JPH1081955A

JPH1081955A - 斜め蒸着膜素子およびこれを用いた光学装置

Info

Publication number: JPH1081955A
Application number: JP9186163A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Takeda; 康彦竹田; Tomomi Motohiro; 友美元廣; Tatsumi Hioki; 辰視日置; Masaharu Noda; 正治野田; Mikio Okamoto; 幹夫岡本; Hiroshi Niikura; 宏新倉
Original assignee: Nikon Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Nikon Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1996-07-11
Filing date: 1997-07-11
Publication date: 1998-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】斜め蒸着方法によって製造される斜め蒸着膜
素子において、斜め蒸着層の白濁化を防止する。【解決手段】基板１０と斜め蒸着層１４との間にバッ
ファ層として正面蒸着層１２を設けて、基板１０上の汚
染物質が斜め蒸着層１４に拡散することを防ぐ。また、
最上層の斜め蒸着層１４の上に正面蒸着層１６を設け、
斜め蒸着層１４が大気中の水分を吸収することを防止
し、更に、斜め蒸着層１４と緻密な正面蒸着層１８との
複数の積層体を形成して基板１０からの汚染物質の拡散
と大気中の水分の吸収を防止するだけでなく、各斜め蒸
着層自体の強度が高まり、斜め蒸着層の柱状構造の緩和
を確実に抑制できる。このように、斜め蒸着層１４にお
ける柱状構造の緩和を促進する要因を取り除くことによ
り斜め蒸着膜層１４の白濁化が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に形成され
た斜め蒸着層を有する斜め蒸着膜素子、特に光通信、光
検出、光加工等において重要な構成要素である偏光素子
等に利用されるものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、光通信、光検出、光加工等に
おいては、光の位相を制御する必要があり、各種の位相
制御素子が利用されている。この位相制御素子の１つに
斜め蒸着膜を利用した斜め蒸着膜素子がある。

【０００３】斜め蒸着膜は、太さ約１０ｎｍの柱が基板
表面の法線方向から蒸着源の方向に傾いた角度をもって
集合し、面内で異方的な微細構造を有する蒸着膜であ
る。そして、このような異方的な微細構造により、種々
の物性について、面内での異方性がある。

【０００４】例えば、可視光に対して透明な物質である
Ｔａ₂Ｏ₅を材料とした斜め蒸着膜は、垂直入射光に対
し複屈折特性を持つ。従って、この斜め蒸着膜は、可視
光領域における位相板に利用される。

【０００５】ここで、斜め蒸着膜を利用する際にしばし
ば生じる問題点として、柱状構造が緩和する、即ち上記
微細構造を構成する個々の柱に凝集が生じるという現象
がある。この柱状構造の緩和が起こると、膜内で光の散
乱がおこり、膜が白濁してしまう。そこで、膜の特性が
変化し、位相板などの光学素子としての品質が悪化して
しまうという問題が生じる。

【０００６】この白濁化を避ける手段もある程度は知ら
れている。例えば、基板の汚染物質を極力排除した上
で、Ｔａ₂０₅を高真空中で高速度にて斜め蒸着した場
合、斜め蒸着膜での柱状構造の緩和が小さく、可視光に
対して白濁の少ない膜素子が作製できることが知られて
いる（T.Motohiro and Y.Taga, Appl. Opt. 28 (1989)2
466 ）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法により作成された斜め蒸着膜素子については、高温あ
るいは高湿という悪環境下で十分な耐久性が得られるか
否かが疑問である。

【０００８】また、光を利用する様々な分野では、解像
度の上昇などの目的で、用いる光の短波長化が望まれて
いる。しかし、上述の斜め蒸着膜素子の膜材料であるＴ
ａ₂０₅は、波長およそ４５０ｎｍ以下の光を吸収す
る。従って、Ｔａ₂Ｏ₅は、紫外光を対象とする位相板
などには、用いることができない。

【０００９】一方、紫外光に対して透明な物質、例えば
ＳｉＯ₂等を用いた斜め蒸着膜においては、その白濁化
を避けるための方法は知られていない。

【００１０】本発明は、斜め蒸着膜の柱状構造の緩和・
白濁を防止し、また、膜材料として使用する物質に対し
て依存性の少ない斜め蒸着膜素子を提供することを目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

