JP5361302B2 - 光学素子及び光学機器 - Google Patents
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Description
第2の媒質を含む。光学異方性媒質は、第1の媒質と第2の媒質の間に配置されており、光学異方性媒質の使用中心波長における最小屈折率をn l 、光学異方性媒質の使用中心波長における最大屈折率をn h 、第1の媒質の使用中心波長における屈折率をn t1 、第2の媒質の使用中心波長における屈折率をn t2 とするとき、最小屈折率nlと最大屈折率nhとの差が0.1以上ある。
を満足し、使用中心波長に対して1/4波長分の位相差を付与することを特徴とする。
を満足し、使用中心波長に対して1/4波長分の位相差を付与することを特徴とする。
図1及び図2において、光学異方性層011は、薄膜層012,013と隣接している。ここで、薄膜層(第1の媒質)013の屈折率023がnt1であり、光学異方性層011の屈折率021がnhで、屈折率025がnlであるとする。条件(1)は、屈折率nt1が屈折率nhと屈折率nlの間の値(中間値)であることを意味している。
ここで、薄膜層(第2の媒質)012の屈折率022がnt2とする。条件(2)は、屈折率nt2が屈折率nl及びnh以下もしくは屈折率nl及びnh以上となることを指す。図2では、前者を例にして説明している。条件(2)を満足することで、図2に示すように、光学異方性層011と薄膜層012との界面での屈折率変化がx方向とy方向で同じになる。これにより、光学異方性層011の屈折率の構成を、方向によって「反射光量を減らす」層と「反射光量を増やす」層にすることができる。屈折率差の大きな光学異方性媒質では、光学膜厚が両偏光で大きく異なるため、上記のように屈折率の構成を変えることで、膜厚差をキャンセルすることができる。
そして、光学異方性層011の厚みをdとするときに、以下の条件(4)を満足することがより好ましい。
ただし、λは使用中心波長であり、mは自然数である。
条件(5)を満足する光学素子の構成例を図19に示す。191は光学異方性層、192,193,196は均質な等方性の薄膜により形成された薄膜層である。このうち薄膜層196が第3の媒質としての薄膜層(挿入層)である。194は基板、195は光学異方性層191及び薄膜層192,193,196により構成される反射防止膜である。また、この光学素子の屈折率構造を図20に示す。201,205は光学異方性層191のx方向(a)とy方向(b)での屈折率nと光学膜厚n・dを示す。202は薄膜層192のx及びy方向での屈折率と光学膜厚、203は薄膜層193のx及びy方向での屈折率と光学膜厚を示す。204は薄膜層194のx,y方向での屈折率と光学膜厚を示し、206は挿入層196のx及びy方向での屈折率と光学膜厚を示す。
この場合において、光学異方性層191の最小屈折率nl及び最大屈折率nhのうち、上記2つの薄膜層の屈折率nd1,nd2との関係が以下の条件(7)を満足する屈折率をnとする。
そして、光学異方性層191の厚みをdとするときに、以下の条件(8)を満足することが好ましい。
ただし、mは自然数である。
式(9),(10)は、0次の有効屈折率法と呼ばれる手法に基づく。この手法は、構造異方性層を構成する材料とその充填率ff{=a/(a+b)}によって、その層の屈折率を求めることができる。厳密には、構造の間隔や使用する波長等も影響するが、ここではこれらの説明は省略する。
(比較例1)
比較例1では、屈折率1.80の基板を用意し、その表面に光学異方性層を積層した。さらに、光学異方性層の表面に、屈折率1.38、膜厚100nmの薄膜層[1]を積層した。光学異方性層は、使用中心波長より小さい複数の格子を一次元方向に配列することで構成した。充填率は0.80とした。光学異方性層の屈折率はnx(nh)が1.67で、ny(nl)が1.50であった。また、光学異方性層の物理膜厚は825nmとした。本実施例は、条件(1)を満足していない。
(比較例2)
