(57)【要約】【課題】より広い光の波長の範囲にわたって、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に所定の範囲の位相差を与えることが可能な光学素子等を提供する。【解決手段】光学素子は、第一の微細周期で周期的に配置された第一の厚さ及び第一の屈折率を備えた複数の第一の誘電体平板を含む第一の微細周期構造並びに第二の微細周期で周期的に配置された第二の厚さ及び第二の屈折率を備えた複数の第二の誘電体平板を含む第二の微細周期構造を含み、複数の第一の誘電体平板の間における媒質の屈折率及び複数の第二の誘電体平板の間における媒質の屈折率は、第一の屈折率及び第二の屈折率と異なり、第一の微細周期及び第二の微細周期、第一の微細周期に対する第一の厚さの比及び第二の微細周期に対する第二の厚さの比、並びに、第一の屈折率及び第二の屈折率の少なくとも一つは、互いに異なる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の第一の偏光成分と該第一の偏光成分に直交する該光の第二の偏光成分との間に位相差を与える位相構造を備えた光学素子において、
該位相構造は、第一の波長を備えた光に対して最大の位相差を与える第一の位相構造及び該第一の波長と異なる第二の波長を備えた光に対して最大の位相差を与える第二の位相構造を含むことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記第一の波長と前記第二の波長との間における第三の波長を備えた光に対して与える位相差、該第三の波長と異なる前記第一の波長と前記第二の波長との間における第四の波長を備えた光に対して与える位相差、並びに、該第三の波長と該第四の波長との間における第五の波長を備えた光に対して与える位相差は、実質的に等しいことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記第三の波長と前記第四の波長との間における任意の波長を備えた光に対して実質的に一定である位相差を与えることを特徴とする請求項２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記第三の波長及び前記第四の波長は、それぞれ、４２０ｎｍ及び５２０ｎｍであることを特徴とする請求項２又は３に記載の光学素子。
【請求項５】
前記第三の波長及び前記第四の波長は、それぞれ、５２０ｎｍ及び６２０ｎｍであることを特徴とする請求項２又は３に記載の光学素子。
【請求項６】
前記第三の波長及び前記第四の波長は、それぞれ、６２０ｎｍ及び７００ｎｍであることを特徴とする請求項２又は３に記載の光学素子。
【請求項７】
前記第三の波長及び前記第四の波長は、それぞれ、４２０ｎｍ及び７００ｎｍであることを特徴とする請求項２又は３に記載の光学素子。
【請求項８】
光の第一の偏光成分と該第一の偏光成分に直交する該光の第二の偏光成分との間に位相差を与える位相構造を備えた光学素子において、
該位相構造は、第一の微細周期で周期的に配置された第一の厚さ及び第一の屈折率を備えた複数の第一の誘電体平板を含む第一の微細周期構造並びに第二の微細周期で周期的に配置された第二の厚さ及び第二の屈折率を備えた複数の第二の誘電体平板を含む第二の微細周期構造を含み、
該複数の第一の誘電体平板の間における媒質の屈折率及び該複数の第二の誘電体平板の間における媒質の屈折率は、該第一の屈折率及び該第二の屈折率と異なり、
該第一の微細周期及び該第二の微細周期、該第一の微細周期に対する該第一の厚さの比及び該第二の微細周期に対する該第二の厚さの比、並びに、該第一の屈折率及び該第二の屈折率の少なくとも一つは、互いに異なることを特徴とする光学素子。
【請求項９】
前記第一の屈折率及び前記第二の屈折率は、互いに同一であることを特徴とする請求項８に記載の光学素子。
【請求項１０】
前記第一の屈折率及び前記第二の屈折率は、互いに異なることを特徴とする請求項８に記載の光学素子。
【請求項１１】
前記第一の微細周期構造の材料及び前記第二の微細周期構造の材料の少なくとも一方は、無機材料であることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１２】
前記第一の微細周期構造及び前記第二の微細周期構造の間に設けられる基体をさらに含むことを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１３】
前記基体の材料は、無機材料であることを特徴とする請求項１２に記載の光学素子。
【請求項１４】
前記位相差は、実質的に（１／４）×２πであることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１５】
前記位相差は、実質的に（１／２）×２πであることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１６】
前記第一の偏光成分及び前記第二の偏光成分を分離する偏光分離構造をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１７】
画像を表示する表示面に画像を投射する画像投射装置において、
請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の光学素子を含むことを特徴とする画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子及び画像投射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像投射装置（プロジェクター）は、スクリーンのような画像を表示する表示面に、画像を投射する装置である。画像投射装置は、大面積の画像を表示面に容易に投射することができるため、広く普及している。
【０００３】
また、近年では、大画面薄型テレビ用の画像表示装置として、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、液晶パネル（ＬＣＰ）、電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）などと共に、画像投射装置の開発が、活発に行われている。
【０００４】
例えば、スクリーンの後方から画像を投影するリアプロジェクション方式の画像投射装置は、大型のパネルを必要とせず、且つ、その内部に広い空洞を有する。よって、リアプロジェクション方式の画像投射装置は、ＰＤＰ、ＬＣＰ、又はＦＥＤと比較して、非常に軽量な装置であり、安価な装置であり得る。また、リアプロジェクション方式の画像投射装置は、従来のブラウン管方式の画像表示装置と比較して、かなり薄型の装置であり得る。
【０００５】
一方、プロジェクション方式の画像投射装置としては、透過型液晶素子を用いるＬＣＤ方式の画像投射装置、反射型液晶素子を用いるＬＣＯＳ方式の画像投射装置、及びデジタルマイクロミラーを用いるＤＭＤ方式の画像投射装置が、挙げられる。ここで、透過型液晶素子又は反射型液晶素子を用いる画像投射装置は、光源から放出された光の偏光を利用しており、光の偏光を変調するための波長板を含む。光の偏光を変調する波長板としては、例えば、互いに直交する光の偏光に、その光の波長の１／２又は１／４に対応する位相差を与える波長板が、挙げられる。また、このような画像投射装置においては、高圧水銀ランプのような光源から放出される白色光が、しばしば、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、及び青色（Ｂ）の光に分光され、分光された各々の色の光は、例えば、１００ｎｍ程度の波長幅を有する。よって、狭い波長領域における波長を備えた光の偏光のみを変調し得る波長板を用いる場合には、その波長領域外の波長を備えた光の偏光を有効に利用することができない。このため、広い光の波長領域にわたって、光の偏光を変調することができる波長板が、望まれている。
【０００６】
例えば、特許文献１には、波長による位相差の変化が少なくて位相差の均一性に優れる位相差板として、波長４５０ｎｍの光におけるリタデーション／波長５５０ｎｍの光におけるリタデーションが１．００〜１．０５で、リタデーションが大きい複屈折性フィルムと、前記の比が１．０５〜１．２０で、リタデーションが小さい複屈折性フィルムとが、それらの光軸が交差した状態で積層されてなることを特徴とする位相差板が開示されている。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示される位相差板においては、リタデーションが大きい複屈折性フィルムの材料及びリタデーションが小さい複屈折性フィルムの材料の両方を適切に選択する必要がある。また、リタデーションが大きい複屈折性フィルム及びリタデーションが小さい複屈折性フィルムを、それらの光学軸が交差した状態で積層させる必要がある。
【０００８】
これに対して、特許文献２には、入手容易な１種類の複屈折材料のみでも、波長による位相差の変化が少なく、その一定性に優れる位相差板として、複屈折光の位相差が１／４波長である１／４波長板と、複屈折光の位相差が１／２波長である１／２波長板とを、それらの光軸が交差した状態で貼り合わせたことを特徴とする位相差板が開示されている。
【０００９】
しかしながら、特許文献２に開示される位相差板についてもまた、適切な複屈折材料を選択する必要があり、１／４波長板と１／２波長板とを、それらの光学軸を予め設計した角度に交差した状態で、貼り合わせる必要がある。さらに、１／４波長板と１／２波長板とを貼り合わせるために、位相差板の厚さは、３／４波長程度の厚さであることが必要である。
【００１０】
一方、複屈折材料を用いることが必要ではない波長板も提案されている。このような波長板としては、複屈折特性を有さない材料に微細周期構造が形成された波長板が、挙げられる。すなわち、複屈折特性を有さない材料に微細周期構造が形成することによって生じる構造複屈折を利用している。
【００１１】
例えば、特許文献３には、少なくとも１つの画像表示素子と、光源からの光を用いて前記少なくとも１つの液晶表示素子を照明する照明光学系と、前記少なくとも１つの画像表示素子からの光を被投影面に投影する投影光学系とを有する画像投射装置であって、使用波長よりも短い周期の周期構造を有する位相板を有することを特徴とする画像投射装置が開示されている。
【００１２】
図１は、使用波長よりも短い周期の周期構造を有する従来の位相板の例を示す図である。特許文献３に開示された、図１に示す従来の位相板１１においては、平行平板を基板１２として平面状に第１の物質（ｎ１）で格子構造１３を形成し、さらにこの格子を埋めるように第２の物質（ｎ２）を形成する。そして、特許文献３には、２つの物質の屈折率の波長分散を異なるように設けることにより、１／４位相板として機能する波長範囲を拡大することができることが開示されている。
【００１３】
しかしながら、図１に示す従来の位相板は、平行平板を基板として平面状に第１の物質（ｎ１）で格子構造を形成し、さらにこの格子を埋めるように第２の物質（ｎ２）を形成するため、位相板に入射する光の波長の変動に対して単調に変化する位相差を、位相板に入射する光に与えるのみである。従って、図１に示す従来の位相板は、画像投射装置においては、広い光の波長領域にわたって、光の互いに直交する偏光に所定の範囲の位相差を与えることが、困難であり、画像投射装置に使用する波長板としては不十分なものである。
【特許文献１】特開平５−２７１１８号公報（請求項１，第００２２段落）
【特許文献２】特開平１０−６８８１６号公報（請求項１，第０００５段落，第０００６段落）
【特許文献３】特開２００５−１０６９０１号公報（請求項１，第００４４段落，図８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の一つの目的は、より広い光の波長の範囲にわたって、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に所定の範囲の位相差を与えることが可能な光学素子及び該光学素子を含む画像投射装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の第一の態様は、光の第一の偏光成分と該第一の偏光成分に直交する該光の第二の偏光成分との間に位相差を与える位相構造を備えた光学素子において、該位相構造は、第一の波長を備えた光に対して最大の位相差を与える第一の位相構造及び該第一の波長と異なる第二の波長を備えた光に対して最大の位相差を与える第二の位相構造を含むことを特徴とする光学素子である。
【００１６】
本発明の第二の態様は、光の第一の偏光成分と該第一の偏光成分に直交する該光の第二の偏光成分との間に位相差を与える位相構造を備えた光学素子において、該位相構造は、第一の微細周期で周期的に配置された第一の厚さ及び第一の屈折率を備えた複数の第一の誘電体平板を含む第一の微細周期構造並びに第二の微細周期で周期的に配置された第二の厚さ及び第二の屈折率を備えた複数の第二の誘電体平板を含む第二の微細周期構造を含み、該複数の第一の誘電体平板の間における媒質の屈折率及び該複数の第二の誘電体平板の間における媒質の屈折率は、該第一の屈折率及び該第二の屈折率と異なり、該第一の微細周期及び該第二の微細周期、該第一の微細周期に対する該第一の厚さの比及び該第二の微細周期に対する該第二の厚さの比、並びに、該第一の屈折率及び該第二の屈折率の少なくとも一つは、互いに異なることを特徴とする光学素子である。
【００１７】
本発明の第三の態様は、画像を表示する表示面に画像を投射する画像投射装置において、本発明の第一の態様又は本発明の第二の態様である光学素子を含むことを特徴とする画像投射装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の第一の態様によれば、より広い光の波長の範囲にわたって、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に所定の範囲の位相差を与えることが可能な光学素子を提供することができる。
【００１９】
本発明の第二の態様によれば、より広い光の波長の範囲にわたって、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に所定の範囲の位相差を与えることが可能な光学素子を提供することができる。
【００２０】
本発明の第三の態様によれば、より広い光の波長の範囲にわたって、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に所定の範囲の位相差を与えることが可能な光学素子を含む画像投射装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。
【００２２】
［第一の実施形態］
本発明の第一の実施形態は、光の第一の偏光成分と該第一の偏光成分に直交する該光の第二の偏光成分との間に位相差を与える位相構造を備えた光学素子であって、該位相構造は、第一の波長を備えた光に対して最大の位相差を与える第一の位相構造及び該第一の波長と異なる第二の波長を備えた光に対して最大の位相差を与える第二の位相構造を含む。
【００２３】
本発明の第一の実施形態に係る光学素子は、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に位相差を与えることができる光学素子である。本発明の第一の実施形態に係る光学素子の形態は、特に限定されないが、本発明の第一の実施形態に係る光学素子は、例えば、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に特定の位相差を与える（位相板又は波長板ともまた呼ばれる）板状の光学素子であってもよい。
【００２４】
ここで、光は、偏光した光であっても、偏光していない光であってもよいが、光は、好ましくは、偏光した光である。偏光した光は、例えば、直線偏光であってもよく、円偏光であってもよい。光は、第一の偏光成分及び第二の偏光成分を有し、光の第一の偏光成分及び光の第二の偏光成分は、互いに直交する。ここで、光の第一の偏光成分及び光の第二の偏光成分が、互いに直交することは、光の第一の偏光成分の電場の振動面が、光の第二の偏光成分の電場の振動面と直交することを意味する。第一の偏光成分及び第二の偏光成分は、例えば、それぞれ、入射面に平行な平面内で振動するＰ偏光及び入射面に垂直な平面内で振動するＳ偏光のように表現される。
【００２５】
光の第一の偏光成分と光の第二の偏光成分との間に与えられる位相差は、光の第一の偏光成分の振動の位相と光の第二の偏光成分の振動の位相との間の差（ラジアン）であるが、光の第一の偏光成分と光の第二の偏光成分との間に与えられる位相差に相当する距離である遅延量（長さの次元）／光の波長（長さの次元）×２πによっても表される。なお、光の第一の偏光成分と光の第二の偏光成分との間に与えられる位相差は、光の波長に依存する。
【００２６】
また、本発明の第一の実施形態に係る光学素子は、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に位相差を与える位相構造を有する。そして、その位相構造は、第一の波長を備えた光に対して最大の位相差を与える第一の位相構造及び第一の波長と異なる第二の波長を備えた光に対して最大の位相差を与える第二の位相構造を含む。すなわち、第一の位相構造は、第一の波長を備えた光に対して最大の位相差を与え、第一の波長より長い波長を備えた光及び第一の波長より短い波長を備えた光に対しては、第一の波長を備えた光にして与えられる位相差よりも小さい位相差を与える。同様に、第二の位相構造は、第二の波長を備えた光に対して最大の位相差を与え、第二の波長より長い波長を備えた光及び第二の波長より短い波長を備えた光に対しては、第二の波長を備えた光にして与えられる位相差よりも小さい位相差を与える。
【００２７】
そして、第一の偏光成分及び第一の偏光成分に直交する第二の偏光成分を有する光を、光学素子の第一の位相構造及び第二の位相構造を通じて、通過させると、光には、光の波長に依存した、第一の位相構造によって与えられる位相差及び第二の位相構造によって与えられる位相差の和に相当する位相差が与えられる。より詳しくは、第一の波長を備えた光に対しては、第一の位相構造によって第一の波長を備えた光に与えられる最大の位相差及び（第二の位相構造によって第二の波長を備えた光に与えられる位相差よりも小さい）第二の位相構造によって第一の波長を備えた光に与えられる位相差の和に相当する位相差が与えられる。同様に、第二の波長を備えた光に対しては、第二の位相構造によって第二の波長を備えた光に与えられる最大の位相差及び（第一の位相構造によって第一の波長を備えた光に与えられる位相差よりも小さい）第一の位相構造によって第二の波長を備えた光に与えられる位相差の和に相当する位相差が与えられる。さらに、第一の波長及び第二と異なる波長を備えた光に対しては、（第一の位相構造によって第一の波長を備えた光に与えられる位相差よりも小さい）第一の位相構造によってその波長を備えた光に与えられる位相差及び（第二の位相構造によって第二の波長を備えた光に与えられる位相差よりも小さい）第二の位相構造によってその波長を備えた光に与えられる位相差の和に相当する位相差が与えられる。
