JP2007187851A

JP2007187851A - プリズムの製造方法、プリズム、光ピックアップ及び液晶プロジェクタ

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Publication number: JP2007187851A
Application number: JP2006005511A
Authority: JP
Inventors: Keiji Komiya; 啓二小宮; Takahiko Matsuba; 孝彦松葉; Hisato Ogura; 寿人小倉; Toshimi Otsuka; 聡美大塚; Takashi Sekiguchi; 隆史関口
Original assignee: Fujinon Sano Corp
Current assignee: Fujinon Sano Corp
Priority date: 2006-01-13
Filing date: 2006-01-13
Publication date: 2007-07-26
Anticipated expiration: 2026-01-13
Also published as: CN101000388A; CN100516940C; JP4860268B2

Abstract

【課題】高い面精度を有するプリズムを製造する
【解決手段】三角柱の形状をしたガラス部材１２を用意し、ガラス部材１２の成膜面１０Ｃに誘電体多層膜１１を成膜する。誘電体多層膜１１が作用する応力により成膜面１０Ｃは歪曲しようとするが、誘電体多層膜１１を成膜する前に予め、誘電体多層膜１１が作用する応力とは逆の方向に凹面又は凸面となるように成膜面１０Ｃを曲面形状に形成する。そして、誘電体多層膜１１が成膜されたときに成膜面１０Ｃが平面化されるような曲率をもって成膜面１０Ｃを曲面形状に形成する。このため、成膜面１０Ｃに誘電体多層膜１１を成膜したときには、成膜面１０Ｃは平面化されるように補正されるため、誘電体多層膜１１が歪曲せず、収差等の問題を解消することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、誘電体多層膜が成膜されたプリズムを製造するプリズムの製造方法、プリズム及び光ピックアップ及び液晶プロジェクタに関するものである。

ＣＤ（Compact Disk）やＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等の情報再生・記録に用いられる光ピックアップの主要な構成部品の一つとして偏光ビームスプリッタがある。偏光ビームスプリッタは入射光の偏光方向によって透過と反射とを分ける光学特性を発揮する光学素子である。偏光ビームスプリッタは一般にガラス基板等の基板部材を材料とする立方体の形状をしたプリズムからなり、上記の光学特性を発揮する偏光分離膜が形成されている。また、プリズムにダイクロイック膜を形成し、ダイクロイックプリズムとして使用することもある。さらに、全反射膜を形成して反射ミラーとして使用することもある。

上述したように、プリズムに所定の光学特性を発揮する誘電体多層膜を形成することにより光学素子として使用することができる。誘電体多層膜が形成されたプリズムは、大量生産を行う場合は所定の製造工程を経ることにより得ることができるが、基本的には誘電体多層膜が成膜された三角柱状の基板部材と、この三角柱状のプリズムと同一形状の誘電体多層膜が成膜されていない三角柱状の基板部材とを接着剤等により接合して生成されるものである。このとき、誘電体多層膜は基板部材を材料とする三角柱状のプリズムの一面に形成されるが、誘電体多層膜の応力により基板部材に歪曲が発生するという問題がある。つまり、誘電体多層膜は誘電体単層膜を複数層積層したものからなるものであるが、誘電体単層膜は引っ張り力又は圧縮応力を有するため、複数層の誘電体単層膜の応力が基板部材に作用し、基板部材に歪曲が発生する。基板部材に歪曲が発生すると、誘電体多層膜にも歪曲が発生し、このため収差が発生する。当該収差により、光学的機能が低下するか、又は所定の光学的機能を発揮することができないという問題がある。

特に、光ピックアップにおいては、多波長のレーザ光に対応するために、偏光ビームスプリッタに形成される偏光分離膜の膜層数は極めて多くなり、上記の歪曲の問題がさらに顕著になる。つまり、近年では、波長７８０ｎｍのレーザ光を使用するＣＤや波長６５０ｎｍのレーザ光を使用するＤＶＤだけでなく、波長４０５ｎｍの青色レーザを使用する大容量光ディスクが普及しつつある。ＣＤ、ＤＶＤ及び大容量光ディスクは夫々異なる波長を扱うために、３種類のレーザ光に対応するためには、別個に光ピックアップを設けるか、又は共用した光ピックアップを使用する必要がある。しかし、３種類のレーザ光に対応した光ピックアップを別個に設けると、装置全体の大型化や高価格化という問題を招来するため、全ての波長に対応した光ピックアップを用い、装置全体のコンパクト化及び低価格化を図るようになってきている。このため、光ピックアップに使用される各構成部品は、夫々３波長対応のものでなければならない。これに伴い、光ピックアップの必須構成部品である偏光ビームスプリッタも３波長対応の仕様を満足する必要があるが、３つの波長帯域で偏光方向による透過・反射特性を満足するためには、多くの膜層数が必要となる。従って、ＣＤ及びＤＶＤだけでなく大容量光ディスクにも対応した光ピックアップの場合は、膜応力による基板部材の歪曲の問題がさらに顕著となる。

そこで、誘電体多層膜による応力を緩和する手法が例えば特許文献１に開示されている。特許文献１では、平板状の基板の一面に誘電体多層膜を形成し、この誘電体多層膜に起因する応力を緩和するために基板の誘電体多層膜が形成された面とは反対の面に誘電体単層膜を形成している。
特開２００５−４３７５５号公報

