ポジティブおよび／またはネガティブＣプレートのための薄膜設計
【課題】ポジティブおよび／またはネガティブＣプレートのための薄膜設計を提供する。
【解決手段】例えば高屈折率材料および低屈折率材料の交互になった層を有する薄膜コーティングが、入射光に応じてポジティブＣプレートおよびネガティブＣプレートの両方として機能することが示される。特に、リターダンス対入射角特性の形状が、少なくとも部分的には、薄膜コーティングの位相厚（すなわち、度、ラジアンで、または１／４波長の数として表され得る入射光の波長の観点での光学的厚さ）によって決定されることが認められる。これらの薄膜コーティングは場合によっては、効率および／または機能性を向上させるために反射防止コーティング、薄膜干渉フィルタおよび／または他の部品に組み込まれる。
【解決手段】例えば高屈折率材料および低屈折率材料の交互になった層を有する薄膜コーティングが、入射光に応じてポジティブＣプレートおよびネガティブＣプレートの両方として機能することが示される。特に、リターダンス対入射角特性の形状が、少なくとも部分的には、薄膜コーティングの位相厚（すなわち、度、ラジアンで、または１／４波長の数として表され得る入射光の波長の観点での光学的厚さ）によって決定されることが認められる。これらの薄膜コーティングは場合によっては、効率および／または機能性を向上させるために反射防止コーティング、薄膜干渉フィルタおよび／または他の部品に組み込まれる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００６年６月２日出願の米国仮特許出願第６０／８０３７３５号、および２００６年８月２３日出願の米国仮特許出願第６０／８２３３２６号からの優先権を主張するものであり、いずれも参照により本願に援用する。
【０００２】
本発明は一般に薄膜に関し、特には、ポジティブおよび／またはネガティブＣプレート部品を提供するために設計された薄膜コーティングに関する。
【背景技術】
【０００３】
反射防止（ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コーティングおよび干渉フィルタにおける薄膜の使用はよく知られている。反射防止コーティングに関し、１つまたは複数の薄膜層の厚さおよび屈折率は、基板から反射される光を低減するように選択される。干渉フィルタに関し、層の厚さ、屈折率、および／または数は、所望のフィルタ特性を提供するように選択される。
【０００４】
更に最近では、薄膜を用いて光学部品において複屈折を提供することに関心が高まっている。複屈折性は、異なる多様な屈折率によって特徴付けられ、直交線形偏光を有する光（例えば、ｓおよびｐ偏光された光）を、ある媒体を異なる速度で伝搬させる。速度が変わる結果、２つの直交偏光の間には位相差が生じる。この位相差は一般にリターダンスと呼ばれ、１つの波の部分として度またはナノメートルのいずれかで表すことができる。一般に、リターダンスの大きさは複屈折要素の用途を決定する。例えば、約１／２波のリターダンスを提供する光学部品（すなわち、半波長板）は、線形偏光された光の偏光状態を変えるのに典型的に用いられる。約１／４波のリターダンスを提供する光学部品（すなわち、１／４波長板）は、線形的に偏光された光を円形的に偏光された光に転換するのに、線形的に偏光された光の偏光状態を変えるための反射に、および／または光学ディスク・ピックアップなどの他の種々の用途に共通して用いられる。より低い大きさ（例えば、１／１０以下の波）のリターダンスを提供する光学部品は、（例えば、ＬＣＤ投影系における）偏光応答光学系の不完全さを補償するのに典型的に用いられる。
【０００５】
一般に、複屈折光学部品は、Ａプレート、Ｃプレート、またはＯプレートの対称性を有するものとして特徴付けられ得る。Ａプレートは、その異常軸が該プレートの平面に対して平行に配向された一軸複屈折光学要素である。Ｃプレートは、その異常軸が該プレートの平面に対して直交（すなわち、法線入射光の方向に対して平行である）するように配向された一軸複屈折光学要素である。Ｏプレートは、その異常軸（すなわち、その光学軸またはｃ軸）が該プレートの平面に対して斜角に配向された、一軸複屈折光学要素である。Ｃプレートは、法線入射光に対するどのような正味のリターデーションも生じさせないことは明白である（すなわち、法線入射光はこの複屈折性の影響を受けない）。対照的に軸から外れて（すなわち、異常軸に対してある角度で）入射する光線は、入射角に比例した正味のリターデーションを経験する。Ｃプレートは、リターダンスが入射角に伴って増大する場合には正であるとみなされ、リターダンスが入射角に伴って低減する場合には負であるとみなされる。この文脈において言及される場合、リターダンスはリターデーションと互換的に用いられ、２つの直交する線形偏光部品間の符号の付いた位相差を含む。ポジティブＣプレートは正の複屈折を必要とし、同様に、ネガティブＣプレートは負の複屈折を必要とする。
【０００６】
Ａプレートとして機能する複屈折光学部品は面内リターダンスを提供／補償するのに用いられることが多いが、Ｃプレートとして機能する部品は、面外リターダンスを提供／補償するのに用いられることが多い。位相差ではなく光路長差として表される面内リターダンスとは、光学要素の物理的厚さを掛け合わせた、２つの直交する面内屈折率の差を指す。光路長差としても表される面外リターダンスとは、光学要素の物理的厚さを掛け合わせた、光学要素の厚さ方向（ｚ方向）に沿った屈折率と１つの面内屈折率（または面内屈折率の平均）との差を指す。
【０００７】
光学部品における複屈折は従来、分子複屈折結晶によって、等方性がなくなるまで等方性材料を延伸または曲げることによって、および／または電界を印加して異方性を引き起こすことによって提供されてきた。上記のように、薄膜を用いて光学部品に複屈折を提供することにも関心が高まっている。薄膜の使用は、それが経済的代替を提供し、有機および／またはポリマー材料に関連する信頼性の問題を回避し、且つ、特定用途のために調整するのに設計のさらなる柔軟性が提供されるので有利である。例えば、複屈折結晶はそれらの有機および／またはポリマー同等物と比較して高い耐久性および／または安定性がある一方で、大きな結晶プレートを成長および研磨するコストは相当なものになり得る。また、約１００μｍ未満の物理的厚さを有する複屈折結晶を製造することは難しいため、これらの本質的に複屈折要素は典型的には、補償用途には一般に適していない。例えば、少なくとも１００μｍ厚さおよび０．００９の複屈折を有する単結晶プレートのＣプレート・リターダンス値は、可視領域においては最小９００ｎｍに制限されてしまう。
【特許文献１】米国特許第７１７０５７４号
【特許文献２】米国特許出願第２００７００７０２７６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
薄膜を用いて複屈折を提供する上手く行った試みが、米国特許第７１７０５７４号および米国特許出願第２００７００７０２７６号に報告されており、共に参照により本願に援用する。これらの参照物においては、薄膜コーティングを用いて、ＬＣＤパネルの固有の複屈折を補償するトリム・リターダが製造される。更に具体的には、薄膜コーティングを用いて、個々の層の光学的厚さが入射光の波長よりも非常に小さい形態複屈折薄膜積層体が創生される。形態複屈折（ＦＢ）積層体は高い耐久性がありＣプレートとして働き、ＡＲコーティング設計（ＦＢＡＲ）に組み入れて全機能Ａ／Ｃプレート・トリム・リターダを提供することができるので便宜的である。残念なことに、層厚が制限されるので、該ＦＢＡＲはネガティブＣプレートとしてしか働くことができない。
【０００９】
本発明は、入射光の波長よりも非常に小さい層厚に制限されず、耐久性があり、且つポジティブおよび／またはネガティブＣプレートとして働く薄膜設計に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様によれば、多層積層体を備える薄膜コーティングが提供され、該多層積層体は対照的な（ｃｏｎｔｒａｓｔｉｎｇ）屈折率を有する少なくとも２つの等方性材料の交互になった層を含む基本周期を有し、該基本周期はλ０においてπの等価位相厚を有し、該基本周期における各層の物理的厚さおよび屈折率は、該多層積層体が所定波長でＣプレートとして機能するように、且つ該所定波長における基本周期の等価位相厚がπを超えるように選択される。
【００１１】
本発明の別の態様によれば、対照的な屈折率を有する少なくとも２つの等方性材料の交互になった層を含む基本周期を有する多層積層体を含んだ薄膜コーティングを、基板の上に被着させるステップを含む方法が提供され、該基本周期はλ０においてπの等価位相厚を有し、該基本周期における各層の物理的厚さおよび屈折率は、多層積層体が所定波長でＣプレートとして機能するように、且つ該所定波長における基本周期の等価位相厚がπを超えるように選択される。
【００１２】
本発明の別の態様によれば、ポジティブＣプレート機能性を有する多層誘電体薄膜積層体を含む薄膜コーティングが提供され、該多層誘電体薄膜積層体は、異なる屈折率を有する複数の交互になった薄膜層を含み、該多層薄膜積層体中の各薄膜層の物理的厚さおよび屈折率は所定波長の入射の所定の法線外角度にて所定のリターダンスを提供するように選択される。
【００１３】
本発明の別の態様によれば、透明基板上に支持され、且つ１つまたは複数の薄膜コーティングに結合された面内リターダンスを有する複屈折要素を備える、光学リターダが提供され、該１つまたは複数の薄膜コーティングは、対照的な屈折率を有する少なくとも２つの等方性材料の交互になった層を含む基本周期を有する多層積層体を含み、該基本周期はλ０においてπの等価位相厚を有し、該基本周期における各層の物理的厚さおよび屈折率は、多層積層体が所定波長でＣプレートとして機能するように、且つ該所定波長における基本周期の等価位相厚がπを超えるように選択される。
【００１４】
本発明のさらなる特徴および利点は、添付図面と共に以下の詳細な説明から明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
添付図面を通して、類似する特徴は類似する参照番号によって識別されることに留意されたい。
【００１６】
上記のように、薄膜は反射防止コーティングおよび／または干渉フィルタ（例えば、薄膜干渉フィルタ）に用いられることが多い。各場合において、薄膜コーティングは典型的には、層の光学的厚さ（ｎ×ｄ）が入射光の波長の１／４に等しくなるように選択された屈折率ｎおよび物理的厚さｄを有する少なくとも１つの層を含む。これらの１／４波長（ＱＷ）層は、所望の光学的効果を得るために干渉の原理を使用する。
【００１７】
例えば、従来技術の図１を参照すると、屈折率ｎ１を有する薄膜層１０が、屈折率ｎ２を有する基板２０の上に示されている。ｎ１がｎ２未満で、且つ、ｎ１および薄膜層ｄ１の厚さが入射光λの１／４波に等しい光学的厚さを提供するように選択されている場合、空気／薄膜界面および薄膜／基板界面から反射される光は、正確に１８０°の位相外れになる。この１８０°の位相差の結果、弱め合い干渉が生じ、λにおける反射光の量が著しく低減される。
【００１８】
したがって、最も単純な反射防止コーティングは、基板の上に直接被着された透明な誘電体材料の単一の１／４波長層から構成される。更に具体的には、この透明な誘電体材料の層は、該層が該基板の屈折率未満の屈折率を有するように、且つ、該層が、光学的厚さを、反射率を低減させるスペクトル領域の中心波長の約１／４にする物理的厚さを有するように選択される。
【００１９】
更に複雑な反射防止コーティングは、透明な誘電体材料の２つ以上の層を基板上に被着させることによって作られる。例えば、反射防止コーティングの１つのタイプによれば、基板の屈折率よりも高い屈折率を有する第１の層がその光学的厚さが中心波長の約１／４になるように基板上に被着され、他方、基板の屈折率より低い屈折率を有する第２の層が、その光学的厚さも中心波長の約１／４になるように、第１の層上に被着される。このタイプの反射防止コーティングは、それが一般に中心波長においてゼロ反射率を達成し、中心波長のいずれかの側では反射率が急に増大するので、Ｖコート設計と呼ばれることが多い。
【００２０】
広帯域用途に更に適した多層反射防止コーティングは、高屈折率材料および低屈折率材料が交互に共に積層された少なくとも３つの誘電層を有する。例えば、特に一般的な１つの広帯域用反射防止コーティングは、高屈折率を有し、且つ基板上に被着された中心波長の約１／８の光学的厚さを有する材料から形成された第１の層と、低屈折率を有し、且つ第１の層上に被着された中心波長の約１／８の光学的厚さを有する材料から形成された第２の層と、高屈折率を有し、且つ第２の層上に被着された中心波長の１／２の光学的厚さを有する材料から形成された第３の層と、低屈折率を有し、且つ第３の層上に被着された中心波長の１／４の光学的厚さを有する材料から形成された第４の層とを含む。第１および第２の層の光学的厚さは、組み合わされた光学的厚さが、反射率を低減させるスペクトル領域の中心波長の約１／４になるように選択される。
【００２１】
干渉フィルタは一般に、帯域通過フィルタ、短波長通過フィルタ（ＳＷＰ）、長波長通過フィルタ（ＬＷＰ）、またはノッチ・フィルタに分類される。放射光を所与の波長帯で通過させ、その他のすべての波長を反射するように設計された最も単純な帯域通過フィルタは、スペーサ（すなわち、エタロンに類似する）によって分離された２つの部分反射器またはセミ・ミラーから簡単に構成される。全誘電体フィルタにおいては、部分反射器は誘電体材料の１つまたは複数の１／４波長層を用いて作られ、スペーサは透明な誘電体材料の半波長層または多数の半波長層である。例えば、一実施形態によれば、各部分反射器は、高屈折率の材料および低屈折率の材料が交互になり、各層が１／４波長に等しい光学的厚さを有する層を用いて形成される。これらの単純な全誘電体構造体をカスケードにし、通過帯域の遷移が急勾配の多孔干渉フィルタを形成することができるので便利である。各干渉フィルタの帯域幅は、構造体における１／４波長の積層体の反射率の関数であり、他方、半波長のスペーサは通過帯域の中心波長を決定する。
【００２２】
