專利名稱：：光學(xué)元件和光學(xué)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及使用光學(xué)各向異性介質(zhì)的光學(xué)元件以及使用光學(xué)元件的諸如投影儀之類的光學(xué)裝置。
背景技術(shù)：
：利用光學(xué)各向異性的光學(xué)元件已被廣泛用于偏振控制或光束分離等。例如，所述光學(xué)元件被用作由X/4板或Ay2板代表的相位板、由偏振分離元件代表的偏振板或低通濾光器。光學(xué)各向異性意味著折射率取決于入射偏振光的振動(dòng)方向而不同的性質(zhì)。利用這種性質(zhì)，使得即使在光從同一方向進(jìn)入的情況下，也能夠使行為取決于偏振方向而不同。具有這種光學(xué)各向異性的材料包含諸如水晶或石灰石之類的晶體材料、液晶材料和諸如塑料或高分子之類的有機(jī)材料。這種材料的光學(xué)各向異性的程度由關(guān)于偏振方向的折射率表示。作為用于獲得光學(xué)各向異性的方法，日本專利特開No.2004-139001和No.2007-156441/>開了利用基于比所4吏用的光的波長(zhǎng)(以下，稱為使用波長(zhǎng))小的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)各向異性的方法。眾所周知，在比使用波長(zhǎng)小的結(jié)構(gòu)中，光的行為類似于均質(zhì)介質(zhì)，不能直接識(shí)別該結(jié)構(gòu)。在這種情況下，光表現(xiàn)出服從填充率的折射率?？赏ㄟ^被稱為有效折射率方法的方法獲得該折射率。折射率根據(jù)該結(jié)構(gòu)的填充率取決于偏振方向而不同的性質(zhì)被稱為結(jié)構(gòu)各向異性。任選地設(shè)定該結(jié)構(gòu)的填充率使得能夠調(diào)整折射率。與通常的光學(xué)各向異性材料相比，使用結(jié)構(gòu)各向異性使得能夠增大取決于偏振方向的折射率的差異。因此，用于獲得希望的雙折射特性的厚度可減小。日本專利特開No.2004-139001公開了利用結(jié)構(gòu)各向異性的相位板。在該相位板中，通過利用結(jié)構(gòu)各向異性的能力以調(diào)整折射率，多個(gè)結(jié)構(gòu)各向異性層(周期性結(jié)構(gòu))被組合以抑制由波長(zhǎng)引起的相位差特性的變化。日本專利特開No.2007-156441公開了一種光學(xué)元件，該光學(xué)元件包含在基板的一個(gè)表面中形成的面法線方向的結(jié)構(gòu)各向異性層和另一表面中的面內(nèi)方向的結(jié)構(gòu)各向異性層。通過基于各表面的結(jié)構(gòu)各向異性調(diào)整折射率并組合這些折射率，獲得相位補(bǔ)償板。插入抗反射涂層，以提供抗反射功能。曰本專利特開No.2004-13卯01公開了一個(gè)例子，其中，具有類似的周期性的低折射率材料被設(shè)置在使用高折射率的介質(zhì)的結(jié)構(gòu)各向異性層上。因此，由于折射率比各結(jié)構(gòu)各向異性層低的材料被層疊于其上，因此，表面上的反射在一定程度上被抑制。但是，通過該配置，抗反射性能是不夠的。在日本專利特開No.2007-156441中，對(duì)于結(jié)構(gòu)各向異性層i殳置抗反射涂層。但是，沒有公開表現(xiàn)出抗反射功能所必需的配置。當(dāng)使用取決于偏振方向的折射率的差異大的材料時(shí)，反射-透射特性關(guān)于偏振方向大大不同。即使當(dāng)設(shè)置抗反射涂層時(shí)，由于折射率的差異大，因此難以優(yōu)化各偏振方向的特性。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供利用光學(xué)各向異性并且表現(xiàn)出足夠的抗反射性能的光學(xué)元件以及使用該光學(xué)元件的光學(xué)裝置。作為本發(fā)明的一方面的一種光學(xué)元件包含由具有光學(xué)各向異性的介質(zhì)制成的第一層。進(jìn)入光學(xué)元件并且偏振方向彼此不同的第一偏振光和第二偏振光在中心波長(zhǎng)入處的折射率nh和n,(nh>nj之間的差至少為O.l。滿足以下的條件(1)或(2),其中，nu和n。表示在第一層的兩側(cè)與第一層光學(xué)上相鄰并且由各向同性介質(zhì)制成的第二層和笫三層在中心波長(zhǎng)處的折射率5<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>從以下(參照附圖)對(duì)示例性實(shí)施例的描述中，本發(fā)明的其他特征將變得清晰。圖1是示出作為本發(fā)明的實(shí)施例的光學(xué)元件的基本配置的截面圖。圖2A和圖2B是各示出該實(shí)施例的光學(xué)元件的折射率和光學(xué)膜厚的視圖。圖3是僅示出光學(xué)元件的基板的折射率和光學(xué)膜厚的視圖。圖4是示出在基板上形成較低折射率的薄膜時(shí)的折射率結(jié)構(gòu)的視圖。圖5是示出在基板上形成較高折射率的薄膜時(shí)的折射率結(jié)構(gòu)的視圖。圖6是該實(shí)施例的包含結(jié)構(gòu)各向異性層的光學(xué)元件的示意圖。圖7是示出實(shí)施例1的光學(xué)元件的反射率特性的視圖。圖8是示出實(shí)施例2的光學(xué)元件的反射率特性的視圖。圖9是示出實(shí)施例3的光學(xué)元件的反射率特性的視圖。