JPH1161385A

JPH1161385A - 斜め蒸着膜素子

Info

Publication number: JPH1161385A
Application number: JP9230061A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Takeda; 康彦竹田; Tomomi Motohiro; 友美元廣; Mikio Okamoto; 幹夫岡本; Naotaka Shimamura; 尚孝島村
Original assignee: Nikon Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Nikon Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1997-08-26
Filing date: 1997-08-26
Publication date: 1999-03-05

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
素子において面内で光学特性バラツキを小さくする。【解決手段】基板１０上に複数の斜め蒸着膜層を形成
して得られる斜め蒸着膜素子であり、各斜め蒸着膜層
（−１４，＋１４）を２つの異なる蒸着方向のいずれか
からの蒸着によって形成し、かつ各層毎に交互に異なる
前記蒸着方向から形成して複数の斜め蒸着膜層を形成
し、複数の斜め蒸着膜層の全層数を３層以上とする。こ
のように異なる蒸着方向から交互に形成された複数の斜
め蒸着膜層の全層数を３層以上とすることで、斜め蒸着
膜素子の面内における進相軸及び遅相軸のバラツキを低
減し、進相軸・遅相軸の傾き角の素子面内でのずれの最
大値θmaxを（11.8663((1/d)+(1/4d3))未満とすること
が可能となる。

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
た斜め蒸着膜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
表面の放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。例えば、可視
光に対して透明な物質であるＴａ₂Ｏ₅などを材料とした
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
利用することができる（T. Motohiro and Y. Taga, App
l. Opt.28 (1989)2466）。

【０００４】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、複屈折値の面内でのバラツキ
と、進相軸・遅相軸方向における面内でのバラツキがあ
る。例えば、図１２（ａ）、（ｂ）のように蒸着用基板
１０を正方形とし、基板１０の中心と蒸着源１２との距
離と、基板１０の一辺の長さの比をｄとし、これらの大
きさに対して蒸着源１２は十分小さいとする。基板中央
部で蒸着方向の極角（蒸着角）が７０゜で、方位角が基
板の辺に平行であるとするとき、基板１０の蒸着源１２
に遠い側では基板中央部に比べてその極角は大きくな
り、その部分に形成される斜め蒸着膜の複屈折値は大き
くなる。反対に基板１０の蒸着源１２に近い側では、基
板中央部に比べて極角が小さく、複屈折値は小さくな
る。但し、この場合、基板１０上に形成される斜め蒸着
膜のうち蒸着源１２から遠い側では中央部に比べて膜厚
が厚く、蒸着源１２から近い側では逆に薄くなる。この
ため、斜め蒸着膜のリターデーション（retardation)値
は、膜の面内でバラツキが生じてしまう。基板１０の大
きさと蒸着角、及び基板１０と蒸着源１２との距離があ
る条件を満たせば、斜め蒸着膜のリターデーション値
は、基板１０上の位置によらず、一定の値が得られるこ
とが見い出されている（特開昭６３−２０５６１０
号）。また、特開昭６３−１３２２０３号には、少なく
とも２層からなり、各斜め蒸着方向が異なる斜め蒸着膜
を備えた複屈折基板について開示があり、複屈折性の視
覚異方性を解消できると記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のような斜め蒸着
膜からなる複屈折基板では、膜における進相軸は、蒸着
方向に平行な方向となり、遅相軸は、これと直交する方
向となる。基板の中央部では、これらの進相軸及び遅相
軸は、それぞれ基板１０の辺に平行な方向となる。しか
し、例えば、基板１０中心と蒸着源１２との距離を２０
ｃｍ、基板１０が正方形で一辺の長さが５ｃｍのとき、
基板１０の角部分では、上記進相軸及び遅相軸は、図１
２（ｂ）に示すように、基板１０の各辺に対して６．３
゜、８．１゜傾いた方向となり、面内で一定の方向の膜
を得ることはできなかった。

【０００６】基板サイズに対して、基板１０と蒸着源１
２との距離を大きくとれば、この傾き角は小さくなる。
しかし、その場合には、装置の大型化、蒸着速度の低下
というデメリットがある。

【０００７】本発明は、このような課題を解決するため
になされたものであり、基板と蒸着源との距離を大きく
することなく面内での特性のバラツキの小さい斜め蒸着
膜を備えた素子を提供することを目的とする。