【００２８】
その結果、より広い光の波長の範囲にわたって、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に所定の範囲の位相差を与えることができる。
【００２９】
ここで、所定の範囲の位相差を与えることができる光の波長の範囲は、できるだけ広いことが好ましい。ただし、所定の範囲の位相差を与えることができる光の波長の範囲は、例えば、（第一の波長及び／又は第二の波長を含んでもよく含まなくてもよい）第一の波長と第二の波長との間の波長の範囲であってもよく、（第一の波長及び／又は第二の波長を含んでもよく含まなくてもよい）第一の波長と第二の波長との間の波長の範囲における少なくとも一部の波長の範囲であってもよい。
【００３０】
また、所定の範囲の位相差は、光学素子に要求される、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に与えられる位相差の設計値を含む。そして、所定の範囲の位相差の範囲は、好ましくは、光学素子に要求される位相差の範囲以下であるが、最も好ましくは、完全に又は実質的にゼロである。なお、所定の範囲の位相差の範囲が、完全にゼロであることは、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に設計値の位相差が与えられることを意味する。また、所定の範囲の位相差の範囲が、実質的にゼロであることは、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に与えられる位相差の設計値からの差異が無視できることを意味する。
【００３１】
本発明の第一の実施形態に係る光学素子においては、特に、第一の波長と第二の波長との間の波長を備えた光については、第一の位相構造及び第二の位相構造の一方が、波長が増加する（又は減少する）と共に増加する位相差を与える位相構造であり、第一の位相構造及び第二の位相構造の他方が、波長が増加する（又は減少する）と共に減少する位相差を与える。よって、第一の波長と第二の波長との間の波長を備えた光には、第一の位相構造及び第二の位相構造の一方による、波長が増加する（又は減少する）と共に増加する位相差及び第一の位相構造及び第二の位相構造の他方による、波長が増加する（又は減少する）と共に減少する位相差の和が与えられる。これにより、第一の波長と第二の波長との間における、より広い光の波長の範囲にわたって、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に所定の範囲の位相差を与えることができる。
【００３２】
なお、本発明の第一の実施形態に係る光学素子における位相構造は、第一の位相構造及び第二の位相構造に加えて、第一の波長及び第二の波長と異なる波長を備えた光に対して最大の位相差を与えるさらなる位相構造を含んでもよい。本発明の第一の実施形態に係る光学素子における位相構造が、第一の波長及び第二の波長と異なる波長を備えた光に対して最大の位相差を与えるさらなる位相構造を含む場合には、さらに広い光の波長の範囲にわたって、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に所定の範囲の位相差を与えることができる及び／又は光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に与えられる位相差の範囲をより減少させることができる。
【００３３】
本発明の第一の実施形態に係る光学素子によれば、より広い光の波長の範囲にわたって、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に所定の範囲の位相差を与えることが可能な光学素子を提供することができる。
【００３４】
本発明の第一の実施形態に係る光学素子において、好ましくは、前記第一の波長と前記第二の波長との間における第三の波長を備えた光に対して与える位相差、該第三の波長と異なる前記第一の波長と前記第二の波長との間における第四の波長を備えた光に対して与える位相差、並びに、該第三の波長と該第四の波長との間における第五の波長を備えた光に対して与える位相差は、実質的に等しい。
【００３５】
ここで、第一の波長と第二の波長との間における第三の波長を備えた光に対して与える位相差、第三の波長と異なる第一の波長と第二の波長との間における第四の波長を備えた光に対して与える位相差、並びに、第三の波長と第四の波長との間における第五の波長を備えた光に対して与える位相差が、実質的に等しいことは、第三の波長を備えた光に与えられる位相差、第四の波長を備えた光に与えられる位相差、及び第五の波長を備えた光に与えられる位相差の全てが、完全に同一である（設計値である）又は第三の波長を備えた光に与えられる位相差、第四の波長を備えた光に与えられる位相差、及び第五の波長を備えた光に与えられる位相差の全てが、設計値を含むと共に無視できる程度の範囲を備えた所定の範囲にあることを意味する。
【００３６】
第三の波長を備えた光に対して与える位相差、第四の波長を備えた光に対して与える位相差、及び第五の波長を備えた光に対して与える位相差が、実質的に等しい場合には、（第三の波長及び／又は第四の波長を含んでもよく含まなくてもよい）第三の波長と第四の波長との間における任意の波長を備えた光に対して、完全に一定である（設計値である）位相差を与える又は設計値を含む所定の範囲にある位相差を与えることができる。
【００３７】
本発明の第一の実施形態に係る光学素子において、好ましくは、前記第三の波長と前記第四の波長との間における任意の波長を備えた光に対して実質的に一定である位相差を与える。
【００３８】
ここで、第三の波長と第四の波長との間における任意の波長を備えた光に対して実質的に一定である位相差を与えることは、（第三の波長及び／又は第四の波長を含んでもよく含まなくてもよい）第三の波長と第四の波長との間における任意の波長を備えた光に対して完全に同一である（設計値である）位相差を与えること又は第三の波長と第四の波長との間における任意の波長を備えた光に対して設計値を含むと共に無視できる程度の範囲を備えた所定の範囲にある位相差を与えることを意味する。
【００３９】
第三の波長と第四の波長との間における任意の波長を備えた光に対して実質的に一定である位相差を与える場合には、第三の波長と第四の波長との間における任意の波長を備えた光に対して、完全に一定である（設計値である）位相差を与える又は設計値を含む無視できる程度の所定の範囲にある位相差を与えることができる。
【００４０】
本発明の第一の実施形態に係る光学素子において、好ましくは、前記第三の波長及び前記第四の波長は、それぞれ、４２０ｎｍ及び５２０ｎｍである。
【００４１】
第三の波長及び第四の波長が、それぞれ、４２０ｎｍ及び５２０ｎｍである場合には、（４２０ｎｍ及び／又は５２０ｎｍを含んでもよく含まなくてもよい）４２０ｎｍと５２０ｎｍとの間における任意の波長を備えた光に対して、完全に一定である（設計値である）位相差を与える又は設計値を含む所定の範囲若しくは設計値を含む無視できる程度の所定の範囲にある位相差を与えることができる。なお、（４２０ｎｍ及び／又は５２０ｎｍを含んでもよく含まなくてもよい）４２０ｎｍと５２０ｎｍとの間における任意の波長を備えた光は、おおよそ、青色の光に対応する。
【００４２】
本発明の第一の実施形態に係る光学素子において、好ましくは、前記第三の波長及び前記第四の波長は、それぞれ、５２０ｎｍ及び６２０ｎｍである。
【００４３】
第三の波長及び第四の波長が、それぞれ、５２０ｎｍ及び６２０ｎｍである場合には、（５２０ｎｍ及び／又は６２０ｎｍを含んでもよく含まなくてもよい）５２０ｎｍと６２０ｎｍとの間における任意の波長を備えた光に対して、完全に一定である（設計値である）位相差を与える又は設計値を含む所定の範囲若しくは設計値を含む無視できる程度の所定の範囲にある位相差を与えることができる。なお、（５２０ｎｍ及び／又は６２０ｎｍを含んでもよく含まなくてもよい）５２０ｎｍと６２０ｎｍとの間における任意の波長を備えた光は、おおよそ、緑色の光に対応する。
【００４４】
本発明の第一の実施形態に係る光学素子において、好ましくは、前記第三の波長及び前記第四の波長は、それぞれ、６２０ｎｍ及び７００ｎｍである。
【００４５】
第三の波長及び第四の波長が、それぞれ、６２０ｎｍ及び７００ｎｍである場合には、（６２０ｎｍ及び／又は７００ｎｍを含んでもよく含まなくてもよい）６２０ｎｍと７００ｎｍとの間における任意の波長を備えた光に対して、完全に一定である（設計値である）位相差を与える又は設計値を含む所定の範囲若しくは設計値を含む無視できる程度の所定の範囲にある位相差を与えることができる。なお、（６２０ｎｍ及び／又は７００ｎｍを含んでもよく含まなくてもよい）６２０ｎｍと７００ｎｍとの間における任意の波長を備えた光は、おおよそ、赤色の光に対応する。
【００４６】
本発明の第一の実施形態に係る光学素子において、好ましくは、前記第三の波長及び前記第四の波長は、それぞれ、４２０ｎｍ及び７００ｎｍである。
【００４７】
第三の波長及び第四の波長が、それぞれ、４２０ｎｍ及び７００ｎｍである場合には、（４２０ｎｍ及び／又は７００ｎｍを含んでもよく含まなくてもよい）４２０ｎｍと７００ｎｍとの間における任意の波長を備えた光に対して、完全に一定である（設計値である）位相差を与える又は設計値を含む所定の範囲若しくは設計値を含む無視できる程度の所定の範囲にある位相差を与えることができる。なお、（４２０ｎｍ及び／又は７００ｎｍを含んでもよく含まなくてもよい）４２０ｎｍと７００ｎｍとの間における任意の波長を備えた光は、おおよそ、可視光に対応する。
【００４８】
図２は、本発明の第一の実施形態に係る光学素子の例を説明する図である。
【００４９】
図２に示すように、本発明の第一の実施形態に係る光学素子は、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に位相差を与える位相構造を備えた光学素子であって、位相構造は、第一の波長λ１を備えた光に対して最大の位相差を与える第一の位相構造Ａ及び第一の波長λ１と異なる第二の波長λ２を備えた光に対して最大の位相差を与える第二の位相構造Ｂを含む。
【００５０】
ここで、第一の偏光成分及び第一の偏光成分に直交する第二の偏光成分を有する光を、光学素子の第一の位相構造Ａ及び第二の位相構造Ｂを通じて、通過させると、光には、光の波長に依存した、第一の位相構造Ａによって与えられる位相差及び第二の位相構造Ｂによって与えられる位相差の和に相当する位相差が与えられる。
【００５１】
その結果、より広い光の波長の範囲にわたって、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に所定の範囲の位相差を与えることができる。
【００５２】
特に、第一の波長λ１と第二の波長λ２との間の波長を備えた光については、第一の位相構造Ａが、波長が増加すると共に減少する位相差を与える位相構造であり、第二の位相構造Ｂが、波長が増加すると共に増加する位相差を与える。よって、第一の波長λ１と第二の波長λ２との間の波長を備えた光には、第一の位相構造Ａによる、波長が増加すると共に減少する位相差及び第二の位相構造Ｂによる、波長が増加すると共に増加する位相差の和が与えられる。これにより、第一の波長λ１と第二の波長λ２との間における、より広い光の波長の範囲にわたって、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に所定の範囲の位相差を与えることができる。
【００５３】
このように、本発明の第一の実施形態に係る光学素子によれば、より広い光の波長の範囲にわたって、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に所定の範囲の位相差を与えることが可能な光学素子を提供することができる。
【００５４】
また、本発明の第一の実施形態に係る光学素子において、好ましくは、第一の波長λ１と第二の波長λ２との間における第三の波長λ３を備えた光に対して与える位相差、第三の波長λ３と異なる第一の波長λ１と第二の波長λ２との間における第四の波長λ４を備えた光に対して与える位相差、並びに、第三の波長λ３と第四の波長λ４との間における第五の波長λ５を備えた光に対して与える位相差は、実質的に等しい。この場合には、第三の波長λ３と第四の波長λ４との間における任意の波長を備えた光に対して、完全に一定である（設計値である）位相差を与える又は設計値を含む所定の範囲にある位相差を与えることができる。
【００５５】
さらに、本発明の第一の実施形態に係る光学素子において、好ましくは、第三の波長λ３と第四の波長λ４との間における任意の波長を備えた光に対して実質的に一定である位相差を与える。この場合には、第三の波長λ３と第四の波長λ４との間における任意の波長を備えた光に対して、完全に一定である（設計値である）位相差を与える又は設計値を含む無視できる程度の所定の範囲にある位相差を与えることができる。
【００５６】
本発明の第一の実施形態に係る光学素子において、例えば、第三の波長λ３及び第四の波長λ４は、それぞれ、４２０ｎｍ及び５２０ｎｍである。この場合には、青色の光に対して、完全に一定である（設計値である）位相差を与える又は設計値を含む所定の範囲若しくは設計値を含む無視できる程度の所定の範囲にある位相差を与えることができる。また、本発明の第一の実施形態に係る光学素子において、例えば、第三の波長λ３及び第四の波長λ４は、それぞれ、５２０ｎｍ及び６２０ｎｍである。この場合には、緑色の光に対して、完全に一定である（設計値である）位相差を与える又は設計値を含む所定の範囲若しくは設計値を含む無視できる程度の所定の範囲にある位相差を与えることができる。さらに、本発明の第一の実施形態に係る光学素子において、例えば、第三の波長λ３及び第四の波長λ４は、それぞれ、６２０ｎｍ及び７００ｎｍである。この場合には、赤色の光に対して、完全に一定である（設計値である）位相差を与える又は設計値を含む所定の範囲若しくは設計値を含む無視できる程度の所定の範囲にある位相差を与えることができる。
【００５７】
本発明の第一の実施形態に係る光学素子において、好ましくは、第三の波長λ３及び第四の波長λ４は、それぞれ、４２０ｎｍ及び７００ｎｍである。この場合には、可視光に対して、完全に一定である（設計値である）位相差を与える又は設計値を含む所定の範囲若しくは設計値を含む無視できる程度の所定の範囲にある位相差を与えることができる。
【００５８】
［第二の実施形態］
本発明の第二の実施形態は、光の第一の偏光成分と該第一の偏光成分に直交する該光の第二の偏光成分との間に位相差を与える位相構造を備えた光学素子であって、該位相構造は、第一の微細周期で周期的に配置された第一の厚さ及び第一の屈折率を備えた複数の第一の誘電体平板を含む第一の微細周期構造並びに第二の微細周期で周期的に配置された第二の厚さ及び第二の屈折率を備えた複数の第二の誘電体平板を含む第二の微細周期構造を含み、該複数の第一の誘電体平板の間における媒質の屈折率及び該複数の第二の誘電体平板の間における媒質の屈折率は、該第一の屈折率及び該第二の屈折率と異なり、該第一の微細周期及び該第二の微細周期、該第一の微細周期に対する該第一の厚さの比及び該第二の微細周期に対する該第二の厚さの比、並びに、該第一の屈折率及び該第二の屈折率の少なくとも一つは、互いに異なる。
【００５９】
本発明の第二の実施形態に係る光学素子は、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に位相差を与えることができる光学素子である。本発明の第二の実施形態に係る光学素子の形態は、特に限定されないが、本発明の第二の実施形態に係る光学素子は、例えば、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に特定の位相差を与える（位相板又は波長板ともまた呼ばれる）板状の光学素子であってもよい。
【００６０】
ここで、光は、偏光した光であっても、偏光していない光であってもよいが、光は、好ましくは、偏光した光である。偏光した光は、例えば、直線偏光であってもよく、円偏光であってもよい。光は、第一の偏光成分及び第二の偏光成分を有し、光の第一の偏光成分及び光の第二の偏光成分は、互いに直交する。ここで、光の第一の偏光成分及び光の第二の偏光成分が、互いに直交することは、光の第一の偏光成分の電場の振動面が、光の第二の偏光成分の電場の振動面と直交することを意味する。第一の偏光成分及び第二の偏光成分は、例えば、それぞれ、入射面に平行な平面内で振動するＰ偏光及び入射面に垂直な平面内で振動するＳ偏光のように表現される。
【００６１】
光の第一の偏光成分と光の第二の偏光成分との間に与えられる位相差は、光の第一の偏光成分の振動の位相と光の第二の偏光成分の振動の位相との間の差（ラジアン）であるが、光の第一の偏光成分と光の第二の偏光成分との間に与えられる位相差に相当する距離である遅延量（長さの次元）／光の波長（長さの次元）×２πによっても表される。なお、光の第一の偏光成分と光の第二の偏光成分との間に与えられる位相差は、光の波長に依存する。
【００６２】
また、本発明の第二の実施形態に係る光学素子は、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に位相差を与える位相構造を有する。そして、その位相構造は、第一の微細周期構造及び第二の微細周期構造を含む。第一の微細周期構造は、複数の第一の誘電体平板を含む。第一の誘電体平板は、第一の厚さ及び第一の屈折率を有する。複数の第一の誘電体平板は、第一の微細周期で周期的に配置される。第二の微細周期構造は、複数の第二の誘電体平板を含む。第二の誘電体平板は、第二の厚さ及び第二の屈折率を有する。複数の第二の誘電体平板は、第二の微細周期で周期的に配置される。
【００６３】
第一の誘電体平板の材料としての誘電体及び第二の誘電体平板の材料としての誘電体の各々は、光を透過させることができる、金属以外の任意の材料であることを意味する。第一の誘電体平板の材料としての誘電体及び第二の誘電体平板の材料としての誘電体の各々は、複屈折率を有する材料である必要はなく、等方的な屈折率を有する材料であってもよい。なお、第一の誘電体平板における誘電体は、第二の誘電体平板における誘電体と同一であってもよく、異なってもよい。よって、第一の誘電体平板の材料及び第二の誘電体平板の材料として、様々な誘電体材料を選択することができる。第一の誘電体平板の材料としての誘電体及び第二の誘電体平板の材料としての誘電体の各々は、有機材料であってもよく、無機材料であってもよい。
【００６４】
第一の誘電体平板の第一の屈折率及び第二の誘電体平板の第二の屈折率は、それぞれ、第一の誘電体平板の材料としての誘電体の屈折率及び第二の誘電体平板の材料としての誘電体の屈折率である。第一の誘電体平板の材料としての誘電体及び第二の誘電体平板の材料としての誘電体の各々が、等方的な屈折率を有する誘電体材料である場合には、第一の誘電体平板の第一の屈折率及び第二の誘電体平板の第二の屈折率もまた、等方的な屈折率である。
【００６５】
