JP2973254B2 - 複屈折構造 - Google Patents
複屈折構造Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、入射光を直交する２つ
の直線偏光に分離してそれぞれの直線偏光に異なった方
向を与えたり、異なった位相差を与えたりする複屈折構
造に関するものである。
の直線偏光に分離してそれぞれの直線偏光に異なった方
向を与えたり、異なった位相差を与えたりする複屈折構
造に関するものである。
【０００２】
【従来技術】構造複屈折は、図５に示すように、異なる
屈折率をもつ２種類の誘電体１，２を交互にその周期ｐ
が入射光の波長の１／２以下となるように格子状に積層
した周期構造において起こる。
屈折率をもつ２種類の誘電体１，２を交互にその周期ｐ
が入射光の波長の１／２以下となるように格子状に積層
した周期構造において起こる。
【０００３】即ち、同図に示す周期構造の上方より入射
する入射光は、格子に平行な偏光成分ｏと、直交する偏
光成分ｅで、それぞれ異なる屈折率ｎo，ｎeを持つ。従
ってこの入射光の場合は、この周期構造を透過すること
でそれぞれの偏光成分ｏ，ｅに異なった位相差が与えら
れる。
する入射光は、格子に平行な偏光成分ｏと、直交する偏
光成分ｅで、それぞれ異なる屈折率ｎo，ｎeを持つ。従
ってこの入射光の場合は、この周期構造を透過すること
でそれぞれの偏光成分ｏ，ｅに異なった位相差が与えら
れる。
【０００４】一方図６に示すように、この複屈折構造を
斜めに切り出したものに、垂直に（即ち複屈折構造に対
して斜めに）光を入射すれば、該入射光を２つの偏光成
分ｏ，ｅに分離することができる。
斜めに切り出したものに、垂直に（即ち複屈折構造に対
して斜めに）光を入射すれば、該入射光を２つの偏光成
分ｏ，ｅに分離することができる。
【０００５】ここで構造複屈折性の大きさは、周期構造
の周期ｐと一方の誘電体１の厚みａの比ａ／ｐと、２つ
の誘電体１，２の屈折率ｎ1，ｎ2によって決まる。例え
ば屈折率ｎ1，ｎ2の差は大きいほど複屈折性も大きくな
る。
の周期ｐと一方の誘電体１の厚みａの比ａ／ｐと、２つ
の誘電体１，２の屈折率ｎ1，ｎ2によって決まる。例え
ば屈折率ｎ1，ｎ2の差は大きいほど複屈折性も大きくな
る。
【０００６】なお誘電体１，２の周期ｐは入射光の波長
をλとすると、ｐ＜（λ／２）の関係が必要であり、こ
の条件のときにこの周期構造は回折光を生じず複屈折性
を示す。そしてこの周期ｐは通常０．５μｍ程度であ
る。
をλとすると、ｐ＜（λ／２）の関係が必要であり、こ
の条件のときにこの周期構造は回折光を生じず複屈折性
を示す。そしてこの周期ｐは通常０．５μｍ程度であ
る。
【０００７】次に上記複屈折構造を実現するための従来
の具体例について説明する。図７は従来の複屈折構造の
一具体例を示す要部斜視図である。同図に示すようにこ
の複屈折構造は、基板７０上に、電子ビーム描画やフォ
トリソグラフィーの技術を用いて、格子状の周期的な多
数本の溝７１を設けて構成されている。このように構成
すれば、基板７０を構成する誘電体と溝７１内の空気と
が周期的に積層された構造となり、これによって複屈折
構造が構成できる。
の具体例について説明する。図７は従来の複屈折構造の
一具体例を示す要部斜視図である。同図に示すようにこ
の複屈折構造は、基板７０上に、電子ビーム描画やフォ
トリソグラフィーの技術を用いて、格子状の周期的な多
数本の溝７１を設けて構成されている。このように構成
すれば、基板７０を構成する誘電体と溝７１内の空気と
が周期的に積層された構造となり、これによって複屈折
構造が構成できる。
【０００８】また図８は従来の他の構造にかかる複屈折
構造の作製方法を示す図である。即ちまず同図（ａ）に
示すように、屈折率の異なる２種類の誘電体７４，７５
をスパッタリング等によって交互に積層して周期多層構
造を構成し、これを層に対して垂直に切り出すことによ
