(57)【要約】【課題】偏光変換するための機能が多岐に分離しておらずシンプルな構造で、素子の厚みが薄くて、変換効率の高い偏光変換素子を提供する。【解決手段】ワイヤグリッド偏光子1と反射部材2の間に、該各面に対して垂直方向に磁気異方性を有するチタニアナノシートからなる透明磁性体3を設け、この透明磁性体中に光を入射させる光入射部5を備えて、入射された光をワイヤグリッド偏光子の出射面から直線偏光として外部に出射させるように構成する。波長依存性が異なる複数の透明磁性体をパターン状に周期的に配置するか、ワイヤグリッド偏光子のワイヤ間周期を変化させて構成して各種素子（複数光の同時偏光変換素子、複数光の選択的偏光変換素子等）を作製する。【選択図】図１
2009265544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対するように配置されたワイヤグリッド偏光子と反射部材の間に、該偏光子面と反射部材面に対して垂直方向に磁気異方性を有する透明磁性体が設けられると共に、前記透明磁性体中に外部から光を入射させる光入射部を備え、該光入射部から入射された光を前記ワイヤグリッド偏光子の出射面から直線偏光として外部に出射させるように構成されたことを特徴とする偏光変換素子。
【請求項２】
相対するように配置されたワイヤグリッド偏光子と反射部材の間に、該偏光子面と反射部材面に対して垂直方向に磁気異方性を有するチタニアナノシートからなる透明磁性体が設けられると共に、前記透明磁性体中に外部から光を入射させる光入射部を備え、該光入射部から入射された光を前記ワイヤグリッド偏光子の出射面から直線偏光として外部に出射させるように構成されたことを特徴とする偏光変換素子。
【請求項３】
前記透明磁性体が、分散剤で覆われたチタニアナノシートと水溶性高分子含む分散液から形成されたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の偏光変換素子。
【請求項４】
前記チタニアナノシートが、組成式：Ｔｉ2-ｘＭｘＯ4（ただし、Ｍ＝Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕから選ばれる少なくとも１種の遷移金属、０＜ｘ＜２）で示される層状チタン酸化物を出発物質として酸処理により得られた薄片粒子であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の偏光変換素子。
【請求項５】
前記透明磁性体が波長依存性が異なる複数の透明磁性体からなり、それぞれの透明磁性体が反射部材表面上に規則性をもって配列し、パターン化された状態で設けられたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の偏光変換素子。
【請求項６】
前記ワイヤグリッド偏光子のワイヤ間周期を変化させた構成とし、透明磁性体により偏光された特定波長の直線偏光をワイヤグリッド偏光子の出射面から外部に出射させるようにしたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の偏光変換素子。
【請求項７】
前記反射部材と透明磁性体の間に、ミクロンサイズの誘電率の異なる不均一構造を有する光学ポリマーからなる高光散乱導光ポリマー層を設けたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の偏光変換素子。
【請求項８】
前記透明磁性体の近傍に該透明磁性体の一部または全面を均一・一様に磁化するための手段が設けられたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の偏光変換素子。
【請求項９】
前記透明磁性体が、予め磁化されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の偏光変換素子。
【請求項１０】
前記反射部材が、透明または不透明な支持体上に設けられていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の偏光変換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円偏光を素子の外部から入射させると、素子の特定面から直線偏光を取り出すことができる偏光変換素子に関し、更に詳しくは、無色透明な垂直磁化膜（特に、垂直方向に磁気異方性を有するチタニアナノシートからなる透明磁性体）を用いたシンプルな構造で、素子の厚みが薄くて、変換効率の高い偏光変換素子と、複数光の同時偏光変換素子、及び複数光の選択的偏光変換素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の偏光変換素子は、例えば、特許文献１に記載されているように、複屈折性を有する膜によって円偏光を直交する２つの直線偏光に分離し、一方の直線偏光を１／２波長板を透過させて他方の直線偏光に偏光面を揃えるという方法が主として用いられてきた。しかし、このような方法では、集光、偏光分離、波長板などの異なる機能を有する部品から構成されているために、全体として大型化するという欠点があった。
【０００３】
一方、発明者らは先に、磁気光学効果の大きな磁性膜をファラデー回転角が大きく、且つ可視光に透明なチタニアナノシートからなるチタニア磁性ナノ薄膜に関して提案している（例えば、特許文献２参照。）。
上記チタニアナノシートの組成式はＴｉ2-ｘＭｘＯ4（ただし、Ｍ＝Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕから選ばれる少なくとも１種の遷移金属、０＜ｘ＜２）で表され、Ｔｉ格子位置に磁性元素が置換した層状チタン酸化物微結晶を結晶構造の基本最小単位である層１枚まで剥離して得られるものである。このチタニアナノシートを用いて形成したチタニア磁性超薄膜は、光・電気・磁気機能を併せ持つ半導体材料、透明磁石などとして有用である。
【０００４】
また、各種表示装置等において偏光変換素子が用いられているが、その一つとしてワイヤグリッド偏光子がある。ワイヤグリッド偏光子は古くから提案、使用されており、その改良された技術が種々提案されている（例えば、下記特許文献３〜６参照。）。
例えば、特許文献６に記載のワイヤグリッド偏光子は、金、銀、アルミニウムまたは銅などの細線が透明性基板上に、２００ｎｍ程度以下の周期で配列され、直交する直線偏光のうち特定方向の直線偏光（偏光面がワイヤ（細線）に垂直）を透過させ、直交する他の直線偏光を反射させるものである。液晶テレビなどに用いられているヨウ素タイプの偏光子では、透過する直線偏光以外（直交する）の直線偏光を吸収するのに対して、反射させる点が基本的な違いである。
なお、本出願ではこの反射する特性を利用するものである。なおワイヤの厚み（高さ）は１００〜５００ｎｍ程度が選択される。
【０００５】
液晶材料をワイヤグリッド偏光子で挟んだ構成は古くから示されている。従来構成の場合について、後述する本発明の構成（図１参照）を引き合いにその違いの概略を説明する。
