンパターンにおいて隣り合うシリコン凸条部の先端部同士が後工程のシリコン酸化処理によって連結され、隣り合う上記シリコン凸条部の基端部が上記シリコン酸化処理において連結されないように、上記シリコン凸条部の先端部の幅寸法を基端部の幅寸法よりも大きい寸法で形成する工程と、上記シリコン酸化処理を施して上記シリコン凸条部を完全に酸化させて二酸化ケイ素からなる上記凸条部及び上記連結部を形成する工程と、を含んでいる。
　図７又は図８を参照して説明した上記の製造方法例は、シリコン凸条部を酸化させて、凸条部と、隣り合う凸条部の先端部同士を連結する連結部とを二酸化ケイ素で形成する。ただし、シリコン凸条部を酸化させて二酸化ケイ素からなる凸条部を形成する製造方法は、上記連結部を備えていない偏光解消素子の製造方法にも適用できる。
　図９は、図１に示された偏光解消素子の実施例を形成するための製造方法の他の例を説明するための概略的な断面図である。図９におけるカッコ数字（１）～（３）は以下に説明される工程（１）～（３）に対応している。なお、この製造方法例は、図１に示された偏光解消素子の作成だけでなく、上記連結部を有していない本発明の偏光解消素子の作成に適用できる。また、本発明の偏光解消素子を形成するための製造方法はこの製造方法例に限定されるものではない。図９において図８と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付され、それらの部分の詳細な説明は省略される。
（１）例えば、合成石英ガラスからなる基材１７上に、膜厚が４.５μｍのシリコン層１１を成膜する。シリコン層１１上にインプリント法を用いて、ピッチ２５０ｎｍ、フィリングファクター０.３２（ライン幅８０ｎｍ）のマスクパターン１３を形成する。マスクパターン１３の凸条部の高さ（凹条部の深さ）は例えば１００ｎｍである。
（２）ドライエッチング技術によってマスクパターン１３をマスクにしてシリコン層１１をパターニングして凹凸周期構造をもつシリコンパターンを形成する。シリコン層１１を深さ方向に４.２μｍエッチングしてシリコン凸条部１６を形成する。その際にドライエッチング条件をサイドエッチングが起きにくいように設定した。
　シリコン凸条部１６の加工仕上がりの寸法として、フィリングファクターが０.３２（幅８０ｎｍ）程度である形状を得た。
　ドライエッチングの手法としては、一般的なＩＣＰエッチャーを用いた。プラズマ源としてはＥＣＲプラズマや平行平板型ＣＣＰなど、特に制限はない。また、微妙なサイドエッチ量の制御が必要な場合は、必要に応じてボッシュ法や、中性粒子ビーム法などを用いてもよい。
　シリコン凸条部１６の寸法は、図７又は図８を参照して説明された上記の製造方法例とは異なり、シリコンパターンにおいて隣り合うシリコン凸条部１６同士が後の工程（３）のシリコン酸化処理によって連結されないように形成される。
（３）残存しているマスクパターン１３を除去する。シリコン凸条部１６を備えたシリコンパターンに対して、ウェット法による熱酸化処理（シリコン酸化処理）を実施した。熱酸化処理条件は、シリコン凸条部１６が完全に酸化される条件であればよい。この製造方法例では、酸化温度１１００℃で２時間熱酸化した。これにより、基材１７上に成膜されたシリコン層１１は完全に酸化された。ただし、基材１７上に成膜されたシリコン層１１は完全には酸化されなくてもよい。
　シリコン凸条部１６が酸化されて、二酸化ケイ素からなる基材３、凸条部５、及び凸条部５に応じた凹条部７が形成される。基材３の厚みは約０.６３μｍである。
　基材１７上に成膜によって形成されたシリコン層１１は、単結晶シリコンに比べて密度が低い関係で、熱酸化による膨張率が若干下がる。シリコン層１１の成膜条件によるが、熱酸化による膨張率は１.８～２.２倍程度になるのが一般的である。今回使用した膜においては約２.１倍に膨張した。
　これにより、シリコン凸条部１６が熱酸化されて形成された二酸化ケイ素からなる凸条部５は、上記工程（２）でフィリングファクター０.３２（幅８０ｎｍ）となっていたので、凸条部５の基端部及び中間部は、８０ｎｍ×２.１＝１６８ｎｍ（フィリングファクター約０.６７）になる。
　このように、ピッチが２５０ｎｍ、フィリングファクターが０.６７、深さが３.６μｍのラインアンドスペースとなっている、サブ波長のピッチを有する凸条部５と凹条部７の周期構造をもつ偏光解消素子１が得られた。
　以上のように、シリコン凸条部１６の形成において、シリコン層１１の材質を考慮して、シリコン凸条部１６のフィリングファクターを、後工程のシリコン酸化処理で隣り合うシリコン凸条部１６が連結されない値、例えば０.４４以下に設定する。これにより、後工程のシリコン酸化処理によって、二酸化ケイ素からなる凸条部５をもつ偏光解消素子１が形成される。
　なお、単結晶シリコンウェハの熱酸化による膨張理論値が例えば２.２７倍であるとすると、シリコン凸条部１６のフィリングファクターが約０.４４０５（＝１／２.２７）以上であれば、後工程のシリコン酸化処理で隣り合うシリコン凸条部１６が連結される。したがって、シリコン凸条部１６のフィリングファクターが０.４４以下であれば、後工程のシリコン酸化処理で隣り合うシリコン凸条部１６は連結されない。また、シリコン層１１の膜密度が低下すれば膨張率は下がるので、この値を上限にすれば連結は起こらない。
　この製造方法例は基材１７上に成膜されたシリコン層１１を加工することによって偏光解消素子１を形成する。したがって、この製造方法例は、図８を参照して説明された上記製造方法例と同様に、光学機能を有する基材（例えば石英ガラスや光学機能膜）の上に偏光解消素子を形成したときの上記作用及び上記効果が得られる。
　また、マスクパターン１３の形成方法は、例えば精密成型や露光法、電子線による描画など、公知の他の方法であってもよい。
　また、シリコン凸条部１６及びシリコン層１１の熱酸化処理はドライ酸化で行なわれてもよい。
　また、この製造方法例では、基材１７上に成膜されたシリコン層１１を加工することによってシリコン凸条部１６を形成しているが、シリコン凸条部１６は、図７を参照して説明された製造方法例と同様に、シリコンウェハに形成されてもよい。
　以上のように、サブ波長構造を有する本発明の偏光解消素子を製造するための方法の一例は、シリコン層の上に、上記凹条部と上記凸条部の周期構造に応じた凹凸周期構造をもつマスクパターンを形成する工程と、ドライエッチング技術によって上記マスクパターンをマスクにして上記シリコン層をパターニングして凹凸周期構造をもつシリコンパターンを形成する工程であって、上記シリコンパターンにおいて隣り合うシリコン凸条部同士が後工程のシリコン酸化処理によって連結されない程度の寸法で上記シリコン凸条部を形成する工程と、上記シリコン酸化処理を施して上記シリコン凸条部を完全に酸化させて二酸化ケイ素からなる上記凸条部を形成する工程と、を含んでいる。