第一の誘電体平板における平板及び第二の誘電体平板における平板の各々は、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に位相差を与えるのに十分な程度に、三組みの平行且つ平坦な面を有する板であることを意味する。
【００６６】
第一の誘電体平板の第一の厚さは、複数の第一の誘電体平板が周期的に配置される方向における、第一の誘電体平板の平面である二つの表面の間の距離である。同様に、第二の誘電体平板の第二の厚さは、複数の第二の誘電体平板が周期的に配置される方向における、第二の誘電体平板の平面である二つの表面の間の距離である。
【００６７】
第一の微細周期における周期は、複数の第一の誘電体平板が周期的に配置される方向における、第一の誘電体平板の平面の一つと、その第一の誘電体平板に面する側における、その第一の誘電体平板と隣接する他の第一の誘電体平板の平面との間の距離を意味する。同様に、第二の微細周期における周期は、複数の第二の誘電体平板が周期的に配置される方向における、第二の誘電体平板の平面の一つと、その第二の誘電体平板に面する側における、その第二の誘電体平板と隣接する他の第二の誘電体平板の平面との間の距離を意味する。
【００６８】
また、第一の微細周期における周期性の程度及び第二の微細周期における周期性の程度の各々は、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に位相差を与えるのに十分な程度の周期性を意味する。
【００６９】
第一の微細周期における微細の程度及び第二の微細周期における微細の程度の各々は、第一の微細周期における周期及び第一の微細周期における周期の各々が、おおむね、光の波長以下であるが光の波長に対して無視できない程度の長さを意味する。具体的には、第一の微細周期における微細の程度及び第二の微細周期における微細の程度の各々は、第一の微細周期における周期及び第二の微細周期における周期の各々が、光学素子を通過させる光の波長のうち最小の波長以下であると共に光学素子を通過させる光の波長のうち最大の波長に対して無視できない程度の長さを意味する。例えば、光が、可視光である場合には、第一の微細周期における周期及び第二の微細周期における周期の各々が、０．１μｍ以上０．４μｍ以下であってもよい。
【００７０】
なお、第一の微細周期構造を通過する光の進行方向（第一の微細周期構造の光軸方向）は、第二の微細周期構造を通過する光の進行方向（第二の微細周期構造の光軸方向）と整列させられる。第一の微細周期構造の光軸方向及び第二の微細周期構造の光軸方向の整列の程度は、第一の微細周期構造及び第二の微細周期構造を通過する光に対して均等に、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に位相差を与えるのに十分な程度である。
【００７１】
一方、第一の微細周期構造及び第二の微細周期構造を、第一の微細周期構造の光軸方向に垂直な方向及び第二の微細周期構造の光軸方向に垂直な方向については、特に整列させる必要がない。よって、本発明の第二の実施形態に係る光学素子は、従来の特開平５−２７１１８号公報及び特開平１０−６８８１６号公報に開示される位相差板と比較して、製造することが、より容易である。
【００７２】
さらに、複数の第一の誘電体平板の間における媒質の屈折率及び複数の第二の誘電体平板の間における媒質の屈折率は、第一の屈折率及び第二の屈折率と異なる。なお、複数の第一の誘電体平板の間における媒質及び複数の第二の誘電体平板の間における媒質は、互いに異なってもよいが、同一であってもよい。複数の第一の誘電体平板の間における媒質及び複数の第二の誘電体平板の間における媒質は、通常は、同一であり、例えば、空気である。
【００７３】
これにより、第一の微細周期構造を通過する光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に与える位相差及び第二の微細周期構造を通過する光の第一の偏光成分と光の第二の偏光成分との間に与える位相差を、それぞれ、設計する又は調整することができる。特に、第一の微細周期構造を通過する光の第一の偏光成分と光の第二の偏光成分との間に与える位相差の波長依存性及び第二の微細周期構造を通過する光の第一の偏光成分と光の第二の偏光成分との間に与える位相差の波長依存性を、それぞれ、設計する又は調整することができる。
【００７４】
加えて、第一の微細周期及び第二の微細周期、第一の微細周期に対する第一の厚さの比及び第二の微細周期に対する第二の厚さの比、並びに、第一の屈折率及び第二の屈折率の少なくとも一つは、互いに異なる。すなわち、第一の微細周期及び第二の微細周期が、互いに異なる、及び／又は、第一の微細周期に対する第一の厚さの比及び第二の微細周期に対する第二の厚さの比が、互いに異なる、及び／又は、第一の屈折率及び第二の屈折率が、互いに異なる。
【００７５】
これにより、第一の微細周期構造を通過する光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に与える位相差を、第二の微細周期構造を通過する光の第一の偏光成分と光の第二の偏光成分との間に与える位相差と異ならせることができる。特に、第一の微細周期構造を通過する光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に与える位相差の波長依存性を、第二の微細周期構造を通過する光の第一の偏光成分と光の第二の偏光成分との間に与える位相差の波長依存性と異ならせることができる。
【００７６】
なお、本発明の第二の実施形態に係る光学素子においては、位相構造は、第一の微細周期構造及び第二の微細周期構造に加えて、特定の微細周期で周期的に配置された特定の厚さ及び特定の屈折率を備えた複数の誘電体平板を含むさらなる微細周期構造を含んでもよい。例えば、第一の微細周期構造及び第二の微細周期構造を備えた素子に、第三の厚さ及び第三の屈折率を備えた複数の第三の誘電体平板を含む第三の微細周期構造を備えた素子を貼り付けて得られる光学素子であってもよい。また、第一の微細周期構造と第二の微細周期構造との間に、第三の厚さ及び第一の屈折率を備えた複数の第三の誘電体平板を含む第三の微細周期構造及び第三の厚さ及び第二の屈折率を備えた複数の第四の誘電体平板を含む第四の微細周期構造が設けられた光学素子であってもよい。
【００７７】
本発明の第二の実施形態に係る光学素子においては、位相構造が、第一の微細周期で周期的に配置された第一の厚さ及び第一の屈折率を備えた複数の第一の誘電体平板を含む第一の微細周期構造並びに第二の微細周期で周期的に配置された第二の厚さ及び第二の屈折率を備えた複数の第二の誘電体平板を含む第二の微細周期構造を含み、複数の第一の誘電体平板の間における媒質の屈折率及び複数の第二の誘電体平板の間における媒質の屈折率が、第一の屈折率及び第二の屈折率と異なり、第一の微細周期及び第二の微細周期、第一の微細周期に対する第一の厚さの比及び第二の微細周期に対する第二の厚さの比、並びに、第一の屈折率及び第二の屈折率の少なくとも一つが、互いに異なるので、第一の微細周期構造を、第一の波長を備えた光に対して最大の位相差を与えるように設計すると共に、第二の微細周期構造を、第一の波長と異なる第二の波長を備えた光に対して最大の位相差を与えるように設計することができる。
【００７８】
すなわち、第一の微細周期構造は、第一の波長を備えた光に対して最大の位相差を与え、第一の波長より長い波長を備えた光及び第一の波長より短い波長を備えた光に対しては、第一の波長を備えた光にして与えられる位相差よりも小さい位相差を与える。同様に、第二の微細周期構造は、第二の波長を備えた光に対して最大の位相差を与え、第二の波長より長い波長を備えた光及び第二の波長より短い波長を備えた光に対しては、第二の波長を備えた光にして与えられる位相差よりも小さい位相差を与える。
【００７９】
そして、第一の偏光成分及び第一の偏光成分に直交する第二の偏光成分を有する光を、光学素子の第一の微細周期構造及び第二の微細周期構造を通じて、通過させると、光には、光の波長に依存した、第一の微細周期構造によって与えられる位相差及び第二の微細周期構造によって与えられる位相差の和に相当する位相差が与えられる。より詳しくは、第一の波長を備えた光に対しては、第一の微細周期構造によって第一の波長を備えた光に与えられる最大の位相差及び（第二の微細周期構造によって第二の波長を備えた光に与えられる位相差よりも小さい）第二の微細周期構造によって第一の波長を備えた光に与えられる位相差の和に相当する位相差が与えられる。同様に、第二の波長を備えた光に対しては、第二の微細周期構造によって第二の波長を備えた光に与えられる最大の位相差及び（第一の微細周期構造によって第一の波長を備えた光に与えられる位相差よりも小さい）第一の微細周期構造によって第二の波長を備えた光に与えられる位相差の和に相当する位相差が与えられる。さらに、第一の波長及び第二と異なる波長を備えた光に対しては、（第一の微細周期構造によって第一の波長を備えた光に与えられる位相差よりも小さい）第一の微細周期構造によってその波長を備えた光に与えられる位相差及び（第二の微細周期構造によって第二の波長を備えた光に与えられる位相差よりも小さい）第二の微細周期構造によってその波長を備えた光に与えられる位相差の和に相当する位相差が与えられる。
【００８０】
その結果、より広い光の波長の範囲にわたって、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に所定の範囲の位相差を与えることができる。
【００８１】
ここで、所定の範囲の位相差を与えることができる光の波長の範囲は、できるだけ広いことが好ましい。ただし、所定の範囲の位相差を与えることができる光の波長の範囲は、例えば、（第一の波長及び／又は第二の波長を含んでもよく含まなくてもよい）第一の波長と第二の波長との間の波長の範囲であってもよく、（第一の波長及び／又は第二の波長を含んでもよく含まなくてもよい）第一の波長と第二の波長との間の波長の範囲における少なくとも一部の波長の範囲であってもよい。
【００８２】
また、所定の範囲の位相差は、光学素子に要求される、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に与えられる位相差の設計値を含む。そして、所定の範囲の位相差の範囲は、好ましくは、光学素子に要求される位相差の範囲以下であるが、最も好ましくは、完全に又は実質的にゼロである。なお、所定の範囲の位相差の範囲が、完全にゼロであることは、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に設計値の位相差が与えられることを意味する。また、所定の範囲の位相差の範囲が、実質的にゼロであることは、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に与えられる位相差の設計値からの差異が無視できることを意味する。
【００８３】
本発明の第二の実施形態に係る光学素子においては、特に、第一の波長と第二の波長との間の波長を備えた光については、第一の微細周期構造及び第二の微細周期構造の一方が、波長が増加する（又は減少する）と共に増加する位相差を与える位相構造であり、第一の微細周期構造及び第二の微細周期構造の他方が、波長が増加する（又は減少する）と共に減少する位相差を与える位相構造である。よって、第一の波長と第二の波長との間の波長を備えた光には、第一の微細周期構造及び第二の微細周期構造の一方による、波長が増加する（又は減少する）と共に増加する位相差及び第一の微細周期構造及び第二の微細周期構造の他方による、波長が増加する（又は減少する）と共に減少する位相差の和が与えられる。これにより、第一の波長と第二の波長との間における、より広い光の波長の範囲にわたって、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に所定の範囲の位相差を与えることができる。
【００８４】
なお、本発明の第二の実施形態に係る光学素子における位相構造は、第一の微細周期構造及び第二の微細周期構造に加えて、第一の波長及び第二の波長と異なる波長を備えた光に対して最大の位相差を与えるさらなる微細周期構造を含んでもよい。本発明の第二の実施形態に係る光学素子における位相構造が、第一の波長及び第二の波長と異なる波長を備えた光に対して最大の位相差を与えるさらなる微細周期構造を含む場合には、さらに広い光の波長の範囲にわたって、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に所定の範囲の位相差を与えることができる及び／又は光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に与えられる位相差の範囲をより減少させることができる。
【００８５】
本発明の第二の実施形態によれば、本発明の第一の実施形態に係る光学素子を提供することができる。その結果、本発明の第一の実施形態と同様に、本発明の第二の実施形態によれば、より広い光の波長の範囲にわたって、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に所定の範囲の位相差を与えることが可能な光学素子を提供することができる。
【００８６】
本発明の第二の実施形態に係る光学素子において、好ましくは、第一の微細周期構造及び第二の微細周期構造は、第一の波長と第二の波長との間における第三の波長を備えた光に対して与える位相差、第三の波長と異なる第一の波長と第二の波長との間における第四の波長を備えた光に対して与える位相差、並びに、第三の波長と第四の波長との間における第五の波長を備えた光に対して与える位相差が、実質的に等しいように設計される。
【００８７】
ここで、第一の波長と第二の波長との間における第三の波長を備えた光に対して与える位相差、第三の波長と異なる第一の波長と第二の波長との間における第四の波長を備えた光に対して与える位相差、並びに、第三の波長と第四の波長との間における第五の波長を備えた光に対して与える位相差が、実質的に等しいことは、第三の波長を備えた光に与えられる位相差、第四の波長を備えた光に与えられる位相差、及び第五の波長を備えた光に与えられる位相差の全てが、完全に同一である（設計値である）又は第三の波長を備えた光に与えられる位相差、第四の波長を備えた光に与えられる位相差、及び第五の波長を備えた光に与えられる位相差の全てが、設計値を含むと共に無視できる程度の範囲を備えた所定の範囲にあることを意味する。
【００８８】
第三の波長を備えた光に対して与える位相差、第四の波長を備えた光に対して与える位相差、及び第五の波長を備えた光に対して与える位相差が、実質的に等しい場合には、（第三の波長及び／又は第四の波長を含んでもよく含まなくてもよい）第三の波長と第四の波長との間における任意の波長を備えた光に対して、完全に一定である（設計値である）位相差を与える又は設計値を含む所定の範囲にある位相差を与えることができる。
【００８９】
本発明の第二の実施形態に係る光学素子において、好ましくは、第一の微細周期構造及び第二の微細周期構造は、第三の波長と第四の波長との間における任意の波長を備えた光に対して実質的に一定である位相差を与えるように設計される。
【００９０】
ここで、第三の波長と第四の波長との間における任意の波長を備えた光に対して実質的に一定である位相差を与えることは、（第三の波長及び／又は第四の波長を含んでもよく含まなくてもよい）第三の波長と第四の波長との間における任意の波長を備えた光に対して完全に同一である（設計値である）位相差を与えること又は第三の波長と第四の波長との間における任意の波長を備えた光に対して設計値を含むと共に無視できる程度の範囲を備えた所定の範囲にある位相差を与えることを意味する。
【００９１】
第三の波長と第四の波長との間における任意の波長を備えた光に対して実質的に一定である位相差を与える場合には、第三の波長と第四の波長との間における任意の波長を備えた光に対して、完全に一定である（設計値である）位相差を与える又は設計値を含む無視できる程度の所定の範囲にある位相差を与えることができる。
【００９２】
本発明の第二の実施形態に係る光学素子において、好ましくは、第一の微細周期構造及び第二の微細周期構造は、第三の波長及び第四の波長が、それぞれ、４２０ｎｍ及び５２０ｎｍであるように設計される。
【００９３】
第三の波長及び第四の波長が、それぞれ、４２０ｎｍ及び５２０ｎｍである場合には、（４２０ｎｍ及び／又は５２０ｎｍを含んでもよく含まなくてもよい）４２０ｎｍと５２０ｎｍとの間における任意の波長を備えた光に対して、完全に一定である（設計値である）位相差を与える又は設計値を含む所定の範囲若しくは設計値を含む無視できる程度の所定の範囲にある位相差を与えることができる。なお、（４２０ｎｍ及び／又は５２０ｎｍを含んでもよく含まなくてもよい）４２０ｎｍと５２０ｎｍとの間における任意の波長を備えた光は、おおよそ、青色の光に対応する。
【００９４】
本発明の第二の実施形態に係る光学素子において、好ましくは、第一の微細周期構造及び第二の微細周期構造は、第三の波長及び第四の波長が、それぞれ、５２０ｎｍ及び６２０ｎｍであるように設計される。
【００９５】
第三の波長及び第四の波長が、それぞれ、５２０ｎｍ及び６２０ｎｍである場合には、（５２０ｎｍ及び／又は６２０ｎｍを含んでもよく含まなくてもよい）５２０ｎｍと６２０ｎｍとの間における任意の波長を備えた光に対して、完全に一定である（設計値である）位相差を与える又は設計値を含む所定の範囲若しくは設計値を含む無視できる程度の所定の範囲にある位相差を与えることができる。なお、（５２０ｎｍ及び／又は６２０ｎｍを含んでもよく含まなくてもよい）５２０ｎｍと６２０ｎｍとの間における任意の波長を備えた光は、おおよそ、緑色の光に対応する。
【００９６】
本発明の第二の実施形態に係る光学素子において、好ましくは、第一の微細周期構造及び第二の微細周期構造は、第三の波長及び第四の波長が、それぞれ、６２０ｎｍ及び７００ｎｍであるように設計される。
【００９７】
第三の波長及び第四の波長が、それぞれ、６２０ｎｍ及び７００ｎｍである場合には、（６２０ｎｍ及び／又は７００ｎｍを含んでもよく含まなくてもよい）６２０ｎｍと７００ｎｍとの間における任意の波長を備えた光に対して、完全に一定である（設計値である）位相差を与える又は設計値を含む所定の範囲若しくは設計値を含む無視できる程度の所定の範囲にある位相差を与えることができる。なお、（６２０ｎｍ及び／又は７００ｎｍを含んでもよく含まなくてもよい）６２０ｎｍと７００ｎｍとの間における任意の波長を備えた光は、おおよそ、赤色の光に対応する。
【００９８】
本発明の第二の実施形態に係る光学素子において、好ましくは、第一の微細周期構造及び第二の微細周期構造は、第三の波長及び第四の波長が、それぞれ、４２０ｎｍ及び７００ｎｍであるように設計される。
【００９９】
第三の波長及び第四の波長が、それぞれ、４２０ｎｍ及び７００ｎｍである場合には、（４２０ｎｍ及び／又は７００ｎｍを含んでもよく含まなくてもよい）４２０ｎｍと７００ｎｍとの間における任意の波長を備えた光に対して、完全に一定である（設計値である）位相差を与える又は設計値を含む所定の範囲若しくは設計値を含む無視できる程度の所定の範囲にある位相差を与えることができる。なお、（４２０ｎｍ及び／又は７００ｎｍを含んでもよく含まなくてもよい）４２０ｎｍと７００ｎｍとの間における任意の波長を備えた光は、おおよそ、可視光に対応する。
