(57)【要約】【課題】狭波長帯域の偏光特性を有する偏光素子を提供する。【解決手段】第１の媒質と、第２の媒質と、第１の媒質と第２の媒質との間において、第１の誘電体格子、金属格子、および、第２の誘電体格子を順に積層して構成された積層構造とを有する偏光素子であって、積層構造は所定の格子周期で設けられており、偏光素子は、特定の波長帯域において格子周期方向と直交する方向に振動する偏光を反射し、他の光を透過させる特性を有し、偏光の反射率が最大となる波長λ、所定の格子周期Ｐ、第１の媒質の屈折率ｎａ、第２の媒質の屈折率ｎｂ、第１の誘電体格子または第２の誘電体格子の領域における格子周期方向と直交する方向の有効屈折率ｎｅ、第１の誘電体格子の屈折率ｎＨ１、第２の誘電体格子の屈折率ｎＨ２、および、光の入射角度θは、所定の条件式を満たす。【選択図】図１
2015094872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の媒質と、
第２の媒質と、
前記第１の媒質と前記第２の媒質との間において、第１の誘電体格子、金属格子、および、第２の誘電体格子を順に積層して構成された積層構造と、を有する偏光素子であって、
前記積層構造は、所定の格子周期で設けられており、
前記偏光素子は、特定の波長帯域において格子周期方向と直交する方向に振動する偏光を反射し、他の光を透過させる特性を有し、
前記偏光の反射率が最大となる波長をλ、前記所定の格子周期をＰ、前記第１の媒質の屈折率をｎａ、前記第２の媒質の屈折率をｎｂ、前記第１の誘電体格子または前記第２の誘電体格子の領域における前記格子周期方向と直交する方向の有効屈折率をｎｅ、前記第１の誘電体格子の屈折率をｎＨ１、前記第２の誘電体格子の屈折率をｎＨ２、光の入射角度をθとするとき、
０．８５＜ｎｅ・Ｐ・ｃｏｓθ／λ＜１．１５
ｎＨ１−ｎａ＞０．５またはｎＨ２−ｎｂ＞０．５
を満たすことを特徴とする偏光素子。
【請求項２】
前記偏光素子は、
０．９５＜ｎｅ・Ｐ・ｃｏｓθ／λ＜１．０５
を満たすことを特徴とする請求項１に記載の偏光素子。
【請求項３】
前記格子周期は、可視光波長以下の周期であることを特徴とする請求項１または２に記載の偏光素子。
【請求項４】
前記第１の誘電体格子の格子高さをＨ１、前記第２の誘電体格子の格子高さをＨ２とするとき、
λ−５０≦Δ≦λ＋５０［ｎｍ］
（ただし、Δ＝ｎＨ１・Ｈ１またはｎＨ２・Ｈ２）
を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の偏光素子。
【請求項５】
前記偏光素子は、
λ−２０≦Δ≦λ＋２０［ｎｍ］
を満たすことを特徴とする請求項４に記載の偏光素子。
【請求項６】
前記格子周期方向と直交する方向の偏光を５０％以上反射する波長帯域の最小値をλｍｉｎ、該波長帯域の最大値をλｍａｘとするとき、λｍａｘ−λｍｉｎは１ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の偏光素子。
【請求項７】
前記格子周期方向における前記金属格子、前記第１の誘電体格子、および、前記第２の誘電体格子の少なくとも一つの格子幅をＷとするとき、
０．１≦Ｗ／Ｐ≦０．３
を満たすことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の偏光素子。
【請求項８】
前記偏光素子は、
０．１５≦Ｗ／Ｐ≦０．２５
を満たすことを特徴とする請求項７に記載の偏光素子。
【請求項９】
前記第１の誘電体格子および前記第２の誘電体格子の前記格子周期方向における格子幅は互いに同一であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の偏光素子。
【請求項１０】
前記第１の誘電体格子および前記第２の誘電体格子の材料は互いに同一であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の偏光素子。
【請求項１１】
前記金属格子の格子高さＤは、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の偏光素子。
【請求項１２】
前記金属格子の格子高さＤは、５ｎｍ以上２５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１１に記載の偏光素子。
【請求項１３】
発光部と、
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の偏光素子と、を有し、
前記発光部からの光の波長帯域の半値幅は２０ｎｍ以下であり、
前記偏光素子は、前記発光部からの光の５０％以上を反射するように配置されていることを特徴とする光学装置。
【請求項１４】
中心波長λ０および半値幅Δλ０で発光する第１の発光部と、
中心波長λ１および半値幅Δλ１で発光する第２の発光部と、
前記第１の発光部からの光の５０％以上を透過し、前記第２の発光部からの光の５０％以上を反射し、かつ該光の反射方向は該第１の発光部からの光の透過方向と一致するように構成された、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の偏光素子と、を有し、
前記第２の発光部からの光の５０％以上を反射する波長帯域の最小値をλｍｉｎ、該波長帯域の最大値をλｍａｘとするとき、
Δλ０＞Δλ１
λｍｉｎ＜λ１＜λｍａｘ
を満たすことを特徴とする光源装置。
【請求項１５】
前記第１の発光部は、蛍光体または固体発光素子を有し、
前記第２の発光部は、レーザー光源を有することを特徴とする請求項１４に記載の光源装置。
【請求項１６】
撮像素子と、
前記撮像素子を介さずに光学的に被写体像を観察可能に表示する光学ファインダと、
光源および画像表示素子を備え、前記撮像素子を介して得られた画像を観察可能に表示する電子ビューファインダと、
前記光学ファインダおよび前記電子ビューファインダに共通して用いられる接眼手段と、
前記光学ファインダからの光と前記電子ビューファインダからの光とを合成して前記接眼手段へ出射する光路合成手段と、を有し、
前記光路合成手段は、前記光学ファインダからの光を透過し、かつ前記電子ビューファインダからの光を、該光学ファインダからの光の透過方向へ反射するように配置された、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の偏光素子を有する、ことを特徴とする撮像装置。
【請求項１７】
