(57)【要約】【課題】高い透過率と所望の位相差を両立させ得る新規な光学素子とこの光学素子を実現する。【解決手段】屈折率：Ｎを有する透明基板１０上に、透明基板よりも大きな屈折率：ｎを有するサブ波長構造層１２を有し、サブ波長構造層１２に、１次元格子状の微細凹凸構造が、使用波長より小さいサブ波長周期で形成され、微細凹凸構造における屈折率：ｎが、微細凹凸構造における凸部の高さ方向の位置：ｈが小さくなるにつれ、連続的もしくは段階的に、屈折率：Ｎに近づくように変化している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率：Ｎを有する透明基板上に、上記透明基板よりも大きな屈折率：ｎを有するサブ波長構造層を有し、
上記サブ波長構造層に、１次元格子状の微細凹凸構造が、使用波長より小さいサブ波長周期で形成され、
上記微細凹凸構造における屈折率：ｎが、上記微細凹凸構造における凸部の高さ方向の位置：ｈが小さくなるにつれ、連続的もしくは段階的に、屈折率：Ｎに近づくように変化していることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
請求項１記載の光学素子において、
微細凹凸構造における屈折率：ｎが、上記微細凹凸構造における凸部の高さ方向の中間部から上記高さ方向の両端部へ向かって、連続的もしくは段階的に小さくなることを特徴とする光学素子。
【請求項３】
請求項１または２記載の光学素子において、
サブ波長構造層に形成された１次元格子状の微細凹凸構造の周期方向における断面形状が、凸部の幅が上記凸部の高さ方向に変化する形状であることを特徴とする光学素子。
【請求項４】
請求項３記載の光学素子において、
サブ波長構造層に形成された１次元格子状の微細凹凸構造の周期方向における断面形状が、台形形状もしくは三角形形状、もしくは高さ方向中間部から高さ方向の両端部側へ凸部の幅が漸減する形状であることを特徴とする光学素子。
【請求項５】
請求項１〜４の任意の１に記載の光学素子であって、
波長板としての光学機能を有することを特徴とする光学素子。
【請求項６】
請求項１〜４の任意の１に記載の光学素子であって、
サブ波長構造層の微細凹凸構造による周期構造が、透明基板表面の平坦部分を介して、上記微細凹凸構造の凹凸配列方向へ周期的に配列し、偏光選択性の回折格子を構成していることを特徴とする光学素子。
【請求項７】
請求項１〜４の任意の１に記載の光学素子であって、
偏光ビームスプリッタとしての光学機能を有することを特徴とする光学素子。
【請求項８】
請求項１〜７の任意の１に記載の光学素子において、
微細凹凸構造を形成されるサブ波長構造層が、低屈折率材料と高屈折率材料との混合により形成され、その厚さ方向における混合比の変化により、屈折率が上記厚さ方向に変化していることを特徴とする光学素子。
【請求項９】
請求項１〜８の任意の１に記載の光学素子を有する光学装置。
【請求項１０】
請求項９記載の光学装置において、
光源からの光束を液晶表示素子に導光し、この液晶表示素子の表示画像を投射レンズで表示面上に投射するプロジェクタ装置として構成され、
上記光源と上記投射レンズとの間の光路上に、請求項１〜８の任意の１に記載の光学素子が配置されたことを特徴とする光学装置。
【請求項１１】
請求項９記載の光学装置において、
光源からの光束を光記録媒体に、対物レンズを介して集光照射して情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置として構成され、
上記光源と上記対物レンズとの間の光路上に、請求項１〜８の任意の１に記載の光学素子が配置されたことを特徴とする光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
使用波長の光の波長よりも短い周期（サブ波長周期）の微細凹凸構造を持つ波長板として「透明基板表面に格子パターンが形成されたもの」が知られている。このような波長板は、格子パターンに基づく光学異方性（構造複屈折）を示し、互いに偏光面の直交する２つの直線偏光に対して位相差を生じさせることができる。
【０００２】
波長板における重要な特性として「透過率と位相差」がある。波長板は、互いに偏光面の直交する２つの直線偏光に対して所望の位相差を生じさせるのみならず「高い透過率」を有することが望ましい。  
上記位相差は「透明基板材料の屈折率」やサブ波長周期をもつ「格子パターン（微細凹凸構造）の溝深さ」等の関数であり、透明基板材料の屈折率が大きいほど、また格子パターンの溝が深いほど大きな位相差を生じさせることができる。  
しかしながら「大きな溝深さのサブ波長構造を持つ格子パターン」を成形等で製作することは必ずしも容易でない。
【０００３】
そこで「透明基板屈折率に比べて十分大きい屈折率を有する媒質」を透明基板に形成された格子パターンに充填して、透明基板屈折率に比べて十分大きい屈折率を有する媒質により「透明基板に形成された格子パターンと等しい周期の格子パターン」を形成して「より大きな位相差」を生じさせるようにしたものが特許文献１に開示されている。この位相板では「大きい位相差」を実現できるが、透明基板屈折率に比べて十分大きい屈折率を有する媒質を透明基板上に有するため「波長板に光が入射する際に高屈折率媒質の表面で反射される光量」が多くなり透過率の低下を招来する。
【０００４】
このような透過率の低下に対処する方法として、透明基板の格子パターンを充填する高屈折率媒質の上に更に、高屈折率媒質よりも低い屈折率を有する低屈折率膜をさらに形成するものが提案されている（特許文献２）。
【０００５】
この方法では、光は空気側から低屈折率膜に入射するので、空気と低屈折膜との境界面での反射を低く抑えることができ、また低屈折率膜と高屈折率媒質との境界面での反射も低く抑えることができる。しかし、高屈折率媒質と透明基板との屈折率差は依然として大きいので、高屈折媒質と透明基板との境界面での反射は低減されない。
【０００６】
【特許文献１】特公平７−９９４０２号公報
【特許文献２】特開２００５−０９９０９９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、高い透過率と所望の位相差を両立させ得る新規な光学素子とこの光学素子を用いる光学装置の実現を課題とする。  