圖IO是示出實(shí)施例4的光學(xué)元件的反射率特性的視圖。圖ll是示出實(shí)施例5的光學(xué)元件的反射率特性的視圖。圖12是示出比較例1的光學(xué)元件的反射率特性的視圖。圖13是示出比較例1的光學(xué)元件的反射率特性的視圖。圖14是示出使用實(shí)施例15中的任一個(gè)的光學(xué)元件的液晶投影儀的配置的jf見圖。圖15是示出使用實(shí)施例1~5中的任一個(gè)的光學(xué)元件的光學(xué)拾取裝置的配置的視圖。圖16是示出僅包含基板的光學(xué)元件的截面圖。圖17是示出包含在基板上形成的薄膜的光學(xué)元件的截面圖。圖18A和圖18B是各示出包含在基板上層疊的光學(xué)各向異性層和薄膜的光學(xué)元件的折射率結(jié)構(gòu)的視圖。圖19是示出向圖l的基本配置添加插入層的實(shí)施例的光學(xué)元件的截面圖。圖20A和圖20B是各示出圖19的光學(xué)元件的折射率結(jié)構(gòu)的視圖。具體實(shí)施例方式以下將參照附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。在描述具體實(shí)施例之前，首先將描述實(shí)施例的光學(xué)元件的共同特征。圖1示出光學(xué)元件的基本配置例子。附圖標(biāo)記011表示通過光學(xué)各向異性的介質(zhì)形成的第一層。附圖標(biāo)記012和013表示由均質(zhì)各向同性薄膜構(gòu)成并且與第一層011相鄰地在第一層Oll的兩側(cè)形成的第二層和第三層。附圖標(biāo)記014表示基板，附圖標(biāo)記105表示由第一層到第三層011013構(gòu)成的抗反射層(抗反射涂層)。在以下的描迷中，用于形成第一層011的光學(xué)各向異性介質(zhì)是沿圖中的y軸方向具有光軸的單軸各向異性材料。第一層011關(guān)于進(jìn)入光學(xué)元件并沿x方向和z方向振動(dòng)的光(x方向和z方向?yàn)槠穹较虻捏室黄窆?的中心波長(zhǎng)(以下稱為使用中心波長(zhǎng))的折射率被定義為nh。沿y方向振動(dòng)的光(與x方向和z方向正交的y方向?yàn)槠穹较虻牡诙窆?的使用中心波長(zhǎng)處的折射率被定義為n,(nh>n,)。在以下的描述中，折射率是使用中心波長(zhǎng)處的折射率。兩種偏振光的波長(zhǎng)范圍也可被稱為使用波長(zhǎng)。在各實(shí)施例中，光學(xué)各向異性介質(zhì)是單軸的。但是，在本發(fā)明的另一實(shí)施例的光學(xué)元件中，光學(xué)各向異性介質(zhì)可以是雙軸的。沿x方向和z方向振動(dòng)的光的折射率可以為n,，沿y方向振動(dòng)的光的折射率可以為nh(nh>iM)。在各實(shí)施例中，折射率nh和n,之間的差為O.l或更大。滿足該條件使得能夠減小用于獲得希望的雙折射特性的第一層011的厚度。第一層011的較小厚度使得第一層Oil能夠用作千涉層。當(dāng)折射率差小于0.1時(shí)，由于偏振光之間的折射率差較小，因此，厚度必須大大增大以獲得希望的雙折射特性。下面，將參照?qǐng)D2A和圖2B描述各實(shí)施例的折射率結(jié)構(gòu)。在圖2A和圖2B中，橫軸表示x方向和y方向中的每一個(gè)方向上的光學(xué)層的厚度(以下，稱為光學(xué)膜厚)，縱軸表示x方向和y方向中的每一個(gè)方向上的各層的折射率。光從圖右側(cè)進(jìn)入光學(xué)元件。附圖標(biāo)記021和025表示第一層011沿x方向和y方向的折射率(nh和n，)和光學(xué)膜厚。附圖標(biāo)記022表示第二層012沿x方向和y方向的同一折射率和光學(xué)膜厚，附圖標(biāo)記023表示第三層013沿x方向和y方向的同一折射率和光學(xué)膜厚。附圖標(biāo)記024表示基板014沿x方向和y方向的同一折射率和光學(xué)膜厚。在圖2A和圖2B中，"上"和"下，，分別表示從基板014的反面觀察的層之間的界面處的折射率變化的"增大"和"減小"。在第一層011中，折射率在x方向和y方向是不同的。但是，在第二層012和第三層013以及基板014中，由于它們是各向同性介質(zhì)，因此，不管是什么方向折射率都是相等的。因此，光學(xué)元件具有x方向和y方向的折射率不同的總體結(jié)構(gòu)。第一層Oll的光學(xué)膜厚也根據(jù)x方向和y方向的折射率之比而不同。在抗反射結(jié)構(gòu)中，通過在多個(gè)界面上反射入射到基板上的光，并使被視為波的反射光相互干涉，獲得抗反射功能。將簡(jiǎn)要描迷抗反射結(jié)構(gòu)中的干涉方法。首先，將考慮僅包含基板的光學(xué)元件。圖16示出光學(xué)元件的配置例子。附圖標(biāo)記161表示由各向同性介質(zhì)制成的基板。圖3示出該光學(xué)元件的折射率結(jié)構(gòu)。在圖3中，橫軸表示光學(xué)膜厚，縱軸表示折射率。這同樣適用于以下描述的示出其它折射率結(jié)構(gòu)的圖。在圖3中，附圖標(biāo)記031表示基板161的折射率，附圖標(biāo)記033表示基板161和入射介質(zhì)之間的界面。光在界面033上被反射，并且，從入射介質(zhì)和基板161之間的折射率差獲得其反射光的波的振幅，該振幅由菲涅耳系數(shù)表示，并且，如果當(dāng)從入射側(cè)觀察時(shí)界面033處的折射率變化為折射率增大，那么該振幅被設(shè)為負(fù)值，并且在折射率減小的情況下被設(shè)為正值。