(57)【要約】【課題】本発明は、ワイヤグリッドを備え、偏光分離機能および波長分離機能を兼ね備えた偏波波長分離素子を提供する。【解決手段】本発明の偏光波長分離素子は、第１および第２ワイヤグリッドとして、複数の第１金属層１３および複数の第２金属層１４を備え、第１および第２金属層１３、１４は、金、銀、銅、リチウムおよびアルミニウムのうちのいずれかの金属材料、偏光分離すべき波長付近における複素誘電率の実部および虚部をεｒおよびεｉとする場合に２５＜（εｒ／εｉ）２＜１２０の条件を満たす金属材料、ならびに、偏光分離すべき波長付近における屈折率の実部をｎｒとする場合に０．１３＜ｎｒ＜０．２８の条件を満たす金属材料、のうちのいずれかの金属材料から成る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に延びる複数の金属ワイヤを前記一方向と線形独立な方向に所定の第１間隔を空けて配列した第１および第２ワイヤグリッドを備え、
前記第２ワイヤグリッドは、該第２ワイヤグリッドの金属ワイヤを前記第１ワイヤグリッドにおける金属ワイヤ間の間隙に臨むように、前記一方向と前記線形独立な方向とによって形成される面の法線方向において前記第１ワイヤグリッドから所定の第２間隔を空けて配置され、
前記第１および第２ワイヤグリッドの金属ワイヤは、金、銀、銅、リチウムおよびアルミニウムのうちのいずれかの金属材料、偏光分離すべき波長付近における複素誘電率の実部および虚部をεｒおよびεｉとする場合に２５＜（εｒ／εｉ）２＜１２０の条件を満たす金属材料、ならびに、偏光分離すべき波長付近における屈折率の実部をｎｒとする場合に０．１３＜ｎｒ＜０．２８の条件を満たす金属材料、のうちのいずれかの金属材料から成ること
を特徴とする偏光波長分離素子。
【請求項２】
前記第１ワイヤグリッドにおける金属ワイヤの第１面積Ｓ１と前記第２ワイヤグリッドにおける金属ワイヤの第２面積Ｓ２との比Ｓ１：Ｓ２は、偏光波長分離すべき波長において、偏光分離すべき偏光成分の光の透過率が５０％以上であり、かつ、前記偏光分離すべき偏光成分と直交する偏光成分の光の透過率が５０％よりも小さくなる比率であること
を特徴とする請求項１に記載の偏光波長分離素子。
【請求項３】
前記第１および第２ワイヤグリッドにおける金属ワイヤの繰り返しピッチＰは、入射すべき光における最も短い波長をλｍｉｎとする場合に、０．１μｍ≦Ｐ≦０．５×λｍｉｎの条件を満たすこと
を特徴とする請求項１に記載の偏光波長分離素子。
【請求項４】
前記第１ワイヤグリッドにおける金属ワイヤの中心位置から前記第２ワイヤグリッドにおける金属ワイヤの中心位置までの距離をｈとし、偏光を分離すべき波長をλｐｂとし、複素誘電率の実部および虚部をεｒおよびεｉとする場合に、４９０＜（（εｒ／εｉ）２−８５００×（ｈ／λｐｂ）２＋４０００×（ｈ／λｐｂ））＜５３０の条件を満たすこと
を特徴とする請求項１に記載の偏光波長分離素子。
【請求項５】
前記第１および第２ワイヤグリッドにおける金属ワイヤの前記法線方向の厚みをｔとし、複素屈折率の虚部をｎｉとする場合に、３．６＜（ｎｉ＋４．６×ｔ）＜４．３の条件を満たすこと
を特徴とする請求項１に記載の偏光波長分離素子。
【請求項６】
基板と、
前記基板の一方主面に形成され、一方向に延びると共に前記一方向と線形独立な方向に配列された複数の凹凸部と、
前記複数の凹凸部における複数の凸部の上面にそれぞれ形成された複数の第１金属層と、
前記複数の凹凸部における複数の凹部の底面にそれぞれ形成された複数の第２金属層とを備え、
前記第１ワイヤグリッドは、前記複数の第１金属層から構成されて成り、
前記第２ワイヤグリッドは、前記複数の第２金属層から構成されて成ること
を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の偏光波長分離素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光分離機能および波長分離機能を備えた偏光波長分離素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特許文献１に開示されているように、ワイヤグリッドによって所定の偏光を分離することができることが知られている。ワイヤグリッドは、一般に、一方向に延びる複数の金属ワイヤを等間隔に並べた構造のものである。ワイヤグリッドにおける金属ワイヤのワイヤ径およびワイヤ間隔は、対象とする光の波長に依存し、通常、ワイヤ間隔は、対象とする光の波長よりも小さな間隔、例えば、前記対象とする光の波長の１０分の１以下とされ、ワイヤ径は、例えば、前記ワイヤ間隔の１／４程度とされる。このようなワイヤグリッドは、前記一方向に平行な方向に振動する偏光成分の光を反射し、前記一方向と直交する方向に振動する偏光成分の光を透過する。このため、例えば、無偏光の光がワイヤグリッドに入射されると、所定の偏光を分離した光がワイヤグリッドから射出される。
【特許文献１】特開２００６−３３０６１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このように従来では、ワイヤグリッドは、偏光分離する機能を備えているが、波長分離することができなかった。ワイヤグリッドが偏光分離機能だけでなく、波長分離機能も備えていれば、ワイヤグリッドの適用範囲が広がるだけでなく、偏光分離および波長分離する場合に、ワイヤグリッドと別途に例えばフィルタ等の波長分離素子を必要とせず、例えば、低廉化や小型化が期待できる。
【０００４】
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、ワイヤグリッドを備え、所定の偏光成分を分離する偏光分離機能および所定の波長を分離する波長分離機能を備えた偏光波長分離素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明にかかる一態様では、一方向に延びる複数の金属ワイヤを前記一方向と線形独立な方向に所定の第１間隔を空けて配列した第１および第２ワイヤグリッドを備え、前記第２ワイヤグリッドは、該第２ワイヤグリッドの金属ワイヤを前記第１ワイヤグリッドにおける金属ワイヤ間の間隙に臨むように、前記一方向と前記線形独立な方向とによって形成される面の法線方向において前記第１ワイヤグリッドから所定の第２間隔を空けて配置され、前記第１および第２ワイヤグリッドの金属ワイヤは、金、銀、銅、リチウムおよびアルミニウムのうちのいずれかの金属材料、偏光分離すべき波長付近における複素誘電率の実部および虚部をεｒおよびεｉとする場合に２５＜（εｒ／εｉ）２＜１２０の条件を満たす金属材料、ならびに、偏光分離すべき波長付近における屈折率の実部をｎｒとする場合に０．１３＜ｎｒ＜０．２８の条件を満たす金属材料、のうちのいずれかの金属材料から成る。そして、上述の偏光波長分離素子において、好ましくは、基板と、前記基板の一方主面に形成され、一方向に延びると共に前記一方向と線形独立な方向に配列された複数の凹凸部と、前記複数の凹凸部における複数の凸部の上面にそれぞれ形成された複数の第１金属層と、前記複数の凹凸部における複数の凹部の底面にそれぞれ形成された複数の第２金属層とを備え、前記第１ワイヤグリッドは、前記複数の第１金属層から構成されて成り、前記第２ワイヤグリッドは、前記複数の第２金属層から構成されて成る。
【０００６】
このような構成の光学素子は、後述の実施例によって実証されるように、第１および第２ワイヤグリッドの金属ワイヤが、少なくとも金、銀、銅、リチウムおよびアルミニウムのうちのいずれかの金属材料、少なくとも“２５＜（εｒ／εｉ）２＜１２０”の条件を満たす金属材料、ならびに、少なくとも“０．１３＜ｎｒ＜０．２８”の条件を満たす金属材料のうちのいずれかの金属材料から形成されることによって、所定の偏光成分の光を分離することができると共に、所定の波長の光を分離することができる。なお、本発明では、透過率５０％以上を“透過”と定義している。
【０００７】
また、上述の偏光波長分離素子において、前記第１ワイヤグリッドにおける金属ワイヤの第１面積Ｓ１と前記第２ワイヤグリッドにおける金属ワイヤの第２面積Ｓ２との比Ｓ１：Ｓ２は、偏光波長分離すべき波長において、偏光分離すべき偏光成分の光の透過率が５０％以上であり、かつ、前記偏光分離すべき偏光成分と直交する偏光成分の光の透過率が５０％よりも小さくなる比率であることが好ましい。そして、上述の好ましい態様の偏光波長分離素子では、前記第１金属層の第１面積Ｓ１と前記第２金属層の第２面積Ｓ２との比Ｓ１：Ｓ２は、偏光波長分離すべき波長において、偏光分離すべき偏光成分の光の透過率が５０％以上であり、かつ、前記偏光分離すべき偏光成分と直交する偏光成分の光の透過率が５０％よりも小さくなる比率であることが好ましい。
【０００８】
この構成によれば、偏光波長分離すべき波長において、より確実に偏光波長分離することができる。特に、面積比Ｓ１：Ｓ２が１：１である場合では、偏光波長分離すべき波長において、所定の偏光成分の光における透過率をより良好に保ちつつ、この所定の偏光成分と直交する偏光成分の光の反射率もより良好にすることができ、透過率と反射率とをバランスよく偏光波長分離することができる。
【０００９】
また、上述の偏光波長分離素子において、前記第１および第２ワイヤグリッドにおける金属ワイヤの繰り返しピッチＰは、入射すべき光における最も短い波長をλｍｉｎとする場合に、０．１μｍ≦Ｐ≦０．５×λｍｉｎの条件を満たすことが好ましい。そして、上述の好ましい態様の偏光波長分離素子では、前記凹凸部の繰り返しピッチＰは、入射すべき光における最も短い波長をλｍｉｎとする場合に、０．１μｍ≦Ｐ≦０．５×λｍｉｎの条件を満たすことが好ましい。
【００１０】
この構成によれば、偏光波長分離素子１が一般的な薄膜形成技術によって比較的容易に製造可能となり、また、入射光に対する回折効果が抑制され、真っ直ぐ透過する入射光の割合をより増加させることが可能となる。
【００１１】