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の光学素子は、透明基板上にサブ波長構造層を有し、サブ波長構造層に微細凹凸構造が形成された構成である。  
「透明基板」は、屈折率：Ｎを有する。  
「サブ波長構造層」は、透明基板の屈折率：Ｎよりも大きな屈折率：ｎを有する。  
「微細凹凸構造」は、サブ波長構造層に形成されるが、１次元格子状であって格子周期は「使用波長より小さいサブ波長周期」である。「１次元格子状」とは、微細な凹凸が１方向に繰り返され、繰り返し方向を周期方向とするとき、周期方向を含み透明基板表面に直交する仮想的な断面上における凹凸の断面形状が、この断面に直交する方向において均一であるような状態を言う。  
請求項１記載の光学素子は以下の点を特徴とする。  
即ち、微細凹凸構造における屈折率：ｎが、微細凹凸構造における凸部の高さ方向の位置：ｈが小さくなるにつれ（換言すれば、凹部の深さが深くなるにつれ）、連続的もしくは段階的に、屈折率：Ｎに近づくように変化している。
【０００９】
微細凹凸構造において凹部の底から、凸部の高さ方向に向かって位置座標：ｈを設定すると、位置座標：ｈは上記底部において０であり、凸部の先端において、凸部の高さ：Ｈとなり「０≦ｈ≦Ｈ」であるが、微細凹凸構造における屈折率：ｎが、上記位置：ｈの関数：ｎ(ｈ)であり、ｎ(ｈ)は、ｈが０に近づくにつれて透明基板の屈折率：Ｎに近づくのである。その際の「近づき方」は連続的でも段階的でもよく、位置：ｈの「ある範囲」では連続的、別の範囲では段階的であってもよい。
【００１０】
上記の如く、請求項１記載の」光学素子では、微細凹凸構造における屈折率：ｎ(ｈ)は、位置：ｈが０に近づくにつれて透明基板の屈折率：Ｎに近づくのであるが、このことは、必ずしも、ｎ(ｈ)が「ｈ＝Ｈで最大」であること（屈折率：ｎ(ｈ)が凸部の先端位置：ｈ＝Ｈから、ｈの減少に伴い単調に減少する。）を意味しない。
【００１１】
即ち、屈折率：ｎ(ｈ)の変化は、微細凹凸構造における「凸部の高さ方向の中間部」から高さ方向の両端部（凸部の先端および底部）へ向かって、連続的もしくは段階的に小さくなることができる（請求項２）。  
微細凹凸構造における周期方向における断面形状（前述の「周期方向を含み透明基板表面に直交する仮想的な断面上における凹凸の断面形状」）は、周期方向において、矩形波形状、即ち「周期方向における凸部の幅が、高さ：ｈにより変化しない形状」であることができるが、これに限らず、上記断面形状において「凸部の幅が、凸部の高さ方向に変化する形状」であることができる（請求項３）。即ち、凸部の幅をＷとした場合に、幅：Ｗが高さ方向の位置：ｈにより変化する形状であることができる。
【００１２】
この請求項３記載の光学素子の「サブ波長構造層に形成された１次元格子状の微細凹凸構造の周期方向における断面形状」は台形形状もしくは三角形形状、もしくは「高さ方向中間部から高さ方向の両端部側へ凸部の幅が漸減する形状」であることができる（請求項４）。
【００１３】
請求項１〜４の任意の１に記載の光学素子は「波長板としての光学機能を有する」ものとして構成することもできるし（請求項５）、「サブ波長構造層の微細凹凸構造による周期構造が、透明基板表面の平坦部分を介して、微細凹凸構造の凹凸配列方向へ周期的に配列し、偏光選択性の回折格子を構成している構成」であることもでき（請求項６）、さらには「偏光ビームスプリッタとしての光学機能を有する」ものとして構成することもできる（請求項７）。
【００１４】
請求項１〜７の任意の１に記載の光学素子の「微細凹凸構造を形成されるサブ波長構造層」は、低屈折率材料と高屈折率材料との混合により形成され、厚さ方向における混合比の変化により、屈折率が厚さ方向に変化しているものであることができる（請求項８）。
【００１５】
請求項９記載の光学装置は請求項１〜８の任意の１に記載の光学素子を有する光学装置である。この光学装置は「光源からの光束を液晶表示素子に導光し、この液晶表示素子の表示画像を投射レンズで表示面上に投射するプロジェクタ装置」として構成され、光源と投射レンズとの間の光路上に、請求項１〜８の任意の１に記載の光学素子が配置されたものであることができ（請求項１０）、また「光源からの光束を光記録媒体に、対物レンズを介して集光照射して情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置」として構成され、光源と対物レンズとの間の光路上に、請求項１〜８の任意の１に記載の光学素子が配置されたものであることもできる（請求項１１）。
【００１６】
ここで、サブ波長周期を持つ１次元格子状の微細凹凸構造による構造複屈折につき簡単に説明する。  
図２（ａ）は「１次元格子状の微細凹凸構造」を模式的に示している。この図では微細凹凸構造の断面形状は矩形波形状、即ち、凸部の断面形状が長方形形状である。
【００１７】
微細凹凸構造のピッチ：Ｐは、図に示すように、１対をなす「ランドとスペース」のランドの幅（以下、図示の如く「ランド幅」という。）：ａとスペースの幅（以下、図示の如く「スペース幅」という。）：ｂの和：（ａ＋ｂ）である。また、スペース底部に対するランドの高さを「溝深さ：Ｈ」とする。
【００１８】
このとき、「ａ／Ｐ」で定義される量を「フィリングファクタ」、「Ｈ／ａ」で定義される量を「アスペクト比」と呼ぶ。「フィリングファクタが大きい」ことは、ピッチ：Ｐに占めるランド幅：ａが大きい（スペース幅：ｂが小さい）ことを意味する。また「アスペクト比が大きい」ほど、ランド幅：ａに対する溝深さ：Ｈが大きい。アスペクト比は、微細凹凸構造形成の容易さの観点から小さいほどよく、具体的には「１０よりも小さい」こと、より好ましくは「５程度以下」が良い。
【００１９】
微細凹凸構造のピッチ：Ｐがサブ波長オーダであると、ピッチ：Ｐよりも大きい波長の光は回折せず「０次光」としてそのまま透過し（このときの透過率を「０次透過率」と呼ぶ。）が、入射光に対して複屈折性を示す。
【００２０】
即ち、図１（ｂ）に示すように、微細凹凸構造へ「空気領域から入射」する入射光において、微細凹凸構造の周期方向（図の左右方向）に平行に振動する偏光成分：ＴＭ、ランド長手方向（図面に直交する方向）に平行に振動する偏光成分ＴＥに対し、微細凹凸構造は「屈折率が異なる媒質」のように作用する。