這種值表示在界面033上反射的光的相位變化量。圖17示出在圖16的配置中設(shè)置薄膜層作為單一抗反射層的配置例子。附圖標(biāo)記171表示基板，附圖標(biāo)記172表示作為抗反射層的薄膜層。圖4和圖5示出該光學(xué)元件的折射率結(jié)構(gòu)。附圖標(biāo)記041和051表示基板171的x方向和y方向的相等的折射率，附圖標(biāo)記042和052表示薄膜層172的x方向和y方向的相等的折射率和光學(xué)膜厚。附圖標(biāo)記043表示基板171和薄膜層172之間的界面，附圖標(biāo)記044表示入射介質(zhì)和薄膜層172之間的界面，附圖標(biāo)記053表示基板171和薄膜層172之間的界面，附圖標(biāo)記054表示入射介質(zhì)和薄膜層172之間的界面。圖4示出在基板和入射介質(zhì)之間插入具有基板和入射介質(zhì)的折射率的中間的折射率的薄膜層的配置例子。該配置中的光的反射是界面043上的反射和界面044上的反射的交迭。該交迭反射的狀態(tài)由薄膜層172的光學(xué)膜厚確定。如該例子的情況那樣，當(dāng)薄膜層172的兩側(cè)的界面043和044處的折射率變化均增大時(shí)，界面043和044上的反射光的波的相位變化是類似的。用于使波相互抵消的條件是A74的光學(xué)膜厚，增強(qiáng)條件是X/2的光學(xué)膜厚。在后一種情況下，產(chǎn)生強(qiáng)度等于圖3的界面033上的反射光的強(qiáng)度的反射光。在本例子中，描述界面043和044處的折射率變化均增大的情況。當(dāng)界面處的折射率變化均減小時(shí)同樣適用。在此配置中，由于能量守恒定律，各界面上的反射光的振幅不大于圖3的界面033上的反射光的振幅。鑒于波的干涉，即使在波的增強(qiáng)條件下，也僅產(chǎn)生等于圖3中的反射光的量的反射光量。因此，圖4的配置中的反射波總量小于圖3的配置中的反射波總量。換句話說，折射率變化方向在兩個(gè)界面之間相似的薄膜層變成用于"減少反射光9量"的層。圖5示出在基板和入射介質(zhì)之間插入折射率比基板和入射介質(zhì)的折射率高的薄膜層的配置例子。該配置中的光的反射是界面053上的反射與界面054上的反射的交迭。該交迭方法由薄膜層172的光學(xué)膜厚確定。當(dāng)薄膜層172的兩側(cè)的界面053和054處的折射率變化不同，即為增大和減小時(shí)，兩個(gè)界面053和054上的反射光的波的相位變化相反。用于使波相互抵消的條件是X/2的光學(xué)膜厚，增強(qiáng)條件是X/4的光學(xué)膜厚。在前一種情況下，產(chǎn)生強(qiáng)度等于圖3的界面033上的反射光的強(qiáng)度的反射光。在本例子中，描述界面處的折射率變化是增大和減小的情況。當(dāng)兩個(gè)界面處的折射率變化是減小和增大時(shí)同樣適用。在此配置中，各界面上的反射光的振幅大于圖3的界面033上的反射光的振幅。鑒于波的干涉，即使在波的增強(qiáng)條件下，也產(chǎn)生等于圖3中的反射光的量的反射光量。因此，圖5的配置中的反射波總量大于圖3的配置中的反射波總量。換句話說，折射率變化方向在兩個(gè)界面之間不同的薄膜層變成用于"增大反射光量"的層。在許多情況下，通過組合兩種類型的薄膜層形成抗反射層。單純使用前一配置導(dǎo)致反射光的量的減少。但是，可用作抗反射層的材料是離散的和選擇性的，因此，僅通過前一配置難以獲得高性能的抗反射功能。因此，前一配置與后一配置的組合使得能夠調(diào)整部分反射光的強(qiáng)度，由此通過前一情況減小反射光的強(qiáng)度。結(jié)果，獲得高性能抗反射層(抗反射涂層)。如上所述，鑒于波的干涉，X/4和入/2的光學(xué)膜厚具有相反的特性。"入/4"的光學(xué)膜厚可由(2m+l)入/4表示(獲得相同的特性)，其中，m為自然數(shù)，"入/2"的光學(xué)膜厚可由mA72表示?；谠摾碚摚瑸榱藴p少各薄膜層的反射光，優(yōu)選薄膜層的光學(xué)膜厚被設(shè)為與薄膜層的兩側(cè)之間的界面處的折射率變化相對(duì)應(yīng)的膜厚。例如，當(dāng)層疊具有關(guān)于基板的折射率依次降低的折射率的兩個(gè)薄膜層時(shí)，薄膜層的界面處的折射率變化均為正(增大)。因此，優(yōu)選這些薄膜層的光學(xué)膜厚被設(shè)為X/4。嚴(yán)格地說，必須考慮從界面之間的折射率差獲得的反射光的強(qiáng)度。但是省略描述。當(dāng)基于該理論考慮圖2所示的光學(xué)元件的折射率結(jié)構(gòu)時(shí)，第一層011的光學(xué)膜厚021和025在x方向和y方向之間是不同的。這是因?yàn)?，即使在物理膜厚恒定時(shí)，方向之間的折射率的差異也導(dǎo)致方向之間的光學(xué)膜厚的差異。在這種光學(xué)元件的情況下，例如，在X/4板的情況下，兩種偏振的光學(xué)膜厚之間的差為i/4。因此，沿偏振方向的光學(xué)膜厚為人/4和X/2，從而導(dǎo)致在抗反射結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)特性相反的層。圖18A和圖18B示出這種情況下的折射率結(jié)構(gòu)。附圖標(biāo)記181和185表示第一層011的x方向和y方向的折射率(nh、nj和光學(xué)膜厚，附圖標(biāo)記182表示相當(dāng)于圖4的薄膜層042的第二層012的x方向和y方向的相等的折射率和光學(xué)膜厚。