【０１００】
本発明の第二の実施形態に係る光学素子において、第一の微細周期構造が、第一の波長を備えた光に対して最大の位相差を与えるように設計すると共に、第二の微細周期構造が、第一の波長と異なる第二の波長を備えた光に対して最大の位相差を与えるように、第一の微細周期構造及び第二の微細周期構造を設計するために、第一の微細周期及び第二の微細周期、第一の微細周期に対する第一の厚さの比及び第二の微細周期に対する第二の厚さの比、並びに、第一の屈折率及び第二の屈折率の少なくとも一つが、互いに異なるようにする。
【０１０１】
具体的には、まず、第一の微細周期構造が、第一の波長を備えた光に対して最大の位相差を与え、第一の波長より長い波長を備えた光及び第一の波長より短い波長を備えた光に対しては、第一の波長を備えた光にして与えられる位相差よりも小さい位相差を与えるように、第一の微細周期、第一の微細周期に対する第一の厚さの比、及び、第一の屈折率を設計する。次に、第二の微細周期構造が、第二の波長を備えた光に対して最大の位相差を与え、第二の波長より長い波長を備えた光及び第二の波長より短い波長を備えた光に対しては、第二の波長を備えた光にして与えられる位相差よりも小さい位相差を与えるように、第二の微細周期、第二の微細周期に対する第二の厚さの比、及び、第二の屈折率を設計する。そして、本発明の第二の実施形態に係る光学素子によって与えられる、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間における位相差は、第一の微細周期構造によって与えられる位相差及び第二の微細周期構造によって与えられる位相差の和であるため、光の各波長について本発明の第二の実施形態に係る光学素子によって与えられる位相差を求めることができる。ここで、光の各波長について本発明の第二の実施形態に係る光学素子によって与えられる位相差が、設計値を含む所定の範囲の位相差であればよい。仮に光の各波長について本発明の第二の実施形態に係る光学素子によって与えられる位相差が、設計値を含む所定の範囲の位相差に含まれない場合には、第一の微細周期及び第二の微細周期、第一の微細周期に対する第一の厚さの比及び第二の微細周期に対する第二の厚さの比、並びに、第一の屈折率及び第二の屈折率の少なくとも一つを調整する。なお、第一の微細周期構造によって与えられる位相差及び第二の微細周期構造によって与えられる位相差を、公知のＦＤＴＤ法（有限差分時間領域法）を用いた電磁場の伝播のシミュレーションソフトを使用して、算出することができる。光学素子の位相構造が、第一の微細周期構造及び第二の微細周期構造に加えて、特定の微細周期で周期的に配置された特定の厚さ及び特定の屈折率を備えた複数の誘電体平板を含むさらなる微細周期構造を含む場合にも、同様の方法で、本発明の第二の実施形態に係る光学素子を設計することができる。
【０１０２】
また、光の波長に対する（第一の又は第二の）微細周期構造によって与えられる位相差と、（第一の又は第二の）微細周期、（第一の又は第二の）微細周期に対する（第一の又は第二の）厚さの比、及び、（第一の又は第二の）屈折率との間には、おおむね次のような関係がある。
【０１０３】
（第一の又は第二の）微細周期を変化させると、（第一の又は第二の）微細周期構造によって与えられる位相差が最大となる光の波長が変位する。（第一の又は第二の）微細周期を増加させると、（第一の又は第二の）微細周期構造によって与えられる位相差が最大となる光の波長は、大きくなる。ただし、（第一の及び第二の）微細周期は、光学素子を通過させる光の波長のうち最小の波長以下であると共に光学素子を通過させる光の波長のうち最大の波長に対して無視できない程度の長さにする。例えば、光が、可視光である場合には、第一の微細周期及び第二の微細周期の各々が、０．１μｍ以上０．４μｍ以下であってもよい。
【０１０４】
（第一の又は第二の）微細周期に対する（第一の又は第二の）厚さの比（フィリングファクター）を変化させると、光の波長の変動に対する（第一の又は第二の）微細周期構造によって与えられる位相差の変化率が、変化すると共に、（第一の又は第二の）微細周期構造によって与えられる位相差の絶対値も変化する。具体的には、（第一の又は第二の）誘電体平板の深さが一定であるとすれば、（第一の又は第二の）微細周期に対する（第一の又は第二の）厚さの比（フィリングファクター）が、おおよそ、０．５以上０．６以下であるとき、光の波長の変動に対する（第一の又は第二の）微細周期構造によって与えられる位相差の変化率が、最大になると共に（第一の又は第二の）微細周期構造によって与えられる位相差の絶対値も、最大になる。逆に、（第一の又は第二の）微細周期に対する（第一の又は第二の）厚さの比（フィリングファクター）が、おおよそ、０．５未満又は０．６を超えるものであるとき、光の波長の変動に対する（第一の又は第二の）微細周期構造によって与えられる位相差の変化率が、最大値よりも小さくなると共に（第一の又は第二の）微細周期構造によって与えられる位相差の絶対値も、最大値よりも小さくなる。
【０１０５】
（第一の又は第二の）屈折率を変化させると、（第一の又は第二の）微細周期構造によって与えられる位相差が最大となる光の波長が変位する。（第一の又は第二の）屈折率を増加させると、（第一の又は第二の）微細周期構造によって与えられる位相差が最大となる光の波長は、小さくなる。ただし、（第一の又は第二の）屈折率は、現実に存在する材料の屈折率の値を選択することが必要である。
【０１０６】
加えて、（第一の又は第二の）誘電体平板の深さを変化させると、（第一の又は第二の）微細周期構造によって与えられる位相差の絶対値が変化する。ここで、（第一の又は第二の）誘電体平板の深さは、（第一の又は第二の）誘電体平板を通過する光の進行方向における、（第一の又は第二の）誘電体平板の二つの平面の距離である。（第一の又は第二の）微細周期構造によって与えられる位相差の絶対値は、（第一の又は第二の）誘電体平板の深さに比例する。具体的には、（第一の又は第二の）誘電体平板の深さを増加させると、（第一の又は第二の）微細周期構造によって与えられる位相差の絶対値は、増加する。
【０１０７】
なお、光学素子の位相構造が、第一の微細周期構造及び第二の微細周期構造に加えて、特定の微細周期で周期的に配置された特定の厚さ及び特定の屈折率を備えた複数の誘電体平板を含むさらなる微細周期構造を含む場合にも、同様の関係が成り立つ。
【０１０８】
本発明の第二の実施形態に係る光学素子において、好ましくは、前記第一の屈折率及び前記第二の屈折率は、互いに同一である。
【０１０９】
第一の屈折率及び第二の屈折率は、互いに同一である場合には、第一の微細周期構造及び第二の微細周期構造を、一つの共通の材料に形成することができる。よって、本発明の第二の実施形態に係る光学素子を、より容易に且つより安価に製造することができる。
【０１１０】
本発明の第二の実施形態に係る光学素子において、好ましくは、前記第一の屈折率及び前記第二の屈折率は、互いに異なる。
【０１１１】
第一の屈折率及び第二の屈折率が、互いに異なる場合には、第一の屈折率及び第二の屈折率の両方を適宜選択することができる。よって、第一の誘電体平板の誘電体材料及び第二の誘電体平板の誘電体材料を別個に選択することができ、本発明の第二の実施形態に係る光学素子の設計の自由度が高くなる。よって、より広い光の波長の範囲にわたって、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に所定の範囲の位相差を与えることが可能な光学素子を、より容易に提供することができる。
【０１１２】
また、第一の屈折率及び第二の屈折率の両方を適宜選択することができるので、複数の第一の誘電体平板の製造に適した誘電体材料及び複数の第二の誘電体平板の製造に適した誘電体材料を選択することができる。よって、本発明の第二の実施形態に係る光学素子を、より容易に且つより安価に製造することができる。
【０１１３】
さらに、第一の屈折率及び／又は第二の屈折率を、増加させると、第一の誘電体平板の深さ及び／又は第二の誘電体平板の深さを、減少させることができる。よって、光学素子の厚さを減少させることが可能となると共に光学素子を製造することがより容易になる。
【０１１４】
本発明の第二の実施形態に係る光学素子において、好ましくは、前記第一の微細周期構造の材料及び前記第二の微細周期構造の材料の少なくとも一方は、無機材料である。
【０１１５】
第一の微細周期構造の材料及び第二の微細周期構造の材料の少なくとも一方が、無機材料である場合には、高い耐熱性を備えた無機材料を用いることによって、本発明の第二の実施形態に係る第一の微細周期構造及び第二の微細周期構造を含む光学素子の耐熱性及び耐久性を向上させることができる。よって、本発明の第二の実施形態に係る光学素子の熱に対する劣化及び経時的な劣化を抑制して、本発明の第二の実施形態に係る光学素子の信頼性を向上させることができる。例えば、光学素子が、高出力のランプを使用する画像投射装置のような、熱を発生する環境に置かれた場合であっても、光学素子の信頼性を向上させることができる。このような無機材料としては、例えば、ガラス、酸化チタン（ＴｉＯ２）等が挙げられる。
【０１１６】
本発明の第二の実施形態に係る光学素子において、好ましくは、前記第一の微細周期構造及び前記第二の微細周期構造の間に設けられる基体をさらに含む。
【０１１７】
基体の材料、基体の屈折率、及び基体の形状は、光が、基体を通過することができれば、特に限定されない。基体は、板の形状を有する基板であってもよい。基板の厚さも、光が、基体を通過することができれば、特に限定されない。
【０１１８】
本発明の第二の実施形態に係る光学素子が、前記第一の微細周期構造及び前記第二の微細周期構造の間に設けられる基体をさらに含む場合には、第一の屈折率及び第二の屈折率の両方を適宜選択することができる。よって、第一の誘電体平板の誘電体材料及び第二の誘電体平板の誘電体材料を別個に選択することができ、本発明の第二の実施形態に係る光学素子の設計の自由度が高くなる。よって、より広い光の波長の範囲にわたって、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に所定の範囲の位相差を与えることが可能な光学素子を、より容易に提供することができる。
【０１１９】
また、第一の屈折率及び第二の屈折率の両方を適宜選択することができるので、複数の第一の誘電体平板の製造に適した誘電体材料及び複数の第二の誘電体平板の製造に適した誘電体材料を選択することができる。よって、本発明の第二の実施形態に係る光学素子を、より容易に且つより安価に製造することができる。
【０１２０】
さらに、第一の屈折率及び／又は第二の屈折率を、増加させると、第一の誘電体平板の深さ及び／又は第二の誘電体平板の深さを、減少させることができる。よって、光学素子の厚さを減少させることが可能となると共に光学素子を製造することがより容易になる。
【０１２１】
加えて、第一の微細周期構造の材料に第二の微細周期構造の材料を直接設けることが容易ではない場合にも、第一の微細周期構造の材料及び第二の微細周期構造の材料の両方の材料を良好に設けることができる材料の基体を、第一の微細周期構造及び第二の微細周期構造の間に設けることによって、第一の微細周期構造及び第二の微細周期構造を含む本発明の第二の実施形態に係る光学素子を、より容易に製造することができる。
【０１２２】
また、第一の微細周期構造の材料の熱膨張係数が、第二の微細周期構造の材料の熱膨張係数と大きく異なる場合には、第一の微細周期構造の材料の熱膨張係数と第二の微細周期構造の材料の熱膨張係数との間の熱膨張係数を備えた材料からなる基体を、第一の微細周期構造及び第二の微細周期構造の間に設けることによって、本発明の第二の実施形態に係る光学素子の耐熱性を向上させることができる。
【０１２３】
本発明の第二の実施形態に係る光学素子において、好ましくは、前記基体の材料は、無機材料である。
【０１２４】
基体の材料が、無機材料である場合には、高い耐熱性を備えた無機材料を用いることによって、本発明の第二の実施形態に係る基体を含む光学素子の耐熱性及び耐久性を向上させることができる。よって、本発明の第二の実施形態に係る光学素子の熱に対する劣化及び経時的な劣化を抑制して、本発明の第二の実施形態に係る光学素子の信頼性を向上させることができる。例えば、光学素子が、高出力のランプを使用する画像投射装置のような、熱を発生する環境に置かれた場合であっても、光学素子の信頼性を向上させることができる。このような無機材料としては、例えば、ガラス、酸化チタン（ＴｉＯ２）等が挙げられる。
【０１２５】
図３は、本発明の第二の実施形態に係る光学素子の第一の例を示す図である。図３（ａ）は、本発明の第二の実施形態に係る光学素子の第一の例の断面図であり、図３（ｂ）は、本発明の第二の実施形態に係る光学素子の第一の例における第一の微細周期構造の一部の断面図であり、図３（ｃ）は、本発明の第二の実施形態に係る光学素子の第一の例における第二の微細周期構造の一部の断面図である。
【０１２６】
図３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示すように、本発明の第二の実施形態に係る光学素子の第一の例である光学素子３１は、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に位相差を与える位相構造を有し、その位相構造は、第一の微細周期ｐ１で周期的に配置された第一の厚さｗ１、第一の深さｄ１及び第一の屈折率ｎ１を備えた複数の第一の誘電体平板３２を含む第一の微細周期構造３３並びに第二の微細周期ｐ２で周期的に配置された第二の厚さｗ２、第二の深さｄ２及び第二の屈折率ｎ２を備えた複数の第二の誘電体平板３４を含む第二の微細周期構造３５を含み、複数の第一の誘電体平板３２の間における媒質３６の屈折率ｎ３及び複数の第二の誘電体平板３４の間における媒質３７の屈折率ｎ４は、第一の屈折率ｎ１及び第二の屈折率ｎ２と異なり、第一の微細周期ｐ１及び第二の微細周期ｐ２、第一の微細周期ｐ１に対する第一の厚さｗ１の比及び第二の微細周期ｐ２に対する第二の厚さｗ２の比、並びに、第一の屈折率ｎ１及び第二の屈折率ｎ２の少なくとも一つは、互いに異なる。また、光学素子３１は、第一の微細周期構造３３及び第二の微細周期構造３５が設けられる屈折率ｎ５を備えた基体３８をさらに含む。なお、第一の微細周期構造３３は、第二の微細周期構造３５に対向すると共に第一の微細周期構造３３の光軸は、第二の微細周期構造３５の光軸と一致する。
【０１２７】
光学素子３１においては、図２に示すように、第一の微細周期構造３３を、第一の波長λ１を備えた光に対して最大の位相差を与えるように設計すると共に、第二の微細周期構造３５を、第一の波長λ１と異なる第二の波長λ２を備えた光に対して最大の位相差を与えるように設計することができる。そして、第一の偏光成分及び第一の偏光成分に直交する第二の偏光成分を有する光を、光学素子３１の第一の微細周期構造３３及び第二の微細周期構造３５を通じて、通過させると、光には、光の波長に依存した、第一の微細周期構造３３によって与えられる位相差及び第二の微細周期構造３５によって与えられる位相差の和に相当する位相差が与えられる。その結果、より広い光の波長の範囲にわたって、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に所定の範囲の位相差を与えることができる。
【０１２８】
図２に示すように、光学素子３１においては、特に、第一の波長λ１と第二の波長λ２との間の波長を備えた光については、第一の微細周期構造３３が、波長が増加すると共に減少する位相差を与える位相構造Ａであり、第二の微細周期構造３５が、波長が増加すると共に増加する位相差を与える位相構造Ｂである。よって、第一の波長λ１と第二の波長λ２との間の波長を備えた光には、第一の微細周期構造３３による、波長が増加すると共に減少する位相差及び第二の微細周期構造３５による、波長が増加する共に増加する位相差の和が与えられる。これにより、光学素子３１は、第一の波長λ１と第二の波長λ２との間における、より広い光の波長の範囲にわたって、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に所定の範囲の位相差を与えることができる。
【０１２９】
図２に示すように、光学素子３１において、好ましくは、第一の微細周期構造３３及び第二の微細周期構造３５は、第一の波長λ１と第二の波長λ２との間における第三の波長λ３を備えた光に対して与える位相差、第三の波長λ３と異なる第一の波長λ１と第二の波長λ２との間における第四の波長λ４を備えた光に対して与える位相差、並びに、第三の波長λ３と第四の波長λ４との間における第五の波長λ５を備えた光に対して与える位相差が、実質的に等しいように設計される。また、光学素子３１において、好ましくは、第一の微細周期構造３３及び第二の微細周期構造３５は、第三の波長λ３と第四の波長λ４との間における任意の波長を備えた光に対して実質的に一定である位相差を与えるように設計される。これらの場合には、光学素子３１は、第三の波長λ３と第四の波長λ４との間における任意の波長を備えた光に対して、設計値を含む所定の範囲にある位相差を与えることができる。
【０１３０】
光学素子３１において、第三の波長λ３及び第四の波長λ４が、それぞれ、４２０ｎｍ及び５２０ｎｍであってもよい。この場合には、光学素子３１は、青色の光に対して、設計値を含む所定の範囲にある位相差を与えることができる。第三の波長λ３及び第四の波長λ４が、それぞれ、５２０ｎｍ及び６２０ｎｍであってもよい。この場合には、光学素子３１は、緑色の光に対して、設計値を含む所定の範囲にある位相差を与えることができる。第三の波長λ３及び第四の波長λ４が、それぞれ、６２０ｎｍ及び７００ｎｍであってもよい。この場合には、光学素子３１は、赤色の光に対して、設計値を含む所定の範囲にある位相差を与えることができる。さらに、第三の波長λ３及び第四の波長λ４が、それぞれ、４２０ｎｍ及び７００ｎｍであってもよい。この場合には、光学素子３１は、可視光に対して、設計値を含む所定の範囲にある位相差を与えることができる。
【０１３１】
光学素子３１において、第一の屈折率ｎ１及び第二の屈折率ｎ２は、互いに同一であってもよい。この場合には、第一の微細周期構造３３及び第二の微細周期構造３５を共通の材料で製造することができ、光学素子３１をより容易に且つより安価に製造することができる。また、光学素子３１において、第一の屈折率ｎ１及び第二の屈折率ｎ２は、互いに異なってもよい。この場合には、第一の微細周期構造３３及び第二の微細周期構造３５の材料をそれぞれ選択することができ、設計の自由度を向上させることができると共に製造に適した材料を選択することができる。その結果、光学素子３１をより容易に且つより安価に製造することができる。
【０１３２】
光学素子３１において、好ましくは、第一の微細周期構造３３の材料及び第二の微細周期構造３５の材料の少なくとも一方は、無機材料である。また、光学素子３１において、好ましくは、基板３８の材料は、無機材料である。これらの場合には、光学素子３１の耐熱性を向上させることができる。
