特許第5938241号(P5938241)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5938241
(24)【登録日】2016年5月20日
(45)【発行日】2016年6月22日
(54)【発明の名称】光学素子およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
   G02B 5/30 20060101AFI20160609BHJP
   G03B 21/14 20060101ALI20160609BHJP
   G03B 21/00 20060101ALI20160609BHJP
   G02F 1/1335 20060101ALN20160609BHJP
【ＦＩ】
   G02B5/30
   G03B21/14 Z
   G03B21/00 E
   !G02F1/1335 510
【請求項の数】13
【全頁数】31
(21)【出願番号】特願2012-58519(P2012-58519)
(22)【出願日】2012年3月15日
(65)【公開番号】特開2013-190744(P2013-190744A)
(43)【公開日】2013年9月26日
【審査請求日】2014年6月6日
(73)【特許権者】
【識別番号】000005810
【氏名又は名称】日立マクセル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100080001
【弁理士】
【氏名又は名称】筒井 大和
(72)【発明者】
【氏名】峯邑 浩行
(72)【発明者】
【氏名】安齋 由美子
【審査官】 居島 一仁
(56)【参考文献】
【文献】 特開２００６−３２４１０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】 特開２００７−１２８０８６（ＪＰ，Ａ）
【文献】 米国特許出願公開第２００７／０１８３０２５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】 特開２００９−０４８０２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】 特開２００８−０９０２３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】 特開２００９−１８６９２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】 特開２００８−２５６８８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】 特開２００８−１８１１１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】 特開２０１１−０８１１５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】 米国特許出願公開第２０１１／００８５２３８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】 国際公開第２０１０／００１７６３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】 特表２００８−５１４９９６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０２Ｂ５／３０
Ｇ０３Ｂ２１／００−２１／１０
Ｇ０３Ｂ２１／１２−２１／１３
Ｇ０３Ｂ２１／１３４−２１／３０
Ｇ０３Ｂ３３／００−３３／１６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
反射型偏光素子となる光学素子であって、
電磁波を入射する周期構造をした凹凸形状部が導体層上に形成され、
前記凹凸形状部の表面を構成する第１面と第２面のうち、
前記電磁波の入射側から遠い前記第１面であって前記導体層の表面となる前記第１面の表面粗さは、前記電磁波の入射側に近い前記第２面の表面粗さよりも粗く、
前記第１面の表面形状は、不規則形状をしている光学素子。
【請求項2】
請求項１に記載の光学素子であって、
表面粗さを正規分布での標準偏差で表した場合、
前記第１面の表面粗さに対応した第１標準偏差は、前記第２面の表面粗さに対応した第２標準偏差よりも大きい光学素子。
【請求項3】
請求項２に記載の光学素子であって、
前記第１標準偏差は、２２ｎｍ以上４４ｎｍ以下である光学素子。
【請求項4】
請求項１に記載の光学素子であって、
前記電磁波は、第１偏光光と、前記第１偏光光と偏光方向が直交する第２偏光光とを含み、
前記第１面では、前記第１偏光光を吸収し、
前記第２面では、前記第２偏光光を反射する光学素子。
【請求項5】
請求項１に記載の光学素子であって、
前記電磁波は、第１偏光光と、前記第１偏光光と偏光方向が直交する第２偏光光とを含み、
前記第１面での前記第１偏光光の反射率は、前記第２面での前記第２偏光光の反射率よりも小さい光学素子。
【請求項6】
請求項５に記載の光学素子であって、
前記第１面での前記第１偏光光の反射率は、１％以下であり、
前記第２面での前記第２偏光光の反射率は、８５％以上である光学素子。
【請求項7】
請求項１に記載の光学素子であって、
前記凹凸形状部の周期は、前記電磁波の波長よりも小さい光学素子。
【請求項8】
請求項１に記載の光学素子であって、
前記光学素子は、反射型偏光板である光学素子。
【請求項9】
反射型偏光素子となる光学素子であって、
電磁波を入射する周期構造をした凹凸形状部と、
前記凹凸形状部の下層に設けられ、前記電磁波を吸収する吸収層と、を備え、
前記電磁波は、第１偏光光と、前記第１偏光光と偏光方向が直交する第２偏光光とを含み、
前記第１偏光光は、前記吸収層で吸収され、
前記第２偏光光は、前記凹凸形状部を構成する上面で反射される光学素子。
【請求項10】
反射型偏光素子となる光学素子であって、
電磁波を入射する周期構造をした凹凸形状部と、
前記凹凸形状部の下層に設けられ、前記電磁波を吸収する吸収層と、を備え、
前記電磁波は、第１偏光光と、前記第１偏光光と偏光方向が直交する第２偏光光とを含み、
前記吸収層での前記第１偏光光の反射率は、前記凹凸形状部を構成する上面での前記第２偏光光の反射率よりも小さい光学素子。
【請求項11】
請求項９または１０に記載の光学素子であって、
前記吸収層は、金属酸化物膜、または、金属窒化物膜から形成されている光学素子。
【請求項12】
反射型偏光素子となる光学素子の製造方法であって、
（ａ）基板を用意する工程と、
（ｂ）前記基板の表面に周期構造を有する凹凸形状部を形成する工程と、
（ｃ）前記凹凸形状部を形成した前記基板上に、指向性を有する成膜法で、前記凹凸形状部の形状を反映した金属膜を形成する工程と、を備え、
前記（ｃ）工程は、前記金属膜の凹部底面の表面粗さを、前記金属膜の凸部上面の表面粗さよりも粗くし、かつ、前記金属膜の凹部底面の表面形状を不規則形状にする工程である光学素子の製造方法。
【請求項13】
請求項１２に記載の光学素子の製造方法であって、
前記（ｃ）工程は、金属粒子の運動エネルギーが前記基板の厚さ方向に局在した粒子ビームによる成膜工程である光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光学素子およびその製造技術に関し、特に、反射ミラーと偏光板の機能を兼ね備える光学素子およびその製造技術に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【0002】
特開２０１１−１２３４７４号公報（特許文献１）および特開２００９−２１０６７２号公報（特許文献２）には、金属格子構造を有するワイヤグリッド型偏光素子に関する技術が記載されている。
【0003】
特開２０１１−８１１５４号公報（特許文献３）には、偏光素子としての機能は有しないが、金属格子構造と反射ミラーを組み合わせた構造によって、異なる偏光光の間で位相差を与える反射型波長板に関する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１１−１２３４７４号公報
【特許文献2】特開２００９−２１０６７２号公報
【特許文献3】特開２０１１−８１１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
光学装置は広く一般に普及しており、例えば、液晶プロジェクタ、ディスプレイ、光ピックアップ、光センサ等には、光を制御する光学素子が多く用いられている。そして、これらの装置の高機能化に伴い、光学素子においても高機能化、高付加価値化、低コスト化が求められている。
【0006】
こうした光学装置の代表的な一例として、液晶プロジェクタがある。この液晶プロジェクタでは、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調する液晶パネルによって光学像（画像光）を形成し、この画像光をスクリーンなどに投影して画像表示を行っている。液晶パネルは１つの偏光に対して強度変調を行う特性があるため、その入射側と出射側にはそれぞれ偏光光を選択透過する機能を有する偏光板（偏光素子）が配置されている。
【0007】
近年、液晶プロジェクタの小型化、および、投影画像の高輝度化のために、液晶パネル上の光密度が高まっており、これに対応した偏光素子として熱・光耐性に優れるものが望まれている。この点において、例えば、無機材料で構成されるワイヤグリッド型偏光素子が適していると言えるが、半導体リソグラフィ技術を用いて金属膜をワイヤ状に加工する工程で作成されるため、一般に、有機高分子フィルムを用いた偏光素子に比較して高価である。また、例えば、液晶プロジェクタにおいて、光源から偏光素子に至る光路には反射ミラーが設置されることが一般的であり、反射ミラーと偏光素子の機能を兼ね備える光学素子を提供することができれば、部品点数を削減してコスト削減が可能になる。ここで、特許文献３には、波長板と反射ミラーの機能とを兼ね備える光学素子が開示されているが、偏光選択の機能は提供されていない。
