JPH07306314A

JPH07306314A - 偏光子

Info

Publication number: JPH07306314A
Application number: JP6099451A
Authority: JP
Inventors: Sanpei Ezaki; 賛平江崎; Kunihiko Yoshino; 邦彦吉野; Shingo Inoue; 新吾井上; Katsuhiko Katano; 克彦片野
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-05-13
Filing date: 1994-05-13
Publication date: 1995-11-21

Abstract

(57)【要約】【目的】特定の振動方向を有する光を選択して出射す
る偏光子を提供する。【構成】直角と３０度未満の角と６０度以上の角との
３つの角からなる直角三角形の断面を持つ同一形状の２
つの直角プリズムを用い、該２つの直角プリズムの直辺
同士を光学的に貼り合わせた、二等辺三角形の断面を持
つ複プリズム構造であって、少なくとも一方の直角プリ
ズムの貼り合わせ面に偏光分離可能な光学薄膜群を形成
してなる偏光子であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば偏光ビームスプ
リッタ(Polarizing Beam Splitter:以下「ＰＢＳ」と称
する) など、特定の振動方向を有する光を選択して出射
する偏光子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ＰＢＳとして、図３、図４
に示すようなものが知られている。図３に示すＰＢＳ
は、光学ガラスから成る一対の直角プリズム１ａ、１ｂ
の斜辺に各々薄膜群２ａ、２ｂを形成し、接合部２ｃを
介してこれら薄膜群部分２ａ、２ｂを接合することによ
り構成されている。薄膜群を構成する薄膜の屈折率はブ
リュスター条件を満足するように設定されており、この
ＰＢＳに直角プリズム１ａの直辺側（図３では左側）か
ら光源の光３が入射し、薄膜群間の界面への入射角がブ
リュスター角になるように入射されると、入射光は各薄
膜群を構成する薄膜と薄膜との界面で反射、屈折を繰り
返し、これらの光が互いに干渉する。この反射・屈折特
性に偏向依存性を持たせるよう膜の屈折率と膜厚を選ぶ
ことにより、ＰＢＳはｐ偏光４を一方の直辺側（右方
向）に透過し、ｓ偏光５を他方の直辺側（上方向）に反
射する。図３において、ｐ偏光４は紙面に沿った振動面
を有する偏光を指し、ｓ偏光５は紙面に直交する偏光を
指すことを示すため、両矢印で紙面に沿った振動方向
を、・（黒点）で紙面に直交する振動方向を表した。

【０００３】図４に示すＰＢＳは、図３のＰＢＳの上部
に全反射プリズムを配置し、ｐ偏光を全反射させてｓ偏
光と同じ左方向に向けるようにしたものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
のＰＢＳでは、次のような問題がある。図３のＰＢＳで
は、ｐ偏光とｓ偏光が異なる方向に出射するため、１つ
の被照射体に対して照射するにはどちらか一方に反射光
学系が必要になる。特に、図４のＰＢＳのように全反射
プリズムを配置してｓ偏光とｐ偏光を同一方向に向ける
場合には、ｓ偏光とｐ偏光に対する光路長がプリズム内
で異なり、いずれも照射面で照度が異なってしまうとい
う問題がある。

【０００５】さらに、全反射プリズムをＰＢＳの外部に
配置するような場合、偏光光の光学的なロスが懸念され
るという問題がある。本発明の目的は、上述したような
従来のＰＢＳの問題を解決することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、反射光学系を必
要としないＰＢＳとして、２つの直角プリズムを貼り合
わせ、その貼り合わせる面の少なくとも一方に偏光分離
が可能な光学薄膜群を設けた複プリズム構造の偏光子を
用いることにした。さらに、光源からの光を一方の直角
プリズムの斜面より入射させる際に、入射面の法線とは
ある角度を持って入射させるために、直角プリズムの断
面の直角三角形の内角を直角と３０度未満の角と６０度
以上の角との３つの角に設定した。これにより、入射さ
れた光のロスが少なくなり、さらに偏光子を用いた光学
系においては、このような偏光子を用いることにより設
計の自由度の幅が広がることがわかった。

【０００７】よって、本発明は、直角と３０度未満の角
と６０度以上の角との３つの角からなる直角三角形の断
面を持つ同一形状の２つの直角プリズムを用い、該２つ
の直角プリズムの直辺同士を光学的に貼り合わせた、二
等辺三角形の断面を持つ複プリズム構造であって、少な
くとも一方の直角プリズムの貼り合わせ面に偏光分離可
能な光学薄膜群を形成してなる偏光子を提供するもので
ある。