また、上述の偏光波長分離素子において、前記第１ワイヤグリッドにおける金属ワイヤの中心位置から前記第２ワイヤグリッドにおける金属ワイヤの中心位置までの距離をｈとし、偏光を分離すべき波長をλｐｂとし、複素誘電率の実部および虚部をεｒおよびεｉとする場合に、４９０＜（（εｒ／εｉ）２−８５００×（ｈ／λｐｂ）２＋４０００×（ｈ／λｐｂ））＜５３０の条件を満たすことが好ましい。そして、上述の好ましい態様の偏光波長分離素子では、前記凹部の底面から前記凸部の上面までの高さをｈとし、偏光を分離すべき波長をλｐｂとし、複素誘電率の実部および虚部をεｒおよびεｉとする場合に、４９０＜（（εｒ／εｉ）２−８５００×（ｈ／λｐｂ）２＋４０００×（ｈ／λｐｂ））＜５３０の条件を満たすことが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、前記ｈが前記条件式を満足する場合、偏光分離すべき波長λｐｂにおける或る偏光の透過率とこれに直交する偏光の透過率との差を最大にすることができる。そして、偏光波長分離すべき波長において、確実に偏光波長分離することができる。
【００１３】
また、上述の偏光波長分離素子において、前記第１および第２ワイヤグリッドにおける金属ワイヤの前記法線方向の厚みをｔとし、複素屈折率の虚部をｎｉとする場合に、３．６＜（ｎｉ＋４．６×ｔ）＜４．３の条件を満たすことが好ましい。そして、上述の好ましい態様の偏光波長分離素子では、前記第１および第２金属層の厚みをｔとし、複素屈折率の虚部をｎｉとする場合に、３．６＜（ｎｉ＋４．６×ｔ）＜４．３の条件を満たすことが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、前記ｔが前記条件式を満足する場合、偏光分離すべき波長λｐｂにおける或る偏光の透過率特性の底とこれに直交する偏光の透過率特性の山とを一致させることができる。そして、偏光波長分離すべき波長において、確実に偏光波長分離することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の光学素子は、所定の偏光成分を分離することができると共に、所定の波長を分離することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
（実施形態）
実施形態にかかる偏光波長分離素子は、一方向に延びる複数の金属ワイヤを前記一方向と線形独立な方向に所定の第１間隔を空けて配列した第１および第２ワイヤグリッドを備え、前記第２ワイヤグリッドは、この第２ワイヤグリッドの金属ワイヤを前記第１ワイヤグリッドにおける金属ワイヤ間の間隙に臨むように、前記一方向と前記線形独立な方向とによって形成される面の法線方向において前記第１ワイヤグリッドから所定の第２間隔を空けて配置される。そして、前記第１および第２ワイヤグリッドの金属ワイヤは、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、リチウム（Ｌｉ）およびアルミニウム（Ａｌ）のうちのいずれかの金属材料、偏光分離すべき波長付近における複素誘電率の実部および虚部をεｒおよびεｉとする場合に“２５＜（εｒ／εｉ）２＜１２０”の条件を満たす金属材料、ならびに、偏光分離すべき波長付近における屈折率の実部をｎｒとする場合に“０．１３＜ｎｒ＜０．２８”の条件を満たす金属材料、のうちのいずれかの金属材料から成っている。
【００１７】
このような偏光波長分離素子のより具体的な一実施形態として、前記第１および第２ワイヤグリッドが基板上に形成される場合について、以下に説明する。
【００１８】
図１は、実施形態における偏光波長分離素子の構成を示す図である。図１（Ａ）は、斜視図であり、図１（Ｂ）は、断面図である。
【００１９】
図１において、偏光波長分離素子１は、基板１１と、基板１１の一方主面に形成され、一方向に延びると共に前記一方向と線形独立な方向に配列された複数の凹凸部１２（１２ａ、１２ｂ）と、複数の凹凸部１２における複数の凸部１２ａの上面にそれぞれ形成された複数の第１金属層１３と、複数の凹凸部１２における複数の凹部１２ｂの底面にそれぞれ形成された複数の第２金属層１４とを備えて構成される。
【００２０】
基板１１は、平行平板状の部材であり、例えば、偏光波長分離すべき光（電磁波）を透過させるために、この偏光波長分離すべき光の波長に対し透光性の高い材料から形成される。このような基板１１の材料（基板材料）としては、例えば、ガラス、透明な無機結晶および透明なプラスチック（樹脂）等を挙げることができる。このガラスは、例えば、石英ガラスや各種の光学ガラス等があり、光学ガラスとしては、例えば、ＢＫ、ＦＫ、ＢａＫおよびＬａＫ等のクラウンガラスや、ＬＦ、ＳＦ、ＬａＦおよびＬａＳＦ等のフリントガラス等を挙げることができる。この透明な無機結晶は、例えば、水晶、サファイヤ、方解石、蛍石、アルカリハライド、シリコン、ガリウムおよびヒ素等がある。また、この透明なプラスチックは、例えば、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、ポリイミド、ポリエステル、ポリカーボネートおよびポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）等がある。
【００２１】
凹凸部１２は、一方向に延びる凸部１２ａと前記一方向に延びる凹部１２ｂとから構成されて成り、前記一方向と線形独立な方向に基板１１の一方主面上に複数配列されている。図１に示す例では、複数の凹凸部１２は、前記一方向と直交する方向に配列されている。すなわち、基板１１の一方主面上には、複数の凹凸部１２から成る一次元格子が形成されている。複数の凹凸部１２の繰り返しピッチ（格子ピッチ）Ｐは、偏光波長分離すべき光の波長よりも短くされている。
【００２２】
第１および第２金属層１３、１４は、金属材料（合金を含む）から成る薄膜である。第１金属層１３が凸部１２ａの上面上に形成されると共に、第２金属層１４が凹部１２ｂの底面上に形成されることで２層のワイヤグリッドが形成されている。前記第１ワイヤグリッドは、複数の第１金属層１３から構成されて成り、前記第２ワイヤグリッドは、前記複数の第２金属層１４から構成されて成る。この第１および第２金属層１３、１４は、金、銀、銅、リチウムおよびアルミニウムのうちのいずれかの金属材料（第１の場合）、偏光分離すべき波長付近における複素誘電率の実部および虚部をεｒおよびεｉとする場合に、“２５＜（εｒ／εｉ）２＜１２０”の条件を満たす金属材料（第２の場合）、ならびに、偏光分離すべき波長付近における屈折率の実部をｎｒとする場合に、“０．１３＜ｎｒ＜０．２８”の条件を満たす金属材料（第３の場合）、のうちのいずれかの金属材料から成るものとされる。
【００２３】
発明者は、種々の金属材料で二層の第１および第２ワイヤグリッドを形成し、偏光波長分離することができるか否かを評価した。その結果を表１に示す。表１では、左から右へ順に、金属ワイヤの材料、偏光波長分離波長λｐｂ、複素屈折率の実部ｎｒ、複素屈折率の虚部ｎｉ、複素誘電率の実部εｒ、複素誘電率の虚部εｉ、（εｒ／εｉ）２、および、複素屈折率の実部ｎｒと複素屈折率の虚部ｎｉとの和ｎｒ＋ｎｉがそれぞれ示されている。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
表１に示すように、図１に示す構造の光学素子は、第１および第２金属層１３、１４（金属ワイヤ）の金属材料が鉛（Ｐｂ）、クロム（Ｃｒ）および白金（Ｐｔ）である場合では偏光波長分離することができず、一方、第１および第２金属層１３、１４の金属材料が金、銀、銅、リチウムおよびアルミニウムではいずれかの波長で偏光波長分離することができる。したがって、第１および第２金属層１３、１４の金属材料が少なくとも金、銀、銅、リチウムおよびアルミニウムのうちのいずれかの金属材料である場合に、偏光波長分離することができる。なお、銀は、３つのケースを示しているが各ケースでは、凹凸部１２の高さｈや第１および第２金属層１３、１４の厚みｔが異なっている。
【００２６】
これら金属は、表面プラズモン共鳴を比較的生じやすい金属である。このため、発明者は、二層の第１および第２ワイヤグリッドによる偏光波長分離作用は、金属ワイヤにおける表面プラズモン共鳴が関与している、と推察している。表面プラズモン共鳴（surface plasmon resonance）は、金属に光を当てた場合に、全反射角領域において、或る特定の入射角で反射光の減衰が生じる現象である。表面プラズモン共鳴は、材料の種類に応じた所定の厚み以内の金属（金属膜、金属層）で生じることが知られている。
【００２７】
一般に、表面プラズモン共鳴を起こしやすい金属は、（εｒ／εｉ）２の値が大きい。そこで、各金属について、（εｒ／εｉ）２を求め、この（εｒ／εｉ）２を偏光波長分離する金属と偏光波長分離しない金属とで比較すると、表１に示すように、偏光波長分離する金属は、少なくとも２５＜（εｒ／εｉ）２＜１２０の条件を満たしている。
【００２８】
表面プラズモン共鳴は、金属表面に光が入り込む（浸み込む）ことによって起こる。そこで、各金属について、屈折率の実部ｎｒを求め、このｎｒを偏光波長分離する金属と偏光波長分離しない金属とで比較すると、表１に示すように、偏光波長分離する金属は、少なくとも０．１３＜ｎｒ＜０．２８の条件を満たしている。
【００２９】
なお、この第１および第２金属層１３、１４は、上記第１ないし第３の場合のうちの複数の場合を満たしてもよい。
【００３０】
このような構成の偏光波長分離素子１では、入射光が入射されると、入射光が凹凸部１２に形成された第１および第２金属層１３、１４（前記第１および第２ワイヤグリッド）と相互作用し、所定の偏光成分を持った所定の波長成分の射出光が射出される。このように２層のワイヤグリッドを備える偏光波長分離素子１は、偏光分離するだけでなく、波長分離することもできる。すなわち、このような構成の偏光波長分離素子１は、偏光分離機能および波長分離機能を備えている。
【００３１】
発明者は、上述したように、二層の第１および第２ワイヤグリッドによる偏光波長分離作用は、金属ワイヤにおける表面プラズモン共鳴が関与していると推察している。このため、第１および第２ワイヤグリッドにおける金属ワイヤの各面積を調整する必要がある。また、本発明では、透過率が５０％以上を“透過”と定義している。
【００３２】
したがって、上述の偏光波長分離素子１において、第１金属層１３の第１面積Ｓ１と第２金属層１４の第２面積Ｓ２との比Ｓ１：Ｓ２は、偏光波長分離すべき波長において、偏光分離すべき偏光成分の光の透過率が５０％以上であり、かつ、前記偏光分離すべき偏光成分と直交する偏光成分の光の透過率が５０％よりも小さくなる比率であることが好ましい。
【００３３】
図２は、面積比の相違による波長透過特性を示す図である。図２（Ａ）は、面積比が５０：５０（＝１：１）の場合を示し、図２（Ｂ）は、面積比が６２：３８（≒１．６３：１）の場合を示す。図２において、その横軸は、ｎｍ単位で表す波長であり、その縦軸は、透過率である。そして、図２において、■は、９０度偏光の場合における特性を示し、▲は、０度偏光の場合における特性を示している。
