(57)【要約】  ワイヤグリッド構造を製造する加工プロセスを基本的に流用することができ、さらには、ワイヤグリッド素子よりも高い偏光コントラスト比を得ることができる光学素子およびそれを使用した光学装置を提供する。実施の形態におけるウォブルワイヤ素子は、ｙ方向に周期が入射される光波の波長以上の周期構造を形成する点に特徴がある。これにより、実施の形態１におけるウォブルワイヤ素子では、偏光コントラスト比の大幅な向上を図ることができる。
2013190680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）入射される電磁波に対して透明である透明基板と、
（ｂ）前記透明基板の主面上に形成され、第１方向に第１周期間隔で配置された複数の金属ワイヤと、を備え、
前記複数の金属ワイヤのそれぞれは、前記第１方向と直交する第２方向に周期構造を有しながら延在しており、
前記電磁波の波長をλとし、前記透明基板の屈折率をｎとした場合、
前記周期構造の周期は、λ／ｎ以上である光学素子。
【請求項２】
請求項１に記載の光学素子であって、
前記周期構造の周期は、前記電磁波の波長以上である光学素子。
【請求項３】
請求項２に記載の光学素子であって、
前記複数の金属ワイヤのそれぞれにおいて、
前記周期構造は、前記第１方向の幅が一定であり、かつ、前記幅の中心が前記第２方向に沿って周期的に変調されている構造である光学素子。
【請求項４】
請求項３に記載の光学素子であって、
前記幅の中心は、前記第２方向に沿って正弦波状に変調されている光学素子。
【請求項５】
請求項４に記載の光学素子であって、
前記複数の金属ワイヤのうちの所定の金属ワイヤにおける前記周期構造の位相と、前記所定の金属ワイヤと隣接する金属ワイヤにおける前記周期構造の位相とのずれが、０度以上９０度以下である光学素子。
【請求項６】
請求項１に記載の光学素子であって、
前記周期構造の周期は、前記電磁波の波長よりも小さい光学素子。
【請求項７】
請求項６に記載の光学素子であって、
前記複数の金属ワイヤのそれぞれにおいて、
前記周期構造は、前記第１方向の幅の中心位置が一定であり、かつ、前記第１方向の幅が前記第２方向に沿って周期的に変調されている構造である光学素子。
【請求項８】
請求項７に記載の光学素子であって、
前記第１方向の幅は、前記第２方向に沿って正弦波状に変調されている光学素子。
【請求項９】
請求項７に記載の光学素子であって、
前記第１方向の幅は、前記第２方向に沿って矩形波状に変調されている光学素子。
【請求項１０】
請求項７に記載の光学素子であって、
前記複数の金属ワイヤのうちの所定の金属ワイヤにおける前記周期構造の位相と、前記所定の金属ワイヤと隣接する金属ワイヤにおける前記周期構造の位相のずれが、１８０度である光学素子。
【請求項１１】
請求項６に記載の光学素子であって、
前記透明基板の側面には、前記電磁波を吸収する吸収部材が設けられている光学素子。
【請求項１２】
請求項１に記載の光学素子であって、
前記電磁波は、可視光である光学素子。
【請求項１３】
請求項１２に記載の光学素子であって、
前記複数の金属ワイヤのそれぞれは、アルミニウム膜から形成されている光学素子。
【請求項１４】
（ａ）光源と、
（ｂ）前記光源から射出される光から特定の偏光光を選択透過する第１偏光素子と、
（ｃ）前記第１偏光素子から射出された前記偏光光を入射し、画像情報に応じて前記偏光光の強度変調を行なう液晶パネルと、
（ｄ）前記液晶パネルから射出された前記偏光光を入射する第２偏光素子と、
（ｅ）前記第２偏光素子から射出された前記偏光光を入射して画像を投影する投影レンズと、を備え、
前記第１偏光素子および前記第２偏光素子は、
（ｆ）入射される前記光に対して透明である透明基板と、
（ｇ）前記透明基板の主面上に形成され、第１方向に第１周期間隔で配置された複数の金属ワイヤと、を有し、
前記複数の金属ワイヤのそれぞれは、前記第１方向と直交する第２方向に周期構造を有しながら延在しており、
前記光の波長をλとし、前記透明基板の屈折率をｎとした場合、
前記周期構造の周期は、λ／ｎ以上である光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子および光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学装置は広く一般に普及しており、例えば、液晶プロジェクタ、ディスプレイ、光ピックアップ、光センサ等には、光を制御する光学素子が多く用いられている。そして、これらの装置の高機能化に伴い、光学素子においても高機能化、高付加価値化、低コスト化が求められている。【０００３】
ここで、特許文献１および非特許文献１には、透明基板上に金属ワイヤ構造を有するワイヤグリッド素子に関する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００３−５０８８１３号公報（ＵＳ６,２４３,１９９）
【非特許文献１】H.Tamada,et al .,”Al wire-grid polarizer using the s-polarization resonance”,Opt.Lett.22,6,pp.419-421(1997)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光学装置の代表的な一例として、液晶プロジェクタがある。この液晶プロジェクタでは、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調する液晶パネルによって光学像（画像光）を形成し、この画像光をスクリーンなどに投影して画像表示を行っている。液晶パネルは１つの偏光に対して強度変調を行う特性があるため、その入射側と出射側にはそれぞれ偏光光を選択透過する機能を有する偏光板（偏光素子）が配置されている。【０００６】
近年、液晶プロジェクタの小型化、および、投影画像の高輝度化のために、液晶パネル上の光密度が高まっており、これに対応した偏光素子として熱・光耐性に優れるものが望まれている。この点において、例えば、無機材料で構成されるワイヤグリッド素子が適していると言える。【０００７】
上述した非特許文献１には、ワイヤグリッド素子の定義が以下のように記載されている（「A wire grid is a simple one-dimensional metal grating and is quite promising as a microminiaturized polarization component in the field of integrated optics」）。すなわち、ワイヤグリッド素子は、簡素な１次元（直線状）の金属グレーティングである。【０００８】
ここで、例えば、液晶プロジェクタに代表される光学装置の画質を向上させるという意味において、偏光素子の主要性能の１つである特定の偏光光（以下、ｐ偏光光という）と、これに直交する偏光光（以下、ｓ偏光光という）の選択性能、すなわち、透過率の比の向上が偏光素子に望まれている。なお、本明細書では、ｐ偏光光の透過率をＴｐ、ｓ偏光光の透過率をＴｓとした場合、偏光選択性の性能指標として、偏光コントラスト比（Ｔｐ／Ｔｓ）を使用することにする。この場合、偏光コントラスト比が高いほど、偏光選択性に優れた偏光素子ということができる。【０００９】
上述したように、ワイヤグリッド素子は、透明基板上に直線状の金属ワイヤを等周期で配置したものである。このようなワイヤグリッド素子においては、金属ワイヤの周期や形状によって性能を変化させることができると考えられる。ところが、この金属ワイヤの周期や形状について、入射させる電磁波と加工プロセスの制限によって条件範囲を大きく変えることは困難であり、ワイヤグリッド素子の構造を前提として、大幅な特性向上（偏光コントラスト比の向上）を図ることが難しいという課題がある。【００１０】
つまり、光学装置の画質の向上のために、偏光素子の偏光コントラスト比の向上を図ろうとしても、ワイヤグリッド構造を維持した状態では、偏光コントラスト比を改善することが難しいという課題がある。【００１１】
そこで、本発明の目的は、ワイヤグリッド構造を製造する加工プロセスを基本的に流用することができ、さらには、ワイヤグリッド素子よりも高い偏光コントラスト比を得ることができる光学素子およびそれを使用した光学装置を提供することにある。【００１２】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
一実施の形態における光学素子は、（ａ）入射される電磁波に対して透明である透明基板と、（ｂ）前記透明基板の主面上に形成され、第１方向に第１周期間隔で配置された複数の金属ワイヤと、を備える。このとき、前記複数の金属ワイヤのそれぞれは、前記第１方向と直交する第２方向に周期構造を有しながら延在している。そして、前記電磁波の波長をλとし、前記透明基板の屈折率をｎとした場合、前記周期構造の周期は、λ／ｎ以上である。
【発明の効果】
【００１４】
一実施の形態によれば、光学素子の性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】試作したワイヤグリッド素子の断面を示すＴＥＭ像。
【図２】金属細線構造からなるワイヤグリッド素子の模式的構成を示す斜視図。
【図３】ｐ偏光光（ＴＭ偏光光）がワイヤグリッド素子を透過するメカニズムを説明するための図。
【図４】ｓ偏光光（ＴＥ偏光光）がワイヤグリッド素子で反射するメカニズムを説明するための図。
【図５】ワイヤグリッド素子の透過率の波長依存性を示す測定結果（実験結果）と計算結果（シミュレーション結果）。
【図６】実施の形態１における偏光素子を構成するウォブルワイヤの形状パターンを示す図。
【図７】ウォブルワイヤ素子において、ウォブル周期と透過率との関係を示す計算結果。
【図８】ウォブルワイヤ素子において、ウォブル周期と偏光コントラスト比との関係を示す計算結果。
【図９】ウォブルワイヤ素子において、ウォブル周期と回折光の大きさの関係を示す計算結果。
【図１０】ウォブルワイヤ素子において、ウォブル周期と回折光の大きさの関係を示す別の計算結果。
【図１１】ウォブルワイヤ素子について、入射光と出射光との関係を示す模式図。