附圖標(biāo)記183表示與圖5的薄膜層052相對(duì)應(yīng)的第三層013的x方向和y方向的相等的折射率和光學(xué)膜厚。附圖標(biāo)記184表示基板014的x方向和y方向的相等的折射率和光學(xué)膜厚。第一層011的x方向的光學(xué)膜厚181為3A74，y方向的光學(xué)膜厚185為入/2。第二層012的折射率182小于第一層011的折射率181(nh)和185(n，)，并且第三層013的折射率183被設(shè)為基板014的折射率184和第一層011的折射率185(n,)之間的中間值。在x方向的配置中，兩個(gè)界面上的笫一層011的折射率181的折射率變化是相反的，并且，的光學(xué)膜厚的層不適于用作抗反射層。在y方向的配置中，兩個(gè)界面上的第一層011的折射率185的折射率變化是相反的。但是，該配置在A72的光學(xué)膜厚處適于用作抗反射涂層的配置。換句話說，由于該配置在所有的層上都是理想的，因此抗反射性能得到大大提高。因此，為了在x方向和y方向二者均獲得良好的抗反射功能，特定的條件的必須的。本實(shí)施例的光學(xué)元件滿足由表達(dá)式(1)和(2)表達(dá)的以下條件。在這些條件表達(dá)式中，關(guān)于進(jìn)入光學(xué)元件并且偏振方向相互正交的第一和第二偏振光(x偏振光和y偏振光)在使用中心波長(zhǎng)X處的第一層的折射率為nh和n,-第一層的兩側(cè)的與第一層光學(xué)上相鄰的第二層和第三層的折射率為H"和llt2。第一層由光學(xué)各向異性介質(zhì)制成，笫二層和第三層由各向同性介質(zhì)制成。短語"光學(xué)上相鄰，，不僅包括如圖1所示的第一層到第三層在一個(gè)界面上相互接觸(機(jī)械上相鄰)的情況，而且包括在笫一層到第三層之間保持與各層相比極薄并且具有有限的光學(xué)影響的插入層的情況。在以下的描述中，光學(xué)上相鄰可被簡(jiǎn)稱為相鄰。"t,<",("tl-"h).("h,)so(2)在圖1的配置中，笫一層011在x方向和y方向上具有折射率(最大折射率)Hh和折射率(最小折射率)n,。在第一層011的兩側(cè)，第二層012和第三層013與笫一層Oil相鄰。表達(dá)式(1)和(2)表明，第二層012和第三層013的折射率ntl和nt2均小于或等于笫一層Oil的最小折射率n,,或者大于或等于第一層Oil的最大折射率nh。滿足這些條件使得第一層Oil的界面處的折射率變化關(guān)于兩種偏振光沿著相同的方向，并且第一層Oll的兩個(gè)界面處的折射率變化相反。因此，對(duì)于兩種偏振光均配置上述的"用于增大反射光量的層"。通過此層配置，用于兩種偏振光的第一層Oil變成用于調(diào)整抗反射層015中的反射光量的層，并且，用于實(shí)際減少反射光量的層是第二層012或第三層013。與用于減少反射光量的層相比，用于調(diào)整反射光量的層具有特性變化對(duì)于光學(xué)膜厚更加不敏感的特性。因此，采用該配置使得能夠提高對(duì)于兩種偏振光的反射率特性。如果不滿足該條件，那么關(guān)于偏振方向的第一層Oll的折射率結(jié)構(gòu)對(duì)于兩種偏振光中的至少一個(gè)變成用于"減少反射光量"的層。該狀態(tài)不是優(yōu)選的，因?yàn)榉瓷涮匦詮囊环N偏振光到另一種偏振光大大不同。在該實(shí)施例中，在第一層Oil的使用中心波長(zhǎng)入處的最小和最大折射率n:和nh中，與第二層012和第三層013的折射率n^和nu具有較大差值的折射率為n，并且，第一層011的厚度為d。在這種情況下，優(yōu)選滿足由以下表達(dá)式(3)表示的條件。0.7m.A《/7S1,3wA22(附為自然數(shù))(3)對(duì)于表達(dá)式(3)的條件，作為例子將描述圖2的折射率結(jié)構(gòu)。當(dāng)將Hh—iiti、Hh—Ht2、n,—ntl和Hi—11相互比較時(shí)，由nh—ntl表示的折射率差最大。因此，表達(dá)式(3)的n變成nh。換句話說，在圖2的折射率結(jié)構(gòu)中，圖2A的第一層011的光學(xué)膜厚021為入/2的自然數(shù)倍。采用該折射率結(jié)構(gòu)使得能夠關(guān)于折射率變化將第一層Oll的光學(xué)膜厚021設(shè)為作為理想值的V2。另一方面，在圖2B的折射率結(jié)構(gòu)中，沒有對(duì)于折射率變化將第一層Oll的光學(xué)膜厚025設(shè)為理想值。但是，由于第一層011與第二層012和第三層013具有較小的折射率差，因此折射率難以增大。以上的折射率結(jié)構(gòu)可被用于使用高光學(xué)各向異性的介質(zhì)的所有光學(xué)元件。例如，在X/4板的情況下，偏振光之間的光學(xué)膜厚差為入/4。換句話說，當(dāng)?shù)谝粚覱ll的x方向和y方向的光學(xué)膜厚中的一個(gè)被設(shè)為人/2時(shí)，另一光學(xué)膜厚變?yōu)槿?4。因此，抗反射功能在偏振方向之間具有相反的特性。但是，通過設(shè)定偏振使得第一層011的x方向和y方向的光學(xué)膜厚中的一個(gè)可被選擇性地設(shè)為X/2，能夠在X/4的光學(xué)膜厚的偏振與反射-透射特性之間實(shí)現(xiàn)平衡。與X/4板相比，當(dāng)本發(fā)明被應(yīng)用于使用板以外的光學(xué)各向異性介質(zhì)的光學(xué)元件時(shí)，光學(xué)膜厚差對(duì)于抗反射性能具有較小的影響。因此，在所有使用光學(xué)各向異性介質(zhì)的光學(xué)元件中，可以對(duì)兩種偏振光改善反射-透射特性。