JP4511285B2 - Wave plate and optical device using the same - Google Patents
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Description
この発明は、波長板およびそれを用いた光学装置に関し、特に、線状の格子溝パターンを有する波長板およびそれを用いた光学装置に関する。 The present invention relates to a wave plate and an optical device using the same, and more particularly to a wave plate having a linear grating groove pattern and an optical device using the wave plate.
従来、線状の格子溝パターンを有する波長板が知られている。上記した従来の波長板を構成する線状の格子溝パターンの製造方法としては、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いる方法が知られている(たとえば、非特許文献1参照)。 Conventionally, a wave plate having a linear lattice groove pattern is known. As a method for manufacturing the linear grating groove pattern constituting the conventional wave plate described above, a method using a photolithography technique and an etching technique is known (for example, see Non-Patent Document 1).
図93は、従来の線状の格子溝パターンを有する波長板の概念を示した斜視図である。従来の波長板200では、図93に示すように、ガラス基板201に直線状の格子溝パターンが形成されている。この格子溝パターンは、空気層202と、ガラス基板201と同じ材料からなる幅aの基板材料層203とから構成されているとともに、光の波長以下の周期Pを有している。なお、空気層202の屈折率は1であり、基板材料層203(ガラス基板201)の屈折率はnとする。この波長板200の格子溝パターンに光が入射する場合、波長板200の屈折率は、空気層202の屈折率1と、基板材料層203の屈折率nとが混合された屈折率である有効屈折率となる。
FIG. 93 is a perspective view showing a concept of a wave plate having a conventional linear grating groove pattern. In the
図94は、図93に示した従来の波長板の有効屈折率とデューティ比との関係を示した相関図である。図94の縦軸には、有効屈折率がとられており、横軸には、図93に示した格子溝パターンの周期Pに対する基板材料層203の幅aの割合であるデューティ比(=a/P)がとられている。図94中の「TE」は、図93に示すように、偏光方向が格子溝パターンの延びる方向に平行な光を示している。また、「TM」は、図93に示すように、偏光方向が格子溝パターンの延びる方向に直交する光を示している。
FIG. 94 is a correlation diagram showing the relationship between the effective refractive index and the duty ratio of the conventional wave plate shown in FIG. The vertical axis of FIG. 94 represents the effective refractive index, and the horizontal axis represents the duty ratio (= a) which is the ratio of the width a of the
図94を参照して、格子溝パターンのデューティ比が変化すると、有効屈折率も変化する。この場合、偏光方向が格子溝パターンの延びる方向に平行な光(TE)の有効屈折率と、偏光方向が格子溝パターンの延びる方向に直交する光(TM)の有効屈折率とは異なる値になる。すなわち、図94に示すように、デューティ比がD1の場合において、TMの有効屈折率はN1になり、TEの有効屈折率はN2になる。このように、光の偏光方向によって有効屈折率が異なる特性を複屈折特性という。 Referring to FIG. 94, when the duty ratio of the grating groove pattern changes, the effective refractive index also changes. In this case, the effective refractive index of light (TE) whose polarization direction is parallel to the direction in which the grating groove pattern extends is different from the effective refractive index of light (TM) whose polarization direction is orthogonal to the direction in which the grating groove pattern extends. Become. That is, as shown in FIG. 94, when the duty ratio is D1, the effective refractive index of TM is N1, and the effective refractive index of TE is N2. Such a characteristic that the effective refractive index differs depending on the polarization direction of light is called a birefringence characteristic.
なお、図93に示した従来の波長板200の直線状の格子溝パターンの製造方法としては、たとえば、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、ガラス基板の表面をエッチングすることにより直線状の格子溝パターンを形成する方法が考えられる。
しかしながら、図93に示した従来の波長板200の直線状の格子溝パターンをフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて形成しようとすると、深さが大きく、かつ、深さ方向に均一な溝幅を有する格子溝パターンを形成するのは困難であった。具体的には、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて格子溝パターンを深く形成すると、図95に示すように、深さ方向に均一でない台形状の断面を有する格子溝パターンが形成されるので、格子溝パターンの上部と下部とのデューティ比が異なるという不都合があった。
However, when the linear grating groove pattern of the
ところで、従来では、陽極酸化法を用いた正三角形状の三角格子パターンの製造方法が知られている。この製造方法は、たとえば、H.Masuda et al.「Appl.Phys.Lett.」、Vol.71(19)、10 November 1997、pp.2770−2772に開示されている。この文献に開示された三角格子パターンの製造方法では、深く均一な細孔を有する三角格子パターンを形成することができるので、2次元フォトニック結晶の製造方法の1つとして提案されている。具体的には、アルミニウム、チタンおよびタンタルなどのバルブ金属やSi、GaAsなどの半導体では、酸性電解液中で陽極に通電すると、膜面に垂直に配列した細孔を有する酸化被膜が形成されるという特性を有している。特に、アルミニウムの酸化被膜においては、細孔が三角格子状に配列し易いという材料特性を有している。この特性を用いることによって、深く均一な細孔を有する三角格子パターンを形成することができる。 By the way, a manufacturing method of a regular triangular triangular lattice pattern using an anodic oxidation method is conventionally known. This manufacturing method is described in, for example, H.H. Masuda et al. “Appl. Phys. Lett.”, Vol. 71 (19), 10 November 1997, pp. 2770-2772. Since the triangular lattice pattern manufacturing method disclosed in this document can form a triangular lattice pattern having deep and uniform pores, it has been proposed as one of the methods for manufacturing a two-dimensional photonic crystal. Specifically, in valve metals such as aluminum, titanium and tantalum, and semiconductors such as Si and GaAs, when an anode is energized in an acidic electrolyte, an oxide film having pores arranged perpendicular to the film surface is formed. It has the characteristic. In particular, an aluminum oxide film has material characteristics that the pores are easily arranged in a triangular lattice pattern. By using this characteristic, a triangular lattice pattern having deep and uniform pores can be formed.
図96〜図99は、従来の陽極酸化法を用いた三角格子パターンの製造プロセスを説明するための断面図であり、図100は、従来の陽極酸化法を用いて形成される2次元フォトニック結晶を示した平面図である。次に、図96〜図100を参照して、従来の陽極酸化法を用いた三角格子パターンの製造プロセスについて説明する。 96 to 99 are cross-sectional views for explaining a manufacturing process of a triangular lattice pattern using the conventional anodic oxidation method, and FIG. 100 is a two-dimensional photonic formed using the conventional anodic oxidation method. It is the top view which showed the crystal | crystallization. Next, a manufacturing process of a triangular lattice pattern using a conventional anodic oxidation method will be described with reference to FIGS.
従来の陽極酸化法を用いた三角格子パターンの製造プロセスでは、図96に示すように、SiCなどの硬い材料からなる押し付け部材221の表面に、三角格子状の配列を有する凸部211aを形成する。そして、アルミニウム材211の表面に、押し付け部材211を押し付けるテクスチャリング処理を行う。これにより、図97に示すように、アルミニウム材211の表面に、三角格子状の配列を有する凹部211aが形成される。次に、凹部211aが形成されたアルミニウム材211を、図98に示すように、電解液222中で酸化処理する。この場合、陰極223として白金などを用いるとともに、電解液222として硫酸、シュウ酸およびリン酸などの水溶液を用いる。これにより、図99および図100に示すように、三角格子状の配列を有するとともに、凹部211a(図97参照)を起点とした深く均一な細孔212aを有する酸化アルミニウム膜(アルミナ)212が自己組織化的に形成される。この細孔212aは、サブミクロンの直径に対して、数100μm以上の深さを有するように形成することができる。
In the conventional triangular lattice pattern manufacturing process using the anodic oxidation method, as shown in FIG. 96, convex
しかしながら、上記した従来の陽極酸化法を用いた三角格子パターンの製造プロセスは、2次元フォトニック結晶細孔を形成するための方法として知られていた。このため、従来では、図93に示したような波長板200の格子溝パターンを陽極酸化法により形成する試みはなされていなかった。
However, the triangular lattice pattern manufacturing process using the conventional anodic oxidation method described above has been known as a method for forming two-dimensional photonic crystal pores. For this reason, conventionally, no attempt has been made to form the grating groove pattern of the
上記のように、従来では、深さが大きく、かつ、深さ方向に均一な溝幅を有する格子溝パターンを形成するのは困難であったため、格子溝パターンを含む波長板の特性を向上させるのが困難であるという問題点があった。 As described above, conventionally, since it has been difficult to form a grating groove pattern having a large depth and a uniform groove width in the depth direction, the characteristics of the wave plate including the grating groove pattern are improved. There was a problem that it was difficult.
また、従来では、複屈折性材料からなる波長板も知られている。この波長板を構成する複屈折性材料としては、複屈折性結晶を有する水晶や複屈折性樹脂などが知られている。このような水晶や複屈折性樹脂に光を入射すると、水晶の光学軸に平行な偏光成分と垂直な偏光成分との位相をずらすことができる。そして、その位相のずれ(位相差)が所定の値になるように設定することによって、水晶や複屈折性樹脂を1/4波長板や1/2波長板として用いることができる。 Conventionally, a wave plate made of a birefringent material is also known. As a birefringent material constituting the wave plate, a crystal having a birefringent crystal, a birefringent resin, and the like are known. When light is incident on such a crystal or birefringent resin, the phase of the polarization component parallel to the optical axis of the crystal and the polarization component perpendicular to it can be shifted. Then, by setting the phase shift (phase difference) to be a predetermined value, crystal or birefringent resin can be used as a quarter wavelength plate or a half wavelength plate.
図101および図102は、それぞれ、水晶からなる1/4波長板および1/2波長板の概念を示した斜視図である。まず、図101を参照して、水晶231からなる1/4波長板230は、水晶の光学軸に平行な偏光成分と垂直な偏光成分との位相差が約90°になるように、水晶231の厚みが設定されている。この水晶231からなる1/4波長板230に、直線偏光の光を光学軸に対して約45°傾けて入射すると、互いに直交する2つの偏光成分の位相差が約90°になる。これにより、直線偏光の入射光が円偏光の出射光に変換される。また、図102を参照して、水晶241からなる1/2波長板240は、入射光の光学軸に平行な偏光成分と垂直な偏光成分との位相差が約180°になるように、水晶241の厚みが設定されている。具体的には、水晶241は、図101に示した1/4波長板230を構成する水晶231の厚みの2倍の厚みを有している。この水晶241からなる1/2波長板240に、直線偏光の光を光学軸に対して約45°傾けて入射すると、互いに直交する2つの偏光成分の位相差が約180°になる。これにより、直線偏光の入射光の偏光方向が約90°回転される。
101 and 102 are perspective views showing the concept of a quarter-wave plate and a half-wave plate made of quartz, respectively. First, referring to FIG. 101, the quarter-
しかしながら、図101および図102に示したように、波長板として水晶を用いた場合、以下のような不都合があった。すなわち、屈折率は、通常、光の波長により値が異なる特性(波長分散特性)を有している。このため、たとえば、約633nmの波長の光に対応するように設計された水晶からなる1/4波長板では、図103に示すように、入射光の波長が設計波長(約633nm)からずれていれば、互いに直交する2つの偏光成分の位相差が90°近傍から大きくずれるという不都合があった。したがって、設計波長以外の波長の光に対して、水晶からなる波長板の良好な位相変換特性を得るのは困難であるという問題点があった。 However, as shown in FIGS. 101 and 102, the use of quartz as the wave plate has the following disadvantages. That is, the refractive index usually has a characteristic (wavelength dispersion characteristic) whose value varies depending on the wavelength of light. For this reason, for example, in a quarter-wave plate made of quartz designed to support light having a wavelength of about 633 nm, the wavelength of incident light is shifted from the design wavelength (about 633 nm) as shown in FIG. In this case, the phase difference between the two polarization components orthogonal to each other is greatly deviated from the vicinity of 90 °. Therefore, there is a problem that it is difficult to obtain a good phase conversion characteristic of a wavelength plate made of quartz for light having a wavelength other than the design wavelength.
また、光学装置に水晶からなる波長板を用いた場合には、光学装置の特性を向上させるのが困難になるという問題点もあった。具体的には、従来の光学装置としてのCD−R(Compact Disk Recordable)への記録とDVD(Digital Versatile Disk)からの再生の両方で使用可能なCD−R/DVD互換光ピックアップ装置では、CD−R用半導体レーザとして790nm近傍の波長を有する半導体レーザを用いるとともに、DVD用半導体レーザとして650nm近傍の波長を有する半導体レーザを用いる。このため、CD−R用半導体レーザとDVD用半導体レーザとに対して、図103に示したような特性を有する水晶からなる共通の1/4波長板を用いると、650nm近傍の波長を有するDVD用半導体レーザに対しては、1/4波長板による変換が良好に行われる一方、790nm近傍の波長を有するCD−R用半導体レーザに対しては、1/4波長板による変換を良好に行うのが困難になるという不都合がある。このように、1/4波長板でのレーザ光の変換が良好に行われなければ、設計値以外の偏光方向を有するレーザ光が発生する。この場合、そのレーザ光が偏光ビームスプリッタにより反射されることにより、レーザ光がCD−R用半導体レーザ素子に帰還するという不都合が生じる。その結果、半導体レーザ素子の光強度雑音(光強度のゆらぎ)が増加するので、CD−R/DVD互換光ピックアップ装置の特性を向上させるのが困難になるという問題点が発生する。 Further, when a wavelength plate made of quartz is used for the optical device, there is a problem that it is difficult to improve the characteristics of the optical device. Specifically, in a CD-R / DVD compatible optical pickup device that can be used for both recording to a CD-R (Compact Disk Recordable) and playback from a DVD (Digital Versatile Disk) as a conventional optical device, A semiconductor laser having a wavelength near 790 nm is used as the -R semiconductor laser, and a semiconductor laser having a wavelength near 650 nm is used as the DVD semiconductor laser. For this reason, when a common quarter-wave plate made of quartz having the characteristics shown in FIG. 103 is used for the CD-R semiconductor laser and the DVD semiconductor laser, a DVD having a wavelength near 650 nm. For a semiconductor laser, the conversion by a quarter-wave plate is satisfactorily performed, whereas for the CD-R semiconductor laser having a wavelength near 790 nm, the conversion by a quarter-wave plate is favorably performed. There is a disadvantage that it becomes difficult. As described above, if the conversion of the laser beam on the quarter wavelength plate is not performed well, a laser beam having a polarization direction other than the design value is generated. In this case, the laser beam is reflected by the polarization beam splitter, so that the laser beam returns to the CD-R semiconductor laser element. As a result, the light intensity noise (light intensity fluctuation) of the semiconductor laser element increases, which causes a problem that it is difficult to improve the characteristics of the CD-R / DVD compatible optical pickup device.
また、従来の光学装置としての液晶プロジェクタ装置には、光源から放射された赤色、緑色および青色成分を含む広い波長領域を有する白色光の偏光方向を、1つの揃った偏光方向に変換するために、1/2波長板が用いられている。この場合に、図103に示した特性と同様の特性を有する水晶からなる1/2波長板を用いると、波長によって位相差が180°近傍から大きくずれるため、広い波長領域を有する白色光に対して、良好な変換を行うことが困難であるという不都合がある。このように、従来の液晶プロジェクタ装置において、1/2波長板での光の変換が良好に行われなければ、液晶パネルに入射できない偏光方向を有する光が増加するので、光の利用効率が低下するという不都合が生じる。その結果、光の利用効率の低下に起因する色彩の偏りや輝度の低下が発生するので、液晶プロジェクタ装置の特性を向上させるのが困難になるという問題点がある。 In addition, in a liquid crystal projector device as a conventional optical device, in order to convert the polarization direction of white light having a wide wavelength region including red, green and blue components emitted from a light source into a single polarization direction. A half-wave plate is used. In this case, if a half-wave plate made of quartz having the same characteristics as those shown in FIG. 103 is used, the phase difference greatly deviates from around 180 ° depending on the wavelength. Therefore, there is an inconvenience that it is difficult to perform good conversion. Thus, in the conventional liquid crystal projector device, if the light conversion by the half-wave plate is not performed satisfactorily, the light having a polarization direction that cannot be incident on the liquid crystal panel increases, so that the light use efficiency is lowered. Inconvenience occurs. As a result, there is a problem that it is difficult to improve the characteristics of the liquid crystal projector device because color deviation and luminance decrease due to a decrease in light use efficiency occur.
なお、上記した従来のCD−R/DVD互換光ピックアップ装置では、2つの透明基板と2つの透明基板の間に挟まれた複屈折性樹脂シートとにより構成された1/4波長板を用いる場合が多い。この複屈折性樹脂シートを含む1/4波長板は、広い波長領域で1/4波長板の良好な位相変換特性を得るために、複屈折方向が少しずれるように2枚の複屈折性樹脂シートが重ねられている。しかしながら、複屈折性樹脂シートは、水晶に比べて耐環境特性が劣るので、車載用のCD−R/DVD互換光ピックアップ装置の1/4波長板として用いるのは困難である。また、光源により装置内部が高温になる液晶プロジェクタ装置においても、耐環境特性に劣る複屈折性樹脂シートを含む1/2波長板を用いるのは困難である。 In the conventional CD-R / DVD compatible optical pickup device described above, a quarter wavelength plate composed of two transparent substrates and a birefringent resin sheet sandwiched between the two transparent substrates is used. There are many. The quarter-wave plate including the birefringent resin sheet has two birefringent resins so that the birefringence direction is slightly shifted in order to obtain the favorable phase conversion characteristics of the quarter-wave plate in a wide wavelength region. Sheets are stacked. However, since the birefringent resin sheet is inferior to quartz in terms of environmental resistance, it is difficult to use it as a quarter-wave plate for an in-vehicle CD-R / DVD compatible optical pickup device. In addition, it is difficult to use a half-wave plate including a birefringent resin sheet having inferior environmental resistance characteristics even in a liquid crystal projector device in which the inside of the device is heated to a high temperature by a light source.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、広い波長領域において、良好な位相変換特性を得ることが可能な波長板を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and one object of the present invention is to provide a wave plate capable of obtaining good phase conversion characteristics in a wide wavelength region. It is.
この発明のもう1つの目的は、広い波長領域において、良好な位相変換特性を得ることが可能な波長板を含む光学装置を提供することである。 Another object of the present invention is to provide an optical device including a wave plate capable of obtaining good phase conversion characteristics in a wide wavelength region.
上記目的を達成するために、この発明の第1の局面による波長板は、基板と、基板上に形成され、線状の格子溝パターンを有する酸化アルミニウム膜とを備え、線状の格子溝パターンの周期L(μm)と、周期L(μm)に対する隣接する格子溝パターン間の酸化アルミニウム膜の実質的な幅の割合であるデューティ比Deとは、以下の4つの式によって規定される第1の範囲内の値に設定されている。 In order to achieve the above object, a wave plate according to a first aspect of the present invention includes a substrate, and an aluminum oxide film formed on the substrate and having a linear lattice groove pattern. And the duty ratio De, which is the ratio of the substantial width of the aluminum oxide film between adjacent grating groove patterns to the period L (μm), is defined by the following four formulas. It is set to a value within the range.
L≦0.65
L≧2×10−14e31.263De
L≦6.0317De2−10.352De+5.0516
(De−0.85)2/0.442+(L−0.41)2/0.392≦1
この第1の局面による波長板では、上記のように、波長板を構成する酸化アルミニウム膜の線状の格子溝パターンの周期L(μm)およびデューティ比Deを、上記した4つの式によって規定される第1の範囲内の値に設定することによって、波長板を1/4波長板として用いる場合には、異なる波長を有する複数の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を90°近傍にすることができる。また、波長板を1/2波長板として用いる場合には、異なる波長を有する複数の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を180°近傍にすることができる。その結果、広い波長領域において、良好な位相変換特性を得ることができる。また、酸化アルミニウム膜は、無機材料であるので、耐環境性に優れた波長板を得ることができる。これにより、線状の格子溝パターンを有する酸化アルミニウム膜を含む波長板を、高い温度条件下で使用したとしても、波長板の特性の劣化を抑制することができる。
L ≦ 0.65
L ≧ 2 × 10 −14 e 31.263 De
L ≦ 6.0317De 2 -10.352De + 5.0516
(De−0.85) 2 /0.44 2 + (L−0.41) 2 /0.39 2 ≦ 1
In the wave plate according to the first aspect, as described above, the period L (μm) and the duty ratio De of the linear lattice groove pattern of the aluminum oxide film constituting the wave plate are defined by the above four equations. When the wavelength plate is used as a quarter wavelength plate, the phase difference between two polarization components orthogonal to each other is obtained for a plurality of lights having different wavelengths. It can be in the vicinity of 90 °. When the wave plate is used as a half-wave plate, the phase difference between two polarization components orthogonal to each other can be set to around 180 ° for a plurality of lights having different wavelengths. As a result, good phase conversion characteristics can be obtained in a wide wavelength region. In addition, since the aluminum oxide film is an inorganic material, a wavelength plate excellent in environmental resistance can be obtained. Thereby, even if the wave plate including the aluminum oxide film having a linear lattice groove pattern is used under a high temperature condition, it is possible to suppress the deterioration of the characteristics of the wave plate.
この場合、第1の範囲内の周期L(μm)およびデューティ比Deは、少なくとも赤色および赤外の波長領域の光に対して適用される。このように構成すれば、少なくとも赤色および赤外の波長領域において、良好な位相変換特性を得ることができる。 In this case, the period L (μm) and the duty ratio De within the first range are applied to light in at least the red and infrared wavelength regions. With such a configuration, good phase conversion characteristics can be obtained at least in the red and infrared wavelength regions.
上記第1の局面による波長板において、好ましくは、線状の格子溝パターンの周期L(μm)およびデューティ比Deは、さらに、以下の4つの式によって規定される第2の範囲内の値に設定されている。 In the wave plate according to the first aspect, preferably, the period L (μm) and the duty ratio De of the linear grating groove pattern are further set to values within a second range defined by the following four expressions. Is set.
De≧0.73
L≦0.4
L≧30.952De3−74.751De2+59.62De−15.328
L≦3.0776De2−5.1863De+2.5772
このように構成すれば、より広い波長領域において、良好な位相変換特性を得ることができる。
De ≧ 0.73
L ≦ 0.4
L ≧ 30.952 De 3 −74.751 De 2 + 59.62De−15.328
L ≦ 3.0776De 2 −5.1863De + 2.5772
If comprised in this way, a favorable phase conversion characteristic can be acquired in a wider wavelength range.
この場合、第2の範囲内の周期L(μm)およびデューティ比Deは、赤色、赤外および青色のすべての波長領域の光に対して適用される。このように構成すれば、赤色、赤外および青色のすべての波長領域において、良好な位相変換特性を得ることができる。 In this case, the period L (μm) and the duty ratio De within the second range are applied to light in all the wavelength regions of red, infrared, and blue. If comprised in this way, a favorable phase conversion characteristic can be acquired in all the wavelength ranges of red, infrared, and blue.
上記第1の局面による波長板において、好ましくは、酸化アルミニウム膜は、複数の孔を有しており、複数の孔のうち最も大きい孔の直径に0.5を乗じた値を基準値とする場合、複数の孔は、基準値よりも大きい直径を有する第1孔と、基準値以下の直径を有する第2孔とに分類され、格子溝パターンの周期L(μm)は、複数の第1孔からなる格子溝パターンの周期である。このように第1孔と第2孔とを上記した基準値により分類すれば、第2孔が位相変換特性に与える影響が小さくなる。これにより、第1孔と第2孔とを含む複数の孔を有する酸化アルミニウム膜において、複数の第1孔からなる格子溝パターンの周期L(μm)を調整することにより、容易に、良好な位相変換特性を有する波長板を得ることができる。 In the wavelength plate according to the first aspect, preferably, the aluminum oxide film has a plurality of holes, and a value obtained by multiplying the diameter of the largest hole among the plurality of holes by 0.5 is a reference value. In this case, the plurality of holes are classified into a first hole having a diameter larger than the reference value and a second hole having a diameter equal to or smaller than the reference value, and the period L (μm) of the lattice groove pattern is set to the plurality of first holes. This is the period of the lattice groove pattern consisting of holes. If the first hole and the second hole are classified according to the reference value as described above, the influence of the second hole on the phase conversion characteristics is reduced. Thereby, in the aluminum oxide film having a plurality of holes including the first hole and the second hole, by adjusting the period L (μm) of the lattice groove pattern composed of the plurality of first holes, it can be easily improved. A wave plate having phase conversion characteristics can be obtained.
この場合、好ましくは、複数の第1孔からなる格子溝パターンは、複数の第1孔からなる孔列を複数含む孔群が所定の間隔を隔てて複数配置されることにより構成され、格子溝パターンの周期L(μm)は、隣接する孔群の一方側の最外端に接する線間の距離の平均値である。このように構成すれば、複数の第1孔からなる孔列を複数含む孔群が所定の間隔を隔てて複数配置された格子溝パターンにおいて、隣接する孔群の一方側の最外端に接する線間の距離の平均値(格子溝パターンの周期L(μm))を調整すれば、容易に、良好な位相変換特性を有する波長板を得ることができる。 In this case, it is preferable that the lattice groove pattern including the plurality of first holes is configured by arranging a plurality of hole groups including a plurality of hole arrays including the plurality of first holes at predetermined intervals. The pattern period L (μm) is an average value of distances between lines in contact with the outermost ends on one side of adjacent hole groups. According to this configuration, in the lattice groove pattern in which a plurality of hole groups each including a plurality of hole arrays each including a plurality of first holes are arranged at a predetermined interval, the outermost edge on one side of the adjacent hole groups is in contact with the lattice groove pattern. By adjusting the average value of the distance between the lines (the period L (μm) of the grating groove pattern), a wave plate having good phase conversion characteristics can be easily obtained.
この発明の第2の局面による波長板は、基板と、基板上に形成され、複数の孔が連結された線状の格子溝パターンと複数の孔が所定の間隔を隔てて配置された格子孔パターンとのいずれか一方を有する酸化アルミニウム膜とを備え、酸化アルミニウム膜に含まれる格子溝パターンおよび格子孔パターンのいずれか一方を構成する複数の孔は、第1の方向に隣接する孔が孔間隔T(μm)の中心間距離を隔てて列状に配置されて孔列を構成するとともに、孔列は、第1の方向と直交する第2の方向に、孔間隔T(μm)よりも大きい間隔である周期L(μm)で複数配置されており、周期L(μm)と、孔間隔T(μm)とは、以下の2つの式によって規定される第1の範囲内の値に設定されている。 A wave plate according to a second aspect of the present invention includes a substrate, a linear lattice groove pattern formed on the substrate, and a plurality of holes connected to each other, and a plurality of holes arranged at a predetermined interval. And a plurality of holes constituting one of the lattice groove pattern and the lattice hole pattern included in the aluminum oxide film are holes adjacent to each other in the first direction. The hole rows are arranged in a row with a distance between the centers of the intervals T (μm) to form the hole rows, and the hole rows are arranged in a second direction orthogonal to the first direction, more than the hole intervals T (μm). A plurality of elements are arranged with a period L (μm) which is a large interval, and the period L (μm) and the hole interval T (μm) are set to values within a first range defined by the following two expressions. Has been.