本発明は、例えば高屈折率の材料および低屈折率の材料の交互の層を有する薄膜コーティングがポジティブおよびネガティブ両方の面外複屈折を示すこともできること、この複屈折は有用であること、および薄膜を反射防止コーティング、薄膜干渉エッジ・フィルタおよび／または他の部品に組み込んで効率および／または機能性を向上させることができることを認識する。また、本発明は、面外複屈折の符号および大きさは薄膜コーティングの位相厚（すなわち、入射光の波長の点での光学的厚さであり、例えば、度、ラジアンとして、または１／４波長の数として表すことができる）によって決定されることを認識する。
【００２３】
例示のために、図２に示した対称的な薄膜積層体を考察する。該対称的な積層体は、形態（ａｂａ）Ｑである（式中、（ａｂａ）は基本周期であり、材料ａは屈折率ｎａを有し、材料ｂは屈折率ｎｂを有し、Ｑは積層体（１つを示す）における周期の数である）。一般に、屈折率ｎａは、屈折率ｎｂに対して低いかまたは高いとみなされる（すなわち、屈折率に差異がある）。該対称積層体は、波長λ０に中心がある（すなわち、物理的厚さｄａおよびｄｂは、それらの光学的厚さが、法線入射の１／４波長積層体に対してλ０において定義されるように選択される（例えば、ｎｄ＝λ０／４））。
【００２４】
数学的には、上記の対称的な積層体は、単一の等価層によって表され得る（例えば、該対称的な積層体はＨｅｒｐｉｎの等価積層体とみなされ得る）。この単一層の等価屈折率Ｎおよび等価位相厚γは、以下の式を用いて算出される。
【００２５】
【数１】
【００２６】
【数２】
式中、法線入射の個々の層の位相厚は、φａ＝２πｎａｄａ／λおよびφｂ＝２πｎｂｄｂ／λ、ｄａおよびｄｂは基本周期における層ａおよびｂの物理的厚さ、λは、等価屈折率および等価位相厚が算出されるときの波長である。該等価屈折率Ｎは周期の数とは独立したものであり、等価位相厚γは基本周期の位相厚を周期Ｑの数で掛け合わせたものであることに留意されたい。
【００２７】
上式は法線入射光についてのものである。非法線入射では、該薄膜は複屈折である。Ｐ偏光は異常波（ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ ｗａｖｅ）になり、Ｓ偏光は正常波（ｏｒｄｉｎａｒｙ ｗａｖｅ）のままである。また、軸外入射光に関しては、屈折率ｎａおよびｎｂは、それぞれｐ平面（例えば、ｎｅｆｆｐａ＝ｎａ／ｃｏｓθａ）およびｓ平面（例えば、ｎｅｆｆｓａ＝ｎａｃｏｓθａ）に対する実効屈折率と置き換えられる。同様に、各層φａおよびφｂに対する位相厚は、それに対応する非法線入射位相厚の式（例えば、φａ＝２πｎａｄａｃｏｓθａ／λおよびφｂ＝２πｎｂｄｂｃｏｓθｂ／λ、θａおよびθｂはスネルの法則から算出され（すなわち、ｓｉｎθ０＝ｎａｓｉｎθａ）、θ０は空気中の入射の角度である）と置き換えられる。また、１／４波長光学的厚さは、角度：ｎｄｃｏｓθ＝λ０／４において定義される。したがって、式（１）は：
【００２８】
【数３】
になり、式（２）は：
【００２９】
【数４】
になる。
【００３０】
該コーティングのｐ平面に対する透過位相δｔｐは、
【００３１】
【数５】
である。式中、ｒｐ１２は次式
【００３２】
【数６】
によって得られ、ｒｐ２３は、
【００３３】
【数７】
によって得られる。式中、ｎｓは基板の屈折率であり、θｓは基板における光線角度である。
【００３４】
ｓ平面に対する透過位相δｔｓは、式（５）に類似する式を有するが、この場合ではｒｓ１２は、
【００３５】
【数８】
であり、ｒｓ２３は、
【００３６】
【数９】
である。
【００３７】
次いで、異常波対正常波の位相差として定義される、角度の透過された正味のリターダンスΓｔ（ナノメートル）は、
【００３８】
【数１０】
として表される。
【００３９】
図３は、図２に示したものに類似する対称的な積層体のｓおよびｐ平面（例えば、γｐ−γｓ）についての等価位相厚の理論上の差を示すプロットである。本明細書では１０００（０．５Ｌ Ｈ ０．５Ｌ）Ｑと呼ばれるこの対称的な積層体においては、材料ａは、法線入射における１０００ｎｍにおいて１／４波長の０．５に等しい光学的厚さ（すなわち、ある波長の１／８；ｎｄ＝１０００／８）を有する低屈折率材料Ｌであり、材料ｂは、法線入射における１０００ｎｍにおいて１／４波長に相当する光学的厚さを有する高屈折率材料Ｈである。層の厚さは１０００ｎｍにおいて定義されるので、積層体は１０００ｎｍに中心があると考えられる。対称積層体は、空気中で入射し、屈折率１．５２の基板の上に設けられていると仮定する（層は法線入射において適合されている）。ＬおよびＨ材料は、非分散性であり、それぞれ１．４６および２．２の屈折率を有するものと仮定する。等価位相厚差は１５°の入射角について算出される。実線の曲線は該積層体の１周期に関するものであり、点線の曲線は５周期に関するものである。この対称積層体のストップバンドは、基本周期の等価位相厚が１８０°および５４０°（すなわちπおよび３π）である領域になる。ある角度においては、これらの薄膜コーティングの各々は、入射光の波長に応じて、ポジティブＣプレートおよび／またはネガティブＣプレートとして機能すると想定されることは明らかである。等価位相厚差が正である領域は、ポジティブＣプレート領域と記され、等価位相厚差が負の領域はネガティブＣプレート領域と記される。これらの領域の場所は、積層体の周期の数に関しては変わらないが、リターダンスの大きさは変わる。この大きさは、周期の数に伴って線形的に上昇する。
【００４０】
図４においては、マトリクス・ベースの薄膜計算アルゴリズムを用いて算出される１０００（０．５Ｌ Ｈ ０．５Ｌ）５積層体の理論上の透過リターダンスを、図３に示した１５°における等価位相厚における差に関して示した。ポジティブおよびネガティブ・リターダンス領域は、等価積層体の位相厚差から決定されたポジティブおよびネガティブＣプレート領域と合致する。この透過リターダンスは、１５°における光線入射に関して、８５０ｎｍにおける約１０ｎｍから１２２５ｎｍにおけるほぼ−２０ｎｍまで変化すると予想されることは明白である。
【００４１】
ポジティブＣプレートの機能性は、この実施形態においては高屈折率および低屈折率が交互になった薄膜層の積層体を含む薄膜構造体によってのみ提供されることが有利である。したがって、本発明の薄膜コーティングは、空隙が無く且つ空隙に関連する問題（例えば、層間剥離、カラムの崩壊および／または空隙に水が入ること）の無い緻密なマイクロ層に被着された、従来の等方性材料（例えば、無機誘電体）から製造され得る。例えば、等方性材料が実質的にすべて無機である場合、得られる薄膜はポジティブＣプレート部品を有し、高い耐久性がある（例えば、長期の時間間隔および機械的取扱いに対して、高い光束および高温に耐える）。
【００４２】
図５においては、１５°の入射における１０００（０．５Ｌ Ｈ ０．５Ｌ）５の積層体の理論上の透過リターダンスが、非対称積層体１０００（１．１６Ｈ ０．８Ｌ）５および中間屈折率の材料Ｍの非分散率が１．８である３つの材料の積層体１０００（０．４Ｌ ０．４Ｍ ０．４Ｈ ０．４Ｍ ０．４Ｌ）５と比較されている。これら３つの積層体に関し、法線入射における基本周期の位相厚は、それぞれ近似的に同じ波長９７９ｎｍ、９６８ｎｍおよび９８３ｎｍにおいてπに等しい。
【００４３】
有利には、図５は、基本周期（すなわち、繰り返し単位）が２つの層のみを含むとき、基本周期が非対称的であるとき、および／または基本周期が３つ以上の材料（すなわち、様々な周期で層化された媒体について）を含むときに、ポジティブＣプレート設計が達成されることを示している。ポジティブおよびネガティブ・リターダンス領域は、図５に示された各設計について類似していることは明白である。
【００４４】
更に有利には、図５は、本発明の薄膜コーティングが、一緒に積層された対照的な屈折率の交互になった薄膜層が比較的少数でも（例えば、１５〜２５層）、有意な面外複屈折を呈することを示している。これは、動作波長の一部において厚さを有する交互になった高／低屈折率の薄膜層を多数（例えば、５０を超え最大で約２０００層まで）必要とする、従来技術のＦＢＡＲコーティングとは正反対である。より少ない数でより厚い層を有する薄膜コーティングは、数が多くより薄い層を有する薄膜コーティングよりも製造が簡単であることは明白である。
【００４５】
図３を再び参照し、基本周期の等価位相厚が１０００ｎｍ付近でπに等しくなるように設計されていたことを思い起こすと、等価位相厚の観点で透過リターダンスを考察することもできる。例えば、領域１においては、基本周期の等価位相厚はπ未満であり、領域２においては、基本周期の等価位相厚はπより大きいが２π未満であり、領域３においては、基本周期の等価位相厚は２πより大きいが３π未満であり、示していない（短波長の方への）他の領域についても同様である。
【００４６】
図６Ａ、６Ｂ、６Ｃおよび６Ｄは、上記１０００（０．５Ｌ Ｈ ０．５Ｌ）５設計に関する種々の入射波長（例えば、それぞれ１５００ｎｍ、６５０ｎｍ、４５０ｎｍ、および３１０ｎｍ）についての理論上のリターダンス対入射角を示している。これらの波長の各々は、図３の異なる位相厚および異なる領域に相当することは明白である。例えば、１５００ｎｍは領域１（−Ｃプレートおよびπ未満の等価位相厚に相当）内にあり、６５０ｎｍは領域２（＋Ｃプレートおよびπより大きいが２π未満の等価位相厚に相当）内にあり、４５０ｎｍは領域３（−Ｃプレートおよび２πより大きいが３π未満の等価位相厚に相当）内にあり、３１０ｎｍは符号の付いていない領域にあり、＋Ｃプレートおよび３πより大きいが４π未満の等価位相厚に相当するように思われる。
【００４７】
図６Ａを参照すると、リターダンスは入射角が法線入射から離れる方に動くにつれて減少し、この領域（すなわち、基本周期の等価位相厚がπ未満である領域１）においては、薄膜積層体はネガティブＣプレートとして働くことが確認される。実際、この領域においては、該設計の例（例えば、ｄａ＝８６ｎｍおよびｄｂ＝１１４ｎｍ）の物理的層厚は、入射光の波長未満である。光の波長よりも非常に小さい厚さを有する層に関して、該積層体は、ゼロ次有効媒質理論（ＥＭＴ）によって説明され得る形態複屈折積層体である。このタイプの構造を用いたネガティブＣプレート・コーティングの設計は、米国特許第７１７０５７４号およびＫ．Ｄ．Ｈｅｎｄｒｉｘ、Ｋ．Ｌ．Ｔａｎ、Ｍ．Ｄｕｅｌｌｉ、Ｄ．Ｍ．Ｓｈｅｍｏ、およびＭ．Ｔｉｌｓｃｈの「Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ ｆｉｌｍｓ ｆｏｒ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ＬＣｏＳ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ」、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ２４（４）、１５４６〜１５５１頁、２００６年で考察されており、いずれも参照により本明細書に援用する。
【００４８】
図６Ｂを参照すると、リターダンスは入射角が法線入射から離れるにつれて増大すること、および該積層体がこの領域（すなわち、基本周期の等価位相厚が２π未満であるがπより大きい領域２）においてはポジティブＣプレートとして働くことが明白である。
【００４９】
図６Ｃを参照すると、リターダンスは入射角が法線入射から離れるにつれて減少すること、および該積層体がこの領域（すなわち、基本周期の等価位相厚が３π未満であるが２πより大きい領域３）においてはネガティブＣプレートとして働くことが明白である。
【００５０】
図６Ｄを参照すると、リターダンスは入射角が法線入射から離れるにつれて増大すること、および該積層体がこの領域（すなわち、基本周期の等価位相厚が４π未満であるが３πより大きい）においてはポジティブＣプレートとして働くことが明白である。
【００５１】
要約すると、基本周期の位相厚γｐ，ｓは、薄膜積層体が以下の式に従ってポジティブＣプレートまたはネガティブＣプレートとして働くかどうかを決定する。
（ｍ−１）π＜γｐ，ｓ＜ｍπ （１１）
特に、該薄膜積層体は、ｍが偶数である領域においてはポジティブＣプレートとして働き、ｍが奇数である領域においてはネガティブＣプレートとして働く。
【００５２】
上記のＨｅｒｐｉｎ等価位相分析を通して、２つの直交偏光（例えば、異常波および正常波、また、Ｐ偏光およびＳ偏光）の透過および反射位相差から算出された（入射の斜角における）正味のリターダンスについて言及している。薄膜設計および材料系の選択にある程度の柔軟性を持たせるために、多層薄膜積層体の軸外リターデーション効果を、それに対応する単層複屈折性媒体の軸外リターデーション効果と比較する。等価複屈折単一層は、実際の薄膜設計と同一の軸外リターデーション特性を有する。等価モデルに利用される一軸性材料屈折率（ｎｏおよびｎｅ）は、（液晶混合物の屈折率などの）実際の材料の屈折率または仮想的な材料の屈折率であり得る。該等価材料系は、多層薄膜積層体の平均屈折率、実効屈折率ｎｏおよびｎｅの同じ値を有してもよいか、または有さなくてもよい。等価層Ｄ２の物理的厚さは、多層積層体の実際の全体的な膜厚Ｄ１とは異なってもよい。図７に概略的に示すこの等価モデルの特に重要な１つの結果は、実際の薄膜設計は、屈折率整合層（反射防止機能）に浸漬した（ａｂａ）Ｑ積層体などの、１つまたは複数の異なった薄膜サブ積層体を組み入れてもよいことである。該積層体全体の軸外特性は単一層に合致し、リターデーション効果を分析的に解析することができる反復積層体および該リターデーション効果を解析するのにマトリクスに基づく計算を必要とするＡＲ積層体に相当する。
【００５３】
単一層Ｃプレート・リターダの固有伝搬屈折率は、以下の式によって求められる。
【００５４】
【数１１】
【００５５】
【数１２】
式中、σｏおよびσｅは、軸外入射における単一層Ｃプレートの固有屈折率であり、ｎｏおよびｎｅはそれぞれ、正常および異常な固有屈折率であり、θは照射の波長λの空気中の入射角である。長さ単位のＣプレート・リターダの正味のリターデーションは、以下の式で求められるように屈折率差および物理的厚さＤ２を用いて計算される。
Γ（θ；λ）＝［σｅ（θ；λ）−σｏ（θ；λ）］×Ｄ２ （１４）
長さ単位で表されるＣプレート・リターダンスは、屈折率差と物理的層厚との積であり、以下の式のように求められる。
Γｃ（λ）＝［ｎｅ（λ）−ｎｏ（λ）］×Ｄ２ （１５）
上述のように、これは光路長差として表される面外リターダンスである。故に、所定の入射角における正味のリターダンスを考えると、公称Ｃプレート・リターダンス量（長さ単位）は、