下面，將考慮具有n,的折射率的第一層Oll的光學(xué)膜厚025被設(shè)為入/2的情況。在這種情況下，圖2B所示的折射率結(jié)構(gòu)對(duì)于折射率變化是理想的結(jié)構(gòu)。但是，在圖2A的折射率結(jié)構(gòu)中，第一層011的光學(xué)膜厚021沒有對(duì)于折射率變化被設(shè)為理想值。在圖2A的折射率結(jié)構(gòu)中，第一層011與第二層022和第三層023的折射率差較大。結(jié)果，折射率在圖2A和圖2B的折射率結(jié)構(gòu)之間大大不同。在此實(shí)施例中，可在第一層011和第二層012之間以及第一層011和第三層013之間中的至少之一處設(shè)置插入層。在這種情況下，表達(dá)式(1)或(2)成立。插入層具有nh或更大的折射率。保持在第一層011和笫二層012之間的插入層被定義為第一插入層，保持在第一層011和第三層013之間的插入層被定義為第二插入層。當(dāng)?shù)谝徊迦雽拥恼凵渎屎蛯雍裨谑褂弥行牟ㄩL(zhǎng)處分別為n。,和d。,并且第二插入層的折射率和層厚分別為n。2和d。2時(shí)，優(yōu)選滿足由以下表達(dá)式(4)表示的條件。圖19示出包含插入層的光學(xué)元件的配置例子。附圖標(biāo)記191表示第一層，附圖標(biāo)記192表示第二層，附圖標(biāo)記193表示第三層。附圖標(biāo)記196表示設(shè)置在第一層191和第三層193之間的插入層(第二插入層)。插入層196是由均質(zhì)各向同性介質(zhì)制成的薄膜。附圖標(biāo)記194表示基板，附圖標(biāo)記195表示包含第一到第三層191~193和插入層196的抗反射層(抗反射涂層)。圖20A和圖20B示出圖19的光學(xué)元件的折射率結(jié)構(gòu)。附圖標(biāo)記201和205表示第一層191的x方向和y方向的折射率和光學(xué)膜厚，附圖標(biāo)記202表示第二層192的x方向和y方向的相等的折射率和光學(xué)膜厚，附圖標(biāo)記203表示第三層193的x方向和y方向的相等的折射率和光學(xué)膜厚，附圖標(biāo)記204表示基板194的x方向和y方向的相等的折射率和光學(xué)膜厚。附圖標(biāo)記206表示插入層196的x方向和y方向的相等的折射率和光學(xué)膜厚。如圖20A和圖20B所示，插入層196的折射率206比折射率nh和n,高。因此，這種情況在以上的不包含插入層196的光學(xué)元件的條件之外。但是，與其它的層相比，插入層196的光學(xué)膜厚極小，因此對(duì)于光學(xué)元件的特性的影響是有限的。換句話說，即使當(dāng)設(shè)置插入層196時(shí)，第一層191和第三層193也可被視為光學(xué)上彼此相鄰。當(dāng)在第一層191和第二層192之間設(shè)置插入層時(shí)，同樣適用。插入層196的光學(xué)膜厚優(yōu)選被設(shè)為X/8或更小，更優(yōu)逸X/10或更小。對(duì)于插入層196，使用硬涂層、防眩層或粘接劑層。在該實(shí)施例中，第一層可以是具有通過形成多個(gè)比使用中心波長(zhǎng)入小的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)各向異性的層。圖6示出具有結(jié)構(gòu)各向異性的第一層的結(jié)構(gòu)例子。附圖標(biāo)記061表示基板，附圖標(biāo)記062表示具有結(jié)構(gòu)各向異性的第一層。第一層062包含沿一維方向交替和周期性形成的由材料063制成的矩形格子和由與材料063不同的材料064制成的矩形格子。由材料063和064制成的格子構(gòu)成比使用中心波長(zhǎng)入小的一個(gè)結(jié)構(gòu)，并且，在第一層062中形成多個(gè)這種結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)沿x方向和z方向是均勻的，沿y方向是周期性的。附圖標(biāo)記a表示由材料063制成的格子的寬度，附圖標(biāo)記b表示由材料064制成的格子的寬度(材料063的格子之間的間隔)，a+b比使用中心波長(zhǎng)X小。在比入射光的波長(zhǎng)小的結(jié)構(gòu)中，光的行為好象存在均質(zhì)介質(zhì)而不能直接識(shí)別結(jié)構(gòu)。在圖6中，第一層062用作具有均質(zhì)膜和等效折射率的層，并且具有根據(jù)周期性結(jié)構(gòu)的特性。第一層062中的對(duì)于x方向?yàn)槠穹较虻钠窆獾恼凵渎蕁x和對(duì)于y方向?yàn)槠穹较虻钠窆獾恼凵渎蔵iy由以下表達(dá)式(5)和(6)表示，其中，ih表示材料063的折射率，112表示材料064的折射率。式(5)和(6)基于被稱為有效折射率方法的方法。該方法可基于層的材料及其填充率ff{=a/(a+b)}獲得結(jié)構(gòu)各向異性層的折射率。嚴(yán)格地說，結(jié)構(gòu)間隔和使用波長(zhǎng)具有影響，但是其描述被省略。為了提供具有高各向異性的結(jié)構(gòu)各向異性層，在結(jié)構(gòu)各向異性層的材料(圖6所示的材料063和064)之間設(shè)定大的折射率差是有效的。因此，一般地，對(duì)于材料063使用髙折射率的材料，并且對(duì)于材料064使用空氣。