　上記の実施例の偏光解消素子は主に紫外～可視光を対象としているが、本発明は「サブ波長構造を有する偏光解消素子」に関するものであり、使用する波長域については特に制限がない。例えば、赤外光やテラヘルツ波などの光に対しても本発明は適用可能である。以下に具体的な例を示す。
　テラヘルツ波を対象とした本発明の偏光解消素子の実施例を説明する。この実施例の偏光解消素子の平面図及び断面図は図１及び図２と同様である。図１及び図２を参照してこの実施例を説明する。
　テラヘルツ波を対象としたこの実施例の偏光解消素子１は複数のサブ波長構造領域１０を備えている。サブ波長構造領域１０において、サブ波長構造のフィリングファクターは同一であり、例えば０.５５である。凸条部５及び凹条部７のピッチＰは例えば２００μｍである。凸条部５の幅寸法（ライン幅）は例えば１１０μｍである。凹条部７の幅寸法は例えば９０μｍである。この形状は波長５００μｍの光に対してλ／２の位相差をもつ。
　サブ波長構造領域１０において、サブ波長構造の繰返し周期数は例えば５～２５回である。
　偏光解消素子１には、サブ波長構造領域１０として、サブ波長構造の繰返し周期数が互いに異なっているもの、サブ波長構造の光学軸が互いに異なっているものが混載されている。
　偏光解消素子１は、複数のサブ波長構造領域１０として光学軸が互いに異なっているものを含んでいるので、テラヘルツ波のスペックルを解消できる。さらに、偏光解消素子１は、同一の繰返し周期及びフィリングファクターを有するが、サブ波長構造の繰返し周期数が互いに異なっていることにより互いに位相差が異なっているサブ波長構造領域１０を含んでいる。したがって、偏光解消素子１は、テラヘルツ波のスペックルをより解消できる。
　この実施例が適用された図１では、１０ｍｍ×１０ｍｍの領域に、１ｍｍ×１ｍｍの分割単位として１つの分割単位領域又は複数の分割単位領域からなる約５０個のサブ波長構造領域１０が配置された状態が示されている。図１に示されたサブ波長構造領域１０の配置領域は、偏光解消素子１においてサブ波長構造領域１０が配置される領域の一部分を示している。なお、偏光解消素子１のサブ波長構造領域１０の配置領域の大きさが特に限定されないことは、テラヘルツ波を対象としたこの実施例にも適用される。また、サブ波長構造領域１０の形状や配置は図１に示されたものに限定されず、他の形状や配置であってもよい。
　テラヘルツ波を対象とした偏光解消素子を形成するための製造方法の一例について説明する。
　例えば、厚みが例えば３００μｍのシリコン層の上に、フォトリソグラフィ法を用いて、ピッチ２００μｍ、フィリングファクター０.５５（ライン幅１１０μｍ）のマスクパターンを形成する。シリコン層は、例えば結晶面（１００）のノンドープ単結晶シリコンウェハである。マスクパターンにおける凸条部の高さ（凹条部の深さ）は例えば４０μｍである。
　なお、シリコン層は、結晶面（１００）のノンドープシリコンウェハに限定されず、他の結晶面をもつ単結晶シリコンウェハであってもよいし、Ｐ型又はＮ型の不純物が導入されたドープド単結晶シリコンウェハであってもよい。
　また、マスクパターンの材料はフォトリソグラフィ法において一般的に用いられるものであればよく、特に限定されない。また、マスクパターンの形成方法はフォトリソグラフィ法に限定されず、他の方法、例えば電子ビーム描画法やインプリント法であってもよい。
　ドライエッチング技術によってマスクパターンをマスクにしてシリコン層をパターニングして凹凸周期構造をもつシリコンパターンからなるサブ波長構造を形成する。シリコン層を深さ方向に例えば２００μｍエッチングしてシリコンからなる凸条部を形成する。その際にドライエッチング条件をサイドエッチングが起きにくいように設定した。隣り合う凸条部の間に凹条部が形成される。
　シリコンからなる凸条部の加工仕上がりの寸法として、フィリングファクター０.５５（ライン幅１１０μｍ）程度である形状を得た。この形状は波長５００μｍの光に対してλ／２の位相差をもつ。これにより、シリコンからなるテラヘルツ波に使用可能な偏向解消素子を形成することができる。
　ここでは、シリコン層を加工してシリコンパターンからなるサブ波長構造をもつ、テラヘルツ波を対象とした偏光解消素子及びその製造方法例について説明した。サブ波長構造の材料としてテラヘルツ波を透過する他の材料、例えばポリエチレンやＴｓｕｒｕｐｉｃａ（パックス社の商品名）などを用いれば、シリコンを用いた場合と同様に、テラヘルツ波のスペックル解消に使用可能な偏向解消素子を形成することができる。また、サブ波長構造の材料として赤外光を透過する材料を用いれば、赤外光のスペックル解消に使用可能な偏向解消素子を形成することができる。
（偏光解消素子の適用例）
（レーザプリンタへの適用）
　図１０はレーザプリンタの光学系を示したものである。レーザダイオード・ユニット５１内部には、光源としてのレーザダイオードと、レーザダイオードから射出されるレーザビームは平行光線にするコリメートレンズが設けられている。レーザダイオード・ユニット５１から平行光線となって射出されるレーザビームは、ポリゴンミラー（回転多面鏡）５２によって偏向走査され、Ｆ－θレンズ５３等から構成される結像レンズ系によってドラム状の感光体ドラム５５の帯電した表面に画像を結像する。
　この実施例では、レーザダイオード・ユニット５１から射出されるレーザビームをランダムな偏光状態をもったレーザビームとするために、レーザダイオード・ユニット５１とポリゴンミラー５２の間の光路上に偏光解消素子１が配置されている。
　図１１は、偏光解消素子１の機能を高めるために、偏光解消素子１をレーザビームの光軸方向に平行な軸を回転中心として回転させ、又は偏光解消素子１をレーザビームの光軸に平行に若しくは垂直に振動させる機能を備えた駆動機構５７を設けた例である。このような駆動機構５７を設けることにより、偏光解消素子１の偏光解消機能に時間分解能を追加することができる。すなわち、時間軸に対しても偏光解消機能を付加することができる。
　偏光解消素子１を回転させる場合には、偏光解消素子１を中心に回転中心を有するように形成する。そして、偏光解消素子１の回転中心にモータによって駆動される回転機構を装着して偏光解消素子１を回転させるようにしてもよいし、偏光解消素子１の中心を回転可能に保持しておいて偏光解消素子１の外周部に偏光解消素子１を回転させる機構を設けるようにしてもよい。偏光解消素子１の回転速度は、使用する光源や使用する表示デバイスの振動数によって異なるが、１０ｒｐｍ以上の回転速度があれば偏光解消機能を向上させる効果が十分に得られる。
　偏光解消素子１を振動させる場合には、偏光解消素子１の外周を保持するセルを設け、そのセルをピエゾ素子によってレーザビームの光線方向に対して平行に又は垂直に振動させるようにする。偏光解消素子１の振動速度は、使用する光源や使用する表示デバイスの周波数によって異なるが、使用するデバイスの表示振動周波数（例えば、１０ｍｓｅｃ）の１０分の１以上の振動数があれば偏光解消機能を向上させる効果が十分に得られる。
