(57)【要約】【課題】単一の部品として構成され、位相差の温度依存性、波長依存性及び入射角依存性のすべてが低減された組合せ波長板を提供する。【解決手段】複屈折板を複数組み合わせてなる波長板である。４種類以上の複屈折性素材を含み、４種類以上の複屈折性素材のいずれかからそれぞれ構成された複数の複屈折板が、遅相軸が相互に垂直又は平行になるよう、積層して配置されており、各前記複屈折板の板厚は、複数の波長条件と複数の温度条件を組み合わせた複数の波長・温度条件において、前記波長板の位相差を同一の値に調整する厚さからなる。【選択図】図１
2016142963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複屈折板を複数組み合わせてなる波長板であって、
４種類以上の複屈折性素材を含み、
前記４種類以上の複屈折性素材のいずれかからそれぞれ構成された複数の前記複屈折板が、遅相軸が相互に垂直又は平行になるよう、積層して配置されており、
各前記複屈折板の板厚は、複数の波長条件と複数の温度条件を組み合わせた複数の波長・温度条件において、前記波長板の位相差を同一の値に調整する厚さからなり、
前記各複屈折板の前記板厚は、それぞれ、下記の式（I）で求められる板厚であることを特徴とする波長板。
【数４８】
2016142963.tif 000067
【数４９】
2016142963.tif 000068
【数５０】
2016142963.tif 000069
【請求項２】
複屈折板を複数組み合わせてなる波長板であって、
３種類の複屈折性素材を含み、
前記３種類の複屈折性素材のいずれかからそれぞれ構成された複数の前記複屈折板が、遅相軸が相互に垂直又は平行になるよう、積層して配置されており、
各前記複屈折板の板厚は、二つの波長条件において、前記波長板の位相差を同一の値とし、且つ位相差の温度変化率を０と見做せる範囲の値に調整する厚さからなり、
前記各複屈折板の前記板厚は、それぞれ、下記の式（II）で求められる板厚であることを特徴とする波長板。
【数５１】
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【数５２】
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【数５３】
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【数５４】
2016142963.tif 000073
【請求項３】
前記複数の複屈折板のうち少なくとも一つが、ダブルプレートからなることを特徴とする請求項１又は２記載の波長板。
【請求項４】
複屈折性素材からなる一対の板材を、光学軸を相互に直交させて積層して配置してなる入射角依存性補正板を、更に備え、
前記入射角依存性補正板は、正又は負の符号を有する一軸性複屈折材料からなり、
前記入射角依存性補正板の前記正又は負の符号は、前記複数の複屈折板が積層されてなる積層体が有する負又は正の符号と逆の符号であることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の波長板。
【請求項５】
前記入射角依存性補正板の厚さは、前記入射角依存性補正板への光線入射角の変化に対する位相差の変化量が、前記積層体の位相差の変化量と同程度となる厚さであることを特徴とする請求項４記載の波長板。
【請求項６】
前記複数の複屈折板，前記ダブルプレートを構成する一対の板材及び前記入射角依存性補正板を構成する前記一対の板体が、接着剤を介して又はオプティカルコンタクトにより相互に接合され、又は、エアギャップを介して相互に対向して配置されてなることを特徴とする請求項４又は５記載の波長板。
【請求項７】
前記複屈折板及び前記入射角依存性補正板を構成する前記一対の板体のすべてが、一軸性結晶からなることを特徴とする請求項４乃至６いずれか記載の波長板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数種類の複屈折材料を組み合わせて構成した波長板に関する。
【背景技術】
【０００２】
古くから、光の位相制御、特に偏光状態の制御に、物質の異方性を用いた位相子が用いられており、一般に波長板と呼ばれている。
波長板の特性について、結晶材料を用いた波長板の例を用いて説明する。
波長板の位相差は以下の式ａで表される。
位相差δ=Δn×ｔ/λ×２π      …  (式ａ)
ここで、ｔは単一板で構成される波長板の厚さ、又は、ダブルプレート波長板を構成する一対の板材の板厚差、λは波長、Δnは複屈折量で、一軸性材料の場合no-neで表すことができる。
Δnは波長板の素材である結晶材料の物性で決まり、代表的な素材である水晶の場合、約0.01程度である。
【０００３】
式ａより波長板を製作する場合、波長が短くなるに従い板厚を薄くする必要がある。
水晶を用いた位相差90°の波長板を製作する場合、板厚は、波長550nmの場合に約15μmとなる。このように薄い波長板は取り扱いが難しくなるため、板厚を厚くすることのできる高次の波長板とするか、図５０のように、同一材料からなる板材の板厚差を利用するダブルプレート波長板として構成することが一般的である。図５０において、一対の板材上に重ねて描かれた矢印は、各板材の光学軸方向を示している。
０次ダブルプレート波長板では、図５０に示すように、同一材料からなる一対の板材の板厚をそれぞれＡ，Ｂとしたとき、上記式ａに従い、板厚ＡとＢの差ｔが約15μmとなるように構成される。Ａ，Ｂの厚さは、加工性、取り扱い性を確保するため、ｄ＝Ａ＋Ｂ＝0.3〜1mm程度とすることが一般的である。
【０００４】
しかし、このように構成された０次ダブルプレート波長板は、図５１の０次ダブルプレートの位相差の波長依存性のグラフに示すように、位相差が波長により変化する。従って、使用波長に幅がある場合には、所望の特性を満たすことができない。
【０００５】
また、式ａを温度依存性も含んだ形で表すと式ｂのようになる。
δi(λ,T）＝2π/λ・Δni(λ,T)・ｔi（T)           …(式ｂ）
式ｂに表すように複屈折量Δni(λ,T)及び板厚ｔi（T)が温度Ｔに依存するため、位相差の温度依存性が現れる。
図５２に０次ダブルプレートの位相差の温度依存性の例を示す。図５２に示すように、温度により位相差が変化するため使用環境に応じて位相差が変化し、精密な位相差の制御が必要な場合には、温度制御装置が必要となる。
【０００６】
また、一般的な波長板では、入射角依存性は、波長板の合計の板厚に比例する。
図５３，図５４に、板厚ｄ=0.3mmと板厚ｄ=1.0mmの場合の水晶製位相子の位相差の入射角依存性（波長λ=550nm）を示す。
入射角依存性は入射角の傾斜方向により異なるが、図５３，図５４では最も大きな位相差変化をおこす方向に入射角が変化した場合の位相差変化について示している。
図５３，図５４に示すように、ダブルプレート構造であっても、入射角依存性は補償することはない。
【０００７】
このように、一般的なダブルプレート波長板では、位相差の波長、位相差、入射角に対する依存性がある。
しかし、例えば、波長広帯域光源を使用する用途や、光源の波長変動へ対応する用途等では、位相差の波長に対する依存性の低減が要求される。また、波長板使用装置内の温度や環境温度が変化する用途等では、位相差の温度に対する依存性の低減が要求される。高広がり角光源を使用する用途、ディスプレイの高視野化の目的等のためには、位相差の入射角に対する依存性の低減が要求される。
そこで、複数種類の複屈折性の板材を用いて、波長、温度、入射角のうち一つ又は二つに対する依存性を低減する波長板が提案されている。
【０００８】
波長板の位相差の波長、温度に対する依存性を低減する方法としては、従来、主に三つの方法が知られている。
つまり、異種材料の板材を、軸方位を直交または平行として、特定の板厚で複数枚組合せる方法（例えば非特許文献１）、λ/2、λ/4波長板を特定の軸方位関係、組み合わせで複数枚組み合わせる方法（例えば特許文献１）、ポリマー材料を用い、波長板の材料物性を調整してフィルム波長板として構成する方法（例えば特許文献２）の三つである。
【０００９】
しかし、これら三つの従来の方法のうち、前二者の方法では、位相差の波長、温度、入射角依存性のうち、一つ又は二つを低減することはできるが、三つの依存性のすべてを低減することはできなかった。
また、第二のλ/2、λ/4波長板を特定の軸方位関係、組み合わせで複数枚組み合わせる方法では、入射偏光方位、各板材へ入射する順序が限定される等、使用方法が限定されると共に、λ/2板、λ/4板など、ある特定の位相差を得る場合にしか用いることができず、位相差の設計自由度が低かった。このように、第二の方法では、位相差の温度、波長依存性を低減する上で特定の位相差（λ/4、λ/2）しか設定することができず、設計上の自由度が低く、入射偏光方位により位相差が変化してしまうため、波長板を回転して使用する場合に、波長板を回転しない場合と同様な使い方ができない、また、波長板の素子への入射方向が、限定されてしまう等、使用上の自由度が低かった。
