JP4766869B2

JP4766869B2 - グラン‐トムソンプリズム型の偏光子

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Publication number: JP4766869B2
Application number: JP2004340039A
Authority: JP
Inventors: 伸一郎戸田
Original assignee: KOGAKUGIKEN CORP.
Current assignee: KOGAKUGIKEN CORP.
Priority date: 2004-11-25
Filing date: 2004-11-25
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2024-11-25
Also published as: JP2006153913A

Description

本発明は偏光子に係り、特に紫外光領域から近赤外光領域まで使用可能な偏光子に関する。

一般に紫外光用の偏光子としてローションプリズムが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のローションプリズムは、四ほう酸リチウム単結晶（Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７単結晶）からなるものであり、少なくとも波長１９０ｎｍ程度から近赤外光領域側にかけて使用することが可能である。

特開２０００−３２９９３７号公報（第３頁、第２図）

例えば、半導体関連技術において紫外光の利用は拡大傾向にあり、その偏光利用は今後ますます加速すると見込まれている。しかしながら、特許文献１のようなローションプリズムは、偏光分離した２本の光線が同一方向に出射されその分離角度が小さいので、使用しない偏光光線を別途遮光する等光学系全体に制約が生じるという不都合があり、使い易さという点では十分ではなかった。

また、その他のタイプの偏光子としてグラン‐トムソンプリズムやグラン‐テーラープリズムが知られている。しかし、グラン‐トムソンプリズムは、第１のプリズムの透過光出射面と第２のプリズムの入射面間に接着剤を介在させて接合する構成であるので、この接着剤によって紫外光が吸収されてしまい、紫外光に対しては用いることが困難であった。
また、グラン‐テーラープリズムは、第１のプリズムと第２のプリズムとを空気層を介して接続する構成であり、接着剤は用いられないものの、開口が狭く使用用途が限定されるという不都合があった。例えば、α‐ＢＢＯ同士を空気層を介して接合したグラン‐テーラープリズムでは、単一波長の場合でも４度程度の開口しか得られない。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、紫外光領域から近赤外光領域まで使用することが可能であり、開口が広く、且つ、高い消光比を有する直線偏光子を提供することにある。

前記課題は、本発明によれば、第１三角プリズムと、第２三角プリズムと、前記第１三角プリズムと第２三角プリズムとの間に介在してなる平板とを備えた波長１９０ｎｍの紫外光領域から可視光、近赤外光領域まで対応可能なグラン‐トムソンプリズム型の偏光子であって、前記第１三角プリズムおよび前記第２三角プリズムは、前記平板が前記第１三角プリズムの入射面および前記第２三角プリズムの出射面に対して所定の角度をなすように形成され、前記第１三角プリズムと前記第２三角プリズムは、同一の異方性結晶材料である第１材料で形成され、前記平板は、前記第１材料とは異なる異方性結晶材料である第２材料で形成され、前記第１三角プリズム、前記第２三角プリズムおよび前記平板の光学軸は同一方向に設定され、前記第１三角プリズムの入射面と略平行かつ前記第１三角プリズムと前記平板との当接面と略平行な第１方向、または、該第１方向に対して略垂直かつ前記第１三角プリズムの入射面と略平行な第２方向に設定され、前記第１三角プリズムと前記平板，前記平板と前記第２三角プリズムは、それぞれオプティカルコンタクトにて接合され、前記第１材料はＬｉ_２Ｂ_４Ｏ_７であり、前記第２材料はα‐ＳｉＯ_２であることにより解決される。

このように本発明のグラン‐トムソンプリズム型の偏光子は、第１三角プリズムと第２三角プリズムとを接着剤ではなく平板を介して接合した構成のグラン‐トムソンプリズム型の偏光子である。そして、接着剤の代わりに平板を用いたことにより、第１三角プリズム，平板，第２三角プリズムをオプティカルコンタクトにて接合することができる。これにより、従来のように紫外光が接着剤で吸収等されることがないので、本発明の偏光子では、通常の可視光，近赤外光領域に使用を限定されることなく、紫外光領域まで使用範囲を拡大することができる。

また、第１三角プリズム，第２三角プリズムに使用される異方性材料（第１材料）と、平板に使用される光学材料（第２材料）とを適宜に選択することにより、開口を広くとることができると共に、高い消光比を有する偏光子とすることができる。

