JP2020184037A - 波長板、波長板の製造方法及び光学装置 - Google Patents

波長板、波長板の製造方法及び光学装置 Download PDF

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【課題】入射角のズレによる影響を補正することができる波長板、波長板の製造方法及び光学装置を提供する。【解決手段】一実施の形態に係る波長板１は、第１の主面を有し第１の方向の光軸１３を有する第１の複屈折基板１０；第１の複屈折基板１０上に配置された、第２の主面を有し第２の方向の光軸２３を有する第２の複屈折基板２０；および第２の複屈折基板２０上に配置された、第３の主面を有し第３の方向の光軸３３を有する第３の複屈折基板３０を含む。ここで、第１の複屈折基板１０および第２の複屈折基板２０は同一種の複屈折材料からなり、第１の主面、第２の主面および第３の主面は平行に配置され、第１の方向および第２の方向は第１の主面および第２の主面と平行であり、第１の方向と第２の方向は直交し、第３の方向は第３の主面と直交し、かつ第１の方向および第２の方向と直交する。【選択図】図８

Description

本発明は、波長板、波長板の製造方法及び光学装置に関する。
波長板は、複屈折材料の複屈折性による常光線と異常光線との速度差を利用し、両光線間に位相差を作り出すための素子である。波長板は、光ディスク装置、液晶ディスプレイ、液晶プロジェクタ等に用いられている。
波長板には、ポリマー、水晶、雲母、サファイア等の複屈折材料が用いられる。波長板としては、備える機能によって、λ／２波長板、λ／４波長板等があげられる。例えば、λ／２波長板は、入射した直線偏光の偏光面を９０［°］回転した直線偏光に変換する。λ／２波長板は、使用される波長帯によって、常光線と異常光線との位相差を１８０［°］（π）とする機能を備えている。
液晶プロジェクタ等では、画像の高画質化を目的として、光源の出力が増大し、ポリマーを材料として含む波長板は、耐久性の問題で使用されず、無機の水晶等が使用されている。
特開２００９−１２２４０８号公報 特開平９−２２１３４２号公報 特開２０１７−１７７５１９号公報 特許第５５０１９１８号公報
液晶プロジェクタ又は光ピックアップの光学装置に波長板を使用する場合には、光源やレンズ系の配置の関係で、波長板は、光が円錐状に収束する経路に配置されることがある。この場合には、光線の中心付近は、波長板に対して垂直に入射するが、円錐状の端の部分では、波長板に対して傾斜して入射し、入射角が０［°］より大きくなる。このため、入射角に対して位相差の変動が大きくなる波長板を用いると、光量のロスが生ずるという問題が生じる。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態にかかる波長板は、第１の主面を有し第１の方向の光軸を有する第１の複屈折基板；前記第１の複屈折基板上に配置された、第２の主面を有し第２の方向の光軸を有する第２の複屈折基板；および前記第２の複屈折基板上に配置された、第３の主面を有し第３の方向の光軸を有する第３の複屈折基板、を含む。ここで、前記第１の複屈折基板および前記第２の複屈折基板は同一種の複屈折材料からなり、前記第１の主面、前記第２の主面および前記第３の主面は平行に配置され、前記第１の方向および前記第２の方向は前記第１の主面および前記第２の主面と平行であり、前記第１の方向と前記第２の方向は直交し、前記第３の方向は前記第３の主面と直交し、かつ前記第１の方向および前記第２の方向と直交する。
一実施の形態にかかる波長板の製造方法は、(a)第１の主面を有し、前記第１の主面に平行な第１の方向の光軸を有するように第１の複屈折基板を形成するステップと、(b)第２の主面を有し、前記第２の主面に平行な第２の方向の光軸を有するように第２の複屈折基板を形成するステップと、(c)第３の主面を有し、前記第３の主面に直交する第３の方向の光軸を有するように第３の複屈折基板を形成するステップと、(d)前記第１の主面と前記第２の主面とが平行になるとともに、前記第１の方向と前記第２の方向とが直交するように、前記第１の複屈折基板上に前記第２の複屈折基板を配置するステップと、(e)前記第２の主面と前記第３の主面とが平行になるとともに、前記第２の方向と前記第３の方向とが直交するように、前記第２の複屈折基板上に前記第３の複屈折基板を配置するステップと、を備える。
一実施の形態にかかる光学装置は、波長板を含む。ここで、前記波長板は、第１の主面を有し第１の方向の光軸を有する第１の複屈折基板；前記第１の複屈折基板上に配置された、第２の主面を有し第２の方向の光軸を有する第２の複屈折基板；および前記第２の複屈折基板上に配置された、第３の主面を有し第３の方向の光軸を有する第３の複屈折基板、を含み、ここで、前記第１の複屈折基板および前記第２の複屈折基板は同一種の複屈折材料からなり、前記第１の主面、前記第２の主面および前記第３の主面は平行に配置され、前記第１の方向および前記第２の方向は前記第１の主面および前記第２の主面と平行であり、前記第１の方向と前記第２の方向は直交し、前記第３の方向は前記第３の主面と直交し、かつ前記第１の方向および前記第２の方向と直交する。
前記一実施の形態によれば、入射角のズレによる影響を補正することができる波長板を提供する。
比較例１に係る波長板を例示した斜視図である。 コンパウンドゼロオーダータイプの波長板における各複屈折基板を通過する光波を例示した図である。 比較例１に係る波長板に入射角０［°］及び入射角１０［°］で入射させた場合の位相差を例示したグラフであり、横軸は、入射光の波長を示し、縦軸は、位相差を示す。 比較例２に係る波長板を例示した斜視図である。 比較例２に係る波長板に入射角０［°］及び入射角１０［°］で入射させた場合の位相差を例示したグラフであり、横軸は、入射光の波長を示し、縦軸は、位相差を示す。 入射角依存性を例示した図である。 入射角依存性を補正する原理を例示した図である。 実施形態１に係る波長板を例示した斜視図である。 実施形態１に係る波長板に入射角０［°］及び入射角１０［°］で入射させた場合の位相差を例示したグラフであり、横軸は、入射光の波長を示し、縦軸は、位相差を示す。 実施形態２に係る波長板を例示した斜視図である。 実施形態２に係る波長板に入射角０［°］及び入射角１０［°］で入射させた場合の位相差を例示したグラフであり、横軸は、入射光の波長を示し、縦軸は、位相差を示す。 実施形態３に係る波長板を例示した斜視図である。 実施形態４に係る波長板を例示した斜視図である。 実施形態５に係る波長板の製造方法を例示した工程フロー図である。 実施形態５に係る波長板に用いられる複屈折基板を保持するホルダを例示した図であり、（ａ）は、上面図を示し、（ｂ）は、断面図を示す。 実施形態５に係る波長板に用いられる複屈折基板の直接接合の方法を例示した図である。 実施形態６に係る波長板を備えた光学装置として、液晶プロジェクタを例示した図である。 実施形態６に係る波長板を用いた光学装置として、光ピックアップを例示した図である。
説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。また、以下の記載において、平行及び直交は、波長板及び複屈折基板を製造する際に不可避の誤差を含む範囲で平行及び直交であり、例えば、製造公差を±１０［‘］以下、可能であれば、±５［’］以下含んでいる。また、４５［°］、１３５［°］という場合も同様の製造公差を含んでいる。
実施形態に係る波長板を説明する前に、まず、波長板の種類を説明する。そして、波長板の種類のうち、例えば、コンパウンドゼロオーダータイプの比較例１及びマルチオーダータイプの比較例２に係る波長板を説明する。その後、比較例１及び比較例２における課題と、その課題を解決する原理を説明する。これにより、実施形態に係る波長板の特徴を明確にする。
（波長板の種類）
