"支持体上または支持体内に、同一形状の金属構造体を二次元平面内に複数個配置して構成した偏光変換素子であって、前記金属構造体は、入射する光の波長以下の隣接間距離で配置されると共に、前記金属構造体は、少なくとも細幅部と広幅部との2つの部位を有し、前記細幅部と前記広幅部とが連続的に接続する形状であり、該連続した形状が2回転対称性を有し、更に、前記細幅部および前記広幅部のそれぞれが漸近する直線の傾きが異なることを特徴とする偏光変換素子。前記細幅部は、前記金属構造体の両端部に位置し、前記広幅部は、前記金属構造体の中央部に位置することを特徴とする請求項1記載の偏光変換素子。前記広幅部は、前記金属構造体の両端部に位置し、前記細幅部は、前記金属構造体の中央部に位置することを特徴とする請求項1記載の偏光変換素子。前記細幅部の最小幅または曲率直径が50nm以下であり、前記広幅部の最大幅が50~200nm以下であり、前記金属構造体の高さが100~300nmの範囲であることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の偏光変換素子。上記特許文献6,7には、金属構造の形状異方性を利用して、同一光路において2つの偏光成分のうちの一方のみの電場振動面を回転させる構成について開示されている。しかし、特許文献6,7に開示されている構成は、2回転対称性180°回転するごとに同一の構造単位が繰り返し現れることを有しており、電場振動面の回転を誘起しているが、偏光変換効率は必ずしも大きいとは言えない。また、上記特許文献8,9には、基板上に形成するパターンの形状について開示されているが、同一光路において偏光変換機能を発現する点については何ら記載も示唆もされていない。本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、同一光路において効率的に偏光変換機能を発現することが可能な偏光変換素子を提供することを目的とする。かかる目的を達成するために、本発明は、以下の特徴を有することとする。本発明にかかる偏光変換素子は、支持体上または支持体内に、同一形状の金属構造体を二次元平面内に複数個配置して構成した偏光変換素子であって、前記金属構造体は、入射する光の波長以下の隣接間距離で配置されると共に、前記金属構造体は、少なくとも細幅部と広幅部との2つの部位を有し、前記細幅部と前記広幅部とが連続的に接続する形状であり、該連続した形状が2回転対称性を有し、更に、前記細幅部および前記広幅部のそれぞれが漸近する直線の傾きが異なることを特徴とする。本発明によれば、同一光路において効率的に偏光変換機能を発現することができる。<本実施形態の偏光変換素子100の概要>まず、図4を参照しながら、本実施形態の偏光変換素子100の概要について説明する。本実施形態における偏光変換素子100は、支持基板支持体101上または支持基板支持体101内に、同一形状の金属構造体102を二次元平面内に複数個配置して構成した偏光変換素子100である。本実施形態の金属構造体102は、入射する光の波長以下の隣接間距離で配置されると共に、少なくとも細幅部と広幅部との2つの部位を有し、細幅部と広幅部とが連続的に接続する形状であり、該連続した形状が2回転対称性を有し、更に、細幅部および広幅部のそれぞれが漸近する直線の傾きが異なることを特徴とする。本実施形態の偏光変換素子100は、上記構成を有することで、同一光路において効率的に偏光変換機能を発現することができる。以下、添付図面を参照しながら、本実施形態の偏光変換素子100について詳細に説明する。第1の実施形態<偏光変換素子100の構成例>まず、図1~図3を参照しながら、本実施形態の偏光変換素子100について説明する。図1は、本実施形態の偏光変換素子100の機能を説明する図である。本実施形態の偏光変換素子100は、偏光変換素子100に入射するランダム偏光入射ランダム偏光を1つの軸方向に偏った直線偏光または楕円偏光に変換する機能を有している。本実施形態の偏光変換素子100は、入射ランダム偏光に対し、入射光のx軸方向の偏光成分のみをy軸方向の偏光成分に変換し、また、入射光のy軸方向の偏光成分はそのまま透過させることにより、直線偏光を高効率で取得することにしている。図2は、本実施形態の偏光変換素子100の構成例を示す平面図である。本実施形態の偏光変換素子100は、支持基板101上に金属構造体102を二次元的に配列して構成し、金属構造体102は、一方向に細く伸びた構造を有している。図2では、金属構造体102を正方格子の格子点に配列している。しかし、隣接する金属構造体102の間隔が入射する光の波長よりも小さな間隔であれば、図2に示す配列に限定せず、金属構造体102を任意に配列することが可能である。