JPH1123840A - 複屈折板 - Google Patents

複屈折板

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JPH1123840A
JPH1123840A JP9174909A JP17490997A JPH1123840A JP H1123840 A JPH1123840 A JP H1123840A JP 9174909 A JP9174909 A JP 9174909A JP 17490997 A JP17490997 A JP 17490997A JP H1123840 A JPH1123840 A JP H1123840A
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JP
Japan
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vapor deposition
dielectric material
double refractive
wavelength
birefringent plate
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JP9174909A
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English (en)
Inventor
Kenzo Maejima
研三 前島
Hisashi Ito
寿 伊東
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Sumitomo Bakelite Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Bakelite Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の斜方蒸着複屈折膜を積層し、位相差の
加成性を利用することにより、可視光線の広帯域におい
て波長板として機能する複屈折板を提供する。 【解決手段】 本発明は、固体基板上に該基板表面の法
線に対して斜め方向から誘電体材料を蒸着することによ
って斜方蒸着膜を形成する。前記蒸着膜は少なくとも2
層から成る多層膜であり、位相差において高波長分散を
示す材料と低波長分散を示す材料それぞれ用い、各層の
誘電体材料の基板に対する蒸着方向が異なり、該蒸着膜
の遅相軸が直交するように積層することを特徴とする複
屈折板である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、円偏光、直線偏
光、楕円偏光を必要とする光学機器及び、光学素子に適
用されるものであり、広帯域で効率的に機能する複屈折
板を提供するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の複屈折板のほとんどは、無機光学
単結晶、あるいは高分子延伸フィルムにより作られてい
る。しかし、無機光学単結晶は波長板として、性能、耐
久性、信頼性に優れるものの、原材料費、加工コストが
高い。
【0003】また高分子延伸フィルムは、熱やUV光線
に対して劣化しやすく耐久性に問題があるという欠点を
有している。
【0004】一方、斜め柱状構造をもつ斜方蒸着膜(斜
方蒸着波長板)は、原理的に膜厚を調整することによっ
て任意の位相差を設定でき、大面積化が比較的容易であ
ると共に、大量生産により低コスト化の可能性がある。
【0005】しかしながら、従来の単一材料を用いた斜
方蒸着では、位相差の波長分散特性により、波長板とし
てはある特定波長に対してのみ機能するものであった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前述したように従来の
単一材料で構成された斜方蒸着膜は、位相差の波長分散
特性が可視光域において入射光波長が長波長になるに連
れて概ね単調減少の曲線となるため、ある特定の単一波
長に対してのみ波長板として機能していた。
【0007】これを改善するために本発明は、斜方蒸着
により発現、機能する複屈折膜を複数種類蒸着すること
によって複屈折板を形成し、位相差の加成性を利用する
ことにより、広帯域で効率的に機能する複屈折板を提供
するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、複屈折率Δnの波長分散値α(α=Δn(450nm)
Δn(650nm))の関係が異なる誘電体材料を用い、αA
αBである誘電体材料A及びBを積層した複屈折板にお
いて、各層の位相差Rの関係がRA<RBであり、各遅相
軸が直交していることを特徴とする。
【0009】また該複屈折板は、固体基板に誘電体材料
を該基板面法線に対して斜め方向から蒸着して形成した
斜方蒸着膜からなる複屈折板であって、前記蒸着膜は少
なくとも2層から成ることを特徴とする複屈折板であ
り、その作製方法において、各層の誘電体材料の基板に
対する蒸着方向を直交させて積層することを特徴とす
る。
【0010】また蒸着に用いられる材料としては、誘電
体材料が金属酸化物、金属フッ化物及び金属硫化物のう
ち少なくとも1つを用いることを特徴とする。
【0011】更に該固体基板上に誘電体材料を介しての
表面に反射防止膜が形成されていると良い。
【0012】
【発明の実施の形態】前記斜方蒸着によって形成される
複屈折板は、基板に対して斜め方向から粒子を蒸着する
ことによって斜め柱状構造膜を形成し、その基板に垂直
に入射する光線に対して複屈折性を有するものである。
【0013】斜方蒸着では、蒸着の初期段階においてよ
く知られているような核形成がなされるが、核が成長し
ある程度の高さをもつようになると、図4のように斜め
方向から蒸着物質が飛来してくるために、蒸着物質の入
射方向から見て核の後ろ側に、蒸着物質が直接付着でき
ない陰ができる。これは一般にセルフ・シャドーイング
