DE3324059C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Strahlaufspalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Speziell zielt die Erfindung ab auf die Schaffung eines Strahlaufspalters mit einem Mehrschicht-Interferenzfilm, bei dem das gegenseitige Verhältnis vom polarisierten Lichtkomponenten in dem reflektierten Licht und dem durchgelassenen Licht genauso groß gemacht werden kann wie das gegenseitige Verhältnis der polarisierten Lichtkomponenten in dem einfallenden Licht, und welches außerdem nach Wunsch eingestellt werden kann.

Wenn nicht-polarisiertes Licht schräg auf eine Grenzfläche zwischen zwei unterschiedlichen Medien fällt, unterscheidet sich im allgemeinen das Komponentenverhältnis von P-polarisiertem Licht (d. h.: dem parallel zur Einfallfläche schwingenden polarisierten Licht) und S-polarisiertem Licht (d. h.: dem senkrecht zur Einfallfläche schwingenden polarisierten Licht), welches in dem von der Grenzfläche reflektierten Licht enthalten ist, von dem Komponentenverhältnis des durch die Grenzfläche durchlaufenden P-polarisierten und S-polarisierten Licht. Das Komponentenverhältnis hängt ab von dem Einfallwinkel und den Brechungsindices beider Medien. Normalerweise jedoch ist in dem reflektierten Licht der Anteil des S-polarisierten Lichts größer als der des P-polarisierten Lichts, und in dem durchgelassenen Licht ist der Anteil des P-polarisierten Lichts größer als der des S-polarisierten Lichts. Es ist bekannt, daß unter der Brewster-Winkelbedingung an der Grenzfläche der beiden Medien die S-polarisierte Lichtkomponente und die P-polarisierte Lichtkomponente angenährt als das reflektierte Licht bzw. das durchgelassene Licht voneinander getrennt werden können.

Bei einem Photoplatten-Gerät mit einem Laserstrahlgenerator schwankt das von dem Laserstrahlgenerator erzeugte Ausgangslicht beim Auftreten von rückwärts einfallendem Signallicht. Dieses Phänomen bezeichnet man als "back talk". Es ist Ursache für beträchtliche Schwankungen des Ausgangslichts. Zur Vermeidung dieses Phänomens wird ein Polarisationsprisma in Verbindung mit einem g/4-Blättchen verwendet.

In einem CD-Plattenspieler wird mit Hilfe einer Laserdiode ein Laserstrahl erzeugt, der mit Hilfe eines Strahlaufspalters in die P- und S-Komponenten zerlegt wird. Von der Laserdiode wird das beide Komponenten zu etwa gleichen Teilen enthaltende Licht auf den Strahlaufspalter gegeben, von dem die P-Komponente durchgelassen wird und die S-Komponente abgelenkt wird. Die abgelenkte Komponente gelangt auf die Plattenoberfläche (CD). Die Platten bestehen in der Regel aus Kunststoff, der eine Doppelbrechung des auftreffenden Lichtstrahls bewirkt (Drehung der Polarisationsebene). Somit enthält der reflektierende Lichtstrahl wiederum eine P-Komponente und eine S-Komponente, und zwar jeweils zur Hälfte. Durch die Änderung des Drehwinkels der Polarisationsebene ändert sich auch die schließlich durch den Strahlaufspalter durchgelassene Lichtmenge. Beispielsweise vergrößert sich der Anteil des von der Plattenoberfläche reflektierten und durch den Strahlaufspalter hindurchgelassenen Lichts der P-Komponente von 25 auf 30%, bezogen auf die ursprüngliche, von der Laserdiode abgegebene Lichtmenge. Entsprechend verringert sich der Anteil der S-Komponente von 25 auf 20%. Bei der Signalauswertung führt dies dann zu unerwünschten Fehlern.

In Übereinstimmung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zeigt die DE-PS 30 07 049 einen Strahlaufspalter, bei dem der Brechungsindex des Substrats höher ist als der niedrige Brechungsindex der am weitesten oben liegenden Schicht. In einer speziellen Ausführungsform beträgt bei der bekannten Anordnung der Brechungsindex des Substrats 1,46-1,55, während der niedrige Brechungsindex, z. B. der Brechungsindex der am weitesten vom Substrat entfernten Schicht, 1,38-1,46 beträgt. Mit diesen bekannten Strahlaufspaltern soll unter einem Winkel von 45° ein Teilungsverhältnis (Reflexion : Transmission in %) von 50 : 50 erreicht werden. Eine Einstellung des Teilungsverhältnisses in bezug auf die Polarisationskomponenten ist nicht vorgesehen.

