光学元件和光学装置制造方法
【专利摘要】本发明提供光学元件和光学装置。本发明提供能够使以偏振元件为代表的光学元件的性能提高的技术。在本发明的断续线元件中，在多根断续线（SPW）中的各根断续线（SPW）上，在y方向上以周期Λ形成有间隙，该周期Λ为瑞利波长（λ/n）以上。由此，根据本发明的断续线元件，与由在y方向上不具有周期结构的连续线构成的线栅元件相比，能够使光学性能提高。
【专利说明】光学元件和光学装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及光学元件和光学装置。
【背景技术】
[0002]在非专利文献I (H.Tamada, et al., “Al wire-grid polarizer usingthe s-polarizat1n resonance”，Opt.Lett.22，6，pp.419-421 (1997))和日本特表2003-508813号公报(专利文献I)中，记载有涉及由在具有透光性的基板上具有金属线结构的线栅元件构成的偏振元件(偏振滤光片)的技术。
[0003]在日本特表2010-530995号公报(专利文献2)中，记载有涉及以下的线栅元件的技术:在具有透光性的基板上具有由金属、透明电介质、光吸收体、透明电介质构成的线结构，选择性地抑制偏振光的反射。
[0004]在日本特开2011-123474号公报(专利文献3)中，记载有涉及以下的偏振元件的技术:通过形成在具有透光性的基板上具有金属线结构的线栅元件，并且在金属线结构的上端形成周期性的凸形状，附加了选择性地吸收不需要的偏振光的功能。
[0005]在日本特开2009-104074号公报(专利文献4)中，记载有涉及以下的光学元件的技术:通过在玻璃层内将金属呈所谓的方格旗状配置，将一种偏振光转换为另一种偏振光。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本特表2003-508813号公报
[0009]专利文献2:日本特表2010-530995号公报
[0010]专利文献3:日本特开2011-123474号公报
[0011]专利文献4:日本特开2009-104074号公报
[0012]非专利文献
[0013]非专利文献1:H.Tamada, et al., “Al wire-grid polarizer using thes-polarizat1n resonance，，，Opt.Lett.22，6，pp.419-421 (1997)
【发明内容】
[0014]发明要解决的技术问题
[0015]光学装置已广泛普及，例如，在液晶投影仪、显示器、光拾取器、光传感器等中大多使用对光进行控制的光学元件。随着这些装置的高功能化，光学元件也要求高功能化、高附加价值化、低成本化。
[0016]作为这样的光学装置的代表性的一个例子，有液晶投影仪。该液晶投影仪具备:第一偏振兀件，该第一偏振兀件使从光源射出的光束中的特定的偏振光选择透过；液晶面板，对该液晶面板入射从第一偏振兀件射出的偏振光，该液晶面板使入射的偏振光的偏振方向根据图像信息而变化；和第二偏振元件，对该第二偏振元件入射通过液晶面板而使偏振方向变化后的偏振光。在液晶投影仪中，通过使从上述的第二偏振元件射出的偏振光向投影透镜入射，形成光学像(图像光)，将该图像光投影到屏幕等上进行图像显示。在这样的液晶投影仪中，以夹着液晶面板的方式配置有第一偏振元件和第二偏振元件。即，在液晶面板的入射侧和出射侧分别配置有具有使特定的偏振光选择透过的功能的偏振元件(偏振滤光片)。
[0017]近年来，由于液晶投影仪的小型化和投影图像的高亮度化，液晶面板上的光密度提高，作为与此对应的偏振元件，期望耐热性和耐光性优异的偏振元件。在这一点上，例如由无机材料构成的线栅元件可以说适合作为偏振元件。
[0018]在上述的非专利文献I中，如下所述记载有线栅元件的定义。“A wire gridis a simple one-dimens1nal metal grating and is quite promising as amicrominiaturized polarizat1n component in the field of integrated optics，，(线栅是一种简单的一维金属光栅，在集成光学领域作为微型化的偏振元件是很有前途的)。即，线栅元件是简单的一维金属光栅。
[0019]在此，例如，在使以液晶投影仪为代表的光学装置(图像投影装置)的画质提高的意义上，期望使作为偏振元件的主要性能之一的特定的偏振光(以下称为P偏振光)和与其正交的偏振光(以下称为S偏振光)的选择性能、即透过率的比提高。此外，在本说明书中，设P偏振光的透过率为Tp，设s偏振光的透过率为Ts，使用偏振对比度(Tp/Ts)(也称为消光比)作为偏振选择性的性能指标。在该情况下，偏振对比度越高，越可以说是偏振选择性优异的偏振元件。
[0020]如上所述，线栅元件是在具有透光性的基板上以等周期配置直线状的金属线而形成的。在线栅元件中，性能根据金属线的周期和形状的不同而变化，但是对它们有制约条件。例如，已知金属线的周期由于瑞利共振(Rayleigh Resonance)现象而存在上限值。作为具体的一个例子，如上述的专利文献I的段落
[0036]中记载的那样，在使用波长为450nm的情况下，必须使金属线的周期为约210nm以下。在线栅元件中，作为性能指标的Tp和偏振对比度，相对于金属线的宽度和高度为此消彼长(trade-off)的关系。因此，通常将线栅元件的金属线的宽度设计为周期(间距)的1/3左右，并且将金属线的高度设计为150nm左右。
[0021]由于上述的金属线的形状限制和配置金属线的周期的限制，难以大幅改变线栅元件的设计条件。因此，例如，存在以下的技术问题:即使为了使以液晶投影仪为代表的光学装置的画质提高而想要使偏振元件的偏振对比度提高，在保持维持线栅元件的金属线结构的状态的情况下，也难以使性能与现状相比提高。
[0022]本发明的目的例如在于提供能够使以偏振元件为代表的光学元件的性能提高的技术。另外，本发明的目的还在于通过使以偏振元件为代表的光学元件的性能提高，使使用光学元件的光学装置的性能提高。
[0023]其他的技术问题和新的特征根据本说明书的记载和附图将会变得清楚。
[0024]用于解决技术问题的手段
[0025]一个实施方式的光学元件是作为偏振滤光片起作用的光学元件，其特征在于，具备:(a)基板，该基板对入射的电磁波具有透光性；和6)多根金属线，该多根金属线形成在上述基板的主面上，在第一方向上以第一周期间隔配置，并且在与上述第一方向正交的第二方向上分别延伸。在该光学元件中，在多根金属线中的至少一部分金属线上，在第二方向上以第二周期间隔形成有多个间隙。此时，在设电磁波的波长为λ，设基板的折射率为n的情况下，多个间隙的第二周期间隔为λ/η以上。
[0026]另外,一个实施方式的光学装置具备:(a)光源；(b)第一偏振兀件,该第一偏振兀件使从上述光源射出的光中的特定的偏振光选择透过；和((3)液晶面板，对该液晶面板入射从第一偏振兀件射出的偏振光，该液晶面板使该偏振光的偏振方向变化。该光学装置还具备:(d)第二偏振元件，对该第二偏振元件入射通过透过液晶面板而使偏振方向变化后的偏振光4P(e)投影透镜，对该投影透镜入射从第二偏振元件射出的偏振光来投影图像。在此，第一偏振元件和第二偏振元件为作为偏振滤光片起作用的光学元件，具有:基板，该基板对入射的电磁波具有透光性；和多根金属线，该多根金属线形成在基板的主面上，在第一方向上以第一周期间隔配置，并且在与第一方向正交的第二方向上分别延伸。在多根金属线中的至少一部分金属线上，在第二方向上以第二周期间隔形成有多个间隙。此时，在设电磁波的波长为λ，设基板的折射率为n的情况下，多个间隙的上述第二周期间隔为λ/η以上。
[0027]发明效果
[0028]根据一个实施方式，例如，能够使以偏振元件为代表的光学元件的性能提高。另夕卜，通过使以偏振元件为代表的光学元件的性能提高，能够使使用光学元件的光学装置的性能提闻。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1是表示线栅元件的截面的TEM图像。
[0030]图2是表示由金属细线结构构成的线栅元件的示意性结构的立体图。
[0031]图3是用于对P偏振光透过线栅元件的机理进行说明的图。
[0032]图4是用于对s偏振光由线栅元件反射的机理进行说明的图。
[0033]图5是表示表示线栅元件的透过率的波长依赖性的测定结果和计算结果的图。
[0034]图6是使用FDTD计算方法，对于垂直入射光，计算光学性能与线栅元件的结构周期P的关系而得到的结果。
[0035]图7是使用FDTD计算方法，对于垂直入射光，计算光学性能与线栅元件的结构周期P的关系而得到的结果。
[0036]图8是表示实施方式I中的偏振元件的外观结构的立体图。
[0037]图9是表示实施方式I中的断续线元件中形成的多根断续线的平面结构的图。
[0038]图10是表示线栅元件的对于光波的等效电路的图。
[0039]图11是表示实施方式I中的断续线元件的对于光波的等效电路的图。
[0040]图12是示意性地表示实施方式I中的共振现象的图。
[0041]图13 (a)是表示断续线的高度与P偏振光的透过率的关系的曲线图，(b)是表示断续线的高度与偏振对比度的关系的曲线图。
[0042]图14是表示对于实施方式I中的断续线元件，表示y方向上的周期与偏振对比度的关系的模拟结果的曲线图。
[0043]图15 (a)是表示间隙与P偏振光的透过率的关系的曲线图，(b)是表示间隙与偏振对比度的关系的曲线图。
[0044]图16是表示具有间隙在X方向上对齐的结构的断续线元件的示意图。
[0045]图17 (a)是表示间隙与P偏振光的透过率的关系的曲线图，(b)是表示间隙与偏振对比度的关系的曲线图。
[0046]图18 Ca)是表示入射光的波长与P偏振光的透过率的关系的曲线图，(b)是表示入射光的波长与偏振对比度的关系的曲线图。
[0047]图19是表示实施方式I中的断续线元件的平面结构的平面图。
[0048]图20是表示实施方式I中的断续线元件的制造工序的截面图。
[0049]图21是表示图20之后的断续线元件的制造工序的截面图。
[0050]图22是表示图21之后的断续线元件的制造工序的截面图。
[0051]图23是表示图22之后的断续线元件的制造工序的截面图。
[0052]图24是表示图23之后的断续线元件的制造工序的截面图。
[0053]图25是表示图24之后的断续线元件的制造工序的截面图。