ところで、特許文献１では、平板状の基板部材に形成された誘電体多層膜を応力の緩和を図るものであるが、プリズムのように三角柱状の基板部材の斜面に誘電体多層膜を形成したものに適用されるものではない。つまり、平板状の基板部材は均一な厚みを有しているため、誘電体多層膜が形成されている面とは反対面に誘電体単層膜を形成することにより、応力の緩和を図ることができる。これに対し、三角柱状の基板部材の斜面に誘電体多層膜を形成した場合、その反対側は中点を境にして連続的に厚みが変化するため、厚みが不均一となり、特許文献１のように、応力を相殺するための誘電体単層膜を形成したとしても応力の緩和を図ることができない。

そこで、本発明はプリズムに作用する誘電体多層膜の応力を緩和して、高精度なプリズムを製造することを目的とする。

本発明のプリズムの製造方法は、三角柱の基板部材の一面に誘電体多層膜が成膜されたプリズムを製造する方法であって、前記誘電体多層膜が成膜される成膜面を、その成膜時に作用する応力により歪曲する方向とは逆の方向の凹面又は凸面の曲面形状に形成し、この曲面に前記誘電体多層膜を成膜することにより、前記曲面形状が平面化するように補正することを特徴とする

また、本発明のプリズムの製造方法は、誘電体多層膜が成膜されたプリズムを製造するプリズムの製造方法であって、大型の基板の一面に誘電体多層膜を成膜して基板母材を得る基板母材生成工程と、前記基板母材の前記誘電体多層膜が成膜されている面とは反対の面から、前記基板をジグザグ状となるように切断して、前記誘電体多層膜が一面に成膜されたロッド状で三角柱の形状であるロッド状三角柱プリズムを複数生成するロッド状三角柱プリズム生成工程と、前記ロッド状三角柱プリズムの２つの切断面を研磨する切断面研磨工程と、前記切断面研磨工程において研磨された前記ロッド状三角柱プリズムを、前記誘電体多層膜が成膜されていない前記ロッド状三角柱プリズムと同一形状をした被接合ロッド状三角柱プリズムと接合してロッド状四角柱プリズムを生成するロッド状四角柱プリズム生成工程と、前記ロッド状四角柱プリズムを長手方向とは垂直方向に等間隔に切断して前記プリズムを生成する細長短冊体プリズム切断ステップと、を有し、前記基板母材生成工程において、前記大型の基板の前記誘電体多層膜が成膜される面を、前記誘電体多層膜が作用する応力により歪曲する方向とは逆の方向の凹面又は凸面の曲面形状に形成し、前記曲面形状の曲率は、前記ロッド状三角柱プリズム生成工程において前記基板母材を切断したときに、前記プリズムの誘電体多層膜が成膜されている面を平面化するように補正する曲率であることを特徴とする。

また、本発明のプリズムは、三角柱の基板部材の一面に誘電体多層膜が成膜されたプリズムであって、前記誘電体多層膜が成膜される成膜面を、その成膜時に作用する応力により歪曲する方向とは逆の方向の凹面又は凸面の曲面形状に形成し、この曲面に前記誘電体多層膜を成膜することにより、前記曲面形状が平面化するように補正することを特徴とする。

また、本発明の光ピックアップは、上述のプリズムにおいて、このプリズムは偏光ビームスプリッタとして機能し、前記偏光ビームスプリッタと、光源と、光検出器とを有することを特徴とする。

また、本発明の液晶プロジェクタは、上述のプリズムにおいて、このプリズムは偏光ビームスプリッタ又はダイクロイックプリズムとして機能し、色合成を行う前記ダイクロイックプリズムと、前記偏光ビームスプリッタと、偏光方向の変調制御を行う液晶表示素子と、光源とを有することを特徴とする。

本発明は、極めて面精度の高いプリズムを製造することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。図１（ａ）には三角柱の形状をした三角プリズム１０を示し、同図（ｂ）には四角柱の形状をした四角プリズム２０を示している。三角プリズム１０として例示しているものは、断面が直角二等辺三角形の柱状のプリズムであり、四角プリズム２０として例示しているものは立方体のプリズムである。三角プリズム１０は三角柱の形状をしているため、３つの側面を有している。なお、ここでいう側面とは、三角柱の相互に平行な２つの面を底面としたときに、その他の３つの面が側面である。同図（ａ）では、３つの側面のうち、相互に直交する２つの側面に対して傾斜角４５度となる斜面（以下、成膜面１０Ｃとする）に誘電体多層膜１１が形成される。一方、四角プリズム２０は、内部に傾斜角４５度で誘電体多層膜１１が成膜されているものである。

誘電体多層膜１１は採用する膜構成によって、種々の光学的機能を発揮することができる。例えば、偏光方向によって透過と反射とを分ける偏光分離膜、波長域によって透過と反射とを分けるダイクロイック膜や全ての波長域の光を反射する全反射膜等、種々の光学的機能を発揮することができる。誘電体多層膜１１を成膜面１０Ｃに成膜する手法としては、真空蒸着法、イオンプレーティング法、イオンアシスト法、スパッタ法等の任意の手法を採用することができる。

三角プリズム１０を製造する過程について説明する。最初に、三角プリズム１０と同じ形状をしたガラス部材等の基板部材１２を用意し、後に誘電体多層膜１１が成膜される成膜面１０Ｃを凹面又は凸面の曲面形状に形成する。当該曲面形状としては、球面形状、シリンドリカル形状、トロイダル形状等の任意の形状を採用することができる。ここでは、シリンドリカル形状を採用したものとする。成膜面１０Ｃを曲面形状にする方法としては、例えば球面研磨や精密プレス加工等を適用することができる。