【００１０】
また、第三の方法では、ポリマー材料を用いることから、耐環境性、光耐力が無機材料を用いた場合と比較し劣っていた。材料の組成、厚さにより、所望の位相差及び安定性を得るように設計するため、特性を変更しようとすると、製造コストの増大が著しかった。特定の波長帯域、位相差の素子を必要量のみ購入したいユーザーのニーズにこたえるのが難しかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１０−６８８１６号公報
【特許文献２】特開２００９−２３７５３３号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】P.D.Hale et al, “Stability of birefringent linear retarders(waveplates),” APPLIED OPTICS, Vol. 27, No. 24, 15 December 1988, p5146-5153
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
一方、偏光を用いる計測方法の一つに分光エリプソメトリーがある。分光エリプソメトリーは薄膜試料の光学定数及び膜厚、薄膜形成過程などを評価する方法である。分光エリプソメトリーは近年急速に普及しており、その応用分野は半導体プロセスから有機、バイオ材料の評価まで、多岐にわたる。
分光エリプソメトリーの中でも回転位相子(波長板）法は、各種の分光エリプソメトリーの手法の中でも、最も測定領域の広い方法である。
回転位相子法の名称からわかるように波長板は主要な役割を果たす素子であり、回転して使用される。
【００１４】
回転位相子法では波長板の位相差は測定結果の解析を行うためにあらかじめ把握しておく必要があり、通常事前の測定により把握される。このため、波長板の位相差が測定環境、特に測定温度の変化により、事前に測定した位相差から変化すると、解析の結果に誤差を与える。従って、回転位相子法で用いられる波長板には、位相差の温度依存性が低いことが要求される。
また、分光エリプソメトリーは波長広帯域にわたり測定を行う方法であることから、回転位相子法で用いられる波長板には、位相差の波長依存性が低いことも望まれる。
【００１５】
更に、従来の波長板は、位相差の入射角依存性が高いため、従来の波長板を用いた回転位相子法における分光エリプソメータでは、波長板に入射させる光束は、ほぼ平行とされている。波長板への入射光束をほぼ平行とすることが制約となって、分光エリプソメータの小型化や部品削減が難しくなっている。
位相差の温度依存性、波長依存性及び入射角依存性が、回転位相子法用の波長板として要求される程度に低減された波長板は、知られていない。
一方、波長板における位相差の波長依存性、温度依存性、入射角依存性を低減することにより、デバイス装置の小型化はもとより、使用可能な計測環境が拡大し、新たなニーズが生まれることも期待される。
【００１６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、単一の部品として構成され、位相差の温度依存性、波長依存性及び入射角依存性のすべてが低減された組合せ波長板を提供することにある。
本発明の他の目的は、所望の位相差において必要な性能を得ることができ、かつ、入射偏光方位、素子への入射方向が限定されることなく使用可能で、設計上、使用上の自由度の高い組合せ波長板を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、複屈折性を持ち使用波長域で透明な材料であれば、どのような材質からも構成可能な、材質選択の自由度の高い組合せ波長板を提供することにある。
本発明の他の目的は、回転位相子法の分光エリプソメータの誤差の低減、小型化、部品削減、測定波長範囲の広帯域化が可能な回転位相子法用の組合せ波長板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記課題は、請求項１の波長板によれば、複屈折板を複数組み合わせてなる波長板であって、４種類以上の複屈折性素材を含み、前記４種類以上の複屈折性素材のいずれかからそれぞれ構成された複数の前記複屈折板が、遅相軸が相互に垂直又は平行になるよう、積層して配置されており、各前記複屈折板の板厚は、複数の波長条件と複数の温度条件を組み合わせた複数の波長・温度条件において、前記波長板の位相差を同一の値に調整する厚さからなり、前記各複屈折板の前記板厚は、それぞれ、下記の式（I）で求められる板厚であること、により解決される。
【００１８】
【数１】
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【００１９】
【数２】
2016142963.tif 000004
【００２０】
【数３】
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【００２１】
このように構成しているので、ユニット化された波長板という一つの部品により、所望の位相差において、位相差の波長依存性、温度依存性を、同時に低減できる。波長板を構成する複屈折板は、複屈折性を持ち、使用波長域で透明な材料であればよく、一軸性又は二軸性の複屈折材料でもよく、また、結晶材でもフィルムのような有機材でもよいため、材料の自由度が高い。
【００２２】
また、前記課題は、請求項２の波長板によれば、複屈折板を複数組み合わせてなる波長板であって、３種類の複屈折性素材を含み、前記３種類の複屈折性素材のいずれかからそれぞれ構成された複数の前記複屈折板が、遅相軸が相互に垂直又は平行になるよう、積層して配置されており、各前記複屈折板の板厚は、二つの波長条件において、前記波長板の位相差を同一の値とし、且つ位相差の温度変化率を０と見做せる範囲の値に調整する厚さからなり、前記各複屈折板の前記板厚は、それぞれ、下記の式（II）で求められる板厚であること、により解決される。
【００２３】
【数４】
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【００２４】
【数５】
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【００２５】
【数６】
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【００２６】
【数７】
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【００２７】
このように構成しているので、ユニット化された波長板という一つの部品により、所望の位相差において、位相差の波長依存性、温度依存性を、同時に低減できる。波長板を構成する複屈折板は、複屈折性を持ち、使用波長域で透明な材料であればよく、一軸性又は二軸性の複屈折材料でもよく、また、結晶材でもフィルムのような有機材でもよいため、材料の自由度が高い。
また、温度特性の波長依存性が小さい材料の組合せの場合には、このように、３種類という、より少ない種類の材料で、位相差の波長依存性、温度依存性の低減された波長板を構成できる。
【００２８】
上記４種類以上、又は３種の複屈折性素材を含む波長板の場合、前記複数の複屈折板のうち少なくとも一つが、ダブルプレートからなると好適である。
所望の位相差における位相差の波長依存性、温度依存性が低減された波長板を構成するために、各複屈折板を薄い板厚としなければならないときにも、ダブルプレートとして構成することができるので、複屈折板及び波長板の取扱い性、作業性を担保できる。
【００２９】
また、複屈折性素材からなる一対の板材を、光学軸を相互に直交させて積層して配置してなる入射角依存性補正板を、更に備え、前記入射角依存性補正板は、正又は負の符号を有する一軸性複屈折性材料からなり、前記入射角依存性補正板の前記正又は負の符号は、前記複数の複屈折板が積層されてなる積層体が有する負又は正の符号と逆の符号であると好適である。
このように構成しているので、波長板というユニット化された一つの部品により、所望の位相差において、位相差の波長依存性、温度依存性、入射角の依存性という３種類の依存性を併せて低減することができる。
入射偏光方位、入射する複屈折板の順序が限定されることなく使用可能な波長板を構成でき、位相差の波長依存性及び温度依存性だけでなく、入射角の依存性も低減できるので、回転して使用可能な波長板を構成可能である。従って、分光エリプソメトリーのような、波長板を回転して使用する用途にも適用可能となる。
【００３０】
前記入射角依存性補正板の厚さは、前記入射角依存性補正板への光線入射角の変化に対する位相差の変化量が、前記積層体の位相差の変化量と同程度となる厚さであると好適である。
【００３１】
前記複数の複屈折板，前記ダブルプレートを構成する一対の板材及び前記入射角依存性補正板を構成する前記一対の板体が、接着剤を介して又はオプティカルコンタクトにより相互に接合され、又は、エアギャップを介して相互に対向して配置されてなると好適である。