[0054]图26是表示图25之后的断续线元件的制造工序的截面图。
[0055]图27是表示图26之后的断续线元件的制造工序的截面图。
[0056]图28是表示图27之后的断续线元件的制造工序的截面图。
[0057]图29是表示图28之后的断续线元件的制造工序的截面图。
[0058]图30是表示图29之后的断续线元件的制造工序的截面图。
[0059]图31是表示在7方向上具有周期结构的光学元件的对于入射光的等效电路的图。
[0060]图32 Ca)是表示共振现象中的Q值大的情况的例子的示意图，(b)是表示与(a)的情况相比，共振现象中的Q值小的情况的例子的示意图。
[0061]图33是表示实施方式2中的断续线元件的结构的平面图。
[0062]图34 Ca)是表示入射光的波长与P偏振光的透过率的关系的曲线图，(b)是表示入射光的波长与偏振对比度的关系的曲线图。
[0063]图35是对向X方向倾斜的入射角进行说明的图。
[0064]图36 Ca)是表示入射光的波长与P偏振光的透过率的关系的曲线图，(b)是表示入射光的波长与偏振对比度的关系的曲线图。
[0065]图37是对向y方向倾斜的入射角进行说明的图。
[0066]图38 Ca)是表示入射光的波长与P偏振光的透过率的关系的曲线图，(b)是表示入射光的波长与偏振对比度的关系的曲线图。
[0067]图39 Ca)是与实施方式2对应地表示共振现象中的Q值为中等程度的情况的例子的示意图，(b)是表示与(a)的情况相比，共振现象中的Q值更小的情况的例子的示意图。
[0068]图40是表示实施方式3中的断续线元件的结构的平面图。
[0069]图41 (a)是表示入射光的波长与P偏振光的透过率的关系的曲线图，(b)是表示入射光的波长与偏振对比度的关系的曲线图。
[0070]图42 Ca)是表示入射光的波长与P偏振光的透过率的关系的曲线图，(b)是表示入射光的波长与偏振对比度的关系的曲线图。
[0071]图43 (a)是表示入射光的波长与P偏振光的透过率的关系的曲线图，(b)是表示入射光的波长与偏振对比度的关系的曲线图。
[0072]图44是以应用于液晶投影仪为前提，示意性地表示衍射光的影响的图。
[0073]图45是表示配置断续线的跳跃周期与对垂直入射光的衍射角的关系的曲线图。
[0074]图46是表示在实施方式3的断续线元件中，入射角与包括I次透过衍射光的透过光的透过率的关系的模拟结果。
[0075]图47是表示实施方式4中的液晶投影仪的光学系统的示意图。
[0076]符号说明
[0077]IS基板
[0078]DIT槽部
[0079]DM (B)分色镜
[0080]DM (G)分色镜
[0081]HWl半值宽度
[0082]HW2半值宽度
[0083]HW3半值宽度
[0084]LCP液晶面板
[0085]LCP (B)液晶面板
[0086]LCP (G)液晶面板
[0087]LCP (R)液晶面板
[0088]LEN投影透镜
[0089]LGS导波光学系统
[0090]LS光源
[0091]M母基板
[0092]ML金属层
[0093]MP凸部
[0094]MRl (R)反射镜
[0095]MRl (B)反射镜
[0096]MR2 (R)反射镜
[0097]pi周期
[0098]p3周期
[0099]RR抗蚀剂树脂
[0100]Rs紫外线固化树脂
[0101]s间隙
[0102]SP跳跃周期
[0103]SPff断续线
[0104]SPffl断续线
[0105]SPW2断续线
[0106]Ss支撑基板
[0107]ST压模
[0108]STff连续线
[0109]STffl连续线
[0110] STW2连续线
[0111]STW3连续线
[0112]SffE断续线元件
[0113]SffEl(B)断续线元件
[0114]SffEl(G)断续线元件
[0115]SffEl(R)断续线元件
[0116]SWE2(B)断续线元件
[0117]SWE2(G)断续线元件
[0118]SWE2(R)断续线元件
[0119]w宽度
[0120]wl宽度
[0121]w2宽度
[0122]WG线栅
[0123]A周期
[0124]δ距离差
【具体实施方式】
[0125]在以下的实施方式中，为方便起见在需要时，分割为多个部分或实施方式进行说明，但是，除了特别明示的情况以外，它们并不是相互无关的，而是一方为另一方的一部分或全部的变形例、应用例、详细说明、补充说明等的关系。
[0126]另外，在以下的实施方式中，在提及要素的数量等(包括个数、数值、量、范围等)的情况下，除了特别明示的情况和原理上明显限定于特定数量的情况等以外，并不限定于该特定数量，可以为特定数量以上也可以为特定数量以下。
[0127]另外，在以下的实施方式中，其构成要素(也包括要素步骤等)，除了特别明示的情况和原理上明显是必须的情况等以外，不一定是必须的。
[0128]同样，在以下的实施方式中，在提及构成要素等的形状、位置关系等时，除了特别明示的情况和原理上明显不是这样的情况等以外，包括实质上与其形状等近似或类似的情况等。这一点对于上述数量等(包括个数、数值、量、范围等)也是同样的。
[0129]另外，在实施方式使用的附图中，对于同一部件原则上赋予同一符号，省略其重复说明。此外，有为了使附图容易理解，即使是平面图也附加阴影的情况。
[0130]以下，在本说明书的说明中，统一使用以具有透光性的基板的厚度方向为ζ轴、且以金属线的长度方向(延伸方向)为I轴的X、1、Z坐标系。在使电磁波垂直入射的情况下，P偏振光(TM (Transverse Magnetic)偏振光)的电场成分只有x方向，s偏振光(TE(Transverse Electric)偏振光)的电场成分只有y方向。另外，只要没有特别说明，设入射光(入射电磁波)相对于光学兀件垂直入射来进行说明。偏振光的定义依赖于入射面，因此，根据引用的文献的不同，有P偏振光和s偏振光、以及TM偏振光和TE偏振光的称呼不同的情况，但是，只要按照以金属线的长度方向(延伸方向)为基准的上述的坐标系，就不会产生与物理的作用和效果相关的矛盾。
[0131]作为描述电磁波的麦克斯韦方程式的数值解法，使用FDTD(Finite DifferentialTime Domain:时域有限差分)法。
[0132]作为金属和半导体材料的折射率，只要没有特别说明，参照Palik的手册“PalikE.D.(ed.) (1991)Handbook of Optical Constants of Solids I1.Academic Press, NewYork.”。此外，在没有特别记载的情况下，设具有透光性的基板为标准的玻璃材料，其折射率为1.525，设金属线的材质为铝来进行说明。
[0133](实施方式I)
[0134]本实施方式I的技术思想，能够广泛应用于用麦克斯韦方程式描述的电磁波，在本实施方式I中，特别列举作为电磁波的一种的光(可见光)为例进行说明。首先，在对本实施方式I的技术思想进行说明之前，对线栅元件进行说明，然后，对本实施方式I的技术思想进行说明。
[0135]<线栅元件>
[0136]图1是表示线栅元件的截面的TEM图像。在图1中可知，线栅元件在作为具有透光性的基板的石英基板(S12)上形成有由铝(Al)膜构成的金属线。此时，例如，在图1中，金属线的间距(X方向)为150nm,金属线的宽度为47nm,金属线的高度为160nm。以下,给出这样的线栅元件的示意图，对线栅元件作为偏振元件起作用进行说明。
[0137]图2是表示由金属细线结构构成的线栅元件的示意性结构的立体图。在图2中，线栅元件例如在由玻璃基板、石英基板或塑料基板构成的具有透光性的基板IS上形成有由具有周期结构的凹凸形状部构成的线栅(Wire grid)(图中表示为WG)。具体而言，线栅是指如图2所示将在I方向上延伸的金属细线在X方向上以规定间隔配置而得到的金属梳状结构，换言之，也可以说该线栅由将多根金属细线以规定间隔周期性地排列而得到的凹凸形状部构成。在此，在本说明书中，有将构成线栅元件的各金属线称为连续线(straightwire)的情况。
[0138]在这样的线栅元件中，当使包括多种偏振光的光从纸面上部(z轴正方向)入射时，能够仅使在特定方向上偏振的偏振光从基板IS的下部透过。即，线栅元件作为偏振元件(偏振片、偏振滤光片)起作用。以下，参照附图对该机理进行简单说明。
[0139]首先，如图3所示，在入射电场的振动方向为X轴方向的P偏振光的情况下，根据电场的振动方向，构成线栅的金属细线内的自由电子集中到金属细线的一侧，由此，在各金属细线中产生极化。这样，在入射P偏振光的情况下，只是在金属细线内产生极化，因此，P偏振光通过线栅，到达具有透光性的基板is。此时，基板IS也对入射的光具有透光性，因此，P偏振光也透过基板1S。结果，P偏振光透过线栅和基板1S。
[0140]另一方面，如图4所示，在入射电场的振动方向为y方向的s偏振光的情况下，根据电场的振动方向，金属细线内的自由电子能够不受金属细线的侧壁的限制而振动。这意味着在对线栅入射s偏振光的情况下，也发生了与对连续的金属膜入射光的情况同样的现象。因此，在对线栅入射S偏振光的情况下，与对连续的金属膜入射光的情况同样，S偏振光被反射。此时，在金属细线的Z方向的厚度比光能够进入金属内的厚度(Skin D印th)厚的情况下，线栅具有使P偏振光透过、且使s偏振光反射的分离性能(消光比)高的偏振分离功能。S卩，在金属细线的Z方向的厚度厚的情况下,线栅的P偏振光的透过率高，S偏振光的透过率低，线栅具有高的偏振对比度。
[0141]根据以上的说明，线栅元件具有例如当使包括各种偏振光的光入射时，仅使在特定方向上偏振的偏振光透过的功能。这意味着线栅元件作为偏振元件起作用。
[0142]接着，图5是表示表示线栅元件的透过率的波长依赖性的测定结果和计算结果的图。分光透过率的测定使用分光光度计(日立制造，U4100)。另外，为了将P偏振光和s偏振光分离来测定透过率，使用2个Karl Lambrecht公司制造的格兰-泰勒棱镜(Glan-TaylorPrism),分别用作检偏镜和起偏镜。
[0143]在图5中，纵轴表不透过率(％),横轴表不入射光的波长(nm)。此外，Tp表不p偏振光的透过率，Ts表示s偏振光的透过率。此时，实线表示测定结果，虚线表示计算结果。
[0144]从图5可知，计算结果与测定结果良好地一致，证实了本实施方式I中使用的计算方法能够信赖。以下，在本实施方式I中使用的计算方法中，只要没有特别说明，为了简化说明，表示光波相对于偏振元件垂直入射的情况的计算结果。
[0145]<线栅元件的设计上的限制>
