(57)【要約】  複数の山型断面のリッジ２が平行に並ぶ構造をその片側の表面に有する誘電体基板３と、複数の山型断面のリッジ２の表面に形成された光吸収性物質からなる薄膜４と、光吸収性物質からなる薄膜４における、誘電体基板３と反対側の表面を被覆する第１の誘電体物質層５と、により透過型偏光素子１を構成する。この透過型偏光素子１は、誘電体基板３に垂直に入射する光のうち、磁場の振動方向がリッジ２の長さ方向と同じであるＴＭ偏光成分を透過させ、電場の振動方向がリッジ２の長さ方向と同じであるＴＥ偏光成分を吸収する。これにより、戻り光が少なく、しかも、耐久性に優れた、偏光板として用いることのできる透過型偏光素子を、簡便な構成によって提供することができる。
2008018247.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の山型断面のリッジが平行に並ぶ構造をその片側の表面に有する誘電体基板と、
前記複数の山型断面のリッジの上に設けられた光吸収性物質からなる薄膜とを備え、
前記誘電体基板に垂直に入射する光のうち、磁場の振動方向が前記リッジの長さ方向と同じであるＴＭ偏光成分を透過させ、電場の振動方向が前記リッジの長さ方向と同じであるＴＥ偏光成分を吸収する透過型偏光素子。
【請求項２】
前記光吸収性物質からなる薄膜における、前記誘電体基板と反対側の表面が、第１誘電体物質層によって被覆されている請求項１に記載の透過型偏光素子。
【請求項３】
前記第１誘電体物質層における、前記誘電体基板と反対側の表面が、平面である請求項２に記載の透過型偏光素子。
【請求項４】
前記第１誘電体物質層における、前記誘電体基板と反対側の表面が、前記山型断面に追随した形状である請求項２に記載の透過型偏光素子。
【請求項５】
前記複数の山型断面のリッジは、それぞれが同じ断面形状を有し、かつ、一定の周期で平行に並んでいる請求項１に記載の透過型偏光素子。
【請求項６】
前記光吸収性物質からなる薄膜が、第２誘電体物質層を挟んで複数層配置されている請求項１に記載の透過型偏光素子。
【請求項７】
前記光吸収性物質からなる薄膜と前記誘電体基板との間に、前記山型断面に追随した形状の誘電体多層膜が設けられた請求項１に記載の透過型偏光素子。
【請求項８】
前記光吸収性物質からなる薄膜における、前記誘電体基板と反対側の表面を被覆する前記第１誘電体物質層が、前記山型断面に追随した形状の誘電体多層膜である請求項２に記載の透過型偏光素子。
【請求項９】
光の入射側に配置される第１透過型偏光素子と、光の出射側に配置される第２透過型偏光素子とを備えた複合偏光板であって、
前記第１及び第２透過型偏光素子のうち、前記第１透過型偏光素子のみが請求項１〜８のいずれか１項に記載の透過型偏光素子からなることを特徴とする複合偏光板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、略平行な光の一偏光成分を透過させ、それとは異なる偏光成分を吸収し、偏光板として用いることのできる透過型偏光素子、及び当該透過型偏光素子を用いた複合偏光板に関する。
【背景技術】
【０００２】
入射する光のうち特定の偏光成分のみを透過させる偏光板は、液晶ディスプレイパネル、光ディスク記録再生装置の読み取り用及び書き込み用のヘッド部分、光通信などに広く用いられている。【０００３】
図５０は、液晶プロジェクタの光学系を示す模式図である。図５０に示すように、光源１３から出射された光は、赤、緑、青の波長成分に分けられた後、別個の液晶ディスプレイパネル１４、１５、１６の照明光となる。そして、各液晶ディスプレイパネル１４、１５、１６の映像は、ダイクロイックプリズム１７によって重ね合わされた後、投影レンズ１８によってスクリーンなどに投影される。ここで、各液晶ディスプレイパネル１４、１５、１６の前後には、入射する光のうち一方の偏光成分のみを透過させるための入射側偏光板１９及び出射側偏光板２０が配置されている。【０００４】
液晶ディスプレイパネル用の偏光板には、両偏光成分の透過率の比率（消光比）が大きいこと、透過する偏光成分の透過率が高いことのほかに、出射側偏光板の反射による戻り光が少ないことが要求される。なぜならば、図５０に示す出射側偏光板２０の反射による戻り光が液晶ディスプレイパネルに再入射すると、それが迷光となって映像のコントラストを低下させてしまうからである。出射側偏光板２０の反射による戻り光を低減するためには、例えば、非透過偏光成分のエネルギーを吸収する構造が必要である。【０００５】
吸収型の偏光板としては、他方の偏光成分を吸収する方向性有機膜、極めて薄い金属膜を一定間隔で並べた積層型偏光器（例えば、「第３・光の鉛筆」鶴田匡夫著  株式会社新技術コミュニケーションズ  ２８５頁、図２３．７（１９９３年）参照）、あるいは、方向の揃った微小な針状の金属をランダムに含むガラス層（商品名：ポーラコア、米国コーニング社）、誘電体からなるフォトニック結晶体の中に細長い金属部分を何層も重ねて配置したもの（例えば、特開平１１−２３７５０７号公報参照）などが知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、方向性有機膜は、安価であるために液晶ディスプレイパネルに広く用いられているが、光の照射によって劣化しやすいという問題点があり、特に緑色光及び青色光の場合に著しい。また、無機材料を用いた偏光板は耐久性に優れているが、積層型偏光器は、非常に薄い層を多数重ねて成膜する必要があるためにコスト高となり、また、大面積のものを生産しにくいという問題点もある。また、ポーラコアや、誘電体からなるフォトニック結晶体の中に細長い金属部分を何層も重ねて配置したものは、作製に手間がかかると共に、高価であるという問題点がある。【０００７】
本発明は、戻り光が少なく、偏光板として用いることのできる透過型偏光素子を、簡便な構成によって提供することを目的とする。【０００８】
また、本発明は、大きな消光比を確保すべく、当該透過型偏光素子を用いた複合偏光板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明に係る透過型偏光素子の構成は、複数の山型断面のリッジが平行に並ぶ構造をその片側の表面に有する誘電体基板と、前記複数の山型断面のリッジの上に設けられた光吸収性物質からなる薄膜とを備え、前記誘電体基板に垂直に入射する光のうち、磁場の振動方向が前記リッジの長さ方向と同じであるＴＭ偏光成分を透過させ、電場の振動方向が前記リッジの長さ方向と同じであるＴＥ偏光成分を吸収することを特徴とする。【００１０】
また、前記本発明の透過型偏光素子の構成においては、前記光吸収性物質からなる薄膜における、前記誘電体基板と反対側の表面が、第１誘電体物質層によって被覆されているのが好ましい。【００１１】
また、この場合には、前記第１誘電体物質層における、前記誘電体基板と反対側の表面が、平面であるのが好ましい。【００１２】
また、この場合には、前記第１誘電体物質層における、前記誘電体基板と反対側の表面が、前記山型断面に追随した形状であるのが好ましい。【００１３】
また、この場合には、前記光吸収性物質からなる薄膜における、前記誘電体基板と反対側の表面を被覆する前記第１誘電体物質層が、前記山型断面に追随した形状の誘電体多層膜であるのが好ましい。【００１４】
また、前記本発明の透過型偏光素子の構成においては、前記複数の山型断面のリッジは、それぞれが同じ断面形状を有し、かつ、一定の周期で平行に並んでいるのが好ましい。【００１５】
また、前記本発明の透過型偏光素子の構成においては、前記光吸収性物質からなる薄膜が、第２誘電体物質層を挟んで複数層配置されているのが好ましい。【００１６】
また、前記本発明の透過型偏光素子の構成においては、前記光吸収性物質からなる薄膜と前記誘電体基板との間に、前記山型断面に追随した形状の誘電体多層膜が設けられているのが好ましい。【００１７】
また、本発明に係る複合偏光板の構成は、光の入射側に配置される第１透過型偏光素子と、光の出射側に配置される第２透過型偏光素子とを備えた複合偏光板であって、前記第１及び第２透過型偏光素子のうち、前記第１透過型偏光素子のみが前記本発明の透過型偏光素子からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、戻り光の少ない簡便な構成の偏光板を、無機材料によって構成することができる。これにより、有機材料で構成される偏光板に比べて、耐久性に優れる特徴を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態における、透過型偏光素子を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の第２実施形態における、透過型偏光素子を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の第３実施形態における、透過型偏光素子を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の第４実施形態における、複合偏光板を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の第５実施形態における、透過型偏光素子を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の第６実施形態における、透過型偏光素子を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の第７実施形態における、透過型偏光素子を示す断面図である。