ところで、成膜面１０Ｃを曲面形状にする理由は、誘電体多層膜１１による膜応力の変化を補正するためである。つまり、誘電体多層膜１１は、誘電体単層膜が複数層積層されてなるものであるが、誘電体単層膜は引っ張り力又は圧縮応力を有しているため、誘電体多層膜１１の全体としては強い応力が基板に作用する。このため、基板部材１２の成膜面１０Ｃに誘電体多層膜１１を成膜すると、当該成膜面１０Ｃが平面形状である場合は応力により歪曲することになる。そこで、予め成膜面１０Ｃを誘電体多層膜１１の応力による歪曲の方向とは逆の方向に成膜面１０Ｃを曲面形状に形成する。このため、誘電体多層膜１１を成膜したときには凹方向又は凸方向に歪曲する応力が作用するが、予め成膜面１０Ｃを応力の方向とは逆の方向の曲面形状に形成しているため、歪曲したときには成膜面１０Ｃが平面化するように補正される。これに伴い、誘電体多層膜１１も平面化されるため、誘電体多層膜１１の歪曲による収差の発生を抑制することができ、所定の光学的機能を発揮することができる。

このとき、成膜面１０Ｃに形成される曲面形状として、球面形状、シリンドリカル形状、トロイダル形状を例示したが、研磨加工の容易性という観点からは球面形状のものが最も好ましい。つまり、球面形状のものが最も低コストに製造することができる。ただし、他の方法による研磨加工を適用することもできる。

ここで、誘電体多層膜１１が成膜される基板部材１２は三角プリズム１０と同一形状をしているため、中点を境にして端部になるに従って連続的に肉厚が薄くなっており、端部においては肉厚がなくなることになる。従って、端部になるに従って誘電体多層膜１１による応力の影響が強くなるため、成膜面１０Ｃの端部における曲率を高くするために、シリンドリカル形状又はトロイダル形状を適用すると、曲面形状による補正機能は高くなる。但し、トロイダル形状に成膜面１０Ｃを形成するためには、単純な研磨加工を用いてはできないため、何れの方法を採用するかは、適宜選択することができる。

そして、何れの形状の曲面形状を採用するにしても、成膜面１０Ｃに形成する曲率は誘電体多層膜１１の膜応力によって定まる。そこで、予め実験やシミュレーション等により誘電体多層膜１１の応力によって歪曲する度合いを求めておき、当該歪曲度と釣り合うような曲率をもって成膜面１０Ｃを曲面形状に形成する。これにより、バランスの取れた補正機能を十分に発揮することができる。

図２において、基板部材１２を曲面形状に研磨するときには、研磨砥石１８を用いて行う。三角柱の形状をした基板部材１２を図２に例示される球面研磨治具１７に載置し、成膜面１０Ｃに対して球面研磨を行う。このとき、成膜面１０Ｃに形成される曲面の曲率は、半径約１００ｍ程度の曲率をもって行う。つまり、曲面に形成するといっても、その曲率は極めて小さいものとなる。

次に、四角プリズム２０を製造する方法について説明する。四角プリズム２０を製造するときは、三角プリズム１０と同一形状をした誘電体多層膜が成膜されていない基板部材である被接合プリズム１３を用意し、成膜面１０Ｃが接合面となるように三角プリズム１０と被接合プリズム１３とを接着剤等により接合する。これにより、立方体形状（キュービック状）の四角プリズム２０が製造される。

なお、図１では、形状が三角柱の三角プリズム１０及び形状が四角柱の四角プリズム２０について説明したが、成膜面１０Ｃを曲面形状に形成することにより誘電体多層膜１１の応力を補正するものであれば、プリズムの形状は三角柱又は四角柱に限定されず、他の任意の形状について適用することができる。また、曲面形状は、理想的には誘電体多層膜１１が成膜されたときに、成膜面１０Ｃ及び誘電体多層膜１１が完全に平面化される曲率をもって形成されることが望ましいが、完全に平面化されなくても、光学的機能の仕様が満たされるものであれば、完全に平面化されなくても、補正機能を発揮するものであればよい。

以上説明したものは三角プリズム１０又は四角プリズム２０を単品で生産するものである。次に、予め曲面形状に形成して平面化補正を行うものであって、四角プリズム２０を大量生産する実施例について以下説明する。

以下、図３のフローチャートに従って参照して本実施例について説明する。本実施例では、上述した実施形態における図７（ｂ）の立方体の四角プリズム２５（以下、単に「プリズム２５」とする）を製造することを最終目的とする。また、本実施例のプリズム２５は偏光ビームスプリッタとして機能するものとする。従って、プリズム２５に形成される誘電体多層膜１１は、入射光の偏光方向によって透過と反射とを分ける偏光分離膜である。勿論、偏光ビームスプリッタ以外でも、ダイクロイックミラーや反射ミラー等であってもよい。

上述したように、偏光ビームスプリッタとして機能するプリズム２５は、ＣＤ、ＤＶＤ及び大容量光ディスクの３種類の波長のレーザ光に対応するために、偏光分離膜として機能する誘電体多層膜１１は多くの膜層数を必要とする。従って、誘電体多層膜１１の膜応力により大きく歪曲しようとするが、大容量光ディスクで使用される青色レーザ光は非常に波長の短いレーザ光であるため、かかるレーザ光を取り扱うために、プリズム２５には極めて高い面精度が要求される。そこで、高面精度の仕様を充足するために、プリズム２５の各面及び偏光分離膜として機能する誘電体多層膜１１が形成されている面の全ての面を極めて高精度にする必要がある。このため、以下の製造工程により、高面精度のプリズム２５を生成する。