前記複屈折板及び前記入射角依存性補正板を構成する前記一対の板体のすべてが、一軸性結晶からなると好適である。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、ユニット化された波長板という一つの部品により、所望の位相差において、位相差の波長依存性、温度依存性を、同時に低減できる。波長板を構成する複屈折板は、複屈折性を持ち、使用波長域で透明な材料であればよく、一軸性又は二軸性の複屈折材料でもよく、また、結晶材でもフィルムのような有機材でもよいため、材料の自由度が高い。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る波長板の概略構成図である。
【図２】実施の形態１に係る波長板の位相差の波長依存性を示すグラフである。
【図３】実施の形態１に係る波長板の位相差の温度依存性を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態１の変形例に係る波長板の概略構成図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る波長板の概略構成図である。
【図６】本発明の実施の形態２の変形例に係る波長板の概略構成図である。
【図７】実施例１に係る波長板の概略構成図である。
【図８】実施例１に係る波長板の位相差の波長依存性を示すグラフである。
【図９】実施例１に係る波長板の位相差の温度依存性を示すグラフである。
【図１０】実施例１に係る波長板の位相差の温度依存性（１０倍拡大）を示すグラフである。
【図１１】実施例１に係る波長板の位相差の入射角依存性を示すグラフである。
【図１２】実施例２に係る波長板の概略構成図である。
【図１３】実施例２に係る波長板の位相差の入射角依存性を示すグラフである。
【図１４】実施例３に係る波長板の概略構成図である。
【図１５】実施例３に係る波長板の位相差の波長依存性を示すグラフである。
【図１６】実施例３に係る波長板の位相差の温度依存性を示すグラフである。
【図１７】実施例３に係る波長板の位相差の入射角依存性を示すグラフである。
【図１８】実施例４に係る波長板の概略構成図である。
【図１９】実施例４に係る波長板の位相差の入射角依存性を示すグラフである。
【図２０】実施例５に係る波長板の概略構成図である。
【図２１】実施例５に係る波長板の位相差の波長依存性を示すグラフである。
【図２２】実施例５に係る波長板の位相差の温度依存性を示すグラフである。
【図２３】実施例５に係る波長板の位相差の入射角依存性を示すグラフである。
【図２４】実施例６に係る波長板の概略構成図である。
【図２５】実施例６に係る波長板の位相差の波長依存性を示すグラフである。
【図２６】実施例６に係る波長板の位相差の温度依存性を示すグラフである。
【図２７】実施例６に係る波長板の位相差の温度依存性（１０倍拡大）を示すグラフである。
【図２８】実施例６に係る波長板の位相差の入射角依存性を示すグラフである。
【図２９】実施例７に係る波長板の概略構成図である。
【図３０】実施例７に係る波長板の位相差の入射角依存性を示すグラフである。
【図３１】実施例８に係る波長板の概略構成図である。
【図３２】実施例８に係る波長板の位相差の波長依存性を示すグラフである。
【図３３】実施例８に係る波長板の位相差の温度依存性を示すグラフである。
【図３４】実施例８に係る波長板の位相差の入射角依存性を示すグラフである。
【図３５】実施例９に係る波長板の概略構成図である。
【図３６】実施例９に係る波長板の位相差の入射角依存性を示すグラフである。
【図３７】対比例１，２に係る波長板の概略構成図である。
【図３８】対比例１に係る波長板の位相差の波長依存性を示すグラフである。
【図３９】対比例１に係る波長板の位相差の温度依存性を示すグラフである。
【図４０】対比例１に係る波長板の位相差の入射角依存性を示すグラフである。
【図４１】対比例２に係る波長板の位相差の波長依存性を示すグラフである。
【図４２】対比例２に係る波長板の位相差の温度依存性を示すグラフである。
【図４３】対比例２に係る波長板の位相差の温度依存性（１／１００縮小）を示すグラフである。
【図４４】対比例２に係る波長板の位相差の入射角依存性を示すグラフである。
【図４５】対比例３に係る波長板の概略構成図である。
【図４６】対比例３に係る波長板の位相差の波長依存性を示すグラフである。
【図４７】対比例３に係る波長板の位相差の温度依存性を示すグラフである。
【図４８】対比例３に係る波長板の位相差の温度依存性（１００倍拡大）を示すグラフである。
【図４９】対比例３に係る波長板の位相差の入射角依存性を示すグラフである。
【図５０】従来の一般的な０次ダブルプレート波長板を示す概略構成図である。
【図５１】従来の一般的な０次ダブルプレート波長板の位相差の波長依存性を示すグラフである。
【図５２】従来の一般的な０次ダブルプレート波長板の位相差の温度依存性を示すグラフである。
【図５３】板厚t=0.3mmの場合の水晶製位相子の位相差の入射角依存性（波長λ=550nm）グラフである。
【図５４】板厚t=1.0mmの場合の水晶製位相子の位相差の入射角依存性（波長λ=550nm）グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の各実施形態に係る波長板について、図１〜図４９を参照しながら説明する。
本明細書において、「温度特性」とは、位相差の温度変化率をいう。
本明細書における各実施形態の波長板は、３種類又は４種類以上の複屈折素材を特定の板厚の組合わせで組合わせてなる、位相差の波長依存性および温度依存性の小さい波長板である。また、各実施形態の波長板の変形例は、更に入射角依存性の補正板を備え、位相差の波長依存性および温度依存性のほか、入射角依存性も低減されている。
【００３５】
＜実施の形態１  ４種以上の複屈折素材を組み合わせた波長板＞
＜＜温度依存性、波長依存性低減の原理＞＞
実施の形態１に係る波長板１は、４種以上の複屈折素材を組み合わせてなる波長板である。
図１に示すように、本実施形態の波長板１は、４種以上の一例として、それぞれ異なる４種の素材a〜ｄからなる４枚の複屈折板１ａ〜１ｄが順次配置されてなる。なお、図１では、それぞれ異なる４種の素材a〜ｄからなる４枚の複屈折板１ａ〜１ｄを備える例を示しているが、それぞれ異なる４種以上の素材からなる４枚以上の複屈折板を備えていればよく、５種、６種、及びそれ以上等の素材から構成されていてもよい。
【００３６】
複屈折板１ａ〜１ｄを構成する４種の素材ａ〜ｄは、相互に異なる４種類の複屈折素材、例えば、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７，ＭｇＦ２，水晶（ＳｉＯ２），サファイア（Ａｌ２Ｏ３），ＬｉＮｂＯ３，方解石（ＣａＣＯ３），ＬｉＹＦ４から選択された４種類の複屈折素材からなる。複屈折板１ａ〜１ｄは、それぞれ、単板又はダブルプレートからなる。
複屈折板１ａ〜１ｄは、オプティカルコンタクトにより相互に直接接合され、又は接着剤による接着など、何かを介在して相互に接合され、又は、エアギャップを介して相互に対向するように配置されている。
複屈折板１ａ〜１ｄは、遅相軸Ｓが、互いに直交する又は平行になるように、配置される。
波長板１の位相差δtotalは、用途に応じて、９０°（λ／４），１８０°（λ／２）を含む所望の値に設定される。波長板１の位相差δtotalは、４種以上の複屈折素材を組み合わせた波長板に適用される次の式（１）で表される。
【００３７】
【数８】
2016142963.tif 000010
【００３８】
各複屈折板１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ…の位相差δｉは、式(２)で表される。
【００３９】
【数９】
2016142963.tif 000011
【００４０】
式（２）の右辺のうち、複屈折量Δｎ(λ,T)は波長と温度の関数、複屈折板１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ…の板厚ｔ（T)は温度の関数となっている。それぞれの関数の詳細を示すと各々式（３），式（４）となる。
【００４１】
【数１０】
2016142963.tif 000012
【００４２】
【数１１】
2016142963.tif 000013
【００４３】
式（３），（４）において、Δni(λ）、ｄΔni(λ)/dT、α（T)のパラメーターは、素材ａ，ｂ，ｃ，ｄ…固有の値である。
式（２）から、複屈折板１ａ〜１ｄの板厚ｔを制御することにより、特定の波長、温度において所望の位相差δtotalを得ることができることがわかる。
本実施形態では、表１で示す２つの波長λ１、λ２、２つの温度Ｔ１、Ｔ２における位相差δtotalが式（５）で表す同一の位相差δDとなる様に、各複屈折板１ａ〜１ｄの板厚ｔを与えることにより、温度および、波長の変化による位相差の変化を小さく抑えることができる。
【００４４】
【数１２】
2016142963.tif 000014
【００４５】
【表１】
2016142963.tif 000015