って同図（ｂ）に示す構造の複屈折構造を作製したり、
層に対して斜めに切り出すことによって同図（ｃ）に示
す構造の複屈折構造を作製したりする。
構造の作製方法を示す図である。即ちまず同図（ａ）に
示すように、屈折率の異なる２種類の誘電体７４，７５
をスパッタリング等によって交互に積層して周期多層構
造を構成し、これを層に対して垂直に切り出すことによ
って同図（ｂ）に示す構造の複屈折構造を作製したり、
層に対して斜めに切り出すことによって同図（ｃ）に示
す構造の複屈折構造を作製したりする。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
例においては以下のような問題点があった。 上記図７に示す複屈折構造においては、その周期を光
の波長の１／２以下とする必要があるが、光の波長の１
／２以下（同図においては１／４）の溝７１を作ること
は非常に困難で手間がかかる。またこの複屈折構造を用
いて光を分離する場合は、図９に示すようにこの複屈折
構造に対して光を斜めに入射させなければならない。さ
らに溝７１内にはほこり等が入り易く、ほこり等が入る
とその特性が劣化してしまう。
例においては以下のような問題点があった。 上記図７に示す複屈折構造においては、その周期を光
の波長の１／２以下とする必要があるが、光の波長の１
／２以下（同図においては１／４）の溝７１を作ること
は非常に困難で手間がかかる。またこの複屈折構造を用
いて光を分離する場合は、図９に示すようにこの複屈折
構造に対して光を斜めに入射させなければならない。さ
らに溝７１内にはほこり等が入り易く、ほこり等が入る
とその特性が劣化してしまう。
【００１０】一方図８に示す複屈折構造においては、
２種類の誘電体７４，７５はスパッタリングや蒸着によ
って積層されるので、その積層の厚みに限界があり（概
ね数百μｍ）、大面積化が図れないので、大きなビーム
径の光に対しては使用できない。また複屈折構造を同図
（ｂ），（ｃ）に示す状態に精密に切り出すには手間が
かかる。
２種類の誘電体７４，７５はスパッタリングや蒸着によ
って積層されるので、その積層の厚みに限界があり（概
ね数百μｍ）、大面積化が図れないので、大きなビーム
径の光に対しては使用できない。また複屈折構造を同図
（ｂ），（ｃ）に示す状態に精密に切り出すには手間が
かかる。
【００１１】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、微細な周期構造を簡単
に作り出せ、しかもその大面積化が容易な複屈折構造を
提供することにある。
あり、その目的とするところは、微細な周期構造を簡単
に作り出せ、しかもその大面積化が容易な複屈折構造を
提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本発明にかかる複屈折構造は、光学的に透明であって
その表面上に同一周期ｐで同一形状の多数の格子状の溝
１１，１１′を設けた２組の基板１０，１０′を具備
し、該両基板１０，１０′は両者の溝１１，１１′を設
けた面が対向するように向い合わされて一方の基板１０
の溝１１と溝１１の間の凸部１３を他方の基板１０′の
溝１１′に係合し、該係合部に生じた凸部１３，１３′
と空隙１５による周期構造の周期ｐ′を光の波長の１／
２以下とし、前記空隙１５には空気あるいは前記基板１
０，１０′の屈折率とは異なる屈折率を有する誘電体を
充填して複屈折性を持たせた。
め本発明にかかる複屈折構造は、光学的に透明であって
その表面上に同一周期ｐで同一形状の多数の格子状の溝
１１，１１′を設けた２組の基板１０，１０′を具備
し、該両基板１０，１０′は両者の溝１１，１１′を設
けた面が対向するように向い合わされて一方の基板１０
の溝１１と溝１１の間の凸部１３を他方の基板１０′の
溝１１′に係合し、該係合部に生じた凸部１３，１３′
と空隙１５による周期構造の周期ｐ′を光の波長の１／
２以下とし、前記空隙１５には空気あるいは前記基板１