【図８】図８（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態における、透過型偏光素子の他の例を示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態における、透過型偏光素子のさらに他の例を示す断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の設計例１〜５における、透過型偏光素子を示す断面図である。
【図１１】図１１（ａ）、（ｂ）は、本発明の設計例１における、空気側への反射率と誘電体基板側への透過率を、ＴＥ偏光及びＴＭ偏光について、それぞれ示したグラフである。
【図１２】図１２（ａ）、（ｂ）は、本発明の設計例２における、空気側への反射率と誘電体基板側への透過率を、ＴＥ偏光及びＴＭ偏光について、それぞれ示したグラフである。
【図１３】図１３（ａ）、（ｂ）は、本発明の設計例３における、空気側への反射率と誘電体基板側への透過率を、ＴＥ偏光及びＴＭ偏光について、それぞれ示したグラフである。
【図１４】図１４（ａ）、（ｂ）は、本発明の設計例４における、空気側への反射率と誘電体基板側への透過率を、ＴＥ偏光及びＴＭ偏光について、それぞれ示したグラフである。
【図１５】図１５（ａ）、（ｂ）は、本発明の設計例５における、空気側への反射率と誘電体基板側への透過率を、ＴＥ偏光及びＴＭ偏光について、それぞれ示したグラフである。
【図１６】図１６は、本発明の参考例１、２における、透過型偏光素子を示す断面図である。
【図１７】図１７（ａ）、（ｂ）は、本発明の参考例１における、空気側への反射率と誘電体基板側への透過率を、ＴＥ偏光及びＴＭ偏光について、それぞれ示したグラフである。
【図１８】図１８（ａ）、（ｂ）は、本発明の参考例２における、空気側への反射率と誘電体基板側への透過率を、ＴＥ偏光及びＴＭ偏光について、それぞれ示したグラフである。
【図１９】図１９は、本発明の設計例６における、透過型偏光素子を示す断面図である。
【図２０】図２０（ａ）、（ｂ）は、本発明の設計例６における、空気側への反射率と誘電体基板側への透過率を、ＴＥ偏光及びＴＭ偏光について、それぞれ示したグラフである。
【図２１】図２１（ａ）、（ｂ）は、本発明の設計例７における、透過率、反射率、吸収率を、ＴＭ偏光及びＴＥ偏光について、それぞれ示したグラフである。
【図２２】図２２（ａ）、（ｂ）は、本発明の参考例３における、透過率、反射率、吸収率を、ＴＭ偏光及びＴＥ偏光について、それぞれ示したグラフである。
【図２３】図２３（ａ）、（ｂ）は、本発明の設計例８における、透過率、反射率、吸収率を、ＴＭ偏光及びＴＥ偏光について、それぞれ示したグラフである。
【図２４】図２４（ａ）、（ｂ）は、本発明の設計例９における、透過率、反射率、吸収率を、ＴＭ偏光及びＴＥ偏光について、それぞれ示したグラフである。
【図２５】図２５は、本発明の実施例１における、透過型偏光素子を示す断面図である。
【図２６】図２６は、本発明の実施例１における、透過率、反射率を、ＴＭ偏光及びＴＥ偏光について示したグラフである。
【図２７】図２７は、本発明の実施例２における、透過型偏光素子を示す断面図である。
【図２８】図２８は、本発明の実施例２における、透過型偏光素子の電子顕微鏡写真である。
【図２９】図２９は、本発明の実施例２における、透過率、反射率を、ＴＭ偏光及びＴＥ偏光について示したグラフである。
【図３０】図３０は、本発明の実施例３における、透過型偏光素子の電子顕微鏡写真である。
【図３１】図３１は、本発明の実施例３における、透過率、反射率を、ＴＭ偏光及びＴＥ偏光について示したグラフである。
【図３２】図３２は、本発明の実施例４における、透過率、反射率を、ＴＭ偏光及びＴＥ偏光について示したグラフである。
【図３３】図３３は、本発明の設計例１０における、金属Ｎｂからなる金属膜の屈折率（ｎ＋ｋｉ）を示したグラフである。
【図３４】図３４は、本発明の設計例１０における、Ｎｂ2Ｏ5膜（Ｈ層）の屈折率ｎを示したグラフである。
【図３５】図３５は、本発明の設計例１０における、ＳｉＯ2膜（Ｌ層）の屈折率ｎを示したグラフである。
【図３６】図３６（ａ）は、本発明の設計例１０における、透過率、反射率を、ＴＭ偏光及びＴＥ偏光について、それぞれ示したグラフ（入射角θが０°の場合）であり、図３６（ｂ）は、反射率について一部を拡大して示したグラフである。
【図３７】図３７（ａ）は、本発明の設計例１０における、透過率、反射率を、ＴＭ偏光及びＴＥ偏光について、それぞれ示したグラフ（入射角θが１０°の場合）であり、図３７（ｂ）は、反射率について一部を拡大して示したグラフである。
【図３８】図３８（ａ）は、本発明の設計例１１における、透過率、反射率を、ＴＭ偏光及びＴＥ偏光について、それぞれ示したグラフ（入射角θが０°の場合）であり、図３８（ｂ）は、反射率について一部を拡大して示したグラフである。
【図３９】図３９（ａ）は、本発明の設計例１１における、透過率、反射率を、ＴＭ偏光及びＴＥ偏光について、それぞれ示したグラフ（入射角θが１０°の場合）であり、図３９（ｂ）は、反射率について一部を拡大して示したグラフである。
【図４０】図４０（ａ）は、本発明の設計例１２における、透過率、反射率を、ＴＭ偏光及びＴＥ偏光について、それぞれ示したグラフ（入射角θが０°の場合）であり、図４０（ｂ）は、反射率について一部を拡大して示したグラフである。
【図４１】図４１（ａ）は、本発明の設計例１２における、透過率、反射率を、ＴＭ偏光及びＴＥ偏光について、それぞれ示したグラフ（入射角θが１０°の場合）であり、図４１（ｂ）は、反射率について一部を拡大して示したグラフである。
【図４２】図４２（ａ）は、本発明の設計例１３における、透過率、反射率を、ＴＭ偏光及びＴＥ偏光について、それぞれ示したグラフ（入射角θが０°の場合）であり、図４２（ｂ）は、反射率について一部を拡大して示したグラフである。
【図４３】図４３（ａ）は、本発明の設計例１３における、透過率、反射率を、ＴＭ偏光及びＴＥ偏光について、それぞれ示したグラフ（入射角θが１０°の場合）であり、図４３（ｂ）は、反射率について一部を拡大して示したグラフである。
【図４４】図４４（ａ）は、本発明の設計例１４における、透過率、反射率を、ＴＭ偏光及びＴＥ偏光について、それぞれ示したグラフ（入射角θが０°の場合）であり、図４４（ｂ）は、反射率について一部を拡大して示したグラフである。
【図４５】図４５（ａ）は、本発明の設計例１４における、透過率、反射率を、ＴＭ偏光及びＴＥ偏光について、それぞれ示したグラフ（入射角θが１０°の場合）であり、図４５（ｂ）は、反射率について一部を拡大して示したグラフである。
【図４６】図４６（ａ）は、本発明の設計例１５における、透過率、反射率を、ＴＭ偏光及びＴＥ偏光について、それぞれ示したグラフ（入射角θが０°の場合）であり、図４６（ｂ）は、反射率について一部を拡大して示したグラフである。
【図４７】図４７（ａ）は、本発明の設計例１５における、透過率、反射率を、ＴＭ偏光及びＴＥ偏光について、それぞれ示したグラフ（入射角θが１０°の場合）であり、図４７（ｂ）は、反射率について一部を拡大して示したグラフである。
【図４８】図４８は、本発明の実施例５における、透過率、反射率を、ＴＭ偏光及びＴＥ偏光について、それぞれ示したグラフである。
【図４９】図４９は、積層型偏光器を示す模式図である。
【図５０】図５０は、液晶プロジェクタの光学系を示す模式図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、実施形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。【００２１】
［第１実施形態］
本発明の原理を理解するために、まず、前述した積層型偏光器について説明する。図４９は、積層型偏光器を示す模式図である。図４９に示すように、積層型偏光器は、厚さ数ｎｍの金属膜１１と厚さ数百ｎｍの誘電体層１２とが交互に積層された構造となっている。積層型偏光器において、金属膜１１の広がり方向に光を入射させると、そのＴＥ偏光成分は、電場の振動方向が金属膜１１の広がり方向と一致しているため、金属膜１１内の自由電子を振動させる。その結果、金属膜１１内を電流が流れ、光エネルギーは熱となって金属膜１１に吸収される。これに対して、ＴＭ偏光成分は、電場の振動方向が金属膜１１の厚さ方向であるため、金属膜１１内の自由電子を振動させにくく、光エネルギーはほとんど金属膜１１に吸収されない。したがって、この積層型偏光器は、ＴＭ偏光成分のみを透過させることができる。【００２２】
次に、本発明の透過型偏光素子について説明する。図１は、本発明の第１実施形態における、透過型偏光素子を示す断面図である。【００２３】
図１に示すように、本実施形態の透過型偏光素子１は、複数の山型断面のリッジ２が平行に並ぶ構造をその片側の表面に有する誘電体基板３と、複数の山型断面のリッジ２の表面に形成された光吸収性物質からなる薄膜４と、光吸収性物質からなる薄膜４における、誘電体基板３と反対側の表面を被覆する第１誘電体物質層５と、により構成されている。【００２４】
ここで、複数の山型断面のリッジ２は、それぞれが断面三角形の同じ形状を有し、かつ、一定の周期で平行に並んでいる。また、光吸収性物質からなる薄膜４としては、金属膜が用いられている。また、第１誘電体物質層５における、誘電体基板３と反対側の表面は、平面となっている。【００２５】
また、本実施形態の透過型偏光素子１においては、有害な回折光が発生しないように、山型断面部分の大きさや構造周期を、使用する光の波長よりも十分に小さくしている。【００２６】