【０１３３】
図４は、本発明の第二の実施形態に係る光学素子の第二の例を示す図である。
【０１３４】
図４に示すように、本発明の第二の実施形態に係る光学素子の第二の例である光学素子４１は、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に位相差を与える位相構造を有し、その位相構造は、第一の微細周期で周期的に配置された第一の厚さ、第一の深さ及び第一の屈折率ｎ１を備えた複数の第一の誘電体平板４２を含む第一の微細周期構造４３並びに第二の微細周期で周期的に配置された第二の厚さ、第二の深さ及び第二の屈折率ｎ２を備えた複数の第二の誘電体平板４４を含む第二の微細周期構造４５を含み、複数の第一の誘電体平板４２の間における媒質４６の屈折率ｎ３及び複数の第二の誘電体平板４４の間における媒質４７の屈折率ｎ４は、第一の屈折率ｎ１及び第二の屈折率ｎ２と異なり、第一の微細周期及び第二の微細周期、第一の微細周期に対する第一の厚さの比及び第二の微細周期に対する第二の厚さの比、並びに、第一の屈折率ｎ１及び第二の屈折率ｎ２の少なくとも一つは、互いに異なる。また、第一の微細周期構造４３は、第二の微細周期構造４５に対向すると共に第一の微細周期構造４３の光軸は、第二の微細周期構造４５の光軸と一致する。
【０１３５】
光学素子４１においては、図２に示すように、第一の微細周期構造４３を、第一の波長λ１を備えた光に対して最大の位相差を与えるように設計すると共に、第二の微細周期構造４５を、第一の波長λ１と異なる第二の波長λ２を備えた光に対して最大の位相差を与えるように設計することができる。そして、第一の偏光成分及び第一の偏光成分に直交する第二の偏光成分を有する光を、光学素子４１の第一の微細周期構造４３及び第二の微細周期構造４５を通じて、通過させると、光には、光の波長に依存した、第一の微細周期構造４３によって与えられる位相差及び第二の微細周期構造４５によって与えられる位相差の和に相当する位相差が与えられる。その結果、より広い光の波長の範囲にわたって、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に所定の範囲の位相差を与えることができる。
【０１３６】
図２に示すように、光学素子４１においては、特に、第一の波長λ１と第二の波長λ２との間の波長を備えた光については、第一の微細周期構造４３が、波長が増加すると共に減少する位相差を与える位相構造Ａであり、第二の微細周期構造４５が、波長が増加すると共に増加する位相差を与える位相構造Ｂである。よって、第一の波長λ１と第二の波長λ２との間の波長を備えた光には、第一の微細周期構造４３による、波長が増加すると共に減少する位相差及び第二の微細周期構造４５による、波長が増加する共に増加する位相差の和が与えられる。これにより、光学素子４１は、第一の波長λ１と第二の波長λ２との間における、より広い光の波長の範囲にわたって、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に所定の範囲の位相差を与えることができる。
【０１３７】
図２に示すように、光学素子４１において、好ましくは、第一の微細周期構造４３及び第二の微細周期構造４５は、第一の波長λ１と第二の波長λ２との間における第三の波長λ３を備えた光に対して与える位相差、第三の波長λ３と異なる第一の波長λ１と第二の波長λ２との間における第四の波長λ４を備えた光に対して与える位相差、並びに、第三の波長λ３と第四の波長λ４との間における第五の波長λ５を備えた光に対して与える位相差が、実質的に等しいように設計される。また、光学素子４１において、好ましくは、第一の微細周期構造４３及び第二の微細周期構造４５は、第三の波長λ３と第四の波長λ４との間における任意の波長を備えた光に対して実質的に一定である位相差を与えるように設計される。これらの場合には、光学素子４１は、第三の波長λ３と第四の波長λ４との間における任意の波長を備えた光に対して、設計値を含む所定の範囲にある位相差を与えることができる。
【０１３８】
光学素子４１において、第三の波長λ３及び第四の波長λ４が、それぞれ、４２０ｎｍ及び５２０ｎｍであってもよい。この場合には、光学素子４１は、青色の光に対して、設計値を含む所定の範囲にある位相差を与えることができる。第三の波長λ３及び第四の波長λ４が、それぞれ、５２０ｎｍ及び６２０ｎｍであってもよい。この場合には、光学素子４１は、緑色の光に対して、設計値を含む所定の範囲にある位相差を与えることができる。第三の波長λ３及び第四の波長λ４が、それぞれ、６２０ｎｍ及び７００ｎｍであってもよい。この場合には、光学素子４１は、赤色の光に対して、設計値を含む所定の範囲にある位相差を与えることができる。さらに、第三の波長λ３及び第四の波長λ４が、それぞれ、４２０ｎｍ及び７００ｎｍであってもよい。この場合には、光学素子３１は、可視光に対して、設計値を含む所定の範囲にある位相差を与えることができる。
【０１３９】
光学素子４１において、第一の屈折率ｎ１及び第二の屈折率ｎ２は、互いに異なる。よって、第一の微細周期構造４３及び第二の微細周期構造４５の材料をそれぞれ選択することができ、設計の自由度を向上させることができると共に製造に適した材料を選択することができる。その結果、光学素子４１をより容易に且つより安価に製造することができる。
【０１４０】
光学素子４１において、好ましくは、第一の微細周期構造４３の材料及び第二の微細周期構造４５の材料の少なくとも一方は、無機材料である。この場合には、光学素子４１の耐熱性を向上させることができる。
【０１４１】
図５は、本発明の第二の実施形態に係る光学素子の第三の例を示す図である。
【０１４２】
図５に示すように、本発明の第二の実施形態に係る光学素子の第三の例である光学素子５１は、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に位相差を与える位相構造を有し、その位相構造は、第一の微細周期で周期的に配置された第一の厚さ、第一の深さ及び第一の屈折率ｎ１を備えた複数の第一の誘電体平板５２を含む第一の微細周期構造５３並びに第二の微細周期で周期的に配置された第二の厚さ、第二の深さ及び第二の屈折率ｎ１を備えた複数の第二の誘電体平板５４を含む第二の微細周期構造５５を含み、複数の第一の誘電体平板５２の間における媒質５６の屈折率及び複数の第二の誘電体平板５４の間における媒質５７の屈折率は、第一の屈折率及び第二の屈折率ｎ１と異なり、第一の微細周期及び第二の微細周期、並びに  第一の微細周期に対する第一の厚さの比及び第二の微細周期に対する第二の厚さの比の少なくとも一方は、互いに異なる。なお、光学素子５１においては、複数の第一の誘電体平板５２を含む第一の微細周期構造５３及び複数の第二の誘電体平板５４を含む第二の微細周期構造５５は、共通の誘電体材料で形成されており、第一の屈折率及び第二の屈折率は、同一である。また、第一の微細周期構造５３は、第二の微細周期構造５５に対向すると共に第一の微細周期構造５３の光軸は、第二の微細周期構造５５の光軸と一致する。
【０１４３】
光学素子５１においては、図２に示すように、第一の微細周期構造５３を、第一の波長λ１を備えた光に対して最大の位相差を与えるように設計すると共に、第二の微細周期構造５５を、第一の波長λ１と異なる第二の波長λ２を備えた光に対して最大の位相差を与えるように設計することができる。そして、第一の偏光成分及び第一の偏光成分に直交する第二の偏光成分を有する光を、光学素子５１の第一の微細周期構造５３及び第二の微細周期構造５５を通じて、通過させると、光には、光の波長に依存した、第一の微細周期構造５３によって与えられる位相差及び第二の微細周期構造５５によって与えられる位相差の和に相当する位相差が与えられる。その結果、より広い光の波長の範囲にわたって、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に所定の範囲の位相差を与えることができる。
【０１４４】
図２に示すように、光学素子５１においては、特に、第一の波長λ１と第二の波長λ２との間の波長を備えた光については、第一の微細周期構造５３が、波長が増加すると共に減少する位相差を与える位相構造Ａであり、第二の微細周期構造５５が、波長が増加すると共に増加する位相差を与える位相構造Ｂである。よって、第一の波長λ１と第二の波長λ２との間の波長を備えた光には、第一の微細周期構造５３による、波長が増加すると共に減少する位相差及び第二の微細周期構造５５による、波長が増加する共に増加する位相差の和が与えられる。これにより、光学素子５１は、第一の波長λ１と第二の波長λ２との間における、より広い光の波長の範囲にわたって、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に所定の範囲の位相差を与えることができる。
【０１４５】
図２に示すように、光学素子５１において、好ましくは、第一の微細周期構造５３及び第二の微細周期構造５５は、第一の波長λ１と第二の波長λ２との間における第三の波長λ３を備えた光に対して与える位相差、第三の波長λ３と異なる第一の波長λ１と第二の波長λ２との間における第四の波長λ４を備えた光に対して与える位相差、並びに、第三の波長λ３と第四の波長λ４との間における第五の波長λ５を備えた光に対して与える位相差が、実質的に等しいように設計される。また、光学素子５１において、好ましくは、第一の微細周期構造５３及び第二の微細周期構造５５は、第三の波長λ３と第四の波長λ４との間における任意の波長を備えた光に対して実質的に一定である位相差を与えるように設計される。これらの場合には、光学素子５１は、第三の波長λ３と第四の波長λ４との間における任意の波長を備えた光に対して、設計値を含む所定の範囲にある位相差を与えることができる。
【０１４６】
光学素子５１において、第三の波長λ３及び第四の波長λ４が、それぞれ、４２０ｎｍ及び５２０ｎｍであってもよい。この場合には、光学素子５１は、青色の光に対して、設計値を含む所定の範囲にある位相差を与えることができる。第三の波長λ３及び第四の波長λ４が、それぞれ、５２０ｎｍ及び６２０ｎｍであってもよい。この場合には、光学素子５１は、緑色の光に対して、設計値を含む所定の範囲にある位相差を与えることができる。第三の波長λ３及び第四の波長λ４が、それぞれ、６２０ｎｍ及び７００ｎｍであってもよい。この場合には、光学素子５１は、赤色の光に対して、設計値を含む所定の範囲にある位相差を与えることができる。さらに、第三の波長λ３及び第四の波長λ４が、それぞれ、４２０ｎｍ及び７００ｎｍであってもよい。この場合には、光学素子５１は、可視光に対して、設計値を含む所定の範囲にある位相差を与えることができる。
【０１４７】
光学素子５１において、第一の微細周期構造５３及び第二の微細周期構造５５の材料が共通であり、第一の屈折率及び第二の屈折率は、同一であるので、光学素子５１をより容易に且つより安価に製造することができる。
【０１４８】
光学素子５１において、好ましくは、第一の微細周期構造５３及び第二の微細周期構造５５の材料は、無機材料である。この場合には、光学素子５１の耐熱性を向上させることができる。
【０１４９】
本発明の第二の実施形態に係る光学素子は、レジストの塗布及び／又は薄膜の蒸着並びにエッチング等の公知の技術を組み合わせることによって、形成することができる。
【０１５０】
例えば、単一の誘電体材料に対して、まず、第一の微細周期で周期的に配置された第一の厚さ及び第一の屈折率を備えた複数の第一の誘電体平板を含む第一の微細周期構造を形成し、次に、第二の微細周期で周期的に配置された第二の厚さ及び第二の屈折率を備えた複数の第二の誘電体平板を含む第二の微細周期構造を形成してもよい。
【０１５１】
また、まず、スパッタリングなどのような適当な方法によって、第一の誘電体材料に第一の誘電体材料と異なる第二の誘電体材料を設け、次に、第一の誘電体材料に対して、第一の微細周期で周期的に配置された第一の厚さ及び第一の屈折率を備えた複数の第一の誘電体平板を含む第一の微細周期構造を形成し、第二の誘電体材料に対して、第二の微細周期で周期的に配置された第二の厚さ及び第二の屈折率を備えた複数の第二の誘電体平板を含む第二の微細周期構造を形成してもよい。また、まず、スパッタリングなどの適当な方法によって、基体に第一の誘電体材料及び第一の誘電体材料と異なる第二の誘電体材料を設け、次に、第一の誘電体材料に対して、第一の微細周期で周期的に配置された第一の厚さ及び第一の屈折率を備えた複数の第一の誘電体平板を含む第一の微細周期構造を形成し、第二の誘電体材料に対して、第二の微細周期で周期的に配置された第二の厚さ及び第二の屈折率を備えた複数の第二の誘電体平板を含む第二の微細周期構造を形成してもよい。ここで、第一の微細周期で周期的に配置された第一の厚さ及び第一の屈折率を備えた複数の第一の誘電体平板を含む第一の微細周期構造及び第二の微細周期で周期的に配置された第二の厚さ及び第二の屈折率を備えた複数の第二の誘電体平板を含む第二の微細周期構造を形成するために、レジストの塗布及び／又は薄膜の蒸着並びにエッチング等の公知の技術が用いられる。
【０１５２】
図６（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第二の実施形態に係る光学素子の製造方法の例を説明する図である。
【０１５３】
まず、図６（ａ）に示すように、誘電体材料６１の一部（例えば、ガラス等からなる第一の基板の片側）に、（例えば、フォトレジスト及び電子ビームレジストのような）レジスト６２を塗布する。誘電体材料６１におけるレジスト６２が塗布される位置は、微細周期構造が形成される場所である。誘電体材料６１としては、光学素子に入射する光が光学素子を通過することができる誘電体材料であればよいが、好ましくは、無機材料であり、例えば、ｄ線に対する屈折率ｎｄが１．４７であるガラスなどを用いることができる。
【０１５４】
次に、図６（ｂ）に示すように、誘電体材料６１の一部に塗布されたレジスト６２に対して、誘電体材料６１に形成する微細周期構造の微細周期のパターンを描画する。レジストに対する微細周期構造の微細周期のパターンの描画は、レジストの種類に応じて、微細周期構造の微細周期のパターンに対応するマスクを介した極短紫外光、真空紫外光、及びＸ線のような電磁波の照射、電子ビームの直接的な照射、又はインプリント法などによって、行われる。光学素子の量産性を向上させるためには、露光装置を用いた、微細周期構造の微細周期のパターンに対応するマスクを介した極短紫外光、真空紫外光、及びＸ線のような電磁波の照射が、好ましい。そして、微細周期構造の微細周期のパターンが描画されたレジスト６２を現像する。ここでは、誘電体材料６１における、微細周期構造の誘電体平板が形成されない場所に、レジスト６２が残留するように（微細周期構造の誘電体平板が形成される場所においては、レジスト６２が除去されるように）、レジスト６２の現像が行われる。
【０１５５】
次に、図６（ｃ）に示すように、誘電体材料６１におけるレジスト６２が除去された部分及び誘電体材料６１に残留するレジスト６２の全体に、真空蒸着法などによって、金属膜６３を蒸着させる。
【０１５６】
次に、図６（ｄ）に示すように、レジスト剥離液を使用するリフトオフ法によって、誘電体材料６１に残留するレジスト６２及びレジスト６２上に形成された金属膜６３を除去する。これにより、誘電体材料６１における、微細周期構造の誘電体平板が形成される場所に、金属膜６３が残留する。
【０１５７】
次に、図６（ｅ）に示すように、微細周期構造の誘電体平板が形成される場所に金属膜６３が残留する誘電体材料６１を、例えば、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８、及びＣＨＦ３などのようなフルオロカーボンガスを用いて、ドライエッチングする。なお、ドライエッチングは、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）エッチング装置を用いて行うことができるのみならず、ＩＣＰ（誘導結合高周波プラズマ）エッチング装置のような他のエッチング装置を用いて行うことができる。ここで、誘電体材料６１における金属膜６３が残留する場所は、エッチングされずに金属膜６３によって保護される。一方、誘電体材料６１における金属膜６３が残留しない場所は、エッチングされる。これにより、誘電体材料６１における金属膜６３が残留する場所に、微細周期構造の誘電体平板６４が形成される。また、誘電体材料６１における金属膜６３が残留しない場所に、微細周期構造の誘電体平板６４の間の空間が形成される。
【０１５８】
次に、図６（ｆ）に示すように、微細周期構造の誘電体平板６４上に残留する金属膜６３を除去する。このようにして、誘電体材料６１に所望の誘電体平板６４を備えた微細周期構造を形成することができる。
【０１５９】
図６（ａ）〜（ｆ）に示す工程を誘電体材料の一部に適用することによって、誘電体材料の一部に第一の誘電体平板を備えた第一の微細周期構造を形成し、さらに、図６（ａ）〜（ｆ）に示す工程を誘電体材料の他の部分に適用することによって、誘電体材料の他の部分に第二の誘電体平板を備えた第二の微細周期構造を形成し、本発明の第二の実施形態に係る光学素子を形成することができる。
【０１６０】
また、スパッタリング法などを用いて、第一の誘電体材料に第一の誘電体材料と異なる第二の誘電体材料を設けた後で、又は、基体に第一の誘電体材料及び第二の誘電体材料を設けた後で、図６（ａ）〜（ｆ）に示す工程を第一の誘電体材料に適用することによって、第一の誘電体材料に第一の誘電体平板を備えた第一の微細周期構造を形成し、さらに、図６（ａ）〜（ｆ）に示す工程を第二の誘電体材料に適用することによって、第二の誘電体材料に第二の誘電体平板を備えた第二の微細周期構造を形成し、本発明の第二の実施形態に係る光学素子を形成することができる。
【０１６１】
第一の微細周期構造及び第二の微細周期構造を形成するときには、第一の微細周期構造の光軸の方向（第一の微細周期構造を通過する光の進行方向）を第二の微細周期構造の光軸（第二の微細周期構造を通過する光の進行方向）に整列させればよく、第一の微細周期構造及び第二の微細周期構造を、第一の微細周期構造の光軸の方向及び第二の微細周期構造の光軸と垂直な方向に整列させることは、必ずしも要求されない。
【０１６２】
本発明の第一の実施形態に係る光学素子又は本発明の第二の実施形態に係る光学素子において、好ましくは、前記位相差は、実質的に（１／４）×２πである。
【０１６３】
ここで、位相差が、実質的に（１／４）×２πであるとは、光の第一の偏光成分と該第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に与えられる位相差が、完全に（１／４）×２π（ラジアン）であること又は光の第一の偏光成分と該第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に与えられる位相差の（１／４）×２π（ラジアン）からのずれが、光学素子に要求される性能に対して、無視できる程度であることを意味する。
【０１６４】