L≦0.65
L≧−1.2018T3+0.3022T2+1.2988T+0.01
この第2の局面による波長板では、上記のように、波長板を構成する酸化アルミニウム膜の格子溝パターンと格子孔パターンとのいずれか一方の周期L(μm)および孔間隔T(μm)を、上記した2つの式によって規定される第1の範囲内の値に設定することによって、波長板を1/4波長板として用いる場合には、異なる波長を有する複数の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を90°近傍にすることができる。また、波長板を1/2波長板として用いる場合には、異なる波長を有する複数の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を180°近傍にすることができる。その結果、広い波長領域において、良好な位相変換特性を得ることができる。また、酸化アルミニウム膜は、無機材料であるので、耐環境性に優れた波長板を得ることができる。これにより、格子溝パターンまたは格子孔パターンを有する酸化アルミニウム膜を含む波長板を、高い温度条件下で使用したとしても、波長板の特性の劣化を抑制することができる。
L ≦ 0.65
L ≧ −1.2018T 3 + 0.3022T 2 + 1.2988T + 0.01
In the wave plate according to the second aspect, as described above, the period L (μm) and the hole interval T (μm) of either the lattice groove pattern or the lattice hole pattern of the aluminum oxide film constituting the wave plate are set. When the wave plate is used as a quarter wave plate by setting the value within the first range defined by the above two formulas, a plurality of lights having different wavelengths are orthogonal to each other. Thus, the phase difference between the two polarized components can be close to 90 °. When the wave plate is used as a half-wave plate, the phase difference between two polarization components orthogonal to each other can be set to around 180 ° for a plurality of lights having different wavelengths. As a result, good phase conversion characteristics can be obtained in a wide wavelength region. In addition, since the aluminum oxide film is an inorganic material, a wavelength plate excellent in environmental resistance can be obtained. Thereby, even if a wave plate including an aluminum oxide film having a grating groove pattern or a grating hole pattern is used under a high temperature condition, deterioration of the characteristics of the wave plate can be suppressed.
この場合、第1の範囲内の周期L(μm)および孔間隔T(μm)は、少なくとも赤色および赤外の波長領域の光に対して適用される。このように構成すれば、少なくとも赤色および赤外の波長領域において、良好な位相変換特性を得ることができる。 In this case, the period L (μm) and the hole interval T (μm) in the first range are applied to light in at least the red and infrared wavelength regions. With such a configuration, good phase conversion characteristics can be obtained at least in the red and infrared wavelength regions.
上記第2の局面による波長板において、好ましくは、周期L(μm)および孔間隔T(μm)は、さらに、以下の3つの式によって規定される第2の範囲内の値に設定されている。 In the wave plate according to the second aspect, preferably, the period L (μm) and the hole interval T (μm) are further set to values within a second range defined by the following three expressions. .
L≦0.4
L≧−440.16T3+63.334T2−3.4273T+0.3439
L≧0.35(T−0.0825)0.434+0.245
このように構成すれば、より広い波長領域において、良好な位相変換特性を得ることができる。
L ≦ 0.4
L ≧ −440.16T 3 + 63.334T 2 −3.4273T + 0.3439
L ≧ 0.35 (T−0.0825) 0.434 +0.245
If comprised in this way, a favorable phase conversion characteristic can be acquired in a wider wavelength range.
この場合、第2の範囲内の周期L(μm)および孔間隔T(μm)は、赤色、赤外および青色のすべての波長領域の光に対して適用される。このように構成すれば、赤色、赤外および青色のすべての波長領域において、良好な位相変換特性を得ることができる。 In this case, the period L (μm) and the hole interval T (μm) in the second range are applied to light in all the wavelength regions of red, infrared, and blue. If comprised in this way, a favorable phase conversion characteristic can be acquired in all the wavelength ranges of red, infrared, and blue.
上記第2の局面による波長板において、好ましくは、複数の孔のうち最も大きい孔の直径に0.5を乗じた値を基準値とする場合、複数の孔は、基準値よりも大きい直径を有する第1孔と、基準値以下の直径を有する第2孔とに分類され、格子溝パターンおよび格子孔パターンのいずれか一方の周期L(μm)は、複数の第1孔からなる格子溝パターンおよび複数の第1孔からなる格子孔パターンのいずれか一方の周期である。このように第1孔と第2孔とを上記した基準値により分類すれば、第2孔が位相変換特性に与える影響が小さくなる。これにより、第1孔と第2孔とを含む複数の孔を有する酸化アルミニウム膜において、複数の第1孔からなる格子溝パターンおよび格子孔パターンのいずれか一方の周期L(μm)を調整することにより、容易に、良好な位相変換特性を有する波長板を得ることができる。 In the wave plate according to the second aspect, preferably, when a value obtained by multiplying the diameter of the largest hole among the plurality of holes by 0.5 is a reference value, the plurality of holes have a diameter larger than the reference value. A first hole having a diameter smaller than a reference value and a second hole having a diameter equal to or smaller than a reference value, and the period L (μm) of either the lattice groove pattern or the lattice hole pattern is a lattice groove pattern including a plurality of first holes. And a period of any one of the lattice hole patterns including the plurality of first holes. If the first hole and the second hole are classified according to the reference value as described above, the influence of the second hole on the phase conversion characteristics is reduced. Thereby, in the aluminum oxide film having a plurality of holes including the first hole and the second hole, the period L (μm) of one of the lattice groove pattern and the lattice hole pattern including the plurality of first holes is adjusted. Thus, a wave plate having good phase conversion characteristics can be easily obtained.
この場合、好ましくは、複数の第1孔からなる格子溝パターンおよび複数の第1孔からなる格子孔パターンのいずれか一方は、複数の第1孔からなる孔列を複数含む孔群が所定の間隔を隔てて複数配置されることにより構成され、格子溝パターンおよび格子孔パターンのいずれか一方の周期L(μm)は、隣接する孔群の一方側の最外端に接する線間の距離の平均値である。このように構成すれば、複数の第1孔からなる孔列を複数含む孔群が所定の間隔を隔てて複数配置された格子溝パターンおよび格子孔パターンのいずれか一方において、隣接する孔群の一方側の最外端に接する線間の距離の平均値(格子溝パターンおよび格子孔パターンのいずれか一方の周期L(μm))を調整すれば、容易に、良好な位相変換特性を有する波長板を得ることができる。 In this case, preferably, one of the lattice groove pattern including the plurality of first holes and the lattice hole pattern including the plurality of first holes is a hole group including a plurality of hole arrays including the plurality of first holes. The period L (μm) of one of the grating groove pattern and the grating hole pattern is determined by the distance between the lines in contact with the outermost end on one side of the adjacent hole group. Average value. With this configuration, in either one of the lattice groove pattern and the lattice hole pattern in which a plurality of hole groups each including a plurality of hole arrays each including a plurality of first holes are arranged at a predetermined interval, Wavelengths having good phase conversion characteristics can be easily achieved by adjusting the average value of the distance between lines in contact with the outermost end on one side (the period L (μm) of either the grating groove pattern or the grating hole pattern). A board can be obtained.
この発明の第3の局面による光学装置は、複数の波長領域を有する光源と、光源からの光の互いに直交する2つの偏光成分に所定の位相差を与えるとともに、基板と、基板上に形成され、複屈折率特性を有する線状の格子溝パターンと複屈折率特性を有する格子孔パターンとのいずれか一方を有する金属酸化膜とを含む波長板とを備えている。 An optical apparatus according to a third aspect of the present invention is formed on a light source having a plurality of wavelength regions, a predetermined phase difference between two orthogonally polarized components of light from the light source, a substrate, and the substrate. And a wave plate including a metal oxide film having one of a linear grating groove pattern having a birefringence characteristic and a grating hole pattern having a birefringence characteristic.
この第3の局面による光学装置では、上記のように、基板上に、複屈折率特性を有する線状の格子溝パターンと複屈折率特性を有する格子孔パターンとのいずれか一方を有する金属酸化膜を形成することによって、この金属酸化膜を陽極酸化法を用いて形成すれば、深さが大きく、かつ、深さ方向に均一な溝幅および直径をそれぞれ有する格子溝パターンおよび格子孔パターンを自己組織化的に形成することができるので、良好な格子溝パターンまたは格子孔パターンを有する波長板を得ることができる。その結果、波長板の特性を向上させることができるので、その波長板を含む光学装置の特性も向上させることができる。また、金属酸化膜は、無機材料であるので、耐環境性に優れた波長板を得ることができる。これにより、線状の格子溝パターンまたは格子孔パターンを有する金属酸化膜を含む波長板を、高い温度条件下で使用される光学装置に用いたとしても、波長板の特性の劣化を抑制することができる。 In the optical device according to the third aspect, as described above, a metal oxide having either a linear lattice groove pattern having a birefringence characteristic or a lattice hole pattern having a birefringence characteristic on the substrate. If this metal oxide film is formed using an anodic oxidation method by forming a film, a grating groove pattern and a grating hole pattern having a large depth and a uniform groove width and diameter in the depth direction can be obtained. Since it can be formed in a self-organized manner, a wave plate having a good grating groove pattern or grating hole pattern can be obtained. As a result, since the characteristics of the wave plate can be improved, the characteristics of the optical device including the wave plate can also be improved. Further, since the metal oxide film is an inorganic material, it is possible to obtain a wave plate having excellent environmental resistance. As a result, even if a wave plate including a metal oxide film having a linear grating groove pattern or a grating hole pattern is used in an optical device used under a high temperature condition, the deterioration of the characteristics of the wave plate is suppressed. Can do.
上記第3の局面による光学装置において、好ましくは、金属酸化膜は、線状の格子溝パターンを有する酸化アルミニウム膜を含み、線状の格子溝パターンの周期L(μm)と、周期L(μm)に対する隣接する格子溝パターン間の酸化アルミニウム膜の実質的な幅の割合であるデューティ比Deとは、以下の4つの式によって規定される第1の範囲内の値に設定されている。 In the optical device according to the third aspect, preferably, the metal oxide film includes an aluminum oxide film having a linear lattice groove pattern, and the period L (μm) of the linear lattice groove pattern and the period L (μm). The duty ratio De, which is the ratio of the substantial width of the aluminum oxide film between adjacent lattice groove patterns to (1), is set to a value within the first range defined by the following four equations.
L≦0.65
L≧2×10−14e31.263De
L≦6.0317De2−10.352De+5.0516
(De−0.85)2/0.442+(L−0.41)2/0.392≦1
このように構成すれば、波長板を1/4波長板として用いる場合には、異なる波長を有する複数の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を90°近傍にすることができる。また、波長板を1/2波長板として用いる場合には、異なる波長を有する複数の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を180°近傍にすることができる。その結果、広い波長領域において、良好な位相変換特性を有する波長板を含む光学装置を得ることができる。
L ≦ 0.65
L ≧ 2 × 10 −14 e 31.263 De
L ≦ 6.0317De 2 -10.352De + 5.0516
(De−0.85) 2 /0.44 2 + (L−0.41) 2 /0.39 2 ≦ 1
With this configuration, when the wave plate is used as a quarter wave plate, the phase difference between two polarization components orthogonal to each other for a plurality of lights having different wavelengths can be close to 90 °. it can. When the wave plate is used as a half-wave plate, the phase difference between two polarization components orthogonal to each other can be set to around 180 ° for a plurality of lights having different wavelengths. As a result, an optical device including a wave plate having good phase conversion characteristics in a wide wavelength region can be obtained.
この場合、第1の範囲内の周期L(μm)およびデューティ比Deを有する波長板は、少なくとも赤色および赤外の波長領域の光に対して用いられる。このように構成すれば、少なくとも赤色および赤外の波長領域において、良好な位相変換特性を得ることができる。 In this case, the wave plate having the period L (μm) and the duty ratio De within the first range is used for light in at least the red and infrared wavelength regions. With such a configuration, good phase conversion characteristics can be obtained at least in the red and infrared wavelength regions.
上記第3の局面による光学装置において、好ましくは、線状の格子溝パターンの周期L(μm)およびデューティ比Deは、さらに、以下の4つの式によって規定される第2の範囲内の値に設定されている。 In the optical device according to the third aspect, preferably, the period L (μm) and the duty ratio De of the linear grating groove pattern are further set to values within a second range defined by the following four expressions. Is set.
De≧0.73
L≦0.4
L≧30.952De3−74.751De2+59.62De−15.328
L≦3.0776De2−5.1863De+2.5772
このように構成すれば、より広い波長領域において、光学装置を構成する波長板の良好な位相変換特性を得ることができる。
De ≧ 0.73
L ≦ 0.4
L ≧ 30.952 De 3 −74.751 De 2 + 59.62De−15.328
L ≦ 3.0776De 2 −5.1863De + 2.5772
If comprised in this way, the favorable phase conversion characteristic of the wavelength plate which comprises an optical apparatus can be acquired in a wider wavelength range.
この場合、第2の範囲内の周期L(μm)およびデューティ比Deを有する波長板は、赤色、赤外および青色のすべての波長領域の光に対して用いられる。このように構成すれば、赤色、赤外および青色のすべての波長領域において、良好な位相変換特性を得ることができる。 In this case, the wave plate having the period L (μm) and the duty ratio De within the second range is used for light in all the wavelength regions of red, infrared, and blue. If comprised in this way, a favorable phase conversion characteristic can be acquired in all the wavelength ranges of red, infrared, and blue.
上記第3の局面による光学装置において、好ましくは、金属酸化膜は、複数の孔が連結された線状の格子溝パターンと複数の孔が所定の間隔を隔てて配置された格子孔パターンとのいずれか一方を有する酸化アルミニウム膜を含み、酸化アルミニウム膜に含まれる格子溝パターンおよび格子孔パターンのいずれか一方を構成する複数の孔は、第1の方向に隣接する孔が孔間隔T(μm)の中心間距離を隔てて列状に配置されて孔列を構成するとともに、孔列は、第1の方向と直交する第2の方向に、孔間隔T(μm)よりも大きい間隔である周期L(μm)で複数配置されており、周期L(μm)と、孔間隔T(μm)とは、以下の2つの式によって規定される第1の範囲内の値に設定されている。 In the optical device according to the third aspect, preferably, the metal oxide film includes a linear lattice groove pattern in which a plurality of holes are connected and a lattice hole pattern in which the plurality of holes are arranged at a predetermined interval. A plurality of holes including an aluminum oxide film having either one of the lattice groove pattern and the lattice hole pattern included in the aluminum oxide film are adjacent to each other in the first direction with a hole interval T (μm ) Are arranged in a row at a distance between the centers of each other to form a hole row, and the hole row is a gap larger than the hole gap T (μm) in the second direction orthogonal to the first direction. A plurality of periods L (μm) are arranged, and the period L (μm) and the hole interval T (μm) are set to values within a first range defined by the following two expressions.
L≦0.65
L≧−1.2018T3+0.3022T2+1.2988T+0.01
このように構成すれば、波長板を1/4波長板として用いる場合には、異なる波長を有する複数の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を90°近傍にすることができる。また、波長板を1/2波長板として用いる場合には、異なる波長を有する複数の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を180°近傍にすることができる。その結果、広い波長領域において、良好な位相変換特性を有する波長板を含む光学装置を得ることができる。
L ≦ 0.65
L ≧ −1.2018T 3 + 0.3022T 2 + 1.2988T + 0.01
With this configuration, when the wave plate is used as a quarter wave plate, the phase difference between two polarization components orthogonal to each other for a plurality of lights having different wavelengths can be close to 90 °. it can. When the wave plate is used as a half-wave plate, the phase difference between two polarization components orthogonal to each other can be set to around 180 ° for a plurality of lights having different wavelengths. As a result, an optical device including a wave plate having good phase conversion characteristics in a wide wavelength region can be obtained.
この場合、第1の範囲内の周期L(μm)および孔間隔T(μm)を有する波長板は、少なくとも赤色および赤外の波長領域の光に対して用いられる。このように構成すれば、少なくとも赤色および赤外の波長領域において、良好な位相変換特性を得ることができる。 In this case, a wave plate having a period L (μm) and a hole interval T (μm) within the first range is used for light in at least red and infrared wavelength regions. With such a configuration, good phase conversion characteristics can be obtained at least in the red and infrared wavelength regions.
上記第3の局面による光学装置において、好ましくは、周期L(μm)および孔間隔T(μm)は、さらに、以下の3つの式によって規定される第2の範囲内の値に設定されている。 In the optical device according to the third aspect, preferably, the period L (μm) and the hole interval T (μm) are further set to values within a second range defined by the following three expressions. .
L≦0.4
L≧−440.16T3+63.334T2−3.4273T+0.3439
L≧0.35(T−0.0825)0.434+0.245
このように構成すれば、より広い波長領域において、光学装置を構成する波長板の良好な位相変換特性を得ることができる。
L ≦ 0.4
L ≧ −440.16T 3 + 63.334T 2 −3.4273T + 0.3439
L ≧ 0.35 (T−0.0825) 0.434 +0.245
If comprised in this way, the favorable phase conversion characteristic of the wavelength plate which comprises an optical apparatus can be acquired in a wider wavelength range.
この場合、第2の範囲内の周期L(μm)および孔間隔T(μm)を有する波長板は、赤色、赤外および青色のすべての波長領域の光に対して用いられる。このように構成すれば、赤色、赤外および青色のすべての波長領域において、良好な位相変換特性を得ることができる。 In this case, a wave plate having a period L (μm) and a hole interval T (μm) within the second range is used for light in all wavelength regions of red, infrared, and blue. If comprised in this way, a favorable phase conversion characteristic can be acquired in all the wavelength ranges of red, infrared, and blue.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1参考形態)
図1は、本発明の第1参考形態による1/4波長板の構造を示した斜視図である。図1を参照して、第1参考形態による1/4波長板は、光学軸(格子溝方向)に平行な偏光成分と垂直な偏光成分との位相差を約90°にすることによって、光学軸(格子溝方向)に対して約45°傾いた直線偏光の入射光を円偏光の出射光に変換する機能を有している。なお、1/4波長板は、本発明の「波長板」の一例である。
(First reference form)
Figure 1 is a perspective view showing a structure of a quarter-wave plate according to a first referential embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the quarter-wave plate according to the first reference embodiment, by approximately 90 ° the phase difference between the parallel polarization component and the vertical polarization component to the optical axis (grating groove direction), optical It has a function of converting linearly polarized incident light inclined by about 45 ° with respect to the axis (lattice groove direction) into circularly polarized outgoing light. The quarter wave plate is an example of the “wave plate” in the present invention.
この第1参考形態による1/4波長板の具体的な構造としては、図1に示すように、ガラス基板1上に、ITOまたはZnOからなる透明導電膜2が形成されている。なお、ガラス基板1は、本発明の「基板」の一例である。
As a specific structure of the quarter wavelength plate according to the first reference embodiment, a transparent
ここで、第1参考形態では、透明導電膜2上に、直線状の格子溝パターンを有する酸化アルミニウム膜3が形成されている。この酸化アルミニウム膜3の直線状の格子溝パターンは、細孔を直線状に連結することにより形成されている。また、酸化アルミニウム膜3の直線状の格子溝パターンの溝部3aは、透明導電膜2にまで達する深さを有するとともに、深さ方向に均一な幅に形成されている。また、溝部3a間に位置する酸化アルミニウム膜3の表面には、複数の孔3bが形成されている場合がある。なお、酸化アルミニウム膜3は、本発明の「金属酸化膜」の一例である。
Here, in the first reference embodiment, an
図2は、異なる波長を有する複数の光に対して良好な位相変換特性を有する1/4波長板の実効的デューティ比および周期の範囲を示したグラフである。図3は、実効的デューティ比の定義を説明するための格子溝パターンの拡大平面図である。図4〜図31は、それぞれ、図2に示した範囲を規定するための波長と位相差との関係を示したシミュレーション結果である。次に、図1〜図31を参照して、異なる波長を有する複数の光に対して良好な位相変換特性を有する酸化アルミニウム膜からなる直線状の格子溝パターン(1/4波長板)の実効的デューティ比および周期の範囲の規定方法について説明する。なお、図2中の範囲F1は、赤色、赤外および青色のすべての波長の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を90°近傍(90°±10°の範囲内)にすることが可能な範囲である。また、図2中の範囲F2は、少なくとも赤色および赤外の波長の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を90°近傍(90°±10°の範囲内)にすることが可能な範囲である。なお、範囲F1は、本発明の「第2の範囲」の一例であり、範囲F2は、本発明の「第1の範囲」の一例である。 FIG. 2 is a graph showing the effective duty ratio and period range of a quarter-wave plate having good phase conversion characteristics for a plurality of lights having different wavelengths. FIG. 3 is an enlarged plan view of a grating groove pattern for explaining the definition of the effective duty ratio. 4 to 31 are simulation results showing the relationship between the wavelength and the phase difference for defining the range shown in FIG. Next, referring to FIG. 1 to FIG. 31, the effect of a linear grating groove pattern (¼ wavelength plate) made of an aluminum oxide film having good phase conversion characteristics for a plurality of lights having different wavelengths. A method for defining the range of the dynamic duty ratio and period will be described. Note that a range F1 in FIG. 2 indicates a phase difference between two polarization components orthogonal to each other for light of all wavelengths of red, infrared, and blue in the vicinity of 90 ° (within a range of 90 ° ± 10 °). It is a range that can be made. Further, a range F2 in FIG. 2 is such that the phase difference between two polarization components orthogonal to each other is at least 90 ° (within a range of 90 ° ± 10 °) with respect to light of at least red and infrared wavelengths. Is a possible range. The range F1 is an example of the “second range” in the present invention, and the range F2 is an example of the “first range” in the present invention.
まず、実効的デューティ比Deの定義について説明する。実効的デューティ比Deは、図3に示すように、直線状の格子溝パターンの溝部3aの実効的溝幅をWe1とするとともに、周期をL1とした場合、De=(L1−We1)/L1で定義する。なお、実効的溝幅We1は、溝部3aの最大幅をS1とするとともに、連結する細孔のピッチをT1とした場合、We1=3S12/(3S1+T1)で定義する。
First, the definition of the effective duty ratio De will be described. As shown in FIG. 3, when the effective groove width of the
そして、図2中の範囲F1を規定する際には、まず、異なる実効的デューティ比Deおよび周期L1を有する複数の酸化アルミニウム膜からなる直線状の格子溝パターンのそれぞれに、赤色、赤外および青色の波長の光を入射した場合の波長と位相差との関係をシミュレーションした。このシミュレーション結果に基づいて、赤色(660nm)、赤外(790nm)および青色(405nm)のすべての波長領域において、位相差が許容範囲内の値になる実効的デューティ比Deおよび周期L1を範囲F1に含めるとともに、青色(405nm)の波長領域において、位相差が許容範囲外の値になる実効的デューティ比Deおよび周期L1を範囲F1に含めないようにした。上記したシミュレーションに用いた実効的デューティ比Deおよび周期L1の値(座標)を以下の表1に示す。なお、赤色、赤外および青色の波長は、それぞれ、660nm、790nmおよび405nmに設定するとともに、位相差の許容範囲は、90°±10°に設定した。 When the range F1 in FIG. 2 is defined, first, red, infrared, and red are respectively applied to each of the linear lattice groove patterns made of a plurality of aluminum oxide films having different effective duty ratios De and periods L1. The relationship between the wavelength and the phase difference when blue light was incident was simulated. Based on the simulation result, the effective duty ratio De and the period L1 in which the phase difference is within the allowable range in the red (660 nm), infrared (790 nm), and blue (405 nm) wavelength ranges are set to the range F1. In addition, in the wavelength region of blue (405 nm), the effective duty ratio De and the period L1 in which the phase difference is outside the allowable range are not included in the range F1. The effective duty ratio De and the value (coordinates) of the period L1 used in the above simulation are shown in Table 1 below. The red, infrared, and blue wavelengths were set to 660 nm, 790 nm, and 405 nm, respectively, and the allowable range of phase difference was set to 90 ° ± 10 °.
上記表1を参照して、座標点A2(De:0.75、L1:0.4)、座標点A3(De:0.79、L1:0.4)、座標点A5(De:0.85、L1:0.385)、座標点A6(De:0.9、L1:0.4)、座標点A7(De:0.95、L1:0.4)、座標点A10(De:0.82、L1:0.37)、座標点A11(De:0.95、L1:0.37)および座標点A13(De:0.88、L1:0.35)では、それぞれ、図5、図6、図8、図9、図10、図13、図14および図16に示すように、赤色(660nm)、赤外(790nm)および青色(405nm)のすべての波長領域において、位相差が許容範囲(90°±10°)内になった。なお、この場合の酸化アルミニウム膜の膜厚(μm)は、それぞれ、座標点A2:1.90μm、座標点A3:2.55μm、座標点A5:3.13μm、座標点A6:3.87μm、座標点A7:4.77μm、座標点A10:2.28μm、座標点A11:3.77μmおよび座標点A13:2.90μmである。 Referring to Table 1 above, coordinate point A2 (De: 0.75, L1: 0.4), coordinate point A3 (De: 0.79, L1: 0.4), coordinate point A5 (De: 0. 85, L1: 0.385), coordinate point A6 (De: 0.9, L1: 0.4), coordinate point A7 (De: 0.95, L1: 0.4), coordinate point A10 (De: 0) .82, L1: 0.37), coordinate point A11 (De: 0.95, L1: 0.37) and coordinate point A13 (De: 0.88, L1: 0.35), respectively, FIG. As shown in FIGS. 6, 8, 9, 10, 13, 14, and 16, the phase difference is observed in all wavelength regions of red (660 nm), infrared (790 nm), and blue (405 nm). It was within the allowable range (90 ° ± 10 °). In this case, the film thickness (μm) of the aluminum oxide film is as follows: coordinate point A2: 1.90 μm, coordinate point A3: 2.55 μm, coordinate point A5: 3.13 μm, coordinate point A6: 3.87 μm, Coordinate point A7: 4.77 μm, coordinate point A10: 2.28 μm, coordinate point A11: 3.77 μm, and coordinate point A13: 2.90 μm.