【００３４】
図２に示す波長透過特性は、次の諸元を備える光学素子によって得られたものである。この光学素子は、図１に示す構造と同様に構成されている。基板１１は、少なくとも約３９５ｎｍから約８００ｎｍまでの波長の光に対して透光性を有する材料で形成されており、その屈折率Ｎは、１．５である。凹凸部１２Ａの繰り返しピッチＰは、０．０８μｍである。第１および第２金属層１３、１４は、複素屈折率の実部ｎｒおよび虚部ｎｉがそれぞれ０．１５７および２．４であって、複素誘電率の実部および虚部をそれぞれεｒおよびεｉとする場合に（εｒ／εｉ）２が５７．９２である銀（Ａｇ）で形成されている。第１および第２金属層１３、１４の厚みｔは、０．０２５μｍである。そして、第１金属層１３の第１面積Ｓ１と第２金属層１４の第２面積Ｓ２との比Ｓ１：Ｓ２は、図２（Ａ）の場合では５０：５０であり、一方、図２（Ｂ）の場合では６２：３８である。また、凹凸部１２における凹部１２ｂの底面から凸部１２ａの上面までの高さｈは、図２（Ａ）の場合では０．１１５ｍｍであり、図２（Ｂ）の場合では０．０８ｍｍである。このように前記高さｈは、面積比Ｓ１：Ｓ２に応じて最適化されている。なお、これら諸元を表２に纏めて示す。
【００３５】
【表２】
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【００３６】
面積比Ｓ１：Ｓ２が５０：５０である図２（Ａ）の場合では、０度偏光の波長透過特性は、波長が約３９５ｎｍから約４４０ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．７５から約０．８まで緩やかに増加し、波長が約４４０ｎｍから約８００ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．８から約０．０７まで徐々に減少するプロファイルである。また、９０度偏光の波長透過特性は、波長が約３９５ｎｍから約４４０ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．０３５から約０．０１５まで緩やかに減少し、波長が約４４０ｎｍから約６２０ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．０１５から約０．７５まで徐々に増加し、そして、波長が約６２０ｎｍから約８００ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．７５から約０．９まで緩やかに増加するプロファイルである。
【００３７】
一方、面積比Ｓ１：Ｓ２が６２：３８である図２（Ｂ）の場合では、０度偏光の波長透過特性は、波長が約３９５ｎｍから約８００ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．５７から約０．０７まで徐々に減少するプロファイルである。また、９０度偏光の波長透過特性は、波長が約３９５ｎｍから約４４０ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．０３から約０．０２まで緩やかに減少し、波長が約４４０ｎｍから約５３０ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．０２から約０．７８まで徐々に増加し、そして、波長が約５３０ｎｍから約８００ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．７８から約０．８４まで緩やかに増加するプロファイルである。
【００３８】
このように面積比Ｓ１：Ｓ２に応じて波長透過特性が変化している。したがって、上述したように、上述の偏光波長分離素子１において、面積比Ｓ１：Ｓ２は、偏光波長分離すべき波長において、偏光分離すべき偏光成分の光の透過率が５０％以上であり、かつ、前記偏光分離すべき偏光成分と直交する偏光成分の光の透過率が５０％よりも小さくなる比率であることが好ましい。
【００３９】
例えば、９０度偏光の透過率が最低となる波長で偏光波長分離を行うとすると、面積比Ｓ１：Ｓ２が５０：５０である場合では、図２（Ａ）に示すように、９０度偏光の透過率が最低となる波長約４４０ｎｍにおいて、０度偏光の透過率が約０．８となっており、良好に偏光分離されている。一方、面積比Ｓ１：Ｓ２が６２：３８である場合では、図２（Ｂ）に示すように、９０度偏光の透過率が最低となる波長約４４０ｎｍにおいて、０度偏光の透過率が約０．４２となっており、良好に偏光分離されていない。
【００４０】
面積比が５０：５０である場合では、二層の第１および第２ワイヤグリッドによってバランスよく表面プラズモン共鳴が生じ、バランスよく偏光分離される。このため、上述の偏光波長分離素子１において、第１ワイヤグリッドにおける金属ワイヤの第１面積Ｓ１と第２ワイヤグリッドにおける金属ワイヤの第２面積Ｓ２との比Ｓ１：Ｓ２は、約１：１（＝約５０：５０）であることがより好ましい。すなわち、上述の偏光波長分離素子１において、第１金属層１３の第１面積Ｓ１と第２金属層１４の第２面積Ｓ２との比Ｓ１：Ｓ２は、約１：１（＝約５０：５０）であることがより好ましい。
【００４１】
また、上述の偏光波長分離素子１において、好ましくは、入射すべき光における最も短い波長をλｍｉｎとする場合に、“０．１μｍ≦Ｐ≦０．５×λｍｉｎ”の条件を満たすことである。
【００４２】
前記条件を下回ると、すなわち、繰り返しピッチ（格子ピッチ）Ｐが０．１μｍよりも短くなると、凹部１２ｂに金属材料を埋め込むことが困難となるため、第２金属層１４の形成が困難となって好ましくない。一般に、繰り返しピッチＰが波長と同程度になると入射光が回折するため、入射光が真っ直ぐ透過する割合が減少する一方、繰り返しピッチＰが波長の半分程度であれば、回折の影響がほとんどなくなる。このため、前記条件を上回ると、入射光が真っ直ぐ透過する割合が減少してしまい好ましくない。したがって、このような構成では、偏光波長分離素子１が例えば蒸着やスパッタ等の薄膜形成技術によって比較的容易に製造可能となり、また、入射光に対する回折効果が抑制され、真っ直ぐ透過する入射光の割合をより増加させることが可能となる。
【００４３】
また、上述の偏光波長分離素子１において、好ましくは、凹部１２ｂの底面から凸部１２ａの上面までの高さをｈとし、偏光を分離すべき波長をλｐｂとし、複素誘電率の実部および虚部をεｒおよびεｉとする場合に、“４９０＜（（εｒ／εｉ）２−８５００×（ｈ／λｐｂ）２＋４０００×（ｈ／λｐｂ））＜５３０”の条件を満たすことである。
【００４４】
上述したように、発明者は、本偏光波長分離作用は、金属ワイヤにおける表面プラズモン共鳴が関与している、と推察している。このため、表面プラズモン共鳴を評価する（εｒ／εｉ）２および（ｈ／λｐｂ）で後述の第１ないし第８実施例を評価すると、少なくとも“４９０＜（（εｒ／εｉ）２−８５００×（ｈ／λｐｂ）２＋４０００×（ｈ／λｐｂ））＜５３０”の条件を満たす場合に、偏光波長分離素子１は、偏光波長分離することが可能である。
【００４５】
また、上述の偏光波長分離素子１において、好ましくは、第１および第２金属層１３、１４の厚みをｔとし、複素屈折率の虚部をｎｉとする場合に、“３．６＜（ｎｉ＋４．６×ｔ）＜４．３”の条件を満たすことである。
【００４６】
また、表面プラズモン共鳴は、微小金属の大きさに依存する。このため、金属の大きさの指標として第１および第２金属層１３、１４の厚みｔおよび微小金属の大きさによって変化する複素屈折率の虚部ｎｉで後述の第１ないし第８実施例を評価すると、少なくとも“３．６＜（ｎｉ＋４．６×ｔ）＜４．３”の条件を満たす場合に、偏光波長分離素子１は、偏光波長分離することが可能である。
【００４７】
また、上述の偏光波長分離素子１において、第１および第２金属層１３、１４と基板１１との密着性を向上させるために、第１および第２金属層１３、１４の金属材料と基板１１の基板材料とに応じて決定された金属材料（合金を含む）から成る下地層が第１および第２金属層１３、１４と基板１１との間に形成されてもよい。例えば、第１および第２金属層１３、１４の金属材料が金であって、基板１１の基板材料がガラスである場合には、下地層の金属材料は、例えばチタン（Ｔｉ）が用いられる。
【００４８】
このような構成の偏光波長分離素子１は、例えば、次の各工程によって製造可能である。
【００４９】
図３は、図１に示す偏光波長分離素子の製造工程を説明するための図である。まず、平行平板状の基板１１が用意され、基板１１の一方主面上にレジスト膜２１が形成される（図３（Ａ））。次に、上述の凹凸部１２を形成すべく、図略のマスクパターンがレジスト膜２１に重ねられ、前記マスクパターンを介してレジスト膜２１が露光され、そして、レジスト膜２１が現像される。これによって複数の凸部１２ａに対応する部分のレジスト膜が残ると共に、複数の凹部１２ｂに対応する部分のレジスト膜が除去される（図３（Ｂ））。次に、レジスト膜が除去された基板１１の部分が基板１１の厚み方向に異方性エッチングされ（図３（Ｃ））、そして、残されていたレジスト膜が除去される（図３（Ｄ））。これによって基板１１に複数の凸部１２ａが形成されると共に複数の凹部１２ｂが形成され、複数の凹凸部１２が形成される。次に、例えば、真空蒸着やスパッタ等の薄膜形成技術によって、複数の凸部１２ａの上面にそれぞれ複数の第１金属層１３が形成されると共に、複数の凹部１２ｂの底面にそれぞれ複数の第２金属層１４が形成される（図３（Ｅ））。このような各工程によって偏光波長分離素子１が製造される。
【００５０】
なお、上述の製造工程では、レジスト膜２１を形成し、露光および現像し、そして、基板１１をエッチングすることによって基板１１に複数の凹凸部１２が形成されたが、これに限定するものではない。例えば、凹凸部１２に対応する型部材を平行平板状の基板１１にモールド形成（型押し）することによって基板１１に複数の凹凸部１２が形成されてもよい。また例えば、基板材料を射出形成することによって複数の凹凸部１２が形成されてもよい。また例えば、レーザ光を照射して基板１１を掘削することによって基板１１に複数の凹凸部１２が形成されてもよい。また例えば、熱形成可能なプラスチック材料から成る基板１１の一方主面に金属層を形成した後に、凹凸部１２に対応する型部材をこの金属層を形成したプラスチック材料製の基板１１にモールド形成（型押し）することによって、基板１１に複数の凹凸部１２が形成されてもよい。金属層は、プラスチック材料の基板１１に比し伸びないので前記二層のワイヤグリッドが形成可能である。