前記光源からの光のうち赤色帯域、緑色帯域、青色帯域のいずれかの帯域における最大強度の波長をλｉ、前記偏光素子により５０％以上反射される波長帯域の最小値をλｍｉｎ、該波長帯域の最大値をλｍａｘとするとき、
λｍｉｎ＜λｉ＜λｍａｘ
を満たすことを特徴とする請求項１６に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、狭波長帯域の偏光特性を有する偏光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
偏光素子は、入射する偏光のうち、特定の方向に振動する直線偏光のみを透過し、それと直交方向に振動する偏光を反射（または吸収）する素子である。可視光波長にて動作する偏光素子としては、一般的にフィルム延伸により２色性を持たせた偏光素子や、波長以下の微細な金属格子からなるワイヤグリッド偏光素子などが知られている。これらの偏光素子は、一般的に、可視光波長全域で均一な光学特性を有することが好ましい。しかし、液晶プロジェクタ内の光学素子や、レーザー光などの狭い波長帯域の発光光源を有する光学装置などでは、赤、緑、青色帯域のみ、または、所定の狭波長帯域のみで偏光素子として機能する偏光素子が望まれる場合がある。例えば、狭帯域光源からの光と、白色光などの広帯域の光を光合成する際には、狭帯域偏光素子を用いることにより光合成時の損失を少なくすることができる。
【０００３】
特許文献１には、ワイヤグリッド偏光子の金属格子の厚さを制御することにより、特定の帯域にピークを有する偏光素子が開示されている。特許文献２には、屈折率異方性を有する膜を積層することにより、ある直線偏光に対しては等しい屈折率の透過膜として機能し、それと直交する偏光に対しては屈折率差による反射膜として機能する偏光分離素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−５８６１５号公報
【特許文献２】特開２００６−１４５８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、一般的に、特許文献１に開示されたワイヤグリッド偏光素子では、一定以上の厚さの金属格子を用いるため、吸収による光量損失が生じる。また特許文献２の構成では、多層の異方性薄膜を積層する必要があり、散乱や吸収による光量損失が懸念される。また、特許文献１および特許文献２は、赤色帯域、緑色帯域、および、青色帯域に対して動作する偏光素子である。しかし、例えばレーザー光のような狭帯域で発光する光源に対しては帯域幅が広く、光路合成などの用途で用いると効率が低下する。
【０００６】
そこで本発明は、狭波長帯域の偏光特性を有する偏光素子、光学装置、光源装置、および、撮像装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面としての偏光素子は、第１の媒質と、第２の媒質と、前記第１の媒質と前記第２の媒質との間において、第１の誘電体格子、金属格子、および、第２の誘電体格子を順に積層して構成された積層構造とを有する偏光素子であって、前記積層構造は、所定の格子周期で設けられており、前記偏光素子は、特定の波長帯域において格子周期方向と直交する方向に振動する偏光を反射し、他の光を透過させる特性を有し、前記偏光の反射率が最大となる波長λ、前記所定の格子周期Ｐ、前記第１の媒質の屈折率ｎａ、前記第２の媒質の屈折率ｎｂ、前記第１の誘電体格子または前記第２の誘電体格子の領域における前記格子周期方向と直交する方向の有効屈折率ｎｅ、前記第１の誘電体格子の屈折率ｎＨ１、前記第２の誘電体格子の屈折率ｎＨ２、および、光の入射角度θは、所定の条件式を満たす。
【０００８】
本発明の他の側面としての光学装置は、発光部と、前記偏光素子とを有し、前記発光部からの光の波長帯域の半値幅は２０ｎｍ以下であり、前記偏光素子は、前記発光部からの光の５０％以上を反射するように配置されている。
【０００９】
本発明の他の側面としての光源装置は、中心波長λ０および半値幅Δλ０で発光する第１の発光部と、中心波長λ１および半値幅Δλ１で発光する第２の発光部と、前記第１の発光部からの光の５０％以上を透過し、前記第２の発光部からの光の５０％以上を反射し、かつ該光の反射方向は該第１の発光部からの光の透過方向と一致するように構成された、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の偏光素子とを有し、所定の条件式を満たす。
【００１０】
本発明の他の側面としての撮像装置は、撮像素子と、前記撮像素子を介さずに光学的に被写体像を観察可能に表示する光学ファインダと、光源および画像表示素子を備え、前記撮像素子を介して得られた画像を観察可能に表示する電子ビューファインダと、前記光学ファインダおよび前記電子ビューファインダに共通して用いられる接眼手段と、前記光学ファインダからの光と前記電子ビューファインダからの光とを合成して前記接眼手段へ出射する光路合成手段とを有し、前記光路合成手段は、前記光学ファインダからの光を透過し、かつ前記電子ビューファインダからの光を、該光学ファインダからの光の透過方向へ反射するように配置された前記偏光素子を有する。
【００１１】
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、狭波長帯域の偏光特性を有する偏光素子、光学装置、光源装置、および、撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態における偏光素子の概略構成図である。
【図２】本実施形態（実施例１）における偏光素子の分光反射率および透過率を示す図である。
【図３】本実施形態における偏光素子のＴＥ偏光反射率を示す図である。
【図４】本実施形態における偏光素子のＴＥ偏光透過率の変化を示す図である。
【図５】本実施形態における偏光素子の誘電体格子の格子高さとＴＥ偏光ピーク反射率との関係を示す図である。
【図６】本実施形態における他の偏光素子の概略構成図である。
【図７】本実施形態における偏光素子の格子幅を変化させた場合のＴＥ偏光およびＴＭ偏光の反射率を示す図である。
【図８】本実施形態における偏光素子のＴＥ損失およびＴＭ損失の金属格子の格子高さ依存性を示す図である。
【図９】実施例１における偏光素子の分光反射率および透過率を示す図である。
【図１０】実施例１における偏光素子の分光反射率および透過率を示す図である。
【図１１】実施例２における偏光素子の分光反射率および透過率を示す図である。
