JP2016177031A - 波長板、及び光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】耐熱性に優れた広帯域の１／４無機波長板であって、高い変換効率を示し、入射光の角度による位相差の変動が少ない波長板の提供。
【解決手段】第１の複屈折層２と第２の複屈折層３を光学軸の面内方位角が交差するように積層した波長板であって、第１の複屈折層の複屈折をΔｎ１、膜厚をｔ１、第２の複屈折層の複屈折をΔｎ２、膜厚をｔ２とし、第１、第２の複屈折層の光学軸と入射直線偏光との角度をそれぞれθ１、θ２とし、入射する光の波長範囲中の所定の値をλとしたとき、下記（１）、（２）、（３）、及び（４）式を満たし、且つ第１の複屈折層と第２の複屈折層の少なくともいずれかの複屈折層が斜め蒸着法で形成された斜方蒸着複屈折層波長板である。（１）Δｎ１×ｔ１＝λ／２、（２）１．７≦（Δｎ１×ｔ１）／（Δｎ２×ｔ２）≦２．７、（３）５°≦θ１≦３０°、（４）（２θ１＋３５°）≦θ２≦（２θ１＋５０°）
【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、波長板、及び光学機器に関する。

波長板とは、光に特定の位相差を与える素子であり、最も一般的に使用されているものに１／２波長板と１／４波長板がある。これらの波長板は、数多くの光学機器に搭載されている。
広帯域な波長板を得るため、各種研究がなされており、例えば１／４波長板の広帯域化を目指して、波長板を積層させた各種積層波長板の提案がなされている。例えば、水晶などの無機光学単結晶波長板を３枚貼り合わせた波長板の提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。また、高分子延伸フィルムなどの有機物からなる１／４波長板と１／２波長板を貼り合わせた波長板などの提案がなされている（例えば、特許文献２から４参照）。

しかし、上記特許文献１においては、結晶板の貼り合わせに接着剤が用いられており、長時間の使用により接着剤が劣化するおそれがあり、耐熱性、耐久性に問題がある。また、水晶波長板は、入射光の角度による位相差の変動が大きく、いわゆる角度依存性が悪いという課題があり、最近の光学機器における使用光の角度の広がりに対応しづらいという問題もある。
また、特許文献２から４においては、高分子延伸フィルムは、熱やＵＶ光線に対し劣化しやすく耐久性に問題がある。これは、耐熱耐光性を求められるレーザー光源などの光強度が強い光源を使う機器やプロジェクターに対しては不利である。

一方、斜方蒸着法により形成した複屈折層を積層した波長板の提案もなされている（例えば、特許文献５参照）。
ところで、１／４波長板は、光アイソレーター光学系、セルナモン光学系、光ピックアップ、偏光干渉計、反射型液晶プロジェクターなどに用いられる。このうち、光アイソレーター光学系、偏光干渉計、反射型液晶プロジェクターは、一度１／４波長板を透過した直線偏光をミラー、または液晶パネルなどで反射させ、反射光が再度同じ１／４波長板を透過する。すなわち、１／４波長板を２回通過させることで１／２波長板として機能させ、ある直線偏光を入射させたとき、反射前後で２回通過させた後に９０°回転した直線偏光を得ることを目的としている。しかし、例えば、広帯域１／４波長板として機能するものであっても、２回通過した場合に必ずしも効率よく９０°回転した直線偏光を得られるとは限らない。そこで、光アイソレーター光学系などへの適用も考慮すると、直線偏光が波長板を往復して２回通過したときに、９０°回転した直線偏光が出射される割合が高い波長板、いわゆる変換効率のよい波長板が求められる。

しかし、上記課題を全て満足する波長板は得られておらず、上記特許文献５の波長板も高い変換効率を示すという点では満足のいくものとはいえなかった（後述する実施例において、特許文献５の態様で実験を行った比較例２の結果参照）。また特許文献５は複屈折材料が２種類以上必要になること、さらには各複屈折材料の波長分散と位相差の関係が規定されており、材料の選択性が限定されてしまい、高コスト化が懸念される。
そこで、耐熱性に優れた広帯域の１／４無機波長板であって、かつ、光が波長板を往復して２回通過するときに高い変換効率を示し、入射光の角度による位相差の変動が少ない波長板が求められている。

特許第４５３４７０６号公報 特開平１０−６８８１６号公報 特許第５１９１４４７号公報 特許第４７０８７８７号公報 特開平１１−２３８４０号公報

本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、耐熱性に優れた広帯域の１／４無機波長板であって、かつ、光が波長板を往復して２回通過するときに高い変換効率を示し、入射光の角度による位相差の変動が少ない波長板を提供することを目的とする。

前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
＜１＞ 第１の複屈折層と第２の複屈折層を光学軸の面内方位角が交差するように積層した波長板であって、
前記第１の複屈折層の複屈折をΔｎ１、前記第２の複屈折層の複屈折をΔｎ２とし、
前記第１の複屈折層の膜厚をｔ１、前記第２の複屈折層の膜厚をｔ２とし、
前記第１の複屈折層の光学軸と入射直線偏光との角度をθ１、前記第２の複屈折層の光学軸と入射直線偏光との角度をθ２とし、
入射する光の波長範囲中の所定の値をλとしたとき、
下記（１）、（２）、（３）、及び（４）式を満たし、且つ前記第１の複屈折層と前記第２の複屈折層の少なくともいずれかの複屈折層が斜め蒸着法で形成された斜方蒸着複屈折層であることを特徴とする波長板である。
（１）Δｎ１×ｔ１＝λ／２
（２）１．７≦（Δｎ１×ｔ１）／（Δｎ２×ｔ２）≦２．７
（３）５°≦θ１≦３０°
（４）（２θ１＋３５°）≦θ２≦（２θ１＋５０°）
＜２＞ 前記第１の複屈折層側から前記入射直線偏光が入射される態様で使用される前記＜１＞に記載の波長板である。
＜３＞ 第１の複屈折層と第２の複屈折層を光学軸の面内方位角が交差するように積層した波長板であって、
前記第１の複屈折層の複屈折をΔｎ１、前記第２の複屈折層の複屈折をΔｎ２とし、
前記第１の複屈折層の膜厚をｔ１、前記第２の複屈折層の膜厚をｔ２とし、
前記第１の複屈折層の光学軸と入射直線偏光との角度をθ１、前記第２の複屈折層の光学軸と入射直線偏光との角度をθ２とし、
入射する光の波長範囲中の所定の値をλとしたとき、
下記（８）、（９）、（１０）、及び（１１）式を満たし、且つ前記第１の複屈折層と前記第２の複屈折層の少なくともいずれかの複屈折層が斜め蒸着法で形成された斜方蒸着複屈折層であることを特徴とする波長板である。
（８）Δｎ１×ｔ１＝λ／４
（９）１．５≦（Δｎ２×ｔ２）／（Δｎ１×ｔ１）≦２．６
（１０）５°≦θ２≦３０°
（１１）（２θ２＋３５°）≦θ１≦（２θ２＋５０°）
＜４＞ 前記第２の複屈折層側から前記入射直線偏光が入射される態様で使用される前記＜３＞に記載の波長板である。
＜５＞ 前記入射直線偏光が前記波長板を往復して２回通過したときに、９０°回転した直線偏光が出射される割合を示す変換効率の値が、可視光帯域において８０％以上である前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の波長板である。
＜６＞ 基板上に前記斜方蒸着複屈折層が形成された前記波長板であって、
前記斜方蒸着複屈折層に近似される屈折率楕円体の光学軸が、前記基板に平行である前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の波長板である。
＜７＞ 前記基板の形状が長方形（正方形を含む）であり、
前記第１の複屈折層の光学軸を前記基板に投影した線分と前記基板の１辺とがなす角をφ１、前記第２の複屈折層の光学軸を前記基板に投影した線分と前記基板の１辺とがなす角をφ２としたとき、
下記（５）、及び（６）式を満たす前記＜１＞、＜２＞、＜５＞、及び＜６＞のいずれかに記載の波長板である。
（５）５°≦φ１≦３０°
（６）（２φ１＋３５°）≦φ２≦（２φ１＋５０°）
＜８＞ 前記基板の形状が長方形（正方形を含む）であり、
前記第１の複屈折層の光学軸を前記基板に投影した線分と前記基板の１辺とがなす角をφ１、前記第２の複屈折層の光学軸を前記基板に投影した線分と前記基板の１辺とがなす角をφ２としたとき、
下記（１２）、及び（１３）式を満たす前記＜３＞、＜４＞、＜５＞、及び＜６＞のいずれかに記載の波長板である。
（１２）５°≦φ２≦３０°
（１３）（２φ２＋３５°）≦φ１≦（２φ２＋５０°）
＜９＞ 前記斜方蒸着複屈折層が、蒸着方向の異なる２種の斜め蒸着膜を構成単位とする繰り返し積層構造を含み、且つ各斜め蒸着膜の厚みがλ／４以下である前記＜１＞から＜８＞のいずれかに記載の波長板である。
＜１０＞ 前記第１の複屈折層と前記第２の複屈折層とが同じ材質からなり、その膜厚比が、下記（７）式を満たす前記＜１＞、＜２＞、＜５＞、＜６＞、＜７＞、及び＜９＞のいずれかに記載の波長板である。
（７）１．７≦ｔ１／ｔ２≦２．７
＜１１＞ 前記第１の複屈折層と前記第２の複屈折層とが同じ材質からなり、その膜厚比が、下記（１４）式を満たす前記＜３＞、＜４＞、＜５＞、＜６＞、＜８＞、及び＜９＞のいずれかに記載の波長板である。
（１４）１．５≦ｔ２／ｔ１≦２．６
＜１２＞ 前記複屈折層の複屈折が０．０７以上である前記＜１＞から＜１１＞のいずれかに記載の波長板である。
＜１３＞ 前記斜方蒸着複屈折層を構成する材料が、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｌａ、Ｔａ、及びＡｌのいずれかの酸化物を含む無機材料である前記＜１＞から＜１２＞のいずれかに記載の波長板である。
＜１４＞ 光を出射する光源と、前記＜１＞、＜２＞、＜５＞、＜６＞、＜７＞、＜９＞、＜１０＞、＜１２＞、及び＜１３＞のいずれかに記載の波長板とを有することを特徴とする光学機器である。
＜１５＞ 入射直線偏光が前記波長板を往復して２回通過するよう前記波長板を配置した光学機器であって、前記入射直線偏光が１回目に前記波長板を通過するのが前記第１の複屈折層側であり、２回目に通過するのが前記第２の複屈折層側である、前記＜１４＞に記載の光学機器である。
＜１６＞ 光を出射する光源と、前記＜３＞、＜４＞、＜５＞、＜６＞、＜８＞、＜９＞、＜１１＞、＜１２＞、及び＜１３＞のいずれかに記載の波長板とを有することを特徴とする光学機器である。
＜１７＞ 入射直線偏光が前記波長板を往復して２回通過するよう前記波長板を配置した光学機器であって、前記入射直線偏光が１回目に前記波長板を通過するのが前記第２の複屈折層側であり、２回目に通過するのが前記第１の複屈折層側である、前記＜１６＞に記載の光学機器である。