【００５６】
【数１３】
によって表される。式中、ｎｅｑは実際の膜のリターデーション特性を単一層Ｃプレート・リターダに一致させるのに必要な等価屈折率であり、ｎｅｑは単一層Ｃプレート・リターダのｎｏとｎｅとの間に存在し、ｎｅｑは近似的にｎｅである。例えば、λ＝５５０ｎｍにおいて｛ｎｏ，ｎｅ｝が｛１．５０，１．６５｝であるポジティブＣプレート・リターダのリターデーション特性は、ｎｅｑ１．６０を用いて正確にモデル化されるが、λ＝５５０ｎｍにおいて｛ｎｏ，ｎｅ｝が｛１．６５，１．５０｝であるネガティブＣプレート・リターダのリターデーション特性は、ｎｅｑ１．５３を用いて正確にモデル化される。ｎｅｑの全分散は、｛ｎｅ，ｎｏ｝の全分散データを用いて求められる。
【００５７】
上記の単一層Ｃプレート・モデルおよび適したリターデーション特性（ポジティブおよびネガティブ）に対するｎｅを用いて、図６のリターデーション特性についてΓｃをモデル化した。図６Ａに示した１５００ｎｍにおけるリターダンス特性（ｐｒｏｆｉｌｅ）に関し、等価単一層Ｃプレートは−１６８０ｎｍである。同様に、図６Ｂ、６Ｃおよび６Ｄに関する等価単一層Ｃプレートはそれぞれ、＋３９６ｎｍ、−８２ｎｍおよび＋１１２１ｎｍである。
【００５８】
本発明の薄膜コーティングを用いて、ポジティブおよび／またはネガティブＣプレート部品を透過構成または反射構成のいずれかで偏光デバイスに導入することは有利である。場合によっては、Ｃプレート薄膜コーティングは、機能性を高めるために、反射防止コーティング、短波長通過（ＳＷＰ）コーティング、および長波長通過（ＬＷＰ）コーティングなどの別の種類のコーティングに、法線入射または角度を付けて組み込まれる。
【００５９】
ポジティブおよびネガティブＣプレート機能性は高、中および／または低屈折率材料の交互の層によって導入されるので、本発明の薄膜コーティングは、空隙が無く且つ空隙に関連する問題（例えば、カラムの崩壊および／または空隙に水が入ること）の無い緻密なマイクロ層に被着された、従来の等方性材料から製造され得ることが更に有利である。例えば、等方性材料が実質的にすべて誘電体の場合、Ｃプレート・コーティングは高い耐久性および信頼性があり、長時間にわたって（例えば、１００００時間以上）高い光束密度（例えば、４０Ｍｌｕｘを超える）および高温（例えば、１２０℃を超える）に耐え得る。
【００６０】
基本周期の光学的厚さが、（ＦＢＡＲなどの形態複屈折ネガティブＣプレート要素に必要とされるような）光の波長よりも著しく小さいものに限定されないので、設計が更に柔軟になり更に有利である。実際、本発明による薄膜コーティングは、目的の用途に適するように、透過リターダンスおよび／または反射リターダンスのレベルを変えために容易に調整される。例えば、リターダンスの大きさを増大させるために、反復光学ユニットの数を増やすことができる。入射角に対してリターダンスが増大するか、または減少するかを変えるために、対象の波長における等価位相厚が変えられる（すなわち、中心波長λ０は、薄膜積層体がポジティブおよび／またはネガティブＣプレートとして機能するための所定波長に基づいて選択される）。例えば、本発明による薄膜コーティングは、電磁スペクトルの可視領域および近赤外線領域における一般的な軸外補償要件に対して、５０〜５０００ｎｍのポジティブおよび／またはネガティブＣプレート・リターダンスを提供することが想定される。当然、本発明による薄膜コーティングはまた、この範囲外の波長に対してポジティブおよび／またはネガティブＣプレート・リターダンスを提供する。
【００６１】
本発明の薄膜設計は便宜的には、面内リターダンスを有する、例えば形態複屈折構造または分子複屈折要素のいずれかである別の複屈折要素に容易に結合される。ＡプレートまたはＯプレートのいずれかとして構成された好適な面内リターダのいくつかの例には、延伸ポリマー・フィルム、液晶ポリマー、複屈折結晶、円柱構造を有する斜めに蒸着された形態複屈折薄膜、ナノ構造およびマイクロ構造の形態複屈折格子、ならびに一軸および／または二軸複屈折媒体が挙げられる。図８に得られた化合物のリターダを概略的に示す。該化合物光学リターダ１００は、透明基板１０９上に設けられた面内リターダ１０１を含む。典型的にはＡプレートまたはＯプレートとして構成されるこの面内リターダ１０１は場合によっては、該基板の一方の側または両側に配設された、多数の同質のリターダ層から形成される。該リターダの複屈折分類は、一軸または二軸である。また、その複屈折はポジティブまたはネガティブである。一般に、面内リターダ１０１は、透明基板１０９上に一体的に被覆されているか、または光学的接着層を用いて基板１０９に積層されている。場合によっては、該面内リターダはカバー・プレートを含む。
【００６２】
面内リターダ１０１の軸外リターデーション特性のために、角度応答の強化が必要となることが多い。例えば、面内リターダ１０１が真にポジティブのＡプレート一軸層である場合、その遅軸に沿った正味の線形リターダンスは、入射角の増大に伴ってロール・オフする。同様に、その速軸に沿った面内リターダ１０１の総線形リターダンスは、入射角の増大に伴ってピック・アップする。他の入射の方位面に関する面内リターダ１０１の線形リターダンス特性は、入射の遅軸面と速軸面の極端な特性の間に存在する。この軸外特性を成形するための洗練された解決策は、面内リターダ１０１を本発明の薄膜コーティング設計に結合することである。したがって、多層薄膜積層体１０２Ａおよび１０２Ｂは、面内リターダ１０１／基板１０９アセンブリの両外面上に設けられる。あるいは、単一の多層薄膜積層体（図示せず）は該アセンブリの一方の側のみに設けられる。２つの多層積層体を使用すれば、応力のマッチングをコーティングすることが可能となるが、反射動作モードが必要とするのは唯一の多層積層体であるのは明らかである。前述のように、本発明の多層積層体薄膜コーティングは場合によっては、反射防止、エッジ・フィルタリング、短および長帯域通過等などの他のフィルタ機能を組み込む。
【００６３】
角度リターダンス特性は、薄膜コーティングを付加することによって強化され、その結果、（フラットなリターダンス特性対入射角を含む）応答が調整されることは有利である。光線が、デバイスの法線１１５に対して角度１１１を定める１１０として入射するとき、この軸外光線のリターダンスは要件に正確に適合し、任意の所要の方位面において設けられた面内リターダ光学軸に対して軸上照明のリターダンスと等しいか、それより大きいか、またはそれより小さくなり得る。一実施形態によれば、結果的に得られる増強された光学リターダは、全機能Ａ／Ｃ光学リターダとして使用される。
【００６４】
本発明に従って記載の薄膜コーティングの別の用途は、入射角に対してリターダンスの変動を呈する種々の偏光部品の視野を増大させることである。
【００６５】
例えば、眼科用器具において７８５ｎｍで使用される７０ｎｍ波長板を考える。該波長板は、Ａプレート構成の２枚のガラス板に挟まれた、７８５ｎｍにおいて約０．０９７の複屈折Δｎを有する液晶ポリマー（ＬＣＰ）材料（該ＬＣＰの正常軸および異常軸は光学軸に直交する）を使用する。該波長板は法線入射においてｆ／１．６ビームで使用される。この入射ビームは空気中では法線入射から±１８°変化する。この角度範囲にわたって許容可能に動作するためには、面内（Ａプレート）リターダンスの所望の７０ｎｍは、角度に対して１ｎｍを超えて変化すべきではない。
【００６６】
図９を参照すると、０°のＡプレートの上記遅軸配向（入射面に対して平行でもある）に関するリターダンス対入射角は、実際は入射角の増大に伴って１ｎｍ超だけ小さくなることが示されている。特に、１８°におけるリターダンスは、遅軸が入射面に対して平行に整列されている場合は、法線入射時未満で約１．６ｎｍである。±２０°においては、リターダンスは法線入射時未満で約２ｎｍである。
【００６７】
この波長板の視野を改善するために、１８°における正味のリターダンスが少なくとも０．６ｎｍで２．６ｎｍ以下の、ポジティブＣプレート部品を有する薄膜コーティングを用いて、波長板の角度に対するリターダンス変動を１ｎｍ未満まで低減させる。明白なことに、同じポジティブＣプレート設計がガラス板の各外面に被覆されている場合、各表面の１８°におけるリターダンスは、２表面からの量が追加になるので標的値の半分だけで済む。各ガラス板は典型的には７８５ｎｍにおける反射防止コーティングを必要とするので、ポジティブＣプレート（ＰＣ）コーティングが場合によっては反射防止（ＡＲ）コーティング（すなわち、ＰＣＡＲを形成するため）に組み込まれる。あるいは、ポジティブＣプレート・コーティングはＬＷＰコーティングまたはＳＷＰコーティングなどの他のコーティングに組み込まれる。
【００６８】
例示のために、薄膜積層体１３２０（０．６Ｌ ０．７Ｈ ０．６Ｌ）２について考える。このポジティブＣプレート・コーティングは、１３２０ｎｍに中心があり、１８°において約０．４ｎｍのリターダンスを提供する。このリターダンスを計算する際、該積層体は屈折率１．５２を有する基板上の空気中にあると仮定し、低屈折率材料Ｌは屈折率１．４６を有するものと仮定し、高屈折率材料Ｈは屈折率２．２を有するものと仮定し、Ｌ材料およびＨ材料は共に非分散性であるものと仮定する。
【００６９】
このポジティブＣプレート・コーティング積層体を、図１０に示すような７８５ｎｍにおける反射率に対して最適化した２層反射防止コーティングに組み込むと、０〜１８°まで７８５ｎｍにおいて０．０４％未満のガラス表面からの反射率、および１８°において０．６２ｎｍの透過リターダンスを有するコーティング設計が得られる。ガラスの両外面を被覆すると、前述のように、１８°における総透過リターダンスは１．２４ｎｍになる。７０ｎｍ波長板のリターダンス（左軸、実線）と比較して、ガラス両面に被覆されたこの設計の総透過リターダンス対角度を図１１に示す（右軸、点線）。
【００７０】
図１２には、ＰＣＡＲを外面上に有する積層ＬＣＰ構造体に対するＡプレートの種々の遅軸配向の入射角の関数として、理論上の総リターダンスをプロットしている。該リターダンスは、偏光部品の視野が増大されながら、照明の入射の円錐形にわたって非常に一定に保たれ得ることは明白である。特に、入射ｆ／１．６ビームにわたるリターダンス変動は、約３ｎｍから１ｎｍ未満まで低減され、有効視野は約±１０°から約±２０°まで増大された。
【００７１】
これらの設計を用いた７０ｎｍリターダの実験結果を図１３に示す。測定された±１８°の入射角範囲にわたるリターダンスの実際の変動は１．２ｎｍとなり、該設計によって予測された変動よりも大きい。この測定されたリターダンス・データは、図１２の理論上のデータのような法線入射に関しては対称的ではない。これは、測定されたリターダンスの変動を理論上よりも大きくさせる、ＡプレートＬＣＰの僅かな面外傾斜によるものと思われる。それにもかかわらず、ポジティブＣプレートＡＲコーティングは、波長板の入射ビームにわたって角度に対するリターダンス変動を著しくは低減しない。
【００７２】
本発明に従って記載された薄膜コーティングの別の用途は、アクロマティック波長板を創生することである。更に具体的には、該薄膜コーティングのポジティブおよび／またはネガティブＣプレート領域は、２つ以上の波長において同じ大きさのリターダンスを有するデバイスを創生するのに用いられる。
【００７３】
例えば、４５°において適合され、且つ４８０ｎｍおよび６６０ｎｍにおいて高い透過性を有するように反射防止された、薄膜積層体５５６（２Ｈ Ｌ ２Ｈ Ｌ ２Ｈ）９を含んだ波長板について考える。図１４を参照すると、薄膜積層体５５６（２Ｈ Ｌ ２Ｈ Ｌ ２Ｈ）９は、基本周期の等価位相厚が４π未満であるが３πを超える領域が６６０ｎｍに位置するように、且つ、基本周期の等価位相厚が５π未満であるが４πを超える領域が４８０ｎｍに位置するように設計されている。また、該薄膜積層体は、各々４５°の入射角において測定したときに、６６０ｎｍにおける透過リターダンスが約＋９０°になるように、且つ４８０ｎｍにおいて−９０°になるように設計される。すなわち、該透過リターダンスは、これら２つの波長について大きさが同じである（しかし、符号は反対である）。したがって、該薄膜コーティングは、（４８０ｎｍおよび６６０ｎｍについて）透過性アクロマティック１／４波長板を実現する。
【００７４】
動作中、薄膜コーティングの平面が透過軸に対して４５°の向きである場合、且つ、速／遅軸が線形的に偏光された入射光に対して方位角的に４５°の向きである場合、該薄膜コーティングは偏光された入射光を、円形的に偏光された光に転換する。この２つの波長における光は、反対の円形的配向（時計回りおよび反時計回り）を有することは明らかである。
【００７５】
本発明の薄膜コーティングを用いて製造された別のタイプのアクロマティック波長板は、反射波長板である。例えば、ポジティブおよび／またはネガティブＣプレート設計を有する薄膜コーティングは場合によっては、高反射器などの反射フィルタに組み込まれる。光を再方向付けするときに偏光に影響を及ぼす該反射波長板は、コーティング積層体のストップバンドにおいて動作する。周期の数は、反射率が１００％付近になるまで増大される。位相を制御するために、反射器の上部には層が付加される。これらの付加的な層は、反射位相差を該ストップバンドにわたって所望の特性に調整するために最適化される。
【００７６】
反射アクロマティック１／４波長板の一実施形態を図１５に示す。この実施形態においては、薄膜コーティングは、ストップバンドにわたって比較的フラットな反射位相差特性を提供するように最適化された、形式５３５（０．５Ｈ Ｌ ０．５Ｈ）１２および屈折率が交互の複数の付加的な層を有する反射多層積層体を含む。光は４５°で該波長板に入射する。この平均反射率は約５００〜６００ｎｍと高い。この同じ波長領域にわたって、反射位相差を９０°になるように最適化した。すなわち、１／４波長板である。該波長板の速／遅軸に対して方位角的に４５°に向けられた４５°で入射する線形的に偏光された光は、該フィルタから反射された後、円形的に偏光された光に転換される。
【００７７】
反射アクロマティック１／４波長板の別の実施形態を図１６に示す。４０６ｎｍ、６６０ｎｍおよび７９０ｎｍの３つの線形的に偏光されたレーザ線は、該波長板に４５°で入射する。この入射角においては、これら３つのレーザ線の反射位相差は−９０°または＋９０°のいずれかである。該波長板の速／遅軸に対して方位角的に４５°に向けられた線形的に偏光された光に対して４５°の入射で動作するとき、該デバイスは該３波長に対して反射アクロマティック１／４波長板として働く。
