(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024039411
(43)【公開日】2024-03-22
(54)【発明の名称】偏光制御素子及び顕微鏡
(51)【国際特許分類】
G02B 5/30 20060101AFI20240314BHJP
G02B 21/00 20060101ALI20240314BHJP
【ＦＩ】
G02B5/30
G02B21/00
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022143943
(22)【出願日】2022-09-09
(71)【出願人】
【識別番号】000133227
【氏名又は名称】株式会社タムロン
(74)【代理人】
【識別番号】110000338
【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ
(72)【発明者】
【氏名】細谷 成紀
(72)【発明者】
【氏名】李 潔
【テーマコード（参考）】
2H052
2H149
【Ｆターム（参考）】
2H052AA01
2H149AA22
2H149AB01
2H149BA23
2H149DA02
2H149DA05
2H149DA12
2H149EA02
2H149EA19
2H149FA41Y
2H149FA42Z
(57)【要約】
【課題】波長板を用いることなく、ラジアル偏光又はアジマス偏光の光ビームを出射することができる偏光制御素子を実現すること。
【解決手段】偏光制御素子（１０）は、４個の偏光領域（１２１～１２４）からなる偏光子（１２）と、等方性位相板（１３）とを備え、各偏光領域（１２１～１２４）は、９０°の頂角を有する扇型であり、各偏光領域（１２１～１２４）の偏光軸は、前記頂角の二等分線に対して平行であり、等方性位相板（１３）は、偏光領域（１２１～１２４）のうち周方向において連続する偏光領域（１２２，１２３）を覆っている。
【選択図】図２
【解決手段】偏光制御素子（１０）は、４個の偏光領域（１２１～１２４）からなる偏光子（１２）と、等方性位相板（１３）とを備え、各偏光領域（１２１～１２４）は、９０°の頂角を有する扇型であり、各偏光領域（１２１～１２４）の偏光軸は、前記頂角の二等分線に対して平行であり、等方性位相板（１３）は、偏光領域（１２１～１２４）のうち周方向において連続する偏光領域（１２２，１２３）を覆っている。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
４ｎ個（ｎは、１以上の整数）の偏光領域からなる偏光子と、等方性位相板とを備え、
各偏光領域は、（１）３６０°／４ｎの頂角と、当該頂角を挟み込む一対の挟辺とを有し、且つ、（２）前記頂角の頂点同士が一致又は近接するとともに、各挟辺が隣接する偏光領域の一方の挟辺と一致又は近接するように設けられており、
前記偏光子における各偏光領域の偏光軸は、前記頂角の二等分線に対して平行及び直交の何れか一方に統一されており、
前記等方性位相板は、４ｎ個の前記偏光領域のうち周方向において連続する２ｎ個の偏光領域を覆うように設けられている、
ことを特徴とする偏光制御素子。
各偏光領域は、（１）３６０°／４ｎの頂角と、当該頂角を挟み込む一対の挟辺とを有し、且つ、（２）前記頂角の頂点同士が一致又は近接するとともに、各挟辺が隣接する偏光領域の一方の挟辺と一致又は近接するように設けられており、
前記偏光子における各偏光領域の偏光軸は、前記頂角の二等分線に対して平行及び直交の何れか一方に統一されており、
前記等方性位相板は、４ｎ個の前記偏光領域のうち周方向において連続する２ｎ個の偏光領域を覆うように設けられている、
ことを特徴とする偏光制御素子。
【請求項2】
前記等方性位相板は、波長が所定の動作波長である光ビームの位相を１／２波長遅らせる、
ことを特徴とする請求項１に記載の偏光制御素子。
ことを特徴とする請求項１に記載の偏光制御素子。
【請求項3】
前記等方性位相板は、互いに異なる複数の動作波長の各々にそれぞれが対応している複数の等方性位相板であって、波長が各動作波長である光ビームの位相を１／２波長遅らせる複数の等方性位相板により構成されており、
前記偏光子と、前記複数の等方性位相板の各々とは、別体である、
ことを特徴とする請求項１に記載の偏光制御素子。
前記偏光子と、前記複数の等方性位相板の各々とは、別体である、
ことを特徴とする請求項１に記載の偏光制御素子。
【請求項4】
前記偏光子を第１の偏光子として、
前記第１の偏光子の前段に設けられ、且つ、単一方向に沿った偏光軸を有する第２の偏光子を更に備え、
前記第１の偏光子における各偏光領域の偏光軸は、前記頂角の二等分線に対して平行であり、
前記第２の偏光子の前記偏光軸と、４ｎ個の前記偏光領域のうち前記等方性位相板により覆われている領域と覆われていない領域との境界と、は直交している、
ことを特徴とする請求項１に記載の偏光制御素子。
前記第１の偏光子の前段に設けられ、且つ、単一方向に沿った偏光軸を有する第２の偏光子を更に備え、
前記第１の偏光子における各偏光領域の偏光軸は、前記頂角の二等分線に対して平行であり、
前記第２の偏光子の前記偏光軸と、４ｎ個の前記偏光領域のうち前記等方性位相板により覆われている領域と覆われていない領域との境界と、は直交している、
ことを特徴とする請求項１に記載の偏光制御素子。
【請求項5】
前記偏光子を第１の偏光子として、
前記第１の偏光子の前段に設けられ、且つ、単一方向に沿った偏光軸を有する第２の偏光子を更に備え、
前記第１の偏光子における各偏光領域の偏光軸は、前記頂角の二等分線に対して直交しており、
前記第２の偏光子の前記偏光軸と、４ｎ個の前記偏光領域のうち前記等方性位相板により覆われている領域と覆われていない領域との境界と、は平行である、
ことを特徴とする請求項１に記載の偏光制御素子。
前記第１の偏光子の前段に設けられ、且つ、単一方向に沿った偏光軸を有する第２の偏光子を更に備え、
前記第１の偏光子における各偏光領域の偏光軸は、前記頂角の二等分線に対して直交しており、
前記第２の偏光子の前記偏光軸と、４ｎ個の前記偏光領域のうち前記等方性位相板により覆われている領域と覆われていない領域との境界と、は平行である、
ことを特徴とする請求項１に記載の偏光制御素子。
【請求項6】
前記偏光子と、前記等方性位相板とは、一体化されている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の偏光制御素子。
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の偏光制御素子。
【請求項7】
前記偏光子は、ワイヤーグリッド偏光子である、
ことを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の偏光制御素子。
ことを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の偏光制御素子。
【請求項8】
請求項４に記載の偏光制御素子である第１の偏光制御素子と、
請求項５に記載の偏光制御素子である第２の偏光制御素子と、
観察に用いる光ビームの光路上に偏光制御素子を挿入する場合に、当該偏光制御素子として、前記第１の偏光制御素子又は前記第２の偏光制御素子を選択する選択手段と、を備えている、
ことを特徴とする顕微鏡。
請求項５に記載の偏光制御素子である第２の偏光制御素子と、
観察に用いる光ビームの光路上に偏光制御素子を挿入する場合に、当該偏光制御素子として、前記第１の偏光制御素子又は前記第２の偏光制御素子を選択する選択手段と、を備えている、
ことを特徴とする顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、出射光の偏光状態を制御する偏光制御素子に関する。また、本発明は、そのような偏光制御素子を備えた顕微鏡に関する。
【背景技術】
【0002】
一方向に向かって伝搬する光の束あるいは光の流れは、光ビームと呼ばれ、様々な分野において広く利用されている。
【0003】
光ビームの偏光状態としては、直線偏光及び円偏光が知られている。直線偏光及び円偏光は、光ビームの伝搬方向に直交する断面（以下においてビーム断面と称する）において、空間的に均一な偏光分布を有する。一方、ビーム断面において、空間的に不均一な偏光分布を有する光ビームも知られている。このように、空間的に不均一な偏光分布を有する光ビームは、ベクトルビームとも呼ばれる。ベクトルビームの例としては、ラジアル偏光及びアジマス偏光が挙げられる。ラジアル偏光を高ＮＡ（Numerical Aperture）になるように集光させた場合、光ビームの進行方向と平行な方向に強い電場が形成され、光ビームの進行方向に直交する平面の面内方向に強い磁場が形成される。また、アジマス偏光を高ＮＡになるように集光させた場合、光ビームの進行方向に直交する平面の面内方向に強い電場形成とZ方向に強い磁場形成がされる（逆の性質を持つ）特徴があり、これを利用して光による材料分析や、レーザ加工の分野で応用が進んでいる。
【0004】