透過型偏光素子１に第１誘電体物質層５側から垂直に入射する光について考えると、そのＴＥ偏光成分は、電場の振動方向がリッジ２の長さ方向（Ｘ軸方向）と平行であるため、光吸収性物質からなる薄膜４である金属膜内の自由電子を振動させやすい。その結果、金属膜内を電流が流れ、光エネルギーは熱となって金属膜に吸収される。これに対して、ＴＭ偏光成分は、電場の振動方向がリッジ２の長さ方向と垂直なＹ軸方向である（すなわち、ＴＭ偏光成分は、磁場の振動方向がリッジ２の長さ方向と同じである）。そして、この場合、電場の振動方向は金属膜の厚み方向に近いので、金属膜内での自由電子の振動は起こりにくく、光エネルギーはほとんど金属膜に吸収されない。したがって、本実施形態の透過型偏光素子１は、ＴＭ偏光成分のみを透過させる偏光板として用いることができる。【００２７】
本実施形態の透過型偏光素子１の場合、ＴＭ偏光成分の電場の振動方向は、金属膜の広がり方向に対して完全には垂直となっていないので、金属膜内での自由電子の振動は、図４９の積層型偏光器の場合よりも起こりやすく、ＴＭ偏光成分に関する光エネルギーの吸収は、図４９の積層型偏光器の場合よりも多くなる。また、本実施形態の透過型偏光素子１の場合には、金属膜に切れ目が無いため、光量の損失も大きくなる。【００２８】
一方、図４９の積層型偏光器は、非常に薄い層を多数重ねて成膜する必要があるためにコスト高となり、また、大面積のものを生産しにくいという問題点もある。これに対し、本実施形態の透過型偏光素子１の構成によれば、
（１）誘電体基板３に対する断面三角形の溝の加工（断面三角形のリッジ２の形成）、
（２）光吸収性物質からなる薄膜４（金属膜）の形成、
（３）第１誘電体物質層５の積層、
という比較的単純な一連の工程によって大面積のものを安価に生産することができる。また、本実施形態の透過型偏光素子１の構成によれば、後述する設計例にも示されているように、ＴＭ偏光成分の光量損失を実用的な範囲内に収めることができる。【００２９】
本実施形態の透過型偏光素子１においては、誘電体基板３の山型断面部分の底辺（周期）をＢ、高さをＨとして、アスペクト比をＨ／Ｂと定義した場合（図１０参照）、アスペクト比は大きいほど好ましい。光吸収性物質からなる薄膜４（金属膜）の材料が同じであれば、アスペクト比を大きくするほど、図４９の積層型偏光器の構成に近くなり、ＴＭ偏光成分の透過率及び消光比を大きくすることができるからである。【００３０】
本実施形態の誘電体基板３の材料は、使用する光の波長域に対して透明な物質であればよく、溶融石英、光学ガラス、板ガラス、結晶化ガラス、単結晶シリコンなどの半導体など、耐熱性の良好な無機材料であるのが好ましい。また、耐熱性がそれほど要求されない用途であれば、誘電体基板３の材料として、アクリルやポリカーボネートなどのプラスチック材料を用いることもできる。【００３１】
誘電体基板３の表面における、複数の山型断面のリッジ２は、
（ａ）誘電体基板３の表面に平行な溝状のマスクパターンを形成して、エッチングする、
（ｂ）誘電体基板３の表面に樹脂層を塗布して、型押しする（いわゆる、ナノインプリンティング）、
（ｃ）誘電体基板３の表面にゾルゲルガラス層を形成して型押しした後、それを硬化させる、
（ｄ）誘電体基板３の表面に対して直接型押しする、
といった方法により形成することができる。なお、誘電体基板部分と山型断面部分の材料は、異なっていても差し支えない。【００３２】
光吸収性物質からなる薄膜４の材料としては、チタン、スズ、クロム、金、銀、アルミニウム、銅、白金、タングステン、モリブデン、ニッケル、ニオブといったものの単体や合金を用いることができる。なお、光吸収性物質からなる薄膜４の材料は、金属に限定されるものではなく、シリコン、ゲルマニウムなどの半導体や化合物半導体、グラファイトなどであってもよい。そして、これらの材料は、スパッタリング法、真空蒸着法、化学めっき法、液相成長法、気相成長法といった方法により、薄膜として形成される。【００３３】
光吸収性物質からなる薄膜４が空気に直接接していると、界面での反射率が大きくなって、戻り光の割合が大きくなってしまう。また、光吸収性物質からなる薄膜４の材料として金属を用いた場合には、その表面に付着した汚れが取れにくいという問題もある。そこで、光吸収性物質からなる薄膜４における、誘電体基板３と反対側の表面は、空気との接触を避けるために、前述のように第１誘電体物質層５によって被覆されているのが好ましい。なお、第１誘電体物質層５は、本発明に必須のものではなく、戻り光や汚れの問題が無視できる用途であれば、省略することができる。【００３４】
光吸収性物質からなる薄膜４における、誘電体基板３と反対側の表面を、第１誘電体物質層５によって被覆する方法としては、
（ｅ）ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、石英を主体とするガラス層を堆積させる、
（ｆ）ゾルゲルガラスを塗布して硬化させる、
（ｇ）硬化性樹脂材料を塗布し、紫外線照射あるいは加熱によって硬化させる、
（ｈ）ガラス材料を、スパッタリングによって膜付けする、
を例示できる。【００３５】
なお、本実施形態においては、第１誘電体物質層５における、誘電体基板３と反対側の表面が、平面である場合を例に挙げて説明したが、必ずしもかかる構成に限定されるものではない。第１誘電体物質層５における、誘電体基板３と反対側の表面は、例えば、山型断面に追随した形状であってもよい（図３の“５ａ”参照）。【００３６】
［第２実施形態］
図２は、本発明の第２実施形態における、透過型偏光素子を示す断面図である。【００３７】
図２に示すように、第１誘電体物質層５における、誘電体基板３と反対側の表面には、単層あるいは多層の第１反射防止層６が設けられている。また、誘電体基板３における、第１誘電体物質層５と反対側の表面には、単層あるいは多層の第２反射防止層７が設けられている。その他の構成は、前述した第１実施形態の透過型偏光素子１と同様であるため、図１に示す部材と同一の部材には同一の参照符号を付し、それらの説明は省略する。【００３８】
第１及び第２反射防止層６、７の材料としては、Ｔａ2Ｏ5（屈折率２．１）、ＴｉＯ2（屈折率２．２〜２．５）、Ｎｂ2Ｏ5（屈折率２．３５）、ＭｇＦ2（屈折率１．３８）、ＳｉＯ2（屈折率１．４５）、Ｙ2Ｏ3（屈折率１．８）、ＭｇＯ（屈折率１．７）、Ａｌ2Ｏ3（屈折率１．６３）などを用いることができる。そして、これらの材料は、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法などの方法を用いて成膜することができる。【００３９】
本実施形態の構成によれば、前述した第１実施形態の透過型偏光素子１を挟む形で第１及び第２反射防止層６、７を設けるようにしたことにより、戻り光のさらなる低減を図ることが可能となる。なお、第１及び第２反射防止層６、７は、本発明に必須のものではなく、戻り光の問題が無視できる用途であれば、省略することができる。【００４０】
［第３実施形態］
図３は、本発明の第３実施形態における、透過型偏光素子を示す断面図である。【００４１】
本実施形態の透過型偏光素子においては、光吸収性物質からなる薄膜が、第２誘電体物質層を挟んで複数層配置されている。以下、図３を参照しながら、本実施形態の透過型偏光素子について、さらに詳細に説明する。【００４２】
図３に示すように、本実施形態の透過型偏光素子１ａにおいては、光吸収性物質からなる薄膜としての第１及び第２金属膜４ａ、４ｂが、第２誘電体物質層８を挟んで誘電体基板３側から順に配置されている。また、第２金属膜４ｂにおける、誘電体基板３と反対側の表面は、第１誘電体物質層５ａによって被覆されている。全体の消光比は、おおよそ各金属膜４ａ、４ｂの消光比の積となるので、本実施形態の構成によれば、大きな消光比を得ることができる。【００４３】
本実施形態の透過型偏光素子１ａは、複数の山型断面のリッジ２が平行に並ぶ構造をその片側の表面に有する誘電体基板３上に、金属の成膜と誘電体物質の成膜とを交互に行うことにより、作製することができる。なお、図３においては、第２金属膜４ｂを被覆する第１誘電体物質層５ａにおける、誘電体基板３と反対側の表面が、山型断面に追随した形状となっている。【００４４】
図３において、第１金属膜４ａ（Ｙ軸方向の厚さＷ１）と第２金属膜４ｂ（Ｙ軸方向の厚さＷ２）は、それぞれ入射光を反射し、反射率は第１及び第２金属膜４ａ、４ｂの膜厚を厚くするほど大きくなる。ところが、それぞれの金属膜４ａ、４ｂの反射率と、両金属膜４ａ、４ｂ間のＺ軸方向（光の入射方向）の間隔Ｓとを調整すれば、両反射光の振幅を同程度にすることができると共に、両反射光の位相を半周期ずらすことができ、これにより、両反射光を干渉によって打ち消して、全体の反射率を小さくすることができる。【００４５】
本実施形態のように、光吸収性物質からなる薄膜（例えば、金属膜）を、複数層配置することにより、消光比を大きくすることができると共に、反射光のコントロールが可能となって、設計の自由度が大きくなる。【００４６】
なお、本実施形態においては、光吸収性物質からなる薄膜として金属膜４ａ、４ｂを用いているが、光吸収性物質からなる薄膜の材料としては、金属のほかに、前述した第１実施形態で例示した材料を用いることもできる。【００４７】
［第４実施形態］
図４は、本発明の第４実施形態における、複合偏光板を示す断面図である。【００４８】
本発明による透過型偏光素子の消光比が不足する場合には、当該透過型偏光素子を複数枚重ねて用いることもできるが、本発明によらない他の透過型偏光素子と組み合わせた構成（複合偏光板）とすることによっても、消光比の不足を補うことができる。以下、図４を参照しながら、本実施形態の複合偏光板についてさらに詳細に説明する。【００４９】