また、座標点A1(De:0.73、L1:0.4)、座標点A4(De:0.85、L1:0.395)、座標点A8(De:0.97、L1:0.4)、座標点A9(De:0.8、L1:0.37)、座標点A12(De:0.97、L1:0.37)および座標点A14(De:0.88、L1:0.34)では、それぞれ、図4、図7、図11、図12、図15および図17に示すように、赤色(660nm)および赤外(790nm)の波長領域においては、位相差が許容範囲(90°±10°)内になったものの、青色(405nm)の波長領域においては、位相差が許容範囲(90°±10°)外になった。なお、この場合の酸化アルミニウム膜の膜厚は、それぞれ、座標点A1:1.78μm、座標点A4:3.22μm、座標点A8:5.91μm、座標点A9:2.02μm、座標点A12:5.06μmおよび座標点A14:2.86μmである。 Also, the coordinate point A1 (De: 0.73, L1: 0.4), the coordinate point A4 (De: 0.85, L1: 0.395), the coordinate point A8 (De: 0.97, L1: 0. 4), coordinate point A9 (De: 0.8, L1: 0.37), coordinate point A12 (De: 0.97, L1: 0.37) and coordinate point A14 (De: 0.88, L1: 0) .34), as shown in FIG. 4, FIG. 7, FIG. 11, FIG. 12, FIG. 15 and FIG. 17, the phase difference is within an allowable range in the red (660 nm) and infrared (790 nm) wavelength regions. Although it was within (90 ° ± 10 °), the phase difference was outside the allowable range (90 ° ± 10 °) in the blue (405 nm) wavelength region. The film thicknesses of the aluminum oxide films in this case are as follows: coordinate point A1: 1.78 μm, coordinate point A4: 3.22 μm, coordinate point A8: 5.91 μm, coordinate point A9: 2.02 μm, coordinate point A12. : 5.06 μm and coordinate point A14: 2.86 μm.
そして、赤色(660nm)、赤外(790nm)および青色(405nm)のすべての波長領域において、位相差が許容範囲(90°±10°)内になる座標点A2、A3、A5、A6、A7、A10、A11およびA13を含むように、かつ、青色(405nm)の波長領域のみ位相差が許容範囲(90°±10°)外になる座標点A1、A4、A8、A9、A12およびA14を含まないように、以下の4つの式によって図2に示した範囲F1を規定した。 The coordinate points A2, A3, A5, A6, A7 in which the phase difference is within the allowable range (90 ° ± 10 °) in all wavelength regions of red (660 nm), infrared (790 nm), and blue (405 nm). , A10, A11, and A13, and coordinate points A1, A4, A8, A9, A12, and A14 in which the phase difference is outside the allowable range (90 ° ± 10 °) only in the blue (405 nm) wavelength region. The range F1 shown in FIG. 2 was defined by the following four formulas so as not to include them.
De≧0.73・・(1)
L1≦0.4・・(2)
L1≧30.952De3−74.751De2+59.62De−15.328・・(3)
L1≦3.0776De2−5.1863De+2.5772・・(4)
なお、上記した式(1)および式(2)は、図2に示した範囲F1の上部の直線部分F11を規定している。また、上記した式(3)および式(4)は、それぞれ、図2に示した範囲F1の下部の曲線部分F12および上部の凹状部分F13を規定している。
De ≧ 0.73 (1)
L1 ≦ 0.4 (2)
L1 ≧ 30.852De 3 −74.751De 2 + 59.62De-15.328 (3)
L1 ≦ 3.0776De 2 −5.1863De + 2.5772 (4)
Note that the above formulas (1) and (2) define the straight line portion F11 at the top of the range F1 shown in FIG. Further, the above-described formulas (3) and (4) respectively define the lower curved portion F12 and the upper concave portion F13 of the range F1 shown in FIG.
次に、図2中の範囲F2を規定する際には、まず、異なる実効的デューティ比Deおよび周期L1を有する複数の酸化アルミニウム膜からなる直線状の格子溝パターンのそれぞれに、赤色および赤外の波長の光を入射した場合の波長と位相差との関係をシミュレーションした。このシミュレーション結果に基づいて、赤色(660nm)および赤外(790nm)の波長領域において、位相差が許容範囲内の値になる実効的デューティ比Deおよび周期L1を範囲F2に含めるとともに、赤色(660nm)および赤外(790nm)の波長領域において、位相差が許容範囲外の値になる実効的デューティ比Deおよび周期L1を範囲F2に含めないようにした。上記したシミュレーションに用いた実効的デューティ比Deおよび周期L1の値(座標)を以下の表2に示す。なお、赤色および赤外の波長は、それぞれ、660nmおよび790nmに設定するとともに、位相差の許容範囲は、90°±10°に設定した。 Next, when defining the range F2 in FIG. 2, first, red and infrared are respectively applied to each of the linear lattice groove patterns made of a plurality of aluminum oxide films having different effective duty ratios De and periods L1. The relationship between the wavelength and the phase difference when the light of the wavelength was incident was simulated. Based on the simulation result, in the wavelength range of red (660 nm) and infrared (790 nm), the effective duty ratio De and the period L1 that make the phase difference within the allowable range are included in the range F2, and red (660 nm). ) And the infrared (790 nm) wavelength region, the effective duty ratio De and the period L1 in which the phase difference is outside the allowable range are not included in the range F2. The effective duty ratio De and the value (coordinates) of the period L1 used in the above simulation are shown in Table 2 below. The red and infrared wavelengths were set to 660 nm and 790 nm, respectively, and the allowable range of the phase difference was set to 90 ° ± 10 °.
上記表2を参照して、座標点B2(De:0.52、L1:0.65)、座標点B3(De:0.76、L1:0.65)、座標点B6(De:0.96、L1:0.65)、座標点B8(De:0.86、L1:0.6)、座標点B10(De:0.44、L1:0.4)、座標点B12(De:0.5、L1:0.2)および座標点B13(De:0.9、L1:0.04)では、それぞれ、図19、図20、図23、図25、図27、図29および図30に示すように、赤色(660nm)および赤外(790nm)の波長領域において、位相差が許容範囲(90°±10°)内になった。なお、この場合の酸化アルミニウム膜の膜厚(μm)は、それぞれ、座標点B2:1.60μm、座標点B3:3.01μm、座標点B6:10.27μm、座標点B8:4.28μm、座標点B10:1.06μm、座標点B12:1.18μmおよび座標点B13:2.46μmである。 Referring to Table 2 above, coordinate point B2 (De: 0.52, L1: 0.65), coordinate point B3 (De: 0.76, L1: 0.65), coordinate point B6 (De: 0. 96, L1: 0.65), coordinate point B8 (De: 0.86, L1: 0.6), coordinate point B10 (De: 0.44, L1: 0.4), coordinate point B12 (De: 0) .5, L1: 0.2) and coordinate point B13 (De: 0.9, L1: 0.04), FIG. 19, FIG. 20, FIG. 23, FIG. 25, FIG. 27, FIG. As shown in FIG. 4, the phase difference is within the allowable range (90 ° ± 10 °) in the red (660 nm) and infrared (790 nm) wavelength regions. In this case, the thickness (μm) of the aluminum oxide film is as follows: coordinate point B2: 1.60 μm, coordinate point B3: 3.01 μm, coordinate point B6: 10.27 μm, coordinate point B8: 4.28 μm, Coordinate point B10: 1.06 μm, coordinate point B12: 1.18 μm, and coordinate point B13: 2.46 μm.
また、座標点B1(De:0.48、L1:0.65)、座標点B4(De:0.8、L1:0.65)、座標点B5(De:0.92、L1:0.65)、座標点B7(De:0.86、L1:0.62)、座標点B9(De:0.4、L1:0.4)、座標点B11(De:0.46、L1:0.2)および座標点B14(De:0.94、L1:0.04)では、それぞれ、図18、図21、図22、図24、図26、図28および図31に示すように、赤色(660nm)および赤外(790nm)の波長領域において、位相差が許容範囲(90°±10°)外になった。なお、この場合の酸化アルミニウム膜の膜厚(μm)は、それぞれ、座標点B1:1.53μm、座標点B4:4.16μm、座標点B5:6.16μm、座標点B7:4.40μm、座標点B9:1.12μm、座標点B11:1.21μmおよび座標点B14:2.61μmである。 Also, coordinate point B1 (De: 0.48, L1: 0.65), coordinate point B4 (De: 0.8, L1: 0.65), coordinate point B5 (De: 0.92, L1: 0. 65), coordinate point B7 (De: 0.86, L1: 0.62), coordinate point B9 (De: 0.4, L1: 0.4), coordinate point B11 (De: 0.46, L1: 0) .2) and coordinate point B14 (De: 0.94, L1: 0.04), as shown in FIG. 18, FIG. 21, FIG. 22, FIG. 24, FIG. In the wavelength region of (660 nm) and infrared (790 nm), the phase difference is outside the allowable range (90 ° ± 10 °). In this case, the film thickness (μm) of the aluminum oxide film is as follows: coordinate point B1: 1.53 μm, coordinate point B4: 4.16 μm, coordinate point B5: 6.16 μm, coordinate point B7: 4.40 μm, The coordinate point B9 is 1.12 μm, the coordinate point B11 is 1.21 μm, and the coordinate point B14 is 2.61 μm.
そして、赤色(660nm)および赤外(790nm)の波長領域において、位相差が許容範囲(90°±10°)内になる座標点B2、B3、B6、B8、B10、B12およびB13を含むように、かつ、位相差が許容範囲(90°±10°)外になる座標点B1、B4、B5、B7、B9、B11およびB14を含まないように、以下の4つの式によって図2に示した範囲F2を規定した。 Then, in the red (660 nm) and infrared (790 nm) wavelength regions, the coordinate points B2, B3, B6, B8, B10, B12 and B13 whose phase difference is within the allowable range (90 ° ± 10 °) are included. 2 and the following four formulas so as not to include coordinate points B1, B4, B5, B7, B9, B11 and B14 whose phase difference is outside the allowable range (90 ° ± 10 °). Range F2 was defined.
L1≦0.65・・(5)
L1≧2×10−14e31.263De・・(6)
L1≦6.0317De2−10.352De+5.0516・・(7)
(De−0.85)2/0.442+(L1−0.41)2/0.392≦1・・(8)
なお、上記した式(5)、式(6)、式(7)および式(8)は、それぞれ、図2に示した範囲F2の上部の直線部分F21、右下の曲線部分F22、上部の凹状部分F23および左下の曲線部分F24を規定している。
L1 ≦ 0.65 (5)
L1 ≧ 2 × 10 −14 e 31.263 De (6)
L1 ≦ 6.0317De 2 -10.352De + 5.0516 (7)
(De−0.85) 2 /0.44 2 + (L1−0.41) 2 /0.39 2 ≦ 1 (8)
It should be noted that the above formula (5), formula (6), formula (7) and formula (8) are respectively the straight line portion F21 in the upper part of the range F2 shown in FIG. A concave portion F23 and a lower left curved portion F24 are defined.
ここで、第1参考形態では、酸化アルミニウム膜3(図1参照)の直線状の格子溝パターンの実効的デューティ比Deおよび周期L1は、上記した4つの式(1)〜式(4)によって規定される範囲F1内の値(たとえば、De:0.88、L1:0.38(図2中の座標点P))に設定されている。すなわち、この第1参考形態(図2中の座標点P)では、赤色(660nm)、赤外(790nm)および青色(405nm)のすべての波長領域において、位相差が許容範囲(90°±10°)内になる。なお、図32には、実効的デューティ比Deおよび周期L1を、それぞれ、0.88および0.38(図2中の座標点P)に設定した場合の実験結果が示されている。また、この場合の膜厚(μm)は、座標点P:3.35μmである。 Here, in the first reference embodiment, the effective duty ratio De and the period L1 of the linear lattice groove pattern of the aluminum oxide film 3 (see FIG. 1) are expressed by the above four formulas (1) to (4). It is set to a value within the specified range F1 (for example, De: 0.88, L1: 0.38 (coordinate point P in FIG. 2)). That is, in the first reference form (coordinate point P in FIG. 2), the phase difference is within an allowable range (90 ° ± 10 in all wavelength regions of red (660 nm), infrared (790 nm), and blue (405 nm). °) within. FIG. 32 shows experimental results when the effective duty ratio De and the cycle L1 are set to 0.88 and 0.38 (coordinate point P in FIG. 2), respectively. In this case, the film thickness (μm) is the coordinate point P: 3.35 μm.
第1参考形態では、上記のように、1/4波長板を構成する酸化アルミニウム膜3の直線状の格子溝パターンの実効的デューティ比Deおよび周期L1を、4つの式(1)〜式(4)によって規定される範囲F1内の値(たとえば、De:0.88、L1:0.38(図2中の座標点P))に設定することによって、赤色、赤外および青色のすべての波長の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を90°近傍(90°±10°の範囲内)にすることができる。その結果、広い波長領域において、良好な位相変換特性を有する1/4波長板を得ることができる。また、酸化アルミニウム膜3は、無機材料であるので、耐環境性に優れた1/4波長板を得ることができる。これにより、直線状の格子溝パターンを有する酸化アルミニウム膜3を含む1/4波長板を、高い温度条件下で使用したとしても、1/4波長板の特性の劣化を抑制することができる。
In the first reference embodiment, as described above, the effective duty ratio De and the period L1 of the linear lattice groove pattern of the
図33〜図39は、図1に示した第1参考形態による1/4波長板の製造プロセスの一例を説明するための断面図および平面図である。次に、図33〜図39を参照して、第1参考形態による1/4波長板の製造プロセスの一例について説明する。 FIGS. 33 39 are cross-sectional and plan views for explaining a first example of a manufacturing process of the quarter-wave plate according to the reference embodiment shown in FIG. Next, with reference to FIGS. 33 to 39 to describe an example of a manufacturing process of quarter-wave plate according to the first reference embodiment.
まず、図33に示すように、蒸着法を用いて、ガラス基板1上に、ITOまたはZnOからなる透明導電膜2およびアルミニウム膜4を順次形成する。
First, as shown in FIG. 33, a transparent
次に、図34に示すように、テクスチャリング処理を行うために、SiCなどの硬い材料からなる押し付け部材11の表面に、規則的な配列を有する凸部11aを形成する。この際、図35に示すように、テクスチャリング処理後のアルミニウム膜4の表面に形成される凹部4aのドット列が、破線で示す複数の列状に配置された三角格子パターン4bの1列置きに形成されるように、押し付け部材11の凸部11a(図34参照)を形成する。そして、図34に示したように、アルミニウム膜4の表面に押し付け部材11を押し付けるテクスチャリング処理を行うことによって、アルミニウム膜4の表面に、図35に示した配列を有する凹部4aのドット列を形成する。
Next, as shown in FIG. 34, in order to perform the texturing process,
次に、図36に示すように、陽極酸化法を用いて、凹部4a(図35参照)のドット列が形成されたアルミニウム膜4の酸化処理を行うことによって、ドット列に対応する孔(図示せず)を形成する。具体的には、陽極としてのアルミニウム膜4の表面またはガラス基板1の表面と、白金からなる陰極12の表面とが対向するように配置する。そして、約0.05Mの濃度を有するリン酸水溶液13中で、約160Vの電圧を印加することにより約3時間の酸化処理を行う。このとき、ガラス基板1とアルミニウム膜4との間に形成された透明導電膜2を介して、アルミニウム膜4に電圧が印加される。これにより、酸化処理中は、常に、アルミニウム膜4に電圧を印加することができるので、ガラス基板1の表面に凹凸がある場合にも、酸化されないアルミニウム膜4が残るなどの不都合を防止することができる。これにより、微細な孔を有する酸化アルミニウム膜(図示せず)が自己組織化的に形成される。なお、この陽極酸化処理により形成される微細な孔において、隣接する孔間の最大距離をUとし、陽極酸化電圧をVaとした場合、U=0.0025Va(μm)の関係式が成り立つことが知られている。この関係式(U=0.0025Va)は、たとえば、H.Masuda et al.「Jpn.J.Appl.Phys.」、Vol.37、1998、pp.L1340−L1342などに開示されている。
Next, as shown in FIG. 36, by performing oxidation treatment on the
この後、約5wt%のリン酸が含有された水溶液を用いて、約30℃で、陽極酸化処理により形成されたドット列に対応する孔(図示せず)をウェットエッチングにより拡大する。この際、図37および図38に示すように、ドット列に対応する孔が拡大することにより隣接する孔同士が繋がるので、容易に、溝部3aの形成領域に位置する酸化アルミニウム膜3をほぼ完全に除去することができる。このようにして、直線状の格子溝パターンを有する酸化アルミニウム膜3が形成される。この酸化アルミニウム膜3の直線状の格子溝パターンは、溝部3aの深さが透明導電膜2にまで達するように形成されるとともに、溝部3aの幅が深さ方向に均一に形成される。なお、溝部3a間に位置する酸化アルミニウム膜3の表面には、複数の孔3bが形成される。この孔3bは、好ましくないが、図39に示すように、テクスチャリング処理により形成された凹部4aの歪みおよび陽極酸化による歪みの影響によって、凹部4aが形成されない三角格子パターン4b(図35参照)に対応する位置に形成されると考えられる。
Thereafter, using an aqueous solution containing about 5 wt% phosphoric acid, holes (not shown) corresponding to the dot rows formed by the anodizing treatment are enlarged by wet etching at about 30 ° C. At this time, as shown in FIGS. 37 and 38, since the holes corresponding to the dot rows are enlarged and adjacent holes are connected, the
第1参考形態の製造プロセスでは、上記のように、直線状の格子溝パターンを有する酸化アルミニウム膜3を、陽極酸化法を用いて形成することによって、深さが大きく、かつ、深さ方向に均一な溝幅を有する格子溝パターンを自己組織化的に形成することができるので、良好な格子溝パターンを有する1/4波長板を得ることができる。
In the manufacturing process of the first reference embodiment, as described above, the
図40は、図1に示した第1参考形態による1/4波長板を含む光学装置としてのCD−R/DVD互換光ピックアップ装置の光学系を示した概略図である。次に、図40を参照して、図1に示した第1参考形態による1/4波長板を含むCD−R/DVD互換光ピックアップ装置の光学系の構造について説明する。 FIG. 40 is a schematic diagram showing an optical system of a CD-R / DVD compatible optical pickup device as an optical device including the quarter-wave plate according to the first reference embodiment shown in FIG. Next, referring to FIG. 40, the structure of an optical system of a CD-R / DVD compatible optical pickup device including a quarter-wave plate according to the first reference embodiment will be described as shown in FIG.
このCD−R/DVD互換光ピックアップ装置の光学系は、図40に示すように、CD−R用半導体レーザ素子21aおよびDVD用半導体レーザ素子21bと、回折格子22aおよび22bと、偏光ビームスプリッタ23aおよび23bと、1/4波長板24と、コリメータレンズ25と、対物レンズ26と、シリンドリカルレンズ27と、受光素子28とを備えている。なお、1/4波長板24としては、図1に示した第1参考形態による1/4波長板が用いられている。なお、CD−R用半導体レーザ素子21aおよびDVD用半導体レーザ素子21bは、それぞれ、本発明の「光源」の一例であり、1/4波長板24は、本発明の「波長板」の一例である。
As shown in FIG. 40, the optical system of this CD-R / DVD compatible optical pickup apparatus includes a CD-R
CD−R用半導体レーザ素子21aおよびDVD用半導体レーザ素子21bは、それぞれ、光ディスク30の記録/再生面30aに対して平行な方向にレーザ光が出射されるように配置されている。このCD−R用半導体レーザ素子21aは、CD−Rで用いられる790nm(赤外)近傍の波長のレーザ光を出射するとともに、DVD用半導体レーザ素子21bは、DVDで用いられる650nm(赤色)近傍の波長のレーザ光を出射する。また、CD−R用半導体レーザ素子21aおよびDVD用半導体レーザ素子21bから出射されるレーザ光は、それぞれ、光ディスク30の記録/再生面30aに対して垂直な直線偏光を有している。また、回折格子22aおよび22bは、それぞれ、CD−R用半導体レーザ素子21aおよびDVD用半導体レーザ素子21bから出射されたレーザ光を、トラッキング誤差検出ビームを含む3つのレーザ光に変換する機能を有している。
The CD-R
また、偏光ビームスプリッタ23aおよび23bは、それぞれ、光ディスク30の記録/再生面30aに対して垂直かつ紙面に平行な偏光方向のレーザ光を反射するとともに、光ディスク30の記録/再生面30aに対して平行かつ紙面に垂直な偏光方向のレーザ光を透過する機能を有している。ここで、偏光ビームスプリッタ23aおよび23bを用いることによって、ハーフミラーを用いる場合と異なり、所定の偏光方向のレーザ光を100%近く分岐することができるので、光利用効率を向上させることができる。なお、偏光ビームスプリッタ23aは、CD−Rで用いられる790nm(赤外)近傍の波長のレーザ光に対してのみ機能し、790nm近傍の波長以外の波長のレーザ光に対しては、偏光方向に関係なく透過する。また、偏光ビームスプリッタ23bは、DVDで用いられる650nm(赤色)近傍の波長のレーザ光に対してのみ機能し、650nm近傍の波長以外の波長のレーザ光に対しては、偏光方向に関係なく透過する。
The
また、コリメータレンズ25および対物レンズ26は、1/4波長板24を通過したレーザ光を光ディスク30の記録/再生面30aに集光する機能を有している。また、シリンドリカルレンズ27は、光ディスク30の記録/再生面30aにより反射されたレーザ光を、焦点誤差検出(非点収差法)ビームを含むレーザ光に変換する機能を有している。また、受光素子28は、光ディスク30の記録/再生面30aにより反射されたレーザ光を、トラッキング誤差信号、焦点誤差信号およびHF(高周波)信号として検出する機能を有している。
The
次に、図40を参照して、図1に示した第1参考形態による1/4波長板を含むCD−R/DVD互換光ピックアップ装置の光学系の動作について説明する。 Next, referring to FIG. 40, the operation of the optical system of the CD-R / DVD compatible optical pickup device including a quarter-wave plate according to the first reference embodiment will be described as shown in FIG.
まず、光ディスク30としてCD−Rを用いる場合には、790nm(赤外)近傍の波長を有するとともに、紙面に平行な直線偏光を有するレーザ光L10を、CD−R用半導体レーザ素子21aから出射する。このレーザ光L10は、回折格子22aによりトラッキング誤差検出ビームを含む3つのレーザ光L10に変換された後、偏光ビームスプリッタ23aに入射する。この際、レーザ光L10は、偏光ビームスプリッタ23aにより光ディスク30方向に方向変換される。そして、光ディスク30方向に方向変換されたレーザ光L10は、1/4波長板24により直線偏光から円偏光に変換された後、コリメータレンズ25および対物レンズ26により集光される。この後、集光されたレーザ光L10によって、光ディスク30の記録/再生面30aに信号が記録される。
First, when a CD-R is used as the
また、光ディスク30の記録/再生面30aへの信号の記録に消費されなかったレーザ光L20は、光ディスク30の記録/再生面30aで反射されることによって、位相が約180°変化する。この後、光ディスク30の記録/再生面30aで反射されたレーザ光L20は、1/4波長板24により円偏光から直線偏光に変換される。この際、レーザ光L20は、位相が約180°変化しているので、光ディスク30の記録/再生面30aに対して平行かつ紙面に垂直な直線偏光を有するレーザ光L20に変換される。そして、紙面に垂直な直線偏光を有するレーザ光L20は、偏光ビームスプリッタ23aおよび23bに順次入射する。ここで、偏光ビームスプリッタ23aは、紙面に平行な偏光方向のレーザ光のみを反射するので、レーザ光L20がCD−R用半導体レーザ素子21a方向に反射することはない。また、偏光ビームスプリッタ23bは、650nm(赤色)近傍の波長のレーザ光に対してのみ機能するので、レーザ光L20がDVD用半導体レーザ素子21b方向に反射することはない。この後、偏光ビームスプリッタ23aおよび23bを透過したレーザ光L20は、シリンドリカルレンズ27により焦点誤差検出(非点収差法)ビームを含むレーザ光L20に変換された後、受光素子28に入射する。これにより、レーザ光L20が、トラッキング誤差信号、焦点誤差信号およびHF(高周波)信号として検出される。
The phase of the laser beam L20 that has not been consumed for recording the signal on the recording / reproducing
また、光ディスク30としてDVDを用いる場合には、上記した光ディスク30としてCD−Rを用いる場合と同様の動作が行われる。ただし、光ディスク30としてDVDを用いる場合には、650nm(赤色)近傍の波長を有するとともに、紙面に平行な直線偏光を有するレーザ光L30を、DVD用半導体レーザ素子21bから出射する。この場合には、レーザ光L30は、回折格子22bによりトラッキング誤差検出ビームを含む3つのレーザ光L30に変換される。また、レーザ光L30は、偏光ビームスプリッタ23bにより光ディスク30方向に方向変換される。
Further, when a DVD is used as the
このCD−R/DVD互換光ピックアップ装置の光学系では、上記のように、1/4波長板24として、図1に示した第1参考形態による1/4波長板を用いることによって、CD−Rで用いられる790nm(赤外)近傍およびDVDで用いられる650nm(赤色)近傍の波長のレーザ光L10およびL30に対して、1/4波長板24の位相変換特性を90°近傍(90°±10°の範囲内)に保つことができるので、1/4波長板24におけるレーザ光L10およびL30の変換を良好に行うことができる。このため、設計値以外の偏光方向を有するレーザ光が発生することがない。これにより、光ディスク30の記録/再生面30aにより反射されたレーザ光L20が偏光ビームスプリッタ23aおよび23bにより反射されるのを抑制することができるので、レーザ光L20がCD−R用半導体レーザ素子21aおよびDVD用半導体レーザ素子21bに帰還するのを抑制することができる。その結果、CD−R用半導体レーザ素子21aおよびDVD用半導体レーザ素子21bの光強度雑音(光強度のゆらぎ)の増加が抑制されるので、CD−R/DVD互換光ピックアップ装置の特性を向上させることができる。また、図1に示した第1参考形態による酸化アルミニウム膜3を含む1/4波長板は耐環境性に優れているので、その1/4波長板を、車載用のCD−R/DVD互換光ピックアップ装置に用いたとしても、1/4波長板の特性の劣化を抑制することができる。
In the optical system of the CD-R / DVD compatible optical pickup device, as described above, as a 1/4-
(第2参考形態)
図41は、本発明の第2参考形態による1/2波長板の構造を示した斜視図である。図41を参照して、この第2参考形態では、上記第1参考形態と異なり、本発明を1/2波長板に適用する例について説明する。
(Second reference form)
Figure 41 is a perspective view showing a structure of a half-wave plate according to a second referential embodiment of the present invention. With reference to FIG. 41, in the second reference embodiment, unlike the first reference embodiment, an example in which the present invention is applied to a half-wave plate will be described.
すなわち、この第2参考形態による1/2波長板は、図41に示すように、光学軸に平行な偏光成分と垂直な偏光成分との位相差を約180°にすることによって、光学軸に対して約45°傾いた直線偏光の入射光の偏光方向を約90°回転させる機能を有している。なお、1/2波長板は、本発明の「波長板」の一例である。 In other words, half-wave plate according to the second reference embodiment, as shown in FIG. 41, by about 180 ° the phase difference between the parallel polarization component and the vertical polarization component to the optical axis, the optical axis On the other hand, it has a function of rotating the polarization direction of linearly polarized incident light inclined by about 45 ° with respect to about 90 °. The half-wave plate is an example of the “wave plate” in the present invention.