【００２１】
微細凹凸構造の部分における有効屈折率を、偏光成分：ＴＭにつきｎ(ＴＭ)、偏光成分：ＴＥについてｎ(ＴＥ)とすると、これら有効屈折率は、微細凹凸構造が形成された材料の屈折率：ｎ、微細凹凸構造のフィリングファクタ：ｆを用いて以下のように表される。
【００２２】
ｎ(ＴＥ)＝√｛ｆｎ２＋(１−ｆ)｝                        （１）
ｎ(ＴＭ)＝√［ｎ２／｛ｆ＋(１−ｆ)ｎ２｝］              （２）
上記式（１）、（２）とも、変数：ｎ、ｆについて単調増加関数である。
【００２３】
このように、偏光成分：ＴＥ、ＴＭに対する屈折率が異なるため、透過光における偏光成分：ＴＭに対し、偏光成分：ＴＥは、図１（ｂ）に示すように位相が「δ」だけ遅れることになる。
【００２４】
即ち、溝深さ：Ｈを用いると、微細凹凸構造の「光学的厚さ」は、偏光成分：ＴＭに対して「Ｈ・ｎ（ＴＭ）」、偏光成分：ＴＥに対して「Ｈ・ｎ（ＴＥ）」であるので、これら光学的厚さの差：Ｈ｛ｎ（ＴＥ）−ｎ（ＴＭ）｝に応じて「位相遅れ：δ」が生ずる。この「位相遅れ：δ」が「リタデーション」である。  
光学的厚さの差：Ｈ｛ｎ（ＴＥ）−ｎ（ＴＭ）｝をΔとし、波長をλとすると、δ＝２πΔ／λであるが、微細凹凸構造においては「波長：λの広い領域にわたって、略一定のリタデーション」が得られる。
【００２５】
ｎ(ＴＥ)、ｎ(ＴＭ)は、上記屈折率：ｎと、フィリングファクタ：ｆにより決定され、リタデーション：δは、屈折率：ｎ、フィリングファクタ：ｆ、溝深さ：Ｈにより定まるから、結局、リタデーションは材料（ｎが定まる。）と微細凹凸構造の形態（フィリングファクタ：ｆと溝深さ：Ｈが定まる。）を調整することにより所望のものを得ることができる。
【００２６】
リタデーション：δを調整することにより、偏光成分：ＴＭ、ＴＥに対する位相差を例えば「πやπ／２」に設定でき、１／２波長板、１／４波長板等の「各種位相板」を実現できる。
【００２７】
上に説明した例では、微細凹凸構造の凸部の断面形状が長方形形状であって、ランド幅：ａ、スペース幅：ｂが一義的であり、フィリングファクタ：ｆも一義的に定まる。また、材質の屈折率も一定である。  
ここで、図２（ｃ）のように、微細凹凸構造の凹凸の底部から凸部の高さ方向へ位置座標：ｈを設定し、この位置座標：ｈにおける屈折率をｎ(ｈ)とし、屈折率が位置：ｈに応じて変化するものとすると、上記式（１）、（２）における屈折率はｎ(ｈ)で置き換える必要があり、このときの、屈折率：ｎ(ＴＥ)、ｎ(ＴＭ)は、式（１）、（２）の右辺を、屈折率：ｎ(ｈ)について平均化したものになる。
【００２８】
即ち、平均化された屈折率ｎＡ(ＴＥ)、ｎＡ(ＴＭ)は、
ｎＡ(ＴＥ)＝∫[√｛ｆｎ(ｈ)２＋(１−ｆ)｝]ｄｈ／Ｈ                  （１Ａ）
ｎＡ(ＴＭ)＝∫[√［ｎ(ｈ)２／｛ｆ＋(１−ｆ)ｎ(ｈ)２｝］]ｄｈ／Ｈ    （２Ａ）
となる。
【００２９】
また、図２（ｄ）に示す微細凹凸構造のように、断面形状が「台形形状の周期的配列」である場合、ピッチ：Ｐは一義的であるが、凸部の幅は溝深さに応じて異なり、溝深さ：ｈ１の部分では幅：ａ１でフィリングファクタ：ｆ１＝ａ１／Ｐであるが、溝深さ：ｈ２の部分では幅：ａ２でフィリングファクタ：ｆ２＝ａ２／Ｐとなって、フィリングファクタが溝の深さ方向に変化する。
【００３０】
このため、式（１）、（２）で与えられる屈折率：ｎ(ＴＥ)、ｎ(ＴＭ)は「フィリングファクタの変化に応じて変化」する。換言すれば、屈折率：ｎ(ＴＥ)、ｎ(ＴＭ)は微細凹凸構造の溝深さ方向にグラデーションをなして変化する。
【００３１】
この場合のリタデーションは、上記Ｈ{ｎ(ＴＥ)−ｎ(ＴＭ)}における屈折率：ｎ(ＴＥ)、ｎ(ＴＭ)を、それぞれの平均値：ｎＭ(ＴＥ)、ｎＭ(ＴＭ)で置き換えて得られる光学的厚さをΔとして「２πΔ／λ」で与えられる。
【００３２】
この場合の屈折率の平均値：ｎＢ(ＴＥ)、ｎＢ(ＴＭ)は、
ｎＢ(ＴＥ)＝∫[√{ｆ(ｈ)ｎ２＋(１−ｆ(ｈ))}]ｄｈ／Ｈ                （１Ｂ）
ｎＢ(ＴＭ)＝∫[√［ｎ２／{ｆ(ｈ)＋(１−ｆ(ｈ))ｎ(ｈ)２}］]ｄｈ／Ｈ   （２Ｂ）
となる。
【００３３】
また、微細凹凸構造における屈折率：ｎとフィリングファクタ：ｆとが共に、位置：ｈに依存して変化する場合には、屈折率の平均値：ｎＣ(ＴＥ)、ｎＣ(ＴＭ)は、位置：ｈに関する積分変数をｈ１、ｈ２として、
ｎＣ(ＴＥ)＝∫∫[√{f(h２)ｎ(h１)２＋(１−f(h２))}]ｄh１ｄh２／Ｈ２ 
（１Ｃ）
ｎＣ(ＴＭ)＝∫∫[√[ｎ(h１)２／{f(h２)＋(１−f(h２))ｎ(h１)２}]]ｄh１ｄh２／Ｈ２ 
（２Ｃ）
となる。
【００３４】
従って、微細凹凸構造の屈折率：ｎの位置：ｈに対する変化や、フィリングファクタ：ｆの位置：ｈに対する変化を適宜に設定することにより、微細凹凸構造の屈折率が、基板側へ向かって基板の屈折率：Ｎに近づくようにすることができる。また、このようにして設定される微細凹凸構造の平均的な屈折率により所望のリタデーションを実現することができる。
【発明の効果】
【００３５】
以上に説明したように、この発明によれば、新規な光学素子および光学装置を実現できる。この発明の光学素子では、サブ波長構造層に形成された微細凹凸構造により所望の位相差を実現できると共に、微細凹凸構造の凸部の屈折率が、透明基板に近づくにつれて透明基板の屈折率：Ｎに近づくので、微細凹凸構造と透明基板との境界部近傍における屈折率の「不連続で大きな変化」がなく、このため、上記境界部での反射を有効に軽減させることができ光学素子としての高い透過率を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
図１（ａ）において、符号１０は「屈折率：Ｎを有する透明基板」を示し、符号１２は「サブ波長構造層」を示している。  
サブ波長構造層１２は、透明基板１０の屈折率：Ｎより大きい屈折率：ｎを有し、１次元格子状の微細凹凸構造が、使用波長より小さいサブ波長周期で形成されている。  
