JPH10227912A - 偏光ビームスプリッタ - Google Patents

偏光ビームスプリッタ

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JPH10227912A
JPH10227912A JP9028840A JP2884097A JPH10227912A JP H10227912 A JPH10227912 A JP H10227912A JP 9028840 A JP9028840 A JP 9028840A JP 2884097 A JP2884097 A JP 2884097A JP H10227912 A JPH10227912 A JP H10227912A
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JP
Japan
Prior art keywords
refractive index
index layer
beam splitter
polarized light
fluororesin
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Pending
Application number
JP9028840A
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English (en)
Inventor
Tatsuya Kitamoto
達也 北本
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 S偏光及びP偏光の分離又は合成が可能な波
長範囲が可視領域で広く、反射帯域から透過帯域への急
峻性がよく、S偏光及びP偏光に対して入射角依存性が
小さい偏光ビームスプリッタを提供する。 【解決手段】少なくとも、光学的膜厚がλ/4のフッ素
樹脂からなる低屈折率層と、光学的膜厚がλ/4の高屈
折率層とからなる中央層と、該中央層を挟んでそれぞれ
略対称位置に配置されたフッ素樹脂からなる低屈折率層
と、高屈折率層とからなる一対の調整層と、を有するこ
とを特徴とする偏光ビームスプリッタ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は偏光ビームスプリッ
ターに関する。
【0002】
【従来の技術】偏光ビームスプリッタは誘電体交互多層
膜に入射する光のP偏光成分を透過させ、S偏光成分を
反射させることで2つの偏光成分に分割するものであ
る。一般的な偏光ビームスプリッタは、2個の45゜プ
リズムの間に高屈折率層と低屈折率層とからなる誘電体
交互多層膜を介在させた構成である。誘電体交互多層膜
の物質は、所望の波長範囲において、45゜プリズムの
光軸上から入射する入射光のP偏光成分の反射率が最も
小さく、かつS偏光成分の反射率が最大になる様に選択
する。
【0003】偏光ビームスプリッタは、入射光をP偏光
成分、S偏光成分に効率的に分離するために光ディスク
装置や投影表示装置などに用いられている。従来から偏
光ビームスプリッタの使用波長帯域を広げるために誘電
体交互多層膜の構成については様々な提案がなされてい
る。例えば、特開昭61−141402号公報では高屈
折率層と低屈折率層との2層を基本周期とした交互多層
膜に中間層を設け、この層の膜厚を調整することにより
帯域幅を広げている。また、特開平3−284705号
公報で示されている従来の偏光ビームスプリッタの構成
は基板上に中心波長の異なる2種の誘電体多層膜を順次
積層させた構造となっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の偏光ビームスプリッタではS偏光及びP偏光の分離又
は合成が可能な波長範囲が十分広いとは言えず、また、
ある程度広がりを有する光束が入射した場合、S偏光及
びP偏光の分光特性が大きく変化するという問題があ
る。
【0005】また、反射帯域から透過帯域への急峻性が
ない偏光ビームスプリッタを投射型表示装置等の光学系
に使用した場合、色のにじみが生じ、プロジェクターな
どの映像においてシャープさがなく見づらいという問題
が生じる。そこで、本発明はこれらの問題点に鑑み、S
偏光及びP偏光の分離又は合成が可能な波長範囲が可視
領域で広く、反射帯域から透過帯域への急峻性がよく、
S偏光及びP偏光に対して入射角依存性が小さい偏光ビ
ームスプリッタを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、第一に「少な
くとも、光学的膜厚がλ/4のフッ素樹脂からなる低屈
折率層と、光学的膜厚がλ/4の高屈折率層とからなる
中央層と、該中央層を挟んでそれぞれ略対称位置に配置
されたフッ素樹脂からなる低屈折率層と、高屈折率層と
からなる一対の調整層と、を有することを特徴とする偏
光ビームスプリッタ(請求項1)」を提供する。
【0007】また、本発明は第二に「液体媒質中に、少
なくとも基板の一方の面に光学的膜厚がλ/4のフッ素
樹脂からなる低屈折率層と、光学的膜厚がλ/4の高屈
折率層とからなる中央層と、該中央層を挟んでそれぞれ
略対称位置に配置されたフッ素樹脂からなる低屈折率層
と、高屈折率層とからなる一対の調整層と、を形成した
光学部材を設けてなる偏光ビームスプリッタ(請求項
2)」を提供する。
【0008】また、本発明は第三に「前記フッ素樹脂か
らなる低屈折率層の材料が、四フッ化エチレン樹脂(P
TFE)、三フッ化塩化メチレン樹脂(PCTFE)、
フッ化ビニル樹脂(PVF)、四フッ化エチレン-六フ
ッ化プロピレン共重合体(FEP)、フッ化ビニリデン
樹脂(PVDF)、ポリアセタール(POM)であるこ
とを特徴とする請求項1又は2記載の偏光ビームスプリ
ッタ(請求項3)」を提供する。
【0009】
【発明の実施の形態】図1(a)は本発明にかかる第1
の実施形態の偏光ビームスプリッタの概略断面図であ
り、(b)は、偏光分離膜の構成の概略断面図である。
本発明にかかる第1の実施形態の偏光ブームスプリッタ
は、光学的膜厚がλ/4、屈折率が1.2〜1.4のフ
ッ素樹脂からなる低屈折率層と光学的膜厚がλ/4、屈
折率が2.0〜2.4の高屈折率層とが交互に積層され
た中央層3と、中央層3を挟んだフッ素樹脂からなる低
屈折率層と高屈折率層とからなる一対の調整層4(中央
層3と調整層4とを偏光分離膜6という)とが形成され
た透光基体1と、反射防止膜5が形成された透光基体2
とが接着剤7によって接合された構成である。
【0010】ここで、光学的膜厚λ/4とは、ndcos
θ=λ/4であり、nは屈折率、dは機械的膜厚、θは
入射角度である。偏光ビームスプリッタへの入射角度、
硝材、膜材料との関係において sin2θG=nH 2L 2/[nG 2(nH 2+nL 2)] を満たすとき、入射光はP偏光とS偏光とに完全に分離
可能である。
【0011】ここで、θGは偏光ビームスプリッタへの
入射角度、nHは高屈折率層の屈折率、nLは低屈折率層
の屈折率、nGは硝材の屈折率である。θG=45°(光
学配置上最適な入射角度である)、nH=2.0〜2.