（露光装置への適用）
　図１２は露光装置の光学系を概略的に示したものである。ＫｒＦエキシマレーザ又はＡｒＦエキシマレーザからなる光源６０からの紫外線のレーザ光は、光束整形光学系６１により所定の光束形状に変換され、照明光学系６３，６４により原版であるマスク６６に照射される。マスク６６のパターンはマスク６６を透過した紫外線が投影光学系６７によりウェハ６８に照射されることにより投影露光される。ウェハ６８はウエハステージ６９に保持され、ウエハステージ６９によってウェハ６８が投影光学系６７の光軸と直交する平面に沿って２次元的に移動することにより投影露光が繰り返されていく。
　光源６０がレーザであることから、発生するレーザ光は直線偏光である。そこで、この実施例では、光源６０から射出されるレーザ光をランダムな偏光状態をもったレーザ光とするために、光束整形光学系６１と照明光学系６３の間の光路上に偏光解消素子１が配置されている。
　なお、この露光装置の例においても、偏光解消素子１を回転させたり振動させたりするための駆動機構を設けて、偏光解消素子１の偏光解消機能を高めるようにしてもよい。そのような駆動機構は上記のレーザプリンタの例と同じであり、ここでの説明は省略する。
（光ファイバ増幅器への適用）
　図１３は偏光解消素子を光ファイバ増幅器に適用した例を示したものである。
　ファイバ増幅器は、希土類元素添加光ファイバ７４に光源７０からの励起光７１を入射して光ファイバ７４中の希土類元素を活性化しておき、そこに入射光７２を入射させることにより、その入射光７２を増幅して出射させるものである。励起光７１と入射光７２をともに光ファイバ７４に入射させるために、励起光７１と入射光７２とを結合する光カプラ７３が設けられている。
　光ファイバ７４に添加される希土類元素は増幅すべき入射光の波長に応じて選択される。例えば、入射光の波長が１５５０ｎｍ波長帯域である場合にはエルビウム（Ｅｒ）を初めとするランタノイド希土類元素、入射光の波長が１０６０ｎｍ波長帯域又は１３００ｎｍ波長帯域の場合はネオジム（Ｎｄ）、入射光の波長が１３００ｎｍ波長帯域の場合はプラセオジウム（Ｐｒ）、入射光の波長が１４５０ｎｍ波長帯域の場合はツリウム（Ｔｍ）などが用いられる。
　希土類元素添加光ファイバ７４は、増幅特性について偏光依存性をもっているので、この実施例では光ファイバ７４に入射する光を無偏光状態にするために、光カプラ７３と光ファイバ７４の間の光路上に本発明の偏光解消素子１が配置されている。
　なお、この光ファイバ増幅器の例においても、偏光解消素子１を回転させたり振動させたりするための駆動機構を設けて、偏光解消素子１の偏光解消機能を高めるようにしてもよい。そのような駆動機構は上記のレーザプリンタの例と同じであり、ここでの説明は省略する。
　本発明の偏光解消素子は、上記に例示したレーザプリンタ、露光装置及び光ファイバ増幅器のほかにも、偏光に起因してスペックルが生じる光学系に適用することができる。そのような光学系として、レーザ光源を用いる分光器、レーザ計測装置、光ピックアップ装置、プロジェクタ、特許文献３に記載されているような偏光解析装置、偏波モード分散補償（ＰＭＤＣ）システム、ＣＣＤ及びＣＭＯＳセンサー、特許文献４に記載されているような位相差測定装置、並びに特許文献５に記載されているようなレーザ加工装置等を挙げることができる。
　偏光解消素子を用いた効果及びその偏光解消素子を回転駆動及び振動駆動することによる効果の検証をレーザープロジェクタにおいて行なった。この検証では、表示画面の一部を拡大させてその拡大部分の面積当たりのスペックルの数をカウントし、そのカウント数を表示画面全体の面積におけるカウント数に換算して評価した。偏光解消素子を導入しなかった場合は、大小・濃淡を含めてスペックルのカウント数は約３万箇所にとなった。これに対し、偏光解消素子を導入した場合にはそのカウント数が１０００個程度に激減した。
　その状態から偏光解消素子を５０ｒｐｍの速度で回転させた場合はスペックルがまったく観測されなかった。また、ピエゾ素子を使用して偏光解消素子をレーザビームの光線方向に対して垂直に約５０μｍの振幅で振動させた場合にもスペックルがまったく観測されなかった。これらのことから、偏光解消素子を導入することによってスペックルの数を大幅に減少させる効果があることがわかり、さらに偏光解消素子を回転させたり振動させたりすることによってその効果を向上させることができることがわかる。
　図１４は、偏光解消素子のさらに他の実施例を説明するための概略的な平面図である。この偏光解消素子の実施例の断面図は図１又は図５の断面図と同様である。
　この実施例の偏光解消素子１は、サブ波長構造の光学軸が紙面縦方向及び横方向に対して右上がり（もしくは左下がり）又は左上がり（もしくは右下がり）に４５度傾斜している複数のサブ波長構造領域１０が配置されている。また、図１及び図５と同様に、サブ波長構造の光学軸が紙面縦方向又は横方向のサブ波長構造領域１０も配置されている。
　各サブ波長構造領域１０において、サブ波長構造の繰返し周期（ピッチ）及びフィリングファクターは同一である。
　サブ波長構造の光学軸が４５度傾斜している複数のサブ波長構造領域１０は、サブ波長構造の繰返し周期数が互いに異なっているサブ波長構造領域１０を含んでいる。
　サブ波長構造の光学軸が４５度傾斜している各サブ波長構造領域１０において、サブ波長構造の繰返し周期数の最大回数は例えば５～２５回である。サブ波長構造の繰返し周期数の最大回数とは、サブ波長構造領域１０内において凸条部５及び凹条部７の凹凸繰返し方向で繰返し周期数が最も大きくなる位置での繰返し周期数である。
　本発明において、サブ波長構造領域内で凸条部と凹条部の繰返し周期数が変化している場合、サブ波長構造の繰返し周期数が最大回数になる部分の凸条部と凹条部の凹凸繰返し方向の領域サイズをサブ波長構造領域の凹凸繰返し方向領域サイズとする。
　この実施例の偏光解消素子１は、同一の繰返し周期及びフィリングファクターを有するが、サブ波長構造の繰返し周期数が互いに異なっていることにより互いに位相差が異なっているサブ波長構造領域１０を含んでいる。したがって、図１又は図５に示された実施例と同様に、スペックルをより解消できる。
　図１５は、偏光解消素子のさらに他の実施例を説明するための概略的な平面図である。この偏光解消素子の実施例の断面図は図１又は図５の断面図と同様である。
　この実施例の偏光解消素子１は、複数のサブ波長構造領域１０は、図１又は図５に示された実施例と比較して、凸条部５及び凹条部７が曲線を含んでいて光学軸が変化しているサブ波長構造領域１０をさらに含んでいる。各サブ波長構造領域１０において、サブ波長構造の繰返し周期（ピッチ）及びフィリングファクターは同一である。