[0146]接着，对线栅元件的设计上的限制进行说明。例如，线栅元件与入射的光波之间受到由共振现象或衍射现象引起的相互作用。此时，线栅元件的结构周期与光波的共振现象或衍射现象有很大的关系。光波的共振现象或衍射现象会对线栅元件的偏振对比度造成大的影响。因此，为了制造偏振对比度高的线栅元件，需要充分考虑光波的共振现象和衍射现象，特别是线栅元件的结构周期由于光波的共振现象和衍射现象而受到大的限制。以下对这一点进行说明。
[0147]在线栅元件中，金属线的结构周期仅是在X方向上相邻的金属线间的结构周期(称为结构周期P)。已知当该结构周期P大于规定值时，会发生瑞利共振现象，线栅元件的偏振分离性能显著降低。即，作为线栅元件的结构周期P与光波的相互作用之一的瑞利共振现象，在决定线栅元件的以偏振对比度为代表的特性方面是重要的现象。
[0148]具体而言，当设线栅元件的结构周期为P，设具有透光性的基板的折射率为ns，设入射的光波的波长为λ，设X方向的入射角为ΘΧ时，发生瑞利共振现象的周期pr用下式表不:
[0149]pr= λ / (ns±sin0x)......(式 I)。
[0150]这与在具有透光性的基板内产生衍射光的条件一致。
[0151]图6和图7是使用上述的FDTD计算方法，对于垂直入射光(θ χ=0),计算光学性能与线栅元件的结构周期P的关系而得到的结果。在此，设线栅元件的结构周期P为150nm，设金属线的材料为铝，设金属线的宽度为50nm，设金属线的高度为150nm，使用石英基板(ns=l.47)作为具有透光性的基板，设入射的光波的波长为460nm。
[0152]图6是表示线栅元件的结构周期P与透过率Tp、Ts的关系的曲线图。图7是表示线栅元件的结构周期P与偏振对比度的关系的曲线图。在图6和图7两个图中，横轴是用发生瑞利共振现象的周期Pr标准化后的结构周期(p/pr)。
[0153]在图6中，纵轴表示P偏振光的透过率和s偏振光的透过率。可知，如图6中可看出的那样，在p/pr < 0.5的情况下，Tp和Ts没有发现显著的变化,但是在p/pr=l的附近区域，发生由瑞利共振现象引起的急剧的Tp的减少和Ts的增加，作为偏振滤光片的性能由于瑞利共振现象而显著降低。关于这一点，如专利文献I中记载的那样，在入射的光波的波长λ为450nm的情况下，pr为约210nm,线栅元件的结构周期p必须为210nm以下。这是由(式I)得出的。
[0154]在图6中，可知P偏振光的透过率存在2处极小点。第一极小点(p=pr)是由瑞利共振现象引起的，第二极小点(ρ=λ )是由透过基板的衍射光的产生引起的。但是，在结构周期P被限制为P < pr的线栅元件中可以不考虑衍射光的产生。
[0155]另外，如图7所示，可确认:偏振对比度随着线栅元件的结构周期P的增加而减少，当发生瑞利共振现象时，偏振对比度小于1，已经不能作为偏振滤光片发挥功能。由以上可知，在线栅元件中，从避免瑞利共振现象确保偏振对比度的观点出发，设置对线栅元件的结构周期P的限制。具体而言，对线栅元件的结构周期P施加的限制，用以下所示的(式2)表示:
[0156]P < pr......(式 2)。
[0157]<本发明人的新的着眼点>
[0158]如上所述，在线栅元件中，从充分发挥偏振元件的功能的观点出发，线栅元件的结构周期P受到(式2)的限制。另外，当考虑加工工艺的限制时，可知在现状的线栅元件(直线状的金属光栅)中，难以使偏振对比度进一步提高。
[0159]于是，本发明人考虑不仅在X方向上，而且在各金属线延伸的I方向上也导入结构周期。但是，作为具有专业知识的本领域技术人员当然会想到的，能够容易地推测出，在对于y方向也导入结构周期的情况下，会发生与X方向同样的现象。即，可以预想，在对于y方向导入结构周期的情况下，当y方向的结构周期为瑞利波长(Rayleigh wavelength) ( λ /η)以上时，偏振对比度会与X方向的结构周期同等地显著降低(参照图6)。因此，当考虑对于y方向导入结构周期时，认为也需要使I方向的结构周期为瑞利波长以下是本领域技术人员的常识。另外，作为本领域技术人员的常识，即使导入y方向的结构周期，也没有证实能够使偏振元件的偏振对比度提高的理论根据。另外，图6的结果和(式2)的限制是具有专业知识的本领域技术人员的常识，因此，在现有技术中，现状是:对于由在具有透光性的基板上形成的金属线的细微结构构成的偏振元件，结构周期为瑞利波长以上的区域的元件响应并没有弄清楚。
[0160]关于这一点，本发明人发现:当推翻上述的本领域技术人员的预想，在y方向上也导入结构周期，并且y方向的结构周期为瑞利波长以上的情况下，偏振元件的偏振对比度提高。即，本发明人发现:通过推翻本领域技术人员的预想，在y方向上导入瑞利波长以上的结构周期，能够实现具有超过具有直线状的金属线结构的线栅元件的极限的偏振对比度的偏振元件。以下，对本发明人发现的本实施方式I中的偏振元件进行说明。
[0161]<实施方式I中的偏振元件的结构>
[0162]图8是表示本实施方式I中的偏振元件的外观结构的立体图。如图8所示可知，本实施方式I中的偏振元件，在具有透光性的基板IS上，在X方向上配置有多根断续线(Split Wire) SPW，多根断续线SPW各自在y方向上具有周期性的间隙而延伸。在此，在本说明书中，如图8所示，将在y方向上具有周期性的间隙而延伸的金属线称为断续线(在图中表示为SPW),将由该断续线构成的偏振元件称为断续线元件(Split Wire Element)。
[0163]图9是表示本实施方式I中的断续线元件中形成的多根断续线SPW的平面结构的图。如图9所示，在本实施方式I中的断续线元件中，具有在y方向上周期性地形成的间隙s的断续线SPW在X方向上等间隔地配置。即，本实施方式I中的断续线SPW被定义为在y方向上具有周期结构而延伸的结构。在这样构成的断续线元件中，结构周期为相邻的断续线SPW的周期p1、y方向上的间隙S的周期Λ (ρ2)、和夹着间隙s的一对断续线SPW在x方向上的周期p3 (=2Xpl)。另外，作为形状参数，除了断续线SPW的宽度w和未图示的断续线SPW的高度(h)以外，还有间隙s的长度、在X方向上相邻的断续线SPW上形成的间隙s的在y方向上的距离差δ。
[0164]这样，本实施方式I中的断续线元件，如图8和图9所示，具备:对入射的电磁波具有透光性的基板IS ;和多根断续线SPW，该多根断续线SPW形成在基板IS的主面上，在X方向上以周期Pl (第一周期间隔)配置，并且在与X方向正交的y方向上分别延伸。此时，在本实施方式I中，在多根断续线SPW中的各根断续线SPW上，在y方向上以周期Λ (第二周期间隔)形成有多个间隙s，在设入射的电磁波的波长为λ，设基板IS的折射率为η的情况下，多个间隙s的周期Λ为λ/n以上(Λ≥pr)。
[0165]如图9所示，在本实施方式I的断续线元件中，在多根断续线SPW中的第一断续线上形成的多个间隙s在y方向上的第一形成位置，与在多根断续线SPW中的与第一断续线相邻的第二断续线上形成的多个间隙s在y方向上的第二形成位置错开。该错开在图9中用y方向上的距离差δ表示，在图9中特别表示了 y方向上的距离差δ=Λ/2的例子。
[0166]另外，在本实施方式I中的断续线元件中，在多根断续线SPW中，以在与第一断续线相反的一侧与第二断续线相邻的方式配置有第三断续线，在第一断续线上形成的多个间隙s在y方向上的第一形成位置，与在第三断续线上形成的多个间隙s在y方向上的第三形成位置一致。此时，第一断续线与第三断续线在X方向上的周期P3 (第三周期间隔)为X方向上的周期pl (第一周期间隔)的2倍。X方向上的周期pi小于λ/n,另一方面,X方向上的周期p3大于λ /η。
[0167]如以上那样构成的本实施方式I中的断续线元件的特征在于，如图9所示，在多根断续线SPW中的各根断续线SPW上，在y方向上以周期Λ形成有间隙，该周期Λ为瑞利波长以上。由此，根据本实施方式I中的断续线元件，与由在y方向上不具有周期结构的连续线构成的线栅元件相比，能够使光学性能提高。即，根据本实施方式I中的断续线元件，能够实现具有超过线栅元件的极限的偏振对比度的偏振元件。以下，对根据本实施方式I中的断续线元件，能够使偏振对比度提高的机理的概要进行说明。
[0168]<偏振对比度提高的机理的概要>
[0169]例如，用于接收电磁波的天线一般由多根金属线构成，有其结构用等效电路表示的情况。另一方面，本实施方式I中的断续线元件也由金属线构成，因此，能够与天线同样地用等效电路表示。即，在本实施方式I中，虽然入射的入射光是光波，但是光波是电磁波的一种，因此，可以认为与电磁波相互作用的本实施方式I中的断续线元件也能够用等效电路表示。以下，通过使用等效电路，对根据本实施方式I中的断续线元件，能够使偏振对比度提高的定性的机理进行说明。
[0170]图10是表示线栅元件的对于光波的等效电路的图。在此，为了使说明简化，仅表示出I根连续线STW的y方向的等效电路、即对S偏振光的等效电路，以周期Λ为单位进行表示。如图10所示，为了使得容易理解，线栅元件的等效电路为电阻R0周期性地串联连接的电路。在该情况下，s偏振光的响应由电阻Rtl的没有频率依赖性的一定的阻抗决定，因此，其频率特性是平坦的。即，线栅元件中的s偏振光的响应不具有频率依赖性。
[0171]与此相对，图11是表示本实施方式I中的断续线元件的对于光波的等效电路的图。在此，为了使说明简化，也仅表示出I根断续线SPW的y方向的等效电路、即对s偏振光的等效电路，以周期Λ为单位进行表示。如图11所示，本实施方式I中的断续线元件的等效电路，间隙构成电容元件(电容器)，因此，以电阻R与电容元件C的直接连接作为构成要素，为该构成要素串联连接的电路。在该情况下，s偏振光的响应成为RC串联电路的响应，因此，具有频率依赖性、即波长依赖性。例如，I个构成要素中的阻抗为Z=R+l/j ?C，阻抗Z中包括角频率(ω =2 Ji f )，因此阻抗Z具有频率依赖性。这意味着与断续线SPW对应的阻抗根据向断续线元件入射的光波的波长而变化。因此，对于波长不同的光波，阻抗发生变化，例如，在规定的波长的光波中，能够使s偏振光不透过而选择性地发生反射或吸收。即，在本实施方式I中的断续线元件中，在规定的波长的光波中，能够表现出发生s偏振光的反射或吸收的共振现象。该共振现象能够作为与瑞利共振现象不同的共振现象处理。
[0172]具体而言，图12是示意性地表示本实施方式I中的共振现象的图。在图12中，在对本实施方式I中的断续线元件入射的光波的波长存在于半值宽度HWl的情况下，对该特定波长的阻抗为使s偏振光发生反射或吸收的值。结果，发生共振现象。在图12中，例如表示了共振现象变得尖锐的情况，这表示了表示共振的锐度的Q值大的共振现象。在该情况下，例如，表示共振的高度为1/2以上的波段的半值宽度HWl变窄。即，当共振的Q值变大时，半值宽度HWl变窄。