4、n G=1.5〜1.7(この範囲の硝材の種類が多
い)として、上記式にあてはめて最適化すると、nL
1.2〜1.4が導き出される。
【0012】上記条件を満たす低屈折率層の材料とし
て、屈折率1.2〜1.4の四フッ化エチレン樹脂(P
TFE)、三フッ化塩化メチレン樹脂(PCTFE)、
フッ化ビニル樹脂(PVF)、四フッ化エチレン-六フ
ッ化プロピレン共重合体(FEP)、フッ化ビニリデン
樹脂(PVDF)、ポリアセタール(POM)等が挙げ
られる。
【0013】高屈折率層の材料として、TiO2、Ce
2、HfO2、Nb25、Ta25、ZrO2、ZnS
等が挙げられる。調整層の膜厚を調整することによっ
て、P偏光成分の透過率を一時的に低減するリップルを
小さくすることができる。大きなリップルがあると、偏
光ビームスプリッタとして使用できる波長範囲が制限さ
れるからである。
【0014】本発明にかかる第2の実施形態の偏光ビー
ムスプリッタは、基板11の一方の面に光学的膜厚がλ
/4、屈折率が1.2〜1.4のフッ素樹脂からなる低
屈折率層と光学的膜厚がλ/4の高屈折率層とを交互に
積層された中央層と、中央層を挟んだフッ素樹脂からな
る低屈折率層と高屈折率層とからなる一対の調整層(中
央層と調整層とを偏光分離膜6という)とが形成され、
他方の面に反射防止膜5が形成された光学部材を液体セ
ル媒質12中に設けた液体偏光ビームスプリッタであ
る。
【0015】媒質としては、一般的な標準屈折液が用い
られ、所望の屈折率のものを使用することができる。
【0016】
【実施例】以下、本発明にかかる偏光ビームスプリッタ
を図面を参照しながら説明する。図1(a)は本発明に
かかる偏光ビームスプリッタの概略断面図であり、
(b)は、偏光分離膜の構成の概略断面図である。
【0017】本発明にかかる偏光ビームスプリッタは、
光学的膜厚が1/4λ、屈折率1.29の四フッ化エチ
レン樹脂(PTFE)と光学的膜厚が1/4λ、屈折率
2.38のTiO2とを交互に21層積層した中央層3
と、中央層3を挟んだ四フッ化エチレン樹脂(PTF
E)とTiO2とからなる一対の調整層4と(以下、中
央層3と調整層4とを偏光分離膜6という)が形成され
た屈折率1.51の45°プリズム1と、反射防止膜5
が形成された45°プリズム2が屈折率1.58の接着
剤7によって接合された構成である。
【0018】プリズムに形成する反射防止膜5及び偏光
分離膜6は、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーテ
ィング法等の物理的成膜法や、CVD法等の化学的成膜法
で作製することが可能である。図2は、偏光ビームスプ
リッタに光を45゜で入射したときのS偏光及びP偏光
の分光透過率である。
【0019】これより、580nmから740nmの広
い波長範囲においてS偏光及びP偏光の分離が可能であ
り、また、反射帯域から透過帯域への急峻性がよいこと
がわかる。図3は、偏光ビームスプリッタにλ=650
nmの光を入射したときのS偏光及びP偏光の入射角度
特性図である。P偏光の透過率は0%である。
【0020】入射角度45°を中心として45±5°の
範囲でP偏光とS偏光とを完全に分離することができる
ことがわかる。したがって、集光光束などにより使用す
る入射角度に範囲がある場合でも、広い波長範囲におい
てS偏光及びP偏光の分離又は合成が可能である。 [比較例1]比較例1の偏光ビームスプリッタは、光学
的膜厚がλ/4、屈折率1.47のSiO2と光学的膜
厚がλ/4、屈折率2.38のTiO2からなる交互層
が形成された屈折率1.51の45°プリズムと、反射
防止膜が形成された45°プリズムを接着剤によって接
合された構成である。
【0021】図4は、偏光ビームスプリッタに光を45
゜で入射したときのS偏光及びP偏光の分光透過率であ
る。これより、S偏光及びP偏光の分離が可能な波長範
囲は630nmから700nmであり、実施例1の偏光
ビームスプリッタに比べて狭いことがわかる。図5は、
偏光ビームスプリッタにλ=650nmの光を入射した
ときのS偏光及びP偏光の入射角度特性図である。
【0022】入射角度45°を中心として45±2°の
範囲でP偏光とS偏光とを完全に分離することができ
る。実施例1の偏光ビームスプリッタに比べて入射角度
範囲が狭いことがわかる。 [実施例2]図6は、本発明にかかる第2の偏光ビーム