波長板は、トゥルーゼロオーダータイプ、マルチオーダータイプ、コンパウンドゼロオーダータイプ、ベレークタイプの４タイプに大別される。トゥルーゼロオーダーの波長板は、一枚の複屈折材料で、設計波長における０次で所定の位相差を得る板厚としたものである。マルチオーダータイプの波長板は、トゥルーゼロオーダータイプと同様に、一枚の厚い複屈折材料を用い、高次で所定の位相差が得られるように板厚を設計したものである。しかし、このタイプの波長板は、板厚が厚くなる分、波長の微小なシフトや温度などにより、位相差ズレが生じやすい。コンパウンドゼロオーダー波長板は、マルチオーダータイプの波長板に加工した同質材料の２枚の波長板を用いており、各波長板の光軸を互いに直交した配置とすることで、各波長板に生じる位相差シフトを相殺している。これにより、各波長板によって得られる位相差の波長依存性や温度依存性を低減している。
トゥルーゼロオーダータイプのλ／２波長板を、水晶を用いて、中心波長が５５０ｎｍの光に対応させて製作する場合に、常光屈折率ｎ０＝１．５４４、異常光屈折率ｎｅ＝１．５５３、厚みｔとすると、位相差φは、φ＝２π／λ×（ｎｅ−ｎ０）×ｔで与えられ、ｔ＝５５０／２／（１．５５３−１．５４４）＝３０［μｍ］となる。厚み３０［μｍ］の水晶を研磨またはハンドリングすることは、強度的に難しく、光学ガラス等を支持基板として貼り合わせて使用することが多い。
コンパウンドゼロオーダータイプの場合には、マルチオーダータイプの波長板２枚の厚み差を３０［μｍ］とし、光軸を直交させて貼り合わせて使用される。
水晶で構成される波長板の場合には、通常は、ＸカットもしくはＹカットであり、光軸が基板の法線に対して直交しているが、ベレークタイプは、光軸と基板の法線との角度を９０［°］からずらして配置されている。光軸をずらすことにより、異常光の屈折率が小さくなるため、単板で板厚をハンドリングしやすい厚みにすることが可能となる。
（比較例１）
次に、比較例１を説明する。図１は、比較例１に係る波長板を例示した斜視図である。図１に示すように、比較例１に係る波長板１０１は、複屈折基板１１０及び複屈折基板１２０を備えている。比較例１の波長板１０１は、コンパウンドゼロオーダータイプの波長板である。
複屈折基板１１０は、主面１１１及び主面１１１の反対側の主面１１２を有している。複屈折基板１１０は、例えば、主面１１１と主面１１２とが平行な板状である。例えば、複屈折基板１１０の板厚は、０．３３０［ｍｍ］であるが、板厚は、これに限らない。複屈折基板１１０は、複屈折材料を含んでいる。複屈折基板１１０は、例えば、水晶を材料として含んでいる。なお、複屈折基板１１０の複屈折材料は、水晶の他、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、イットリウム・バナデート（ＹＶＯ４）、タンタル酸リチウム（ＬＴ）、サファイア、カルサイト、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）でもよい。
ここで、波長板１０１の各構成を説明するために、ＸＹＺ直交座標軸系を導入する。複屈折基板１１０の厚さ方向をＺ方向とし、主面１１１に平行な面をＸＹ平面とする。
複屈折基板１１０は、光軸１１３を有している。光軸１１３は、一般に、複屈折材料における常光屈折率ｎ０及び異常光屈折率ｎｅが一致する入射光の軸方向をいう。光軸１１３の方向は、例えば、主面１１１と平行である。すなわち、光軸１１３は、主面１１１に平行なＸＹ平面内における所定の方向である。例えば、＋Ｚ軸方向に右ネジが進む回転方向を基準にすると、光軸１１３の方向は、＋Ｘ軸と、４５［°］の角度をなす方向である。
主面１１１及び主面１１２は、光軸１１３に直交する方向を法線としている。一般に、光軸１１３に直交する方向が法線となるように複屈折材料をカットすることを、ＸカットまたはＹカットと呼ぶ。複屈折基板１１０は、主面１１１及び主面１１２を、ＸカットまたはＹカットした基板である。
光軸１１３方向の光の伝搬が光軸１１３に直交する方向の光の伝搬よりも遅い、すなわち、異常光屈折率ｎｅが常光屈折率ｎ０よりも大きい複屈折材料を、正の複屈折材料という。また、光軸が１本の複屈折材料を一軸性という。正の一軸性複屈折材料は、例えば、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、イットリウム・バナデート（ＹＶＯ４）、タンタル酸リチウム（ＬＴ）、水晶等である。光軸１１３方向の光の伝搬が光軸１１３に直交する方向の光の伝搬よりも速い、すなわち、異常光屈折率ｎｅが常光屈折率ｎ０よりも小さい複屈折材料を、負の複屈折材料という。負の一軸性複屈折材料は、例えば、サファイア、カルサイト、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）である。複屈折基板１１０は、正または負の一軸性複屈折材料からなる。
複屈折基板１２０は、主面１２１及び主面１２１の反対側の主面１２２を有している。複屈折基板１２０は、主面１２１と主面１２２とが平行な板状である。例えば、複屈折基板１２０の板厚は、０．３００［ｍｍ］であるが、板厚は、これに限らない。複屈折基板１２０は、複屈折材料を含んでいる。複屈折基板１２０は、例えば、複屈折基板１１０と同一種の複屈折材料からなる。複屈折基板１２０は、例えば、水晶を材料としている。なお、複屈折基板１２０の複屈折材料は、水晶に限らず、上述した正または負の一軸性複屈折材料でもよい。
複屈折基板１２０は、複屈折基板１１０上に配置されている。例えば、複屈折基板１１０の主面１１２と複屈折基板１２０の主面１２１とは対向している。なお、複屈折基板１２０が、複屈折基板１１０上に配置されているとは、主面１１２と主面１２１とが接触するように、複屈折基板１２０が複屈折基板１１０上に配置されているだけでなく、主面１１２と主面１２１との間に接着剤等の他の部材を介して、複屈折基板１２０が複屈折基板１１０上に配置されている場合、及び、主面１１２と主面１２１との間に間隔を空けて、複屈折基板１２０が複屈折基板１１０上に配置されている場合を含む。
複屈折基板１１０の主面１１１は、複屈折基板１２０の主面１２１に平行である。複屈折基板１１０及び複屈折基板１２０が板状の場合には、主面１１１、主面１１２、主面１２１、主面１２２は平行である。
複屈折基板１２０は、光軸１２３を有している。光軸１２３の方向は、例えば、主面１２１と平行である。すなわち、光軸１２３は、主面１２１に平行なＸＹ平面内における所定の方向である。例えば、前述と同様の基準で、光軸１２３の方向は、＋Ｘ軸と、１３５°の角度をなす方向である。したがって、光軸１１３と光軸１２３とは直交している。なお、図１では、光軸１１３及び光軸１２３を、−Ｚ軸方向から見た方向として、主面１１１に示し、光軸１１３及び光軸１２３を、＋Ｙ軸方向から見た方向として、複屈折基板１１０及び複屈折基板１２０の側面にそれぞれ示す。
複屈折基板１２０は、正または負の一軸性複屈折材料でもよい。しかしながら、複屈折基板１２０は、複屈折基板１１０が正の一軸性複屈折材料の場合には、正の一軸性複屈折材料が好ましく、複屈折基板１１０が負の一軸性複屈折材料の場合には、負の一軸性複屈折材料が好ましい。
波長板１０１において、入射光は、例えば、直線偏光方向１１５を有する偏光光である。直線偏光方向１１５は、Ｙ軸に平行な方向である。したがって、直線偏光方向１１５と、光軸１１３及び光軸１２３とのなす角は、４５［°］である。入射光を、複屈折基板１１０の主面１１１または複屈折基板１２０の主面１２２に入射させる。複屈折基板１１０において、直線偏光方向１１５を有する偏光光は、光軸１１３方向（α方向と呼ぶ）の成分及び光軸１２３方向（β方向と呼ぶ）の成分を含んでいる。また、複屈折基板１２０において、直線偏光方向１１５を有する偏光光は、α方向の成分及びβ方向の成分を含んでいる。