本発明によれば、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、耐熱性に優れた広帯域の１／４無機波長板であって、かつ、光が波長板を往復して２回通過するときには高い変換効率を示し、入射光の角度による位相差の変動が少ない波長板を提供することができる。

図１Ａは、本発明の波長板の一例の概略構成図である。 図１Ｂは、本発明の波長板の一例の概略構成図である。 図２は、本発明の第１の態様の波長板において、θ２を２θ１＋３０°から２θ１＋５５°まで変化させたときの変換効率の波長依存性を示す図である。 図３は、本発明の第１の態様の波長板において、θ１を０°から３５°まで変化させたときの変換効率の波長依存性を示す図である。 図４は、本発明の第１の態様の波長板において、λ（ｎｍ）を４５０、５００、５５０、６００、６５０としたときの変換効率の波長依存性を示す図である。 図５Ａは、第１の複屈折層を断面からみた走査型電子顕微鏡像（ＳＥＭ像）の一例を示す図である。 図５Ｂは、図５Ａの拡大図である。 図５Ｃは、第１の複屈折層の一例を示す模式図である。 図６は、複屈折層により近似される屈折率楕円体の概略図である。 図７は、Ｔａ_２Ｏ_５の蒸着膜からなる積層構造におけるΔｎの波長依存性を示す図である。 図８Ａは、Ｔａ_２Ｏ_５材料を用いた本発明の第１の態様の波長板において、ｔ１とｔ２の比による変換効率の波長依存性を示す図である。 図８Ｂは、Ｔａ_２Ｏ_５材料を用いた本発明の第１の態様の波長板において、可視光帯域（４５０ｎｍ〜６５０ｎｍ）におけるｔ１とｔ２の比による変換効率の最小値をプロットした図である。 図９Ａは、図８Ａにおけるλの値を変更し、ｔ１とｔ２の比による変換効率の波長依存性を示す図である。 図９Ｂは、図８Ａにおけるλの値を変更し、緑色〜赤色帯域（５２０ｎｍ〜６７０ｎｍ）におけるｔ１とｔ２の比による変換効率の最小値をプロットした図である。 図１０は、ＺｒＯ_２の蒸着膜からなる積層構造におけるΔｎの波長依存性を示す図である。 図１１Ａは、第１の複屈折層をＴａ_２Ｏ_５材料、及び第２の複屈折層をＺｒＯ_２材料とした本発明の第１の態様の波長板において、（Δｎ１×ｔ１）と（Δｎ２×ｔ２）の比による変換効率の波長依存性を示す図である。 図１１Ｂは、第１の複屈折層をＴａ_２Ｏ_５材料、及び第２の複屈折層をＺｒＯ_２材料とした本発明の第１の態様の波長板において、可視光帯域（４５０ｎｍ〜６５０ｎｍ）における（Δｎ１×ｔ１）と（Δｎ２×ｔ２）の比による変換効率の最小値をプロットした図である。 図１２は、蒸着装置の一例を示す概略図である。 図１３は、本発明の第２の態様の波長板において、θ１を２θ２＋３０°から２θ２＋５５°まで変化させたときの変換効率の波長依存性を示す図である。 図１４は、本発明の第２の態様の波長板において、θ２を０°から３５°まで変化させたときの変換効率の波長依存性を示す図である。 図１５は、本発明の第２の態様の波長板において、λ（ｎｍ）を４５０、５００、５５０、６００、６５０としたときの変換効率の波長依存性を示す図である。 図１６Ａは、Ｔａ_２Ｏ_５材料を用いた本発明の第２の態様の波長板において、ｔ１とｔ２の比による変換効率の波長依存性を示す図である。 図１６Ｂは、Ｔａ_２Ｏ_５材料を用いた本発明の第２の態様の波長板において、可視光帯域（４５０ｎｍ〜６５０ｎｍ）におけるｔ１とｔ２の比による変換効率の最小値をプロットした図である。 図１７Ａは、図１６Ａにおけるλの値を変更し、ｔ１とｔ２の比による変換効率の波長依存性を示す図である。 図１７Ｂは、図１６Ａにおけるλの値を変更し、緑色〜赤色帯域（５２０ｎｍ〜６７０ｎｍ）におけるｔ１とｔ２の比による変換効率の最小値をプロットした図である。 図１８Ａは、第１の複屈折層をＴａ_２Ｏ_５材料、及び第２の複屈折層をＺｒＯ_２材料とした本発明の第２の態様の波長板において、（Δｎ１×ｔ１）と（Δｎ２×ｔ２）の比による変換効率の波長依存性を示す図である。 図１８Ｂは、第１の複屈折層をＴａ_２Ｏ_５材料、及び第２の複屈折層をＺｒＯ_２材料とした本発明の第２の態様の波長板において、可視光帯域（４５０ｎｍ〜６５０ｎｍ）における（Δｎ１×ｔ１）と（Δｎ２×ｔ２）の比による変換効率の最小値をプロットした図である。 図１９は、光アイソレーター光学系の一例を示す概略図である。 図２０Ａは、実施例１の波長板の透過率の測定結果を示す図である。 図２０Ｂは、実施例１の波長板の位相差の測定結果を示す図である。 図２１Ａは、実施例１の波長板の変換効率の測定結果を示す図である。 図２１Ｂは、実施例１の波長板に対し、入射直線偏光の入射方向を変えた場合の変換効率の違いを示す図である。 図２２Ａは、比較例１の波長板の透過率の測定結果を示す図である。 図２２Ｂは、比較例１の波長板の位相差の測定結果を示す図である。 図２３は、比較例１の波長板の変換効率の測定結果を示す図である。 図２４は、実施例１の波長板に対し、波長板の角度を変えた時の位相差の測定結果を示す図である。 図２５Ａは、実施例３の波長板の透過率の測定結果を示す図である。 図２５Ｂは、実施例３の波長板の位相差の測定結果を示す図である。 図２６Ａは、実施例３の波長板の変換効率の測定結果を示す図である。 図２６Ｂは、実施例３の波長板に対し、入射直線偏光の入射方向を変えた場合の変換効率の違いを示す図である。 図２７は、実施例３の波長板に対し、波長板の角度を変えた時の位相差の測定結果を示す図である。 図２８は、比較例３の波長板の変換効率の測定結果を示す図である。