【図１２】実施例３における偏光素子の分光反射率および透過率を示す図である。
【図１３】実施例４における光源装置の概略構成図である。
【図１４】実施例４における光源装置の波長分布を示す図である。
【図１５】実施例５における撮像装置（ビューファインダ）の概略構成図である。
【図１６】実施例５における偏光素子の分光反射率および透過率を示す図である。
【図１７】実施例５における偏光素子の分光反射率および透過率を示す図である。
【図１８】実施例５における偏光素子の分光反射率および透過率を示す図である。
【図１９】実施例５における偏光素子の積算透過率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態における偏光素子１００の概略構成図である。偏光素子１００は、基板としての媒質１（第１の媒質）上に（媒質１と媒質６との間に）、誘電体格子２（第１の誘電体格子）、金属格子３、および、誘電体格子４（第２の誘電体格子）を順に積層して構成された積層構造を有する。この積層構造は、周期的に（所定の格子周期で）設けられており、各積層構造の間は、媒質５（格子間媒質）により充填されている。また、第２の誘電体格子４の上部は媒質６（入射媒質、第２の媒質）で覆われている。本実施例において、格子周期は、可視光波長以下の周期であることが好ましい。
【００１６】
図１に示されるように、Ｐは積層構造の格子周期、Ｈ１は誘電体格子２の格子高さ、Ｗ１は誘電体格子２の格子幅である。Ｄは金属格子３の格子高さ、ＷＤは金属格子３の格子幅である。Ｈ２は誘電体格子４の格子高さ、Ｗ２は誘電体格子４の格子幅である。図１において、誘電体格子２の格子幅Ｗ１、金属格子３の格子幅ＷＤ、および、誘電体格子４の格子幅Ｗ２は、互いに同一であり、格子幅Ｗで示されている。
【００１７】
本実施形態の偏光素子１００は、可視光波長帯域（波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲）の特定の波長帯域（狭波長帯域）において、ある直線偏光光を反射し、それと直交する偏光を持つ直線偏光光を透過する。具体的には、格子周期方向と直交する方向に振動する偏光光（偏光方向が格子周期方向と直交する方向である直線偏光光）を反射し、他の光を透過させる特性を有する狭帯域偏光素子である。このような特性を実現するため、本実施形態の偏光素子１００は、以下の条件式（１）、（２）を満たす。
【００１８】
０．８５＜ｎｅ・Ｐ・ｃｏｓθ／λ＜１．１５  …（１）
ｎＨ１−ｎａ＞０．５またはｎＨ２−ｎｂ＞０．５  …（２）
ここで、λは最大反射率の波長（偏光の反射率が最大となる波長）、θは偏光素子１００へ入射する光の入射角度である。ｎａは誘電体格子２が形成される面に設けられた媒質１（第１の媒質）の屈折率、ｎｂは誘電体格子４が形成される面に設けられた媒質６（第２の媒質）の屈折率である。なお、媒質１、６は、各格子を支持する基板などであり、干渉効果を無視できる程度の厚さを有する媒質である。ｎＨ１は誘電体格子２の屈折率、ｎＨ２は誘電体格子４の屈折率である。ｎｅは誘電体格子の領域を異方性薄膜層であると近似した場合の、格子周期方向と直交する方向に振動する偏光に対する有効屈折率（誘電体格子２または誘電体格子４の領域における格子周期方向と直交する方向の有効屈折率）である。有効屈折率Ｎｅは、格子間媒質の屈折率をｎｆとしたとき、近似的に以下の式（３）で表される。
【００１９】
Ｎｅ＿ｉ＝［ｎＨｉ２・Ｗｉ２／Ｐ２＋ｎｆ２・（１−Ｗｉ２）／Ｐ２］０．５（ｉ＝１、２）  …（３）
添え字ｉ（＝１、２）は、誘電体格子２（第１の誘電体格子）または誘電体格子４（第２の誘電体格子）をそれぞれ意味する。実際には、波長と格子周期の大きさが近い格子形状にあり、式（３）からはある程度外れるため、詳細な計算は厳密結合波解析などの手法を用いて求める必要がある。有効屈折率ｎｅは、電磁場解析などから求められる値を用いてもよいが、本実施形態では概算値として式（３）の値が用いられる。
【００２０】
条件式（１）、（２）より、誘電体格子２、４および金属格子３の格子周期Ｐを設計波長（波長λ）に対して適切な範囲内に収め、かつ、誘電体格子２、４の屈折率ｎＨ１、ｎＨ２を媒質１、６の屈折率ｎａ、ｎｂに対して十分大きく設定する。これにより、所望の波長域近傍のみで偏光特性を有する偏光素子１００を得ることができる。
【００２１】
図２（ａ）、（ｂ）は、偏光素子１００の分光反射率（反射率）および透過率をそれぞれ示している。図２（ａ）、（ｂ）は、格子周期Ｐ＝２７３ｎｍ、格子幅Ｗ＝５１．９ｎｍ、媒質１（基板）および媒質６（入射媒質）は石英、誘電体格子２、４はＴｉＯ２、媒質５（格子間媒質）はＳｉＯ２、金属格子３はＡｇとした場合における例を示している。図２（ａ）、（ｂ）において、横軸は波長、縦軸は反射率および透過率をそれぞれ示している。また、図２（ａ）、（ｂ）における点線および実線は、格子周期Ｐに平行な方向に振動する偏光（ＴＭ偏光）、および、それと直交する方向に振動する偏光（ＴＥ偏光）に対する分光特性をそれぞれ示している。図２（ａ）、（ｂ）に示されるように、本実施形態の偏光素子１００は、ＴＥ偏光については波長４６０ｎｍで９０％反射する最大反射率を有し、波長４６０ｎｍ近傍以外の波長帯域では８０％以上透過する特性を有する。また、ＴＭ偏光については、可視光帯域の全ての波長で９０％以上透過する。その結果、中心波長４６０ｎｍ、半値幅２０ｎｍ以下の帯域でのみ偏光特性を有する偏光素子１００が得られる。以下、このような狭帯域な偏光特性を有する偏光素子１００を実現するための条件について説明する。
【００２２】
従来のワイヤグリッド偏光素子は、透過率や反射率の特性変動や単波長側での吸収損失を避けるため、一般的には使用波長に対して十分小さく、少なくとも使用波長λに対してλ／２以下の格子周期が用いられる。しかし本実施形態では、逆に使用波長に近い格子周期に設定することにより、所定の狭波長帯域で動作する偏光素子として機能させる。ここで所定の波長帯域の中心波長をλとするとき、波長λと格子周期Ｐについて条件式（１）を満たすように設定することにより、特定の偏光かつ所望の波長帯域の近傍で高い反射率を有する偏光素子が得られる。
【００２３】