【００５１】
このような本実施形態にかかる偏光波長分離素子１は、或る特定の波長および偏光を照射する必要がある光源や、入射光から或る特定の波長および偏光を受光する必要がある測定装置等の様々な装置に適用可能である。ここでは、その一例として、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）およびＢ（青）の三色を混合することによって白色光を射出する白色光源に適用された場合について以下に説明する。
【００５２】
（第１白色光源）
図４は、第１白色光源の構成を示す図である。図４において、第１白色光源３は、例えば、液晶表示装置（ＬＣＤ）のバックライトに好適に適用される光源であり、半導体レーザアレイ３１と、光合波器３２とを備えて構成されている。
【００５３】
半導体レーザアレイ３１は、赤色のレーザ光を射出する半導体レーザ素子３１ａと、青色のレーザ光を射出する半導体レーザ素子３１ｂと、緑色のレーザ光を射出する半導体レーザ素子３１ｃと、これら各色の半導体レーザ素子３１ａ〜３１ｃが配置される回路基板３１ｄとを備えて構成される。赤色の半導体レーザ素子３１ａおよび青色の半導体レーザ素子３１ｂは、互いに同じ偏光成分から成るレーザ光を射出し、緑色の半導体レーザ素子３１ｃは、赤色の半導体レーザ素子３１ａおよび青色の半導体レーザ素子３１ｂの偏光成分と直交する偏光成分のレーザ光を照射する。例えば、赤色の半導体レーザ素子３１ａおよび青色の半導体レーザ素子３１ｂは、９０度偏光のレーザ光を射出し、緑色の半導体レーザ素子３１ｃは、０度偏光のレーザ光を照射する。ここで、０度偏光とは、振動面（波面）がワイヤグリッドのワイヤに沿った方向（長尺方向）である光をいい、９０度偏光とは、振動面が０度偏光の振動面に直交する光、すなわち、振動面がワイヤグリッドのワイヤに沿った方向に直交する方向である光をいう。
【００５４】
光合波器３２は、複数色のレーザ光を、本実施形態では赤色のレーザ光、青色のレーザ光および緑色のレーザ光を合波する光学素子であり、例えば、導光板３２ａと、ミラー３２ｂと、偏光波長分離素子３２ｃと、偏光分離素子３２ｄとを備えて構成されている。
【００５５】
導光板３２ａは、赤、青および緑の各色光を後述するように導き、少なくともこれら各波長の光に対して透明な平行平板状の部材である。ミラー３２ｂは、赤、青および緑の各色光を少なくとも反射する光学素子であり、例えば、金属膜等である。偏光波長分離素子３２ｃは、図１に示す上述した偏光波長分離素子（その上記変形形態を含む）１と同様に構成されており、この図４に示す例では、赤色および青色の偏光成分の光（上述の例では９０度偏光の光）において、青色の波長帯域の光を透過し、そして、赤色の波長帯域の光を反射する特性を備えている。偏光分離素子３２ｄは、入射光から所定の偏光成分を分離して射出する光学素子であり、この図４に示す例では、赤色および青色の偏光成分の光（上述の例では９０度偏光の光）を分離して射出する特性を備えている。すなわち、偏光分離素子３２ｄは、赤色および青色の偏光成分の光を透過し、この赤色および青色の偏光成分に直交する偏光成分の光、つまり、この図４に示す例では、緑色の偏光成分の光（上述の例では０度偏光の光）を反射する。
【００５６】
導光板３２ａの一方面には、偏光波長分離素子３２ｃおよび偏光分離素子３２ｄが形成されており、その他方略全面には、ミラー３２ｂが形成されている。半導体レーザアレイ３１の回路基板３１ｄと光合波器３２の導光板３２ａとは、互いの面間隔が一方端から他方端へ徐々に拡がるように、回路基板３１ｄにおける、各半導体レーザ素子３１ａ〜３１ｃを配置する主面と導光板３２ａの前記一方面とが所定の角度θをなすように配置される。各色の半導体レーザ素子３１ａ〜３１ｃは、赤色の半導体レーザ素子３１ａ、青色の半導体レーザ素子３１ｂ、緑色の半導体レーザ素子３１ｃの順に前記一方端から他方端へ回路基板３１ｄの主面上に配置されている。偏光波長分離素子３２ｃは、ミラー３２ｂで他方面から一方面に折り返された赤色の半導体レーザ素子３１ａにおける光軸ＡＸ１と青色の半導体レーザ素子３１ｂの光軸ＡＸ２とが交差する位置に導光板３２ａの一方面上に配置される。そして、偏光分離素子３２ｄは、ミラー３２ｂで他方面から一方面に折り返された青色の半導体レーザ素子３１ｂにおける光軸ＡＸ２（偏光波長分離素子１で一方面から他方面に折り返された赤色の半導体レーザ素子３１ａにおける光軸ＡＸ１）と青色の半導体レーザ素子３１ｂの光軸ＡＸ３とが交差する位置に導光板３２ａの一方面上に配置される。
【００５７】
このような構成の第１白色光源３では、半導体レーザ素子３１ａから射出された赤色のレーザ光は、導光板３２ａの一方面へ入射される。この入射した赤色のレーザ光は、導光板３２ａを一方面から他方面へ導光し、ミラー３２ｂで反射される。このミラー３２ｂで反射した赤色のレーザ光は、導光板３２ａを他方面から一方面へ導光し、偏光波長分離素子３２ｃに到達する。一方、半導体レーザ素子３１ｂから射出された青色のレーザ光は、偏光波長分離素子３２ｃへ入射される。この偏光波長分離素子３２ｃに入射された青色のレーザ光は、偏光波長分離素子３２ｃを透過する一方、前記偏光波長分離素子３２ｃに到達した赤色のレーザ光は、偏光波長分離素子３２ｃで反射され、青色のレーザ光と赤色のレーザ光とが偏光波長分離素子３２ｃによって合波される。この合波した赤色および青色のレーザ光は、導光板３２ａを一方面から他方面へ導光し、ミラー３２ｂで反射される。このミラー３２ｂで反射した赤色および青色のレーザ光は、導光板３２ａを他方面から一方面へ導光し、偏光分離素子３２ｄに到達する。一方、半導体レーザ素子３１ｃから射出された緑色のレーザ光は、偏光分離素子３２ｄへ入射される。この偏光分離素子３２ｄに入射された緑色のレーザ光は、偏光分離素子３２ｄで反射される一方、前記偏光分離素子３２ｄに到達した赤色および青色のレーザ光は、偏光分離素子３２ｄを透過し、緑色のレーザ光と赤色および青色のレーザ光とが偏光分離素子３２ｄによって合波され、白色のレーザ光となって第１白色光源３から射出される。
【００５８】
このように偏光波長分離素子３２ｃの偏光波長分離作用および偏光分離素子３２ｄの偏光分離作用により赤色、青色および緑色の各レーザ光を合成することによって、第１白色光源３は、各色の偏光成分および光軸が略一致した白色のレーザ光を射出することができる。
【００５９】
（第２白色光源）
図５は、第２白色光源の構成を示す図である。図５において、第２白色光源５は、例えば、液晶表示装置のバックライトに好適に適用される光源であり、第１ないし第３半導体レーザ素子５１〜５３と、第１および第２光合波器５４、５５とを備えて構成されている。
【００６０】
第１ないし第３半導体レーザ素子５１〜５３は、それぞれ、赤色のレーザ光、緑色のレーザ光および青色のレーザ光を射出する光源である。これら第１ないし第３半導体レーザ素子５１〜５３は、互いに同じ偏光成分から成るレーザ光を射出する。
【００６１】
第１および第２光合波器５４、５５は、それぞれ、複数色のレーザ光を合波する光学素子である。本実施形態では、第１光合波器５４は、赤色のレーザ光および緑色のレーザ光を同一の偏光成分で合波する素子であり、第２光合波器５５は、赤色のレーザ光、緑色のレーザ光および青色のレーザ光を同一の偏光成分で合波する素子である。第１および第２光合波器５４、５５は、それぞれ、例えば、第１プリズム５４ａ、５５ａと、偏光波長分離素子５４ｂ、５５ｂと、第２プリズム５４ｃ、５５ｃとを備えて構成されている。第１および第２プリズム５４ａ、５５ａ：５４ｃ、５５ｃは、断面が直角二等辺三角形状である三角柱形状である。第１プリズム５４ａは、赤色光を後述するように導く、少なくともこの波長の光に対して透明な部材で形成される。第２プリズム５４ｃ、５５ｃは、赤および緑の各色光を後述するように導き、少なくともこれら各波長の光に対して透明な部材で形成される。第１プリズム５５ａは、赤、緑および青の各色光を後述するように導き、少なくともこれら各波長の光に対して透明な部材で形成される。第１プリズム５４ａ、５５ａと第２プリズム５４ｃ、５５ｃとは、互いに、その底面（断面において、直角二等辺三角形の等しくない辺を含む面）が向かい合うように、層状（膜状、板状）の偏光波長分離素子５４ｂ、５５ｂを挟んで密着している。偏光波長分離素子５４ｂ、５５ｂは、図１に示す上述した偏光波長分離素子（その上記変形形態を含む）１と同様に構成されている。偏光波長分離素子５４ｂは、この図５に示す例では、各色の偏光成分の光において、赤色の波長帯域の光を透過し、そして、緑色の波長帯域の光を反射する特性を備えている。偏光波長分離素子５５ｂは、この図５に示す例では、各色の偏光成分の光において、赤色および緑色の波長帯域の光を透過し、そして、青色の波長帯域の光を反射する特性を備えている。
【００６２】
第１半導体レーザ素子５１は、第１光合波器５４の第１側面へ赤色のレーザ光が入射するように配置される。より具体的には、第１半導体レーザ素子５１は、第１光合波器５４における第１プリズム５４ａの第１側面（断面において、直角二等辺三角形の等しい辺の一方の辺を含む面）に対向するように配置される。第２半導体レーザ素子５２は、その光軸ＡＸ５が第１半導体レーザ素子５１の光軸ＡＸ４と第１光合波器５４の偏光波長分離素子５４ｂで略交差するように、そして、第１光合波器５４における前記第１側面と直交する第２側面へ緑色のレーザ光が入射するように配置される。より具体的には、第２半導体レーザ素子５２は、その光軸ＡＸ５が第１半導体レーザ素子５１の光軸ＡＸ４と第１光合波器５４の偏光波長分離素子５４ｂで略直交するように、そして、第１光合波器５４の第２プリズム５４ｃにおける前記第１プリズム５４ａの第１側面と直交する第２側面（断面において、直角二等辺三角形の等しい辺の一方の辺を含む面）に対向するように配置される。第１光合波器５４と第２光合波器５５とは、それらの偏光波長分離素子５４ｂ、５５ｂが互いに直交するように、そして、それらの光軸が互いに一致するように配置される。より具体的には、第１光合波器５４の前記第１側面に対向する第３側面（第２プリズム５４ｃにおける前記第２側面と直交する第３側面（断面において、直角二等辺三角形の等しい辺の他方の辺を含む面）と、第２光合波器５５の第３側面（第２プリズム５５ｃの第３側面（断面において、直角二等辺三角形の等しい辺の他方の辺を含む面）とが互いに対向するように、第１光合波器５４と第２光合波器５５とは、配置される。第３半導体レーザ素子５３は、第２光合波器５５の前記第３側面と直交する第２側面へ青色のレーザ光が入射するように配置される。この第２光合波器５５の第２側面は、第１光合波器５４の第２側面と反対側に位置している。より具体的には、第３半導体レーザ素子５３は、第２光合波器５５における第１プリズム５５ａの第２側面（断面において、直角二等辺三角形の等しい辺の一方の辺を含む面）に対向するように配置される。