最初に、図４（ａ）で示される平板状の大型のガラス部材等の基板４１を用意する。当該大型の基板４１は最終的なプリズム２５を製造するための基礎となる部材であり、基板４１を切断、研磨等を施すことにより、最終的なプリズム２５を大量に生産することができる。まず、同図（ｂ）に示されるように、基板４１の一面（表面４１Ｓとする）を凹面又は凸面の曲面形状に形成する（ステップＳ１）。実施形態と同様種々の曲面形状を採用することができるが、ここでは、シリンドリカル形状に形成したものについて説明する。そして、誘電体多層膜１１が作用する応力としては凸方向に歪曲するものとし、従って基板４１の表面４１Ｓには凹方向の曲面形状が形成されるものとする。勿論、誘電体多層膜１１の応力が凹方向に歪曲するのであれば、形成される曲面形状の方向は凸方向となる。

次に、図４（ｃ）に示されるように、基板４１の曲面形状をした表面４１Ｓに誘電体多層膜１１を成膜する（ステップＳ２）。本実施例では、偏光分離膜して機能する誘電体多層膜１１を成膜するが、ダイクロイック膜や全反射膜等の任意の誘電体多層膜を成膜することができる。ここで、誘電体多層膜１１が成膜された基板４１を基板母材５０とする。

基板４１の表面４１Ｓは凹方向の曲面形状に形成され、誘電体多層膜１１は凸方向に歪曲する応力を作用する。従って、基板４１の表面４１Ｓは平面化に向かって補正される。但し、基板４１の表面４１Ｓに誘電体多層膜１１が成膜された時点では依然として凹方向の曲面形状が維持されているものとする。つまり、基板４１の表面４１Ｓの曲面形状の曲率を誘電体多層膜１１の応力による歪曲量よりも大きくすることにより、誘電体多層膜１１が成膜されたとしても、曲面形状の曲率は小さくなるが、依然として凹方向の曲面形状をキープするようにしている。換言すれば、基板４１の表面４１Ｓに誘電体多層膜１１を成膜した時点では、平面化する補正機能は完全には達成されていないことになり、未だ補正する余地を残していることになる。

次に、図５（ａ）に示されるように、貼付治具９０を使用して基板母材５０を固定した状態でジグザグ状の刃を有する切断治具９５を用いて基板母材５０の切断を行う（ステップＳ３）。切断治具９５は基板母材５０から複数のロッド状三角柱プリズム６０を生成するために、切断治具９５は基板母材５０の厚み方向に対して夫々対称となる傾斜角を有する山型状の刃が連続して連なっているものである。切断治具９５の刃の形状はロッド状三角柱プリズム６０に対して対称となるような形状を有している。また、同図（ａ）では、刃の頂点部分が突出している構成を採用しているが、当該部分は突出していない構成を採用することもできる。切断治具９５の刃の形状により、同図（ｂ）に示すように複数の切断面Ｃ１及びＣ２を形成することができる。同図（ｂ）に示したものは角度４５度でジグザグ状に切断したものを例示しているが、最終的に製造されるプリズム２５の形状によっては、任意の角度で切断を行うことができる。なお、基板母材５０の誘電体多層膜１１と貼付治具９０の貼付面との間には、成膜面１０Ｃが曲面形状であるため、厳密には若干の隙間が生じている。しかし、基板母材５０が貼付治具９０に固定されるときには、固着材料であるワックスＷにより固着されているため、上記の若干の隙間はワックスＷにより吸収することができる。

ステップＳ３の切断により、本来なら基板母材５０は複数の部材（後述するロッド状三角柱プリズム６０）に分割されるが、基板母材５０は貼付治具９０に貼付固定されているため、切断後においても連結された状態が維持されている。そこで、切断後ではあるが連結維持された状態の基板母材５０を貼付治具９０から剥離する（ステップＳ４）。このとき、貼付治具９０から剥離を行うと、図５（ｃ）に示されるように、三角柱状の細長のロッド状の形状をしたロッド状三角柱プリズム６０が複数生成される。

なお、図５（ａ）では、ジグザグ状の刃を有する切断治具９５を用いて一度に切断を行っているが、例えば、貼付治具９０を使用して基板母材５０を固定した状態で、基板母材５０の厚み方向とは傾斜した方向に等間隔に切断（切断面Ｃ１）し、その後、切断面Ｃ１とは反対方向に傾斜した方向に等間隔に切断（切断面Ｃ２）するようにしてもよい。切断面Ｃ１形成する切断工程と切断面Ｃ２を形成する切断工程との２回の切断工程を行うことによっても、ロッド状三角柱プリズム６０を複数生成することが出来る。

ところで、基板母材５０の状態では、均一な肉厚部分により、歪曲力が抑制されている。従って、凸方向にある程度反ったところで基板母材５０の肉厚部分の硬質性による抑制力と応力との均衡を保っていることになる。しかし、ステップＳ３の切断により、ジグザグ状の上部分（形式上、ロッド状三角柱プリズム６０が複数連結されたもの）と、下部分（ロッド状三角柱プリズム６０が複数連結されたものと同一形状であるが誘電体多層膜１１が成膜されていないもの）とに分割され、分割された下部分は分離されることになる。このため、誘電体多層膜１１の応力を抑制していた抑制力は作用しなくなる。