【０００８】また、直角プリズムを光学ガラスで構成し
た場合、その光学ガラス上に光学薄膜群が形成されるこ
とになる。このとき、光学ガラスに熱応力や力学的外部
応力が作用すると光弾性効果に起因する光学的異方性が
誘起されるので、この光学的異方性により偏光子が所望
の性能を得られないことがある。そこで、本発明におい
ては、好ましくは、２つの直角プリズムを光弾性定数が
実質的にゼロのガラスからなる偏光子を提供する。

【０００９】

【作用】本発明の偏光子は直角と３０度未満の角と６０
度以上の角との３つの角からなる直角三角形の断面を持
つ同一形状の２つの直角プリズムを、偏光分離可能な光
学薄膜群を挟んで接合したことを特徴とする。一方の直
角プリズムの斜面に光源から出射された光を入射する
際、入射面の法線とある角度を持って入射する。この光
は入射面で屈折し、貼り合わせ面の偏光分離可能な光学
薄膜群で互いに直交する２つの偏光に分離される。そし
て、分離された各偏光光はプリズム内面で全反射し出射
面から互いに平行に同じ方向、すなわち出射面の法線方
向に出射される。

【００１０】また、好ましくは直角プリズムを光弾性定
数が実質的にゼロのガラスで構成することにより、偏光
子を保持するホルダーや入射光の熱の影響により熱応力
や力学的外部応力が直角プリズムに生じても直角プリズ
ムは実質的に光学的等方性を示し、直角プリズム内を伝
播する光にほとんど光路差を生じさせない。

【００１１】

【実施例１】図１は本発明の第１の実施例の説明図であ
る。本ＰＢＳは主切断面の形状が、内角が９０度、６
７.５度、２２.５度の直角三角形であり、屈折率１.６
５の軽フリントガラスを素材とした、同一寸法、形状の
２個の直角プリズム７ａ、７ｂを貼り合わせた頂角４５
度の二等辺三角形形状をしている。これらの直角プリズ
ムの斜辺とは異なる第２の面の右部分に各々薄膜群２
ａ、２ｂを形成し、これらを接着剤層２ｃで接合して構
成されている。これらの薄膜群は屈折率が高い薄膜と低
い薄膜とを複数組み合わせた多層膜であり、従来技術で
設計、製造される。なお、本実施例においては、多層膜
を２ａ、２ｂにそれぞれ分けて７ａ、７ｂのプリズム面
に形成し、その間に接着剤層を形成して作製したが、こ
の方法の他に７ａまたは７ｂのどちらか一方に２ａと２
ｂとを加えた１群で偏光分離膜の機能をもつ膜群を形成
し、膜を形成しないプリズム面と偏光分離膜群との間に
接着剤層を形成する方法も採用できる。

【００１２】光源からの光３はプリズム７ａの斜面、右
下方から本ＰＢＳに入射角３９.２度で入射、屈折角２
２.５度で屈折し、薄膜群２ａ、２ｂの面(第２の面)に
入射角４５度で入射、これら薄膜群の作用で反射ｓ偏光
と透過ｐ偏光に分離する。反射ｓ偏光光線はプリズム７
ａの斜面に於いて６７.５度の入射角で入射、全反射し
た後に第３の面から法線方向に出射する。透過ｐ偏光光
線はプリズム７ｂの斜面に於いて６７.５度の入射角で
入射、全反射した後に第３の面から法線方向に出射す
る。こうすることによりｓ、ｐ両偏光光線を互いに平行
に、かつ同一方向に出射できる、また本ＰＢＳ中で偏光
分離後ｓ、ｐ偏光光の光路長が互いに等しくすることが
できる。

【００１３】

【実施例２】図２は第２の実施例の説明図である。第１
の実施例とは主切断面が直角三角形原プリズムの内角が
９０度、６４度、２６度である点、屈折率１.９０の重
フリント系ガラスを素材とした点が異なっている。光源
からの光３は本ＰＢＳに入射角２３.３度で入射、屈折
角１２度で屈折し、薄膜群２ａ、２ｂの面(第２の面)に
入射角３８度で入射、これら薄膜群の作用で反射ｓ偏光
と透過ｐ偏光に分離する。反射ｓ偏光光線はプリズム７
ａの斜面に於いて６４度の入射角で入射、全反射した後
に第３の面から法線方向に出射する。透過ｐ偏光光線は
プリズム７ｂの斜面に於いて６４度の入射角で全反射し
た後に第３の面から法線方向に出射する。この後の作用
は第１の実施例と同様である。