【００４６】
この様にして、目的とする仕様に対し、この仕様に適した波長板１の位相差δtotalから、位相差の温度依存性及び波長依存性が低減された波長板１の各複屈折板１ａ〜１ｄの板厚ｔの最適解を求めることができる。
さらに、組み合わせる素材ａ〜ｄの種類を、４種より多く増やすことで、表１のλ３、λ４、Ｔ３，Ｔ４などを指定し、さらなる波長広帯域化と広帯域な波長域における温度依存性の低減を図ることも可能である。
【００４７】
従来の板材材料を複数種用いた、広帯域または温度依存性の低い波長板では、表２、表３に示すように、波長または温度のどちらかのみを複数の点で同一の位相差とし、波長または温度の依存性を低減するものであった。
【００４８】
【表２】
2016142963.tif 000016
【００４９】
【表３】
2016142963.tif 000017
【００５０】
それに対し、本実施形態の波長板１では、素材の種類の数に応じて指定できる波長または温度の数が変わり、４種の素材ａ〜ｄを用いた場合、４つの波長・温度で位相差を設定することができ、目的に応じた仕様に対し最適な複屈折板１ａ〜１ｄの板厚ｔａ〜ｔｄを求めることができる。
つまり、本実施形態の波長板１は、同一の位相差δＤに設定する点を、波長と温度に振り分けることにより、波長板１という一つの部品で、位相差の波長，温度依存性を低減することに、特徴がある。
【００５１】
図２，図３に、４種類の材料を用いて２つの波長（λ１，λ２）、２つの温度（Ｔ１,Ｔ２）でδD＝90°となるようにシミュレーションした波長板１における、位相差の波長依存性及び温度依存性のグラフを示す。
シミュレーションの計算に用いたパラメーターは、δD=90°、λ1=430nm,λ2=600nm、T1=25℃，T2=65℃である。
図２，図３の例では、２つの波長（λ1=430nm,λ2=600nm）、温度（T1=25℃,T2=65℃）で、同じ位相差δD（90°）が設定されているため、これらの２つの波長間、２つの温度間において、それぞれ、波長及び温度の変化に応じて位相差が単調減少または増加せず、位相差の波長広帯域化、温度安定性の確保、温度依存性の低減を図ることが可能となる。
【００５２】
本実施形態の４枚の複屈折板１ａ〜１ｄは、それぞれ、相互に異なる４種の係数を持った４種の素材ａ〜ｄからなり、それぞれの板厚ｔａ〜ｔｄは、
【００５３】
【数１３】
2016142963.tif 000018
【００５４】
の４つの式の連立方程式の解とする。この板厚ｔａ〜ｔｄは、式（２）において、ｉをそれぞれi=a,b,c,dの４つの値としたときにおける４つの式の解を、同時に所望の位相差δDとするように設定したものである。
つまり、式（２）において、設定される波長及び温度を特定するため、式（２）中の波長、温度に対しj、kの添字を付加し、
【００５５】
【数１４】
2016142963.tif 000019
【００５６】
とし、式（２）を基準温度における板厚ｔiと位相差δの関係としてまとめると、次の式（２）′となる。
【００５７】
【数１５】
2016142963.tif 000020
【００５８】
そして、式（２）′より、δtotalは、次の式（６）のように書ける。
【００５９】
【数１６】
2016142963.tif 000021
【００６０】
式（６）を、２つの温度Ｔ１，Ｔ２、２つの波長λ１、λ２について書くと、上記式（６ａ）〜（６ｄ）のように書ける。
また、４つの式（６ａ）〜（６ｄ）の連立方程式の解となる各板厚ｔｉ（i=a,b,c,d）は，行列式を用いて次の式（８）で表される。ここで、式（８）中の（）-1は逆行列を表している。
【００６１】
【数１７】
2016142963.tif 000022
【００６２】
式（８）を展開した式を式（９ａ）〜（９ｄ）、（１０）式に示す。
式(９a)〜（９ｄ）のδtotalに、所望の位相差δDを代入することにより、４枚の複屈折板の各板厚ta〜tdが得られる。
【００６３】
【数１８】
2016142963.tif 000023
【００６４】
【数１９】
2016142963.tif 000024
【００６５】
【数２０】
2016142963.tif 000025
【００６６】
【数２１】
2016142963.tif 000026
【００６７】
【数２２】
2016142963.tif 000027
【００６８】
４枚の複屈折板１ａ〜１ｄの遅相軸Ｓ方位については、式（９ａ）〜（９ｄ）において得た板厚ｔａ〜ｔｄの正負により、遅相軸Ｓ方位を直交とするか、平行とするかを決定する。遅相軸Ｓを直交させれば位相差を引くこととなり平行とすれば足すこととなるため、符号が異なる板厚の複屈折板同士の遅相軸Ｓは直交とし、同符号の板厚同士の複屈折板の遅相軸Ｓは平行に配置する。
また、各複屈折板１ａ〜１ｄの素材は、複屈折性を持ち、使用波長域で透明な材料であればよく、一軸性または二軸性の複屈折材料でも、材質として結晶材、フィルムの様な有機材でもよい。
特に、一軸性の結晶材は入手性が高く、紫外域から赤外域まで透過する材料が入手し易いことから好適である。
なお、式（９ａ）〜（９ｄ），（１０）は、それぞれ、行列形式の式（９ａ）′〜（９ｄ）′，（１０）′で表すこともできる。
【００６９】
【数２３】
2016142963.tif 000028
【００７０】
【数２４】
2016142963.tif 000029
【００７１】
【数２５】
2016142963.tif 000030
【００７２】
【数２６】
2016142963.tif 000031
【００７３】
【数２７】
2016142963.tif 000032
【００７４】
＜＜入射角依存性低減の原理＞＞
本実施形態では、４枚以上の複屈折板１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ…を組み合わせた波長板１に、入射角依存性を補正する補正板３を組み合わせることにより、本実施形態１の変形例に係る波長板２を構成可能である。変形例に係る波長板２は、位相差の温度依存性、波長依存性が低減されていると同時に、入射角依存性も低減された、入射角依存性補償低温特広帯域位相子として機能する。
図４は、４枚の複屈折板１ａ〜１ｄを組み合わせた波長板１に、入射角依存性を補正する補正板３を組み合わせた例を示している。
【００７５】
位相差の入射角依存性は、正と負の一軸性複屈折材料を組み合わせることにより補正できることが知られており、正の複屈折材料と負の複屈折材料の入射角依存性が逆の特性を持つことから、正の複屈折材料と負の複屈折材料を組み合わせて、互いに入射角変化による位相差の変化を相殺することにより、入射角依存性が補正される。
ここで、正の一軸性複屈折材料とは、異常光屈折率ne＞常光屈折率noである一軸性複屈折材料をいい、負の一軸性複屈折材料とは、異常光屈折率ne＜常光屈折率noである一軸性複屈折材料をいう。
【００７６】
本変形例の波長板２は、図１の波長板１の構成における入射角依存性と逆特性をもつ正または負の複屈折材料からなる補正板３を用いて、入射角依存性を相殺することにより、入射角依存性の低減を図るものである。
本変形例の波長板２は、図４に示すように、図１の波長板１と、波長板１に対向して配置される補正板３とを備え、補正板３は、正又は負の一軸性複屈折材料からなる一対の複屈折板３Ａ１，３Ａ２からなる。
一対の複屈折板３Ａ１，３Ａ２は、板厚がほぼ同じ正または負の一軸性複屈折材料であり、遅相軸が互いに直交するように配置されている。複屈折板３Ａ１，３Ａ２は、オプティカルコンタクトにより相互に直接接合され、又は接着剤による接着など、何かを介在して相互に接合され、又は、エアギャップを介して相互に対向するように配置されている。
また、波長板１と補正板３とも、オプティカルコンタクトにより相互に直接接合され、又は接着剤による接着など、何かを介在して相互に接合され、又は、エアギャップを介して相互に対向するように配置されている。
【００７７】
補正板３の厚さは、入射角の変化に対する位相差の変化量が波長板１と同程度の位相差変化量となるよう最適化した厚さとされている。このような厚さに構成されることにより、波長板１により達成される位相差の波長、温度に対する低依存性を維持できる。
補正板３の厚さの最適化は、以下の方法により行われる。
まず、波長板１の位相差の入射角による変化量を、測定または計算により求める。この測定値又は計算値を、Δδｗ（θi)とする。但し、θiを入射角とする。
次に、補正板３の入射角による位相差変化量が、波長板１の入射角による位相差変化量と同等の量となるよう、複屈折板３Ａ１，３Ａ２の厚さｔを、以下の式（S1），式（S2)により求める。
【００７８】
【数２８】
2016142963.tif 000033
【００７９】
複屈折板３Ａ１，３Ａ２が負の複屈折素材の場合は、式（S1)により、正の複屈折素材の場合は、式（S2)により、複屈折板３Ａ１，３Ａ２の厚さを算出する。
式（S1)，（S2)より求めた厚さの複屈折板２枚を複屈折板３Ａ１，３Ａ２とし、遅相軸を相互に直交させ配置することで、補正板３を構成する。
【００８０】