また、本発明のグラン‐トムソンプリズム型の偏光子は、第１三角プリズムおよび第２三角プリズムは、平板が第１三角プリズムの入射面および第２三角プリズムの出射面に対して所定の角度をなすように形成され、第１三角プリズムおよび第２三角プリズムの光学軸は、第１三角プリズムの入射面と略平行かつ第１三角プリズムと平板との当接面と略平行な第１方向、または、第１方向に対して略垂直かつ第１三角プリズムの入射面と略平行な第２方向に設定される。

このように設定すると、入射面から入射した入射光は、第１三角プリズムと平板との境界面において、常光屈折率または異常光屈折率に差があることに起因して、境界面への入射角度に応じて常光線または異常光線を全反射させることができると共に、他の一方の異常光線または常光線を第２三角プリズム側へ透過させることができる。これにより、常光線または異常光線を分離して透過させることが可能である。

本発明のグラン‐トムソンプリズム型の偏光子は、第１三角プリズムと第２三角プリズムとを接着剤を用いずに、平板を介して、または直接にオプティカルコンタクトで接合している。これにより、従来のように接着剤で紫外光が吸収等されてしまうことがないので、使用波長帯域を可視光、近赤外光領域から紫外光領域へ拡大することができる。また、第１三角プリズム，第２三角プリズムおよび平板に使用する光学材料を適宜に選択することにより、開口が広く、且つ、高い消光比を有する偏光子を提供することができる。

本発明の一実施形態及び参考例について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する構成等は、本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。
図１〜図３は本発明の一実施形態及び参考例に係るものであり、図１は偏光子の構成を表す説明図、図２は実施例１及び参考例１に係る偏光子の波長と屈折率との関係を表すグラフ、図３は実施例１及び参考例１に係る偏光子の入射角と反射率との関係を表すグラフ、図４は参考例２に係る偏光子の構成を表す説明図、図５は参考例２に係る偏光子の波長と屈折率との関係を表すグラフ、図６は参考例２に係る偏光子の入射角と反射率との関係を表すグラフ、図７は参考例３に係る偏光子の波長と屈折率との関係を表すグラフ、図８は参考例３に係る偏光子の入射角と反射率との関係を表すグラフ、図９は参考例４に係る偏光子の波長と屈折率との関係を表すグラフ、図１０は参考例４に係る偏光子の入射角と反射率との関係を表すグラフ、図１１は参考例５に係る偏光子の構成を表す説明図である。

本実施形態の偏光子１は、紫外光領域から可視光、近赤外光領域まで対応可能なグラン‐トムソンプリズム型の直線偏光子である。図１に示すように、本実施形態の偏光子１は、第１三角プリズム１０と第２三角プリズム２０とを平板３０を介して接合した構成である。第１三角プリズム１０と第２三角プリズム２０は、略同一の楔角Ａ（°）を有する断面三角形状のプリズムであり、これらは同一の異方性結晶材料（第１材料）で構成されている。

第１三角プリズム１０は、入射面１１と、入射面１１に対して所定の角度（９０°−Ａ）を有する出射面１２を有している。また、第２三角プリズム２０は、出射面２２と、出射面２２に対して所定の角度（９０°−Ａ）を有する入射面２１を有する。
また、平板３０は、略平行な入射面３１，出射面３２を有する薄板状の部材であり、第１三角プリズム１０と第２三角プリズム２０とは異なる異方性結晶材料で構成されている。

偏光子１は、第１三角プリズム１０の出射面１２に平板３０の入射面３１が接合され、平板３０の出射面３２に第２三角プリズム２０の入射面２１が接合されて構成されている。これらは、接着剤を用いずにオプティカルコンタクトによって接合されている。そして、第１三角プリズム１０の入射面１１と第２三角プリズム２０の出射面２２は、略平行で光軸Ｌに対して垂直となっている。

本実施形態では、第１三角プリズム１０および第２三角プリズム２０の光学軸は、入射面１１および出射面２２と略平行（光軸Ｌに対して垂直）であって、紙面に対して垂直な方向（第１方向）もしくは紙面に平行（第２方向）に設定されている。また、平板３０が光学軸を有する場合は、入射面１１および出射面２２と略平行（光軸Ｌに対して垂直）であって、紙面に対して垂直な方向（第１方向）もしくは紙面に平行（第２方向）に設定されている。