［発明の構成］本発明は、上記目的を達成するためにな
され、以下のような特徴を有する。

【００１２】（Ａ）本発明の斜め蒸着膜素子は、基板上
に形成された斜め蒸着層を有し、基板と斜め蒸着層との
間、および斜め蒸着層上のいずれか一方、または両方に
正面蒸着層を形成したことを特徴とする。

【００１３】（Ｂ）また、他の形態の本発明は、基板上
に形成した斜め蒸着層と正面蒸着層とが交互に形成され
た積層体を有する斜め蒸着膜素子であって、基板と積層
体との間、および積層体上のいずれか一方または両方に
正面蒸着層が形成されていることを特徴とする。

【００１４】（Ｃ）ここで、本発明における多層構造
（基板／正面蒸着層／斜め蒸着層／正面蒸着層／斜め蒸
着層／……／正面蒸着層／斜め蒸着層／正面蒸着層）の
斜め蒸着膜素子は、以下のような工程により、得ること
ができる。

【００１５】（ｉ）まず、基板上に正面蒸着により正面
蒸着層（バッファ層）を形成し、清浄な表面を得る。

【００１６】（ii）次に、斜め蒸着層と正面蒸着層とを
交互に繰り返し積層し、所望の厚さとなるように多層構
造の積層体（斜め蒸着層／正面蒸着層／斜め蒸着層／…
…／斜め蒸着層）を上記バッファ層上に形成する。

【００１７】（iii ）上記多層構造の積層体の表面に、
さらに正面蒸着層として緻密なパッシベーション層を形
成する。

【００１８】（Ｄ）斜め蒸着膜の機械的強度を向上させ
るために、斜め蒸着層の中間に正面蒸着層を形成し、
［基板／斜め蒸着層／正面蒸着層／斜め蒸着層］という
構成とすることは、特開昭６３−３０１９０５号に示さ
れている。

【００１９】しかし、この従来技術に示される構造で
は、斜め蒸着層の白濁を防止するには不十分であり、本
発明のような構成が求められる。

【００２０】すなわち、本発明では、(i) 基板と斜め
蒸着層との間、(ii) 斜め蒸着層の表面、具体的には
［・・・斜め蒸着層／正面蒸着層／斜め蒸着層］、または
［単一層の斜め蒸着層］の表面、の少なくとも一方に、
正面蒸着層を設けることにより、斜め蒸着膜素子を構成
する。これによって、各斜め蒸着層の白濁化を確実に防
止することができる。特に、上記（Ｂ）の多層構造の積
層体として、薄い斜め蒸着層と正面蒸着層とを交互に積
層した構成は、白濁化防止の点で特に有効である。

【００２１】（Ｅ）また、上述の斜め蒸着膜素子におけ
る斜め蒸着膜は、具体的には、例えば以下のような構造
をとり得る。

【００２２】(i) 基板／正面蒸着層／斜め蒸着層 (ii) 基板／斜め蒸着層／正面蒸着層 (iii) 基板／正面蒸着層／斜め蒸着層／正面蒸着層 (iv) 基板／正面蒸着層／斜め蒸着層／正面蒸着層／斜
め蒸着層……／正面蒸着層／斜め蒸着層 (v) 基板／正面蒸着層／斜め蒸着層／正面蒸着層／斜
め蒸着層……／正面蒸着層（Ｆ）上述のような斜め蒸着膜素子において、斜め蒸着
層を成す材料は、例えば、タンタル酸化物、セリウム酸
化物、タングステン酸化物、シリコン酸化物、ネオジウ
ム弗化物などの少なくともいずれか１つを用いることが
できる。これらのいずれの材料を用いて斜め蒸着層を形
成しても、得られる斜め蒸着層の白濁化を防止すること
ができる。また、使用する光に対して透明であり、基板
上に安定的に形成可能な材料であれば、これらの材料に
限られることはない。

【００２３】（Ｇ）また、上述のような斜め蒸着膜素子
において、斜め蒸着層の蒸着方向は、それぞれ基板表面
の法線方向に対して３０度〜８０度が望ましい。このよ
うな蒸着角度であれば、斜め蒸着膜素子への入射光に対
する屈折率に偏光による違いが生じ、位相制御素子など
に利用することができる。