例如，當(dāng)對(duì)于材料063使用Ti02(折射率2.3)并且對(duì)于材料064使用空氣(折射率1.0)以設(shè)定a=b時(shí)，nx(nj被設(shè)為1.77，并且ny(nj被設(shè)為1.30，從而獲得非常大的折射率差。實(shí)現(xiàn)高各向異性使得能夠大大降低結(jié)構(gòu)各向異性層的厚度以獲得希望的相位差。例如，當(dāng)結(jié)構(gòu)各向異性層(第一層)062被用作人/4板時(shí)，在550nm的使用中心波長(zhǎng)L處，厚度為320nm。圖6示出沿一維方向周期性排列由矩形格子構(gòu)成的結(jié)構(gòu)的情況。但是，可以沿二維或三維方向周期性排列這些結(jié)構(gòu)。所述結(jié)構(gòu)不限于矩形格子，而可以使用圓柱形或球形格子。如果結(jié)構(gòu)中的一個(gè)比使用中心波長(zhǎng)小，那么所述結(jié)構(gòu)不必被周期性排列。在該實(shí)施例中，對(duì)于具有光學(xué)各向異性的介質(zhì)可使用無機(jī)材料。與有機(jī)材料相比，無機(jī)材料具有高的耐氣候性和高的耐熱性。通過使用這些特性，即使在用于嚴(yán)酷環(huán)境和溫度條件下的光學(xué)元件中，也能夠表現(xiàn)出足夠的性能。以下將結(jié)合設(shè)計(jì)值(實(shí)驗(yàn)值)和入射角0。處的反射率特性描述具體的實(shí)施例。在各實(shí)施例中，使用波長(zhǎng)范圍為500nm600nm,使用中心波長(zhǎng)為550nm。但是，這些僅是例子，本發(fā)明的實(shí)施例不限于這些條件。[實(shí)施例1在實(shí)施例1中，制備具有1.53的折射率的基板，在基板的表面上層疊具有1.63的折射率和84nm的物理膜厚(以下，簡(jiǎn)稱為膜厚)的薄膜(第三層)，并且，在薄膜的表面上層疊光學(xué)各向異性層(第一層)。在光學(xué)各向異性層的表面上層疊具有1.38的折射率和100nm的膜厚的薄膜(第二層)。光學(xué)各向異性層的折射率nx(nh)和ny(ni)分別為1.92和1.80。光學(xué)各向異性層的物理膜厚為1108nm。圖7示出本實(shí)施例的反射率16特性。與光學(xué)各向異性層相鄰的薄膜的折射率(1.38和1.63)滿足條件表達(dá)式(1)。但是，不滿足條件表達(dá)式(3)。如圖7所示，在550nm的波長(zhǎng)處，對(duì)于兩種偏振光(x偏振光和y偏振光)，反射率充分減實(shí)施例2在實(shí)施例2中，制備具有1,53的折射率的基板，在基板的表面上層疊具有1.63的折射率和84nm的膜厚的薄膜(笫三層)，并且，在薄膜的表面上層疊光學(xué)各向異性層(第一層)。在光學(xué)各向異性層的表面上層疊具有1.38的折射率和100nm的膜厚的薄膜(第二層)。在光學(xué)各向異性層中，具有2.3的折射率的結(jié)構(gòu)形成為比使用波長(zhǎng)小的一維格子形狀。填充率為0.85。光學(xué)各向異性層的折射率nx(nh)和iiy(i^)分別為2.16和1.80。光學(xué)各向異性層的物理膜厚為382nm。圖8示出本實(shí)施例的反射率特性。與光學(xué)各向異性層相鄰的薄膜的折射率(1.38和1.63)滿足條件表達(dá)式(l)。也滿足條件表達(dá)式(3)。如圖8所示，在550nm的波長(zhǎng)處，對(duì)于兩種偏振光，反射率充分減小。[實(shí)施例31在實(shí)施例3中，制備具有2.0的折射率的基板，在基板的表面上層疊具有1.63的折射率和169nm的膜厚的薄膜(第三層)，并且，在薄膜的表面上層疊光學(xué)各向異性層(笫一層)。在光學(xué)各向異性層的表面上層疊具有1.38的折射率和100nm的膜厚的薄膜(第二層)。在光學(xué)各向異性層中，具有2.5的折射率的結(jié)構(gòu)形成為比使用波長(zhǎng)小的一維格子形狀。填充率為0.9。光學(xué)各向異性層的折射率nx(nh)和ny(ni)分別為2.40和2.00。光學(xué)各向異性層的物理膜厚為344nm。圖9示出本實(shí)施例的反射率特性。與光學(xué)各向異性層相鄰的薄膜的折射率(1.38和1.63)滿足條件表達(dá)式(1)。也滿足條件表達(dá)式(3)。如圖9所示，在550nm的波長(zhǎng)處，對(duì)于兩種偏振光，反射率充分減小。[實(shí)施例4在實(shí)施例4中，制備具有1.80的折射率的基板，在基板的表面上層疊具有2.00的折射率和138nm的膜厚的薄膜(第三層)，并且，在薄膜的表面上層疊光學(xué)各向異性層(第一層)。在光學(xué)各向異性層的表面上層疊具有2.00的折射率和138nm的膜厚的膜(第二層)，并且，進(jìn)一步在該膜的表面上層疊具有1.38的折射率和100nm的膜厚的薄膜。光學(xué)各向異性層的折射率nx(nh)和ny(n,)分別為1.87和1.60。光學(xué)各向異性層的物理膜厚為516nm。圖10示出本實(shí)施例的反射率特性。與光學(xué)各向異性層相鄰的薄膜的折射率(2.00和2.00)滿足條件表達(dá)式(2)。也滿足條件表達(dá)式(3)。如圖IO所示，對(duì)于兩種偏振光，在550nm的波長(zhǎng)處，反射率均被設(shè)為最小值。換句話說，在550nm的波長(zhǎng)處，對(duì)于兩種偏振光，反射率充分減小。[實(shí)施例5在實(shí)施例5中，制備具有2.0的折射率的基板，在基板的表面上層疊具有1.63的折射率和169nm的膜厚的薄膜(第三層)，在薄膜(第三層)的表面上層疊具有2.30的折射率和10nm的膜厚的薄膜(第二插入層)，并且，在薄膜(第二插入層)的表面上層疊光學(xué)各向異性層(第一層)。