WO2020161950A1 - 偏光ビームスプリッターおよび光学装置 - Google Patents
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- An object of the present invention is to provide a polarization beam splitter and an optical device that can increase the extinction ratio and have high laser resistance.
- a polarization beam splitter covers a substrate having a first main surface and a second main surface and a part of one of the first main surface and the second main surface, and Of the S-polarized light and P-polarized light of the light incident on the substrate while covering a part of one of the first main surface and the second main surface of the reflective layer that reflects the light incident on the substrate. And a polarization splitting layer that transmits one of them and reflects the other of S-polarized light and P-polarized light.
- the first main surface has an incident portion that allows light to enter the substrate.
- the polarization separation layer 140 has a shape that continuously connects from the upper end to the lower end of the polarization separation region 140A in the predetermined direction
- the reflection layer 130 has a shape that continuously connects from the upper end to the bottom end of the reflection region 130A in the predetermined direction.
- the thickness of the substrate is t
- the incident angle of the light with respect to the incident portion is ⁇ 1
- the refraction angle of the light when the light enters the substrate from the incident portion is ⁇ 2
- the incident angle is the incident portion.
- the diameter of light is d
- the length of the reflection area in the predetermined direction is L1
- the length of the polarization separation area in the predetermined direction is L2
- the length of the overlapping area in the predetermined direction is L3, the following relational expressions are satisfied. preferable.
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Abstract
偏光ビームスプリッターは、第1主面および第2主面を有する基板と、反射層と、偏光分離層とを備える。第1主面は、入射部を有する。第1主面および第2主面のうち反射層が設けられている側の主面は、基板の厚さ方向と直交する所定方向において入射部から離れて配置された出射部を有する。反射層が設けられた領域の所定方向における一方端から他方端までの反射領域と、偏光分離層が設けられた領域の所定方向における一方端から他方端までの偏光分離領域とは、基板の厚さ方向に互いに重なり合う重なり領域を含む。
Description
この発明は、偏光ビームスプリッターおよび光学装置に関する。
たとえば、特開平7-225316号公報(以下、「特許文献1」という。)には、基板と、偏光膜とを備える、プレートタイプの偏光ビームスプリッターが開示されている。偏光膜は、SiO2またはMgF2からなる低屈折率層と、ZrO2またはAl2O3からなる高屈折率層とを交互に複数層ずつ積層した交互多層膜を有する。