特許文献１の図１には、直線偏光の光ビームを入射した場合に、直線偏光の偏光方向に応じて、ラジアル偏光（特許文献１の図２参照）又はアジマス偏光（特許文献１の図３参照）を出射する偏光制御素子が記載されている。より具体的には、（１）特許文献の図１に図示された座標系のＹ軸方向と平行な直線偏光を偏光制御素子に入射させた場合、偏光制御素子は、疑似ラジアル偏光を出射し、（２）特許文献の図１に図示された座標系のＸ軸方向と平行な直線偏光を偏光制御素子に入射させた場合、偏光制御素子は、疑似アジマス偏光を出射する。疑似ラジアル偏光とは、偏光状態をラジアル偏光に近似することができる偏光を指し、疑似アジマス偏光とは、偏光状態をアジマス偏光に近似することができる偏光を指す。本願においては、ラジアル偏光と疑似ラジアル偏光とを厳密には区別せず、疑似ラジアル偏光も含めて単にラジアル偏光と称する。アジマス偏光についても同様である。
【0005】
この偏光制御素子は、輪郭が正八角形になるように張り合わされた８個の１／２波長板を含む。以下においては、１／２波長板のことを単に波長板とも呼ぶ。各波長板の形状は、互いに合同であり、且つ、頂角が４５°である二等辺三角形である。８個の波長板の各々は、それぞれ光学軸の向きが特許文献１の図１に図示された状態になるように、もととなる波長板から切り出されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２００７－１９３０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
上述したように、特許文献１に記載の偏光制御素子は、入射する直線偏光の偏光方向が所定の偏光方向と平行である場合には、偏光度が高いラジアル偏光又はアジマス偏光を出射することができる。ここで、偏光度が高いラジアル偏光とは、アジマス偏光の成分を含まないラジアル偏光のことを意味する。同様に、偏光度が高いアジマス偏光とは、ラジアル偏光の成分を含まないアジマス偏光のことを意味する。一方、入射する直線偏光の偏光方向が所定の偏光方向から僅かにでもずれている場合、特許文献１に記載の偏光制御素子が出射するラジアル偏光又はアジマス偏光の偏光度は、低下する。これは、入射する直線偏光の偏光方向が所定の偏光方向からずれることにより、出射されるべき一方の偏光（例えばラジアル偏光）に他方の偏光（例えばアジマス偏光）の成分が混ざるためである。
【0008】
本発明の一態様は、上述した課題に鑑みなされたものであり、その目的は、入射する直線偏光の偏光方向が所定の偏光方向からずれた場合にも、出射するラジアル偏光又はアジマス偏光の偏光度が低下しない偏光制御素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る偏光制御素子は、４ｎ個（ｎは、１以上の整数）の偏光領域からなる偏光子と、等方性位相板とを備え、各偏光領域は、（１）３６０°／４ｎの頂角と、当該頂角を挟み込む一対の挟辺とを有し、且つ、（２）前記頂角の頂点同士が一致又は近接するとともに、各挟辺が隣接する偏光領域の一方の挟辺と一致又は近接するように設けられており、前記偏光子における各偏光領域の偏光軸は、前記頂角の二等分線に対して平行及び直交の何れか一方に統一されており、
前記等方性位相板は、４ｎ個の前記偏光領域のうち周方向において連続する２ｎ個の偏光領域を覆うように設けられている、ことを特徴とする。
前記等方性位相板は、４ｎ個の前記偏光領域のうち周方向において連続する２ｎ個の偏光領域を覆うように設けられている、ことを特徴とする。
【0010】
本偏光制御素子においては、コヒーレンスが高い直線偏光の光ビームからラジアル偏光又はアジマス偏光の光ビームを得ることができる。この場合、偏光子を用いて光ビームの偏光方向を限定し、偏光方向を限定された光ビームのうち半分の領域を透過する光ビームの位相を遅らせることによってラジアル偏光又はアジマス偏光の光ビームが得られる。したがって、入射させる光ビームとして直線偏光を用いる場合に、直線偏光の偏光方向が所定の偏光方向からずれている場合であっても、得られるラジアル偏光又はアジマス偏光の光ビームの強度が低下するものの偏光度は低下しない。したがって、本偏光制御素子は、入射する直線偏光の偏光方向が所定の偏光方向からずれた場合にも、出射するラジアル偏光又はアジマス偏光の偏光度に生じ得る低下を抑制することができる。
【0011】
また、本偏光制御素子においては、上述した機能に加えて、コヒーレンスが高いランダム偏光の光ビームからもラジアル偏光又はアジマス偏光の光ビームを得るという機能を有する。したがって、ランダム偏光の光ビームを入射させる場合に、わざわざランダム偏光を直線偏光に変換する必要がないため、偏光制御素子の構成をシンプルにすることができる。
【0012】
また、本発明の第２の態様に係る偏光制御素子においては、上述した第１の態様に係る偏光制御素子の構成に加えて、前記等方性位相板は、波長が所定の動作波長である光ビームの位相を１／２波長遅らせる、構成が採用されている。
【0013】
上記の構成によれば、得られるラジアル偏光又はアジマス偏光における空間的な偏光分布を所望の偏光分布に近づけることができる。
【0014】
また、本発明の第６の態様に係る偏光制御素子においては、上述した第１の態様に係る偏光制御素子の構成に加えて、前記等方性位相板は、互いに異なる複数の動作波長の各々にそれぞれが対応している複数の等方性位相板であって、波長が各動作波長である光ビームの位相を１／２波長遅らせる複数の等方性位相板により構成されており、前記偏光子と、前記複数の等方性位相板の各々とは、別体である、構成が採用されている。
【0015】
等方性位相板は、位相遅延量における波長依存性が大きくなりがちである。上記の構成によれば、異なる複数の動作波長に応じて複数の等方性位相板のなかから適切な等方性位相板を選択することができるので、幅広い動作波長の帯域において所望の偏光を有するラジアル偏光又はアジマス偏光のベクトルビームを得ることができる。
【0016】
また、本発明の第４の態様に係る偏光制御素子においては、上述した第１の態様～第３の態様の何れか一態様に係る偏光制御素子の構成に加えて、前記偏光子を第１の偏光子として、前記第１の偏光子の前段に設けられ、且つ、単一方向に沿った偏光軸を有する第２の偏光子を更に備え、前記第１の偏光子における各偏光領域の偏光軸は、前記頂角の二等分線に対して平行であり、前記第２の偏光子の前記偏光軸と、４ｎ個の前記偏光領域のうち前記等方性位相板により覆われている領域と覆われていない領域との境界と、は直交している、構成が採用されている。
【0017】
このように、本発明の一態様に係る偏光制御偏光制御素子においては、第１の偏光子の前段に第２の偏光子が設けられていてもよい。
【0018】
また、本発明の第５の態様に係る偏光制御素子においては、上述した第１の態様～第３の態様の何れか一態様に係る偏光制御素子の構成に加えて、前記偏光子を第１の偏光子として、前記第１の偏光子の前段に設けられ、且つ、単一方向に沿った偏光軸を有する第２の偏光子を更に備え、前記第１の偏光子における各偏光領域の偏光軸は、前記頂角の二等分線に対して直交しており、前記第２の偏光子の前記偏光軸と、４ｎ個の前記偏光領域のうち前記等方性位相板により覆われている領域と覆われていない領域との境界と、は平行である、構成が採用されている。
【0019】
このように、本発明の一態様に係る偏光制御偏光制御素子においては、第１の偏光子の前段に第２の偏光子が設けられていてもよい。
【0020】
また、本発明の第６の態様に係る偏光制御素子においては、上述した第１の態様又は第２の態様に係る偏光制御素子の構成に加えて、前記偏光子と、前記等方性位相板とは、一体化されている、構成が採用されている。
【0021】
上記の構成によれば、前記偏光子と、前記等方性位相板とが別体である場合と比較して、偏光制御素子を小型化できる。また、上記の構成によれば、前記偏光子と前記等方性位相板とが別体である場合に、前記偏光子と前記等方性位相板との間に介在し得る空気の層をなくすことができるので、界面における反射を低減することができる。また、上記の構成によれば、前記偏光子に対する前記等方性位相板の光軸調整が不要であるため、ユーザが偏光制御素子を使用する際の手間を省くことができる。
【0022】
また、本発明の第７の態様に係る偏光制御素子においては、上述した第１の態様～第６の態様の何れか一態様に係る偏光制御素子の構成に加えて、前記偏光子は、ワイヤーグリッド偏光子である、構成が採用されている。
【0023】
上記の構成によれば、偏光子を製造する工程において、４ｎ個の偏光領域を張り合わせる必要がないため、隣接する偏光領域同士の境界において生じ得る偏光の乱れを抑制することができる。また、４ｎ個の偏光領域を張り合わせるための部材（例えば接着剤）が不要であるため、より高出力な光ビームを偏光制御素子に入力することができる。すなわち、より高出力なラジアル偏光又はアジマス偏光を得ることができる。
【0024】
また、本発明の第８の態様に係る顕微鏡は、本発明の第４の態様に係る偏光制御素子である第１の偏光制御素子と、本発明の第５の態様に係る偏光制御素子である第２の偏光制御素子と、観察に用いる光ビームの光路上に偏光制御素子を挿入する場合に、当該偏光制御素子として、前記第１の偏光制御素子又は前記第２の偏光制御素子を選択する選択手段と、を備えている。
【0025】
上記の構成によれば、観察に用いる光ビームとして、無偏光である光ビーム、ラジアル偏光である光ビーム、及びアジマス偏光である光ビームの何れかを選択することができる。