この場合には、より広い光の波長の範囲にわたって、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に実質的に（１／４）×２π（ラジアン）の位相差を与えることが可能な光学素子を提供することができる。よって、光が、直線偏光の光であるときには、より広い光の波長の範囲にわたって、直線偏光の光を、円偏光の光に変換することができる。一方、光が、円偏光の光であるときには、より広い光の波長の範囲にわたって、円偏光の光を、直線偏光の光に変換することができる。このような光学素子は、例えば、四分の一波長板である。
【０１６５】
また、本発明の第二の実施形態に係る光学素子において、位相差が、（１／４）×２π（ラジアン）である場合には、第一の誘電体平板の深さ及び第二の誘電体平板の深さの和は、おおよそ、光の波長の１／４程度である。よって、本発明の第二の実施形態に係る光学素子は、特開平１０−６８８１６号公報に開示される位相差板よりも薄い素子とすることが可能である。
【０１６６】
本発明の第一の実施形態に係る光学素子又は本発明の第二の実施形態に係る光学素子において、好ましくは、前記位相差は、実質的に（１／２）×２πである。
【０１６７】
ここで、位相差が、実質的に（１／２）×２πであるとは、光の第一の偏光成分と該第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に与えられる位相差が、完全に（１／２）×２π（ラジアン）であること又は光の第一の偏光成分と該第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に与えられる位相差の（１／２）×２π（ラジアン）からのずれが、光学素子に要求される性能に対して、無視できる程度であることを意味する。
【０１６８】
この場合には、より広い光の波長の範囲にわたって、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に実質的に（１／２）×２π（ラジアン）の位相差を与えることが可能な光学素子を提供することができる。よって、光が、直線偏光の光であるときには、より広い光の波長の範囲にわたって、光の直線偏光の偏光方向（直線偏光の電場の振動面に沿った方向）を変えることができる。例えば、Ｐ偏光の光をＳ偏光の光に変換することができる一方で、Ｓ偏光の光をＰ偏光の光に変換することができる。また、光が、円偏光の光であるときには、より広い光の波長の範囲にわたって、光の円偏光の回転の向き（円偏光の電場の振動面の回転の向き）を逆にすることができる。このような光学素子は、例えば、二分の一波長板である。
【０１６９】
本発明の第一の実施形態に係る光学素子又は本発明の第二の実施形態に係る光学素子において、好ましくは、前記第一の偏光成分及び前記第二の偏光成分を分離する偏光分離構造をさらに含む。
【０１７０】
本発明の第一の実施形態に係る光学素子又は本発明の第二の実施形態に係る光学素子において、位相差は、実質的に（１／２）×２πであって、第一の偏光成分及び第二の偏光成分を分離する偏光分離構造をさらに含む場合には、第一の偏光成分及び第二の偏光成分を含む光を、偏光分離構造によって第一の偏光成分及び第二の偏光成分に分離し、さらに光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に実質的に（１／２）×２π（ラジアン）の位相差を与えることによって、第一の偏光成分及び第二の偏光成分の一方を、第一の偏光成分及び第二の偏光成分の他方に変換することができる。すなわち、本発明の第一の実施形態に係る光学素子又は本発明の第二の実施形態に係る光学素子は、光の第一の偏光成分及び第二の偏光成分を分離し、第一の偏光成分及び第二の偏光成分の一方を、第一の偏光成分及び第二の偏光成分の他方に変換することができる偏光変換素子であってもよい。例えば、Ｐ偏光及びＳ偏光を含む光を、偏光分離構造によって、Ｐ偏光及びＳ偏光を互いに分離し、さらにＰ偏光とＳ偏光との間に１／２×２πの位相差を与えることによって、Ｐ偏光をＳ偏光に変換する又はＳ偏光をＰ偏光に変換することができる。
【０１７１】
ここで、偏光分離構造は、第一の偏光成分及び第二の偏光成分の一方を透過させると共に第一の偏光成分及び第二の偏光成分の他方を反射させる面を有するものであってもよい。偏光分離構造としては、例えば、偏光ビームスプリッター及び偏光プリズムアレイなどのような公知の偏光分離素子が挙げられる。
【０１７２】
このように、本発明の第一の実施形態に係る光学素子又は本発明の第二の実施形態に係る光学素子において、位相差は、実質的に（１／２）×２πであって、第一の偏光成分及び第二の偏光成分を分離する偏光分離構造をさらに含む場合には、より広い光の波長の範囲にわたって、光の第一の偏光成分及び第二の偏光成分を分離し、第一の偏光成分及び第二の偏光成分の一方を、第一の偏光成分及び第二の偏光成分の他方に変換することができる（偏光変換素子を提供することができる）。
【０１７３】
図７は、偏光分離構造を含む、本発明の第二の実施形態に係る光学素子の例を示す図である。
【０１７４】
図７に示すように、偏光分離構造を含む、本発明の第二の実施形態に係る光学素子の例である光学素子７１は、複数の第一の微細周期構造７２、複数の第一の微細周期構造７２に対向した設けられた複数の第二の微細周期構造７３、複数の第一の微細周期構造７２と複数の第二の微細周期構造７３との間に設けられた基板７４、及び、偏光分離構造としての偏光プリズムアレイ７５を含む。ここで、偏光分離構造としての偏光プリズムアレイ７５は、Ｐ偏光を透過させると共にＳ偏光を反射させる面を有する。また、複数の第一の微細周期構造７２、複数の第二の微細周期構造７３、及び基板７４は、Ｐ偏光とＳ偏光との間に（１／２）×２πの位相差を与える二分の一波長板として機能する。
【０１７５】
図７に示すように、光学素子７１の偏光プリズムアレイ７５に入射した（Ｐ偏光及びＳ偏光の両方を含む）無偏光の光は、偏光プリズムアレイ７５におけるＰ偏光を透過させると共にＳ偏光を反射させる面によって、Ｐ偏光及びＳ偏光に分離される。そして、偏光プリズムアレイ７５によって分離されたＰ偏光は、複数の第一の微細周期構造７２、基板７４及び複数の第二の微細周期構造７３を通過し、複数の第一の微細周期構造７２及び複数の第二の微細周期構造７３によって（１／２）×２πの位相差が与えられる。その結果、複数の第一の微細周期構造７２及び複数の第二の微細周期構造７３を通過するＰ偏光は、偏光方向が９０°だけ回転させられ、Ｓ偏光に変換される。このように、偏光プリズムアレイ７５によって分離されたＰ偏光は、Ｓ偏光に変換されて、光学素子７１から射出される。
【０１７６】
一方、偏光プリズムアレイ７５によって分離されたＳ偏光は、隣接するＰ偏光を透過させると共にＳ偏光を反射させる面によって、偏光プリズムアレイ７５によって分離されたＰ偏光と同じ方向へ反射させられる。そして、反射させられたＳ偏光は、複数の第一の微細周期構造７２及び複数の第二の微細周期構造７３を通過することなく、基板７４のみを通過し、Ｓ偏光のまま光学素子７１から射出される。
【０１７７】
このようにして、光学素子７１に入射する無偏光の光を、全てＳ偏光に変換することができる。
【０１７８】
なお、光学素子７１に入射する無偏光の光が、白色光である場合には、複数の第一の微細周期構造７２及び複数の第二の微細周期構造７３は、可視光の全ての波長に対して（１／２）×２πの位相差が与えられるように設計されていることが好ましい。
【０１７９】
なお、図７に示すように、光学素子７１は、オプティカルインテグレータ７６との組み合わせで、用いられてもよい。オプティカルインテグレータ７６は、フライアイレンズ、複数のロッドレンズの配列及び複数の矩形レンズの配列のようなレンズアレイ７７、８８であってもよい。オプティカルインテグレータ７６は、例えば高圧水銀ランプのような光源から発生させられた無偏光の光を混合して、均一な光量の光を射出する。光学素子７１及びオプティカルインテグレータ７６を画像投射装置に用いることによって、画像投射装置によって投射された画像の光量を均一にすることができる。
【０１８０】
［第三の実施形態］
本発明の第三の実施形態に係る発明は、画像を表示する表示面に画像を投射する画像投射装置であって、本発明の第一の実施形態に係る光学素子又は本発明の第二の実施形態に係る光学素子を含む。ここで、画像投射装置は、画像投影装置又はプロジェクターとも呼ばれる。
【０１８１】
本発明の第三の実施形態によれば、より広い光の波長の範囲にわたって、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に所定の範囲の位相差を与えることが可能な光学素子を含む画像投射装置を提供することができる。
【０１８２】
特に、本発明の第三の実施形態に係る画像投射装置に含まれる、本発明の第一の実施形態に係る光学素子又は本発明の第二の実施形態に係る光学素子において、位相差が、実質的に（１／２）×２πである場合には、より広い光の波長の範囲にわたって、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に実質的に（１／２）×２πである位相差を与えることによって、第一の偏光成分及び第二の偏光成分の一方を、第一の偏光成分及び第二の偏光成分の他方に変換することができる。そして、より広い光の波長の範囲にわたって、第一の偏光成分及び第二の偏光成分の一方のみを利用して、画像を表示する表示面に画像を投射することができるため、より高い効率で光を利用すること及び表示面により高い輝度の画像を投射することが可能な画像投射装置を提供することができる。
【０１８３】
また、特に、本発明の第三の実施形態に係る画像投射装置に含まれる、本発明の第一の実施形態に係る光学素子又は本発明の第二の実施形態に係る光学素子において、第一の微細周期構造の材料及び第二の微細周期構造の材料の少なくとも一方は、無機材料である場合には、第一の微細周期構造及び第二の微細周期構造の耐熱性を、従って、光学素子の耐熱性を向上させることができるため、画像投射装置において発生する熱などに対して、より高い信頼性を有する画像投射装置を提供することができる。
【０１８４】
本発明の第三の実施形態に係る画像投射装置は、例えば、光源から発生する光を液晶表示素子に照射し、液晶表示素子の表示にされた画像を、投射レンズを介して、表示面に投射する画像投影装置（液晶プロジェクター）であってもよい。本発明の第三の実施形態に係る画像投射装置は、少なくとも一つの、本発明の第一の実施形態に係る光学素子又は本発明の第二の実施形態に係る光学素子を含み、その光学素子は、より広い光の波長の範囲にわたって、光の第一の偏光成分及び第二の偏光成分の間に（１／２）×２πの位相差を与える二分の一波長板であってもよく、光の第一の偏光成分及び第二の偏光成分を分離すると共に光の第一の偏光成分及び第二の偏光成分の間に（１／２）×２πの位相差を与えることによって、第一の偏光成分及び第二の偏光成分の一方を、第一の偏光成分及び第二の偏光成分の他方に変換する偏光変換素子であってもよく、それらの両方であってもよい。なお、少なくとも一つの、本発明の第一の実施形態に係る光学素子又は本発明の第二の実施形態に係る光学素子は、光源と液晶表示素子との間における光路中に配置されてもよい。また、より広い光の波長の範囲は、青色、緑色、及び赤色の各々に対応する波長の範囲であってもよいが、望ましくは、可視光の範囲である。
【０１８５】
さらに、本発明の第三の実施形態に係る画像投射装置は、例えば、光源、光源から発生する光を赤色の光、緑色の光、及び青色の光に分離する分離光学系、それぞれ赤色の光、緑色の光及び青色の光によって照射されると共にそれぞれ赤色の画像の光、緑色の画像の光及び青色の画像の光を射出する三個の透過型又は反射型の液晶素子、三個の透過型又は反射型の液晶素子から射出された赤色の画像の光、緑色の画像の光及び青色の画像の光を結合させて、結合した画像の光を射出する光結合素子、結合した画像の光を投射する投射光学系を含む、透過型又は反射型の画像投影装置であってもよい。
【０１８６】
ここで、本発明の第一の実施形態に係る光学素子又は本発明の第二の実施形態に係る光学素子は、より広い光の波長の範囲にわたって、光の第一の偏光成分及び第二の偏光成分の間に（１／２）×２πの位相差を与える二分の一波長板であってもよく、透過型又は反射型の液晶表示素子と光結合素子との間における光路中に配置される。
【０１８７】
なお、より広い光の波長の範囲は、青色、緑色、及び赤色の各々に対応する波長の範囲であってもよいが、望ましくは、可視光の範囲である。すなわち、本発明の第一の実施形態に係る光学素子又は本発明の第二の実施形態に係る光学素子が、青色、緑色、及び赤色の各々におけるより広い光の波長の範囲にわたって、光の第一の偏光成分及び第二の偏光成分の間に（１／２）×２πの位相差を与える、青色、緑色、及び赤色用の二分の一波長板であってもよく、青色、緑色、及び赤色用の透過型又は反射型の液晶表示素子の各々と光結合素子との間における光路中に配置されてもよい。しかしながら、本発明の第一の実施形態に係る光学素子又は本発明の第二の実施形態に係る光学素子が、可視光におけるより広い光の波長の範囲にわたって、光の第一の偏光成分及び第二の偏光成分の間に（１／２）×２πの位相差を与える、可視光用の二分の一波長板であってもよく、青色、緑色、及び赤色用の透過型又は反射型の液晶表示素子の各々と光結合素子との間における光路中に配置されてもよい。この場合には、一種類の可視光用の二分の一波長板が、青色、緑色、及び赤色用の透過型又は反射型の液晶表示素子の各々と光結合素子との間における光路中に配置され、三個の二分の一波長板を共通化することができる。
【０１８８】
図８は、本発明の第三の実施形態に係る画像投射装置の第一の例を示す図である。図８に示す本発明の第三の実施形態に係る画像投射装置の第一の例は、透過型の画像投射装置である。
【０１８９】
透過型の画像投影装置８０１は、主として、高圧水銀ランプのような光源８０２、青色、緑色、及び赤色の各々に対応する画像を個別に形成する、青色、緑色、及び赤色用の透過型液晶表示素子８０３Ｂ、８０３Ｇ、８０３Ｒ、三個の透過型液晶表示素子８０３Ｂ、８０３Ｇ、８０３Ｒから射出された青色の画像の光、緑色の画像の光、及び赤色の画像の光を結合させる（クロスプリズム、Ｘキューブなどとも呼ばれる）光結合素子８０４、三個の透過型液晶表示素子８０３Ｂ、８０３Ｇ、８０３Ｒの各々と光結合素子８０４との間に配置された、本発明の第一の実施形態又は本発明の第二の実施形態に係る光学素子としての三個の波長用の二分の一波長板８０５Ｂ、８０５Ｇ、８０５Ｒ、及び光結合素子８０４によって結合させられた画像の光を拡大すると共に表示面としてのスクリーン８１２に投射する投射レンズ８０６を含む。ここで、三個の波長用の二分の一波長板８０５Ｂ、８０５Ｇ、８０５Ｒは、それぞれ、青色用の二分の一波長板、緑色用の二分の一波長板、及び赤色用の二分の一波長板であってもよく、又は、全て単一の種類の可視光用の波長板であってもよい。加えて、透過型の画像投影装置８０１は、光源８０２から発生した光の一部を反射するリフレクター８０７、青色の光と緑色及び赤色の光とを分離する第一の色分離用ダイクロイックミラー８０８、緑色の光と赤色の光とを分離する第二の色分離用ダイクロイックミラー８０９、全反射ミラー８１０、及びリレーレンズ８１１を含む。
【０１９０】
光源８０２から発生した（Ｐ偏光及びＳ偏光を含む）無偏光の白色光の一部は、第一の色分離用ダイクロイックミラー８０８に直接入射し、光源８０２から発生した無偏光の白色光の別の一部は、リフレクター８０７によって反射され、第一の色分離用ダイクロイックミラー８０８に入射する。
【０１９１】
第一の色分離用ダイクロイックミラー８０８に入射した無偏光の白色光に含まれる無偏光の青色の光は、第一の色分離用ダイクロイックミラー８０８を透過し、全反射ミラー８１０で反射させられ、青色用の透過型液晶表示素子８０３Ｂを通過する。ここで、青色用の透過型液晶表示素子８０３Ｂは、Ｐ偏光及びＳ偏光を含む無偏光の青色の光のうちＳ偏光の青色の光を選択する二つの偏光部と二つの偏光部に挟まれたＳ偏光の青色の光を変調する液晶部を有する。よって、青色用の透過型液晶表示素子８０３Ｂに入射した無偏光の青色の光は、青色用の透過型液晶表示素子８０３Ｂによって、Ｓ偏光の青色の画像の光に変調される。青色用の透過型液晶表示素子８０３Ｂから射出されたＳ偏光の青色の画像の光は、青色用の二分の一波長板８０５Ｂに入射し、Ｐ偏光の青色の画像の光に変換される。そして、Ｐ偏光の青色の画像の光は、光結合素子８０４に入射する。
【０１９２】
一方、第一の色分離用ダイクロイックミラー８０８に入射した無偏光の白色光に含まれる無偏光の緑色の光及び無偏光の赤色の光は、第一の色分離用ダイクロイックミラー８０８によって反射され、第二の色分離用ダイクロイックミラー８０９に入射する。第二の色分離用ダイクロイックミラー８０９に入射した無偏光の緑色の光は、第二の色分離用ダイクロイックミラー８０９によって反射させられ、緑色用の透過型液晶表示素子８０３Ｇを通過する。ここで、緑色用の透過型液晶表示素子８０３Ｇは、Ｐ偏光及びＳ偏光を含む無偏光の緑色の光のうちＳ偏光の緑色の光を選択する二つの偏光部と二つの偏光部に挟まれたＳ偏光の緑色の光を変調する液晶部を有する。よって、緑色用の透過型液晶表示素子８０３Ｇに入射した無偏光の緑色の光は、緑色用の透過型液晶表示素子８０３Ｇによって、Ｓ偏光の緑色の画像の光に変調される。緑色用の透過型液晶表示素子８０３Ｇから射出されたＳ偏光の緑色の画像の光は、緑色用の二分の一波長板８０５Ｇに入射し、Ｐ偏光の緑色の画像の光に変換される。そして、Ｐ偏光の緑色の画像の光は、光結合素子８０４に入射する。
【０１９３】
また、第二の色分離用ダイクロイックミラー８０９に入射した無偏光の赤色の光は、第二の色分離用ダイクロイックミラー８０９を透過し、二枚の全反射ミラー８１０及び二個のリレーレンズ８１１を介して、赤色用の透過型液晶表示素子８０３Ｒを通過する。ここで、赤色用の透過型液晶表示素子８０３Ｒは、Ｐ偏光及びＳ偏光を含む無偏光の赤色の光のうちＳ偏光の赤色の光を選択する二つの偏光部と二つの偏光部に挟まれたＳ偏光の赤色の光を変調する液晶部を有する。よって、赤色用の透過型液晶表示素子８０３Ｒに入射した無偏光の赤色の光は、赤色用の透過型液晶表示素子８０３Ｒによって、Ｓ偏光の赤色の画像の光に変調される。赤色用の透過型液晶表示素子８０３Ｒから射出されたＳ偏光の赤色の画像の光は、赤色用の二分の一波長板８０５Ｒに入射し、Ｐ偏光の赤色の画像の光に変換される。そして、Ｐ偏光の赤色の画像の光は、光結合素子８０４に入射する。
【０１９４】
Ｐ偏光の青色の画像の光、Ｐ偏光の緑色の画像の光、及びＰ偏光の赤色の画像の光は、光結合素子８０４において結合させられ、Ｐ偏光の所定の画像の光として、投射レンズ８０６に向けて射出される。Ｐ偏光の所定の画像の光は、投射レンズ８０６によって拡大されると共にスクリーン８１２へ投射される。
【０１９５】
ここで、青色用の二分の一波長板８０５Ｂ、緑色用の二分の一波長板８０５Ｇ、及び赤色用の二分の一波長板８０５Ｒは、本発明の第一の実施形態又は本発明の第二の実施形態に係る光学素子であるため、それぞれ、青色、緑色、及び赤色の波長の範囲における、より広い光の波長の範囲にわたって、Ｐ偏光及びＳ偏光の間に（１／２）×２πの位相差を与えることができ、ここでは、Ｓ偏光をＰ偏光に変換することができる。このように、青色、緑色、及び赤色の波長の範囲における、より広い光の波長の範囲にわたって、Ｐ偏光の光を利用することができるため、画像投射装置８０１は、より高い輝度の画像をスクリーン８１２に表示することができる。