入射光をP偏光とS偏光とに分離する光学素子である偏光ビームスプリッターが知られている。上記の特許文献1に開示されるようなプレートタイプの場合、偏光ビームスプリッターは、平行平板またはウェッジ基板に偏光分離コーティングが施されることにより構成される。この偏光ビームスプリッターは、入射光を、P偏光である透過光と、S偏光である反射光とに分離する。プレートタイプの偏光ビームスプリッターでは、入射光の入射角が反射損失の少ないブリュースター角となるように配置される場合が多い。
一方、偏光ビームスプリッターとして、偏光分離膜を一対のプリズムで挟んだプリズムタイプがある。プリズムタイプの偏光ビームスプリッターは、偏光分離コーティングが施された一方のプリズム基板に、他方のプリズム基板が接着剤で接合されることにより構成されている。この偏光ビームスプリッターも、入射光を、P偏光である透過光と、S偏光である反射光とに分離する。
ここで、プレートタイプの偏光ビームスプリッターは、入射媒質である大気と基板との間に偏光分離層が存在しているため、透過光の消光比を高くすることが困難である。一方、プリズムタイプの偏光ビームスプリッターは、大きな複屈折率を有する結晶からなるプリズム基板を組み合わせることによって高い消光比を実現できるものの、一対のプリズム基板の接合面に接着層が存在するため、レーザ耐性が低い。
本発明の目的は、消光比を高めることができ、かつ、高いレーザ耐性を有する偏光ビームスプリッターおよび光学装置を提供することである。
この発明に従った偏光ビームスプリッターは、第1主面および第2主面を有する基板と、第1主面および第2主面のいずれか一方の主面の一部を被覆するとともに、基板内に入射した光を反射させる反射層と、第1主面および第2主面のいずれか他方の主面の一部を被覆するとともに、基板内に入射した光のうちS偏光およびP偏光のいずれか一方を透過させ、かつ、S偏光およびP偏光のいずれか他方を反射させる偏光分離層とを備える。第1主面は、基板内への光の入射を許容する入射部を有する。第1主面および第2主面のうち反射層が設けられている側の主面は、基板の厚さ方向と直交する所定方向において入射部から離れて配置され、基板からの光の出射を許容する出射部を有する。反射層が設けられた領域の所定方向における一方端から他方端までの反射領域と、偏光分離層が設けられた領域の所定方向における一方端から他方端までの偏光分離領域とは、基板の厚さ方向に互いに重なり合う重なり領域を含む。
この発明に従った光学装置は、前記偏光ビームスプリッターと、S偏光およびP偏光を含む光を、偏光ビームスプリッターに向けて照射する光源と、を備える。偏光ビームスプリッターは、光源からの光が偏光分離層で複数回反射されるように構成されている。
以上に説明したように、この発明によれば、消光比を高めることができ、かつ、高いレーザ耐性を有する偏光ビームスプリッターおよび光学装置を提供することができる。
この発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態の偏光ビームスプリッターを含む光学装置の全体構成を概略的に示す図である。光学装置としては、加工機や、ディスプレイなどのレーザ機器が挙げられる。特に、加工機では、加工速度や品質の向上のために、偏光ビームスプリッターに高いレーザ耐性と高い消光比とが求められる。図1に示されるように、光学装置1は、光源10と、偏光ビームスプリッター100とを有している。
図1は、本発明の第1実施形態の偏光ビームスプリッターを含む光学装置の全体構成を概略的に示す図である。光学装置としては、加工機や、ディスプレイなどのレーザ機器が挙げられる。特に、加工機では、加工速度や品質の向上のために、偏光ビームスプリッターに高いレーザ耐性と高い消光比とが求められる。図1に示されるように、光学装置1は、光源10と、偏光ビームスプリッター100とを有している。
光源10は、S偏光およびP偏光を含む光(平行光)B0を偏光ビームスプリッター100に向けて照射する。
偏光ビームスプリッター100は、光源10から照射された光B0をP偏光とS偏光とに分離する。本実施形態の偏光ビームスプリッター100は、いわゆるプレートタイプである。図2は、図1に示される偏光ビームスプリッターの正面図である。図3は、図1に示される偏光ビームスプリッターの側面図である。図4は、図1に示される偏光ビームスプリッターの背面図である。なお、本偏光ビームスプリッター100の使用時の姿勢は問われないが、便宜上、以下の説明では、図2~図4に基づいて上下方向を定義する。
図1~図4に示されるように、偏光ビームスプリッター100は、基板102と、反射層130と、偏光分離層140と、を有している。
基板102は、たとえば合成石英からなる。基板102は、透明である。基板102は、矩形状に形成されている。基板102は、第1主面110と、第2主面120とを有している。第1主面110および第2主面120は、平坦に形成されている。基板102の厚さtは、たとえば10mmに設定される。基板102の厚さ方向(第1主面110と第2主面120とを結ぶ方向であって、図3の左右方向)と直交する所定方向(図3の上下方向)における基板102の長さL(図2を参照)は、たとえば50mmに設定される。