０，１０′の屈折率とは異なる屈折率を有する誘電体を
充填して複屈折性を持たせた。
【００１３】
【作用】上記の如く構成すれば、たとえそれぞれの基板
１０，１０′の周期ｐを入射する光の波長の１／２以下
とせずにそれ以上としておいても（即ち該両基板１０，
１０′に複屈折性を持たせておかず、例えば光の波長以
上としておいても）、２枚の基板１０，１０′を重ね合
わせることによってその周期ｐ′を光の波長の１／２以
下に短くでき、これを複屈折構造とできる。
１０，１０′の周期ｐを入射する光の波長の１／２以下
とせずにそれ以上としておいても（即ち該両基板１０，
１０′に複屈折性を持たせておかず、例えば光の波長以
上としておいても）、２枚の基板１０，１０′を重ね合
わせることによってその周期ｐ′を光の波長の１／２以
下に短くでき、これを複屈折構造とできる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の１実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。図１は本発明の複屈折構造に用いる２枚
の基板１０，１０′の構造を示す要部拡大斜視図であ
る。同図に示すようにこの基板１０，１０′は、光学的
に透明な材料で構成され、その表面にエッチングなどに
よって同一周期ｐで同一形状の格子状の多数の溝１１，
１１′を設けて構成されている。ここで溝１１，１１′
は略台形状に形成され、該溝１１，１１′と次の溝１
１，１１′の間の凸部１３，１３′の形状は略直角三角
形状に形成されている。また該溝１１，１１′の深さは
ｈとされ、該溝１１，１１′の一方の側面は傾斜面１
７，１７′とされ、該傾斜面の基板の法線からの角度は
θとされている。また凹部１１，１１′の下端の幅はａ
とされている。
細に説明する。図１は本発明の複屈折構造に用いる２枚
の基板１０，１０′の構造を示す要部拡大斜視図であ
る。同図に示すようにこの基板１０，１０′は、光学的
に透明な材料で構成され、その表面にエッチングなどに
よって同一周期ｐで同一形状の格子状の多数の溝１１，
１１′を設けて構成されている。ここで溝１１，１１′
は略台形状に形成され、該溝１１，１１′と次の溝１
１，１１′の間の凸部１３，１３′の形状は略直角三角
形状に形成されている。また該溝１１，１１′の深さは
ｈとされ、該溝１１，１１′の一方の側面は傾斜面１
７，１７′とされ、該傾斜面の基板の法線からの角度は
θとされている。また凹部１１，１１′の下端の幅はａ
とされている。
【００１５】次に図２は上記２枚の基板１０，１０′を
用いて構成した本発明にかかる複屈折構造を示す側断面
図である。同図に示すように、本発明にかかる複屈折構
造は、上記図１に示す２枚の基板１０，１０′の溝１
１，１１′を設けた側の面を対向するように向い合わ
せ、それぞれの溝１１，１１′と凸部１３，１３′を係
合せしめて構成されている。なおこのとき、それぞれの
凸部１３，１３′の垂直に立ち上がる側の側面同士は密
着される。ここで２枚の基板１０，１０′は同一材料で
構成されているため、凸部１３，１３′の密着部におい
て両者は一体となっていると考えられる。なお２枚の基
板１０，１０′はその両端（図示せず）を固定すること
によって容易に固定される。
用いて構成した本発明にかかる複屈折構造を示す側断面
図である。同図に示すように、本発明にかかる複屈折構
造は、上記図１に示す２枚の基板１０，１０′の溝１
１，１１′を設けた側の面を対向するように向い合わ
せ、それぞれの溝１１，１１′と凸部１３，１３′を係
合せしめて構成されている。なおこのとき、それぞれの
凸部１３，１３′の垂直に立ち上がる側の側面同士は密
着される。ここで２枚の基板１０，１０′は同一材料で
構成されているため、凸部１３，１３′の密着部におい
て両者は一体となっていると考えられる。なお２枚の基
板１０，１０′はその両端（図示せず）を固定すること
によって容易に固定される。