【図１２】隣接する２本のウォブルワイヤ間で長手方向の位相が異なる場合のウォブルワイヤ素子の構成を示す模式図。
【図１３】ウォブルワイヤ素子において、隣接するウォブルワイヤ間のｙ方向の位相差と、偏光コントラスト比の関係を示す計算結果。
【図１４】ウォブルワイヤのパターンを模式的に示す図、（ａ）は、位相差Δφ＝０の場合、（ｂ）は、位相差Δφ＝π／８の場合、（ｃ）は、位相差Δφ＝π／４の場合、（ｄ）は、位相差Δφ＝π／２の場合をそれぞれ示す図。
【図１５】隣接する４本のウォブルワイヤ間のｙ方向の位相差がπ／２ずつ増加する場合のウォブルワイヤ素子の構成を示す模式図。
【図１６】実施の形態２におけるウォブルワイヤ素子の構成を示す模式図。
【図１７】ウォブルワイヤ素子において、ウォブル周期とｐ偏光光の透過率との関係、および、ウォブル周期とｓ偏光光の透過率との関係を示す計算結果。
【図１８】ウォブルワイヤ素子において、ウォブル周期と、偏光コントラスト比との関係を示す計算結果。
【図１９】ウォブルワイヤ素子において、ウォブル周期と透過回折光の大きさの関係を示す計算結果。
【図２０】大きな偏光コントラスト比が得られる条件下で、透過回折光が発生する場合の様子を示す模式図。
【図２１】（ａ）は、正弦波状変調を示す図、（ｂ）は、矩形波状変調を示す図、（ｃ）は、角が丸い矩形波状変調を示す図。
【図２２】（ａ）は、Ｎ＝６の場合のウォブルワイヤ素子を示す図、（ｂ）は、Ｎ＝１２の場合のウォブルワイヤ素子を示す図、（ｃ）は、Ｎ＝２４の場合のウォブルワイヤ素子を示す図。
【図２３】ウォブルワイヤ素子における入射光の波長依存性を示す図。
【図２４】ウォブルワイヤ素子の空間周期分布を示す図。
【図２５】（ａ）は、従来のワイヤグリッド素子のｙ方向のスペクトルを示す図、（ｂ）は、ウォブルワイヤ素子（Ｔｙｐｅ−Ｉ）のｙ方向のスペクトルを示す図、（ｃ）は、ウォブルワイヤ素子（Ｔｙｐｅ−ＩＩ）のｙ方向のスペクトルを示す図。
【図２６】実施の形態３における液晶プロジェクタの光学系を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、応用例、詳細説明、補足説明等の関係にある。
【００１７】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【００１８】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。
【００１９】
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数等（個数、数値、量、範囲等を含む）についても同様である。
【００２０】
また、実施の形態で用いる図面において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。
【００２１】
（実施の形態１）
以下、本実施の形態１では紙面内にｘ軸とｚ軸をとる座標系に統一して説明を行なう。光の偏光光はＴＥ（Transverse Electric）偏光光とＴＭ（Transverse Magnetic）偏光光が存在する。このとき、ＴＥ偏光光とは、ｙ方向に電場の振動成分を持つ光であり、ＴＭ偏光光とは、ｘ方向に電場の振動成分を持つ光である。具体的に、座標系に関して、特に断らない限り、基板に垂直な方向をｚ軸とし、金属ワイヤの長手方向（延在方向）をｙ軸とし、ｙ軸に直交する方向をｘ軸とする座標系に統一して説明を進める。
【００２２】
紙面内にｘ軸とｚ軸をとる座標系において、ｐ偏光光はＴＭ偏光光に一致し、ｓ偏光光はＴＥ偏光光に一致する。文献によって、または、座標系によって、ｐ偏光光とｓ偏光光の呼称が、本実施の形態１と逆になる場合もあるが、金属ワイヤの長手方向と直交する方向に電場の振動成分を持つ光波（本実施の形態１ではｐ偏光光）が大きな透過率を有することは、物理的機構に照らして共通している。
【００２３】
電磁波を記述するマクスウェル方程式の数値的解法としては、ＦＤＴＤ（FiniＴＥ Differential Time Domain）法を用いる。
【００２４】
金属や半導体材料の屈折率としては、特に断わらない限り、Palikのハンドブック（Palik E.D. (ed.) (1991) Handbook of Optical Constants of Solids II. Academic Press、 New York.）を参照するものとする。
【００２５】
本実施の形態１における技術的思想は、マクスウェル方程式に記述される電磁波に幅広く適用することができるが、特に、本実施の形態１では、電磁波の一種である光（可視光）を例に挙げて説明する。
【００２６】
＜ワイヤグリッド素子＞
まず、本実施の形態１における技術的思想を説明する前に、ワイヤグリッド素子について説明し、その後、本実施の形態１における技術的思想について説明する。
【００２７】
図１は、試作したワイヤグリッド素子の断面を示すＴＥＭ像である。図１において、ワイヤグリッド素子は、透明基板としての石英基板（ＳｉＯ２）上に、アルミニウム（Ａｌ）膜からなる金属ワイヤが形成されていることがわかる。このとき、例えば、図１において、金属ワイヤのピッチ（ｘ方向）は１５０ｎｍ、金属ワイヤの幅は４７ｎｍ、金属ワイヤの高さは１６０ｎｍである。以下に、このようなワイヤグリッド素子の模式図を示し、ワイヤグリッド素子が偏光素子として機能することについて説明する。
【００２８】
図２は、金属細線構造からなるワイヤグリッド素子の模式的構成を示す斜視図である。図２において、ワイヤグリッド素子は、例えば、ガラス基板、石英基板、あるいは、プラスチック基板からなる透明基板１Ｓ上に、周期構造を有する凹凸形状部からなるワイヤグリッド（図ではＷＧと表記）が形成されている。具体的に、ワイヤグリッドは、図２に示すように、ｙ方向に延在する金属細線をｘ方向に所定間隔で配置した金属櫛状構造のことを言い、このワイヤグリッドを別表現で言えば、複数の金属細線を所定間隔で周期的に配列した凹凸形状部から構成されているとも言える。
【００２９】
このようなワイヤグリッド素子は、紙面上部（ｚ軸プラス方向）から多数の偏光光を含む光（電磁波）を入射させると、基板１Ｓの下部から特定方向に偏光した偏光光だけを透過させることができる。つまり、ワイヤグリッド素子は、偏光素子（偏光板）として機能する。以下に、このメカニズム（動作原理）について図面を参照しながら簡単に説明する。
【００３０】
まず、図３に示すように、電場の振動方向がｘ軸方向であるｐ偏光光（ＴＭ偏光光）を入射する場合、電場の振動方向に応じて、ワイヤグリッドを構成する金属細線内の自由電子が金属細線の片側に集まり、これによって、個々の金属細線に分極が生じる。このように、ｐ偏光光（ＴＭ偏光光）を入射する場合、金属細線内に分極が生じるだけであるので、ｐ偏光光（ＴＭ偏光光）は、ワイヤグリッドを通過して透明基板１Ｓに達する。このとき、透明基板１Ｓも入射される光（電磁波）に対して透明であるため、ｐ偏光光（ＴＭ偏光光）は、透明基板１Ｓも透過する。この結果、ｐ偏光光（ＴＭ偏光光）は、ワイヤグリッドおよび透明基板１Ｓを透過することになる。
【００３１】
一方、図４に示すように、電場の振動方向がｙ方向であるｓ偏光光（ＴＥ偏光光）を入射する場合、電場の振動方向に応じて、金属細線内の自由電子は、金属細線の側壁による制限を受けることなく振動することができる。このことは、ｓ偏光光（ＴＥ偏光光）がワイヤグリッドに入射される場合も、連続した金属膜に光を入射する場合と同様の現象が起こっていることを意味する。したがって、ｓ偏光光（ＴＥ偏光光）をワイヤグリッドに入射する場合、連続した金属膜に光を入射する場合と同様に、ｓ偏光光（ＴＥ偏光光）は、反射されることになる。このとき、光が金属内に侵入できる厚さ（Skin Depth）よりも、金属細線のｚ方向の厚さが厚い場合、ワイヤグリッドは、ｐ偏光光（ＴＭ偏光光）を透過し、ｓ偏光光（ＴＥ偏光光）を反射する分離性能（消光比）の高い偏光分離機能を有することになる。
【００３２】
以上のことから、ワイヤグリッド素子は、例えば、様々な偏光光を含む光を入射すると、特定方向に偏光した偏光光だけを透過させる機能を有することになる。これは、ワイヤグリッド素子が、偏光素子（偏光板）として機能することを意味するものである。
【００３３】
次に、図５は、ワイヤグリッド素子の透過率の波長依存性を示す測定結果（実験結果）と計算結果（シミュレーション結果）である。分光透過率の測定には、分光光度計（日立製、Ｕ４１００）を使用した。さらに、ｐ偏光光とｓ偏光光を分離して透過率を測定するために、ランバート社製Ｇｒａｎ−Ｔａｙｌａｒプリズムを２つ使用して、それぞれ、検光子と偏光子として利用した。
【００３４】
図５において、縦軸は透過率（％）を示しており、横軸は入射光の波長（ｎｍ）を示している。なお、Ｔｐはｐ偏光光の透過率を示しており、Ｔｓはｓ偏光光の透過率を示している。このとき、実線が測定結果を示しており、破線が計算結果を示している。
【００３５】
図５からわかるように、計算結果は、測定結果に良好に一致しており、本実施の形態１で使用する計算方法が信頼できるものであることが裏付けられている。以下に、本実施の形態１で使用する計算方法では、特に断らない限り、説明の簡略化のため、光波が偏光素子に垂直入射する場合の計算結果を示すものとする。
【００３６】
＜本発明者による新規な着目点＞
上述したワイヤグリッド素子は、ｙ方向に周期構造を有していない。
【００３７】
この点に関し、本発明者は、従来においては着目されていなかったｙ方向に周期構造を導入する点に着目するとともに、ｙ方向の周期がΛ以上となる領域に着目し、ｙ方向にΛ以上の周期を導入することにより、ワイヤグリッド素子の限界を超えた偏光コントラスト比を有する偏光素子を実現している。すなわち、本発明者は、回折光と偏光素子との相互作用の偏光依存性を積極的に活用することにより、ワイヤグリッド素子では実現することができない高い偏光コントラスト比を有する偏光素子を実現している。ここで、Λは、入射光の波長をλとし、透明基板の屈折率をｎｓとした場合、Λ＝λ／ｎｓで定義される量である。
【００３８】