特に、ロッド状三角柱プリズム６０は中点を境にして端部に向かうに従って連続的に肉厚が薄くなる。従って、誘電体多層膜１１の応力を抑制していた基板部分の肉厚が薄くなるため、基板部分の抑制力に対して誘電体多層膜１１の応力が強くなるため、ロッド状三角柱プリズム６０は再び凸方向に歪曲する。但し、基板母材５０を切断した直後は、未だ貼付治具９０に固定されているため、歪曲力は貼付治具９０により抑制されている。そこで、ロッド状三角柱プリズム６０を貼付治具９０から剥離したときに、貼付治具９０による抑制力から解放されるため、ロッド状三角柱プリズム６０の誘電体多層膜１１が成膜されている面は再び凸方向に歪曲状態になる。

ここで、上述したように、基板母材５０は誘電体多層膜１１を成膜する前よりは曲面形状の曲率は小さくなっているが、依然として凹面の曲面形状を維持している。そこで、ロッド状三角柱プリズム６０が貼付治具９０から剥離されたときに、ロッド状三角柱プリズム６０は基板部分の肉厚が薄くなっているため、再び凸方向に歪曲ことになる。そこで、ロッド状三角柱プリズム６０が反ったときに、ロッド状三角柱プリズム６０が平面形状になるような曲率で、最初の基板４１の表面４１Ｓを凹面の曲面形状に形成する。このとき、基板４１に形成された曲面形状により誘電体多層膜１１の応力は完全に補正されたことになる。

つまり、基板４１の表面４１Ｓに誘電体多層膜１１を成膜したときに作用する１回目の歪曲のとき（ステップＳ２のとき）ではなく、ロッド状三角柱プリズム６０を生成するときに作用する２回目の歪曲のとき（ステップＳ３のとき）に、ロッド状三角柱プリズム６０の誘電体多層膜１１が成膜されている面が平面形状になるような曲率で基板４１の表面４１Ｓを凹面の曲面形状に形成する。従って、上述した１回目の歪曲の時点では完全には補正されず、２回目の歪曲の時点で完全に補正される曲率をもって基板４１の表面４１Ｓを凹面の曲面形状に形成する。このため、ロッド状三角柱プリズム６０を生成するとき（２回目の補正のとき）に誘電体多層膜１１が成膜されている面が平面化するような曲率を与えるために、予め実験やシミュレーション等により当該曲率を求めておく。

そして、貼付治具９０から剥離されたロッド状三角柱プリズム６０を、図６（ａ）に示されるような研磨治具９１に載置し、ロッド状三角柱プリズム６０の切断面Ｃ１及びＣ２の２つの面を研磨する（ステップＳ５）。かかる研磨は極めて高い面精度を得るために行われる。後述するが、ステップＳ５の研磨工程を経たロッド状三角柱プリズム６０を等間隔に切断することにより、最終的なプリズム２５が生成される。つまり、研磨が行われた後のロッド状三角柱プリズム６０の断面形状は、プリズム２５の断面形状と等しいものである。従って、この時点で極めて高い面精度を有するロッド状三角柱プリズム６０を生成しておく必要がある。特に、大容量光ディスクで使用される波長４０５ｎｍの光を取り扱う偏光ビームスプリッタにおいては、極めて高い面精度が要求されるため、ステップＳ５の時点で、最終的に要求される面精度に達するまで、微細に研磨加工が施される。

ここで、ステップＳ５の研磨工程は、ロッド状三角柱プリズム６０が最終形状に近い形のものに対して研磨が行われる。つまり、研磨が行われるときには、誘電体多層膜１１による応力は全て均衡が取れており、しかも基板４１の表面４１Ｓを曲面形状にしたことにより、ロッド状三角柱プリズム６０の誘電体多層膜１１が成膜されている面は平面形状になっているため、かかるロッド状三角柱プリズム６０は最終形状に非常に近い形を有している。そこで、最終的に上述の微調整を行う研磨加工を施すことにより、極めて高い面精度を有するロッド状三角柱プリズム６０を得ることができる。

なお、ステップＳ５の研磨工程で行われる研磨により、若干ではあるが、ロッド状三角柱プリズム６０の基板部分の肉厚が薄くなる。基板部分の肉厚が薄くなれば、誘電体多層膜１１の応力を抑制する抑制力が減少するため、ロッド状三角柱プリズム６０は再び歪曲状態となる。このため、ステップＳ３の基板母材５０を切断するときに、できる限り切断面Ｃ１及びＣ２を研磨面Ｐ１及びＰ２に近い形状の切断面となるように切断し、しかもできる限りフラットな状態となるように切断を行うようにする。なお、フラットに切断を行う理由としては、切断面Ｃ１及びＣ２に凹凸が生じていると、研磨した後にフラットな状態となったときに、全体しての表面積が減少することになる。このとき、表面積が減少することにより、応力が作用することになるからである。