図１の構成ではワイヤグリッド偏光子間で反射を繰り返す光の内、ワイヤグリッド偏光子の出射面（光を取り出したい面、図１のワイヤグリッド偏光子上面）のワイヤ配列方向に垂直な成分を有する偏光を取り出すというものであり、従来構成では図１に示す透明磁性体を液晶材料に置き換えて考察することができる。液晶材料をワイヤグリッド偏光子（略、偏光子）で挟んだ構成の場合、偏光子間で反射を繰り返す光の内、液晶材料中を、偏光子に垂直方向に（例えば、上向きに）進行する光は偏光面が、例えば右向きに回転すれば、偏光子で反射して下向きに進行する場合には、左向きに回転して元に戻るために、液晶材料内の回転は光取り出し効率に寄与しない。つまり、液晶材料中では反射を繰り返しながら吸収される光が多い。
これに対して本発明では、後に詳述するように非相反現象により上向きと下向きのいずれの場合にも同方向（回転が増加する方向）に回転するため、常に上面のワイヤ配列方向に垂直な偏光面を有する偏光への変換効率が高くなり、少ない反射回数で効率良く偏光子出射面（上面）からワイヤ配列方向に垂直な成分を有する偏光を取り出すことができる。
【０００６】
すなわち、偏光分離と変換を個別に繰り返すことなく処理できる構成により、小型化や製造プロセスの簡便化が図れる偏光変換効率が高く、機能性の優れた偏光変換素子の開発が要望されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１７１７９１号公報
【特許文献２】特開２００６−１９９５５６号公報
【特許文献３】特開２００５−１９５８２４号公報
【特許文献４】特開２００２−３２８２３４号公報
【特許文献５】特開２００４−２８００５０号公報
【特許文献６】特開２００５−１７２８４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明者らは、上記要請に応えるため、新規な磁気光学材料について研究を進め、特開２００６−１９９５５６号公報に開示しているようなチタニアナノシートを見出した。さらに、層状チタン酸化物を酸処理して得たチタニアナノシートの表面をＴＢＡ（テトラブチルアンモニウム）などの分散剤で覆い（包囲）、水溶性高分子（ポリマー：ゼラチンなど）を加えた分散液として用いることによって、可視光透過率の大幅な向上が図れ、しかも磁性膜の生産性を高めることができることを見出した。
しかし、上記チタニアナノシートは磁化容易軸が面内に残存する磁性膜であり、磁気的な垂直異方性は不十分（垂直方向に磁界を印加して測定したヒステリシスにおける角型比が１になっていない）であったため、磁気光学材料としての利用には制限があった。
なお、垂直磁気異方性が大きいということは、磁気スピンが膜面に対して垂直に向き易いことを意味するが、膜面に入射する光はスピンと平行の場合に最大の磁気光学効果を示すので、この垂直磁気異方性が大きいことは光を用いて読み書きする場合には非常に重要な特性となる。
また、基板上に、それぞれ密度が異なる磁化された透明磁性層（チタニアナノシート）と透明な有機物層を交互に成膜した積層膜構成（基板面に対して一定の傾斜角度を持ち、積層膜の密度が基板に対して斜めに周期的に変化する層構造を有する）により、複屈折性を有する偏光変換素子とすることによって、偏光分離と偏光変換を別々の膜や結晶で繰り返すことなく、１枚の薄膜で１度に処理して、小型化や製造プロセスの簡便化が図れることを見出した。しかし、上記チタニアナノシートを傾斜させて積層することが必須でありこのために、大面積の偏光変換素子を形成するのが難しく、また光の通過経路が長いことが必要であり、さらなる改善が求められていた。
【０００９】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、偏光変換するための機能が多岐に分離しておらずシンプルな構造で、素子の厚みが薄くて、変換効率の高い偏光変換素子を提供することを目的とする。偏光変換素子として、複数光の同時偏光変換素子、及び複数光の選択的偏光変換素子等も含む。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは鋭意検討した結果、以下の〔１〕〜〔１０〕に記載する発明によって上記課題が解決されることを見出し本発明に至った。以下、本発明について具体的に説明する。
【００１１】
〔１〕：上記課題は、相対するように配置されたワイヤグリッド偏光子と反射部材の間に、該偏光子面と反射部材面に対して垂直方向に磁気異方性を有する透明磁性体が設けられると共に、前記透明磁性体中に外部から光を入射させる光入射部を備え、該光入射部から入射された光を前記ワイヤグリッド偏光子の出射面から直線偏光として外部に出射させるように構成されたことを特徴とする偏光変換素子により解決される。
【００１２】
〔２〕：上記課題は、相対するように配置されたワイヤグリッド偏光子と反射部材の間に、該偏光子面と反射部材面に対して垂直方向に磁気異方性を有するチタニアナノシートからなる透明磁性体が設けられると共に、前記透明磁性体中に外部から光を入射させる光入射部を備え、該光入射部から入射された光を前記ワイヤグリッド偏光子の出射面から直線偏光として外部に出射させるように構成されたことを特徴とする偏光変換素子により解決される。
【００１３】
〔３〕：上記〔１〕または〔２〕に記載の偏光変換素子において、前記透明磁性体が、分散剤で覆われたチタニアナノシートと水溶性高分子含む分散液から形成されたものであることを特徴とする。
【００１４】
〔４〕：上記〔１〕乃至〔３〕のいずれかに記載の偏光変換素子において、前記チタニアナノシートが、組成式：Ｔｉ2-ｘＭｘＯ4（ただし、Ｍ＝Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕから選ばれる少なくとも１種の遷移金属、０＜ｘ＜２）で示される層状チタン酸化物を出発物質として酸処理により得られた薄片粒子であることを特徴とする。
【００１５】
〔５〕：上記〔１〕乃至〔４〕のいずれかに記載の偏光変換素子において、前記透明磁性体が波長依存性が異なる複数の透明磁性体からなり、それぞれの透明磁性体が反射部材表面上に規則性をもって配列し、パターン化された状態で設けられたことを特徴とする。
【００１６】
〔６〕：上記〔１〕乃至〔５〕のいずれかに記載の偏光変換素子において、前記ワイヤグリッド偏光子のワイヤ間周期を変化させた構成とし、透明磁性体により偏光された特定波長の直線偏光をワイヤグリッド偏光子の出射面から外部に出射させるようにしたことを特徴とする。
【００１７】
〔７〕：上記〔１〕乃至〔６〕のいずれかに記載の偏光変換素子において、前記反射部材と透明磁性体の間に、ミクロンサイズの誘電率の異なる不均一構造を有する光学ポリマーからなる高光散乱導光ポリマー層を設けたことを特徴とする。
【００１８】
〔８〕：上記〔１〕乃至〔７〕のいずれかに記載の偏光変換素子において、前記透明磁性体の近傍に該透明磁性体の一部または全面を均一・一様に磁化するための手段が設けられたことを特徴とする。