【発明の効果】
【0026】
本発明の一態様によれば、入射する直線偏光の偏光方向が所定の偏光方向からずれた場合にも、出射するラジアル偏光又はアジマス偏光の偏光度に生じ得る低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】本発明の第１の実施形態に係る偏光制御素子の模式的な斜視図である。
【図6】本発明の第２の実施形態に係る偏光制御素子が備えている偏光子及び等方性位相板の平面図である。
【図8】本発明の第３の実施形態に係る偏光制御素子が備えている２つの偏光子及び２つの等方性位相板の平面図である。
【図9】本発明の第４の実施形態に係る顕微鏡の光学系を示す模式図である。
【図10】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明の実施例である偏光制御素子の一部を構成する偏光子を製造するために用いたマスクの第１の主面及び第２の主面の平面図である。（ｃ）は、（ａ）及び（ｂ）に図示したマスクを第１の主面から見た場合の矢視図である。（ｄ）は、本発明の実施例である偏光制御素子の一部を構成する等方性位相板を製造するために用いたマスクの平面図である。
【図11】（ａ）は、本発明の実施例である偏光制御素子の一部を構成する偏光子を製造するために用いた基板の平面図である。（ｂ）は、上記偏光子の偏光領域のうち一部の偏光領域を形成した基板の平面図である。（ｃ）は、上記偏光子の全偏光領域を形成した基板の平面図である。（ｄ）は、（ｃ）に図示した基板の主面であって、偏光領域が形成されていない側の主面に等方性位相板を形成した基板の平面図である。
【図12】（ａ）は、本発明の実施例である偏光制御素子の一部を構成する偏光子の偏光領域における消光比の波長依存性を示すグラフである。（ｂ）は、上記偏光領域の透過率の波長依存性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0028】
〔第１の実施形態〕
＜偏光制御素子の構成＞
本発明の第１の実施形態に係る偏光制御素子１０について、図１～図３を参照して説明する。図１は、偏光制御素子１０の模式的な斜視図である。図２は、偏光制御素子１０が備えている偏光子１２、及び等方性位相板１３の平面図である。図２においては、図１においては一体化されている偏光子１２及び等方性位相板１３を分解したうえで、偏光子１２及び等方性位相板１３の各々を図示している。なお、図２には、偏光制御素子１０を透過する光ビームＬＩ、光ビームＬ１２、及び光ビームＬ１３のビーム断面における偏光状態を併せて図示している。なお、ビーム断面とは、光ビームの断面のうち、光ビームの伝搬方向に直交する断面を指す。図３は、偏光制御素子１０の一態様の模式的な斜視図である。
＜偏光制御素子の構成＞
本発明の第１の実施形態に係る偏光制御素子１０について、図１～図３を参照して説明する。図１は、偏光制御素子１０の模式的な斜視図である。図２は、偏光制御素子１０が備えている偏光子１２、及び等方性位相板１３の平面図である。図２においては、図１においては一体化されている偏光子１２及び等方性位相板１３を分解したうえで、偏光子１２及び等方性位相板１３の各々を図示している。なお、図２には、偏光制御素子１０を透過する光ビームＬＩ、光ビームＬ１２、及び光ビームＬ１３のビーム断面における偏光状態を併せて図示している。なお、ビーム断面とは、光ビームの断面のうち、光ビームの伝搬方向に直交する断面を指す。図３は、偏光制御素子１０の一態様の模式的な斜視図である。
【0029】
また、図１及び図２に図示する直交座標系においては、各光ビームＬＩ，Ｌ１２，Ｌ１３の伝搬方向をｚ軸正方向と定め、光ビームの伝搬方向に直交する面内において、ｚ軸正方向とともに右手系の直交座標系を構成するようにｘ軸正方向及びｙ軸正方向を定めている。図１及び図２においては、ｙ軸正方向が上向きとなるように直交座標系を図示している。
【0030】
図１に示すように、偏光制御素子１０は、偏光子１２と、等方性位相板１３とを備えている。偏光子１２及び等方性位相板１３は、何れも、光ビームが入出射する一対の光学有効面を一対の主面とする板状部材である。
【0031】
偏光子１２の輪郭の形状は、適宜定めることができる。ただし、本発明の一態様においては、偏光子１２を主面の面内方向において回転させる場合もあり得る。そのため、偏光子１２の輪郭は、円形あるいは正多角形のように回転対称性が高い形状であることが好ましい。また、前記輪郭が正多角形である場合、正多角形の角数は、４以上であることが好ましい。本実施形態では、偏光子１２の輪郭の形状として円形を採用している。
【0032】
等方性位相板１３は、偏光子１２の主面のうち所定の領域を覆うことができればよく、その輪郭の形状は、適宜定めることができる。等方性位相板１３は、図１及び図２から分かるように、偏光子１２の４つの偏光領域１２１～１２４のうち半分の領域（本実施形態では偏光領域１２２，１２３）を覆う。そのため、等方性位相板１３の輪郭は、偏光子１２を２等分した形状であることが好ましい。本実施形態では、偏光子１２の輪郭の形状が円形であるため、等方性位相板１３の輪郭の形状として半円形を採用している。
【0033】
また、偏光子１２及び等方性位相板１３の大きさも適宜定めることができる。本実施形態においては、円形である偏光子１２の直径と、半円形である等方性位相板１３の直径とが等しい構成を採用している。
【0034】
偏光子１２及び等方性位相板１３の各々は、図１に示すように、各々の主面が互いに平行になるように配置されている。また、偏光子１２と等方性位相板１３とは、各々の近接する側の主面同士が接触した状態で一体化されている。偏光子１２及び等方性位相板１３を一体化した状態で固定する固定手段は、適宜選択することができる。この固定手段の例としては、接着剤や、光学素子を固定するためのホルダーなどが挙げられる。固定手段として接着剤を用いる場合、硬化した状態における屈折率が、偏光子１２及び等方性位相板１３の屈折率にできるだけ近い接着剤を用いることが好ましい。この構成によれば、偏光子１２と等方性位相板１３との界面において生じ得る反射を抑制することができる。
【0035】
また、偏光子１２及び等方性位相板１３の基材の材質として同じガラスを採用する場合には、偏光子１２の一方の主面のうち等方性位相板１３により覆われる領域に、上記基材の材質と同じガラスの薄膜を成膜し、偏光子１２と等方性位相板１３との間にこの薄膜を介在させることにより、偏光子１２と等方性位相板１３とを一体化することもできる。これは、常温接合として知られている技術である。ここで、上記基材の材質の例としては二酸化シリコン（ＳｉＯ２）があげられる。また、偏光子１２と等方性位相板１３との間に介在する薄膜を透過することにより生じる位相差と、薄膜の厚みｔとの関係は、以下の通りである。
σ=t(2π/λ)(n2-1)
σ=t(2π/λ)(n2-1)
【0036】
ここで、σは、位相差であり、λは、透過する光ビームの波長であり、n2は、媒質（例えば二酸化シリコン）の屈折率である。ここで、σに所望の位相差代入し、厚みｔについて解くことにより厚みｔが求められる。例えば、σ＝πとなるように偏光制御素子１０を設計する場合、ｔ＝λ/(2×(n2-1))が得られる。
【0037】
なお、偏光子１２と等方性位相板１３との間に介在する薄膜は、上述したように、厚みｔに異存して光ビームの位相を遅らせる。すなわち、この薄膜は、等方性位相板１３と同様の機能を有するため、等方性位相板１３の一部と考えることができる。偏光子１２と等方性位相板１３との間に薄膜を介在させる場合には、薄膜に起因する位相差σと、等方性位相板１３に起因する位相差との和が所望の値（例えば１／２波長）になるように、薄膜及び等方性位相板１３を設計すればよい。なお、位相差σと、等方性位相板１３に起因する位相差との和は、λ／２に限定されず、（２Ｎ＋１）λ／２であってもよい。ここで、Ｎは、１以上の整数である。
【0038】
（偏光子）
偏光子１２は、４ｎ個（ｎは、１以上の整数）の偏光領域により構成されている（図２参照）。本実施形態では、ｎ＝１の場合、すなわち、４個の偏光領域１２１～１２４により偏光子１２が構成されている場合について説明する。ただし、ｎは、２以上であってもよい。ｎ＝２の場合について、図４を参照して後述する。
偏光子１２は、４ｎ個（ｎは、１以上の整数）の偏光領域により構成されている（図２参照）。本実施形態では、ｎ＝１の場合、すなわち、４個の偏光領域１２１～１２４により偏光子１２が構成されている場合について説明する。ただし、ｎは、２以上であってもよい。ｎ＝２の場合について、図４を参照して後述する。
【0039】
各偏光領域１２ｉ（ｉは、１以上４以下の整数）は、９０°（＝３６０°／４）の頂角と、当該頂角を挟み込む一対の挟辺とを有する。図２においては、偏光領域１２ｉの代表として偏光領域１２１を用い、偏光領域１２１の頂角の部分に直角の記号を付している。また、各偏光領域１２ｉにおいて、一対の挟辺の端部であって、頂角と逆側の端部は、円弧により構成されている。すなわち、各偏光領域１２ｉの形状は、円形を四等分することによって得られる扇形である（図２参照）。ただし、各偏光領域１２ｉにおいて、一対の挟辺の端部であって、頂角と逆側の端部を接続する部分の形状は、円弧に限定されず、適宜定めることができる。例えば、各偏光領域１２ｉは、正方形であってもよいし、直角二等辺三角形であってもよい。