入射光は、第１三角プリズム１０の入射面１１に対して所定の内部入射角許容幅（開口）で入射可能である。図１に示すように入射面１１に対して垂直な光軸に対して「−」側（平板３０に対する入射角が浅くなる方向）から「＋」側（平板３０に対する入射角が深くなる方向）の所定角度幅において入射光を入射させることができる。

この内部入射角許容幅内で入射面１１に入射した入射光のうち常光線または異常光線のいずれかが、第１三角プリズム１０と平板３０との境界において第１三角プリズム１０の側面へ向けて全反射される。一方、全反射されなかった異常光線または常光線は、平板３０および第２三角プリズム２０を通過して出射面２２から外部へ出射する。これにより、偏光子１へ入射した入射光の異常光線または常光線の一方のみを通過させることができる。

以下に示す実施例では、第１材料および第２材料を適切に選択することにより、５０ｄＢ以上の消光比を得ることができた。また、９０％程度の高い透過率を得られることが確かめられた。また、本実施形態の偏光子１は、接着剤を用いることなく１９０ｎｍ〜１６００ｎｍ程度において透明な光学材料同士（方解石は除く）をオプティカルコンタクトにて接合しているので、紫外光領域から近赤外光領域にわたる波長帯域において使用することができる。

（実施例１及び参考例１）
実施例１及び参考例１は、第１材料，第２材料にそれぞれ異方性結晶材料であるＬｉ_２Ｂ_４Ｏ_７，α‐ＳｉＯ_２（水晶）を用いた例である。図１に実施例１及び参考例１における偏光子１の構成を示す。
図１（Ａ）に示す実施例１Ａでは、第１三角プリズム１０，第２三角プリズム２０および平板３０の光学軸は、紙面に対して略垂直（入射面１１および出射面１２の幅方向と略平行）に設定されている。また、楔角Ａは、１２．５°に設定されている。
図１（Ｂ）に示す参考例１Ｂでは、第１三角プリズム１０および第２三角プリズム２０の光学軸は紙面に対して略垂直（入射面１１および出射面１２の幅方向と略平行）に設定され、平板３０の光学軸は紙面上下方向（入射面１１の上下方向）と略平行（第１三角プリズム１０および第２三角プリズム２０の光学軸と垂直）に設定されている。また、楔角Ａは、１２°に設定されている。

図１（Ｃ）に示す実施例１Ｃでは、第１三角プリズム１０，第２三角プリズム２０および平板３０の光学軸は、紙面上下方向（入射面１１の上下方向）と略平行に設定されている。また、楔角Ａは、１２．５°に設定されている。
図１（Ｄ）に示す参考例１Ｄでは、第１三角プリズム１０および第２三角プリズム２０の光学軸は紙面上下方向（入射面１１の上下方向）と略平行に設定され、平板３０の光学軸は紙面に対して略垂直（入射面１１および出射面１２の幅方向と略平行、第１三角プリズム１０および第２三角プリズム２０の光学軸と垂直）に設定されている。また、楔角Ａは、１２°に設定されている。

表１に実施例１Ａ，１Ｃ及び参考例１Ｂ，１Ｄの楔角Ａとプリズム内開口を示す。

図２に第１材料（Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７）と第２材料（α‐ＳｉＯ_２）の波長と屈折率の関係を示す。図２から本実施例では、紫外光領域から近赤外光領域にわたって、屈折率が大きい順に第１材料の常光屈折率ｎ_１Ｏ、第１材料の異常光屈折率ｎ_１ｅおよび第２材料の第２材料の異常光屈折率ｎ_２ｅ、常光屈折率ｎ_２Ｏとなっていることが分かる。なお、第１材料の異常光屈折率ｎ_１ｅおよび第２材料の異常光屈折率ｎ_２ｅは、紫外光領域から近赤外光領域にわたって略一致している。

図３（Ａ）は波長３００ｎｍにおける実施例１Ａ，参考例１Ｂの偏光子１の入射角と反射率の関係、図３（Ｂ）は実施例１Ｃ，参考例１Ｄの偏光子１の入射角と反射率の関係を表している。なお、ここでいう入射角は、第１三角プリズム１０から平板３０への入射角を指す。ａ１，ａ２は実施例１Ａ、ｂ１，ｂ２は参考例１Ｂ、ｃ１，ｃ２は実施例１Ｃ、ｄ１，ｄ２は参考例１Ｄの関係を表す。