サブ波長構造層１２における微細凹凸構造の屈折率：ｎは、微細凹凸構造における凸部の高さ方向の位置：ｈが小さくなるにつれ、連続的もしくは段階的に、屈折率：Ｎに近づくように変化している（請求項１）。
【００３７】
図１（ｂ）は、屈折率変化の具体的な例を示すもので、この例においては、透明基板１０として屈折率：Ｎ＝１．４５の石英基板が用いられており、微細凹凸構造をなすサブ波長構造層１２の屈折率は、位置：ｈと共に、１．４５と２．２５との間で変化している。
【００３８】
また、図１（ｂ）に示す例では、微細凹凸構造の屈折率：ｎは「微細凹凸構造における凸部の高さ方向の中間部」から、高さ方向の両端部へ向かって連続的に小さくなる（請求項２）。このように、微細凹凸構造の高さの「高くなる方向」へも屈折率が小さくなると、微細凹凸構造と最上部と空気との接する部分での「微細凹凸構造と空気との屈折率差」が小さくなるので、微細凹凸構造と空気との間での反射も有効に低くすることができ、透過率の向上に寄与することができる。
【００３９】
サブ波長構造層１２に形成された１次元格子状の微細凹凸構造の「周期方向における断面形状」は、図１（ａ）では矩形波状であるが、凹凸構造における凸部の幅は「凸部の高さ方向に変化する形状」であることもできる（請求項３）。例えば、図１（ｄ）の例では、微細凹凸構造１２Ｂにおける断面形状は三角形形状であり、図１（ｅ）に示す例では、微細凹凸構造１２Ｃにおける断面形状は樽型であり、図１（ｆ）に示す例では、微細凹凸構造１２Ｄにおける断面形状は６角形形状である。また、図２（ｄ）に示したような「台形形状の断面形状」も可能である。即ち、図２（ｄ）や図１（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）に示す断面形状は「台形形状もしくは三角形形状、もしくは高さ方向中間部から高さ方向の両端部側へ凸部の幅が漸減する形状」である（請求項４）。
【００４０】
図２（ｄ）のような断面形状台形とすることにより空気層との屈折率変化が緩やかになり、図１（ｄ）のような三角形状の断面形状であれば、上記屈折率変化はさらに緩やかになる。図１（ｅ）（ｆ）の微細凹凸構造のように「上端と下端の幅が狭い構造」であっても屈折率変化が上下の両端で緩やかになる。
【００４１】
また、図１（ｃ）に示す例のように、サブ波長構造層に形成された微細凹凸構造１２Ａの下部に、凹凸構造を持たない部分１２ａが残ってもよい。  
図１（ａ）〜（ｆ）に示す例のように、微細凹凸構造を透明基板１０の片面のみに形成する場合、他方の面には、図１（ｃ）に例示するように、反射防止膜ＡＲを形成して上記他方の面による反射を低減させるのがよい。反射防止膜ＡＲは、例えばよく知られる「高屈折率層」と「低反射率層」を交互に積層した４層構成の反射防止膜などを蒸着形成すればよい。
【００４２】
図１に図示されてはいないが、微細凹凸構造は「透明基板の両面」に形成することができる。このようにすると「リタデーションは微細凹凸構造の凹部の深さに比例する」ので、全体としてのリタデーションは、透明基板両面の各微細凹凸構造によるリタデーションの和になる。例えば、光学素子を１／２波長板とする場合には、波長：λに対しリタデーション：０．５λとなればよく、１／４波長板の凹部の深さ：Ｈ／λの２倍を選択すればよいが、この場合、透明基板の各面側の微細凹凸構造の凹部の深さＨ／λを１／４波長板の場合の深さに設定し、このような微細凹凸構造を透明基盤の両面に形成すれば、各微細凹凸構造のアスペクト比を小さくでき、微細凹凸構造の形成が容易になる。
【００４３】
サブ波長構造層に、１次元格子状の微細凹凸構造を、使用波長より小さいサブ波長周期で、屈折率：ｎが「凸部の高さ方向の位置：ｈが小さくなるにつれ、連続的もしくは段階的に変化する」ように形成するには例えば、以下のようにすればよい。  
即ち、透明基板上に「屈折率が透明基板の側から増加するようなサブ波長構造層」を薄膜として成膜し、得られた薄膜上に、例えば「電子ビームの走査により潜像が形成されるレジスト層」を形成し、このレジスト層に「微細凹凸構造に対応するパターン」を電子ビームにより描画して潜像を形成し、これを現像して「微細凹凸構造に対応するレジストパターン」を得、このレジストパターンをマスクとしてＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等のエッチングで薄層を所望の溝深さにエッチングすることによって微細凹凸構造として形成することができる。
【００４４】
成膜されるサブ波長構造層において、膜厚方向へ屈折率を変化させるには、真空蒸着やスパッタリング法を利用できる。  
例えば、スパッタリング法でサブ波長構造層を成膜する場合であれば、低屈折率材料と高屈折率材料との２種類の材料を混合し、膜厚方向における混合比の変化により、屈折率が厚さ方向に変化した混合膜としてサブ波長構造層を形成できる（請求項８）。
【００４５】
即ち、上記両材料の混合比を制御することにより「２種類の材料の有する屈折率の中間の屈折率」を実現できる。例えば「同時放電している２種類のスパッタリングターゲットへの投入パワー」を変更することにより混合比を変えることで、それぞれの材料で得ることができる屈折率の間に位置する屈折率を実現できる。
【００４６】
或いは「各ターゲットに投入するパワーなどの成膜条件を一定に保持」したまま、各ターゲットと基板との間に設けた遮蔽マスクの開口幅を変えて混合比を制御する方法なども可能である。
【００４７】
ターゲット材料としては、低屈折率材料としてシリコン、高屈折率材料としては、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＩＴＯ（ＳｎＯ２＋Ｉｎ２Ｏ５）等の「無機材料」などを用いることができる。基板材料としては、石英（屈折率：ｎ＝１．４５）や、ＨＯＹＡ社製ＢＫ７（屈折率：ｎ＝１．５）を好適に用いることができる。
【００４８】
以下には、平行平板状の透明基板の材料として石英（屈折率：ｎ＝１．４５）、サブ波長構造層を形成するための低屈折率材料：ＳｉＯ２（ｎ＝１．４５）と高屈折率材料：Ｔａ２Ｏ５（屈折率：ｎ＝２．２５）の場合の計算例について説明する。
【００４９】