【００２４】（Ｈ）また、上述の斜め蒸着膜素子は、各
種光学装置における位相制御素子（例えば、位相板や偏
光分離素子など）として利用可能であり、これら光学素
子として本発明の斜め蒸着膜素子を使用することによ
り、高性能の光学装置の実現が可能となる。

【００２５】［本発明の作用・効果］斜め蒸着膜の柱状
構造が緩和、白濁する原因は、斜め蒸着膜は隙間の多い
微細構造をもつため、その構造自身が不安定で緩和しや
すいためと考えられる。

【００２６】このような構造の緩和を促進する要因とし
ては、 (i) 基板上の汚染物質 (ii)斜め蒸着膜表面からの大気中の水分の浸透が挙げられる。

【００２７】本発明は、これらの点に着目し、斜め蒸着
膜における柱状構造の緩和を促進する要因を取り除くこ
とによって、様々な材料で形成された斜め蒸着膜層の白
濁化を防止している。すなわち、本発明において、上述
のように、基板と斜め蒸着層との間にバッファ層として
正面蒸着層を設けることによって、基板上の汚染物質が
斜め蒸着層に拡散することを防止する。そして、最上層
の斜め蒸着層の上にパッシベーション層として正面蒸着
層を設けることによって、斜め蒸着層が大気中の水分を
吸収することを防止する。

【００２８】また、このような構成に加え、上述の
（Ｂ）のように、斜め蒸着層を緻密な正面蒸着層で挟ん
だ積層体を形成することにより、上記要因(i),(ii)が防
止されると共に、各斜め蒸着層の機械的強度が高まり、
構造の緩和をさらに確実に抑制できる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以
下、実施形態という）について図面を用いて説明する。

【００３０】実施形態１．［斜め蒸着膜素子の構造］図１は、本実施形態に係る斜
め蒸着膜素子の構成例１〜４を示している。図示される
ように、いずれの斜め蒸着膜素子も、石英ガラスなどの
透明基板１０の上に正面蒸着層１２および斜め蒸着層１
４が形成されて構成されている。

【００３１】（構成例１）図１（ａ）に示す斜め蒸着膜
素子１は、基板１０の表面に、バッファ層として正面蒸
着層１２が形成されている。この正面蒸着層１２は、例
えば２８００Å程度の厚さに基板表面の法線方向に蒸着
形成されている。この正面蒸着層１２の上層には、基板
表面の法線方向に対して例えば３０度〜８０度の範囲だ
け蒸着方向が傾けられて蒸着された厚さ２μｍの斜め蒸
着層１４が形成されている。

【００３２】正面蒸着層１２は、その構造が緻密であ
り、汚染物質が拡散されにくい。そこで、基板１０と斜
め蒸着層１４との間にこの正面蒸着層１２を設けること
により、基板１０の汚染物質が上層の斜め蒸着層１４に
到達して拡散し、斜め蒸着層１４の層構造が緩和してし
まうことが防止される。

【００３３】（構成例２）図１（ｂ）の斜め蒸着膜素子
１は、基板１０表面を洗浄して清浄にした後、例えば２
μｍ程度の厚さに形成された斜め蒸着層１４を備えてい
る。そして、この斜め蒸着層１４の上に、パッシベーシ
ョン層として例えば２８００Åの厚さの正面蒸着層１６
が形成されている。正面蒸着層１６は、図１（ａ）に示
されるバッファ層として用いられている正面蒸着層１２
と同様に、その構造が緻密である。従って、この正面蒸
着層１６は、下層の斜め蒸着層１４が大気中の水分を吸
収しし、その柱状構造が緩和することを防止している。

【００３４】（構成例３）図１（ｃ）の斜め蒸着膜素子
１においては、基板１０上に、バッファ層として正面蒸
着層１２（厚さは、例えば２８００Å）が形成されてい
る。そして、この正面蒸着層１２上には、薄い斜め蒸着
層１４（例えば、厚さ７５０Å）および正面蒸着層１８
（例えば、厚さ４５０Å）が交互に形成された積層体が
設けられている。さらに、積層体の上には、図１（ｂ）
と同様にパッシベーション層として正面蒸着層１６が形
成されている。