実施例１Ａ，１Ｃ及び参考例１Ｂ，１Ｄでは、第１三角プリズム１０へ入射した入射光は、第１三角プリズム１０と平板３０との境界面において、第１三角プリズム１０の光学軸と垂直な振動面を有する常光線が全反射されるように楔角Ａが設定されている。一方、第１三角プリズム１０の光学軸と平行な振動面を有する異常光線は、境界面を透過して平板３０および第２三角プリズム２０へ入射し、第２三角プリズム２０の出射面２２から外部へ出射する。したがって、偏光子１の入射面１１へ入射した入射光のうち、常光線は偏光子１の側面から外部へ向けて全反射され、異常光線のみが直進して出射面２２から出射するようになっている。

実施例１Ａでは、図３（Ａ）から分かるように、第１三角プリズム１０から平板３０への入射角が約７３°以上で常光線が全反射するようになる（ａ１）。また、入射角が約８８°以上で異常光線が１０％以上反射するようになる（ａ２）。このように、実施例１Ａでは、入射角７３°〜８８°（−４．５°〜＋１０．５°）において使用することが可能であり、約１５°の広い開口を有する。

また、参考例１Ｂでは、入射角が約７４°以上で常光線が全反射するようになり（ｂ１）、約８２°以上で異常光線が１０％以上反射するようになる（ｂ２）。このように、参考例１Ｂでは、入射角７４°〜８２°（−４°〜＋４°）において使用することが可能である。このように参考例１Ｂでは、約８°の広い開口を有する。

また、実施例１Ｃでは、実施例１Ａと同様に、入射角が約７３°以上で常光線が全反射するようになり（ｃ１）、約８８°以上で異常光線が１０％以上反射するようになる（ｃ２）。このように、実施例１Ｃでは、入射角７３°〜８８°（−４．５°〜＋１０．５°）において使用することが可能である。このように実施例１Ｃでは、約１５°の広い開口を有する。

また、参考例１Ｄでは、参考例１Ｂと同様に、入射角が約７４°以上で常光線が全反射するようになり（ｄ１）、約８２°以上で異常光線が１０％以上反射するようになる（ｄ２）。このように、参考例１Ｄでは、入射角７４°〜８２°（−４°〜＋４°）において使用することが可能である。このように実施例１Ｄでは、約８°の広い開口を有する。

このように、実施例１Ａ，１Ｃの偏光子１では、第１材料にＬｉ_２Ｂ_４Ｏ_７、第２材料にα‐ＳｉＯ_２を選択することによって、広い開口を有すると共に紫外光領域においても使用することができる。

（参考例２）
参考例２は、第１材料，第２材料にそれぞれ異方性結晶材料であるＭｇＦ_２，ＬｉＣＡＦ（ＬｉＣａＡｌＦ_６）を用いた例である。
図４（Ａ）に示す参考例２Ａでは、第１三角プリズム１０，第２三角プリズム２０および平板３０の光学軸は、紙面に対して略垂直に設定されている。また、楔角Ａは、３°に設定されている。
図４（Ｂ）に示す参考例２Ｂでは、第１三角プリズム１０および第２三角プリズム２０の光学軸は紙面に対して略垂直に設定され、平板３０の光学軸は紙面および入射面１１と略平行（第１三角プリズム１０および第２三角プリズム２０の光学軸と垂直）に設定されている。また、楔角Ａは、２．５°に設定されている。

図４（Ｃ）に示す参考例２Ｃでは、第１三角プリズム１０，第２三角プリズム２０および平板３０の光学軸は、紙面および入射面１１と略平行に設定されている。また、楔角Ａは、３°に設定されている。
図４（Ｄ）に示す参考例２Ｄでは、第１三角プリズム１０および第２三角プリズム２０の光学軸は紙面および入射面１１と略平行に設定され、平板３０の光学軸は紙面に対して略垂直（第１三角プリズム１０および第２三角プリズム２０の光学軸と垂直）に設定されている。また、楔角Ａは、２．５°に設定されている。