ＳｉＯ２膜（ｎ＝１．４５）とＴａ２Ｏ５（屈折率：ｎ＝２．２５）の混合比により屈折率は図３のように変化する。図中に、ＳｉＯ２と記したのは「ＳｉＯ２のみによる膜の屈折率」であり、横軸に示す波長範囲で１．４５の屈折率を示す。  
また、図中に、Ｔａ２Ｏ５と記したのは「Ｔａ２Ｏ５のみによる膜の屈折率」であり、横軸に示す波長範囲で略：２．２５の屈折率を示す。図中の「混合膜」は、「ＳｉＯ２とＴｉ２Ｏ５の混合による膜の屈折率」を示し、上部の曲線ほど、Ｔｉ２Ｏ５の混合率が高い。  
ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の混合比を調整することにより、１．４５と２．２５の間の屈折率が得られ、サブ波長構造層成膜の際に、上記混合比を制御することにより、膜厚方向へ所望の屈折率変化をもつサブ波長構造層を得ることができる。
【００５０】
図１〜図３に即して説明したことから明らかなように、図１に示す各光学素子は、波長板として使用することができる（請求項５）。勿論、これに限らず、光学素子の有する微細凹凸構造の構造条件を変えることにより、後述する偏光ビームスプリッタや、偏光選択性回折素子や、フィルタなどの機能を選択的に実現できる。
【００５１】
以下に、図１（ａ）に示した構成の場合を例にとり、サブ波長構造層に形成された微細凹凸構造の「凸部の屈折率」の高さ方向の屈折率変化と、透過率の関係（計算により得られた関係）を例示する。  
平行平板状の透明基板１０としては、屈折率：ｎ＝１．４５の石英板を用いている。  
また、微細凹凸構造をなすサブ波長構造層１２の厚さ方向の屈折率は「ｎ＝２．２５とｎ＝１．４５の間で変化する」ものとする。微細凹凸構造のピッチ：Ｐ／λ＝０．５、ランドとスペースの比率：７：３（フィリングファクタ：ｆ＝０．７）、溝深さ：Ｈ／λ＝０．７４としている。溝の深さを「Ｄ」とし、０≦Ｄ≦Ｈの範囲で変化するものとする。
【００５２】
計算のパラメータとしては、
上端部の屈折率値：ｎ１（１．４５〜２．２５の間）  
中間屈折率値が最大になる溝深さの比率：（Ｄ／Ｈ）  
を用いる。
【００５３】
図４、図５におけるグラフ中では、混合膜を用いた場合のＴＥ、ＴＭの各偏光成分の０次透過率：ＴＥ−ＯＴ、ＴＭ−ＯＴと、混合膜を用いない単一材料（Ｔａ２Ｏ５）の場合のＴＥ、ＴＭについて示してある。なお、Ｄは、前述のＨ、ｈを用いれば、Ｄ＝Ｈ−ｈの関係がある。
【００５４】
図４、図５において「ｉｎｎｄｅｘ：ｎ」は屈折率、「Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ」は透過率、「ｉｎｄｅｘ：ｎ１」は、凸部上端部の屈折率値：ｎ１である。
【００５５】
図４に示す３例、図５に示す２例とも、０次透過率：ＴＥ−ＯＴ、ＴＭ−ＯＴは８０％以上であるが、図４に示す、Ｄ／Ｈ＝０．２、０．４、図５に示すＤ／Ｈ＝０．６の場合には、これらは何れも８５％以上と高透過率であり、混合膜を用いない場合より大きくなっている。図４の最上図と中間図ではＴＥ−ＯＴ、ＴＭ−ＯＴは９０％以上である。
【００５６】
次に、図４、図５に示した場合の個々につき、リタデーションと上記各パラメータ：ｎ１、Ｄ／Ｈとの関係を図６、図７に示す。
【００５７】
図６、図７において、縦軸の「ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎｎ」がリタデーション（波長単位）を表す。  
図６、図７から、Ｄ／Ｈ＝０．２、０．４、０．６、０．８では、リタデーションが略０．１５λ程度以上と良好である。図５の最上図のＤ・Ｈ＝０の場合、０次光透過率は９０％以上で大きいが、これに対応する図７最上図に示すように、リタデーションは０．５λ〜０．１５λと小さい。従って、この場合に必要とするリタデーションを得るには、Ｈを大きく設定すれば良い。
【００５８】
図８に実施の形態を示す光学素子３０は「偏光選択性回折素子」である。  
偏光選択性回折格子３０は、図８（ａ）の如き構成を持つ。即ち、同図において符号３１は透明基板を示している。  
図８（ｂ）は、図８（ａ）に符号３３で示す「光学素子表面部分」を拡大して示している。図８（ｂ）に示す如く「凸部３２１の配列による微細凹凸構造（図１に示すごとき各種のものが可能である。）」による周期構造が、透明基板３１表面の平坦部分３１Ａを介して微細凹凸構造の凹凸配列方向（図の左右方法）へ周期的に配列して「回折格子」をなしている。即ち、図８（ａ）に符号３２で示す個々の微細凹凸構造３２が「回折格子の個々の格子」に相当する（請求項６）。
【００５９】
偏光選択性回折素子３０は「偏光依存性回折格子」である。微細凹凸構造３２を通過する光波と平坦部分３１Ａを通過する光波との位相差が２πのとき、回折波は０次だけの透過波となる。また、位相差がπのときは０次の透過波はなく、全て「１次以上の回折波」になる。微細凹凸構造３２における光学的異方性を利用して偏光成分：ＴＥ（振動面が図面に平行である。）に「位相差：２π」、偏光成分：ＴＭ（振動面が図面に直交する。）に「位相差：π」を与えるように「微細凹凸構造３２を設定」すると、偏光成分：ＴＥ波が素通りし、偏光成分：ＴＭが全て回折する偏光選択性回折素子となる。
【００６０】
このような偏光選択性回折素子においても、サブ波長構造層の厚さ方向におけるこの発明のような屈折率分布の存在が「反射率ロスを低減」する効果を生じる。
【００６１】
図９に実施の形態を示す光学素子４０は「偏光ビームスプリッタ」である（請求項７）。偏光ビームスプリッタ４０は、図１に即して説明した各種のものと同様に、透明基板に形成されたサブ波長構造層に微細凹凸構造が形成されている。微細凹凸構造の凸部の断面形状は、図１に例示したような種々の形状が可能である。
【００６２】
等方性の均一媒質により形成されるスカラー領域（格子ピッチが波長よりも十分に大きい）の回折素子では、その回折効率に偏光依存性は発現しないが、格子構造が微細凹凸構造になってピッチがサブ波長領域になると、格子構造に依存した光学異方性、即ち、構造複屈折が発現するので回折効率に偏光依存性が生じる。従って、微細凹凸構造に「偏光ビームスプリッタ」の機能を持たせることができる。
【００６３】