第1主面110は、光源10から照射された光B0の基板102内への入射を許容する入射部112を有している。
反射層130は、第1主面110および第2主面120のいずれか一方の主面の一部を被覆する。本実施形態では、反射層130は、第2主面120の一部を被覆している。反射層130は、基板110内に入射した光を反射させる。図1、図3および図4に示されるように、反射層130は、基板102の一方端(図3の上端)から他方端(図3の下端)に向けて延びる形状を有している。以下、反射層130が設けられた領域の所定方向における上端から下端までの領域を、反射領域130Aと称する。本実施形態では、反射層130は、反射領域130Aの上端から下端まで連続的につながる形状を有している。所定方向における反射領域130Aの長さL1は、たとえば、同方向における基板102の長さLの半分以上に設定される。
第2主面120のうち反射層130で被覆されていない部位は、基板102からの光の出射を許容する出射部122を構成する。すなわち、出射部122は、第1主面110および第2主面120のうち反射層130が設けられている側の主面に設けられる。出射部122は、所定方向において入射部112から離れて配置されている。
偏光分離層140は、第1主面110および第2主面120のいずれか他方の主面の一部を被覆する。本実施形態では、偏光分離層140は、第1主面110の一部を被覆している。偏光分離層140は、基板102内に入射した光のうちS偏光およびP偏光のいずれか一方を透過させ、かつ、S偏光およびP偏光のいずれか他方を反射させる。本実施形態では、偏光分離層140は、P偏光を透過させ、かつ、S偏光を反射させる。つまり、入射部112から基板102内に入射する光(入射光)B0のうちのP偏光が透過光B2として偏光分離層140を透過する一方、光B0のうちのS偏光が出射光B1として出射部122から出射する。図1~図3に示されるように、偏光分離層140は、基板102の下端から上端に向かって延びる形状を有している。以下、偏光分離層140が設けられた領域の所定方向における上端から下端までの領域を、偏光分離領域140Aと称する。本実施形態では、偏光分離層140は、偏光分離領域140Aの上端から下端まで連続的につながる形状を有している。所定方向における偏光分離領域140Aの長さL2は、たとえば、同方向における基板102の長さLの半分以上に設定される。第1主面110のうち偏光分離層140で被覆されていない部位が、入射部112を構成する。
偏光分離層140は、高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層することにより形成されている。高屈折率層を形成する材料として、たとえば、Ta2O5や、TiO2や、HfO2が挙げられる。本実施形態では、高屈折率層として、Ta2O5が用いられている。低屈折率層を形成する材料として、たとえば、SiO2や、MgF2が挙げられる。本実施形態では、低屈折率層として、SiO2が用いられている。ただし、高屈折率層の材料および低屈折率層の材料は、これらに限られない。偏光分離層140は、蒸着やスパッタリングなどの製膜法により形成される。偏光分離層140の厚みは、所望の出射光B1の波長(偏光分離波長)に応じて調整される。なお、出射光B1の波長が大きいほど、偏光分離層140の厚みは大きくなる。
図1および図3に示されるように、反射領域130Aと偏光分離領域140Aとは、基板102の厚さ方向に互いに重なり合う重なり領域150Aを含む。所定方向における重なり領域150Aの長さL3は、偏光分離層140で反射させる回数などに基づいて設定される。出射部122は、所定方向について重なり領域150Aを基準として入射部112とは反対側に設けられている。
偏光ビームスプリッター100は、光源10から照射されて入射部112を通じて基板102内に入射した光B0が偏光分離層140で複数回反射される姿勢で配置されている。すなわち、光学装置1は、偏光ビームスプリッター100を上記の姿勢で固定する固定具(図示略)を有している。
次に、光学装置1の作用について説明する。
光源10から照射された光B0は、入射部112を通じて基板102内に入射する。基板102内に入射した光は、反射層130と偏光分離層140との間で複数回反射を繰り返す。このとき、基板102内に入射した光は、重なり領域150Aにおいて少なくとも一回反射する。そして、光B0のうちのP偏光は、透過光B2として偏光分離層140を透過する一方、光B0のうちのS偏光は、偏光分離層140で反射される。このため、出射部122から、主としてS偏光が出射される。