効果と呼ばれ(文献:薄膜作製応用ハンドブック参照:
株式会社エヌ・ティー・エス発行:1995年)、斜方
蒸着膜が特異な形態を示す主要因の一つである。
【0014】このセルフ・シャドーイング効果によって
基板面法線から測って蒸着角θより小さい角度αで傾斜
した柱状組織が成長する。この柱状組織は粒子の入射面
と平行な方向に粗く、垂直な方向に密に分布しているた
め、前者方向で屈折率が最小、後者方向で屈折率が最大
となり、蒸着粒子の入射方向から見て光学的異方性媒質
を形成している。これにより基板面法線方向から入射す
る光線に対しても、屈折率楕円体の断面は楕円体となり
複屈折が生じる。
【0015】更に位相差の波長分散特性の異なる材料を
用い、該複屈折膜の遅相軸が基板表面で直交するように
斜方蒸着膜を形成し、多層構造に積層する。ここで遅相
軸は、該複屈折媒体の光学軸つまり該基板に対する蒸着
方向と一致するため、該基板表面で蒸着方向を直交させ
れば良く、つまり図3において蒸発源31で所望の膜厚
を形成した後、続いて蒸発源34から異なる材料を同様
に所望の膜厚を形成すればよい。
【0016】これにより、蒸着材料の異なる複屈折膜の
位相差の加成性を利用することにより、該複屈折膜の波
長分散特性を改善し、広帯域波長板を実現することが可
能となる。
【0017】尚、各蒸着膜の膜厚、蒸着角(基板表面に
対する法線と蒸着粒子の飛来する方向)は、該蒸着膜に
要求される位相差により異なり、所望の波長板として機
能するように最適化する必要がある。
【0018】
【実施例】以下、具体的な実施例により本発明を説明す
る。図1は、本発明に用いられる蒸着装置の一例を示す
真空蒸着装置の側面図である。
【0019】図1に示す真空蒸着装置について説明する
と、この真空蒸着装置は図示していない排気ポンプによ
り内部を真空に排気されるベルジャー16と、各種蒸着
材料を蒸発させるための蒸発源15と、その上部に設け
られた基板ホルダー12等から構成されている。尚、蒸
発源15に関しては、その種類を問わず抵抗加熱や、電
子ビーム、レーザービーム等を用いて局部的に加熱する
ものを用いてもかまわない。
【0020】また、ベルジャー16の内部は、排気孔1
4を介して図示していない排気ポンプと連結されてお
り、排気ポンプによって10-6Torrオーダーまで排気で
きるようになっている。
【0021】図1に示す装置を用い、固体基板11に、
蒸着材料である五酸化タンタル(Ta25)を、蒸着角
70゜で下層22として成膜した後、図2に示すように
蒸着粒子の入射面を基板法線において90゜変えて蒸着
材料フッ化ランタン(LaF3)蒸着し、その際の蒸着
角を同様に70゜で上層21として成膜して図2に示す
複屈折板を得た。
【0022】以下に示す実施例では、誘電体材料として
五酸化タンタル(Ta25)とフッ化ランタン(LaF
3)を用いたが、これらは可視光に対して透明な材料で
あればよく、その他にCeO2、WO3、Bi23、Sn
2、ZnS、NdF3等を用いることができるが、各蒸
着膜の位相差の波長分散特性を考慮した上で、位相差の
加成性を利用し最適化可能な誘電体材料を選ばなければ
ならない。
【0023】また、蒸着膜は多層構造にしても良いが、
各層において柱状組織が十分成長していること、更に位
相差の波長分散特性が適切となるよう各層の膜厚を最適
化する必要がある。
【0024】以下具体的な実施例を説明する。尚本実施
例では、その製造方法の一例について述べるがこれに限
るものではない。 (実施例1)図1において、固体基板11にガラス基板
を用い、該ガラス基板に対して蒸着粒子が傾き角θ=7
0゜で入射するように設定した。蒸着材料にはTa25
(五酸化タンタル)を用いた。蒸着材料Ta25のαA
=Δn(450nm)/Δn(650nm)は、1.18であった。蒸
発物質Ta25を抵抗加熱用ボートに電流を流すことに
よって加熱して蒸発させ、五酸化タンタルの薄膜を入射
光波長λ=550nmでの位相差RA(550nm)=1
37.5nmになるように、膜厚1.7μm形成した。
【0025】次に、該ガラス基板を蒸着粒子の入射面が
基板面において、前記入射面に垂直になるように設置し
(図3参照)、傾き角θ=70度に設定した。蒸着材料
にLaF3(フッ化ランタン)を入れ、同様に抵抗加熱
用ボートによって加熱して蒸発させ、フッ化ランタンの
薄膜を入射光波長λ=550nmでの位相差RB(550nm)
275nmになるように、4.0μm積層した。蒸着材
料LaF3のαB=Δn(450nm)/Δn(650nm)は、1.0
4であった。さらに該蒸着膜の上に、MgF2を約0.
17μm形成し、反射防止膜とした。
【0026】(比較例1)実施例1と同様にして、固体
基板11にガラス基板を用い、該ガラス基板に対して蒸
着粒子が傾き角θ=70゜で入射するように設定し、蒸
発物質Ta25を抵抗加熱用ボートに電流を流すことに
よって加熱して蒸発させ、五酸化タンタルの薄膜を入射
光波長λ=550nmでの位相差RA(550nm)=137.5
nmになるように膜厚1.7μm形成することにより、
Ta25を単一材料として用い、斜方蒸着膜1層のみか
らなるλ/4波長板を得た。
【0027】実施例1と比較例1で得られたλ/4波長
板の波長分散特性を図5及び図6に示す。
【0028】(実施例1の効果)図6において、理想的
な広帯域λ/4波長板として機能するためには、各波長
に対してΔnd/λが0.25となれば良い。ここで本
実施例と比較例を比べると、青色の波長(λ=480n
m)において、0.31→0.28となり約50%、ま
た赤色の波長(λ=656nm)においては、0.20
→0.21となり約20%それぞれ改善され、広帯域で
機能性に優れたλ/4波長板として提供することができ
る。
【0029】(実施例2)図1において、蒸着材料にT
25を入れ同様に斜方蒸着を行い、ガラス基板上に、
入射光波長λ=550nmでの位相差RA(550nm)=68.