【００７８】
本発明に従って記載された薄膜コーティングの別の用途は、ある光学部品または光学部品の組合せの残りのネガティブＣプレート・リターダンスを補償することである。
【００７９】
例えば、（例えば、それらの光学軸を９０°ずらして設置された）交差したＡプレートのセットを考える。この２つのプレートの面内リターダンスがほぼ適合されている場合、該セットの共通のリターダンスの大きさはネガティブＣプレート効果を呈することが一般に知られている。望ましくないかもしれないこの残りのネガティブＣプレート・リターダンス部品は、ポジティブＣプレート部品を有する薄膜コーティングをＡプレートの一方または両方に適用することによって補償される。場合によっては、Ａプレートの一方または両方に適用されたポジティブＣプレート（ＣＰ）薄膜コーティングは、ＡＲコーティング、ＬＷＰコーティング、またはＳＷＰコーティングに組み込まれる。
【００８０】
本発明に従って記載された薄膜コーティングの更に別の用途は、偏光顕微鏡に使用されるベレック補償板（Ｂｅｒｅｋ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）である。ベレック補償板は、光学顕微鏡の試料の複屈折を測定するのに用いられるポジティブＣプレートである。特に、該Ｃプレート要素は、その異常波光学軸が、ポジティブＣプレート要素の平面に対して直交するように、且つ顕微鏡の光学軸に対して平行になるように向けられる。該ポジティブＣプレートを法線入射（０°）で通過する偏光された光は、偏光の方向とは無関係な速度で該ポジティブＣプレートを伝搬する。該ポジティブＣプレート要素が入射する偏光光の方向に対して回転されるにしたがって、該偏光光の速度は偏光依存性になり、速度が変化する。この結果、生じる位相差は、ポジティブＣプレートの厚さ、入射波長、複屈折、および傾斜角に依存したものであり、顕微鏡を較正し、サンプルの複屈折を測定するのに次いで用いられる。この用途においては、ポジティブＣプレート薄膜コーティングは、基板に直接適用され得るか、または該基板上に被着されたＡＲコーティング、ＬＷＰコーティング、またはＳＷＰコーティングに組み込まれ得る。
【００８１】
上記の例の各々においては、本発明による薄膜コーティングは、場合によってはＡＲコーティングに組み込まれることが検討される。一実施形態によれば、これは、基板上に第１のＡＲ積層体を被着し、該第１のＡＲ積層体上にポジティブＣプレート薄膜積層体を被着し、該ポジティブＣプレート薄膜積層体上に第２のＡＲ積層体を被着することによって達成される（すなわち、ポジティブＣプレート（ＰＣ）は２枚のＡＲ積層体に挟み込まれてＰＣＡＲ積層体を形成する）。ポジティブＣプレート薄膜積層体が形態（０．５Ｌ Ｈ ０．５Ｌ）Ｑである場合、ＰＣＡＲ積層体は実質的に短波長フィルタであることは明白である。該ＰＣＡＲ積層体のリターダンス対入射角（ＡＯＩ）性能は、反射防止コーティング機能性を維持しながらも、機能性を強化するために容易に調整されることは便宜的である。
【００８２】
上記の例の各々においては、本発明による薄膜コーティングは、これらに限定するものではないが、化学気相成長（ＣＶＤ）、プラズマ強化ＣＶＤ、電子ビーム蒸着、熱蒸着、スパッタリング、および／または原子層堆積などの真空蒸着法を用いて製造される。場合によっては、該薄膜は、対象の波長領域にわたって透明である基板上に被着され、また、これらに限定するものではないが、ガラス、石英、透明なプラスチック、シリコン、およびゲルマニウムなどの多様な材料から製造されてよい。更に場合によっては、該基板は別の光学部品に組み込まれる。一般に、該薄膜に用いられる材料は、５５０ｎｍにおいて１．３から４．０を超える範囲の屈折率を有する無機または有機誘電体材料である。例えば、いくつかの適した材料には、シリカ（ＳｉＯ２、ｎ＝１．４６）、タンタル（Ｔａ２Ｏ５、ｎ＝２．２０）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３、ｎ＝１．６３）、ハフニア（ＨｆＯ２、ｎ＝１．８５）、チタニア（ＴｉＯ２、ｎ＝２．３７）、ニオビア（Ｎｂ２Ｏ５、ｎ＝２．１９）、およびフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２、ｎ＝１．３８）が挙げられる。当然、他の誘電体材料および／またはポリマーも同様に働くであろう。場合によっては、該フィルタは、Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｓｐｅｃｔｒａ社のＴＦＣａｌｃ（商標）などの市販のコンピュータ・プログラムを利用して設計される。
【００８３】
当然、上記実施形態は例示として記載したに過ぎない。当業者であれば、本発明の精神および範囲から逸脱せずに、種々の変更、代替的構成および／または同等物が採用されるであろうことが理解されよう。例えば、上記透過実施形態に類似する反射実施形態も想定される。実際、上記反射１／４波長板などの、反射に用いられる薄膜コーティングは、多数の市販用途において有用であると想定される。したがって、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によってのみ限定されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】弱め合い干渉を提供する従来技術の１／４波長層を示す図である。
【図２】形態（ａｂａ）Ｑ（Ｑは１に等しい）の対称積層体を示す断面図である。
【図３】各々屈折率１．５２の基板上の空中１０００ｎｍに中心がある対称積層体（０．５Ｌ Ｈ ０．５Ｌ）および（０．５Ｌ Ｈ ０．５Ｌ）５（層は法線入射において適合されている）の１５°におけるｓ平面とｐ平面との間の等価位相厚の差を示すグラフである。
【図４】図３に示す等価位相厚の差に対する、１０００（０．５Ｌ Ｈ ０．５Ｌ）５積層体の１５°における透過リターダンスを示すグラフである。
【図５】非対称積層体１０００（１．１６Ｈ ０．８Ｌ）の１５°における透過リターダンスおよび３つの材料の対称積層体１０００（０．４Ｌ ０．４Ｍ ０．４Ｈ ０．４Ｍ ０．４Ｌ）５の１５°における透過リターダンスに対する、１０００（０．５Ｌ Ｈ ０．５Ｌ）５積層体の１５°における透過リターダンスを示すグラフである。
【図６Ａ】対称積層体１０００（０．５Ｌ Ｈ ０．５Ｌ）５についての１５００ｎｍにおける透過リターダンス対入射角を示すグラフであり、薄膜積層体がこの波長において−１６８０ｎｍのネガティブＣプレートとして機能していることを示している。
【図６Ｂ】対称積層体１０００（０．５Ｌ Ｈ ０．５Ｌ）５についての６５０ｎｍにおける透過リターダンス対入射角を示すグラフであり、薄膜積層体がこの波長において＋３９６ｎｍのポジティブＣプレートとして機能していることを示す。
【図６Ｃ】対称積層体１０００（０．５Ｌ Ｈ ０．５Ｌ）５についての４５０ｎｍにおける透過リターダンス対入射角を示すグラフであり、薄膜積層体がこの波長において−８２ｎｍのネガティブＣプレートとして機能していることを示す。
【図６Ｄ】対称積層体１０００（０．５Ｌ Ｈ ０．５Ｌ）５についての３１０ｎｍにおける透過リターダンス対入射角を示すグラフであり、薄膜積層体がこの波長において１１２１ｎｍのポジティブＣプレートとして機能していることを示す。
【図７】単一層Ｃプレート・リターダに対する薄膜積層体の等価性を示す断面図である。
【図８】軸外リターダンス特性形状を提供するために別のリターダ要素と組み合わされた、本発明の一実施形態による薄膜積層体を示す断面図である。
【図９】遅軸が０度の方位角を向いていた７８５ｎｍにおける７０ｎｍＡプレート・リターダの透過リターダンス対入射角を示すグラフである。
【図１０】薄膜積層体と基板との間に２枚の反射防止層を含んだ本発明の一実施形態によるポジティブＣプレート薄膜コーティングの層構造を示す断面図である。
【図１１】図１０に示したポジティブＣプレートＡＲコーティングのリターダンスと、図９に関して記載の７０ｎｍＡプレート・リターダのリターダンスとの比較を示すグラフである。
【図１２】外側の溶融シリカ表面上にポジティブＣプレートＡＲコーティングを有する７０ｎｍＡプレート遅軸の異なる方位角の配向に関する、理論上のリターダンス対入射角を示すグラフであり、入射ｆ／１．４３ビームにわたる総リターダンス変動が約３．５ｎｍから１ｎｍ未満まで低減されたことを示す。
【図１３】外側の溶融シリカ表面上がポジティブＣプレートＡＲコーティングで被覆された波長板の７０ｎｍＡプレート遅軸の異なる方位角の配向に関する、測定されたリターダンス対入射角と、被覆していない積層波長板の理論上のリターダンスとを示すグラフである。
【図１４】４８０ｎｍ、６６０ｎｍにおいて高い透過率を有し、これらの波長においておよび＋９０または−９０°の透過リターダンスを有する設計の４５°における理論上の透過率および透過リターダンスを示すグラフである。
【図１５】５００〜６００ｎｍの波長帯域に対して反射１／４波長板（９０°リターダンス）である薄膜コーティング設計の４５°における、理論上の反射率および反射リターダンスを示すグラフである。
【図１６】垂直のラインで示した３つの波長：４０６ｎｍ、６６０ｎｍおよび７９０ｎｍにおいて９０°リターダンス（１／４波長板）を有する設計の４５°における理論上の反射率および反射リターダンスを示すグラフである。
【符号の説明】
【００８５】
１０ 薄膜層
２０ 基板
ａ、ｂ 材料
Ｄ１ 膜厚
Ｄ２ 物理的厚さ
１００ 化合物光学リターダ
１０１ 面内リターダ
１０２Ａ、１０２Ｂ 多層薄膜積層体
１０９ 透明基板
１１０ 光線
１１１ 角度
１１５ 法線
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００６年６月２日出願の米国仮特許出願第６０／８０３７３５号、および２００６年８月２３日出願の米国仮特許出願第６０／８２３３２６号からの優先権を主張するものであり、いずれも参照により本願に援用する。
【０００２】
本発明は一般に薄膜に関し、特には、ポジティブおよび／またはネガティブＣプレート部品を提供するために設計された薄膜コーティングに関する。
【背景技術】
【０００３】
反射防止（ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コーティングおよび干渉フィルタにおける薄膜の使用はよく知られている。反射防止コーティングに関し、１つまたは複数の薄膜層の厚さおよび屈折率は、基板から反射される光を低減するように選択される。干渉フィルタに関し、層の厚さ、屈折率、および／または数は、所望のフィルタ特性を提供するように選択される。
【０００４】
更に最近では、薄膜を用いて光学部品において複屈折を提供することに関心が高まっている。複屈折性は、異なる多様な屈折率によって特徴付けられ、直交線形偏光を有する光（例えば、ｓおよびｐ偏光された光）を、ある媒体を異なる速度で伝搬させる。速度が変わる結果、２つの直交偏光の間には位相差が生じる。この位相差は一般にリターダンスと呼ばれ、１つの波の部分として度またはナノメートルのいずれかで表すことができる。一般に、リターダンスの大きさは複屈折要素の用途を決定する。例えば、約１／２波のリターダンスを提供する光学部品（すなわち、半波長板）は、線形偏光された光の偏光状態を変えるのに典型的に用いられる。約１／４波のリターダンスを提供する光学部品（すなわち、１／４波長板）は、線形的に偏光された光を円形的に偏光された光に転換するのに、線形的に偏光された光の偏光状態を変えるための反射に、および／または光学ディスク・ピックアップなどの他の種々の用途に共通して用いられる。より低い大きさ（例えば、１／１０以下の波）のリターダンスを提供する光学部品は、（例えば、ＬＣＤ投影系における）偏光応答光学系の不完全さを補償するのに典型的に用いられる。
【０００５】
一般に、複屈折光学部品は、Ａプレート、Ｃプレート、またはＯプレートの対称性を有するものとして特徴付けられ得る。Ａプレートは、その異常軸が該プレートの平面に対して平行に配向された一軸複屈折光学要素である。Ｃプレートは、その異常軸が該プレートの平面に対して直交（すなわち、法線入射光の方向に対して平行である）するように配向された一軸複屈折光学要素である。Ｏプレートは、その異常軸（すなわち、その光学軸またはｃ軸）が該プレートの平面に対して斜角に配向された、一軸複屈折光学要素である。Ｃプレートは、法線入射光に対するどのような正味のリターデーションも生じさせないことは明白である（すなわち、法線入射光はこの複屈折性の影響を受けない）。対照的に軸から外れて（すなわち、異常軸に対してある角度で）入射する光線は、入射角に比例した正味のリターデーションを経験する。Ｃプレートは、リターダンスが入射角に伴って増大する場合には正であるとみなされ、リターダンスが入射角に伴って低減する場合には負であるとみなされる。この文脈において言及される場合、リターダンスはリターデーションと互換的に用いられ、２つの直交する線形偏光部品間の符号の付いた位相差を含む。ポジティブＣプレートは正の複屈折を必要とし、同様に、ネガティブＣプレートは負の複屈折を必要とする。
【０００６】
Ａプレートとして機能する複屈折光学部品は面内リターダンスを提供／補償するのに用いられることが多いが、Ｃプレートとして機能する部品は、面外リターダンスを提供／補償するのに用いられることが多い。位相差ではなく光路長差として表される面内リターダンスとは、光学要素の物理的厚さを掛け合わせた、２つの直交する面内屈折率の差を指す。光路長差としても表される面外リターダンスとは、光学要素の物理的厚さを掛け合わせた、光学要素の厚さ方向（ｚ方向）に沿った屈折率と１つの面内屈折率（または面内屈折率の平均）との差を指す。
【０００７】
光学部品における複屈折は従来、分子複屈折結晶によって、等方性がなくなるまで等方性材料を延伸または曲げることによって、および／または電界を印加して異方性を引き起こすことによって提供されてきた。上記のように、薄膜を用いて光学部品に複屈折を提供することにも関心が高まっている。薄膜の使用は、それが経済的代替を提供し、有機および／またはポリマー材料に関連する信頼性の問題を回避し、且つ、特定用途のために調整するのに設計のさらなる柔軟性が提供されるので有利である。例えば、複屈折結晶はそれらの有機および／またはポリマー同等物と比較して高い耐久性および／または安定性がある一方で、大きな結晶プレートを成長および研磨するコストは相当なものになり得る。また、約１００μｍ未満の物理的厚さを有する複屈折結晶を製造することは難しいため、これらの本質的に複屈折要素は典型的には、補償用途には一般に適していない。例えば、少なくとも１００μｍ厚さおよび０．００９の複屈折を有する単結晶プレートのＣプレート・リターダンス値は、可視領域においては最小９００ｎｍに制限されてしまう。