【0040】
偏光子１２において、各偏光領域１２ｉは、頂角の頂点同士が一致又は近接するとともに、各挟辺が隣接する偏光領域の一方の挟辺と一致又は近接するように設けられている（図２参照）。例えば、本実施形態において、偏光領域１２１の一方の挟辺は、偏光領域１２２の一方の挟辺と一致しており、偏光領域１２１の他方の挟辺は、偏光領域１２４の一方の挟辺と一致している。偏光領域１２２～１２４についても、偏光領域１２１と同様である。このように構成された偏光子１２は、円形の輪郭を有する。
【0041】
本実施形態において、各偏光領域１２ｉの偏光軸は、各偏光領域１２ｉの頂角の二等分線に対して平行である。ただし、本発明の一態様においては、図６及び図７に図示するように、各偏光領域１２ｉの偏光軸は、各偏光領域１２ｉの頂角の二等分線に対して直交していてもよい。本願発明の一態様においては、各偏光領域の偏光軸は、各偏光領域の頂角の二等分線に対して平行及び直交の何れか一方に統一されていればよい。
【0042】
なお、偏光子１２を構成する各偏光領域１２ｉは、市場に出回っている様々な態様の偏光子の中から適宜選択できる。各偏光領域１２ｉとして、ポリマーからなる偏光子や、金属ナノ粒子からなる偏光子などを採用する場合には、母材となる大きな偏光子から、偏光軸が所定の方向に配向するように各偏光領域１２ｉを切り出し、各偏光領域１２ｉの挟辺同士を張り合わせることによって偏光子１２を構成することができる。このとき、各偏光領域１２ｉを固定するために、透明基板を用いることもできる。また、各偏光領域１２ｉとして、ワイヤーグリッド偏光子を用いる場合には、１枚の透明基板上に、フォトリソグラフィ技術を用いて、各偏光領域１２ｉを設けることができる。この場合には、各偏光領域１２ｉにおいて挟辺同士の張り合わせが不要であるため、各偏光領域１２ｉの境界において生じ得る偏光の乱れを抑制することができる。
【0043】
（等方性位相板）
等方性位相板１３は、光ビームが空気中を伝搬している場合と比較して、光ビームの位相を所定の位相量だけ遅延するように構成されている。本実施形態では、等方性位相板１３が遅延させる位相量は、所定の動作波長の１／２波長である。
等方性位相板１３は、光ビームが空気中を伝搬している場合と比較して、光ビームの位相を所定の位相量だけ遅延するように構成されている。本実施形態では、等方性位相板１３が遅延させる位相量は、所定の動作波長の１／２波長である。
【0044】
等方性位相板１３としては、屈折率が空気よりも大きく、且つ、波長が所定の動作波長である光ビームに対して透光性を有する材料からなる板状部材を用いることができる。なお、本実施形態において板状部材と表現しているものの、等方性位相板１３の厚さは限定されない。例えば、膜厚が数百ｎｍである膜も、等方性位相板１３を構成する板状部材の範疇に含まれる。等方性位相板１３を構成する材料は、光学異方性のない材質であれば限定されないが、本実施形態では、屈折率が１．４５３である二酸化シリコン（ＳｉＯ２）を用いる。なお、動作波長は、可視域に含まれていてもよいし、近赤外域に含まれていてもよい。本実施形態では、動作波長として８０５ｎｍを用いる。
【0045】
等方性位相板１３は、４ｎ個の偏光領域のうち周方向において連続する２ｎ個の偏光領域を覆うように設けられている。本実施形態においては、ｎ＝１であるので、等方性位相板１３は、４個の偏光領域１２１～１２４のうち周方向において連続する２個の偏光領域（本実施形態では、偏光領域１２２，１２３）を覆うように設けられている。すなわち、４個の偏光領域１２１～１２４のうち、等方性位相板１３により覆われている領域（偏光領域１２２，１２３）と、等方性位相板１３により覆われていない領域（偏光領域１２１，１２４）との境界は、ｘ軸方向と平行である。
【0046】
（第２の偏光子）
以上のように、本実施形態の偏光制御素子１０は、偏光子１２及び等方性位相板１３を備えている。ただし、偏光制御素子１０の一態様は、偏光子１２の前段に設けられた偏光子１１を更に備えていてもよい（図３参照）。このように、偏光制御素子１０が２つの偏光子を備えている場合、偏光子１２は、第１の偏光子の一例であり、偏光子１１は、第２の偏光子の一例である。
以上のように、本実施形態の偏光制御素子１０は、偏光子１２及び等方性位相板１３を備えている。ただし、偏光制御素子１０の一態様は、偏光子１２の前段に設けられた偏光子１１を更に備えていてもよい（図３参照）。このように、偏光制御素子１０が２つの偏光子を備えている場合、偏光子１２は、第１の偏光子の一例であり、偏光子１１は、第２の偏光子の一例である。
【0047】
偏光子１１は、単一方向に沿った偏光軸を有する。図３に図示された偏光子１１に付した矢印は、偏光子１１の偏光軸の方向を表す。図３に示すように、偏光子１２の前段に偏光子１１を設ける場合、偏光子１１は、その偏光軸がｙ軸方向と平行になるように配置されている。偏光子１１は、市場に出回っている様々な態様の偏光子の中から適宜選択できる。偏光子１１の例としては、ポラロイド（登録商標）などのポリマーからなる偏光子や、電気石及び方解石に代表される鉱物結晶からなる偏光子や、ワイヤーグリッド偏光子などが挙げられる。偏光子１２の前段に偏光子１１を設けることにより、光ビームＬＩにおける偏光度を高めたり、光ビームＬＩにおける偏光方向をｙ軸方向により合わせたりすることができる。
【0048】
（偏光制御素子の機能）
図１に示すように、偏光子１２の一方の主面に対して直角に、コヒーレンスが高い直線偏光である光ビームＬＩを入射させる。本実施形態において、光ビームＬＩは、コリメートされている。また、光ビームＬＩの偏光方向は、図１に図示する矢印のようにｙ軸方向と平行である。このような光ビームＬＩとしては、レーザ光源から出射されるレーザビームを用いることができる。なお、多くの場合、レーザビームは、直線偏光であるため、そのまま偏光子１２に対して入射させることができる。図１においては、光ビームＬＩの伝搬方向を矢印ＤＰで表す。
図１に示すように、偏光子１２の一方の主面に対して直角に、コヒーレンスが高い直線偏光である光ビームＬＩを入射させる。本実施形態において、光ビームＬＩは、コリメートされている。また、光ビームＬＩの偏光方向は、図１に図示する矢印のようにｙ軸方向と平行である。このような光ビームＬＩとしては、レーザ光源から出射されるレーザビームを用いることができる。なお、多くの場合、レーザビームは、直線偏光であるため、そのまま偏光子１２に対して入射させることができる。図１においては、光ビームＬＩの伝搬方向を矢印ＤＰで表す。
【0049】
偏光子１２は、透過する光ビームＬＩを光ビームＬ１２に変換する。光ビームＬ１２のうち、偏光領域１２１を透過した光ビーム及び偏光領域１２３を透過した光ビームは、電場方向が２時半の方向を向いている。また、光ビームＬ１２のうち、偏光領域１２２を透過した光ビーム及び偏光領域１２４を透過した光ビームは、電場方向が１０時半の方向を向いている。
【0050】
等方性位相板１３は、透過する光ビームＬ１２を光ビームＬ１３に変換する。本実施形態において、等方性位相板１３は、偏光領域１２２，１２３を覆っており、透過する光ビームの位相を１／２波長だけ遅延させる。したがって、（１）光ビームＬ１３のうち、偏光領域１２１を透過し、且つ、等方性位相板１３を透過しなかった光ビームは、電場方向が２時半の方向を向いており、（２）偏光領域１２２を透過し、且つ、等方性位相板１３を透過した光ビームは、電場方向が４時半の方向を向いており、（３）偏光領域１２３を透過し、且つ、等方性位相板１３を透過した光ビームは、電場方向が７時半の方向を向いており、（４）偏光領域１２４を透過し、且つ、等方性位相板１３を透過しなかった光ビームは、電場方向が１０時半の方向を向いている。このように、等方性位相板１３により光ビームＬ１２から変換された光ビームＬ１３は、ラジアル偏光である。
【0051】
以上のように、偏光制御素子１０は、コヒーレンスが高い直線偏光である光ビームＬＩからラジアル偏光である光ビームＬ１３を生成することができる。
【0052】
なお、本実施形態では、光ビームＬＩの偏光方向がｙ軸方向と平行であるものとして偏光制御素子１０の機能を説明した。この構成によれば、得られるラジアル偏光の強度を最大化することができる。ただし、偏光制御素子１０においては、光ビームＬＩの偏光方向が所定の方向であるｙ軸方向からずれている場合であっても、得られるラジアル偏光の光ビームの強度が低下するだけであり、ラジアル偏光の光ビームにおける偏光度は低下しない。したがって、偏光制御素子１０は、入射する直線偏光の偏光方向が所定の偏光方向からずれた場合にも、出射するラジアル偏光の偏光度に生じ得る低下を抑制することができる。
【0053】