　凸条部５及び凹条部７が曲線を含んでいる複数のサブ波長構造領域１０は、サブ波長構造の繰返し周期数が互いに異なっているサブ波長構造領域１０を含んでいる。凸条部５及び凹条部７が曲線を含んでいる各サブ波長構造領域１０において、サブ波長構造の繰返し周期数は例えば５～２５回である。
　この実施例の偏光解消素子１も、図１又は図５に示された実施例と同様に、偏光解消素子１は、スペックルをより解消できる。
　図１６は、偏光解消素子のさらに他の実施例を説明するための概略的な平面図である。この偏光解消素子の実施例の断面図は図１又は図５の断面図と同様である。
　この実施例の偏光解消素子１は、複数のサブ波長構造領域１０は、図１５に示された実施例と比較して、サブ波長構造の光学軸が紙面縦方向及び横方向に対して右上がり又は左上がりに４５度傾斜している複数のサブ波長構造領域１０をさらに含んでいる。各サブ波長構造領域１０において、サブ波長構造の繰返し周期（ピッチ）及びフィリングファクターは同一である。
　サブ波長構造の光学軸が４５度傾斜している各サブ波長構造領域１０において、サブ波長構造の繰返し周期数の最大回数は例えば５～２５回である。
　この実施例の偏光解消素子１も、上記実施例と同様に、スペックルをより解消できる。
　図１７は、偏光解消素子のさらに他の実施例を説明するための概略的な平面図である。この偏光解消素子の実施例の断面図は図１又は図５の断面図と同様である。
　この実施例の偏光解消素子１では、複数のサブ波長構造領域１０は、正三角形を領域単位としている。各単位領域に、光学軸が紙面縦方向、紙面横方向、右上がりに斜め４５度方向又は左上がりに斜め４５度のサブ波長構造が配置されてサブ波長構造領域１０が形成されている。サブ波長構造が同一の光学軸をもつ隣接する単位領域は１つのサブ波長構造領域１０とする。
　各サブ波長構造領域１０において、サブ波長構造の繰返し周期数の最大回数は例えば５～２５回である。
　この実施例の偏光解消素子１も、上記実施例と同様に、スペックルをより解消できる。
　図１８は、偏光解消素子のさらに他の実施例を説明するための概略的な平面図である。この偏光解消素子の実施例の断面図は図１又は図５の断面図と同様である。
　この実施例の偏光解消素子１では、複数のサブ波長構造領域１０は、正六角形を領域単位としている。各単位領域に、光学軸が紙面縦方向、紙面横方向、右上がりに斜め４５度方向又は左上がりに斜め４５度のサブ波長構造が配置されてサブ波長構造領域１０が形成されている。サブ波長構造が同一の光学軸をもつ隣接する単位領域は１つのサブ波長構造領域１０とする。
　各サブ波長構造領域１０において、サブ波長構造の繰返し周期数の最大回数は例えば５～２５回である。
　この実施例の偏光解消素子１も、上記実施例と同様に、スペックルをより解消できる。
　図１９は、偏光解消素子のさらに他の実施例を説明するための概略的な平面図である。この偏光解消素子の実施例の断面図は図１又は図５の断面図と同様である。
　この実施例の偏光解消素子１において、複数のサブ波長構造領域１０は、図１８に示された実施例と比較して、正六角形の領域単位に加えて円形の領域単位をさらに備えている。円形の単位領域に、光学軸が紙面縦方向、紙面横方向、右上がりに斜め４５度方向又は左上がりに斜め４５度のサブ波長構造が配置されてサブ波長構造領域１０が形成されている。サブ波長構造が同一の光学軸をもつ隣接する又は重なっている単位領域は１つのサブ波長構造領域１０とする。
　各サブ波長構造領域１０において、サブ波長構造の繰返し周期数の最大回数は例えば５～２５回である。
　この実施例の偏光解消素子１も、上記実施例と同様に、スペックルをより解消できる。
　図２０は、偏光解消素子のさらに他の実施例を説明するための概略的な平面図及び断面図である。図２０において、断面図は平面図のＣ－Ｃ’位置に対応している。なお、本発明の偏光解消素子はこれに限定されるものではない。図２０において図１と同じ部分には同じ符号が付されている。
　この実施例の偏光解消素子１は、サブ波長構造領域１０の配置領域においてサブ波長構造領域１０が配置されていない領域を含んでいる。サブ波長構造領域１０として、サブ波長構造の凸条部５と凹条部７の凹凸繰返し方向が同一の複数のサブ波長構造領域１０のみが配置されている。各サブ波長構造領域１０において、サブ波長構造の繰返し周期数の最大回数は例えば５～２５回である。
　サブ波長構造領域１０が配置されていない領域は、発生位相差がゼロである領域とみなすことができる。したがって、サブ波長構造領域１０が配置されている領域と配置されていない領域は、互いに位相差が異なる領域である。
　この実施例の偏光解消素子１も、上記実施例と同様に、スペックルを解消できる。
　図１４から図２０を参照して、偏光解消素子１におけるサブ波長構造領域１０の形状やサイズ、サブ波長構造の配置方向の変形例について説明したが、本発明の偏光解消素子はこれらの変形例に限定されない。本発明の偏光解消素子において、サブ波長構造領域の形状はどのような形状であってもよい。また、サブ波長構造領域におけるサブ波長構造の配置方向（光学軸の方向）は任意である。また、サブ波長構造の光学軸が互いに異なっている複数のサブ波長構造領域において、サブ波長構造の光学軸がなす角度は任意であり、サブ波長構造の光学軸の方向の数も任意である。
　次に、本発明の偏光解消装置について説明する。本発明の偏光解消装置は、並進振動される光偏光器の光透過領域に本発明の偏光解消素子が配置されたものである。
　図２１は、偏光解消装置の一実施例を説明するための概略的な斜視図である。図２２は、図２１のＤ－Ｄ’位置での概念的な断面図である。
　この実施例を作成するにあたって、０.５２５ｍｍ（ミリメートル）のシリコンウエハ（シリコン基板）を貫通加工することによって図２１及び図２２に示されるようなバネ構造を形成した。
　偏光解消装置１０１は、光偏光器１０３と、弾性体１０５と、支持体１０７と、振動子１０９と、台座１１１とを備えている。光偏光器１０３、弾性体１０５及び支持体１０７は、例えば、後述するシリコンプロセス法（フォトリソグラフィ加工、ナノインプリント加工、ウエットエッチング加工、ドライエッチング加工するなど）により、１つのシリコン基板１１３が半導体熱酸化プロセスを含んで加工されて形成されたものである。
　光偏光器１０３は光透過領域１０３ａを有する。光透過領域１０３ａはシリコン基板１１３の一部分が熱酸化されて形成された二酸化ケイ素１１５で形成されている。光偏光器１０３の光透過領域１０３ａよりも厚みが厚い部分は、表面が二酸化ケイ素１１５で形成されており、内部がシリコン基板１１３で形成されている。
　光透過領域１０３ａの一表面に偏光解消素子１が形成されている。偏光解消素子１は、例えば上記実施例で説明したものであり、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凸条部５と凹条部７からなるサブ波長構造を備えている。偏光解消素子１は二酸化ケイ素１１５で形成されている。
　弾性体１０５は、光偏光器１０３を並進振動させるために光偏光器１０３に連結されている。この実施例では、一対の弾性体１０５が設けられている。