【0008】
本発明の目的は、反射ミラーと偏光素子の機能を兼ね備える新規な光学素子を提供することにある。
【0009】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【0011】
代表的な実施の形態における光学素子は、電磁波を入射する周期構造をした凹凸形状部を備え、前記凹凸形状部の表面を構成する第１面と第２面のうち、前記電磁波の入射側から遠い前記第１面の表面粗さは、前記電磁波の入射側に近い前記第２面の表面粗さよりも粗いことを特徴とするものである。
【0012】
また、代表的な実施の形態における光学素子は、電磁波を入射する周期構造をした凹凸形状部と、前記凹凸形状部の下層に設けられ、前記電磁波を吸収する吸収層とを備えることを特徴とするものである。
【0013】
さらに、代表的な実施の形態における光学素子の製造方法は、（ａ）基板を用意する工程と、（ｂ）前記基板の表面に周期構造を有する凹凸形状部を形成する工程と、（ｃ）前記凹凸形状部を形成した前記基板上に、指向性を有する成膜法で、前記凹凸形状部の形状を反映した金属膜を形成する工程とを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0014】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【0015】
反射ミラーと偏光素子の機能を兼ね備える光学素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】金属細線構造からなるワイヤグリッド構造をした透過型光学素子の模式的構成を示す斜視図である。
【図2】ＴＭ偏光光がワイヤグリッド構造を透過するメカニズムを示す図である。
【図3】ＴＥ偏光光がワイヤグリッド構造で反射されるメカニズムを示す図である。
【図4】本発明の実施の形態１における反射型偏光素子の概略構成を示す斜視図である。
【図5】反射型偏光素子を実現できるメカニズムを説明するための図である。
【図6】（ａ）は、実施の形態１における反射型偏光素子に入射する入射光の偏光状態の一例を示す図であり、（ｂ）は、反射型偏光素子から反射される反射光の偏光状態を示す図である。
【図7】乱雑な表面形状を有する反射型偏光素子の計算モデルを示す図である。
【図8】乱雑な表面形状を有する反射型偏光素子の計算モデルを示す図である。
【図9】乱雑な表面形状を有する反射型偏光素子の計算モデルを示す図である。
【図10】乱雑な表面形状を有する反射型偏光素子の計算モデルを示す図である。
【図11】（ａ）〜（ｄ）は、図７〜図１０で示した反射型偏光素子のＴＥ偏光光およびＴＭ偏光光のそれぞれの反射率と、乱雑表面の標準偏差との関係を計算した結果を示す図である。
【図12】実施の形態１における反射型偏光素子の偏光コントラスト比と、表面粗さとの関係を示す図である。
【図13】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、ワイヤグリッド構造の高さが１２０ｎｍ、１５０ｎｍ、１８０ｎｍの場合の反射型偏光素子の分光反射率を測定した結果を示す図である。
【図14】実施の形態１における光学素子の製造工程を示す断面図である。
【図15】図１４に続く光学素子の製造工程を示す断面図である。
【図16】図１５に続く光学素子の製造工程を示す断面図である。
【図17】図１６に続く光学素子の製造工程を示す断面図である。
【図18】実施の形態１における光学素子の製造工程を示す断面図である。
【図19】図１８に続く光学素子の製造工程を示す断面図である。
【図20】図１９に続く光学素子の製造工程を示す断面図である。
【図21】図２０に続く光学素子の製造工程を示す断面図である。
【図22】実施の形態１における製造方法により製造された反射型偏光素子の断面ＳＥＭ写真の一例を示す図である。
【図23】実施の形態２における反射型偏光素子の概略構成を示す断面図である。
【図24】実施の形態２における反射型偏光素子の反射率の波長依存性を計算した結果を示す図である。
【図25】実施の形態２における光学素子の製造工程を示す断面図である。
【図26】図２５に続く光学素子の製造工程を示す断面図である。
【図27】実施の形態３における液晶プロジェクタの光学系を示す模式図である。
【図28】従来技術における液晶プロジェクタの光学系を示す模式図である。
【図29】先行技術文献（特許文献３）に記載されている光学素子（１／２波長板）の構成を示す模式図である。
【図30】（ａ）は、先行技術文献における光学素子にＴＥ偏光光を入射する場合を示す図であり、（ｂ）は、先行技術文献に記載された光学素子からの反射光を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【0018】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【0019】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【0020】
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【0021】
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。
【0022】
（実施の形態１）
以下、本実施の形態１では紙面内にｘ軸とｚ軸をとる座標系に統一して説明を行なう。光の偏光方向の呼称はＴＥ偏光光とＴＭ偏光光に統一する。このとき、ＴＥ偏光光とは、ｙ方向に電場の振動成分を持つ光であり、ＴＭ偏光光とは、ｘ方向に電場の振動成分を持つ光である。電磁波を記述するマクスウェル方程式の数値的解法としては、ＦＤＴＤ（FiniＴＥ Differential Time Domain）法を用いる。
【0023】
金属や半導体材料の屈折率としては、特に断わらない限り、Palikのハンドブック（Palik E.D. (ed.) (1991) Handbook of Optical Constants of Solids II. Academic Press、 New York.）を参照するものとする。
【0024】
特に、本実施の形態１における技術的思想は、マクスウェル方程式に記述される電磁波に幅広く適用することができるが、特に、本実施の形態１では、電磁波の一種である光（可視光）を例に挙げて説明する。
【0025】
＜本発明者が検討した技術＞
まず、本実施の形態１における技術的思想を説明する前に、本願発明を想到するに至った前提技術（本発明者が検討した技術）について説明し、その後、この前提技術の問題点を説明する。そして、この前提技術の問題点を解決する工夫を施した本実施の形態１における技術的思想について説明する。
【0026】
図１は、金属細線構造からなるワイヤグリッド構造をした透過型光学素子の模式的構成を示す斜視図である。図１において、ワイヤグリッド構造をした透過型光学素子は、例えば、ガラス基板、石英基板、あるいは、プラスチック基板からなる基板１Ｓ上に、周期構造を有する凹凸形状部からなるワイヤグリッド構造ＷＧが形成されている。具体的に、ワイヤグリッド構造ＷＧは、図１に示すように、ｙ方向に延在する金属細線をｘ方向に所定間隔で配置した金属櫛状構造のことを言い、このワイヤグリッド構造ＷＧを別表現で言えば、複数の金属細線を所定間隔で周期的に配列した凹凸形状部から構成されているとも言える。
【0027】
このようなワイヤグリッド構造ＷＧをした透過型光学素子は、紙面上部（ｚ軸プラス方向）から多数の偏光光を含む光（電磁波）を入射させると、基板１Ｓの下部から特定方向に偏光した偏光光だけを透過させることができる。つまり、ワイヤグリッド構造ＷＧをした透過型光学素子は、偏光素子（偏光板）として機能する。以下に、このメカニズム（動作原理）について図面を参照しながら簡単に説明する。
【0028】
まず、図２に示すように、電場の振動方向がｘ軸方向であるＴＭ偏光光を入射する場合、電場の振動方向に応じて、ワイヤグリッド構造ＷＧを構成する金属細線内の自由電子が金属細線の片側に集まり、これによって、個々の金属細線に分極が生じる。このように、ＴＭ偏光光を入射する場合、金属細線内に分極が生じるだけであるので、ＴＭ偏光光は、ワイヤグリッド構造ＷＧを通過して基板１Ｓに達する。このとき、基板１Ｓも透明であるため、ＴＭ偏光光は、基板１Ｓも透過する。この結果、ＴＭ偏光光は、ワイヤグリッド構造ＷＧおよび基板１Ｓを透過することになる。
【0029】
一方、図３に示すように、電場の振動方向がｙ方向であるＴＥ偏光光を入射する場合、電場の振動方向に応じて、金属細線内の自由電子は、金属細線の側壁による制限を受けることなく振動することができる。このことは、ＴＥ偏光光がワイヤグリッド構造ＷＧに入射される場合も、連続した金属膜に光を入射する場合と同様の現象が起こっていることを意味する。したがって、ＴＥ偏光光をワイヤグリッド構造ＷＧに入射する場合、連続した金属膜に光を入射する場合と同様に、ＴＥ偏光光は、反射されることになる。このとき、光が金属内に侵入できる厚さ（Skin Depth）よりも、金属細線のｚ方向の厚さが厚い場合、ワイヤグリッド構造ＷＧは、ＴＭ偏光光を透過し、ＴＥ偏光光を反射する分離性能（消光比）の高い偏光分離機能を有することになる。
【0030】
以上のことから、ワイヤグリッド構造ＷＧをした透過型光学素子は、例えば、様々な偏光光を含む光を入射すると、特定方向に偏光した偏光光だけを透過させる機能を有することになる。これは、ワイヤグリッド構造ＷＧをした透過型光学素子が、偏光素子（偏光板）として機能することを意味するものである。
【0031】