図９の例では、例えば、偏光成分：ＴＭが０次光として直進的に透過し、偏光成分：ＴＥは１次回折光として回折する。回折角が光学素子４０に対して４５度となるように設定すれば、図の如く、０次光（偏光成分：ＴＭ）と１次回折光（偏光成分：ＴＥ）とが互いに直交するように分離することができる。この場合にも、サブ波長構造層の屈折率分布の存在が「反射率ロスを低減」する効果を生む。
【００６４】
以下には、この発明の光学素子を用いる光学装置の実施の形態を説明する。  
図１０に示す光学装置はプロジェクタ装置（請求項９）である。  
３原色に対応する各色の映像を個別に形成する３つの液晶表示素子１１０、１１１、１１２と、これら液晶表示素子から射出した各色の映像光を合成するクロスプリズム１１３を有し、各液晶表示素子とクロスプリズム１１３との間の３光路に、波長板１１６、１１７、１１８を有している。波長板１１６、１１７、１１８として上に実施の形態を説明した１／２波長板相当の波長板を用いる。
【００６５】
白色光源１０１から放射された白色光はリフレクタ１０２により反射され、ダイクロイックミラー１０３に入射する。ダイクロイックミラー１０３は、青色波長以下の光を透過させ、青色波長より長い波長の光を反射する。従って、ダイクロイックミラー１０３に入射する白色光の内、青色成分はダイクロイックミラー１０３を透過し、緑色成分と赤色成分はダイクロイックミラー１０３により反射されてダイクロイックミラー１０４に入射する。
【００６６】
ダイクロイックミラー１０４は赤色波長以上の波長の光を透過させ、赤色波長より短い波長の光を反射する。従って、ダイクロイックミラー１０４に入射した光のうち、緑色成分はダイクロイックミラー１０４に反射され、赤色成分はダイクロイックミラー１０４を透過する。このようにして、ダイクロイックミラー１０３、１０４により白色光源１０１からの白色光が、赤、緑、青の３原色の成分光に色分解される。
【００６７】
ダイクロイックミラー１０３を透過した「青色成分光」は、ミラー１０５により反射されて液晶表示素子１１０に入射し、ダイクロイックミラー１０４に反射された「緑色成分光」は液晶表示素子１１１に入射する。ダイクロイックミラー１０４を透過した「赤色成分光」はリレーレンズ１０８、ミラー１０６、リレーレンズ１０９、ミラー１０７により構成される光路を辿って液晶表示素子１１２に入射する。リレーレンズ１０８と１０９とは「赤色成分光に対する光路長補正」を行う。
【００６８】
液晶表示素子１１０、１１１、１１２は「液晶層を１対の偏光子で挟持」してなり、液晶層を挟持する１対の偏光子は互いに偏光方向を直交させている。  
各色成分光は、対応する液晶表示素子の入射側偏光子を透過すると直線偏光となって液晶層に入射する。液晶表示素子１１０、１１１、１１２にはそれぞれ、青色画像、緑色画像、赤色画像を表示するように画像信号が印加され、「投射すべき映像の画素」の位置の液晶層を透過する光は偏光面が９０度旋回し、射出側偏光子と同じ偏光方向になって射出側偏光子を透過する。
【００６９】
このようにして、液晶表示素子１１０からは「青色画像に応じて２次元的に強度変調された青色成分光（以下「青色映像光」という。）」が射出する。同様に、液晶表示素子１１１からは「緑色画像に応じて２次元的に強度変調された緑色成分光（以下「緑色映像光」という。）」が射出し、液晶表示素子１１２からは「赤色画像に応じて２次元的に強度変調された赤色成分光（以下「赤色映像光」という。）」が射出する。即ち、液晶表示素子１１０、１１１、１１２は３原色（青、緑、青）に対応する映像を個別に形成する。
【００７０】
これら各液晶表示素子から射出した各色映像光は、その偏光方向が図面の面内に平行な方向となっている。  
液晶表示素子１１０から射出した青色映像光は波長板１１６に入射し、液晶表示素子１１１、１１２からそれぞれ射出した緑色映像光、赤色映像光は、それぞれ波長板１１７、１１８に入射する。
【００７１】
波長板１１６、１１７、１１８は「１／２波長板相当」であって、透過する光の直交２成分に対して１／２波長分の位相差を与える。これら波長板に入射する各色映像光は、上記の如く図面に平行な面内に偏光しているから、透過光はその偏光面が入射時の方向から９０度旋回し、図面に直交する方向に偏光した光束となって、クロスプリズム１１３に、それぞれ対応する面から入射する。
【００７２】
クロスプリズム１１３は、図面に直交する方向からみた断面形状が正方形となる光透過性素材による直方体であり、互いに直交する反射面１１３ａ、１１３ｂを有している。反射面１１３ａは「青色波長以下の波長の光を反射し、青色波長より長い波長の光を透過するダイクロイックミラー」となっており、反射面１１３ｂは「赤色波長以上の波長の光を反射し、赤色波長より短い波長の光を透過するダイクロイックミラー」となっている。
【００７３】
クロスプリズム１１３に入射する各色映像光のうち、青色映像光は反射面１１３ａに反射され、赤色映像光は反射面１１３ｂに反射され、緑色映像光は反射面１１３ａ、１１３ｂを透過し、いずれも同一の方向となり、色合成されてクロスプリズム１１３から射出する。射出した光束は投射レンズ１１４に入射し、投射レンズ１１４により「表示面」であるスクリーン１１５上に拡大投射されて投射映像を表示する。
【００７４】
反射面１１３ａ、１１３ｂは、その「反射光、或いは透過光の偏光軸」について方向性を有し、一般に「一方の偏光方向についてより高透過率」を有する。そこでクロスプリズム１１３への入射光の偏光方向と反射面の偏光軸を最適化するために、クロスプリズム１１３の前段に１／２波長板相当の波長板１１６、１１７、１１８を挿入している。この実施形態においては、青、緑、赤の各色映像光に対して１／２波長板相当の波長板１１６、１１７、１１８を挿入した場合を示しているが、映像光の何れか１つのみに対して上記波長板を挿入する構成としてもよい。
【００７５】
図１１は、図１０に示した実施の形態の変形例である。繁雑を避けるため、混同の恐れが無いと思われるものについては図１０におけると同一の符号を付し、これらについての説明は図１０に関する説明を援用する。
【００７６】
図１１のプロジェクタ装置は、図１０のプロジェクタ装置の白色光源１０１とダイクロイックミラー１０３との間に、均一照明手段２０１（オプチカルインテグレータ）と偏光変換素子２０２とを付加したものである。
【００７７】