以上のように、本実施形態の偏光ビームスプリッター100は、所定方向に互いに離れて配置された入射部112と出射部122との間に、重なり領域150Aを含むように反射層130および偏光分離層140が設けられているため、入射部112から基板102内に入射した光を偏光分離層140において複数回反射させつつ(偏光分離させつつ)出射部122から出射させることが可能となる。このため、出射部122からの出射光B1の消光比が高まる。さらに、この偏光ビームスプリッター100は、入射部112および出射部122の間において光を基板102内で進行させるプレートタイプであるため、すなわち、偏光分離層140が接着剤ではなく製膜法により基板102に設けられているため、高いレーザ耐性を有する。このため、光学装置1の中でも、加工速度や品質の向上のために、特に偏光ビームスプリッターに高いレーザ耐性と高い消光比とが求められる加工機に対しても、本実施形態の偏光ビームスプリッター100を好適に用いることができる。具体的に、この偏光ビームスプリッター100を備える加工機等の光学装置1では、光源10から照射されて入射部112を通じて基板102内に入射した光が、偏光分離層140において複数回反射する(偏光分離される)ため、出射部122から出射される光の消光比が高まる。
加えて、この偏光ビームスプリッター100では、P偏光である透過光B2とS偏光である出射光B1とが互いに異なる主面から出射されるため、出射光B1および透過光B2の取り扱いが容易になる。
また、偏光分離層140は、所定方向における偏光分離領域140Aの上端から下端まで連続的につながる形状を有し、反射層130は、所定方向における反射領域130Aの上端から下端まで連続的につながる形状を有している。
このため、入射部112から基板102内に入射した光を偏光分離層140で複数回反射させ易くなる。よって、偏光ビームスプリッター100の光学的な設計の自由度を向上させることができる。
以下、図5~図8を参照しながら、偏光ビームスプリッター100の変形例について説明する。図5~図7は、図1に示される偏光ビームスプリッターの変形例を示す図である。図8は、偏光分離層で3回反射するのに必要な、偏光分離領域の長さの下限値および重なり領域の長さの下限値を説明するための図である。
(第1変形例)
図5に示される例では、偏光ビームスプリッター100は、反射防止層160をさらに有している。反射防止層160は、少なくとも入射部112および出射部122を被覆している。この例では、反射防止層160は、反射層130の表面および偏光分離層140の表面も被覆している。
図5に示される例では、偏光ビームスプリッター100は、反射防止層160をさらに有している。反射防止層160は、少なくとも入射部112および出射部122を被覆している。この例では、反射防止層160は、反射層130の表面および偏光分離層140の表面も被覆している。
この態様では、入射部112および出射部122での光の反射が抑制される。このため、入射部112および出射部122を透過する光の反射損失が低減される。
(第2変形例)
図6に示される例では、反射層130は、反射領域130Aにおいて所定方向に互いに離間するように設けられた複数の反射部131,132を有している。複数の反射部131,132は、第1反射部131と、第2反射部132とを含む。第1反射部131は、入射部112を通じて入射した光を偏光分離層140に向けて反射させる。第2反射部132は、偏光分離層140で反射した光を再度偏光分離層140に向けて反射させる。なお、反射部の数は、2に限られない。反射部が3以上設けられる場合、それらは、所定方向に等間隔に設けられる。
図6に示される例では、反射層130は、反射領域130Aにおいて所定方向に互いに離間するように設けられた複数の反射部131,132を有している。複数の反射部131,132は、第1反射部131と、第2反射部132とを含む。第1反射部131は、入射部112を通じて入射した光を偏光分離層140に向けて反射させる。第2反射部132は、偏光分離層140で反射した光を再度偏光分離層140に向けて反射させる。なお、反射部の数は、2に限られない。反射部が3以上設けられる場合、それらは、所定方向に等間隔に設けられる。
偏光分離層140は、偏光分離領域140Aにおいて所定方向に互いに離間するように設けられた複数の偏光分離部141,142を有している。複数の偏光分離部141,142は、第1偏光分離部141と、第2偏光分離部142とを含む。第1偏光分離部141は、第1反射部131で反射した光のうちP偏光を透過光B2として透過させ、かつ、S偏光を第2反射部132に向けて反射させる。第2偏光分離部142は、第2反射部132で反射した光のうちP偏光を透過光B2として透過させ、かつ、S偏光を出射部122に向けて反射させる。第2偏光分離部142で反射した光は、主としてS偏光の出射光B1として出射部122を通じて出射される。なお、偏光分離部の数は、2に限られない。偏光分離部が3以上設けられる場合、それらは、所定方向に等間隔に設けられる。所定方向における各偏光分離部141,142の長さは、各反射部131,132と基板102の厚さ方向に互いに重なり合うように設定されてもよいし、互いに重なり合わないように設定されてもよい。
この例では、所定方向における第1反射部131の上端から第2反射部132の下端までの領域が反射領域130Aを構成しており、所定方向における第1偏光分離部141の上端から第2偏光分離部142の下端までの領域が偏光分離領域140Aを構成している。このため、所定方向における第1偏光分離部141の上端から第2反射部132の下端までの領域が重なり領域150Aを構成する。
この態様においても、出射部122から出射される光の消光比が高まる。
(第3変形例)