【００１４】

【実施例３】次に第３の実施例を示す。本実施例に示す
主切断面が直角三角形原プリズムの内角は９０度、６
４.８度、２５.２度であり、屈折率が１.８４の光弾性
定数が実質的にゼロ（実質的にゼロとは、例えば光源か
らＰＢＳに入射する光に対して光弾性定数がー０.１か
ら０.１（１０^ー8ｃｍ²／Ｎ）程度のものを意味する）の
ガラスを使用した例である。光源からの光は本ＰＢＳに
入射角２７度で入射、屈折角１４.３度で屈折し、薄膜
群に入射角３９.５度で入射、これら薄膜群の作用で反
射ｓ偏光と透過ｐ偏光に分離される。ｓ偏光はプリズム
斜面において６４.８度の入射角で入射、全反射された
後法線方向に出射される。ｐ偏光はプリズム斜面におい
て６４.８度の入射、全反射された後法線方向に出射さ
れる。このプリズムの場合、光弾性定数が実質的にゼロ
なので薄膜群の作用で作られた直線偏光がプリズム内で
複屈折を受ける事が無く、質の良い直線偏光が得られ
る。以上のように、本ＰＢＳに適した頂角(第２の実施
例の場合は２６度×２＝５２度）は一般にプリズムの
素材の屈折率と使用する複数の薄膜の屈折率比とに依存
し、素材の屈折率が高く、薄膜の屈折率比が大きい程大
きいが、３０度から６０度の範囲が適している。

【００１５】以上の実施例ではＰＢＳのみを示したが出
射するｐまたはｓのいずれかの光路に２分の１波長板を
設置すればｐ偏光はｓ偏光に（ｓ偏光はｐ偏光に）変換
され単一偏光光を出射する偏光変換素子として使用でき
る。

【００１６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、本ＰＢＳは、薄膜群での偏光分離の後に各偏光光
線が共にＰＢＳの内面で全反射してからＰＢＳを出射す
るよう構成されているため、両偏光光に対する光路長を
等しく、同一方向にかつ平行に出射させることが出来
る。また、実施例で述べているようにＰＢＳへの入射角
はプリズム平面に対して法線方向に入射されず、所定の
角度を持つためプリズム内面の全反射が浅い角度でされ
る事となり全反射される許容角度が大きくなりロスが少
なくなる。これは、実際に偏光子に入射する光線は完全
な平行光というわけにはいかず、非平行光成分が混在し
ている。この非平行光光線においては全反射法則からず
れた角度の光線は全反射されずロスとなる。しかし、本
発明ではこの角度の許容差が大きく取れるため全反射さ
れる光線の割合が大きくなりロスが少なくなるのであ
る。また、本発明では入射角が面の法線に対して角度を
持つことができるため、ｓ偏光光とｐ偏光光とを平行に
同一方向に、かつ出射面の法線方向に出射させることが
できる。このため、プリズムの屈折率、形状に自由度が
多くなり、設計しやすい。入射角が法線に垂直な場合
は、偏光分離部の薄膜群への入射角度は必然的に決定さ
れ、偏光分離膜の設計の自由度は偏光子を形成するガラ
スの屈折率、偏光分離膜群を形成する薄膜の屈折率の２
つしかない。特に、偏光子を形成するガラスとして光弾
性定数が実質的にゼロのガラスを用いた場合は、屈折率
はほぼ１つに決まってしまい、自由度はない。この場
合、薄膜の自由度のみで設計するのは至難の技である。
本発明では、入射角度の自由度が増えたことにより、通
常のガラスの場合には３つの自由度、光弾性定数がゼロ
のガラスを用いた場合でも２つの自由度をもつことがで
き、設計がしやすくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例であるＰＢＳを示す断面
図である。

【図２】本発明の第２の実施例であるＰＢＳを示す断面
図である。

【図３】従来のＰＢＳの一例を示す断面図である。

【図４】従来のＰＢＳの他の例を示す断面図である。

【符号の説明】

２偏光分離部２ａ、２ｂ薄膜群部分２ｃ接合部分３光源からの光４ｐ偏光光線５ｓ偏光光線７ａ、７ｂ直角プリズム７ｃ直角プリズム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者片野克彦東京都千代田区丸の内３丁目２番３号株式会社ニコン内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直角と３０度未満の角と６０度以上の角
との３つの角からなる直角三角形の断面を持つ同一形状
の２つの直角プリズムを用い、該２つの直角プリズムの
直辺同士を光学的に貼り合わせた、二等辺三角形の断面
を持つ複プリズム構造であって、少なくとも一方の直角
プリズムの貼り合わせ面に偏光分離可能な光学薄膜群を
形成してなる偏光子。
【請求項２】請求項１に記載の偏光子を用いて、光源
からの光を一方の直角プリズムの斜面に入射し、該入射
した光を光学薄膜群により互いに偏光面が直交する２つ
の直線偏光光に分離し、該２つの直線偏光光を出射平面
より出射する偏光子の使用方法において、該２つの直線
偏光光が同一方向に平行かつ出射平面に垂直になるよう
に、光源からの光の入射角を設定することを特徴とする
偏光子の使用方法。
【請求項３】請求項１に記載の偏光子において、前記
２つの直角プリズムが光弾性定数が実質的にゼロのガラ
スからなることを特徴とする偏光子。