また、偏光制御素子１０においては、偏光子１２に入射する光ビームＬＩとして、コヒーレンスが高い直線偏光の代わりに、コヒーレンスが高いランダム偏光の光ビームを用いることもできる。偏光制御素子１０は、偏光子１２及び等方性位相板１３を用いてラジアル偏光を生成するものであり、特許文献１に記載の発明のように１／２波長板を用いるものではない。コヒーレンスが高いランダム偏光の光ビームから、直線偏光を介さずに、ラジアル偏光の光ビームを得るという機能は、特許文献１に記載の発明では実現できない本願発明の一態様に特有の機能である。したがって、偏光制御素子１０は、偏光子１２に入射する光ビームＬＩとしてコヒーレンスが高いランダム偏光の光ビームを用いる場合に、上述した偏光子１１を省略することができるので、偏光制御素子の構成をシンプルにすることができる。なお、コヒーレンスが高いランダム偏光により構成される光ビームの一例としては、レーザ光源により生成されるレーザビームであって、光ファイバを透過させた後のレーザビームや、SC（スーパーコンティニウム）光源から生成されたレーザビームが挙げられる。
【0054】
＜第１の変形例＞
図１及び図２に図示した偏光制御素子１０は、本願発明の一態様に係る偏光制御素子において、ｎ＝１を採用した一実施形態である。ここでは、本発明の第１の変形例であり、ｎ＝２を採用している偏光制御素子１０Ａについて、図４を参照して説明する。偏光制御素子１０Ａは、偏光制御素子１０の一変形例である。図４は、偏光制御素子１０Ａが備えている偏光子１２Ａ及び等方性位相板１３の平面図である。図４においては、一体化されている偏光子１２Ａ及び等方性位相板１３を分解したうえで、偏光子１２Ａ及び等方性位相板１３の各々を図示している。
図１及び図２に図示した偏光制御素子１０は、本願発明の一態様に係る偏光制御素子において、ｎ＝１を採用した一実施形態である。ここでは、本発明の第１の変形例であり、ｎ＝２を採用している偏光制御素子１０Ａについて、図４を参照して説明する。偏光制御素子１０Ａは、偏光制御素子１０の一変形例である。図４は、偏光制御素子１０Ａが備えている偏光子１２Ａ及び等方性位相板１３の平面図である。図４においては、一体化されている偏光子１２Ａ及び等方性位相板１３を分解したうえで、偏光子１２Ａ及び等方性位相板１３の各々を図示している。
【0055】
偏光制御素子１０Ａは、偏光制御素子１０をベースにして、偏光制御素子１０が備えている偏光子１２を偏光子１２Ａに置換することによって得られる。したがって、本変形例では、等方性位相板１３の説明を省略し、偏光子１２Ａについて説明する。
【0056】
上述したように、偏光子１２Ａは、ｎ＝２を採用している（図４参照）。すなわち、偏光子１２Ａは、８個の偏光領域１２１Ａ～１２８Ａを備えている。各偏光領域１２ｊＡ（ｊは、１以上８以下の整数）は、４５°（＝３６０°／８）の頂角と、当該頂角を挟み込む一対の挟辺とを有する。本変形例において、各偏光領域１２ｊＡは、円形を八等分することによって得られる扇形である（図４参照）。
【0057】
偏光子１２Ａにおいて、各偏光領域１２ｊＡは、頂角の頂点同士が一致又は近接するとともに、各挟辺が隣接する偏光領域の一方の挟辺と一致又は近接するように設けられている（図４参照）。このように構成された偏光子１２Ａは、円形の輪郭を有する。
【0058】
本変形例において、各偏光領域１２ｊの偏光軸は、各偏光領域１２ｊの頂角の二等分線に対して平行である。
偏光子１２Ａは、偏光子１２と同様に、市場に出回っている様々な態様の偏光子の中から適宜選択できる。
偏光子１２Ａは、偏光子１２と同様に、市場に出回っている様々な態様の偏光子の中から適宜選択できる。
【0059】
（偏光制御素子の機能）
偏光制御素子１０Ａの機能についても、偏光制御素子１０の機能と同様である点については説明を省略する。
偏光制御素子１０Ａの機能についても、偏光制御素子１０の機能と同様である点については説明を省略する。
【0060】
偏光子１２Ａは、透過する光ビームＬ１１を光ビームＬ１２に変換する。光ビームＬ１２のビーム断面における光ビームＬ１２の電場方向は、図４に示す通りである。なお、偏光領域１２１Ａの偏光軸と偏光領域１２２Ａの偏光軸とを比較した場合、偏光領域１２１Ａの偏光軸のほうが偏光子１１Ａの偏光軸の方向であるｙ軸方向に沿った成分が大きい。したがって、光ビームＬ１２のビーム断面における光ビームＬ１２の電場強度に着目すると、偏光領域１２１Ａを透過した光ビームＬ１２の電場強度のほうが偏光領域１２２Ａを透過した光ビームＬ１２の電場強度よりも大きい。同様に、偏光領域１２４Ａ，１２５Ａ，１２８Ａを透過した光ビームＬ１２の電場強度のほうが偏光領域１２３Ａ，１２６Ａ，１２７Ａを透過した光ビームＬ１２の電場強度よりも大きい。
【0061】
等方性位相板１３は、透過する光ビームＬ１２を光ビームＬ１３に変換する。光ビームＬ１３のビーム断面における光ビームＬ１３の電場方向は、図４に示す通りである。等方性位相板１３は、偏光領域１２３Ａ～１２６Ａを透過した光ビームの位相を、１／２波長遅延させる。したがって、等方性位相板１３により光ビームＬ１２から変換された光ビームＬ１３は、ラジアル偏光である。
【0062】
なお、ｎ＝１である偏光制御素子１０が生成する光ビームＬ１３が４つの偏光方向により構成されたラジアル偏光であるのに対して、ｎ＝２である偏光制御素子１０Ａが生成する光ビームＬ１３は、８つの偏光方向により構成されたラジアル偏光である。このように、より大きなｎを採用することによって、ラジアル偏光を構成する偏光方向の数を増やすことができる。このように偏光子１２Ａの分割数を増やすことによって、得られるラジアル偏光の強度を高めることができる。
【0063】
なお、偏光制御素子１０Ａにおいては、偏光子１２Ａの前段又は後段に、図５に図示するようなフィルター１４Ａを更に設けてもよい。フィルター１４Ａは、動作波長を含む波長帯域の光を減衰させる機能を有する。フィルター１４Ａとしては、ＮＤフィルターを好適に用いることができる。本変形例において、フィルター１４Ａは、波長が動作波長である光の強度を６０％に減衰させるように構成されている。この構成によれば、偏光領域１２１Ａ，１２４Ａ，１２５Ａ，１２８Ａを透過した光ビームの電場強度と、偏光領域１２２Ａ，１２３Ａ，１２６Ａ，１２７Ａを透過した光ビームＬ１２の電場強度と、の間に生じる差を抑制する、又は、なくすことができる。したがって、ラジアル偏光である光ビームＬ１３における電場分布の回転対称性を高めることができる。
【0064】
〔第２の実施形態〕
本発明の第２の実施形態に係る偏光制御素子２０について、図６を参照して説明する。図６は、偏光制御素子２０が備えている偏光子２２及び等方性位相板２３の平面図である。図６においては、一体化されている偏光子２２及び等方性位相板２３を分解したうえで、偏光子２２及び等方性位相板２３の各々を図示している。なお、図６には、偏光制御素子２０を透過する光ビームＬＩ、光ビームＬ１２、及び光ビームＬ１３のビーム断面における偏光状態を併せて図示している。なお、本実施形態では、第１の実施形態と同様に、偏光子２２に入射させる光ビームＬＩとしてコヒーレンスが高い直線偏光であって、偏光方向がｙ軸方向と平行である直線偏光を採用している。ただし、偏光制御素子２０において偏光子２２に入射させる光ビームＬＩは、偏光制御素子１０の場合と同様に、コヒーレンスが高いランダム偏光であってもよい。また、偏光制御素子２０においても、偏光制御素子１０の場合と同様に、偏光子２２の前段に更なる偏光子を設けてもよい。偏光子２２の前段に設けられた更なる偏光子は、図３に図示した偏光子１１に対応する偏光子である。したがって、ここでは、更なる偏光子の詳しい説明を省略する。
本発明の第２の実施形態に係る偏光制御素子２０について、図６を参照して説明する。図６は、偏光制御素子２０が備えている偏光子２２及び等方性位相板２３の平面図である。図６においては、一体化されている偏光子２２及び等方性位相板２３を分解したうえで、偏光子２２及び等方性位相板２３の各々を図示している。なお、図６には、偏光制御素子２０を透過する光ビームＬＩ、光ビームＬ１２、及び光ビームＬ１３のビーム断面における偏光状態を併せて図示している。なお、本実施形態では、第１の実施形態と同様に、偏光子２２に入射させる光ビームＬＩとしてコヒーレンスが高い直線偏光であって、偏光方向がｙ軸方向と平行である直線偏光を採用している。ただし、偏光制御素子２０において偏光子２２に入射させる光ビームＬＩは、偏光制御素子１０の場合と同様に、コヒーレンスが高いランダム偏光であってもよい。また、偏光制御素子２０においても、偏光制御素子１０の場合と同様に、偏光子２２の前段に更なる偏光子を設けてもよい。偏光子２２の前段に設けられた更なる偏光子は、図３に図示した偏光子１１に対応する偏光子である。したがって、ここでは、更なる偏光子の詳しい説明を省略する。
【0065】
第１の実施形態及び第１の変形例では、本発明の一態様に係る偏光制御素子であって、コヒーレンスが高い直線偏光又はランダム偏光をラジアル偏光に変換する偏光制御素子１０，１０Ａについて説明した。本実施形態及び第２の変形例で説明する偏光制御素子２０，２０Ａは、本発明の一態様に係る偏光制御素子であって、コヒーレンスが高い直線偏光又はランダム偏光をアジマス偏光に変換する偏光制御素子である。
【0066】
図６に示すように、偏光制御素子２０は、偏光子２２及び等方性位相板２３を備えている。偏光制御素子２０が備えている等方性位相板２３は、偏光制御素子１０が備えている等方性位相板１３と同一に構成されている。なお、等方性位相板２３は、偏光子２２の各偏光領域２２ｉのうち、偏光領域２２３，２２４を覆い、偏光領域２２１，２２２を覆わないように配置されている。すなわち、偏光領域２２１～２２４のうち、等方性位相板２３により覆われている領域と覆われていない領域との境界は、ｙ軸方向と平行である（図６参照）。