以下では、本発明者が想到したこの技術的思想について説明する。ここで、本明細書では、Λ≦ｙ方向の周期＜λの領域を第１領域と定義し、λ≦ｙ方向の周期の領域を第２領域と定義する。実施の形態１では、第２領域に含まれるｙ方向の周期を有する偏光素子について説明し、実施の形態２では、第１領域に含まれるｙ方向の周期を有する偏光素子について説明する。また、ｙ方向に周期構造を有しながら延在している金属ワイヤをウォブルワイヤ（図ではＷＷと表記）と、当該ウォブルワイヤからなる偏光素子をウォブルワイヤ素子（Wobbled Wire Element）と呼ぶことにする。
【００３９】
＜実施の形態１における偏光素子＞
まず、本実施の形態１における偏光素子について説明する。
【００４０】
図６は、金属ワイヤの形状を示す計算モデルの一例である。図６では、本実施の形態１における偏光素子を構成するウォブルワイヤの形状パターンが示されている。図６に示すように、本実施の形態１における偏光素子は、ｘ方向に複数のウォブルワイヤが等間隔で配置されており、ウォブルワイヤのそれぞれがｙ方向に周期構造を有しながら延在している構造として定義される。
【００４１】
ワイヤグリッド素子とウォブルワイヤ素子との大きな相違点は、ワイヤグリッド素子では、ワイヤグリッドがｙ方向に周期構造を有さず、直線状に延在しているのに対し、ウォブルワイヤ素子では、ウォブルワイヤがｙ方向に周期構造を有しながら延在している点である。このように本実施の形態１では、ワイヤグリッド素子とウォブルワイヤ素子とを区別している点に留意されたい。
【００４２】
図６では、上述したウォブルワイヤ素子のうち、例えば、ウォブルワイヤのそれぞれにおいて、ｘ方向の幅が一定であり、かつ、この幅の中心がｙ方向に沿って周期的に変調されている周期構造を有するウォブルワイヤ素子が示されている。特に、図６においては、ｘ方向の幅の中心がｙ方向に沿って正弦波状に変調されている。このとき、図６に示すように、ｙ方向の変調周期をウォブル周期ＷＰと呼び、変調振幅をウォブル振幅ＷＡと呼ぶことにする。
【００４３】
このように構成されている本実施の形態１におけるウォブルワイヤ素子においては、透過光と反射光に、上述したウォブル周期ＷＰとウォブル振幅ＷＡに応じた回折光が発生する。本実施の形態１におけるウォブルワイヤ素子では、この回折光を利用して偏光コントラスト比を向上させている。以下に、この点について説明する。
【００４４】
以下に示す計算結果においては、説明の簡素化のために、入射光の波長をλ＝４６０ｎｍとし、ウォブルワイヤの材質をアルミニウム膜とする。基板については、特に断らない限り、石英基板（ｎｓ＝１．４７）を使用するものとする。さらに、従来のワイヤグリッド素子との対比の議論をわかりやすくするために、透過率Ｔｐおよび透過率Ｔｓは、回折次数がゼロの光の透過率である正透過率を意味することにし、回折光とは、回折次数がゼロでない、すなわち、±１次回折光、±２次回折光、・・・のことを呼ぶことにする。
【００４５】
図７は、図６に示したウォブルワイヤ素子において、ウォブル周期ＷＰと透過率Ｔｐ、Ｔｓとの関係を示す計算結果である。図７において、縦軸は透過率Ｔｐ、Ｔｓ（％）を示しており、横軸はウォブル周期ＷＰ（ｎｍ）を示している。ここでは、ウォブル振幅（peak to peak）を４０ｎｍとしている。
【００４６】
図７において、ウォブル周期ＷＰ＝∞は、直線ワイヤ、すなわち、ワイヤグリッド素子の結果に対応している。図７に示すように、透過率Ｔｐについては、ウォブル周期ＷＰによる大きな変動は見られないことがわかる。つまり、ウォブルワイヤ素子とワイヤグリッド素子との間で透過率Ｔｐはほとんど変化しないということができる。
【００４７】
一方、透過率Ｔｓについては、ウォブル周期ＷＰによる依存性が顕著に現れており、入射光の波長をλとすると、ウォブル周期ＷＰが概ねλ〜１０λの範囲において、ウォブルワイヤ素子の透過率Ｔｓがワイヤグリッド素子の透過率Ｔｓよりも小さくなっていることがわかる。
【００４８】
このことから、偏光コントラスト比（Ｔｐ／Ｔｓ）を考えた場合、ウォブルワイヤ素子とワイヤグリッド素子でほぼ透過率Ｔｐが同じで、かつ、ウォブルワイヤ素子の透過率Ｔｓがワイヤグリッド素子の透過率Ｔｓよりも小さいため、ウォブルワイヤ素子では、ワイヤグリッド素子に比べて、大きな偏光コントラスト比を得ることができると期待できる。
【００４９】
次に、図８は、図６に示したウォブルワイヤ素子において、ウォブル周期ＷＰと偏光コントラスト比（Ｔｐ／Ｔｓ）との関係を示す計算結果である。図８において、縦軸は偏光コントラスト比（Ｔｐ／Ｔｓ）を示しており、横軸はウォブル周期ＷＰ（ｎｍ）を示している。図８に示すように、入射光の波長をλとした場合、ウォブル周期ＷＰが概ねλ〜１０λの範囲において、ウォブルワイヤ素子の偏光コントラスト比（Ｔｐ／Ｔｓ）は、ワイヤグリッド素子の偏光コントラスト比（Ｔｐ／Ｔｓ）よりも大きくなっていることがわかる。
【００５０】
続いて、図９は、図６に示したウォブルワイヤ素子において、ウォブル周期ＷＰと回折光の大きさの関係を示す計算結果である。ここでは、ｓ偏光光の正透過光をＴｓＬとし、ｓ偏光光の透過回折光の総和をＴｓＤＬとする。正透過光とは、透過光のうち、回折次数がゼロの透過光を示しており、透過回折光とは、透過光のうち、回折次数がゼロ以外の回折光を示している。そして、図９において、縦軸は透過回折光の相対強度（ＴｓＤＬ／ＴｓＬ）を示しており、横軸はウォブル周期ＷＰを示している。
【００５１】
図９に示すように、ウォブルワイヤ素子の偏光コントラスト比がワイヤグリッド素子と同等以上である高コントラスト範囲において、透過回折光の相対強度（ＴｓＤＬ／ＴｓＬ）が大きくなっており、最大で正透過光（ＴｓＬ）の約３５倍の透過回折光（ＴｓＤＬ）が発生していることがわかる。これが、ウォブルワイヤ素子において、偏光コントラスト比が改善される主たる機構である。このようにウォブルワイヤ素子においては、ｓ偏光光における透過回折光が大きくなることに起因して偏光コントラスト比が改善する点に特徴がある。この点に関し、ｓ偏光光における透過回折光が大きくなると偏光コントラスト比が改善するメカニズムについては後述する。
【００５２】
なお、入射光の波長をλとした場合、図９のウォブル周期ＷＰがλ／ｎｓ〜λの範囲においては、発生した透過回折光が基板の裏面（ワイヤパターンが形成されていない側の面）で全反射される光を示しており、基板の裏面から出射される透過回折光は、ウォブル周期ＷＰがλ以上の条件範囲に限定される。
【００５３】
次に、図１０は、図６に示したウォブルワイヤ素子において、ウォブル周期ＷＰと回折光の大きさの関係を示す別の計算結果である。ここでは、ｓ偏光光の正透過光をＴｓＬとし、ｓ偏光光の透過回折光の総和をＴｓＤＬとする。一方、ｐ偏光光の正透過率をＴｐＬとし、ｐ偏光光の透過回折光の総和をＴｐＤＬとする。そして、図１０において、縦軸は透過回折光の相対強度（ＴｓＤＬ／ＴｓＬ、ＴｐＤＬ／ＴｐＬ）を示しており、横軸はウォブル周期ＷＰを示している。
【００５４】
図１０は、ｓ偏光光における透過回折光の相対強度（ＴｓＤＬ／ＴｓＬ）と、ｐ偏光光における透過回折光の相対強度（ＴｐＤＬ／ＴｐＬ）を比較したものであり、基板の裏面から射出される光についてのみの結果を示している。
【００５５】
図１０に示すように、ウォブルワイヤ素子の偏光コントラスト比がワイヤグリッド素子の偏光コントラスト比と同等以上になる高コントラスト範囲において、ｓ偏光光における透過回折光の相対強度（ＴｓＤＬ／ＴｓＬ）は１よりも大きい。これに対し、ｐ偏光光における透過回折光の相対強度（ＴｐＤＬ／ＴｐＬ）は最大で０．０３程度である。したがって、図１０から、高コントラスト範囲において、ウォブルワイヤ素子で発生する透過回折光は、主として、ｓ偏光光に現れることがわかる。
【００５６】
以上のことから、図７〜図１０に示される計算結果に基づいて、以下の事項が導き出される。
【００５７】
（１）ウォブルワイヤ素子とワイヤグリッド素子でほぼ透過率Ｔｐが同じで、かつ、入射光の波長をλとした場合にウォブル周期ＷＰがλ〜１０λ（第２領域）の範囲において、ウォブルワイヤ素子の透過率Ｔｓがワイヤグリッド素子の透過率Ｔｓよりも小さくなる。この結果、ウォブル周期ＷＰがλ〜１０λの範囲において、ウォブルワイヤ素子は、ワイヤグリッド素子に比べて、大きな偏光コントラスト比（Ｔｐ／Ｔｓ）を得ることができる。
【００５８】
（２）ウォブルワイヤ素子の偏光コントラスト比がワイヤグリッド素子と同等以上である高コントラスト範囲（λ〜１０λの範囲）において、ｓ偏光光における透過回折光の相対強度（ＴｓＤＬ／ＴｓＬ）が大きくなる。さらに言えば、高コントラスト範囲において、ｓ偏光光における透過回折光の相対強度（ＴｓＤＬ／ＴｓＬ）が充分に大きくなるのに対し、ｐ偏光光における透過回折光の相対強度（ＴｐＤＬ／ＴｐＬ）は大きくならない。つまり、高コントラスト範囲において、ウォブルワイヤ素子で発生する透過回折光は、主として、ｓ偏光光に現れる。
【００５９】
上述した（１）から、ウォブルワイヤ素子では、大きな偏光コントラスト比を得ることができるが、この大きな偏光コントラスト比を得られることは、上述した（２）に起因している。すなわち、本実施の形態１におけるウォブルワイヤ素子では、高コントラスト範囲（λ〜１０λの範囲）において、ｐ偏光光における透過回折光の発生は少ないのに対し、ｓ偏光光における透過回折光の発生は増加する。この結果、ウォブルワイヤ素子では、偏光コントラスト比が大きくなるのであり、以下に、このメカニズムについて説明する。
【００６０】
＜実施の形態１において偏光コントラスト比が大きくなるメカニズム＞
図１１は、図６に示したウォブルワイヤ素子について、入射光と出射光との関係を示す模式図である。図１１においては、紙面内にｙ−ｚ平面をとっている点に注意されたい。図１１に示すように、ウォブルワイヤ素子は、入射される光波に対して透明な透明基板１Ｓを有しており、この透明基板１Ｓの主面（表面）上にウォブルワイヤが形成されている。
【００６１】
このウォブルワイヤ素子では、例えば、図６に示すようなウォブルワイヤの形状パターンが形成されている。図６に示すように、ウォブルワイヤ素子は、ｘ方向に複数のウォブルワイヤが等間隔で配置されており、ウォブルワイヤのそれぞれがｙ方向に周期構造を有しながら延在している構造をしていることになる。
【００６２】