例えば、図3に示すように、直方格子配列a、六方格子配列b、ランダム配列cなどが適用可能である。なお、金属構造体102の間隔を入射する光の波長よりも小さく設定する理由は、偏光変換素子100を透過する光を均一に出射するために光の回折の影響を除去する、即ち、0次回折光だけを取り出すためである。<金属構造体102の形状例>次に、図4を参照しながら、金属構造体102の具体的な形状について説明する。本実施形態の金属構造体102は、入射する光の波長以下の隣接間距離で配置されると共に、図4に示すように、少なくとも細幅部と広幅部との2つの部位を有し、細幅部と広幅部とが連続的に接続する形状であり、該連続した形状が2回転対称性を有し、更に、細幅部および広幅部のそれぞれが漸近する直線の傾きが異なるように構成している。2回転対称性とは、180°回転するごとに同一の構造単位が繰り返し現れることである。金属構造体102は、図4に示すように、斜め方向に伸びた形状で構成しており、端部に向かうほど構造の幅が狭く、中央部ほど線幅の広い形状となっている。図4に示す金属構造体102は、両端部が細幅部になっており、中央部が広幅部になっている。本実施形態の金属構造体102は、細幅部と広幅部とが連続的につながり、1つの金属材料により構成されている。細線状の金属ナノ構造においては、線幅が細くなると吸収特性を発現することができるため、細幅部では吸収特性の誘起が偏光変換機能に寄与している。このため、細幅部のサイズは曲率直径を50nm以下に設定する必要がある。また、広幅部は、偏光選択性を有した構造になっており、広幅部の幅が50nm~200nm、金属構造体102の高さが100~300nmの範囲であることが好ましい。これらの値は、既存のワイヤグリッド偏光板と同等の数値である。線幅が細くなると、発現する吸収特性は、金属表面または金属内部の電子が入射する光と共鳴的に結合して生じることになる。これは、プラズモンまたはプラズモンポラリトンと呼ばれる。プラズモンは、金属と誘電体との界面領域の金属側に励起される表面プラズモンと、金属による構造がナノスケールに微小になった場合に金属材料全体に渡って励起される局在表面プラズモンと、に大別される。本実施形態では、表面プラズモン、局在表面プラズモンを、プラズモンとして説明する。従って、本実施形態の偏光変換素子100に用いる金属材料は、プラズモンを強く励起できる材料が好ましい。プラズモンを励振できる金属材料としては、Au、Ag、Pt、Al、Ni、Cr、Cuのいずれか、または、これらの組み合わせ、あるいは、これらを主成分とする合金材料混合材料が好ましい。特に、本実施形態の偏光変換素子100においては、Al材料が最も好適である。Alが最も好適であることは、後述する数値シミュレーションにより説明する。<金属構造体102の作製方法例>次に、金属構造体102の作製方法例について説明する。入射光の波長以下の大きさを有する金属構造体102を作製する場合は、可視光の回折限界以下の加工精度を有する手法が必要となる。具体的な手法としては、電子ビームリソグラフィによる方法、DUVEUVリソグラフィ、ナノインプリント、材料物性の変質を利用したエッチングなどが利用できる。以下に、電子ビームリソグラフィによる方法を説明する。但し、以下の作製方法に限定するものではない。まず、支持基板101として透明なガラス基板を用い、その平坦な面にAlなどの金属材料をスパッタ法や真空蒸着法により堆積し、この金属膜上にフォトレジスト膜を形成する。次に、電子ビーム描画により金属配列パターンを残すようにネガパターンを露光する。その後、不要な金属部分をRIEなどによりエッチングし、続いて残ったフォトレジストパターンを除去する。これにより、支持基板101上に金属構造体102による2次元配列パターンを形成することができる。上記の作製方法では、電子ビーム描画を用いることが特徴であり、2次元平面内にCADデータにより作成した自由な形状を作製することができる。また、エッチングにより金属構造体102の2次元配列パターンを形成する代わりに、フォトレジストパターンに金属材料を堆積し、その後、フォトレジストを除去するリフトオフ法を用いて、金属構造体102の2次元配列パターンを形成する方法も有効である。なお、本実施形態の偏光変換素子100を構成する支持基板支持体101に用いる材料は、高効率を得るために可視光領域の波長において吸収の低い透明な材料が好ましく、石英ガラス、BK7、パイレックス登録商標などの硼珪酸ガラス、CaF2、ZnSe、Al2O3などの光学結晶材料などを利用する。