【0067】
以上のように、偏光制御素子２０は、偏光制御素子１０をベースにして、偏光制御素子１０が備えている偏光子１２を偏光子２２に置換することによって得られる。したがって、本実施形態では、等方性位相板２３の説明を省略し、偏光子２２について説明する。
【0068】
偏光子１２と同様に、偏光子２２は、ｎ＝１を採用しており、４個の偏光領域２２１～２２４を備えている。偏光子２２の各偏光領域２２ｉは、偏光子１２の各偏光領域１２ｉに対応している。ただし、各偏光領域２２ｉにおける偏光方向は、偏光領域１２ｉにおける偏光方向とは異なっている。具体的には、偏光領域２２ｉの偏光軸は、偏光領域２２ｉの頂角の二等分線に対して直交している。上述したように、偏光領域２２１～２２４のうち、等方性位相板２３により覆われている領域と覆われていない領域との境界は、ｙ軸方向と平行であるため、偏光制御素子２０において、偏光子２１の偏光軸と、前記境界とは平行している。
【0069】
（偏光制御素子の機能）
偏光制御素子２０の機能についても、偏光制御素子１０の機能と同様である点については説明を省略する。なお、図６に図示した光ビームＬＩ，Ｌ２２，Ｌ２３の各々は、それぞれ、図１に図示した光ビームＬＩ，Ｌ１２，Ｌ１３に対応する。
偏光制御素子２０の機能についても、偏光制御素子１０の機能と同様である点については説明を省略する。なお、図６に図示した光ビームＬＩ，Ｌ２２，Ｌ２３の各々は、それぞれ、図１に図示した光ビームＬＩ，Ｌ１２，Ｌ１３に対応する。
【0070】
偏光子２２は、透過する光ビームＬＩを光ビームＬ２２に変換する。光ビームＬ２２のうち、偏光領域２２１を透過した光ビーム及び偏光領域２２３を透過した光ビームは、電場方向が１０時半の方向を向いている。また、光ビームＬ２２のうち、偏光領域２２２を透過した光ビーム及び偏光領域２２４を透過した光ビームは、電場方向が２時半の方向を向いている。
【0071】
等方性位相板２３は、透過する光ビームＬ２２を光ビームＬ２３に変換する。光ビームＬ２３のビーム断面における光ビームＬ２３の電場方向は、図６に示す通りである。等方性位相板２３は、偏光領域２２３，２２４を透過した光ビームの位相を、１／２波長遅延させる。したがって、等方性位相板２３により光ビームＬ２２から変換された光ビームＬ２３は、アジマス偏光である。
【0072】
＜第２の変形例＞
図６に図示した偏光制御素子２０は、本願発明の一態様に係る偏光制御素子において、ｎ＝１を採用した一実施形態である。ここでは、本発明の第２の変形例であり、ｎ＝２を採用している偏光制御素子２０Ａについて、図７を参照して説明する。偏光制御素子２０Ａは、偏光制御素子２０の一変形例である。図７は、偏光制御素子２０Ａが備えている偏光子２２Ａ及び等方性位相板２３の平面図である。図７においては、一体化されている偏光子２２Ａ及び等方性位相板２３を分解したうえで、偏光子２２Ａ及び等方性位相板２３の各々を図示している。
図６に図示した偏光制御素子２０は、本願発明の一態様に係る偏光制御素子において、ｎ＝１を採用した一実施形態である。ここでは、本発明の第２の変形例であり、ｎ＝２を採用している偏光制御素子２０Ａについて、図７を参照して説明する。偏光制御素子２０Ａは、偏光制御素子２０の一変形例である。図７は、偏光制御素子２０Ａが備えている偏光子２２Ａ及び等方性位相板２３の平面図である。図７においては、一体化されている偏光子２２Ａ及び等方性位相板２３を分解したうえで、偏光子２２Ａ及び等方性位相板２３の各々を図示している。
【0073】
偏光制御素子２０Ａは、偏光制御素子２０をベースにして、偏光制御素子２０が備えている偏光子２２を偏光子２２Ａに置換することによって得られる。したがって、本変形例では、偏光子２１及び等方性位相板２３の説明を省略し、偏光子２２Ａについて説明する。
【0074】
上述したように、偏光子２２Ａは、ｎ＝２を採用している（図７参照）。すなわち、偏光子２２Ａは、８個の偏光領域２２１Ａ～２２８Ａを備えている。各偏光領域２２ｊＡ（ｊは、１以上８以下の整数）は、４５°（＝３６０°／８）の頂角と、当該頂角を挟み込む一対の挟辺とを有する。本変形例において、各偏光領域２２ｊＡは、円形を八等分することによって得られる扇形である（図７参照）。
【0075】
偏光子２２Ａにおいて、各偏光領域２２ｊＡは、頂角の頂点同士が一致又は近接するとともに、各挟辺が隣接する偏光領域の一方の挟辺と一致又は近接するように設けられている（図７参照）。このように構成された偏光子２２Ａは、円形の輪郭を有する。
【0076】
本変形例において、各偏光領域２２ｊの偏光軸は、各偏光領域２２ｊの頂角の二等分線に対して平行である。
【0077】
偏光子２２Ａは、偏光子１２と同様に、市場に出回っている様々な態様の偏光子の中から適宜選択できる。
【0078】
偏光制御素子２０Ａは、偏光制御素子２０と比較して、アジマス偏光を構成する偏光方向の数を増やすことができる。このように、偏光子２２Ａの分割数を増やすことによって、得られるアジマス偏光の強度を高めることができる。
【0079】
また、偏光制御素子２０Ａにおいては、偏光子２２Ａの前段又は後段に、図５に図示するようなフィルター１４Ａを更に設けてもよい。ただし、偏光制御素子２０Ａにおいてフィルター１４Ａを採用する場合には、フィルター１４Ａが偏光領域２２２Ａ，２２３Ａ，２２６Ａ，２２７Ａを覆うように、フィルター１４Ａを配置する。この構成によれば、アジマス偏光である光ビームＬ２３における電場分布の回転対称性を高めることができる。
【0080】
〔第３の実施形態〕
本発明の第３の実施形態に係る偏光制御素子３０について、図８を参照して説明する。図８は、偏光制御素子３０が備えている偏光子３２ａ、偏光子３２ｂ、等方性位相板３３ａ、及び等方性位相板３３ｂの平面図である。
本発明の第３の実施形態に係る偏光制御素子３０について、図８を参照して説明する。図８は、偏光制御素子３０が備えている偏光子３２ａ、偏光子３２ｂ、等方性位相板３３ａ、及び等方性位相板３３ｂの平面図である。
【0081】
図８に示すように、偏光制御素子３０は、偏光子３２ａと、偏光子３２ｂと、ホルダー３２ｃと、等方性位相板３３ａと、等方性位相板３３ｂと、ホルダー３３ｃと、を備えている。
【0082】
偏光子３２ａは、図２に図示する偏光子１２と同一に構成されている。また、偏光子３２ｂは、図６に図示する偏光子２２と同一に構成されている。また、等方性位相板３３ａは、図２に図示する等方性位相板１３と同一に構成されている。すなわち、本実施形態において、等方性位相板３３ａの動作波長は、７７５ｎｍである。一方、等方性位相板３３ｂは、図２に図示する等方性位相板１３と同様に構成されているものの、動作波長が８０５ｎｍではなく５９２ｎｍである。したがって、本実施形態では、偏光子３２ａ、偏光子３２ｂ、等方性位相板３３ａ、及び等方性位相板３３ｂの説明を省略し、ホルダー３２ｃ及びホルダー３３ｃについて説明する。
【0083】
なお、本実施形態では、偏光子３２ａ又は偏光子３２ｂに入射させる光ビームＬＩとして、コヒーレンスが高い直線偏光を用いる。なお、（１）偏光制御素子３０を用いてラジアル偏光を生成する場合には、光ビームＬＩの偏光方向と、偏光子３２ａのうち等方性位相板３３ａにより覆われている領域と覆われていない領域との境界とが直交するように光学系を構成し、（２）偏光制御素子３０を用いてラジアル偏光を生成する場合には、光ビームＬＩの偏光方向と、偏光子３２ｂのうち等方性位相板３３ｂにより覆われている領域と覆われていない領域との境界とが平行になるように光学系を構成する。本実施形態では、等方性位相板３３ａ及び等方性位相板３３ｂの弦の方向をｘ軸方向と平行な方向に固定したうえで、光ビームＬＩの偏光方向を切り替える構成を採用している。具体的には、偏光制御素子３０を用いてラジアル偏光を生成する場合には、光ビームＬＩの偏光方向を図８に図示した矢印Ａ１の方向（ｙ軸方向と平行な方向）に設定し、偏光制御素子３０を用いてアジマス偏光を生成する場合には、光ビームＬＩの偏光方向を図８に図示した矢印Ａ２の方向（ｘ軸方向と平行な方向）に設定する。ただし、偏光制御素子３０の一態様においては、光ビームＬＩの偏光方向を固定しておき、等方性位相板３３ａ及び等方性位相板３３ｂの弦の方向を回転することができる構成を採用することもできる。
【0084】
また、偏光子３２ａ又は偏光子３２ｂに入射させる光ビームＬＩとして、コヒーレンスが高い直線偏光の代わりにコヒーレンスが高いランダム偏光を用いることもできる。
【0085】
また、偏光子３２ａ又は偏光子３２ｂの前段に、更なる偏光子を設けてもよい。偏光子３２ａ又は偏光子３２ｂの前段に設けられた更なる偏光子は、図３に図示した偏光子１１に対応する偏光子であり、第２の実施形態において偏光子２２の前段に設けられた更なる偏光子に対応する偏光子でもある。したがって、ここでは、更なる偏光子の詳しい説明を省略する。更なる偏光子を備えている偏光制御素子３０にラジアル偏光を生成させる場合、更なる偏光子の偏光軸の方向を、図８に図示した矢印Ａ１の方向（ｙ軸方向と平行な方向）に設定し、偏光制御素子３０にアジマス偏光を生成させる場合、更なる偏光子の偏光軸の方向を、図８に図示した矢印Ａ２の方向（ｘ軸方向と平行な方向）に設定する。
【0086】