【００３５】なお、正面蒸着層１２上に積層体（斜め蒸
着層１４／正面蒸着層１８／斜め蒸着層１４／……／斜
め蒸着層１４）を設けた構成に限らず、この積層体に替
えて単一の斜め蒸着層１４を設けた構成としてもよい。

【００３６】このように、積層体または単一の斜め蒸着
層１４をバッファ層としての正面蒸着層１２と、パッシ
ベーション層としての正面蒸着層１６とで挟む構成とす
ることで、斜め蒸着層１４の構造緩和を促進要因である (i) 基板１０からの汚染物質の拡散、(ii) 大気中の
水分の吸収、を確実に防止することが可能となる。

【００３７】従って、より確実に斜め蒸着膜素子におけ
る斜め蒸着層の構造緩和による膜の白濁化が防止され
る。また、図１（ｃ）のように、薄い斜め蒸着層１４と
正面蒸着層１８との積層構造を採用すれば、膜の機械的
強度の向上にも寄与するので、膜の白濁化の抑制能力が
一段と高められることとなる。

【００３８】［製造条件］本実施形態１の斜め蒸着膜素
子は、垂直入射光用位相制御素子として利用することが
できる。すなわち、斜め蒸着膜素子では、垂直に入射し
てくる入射光に対し、その図２（ａ）に示す蒸着方向に
直交する偏光成分（Ｓ偏光）と、この偏光成分と直交す
る偏光成分（Ｐ偏光）とで、屈折率がそれぞれ異なる。
そして、この屈折率の相違により、斜め蒸着膜素子１を
通過したＳ偏光とＰ偏光とで互いの位相に差が生ずる。
そこで、本実施形態１に示す斜め蒸着膜素子において、
斜め蒸着層などの厚さを所定の値に調整することによ
り、上記２つの偏光成分に所望の位相差を与えることが
可能となる。よって、この斜め蒸着膜素子を位相制御素
子、例えば位相板や偏光分離素子として使用することが
できる。なお、偏光分離素子として用いる場合には、図
１（ｃ）のように、斜め蒸着層と正面蒸着層の多層構造
とすることが必要となる。

【００３９】次に、斜め蒸着膜素子を位相板として用い
る場合における素子の製造条件について以下に説明す
る。

【００４０】まず、斜め蒸着層および正面蒸着層を形成
するための蒸着材料は、用いる光に対して透明な物質で
あることが必要である。但し、その屈折率が大きいほう
が有利であり、可視〜近赤外光に対してはＴａ₂０₅、
ＣｅＯ₂、ＷＯ₃等を、紫外光に対してはＳｉＯ₂、Ｎ
ｄＦ₃等が好適である。

【００４１】蒸着方法としては、特に制限はなく、抵抗
加熱、電子ビーム加熱、スパッタ法等を適宜用いること
ができる。

【００４２】また、斜め蒸着層は、その蒸着方向が、蒸
着法線方向（素子平面に対する法線方向）から蒸着角３
０°〜８０°だけ傾いていることが望ましい。そして、
このように所定の蒸着角でＴａ₂０₅や、ＳｉＯ₂等を
斜め蒸着して形成された斜め蒸着層は、上述のように斜
め蒸着膜素子に垂直に入射する光の２つの偏光成分に位
相差を与えることとなる。

【００４３】また、蒸着の際の基板温度は、蒸着物質の
融点の１／３以下とする。通常は、室温で行うことがで
きる。

【００４４】さらに、図１に示す正面蒸着層１２、１
６、１８の成膜条件は、蒸着方向を図２（ａ）の蒸着角
を０°とする。つまり、素子平面の法線方向から蒸着す
ることを除けば、他の条件については斜め蒸着層の成膜
条件と同様でよい。

【００４５】［特性評価］次に、位相板としての本実施
形態１の斜め蒸着膜素子の特性評価方法およびその結果
について説明する。

【００４６】基板として石英ガラス基板を用い、この基
板上に、石英ガラス（ＳｉＯ₂）を電子ビーム加熱によ
り蒸着し、上述のような斜め蒸着層や正面蒸着層を形成
し、紫外光用位相板（試料）とした。