この第2参考形態による1/2波長板の具体的な構造としては、上記第1参考形態と同様、ガラス基板1上に、ITOまたはZnOからなる透明導電膜2が形成されている。
As a specific structure of the half-wave plate according to the second reference embodiment, a transparent
ここで、第2参考形態では、透明導電膜2上に、直線状の格子溝パターンを有する酸化アルミニウム膜43が形成されている。この酸化アルミニウム膜43の厚みは、図1に示した第1参考形態の1/4波長板を構成する酸化アルミニウム膜3の厚みの2倍に設定されている。これにより、入射光の光学軸に平行な偏光成分と垂直な偏光成分との位相差を、第1参考形態(約90°)の2倍(約180°)にすることができる。また、酸化アルミニウム膜43の直線状の格子溝パターンは、上記第1参考形態と同様、細孔を直線状に連結することにより形成されている。また、酸化アルミニウム膜43の直線状の格子溝パターンの溝部43aは、透明導電膜2にまで達する深さを有するとともに、深さ方向に均一な幅に形成されている。また、溝部43a間に位置する酸化アルミニウム膜43の表面には、複数の孔43bが形成されている場合がある。なお、酸化アルミニウム膜43は、本発明の「金属酸化膜」の一例である。
Here, in the second reference embodiment, an
次に、異なる波長を有する複数の光に対して良好な位相変換特性を得ることが可能な酸化アルミニウム膜からなる直線状の格子溝パターン(1/2波長板)の実効的デューティ比および周期の範囲は、位相差の許容範囲を180°±20°に設定すれば、図2に示した第1参考形態と同様の範囲で示すことができる。この場合、図2中の範囲F1は、赤色、赤外および青色のすべての波長の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を180°近傍(180°±20°の範囲内)にすることが可能な範囲となり、図2中の範囲F2は、少なくとも赤色および赤外の波長の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を180°近傍(180°±20°の範囲内)にすることが可能な範囲となる。 Next, the effective duty ratio and period of a linear grating groove pattern (1/2 wavelength plate) made of an aluminum oxide film capable of obtaining good phase conversion characteristics for a plurality of lights having different wavelengths The range can be shown in the same range as the first reference embodiment shown in FIG. 2 if the allowable range of the phase difference is set to 180 ° ± 20 °. In this case, a range F1 in FIG. 2 indicates that the phase difference between two polarization components orthogonal to each other is around 180 ° (within a range of 180 ° ± 20 °) for light of all wavelengths of red, infrared, and blue. 2, and a range F2 in FIG. 2 indicates that the phase difference between two polarization components orthogonal to each other at least for red and infrared wavelengths is around 180 ° (180 ° ± 20). Within the range of °).
ここで、第2参考形態では、酸化アルミニウム膜43の直線状の格子溝パターンの実効的デューティ比Deおよび周期L1は、図2に示した第1参考形態と同様、上記した4つの式(1)〜式(4)によって規定される範囲F1内の値(たとえば、De:0.88、L1:0.38(図2中の座標点P))に設定されている。すなわち、この第2参考形態(図2中の座標点P)では、赤色(660nm)、赤外(790nm)および青色(405nm)のすべての波長領域において、位相差が許容範囲(180°±20°)内になる。
Here, in the second reference embodiment, the effective duty ratio De and the period L1 of the linear lattice groove pattern of the
第2参考形態では、上記のように、1/2波長板を構成する酸化アルミニウム膜43の直線状の格子溝パターンの実効的デューティ比Deおよび周期L1を、図2に示した範囲F1内の値(たとえば、De:0.88、L1:0.38(図2中の座標点P))に設定することによって、赤色、赤外および青色のすべての波長の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を180°近傍(180°±20°の範囲内)にすることができる。その結果、広い波長領域において、良好な位相変換特性を有する1/2波長板を得ることができる。また、酸化アルミニウム膜43は、無機材料であるので、耐環境性に優れた1/2波長板を得ることができる。これにより、直線状の格子溝パターンを有する酸化アルミニウム膜43を含む1/2波長板を、高い温度条件下で使用したとしても、1/2波長板の特性の劣化を抑制することができる。
In the second reference embodiment, as described above, the effective duty ratio De and the period L1 of the linear lattice groove pattern of the
図42は、図41に示した第2参考形態による1/2波長板を含む光学装置としての液晶プロジェクタ装置の光学系を示した概略図であり、図43は、図42に示した液晶プロジェクタ装置の光学系の偏光変換素子の構成を示した概略図である。次に、図42および図43を参照して、図41に示した第2参考形態による1/2波長板を含む液晶プロジェクタ装置の光学系の構造について説明する。 42 is a schematic diagram showing an optical system of a liquid crystal projector device as an optical device including the half-wave plate according to the second reference form shown in FIG. 41, and FIG. 43 is a liquid crystal projector shown in FIG. It is the schematic which showed the structure of the polarization conversion element of the optical system of an apparatus. Next, with reference to FIGS. 42 and 43, a description is given of the structure of an optical system of a liquid crystal projector device comprising half-wave plate according to the second reference embodiment shown in FIG. 41.
この液晶プロジェクタ装置の光学系は、図42に示すように、光源部51と、インテグレータレンズ52と、偏光変換素子53と、全反射ミラー54a〜54dと、コンデンサレンズ55と、ダイクロイックミラー56aおよび56bと、液晶パネル57a〜57cと、ダイクロイックプリズム58と、投写レンズ59とを備えている。
As shown in FIG. 42, the optical system of the liquid crystal projector device includes a
光源部51は、メタルハライドランプ、ハロゲンランプおよびキセノンランプなどからなる光源51aと、リフレクタ51bとによって構成されている。そして、リフレクタ51bは、光源51aから放射された広い波長領域を有する白色光の方向を所定方向にする機能を有している。また、インテグレータレンズ52およびコンデンサレンズ55は、光源51aから放射された広い波長領域を有する白色光の単峰性の強度分布を、平坦な強度分布に変換する機能を有している。なお、インテグレータレンズ52は、2次元マイクロレンズアレイ(図示せず)を組み合わせた構造を有している。
The
また、偏光変換素子53は、光の偏光方向を、1つの揃った偏光方向に変換する機能を有している。この偏光変換素子53は、図43に示すように、1/2波長板61と、複数の偏光分離面62aを有する偏光ビームスプリッタアレイ62と、遮光板63とによって構成されている。なお、1/2波長板61としては、図41に示した第2参考形態による1/2波長板が用いられている。なお、1/2波長板61は、本発明の「波長板」の一例である。
Further, the
また、図42に示すように、全反射ミラー54a〜54dは、すべての光を反射する機能を有している。また、ダイクロイックミラー56aは、赤色光のみを透過し、緑色光および青色光を反射する機能を有するとともに、ダイクロイックミラー56bは、青色光のみを透過し、赤色光および緑色光を反射する機能を有している。また、液晶パネル57a〜57cは、それぞれ、赤色光、緑色光および青色光を空間変調する機能を有するとともに、ダイクロイックプリズム58は、空間変調された赤色光、緑色光および青色光を合成する機能を有している。また、投写レンズ59は、合成された赤色光、緑色光および青色光をスクリーン上に投写する機能を有している。
As shown in FIG. 42, the total reflection mirrors 54a to 54d have a function of reflecting all light. The
次に、図42および図43を参照して、図41に示した第2参考形態による1/2波長板を含む液晶プロジェクタ装置の光学系の動作について説明する。 Next, the operation of the optical system of the liquid crystal projector apparatus including the half-wave plate according to the second reference embodiment shown in FIG. 41 will be described with reference to FIGS.
まず、光源51aから放射された赤色光R、緑色光Gおよび青色光B成分を含む白色光の方向が、リフレクタ51bによりインテグレータレンズ52側に向けられる。そして、赤色光R、緑色光Gおよび青色光B成分を含む白色光は、インテグレータレンズ52を通過した後、偏光変換素子53に入射する。これにより、赤色光R、緑色光Gおよび青色光B成分を含む白色光の偏光方向は、1つの揃った偏光方向に変換される。
First, the direction of white light including red light R, green light G, and blue light B components emitted from the
具体的には、図43に示すように、光源51a(図42参照)から放射された白色光には、異なる偏光方向を有する複数の光(たとえば、S偏光光およびP偏光光)が混在している。このS偏光光およびP偏光光が偏光ビームスプリッタアレイ62に入射した場合、S偏光光は、偏光分離面62aにより反射された後、さらに隣接する偏光分離面62aにより反射されることによって、偏光ビームスプリッタアレイ62外に出射される。その一方、P偏光光は、偏光分離面62aを透過した後、偏光ビームスプリッタアレイ62外に出射される。この後、P偏光光は、1/2波長板61によりS偏光光に変換される。このようにして、偏光変換素子53に入射した光は、すべてS偏光光に変換される。
Specifically, as shown in FIG. 43, the white light emitted from the
そして、図42に示すように、1つの揃った偏光方向を有する直線偏光に変換された赤色光R、緑色光Gおよび青色光B成分を含む白色光は、全反射ミラー54aにより方向変換された後、コンデンサレンズ55を通過する。なお、赤色光R、緑色光Gおよび青色光B成分を含む白色光は、インテグレータレンズ52およびコンデンサレンズ55により、単峰性の強度分布から平坦な強度分布に変換される。
Then, as shown in FIG. 42, the white light including the red light R, the green light G, and the blue light B component converted into the linearly polarized light having one uniform polarization direction is changed in direction by the
次に、赤色光Rは、ダイクロイックミラー56aを透過した後、全反射ミラー54bにより反射されることによって、液晶パネル57a方向に方向変換される。また、緑色光Gは、ダイクロイックミラー56aにより反射された後、さらにダイクロイックミラー56bにより反射されることによって、液晶パネル57b方向に方向変換される。また、青色光Bは、ダイクロイックミラー56aにより反射された後、ダイクロイックミラー56bを透過する。この後、青色光Bは、全反射ミラー54cおよび54dにより順次反射されることによって、液晶パネル57c方向に方向変換される。これにより、白色光は、赤色光R、緑色光Gおよび青色光Bに分離されて、それぞれ、液晶パネル57a〜57cに入射する。そして、液晶パネル57a〜57cにより空間変調された赤色光R、緑色光Gおよび青色光Bは、ダイクロイックプリズム58により合成される。この後、合成された赤色光R、緑色光Gおよび青色光Bは、投写レンズ59によりスクリーン上に投写される。
Next, the red light R passes through the
この液晶プロジェクタ装置の光学系では、上記のように、1/2波長板61として、図41に示した第2参考形態による1/2波長板を用いることによって、赤色光R、緑色光Gおよび青色光Bに対して、1/2波長板61の位相変換特性を180°近傍(180°±20°の範囲内)に保つことができるので、1/2波長板61における赤色光R、緑色光Gおよび青色光Bの変換を良好に行うことができる。このため、設計値以外の偏光方向を有する光が発生することがない。これにより、液晶パネル57a〜57cに入射できない偏光方向を有する光の増加を抑制することができるので、光の利用効率の低下を抑制することができる。その結果、光の利用効率の低下に起因する色彩の偏りや輝度の低下を抑制することができるので、液晶プロジェクタ装置の特性を向上させることができる。また、図41に示した第2参考形態による酸化アルミニウム膜43を含む1/2波長板は耐環境性に優れているので、その1/2波長板を、光源51aにより装置内部が高温になる液晶プロジェクタ装置に用いたとしても、1/2波長板の特性の劣化を抑制することができる。
In the optical system of the liquid crystal projector device, as described above, the half-
(第3実施形態)
図44は、本発明の第3実施形態による1/4波長板の構造を示した斜視図である。図44を参照して、この第3実施形態では、上記第1および第2参考形態と異なり、波長板を構成する酸化アルミニウム膜として、三角格子状に配列された複数の細孔からなる格子孔パターンを有する酸化アルミニウム膜を用いる場合について説明する。なお、第3実施形態による波長板は、上記第1参考形態と同様、光学軸(矢印Y方向)に平行な偏光成分と垂直な偏光成分との位相差を約90°にすることによって、光学軸(矢印Y方向)に対して約45°傾いた直線偏光の入射光を円偏光の出射光に変換する機能を有している。
(Third embodiment)
FIG. 44 is a perspective view showing the structure of a quarter-wave plate according to the third embodiment of the present invention. Referring to FIG. 44, in the third embodiment, unlike the first and second reference embodiments, a lattice hole composed of a plurality of pores arranged in a triangular lattice shape as an aluminum oxide film constituting a wave plate. A case where an aluminum oxide film having a pattern is used will be described. The wave plate according to the third embodiment is similar to the first reference embodiment in that the phase difference between the polarization component parallel to the optical axis (in the arrow Y direction) and the polarization component perpendicular to the optical axis is set to about 90 °. It has a function of converting linearly polarized incident light inclined by about 45 ° with respect to the axis (arrow Y direction) into circularly polarized outgoing light.
この第3実施形態による1/4波長板の具体的な構造としては、図44に示すように、ガラス基板71上に、ITOまたはZnOからなる透明導電膜72が形成されている。なお、ガラス基板71は、本発明の「基板」の一例である。
As a specific structure of the quarter wavelength plate according to the third embodiment, a transparent
ここで、第3実施形態では、透明導電膜72上に、三角格子状に配列された複数の細孔73aからなる格子孔パターンを有する酸化アルミニウム膜73が形成されている。この酸化アルミニウム膜73の格子孔パターンを構成する複数の細孔73aは、矢印Y方向(光学軸の延びる方向)に隣接する細孔73aと連結しないように所定の孔中心間距離(細孔間隔)を隔てて、矢印Y方向に沿って列状に配置されて細孔列73bを構成している。そして、細孔列73bは、矢印Y方向と直交する矢印X方向に、隣接する細孔73aの細孔間隔(中心間距離)よりも大きい間隔(周期)で複数配置されている。また、細孔73aは、透明導電膜72にまで達する深さを有するとともに、深さ方向に均一な直径に形成されている。なお、酸化アルミニウム膜73は、本発明の「金属酸化膜」の一例である。また、細孔73aは、本発明の「孔」の一例であり、細孔列73bは、本発明の「孔列」の一例である。
Here, in the third embodiment, an
図45は、異なる波長を有する複数の光に対して良好な位相変換特性を有する1/4波長板の細孔間隔および周期の範囲を示したグラフである。図46および図47は、それぞれ、細孔間隔および周期の定義を説明するための格子孔パターンおよび格子溝パターンの拡大平面図である。図48〜図79は、図45に示した範囲を規定するための波長と位相差との関係を示したシミュレーション結果である。次に、図44〜図79を参照して、異なる波長を有する複数の光に対して良好な位相変換特性を有する酸化アルミニウム膜からなる格子孔パターン(1/4波長板)の細孔間隔および周期の範囲の規定方法について説明する。なお、図45中の範囲F3は、赤色、赤外および青色のすべての波長の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を90°近傍(90°±10°の範囲内)にすることが可能な範囲である。また、図45中の範囲F4は、少なくとも赤色および赤外の波長の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を90°近傍(90°±10°の範囲内)にすることが可能な範囲である。なお、範囲F3は、本発明の「第2の範囲」の一例であり、範囲F4は、本発明の「第1の範囲」の一例である。 FIG. 45 is a graph showing the pore interval and period range of a quarter-wave plate having good phase conversion characteristics for a plurality of lights having different wavelengths. FIGS. 46 and 47 are enlarged plan views of a lattice hole pattern and a lattice groove pattern, respectively, for explaining the definition of the pore interval and the period. 48 to 79 are simulation results showing the relationship between the wavelength and the phase difference for defining the range shown in FIG. Next, referring to FIG. 44 to FIG. 79, the pore spacing of a lattice hole pattern (quarter wave plate) made of an aluminum oxide film having good phase conversion characteristics for a plurality of lights having different wavelengths, and A method for defining the period range will be described. Note that a range F3 in FIG. 45 indicates a phase difference between two polarization components orthogonal to each other for light of all wavelengths of red, infrared, and blue in the vicinity of 90 ° (within a range of 90 ° ± 10 °). It is a range that can be made. A range F4 in FIG. 45 is such that the phase difference between two polarization components orthogonal to each other is at least 90 ° (within a range of 90 ° ± 10 °) with respect to light of at least red and infrared wavelengths. Is a possible range. The range F3 is an example of the “second range” in the present invention, and the range F4 is an example of the “first range” in the present invention.
まず、図46および図47を参照して、細孔間隔および周期の定義について説明する。なお、図46には、矢印Y方向(光学軸の延びる方向)に隣接する細孔70aが離間している格子孔パターンを図示しており、図47には、矢印Y方向(光学軸の延びる方向)に隣接する細孔70aが接するか、または、重なることにより連結している格子溝パターンを図示している。図46および図47に示すように、細孔間隔T2は、矢印Y方向に隣接する細孔70aの中心間距離である。また、周期L2は、矢印Y方向と直交する矢印X方向に隣接する細孔列70bの中心線間距離である。また、矢印X方向に隣接する細孔列70bの中心線間距離(周期L2)は、矢印Y方向に隣接する細孔70aの中心間距離(細孔間隔T2)よりも大きいとする。なお、細孔70aの直径S2は、細孔間隔T2の0.7倍以上が好ましい。このように、細孔70aの直径S2を細孔間隔T2の0.7倍以上に設定すれば、大きい複屈折が生じ、薄い酸化アルミニウム膜で90°近傍の位相差が得られるため、作製が容易である。また、細孔間隔T2と周期L2とが同じ値であれば、入射光が感じる屈折率が等方的となり複屈折が生じなくなるので、細孔間隔T2と周期L2とを異なる値にする必要がある。
First, with reference to FIG. 46 and FIG. 47, the definition of the pore interval and the period will be described. 46 shows a lattice hole pattern in which the
そして、図45中の範囲F3を規定する際には、まず、異なる細孔間隔T2および周期L2を有する複数の酸化アルミニウム膜からなる格子孔パターンおよび格子溝パターンのそれぞれに、赤色、赤外および青色の波長の光を入射した場合の波長と位相差との関係をシミュレーションした。このシミュレーション結果に基づいて、赤色(660nm)、赤外(790nm)および青色(405nm)のすべての波長領域において、位相差が許容範囲内の値になる細孔間隔T2および周期L2を範囲F3に含めるとともに、青色(405nm)の波長領域において、位相差が許容範囲外の値になる細孔間隔T2および周期L2を範囲F3に含めないようにした。上記したシミュレーションに用いた細孔間隔T2および周期L2の値(座標)を以下の表3に示す。なお、赤色、赤外および青色の波長は、上記第1参考形態と同様、それぞれ、660nm、790nmおよび405nmに設定するとともに、位相差の許容範囲は、90°±10°に設定した。 Then, when defining the range F3 in FIG. 45, first, red, infrared, and red for each of the lattice hole pattern and the lattice groove pattern made of a plurality of aluminum oxide films having different pore intervals T2 and periods L2, respectively. The relationship between the wavelength and the phase difference when blue light was incident was simulated. Based on the simulation results, in all wavelength regions of red (660 nm), infrared (790 nm), and blue (405 nm), the pore interval T2 and the period L2 at which the phase difference is within the allowable range are set to the range F3. In addition, in the wavelength region of blue (405 nm), the pore interval T2 and the period L2 at which the phase difference is outside the allowable range are not included in the range F3. Table 3 below shows the values (coordinates) of the pore interval T2 and the period L2 used in the above simulation. The red, infrared, and blue wavelengths were set to 660 nm, 790 nm, and 405 nm, respectively, and the allowable range of the phase difference was set to 90 ° ± 10 °, as in the first reference embodiment.
上記表3を参照して、座標点C1(T2:0.01、L2:0.4)、座標点C2(T2:0.06、L2:0.4)、座標点C3(T2:0.1、L2:0.4)、座標点C4(T2:0.16、L2:0.4)、座標点C5(T2:0.22、L2:0.4)、座標点C7(T2:0.01、L2:0.35)、座標点C8(T2:0.14、L2:0.35)、座標点C11(T2:0.02、L2:0.3)、座標点C12(T2:0.09、L2:0.3)および座標点C15(T2:0.08、L2:0.25)では、それぞれ、図48、図49、図50、図51、図52、図54、図55、図58、図59および図62に示すように、赤色(660nm)、赤外(790nm)および青色(405nm)のすべての波長領域において、位相差が許容範囲(90°±10°)内になった。 Referring to Table 3 above, coordinate point C1 (T2: 0.01, L2: 0.4), coordinate point C2 (T2: 0.06, L2: 0.4), coordinate point C3 (T2: 0. 1, L2: 0.4), coordinate point C4 (T2: 0.16, L2: 0.4), coordinate point C5 (T2: 0.22, L2: 0.4), coordinate point C7 (T2: 0) .01, L2: 0.35), coordinate point C8 (T2: 0.14, L2: 0.35), coordinate point C11 (T2: 0.02, L2: 0.3), coordinate point C12 (T2: 0.09, L2: 0.3) and the coordinate point C15 (T2: 0.08, L2: 0.25), FIG. 48, FIG. 49, FIG. 50, FIG. 51, FIG. 52, FIG. As shown in FIG. 55, FIG. 58, FIG. 59 and FIG. 62, all wavelength regions of red (660 nm), infrared (790 nm) and blue (405 nm) are used. There, the phase difference becomes within the allowable range (90 ° ± 10 °) in the.
ここで、上記した座標点C1〜C5、C7、C8、C11、C12およびC15のうち、座標点C3、C4、C5、C8およびC12に対応する格子パターンは、図46に示したように、矢印Y方向(光学軸の延びる方向)に隣接する細孔70aが離間している格子孔パターンである。また、座標点C2に対応する格子パターンは、図47に示したように、矢印Y方向(光学軸の延びる方向)に隣接する細孔70aが接することにより連結している格子溝パターンである。また、座標点C1、C7、C11およびC15に対応する格子パターンは、図47に示したように、矢印Y方向に隣接する細孔70aが重なることにより連結している格子溝パターンである。
Here, among the coordinate points C1 to C5, C7, C8, C11, C12, and C15 described above, the lattice patterns corresponding to the coordinate points C3, C4, C5, C8, and C12 are arrows as shown in FIG. It is a lattice hole pattern in which the
なお、この場合の酸化アルミニウム膜の膜厚(μm)は、それぞれ、座標点C1:3.71μm、座標点C2:4.49μm、座標点C3:4.40μm、座標点C4:3.22μm、座標点C5:3.92μm、座標点C7:2.75μm、座標点C8:3.13μm、座標点C11:2.50μm、座標点C12:2.60μmおよび座標点C15:1.77μmである。 In this case, the thickness (μm) of the aluminum oxide film is as follows: coordinate point C1: 3.71 μm, coordinate point C2: 4.49 μm, coordinate point C3: 4.40 μm, coordinate point C4: 3.22 μm, Coordinate point C5: 3.92 μm, coordinate point C7: 2.75 μm, coordinate point C8: 3.13 μm, coordinate point C11: 2.50 μm, coordinate point C12: 2.60 μm, and coordinate point C15: 1.77 μm.
また、細孔径(μm)は、それぞれ、座標点C1:0.04μm、座標点C2:0.06μm、座標点C3:0.09μm、座標点C4:0.15μm、座標点C5:0.182μm、座標点C7:0.04μm、座標点C8:0.13μm、座標点C11:0.03μm、座標点C12:0.086μmおよび座標点C15:0.09μmである。なお、この場合の細孔径(S2)(図46および図47参照)は、細孔間隔T2の0.7倍以上に設定されている。 The pore diameter (μm) is as follows: coordinate point C1: 0.04 μm, coordinate point C2: 0.06 μm, coordinate point C3: 0.09 μm, coordinate point C4: 0.15 μm, coordinate point C5: 0.182 μm. Coordinate point C7: 0.04 μm, coordinate point C8: 0.13 μm, coordinate point C11: 0.03 μm, coordinate point C12: 0.086 μm and coordinate point C15: 0.09 μm. In this case, the pore diameter (S2) (see FIGS. 46 and 47) is set to 0.7 times or more of the pore interval T2.
また、座標点C6(T2:0.24、L2:0.4)、座標点C9(T2:0.15、L2:0.35)、座標点C10(T2:0.01、L2:0.3)、座標点C13(T2:0.1、L2:0.3)、座標点C14(T2:0.07、L2:0.25)および座標点C16(T2:0.09、L2:0.25)では、それぞれ、図53、図56、図57、図60、図61および図63に示すように、赤色(660nm)および赤外(790nm)の波長領域においては、位相差が許容範囲(90°±10°)内になったものの、青色(405nm)の波長領域においては、位相差が許容範囲(90°±10°)外になった。 Further, the coordinate point C6 (T2: 0.24, L2: 0.4), the coordinate point C9 (T2: 0.15, L2: 0.35), the coordinate point C10 (T2: 0.01, L2: 0. 3), coordinate point C13 (T2: 0.1, L2: 0.3), coordinate point C14 (T2: 0.07, L2: 0.25) and coordinate point C16 (T2: 0.09, L2: 0) .25), as shown in FIG. 53, FIG. 56, FIG. 57, FIG. 60, FIG. 61, and FIG. 63, the phase difference is within an allowable range in the red (660 nm) and infrared (790 nm) wavelength regions. Although it was within (90 ° ± 10 °), the phase difference was outside the allowable range (90 ° ± 10 °) in the blue (405 nm) wavelength region.
ここで、上記した座標点C6、C9、C10、C13、C14およびC16のうち、座標点C6、C9およびC13に対応する格子パターンは、図46に示したように、矢印Y方向(光学軸の延びる方向)に隣接する細孔70aが離間している格子孔パターンである。また、座標点C10、C14およびC16に対応する格子パターンは、図47に示したように、矢印Y方向(光学軸の延びる方向)に隣接する細孔70aが重なることにより連結している格子溝パターンである。
Here, among the coordinate points C6, C9, C10, C13, C14, and C16 described above, the lattice pattern corresponding to the coordinate points C6, C9, and C13 is shown in FIG. This is a lattice hole pattern in which the
なお、この場合の酸化アルミニウム膜の膜厚(μm)は、それぞれ、座標点C6:4.14μm、座標点C9:2.95μm、座標点C10:2.77μm、座標点C13:3.25μm、座標点C14:1.72μmおよび座標点C16:1.82μmである。 In this case, the film thickness (μm) of the aluminum oxide film is as follows: coordinate point C6: 4.14 μm, coordinate point C9: 2.95 μm, coordinate point C10: 2.77 μm, coordinate point C13: 3.25 μm, The coordinate point C14 is 1.72 μm and the coordinate point C16 is 1.82 μm.
また、細孔径(μm)は、それぞれ、座標点C6:0.198μm、座標点C9:0.14μm、座標点C10:0.04μm、座標点C13:0.09μm、座標点C14:0.08μmおよび座標点C16:0.096μmである。なお、この場合の細孔径(S2)(図46および図47参照)は、細孔間隔T2の0.7倍以上に設定されている。 The pore diameter (μm) is as follows: coordinate point C6: 0.198 μm, coordinate point C9: 0.14 μm, coordinate point C10: 0.04 μm, coordinate point C13: 0.09 μm, coordinate point C14: 0.08 μm. And coordinate point C16: 0.096 μm. In this case, the pore diameter (S2) (see FIGS. 46 and 47) is set to 0.7 times or more of the pore interval T2.