続いて、図３を参照して、格子周期Ｐを変化させたときのＴＥ偏光反射率について説明する。図３は、偏光素子１００のＴＥ偏光反射率を示す図である。図３中における線種の違いは、格子周期Ｐの違いを示しており、格子周期Ｐは２７５ｎｍから４１０ｎｍまで２０ｎｍずつ変化しているが、それ以外のパラメータは表１の実施例１Ｂに準拠している。図３より、格子周期Ｐが増大するにつれてピーク波長が長波長側へシフトすることがわかる。このとき、それぞれの格子周期Ｐとピーク波長（波長λ）に対し条件式（１）の値ｎｅ・Ｐ／λ（ｃｏｓθ＝１）を求めると、およそ０．９５〜１．０５となる。このため、所望の入射角度θおよび波長λに対し、格子周期Ｐおよび有効屈折率ｎｅを決定付ける誘電体格子２、４および格子間媒質の屈折率や格子幅Ｗを制御することにより、任意の波長近傍でのみ偏光分離を行う偏光素子１００を得ることができる。ただし、ｎｅ・Ｐｃｏｓθ／λの値は必ずしも１．０近傍が最適であるとは限らず、前述の近似値からのズレ等により変化するため、実際には条件式（１）が０．８５〜１．１５の範囲に収まるように設定することが好ましい。条件式（１）の値が０．８５を下回る場合、可視光波長域において狭帯域特性を有する偏光素子を得ることが難しい。反対に、条件式（１）の値が１．１５を上回る場合、不要な回折光による透過損失が増大するため好ましくない。このため、本実施形態の偏光素子１００においては、条件式（１）で表されるように、ｎｅ・Ｐｃｏｓθ／λは０．８５〜１．１５の範囲に収めることが好ましい。
【００２４】
さらに図２に示されるような狭帯域の偏光特性を持たせるには、前述の格子周期Ｐの条件を満たしたうえで、誘電体格子２、４と、入射媒質（媒質６）または射出媒質（媒質１）との界面で生じる反射率が十分高くなるように構成する必要がある。これと同様の傾向は、ファブリペロー干渉を用いたカラーフィルタでも見られる。ファブリペローフィルタでは、干渉層の両面に反射膜（ダイクロ膜や金属反射膜）を形成することにより、干渉層の光学厚さｎｄに準じた波長（λ／２＝ｎｄの整数倍を満たす波長）近傍の光のみを透過し、それ以外の波長を反射させる。このとき、フィルタの透過特性の半値幅は、干渉層の厚さだけでなく前述のダイクロ膜または金属膜の反射率に大きく依存し、干渉層界面での反射が高いほど干渉層での波長選択効果が強まるため、透過帯域が狭くなる。
【００２５】
同様に、本実施形態の偏光素子１００においても、誘電体格子２、４と入射媒質または射出媒質の界面での反射率が高いほうがＴＥ偏光の反射帯域を狭くする、すなわち、偏光素子１００としての特性を狭帯域化することができる。図４は、媒質１、６の屈折率ｎａ、ｎｂを変化させた場合のＴＥ偏光透過率の変化を示している。図４における線種の違いは、媒質１、６の屈折率の違いを示しており、この例ではｎａ＝ｎｂである。他のパラメータは、表１の実施例１Ｇの特性に準拠している。図４から、誘電体格子２、４が高屈折率媒質、すなわち屈折率差が大きく界面での反射が高いほど透過特性が狭帯域化されることがわかる。本実施形態の偏光素子１００は、狭帯域で動作させることが好ましく、界面反射を高めるために誘電体格子２または誘電体格子４の屈折率と、媒質１または媒質６との屈折率差が大きいことが好ましい。
【００２６】
他の方法として、単に界面での反射を高めるために、誘電体格子２、４と入射媒質（媒質６）または射出媒質（媒質１）との間にダイクロイック膜などの干渉薄膜や金属膜を設けるなど、増反射の手段を用いることも可能である。しかしその場合、膜による吸収損失が増大し、または、素子の構成が複雑化するという問題がある。このため、一方または他方の媒質と誘電体格子とが接する状態で、両方の界面において条件式（２）を満たすように構成することが好ましい。偏光特性の狭帯域性については、実質的には半値幅が１ｎｍ以上３０ｎｍ以下に設定されていることが好ましい。すなわち、格子周期方向と直交する方向の偏光を５０％以上反射する波長帯域の最小値をλｍｉｎ、波長帯域の最大値をλｍａｘとするとき、λｍａｘ−λｍｉｎ（半値幅）は１ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることが好ましい。半値幅が３０ｎｍを超えると、光路合成に用いる際の損失が増加するため好ましくない。逆に、半値幅が１ｎｍ未満の場合。敏感度が高く光路合成時の効率が不安定になるため好ましくない。
【００２７】
また、誘電体格子２または誘電体格子４の高さを、波長λに対して所定の範囲に収めることにより、界面反射を制御して偏光素子１００の特性をより高めることができる。誘電体格子２、４の屈折率をそれぞれｎＨ１、ｎＨ２、誘電体格子２、４の格子高さをそれぞれＨ１、Ｈ２とし、ＴＥ偏光での最大反射率の波長λとする。このとき、Δ＝ｎＨ１・Ｈ１またはΔ＝ｎＨ２・Ｈ２が波長λ程度となるように収めることが好ましい。ただし、格子高さＨ１、Ｈ２や屈折率の変動により所定値から多少外れたとしても、上述の効果が著しく低減するものではなく、実際には以下の条件式（４）を満たすことが好ましい。
【００２８】
λ−５０≦Δ≦λ＋５０  ［ｎｍ］  …（４）
図５は、誘電体格子２、４の格子高さとＴＥ偏光ピーク反射率の相関を説明する図である。図５において、横軸は格子高さ、縦軸はＴＥ偏光ピーク反射率を示す。菱形でプロットされる実線は、誘電体格子４の格子高さＨ２のみが変化した場合を表す。四角形でプロットされる点線は、誘電体格子２の格子高さＨ１のみが変化した場合を表す。三角形でプロットされる破線は、格子高さＨ１、Ｈ２の両方とも横軸に示される値で変化した場合を表す。一方の格子高さが固定されている場合、固定される側の格子高さは２４０ｎｍに設定されている。
【００２９】
図５からわかるように、誘電体格子２、４のいずれか一方が条件式（４）を満たしている場合、他方の格子高さが条件式（４）から多少外れていても、高いピーク反射率が得られる。このため、誘電体格子２、４の少なくとも一方について条件式（４）を満たすことが好ましい。逆に、条件式（４）の範囲を超えてΔの値がλ±５０ｎｍよりも大きく外れると、所望の帯域における反射率が低下する。このため、偏光素子１００の特性をより高めるには、条件式（４）を満たすことが好ましい。また本実施形態において、条件式（４）は、以下の条件式（４ａ）を満たすことがより好ましい。
【００３０】
λ−２０≦Δ≦λ＋２０  ［ｎｍ］  …（４ａ）
図６は、本実施形態における他の偏光素子２００の概略構成図である。誘電体格子８（第１の誘電体格子）の格子高さＨ１と誘電体格子１０（第２の誘電体格子）の格子高さＨ２とが互いに異なる点、および、媒質１１（入射媒質、格子間媒質）は空気である点で、偏光素子１００と異なる。金属格子９を含む他の構成は、図１の偏光素子１００と同様である。図６に示されるように、第１の誘電体格子および第２の誘電体格子の格子高さＨ１、Ｈ２は互いに異なっていてもよい。また、格子間媒質（媒質５）や媒質６または媒質１の一方は空気であってもよい。ただし、特定波長に対する干渉効果を考慮すると、図１に示されるように、金属層３を挟んだ上下で対称構造を有することが好ましい。