【００１９】
〔９〕：上記〔１〕乃至〔７〕のいずれかに記載の偏光変換素子において、前記透明磁性体が、予め磁化されていることを特徴とする。
【００２０】
〔１０〕：上記〔１〕乃至〔９〕のいずれかに記載の偏光変換素子において、前記反射部材が、透明または不透明な支持体上に設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の構成によれば、ワイヤグリッド偏光子と反射部材の間にこれら各面に対して垂直方向に磁気異方性を有する透明磁性体が設けられているため、光入射部から入射された光が非相反現象によりワイヤ配列方向に垂直な偏光面を有する偏光に効率良く変換される。
特に、垂直方向に磁気異方性を有するチタニアナノシートは、ファデー回転角が大きく、透明性を有し、大きな磁気光学特性を持っているため、ワイヤ配列方向に垂直な偏光面を有する偏光への変換効率が高い。即ち、本発明によれば、偏光変換するための機能が多岐に分離しておらずシンプルな構造で、素子の厚みが薄くて、変換効率の高い偏光変換素子を提供することができる。
また、波長依存性が異なる複数の透明磁性体をパターン状に周期的に配置すれば、スイッチング機構と組み合わせて、複数の光を同時にまた選択的に偏光変換することが可能となる。
また、ワイヤ間周期を変化させて構成したワイヤグリッド偏光子と波長対応性の高い透明磁性体を組み合わせて用いることで特定波長の直線偏光をワイヤグリッド偏光子の上面から取り出すことが可能となる。
また、反射部材と透明磁性体の間に、高光散乱導光ポリマー層（ミクロンサイズの誘電率の異なる不均一構造を有する光学ポリマーからなる）を設ければ光を効率良くワイヤグリッド偏光子面から出射させることが可能となる。
また、透明磁性体の近傍に、磁化するための手段を設け透明磁性体の一部または全面を均一・一様に磁化する構成とすることでき、例えば、アレイ状磁気ヘッドを設ければ透明磁性体の任意の位置からの直線偏光を取り出すことができて、デジタル情報を扱うことが可能となる。あるいは棒磁石等を配備すれば光のスイッチングなどが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
前述のように本発明における偏光変換素子は、相対するように配置されたワイヤグリッド偏光子と反射部材の間に、該偏光子面と反射部材面に対して垂直方向に磁気異方性を有する透明磁性体が設けられると共に、前記透明磁性体中に外部から光を入射させる光入射部を備え、該光入射部から入射された光を前記ワイヤグリッド偏光子の出射面から直線偏光として外部に出射させるように構成されたことを特徴とするものであり、
同様に、相対するように配置されたワイヤグリッド偏光子と反射部材の間に、該偏光子面と反射部材面に対して垂直方向に磁気異方性を有するチタニアナノシートからなる透明磁性体が設けられると共に、前記透明磁性体中に外部から光を入射させる光入射部を備え、該光入射部から入射された光を前記ワイヤグリッド偏光子の出射面から直線偏光として外部に出射させるように構成されたことを特徴とするものである。
ここで、「ワイヤグリッド偏光子の出射面」は、「光出射部」として捉えることができる。
【００２３】
先ず、偏光変換のためには、少なくとも光路制御、偏光分離、偏光面回転の機能が必要であるが、以下、図１を用いて本発明の偏光変換素子を構成する手段について説明する。
【００２４】
図１は、本発明の代表的偏光変換素子を説明するための概要図である。
図１において、ワイヤグリッド偏光子（１）と反射部材（２）の間に、透明磁性膜であるチタニアナノシート膜、すなわち、垂直方向に磁気異方性を有するチタニアナノシートからなる透明磁性体（３）が挟みこまれた構成を有する。反射部材〔反射膜〕（２）は、例えば、アルミニウム膜や銀膜で形成され、支持体（４）上に設けられている。
図１に示す外部から光を入射させる光入射部（５）は光源（レーザー光など）からの光を、薄い透明磁性体膜部位（透明磁性体の中）に導入するための窓口となるものである。
光源から光入射部に導かれた光は偏りのない円偏光であるが、透明磁性体を挟持する一方のワイヤグリッド偏光子では、上記で説明したようにワイヤの配列方向に平行な偏光面を有する光（以下Ａ偏光と呼ぶ）を反射するので、Ａ偏光は透明磁性体の中を上下に反射を繰り返すことになる。一方、ワイヤの配列方向に垂直な偏光面を有する光（以下Ｂ偏光と呼ぶ）はワイヤグリッド偏光子の外側へ透過することになる。
つまり、透明磁性体の内部で反射を繰り返すＡ偏光は、透明磁性体の磁気光学効果によって偏光面が回転することになる。回転の向きは透明磁性体の磁化の向きが上向きか下向きかに依存して決まる（磁化の向きが上向きか下向きかは重要ではない）。このように反射によって偏光面の回転した光は、時間と共にワイヤグリッド偏光子の外側へ偏光子面に垂直方向に透過することになる。反射率や透明磁性体の透過率は１００％ではないので、一部は吸収されるが、入射光のほとんどはワイヤグリッドの外側面へ偏光面を揃えて透過することになる。図１におけるの円の中の矢印は、偏光面の向きを模式的に示したもので、進行によって少しずつ回転した後、偏光面がワイヤの配列方向に直交して、偏光子を通過していく様子を示している。
なお、図１には、本発明の〔８〕及び〔７〕を説明するため、構成例として磁気ヘッドアレイ（６）、及び垂直反射用部材（２ａ）を記載している。
【００２５】
ところで液晶などでも偏光面の回転は発生するので、この回転原理を用いた技術手法が液晶ディスプレイに利用されている。図１における透明磁性体（３）に液晶を挟んだ構成として考察すれば、このような液晶では、例えば、図の上向き進行の場合と下向き進行の場合では、偏光面の回転は逆向きである（相反的）ために、何回反射を繰り返しても回転角が増加することは無い。すなわち、前述のように液晶材料内の回転は光取り出し効率に寄与せず、液晶材料中では反射を繰り返しながら多くの光が吸収される。
本発明はこの点で基本的に異なり、本発明で用いる透明磁性体は、非相反の回転を示すつまり、非相反現象により上向きと下向きのいずれの場合にも同方向（回転が増加する方向）に回転するので、反射を繰り返す毎に偏光面が回転して、いずれはワイヤグリッド偏光子の外側へ出射することになり、ワイヤ配列方向に垂直な偏光面を有する偏光への変換効率が高くなる。
なお反射膜の代わりに、半透過反射板を用いて、反射膜の下側から透明磁性体面に垂直方向に光を入射させても、直線偏光をワイヤグリッド偏光子面からとり出すことは可能であるが、以降に示すような透明磁性体磁化のためのアレイ状磁気ヘッドを透明体として作成しなければならない。
【００２６】
本発明では、透明磁性膜の膜厚を特別な厚みに形成しなければならないとか、磁気光学効果特性が大きくないと使用できないとかという制限が無いので非常に製造上及び使用上有用である。またワイヤグリッド偏光子の反射率は入射角度に対して、垂直を中心にしてほぼ正規分布をするので、斜めに入射するＢ偏光は透過しにくく、ワイヤグリッド偏光子に垂直に進行する光を主として取り出しやすい。このために出射する偏光はほぼ偏光子面に垂直であるという効果も有する。