【００４７】図３及び図４は、試料の構成例を示してい
る。まず、試料Ａ、Ｂには、基板１０上に正面蒸着によ
って厚さ２８００Åの正面蒸着層１２（バッファ層）を
形成する。次いで、斜め蒸着層＋１４（蒸着角＋７０
°）、正面蒸着層１８、斜め蒸着層−１４（蒸着角−７
０°）、正面蒸着層１８を繰り返し作成して積層体を形
成する。最後に厚さ２８００Åの正面蒸着層１６（パッ
シベーション層）を形成する。

【００４８】ここで、試料Ａでは、積層体における各斜
め蒸着層＋１４、−１４の厚さは共に７５０Å、正面蒸
着層１８の厚さは４５０Åとし、これら２種類の斜め蒸
着層（＋１４、−１４）と各斜め蒸着層に対応する２層
の正面蒸着層の計４層を一組（1セット）として、合計１５
組（但し、最上層は斜め蒸着層のみ）の積層体としてい
る。一方、試料Ｂでは、積層体における各斜め蒸着層＋
１４、−１４の厚さを共に２６００Å、正面蒸着層１８
の厚さを１４００Åとし、これら２種類の斜め蒸着層
（＋１４、−１４）と各斜め蒸着層に対応する２層の正
面蒸着層の計４層を一組として、合計４組（但し、最上
層は斜め蒸着層）の積層体としている。なお、蒸着角を
±７０°として、斜め蒸着層±１４を対称に成膜するこ
とにより、互いに膜応力の緩和を図ることが可能となっ
ている。

【００４９】また、試料Ｃは、バッファ層としての正面
蒸着層１２（厚さ２８００Å）と、厚さ２μｍの斜め蒸
着層＋１４（蒸着角度７０°）と、パッシベーション層
としての正面蒸着層１６の３層から構成されており、斜
め蒸着層には試料Ａ、Ｂのような中間の正面蒸着層がな
い構造となっている。試料Ｄは、厚さ２μｍの斜め蒸着
層＋１４の上に、厚さ２８００Åの正面蒸着層１６を形
成した構成であり、試料Ｅは、正面蒸着層１２を斜め蒸
着層＋１４と基板との間に形成した構造からなる。

【００５０】さらに、試料Ｆは、厚さ２μｍの単独の斜
め蒸着層＋１４（蒸着角＋７０°）のみで正面蒸着層を
一切含まない構成となっている。

【００５１】以上、６通りの試料Ａ〜Ｆを用い、これら
を図２（ｂ）の試料とし、各試料に対して入射光をそれ
ぞれ垂直に入射した。そして、透過された光について、
蒸着方向に直交する偏光成分（Ｓ偏光）と、この偏光と
直交する偏光成分（Ｐ偏光）との位相差を測定した。ま
た、自然偏光を用いて、試料透過の際の損失率（吸収と
白濁による散乱の両方を含む）を測定した。

【００５２】さらに、光の損失率を位相差の実測値
（度）で割り、これに９０度を掛けた値、即ち９０度の
位相差を得る際の損失率を図５に示す。

【００５３】図５に示されるように、最も損失率の小さ
かったのは、バッファ層とパッシベーション層を備え、
斜め蒸着層が薄く、繰り返し回数が多いもの（試料Ａ）
である。試料Ａでは、測定した波長３５０ｎｍ〜６５０
ｎｍのすべての範囲において安定的に低い損失率（平均
で１．８％程度）を示している。

【００５４】次いで、損失率が小さかったのは、斜め蒸
着層が比較的厚く繰り返し回数が少ないもの（試料Ｂ）
となった。試料Ｂは、波長３５０ｎｍ〜５００ｎｍまで
の範囲においては、試料Ａに比較してその損失率が上回
っているが、５００ｎｍ以上の長波長側では、試料Ａと
ほぼ同程度の低い損失率となっている。

【００５５】損失率が３番目に低かったのは、中間の正
面蒸着層を含まない試料Ｃである。そして、単独の斜め
蒸着層からなる試料Ｆについては、透過の際の損失が大
きいため、位相差を精度良く測定できなかった。また、
試料Ｄ、Ｅについては、試料Ａ、Ｂ、Ｃよりは透過の際
の損失が高いが、試料Ｆに比べれば、優れている。