【００３１】
誘電体格子２、４を形成する材質としては、可視光帯域で透明である事に加え、条件式（２）から屈折率が１．６０以上の高屈折率材質であることが好ましい。また、基板として取りうる屈折率を考慮すると、屈折率が２．０以上であることがより好ましい。そのような材質として、例えば、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３などの金属酸化物材料や、それらを含む混合物が挙げられる。なお、誘電体格子２、４の材質は互いに異なっていてもよいが、設計や加工の観点からは互いに同一の材料を用いることが好ましい。
【００３２】
また、誘電体格子２、４の格子幅Ｗと格子周期Ｐとの比Ｗ／Ｐは、０．１以上０．３以下であることが好ましい。すなわち、格子周期方向における金属格子３、誘電体格子２、および、誘電体格子４の少なくとも一つの格子幅をＷとするとき、以下の条件式（５）を満たすことが好ましい。
【００３３】
０．１≦Ｗ／Ｐ≦０．３  …（５）
図７（ａ）、（ｂ）は、本実施形態の偏光素子１００の格子幅Ｗを変化させた場合の（このとき、格子周期Ｐは一定である）ＴＥ偏光およびＴＭ偏光の反射率をそれぞれ示している。図７（ａ）、（ｂ）における線種の違いは、表１の実施例１Ｇのパラメータ（比Ｗ／Ｐ）の違いを表す。比Ｗ／Ｐが０．３を超えると、ＴＭ偏光にピークが生じる。これは特性低下の要因となるため、比Ｗ／Ｐが０．３以下となるようにすることが好ましい。また、比Ｗ／Ｐが０．１以下になると、格子幅Ｗに対する格子のアスペクト比が増大し、格子形状の作製および維持が困難となる。このため、比Ｗ／Ｐは、０．１以上０．３以下に設定されることが好ましい。また図示しないが、誘電体格子２の格子幅Ｗ１、金属格子３の格子幅ＷＤ、および、誘電体格子４の格子幅Ｗ２は互いに異なっていてもよいが、各格子幅に対して比（Ｗ１／Ｐ、ＷＤ／Ｐ、Ｗ２／Ｐ）は０．１以上０．３以下であることが好ましい。より好ましくは、条件式（５）は、以下の条件式（５ａ）を満たすように設定される。
【００３４】
０．１５≦Ｗ／Ｐ≦０．２５  …（５ａ）
また、製造容易性の観点からは、格子構造全体で格子幅Ｗは一定であることがより好ましい。すなわち、誘電体格子２および誘電体格子４（および金属格子３）の格子周期方向における格子幅は互いに同一であることが好ましい。
【００３５】
また、誘電体格子２、４の間に形成される金属格子３の格子高さＤは、厚すぎると光吸収などによる損失が生じる。図８（ａ）、（ｂ）は、４００ｎｍから５００ｎｍ付近でのＴＥ、ＴＭ偏光の透過損失の格子高さＤの依存性を示す。図８（ａ）、（ｂ）において、横軸は格子高さＤ、縦軸は損失をそれぞれ示す。格子高さＤ以外は、表１の実施例１Ｂのパラメータに準拠している。このとき、ＴＥ偏光については格子高さＤを５０ｎｍ以下に設定することにより、損失を低減することができる。また、ＴＭ偏光については、格子高さＤを２５ｎｍ以下に設定することにより、損失を低減することができる。ただし格子高さＤが５ｎｍ以下の場合、損失は改善するものの偏光素子１００として安定した光学特性が得られなくなる。このため、金属格子３の格子高さＤ（厚さ）は、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下に設定されることが好ましい。また、格子高さＤは、５ｎｍ以上２５ｎｍ以下に設定されることがより好ましい。
【００３６】
また、金属格子３の材質としては、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕなどの消衰係数が大きく屈折率の小さい材料を用いることが好ましい。特にＡｇを用いることにより、可視光帯域での透過損失を抑制しつつ安定した偏光特性を得ることができる。
【００３７】
図１や図６に示されるような微細な素子構造を作製する方法としては、様々な方法が考えられるが、例えば下記の方法で作製することができる。まず、基板（媒質１）上に誘電体格子２となる層、金属格子３となる層、および、誘電体格子４となる層を蒸着またはスパッタで成膜する。そして、その上にさらに金属マスク層およびフォトレジストを塗布する。干渉露光などの方法により、フォトレジストを露光、現像して所定の格子にパターニングした後、エッチングにより格子状の金属マスク層（金属格子層）を形成する。その後、金属格子層をマスクとして第２の誘電体格子層、金属格子層、第１の誘電体格子層の順にエッチングを行うことにより、３層の格子積層構造が形成される。金属マスク層の厚さを十分確保すれば、３層格子を同一のマスクでエッチングすることで作製を容易化することができる。格子間媒質は、蒸着や樹脂埋め込みなどの方法などを用いて充填される。または、入射側の基板（媒質）を接合する際に、接着部を格子間媒質として用いてもよい。また、ナノインプリント法を用いて格子間媒質を格子として形成し、蒸着などの方法を用いて誘電体格子および金属格子を形成した後にリフトオフを行うことで、３層の格子積層構造を形成する方法などがある。ただし本実施形態はこれらに限定されるものではなく、微細な周期構造の作製に適した他の方法を用いることができる。
【実施例１】
【００３８】
次に、本発明の実施例１における偏光素子について説明する。本実施例の偏光素子は、図１に示される偏光素子１００と同様に構成されているため、その詳細な説明については省略する。本実施例の偏光素子１００は、屈折率ｎｄ＝１．４８からなる媒質１（基板）上に、第１のＴｉＯ２（誘電体格子２）、Ａｇ格子（金属格子３）、および、第２のＴｉＯ２格子（誘電体格子４）の積層構造を有する。また各格子の間は、屈折率ｎｄ＝１．４８の格子間媒質５で充填され、その上に媒質６として基板と同一の材料が接合されている。媒質６および格子間媒質５は同一の材料を用いてもよい。
【００３９】