[0173]以下，对当出现上述的共振现象时，本实施方式I中的断续线元件的偏振对比度提高这一点进行说明。例如，在本实施方式I中的断续线元件中，也根据与线栅元件同样的机理，基本上，P偏振光透过断续线元件，s偏振光由断续线元件反射。理想上，期望s偏振光全部被反射，但是在实际的断续线元件中，一部分s偏振光作为漏光成分，透过断续线元件。断续线元件的偏振对比度主要由该s偏振光的漏光成分的大小决定。
[0174]例如，当s偏振光的漏光成分变大时，偏振对比度降低，另一方面，当s偏振光的漏光成分变小时，偏振对比度提高。关于这一点，在本实施方式I中，例如，假设对阻抗进行了调整，使得对入射的光波的波长，出现上述的共振现象。在该情况下，在向本实施方式I中的断续线元件入射的S偏振光中，发生上述的共振现象。这意味着与不发生共振现象的情况相比，s偏振光的反射或吸收变大。即，透过断续线元件的s偏振光的漏光成分由于共振现象置换为s偏振光的反射或吸收。结果，根据本实施方式I中的断续线元件，s偏振光的漏光成分减少，由此，偏振对比度提高。
[0175]以上是根据本实施方式I中的断续线元件，与现有技术中的线栅元件相比，偏振对比度提高的基本的机理。接着，基于该机理，在本实施方式I中的断续线元件中，例如，如图9所示，在各断续线SPW的y方向上设置周期性的间隙S。以下，对于该基本结构，从使偏振对比度提高的观点出发，进一步反复进行详细研究，为了实现期望的结构，实施了各种条件下的模拟。以下，对该模拟结果进行说明。
[0176]此外，例如，在广播用的电磁波的波段中，能够将金属作为完全导体处理，但是，在可见光的波段中，根据以洛伦兹模型(Lorentz model)和德鲁德模型(Drude model)为代表的模型，存在与金属种类相应的反射、吸收、透过的响应。但是，在麦克斯韦方程式中，能够包括这些在内，将折射率作为复数处理，因此，能够利用FDTD法进行特性计算。
[0177]<线的高度与光学性能的关系>
[0178] 图13是对于本实施方式I中的断续线元件，表示线的高度与光学性能的关系的模拟结果。为了比较，图13中也表示了由不存在间隙的连续线构成的线栅元件的结果。在此，设入射光的波长λ =460nm,相邻的断续线的x方向上的周期pl=150nm,断续线的宽度w=50nm, y方向上的周期Λ =400nm,间隙s=30nm。另外，设具有透光性的基板的折射率为
1.525，设断续线由铝构成。
[0179]图13 (a)是表示断续线的高度与P偏振光的透过率的关系的曲线图。如图13
(a)所示可知，本实施方式I中的断续线元件的Tp，与由具有相同的宽度、高度、间距的连续线构成的线栅元件基本一致。这表示在本实施方式I中在y方向上导入的周期结构对于P偏振光没有起到大的作用。这一点是重要的。即，在断续线中，即使在y方向上导入结构周期，P偏振光的透过率也几乎不变化。结果，根据本实施方式1，能够使断续线元件的偏振对比度提高。
[0180]例如，如在上述的机理中说明的那样，当在y方向上导入由间隙构成的周期结构时，s偏振光的漏光成分减少。但是，此时，当P偏振光的透过率由于在y方向上导入由间隙构成的周期结构而减少时，即使s偏振光的漏光成分减少，P偏振光的透过率也降低，结果难以实现偏振对比度的提高。
[0181]关于这一点，如图13 (a)所示，即使在y方向上导入由间隙构成的周期结构，P偏振光的透过率也几乎不变化。因此，根据本实施方式1，即使在y方向上导入由间隙构成的周期结构，P偏振光的透过率也不变化这一点，和当在I方向上导入由间隙构成的周期结构时s偏振光的漏光成分减少这一点相辅相成，能够得到偏振对比度提高的显著效果。
[0182]接着，图13 (b)是表示断续线的高度与偏振对比度的关系的曲线图。如图13 (b)所示可知，在连续线的情况下，偏振对比度根据连续线的高度均匀地增加。纵轴是对数刻度，因此，可以理解该现象是与具有吸收性的膜的透过率同等的响应，线栅元件对s偏振光表现出与通常的金属薄膜同等的响应。
[0183]另一方面，可知在本实施方式I中的断续线元件的情况下，存在多个表示对s偏振光的共振的峰，峰的振幅以线栅元件的偏振对比度为基准大I个数量级以上。这表示断续线元件对s偏振光的响应中，上述的用RC串联电路表示的等效电路中的共振现象产生了大的影响。如图13 (b)所示可知，本实施方式I中的断续线元件的共振现象，在断续线的高度为20nm以上时显著地出现。
[0184]< y方向上的周期与偏振对比度的关系>
[0185]图14是表示对于本实施方式I中的断续线元件,表示y方向上的周期Λ与偏振对比度的关系的模拟结果的曲线图。在此，设入射光的波长λ =460nm，相邻的断续线的X方向上的周期pl=150nm,断续线的宽度w=50nm,断续线的高度h=150nm,间隙s=25nm。与垂直入射对应的瑞利共振现象发生的周期Pr为301nm。如图14所示可知，偏振对比度在y方向上的周期Λ的范围为300?560nm的范围时，大于具有相同的宽度、高度、间距的线栅元件的值。因此，可知本实施方式I中的断续线元件产生的提高偏振对比度的效果，当y方向上的周期Λ为发生瑞利共振现象的周期(Λ =pr)以上时增大，在产生来自具有透光性的基板的背面的衍射光的条件(Λ = λ )附近最大，持续至A=2Xpr左右。
[0186]根据如以上所示的本实施方式I中的断续线元件的特性可知，通过使y方向上的周期Λ为发生瑞利共振现象的瑞利波长以上2Xpr以下，能够在几乎不对P偏振光产生影响的条件下，选择性地作用于s偏振光的反射或吸收，得到大的偏振对比度。这是本实施方式I的基本思想。
[0187]此外，如图14所示，偏振对比度依赖于y方向上的周期Λ而变化这一点，能够定性地如以下所示地考虑。例如，可以认为，在y方向上的周期Λ为瑞利波长以下的情况下，对于波长λ的入射光，y方向上的周期结构是分辨能力以下的结构，不能用上述的用RC串联电路表示的等效电路来表现。因此，可以认为，有可能发生了利用在等效电路中说明的由s偏振光的反射或吸收引起的共振现象无法说明的现象，由此，没有表现出偏振对比度的提高，发生了偏振对比度的降低。
[0188]另一方面，可以认为，在y方向上的周期Λ为瑞利波长以上的情况下，上述的用RC串联电路表不的等效电路是妥当的，在等效电路中说明的由s偏振光的反射或吸收引起的共振现象成为主要原因，偏振对比度提高。
[0189]但是，当y方向的周期Λ超过入射波的波长时，偏振对比度的提高受到限定的理由，能够如以下所述地考虑。即，可以认为，在阻抗Z=R+l/j?C中，周期Λ变长是由于在断续线中，金属线的部分的长度的影响与间隙的部分的影响相比相对地更大。即，可以认为，金属线的部分的长度变长的结果，电阻R相对地变大，用(Ι/j ω C)对阻抗进行调整的范围变窄。因此，可以认为，难以成为发生s偏振光的共振现象的特定的阻抗，由此，难以发生s偏振光的共振现象。
[0190]另一方面，即使y方向的周期Λ超过入射波的波长，本实施方式I中的断续线元件与线栅元件相比偏振对比度也更高的理由是因为，可以认为，当y方向的周期Λ超过入射波的波长时，还出现了另一个机理。即，确认了在y方向的周期Λ超过入射波的波长的情况下，对于P偏振光几乎不产生衍射光，而对于s偏振光产生衍射光的现象。在该情况下，可以认为s偏振光的漏光成分的一部分成为透过基板的衍射光。这意味着透过基板直进的s偏振光的漏光成分减少，由此，偏振对比度上升。因此，可以认为，即使y方向的周期Λ超过入射波的波长(λ )，在y方向的周期Λ直到2Xpr左右的范围，即使s偏振光的共振现象难以发生，由于上述的s偏振光的衍射光的影响，也可维持高的偏振对比度。
[0191]另外，当y方向的周期Λ变大时，即使s偏振光的漏光成分的一部分成为透过基板的衍射光，衍射光的衍射角也变小，结果，不能与直进的s偏振光的漏光成分分离。结果，可以认为不能期望由s偏振光的漏光成分的一部分成为透过基板的衍射光而产生的偏振对比度的提高，并且会出现偏振对比度降低的某种现象。由此，可以认为，当y方向的周期Λ大于2Xpr时，本实施方式I中的断续线元件的偏振对比度低于线栅元件的偏振对比度。
[0192]<间隙与光学性能的关系>
[0193]接着，对断续线上形成的间隙与光学性能的关系进行说明。如上所述，断续线上形成的间隙作为电容元件起作用，因此，电容元件的电容值根据间隙的尺寸而变化，由此，用Z=R+l/jcoC表示的阻抗的值也发生变化。结果，可以认为由s偏振光的反射或吸收引起的共振现象也依赖于断续线上形成的间隙的尺寸。以下对这一点进行说明。
[0194] 图15是对于本实施方式I中的断续线元件，表示间隙与光学性能的关系的模拟结果。在此，设入射光的波长λ =460nm,相邻的断续线的X方向上的周期pl=150nm,断续线的宽度w=50nm,断续线的高度h=150nm, y方向上的周期A=400nm。图15 (a)是表示间隙与P偏振光的透过率的关系的曲线图。如图15 (a)所示可知，Tp的变化表现出随着间隙的增加而缓慢增加的趋势。这能够定性地理解为与间隙的增加相应的断续线的金属面积的减少、或断续线元件的开口率的增加。
[0195]图15 (b)是表示间隙与偏振对比度的关系的曲线图。间隙S=O意味着由连续线构成的线栅元件。如图15 (b)所示可知，偏振对比度强烈地依赖于间隙的值，例如，当间隙s=25nm时最大，当间隙s > 50nm时,不会超过线栅元件的偏振对比度的值。
[0196]具体而言，如图15 (b)所示可知，在间隙s的值为4nm~40nm的范围时，本实施方式I中的断续线元件的偏振对比度超过线栅元件的偏振对比度。特别是，图15 (b)的模拟结果中，y方向的周期A=400nm，因此，可知在4/400 (1%)≤s/Λ ≤ 40/400 (10%)的范围，本实施方式I中的断续线元件的偏振光对比度超过线栅元件的偏振对比度。因此，从使偏振对比度提高的观点出发，优选断续线上形成的间隙s的尺寸，在与y方向上的周期Λ的关系中，设定为1% ≤ s/A ≤ 10%的范围。
[0197]< δ的影响>
[0198]接着，对在X方向上相邻的各根断续线上形成的间隙的y方向上的距离差δ的影响进行说明。
[0199]图16是表示在图9所示的断续线元件中，y方向上的距离差δ =0，χ方向上的周期Ρ3= c?，具有间隙s在χ方向上对齐的结构的断续线元件的示意图。对于图16所示的断续线元件，使y方向上的距离差S和χ方向上的周期P3以外的条件相同，与图15同样地在图17中表示间隙s与光学性能的关系的模拟结果。