（波長板）
本発明の波長板は、広帯域な１／４波長板である。
本発明の波長板は、第１の複屈折層と、第２の複屈折層とを少なくとも有する。これらの複屈折層が基板上に形成されているとよい。更に本発明の波長板は、必要に応じてその他の部材を有する。
第１の複屈折層及び第２の複屈折層に共通して説明する場合には、第１の複屈折層及び第２の複屈折層を区別せず、複屈折層と称することがある。
本発明の波長板の一例の概略構成図を図１Ａ及び図１Ｂに示す。
図１Ａは、平面からみた図であり、図１Ｂは断面からみた図である。図１Ａ中、ａは第１の複屈折層の光学軸を示し、ｂは第２の複屈折層の光学軸を示し、ｃは入射直線偏光方向を示す。図１Ｂ中、１は基板を示し、２は第１の複屈折層を示し、３は第２の複屈折層を示し、Ｘは入射光を示す。
図１Ａで示すように、基板面に対し特定の偏光方向ｃを持つ入射光を入射させる時、ａとｃでなされる角が、第１の複屈折層の光学軸と入射直線偏光との角度θ１を示しており、ｂとｃでなされる角が、第２の複屈折層の光学軸と入射直線偏光との角度θ２を示している。
光学軸とは、その方向に平行に振動する直線偏光を入射したとき、他の方向に比べて屈折率が最大、または最小となる方向軸のことである。本発明において光学軸の方向を記述する際は、屈折率が最大となる方向を光学軸と呼ぶ。

本発明の波長板において、前記第１の複屈折層と前記第２の複屈折層は、前記第１の複屈折層と前記第２の複屈折層の光学軸の面内方位角が交差するように積層されている。
また、本発明の波長板において、前記第１の複屈折層と前記第２の複屈折層の少なくともいずれかの複屈折層は、斜め蒸着法で形成されている。
そして、本発明の波長板は、
前記第１の複屈折層の複屈折をΔｎ１、前記第２の複屈折層の複屈折をΔｎ２とし、
前記第１の複屈折層の膜厚をｔ１、前記第２の複屈折層の膜厚をｔ２とし、
前記第１の複屈折層の光学軸と入射直線偏光との角度をθ１、前記第２の複屈折層の光学軸と入射直線偏光との角度をθ２とし、
入射する光の波長範囲中の所定の値をλとしたとき、
下記（Ａ）第１の態様、又は下記（Ｂ）第２の態様で示されたいずれかの要件を満足するものである。

（Ａ）第１の態様
下記（１）、（２）、（３）、及び（４）式を満足する波長板である。
（１）Δｎ１×ｔ１＝λ／２
（２）１．７≦（Δｎ１×ｔ１）／（Δｎ２×ｔ２）≦２．７
（３）５°≦θ１≦３０°
（４）（２θ１＋３５°）≦θ２≦（２θ１＋５０°）

（Ｂ）第２の態様
下記（８）、（９）、（１０）、及び（１１）式を満足する波長板である。
（８）Δｎ１×ｔ１＝λ／４
（９）１．５≦（Δｎ２×ｔ２）／（Δｎ１×ｔ１）≦２．６
（１０）５°≦θ２≦３０°
（１１）（２θ２＋３５°）≦θ１≦（２θ２＋５０°）

上記（Ａ）第１の態様、又は上記（Ｂ）第２の態様で示された上記要件を満たす本発明の波長板は、耐熱性に優れた広帯域の１／４無機波長板であって、高い変換効率を示し、入射光の角度による位相差の変動が少ない波長板となる。
ここで変換効率とは、前記入射直線偏光が前記波長板を往復して２回通過したときに、９０°回転した直線偏光が出射される割合（％）をいう。
本発明の波長板は、前記変換効率の値が、可視光帯域において８０％以上を示すことができる。
尚、本発明では、第１の態様の波長板、及び第２の態様の波長板に共通して説明する場合や、第１の態様及び第２の態様であることを特に区別する必要がない場合には、第１の態様の波長板、及び第２の態様の波長板のいずれも含むものとして、「波長板」と称することがある。また、下記［（Ａ）第１の態様の波長板］又は［（Ｂ）第２の態様の波長板］の項目で記載しているため、いずれの波長板を対象としているかが明らかな場合も、単に「波長板」と称することがある。
以下、（Ａ）第１の態様、及び（Ｂ）第２の態様で示された要件を満たす波長板について、それぞれの態様に分けて詳しく説明する。

［（Ａ）第１の態様の波長板］
本発明の波長板の第１の態様として、以下の波長板が挙げられる。
第１の複屈折層と第２の複屈折層を光学軸の面内方位角が交差するように積層した波長板であって、
前記第１の複屈折層の複屈折をΔｎ１、前記第２の複屈折層の複屈折をΔｎ２とし、
前記第１の複屈折層の膜厚をｔ１、前記第２の複屈折層の膜厚をｔ２とし、
前記第１の複屈折層の光学軸と入射直線偏光との角度をθ１、前記第２の複屈折層の光学軸と入射直線偏光との角度をθ２とし、
入射する光の波長範囲中の所定の値をλとしたとき、
下記（１）、（２）、（３）、及び（４）式を満たし、且つ前記第１の複屈折層と前記第２の複屈折層の少なくともいずれかの複屈折層が斜め蒸着法で形成された斜方蒸着複屈折層である。
（１）Δｎ１×ｔ１＝λ／２
（２）１．７≦（Δｎ１×ｔ１）／（Δｎ２×ｔ２）≦２．７
（３）５°≦θ１≦３０°
（４）（２θ１＋３５°）≦θ２≦（２θ１＋５０°）
上記第１の態様の波長板は、前記第１の複屈折層側から前記入射直線偏光が入射される態様で使用されるとよい。
以下の各試験により、上記式で規定する値の意義を明らかにする。

［試験例１］
本発明の波長板において、（１）Δｎ１×ｔ１＝λ／２（但し、λ＝５２０ｎｍ）、（２）（Δｎ１×ｔ１）／（Δｎ２×ｔ２）＝２、（３）θ１＝１１．２５°とし、θ２を２θ１＋３０°から２θ１＋５５°まで変化させたときの変換効率の波長依存性を図２に示す。入射光は、基板法線方向から入射される。
図２の結果から、θ２を２θ１＋３５°から２θ１＋５０°の範囲では、可視光帯域において、変換効率が８０％を超えており、広帯域の波長板として機能することがわかる。
尚、一般的な無機波長板である水晶波長板を用いた場合、変換効率は可視光帯域で８０％以上であり、本発明の波長板は、基板の法線方向からの入射において、水晶波長板と同等以上の機能を有することがわかる。

［試験例２］
本発明の波長板において、（１）Δｎ１×ｔ１＝λ／２（但し、λ＝５２０ｎｍ）、（２）（Δｎ１×ｔ１）／（Δｎ２×ｔ２）＝２、（４）θ２＝２θ１＋４５°とし、θ１を０°から３５°まで変化させたときの変換効率の波長依存性を図３に示す。
図３の結果から、θ１が５°から３０°の範囲では、可視光帯域において、変換効率が８０％を超えており、広帯域の波長板として機能することがわかる。

［試験例３］
λと変換効率との関係を示す。
本発明の波長板において、（１）Δｎ１×ｔ１＝λ／２、（２）（Δｎ１×ｔ１）／（Δｎ２×ｔ２）＝２、（３）θ１＝１１．２５°、（４）θ２＝２θ１＋４５°とし、λ（ｎｍ）を４５０、５００、５５０、６００、６５０としたときの変換効率の波長依存性を図４に示す。
図４の結果から、可視光（４５０ｎｍ〜６５０ｎｍ）の全域において良好な変換効率を得るためには、λ＝５００ｎｍ〜６００ｎｍとして、ｔ１、ｔ２を設計することが好ましい。
例えば、λ＝５２０ｎｍとして、Δｎ１＝０．１３であるような複屈折層であれば、ｔ１＝２０００ｎｍとすればよい。例えば、青色〜緑色帯域（４３０ｎｍ〜５８０ｎｍ）や、緑色〜赤色帯域（５２０ｎｍ〜６８０ｎｍ）をより効果的に変換したい場合などは、最適なλを考慮して、ｔ１及びｔ２を設計すればよい。
本発明の波長板の具体的な構成について、さらに以下で説明する。

＜基板＞
前記基板としては、使用帯域の光に対して透過性を有する透明基板であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
透明基板の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ガラス、石英、水晶などが挙げられる。
前記基板の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、長方形（正方形も含む）であることが好ましい。
前記基板の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、基板の反りや変形などを防止する点から、０．１ｍｍ〜３．０ｍｍが好ましく、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍがより好ましい。
前記透明基板の表面は、微細パターンが形成されていてもよい。そうすることにより、前記複屈折層を斜方蒸着により形成した際に、複屈折層に構造複屈折の効果が加味され、複屈折が増大する。

＜第１の複屈折層、第２の複屈折層＞
本発明において、複屈折層とは複屈折機能をもった層をいい、本発明の波長板は、第１の複屈折層と第２の複屈折層を少なくとも有し、これらの複屈折層は、積層されている。
前記第１の複屈折層と前記第２の複屈折層の少なくともいずれかの複屈折層は、斜め蒸着法で形成されている。本発明では、斜め蒸着法で形成された複屈折層を斜方蒸着複屈折層ともいう。
本発明では、前記第１の複屈折層と前記第２の複屈折層の両層を斜め蒸着法で形成するのがより好ましい。
前記斜方蒸着複屈折層は、蒸着方向の異なる２種の斜め蒸着膜を構成単位とする繰り返し積層構造体からなることが好ましい。
さらに各斜め蒸着膜の平均厚みはλ／４以下が好ましく、λ／１０以下がより好ましい。