更にワイヤグリッド偏光子はアルミなどの金属を格子状に製膜して作製されるので、多少の曲げが生じても、特性劣化や機械的な破壊の影響が少ないという特徴を有する。
上記で偏光変換素子には、光路制御、偏光分離、偏光面回転の基本機能が必要であると述べたが、以上の説明のように、本発明では特別な光路制御、偏光分離、偏光面回転の機能部位を形成しなくとも、ワイヤグリッド偏光子と透明磁性体と反射膜を組み合わせることにより、上記基本機能を簡便に達成できるという特徴を有する。
【００２７】
本発明で用いる透明磁性体は、上記の説明からもわかるように、支持体面に垂直な方向に磁気異方性を有する、所謂、垂直磁化膜でないと機能を発揮することができない。本発明では、初めてこの無色透明な垂直磁化膜を形成することが可能になり、本発明を達成可能とした。以下にこの垂直磁化膜形成を可能としたことを説明する。
【００２８】
本発明者らは、垂直磁化膜形成に関して種々検討した結果、製膜時に磁場を印加したり、支持体表面の接触角を低下させたりすることが、ナノシート配列性に効果があることを見出したが、これらの条件だけでは、例えば、得られるナノシート積層膜の磁気特性は、面内磁化膜と言われる膜面に磁化容易軸を有するものであり、垂直磁化膜形成としては十分ではなかった。そこで、更に今回鋭意検討を重ねた結果次の３点が重要であることがわかった。
【００２９】
すなわち、１点は、印加する磁場強度は大きすぎても、小さすぎても好ましい垂直磁化膜を作製することはできず、膜厚に比例して印加磁場を大きくする必要がある点である。
垂直磁気異方性が従来不十分な理由としては、印加磁場強度が３テスラ程度であり、十分ではなかったことがわかった。今回我々は１μｍ以上の膜厚で製膜する場合には、膜面方向に５テスラ以上１２テスラまでの強磁場を印加することにより、試料膜面に垂直に磁場を印加してＶＳＭ測定やファラデー回転角測定した場合の角型比は１であり、完全な垂直磁化膜を得ることに成功した。結果を図２に示す。図２に示す磁場強度と膜厚の関係から本発明に用いるチタニアナノシートの垂直磁化膜形成条件がわかる。垂直磁化膜は〇で示し、面内磁化膜には×で示した。
【００３０】
２点目はナノシートの縦と横の寸法（厚み以外）に依存して、印加磁界強度を変化させる必要があるということである。実際の検討結果を図３に示す。図３に示す磁場強度とＸ線回折強度の関係から本発明に用いるチタニアナノシートの垂直磁化膜形成条件がわかる。垂直磁化膜は〇で示し、面内磁化膜には×で示した。
検討に用いた大型ナノシートの平均寸法は２〜３μｍであり、小型ナノシートとしては平均０．５μｍのものを選んだ。大きなナノシートに対しては大きな磁場印加が必要であることがわかった。
【００３１】
また３点目としては、支持体表面に親水化処理を施した場合には、垂直磁化膜が得られることもわかった。支持体とナノシート分散液とのなじみが良いと、乾燥時によりナノシート間の積層がスムーズになり、密着積層するために、上下の磁気的層間関係が強まって垂直磁気異方性が現れると考えられる。図３の縦軸は、Ｘ線回折測定における角度（２θ）が約４．９°（ｄ＝１．８ｎｍ）に現れる一次回折線ピークの強度であり、ナノシートの配向性能を示している。
【００３２】
図４には本発明に用いるチタニアナノシートの代表的なファラデー回転角測定結果を示す。縦軸は測定波長を５００ｎｍとした場合のファラデー回転角の相対的な値を示している。本発明はこの透明垂直磁化膜の発明によって初めてなし得たものである。またこの垂直磁化膜は高い透明性だけでなく、巨大な磁気光学効果を有しており、特に、本発明において好ましく用いられる組成式がＴｉ2-ｘＭｘＯ4（ただし、Ｍ＝Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕから選ばれる少なくとも１種の遷移金属、０＜ｘ＜２）で示される層状チタン酸化物を出発物質として酸処理により得られた薄片粒子（チタニアナノシート）におけるＭとして、ＦｅとＣｏを同時にＦｅ：Ｃｏ＝１：３の原子比で用いた場合には、５０ｄｅｇ／μｍという巨大なファラデー回転角が得られることを確認している。
【００３３】
勿論上記ような巨大なファラデー回転角を有する無色透明の垂直磁化膜は従来存在しなかった。
例えば、１μｍ厚みの透明で大きなファラデー回転角を有する従来の磁性膜の代表として挙げられるＢｉ置換鉄ガーネットでは約７ｄｅｇ／μｍというファラデー回転角を有するが、可視光の４００〜４５０ｎｍでは大きな吸収を生じるために黄色の着色がある。また製膜にはスパッタ法などの真空製膜法を用い、結晶化のための基板温度は６００℃程度とすることが必要で、本発明のように紙やフィルムなどへの適用は無理であった。
一方、本発明に用いる上記チタニアナノシートにおける、ファラデー回転のヒステリシス繰り返し再現性は従来の磁性体と同様に十分であった。なお、本発明に用いるチタニアナノシート膜における吸光度の波長依存性（分光透過率）は図５に示す通りで、無色透明である。
【００３４】
［透明磁性体について］
本発明における透明磁性体は、チタニアナノシート分散液を用いて形成することができる。
つまり、本発明に用いるチタニアナノシートは、チタン酸化物からなる分子層におけるＴｉ格子位置に少なくとも磁性元素からなる１種の金属が置換した層状チタン酸化物微結晶を化学的処理によって結晶構造の基本最小単位である層１枚にまで剥離して得られる薄片粒子（「チタニアナノシート」と呼ぶ）からなる磁性半導体ナノ薄膜である。以下にこのナノシート作製方法に関して述べる。
【００３５】
層状構造を有するチタン酸化物粉末に塩酸などの酸水溶液を接触させ、生成物をろ過、洗浄後、乾燥させると処理前に層間に存在したアルカリ金属イオンが全て水素イオンに置き換わり、水素型物質が得られる。次に、得られた水素型物質をアミン等の水溶液中に入れ撹拌すると、コロイド化する。このとき、層状構造を構成していた層が１枚１枚にまで剥離することとなる。
【００３６】
上記前段の酸処理は公知の方法を用いて行うことができる。例えば、特公平６−８８７８６号公報、特許第１９６６６５０号及び特公平６−７８１６６号公報、特許第１９３６９８８号、特開平９−２５１２３号公報、特許第２６７１９４９号に開示されている方法などが適用できる。
【００３７】
上記出発化合物である層状チタン酸化物としては、レピドクロサイト型チタン酸塩のＴｉ格子位置に遷移金属元素（Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ）が少なくとも１種置換した層状チタン酸化物［Ｔｉ2-ｘＭｘＯ4（ただし、Ｍ＝Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕから選ばれる少なくとも１種、０＜ｘ＜２）］などを用いることができる。より好ましくは、Ｆｅ又はＣｏ元素を０＜ｘ＜０．８の範囲に置換することである。