「オプチカルインテグレータ」である均一照明手段２０１は、液晶表示素子への照射光の光量を略均一にする手段であり、例えばフライアイレンズ、ロッドレンズ、矩形レンズアレイ等から成る公知のものを適宜利用できる。
【００７８】
偏光変換素子２０２は、白色光源１０１からの光を有効に使い、スクリーン上の投射映像を明るくするために液晶表示素子へ入射する光の偏光方向を揃えるのに用いられる。
【００７９】
液晶表示素子１１０、１１１、１１２は、液晶の持つ偏光特性を利用しており、高いコントラストを実現できるが、１対の偏光子で液晶を挟持しているため、図１０に示した実施の形態におけるように「各液晶表示素子に入射する照射光が自然偏光状態である」と、各液晶表示素子の「入射側偏光子」を透過する際に、照明光量の１／２が遮断されてしまうことになり、光の利用効率は５０％である。
【００８０】
偏光変換素子２０２は、光源側からの照明光の偏光状態を「照明光の光強度を略保存しつつ、自然偏光状態から直線偏光状態」に変換するものである。このようにして直線偏光化された照明光の偏光方向を、液晶表示素子における入射側偏光子の偏光方向と揃えれば、光源側からの照明光の略１００％を投射画像の表示に利用することができる。
【００８１】
図１２は、光源からの白色光束が均一照明手段２０１により均一化され、偏光変換手段２０２により偏光状態を変換される状態を説明するための図である。
【００８２】
光源側からの白色光束は「１対の集光レンズアレイ（フライアイレンズアレイ）を対向配置して構成」した公知の均一照明手段２０１を透過して、偏光変換手段２０２に入射する。偏光変換手段２０２は、光学基体２０２Ａと、波長板部分２０２Ｂとを有している。
【００８３】
図１２（ａ）に示すように、光学基体２０２Ａの部分は、照明光の光軸に対して４５度傾いた偏光分離面２０２１と反射面２０２２とを有する。  
偏光分離面２０２１は、入射光を偏光面が互いに直交する反射光Ｓ（以下「Ｓ成分」という。）と透過光Ｐ（以下「Ｐ成分」という。）に分割する。反射面２０２２は、Ｓ成分を反射してＰ成分の進行方向と略同じ方向に向ける。
【００８４】
偏光分離面２０２１と反射面２０２２の組み合わせを１ユニットとし、このようなユニットの複数ユニットが、照明光の透過領域に渡って設けられて所謂「偏光プリズムレンズアレイ」をなし、アレイを構成する個々の偏光プリズムごとに、透過する照明光をＳ成分とＰ成分に分ける。
【００８５】
波長板部分２０２Ｂは、光学基体２０２Ａから射出するＳ成分の偏光面を９０度旋回させ、Ｐ成分の偏光方向に揃える。このようにして「偏光方向が揃った直線偏光の照明光」が得られる。この照明光の偏光方向は勿論「各液晶表示素子の入射側偏光子の偏光方向」と同じである。
【００８６】
図１２（ｂ）は波長板部分２０２Ｂの部分を説明する図である。波長板部分２０２Ｂは、ガラス平板２０２Ｂ１の片面に形成された「屈折率：１．６以上の材料」による薄層２０２Ｂ２の表面に、断面矩形波状の微細凹凸構造２０２１Ｂ、２０２２Ｂ、２０２３Ｂ等がサブ波長構造として形成され、各微細凹凸構造２０２１Ｂ等は「１／２波長板相当の波長板」としての機能を付与されている。ガラス平板２０２Ｂ１は光学基体２０２Ａにおける「方向の揃った照明光が射出する側の面」に一体化され、微細凹凸構造２０２１Ｂ等は「Ｓ成分が射出する部分」に形成されている。なお、波長板部分２０２Ｂと光学基体２０２Ａとの接合は、薄層２０２Ｂ２を光学基体２０２Ａの側としてもよく、このようにすると、微細凹凸構造をガラス平板２０２Ｂ１により良好に保護することができる。
【００８７】
またガラス平板２０２Ｂ１を用いず、薄層２０２Ｂ２を光学基体２０２Ａに直接形成してもよい。本実施例に用いられている波長板部２０２Ｂとして、図１等に即して説明した波長板を用いればよい。勿論、ガラス平板２０２Ｂ１の片面に形成された薄層２０２Ｂ２の表面に形成される断面矩形波状の微細凹凸構造２０２１Ｂ、２０２２Ｂ、２０２３Ｂ等を、その凹部がガラス平板２０２Ｂ１に達するように形成してもよい。
【００８８】
図１３は、プロジェクタ装置の実施の別形態の変形例である。
【００８９】
このプロジェクタ装置は「単板式」であり、白色光を照射する照明装置３００と、照射された白色光を変調してカラー画像を形成する「液晶表示装置」と、表示されたカラー画像を投射する投射レンズ３０９を有する。
【００９０】
照明装置３００は、基板３０２と、基板３０２に搭載されて白色光を放射するＬＥＤチップ３０１と、ＬＥＤチップ３０１から放射される光の照度分布を均一化するための照度分布均一化手段として「ロッドレンズ３０３、充填材３０４ａ及び反射層３０５、波長板３０６」を有する。充填材３０４ａは「ロッドレンズ３０３よりも屈折率の高い材質」で形成され、ロッドレンズ３０３のＬＥＤチップ３０１側の面に凹面として形成された境界面３０４とＬＥＤチップ３０１との間の空間に充填されている。ロッドレンズ３０３の光射出側端面３０３ｂに設けられた波長板３０６は１／４波長板相当である。
【００９１】
「液晶表示装置」は、液晶表示素子３８０Ａとその入射側に配設された偏光子３０８ａ、カラーフィルタ３０８ｃと、射出側に配設された偏光子３０８ｂを有している。偏光子３０８ａ、３０８ｂは透過させる光の偏光面の方向（偏光方向という）が互いに直交している。カラーフィルタ３０８ｃは「白色光を赤・緑・青の３原色に色分解」する。
【００９２】
ＬＥＤチップ３０１は電力を供給されると白色光を放射する。放射された白色光は充填材３０４ａ内を伝搬してロッドレンズ３０３との境界面３０４に入射し、ロッドレンズ３０３内に入射する。充填材３０４ａはロッドレンズ３０３よりも屈折率が高いので、白色光は境界面３０４においてロッドレンズ３０３の光軸方向（図の左右方向）に近づくように屈折する。
【００９３】
ロッドレンズ３０３内を伝搬する白色光は、ロッドレンズ３０３の壁面で全反射を繰り返しつつ伝搬し、全反射が繰り返されることにより光射出側端面３０３ｂにおける照度分布が均一化されていく。
【００９４】
ロッドレンズ３０３の光射出側端面３０３ｂから射出する白色光は１／４波長板３０６に入射する。ＬＥＤチップ３０１から射出した白色光は「ランダム偏光」であるため１／４波長３０６をランダム偏光のまま透過する。この白色光は偏光子３０８ａに入射し、偏光子３０８ａの偏光方向に平行なｐ偏光成分はそのまま透過し、カラーフィルタ３０８ｃを介して液晶表示素子３０８Ａに入射する。