そして、赤色(660nm)、赤外(790nm)および青色(405nm)のすべての波長領域において、位相差が許容範囲(90°±10°)内になる座標点C1、C2、C3、C4、C5、C7、C8、C11、C12およびC15を含むように、かつ、青色(405nm)の波長領域のみ位相差が許容範囲(90°±10°)外になる座標点C6、C9、C10、C13、C14およびC16を含まないように、以下の3つの式によって図45に示した範囲F3を規定した。 The coordinate points C1, C2, C3, C4, and C5 at which the phase difference is within an allowable range (90 ° ± 10 °) in all wavelength regions of red (660 nm), infrared (790 nm), and blue (405 nm). , C7, C8, C11, C12 and C15, and the coordinate points C6, C9, C10, C13 in which the phase difference is outside the allowable range (90 ° ± 10 °) only in the blue (405 nm) wavelength region, The range F3 shown in FIG. 45 is defined by the following three formulas so as not to include C14 and C16.
L2≦0.4・・(11)
L2≧−440.16T23+63.334T22−3.4273T2+0.3439・・(12)
L2≧0.35(T2−0.0825)0.434+0.245・・(13)
なお、上記した式(11)は、図45に示した範囲F3の上部の直線部分F31を規定している。また、上記した式(12)は、図45に示した範囲F3の左下部の曲線部分F32を規定している。また、上記した式(13)は、図45に示した範囲F3の右側部の曲線部分F33を規定している。
L2 ≦ 0.4 (11)
L2 ≧ −440.16T2 3 + 63.334T2 2 −3.4273T2 + 0.3439 (12)
L2 ≧ 0.35 (T2-0.0825) 0.434 +0.245 (13)
Note that the above equation (11) defines the straight line portion F31 at the top of the range F3 shown in FIG. Further, the above equation (12) defines a curved portion F32 at the lower left of the range F3 shown in FIG. Further, the above equation (13) defines a curved portion F33 on the right side of the range F3 shown in FIG.
次に、図45中の範囲F4を規定する際には、まず、異なる細孔間隔T2および周期L2を有する複数の酸化アルミニウム膜からなる格子孔パターンおよび格子溝パターンのそれぞれに、赤色および赤外の波長の光を入射した場合の波長と位相差との関係をシミュレーションした。このシミュレーション結果に基づいて、赤色(660nm)および赤外(790nm)の波長領域において、位相差が許容範囲内の値になる細孔間隔T2および周期L2を範囲F4に含めるとともに、赤色(660nm)の波長領域において、位相差が許容範囲外の値になる細孔間隔T2および周期L2を範囲F4に含めないようにした。上記したシミュレーションに用いた細孔間隔T2および周期L2の値(座標)を以下の表4に示す。なお、赤色および赤外の波長は、それぞれ、660nmおよび790nmに設定するとともに、位相差の許容範囲は、90°±10°に設定した。 Next, when defining the range F4 in FIG. 45, first, red and infrared are respectively applied to a lattice hole pattern and a lattice groove pattern made of a plurality of aluminum oxide films having different pore intervals T2 and periods L2. The relationship between the wavelength and the phase difference when the light of the wavelength was incident was simulated. Based on the simulation result, in the wavelength range of red (660 nm) and infrared (790 nm), the pore distance T2 and the period L2 at which the phase difference is within the allowable range are included in the range F4, and red (660 nm). In the wavelength region, the pore interval T2 and the period L2 at which the phase difference is outside the allowable range are not included in the range F4. Table 4 below shows the values (coordinates) of the pore interval T2 and the period L2 used in the above simulation. The red and infrared wavelengths were set to 660 nm and 790 nm, respectively, and the allowable range of the phase difference was set to 90 ° ± 10 °.
上記表4を参照して、座標点D1(T2:0.01、L2:0.65)、座標点D2(T2:0.1、L2:0.65)、座標点D3(T2:0.2、L2:0.65)、座標点D4(T2:0.3、L2:0.65)、座標点D5(T2:0.4、L2:0.65)、座標点D6(T2:0.5、L2:0.65)、座標点D7(T2:0.62、L2:0.65)、座標点D9(T2:0.51、L2:0.6)、座標点D11(T2:0.3、L2:0.4)、座標点D13(T2:0.14、L2:0.2)および座標点D15(T2:0.01、L2:0.04)では、それぞれ、図64、図65、図66、図67、図68、図69、図70、図72、図74、図76および図78に示すように、赤色(660nm)および赤外(790nm)の波長領域において、位相差が許容範囲(90°±10°)内になった。 Referring to Table 4 above, coordinate point D1 (T2: 0.01, L2: 0.65), coordinate point D2 (T2: 0.1, L2: 0.65), coordinate point D3 (T2: 0. 2, L2: 0.65), coordinate point D4 (T2: 0.3, L2: 0.65), coordinate point D5 (T2: 0.4, L2: 0.65), coordinate point D6 (T2: 0) .5, L2: 0.65), coordinate point D7 (T2: 0.62, L2: 0.65), coordinate point D9 (T2: 0.51, L2: 0.6), coordinate point D11 (T2: 0.3, L2: 0.4), coordinate point D13 (T2: 0.14, L2: 0.2) and coordinate point D15 (T2: 0.01, L2: 0.04), respectively, FIG. 65, 66, 67, 68, 69, 70, 72, 74, 76 and 78, red (660 nm) and infrared ( In the wavelength region of 90 nm), the phase difference becomes within the allowable range (90 ° ± 10 °) in the.
ここで、上記した座標点D1〜D7、D9、D11、D13およびD15のうち、座標点D2、D3、D4、D5、D6、D7およびD9に対応する格子パターンは、図46に示したように、矢印Y方向(光学軸の延びる方向)に隣接する細孔70aが離間している格子孔パターンである。また、座標点D11およびD13に対応する格子パターンは、図47に示したように、矢印Y方向(光学軸の延びる方向)に隣接する細孔70aが接することにより連結している格子溝パターンである。また、座標点D1およびD15に対応する格子パターンは、図47に示したように、矢印Y方向に隣接する細孔70aが重なることにより連結している格子溝パターンである。
Here, among the coordinate points D1 to D7, D9, D11, D13 and D15 described above, the lattice patterns corresponding to the coordinate points D2, D3, D4, D5, D6, D7 and D9 are as shown in FIG. , A lattice hole pattern in which the
なお、この場合の酸化アルミニウム膜の膜厚(μm)は、それぞれ、座標点D1:15.62μm、座標点D2:15.67μm、座標点D3:7.03μm、座標点D4:5.32μm、座標点D5:7.06、座標点D6:6.08μm、座標点D7:4.47μm、座標点D9:3.56μm、座標点D11:1.85μm、座標点D13:1.72μmおよび座標点D15:5.12μmである。 In this case, the thickness (μm) of the aluminum oxide film is as follows: coordinate point D1: 15.62 μm, coordinate point D2: 15.67 μm, coordinate point D3: 7.03 μm, coordinate point D4: 5.32 μm, Coordinate point D5: 7.06, coordinate point D6: 6.08 μm, coordinate point D7: 4.47 μm, coordinate point D9: 3.56 μm, coordinate point D11: 1.85 μm, coordinate point D13: 1.72 μm and coordinate point D15: 5.12 μm.
また、細孔径(μm)は、それぞれ、座標点D1:0.04μm、座標点D2:0.08μm、座標点D3:0.172μm、座標点D4:0.26μm、座標点D5:0.30μm、座標点D6:0.40μm、座標点D7:0.52μm、座標点D9:0.44μm、座標点D11:0.30μm、座標点D13:0.14μmおよび座標点D15:0.04μmである。なお、この場合の細孔径(S2)(図46および図47参照)は、細孔間隔T2の0.7倍以上に設定されている。 The pore diameter (μm) is as follows: coordinate point D1: 0.04 μm, coordinate point D2: 0.08 μm, coordinate point D3: 0.172 μm, coordinate point D4: 0.26 μm, coordinate point D5: 0.30 μm. , Coordinate point D6: 0.40 μm, coordinate point D7: 0.52 μm, coordinate point D9: 0.44 μm, coordinate point D11: 0.30 μm, coordinate point D13: 0.14 μm and coordinate point D15: 0.04 μm. . In this case, the pore diameter (S2) (see FIGS. 46 and 47) is set to 0.7 times or more of the pore interval T2.
また、座標点D8(T2:0.65、L2:0.65)、座標点D10(T2:0.53、L2:0.6)、座標点D12(T2:0.32、L2:0.4)、座標点D14(T2:0.15、L2:0.2)および座標点D16(T2:0.03、L2:0.04)では、それぞれ、図71、図73、図75、図77および図79に示すように、赤色(660nm)の波長領域において、位相差が許容範囲(90°±10°)外になった。 Also, the coordinate point D8 (T2: 0.65, L2: 0.65), the coordinate point D10 (T2: 0.53, L2: 0.6), the coordinate point D12 (T2: 0.32, L2: 0. 4), at coordinate point D14 (T2: 0.15, L2: 0.2) and coordinate point D16 (T2: 0.03, L2: 0.04), FIG. 71, FIG. 73, FIG. 75, FIG. 77 and FIG. 79, the phase difference was outside the allowable range (90 ° ± 10 °) in the red (660 nm) wavelength region.
ここで、上記した座標点D8、D10、D12、D14およびD16のうち、座標点D8、D10、D12およびD14に対応する格子パターンは、図46に示したように、矢印Y方向(光学軸の延びる方向)に隣接する細孔70aが離間している格子孔パターンである。また、座標点D16に対応する格子パターンは、図47に示したように、矢印Y方向(光学軸の延びる方向)に隣接する細孔70aが重なることにより連結している格子溝パターンである。
Here, among the coordinate points D8, D10, D12, D14, and D16 described above, the lattice pattern corresponding to the coordinate points D8, D10, D12, and D14 is shown in FIG. This is a lattice hole pattern in which the
なお、この場合の酸化アルミニウム膜の膜厚(μm)は、それぞれ、座標点D8:17.33μm、座標点D10:4.23μm、座標点D12:2.48μm、座標点D14:2.10μmおよび座標点D16:6.03μmである。 The film thickness (μm) of the aluminum oxide film in this case is as follows: coordinate point D8: 17.33 μm, coordinate point D10: 4.23 μm, coordinate point D12: 2.48 μm, coordinate point D14: 2.10 μm, and Coordinate point D16: 6.03 μm.
また、細孔径(μm)は、それぞれ、座標点D8:0.56μm、座標点D10:0.46μm、座標点D12:0.30μm、座標点D14:0.14μmおよび座標点D16:0.04μmである。なお、この場合の細孔径(S2)(図46および図47参照)は、細孔間隔T2の0.7倍以上に設定されている。 The pore diameter (μm) is as follows: coordinate point D8: 0.56 μm, coordinate point D10: 0.46 μm, coordinate point D12: 0.30 μm, coordinate point D14: 0.14 μm, and coordinate point D16: 0.04 μm. It is. In this case, the pore diameter (S2) (see FIGS. 46 and 47) is set to 0.7 times or more of the pore interval T2.
そして、赤色(660nm)および赤外(790nm)の波長領域において、位相差が許容範囲(90°±10°)内になる座標点D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D9、D11、D13およびD15を含むように、かつ、赤色(660nm)の波長領域において、位相差が許容範囲(90°±10°)外になる座標点D8、D10、D12、D14およびD16を含まないように、以下の2つの式によって図45に示した範囲F4を規定した。 In the red (660 nm) and infrared (790 nm) wavelength regions, the coordinate points D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D9, where the phase difference is within the allowable range (90 ° ± 10 °), Coordinate points D8, D10, D12, D14, and D16 that include D11, D13, and D15 and that have a phase difference outside the allowable range (90 ° ± 10 °) in the wavelength region of red (660 nm) are not included. As described above, the range F4 shown in FIG. 45 is defined by the following two equations.
L2≦0.65・・(14)
L2≧−1.2018T23+0.3022T22+1.2988T2+0.01・・(15)
なお、上記した式(14)は、図45に示した範囲F4の上部の直線部分F41を規定している。また、上記した式(15)は、図45に示した範囲F4の右側部の曲線部分F42を規定している。
L2 ≦ 0.65 (14)
L2 ≧ −1.2018T2 3 + 0.3022T2 2 + 1.29888T2 + 0.01 (15)
It should be noted that the above equation (14) defines the straight line portion F41 at the top of the range F4 shown in FIG. Further, the above equation (15) defines a curved portion F42 on the right side of the range F4 shown in FIG.
ここで、第3実施形態では、酸化アルミニウム膜73(図44参照)の格子孔パターンの細孔間隔T2および周期L2は、上記した3つの式(11)〜式(13)によって規定される範囲F3内の値(たとえば、T2:0.10、L2:0.35(図45中の座標点Q))に設定されている。すなわち、この第3実施形態(図45中の座標点Q)では、赤色(660nm)、赤外(790nm)および青色(405nm)のすべての波長領域において、位相差が許容範囲(90°±10°)内になる。なお、図80には、細孔間隔T2および周期L2を、それぞれ、0.10および0.35(図45中の座標点Q)に設定した場合の実験結果が示されている。また、この場合の膜厚(μm)および細孔径(μm)は、それぞれ、3.63μmおよび0.09μmである。 Here, in the third embodiment, the pore interval T2 and the period L2 of the lattice hole pattern of the aluminum oxide film 73 (see FIG. 44) are in a range defined by the above three formulas (11) to (13). It is set to a value in F3 (for example, T2: 0.10, L2: 0.35 (coordinate point Q in FIG. 45)). That is, in the third embodiment (coordinate point Q in FIG. 45), the phase difference is within an allowable range (90 ° ± 10 in all wavelength regions of red (660 nm), infrared (790 nm), and blue (405 nm). °) within. FIG. 80 shows experimental results when the pore interval T2 and the period L2 are set to 0.10 and 0.35 (coordinate point Q in FIG. 45), respectively. In this case, the film thickness (μm) and the pore diameter (μm) are 3.63 μm and 0.09 μm, respectively.
第3実施形態では、上記のように、1/4波長板を構成する酸化アルミニウム膜73の格子孔パターンの細孔間隔T2および周期L2を、3つの式(11)〜式(13)によって規定される範囲F3内の値(たとえば、T2:0.10、L2:0.35(図45中の座標点Q))に設定することによって、赤色、赤外および青色のすべての波長の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を90°近傍(90°±10°の範囲内)にすることができる。その結果、上記第1参考形態と同様、広い波長領域において、良好な位相変換特性を有する1/4波長板を得ることができる。
In the third embodiment, as described above, the pore interval T2 and the period L2 of the lattice hole pattern of the
また、第3実施形態では、上記のように、波長板を構成する酸化アルミニウム膜として、三角格子状に配列された複数の細孔73aからなる格子孔パターンを有する酸化アルミニウム膜73を用いることによって、従来の陽極酸化法を用いて酸化アルミニウム膜73を形成すれば、三角格子状に配列された複数の細孔73aが自己組織化的に形成されるので、容易に、三角格子状に配列された複数の細孔73aからなる格子孔パターンを有する酸化アルミニウム膜73を形成することができる。
In the third embodiment, as described above, by using the
なお、第3実施形態のその他の効果は、上記第1参考形態と同様である。 The remaining effects of the third embodiment are similar to those of the aforementioned first reference embodiment.
次に、図44を参照して、第3実施形態の製造プロセスとしては、まず、蒸着法を用いて、ガラス基板71上に、ITOまたはZnOからなる透明導電膜72およびアルミニウム膜(図示せず)を順次形成する。この後、図87〜図91に示した従来と同様のプロセスを用いて、式(11)〜式(13)によって規定される範囲F3または式(14)および式(15)によって規定される範囲F4内の細孔間隔T2および周期L2になるように、アルミニウム膜の表面に三角格子状に配列された凹部(図示せず)を形成した後、そのアルミニウム膜を酸化処理する。これにより、範囲F3またはF4内の細孔間隔T2および周期L2を有するとともに、三角格子状に配列された複数の細孔73aからなる格子孔パターンを有する酸化アルミニウム膜73が形成される。
Next, referring to FIG. 44, as a manufacturing process of the third embodiment, first, a transparent
(第4実施形態)
図81は、本発明の第4実施形態による1/2波長板の構造を示した斜視図である。図81を参照して、この第4実施形態では、上記第3実施形態と異なり、三角格子状に配列された複数の細孔からなる格子孔パターンを有する酸化アルミニウム膜を、1/2波長板に用いる場合について説明する。なお、第4実施形態による波長板は、上記第2参考形態と同様、光学軸(矢印Y方向)に平行な偏光成分と垂直な偏光成分との位相差を約180°にすることによって、光学軸(矢印Y方向)に対して約45°傾いた直線偏光の入射光の偏光方向を約90°回転させる機能を有している。
(Fourth embodiment)
FIG. 81 is a perspective view showing the structure of a half-wave plate according to the fourth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 81, in the fourth embodiment, unlike the third embodiment, an aluminum oxide film having a lattice hole pattern made up of a plurality of pores arranged in a triangular lattice shape is used as a half-wave plate. The case where it uses for is demonstrated. Note that the wave plate according to the fourth embodiment, like the second reference embodiment described above, has an optical phase difference of about 180 ° between the polarization component parallel to the optical axis (in the direction of arrow Y) and the polarization component perpendicular to the optical axis. It has a function of rotating the polarization direction of linearly polarized incident light inclined by about 45 ° with respect to the axis (arrow Y direction) by about 90 °.
この第4実施形態による1/2波長板の具体的な構造としては、上記第3実施形態と同様、ガラス基板71上に、ITOまたはZnOからなる透明導電膜72が形成されている。
As a specific structure of the half-wave plate according to the fourth embodiment, a transparent
ここで、第4実施形態では、透明導電膜72上に、三角格子状に配列された複数の細孔83aからなる格子孔パターンを有する酸化アルミニウム膜83が形成されている。この酸化アルミニウム膜83の格子孔パターンを構成する複数の細孔83aは、上記第3実施形態の酸化アルミニウム膜73の格子孔パターンと同様、矢印Y方向(光学軸の延びる方向)に隣接する細孔83aと連結しないように所定の孔中心間距離(細孔間隔)を隔てて、矢印Y方向に沿って列状に配置されて細孔列83bを構成している。そして、細孔列83bは、矢印Y方向と直交する矢印X方向に、隣接する細孔83aの細孔間隔(中心間距離)よりも大きい間隔(周期)で複数配置されている。また、細孔83aは、透明導電膜72にまで達する深さを有するとともに、深さ方向に均一な直径に形成されている。なお、酸化アルミニウム膜83は、本発明の「金属酸化膜」の一例である。また、細孔83aは、本発明の「孔」の一例であり、細孔列83bは、本発明の「孔列」の一例である。
Here, in the fourth embodiment, an
また、酸化アルミニウム膜83の厚みは、上記第3実施形態の酸化アルミニウム膜73の厚みの2倍に設定されている。これにより、酸化アルミニウム膜83(矢印Y方向)の光学軸に平行な偏光成分と垂直な偏光成分との位相差を、第3実施形態(約90°)の2倍(約180°)にすることができる。
Further, the thickness of the
次に、異なる波長を有する複数の光に対して良好な位相変換特性を得ることが可能な酸化アルミニウム膜からなる格子孔パターン(1/2波長板)の細孔間隔および周期の範囲は、位相差の許容範囲を180°±20°に設定すれば、図45に示した第3実施形態と同様の範囲で示すことができる。この場合、図45中の範囲F3は、赤色、赤外および青色のすべての波長の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を180°近傍(180°±20°の範囲内)にすることが可能な範囲となり、図45中の範囲F4は、少なくとも赤色および赤外の波長の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を180°近傍(180°±20°の範囲内)にすることが可能な範囲となる。なお、第4実施形態においても、上記第3実施形態と同様、細孔83aの直径(S2)は、細孔間隔T2の0.7倍以上に設定するのが好ましい。
Next, the range of the pore interval and period of the lattice hole pattern (1/2 wavelength plate) made of an aluminum oxide film capable of obtaining good phase conversion characteristics for a plurality of lights having different wavelengths is as follows. If the allowable range of the phase difference is set to 180 ° ± 20 °, it can be shown in the same range as the third embodiment shown in FIG. In this case, a range F3 in FIG. 45 indicates that the phase difference between two polarization components orthogonal to each other for light of all wavelengths of red, infrared, and blue is around 180 ° (within a range of 180 ° ± 20 °). The range F4 in FIG. 45 indicates that the phase difference between two polarization components orthogonal to each other is at least 180 ° (180 ° ± 20) with respect to light of at least red and infrared wavelengths. Within the range of °). In the fourth embodiment, as in the third embodiment, the diameter (S2) of the
ここで、第4実施形態では、酸化アルミニウム膜83の格子孔パターンの細孔間隔T2および周期L2は、図45に示した第3実施形態と同様、上記した3つの式(11)〜式(13)によって規定される範囲F3内の値(たとえば、T2:0.10、L2:0.35(図45中の座標点Q))に設定されている。すなわち、この第4実施形態(図45中の座標点Q)では、赤色(660nm)、赤外(790nm)および青色(405nm)のすべての波長領域において、位相差が許容範囲(180°±20°)内になる。
Here, in the fourth embodiment, the pore interval T2 and the period L2 of the lattice hole pattern of the
第4実施形態では、上記のように、1/2波長板を構成する酸化アルミニウム膜83の格子孔パターンの細孔間隔T2および周期L2を、図45に示した範囲F3内の値(たとえば、T2:0.10、L2:0.35(図45中の座標点Q))に設定することによって、赤色、赤外および青色のすべての波長の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を180°近傍(180°±20°の範囲内)にすることができる。その結果、上記第2参考形態と同様、広い波長領域において、良好な位相変換特性を有する1/2波長板を得ることができる。
In the fourth embodiment, as described above, the pore interval T2 and the period L2 of the lattice hole pattern of the
なお、第4実施形態のその他の効果は、上記第3実施形態と同様である。 The remaining effects of the fourth embodiment are similar to those of the aforementioned third embodiment.
(第5実施形態)
図82は、本発明の第5実施形態による波長板の格子パターンを示した平面図である。
図82を参照して、この第5実施形態では、上記第3および第4実施形態と異なり、複数の大きい細孔と複数の小さい細孔とを含むとともに、大きい細孔からなる1つの細孔列と小さい細孔からなる1つの細孔列とが所定の間隔を隔てて交互に配置された格子孔パターンを有する酸化アルミニウム膜を備えた波長板について説明する。
(Fifth embodiment)
FIG. 82 is a plan view showing a grating pattern of a wave plate according to a fifth embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 82, in the fifth embodiment, unlike the third and fourth embodiments, a plurality of large pores and a plurality of small pores are included, and one pore consisting of large pores is provided. A wave plate provided with an aluminum oxide film having a lattice hole pattern in which a row and one pore row composed of small pores are alternately arranged at a predetermined interval will be described.
この第5実施形態では、図82に示すように、波長板を構成する酸化アルミニウム膜81に、直径S31を有する複数の大きい細孔81aと、細孔81aの直径S31よりも小さい直径S32を有する複数の小さい細孔81bとが形成されている。この大きい細孔81aと小さい細孔81bとを含む複数の細孔は、三角格子状に配置されている。なお、酸化アルミニウム膜81は、本発明の「金属酸化膜」の一例である。また、細孔81aおよび81bは、それぞれ、本発明の「第1孔」および「第2孔」の一例である。
In the fifth embodiment, as shown in FIG. 82, the aluminum oxide film 81 constituting the wave plate has a plurality of
ここで、第5実施形態では、酸化アルミニウム膜81に形成された複数の大きい細孔81aにより、入射光を位相変換するための格子孔パターンが構成されている。この格子孔パターンを構成する複数の大きい細孔81aは、矢印Y方向(光学軸の延びる方向)に隣接する細孔81aと連結しないように所定の間隔を隔てて、矢印Y方向に沿って列状に配置されて細孔列82を構成している。この細孔列82は、矢印Y方向と直交する矢印X方向に隣接する細孔列82と連結しないように、矢印X方向に所定の間隔を隔てて複数配置されている。また、矢印X方向に隣接する細孔列82間には、複数の小さい細孔81bからなる細孔列83が1つ配置されている。すなわち、1つの細孔列82と1つの細孔列83とが、矢印X方向に所定の間隔を隔てて交互に配置されている。なお、細孔列82は、本発明の「孔列」の一例である。
Here, in the fifth embodiment, a plurality of
次に、第5実施形態による波長板を構成する酸化アルミニウム膜81の格子孔パターンの細孔間隔T3および周期L3の定義について説明する。細孔間隔T3は、矢印Y方向に隣接する大きい細孔81aの中心間距離である。また、周期L3は、矢印X方向に隣接する細孔列82の中心線間距離である。すなわち、細孔間隔T3および周期L3を定義する場合、小さい細孔81bは考慮せずに、大きい細孔81aのみに着目する。
Next, the definition of the pore interval T3 and the period L3 of the lattice hole pattern of the aluminum oxide film 81 constituting the wave plate according to the fifth embodiment will be described. The pore interval T3 is the distance between the centers of the
次に、大きい細孔81aおよび小さい細孔81bの定義について説明する。大きい細孔81aは、酸化アルミニウム膜81に形成された複数の細孔のうち最も大きい細孔の直径に0.5を乗じた値を基準値とする場合、その基準値よりも大きい直径を有する細孔である。また、小さい細孔81bは、上記した基準値以下の直径を有する細孔である。
Next, the definition of the
ここで、図82に示した格子孔パターンにおいて、細孔間隔T3および周期L3を図45に示した第3実施形態の座標点C8(細孔間隔:0.14、周期:0.35)に設定した場合、図83に示すように、赤色(660nm)、赤外(790nm)および青色(405nm)の全ての波長領域において、位相差が許容範囲(90°±10°)内になることが判明した。また、細孔間隔T3および周期L3を図45の座標点C9(細孔間隔:0.15、周期:0.35)に設定した場合、図84に示すように、赤色(660nm)および赤外(790nm)の波長領域においては、位相差が許容範囲(90°±10°)内になる一方、青色(405nm)の波長領域においては、位相差が許容範囲(90°±10°)外になることが判明した。すなわち、上記第3実施形態の格子孔パターンの座標点C8および座標点C9におけるシミュレーション結果と同様であった。 Here, in the lattice hole pattern shown in FIG. 82, the pore interval T3 and the cycle L3 are set to the coordinate point C8 (pore interval: 0.14, cycle: 0.35) of the third embodiment shown in FIG. When set, as shown in FIG. 83, the phase difference may be within an allowable range (90 ° ± 10 °) in all wavelength regions of red (660 nm), infrared (790 nm), and blue (405 nm). found. Further, when the pore interval T3 and the cycle L3 are set to the coordinate point C9 (pore interval: 0.15, cycle: 0.35) in FIG. 45, as shown in FIG. 84, red (660 nm) and infrared In the wavelength region of (790 nm), the phase difference is within the allowable range (90 ° ± 10 °), while in the blue wavelength region (405 nm), the phase difference is outside the allowable range (90 ° ± 10 °). Turned out to be. That is, it was the same as the simulation result at the coordinate point C8 and the coordinate point C9 of the lattice hole pattern of the third embodiment.