また、本実施形態の偏光変換素子100は、図4bに示すように、支持基板支持体101上に形成した金属構造体102を透明な材料で被覆した構成で機能することも可能である。このような構成においては、透明な被膜材料が金属構造体102の周囲の屈折率を所望の動作波長近傍に調整する機能を有すると共に、外的損傷や酸化に対する耐性を向上する効果を有することになる。被膜材料としては、支持基板101と同様に、吸収の少ない、光学素子のコーティング材料として一般的である、石英ガラス、BK7、パイレックス、ZnSSiO2などの硼珪酸ガラス、CaF2、Si、ZnSe、Al2O3、ZnOなどの材料を利用することができる。また、スピンオングラス材料を用いて、スピンコート法により成膜することができる。<偏光変換素子100の動作検証>次に、図5を参照しながら、本実施形態の偏光変換素子100の動作を検証するために実施した数値シミュレーションについて説明する。数値シミュレーション手法には、電磁場の時間空間応答を記述するマクスウェル方程式を時間領域、空間領域に差分化して解く、有限差分時間領域法FDTD法を利用した。図5は、数値シミュレーションに用いた偏光変換素子100のモデルを説明する断面図である。数値シミュレーションに用いた形状パラメータは、金属構造体102の両端の細幅部の幅d116nm、中央の広幅部の幅d280nm構造周期方向で定義、高さh240nmに設定した。また、金属構造体102の周期をPx320nm、Py304nmに設定した。これらの形状パラメータは、FDTD法を評価関数に用いた形状最適化アルゴリズムにより算出した数値である。支持基板支持体101の構成には、SiO2基板と透明被覆材料を用い、図5に示す金属構造体102が、計算領域を光の伝播方向に2分割した一方の半空間を占めるSiO2基板屈折率n1.51上に形成され、他方の半空間を占める屈折率n1.38の誘電体材料スピンオングラス材料を想定により被覆されるようにモデル化した。ここで、金属構造体102の材料はAlとし、光電場に対する電子の応答を与えるDrudeモデルにより金属材料の誘電率を与えることにより、金属材料の波長依存性を導入した。入射光として、SiO2基板側から、時間幅の十分に短いスペクトル幅が可視光領域に十分に広がったパルス光を、SiO2基板界面から600nm離れた面に均一に入射した。透過光の偏光特性を算出するために、金属構造体102の周期配列方向をx、y軸とし、x軸、y軸方向に電場振動面をもつ2つの入射偏光について、シミュレーションを行った。透過率の算出は、SiO2基板界面から600nm離れた透過面において、電場を積算し、周波数特性に変換することにより、透過光の偏光特性を評価した。次に、図6、図7を参照しながら、数値シミュレーションによる結果について説明する。図6は数値シミュレーションにより得られた透過率の波長依存性をプロットした図である。x軸方向に電場振動面をもつ偏光x偏光に対する透過光の2つの出射偏光成分をx→x、x→yと記し、y軸方向に電場振動面をもつ偏光y偏光に対する透過光の2つの出射偏光成分をy→x、y→yと記している。波長480nm近傍に着目すると、x→y成分、y→x成分に共鳴的な変動が見られると共に、y→x成分の透過率とx→y成分の透過率に大きな差が生じていることが確認できた。従って、一方の偏光成分に限定して、電場振動面の変換が生じるという偏光変換素子100に必要な機能を確認することができた。図7は、図6の透過率の波長依存性から、x→y成分とy→x成分との差の絶対値を算出した結果である。本実施形態の偏光変換素子100では、図7に示すように、480nm近傍の波長において、約18の偏光変換効率が得られている。偏光変換素子100では、偏光変換に係わらない成分x→x成分、y→y成分の値が小さく、トータルの透過率は高くないが、これは反射光として損失している成分があるためであり、この成分を重畳させることにより真の偏光変換機能が実現できる。<本実施形態の偏光変換素子100の作用効果>このように、本実施形態の偏光変換素子100は、支持基板101上に細幅部と広幅部とを異なる角度で有する金属構造体102を配置し、細幅部を金属構造体102の両端部に配し、各々の幅および高さを最適に設定することで、二次元平面に配置した金属構造体102のみで偏光変換機能を実現することができる。従って、薄い平板状の構造で偏光変換素子100を構成することが可能となり、構造の簡略化や、素子の薄型化、低価格化が可能となる。第2の実施の形態次に、第2の実施形態について説明する。以下、図8~図11を参照しながら、本実施形態の偏光変換素子100について説明する。図8は、本実施形態の偏光変換素子100における金属構造体102の形状を示す平面図である。