【特許文献１】米国特許第７１７０５７４号
【特許文献２】米国特許出願第２００７００７０２７６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
薄膜を用いて複屈折を提供する上手く行った試みが、米国特許第７１７０５７４号および米国特許出願第２００７００７０２７６号に報告されており、共に参照により本願に援用する。これらの参照物においては、薄膜コーティングを用いて、ＬＣＤパネルの固有の複屈折を補償するトリム・リターダが製造される。更に具体的には、薄膜コーティングを用いて、個々の層の光学的厚さが入射光の波長よりも非常に小さい形態複屈折薄膜積層体が創生される。形態複屈折（ＦＢ）積層体は高い耐久性がありＣプレートとして働き、ＡＲコーティング設計（ＦＢＡＲ）に組み入れて全機能Ａ／Ｃプレート・トリム・リターダを提供することができるので便宜的である。残念なことに、層厚が制限されるので、該ＦＢＡＲはネガティブＣプレートとしてしか働くことができない。
【０００９】
本発明は、入射光の波長よりも非常に小さい層厚に制限されず、耐久性があり、且つポジティブおよび／またはネガティブＣプレートとして働く薄膜設計に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様によれば、多層積層体を備える薄膜コーティングが提供され、該多層積層体は対照的な（ｃｏｎｔｒａｓｔｉｎｇ）屈折率を有する少なくとも２つの等方性材料の交互になった層を含む基本周期を有し、該基本周期はλ０においてπの等価位相厚を有し、該基本周期における各層の物理的厚さおよび屈折率は、該多層積層体が所定波長でＣプレートとして機能するように、且つ該所定波長における基本周期の等価位相厚がπを超えるように選択される。
【００１１】
本発明の別の態様によれば、対照的な屈折率を有する少なくとも２つの等方性材料の交互になった層を含む基本周期を有する多層積層体を含んだ薄膜コーティングを、基板の上に被着させるステップを含む方法が提供され、該基本周期はλ０においてπの等価位相厚を有し、該基本周期における各層の物理的厚さおよび屈折率は、多層積層体が所定波長でＣプレートとして機能するように、且つ該所定波長における基本周期の等価位相厚がπを超えるように選択される。
【００１２】
本発明の別の態様によれば、ポジティブＣプレート機能性を有する多層誘電体薄膜積層体を含む薄膜コーティングが提供され、該多層誘電体薄膜積層体は、異なる屈折率を有する複数の交互になった薄膜層を含み、該多層薄膜積層体中の各薄膜層の物理的厚さおよび屈折率は所定波長の入射の所定の法線外角度にて所定のリターダンスを提供するように選択される。
【００１３】
本発明の別の態様によれば、透明基板上に支持され、且つ１つまたは複数の薄膜コーティングに結合された面内リターダンスを有する複屈折要素を備える、光学リターダが提供され、該１つまたは複数の薄膜コーティングは、対照的な屈折率を有する少なくとも２つの等方性材料の交互になった層を含む基本周期を有する多層積層体を含み、該基本周期はλ０においてπの等価位相厚を有し、該基本周期における各層の物理的厚さおよび屈折率は、多層積層体が所定波長でＣプレートとして機能するように、且つ該所定波長における基本周期の等価位相厚がπを超えるように選択される。
【００１４】
本発明のさらなる特徴および利点は、添付図面と共に以下の詳細な説明から明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
添付図面を通して、類似する特徴は類似する参照番号によって識別されることに留意されたい。
【００１６】
上記のように、薄膜は反射防止コーティングおよび／または干渉フィルタ（例えば、薄膜干渉フィルタ）に用いられることが多い。各場合において、薄膜コーティングは典型的には、層の光学的厚さ（ｎ×ｄ）が入射光の波長の１／４に等しくなるように選択された屈折率ｎおよび物理的厚さｄを有する少なくとも１つの層を含む。これらの１／４波長（ＱＷ）層は、所望の光学的効果を得るために干渉の原理を使用する。
【００１７】
例えば、従来技術の図１を参照すると、屈折率ｎ１を有する薄膜層１０が、屈折率ｎ２を有する基板２０の上に示されている。ｎ１がｎ２未満で、且つ、ｎ１および薄膜層ｄ１の厚さが入射光λの１／４波に等しい光学的厚さを提供するように選択されている場合、空気／薄膜界面および薄膜／基板界面から反射される光は、正確に１８０°の位相外れになる。この１８０°の位相差の結果、弱め合い干渉が生じ、λにおける反射光の量が著しく低減される。
【００１８】
したがって、最も単純な反射防止コーティングは、基板の上に直接被着された透明な誘電体材料の単一の１／４波長層から構成される。更に具体的には、この透明な誘電体材料の層は、該層が該基板の屈折率未満の屈折率を有するように、且つ、該層が、光学的厚さを、反射率を低減させるスペクトル領域の中心波長の約１／４にする物理的厚さを有するように選択される。
【００１９】
更に複雑な反射防止コーティングは、透明な誘電体材料の２つ以上の層を基板上に被着させることによって作られる。例えば、反射防止コーティングの１つのタイプによれば、基板の屈折率よりも高い屈折率を有する第１の層がその光学的厚さが中心波長の約１／４になるように基板上に被着され、他方、基板の屈折率より低い屈折率を有する第２の層が、その光学的厚さも中心波長の約１／４になるように、第１の層上に被着される。このタイプの反射防止コーティングは、それが一般に中心波長においてゼロ反射率を達成し、中心波長のいずれかの側では反射率が急に増大するので、Ｖコート設計と呼ばれることが多い。
【００２０】
広帯域用途に更に適した多層反射防止コーティングは、高屈折率材料および低屈折率材料が交互に共に積層された少なくとも３つの誘電層を有する。例えば、特に一般的な１つの広帯域用反射防止コーティングは、高屈折率を有し、且つ基板上に被着された中心波長の約１／８の光学的厚さを有する材料から形成された第１の層と、低屈折率を有し、且つ第１の層上に被着された中心波長の約１／８の光学的厚さを有する材料から形成された第２の層と、高屈折率を有し、且つ第２の層上に被着された中心波長の１／２の光学的厚さを有する材料から形成された第３の層と、低屈折率を有し、且つ第３の層上に被着された中心波長の１／４の光学的厚さを有する材料から形成された第４の層とを含む。第１および第２の層の光学的厚さは、組み合わされた光学的厚さが、反射率を低減させるスペクトル領域の中心波長の約１／４になるように選択される。
【００２１】
干渉フィルタは一般に、帯域通過フィルタ、短波長通過フィルタ（ＳＷＰ）、長波長通過フィルタ（ＬＷＰ）、またはノッチ・フィルタに分類される。放射光を所与の波長帯で通過させ、その他のすべての波長を反射するように設計された最も単純な帯域通過フィルタは、スペーサ（すなわち、エタロンに類似する）によって分離された２つの部分反射器またはセミ・ミラーから簡単に構成される。全誘電体フィルタにおいては、部分反射器は誘電体材料の１つまたは複数の１／４波長層を用いて作られ、スペーサは透明な誘電体材料の半波長層または多数の半波長層である。例えば、一実施形態によれば、各部分反射器は、高屈折率の材料および低屈折率の材料が交互になり、各層が１／４波長に等しい光学的厚さを有する層を用いて形成される。これらの単純な全誘電体構造体をカスケードにし、通過帯域の遷移が急勾配の多孔干渉フィルタを形成することができるので便利である。各干渉フィルタの帯域幅は、構造体における１／４波長の積層体の反射率の関数であり、他方、半波長のスペーサは通過帯域の中心波長を決定する。
【００２２】
本発明は、例えば高屈折率の材料および低屈折率の材料の交互の層を有する薄膜コーティングがポジティブおよびネガティブ両方の面外複屈折を示すこともできること、この複屈折は有用であること、および薄膜を反射防止コーティング、薄膜干渉エッジ・フィルタおよび／または他の部品に組み込んで効率および／または機能性を向上させることができることを認識する。また、本発明は、面外複屈折の符号および大きさは薄膜コーティングの位相厚（すなわち、入射光の波長の点での光学的厚さであり、例えば、度、ラジアンとして、または１／４波長の数として表すことができる）によって決定されることを認識する。
【００２３】
例示のために、図２に示した対称的な薄膜積層体を考察する。該対称的な積層体は、形態（ａｂａ）Ｑである（式中、（ａｂａ）は基本周期であり、材料ａは屈折率ｎａを有し、材料ｂは屈折率ｎｂを有し、Ｑは積層体（１つを示す）における周期の数である）。一般に、屈折率ｎａは、屈折率ｎｂに対して低いかまたは高いとみなされる（すなわち、屈折率に差異がある）。該対称積層体は、波長λ０に中心がある（すなわち、物理的厚さｄａおよびｄｂは、それらの光学的厚さが、法線入射の１／４波長積層体に対してλ０において定義されるように選択される（例えば、ｎｄ＝λ０／４））。
【００２４】
数学的には、上記の対称的な積層体は、単一の等価層によって表され得る（例えば、該対称的な積層体はＨｅｒｐｉｎの等価積層体とみなされ得る）。この単一層の等価屈折率Ｎおよび等価位相厚γは、以下の式を用いて算出される。
【００２５】
【数１】
【００２６】
【数２】
式中、法線入射の個々の層の位相厚は、φａ＝２πｎａｄａ／λおよびφｂ＝２πｎｂｄｂ／λ、ｄａおよびｄｂは基本周期における層ａおよびｂの物理的厚さ、λは、等価屈折率および等価位相厚が算出されるときの波長である。該等価屈折率Ｎは周期の数とは独立したものであり、等価位相厚γは基本周期の位相厚を周期Ｑの数で掛け合わせたものであることに留意されたい。
【００２７】
上式は法線入射光についてのものである。非法線入射では、該薄膜は複屈折である。Ｐ偏光は異常波（ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ ｗａｖｅ）になり、Ｓ偏光は正常波（ｏｒｄｉｎａｒｙ ｗａｖｅ）のままである。また、軸外入射光に関しては、屈折率ｎａおよびｎｂは、それぞれｐ平面（例えば、ｎｅｆｆｐａ＝ｎａ／ｃｏｓθａ）およびｓ平面（例えば、ｎｅｆｆｓａ＝ｎａｃｏｓθａ）に対する実効屈折率と置き換えられる。同様に、各層φａおよびφｂに対する位相厚は、それに対応する非法線入射位相厚の式（例えば、φａ＝２πｎａｄａｃｏｓθａ／λおよびφｂ＝２πｎｂｄｂｃｏｓθｂ／λ、θａおよびθｂはスネルの法則から算出され（すなわち、ｓｉｎθ０＝ｎａｓｉｎθａ）、θ０は空気中の入射の角度である）と置き換えられる。また、１／４波長光学的厚さは、角度：ｎｄｃｏｓθ＝λ０／４において定義される。したがって、式（１）は：
【００２８】
【数３】
になり、式（２）は：
【００２９】
【数４】
になる。
【００３０】
該コーティングのｐ平面に対する透過位相δｔｐは、
【００３１】
【数５】
である。式中、ｒｐ１２は次式
【００３２】
【数６】
によって得られ、ｒｐ２３は、
【００３３】
【数７】
によって得られる。式中、ｎｓは基板の屈折率であり、θｓは基板における光線角度である。
【００３４】
ｓ平面に対する透過位相δｔｓは、式（５）に類似する式を有するが、この場合ではｒｓ１２は、
【００３５】
【数８】
であり、ｒｓ２３は、
【００３６】
【数９】
である。
【００３７】
次いで、異常波対正常波の位相差として定義される、角度の透過された正味のリターダンスΓｔ（ナノメートル）は、
【００３８】
【数１０】
として表される。
【００３９】
図３は、図２に示したものに類似する対称的な積層体のｓおよびｐ平面（例えば、γｐ−γｓ）についての等価位相厚の理論上の差を示すプロットである。本明細書では１０００（０．５Ｌ Ｈ ０．５Ｌ）Ｑと呼ばれるこの対称的な積層体においては、材料ａは、法線入射における１０００ｎｍにおいて１／４波長の０．５に等しい光学的厚さ（すなわち、ある波長の１／８；ｎｄ＝１０００／８）を有する低屈折率材料Ｌであり、材料ｂは、法線入射における１０００ｎｍにおいて１／４波長に相当する光学的厚さを有する高屈折率材料Ｈである。層の厚さは１０００ｎｍにおいて定義されるので、積層体は１０００ｎｍに中心があると考えられる。対称積層体は、空気中で入射し、屈折率１．５２の基板の上に設けられていると仮定する（層は法線入射において適合されている）。ＬおよびＨ材料は、非分散性であり、それぞれ１．４６および２．２の屈折率を有するものと仮定する。等価位相厚差は１５°の入射角について算出される。実線の曲線は該積層体の１周期に関するものであり、点線の曲線は５周期に関するものである。この対称積層体のストップバンドは、基本周期の等価位相厚が１８０°および５４０°（すなわちπおよび３π）である領域になる。ある角度においては、これらの薄膜コーティングの各々は、入射光の波長に応じて、ポジティブＣプレートおよび／またはネガティブＣプレートとして機能すると想定されることは明らかである。等価位相厚差が正である領域は、ポジティブＣプレート領域と記され、等価位相厚差が負の領域はネガティブＣプレート領域と記される。これらの領域の場所は、積層体の周期の数に関しては変わらないが、リターダンスの大きさは変わる。この大きさは、周期の数に伴って線形的に上昇する。
【００４０】
図４においては、マトリクス・ベースの薄膜計算アルゴリズムを用いて算出される１０００（０．５Ｌ Ｈ ０．５Ｌ）５積層体の理論上の透過リターダンスを、図３に示した１５°における等価位相厚における差に関して示した。ポジティブおよびネガティブ・リターダンス領域は、等価積層体の位相厚差から決定されたポジティブおよびネガティブＣプレート領域と合致する。この透過リターダンスは、１５°における光線入射に関して、８５０ｎｍにおける約１０ｎｍから１２２５ｎｍにおけるほぼ−２０ｎｍまで変化すると予想されることは明白である。
【００４１】