8nmになるように、厚さ0.85μmのTa25薄膜
を形成し、同様に該ガラス基板を蒸着粒子の入射面が基
板面において、前記入射面に垂直になるように設置し
(図3参照)斜方蒸着行い、厚さ2.0μmのLaF3
蒸着膜を積層した。更に前期同様MgF2を、入射光波
長λ=550nmでの位相差RA(550nm)=137.5nm
になるように、約0.17μm形成し反射防止膜を形成
した。
【0030】(比較例2)実施例2と同様にして、蒸着
材料にTa25を入れ同様に斜方蒸着を行い、ガラス基
板上に、入射光波長λ=550nmでの位相差RA(550nm)
=68.8nmになるように、厚さ0.85μmのTa
25薄膜を形成することにより、Ta25を単一材料と
して用い、斜方蒸着膜1層のみからなるλ/8波長板を
得た。
【0031】実施例2と比較例2で得られたλ/8波長
板の波長分散特性を図7及び図8に示す。
【0032】(実施例2の効果)図8において、理想的
な広帯域λ/8波長板として機能するためには、各波長
に対してΔnd/λが0.125となれば良い。ここで
本実施例と比較例を比べると、青色の波長(λ=480
nm)において、0.153→0.138となり約50
%、また赤色の波長(λ=656nm)においては、
0.100→0.107となり約30%それぞれ改善さ
れ、広帯域で機能性に優れたλ/8波長板として提供す
ることができる。
【0033】
【発明の効果】以上、要するに本発明は、位相差の波長
分散特性が異なる誘電体材料を用いた斜方蒸着膜を利用
する複屈折板であって、少なくとも2層から構成され、
各遅相軸が直交し積層構造を形成したものである。
【0034】実施例に詳述したように、本発明の複屈折
板を用いた波長板は、従来の機能を維持しながらも、単
一波長に対する波長板としての機能だけでなく、広帯域
においても効率的に機能するよう改善されたものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の複屈折板製造方法を実施するための
真空蒸着装置の1例を示す側面図である。
【図2】 本発明の複屈折板の積層構造を示す図であ
る。
【図3】 本発明の蒸着角θと基板の位置関係を示す図
である。
【図4】 本発明の蒸着角θと柱状構造の傾斜角αの関
係を示す図である。
【図5】 本発明の実施例1の波長板の波長分散特性を
示す図である。
【図6】 同実施例の波長板の機能性の波長分散特性を
示す図である。
【図7】 本発明の実施例2の波長板の波長分散特性を
示す図である。
【図8】 同実施例の波長板の機能性の波長分散特性を
示す図である。
【符号の説明】
11 ・・・固体基板 12 ・・・基板ホルダー 13 ・・・加熱用電源 14 ・・・排気孔 15 ・・・蒸発源 16 ・・・ベルジャー 17 ・・・蒸着材料 18 ・・・蒸発粒子 21 ・・・上層蒸着膜 22 ・・・下層蒸着膜 23 ・・・固体基板 24 ・・・上層蒸着膜の遅相軸 25 ・・・下層蒸着膜の遅相軸 26 ・・・基板面法線 31 ・・・蒸発源 32 ・・・固体基板 33 ・・・斜方蒸着膜 34 ・・・蒸発源 41 ・・・固体基板 42 ・・・入射角θ 43 ・・・柱状組織の傾斜角α 44 ・・・蒸着物質の入射方向 45 ・・・柱状組織の傾斜方向 46 ・・・基板面法線 47 ・・・斜方蒸着膜

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複屈折率Δnの波長分散値α(α=Δn
    (450nm)/Δn(650nm))の関係が、αA>αBである誘電
    体材料A及びBを固体基板上に積層した複屈折板におい
    て、各層の位相差Rの関係がRA<RBであり、各遅相軸
    が直交していることを特徴とする複屈折板。
  2. 【請求項2】 誘電体材料が該固体基板面法線に対して
    斜め方向から蒸着して形成した斜方蒸着膜からなる誘電
    体材料である請求項1記載の複屈折板。
  3. 【請求項3】 誘電体材料が金属酸化物、金属フッ化物
    及び金属硫化物のうち少なくとも1つからなる誘電体材
    料である請求項1又は2記載の複屈折板。
  4. 【請求項4】 固体基板上に誘電体材料を介して、反射
    防止膜が形成されていることを特徴とする、請求項1記
    載の複屈折板。
  5. 【請求項5】 少なくとも2層の誘電体材料から成る複
    屈折板の作製方法において、各層の誘電体材料の基板に
    対する蒸着方向を直交させて作製することを特徴とする
    複屈折板の作製方法。
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