ここで、光学装置の代表的な一例として、液晶プロジェクタがある。この液晶プロジェクタは、光学像（画像光）を形成するために液晶パネルを有している。液晶パネルは、１つの偏光に対して強度変調を行う特性があるため、その入射側と出射側にはそれぞれ偏光光を選択透過する機能を有する偏光板（偏光素子）が配置されている。したがって、例えば、液晶プロジェクタを構成する偏光板として、上述したワイヤグリッド構造ＷＧをした透過型光学素子を使用することができる。
【0032】
特に、液晶プロジェクタの小型化、および、投影画像の高輝度化のために、液晶パネル上の光密度が高まっており、これに対応した偏光素子として熱・光耐性に優れるものが望まれている。この点において、例えば、無機材料で構成されるワイヤグリッド構造ＷＧをした透過型光学素子が適していると言えるが、半導体リソグラフィ技術を用いて金属膜をワイヤ状（金属細線状）に加工する工程で作成されるため、一般に、有機高分子フィルムを用いた偏光素子に比較して高価になってしまう問題点がある。
【0033】
この点に関し、例えば、液晶プロジェクタにおいて、光源から偏光素子に至る光路には反射ミラーが設置されることが一般的であり、反射ミラーと偏光素子の機能を兼ね備える光学素子を提供することができれば、部品点数を削減してコスト削減が可能になると考えられる。つまり、ワイヤグリッド構造ＷＧをした光学素子として、反射ミラーと偏光素子の機能を兼ね備えるものを提供できれば、熱・光耐性に優れ、かつ、コスト削減にも寄与する光学素子を提供することができるのである。そこで、本実施の形態１では、ワイヤグリッド構造ＷＧをした光学素子として、反射ミラーと偏光素子の機能を兼ね備える反射型偏光素子を提供するための工夫を施している。以下に、この工夫を施した本実施の形態１における技術的思想について説明する。
【0034】
＜実施の形態１における特徴＞
図４は、本実施の形態１における反射型偏光素子の概略構成を示す斜視図である。図４において、本実施の形態１における反射型偏光素子は、例えば、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、あるいは、シリコン基板からなる基板１Ｓ上に、例えば、アルミニウム膜からなる反射ミラー部ＭＰが形成されている。そして、この反射ミラー部ＭＰ上に、周期構造を有する凹凸形状部からなるワイヤグリッド構造ＷＧが形成されている。具体的に、ワイヤグリッド構造ＷＧは、図４に示すように、ｙ方向に延在する金属細線をｘ方向に所定間隔で配置した金属櫛状構造から構成される。
【0035】
ここで、本実施の形態１の特徴は、ワイヤグリッド構造ＷＧの表面ＳＵＲ２における表面粗さよりも、反射ミラー部ＭＰの表面ＳＵＲ１の表面粗さの方が粗くなっている点にある。言い換えれば、ワイヤグリッド構造ＷＧを構成する凹凸形状部の上面（表面ＳＵＲ２）の表面粗さよりも、凹凸形状部の底面（表面ＳＵＲ１）の表面粗さの方が粗くなっている点に、本実施の形態１における特徴点が存在するとも言える。さらに言えば、ワイヤグリッド構造ＷＧを構成する凹凸形状部の第１面と第２面のうち、光（電磁波）の入射側から遠い第１面（表面ＳＵＲ１）の表面粗さは、光（電磁波）の入射側に近い第２面（表面ＳＵＲ２）の表面粗さよりも粗いと言うこともできる。これにより、本実施の形態１によれば、反射型偏光素子を実現することができる。以下に、上述した本実施の形態１における特徴点により、反射型偏光素子を実現できるメカニズムについて図面を参照しながら説明する。
【0036】
図５は、反射型偏光素子を実現できるメカニズムを説明するための図である。図５において、まず、電場の振動方向がｙ方向であるＴＥ偏光光が入射する場合、図３で説明したメカニズムと同様のメカニズムにより、ＴＥ偏光光は、ワイヤグリッド構造ＷＧの上面（表面ＳＵＲ２）で反射されることになる。一方、電場の振動方向がｘ軸方向であるＴＭ偏光光が入射する場合、図２で説明したメカニズムと同様のメカニズムにより、ワイヤグリッド構造ＷＧを通過してワイヤグリッド構造ＷＧの底面（表面ＳＵＲ１）に達する。
【0037】
ここで、ワイヤグリッド構造ＷＧの底面（表面ＳＵＲ１）の表面粗さは、ワイヤグリッド構造ＷＧの上面（表面ＳＵＲ２）の表面粗さよりも粗くなっている。表面粗さが粗いと言うことは、表面の乱雑さが大きくなっていることを意味する。そして、乱雑さが大きい表面ほど、様々な周波数の形状の重ね合わせで表されることから、乱雑さの大きな表面ほど、多くの異なる周波数の形状を潜在的に含んでいると考えることができる。このことから、乱雑さの大きな表面ＳＵＲ１には、ワイヤグリッド構造ＷＧの底面（表面ＳＵＲ１）に達したＴＭ偏光光の周波数と同等の周波数を有する形状を含んでいる可能性が高くなる。
【0038】
この結果、ワイヤグリッド構造ＷＧの底面（表面ＳＵＲ１）でＴＭ偏光光の共鳴吸収が起こると考えられる。このＴＭ偏光光の共鳴吸収が生じると、表面ＳＵＲ１に自由電子が流れ、この自由電子が流れることによりジュール熱が発生する。すなわち、ワイヤグリッド構造ＷＧの底面（表面ＳＵＲ１）でＴＭ偏光光の共鳴吸収が起こると、ＴＭ偏光光のエネルギーは、ジュール熱に消費される。このため、ワイヤグリッド構造ＷＧの底面（表面ＳＵＲ１）からのＴＭ偏光光の反射率は低下することになる。さらに、表面粗さが粗い表面ＳＵＲ１にＴＭ偏光光が入射されると、位相が乱されてＴＭ偏光光の散乱（乱反射）も生じやすくなり、正反射されるＴＭ偏光光の割合も低下する。
【0039】
ここで、反射率（正反射率）とは、入射光の光強度に対する、入射光の入射角と等しい出射角を有する反射光の光強度の比率である。
【0040】
以上のことから、本実施の形態１における反射型光学素子は、例えば、様々な偏光光を含む光を入射させると、特定方向に偏光した偏光光だけを反射させる機能を有することになる。これは、本実施の形態１における反射型光学素子が反射型偏光素子（偏光板）として機能することを意味するものである。
【0041】
具体的に、本実施の形態１における反射型偏光素子の機能について説明する。図６（ａ）は、本実施の形態１における反射型偏光素子に入射する入射光の偏光状態の一例を示す図である。図６（ａ）に示すように、この入射光は、ＴＭ偏光光とＴＥ偏光光とを含んでいる直線偏光光であり、例えば、ＴＭ偏光光の成分がＴＭ１であり、ＴＥ偏光光の成分がＴＥ１となっている。次に、図６（ｂ）は、このような偏光状態の入射光を、本実施の形態１における反射型偏光素子に入射させた後、この反射型偏光素子から反射される反射光の偏光状態を示す図である。
【0042】
本実施の形態１における反射型偏光素子においては、図５で説明したように、ＴＥ偏光光は反射される一方、ＴＭ偏光光は吸収される。このことから、本実施の形態１における反射型偏光素子から反射した反射光においては、図６（ｂ）に示すように、ＴＥ偏光光の成分はＴＥ１である一方、ＴＭ偏光光の成分はほぼゼロとなる。つまり、本実施の形態１における反射型偏光素子から反射した反射光は、概ねＴＥ偏光光となる。
【0043】
以上のことから、本実施の形態１における反射型光学素子によれば、ＴＥ偏光光とＴＭ偏光光とを含む入射光から、概ねＴＥ偏光光だけを含む反射光を反射することができる。したがって、本実施の形態１における反射型光学素子は、偏光素子（偏光板）として機能することがわかる。そして、本実施の形態１における反射型光学素子によれば、反射ミラーと偏光素子の機能を兼ね備える光学素子を実現できることから、熱・光耐性に優れ、かつ、コスト削減にも寄与する光学素子を提供することができる。
【0044】
＜実施の形態１における技術的思想の有用性の検証＞
続いて、本実施の形態１における技術的思想の有用性の検証結果について説明する。図７〜図１０は、乱雑な表面形状を有する反射型偏光素子の計算モデルを示す図である。図７は、ワイヤグリッド構造ＷＧの上面（表面ＳＵＲ２）と底面（表面ＳＵＲ１）の両方に同じ粗さの乱雑表面を有するモデル（ＴｙｐｅＩ）を示しており、図８は、ワイヤグリッド構造ＷＧの上面（表面ＳＵＲ２）だけに乱雑表面を有するモデル（ＴｙｐｅＩＩ）を示している。さらに、図９は、ワイヤグリッド構造ＷＧの底面（表面ＳＵＲ１）だけに乱雑表面を有するモデル（ＴｙｐｅＩＩＩ）を示しており、図１０は、ワイヤグリッド構造ＷＧの側壁だけに乱雑表面を有するモデル（ＴｙｐｅＩＶ）を示している。
【0045】
ここでは、ワイヤグリッド構造ＷＧの周期（ｘ方向）を２００ｎｍとし、ワイヤグリッド構造ＷＧの凸部の幅を１００ｎｍとし、ワイヤグリッド構造ＷＧの凸部の高さ（凹部の底面と凸部の上面との間の高さ）を１００ｎｍとしている。また、紙面上方から入射する入射光は、ＴＥ偏光光とＴＭ偏光光とを含む光を想定しており、入射光の波長は４６０ｎｍとしている。そして、反射ミラー部ＭＰの厚さを２００ｎｍとし、基板１Ｓの材質を酸化シリコン（ＳｉＯ２）とし、反射ミラー部ＭＰおよびワイヤグリッド構造ＷＧを構成する金属の材質をアルミニウム（Ａｌ）としている。
【0046】
このような条件のもと、ＦＤＴＤ法でＴＥ偏光光とＴＭ偏光光の反射光の電磁界分布を求めた後、等価定理を用いてゼロ次回折光として反射率を算出した。メッシュサイズは、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向ともに５ｎｍである。表面の乱雑さは正規分布に従うものとしており、図７〜図１０に示す乱雑表面の標準偏差を変化させて反射率との関係を算出した。
【0047】
図１１（ａ）〜（ｄ）は、図７〜図１０で示したＴｙｐｅＩ〜ＴｙｐｅＩＶの反射型偏光素子のＴＥ偏光光およびＴＭ偏光光のそれぞれの反射率と、乱雑表面の標準偏差（σ）との関係を計算した結果である。具体的に、図１１（ａ）は、ＴｙｐｅＩの反射型偏光素子のＴＥ偏光光およびＴＭ偏光光のそれぞれの反射率と、乱雑表面の標準偏差（σ）との関係を計算した結果であり、図１１（ｂ）は、ＴｙｐｅＩＩの反射型偏光素子のＴＥ偏光光およびＴＭ偏光光のそれぞれの反射率と、乱雑表面の標準偏差（σ）との関係を計算した結果である。また、図１１（ｃ）は、ＴｙｐｅＩＩＩの反射型偏光素子のＴＥ偏光光およびＴＭ偏光光のそれぞれの反射率と、乱雑表面の標準偏差（σ）との関係を計算した結果であり、図１１（ｄ）は、ＴｙｐｅＩＶの反射型偏光素子のＴＥ偏光光およびＴＭ偏光光のそれぞれの反射率と、乱雑表面の標準偏差（σ）との関係を計算した結果である。図１１（ａ）〜図１１（ｄ）において、横軸は、乱雑表面の標準偏差（σ）を示しており、縦軸は、反射率を示している。