[0200]图17 (a)是表示间隙s与P偏振光的透过率的关系的曲线图。如图17 (a)所示，Tp的变化的结果是随着间隙s的增加而缓慢地减少。这是用与间隙s的增加相应的断续线的金属面积的减少、或断续线元件的开口率的增加效果无法说明的结果。
[0201]图17 (b)是表示间隙s与偏振对比度的关系的曲线图。间隙S=O意味着由连续线构成的线栅元件。如图17 (b)所示可知，偏振对比度具有随着间隙s的增加而单调减少的特性。即，在y方向上的距离差S=O的情况下，即使使间隙s的尺寸变化，断续线元件的偏振对比度也不会高于线栅元件的偏振对比度。
[0202]由以上可知，关于本实施方式1，在间隙s在χ方向上对齐的结构(δ=0)的断续线元件的情况下，选择性地作用于s偏振光从而使s偏振光的透过率减少的现象不会显现出来。因此可知，在制造本实施方式I中的断续线元件的情况下，能够根据工艺上的条件等的不同适当设定δ的值，但是期望避免δ=0。
[0203]<断续线元件的波长依赖性>
[0204]接着，对本实施方式I中的断续线元件的波长依赖性进行说明。图18是表示图9所示的本实施方式I中的断续线元件在可见光的蓝色波段中的波长依赖性的模拟结果的曲线图。在此，设相邻的断续线的χ方向上的周期pl=150nm,断续线的宽度w=50nm,断续线的高度h=150nm, y方向上的周期Λ =400nm,间隙s=25nm。此外，为了比较，图18中也表示了由连续线构成的线栅元件的结果。
[0205]图18(a)是表示入射光的波长与P偏振光的透过率的关系的曲线图。如图18(a)所示，本实施方式I中的断续线元件的Tp在0.3%以内，与线栅元件的Tp —致。
[0206]图18 (b)是表示入射光的波长与偏振对比度的关系的曲线图。如图18 (b)所示，在由连续线构成的线栅元件的情况下，偏振对比度随着波长的增加而缓慢地增加。这主要与铝材料的双折射率的波长依赖性对应。另一方面，可知在由断续线构成的本实施方式I中的断续线元件的情况下，与对s偏振光的共振效应相应地表现出具有峰值的特性。特别是，如图18 (b)所示，偏振对比度的最大值在波长450nm为约200000。该值是比线栅元件大约1000倍的值，可知本实施方式I中的断续线元件与线栅元件相比，具有优异的偏振对比度。另外，在峰值波长附近的± 1nm的波长范围，偏振对比度为10000以上。由以上可知，本实施方式I中的断续线元件，对于使用的光源是激光器或LED那样波长范围窄的光源，能够提供优异的偏振对比度性能。
[0207]<实施方式I中的主要特征的要点>
[0208]本实施方式I中的断续线元件的特征在于，例如，如图9所示，在多根断续线SPW中的各根断续线SPW上，在y方向上以周期Λ形成有间隙。而且，其特征在于，如图14所示，该周期Λ为瑞利波长以上。由此，根据本实施方式I中的断续线元件，与由在y方向上不具有周期结构的连续线构成的线栅元件相比，能够使光学性能提高。即，根据本实施方式I中的断续线元件，能够实现具有超过线栅元件的极限的偏振对比度的偏振元件。
[0209]根据上述的特征，本实施方式I中的断续线元件，在至少具有3个以上的结构周期这一点上，与仅为I个结构周期的线栅元件不同。
[0210]例如，线栅元件的结构周期仅为在X方向上相邻的连续线间的周期Pl这I个，该周期Pi小于瑞利波长。与此相对，本实施方式I中的断续线元件的结构周期至少包括:在X方向上相邻的断续线间的周期Pl ;在7方向上配置的间隙的周期Λ ;和夹着间隙的一对断续线的周期Ρ3。在本实施方式I中的断续线元件中，周期Λ和周期ρ3为瑞利波长以上。
[0211]这样，在本实施方式I中的断续线元件中，在导入瑞利波长以上的结构周期的同时，实现了以偏振对比度为代表的光学性能的提高这一点上，可以说是崭新的结构。即，例如，如图6和图7所示，当导入瑞利波长以上的结构周期时偏振对比度降低，对于本领域技术人员来说是技术常识，从确保偏振对比度的观点出发，在线栅元件中，一般有使结构周期小于瑞利波长的限制。与此相对，在本实施方式I中的技术思想中，推翻从提高偏振对比度的观点出发应当避免导入瑞利波长以上的结构周期这一技术常识，在导入瑞利波长以上的结构周期的同时，提高了以偏振对比度为代表的光学性能，在这一点上是崭新的技术思想。即，本实施方式I中的断续线元件的结构，是根据本领域技术人员的技术常识不能考虑的结构，即，是根据不局限于技术常识的崭新的技术思想得出的结构，并且能够实现超过以往的线栅元件的极限性能的性能，在这一点上可以说是价值非常高的光学元件。
[0212]<实施方式I中的断续线元件的制造方法>
[0213]本实施方式I中的断续线元件如上述那样构成，以下，参照附图对其制造方法进行说明。
[0214]关于本实施方式I中的断续线元件的制造方法，因为在y方向上具有周期结构，所以不能使用一般的线栅元件的制造方法中应用的干涉曝光法，但是能够通过取而代之利用纳米压印(nano-1mprint)法等形成抗蚀剂掩模后,利用RIE (Reactive 1n Etching:反应性离子蚀刻)法对金属膜进行加工来实现。以下，对该制造方法进行说明。
[0215]图19是表示本实施方式I中的断续线元件的平面结构的平面图。在图19中，可知在X方向上配置有多根断续线SPW。在此，与图19所示的A-A线的截面对应地，对本实施方式I中的断续线元件的制造工序进行说明。
[0216]在本实施方式I中，使用纳米压印法，形成断续线元件。该纳米压印法是通过将压模(stamp)按压在基板上来进行微细加工的技术。因此，在利用纳米压印法的断续线元件的制造方法中，使用作为纳米压印用的模具的压模，因此，首先对压模形成工序进行说明，然后对断续线元件的制造工序进行说明。
[0217](I)压模形成工序
[0218]首先，如图20所示，形成作为压模的模具的母基板M。例如，通过对由硅(Si)基板等构成的母基板M进行加工，形成与断续线的形状对应的凸部MP。具体而言，在硅基板上，形成光致抗蚀剂膜(未图示)，通过使用作为曝光/显影处理的光刻技术，使光致抗蚀剂膜仅在凸部形成区域残留。接着，通过以该光致抗蚀剂膜作为掩模，将硅基板的表面蚀刻至规定的深度，形成凸部MP。然后，通过灰化处理等将凸部MP上残留的光致抗蚀剂膜除去。
[0219]此外，在上述的工序中使用了光刻技术，但是也可以使用电子束描画法。例如，可以在硅基板上形成电子束描画用的抗蚀剂膜，通过用电子束描画，对抗蚀剂膜进行加工。
[0220]接着，如图21所示，在母基板M上涂敷通过照射紫外线而固化的紫外线固化树脂Rs0然后，在紫外线固化树脂Rs上搭载压模用的支撑基板Ss。该支撑基板Ss例如由具有透光性的树脂基板构成。然后，如图22所示，隔着支撑基板Ss对紫外线固化树脂Rs照射紫外线。由此，涂敷的紫外线固化树脂Rs固化。
[0221]接着，如图23所示，将紫外线固化树脂Rs和支撑基板Ss从母基板M剥离。由此，形成由支撑基板Ss和紫外线固化树脂Rs构成的压模ST。此时，母基板M的凸部MP被转印至丨J压模ST的紫外线固化树脂Rs上，在压模ST的紫外线固化树脂Rs上形成与该凸部MP对应的槽部(凹部)DIT。
[0222]( 2 )断续线元件形成工序
[0223]接着，通过使用上述的压模ST的纳米压印法，形成断续线元件。以下，对该工序进行说明。
[0224]首先，如图24所示，作为具有透光性的基板1S,准备例如玻璃基板。该基板IS例如呈大致圆盘形状的晶片形状。然后，在该基板IS上，例如利用溅射法等形成铝层(Al层)作为金属层ML。然后，在金属层ML上涂敷抗蚀剂树脂RR。作为抗蚀剂树脂RR，例如能够使用紫外线固化树脂。
[0225]接着，如图25所示，在基板IS的上部配置压模ST，将压模ST按压在基板IS的上表面上。由此，抗蚀剂树脂RR被填充到压模ST的槽部DIT的内部。调整抗蚀剂树脂RR的涂敷量和压模ST对基板IS的压力，使得此时抗蚀剂树脂RR高精度地填充到槽部DIT的内部。
[0226]接着，如图26所示，通过隔着压模ST对抗蚀剂树脂RR照射紫外线，使抗蚀剂树脂RR固化。在此，例如，该工序中使用的紫外线是比压模ST的制造工序中使用的紫外线波长更长的紫外线。这样，通过使本工序中使用的紫外线的波长比压模ST的制造工序中使用的紫外线的波长、即压模ST的固化波长更长，能够防止压模ST的变质。
[0227]接着，如图27所示，将抗蚀剂树脂RR从压模ST剥离。由此，压模ST的槽部DIT的形状被转印到抗蚀剂树脂RR上。即，在金属层ML上形成具有与槽部DIT对应的凸部的抗蚀剂树脂RR。
[0228]然后，如图28所示，将加工后的抗蚀剂树脂RR作为掩模，对金属层ML进行干式蚀亥IJ。作为蚀刻气体，能够使用例如Cl2气体(氯气)、BC13气体等、或它们的混合气体。此外，也可以使蚀刻气体电离。通过这样的干式蚀刻，如图29所示，能够与抗蚀剂树脂RR的凸部对应地形成作为金属层ML的图案的断续线SPW。
[0229]然后，通过灰化处理等将在由金属层ML形成的断续线SPW的上部残留的抗蚀剂树脂RR除去。例如，作为灰化气体，能够使用以O2气体(氧气)为主成分的气体。然后，通过沿着切割线对基板IS进行切割，能够形成如图30所示的本实施方式I中的断续线元件。这样，在本实施方式I中，通过使用纳米压印法，能够低成本地制造断续线元件。
[0230]<与相关技术的对比>
[0231]接着，为了明确本实施方式I中的断续线元件与相关技术的不同点，将它们进行对比。
[0232]图31是表示在7方向上具有周期结构的光学元件的对于入射光的等效电路的图。如图31所示，在该光学元件中，在作为金属线的长度方向的y方向上，金属线的宽度按宽度wl和宽度w2 (宽度wl <宽度w2)被调制，其周期为Λ。这样构成的光学元件的等效电路，在相对的宽度w2的部分存在电容元件，为电阻R2、和电阻Rl与电容元件C并联连接的构成要素周期性地串联连接而成的。在由这样的等效电路表示的光学元件中，也能够调整对s偏振光的阻抗，但是因为存在与电容元件C并联的电阻R1，所以在该光学元件中，与本实施方式I中的断续线元件相比，阻抗的调整范围变窄。由此，能够认为在该光学元件中，以偏振对比度为代表的光学性能等，比本实施方式I中的断续线元件小。
[0233]在此，对专利文献3中记载的技术与本实施方式I中的技术思想的差异进行说明。专利文献3中记载有涉及以下的光学元件的技术:在具有透光性的基板上具有金属线的线栅元件中，通过在金属线的上端形成周期性的凸形状，附加了选择性地吸收不需要的偏振光的功能。该光学元件的等效电路能够认为不是对金属线的宽度而是对金属线的高度进行了调制，因此，与图31所示的等效电路相同。结果，能够认为在专利文献3中记载的光学元件中，以偏振对比度为代表的光学性能等，比本实施方式I中的断续线元件小。