比較例2では、屈折率1.53の基板を用意し、その表面に屈折率2.30、膜厚120nmの薄膜層[3]を積層した。該薄膜層[3]の表面に、光学異方性層を積層した。さらに、光学異方性層の表面に屈折率1.38、膜厚100nmの薄膜層[1]を積層した。光学異方性層は、使用中心波長より小さい複数の格子(屈折率2.3)を一次元方向に配列することで構成した。充填率は0.80とした。光学異方性層の屈折率はnx(nh)が2.11で、ny(nl)が1.69であった。また、光学異方性層の膜厚は325nmとした。本実施例は、条件(1)を満足していない。
012,013,172,192,193 薄膜層
014,161,171,194 基板
015,195 反射防止層
196 挿入層
063,064 材料
Claims (11)
- 光学異方性媒質と、
第1の媒質と、
第2の媒質を有し、
前記光学異方性媒質は、前記第1の媒質と前記第2の媒質の間に配置されており、
前記光学異方性媒質の使用中心波長における最小屈折率をn l 、前記光学異方性媒質の使用中心波長における最大屈折率をn h 、前記第1の媒質の前記使用中心波長における屈折率をn t1 、前記第2の媒質の前記使用中心波長における屈折率をn t2 とするとき、
前記最小屈折率nlと前記最大屈折率nhとの差が0.1以上あり、
を満足し、
前記使用中心波長に対して1/4波長分の位相差を付与することを特徴とする光学素子。 - 前記光学異方性媒質の前記最小屈折率nl及び前記最大屈折率nhのうち、前記第1及び第2の媒質の屈折率nt1,nt2との関係が以下の条件を満足する屈折率をnとし、
前記光学異方性媒質の厚みをdとするときに、以下の条件を満足することを特徴とする請求項1に記載の光学素子。
ただし、λは前記使用中心波長であり、mは自然数である。 - 前記光学異方性媒質と前記第1の媒質との間に配置された第3の媒質を有し、
前記第3の媒質の前記使用中心波長における屈折率をno1とし、前記第3の媒質の厚みをdo1 、前記使用中心波長をλとするとき、
を満足することを特徴とする請求項1又は2に記載の光学素子。 - 前記光学異方性媒質と前記第2の媒質との間に配置された第4の媒質を有し、
前記第4の媒質の前記使用中心波長における屈折率をno2、前記第4の媒質の厚みをdo2 、前記使用中心波長をλとするとき、
を満足することを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の光学素子。 - 前記光学異方性媒質の厚みをdとするとき、
362(nm)≦d≦890(nm)
を満足することを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の光学素子。 - 構造異方性層と、
第1の媒質と
第2の媒質を有し、
前記構造異方性層は、前記第1の媒質と前記第2の媒質の間に配置されており、
前記構造異方性層は、2つの材料のみからなり、
前記構造異方性層の使用中心波長における最小屈折率をn l 、前記構造異方性層の使用中心波長における最大屈折率をn h 、前記第1の媒質の前記使用中心波長における屈折率をn t1 、前記第2の媒質の前記使用中心波長における屈折率をn t2 とするとき、
前記最小屈折率n l と前記最大屈折率n h との差が0.1以上あり、
を満足し、
前記使用中心波長に対して1/4波長分の位相差を付与することを特徴とする光学素子。 - 前記構造異方性層は、1つの材料で形成された矩形の格子が、1次元方向に配列された構造を含み、
前記最大屈折率n h は、前記1次元方向と直交する方向に振動する光に対する前記構造異方性層の屈折率であり、前記最小屈折率n l は、前記1次元方向に振動する光に対する前記構造異方性層の屈折率であることを特徴とする請求項6に記載の光学素子。 - 前記構造異方性層の厚みをdとするとき、
362(nm)≦d≦890(nm)
を満足することを特徴とする請求項6又は7に記載の光学素子。 - 前記第1、及び第2の媒質は、光学等方性媒質であることを特徴とする請求項1から8のいずれか1つに記載の光学素子。
- 前記使用中心波長は、500nmと600nmの間の波長であることを特徴とする請求項1から9のいずれか1つに記載の光学素子。
- 請求項1から10のいずれか1つに記載の光学素子を有することを特徴とする光学機器。
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