【００１６】そしてこの複屈折構造によれば、基板１
０，１０′の密着した凸部１３，１３′と空隙１５によ
って、傾斜角度θの周期構造が得られる。
０，１０′の密着した凸部１３，１３′と空隙１５によ
って、傾斜角度θの周期構造が得られる。
【００１７】ここで図３は図２に示す複屈折構造の要部
拡大図である。同図からわかるようにこの実施例の複屈
折構造は、周期ｐ′，幅ｈ′，空隙１５の幅ａ′の周期
構造を、傾斜角度θだけ傾けて構成される。
拡大図である。同図からわかるようにこの実施例の複屈
折構造は、周期ｐ′，幅ｈ′，空隙１５の幅ａ′の周期
構造を、傾斜角度θだけ傾けて構成される。
【００１８】そしてこの周期ｐ′を入射する光の波長の
１／２以下となるように構成すれば、本発明にかかる複
屈折構造が構成される。
１／２以下となるように構成すれば、本発明にかかる複
屈折構造が構成される。
【００１９】ここでこれら周期ｐ′，幅ｈ′，空隙１５
の幅ａ′は、図１に示す基板１０の溝１１の周期ｐ，溝
１１の下端の幅ａ，深さｈと比べて以下のような値とな
る。 ｈ′＝ｈ／cosθ＞ｈ ・・・（１） ａ′＝ａ・cosθ＜ａ ・・・（２） ｐ′＝ｐ・cosθ＜ｐ ・・・（３）
の幅ａ′は、図１に示す基板１０の溝１１の周期ｐ，溝
１１の下端の幅ａ，深さｈと比べて以下のような値とな
る。 ｈ′＝ｈ／cosθ＞ｈ ・・・（１） ａ′＝ａ・cosθ＜ａ ・・・（２） ｐ′＝ｐ・cosθ＜ｐ ・・・（３）
【００２０】即ち本発明によれば、ｐ′＜ｐなので、た
とえ図１に示す基板１０の周期ｐを入射する光の波長の
１／２以下とせずにそれ以上としておいても（即ち該基
板１０に複屈折性を持たせておかず、例えば光の波長以
上としておいても）、２枚の基板１０，１０′を重ね合
わせることによってその周期ｐ′を光の波長の１／２以
下に短くでき、容易にこれを複屈折構造とできるのであ
る。
とえ図１に示す基板１０の周期ｐを入射する光の波長の
１／２以下とせずにそれ以上としておいても（即ち該基
板１０に複屈折性を持たせておかず、例えば光の波長以
上としておいても）、２枚の基板１０，１０′を重ね合
わせることによってその周期ｐ′を光の波長の１／２以
下に短くでき、容易にこれを複屈折構造とできるのであ
る。
【００２１】ところで図１に示す基板１０の周期ｐと凹
部１１の下端の幅ａは大きい方が作製し易く、深さｈは
小さい方が加工し易い。そして上記式（１），（２），
（３）からわかるように、ｈ′＞ｈ，ａ′＜ａ，ｐ′＜
ｐ，でよいので、溝１１の加工が容易となり、複屈折構
造の製作が容易となる。
部１１の下端の幅ａは大きい方が作製し易く、深さｈは
小さい方が加工し易い。そして上記式（１），（２），
（３）からわかるように、ｈ′＞ｈ，ａ′＜ａ，ｐ′＜
ｐ，でよいので、溝１１の加工が容易となり、複屈折構
造の製作が容易となる。
【００２２】また光の直交成分を分離するためには、該
光を周期構造に対して斜めに入射させる必要があるが、
上記実施例においては、基板１０，１０′に対して垂直
に入射光を入射するだけで積層した周期構造に対して斜
めに光を入射できる。従ってこの場合、これら基板１
０，１０′を入射光に対して斜めに配設する必要はな
い。
光を周期構造に対して斜めに入射させる必要があるが、
上記実施例においては、基板１０，１０′に対して垂直
に入射光を入射するだけで積層した周期構造に対して斜
めに光を入射できる。従ってこの場合、これら基板１
０，１０′を入射光に対して斜めに配設する必要はな
い。
【００２３】なお上記実施例においては、基板１０，１
０′に設けた凸部１３，１３′と空隙１５によって周期
構造を構成したが、該空隙１５に基板１０，１０′の屈
折率とは異なる屈折率の誘電体を充填してもよい。即ち
例えばＵＶ硬化樹脂などを前記空隙１５に充填して固定
してもよく、その場合充填する誘電体を変えることによ
り基板１０，１０′の溝１１，１１′の形状を何ら変え
ることなく複屈折性の制御が可能となる。