このように構成されているウォブルワイヤ素子において、例えば、図１１に示すように、ウォブルワイヤ素子の上面側（主面側、表面側）から光波（電磁波の一種）を入射させる。この光波には、例えば、ｐ偏光光とｓ偏光光が含まれている。このような光波をウォブルワイヤ素子に入射させる場合、ｐ偏光光はウォブルワイヤ素子を透過する一方、ｓ偏光光はウォブルワイヤ素子の表面で反射される。
【００６３】
理想的には、ｓ偏光光が完全に反射されることが望ましいが、実際には、入射するｓ偏光光の一部がウォブルワイヤ素子を透過することになる。このことから、ウォブルワイヤ素子を透過する透過光の中には、ｐ偏光光だけでなく、ｓ偏光光も含まれることになる。
【００６４】
この透過光に含まれるｓ偏光光の割合が小さくなればなるほど偏光素子としての特性が向上することになる。すなわち、透過光に含まれるｓ偏光光が小さくなればなるほど、Ｔｐ／Ｔｓで定義される偏光コントラスト比が大きくなる。このため、偏光コントラスト比を評価することによって、ウォブルワイヤ素子の特性を評価することができることがわかる。
【００６５】
ここで、ｓ偏光光では、ウォブルワイヤ素子のｙ方向の周期構造によって、図１１に示すように、ｙ方向に透過回折光が生じる。特に、本実施の形態１におけるウォブルワイヤ素子においては、ｙ方向に入射される波長以上の周期を有する周期構造が形成されているため、ｙ方向にｓ偏光光の透過回折光が生じることになる。図１１では、例えば、ｙ方向に生じる±１次回折光が図示されている。
【００６６】
つまり、本実施の形態１におけるウォブルワイヤ素子では、周期が入射される波長以上の周期構造をｙ方向に形成する点に特徴点がある。これにより、主にｓ偏光光に透過回折光を発生させることができる。
【００６７】
続いて、図１１に示すように、ｓ偏光光に対しては、透過回折光が生じることになるが、透明基板１Ｓの裏面から透過するｓ偏光光（透過回折光）の回折角Φは、例えば、ウォブル周期をＬ，入射光の波長をλ、ｍを整数として、ｓｉｎΦ＝ｍλ／Ｌで表される。特に、光学装置に影響する透過回折光は、主として、ｍ＝±１の１次回折光である。
【００６８】
ここでは、例えば、図１１に示すように、ウォブルワイヤ素子を透過した透過光が、液晶パネル（液晶板）ＬＣＰにより強度変調されて、レンズＬＥＮ１によって結像される例を考える。この例は、一般的な液晶プロジェクタなどに適用される簡略化した構成である。
【００６９】
この場合、図１１に示すように、ウォブルワイヤ素子を透過した正透過光であるｐ偏光光とｓ偏光光（リーク成分）は、レンズＬＥＮ１のＮＡ（＝ｓｉｎθ）の範囲内に入射されるので、レンズＬＥＮ１によって結像されることになる。一方、ｓ偏光光の透過回折光は、θ＜Φ（＝λ／Ｌ）の条件を満たす場合、レンズＬＥＮ１を通じて、ｓ偏光光の透過回折光が結像されることはない。つまり、θ＜Φ（＝λ／Ｌ）の条件を満たすようにウォブル周期Ｌを設定することにより、ｓ偏光光の透過回折光を結像領域から除外することができる。この結果、本実施の形態１によれば、結像に寄与するｓ偏光光の割合を低減することができ、偏光コントラスト比が向上するのである。
【００７０】
すなわち、本実施の形態１におけるウォブルワイヤ素子においては、透過するｓ偏光光のリーク成分のうちの一部を透過回折光とすることにより、実質的に、結像に寄与するｓ偏光光のリーク成分を低減しているのである。一方で、ｐ偏光光については、結像領域から除外される透過回折光がほとんど発生しないため、結果的に、偏光コントラスト比を向上できるのである。
【００７１】
具体的に説明すると、例えば、図１１において、入射光に含まれるｐ偏光光を「１００」とし、ｓ偏光光も「１００」とする。ここで、まず、従来のワイヤグリッド素子について考える。ワイヤグリッド素子から液晶パネルＬＣＰおよびレンズＬＥＮ１を介して結像に寄与するｐ偏光光を「９０」とする。一方、ワイヤグリッド素子から液晶パネルＬＣＰおよびレンズＬＥＮ１を介して結像に寄与するｓ偏光光のリーク成分を「１０」とすると、ワイヤグリッド素子を使用した場合の偏光コントラスト比は、「９０／１０」＝「９」となる。
【００７２】
これに対し、本実施の形態１におけるウォブルワイヤ素子について考える。この場合も、ウォブルワイヤ素子から液晶パネルＬＣＰおよびレンズＬＥＮ１を介して結像に寄与するｐ偏光光を「９０」とする。一方、ウォブルワイヤ素子からのｓ偏光光のリーク成分も「１０」であるが、このリーク成分のうちの一部は透過回折光となる。この透過回折光を「５」とすると、実質的に、ウォブルワイヤ素子から液晶パネルＬＣＰおよびレンズＬＥＮ１を介して結像に寄与するｓ偏光光のリーク成分は「５」となる。この結果、本実施の形態１におけるウォブルワイヤ素子を使用した場合の偏光コントラスト比は、「９０／５」＝「１８」（＞「９」）となる。
【００７３】
以上のことから、従来のワイヤグリッド素子を使用する場合に比べて、本実施の形態１におけるウォブルワイヤ素子を使用する場合の方が、偏光コントラスト比を向上させることができることがわかる。これが、本実施の形態１におけるウォブルワイヤ素子によれば、偏光コントラスト比を向上できるメカニズムである。
【００７４】
＜実施の形態１の本質＞
上述したように、本実施の形態１におけるウォブルワイヤ素子の特徴点は、周期が入射される光波の波長以上の周期構造をｙ方向に形成する点にある。
【００７５】
つまり、本願発明者は、従来のワイヤグリッド素子ではまったく考慮されていないｙ方向についての周期構造に着目したのである。つまり、偏光コントラスト比のさらなる向上には、ワイヤグリッド素子で反射されずに透過するｓ偏光光のリーク成分を低減できればよいのであるが、ｓ偏光光のリーク成分自体を低減することは困難である。
【００７６】
このため、本発明者は、ｓ偏光光のリーク成分自体を低減するのではなく、ｓ偏光光のリーク成分で回折光を発生させて、実質的にレンズの開口数（ＮＡ）の範囲内に含まれるｓ偏光光のリーク成分を低減することで、偏光コントラスト比を向上させる点に着目したのである。この着眼点は斬新なものであり、本発明者は、この着想を具現化して、ｙ方向に入射光の波長以上の周期構造を有するウォブルワイヤ素子を想到したのである。
【００７７】
すなわち、ｙ方向に入射光の波長以上の周期構造が形成される場合、ｓ偏光光に透過回折光を発生させることができ、これによって、結像に寄与するｓ偏光光のリーク成分を低減することができる。この結果、本実施の形態１におけるウォブルワイヤ素子では、偏光コントラスト比の大幅な向上を図ることができるのである。
【００７８】
なお、ｓ偏光光に透過回折光を発生させるため、ｙ方向の周期構造の周期は、入射光の波長以上である必要があるが、入射光の波長よりも充分に大きくなりすぎても偏光コントラスト比の向上を図ることはできなくなる。なぜなら、ｙ方向の周期構造の周期が大きくなりすぎると、回折角が小さくなり、回折光であっても、レンズの開口数の範囲内に含まれることになってしまうからである。したがって、本実施の形態１でも説明したように、例えば、ｙ方向の周期構造の周期がλ以上１０λ以下程度の場合に、偏光コントラスト比を大幅に向上させることができる。
【００７９】
以上のようにして、本実施の形態１におけるウォブルワイヤ素子によれば、ｙ方向の周期構造に起因する回折光の偏光依存性を発現させることにより、ワイヤグリッド素子よりも大きな偏光コントラスト比を得ることができる。したがって、例えば、このウォブルワイヤ素子を搭載した液晶プロジェクタに代表される光学装置の画質の向上を図ることができる。
【００８０】
さらに、このウォブルワイヤ素子は、従来のワイヤグリッド素子と同様に、半導体加工技術を利用して製造することができる。特に、ウォブルワイヤ素子の製造工程は、従来のワイヤグリッド素子を製造する工程において、金属ワイヤをパターニングする工程を変更するだけよく、その他の製造工程を利用することができるため、容易に製造できる利点が得られる。
【００８１】
＜変形例＞
図１２は、隣接する２本のウォブルワイヤ間で長手方向（ｙ方向）の位相が異なる場合のウォブルワイヤ素子の構成を示す模式図である。図１２に示すように、ウォブルワイヤの番号をｉ、ｘ方向のピッチをｐ０、ウォブル周期ＷＰをＬ，ウォブル振幅ＷＡをＡ、ｙ方向の位相をφｉとし、波数ｋｙ＝２π／Ｌとすると、ｉ番目のウォブルワイヤの中央のｘ座標（ｘｃ）は以下に示す（式１）で表される。
【００８２】
ｘｃ＝ｐ０・ｉ＋（Ａ／２）×ｓｉｎ（ｋｙｙ＋φｉ）  ・・・（式１）
φｉ＝０          ｉが偶数
φｉ＝Δφ        ｉが奇数
ここで、Δφは、隣接するウォブルワイヤ間のｙ方向の位相差である。
【００８３】
図１３は、図１２に示したウォブルワイヤ素子において、隣接するウォブルワイヤ間のｙ方向の位相差Δφと、偏光コントラスト比（Ｔｐ／Ｔｓ）の関係を示す計算結果である。図１３において、縦軸は偏光コントラスト比（Ｔｐ／Ｔｓ）を示しており、横軸は位相差Δφ（度）を示している。なお、ウォブル周期を６００ｎｍとしている。
【００８４】
図１３に示すように、本変形例におけるウォブルワイヤ素子では、位相差Δφが概ね９０度（＝π／４）以下のとき、従来のワイヤグリッド素子と同等以上の偏光コントラスト比を得られることがわかる。そして、位相差Δφが小さくなればなるほど偏光コントラスト比が向上することがわかる。したがって、隣接する２本のウォブルワイヤのｙ方向の位相差Δφが０度の場合が最も偏光コントラストを向上することができるが、図１３に示すように、位相差Δφが９０度以下であれば、従来のワイヤグリッド素子よりも偏光コントラスト比を向上させることができる。
【００８５】
例えば、Δφ＝０の場合、本変形例におけるウォブルワイヤ素子では、最大の偏光コントラスト比を得ることができる。具体的に、この最大値は１１３０であり、このウォブルワイヤ素子によれば、同一条件のワイヤグリッド素子の偏光コントラスト比（３８０）の約３倍の偏光コントラスト比を得ることができる。
【００８６】
図１４は、図１２に示したウォブルワイヤ素子において、ｙ方向の位相差Δφが異なる４種類のケースについて、ウォブルワイヤのパターンを模式的に示す図である。図１４（ａ）は、位相差Δφ＝０の場合を示しており、図１４（ｂ）は、位相差Δφ＝π／８の場合を示している。また、図１４（ｃ）は、位相差Δφ＝π／４の場合を示しており、図１４（ｄ）は、位相差Δφ＝π／２の場合を示している。