室温以上での強磁性特性を誘起する遷移金属元素としては、Ｆｅ又はＣｏ元素を０＜ｘ＜０．８の範囲に置換することが望ましいが、Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉから選ばれる少なくとも１種の遷移金属濃度の調整、２種以上の金属の組み合わせ、ドーパントの添加などにより強磁性特性、例えば、磁化率、磁気光学特性、磁気転移温度などを調整することが可能となる。
【００３８】
上記の層状チタン酸化物Ｔｉ2-ｘＭｘＯ4を酸処理して水素型（Ｈ0.8Ｔｉ2-ｘＭｘＯ4・ｎＨ２Ｏ）に変換後、適当なアミンなどの水溶液中で振盪することにより、ゾル化する。このゾル溶液中には母結晶を構成していた層、すなわちナノシートが１枚ずつ水中に分散している。
ナノシートの厚みはその出発母結晶の結晶構造に依存するが、１ｎｍ前後と極めて薄い。一方、横サイズはμｍオーダーであり、形状において非常に高い２次元異方性を有する。
なお以上で説明したチタニアナノシートにおいては、可視光域におけるファラデー回転角の波長依存性が極めて少ない透明磁性体として形成することができる。例えば、実施例１で示す、ＣｏＦｅ同時置換ナノシートが挙げられ、可視光域での波長依存性は極めて少ない。
【００３９】
本発明の偏光変換素子においては、透明磁性体が、分散剤で覆われたチタニアナノシートと水溶性高分子含む分散液から形成されたものであることが好ましい。
すなわち、チタニアナノシートの分散液をそのままスピンコーターなどを用いて塗布法により薄膜（１μｍ程度）を形成するとランダムに積層したナノシートからの光散乱によって透明性が損なわれる傾向がある。そのため、分散体であるナノシートの表面を適当な分散剤の添加により覆って（包囲して）、ナノシートの凝集を回避すると共に、水溶性高分子を加えることにより、光散乱が低減して透明性が改善される。
チタニアナノシートはマイナス電荷を帯びているため、凝集を回避できる分散剤が必要であるが、例えば、ＴＢＡ（テトラブチルアンモニウム）が好ましく用いられる。また、水溶性高分子としては、ゼラチンなどの天然高分子、カルボキシメチルセルロースなどの半合成高分子、ポリビニルアルコールなどの合成高分子等が挙げられる。
上記分散液を用いて透明磁性体を形成すれば、可視光透過率の大幅な向上と磁性膜の生産性を高めることができる
【００４０】
［支持体について］
本発明の偏光変換素子においては、反射部材が、透明または不透明な支持体上に設けることができる。
支持体材料としては、一般に、アルミニウムのような耐熱性金属、石英ガラス、ＧＧＧ（ガリウムカドリウムガーネット）、サファイア、リチウムタンタレート、結晶化透明ガラス、パイレックス(登録商標)ガラス、単結晶シリコン、Ａｌ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3・ＭｇＯ、ＭｇＯ・ＬｉＦ、Ｙ2Ｏ3・ＬｉＦ、ＢｅＯ、ＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3、ＴｈＯ2・ＣａＯなどの透明セラミック材料、無機シリコン等の無機材料を用いることができる。
透明支持体として、ＭＭＡ、ＰＭＭＡ、ポリカーボネット、ポリプロピレン、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリアリレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、エポキシ樹脂、ポリ−４−メチルペンテン−１、フッ素化ポリイミド、フッ素樹脂、フェノキシ樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ナイロン樹脂などの透明樹脂を用いることができる。
また、支持体として、他には水の浸透を押さえた紙類を用いることもできる。
【００４１】
［反射部材について］
本発明の偏光変換素子においてワイヤグリッド偏光子と相対するように配置される反射部材に用いられる材料は、透明で且つ熱的に安定な物質が適し、例えば、金属や半金属の酸化物、窒化物、カルコゲン化物、フッカ物、炭化物、及びこれらの混合物等が挙げられる。具体的には、ＳｉＯ2、ＳｉＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｉｎ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5、ＴｅＯ2、ＴｉＯ2、ＭｏＯ3、ＷＯ3、ＺｒＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、ＡｌＮ、ＢＮ、ＴｉＮ、ＺｎＳ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＡｇＦ、ＰｂＦ2、ＭｎＦ2、ＮｉＦ2、ＳｉＣなどの単体あるいはこれらの多層膜である。各膜厚は５〜２００ｎｍ、好ましくは５〜３０ｎｍの範囲にするのがよい。膜は各種のＰＶＤ、ＣＶＤ法を用いて作製することができる。
【００４２】
［光入射部について］
透明磁性体中に外部から光を入射させる光入射部は、例えば、図１に示すように配備される。図１の例では、ワイヤグリッド偏光子側（図１において上面）や、反射部材側（図１において下面）ではなく、透明磁性体の側面（横面）に備えられている。
光入射部に用いられる材料としては、高透明性、高耐熱性、低収縮性に優れ、屈折率の制御が容易なアクリル系やポリシロキサン系材料が好ましい。
以下、本発明〔１〕〜〔１０〕に関してさらに詳細に説明する。
【００４３】
＜〔１〕、〔２〕に関する説明＞
本発明の偏光変換素子においては、相対するように配置されたワイヤグリッド偏光子と反射部材の間に、該偏光子面と反射部材面に対して垂直方向に磁気異方性を有する透明磁性体、あるいはチタニアナノシートからなる透明磁性体が設けられるが、この透明磁性体の中には、例えば、透明磁性体の側面（横面）に設けた光入射部（上面や下面からではなく、図１に示すように横面）から光が入射される。従って、透明磁性体は光が透過できるだけの厚みが必要であり、利用する光の波長以上の厚みとなる。例えば、可視光を用いる場合には、４００ｎｍ以上が好ましい。磁性体の厚みが厚いほど、ワイヤグリッド偏光子と反射部材の間を光が往復する距離が長くなり、ファラデー回転角が大きくなるので好ましいが、同時に吸収率も大きくなるので、１ｍｍ厚以内、好ましくは１００μｍ以下が好ましい。
【００４４】
偏光子面と反射部材面に対して垂直方向に磁気異方性（垂直磁気異方性）を有する透明磁性体として、所謂、垂直磁化膜と称される磁性体が用いられる。垂直方向に磁気異方性を有すると、磁気スピンが面に垂直に向き、偏光子と反射部材の両面間で反射される光の向きと一致して、ワイヤグリッド偏光子表面から出射する直線偏光の向きが、面に垂直方向を中心に分布するようになり、取り出し効率が良い。透明磁性体によるファラデー回転角が大きければ、入射させる光の波長は特に限定されない。