【0048】
図１１（ａ）〜（ｄ）に示されるように、ＴｙｐｅＩ〜ＴｙｐｅＩＶの反射型偏光素子において、ＴＥ偏光光とＴＭ偏光光で異なる反射率となることがわかる。特に、本実施の形態１に対応した図１１(ｃ)のＴｙｐｅＩＩＩの反射型偏光素子において、乱雑表面の標準偏差（σ）が約３０ｎｍの条件で、ＴＥ偏光光の反射率が８５％以上、ＴＭ偏光光の反射率が１％以下と言う大きな偏光コントラスト比を得られることがわかる。すなわち、本実施の形態１に対応した図１１(ｃ)のＴｙｐｅＩＩＩの反射型偏光素子においては、偏光板として優れた有用性を備えていることがわかる。つまり、本実施の形態１における反射型偏光素子においては、ＴＥ偏光光がワイヤグリッド構造ＷＧの上面（表面ＳＵＲ２）で反射され、ＴＭ偏光光がワイヤグリッド構造ＷＧの底面（表面ＳＵＲ１）に達する。
【0049】
このとき、本実施の形態１に対応した図１１(ｃ)のＴｙｐｅＩＩＩの反射型偏光素子においては、ワイヤグリッド構造ＷＧの底面（表面ＳＵＲ１）にだけ乱雑表面を有するため、ＴＭ偏光光がワイヤグリッド構造ＷＧの底面（表面ＳＵＲ１）で反射する際、位相が乱されることによる散乱効果と微細構造による共鳴吸収効果が同時に発現し、結果として、ＴＭ偏光光の正反射率が小さくなるものと考えられる。このような機構によって、本実施の形態１における反射型偏光素子によれば、ＴＥ偏光光の反射率とＴＭ偏光光の反射率との間に大きなコントラストを得ることができることがわかる。
【0050】
以上のことから、本実施の形態１の特徴は、ワイヤグリッド構造ＷＧを構成する凹凸形状部の第１面と第２面のうち、光の入射側から遠い第１面（表面ＳＵＲ１）の表面粗さは、光の入射側に近い第２面（表面ＳＵＲ２）の表面粗さよりも粗いと言う点にあることがわかる。さらに、この特徴点を具体的に説明すると、本実施の形態１の特徴は、表面粗さを正規分布での標準偏差で表した場合、第１面（表面ＳＵＲ１）の表面粗さに対応した第１標準偏差は、第２面（表面ＳＵＲ２）の表面粗さに対応した第２標準偏差よりも大きいと言うことができる。より具体的には、第１標準偏差は、数十ｎｍのオーダであり、第２標準偏差は、数ｎｍのオーダであることが望ましい。
【0051】
さらに、本実施の形態１における特徴を現象論的に説明すると、本実施の形態１における反射型偏光素子に、ＴＭ偏光光と、ＴＭ偏光光と偏光方向が直交するＴＥ偏光光とを含む光を入射させた場合、ワイヤグリッド構造ＷＧを構成する凹凸形状部の第１面と第２面のうち、光の入射側から遠い第１面（表面ＳＵＲ１）では、ＴＭ偏光光を吸収し、光の入射側に近い第２面（表面ＳＵＲ２）では、ＴＥ偏光光を反射する点に基本的な技術的思想上の特徴があると言うことができる。
【0052】
ただし、実際には、ＴＭ偏光光のわずかな一部は、上述した第１面（表面ＳＵＲ１）で吸収されずに反射されると考えられるため、本実施の形態１の特徴は、ＴＭ偏光光と、ＴＭ偏光光と偏光方向が直交するＴＥ偏光光とを含む光を入射させた場合、光の入射側から遠い第１面（表面ＳＵＲ１）でのＴＭ偏光光の反射率は、光の入射側に近い第２面（表面ＳＵＲ２）でのＴＥ偏光光の反射率よりも小さい点にあると言うことができる。このとき、偏光板として優れた有用性を実現する観点から、第１面でのＴＭ偏光光の反射率は、１％以下であり、第２面でのＴＥ偏光光の反射率は、８５％以上であることが望ましい。
【0053】
図１２は、本実施の形態１における反射型偏光素子の偏光コントラスト比（ＲＴＥ／ＲＴＭ）と、表面粗さ（標準偏差σ）との関係を示す計算結果である。この図１２は、図１１（ｃ）で示した結果を整理したものである。
【0054】
ここで、ワイヤグリッド構造ＷＧの周期は、２００ｎｍであり、ワイヤグリッド構造ＷＧの凸部の高さ（凹部の底面と凸部の上面との間の高さ）を１００ｎｍとしている。図１２において、横軸は、表面粗さの指標となる標準偏差（σ）を示しており、縦軸は、偏光コントラスト比を示している。
【0055】
図１２に示すように、ワイヤグリッド構造ＷＧの底面の表面粗さを示す標準偏差σが約３０ｎｍの場合に最大の偏光コントラスト比（約８００）が得られることがわかる。ここで、例えば、偏光コントラスト比が１０以上の場合、本実施の形態１における反射型偏光素子の機能が明示的に発現していると言うことができる。その意味で、図１２を参照すると、本実施の形態１における反射型偏光素子が有効な偏光素子として機能する範囲は、ワイヤグリッド構造ＷＧの底部の表面粗さを示す標準偏差の値が２２ｎｍから４４ｎｍの範囲である。言い換えれば、ワイヤグリッド構造ＷＧの代表的な数値（周期または高さ）との相対値で、表面粗さを示す標準偏差の値が概ね１１％（２２／２００（周期の値））〜４４％（４４／１００（高さの値））の範囲において、偏光素子としての顕著な効果が発現する。
【0056】
次に、本実施の形態１における反射型偏光素子の分光反射率について説明する。図１３は、本実施の形態１における反射型偏光素子の分光反射率を測定した結果を示す図である。図１３（ａ）〜図１３（ｃ）は、それぞれ、ワイヤグリッド構造ＷＧの高さ（凹部の底面と凸部の上面との間の高さ）が１２０ｎｍ、１５０ｎｍ、１８０ｎｍの場合の結果を示している。
【0057】
図１３（ａ）〜図１３（ｃ）において、横軸は、入射光の波長（ｎｍ）を示しており、縦軸は、反射率を示している。ここで、分光反射率の測定には、分光光度計（日立製Ｕ４１００）を使用した。また、ＴＥ偏光光とＴＭ偏光光を分離して反射率を測定するために、ランバート社製Ｇｒａｎ−Ｔａｙｌａｒプリズムを２個使用し、それぞれ、検光子と偏光子として利用した。図１１（ｃ）に示した計算結果と同様に、図１３（ａ）〜図１３（ｃ）のいずれの場合においても、本実施の形態１における反射型偏光素子によって、ＴＥ偏光光の反射率が大きく、かつ、ＴＭ偏光光の反射率が小さくなる現象が観測された。同時に、ワイヤグリッド構造ＷＧの高さ、すなわち、凹凸形状部の凹部の底面と凸部の上面との間の高さに応じて、ＴＭ偏光光の反射率が最小となる波長が異なることがわかる。つまり、ワイヤグリッド構造ＷＧの高さを所定値に設定することにより、ＴＭ偏光光の反射率が最小となる波長を選択することが可能になることがわかる。
【0058】
これは、ワイヤグリッド構造ＷＧの実効高さ（表面プラズモンの効果によって、光がワイヤグリッド構造ＷＧを構成する複数の金属細線の間を進行するときの実効屈折率を考慮した高さ）がλ／４（λ：波長）相当の場合に、よく知られた反射防止膜と同じ干渉効果によって反射率が極小になるためであると理解される。したがって、本実施の形態１における反射型偏光素子においては、ワイヤグリッド構造ＷＧを構成する凹凸形状部の第１面と第２面のうち、光の入射側から遠い第１面（表面ＳＵＲ１）の表面粗さを、光の入射側に近い第２面（表面ＳＵＲ２）の表面粗さよりも粗くする構成を取るとともに、ワイヤグリッド構造ＷＧの実効高さをλ／４（λ：波長）相当に設定することが望ましい。この場合、表面粗さによって位相が乱されることによる散乱効果と表面粗さによる共鳴吸収効果が同時に発現することに加えて、反射防止膜と同様の干渉効果によって、ＴＭ偏光光の正反射率を限りなく小さくすることができる。
【0059】
このような機構によって、本実施の形態１における反射型偏光素子によれば、ＴＥ偏光光の反射率とＴＭ偏光光の反射率との間に大きなコントラストを得ることができる。この結果、本実施の形態１における反射型偏光素子によれば、反射ミラーと偏光素子の機能を兼ね備える光学素子を実現できることから、熱・光耐性に優れ、かつ、コスト削減にも寄与する光学素子を実現することができる。
【0060】
図１３（ａ）に示すように、ワイヤグリッド構造ＷＧの高さが１２０ｎｍの場合、ＴＭ偏光光の反射率が最小となる入射光の波長は、４６０ｎｍであり、図１３（ｂ）に示すように、ワイヤグリッド構造ＷＧの高さが１５０ｎｍの場合、ＴＭ偏光光の反射率が最小となる入射光の波長は、６３０ｎｍである。また、図１３（ｃ）に示すように、ワイヤグリッド構造ＷＧの高さが１８０ｎｍの場合、ＴＭ偏光光の反射率が最小となる入射光の波長は、８１０ｎｍである。これらの波長において、偏光コントラスト比（ＴＥ偏光光の反射率／ＴＭ偏光光の反射率）が最大となるため、これらの波長は、反射型偏光素子の性能を充分に発揮できる波長である。
【0061】
液晶プロジェクタに代表される光学装置への応用を考える場合、青色（概略波長範囲４３０ｎｍ〜５００ｎｍ）には、図１３（ａ）に示すワイヤグリッド構造ＷＧの高さが１２０ｎｍの反射型偏光素子が適していることがわかる。また、緑色（概略波長範囲５００ｎｍ〜６００ｎｍ）には、ワイヤグリッド構造ＷＧの高さが１２０ｎｍ（図１３（ａ））と１５０ｎｍ（図１３（ｂ））の間の反射型偏光素子が適している。さらに、赤色（概略波長範囲６００ｎｍ〜６８０ｎｍ）には、図１３（ｂ）に示すワイヤグリッド構造ＷＧの高さが１５０ｎｍの反射型偏光素子が適していることがわかる。さらに、ＣＤプレーヤなどに使用される波長７８０ｎｍ〜８３０ｎｍの近赤外線レーザ光用としては、図１３（ｃ）に示すワイヤグリッド構造ＷＧの高さが１８０ｎｍの反射型偏光素子が適していることがわかる。
【0062】
このように、本実施の形態１における反射型偏光素子によれば、入射光の波長に応じてワイヤグリッド構造ＷＧの高さを設定することにより、入射光の波長に対応して偏光コントラスト比を最大とすることができる。このため、本実施の形態１における反射型偏光素子によれば、液晶プロジェクタに代表される光学装置への幅広い応用が可能となる利点が得られる。つまり、本実施の形態１における反射型偏光素子によれば、幅広い波長域の様々な光学製品に対しての適用が容易である利点が得られる。
【0063】