【００８７】
図１４（ａ）〜（ｄ）に示した本変形例におけるウォブルワイヤ素子においても、例えば、ＦＤＴＤ法を使用して、回折光の角度、回折光の強度、ｐ偏光光の透過率（Ｔｐ）、ｓ偏光光の透過率（Ｔｓ）を計算することにより、用途に適した特性のウォブルワイヤ素子を作成することができる。
【００８８】
図１５は、隣接する４本のウォブルワイヤ間のｙ方向の位相差Δφがπ／２ずつ増加する場合のウォブルワイヤ素子の構成を示す模式図である。この図１５に示すウォブルワイヤ素子においては、ｘ方向に対して、４本のウォブルワイヤで１周期が形成される。この場合、ウォブルワイヤ素子の形状は複雑になるが、この場合でも偏光コントラスト比の向上を図ることができる。
【００８９】
（実施の形態２）
実施の形態１では、金属ワイヤのｘ方向の幅を一定として、ｘ方向の幅の中心が周期的に変調され、かつ、この変調周期が第２領域（λ≦変調周期）に含まれるウォブルワイヤ素子について説明した。そして、実施の形態１では、このように構成されているウォブルワイヤ素子が、透明基板を透過するｓ偏光光について回折光が大きくなる条件範囲、すなわち、ウォブル周期が概ねλ〜１０λの範囲で、従来のワイヤグリッド素子よりも大きな偏光コントラストが得られることを示した。
【００９０】
特に、実施の形態１におけるウォブルワイヤ素子は、例えば、図１１に示すように、レンズＬＥＮ１の開口数よりもｓ偏光光の透過回折光における回折角が大きくなる条件が満たされる場合に有効であった。
【００９１】
この場合、ｓ偏光光の透過回折光は、光学装置内において多重反射して迷光となるおそれがある。すなわち、例えば、実施の形態１におけるウォブルワイヤ素子を光ディスクのヘッド部や光通信用の受信器などに応用する場合、上述した迷光が信号品質を低下させるおそれが考えられる。
【００９２】
そこで、本実施の形態２では、金属ワイヤのｘ方向の幅を変調するウォブルワイヤ素子について説明する。具体的に、以下では、このように構成されている本実施の形態２におけるウォブルワイヤ素子によれば、透過回折光を発生させずに、高い偏光コントラスト比を得ることができることについて説明する。
【００９３】
なお、本実施の形態２におけるウォブルワイヤ素子は、ｘ方向の幅のｙ方向に沿った変調周期が第１領域（Λ≦変調周期＜λ）に含まれるウォブルワイヤ素子である。
【００９４】
＜実施の形態２における偏光素子＞
図１６は、本実施の形態２におけるウォブルワイヤ素子の構成を示す模式図である。図１６に示すように、本実施の形態２におけるウォブルワイヤ素子は、ウォブルワイヤのｘ方向の幅を変調した偏光素子である。すなわち、本実施の形態２におけるウォブルワイヤ素子は、ｘ方向の幅の中心位置が一定であり、かつ、ｘ方向の幅がｙ方向に沿って周期的に変調されている構造を有している。
【００９５】
図１６に示すように、ウォブルワイヤの番号をｉ、ウォブルワイヤのｘ方向の平均幅をｗ０、ウォブル周期ＷＰをＬ、ウォブル振幅ＷＡをＡ／２、ｙ方向の位相をφｉとし、波数ｋｙ＝２π／Ｌとすると、ｉ番目のウォブルワイヤの幅ｗｉは以下に示す（式２）で表すことができる。
【００９６】
ｗｉ＝ｗ０＋（Ａ／２）×ｓｉｎ（ｋｙｙ＋φｉ）  ・・・（式２）
φｉ＝０          ｉが偶数
φｉ＝Δφ        ｉが奇数
ここで、Δφは、隣接するウォブルワイヤ間のｙ方向の位相差である。図１６では、Δφ＝πの場合が示されている。例えば、実施の形態１のようにウォブルワイヤのｘ方向の幅が一定の場合には、Δφ＝０、すなわち、隣接するウォブルワイヤ間のｘ方向のスペース（空隙）が一定の場合に偏光コントラストが最大となった（図１３参照）。
【００９７】
そこで、本実施の形態２においても、ウォブルワイヤのｘ方向の幅を変調する際、隣接するウォブルワイヤ間のｘ方向のスペース（空隙）を一定化することによって、偏光コントラスト比が向上すると考えられる。この観点から、図１６に示すように、本実施の形態２においては、ウォブルワイヤのｘ方向の幅を変調する際、隣接するウォブルワイヤ間のｘ方向のスペース（空隙）を一定化するようにΔφ＝πとしている。
【００９８】
図１７は、図１６に示したウォブルワイヤ素子において、ウォブル周期ＷＰとｐ偏光光の透過率Ｔｐとの関係、および、ウォブル周期ＷＰとｓ偏光光の透過率Ｔｓとの関係を示す計算結果である。ここでは、ウォブル振幅（peak to peak）を４０ｎｍとしている。なお、図１７において、ウォブル周期ＷＰ＝∞は、直線ワイヤの結果を示している。図１７において、縦軸は透過率Ｔｐ、あるいは、透過率Ｔｓを示しており、横軸はウォブル周期ＷＰ（ｎｍ）を示している。
【００９９】
図１７に示すように、ｐ偏光光の透過率Ｔｐについては、ウォブル周期ＷＰによる大きな依存性は見られない。一方、ｓ偏光光の透過率Ｔｓについては、ウォブル周期ＷＰによる依存性が顕著であり、ｎｓを透明基板の屈折率および入射光の波長をλとして、ウォブル周期ＷＰが概ねλ／ｎｓ〜λの範囲（第１領域）において、ｓ偏光光の透過率Ｔｓがワイヤグリッド素子の透過率よりも小さくなることがわかる。
【０１００】
次に、図１８は、図１６に示したウォブルワイヤ素子において、ウォブル周期ＷＰと、偏光コントラスト比（Ｔｐ／Ｔｓ）との関係を示す計算結果である。図１８において、縦軸は偏光コントラスト比（Ｔｐ／Ｔｓ）を示しており、横軸はウォブル周期ＷＰ（ｎｍ）を示している。
【０１０１】
図１８に示すように、入射光の波長をλとした場合、ウォブル周期ＷＰが概ねλ／ｎｓ〜λの範囲（第１領域）において、同一条件のワイヤグリッド素子よりも大きな偏光コントラスト比（Ｔｐ／Ｔｓ）を得ることができる。具体的に、本実施の形態２におけるウォブルワイヤ素子においては、偏光コントラスト比（Ｔｐ／Ｔｓ）の最大値が約３５００となり、従来のワイヤグリッド素子の場合の１０倍近い偏光コントラスト比（Ｔｐ／Ｔｓ）を得られることがわかる。
【０１０２】
続いて、図１９は、図１６に示したウォブルワイヤ素子において、ウォブル周期ＷＰと透過回折光の大きさの関係を示す計算結果である。図１９では、ｐ偏光光の透過回折光の総和をＴｐＤＬとし、ｐ偏光光の正透過光ＴｐＬに対する相対値（ＴｐＤＬ／ＴｐＬ）が示されている。同様に、ｓ偏光光の透過回折光の総和をＴｓＤＬとし、ｓ偏光光の正透過光ＴｓＬに対する相対値（ＴｓＤＬ／ＴｓＬ）が示されている。
【０１０３】
ここで、図１９において、縦軸は、ｐ偏光光において、透過回折光（ＴｐＤＬ）の正透過光ＴｐＬに対する相対値（ＴｐＤＬ／ＴｐＬ）と、ｓ偏光光において、透過回折光（ＴｓＤＬ）の正透過光ＴｓＬに対する相対値（ＴｓＤＬ／ＴｓＬ）を示している。一方、横軸は、ウォブル周期ＷＰ（ｎｍ）を示している。
【０１０４】
図１９に示すように、透過光に関して、ｐ偏光光の透過回折光は、計算の誤差範囲で発生していないことがわかる。また、実施の形態１を示す図９と比較すれば容易にわかるように、本実施の形態２におけるウォブルワイヤ素子では、ｓ偏光光に関しても透過回折光の発生は小さいことがわかる。したがって、本実施の形態２におけるウォブルワイヤ素子においては、ｐ偏光光およびｓ偏光光のいずれも、偏光コントラスト比（Ｔｐ／Ｔｓ）が大きくなる条件範囲（高コントラスト範囲）では、透過回折光の影響を無視することができることがわかる。
【０１０５】
以上のことから、図１７〜図１９に示される計算結果に基づいて、以下の事項が導き出される。
【０１０６】
（３）ウォブルワイヤ素子とワイヤグリッド素子でほぼ透過率Ｔｐが同じで、かつ、ウォブル周期ＷＰがλ／ｎｓ〜λの範囲（第１領域）において、ウォブルワイヤ素子の透過率Ｔｓがワイヤグリッド素子の透過率Ｔｓよりも小さくなる。この結果、ウォブル周期ＷＰがλ／ｎｓ〜λの範囲において、ウォブルワイヤ素子は、ワイヤグリッド素子に比べて、大きな偏光コントラスト比（Ｔｐ／Ｔｓ）を得ることができる。
【０１０７】
（４）ウォブルワイヤ素子の偏光コントラスト比がワイヤグリッド素子と同等以上である高コントラスト範囲（λ／ｎｓ〜λの範囲）において、ｐ偏光光における透過回折光とｓ偏光光における透過回折光のいずれも大きさが小さくなる。つまり、本実施の形態２においては、偏光コントラスト比（Ｔｐ／Ｔｓ）が大きくなる条件範囲（ウォブル周期ＷＰがλ／ｎｓ〜λの範囲）においては、ｐ偏光光およびｓ偏光光のいずれの透過回折光の影響を無視することができる。
【０１０８】
上述した（３）から、本実施の形態２におけるウォブルワイヤ素子では、大きな偏光コントラスト比を得ることができるが、上述した（４）が実施の形態１で上述した（２）と異なることから、本実施の形態２におけるウォブルワイヤ素子において、大きな偏光コントラスト比を得られることは、実施の形態１で説明したメカニズムとは異なることが推定される。すなわち、本実施の形態２におけるウォブルワイヤ素子では、高コントラスト範囲（λ／ｎｓ〜λの範囲）において、大きな偏光コントラスト比（Ｔｐ／Ｔｓ）が得られるメカニズムは以下のように推定される。このメカニズムについて説明する。
【０１０９】
＜実施の形態２において偏光コントラスト比が大きくなるメカニズム＞
本実施の形態２におけるウォブルワイヤ素子においても、ｙ方向に周期構造を有している。具体的には、図１６に示すように、本実施の形態２におけるウォブルワイヤ素子では、ウォブルワイヤのｘ方向の幅をｙ方向に沿って変調している。このｙ方向に沿って形成されている周期構造の周期は、λ／ｎ〜λの範囲に含まれている。ここで、回折光が発生する条件は、周期がλ以上である必要があるが、特に、透明基板内を考えると、透明基板の屈折率がｎｓの場合、透明基板内を通過する光波の実効的な波長はλ／ｎｓとなる。したがって、透明基板内において透過回折光が発生する条件は、周期がλ／ｎｓ以上であればよい。
【０１１０】
ここで、本実施の形態２におけるウォブルワイヤ素子では、ｙ方向の周期構造の周期がλ／ｎ〜λの範囲であるため、透過基板内を透過するｓ偏光光には回折光が発生すると考えられる。すなわち、本実施の形態２においても、透明基板内では、ｓ偏光光の透過回折光が発生するものと考えられる。
【０１１１】