【０１９６】
図９は、本発明の第三の実施形態に係る画像投射装置の第二の例を示す図である。図９に示す本発明の第三の実施形態に係る画像投射装置の第二の例は、偏光変換素子を含む、透過型の画像投射装置である。
【０１９７】
透過型の画像投影装置９０１は、主として、高圧水銀ランプのような光源９０２、青色、緑色、及び赤色の各々に対応する画像を個別に形成する、青色、緑色、及び赤色用の透過型液晶表示素子９０３Ｂ、９０３Ｇ、９０３Ｒ、三個の透過型液晶表示素子９０３Ｂ、９０３Ｇ、９０３Ｒから射出された青色の画像の光、緑色の画像の光、及び赤色の画像の光を結合させる（クロスプリズム、Ｘキューブなどとも呼ばれる）光結合素子９０４、三個の透過型液晶表示素子９０３Ｂ、９０３Ｇ、９０３Ｒの各々と光結合素子９０４との間に配置された、本発明の第一の実施形態又は本発明の第二の実施形態に係る光学素子としての三個の波長用の二分の一波長板９０５Ｂ、９０５Ｇ、９０５Ｒ、及び光結合素子９０４によって結合させられた画像の光を拡大すると共に表示面としてのスクリーン９１２に投射する投射レンズ９０６を含む。ここで、三個の波長用の二分の一波長板９０５Ｂ、９０５Ｇ、９０５Ｒは、それぞれ、青色用の二分の一波長板、緑色用の二分の一波長板、及び赤色用の二分の一波長板であってもよく、又は、全て単一の種類の可視光用の波長板であってもよい。加えて、透過型の画像投影装置９０１は、光源９０２から発生した光の一部を反射するリフレクター９０７、青色の光と緑色及び赤色の光とを分離する第一の色分離用ダイクロイックミラー９０８、緑色の光と赤色の光とを分離する第二の色分離用ダイクロイックミラー９０９、全反射ミラー９１０、及びリレーレンズ９１１を含む。また、透過型の画像投影装置９０１は、光源９０２から発生した（Ｐ偏光及びＳ偏光を含む）無偏光の白色光を、ここでは、Ｓ偏光に変換する、偏光変換素子９１３並びに光源９０２から発生した無偏光の白色光を混合して、均一な無偏光の白色光を偏光変換素子９１３に照射するオプティカルインテグレーター９１４を含む。偏光変換素子９１３は、図７に示すような偏光変換素子であり、可視光（白色光）における、より広い光の波長の範囲にわたって、無偏光の白色光を、Ｓ偏光に変換することができる。
【０１９８】
光源９０２から発生した（Ｐ偏光及びＳ偏光を含む）無偏光の白色光の一部は、オプティカルインテグレーター９１４へ直接入射し、光源９０２から発生した無偏光の白色光の別の一部は、リフレクター８０７によって反射され、オプティカルインテグレーター９１４に入射する。オプティカルインテグレーター９１４に入射した無偏光の白色光は、均一に混合され、偏光変換素子９１３へ入射する。偏光変換素子９１３に入射した無偏光の白色光は、理想的には全て、Ｓ偏光の白色光に変換される。偏光変換素子９１３から射出されたＳ偏光の白色光は、第一の色分離用ダイクロイックミラー９０８に入射する。
【０１９９】
第一の色分離用ダイクロイックミラー９０８に入射したＳ偏光の白色光に含まれるＳ偏光の青色の光は、第一の色分離用ダイクロイックミラー９０８を透過し、全反射ミラー９１０で反射させられ、青色用の透過型液晶表示素子９０３Ｂを通過する。ここで、青色用の透過型液晶表示素子９０３Ｂは、Ｓ偏光の青色の光を透過させる二つの偏光部と二つの偏光部に挟まれたＳ偏光の青色の光を変調する液晶部を有する。よって、青色用の透過型液晶表示素子９０３Ｂに入射したＳ偏光の青色の光は、青色用の透過型液晶表示素子９０３Ｂによって、Ｓ偏光の青色の画像の光に変調される。青色用の透過型液晶表示素子９０３Ｂから射出されたＳ偏光の青色の画像の光は、青色用の二分の一波長板９０５Ｂに入射し、Ｐ偏光の青色の画像の光に変換される。そして、Ｐ偏光の青色の画像の光は、光結合素子９０４に入射する。
【０２００】
一方、第一の色分離用ダイクロイックミラー９０８に入射したＳ偏光の白色光に含まれるＳ偏光の緑色の光及びＳ偏光の赤色の光は、第一の色分離用ダイクロイックミラー９０８によって反射され、第二の色分離用ダイクロイックミラー９０９に入射する。第二の色分離用ダイクロイックミラー９０９に入射したＳ偏光の緑色の光は、第二の色分離用ダイクロイックミラー９０９によって反射させられ、緑色用の透過型液晶表示素子９０３Ｇを通過する。ここで、緑色用の透過型液晶表示素子９０３Ｇは、Ｓ偏光の緑色の光を透過させる二つの偏光部と二つの偏光部に挟まれたＳ偏光の緑色の光を変調する液晶部を有する。よって、緑色用の透過型液晶表示素子９０３Ｇに入射したＳ偏光の緑色の光は、緑色用の透過型液晶表示素子９０３Ｇによって、Ｓ偏光の緑色の画像の光に変調される。緑色用の透過型液晶表示素子９０３Ｇから射出されたＳ偏光の緑色の画像の光は、緑色用の二分の一波長板９０５Ｇに入射し、Ｐ偏光の緑色の画像の光に変換される。そして、Ｐ偏光の緑色の画像の光は、光結合素子８０４に入射する。
【０２０１】
また、第二の色分離用ダイクロイックミラー９０９に入射したＳ偏光の赤色の光は、第二の色分離用ダイクロイックミラー９０９を透過し、二枚の全反射ミラー９１０及び二個のリレーレンズ９１１を介して、赤色用の透過型液晶表示素子９０３Ｒを通過する。ここで、赤色用の透過型液晶表示素子９０３Ｒは、Ｓ偏光の赤色の光を透過させる二つの偏光部と二つの偏光部に挟まれたＳ偏光の赤色の光を変調する液晶部を有する。よって、赤色用の透過型液晶表示素子９０３Ｒに入射したＳ偏光の赤色の光は、赤色用の透過型液晶表示素子９０３Ｒによって、Ｓ偏光の赤色の画像の光に変調される。赤色用の透過型液晶表示素子９０３Ｒから射出されたＳ偏光の赤色の画像の光は、赤色用の二分の一波長板９０５Ｒに入射し、Ｐ偏光の赤色の画像の光に変換される。そして、Ｐ偏光の赤色の画像の光は、光結合素子８０４に入射する。
【０２０２】
Ｐ偏光の青色の画像の光、Ｐ偏光の緑色の画像の光、及びＰ偏光の赤色の画像の光は、光結合素子９０４において結合させられ、Ｐ偏光の所定の画像の光として、投射レンズ９０６に向けて射出される。Ｐ偏光の所定の画像の光は、投射レンズ９０６によって拡大されると共にスクリーン９１２へ投射される。
【０２０３】
ここで、青色用の二分の一波長板９０５Ｂ、緑色用の二分の一波長板９０５Ｇ、及び赤色用の二分の一波長板９０５Ｒは、本発明の第一の実施形態又は本発明の第二の実施形態に係る光学素子であるため、それぞれ、青色、緑色、及び赤色の波長の範囲における、より広い光の波長の範囲にわたって、Ｐ偏光及びＳ偏光の間に（１／２）×２πの位相差を与えることができ、ここでは、Ｓ偏光をＰ偏光に変換することができる。このように、青色、緑色、及び赤色の波長の範囲における、より広い光の波長の範囲にわたって、Ｐ偏光の光を利用することができるため、画像投射装置９０１は、より高い輝度の画像をスクリーン９１２に表示することができる。
【０２０４】
さらに、画像投射装置９０１においては、偏光変換素子９１３を用いて、光源から発生させられる無偏光の白色光の（理想的には）全てを、Ｓ偏光の白色光に変換し、Ｓ偏光の青色、緑色、及び赤色の光を、それぞれ、青色、緑色、及び赤色用の透過型液晶表示素子９０３Ｂ、９０３Ｇ、９０３Ｒへ入射させる。ここで、Ｓ偏光の青色、緑色、及び赤色の光は、青色、緑色、及び赤色用の透過型液晶表示素子９０３Ｂ、９０３Ｇ、９０３Ｒの各々における偏光部を通過することができるため、（Ｓ偏光に変換された）光源から発生させられる光の大部分（理想的には全て）を、スクリーン９１２に投射することができる。よって、画像投射装置９０１は、さらに高い輝度の画像をスクリーン９１２に表示することができる。
【０２０５】
図１０は、本発明の第三の実施形態に係る画像投射装置の第三の例を示す図である。図１０に示す本発明の第三の実施形態に係る画像投射装置の第三の例は、反射型の画像投射装置である。
【０２０６】
反射型の画像投影装置１００１は、主として、高圧水銀ランプのような光源１００２、青色、緑色、及び赤色の各々に対応する画像を個別に形成する、青色、緑色、及び赤色用の反射型液晶表示素子１００３Ｂ、１００３Ｇ、１００３Ｒ、三個の透過型液晶表示素子８０３Ｂ、８０３Ｇ、８０３Ｒから射出された青色の画像の光、緑色の画像の光、及び赤色の画像の光を結合させる（クロスプリズム、Ｘキューブなどとも呼ばれる）光結合素子１００４、三個の反射型液晶表示素子１００３Ｂ、１００３Ｇ、１００３Ｒの各々と光結合素子１００４との間に配置された、本発明の第一の実施形態又は本発明の第二の実施形態に係る光学素子としての三個の波長用の四分の一波長板１００５Ｂ、１００５Ｇ、１００５Ｒ、光源から射出された青色の光、緑色の光、及び赤色の光の各々を三個の反射型液晶表示素子１００３Ｂ、１００３Ｇ、１００３Ｒの各々に反射させると共に三個の反射型液晶表示素子１００３Ｂ、１００３Ｇ、１００３Ｒの各々から反射された青色の画像の光、緑色の画像の光、及び赤色の画像の光を透過させる青色、緑色、及び赤色用の偏光ビームスプリッター１０１５Ｂ、１０１５Ｇ、１０１５Ｒ、並びに、光結合素子１００４によって結合させられた画像の光を拡大すると共に表示面としてのスクリーン１０１２に投射する投射レンズ１００６を含む。ここで、三個の波長用の四分の一波長板１００５Ｂ、１００５Ｇ、１００５Ｒは、それぞれ、青色用の四分の一波長板、緑色用の四分の一波長板、及び赤色用の四分の一波長板であってもよく、又は、全て単一の種類の可視光用の波長板であってもよい。加えて、反射型の画像投影装置１００１は、光源１００２から発生した光の一部を反射するリフレクター１００７、青色の光と緑色及び赤色の光とを分離する第一の色分離用ダイクロイックミラー１００８、緑色の光と赤色の光とを分離する第二の色分離用ダイクロイックミラー１００９、及び全反射ミラー１０１０を含む。
【０２０７】
光源１００２から発生した（Ｐ偏光及びＳ偏光を含む）無偏光の白色光の一部は、第一の色分離用ダイクロイックミラー１００８に直接入射し、光源１００２から発生した無偏光の白色光の別の一部は、リフレクター１００７によって反射され、第一の色分離用ダイクロイックミラー１００８に入射する。
【０２０８】
第一の色分離用ダイクロイックミラー１００８に入射した無偏光の白色光に含まれる無偏光の青色の光は、第一の色分離用ダイクロイックミラー１００８を透過し、全反射ミラー１０１０で反射させられ、青色用の偏光ビームスプリッター１０１５Ｂに入射する。青色用の偏光ビームスプリッター１０１５Ｂに入射した、Ｐ偏光及びＳ偏光を含む無偏光の青色の光のうちＳ偏光の青色の光のみが、青色用の偏光ビームスプリッター１０１５Ｂによって、青色用の四分の一波長板１００５Ｂに向かって、反射される。青色用の偏光ビームスプリッター１０１５Ｂから反射されたＳ偏光の青色の光は、青色用の四分の一波長板１００５Ｂによって、右回り円偏光の青色の光に変換され、右回り円偏光の青色の光が、青色用の反射型液晶表示素子１００３Ｂに向かって射出される。青色用の反射型液晶表示素子１００３Ｂに入射した右回り円偏光の青色の光は、青色用の反射型液晶表示素子１００３Ｂによって、青色の画像の光に変調されると共に左周り円偏光の青色の画像の光として青色用の反射型液晶表示素子１００３Ｂから反射される。青色用の反射型液晶表示素子１００３Ｂから反射された左周り円偏光の青色の画像の光は、再度、青色用の四分の一波長板１００５Ｂを通過する。このとき、左周り円偏光の青色の画像の光は、青色用の四分の一波長板１００５Ｂによって、Ｐ偏光の青色の画像の光に変換される。青色用の四分の一波長板１００５Ｂを通過したＰ偏光の青色の画像の光は、青色用の偏光ビームスプリッター１０１５Ｂを透過し、光結合素子１００４に入射する。
【０２０９】
一方、第一の色分離用ダイクロイックミラー１００８に入射した無偏光の白色光に含まれる無偏光の緑色の光及び無偏光の赤色の光は、第一の色分離用ダイクロイックミラー１００８によって反射され、第二の色分離用ダイクロイックミラー１００９に入射する。第二の色分離用ダイクロイックミラー１００９に入射した無偏光の緑色の光は、第二の色分離用ダイクロイックミラー１００９によって反射させられ、緑色用の偏光ビームスプリッター１０１５Ｇに入射する。緑色用の偏光ビームスプリッター１０１５Ｇに入射した、Ｐ偏光及びＳ偏光を含む無偏光の緑色の光のうちＳ偏光の緑色の光のみが、緑色用の偏光ビームスプリッター１０１５Ｇによって、緑色用の四分の一波長板１００５Ｇに向かって、反射される。緑色用の偏光ビームスプリッター１０１５Ｇから反射されたＳ偏光の緑色の光は、緑色用の四分の一波長板１００５Ｇによって、右回り円偏光の緑色の光に変換され、右回り円偏光の緑色の光が、緑色用の反射型液晶表示素子１００３Ｇに向かって射出される。緑色用の反射型液晶表示素子１００３Ｇに入射した右回り円偏光の緑色の光は、緑色用の反射型液晶表示素子１００３Ｇによって、緑色の画像の光に変調されると共に左周り円偏光の緑色の画像の光として緑色用の反射型液晶表示素子１００３Ｇから反射される。緑色用の反射型液晶表示素子１００３Ｇから反射された左周り円偏光の緑色の画像の光は、再度、緑色用の四分の一波長板１００５Ｇを通過する。このとき、左周り円偏光の緑色の画像の光は、緑色用の四分の一波長板１００５Ｇによって、Ｐ偏光の緑色の画像の光に変換される。緑色用の四分の一波長板１００５Ｇを通過したＰ偏光の緑色の画像の光は、緑色用の偏光ビームスプリッター１０１５Ｇを透過し、光結合素子１００４に入射する。
【０２１０】
また、第二の色分離用ダイクロイックミラー１００９に入射した無偏光の赤色の光は、第二の色分離用ダイクロイックミラー１００９を透過し、赤色用の偏光ビームスプリッター１０１５Ｒに入射する。赤色用の偏光ビームスプリッター１０１５Ｒに入射した、Ｐ偏光及びＳ偏光を含む無偏光の赤色の光のうちＳ偏光の赤色の光のみが、赤色用の偏光ビームスプリッター１０１５Ｒによって、赤色用の四分の一波長板１００５Ｒに向かって、反射される。赤色用の偏光ビームスプリッター１０１５Ｒから反射されたＳ偏光の赤色の光は、赤色用の四分の一波長板１００５Ｒによって、右回り円偏光の赤色の光に変換され、右回り円偏光の赤色の光が、赤色用の反射型液晶表示素子１００３Ｒに向かって射出される。赤色用の反射型液晶表示素子１００３Ｒに入射した右回り円偏光の赤色の光は、赤色用の反射型液晶表示素子１００３Ｒによって、赤色の画像の光に変調されると共に左周り円偏光の赤色の画像の光として赤色用の反射型液晶表示素子１００３Ｂから反射される。赤色用の反射型液晶表示素子１００３Ｒから反射された左周り円偏光の赤色の画像の光は、再度、赤色用の四分の一波長板１００５Ｒを通過する。このとき、左周り円偏光の赤色の画像の光は、赤色用の四分の一波長板１００５Ｒによって、Ｐ偏光の赤色の画像の光に変換される。赤色用の四分の一波長板１００５Ｒを通過したＰ偏光の赤色の画像の光は、赤色用の偏光ビームスプリッター１０１５Ｂを透過し、光結合素子１００４に入射する。
【０２１１】
Ｐ偏光の青色の画像の光、Ｐ偏光の緑色の画像の光、及びＰ偏光の赤色の画像の光は、光結合素子１００４において結合させられ、Ｐ偏光の所定の画像の光として、投射レンズ１００６に向けて射出される。Ｐ偏光の所定の画像の光は、投射レンズ１００６によって拡大されると共にスクリーン１０１２へ投射される。
【０２１２】
ここで、青色用の四分の一波長板１００５Ｂ、緑色用の四分の一波長板１００５Ｇ、及び赤色用の四分の一波長板１００５Ｒは、本発明の第一の実施形態又は本発明の第二の実施形態に係る光学素子であるため、それぞれ、青色、緑色、及び赤色の波長の範囲における、より広い光の波長の範囲にわたって、Ｐ偏光及びＳ偏光の間に（１／４）×２πの位相差を与えることができ、ここでは、Ｓ偏光を右回り円偏光に変換すると共に左回り円偏光をＰ偏光に変換することができる。このように、青色、緑色、及び赤色の波長の範囲における、より広い光の波長の範囲にわたって、Ｐ偏光の光を利用することができるため、画像投射装置１００１は、より高い輝度の画像をスクリーン１０１２に表示することができる。
【実施例１】
【０２１３】
本発明の第一の実施例として、図４に示すような光学素子である青色用の二分の一波長板を設計した。すなわち、４２０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長の範囲にわたって、Ｐ偏光とＳ偏光との間に０．５（±０．７％）×２πの位相差を与える二分の一波長板を設計した。
【０２１４】
本発明の第一の実施例において設計した二分の一波長板は、図４に示すような光学素子であり、第一の微細周期で周期的に配置された第一の厚さ及び第一の屈折率を備えた複数の第一の誘電体平板を含む第一の微細周期構造並びに第二の微細周期で周期的に配置された第二の厚さ及び第二の屈折率を備えた複数の第二の誘電体平板を含む第二の微細周期構造を含む。複数の第一の誘電体平板の間における媒質及び複数の第二の誘電体平板の間における媒質は、空気である。本発明の第一の実施例においては、第一の誘電体平板を構成する誘電体材料、第一の微細周期、第一の厚さ、第一の深さ及び第一の屈折率（ｄ線に対する屈折率）が、それぞれ、ガラス（ＳｉＯ２）、３００ｎｍ、９５ｎｍ、２９７５ｎｍ、及び１．４７であり、また、第二の誘電体平板を構成する誘電体材料、第二の微細周期、第二の厚さ、第二の深さ及び第二の屈折率（ｄ線に対する屈折率）は、それぞれ、酸化チタン（ＴｉＯ２）、２３０ｎｍ、７０ｎｍ、２８０ｎｍ及び２．１７である。本発明の第一の実施例において設計した二分の一波長板は、ガラス及び酸化チタンのような無機材料からなり、比較的高い耐熱性を有する。
【０２１５】
図１１は、本発明の第一の実施例において設計した二分の一波長板によって与えられる位相差の波長依存性を示す図である。図１１（ａ）は、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の範囲における、本発明の第一の実施例において設計した二分の一波長板によって与えられる位相差の波長依存性を示す。図１１（ｂ）は、４２０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長の範囲（青色）における、本発明の第一の実施例において設計した二分の一波長板によって与えられる位相差の波長依存性を示す。図１１（ａ）及び（ｂ）において、横軸は、光の波長（ｎｍ）を表し、縦軸は、二分の一波長板によって与えられる位相差／２π（ラジアン）を表す。また、領域Ａのみは、上記の第一の微細周期構造を表し、領域Ｂのみは、上記の第二の微細周期構造を表し、領域Ａ＋領域Ｂは、上記の第一の微細周期構造及び上記の第二の微細周期構造の両方を有する光学素子の全体を表す。
【０２１６】