図４では、一対の複屈折板３Ａ１，３Ａ２からなる補正板３を、波長板１と別箇に設けている例を示すが、複屈折板３Ａ１，３Ａ２のうち少なくとも一方の材料が、波長板１を構成する複屈折板１ａ〜１ｄのいずれかの材料と同種の場合には、複屈折板３Ａ１，３Ａ２のうち、材料が同種のものを、複屈折板１ａ〜１ｄのうち、同種の材料からなるものと、一体として構成可能である。
【００８１】
＜実施の形態２  ３種の複屈折素材を組み合わせた波長板＞
本実施形態の波長板１１は、図５に示すように、それぞれ異なる３種の素材ａ〜ｃからなる３枚の複屈折板１１ａ〜１１ｃが順次配置されてなる。
以下、本実施形態の波長板１１の原理及び構成について、説明する。
【００８２】
＜＜温度依存性、波長依存性低減の原理＞＞
実施の形態１の欄で述べたように、表１のλ１、λ２の列とＴ１，Ｔ２の行とが交差する欄に記載された４つの式が等しい式（５）を同時に満たすためには、基本構成として４種の材料（素材ａ〜ｄ）が必要になる。
但し、位相差δtotalの温度変化量が、指定の各波長において同程度となるような式（１１）
【００８３】
【数２９】
2016142963.tif 000034
【００８４】
を満たすような素材組み合わせの場合、指定の２つの波長λ1、λ2において、第二の温度Ｔ2についてそれぞれを同一の位相差δDに指定する必要がなくなる。
温度による位相差δtotalの変化量が波長に依存しない場合、δtotalの温度変化率が波長によらず一意的に決まるため、式（１２）
【００８５】
【数３０】
2016142963.tif 000035
【００８６】
に表すように、δtotalの温度変化率が０と見做せる範囲の値になる、という１つの条件を設定することで、２つの波長（λ１、λ２）における温度による位相差変化を小さくすることができる。
ただし、式（１１）の左辺と右辺が完全に一致することは難しいため、近似的に所望の波長帯域にわたる位相差δtotalの温度依存性を低減することになる。
式(１２)は、波長による変化が無いと仮定して、温度Ｔのみの関数としているものである。
以上のことから、近似により、実施の形態１で４つ要求されていた条件の数を一つ減らすことができ、表４に表すように３つの条件を同時に満たせばよいこととなる。
【００８７】
【表４】
2016142963.tif 000036
【００８８】
従って、３種の複屈折素材ａ〜ｃを、３つの式からなる連立方程式の解となる板厚ｔａ〜ｔｃの組合せで波長板１１を構成すれば、4種の素材ａ〜ｄを組み合わせた実施の形態１の波長板１とほぼ同様に、2つの波長（λ１，λ２）、2つの温度（Ｔ１,Ｔ２）で、ほぼ同一の位相差δtotalとすることができ、位相差の波長依存性及び温度依存性を低減できる。
【００８９】
本実施形態の波長板１１の位相差δtotalの温度変化について説明する。
まず、実施の形態１で用いた式（２）′に式（７）を適用して、δiについて式（２）′を書き下すと、次の式（２）″となる。
【００９０】
【数３１】
2016142963.tif 000037
【００９１】
式（２）″では、特定の温度，波長を示していないので、添え字j,kを省略している。
次に、式（２）″を温度に関して微分し、温度Ｔによる位相差δｉの変化率を示す式（１３）を得る。
【００９２】
【数３２】
2016142963.tif 000038
【００９３】
式（１３）右辺括弧内の第３項は、非常に小さな値となり無視できるため、省略して、式（１４）を得る。
【００９４】
【数３３】
2016142963.tif 000039
【００９５】
【数３４】
2016142963.tif 000040
【００９６】
τｉを式（１５）で定義すると、式（１４）より、δtotalの温度変化は、各複屈折板１１ａ〜ｃの温度変化の合計として、式（１６）により表わされる。
【００９７】
【数３５】
2016142963.tif 000041
【００９８】
この式（１６）の値が０の場合に、温度依存性が低減されることとなる。
従って、各複屈折板１１ａ〜１１ｃの板厚を得るための式は、３つの方程式（１７ａ）〜（１７ｃ）式で示される。
【００９９】
【数３６】
2016142963.tif 000042
【０１００】
このとき、εijは式（１８）とした。
【０１０１】
【数３７】
2016142963.tif 000043
【０１０２】
３つの式（１７ａ）〜（１７ｃ）の連立方程式の解となる複屈折板１１ａ〜１１ｃの各板厚ｔｉ（i=a,b,c）は、行列式を用いて次の式（１９）で表される。ここで、式（１９）中の（）-1は逆行列を表している。
【０１０３】
【数３８】
2016142963.tif 000044
【０１０４】
式（１９）を展開した式を式（２０ａ）〜（２０ｃ）、（２１）式に示す。
式（２０ａ）〜（２０ｃ）のδtotalに、所望の位相差δDを代入し、ｄδtotal／ｄTに０を代入することにより、３枚の複屈折板の各板厚ta〜tｃが得られる。
【０１０５】
【数３９】
2016142963.tif 000045
【０１０６】
【数４０】
2016142963.tif 000046
【０１０７】
【数４１】
2016142963.tif 000047
【０１０８】
【数４２】
2016142963.tif 000048
【０１０９】
なお、式（２０ａ）〜（２０ｃ），（２１）は、それぞれ、行列形式の式（２０ａ）′〜（２０ｃ）′，（２１）′で表すこともできる。
【０１１０】
【数４３】
2016142963.tif 000049
【０１１１】
【数４４】
2016142963.tif 000050
【０１１２】
【数４５】
2016142963.tif 000051
【０１１３】
【数４６】
2016142963.tif 000052
【０１１４】
本実施形態のように、波長板１１を３種の素材ａ〜ｃで構成するためには、式（１１）を満たす必要がある。式（１１）を満たす条件を、位相差の温度依存性にかかわる各係数について見た場合について、説明する。
式（１１）を満たすには、式（２２）を満たす必要がある。
【０１１５】
【数４７】
2016142963.tif 000053
【０１１６】
つまり、式（２２）は、式（１４）を、波長に関して微分した式であり、i=a,b,cにおいて、波長に関して微分した値の各複屈折板１１ａ〜１１ｃの合計を示している。
式（１１）を満たすには、式（２２）のように、この式（１４）を波長に関して微分した値の各複屈折板１１ａ〜１１ｃの合計が、ほぼ０となる必要がある。なお、式（２２）では、式（１４）の係数の２π/λは定数となるため省略している。
式（２２）がほぼ０となるためには、各複屈折板１１ａ〜１１ｃの波長に関する係数が非常に小さいか、または各係数が各複屈折板１１ａ〜１１ｃ間で波長依存性を相殺するような特性を持つことが必要となる。
本実施形態の波長板１１のその他の構成は、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【０１１７】
＜＜入射角依存性低減の原理＞＞
本実施形態でも、実施の形態１と同様に、図５の３枚の複屈折板１１ａ〜１１ｃを組み合わせた波長板１１に、入射角依存性を補正する補正板１３を組み合わせることにより、本実施形態２の変形例に係る図６の波長板１２を構成可能である。変形例に係る波長板１２は、位相差の温度依存性、波長依存性が低減されていると同時に、入射角依存性も低減された、入射角依存性補償低温特広帯域位相子として機能する。
本変形例の波長板１２は、図６に示すように、図５の波長板１１と、波長板１１に対向して配置される補正板１３とを備え、補正板１３は、正又は負の一軸性複屈折材料からなる一対の複屈折板３Ａ１，３Ａ２からなる。
本変形例の補正板１３の構成は、実施の形態１の変形例に係る波長板２の補正板３の構成と同様であるため、説明を省略する。
【実施例】
【０１１８】
＜＜実施例１＞＞
実施例１の波長板１の概略構成を、図７に示す。実施例１の波長板１は、４種の複屈折材料を用いた実施の形態１の構成に係り、複屈折板１ａ〜１ｄを備えている。複屈折板１ａ〜１ｃは単板からなる。複屈折板１ｄは、サファイアが極薄くなるため、板材１ｄ１，１ｄ２を備えたダブルプレート構造とされている。
各複屈折板１ａ〜１ｄは、接着剤またはオプティカルコンタクトにより接合されている。
本例の波長板１の設定位相差δDは、90°（λ/４）、位相差設定波長（λ1,λ2）は、430nm及び600nm、位相差設定温度（T1,T2）は、8℃及び42℃とした。
複屈折板１ａ〜１ｃ及び板材１ｄ１，１ｄ２の素材、複屈折素材の正負、遅相軸Ｓ方位、板厚を、表５に示す。
【０１１９】
【表５】
2016142963.tif 000054
【０１２０】
本例の波長板１について、位相差の波長依存性、温度依存性、入射角依存性を確認するシミュレーションを行った。結果を、図８〜図１１に示す。
図８〜図１１は、それぞれ、位相差の波長依存性、温度依存性、温度依存性（１０倍拡大）、入射角依存性を示すグラフである。
図８に示すように、本例の波長板１では、波長400nm〜700nmにおいて、位相差変化は、約85〜92°の範囲内にあった。