[0234]另外，在专利文献3中，凸形状的高度具有1nm?50nm的范围的限制，凸形状的高度小于金属线的高度，因此，不是像本实施方式I中的断续线元件那样形成完全的间隙。在这一点上，本实施方式I中的断续线元件与专利文献3中记载的光学元件在结构上有大的不同点。
[0235]接着，对专利文献4中记载的技术与本实施方式I中的断续线元件的差异进行说明。专利文献4中记载有涉及以下的光学元件的技术:通过在玻璃层内将金属图案呈所谓的方格旗状配置，将一种偏振光转换为另一种偏振光。
[0236]关于这一点，本实施方式I中的断续线元件与专利文献4中记载的光学元件存在以下所示的不同点。即，第一不同点是光学元件提供的功能。具体而言，专利文献4中记载的光学7Π件是具有将一种偏振光转换为另一种偏振光的功能的光学7Π件，而本实施方式I中的断续线元件是提供作为使特定的偏振光选择透过的偏振滤光片的功能的光学元件。第二不同点是金属线的图案。具体而言，专利文献4中记载的金属图案彼此的间隔(LI)，记载有在设入射光的波长为λ的情况下，优选为λ/4以下。入射光的波长λ=688ηπι，因此，间隔(LI)优选为172nm以下。在该情况下，在专利文献4中记载的技术中，周期A =300nm+172nm=472nm,LI/Λ=36%。结果,在专利文献4中记载的技术中，包括了不满足在本实施方式I中从提高偏振对比度的观点出发优选的范围即1%< S/Λ ( 10%的关系的条件。在这一点上，本实施方式I中的断续线元件与专利文献4中记载的光学元件在结构上存在不同点。
[0237](实施方式2)
[0238]<实施方式2中的基本思想>
[0239]如上述实施方式I中说明的那样，对于使用的光源是激光器或LED那样波长范围窄的光源，上述实施方式I中的断续线元件能够实现优异的偏振对比度。例如，如图18(b)所示，在入射光的波长为450nm的情况下，上述实施方式I中的断续线元件，能够得到约200000的高偏振对比度。另一方面，上述实施方式I中的断续线元件，如图18 (b)所示，当入射光的波长达到480nm以上时，偏振对比度低于由连续线构成的线栅元件。即，在需要在更宽的波长范围实现良好的偏振对比度的情况下，上述实施方式I中的断续线元件不能充分应对，存在进一步改善的余地。
[0240]因此，在本实施方式2中，对例如在波长范围为400nm?500nm的蓝色波段的宽的波长范围，能够实现优异的偏振对比度的断续线元件进行说明。
[0241]如上述实施方式I中说明的那样，能够认为断续线元件的偏振对比度提高是因为，由于入射到断续线元件的s偏振光发生共振现象，s偏振光的反射或吸收增大，结果，透过断续线元件的S偏振光的漏光成分减少。因此，可以认为如果能够使得在宽的波段中发生S偏振光的反射或吸收增大的共振现象，则能够在更宽的波段中使偏振对比度提高。gp，本实施方式2中的基本思想在于，构成为使得在宽的波段中发生使s偏振光的反射或吸收增加的共振现象。以下，对该基本思想的概要进行说明。
[0242]图32 (a)是表示共振现象中的Q值大的情况的例子的示意图。如图32 (a)所示，在Q值大的情况下，峰变得尖锐，半值宽度HWl的宽度变小。这意味着半值宽度HWl的范围内包括的波长范围变窄，这意味着共振现象出现的波段变窄。在该情况下，s偏振光的反射或吸收增大的共振现象出现的波段变窄，由此，能够理解偏振对比度提高的波段受到限定。
[0243]关于这一点，图32 (b)是表示与图32 (a)的情况相比，共振现象中的Q值小的情况的例子的示意图。如图32 (b)所示，在Q值为中等程度的情况下，峰变得平缓，半值宽度HW2的宽度大于图32 (a)的半值宽度HW1。这意味着半值宽度HW2的范围内包括的波长范围变宽，这意味着共振现象出现的波段变宽。在该情况下，s偏振光的反射或吸收增大的共振现象出现的波段变宽，由此，可以认为偏振对比度提高的波段变宽。
[0244]这样,本实施方式2中的基本思想是:使Q值某种程度地变小，从而使半值宽度HW2中包括的波长范围变大，由此，使s偏振光的反射或吸收增大的共振现象在更宽的波长范围中出现。以下，对实现该基本思想的本实施方式2中的断续线元件的结构进行说明。
[0245]<实施方式2中的断续线元件的结构>
[0246]图33是表示本实施方式2中的断续线元件的结构的平面图。如图33所示，在本实施方式2中的断续线元件中，以被具有在y方向上周期性地形成的间隙s的断续线SPWl和断续线SPW2夹着的方式，配置有I根连续线STW。在这样构成的本实施方式2中的断续线元件中，结构周期是相邻的断续线SPWl与连续线STW的周期pl、y方向上的间隙s的周期Λ、和夹着间隙s的断续线SPWl与断续线SPW2在χ方向上的周期ρ3。
[0247]此时，在设入射的电磁波的波长为λ，设基板的折射率为η的情况下，周期Λ为λ /n以上。另外，χ方向上的周期pl小于λ /n,另一方面，χ方向上的周期p3大于λ /η。
[0248]在此，本实施方式2的特征在于，以被断续线SPWl和断续线SPW2夹着的方式配置有I根连续线STW这一点。由此，在本实施方式2中的断续线元件中，不是像上述实施方式I中的断续线元件那样仅由断续线构成，而是为结构不同的断续线和连续线混合存在的结构。
[0249]在该情况下，例如，断续线能够用RC串联电路这样的等效电路表示，因此，断续线的对s偏振光的阻抗具有频率依赖性(换言之，波长依赖性)，由此，会出现使s偏振光的反射或吸收增大的共振现象。另一方面，连续线能够用电阻的串联电路这样的等效电路表示，因此，连续线的对S偏振光的阻抗没有频率依赖性，是平坦的，不会出现共振现象。
[0250]根据以上说明，能够定性地理解，对共振现象产生影响的断续线的根数越多，共振现象的Q值越大。即，在上述实施方式I中的断续线元件中，所有的金属线都由断续线构成，因此，共振现象的Q值大。另一方面，在本实施方式2中的断续线元件中，以被一对断续线夹着的方式插入有一根连续线，结果，对共振现象产生影响的断续线的根数减少。其结果，根据本实施方式2中的断续线元件，能够使共振现象的Q值减小到中等程度。这意味着如图32 (a)和图32 (b)中说明的那样，半值宽度HW2变大，由此，能够使共振现象出现的波段变大。即，根据本实施方式2中的断续线元件的结构，能够在更宽的波长范围得到优异的偏振对比度。以下，对证实该效果的模拟结果进行说明。
[0251]<断续线元件在蓝色波段中的波长依赖性>
[0252]图34是表示本实施方式2中的断续线元件在蓝色波段中的波长依赖性的模拟结果。在此，设相邻的断续线与连续线的X方向上的周期pl=135nm，断续线和连续线的宽度w=45nm,断续线和连续线的高度h=130nm,断续线的y方向上的周期Λ =400nm,间隙s=50nm。为了比较，图34中也表示了由连续线构成的线栅元件的结果。
[0253]图34(a)是表示入射光的波长与P偏振光的透过率的关系的曲线图。如图34(a)所示，本实施方式2中的断续线元件的Tp与线栅元件的Tp基本一致。
[0254]另外，图34 (b)是表示入射光的波长与偏振对比度的关系的曲线图。如图34 (b)所示可知，本实施方式2中的断续线元件的偏振对比度，在整个蓝色波段均比由连续线构成的线栅元件大。
[0255]由此可知，由模拟结果还证实了根据本实施方式2中的断续线元件，能够在例如蓝色波段这样的宽的波长范围，使偏振对比度提高。
[0256]<对倾斜入射的入射光的波长依赖性>
[0257]接着，对在本实施方式2的断续线元件中，对倾斜入射的入射光的波长依赖性进行说明。在此，例如，对使入射光的入射角向χ方向倾斜20度的情况进行说明(ΘΧ=20度)。此外，图35是对向χ方向倾斜的入射角进行说明的图。在本说明书中，向χ方向倾斜的入射角，如图35所示，将在Xz平面上自ζ轴起的倾斜角定义为θχ。
[0258]图36是表示本实施方式2中的断续线元件在蓝色波段中的波长依赖性的模拟结果。图36 (a)是表示入射光的波长与P偏振光的透过率的关系的曲线图。如图36 (a)所示可知，即使对于向χ方向倾斜20度的入射光，本实施方式2中的断续线元件的Tp也与线栅元件的Tp基本一致。
[0259]另外，图36 (b)是表示入射光的波长与偏振对比度的关系的曲线图。如图36 (b)所示可知，本实施方式2中的断续线元件的偏振对比度，在整个蓝色波段均比由连续线构成的线栅元件大。
[0260]接着，例如，对使入射光的入射角向y方向倾斜20度的情况进行说明(Θ y=20度)。此外，图37是对向y方向倾斜的入射角进行说明的图。在本说明书中，向y方向倾斜的入射角，如图37所示，将在yz平面上自ζ轴起的倾斜角定义为Θ y。
[0261]图38是表示本实施方式2中的断续线元件在蓝色波段中的波长依赖性的模拟结果。图38 (a)是表示入射光的波长与P偏振光的透过率的关系的曲线图。如图38 (a)所示可知，即使对于向y方向倾斜20度的入射光，本实施方式2中的断续线元件的Tp也与线栅元件的Tp基本一致。
[0262]另外，图38 (b)是表示入射光的波长与偏振对比度的关系的曲线图。如图38 (b)所示可知，在波长为420nm?450nm的范围，本实施方式2中的断续线元件的偏振对比度比线栅元件小。该现象能够如以下那样考虑。即，该现象是因为:例如，在向y方向倾斜入射的情况下，在设s偏振光的波数矢量的大小为k时，由于倾斜入射，ζ方向上的波数矢量为kcos Θ y,并且y方向上的波数矢量为ksin Θ y。即，可以认为，由断续线元件的周期Λ作用的波数为2 / Λ，是一定的，而在倾斜入射的情况下，y方向上的波数矢量和ζ方向上的波数矢量与垂直入射的情况不同，因此，由于共振条件的偏差，会发生上述的现象。
[0263]根据以上说明，本实施方式2中的断续线元件，与上述实施方式I中的断续线元件相比，能够在更宽的波长范围(整个蓝色波段)得到良好的偏振对比度。另一方面，如图38
(b)中说明的那样，对于y方向的倾斜入射，根据波长的不同，偏振对比度会降低，因此，本实施方式2中的断续线元件适合应用于入射光的入射角接近垂直、例如Θ y < 10度左右的光学装置。此外，关于对本实施方式2中存在的7方向的倾斜入射的改善的余地的改进，将在以下的实施方式3中说明。
[0264](实施方式3)
[0265]<实施方式3的基本思想>
[0266]在本实施方式3中，说明假设应用于液晶投影仪，能够在波长范围为400nm?500nm的蓝色波段提供优异的偏振对比度，并且能够维持偏振对比度直到入射角为20度的范围的断续线元件。