ステップＳ５の研磨工程を経た後に、図６（ｂ）に示されるように、ロッド状三角柱プリズム６０の研磨面Ｐ１及びＰ２に反射防止膜ＡＲを成膜する（ステップＳ６）。そして、図７（ａ）に示されるように、ロッド状三角柱プリズム６０と同一形状をした誘電体多層膜１１が成膜されていない被接合ロッド状三角柱プリズム６１とロッド状三角柱プリズム６０とを、誘電体多層膜１１が成膜されている面が接合面となるように、接着剤等により接合を行ってロッド状四角柱プリズム７０を得る（ステップＳ７）。その後、ロッド状四角柱プリズム７０を長手方向と垂直に等間隔に切断することにより、図７（ｂ）に示されるように、最終的なプリズム２５を得ることができる（ステップＳ８）。

本実施例においても、誘電体多層膜１１が作用する応力の方向とは反対方向の曲面形状を形成し、誘電体多層膜１１による応力を補正している。本実施例では、最終製造物であるプリズムを単品で生産するのではなく、大量生産を行うため、平板状の大型の基板に曲面形状を形成している。このとき、平板状の大型の基板の表面に誘電体多層膜を成膜したときではなく、ロッド状三角柱プリズムを生成するために切断が行われたときに初めて平面形状となるような曲率で曲面形状に形成するため、誘電体多層膜の応力の均衡が取れたときには、最終形状に近い形でロッド状三角柱プリズムを生成することができる。このため、ロッド状三角基板の研磨を最終製品に近い状態で研磨することができ、極めて高い面精度を確保することができる。

なお、本実施例では、誘電体多層膜は凸方向に歪曲ものについて説明したが、凹方向に歪曲ものについても本実施例を適用することができる。この場合は、基板４１の表面４１Ｓを凸面の曲面形状に形成する。

次に、実施例２について説明する。上述した実施例１では、ロッド状三角柱プリズム６０を生成するために、基板母材５０を誘電体多層膜１１が成膜されている面とは反対面からジグザグ状となるように切断が行われるが、本実施例では、実施例１とは異なる方法で基板母材５０からロッド状三角柱プリズム６０を生成する。

図８（ａ）に示されるように、実施例１の大型の基板母材５０を短冊状に切断する。これにより、同図（ｂ）に示される短冊状の細長短冊基板体５１を複数生成することができる（短冊状切断工程）。最終的に生成されるプリズム２５が立方体のものである本実施例の場合、細長短冊基板体５１は、断面が正方形の細長の形状をした基板体が生成される。そこで、細長短冊基板体５１の誘電体多層膜１１が成膜されている面とは反対面の２つの稜線のうち１つの稜線を切断し、その後反対の稜線を切断してロッド状三角柱プリズム６０を生成する（稜線切断工程）。このとき、１回目に稜線を切断するときには、図８（ｃ）に示されるように、傾斜角が「４５度」となるように細長短冊基板体５１の誘電体多層膜１１が成膜されている面の一方の端部から切断を行い（切断面Ｃ１）、２回目に稜線を切断するときには、同図（ｄ）に示されるように、傾斜角が「−４５度」となるように細長短冊基板体５１の誘電体多層膜１１が成膜されている面の他方の端部から切断を行う（切断面Ｃ２）。これにより、ロッド状三角柱プリズム６０を得ることができる。

ここで、基板母材５０を短冊状に切断したとしても、実施例１のように、誘電体多層膜１１の応力により細長短冊基板体５１の誘電体多層膜１１が成膜されている面は平面形状にならない。つまり、この時点では、細長短冊基板体５１は基板母材５０と同じく均一な肉厚を有しているため、誘電体多層膜１１の応力により凸方向の歪曲力は抑制されている。しかし、１回目の稜線の切断により、切断された箇所は連続的に肉厚が薄くなるため、誘電体多層膜１１による応力により凸方向の歪曲力が再び作用する。このため、肉厚が不均一な箇所における誘電体多層膜１１が成膜されている面は応力により平面形状になる。そして、２回目の稜線の切断により、当該切断部分も連続的に肉厚が薄くなるため、誘電体多層膜１１の応力により、誘電体多層膜１１が成膜されている面の全体が平面形状になる。以上により、ロッド状三角柱プリズム６０を生成することができる。

次に、上述した実施例１又は実施例２で生成された偏光ビームスプリッタとして機能するプリズム２５を用いた光ピックアップの一例について説明する。図９において、本実施例の光ピックアップは、光源１０１と偏光ビームスプリッタ１０２とλ／４波長板１０３と対物レンズ１０４と光検出器１０５とを有して構成される。光源１０１からは、ＣＤ、ＤＶＤ及び大容量光ディスクの３波長のレーザ光のうち何れか１つのレーザ光が択一的に発振される。偏光ビームスプリッタ１０２は上述した実施例１及び２で説明したプリズム２５と同一のものであり、本実施例では、３波長に対応した偏光ビームスプリッタとして機能する。従って、偏光ビームスプリッタ１０２には入射光の偏光方向によって透過と反射とを分ける偏光分離膜（実施例１及び２の誘電体多層膜１１と同じもの）が成膜されている。ここでは、偏光分離膜はＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する光学特性を発揮するものとするが、逆の光学特性を発揮するものであってもよい。λ／４波長板１０３は、円偏光を直線偏光に、直線偏光を円偏光に変換する光学素子であり、対物レンズ１０４はディスクＤの所定位置に集光させるためのレンズである。