【０００８】

【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。

【０００９】即ち、基板上に斜め蒸着膜層を有する斜め
蒸着膜素子であって、２つの異なる蒸着方向のいずれか
からの蒸着によって各斜め蒸着膜層を形成し、該各斜め
蒸着膜層毎に交互に異なる前記蒸着方向から形成して得
た複数の斜め蒸着膜層を有し、前記複数の斜め蒸着膜層
の全層数を３層以上とすることを特徴とする。

【００１０】このように異なる蒸着方向から交互に形成
された複数の斜め蒸着膜層の全層数を３層以上とするこ
とにより、斜め蒸着膜素子の面内における進相軸及び遅
相軸のバラツキを低減することができる。具体的には、
上記バラツキは、例えば、１／４波長板において、次式
（１）に示す進相軸・遅相軸の傾き角の素子面内での最
大値未満に抑えることを可能としている。

【００１１】

【数１】１１．８６６３（（１／ｄ）＋（１／４ｄ³））［゜］・・・（１）但し、上式（１）において「ｄ」は、蒸着時における蒸
着源から素子中心までの距離と、素子基板の大きさとの
比率を示す。

【００１２】また、本発明において、斜め蒸着膜層の全
層数を３層以上とした場合において、全層数Ｌを多く、
各層の厚さを薄くすることにより、互いに蒸着方向の異
なる斜め蒸着膜層の組み合わせによるバラツキ低減効果
が高まり、より確実に進相軸及び遅相軸のバラツキを低
減できる。

【００１３】更に、本発明では、例えば、全層数を偶数
とし、各層のリタデーション値Δｌが全て”π／２／
Ｌ”を満たすように各層の厚さを設定する構成が適用さ
れうる。この構成では、最上層を１層目、最下層をＬ層
目として、１層目と２層目、３層目と４層目、・・、Ｌ
−１層目とＬ層目の組み合わせにより、それぞれ進相軸
及び遅相軸の傾き角のバラツキをキャンセルすることと
なる。このため、全層数Ｌを多く、つまり、斜め蒸着膜
層の各層の厚さを薄く設定すれば、Ｌ−１層目とＬ層目
の組み合わせのそれぞれにおけるバラツキの低減効果を
より高めることが可能となる。

【００１４】また、全層数Ｌのうち１層目とＬ層目のリ
タデーション値Δｌ（ｌ＝１及びＬ）を例えば”π／４
（Ｌ−１）”、その他の層を”π／２（Ｌ−１）”とな
るように各層の厚さを設定する構成も適用可能である。
この構成では、１層目と２層目、２層目の下半分と３層
目、Ｌ−１層目の下半分とＬ層目、という組み合わせに
より、それぞれ進相軸及び遅相軸の傾き角のバラツキが
キャンセルされることとなる。複数の斜め蒸着膜層を作
成する製造工程を簡略化する観点から、このような構成
を採用すれば、全層数が奇数であっても偶数であって
も、少ない層数で効率的なバラツキのキャンセルが可能
となる。また、このような構成の場合、全層数Ｌを奇数
とすれば、上記組み合わせ数が偶数となるため、全層数
を偶数とした場合（組み合わせ数は奇数）に比べて、対
象性が増すためバラツキ低減効果が一段と高まり、素子
面内における均一性を更に一段と向上させることが可能
となる。

【００１５】本発明において、各斜め蒸着膜層を成す材
料としては、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中
の何れかを一種類或いはそれ以上利用することができ
る。

【００１６】また、蒸着方向の極角は、例えば３０゜〜
８０゜程度とすることが適切である。このような角度で
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、各種光学装置における位相制御素
子として利用できる。このような位相制御素子に利用す
れば、高性能の光学装置の実現が可能となる。

【００１７】［本発明の作用］例えば、図１に例示する
ように、極角が７０゜で、方位角が基板１０の辺に平行
な２つの反対方向から交互に蒸着して、複数層の斜め蒸
着膜層を形成する場合を考える。図１（ｂ）に示された
基板１０の右上角部に注目すると、実線で示す方向から
蒸着する際には、実線の矢印で示す方向が進相軸・遅相
軸の方向となり、破線で示す方向から蒸着する際には破
線矢印で示す方向が進相軸・遅相軸の方向となり、これ
らは基板１０中央部における進相軸・遅相軸の方向に対
して互いに反対方向に傾いている。そこで、図示する２
つの方向から交互に蒸着すれば、進相軸・遅相軸の傾き
がキャンセルされることが予想される。