【００５６】以上の結果より、斜め蒸着層の白濁を防止
する方法として、バッファ層とパッシベーション層を形
成し、更に薄い斜め蒸着層と正面蒸着層を交互に多数繰
り返し形成することが最も効果的であることが判明し
た。

【００５７】実施形態２．次に、上述の実施形態１に示
すような本発明の斜め蒸着膜素子を位相板（ここでは４
分の１波長板）として使用例について説明する。

【００５８】図６は、特開平３−２８２５２７号などに
示された光学装置に本発明の斜め蒸着膜素子を用いた例
を示している。この光学装置は、第１面２１のパターン
を第２面２８に縮小投影するための光学系であり、例え
ば、半導体素子の製造用の露光装置などに用いられる。
この場合、第１面２１のパターンは、実素子パターンよ
り拡大されたものであり、これを半導体ウエハなどから
なる第２面２８に縮小投影している。

【００５９】そして、実施形態１に示すごとき斜め蒸着
膜素子が、図６において偏光ビームスプリッター２３の
入出射面に４分の１波長板２４として使用されている。

【００６０】以下、図６の光学装置の概要について説明
する。

【００６１】第１面２１からの光は、第１のレンズ群２
２にて平行光とされ、偏光ビームスプリッター２３に入
射され、この偏光ビームスプリッター２３の偏光分離膜
２３ａにてＰ偏光とＳ偏光とに分離され、Ｐ偏光は偏光
分離膜２３ａを透過し、一方のＳ偏光はこの偏光分離膜
２３ａで反射されて取り除かれる。偏光分離膜２３ａを
通過したＰ偏光は、偏光ビームスプリッター２３の入出
射面に設けられた４分の１波長板２４を通過し、その際
に直線偏光の互いに直交する２つの偏光成分の位相が互
いに４分の１波長だけシフトされて円偏光となる。この
円偏光は、第２のレンズ群２５で発散されて凹面反射鏡
２６に到達する。

【００６２】到達した円偏光は、凹面反射鏡２６で反射
されて、この円偏光と逆回りの円偏光となり、これが再
び第２のレンズ群２５を透過し、４分の１波長板２４に
至る。４分の１波長板２４は、この反射鏡２６からの反
射光の偏光成分に対して、その位相を逆方向に４分の１
波長分シフトし、これにより円偏光はＳ偏光に変換され
る。

【００６３】得られたＳ偏光は、偏光ビームスプリッタ
ー２３に入射され、その偏光分離膜２３ａで反射され、
偏光ビームスプリッター２３より出射する。そして、偏
光ビームスプリッター２３からの出射光は、第３のレン
ズ群２７にて第２面２８上に集光され、この第２面２８
上に第１面２１でのパターンが縮小投影される。

【００６４】ここで、通常用いられている水晶等からな
る４分の１波長板では、その厚みにより非点収差が発生
することが知られている。この非点収差量は、波面収差
をＷとして、次式（１）で表される。

【００６５】

【数１】Ｗ＝（ｎｏ−ｎｅ）ｄθ² ・・・（１）なお、式（１）において、（ｎｏ−ｎｅ）は、常光線の
屈折率ｎｏと異常光線の屈折率ｎｅとの差、ｄは４分の
１波長板の厚み、θは波長板内部での平行光からのずれ
角、すなわち光線の発散（集束）角を表す。

【００６６】このように、波面収差Ｗは、（ｎｏ−ｎ
ｅ）ｄに依存している。従って、通常波長板の作成の際
に行われている２枚の結晶を９０度互いに光軸を回転さ
せて張り合わせるという方法では、この非点収差を補正
することはできない。

【００６７】これに対して、本発明による４分の１波長
板２４では、（ｎｏ−ｎｅ）ｄが４分の１波長となるよ
うに構成されている。このように［（ｎｏ−ｎｅ）ｄ＝
４分の１波長］とすることにより、θが４５°以下の広
い範囲で、Ｗの値を４分の１波長以下とすることができ
る。