以上の光ピックアップにおいて、光源１０１から射出されたレーザ光（Ｐ偏光とする）は、偏光ビームスプリッタ１０２に入射するが、本実施例の偏光ビームスプリッタ１０２はＰ偏光を透過する光学特性を有するため、入射光はそのまま透過する。そして、λ／４波長板１０３で直線偏光が円偏光に変換された後に、対物レンズ１０４によりディスクＤの所定位置に集光する。ディスクＤからの反射光は、対物レンズ１０４からλ／４波長板１０３に入射し、円偏光から直線偏光に変換される。このとき、往路と復路でλ／４波長板１０３を合計２回透過するため、１８０度の位相差を生じている。従って、往路ではＰ偏光であったが、復路ではＳ偏光に変換されている。λ／４波長板１０３を透過したＳ偏光は、偏光ビームスプリッタ１０２に再び入射するが、Ｓ偏光は反射する光学特性を有しているため、入射光であるＳ偏光は反射して、光検出器１０５に入射する。光検出器１０５では、入射光を光電変換して電気信号を取得する。

このとき、上述した光ピックアップでは、波長４０５ｎｍの青色レーザも使用されるため、各構成部品は当該波長域でも高精度な光学特性を有している必要がある。そこで、実施例１及び２で説明した極めて面精度が高いプリズム２５を偏光ビームスプリッタとして使用すれば、波長４０５ｎｍの青色レーザにも対応することができる。

次に、図１０に基づいて、上述した実施例１又は２で生成されたプリズム２５が偏光ビームスプリッタ及びダイクロイックプリズムとして機能する液晶プロジェクタの一例について説明する。本実施例の液晶プロジェクタは、光源２０１と偏光変換手段２０２と色合成ダイクロイックプリズム２１１と第１の偏光ビームスプリッタ２２１と第２の偏光ビームスプリッタ２２２と第３の偏光ビームスプリッタ２２３と波長板２３１と第１の液晶表示素子２４１と第２の液晶表示素子２４２と第３の液晶表示素子２４３と投影レンズ２５０とスクリーン２６０とを有して構成される。

光源２０１は白色光を発行する発光体と発光体からの光を反射するリフレクタとを備え、光源２０１から白色光が射出する。偏光変換手段２０２は光源２０１から射出した白色光を直線偏光に変換する機能を発揮し、白色光のうち緑色光（緑色の波長域の光）のみをＰ偏光に変換し、青色光（青色の波長域の光）及び赤色光（赤色の波長域の光）をＳ偏光に変換する。そして、偏光変換手段２０２で偏光方向が変換された白色光は、偏光方向によって透過と反射とを分ける第１の偏光ビームスプリッタ２２１に入射する。第１の偏光ビームスプリッタ２２１はＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する特性を有するものとし、入射光のうちＰ偏光である緑色光は透過し、Ｓ偏光である青色光及び赤色光は反射する。

第１の偏光ビームスプリッタ２２１を透過したＰ偏光の緑色光は第２の偏光ビームスプリッタ２２２に入射する。第２の偏光ビームスプリッタ２２２は偏光方向によって透過と反射とを分ける光学素子であり、ここでは、入射したＰ偏光の緑色光は、そのまま透過して第１の液晶表示素子２４１に入射するものとする。一方、第１の偏光ビームスプリッタ２２１で反射したＳ偏光の青色光及び赤色光は、波長板２３１に入射する。波長板２３１は入射光の偏光方向を変換する作用を発揮する光学素子であり、ここでは入射光のうち赤色光の波長域の光のみをＳ偏光からＰ偏光に変換するものとする。第３の偏光ビームスプリッタ２２３はＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する特性を有するため、Ｐ偏光である赤色光はそのまま透過して第３の液晶表示素子２４３に入射し、Ｓ偏光である青色光は反射して第２の液晶表示素子２４２に入射する。

第１、第２及び第３の液晶表示素子は反射型の液晶表示素子であり、液晶素子の信号に応じて信号光（反射光）の偏光方向の変調制御を行うものである。第１の液晶表示素子２４１は緑色光の信号光（緑色信号光）を、第２の液晶表示素子２４２は青色光の信号光（青色信号光）を、第３の液晶表示素子２４３は赤色光の信号光（赤色信号光）を生成するものである。第１の液晶表示素子２４１ではＰ偏光の緑色光がＳ偏光の緑色信号光に変換され、第２の液晶表示素子２４２ではＳ偏光の青色光がＰ偏光の青色信号光に変換され、第３の液晶表示素子２４３ではＰ偏光の赤色光が赤色信号光に変換される。

従って、緑色信号光はＳ偏光であるため、第２の偏光ビームスプリッタ２２２で反射し、色合成ダイクロイックプリズム２１１に向かう。一方、青色信号光はＰ偏光であるため、第３の偏光ビームスプリッタ２２３を透過し、赤色信号光はＳ偏光であるため、第３の偏光ビームスプリッタ２２３を反射する。従って、Ｐ偏光の青色信号光とＳ偏光の赤色信号光とは同一の光路を辿って、色合成ダイクロイックプリズム２１１に入射する。色合成ダイクロイックプリズム２１１は波長域によって透過と反射とを分ける光学素子であり、ここでは、緑色信号光を反射し、青色信号光及び赤色信号光を透過する特性を有するものとする。従って、色合成ダイクロイックプリズム２１１において、青色信号光と赤色信号光とはそのまま透過し、緑色信号光は反射することにより、全ての色の信号光は合成され、カラー画像の信号光として投影レンズ２５０に入射し、投影レンズ２５０によってスクリーン２６０に映像が表示される。

このとき、液晶プロジェクタの構成部品である各偏光ビームスプリッタに上述した実施例１及び２のプリズム２５を用いれば、収差が良くなり、フォーカスをよくすることができる。