　支持体１０７は、弾性体１０５を介して光偏光器１０３を支持している。弾性体１０５及び支持体１０７は、表面が二酸化ケイ素１１５で形成されており、内部がシリコン基板１１３で形成されている。
　振動子１０９は、光偏光器１０３を並進振動させるためのものである。この実施例では、振動子１０９は弾性体１０５を介して光偏光器１０３を並進振動させる。振動子１０９は例えば圧電振動子である。ただし、振動子１０９は圧電振動子に限定されない。振動子１０９は光偏光器１０３を所定の周波数で並進振動させることができるものであればどのような構造のものであってもよい。
　台座１１１は支持体１０７と振動子１０９とを位置固定するためのものである。台座１１１は、例えば金属製であり、矩形形状を有する。ただし、台座１１１の材料及び形状はこれらに限定されない。
　光偏光器１０３に対して、その一方の向かい合う両辺（図２１では、長辺）に、１対の弾性体１０５（左右）の基端部がそれぞれ連結されている。一方の弾性体１０５の先端には振動子１０９の先端部が連結されている。他方の弾性体１０５の先端は支持体１０７に連結されている。光偏光器１０３の他方の向かい合う両辺（図２１では、短辺）はフリーの状態である。
　支持体１０７及び振動子１０９は、支持体１０７及び振動子１０９を包囲する形状に形成された枠状の台座１１１に固定されている。この実施例では、支持体１０７と振動子１０９は互いに間隔をもって配置されている。ただし、支持体１０７と振動子１０９は接触していてもよい。
　台座１１１は、光偏光器１０３、弾性体１０５及び支持体１０７とは別の加工により作製される。ここではこの製作方法は述べない。
　台座１１１と支持体１０７との固定、及び台座１１１と振動子１０９との接合には、接着樹脂、ＡｕＳｎ共晶接合、Ａｕ－Ａｕ固相拡散接合、ハンダ接合、バンプ接合等、産業上可能なあらゆる接合方式を用いることができる。
　図２３は、光偏光器１０３を拡大して示した概略的な断面図である。
　例えば、サブ波長構造をもつ偏光解消素子１において、凹凸周期（ピッチ）Ｐは１５０～２５０ｎｍである。凸条部５のランドの幅Ｌは７５～１２５ｎｍである。例えば空気層からなる凹条部７の溝の幅Ｓは７５～１２５ｎｍである。凹凸周期ＰはＰ＝Ｌ＋Ｓである。溝の深さｄは２～５μｍである。また、光偏光器１０３の厚みｔは７～１５μｍである。
　偏光解消装素子１は、上記実施例で説明されたように、複数のサブ波長構造領域１０を備えている（例えば図１、図５、図１４～図２０等を参照。）。偏光解消素子１において、サブ波長構造の凸条部５と凹条部７の凹凸繰返し方向の領域サイズが凸条部５と凹条部７の繰返し周期数で５～２５回相当の範囲内であるサブ波長構造領域１０が含まれている。
　光偏光器１０３において、光透過領域１０３ａはその厚みが１０μｍ程度の薄肉となっている。そこで、光偏光器１０３において、光透過領域１０３ａの外周に０.５２５ｍｍ厚の枠を残し、強度を確保した。
　光偏光器１０３、弾性体１０５及び支持体１０７板は、例えば５２５μｍ程度のシリコン基板を加工して作製されている。すなわち、薄いシリコン基板を両面から順次加工するプロセスであり、このプロセスで製作された構造そのものが弾性梁の機能を有している。そのため、光偏光器１０３と連結する弾性体材を別途設けることなく、機械的な共振現象を利用しなくても、スペックルパターンの平均化に必要な１００μｍ程度の並進変位を得ることが可能となっている。
　次に振動設計について説明する。振動設計はＣＡＤ（Computer Aided Design）及び構造解析ソフトを用いて共振周波数を求めた。弾性体１０５の太さ（幅）を変化させながら、共振周波数が例えば１８ｋＨｚ（キロヘルツ）になるように調整した。本件設計結果では弾性体１０５の幅０.１３ｍｍが得られた。
　図２４は、この実施例の偏光解消装置における弾性体１０５の幅と共振周波数の関係を示す図である。図２４において、縦軸は共振周波数（ｋＨｚ）、横軸は弾性体幅（ｍｍ）を示す。
　偏光解消装置１０１において、光偏光器１０３における光透過領域１０３ａとは異なる部分（周囲部分）の厚みは支持体１０７の厚みと同じ寸法でなくてもよい。また、弾性体１０５の厚みは支持体１０７の厚みと同じ寸法でなくてもよい。これらの部分の厚みは、支持体１０７の厚みよりも小さい寸法であってもよい。その一例を図２５及び図２６に示す。
　図２５は、偏光解消装置の他の実施例を説明するための概念的な断面図である。図２６は、偏光解消装置のさらに他の実施例を説明するための概念的な断面図である。図２５及び図２６において、図２１及び図２２と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。
　図２５及び図２６に示されるように、光偏光器１０３における光透過領域１０３ａとは異なる部分の厚みは、光透過領域１０３ａの厚みと同じであってもよい。なお、光偏光器１０３における光透過領域１０３ａとは異なる部分の厚みは、光透過領域１０３ａの厚み及び支持体１０７の厚みとは異なっていてもよい。このように、光偏光器１０３における光透過領域１０３ａとは異なる部分の厚みは任意の厚み寸法に形成可能である。
　また、図２５に示されるように、弾性体１０５の厚みは、光透過領域１０３ａの厚み及び支持体１０７の厚みとは異なっていてもよい。なお、支持体１０７の厚みは均一でなくてもよい。また、図２６に示されるように、弾性体１０５の厚みは、光透過領域１０３ａの厚みと同じであってもよい。このように、弾性体１０５の厚みは任意の厚み寸法に形成可能である。
　次に、偏光解消装置１０１の作製手順を説明する。まず、図２７及び図２８を参照して、１つのシリコン基板から加工される光偏光器１０３、弾性体１０５及び支持体１０７の作成手順について説明する。
　図２７及び図２８は、光偏光器１０３、弾性体１０５及び支持体１０７の作成手順の一例を説明するための概略的な工程断面図である。この製造工程では、図２６に示された光偏光器１０３、弾性体１０５及び支持体１０７の断面形状の作成手順を説明する。なお、図２１又は図２５に示された断面形状は、以下に説明する作成手順と同様にして作成できる。
　光偏光器１０３、弾性体１０５及び支持体１０７の製造基本のプロセスは、図２７（ａ）から図２８（ｊ）に示すように、シリコン基板１１３の表面及び裏面を熱酸化炉（拡散炉）によって酸化し、二酸化ケイ素１１５（熱酸化シリコン膜）を形成する（熱酸化膜形成ステップ）。二酸化ケイ素１１５の厚みは、例えば５０μｍとする。
　まず、図２７に沿って基本製作プロセスを示す。
　図２７（ａ）に示すように、両面研磨加工されたシリコン基板１１３（通常の５２５μｍ厚さ）を準備し、光偏光器機能を発現させる面（図２７及び図２８では上面）の表面に、メタル膜１１７を膜厚０.１から１μｍ程度、スパッタリング法で成膜する。メタル膜１１７は、後工程で述べるアルカリウエットエッチング時に上面を保護するための保護膜である。メタル膜１１７は、例えばクロムやニッケル等である。ただし、メタル膜１１７は、アルカリウエットエッチングに耐久性があり、かつ後述する工程でパターニング可能な材料であれば、金属以外の材料であってもよい。