【００６３】
このような構成の第２白色光源５では、半導体レーザ素子５１から射出された赤色のレーザ光は、第１光合波器５４の第１側面（第１プリズム５４ａの第１側面）へ入射される。この入射した赤色のレーザ光は、第１光合波器５４の第１プリズム５４ａを第１側面から第３側面（第２プリズム５４ｃの第３側面）へ向かって導光し、偏光波長分離素子５４ｂに到達する。一方、半導体レーザ素子５２から射出された緑色のレーザ光は、第１光合波器５４の第２側面（第２プリズム５４ｃの第２側面）へ入射される。この入射した緑色のレーザ光は、第１光合波器５４の第２プリズム５４ｃを第２側面から第４側面へ向かって導光し、偏光波長分離素子５４ｂに到達する。この第４側面は、第１光合波器５４の第１プリズム５４ｃにおける第１側面と直交する第４側面（断面において、直角二等辺三角形の等しい辺の他方の辺を含む面）である。この偏光波長分離素子５４ｂに到達した赤色のレーザ光は、偏光波長分離素子５４ｂを透過する一方、偏光波長分離素子５４ｂに到達した緑色のレーザ光は、偏光波長分離素子５４ｂで反射され、赤色のレーザ光と緑色のレーザ光とが偏光波長分離素子５４ｂによって合波される。この合波した赤色および緑色のレーザ光は、第１光合波器５４の第２プリズム５４ｃを第１側面から第３側面の方向へ向かって偏光波長分離素子５４ｂから第３側面へ導光し、第３側面から射出される。この第３側面から射出された赤色および緑色のレーザ光は、第２光合波器５５の第３側面（第２プリズム５５ｃの第３側面）へ入射される。この入射した赤色および緑色のレーザ光は、第２光合波器５５の第２プリズム５５ｃを第３側面から第１側面（第１プリズム５５ａの第１側面）へ向かって導光し、偏光波長分離素子５５ｂに到達する。一方、半導体レーザ素子５３から射出された青色のレーザ光は、第２光合波器５５の第２側面（第２プリズム５４ｃの第２側面）へ入射される。この入射した青色のレーザ光は、第２光合波器５５の第２プリズム５５ｃを第２側面から第４側面へ向かって導光し、偏光波長分離素子５５ｂに到達する。この第２光合波器５５における第４側面は、第２光合波器５５の第１プリズム５５ａにおける第１側面と直交する第４側面（断面において、直角二等辺三角形の等しい辺の他方の辺を含む面）である。この偏光波長分離素子５５ｂに到達した赤色および緑色のレーザ光は、偏光波長分離素子５５ｂを透過する一方、偏光波長分離素子５５ｂに到達した青色のレーザ光は、偏光波長分離素子５５ｂで反射され、赤色および緑色のレーザ光と青色のレーザ光とが偏光波長分離素子５５ｂによって合波される。この合波した赤色、緑色および青色のレーザ光は、第２光合波器５５の第１プリズム５５ａを第３側面から第１側面の方向へ向かって偏光波長分離素子５５ｂから第１側面へ導光し、白色のレーザ光となって第１側面から射出される。
【００６４】
このように偏光波長分離素子５４ｂ、５５ｂの偏光波長分離作用により赤色、青色および緑色の各レーザ光を合成することによって、第２白色光源５は、各色の偏光成分および光軸が略一致した白色のレーザ光を射出することができる。
【００６５】
次に、実施例により本発明にかかる偏光波長分離素子について、より具体的に説明する。
【００６６】
図６ないし図１３は、第１ないし第８実施例における偏光波長分離素子の波長透過特性を示す図である。図６ないし図１３において、その横軸は、ｎｍ単位で示す波長であり、その縦軸は、透過率である。そして、図６ないし図１３において、■は、９０度偏光であって入射角０度の場合における特性を示し、□は、９０度偏光であって入射角２０度の場合における特性を示し、▲は、０度偏光であって入射角０度の場合における特性を示し、そして、△は、０度偏光であって入射角２０度の場合における特性を示している。入射角は、複数の第１金属層１３（または複数の第２金属層１４）によって形成される面の法線方向を０度とし、複数の第１金属層１３が配列される繰り返し方向を９０度とする、前記法線方向と前記繰り返し方向との間の角度である。
【００６７】
（第１実施例）
第１実施例における偏光波長分離素子１Ａは、図１に示す構造と同様に構成されている。基板１１Ａは、少なくとも約３９５ｎｍから約８００ｎｍまでの波長の光に対して透光性を有する材料で形成されており、その屈折率Ｎは、１．４５である。凹凸部１２Ａにおける凹部１２Ａｂの底面から凸部１２Ａａの上面までの高さｈは、０．０７ｎｍであり、凹凸部１２Ａの繰り返しピッチＰは、０．１５μｍである。第１および第２金属層１３Ａ、１４Ａは、複素屈折率の実部ｎｒおよび虚部ｎｉがそれぞれ０．１３０２５および２．７９８１３であって、複素誘電率の実部および虚部をそれぞれεｒおよびεｉとする場合に（εｒ／εｉ）２が１１４．８８である銀（Ａｇ）で形成されている。第１金属層１３Ａの第１面積ＳＡ１と第２金属層１４Ａの第２面積ＳＡ２との比ＳＡ１：ＳＡ２は、５０：５０であり、第１および第２金属層１３Ａ、１４Ａの厚みｔは、０．０２μｍである。そして、第１および第２金属層１３Ａ、１４Ａは、ｎｉ＋４．６×ｔが３．６９８であり、偏光を分離すべき波長をλｐｂとする場合に、（（εｒ／εｉ）２−８５００×（ｈ／λｐｂ）２＋４０００×（ｈ／λｐｂ））が約５１５．１３３である。
【００６８】
このような第１実施例における偏光波長分離素子１Ａは、図６に示す波長透過特性を示す。すなわち、入射角０度の０度偏光における波長透過特性は、波長が約３９５ｎｍから約８００ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．７５から約０．１３まで徐々に減少するプロファイルである。入射角２０度の０度偏光における波長透過特性は、波長が約３９５ｎｍから約８００ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．７０から約０．１０まで徐々に減少するプロファイルである。
【００６９】
また、入射角０度の９０度偏光における波長透過特性は、波長が約３９５ｎｍから約４８５ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．３５から約０．０２まで徐々に減少し、波長が約４８５ｎｍから約６２０ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．０２から約０．５５まで徐々に増加し、そして、波長が約６２０ｎｍから約８００ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．５５から約０．７まで緩やかに増加するプロファイルである。入射角２０度の９０度偏光における波長透過特性は、波長が約３９５ｎｍから約４８５ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．３７から約０．０２まで徐々に減少し、波長が約４８５ｎｍから約６２０ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．０２から約０．５０まで徐々に増加し、そして、波長が約６２０ｎｍから約８００ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．５０から約０．７まで緩やかに増加するプロファイルである。
【００７０】
このように０度偏光および９０度偏光において、入射角の相違による波長透過特性の相違は、ほとんどなく、０度偏光において、入射角２０度の場合が入射角０度の場合に較べて若干透過率が低いだけである。そして、第１実施例における偏光波長分離素子１Ａは、上述したように、波長約４８５ｎｍにおいて、偏光分離すると共に波長分離されている。
【００７１】
（第２実施例）
第２実施例における偏光波長分離素子１Ｂは、図１に示す構造と同様に構成されている。基板１１Ｂは、少なくとも約３９５ｎｍから約８００ｎｍまでの波長の光に対して透光性を有する材料で形成されており、その屈折率Ｎは、１．４５である。凹凸部１２Ｂにおける凹部１２Ｂｂの底面から凸部１２Ｂａの上面までの高さｈは、０．１３ｎｍであり、凹凸部１２Ｂの繰り返しピッチＰは、０．１５μｍである。第１および第２金属層１３Ｂ、１４Ｂは、複素屈折率の実部ｎｒおよび虚部ｎｉがそれぞれ０．１５７および２．４であって、前記（εｒ／εｉ）２が５７．９２である銀（Ａｇ）で形成されている。第１金属層１３Ｂの第１面積ＳＢ１と第２金属層１４Ｂの第２面積ＳＢ２との比ＳＢ１：ＳＢ２は、５０：５０であり、第１および第２金属層１３Ｂ、１４Ｂの厚みｔは、０．０４μｍである。そして、第１および第２金属層１３Ｂ、１４Ｂは、ｎｉ＋４．６×ｔが４．２であり、偏光を分離すべき波長をλｐｂとする場合に、（（εｒ／εｉ）２−８５００×（ｈ／λｐｂ）２＋４０００×（ｈ／λｐｂ））が約４９７．７４６である。
【００７２】
このような第２実施例における偏光波長分離素子１Ｂは、図７に示す波長透過特性を示す。すなわち、入射角０度の０度偏光における波長透過特性は、波長が約３９５ｎｍから約４４０ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．５９から約０．７まで徐々に増加し、波長が約４４０ｎｍから約５７５ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．７から約０．１まで徐々に減少し、そして、波長が約５７５ｎｍから約８００ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．１から約０まで緩やかに減少するプロファイルである。入射角２０度の０度偏光における波長透過特性は、波長が約３９５ｎｍから約５７５ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．６５から約０．０７まで徐々に減少し、そして、波長が約５７５ｎｍから約８００ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．０７から約０まで緩やかに減少するプロファイルである。
【００７３】