【００６８】以上のように実施形態１のような斜め蒸着
膜素子を波長板として用いることにより、本実施形態２
では、第２面２８に対しての十分な結像性能を維持する
ことができる。また、実施形態１で述べたように、斜め
蒸着膜素子（４分の１波長板４）は、波長４５０ｎｍ以
下の短波長の光に対しても低い損失率を示しているため
（図５参照）、半導体素子の露光装置などのように、素
子の微細化に伴う光源光の短波長化の要請にも十分対応
することが可能である。

【００６９】実施形態３．次に、上記実施形態１のよう
な構成の斜め蒸着膜素子をさらに別の光学装置の位相板
（例えば、４分の１波長板）として使用した例について
説明する。

【００７０】図７は、特開平６−２８９２２２号などに
示された光学装置において、本発明の斜め蒸着膜素子を
用いた例を示している。この光学装置は、反射型のライ
トバルブ３７、例えば液晶ディスプレイパネル（ＬＣＤ
パネル）に光源３１からの光を照射して、ライトバルブ
３７上のイメージをスクリーン３９に投写する投写型表
示装置の光学系である。そして、実施形態１に示す斜め
蒸着膜素子は、スクリーン３９上での投写イメージのコ
ントラスト向上のために、偏光ビームスプリッター３４
とダイクロイックプリズム３６との間に４分の１波長板
３５として使用されている。

【００７１】以下、図７の投写型表示装置の概要につい
て説明する。

【００７２】図７にて、光源３１から出射された光源光
は第１のレンズ群３２および前置偏光ビームスプリッタ
ー３３を通り、直線偏光として主偏光ビームスプリッタ
ー３４に入射する。このとき図７では、簡単のために光
線を一本の線で示しているが、実際の光線は、約５度の
集光光束で、主偏光ビームスプリッター３４に入射して
いるので、図の紙面に平行な光線だけでなく、紙面に対
し斜めに進む光線もある。この光源３１からの直線偏光
のＳ偏光成分は、主偏光ビームスプリッター３４の偏光
分離膜３４ａで反射され、反射光は、主偏光ビームスプ
リッター３４のダイクロイックプリズム３６側に設けら
れた４分の１波長板３５に至る。このとき、４分の１波
長板３５の進相軸と遅相軸は、４分の１波長板３５の面
内で紙面に垂直な方向と平行な方向に配置されていて、
反射光の直交する２つの偏光成分の互いの位相が、４分
の１波長だけシフトされてダイクロイックプリズム３６
に入射する。

【００７３】ダイクロイックプリズム３６は、反射光を
赤、緑、青の３色光に分解し、各側面から、赤色光、緑
色光、青色光を対応する赤、緑、青用の３つの反射型ラ
イトバルブ３７に照射する。各反射型ライトバルブ３７
は、それぞれが表示しているイメージに応じて入射光を
変調し、これを楕円偏光の反射光として射出する。ダイ
クロイックプリズム３６は、ライトバルブ３７からの反
射光を合成して、主偏光ビームスプリッター３４に向け
て射出する。この光は、再び４分の１波長板３５を通過
する。このように４分の１波長板３５を２回通過するこ
とにより、紙面に対して斜め方向に進行している光は、
波長板の進相軸と遅相軸の作る直交する軸に対し、一回
目の通過の際とは反対方向の楕円偏光（但し、ライトバ
ルブ３７がオフの場合は直線偏光）となり、主偏光ビー
ムスプリッター３４が検光子として最適に使用できるよ
うになり、スクリーン３９に投写される画像のコントラ
ストを向上することが可能となる。

【００７４】入射された直線偏光のＰ偏光成分は、この
主偏光ビームスプリッター３４の偏光分離膜３４ａを透
過し、投写レンズである第２のレンズ群３８によって、
スクリーン３９へと投写され、スクリーン３９には所望
のカラーイメージが映し出されることとなる。

【００７５】以上のような光学系において、従来は、４
分の１波長板３５として、高分子フィルムによる４分の
１波長板が用いられていた。

【００７６】ところが、高分子フィルムは耐熱性に問題
があり、高輝度の光が入射した場合には、このようなフ
ィルムによる４分の１波長板が損傷してしまうという問
題があった。特に、現在、表示品質向上のために、スク
リーン３９上におけるコントラストを上げることが強く
要請されており、光源としてより高輝度のものが用いら
れる傾向にある。さらに、他の光学部材、例えばＬＣＤ
ライトバルブ３７における光損失をできる限り低減する
試みがなされている。このような状況においては、４分
の１波長板３５に入射される光量はますます増加する傾
向にあり、波長板についてもその光損失が少なく耐熱性
に優れたものであることが必要とされている。