本実施の形態１における反射型偏光素子を設計する上では、ワイヤグリッド構造ＷＧの高さによって、偏光コントラスト比が最大となる波長が選択可能であることを基本として、金属膜の材質、成膜方法、ワイヤグリッド構造ＷＧのピッチや幅などの条件を適宜選定して用途に合った素子特性を得るようにすることができる。例えば、使用可能な金属膜の材質としては、使用波長帯での複素屈折率の虚部が実部よりも大きな金属材料が適しており、アルミニウム（Ａｌ）の他に、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、プラチナ（Ｐｔ）などが適している。このなかでも、アルミニウム（Ａｌ）は、比較的安価な材料であるため、利用範囲が広い。
【0064】
なお、ワイヤグリッド構造ＷＧによる回折光が発生する条件では、１次回折光や２次回折光による回折ロスにより、ＴＥ偏光光での大きな正反射率を得られなくなるため、ワイヤグリッド構造ＷＧの周期は、入射光の波長よりも小さいことが望ましい。
【0065】
ここで、ワイヤグリッド構造ＷＧの周期を入射光の波長よりも小さくすることにより、１次回折光や２次回折光による回折ロスが発生しない理由について説明する。
【0066】
周期構造をしたワイヤグリッド構造ＷＧに光が入射するとき、ワイヤグリッド構造ＷＧで反射された光の回折光（反射回折光）の角度は、以下の式（１）で表される。
【0067】
ｓｉｎθ＝ｍ×λ／ＰＴ ・・・（１）
このとき、ｓｉｎθは回折角度（光が入射する界面の法線からの角度）、ｍは回折次数（整数）、λは入射光の波長、ＰＴはワイヤグリッド構造ＷＧの周期である。例えば、入射光の波長λ＝５００ｎｍ、ワイヤグリッド構造ＷＧの周期ＰＴ＝５５０ｎｍ、回折次数ｍ＝１とすると、ｓｉｎθ＜１となり、θ＝６５．４°の方向に反射回折光（１次回折光）が生じることになる。このような反射回折光が存在すると、回折光によるロスが発生し、正反射率が低下することになる。つまり、ワイヤグリッド構造ＷＧの周期ＰＴが入射光の波長λよりも大きくなると、反射回折光が発生し、正反射率が低下することになる。
【0068】
一方、ワイヤグリッド構造ＷＧの周期ＰＴを入射光の波長λよりも小さくすると、ｓｉｎθ＞１となり、反射回折光は生じない。したがって、ワイヤグリッド構造ＷＧの周期ＰＴを入射光の波長λよりも小さくすると、１次回折光や２次回折光による回折ロスが発生せず、大きな正反射率を得ることができる。このため、ワイヤグリッド構造ＷＧの周期は、入射光の波長よりも小さいことが望ましいのである。
【0069】
＜実施の形態１における光学素子の製造方法＞
本実施の形態１における光学素子は、上記のように構成されており、以下に、その製造方法について説明する。ここでは、原理的に上述した光学素子自体と同等の構造を有するが、さらに、コスト低減の観点も取り入れた光学素子の製造方法について説明する。
【0070】
まず、図１４に示すように、凹凸形状部を形成した基板１Ｓを準備する。基板１Ｓに凹凸形状部を形成するには、例えば、ＣＤ（Compact Disk）やＤＶＤ（Digital Video Disk）に適用される射出成形法などを利用することができる。つまり、射出成形法によって、凹凸パターンを有する透明なプラスチック基板を得ることができる。また、ナノインプリント法を応用してガラス基板、石英基板、または、シリコン基板などの表面に凹凸パターンを形成することもできる。
【0071】
ここで、本実施の形態１においては、図１４に示すように、凸部の表面ＳＵＲ１の表面粗さを粗くする処理が施されている。この処理は、例えば、電子線描画法などで直接乱雑表面を形成したスタンパを準備することも可能であるし、太陽電池の反射率抑止のための表面加工法（表面テクスチャー形成）や、磁気ディスクのヘッドクラッシュ抑止のための表面加工法を応用することができる。このようにして、基板１Ｓには、溝ＤＩＴによる凹凸形状部が形成され、表面ＳＵＲ１の表面粗さを、溝ＤＩＴの底面を構成する表面ＳＵＲ２の表面粗さよりも粗くすることができる。
【0072】
次に、図１５に示すように、凹凸形状部を形成した基板１Ｓの表面に、スパッタリング法を使用することにより、例えば、アルミニウム（Ａｌ）膜からなる金属膜ＭＦを形成する。このとき、金属膜ＭＦの膜厚が薄い状態では、基板１Ｓの表面形状を反映するように金属膜ＭＦが形成されることになる。その後、図１６に示すように、さらに、基板１Ｓ上に堆積する金属膜ＭＦの膜厚を厚くする。ここで、スパッタリング法に代表される成膜技術では、金属粒子がｚ方向だけでなく、ｘ方向やｙ方向にも大きな運動エネルギーを持って基板１Ｓ上に堆積する。したがって、基板１Ｓ上に堆積する金属膜ＭＦの膜厚が厚くなると、基板１Ｓの表面に形成された凹凸形状部を反映した金属膜ＭＦの形状が次第に平滑化される。そして、最終的に、図１７に示すように、金属膜ＭＦの表面は、基板１Ｓの表面に形成された凹凸形状部の形状に関係なく平坦化される。このようにして、本実施の形態１における光学素子を製造することができる。
【0073】
具体的に、図１７に示すように、本実施の形態１における光学素子では、基板１Ｓの表面ＳＵＲ２の表面粗さよりも、基板１Ｓの表面ＳＵＲ１の表面粗さの方が粗くなっている。言い換えれば、表面ＳＵＲ２の表面粗さに対応した標準偏差σｂｏｔｔｏｍよりも、表面ＳＵＲ１の表面粗さに対応した標準偏差σｔｏｐの方が充分に大きくなっている。この場合、図１７に示すように、基板１Ｓの下側から入射光を入射させると、入射光に含まれるＴＥ偏光光が基板１Ｓの表面ＳＵＲ２で反射される一方、入射光に含まれるＴＭ偏光光が基板１Ｓの表面ＳＵＲ１で吸収される。さらに厳密に言えば、基板１Ｓの下側から入射光を入射させると、表面ＳＵＲ２でのＴＥ偏光光の反射率よりも、表面ＳＵＲ１でのＴＭ偏光光の反射率が充分に小さくなる。この結果、本実施の形態１によれば、ＴＥ偏光光とＴＭ偏光光とを含む入射光から、概ねＴＥ偏光光だけを含む反射光を反射することができる。
【0074】
したがって、本実施の形態１における反射型光学素子は、偏光素子（偏光板）として機能することがわかる。特に、上述した製造方法では、ＣＤ製造技術や太陽電池の製造技術あるいは磁気ディスク製造技術で一般的に使用されている技術を流用できるため、安価な製造コストで光学素子を製造することができる。
【0075】
以上のことから、本実施の形態１によれば、熱・光耐性に優れ、かつ、コスト削減にも寄与する光学素子を提供することができる。
【0076】
続いて、さらに、コスト削減を図ることができる光学素子の製造方法について説明する。まず、図１８に示すように、凹凸形状部を形成した基板１Ｓを準備する。基板１Ｓに凹凸形状部を形成するには、例えば、ＣＤ（compact disk）やＤＶＤ（digital video disk）に適用される射出成形法などを利用することができる。つまり、射出成形法によって、凹凸パターンを有する透明なプラスチック基板を得ることができる。また、ナノインプリント法を応用してガラス基板、石英基板やシリコン基板などの表面に凹凸パターンを形成することもできる。このようにして、基板１Ｓには、溝ＤＩＴによる凹凸形状部が形成される。このとき、溝ＤＩＴの深さＧＤが図示されている。
【0077】
次に、図１９に示すように、電子ビーム蒸着法のように、金属粒子の運動エネルギーがｚ方向に局在した成膜技術により、溝ＤＩＴを形成した基板１Ｓ上に、例えば、アルミニウム（Ａｌ）膜からなる金属膜ＭＦを形成する。すなわち、直進性の高い粒子ビームを使用した成膜技術により金属膜ＭＦを形成する。この場合、図２０に示すように、金属膜ＭＦの膜厚を厚くしていくと、基板１Ｓの凸部に対応した領域では、周辺部が真空であるため、阻害要素がない状態で金属結晶粒が堆積成長する。一方、基板１Ｓの凹部に対応した領域では、先行して結晶成長した凸部の粒界によって成長する結晶方位に制限を受ける。この結果、図２１に示すように、さらに、金属膜ＭＦの膜厚を厚くしていくと、凹部の底面の表面粗さが凸部の上面の表面粗さに比べて粗くなる。このとき、例えば、金属膜ＭＦに形成された凹部の深さＧＤは、基板１Ｓに形成された溝ＤＩＴも深さＧＤと同等にすることができる。
【0078】
このようにして、本実施の形態１における光学素子を製造することができる。具体的に、図２１に示すように、本実施の形態１における光学素子では、金属膜ＭＦの凸部の表面ＳＵＲ２の表面粗さよりも、金属膜ＭＦの凹部の表面ＳＵＲ１の表面粗さの方が粗くなっている。言い換えれば、表面ＳＵＲ２の表面粗さに対応した標準偏差σｔｏｐよりも、表面ＳＵＲ１の表面粗さに対応した標準偏差σｂｏｔｔｏｍの方が充分に大きくなっている。この場合、図２１に示すように、金属膜ＭＦの上側から入射光を入射させると、入射光に含まれるＴＥ偏光光が金属膜ＭＦの表面ＳＵＲ２で反射される一方、入射光に含まれるＴＭ偏光光が金属膜ＭＦの表面ＳＵＲ１で吸収される。さらに厳密に言えば、金属膜ＭＦの上側から入射光を入射させると、表面ＳＵＲ２でのＴＥ偏光光の反射率よりも、表面ＳＵＲ１でのＴＭ偏光光の反射率が充分に小さくなる。
【0079】
この結果、本実施の形態１によれば、ＴＥ偏光光とＴＭ偏光光とを含む入射光から、概ねＴＥ偏光光だけを含む反射光を反射することができる。したがって、本実施の形態１における反射型光学素子は、偏光素子（偏光板）として機能することがわかる。
【0080】
この製造方法では、凹凸形状部を形成した基板１Ｓ上に、指向性を有する成膜法で、凹凸形状部の形状を反映した金属膜ＭＦを形成する工程を備えることに特徴がある。特に、この工程として、金属粒子の運動エネルギーが基板１Ｓの厚さ方向に局在した粒子ビームによる成膜技術を使用することにより、金属膜ＭＦの凹部底面の表面粗さを、金属膜ＭＦの凸部上面の表面粗さよりも粗くすることができる。この成膜技術によれば、凹部の表面ＳＵＲ１の表面粗さを粗くする処理を特別に施す必要がないため、さらなるコスト削減を図ることができる。以上のことから、本実施の形態１によれば、熱・光耐性に優れ、かつ、コスト削減にも寄与する光学素子を提供することができることがわかる。
【0081】