ポジティブＣプレートの機能性は、この実施形態においては高屈折率および低屈折率が交互になった薄膜層の積層体を含む薄膜構造体によってのみ提供されることが有利である。したがって、本発明の薄膜コーティングは、空隙が無く且つ空隙に関連する問題（例えば、層間剥離、カラムの崩壊および／または空隙に水が入ること）の無い緻密なマイクロ層に被着された、従来の等方性材料（例えば、無機誘電体）から製造され得る。例えば、等方性材料が実質的にすべて無機である場合、得られる薄膜はポジティブＣプレート部品を有し、高い耐久性がある（例えば、長期の時間間隔および機械的取扱いに対して、高い光束および高温に耐える）。
【００４２】
図５においては、１５°の入射における１０００（０．５Ｌ Ｈ ０．５Ｌ）５の積層体の理論上の透過リターダンスが、非対称積層体１０００（１．１６Ｈ ０．８Ｌ）５および中間屈折率の材料Ｍの非分散率が１．８である３つの材料の積層体１０００（０．４Ｌ ０．４Ｍ ０．４Ｈ ０．４Ｍ ０．４Ｌ）５と比較されている。これら３つの積層体に関し、法線入射における基本周期の位相厚は、それぞれ近似的に同じ波長９７９ｎｍ、９６８ｎｍおよび９８３ｎｍにおいてπに等しい。
【００４３】
有利には、図５は、基本周期（すなわち、繰り返し単位）が２つの層のみを含むとき、基本周期が非対称的であるとき、および／または基本周期が３つ以上の材料（すなわち、様々な周期で層化された媒体について）を含むときに、ポジティブＣプレート設計が達成されることを示している。ポジティブおよびネガティブ・リターダンス領域は、図５に示された各設計について類似していることは明白である。
【００４４】
更に有利には、図５は、本発明の薄膜コーティングが、一緒に積層された対照的な屈折率の交互になった薄膜層が比較的少数でも（例えば、１５〜２５層）、有意な面外複屈折を呈することを示している。これは、動作波長の一部において厚さを有する交互になった高／低屈折率の薄膜層を多数（例えば、５０を超え最大で約２０００層まで）必要とする、従来技術のＦＢＡＲコーティングとは正反対である。より少ない数でより厚い層を有する薄膜コーティングは、数が多くより薄い層を有する薄膜コーティングよりも製造が簡単であることは明白である。
【００４５】
図３を再び参照し、基本周期の等価位相厚が１０００ｎｍ付近でπに等しくなるように設計されていたことを思い起こすと、等価位相厚の観点で透過リターダンスを考察することもできる。例えば、領域１においては、基本周期の等価位相厚はπ未満であり、領域２においては、基本周期の等価位相厚はπより大きいが２π未満であり、領域３においては、基本周期の等価位相厚は２πより大きいが３π未満であり、示していない（短波長の方への）他の領域についても同様である。
【００４６】
図６Ａ、６Ｂ、６Ｃおよび６Ｄは、上記１０００（０．５Ｌ Ｈ ０．５Ｌ）５設計に関する種々の入射波長（例えば、それぞれ１５００ｎｍ、６５０ｎｍ、４５０ｎｍ、および３１０ｎｍ）についての理論上のリターダンス対入射角を示している。これらの波長の各々は、図３の異なる位相厚および異なる領域に相当することは明白である。例えば、１５００ｎｍは領域１（−Ｃプレートおよびπ未満の等価位相厚に相当）内にあり、６５０ｎｍは領域２（＋Ｃプレートおよびπより大きいが２π未満の等価位相厚に相当）内にあり、４５０ｎｍは領域３（−Ｃプレートおよび２πより大きいが３π未満の等価位相厚に相当）内にあり、３１０ｎｍは符号の付いていない領域にあり、＋Ｃプレートおよび３πより大きいが４π未満の等価位相厚に相当するように思われる。
【００４７】
図６Ａを参照すると、リターダンスは入射角が法線入射から離れる方に動くにつれて減少し、この領域（すなわち、基本周期の等価位相厚がπ未満である領域１）においては、薄膜積層体はネガティブＣプレートとして働くことが確認される。実際、この領域においては、該設計の例（例えば、ｄａ＝８６ｎｍおよびｄｂ＝１１４ｎｍ）の物理的層厚は、入射光の波長未満である。光の波長よりも非常に小さい厚さを有する層に関して、該積層体は、ゼロ次有効媒質理論（ＥＭＴ）によって説明され得る形態複屈折積層体である。このタイプの構造を用いたネガティブＣプレート・コーティングの設計は、米国特許第７１７０５７４号およびＫ．Ｄ．Ｈｅｎｄｒｉｘ、Ｋ．Ｌ．Ｔａｎ、Ｍ．Ｄｕｅｌｌｉ、Ｄ．Ｍ．Ｓｈｅｍｏ、およびＭ．Ｔｉｌｓｃｈの「Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ ｆｉｌｍｓ ｆｏｒ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ＬＣｏＳ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ」、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ２４（４）、１５４６〜１５５１頁、２００６年で考察されており、いずれも参照により本明細書に援用する。
【００４８】
図６Ｂを参照すると、リターダンスは入射角が法線入射から離れるにつれて増大すること、および該積層体がこの領域（すなわち、基本周期の等価位相厚が２π未満であるがπより大きい領域２）においてはポジティブＣプレートとして働くことが明白である。
【００４９】
図６Ｃを参照すると、リターダンスは入射角が法線入射から離れるにつれて減少すること、および該積層体がこの領域（すなわち、基本周期の等価位相厚が３π未満であるが２πより大きい領域３）においてはネガティブＣプレートとして働くことが明白である。
【００５０】
図６Ｄを参照すると、リターダンスは入射角が法線入射から離れるにつれて増大すること、および該積層体がこの領域（すなわち、基本周期の等価位相厚が４π未満であるが３πより大きい）においてはポジティブＣプレートとして働くことが明白である。
【００５１】
要約すると、基本周期の位相厚γｐ，ｓは、薄膜積層体が以下の式に従ってポジティブＣプレートまたはネガティブＣプレートとして働くかどうかを決定する。
（ｍ−１）π＜γｐ，ｓ＜ｍπ （１１）
特に、該薄膜積層体は、ｍが偶数である領域においてはポジティブＣプレートとして働き、ｍが奇数である領域においてはネガティブＣプレートとして働く。
【００５２】
上記のＨｅｒｐｉｎ等価位相分析を通して、２つの直交偏光（例えば、異常波および正常波、また、Ｐ偏光およびＳ偏光）の透過および反射位相差から算出された（入射の斜角における）正味のリターダンスについて言及している。薄膜設計および材料系の選択にある程度の柔軟性を持たせるために、多層薄膜積層体の軸外リターデーション効果を、それに対応する単層複屈折性媒体の軸外リターデーション効果と比較する。等価複屈折単一層は、実際の薄膜設計と同一の軸外リターデーション特性を有する。等価モデルに利用される一軸性材料屈折率（ｎｏおよびｎｅ）は、（液晶混合物の屈折率などの）実際の材料の屈折率または仮想的な材料の屈折率であり得る。該等価材料系は、多層薄膜積層体の平均屈折率、実効屈折率ｎｏおよびｎｅの同じ値を有してもよいか、または有さなくてもよい。等価層Ｄ２の物理的厚さは、多層積層体の実際の全体的な膜厚Ｄ１とは異なってもよい。図７に概略的に示すこの等価モデルの特に重要な１つの結果は、実際の薄膜設計は、屈折率整合層（反射防止機能）に浸漬した（ａｂａ）Ｑ積層体などの、１つまたは複数の異なった薄膜サブ積層体を組み入れてもよいことである。該積層体全体の軸外特性は単一層に合致し、リターデーション効果を分析的に解析することができる反復積層体および該リターデーション効果を解析するのにマトリクスに基づく計算を必要とするＡＲ積層体に相当する。
【００５３】
単一層Ｃプレート・リターダの固有伝搬屈折率は、以下の式によって求められる。
【００５４】
【数１１】
【００５５】
【数１２】
式中、σｏおよびσｅは、軸外入射における単一層Ｃプレートの固有屈折率であり、ｎｏおよびｎｅはそれぞれ、正常および異常な固有屈折率であり、θは照射の波長λの空気中の入射角である。長さ単位のＣプレート・リターダの正味のリターデーションは、以下の式で求められるように屈折率差および物理的厚さＤ２を用いて計算される。
Γ（θ；λ）＝［σｅ（θ；λ）−σｏ（θ；λ）］×Ｄ２ （１４）
長さ単位で表されるＣプレート・リターダンスは、屈折率差と物理的層厚との積であり、以下の式のように求められる。
Γｃ（λ）＝［ｎｅ（λ）−ｎｏ（λ）］×Ｄ２ （１５）
上述のように、これは光路長差として表される面外リターダンスである。故に、所定の入射角における正味のリターダンスを考えると、公称Ｃプレート・リターダンス量（長さ単位）は、
【００５６】
【数１３】
によって表される。式中、ｎｅｑは実際の膜のリターデーション特性を単一層Ｃプレート・リターダに一致させるのに必要な等価屈折率であり、ｎｅｑは単一層Ｃプレート・リターダのｎｏとｎｅとの間に存在し、ｎｅｑは近似的にｎｅである。例えば、λ＝５５０ｎｍにおいて｛ｎｏ，ｎｅ｝が｛１．５０，１．６５｝であるポジティブＣプレート・リターダのリターデーション特性は、ｎｅｑ１．６０を用いて正確にモデル化されるが、λ＝５５０ｎｍにおいて｛ｎｏ，ｎｅ｝が｛１．６５，１．５０｝であるネガティブＣプレート・リターダのリターデーション特性は、ｎｅｑ１．５３を用いて正確にモデル化される。ｎｅｑの全分散は、｛ｎｅ，ｎｏ｝の全分散データを用いて求められる。
【００５７】
上記の単一層Ｃプレート・モデルおよび適したリターデーション特性（ポジティブおよびネガティブ）に対するｎｅを用いて、図６のリターデーション特性についてΓｃをモデル化した。図６Ａに示した１５００ｎｍにおけるリターダンス特性（ｐｒｏｆｉｌｅ）に関し、等価単一層Ｃプレートは−１６８０ｎｍである。同様に、図６Ｂ、６Ｃおよび６Ｄに関する等価単一層Ｃプレートはそれぞれ、＋３９６ｎｍ、−８２ｎｍおよび＋１１２１ｎｍである。
【００５８】
本発明の薄膜コーティングを用いて、ポジティブおよび／またはネガティブＣプレート部品を透過構成または反射構成のいずれかで偏光デバイスに導入することは有利である。場合によっては、Ｃプレート薄膜コーティングは、機能性を高めるために、反射防止コーティング、短波長通過（ＳＷＰ）コーティング、および長波長通過（ＬＷＰ）コーティングなどの別の種類のコーティングに、法線入射または角度を付けて組み込まれる。
【００５９】
ポジティブおよびネガティブＣプレート機能性は高、中および／または低屈折率材料の交互の層によって導入されるので、本発明の薄膜コーティングは、空隙が無く且つ空隙に関連する問題（例えば、カラムの崩壊および／または空隙に水が入ること）の無い緻密なマイクロ層に被着された、従来の等方性材料から製造され得ることが更に有利である。例えば、等方性材料が実質的にすべて誘電体の場合、Ｃプレート・コーティングは高い耐久性および信頼性があり、長時間にわたって（例えば、１００００時間以上）高い光束密度（例えば、４０Ｍｌｕｘを超える）および高温（例えば、１２０℃を超える）に耐え得る。
【００６０】
基本周期の光学的厚さが、（ＦＢＡＲなどの形態複屈折ネガティブＣプレート要素に必要とされるような）光の波長よりも著しく小さいものに限定されないので、設計が更に柔軟になり更に有利である。実際、本発明による薄膜コーティングは、目的の用途に適するように、透過リターダンスおよび／または反射リターダンスのレベルを変えために容易に調整される。例えば、リターダンスの大きさを増大させるために、反復光学ユニットの数を増やすことができる。入射角に対してリターダンスが増大するか、または減少するかを変えるために、対象の波長における等価位相厚が変えられる（すなわち、中心波長λ０は、薄膜積層体がポジティブおよび／またはネガティブＣプレートとして機能するための所定波長に基づいて選択される）。例えば、本発明による薄膜コーティングは、電磁スペクトルの可視領域および近赤外線領域における一般的な軸外補償要件に対して、５０〜５０００ｎｍのポジティブおよび／またはネガティブＣプレート・リターダンスを提供することが想定される。当然、本発明による薄膜コーティングはまた、この範囲外の波長に対してポジティブおよび／またはネガティブＣプレート・リターダンスを提供する。
【００６１】
本発明の薄膜設計は便宜的には、面内リターダンスを有する、例えば形態複屈折構造または分子複屈折要素のいずれかである別の複屈折要素に容易に結合される。ＡプレートまたはＯプレートのいずれかとして構成された好適な面内リターダのいくつかの例には、延伸ポリマー・フィルム、液晶ポリマー、複屈折結晶、円柱構造を有する斜めに蒸着された形態複屈折薄膜、ナノ構造およびマイクロ構造の形態複屈折格子、ならびに一軸および／または二軸複屈折媒体が挙げられる。図８に得られた化合物のリターダを概略的に示す。該化合物光学リターダ１００は、透明基板１０９上に設けられた面内リターダ１０１を含む。典型的にはＡプレートまたはＯプレートとして構成されるこの面内リターダ１０１は場合によっては、該基板の一方の側または両側に配設された、多数の同質のリターダ層から形成される。該リターダの複屈折分類は、一軸または二軸である。また、その複屈折はポジティブまたはネガティブである。一般に、面内リターダ１０１は、透明基板１０９上に一体的に被覆されているか、または光学的接着層を用いて基板１０９に積層されている。場合によっては、該面内リターダはカバー・プレートを含む。
【００６２】
面内リターダ１０１の軸外リターデーション特性のために、角度応答の強化が必要となることが多い。例えば、面内リターダ１０１が真にポジティブのＡプレート一軸層である場合、その遅軸に沿った正味の線形リターダンスは、入射角の増大に伴ってロール・オフする。同様に、その速軸に沿った面内リターダ１０１の総線形リターダンスは、入射角の増大に伴ってピック・アップする。他の入射の方位面に関する面内リターダ１０１の線形リターダンス特性は、入射の遅軸面と速軸面の極端な特性の間に存在する。この軸外特性を成形するための洗練された解決策は、面内リターダ１０１を本発明の薄膜コーティング設計に結合することである。したがって、多層薄膜積層体１０２Ａおよび１０２Ｂは、面内リターダ１０１／基板１０９アセンブリの両外面上に設けられる。あるいは、単一の多層薄膜積層体（図示せず）は該アセンブリの一方の側のみに設けられる。２つの多層積層体を使用すれば、応力のマッチングをコーティングすることが可能となるが、反射動作モードが必要とするのは唯一の多層積層体であるのは明らかである。前述のように、本発明の多層積層体薄膜コーティングは場合によっては、反射防止、エッジ・フィルタリング、短および長帯域通過等などの他のフィルタ機能を組み込む。
【００６３】