図２は、コンパウンドゼロオーダータイプの波長板における各複屈折基板を通過する光波を例示した図である。図２に示すように、複屈折基板１１０において、α方向よりもβ方向の光波の進みが大きい。例えば、複屈折基板１１０を透過した後では、α方向に対してβ方向はλ／４進んでいる。一方、複屈折基板１２０において、β方向よりもα方向の光波の進みが大きい。例えば、複屈折基板１２０を透過した後では、β方向に対してα方向はλ／４進んでいる。
波長板１０１において、複屈折基板１１０及び複屈折基板１２０の光軸１１３及び１２３が直交していることから、α方向とβ方向とで波の進みと遅れが逆になる。そして、複屈折基板１１０及び複屈折基板１２０のそれぞれの位相差がキャンセルされる。これにより、複屈折基板１１０及び複屈折基板１２０の板厚差（ｔ１１０−ｔ１２０）は、複屈折基板１１０及び複屈折基板１２０を貼り合わせた波長板１０１の位相差となる。
図３は、比較例１に係る波長板に入射角０［°］及び入射角１０［°］で入射させた場合の位相差を例示したグラフであり、横軸は、入射光の波長を示し、縦軸は、位相差を示す。
図３に示すように、波長板１０１に対して入射光を入射角０［°］から入射角１０［°］に変化した場合には、位相差は、図に示す範囲のいずれの波長においても減少する。具体的には、入射角０［°］で入射させた場合には、入射光の波長が大きくなるほど、位相差は小さくなり、例えば、波長が４００［ｎｍ］、５００［ｎｍ］、６００［ｎｍ］及び７００［ｎｍ］の場合の位相差は、それぞれおよそ、２５５［ｄｅｇ］、２００［ｄｅｇ］、１６５［ｄｅｇ］及び１４０［ｄｅｇ］である。一方、入射角１０［°］で入射させた場合には、波長が４００［ｎｍ］、５００［ｎｍ］、６００［ｎｍ］及び７００［ｎｍ］の場合の位相差は、それぞれおよそ、２２５［°］、１７０［°］、１４０［°］及び１２０［°］である。このように、比較例１においては、波長板１０１に対して、入射角が変化すると位相差が変化してしまうことになる。
（比較例２）
次に、比較例２を説明する。図４は、比較例２に係る波長板を例示した斜視図である。図４に示すように、比較例２に係る波長板２０１は、複屈折基板２１０を備えている。比較例２の波長板は、マルチオーダータイプの波長板である。
複屈折基板２１０は、主面２１１及び主面２１１の反対側の主面２１２を有している。複屈折基板２１０は、主面２１１と主面２１２とが平行な板状である。例えば、複屈折基板２１０の板厚は、０．３３０［ｍｍ］であるが、板厚は、これに限らない。複屈折基板２１０は、複屈折材料を含んでいる。複屈折基板２１０は、例えば、水晶を材料として構成されている。なお、複屈折基板２１０の複屈折材料は、水晶に限らず、上述した正または負の一軸性複屈折材料でもよい。
複屈折基板２１０は、光軸２１３を有している。光軸２１３の方向は、例えば、主面１１１と平行である。すなわち、光軸２１３は、主面２１１に平行なＸＹ平面内における所定の方向である。例えば、前述と同様の基準で、光軸２１３は、＋Ｘ軸と、４５［°］の角度をなす方向である。図４では、光軸２１３を−Ｚ軸方向から見た方向を、主面２１１に示し、光軸２１３を＋Ｙ軸方向から見た方向を、複屈折基板２１０の側面に示す。複屈折基板２１０は、主面２１１及び主面２１２をＸカットまたはＹカットした基板である。
波長板２０１において、入射光は、例えば、直線偏光方向２１５を有する偏光光である。直線偏光方向２１５は、Ｙ軸に平行な方向である。よって、直線偏光方向２１５と、光軸２１３とのなす角は、４５［°］である。入射光を、複屈折基板２１０の主面２１１または主面２１２に入射させる。
図５は、比較例２に係る波長板に入射角０［°］及び入射角１０［°］で入射させた場合の位相差を例示したグラフであり、横軸は、入射光の波長を示し、縦軸は、位相差を示す。
図５に示すように、波長板２０１に対して入射光を入射角０［°］から入射角１０［°］に変化した場合には、位相差は、図に示す範囲のいずれの波長においても減少する。具体的には、入射角０［°］で入射させた場合には、入射光の波長が４００〜４４０付近［ｎｍ］、４４０付近〜５１０付近［ｎｍ］、５１０付近〜６００付近［ｎｍ］、６００付近〜７００［ｎｍ］の各区間において、波長が大きくなるほど、位相差は小さくなる。一方、入射角１０［°］で入射させた場合には、入射角０［°］で入射させた場合に比べて、いずれの波長においても位相差は減少する。このように、比較例２においても、波長板１０１に対して、入射角が変化すると位相差が変化してしまうことになる。
比較例１のように、２つの複屈折基板の光軸を直交させた波長板では、主面に対して垂直に光が入射するように設計されているため、主面に斜めに入射すると、偏光特性に大きな角度依存性が生じ、偏光特性が変化するという課題がある。また、比較例２のように、１つの複屈折基板の光軸を直交させた波長板においても、主面に斜めに入射すると、偏光特性に角度依存性が生じ、偏光特性が変化する。入射角により位相差が変動し、偏光特性を劣化させることを、以下では、入射角依存性と呼ぶ。
複屈折基板に用いられる水晶の入射角依存性は、板厚に左右され、厚みを薄くするほど入射角依存性が小さくなる。コンパウンドゼロオーダータイプやマルチオーダータイプの場合には、ハンドリングしやすい厚みまで板厚を厚くしているため、ゼロオーダー波長板と比較して入射角依存性は悪化する。ベレークタイプの場合では、光軸をずらしているため、その影響により入射角依存性が悪化する。
波長板を、液晶プロジェクタ又は光ピックアップ等の光学装置に使用する場合には、光源やレンズ系の配置の関係で、波長板は、光が円錐状に収束する経路に配置されることがある。この場合には、光線の中心付近は、波長板に対して垂直に入射するが、円錐状の端の部分では、波長板に対して傾斜して入射し、入射角が０［°］より大きくなる。よって、この場合にも入射角依存性が悪化する。
また、偏光状態の変化により、液晶パネルの特性低下が生じて、プロジェクタから投影される映像のコントラスト低下や輝度低下、色ずれ等が生じるという課題がある。
光学装置の小型化のため、レーザダイオード光源からの広がり角のある光を波長板へ入射させた場合にも、波長板における位相差の入射角依存性が問題となる。
（入射角依存性及び補正する原理）
次に、入射角依存性とそれを補正する原理を説明する。図６は、入射角依存性を例示した図である。図６において、実線の円は、常光屈折率ｎ０の大きさを示し、点線の楕円は、異常光屈折率ｎｅの大きさを示す。図６に示すように、複屈折基板１１０を例として説明する。他の複屈折基板も同様である。
光軸１１３が複屈折基板１１０の法線に直交する複屈折基板１１０に対して、入射光の入射角が、０［°］（図６の矢印１６１）から変化（図６の矢印１６２）すると、常光屈折率ｎ０と異常屈折率ｎｅの差が小さくなる。したがって、比較例１及び比較例２で示したように、入射角が変化すると位相差も変化する。これにより、入射角により位相差が変動するという入射角依存性が生じて偏光特性を劣化させる。
図７は、入射角依存性を補正する原理を例示した図である。図７においても、実線の円は、常光屈折率ｎ０の大きさを示し、点線の楕円は、異常光屈折率ｎｅの大きさを示す。図７に示すように、光軸が複屈折基板の法線に平行な複屈折基板に対して、入射光の入射角が、０［°］（図７の矢印１７１）から変化（図７の矢印１７２）すると、常光屈折率ｎ０と異常屈折率ｎｅの差が大きくなる。したがって、光軸が複屈折基板１１０の法線に直交する複屈折基板１１０の入射角による位相変化を、光軸が複屈折基板の法線に平行な複屈折基板の入射角による位相変化で打ち消すことができる。これにより、入射角依存性を補正することができる。
（実施形態１）
次に、実施形態１に係る波長板を説明する。図８は、実施形態１に係る波長板を例示した斜視図である。図８に示すように、実施形態１に係る波長板１は、複屈折基板１０、複屈折基板２０及び複屈折基板３０を備えている。実施形態１の波長板１は、コンパウンドゼロオーダータイプの波長板における入射角依存性を、旋光性のない複屈折基板３０を用いて補正する例である。