表１は、本実施例における偏光素子１００の各パラメータおよび条件式（１）、（２）、（４）の値を示している。格子周期Ｐを変化させることにより、ＴＥ偏光の最大反射率の波長が異なるＢ偏光素子（実施例１Ｂ）、Ｇ偏光素子（実施例１Ｇ）、Ｒ偏光素子（実施例１Ｒ）として機能させている。いずれの場合でも、条件式（１）、（２）、（４）をそれぞれ満たしている。例えば表１中の実施例１Ｂの偏光素子は、波長４６０ｎｍに最大反射率を有する偏光素子として機能する。このとき、条件式（１）の値は０．９９７であり、条件式（１）を満たしている。また、ｎＨ１−ｎｂ（ｎＨ２−ｎａと同一）は１．０であり、条件式（２）を満たしている。また、誘電体格子２、４の高さはそれぞれ１８０ｎｍであり、ｎＨ１・Ｈ１の値は４４６ｎｍとなり、条件式（４）を満たしている。なお、ｎＨ２・Ｈ２に関しても同様であるため、その説明は省略する。また、実施例１Ｇ、１Ｒも同様に各条件式を満たす。
【００４０】
図２（ａ）、（ｂ）は、本実施例のＢ偏光素子の分光反射率および透過率をそれぞれ示している。図９（ａ）、（ｂ）は、本実施例のＧ偏光素子の分光反射率および透過率をそれぞれ示している。図１０（ａ）、（ｂ）は、本実施例のＲ偏光素子の分光反射率および透過率をそれぞれ示している。各図において、縦軸、横軸、および、線種の違いは、図２と同一であるためそれらの説明は省略する。偏光素子１００に対する入射角度は７ｄｅｇである。本実施例の偏光素子１００は、波長４６０ｎｍ、５２５ｎｍ、６３０ｎｍを最大反射波長（＝設計波長λ）として半値幅（λｍａｘ−λｍｉｎ）が２０ｎｍ以下の帯域のＴＥ偏光のみを反射し、それ以外の光を透過させる。
【実施例２】
【００４１】
次に、本発明の実施例２における偏光素子について説明する。本実施例の偏光素子の概略構造は実施例１と同様であるため、その詳細な説明は省略する。ただし、実施例１の偏光素子が入射角度０ｄｅｇで動作するのに対し、本実施例の偏光素子は入射角度４５ｄｅｇ（入射媒質換算で２８．５ｄｅｇ）に対して動作するように構成されている。
【００４２】
表２は、本実施例の偏光素子の各パラメータおよび条件式（１）、（２）、（４）の値をそれぞれ示している。本実施例の偏光素子は、波長５２５ｎｍでＴＥ偏光の最大反射率が得られるように構成されている。このとき、条件式（１）は０．９７４であり、条件式（１）を満たしている。また、ｎＨ１−ｎｂ（ｎＨ２−ｎａと同一）は０．８５であり、条件式（２）を満たしている。誘電体格子２、４の格子高さＨ１、Ｈ２は、それぞれ２１５ｎｍであり、ｎＨ１・Ｈ１は５０１ｎｍとなり条件式（４）を満たしている。なお、ｎＨ２・Ｈ２の値も同一である。
【００４３】
図１１（ａ）、（ｂ）は、本実施例における偏光素子の分光反射率および透過率をそれぞれ示している。縦軸、横軸および線種の違いは、図２（ａ）、（ｂ）の場合とそれぞれ同一である。偏光素子に対する入射角度は、屈折率１．４８の媒質中で２７．７ｄｅｇである。本実施例の偏光素子は、波長５２５ｎｍを最大反射率として半値幅（λｍａｘ−λｍｉｎ）が１０ｎｍ以下の帯域のＴＥ偏光のみを反射し、それ以外の光を透過させる。
【実施例３】
【００４４】
次に、本発明の実施例３における偏光素子について説明する。本実施例の偏光素子は、図６と同様の概略構造を有するため、その詳細な説明は省略する。本実施例の偏光素子は、格子間媒質および媒質１１が空気であり、かつ、誘電体格子８（第１の誘電体格子）の格子高さＨ１と誘電体格子１０（第２の誘電体格子）の格子高さＨ２が異なっている。
【００４５】
表３は、本実施例における偏光素子のパラメータおよび条件式（１）、（２）、（４）の値を示している。本実施例の偏光素子は、波長４６０ｎｍにＴＥ偏光の最大反射率を有するように構成されている。このとき、条件式（１）の値は１．１０８であり、条件式（１）を満たしている。また、ｎＨ１−ｎｂの値は０．９６、ｎＨ２−ｎａの値は２．４８であり、条件式（２）を満たしている。また、第１の誘電体格子の格子高さＨ１は１９５ｎｍ、第２の誘電体格子の格子高さＨ２は６５ｎｍであり、ｎＨ・Ｈ１は４８４ｎｍ、ｎＨ・Ｈ２は１６１ｎｍとなり、少なくともｎＨ・Ｈ１は条件式（４）を満たしている。
【００４６】
図１２（ａ）、（ｂ）は、本実施例の偏光素子の分光反射率および透過率をそれぞれ示している。図１２（ａ）、（ｂ）において、縦軸、横軸および線種の違いは図２（ａ）、（ｂ）とそれぞれ同一であり、偏光素子に対する入射角度は０ｄｅｇである。本実施例の偏光素子は、波長４６０ｎｍをピークとして半値幅（λｍａｘ−λｍｉｎ）が１０ｎｍ以下の帯域のＴＥ偏光のみを反射し、それ以外の光を透過させる。
【実施例４】
【００４７】
次に、本発明の実施例４における光学装置（光源装置）について説明する。図１３は、本実施例における光源装置４００の概略構成図である。光源装置４００は、第１の光源２１（第１の発光部）、色選択性反射層２３、蛍光体２４、偏光分離層２６、および、第２の光源２７（第２の発光部）を備えて構成される。
【００４８】
まず、第１の光源２１から発せられた励起光２２は、第１の光源２１の波長の光を反射して蛍光体２４の発光波長の光を反射する特性を有する色選択性反射層２３により反射され、蛍光体２４に照明される。蛍光体２４は、励起光２２により励起され、励起光２２よりも波長の長い蛍光２５ｐ、２５ｓを発する。ここで、添え字ｐ、ｓは、互いに直交する偏光であることを表している。蛍光２５ｐ、２５ｓは、いずれも、その大部分が色選択性反射層２３および偏光分離層２６を透過し、出射側２９へ出射する。また光源装置４００において、第１の光源２１とは異なる波長を有する第２の光源２７が、第１の光源２１の反対側に配置される。第２の光源２７はレーザー光源であり、第２の光源２７から発せられる照明光２８は、偏光分離層２６によりその大部分が反射され、蛍光２５ｐ、２５ｓと光路合成されて出射側２９へ出射する。
【００４９】
本実施例の光源装置４００では、半値幅Δλ０の広帯域（ブロード）な波長分布を有する蛍光２５ｐ、２５ｓと、半値幅Δλ１の狭帯域な波長分布を有する照明光２８が偏光分離層２６により合成される。このとき、偏光分離層２６として実施例２の偏光素子を用いることにより、光路合成時の効率を高めることができる。その結果、例えば液晶プロジェクタ用の光源として用いる際には、表示画像の輝度をより高めることが可能である。
【００５０】
図１４は、蛍光体２４からの蛍光２５ｐ、２５ｓの波長分布、第１の光源２１から発せられる励起光２２、および、第２の光源２７から発せられる照明光２８の波長分布をそれぞれ示している。なお、縦軸の強度は最大値で規格化されている。図１４において、点線は蛍光体２４の発光波長分布、破線は第１の光源２１の発光波長分布、実線は第２の光源２７の発光波長分布である。第１の光源２１および第２の光源２７としては、レーザー光源が用いられており、狭い波長帯域を有する。このとき、蛍光体２４のピーク波長λ０は５５０ｎｍ、半値幅Δλ０は約１００ｎｍである。また、第２の光源２１のピーク波長λ１は５３０ｎｍ、半値幅Δλ１は約５ｎｍである。２つの光の波長分布は、その帯域幅は大きく異なるものの、重複している上、一方は自然光であるため、通常の光路合成方法では損失が大きい。ここで、比較例１として偏光分離層２６の代わりにダイクロ膜で合成する場合、比較例２として広帯域な帯域特性を持つ偏光分離素子で合成する場合について考える。