図２２は、本実施の形態１における製造方法により製造された反射型偏光素子の断面ＳＥＭ写真の一例である。図２２は、ワイヤグリッド構造（凹凸形状部）の延在方向（ｙ方向）に沿って試料を割って観察したものである。使用した基板は、ピッチ２００ｎｍ、溝の幅１００ｎｍ、溝の深さが１８０ｎｍである。試料は、電子線リソグラフィプロセスを利用して作成したシリコンスタンパを用い、ガラス２Ｐ法によって石英基板上にワイヤグリッド構造（櫛状構造）の凹凸パターンを転写して形成した。金属膜の材質は、アルミニウム（Ａｌ）を選択し、電子ビーム蒸着法によって２２０ｎｍ相当の膜厚を積層したものである。図２２に示すように、作製した試料において、ワイヤグリッド構造の表面（凸部）の表面粗さを示す標準偏差σｔｏｐは、７ｎｍであり、ワイヤグリッド構造の底面（凹部）の表面粗さを示す標準偏差σｂｏｔｔｏｍは、３１ｎｍである。
【0082】
このように本実施の形態１における反射型偏光素子の製造方法によれば、金属膜の凸部の表面の表面粗さよりも、金属膜の凹部の表面の表面粗さの方を粗くすることができることがわかる。言い換えれば、凸部の表面粗さに対応した標準偏差σｔｏｐよりも、凹部の表面粗さに対応した標準偏差σｂｏｔｔｏｍを充分に大きくすることができることがわかる。
【0083】
（実施の形態２）
前記実施の形態１では、例えば、図４に示すように、ワイヤグリッド構造ＷＧを構成する凹凸形状部の第１面と第２面のうち、光（電磁波）の入射側から遠い第１面（表面ＳＵＲ１）の表面粗さを、光（電磁波）の入射側に近い第２面（表面ＳＵＲ２）の表面粗さよりも粗くする例について説明した。本実施の形態２では、ワイヤグリッド構造ＷＧの下層に光吸収層を設ける例について説明する。
【0084】
＜本実施の形態２の特徴＞
図２３は、本実施の形態２における反射型偏光素子の概略構成を示す斜視図である。図２３において、本実施の形態２における反射型偏光素子は、例えば、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、または、シリコン基板からなる基板１Ｓ上に、例えば、アルミニウム膜からなる反射ミラー部ＭＰが形成されている。そして、この反射ミラー部ＭＰ上に、光を吸収する光吸収層ＡＢＬが形成され、この光吸収層ＡＢＬ上に、周期構造を有する凹凸形状部からなるワイヤグリッド構造ＷＧが形成されている。具体的に、ワイヤグリッド構造ＷＧは、ｙ方向に延在する金属細線をｘ方向に所定間隔で配置した金属櫛状構造から構成される。ここで、本実施の形態２の特徴は、反射ミラー部ＭＰとワイヤグリッド構造ＷＧとの間に光吸収層ＡＢＬを設ける点にある。これにより、本実施の形態２によれば、反射型偏光素子を実現することができる。
【0085】
ここで、光吸収層ＡＢＬは、金属酸化物膜や金属窒化物膜から形成することができる。具体的に、光吸収層ＡＢＬは、例えば、酸化クロム膜、酸化チタン膜、酸化タンタル膜、酸化モリブデン膜、酸化コバルト膜、酸化鉄膜、酸化バナジウム膜、窒化クロム膜、窒化チタン膜、窒化タンタル膜、窒化モリブデン膜、窒化コバルト膜、窒化鉄膜、窒化バナジウム膜、窒化シリコン膜などから形成することができる。特に、光吸収層ＡＢＬを構成する材料としては、光吸収性を有する無機材料薄膜であり、かつ、使用環境での安定性を確保する観点から、融点が３００℃以上の材料が望ましい。
【0086】
本実施の形態２における反射型偏光素子において、反射ミラー部ＭＰやワイヤグリッド構造ＷＧを構成する金属材料は、アルミニウム（Ａｌ）膜を使用している。ただし、これに限らず、前記実施の形態１と同様に、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、プラチナ（Ｐｔ）などを使用してもよい。この中でも、アルミニウム（Ａｌ）は、比較的安価な材料であるため、利用範囲が広い。
【0087】
また、本実施の形態２における反射型偏光素子において、ワイヤグリッド構造ＷＧ（櫛状構造）のピッチは１６０ｎｍ、幅は、８０ｎｍ、高さは、８０ｎｍとしている。さらに、光吸収層ＡＢＬとして、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）膜（複素屈折率２．６７＋０．２９ｉ）を使用し、厚さを４０ｎｍとしている。また、光吸収層ＡＢＬの下層に形成されている反射ミラー部ＭＰは、厚さ２００ｎｍのアルミニウム膜から形成している。
【0088】
以下に、上述した本実施の形態２における特徴点により、反射型偏光素子を実現できるメカニズムについて図面を参照しながら説明する。
【0089】
図２３において、まず、電場の振動方向がｙ方向であるＴＥ偏光光が入射する場合、図３で説明したメカニズムと同様のメカニズムにより、ＴＥ偏光光は、ワイヤグリッド構造ＷＧの上面（表面ＳＵＲ２）で反射されることになる。一方、電場の振動方向がｘ軸方向であるＴＭ偏光光が入射する場合、図２で説明したメカニズムと同様のメカニズムにより、ワイヤグリッド構造ＷＧを通過してワイヤグリッド構造ＷＧの底面（表面ＳＵＲ１）に達する。ここで、本実施の形態２では、ワイヤグリッド構造ＷＧの下層に光吸収層ＡＢＬが形成されている。このことから、ワイヤグリッド構造ＷＧの底面（表面ＳＵＲ１）に達したＴＭ偏光光は、光吸収層ＡＢＬで吸収される。厳密に言えば、光吸収層ＡＢＬは、１００％の吸収率を有しているとは言えないが、少なくとも、光吸収層ＡＢＬを設けることにより、反射されるＴＭ偏光光は減少する。すなわち、ワイヤグリッド構造ＷＧの底面（表面ＳＵＲ１）からのＴＭ偏光光の反射率は低下することになる。
【0090】
以上のことから、本実施の形態２における反射型光学素子は、例えば、様々な偏光光を含む光を入射させると、特定方向に偏光した偏光光（ＴＥ偏光光）を主に反射させる機能を有することになる。これは、本実施の形態２における反射型光学素子が反射型偏光素子（偏光板）として機能することを意味するものである。このようにして、本実施の形態２によれば、ワイヤグリッド構造ＷＧの下層に光吸収層ＡＢＬを設けることにより、反射型偏光素子を実現できることがわかる。
【0091】
ここで、本実施の形態２においても、ワイヤグリッド構造ＷＧの高さと光吸収層ＡＢＬの厚さを所定値に設定することにより、ＴＭ偏光光の反射率を最小とすることができる。具体的には、ワイヤグリッド構造ＷＧの実効高さ（表面プラズモンの効果によって、光がワイヤグリッド構造ＷＧを構成する複数の金属細線の間を進行するときの実効屈折率を考慮した高さ）や光吸収層ＡＢＬの厚さをλ／４（λ：入射光の波長）相当とすることにより、よく知られた反射防止膜と同じ干渉効果によって反射率を極小にすることができる。したがって、本実施の形態２における反射型偏光素子においては、ワイヤグリッド構造ＷＧの下層に光吸収層ＡＢＬを設ける構成を採るとともに、ワイヤグリッド構造ＷＧの実効高さや光吸収層ＡＢＬの実効厚さをλ／４（λ：波長）相当に設定することが望ましい。
【0092】
この場合、光吸収層ＡＢＬによるＴＭ偏光光の吸収効果が発現することに加えて、反射防止膜と同様の干渉効果によって、ＴＭ偏光光の正反射率を限りなく小さくすることができるからである。このような機構によって、本実施の形態２における反射型偏光素子によれば、ＴＥ偏光光の反射率とＴＭ偏光光の反射率との間に大きなコントラストを得ることができる。この結果、本実施の形態２における反射型偏光素子によれば、反射ミラーと偏光素子の機能を兼ね備える光学素子を実現できることから、熱・光耐性に優れ、かつ、コスト削減にも寄与する光学素子を実現することができる。
【0093】
図２４は、本実施の形態２における反射型偏光素子の反射率の波長依存性を計算した結果である。図２４において、横軸は、入射光の波長（ｎｍ）を示しており、縦軸は、反射率を示している。図２４に示すように、ＴＥ偏光光の反射率に比較して、ＴＭ偏光光の反射率が小さいことがわかる。言い換えれば、ＴＭ偏光光の反射率に比較して、ＴＥ偏光光の反射率が大きいことがわかる。これは、本実施の形態２において、ワイヤグリッド構造ＷＧ（凹凸形状部）の下層に光吸収層ＡＢＬを設けているため、ワイヤグリッド構造ＷＧを透過してきたＴＭ偏光光のほとんどが、光吸収層ＡＢＬで吸収されているためであると考えることができる。したがって、本実施の形態２によれば、ワイヤグリッド構造ＷＧ（凹凸形状部）の下層に光吸収層ＡＢＬを設けることにより、反射型偏光素子として望まれる特性が得られることがわかる。
【0094】
＜実施の形態２における光学素子の製造方法＞
本実施の形態２における光学素子は、上記のように構成されており、以下に、その製造方法について説明する。
【0095】
まず、図２５に示すように、例えば、プラスチック基板、ガラス基板、石英基板、あるいは、シリコン基板などからなる基板１Ｓ上に、反射ミラー部ＭＰを形成する。反射ミラー部ＭＰは、例えば、アルミニウム（Ａｌ）膜から形成され、例えば、スパッタリング法を使用することにより形成することができる。そして、この反射ミラー部ＭＰ上に、光吸収層ＡＢＬを形成する。この光吸収層ＡＢＬは、例えば、酸化クロム膜から形成され、例えば、スパッタリング法を使用することにより形成することができる。その後、光吸収層ＡＢＬ上に、例えば、アルミニウム（Ａｌ）膜からなる金属膜ＭＦを形成する。この金属膜ＭＦも、例えば、スパッタリング法を使用して形成することができる。このようにして、基板１Ｓ上に、順次、反射ミラー部ＭＰと光吸収層ＡＢＬと金属膜ＭＦを積層した積層構造を形成することができる。
【0096】
続いて、図２６に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、積層構造の最上層に形成されている金属膜ＭＦをパターニングする。金属膜ＭＦのパターニングは、金属細線を形成する領域にレジスト膜が残存するように行われる。そして、パターニングしたレジスト膜をマスクにして、金属膜ＭＦをエッチングする。これにより、金属膜ＭＦがパターニングされて、金属膜ＭＦからなるワイヤグリッド構造ＷＧを形成することができる。
【0097】
このとき行われる金属膜ＭＦのエッチングの際、金属膜ＭＦの下層に形成されている光吸収層ＡＢＬがエッチングストッパとして機能する。つまり、光吸収層ＡＢＬを構成する金属酸化物や金属窒化物と、金属膜ＭＦとは、一般的に、エッチングレートが異なるため、金属膜ＭＦのエッチングを行なう際、金属膜ＭＦの下層に形成されている光吸収層ＡＢＬをエッチングストッパとして機能させることができる。