複屈折基板１０は、主面１１及び主面１１の反対側の主面１２を有している。複屈折基板１０は、主面１１と主面１２とが平行な板状である。例えば、複屈折基板１０の板厚は、０．３３０［ｍｍ］であるが、板厚は、これに限らない。複屈折基板１０は、複屈折材料を含んでいる。複屈折基板１０は、例えば、水晶を材料として構成されている。なお、複屈折基板１０の複屈折材料は、水晶に限らず、上述した正または負の一軸性複屈折材料でもよい。
複屈折基板１０は、光軸１３を有している。光軸１３の方向は、例えば、主面１１と平行である。すなわち、光軸１３は、主面１１に平行なＸＹ平面内における所定の方向である。例えば、光軸１３は、前述と同様の基準で、＋Ｘ軸と４５［°］の角度をなす方向である。
複屈折基板２０は、主面２１及び主面２１の反対側の主面２２を有している。複屈折基板２０は、主面２１と主面２２とが平行な板状である。例えば、複屈折基板２０の板厚は、０．３００［ｍｍ］であるが、板厚は、これに限らない。ただし、波長板１としての位相差となるように、複屈折基板１０及び複屈折基板２０の板厚差は設計される。複屈折基板２０は、複屈折材料を含んでいる。複屈折基板２０及び複屈折基板１０は同一種の複屈折材料からなる。複屈折基板２０は、例えば、水晶を材料として構成されている。なお、複屈折基板２０の複屈折材料は、複屈折基板１０と同一種であれば、水晶に限らず、上述した正または負の一軸性複屈折材料でもよい。よって、複屈折基板２０は、複屈折基板１０が正の複屈折材料からなる場合には、正の複屈折材料からなり、複屈折基板１０が負の複屈折材料からなる場合には、負の複屈折材料からなる。
複屈折基板２０は、複屈折基板１０上に配置されている。よって、複屈折基板１０の主面１２と複屈折基板２０の主面２１は対向している。なお、複屈折基板２０が、複屈折基板１０上に配置されているとは、主面１２と主面２１とが接触する場合、主面１２と主面２１との間に他の部材を介する場合、及び、主面１２と主面２１との間に間隔を空ける場合を含むことは前述と同様であり、以下でも同様である。
複屈折基板１０の主面１１及び複屈折基板２０の主面２１は平行に配置されている。複屈折基板１０及び複屈折基板２０が板状の場合には、主面１１、主面１２、主面２１、主面２２は平行である。
複屈折基板２０は、光軸２３を有している。光軸２３の方向は、例えば、主面２１と平行である。すなわち、光軸２３は、主面２１に平行なＸＹ平面内における所定の方向である。例えば、光軸２３は、前述と同様の基準で、＋Ｘ軸と１３５［°］の角度をなす方向である。したがって、光軸１３の方向と光軸２３の方向は直交している。
複屈折基板３０は、主面３１及び主面３１の反対側の主面３２を有している。複屈折基板３０は、主面３１と主面３２とが並行な板状である。例えば、複屈折基板３０の板厚は、０．１９０［ｍｍ］であるが、板厚は、これに限らない。複屈折基板３０は、複屈折材料を含んでいる。複屈折基板３０の複屈折材料は、例えば、複屈折基板１０及び２０と同一種の複屈折材料でもよいし、異なる複屈折材料でもよい。複屈折基板３０は、例えば、ＭｇＦ２を材料として含んでいる。なお、複屈折基板３０の複屈折材料は、旋光性を有する水晶以外であれば、上述した正または負の一軸性複屈折材料でもよい。ただし、複屈折基板３０は、複屈折基板１０及び２０が正の複屈折材料からなる場合には、正の複屈折材料からなり、複屈折基板１０及び２０が負の複屈折材料からなる場合には、負の複屈折材料からなる。
複屈折基板３０は、複屈折基板２０上に配置されている。よって、複屈折基板２０の主面２２と複屈折基板３０の主面３１は対向している。複屈折基板３０の主面３１は、主面１１及び主面２１に平行に配置されている。複屈折基板１０、複屈折基板２０及び複屈折基板３０が板状の場合には、主面１１、主面１２、主面２１、主面２２、主面３１及び主面３２は平行である。
複屈折基板３０は、光軸３３を有している。光軸３３の方向は、例えば、主面３１と直交している。すなわち、光軸３３の方向は、主面３１に直交するＺ方向である。したがって、光軸３３の方向は、光軸１３及び光軸２３の方向と直交している。なお、図８では、光軸１３及び光軸２３を−Ｚ軸方向から見た方向を、主面１１に示し、光軸１３、光軸２３及び光軸３３を＋Ｙ軸方向から見た方向を、複屈折基板１０、複屈折基板２０及び複屈折基板３０の側面にそれぞれ示す。
入射光は、直線偏光方向１５を有する偏光光である。直線偏光方向１５は、例えば、主面１１に平行なＹ軸方向である。よって、直線偏光方向１５と、光軸１３及び光軸２３とのなす角は、４５［°］である。すなわち、直線偏光方向１５と光軸１３とのなす角は、直線偏光方向１５と光軸２３とのなす角と等しい。
波長板１は、例えば、λ／２波長板であり、主面１１に入射した直線偏光方向１５に直線偏光した入射光は、Ｘ軸方向に直線偏光した光として、複屈折基板３０から出射する。波長板１がλ／２波長板の場合には、入射光を主面１１及び主面３２のどちらから入射させても入射角依存性を補正可能である。
また、波長板１は、例えば、λ／４波長板であり、主面３２に入射した主面３２に平行に直線偏光した入射光は、円偏光した光として、複屈折基板１０から出射する。波長板１がλ／４波長板の場合には、入射光を主面３２から入射させることにより入射角依存性を補正可能である。一方、入射光を主面１１から入射させることにより入射角依存性を補正ことはできない。
図９は、実施形態１に係る波長板に入射角０［°］及び入射角１０［°］で入射させた場合の位相差を例示したグラフであり、横軸は、入射光の波長を示し、縦軸は、位相差を示す。
図９に示すように、波長板１に対して入射光を入射角０［°］から入射角１０［°］に変化した場合には、図に示す範囲の波長において、位相差の変化は測定限界以下である。具体的には、入射角０［°］で入射させた場合には、入射光の波長が大きくなるほど、位相差は小さくなり、例えば、波長が４００［ｎｍ］、５００［ｎｍ］、６００［ｎｍ］及び７００［ｎｍ］の場合の位相差は、それぞれおよそ、２５５［ｄｅｇ］、２００［ｄｅｇ］、１６５［ｄｅｇ］及び１４０［ｄｅｇ］である。一方、入射角１０［°］で入射させた場合の位相差も同様である。
次に、本実施形態の効果を説明する。本実施形態の波長板１は、主面１１及び主面２１に平行な光軸１３及び２３を有する複屈折基板１０及び２０と、主面３１に直交する光軸３３を有する複屈折基板３０とを備えている。よって、複屈折基板１０及び２０における入射光の入射角による変化を、複屈折基板３０における入射光の入射角の変化で打ち消すことができる。これにより、入射角依存性を補正することができる。言い換えれば、複屈折基板１１０及び１２０で構成された比較例１の波長板１０１における入射角依存性を、複屈折基板３０を加えることにより、補正することができる。
複屈折基板３０の主面３１及び３２に対して、入射角０［°］の場合には、補正するために追加した複屈折基板３０における常光屈折率ｎ０及び異常光屈折率ｎｅの差は０である。よって、波長板１に、入射光が入射角０［°］で入射した場合には、複屈折基板３０による位相差の影響を排除することができる。
また、波長板１の板厚を、取扱いやすい厚みとすることができる。よって、無機の複屈折材料でありながら、ポリマー波長板と同等以上の機能を有する一方で、ポリマー波長板よりも取扱いやすい厚みとすることができる。
（実施形態２）
次に、実施形態２に係る波長板を説明する。図１０は、実施形態２に係る波長板を例示した斜視図である。図１０に示すように、実施形態２に係る波長板２は、複屈折基板４０及び複屈折基板５０を備えている。実施形態２の波長板２は、マルチオーダータイプの波長板における入射角依存性を、旋光性のない複屈折基板５０を用いて補正する例である。
複屈折基板４０は、主面４１及び主面４１の反対側の主面４２を有している。複屈折基板４０は、主面４１と主面４２とが平行な板状である。例えば、複屈折基板４０の板厚は、０．３３０［ｍｍ］であるが、板厚は、これに限らない。複屈折基板４０は、複屈折材料を含んでいる。複屈折基板４０は、例えば、水晶を材料として構成されている。なお、複屈折基板４０の複屈折材料は、水晶に限らず、上述した正または負の一軸性複屈折材料でもよい。