表２に参考例２Ａ〜２Ｄの楔角Ａとプリズム内開口を示す。

図５に第１材料（ＭｇＦ_２）と第２材料（ＬｉＣＡＦ）の波長と屈折率の関係を示す。図５から本参考例では、紫外光領域から近赤外光領域にわたって、屈折率が大きい順に第１材料の異常光屈折率ｎ_１ｅ、第２材料の常光屈折率ｎ_２Ｏ、第２材料の異常光屈折率ｎ_２ｅ、第１材料の常光屈折率ｎ_１Ｏとなっていることが分かる。また、本例では、第１材料の屈折率と第２材料の屈折率の大きさが非常に近いため、楔角Ａが小さくかつ開口が狭くなっている。

図６（Ａ）は波長３００ｎｍにおける参考例２Ａ，２Ｂの偏光子１の入射角と反射率の関係、図６（Ｂ）は参考例２Ｃ，２Ｄの偏光子１の入射角と反射率の関係を表している。ａ１，ａ２は参考例２Ａ、ｂ１，ｂ２は参考例２Ｂ、ｃ１，ｃ２は参考例２Ｃ、ｄ１，ｄ２は参考例２Ｄの関係を表す。

参考例２Ａ〜２Ｄでは、第１三角プリズム１０へ入射した入射光は、第１三角プリズム１０と平板３０との境界面において、第１三角プリズム１０の光学軸と平行な振動面を有する異常光線が全反射されるように楔角Ａが設定されている。一方、第１三角プリズム１０の光学軸と垂直な振動面を有する常光線は、境界面を透過して平板３０および第２三角プリズム２０へ入射し、第２三角プリズム２０の出射面２２から外部へ出射する。したがって、偏光子１の入射面１１へ入射した入射光のうち、異常光線は偏光子１の側面から外部へ向けて全反射され、常光線のみが直進して出射面２２から出射するようになっている。

参考例２Ａでは、図６（Ａ）から分かるように、第１三角プリズム１０から平板３０への入射角が約８６°以上で異常光線が全反射するようになる（ａ１）。また、入射角が約８７°以上で常光線が１０％以上反射するようになる（ａ２）。このように、参考例２Ａでは、入射角８６°〜８７°（−１．０°〜±０°）において使用することが可能である。

また、参考例２Ｂでは、入射角が約８７°以上で異常光線が全反射するようになり（ｂ１）、約８７°以上で常光線が１０％以上反射するようになる（ｂ２）。このように、参考例２Ｂでは、入射角８７°（−０．５°）において使用することが可能である。

また、参考例２Ｃでは、参考例２Ａと同様に、入射角が約８６°以上で異常光線が全反射するようになり（ｃ１）、約８７°以上で常光線が１０％以上反射するようになる（ｃ２）。このように、参考例２Ｃでは、入射角８６°〜８７°（−１．０°〜±０°）において使用することが可能である。

また、参考例２Ｄでは、参考例２Ｂと同様に、入射角が約８７°以上で異常光線が全反射するようになり（ｄ１）、約８７°以上で常光線が１０％以上反射するようになる（ｄ２）。このように、参考例２Ｄでは、入射角８７°（−０．５°）において使用することが可能である。

このように、参考例２の偏光子１では、第１材料にＭｇＦ_２、第２材料にＬｉＣＡＦを選択することによって、紫外光領域においても使用できる。なお、参考例２では、第１材料と第２材料の屈折率の大きさが近いため内部入射角許容幅が小さくなっている。

（参考例３）
参考例３は、第１材料，第２材料にそれぞれ異方性結晶材料であるα‐ＢＢＯ（α‐ＢａＢ_２Ｏ_４），α‐ＳｉＯ_２（水晶）を用いた例である。
参考例３Ａ〜３Ｄの偏光子１は、それぞれ図１に示した実施例１Ａ，１Ｃ及び参考例１Ｂ，１Ｄの構成と同様である。また、楔角Ａは、参考例３Ａ，３Ｃでは１４．５°、参考例３Ｂ，３Ｄでは１４°に設定されている。