【0098】
このことから、ワイヤグリッド構造ＷＧの高さを精密に加工することができるとともに、プロセスンマージンも確保できる利点が得られる。つまり、光吸収層ＡＢＬは、光を吸収すると言う本来の機能の他に、エッチングストッパとしての副次的な機能も有することになる。以上のようにして、本実施の形態２によれば、高精度な反射型偏光素子を製造することができる。
【0099】
特に、本実施の形態２では、光吸収層ＡＢＬをエッチングストッパとしても機能させることができるので、光吸収層ＡＢＬ上に形成されるワイヤグリッド構造ＷＧの高さを均一に揃えることができる。すなわち、金属膜ＭＦのエッチングによって、ワイヤグリッド構造ＷＧが形成されるが、金属膜ＭＦのエッチングレートは、領域によって、若干のばらつきが生じる場合がある。この場合、エッチング残りが生じないように、多少オーバエッチング気味にエッチングする必要がある。この場合であっても、金属膜ＭＦの下層に形成されている光吸収層ＡＢＬがエッチングストッパとして機能するため、オーバエッチングしても、領域ごとによる金属細線の高さのばらつきを抑制することができ、周期的に配列された金属細線の高さの均一性を向上させることができる。さらに、加工精度を向上させることができるので、本実施の形態２における光学素子の製造方法によれば、ワイヤグリッド構造ＷＧの実効高さをλ／４（λ：波長）相当に設定することが容易となり、高性能な反射型偏光素子を製造できると言う利点が得られる。
【0100】
＜変形例＞
なお、本実施の形態２では、ワイヤグリッド構造ＷＧの下層に光吸収層を設ける例について説明したが、さらに、この光吸収層の表面粗さを粗くしてもよい。すなわち、本実施の形態２における技術的思想と、前記実施の形態１における技術的思想を組み合わせても良い。この場合、本変形例の構成は、ワイヤグリッド構造ＷＧの下層に光吸収層ＡＢＬを設け、かつ、光吸収層ＡＢＬの表面粗さを、ワイヤグリッド構造ＷＧの上面の表面粗さよりも粗くする構成と言うことができる。言い換えれば、本変形例の構成は、ワイヤグリッド構造ＷＧの下層に光吸収層ＡＢＬを設け、かつ、光吸収層ＡＢＬの表面粗さに対応する標準偏差を、ワイヤグリッド構造ＷＧの上面の表面粗さに対応した標準偏差よりも大きくする構成と言うことになる。
【0101】
このように構成された変形例によれば、光吸収層ＡＢＬを設けることによるＴＭ偏光光の反射率の低減効果（吸収効果）の他に、光吸収層ＡＢＬの表面粗さを粗くすることに起因する光吸収層ＡＢＬの表面積の増大により、ＴＭ偏光光の吸収率の増大効果を得ることができる。さらに、光吸収層ＡＢＬの表面粗さを粗くすることにより、位相が乱されてＴＭ偏光光の散乱（乱反射）も生じやすくなり、正反射されるＴＭ偏光光の割合も低下する効果も得られる。
【0102】
したがって、本変形例によれば、（１）光吸収層ＡＢＬを設ける点と、（２）光吸収層ＡＢＬの表面積を増大させる点と、（３）ＴＭ偏光光の乱反射を増大させる点と、の相乗効果を得ることができる。そして、この相乗効果により、ＴＥ偏光光の反射率とＴＭ偏光光の反射率との間に大きなコントラストを得ることができる。この結果、本変形例における反射型偏光素子によれば、熱・光耐性に優れたさらなる高性能な反射型偏光素子を提供することができる。
【0103】
（実施の形態３）
本実施の形態３では、前記実施の形態１や前記実施の形態２における反射型偏光素子を適用した光学装置について、図面を参照しながら説明する。本実施の形態３では、様々な光学装置のうち、特に、画像投影装置の１つである液晶プロジェクタを例に挙げて説明する。
【0104】
＜液晶プロジェクタの構成＞
図２７は、本実施の形態３における液晶プロジェクタの光学系を示す模式図である。図２７において、本実施の形態３における液晶プロジェクタは、光源ＬＳ、導波光学系ＬＧＳ、ダイクロイックミラーＤＭ（Ｂ）、ＤＭ（Ｇ）、反射ミラーＭＲ１（Ｒ）、反射型偏光素子ＲＷＧ（Ｂ）、ＲＷＧ（Ｒ）、液晶パネルＬＣＰ（Ｂ）、ＬＣＰ（Ｇ）、ＬＣＰ（Ｒ）、透過型偏光素子ＷＧ１（Ｇ）、ＷＧ２（Ｇ）、ＷＧ２（Ｂ）、ＷＧ２（Ｒ）、投影レンズＬＥＮを有している。
【0105】
光源ＬＳは、ハロゲンランプなどから構成され、青色光と緑色光と赤色光とを含む白色光を射出するようになっている。そして、導波光学系は、光源ＬＳから射出された光分布の一様化やコリメートなどを実施するように構成されている。
【0106】
ダイクロイックミラーＤＭ（Ｂ）は、青色光に対応した波長の光を反射し、その他の緑色光や赤色光を透過するように構成されている。同様に、ダイクロイックミラーＤＭ（Ｇ）は、緑色光に対応した波長の光を反射し、その他の赤色光を透過するように構成されている。また、反射ミラーＭＲ１（Ｒ）は、赤色光を反射するように構成されている。
【0107】
反射型偏光素子ＲＷＧ（Ｂ）は、青色光を入射して特定の偏光光を選択反射するように構成されており、反射型偏光素子ＲＷＧ（Ｒ）は、赤色光を入射して特定の偏光光を選択反射するように構成されている。具体的に、反射型偏光素子ＲＷＧ（Ｂ）や反射型偏光素子ＲＷＧ（Ｒ）は、前記実施の形態１や前記実施の形態２で説明した反射型偏光素子であり、例えば、前記実施の形態１に対応している場合は、図４に示すように、ワイヤグリッド構造ＷＧを構成する凹凸形状部の第１面と第２面のうち、光（電磁波）の入射側から遠い第１面（表面ＳＵＲ１）の表面粗さは、光（電磁波）の入射側に近い第２面（表面ＳＵＲ２）の表面粗さよりも粗くするようになっている。一方、前記実施の形態２に対応している場合は、図２３に示すように、ワイヤグリッド構造ＷＧの下層に光吸収層ＡＢＬが設けられた構造をしている。
【0108】
液晶パネルＬＣＰ（Ｂ）は、青色用の反射型偏光素子ＲＷＧ（Ｂ）から射出された偏光光を入射し、画像情報に応じて偏光光の強度変調を行なうように構成されている。同様に、液晶パネルＬＣＰ（Ｇ）は、緑色用の透過型偏光素子ＷＧ１（Ｇ）から射出された偏光光を入射し、画像情報に応じて偏光光の強度変調を行なうように構成され、液晶パネルＬＣＰ（Ｒ）は、赤色用の反射型偏光素子ＲＷＧ（Ｒ）から射出された偏光光を入射し、画像情報に応じて偏光光の強度変調を行なうように構成されている。これらに液晶パネルＬＣＰ（Ｂ）、ＬＣＰ（Ｇ）、ＬＣＰ（Ｒ）は、液晶パネルを制御する制御回路（図示せず）と電気的に接続されており、この制御回路からの制御信号に基づいて、液晶パネルに印加される電圧が制御されるようになっている。
【0109】
透過型偏光素子ＷＧ１（Ｇ）、ＷＧ２（Ｇ）は、緑色用の透過型偏光素子であり、緑色光に含まれる特定の偏光光だけを選択透過するように構成されている。同様に、透過型偏光素子ＷＧ２（Ｂ）は、青色用の透過型偏光素子であり、青色光に含まれる特定の偏光光だけを選択透過するように構成され、透過型偏光素子ＷＧ２（Ｒ）は、赤色用の透過型偏光素子であり、赤色光に含まれる特定の偏光光だけを選択透過するように構成されている。なお、投影レンズＬＥＮは、画像を投影するためのレンズである。
【0110】
＜液晶プロジェクタの動作＞
本実施の形態３における液晶プロジェクタは、上記のように構成されており、以下に、その動作について説明する。まず、図２７に示すように、ハロゲンランプなどより構成される光源ＬＳから青色光と緑色光と赤色光を含む白色光が射出される。そして、光源ＬＳから射出された白色光は、導波光学系ＬＧＳに入射されることにより、白色光に対して光分布の一様化やコリメートなどが実施される。その後、導波光学系ＬＧＳを射出した白色光は、最初にダイクロイックミラーＤＭ（Ｂ）に入射する。ダイクロイックミラーＤＭ（Ｂ）では、白色光に含まれる青色光だけが反射され、緑色光と赤色光は、ダイクロイックミラーＤＭ（Ｂ）を透過する。
【0111】
ダイクロイックミラーＤＭ（Ｂ）を透過した緑色光と赤色光は、ダイクロイックミラーＤＭ（Ｇ）に入射される。ダイクロイックミラーＤＭ（Ｇ）では、緑色光だけが反射され、赤色光は、ダイクロイックミラーＤＭ（Ｇ）を透過する。このようにして、白色光から青色光と緑色光と赤色光に分離することができる。
【0112】
続いて、分離された青色光は、反射型偏光素子ＲＷＧ（Ｂ）に入射され、青色光に含まれる特定の偏光光が選択反射される。そして、選択反射された偏光光は、液晶パネルＬＣＰ（Ｂ）に入射する。液晶パネルＬＣＰ（Ｂ）では、制御信号に基づいて、入射した偏光光の強度変調が行なわれる。その後、強度変調された偏光光は、液晶パネルＬＣＰ（Ｂ）から射出され、透過型偏光素子ＷＧ２（Ｂ）に入射した後、透過型偏光素子ＷＧ２（Ｂ）から射出される。
【0113】
同様に、分離された緑色光は、透過型偏光素子ＷＧ１（Ｇ）に入射され、緑色光に含まれる特定の偏光光が選択透過される。そして、選択透過された偏光光は、液晶パネルＬＣＰ（Ｇ）に入射される。液晶パネルＬＣＰ（Ｇ）では、制御信号に基づいて、入射した偏光光の強度変調が行なわれる。その後、強度変調された偏光光は、液晶パネルＬＣＰ（Ｇ）から射出され、透過型偏光素子ＷＧ２（Ｇ）に入射された後、透過型偏光素子ＷＧ２（Ｇ）から射出される。
【0114】
また、分離された赤色光は、反射型偏光素子ＲＷＧ（Ｒ）に入射され、赤色光に含まれる特定の偏光光が選択反射される。そして、選択反射された偏光光は、液晶パネルＬＣＰ（Ｒ）に入射する。液晶パネルＬＣＰ（Ｒ）では、制御信号に基づいて、入射した偏光光の強度変調が行なわれる。その後、強度変調された偏光光は、液晶パネルＬＣＰ（Ｒ）から射出され、透過型偏光素子ＷＧ２（Ｒ）に入射した後、透過型偏光素子ＷＧ２（Ｒ）から射出される。
【0115】
その後、透過型偏光素子ＷＧ２（Ｂ）から射出された偏光光（青色）と、透過型偏光素子ＷＧ２（Ｇ）から射出された偏光光（緑色）と、透過型偏光素子ＷＧ２（Ｒ）から射出された偏光光（赤色）とが合波され、投影レンズＬＥＮを介して、スクリーン（図示せず）に投影される。このようにして、本実施の形態３における液晶プロジェクタによれば、画像を投影することができる。