複屈折基板４０は、光軸４３を有している。光軸４３の方向は、例えば、主面４１と平行である。すなわち、光軸４３の方向は、前述と同様の基準で、＋Ｘ軸と４５［°］の角度をなす方向である。
複屈折基板５０は、主面５１及び主面５１の反対側の主面５２を有している。複屈折基板５０は、主面５１と主面５２とが平行な板状である。例えば、複屈折基板５０の板厚は、０．１００［ｍｍ］であるが、板厚は、これに限らない。複屈折基板５０は、複屈折材料を含んでいる。複屈折基板５０は、例えば、複屈折基板４０と同一種の複屈折材料でもよいし、異なる複屈折材料でもよい。複屈折基板５０は、例えば、ＭｇＦ２を材料として構成されている。なお、複屈折基板５０の複屈折材料は、旋光性を有する水晶以外であれば、上述した正または負の一軸性複屈折材料でもよい。ただし、複屈折基板５０は、複屈折基板４０が正の複屈折材料からなる場合には、正の複屈折材料からなり、複屈折基板４０が負の複屈折材料からなる場合には、負の複屈折材料からなる。
複屈折基板５０は、複屈折基板４０上に配置されている。よって、複屈折基板４０の主面４２と複屈折基板５０の主面５１は対向している。複屈折基板５０の主面５１及び複屈折基板４０の主面４１は平行に配置されている。複屈折基板４０及び複屈折基板５０が板状の場合には、主面４１、主面４２、主面５１及び主面５２は平行である。
複屈折基板５０は、光軸５３を有している。光軸５３の方向は、例えば、主面５１と直交している。すなわち、光軸５３は、主面５１に直交するＺ方向である。したがって、光軸５３の方向は、光軸４３の方向と直交している。なお、図１０では、光軸４３を−Ｚ軸方向から見た方向を、主面４１に示し、光軸４３及び光軸５３を＋Ｙ軸方向から見た方向を、複屈折基板４０及び複屈折基板５０の側面にそれぞれ示す。
入射光は、直線偏光方向４５を有する偏光光である。直線偏光方向４５は、Ｙ軸に平行な方向である。よって、直線偏光方向４５と、光軸４３とのなす角は、４５［°］である。波長板２は、例えば、λ／２波長板であり、主面４１に入射した直線偏光方向４５に直線偏光した入射光は、Ｘ軸方向に直線偏光した光として、複屈折基板５０から出射する。波長板２がλ／２波長板の場合には、入射光を主面４１及び主面５２のどちらから入射させても入射角依存性を補正可能である。
また、波長板２は、例えば、λ／４波長板であり、主面５２に入射した主面５２に平行に直線偏光した入射光は、円偏光した光として、複屈折基板４０から出射する。波長板２がλ／４波長板の場合には、入射光を主面５２から入射させることにより入射角依存性を補正可能である。一方、入射光を主面４１から入射させることにより入射角依存性を補正ことはできない。
図１１は、実施形態２に係る波長板に入射角０［°］及び入射角１０［°］で入射させた場合の位相差を例示したグラフであり、横軸は、入射光の波長を示し、縦軸は、位相差を示す。
図１１に示すように、波長板２に対して、入射光を入射角０［°］から入射角１０［°］に変化した場合には、図に示す範囲の波長において、位相差の変化は測定限界以下である。
次に、本実施形態の効果を説明する。本実施形態の波長板２は、主面４１に平行な光軸４３を有する複屈折基板４０と、主面５１に直交する光軸５３を有する複屈折基板５０とを備えている。よって、複屈折基板４０における入射光の入射角による位相変化を、複屈折基板５０における入射光の入射角の位相変化で打ち消すことができる。これにより、入射角依存性を補正することができる。言い換えれば、複屈折基板２１０で構成された比較例２の波長板２０１における入射角依存性を、複屈折基板５０を加えることにより、補正することができる。これ以外の構成及び効果は、実施形態１の記載に含まれている。
（実施形態３）
次に、実施形態３に係る波長板を説明する。図１２は、実施形態３に係る波長板を例示した斜視図である。図１２に示すように、実施形態３に係る波長板３は、複屈折基板６０、複屈折基板７０及び複屈折基板８０を備えている。実施形態３の波長板３は、コンパウンドゼロオーダータイプの波長板における入射角依存性を、旋光性のある複屈折基板８０を用いて補正する例である。
複屈折基板６０は、主面６１及び主面６１の反対側の主面６２を有している。複屈折基板６０は、主面６１と主面６２とが平行な板状である。例えば、複屈折基板６０の板厚は、０．３３０［ｍｍ］であるが、板厚は、これに限らない。複屈折基板６０は、複屈折材料を含んでいる。複屈折基板６０は、例えば、水晶を材料として構成されている。なお、複屈折基板６０の複屈折材料は、水晶に限らず、正の一軸性複屈折材料であれば、上述した複屈折材料でもよい。
複屈折基板６０は、光軸６３を有している。光軸６３の方向は、例えば、主面６１と平行である。すなわち、光軸６３は、主面１１に平行なＸＹ平面内における所定の方向である。例えば、光軸６３は、前述と同様の基準で、＋Ｘ軸と（４５＋θ）［°］の角度をなす方向である。角度θは、後述するように、複屈折基板８０の旋光性を補正する角度であり、例えば、３［°］５７［‘］である。旋光性を補正する前の補正前光軸６４は、＋Ｘ軸と４５［°］の角度をなす方向である。
複屈折基板７０は、主面７１及び主面７１の反対側の主面７２を有している。複屈折基板７０は、主面７１と主面７２とが平行な板状である。例えば、複屈折基板７０の板厚は、０．３００［ｍｍ］であるが、板厚は、これに限らない。ただし、波長板３としての位相差となるように、複屈折基板６０及び複屈折基板７０の板厚差は設計される。複屈折基板７０は、複屈折材料を含んでいる。複屈折基板７０は、例えば、複屈折基板６０と同一種の複屈折材料からなる。複屈折基板７０は、例えば、水晶を材料として構成されている。なお、複屈折基板７０の複屈折材料は、複屈折基板６０と同一種であれば、水晶に限らず、上述した複屈折材料でもよい。
複屈折基板７０は、複屈折基板６０上に配置されている。よって、複屈折基板６０の主面６２と複屈折基板７０の主面７１は対向している。複屈折基板６０の主面６１は、複屈折基板７０の主面７１に平行である。複屈折基板６０及び複屈折基板７０が板状の場合には、主面６１、主面６２、主面７１及び主面７２は平行である。
複屈折基板７０は、光軸７３を有している。光軸７３の方向は、例えば、主面７１と平行である。すなわち、光軸７３は、主面７１に平行なＸＹ平面内における所定の方向である。例えば、光軸７３は、前述と同様の基準で、＋Ｘ軸と（１３５＋θ）［°］の角度をなす方向である。角度θは、複屈折基板８０の旋光性を補正する角度であり、例えば、３［°］５７［‘］である。よって、光軸６３と光軸７３とは直交している。
複屈折基板８０は、主面８１及び主面８１の反対側の主面８２を有している。複屈折基板８０は、主面８１と主面８２とが平行な板状である。例えば、複屈折基板８０の板厚は、０．３１２［ｍｍ］であるが、板厚は、これに限らない。複屈折基板８０は、旋光性を有する複屈折材料を含んでいる。複屈折基板８０は、例えば、複屈折基板６０及び７０と同一種の複屈折材料でもよいし、異なる複屈折材料でもよい。複屈折基板８０は、例えば、水晶を材料として構成されている。
複屈折基板８０は、複屈折基板７０上に配置されている。よって、複屈折基板７０の主面７２と複屈折基板８０の主面８１は対向している。複屈折基板８０の主面８１は、複屈折基板７０の主面７１に平行である。複屈折基板６０、複屈折基板７０及び複屈折基板８０が板状の場合には、主面６１、主面６２、主面７１、主面７２、主面８１及び主面８２は平行である。
複屈折基板８０は、光軸８３を有している。光軸８３の方向は、例えば、主面８１と直交している。すなわち、光軸８３は、主面８１に直交するＺ方向である。したがって、光軸８３は、光軸６３及び光軸７３と直交している。なお、図１２では、光軸６３及び光軸７３を−Ｚ軸方向から見た方向を、主面６１に示し、光軸６３、光軸７３及び光軸８３を＋Ｙ軸方向から見た方向を、複屈折基板６０、複屈折基板７０及び複屈折基板８０の側面にそれぞれ示す。