前記斜方蒸着複屈折層について説明するため、基板上に形成された第１の複屈折層の一例を示す走査型電子顕微鏡像（ＳＥＭ像）、及び模式図を図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃに示す。また、該斜方蒸着複屈折層により近似される屈折率楕円体の概略図を図６に示す。
図５Ａは、第１の斜方蒸着複屈折層を断面からみたＳＥＭ像であり、図５Ｂは、図５Ａの拡大図である。図５Ａ及び図５Ｃ中、１は基板、２は第１の複屈折層を示す。図５Ｃで示すように、斜方蒸着複屈折層は、複数の斜め蒸着膜が積層されてなる。
図６中、１０は斜方蒸着複屈折層により近似される屈折率楕円体、１１は基板法線を示す。

斜め蒸着法により形成される斜方蒸着層は、セルフシャドーイングと呼ばれる効果により、基板面内において蒸着粒子の入射方向に垂直な方向（ｘ方向とする。）の密度が相対的に高く、基板面内において蒸着粒子の入射方向に平行な方向（ｙ方向とする。）の密度が相対的に低くなる。この蒸着膜に対して基板の垂直方向から光を入射すると、膜の密度の粗密差は屈折率の差異となり、複屈折を発現する。ｘ方向の屈折率をＮｘ、ｙ方向の屈折率をＮｙとすると、以下の関係となる。

Ｎｘ＞Ｎｙ

このとき、基材面内に生じる位相差をＲ０とすると、面内位相差Ｒ０は以下の式で表わされる。

Ｒ０＝（Ｎｘ−Ｎｙ）×ｔ

ここで、Ｎｘ−Ｎｙは、一般的に複屈折△ｎと呼ばれる。複屈折△ｎは蒸着される物質の屈折率と、蒸着条件などによって決定される。

面内位相差Ｒ０は、複屈折△ｎと蒸着膜の厚みｔとの積であるため、複屈折△ｎがある程度大きい蒸着膜であれば、膜厚によって位相差を制御することが可能となる。本発明では、蒸着膜厚の制御によって、面内位相差Ｒ０を０ｎｍ＜Ｒ０＜１，０００ｎｍの範囲で設定することができ、１／４波長板にも適用することができる。

本発明の波長板においては、前記複屈折層の複屈折は０．０７以上であることが好ましい。０．０７以上であれば、λ／２の位相差を発生させるために必要な膜厚は、λ＝５５０ｎｍの場合でも４μｍとなり、膜厚の厚膜化を制御できる。これ以上の膜厚であると、透過率の低下や、角度依存性の悪化につながるおそれがある。
複屈折層の複屈折Δｎは、例えば、位相差測定装置（例：大塚電子製ＲＥＴＳ−１００など）を用いて位相差（レターデーション：Ｒｅ）を測定し、Ｒｅの値を複屈折層の膜厚ｔで割ることにより測定できる。
複屈折層の膜厚ｔは、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による複屈折層の断面観察により測定できる。平均厚みは、前記膜厚を１０箇所で測定し、それを算術平均することにより求めることができる。

本発明の波長板における前記複屈折層に近似される屈折率楕円体の光学軸は、図６で示すように、前記基板に平行であるとよい。複屈折層を後述するような斜め蒸着法により２種の斜め蒸着膜を構成単位とする繰り返し多層構造で形成させると、光学軸を基板に平行な方向に調整することができる。この態様の波長板は、後述する光アイソレーター光学系などの光学機器に好適に使用できる。

また、前記基板として長方形（正方形を含む）の基板を使用した場合、前記第１の複屈折層の光学軸を前記基板に投影した線分と前記基板の１辺とがなす角をφ１、前記第２の複屈折層の光学軸を前記基板に投影した線分と前記基板の１辺とがなす角をφ２としたとき、
下記（５）、及び（６）式を満たす波長板であることが好ましい。
（５）５°≦φ１≦３０°
（６）（２φ１＋３５°）≦φ２≦（２φ１＋５０°）
この態様の波長板であれば、後述する光アイソレーター光学系などの光学機器に搭載する際、直線偏光と複屈折層の光学軸を容易にあわせることができる。

＜＜複屈折層の材料＞＞
斜め蒸着法で形成される前記斜方蒸着複屈折層を構成する材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｌａ、Ｔａ、及びＡｌのいずれかの酸化物を含む無機材料が好ましい。
前記斜方蒸着複屈折層を構成する材料は、同じであっても異なっていてもよい。特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、連続での蒸着形成が可能で低コスト化につながるという点で、同じ材料で形成されている方が好ましい。

以下、本発明の波長板の構成において、斜方蒸着複屈折層の材料として、Ｔａ_２Ｏ_５を主成分として用いた場合の各光学特性の測定結果と、ＺｒＯ_２を主成分として用いた場合の各光学特性の測定結果を示す。

［試験例４］
Ｔａ_２Ｏ_５を主成分とする材料を用いて、７ｎｍの蒸着膜を構成単位とする繰り返し積層構造を形成した場合のΔｎの波長依存性を図７に示す。図７で示されるように、例えば、λ＝５２０ｎｍにおいては、Δｎ＝０．１３が得られる。
次にこのＴａ_２Ｏ_５材料を用い、本発明の波長板において、第１の複屈折層と、第２の複屈折層の材質をＴａ_２Ｏ_５とし、λ＝５２０ｎｍとしてｔ１を設計したときの、ｔ１とｔ２の比による変換効率の変化を図８Ａ及びＢに示す。ここで、θ１＝１１．２５°、θ２＝６７．５°とした。図８Ａは、変換効率の波長依存性を示す。また、図８Ｂは、可視光帯域（４５０ｎｍ〜６５０ｎｍ）における変換効率の最小値をプロットしている。図８Ｂより、１．７≦ｔ１／ｔ２≦２．７の範囲で、可視光帯域（４５０ｎｍ〜６５０ｎｍ）で変換効率は８０％以上となり、同波長帯域で機能する良好な広帯域波長板となることがわかる。

［試験例５］
本発明の波長板において、第１の複屈折層と、第２の複屈折層の材質をＴａ_２Ｏ_５とし、λ＝５８５ｎｍとしてｔ１を設計したときの、ｔ１とｔ２の比による変換効率の変化を図９Ａ及び図９Ｂに示す。ここで、θ１＝１１．２５°、θ２＝６７．５°とした。図９Ａは、変換効率の波長依存性を示す。また、図９Ｂは、緑色〜赤色帯域（５２０ｎｍ〜６７０ｎｍ）における変換効率の最小値をプロットしている。図９Ｂより、１．７≦ｔ１／ｔ２≦２．７の範囲で、緑色〜赤色帯域（５２０ｎｍ〜６７０ｎｍ）で変換効率は８０％以上となり、同波長帯域で機能する良好な広帯域波長板となることがわかる。
試験例４や５で示されるように、少なくとも１．７≦ｔ１／ｔ２≦２．７の範囲であれば、所望の波長帯域において広帯域の波長板が得られる。

［試験例６］
前記第１の複屈折層と前記第２の複屈折層を異なる材料とした場合の変換効率の結果を以下に示す。
ＺｒＯ_２を主成分とする材料を用いて、７ｎｍの蒸着膜を構成単位とする繰り返し積層構造を形成した場合のΔｎの波長依存性を図１０に示す。図１０で示されるように、例えば、λ＝５２０ｎｍにおいては、Δｎ＝０．０８が得られる。
前記第１の複屈折層を上述のＴａ_２Ｏ_５を主成分とする材料で、前記第２の複屈折層をＺｒＯ_２を主成分とする材料で形成した。
本発明の波長板において、λ＝５２０ｎｍとしてｔ１を設計したときの、（Δｎ１×ｔ１）と（Δｎ２×ｔ２）の比による変換効率の変化を図１１Ａ及び図１１Ｂに示す。ここで、θ１＝１１．２５°、θ２＝６７．５°とした。図１１Ａは、変換効率の波長依存性を示す。また、図１１Ｂは、可視光帯域（４５０ｎｍ〜６５０ｎｍ）における変換効率の最小値をプロットしている。図１１Ｂより、１．７≦（Δｎ１×ｔ１）／（Δｎ２×ｔ２）≦２．７の範囲で、緑色〜赤色帯域（５２０ｎｍ〜６７０ｎｍ）で変換効率は８０％以上となり、同波長帯域で機能する良好な広帯域波長板となることがわかる。
このように少なくとも１．７≦（Δｎ１×ｔ１）／（Δｎ２×ｔ２）≦２．７の範囲であれば、所望の波長帯域において広帯域の波長板が得られる。