また、図９，図１０に示すように、温度0℃〜50℃において、位相差変化は、それぞれ、0.11°（λ=430nm），0.08°（λ=600nm）であり、温度特性はそれぞれ、58×10-4°/℃（λ=430nm），41×10-4°/℃（λ=600nm）であった。なお、温度特性の数値は25℃〜50℃の変化を線形とみなした値である。
また、図１１に示すように、入射角度±15°において、位相差変化は、約20°（遅相軸方向、進相軸方向）、1°未満（遅相軸と45°方向）であった。
【０１２１】
一般に、波長板を使用する際に、温度変化による位相差の変化や回転に伴う入射角の変化による位相差の変化は、±１°以下が望ましいとされている。また、所望の位相差の±5°の範囲内の位相差となる波長帯域であれば、使用可能とされている。
本例の波長板１は、波長400nm〜700nmで使用可能で、かつ温度0℃から50℃までにおける位相差の変化が0.11°（λ=430nm），0.08°（λ=600nm）と十分に小さいことが分かった。
このように、本例の波長板１は、位相差の波長、温度の依存性が同時に低減された波長板であって、且つ遅相軸Ｓが相互に直交しまたは平行になるよう配置されるために、波長板１の回転に対して位相差変化が無い。このような波長板は、これまでに例が無く、本例の波長板１により、広帯域波長板を搭載する測定装置の使用温度環境の制約を緩和することが、初めて可能となったものである。
但し、本例の波長板１は、入射角依存性が大きいため、ほぼ平行光束中で用い、且つ回転機構に関しては入射角の変化が無い様十分に注意を払うことが必要である。
【０１２２】
＜＜実施例２＞＞
実施例２の波長板２の概略構成を、図１２に示す。実施例２の波長板２は、４種の複屈折材料を用いた実施例１の波長板１に、補正板３を組み合わせた実施の形態１の変形例の構成に係り、複屈折板１ａ〜１ｄと、補正板３とを備えている。
複屈折板１ａ〜１ｄの構成は、実施例１と同様であるので説明を省略する。
本例の波長板２の設定位相差δDは、90°（λ/４）、位相差設定波長（λ1,λ2）は、430nm及び600nm、位相差設定温度（T1,T2）は、8℃及び42℃とした。
複屈折板１ａ〜１ｃ，複屈折板１ｄを構成する板材１ｄ１，１ｄ２，補正板３を構成する複屈折板３Ａ１，３Ａ２の素材、複屈折素材の正負、遅相軸Ｓ方位、板厚を、表６に示す。
【０１２３】
【表６】
2016142963.tif 000055
【０１２４】
本例の波長板２について、位相差の入射角依存性を確認するシミュレーションを行った結果を、図１３に示す。
図１３は、位相差の入射角依存性を示すグラフである。
図１３に示すように、入射角度±15°において、位相差変化は、1°未満（遅相軸方向、進相軸方向、遅相軸と45°方向）であった。
位相差の波長依存性、温度依存性は、実施例１と同様であるので、説明を省略する。
【０１２５】
補正板３の複屈折板３Ａ１，３Ａ２の材料は、複屈折板１ａ〜１ｄの４種の素材a〜ｄのうちの一種ｄと同一である。本例の複屈折板１ｄの板材１ｄ１，１ｄ２と補正板３の複屈折板３Ａ１，３Ａ２のように、同種材料で、軸方位が同じであれば、表７に示すように、板材１ｄ１と複屈折板３Ａ１、板材１ｄ２と複屈折板３Ａ２を、それぞれ一枚の板材として構成可能である。
また、本例の補正板３の複屈折板３Ａ１，３Ａ２は、負の結晶であれば、複屈折板１ａ〜１ｄの４種の材料以外の材料を用いても、入射角依存性の補償が可能である。
【０１２６】
【表７】
2016142963.tif 000056
【０１２７】
実施例１の波長板１に補正板３を付加することにより、入射角±10°程度の範囲で、位相差の変化は１°未満と十分に低減されることが分かった。このことにより、波長板の回転機構に対する要求が緩和され、安価な部品を用いることができる。また、集光光束を用いることができ、装置の小型化、部品点数の削減等の可能性がある。
【０１２８】
＜＜実施例３＞＞
実施例３の波長板１の概略構成を、図１４に示す。実施例３の波長板１は、実施例１の波長板１と同じ材料構成で、位相差を180°としたものである。各複屈折板１ａ〜１ｄは単板からなるため、製作枚数が削減され製作性が高い構成である。また、各複屈折板１ａ〜１ｄ間に間隙を備えたエアギャップ構成とされている。
本例の波長板１の設定位相差δDは、180°（λ/２）、位相差設定波長（λ1,λ2）は、420nm及び600nm、位相差設定温度（T1,T2）は、5℃及び45℃とした。
複屈折板１ａ〜１ｄの素材、複屈折素材の正負、遅相軸Ｓ方位、板厚を、表８に示す。
【０１２９】
【表８】
2016142963.tif 000057
【０１３０】
本例の波長板１について、位相差の波長依存性、温度依存性、入射角依存性を確認するシミュレーションを行った。結果を、図１５〜図１７に示す。
図１５〜図１７は、それぞれ、位相差の波長依存性、温度依存性、入射角依存性を示すグラフである。
図１５に示すように、本例の波長板１では、波長400nm〜700nmにおいて、位相差変化は、約174〜186°の範囲内にあった。
また、図１６に示すように、温度0℃〜50℃において、位相差変化は、0.2°以内（λ=420nm, 600nm）であり、温度特性はそれぞれ、87×10-4°/℃（λ=420nm），63×10-4°/℃（λ=600nm）であった。なお、温度特性の数値は25℃〜50℃の変化を線形とみなした値である。
また、図１７に示すように、入射角度±10°において、位相差変化は、30°以上（遅相軸方向、進相軸方向）、1°未満（遅相軸と45°方向）であった。
【０１３１】
本例の波長板１は、波長400nm〜700nm，特に520nm〜680nmで使用可能で、かつ温度0℃から50℃までにおける位相差の変化が0.2°以内（λ=420nm, 600nm）と十分に小さいことが分かった。
このように、本例の波長板１は、位相差の波長、温度の依存性が同時に低減された波長板であって、且つ遅相軸Ｓが相互に直交しまたは平行になるよう配置されるために、波長板１の回転に対して位相差変化が無い。このような波長板は、これまでに例が無く、本例の波長板１により、広帯域波長板を搭載する測定装置の使用温度環境の制約を緩和することが、初めて可能となったものである。
【０１３２】
＜＜実施例４＞＞
実施例４の波長板２の概略構成を、図１８に示す。実施例４の波長板２は、４種の複屈折材料を用いた実施例３の波長板１に、補正板３を組み合わせた実施の形態１の変形例の構成に係り、複屈折板１ａ〜１ｄと、補正板３とを備えている。
複屈折板１ａ〜１ｄの構成は、実施例３と同様であるので説明を省略する。
本例の波長板２の設定位相差δDは、180°（λ/２）、位相差設定波長（λ1,λ2）は、420nm及び600nm、位相差設定温度（T1,T2）は、5℃及び45℃とした。
複屈折板１ａ〜１ｄ，補正板３を構成する複屈折板３Ａ１，３Ａ２の素材、複屈折素材の正負、遅相軸Ｓ方位、板厚を、表９に示す。
【０１３３】
【表９】
2016142963.tif 000058
【０１３４】
本例の波長板２について、位相差の入射角依存性を確認するシミュレーションを行った結果を、図１９に示す。
図１９は、位相差の入射角依存性を示すグラフである。
図１９に示すように、入射角度±15°において、位相差変化は、5°未満、入射角度±10°において、位相差変化は、1°未満（遅相軸方向、進相軸方向、遅相軸と45°方向）であった。
位相差の波長依存性、温度依存性は、実施例３と同様であるので、説明を省略する。
本例の複屈折板１ｄと補正板３の複屈折板３Ａ１を合せて、板厚784μmの一体の板材から構成することも可能である。
【０１３５】
実施例３の波長板１に補正板３を付加することにより、入射角±10°程度の範囲で、位相差の変化は１°未満と十分に低減されることが分かった。このことにより、波長板の回転機構に対する要求が緩和され、安価な部品を用いることができる。また、集光光束を用いることができ、装置の小型化、部品点数の削減等の可能性がある。
【０１３６】
＜＜実施例５＞＞
実施例５の波長板２の概略構成を、図２０に示す。本例は、６種類の材料を用いた例であり、３点の波長、２点の温度で同一の位相差としている。複屈折板構成中に一部ダブルプレートを含み、各複屈折板１ａ〜１ｆ及び複屈折板３Ａ１，３Ａ２は、接着剤またはオプティカルコンタクトにより接合されている。
本例の波長板２の設定位相差δDは、90°（λ/４）、位相差設定波長（λ1,λ2,λ３）は、410nm,540nm及び860nm、位相差設定温度（T1,T2）は、5℃及び45℃とした。
複屈折板１ａ〜１ｆ及び複屈折板３Ａ１，３Ａ２の素材、複屈折素材の正負、遅相軸Ｓ方位、板厚を、表１０に示す。
【０１３７】
【表１０】
2016142963.tif 000059
【０１３８】
本例の波長板２について、位相差の波長依存性、温度依存性、入射角依存性を確認するシミュレーションを行った。結果を、図２１〜図２３に示す。
図２１〜図２３は、それぞれ、位相差の波長依存性、温度依存性、入射角依存性を示すグラフである。
図２１に示すように、本例の波長板２では、波長400nm〜950nmにおいて、位相差変化は、約85〜95°の範囲内にあった。