在光學(xué)各向異性層的表面上層疊具有1.38的折射率和100nm的膜厚的薄膜(第二層)。光學(xué)各向異性層的折射率nx(nh)和ny(n,)分別為2.41和2.00。光學(xué)各向異性層的物理膜厚為335nm。圖11示出實(shí)施例的反射率特性。在具有l(wèi)Oiim的膜厚的薄膜中，通過表達(dá)式(4)計(jì)算的光學(xué)膜厚(n。2.d。2)是極小的值23nm。光學(xué)各向異性層可因此被視為與具有1.63的折射率的薄膜光學(xué)上相鄰。因此，與光學(xué)各向異性層相鄰的薄膜的折射率(1.63和1.38)滿足條件表達(dá)式(1)。也滿足條件表達(dá)式(3)。如圖ll所示，對(duì)于兩種偏振光，在550nm的波長(zhǎng)處，反射率均被設(shè)為最小值。換句話說，在550nm的波長(zhǎng)處，對(duì)于兩種偏振光，反射率充分減小。表1集中示出是否滿足(〇)實(shí)施例1~5的數(shù)值和條件。在表1中，*1表示基于表達(dá)式(4)通過假定與光學(xué)各向異性層光學(xué)上相鄰的是具有1.63的折射率和169nm的膜厚的薄膜層(第三層)而實(shí)施的計(jì)算。[表1<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>以下，將描述與實(shí)施例15對(duì)應(yīng)的比較例1和2。這些比較例不滿足(X)表2的條件(1)和(2)。(比較例1)在比較例1中，制備具有1.80的折射率的基板，并且，在基板的表面上形成光學(xué)各向異性層(第一層)。在光學(xué)各向異性層的表面上層疊具有1，38的折射率和100nm的物理膜厚的薄膜。在光學(xué)各向異性層中，具有1.8的折射率的結(jié)構(gòu)形成為比使用波長(zhǎng)小的一維格子形狀。填充率為0.80。光學(xué)各向異性層的折射率nx和ny分別為1.67和1.50。光學(xué)各向異性層的物理膜厚為825nm。圖12示出比較例1的反射率特性。在比較例l中，為了防止反射，在上部中層疊具有低折射率的薄膜。但是，由于折射率或膜厚的關(guān)系不合適，因此反射率(特別是550nm的波長(zhǎng)處的反射率)在兩種偏振光之間大大不同。因此，比較例1不是優(yōu)選的(比較例2)在比較例2中，制備具有1.53的折射率的基板，在基板的表面上層疊具有2.30的折射率和120nm的膜厚的薄膜，并且，在薄膜的表面上形成光學(xué)各向異性層(第一層)。在光學(xué)各向異性層的表面上層疊具有1.38的折射率和lOOnm的膜厚的薄膜。在光學(xué)各向異性層中，具有2.3的折射率的結(jié)構(gòu)形成為比使用波長(zhǎng)小的一維格子形狀。填充率為0.80。光學(xué)各向異性層的折射率nx和ny分別為2.11和1.69。光學(xué)各向異性層的物理膜厚為325nm。圖13示出比較例2的反射率特性。在比較例2中，薄膜被層疊于光學(xué)各向異性層的兩個(gè)界面上。但是，不提供抗反射功能。[表2<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>[實(shí)施例6以下，作為使用實(shí)施例1~5的光學(xué)元件的光學(xué)裝置的例子，將描述液晶投影儀和光學(xué)拾取裝置。但是，實(shí)施例的光學(xué)元件可被用于其它的光學(xué)裝置。圖14示出液晶投影儀的配置。附圖標(biāo)記140表示光源(燈)，附圖標(biāo)記141r表示紅光的光路，附圖標(biāo)記141g表示綠光的光路，附圖標(biāo)記141b表示藍(lán)光的光路。附圖標(biāo)記142表示偏振轉(zhuǎn)換元件，附圖標(biāo)記143表示二色鏡。附圖標(biāo)記144表示偏振板，附圖標(biāo)記145表示波長(zhǎng)選擇相位板。附圖標(biāo)記146i表示綠色偏振光束分離器，附圖標(biāo)記146p表示紅色偏振光束分離器。附圖標(biāo)記147r、147g和147b分別表示紅色、綠色和藍(lán)色l/4入板。附圖標(biāo)記148r、148g和148b分別表示紅色、綠色和藍(lán)色反射型液晶面板(圖像形成元件)。附圖標(biāo)記149表示顏色合成棱鏡，附圖標(biāo)記1401表示投影透鏡。來自光源140的光束通過偏振轉(zhuǎn)換元件142被轉(zhuǎn)換成具有特定偏振方向的光束。偏振光束通過波長(zhǎng)選擇相位板145和1/4入板147r、147g和147b對(duì)各顏色-皮轉(zhuǎn)換成P偏振光或S偏振光，并且被偏振光束分離器146i和146p反射或透射。由此，各顏色光通過投影透鏡1401經(jīng)由相應(yīng)的光路被投射到諸如屏幕(未示出)之類的投影表面上以在投影表面上形成彩色圖像。實(shí)施例l-5的光學(xué)元件可被用作波長(zhǎng)選擇相位板145和1/4A^反(相位板)147r、147g和147b。實(shí)施例1~5的光學(xué)元件由于它們的厚度可減小因此可被小型化，并且，作為用于P偏振光和S偏振光進(jìn)入的相位板，可以實(shí)現(xiàn)高的透射率。結(jié)果，可以提供高性能的投影儀。對(duì)于光學(xué)元件的第一層使用無機(jī)材料使得能夠?qū)崿F(xiàn)具有高耐熱性和高耐氣候性的投影儀。圖15示出光盤光學(xué)拾取裝置中的光源周圍的光學(xué)系統(tǒng)。