図４に示すように、本実施形態の複合偏光板は、光の入射側に配置される第１透過型偏光素子１ｂと、光の出射側に配置される第２透過型偏光素子９とを備えた構成である。第１及び第２透過型偏光素子１ｂ、９のうち第１透過型偏光素子１ｂのみが本発明による透過型偏光素子である。すなわち、第１透過型偏光素子１ｂは、前述した第１実施形態の透過型偏光素子１（図１参照）において、第１誘電体物質層５における、誘電体基板３と反対側の表面に、単層あるいは多層の第１反射防止層６が設けられた構成となっている。【００５０】
第２透過型偏光素子９としては、例えば、一般的なワイヤーグリッド式の偏光板などを用いることができる。【００５１】
本実施形態の複合偏光板において、光の入射側に配置される本発明による第１透過型偏光素子１ｂは、ＴＭ偏光成分を透過させ、ＴＥ偏光成分を吸収する。これに対し、光の出射側に配置される本発明によらない第２透過型偏光素子９は、ＴＭ偏光成分を透過させ、ＴＥ偏光成分を反射する。【００５２】
図４に示す複合偏光板の第１透過型偏光素子１ｂは、消光比の小さいものであり、ここでは、第１透過型偏光素子１ｂの消光比が２０に設定されている。しかし、第２透過型偏光素子９（例えば、消光比を３０とする）を、第１透過型偏光素子１ｂに重ねることにより、全体の消光比として２０×３０＝６００という大きな値が得られる。ワイヤーグリッド式の偏光板などの、第２透過型偏光素子９におけるＴＭ偏光成分の透過率は高く、消光比の小さいものであれば９０％以上の透過率が得られる。したがって、複合偏光板全体としてのＴＭ偏光成分の透過率を高いレベルに保つことができる。なお、第１透過型偏光素子１ｂを透過したＴＥ偏光成分は、その大部分が第２透過型偏光素子９によって反射されるが、再び第１透過型偏光素子１ｂによる吸収を受けるので、戻り光はほとんどない。【００５３】
後述する設計例で示すように、本発明による透過型偏光素子において、好ましい特性である、
（ｉ）ＴＭ偏光成分の透過率が高いこと、
（ｊ）ＴＥ偏光成分の透過率が低いこと（すなわち、消光比が大きいこと）、
（ｋ）反射率が低いこと、
を同時に満足させるためには、「アスペクト比を大きくする」、「光吸収性物質からなる薄膜（例えば、金属膜）の層数を多くする」といった手段が有効であるものの、作製はより困難となる。これに対し、
（ｌ）ＴＭ偏光成分の透過率が高いこと、
（ｍ）ＴＥ偏光成分の透過率が幾分高いこと（すなわち、消光比が小さいこと）、
（ｎ）反射率が低いこと、
という特性を同時に満足する本発明による透過型偏光素子は、「アスペクト比が小さい」あるいは「光吸収性物質からなる薄膜（例えば、金属膜）の層数が少ない」といった条件下で比較的容易に作製することができる。したがって、図４の複合偏光板は、２枚の透過型偏光素子１ｂ、９を要するものの、作製の難易度を考慮すると非常に実用的である。【００５４】
なお、図４の複合偏光板においては、第２透過型偏光素子９として安価な吸収型の方向性有機膜を用いることもできるが、有機膜は、ＴＥ偏光成分のエネルギーを吸収することによって劣化しやすい。しかし、ＴＥ偏光成分は、第１透過型偏光素子１ｂによって大部分が除去されるので、図４の複合偏光板において有機膜の劣化が問題となることはない。【００５５】
図４の複合偏光板においては、第１透過型偏光素子１ｂとして、本発明による透過型偏光素子以外の吸収型のものを用いることもできる。例えば、第１透過型偏光素子１ｂとして、前述した「積層型偏光器」、「方向の揃った微小な針状の金属をランダムに含むガラス層」、「誘電体からなるフォトニック結晶体の中に細長い金属部分を何層も重ねて配置したもの」などを用いることができる。【００５６】
なお、図４の複合偏光板においては、同じ誘電体基板３の両面に、第１透過型偏光素子１ｂと第２透過型偏光素子９とが設けられているが、それぞれ別の基板に設けたものを組み合わせてもよい。【００５７】
［第５実施形態］
図５は、本発明の第５実施形態における、透過型偏光素子を示す断面図である。【００５８】
本実施形態の透過型偏光素子においては、光吸収性物質からなる薄膜と誘電体基板との間に、リッジの山型断面に追随した形状の誘電体多層膜が設けられている。以下、図５を参照しながら、本実施形態の透過型偏光素子について、さらに詳しく説明する。【００５９】
図５に示すように、本実施形態の透過型偏光素子１ｂにおいては、光吸収性物質からなる薄膜としての金属膜４ｃと誘電体基板３との間に、リッジ２の山型断面に追随した形状の誘電体多層膜１０が設けられている。また、金属膜４ｃにおける、誘電体多層膜１０との反対側の表面は、反射防止と金属膜４ｃの表面保護のために、第１誘電体物質層５ｂによって被覆されている。【００６０】
本実施形態の透過型偏光素子１ｂは、複数の山型断面のリッジ２が平行に並ぶ構造をその片側の表面に有する誘電体基板３上に、高屈折率層（Ｈ層）と低屈折率層（Ｌ層）を交互に積層することによって誘電体多層膜１０を形成し、誘電体多層膜１０上に、金属膜４ｃと第1誘電体物質層５ｂを順次形成することにより、作製することができる。なお、誘電体多層膜１０は、例えば、フォトニック結晶の製造方法として知られる「オートクローニング」技術によって形成することができる（例えば、特許第３４８６３３４号公報参照）。【００６１】
このように、本実施形態の透過型偏光素子１ｂにおいては、誘電体多層膜１０が山型断面に追随した形状となっている。そして、この場合、複数の山型のリッジ２はＹ軸方向に周期的に配置されている（山型構造はＹ軸方向のみに存在する）ので、誘電体多層膜１０は偏光特性を有する。したがって、誘電体多層膜１０に、
ＴＭ偏光はほぼ１００％透過させる、
ＴＥ偏光は部分的に反射し、残りは透過させる、
といったような特性を持たせることが可能となる。このような特性を誘電体多層膜１０に持たせれば、入射光のＴＭ偏光成分は、金属膜４ｃによってある程度吸収されてから誘電体多層膜１０を透過するのに対し、入射光のＴＥ偏光成分は、金属膜４ｃによって大きく吸収されてから誘電体多層膜１０によって反射され、再び金属膜４ｃによって吸収される。ＴＥ偏光成分のみ２回の吸収があるので、消光比をより高めることができる。図５の構造は、前述した第４実施形態における「２枚組み透過型偏光素子」を一体化したものと考えることができる。【００６２】
［第６実施形態］
図６は、本発明の第６実施形態における、透過型偏光素子を示す断面図である。【００６３】
本実施形態の透過型偏光素子においては、光吸収性物質からなる薄膜における、誘電体基板と反対側の表面を被覆する第１誘電体物質層が、リッジの山型断面に追随した形状の誘電体多層膜からなっている。以下、図６を参照しながら、本実施形態の透過型偏光素子について、さらに詳しく説明する。【００６４】
図６に示すように、本実施形態の透過型偏光素子１ｃにおいては、光吸収性物質からなる薄膜としての金属膜４ｄにおける、誘電体基板３と反対側の表面を被覆する第１誘電体物質層が、リッジ２の山型断面に追随した形状の誘電体多層膜５ｃからなっている。なお、図６中、θは入射光の入射角である（図７においても、同様である）。【００６５】
本実施形態の透過型偏光素子１ｃは、複数の山型断面のリッジ２が平行に並ぶ構造をその片側の表面に有する誘電体基板３上に、金属膜４ｄを形成し、金属膜４ｄ上に、低屈折率層（Ｌ層）と高屈折率層（Ｈ層）を交互に積層することによって、誘電体多層膜５ｃを形成することにより、作製することができる。なお、誘電体多層膜５ｃも、前述した第５実施形態の誘電体多層膜１０と同様に、例えば、フォトニック結晶の製造方法として知られる「オートクローニング」技術によって形成することができる。【００６６】
図６の構造は、前述した第５実施形態における透過型偏光素子１ｂ（図５）と入射光の方向を逆向きにした構成であり、金属膜４ｄは誘電体基板３側に設けられている。【００６７】
［第７実施形態］
図７は、本発明の第７実施形態における、透過型偏光素子を示す断面図である。【００６８】
本実施形態の透過型偏光素子は、前述した第５実施形態の構成と、前述した第６実施形態の構成とを組み合わせ、金属膜の両側を誘電体多層膜としたものである。以下、図７を参照しながら、本実施形態の透過型偏光素子について、さらに詳しく説明する。【００６９】
図７に示すように、本実施形態の透過型偏光素子１ｄにおいては、光吸収性物質からなる薄膜として金属膜４ｅと誘電体基板３との間に、リッジ２の山型断面に追随した形状の誘電体多層膜１０ａが設けられている。また、金属膜４ｅにおける、誘電体基板３（あるいは誘電体基板１０ａ）と反対側の表面を被覆する第１誘電体物質層が、リッジ２の山型断面に追随した形状の誘電体多層膜５ｄからなっている。【００７０】
本実施形態の透過型偏光素子１ｄは、複数の山型断面のリッジ２が平行に並ぶ構造をその片側の表面に有する誘電体基板３上に、高屈折率層（Ｈ層）と低屈折率層（Ｌ層）を交互に積層することによって誘電体多層膜１０ａを形成し、誘電体多層膜１０ａ上に、金属膜４ｅを形成し、金属膜４ｅ上に、低屈折率層（Ｌ層）と高屈折率層（Ｈ層）を交互に積層することによって、誘電体多層膜５ｄを形成することにより、作製することができる。【００７１】
本実施形態の構成によれば、ＴＥ偏光成分が、金属膜４ｅを挟む両誘電体多層膜１０ａ、５ｄによって何回も反射されるので、金属膜４ｅによる吸収量をさらに大きくして消光比を高めることができる。【００７２】
なお、前述した第１〜第３や第５〜第７実施形態においては、入射側と出射側を入れ替えて用いることも可能である。【００７３】