　図２７（ｂ）に示すように、シリコン基板１１３の裏面（光偏光器機能を発現させない面（図では下面））の表面に、通常のフォトリソグラフィ法（レジスト塗布、プリベーク、ステッパー露光、現像、リンス、形状評価）によって弾性体１０５の一部分及び支持体１０７（図１及び図２６を参照。）を構成する部分を覆うレジスト材料１１９を形成する。
　図２７（ｃ）に示すように、シリコン基板１１３の裏面側からアルカリ（ＫＯＨ）ウエットエッチング液でシリコン基板１１３をエッチングする。なお、シリコン基板１１３の結晶構造によって、ウエットエッチング後に現れる結晶面が異なる。ここでは、大まかなプロセスを述べているので、結晶面は述べない。シリコン基板１１３のエッチングされる部分が所定の厚さ（例えば残り厚さ：２５～４５μｍ程度）になるまでウエットエッチングを時間管理して実施する。エッチング後に、シリコン基板１１３を洗浄する。
　図２７（ｄ）に示すように、光偏光器機能を発現させる面（図では上面）の表面に予め光学設計（シミュレーション）で解を得ているサブ波長構造体のピッチとライン／スペースの構造を製作するＮＩＰ（ナノインプリント）金型を準備する。この金型の製作方法は、例えば、石英基板上にシリコン膜を形成し、その上に電子線レジストを塗布し、このレジストに専用のＥＢ描画装置でパターンを形成する。形成するパターンは、Δ＝λ／４狙いの場合でも、Δ＝λ／２狙いの場合でも、ピッチ（Ｐ）＝２５０ｎｍ、ランドの幅（Ｌ）：８５ｎｍ、溝の幅（Ｓ）：１６５ｎｍである。このパターンをマスクにして形状をドライエッチング法で石英基板に刻印する方法で製作する。
　メタル膜１１７上にＮＩＰ転写用樹脂を適量塗布する。この樹脂に上記で準備していた石英金型を押し当てて、メタル膜１１７／樹脂材料層１２１／金型（図示は省略）の構成とする。石英金型の上方から紫外線を照射して、樹脂を硬化させる。金型を剥離すると、金型の凹凸と反転した形状がメタル膜１１７上の樹脂材料層１２１に転写される。この具体的な工程は特許文献２に開示されている。なお、所定のパターンを有する樹脂材料層１２１（マスクパターン）を形成する方法は、ＮＩＰ法に限定されず、どのような方法であってもよい。
　図２７（ｅ）に示すように、樹脂材料層１２１をマスクとして（ＢＣｌ3、Ｃｌ2、Ｏ2ガスを導入して）ドライエッチング法でメタル膜１１７をエッチングする。これにより、メタル膜１１７をパターニングする。
　図２８（ｆ）に示すように、樹脂材料層１２１及びメタル膜１１７をマスクとしてボッシュプロセスでシリコン基板１１３を深彫りする。ここでエッチングする深さは、
（１）Δ＝λ／４の場合：深さ（ｄ）＝２.５μｍ、
（２）Δ＝λ／２の場合：深さ（ｄ）＝５.０μｍである。
　レジストをマスクとしてアスペクト比：≧２０を実現するボッシュプロセスの具体的な加工条件の一例を示すと、次のとおりである。
（ａ）エッチングされたシリコン基板１１３の壁に保護膜を成膜する条件
　　ガス：Ｃ4Ｆ8
　　ガス流量：１００～２００ｓｃｃｍ
　　圧力：２０～３０ｍＴｏｏｒ
　　加工時間：３～４秒
　　バイアス：～２０Ｗ
　　上部電力：１.８～２.２ＫＷ
（ｂ）シリコンをエッチングするプロセス条件
　　ガス：ＳＦ6
　　ガス流量：２００～３００ｓｃｃｍ
　　圧力：２５～７０ｍＴｏｏｒ
　　加工時間：４.５～８.５秒
　　バイアス：５０～７０Ｗ
　　上部電力：１.７～２.０ＫＷ
　　エッチングレート：２～７μｍ／分
　図２８（ｇ）に示すように、シリコン基板１１３の裏面（光偏光器機能を発現させない面（図では下面））の表面に、通常のフォトリソグラフィ法（レジスト塗布、プリベーク、ステッパー露光、現像、リンス、形状評価）によって、光偏光器１０３及び弾性体１０５を構成する部分を保護するレジスト材料１２３を形成する。
　図２８（ｈ）に示すように、レジスト材料１２３をマスクにして、シリコン基板１１３をウエットエッチングでエッチングして、光偏光器１０３、弾性体１０５及び支持体１０７を形成する。
　図２８（ｉ）に示すように、基板表裏面のレジスト材料１１９，１２３、樹脂材料層１２１、メタル膜１１７を剥離する。これにより、パターニングされたシリコン基板１１３が完成する。
　図２８（ｊ）に示すように、パターニングされたシリコン基板１１３を熱酸化炉で熱酸化して、シリコン基板１１３の表面に二酸化ケイ素１１５を形成する。シリコン基板１１３表面から５～１０μｍの厚さまで、シリコンが熱酸化されて二酸化ケイ素１１５に組成変化する。組成変化した後のパターン形状は、初期の設計の値と同じであった。これにより、二酸化ケイ素１１５からなる光透過領域１０３ａ及び偏光解消素子１が形成される。
　次に、台座１１１の製造工程について説明する。
　台座１１１の製造工程は、上記シリコンプロセスとは全く異なる。金属製の形状加工ステップである。
　台座１１１の製造工程では、例えば、プレスで打ち抜いた金属板（厚さ：１.０ｍｍ）を使用するか、機械加工した金属板（厚さ：１.０～２.０ｍｍ）を使用する。これにより、支持体１０７及び振動子１０９を固定するための台座１１１が形成される。
　台座１１１と支持体１０７との固定を接着樹脂で行なう場合には、シリコン基板１１３上のすべて金属材料、レジスト材料を除去し、表面熱酸化された後に、表面熱酸化されたシリコン基板１１３を所定の外形にダイサーで切断する。なお、ダイサーによって切断された切断面には二酸化ケイ素１１５（自然酸化膜を除く）は形成されていない。この状態で、共振構造を有する光学偏光器チップ（偏光解消装置１０１）が完成する。
　また、台座１１１と支持体１０７及び振動子１０９（市販の振動子）の固定は、市販の接着剤でよい。なお、当該固定をＡｕＳｎ共晶接合、Ａｕ－Ａｕ固相拡散接合、ハンダ接合などの金属を介する接合で行なう場合には、振動子１０９の上部に、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕの順にスパッタ成膜を実施する。また、台座１１１上に支持体１０７を接合するために必要な金属パッドを形成する。
　なお、光偏光器１０３、弾性体１０５、支持体１０７及び台座１１１の製造方法は、上記で説明した製造工程に限定されず、他の製造方法であってもよい。
　また、図５及び図６に示された偏光解消素子１のように、サブ波長構造が隣り合う凸条部５の先端部５ａ同士を連結する連結部９を備えている偏光解消素子１を光偏光器１０３に形成することもできる。
　このようにして作成した偏光解消装置１０１の駆動特性の試験について説明する。
　本実施例では、シリコン基板１１３（二酸化ケイ素１１５の厚みを含む）の厚みは、５２５μｍ、光透過部１０３ａを構成する二酸化ケイ素１１５の厚みは１０μｍとした。