表３に参考例３Ａ〜３Ｄの楔角Ａとプリズム内開口を示す。

図７に第１材料（α‐ＢＢＯ）と第２材料（α‐ＳｉＯ_２）の波長と屈折率の関係を示す。図７から本参考例では、波長２９０ｎｍ程度から近赤外光領域にわたって、屈折率が大きい順に第１材料の常光屈折率ｎ_１Ｏ、第２材料の異常光屈折率ｎ_２ｅ、第２材料の常光屈折率ｎ_２Ｏ、第１材料の異常光屈折率ｎ_１ｅとなっていることが分かる。なお、波長２００ｎｍ〜２４０ｎｍ程度においては、大きい順にｎ_１Ｏ、ｎ_１ｅ、ｎ_２ｅ、ｎ_２Ｏとなっている。また、波長２４０ｎｍ〜２９０ｎｍ程度においては、大きい順にｎ_１Ｏ、ｎ_２ｅ、ｎ_１ｅ、ｎ_２Ｏとなっている。

図８（Ａ）は波長３００ｎｍにおける参考例３Ａ，３Ｂの偏光子１の入射角と反射率の関係、図８（Ｂ）は参考例３Ｃ，３Ｄの偏光子１の入射角と反射率の関係を表している。ａ１，ａ２は参考例３Ａ、ｂ１，ｂ２は参考例３Ｂ、ｃ１，ｃ２は参考例３Ｃ、ｄ１，ｄ２は参考例３Ｄの関係を表す。

参考例３Ａ〜３Ｄでは、第１三角プリズム１０へ入射した入射光は、第１三角プリズム１０と平板３０との境界面において、第１三角プリズム１０の光学軸と垂直な振動面を有する常光線が全反射されるように楔角Ａが設定されている。一方、第１三角プリズム１０の光学軸と平行な振動面を有する異常光線は、境界面を透過して平板３０および第２三角プリズム２０へ入射し、第２三角プリズム２０の出射面２２から外部へ出射する。したがって、偏光子１の入射面１１へ入射した入射光のうち、常光線は偏光子１の側面から外部へ向けて全反射され、異常光線のみが直進して出射面２２から出射するようになっている。

参考例３Ａでは、図８（Ａ）から分かるように、第１三角プリズム１０から平板３０への入射角が約６５．５°以上で常光線が全反射するようになる（ａ１）。また、入射角が約８６°以上で異常光線が１０％以上反射するようになる（ａ２）。このように、参考例３Ａでは、入射角６５．５°〜８６°（−１０．０°〜＋１０．５°）において使用することが可能であり、約２０．５°の広い開口を有する。

また、参考例３Ｂでは、入射角が約６６．５°以上で常光線が全反射するようになり（ｂ１）、約８８°以上で異常光線が１０％以上反射するようになる（ｂ２）。このように、参考例３Ｂでは、入射角６６．５°〜８８°（−９．５°〜＋１２°）において使用することが可能である。このように参考例３Ｂでは、約２１．５°の広い開口を有する。

また、参考例３Ｃでは、参考例３Ａと同様に、入射角が約６５．５°以上で常光線が全反射するようになり（ｃ１）、約８６°以上で異常光線が１０％以上反射するようになる（ｃ２）。このように、参考例３Ｃでは、入射角６５．５°〜８６°（−１０°〜＋１０．５°）において使用することが可能である。このように参考例３Ｃでは、約２０．５°の広い開口を有する。

また、参考例３Ｄでは、参考例３Ｂと同様に、入射角が約６６．５°以上で常光線が全反射するようになり（ｄ１）、約８８°以上で異常光線が１０％以上反射するようになる（ｄ２）。このように、参考例３Ｄでは、入射角６６．５°〜８８°（−９．５°〜＋１２°）において使用することが可能である。このように参考例３Ｄでは、約２１．５°の広い開口を有する。

このように、参考例３の偏光子１では、第１材料にα‐ＢＢＯ、第２材料にα‐ＳｉＯ_２を選択することによって、紫外光領域においても使用できると共に、広い開口を有する。特に、この第１材料，第２材料の組合せでは、屈折率の差が非常に大きい。このため楔角Ａを大きく設定でき偏光子１の全長を短く設定することが可能となると共に、広い開口を得ることができる。