また、前述した第５〜第７実施形態においては、金属膜が単層である場合を例に挙げて説明しているが、前述した第３実施形態と同様に、金属膜を複数として、反射防止などに役立てることもできる。【００７４】
また、前述した各実施形態においては、山型断面のリッジ２が断面三角形状である場合を例に挙げて説明しているが、山型断面のリッジ２は断面三角形状のものに限定されるものではない。Ｚ軸方向の奥行きが確保されていれば、例えば、図８（ａ）、（ｂ）に示すような形状であっても差し支えない。【００７５】
また、前述した各実施形態においては、光吸収性物質からなる薄膜（例えば、金属膜）が山型断面のリッジ２（あるいは誘電体多層膜１０、１０ａ）の全面に形成されている場合を例に挙げて説明しているが、図９に示すように、光吸収性物質からなる薄膜４は山型断面の頂点部分で途切れていても構わない。この構成によれば、ＴＭ偏光成分の透過率を高める効果が得られる。【００７６】
また、複数の山型断面のリッジ２間の、底辺Ｂ、高さＨ、形状に多少のばらつきがあっても、本発明による透過型偏光素子の光学的特性は十分に発揮される。【００７７】
［設計例］
以上説明した透過型偏光素子の設計例を、以下に示す。【００７８】
図１０に示す透過型偏光素子の空気側（第１反射防止層６側）から平面波（ＴＥ偏光及びＴＭ偏光）を垂直に入射させ、透過率、反射率、吸収率を計算した。ＴＥ偏光は、電場の振動方向がＸ軸方向（リッジの長さ方向）であり、ＴＭ偏光は、磁場の振動方向がＸ軸方向である。透過型偏光素子の、複数の山型断面のリッジは、Ｙ軸方向に周期的に配置され、その構造周期は底辺の大きさＢに等しい。なお、透過率、反射率、吸収率の計算には、アメリカ合衆国 RSoft Design Group, Inc. 製のＲＣＷＡ（Rigorous Coupled Wave Analysis）法による計算ソフト“DiffractMOD”を使用した。【００７９】
（設計例１）
設計例１は、図１０に示す透過型偏光素子について、以下のように設定した。【００８０】
（Ａ）誘電体基板３の屈折率：１．４５
（Ｂ）誘電体基板３の山型断面部分の底辺：Ｂ＝１８０ｎｍ（Ｙ軸方向の構造周期に等しい）
（Ｃ）誘電体基板３の山型断面部分の高さ：Ｈ＝３６０ｎｍ（アスペクト比は２．０）
（Ｄ）誘電体基板３の山型断面部分の屈折率：１．４５
（Ｅ）光吸収性物質からなる薄膜４のＹ軸方向の厚さ：Ｗ＝１０ｎｍ
（Ｆ）光吸収性物質からなる薄膜４の複素屈折率：ｎ＝２．９１＋４．０７ｉ（光の周波数によらず一定値とする）
（Ｇ）第１誘電体物質層５の屈折率：１．４５
（Ｈ）山型断面部分の頂点を基準とした第１誘電体物質層５のＺ軸方向の厚さ：Ｔ＝２８ｎｍ
（Ｉ）第１反射防止層６の構造
（基板側）
第１層：屈折率  １．６２  物理的厚さ  ６０ｎｍ
第２層：屈折率  ２．１０  物理的厚さ  ６９ｎｍ
第３層：屈折率  １．３８  物理的厚さ  ７７ｎｍ
（空気側）
光吸収性物質からなる薄膜４のＹ軸方向の厚さＷは、ＴＥ偏光成分の透過率が使用する光の波長域で概略０．２％以下となるように設定した。また、光吸収性物質からなる薄膜４の複素屈折率ｎは、波長０．４７μｍにおけるＣｒ（クロム）の値に近いものとした。【００８１】
設計例１の透過型偏光素子に、空気側から真空中の波長が０．４２μｍ〜０．５２μｍの光を垂直に入射させた場合の、ＴＥ偏光及びＴＭ偏光における、空気側への反射率と誘電体基板３側への透過率を、それぞれ図１１（ａ）、図１１（ｂ）に示す。以下に示す設計例や参照例においても、同様の波長の光を用いて、ＴＥ偏光及びＴＭ偏光における、反射率と透過率を、それぞれ図示する。【００８２】
反射と透過以外の入射エネルギーは、光吸収性物質からなる薄膜４に吸収される。ここで、透過率は、誘電体基板３から外部へ光線が出て行かない状態でのエネルギーから計算したものである。これは、外部（例えば、空気層）への出射時に生じるフレネル反射の影響を無くすためである。【００８３】
図１１（ａ）に示すように、ＴＥ偏光の場合、反射率と透過率は極めて小さく、ほとんどの入射エネルギーは、光吸収性物質からなる薄膜４に吸収されている。これに対して、図１１（ｂ）に示すように、ＴＭ偏光の場合には、透過率が４６〜５３％と大きく、設計例１の透過型偏光素子は、偏光板として作用していることが分かる。【００８４】
例えば、波長０．４７μｍにおいては、
ＴＥ偏光：反射率４．０％、透過率０．２％  （残りは吸収）、
ＴＭ偏光：反射率１．５％、透過率  ５０％  （残りは吸収）、
であることから、透過光の偏光消光比は２５０である。【００８５】
（設計例２）
設計例２は、設計例１よりもアスペクト比を大きくした例である。光吸収性物質からなる薄膜４のＹ軸方向の厚さＷは、ＴＥ偏光成分の透過率が使用する光の波長域で概略０．２％以下となるように設定した。以下に記す項目以外の項目は、設計例１の場合と同一である。【００８６】
（Ｃ）誘電体基板３の山型断面部分の高さ：Ｈ＝７２０ｎｍ（アスペクト比は４．０）
（Ｅ）光吸収性物質からなる薄膜４のＹ軸方向の厚さ：Ｗ＝４．５ｎｍ
（Ｈ）山型断面部分の頂点を基準とした第１誘電体物質層５のＺ軸方向の厚さ：Ｔ＝６ｎｍ
（Ｉ）第１反射防止層６の構造
（基板側）
第１層：屈折率  １．６２  物理的厚さ  ６９ｎｍ
第２層：屈折率  ２．１０  物理的厚さ  ７９ｎｍ
第３層：屈折率  １．３８  物理的厚さ  ７５ｎｍ
（空気側）
設計例２の透過型偏光素子の、ＴＥ偏光及びＴＭ偏光における反射率と透過率を、それぞれ図１２（ａ）、図１２（ｂ）に示す。【００８７】
例えば、波長０．４７μｍにおいては、
ＴＥ偏光：反射率０．２３％、透過率０．１０％  （残りは吸収）、
ＴＭ偏光：反射率０．６％、透過率７９％  （残りは吸収）、
であることから、透過光の偏光消光比は７９０である。【００８８】
このように、設計例２は、設計例１の場合よりもアスペクト比が大きいので、特性が向上している。【００８９】
（設計例３）
設計例３は、設計例１の光吸収性物質からなる薄膜４を、より吸収の少ない（屈折率の虚数成分である消衰係数の小さい）材料に代えた例である。すなわち、設計例３における、光吸収性物質からなる薄膜４の複素屈折率は、波長０．４７μｍにおけるＳｎ（スズ）の値に近いものとした。また、光吸収性物質からなる薄膜４のＹ軸方向の厚さＷは、ＴＥ偏光成分の透過率が使用する光の波長域で概略０．２％以下となるように設定した。以下に記す項目以外の項目は、設計例１の場合と同一である。【００９０】
（Ｅ）光吸収性物質からなる薄膜４のＹ軸方向の厚さ：Ｗ＝１２ｎｍ
（Ｆ）光吸収性物質からなる薄膜４の複素屈折率：ｎ＝２．８３＋２．８０ｉ（光の周波数によらず一定値とする）
（Ｈ）山型断面部分の頂点を基準とした第１誘電体物質層５のＺ軸方向の厚さ：Ｔ＝１８ｎｍ
（Ｉ）第１反射防止層６の構造
（基板側）
第１層：屈折率  １．６２  物理的厚さ  ６９ｎｍ
第２層：屈折率  ２．１０  物理的厚さ  ７９ｎｍ
第３層：屈折率  １．３８  物理的厚さ  ８２ｎｍ
（空気側）
設計例３の透過型偏光素子の、ＴＥ偏光及びＴＭ偏光における反射率と透過率を、それぞれ図１３（ａ）、図１３（ｂ）に示す。【００９１】
例えば、波長０．４７μｍにおいては、
ＴＥ偏光：反射率１．７５％、透過率０．２４％  （残りは吸収）、
ＴＭ偏光：反射率１．２％、透過率５１％  （残りは吸収）、
であることから、透過光の偏光消光比は２１３である。【００９２】
（設計例４）
設計例４は、設計例１の光吸収性物質からなる薄膜４のＹ軸方向の厚さＷを薄くして、ＴＥ偏光成分の透過率が使用する光の波長域で概略４％以下となるように設定した例である。以下に記す項目以外の項目は、設計例１の場合と同一である。【００９３】
（Ｅ）光吸収性物質からなる薄膜４のＹ軸方向の厚さ：Ｗ＝４．４ｎｍ
（Ｈ）山型断面部分の頂点を基準とした第１誘電体物質層５のＺ軸方向の厚さ：Ｔ＝４７ｎｍ
（Ｉ）第１反射防止層６の構造
（基板側）
第１層：屈折率  １．６２  物理的厚さ  ７５ｎｍ
第２層：屈折率  ２．１０  物理的厚さ  １２５ｎｍ
第３層：屈折率  １．３８  物理的厚さ  ８３ｎｍ
（空気側）
設計例４の透過型偏光素子の、ＴＥ偏光及びＴＭ偏光における反射率と透過率を、それぞれ図１４（ａ）、図１４（ｂ）に示す。【００９４】
例えば、波長０．４７μｍにおいては、
ＴＥ偏光：反射率０．６％、透過率３．３％  （残りは吸収）、
ＴＭ偏光：反射率０．４５％、透過率７６％  （残りは吸収）、
であることから、透過光の偏光消光比は２３である。【００９５】
設計例４は、設計例１の光吸収性物質からなる薄膜４のＹ軸方向の厚さＷを薄くして、ＴＭ偏光成分の透過率を大きくしたものであるが、その代償として、ＴＥ偏光成分の透過率も増大し、消光比が小さくなっている。しかし、図４に示す構成とすることにより、消光比の不足を補うことができる。【００９６】
（設計例５）
設計例５は、設計例１の第１誘電体物質層５と第１反射防止層６とを無くし、光吸収性物質からなる薄膜４の表面を直接空気層と接触させた例である。光吸収性物質からなる薄膜４のＹ軸方向の厚さＷは、ＴＥ偏光成分の透過率が使用する光の波長域で概略０．２％以下となるように設定した。以下に記す項目以外の項目は、設計例１の場合と同一である。【００９７】
（Ｅ）光吸収性物質からなる薄膜４のＹ軸方向の厚さ：Ｗ＝７．７ｎｍ
第１誘電体物質層５：無し
第１反射防止層６：無し
設計例５の透過型偏光素子の、ＴＥ偏光及びＴＭ偏光における反射率と透過率を、それぞれ図１５（ａ）、図１５（ｂ）に示す。【００９８】
例えば、波長０．４７μｍにおいては、
ＴＥ偏光：反射率２１％、透過率０．１４％  （残りは吸収）、
ＴＭ偏光：反射率０．１２％、透過率４５％  （残りは吸収）、
であることから、透過光の偏光消光比は３２９である。【００９９】