本発明で好ましく使用されるチタニアナノシートは、波長依存性を組成などで変更できるので、この波長依存性と光の波長を一致させて用いることが好ましい。光を入射させる光導入部には、光ファイバーのように中心部位の屈折率が大きくて、周囲が小さい屈折率材料を用いるようにすると、外部に光が漏れにくくて、導入効率が向上する。形状やサイズなどは限定されるものではなく、目的に応じて適宜選択される。
【００４５】
透明磁性体は、予め磁化されていてもよく、また使用目的に応じて適宜磁化して用いてもよい。（本発明〔９〕、〔１０〕）
透明磁性体の形成方法としては、先ず基板（透明または不透明な支持体）上に反射膜を設けた後、反射膜表面に親水化処理好ましくは表面接触角を５度以下とする処置を施し、この上に透明磁性体を製膜する。この透明磁性体の上にワイヤグリッド偏光子を設けるが、例えば、透明フィルム上にワイヤグリッドを設けて、このワイヤグリッド偏光子を上記透明磁性体に接着剤などを用いて張り合わせてもよい。ワイヤグリッド偏光子上面には保護膜を設けることが好ましい。
【００４６】
＜〔５〕に関する説明＞
本発明の偏光変換素子においては、波長依存性が異なる複数の透明磁性体をそれぞれ反射部材表面上に規則性をもって配列し、パターン化した状態で設けた構成とすることができる。
本発明に用いる透明磁性体は前述のような組成式で示されるものであり、組成や製膜方法などを変えることにより、ファラデー回転角の波長依存性を変化させることができる。
例えば、２種類の波長にピークを有する透明磁性体を交互に直線状に配列して、２種類の光を導入すると、各透明磁性体表面からは２種類の直線偏光を磁性体表面に垂直方向に取り出すことができる。また３種類の直線偏光を個別に取り出したい場合には、３種類の特定面積に限定された透明磁性体（例えば、ファラデー回転角がＲＧＢにおいてピークを有する）を周期的に配置すれば、スイッチング機構と組み合わせて、複数の光を同時にまた選択的に偏光変換することも可能となる。ここで、スイッチング機構としては、例えば、
透明磁性体の近傍に該透明磁性体の一部または全面を均一・一様に磁化するための手段（本発明の〔８〕に示す）などが適用できる。
なお、パターン化とは、透明磁性体が反射部材表面上に規則性をもって配列している状態を意味する。パターン化の方法としては、透明磁性体の膜作製をインクジェットのようなパターン印刷できる方法を選択したり、従来の各種フォトリソグラフィー法を用いることにより達成できる。
【００４７】
＜〔６〕に関する説明＞
本発明の偏光変換素子においては、ワイヤグリッド偏光子のワイヤ間周期を変化（増大または縮小）させた構成とし、透明磁性体により偏光された特定波長の直線偏光をワイヤグリッド偏光子の出射面から外部に出射させるように構成することができる。
ワイヤグリッド偏光子のワイヤ間周期を増大または縮小、すなわち、長くしたり（周期が長い部分）短くしたり（短い部分）すると、透過する光に波長依存性が現れることは周知である。本発明に好ましく用いられるチタニアナノシートは、組成変更などによって、広い可視光波長範囲で大きなファラデー回転角を有するようにすることが可能である。このような波長対応性の高い透明磁性体と、ワイヤ間周期を変化させたワイヤグリッド偏光子を組み合わせて用いることにより、特定波長の直線偏光をワイヤグリッド偏光子の上面から取り出すことができる。
すなわち、本発明〔６〕によれば、前述の〔５〕で示した透明磁性体の種類を複数用いる方式と異なる方法により、特定波長の直線偏光をワイヤグリッド偏光子の上面から取り出すことができる。
つまり、特定のワイヤ間周期をパターン化して（周期が長い部分と短い部分の組み合わせに規則性がある）形成したワイヤグリッド偏光子を用いれば、特定表面から特定波長の直線偏光を取り出すことができるようになる。これは本発明のような、広い可視光波長範囲で大きなファラデー回転角を有する透明垂直磁化膜が発明されて初めて形成可能となった。
【００４８】
＜〔７〕に関する説明＞
本発明の偏光変換素子においては、反射部材と透明磁性体の間に、ミクロンサイズの誘電率の異なる不均一構造を有する光学ポリマーからなる高光散乱導光ポリマー層を設けた構成とすることができる。
反射部材と透明磁性体の間に、高光散乱導光ポリマー層を設けて、光を透明磁性層に導入することにより、光を効率良くワイヤグリッド偏光子面から出射させることが可能となる。
例えば、ＰＭＭＡに代表される光学ポリマー材料は、膜または板材料側面から光を入射すると、光は散乱されずにそのまま透過し易い。高光散乱導光ポリマー層とは、これらの光学ポリマー材料中にミクロンサイズの誘電率の異なる不均一構造を設けて、光が導入されても散乱されて光学ポリマー材料表面から出射されるようにしたものである。不均一構造を形成するには、誘電率の異なるポリマーでもよいし、また上記に支持体材料として記載した無機物でもよい。光学ポリマー材料としては、前記支持体用の材料として例示したものが挙げられる。
【００４９】
本発明で用いる反射部材は、表面が平滑であってもよいが、表面に特殊な加工を施して、光がワイヤグリッド偏光子面にできる限り垂直方向に反射することが、偏光変換効率が大幅に向上させる。これは透明磁性体が垂直方向に磁気異方性を有することもあるが、ワイヤグリッド偏光子は偏光子面に垂直方向の透過率が大きくて、偏光子面に対して角度が大きくなると透過率が減少するという特性にも依存する。勿論取り出したい直線偏光が、偏光子面に対して垂直としたいという本発明の目的にもよる。
【００５０】
上記特殊加工の方法としては、反射部材表面の平均粗さが大きくなるように、反射部材の支持体そのものの表面を化学的な方法で荒らす方法や、支持体表面に斜め傾斜をエッチング法により、図1に示すように不連続に設けて反射部材を製作する方法もある。更には上記斜め傾斜の角度を１０度程度と低くしたり、凸部の形状を曲線とするなどの形状変化を設けてもよい。反射面に光源から出射する光と直交する方向の微細ピッチ溝を形成することにより、透明磁性体面に垂直に入射する光の比率を大幅に向上させることができる。
【００５１】
＜〔８〕に関する説明＞
本発明の偏光変換素子においては、透明磁性体の近傍に、透明磁性体の一部または全面を均一・一様に磁化するための手段を設けた構成とすることができる。
透明磁性体を磁化する方法としては、部分的に磁化する方法と全面を一括して磁化する方法がある。
先ず、透明磁性体の一部を磁化する場合について説明する。
透明磁性体の一部を磁化するためには、例えば、反射部材の下部にアレイ状磁気ヘッドを設ける。アレイ状磁気ヘッドとは図７の模式図に例を示すように、導線を用いて作製されるコイルを二次元的・周期的に設けるものである。作製された特定コイルを選定して、電流を流して磁界を発生させ、透明磁性体の一部を磁化するものである。
【００５２】