[0267]如上所述，在上述实施方式2中的断续线元件中，对于y方向的倾斜入射，根据波长的不同，偏振对比度会降低。其理由可以认为是在倾斜入射的情况下，y方向的波数矢量和ζ方向的波数矢量与垂直入射的情况不同，因此，由于共振条件的偏差，在垂直入射的情况下出现共振现象，而对于倾斜入射不出现共振现象。
[0268]因此，可以认为，例如，如果能够使得即使对于倾斜入射也发生s偏振光的反射或吸收增大的共振现象，则即使对于倾斜入射也能够使偏振对比度提高。即，可以认为，通过构成为即使存在共振条件的偏差，波段仍然包括在发生共振现象的范围内，能够使对倾斜入射的偏振对比度提高。这意味着只要使得与上述实施方式2相比，在更宽的波段中发生使s偏振光的反射或吸收增加的共振现象即可。本实施方式3中的基本思想在于这一点。对该基本思想的概要进行说明。
[0269]图39 Ca)是与上述实施方式2对应地表示共振现象中的Q值为中等程度的情况的例子的示意图。如图39 (a)所示，在Q值为中等程度的情况下，主要在半值宽度HW2中包括的波长范围出现共振现象。
[0270]关于这一点，图39 (b)是表示与图39 (a)的情况相比，共振现象中的Q值更小的情况的例子的示意图。如图39 (b)所示，在Q值小的情况下，峰变得更平缓，半值宽度HW3的宽度大于图39 (a)的半值宽度HW2。这意味着半值宽度HW3的范围内包括的波长范围变宽，这意味着共振现象出现的波段变宽。在该情况下，s偏振光的反射或吸收增大的共振现象出现的波段变宽，由此，可以认为偏振对比度提高的波段进一步变宽。
[0271]这样，本实施方式3中的基本思想是:与上述实施方式2的情况相比，使Q值进一步变小，从而使半值宽度HW3中包括的波长范围变大，由此，使s偏振光的反射或吸收增大的共振现象在更宽的波长范围中出现。以下，对实现该基本思想的本实施方式3中的断续线元件的结构进行说明。
[0272]<实施方式3中的断续线元件的结构>
[0273]图40是表示本实施方式3中的断续线元件的结构的平面图。如图40所示，在本实施方式3中的断续线元件中，以被具有在y方向上周期性地形成的间隙s的断续线SPWl和断续线SPW2夹着的方式，配置有2根连续线STW2和连续线STW3。在这样构成的本实施方式3中的断续线元件中，结构周期是相邻的断续线SPWl与连续线STWl的周期pl、y方向上的间隙s的周期Λ、夹着间隙s的连续线STWl与连续线STW2在χ方向上的周期p3( =2 X PI)。另外，在本实施方式3中，还存在断续线SPWl与断续线SPW2的跳跃周期SP (=3Xpl)。
[0274]此时，在设入射的电磁波的波长为λ，设基板的折射率为η的情况下，周期Λ为λ /n以上。另外，χ方向上的周期pl小于λ /n,另一方面，χ方向上的周期p3大于λ /η。
[0275]在此，本实施方式3的特征在于，以被断续线SPWl和断续线SPW2夹着的方式，配置有2根连续线STW2和连续线STW3这一点。由此，在本实施方式3中的断续线元件中，与上述实施方式2中的断续线元件相比，被夹在断续线间的连续线的根数增加。
[0276]在此，如上述实施方式2中也说明的那样，可以认为对共振现象产生影响的断续线的根数越多，共振现象的Q值越大。即，本实施方式3中的断续线元件，与上述实施方式2中的断续线元件相比，被一对断续线夹着的连续线的根数增加，因此，结果，对共振现象产生影响的断续线的根数减少。其结果，根据本实施方式3中的断续线元件，能够使共振现象的Q值比上述实施方式2更小。这意味着如图39 (a)和图39 (b)中说明的那样，半值宽度HW3变大，由此，能够使共振现象出现的波段变大。即，根据本实施方式3中的断续线元件的结构，对于也考虑了倾斜入射的宽的波长范围，能够得到优异的偏振对比度。以下，对证实该效果的模拟结果进行说明。
[0277]<断续线元件在蓝色波段中的波长依赖性>
[0278]图41是表示本实施方式3中的断续线元件在蓝色波段中的波长依赖性的模拟结果。在此，表示对垂直入射光的结果。设相邻的断续线与连续线的X方向上的周期pl=135nm,断续线和连续线的宽度w=45nm,断续线和连续线的高度h=130nm, y方向上的周期A=400nm，间隙s=50nm。为了比较，图41中也表示了由连续线构成的线栅元件的结果。
[0279]图41 (a)是表示入射光的波长与P偏振光的透过率的关系的曲线图。如图41(a)所示可知，本实施方式3中的断续线元件的Tp与线栅元件的Tp基本一致。
[0280]另外，图41 (b)是表示入射光的波长与偏振对比度的关系的曲线图。如图41 (b)所示可知，本实施方式3中的断续线元件的偏振对比度，在整个蓝色波段均比由连续线构成的线栅元件大。
[0281 ] <对倾斜入射的入射光的波长依赖性>
[0282]接着，对在本实施方式3中的断续线元件中，对倾斜入射的入射光的波长依赖性进行说明。在此，例如，对使入射光的入射角向χ方向倾斜20度的情况进行说明(ΘΧ=20度)。
[0283]图42是表示本实施方式3中的断续线元件在蓝色波段中的波长依赖性的模拟结果。图42 (a)是表示入射光的波长与P偏振光的透过率的关系的曲线图。如图42 (a)所示可知，即使对于向χ方向倾斜20度的入射光，本实施方式3中的断续线元件的Tp也与线栅元件的Tp基本一致。
[0284]另外，图42 (b)是表示入射光的波长与偏振对比度的关系的曲线图。如图42 (b)所示可知，本实施方式3中的断续线元件的偏振对比度，在整个蓝色波段均比由连续线构成的线栅元件大。
[0285]接着，例如，对使入射光的入射角向y方向倾斜20度的情况进行说明(Θ y=20度)。
[0286]图43是表示本实施方式3中的断续线元件在蓝色波段中的波长依赖性的模拟结果。图43 (a)是表示入射光的波长与P偏振光的透过率的关系的曲线图。如图43 (a)所示可知，即使对于向y方向倾斜20度的入射光，本实施方式3中的断续线元件的Tp也与线栅元件的Tp基本一致。
[0287]另外，图43 (b)是表示入射光的波长与偏振对比度的关系的曲线图。如图43 (b)所示，本实施方式3中的断续线元件与上述实施方式2中的断续线元件不同，即使对于向y方向倾斜20度的入射光，断续线元件的偏振对比度也在整个蓝色波段均比由连续线构成的线栅元件大。由此，根据本实施方式3中的断续线元件，与上述实施方式2中的断续线元件相比，能够确认与应用目的相应的光学特性的改善。
[0288]在断续线元件中，通过使得如等效电路所示对s偏振光产生选择性的共振效应，能够得到比线栅元件更大的偏振对比度。另外，通过在y方向上形成有周期性的间隙的断续线之间插入连续线，改变作为断续线之间的χ方向上的配置间隔的跳跃周期，能够对共振现象的Q值进行控制，设计与用途相应的波长范围、入射角度和偏振对比度。以下，对关于这样的Q值的控制方法的应用极限进行说明。
[0289]<关于Q值的控制方法的应用极限>
[0290]当着眼于在y方向上形成有周期性的间隙的断续线之间插入有连续线的情况下的断续线之间的X方向上的配置间隔即跳跃周期时，根据相邻的断续线与连续线之间的周期pl、和插入的连续线的根数n，x方向上的跳跃周期为(n+l)Xpl。即，当在断续线之间插入的连续线的根数增加时，跳跃周期变大。在该情况下，当插入的连续线的数量增加，跳跃周期变大时，有与跳跃周期相应地产生透过基板的衍射光的情况。
[0291]图44是以应用于液晶投影仪为前提，示意性地表示衍射光的影响的图。如图44所示，在从断续线元件SWE产生透过衍射光的情况下，在设该衍射角为Φ时，设跳跃周期为SP、波长为λ且m为整数，衍射角Φ由SinO=mA/SP表示。特别是，对光学装置产生影响的透过衍射光主要是m=± I的I次衍射光。
[0292]在此，例如，如图44所示，考虑透过断续线元件SWE和液晶面板LCP的光通过投影透镜LEN成像的例子。该例子是应用于一般的液晶投影仪等的简化后的结构。在该情况下，当设投影透镜LEN的数值孔径为NA (=sin Θ )时，在衍射角Φ满足Φ > Θ的条件的情况下，衍射光不会通过投影透镜LEN在屏幕上成像。即，通过将断续线元件的跳跃周期SP设定为满足Φ > Θ (NA=sin0 )的条件，能够防止衍射光被投影在屏幕上。一般能够认为Θ的值为θ=10?20度左右。
[0293]图45是表示配置断续线的跳跃周期SP与对垂直入射光的衍射角的关系的曲线图。在设波长λ =460nm,相邻的断续线与连续线的周期pl=135nm的情况下,如图45所示，当跳跃周期SP超过1Xpl时衍射角为20度以下。因此，在通过跳跃周期SP对Q值进行控制的情况下，优选使跳跃周期SP为1Xpl以下。该关系根据结构周期、使用波长、投影透镜的数值孔径等而变化，但是，大体上，按照在此所示的基准，能够抑制由衍射光在屏幕上形成所谓的鬼影像(ghost image)ο
[0294]根据以上说明，当使在断续线之间插入的连续线的根数增加时，能够使共振现象的Q值变小，由此，能够使共振现象出现的波段变大。另一方面，当使在断续线之间插入的连续线的根数增加时，断续线之间的跳跃周期变大，由此，会产生透过衍射光。当跳跃周期变得过大时，透过衍射光的衍射角变小，有可能在屏幕上形成由透过衍射光产生的鬼影像。因此，使共振现象的Q值变小从而使共振现象出现的波段变大的控制方法，需要在不会形成由透过衍射光产生的鬼影像的条件内进行，由此可知，存在关于Q值的控制方法的应用极限(制约)。
[0295]<由倾斜入射产生的衍射光的影响>
[0296]接着，对由倾斜入射产生的衍射光的影响进行说明。图46是表示在本实施方式3的断续线元件中，入射角Θ X与包括I次透过衍射光的透过光的透过率的关系的模拟结果。在图46中，Tp是P偏振光的透过率，Ts是s偏振光的透过率。另外，Tp (衍射)是P偏振光的I次透过衍射光的透过率，Ts (衍射)是s偏振光的I次透过衍射光的透过率。此外，图46中表示了入射光的波长λ =460nm的情况下的结果。
[0297]如图46所示可知，在入射角θ χ为10度以上时产生透过基板的透过衍射光。换言之，在入射角Θ X小于10度的情况下，不产生透过衍射光。
[0298]在此，如图46所示，透过衍射光的透过率(Tp (衍射)、Ts (衍射))为0.015%左右，为s偏振光的透过率的1/3左右，与P偏振光的透过率的对比度为约10000。因此，在本实施方式3中的断续线元件的情况下，透过衍射光的影响实质上能够忽略。
[0299]以上，对本发明的断续线元件进行了说明，但是实施方式I?3中所示的数值并不限定于这些，例如，也能够调整结构周期来改变对应的波段，或使用铝以外的金属材料。另夕卜，也能够用电介质覆盖断续线元件来提高耐环境性。另外，也能够通过在断续线元件的上部形成由透明电介质或具有光吸收性的材料构成的反射抑制结构，抑制s偏振光的反射，例如，作为在液晶投影仪的液晶元件的后段配置的偏振滤光片使用。