図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように、本発明の第一の実施例において設計した二分の一波長板は、４２０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長の範囲（青色）の波長を備えた光については、第一の微細周期構造（領域Ａのみ）が、波長が増加すると共に増加する位相差を与え、第二の微細周期構造（領域Ｂのみ）が、波長が増加すると共に減少する位相差を与える。よって、４２０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長の範囲（青色）の波長を備えた光については、第一の微細周期構造による、波長が増加すると共に増加する位相差及び第二の微細周期構造による、波長が増加する共に減少する位相差の和が与えられる。これにより、本発明の第一の実施例において設計した二分の一波長板は、４２０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長の範囲（青色）の波長を備えた光について、Ｐ偏光とＳ偏光との間に（１／２）×２π（±０．７％）の概略一定の位相差を与えることができる。すなわち、本発明の第一の実施例において設計した二分の一波長板は、４２０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長の範囲（青色）の波長を備えた光について、非常に高い精度で位相差（１／２）×２πを与える二分の一波長板である。
【０２１７】
なお、本発明の第一の実施例において設計した二分の一波長板における上記の第一の深さ及び上記の第二の深さを、それぞれ半分にすることによって、４２０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長の範囲（青色）の波長を備えた光について、非常に高い精度で位相差（１／４）×２πを与える四分の一波長板を設計することができる。
【実施例２】
【０２１８】
本発明の第二の実施例として、図５に示すような光学素子である緑色用の二分の一波長板を設計した。すなわち、５２０ｎｍ以上６２０ｎｍ以下の波長の範囲にわたって、Ｐ偏光とＳ偏光との間に０．５（±０．７％）×２πの位相差を与える二分の一波長板を設計した。
【０２１９】
本発明の第二の実施例において設計した二分の一波長板は、図５に示すような光学素子であり、第一の微細周期で周期的に配置された第一の厚さ及び第一の屈折率を備えた複数の第一の誘電体平板を含む第一の微細周期構造並びに第二の微細周期で周期的に配置された第二の厚さ及び第二の屈折率を備えた複数の第二の誘電体平板を含む第二の微細周期構造を含む。第一の誘電体平板の誘電体材料及び第二の誘電体平板の材料は、共通であり、第一の屈折率及び第二の屈折率は、同一である。なお、複数の第一の誘電体平板の間における媒質及び複数の第二の誘電体平板の間における媒質は、空気である。本発明の第二の実施例においては、第一の誘電体平板を構成する誘電体材料、第一の微細周期、第一の厚さ、第一の深さ及び第一の屈折率（ｄ線に対する屈折率）が、それぞれ、ガラス（ＳｉＯ２）、３６０ｎｍ、１１５ｎｍ、２０３５ｎｍ、及び１．４７であり、また、第二の誘電体平板を構成する誘電体材料、第二の微細周期、第二の厚さ、第二の深さ及び第二の屈折率（ｄ線に対する屈折率）は、それぞれ、ガラス（ＳｉＯ２）、４５０ｎｍ、１１５ｎｍ、３７７０ｎｍ、及び１．４７である。本発明の第二の実施例において設計した二分の一波長板は、ガラスのような無機材料からなり、比較的高い耐熱性を有する。
【０２２０】
図１２は、本発明の第第二の実施例において設計した二分の一波長板によって与えられる位相差の波長依存性を示す図である。図１２（ａ）は、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の範囲における、本発明の第二の実施例において設計した二分の一波長板によって与えられる位相差の波長依存性を示す。図１２（ｂ）は、５２０ｎｍ以上６２０ｎｍ以下の波長の範囲（緑色）における、本発明の第二の実施例において設計した二分の一波長板によって与えられる位相差の波長依存性を示す。図１２（ａ）及び（ｂ）において、横軸は、光の波長（ｎｍ）を表し、縦軸は、二分の一波長板によって与えられる位相差／２π（ラジアン）を表す。また、領域Ａのみは、上記の第一の微細周期構造を表し、領域Ｂのみは、上記の第二の微細周期構造を表し、領域Ａ＋領域Ｂは、上記の第一の微細周期構造及び上記の第二の微細周期構造の両方を有する光学素子の全体を表す。
【０２２１】
図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、本発明の第二の実施例において設計した二分の一波長板は、５２０ｎｍ以上６２０ｎｍ以下の波長の範囲（緑色）の波長を備えた光については、第一の微細周期構造（領域Ａのみ）が、波長が増加すると共に減少する位相差を与え、第二の微細周期構造（領域Ｂのみ）が、波長が増加すると共に増加する位相差を与える。よって、５２０ｎｍ以上６２０ｎｍ以下の波長の範囲（緑色）の波長を備えた光については、第一の微細周期構造による、波長が増加すると共に減少する位相差及び第二の微細周期構造による、波長が増加する共に増加する位相差の和が与えられる。これにより、本発明の第二の実施例において設計した二分の一波長板は、５２０ｎｍ以上６２０ｎｍ以下の波長の範囲（緑色）の波長を備えた光について、Ｐ偏光とＳ偏光との間に（１／２）×２π（±０．７％）の概略一定の位相差を与えることができる。すなわち、本発明の第二の実施例において設計した二分の一波長板は、５２０ｎｍ以上６２０ｎｍ以下の波長の範囲（緑色）の波長を備えた光について、非常に高い精度で位相差（１／２）×２πを与える二分の一波長板である。
【０２２２】
なお、本発明の第二の実施例において設計した二分の一波長板における上記の第一の深さ及び上記の第二の深さを、それぞれ半分にすることによって、５２０ｎｍ以上６２０ｎｍ以下の波長の範囲（緑色）の波長を備えた光について、非常に高い精度で位相差（１／４）×２πを与える四分の一波長板を設計することができる。
【実施例３】
【０２２３】
本発明の第三の実施例として、図４に示すような光学素子である赤色用の二分の一波長板を設計した。すなわち、６２０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の範囲にわたって、Ｐ偏光とＳ偏光との間に０．５（±０．３％）×２πの位相差を与える二分の一波長板を設計した。
【０２２４】
本発明の第三の実施例において設計した二分の一波長板は、図４に示すような光学素子であり、第一の微細周期で周期的に配置された第一の厚さ及び第一の屈折率を備えた複数の第一の誘電体平板を含む第一の微細周期構造並びに第二の微細周期で周期的に配置された第二の厚さ及び第二の屈折率を備えた複数の第二の誘電体平板を含む第二の微細周期構造を含む。複数の第一の誘電体平板の間における媒質及び複数の第二の誘電体平板の間における媒質は、空気である。本発明の第一の実施例においては、第一の誘電体平板を構成する誘電体材料、第一の微細周期、第一の厚さ、第一の深さ及び第一の屈折率（ｄ線に対する屈折率）が、それぞれ、ガラス（ＳｉＯ２）、３００ｎｍ、９０ｎｍ、２２３０ｎｍ、及び１．４７であり、また、第二の誘電体平板を構成する誘電体材料、第二の微細周期、第二の厚さ、第二の深さ及び第二の屈折率（ｄ線に対する屈折率）は、それぞれ、酸化チタン（ＴｉＯ２）、３００ｎｍ、９０ｎｍ、８３５ｎｍ及び２．１７である。本発明の第三の実施例において設計した二分の一波長板は、ガラス及び酸化チタンのような無機材料からなり、比較的高い耐熱性を有する。
【０２２５】
図１３は、本発明の第三の実施例において設計した二分の一波長板によって与えられる位相差の波長依存性を示す図である。図１３（ａ）は、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の範囲における、本発明の第三の実施例において設計した二分の一波長板によって与えられる位相差の波長依存性を示す。図１３（ｂ）は、６２０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の範囲（赤色）における、本発明の第三の実施例において設計した二分の一波長板によって与えられる位相差の波長依存性を示す。図１３（ａ）及び（ｂ）において、横軸は、光の波長（ｎｍ）を表し、縦軸は、二分の一波長板によって与えられる位相差／２π（ラジアン）を表す。また、領域Ａのみは、上記の第一の微細周期構造を表し、領域Ｂのみは、上記の第二の微細周期構造を表し、領域Ａ＋領域Ｂは、上記の第一の微細周期構造及び上記の第二の微細周期構造の両方を有する光学素子の全体を表す。
【０２２６】
図１３（ａ）及び（ｂ）に示すように、本発明の第三の実施例において設計した二分の一波長板は、６２０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の範囲（赤色）の波長を備えた光については、第一の微細周期構造（領域Ａのみ）が、波長が増加すると共に減少する位相差を与え、第二の微細周期構造（領域Ｂのみ）が、波長が増加すると共に増加する位相差を与える。よって、６２０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の範囲（赤色）の波長を備えた光については、第一の微細周期構造による、波長が増加すると共に減少する位相差及び第二の微細周期構造による、波長が増加する共に増加する位相差の和が与えられる。これにより、本発明の第三の実施例において設計した二分の一波長板は、６２０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の範囲（赤色）の波長を備えた光について、Ｐ偏光とＳ偏光との間に（１／２）×２π（±０．３％）の概略一定の位相差を与えることができる。すなわち、本発明の第三の実施例において設計した二分の一波長板は、６２０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の範囲（赤色）の波長を備えた光について、非常に高い精度で位相差（１／２）×２πを与える二分の一波長板である。
【０２２７】
なお、本発明の第三の実施例において設計した二分の一波長板における上記の第一の深さ及び上記の第二の深さを、それぞれ半分にすることによって、６２０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の範囲（赤色）の波長を備えた光について、非常に高い精度で位相差（１／４）×２πを与える四分の一波長板を設計することができる。
【実施例４】
【０２２８】
本発明の第四の実施例として、図３に示すような光学素子である可視光用の二分の一波長板を設計した。すなわち、４２０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の範囲にわたって、Ｐ偏光とＳ偏光との間に０．５（±２．１％）×２πの位相差を与える二分の一波長板を設計した。
【０２２９】
本発明の第四の実施例において設計した二分の一波長板は、図３に示すような光学素子であり、第一の微細周期で周期的に配置された第一の厚さ及び第一の屈折率を備えた複数の第一の誘電体平板を含む第一の微細周期構造並びに第二の微細周期で周期的に配置された第二の厚さ及び第二の屈折率を備えた複数の第二の誘電体平板を含む第二の微細周期構造を含む。また、本発明の第四の実施例において設計した二分の一波長板は、第一の微細周期構造及び第二の微細周期構造の間に設けられる基板をさらに含む。なお、複数の第一の誘電体平板の間における媒質及び複数の第二の誘電体平板の間における媒質は、空気である。本発明の第四の実施例においては、第一の誘電体平板を構成する誘電体材料、第一の微細周期、第一の厚さ、第一の深さ及び第一の屈折率（ｄ線に対する屈折率）が、それぞれ、酸化チタン（ＴｉＯ２）、２００ｎｍ、１２０ｎｍ、２４７ｎｍ、及び２．１７であり、また、第二の誘電体平板を構成する誘電体材料、第二の微細周期、第二の厚さ、第二の深さ及び第二の屈折率（ｄ線に対する屈折率）は、それぞれ、酸化チタン（ＴｉＯ２）、３００ｎｍ、９０ｎｍ、１１２４ｎｍ及び２．１７である。さらに、基板の材料は、ガラス（ＳｉＯ２）であり、基板の屈折率は（ｄ線に対する屈折率）は、１．４７である。本発明の第四の実施例において設計した二分の一波長板は、ガラス及び酸化チタンのような無機材料からなり、比較的高い耐熱性を有する。
【０２３０】
図１４は、本発明の第四の実施例において設計した二分の一波長板によって与えられる位相差の波長依存性を示す図である。より詳しくは、図１４は、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の範囲における、本発明の第四の実施例において設計した二分の一波長板によって与えられる位相差の波長依存性を示す。図１４において、横軸は、光の波長（ｎｍ）を表し、縦軸は、二分の一波長板によって与えられる位相差／２π（ラジアン）を表す。また、領域Ａのみは、上記の第一の微細周期構造を表し、領域Ｂのみは、上記の第二の微細周期構造を表し、領域Ａ＋領域Ｂは、上記の第一の微細周期構造及び上記の第二の微細周期構造の両方を有する光学素子の全体を表す。
【０２３１】
図１４に示すように、本発明の第四の実施例において設計した二分の一波長板は、４２０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の範囲（可視光）の波長を備えた光については、第一の微細周期構造（領域Ａのみ）が、波長が増加すると共に減少する位相差を与え、第二の微細周期構造（領域Ｂのみ）が、波長が増加すると共に増加する位相差を与える。よって、４２０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の範囲（可視光）の波長を備えた光については、第一の微細周期構造による、波長が増加すると共に減少する位相差及び第二の微細周期構造による、波長が増加する共に増加する位相差の和が与えられる。これにより、本発明の第四の実施例において設計した二分の一波長板は、４２０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の範囲（可視光）の波長を備えた光について、Ｐ偏光とＳ偏光との間に（１／２）×２π（±２．１％）の概略一定の位相差を与えることができる。すなわち、本発明の第四の実施例において設計した二分の一波長板は、４２０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の範囲（可視光）の波長を備えた光について、非常に高い精度で位相差（１／２）×２πを与える二分の一波長板である。
【０２３２】
なお、本発明の第四の実施例において設計した二分の一波長板における上記の第一の深さ及び上記の第二の深さを、それぞれ半分にすることによって、４２０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の範囲（可視光）の波長を備えた光について、非常に高い精度で位相差（１／４）×２πを与える四分の一波長板を設計することができる。
【０２３３】
以上、本発明の実施の形態及び実施例を具体的に説明してきたが、本発明は、これらの実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、これら本発明の実施の形態及び実施例を、本発明の主旨及び範囲を逸脱することなく、変更又は変形することができる。
【産業上の利用可能性】
【０２３４】
本発明は、より広い光の波長の範囲にわたって、光の第一の偏光成分と第一の偏光成分に直交する光の第二の偏光成分との間に所定の範囲の位相差を与えることが可能な光学素子及び該光学素子を含む画像投射装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２３５】
【図１】使用波長よりも短い周期の周期構造を有する従来の位相板の例を示す図である。
【図２】本発明の第一の実施形態に係る光学素子の例を説明する図である。
【図３】本発明の第二の実施形態に係る光学素子の第一の例を示す図である。
【図４】本発明の第二の実施形態に係る光学素子の第二の例を示す図である。
【図５】本発明の第二の実施形態に係る光学素子の第三の例を示す図である。
【図６】本発明の第二の実施形態に係る光学素子の製造方法の例を説明する図である。
【図７】偏光分離構造を含む、本発明の第二の実施形態に係る光学素子の例を示す図である。
【図８】本発明の第三の実施形態に係る画像投射装置の第一の例を示す図である。
【図９】本発明の第三の実施形態に係る画像投射装置の第二の例を示す図である。
【図１０】本発明の第三の実施形態に係る画像投射装置の第三の例を示す図である。
【図１１】本発明の第一の実施例において設計した二分の一波長板によって与えられる位相差の波長依存性を示す図である。
【図１２】本発明の第二の実施例において設計した二分の一波長板によって与えられる位相差の波長依存性を示す図である。
【図１３】本発明の第三の実施例において設計した二分の一波長板によって与えられる位相差の波長依存性を示す図である。
【図１４】本発明の第四の実施例において設計した二分の一波長板によって与えられる位相差の波長依存性を示す図である。
【符号の説明】
【０２３６】
１１    位相板
１２，３８，７４    基板
１３    格子構造
３１，４１，５１，７１    光学素子
３２，４２，５２    第一の誘電体平板
３３，４３，５３，７２    第一の微細周期構造
３４，４４，５４    第二の誘電体平板
３５，４５，５５，７３    第二の微細周期構造
３６，４６，５６    複数の第一の誘電体平板の間における媒質
３７，４７，５７    複数の第二の誘電体平板の間における媒質
６１    誘電体材料
６２    レジスト
６３    金属膜
６４    誘電体平板
７５    偏光プリズムアレイ
７６，９１４    オプティカルインテグレータ
７７，７８    レンズアレイ
８０１，９０１，１００１    画像投射装置
８０２，９０２，１００２    光源
８０３Ｂ，８０３Ｇ，８０３Ｒ，９０３Ｂ，９０３Ｇ，９０３Ｒ    透過型液晶表示素子
１００３Ｂ，１００３Ｇ，１００３Ｒ    反射型液晶表示素子
８０４，９０４，１００４    光結合素子
８０５Ｂ，８０５Ｇ，８０５Ｒ，９０５Ｂ，９０５Ｇ，９０５Ｒ    二分の一波長板
１００５Ｂ，１００５Ｇ，１００５Ｒ    四分の一波長板
８０６，９０６，１００６    投射レンズ
８０７，９０７，１００７    リフレクター
８０８，９０８，１００８    第一の色分離用ダイクロイックミラー
８０９，９０９，１００９    第二の色分離用ダイクロイックミラー
８１０，９１０，１０１０    全反射ミラー
８１１，９１１    リレーレンズ
８１２，９１２，１０１２    スクリーン
９１３    偏光変換素子
１０１５Ｂ，１０１５Ｇ，１０１５Ｒ    偏光ビームスプリッター
ｄ１    第一の深さ
ｄ２    第二の深さ
ｎ１    第一の屈折率
ｎ２    第二の屈折率
ｎ３    複数の第一の誘電体平板の間における媒質の屈折率
ｎ４    複数の第二の誘電体平板の間における媒質の屈折率
ｎ５    基板の屈折率
ｐ１    第一の微細周期
ｐ２    第二の微細周期
ｗ１    第一の厚さ
ｗ２    第二の厚さ
【図１】
2007226047.tif 000003
【図２】
2007226047.tif 000004
【図３】
2007226047.tif 000005
【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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