また、図２２に示すように、温度-5℃〜55℃において、位相差変化は、それぞれ、0.9°以内（λ=410nm）、0.6°以内（λ=540nm）、0.3°以内（λ=860nm）であり、温度特性はそれぞれ、248×10-4°/℃（λ=410nm），164×10-4°/℃（λ=540nm），92×10-4°/℃（λ=860nm）であった。なお、温度特性の数値は25℃〜50℃の変化を線形とみなした値である。
また、図２３に示すように、入射角度±15°において、位相差変化は、15°未満、入射角度±10°において、位相差変化量は、1°未満（遅相軸方向、進相軸方向、遅相軸と45°方向）であった。
本例の複屈折板１ｆと補正板３の複屈折板３Ａ１を合せて、板厚3341μmの一体の板材から構成することも可能である。
【０１３９】
本例の波長板２は、波長400nm〜950nmで使用可能で、かつ温度-5℃から55℃までにおける位相差の変化が0.9°以内（λ=410nm）、0.6°以内（λ=540nm）、0.3°以内（λ=860nm）と十分に小さいことが分かった。
このように、本例の波長板２は、位相差の波長、温度の依存性が同時に低減された波長板であって、且つ遅相軸Ｓが相互に直交しまたは平行になるよう配置されるために、波長板２の回転に対して位相差変化が無い。このような波長板は、これまでに例が無く、本例の波長板２により、広帯域波長板を搭載する測定装置の使用温度環境の制約を緩和することが、初めて可能となったものである。
また、補正板３を備えることにより、入射角±10°程度の範囲で、位相差の変化は１°未満と十分に低減されることが分かった。このことにより、波長板の回転機構に対する要求が緩和され、安価な部品を用いることができる。また、集光光束を用いることができ、装置の小型化、部品点数の削減等の可能性がある。
【０１４０】
＜＜実施例６＞＞
実施例６の波長板１１の概略構成を、図２４に示す。実施例６の波長板１１は、３種の複屈折材料を用いた実施の形態２の構成に係り、複屈折板１１ａ〜１１ｃを備えた中赤外域用の波長板である。計算の結果から、各複屈折板１１ａ〜１１ｃが非常に薄い板厚となるため、ダブルプレートとして構成されている。
各複屈折板１１ａ〜１１ｃの間に空隙を設けエアギャップ構成とされている。中赤外波長域では透過する接着剤が稀であることから、接着剤を用いないエアギャップ構成が好適なためである。
本例の波長板１１の設定位相差δDは、90°（λ/４）、位相差設定波長（λ1,λ2）は、3700nm及び4300nm、位相差温度依存性設定は、0°/℃とした。このように、３種材料の場合には、複数の温度での位相差を設定するのではなく、位相差の温度依存性を0と設定し各複屈折板の板厚を計算している。
複屈折板１１ａ〜１１ｃの素材、複屈折素材の正負、遅相軸Ｓ方位、板厚を、表１１に示す。
【０１４１】
【表１１】
2016142963.tif 000060
【０１４２】
本例の波長板１１について、位相差の波長依存性、温度依存性、入射角依存性を確認するシミュレーションを行った。結果を、図２５〜図２８に示す。
図２５〜図２８は、それぞれ、位相差の波長依存性、温度依存性、温度依存性（１０倍拡大）、入射角依存性を示すグラフである。
図２５に示すように、本例の波長板１１では、波長3500nm〜4500nmにおいて、位相差変化は、約88〜92°の範囲内にあった。
また、図２６，図２７に示すように、温度0℃〜50℃において、位相差変化は、それぞれ、0.01°未満（λ=3700nm），約0.01°（λ=4300nm）であり、温度特性はそれぞれ、2×10-4°/℃（λ=3700nm），3×10-4°/℃（λ=4000nm），4×10-4°/℃（λ=4300nm）であった。なお、温度特性の数値は25℃〜50℃の変化を線形とみなした値である。
また、図２８に示すように、入射角度±15°において、位相差変化は、13°未満（遅相軸方向、進相軸方向）、1°未満（遅相軸と45°方向）であった。
【０１４３】
本例の波長板１１は、波長3500nm〜4500nmで使用可能で、かつ温度0℃から50℃までにおける位相差の変化が0.01°未満（λ=3700nm），約0.01°（λ=4300nm）と十分に小さいことが分かった。
このように、本例の波長板１１は、位相差の波長、温度の依存性が同時に低減された波長板であって、且つ遅相軸Ｓが相互に直交しまたは平行になるよう配置されるために、波長板１１の回転に対して位相差変化が無い。このような波長板は、これまでに例が無く、本例の波長板１１により、広帯域波長板を搭載する測定装置の使用温度環境の制約を緩和することが、初めて可能となったものである。
【０１４４】
＜＜実施例７＞＞
実施例７の波長板１２の概略構成を、図２９に示す。実施例７の波長板１２は、３種の複屈折材料を用いた実施例６の波長板１１に、補正板１３を組み合わせた実施の形態２の変形例の構成に係り、複屈折板１１ａ〜１１ｃと、補正板１３とを備えている。
複屈折板１ａ〜１ｃの構成は、実施例６と同様であるので説明を省略する。
本例の波長板１２の設定位相差δDは、90°（λ/４）、位相差設定波長（λ1,λ2）は、3700nm及び4300nm、位相差温度依存性設定は、0°/℃とした。
複屈折板１１ａ〜１１ｃ，補正板１３を構成する複屈折板１３Ａ１，１３Ａ２の素材、複屈折素材の正負、遅相軸Ｓ方位、板厚を、表１２に示す。
【０１４５】
【表１２】
2016142963.tif 000061
【０１４６】
本例の波長板１２について、位相差の入射角依存性を確認するシミュレーションを行った結果を、図３０に示す。
図３０は、位相差の入射角依存性を示すグラフである。
図３０に示すように、入射角度±15°において、位相差変化は、1°未満（遅相軸方向、進相軸方向、遅相軸と45°方向）であった。
位相差の波長依存性、温度依存性は、実施例６と同様であるので、説明を省略する。
本例の複屈折板１１ａ２と補正板３の複屈折板１３Ａ１は、合せて、板厚470μmの一体の板材から構成することも可能である。
【０１４７】
実施例６の波長板１１に補正板１３を付加することにより、入射角±10°程度の範囲で、位相差の変化は１°未満と十分に低減されることが分かった。このことにより、波長板の回転機構に対する要求が緩和され、安価な部品を用いることができる。また、集光光束を用いることができ、装置の小型化、部品点数の削減等の可能性がある。
【０１４８】
＜＜実施例８＞＞
実施例８の波長板１１の概略構成を、図３１に示す。実施例８の波長板１１は、３種の一軸性結晶材料を用いた実施の形態２の構成に係り、複屈折板１１ａ〜１１ｃを備えた近赤外域用の波長板である。計算の結果から、各複屈折板１１ａ〜１１ｃが製作可能な板厚となるため、単板から構成されている。単板構成のため製作枚数が少なく、製作性が高い構成である。
各複屈折板１１ａ〜１１ｃは、接着または、オプティカルコンタクトにより接合されている。
本例の波長板１１の設定位相差δDは、180°（λ/２）、位相差設定波長（λ1,λ2）は、1350nm及び1650nm、位相差温度依存性設定は、0°/℃とした。このように、３種材料の場合には、複数の温度での位相差を設定するのではなく、位相差の温度依存性を0と設定し各複屈折板の板厚を計算している。
複屈折板１１ａ〜１１ｃの素材、複屈折素材の正負、遅相軸Ｓ方位、板厚を、表１３に示す。
【０１４９】
【表１３】
2016142963.tif 000062
【０１５０】
本例の波長板１１について、位相差の波長依存性、温度依存性、入射角依存性を確認するシミュレーションを行った。結果を、図３２〜図３４に示す。
図３２〜図３４は、それぞれ、位相差の波長依存性、温度依存性、入射角依存性を示すグラフである。
図３２に示すように、本例の波長板１１では、波長1300nm〜1700nmにおいて、位相差変化は、約178.5〜181°の範囲内にあった。
また、図３３に示すように、温度0℃〜50℃において、位相差変化は、それぞれ、約0.05°（λ=1350nm），約0.25°（λ=1650nm）であり、温度特性はそれぞれ、15.9×10-4°/℃（λ=1350nm），64.2×10-4°/℃（λ=1650nm）であった。なお、温度特性の数値は25℃〜50℃の変化を線形とみなした値である。
また、図３４に示すように、入射角度±15°において、位相差変化は、5°未満（遅相軸方向、進相軸方向）、1°未満（遅相軸と45°方向）であった。
【０１５１】
本例の波長板１１は、波長1300nm〜1700nmで使用可能で、かつ温度0℃から50℃までにおける位相差の変化が0.05°（λ=1350nm），約0.25°（λ=1650nm）と十分に小さいことが分かった。
このように、本例の波長板１１は、位相差の波長、温度の依存性が同時に低減された波長板であって、且つ遅相軸Ｓが相互に直交しまたは平行になるよう配置されるために、波長板１１の回転に対して位相差変化が無い。このような波長板は、これまでに例が無く、本例の波長板１１により、広帯域波長板を搭載する測定装置の使用温度環境の制約を緩和することが、初めて可能となったものである。
【０１５２】
＜＜実施例９＞＞