　また、本実施例では、光偏向器３の共振周波数が１８ｋＨｚとなるように設計した。振動子１０９に振幅電圧Ｖｐｐ＝２０Ｖ、周波数１８ｋＨｚの交流電圧を駆動信号として印加し、交流電圧を駆動信号として印加した。振動子１０９は水平軸走査用で共振駆動とし、振幅５０μｍを得た。
　光偏向器３が並進振動されることにより、偏光解消装置１０１が形成された光透過部１０３ａを透過する光は、偏光解消装置１０１のサブ波長構造体に従って位相差の異なる光がサブ波長構造領域毎に出射されるとともに、サブ波長構造領域毎に位相差の異なる光が時間分割されて出射される。この光を用いることによって、スペックル成分の内で、「オブジェクティブスペックルを解消する」ことができる。
　なお、スペックルには、「Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ　Ｓｐｅｃｋｌｅ」と「Ｓｕｂｊｅｃｔｉｖｅ　Ｓｐｅｃｋｌｅ」の次の２つの成分がある。
　「Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ　Ｓｐｅｃｋｌｅ」は、液晶やＤＭＤ（Digital Mirror Device）などのマイクロデバイス上に発生するスペックルである。
　「Ｓｕｂｊｅｃｔｉｖｅ　Ｓｐｅｃｋｌｅ」は、人間の眼を通して見た時に、眼のレンズ系と瞳の関係で発生するスペックル、つまり人間の眼球内で干渉縞が発生する現象である。
　このようにして、スクリーンに画像を表示する際に、偏光解消装置１０１を動作させる前後、すなわち、振動子１０９に電圧成分を駆動信号として印加する前後で、スクリーン上の画像のスペックルノイズを計測した。スクリーン上の画像をＣＣＤカメラで捉え、ＣＣＤ画素毎の輝度を分析処理することよりスペックルコントラストＣを求めた。
　　Ｃ＝σ／Ｉ　（σ：輝度ばらつきの標準偏差、Ｉ：輝度平均）
　その結果、振動子１０９の駆動前後でスペックルコントラストＣは３０％低減された。
　また、偏光解消装置１０１の振動子１０９を動作させる前後で、フリッカーノイズの違いは認識されなかった。これは、偏光解消装置１０１の振動子１０９が、周波数１８ｋＨｚという人間の目では追随できない速度で振動しているためにフリッカーノイズの違いが認識されなかったものと推測される。
　このように、偏光解消装置１０１は安価に省スペースでスペックル解消の機能発現が可能となる。
　また、偏光解消装置１０１において、弾性体１０５を構成する材料はシリコン材料である。一方、振動子１０９は市販の振動子を使用している。したがって、目的の特性に合致した市販の振動子を購入して使用することができる。換言すれば、狙いとする振動数、振幅に応じた振動子を用いることで、偏光解消装置１０１の目的特性を変更することができる。
　図２９は、偏光解消装置の他の実施例を説明するための概略的な斜視図である。この実施例の偏光解消装置２０１は、偏光解消装置１０１と光量均一化装置１２５を備えている。図３０は、図２９の光量均一化装置のＥ－Ｅ’位置での概念的な断面図である。
　この実施例において、偏光解消装置１０１の構成は図２１及び図２２と同じである。
　光量均一化装置１２５は、偏光解消装置１０１の偏光解消素子１に替えて光量を均一化するための光量均一化用光学素子１２７ｂが形成されたものである。光量均一化装置１２５は、光量均一化用光学器１２７を備えている。光量均一化装置１２５において、光量均一化用光学器１２７以外の構成は偏光解消装置１０１と同じである。
　光量均一化用光学器１２７は光透過領域１２７ａを有する。光透過領域１２７ａはシリコン基板１１３の一部分が熱酸化されて形成された二酸化ケイ素１１５で形成されている。光量均一化用光学器１２７の光透過領域１２７ａよりも厚みが厚い部分は、表面が二酸化ケイ素１１５で形成されており、内部がシリコン基板１１３で形成されている。この部分の構成は偏光解消装置１０１の光偏光器１０３と同様である。
　光透過領域１２７ａの一表面に、二酸化ケイ素１１５で形成され、光量を均一化するための光量均一化用光学素子１２７ｂが形成されている。光量均一化用光学素子１２７ｂは、例えばマイクロレンズアレイ、インテグレータ又はフライアイレンズアレイである。
　偏光解消装置２０１において、光量均一化装置１２５の光透過領域１２７ａは偏光解消装置１０１の光透過領域１０３ａを透過する光の光路上に配置されている。この実施例では、光量均一化装置１２５は偏光解消装置１０１に対して入射光側に配置されている。なお、光量均一化装置１２５は偏光解消装置１０１に対して出射光側に配置されていてもよい。
　光量均一化装置１２５においても、偏光解消装置１０１の光偏光器１０３と同様に、振動子１０９によって光量均一化用光学器１２７は並進振動される。
　これにより、空間コヒーレンス性の高い入射光は、光量均一化装置１２５及び偏光解消装置１０１を通過すると、空間コヒーレンス性の極めて低い光（出射光）になる。
　偏光解消装置１０１と光量均一化装置１２５を一体化又は同一光路上に配置した偏光解消装置２０１は、例えばレーザ露光装置やレーザ加工装置などの光学系に適用される。偏光解消装置２０１は、偏光解消装置２０１の透過光の偏光状態をランダムにするとともに、光量を均一化することができる。
　本発明の応用例としては、レーザ光源から発生するレーザ光を対象物に照射する光学系を備えた光学機器も対象としている。そのような光学機器としてはレーザプリンタ、露光装置、レーザ光源を用いる分光器、及びレーザ計測装置などを挙げることができる。そのような光学機器において、本発明の光学機器は、それらの光学機器の光源からのレーザ光の偏光状態をランダムな偏光状態にするために本発明の偏光解消素子又は本発明の偏光解消装置をそれらの光学機器の光学系の光路上に配置したものである。
　光量均一化装置１２５の製造方法の一例を説明すると、上記で説明された光偏光器１０３、弾性体１０５、支持体１０７及び台座１１１の製造工程において、偏光解消素子１に替えて光量均一化用光学素子１２７ｂを形成する。これにより、光量均一化装置１２５を作製できる。光量均一化用光学素子１２７ｂは例えばマイクロレンズアレイ、インテグレータ又はフライアイレンズアレイである。これらのレンズは、例えば、いわゆるリフロー法やイオン交換法、機械加工法、転写法（例えば特許文献６等を参照。）などによって作製できる。ただし、光量均一化装置１２５の製造方法はこれに限定されるものではない。
（偏光解消装置の適用例）
　本発明の偏光解消装置は、例えば、図１０に示されたレーザプリンタや、図１２に示された露光装置、図１３に示された光ファイバ増幅器に適用することができる。図１０に示されたレーザプリンタの光学系、図１２に示された露光装置の光学系、図１３に示された光ファイバ増幅器の光学系において、偏光解消素子１に替えて本発明の偏光解消装置を配置すればよい。