【００７７】また、高分子フィルムによる４分の１波長
板は、ガラス等の研磨面に比較し面のみだれがあり、透
過した光の波面を乱し、投写型表示装置の解像度を劣化
させる原因となる。

【００７８】これに対して、本実施形態３では、実施形
態１に示すごとき無機物質より構成された斜め蒸着膜素
子を４分の１波長板３５として用いるので、その耐熱性
が格段に向上しており、高輝度の投写型表示装置にも対
応可能となる。

【００７９】また、解像度の問題についても、例えば、
プリズムを基板としてその研磨面に本発明の斜め蒸着膜
を形成し、実施形態１の斜め蒸着膜素子を用いて４分の
１波長板を作製することにより、容易に平滑な面が得ら
れる。従って、解像度を落さず部品点数も増やす事なく
対応する事が可能となる。

【００８０】さらに、今後装置の大型化、特に、要求さ
れる投写イメージの大型化やライトバルブ３７の大型化
により、各種光学素子についても大型化が要請された場
合であっても、本実施形態４では、蒸着によって大面積
かつ均一な波長板を容易に作成することができるから、
結晶（石英）などを用いた波長板の場合には困難となる
大面積化への対応が極めて容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係る斜め蒸着膜素子の
構成例を示す図である。

【図２】本発明の斜め蒸着膜素子の蒸着方向および素
子の機能を概念的にに示す図である。

【図３】本発明の斜め蒸着膜素子の特性評価に用いた
試料Ａ，Ｂの構成を示す図である。

【図４】本発明の斜め蒸着膜素子の特性評価に用いた
試料Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの構成を示す図である。

【図５】図３及び図４の試料についての光損失率と波
長との関係を示す図である。

【図６】本発明の実施形態２に係る光学装置の構成例
を示す図である。

【図７】本発明の実施形態３に係る光学装置の構成例
を示す図である。

【符号の説明】

１斜め蒸着膜素子、１０基板、１２正面蒸着層
（バッファ層）、１４，＋１４，−１４斜め蒸着層、
１６正面蒸着層（パッシベーション層）、１８正面蒸
着層、２１第１面、２３，３４偏光ビームスプリッ
ター、２３ａ，３４ａ偏光分離膜、２４，３５４分
の１波長板、２６凹面反射鏡、２８第２面、３１光
源、３６ダイクロイックプリズム、３７反射型ライ
トバルブ（ＬＣＤパネル）、３８第２レンズ群、３９
スクリーン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者元廣友美愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者日置辰視愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者野田正治愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者岡本幹夫東京都千代田区丸の内３丁目２番３号株式会社ニコン内 (72)発明者新倉宏東京都千代田区丸の内３丁目２番３号株式会社ニコン内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成された斜め蒸着層を有する
斜め蒸着膜素子であって、前記基板と斜め蒸着層との間、および前記斜め蒸着層上
のいずれか一方または両方に正面蒸着層が形成されてい
ることを特徴とする斜め蒸着膜素子。
【請求項２】基板上に斜め蒸着層と正面蒸着層とが交
互に形成されてなる積層体を有する斜め蒸着膜素子であ
って、前記基板と前記積層体との間、および前記積層体上のい
ずれか一方または両方に正面蒸着層が形成されているこ
とを特徴とする斜め蒸着膜素子。
【請求項３】請求項１または２のいずれかに記載の斜
め蒸着膜素子において、前記斜め蒸着層は、少なくともタンタル酸化物、セリウ
ム酸化物、タングステン酸化物、シリコン酸化物、ネオ
ジウム弗化物のいずれか一つの材料により形成されてい
ることを特徴とする斜め蒸着膜素子。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか一つに記載の斜
め蒸着膜素子において、前記斜め蒸着層は、基板表面の法線方向に対する蒸着方
向が３０度〜８０度傾けられて形成されていることを特
徴とする斜め蒸着膜素子。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか一つに記載の斜
め蒸着膜素子を位相制御素子として用いたことを特徴と
する光学装置。