【００５１】
まず比較例１としてのダイクロ膜による光路合成の場合、レーザー光を基準波長として長波長側または短波長側の光のいずれか一方を透過し、他方を反射することしかできない。このため、蛍光体側の光の利用効率が低下する。蛍光体側の光の利用効率を高めるには、ダイクロ膜の透過特性を高めればよい。ただしその場合、レーザー光の利用効率が低下する。
【００５２】
また、比較例２としての広帯域な偏光分離素子による光路合成の場合、レーザー光は一般的に直線偏光であるため、レーザー光の直線偏光の振動方向と偏光分離素子の偏光分離特性を合わせることで効率的に反射することができる。例えば、一般的なワイヤグリッド偏光子であれば、グリッドの長手方向と偏光方向とが互いに平行になるように配置すればよい。しかし、蛍光体からの光については、一方の偏光、例えば前述の配置の場合には蛍光２５ｐは高い効率で透過するが、それと直交する蛍光２５ｓは反射してしまう。このため、蛍光体からの光の利用効率が低下する。この場合でも、偏光分離特性を下げることにより（蛍光２５ｓの反射率を下げて透過率を上げることにより）、蛍光体側の光の利用効率を向上させることができるが、その分だけレーザー光の利用効率が低下する。
【００５３】
一方、本実施例の構成によれば、最小限の損失で光路合成を行うことができる。まず、蛍光２５ｐ、２５ｓが偏光分離層２６を透過する際、図１１（ｂ）に示される透過率特性から、蛍光２５ｓのうち一部の波長帯域のみ反射される。しかし、それ以外の帯域の光は平均で９０％以上透過し、かつ蛍光２５ｐは全ての帯域で平均９５％以上が透過する。また、第２の光源２７からの照明光２８は直線偏光であり、その発光波長λ１と偏光分離層２６のＴＥ反射率ピークの波長が略一致するように配置される。すなわち、偏光分離素子のＴＥ偏光の高反射率帯域、具体的には反射率５０％以上の帯域の最小波長をλｍｉｎ、最大波長をλｍａｘとするとき、λｍｉｎ＜λ１＜λｍａｘが成立するように構成されている。このため、照明光２８の９０％以上が反射される。その結果、蛍光体２４からの蛍光と、第２の光源２７からの光の９０％以上を利用することができる。このように、本実施形態の偏光素子を用いることにより、光路合成時の損失による利用効率低下を抑制することが可能となる。
【００５４】
本実施例の光源装置４００をプロジェクタの光源として用いることにより、レーザー光と蛍光体からの光を効率的に合成して輝度の高い画像を表示することができる。また、レーザー光のみを用いた場合に比べて緑色帯域を拡大することにより、白を表示する際に必要となる赤色、青色の光強度を抑えることができる。このため、各色に必要なレーザー個数や強度のバランスを取りやすくなる。また、色味を優先する場合にはレーザー光源を用い、輝度を優先する場合には蛍光体や他の広帯域光源を用いるなどの制御を行うことにより、光利用効率を低下させることなく、色味、輝度の優先度を選択できるなどの効果が得られる。
【００５５】
なお、光源装置４００は本実施例の一例であり、緑色帯域の蛍光体とレーザー光の光路合成のみに限定されるものではでない。例えば、第１の光源２１および色選択性反射層に代えて、蛍光体２４としてＬＥＤや水銀ランプなどの光源を用いてもよい。また、第２の光源２７からの光が５３０ｎｍ以外の波長、例えば４６０ｎｍ近傍の青色光源や６４０ｎｍ近傍の赤色光源に対しても、本実施形態の偏光素子を用いて同様に利用可能である。また、光路合成の入射角度も４５ｄｅｇ以外であってもよく、構成に合わせて様々な素子構成を採用することができる。
【００５６】
本実施例の光源装置（光学装置）では、発光部（第１の発光部または第２の発行物）および偏光素子１００を有する。好ましくは、発光部からの光の波長帯域の半値幅は２０ｎｍ以下であり、偏光素子１００は、発光部からの光の５０％以上を反射するように配置されている。
【００５７】
また本実施例の光源装置では、中心波長λ０および半値幅Δλ０で発光する第１の発光部と、中心波長λ１および半値幅Δλ１で発光する第２の発光部とを有する。偏光素子１００は、第１の発光部からの光の５０％以上を透過し、第２の発光部からの光の５０％以上を反射し、かつ光の反射方向は第１の発光部からの光の透過方向と一致するように構成されている。また、第２の発光部からの光の５０％以上を反射する波長帯域の最小値をλｍｉｎ、波長帯域の最大値をλｍａｘとするとき、以下の条件式（６）、（７）を満たすことが好ましい。
【００５８】
Δλ０＞Δλ１  …（６）
λｍｉｎ＜λ１＜λｍａｘ  …（７）
より好ましくは、第１の発光部は蛍光体または固体発光素子を有し、第２の発光部はレーザー光源を有する。
【実施例５】
【００５９】
次に、本発明の実施例５における撮像装置について説明する。図１５は、本実施例における撮像装置５００の概略構成図である。撮像装置５００は、被写体光３１と画像表示素子４３からの画像光４４とを重ね合わせて表示するように構成されている。まず被写体光３１は、撮影光学系３２を介して撮像素子３４へ導かれる。同時に被写体光３１は、ハーフミラー３３（または、可動ミラー）により反射され、ピント板３５に結像する。その後、ペンタプリズム３６、偏光素子３７、および、プリズム３８、反射面３９、および、プリズム４０を通り、接眼光学系４１を介して接眼部５０に導かれる（光学ファインダ）。このように光学ファインダは、撮像素子３４を介さずに光学的に被写体像を観察可能に表示する。
【００６０】
一方、撮像素子３４により得られた画像信号は、画像表示素子４３へ送られる。画像表示素子４３は、得られた画像信号に応じて光源４２からの光を変調して画像光４４として透過させる。画像光４４は、光学系４５を透過した後、エアギャップの設けられた反射面３９に所定の角度で入射することにより全反射する。さらに、偏光素子３７により再度反射されることにより、被写体光３１と同一の光路へ合成され、接眼部５０にて結像するように導かれる（電子ビューファインダ）。このように電子ビューファインダは、光源４２および画像表示素子４３を備え、撮像素子３４を介して得られた画像を観察可能に表示する。接眼光学系４１および接眼部５０（接眼手段）は、光学ファインダおよび電子ビューファインダに共通して用いられる。