この結果から、図82に示した格子孔パターンを有する酸化アルミニウム膜81を波長板に使用する場合、上記のように格子間隔T3および周期L3を定義すれば、異なる波長を有する複数の光に対して良好な位相変換特性を得ることが可能な酸化アルミニウム膜81からなる格子孔パターンの格子間隔T3および周期L3の範囲は、図45に示した第3実施形態と同様の範囲で示されるといえる。すなわち、小さい細孔81bの直径S32が上記した基準値以下の場合では、小さい細孔81bが位相変換特性に与える影響が小さいといえる。したがって、図82に示した格子間隔T3および周期L3を有する格子孔パターンを1/4波長板に適用する場合、赤色、赤外および青色のすべての波長の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を90°近傍(90°±10°の範囲内)にすることが可能な範囲は、上記第3実施形態の式(9)〜式(11)と同様の以下の式(14)〜式(16)で規定することができる。
From this result, when the aluminum oxide film 81 having the grating hole pattern shown in FIG. 82 is used for the wave plate, if the grating interval T3 and the period L3 are defined as described above, a plurality of lights having different wavelengths are detected. It can be said that the range of the lattice interval T3 and the period L3 of the lattice hole pattern made of the aluminum oxide film 81 capable of obtaining excellent phase conversion characteristics is the same range as in the third embodiment shown in FIG. . That is, when the diameter S32 of the
L3≦0.4・・(14)
L3≧−440.16T33+63.334T32−3.4273T3+0.3439・・(15)
L3≧0.35(T3−0.0825)0.434+0.245・・(16)
また、少なくとも赤色および赤外の波長領域の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を90°近傍(90°±10°の範囲内)にすることが可能な範囲は、上記第3実施形態の式(12)および式(13)と同様の以下の式(17)および式(18)で規定することができる。
L3 ≦ 0.4 (14)
L3 ≧ −440.16T3 3 + 63.334T3 2 −3.4273T3 + 0.3439 (15)
L3 ≧ 0.35 (T3-0.0825) 0.434 +0.245 (16)
The range in which the phase difference between two polarization components orthogonal to each other at least in the red and infrared wavelength regions can be in the vicinity of 90 ° (within a range of 90 ° ± 10 °) is as described above. It can be defined by the following equations (17) and (18) similar to the equations (12) and (13) of the third embodiment.
L3≦0.65・・(17)
L3≧−1.2018T33+0.3022T32+1.2988T3+0.01・・(18)
これにより、図82に示した格子孔パターンを有する酸化アルミニウム膜81を1/4波長板に使用する場合において、格子間隔T3および周期L3を上記した式(14)〜式(16)で規定される範囲(図45中の範囲F3と同じ範囲)内に設定すれば、赤色、赤外および青色のすべての波長の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を90°近傍(90°±10°の範囲内)にすることが可能となる。また、格子間隔T3および周期L3を上記した式(17)および式(18)で規定される範囲(図45中の範囲F4と同じ範囲)内に設定すれば、少なくとも赤色および赤外の波長の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を90°近傍(90°±10°の範囲内)にすることが可能となる。また、図82に示した格子孔パターンを有する酸化アルミニウム膜81を1/2波長板に使用する場合には、赤色、赤外および青色のすべての波長の光に対して位相差を180°±20°の範囲内にすることが可能な格子間隔T3および周期L3の範囲が、上記した式(14)〜式(16)で規定される範囲(図45中の範囲F3と同じ範囲)となる。また、少なくとも赤色および赤外の波長の光に対して位相差を180°±20°の範囲内にすることが可能な格子間隔T3および周期L3の範囲が、上記した式(17)および式(18)で規定される範囲(図45中の範囲F4と同じ範囲)となる。
L3 ≦ 0.65 (17)
L3 ≧ −1.2018T3 3 + 0.3022T3 2 + 1.29888T3 + 0.01 (18)
Thereby, when the aluminum oxide film 81 having the lattice hole pattern shown in FIG. 82 is used for the quarter wavelength plate, the lattice interval T3 and the period L3 are defined by the above formulas (14) to (16). (The same range as the range F3 in FIG. 45), the phase difference between two polarization components orthogonal to each other for light of all wavelengths of red, infrared, and blue is close to 90 ° ( (Within a range of 90 ° ± 10 °). Further, if the lattice interval T3 and the period L3 are set within the range defined by the above formulas (17) and (18) (the same range as the range F4 in FIG. 45), at least red and infrared wavelengths can be obtained. With respect to light, the phase difference between two polarization components orthogonal to each other can be in the vicinity of 90 ° (within a range of 90 ° ± 10 °). Further, when the aluminum oxide film 81 having the lattice hole pattern shown in FIG. 82 is used for a half-wave plate, the phase difference is 180 ° ± with respect to light of all wavelengths of red, infrared, and blue. The range of the lattice interval T3 and the period L3 that can be within the range of 20 ° is a range defined by the above-described formulas (14) to (16) (the same range as the range F3 in FIG. 45). . Further, the ranges of the grating interval T3 and the period L3 that can make the phase difference within a range of 180 ° ± 20 ° with respect to light of at least red and infrared wavelengths are the above-described equations (17) and ( 18) (the same range as the range F4 in FIG. 45).
ここで、第5実施形態では、図82に示した酸化アルミニウム膜81の格子孔パターンの格子間隔T3および周期L3は、上記した式(14)〜式(16)で規定される範囲(図45中の範囲F3と同じ範囲)内の値に設定されている。すなわち、この第5実施形態では、格子孔パターンを有する酸化アルミニウム膜81を1/4波長板に使用する場合、赤色、赤外および青色のすべての波長領域において、位相差が許容範囲(90°±10°)内になる。また、格子孔パターンを有する酸化アルミニウム膜81を1/2波長板に使用する場合には、赤色、赤外および青色のすべての波長領域において、位相差が許容範囲(180°±20°)内になる。 Here, in the fifth embodiment, the lattice interval T3 and the period L3 of the lattice hole pattern of the aluminum oxide film 81 shown in FIG. 82 are within the ranges defined by the above-described equations (14) to (16) (FIG. 45). It is set to a value within the same range) as the middle range F3. That is, in the fifth embodiment, when the aluminum oxide film 81 having a lattice hole pattern is used for a quarter-wave plate, the phase difference is within an allowable range (90 ° in all red, infrared, and blue wavelength regions). Within ± 10 °). When the aluminum oxide film 81 having a lattice hole pattern is used for a half-wave plate, the phase difference is within an allowable range (180 ° ± 20 °) in all the red, infrared, and blue wavelength regions. become.
なお、第5実施形態のその他の構成は、上記第3または第4実施形態の構成と同様である。 The remaining configuration of the fifth embodiment is the same as that of the third or fourth embodiment.
第5実施形態では、上記のように、波長板を構成する酸化アルミニウム膜81の格子孔パターンの細孔間隔T3および周期L3を、式(14)〜式(16)で規定される範囲(図45中の範囲F3と同じ範囲)内の値に設定することによって、酸化アルミニウム膜81を1/4波長板に使用する場合、赤色、赤外および青色のすべての波長の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を90°近傍(90°±10°の範囲内)にすることができる。また、酸化アルミニウム膜81を1/2波長板に使用する場合、赤色、赤外および青色のすべての波長の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を180°近傍(180°±20°の範囲内)にすることができる。その結果、上記第3および第4実施形態と同様、広い波長領域において、良好な位相変換特性を有する1/4波長板および1/2波長板を得ることができる。 In the fifth embodiment, as described above, the pore interval T3 and the period L3 of the lattice hole pattern of the aluminum oxide film 81 constituting the wave plate are within the ranges defined by the equations (14) to (16) (FIG. In the case where the aluminum oxide film 81 is used for a quarter-wave plate, it is possible to reduce the red, infrared, and blue wavelengths with respect to each other. The phase difference between two orthogonal polarization components can be in the vicinity of 90 ° (within a range of 90 ° ± 10 °). When the aluminum oxide film 81 is used for a half-wave plate, the phase difference between two polarization components orthogonal to each other for light of all wavelengths of red, infrared, and blue is about 180 ° (180 ° Within a range of ± 20 °. As a result, as in the third and fourth embodiments, a quarter-wave plate and a half-wave plate having good phase conversion characteristics can be obtained in a wide wavelength region.
また、第5実施形態では、小さい細孔81bの直径S32を、酸化アルミニウム膜81に形成された複数の細孔のうち最も大きい細孔の直径に0.5を乗じた値である基準値以下にすることによって、小さい細孔81bが位相変換特性に与える影響が小さくなる。これにより、大きい細孔81aと小さい細孔81bとを含む複数の細孔を有する酸化アルミニウム膜81において、複数の大きい細孔81aからなる格子孔パターンの周期L3を調整することにより、容易に、良好な位相変換特性を有する波長板を得ることができる。
In the fifth embodiment, the diameter S32 of the
図85〜図87は、図82に示した第5実施形態による波長板の製造プロセスを説明するための断面図および平面図である。次に、図82、図85〜図87を参照して、第5実施形態による波長板の製造プロセスについて説明する。 85 to 87 are a cross-sectional view and a plan view for explaining the manufacturing process of the wave plate according to the fifth embodiment shown in FIG. Next, with reference to FIGS. 82 and 85 to 87, a manufacturing process of the wave plate according to the fifth embodiment will be described.
まず、図85に示すように、図33に示した第1参考形態と同様のプロセスを用いて、ガラス基板1上に、ITOまたはZnOからなる透明導電膜2およびアルミニウム膜80を順次形成した後、SiCなどの硬い材料からなる押し付け部材84を用いてアルミニウム膜80に対してテクスチャリング処理を行う。なお、押し付け部材84は、円錐形状の複数の凸部84aおよび84bを有する。また、凸部84aと凸部84bとを含む複数の凸部は、三角格子状に配置されている。また、凸部84aの根本部は、凸部84bの根本部よりも大きい直径を有する。また、大きい凸部84aは、押し付け部材84の酸化アルミニウム膜81の細孔列82(図82参照)に対応する領域に配置されているとともに、小さい凸部84bは、押し付け部材84の細孔列82に対応する領域以外の領域に配置されている。
First, as shown in FIG. 85, the transparent
これにより、図86および図87に示すように、アルミニウム膜80の表面には、大きい直径を有する複数の凹部80aからなる1つの凹部列80cと、小さい直径を有する複数の凹部80bからなる1つの凹部列80dとが光学軸の延びる方向(Y方向)と直交する方向(X方向)に、中心線間距離Bを隔てて交互に形成される。また、凹部列80cを構成する複数の凹部80aは、中心間距離Aを隔ててY方向に沿って列状に配置されるとともに、凹部列80dを構成する複数の凹部80bは、中心間距離Aを隔ててY方向に沿って列状に配置される。また、凹部80aおよび80bは、三角格子状に配置される。
As a result, as shown in FIGS. 86 and 87, on the surface of the
この後、図36に示した第1参考形態と同様のプロセスを用いて、複数の凹部80aおよび80bが形成されたアルミニウム膜80を陽極酸化処理する。これにより、図82に示したように、複数の大きい細孔81aと複数の小さい細孔81bとを含むとともに、大きい細孔81aからなる1つの細孔列82と小さい細孔81bからなる1つの細孔列83とが所定の間隔を隔てて交互に配置された格子孔パターンを有する酸化アルミニウム膜81が形成される。
Thereafter, the
第5実施形態の製造プロセスでは、上記のように、大きい細孔81aと小さい細孔81bとに対応する凹部80aおよび80bを三角格子状に形成することによって、その凹部80aおよび80bが形成されたアルミニウム膜80を陽極酸化することにより酸化アルミニウム膜81の全面に三角格子状に配置された細孔81aおよび81bを形成することができる。この場合、光学軸の延びる方向(Y方向)に隣接する凹部80a(80b)の中心間距離Aと、光学軸の延びる方向と直交する方向(X方向)に隣接する凹部80aおよび80bの中心線間距離Bとがほぼ等しくなるので、Y方向に隣接する凹部80a(80b)の中心間距離Aと、X方向に隣接する凹部80aおよび80bの中心線間距離Bとの両方に整合するように陽極酸化電圧を設定することができる。これにより、酸化アルミニウム膜81に形成される格子孔パターンを構成する大きい細孔81aが、酸化アルミニウム膜81の内部において枝分かれするのを抑制することができる。
In the manufacturing process of the fifth embodiment, as described above, the
(第6実施形態)
図88は、本発明の第6実施形態による波長板の格子孔パターンを示した平面図である。図88を参照して、この第6実施形態では、上記第5実施形態と異なり、複数の大きい細孔からなる細孔列間に、複数の小さい細孔からなる細孔列が2つ配置されている場合について説明する。
(Sixth embodiment)
FIG. 88 is a plan view showing a grating hole pattern of the wave plate according to the sixth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 88, in the sixth embodiment, unlike the fifth embodiment, two pore rows composed of a plurality of small pores are arranged between pore rows composed of a plurality of large pores. The case will be described.
この第6実施形態では、図88に示すように、波長板を構成する酸化アルミニウム膜91に、直径S41を有する複数の大きい細孔91aと、細孔91aの直径S41よりも小さい直径S42を有する複数の小さい細孔91bとが形成されている。この大きい細孔91aと小さい細孔91bとを含む複数の細孔は、三角格子状に配置されている。なお、酸化アルミニウム膜91は、本発明の「金属酸化膜」の一例である。また、細孔91aおよび91bは、それぞれ、本発明の「第1孔」および「第2孔」の一例である。
In the sixth embodiment, as shown in FIG. 88, the aluminum oxide film 91 constituting the wave plate has a plurality of
ここで、第6実施形態では、酸化アルミニウム膜91に形成された複数の大きい細孔91aにより、入射光を位相変換するための格子孔パターンが構成されている。この格子孔パターンを構成する複数の大きい細孔91aは、矢印Y方向(光学軸の延びる方向)に隣接する細孔91aと連結しないように所定の間隔を隔てて、矢印Y方向に沿って列状に配置されて細孔列92を構成している。この細孔列92は、矢印Y方向と直交する矢印X方向に隣接する細孔列92と連結しないように、矢印X方向に所定の間隔を隔てて複数配置されている。また、矢印X方向に隣接する細孔列92間には、複数の小さい細孔91bからなる細孔列93が2つ配置されている。すなわち、1つの細孔列92と2つの細孔列93とが、矢印X方向に所定の間隔を隔てて交互に配置されている。なお、細孔列92は、本発明の「孔列」の一例である。
Here, in the sixth embodiment, a plurality of
次に、第6実施形態による波長板を構成する酸化アルミニウム膜91の格子孔パターンの細孔間隔T4および周期L4の定義について説明する。細孔間隔T4は、矢印Y方向に隣接する大きい細孔91aの中心間距離である。また、周期L4は、矢印X方向に隣接する細孔列92の中心線間距離である。すなわち、細孔間隔T4および周期L4を定義する場合、小さい細孔91bは考慮せずに、大きい細孔91aのみに着目する。
Next, the definition of the pore interval T4 and the period L4 of the lattice hole pattern of the aluminum oxide film 91 constituting the wave plate according to the sixth embodiment will be described. The pore interval T4 is the distance between the centers of the
次に、大きい細孔91aおよび小さい細孔91bの定義について説明する。大きい細孔91aは、酸化アルミニウム膜91に形成された複数の細孔のうち最も大きい細孔の直径に0.5を乗じた値を基準値とする場合、その基準値よりも大きい直径を有する細孔である。また、小さい細孔91bは、上記した基準値以下の直径を有する細孔である。
Next, the definition of the
そして、上記第5実施形態と同様、小さい細孔91bの直径S42が上記した基準値以下の場合では、小さい細孔91bが位相変換特性に与える影響が小さいと考えられる。このため、図88に示した格子孔パターンを有する酸化アルミニウム膜91を波長板に使用する場合、上記のように格子間隔T4および周期L4を定義すれば、異なる波長を有する複数の光に対して良好な位相変換特性を得ることが可能な酸化アルミニウム膜91からなる格子孔パターンの格子間隔T4および周期L4の範囲は、図45に示した第3実施形態と同様の範囲で示されると考えられる。したがって、図88に示した格子間隔T4および周期L4を有する格子孔パターンを1/4波長板に適用する場合、赤色、赤外および青色のすべての波長の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を90°近傍(90°±10°の範囲内)にすることが可能な範囲は、上記第3実施形態の式(9)〜式(11)と同様の以下の式(19)〜式(21)で規定することができる。
As in the fifth embodiment, when the diameter S42 of the
L4≦0.4・・(19)
L4≧−440.16T43+63.334T42−3.4273T4+0.3439・・(20)
L4≧0.35(T4−0.0825)0.434+0.245・・(21)
また、少なくとも赤色および赤外の波長領域の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を90°近傍(90°±10°の範囲内)にすることが可能な範囲は、上記第3実施形態の式(12)および式(13)と同様の以下の式(22)および式(23)で規定することができる。
L4 ≦ 0.4 (19)
L4 ≧ −440.16T4 3 + 63.334T4 2 −3.4273T4 + 0.3439 (20)
L4 ≧ 0.35 (T4-0.0825) 0.434 +0.245 (21)
The range in which the phase difference between two polarization components orthogonal to each other at least in the red and infrared wavelength regions can be in the vicinity of 90 ° (within a range of 90 ° ± 10 °) is as described above. It can be defined by the following equations (22) and (23) similar to the equations (12) and (13) of the third embodiment.
L4≦0.65・・(22)
L4≧−1.2018T43+0.3022T42+1.2988T4+0.01・・(23)
これにより、図88に示した格子孔パターンを有する酸化アルミニウム膜91を1/4波長板に使用する場合において、格子間隔T4および周期L4を上記した式(19)〜式(21)で規定される範囲(図45中の範囲F3と同じ範囲)内に設定すれば、赤色、赤外および青色のすべての波長の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を90°近傍(90°±10°の範囲内)にすることが可能となる。また、格子間隔T4および周期L4を上記した式(22)および式(23)で規定される範囲(図45中の範囲F4と同じ範囲)内に設定すれば、少なくとも赤色および赤外の波長の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を90°近傍(90°±10°の範囲内)にすることが可能となる。また、図88に示した格子孔パターンを有する酸化アルミニウム膜91を1/2波長板に使用する場合には、赤色、赤外および青色のすべての波長の光に対して位相差を180°±20°の範囲内にすることが可能な格子間隔T4および周期L4の範囲が、上記した式(19)〜式(21)で規定される範囲(図45中の範囲F3と同じ範囲)となる。また、少なくとも赤色および赤外の波長の光に対して位相差を180°±20°の範囲内にすることが可能な格子間隔T4および周期L4の範囲が、上記した式(22)および式(23)で規定される範囲(図45中の範囲F4と同じ範囲)となる。
L4 ≦ 0.65 (22)
L4 ≧ −1.2018T4 3 + 0.3022T4 2 + 1.29888T4 + 0.01 (23)
As a result, when the aluminum oxide film 91 having the lattice hole pattern shown in FIG. 88 is used for the quarter-wave plate, the lattice interval T4 and the period L4 are defined by the above formulas (19) to (21). (The same range as the range F3 in FIG. 45), the phase difference between two polarization components orthogonal to each other for light of all wavelengths of red, infrared, and blue is close to 90 ° ( (Within a range of 90 ° ± 10 °). Further, if the lattice interval T4 and the period L4 are set within the range defined by the above formulas (22) and (23) (the same range as the range F4 in FIG. 45), at least the wavelengths of red and infrared wavelengths With respect to light, the phase difference between two polarization components orthogonal to each other can be in the vicinity of 90 ° (within a range of 90 ° ± 10 °). Further, when the aluminum oxide film 91 having the lattice hole pattern shown in FIG. 88 is used for a half-wave plate, the phase difference is 180 ° ± with respect to light of all wavelengths of red, infrared, and blue. The range of the lattice interval T4 and the period L4 that can be within the range of 20 ° is a range defined by the above-described formulas (19) to (21) (the same range as the range F3 in FIG. 45). . In addition, the range of the grating interval T4 and the period L4 that can make the phase difference within a range of 180 ° ± 20 ° with respect to light of at least red and infrared wavelengths is the above-described formula (22) and formula ( 23) (the same range as the range F4 in FIG. 45).
ここで、第6実施形態では、図88に示した酸化アルミニウム膜91の格子孔パターンの格子間隔T4および周期L4は、上記した式(19)〜式(21)で規定される範囲(図45中の範囲F3と同じ範囲)内の値に設定されている。すなわち、この第6実施形態では、格子孔パターンを有する酸化アルミニウム膜91を1/4波長板に使用する場合、赤色、赤外および青色のすべての波長領域において、位相差が許容範囲(90°±10°)内になる。また、格子孔パターンを有する酸化アルミニウム膜91を1/2波長板に使用する場合には、赤色、赤外および青色のすべての波長領域において、位相差が許容範囲(180°±20°)内になる。 Here, in the sixth embodiment, the lattice interval T4 and the period L4 of the lattice hole pattern of the aluminum oxide film 91 shown in FIG. 88 are within the ranges defined by the above-described equations (19) to (21) (FIG. 45). It is set to a value within the same range) as the middle range F3. That is, in the sixth embodiment, when the aluminum oxide film 91 having the lattice hole pattern is used for the quarter wavelength plate, the phase difference is within an allowable range (90 ° in all wavelength regions of red, infrared, and blue). Within ± 10 °). Further, when the aluminum oxide film 91 having a lattice hole pattern is used for a half-wave plate, the phase difference is within an allowable range (180 ° ± 20 °) in all the red, infrared, and blue wavelength regions. become.
なお、第6実施形態のその他の構成は、上記第3または第4実施形態の構成と同様である。 In addition, the other structure of 6th Embodiment is the same as that of the said 3rd or 4th Embodiment.
第6実施形態では、上記のように、波長板を構成する酸化アルミニウム膜91の格子孔パターンの細孔間隔T4および周期L4を、式(19)〜式(21)で規定される範囲(図45中の範囲F3と同じ範囲)内の値に設定することによって、酸化アルミニウム膜91を1/4波長板に使用する場合、赤色、赤外および青色のすべての波長の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を90°近傍(90°±10°の範囲内)にすることができる。また、酸化アルミニウム膜91を1/2波長板に使用する場合、赤色、赤外および青色のすべての波長の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を180°近傍(180°±20°の範囲内)にすることができる。その結果、上記第5実施形態と同様、広い波長領域において、良好な位相変換特性を有する1/4波長板および1/2波長板を得ることができる。 In the sixth embodiment, as described above, the pore interval T4 and the period L4 of the lattice hole pattern of the aluminum oxide film 91 constituting the wave plate are within the ranges defined by the equations (19) to (21) (FIG. In the case where the aluminum oxide film 91 is used for a quarter-wave plate, the light in all wavelengths of red, infrared and blue can be compared with each other. The phase difference between two orthogonal polarization components can be in the vicinity of 90 ° (within a range of 90 ° ± 10 °). Further, when the aluminum oxide film 91 is used for a half-wave plate, the phase difference between two polarization components orthogonal to each other for light of all wavelengths of red, infrared, and blue is about 180 ° (180 ° Within a range of ± 20 °. As a result, like the fifth embodiment, a quarter-wave plate and a half-wave plate having good phase conversion characteristics can be obtained in a wide wavelength region.
また、第6実施形態では、小さい細孔91bの直径S42を、酸化アルミニウム膜91に形成された複数の細孔のうち最も大きい細孔の直径に0.5を乗じた値である基準値以下にすることによって、小さい細孔91bが位相変換特性に与える影響が小さくなる。これにより、大きい細孔91aと小さい細孔91bとを含む複数の細孔を有する酸化アルミニウム膜91において、複数の大きい細孔91aからなる格子孔パターンの周期L4を調整することにより、容易に、良好な位相変換特性を有する波長板を得ることができる。
In the sixth embodiment, the diameter S42 of the
次に、図88を参照して、第6実施形態による波長板の製造プロセスについて説明する。 Next, with reference to FIG. 88, the manufacturing process of the wave plate according to the sixth embodiment will be explained.
まず、図85〜図87に示した第5実施形態と同様のプロセスを用いて、アルミニウム膜(図示せず)の表面に、三角格子状に配置された複数の凹部(図示せず)を形成する。ただし、この第6実施形態では、大きい凸部(図示せず)が酸化アルミニウム膜91の細孔列92に対応する領域に配置されているとともに、小さい凸部(図示せず)が細孔列92に対応する領域以外の領域に配置された押し付け部材(図示せず)を用いる。すなわち、アルミニウム膜の表面に、大きい直径を有する複数の凹部からなる1つの凹部列(図示せず)と、小さい直径を有する複数の凹部からなる2つの凹部列(図示せず)とを光学軸の延びる方向と直交する方向に交互に形成する。
First, using a process similar to that of the fifth embodiment shown in FIGS. 85 to 87, a plurality of recesses (not shown) arranged in a triangular lattice shape are formed on the surface of an aluminum film (not shown). To do. However, in the sixth embodiment, large convex portions (not shown) are arranged in regions corresponding to the
この後、図36に示した第1参考形態と同様のプロセスを用いて、複数の凹部が形成されたアルミニウム膜を陽極酸化処理する。これにより、図88に示したように、複数の大きい細孔91aと複数の小さい細孔91bとを含むとともに、大きい細孔91aからなる1つの細孔列92と小さい細孔91bからなる2つの細孔列93とが所定の間隔を隔てて交互に配置された格子孔パターンを有する酸化アルミニウム膜91が形成される。
Thereafter, an aluminum film having a plurality of recesses is anodized using a process similar to that of the first reference embodiment shown in FIG. As a result, as shown in FIG. 88, a plurality of
第6実施形態の製造プロセスでは、上記のように、大きい細孔91aと小さい細孔91bとに対応する凹部を三角格子状に形成することによって、その凹部が形成されたアルミニウム膜を陽極酸化することにより酸化アルミニウム膜の全面に三角格子状に配置された細孔91aおよび91bを形成することができる。この場合、光学軸の延びる方向(Y方向)に隣接する凹部の中心間距離と、光学軸の延びる方向と直交する方向(X方向)に隣接する凹部の中心線間距離とがほぼ等しくなるので、Y方向に隣接する凹部の中心間距離と、X方向に隣接する凹部の中心線間距離との両方に整合するように陽極酸化電圧を設定することができる。これにより、酸化アルミニウム膜91に形成される格子孔パターンを構成する大きい細孔91aが、酸化アルミニウム膜91の内部において枝分かれするのを抑制することができる。
In the manufacturing process of the sixth embodiment, as described above, the recesses corresponding to the
(第7実施形態)
図89は、本発明の第7実施形態による波長板の格子溝パターンを示した平面図である。図89を参照して、この第7実施形態では、上記第1および第2参考形態と異なり、複数の大きい細孔と複数の小さい細孔とを含むとともに、複数の大きい細孔からなる細孔列を複数含む細孔群が所定の間隔を隔てて複数配置された直線状の格子溝パターンを有する酸化アルミニウム膜を備えた波長板について説明する。
(Seventh embodiment)
FIG. 89 is a plan view showing a grating groove pattern of the wave plate according to the seventh embodiment of the present invention. Referring to FIG. 89, unlike the first and second reference embodiments, the seventh embodiment includes a plurality of large pores and a plurality of small pores, and a pore composed of a plurality of large pores. A wave plate including an aluminum oxide film having a linear lattice groove pattern in which a plurality of pore groups including a plurality of rows are arranged at predetermined intervals will be described.