設計例５では、光吸収性物質からなる薄膜４の表面が直接空気層と接触しているので、ＴＥ偏光成分の反射率が大きくなっている。したがって、設計例５の透過型偏光素子は、反射光が多くても差し支えない用途であれば、用いることができる。【０１００】
（参考例１）
図１６に示す矩形断面のリッジ２ａを有する透過型偏光素子の空気側（第１反射防止層６側）から平面波（ＴＥ偏光及びＴＭ偏光）を垂直入射させ、透過率、反射率、吸収率を計算した。矩形断面部分はＹ軸方向に周期的に配置され、その構造周期はＰである。矩形断面部分の底辺の大きさと高さをそれぞれＢ、Ｈとする。【０１０１】
図１６に示す透過型偏光素子について、以下のように設定した。【０１０２】
（Ａ）誘電体基板３の屈折率：１．４５
（Ｂ）誘電体基板３の矩形断面部分の底辺：Ｂ＝９０ｎｍ
（Ｂ１）誘電体基板３の矩形断面部分のＹ軸方向の構造周期：Ｐ＝１８０ｎｍ
（Ｃ）誘電体基板３の矩形断面部分の高さ：Ｈ＝３６０ｎｍ（アスペクト比は４．０）
（Ｄ）誘電体基板３の矩形断面部分の屈折率：１．４５
（Ｅ）光吸収性物質からなる薄膜１０の厚さ：Ｗ＝６．５ｎｍ
（Ｆ）光吸収性物質からなる薄膜１０の複素屈折率：ｎ＝２．９１＋４．０７ｉ（光の周波数によらず一定値とする）
（Ｇ）第１誘電体物質層５の屈折率：１．４５
（Ｈ）矩形断面部分の先端を基準とした第１誘電体物質層５のＺ軸方向の厚さ：Ｔ＝６ｎｍ
（Ｉ）第１反射防止層６の構造
（基板側）
第１層：屈折率  １．６２  物理的厚さ  １１７ｎｍ
第２層：屈折率  ２．１０  物理的厚さ  ５７ｎｍ
第３層：屈折率  １．３８  物理的厚さ  ７９ｎｍ
（空気側）
光吸収性物質からなる薄膜１０の厚さＷは、ＴＥ偏光成分の透過率が使用する光の波長域で概略０．２％以下となるように設定した。【０１０３】
参考例１の透過型偏光素子の、ＴＥ偏光及びＴＭ偏光における反射率と透過率を、それぞれ図１７（ａ）、図１７（ｂ）に示す。反射と透過以外の入射エネルギーは、光吸収性物質からなる薄膜１０に吸収される。【０１０４】
例えば、波長０．４７μｍにおいては、
ＴＥ偏光：反射率２．８％、透過率０．１３％  （残りは吸収）、
ＴＭ偏光：反射率０．１２％、透過率３３％  （残りは吸収）、
であることから、透過光の偏光消光比は２５４である。【０１０５】
参考例１の透過型偏光素子を、高さＨが同じ設計例１と比べてみると、ＴＭ偏光成分の透過率が非常に低くなっている。したがって、参考例１のような矩形断面のリッジ２ａを有する透過型偏光素子は、偏光板としての使用には適していない。【０１０６】
（参考例２）
参考例２は、参考例１よりもアスペクト比を小さくした例である。光吸収性物質からなる薄膜１０の厚さＷは、ＴＥ偏光成分の透過率が使用する光の波長域で概略０．２％以下となるように設定した。以下に記す項目以外の項目は、参考例１と同一である。【０１０７】
（Ｃ）誘電体基板３の矩形断面部分の高さ：Ｈ＝９０ｎｍ（アスペクト比は１．０）
（Ｅ）光吸収性物質からなる薄膜１０の厚さ：Ｗ＝２８ｎｍ
（Ｈ）矩形断面部分の先端を基準とした第１誘電体物質層５のＺ軸方向の厚さ：Ｔ＝１４ｎｍ
（Ｉ）第１反射防止層６の構造
（基板側）
第１層：屈折率  １．６２  物理的厚さ  １２７ｎｍ
第２層：屈折率  ２．１０  物理的厚さ  ３７ｎｍ
第３層：屈折率  １．３８  物理的厚さ  ４２ｎｍ
（空気側）
参考例２の透過型偏光素子の、ＴＥ偏光及びＴＭ偏光における反射率と透過率を、それぞれ図１８（ａ）、図１８（ｂ）に示す。反射と透過以外の入射エネルギーは、光吸収性物質からなる薄膜１０に吸収される。【０１０８】
例えば、波長０．４７μｍにおいては、
ＴＥ偏光：反射率１８％、透過率０．１３％  （残りは吸収）、
ＴＭ偏光：反射率１３％、透過率２．１％  （残りは吸収）、
であることから、透過光の偏光消光比は１６である。【０１０９】
参考例２の透過型偏光素子は、参考例１の場合よりもさらにＴＭ偏光成分の透過率が低下している。したがって、参考例２の透過型偏光素子は、偏光板としての使用に全く適していない。【０１１０】
（設計例６）
図１９に示す透過型偏光素子１ａ（前述した第３実施形態（図３）参照）について、以下のように設定した。【０１１１】
（Ａ）誘電体基板３の屈折率：１．４５
（Ｂ）誘電体基板３の山型断面部分の底辺：Ｂ＝１８０ｎｍ（Ｙ軸方向の構造周期に等しい）
（Ｃ）誘電体基板３の山型断面部分の高さ：Ｈ＝１２８ｎｍ（アスペクト比は０．７１１）
（Ｅ１）第１金属膜４ａのＹ軸方向の厚さ：Ｗ１＝４．０ｎｍ
（Ｅ２）第２金属膜４ｂのＹ軸方向の厚さ：Ｗ２＝３．０ｎｍ
（Ｊ）第１及び第２金属膜４ａ、４ｂ間のＺ軸方向の間隔：Ｓ＝１００ｎｍ
（Ｋ）第２誘電体物質層８の屈折率：１．４５
（Ｆ）第１及び第２金属膜４ａ、４ｂの複素屈折率：ｎ＝２．９１＋４．０７ｉ（光の周波数によらず一定値とする）
（Ｇ）第１誘電体物質層５ａの屈折率：１．４５
（Ｈ）第２金属膜４ｂの頂点を基準とした第１誘電体物質層５ａのＺ軸方向の厚さ：Ｔ＝９５ｎｍ
ここで、パラメーターＷ１、Ｗ２、Ｓ、Ｔは、反射光が少なくなるように設定した。【０１１２】
設計例６の透過型偏光素子１ａの、ＴＥ偏光及びＴＭ偏光における反射率と透過率を、それぞれ図２０（ａ）、図２０（ｂ）に示す。ただし、用いた光は、波長が０．３４μｍ〜０．５２μｍである。反射と透過以外の入射エネルギーは、第１及び第２金属膜４ａ、４ｂに吸収される。【０１１３】
例えば、波長０．４２μｍにおいては、
ＴＥ偏光：反射率０．１７％、透過率９．２％  （残りは吸収）、
ＴＭ偏光：反射率０．５１％、透過率４３％  （残りは吸収）、
であることから、透過光の偏光消光比は４．７である。設計例６の透過型偏光素子１ａは、単独で偏光板として用いるには消光比が小さいので、図４に示すように、他の透過型偏光素子と組み合わせる必要がある。なお、反射率は、前述した第３実施形態で説明したように、非常に低い値に抑えられている。【０１１４】
（設計例７）
図５に示す透過型偏光素子について、波長域０．４４μｍ〜０．５０μｍ（青色）において消光比が大きくなるよう、以下のように最適化設計を行った。なお、本設計例において、Ｈ層の数は１層である。【０１１５】
（Ａ）誘電体基板３の屈折率：１．４５
（Ｂ）誘電体基板３の山型断面部分の底辺：Ｂ＝２８８．０ｎｍ（Ｙ軸方向の構造周期に等しい）
（Ｃ’）誘電体基板３の山型断面部分のアスペクト比：０．５０
（α）高屈折率層（Ｈ層）の屈折率：２．１０
（β）低屈折率層（Ｌ層）の屈折率：１．４５
（Ｅ）金属膜（光吸収性物質からなる薄膜）４ｃのＹ軸方向の厚さ：Ｗ＝３ｎｍ
（Ｆ）金属膜（光吸収性物質からなる薄膜）４ｃの複素屈折率：Ｇｅ薄膜の波長５１０ｎｍにおける実測値、ｎ＝４．７２１、ｋ＝２．１８９を用いた）
（Ｇ）第１誘電体物質層５ｂの屈折率：１．４５
（Ｉ’）誘電体各層のＺ軸方向の物理的厚さ
（基板側）
Ｈ層：  ２０８．２ｎｍ
Ｌ層：  １５３．４ｎｍ
（金属膜層）
Ｌ層：  ９２．８ｎｍ
（空気側）
なお、Ｇｅ薄膜における複素屈折率を表１に示す。【０１１６】
【表１】
2008018247.tif 000003
【０１１７】
表１中、ｎは屈折率、ｋは消衰係数である。【０１１８】
設計例７の透過型偏光素子に、空気側から真空中の波長が０．４０μｍ〜０．５４μｍの光を垂直に入射した場合の、透過率、反射率、吸収率を、ＴＭ偏光及びＴＥ偏光についてそれぞれ図２１（ａ）、図２１（ｂ）に示す。後述する参考例３と比較すると、ＴＭ偏光の透過率は、０．４５μｍ〜０．５１μｍの波長域でほとんど変わらないが、ＴＥ偏光の透過率は、波長０．４５μｍ付近で極小となり、参考例３よりもはるかに小さくなっており、消光比が向上していることが分かる。これは、誘電体基板３側に誘電体多層膜１０による反射層を設けたことによる効果である。【０１１９】
（参考例３）
参考例３は、設計例７と比較するために、Ｈ層、Ｌ層（誘電体多層膜）をなくし、波長域０．４４μｍ〜０．５０μｍ（青色）において消光比が大きくなるよう、以下のように最適化設計を行った。以下に記す項目以外の項目は、設計例７と同一である。【０１２０】
（Ｂ）誘電体基板３の山型断面部分の底辺：Ｂ＝２８８．４ｎｍ（Ｙ軸方向の構造周期に等しい）
（Ｉ’）誘電体各層のＺ軸方向の物理的厚さ
（基板側）
（金属膜層）
Ｌ層：  １１３．５ｎｍ
（空気側）
参考例３の透過型偏光素子に、空気側から真空中の波長が０．４０μｍ〜０．５４μｍの光を垂直に入射した場合の、透過率、反射率、吸収率を、ＴＭ偏光及びＴＥ偏光について、それぞれ図２２（ａ）、図２２（ｂ）に示す。本参考例においては、誘電体多層膜による反射層が設けられていないので、設計例７、設計例８に見られるようなＴＥ偏光の透過率の極小は現われない。【０１２１】
（設計例８）
図５に示す透過型偏光素子について、波長域０．４３μｍ〜０．５０μｍ（青色）において消光比が大きくなるよう、以下のように最適化設計を行った。なお、以下に記す項目以外の項目は、設計例７と同一である。また、設計例７においては、Ｈ層の数が１層であるが、本設計例においては、Ｈ層の数を２層とした。【０１２２】
（Ｂ）誘電体基板３の山型断面部分の底辺：Ｂ＝２９５．４ｎｍ（Ｙ軸方向の構造周期に等しい）
（Ｉ’）誘電体各層のＺ軸方向の物理的厚さ
（基板側）
Ｈ層：１８９．６ｎｍ
Ｌ層：１２２．０ｎｍ
Ｈ層：１８８．７ｎｍ
Ｌ層：１９３．０ｎｍ
（金属膜層）
Ｌ層：９１．４ｎｍ
（空気側）
設計例８の透過型偏光素子に、空気側から真空中の波長が０．３８μｍ〜０．５５μｍの光を垂直に入射した場合の、透過率、反射率、吸収率を、ＴＭ偏光及びＴＥ偏光について、それぞれ図２３（ａ）、図２３（ｂ）に示す。本設計例においては、誘電体多層膜１０のＨ層の数を２層としたので、波長域０．４３μｍ〜０．４８μｍにおけるＴＥ偏光の透過率は、設計例７の場合よりもさらに小さくなっている。【０１２３】