＜その他の層＞
本発明の波長板には、さらに反射防止層や保護層などが設けられていてもよい。
反射防止層は、屈折率の違いにより反射を防止でき、入射光の反射率を低減することができる層であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。該反射防止層は、第１及び第２の複屈折層が設けられたその上の面、および、基板に対し第１及び第２の複屈折層とは反対側の面に設けられる。必要に応じて、膜界面での反射を防止するために基板と第１複屈折層との間や、第１複屈折層と第２複屈折層の間に設けても構わない。目的に応じて適宜選択される。
保護層は、耐湿性を向上させることができる層であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
これら反射防止層や保護層は、スパッタ法や正面蒸着法により成膜することができる。

＜本発明の波長板の他の態様＞
本発明では、前記第１の複屈折層と前記第２の複屈折層の両層を斜め蒸着法で形成するのがより好ましい態様ではあるが、前記第１の複屈折層と前記第２の複屈折層のいずれかを斜め蒸着法で形成し、もう一方の層を例えば、水晶などの単結晶からなる層で構成させてもよい。
例えば、第１の複屈折層を水晶からなる無機単結晶波長板とし、上述した斜め蒸着法による複屈折層を第２の複屈折層として本発明の波長板を形成させることもできる。

＜製造方法＞
前記複屈折層は、例えば、斜め蒸着（斜方蒸着）により形成できる。
斜め蒸着においては、高屈折率材料の粒子が透明基板に対して斜め方向から入射される。高屈折率材料としては、例えば、Ｔａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、Ａ１_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＺｒＯ、Ｎｂ_２Ｏ_５などの酸化物、又はこれらを組み合わせたものを用いることができる。Ｔａ_２Ｏ_５を主成分とする材料が好ましく用いられる。

図１２は、蒸着装置の一例を示す概略図である。
この蒸着装置は、基板２０を保持する基板ステージ２１と、基板ステージ２１を回転させるステッピングモータ２２と、回転位置を検出するセンサ２３と、回転位置に基づいてステッピングモータ２２を制御するコントローラ２４とを備える。図１２中、２５は蒸着方向を示す。この蒸着装置は、１つの蒸着源を備え、１層毎に基板ステージ２１を１８０°回転させることにより、ごく薄い蒸着膜を積層させることが可能となっている。

以下、本発明の波長板の製造方法を具体的に説明する。
基板に対して、斜め蒸着法によりごく薄い第１層目の蒸着膜を形成する。次に、基板面内方向に対して１８０度反対の蒸着角度から蒸着し、第２層目の蒸着膜を形成する。このとき、第１層目と第２層目の膜厚を同じものとする。また、各蒸着膜の厚みは、波長板として使用する光の波長より十分小さい厚みとする。例えば、上述したようにλ／４以下、あるいはより好ましくはλ／１０以下とする。このプロセスを第ｎ層まで繰り返し、必要な位相差が得られる膜厚まで蒸着を行い、所望の位相差を有する積層構造とする。これを第１の複屈折層とする。
図５Ａ及び図５Ｂは、以上のような方法で得られた第１の複屈折層のＳＥＭ像である。また、該第１の複屈折層により近似される屈折率楕円体の概略図を図６に示す。該第１の複屈折層は、基板面内に平行な方向と垂直な方向に光学軸を有する。
斜め蒸着法によって形成された複屈折層は、蒸着方向の異なる２種の斜め蒸着膜を構成単位とする繰り返し多層構造からなっているため、このような構造からなる複屈折層は、該複屈折層にて近似される屈折率楕円体の光学軸を基板に平行な方向に容易に調整することができる。

次に、第１の複屈折層上に、斜め蒸着法によりごく薄い第ｎ＋１層目の蒸着膜を形成する。さらに、基板面内方向に対して１８０度反対の蒸着角度から蒸着し、第ｎ＋２層目の蒸着膜を形成する。このとき、第ｎ＋１層目と第ｎ＋２層目の膜厚を同じものとする。また、各蒸着膜の厚みは、波長板として使用する光の波長より十分小さい厚みとする。例えば、上述したようにλ／４以下、あるいはより好ましくはλ／１０以下とする。このプロセスを繰り返し、必要な位相差が得られる膜厚まで蒸着を行い、所望の位相差を有する積層構造とする。これを第２の複屈折層とする。
例えば、上述した第１の複屈折層、及び第２の複屈折層の形成に当たり、第１の複屈折層を形成するときの蒸着方向を、該蒸着方向を基板面内に投影した線分と入射する直線偏光の間の角度θ１が、５°〜３０°となるように蒸着方向を設定する。また、第２の複屈折層を形成するときの蒸着方向を、該蒸着方向を基板面内に投影した線分と入射する直線偏光の間の角度θ２が、２θ１＋３５°〜２θ１＋５０°となるように蒸着方向を設定する。
上記のように蒸着方向を設定し、第１の複屈折層、及び第２の複屈折層を成膜すると、上記（３）及び（４）式を満たす第１の複屈折層、及び第２の複屈折層が成膜できる。

斜方蒸着の後には、色抜き、及び柱状組織間に吸着している水分を蒸発させるためにアニール処理を行うことが好ましい。柱状組織間に水分が付着していると、蒸着膜の屈折率が変化し、特性が大きく変わってしまうことがある。このため、アニール処理は水分が蒸発する１００℃以上が好ましい。また、温度を上げすぎると、柱状組織同士が成長しコラム状となり、複屈折の低下、透過率の低下などが起こるため、３００℃以下であることが好ましい。

［（Ｂ）第２の態様の波長板］
次に第２の態様の波長板について説明する。以下の説明では、上述した第１の態様の波長板と異なる点を中心に記載する。
本発明の第２の態様の波長板として、以下の波長板が挙げられる。
第１の複屈折層と第２の複屈折層を光学軸の面内方位角が交差するように積層した波長板であって、
前記第１の複屈折層の複屈折をΔｎ１、前記第２の複屈折層の複屈折をΔｎ２とし、
前記第１の複屈折層の膜厚をｔ１、前記第２の複屈折層の膜厚をｔ２とし、
前記第１の複屈折層の光学軸と入射直線偏光との角度をθ１、前記第２の複屈折層の光学軸と入射直線偏光との角度をθ２とし、
入射する光の波長範囲中の所定の値をλとしたとき、
下記（８）、（９）、（１０）、及び（１１）式を満たし、且つ前記第１の複屈折層と前記第２の複屈折層の少なくともいずれかの複屈折層が斜め蒸着法で形成された斜方蒸着複屈折層である。
（８）Δｎ１×ｔ１＝λ／４
（９）１．５≦（Δｎ２×ｔ２）／（Δｎ１×ｔ１）≦２．６
（１０）５°≦θ２≦３０°
（１１）（２θ２＋３５°）≦θ１≦（２θ２＋５０°）
上記第２の態様の波長板は、前記第２の複屈折層側から前記入射直線偏光が入射される態様で使用されるとよい。
以下の各試験により、上記式で規定する値の意義を明らかにする。

［試験例７］
本発明の波長板において、（１）Δｎ１×ｔ１＝λ／４（但し、λ＝５２０ｎｍ）、（２）（Δｎ２×ｔ２）／（Δｎ１×ｔ１）＝２、（３）θ２＝１１．２５°とし、θ１を２θ２＋３０°から２θ２＋５５°まで変化させたときの変換効率の波長依存性を図１３に示す。入射光は、基板法線方向から入射される。
図１３の結果から、θ１を２θ２＋３５°から２θ２＋５０°の範囲では、可視光帯域において、変換効率が８０％を超えており、広帯域の波長板として機能することがわかる。
尚、一般的な無機波長板である水晶波長板を用いた場合、変換効率は可視光帯域で８０％以上であり、本発明の波長板は、基板の法線方向からの入射において、水晶波長板と同等以上の機能を有することがわかる。

［試験例８］
本発明の波長板において、（１）Δｎ１×ｔ１＝λ／４（但し、λ＝５２０ｎｍ）、（２）（Δｎ２×ｔ２）／（Δｎ１×ｔ１）＝２、（４）θ１＝２θ２＋４５°とし、θ２を０°から３５°まで変化させたときの変換効率の波長依存性を図１４に示す。
図１４の結果から、θ２が５°から３０°の範囲では、可視光帯域において、変換効率が８０％を超えており、広帯域の波長板として機能することがわかる。