ところが、実際の計算結果では、例えば、図１９に示すように、ｓ偏光光の透過回折光の大きさは小さくなっている。これは、以下に示す理由と考えられる。すなわち、本実施の形態２におけるウォブルワイヤ素子においては、図１６に示すように、隣接するウォブルワイヤの間に位相のずれが生じている。特に、図１６では、隣接するウォブルワイヤの位相差はπ（＝１８０度）となっている。
【０１１２】
このことから、例えば、所定のウォブルワイヤに起因する回折光と、このウォブルワイヤと隣接するウォブルワイヤに起因する回折光の位相差がπ（＝１８０度）ずれることにより、互いの回折光が重ね合わされた場合に相殺しあうことになる。つまり、実際には、透明基板内にｓ偏光光の透過回折光が生じるが、互いに相殺しあうことによりあたかも回折光が存在しないように振る舞うのである。したがって、透明基板内に達したｓ偏光光の一部は、相殺されるにしても透過回折光として分散されることには変わりがないため、結局、透明基板を透過して漏れ出るｓ偏光光（正透過光）の強度が小さくなる。この結果、本実施の形態２におけるウォブルワイヤ素子によれば、偏光コントラスト比を向上させることができるのである。
【０１１３】
さらに、別の見方をすれば、本実施の形態２において、偏光コントラスト比が向上する理由は、以下のように説明することもできる。すなわち、本実施の形態２におけるウォブルワイヤ素子は、ｙ方向の周期構造の周期がλ／ｎｓ〜λの範囲に存在するため、レイリー共鳴と回折光の発生が同時に生じる条件となっている。そして、この条件下において、隣接する２本のウォブルワイヤのｙ方向の位相ずれ（例えば、π）によって、レイリー共鳴および回折光の発生が抑圧される。これにより、回折光に分配されるべき光エネルギーが、結果として、吸収と反射に置き換えられるためであると考えることもできる。このようにして、透明基板を透過して漏れ出るｓ偏光光（正透過光）の強度が小さくなるため、本実施の形態２におけるウォブルワイヤ素子によれば、偏光コントラスト比を向上させることができるのである。
【０１１４】
以上のことから、従来のワイヤグリッド素子を使用する場合に比べて、本実施の形態２におけるウォブルワイヤ素子を使用する場合の方が、偏光コントラスト比を向上させることができることがわかる。これが、本実施の形態２におけるウォブルワイヤ素子によれば、偏光コントラスト比を向上できるメカニズムである。
【０１１５】
＜実施の形態２の本質＞
上述したように、本実施の形態２におけるウォブルワイヤ素子の特徴点は、周期が入射される光波の波長／屈折率（透明基板）以上で、入射される光波の波長よりも小さい周期構造をｙ方向に形成する点にある。
【０１１６】
すなわち、本発明者は、従来のワイヤグリッド素子ではまったく考慮されていないｙ方向についての周期構造に着目したのである。つまり、偏光コントラスト比のさらなる向上には、ワイヤグリッド素子で反射されずに透過するｓ偏光光のリーク成分を低減できればよいのであるが、ｓ偏光光のリーク成分自体を低減することは困難である。
【０１１７】
このため、本発明者は、ｓ偏光光のリーク成分自体を低減するのではなく、透明基板内でｓ偏光光の透過回折光を発生させて、実質的にｓ偏光光のリーク成分を低減することで、偏光コントラスト比を向上させる点に着目したのである。
【０１１８】
特に、本実施の形態２におけるウォブルワイヤ素子においては、ｙ方向の周期構造の周期をλ／ｎｓ〜λの範囲に含まれるようにしている。これにより、透明基板内において透過回折光を発生させることができるとともに、λ／ｎｓ〜λの条件範囲は、透明基板内を通過した透過回折光が透明基板の裏面で全反射する条件範囲とほぼ一致する。
【０１１９】
このことからも、透明基板内で発生した透過回折光が透明基板の外部へ漏れないようにすることができる。この結果、本実施の形態２におけるウォブルワイヤ素子によれば、透明基板内で発生したｓ偏光光の透過回折光が透明基板の外部に漏れ出て迷光となることを抑制できる。
【０１２０】
さらに、本実施の形態２では、ウォブルワイヤ素子を構成する互いに隣り合うウォブルワイヤのｙ方向の位相差をπ（＝１８０度）にすることにより、透明基板内でｓ偏光光の透過回折光を発生しつつ、透明基板の外部へ漏れ出ないように相殺させている。
【０１２１】
以上のことから、本実施の形態２におけるウォブルワイヤ素子によれば、透明基板を通過するｓ偏光光（正透過光）の一部を透過回折光として分散させることにより、透明基板を透過して漏れ出るｓ偏光光（正透過光）の強度を小さくできる。このため、本実施の形態２におけるウォブルワイヤ素子によれば、偏光コントラスト比を向上させることができる。
【０１２２】
また、本実施の形態２におけるウォブルワイヤ素子によれば、透明基板内で発生した透過回折光が全反射の条件を満たし、かつ、相殺される条件が成立しているため、透明基板の外部へ透過回折光（ｓ偏光光）が漏れ出ることによる迷光の発生を充分に抑制することができる。つまり、本実施の形態２におけるウォブルワイヤ素子によれば、透明基板から外部へ漏れ出る迷光の発生を抑制しながら、偏光コントラスト比の向上を図ることができるという顕著な効果を得ることができる。
【０１２３】
なお、透明基板から外部へ漏れ出る迷光の発生を充分に抑制する観点からは、例えば、図１６に示すように、隣接するウォブルワイヤのｙ方向の位相差がπ（＝１８０度）であることが望ましい。ただし、本実施の形態２におけるウォブルワイヤ素子は、これに限らず、その他の大きさの位相差がある場合においても有用である。
【０１２４】
なぜなら、π（＝１８０度）以外の位相差がある場合、隣接するウォブルワイヤのそれぞれに起因する透過回折光を完全に相殺することはできずに、一部の透過回折光が残存することになるが、本実施の形態２では、ｙ方向の周期構造の周期がλ／ｎｓ〜λの条件範囲に入っており、この条件範囲は透過回折光が全反射する条件とほぼ一致するからである。つまり、本実施の形態２におけるウォブルワイヤ素子では、透過回折光（ｓ偏光光）が発生しても全反射することから、隣接するウォブルワイヤのｙ方向の位相差がπ（＝１８０度）でなくても、透明基板の外部へ漏れ出る迷光の発生を抑制することができるのである。
【０１２５】
図２０は、大きな偏光コントラスト比が得られる条件下で、透過回折光が発生する場合の様子を示す模式図である。図２０において、本実施の形態２におけるウォブルワイヤ素子は、ウォブル周期がλ／ｎｓ〜λの範囲となっている。このため、発生する透過回折光（ｓ偏光光）は、透明基板１Ｓの裏面から出射することができずに（波数が虚数となるため）、全反射され、結果的に、透明基板１Ｓの側面から出射する。したがって、本実施の形態２におけるウォブルワイヤ素子を用いた場合の透過回折光の影響について、一般的な使用方法であれば配慮する必要はないということができる。
【０１２６】
ただし、透明基板１Ｓの側面から射出される透過回折光が迷光となって問題となる場合は、透明基板１Ｓの側面に黒色塗料などの光吸収部材を配置してもよい。この場合、透明基板１Ｓの側面から射出されようとする透過回折光は、光吸収部材によって、ほとんど吸収されるため、透明基板１Ｓの外部へ漏れ出る迷光の発生をほぼ完全に抑制することができる。
【０１２７】
＜変形例＞
実施の形態２におけるウォブルワイヤ素子では、例えば、図１６に示すように、ウォブルワイヤのｘ方向の幅をｙ方向に沿って正弦波状に変調する例について説明したが、ウォブルワイヤ素子の周期構造（変調構造）は、正弦波変調に限らない。
【０１２８】
例えば、図２１は、ウォブルワイヤのｘ方向の幅をｙ方向に沿って矩形波状に変調する例を示す図である。図２１では、ウォブル周期を４００ｎｍとし、変調振幅（peak to peak）を４０ｎｍとしている。図２１（ａ）は、比較のための正弦波変調の場合を示しており、偏光コントラスト比は、３５００となっている。一方、図２１（ｂ）は、矩形波状変調の場合を示しており、偏光コントラスト比は、８３００となっている。また、図２１（ｃ）は、作成プロセスを考慮して角が丸い矩形波変調の場合を示しており、偏光コントラスト比は、４６００である。
【０１２９】
以上のことから、ウォブルワイヤ素子の周期構造（変調構造）が矩形波状変調の場合、正弦波状変調の場合よりも偏光コントラスト比が向上することがわかる。すなわち、矩形波状変調を施したウォブルワイヤ素子においても、従来のワイヤグリッド素子の偏光コントラスト比（３８０）を大きく超える偏光コントラスト比を得ることができる。
【０１３０】
一方、ｐ偏光光の透過率Ｔｐについては、図２１（ａ）に示す正弦波状変調の場合が８９．２％、図２１（ｂ）に示す矩形波状変調の場合が８７．８％、図２１（ｃ）に示す角が丸い矩形波状変調の場合が８８．９％となっている。したがって、ｐ偏光光の透過率Ｔｐに関しては、図２１（ａ）に示す正弦波状変調が優れているということができる。
【０１３１】
図２２は、ウォブルワイヤ素子の別の変形例である。この変形例におけるウォブルワイヤ素子では、作成プロセスを考慮して、アルミニウム膜に円形の穴（直径１００ｎｍ）を連続的に形成することにより、矩形波状のウォブルワイヤを形成している。図２２では、ウォブル周期を４００ｎｍとし、変調振幅（peak to peak）を４０ｎｍとしている。なお、ウォブル周期当たりに形成する穴の数をＮとする。
【０１３２】
図２２（ａ）は、Ｎ＝６の場合のウォブルワイヤ素子である。図２２（ａ）のウォブルワイヤ素子においては、ｐ偏光光の透過率Ｔｐが８４．５％であり、偏光コントラスト比が２７５００となっている。次に、図２２（ｂ）は、Ｎ＝１２の場合のウォブルワイヤ素子である。図２２（ｂ）のウォブルワイヤ素子においては、ｐ偏光光の透過率Ｔｐが８７．９％であり、偏光コントラスト比が６４００となっている。続いて、図２２（ｃ）は、Ｎ＝２４の場合のウォブルワイヤ素子である。図２２（ｃ）のウォブルワイヤ素子においては、ｐ偏光光の透過率Ｔｐが８９．４％であり、偏光コントラスト比が４２００となっている。
【０１３３】
以上のことから、図２２（ａ）〜（ｃ）に示すいずれのウォブルワイヤ素子においても、従来のワイヤグリッド素子の偏光コントラスト比（３８０）を大きく超える偏光コントラスト比を得ることができることがわかる。
【０１３４】