（設計例９）
図７に示す透過型偏光素子について、以下のように設定した。金属膜（光吸収性物質からなる薄膜）４ｅはＬ層に挟まれ、Ｈ層の数は、基板側が２層、空気側（入射側）が１層である。また、以下に記す項目以外の項目は、設計例７と同じである。【０１２４】
（Ｂ）誘電体基板３の山型断面部分の底辺：Ｂ＝２９２．０ｎｍ（Ｙ軸方向の構造周期に等しい）
（Ｉ’）誘電体各層のＺ軸方向の物理的厚さ
（基板側）
Ｈ層：１７１．９ｎｍ
Ｌ層：２３３．３ｎｍ
Ｈ層：２６．０ｎｍ
Ｌ層：１８８．７ｎｍ
（金属膜層）
Ｌ層：１７．１ｎｍ
Ｈ層：１０４．０ｎｍ
Ｌ層：９４．５ｎｍ
（空気側）
設計例９の透過型偏光素子に、空気側から真空中の波長が０．３８μｍ〜０．５４μｍの光を垂直に入射した場合の、透過率、反射率、吸収率を、ＴＭ偏光及びＴＥ偏光について、それぞれ図２４（ａ）、図２４（ｂ）に示す。設計例８と比較すると、ＴＥ偏光の透過率がさらに小さくなっており、消光比が向上していくことが分かる。【０１２５】
（実施例１）
図２５に示すような、複数の断面三角形状のリッジが平行に並ぶ構造をその片側の表面に有する誘電体基板と、複数の断面三角形状のリッジの表面に形成された１層の光吸収性物質からなる薄膜（金属膜）とからなる透過型偏光素子を作製して、その特性を評価した。光吸収性物質からなる薄膜（金属膜）の材料としては、Ｃｒを用いた。以下、その詳細について説明する。【０１２６】
まず、石英基板上に、リソグラフィー技術を用いて、周期２００ｎｍのラインアンドスペースのＣｒマスクをパターニングした。次に、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、石英基板をエッチング加工した。この場合、エッチング条件のガス流量やＲＦパワー等を最適化することにより、周期的に配列された複数の断面三角形状のリッジ（山型構造）を形成した。次に、石英基板の山型構造の表面に、ＲＦスパッタ装置を用いて、光吸収性物質からなる薄膜（金属膜）としてのＣｒ膜を形成した。【０１２７】
そして、透過スペクトル及び反射スペクトルを、分光光度計を用いて測定し、本透過型偏光素子の偏光特性を評価した（以下の実施例も同様である）。【０１２８】
図２６に、測定したスペクトルを示し、表２に、代表波長における特性値を示す。なお、図２６においては、実線がＴＭ偏光の透過率と反射率を示し、破線がＴＥ偏光の透過率と反射率を示している（図２９、図３１、図３２についても同様である）。【０１２９】
【表２】
2008018247.tif 000004
【０１３０】
図２６、表２から、ＴＭ偏光の透過率に対してＴＥ偏光の透過率が低く、偏光素子として機能していることが分かる。また、４００ｎｍから６００ｎｍの波長域にわたって消光比約３ｄＢのフラットな特性を示している。【０１３１】
（実施例２）
図２７に示すような、複数の断面三角形状のリッジが平行に並ぶ構造をその片側の表面に有する誘電体基板と、複数の断面三角形状のリッジの表面に形成された１層の光吸収性物質からなる薄膜（金属膜）と、光吸収性物質からなる薄膜（金属膜）の表面を被覆する１層の第１誘電体物質層とからなる透過型偏光素子を作製して、その特性を評価した。光吸収性物質からなる薄膜（金属膜）の材料としては、Ｇｅを用い、第１誘電体物質層の材料としては、ＳｉＯ2を用いた。以下、その詳細について説明する。【０１３２】
まず、実施例１と同様の手法を用いて、石英基板上に山型構造（複数の断面三角形状のリッジ）を形成した。次に、石英基板の山型構造の表面に、ＲＦスパッタ装置を用いて、光吸収性物質からなる薄膜（金属膜）としてのＧｅ膜を形成した。続いて、Ｇｅ膜の上に、ＳｉＯ2膜を、同様のＲＦスパッタ装置を用いて形成した。【０１３３】
そして、作製した透過型偏光素子の断面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope））にて観察した。図２８に、作製した透過型偏光素子の断面写真を示す。図２８から、周期的に配列された複数の断面三角形状のリッジの表面に、厚さ数ｎｍ〜２０ｎｍ程度のＧｅ膜と、厚さ５０ｎｍ〜１３０ｎｍのＳｉＯ2膜が形成されていることが分かる。【０１３４】
図２９に、測定したスペクトルを示し、表３に、代表波長における特性値を示す。【０１３５】
【表３】
2008018247.tif 000005
【０１３６】
図２９、表３から、実施例１と比較して反射率が非常に小さくなっている。これは、光吸収性物質からなる薄膜（Ｇｅ膜）上に形成された第１誘電体物質層（ＳｉＯ2膜）による反射防止効果によるものである。【０１３７】
（実施例３）
実施例２と同様に、複数の断面三角形状のリッジが平行に並ぶ構造をその片側の表面に有する誘電体基板と、複数の断面三角形状のリッジの表面に形成された１層の光吸収性物質からなる薄膜（金属膜）と、光吸収性物質からなる薄膜（金属膜）の表面を被覆する１層の第１誘電体物質層とからなる透過型偏光素子を作製した。光吸収性物質からなる薄膜（金属膜）の材料としては、Ｇｅを用い、第１誘電体物質層の材料としては、ＳｉＯ2を用いた。以下、その詳細について説明する。【０１３８】
まず、実施例１と同様の手法を用いて、石英基板上に山型構造（複数の断面三角形状のリッジ）を形成した。次に、石英基板の山型構造の表面に、ＲＦスパッタ装置を用いて、光吸収性物質からなる薄膜（金属膜）としてのＧｅ膜を形成した。続いて、Ｇｅ膜の上に、ＳｉＯ2膜を、化学気相堆積（ＣＶＤ）装置を用いて形成した。【０１３９】
そして、作製した透過型偏光素子の断面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察した。図３０に、作製した透過型偏光素子の断面写真を示す。図３０から、周期的に配列された複数の断面三角形状のリッジの表面に、厚さ数ｎｍ〜２０ｎｍ程度のＧｅ膜と、厚さ５０ｎｍのＳｉＯ2膜が形成されていることが分かる。ＣＶＤ法は、設計例１１に示したような物理的成膜法（スパッタ、蒸着、イオンプレート等）に比較して、ステップカバレッジがより良好で、均一な被覆層を得ることができるという長所を有し、より好ましい成膜手法である。【０１４０】
図３１に、測定したスペクトルを示し、表４に、代表波長における特性値（加熱処理前）を示す。【０１４１】
【表４】
2008018247.tif 000006
【０１４２】
図３１、表４に示すように、本実施例の透過型偏光素子は消光比が高くなっている。これは、光吸収性物質からなる薄膜（Ｇｅ膜）が比較的厚くなっているからである。【０１４３】
さらに、本実施例のような無機材料のみからなる透過型偏光素子は、従来の有機フィルム偏光素子と比較して耐熱性の高いという利点を有している。そこで、本実施例の透過型偏光素子の加熱処理を行い、加熱処理前後での特性の変化を評価した。具体的には、２００℃の乾燥オーブン中において、本実施例の透過型偏光素子を３５時間加熱処理した後、透過スペクトル及び反射スペクトルを測定した。表４に、加熱処理後の代表波長における特性値を併記する。表４に示すように、加熱処理前後での特性値は変化しておらず、非常に耐熱性が高いことが分かる。したがって、本実施例の透過型偏光素子は、高出力のランプやレーザーに曝される、プロジェクタや光メモリヘッド等に好適に用いることができる。【０１４４】
（実施例４）
実施例２と同様に、複数の断面三角形状のリッジが平行に並ぶ構造をその片側の表面に有する誘電体基板と、複数の断面三角形状のリッジの表面に形成された１層の光吸収性物質からなる薄膜（金属膜）と、光吸収性物質からなる薄膜（金属膜）の表面を被覆する１層の第１誘電体物質層とからなる透過型偏光素子を作製した。光吸収性物質からなる薄膜（金属膜）の材料としては、Ｓｉを用い、第１誘電体物質層の材料としては、ＳｉＯ2を用いた。以下、その詳細について説明する。【０１４５】
まず、実施例１と同様の手法を用いて、石英基板上に山型構造（複数の断面三角形状のリッジ）を形成した。次に、石英基板の山型構造の表面に、ＲＦスパッタ装置を用いて、光吸収性物質からなる薄膜（金属膜）としてのＳｉ膜を形成した。続いて、Ｓｉ膜の上に、ＳｉＯ2膜を、化学気相堆積（ＣＶＤ）装置を用いて形成した。【０１４６】
図３２に、測定したスペクトルを示し、表５に、代表波長における特性値（加熱処理前）を示す。【０１４７】
【表５】
2008018247.tif 000007
【０１４８】
図３２、表５に示すように、本実施例の透過型偏光素子は、消光比が高く、特に青色の帯域においては、２０ｄＢの良好な消光比が得られている。これは、光吸収性物質からなる薄膜（Ｓｉ膜）が比較的厚くなっているからである。【０１４９】
（設計例１０）
設計例１０は、金属膜の両側に多層膜部分を有する構成の透過型偏光素子（図７参照）について、波長域０．４３μｍ〜０．５１μｍ（青色）における消光比が大きくなるよう、最適化設計を行った。本設計例において、Ｈ層の数は、金属膜の基板側が１層、空気側（入射側）が１層である。表６に、詳細な設計値を示す。【０１５０】
【表６】
2008018247.tif 000008
【０１５１】
図３３に示す金属膜の屈折率（ｎ＋ｋｉ）は、金属Ｎｂの以下の文献に示された値であり、図３４と図３５に示す屈折率ｎは、それぞれＳｉＯ2膜（Ｈ層）とＮｂ2Ｏ5膜（Ｌ層）の実測データを基にしたものである。【０１５２】
文献："Handbook of Optical Constants of Solids II", E. D. Palik, Academic Press (1991), pp396-408.
