(57)【要約】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。
2014162621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。【０００４】
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。【０００５】
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。【０００６】
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。【０００７】
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。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−３４１４５３号公報
【特許文献２】特開２０１１−１８０５８１号公報
【特許文献３】ＷＯ２００４／００８１９６号
【特許文献４】特開２００７−２６３５９３号公報
【特許文献５】特開２００５−２７９７６１号公報
【特許文献６】特開２００１−３５６４７１号公報
【０００９】
【非特許文献１】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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
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。【００１１】
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。【００１２】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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。【００１４】
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。【００１５】
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。【００１６】
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。【００１７】
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。【００１８】
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。【００１９】
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。【００２０】
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。【００２１】
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。【００２２】
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。
【発明の効果】
【００２３】
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。【００２４】
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。【００２５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】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２】サブ波長構造を説明するための概略断面図である。
【図３Ａ】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。
【図３Ｂ】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。
【図３Ｃ】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。
【図４】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５】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６】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。
【図７】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。
【図８】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９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】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。
【図１３】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。
【図１４】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。
【図１５】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。
【図１６】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。
【図１７】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。
【図１８】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。
【図１９】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。
【図２０】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。
【図２１】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】図２１のＤ−Ｄ’位置での概念的な断面図である。
【図２３】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。
【図２４】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。
【図２５】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】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２７】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２８】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。
【図２９】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３０】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。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
ｎTE＝｛ｎ12×ｆ ＋ ｎ22×（１−ｆ）｝1/2  ・・・（１）
ｎTM＝｛ｎ1-2×ｆ ＋ ｎ2-2×（１−ｆ）｝-1/2  ・・・（２）
δ＝（ｎTE−ｎTM）×ｄ  ・・・（３）
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
（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。
【００７９】
（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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
（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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
（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。
【００８９】
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。
【００９０】
（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。
【００９１】
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。
【００９２】
（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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
（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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
（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。
【０１１３】
（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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
（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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
（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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
（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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
（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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
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。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
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。
【０１７９】
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。
【０１８０】
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。
【０１８１】
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。
【０１８２】
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。
【０１８３】
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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
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。
【０１８６】
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。
【０１８７】
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。
【０１８８】
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。
【０１８９】
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。
【０１９０】
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。
【０１９１】
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。
【０１９２】
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。
【０１９３】
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。
【０１９４】
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。
【０１９５】
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。
【０１９６】
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。
【０１９７】
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。
【０１９８】
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。
【０１９９】
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。
【０２００】
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。
【０２０１】
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。
【０２０２】
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。
【０２０３】
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。
【０２０４】
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。
【０２０５】
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。
【０２０６】
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。
【０２０７】
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。
【０２０８】
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。
【０２０９】
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。
【０２１０】
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。
【０２１１】
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。
【０２１２】
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。
【０２１３】
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。
【０２１４】
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。
【０２１５】
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。
【０２１６】
（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
【０２１７】
（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
【０２１８】
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。
【０２１９】
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。
【０２２０】
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。
【０２２１】
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。
【０２２２】
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。
【０２２３】
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。
【０２２４】
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。
【０２２５】
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。
【０２２６】
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。
【０２２７】
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。
【０２２８】
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。
【０２２９】
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。
【０２３０】
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。
【０２３１】
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。
【０２３２】
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。
【０２３３】
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。
【０２３４】
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。
【０２３５】
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。
【０２３６】
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。
【０２３７】
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。
【０２３８】
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。
【０２３９】
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。
【０２４０】
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。
【０２４１】
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。
【０２４２】
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。
【０２４３】
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。
【０２４４】
（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。
【０２４５】
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。
【０２４６】
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。
【０２４７】
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。
【０２４８】
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。
【０２４９】
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。
【０２５０】
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。
【０２５１】
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。
【０２５２】
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。
【符号の説明】
【０２５３】
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
【図１】
2014162621.tif 000003
【図２】
2014162621.tif 000004
【図３Ａ】
2014162621.tif 000005
【図３Ｂ】
2014162621.tif 000006
【図３Ｃ】
2014162621.tif 000007
【図４】
2014162621.tif 000008
【図５】
2014162621.tif 000009
【図６】
2014162621.tif 000010
【図７】
2014162621.tif 000011
【図８】
2014162621.tif 000012
【図９】
2014162621.tif 000013
【図１０】
2014162621.tif 000014
【図１１】
2014162621.tif 000015
【図１２】
2014162621.tif 000016
【図１３】
2014162621.tif 000017
【図１４】
2014162621.tif 000018
【図１５】
2014162621.tif 000019
【図１６】
2014162621.tif 000020
【図１７】
2014162621.tif 000021
【図１８】
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【図１９】
2014162621.tif 000023
【図２０】
2014162621.tif 000024
【図２１】
2014162621.tif 000025
【図２２】
2014162621.tif 000026
【図２３】
2014162621.tif 000027
【図２４】
2014162621.tif 000028
【図２５】
2014162621.tif 000029
【図２６】
2014162621.tif 000030
【図２７】
2014162621.tif 000031
【図２８】
2014162621.tif 000032
【図２９】
2014162621.tif 000033
【図３０】
2014162621.tif 000034
【手続補正書】
【提出日】平成26年4月16日(2014.4.16)
【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】
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おり、かつ、前記凹凸繰返し方向領域サイズ及び平均位相差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おり、
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って前記凹凸繰返し方向領域サイズ及び平均位相差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ことを特徴とする偏光解消素子。
【請求項２】
（削除）
【請求項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に記載の偏光解消素子。
【請求項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又は３に記載の偏光解消素子。
【請求項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、３及び４のいずれか一項に記載の偏光解消素子。
【請求項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及び３から５のいずれか一項に記載の偏光解消素子。
【請求項７】
請求項１及び３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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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及び３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。
【請求項１１】
請求項１及び３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。
【請求項１２】
請求項１及び３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。
【手続補正書】
【提出日】平成28年11月8日(2016.11.8)
【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】
基材の表層部に構造性複屈折をもち互いに領域サイズが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、
前記各サブ波長構造領域は、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り、前記凹凸繰返し方向領域サイズ及び平均位相差が互いに異なっており、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ことを特徴とする偏光解消素子。
【請求項２】
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に記載の偏光解消素子。
【請求項３】
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又は２のいずれか一項に記載の偏光解消素子。
【請求項４】
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３のいずれか一項に記載の偏光解消素子。
【請求項５】
請求項１から４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。
【請求項６】
請求項５に記載の偏光解消装置と、
請求項５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。
【請求項７】
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６に記載の偏光解消装置。
【請求項８】
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４のいずれか一項に記載の偏光解消素子又は請求項５から７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。
【請求項９】
請求項１から４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８に記載の光学機器。
【請求項１０】
請求項１から４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８に記載の光学機器。
【国際調査報告】
2014162621.tif 000035
2014162621.tif 000036
2014162621.tif 000037
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