【００９５】
偏光子３０８ａの偏光方向に直交するｓ偏光成分は偏光子３０８ａにより反射され、１／４波長板３０６に再入射し、例えば「右回りの円偏光」に変換されてロッドレンズ３０３内を伝搬し、ロッドレンズ３０３のＬＥＤチップ側の面３０３ａに形成された反射層３０５で反射され、再度ロッドレンズ３０３を介して偏光子３０８ａに入射する。反射層３０５に反射される際、右回りの円偏光は「左回りの円偏光」に変換され、１／４波長板３０６に入射してｐ偏光成分に変換され、偏光子３０８ａを透過してカラーフィルタ３０８ｃを介して液晶表示素子３０８Ａに入射する。  
このようにして、ＬＥＤチップ３０１から放射された白色光はその大部分が効率よく、且つ、均一な照度分布をもってカラーフィルタ３０８ｃに入射し、カラーフィルタ３０８ｃにより赤・緑・青の３原色に色分解され、液晶表示素子３０８Ａにより画像情報に応じて偏光面を旋回され、偏光子３０８ｂを透過するとカラー画像光となり、投射レンズ３０９によってスクリーン３１０に投射されてカラー投射画像を形成する。
【００９６】
このプロジェクタ装置は、白色光を放射するＬＥＤチップ３０１を備えた単一の照明装置３００と、カラーフィルタ３０８ｃと単一の液晶表示装置を有する「単板式プロジェクタ装置」であり小型軽量かつ低価格に実施することができる。
【００９７】
なお、この実施の形態では白色光を出射するＬＥＤチップ３０１を有するが、これに代えて、赤・緑・青の光を放射する３種のＬＥＤチップを用いても良い。このようにＬＥＤチップ３０１の代わりに赤・緑・青の色光を放射する３個のＬＥＤチップを配置した場合「カラーフィルタ３０８ｃを用い、３個のＬＥＤチップを同時に連続発光」させてもよいが、「カラーフィルタ３０８ｃを用いず、上記３個のＬＥＤチップをサイクリックに発光させてもよい。このようにすると、カラーフィルタ３０８ｃが不要になり、プロジェクタ装置のさらなる低価格化を図ることができる。
【００９８】
このプロジェクタ装置においては、１／４波長板相当の波長板３０６と偏光子３０７ａ、３０７ｂが用いられているが、これら波長板・偏光子として上に説明したリタデーション：０．２５λの波長板や偏光ビームスプリッタを用いることができる。
【００９９】
図１４は、プロジェクタ装置の実施の別形態の変形例である。
【０１００】
このプロジェクタ装置は反射型液晶表示素子を用いたものである。  
光源装置は図１３のものと同様であり、白色光を放射するＬＥＤ４１０、ロッドレンズ４１１等を有する。ロッドレンズ４１１により照度分布を均一化された白色光は１／４波長板相当の波長板４１２を介して偏光子４１３を透過し、偏光ビームスプリッタ４１４の接合面で反射されて反射型液晶表示素子４１５に入射される。
【０１０１】
反射型液晶表示素子４１５は、映像信号に応じて「入射光の偏光面を旋回させる空間変調」を行うもので、この形態においては「高速スイッチングが可能なＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）素子が用いられている。映像信号に基づいてｐ偏光に変換された反射光は、偏光ビームスプリッタ４１４を透過して画像光として投射レンズ４１６に入射し、スクリーン４１７上に拡大投射される。
【０１０２】
この形態例に用いられている偏光子４１３や偏光ビームスプリッタ４１４として、先に説明した偏光ビームスプリッタ（図９）を、また１／４波長板相当の波長板４１２として上述のリタデーション：０．２５λの波長板を用いることができる。
【０１０３】
図１５は、光学装置の実施の１形態である光ピックアップ装置を説明するための図である。光ピックアップ装置５００は、半導体レーザ等の光源５０２から出射した光を、回折格子５０３、偏光ビームスプリッタ５０４、１／４波長板５０５、コリメータレンズ５０６および対物レンズ５０７を順次透過させて光記録媒体５０９に照射し、その反射光（戻り光）を、対物レンズ５０７、１／４波長板５０５を介して偏光ビームスプリッタ５０４に入射させ、シリンドカルレンズ５１０に向けて反射させる。シリンドリカルレンズ５１０により非点収差を与えられた戻り光は、フォトディテクタ５１１によって読み出しデータ等として検出される。
【０１０４】
回折格子５０３として上述の偏光選択性回折素子（図８）を、偏光ビームスプリッタ５０４として上述の偏光ビームスプリッタ（図９）を、１／４波長板５として前述のリタデーション：０．２５λの波長板を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】光学素子の実施の形態例を説明するための図である。
【図２】光学素子を説明するための図である。
【図３】混合膜の混合比による屈折率変化を説明するための図である。
【図４】光学素子の光学機能を説明するための図である。
【図５】光学素子の光学機能を説明するための図である。
【図６】光学素子の光学機能を説明するための図である。
【図７】光学素子の光学機能を説明するための図である。
【図８】偏光選択性回折格子の実施の１形態を説明するための図である。
【図９】偏光ビームスプリッタの実施の１形態を説明するための図である。
【図１０】光学装置としてのプロジェクタ装置の実施の１形態を説明する図である。
【図１１】光学装置としてのプロジェクタ装置の実施の別形態を説明する図である。
【図１２】図１１のプロジェクタ装置の均一照明手段と偏光変換手段を説明するための図である。
【図１３】光学装置としてのプロジェクタ装置の実施の他の形態を説明する図である。
【図１４】光学装置としてのプロジェクタ装置の実施の他の形態を説明する図である。
【図１５】光学装置としての光ピックアップ装置の実施の１形態を説明する図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１０      透明基板
２０      サブ波長構造層  
【図１】
2008139618.tif 000003
【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１５】
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