上記アレイ状磁気ヘッドにおいて、縦配線と横配線により、交点のコイルに電流を流して磁化する方法がより好ましく用いられるが、各交点にスイッチを配して、各交点を個別に磁化する方法や、縦配線と横配線の一部を選択した後、縦配線と横配線に同時に通電する方法がある。所謂アクティブマトリックス法といわれる方法とパッシブ法と言われる方法である。コイルによって発生する磁界の強さは、透明磁性体の保磁力以上が必要で、通常は透明磁性体表面において、１００から３０００ガウス（Ｇ）が必要である。通電時間は１μ秒から１ｍ秒程度と短時間で構わない。コイルは透明磁性体の上または下に配置する方法や、上下に同時に配置する方法がある。コイル面積は１０から１０００μｍ2程度が情報をデジタル化して扱う上で好ましい。なお、１Ｇ＝１００μＴによりＳＩ単位に換算できる（以降同様）。
このようなアレイ状磁気ヘッドが設けられることにより、透明磁性体の任意の位置からの直線偏光を取り出すことができて、デジタル情報を扱うことが可能となる。
【００５３】
次に、透明磁性体の全面を一括して磁化する方法について説明する。
透明磁性体の全面を一括して磁化する方法としては、ワイヤグリッド偏光子の上面に沿って平行移動可能な棒磁石を設けることにより達成できる（図６参照）。
棒磁石の断面形状は丸や矩形に限定されることはない。但し、磁極は棒の長手方向に直線状に付けられていることが好ましい。棒磁石はワイヤグリッド偏光子の上面に沿って平行移動することにより、透明磁性体は一様方向（スピンが上向きか又は下向き）に磁化される。
入射された光はこの上又は下向きの一様磁化によって、偏光面回転方向が一様になり、従って透明磁性体中の直線偏光がワイヤグリッド偏光子のワイヤ配列方向と垂直になれば取り出せるし、垂直になれば取り出せなくなり、光のスイッチングが可能となる。棒磁石は必ずしも全面一様でなく、全面を複数に分割して磁化してもよい。棒磁石はワイヤグリッド偏光子の上に配置されて、モーターなどの動力により移動される。
棒磁石の例としては、例えば、後述する実施例５で用いた角型棒状の永久磁石などが挙げられる。
【実施例】
【００５４】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により制約を受けるものではない。
【００５５】
（実施例１）
支持体として１ｍｍ厚のガラス基板を用いた。その表面上に２００ｎｍ厚のアルミニゥム膜を、真空蒸着法を用いて設けた。このアルミニゥムの表面に有機膜を設けて、表面接触角が５°以下になるように超親水化処理を行った。この表面上に、以下のようにして作製したＣｏＦｅ同時置換ナノシート分散液を、乾燥後の厚みが３μｍとなるように塗布し、１０テスラの基板面に平行な磁場中で、送風しながら乾燥した。
以下にＣｏＦｅ同時置換ナノシート分散液の作製方法を示す。
【００５６】
炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3）、二酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化コバルト（ＣｏＯ）、酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）をＫ0.8Ｔｉ2.5Ｆｅ0.2Ｃｏ0.3Ｏ4のモル比になるように秤量、混合し、８００℃で４０時間焼成して磁性元素置換チタン酸カリウム（Ｋ0.8Ｔｉ2.5Ｆｅ0.2Ｃｏ0.3Ｏ4）を合成した。合成した磁性元素置換チタン酸カリウムを粉末1gに対して１規定の塩酸溶液１００ｃｍ3の割合で接触させ、時々撹拌しながら室温で反応させた。１日毎に新しい塩酸溶液に取り替える操作を３回繰り返した後、固相を濾過水洗して風乾した。
【００５７】
得られた層状チタン酸粉末（Ｈ0.8Ｔｉ2.5Ｆｅ0.2Ｃｏ0.3Ｏ4・ｎＨ2Ｏ）０．５ｇをテトラブチルアンモニウム水酸化物溶液１００ｃｍ3に加えて室温で１週間振盪（１５０ｒｐｍ）し、乳白色のチタニアゾルを得た。
以下では、「Ｈ0.8Ｔｉ2.5Ｆｅ0.2Ｃｏ0.3Ｏ4・ｎＨ2Ｏ」を、「ＣｏＦｅ同時置換ナノシート」と表す。この分散液に２０重量％の固形分濃度となるゼラチン溶解液を混合した。以上のようにしてＣｏＦｅ同時置換ナノシート分散液を作製した。
磁場中で乾燥した透明磁性体（ＣｏＦｅ同時置換ナノシートからなる）は、保磁力が１．２ｋガウスであったので、５ｋガウスの磁場を膜面に垂直に印加して磁化した。
【００５８】
このＣｏＦｅ同時置換ナノシート膜の上に市販の反射型ワイヤグリッド偏光子を接触・配置した。
次に、６５５ｎｍの波長を有するレーザー光を、ワイヤグリッド偏光子と反射部材の間に設けたアクリル樹脂製導波路に導入した。透明磁性体が接触していない方のワイヤグリッド偏光子面からは、６５５ｎｍの波長を有する直線偏光が観察できた。しかも直線偏光はワイヤグリッド偏光子面に垂直方向に集中していた。これは透明磁性膜中で反射を繰り返す光の内、ワイヤグリッド偏光子を透過できる直線偏光が透過したものである。
次いで、ワイヤグリッド偏光子のワイヤの向きを９０°変えても同様に９０°回転した直線偏光が観察できた。
【００５９】
（実施例２）
実施例１においてＣｏとＦｅを同時に置換せずそれぞれ一方の元素のみを置換した組成とした以外は実施例１と同様にして、Ｈ0.8Ｔｉ1.2Ｆｅ0.8Ｏ4・Ｈ2Ｏの組成を有するチタニアナノシート分散液と、Ｈ0.8Ｔｉ1.6Ｃｏ0.4Ｏ4・Ｈ2Ｏの組成を有するチタニァナノシート分散液をそれぞれ作製した後、これら各チタニアナノシートを１：１の割合で混合した。この混合分散液を用いて実施例１と同様にして透明磁性膜を作製し、更に偏光変換素子とした。
次に、５３２ｎｍの波長を有するレーザー光を、ワイヤグリッド偏光子と反射部材の間に設けた、アクリル樹脂製導波路に導入した。
透明磁性体が接触していないワイヤグリッド偏光子の表面からは、５３２ｎｍの波長を有する直線偏光が観察できた。
次いで、実施例１で用いたＦｅＣｏ同時置換透明磁性体と、上記混合透明磁性体を１００μｍの周期で帯状に製膜した。白色のＬＥＤ光を透明磁性体中に導入すると、ＦｅＣｏ同時置換透明磁性膜上のワイヤグリッド偏光子の表面からは６５０ｎｍ付近にピークを有する直線偏光が、また混合透明磁性体膜上のワイヤグリッド偏光子の表面からは５３０ｎｍ付近にピークを有する直線偏光が同時に観察できた。
【００６０】
（実施例３）
ワイヤグリッド偏光子は、石英基板の片面にアルミニウム（Ａｌ）を蒸着法によって約１２０ｎｍの厚みに製膜した後、エッチングによって幅５０ｎｍの格子形状を残し、周期は７０ｎｍと１２０ｎｍとなるように２種類、上から観察した面積がそれぞれ約１００μｍとなるように1個おきに連続して形成して作成した。
作製したワイヤグリッド偏光子を用い、透明磁性体と反射部材は実施例１と同様に形成して、所謂、ワイヤグリッド偏光子のワイヤ間周期が変化する偏光変換素子格子を形成した。
偏光変換素子格子のワイヤ方向に垂直な偏光面を有する波長４５０ｎｍの偏光の透過率は、周期が７０ｎｍの偏光子面においては８５％であり、ワイヤ方向に垂直な偏光面を有する偏光の透過率は、７％であった。またワイヤ方向に垂直な偏光面を有する波長５４０ｎｍの偏光の透過率は、周期が７０ｎｍの偏光子面においては１１％であり、ワイヤ方向に垂直な偏光面を有する波長５００ｎｍの偏光の透過率は、６７％であった。即ち、偏光の波長に依存して透過率を変化または逆転させることができた。この構成によってワイヤ周期に依存した、特定波長の直線偏光を取り出したり、または逆に特定波長の直線偏光を遮蔽することができる。