　本発明の偏光解消装置は、上記に例示したレーザプリンタ、露光装置及び光ファイバ増幅器のほかにも、偏光に起因してスペックルが生じる光学系に適用することができる。そのような光学系は、例えば、本発明の偏光解消素子が適用される装置として前述で挙げられたものである。
　以上、本発明の偏光解消装置の実施例が説明されたが本発明の偏光解消装置はこれらに限定されるものではない。
　例えば、上記実施例で説明した偏光解消装置１０１において、弾性体１０５の形状は上記実施例に示されたものに限定されない。本発明の偏光解消装置において、弾性体１０５の形状、個数及び光偏光器に連結される位置は、振動子の駆動によって光偏光器を並進振動させることができる形状、個数、連結位置であれば、どのような構成であってもよい。光量均一化装置を備えた本発明の態様における光量均一化装置についても同様である。
　また、上記実施例で説明した偏光解消装置１０１において、振動子１０９は弾性体１０５を介して光偏光器１０３を並進振動させているが、本発明の偏光解消装置はこれに限定されない。本発明の偏光解消装置において、振動子は光偏光器を直接並進振動させる構成であってもよい。光量均一化装置を備えた本発明の偏光解消装置の態様における光量均一化装置についても同様である。
　また、本発明の偏光解消装置において、光偏光器及び光透過領域の平面形状は、矩形に限定されず、任意である。光量均一化装置を備えた本発明の偏光解消装置の態様における光量均一化装置についても同様である。
　また、本発明の偏光解消装置において、支持体及び台座の形状も任意である。光量均一化装置を備えた本発明の偏光解消装置の態様における光量均一化装置についても同様である。
　また、上記実施例で説明した偏光解消装置１０１において、弾性体１０５の一部分はシリコン基板１１３によって形成されているが、本発明の偏光解消装置はこれに限定されない。本発明の偏光解消装置において、弾性体はシリコン基板が熱酸化されて形成された二酸化ケイ素のみで形成されていてもよい。また、シリコン基板を熱酸化する際に、弾性体及び支持体について、上面及び下面を熱酸化防止膜によって覆っておけば、上面及び下面に二酸化ケイ素を備えていない弾性体及び支持体を形成することも可能である。これらの構成は、光量均一化装置を備えた本発明の偏光解消装置の態様における光量均一化装置についても同様である。
　以上、本発明の実施例が説明されたが本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
１　偏光解消素子
３　基材
５　凸条部
５ａ　先端部
７　凹条部
７ａ　底部
９　連結部
１０　サブ波長構造領域
１０１，２０１　偏光解消装置
１０３　光偏光器
１０３ａ，１２７ａ　光透過領域
１０５　弾性体
１０７　支持体
１０９　振動子
１１１　台座
１１３　シリコン基板
１１５　二酸化ケイ素
１２５　光量均一化装置
１２７　光量均一化用光学器
１２７ｂ　光量均一化用光学素子

Claims (12)

  1. 　基材の表層部に構造性複屈折をもつ複数のサブ波長構造領域が配置された偏光解消素子であって、
    　前記サブ波長構造領域は、使用する光の波長よりも短い周期で繰り返して配列された凸条部と凹条部からなるサブ波長構造をもち、
    　前記サブ波長構造領域として、前記サブ波長構造の前記凸条部と前記凹条部の凹凸繰返し方向の領域サイズが前記凸条部と前記凹条部の繰返し周期数で５～２５回相当の範囲内であるサブ波長構造領域が含まれていることを特徴とする偏光解消素子。
  2. 　前記凹凸繰返し方向領域サイズが前記繰返し周期数で５～２５回相当の範囲内の前記サブ波長構造領域として、前記凹凸繰返し方向領域サイズが互いに異なっている複数のサブ波長構造領域が含まれている請求項１に記載の偏光解消素子。
  3. 　前記サブ波長構造領域として、前記サブ波長構造の前記凸条部と前記凹条部の凹凸繰返し方向が互いに異なっている複数のサブ波長構造領域が含まれている請求項１又は２に記載の偏光解消素子。
  4. 　前記サブ波長構造領域として、前記サブ波長構造の繰返し周期及びフィリングファクターが同一である複数のサブ波長構造領域が含まれている請求項１から３のいずれか一項に記載の偏光解消素子。
  5. 　前記サブ波長構造領域として、前記凹凸繰返し方向領域サイズが前記繰返し周期数で２５回相当よりも大きいサブ波長構造領域が含まれている請求項１から４のいずれか一項に記載の偏光解消素子。
  6. 　前記サブ波長構造は、隣り合う前記凸条部の先端部同士を連結する連結部をさらに備え、
    　前記凸条部及び前記連結部は二酸化ケイ素で形成されており、
    　前記連結部は前記凹条部の底部とは間隔をもって配置されており、
    　前記凹条部の上部は前記連結部によって閉じられている請求項１から５のいずれか一項に記載の偏光解消素子。
  7. 　請求項１から６のいずれか一項に記載の偏光解消素子が配置されている光透過領域を有する光偏光器と、
    　前記光偏光器を並進振動させるために前記光偏光器に連結された弾性体と、
    　前記弾性体を介して前記光偏光器を支持する支持体と、
    　前記光偏光器を並進振動させるための振動子と、
    　前記支持体と前記振動子とを位置固定するための台座と、を備え、
    　前記光偏光器、前記弾性体及び前記支持体は１つのシリコン基板が加工されて形成されたものであり、
    　前記光偏光器の前記光透過領域は前記シリコン基板の一部分が熱酸化されて形成された二酸化ケイ素で形成されている偏光解消装置。
  8. 　請求項７に記載の偏光解消装置と、
    　請求項７に記載の偏光解消装置の前記偏光解消素子に替えて光量を均一化するための光量均一化用光学素子が配置されている光量均一化装置と、を備え、
    　前記光量均一化装置の前記光透過領域は前記偏光解消装置の前記光透過領域を透過する光の光路上に配置されている偏光解消装置。
  9. 　前記光量均一化用光学素子はマイクロレンズアレイ、インテグレータ又はフライアイレンズアレイである請求項８に記載の偏光解消装置。
  10. 　レーザ光源から発生するレーザ光を対象物に照射する光学系を備えた光学機器において、
    　前記レーザ光の偏光状態をランダムな偏光状態にするために請求項１から６のいずれか一項に記載の偏光解消素子又は請求項７から９のいずれか一項に記載の偏光解消装置を前記光学系の光路上に配置したことを特徴とする光学機器。
  11. 　請求項１から６のいずれか一項に記載の偏光解消素子を備え、
    　前記偏光解消素子を前記光路上において光線方向に平行な軸を中心として回転させる駆動機構を備えている請求項１０に記載の光学機器。
  12. 　請求項１から６のいずれか一項に記載の偏光解消素子を備え、
    　前記偏光解消素子を前記光路上において光線方向に対して平行又は垂直の方向に振動させる駆動機構を備えている請求項１０に記載の光学機器。
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