[0300](实施方式4)
[0301]在本实施方式4中，参照附图对应用上述实施方式I?3中的断续线元件的光学装置进行说明。在本实施方式4中，在各种光学装置中，特别列举作为图像投影装置之一的液晶投影仪为例说明。
[0302]<液晶投影仪的结构>
[0303]图47是表示本实施方式4中的液晶投影仪的光学系统的示意图。在图47中，本实施方式4的液晶投影仪具有:光源LS ;导波光学系统LGS ;分色镜DM (B)、DM (G);反射镜 MRl (R)、MR1 (B)、MR2 (R);断续线元件 SWEl (B)、SWEl (G),SffEl (R)、SWE2 (B)、SWE2(G)、SWE2 (R);液晶面板 LCP (B)、LCP (G), LCP (R);和投影透镜 LEN。
[0304]光源LS由卤素灯等构成，射出包括蓝色光、绿色光和红色光的白色光。导波光学系统构成为实施从光源LS射出的光分布的均匀化和准直化等。
[0305]分色镜DM (B)构成为使与蓝色光对应的波长的光反射，使其他的绿色光和红色光透过。同样，分色镜DM (G)构成为使与绿色光对应的波长的光反射，使其他的红色光透过。另外，反射镜MRl (R)构成为使红色光反射。
[0306]断续线元件SWEl (B)、SWE2 (B)构成为入射蓝色光，使特定的偏振光选择透过，断续线元件SWEl (G)、SWE2 (G)构成为入射绿色光，使特定的偏振光选择透过。此外，断续线元件SWEl (R)、SWE2 (R)构成为入射红色光，使特定的偏振光选择透过。
[0307]具体而言，断续线元件SWEl (B)、SWEl (G), SffEl (R)、SWE2 (B)、SWE2 (G)、SWE2(R)是上述实施方式I?3中说明的断续线元件。
[0308]反射镜MRl (B)构成为使蓝色光反射，反射镜MRl (R)和反射镜MR2 (R)构成为使红色光反射。
[0309]液晶面板LCP (B)构成为入射从蓝色用的断续线元件SWEl (B)射出的偏振光，根据图像信息使偏振方向变化。同样，液晶面板LCP (G)构成为入射从绿色用的断续线元件SffEl (G)射出的偏振光，根据图像信息使偏振方向变化，液晶面板LCP (R)构成为入射从红色用的断续线元件SWEl (R)射出的偏振光，根据图像信息使偏振方向变化。液晶面板LCP(B)、LCP (G), LCP (R)与控制液晶面板的控制电路(未图示)电连接，根据来自该控制电路的控制信号，控制对液晶面板施加的电压。此外，投影透镜LEN是用于投影图像的透镜。
[0310]<液晶投影仪的动作>
[0311]本实施方式4中的液晶投影仪如上述那样构成，以下对其动作进行说明。首先，如图47所示，从由卤素灯等构成的光源LS射出包括蓝色光、绿色光和红色光的白色光。然后，从光源LS射出的白色光入射到导波光学系统LGS，由此，对白色光实施光分布的均匀化和准直化等。然后，从导波光学系统LGS射出的白色光，首先入射到分色镜DM(B)。在分色镜DM (B)上，只有白色光中包括的蓝色光被反射，绿色光和红色光透过分色镜DM (B)。
[0312]透过分色镜DM (B)后的绿色光和红色光，入射到分色镜DM (G)0在分色镜DM (G)上，只有绿色光被反射，红色光透过分色镜DM(G)。这样，能够从白色光分离为蓝色光、绿色光和红色光。
[0313]接着，分离后的蓝色光通过反射镜MRl (B)入射到断续线元件SWEl (B)，使蓝色光中包括的特定的偏振光选择透过。然后，选择透过后的偏振光，在透过液晶面板LCP (B)后，从断续线元件SWE2 (B)射出。在这样的结构中，在液晶面板LCP (B)中，通过根据控制信号实施液晶的取向方向的控制，来控制偏振光的偏振方向。
[0314]同样，分离后的绿色光入射到断续线元件SWEl (G)，使绿色光中包括的特定的偏振光选择透过。然后，选择透过后的偏振光入射到液晶面板LCP (G)，在透过液晶面板LCP(G)后，从断续线元件SWE2 (G)射出。在液晶面板LCP (G)中，也控制偏振光的偏振方向。
[0315]另外，分离后的红色光通过反射镜MRl (R)和反射镜MR2 (R)入射到断续线元件SffEl (R)，使红色光中包括的特定的偏振光选择透过。然后，选择透过后的偏振光，在透过液晶面板LCP (R)后，从断续线元件SWE2 (R)出射。在液晶面板LCP (R)中，也控制偏振光的偏振方向。
[0316]然后，从断续线元件SWE2 (B)射出的偏振光(蓝色)、从断续线元件SWE2 (G)射出的偏振光(绿色)和从断续线元件SWE2 (R)射出的偏振光(红色)合波，通过投影透镜LEN投影到屏幕(未图示)上。这样，根据本实施方式4中的液晶投影仪，能够投影图像。
[0317]根据本实施方式4，使用了断续线元件来代替以往的线栅元件，因此，能够实现改善了对比度的液晶投影仪。换言之，根据本实施方式4，能够提高液晶投影仪的画质。
[0318]以上，基于实施方式对本发明人做出的发明进行了具体说明，但是本发明并不限定于上述实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变更，这是不言而喻的。
[0319]例如,在上述实施方式中，对与从可见光到近红外光对应的光学兀件和光学装置进行了说明，但是并不限于此，只要是符合麦克斯韦方程式的电磁波，就能够同样地应用本发明的技术思想。具体而言，在77GHz的无线设备中，电磁波的波长为约4_，即使对于这样的电磁波，例如也能够将断续线元件用作光学部件。
[0320]以上，基于实施方式对本发明人做出的发明进行了具体说明，但是本发明并不限定于上述实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变更，这是不言而喻的。
【权利要求】
1.一种光学元件，其作为偏振滤光片起作用，其特征在于，具备: Ca)基板，该基板对入射的电磁波具有透光性；和 (b)多根金属线，该多根金属线形成在所述基板的主面上，在第一方向上以第一周期间隔配置，并且在与所述第一方向正交的第二方向上分别延伸， 在所述多根金属线中的至少一部分金属线上，在所述第二方向上以第二周期间隔形成有多个间隙， 在设所述电磁波的波长为λ，设所述基板的折射率为η的情况下， 所述多个间隙的所述第二 周期间隔为λ/n以上。
2.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于: 在所述多根金属线中的各根金属线上，在所述第二方向上以所述第二周期间隔形成有所述多个间隙。
3.如权利要求2所述的光学元件，其特征在于: 在所述多根金属线中的第一金属线上形成的所述多个间隙在所述第二方向上的第一形成位置，与在所述多根金属线中的与所述第一金属线相邻的第二金属线上形成的所述多个间隙在所述第二方向上的第二形成位置错开。
4.如权利要求3所述的光学元件，其特征在于: 在所述多根金属线中，以在与所述第一金属线相反的一侧与所述第二金属线相邻的方式配置有第三金属线， 在所述第一金属线上形成的所述多个间隙在所述第二方向上的所述第一形成位置，与在所述第三金属线上形成的所述多个间隙在所述第二方向上的第三形成位置一致。
5.如权利要求4所述的光学元件，其特征在于: 所述第一金属线与所述第三金属线在所述第一方向上的第三周期间隔，为所述第一周期间隔的2倍。
6.如权利要求5所述的光学元件，其特征在于: 所述第三周期间隔大于λ/η。
7.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于: 在设所述第二周期间隔为Λ，设所述多个间隙的所述第二方向的宽度为S的情况下， 满足1%≤S/A≤10%的关系。
8.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于: 在将形成有所述多个间隙的金属线称为断续线，将没有形成所述多个间隙的金属线称为连续线的情况下， 在第一断续线和与所述第一断续线相邻的第二断续线之间配置有所述连续线。
9.如权利要求8所述的光学元件，其特征在于: 在所述第一断续线与所述第二断续线之间配置有I根所述连续线。
10.如权利要求9所述的光学元件，其特征在于: 所述第一断续线与所述第二断续线在所述第一方向上的第三周期间隔，为所述第一周期间隔的2倍， 所述第三周期间隔大于λ/η。
11.如权利要求8所述的光学元件，其特征在于:在所述第一断续线与所述第二断续线之间配置有多根所述连续线。
12.如权利要求11所述的光学元件，其特征在于: 与所述第一断续线相邻的第一连续线、和在与所述第一连续线相反的一侧与所述第一断续线相邻的第二连续线之间的第三周期间隔，为所述第一周期间隔的2倍， 所述第三周期间隔大于λ/η。
13.如权利要求11所述的光学元件，其特征在于: 所述第一断续线与所述第二断续线在所述第一方向上的跳跃周期间隔，为所述第一周期间隔的10倍以下。
14.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于: 所述第一周期间隔小于λ/η， 所述第二周期间隔为λ/η以上，且为2Χ λ/η以下。
15.—种光学装置,其特征在于,具备: Ca)光源； (b)第一偏振兀 件,该第一偏振兀件使从所述光源射出的光中的特定的偏振光选择透过； (C)液晶面板，对该液晶面板入射从所述第一偏振元件射出的所述偏振光，该液晶面板使所述偏振光的偏振方向变化； (d)第二偏振元件，对该第二偏振元件入射通过透过所述液晶面板而使偏振方向变化后的所述偏振光；和 (e)投影透镜，对该投影透镜入射从所述第二偏振元件射出的所述偏振光来投影图像， 所述第一偏振元件和所述第二偏振元件为作为偏振滤光片起作用的光学元件，具有: 基板，该基板对入射的电磁波具有透光性；和 多根金属线，该多根金属线形成在所述基板的主面上，在第一方向上以第一周期间隔配置，并且在与所述第一方向正交的第二方向上分别延伸， 在所述多根金属线中的至少一部分金属线上，在所述第二方向上以第二周期间隔形成有多个间隙， 在设所述电磁波的波长为λ，设所述基板的折射率为η的情况下， 所述多个间隙的所述第二周期间隔为λ/η以上。
【文档编号】G02B5/30GK104076425SQ201410073914
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年2月28日 优先权日:2013年3月28日
【发明者】峰邑浩行, 安斋由美子 申请人:日立麦克赛尔株式会社