【００６１】
（実施例４）
反射部材と透明磁性体の間に、光を透明磁性体面に垂直方向に導入しやすくするための２００μｍ厚のＰＭＭＡ層を設けた。このＰＭＭＡ層中には密度がＰＭＭＡの１．３倍程度大きな平均粒子径３．２μｍの全フッ素化ポリマー粒子を１０ｗｔ％混合した。この高光散乱導光ポリマー層を設けたことにより、ＬＥＤ光源からの光の導入効率が向上しまた、この透明磁性体面に垂直方向の光量分布が約半分と狭くなって、効率良くワイヤグリッド偏光子面から垂直方向に出射させることが可能となった。
実施例１と同様にしてＡｌ膜反射部材を作製したが、ガラス基板は表面に平均粗さが２００ｎｍ程度となるように化学的な方法で荒らしたものを用いた。次いで、ガラス基板表面に斜め傾斜をエッチング法により、図1のように不連続に設けて反射部材を製作した。更には、上記斜め傾斜の角度１０度程度と低くして設けて反射部材を作製した。
これら３種類の反射部材はいずれもガラス基板表面を加工しない場合に比較して、取り出す直線偏光の透明磁性体面に垂直方向の光量分布が約６５％と狭くなっていた。
【００６２】
（実施例５）
先ず、透明磁性体の一部を磁化した。５０×５０×１ｍｍの石英基板の上に、図７に示すような配線を次のようにして形成した。
石英基板を洗浄した後、スパッタ法を用いて１μｍの厚みに金膜を形成した。次いで、図７に示すＸ配線層を線幅１０μｍ、線間隔が１０μｍとなるようにエッチングして形成した。四角形の辺の長さは１００μｍとした。配線領域は約１０ｍｍとした。次にこの上にスパッタ法を用いてＳｉＯ２を約１μｍの厚みで絶縁層として形成した。
同様にして、図７に示すＹ配線層を線幅１０μｍ、線間隔が１０μｍとなるようにエッチングして形成した。四角形の辺の長さは１００μｍとした。配線領域は約１０ｍｍとした。次にこの上にスパッタ法を用いてＳｉＯ２を約１μｍの厚みで絶縁層として形成した。
次いで、この絶縁層の上に、実施例１と同様にして反射膜及び透明磁性層とワイヤグリッド偏光子を作製して、アレイ状磁気ヘッド付き偏光変換素子を作製した。
ＸとＹ配線に同時に同一電流（各２７０ｍＡ）をプラス方向に流して合成磁界が足し合わされる場合には、図７のほぼ中心部の磁界強度は約２００（Ｏｅ）であった。Ｘ配線には上から下へ１００ｍ秒づつ、Ｙ配線には１００ｍ秒ずつ、スタートを同一にして電流を流した。この方法で特定の交点に磁界を発生することができた。磁気光学効果を有する層が磁化されて光がワイヤグリッド偏光子を通過して明るく見え、マイナス方向に逆向きに流した場合に、保磁力９０（Ｏｅ）以上の磁界が印加されて、ワイヤグリッド偏光子を通過できずに黒く見えた。なお、上記保持力は１Ｏｅ≒７９Ａ／ｍによりＳＩ単位に換算できる。
次に、透明磁性体の全面を一括して磁化した。
実施例１で作製した偏光変換素子のワイヤグリッド上面に接して自動移動可能な、角型棒状の永久磁石（図６参照）を設けた。図６の模式図に示すように角型棒状の永久磁石（略、磁石）６２は、回転中心を具備し、回転によりＮ極と極Ｓを取り替えることができる。この変化により偏光変換素子全面から均一に直線偏光を取り出したり、遮断したりまた磁石とワイヤグリッド偏光子６１上面との距離を変化させることにより、遮光の程度を連続的に変化させることができる。なお、符号６３は移動治具を示す。
【００６３】
上記実施例の結果を以下にまとめた。
・本発明の偏光変換素子構成とすることにより、ワイヤグリッド偏光子面からは、特定波長を有する直線偏光が観察できた。直線偏光はワイヤグリッド偏光子面に垂直方向に集中していた。
・波長依存性が異なる透明磁性体をパターン化して設けた構成とすることにより、ワイヤグリッド偏光子の表面からは複数の波長の直線偏光が同時に観察できた。
・ワイヤグリッド偏光子のワイヤ間周期を変化する構成とすることにより、ワイヤ間周期に依存した特定波長の直線偏光のみを取り出したり、または逆に特定波長の直線偏光のみを遮蔽することができた。
・反射部材と透明磁性体の間に、高光散乱導光ポリマー層を設けた構成とすることにより、透明磁性体面に垂直入射する光量を増加させることができて、ワイヤグリッド偏光子面から出射する直線偏光の光量を大幅に向上させることができた。
・透明磁性体の近傍に透明磁性体の一部を磁化するためのアレイ状磁気ヘッドを設けた構成とすることにより、透明磁性層が部分的に磁化されて直線偏光がワイヤグリッド偏光子を通過して明るく見え、マイナス方向に逆向きに流した場合に、ワイヤグリッド偏光子を通過できずに黒く見えた。
・透明磁性体の近傍に透明磁性体全面を均一磁化するための装置を設けた構成とすることにより、偏光変換素子全面から均一に直線偏光を取り出したり、遮断したりまた、遮光の程度を連続的に変化させることができる。
【００６４】
本発明によれば、偏光変換するための機能が多岐に分離しておらずシンプルな構造で、素子の厚みが薄く、変換効率の高い偏光変換素子、複数光の同時偏光変換素子、及び複数光の選択的偏光変換素子が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の代表的偏光変換素子を説明するための概要図である。
【図２】本発明に用いるチタニアナノシートの垂直磁化膜形成条件を表す磁場強度と膜厚の関係を示す図である。
【図３】本発明に用いるチタニアナノシートの垂直磁化膜形成条件を表す磁場強度とＸ線回折強度の関係を示す図である。
【図４】本発明に用いるチタニアナノシートの代表的なファラデー回転角測定結果を示す図である。
【図５】本発明に用いるチタニアナノシートの膜の吸光度の波長依存性（分光透過率）を示す図である。
【図６】本発明において透明磁性体の全面を一括して磁化するために用いられるワイヤグリッド偏光子の上面に沿って平行移動可能に設けられる棒磁石例を示す模式図である。
【図７】本発明において透明磁性体の一部を磁化するために用いられる反射部材の下部に設けられるアレイ状磁気ヘッドの例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６６】
１  ワイヤグリッド偏光子
２  反射部材
２ａ  垂直反射用部材
３  透明磁性体
４  支持体
５  光入射部
６  磁気ヘッドアレイ
６１  ワイヤグリッド偏光子
６２  角型棒状の永久磁石
６３  移動治具
【図２】
2009265544.tif 000003
【図３】
2009265544.tif 000004
【図４】
2009265544.tif 000005
【図５】
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【図７】
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【図１】
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【図６】
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