また、入射角０度の９０度偏光における波長透過特性は、波長が約３９５ｎｍから約４４０ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．０２から約０まで徐々に減少し、波長が約４４０ｎｍから約７１０ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０から約０．７７まで徐々に増加し、そして、波長が約７１０ｎｍから約８００ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．７７から約０．９まで緩やかに増加するプロファイルである。入射角２０度の９０度偏光における波長透過特性は、波長が約３９５ｎｍから約４４０ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．０２から約０まで徐々に減少し、波長が約４４０ｎｍから約７１０ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０から約０．８まで徐々に増加し、そして、波長が約７１０ｎｍから約８００ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．８から約０．８６まで緩やかに増加するプロファイルである。
【００７４】
このように０度偏光および９０度偏光において、０度偏光の入射角２０度の場合にピークが見られないが、入射角の相違による波長透過特性の相違は、ほとんどなく、０度偏光において、入射角２０度の場合が入射角０度の場合に較べて若干透過率が低く、また、９０度偏光において、入射角２０度の場合が入射角０度の場合に較べて若干透過率が高いだけである。そして、第２実施例における偏光波長分離素子１Ｂは、上述したように、波長約４４０ｎｍにおいて、偏光分離すると共に波長分離されている。
【００７５】
（第３実施例）
第３実施例における偏光波長分離素子１Ｃは、図１に示す構造と同様に構成されている。基板１１Ｃは、少なくとも約１９７ｎｍから約８００ｎｍまでの波長の光に対して透光性を有する材料で形成されており、その屈折率Ｎは、１．４５である。凹凸部１２Ｃにおける凹部１２Ｃｂの底面から凸部１２Ｃａの上面までの高さｈは、０．１０５ｎｍであり、凹凸部１２Ｃの繰り返しピッチＰは、０．１５μｍである。第１および第２金属層１３Ｃ、１４Ｃは、複素屈折率の実部ｎｒおよび虚部ｎｉがそれぞれ０．１７２８および１．９８３８であって、前記（εｒ／εｉ）２が３２．４５である銀（Ａｇ）で形成されている。第１金属層１３Ｃの第１面積ＳＣ１と第２金属層１４Ｃの第２面積ＳＣ２との比ＳＣ１：ＳＣ２は、５０：５０であり、第１および第２金属層１３Ｃ、１４Ｃの厚みｔは、０．０４μｍである。そして、第１および第２金属層１３Ｃ、１４Ｃは、ｎｉ＋４．６×ｔが３．７８４であり、偏光を分離すべき波長をλｐｂとする場合に、（（εｒ／εｉ）２−８５００×（ｈ／λｐｂ）２＋４０００×（ｈ／λｐｂ））が約４９６．７４８である。
【００７６】
このような第３実施例における偏光波長分離素子１Ｃは、図８に示す波長透過特性を示す。すなわち、入射角０度の０度偏光における波長透過特性は、波長が約１９７ｎｍから約２６４ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．２から約０．１４まで徐々に減少し、波長が約２６４ｎｍから約３３１ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．１４から約０．７まで徐々に増加し、波長が約３３１ｎｍから約５３２ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．７から約０．１まで徐々に減少し、そして、波長が約５３２ｎｍから約８００ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．１から約０まで緩やかに減少するプロファイルである。入射角２０度の０度偏光における波長透過特性は、波長が約１９７ｎｍから約２６４ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．０６から約０．１まで徐々に減少し、波長が約２６４ｎｍから約３３１ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．１から約０．６７まで徐々に増加し、波長が約３３１ｎｍから約５３２ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．６７から約０．０８まで徐々に減少し、そして、波長が約５３２ｎｍから約８００ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．０８から約０まで緩やかに減少するプロファイルである。
【００７７】
また、入射角０度の９０度偏光における波長透過特性は、波長が約１９７ｎｍから約３３１ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．０８から約０．２まで徐々に増加し、波長が約３３１ｎｍから約３９８ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．２から約０．０３まで徐々に減少し、波長が約３９８ｎｍから約６６６ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．０３から約０．８まで徐々に増加し、そして、波長が約６６６ｎｍから約８００ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．８でほぼ一定であるプロファイルである。入射角２０度の９０度偏光における波長透過特性は、波長が約１９７ｎｍから約３３１ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．０５から約０．１５まで徐々に増加し、波長が約３３１ｎｍから約３９８ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．１５から約０．０３まで徐々に減少し、波長が約３９８ｎｍから約６６６ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．０３から約０．７８まで徐々に減少し、そして、波長が約６６６ｎｍから約８００ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．７８から約０．８まで緩やかに増加するプロファイルである。
【００７８】
このように０度偏光および９０度偏光において、入射角の相違による波長透過特性の相違は、ほとんどなく、０度偏光において、入射角２０度の場合が入射角０度の場合に較べて若干透過率が低いだけである。そして、第３実施例における偏光波長分離素子１Ｃは、上述したように、波長約４００ｎｍにおいて、偏光分離すると共に波長分離されている。
【００７９】
（第４実施例）
第４実施例における偏光波長分離素子１Ｄは、図１に示す構造と同様に構成されている。基板１１Ｄは、少なくとも約３９５ｎｍから約８００ｎｍまでの波長の光に対して透光性を有する材料で形成されており、その屈折率Ｎは、１．４５である。凹凸部１２Ｄにおける凹部１２Ｄｂの底面から凸部１２Ｄａの上面までの高さｈは、０．１５ｎｍであり、凹凸部１２Ｄの繰り返しピッチＰは、０．１５μｍである。第１および第２金属層１３Ｄ、１４Ｄは、複素屈折率の実部ｎｒおよび虚部ｎｉがそれぞれ０．２１２３８および３．０１５であって、前記（εｒ／εｉ）２が４９．８９である金（Ａｕ）で形成されている。第１金属層１３Ｄの第１面積ＳＤ１と第２金属層１４Ｄの第２面積ＳＤ２との比ＳＤ１：ＳＤ２は、５０：５０であり、第１および第２金属層１３Ｄ、１４Ｄの厚みｔは、０．０２μｍである。そして、第１および第２金属層１３Ｄ、１４Ｄは、ｎｉ＋４．６×ｔが３．９１５であり、偏光を分離すべき波長をλｐｂとする場合に、（（εｒ／εｉ）２−８５００×（ｈ／λｐｂ）２＋４０００×（ｈ／λｐｂ））が約５１８．６３７である。
【００８０】
このような第４実施例における偏光波長分離素子１Ｄは、図９に示す波長透過特性を示す。すなわち、入射角０度の０度偏光における波長透過特性は、波長が約３９５ｎｍから約６２０ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．２９から約０．８２まで徐々に増加し、波長が約６２０ｎｍから約８００ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．８２から約０．２５まで徐々に減少するプロファイルである。入射角２０度の０度偏光における波長透過特性は、波長が約３９５ｎｍから約６２０ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．２８から約０．７５まで徐々に増加し、波長が約６２０ｎｍから約８００ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．７５から約０．１６まで徐々に減少するプロファイルである。
【００８１】
また、入射角０度の９０度偏光における波長透過特性は、波長が約３９５ｎｍから約４８５ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．２８から約０．３まで徐々に増加し、波長が約４８５ｎｍから約５７５ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．３から約０まで徐々に減少し、波長が約５７５ｎｍから約６２０ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０でほぼ一定であり、そして、波長が約６２０ｎｍから約８００ｎｍまで長くなるに従って、約０から約０．８２まで緩やかに増加するプロファイルである。入射角２０度の９０度偏光における波長透過特性は、入射角０度の９０度偏光の上記プロファイルとほぼ同様である。
【００８２】
このように０度偏光および９０度偏光において、入射角の相違による波長透過特性の相違は、ほとんどなく、０度偏光において、入射角２０度の場合が入射角０度の場合に較べて若干透過率が低いだけである。そして、第４実施例における偏光波長分離素子１Ｄは、上述したように、波長約６００ｎｍにおいて、偏光分離すると共に波長分離されている。
【００８３】
（第５実施例）