［試験例９］
λと変換効率との関係を示す。
本発明の波長板において、（１）Δｎ１×ｔ１＝λ／４、（２）（Δｎ２×ｔ２）／（Δｎ１×ｔ１）＝２、（３）θ２＝１１．２５°、（４）θ１＝２θ２＋４５°とし、λ（ｎｍ）を４５０、５００、５５０、６００、６５０としたときの変換効率の波長依存性を図１５に示す。
図１５の結果から、可視光（４５０ｎｍ〜６５０ｎｍ）の全域において良好な変換効率を得るためには、λ＝５００ｎｍ〜６００ｎｍとして、ｔ１、ｔ２を設計することが好ましい。
例えば、λ＝５２０ｎｍとして、Δｎ１＝０．１３であるような複屈折層であれば、ｔ１＝２０００ｎｍとすればよい。例えば、青色〜緑色帯域（４３０ｎｍ〜５８０ｎｍ）や、緑色〜赤色帯域（５２０ｎｍ〜６８０ｎｍ）をより効果的に変換したい場合などは、最適なλを考慮して、ｔ１及びｔ２を設計すればよい。

本発明の波長板の具体的な構成としては、上述した＜基板＞、＜第１の複屈折層、第２の複屈折層＞の項目で説明したとおりである。
また、前記基板として長方形（正方形を含む）の基板を使用した場合、前記第１の複屈折層の光学軸を前記基板に投影した線分と前記基板の１辺とがなす角をφ１、前記第２の複屈折層の光学軸を前記基板に投影した線分と前記基板の１辺とがなす角をφ２としたとき、
下記（１２）、及び（１３）式を満たす波長板であることが好ましい。
（１２）５°≦φ２≦３０°
（１３）（２φ２＋３５°）≦φ１≦（２φ２＋５０°）
この態様の波長板であれば、後述する光アイソレーター光学系などの光学機器に搭載する際、直線偏光と複屈折層の光学軸を容易にあわせることができる。

本発明の波長板として使用できる複屈折層の材料としては、上述した＜＜複屈折層の材料＞＞の項目で説明したとおりである。

以下、本発明の波長板の構成において、斜方蒸着複屈折層の材料として、Ｔａ_２Ｏ_５を主成分として用いた場合の各光学特性の測定結果と、ＺｒＯ_２を主成分として用いた場合の各光学特性の測定結果を示す。

［試験例１０］
Ｔａ_２Ｏ_５の蒸着膜からなる積層構造を形成した場合のΔｎの波長依存性については、すでに上述したとおりである（図７の結果参照）。
このＴａ_２Ｏ_５材料を用い、本発明の波長板において、第１の複屈折層と、第２の複屈折層の材質をＴａ_２Ｏ_５とし、λ＝５２０ｎｍとしてｔ１を設計したときの、ｔ１とｔ２の比による変換効率の変化を図１６Ａ及びＢに示す。ここで、θ１＝６７．５°、θ２＝１１．２５°とした。図１６Ａは、変換効率の波長依存性を示す。また、図１６Ｂは、可視光帯域（４５０ｎｍ〜６５０ｎｍ）における変換効率の最小値をプロットしている。図１６Ｂより、１．５≦ｔ２／ｔ１≦２．６の範囲で、可視光帯域（４５０ｎｍ〜６５０ｎｍ）で変換効率は８０％以上となり、同波長帯域で機能する良好な広帯域波長板となることがわかる。

［試験例１１］
本発明の波長板において、第１の複屈折層と、第２の複屈折層の材質をＴａ_２Ｏ_５とし、λ＝５８５ｎｍとしてｔ１を設計したときの、ｔ１とｔ２の比による変換効率の変化を図１７Ａ及び図１７Ｂに示す。ここで、θ１＝６７．５°、θ２＝１１．２５°とした。図１７Ａは、変換効率の波長依存性を示す。また、図１７Ｂは、緑色〜赤色帯域（５２０ｎｍ〜６７０ｎｍ）における変換効率の最小値をプロットしている。図１７Ｂより、１．５≦ｔ２／ｔ１≦２．６の範囲で、緑色〜赤色帯域（５２０ｎｍ〜６７０ｎｍ）で変換効率は８０％以上となり、同波長帯域で機能する良好な広帯域波長板となることがわかる。
試験例１０や１１で示されるように、少なくとも１．５≦ｔ２／ｔ１≦２．６の範囲であれば、所望の波長帯域において広帯域の波長板が得られる。

［試験例１２］
前記第１の複屈折層と前記第２の複屈折層を異なる材料とした場合の変換効率の結果を以下に示す。
ＺｒＯ_２の蒸着膜からなる積層構造を形成した場合のΔｎの波長依存性については、すでに上述したとおりである（図１０の結果参照）。
前記第１の複屈折層を上述のＴａ_２Ｏ_５を主成分とする材料で、前記第２の複屈折層をＺｒＯ_２を主成分とする材料で形成した。
本発明の波長板において、λ＝５２０ｎｍとしてｔ１を設計したときの、（Δｎ１×ｔ１）と（Δｎ２×ｔ２）の比による変換効率の変化を図１８Ａ及び図１８Ｂに示す。ここで、θ１＝６７．５°、θ２＝１１．２５°とした。図１８Ａは、変換効率の波長依存性を示す。また、図１８Ｂは、可視光帯域（４５０ｎｍ〜６５０ｎｍ）における変換効率の最小値をプロットしている。図１８Ｂより、１．５≦（Δｎ２×ｔ２）／（Δｎ１×ｔ１）≦２．６の範囲で、緑色〜赤色帯域（５２０ｎｍ〜６７０ｎｍ）で変換効率は８０％以上となり、同波長帯域で機能する良好な広帯域波長板となることがわかる。
このように少なくとも１．５≦（Δｎ２×ｔ２）／（Δｎ１×ｔ１）≦２．６の範囲であれば、所望の波長帯域において広帯域の波長板が得られる。

本発明の第２の態様の波長板においても、上述した＜その他の層＞、＜本発明の波長板の他の態様＞、＜製造方法＞の項目で説明した内容を適用することができる。

（光学機器）
本発明の光学機器は、光源と、本発明の波長板とを少なくとも有し、更に必要に応じて、その他の部材を有する。

＜光源＞
前記光源としては、光を出射する部材であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、白色光を出射する超高圧水銀ランプなどが挙げられる。
光学機器の一例として光アイソレーター光学系について、以下説明する。

＜光アイソレーター光学系＞
光アイソレーター光学系の一例の概略図を図１９に示す。図１９中、３１は光源、３２は偏光フィルター、３３は本発明の波長板、３４はミラー、３５は位相差検出器を示す。
係る光アイソレーター光学系において、入射偏光は、前記波長板を往復して２回通過する態様で使用される。
その際、第１の態様の波長板を使用する場合には、入射偏光は、第２の複屈折層側からではなく、第１の複屈折層側から入射されるように波長板を配置するのが好ましい。
一方、第２の態様の波長板を使用する場合には、入射偏光は、第１の複屈折層側からではなく、第２の複屈折層側から入射されるように波長板を配置するのが好ましい。

また上述したように、光アイソレーター光学系に搭載させる波長板が、複屈折層に近似される屈折率楕円体の光学軸が基板に平行な複屈折層を有する波長板であると、角度を有する入射光に対して左右対称の光学特性を容易に得ることができるため好ましい。

さらにまた、光アイソレーター光学系に搭載させる波長板が、長方形（正方形を含む）の基板を使用するものであり、前記第１の複屈折層の光学軸を前記基板に投影した線分と前記基板の１辺とがなす角をφ１、前記第２の複屈折層の光学軸を前記基板に投影した線分と前記基板の１辺とがなす角をφ２としたとき、
（Ａ）第１の態様の波長板であれば、
下記（５）、及び（６）式を満たす波長板であると好ましく、
（５）５°≦φ１≦３０°
（６）（２φ１＋３５°）≦φ２≦（２φ１＋５０°）
（Ｂ）第２の態様の波長板であれば、
下記（１２）、及び（１３）式を満たす波長板であると好ましい。
（１２）５°≦φ２≦３０°
（１３）（２φ２＋３５°）≦φ１≦（２φ２＋５０°）
なぜなら、通常１／４波長板に入射される直線偏光は、基板の１辺と平行であることが多いため、上記（５）及び（６）式を満たす波長板であるか、又は上記（１２）及び（１３）式を満たす波長板であると、直線偏光と複屈折層の光学軸を容易にあわせることができるからである。

以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。

（実施例１）
ガラス基板上に、Ｔａ_２Ｏ_５を主成分とした蒸着材料を、（ａ）基板法線方向に対して蒸着源が７０°になるように斜め蒸着を行い、第１の蒸着膜を形成した。（ｂ）次に、基板面内方向に対して１８０°反対の方向から、蒸着角度を同様に７０°として斜め蒸着を行い、第２の蒸着膜を形成した。（ａ）と（ｂ）のプロセスを交互に繰り返し、多層構造の第１の複屈折層を形成した。第１の複屈折層は１８４８ｎｍ（２６４層）となるような膜厚とした。このとき、蒸着方向を基板面内に投影した線分と入射される直線偏光の角度が１２°となるように蒸着方向と基板の方向を調整し成膜した。基板の辺に対して１２°となるように成膜し、基板面に対し平行な直線偏光を入射することで、第１の複屈折層におけるθ１を１２°とした。
次に、第１の複屈折層を形成した蒸着方向に対して、基板面内で５７°基板を回転させ、その方向（入射直線偏光に対しては、６９°の方向）で斜め蒸着を行ない、第２６５層目の蒸着膜を形成した。次に、基板面内方向に対して１８０°反対の方向から、同様に斜め蒸着を行い、第２６６層目の蒸着膜を形成した。このプロセスを交互に繰り返し、多層構造の第２の複屈折層を形成した。第２の複屈折層は９２４ｎｍ（１３２層）となるような膜厚とした。基板の辺に対して６９°となるように成膜し、基板面に対し平行な直線偏光を入射することで、第２の複屈折層におけるθ２を６９°とした。
複屈折層形成後、色抜き、及び柱状組織間に吸着している水分を蒸発させるために２００℃でのアニール処理を行った。
その後、第２の複屈折層上、および基板の裏面（基板に対し複屈折層とは反対側）に、反射防止膜を成膜した。