なお、本実施例では、反射型の液晶表示素子を用いたものを説明したが、透過型の液晶表示素子を用いた液晶プロジェクタにも使用することができ、またダイクロイックプリズム又は偏光ビームスプリッタを用いる液晶プロジェクタであれば、任意の液晶プロジェクタに適用することができる。つまり、本発明の面精度の高いプリズムをダイクロイックプリズムとして、又は偏光ビームスプリッタとして適用することにより、フォーカスの良い液晶プロジェクタを実現することができる。

三角プリズム及び四角プリズムの斜視図である。球面研磨を行うときの説明図である。実施例１の処理の流れを示すフローチャートである。大型の基板から基板母材を生成するときの製造工程を示す説明図である。基板母材からロッド状三角柱プリズムを生成するときの製造過程を示す説明図である。ロッド状三角柱プリズムを研磨する過程を示す説明図である。ロッド状四角柱プリズムから最終製造物であるプリズムを製造する過程を示す説明図である。ロッド状三角柱プリズムを製造する他の実施例の説明図である。光ピックアップの一例を示す説明図である。液晶プロジェクタの一例を示す説明図である。

符号の説明

１０三角プリズム１０Ｃ成膜面
１１誘電体多層膜１２基板部材
１３被接合プリズム２０、２５四角プリズム
４１基板４１Ｓ表面
５０基板母材５１細長短冊基板体
６０ロッド状三角柱プリズム６１被接合ロッド状三角柱プリズム
７０ロッド状四角柱プリズム９０貼付治具
９１研磨治具
Ｃ１、Ｃ２切断面
Ｐ１、Ｐ２研磨面

Claims

三角柱の基板部材の一面に誘電体多層膜が成膜されたプリズムを製造する方法であって、
前記誘電体多層膜が成膜される成膜面を、その成膜時に作用する応力により歪曲する方向とは逆の方向の凹面又は凸面の曲面形状に形成し、この曲面に前記誘電体多層膜を成膜することにより、前記曲面形状が平面化するように補正することを特徴とするプリズムの製造方法。
誘電体多層膜が成膜されたプリズムを製造するプリズムの製造方法であって、
大型の基板の一面に誘電体多層膜を成膜して基板母材を得る基板母材生成工程と、
前記基板母材の前記誘電体多層膜が成膜されている面とは反対の面から、前記基板をジグザグ状となるように切断して、前記誘電体多層膜が一面に成膜されたロッド状で三角柱の形状であるロッド状三角柱プリズムを複数生成するロッド状三角柱プリズム生成工程と、
前記ロッド状三角柱プリズムの２つの切断面を研磨する切断面研磨工程と、
前記切断面研磨工程において研磨された前記ロッド状三角柱プリズムを、前記誘電体多層膜が成膜されていない前記ロッド状三角柱プリズムと同一形状をした被接合ロッド状三角柱プリズムと接合してロッド状四角柱プリズムを生成するロッド状四角柱プリズム生成工程と、
前記ロッド状四角柱プリズムを長手方向とは垂直方向に等間隔に切断して前記プリズムを生成する細長短冊体プリズム切断ステップと、を有し、
前記基板母材生成工程において、前記大型の基板の前記誘電体多層膜が成膜される面を、前記誘電体多層膜が作用する応力により歪曲する方向とは逆の方向の凹面又は凸面の曲面形状に形成し、
前記曲面形状の曲率は、前記ロッド状三角柱プリズム生成工程において前記基板母材を切断したときに、前記プリズムの誘電体多層膜が成膜されている面を平面化するように補正する曲率であることを特徴とするプリズムの製造方法。
前記大型の基板に形成される前記曲面形状の曲率は、前記ロッド状三角柱プリズム生成工程において切断されたときに、前記誘電体多層膜が成膜されている面が平面化されるような曲率であることを特徴とする請求項２記載のプリズムの製造方法。
前記誘電体多層膜が成膜される面は、球面形状、シリンドリカル形状又はトロイダル形状であることを特徴とする請求項２記載のプリズムの製造方法。
前記ロッド状三角柱プリズム生成工程は、前記基板母材生成工程で生成された前記基板母材を短冊状に切断して細長短冊基板体を生成する短冊状切断工程と、
前記細長短冊基板体の前記誘電体多層膜が成膜されている面とは反対面の２つの稜線を切断してロッド状三角基板を生成する稜線切断工程とからなることを特徴とする請求項２記載のプリズムの製造方法。
三角柱の基板部材の一面に誘電体多層膜が成膜されたプリズムであって、
前記誘電体多層膜が成膜される成膜面を、その成膜時に作用する応力により歪曲する方向とは逆の方向の凹面又は凸面の曲面形状に形成し、この曲面に前記誘電体多層膜を成膜することにより、前記曲面形状が平面化するように補正することを特徴とするプリズム。
請求項１記載のプリズムにおいて、このプリズムは偏光ビームスプリッタとして機能し、
前記偏光ビームスプリッタと、光源と、光検出器とを有することを特徴とする光ピックアップ。
請求項１記載のプリズムにおいて、このプリズムは偏光ビームスプリッタ又はダイクロイックプリズムとして機能し、
色合成を行う前記ダイクロイックプリズムと、前記偏光ビームスプリッタと、偏光方向の変調制御を行う液晶表示素子と、光源とを有することを特徴とする液晶プロジェクタ。