第５実施例における偏光波長分離素子１Ｅは、図１に示す構造と同様に構成されている。基板１１Ｅは、少なくとも約３９５ｎｍから約８００ｎｍまでの波長の光に対して透光性を有する材料で形成されており、その屈折率Ｎは、１．４５である。凹凸部１２Ｅにおける凹部１２Ｅｂの底面から凸部１２Ｅａの上面までの高さｈは、０．１４ｎｍであり、凹凸部１２Ｅの繰り返しピッチＰは、０．１５μｍである。第１および第２金属層１３Ｅ、１４Ｅは、複素屈折率の実部ｎｒおよび虚部ｎｉがそれぞれ０．２７２および３．２４であって、前記（εｒ／εｉ）２が３４．９７である銀（Ａｇ）で形成されている。第１金属層１３Ｅの第１面積ＳＥ１と第２金属層１４Ｅの第２面積ＳＥ２との比ＳＥ１：ＳＥ２は、５０：５０であり、第１および第２金属層１３Ｅ、１４Ｅの厚みｔは、０．０２μｍである。そして、第１および第２金属層１３Ｅ、１４Ｅは、ｎｉ＋４．６×ｔが４．１４であり、偏光を分離すべき波長をλｐｂとする場合に、（（εｒ／εｉ）２−８５００×（ｈ／λｐｂ）２＋４０００×（ｈ／λｐｂ））が約５０４．７９７である。
【００８４】
このような第５実施例における偏光波長分離素子１Ｅは、図１０に示す波長透過特性を示す。すなわち、入射角０度の０度偏光における波長透過特性は、波長が約３９５ｎｍから約５３０ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．３８から約０．４まで緩やかに増加し、波長が約５３０ｎｍから約６２０ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．４から約０．７まで徐々に増加し、そして、波長が約６２０ｎｍから約８００ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．７から約０．２２まで徐々に減少するプロファイルである。入射角２０度の０度偏光における波長透過特性は、波長が約３９５ｎｍから約５３０ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．３８でほぼ一定であり、波長が約５３０ｎｍから約６２０ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．３８から約０．５８まで徐々に増加し、そして、波長が約６２０ｎｍから約８００ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．５８から約０．１５まで徐々に減少するプロファイルである。
【００８５】
また、入射角０度の９０度偏光における波長透過特性は、波長が約３９５ｎｍから約６２０ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．２から約０．０３まで緩やかに減少し、波長が約６２０ｎｍから約８００ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．０３から約０．８まで徐々に増加するプロファイルである。入射角２０度の９０度偏光における波長透過特性は、入射角０度の９０度偏光の上記プロファイルとほぼ同様である。
【００８６】
このように０度偏光および９０度偏光において、入射角の相違による波長透過特性の相違は、ほとんどなく、０度偏光において、入射角２０度の場合が入射角０度の場合に較べて若干透過率が低いだけである。そして、第５実施例における偏光波長分離素子１Ｅは、上述したように、波長約６２０ｎｍにおいて、偏光分離すると共に波長分離されている。
【００８７】
（第６実施例）
第６実施例における偏光波長分離素子１Ｆは、図１に示す構造と同様に構成されている。基板１１Ｆは、少なくとも約３９５ｎｍから約８００ｎｍまでの波長の光に対して透光性を有する材料で形成されており、その屈折率Ｎは、１．４５である。凹凸部１２Ｆにおける凹部１２Ｆｂの底面から凸部１２Ｆａの上面までの高さｈは、０．１２ｎｍであり、凹凸部１２Ｆの繰り返しピッチＰは、０．１５μｍである。第１および第２金属層１３Ｆ、１４Ｆは、複素屈折率の実部ｎｒおよび虚部ｎｉがそれぞれ０．２１４５７および２．１９１７７であって、前記（εｒ／εｉ）２が２５．５９であるリチウム（Ｌｉ）で形成されている。第１金属層１３Ｆの第１面積ＳＦ１と第２金属層１４Ｆの第２面積ＳＦ２との比ＳＦ１：ＳＦ２は、５０：５０であり、第１および第２金属層１３Ｆ、１４Ｆの厚みｔは、０．０４μｍである。そして、第１および第２金属層１３Ｆ、１４Ｆは、ｎｉ＋４．６×ｔが３．９９２であり、偏光を分離すべき波長をλｐｂとする場合に、（（εｒ／εｉ）２−８５００×（ｈ／λｐｂ）２＋４０００×（ｈ／λｐｂ））が約４９４．９２５である。
【００８８】
このような第６実施例における偏光波長分離素子１Ｆは、図１１に示す波長透過特性を示す。すなわち、入射角０度の０度偏光における波長透過特性は、波長が約３９５ｎｍから約４４０ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．６から約０．６５まで徐々に増加し、そして、波長が約４４０ｎｍから約８００ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．６５から約０．１まで徐々に減少するプロファイルである。入射角２０度の０度偏光における波長透過特性は、波長が約３９５ｎｍから約８００ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．６から約０．１まで徐々に減少するプロファイルである。
【００８９】
また、入射角０度の９０度偏光における波長透過特性は、波長が約３９５ｎｍから約４８５ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．０５から約０まで緩やかに減少し、波長が約４８５ｎｍから約５７５ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０から約０．０５まで緩やかに増加し、そして、波長が約５７５ｎｍから約８００ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．０５から約０．７まで徐々に増加するプロファイルである。入射角２０度の９０度偏光における波長透過特性は、入射角０度の９０度偏光の上記プロファイルとほぼ同様である。
【００９０】
このように０度偏光および９０度偏光において、０度偏光の入射角２０度の場合にピークが見られないが、入射角の相違による波長透過特性の相違は、ほとんどなく、０度偏光において、入射角２０度の場合が入射角０度の場合に較べて若干透過率が低いだけである。そして、第６実施例における偏光波長分離素子１Ｆは、上述したように、波長約４８５ｎｍにおいて、偏光分離すると共に波長分離されている。
【００９１】
（第７実施例）
第７実施例における偏光波長分離素子１Ｇは、図１に示す構造と同様に構成されている。基板１１Ｇは、少なくとも約１９７ｎｍから約８００ｎｍまでの波長の光に対して透光性を有する材料で形成されており、その屈折率Ｎは、１．４５である。凹凸部１２Ｇにおける凹部１２Ｇｂの底面から凸部１２Ｇａの上面までの高さｈは、０．０５５ｎｍであり、凹凸部１２Ｇの繰り返しピッチＰは、０．１５μｍである。第１および第２金属層１３Ｇ、１４Ｇは、複素屈折率の実部ｎｒおよび虚部ｎｉがそれぞれ０．２１７８８および３．１８５であって、複素誘電率の実部および虚部をそれぞれεｒおよびεｉとする場合に（εｒ／εｉ）２が５２．９３であるアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。第１金属層１３Ｇの第１面積ＳＧ１と第２金属層１４Ｇの第２面積ＳＧ２との比ＳＧ１：ＳＧ２は、５０：５０であり、第１および第２金属層１３Ｇ、１４Ｇの厚みｔは、０．０１５μｍである。そして、第１および第２金属層１３Ｇ、１４Ｇは、ｎｉ＋４．６×ｔが３．８６であり、偏光を分離すべき波長をλｐｂとする場合に、（（εｒ／εｉ）２−８５００×（ｈ／λｐｂ）２＋４０００×（ｈ／λｐｂ））が約５１６．９７である。
【００９２】
このような第７実施例における偏光波長分離素子１Ｇは、図１２に示す波長透過特性を示す。すなわち、入射角０度の０度偏光における波長透過特性は、波長が約１９７ｎｍから約３９８ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．８から約０．０８まで徐々に減少し、そして、波長が約３９８ｎｍから約８００ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．０８から約０まで緩やかに減少するプロファイルである。入射角２０度の０度偏光における波長透過特性は、波長が約１９７ｎｍから約３９８ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．７５から約０．０８まで徐々に減少し、そして、波長が約３９８ｎｍから約８００ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．０８から約０まで緩やかに減少するプロファイルである。
【００９３】
また、入射角０度の９０度偏光における波長透過特性は、波長が約１９７ｎｍから約２６４ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．１から約０．０３まで徐々に減少し、波長が約２６４ｎｍから約３９８ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．０３から約０．７まで徐々に増加し、そして、波長が約３９８ｎｍから約８００ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．７から約０．７９まで緩やかに増加するプロファイルである。入射角２０度の９０度偏光における波長透過特性は、波長が約１９７ｎｍから約２６４ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．２から約０．０３まで徐々に減少し、波長が約２６４ｎｍから約３９８ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．０３から約０．７まで徐々に増加し、そして、波長が約３９８ｎｍから約８００ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．７から約０．８まで緩やかに増加するプロファイルである。
【００９４】