附圖標(biāo)記151表示光源(激光器)，附圖標(biāo)記151a表示偏振板。附圖標(biāo)記152表示偏振光束分離器，附圖標(biāo)記153和155表示會(huì)聚透鏡，附圖標(biāo)記154和156表示光電檢測(cè)器。附圖標(biāo)記157表示光盤，附圖標(biāo)記158表示相位板。來自光源151的光束作為通過偏振板151a具有特定偏振方向的光束(P偏振光)進(jìn)入偏振光束分離器152。偏振光束的一部分被偏振光束分離器152反射，以經(jīng)由會(huì)聚透鏡153被光電檢測(cè)器154監(jiān)視。透射通過偏振光束分離器152的偏振光束經(jīng)由相位板158通過會(huì)聚透鏡155在光盤157上形成圖像。在光盤157被光學(xué)調(diào)制的反射光通過相位板158使其偏振方向旋轉(zhuǎn)90°以變成S偏振光，并且被偏振光束分離器152反射。然后，反射光被用于檢測(cè)再現(xiàn)信號(hào)光的光電檢測(cè)器156檢測(cè)。實(shí)施例1~5的光學(xué)元件可被用于相位板158。實(shí)施例15的光學(xué)元件由于它們的厚度可減小因此可被小型化，并且，對(duì)于進(jìn)入的P偏振光和S偏振光，可實(shí)現(xiàn)高透射率。結(jié)果，可以提供高性能的光學(xué)拾取裝置。對(duì)于光學(xué)元件的第一層使用無機(jī)層使得能夠?qū)崿F(xiàn)具有高耐熱性和高耐氣候性的光學(xué)拾取裝置。雖然已參照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限于公開的示例性實(shí)施例。以下的權(quán)利要求的范圍應(yīng)被賦予最寬的解釋，以包含所有的這些變更方式以及等同的結(jié)構(gòu)和功能。權(quán)利要求1.一種光學(xué)元件，包含由具有光學(xué)各向異性的介質(zhì)制成的第一層，其中，對(duì)于進(jìn)入光學(xué)元件并且偏振方向相互不同的第一偏振光和第二偏振光的中心波長(zhǎng)λ處的折射率nh和nl(nh＞nl)之間的差至少為0.1，并且，其中，滿足以下的條件，其中，nt1和nt2表示在第一層的兩側(cè)與第一層光學(xué)上相鄰并且由各向同性介質(zhì)制成的第二層和第三層在中心波長(zhǎng)處的折射率(nt1-n1)·(n1-nt2)≤0nt1＜n1。2.—種光學(xué)元件，包含由具有光學(xué)各向異性的介質(zhì)制成的第一層，其中，對(duì)于進(jìn)入光學(xué)元件并且偏振方向相互不同的第一偏振光和第二偏振光的中心波長(zhǎng)i處的折射率nh和n，(nh>n》之間的差至少為0.1，并且，其中，滿足以下的條件，其中，nu和nt2表示在第一層的兩側(cè)與第一層光學(xué)上相鄰并且由各向同性介質(zhì)制成的第二層和第三層在中心波長(zhǎng)處的折射率("tl-"h)("h-03.根據(jù)權(quán)利要求1或2的光學(xué)元件，其中，滿足以下的條件，其中，n表示折射率nh和in當(dāng)中與第二層和第三層的折射率ntl和nt2的差值較大的折射率，并且，d表示第一層的厚度22(附為自然數(shù))。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)元件，還包含被設(shè)置在第一層和第二層之間的第一插入層和被設(shè)置在第一層和笫三層之間的第二插入層中的至少一個(gè)，其中，滿足以下的條件，其中在中心波長(zhǎng)處，HM表示第一插入層的折射率，d。,表示第一插入層的層厚，n。2表示第二插入層的折射率，d。2表示第二插入層的層厚5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)元件，其中，所述第一層是具有通過形成多個(gè)比中心波長(zhǎng)小的結(jié)構(gòu)而獲得的結(jié)構(gòu)各向異性的層。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)元件，其中，所述第一層由無機(jī)材料制成。7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)元件，其中，所述光學(xué)元件為相位板。8.—種包含根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)元件的光學(xué)裝置。全文摘要提供一種光學(xué)元件，該光學(xué)元件包含由具有光學(xué)各向異性的介質(zhì)制成的第一層(011)，其中，對(duì)于進(jìn)入光學(xué)元件并且偏振方向相互不同的第一偏振光和第二偏振光的中心波長(zhǎng)λ處的折射率n_h和n_l(n_h＞n_l)之間的差至少為0.1，并且其中，滿足條件(n_t1-n₁)·(n₁-n_t2)≤0和n_t1＜n₁，其中，n_t1和n_t2表示在第一層的兩側(cè)與第一層光學(xué)上相鄰并且由各向同性介質(zhì)制成的第二層(012)和第三層(013)在中心波長(zhǎng)處的折射率。文檔編號(hào)G02F1/13GK101598832SQ20091014563公開日2009年12月9日申請(qǐng)日期2009年5月27日優(yōu)先權(quán)日2008年5月28日發(fā)明者佐野大介,山口裕申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社