図7に示される例では、入射部112を介して基板102内に入射した光が偏光分離層140で3回反射されるように構成されている。この例では、偏光分離層140で3回反射させるためには、反射層130においても3回反射させることが必要となる。
図7に示される例では、入射部112を介して基板102内に入射した光が偏光分離層140で3回反射されるように構成されている。この例では、偏光分離層140で3回反射させるためには、反射層130においても3回反射させることが必要となる。
この態様では、基板102内に入射した光が偏光分離層140において3回反射するため、出射部122から出射される光の消光比がさらに高まる。
ここで、図8を参照しながら、偏光分離層140でN回反射させるのに必要な、反射領域130Aの長さL1の下限値、偏光分離領域140Aの長さL2の下限値および重なり領域150Aの長さL3の下限値について説明する。
図8に示されるように、基板102の厚みをt(mm)、入射部112に対する光B0の入射角をθ1(度)、光B0が入射部112から基板102内に入射する際の光の屈折角をθ2(度)、入射部112に入射する光B0の径をd(mm)、所定方向における反射領域130Aの長さをL1(mm)、所定方向における偏光分離領域140Aの長さをL2(mm)、所定方向における重なり領域150Aの長さをL3(mm)とすると、反射層130においてN回反射するのに必要な反射領域130Aの長さL1は、以下の式(1)を満たす。
L1≧2(N-1)t×tanθ2+d/cosθ2 ・・・(1)
同様に、偏光分離層140においてN回反射するのに必要な偏光分離領域140Aの長さL2は、以下の式(2)を満たす。
L2≧2(N-1)t×tanθ2+d/cosθ2 ・・・(2)
この場合、重なり領域150Aの長さL3は、以下の式(3)を満たす。
L3≧(2N-3)t×tanθ2+d/cosθ2 ・・・(3)
このため、図8に示されるように、偏光分離層140で3回反射させる場合、各長さL1~L3は、以下の式(4)~式(6)を満たす。
L1≧4t×tanθ2+d/cosθ2 ・・・(4)
L2≧4t×tanθ2+d/cosθ2 ・・・(5)
L3≧3t×tanθ2+d/cosθ2 ・・・(6)
反射層130の上端の位置および偏光分離層140の上端の位置は、入射部112に入射する光B0の径d、光B0の入射位置、入射角θ1、屈折角θ2(基板102の材料)、基板102の厚さtなどを踏まえて設定される。
なお、反射領域130Aの下端の位置を延長可能な長さL10は、以下の式(7)を満たす。
L10≦2t×tanθ2-d/cosθ2 ・・・(7)
偏光分離領域140Aの上端の位置を延長可能な長さL20についても、式(7)と同様である。
以上に基づいて、偏光分離層140で2回反射させる場合の具体例について説明する。基板102として、厚さtが10mmで合成石英(屈折率1.46)からなるものを用い、光B0の径dは1mmであり、入射角θ1は45度であり、屈折角θ2は29度であり、入射媒質が空気(屈折率1)である場合、長さL1および長さL2の各下限値は、12.2mmであり、長さL3の下限値は、6.7mmである。また、長さL10の最大値および長さL20の最大値は、それぞれ9.9mmである。なお、屈折角θ2は、スネルの法則より算出可能である。
図9は、偏光分離層で2回反射した後に出射した光の、波長と透過率との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。図10は、偏光分離層で4回反射した後に出射した光の、波長と透過率との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。各シミュレーションは、反射防止層160を有する場合で、かつ、偏光分離波長が532nmに設定され、入射角θ1が45度に設定されることにより行われた。なお、各グラフにおいて、破線で示されたS偏光は、偏光ビームスプリッター100を透過した出射光B1に含まれるS偏光成分を表し、実線で示されたP偏光は、偏光ビームスプリッター100を透過した出射光B1に含まれるP偏光成分を表している。これら図9および図10に示されるように、波長が532nm付近において、消光比(S偏光の透過率のP偏光の透過率に対する割合)が高くなること、および、偏光分離層140での反射回数が増えることにより、P偏光およびS偏光の透過率特性のリップルが低減することが分かる。
図11は、偏光分離層での反射回数と、P偏光の透過率と、S偏光の透過率と、消光比との関係を示す表である。偏光分離層での反射回数が1回の場合(比較例)、すなわち、基板の第1主面に設けられた偏光分離層において、S偏光である反射光とP偏光である透過光とに分離される場合の消光比は、およそ1.00×102である。図11に示されるように、偏光分離層140での反射回数(偏光分離回数)を増大させることにより、消光比が飛躍的に高めることができた。反射回数が3以上であれば、いわゆるプリズムタイプの偏光ビームスプリッターの消光比(100000程度)に勝る消光比が得られた。
(第2実施形態)