【００１８】以下、１／４波長板を形成する際の構成を
例にあげて説明する。蒸着方向が交互に異なるようにし
て形成した複数層の斜め蒸着膜層（以下、これらを交互
蒸着膜という）の進相軸・遅相軸の傾き角は、以下のよ
うにして理論的に求めることができる。

【００１９】まず、図１に示すように座標を定める。進
相軸がｙ軸からθだけ傾いた（単層の）１／４波長板
に、電場振幅が１のｘ偏光を入射した時の透過光の電場
ベクトルは、次式（２）となる。

【００２０】

【数２】交互蒸着膜に電場振幅が１の同様のｘ偏光を入射したと
きの透過光の電場ベクトルを（Ｅ_x ^(t)，Ｅ_y ^(t)）とする
と、次式（３）を満たすθが交互蒸着膜の進相軸・遅相
軸の傾き角となる。

【００２１】

【数３】ここで、図１２の場合と同様に、蒸着用の基板１０を正
方形とし、基板１０の中心と蒸着源１２との距離と、基
板１０の一辺の長さの比をｄとし、これらの大きさに対
して蒸着源１２は十分に小さいとする。このとき、交互
蒸着膜の面内における進相軸・遅相軸の傾き角は、図１
（ｂ）の基板１０の角部で最大となる。交互蒸着膜の各
層の進相軸・遅相軸の傾き角θは、実線方向から蒸着す
る場合（θ₁）、次式（４）のようになり、破線方向か
ら蒸着する場合（θ₂）には、次式（５）のようにな
る。

【００２２】

【数４】 θ₁＝Ｔａｎ^-1（１／（２ｄ＋１））・・・・（４）

【数５】 θ₂＝Ｔａｎ^-1（１／（２ｄ−１））・・・・（５）交互蒸着膜を図２（ａ）、（ｂ）に示すような複数の蒸
着膜層の積層構造とし、積層された層の内、奇数番目の
斜め蒸着膜層＋１４を例えば、図１の実線方向から蒸着
し、偶数番目の斜め蒸着膜層−１４を例えば、図１の破
線方向から蒸着するものとする。図２（ａ）の場合、全
層数Ｌは、偶数であり、各層のリターデーション（reta
rdation）の値Δｌは、全て等しく”π／２／（Ｌ）”
とする。図２（ｂ）の場合は、全層数Ｌは、偶数又は奇
数であり、１層目及びＬ層目のリターデーションの値Δ
ｌ（ｌ＝１又はＬ）が、”π／４（Ｌ−１）”であり、
その他の層のリターデーションの値Δｌが”π／２（Ｌ
−１）”であるとする。このときの透過光の電磁ベクト
ルは、図２（ａ）の場合、全層数Ｌが偶数であり、各層
のリターデーションがπ／２／Ｌのとき次式（６）のよ
うになる。一方、図２（ｂ）の場合、透過光の電磁ベク
トルは、各層におけるリターデーションが、π／（４
（Ｌ−１））及びπ／（２（Ｌ−１））であって、全層
数Ｌが偶数のとき次式（７）のようになり、全層数Ｌが
奇数のときには次式（８）のようになる。

【００２３】

【数６】

【数７】

【数８】ここで、上式（６）、（７）、（８）において、Ｔは、
次式（９）の通りである。

【００２４】

【数９】全層数が２層のときの進相軸・遅相軸の傾き角の面内で
の最大値θmaxは、次式（１０）となり、近似的には次
式（１１）となる。

【００２５】

【数１０】

【数１１】その他の層数の場合には、上式（３）を用いることによ
り、数値計算により傾き角を求めることができる。計算
結果は、図３、図４及び図５に示す。ここで、図３
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び図４（ａ）、（ｂ）は、縦
軸を進相軸・遅相軸の傾き角とし、横軸を斜め蒸着膜層
の全層数とし、ｄ値をｄ＝４、８、１２、１６、２０と
変更し、また斜め蒸着膜層の層数を単層、偶数、奇数と
した際における素子の傾き角と素子の全層数との関係を
示している。また、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、縦
軸を進相軸・遅相軸の傾き角とし、横軸をｄとし、全層
数が異なる場合の各素子における進相軸・遅相軸の傾き
角とｄとの関係を示している。