０′に設けた凸部１３，１３′と空隙１５によって周期
構造を構成したが、該空隙１５に基板１０，１０′の屈
折率とは異なる屈折率の誘電体を充填してもよい。即ち
例えばＵＶ硬化樹脂などを前記空隙１５に充填して固定
してもよく、その場合充填する誘電体を変えることによ
り基板１０，１０′の溝１１，１１′の形状を何ら変え
ることなく複屈折性の制御が可能となる。
【００２４】なお周期構造に空隙１５、即ち空気（屈折
率ｎ＝１）を用いた上記実施例の場合は、最大の複屈折
性が得られる（空気より小さい屈折率のものはなく、複
屈折性は２つの物質の屈折率差が大きい程大きい）。
率ｎ＝１）を用いた上記実施例の場合は、最大の複屈折
性が得られる（空気より小さい屈折率のものはなく、複
屈折性は２つの物質の屈折率差が大きい程大きい）。
【００２５】また上記実施例においては凸部１３，１
３′の形状を略直角三角形状としたが、この凸部１３，
１３′の形状は他の三角形状としてもよい。要は凸部１
３，１３′の少なくとも一方の側面を傾斜面とするもの
であればよいのである。
３′の形状を略直角三角形状としたが、この凸部１３，
１３′の形状は他の三角形状としてもよい。要は凸部１
３，１３′の少なくとも一方の側面を傾斜面とするもの
であればよいのである。
【００２６】次に図４（ａ）は本発明の他の実施例にか
かる複屈折構造を示す側断面図、図４（ｂ）は該実施例
に用いる基板２０，２０′を示す側断面図である。同図
（ｂ）に示すように、この複屈折構造に用いる基板２
０，２０′は、溝２１，２１′と凸部２３，２３′の形
状を矩形状にして構成されている。そしてこれら基板２
０，２０′は、同図（ａ）に示すように、両者の溝２
１，２１′を設けた面を対向するように向い合わせ、そ
れぞれの溝２１，２１′の中央部に凸部２３，２３′が
位置するように係合せしめて固定される。これによっ
て、凸部２３と凸部２３′の間に空隙２５が形成された
周期構造が構成される。そしてこの周期構造の周期ｐ′
を入射する光の波長の１／２以下に構成すれば、複屈折
性が生ずるのである。
かる複屈折構造を示す側断面図、図４（ｂ）は該実施例
に用いる基板２０，２０′を示す側断面図である。同図
（ｂ）に示すように、この複屈折構造に用いる基板２
０，２０′は、溝２１，２１′と凸部２３，２３′の形
状を矩形状にして構成されている。そしてこれら基板２
０，２０′は、同図（ａ）に示すように、両者の溝２
１，２１′を設けた面を対向するように向い合わせ、そ
れぞれの溝２１，２１′の中央部に凸部２３，２３′が
位置するように係合せしめて固定される。これによっ
て、凸部２３と凸部２３′の間に空隙２５が形成された
周期構造が構成される。そしてこの周期構造の周期ｐ′
を入射する光の波長の１／２以下に構成すれば、複屈折
性が生ずるのである。
【００２７】この実施例の場合、基板２０，２０′に設
ける溝２１，２１′のそれぞれの周期ｐは、両基板２
０，２０′を重ね合わせることによって構成される周期
構造の周期ｐ′と比べて、２ｐ′＝ｐの関係があるの
で、それぞれの基板２０，２０′に設ける溝２１，２
１′の幅ａの大きさはかなり大きくでき、その製造が容
易となる。
ける溝２１，２１′のそれぞれの周期ｐは、両基板２
０，２０′を重ね合わせることによって構成される周期
構造の周期ｐ′と比べて、２ｐ′＝ｐの関係があるの
で、それぞれの基板２０，２０′に設ける溝２１，２
１′の幅ａの大きさはかなり大きくでき、その製造が容
易となる。
【００２８】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明にか
かる複屈折構造によれば、以下のような優れた効果を有
する。 基板上に設ける溝の周期を大きな寸法（光の波長以上
でも可能）としてもよいのでその加工が容易であり、し
かもこのような基板を重ね合わせるだけで微細な周期構
造を構成できるのでその製造が容易である。
かる複屈折構造によれば、以下のような優れた効果を有