本実施形態の金属構造体102は、第1の実施形態と同様に細幅部と広幅部とを有しており、細幅部が金属構造体102の中央部分に位置し、広幅部が両端部に位置した形状で構成している。なお、図8では、細幅部が中心位置で切断された形状になっているが、連続的につながった形状であっても構わない。第1の実施形態と同様に、吸収特性を誘起させるために、細幅部のサイズは曲率直径で50nm以下である必要がある。また、広幅部の幅が50nm~200nm、金属構造体102の高さが100nm~300nmの範囲であることが好ましい。支持基板101上における金属構造体102の配置は、図3に示すように、直方格子配列、六方格子配列、ランダム配列などが適用可能である。本実施形態の偏光変換素子100を構成する材料は、第1の実施形態と同様であり、支持基板支持体101には、石英ガラス、BK7、パイレックスなどの硼珪酸ガラス、CaF2、ZnSe、Al2O3などの光学結晶材料などが適用可能である。また、金属構造体102を被膜した構成でも良く、この場合は、光学素子のコーティング材料として一般的である、石英ガラス、BK7、パイレックス、ZnSSiO2などの硼珪酸ガラス、CaF2、Si、ZnSe、Al2O3、ZnO、スピンオングラス材料などにより構成する。金属構造体102の材料は、Au、Ag、Pt、Al、Ni、Cr、Cuのいずれか、または、これらの組み合わせ、あるいは、これらを主成分とする合金材料混合材料が適用可能である。なお、効果の高い材料としてAlを用いるのが好ましい。また、入射光の波長以下のサイズをもつ金属構造体102を二次元平面内に作製する際は、電子ビームリソグラフィによる方法、DUVEUVリソグラフィ、ナノインプリントなどを用いたレジストパターニングと、金属エッチングと、を組み合わせて行う。<偏光変換素子100の動作検証>次に、図9を参照しながら、第2の実施形態の偏光変換素子100の動作を検証するために実施した数値シミュレーションについて説明する。数値シミュレーション手法は、第1の実施形態と同様にFDTD法を用いた。図9は、数値シミュレーションに用いた偏光変換素子100のモデルを説明する断面図である。図9の実線で囲まれた領域が実際に数値シミュレーションに用いた領域であり、形状を説明するために、隣接する構造点線で囲まれた領域も同時に示している。数値シミュレーションを用いた形状パラメータは、金属構造体102中央の細幅部の幅d116nm、中央の広幅部の幅d296nmに設定した。また、金属構造体102中央にギャップ部分を有している。構造周期はx軸、y軸方向にそれぞれPx320nm、Py304nmである。入射する光源および透過率の観測面は、第1の実施形態で説明した数値と同様である。図10は、図9のモデルにより算出した透過率の波長依存性を表わすグラフである。第1の実施形態における数値シミュレーション結果と同様に、波長480nm近傍において偏光成分のx→y成分とy→x成分の差が大きくなり、入射偏光の一方の偏光成分のみが電場振動面を変換していることが確認できた。第1の実施形態に比べて透過率が低くなっているのは、サイズや構造周期が十分に最適化できていないためである。第1の実施形態と第2の実施形態とを比較すると、金属構造体102に細幅部と広幅部とを有することが偏光変換機能を発現するために重要であることが確認できる。図11は、図10の透過率の波長依存性から、x→y成分とy→x成分との差の絶対値を算出した結果である。波長480nm近傍の波長において、約11の偏光変換効率が得られている。偏光変換素子100では、偏光変換に係わらない成分x→x成分、y→y成分の値が小さく、トータルの透過率は高くはないが、これは反射光として損失している成分があるためであり、この成分を重畳させることにより真の偏光変換機能が実現できる。<本実施形態の偏光変換素子100の作用効果>このように、本実施形態の偏光変換素子100は、支持基板101上に細幅部と広幅部とを異なる角度で有する金属構造体102を配置し、細幅部を金属構造体102の中央部に配し、各々の幅および高さを最適に設定することにより、二次元平面に配置した金属構造体102のみで偏光変換機能を実現することができる。従って、薄い平板状の構造で偏光変換素子100を構成することが可能となり、構造の簡略化や、素子の薄型化、低価格化が可能となる。なお、上述する実施形態は、本発明の好適な実施形態であり、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、支持基板支持体101上に金属構造体102を形成し、透明な被膜材料で金属構造体102を覆うようにした。しかし、支持基板支持体101内に金属構造体102を形成することも可能である。"