【0116】
＜実施の形態３における液晶プロジェクタの利点＞
以下に、従来技術における液晶プロジェクタと比較しながら、本実施の形態３における液晶プロジェクタの利点について説明する。
【0117】
図２８は、従来技術における液晶プロジェクタの光学系を示す模式図である。図２８に示す従来技術における液晶プロジェクタと、図２７に示す本実施の形態３における液晶プロジェクタとの相違点について説明する。図２８に示す従来技術における液晶プロジェクタでは、例えば、反射ミラーＭＲ１（Ｂ）と透過型偏光素子ＷＧ１（Ｂ）とが別部品として構成されている。同様に、例えば、反射ミラーＭＲ２（Ｒ）と透過型偏光素子ＷＧ１（Ｒ）とが別部品として構成されている。
【0118】
これに対し、図２７に示す本実施の形態３における液晶プロジェクタでは、例えば、反射ミラーＭＲ１（Ｂ）と透過型偏光素子ＷＧ１（Ｂ）との組合せに換えて、反射ミラーと偏光板の機能を兼ね備える反射型偏光素子ＲＷＧ（Ｂ）を採用している。同様に、反射ミラーＭＲ２（Ｒ）と透過型偏光素子ＷＧ１（Ｒ）との組合せに換えて、反射ミラーと偏光板の機能を兼ね備える反射型偏光素子ＲＷＧ（Ｒ）を採用している。
【0119】
この結果、本実施の形態３における液晶プロジェクタによれば、従来技術における液晶プロジェクタに比べて、部品点数を削減することができる。したがって、本実施の形態３によれば、液晶プロジェクタの小型化や低コスト化を実現できると言う利点が得られることがわかる。
【0120】
＜付記＞
本実施の形態３における画像投影装置は、以下の態様を含む。
【0121】
（付記１）
（ａ）光源と、（ｂ）前記光源より射出される光から特定の偏光光を選択反射する第１偏光素子と、（ｃ）前記第１偏光素子から射出された前記偏光光を入射し、画像情報に応じて前記偏光光の強度変調を行なう液晶パネルと、（ｄ）前記液晶パネルから射出された前記偏光光を入射する第２偏光素子と、（ｅ）前記第２偏光素子から射出された前記偏光光を入射して画像を投影する投影レンズと、を備え、前記第１偏光素子は、光を入射する周期構造をした凹凸形状部を有し、前記凹凸形状部の表面を構成する第１面と第２面のうち、前記光の入射側から遠い前記第１面の表面粗さは、前記光の入射側に近い前記第２面の表面粗さよりも粗い画像投影装置。
【0122】
（付記２）
（ａ）光源と、（ｂ）前記光源より射出される光から特定の偏光光を選択反射する第１偏光素子と、（ｃ）前記第１偏光素子から射出された前記偏光光を入射し、画像情報に応じて前記偏光光の強度変調を行なう液晶パネルと、（ｄ）前記液晶パネルから射出された前記偏光光を入射する第２偏光素子と、（ｅ）前記第２偏光素子から射出された前記偏光光を入射して画像を投影する投影レンズと、を備え、前記第１偏光素子は、光を入射する周期構造をした凹凸形状部と、前記凹凸形状部の下層に設けられ、前記光を吸収する吸収層と、を備える画像投影装置。
【0123】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【0124】
例えば、前記実施の形態では、可視光から近赤外線光に対応する光学素子や光学装置について説明したが、これに限らず、マクスウェル方程式に従う電磁波であれば、本願発明の技術的思想を同様に適用することができる。具体的には、７７ＧＨｚの無線デバイスでは、電磁波（光）の波長は約４ｍｍであり、このような電磁波に対しても、例えば、波長よりも小さなピッチで構成される反射型偏光素子を光学部品（偏光板）として適用することができる。このとき、光学素子の作製には、プレス加工や研削加工などを用いることができる。
【0125】
＜先行技術文献との対比＞
最後に先行技術文献（特開２０１１−８１１５４号公報：特許文献３）と本願発明の技術的思想との相違点を明確化するために対比を行なう。
【0126】
図２９は、先行技術文献に記載されている光学素子（１／２波長板）の構成を示す模式図である。図２９において、先行技術文献における光学素子は、反射ミラー部ＭＰ上に、ワイヤグリッド構造ＷＧが形成されている。ここで、ワイヤグリッド構造ＷＧの方位は、ｘ−ｙ平面内で４５度回転した配置とし、ｘ方向を４５度回転した方向をａ方向と定義し、ｙ方向を４５度回転した方向をｂ方向と定義する。この場合、まず、電場の振動方向がｂ方向である偏光光（ｂ方向）を入射する場合、図３で説明したメカニズムと同様のメカニズムにより、偏光光（ｂ方向）は、ワイヤグリッド構造ＷＧの上面（表面ＳＵＲ２）で反射されることになる。
【0127】
一方、電場の振動方向がａ方向である偏光光（ａ方向）を入射する場合、図２で説明したメカニズムと同様のメカニズムにより、ワイヤグリッド構造ＷＧを通過してワイヤグリッド構造ＷＧの底面（表面ＳＵＲ１）に達する。そして、ワイヤグリッド構造ＷＧの底面（表面ＳＵＲ１）に達した偏光光（ａ方向）は、表面ＳＵＲ１で反射される。
【0128】
先行技術文献に記載された技術では、表面ＳＵＲ２で反射された偏光光（ｂ方向）と、表面ＳＵＲ１で反射された偏光光（ａ方向）が再び重ね合わされて光学素子から反射される。このとき、表面ＳＵＲ１で反射される偏光光（ａ方向）は、ワイヤグリッド構造ＷＧの高さを往復する分だけ、表面ＳＵＲ２で反射される偏光光よりも光路長が長くなる。そして、この光路長が１／２波長分になるように設計することにより、偏光光（ｂ方向）と偏光光（ａ方向）が再び重ね合わされる際、偏光光（ａ方向）の位相は、１８０度ずれることになる。つまり、入射光に含まれる偏光光（ａ方向）の位相と、反射光に含まれる偏光光（ａ方向）の位相は１８０度ずれることになる。この結果、入射光の偏光方向と反射光の偏光方向が９０度異なるようになる。このようにして、先行技術文献に記載されている光学素子は、１／２波長板として機能することになる。
【0129】
具体的に、図３０は、１／２波長板の機能を説明する図である。図３０（ａ）は、先行技術文献における光学素子にＴＥ偏光光を入射する場合を示している。先行技術文献における光学素子は、ｘ−ｙ平面内で４５度回転していることから、ＴＥ偏光光は、例えば、図３０（ａ）に示すように、ａ方向のベクトル成分とｂ方向のベクトル成分がともに「１」となっている。そして、図３０（ｂ）は、先行技術文献に記載された光学素子からの反射光を示している。上述したように、先行技術文献における光学素子から反射される反射光においては、ａ方向の偏光光の光路長がｂ方向の偏光光の光路長よりも１／２波長分長くなるため、ａ方向の偏光光の位相は１８０度ずれることになる。このことは、図３０（ｂ）に示すように、ａ方向のベクトル成分が「１」から「−１」になることを意味している。
【0130】
この結果、反射光は、入射光であるＴＥ偏光光と偏光方向が９０度異なるＴＭ偏光光になることがわかる。つまり、先行技術文献における光学素子は、１／２波長板として機能することがわかる。ここで、重要な点は、先行技術文献における光学素子が、１／２波長板として良好に機能するためには、ワイヤグリッド構造ＷＧの上面（表面ＳＵＲ２）で反射される偏光光（ｂ方向）の反射率と、ワイヤグリッド構造ＷＧを透過した後、底面で反射される偏光光（ａ方向）の反射率が等しいことが要求される点である。
【0131】
これに対し、本願発明における光学素子は、１／２波長板ではなく、偏光素子として機能する点で大きく相違する。本願発明における光学素子は、偏光素子として機能させるため、例えば、図６に示すように、ＴＥ偏光光を反射する一方、ＴＭ偏光光を吸収するように機能させる必要がある。つまり、本願発明で重要な点は、ワイヤグリッド構造ＷＧの上面（表面ＳＵＲ２）でＴＥ偏光光が反射される一方、ワイヤグリッド構造ＷＧを透過した後、底面で反射されるＴＭ偏光光の反射率がほぼゼロになることが要求される点である。これにより、本願発明における光学素子を偏光素子として機能させることができるのである。
【0132】
したがって、本願発明の光学素子が偏光素子として機能させる必要があるのに対し、先行技術文献の光学素子が１／２波長板として機能させる必要がある点で大きく相違することがわかる。そして、この機能の相違から、先行技術文献では、ワイヤグリッド構造ＷＧの上面（表面ＳＵＲ２）で反射される偏光光（ｂ方向）の反射率と、ワイヤグリッド構造ＷＧを透過した後、底面で反射される偏光光（ａ方向）の反射率が等しくする構成を採る。これに対し、本願発明では、ワイヤグリッド構造ＷＧの上面（表面ＳＵＲ２）でＴＥ偏光光が反射される一方、ワイヤグリッド構造ＷＧを透過した後、底面で反射されるＴＭ偏光光の反射率がほぼゼロにする構成を採る点で、本願発明の基本思想と、先行技術文献の基本思想とは全く異なることがわかる。
【0133】
以上のことから、本願発明の基本思想と、先行技術文献の基本思想が全く異なることから、たとえ、当業者といえども、先行技術文献から本願発明を想到することは困難であると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【0134】
本発明は、光学素子を製造する製造業に幅広く利用することができる。
【符号の説明】
【0135】
１Ｓ 基板
ＡＢＬ 吸収層
ＤＩＴ 溝
ＤＭ（Ｂ） ダイクロイックミラー
ＤＭ（Ｇ） ダイクロイックミラー
ＬＣＰ（Ｂ）液晶パネル
ＬＣＰ（Ｇ）液晶パネル
ＬＣＰ（Ｒ）液晶パネル
ＬＥＮ 投影レンズ
ＬＳ 光源
ＬＧＳ 導波光学系
ＭＦ 金属膜
ＭＰ 反射ミラー部
ＭＲ１（Ｂ） 反射ミラー
ＭＲ１（Ｒ） 反射ミラー
ＭＲ２（Ｒ） 反射ミラー
ＲＷＧ（Ｂ） 反射型偏光素子
ＲＷＧ（Ｒ） 反射型偏光素子
ＳＵＲ１ 表面
ＳＵＲ２ 表面
ＷＧ ワイヤグリッド構造
ＷＧ１（Ｂ） 透過型偏光素子
ＷＧ１（Ｇ） 透過型偏光素子
ＷＧ１（Ｒ） 透過型偏光素子
ＷＧ２（Ｂ） 透過型偏光素子
ＷＧ２（Ｇ） 透過型偏光素子
ＷＧ２（Ｒ） 透過型偏光素子
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図22】
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