次に、図12及び図13を参照しながら、本発明の第2実施形態の光学装置1について説明する。図12は、本発明の第2実施形態の偏光ビームスプリッターの全体構成を概略的に示す図である。図13は、偏光分離層で3回反射するのに必要な、偏光分離領域の長さの下限値および重なり領域の長さの下限値を説明するための図である。なお、第2実施形態では、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第1実施形態と同じ構造、作用及び効果の説明は繰り返さない。
次に、図12及び図13を参照しながら、本発明の第2実施形態の光学装置1について説明する。図12は、本発明の第2実施形態の偏光ビームスプリッターの全体構成を概略的に示す図である。図13は、偏光分離層で3回反射するのに必要な、偏光分離領域の長さの下限値および重なり領域の長さの下限値を説明するための図である。なお、第2実施形態では、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第1実施形態と同じ構造、作用及び効果の説明は繰り返さない。
本実施形態では、反射層130は、第1主面110の一部を被覆しており、偏光分離層140は、第2主面120の一部を被覆している。出射部114は、第1主面110および第2主面120のうち反射層130が設けられている側の主面である第1主面110に設けられる。出射部114は、所定方向について重なり領域150Aを挟んで入射部112とは反対側に設けられている。この実施形態では、反射領域130Aと重なり領域150Aとが一致する。
この態様においても、入射部112を通じて基板102内に入射した光は、反射層130と偏光分離層140との間で複数回反射を繰り返す。具体的に、入射部112を通じて基板102内に入射した光は、まず偏光分離層140に至り、そこでP偏光が透過光B2として偏光分離層140を透過する一方で、S偏光が反射層130に向けて反射される。偏光分離層140で反射した光は、反射層130において、偏光分離層140に向けて反射される。そして、偏光分離層140において、再度P偏光が透過光B2として偏光分離層140を透過するとともに、S偏光が出射部114に向けて反射され、出射部114から主としてS偏光が出射される。
このように、本実施形態においても、出射部114からの出射光B1の消光比が高まる。
次に、図13を参照しながら、偏光分離層140でN回反射させるのに必要な、反射領域130Aの長さL1の下限値、偏光分離領域140Aの長さL2の下限値および重なり領域150Aの長さL3の下限値について説明する。この例では、偏光分離層140でN回反射させるためには、反射層130においてN-1回反射させることが必要となる。
反射層130においてN-1回反射するのに必要な反射領域130Aの長さL1は、以下の式(8)を満たす。
L1≧2(N-2)t×tanθ2+d/cosθ2 ・・・(8)
偏光分離層140においてN回反射するのに必要な偏光分離領域140Aの長さL2は、以下の式(9)を満たす。
L2≧2(N-1)t×tanθ2+d/cosθ2 ・・・(9)
重なり領域150Aの長さL3についても、式(8)を満たす。
このため、図13に示されるように、偏光分離層140で3回反射させる場合、各長さL1~L3は、以下の式(10)~式(12)を満たす。
L1≧2t×tanθ2+d/cosθ2 ・・・(10)
L2≧4t×tanθ2+d/cosθ2 ・・・(11)
L3≧2t×tanθ2+d/cosθ2 ・・・(12)
なお、反射領域130Aの下端の位置を延長可能な長さL10および反射領域130Aの上端の位置を延長可能な長さL20は、上記の式(7)を満たす。つまり、偏光分離層140で3回反射させる場合における長さL1の上限値は、以下の式(13)で示される。
L1≦6t×tanθ2-d/cosθ2 ・・・(13)
なお、上記各実施形態の偏光ビームスプリッター100は、S偏光の消光比を高めることに適しているが、P偏光の消光比を高めることも可能である。
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく請求の範囲によって示され、さらに請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
[態様]
上述した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
上述した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
(第1項)
一態様に係る偏光ビームスプリッターは、第1主面および第2主面を有する基板と、第1主面および第2主面のいずれか一方の主面の一部を被覆するとともに、基板内に入射した光を反射させる反射層と、第1主面および第2主面のいずれか他方の主面の一部を被覆するとともに、基板内に入射した光のうちS偏光およびP偏光のいずれか一方を透過させ、かつ、S偏光およびP偏光のいずれか他方を反射させる偏光分離層とを備える。第1主面は、基板内への光の入射を許容する入射部を有する。第1主面および第2主面のうち反射層が設けられている側の主面は、基板の厚さ方向と直交する所定方向において入射部から離れて配置され、基板からの光の出射を許容する出射部を有する。反射層が設けられた領域の所定方向における一方端から他方端までの反射領域と、偏光分離層が設けられた領域の所定方向における一方端から他方端までの偏光分離領域とは、基板の厚さ方向に互いに重なり合う重なり領域を含む。