角度リターダンス特性は、薄膜コーティングを付加することによって強化され、その結果、（フラットなリターダンス特性対入射角を含む）応答が調整されることは有利である。光線が、デバイスの法線１１５に対して角度１１１を定める１１０として入射するとき、この軸外光線のリターダンスは要件に正確に適合し、任意の所要の方位面において設けられた面内リターダ光学軸に対して軸上照明のリターダンスと等しいか、それより大きいか、またはそれより小さくなり得る。一実施形態によれば、結果的に得られる増強された光学リターダは、全機能Ａ／Ｃ光学リターダとして使用される。
【００６４】
本発明に従って記載の薄膜コーティングの別の用途は、入射角に対してリターダンスの変動を呈する種々の偏光部品の視野を増大させることである。
【００６５】
例えば、眼科用器具において７８５ｎｍで使用される７０ｎｍ波長板を考える。該波長板は、Ａプレート構成の２枚のガラス板に挟まれた、７８５ｎｍにおいて約０．０９７の複屈折Δｎを有する液晶ポリマー（ＬＣＰ）材料（該ＬＣＰの正常軸および異常軸は光学軸に直交する）を使用する。該波長板は法線入射においてｆ／１．６ビームで使用される。この入射ビームは空気中では法線入射から±１８°変化する。この角度範囲にわたって許容可能に動作するためには、面内（Ａプレート）リターダンスの所望の７０ｎｍは、角度に対して１ｎｍを超えて変化すべきではない。
【００６６】
図９を参照すると、０°のＡプレートの上記遅軸配向（入射面に対して平行でもある）に関するリターダンス対入射角は、実際は入射角の増大に伴って１ｎｍ超だけ小さくなることが示されている。特に、１８°におけるリターダンスは、遅軸が入射面に対して平行に整列されている場合は、法線入射時未満で約１．６ｎｍである。±２０°においては、リターダンスは法線入射時未満で約２ｎｍである。
【００６７】
この波長板の視野を改善するために、１８°における正味のリターダンスが少なくとも０．６ｎｍで２．６ｎｍ以下の、ポジティブＣプレート部品を有する薄膜コーティングを用いて、波長板の角度に対するリターダンス変動を１ｎｍ未満まで低減させる。明白なことに、同じポジティブＣプレート設計がガラス板の各外面に被覆されている場合、各表面の１８°におけるリターダンスは、２表面からの量が追加になるので標的値の半分だけで済む。各ガラス板は典型的には７８５ｎｍにおける反射防止コーティングを必要とするので、ポジティブＣプレート（ＰＣ）コーティングが場合によっては反射防止（ＡＲ）コーティング（すなわち、ＰＣＡＲを形成するため）に組み込まれる。あるいは、ポジティブＣプレート・コーティングはＬＷＰコーティングまたはＳＷＰコーティングなどの他のコーティングに組み込まれる。
【００６８】
例示のために、薄膜積層体１３２０（０．６Ｌ ０．７Ｈ ０．６Ｌ）２について考える。このポジティブＣプレート・コーティングは、１３２０ｎｍに中心があり、１８°において約０．４ｎｍのリターダンスを提供する。このリターダンスを計算する際、該積層体は屈折率１．５２を有する基板上の空気中にあると仮定し、低屈折率材料Ｌは屈折率１．４６を有するものと仮定し、高屈折率材料Ｈは屈折率２．２を有するものと仮定し、Ｌ材料およびＨ材料は共に非分散性であるものと仮定する。
【００６９】
このポジティブＣプレート・コーティング積層体を、図１０に示すような７８５ｎｍにおける反射率に対して最適化した２層反射防止コーティングに組み込むと、０〜１８°まで７８５ｎｍにおいて０．０４％未満のガラス表面からの反射率、および１８°において０．６２ｎｍの透過リターダンスを有するコーティング設計が得られる。ガラスの両外面を被覆すると、前述のように、１８°における総透過リターダンスは１．２４ｎｍになる。７０ｎｍ波長板のリターダンス（左軸、実線）と比較して、ガラス両面に被覆されたこの設計の総透過リターダンス対角度を図１１に示す（右軸、点線）。
【００７０】
図１２には、ＰＣＡＲを外面上に有する積層ＬＣＰ構造体に対するＡプレートの種々の遅軸配向の入射角の関数として、理論上の総リターダンスをプロットしている。該リターダンスは、偏光部品の視野が増大されながら、照明の入射の円錐形にわたって非常に一定に保たれ得ることは明白である。特に、入射ｆ／１．６ビームにわたるリターダンス変動は、約３ｎｍから１ｎｍ未満まで低減され、有効視野は約±１０°から約±２０°まで増大された。
【００７１】
これらの設計を用いた７０ｎｍリターダの実験結果を図１３に示す。測定された±１８°の入射角範囲にわたるリターダンスの実際の変動は１．２ｎｍとなり、該設計によって予測された変動よりも大きい。この測定されたリターダンス・データは、図１２の理論上のデータのような法線入射に関しては対称的ではない。これは、測定されたリターダンスの変動を理論上よりも大きくさせる、ＡプレートＬＣＰの僅かな面外傾斜によるものと思われる。それにもかかわらず、ポジティブＣプレートＡＲコーティングは、波長板の入射ビームにわたって角度に対するリターダンス変動を著しくは低減しない。
【００７２】
本発明に従って記載された薄膜コーティングの別の用途は、アクロマティック波長板を創生することである。更に具体的には、該薄膜コーティングのポジティブおよび／またはネガティブＣプレート領域は、２つ以上の波長において同じ大きさのリターダンスを有するデバイスを創生するのに用いられる。
【００７３】
例えば、４５°において適合され、且つ４８０ｎｍおよび６６０ｎｍにおいて高い透過性を有するように反射防止された、薄膜積層体５５６（２Ｈ Ｌ ２Ｈ Ｌ ２Ｈ）９を含んだ波長板について考える。図１４を参照すると、薄膜積層体５５６（２Ｈ Ｌ ２Ｈ Ｌ ２Ｈ）９は、基本周期の等価位相厚が４π未満であるが３πを超える領域が６６０ｎｍに位置するように、且つ、基本周期の等価位相厚が５π未満であるが４πを超える領域が４８０ｎｍに位置するように設計されている。また、該薄膜積層体は、各々４５°の入射角において測定したときに、６６０ｎｍにおける透過リターダンスが約＋９０°になるように、且つ４８０ｎｍにおいて−９０°になるように設計される。すなわち、該透過リターダンスは、これら２つの波長について大きさが同じである（しかし、符号は反対である）。したがって、該薄膜コーティングは、（４８０ｎｍおよび６６０ｎｍについて）透過性アクロマティック１／４波長板を実現する。
【００７４】
動作中、薄膜コーティングの平面が透過軸に対して４５°の向きである場合、且つ、速／遅軸が線形的に偏光された入射光に対して方位角的に４５°の向きである場合、該薄膜コーティングは偏光された入射光を、円形的に偏光された光に転換する。この２つの波長における光は、反対の円形的配向（時計回りおよび反時計回り）を有することは明らかである。
【００７５】
本発明の薄膜コーティングを用いて製造された別のタイプのアクロマティック波長板は、反射波長板である。例えば、ポジティブおよび／またはネガティブＣプレート設計を有する薄膜コーティングは場合によっては、高反射器などの反射フィルタに組み込まれる。光を再方向付けするときに偏光に影響を及ぼす該反射波長板は、コーティング積層体のストップバンドにおいて動作する。周期の数は、反射率が１００％付近になるまで増大される。位相を制御するために、反射器の上部には層が付加される。これらの付加的な層は、反射位相差を該ストップバンドにわたって所望の特性に調整するために最適化される。
【００７６】
反射アクロマティック１／４波長板の一実施形態を図１５に示す。この実施形態においては、薄膜コーティングは、ストップバンドにわたって比較的フラットな反射位相差特性を提供するように最適化された、形式５３５（０．５Ｈ Ｌ ０．５Ｈ）１２および屈折率が交互の複数の付加的な層を有する反射多層積層体を含む。光は４５°で該波長板に入射する。この平均反射率は約５００〜６００ｎｍと高い。この同じ波長領域にわたって、反射位相差を９０°になるように最適化した。すなわち、１／４波長板である。該波長板の速／遅軸に対して方位角的に４５°に向けられた４５°で入射する線形的に偏光された光は、該フィルタから反射された後、円形的に偏光された光に転換される。
【００７７】
反射アクロマティック１／４波長板の別の実施形態を図１６に示す。４０６ｎｍ、６６０ｎｍおよび７９０ｎｍの３つの線形的に偏光されたレーザ線は、該波長板に４５°で入射する。この入射角においては、これら３つのレーザ線の反射位相差は−９０°または＋９０°のいずれかである。該波長板の速／遅軸に対して方位角的に４５°に向けられた線形的に偏光された光に対して４５°の入射で動作するとき、該デバイスは該３波長に対して反射アクロマティック１／４波長板として働く。
【００７８】
本発明に従って記載された薄膜コーティングの別の用途は、ある光学部品または光学部品の組合せの残りのネガティブＣプレート・リターダンスを補償することである。
【００７９】
例えば、（例えば、それらの光学軸を９０°ずらして設置された）交差したＡプレートのセットを考える。この２つのプレートの面内リターダンスがほぼ適合されている場合、該セットの共通のリターダンスの大きさはネガティブＣプレート効果を呈することが一般に知られている。望ましくないかもしれないこの残りのネガティブＣプレート・リターダンス部品は、ポジティブＣプレート部品を有する薄膜コーティングをＡプレートの一方または両方に適用することによって補償される。場合によっては、Ａプレートの一方または両方に適用されたポジティブＣプレート（ＣＰ）薄膜コーティングは、ＡＲコーティング、ＬＷＰコーティング、またはＳＷＰコーティングに組み込まれる。
【００８０】
本発明に従って記載された薄膜コーティングの更に別の用途は、偏光顕微鏡に使用されるベレック補償板（Ｂｅｒｅｋ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）である。ベレック補償板は、光学顕微鏡の試料の複屈折を測定するのに用いられるポジティブＣプレートである。特に、該Ｃプレート要素は、その異常波光学軸が、ポジティブＣプレート要素の平面に対して直交するように、且つ顕微鏡の光学軸に対して平行になるように向けられる。該ポジティブＣプレートを法線入射（０°）で通過する偏光された光は、偏光の方向とは無関係な速度で該ポジティブＣプレートを伝搬する。該ポジティブＣプレート要素が入射する偏光光の方向に対して回転されるにしたがって、該偏光光の速度は偏光依存性になり、速度が変化する。この結果、生じる位相差は、ポジティブＣプレートの厚さ、入射波長、複屈折、および傾斜角に依存したものであり、顕微鏡を較正し、サンプルの複屈折を測定するのに次いで用いられる。この用途においては、ポジティブＣプレート薄膜コーティングは、基板に直接適用され得るか、または該基板上に被着されたＡＲコーティング、ＬＷＰコーティング、またはＳＷＰコーティングに組み込まれ得る。
【００８１】
上記の例の各々においては、本発明による薄膜コーティングは、場合によってはＡＲコーティングに組み込まれることが検討される。一実施形態によれば、これは、基板上に第１のＡＲ積層体を被着し、該第１のＡＲ積層体上にポジティブＣプレート薄膜積層体を被着し、該ポジティブＣプレート薄膜積層体上に第２のＡＲ積層体を被着することによって達成される（すなわち、ポジティブＣプレート（ＰＣ）は２枚のＡＲ積層体に挟み込まれてＰＣＡＲ積層体を形成する）。ポジティブＣプレート薄膜積層体が形態（０．５Ｌ Ｈ ０．５Ｌ）Ｑである場合、ＰＣＡＲ積層体は実質的に短波長フィルタであることは明白である。該ＰＣＡＲ積層体のリターダンス対入射角（ＡＯＩ）性能は、反射防止コーティング機能性を維持しながらも、機能性を強化するために容易に調整されることは便宜的である。
【００８２】
上記の例の各々においては、本発明による薄膜コーティングは、これらに限定するものではないが、化学気相成長（ＣＶＤ）、プラズマ強化ＣＶＤ、電子ビーム蒸着、熱蒸着、スパッタリング、および／または原子層堆積などの真空蒸着法を用いて製造される。場合によっては、該薄膜は、対象の波長領域にわたって透明である基板上に被着され、また、これらに限定するものではないが、ガラス、石英、透明なプラスチック、シリコン、およびゲルマニウムなどの多様な材料から製造されてよい。更に場合によっては、該基板は別の光学部品に組み込まれる。一般に、該薄膜に用いられる材料は、５５０ｎｍにおいて１．３から４．０を超える範囲の屈折率を有する無機または有機誘電体材料である。例えば、いくつかの適した材料には、シリカ（ＳｉＯ２、ｎ＝１．４６）、タンタル（Ｔａ２Ｏ５、ｎ＝２．２０）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３、ｎ＝１．６３）、ハフニア（ＨｆＯ２、ｎ＝１．８５）、チタニア（ＴｉＯ２、ｎ＝２．３７）、ニオビア（Ｎｂ２Ｏ５、ｎ＝２．１９）、およびフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２、ｎ＝１．３８）が挙げられる。当然、他の誘電体材料および／またはポリマーも同様に働くであろう。場合によっては、該フィルタは、Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｓｐｅｃｔｒａ社のＴＦＣａｌｃ（商標）などの市販のコンピュータ・プログラムを利用して設計される。
【００８３】
当然、上記実施形態は例示として記載したに過ぎない。当業者であれば、本発明の精神および範囲から逸脱せずに、種々の変更、代替的構成および／または同等物が採用されるであろうことが理解されよう。例えば、上記透過実施形態に類似する反射実施形態も想定される。実際、上記反射１／４波長板などの、反射に用いられる薄膜コーティングは、多数の市販用途において有用であると想定される。したがって、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によってのみ限定されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】弱め合い干渉を提供する従来技術の１／４波長層を示す図である。
【図２】形態（ａｂａ）Ｑ（Ｑは１に等しい）の対称積層体を示す断面図である。
【図３】各々屈折率１．５２の基板上の空中１０００ｎｍに中心がある対称積層体（０．５Ｌ Ｈ ０．５Ｌ）および（０．５Ｌ Ｈ ０．５Ｌ）５（層は法線入射において適合されている）の１５°におけるｓ平面とｐ平面との間の等価位相厚の差を示すグラフである。
【図４】図３に示す等価位相厚の差に対する、１０００（０．５Ｌ Ｈ ０．５Ｌ）５積層体の１５°における透過リターダンスを示すグラフである。