実施例９の波長板１２の概略構成を、図３５に示す。実施例９の波長板１２は、３種の複屈折材料を用いた実施例８の波長板１１に、補正板１３を組み合わせた実施の形態２の変形例の構成に係り、複屈折板１１ａ〜１１ｃと、補正板１３とを備えている。
複屈折板１ａ〜１ｃの構成は、実施例８と同様であるので説明を省略する。
本例の波長板１２の設定位相差δDは、180°（λ/２）、位相差設定波長（λ1,λ2）は、1350nm及び1650nm、位相差温度依存性設定は、0°/℃とした。
複屈折板１１ａ〜１１ｃ，補正板１３を構成する複屈折板１３Ａ１，１３Ａ２の素材、複屈折素材の正負、遅相軸Ｓ方位、板厚を、表１４に示す。
【０１５３】
【表１４】
2016142963.tif 000063
【０１５４】
本例の波長板１２について、位相差の入射角依存性を確認するシミュレーションを行った結果を、図３６に示す。
図３６は、位相差の入射角依存性を示すグラフである。
図３６に示すように、入射角度±15°において、位相差変化は、1°未満（遅相軸方向、進相軸方向、遅相軸と45°方向）であった。
位相差の波長依存性、温度依存性は、実施例８と同様であるので、説明を省略する。
本例の複屈折板１１ｃと補正板１３の複屈折板１３Ａ１は、合せて、板厚244μmの一体の板材から構成することも可能である。
【０１５５】
実施例８の波長板１１に補正板１３を付加することにより、入射角±10°程度の範囲で、位相差の変化は１°未満と十分に低減されることが分かった。このことにより、波長板の回転機構に対する要求が緩和され、安価な部品を用いることができる。また、集光光束を用いることができ、装置の小型化、部品点数の削減等の可能性がある。
【０１５６】
以下、本発明の従来技術に係る対比例について説明する。
＜＜対比例１＞＞
対比例１の波長板１０１の概略構成を、図３７に示す。対比例１の波長板１０１は、１種の複屈折材料である水晶からなる複屈折板１０１ａ，１０１ｂを用いた０次ダブルプレートタイプの波長板（λ＝550nm用  λ/4波長板）であって、波長板の基本構造ともいえるものである。
複屈折板１０１ａ,１０１ｂは、接着剤またはオプティカルコンタクトにより接合されている。
複屈折板１０１ａ,１０１ｂの素材、素材の正負、遅相軸Ｓ方位、板厚を、表１５に示す。
【０１５７】
【表１５】
2016142963.tif 000064
【０１５８】
本対比例の波長板１０１について、位相差の波長依存性、温度依存性、入射角依存性を確認するシミュレーションを行った。結果を、図３８〜図４０に示す。
温度特性はそれぞれ、-131.8×10-4°/℃（λ=400nm），-99.5×10-4°/℃（λ=550nm），-81.5×10-4°/℃（λ=700nm）であった。
図３８〜図４０より、対比例１の波長板１０１では、位相差の波長依存性、温度依存性がいずれも、各実施例に対比して高いことが分かった。
また、位相差の入射角依存性が、実施例２，４，５，７，９に対比して高くなっていた。
【０１５９】
＜＜対比例２＞＞
対比例２の波長板１０１は、２種の異種材料からなる複屈折板１０１ａ，１０１ｂを組み合わせた一般的な広帯域波長板（広帯域λ/4波長板  可視域用）である。
本対比例の波長板１０１の設定位相差δDは、90°（λ/４）、位相差設定波長（λ1,λ2）は、415nm及び585nmとした。対比例２の波長板１０１の概略構成を、図３７に示す。
複屈折板１０１ａ,１０１ｂは、接着剤またはオプティカルコンタクトにより接合されている。
複屈折板１０１ａ,１０１ｂの素材、素材の正負、遅相軸Ｓ方位、板厚を、表１６に示す。
【０１６０】
【表１６】
2016142963.tif 000065
【０１６１】
本対比例の波長板１０１について、位相差の波長依存性、温度依存性、入射角依存性を確認するシミュレーションを行った。結果を、図４１〜図４４に示す。
温度特性はそれぞれ、5948×10-4°/℃（λ=415nm），4464×10-4°/℃（λ=585nm）であった。
図４１〜図４４より、対比例２の波長板１０１では、位相差の波長依存性、温度依存性がいずれも、各実施例に対比して高いことが分かった。
また、位相差の入射角依存性が、実施例２，４，５，７，９に対比して高くなっていた。
【０１６２】
＜＜対比例３＞＞
対比例３の波長板１０１は、２種の異種材料からなる複屈折板１０１ａ１，１０１ａ２，１０１ｂ１，１０１ｂ２を組み合わせた位相差低温度依存性の波長板（低温特λ/4波長板  可視域用）である。各複屈折板の板厚が薄いため、ダブルプレート構造としたものである。
本対比例の波長板１０１の設定位相差δDは、90°（λ/４）、位相差設定波長（λ1）は、550nmとした。対比例３の波長板１０１の概略構成を、図４５に示す。
複屈折板１０１ａ１，１０１ａ２，１０１ｂ１，１０１ｂ２は、接着剤またはオプティカルコンタクトにより接合されている。
複屈折板１０１ａ１，１０１ａ２，１０１ｂ１，１０１ｂ２の素材、素材の正負、遅相軸Ｓ方位、板厚を、表１７に示す。
【０１６３】
【表１７】
2016142963.tif 000066
【０１６４】
本対比例の波長板１０１について、位相差の波長依存性、温度依存性、入射角依存性を確認するシミュレーションを行った。結果を、図４６〜図４９に示す。
温度特性はそれぞれ、1.1×10-4°/℃（λ=400nm），-0.4×10-4°/℃（λ=550nm），2.4×10-4°/℃（λ=700nm）であった。
図４６〜図４９より、対比例３の波長板１０１では、位相差の波長依存性が、各実施例に対比して高いことが分かった。
また、位相差の入射角依存性が、実施例２，４，５，７，９に対比して高くなっていた。
【０１６５】
以上のように、対比例１〜３の波長板１０１では、温度変化による位相差の変化や回転に伴う入射角の変化による位相差の変化が±１°以下で、かつ、所望の位相差の±５の範囲内の位相差となる波長帯域が十分に広いという、広帯域波長板を搭載する測定装置の要求を、すべて満足することはできないことが分かった。
【符号の説明】
【０１６６】
ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｉ  素材
Ｓ  遅相軸
ｔ，ｔａ，ｔｂ，ｔｃ，ｔｄ  板厚
１，２，１１，１２，１０１  波長板
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１０１ａ，１０１ｂ  複屈折板
１ｄ１，１ｄ２，１ｅ１，１ｅ２，１０１ａ１，１０１ａ２，１０１ｂ１，１０１ｂ２  板材
３，１３  補正板
３Ａ１，３Ａ２，１３Ａ１，１３Ａ２  複屈折板（板体）
【図１】
2016142963.tif 000074
【図２】
2016142963.tif 000075
【図３】
2016142963.tif 000076
【図４】
2016142963.tif 000077
【図５】
2016142963.tif 000078
【図６】
2016142963.tif 000079
【図７】
2016142963.tif 000080
【図８】
2016142963.tif 000081
【図９】
2016142963.tif 000082
【図１０】
2016142963.tif 000083
【図１１】
2016142963.tif 000084
【図１２】
2016142963.tif 000085
【図１３】
2016142963.tif 000086
【図１４】
2016142963.tif 000087
【図１５】
2016142963.tif 000088
【図１６】
2016142963.tif 000089
【図１７】
2016142963.tif 000090
【図１８】
2016142963.tif 000091
【図１９】
2016142963.tif 000092
【図２０】
2016142963.tif 000093
【図２１】
2016142963.tif 000094
【図２２】
2016142963.tif 000095
【図２３】
2016142963.tif 000096
【図２４】
2016142963.tif 000097
【図２５】
2016142963.tif 000098
【図２６】
2016142963.tif 000099
【図２７】
2016142963.tif 000100
【図２８】
2016142963.tif 000101
【図２９】
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【図３０】
2016142963.tif 000103
【図３１】
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【図３２】
2016142963.tif 000105
【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
2016142963.tif 000109
【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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