（参考例４）
参考例４は、第１材料，第２材料にそれぞれ異方性結晶材料である方解石ＣａＣＯ_３，α‐ＳｉＯ_２（水晶）を用いた例である。方解石は、異常光屈折率と常光屈折率との差が非常に大きな光学材料である。
参考例４Ａ〜４Ｄの偏光子１は、それぞれ図１に示した実施例１Ａ，１Ｃ及び参考例１Ｂ，１Ｄの構成と同様である。また、楔角Ａは、参考例４Ａ〜４Ｄでは１７°に設定されている。

表４に参考例４Ａ〜４Ｄの楔角Ａとプリズム内開口を示す。

図９に第１材料（方解石）と第２材料（α‐ＳｉＯ_２）の波長と屈折率の関係を示す。図９から本参考例では、波長２５０ｎｍ程度から近赤外光領域にわたって、屈折率が大きい順に第１材料の常光屈折率ｎ_１Ｏ、第２材料の異常光屈折率ｎ_２ｅ、第２材料の常光屈折率ｎ_２Ｏ、第１材料の異常光屈折率ｎ_１ｅとなっていることが分かる。なお、方解石は波長２５０ｎｍ以下の光線については透過しない。

図１０（Ａ）は波長３００ｎｍにおける参考例４Ａ，４Ｂの偏光子１の入射角と反射率の関係、図１０（Ｂ）は参考例４Ｃ，４Ｄの偏光子１の入射角と反射率の関係を表している。ａ１，ａ２は参考例４Ａ、ｂ１，ｂ２は参考例４Ｂ、ｃ１，ｃ２は参考例４Ｃ、ｄ１，ｄ２は参考例４Ｄの関係を表す。

参考例４Ａ〜４Ｄでは、第１三角プリズム１０へ入射した入射光は、第１三角プリズム１０と平板３０との境界面において、第１三角プリズム１０の光学軸と垂直な振動面を有する常光線が全反射されるように楔角Ａが設定されている。一方、第１三角プリズム１０の光学軸と平行な振動面を有する異常光線は、境界面を透過して平板３０および第２三角プリズム２０へ入射し、第２三角プリズム２０の出射面２２から外部へ出射する。したがって、偏光子１の入射面１１へ入射した入射光のうち、常光線は偏光子１の側面から外部へ向けて全反射され、異常光線のみが直進して出射面２２から出射するようになっている。

参考例４Ａでは、図１０（Ａ）から分かるように、第１三角プリズム１０から平板３０への入射角が約６５．５°以上で常光線が全反射するようになる（ａ１）。また、入射角が約７９°以上で異常光線が１０％以上反射するようになる（ａ２）。このように、参考例４Ａでは、入射角６５．５°〜７９°（−７．５°〜＋６°）において使用することが可能であり、約１３．５°の広い開口を有する。

また、参考例４Ｂでは、入射角が約６６．５°以上で常光線が全反射するようになり（ｂ１）、約８０°以上で異常光線が１０％以上反射するようになる（ｂ２）。このように、参考例４Ｂでは、入射角６６．５°〜８０°（−６．５°〜＋７°）において使用することが可能である。このように参考例４Ｂでは、約１３．５°の広い開口を有する。

また、参考例４Ｃでは、入射角が約６５．５°以上で常光線が全反射するようになり（ｃ１）、約８０．５°以上で異常光線が１０％以上反射するようになる（ｃ２）。このように、参考例４Ｃでは、入射角６５．５°〜８０．５°（−７．５°〜＋７．５°）において使用することが可能である。このように参考例４Ｃでは、約１５°の広い開口を有する。

また、参考例４Ｄでは、入射角が約６６．５°以上で常光線が全反射するようになり（ｄ１）、約８１°以上で異常光線が１０％以上反射するようになる（ｄ２）。このように、参考例４Ｄでは、入射角６６．５°〜８１°（−６．５°〜＋８°）において使用することが可能である。このように参考例４Ｄでは、約１４．５°の広い開口を有する。

このように、参考例４の偏光子１では、第１材料に方解石、第２材料にα‐ＳｉＯ_２を選択することによって、紫外光領域（波長２５０ｎｍ以上）においても使用できると共に、広い開口を有する。

（参考例５）
参考例５は、実施例１と同様に、異方性結晶材料であるＬｉ_２Ｂ_４Ｏ_７，α‐ＳｉＯ_２（水晶）を用いた例であるが、実施例１と相違する点は、実施例５の偏光子１が平板３０を用いない点と、第１三角プリズム１０にＬｉ_２Ｂ_４Ｏ_７，第２三角プリズム２０にα‐ＳｉＯ_２を用いてこれらを出射面１２と入射面２１でオプティカルコンタクトにて接合した点である。