スプリッタの概略断面図である。
【0023】本発明にかかる第2偏光ビームスプリッタ
は、屈折率が1.47のガラス基板11の一方の面に光
学的膜厚がλ/4、屈折率1.28の四フッ化エチレン
樹脂(PTFE)と光学的膜厚がλ/4、屈折率2.3
8のTiO2からなる21層積層された中央層と、中央
層を挟んだ四フッ化エチレン樹脂(PTFE)とTiO
2からなる一対の調整層が形成され(偏光分離膜6)、
他方の面に反射防止膜5が形成された光学部材をガラス
と同程度の屈折率を有する屈折率1.48の標準屈折液
12中に設けた液体偏光ビームスプリッタである。
【0024】この偏光ビームスプリッタは接着剤が使用
されていないので、高出力のレーザーを照射されても劣
化、経時変化が起きない。
【0025】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明にかかる偏
光ビームスプリッタは、S偏光及びP偏光の分離又は合
成が可能な波長範囲が広く(580nm〜740n
m)、反射帯域から透過帯域への急峻性がよく、ある程
度広がりを有する光束が入射した場合でも、S偏光及び
P偏光の分光特性は大きく変化しない。
【0026】したがって、本発明にかかる偏光ビームス
プリッタを可視領域の広い波長範囲の光を用いる投射型
表示装置等の光学系に使用した場合でも色が鮮明で、プ
ロジェクターなどの映像においてシャープで見やすいと
いうメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明にかかる第1の実施形態及び実
施例1の偏光ビームスプリッタの概略断面図であり、
(b)は、偏光分離膜の構成の概略断面図である。
【図2】実施例1の偏光ビームスプリッタに入射角度4
5゜で入射した時のS及偏光及びP偏光の分光特性図で
ある。
【図3】実施例1の偏光ビームスプリッタにλ=650
nmの光を入射したときのS偏光及びP偏光の入射角度
特性図である。
【図4】比較例1の偏光ビームスプリッタに入射角度4
5゜で入射した時のS偏光及びP偏光の分光特性図であ
る。
【図5】比較例1の偏光ビームスプリッタにλ=650
nmの光を入射したときのS偏光及びP偏光の入射角度
特性図である。
【図6】本発明にかかる第2の実施形態及び実施例2の
偏光ビームスプリッタの概略断面図である。
【符号の説明】
1、2…プリズム 3…中央層 4…調整層 5…反射防止膜 6…偏光分離膜 7…接着剤 8…透過光 9…P偏光 10…S偏光 11…ガラス基板 12…媒質

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも、光学的膜厚がλ/4のフッ素
    樹脂からなる低屈折率層と、光学的膜厚がλ/4の高屈
    折率層とからなる中央層と、該中央層を挟んでそれぞれ
    略対称位置に配置されたフッ素樹脂からなる低屈折率層
    と、高屈折率層とからなる一対の調整層と、を有するこ
    とを特徴とする偏光ビームスプリッタ。
  2. 【請求項2】液体媒質中に、少なくとも基板の一方の面
    に光学的膜厚がλ/4のフッ素樹脂からなる低屈折率層
    と、光学的膜厚がλ/4の高屈折率層とからなる中央層
    と、該中央層を挟んでそれぞれ略対称位置に配置された
    フッ素樹脂からなる低屈折率層と、高屈折率層とからな
    る一対の調整層と、を形成した光学部材を設けてなる偏
    光ビームスプリッタ。
  3. 【請求項3】前記フッ素樹脂からなる低屈折率層の材料
    が、四フッ化エチレン樹脂(PTFE)、三フッ化塩化
    メチレン樹脂(PCTFE)、フッ化ビニル樹脂(PV
    F)、四フッ化エチレン-六フッ化プロピレン共重合体
    (FEP)、フッ化ビニリデン樹脂(PVDF)、ポリ
    アセタール(POM)であることを特徴とする請求項1
    又は2記載の偏光ビームスプリッタ。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012226208A (ja) * 2011-04-21 2012-11-15 Canon Inc 偏光分離素子、及びそれを用いた偏光変換素子及び画像投射装置
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