入射光は、直線偏光方向６５を有する偏光光である。直線偏光方向６５は、Ｙ軸に平行な方向である。波長板３がλ／２波長板の場合には、入射光を主面６１及び主面８２のどちらから入射させても入射角依存性を補正可能である。主面８２から入射させる場合には、主面６１から入射させる場合に対して、旋光性を補正する角度θを、逆回転させる。波長板３がλ／４波長板の場合には、入射角依存性を補正することができない。
複屈折基板８０の旋光性を補正する角度θは、例えば、θ＝ψ／２である。ψは、以下の（１）式により、算出する。
ψ＝［７．１９λ２（λ２−９２．６２）２］×１０６×ｔ （１）
ψの単位は、［°］である。ここで、λは、波長［ｎｍ］であり、ｔは、板厚［ｍｍ］である。旋光性を補正するために、直線偏光方向６５と光軸６３の方向とのなす角は、直線偏光方向６５と光軸７３の方向とのなす角と異なる。具体的には、直線偏光方向６５と光軸６３の方向とのなす角は、４５−θ［°］であり、直線偏光方向６５と光軸７３の方向とのなす角は４５＋θ［°］である。
本実施形態の波長板３においても、複屈折基板６０及び７０における入射光の入射角による位相変化を、複屈折基板８０における入射光の入射角の位相変化で打ち消すことができる。これにより、入射角依存性を補正することができる。ただし、複屈折基板８０は、旋光性を有しているので、光軸６３及び７３を旋光性の回転分だけ補正する必要がある。
（実施形態４）
次に、実施形態４に係る波長板を説明する。図１３は、実施形態４に係る波長板を例示した斜視図である。図１３に示すように、実施形態４に係る波長板４は、複屈折基板９０及び複屈折基板Ｊ０を備えている。実施形態４の波長板４は、マルチオーダータイプの波長板における入射角依存性を、旋光性のある複屈折基板Ｊ０を用いて補正する例である。
複屈折基板９０は、主面９１及び主面９１の反対側の主面９２を有している。複屈折基板９０は、主面９１と主面９２とが平行な板状である。例えば、複屈折基板９０の板厚は、０．３３０［ｍｍ］であるが、板厚は、これに限らない。複屈折基板９０は、複屈折材料を含んでいる。複屈折基板９０は、例えば、水晶を材料として構成されている。なお、複屈折基板９０の複屈折材料は、水晶に限らず、正の一軸性複屈折材料であれば、上述した複屈折材料でもよい。
複屈折基板９０は、光軸９３を有している。光軸９３の方向は、例えば、主面９１と平行である。すなわち、光軸９３は、主面９１に平行なＸＹ平面内における所定の方向である。例えば、光軸９３の方向は、前述と同様の基準で、＋Ｘ軸と（４５＋θ）［°］の角度をなす方向である。角度θは、複屈折基板Ｊ０の旋光性を補正する角度であり、例えば、２［°］５［‘］である。旋光性を補正する前の補正前光軸９４は、＋Ｘ軸と４５［°］の角度をなす方向である。
複屈折基板Ｊ０は、主面Ｊ１及び主面Ｊ１の反対側の主面Ｊ２を有している。複屈折基板Ｊ０は、主面Ｊ１と主面Ｊ２とが平行な板状である。例えば、複屈折基板Ｊ０の板厚は、０．１６５［ｍｍ］であるが、板厚は、これに限らない。複屈折基板Ｊ０は、旋光性を有する複屈折材料を含んでいる。複屈折基板Ｊ０は、例えば、複屈折基板９０と同一種の複屈折材料でもよいし、異なる複屈折材料でもよい。複屈折基板Ｊ０は、例えば、水晶を材料としている。
複屈折基板Ｊ０は、複屈折基板９０上に配置されている。よって、複屈折基板９０の主面９２と複屈折基板Ｊ０の主面Ｊ１は対向している。複屈折基板Ｊ０の主面Ｊ１は、複屈折基板９０の主面９１に平行である。複屈折基板９０及び複屈折基板Ｊ０が板状の場合には、主面９１、主面９２、主面Ｊ１及び主面Ｊ２は平行である。
複屈折基板Ｊ０は、光軸Ｊ３を有している。光軸Ｊ３の方向は、例えば、主面Ｊ１と直交している。すなわち、光軸Ｊ３は、主面Ｊ１に直交するＺ方向である。したがって、光軸Ｊ３は、光軸９３と直交している。なお、図１３では、光軸９３を−Ｚ軸方向から見た方向を、主面９１に示し、光軸９３及び光軸Ｊ３を＋Ｙ軸方向から見た方向を、複屈折基板９０及び複屈折基板Ｊ０の側面にそれぞれ示す。
入射光は、直線偏光方向９５を有する偏光光である。直線偏光方向９５は、Ｙ軸に平行な方向である。よって、直線偏光方向９５と、光軸９３とのなす角は、４５［°］と異なる。波長板４がλ／２波長板の場合には、入射光を主面９１及び主面Ｊ２のどちらから入射させても入射角依存性を補正可能である。ただし、波長板４がλ／４波長板の場合には、入射角依存性を補正することができない。
複屈折基板Ｊ０の旋光性を補正する角度θは、例えば、上述の（１）式により、算出する。
本実施形態の波長板４においても、複屈折基板９０における入射光の入射角による位相変化を、複屈折基板Ｊ０における入射光の入射角の位相変化で打ち消すことができる。これにより、入射角依存性を補正することができる。ただし、複屈折基板Ｊ０は、旋光性を有しているので、光軸９３を旋光性の回転分だけ補正する必要がある。
（実施形態５）
次に、実施形態５に係る波長板の製造方法を説明する。図１４は、実施形態５に係る波長板の製造方法を例示した工程フロー図である。図１４のステップＳ１１に示すように、複屈折材料をスライスする。複屈折材料をスライスする際には、所定の主面及び所定の方向の光軸を有するように複屈折材料をスライスする。
次に、ステップＳ１２に示すように、スライスした複屈折材料の外形加工を施す。例えば、板状になるように、複屈折材料の外形加工を施す。次に、ステップＳ１３に示すように、外形加工を施した複屈折材料の面取りを行う。そして、ステップＳ１４に示すように、複屈折材料の研磨を行う。これにより、所定の厚さ、所定の主面及び所定の方向の光軸を有する複屈折基板を形成する。
次に、ステップＳ１５に示すように、複屈折基板１０上に複屈折基板２０を配置する。複屈折基板１０上に複屈折基板２０を配置する際には、主面１１と主面２１とが平行になるとともに、光軸１３と光軸２３とが直交するように、複屈折基板１０上に複屈折基板２０を配置する。図では、複屈折基板１０及び２０のみ示すが、他の複屈折基板３０〜Ｊ０の場合も同様である。
ステップＳ１５において、複屈折基板１０上に複屈折基板２０を配置する方法としては、Ａ．接着剤を使用した接合、Ｂ．エアギャップ方式、Ｃ．接着剤を使用しない直接接合、があげられる。
Ａ．接着剤を使用した接合は、例えば、複屈折基板１０と複屈折基板２０との間を接着剤により接合する。例えば、前述の波長板１の場合には、複屈折基板１０と複屈折基板２０との間、及び、複屈折基板２０と複屈折基板３０との間の少なくともいずれかを接着剤により接合して波長板を製造する。
接着剤を使用した接合のメリットは、容易に複屈折基板同士を接着できることである。デメリットは、接着層での耐候性が低下すること、接着層を使用しているため、紫外線領域で光が透過しないことである。使用する接着剤は、例えば、アクリル系、エポキシ系光学用接着剤である。
Ｂ．エアギャップ方式は、波長板に用いられる複屈折基板１０及び２０をホルダによって保持する方式である。前述の波長板１の場合には、複屈折基板１０と複屈折基板２０との間、及び、複屈折基板２０と複屈折基板３０との間の少なくともいずれかは、間隔を空けて、ホルダにより保持されてもよい。図１５は、実施形態５に係る波長板に用いられる複屈折基板を保持するホルダを例示した図であり、（ａ）は、上面図を示し、（ｂ）は、断面図を示す。図１５（ａ）及び（ｂ）に示すように、ホルダＨＬＤは、波長板５に用いられる複数の複屈折基板を保持する。
エアギャップ方式のメリットは、接着層を使用しないため、対候性に優れること、接着剤を使用しないため、水晶、ＭｇＦ２、サファイア等を用いた場合に、紫外線領域で透過域を持つことである。エアギャップ方式のデメリットは、ホルダＨＬＤでの複屈折基板の保持等が必要となるため、装置に組み込むときにスペースを必要とすること、複屈折基板同士を、間隔を空けて保持する場合は、角度合せが難しく、空気との界面が増加して透過率が低下することである。
Ｃ．接着剤を使用しない直接接合は、活性化した接合面同士を直接接合する。図１６は、実施形態５に係る波長板に用いられる複屈折基板の直接接合の方法を例示した図である。図１６に示すように、例えば、紫外線光（１７３ｎｍ）、Ｏ２プラズマ、Ａｒイオン等の照射により、複屈折基板１０における接合面１０ａを活性化する。接合面は、例えば、主面である。その後、複屈折基板１０及び２０の活性化した接合面１０ａ同士を直接接合する。