このように０度偏光および９０度偏光において、入射角の相違による波長透過特性の相違は、ほとんどなく、０度偏光において、入射角２０度の場合が入射角０度の場合に較べて若干透過率が低いだけである。そして、第７実施例における偏光波長分離素子１Ｇは、上述したように、波長約２６５ｎｍにおいて、偏光分離すると共に波長分離されている。
【００９５】
（第８実施例）
第８実施例における偏光波長分離素子１Ｈは、図１に示す構造と同様に構成されている。基板１１Ｈは、少なくとも約１９７ｎｍから約８００ｎｍまでの波長の光に対して透光性を有する材料で形成されており、その屈折率Ｎは、１．４５である。凹凸部１２Ｈにおける凹部１２Ｈｂの底面から凸部１２Ｈａの上面までの高さｈは、０．１３ｎｍであり、凹凸部１２Ｈの繰り返しピッチＰは、０．１５μｍである。第１および第２金属層１３Ｈ、１４Ｈは、複素屈折率の実部ｎｒおよび虚部ｎｉがそれぞれ０．１７２８および１．９８３８であって、前記（εｒ／εｉ）２が３２．４５である銀（Ａｇ）で形成されている。第１金属層１３Ｈの第１面積ＳＨ１と第２金属層１４Ｈの第２面積ＳＨ２との比ＳＨ１：ＳＨ２は、５０：５０であり、第１および第２金属層１３Ｈ、１４Ｈの厚みｔは、０．０５μｍである。そして、第１および第２金属層１３Ｈ、１４Ｈは、ｎｉ＋４．６×ｔが４．２３４であり、偏光を分離すべき波長をλｐｂとする場合に、（（εｒ／εｉ）２−８５００×（ｈ／λｐｂ）２＋４０００×（ｈ／λｐｂ））が約４３４．６３９である。
【００９６】
このような第８実施例における偏光波長分離素子１Ｈは、図１３に示す波長透過特性を示す。すなわち、入射角０度の０度偏光における波長透過特性は、波長が約１９７ｎｍから約２６４ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．１３から約０．０６まで徐々に減少し、波長が約２６４ｎｍから約３９８ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．０６から約０．５７まで徐々に増加し、波長が約３９８ｎｍから約５３２ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．５７から約０．０９まで徐々に減少し、そして、波長が約５３２ｎｍから約８００ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．０９から約０まで緩やかに減少するプロファイルである。入射角２０度の０度偏光における波長透過特性は、波長が約１９７ｎｍから約３９８ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０から約０．５８まで徐々に増加し、波長が約３９８ｎｍから約５３２ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．５８から約０．０４まで徐々に減少し、そして、波長が約５３２ｎｍから約８００ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．０４から約０まで緩やかに減少するプロファイルである。
【００９７】
また、入射角０度の９０度偏光における波長透過特性は、波長が約１９７ｎｍから約３３１ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．０５から約０．１４まで徐々に増加し、波長が約３３１ｎｍから約３９８ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．１４から約０まで徐々に減少し、波長が約３９８ｎｍから約８００ｎｍまで長くなるに従って、約０から約０．８７まで徐々に増加するプロファイルである。入射角２０度の９０度偏光における波長透過特性は、波長が約１９７ｎｍから約３３１ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．０２から約０．０７まで徐々に増加し、波長が約３３１ｎｍから約３９８ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．０７から約０まで徐々に減少し、波長が約３９８ｎｍから約８００ｎｍまで長くなるに従って、約０から約０．８６まで徐々に増加するプロファイルである。
【００９８】
このように０度偏光および９０度偏光において、入射角の相違による波長透過特性の相違は、ほとんどない。そして、第８実施例における偏光波長分離素子１Ｈは、上述したように、波長約４００ｎｍにおいて、偏光分離すると共に波長分離されている。
【００９９】
（比較例）
次に、第１ないし第８実施例に対する比較例の光学素子について説明する。
【０１００】
図１４は、比較例における光学素子の波長透過特性を示す図である。図１４において、その横軸は、ｎｍ単位で示す波長であり、その縦軸は、透過率である。そして、■は、９０度偏光であって入射角０度の場合における特性を示し、□は、９０度偏光であって入射角２０度の場合における特性を示し、▲は、０度偏光であって入射角０度の場合における特性を示し、そして、△は、０度偏光であって入射角２０度の場合における特性を示している。
【０１０１】
比較例における光学素子は、図１に示す構造と同様に構成されている。基板は、少なくとも約１９７ｎｍから約８００ｎｍまでの波長の光に対して透光性を有する材料で形成されており、その屈折率Ｎは、１．４５である。凹凸部における凹部の底面から凸部の上面までの高さｈは、０．０７５ｎｍであり、凹凸部の繰り返しピッチＰは、０．１５μｍである。第１および第２金属層は、複素屈折率の実部ｎｒおよび虚部ｎｉがそれぞれ１．２０２２９および２．２９９０４であって、前記（εｒ／εｉ）２が０．４８である鉛（Ｐｂ）で形成されている。第１金属層の第１面積と第２金属層の第２面積との比は、５０：５０であり、第１および第２金属層の厚みｔは、０．０２５μｍである。そして、第１および第２金属層は、ｎｉ＋４．６×ｔが３．４２４であり、偏光を分離すべき波長をλｐｂとする場合に、（（εｒ／εｉ）２−８５００×（ｈ／λｐｂ）２＋４０００×（ｈ／λｐｂ））が約−１５３０．７６７である。
【０１０２】
このような比較例における光学素子は、図１４に示す波長透過特性を示す。すなわち、入射角０度の０度偏光における波長透過特性は、波長が約１９７ｎｍから約８００ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．３２から約０．０４まで徐々に減少するプロファイルである。入射角２０度の０度偏光における波長透過特性は、波長が約１９７ｎｍから約２６４ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．１４から約０．１６まで緩やかに増加し、波長が約２６４ｎｍから約８００ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．１６から約０．０４まで徐々に減少するプロファイルである。
【０１０３】
また、入射角０度の９０度偏光における波長透過特性は、波長が約１９７ｎｍから約２６４ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．１から約０．０４まで徐々に減少し、波長が約２６４ｎｍから約３３１ｎｍまで透過率が焼く０．０４でほぼ一定であり、そして、波長が約３３１ｎｍから約８００ｎｍまで長くなるに従って、その透過率が約０．０４から約０．６まで徐々に増加するプロファイルである。入射角２０度の９０度偏光における波長透過特性は、入射角０度の９０度偏光の上記プロファイルとほぼ同様である。
【０１０４】
比較例における光学素子は、このように偏光分離すると共に波長分離することができない。
【０１０５】
上述の第１ないし第８実施例および比較例の諸元を表３に纏めて示す。
【０１０６】
【表３】
2009139411.tif 000005
【０１０７】
表３から分かるように、図１に示す構造の偏光波長分離素子１（１Ａ〜１Ｈ）は、第１および第２ワイヤグリッドの金属ワイヤとなる第１および第２金属層１３、１４が、少なくとも、金、銀、銅、リチウムおよびアルミニウムのうちのいずれかの金属材料から形成されている。あるいは、この第１および第２金属層１３、１４が、少なくとも、“２５＜（εｒ／εｉ）２＜１２０”の条件を満たす金属材料から形成されている。あるいは、この第１および第２金属層１３、１４が、少なくとも、“０．１３＜ｎｒ＜０．２８”の条件を満たす金属材料から形成されている。あるいは、偏光波長分離素子１（１Ａ〜１Ｈ）は、少なくとも、“４９０＜（（εｒ／εｉ）２−８５００×（ｈ／λｐｂ）２＋４０００×（ｈ／λｐｂ））＜５３０”の条件を満たしている。あるいは、偏光波長分離素子１（１Ａ〜１Ｈ）は、少なくとも、“３．６＜（ｎｉ＋４．６×ｔ）＜４．３”の条件を満たしている。
【０１０８】
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】実施形態における偏光波長分離素子の構成を示す図である。
【図２】面積比の相違による波長透過特性を示す図である。
【図３】図１に示す偏光波長分離素子の製造工程を説明するための図である。
【図４】第１白色光源の構成を示す図である。
【図５】第２白色光源の構成を示す図である。
【図６】第１実施例における偏光波長分離素子の波長透過特性を示す図である。
【図７】第２実施例における偏光波長分離素子の波長透過特性を示す図である。
【図８】第３実施例における偏光波長分離素子の波長透過特性を示す図である。
【図９】第４実施例における偏光波長分離素子の波長透過特性を示す図である。
【図１０】第５実施例における偏光波長分離素子の波長透過特性を示す図である。
【図１１】第６実施例における偏光波長分離素子の波長透過特性を示す図である。
【図１２】第７実施例における偏光波長分離素子の波長透過特性を示す図である。
【図１３】第８実施例における偏光波長分離素子の波長透過特性を示す図である。
【図１４】比較例における光学素子の波長透過特性を示す図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１、１Ａ〜１Ｈ、３２ｃ、５４ｂ、５５ｂ  偏光波長分離素子
３  第１白色光源
５  第２白色光源
１１、１１Ａ〜１１Ｈ  基板
１２、１２Ａ〜１２Ｈ  凹凸部
１３、１３Ａ〜１３Ｈ  第１金属層
１４、１４Ａ〜１４Ｈ  第２金属層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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