また、図２２（ａ）のウォブルワイヤ素子の場合が最も偏光コントラスト比が大きい一方、ｐ偏光光の透過率Ｔｐが最小である。つまり、ウォブルワイヤ素子においても、従来のワイヤグリッド素子と同様に、偏光コントラスト比はトレードオフの関係にあることがわかる。したがって、作成プロセスなどを考慮した上で、適正な素子形状を設計して実用化する必要があることは言うまでもない。本願発明では、説明の簡素化のために、ウォブルワイヤ素子に光波を垂直入射する場合について説明したが、これに限らず、応用分野に応じた実用化のためには適切な配慮が必要である。
【０１３５】
なお、本発明におけるウォブルワイヤ素子は、従来のワイヤグリッド素子の製造工程を応用することにより製造することができる。具体的には、例えば、スパッタリング法を使用することにより、透明基板上にアルミニウム膜を形成する。その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、アルミニウム膜をパターニングする。このアルミニウム膜のパターニングを変更することにより、従来のワイヤグリッド素子に代えて本願発明におけるウォブルワイヤ素子を形成することができる。
【０１３６】
また、図２２（ａ）〜（ｃ）に示すウォブルワイヤ素子を製造する場合には、透明基板上にアルミニウム膜を成膜した後、例えば、電子ビームやレーザ光などを照射することにより、アルミニウム膜に穴を連続的に形成することにより製造することができる。
【０１３７】
＜ウォブルワイヤ素子の特性＞
以下では、本願発明のウォブルワイヤ素子の特性ついて説明する。
【０１３８】
図２３は、図２１（ａ）に示したウォブルワイヤ素子における入射光の波長依存性を示す計算結果である。図２３において、ウォブルワイヤ素子を構成するウォブルワイヤの材質はアルミニウム、ピッチは１５０ｎｍ、幅は５０ｎｍ、高さは１５０ｎｍである。また、ウォブル周期は４００ｎｍであり、ウォブル振幅（peak to peak）は４０ｎｍである。
【０１３９】
図２３に示すように、本発明のウォブルワイヤ素子では、４００ｎｍから５００ｎｍの波長範囲において、８０％以上のｐ偏光光の透過率Ｔｐと、０．２％以下のｓ偏光光の透過率Ｔｓが得られており、偏光コントラスト比が４００以上の良好な偏光分離性能を有していることがわかる。特に、４３０ｎｍ以上の波長範囲においては、ｓ偏光光の透過率Ｔｓが大きく減少し、優れた偏光コントラスト比が実現されていることがわかる。
【０１４０】
また、図２３に示した平均反射率Ｒ（ｐ偏光光の反射率Ｒｐとｓ偏光光の反射率Ｒｓの和、主成分はＲｓ）においても、本発明におけるウォブルワイヤ素子では、４００ｎｍ〜４４０ｎｍの波長範囲にレイリー共鳴を反映した極小値が存在することがわかる。このようなｓ偏光光の透過率Ｔｓおよび平均反射率Ｒの特性は、ウォブルワイヤ素子に特有のものであり、従来のワイヤグリッド素子では見られない特徴である。
【０１４１】
このようなウォブルワイヤ素子の特徴は、ウォブルワイヤ素子を液晶プロジェクタに代表される光学装置に応用する際に有用である。例えば、液晶プロジェクタでは、偏光コントラスト比の向上の他に、液晶パネルの熱的な保護の観点から、反射率の小さな偏光素子が望まれる。この場合、上述したように、本発明におけるウォブルワイヤ素子（偏光素子）によれば、従来のワイヤグリッド素子に比べて、偏光コントラスト比の向上とともに、反射率の低減も実現できるため、液晶プロジェクタに使用した場合、優れた性能を発揮することができる。
【０１４２】
次に、図２４は、図２１（ａ）に示したウォブルワイヤ素子の空間周波数分布を示す図である。ここでは、計算モデル（メッシュサイズ１ｎｍ）からウォブルワイヤの部分を「１」、ウォブルワイヤ間の隙間（スペース）を「０」となるように２値化した２次元データを生成する。そして、生成した２次元データをｙ方向にフーリエ変換してスペクトルを算出している。なお、図２４では、空間周波数自体ではなく、空間周波数の逆数に対応する空間周期（ｎｍ）を使用している。図２４において、縦軸はスペクトル振幅を示しており、横軸は空間周期（ｎｍ）を示している。図２４に示すように、ｙ方向に関しては、ウォブル周期に大きなピークが見られることがわかる。
【０１４３】
実際の偏光素子においても、同様なスペクトル解析を実施することができる。例えば、偏光素子上面のＳＥＭ写真からウォブルワイヤの部分と、ウォブルワイヤ間の隙間（スペース）の部分とを適切に２値化して２次元データを生成した後、ｙ方向（ウォブルワイヤの長手方向）とｘ方向（ｙ方向と直交する方向）に分離してフーリエ解析を実施することは可能である。
【０１４４】
実際の偏光素子では、作成プロセスに依存した素子形状の揺らぎや、性能許容範囲内での金属ワイヤの欠落なども発生する。これらを考慮して実施したスペクトル解析の結果を示す。
【０１４５】
図２５はスペクトル解析の結果を示す図である。図２５では、簡素化のため、ｙ方向のスペクトル強度を示している。図２５（ａ）は、従来のワイヤグリッド素子のｙ方向のスペクトルである。図２５（ａ）に示すように、従来のワイヤグリッド素子においては、ｙ方向に周期構造を有していないため、作成プロセスによる金属ワイヤ形状の乱雑な揺らぎや欠陥を除いて、ピークが存在していないことがわかる。
【０１４６】
図２５（ｂ）は、図２１（ａ）に示したウォブルワイヤ素子のスペクトルである。このウォブルワイヤ素子のウォブル周期は第１領域（λ／ｎｓ〜λ）であることから、ウォブルワイヤ素子（Ｔｙｐｅ−Ｉ）と呼ぶことにする。このウォブルワイヤ素子（Ｔｙｐｅ−Ｉ）のスペクトルは、図２５（ｂ）に示すように、図２４に示した結果と、作成プロセスに依存した金属ワイヤ形状の乱雑な揺らぎを組み合わせた結果となる。すなわち、ウォブルワイヤ素子（Ｔｙｐｅ−Ｉ）では、ウォブル周期に対応するスペクトルがΛとλの間に存在することがわかる。
【０１４７】
図２５（ｃ）は、図１２に示す実施の形態１のウォブルワイヤ素子のスペクトルである。このウォブルワイヤ素子のウォブル周期は第２領域（λ以上）であることから、ウォブルワイヤ素子（Ｔｙｐｅ−ＩＩ）と呼ぶことにする。このウォブルワイヤ素子（Ｔｙｐｅ−ＩＩ）のスペクトルは、図２５（ｃ）に示すように、ウォブル周期に対応するピークはλよりも大きな位置に存在することがわかる。
【０１４８】
このようなスペクトル解析技術を使用することにより、従来のワイヤグリッド素子と、本発明のウォブルワイヤ素子とを判別することができる。なお、本発明のウォブルワイヤ素子のウォブル振幅は基本的に任意に設定することができるが、本発明の効果を顕在化させる観点から、ウォブル振幅（peak to peak）は、隣接するウォブルワイヤの平均周期の５％以上であることが望ましい。
【０１４９】
（実施の形態３）
本実施の形態３では、実施の形態１や形態２におけるウォブルワイヤ素子を適用した光学装置について、図面を参照しながら説明する。本実施の形態３では、様々な光学装置のうち、特に、光学装置の１つである液晶プロジェクタを例に挙げて説明する。
【０１５０】
＜液晶プロジェクタの構成＞
図２６は、本実施の形態３における液晶プロジェクタの光学系を示す模式図である。図２６において、本実施の形態３における液晶プロジェクタは、光源ＬＳ、導波光学系ＬＧＳ、ダイクロイックミラーＤＭ（Ｂ）、ＤＭ（Ｇ）、反射ミラーＭＲ１（Ｒ）、ＭＲ１（Ｂ）、ＭＲ２（Ｒ）、ウォブルワイヤ素子ＷＷＥ１（Ｂ）、ＷＷＥ１（Ｇ）、ＷＷＥ１（Ｒ）、ＷＷＥ２（Ｂ）、ＷＷＥ２（Ｇ）、ＷＷＥ２（Ｒ）、液晶パネルＬＣＰ（Ｂ）、ＬＣＰ（Ｇ）、ＬＣＰ（Ｒ）、投影レンズＬＥＮを有している。
【０１５１】
光源ＬＳは、ハロゲンランプなどから構成され、青色光と緑色光と赤色光とを含む白色光を射出するようになっている。そして、導波光学系は、光源ＬＳから射出された光分布の一様化やコリメートなどを実施するように構成されている。
【０１５２】
ダイクロイックミラーＤＭ（Ｂ）は、青色光に対応した波長の光を反射し、その他の緑色光や赤色光を透過するように構成されている。同様に、ダイクロイックミラーＤＭ（Ｇ）は、緑色光に対応した波長の光を反射し、その他の赤色光を透過するように構成されている。また、反射ミラーＭＲ１（Ｒ）は、赤色光を反射するように構成されている。
【０１５３】
ウォブルワイヤ素子ＷＷＥ１（Ｂ）、ＷＷＥ２（Ｂ）は、青色光を入射して特定の偏光光を選択透過するように構成されており、ウォブルワイヤ素子ＷＷＥ１（Ｇ）、ＷＷＥ２（Ｇ）は、緑色光を入射して特定の偏光光を選択透過するように構成されている。また、ウォブルワイヤ素子ＷＷＥ１（Ｒ）、ＷＷＥ２（Ｒ）は、赤色光を入射して特定の偏光光を選択透過するように構成されている。
【０１５４】
具体的に、ウォブルワイヤ素子ＷＷＥ１（Ｂ）、ＷＷＥ１（Ｇ）、ＷＷＥ１（Ｒ）、ＷＷＥ２（Ｂ）、ＷＷＥ２（Ｇ）、ＷＷＥ２（Ｒ）は、実施の形態１や形態２で説明したウォブルワイヤ素子であり、例えば、実施の形態１に対応している場合は、ウォブル周期がλ以上となっている。一方、実施の形態２に対応している場合は、ウォブル周期がλ／ｎｓ〜λの範囲に存在する。
【０１５５】
反射ミラーＭＲ１（Ｂ）は、青色光を反射するように構成されており、反射ミラーＭＲ１（Ｒ）および反射ミラーＭＲ２（Ｒ）は、赤色光を反射するように構成されている。
【０１５６】
液晶パネルＬＣＰ（Ｂ）は、青色用のウォブルワイヤ素子ＷＷＥ１（Ｂ）から射出された偏光光を入射し、画像情報に応じて偏光光の強度変調を行なうように構成されている。同様に、液晶パネルＬＣＰ（Ｇ）は、緑色用のウォブルワイヤ素子ＷＷＥ１（Ｇ）から射出された偏光光を入射し、画像情報に応じて偏光光の強度変調を行なうように構成され、液晶パネルＬＣＰ（Ｒ）は、赤色用のウォブルワイヤ素子ＷＷＥ１（Ｒ）から射出された偏光光を入射し、画像情報に応じて偏光光の強度変調を行なうように構成されている。液晶パネルＬＣＰ（Ｂ）、ＬＣＰ（Ｇ）、ＬＣＰ（Ｒ）は、液晶パネルを制御する制御回路（図示せず）と電気的に接続されており、この制御回路からの制御信号に基づいて、液晶パネルに印加される電圧が制御されるようになっている。なお、投影レンズＬＥＮは、画像を投影するためのレンズである。
【０１５７】
＜液晶プロジェクタの動作＞