【００６１】
本実施例の偏光素子３７は、光学ファインダからの光と電子ビューファインダからの光とを合成して接眼光学系４１および接眼部５０（接眼手段）へ出射する光路合成手段である。偏光素子３７は、光学ファインダからの光を透過し、かつ電子ビューファインダからの光を、光学ファインダからの光の透過方向へ反射するように配置されている。
【００６２】
本実施例の撮像装置５００は、画像表示素子４３の照明として狭帯域な発光特性を有する光源４２を用いる。また、偏光素子３７に少なくとも１つの帯域（緑色帯域が望ましい）に対応する本実施形態の偏光素子を用いて被写体光３１を透過し画像光４４を反射することにより、２つの光路を合成する。赤色、緑色、青色の全てを本実施形態の偏光素子で合成する場合、帯域ごとに偏光素子を３枚積層すればよい。それ以外にも、緑色帯域のみ本実施形態の偏光素子を用い、赤色または青色はダイクロイック膜による反射合成を利用してもよい。このような構成により、被写体光３１の光量と画像光４４の光量の低減を最小限に抑制し、両方の像を明るく保持することができる。
【００６３】
一般的に、自然光である被写体光と、画像表示素子４３から発せられる画像光（液晶素子などを用いた場合には偏光している）を合成する方法として、偏光または非偏光ビームスプリッタを用いて合成する方法がある。しかし、偏光または非偏光ビームスプリッタを用いると、被写体光の５０％が損失となる。分離特性を制御して被写体光の透過率を増やす方法もあるが、その場合、画像光の損失が増大する。例えば、ＴＥ偏光の５０％を反射してＴＭ偏光を１００％透過する偏光ビームスプリッタの場合、被写体光の利用効率は７５％となる一方、画像光の利用効率が５０％に低下する。また、薄膜型の偏光ビームスプリッタの場合、入射角度を略４５ｄｅｇに設定する必要があり、プリズム３８、４０の大きさが増大する。一方、ワイヤグリッド偏光分離素子を用いた場合、吸収により光の２０〜３０％が失われる。このような課題に対して、本実施例の撮像装置５００では、被写体光および画像光ともに７５％以上の利用効率を実現可能であり、通常の薄膜型偏光ビームスプリッタを用いた場合よりもコンパクトな構成にすることができる。
【００６４】
表４は、本実施例の撮像装置５００に用いられる偏光素子３７のパラメータおよび条件式（１）、（２）、（４）の値を示している。本実施例の偏光素子３７は、波長４６０ｎｍ、５２５ｎｍ、６３０ｎｍにＴＥ反射率ピークを有する偏光分離素子として動作する。また表４より、条件式（１）、（２）、（４）は満たされている。
【００６５】
図１６（ａ）、（ｂ）は、波長４６０ｎｍにＴＥ反射率ピークを有する偏光素子の分光反射率および透過率をそれぞれ示す。図１７（ａ）、（ｂ）は、波長５２５ｎｍにＴＥ反射率ピークを有する偏光素子の分光反射率および透過率をそれぞれ示す。図１８（ａ）、（ｂ）は、波長６３０ｎｍにＴＥ反射率ピークを有する偏光素子の分光反射率および透過率をそれぞれ示す。各図において、縦軸、横軸および線種の違いは、図２と同一であり、偏光素子３７に対する入射角度は７ｄｅｇである。
【００６６】
本実施例の偏光素子３７は、実施例１の偏光素子に比べて、反射率のバンド幅が若干広がっているが、その分だけＴＭ偏光の透過損失が改善されている。また、ピーク反射率は８０％以上であり、光源４２の波長と設計波長を合わせることで、画像光の利用効率８０％を確保することができる。
【００６７】
図１９は、本実施例の各偏光素子（３枚の偏光素子）の全てを重ね合わせた場合の積算透過率（ＴＥ、ＴＭ平均値）であり、二重線で示される（左軸）。また、画像表示素子４３の照明光として用いられる波長のスペクトルを、重ねて、破線、実線、および、点線で示す（右軸）。破線は、青表示用の波長（４６０ｎｍ）、実線は緑表示用の波長（５２５ｎｍ）、点線は赤表示用の波長（６３０ｎｍ）を中心波長とするレーザー光の場合をそれぞれ示している。各レーザー光の中心波長λｉに対して、図１６（ａ）、図１７（ａ）、および、図１８（ａ）に示される反射特性の半値幅λｍａｘとλｍｉｎの範囲内（λｍｉｎ＜λｉ＜λｍａｘ）に収まるように設計されている。なお、中心波長λｉは、光源からの光のうち赤色帯域、緑色帯域、青色帯域のいずれかの帯域における最大強度の波長である。またこのとき、積算透過率は可視域全域で平均７６．８％を示し、被写体光の利用効率として約７６％が得られる。
【００６８】
本実施例において、３枚の偏光素子を用いて画像光からの３色の光を偏光分離するように構成されている。このような構成としては、例えば、基板の両面やプリズム面に帯域の異なる偏光素子を形成するか、または、基板を挟んで積層する方法などがある。また、赤色または青色帯域の光路合成にダイクロイック膜などの色選択性反射膜を用い、緑色帯域のみに本発明の偏光素子を用いる方法でもよい。また、偏光素子３７の格子周期の方向は、光源４２および画像表示素子４３から発せられる偏光方向に合わせて配置すればよいが、角度依存性を軽減するためには図１５上のｙ方向と垂直となるように配置する事が好ましい。
【００６９】
図１５において、画像表示素子４３として透過型液晶表示素子などを用いることができるが、反射型の液晶表示素子やＤＭＤなどの空間変調素子を用いてもよい。特に、画像表示素子４３として２次元走査型ＭＥＭＳなどの光変調素子を用い、光源４２としてレーザー光源を用いてもよい。
【００７０】
各実施例によれば、狭波長帯域の偏光特性を有する偏光素子、光学装置、光源装置、および、撮像装置を提供することができる。
【００７１】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００７２】
【表１】
2015094872.tif 000003
【００７３】
【表２】
2015094872.tif 000004
【００７４】
【表３】
2015094872.tif 000005
【００７５】
【表４】
2015094872.tif 000006
【符号の説明】
【００７６】
１  媒質（基板）
２  誘電体格子（第１の誘電体格子）
３  金属格子
４  誘電体格子（第２の誘電体格子）
５  媒質（格子間媒質）
６  媒質（入射媒質）
【図１】
2015094872.tif 000007
【図１５】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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