【００２６】これらの図に示されるように、交互蒸着膜
の層数が多いほど傾き角の面内での最大値は小さくな
る。例えば、典型的な例として、ｄ＝４の場合、全層数
を９層とすれば、図３（ａ）に示すように進相軸・遅相
軸の傾き角を１゜以下に抑えることが可能であることが
わかる。

【００２７】また、実際には、蒸着源１２は有限の大き
さ（一般的には１ｃｍφ）を有するので、各層における
進相軸・遅相軸の傾き角は、例えば、式（１０）に示し
た値よりも小さく、従って、交互蒸着膜の進相軸・遅相
軸の傾き角は、計算値よりもさらに小さくなるはずであ
る。

【００２８】

【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。

【００２９】実施形態１．［斜め蒸着膜素子の構造］本実施形態に係る斜め蒸着膜
素子の斜め蒸着膜は、図２（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、方位角が互いに反対である２つの方向から交互に蒸
着して基板１０上に複数の斜め蒸着膜層（＋１４、−１
４）を形成して得られた多層膜構造を備えている。この
ような構造において、全層数Ｌの各層についてそのリタ
ーデーション値Δｌを図２（ｂ）のようにすることが好
適であり、更に、全層数Ｌを奇数とするのが最も好適で
ある。

【００３０】［製造条件］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。まず、斜め蒸着膜用の蒸着材料として
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、ＮｄＦ₃等が好適であ
る。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。

【００３１】また、斜め蒸着膜層は、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
３０°〜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膜層は、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。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。

【００３２】［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。図３、図４及び図５に示した計算結
果にしたがって、波長５４０ｎｍ用の１／４波長板を作
成した。蒸着方法は、電子ビーム加熱、蒸着材料はＴａ
₂Ｏ₅、基板１０は、５ｃｍ平方のガラスを用いた。蒸着
源と基板１０の中心との距離は、２０ｃｍとし、全層数
が９層で、全膜厚が基板中心部で２．６μｍの斜め蒸着
膜を作成した。なお、蒸着後の膜は、酸素欠陥のために
黒褐色を呈しているので、酸化処理を施して透明な膜を
得た。作成条件の詳細は以下の通りある。

【００３３】 (i)蒸着角（極角）：基板法線から７０゜ (ii)蒸着速度：１１〜１３ Å／ｓ (iii)蒸着中の基板温度：２００℃以下 (iv)蒸着中の真空度：４〜８×１０^-5 Torr (v)蒸着後の酸化処理：Ｏ₂雰囲気中、２００℃、１時間以上のような条件で作成した斜め蒸着膜素子の中央部で
の透過率を測定した結果は、図６に示す。図中のＮｏ．
１の波形は、斜め蒸着膜素子の手前に、その進相軸に対
して＋４５゜の角度に、偏光子を設置して測定した結果
である。Ｎｏ．１の場合には、一部図示されているよう
に波長４００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲で、吸収や散乱に
よる損失がないことを確認した。また、Ｎｏ．２及びＮ
ｏ．３は、それぞれ斜め蒸着膜素子の手前に、その進行
軸に対し＋４５゜の角度に偏光子を設置し、斜め蒸着膜
素子の後ろにそれぞれ進相軸に対して＋４５゜、−４５
゜の角度に検光子を設置して透過率を測定した結果であ
る。この結果から、斜め蒸着膜素子を通過した光が波長
５４０ｎｍのときにちょうど円偏光になっていることが
確認された。

【００３４】次に、分光エリプソメーターで透過光の位
相のずれを測定した。結果は、図７に示す。図７に示さ
れるように、この測定により、本実施形態の方法によっ
て作成された斜め蒸着膜素子では、基板１０上の位置に
よる位相のずれの値の差は、３〜５゜以下に抑えられて
いることが確認された。

【００３５】更に、上記試料（５ｃｍ平方）を１９×１
８に分割し、波長６３３ｎｍのレーザーを用いて、各点
での位相のずれ及び進相軸・遅相軸の傾き角を測定し
た。この測定結果では、位相のずれの分布は５％以下、
主軸の傾き角は全ての測定点で測定精度以下（±０．５
゜）であった。