一態様に係る偏光ビームスプリッターは、第1主面および第2主面を有する基板と、第1主面および第2主面のいずれか一方の主面の一部を被覆するとともに、基板内に入射した光を反射させる反射層と、第1主面および第2主面のいずれか他方の主面の一部を被覆するとともに、基板内に入射した光のうちS偏光およびP偏光のいずれか一方を透過させ、かつ、S偏光およびP偏光のいずれか他方を反射させる偏光分離層とを備える。第1主面は、基板内への光の入射を許容する入射部を有する。第1主面および第2主面のうち反射層が設けられている側の主面は、基板の厚さ方向と直交する所定方向において入射部から離れて配置され、基板からの光の出射を許容する出射部を有する。反射層が設けられた領域の所定方向における一方端から他方端までの反射領域と、偏光分離層が設けられた領域の所定方向における一方端から他方端までの偏光分離領域とは、基板の厚さ方向に互いに重なり合う重なり領域を含む。
この偏光ビームスプリッターは、所定方向に互いに離れて配置された入射部と出射部との間に、重なり領域を含むように反射層および偏光分離層が設けられているため、入射部から基板内に入射した光を偏光分離層において複数回反射させつつ(偏光分離させつつ)出射部から出射させることが可能となる。このため、出射部から出射される光の消光比を高めることができる。さらに、この偏光ビームスプリッターは、入射部および出射部の間において光を基板内で進行させるプレートタイプであるため、高いレーザ耐性を有する。
(第2項)
第1項に記載の偏光ビームスプリッターにおいて、偏光分離層は、所定方向における偏光分離領域の一方端から他方端まで連続的につながる形状を有することが好ましい。反射層は、所定方向における反射領域の一方端から他方端まで連続的につながる形状を有することが好ましい。
第1項に記載の偏光ビームスプリッターにおいて、偏光分離層は、所定方向における偏光分離領域の一方端から他方端まで連続的につながる形状を有することが好ましい。反射層は、所定方向における反射領域の一方端から他方端まで連続的につながる形状を有することが好ましい。
このようにすれば、入射部から基板内に入射した光を偏光分離層で複数回反射させ易くなるため、偏光ビームスプリッターの光学的な設計の自由度が向上する。
(第3項)
第1項または第2項に記載の偏光ビームスプリッターにおいて、少なくとも入射部および出射部を被覆する反射防止層をさらに備えることが好ましい。
第1項または第2項に記載の偏光ビームスプリッターにおいて、少なくとも入射部および出射部を被覆する反射防止層をさらに備えることが好ましい。
このようにすれば、入射部および出射部を透過する光の反射損失が低減される。
(第4項)
一態様に係る光学装置は、第1項から第3項のいずれかに記載の偏光ビームスプリッターと、S偏光およびP偏光を含む光を、偏光ビームスプリッターに向けて照射する光源とを備える。偏光ビームスプリッターは、光源からの光が偏光分離層で複数回反射されるように構成されている。
一態様に係る光学装置は、第1項から第3項のいずれかに記載の偏光ビームスプリッターと、S偏光およびP偏光を含む光を、偏光ビームスプリッターに向けて照射する光源とを備える。偏光ビームスプリッターは、光源からの光が偏光分離層で複数回反射されるように構成されている。
この光学装置では、光源から照射されて入射部を通じて基板内に入射した光が、偏光分離層において複数回反射する(偏光分離される)ため、出射部から出射される光の消光比が高まる。
(第5項)
第4項に記載の光学装置において、反射層は、第2主面の一部を被覆していてもよい。出射部は、所定方向について重なり領域を基準として入射部とは反対側に設けられている。
第4項に記載の光学装置において、反射層は、第2主面の一部を被覆していてもよい。出射部は、所定方向について重なり領域を基準として入射部とは反対側に設けられている。
この態様では、重なり領域を含む偏光分離層において、入射部から基板内に入射した光を複数回反射させることが可能となる。
(第6項)
第5項に記載の光学装置において、基板の厚みをt、入射部に対する光の入射角をθ1、光が入射部から基板内に入射する際の光の屈折角をθ2、入射部に入射する光の径をd、所定方向における反射領域の長さをL1、所定方向における偏光分離領域の長さをL2、所定方向における重なり領域の長さをL3とすると、以下の関係式を満たすことが好ましい。
第5項に記載の光学装置において、基板の厚みをt、入射部に対する光の入射角をθ1、光が入射部から基板内に入射する際の光の屈折角をθ2、入射部に入射する光の径をd、所定方向における反射領域の長さをL1、所定方向における偏光分離領域の長さをL2、所定方向における重なり領域の長さをL3とすると、以下の関係式を満たすことが好ましい。
L1≧4t×tanθ2+d/cosθ2
L2≧4t×tanθ2+d/cosθ2
L3≧3t×tanθ2+d/cosθ2
このようにすれば、基板内に入射した光が偏光分離層において3回以上反射するため、出射部から出射される光の消光比がより確実に高まる。
(第7項)