ホルダー３２ｃは、偏光子３２ａ及び偏光子３２ｂを固定する固定手段の一例である。ホルダー３２ｃには、偏光子を収容した状態で固定することができる３つの開口３２ａｐ１，３２ａｐ２，３２ａｐ３が形成されている。これらの開口３２ａｐ１，３２ａｐ２，３２ａｐ３は、円形であり、それぞれの中心が直線上に配列するように形成されている。図８において、開口３２ａｐ１，３２ａｐ２，３２ａｐ３の各々の中心は、ｙ軸方向と平行な直線上に位置する。また、開口３２ａｐ１，３２ａｐ２，３２ａｐ３の各々は、各中心が等間隔になるように、ホルダー３２ｃに形成されている。
【0087】
本実施形態において、開口３２ａｐ１，３２ａｐ２，３２ａｐ３のうち、開口３２ａｐ１には偏光子３２ａが固定されており、開口３２ａｐ２には偏光子３２ｂが固定されている。一方、開口３２ａｐ３には偏光子が固定されていない。すなわち、開口３２ａｐ３は、貫通した開口のままである。
【0088】
ホルダー３２ｃは、開口３２ａｐ１，３２ａｐ２，３２ａｐ３の並進移動機構を更に備えている。具体的には、ホルダー３２ｃは、開口３２ａｐ１，３２ａｐ２，３２ａｐ３の何れかの中心が、光ビームＬＩの光軸上に位置するように、開口３２ａｐ１，３２ａｐ２，３２ａｐ３をｙ軸方向に沿って並進移動させることができる。図８においては、開口３２ａｐ１の中心が光ビームＬＩの光軸上に位置する状態を図示している。この状態においては、ホルダー３２ｃは、光ビームＬＩの光軸上に偏光子３２ａを挿入することができる。また、ホルダー３２ｃは、光ビームＬＩの光軸上に、偏光子３２ｂを挿入したり、貫通している開口３２ａｐ３を挿入したりすることができる。
【0089】
ホルダー３３ｃは、等方性位相板３３ａ及び等方性位相板３３ｂを固定する固定手段の一例である。ホルダー３３ｃには、等方性位相板を収容した状態で固定することができる２つの開口３３ａｐ１，３３ａｐ２が形成されている。開口３３ａｐ１，３３ａｐ２は、半円形であり、それぞれの中心が直線上に配列するように形成されている。図８において、開口３３ａｐ１，３３ａｐ２の各々の中心は、ｙ軸方向と平行な直線上に位置する。
【0090】
本実施形態において、開口３３ａｐ１には等方性位相板３３ａが固定されており、開口３３ａｐ２には等方性位相板３３ｂが固定されている。
【0091】
ホルダー３３ｃは、開口３３ａｐ１，３３ａｐ２の並進移動機構を更に備えている。具体的には、ホルダー３３ｃは、開口３３ａｐ１，３３ａｐ２の何れかの中心が、光ビームＬＩの光軸上に位置するように、開口３３ａｐ１，３３ａｐ２をｙ軸方向に沿って並進移動させることができる。図８においては、開口３３ａｐ１の中心が光ビームＬＩの光軸上に位置する状態を図示している。この状態においては、ホルダー３３ｃは、光ビームＬＩの光軸上に等方性位相板３３ａを挿入することができる。また、ホルダー３３ｃは、光ビームＬＩの光軸上に、等方性位相板３３ｂを挿入することもできる。
【0092】
このように、偏光制御素子３０において、等方性位相板は、互いに異なる２つの動作波長の各々にそれぞれが対応している２つの等方性位相板３３ａ，３３ｂにより構成されている。等方性位相板３３ａ，３３ｂは、何れも、等方性位相板１３と同様に、波長が各動作波長である光ビームＬ３２の位相を１／２波長遅らせるように構成されている。また、図８に図示するように、等方性位相板３３ａ，３３ｂの各々は、偏光子の一例である偏光子３２ａ，３２ｂとは別体に構成されている。したがって、偏光制御素子３０においては、２つの偏光子３２ａ，３２ｂと、２つの等方性位相板３３ａ，３３ｂと、の組み合わせを適宜偏光することができる。
【0093】
【0094】
図９に示すように、顕微鏡Ｍは、レーザ光源１と、偏光制御素子３０と、レンズ２と、ビームスプリッター３と、レンズ４と、レンズ５と、ピンホール６と、ピンホール７と、撮像素子８と、を備えている共焦点顕微鏡である。
【0095】
偏光制御素子３０は、図８を参照して説明した通りである。したがって、本実施形態では、その説明を省略する。
【0096】
レーザ光源１は、光ビームの一例であるレーザビームであって、コヒーレンスが高い直線偏光のレーザビームを出射する光源である。顕微鏡Ｍにおいては、レーザ光源１が出射する相が揃った直線偏光のレーザビームを光ビームＬＩとして用いる。なお、顕微鏡Ｍにおける光ビームＬＩは、図８に図示した偏光制御素子３０における光ビームＬＩに対応する。レーザ光源１は、複数の波長のなかから何れかの波長を選択し、その波長を有するレーザビームを出射する。すなわち、レーザ光源１は、出射するレーザビームの波長を選択することができる。本実施形態において、レーザ光源１は、波長が７７５ｎｍであるレーザビームと、波長が５９２ｎｍであるレーザビームと、を取捨することができる。本実施形態では、半導体レーザを用いてレーザ光源１を構成している。ただし、レーザ光源１を構成するレーザは、半導体レーザに限定されず、市場に出回っている様々な態様のレーザのなかから適宜選択することができる。
【0097】
また、レーザ光源１は、直線偏光である光ビームＬＩにおける偏光方向を、図８に示す矢印Ａ１及び矢印Ａ２のように、回転させることができる。
【0098】
レンズ２は、レーザ光源１から出射されたレーザビームをコリメートする。レンズ２によりコリメートされたレーザビームは、試料の観察に用いる光ビームである。
【0099】
ビームスプリッター３は、レーザ光源１から出射され、且つ、コリメートされたレーザビームのうち半分を反射することによって、観察対象である試料に照射する。
【0100】
レンズ４は、ビームスプリッター３により反射されたレーザビームを試料の表面に集光するとともに、試料の表面から反射された光ビームをコリメートする。
【0101】
ビームスプリッター３は、試料の表面から反射された光ビームの半分を透過する。
【0102】
レンズ５は、ビームスプリッター３を透過した光ビームを集光することによって、撮像素子８の受光面に試料の観察像を結像させる。
【0103】
顕微鏡Ｍにおいて、レーザ光源１と撮像素子８とは、ピンホール６，７によって共役関係にある。
【0104】
顕微鏡Ｍは、偏光制御素子３０を備えているため、ラジアル偏光のレーザビーム及びアジマス偏光のレーザビームを用いて試料を観察することができる。これは、偏光制御素子３０が、偏光子３２ａ、偏光子３２ｂ、及びホルダー３２ｃを備えており、ホルダー３２ｃを用いて、観察に用いるレーザビームの光路上に挿入する偏光子を偏光子３２ａ及び偏光子３２ｂから選択することができるためである。なお、顕微鏡Ｍにおいて、偏光子３２ａと、等方性位相板３３ａ又は等方性位相板３３ｂとは、第１の偏光制御素子の一例を構成し、偏光子３２ｂと、等方性位相板３３ａ又は等方性位相板３３ｂとは、第２の偏光制御素子の一例を構成する。すなわち、ホルダー３２ｃは、観察に用いるレーザビームの光路上に偏光制御素子を挿入する場合に、当該偏光制御素子として、第１の偏光制御素子又は第２の偏光制御素子を選択する選択手段の一例である。
【0105】
〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【実施例0106】
本発明の一実施例である偏光制御素子について図１０～図１２を参照して説明する。本実施例の偏光制御素子は、図１及び図２に図示した偏光制御素子１０の実施例である。図１０の（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本実施例の偏光制御素子１０の一部を構成する偏光子１２を製造するために用いたマスクの第１の主面及び第２の主面の平面図である。図１０の（ｃ）は、図１０の（ａ）及び（ｂ）に図示したマスクを第１の主面から見た場合の矢視図である。図１０の（ｄ）は、本実施例の偏光制御素子１０の一部を構成する等方性位相板１３を製造するために用いたマスクの平面図である。図１１の（ａ）は、本実施例の偏光制御素子１０の一部を構成する偏光子１２を製造するために用いた基板の平面図である。図１１の（ｂ）は、偏光子１２の偏光領域１２１～１２４のうち偏光領域１２２，１２４を形成した基板の平面図である。図１１の（ｃ）は、偏光子１２の全偏光領域１２１～１２４を形成した基板の平面図である。図１１の（ｄ）は、図１１の（ｃ）に図示した基板の主面であって、偏光領域１２１～１２４が形成されていない側の主面に等方性位相板１３を形成した基板の平面図である。図１１の（ｄ）は、基板から切り出す前の偏光子１２及び等方性位相板１３の矢視図とも言える。図１２の（ａ）は、本実施例の偏光制御素子１０の一部を構成する偏光子１２の偏光領域１２１における消光比の波長依存性を示すグラフである。図１２の（ｂ）は、偏光領域１２１の透過率の波長依存性を示すグラフである。なお、以下では、本実施例の偏光制御素子１０のことを単に偏光制御素子１０と記載する。
【0107】
〔偏光子及び等方性位相板の製造〕
まず、偏光制御素子１０の一部を構成する偏光子１２及び等方性位相板１３の製造方法を以下に説明する。本実施例では、偏光制御素子１０の動作波長（等方性位相板１３の動作波長）として８０５ｎｍを採用した。また、偏光子１２及び等方性位相板１３の直径として、φ３０ｍｍを採用した。また、偏光子１２及び等方性位相板１３を形成するための基板として、厚みが１ｍｍであり、１辺の長さが７０ｍｍである正方形の石英基板を用いた。なお、この石英基板の透過波面はλ／２０だった。面内で正確な位相制御を行うために、基板の面精度は、λ／２０以下であることが望ましい。