接合する際には、真空または大気圧等の雰囲気の圧力、常温または加熱温度等の複屈折基板１０及び２０の温度、複屈折基板同士を加圧する加圧圧力及び加圧位置等の条件を最適化する。加圧位置は、例えば、ピンポイントとし、ピンポイントに加圧することにより、複屈折基板１０及び２０を自発的に接合してもよい。このようにして、複屈折基板１０と複屈折基板２０との間、及び、複屈折基板２０と複屈折基板３０との間の少なくともいずれかを直接接合し、波長板５を製造することができる。
直接接合のメリットは、接着層を使用しないため、対候性に優れること、接着剤を使用しないため、水晶、ＭｇＦ２、サファイア等を用いた場合に、紫外線領域で透過域を持つこと、ホルダが不要なため、ホルダ分のスペースが不要であることである。直接接合のデメリットは、基板を接合するのに高い技術が必要であること、他の接合方法と比べ、工程数が多くなることである。
（実施形態６）
次に、実施形態６を説明する。本実施形態は、波長板を光学装置に応用した例である。光学装置は、例えば、液晶プロジェクタ、光ピックアップである。
図１７は、実施形態６に係る波長板を備えた光学装置として、液晶プロジェクタを例示した図である。図１７に示すように、液晶プロジェクタＰＲＪは、光源ＬＭＰ、インテグレータＩＴＧ、偏光変換素子ＰＯＬ、波長板６ａ、レンズＬＮＳ１〜ＬＮＳ６、Ｒ用反射ダイクロイックミラーＭＬＲ、Ｇ用反射ダイクロイックミラーＭＬＧ、ミラーＭＬ１〜ＭＬ３、Ｒ用液晶パネルＰＮＲ、Ｇ用液晶パネルＰＮＧ、Ｂ用液晶パネルＰＮＢ、クロスダイクロイックプリズムＤＣＰ、投影レンズＬＮＳＴを備えている。
光源ＬＭＰは、照射光を生成する。照射光は、例えば、白色光であり、赤色光Ｒ、緑色光Ｇ及び青色光Ｂを含む。光源ＬＭＰが生成した照射光は、インテグレータＩＴＧを介して、集光及び均一化され、偏光変換素子ＰＯＬによって、ランダム偏光からＰ偏光及びＳ偏光の直線偏光に分離される。そして、波長板６ａによって、照射光の偏光状態が制御される。例えば、λ／２波長板の機能を有する波長板６ａによって、照射光の偏光方向は９０［°］回転される。これにより、照射光の偏光状態を特定の直線方向にする。
波長板６ａを透過した照射光は、レンズＬＮＳ１で集光され、Ｒ用反射ダイクロイックミラーＭＬＲに入射する。Ｒ用反射ダイクロイックミラーＭＬＲは、照射光のうち、赤色光Ｒを反射し、緑色光Ｇ及び青色光Ｂを透過する。
Ｒ用反射ダイクロイックミラーＭＬＲで反射した赤色光Ｒは、ミラーＭＬ１で反射し、ＬＮＳ２を介して、Ｒ用液晶パネルＰＮＲに入射する。Ｒ用液晶パネルＰＮＲは、波長板６ａにより偏光状態が変化した赤色光Ｒを画像情報に基づいて出力する。これにより、Ｒ用液晶パネルＰＮＲから出力された赤色光Ｒは画像情報を含む。Ｒ用液晶パネルＰＮＲから出力された赤色光Ｒは、クロスダイクロイックプリズムＤＣＰの側面に入射する。
Ｒ用反射ダイクロイックミラーＭＬＲを透過した緑色光Ｇは、Ｇ用反射ダイクロイックミラーＭＬＧで反射し、ＬＮＳ３を介して、Ｇ用液晶パネルＰＮＧに入射する。Ｇ用液晶パネルＰＮＧは、波長板６ａにより偏光状態が変化した緑色光Ｇを画像情報に基づいて出力する。そして、Ｇ用液晶パネルＰＮＧによって画像情報を含んだ緑色光Ｇは、クロスダイクロイックプリズムＤＣＰの別の側面に入射する。
Ｒ用反射ダイクロイックミラーＭＬＲを透過した青色光Ｂは、Ｇ用反射ダイクロイックミラーＭＬＧを透過する。そして、ミラーＭＬ２〜ＭＬ３及びレンズＬＮＳ４〜ＬＮＳ６を所定の順序で介して、Ｂ用液晶パネルＰＮＢに入射する。Ｂ用液晶パネルＰＮＢは、波長板６ａにより偏光状態が変化した青色光Ｂを画像情報に基づいて出力する。Ｂ用液晶パネルＰＮＢによって画像情報を含んだ青色光Ｂは、クロスダイクロイックプリズムＤＣＰのさらに別の側面に入射する。
クロスダイクロイックプリズムＤＣＰは、Ｒ用液晶パネルＰＮＲ、Ｇ用液晶パネルＰＮＧ及びＢ用液晶パネルＰＮＢから出力された赤色光Ｒ、緑色光Ｇ及び青色光Ｂを組み合わせて投影レンズＬＮＳＴに出射する。このようにして、液晶プロジェクタＰＲＪは、赤色光、緑色光及び青色光を含んだカラーの画像を投影することができる。
図１８は、実施形態６に係る波長板を用いた光学装置として、光ピックアップを例示した図である。図１８に示すように、光ピックアップＬＰＵは、レーザダイオードＬＤ、グレーティングＧＴ、λ／２波長板６ｂ、ハーフミラーＨＭＬ、コリメータレンズＣＬ、λ／４波長板６ｃ、ミラーＭＬ４、開口制御素子ＮＡ、対物レンズＴＬ、光センサＬＳを備えている。光ピックアップＬＰＵは、ＤＶＤ、ハードディスク等のディスクＤＩＳＣ面に形成された溝情報を読み取る。
レーザダイオードＬＤは光源としてレーザ光を生成する。レーザダイオードＬＤから出射したレーザ光は、グレーティングＧＴにより波長が選択され、λ／２波長板６ｂを介して、偏光面が整った直線偏光に変換される。直線偏光を含むレーザ光は、ハーフミラーＨＭＬで一部が反射し、コリメータレンズＣＬで平行光に変換される。平行光に変換されたレーザ光は、λ／４波長板６ｃで円偏光に変換され、ミラーＭＬ４及び開口制御素子ＮＡを介して、対物レンズＴＬによりＤＩＳＣ面に集光される。
ＤＩＳＣ面に集光されたレーザ光は、ＤＩＳＣ面で反射する。その際、反射光には、ＤＩＳＣ面の溝情報が含まれる。このように、対物レンズＴＬは、波長板６ｂ及び６ｃにより偏光状態が変化したレーザ光を、溝が形成されたディスクＤＩＳＣ面に集光するとともに、レーザ光がディスクＤＩＳＣ面で反射した反射光を集光する。
対物レンズＴＬで集光された溝情報を含む反射光は、開口制御素子ＮＡ及びミラーＭＬ４を介して、λ／４波長板６ｃで直線偏光に変換される。そして、ハーフミラーＨＭＬを透過し、補正板ＡＳにより収差を補正される。そして、反射光は、光センサＬＳにより検出される。このようにして、光ピックアップＬＰＵは、ディスクＤＩＳＣ面に形成された溝情報を読み取ることができる。
本実施形態の液晶プロジェクタＰＲＪ及び光ピックアップＬＰＵ等の光学装置は、波長板６ａ〜６ｃを含んでいる。波長板６ａ〜６ｃは、入射角のズレによる影響を補正することができる。よって、照射光及びレーザ光が円錐状に収束し、垂直入射からズレが生じても、入射角のズレによる影響を補正することができる。これにより、位相差の変動を抑制し、光量のロスを抑制することができる。
また、無機の材料を用いることにより、照射光及びレーザ光の大出力化に対応することができる。これ以外の構成及び効果は、実施形態１〜５の記載に含まれている。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
１、２、３、４、５、６ａ、６ｂ、６ｃ 波長板
１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、Ｊ０ 複屈折基板
１１、１２、２１、２２、３１、３２、４１、４２、５１、５２ 主面
１３、２３、３３、４３、５３、６３、７３、８３、９３、Ｊ３ 光軸
１５、４５、６５、９５ 直線偏光方向
６１、６２、７１、７２、８１、８２、９１、９２、Ｊ１、Ｊ２ 主面
６４、９４ 補正前光軸
１０１、２０１ 波長板
１１０、１２０、２１０ 複屈折基板
１１１、１１２、１２１、１２２、２１１、２１２ 主面
１１３、１２３、２１３ 光軸
１１５、２１５ 直線偏光方向
ＡＳ 補正板
ＣＬ コリメータレンズ
ＤＣＰ クロスダイクロイックプリズム
ＤＩＳＣ ディスク
ＤＰ ダイクロイックプリズム
ＧＴ グレーティング
ＨＬＤ ホルダ
ＨＭＬ ハーフミラー
ＩＴＧ インテグレータ
ＬＤ レーザダイオード
ＬＮＳ１、ＬＮＳ２、ＬＮＳ３、ＬＮＳ４、ＬＮＳ５、ＬＮＳ６ レンズ
ＬＮＳＴ 投影レンズ
ＬＭＰ 光源
ＬＰＵ 光ピックアップ
ＬＳ 光センサ
ＭＬ１、ＭＬ２、ＭＬ３、ＭＬ４ ミラー
ＭＬＧ、ＭＬＲ 反射ダイクロイックミラー