する。 基板上に設ける溝の周期を大きな寸法（光の波長以上
でも可能）としてもよいのでその加工が容易であり、し
かもこのような基板を重ね合わせるだけで微細な周期構
造を構成できるのでその製造が容易である。
【００２９】２枚の基板上に多数の溝を設けてこれを
重ね合わせるだけで構成できるので、複屈折構造の面積
を大きくすることが容易であり、大きなビーム径の光に
対しても使用できる。
重ね合わせるだけで構成できるので、複屈折構造の面積
を大きくすることが容易であり、大きなビーム径の光に
対しても使用できる。
【００３０】基板に形成した溝同士を重ね合わせる構
造なので、該溝は外部から遮断される。従って該溝にほ
こり等が入らず、その特性が劣化することはない。
造なので、該溝は外部から遮断される。従って該溝にほ
こり等が入らず、その特性が劣化することはない。
【００３１】また２組の基板のそれぞれの凸部の一方
の側面を傾斜面とした場合は、光の入射方向に対して容
易に斜めの周期構造が実現できる。即ちこの場合は、基
板に垂直に光を入射しても、周期構造に対しては所定角
度だけ斜めに光を入射できるので、光を分離する際に基
板を所定角度正確に斜めに配置する必要はなく、場所を
取らないばかりか光学的アライメントが容易となる。
の側面を傾斜面とした場合は、光の入射方向に対して容
易に斜めの周期構造が実現できる。即ちこの場合は、基
板に垂直に光を入射しても、周期構造に対しては所定角
度だけ斜めに光を入射できるので、光を分離する際に基
板を所定角度正確に斜めに配置する必要はなく、場所を
取らないばかりか光学的アライメントが容易となる。
【図１】本発明の複屈折構造に用いる２枚の基板１０，
１０′の構造を示す要部拡大斜視図である。
１０′の構造を示す要部拡大斜視図である。
【図２】図１に示す２枚の基板１０，１０′を用いて構
成した本発明にかかる複屈折構造を示す側断面図であ
る。
成した本発明にかかる複屈折構造を示す側断面図であ
る。
【図３】図２に示す複屈折構造の要部拡大図である。
【図４】図４（ａ）は本発明の他の実施例にかかる複屈
折構造を示す側断面図、図４（ｂ）は該実施例に用いる
２枚の基板２０，２０′を示す側断面図である。
折構造を示す側断面図、図４（ｂ）は該実施例に用いる
２枚の基板２０，２０′を示す側断面図である。
【図５】複屈折構造を示す図である。
【図６】複屈折構造に斜めに光を入射したときの状態を
示す図である。
示す図である。
【図７】従来の複屈折構造の一具体例を示す要部斜視図
である。
である。
【図８】従来の他の複屈折構造を作製する方法を示す図
である。
である。
【図９】図７に示す従来の複屈折構造の使用例を示す図
である。
である。
１０，１０′ 基板 １１，１１′ 溝 １３，１３′ 凸部 １５ 空隙
Claims (2)
- 【請求項１】光学的に透明であってその表面上に同一周
期で同一形状の多数の格子状の溝を設けた基板を２組具
備し、該両基板は両者の溝を設けた面が対向するように
向い合わされて一方の基板の溝と溝の間の凸部を他方の
基板の溝に係合し、該係合部に生じた凸部と空隙による
周期構造の周期を光の波長の１／２以下とし、前記空隙
には空気あるいは前記基板の屈折率とは異なる屈折率を
有する誘電体を充填して複屈折性を持たせたことを特徴
とする複屈折構造。 - 【請求項２】前記２組の基板の凸部は少なくとも一方の
側面が傾斜面とされ、両基板を係合した際には両基板の
凸部の前記傾斜面とされた側でない側の側面同士が密接
され、凸部と空隙による周期構造を基板に対して斜めと
したことを特徴とする請求項１記載の複屈折構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3295193A JP2973254B2 (ja) | 1991-10-15 | 1991-10-15 | 複屈折構造 |
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