まず、偏光制御素子１０の一部を構成する偏光子１２及び等方性位相板１３の製造方法を以下に説明する。本実施例では、偏光制御素子１０の動作波長（等方性位相板１３の動作波長）として８０５ｎｍを採用した。また、偏光子１２及び等方性位相板１３の直径として、φ３０ｍｍを採用した。また、偏光子１２及び等方性位相板１３を形成するための基板として、厚みが１ｍｍであり、１辺の長さが７０ｍｍである正方形の石英基板を用いた。なお、この石英基板の透過波面はλ／２０だった。面内で正確な位相制御を行うために、基板の面精度は、λ／２０以下であることが望ましい。
【0108】
図１１の（ａ）に示すように、石英基板の４つの角にそれぞれ十字のアライメントマークを形成した。４つのアライメントマークは、フォトレジストに４つのアライメントマークをレーザ描画装置で露光及び現像したうえで、クロムを厚さ１００ｎｍの膜厚で成膜し、フォトレジストをリフトオフすることによって得た。
【0109】
本実施例では、偏光子１２として、ワイヤーグリッド偏光子を採用した。石英基板上にワイヤーグリッド偏光子を形成するために、図１０の（ａ）～（ｃ）に図示するマスクを用いた。このマスクは、位相シフトマスクと呼ばれるタイプのマスクである。
【0110】
このマスクは、石英基板の両主面に、それぞれ異なるパターンが描画されたクロムマスクである。
【0111】
石英基板の一方の主面には、図１０の（ａ）に図示するパターンが描画されている。すなわち、一方の主面の多くの領域にはクロム膜が形成されており、中央領域には、半径が１５ｍｍであり、頂角が９０°である扇形が２つ、クロム膜を白抜きにすることによって形成されている。また、石英基板の４つの角のうち一対の対角部分には、上述したアライメントマークよりも大きな正方形がクロム膜を白抜きにすることによって形成されている。
【0112】
また、石英基板の他方の主面の中央領域には、偏光子１２の輪郭に対応する直径φ３０ｍｍの領域内にワイヤーグリッドに対応する位相パターンが描画されている。この位相パターンは、２５０ｎｍピッチの直線状の位相パターンを形成するように設計されている。また、石英基板の４つの角のうち一対の対角部分には、十字のアライメントマークが形成されている。このアライメントマークの幅は、偏光子１２及び等方性位相板１３を製造するために用いる石英基板に形成したアライメントマークの幅よりも２０μｍ大きい。
【0113】
このマスクを第１の主面から矢視した場合、図１０の（ｃ）に図示するように、おもて面に白抜きの扇形のパターンが形成され、うら面に位相パターンが形成されている。
【0114】
次に、石英基板のアライメントマークが形成された側の主面に、スパッタ装置を用いて、アルミニウムを２５０ｎｍの膜厚で成膜した。この時、各アライメントマークにはアルミニウムが成膜されないように、成膜領域を狭めた。
【0115】
次に、アルミニウムを成膜した石英基板上にｉ線フォトリソレジストをスピンコートし、ベークした。
【0116】
次に、図１１の（ｃ）に図示したマスクを、タルボ干渉光を利用した干渉露光装置に設置し、且つ、ｉ線フォトリソレジストをスピンコートした基板を干渉露光装置に設置した。この時、マスクと石英基板との間には、一定の空隙が設けられている。干渉露光装置の顕微鏡を用いて、マスクに設けられている２つのアライメントマークと、アルミニウムを成膜した石英基板に設けられている４つのアライメントマークのうち左上及び右下のアライメントマークとを一致させ、露光した。次に、干渉露光装置の顕微鏡を用いて、マスクに設けられている２つのアライメントマークと、アルミニウムを成膜した石英基板に設けられている４つのアライメントマークのうち右上及び左下のアライメントマークとを一致させ、露光した。
【0117】
次に、反応性イオンエッチング装置を用いて、アルミニウムのドライエッチングを行った。アルミニウムのドライエッチングにおいては、ＢＣｌ３及びＣｌ２を反応性ガスとして用いた。そのうえで、反応性イオンエッチング装置のチャンバーを大気開放しないまま、続けて、レジスト除去のためにアッシングを行った。アッシングにおいては、Ｏ２とＡｒを反応性ガスとして用いた。以上の工程により、石英基板の一方の主面に、ワイヤーグリッド偏光子である偏光子１２が形成された。
【0118】
次に、石英基板の他方の主面（偏光子１２が形成されていない主面）に、図１０の（ｄ）に図示するマスクを用いて、等方性位相板１３として機能するＳｉＯ２膜を成膜した。ここで成膜したＳｉＯ２膜の屈折率は、１．４５３であり、膜厚を８８９ｎｍとした。
【0119】
なお、図１０の（ｄ）に図示するマスクは、一方の主面の多くの領域にはクロム膜が形成されており、中央領域には、直径が３０ｍｍである半円がクロム膜を白抜きにすることによって形成されている。また、石英基板の４つの角には、それぞれ、十字のアライメントマークがクロム膜を白抜きにすることによって形成されている。
【0120】
最後にレーザ切断装置を用いて、偏光子１２及び等方性位相板１３が形成された直径φ３０ｍｍの領域を切り出すことにより偏光制御素子１０を得た。
【0121】
〔偏光子及び等方性位相板の消光比及び透過率〕
レーザ光源、計測用偏光子、回転ステージに配置された１／２波長板、基板ホルダー、光ディテクタからなる評価装置を用いて、このようにして製造した偏光制御素子１０の消光比及び透過率を評価した。なお、計測用偏光子は、図３に図示した偏光制御素子１０の一態様が備えている偏光子１１に対応する。
レーザ光源、計測用偏光子、回転ステージに配置された１／２波長板、基板ホルダー、光ディテクタからなる評価装置を用いて、このようにして製造した偏光制御素子１０の消光比及び透過率を評価した。なお、計測用偏光子は、図３に図示した偏光制御素子１０の一態様が備えている偏光子１１に対応する。
【0122】
評価装置は、レーザ光源、計測用偏光子、回転ステージに配置された１／２波長板、基板ホルダー、光ディテクタの順に配置される。基板ホルダーに偏光制御素子１０を設置し、１／２波長板を０°から４５°まで回転させたときの、強度比から消光比（デシベル表記）を求めた。なお、強度比は、最大値に対する最小値の比である。
【0123】
このように構成された評価装置を用いて偏光子１２の偏光領域１２１を透過する光ビームを用いて測定した消光比及び透過率を図１２の（ａ）及び（ｂ）に示す。
【0124】
なお、偏光子１２の各偏光領域１２ｉを構成するワイヤーグリッドは、膜厚が２５０ｎｍであるアルミニウム製であり、そのパターンは、２５０ｎｍＬ／Ｓであった。偏光領域１２１における消光比は、波長８０５ｎｍにおいて４３ｄＢ±１％であった（図１２の（ａ）参照）。また、偏光領域１２１における透過率は、波長８０５ｎｍにおいて７６％であった。また、７００ｎｍ以上１．５μｍ以下という広い帯域において４０ｄＢ以上という高い消光比が確保できていることが分かった。
【0125】
次に、等方性位相板１３の評価として、マイケルソン干渉計で８０５ｎｍの平面参照波を確認した。その結果、等方性位相板１３のある部分とない部分とで明暗反転がみられた。したがって、等方性位相板１３は、波長が８０５ｎｍである光ビームに対して、設計時に意図したとおり位相を１／２波長遅延させることが分かった。
【0126】
次に、偏光制御素子１０を透過した光ビームＬ１３の強度分布を以下のように確認した。波長が８０５ｎｍであるレーザビームをコリメートレンズにて光束の径φ２０ｍｍのコリメート光とした。これを、２対のアキシコンレンズに入射させることで、リング状のコリメート光に変換した。このリング状のコリメート光を光ビームＬＩとして用いた。
【0127】
この光ビームＬＩを偏光制御素子１０に入射させたのち、偏光制御素子１０から出射された光ビームＬ１３を、対物レンズを用いて集光させた。集光点に撮像素子であるＣＣＤ素子を置き、光ビームＬ１３の強度分布を測定した。その結果、ラジアル偏光の特徴であるドーナツ型の強度分布が得られた。また、アキシコンレンズと対物レンズの間に直線偏光子を差し込み、その直線偏光子を０°以上９０°以下の範囲内で回転させた。その結果、直線偏光子の角度を０°にした場合、偏光領域１２１，１２３に対応する領域の強度が消失し、直線偏光子の角度を９０°にした場合、偏光領域１２２，１２４に対応する領域の強度が消失した。このことから、偏光制御素子１０により生成された光ビームＬ１３は、ラジアル偏光になっていることが分かった。
【符号の説明】
【0128】
１０，１０Ａ，２０，２０Ａ，３０ 偏光制御素子
１１ 偏光子（第２の偏光子）
１２，１２Ａ，２２，２２Ａ，３２ａ，３２ｂ 偏光子（第１の偏光子）
３２ｃ ホルダー
１２１～１２４，１２１Ａ～１２８Ａ，２２１～２２４，２２１Ａ～２２８Ａ 偏光領域
１３，２３，３３ａ，３３ｂ 等方性位相板
１４Ａ フィルター
３３ｃ ホルダー
Ｍ 顕微鏡
１１ 偏光子（第２の偏光子）
１２，１２Ａ，２２，２２Ａ，３２ａ，３２ｂ 偏光子（第１の偏光子）
３２ｃ ホルダー
１２１～１２４，１２１Ａ～１２８Ａ，２２１～２２４，２２１Ａ～２２８Ａ 偏光領域
１３，２３，３３ａ，３３ｂ 等方性位相板
１４Ａ フィルター
３３ｃ ホルダー
Ｍ 顕微鏡
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】