ＮＡ 開口制御素子
ＰＮＢ、ＰＮＧ、ＰＮＲ 液晶パネル
ＰＯＬ 偏光変換素子
ＰＲＪ 液晶プロジェクタ
ＴＬ 対物レンズ

Claims (20)

  1. 以下を含む波長板：
    第１の主面を有し第１の方向の光軸を有する第１の複屈折基板；
    前記第１の複屈折基板上に配置された、第２の主面を有し第２の方向の光軸を有する第２の複屈折基板；および
    前記第２の複屈折基板上に配置された、第３の主面を有し第３の方向の光軸を有する第３の複屈折基板、
    ここで、
    前記第１の複屈折基板および前記第２の複屈折基板は同一種の複屈折材料からなり、
    前記第１の主面、前記第２の主面および前記第３の主面は平行に配置され、
    前記第１の方向および前記第２の方向は前記第１の主面および前記第２の主面と平行であり、
    前記第１の方向と前記第２の方向は直交し、
    前記第３の方向は前記第３の主面と直交し、かつ前記第１の方向および前記第２の方向と直交する。
  2. 以下を含む波長板：
    第１の主面を有し第１の方向の光軸を有する第１の複屈折基板；および
    前記第１の複屈折基板上に配置された、第２の主面を有し第２の方向の光軸を有する第２の複屈折基板、
    ここで、
    前記第１の主面および前記第２の主面は平行に配置され、
    前記第１の方向は前記第１の主面と平行であり、
    前記第２の方向は前記第２の主面と直交し、かつ前記第１の方向と直交する。
  3. 前記第１の主面に入射した、前記第１の主面に平行な一方向に直線偏光した入射光は、前記第１の主面に平行で前記一方向に直交した他方向に直線偏光した光として、前記第３の複屈折基板から出射する、
    請求項１に記載の波長板。
  4. 前記第３の主面に入射した、前記第３の主面に平行な一方向に直線偏光した入射光は、円偏光した光として、前記第１の複屈折基板から出射する、
    請求項１に記載の波長板。
  5. 前記一方向と前記第１の方向とのなす角は、前記一方向と前記第２の方向とのなす角と等しい、
    請求項３に記載の波長板。
  6. 前記第３の複屈折基板は、旋光性を有し、
    前記一方向と前記第１の方向とのなす角は、前記一方向と前記第２の方向とのなす角と異なる、
    請求項３に記載の波長板。
  7. 前記第１の複屈折基板及び前記第２の複屈折基板の前記複屈折材料は、前記第３の複屈折基板の前記複屈折材料と異なる、
    請求項５に記載の波長板。
  8. 前記第１の複屈折基板及び前記第２の複屈折基板の前記複屈折材料は、前記第３の複屈折基板の複屈折材料と同一種を含む、
    請求項６に記載の波長板。
  9. 前記第１の複屈折基板と前記第２の複屈折基板との間、および、前記第２の複屈折基板と前記第３の複屈折基板との間の少なくともいずれかは、接着剤により接合された、
    請求項１に記載の波長板。
  10. 前記第１の複屈折基板と前記第２の複屈折基板との間、および、前記第２の複屈折基板と前記第３の複屈折基板との間の少なくともいずれかは、間隔を空けて、ホルダにより保持された、
    請求項１に記載の波長板。
  11. 前記第１の複屈折基板と前記第２の複屈折基板との間、および、前記第２の複屈折基板と前記第３の複屈折基板との間の少なくともいずれかは、直接接合された、
    請求項１に記載の波長板。
  12. 前記第１の主面に入射した、前記第１の主面に平行な一方向に直線偏光した入射光は、前記第１の主面に平行で前記一方向に直交した他方向に直線偏光した光として、前記第２の複屈折基板から出射する、
    請求項２に記載の波長板。
  13. 前記第２の主面に入射した、前記第２の主面に平行な一方向に直線偏光した入射光は、円偏光した光として、前記第１の複屈折基板から出射する、
    請求項２に記載の波長板。
  14. (a)第１の主面を有し、前記第１の主面に平行な第１の方向の光軸を有するように第１の複屈折基板を形成するステップと、
    (b)第２の主面を有し、前記第２の主面に平行な第２の方向の光軸を有するように第２の複屈折基板を形成するステップと、
    (c)第３の主面を有し、前記第３の主面に直交する第３の方向の光軸を有するように第３の複屈折基板を形成するステップと、
    (d)前記第１の主面と前記第２の主面とが平行になるとともに、前記第１の方向と前記第２の方向とが直交するように、前記第１の複屈折基板上に前記第２の複屈折基板を配置するステップと、
    (e)前記第２の主面と前記第３の主面とが平行になるとともに、前記第２の方向と前記第３の方向とが直交するように、前記第２の複屈折基板上に前記第３の複屈折基板を配置するステップと、
    を備えた波長板の製造方法。
  15. (a)第１の主面を有し、前記第１の主面に平行な第１の方向の光軸を有するように第１の複屈折基板を形成するステップと、
    (b)第２の主面を有し、前記第２の主面に直交する第２の方向の光軸を有するように第２の複屈折基板を形成するステップと、
    (c)前記第１の主面と前記第２の主面とが平行になるとともに、前記第１の方向と前記第２の方向とが直交するように、前記第１の複屈折基板上に前記第２の複屈折基板を配置するステップと、
    を備えた波長板の製造方法。
  16. 前記ステップ(d)および(e)において、
    前記第１の複屈折基板と前記第２の複屈折基板との間、および、前記第２の複屈折基板と前記第３の複屈折基板との間の少なくともいずれかは、間隔を空けて、ホルダにより保持する、
    請求項１４に記載の波長板の製造方法。
  17. 前記ステップ(d)および(e)において、
    前記第１の複屈折基板と前記第２の複屈折基板との間、および、前記第２の複屈折基板と前記第３の複屈折基板との間の少なくともいずれかは、直接接合する、
    請求項１４に記載の波長板の製造方法。
  18. 波長板を含む光学装置：
    ここで、前記波長板は、
    第１の主面を有し第１の方向の光軸を有する第１の複屈折基板；
    前記第１の複屈折基板上に配置された、第２の主面を有し第２の方向の光軸を有する第２の複屈折基板；および
    前記第２の複屈折基板上に配置された、第３の主面を有し第３の方向の光軸を有する第３の複屈折基板、
    を含み、
    ここで、
    前記第１の複屈折基板および前記第２の複屈折基板は同一種の複屈折材料からなり、
    前記第１の主面、前記第２の主面および前記第３の主面は平行に配置され、
    前記第１の方向および前記第２の方向は前記第１の主面および前記第２の主面と平行であり、
    前記第１の方向と前記第２の方向は直交し、
    前記第３の方向は前記第３の主面と直交し、かつ前記第１の方向および前記第２の方向と直交する。
  19. 赤色光、緑色光及び青色光を含む照射光を生成する光源と、
    前記波長板により偏光状態が変化した前記赤色光を画像情報に基づいて出力するＲ用液晶パネルと、
    前記波長板により偏光状態が変化した前記緑色光を画像情報に基づいて出力するＧ用液晶パネルと、
    前記波長板により偏光状態が変化した前記青色光を画像情報に基づいて出力するＢ用液晶パネルと、
    前記Ｒ用液晶パネル、前記Ｇ用液晶パネル及び前記Ｂ用液晶パネルから出力された前記赤色光、前記緑色光及び前記青色光を組み合わせて出射するクロスダイクロイックプリズムと、
    をさらに備えた、
    請求項１８に記載の光学装置。
  20. レーザ光を生成する光源と、
    前記波長板により偏光状態が変化した前記レーザ光を、溝が形成されたディスク面に集光するとともに、前記レーザ光が前記ディスク面で反射した反射光を集光する対物レンズと、
    前記対物レンズで集光した前記反射光を検出するセンサと、
    をさらに備えた、
    請求項１８に記載の光学装置。
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