以上のようにして作製した波長板の透過率及び位相差の測定結果を図２０Ａ及び図２０Ｂに示す。位相差の測定結果には、ゼロオーダーの水晶波長板で形成した１／４波長板の特性も併せて示した。本発明の波長板は、広帯域で１／４波長回転した出射光が得られていることがわかる。
さらに、図１９で示した光アイソレーター光学系において、入射直線偏光が第１の複屈折層側から入射するように配置し、前記入射直線偏光が前記波長板を往復して２回通過したときの９０°回転した直線偏光が出射される割合である変換効率の測定結果を図２１Ａに示した。
ここで、変換効率の測定は、大塚電子株式会社製のＲＥＴＳ−１００で行った。
この結果から、本発明の波長板は、可視光全域において、９０％以上の良好な変換効率を示すことがわかる。
図１９の光アイソレーター光学系において、入射直線偏光を第１の複屈折層側、及び第２の複屈折層側から入射させるよう配置し、それぞれの場合における変換効率の測定結果を図２１Ｂに示した。
この結果から、第２の複屈折層側から入射した場合、変換効率は大幅に低下することがわかった。第１の複屈折層側から入射させることで、良好な変換機能が発揮される。

（比較例１）
ガラス基板上に、Ｔａ_２Ｏ_５を主成分とした蒸着材料を、（ａ）基板法線方向に対して蒸着源が７０°になるように斜め蒸着を行い、第１の蒸着膜を形成した。（ｂ）次に、基板面内方向に対して１８０°反対の方向から、蒸着角度を同様に７０°として斜め蒸着を行い、第２の蒸着膜を形成した。（ａ）と（ｂ）のプロセスを交互に繰り返し、多層構造の第１の複屈折層を形成した。第１の複屈折層は１８４８ｎｍ（２６４層）となるような膜厚とした。このとき、蒸着方向を基板面内に投影した線分と入射される直線偏光の角度が７６°となるように蒸着方向と基板の方向を調整し成膜した。基板の辺に対して７６°となるように成膜し、基板面に対し平行な直線偏光を入射することで、第１の複屈折層におけるθ１を７６°とした。
次に、第１の複屈折層を形成した蒸着方向に対して、基板面内で−３１°基板を回転させその方向（入射直線偏光に対しては、４５°の方向）で斜め蒸着を行ない、第２６５層目の蒸着膜を形成した。次に、基板面内方向に対して１８０°反対の方向から、同様に斜め蒸着を行い、第２６６層目の蒸着膜を形成した。このプロセスを交互に繰り返し、多層構造の第２の複屈折層を形成した。第２の複屈折層は９２４ｎｍ（１３２層）となるような膜厚とした。基板の辺に対して４５°となるように成膜し、基板面に対し平行な直線偏光を入射することで、第２の複屈折層におけるθ２を４５°とした。
複屈折層形成後、色抜き、及び柱状組織間に吸着している水分を蒸発させるために２００℃でのアニール処理を行った。
その後、第２の複屈折層上、および基板の裏面（基板に対し複屈折層とは反対側）に、反射防止膜を成膜した。

以上のようにして作製した波長板の透過率及び位相差の測定結果を図２２Ａ及び図２２Ｂに示す。位相差の測定結果には、実施例１の波長板の特性も併せて示した。実施例、比較例とも広帯域で１／４波長回転した出射光が得られていることがわかる。
一方、図１９で示した光アイソレーター光学系において、入射直線偏光が第１の複屈折層側から入射するように配置し、前記入射直線偏光が前記波長板を往復して２回通過したときの９０°回転した直線偏光が出射される割合である変換効率の測定結果を図２３に示した。この結果から、実施例１が、大幅に広帯域化した波長板特性が得られていることに対して、比較例１では、変換効率が著しく低下していることがわかる。

上記のように、広帯域１／４波長板であっても、入射直線偏光が波長板を往復して２回通過した場合に必ずしも効率よく９０°回転した直線偏光を得られるとは限らない。しかし、実施例１で示す態様で使用した本発明の波長板は、広帯域の１／４無機波長板であり、且つ高い変換効率を示すものとなる。

（実施例２）
実施例１の波長板に対し、λ＝５５０ｎｍとし、波長板の角度を変えた時の出射される光の位相差を測定し、該波長板の角度依存性を図２４に示した。水晶製の１／４波長板の結果も併せて示した。この結果から、水晶波長板は、角度が大きいほど位相差が低下していくのに対して、実施例１の波長板は角度が大きくても位相差の変動が小さく、広がりを有する入射光に対しても有効に機能することがわかる。

（実施例３）
ガラス基板上に、Ｔａ_２Ｏ_５を主成分とした蒸着材料を、（ａ）基板法線方向に対して蒸着源が７０°になるように斜め蒸着を行い、第１の蒸着膜を形成した。（ｂ）次に、基板面内方向に対して１８０°反対の方向から、蒸着角度を同様に７０°として斜め蒸着を行い、第２の蒸着膜を形成した。（ａ）と（ｂ）のプロセスを交互に繰り返し、多層構造の第１の複屈折層を形成した。第１の複屈折層は９２４ｎｍ（１３２層）となるような膜厚とした。このとき、蒸着方向を基板面内に投影した線分と入射される直線偏光の角度が６８°となるように蒸着方向と基板の方向を調整し成膜した。基板の辺に対して６８°となるように成膜し、基板面に対し平行な直線偏光を入射することで、第１の複屈折層におけるθ１を６８°とした。
次に、第１の複屈折層を形成した蒸着方向に対して、基板面内で−５６°基板を回転させ、その方向（入射直線偏光に対しては、１２°の方向）で斜め蒸着を行ない、第１３３層目の蒸着膜を形成した。次に、基板面内方向に対して１８０°反対の方向から、同様に斜め蒸着を行い、第１３４層目の蒸着膜を形成した。このプロセスを交互に繰り返し、多層構造の第２の複屈折層を形成した。第２の複屈折層は１８４８ｎｍ（２６４層）となるような膜厚とした。基板の辺に対して１２°となるように成膜し、基板面に対し平行な直線偏光を入射することで、第２の複屈折層におけるθ２を１２°とした。
複屈折層形成後、色抜き、及び柱状組織間に吸着している水分を蒸発させるために２００℃でのアニール処理を行った。
その後、第２の複屈折層上、および基板の裏面（基板に対し複屈折層とは反対側）に、反射防止膜を成膜した。

以上のようにして作製した波長板の透過率及び位相差の測定結果を図２５Ａ及び図２５Ｂに示す。位相差の測定結果には、ゼロオーダーの水晶波長板で形成した１／４波長板の特性も併せて示した。本発明の波長板は、広帯域で１／４波長回転した出射光が得られていることがわかる。
さらに、図１９で示した光アイソレーター光学系において、入射直線偏光が第２の複屈折層側から入射するように配置し、前記入射直線偏光が前記波長板を往復して２回通過したときの９０°回転した直線偏光が出射される割合である変換効率の測定結果を図２６Ａに示した。
ここで、変換効率の測定は、大塚電子株式会社製のＲＥＴＳ−１００で行った。
この結果から、本発明の波長板は、可視光全域において、９０％以上の良好な変換効率を示すことがわかる。
図１９の光アイソレーター光学系において、入射直線偏光を第２の複屈折層側、及び第１の複屈折層側から入射させるよう配置し、それぞれの場合における変換効率の測定結果を図２６Ｂに示した。
この結果から、第１の複屈折層側から入射した場合、変換効率は大幅に低下することがわかった。第２の複屈折層側から入射させることで、良好な変換機能が発揮される。

（実施例４）
実施例３の波長板に対し、λ＝５５０ｎｍとし、波長板の角度を変えた時の出射される光の位相差を測定し、該波長板の角度依存性を図２７に示した。水晶製の１／４波長板の結果も併せて示した。この結果から、水晶波長板は、角度が大きいほど位相差が低下していくのに対して、実施例３の波長板は角度が大きくても位相差の変動が小さく、広がりを有する入射光に対しても有効に機能することがわかる。