本実施の形態３における液晶プロジェクタは、上記のように構成されており、以下に、その動作について説明する。まず、図２６に示すように、ハロゲンランプなどより構成される光源ＬＳから青色光と緑色光と赤色光を含む白色光が射出される。そして、光源ＬＳから射出された白色光は、導波光学系ＬＧＳに入射されることにより、白色光に対して光分布の一様化やコリメートなどが実施される。その後、導波光学系ＬＧＳを射出した白色光は、最初にダイクロイックミラーＤＭ（Ｂ）に入射する。ダイクロイックミラーＤＭ（Ｂ）では、白色光に含まれる青色光だけが反射され、緑色光と赤色光は、ダイクロイックミラーＤＭ（Ｂ）を透過する。
【０１５８】
ダイクロイックミラーＤＭ（Ｂ）を透過した緑色光と赤色光は、ダイクロイックミラーＤＭ（Ｇ）に入射される。ダイクロイックミラーＤＭ（Ｇ）では、緑色光だけが反射され、赤色光は、ダイクロイックミラーＤＭ（Ｇ）を透過する。このようにして、白色光から青色光と緑色光と赤色光に分離することができる。
【０１５９】
続いて、分離された青色光は、反射ミラーＭＲ１（Ｂ）を介して、ウォブルワイヤ素子ＷＷＥ１（Ｂ）に入射され、青色光に含まれる特定の偏光光が選択透過される。そして、選択透過された偏光光は、液晶パネルＬＣＰ（Ｂ）に入射する。液晶パネルＬＣＰ（Ｂ）では、制御信号に基づいて、入射した偏光光の強度変調が行なわれる。その後、強度変調された偏光光は、液晶パネルＬＣＰ（Ｂ）から射出され、ウォブルワイヤ素子ＷＷＥ２（Ｂ）に入射した後、ウォブルワイヤ素子ＷＷＥ２（Ｂ）から射出される。
【０１６０】
同様に、分離された緑色光は、ウォブルワイヤ素子ＷＷＥ１（Ｇ）に入射され、緑色光に含まれる特定の偏光光が選択透過される。そして、選択透過された偏光光は、液晶パネルＬＣＰ（Ｇ）に入射される。液晶パネルＬＣＰ（Ｇ）では、制御信号に基づいて、入射した偏光光の強度変調が行なわれる。その後、強度変調された偏光光は、液晶パネルＬＣＰ（Ｇ）から射出され、ウォブルワイヤ素子ＷＷＥ２（Ｇ）に入射した後、ウォブルワイヤ素子ＷＷＥ２（Ｇ）から射出される。
【０１６１】
また、分離された赤色光は、反射ミラーＭＲ１（Ｒ）および反射ミラーＭＲ２（Ｒ）を介して、ウォブルワイヤ素子ＷＷＥ１（Ｒ）に入射され、赤色光に含まれる特定の偏光光が選択透過される。そして、選択透過された偏光光は、液晶パネルＬＣＰ（Ｒ）に入射する。液晶パネルＬＣＰ（Ｒ）では、制御信号に基づいて、入射した偏光光の強度変調が行なわれる。その後、強度変調された偏光光は、液晶パネルＬＣＰ（Ｒ）から射出され、ウォブルワイヤ素子ＷＷＥ２（Ｒ）に入射した後、ウォブルワイヤ素子ＷＷＥ２（Ｒ）から射出される。
【０１６２】
その後、ウォブルワイヤ素子ＷＷＥ２（Ｂ）から射出された偏光光（青色）と、ウォブルワイヤ素子ＷＷＥ２（Ｇ）から射出された偏光光（緑色）と、ウォブルワイヤ素子ＷＷＥ２（Ｒ）から射出された偏光光（赤色）とが合波され、投影レンズＬＥＮを介して、スクリーン（図示せず）に投影される。このようにして、本実施の形態３における液晶プロジェクタによれば、画像を投影することができる。
【０１６３】
本実施の形態３によれば、従来のワイヤグリッド素子に置き換えて、ウォブルワイヤ素子を使用しているので、コントラスト比を改善した液晶プロジェクタを実現することができる。言い換えれば、本実施の形態３によれば、液晶プロジェクタの画質を向上することができる。
【０１６４】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【０１６５】
例えば、前記実施の形態では、可視光から近赤外線光に対応する光学素子や光学装置について説明したが、これに限らず、マクスウェル方程式に従う電磁波であれば、本願発明の技術的思想を同様に適用することができる。具体的には、７７ＧＨｚの無線デバイスでは、電磁波（光）の波長は約４ｍｍであり、このような電磁波に対しても、例えば、ウォブルワイヤ素子を光学部品（偏光板）として適用することができる。
【符号の説明】
【０１６６】
１Ｓ  透明基板
ＤＭ（Ｂ）  ダイクロイックミラー
ＤＭ（Ｇ）  ダイクロイックミラー
ＤＭ（Ｒ）  ダイクロイックミラー
ＬＣＰ  液晶パネル
ＬＣＰ（Ｂ）  液晶パネル
ＬＣＰ（Ｇ）  液晶パネル
ＬＣＰ（Ｒ）  液晶パネル
ＬＥＮ  投影レンズ
ＬＥＮ１  レンズ
ＬＧＳ  導波光学系
ＬＳ  光源
ＭＲ１（Ｂ）  反射ミラー
ＭＲ１（Ｒ）  反射ミラー
ＭＲ２（Ｒ）  反射ミラー
ｐ０  ピッチ
Ｗ  幅
ＷＡ  ウォブル振幅
ＷＧ  ワイヤグリッド
ＷＰ  ウォブル周期
ＷＷ  ウォブルワイヤ
ＷＷＥ１（Ｂ）  ウォブルワイヤ素子
ＷＷＥ１（Ｇ）  ウォブルワイヤ素子
ＷＷＥ１（Ｒ）  ウォブルワイヤ素子
ＷＷＥ２（Ｂ）  ウォブルワイヤ素子
ＷＷＥ２（Ｇ）  ウォブルワイヤ素子
ＷＷＥ２（Ｒ）  ウォブルワイヤ素子
Δφ  位相差
【図１】
2013190680.tif 000003
【図２】
2013190680.tif 000004
【図３】
2013190680.tif 000005
【図４】
2013190680.tif 000006
【図５】
2013190680.tif 000007
【図６】
2013190680.tif 000008
【図７】
2013190680.tif 000009
【図８】
2013190680.tif 000010
【図９】
2013190680.tif 000011
【図１０】
2013190680.tif 000012
【図１１】
2013190680.tif 000013
【図１２】
2013190680.tif 000014
【図１３】
2013190680.tif 000015
【図１４】
2013190680.tif 000016
【図１５】
2013190680.tif 000017
【図１６】
2013190680.tif 000018
【図１７】
2013190680.tif 000019
【図１８】
2013190680.tif 000020
【図１９】
2013190680.tif 000021
【図２０】
2013190680.tif 000022
【図２１】
2013190680.tif 000023
【図２２】
2013190680.tif 000024
【図２３】
2013190680.tif 000025
【図２４】
2013190680.tif 000026
【図２５】
2013190680.tif 000027
【図２６】
2013190680.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成25年1月25日(2013.1.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）入射される電磁波に対して透明である透明基板と、
（ｂ）前記透明基板の主面上に形成され、第１方向に第１周期間隔で配置された複数の金属ワイヤと、を備え、
前記複数の金属ワイヤのそれぞれは、前記第１方向と直交する第２方向に周期構造を有しながら延在しており、
前記電磁波の波長をλとし、前記透明基板の屈折率をｎとした場合、
前記周期構造の周期は、λ／ｎ以上である光学素子。
【請求項２】
請求項１に記載の光学素子であって、
前記周期構造の周期は、前記電磁波の波長以上である光学素子。
【請求項３】
請求項２に記載の光学素子であって、
前記周期構造は、前記複数の金属ワイヤのそれぞれの前記第１方向の幅が一定であり、かつ、前記幅の中心が前記第２方向に沿って周期的に変調されている構造である光学素子。
【請求項４】
請求項３に記載の光学素子であって、
前記幅の中心は、前記第２方向に沿って正弦波状に変調されている光学素子。
【請求項５】
請求項４に記載の光学素子であって、
前記複数の金属ワイヤのうちの所定の金属ワイヤにおける前記周期構造の位相と、前記所定の金属ワイヤと隣接する金属ワイヤにおける前記周期構造の位相とのずれが、０度以上９０度以下である光学素子。
【請求項６】
請求項１に記載の光学素子であって、
前記周期構造の周期は、前記電磁波の波長よりも小さい光学素子。
【請求項７】
請求項６に記載の光学素子であって、
前記複数の金属ワイヤのそれぞれにおいて、
前記周期構造は、前記複数の金属ワイヤのそれぞれの前記第１方向の幅の中心位置が一定であり、かつ、前記複数の金属ワイヤのそれぞれの前記第１方向の幅が前記第２方向に沿って周期的に変調されている構造である光学素子。
【請求項８】
請求項７に記載の光学素子であって、
前記第１方向の幅は、前記第２方向に沿って正弦波状に変調されている光学素子。
【請求項９】
請求項７に記載の光学素子であって、
前記第１方向の幅は、前記第２方向に沿って矩形波状に変調されている光学素子。
【請求項１０】
請求項７に記載の光学素子であって、
前記複数の金属ワイヤのうちの所定の金属ワイヤにおける前記周期構造の位相と、前記所定の金属ワイヤと隣接する金属ワイヤにおける前記周期構造の位相のずれが、１８０度である光学素子。
【請求項１１】
請求項６に記載の光学素子であって、
前記透明基板の側面には、前記電磁波を吸収する吸収部材が設けられている光学素子。
【請求項１２】
請求項１に記載の光学素子であって、
前記電磁波は、可視光である光学素子。
【請求項１３】
請求項１２に記載の光学素子であって、
前記複数の金属ワイヤのそれぞれは、アルミニウム膜から形成されている光学素子。
【請求項１４】
（ａ）光源と、
（ｂ）前記光源から射出される光から特定の偏光光を選択透過する第１偏光素子と、
（ｃ）前記第１偏光素子から射出された前記偏光光を入射し、画像情報に応じて前記偏光光の強度変調を行なう液晶パネルと、
（ｄ）前記液晶パネルから射出された前記偏光光を入射する第２偏光素子と、
（ｅ）前記第２偏光素子から射出された前記偏光光を入射して画像を投影する投影レンズと、を備え、
前記第１偏光素子および前記第２偏光素子は、
（ｆ）入射される前記光に対して透明である透明基板と、
（ｇ）前記透明基板の主面上に形成され、第１方向に第１周期間隔で配置された複数の金属ワイヤと、を有し、
前記複数の金属ワイヤのそれぞれは、前記第１方向と直交する第２方向に周期構造を有しながら延在しており、
前記光の波長をλとし、前記透明基板の屈折率をｎとした場合、
前記周期構造の周期は、λ／ｎ以上である光学装置。
【国際調査報告】
2013190680.tif 000029
2013190680.tif 000030
2013190680.tif 000031
2013190680.tif 000032