【００３６】以上の測定結果より、リターデーション値
及び進相軸・遅相軸の方向についてその面内でのバラツ
キが小さい複数の斜め蒸着膜層を備えた素子において、
方位角が反対の２つの方向から交互に蒸着して各斜め蒸
着膜層を形成し、この蒸着膜層の全層数が３以上、特に
３以上の奇数とすることが好適であることが判明した。

【００３７】実施形態２．次に、上記実施形態１のよう
な構成の斜め蒸着膜素子を光学装置の位相板（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。
図８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３
７、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、本発明の斜め蒸着膜素子は、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、主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との間の４分の１波長板３５として使用され
ている。

【００３８】以下、図８の投写型表示装置の概要につい
て説明する。

【００３９】図８において、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８では、簡単のため
に一本の光線で光を表しているが、実際の光線は数度の
角度を持った集光光束で、主偏光ビームスプリッター３
４に入射している。このため、図の紙面に平行な光線だ
けでなく、斜めに進んでいる光線もある。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の面内で図の紙面に垂直な方向と平行な方向に
設定されていて、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。

【００４０】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、ライトバルブがオフの場合は、紙面に斜めに
進行している光に対しては、進相軸と遅相軸の作る直交
する軸に対し、反対方向の直線偏光となり、主偏光ビー
ムスプリッター３４に入射する。このため、主偏光ビー
ムスプリッター３４が検光子として最適な条件で使用で
きるようになり、スクリーン３９上に投写される画像の
コントラストが向上する。また、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。

【００４１】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。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。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。

【００４２】これに対して、本実施形態２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。

【００４３】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実施形態１の斜め蒸
着膜素子により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、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。

【００４４】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１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。

【００４５】実施形態３．以下、上述の実施形態１に記
載の斜め蒸着膜素子を投写装置の４分の１波長板として
用いる場合において、上記実施形態２とは異なる使用方
法について説明する。図９は、この実施形態３に係る投
写装置の構成を示している。なお、実施形態２において
説明した図８の構成と同じ構成部材には同じ符号を用い
る。

【００４６】実施形態２においては、主偏光ビームスプ
リッター３４に入射した光源光の内、その偏光分離膜３
４ａで反射されたＳ偏光が、このビームスプリッター３
４の射出面側に配置された４分の１波長板３５を通過す
る構成を備えている（図８参照）。また、この４分の１
波長板３５は、それを構成する斜め蒸着膜の進相軸（遅
相軸）をＳ偏光の振動方向に垂直又は平行になるように
構成している。

【００４７】これに対して、本実施形態３では、主偏光
ビームスプリッター３４のスクリーン３９側の射出面に
この発明に係る斜め蒸着膜素子による４分の１波長板１
３５を配置している。そして、ＲＧＢ、各色用の反射型
ライトバルブ３７で反射されて射出されたそれぞれの色
の光が、クロスダイクロイックプリズム３６で色合成さ
れる。得られた合成光は、主偏光ビームスプリッター３
４に入射する。ビームスプリーッター３４の偏光分離膜
３４ａは、ライトバルブ３７での変調光のみを透過光と
して検光し、得られた検光光（ここではＰ偏光）が、こ
の実施形態３に係る４分の１波長板１３５において円偏
光に変換される。このため、この実施形態３において
は、４分の１波長板１３５として、入射されるＰ偏光の
振動方向に対して４５゜になるように進相軸（遅相軸）
が配置できるように、斜め蒸着膜素子の各層を形成する
必要がある。４分の１波長板１３５から射出される円偏
光は、次に第２のレンズ群である投写レンズ３８に入射
し、スクリーン３９上に投写される。

【００４８】このような構成において、４分の１波長板
１３５は、投写レンズ３８を構成する複数のレンズの表
面などにおいて反射され逆行する光によってスクリーン
３９にゴーストが発生することを防止している。つま
り、投写レンズ３８をなす複数のレンズの表面等で反射
される光は、円偏光の状態で逆行し、４分の１波長板１
３５を透過するとＳ偏光に変換され、偏光ビームスプリ
ッター３４に入射し、これが偏光分離膜３４ａで反射さ
れ、破棄されるからである。

【００４９】ここで、４分の１波長板１３５が無いとす
ると、投写レンズ３８による逆行反射光は、クロスダイ
クロイックプリズム３６並びに各色光用ライトバルブに
進行し、各光は、ライトバルブ３７で反射されてゴース
ト光として投写されてしまう。