（比較例２）
ガラス基板上に、Ｔａ_２Ｏ_５を主成分とした蒸着材料を、（ａ）基板法線方向に対して蒸着源が７０°になるように斜め蒸着を行い、第１の蒸着膜を形成した。（ｂ）次に、基板面内方向に対して１８０°反対の方向から、蒸着角度を同様に７０°として斜め蒸着を行い、第２の蒸着膜を形成した。（ａ）と（ｂ）のプロセスを交互に繰り返し、多層構造の第１の複屈折層を形成した。第１の複屈折層は９２４ｎｍ（１３２層）となるような膜厚とした。このとき、蒸着方向を基板面内に投影した線分と入射される直線偏光の角度が４５°となるように蒸着方向と基板の方向を調整し成膜した。次に、第１の複屈折層を形成した蒸着方向に対して、基板面内で９０°基板を回転させ、その方向でＺｒＯ_２を主成分とした蒸着材料を、斜め蒸着を行ない、第１３３層目の蒸着膜を形成した。次に、基板面内方向に対して１８０°反対の方向から、同様に斜め蒸着を行い、第１３４層目の蒸着膜を形成した。このプロセスを交互に繰り返し、多層構造の第２の複屈折層を形成した。第２の複屈折層は３５２８ｎｍ（５０４層）となるような膜厚とした。
複屈折層形成後、色抜き、及び柱状組織間に吸着している水分を蒸発させるために２００℃でのアニール処理を行った。
その後、第２の複屈折層上、および基板の裏面（基板に対し複屈折層とは反対側）に、反射防止膜を成膜した。
以上のようにして作製した波長板について、図１９で示した光アイソレーター光学系において、入射直線偏光が第１の複屈折層側から入射するように配置し、前記入射直線偏光が前記波長板を往復して２回通過したときの９０°回転した直線偏光が出射される割合である変換効率の測定結果を図２８に示した。また、比較のため実施例１、及び３の変換効率の測定結果を示した。
この結果から、比較例２のような膜構成においては、５００ｎｍ以下で変換効率が８０％以下に低下してしまい、十分な広帯域性を有しているとはいえない。

以上のように、上記実施例の結果から、本発明の波長板は、耐熱性に優れた広帯域の１／４無機波長板であって、高い変換効率を示し、入射光の角度による位相差の変動が少ない波長板であることが確認できた。

ａ 第１の複屈折層の光学軸
ｂ 第２の複屈折層の光学軸
ｃ 入射直線偏光方向
１ 基板
２ 第１の複屈折層
３ 第２の複屈折層
Ｘ 入射光
１０ 屈折率楕円体
１１ 基板法線
２０ 基板
２１ 基板ステージ
２２ ステッピングモータ
２３ センサ
２４ コントローラ
２５ 蒸着方向
３１ 光源
３２ 偏光フィルター
３３ 波長板
３４ ミラー
３５ 位相差検出器

Claims (17)

1. 第１の複屈折層と第２の複屈折層を光学軸の面内方位角が交差するように積層した波長板であって、
   前記第１の複屈折層の複屈折をΔｎ１、前記第２の複屈折層の複屈折をΔｎ２とし、
   前記第１の複屈折層の膜厚をｔ１、前記第２の複屈折層の膜厚をｔ２とし、
   前記第１の複屈折層の光学軸と入射直線偏光との角度をθ１、前記第２の複屈折層の光学軸と入射直線偏光との角度をθ２とし、
   入射する光の波長範囲中の所定の値をλとしたとき、
   下記（１）、（２）、（３）、及び（４）式を満たし、且つ前記第１の複屈折層と前記第２の複屈折層の少なくともいずれかの複屈折層が斜め蒸着法で形成された斜方蒸着複屈折層であることを特徴とする波長板。
   （１）Δｎ１×ｔ１＝λ／２
   （２）１．７≦（Δｎ１×ｔ１）／（Δｎ２×ｔ２）≦２．７
   （３）５°≦θ１≦３０°
   （４）（２θ１＋３５°）≦θ２≦（２θ１＋５０°）
2. 前記第１の複屈折層側から前記入射直線偏光が入射される態様で使用される請求項１に記載の波長板。
3. 第１の複屈折層と第２の複屈折層を光学軸の面内方位角が交差するように積層した波長板であって、
   前記第１の複屈折層の複屈折をΔｎ１、前記第２の複屈折層の複屈折をΔｎ２とし、
   前記第１の複屈折層の膜厚をｔ１、前記第２の複屈折層の膜厚をｔ２とし、
   前記第１の複屈折層の光学軸と入射直線偏光との角度をθ１、前記第２の複屈折層の光学軸と入射直線偏光との角度をθ２とし、
   入射する光の波長範囲中の所定の値をλとしたとき、
   下記（８）、（９）、（１０）、及び（１１）式を満たし、且つ前記第１の複屈折層と前記第２の複屈折層の少なくともいずれかの複屈折層が斜め蒸着法で形成された斜方蒸着複屈折層であることを特徴とする波長板。
   （８）Δｎ１×ｔ１＝λ／４
   （９）１．５≦（Δｎ２×ｔ２）／（Δｎ１×ｔ１）≦２．６
   （１０）５°≦θ２≦３０°
   （１１）（２θ２＋３５°）≦θ１≦（２θ２＋５０°）
4. 前記第２の複屈折層側から前記入射直線偏光が入射される態様で使用される請求項３に記載の波長板。
5. 前記入射直線偏光が前記波長板を往復して２回通過したときに、９０°回転した直線偏光が出射される割合を示す変換効率の値が、可視光帯域において８０％以上である請求項１から４のいずれかに記載の波長板。
6. 基板上に前記斜方蒸着複屈折層が形成された前記波長板であって、
   前記斜方蒸着複屈折層に近似される屈折率楕円体の光学軸が、前記基板に平行である請求項１から５のいずれかに記載の波長板。
7. 前記基板の形状が長方形（正方形を含む）であり、
   前記第１の複屈折層の光学軸を前記基板に投影した線分と前記基板の１辺とがなす角をφ１、前記第２の複屈折層の光学軸を前記基板に投影した線分と前記基板の１辺とがなす角をφ２としたとき、
   下記（５）、及び（６）式を満たす請求項１、２、５、及び６のいずれかに記載の波長板。
   （５）５°≦φ１≦３０°
   （６）（２φ１＋３５°）≦φ２≦（２φ１＋５０°）
8. 前記基板の形状が長方形（正方形を含む）であり、
   前記第１の複屈折層の光学軸を前記基板に投影した線分と前記基板の１辺とがなす角をφ１、前記第２の複屈折層の光学軸を前記基板に投影した線分と前記基板の１辺とがなす角をφ２としたとき、
   下記（１２）、及び（１３）式を満たす請求項３、４、５、及び６のいずれかに記載の波長板。
   （１２）５°≦φ２≦３０°
   （１３）（２φ２＋３５°）≦φ１≦（２φ２＋５０°）
9. 前記斜方蒸着複屈折層が、蒸着方向の異なる２種の斜め蒸着膜を構成単位とする繰り返し積層構造を含み、且つ各斜め蒸着膜の厚みがλ／４以下である請求項１から８のいずれかに記載の波長板。
10. 前記第１の複屈折層と前記第２の複屈折層とが同じ材質からなり、その膜厚比が、下記（７）式を満たす請求項１、２、５、６、７、及び９のいずれかに記載の波長板。
    （７）１．７≦ｔ１／ｔ２≦２．７
11. 前記第１の複屈折層と前記第２の複屈折層とが同じ材質からなり、その膜厚比が、下記（１４）式を満たす請求項３、４、５、６、８、及び９のいずれかに記載の波長板。
    （１４）１．５≦ｔ２／ｔ１≦２．６
12. 前記複屈折層の複屈折が０．０７以上である請求項１から１１のいずれかに記載の波長板。
13. 前記斜方蒸着複屈折層を構成する材料が、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｌａ、Ｔａ、及びＡｌのいずれかの酸化物を含む無機材料である請求項１から１２のいずれかに記載の波長板。
14. 光を出射する光源と、請求項１、２、５、６、７、９、１０、１２、及び１３のいずれかに記載の波長板とを有することを特徴とする光学機器。
15. 入射直線偏光が前記波長板を往復して２回通過するよう前記波長板を配置した光学機器であって、前記入射直線偏光が１回目に前記波長板を通過するのが前記第１の複屈折層側であり、２回目に通過するのが前記第２の複屈折層側である、請求項１４に記載の光学機器。
16. 光を出射する光源と、請求項３、４、５、６、８、９、１１、１２、及び１３のいずれかに記載の波長板とを有することを特徴とする光学機器。
17. 入射直線偏光が前記波長板を往復して２回通過するよう前記波長板を配置した光学機器であって、前記入射直線偏光が１回目に前記波長板を通過するのが前記第２の複屈折層側であり、２回目に通過するのが前記第１の複屈折層側である、請求項１６に記載の光学機器。