この第7実施形態では、図89に示すように、波長板を構成する酸化アルミニウム膜101に、直径S51を有する複数の大きい細孔101aと、細孔101aの直径S51よりも小さい直径S52を有する複数の小さい細孔101bとが形成されている。この大きい細孔101aと小さい細孔101bとを含む複数の細孔は、三角格子状に配置されている。なお、酸化アルミニウム膜101は、本発明の「金属酸化膜」の一例である。また、細孔101aおよび101bは、それぞれ、本発明の「第1孔」および「第2孔」の一例である。
In the seventh embodiment, as shown in FIG. 89, the
ここで、第7実施形態では、酸化アルミニウム膜101に形成された複数の大きい細孔101aにより、入射光を位相変換するための直線状の格子溝パターンが構成されている。この直線状の格子溝パターンは、複数の大きい細孔101aからなる細孔列102を2つ含む細孔群103が、矢印Y方向(光学軸の延びる方向)と直交する矢印X方向に所定の間隔を隔てて複数配置された構造を有する。細孔群103を構成する2つの細孔列102は、矢印X方向に隣接する細孔列102と連結しないように、矢印X方向に所定の間隔を隔てて配置されている。また、細孔列102の複数の細孔101aは、矢印Y方向に隣接する細孔101aと連結しないように、矢印Y方向に所定の間隔を隔てて配置されている。この第7実施形態では、互いに連結されていない複数の細孔101aからなる細孔群103を、直線状の格子溝パターンの溝部と見なしている。また、複数の小さい細孔101bは、矢印X方向に隣接する細孔群103間に三角格子状に配置されている。なお、細孔列102は、本発明の「孔列」の一例であり、細孔群103は、本発明の「孔群」の一例である。
Here, in the seventh embodiment, a plurality of
次に、第7実施形態による波長板を構成する酸化アルミニウム膜101の直線状の格子溝パターンの実効的溝幅We5および周期L5の定義について説明する。実効的溝幅We5は、細孔群103の一方側の最外端に接する線と他方側の最外端に接する線との間の距離の平均値である。また、周期L5は、隣接する細孔群103の一方側の最外端に接する線間の距離の平均値である。すなわち、実効的溝幅We5および周期L5を定義する場合、小さい細孔101bは考慮せずに、大きい細孔101aからなる細孔群103のみに着目する。この場合の直線状の格子溝パターンの実効的デューティ比Deは、De=(L5−We5)/L5となる。
Next, the definition of the effective groove width We5 and the period L5 of the linear lattice groove pattern of the
次に、大きい細孔101aおよび小さい細孔101bの定義について説明する。大きい細孔101aは、酸化アルミニウム膜101に形成された複数の細孔のうち最も大きい細孔の直径に0.5を乗じた値を基準値とする場合、その基準値よりも大きい直径を有する細孔である。また、小さい細孔101bは、上記した基準値以下の直径を有する細孔である。
Next, the definition of the
そして、上記第5実施形態と同様、小さい細孔101bの直径S52が上記した基準値以下の場合では、小さい細孔101bが位相変換特性に与える影響が小さいと考えられる。ここで、第7実施形態では、小さい細孔101bの面積が大きい細孔101aの面積の1/4以下に設定されている。このため、小さい細孔101bが位相変換特性に与える影響は極めて小さいといえる。また、第7実施形態では、複数の大きい細孔101aからなる直線状の格子溝パターンの周期L5が、青色、赤外および赤色の光の波長に近づくように設定されている。このため、複数の大きい細孔101aからなる直線状の格子溝パターンが位相変換特性に与える影響は、小さい細孔101bが位相変換特性に与える影響よりも大きいといえる。これにより、図89に示した直線状の格子溝パターンを有する酸化アルミニウム膜101を波長板に使用する場合、上記のように実効的デューティ比De(=(L5−We5)/L5)および周期L5を定義すれば、異なる波長を有する複数の光に対して良好な位相変換特性を得ることが可能な酸化アルミニウム膜101からなる直線状の格子溝パターンの実効的デューティ比Deおよび周期L5の範囲は、図2に示した第1参考形態と同様の範囲で示されると考えられる。
As in the fifth embodiment, when the diameter S52 of the
したがって、図89に示した実効的デューティ比De(=(L5−We5)/L5)および周期L5を有する格子孔パターンを1/4波長板に適用する場合、赤色、赤外および青色のすべての波長の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を90°近傍(90°±10°の範囲内)にすることが可能な範囲は、上記第1参考形態の式(1)〜式(4)と同様の以下の式(24)〜式(27)で規定することができる。 Therefore, when the grating hole pattern having the effective duty ratio De (= (L5−We5) / L5) and the period L5 shown in FIG. 89 is applied to the quarter-wave plate, all of red, infrared, and blue The range in which the phase difference between two polarization components orthogonal to each other with respect to the wavelength can be in the vicinity of 90 ° (within a range of 90 ° ± 10 °) is expressed by equation (1) in the first reference embodiment. -It can prescribe | regulate with the following formula | equation (24)-Formula (27) similar to Formula (4).
De≧0.73・・(24)
L5≦0.4・・(25)
L5≧30.952De3−74.751De2+59.62De−15.328・・(26)
L5≦3.0776De2−5.1863De+2.5772・・(27)
また、少なくとも赤色および赤外の波長領域の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を90°近傍(90°±10°の範囲内)にすることが可能な範囲は、上記第1参考形態の式(5)〜式(8)と同様の以下の式(28)〜式(31)で規定することができる。
De ≧ 0.73 (24)
L5 ≦ 0.4 (25)
L5 ≧ 30.952 De 3 −74.751 De 2 + 59.62De−15.328 (26)
L5 ≦ 3.0776De 2 −5.1863De + 2.5772 (27)
The range in which the phase difference between two polarization components orthogonal to each other at least in the red and infrared wavelength regions can be in the vicinity of 90 ° (within a range of 90 ° ± 10 °) is as described above. It can prescribe | regulate with the following formula | equation (28)-Formula (31) similar to Formula (5)-Formula (8) of 1st reference form.
L5≦0.65・・(28)
L5≧2×10−14e31.263De・・(29)
L5≦6.0317De2−10.352De+5.0516・・(30)
(De−0.85)2/0.442+(L5−0.41)2/0.392≦1・・(31)
これにより、図89に示した直線状の格子溝パターンを有する酸化アルミニウム膜101を1/4波長板に使用する場合において、実効的デューティ比Deおよび周期L5を上記した式(24)〜式(27)で規定される範囲(図2中の範囲F1と同じ範囲)内に設定すれば、赤色、赤外および青色のすべての波長の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を90°近傍(90°±10°の範囲内)にすることが可能となる。また、実効的デューティ比Deおよび周期L5を上記した式(28)〜式(31)で規定される範囲(図2中の範囲F2と同じ範囲)内に設定すれば、少なくとも赤色および赤外の波長の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を90°近傍(90°±10°の範囲内)にすることが可能となる。また、図89に示した直線状の格子溝パターンを有する酸化アルミニウム膜101を1/2波長板に使用する場合には、赤色、赤外および青色のすべての波長の光に対して位相差を180°±20°の範囲内にすることが可能な実効的デューティ比Deおよび周期L5の範囲が、上記した式(24)〜式(27)で規定される範囲(図2中の範囲F1と同じ範囲)となる。また、少なくとも赤色および赤外の波長の光に対して位相差を180°±20°の範囲内にすることが可能な実効的デューティ比Deおよび周期L5の範囲が、上記した式(28)〜式(31)で規定される範囲(図2中の範囲F2と同じ範囲)となる。
L5 ≦ 0.65 (28)
L5 ≧ 2 × 10 −14 e 31.263 De (29)
L5 ≦ 6.0317De 2 -10.352De + 5.0516 (30)
(De−0.85) 2 /0.44 2 + (L5−0.41) 2 /0.39 2 ≦ 1 (31)
As a result, when the
ここで、第7実施形態では、図89に示した酸化アルミニウム膜101の直線状の格子溝パターンの実効的デューティ比Deおよび周期L5は、上記した式(24)〜式(27)で規定される範囲(図2中の範囲F1と同じ範囲)内の値に設定されている。すなわち、この第7実施形態では、直線状の格子溝パターンを有する酸化アルミニウム膜101を1/4波長板に使用する場合、赤色、赤外および青色のすべての波長領域において、位相差が許容範囲(90°±10°)内になる。また、直線状の格子溝パターンを有する酸化アルミニウム膜101を1/2波長板に使用する場合には、赤色、赤外および青色のすべての波長領域において、位相差が許容範囲(180°±20°)内になる。
Here, in the seventh embodiment, the effective duty ratio De and the period L5 of the linear lattice groove pattern of the
なお、第7実施形態のその他の構成は、上記第1または第2参考形態の構成と同様である。 The remaining configuration of the seventh embodiment is the same as that of the first or second reference embodiment.
第7実施形態では、上記のように、波長板を構成する酸化アルミニウム膜101の直線状の格子溝パターンの実効的デューティ比De(=(L5−We5)/L5)および周期L5を、式(24)〜式(27)で規定される範囲(図2中の範囲F1と同じ範囲)内の値に設定することによって、酸化アルミニウム膜101を1/4波長板に使用する場合、赤色、赤外および青色のすべての波長の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を90°近傍(90°±10°の範囲内)にすることができる。また、酸化アルミニウム膜101を1/2波長板に使用する場合、赤色、赤外および青色のすべての波長の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を180°近傍(180°±20°の範囲内)にすることができる。その結果、上記第1および第2参考形態と同様、広い波長領域において、良好な位相変換特性を有する1/4波長板および1/2波長板を得ることができる。
In the seventh embodiment, as described above, the effective duty ratio De (= (L5−We5) / L5) and the period L5 of the linear grating groove pattern of the
また、第7実施形態では、小さい細孔101bの直径S52を、酸化アルミニウム膜101に形成された複数の細孔のうち最も大きい細孔の直径に0.5を乗じた値である基準値以下にすることによって、小さい細孔101bが位相変換特性に与える影響が小さくなる。これにより、大きい細孔101aと小さい細孔101bとを含む複数の細孔を有する酸化アルミニウム膜101において、複数の大きい細孔101aからなる格子孔パターンの周期L5(隣接する細孔群103の一方側の最外端に接する線間の距離の平均値)を調整することにより、容易に、良好な位相変換特性を有する波長板を得ることができる。
In the seventh embodiment, the diameter S52 of the
次に、図89を参照して、第7実施形態による波長板の製造プロセスについて説明する。 Next, with reference to FIG. 89, the manufacturing process of the wave plate according to the seventh embodiment will be explained.
まず、図85〜図87に示した第5実施形態と同様のプロセスを用いて、アルミニウム膜(図示せず)の表面に、三角格子状に配置された複数の凹部(図示せず)を形成する。ただし、この第7実施形態では、大きい凸部(図示せず)が酸化アルミニウム膜101の細孔群103に対応する領域に配置されているとともに、小さい凸部(図示せず)が細孔群103に対応する領域以外の領域に配置された押し付け部材(図示せず)を用いる。すなわち、アルミニウム膜の表面に、大きい直径を有する複数の凹部からなる2つの凹部列を含む凹部群(図示せず)を、光学軸の延びる方向と直交する方向に所定の間隔を隔てて形成する。また、アルミニウム膜の表面の光学軸の延びる方向と直交する方向に隣接する凹部群間に、小さい直径を有する複数の凹部を三角格子状に形成する。
First, using a process similar to that of the fifth embodiment shown in FIGS. 85 to 87, a plurality of recesses (not shown) arranged in a triangular lattice shape are formed on the surface of an aluminum film (not shown). To do. However, in the seventh embodiment, large convex portions (not shown) are arranged in regions corresponding to the
この後、図36に示した第1参考形態と同様のプロセスを用いて、複数の凹部が形成されたアルミニウム膜を陽極酸化処理する。これにより、図89に示したように、複数の大きい細孔101aと複数の小さい細孔101bとを含むとともに、複数の大きい細孔101aからなる細孔列102を2つ含む細孔群103が所定の間隔を隔てて複数配置された直線状の格子溝パターンを有する酸化アルミニウム膜101が形成される。
Thereafter, an aluminum film having a plurality of recesses is anodized using a process similar to that of the first reference embodiment shown in FIG. As a result, as shown in FIG. 89, a
第7実施形態の製造プロセスでは、上記のように、大きい細孔101aと小さい細孔101bとに対応する凹部を三角格子状に形成することによって、その凹部が形成されたアルミニウム膜を陽極酸化することにより酸化アルミニウム膜101の全面に三角格子状に配置された細孔101aおよび101bを形成することができる。この場合、光学軸の延びる方向(Y方向)に隣接する凹部の中心間距離と、光学軸の延びる方向と直交する方向(X方向)に隣接する凹部の中心線間距離とがほぼ等しくなるので、Y方向に隣接する凹部の中心間距離と、X方向に隣接する凹部の中心線間距離との両方に整合するように陽極酸化電圧を設定することができる。これにより、酸化アルミニウム膜101に形成される直線状の格子溝パターンを構成する大きい細孔101aが、酸化アルミニウム膜101の内部において枝分かれするのを抑制することができる。
In the manufacturing process of the seventh embodiment, as described above, the recesses corresponding to the
なお、上記した第7実施形態の製造プロセスの変形例として、以下のような製造プロセスを用いてもよい。まず、アルミニウム膜の表面に、複数の同じ直径を有する凹部を三角格子状に形成した後、そのアルミニウム膜を陽極酸化処理する。これにより、複数の同じ大きさの小さい細孔101bが三角格子状に配置された酸化アルミニウム膜101が形成される。この後、酸化アルミニウム膜101の細孔群103(図89参照)に対応する領域以外の領域上に、フォトレジストを形成する。そして、そのフォトレジストをマスクとして、リン酸系水溶液により複数の同じ大きさの小さい細孔101bが三角格子状に配置された酸化アルミニウム膜101をエッチングすることによって、細孔群103に対応する領域に位置する小さい細孔101bの直径のみを拡大する。これにより、図89に示したように、複数の大きい細孔101aと複数の小さい細孔101bとを含むとともに、複数の大きい細孔101aからなる細孔列102を2つ含む細孔群103が所定の間隔を隔てて複数配置された直線状の格子溝パターンを有する酸化アルミニウム膜101が形成される。
As a modification of the manufacturing process of the seventh embodiment described above, the following manufacturing process may be used. First, a plurality of concave portions having the same diameter are formed in a triangular lattice shape on the surface of the aluminum film, and then the aluminum film is anodized. Thereby, the
(第8実施形態)
図90は、本発明の第8実施形態による波長板の格子溝パターンを示した平面図である。図90を参照して、この第8実施形態では、上記第7実施形態と異なり、直線状の格子溝パターンを構成する細孔群の複数の大きい細孔が、隣接する少なくとも1つの大きい細孔と連結されている場合について説明する。
(Eighth embodiment)
FIG. 90 is a plan view showing a grating groove pattern of a wave plate according to an eighth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 90, in the eighth embodiment, unlike in the seventh embodiment, a plurality of large pores of a pore group constituting a linear lattice groove pattern are adjacent to at least one large pore. The case where it is connected to will be described.
この第8実施形態では、図90に示すように、波長板を構成する酸化アルミニウム膜111に、直径S61を有する複数の大きい細孔111aと、細孔111aの直径S61よりも小さい直径S62を有する複数の小さい細孔111bとが形成されている。この大きい細孔111aと小さい細孔111bとを含む複数の細孔は、全面に渡って配置されている。なお、酸化アルミニウム膜111は、本発明の「金属酸化膜」の一例である。また、細孔111aおよび111bは、それぞれ、本発明の「第1孔」および「第2孔」の一例である。
In the eighth embodiment, as shown in FIG. 90, the
ここで、第8実施形態では、酸化アルミニウム膜111に形成された複数の大きい細孔111aにより、入射光を位相変換するための直線状の格子溝パターンが構成されている。この直線状の格子溝パターンは、複数の大きい細孔111aからなる細孔列112を複数含む細孔群113が、矢印Y方向(光学軸の延びる方向)と直交する矢印X方向に所定の間隔を隔てて複数配置された構造を有する。細孔群113を構成する細孔列112の複数の大きい細孔111aは、隣接する大きい細孔111aの少なくとも1つと連結するように配置されている。また、複数の小さい細孔111bは、矢印X方向に隣接する細孔群113間に互いに連結しないように配置されている。なお、細孔列112は、本発明の「孔列」の一例であり、細孔群113は、本発明の「孔群」の一例である。
Here, in the eighth embodiment, a plurality of
次に、第8実施形態による波長板を構成する酸化アルミニウム膜111の直線状の格子溝パターンの実効的溝幅We6および周期L6の定義について説明する。実効的溝幅We6は、細孔群113の一方側の最外端に接する線と他方側の最外端に接する線との間の距離の平均値である。また、周期L6は、隣接する細孔群113の一方側の最外端に接する線間の距離の平均値である。すなわち、実効的溝幅We6および周期L6を定義する場合、小さい細孔111bは考慮せずに、大きい細孔111aのみに着目する。この場合の直線状の格子溝パターンの実効的デューティ比Deは、De=(L6−We6)/L6となる。
Next, the definition of the effective groove width We6 and the period L6 of the linear lattice groove pattern of the
次に、大きい細孔111aおよび小さい細孔111bの定義について説明する。大きい細孔111aは、酸化アルミニウム膜111に形成された複数の細孔のうち最も大きい細孔の直径に0.5を乗じた値を基準値とする場合、その基準値よりも大きい直径を有する細孔である。また、小さい細孔111bは、上記した基準値以下の直径を有する細孔である。
Next, the definition of the
そして、上記第5実施形態と同様、小さい細孔111bの直径S62が上記した基準値以下の場合では、小さい細孔111bが位相変換特性に与える影響が小さいと考えられる。ここで、第8実施形態では、小さい細孔111bの面積が大きい細孔111aの面積の1/4以下に設定されている。このため、小さい細孔111bが位相変換特性に与える影響は極めて小さいといえる。また、第8実施形態では、複数の大きい細孔111aからなる直線状の格子溝パターンの周期L6が、青色、赤外および赤色の光の波長に近づくように設定されている。このため、複数の大きい細孔111aからなる直線状の格子溝パターンが位相変換特性に与える影響は、小さい細孔111bが位相変換特性に与える影響よりも大きいといえる。これにより、図90に示した直線状の格子溝パターンを有する酸化アルミニウム膜111を波長板に使用する場合、上記のように実効的デューティ比De(=(L6−We6)/L6)および周期L6を定義すれば、異なる波長を有する複数の光に対して良好な位相変換特性を得ることが可能な酸化アルミニウム膜111からなる直線状の格子溝パターンの実効的デューティ比Deおよび周期L6の範囲は、図2に示した第1参考形態と同様の範囲で示されると考えられる。
As in the fifth embodiment, when the diameter S62 of the
したがって、図90に示した実効的デューティ比De(=(L6−We6)/L6)および周期L6を有する格子孔パターンを1/4波長板に適用する場合、赤色、赤外および青色のすべての波長の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を90°近傍(90°±10°の範囲内)にすることが可能な範囲は、上記第1参考形態の式(1)〜式(4)と同様の以下の式(32)〜式(35)で規定することができる。 Therefore, when the grating hole pattern having the effective duty ratio De (= (L6-We6) / L6) and the period L6 shown in FIG. 90 is applied to the quarter-wave plate, all of red, infrared, and blue The range in which the phase difference between two polarization components orthogonal to each other with respect to the wavelength can be in the vicinity of 90 ° (within a range of 90 ° ± 10 °) is expressed by equation (1) in the first reference embodiment. -It can prescribe | regulate with the following formula | equation (32)-Formula (35) similar to Formula (4).
De≧0.73・・(32)
L6≦0.4・・(33)
L6≧30.952De3−74.751De2+59.62De−15.328・・(34)
L6≦3.0776De2−5.1863De+2.5772・・(35)
また、少なくとも赤色および赤外の波長領域の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を90°近傍(90°±10°の範囲内)にすることが可能な範囲は、上記第1参考形態の式(5)〜式(8)と同様の以下の式(36)〜式(39)で規定することができる。
De ≧ 0.73 (32)
L6≤0.4 (33)
L6 ≧ 30.952 De 3 −74.751 De 2 + 59.62De−15.328 (34)
L6 ≦ 3.0776De 2 -5.1863De + 2.5772 (35)
The range in which the phase difference between two polarization components orthogonal to each other at least in the red and infrared wavelength regions can be in the vicinity of 90 ° (within a range of 90 ° ± 10 °) is as described above. It can prescribe | regulate with the following formula | equation (36)-Formula (39) similar to Formula (5)-Formula (8) of 1st reference form.
L6≦0.65・・(36)
L6≧2×10−14e31.263De・・(37)
L6≦6.0317De2−10.352De+5.0516・・(38)
(De−0.85)2/0.442+(L6−0.41)2/0.392≦1・・(39)
これにより、図90に示した直線状の格子溝パターンを有する酸化アルミニウム膜111を1/4波長板に使用する場合において、実効的デューティ比Deおよび周期L6を上記した式(32)〜式(35)で規定される範囲(図2中の範囲F1と同じ範囲)内に設定すれば、赤色、赤外および青色のすべての波長の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を90°近傍(90°±10°の範囲内)にすることが可能となる。また、実効的デューティ比Deおよび周期L6を上記した式(36)〜式(39)で規定される範囲(図2中の範囲F2と同じ範囲)内に設定すれば、少なくとも赤色および赤外の波長の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を90°近傍(90°±10°の範囲内)にすることが可能となる。また、図90に示した直線状の格子溝パターンを有する酸化アルミニウム膜111を1/2波長板に使用する場合には、赤色、赤外および青色のすべての波長の光に対して位相差を180°±20°の範囲内にすることが可能な実効的デューティ比Deおよび周期L6の範囲が、上記した式(32)〜式(35)で規定される範囲(図2中の範囲F1と同じ範囲)となる。また、少なくとも赤色および赤外の波長の光に対して位相差を180°±20°の範囲内にすることが可能な実効的デューティ比Deおよび周期L6の範囲が、上記した式(36)〜式(39)で規定される範囲(図2中の範囲F2と同じ範囲)となる。
L6 ≦ 0.65 (36)
L6 ≧ 2 × 10 −14 e 31.263 De (37)
L6 ≦ 6.0317De 2 -10.352De + 5.0516 (38)
(De−0.85) 2 /0.44 2 + (L6−0.41) 2 /0.39 2 ≦ 1 (39)
Thereby, in the case where the
ここで、第8実施形態では、図90に示した酸化アルミニウム膜111の直線状の格子溝パターンの実効的デューティ比Deおよび周期L6は、上記した式(32)〜式(35)で規定される範囲(図2中の範囲F1と同じ範囲)内の値に設定されている。すなわち、この第8実施形態では、直線状の格子溝パターンを有する酸化アルミニウム膜111を1/4波長板に使用する場合、赤色、赤外および青色のすべての波長領域において、位相差が許容範囲(90°±10°)内になる。また、直線状の格子溝パターンを有する酸化アルミニウム膜111を1/2波長板に使用する場合には、赤色、赤外および青色のすべての波長領域において、位相差が許容範囲(180°±20°)内になる。
Here, in the eighth embodiment, the effective duty ratio De and the period L6 of the linear lattice groove pattern of the
なお、第8実施形態のその他の構成は、上記第1または第2参考形態の構成と同様である。 In addition, the other structure of 8th Embodiment is the same as that of the said 1st or 2nd reference form.
第8実施形態では、上記のように、波長板を構成する酸化アルミニウム膜111の直線状の格子溝パターンの実効的デューティ比De(=(L6−We6)/L6)および周期L6を、式(32)〜式(35)で規定される範囲(図2中の範囲F1と同じ範囲)内の値に設定することによって、酸化アルミニウム膜111を1/4波長板に使用する場合、赤色、赤外および青色のすべての波長の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を90°近傍(90°±10°の範囲内)にすることができる。また、酸化アルミニウム膜111を1/2波長板に使用する場合、赤色、赤外および青色のすべての波長の光に対して、互いに直交する2つの偏光成分の位相差を180°近傍(180°±20°の範囲内)にすることができる。その結果、上記第7実施形態と同様、広い波長領域において、良好な位相変換特性を有する1/4波長板および1/2波長板を得ることができる。
In the eighth embodiment, as described above, the effective duty ratio De (= (L6−We6) / L6) and the period L6 of the linear lattice groove pattern of the
また、第8実施形態では、小さい細孔111bの直径S62を、酸化アルミニウム膜111に形成された複数の細孔のうち最も大きい細孔の直径に0.5を乗じた値である基準値以下にすることによって、小さい細孔111bが位相変換特性に与える影響が小さくなる。これにより、大きい細孔111aと小さい細孔111bとを含む複数の細孔を有する酸化アルミニウム膜111において、複数の大きい細孔111aからなる格子孔パターンの周期L6(隣接する細孔群113の一方側の最外端に接する線間の距離の平均値)を調整することにより、容易に、良好な位相変換特性を有する波長板を得ることができる。
In the eighth embodiment, the diameter S62 of the
次に、図90を参照して、第8実施形態による波長板の製造プロセスについて説明する。 Next, with reference to FIG. 90, the manufacturing process of the wave plate by 8th Embodiment is demonstrated.