【００５０】以上のように、偏光ビームスプリッタの投
写光射出面にこの発明に係る斜め蒸着膜素子を配置する
ことにより、ゴーストの発生を防止できると共に、膜は
実施の形態２と同様に光量増加に伴う熱にも強い位相変
換膜として機能させることができる。

【００５１】なお、投写装置としては、本実施形態３に
おいて記載する投写装置の他に次のような構成を取りう
る。この構成では、光源光をクロスダイクロイックプリ
ズムなどから構成される３色分解光学系にて各色光に分
解し、各色光を色ごとに配置した偏光ビームスプリッタ
ーによって偏光分離し、２つの偏光成分の一方の偏光を
色別のライトバルブに入射する。そして、ライトバルブ
からの反射光を主偏光ビームスプリッターにてその変調
光のみ検光し、各色検光光をクロスダイクロイックプリ
ズムによって構成される色合成光学系にて色合成し、得
られた合成光を投写レンズによってスクリーン上に投写
する。このような構成の投写装置では、本発明による４
分の１波長板は、投写レンズの直前に配置される色合成
用のクロスダイクロイックプリズムの合成光射出面側に
配置することにより、上記４分の１波長板１３５と同様
な効果を有することとなる。

【００５２】実施形態４．図１０は、実施形態４に係る
投写装置の構成を示している。この実施形態４では、本
発明の４分の１波長板が、実施形態２のように偏光ビー
ムスプリッター３４の光源光の射出面側に配置されるの
ではなく、各色光反射型ライトバルブ１３７（Ｒ，Ｇ，
Ｂ）のそれぞれの反射層部分に設けられている。

【００５３】以下、このような本実施形態４における各
ライトバルブ１３７の概略断面構造を図１１を用いて説
明する。本実施形態４において用いられているライトバ
ルブ１３７は、光書き込み式反射型ライトバルブと呼ば
れているものである。

【００５４】この光書き込み式反射型ライトバルブは、
各色光に対応して設けられている。そして、図１１中読
み出し光と記載してある側から、ガラス基板２１２、透
明導電膜２１１、配向層２１０、液晶層２０８、配向層
２０７、本発明の斜め蒸着膜素子による４分の１波長層
２０６、誘電体反射ミラー２０５、ＣｄＴｅ層からなる
遮光層２０４、非晶質シリコン層からなる光半導体層２
０３、透明導電膜２０２、ガラス基板２０１を備える。
また、図中の符号２０９は、液晶層２０８の層厚を補償
するシール層である。

【００５５】本実施形態４の４分の１波長層２０６の有
する機能は、実施形態２と同様であって、斜め蒸着膜の
進相軸（遅相軸）の方向が、膜に入射する直線偏光に対
してはその振動方向に対して垂直又は平行となるように
配置する必要がある。

【００５６】反射型ライトバルブ１３７は、ガラス基板
２０１及び透明導電膜２０２を介して、入射される書き
込み光が光半導体層２０３に照射されると、照射された
領域で、インピーダンスが低下する。そして、インピー
ダンスが低下した領域では、一対の透明導電膜２０２と
２１１との間に印加されている交流電圧が液晶層２０８
に有効に印加されることとなる。その結果、液晶層２０
８中の液晶分子が印加電圧に応じてその配向を変え、ラ
イトバルブ１３７に入射した読み出し光（直線偏光）に
対して、液晶層２０８は、４分の１波長層の機能を発揮
する。

【００５７】入射した読み出し光（直線偏光）では、そ
の振動方向と、当該液晶層２０８の形成する波長層の進
相軸（遅相軸）とが４５゜の角度を有しているので、こ
のような液晶層２０８において円偏光に変換されて進行
する。そして、配向層２０７を透過し、本発明の斜め蒸
着膜素子を用いた４分の１波長層２０６に入射され当該
蒸着膜の有する進相軸に対して４５゜の方向に振動方向
を有する直線偏光に変換される。得られた直線偏光は、
次に誘電体ミラー層２０５に入射し、ここで反射され
る。反射された直線偏光は、再度４分の１波長層２０６
に入射され、反対回りの円偏光となって射出され、配向
層２０７を透過して液晶層２０８に至り、ここで、入射
偏光と９０゜の振動方向をなす直線偏光に変換され、こ
のようにして得られた変調光が、配向層２１０及び透明
導電膜２１１及びガラス基板２１２を経てライトバルブ
１３７外に射出される。