設計例１０の透過型偏光素子に、空気側から真空中の波長が０．４μｍ〜０．６μｍの光を入射した場合の、透過率、反射率を、ＴＭ偏光及びＴＥ偏光について、図３６、図３７に示す。図３６は、入射角θが０°の場合を示しており、図３７は、入射角θが１０°の場合を示している。ここで、入射角θとは、入射光がＺ軸となす角度を意味している（図７参照）。なお、反射率については、各図の（ｂ）に一部を拡大したグラフを併記している（これらのグラフに関しては、以下の設計例１１〜１４についても同様である）。【０１５３】
（設計例１１）
設計例１１は、設計例１０よりもアスペクト比を大きくした例である。【０１５４】
図７に示す構成の透過型偏光素子について、波長域０．４３μｍ〜０．５１μｍ（青色）における消光比が大きくなるよう、最適化設計を行った。本設計例において、Ｈ層の数は、金属膜の基板側が１層、空気側（入射側）が１層であり、入射光は空気側から入射する。前述の表６に、詳細な設計値を示す。【０１５５】
設計例１１の透過型偏光素子に、空気側から真空中の波長が０．４μｍ〜０．６μｍの光を入射した場合の、透過率、反射率を、ＴＭ偏光及びＴＥ偏光について、図３８、図３９に示す。【０１５６】
（設計例１２）
設計例１２は、特に反射率を小さくすることに重点を置いた設計例である。【０１５７】
金属膜の空気側に多層膜部分を有する構成の透過型偏光素子（図６参照）について、波長域０．４２μｍ〜０．５２μｍ（青色）における反射率が小さくなるよう、最適化設計を行った。本設計例において、Ｈ層の数は、空気側に１層のみであり、入射光は空気側から入射する。前述の表６に、詳細な設計値を示す。【０１５８】
設計例１２の透過型偏光素子に、空気側から真空中の波長が０．４μｍ〜０．６μｍの光を入射した場合の、透過率、反射率を、ＴＭ偏光及びＴＥ偏光について、図４０、図４１に示す。【０１５９】
（設計例１３）
設計例１３は、設計例１２と同様に、反射率を小さくすることに重点を置いた設計例であり、Ｌ層の屈折率は波長によらず１．６２に設定した。【０１６０】
図６に示す構成の透過型偏光素子について、波長域０．４２μｍ〜０．５２μｍ（青色）における反射率が小さくなるよう、最適化設計を行った。本設計例において、Ｈ層の数は、空気側に１層のみであり、入射光は空気側から入射する。前述の表６に、詳細な設計値を示す。【０１６１】
設計例１３の透過型偏光素子に、空気側から真空中の波長が０．４μｍ〜０．６μｍの光を入射した場合の、透過率、反射率を、ＴＭ偏光及びＴＥ偏光について、図４２、図４３に示す。【０１６２】
（設計例１４）
設計例１４は、アスペクト比Ａ＝１．０として、反射率を小さくすることに重点を置いた設計例である。【０１６３】
図６に示す構成の透過型偏光素子について、波長域０．４２μｍ〜０．５２μｍ（青色）における反射率が小さくなるよう、最適化設計を行った。本設計例において、Ｈ層の数は、空気側に１層のみであり、入射光は空気側から入射する。前述の表６に、詳細な設計値を示す。【０１６４】
設計例１４の透過型偏光素子に、空気側から真空中の波長が０．４μｍ〜０．６μｍの光を入射した場合の、透過率、反射率を、ＴＭ偏光及びＴＥ偏光について、図４４、図４５に示す。【０１６５】
（設計例１５）
設計例１５は、アスペクト比Ａ＝０．５とし、金属膜を多層化して消光比を向上させた設計例であり、Ｌ層の屈折率は波長によらず１．６２に設定した。【０１６６】
図６に示す構成の透過型偏光素子の金属膜を４層に分割して、波長域０．４２μｍ〜０．５２μｍ（青色）における反射率が小さくなるよう、最適化設計を行った。金属膜は厚さ１．５ｎｍのものを４層とし、金属膜の間はＬ層とした。Ｈ層の数は空気側に１層のみであり、入射光は空気側から入射する。前述の表６に、詳細な設計値を示す。【０１６７】
設計例１５の透過型偏光素子に、空気側から真空中の波長が０．４μｍ〜０．６μｍの光を入射した場合の、透過率、反射率を、ＴＭ偏光及びＴＥ偏光について、図４６、図４７に示す。【０１６８】
（実施例５）
実施例５においては、前述した設計例１２に基づいて、三角構造の金属膜及び誘電体多層膜からなる透過型偏光素子を作製して、その特性を評価した。【０１６９】
以下、製作工程について説明する。
（１）まず、石英基板（５０ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍ）上に、電子線用レジストをスピンコート法によって塗布した。次に、ホットプレートによってベーキングし、導電剤を塗布して導電化処理した後、電子線描画装置によってパターンを描画した。そして、この石英基板を、現像液及びリンス液に順次浸漬させることにより、線状部分と空白部分とからなるレジストの周期パターンを形成した。パターン領域は１０ｍｍ×１０ｍｍで、パターンの周期は２９２ｎｍである。このレジストパターンは、後のドライエッチングのマスク（レジストマスク）として用いられる。次に、フッ素系ガスを用いた反応性ドライエッチングによって、この石英基板を加工し、深さ１３０ｎｍ、周期２９２ｎｍの矩形断面形状を有する凹凸構造を形成した。【０１７０】
次に、この石英基板を酸素プラズマに曝すことにより、残存するレジストマスクを除去した。さらに、適切な条件で反応性ドライエッチングすることにより、凹凸構造を、周期２９２ｎｍ、深さ１４０ｎｍの、断面三角形状となるように整形した。
（２）金属Ｇｅをターゲットとする対向型ＲＦスパッタ装置により、石英基板の断面三角形状の表面にＧｅ膜を形成した。この場合、Ｇｅ膜の厚さが、石英基板の表面と垂直な方向に３．１ｎｍとなるように、スパッタリング時間を調整した。
（３）オートクローニング装置により、このＧｅ膜の上に、ＳｉＯ2膜（Ｈ層）、Ｎｂ2Ｏ3膜（Ｌ層）、ＳｉＯ2膜（Ｈ層）の各膜を、順次形成した。この場合、各層の厚さが、設計例１３に記載された数値となるように（前述の表６参照）、スパッタリング時間を調整した。なお、オートクローニング装置の一例が、上述の特許第３４８６３３４号公報に開示されている。【０１７１】
この透過型偏光素子の空気側表面から、入射角θ＝５°で光を入射させ、透過スペクトル及び反射スペクトルを、分光光度計を用いて測定し、本透過型偏光素子の偏光特性を評価した。図４８に、測定したスペクトルを示す。図４８において、実線がＴＭ偏光の透過率と反射率を示し、破線がＴＥ偏光の透過率と反射率を示している。図４８から、ＴＭ偏光の透過率に対してＴＥ偏光の透過率が低く、偏光素子として機能していることが分かる。
【図１】
2008018247.tif 000009
【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】
2008018247.tif 000015
【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】
2008018247.tif 000020
【図１３】
2008018247.tif 000021
【図１４】
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【図１５】
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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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【国際調査報告】
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