第4項に記載の光学装置において、反射層は、第1主面の一部を被覆していてもよい。出射部は、所定方向について重なり領域を基準として入射部とは反対側に設けられている。
第4項に記載の光学装置において、反射層は、第1主面の一部を被覆していてもよい。出射部は、所定方向について重なり領域を基準として入射部とは反対側に設けられている。
この態様でも、重なり領域を含む偏光分離層において、入射部から基板内に入射した光を複数回反射させることが可能となる。
(第8項)
第7項に記載の光学装置において、基板の厚みをt、入射部に対する光の入射角をθ1、光が入射部から基板内に入射する際の光の屈折角をθ2、入射部に入射する光の径をd、所定方向における反射領域の長さをL1、所定方向における偏光分離領域の長さをL2、所定方向における重なり領域の長さをL3とすると、以下の関係式を満たすことが好ましい。
第7項に記載の光学装置において、基板の厚みをt、入射部に対する光の入射角をθ1、光が入射部から基板内に入射する際の光の屈折角をθ2、入射部に入射する光の径をd、所定方向における反射領域の長さをL1、所定方向における偏光分離領域の長さをL2、所定方向における重なり領域の長さをL3とすると、以下の関係式を満たすことが好ましい。
L1≧4t×tanθ2+d/cosθ2
L2≧6t×tanθ2+d/cosθ2
L3≧4t×tanθ2+d/cosθ2
このようにすれば、基板内に入射した光が偏光分離層において3回以上反射するため、出射部から出射される光の消光比がより確実に高まる。
1 光学装置、10 光源、100 偏光ビームスプリッター、102 基板、110 第1主面、112 入射部、114 出射部、120 第2主面、122 出射部、130 偏光分離層、130A 偏光分離領域、140 反射層、140A 反射領域、150A 重なり領域、160 反射防止層。
Claims (8)
- 第1主面および第2主面を有する基板と、
前記第1主面および前記第2主面のいずれか一方の主面の一部を被覆するとともに、前記基板内に入射した光を反射させる反射層と、
前記第1主面および前記第2主面のいずれか他方の主面の一部を被覆するとともに、前記基板内に入射した光のうちS偏光およびP偏光のいずれか一方を透過させ、かつ、前記S偏光および前記P偏光のいずれか他方を反射させる偏光分離層とを備え、
前記第1主面は、前記基板内への光の入射を許容する入射部を有し、
前記第1主面および前記第2主面のうち前記反射層が設けられている側の主面は、前記基板の厚さ方向と直交する所定方向において前記入射部から離れて配置され、前記基板からの光の出射を許容する出射部を有し、
前記反射層が設けられた領域の前記所定方向における一方端から他方端までの反射領域と、前記偏光分離層が設けられた領域の前記所定方向における一方端から他方端までの偏光分離領域とは、前記基板の厚さ方向に互いに重なり合う重なり領域を含む、偏光ビームスプリッター。 - 前記偏光分離層は、前記所定方向における前記偏光分離領域の前記一方端から前記他方端まで連続的につながる形状を有し、
前記反射層は、前記所定方向における前記反射領域の前記一方端から前記他方端まで連続的につながる形状を有する、請求項1に記載の偏光ビームスプリッター。 - 少なくとも前記入射部および前記出射部を被覆する反射防止層をさらに備える、請求項1または2に記載の偏光ビームスプリッター。
- 請求項1から3のいずれか1項に記載の偏光ビームスプリッターと、
前記S偏光および前記P偏光を含む光を、前記偏光ビームスプリッターに向けて照射する光源とを備え、
前記偏光ビームスプリッターは、前記光源からの光が前記偏光分離層で複数回反射されるように構成されている、光学装置。 - 前記反射層は、前記第2主面の一部を被覆しており、
前記出射部は、前記所定方向について前記重なり領域を基準として前記入射部とは反対側に設けられている、請求項4に記載の光学装置。 - 前記基板の厚みをt、前記入射部に対する前記光の入射角をθ1、前記光が前記入射部から前記基板内に入射する際の前記光の屈折角をθ2、前記入射部に入射する前記光の径をd、前記所定方向における前記反射領域の長さをL1、前記所定方向における前記偏光分離領域の長さをL2、前記所定方向における前記重なり領域の長さをL3とすると、以下の関係式を満たす、請求項5に記載の光学装置。
L1≧4t×tanθ2+d/cosθ2
L2≧4t×tanθ2+d/cosθ2
L3≧3t×tanθ2+d/cosθ2 - 前記反射層は、前記第1主面の一部を被覆しており、
前記出射部は、前記所定方向について前記重なり領域を基準として前記入射部とは反対側に設けられている、請求項4に記載の光学装置。 - 前記基板の厚みをt、前記入射部に対する前記光の入射角をθ1、前記光が前記入射部から前記基板内に入射する際の前記光の屈折角をθ2、前記入射部に入射する前記光の径をd、前記所定方向における前記反射領域の長さをL1、前記所定方向における前記偏光分離領域の長さをL2、前記所定方向における前記重なり領域の長さをL3とすると、以下の関係式を満たす、請求項7に記載の光学装置。
L1≧2t×tanθ2+d/cosθ2
L2≧4t×tanθ2+d/cosθ2
L3≧2t×tanθ2+d/cosθ2
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