【図５】非対称積層体１０００（１．１６Ｈ ０．８Ｌ）の１５°における透過リターダンスおよび３つの材料の対称積層体１０００（０．４Ｌ ０．４Ｍ ０．４Ｈ ０．４Ｍ ０．４Ｌ）５の１５°における透過リターダンスに対する、１０００（０．５Ｌ Ｈ ０．５Ｌ）５積層体の１５°における透過リターダンスを示すグラフである。
【図６Ａ】対称積層体１０００（０．５Ｌ Ｈ ０．５Ｌ）５についての１５００ｎｍにおける透過リターダンス対入射角を示すグラフであり、薄膜積層体がこの波長において−１６８０ｎｍのネガティブＣプレートとして機能していることを示している。
【図６Ｂ】対称積層体１０００（０．５Ｌ Ｈ ０．５Ｌ）５についての６５０ｎｍにおける透過リターダンス対入射角を示すグラフであり、薄膜積層体がこの波長において＋３９６ｎｍのポジティブＣプレートとして機能していることを示す。
【図６Ｃ】対称積層体１０００（０．５Ｌ Ｈ ０．５Ｌ）５についての４５０ｎｍにおける透過リターダンス対入射角を示すグラフであり、薄膜積層体がこの波長において−８２ｎｍのネガティブＣプレートとして機能していることを示す。
【図６Ｄ】対称積層体１０００（０．５Ｌ Ｈ ０．５Ｌ）５についての３１０ｎｍにおける透過リターダンス対入射角を示すグラフであり、薄膜積層体がこの波長において１１２１ｎｍのポジティブＣプレートとして機能していることを示す。
【図７】単一層Ｃプレート・リターダに対する薄膜積層体の等価性を示す断面図である。
【図８】軸外リターダンス特性形状を提供するために別のリターダ要素と組み合わされた、本発明の一実施形態による薄膜積層体を示す断面図である。
【図９】遅軸が０度の方位角を向いていた７８５ｎｍにおける７０ｎｍＡプレート・リターダの透過リターダンス対入射角を示すグラフである。
【図１０】薄膜積層体と基板との間に２枚の反射防止層を含んだ本発明の一実施形態によるポジティブＣプレート薄膜コーティングの層構造を示す断面図である。
【図１１】図１０に示したポジティブＣプレートＡＲコーティングのリターダンスと、図９に関して記載の７０ｎｍＡプレート・リターダのリターダンスとの比較を示すグラフである。
【図１２】外側の溶融シリカ表面上にポジティブＣプレートＡＲコーティングを有する７０ｎｍＡプレート遅軸の異なる方位角の配向に関する、理論上のリターダンス対入射角を示すグラフであり、入射ｆ／１．４３ビームにわたる総リターダンス変動が約３．５ｎｍから１ｎｍ未満まで低減されたことを示す。
【図１３】外側の溶融シリカ表面上がポジティブＣプレートＡＲコーティングで被覆された波長板の７０ｎｍＡプレート遅軸の異なる方位角の配向に関する、測定されたリターダンス対入射角と、被覆していない積層波長板の理論上のリターダンスとを示すグラフである。
【図１４】４８０ｎｍ、６６０ｎｍにおいて高い透過率を有し、これらの波長においておよび＋９０または−９０°の透過リターダンスを有する設計の４５°における理論上の透過率および透過リターダンスを示すグラフである。
【図１５】５００〜６００ｎｍの波長帯域に対して反射１／４波長板（９０°リターダンス）である薄膜コーティング設計の４５°における、理論上の反射率および反射リターダンスを示すグラフである。
【図１６】垂直のラインで示した３つの波長：４０６ｎｍ、６６０ｎｍおよび７９０ｎｍにおいて９０°リターダンス（１／４波長板）を有する設計の４５°における理論上の反射率および反射リターダンスを示すグラフである。
【符号の説明】
【００８５】
１０ 薄膜層
２０ 基板
ａ、ｂ 材料
Ｄ１ 膜厚
Ｄ２ 物理的厚さ
１００ 化合物光学リターダ
１０１ 面内リターダ
１０２Ａ、１０２Ｂ 多層薄膜積層体
１０９ 透明基板
１１０ 光線
１１１ 角度
１１５ 法線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層積層体を備える薄膜コーティングであって、前記多層積層体が対照的な屈折率を有する少なくとも２つの等方性材料の交互になった層を含む基本周期を有し、前記基本周期がλ０においてπの等価位相厚を有し、前記基本周期における各層の物理的厚さおよび屈折率が、前記多層積層体が所定波長でＣプレートとして機能するように、且つ前記所定波長における基本周期の等価位相厚がπを超えるように選択される、薄膜コーティング。
【請求項２】
前記基本周期における各層の物理的厚さおよび屈折率が、前記多層積層体が前記所定波長でポジティブＣプレートとして機能するように、且つ前記所定波長における前記基本周期の前記等価位相厚がπを超えるが２π未満であるか、または３πを超えるが４π未満であるように選択される請求項１に記載の薄膜コーティング。
【請求項３】
前記基本周期における各層の物理的厚さおよび屈折率が、前記多層積層体が前記所定波長でネガティブＣプレートとして機能するように、且つ前記所定波長における前記基本周期の前記等価位相厚が２πを超えるが３π未満であるように選択される請求項１に記載の薄膜コーティング。
【請求項４】
前記多層積層体が、高屈折率および低屈折率の誘電体材料の交互になった層を含む請求項１に記載の薄膜コーティング。
【請求項５】
前記基本周期がＱ回反復され、λ０およびＱの少なくとも１つが、前記所定波長における所定の法線外入射角において、所定のリターダンスを提供するように選択される請求項１に記載の薄膜コーティング。
【請求項６】
前記基本周期がＱ回反復され、λ０およびＱの少なくとも１つが、前記所定波長において、所定のリターダンス特性対入射角を提供するように選択される請求項１に記載の薄膜コーティング。
【請求項７】
前記所定のリターダンス特性対入射角が、前記所定波長において、波長板の入射角に対するリターダンスの変動を補償するように選択される請求項６に記載の薄膜コーティング。
【請求項８】
前記所定のリターダンス特性対入射角が、異なる物理的厚さを有する第１および第２の交差したＡプレートの残りのネガティブＣプレート・リターダンスを補償するように選択される請求項６に記載の薄膜コーティング。
【請求項９】
前記所定のリターダンス特性対入射角が、ベレック補償板のためのＣプレート・リターダンスを提供するように選択される請求項６に記載の薄膜コーティング。
【請求項１０】
前記多層積層体が、同じ入射角に対して、前記所定波長および他の第２の所定波長において同じ大きさのリターダンスを提供する請求項１に記載の薄膜コーティング。
【請求項１１】
前記多層積層体が反射フィルタに組み込まれる請求項１０に記載の薄膜コーティング。
【請求項１２】
前記多層積層体が、反射防止コーティング、長波長通過コーティングおよび短波長通過コーティングの少なくとも１つに組み込まれる請求項１乃至１０のいずれかに記載の薄膜コーティング。
【請求項１３】
前記多層積層体が、反射防止コーティングに組み込まれる請求項１乃至１０のいずれかに記載の薄膜コーティング。
【請求項１４】
前記多層積層体が、中心がλ０にある多層干渉構造であり、前記所定波長がλ０未満である請求項１乃至１０のいずれかに記載の薄膜コーティング。
【請求項１５】
前記多層積層体が、法線外入射角に使用されるアクロマティック１／４波長板を提供するように基板上に被着される請求項１乃至５のいずれかに記載の薄膜コーティング。
【請求項１６】
前記多層積層体が反射フィルタに組み込まれ、前記アクロマティック１／４波長板が反射アクロマティック１／４波長板である請求項１５に記載の薄膜コーティング。
【請求項１７】
前記多層積層体が面内リターダンスを有する複屈折要素上に被着され、前記基本周期における各層の物理的厚さおよび屈折率が、前記複屈折要素の角度リターダンス特性を調整するように選択される請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
前記複屈折要素が、延伸箔、形態複屈折格子、結晶石英、および液晶ポリマー・リターデーション要素のうちの１つである請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
請求項１乃至１４のいずれかに記載の薄膜コーティングを基板上に被着させるステップを含む方法。
【請求項２０】
前記所定波長で偏光されたビーム光において前記基板をある角度に配向するステップを含む請求項１９に記載の方法。
【請求項１】
多層積層体を備える薄膜コーティングであって、前記多層積層体が対照的な屈折率を有する少なくとも２つの等方性材料の交互になった層を含む基本周期を有し、前記基本周期がλ０においてπの等価位相厚を有し、前記基本周期における各層の物理的厚さおよび屈折率が、前記多層積層体が所定波長でＣプレートとして機能するように、且つ前記所定波長における基本周期の等価位相厚がπを超えるように選択される、薄膜コーティング。
【請求項２】
前記基本周期における各層の物理的厚さおよび屈折率が、前記多層積層体が前記所定波長でポジティブＣプレートとして機能するように、且つ前記所定波長における前記基本周期の前記等価位相厚がπを超えるが２π未満であるか、または３πを超えるが４π未満であるように選択される請求項１に記載の薄膜コーティング。
【請求項３】
前記基本周期における各層の物理的厚さおよび屈折率が、前記多層積層体が前記所定波長でネガティブＣプレートとして機能するように、且つ前記所定波長における前記基本周期の前記等価位相厚が２πを超えるが３π未満であるように選択される請求項１に記載の薄膜コーティング。
【請求項４】
前記多層積層体が、高屈折率および低屈折率の誘電体材料の交互になった層を含む請求項１に記載の薄膜コーティング。
【請求項５】
前記基本周期がＱ回反復され、λ０およびＱの少なくとも１つが、前記所定波長における所定の法線外入射角において、所定のリターダンスを提供するように選択される請求項１に記載の薄膜コーティング。
【請求項６】
前記基本周期がＱ回反復され、λ０およびＱの少なくとも１つが、前記所定波長において、所定のリターダンス特性対入射角を提供するように選択される請求項１に記載の薄膜コーティング。
【請求項７】
前記所定のリターダンス特性対入射角が、前記所定波長において、波長板の入射角に対するリターダンスの変動を補償するように選択される請求項６に記載の薄膜コーティング。
【請求項８】
前記所定のリターダンス特性対入射角が、異なる物理的厚さを有する第１および第２の交差したＡプレートの残りのネガティブＣプレート・リターダンスを補償するように選択される請求項６に記載の薄膜コーティング。
【請求項９】
前記所定のリターダンス特性対入射角が、ベレック補償板のためのＣプレート・リターダンスを提供するように選択される請求項６に記載の薄膜コーティング。
【請求項１０】
前記多層積層体が、同じ入射角に対して、前記所定波長および他の第２の所定波長において同じ大きさのリターダンスを提供する請求項１に記載の薄膜コーティング。
【請求項１１】
前記多層積層体が反射フィルタに組み込まれる請求項１０に記載の薄膜コーティング。
【請求項１２】
前記多層積層体が、反射防止コーティング、長波長通過コーティングおよび短波長通過コーティングの少なくとも１つに組み込まれる請求項１乃至１０のいずれかに記載の薄膜コーティング。
【請求項１３】
前記多層積層体が、反射防止コーティングに組み込まれる請求項１乃至１０のいずれかに記載の薄膜コーティング。
【請求項１４】
前記多層積層体が、中心がλ０にある多層干渉構造であり、前記所定波長がλ０未満である請求項１乃至１０のいずれかに記載の薄膜コーティング。
【請求項１５】
前記多層積層体が、法線外入射角に使用されるアクロマティック１／４波長板を提供するように基板上に被着される請求項１乃至５のいずれかに記載の薄膜コーティング。
【請求項１６】
前記多層積層体が反射フィルタに組み込まれ、前記アクロマティック１／４波長板が反射アクロマティック１／４波長板である請求項１５に記載の薄膜コーティング。
【請求項１７】
前記多層積層体が面内リターダンスを有する複屈折要素上に被着され、前記基本周期における各層の物理的厚さおよび屈折率が、前記複屈折要素の角度リターダンス特性を調整するように選択される請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
前記複屈折要素が、延伸箔、形態複屈折格子、結晶石英、および液晶ポリマー・リターデーション要素のうちの１つである請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
請求項１乃至１４のいずれかに記載の薄膜コーティングを基板上に被着させるステップを含む方法。
【請求項２０】
前記所定波長で偏光されたビーム光において前記基板をある角度に配向するステップを含む請求項１９に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００７−３２３０７３（Ｐ２００７−３２３０７３Ａ）
【公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００７−１４６６５１（Ｐ２００７−１４６６５１）
【出願日】平成１９年６月１日（２００７．６．１）
【出願人】（５０２１５１８２０）ジェイディーエス ユニフェイズ コーポレーション (90)
【氏名又は名称原語表記】ＪＤＳ Ｕｎｉｐｈａｓｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ
【住所又は居所原語表記】１７６８ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｐａｒｋｗａｙ，Ｓａｎ Ｊｏｓｅ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，ＵＳＡ，９５１３１
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１４６６５１（Ｐ２００７−１４６６５１）
【出願日】平成１９年６月１日（２００７．６．１）
【出願人】（５０２１５１８２０）ジェイディーエス ユニフェイズ コーポレーション (90)
【氏名又は名称原語表記】ＪＤＳ Ｕｎｉｐｈａｓｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ
【住所又は居所原語表記】１７６８ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｐａｒｋｗａｙ，Ｓａｎ Ｊｏｓｅ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，ＵＳＡ，９５１３１
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]