【００５８】一方、書き込み光が照射されず、光半導体
層２０３中のインピーダンスが高い領域では、光半導体
層２０３に妨げられて液晶層２０８には透明導電膜２０
２、２１１間の電圧が印加されない。このため、液晶層
２０８中の液晶分子は、配向層２１０及び２０７にした
がってねじれ配向を有しており、液晶層２０８に読み出
し光として入射した偏光は、当該ねじれ構造にしたがっ
て旋光し、液晶層２０８からの射出光は入射光の振動方
向と９０゜となるように変換される。この射出光は、配
向層２０７を経由して、本発明の４分の１波長層２０６
に入射する。この波長層２０６の蒸着膜の進相軸の方向
は、偏光の振動方向と平行方向であるため、この状態を
維持したまま進行し、誘電体ミラー層２０５で反射さ
れ、波長層２０６、配向層２０７を経て、再度液晶層２
０８において旋光されて振動方向を変え、基板２１２へ
と射出される。このため、書き込み光が照射されていな
い領域では、対応して非変調光がライトバルブ１３７外
へ射出されることとなる。

【００５９】上記実施形態２において図１を参照して説
明したように、光軸に対し所定の角度で入射した光の振
動方向は、ライトバルブ１３７中の４分の１波長層２０
６ではその蒸着膜の進相軸に対して所定の角度を有して
いる。しかし、斜め蒸着膜によって、射出非変調光を検
光（検光：偏光分離部を透過すること）に対して最適の
方向に変換させる機能を有しているために、本発明の４
分の１波長層２０６は、スクリーン３９上への投写像の
コントラストを向上させる機能を有する。

【００６０】更に、本実施形態４においては、反射型ラ
イトバルブ１３７の内部に本発明の４分の１波長層２０
６を形成しているが、これに限定されることはなく、例
えば、ライトバルブ１３７の読み出し光入射面に形成す
ることによっても同様の効果を奏することができる。そ
の際には、入射直線偏光に対して進相軸（遅相軸）の方
向を光軸光線の振動方向と平行または垂直になるように
４分の１波長層を形成する必要がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の斜め蒸着膜素子の基板と蒸着源との
配置関係及び蒸着方向とその際の進相軸・遅相軸の傾き
角を説明するための図である。

【図２】本発明の斜め蒸着膜素子の構成例を示す図で
ある。

【図３】本発明の斜め蒸着膜素子の進相軸・遅相軸の
傾き角の面内での最大値の計算結果を示す図である。

【図４】本発明の斜め蒸着膜素子の進相軸・遅相軸の
傾き角の面内での最大値の計算結果を示す図である。

【図５】本発明の斜め蒸着膜素子の進相軸・遅相軸の
傾き角の面内での最大値の計算結果を示す図である。

【図６】本発明の実施形態１に係る斜め蒸着膜素子の
透過率の測定結果を示す図である。

【図７】本発明の実施形態１に係る斜め蒸着膜素子の
リターデーション値の測定結果を示す図である。

【図８】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９】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。

【図１０】本発明の実施形態４に係る光学装置の構成
例を示す図である。

【図１１】図１０の反射型ライトバルブ１３７の構成
を示す図である。

【図１２】従来の斜め蒸着膜素子の基板と蒸着源との
配置・蒸着方向およびその際の進相軸・遅相軸の傾き角
を示す図である。

【符号の説明】１０基板、＋１４，−１４斜め蒸着膜層、３４主
偏光ビームスプリッター、３４ａ偏光分離膜、３５、
１３５４分の１波長板、３６クロスダイクロイック
プリズム、３７、１３７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、２０
１，２１２ガラス基板、２０２，２１１透明導電
膜、２０３光半導体層、２０４遮光層、２０５誘
電体ミラー層、２０６４分の１波長層、２０７，２１
０配向層、２０８液晶層、２０９シール層。

───────────────────────────────────────────────────── 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)発明者島村尚孝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】基板上に斜め蒸着膜層を有する斜め蒸着
膜素子であって、２つの異なる蒸着方向のいずれかからの蒸着によって各
斜め蒸着膜層を形成し、該各斜め蒸着膜層毎に交互に異
なる前記蒸着方向から形成して得た複数の斜め蒸着膜層
を有し、前記複数の斜め蒸着膜層の全層数を３層以上とすること
を特徴とする斜め蒸着膜素子。