図１１（Ａ）に示す参考例５Ａでは、第１三角プリズム１０，第２三角プリズム２０の光学軸は、紙面に対して略垂直（第１方向）に設定されている。また、楔角Ａは、１２．５°に設定されている。
図１１（Ｂ）に示す参考例５Ｂでは、第１三角プリズム１０，第２三角プリズム２０の光学軸は、紙面および入射面１１と略平行（第２方向）に設定されている。また、楔角Ａは、１２°に設定されている。

図２に示したように、第１材料（Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７）の異常光屈折率ｎ_１ｅと第２材料（α‐ＳｉＯ_２）の異常光屈折率ｎ_２ｅは広い波長範囲で略一致している。このため、本例の偏光子１は、図１１（Ａ），（Ｂ）のように平板３０を用いなくとも、第２三角プリズム２０の出射面２２からの出射光線が、第１三角プリズム１０の入射面１１に入射する入射光線と平行となり、偏光素子として実用に耐える特性を有する。ただし、本例の偏光子１は、第１三角プリズム１０側から光線を入射する必要があり、入射光の方向性を有する。このように構成した偏光子１は、実施例１の偏光子１と略同等の開口広さおよび消光比を有する。

なお、参考例５は、第１三角プリズム１０の異常光屈折率ｎ_１ｅと第２三角プリズム２０の異常光屈折率ｎ_２ｅが所定波長帯域で略一致している例であるが、これに限らず、第１三角プリズム１０の常光屈折率ｎ_１Ｏと第２三角プリズム２０の常光屈折率ｎ_２Ｏが所定波長帯域で略一致するように光学材料を選択することができる。

本発明の一実施形態及び参考例に係る偏光子の構成を表す説明図である。実施例１及び参考例１に係る偏光子の波長と屈折率との関係を表すグラフである。実施例１及び参考例１に係る偏光子の入射角と反射率との関係を表すグラフである。参考例２に係る偏光子の構成を表す説明図である。参考例２に係る偏光子の波長と屈折率との関係を表すグラフである。参考例２に係る偏光子の入射角と反射率との関係を表すグラフである。参考例３に係る偏光子の波長と屈折率との関係を表すグラフである。参考例３に係る偏光子の入射角と反射率との関係を表すグラフである。参考例４に係る偏光子の波長と屈折率との関係を表すグラフである。参考例４に係る偏光子の入射角と反射率との関係を表すグラフである。参考例５に係る偏光子の構成を表す説明図である。

１偏光子
１０第１三角プリズム
１１入射面
１２出射面
２０第２三角プリズム
２１入射面
２２出射面
３０平板
３１入射面
３２出射面
Ｌ光軸

Claims

第１三角プリズムと、第２三角プリズムと、前記第１三角プリズムと第２三角プリズムとの間に介在してなる平板とを備えた波長１９０ｎｍの紫外光領域から可視光、近赤外光領域まで対応可能なグラン‐トムソンプリズム型の偏光子であって、
前記第１三角プリズムおよび前記第２三角プリズムは、前記平板が前記第１三角プリズムの入射面および前記第２三角プリズムの出射面に対して所定の角度をなすように形成され、
前記第１三角プリズムと前記第２三角プリズムは、同一の異方性結晶材料である第１材料で形成され、
前記平板は、前記第１材料とは異なる異方性結晶材料である第２材料で形成され、
前記第１三角プリズム、前記第２三角プリズムおよび前記平板の光学軸は同一方向に設定され、前記第１三角プリズムの入射面と略平行かつ前記第１三角プリズムと前記平板との当接面と略平行な第１方向、または、該第１方向に対して略垂直かつ前記第１三角プリズムの入射面と略平行な第２方向に設定され、
前記第１三角プリズムと前記平板，前記平板と前記第２三角プリズムは、それぞれオプティカルコンタクトにて接合され、
前記第１材料はＬｉ_２Ｂ_４Ｏ_７であり、前記第２材料はα‐ＳｉＯ_２であることを特徴とするグラン‐トムソンプリズム型の偏光子。