まず、図85〜図87に示した第5実施形態と同様のプロセスを用いて、アルミニウム膜(図示せず)の表面に、複数の凹部(図示せず)を形成する。ただし、この第8実施形態では、複数の凸部が全面に渡って配置され、かつ、大きい凸部(図示せず)が酸化アルミニウム膜111の細孔群113に対応する領域に配置されているとともに、小さい凸部(図示せず)が細孔群113に対応する領域以外の領域に配置された押し付け部材(図示せず)を用いる。すなわち、アルミニウム膜の表面に、大きい直径を有する複数の凹部からなる複数の凹部列を含む凹部群(図示せず)を、光学軸の延びる方向と直交する方向に所定の間隔を隔てて形成する。また、アルミニウム膜の表面の光学軸の延びる方向と直交する方向に隣接する凹部群間に、小さい直径を有する複数の凹部を形成する。
First, a plurality of recesses (not shown) are formed on the surface of an aluminum film (not shown) using a process similar to that of the fifth embodiment shown in FIGS. However, in the eighth embodiment, a plurality of convex portions are arranged over the entire surface, and large convex portions (not shown) are arranged in a region corresponding to the
この後、図36に示した第1参考形態と同様のプロセスを用いて、複数の凹部が形成されたアルミニウム膜を陽極酸化処理する。これにより、図90に示したように、複数の大きい細孔111aと複数の小さい細孔111bとを含むとともに、複数の大きい細孔111aからなる細孔列112を複数含む細孔群113が所定の間隔を隔てて複数配置された直線状の格子溝パターンを有する酸化アルミニウム膜111が形成される。
Thereafter, an aluminum film having a plurality of recesses is anodized using a process similar to that of the first reference embodiment shown in FIG. As a result, as shown in FIG. 90, a
第8実施形態の製造プロセスでは、上記のように、大きい細孔111aと小さい細孔111bとに対応する凹部を全面に渡って形成することによって、その凹部が形成されたアルミニウム膜を陽極酸化することにより酸化アルミニウム膜111の全面に渡って配置された細孔111aおよび111bを形成することができる。この場合、光学軸の延びる方向(Y方向)に隣接する凹部の中心線間距離と、光学軸の延びる方向と直交する方向(X方向)に隣接する凹部の中心線間距離との差を小さくすることができるので、Y方向に隣接する凹部の中心線間距離と、X方向に隣接する凹部の中心線間距離との両方に整合するように陽極酸化電圧を設定することができる。これにより、酸化アルミニウム膜111に形成される直線状の格子溝パターンを構成する大きい細孔111aが、酸化アルミニウム膜111の内部において枝分かれするのを抑制することができる。
In the manufacturing process of the eighth embodiment, as described above, the recesses corresponding to the
なお、上記した第8実施形態の製造プロセスの変形例として、以下のような製造プロセスを用いてもよい。まず、表面に凹部が形成されていないアルミニウム膜を陽極酸化処理する。これにより、複数の同じ大きさの小さい細孔111bがランダムに配置された酸化アルミニウム膜111が形成される。この後、酸化アルミニウム膜111の細孔群113(図90参照)に対応する領域以外の領域上に、フォトレジストを形成する。そして、そのフォトレジストをマスクとして、リン酸系水溶液により複数の同じ大きさの小さい細孔111bがランダムに配置された酸化アルミニウム膜111をエッチングすることによって、細孔群113に対応する領域に位置する小さい細孔111bの直径のみを拡大する。これにより、図90に示したように、複数の大きい細孔111aと複数の小さい細孔111bとを含むとともに、複数の大きい細孔111aからなる細孔列112を複数含む細孔群113が所定の間隔を隔てて複数配置された直線状の格子溝パターンを有する酸化アルミニウム膜111が形成される。
As a modification of the manufacturing process of the eighth embodiment described above, the following manufacturing process may be used. First, an anodizing process is performed on an aluminum film having no recess formed on the surface. Thereby, the
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
たとえば、上記第1および第2参考形態では、酸化アルミニウム膜の直線状の格子溝パターンの実効的デューティ比Deおよび周期L1を、上記した4つの式(1)〜式(4)によって規定される範囲F1内の値(たとえば、De:0.88、L1:0.38(図2中の座標点P))に設定するようにしたが、本発明はこれに限らず、上記した4つの式(5)〜式(8)によって規定される範囲F2内の値に設定するようにしてもよい。この場合には、少なくとも赤色および赤外の波長領域において、波長板の良好な位相変換特性を得ることができる。 For example, in the first and second reference embodiments, the effective duty ratio De and the period L1 of the linear lattice groove pattern of the aluminum oxide film are defined by the above four formulas (1) to (4). The values are set to values within the range F1 (for example, De: 0.88, L1: 0.38 (coordinate point P in FIG. 2)), but the present invention is not limited to this, and the above four equations You may make it set to the value within the range F2 prescribed | regulated by (5)-Formula (8). In this case, good phase conversion characteristics of the wave plate can be obtained at least in the red and infrared wavelength regions.
また、上記第1および第2参考形態では、光学装置としてのCD−R/DVD互換光ピックアップ装置および液晶プロジェクタ装置に、本発明の波長板を適用する例を示したが、本発明はこれに限らず、CD−R/DVD互換光ピックアップ装置および液晶プロジェクタ装置以外の広い波長領域において良好な位相変換特性を有する波長板が必要な光学装置にも適用可能である。また、上記第3および第4実施形態の波長板を、広い波長領域において良好な位相変換特性を有する波長板が必要な光学装置に適用することも可能である。 In the first and second reference embodiments, the example in which the wave plate of the present invention is applied to a CD-R / DVD compatible optical pickup device and a liquid crystal projector device as an optical device has been shown. Not limited to the CD-R / DVD compatible optical pickup device and the liquid crystal projector device, the present invention is also applicable to an optical device that requires a wave plate having good phase conversion characteristics in a wide wavelength region. Further, the wave plates of the third and fourth embodiments can be applied to an optical apparatus that requires a wave plate having good phase conversion characteristics in a wide wavelength region.
また、上記第1〜第4の参考形態および実施形態では、ガラス基板と酸化アルミニウム膜との間に透明導電膜を形成するようにしたが、本発明はこれに限らず、ガラス基板と酸化アルミニウム膜との間に透明導電膜を形成しなくてもよい。 In the first to fourth reference embodiments and embodiments, the transparent conductive film is formed between the glass substrate and the aluminum oxide film. However, the present invention is not limited to this, and the glass substrate and the aluminum oxide are used. A transparent conductive film may not be formed between the film and the film.
また、上記第1〜第4の参考形態および実施形態では、陽極酸化法を用いて格子溝パターンまたは格子孔パターンを形成するようにしたが、本発明はこれに限らず、深さが大きく、かつ、深さ方向に均一な溝幅および直径をそれぞれ有する格子溝パターンおよび格子孔パターンを形成することが可能であれば、陽極酸化法以外の方法を用いて格子溝パターンおよび格子孔パターンを形成してもよい。 In the first to fourth reference embodiments and embodiments described above, the lattice groove pattern or the lattice hole pattern is formed by using the anodic oxidation method, but the present invention is not limited to this, and the depth is large. If it is possible to form a lattice groove pattern and a lattice hole pattern having a uniform groove width and diameter in the depth direction, the lattice groove pattern and the lattice hole pattern are formed using a method other than the anodic oxidation method. May be.
また、上記第1〜第4の参考形態および実施形態では、アルミニウム膜を陽極酸化することにより格子溝パターンまたは格子孔パターンを形成するようにしたが、本発明はこれに限らず、チタンおよびタンタルなどの他のバルブ金属を陽極酸化することにより格子溝パターンおよび格子孔パターンを形成してもよい。ただし、この場合には、異なる波長を有する複数の光に対して一定の特性を保持することが可能な格子溝パターン(波長板)の実効的デューティ比および周期の範囲を新たに規定する必要がある。また、異なる波長を有する複数の光に対して一定の特性を保持することが可能な格子溝パターンおよび格子孔パターン(波長板)の孔間隔および周期の範囲を新たに規定する必要がある。 In the first to fourth reference embodiments and embodiments described above, the lattice groove pattern or the lattice hole pattern is formed by anodizing the aluminum film. However, the present invention is not limited to this, and titanium and tantalum are used. A lattice groove pattern and a lattice hole pattern may be formed by anodizing other valve metals. However, in this case, it is necessary to newly define the effective duty ratio and period range of the grating groove pattern (wavelength plate) capable of maintaining a certain characteristic for a plurality of lights having different wavelengths. is there. In addition, it is necessary to newly define the gap interval and period range of the grating groove pattern and the grating hole pattern (wavelength plate) that can maintain a certain characteristic for a plurality of lights having different wavelengths.
また、上記第1〜第4の参考形態および実施形態では、陽極酸化に用いる電解液として、リン酸からなる電解液を用いたが、本発明はこれに限らず、硫酸およびシュウ酸などからなる電解液を用いてもよい。 In the above first to fourth reference embodiments and embodiments, an electrolytic solution made of phosphoric acid is used as an electrolytic solution used for anodization. However, the present invention is not limited to this, and is made of sulfuric acid, oxalic acid, or the like. An electrolytic solution may be used.
また、上記第1〜第4の参考形態および実施形態では、陽極酸化に用いる陰極として白金を用いたが、本発明はこれに限らず、他の材料からなる陰極を用いてもよい。 Moreover, in the said 1st-4th reference form and embodiment, although platinum was used as a cathode used for anodization, this invention is not restricted to this, You may use the cathode which consists of another material.
また、上記第3および第4実施形態では、酸化アルミニウム膜の格子孔パターンの細孔間隔T2および周期L2を、上記した3つの式(9)〜式(11)によって規定される範囲F3内の値(たとえば、T2:0.10、L2:0.35(図45中の座標点Q))に設定するようにしたが、本発明はこれに限らず、上記した2つの式(12)および式(13)によって規定される範囲F4内の値に設定するようにしてもよい。この場合には、少なくとも赤色および赤外の波長領域において、波長板の良好な位相変換特性を得ることができる。 Further, in the third and fourth embodiments, the pore interval T2 and the period L2 of the lattice hole pattern of the aluminum oxide film are within the range F3 defined by the above three formulas (9) to (11). Although the values are set to values (for example, T2: 0.10, L2: 0.35 (coordinate point Q in FIG. 45)), the present invention is not limited to this, and the two equations (12) and You may make it set to the value within the range F4 prescribed | regulated by Formula (13). In this case, good phase conversion characteristics of the wave plate can be obtained at least in the red and infrared wavelength regions.
また、上記第3および第4実施形態では、波長板を構成する酸化アルミニウム膜として、三角格子状に配列された複数の細孔からなる格子孔パターンを有する酸化アルミニウム膜を用いたが、本発明はこれに限らず、図91に示すように、四角格子状に配列された複数の細孔120aからなる格子孔パターンを有するように、酸化アルミニウム膜120を形成してもよい。また、図92に示すように、四角格子状に配列された複数の細孔121aにおいて、矢印Y方向(光学軸の延びる方向)に隣接する細孔121aが連結された格子溝パターンを有するように、酸化アルミニウム膜121を形成してもよい。ただし、陽極酸化法を用いてアルミニウム膜を酸化処理すれば、三角格子状に配列された細孔が自己組織化的に形成され易いので、三角格子状に配列された複数の細孔からなる格子孔パターンまたは格子溝パターンを有する酸化アルミニウム膜を用いるのが好ましい。
In the third and fourth embodiments, an aluminum oxide film having a lattice hole pattern composed of a plurality of pores arranged in a triangular lattice pattern is used as the aluminum oxide film constituting the wave plate. However, the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. 91, the
また、上記第5〜第8実施形態では、複数の大きい凸部と小さい凸部とを有する押し付け部材を用いてテクスチャリング処理することにより、アルミニウム膜の表面に複数の大きい凹部と複数の小さい凹部とを形成したが、本発明はこれに限らず、複数の大きい凸部のみを有する押し付け部材を用いてテクスチャリング処理することにより、アルミニウム膜の表面に複数の大きい凹部を形成した後、アルミニウム膜の表面の大きい凹部が形成された領域以外の領域を粗面化することにより、アルミニウム膜の表面の大きい凹部が形成された領域以外の領域に複数の小さい凹部を形成してもよい。このように凹部が形成されたアルミニウム膜を陽極酸化処理すれば、アルミニウム膜の表面の大きい凹部に対応する領域に大きい細孔が形成されるとともに、アルミニウム膜の粗面化された表面の三角格子パターンに対応する領域に小さい細孔が形成される。なお、アルミニウム膜の表面を粗面化する場合には、CF4ガスとH2ガスとによるRIE(Reactive Ion Etching)法を用いて、約100W〜約500Wのパワーで、アルミニウム膜の表面を約10分エッチング処理するのが好ましい。また、不活性ガス中において、約200℃〜約600℃の温度条件下で、アルミニウム膜の表面を約30分アニール処理することによっても、アルミニウム膜の表面を粗面化することができる。 Moreover, in the said 5th-8th embodiment, by texturing using the pressing member which has several large convex parts and small convex parts, several large recessed parts and several small recessed parts on the surface of an aluminum film However, the present invention is not limited to this, and after forming a plurality of large concave portions on the surface of the aluminum film by texturing using a pressing member having only a plurality of large convex portions, the aluminum film A plurality of small recesses may be formed in a region other than the region where the large concave portion of the surface of the aluminum film is formed by roughening the region other than the region where the large concave portion of the surface is formed. If the aluminum film having the recesses is anodized in this way, large pores are formed in the region corresponding to the large recesses on the surface of the aluminum film, and the triangular lattice on the roughened surface of the aluminum film is formed. Small pores are formed in the region corresponding to the pattern. When the surface of the aluminum film is roughened, the surface of the aluminum film is about 100 W to about 500 W at a power of about 100 W using a RIE (Reactive Ion Etching) method using CF 4 gas and H 2 gas. Etching is preferably performed for 10 minutes. Also, the surface of the aluminum film can be roughened by annealing the surface of the aluminum film for about 30 minutes in an inert gas at a temperature of about 200 ° C. to about 600 ° C.
また、上記第5および第6実施形態では、格子孔パターンを構成する大きい細孔からなる細孔列間に、複数の小さい細孔からなる細孔列を1つまたは2つ配置したが、本発明はこれに限らず、格子孔パターンを構成する大きい細孔からなる細孔列間に、複数の小さい細孔からなる細孔列を3つ以上配置してもよい。 Further, in the fifth and sixth embodiments, one or two pore rows made of a plurality of small pores are arranged between the pore rows made of the large pores constituting the lattice hole pattern. The invention is not limited to this, and three or more pore arrays composed of a plurality of small pores may be arranged between the pore arrays composed of large pores constituting the lattice pore pattern.
また、上記第7実施形態では、格子溝パターンを構成する大きい細孔からなる細孔群の細孔列間に、小さい細孔を配置しなかったが、本発明はこれに限らず、格子溝パターンを構成する大きい細孔からなる細孔群の細孔列間に、小さい細孔を配置してもよい。この場合の格子溝パターンの実効的溝幅および周期の定義は、上記第7実施形態の格子溝パターンの実効的溝幅We5および周期L5の定義と同様である。すなわち、格子溝パターンを構成する大きい細孔からなる細孔群の細孔列間に配置された小さい細孔は、考慮しない。 In the seventh embodiment, the small pores are not arranged between the pore rows of the pore group composed of the large pores constituting the lattice groove pattern. However, the present invention is not limited to this, and the lattice grooves are not limited thereto. Small pores may be arranged between the pore rows of the pore group consisting of large pores constituting the pattern. The definition of the effective groove width and period of the grating groove pattern in this case is the same as the definition of the effective groove width We5 and period L5 of the grating groove pattern of the seventh embodiment. That is, the small pores arranged between the pore rows of the pore group consisting of the large pores constituting the lattice groove pattern are not considered.
上記実施形態において、三角格子状の「三角」は、正三角形のみならず、広い意味での他の三角形をも意味する。 In the above embodiment, the “triangle” in the triangular lattice pattern means not only a regular triangle but also other triangles in a broad sense.
1、71 ガラス基板(基板)
3、43、73、81、83、91、101、111 酸化アルミニウム膜(金属酸化膜)
21a CD−R用半導体レーザ素子(光源)
21b DVD用半導体レーザ素子(光源)
24 1/4波長板(波長板)
51a 光源
61 1/2波長板(波長板)
73a、83a 細孔(孔)
73b、82、83b、92、102、112 細孔列(孔列)
81a、91a、101a、111a 細孔(第1孔)
81b、91b、101b、111b 細孔(第2孔)
103、113 細孔群(孔群)
F1、F3 範囲(第2の範囲)
F2、F4 範囲(第1の範囲)
1, 71 Glass substrate (substrate)
3, 43, 73, 81, 83, 91, 101, 111 Aluminum oxide film (metal oxide film)
21a Semiconductor laser device for CD-R (light source)
21b DVD semiconductor laser element (light source)
24 1/4 wave plate (wave plate)
73a, 83a Pore (hole)
73b, 82, 83b, 92, 102, 112 Pore row (hole row)
81a, 91a, 101a, 111a Fine pore (first pore)
81b, 91b, 101b, 111b Fine pore (second pore)
103, 113 pore group (hole group)
F1, F3 range (second range)
F2, F4 range (first range)
Claims (19)
前記基板上に形成され、線状の格子溝パターンを有する酸化アルミニウム膜とを備え、
前記線状の格子溝パターンの周期L(μm)と、前記周期L(μm)に対する隣接する前記格子溝パターン間の前記酸化アルミニウム膜の実質的な幅の割合であるデューティ比Deとは、以下の4つの式によって規定される第1の範囲内の値に設定されており、
前記酸化アルミニウム膜は、複数の孔を有しており、
前記複数の孔のうち最も大きい孔の直径に0.5を乗じた値を基準値とする場合、前記複数の孔は、前記基準値よりも大きい直径を有する第1孔と、前記基準値以下の直径を有する第2孔とに分類され、
前記格子溝パターンの周期L(μm)は、複数の前記第1孔からなる格子溝パターンの周期である、波長板。
L≦0.65
L≧2×10−14e31.263De
L≦6.0317De2−10.352De+5.0516
(De−0.85)2/0.442+(L−0.41)2/0.392≦1 A substrate,
An aluminum oxide film formed on the substrate and having a linear lattice groove pattern;
A period L (μm) of the linear lattice groove pattern and a duty ratio De which is a ratio of a substantial width of the aluminum oxide film between adjacent lattice groove patterns to the period L (μm) are as follows: It is set to a value within a first range defined by four equations,
The aluminum oxide film has a plurality of holes,
When a value obtained by multiplying the diameter of the largest hole among the plurality of holes by 0.5 is used as a reference value, the plurality of holes include a first hole having a diameter larger than the reference value, and the reference value or less. And a second hole having a diameter of
The wavelength plate, wherein a period L (μm) of the grating groove pattern is a period of a grating groove pattern including the plurality of first holes .
L ≦ 0.65
L ≧ 2 × 10 −14 e 31.263 De
L ≦ 6.0317De 2 -10.352De + 5.0516
(De−0.85) 2 /0.44 2 + (L−0.41) 2 /0.39 2 ≦ 1
De≧0.73
L≦0.4
L≧30.952De3−74.751De2+59.62De−15.328
L≦3.0776De2−5.1863De+2.5772 The period L (μm) and the duty ratio De of the linear lattice groove pattern are further set to values within a second range defined by the following four formulas. Wave plate.
De ≧ 0.73
L ≦ 0.4
L ≧ 30.952 De 3 −74.751 De 2 + 59.62De−15.328
L ≦ 3.0776De 2 −5.1863De + 2.5772
前記格子溝パターンの周期L(μm)は、隣接する前記孔群の一方側の最外端に接する線間の距離の平均値である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の波長板。 The lattice groove pattern composed of the plurality of first holes is configured by arranging a plurality of hole groups including a plurality of hole arrays composed of the plurality of first holes at a predetermined interval,
The period of the grating groove patterns L ([mu] m) is the average value of the distance between lines tangent to the outermost ends of one side of the hole groups adjacent to each wavelength according to any one of claims 1 to 4 Board.
前記基板上に形成され、複数の孔が連結された線状の格子溝パターンと前記複数の孔が所定の間隔を隔てて配置された格子孔パターンとのいずれか一方を有する酸化アルミニウム膜とを備え、
前記酸化アルミニウム膜に含まれる前記格子溝パターンおよび前記格子孔パターンのいずれか一方を構成する前記複数の孔は、第1の方向に隣接する前記孔が孔間隔T(μm)の中心間距離を隔てて列状に配置されて孔列を構成するとともに、前記孔列は、前記第1の方向と直交する第2の方向に、前記孔間隔T(μm)よりも大きい間隔である周期L(μm)で複数配置されており、
前記周期L(μm)と、前記孔間隔T(μm)とは、以下の2つの式によって規定される第1の範囲内の値に設定されている、波長板。
L≦0.65
L≧−1.2018T3+0.3022T2+1.2988T+0.01 A substrate,
An aluminum oxide film formed on the substrate and having either one of a linear lattice groove pattern in which a plurality of holes are connected and a lattice hole pattern in which the plurality of holes are arranged at a predetermined interval. Prepared,
The plurality of holes constituting any one of the lattice groove pattern and the lattice hole pattern included in the aluminum oxide film has a distance between centers of the hole interval T (μm) adjacent to the first direction. The hole rows are arranged in rows to form a hole row, and the hole row has a period L (which is an interval larger than the hole interval T (μm) in a second direction orthogonal to the first direction. are arranged in multiples,
The wavelength plate in which the period L (μm) and the hole interval T (μm) are set to values within a first range defined by the following two expressions.
L ≦ 0.65
L ≧ −1.2018T 3 + 0.3022T 2 + 1.2988T + 0.01
L≦0.4
L≧−440.16T3+63.334T2−3.4273T+0.3439
L≧0.35(T−0.0825)0.434+0.245 The wavelength plate according to claim 6 or 7 , wherein the period L (μm) and the hole interval T (μm) are further set to values within a second range defined by the following three expressions. .
L ≦ 0.4
L ≧ −440.16T 3 + 63.334T 2 −3.4273T + 0.3439
L ≧ 0.35 (T−0.0825) 0.434 +0.245
前記格子溝パターンおよび前記格子孔パターンのいずれか一方の周期L(μm)は、複数の前記第1孔からなる格子溝パターンおよび前記複数の第1孔からなる格子孔パターンのいずれか一方の周期である、請求項6〜9のいずれか1項に記載の波長板。 When a value obtained by multiplying the diameter of the largest hole among the plurality of holes by 0.5 is used as a reference value, the plurality of holes include a first hole having a diameter larger than the reference value, and the reference value or less. And a second hole having a diameter of
The period L (μm) of either the lattice groove pattern or the lattice hole pattern is the period of either the lattice groove pattern composed of the plurality of first holes or the lattice hole pattern composed of the plurality of first holes. The wave plate according to any one of claims 6 to 9 , wherein
前記格子溝パターンおよび前記格子孔パターンのいずれか一方の周期L(μm)は、隣接する前記孔群の一方側の最外端に接する線間の距離の平均値である、請求項10に記載の波長板。 Either one of the lattice groove pattern made up of the plurality of first holes and the lattice hole pattern made up of the plurality of first holes has a hole group including a plurality of hole arrays made of the plurality of first holes separated by a predetermined interval. Are arranged by multiple,
The grating groove pattern and one of the period L of the grating pore patterns ([mu] m) is the average value of the distance between lines tangent to the outermost ends of one side of the hole groups adjacent, claim 10 Wave plate.
前記光源からの光の互いに直交する2つの偏光成分に所定の位相差を与えるとともに、基板と、前記基板上に形成され、複屈折率特性を有する線状の格子溝パターンと複屈折率特性を有する格子孔パターンとのいずれか一方を有する金属酸化膜とを含む波長板とを備え、
前記金属酸化膜は、複数の孔が連結された前記線状の格子溝パターンと前記複数の孔が所定の間隔を隔てて配置された前記格子孔パターンとのいずれか一方を有する酸化アルミニウム膜を含み、
前記酸化アルミニウム膜に含まれる前記格子溝パターンおよび前記格子孔パターンのいずれか一方を構成する前記複数の孔は、第1の方向に隣接する前記孔が孔間隔T(μm)の中心間距離を隔てて列状に配置されて孔列を構成するとともに、前記孔列は、前記第1の方向と直交する第2の方向に、前記孔間隔T(μm)よりも大きい間隔である周期L(μm)で複数配置されており、
前記周期L(μm)と、前記孔間隔T(μm)とは、以下の2つの式によって規定される第1の範囲内の値に設定されている、光学装置。
L≦0.65
L≧−1.2018T 3 +0.3022T 2 +1.2988T+0.01 A light source having a plurality of wavelength regions;
A predetermined phase difference is given to two orthogonally polarized components of light from the light source, and a substrate, a linear grating groove pattern formed on the substrate and having a birefringence characteristic, and a birefringence characteristic are provided. A wave plate including a metal oxide film having any one of the lattice hole pattern having ,
The metal oxide film is an aluminum oxide film having one of the linear lattice groove pattern in which a plurality of holes are connected and the lattice hole pattern in which the plurality of holes are arranged at a predetermined interval. Including
The plurality of holes constituting any one of the lattice groove pattern and the lattice hole pattern included in the aluminum oxide film has a distance between centers of the hole interval T (μm) adjacent to the first direction. The hole rows are arranged in rows to form a hole row, and the hole row has a period L (which is an interval larger than the hole interval T (μm) in a second direction orthogonal to the first direction. are arranged in multiples,
The period L (μm) and the hole interval T (μm) are set to values within a first range defined by the following two expressions .
L ≦ 0.65
L ≧ −1.2018T 3 + 0.3022T 2 + 1.2988T + 0.01
前記線状の格子溝パターンの周期L(μm)と、前記周期L(μm)に対する隣接する前記格子溝パターン間の前記酸化アルミニウム膜の実質的な幅の割合であるデューティ比Deとは、以下の4つの式によって規定される第1の範囲内の値に設定されている、請求項12に記載の光学装置。
L≦0.65
L≧2×10−14e31.263De
L≦6.0317De2−10.352De+5.0516
(De−0.85)2/0.442+(L−0.41)2/0.392≦1 The metal oxide film includes an aluminum oxide film having a linear lattice groove pattern,
A period L (μm) of the linear lattice groove pattern and a duty ratio De which is a ratio of a substantial width of the aluminum oxide film between adjacent lattice groove patterns to the period L (μm) are as follows: The optical device according to claim 12 , wherein the optical device is set to a value within a first range defined by the four equations:
L ≦ 0.65
L ≧ 2 × 10 −14 e 31.263 De
L ≦ 6.0317De 2 -10.352De + 5.0516
(De−0.85) 2 /0.44 2 + (L−0.41) 2 /0.39 2 ≦ 1
De≧0.73
L≦0.4
L≧30.952De3−74.751De2+59.62De−15.328
L≦3.0776De2−5.1863De+2.5772 Period L ([mu] m) and the duty ratio De of the linear grating groove pattern further, is set to a value within a second range defined by the following four equations, according to claim 13 or 14 Optical device.
De ≧ 0.73
L ≦ 0.4
L ≧ 30.952 De 3 −74.751 De 2 + 59.62De−15.328
L ≦ 3.0776De 2 −5.1863De + 2.5772
L≦0.4
L≧−440.16T3+63.334T2−3.4273T+0.3439
L≧0.35(T−0.0825)0.434+0.245 The period L (μm) and the hole interval T (μm) are further set to values within a second range defined by the following three formulas: 18. An optical device according to 1.
L ≦ 0.4
L ≧ −440.16T 3 + 63.334T 2 −3.4273T + 0.3439
L ≧ 0.35 (T−0.0825) 0.434 +0.245
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