Die US-PS 43 67 921 zeigt einen Strahlaufspalter mit festem Teilungsverhältnis. Zwischen einer ersten und einer zweiten dielektrischen Schicht wird eine Metallschicht benötigt. Entweder die erste oder die zweite dielektrische Schicht, oder aber beide Schichten müssen einen Brechungsindex von weniger als 1,8 aufweisen. Zweck der bekannten Anordnung ist es, den auf Schwankungen der einzelnen Polarisationskomponenten beruhenden Meßfehler so klein wie möglich zu halten.

Der Brechungsindex des einen Substrats ist bei der bekannten Anordnung geringer als der Brechungsindex der benachbarten Schicht, dieser ist jedoch gegenüber den übrigen Schichten in dem verschiedene Schichten mit unterschiedlichen Brechungsindices aufweisenden Stapel größer als die übrigen Brechungsindices.

In der DE-OS 33 02 827 (nicht vorveröffentlicht) ist ein optisches Element mit Interferenzschicht beschrieben, bei dem abwechselnd Al₂O₃-Schichten und ZnS-Schichten vorgesehen sind. Damit wechseln sich Schichten mit niedrigem Brechungsindex (1,67 von Al₂O₃) und hohem Brechungsindex (2,2 für ZnS) ab.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Strahlenaufspalter der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß dessen Durchlaßverhältnis bzw. das Reflexionsverhältnis der P- und S-Komponenten des Lichts in weiten Grenzen frei wählbar ist.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Strahlaufspalter der genannten Art durch die im Kennzeichnungsteil angegebenen Merkmale.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist die Bedingung

N _S < N _L < N _H .

Durch die Erfindung wird erreicht, daß das Verhältnis von durchgelassener P-Lichtkomponente zu der reflektierten P-Lichtkomponente bzw. das Verhältnis der durchgelassenen S-Lichtkomponente zur reflektierten S-Lichtkomponente frei wählbar ist. Damit besteht die Möglichkeit, die aus dem Strahlaufspalter austretende Lichtmenge unverändert zu belassen, da die Summe der Komponenten S + P konstant bleibt, und zwar auch dann, wenn sich der Drehwinkel der Polarisationsebene ändert.

Besonders wichtig ist die freie Wählbarkeit des Verhältnisses der genannten Komponenten von sogenannten photomagnetischen Platten; denn bei solchen Platten beruht die Informationserfassung auf der Änderung des Verhältnisses der P- und S-Komponenten zueinander, verursacht durch die Drehung des Polarisationswinkels, die auf den auf der Platte stattfindenden Faraday-Effekt zurückzuführen ist.

Erfindungsgemäß können Brechungsindicex vorkommen, die größer sind als die Brechungsindices der in der Natur vorkommenden Stoffe. Um die höheren Brechungsindices zu erreichen, werden Filmschichten in an sich bekannter Weise als äquivalente Schichten aus mehreren Teil- oder Unterschichten gebildet.

Bezüglich des oben erwähnten Problems in Verbindung mit dem "back talk" sei zur Veranschaulichung der Problematik auf die beiliegenden Fig. 1 und 14 verwiesen.

Fig. 1 und 14 zeigen Beispiele des optischen Fotoplatten-Wiedergabesystems, welches den erwähnten vereinfachten Aufbau besitzen. In jeder der Fig. 1 und 14 ist ein Lasergenerator 1 vorhanden, der von dem erwähnten Typ ist, der von dem "back talk" nicht beeinflußt wird. Das von dem Lasergenerator 1 abgegebene Licht wird von einer Kollimatorlinse 2 zu einem parallelen Lichtstrahlenbündel kollimiert und fällt dann auf einen Strahlaufspalter 3. Der Strahlaufspalter 3 besitzt einen halbdurchlässigen Spiegel 3′, bei dem es sich beispielsweise um einen solchen Typ von Spiegel handelt, der 50% durchläßt und 50% reflektiert. Das von dem halbdurchlässigen Spiegel 3′ reflektierte Lichtstrahlenbündel wird von einem Objektiv 4 auf den Signalabschnitt einer Fotoplatte 5 konzentriert, um dadurch punktweise den mit Löchern versehenen Signalabschnitt zu bestrahlen. Das von dem Signalabschnitt reflektierte Licht ist nach Maßgabe der Gestalt und Abmessungen der Löcher phasenmoduliert und weist eine durch Lichtinterferenz hervorgerufene Intensitätsänderung auf. Das phasenmodulierte Licht betrifft seinerseits als Signallicht auf das Objektiv 4 auf. Das von dem Objektiv 4 zu einem parallelen Lichtstrahlenbündel kollimierte Signallicht wiederum erreicht den halbdurchlässigen Spiegel 3′, und das durch den halbdurchlässigen Spiegel 3′ hindurchlaufende Lichtstrahlenbündel wird von einem Fotosensor 6 erfaßt. In dem oben beschriebenen System wird das von dem Lasergenerator 1 abgegebene Licht einmal von dem halbdurchlässigen Spiegel 3′ reflektiert und dann durch den Spiegel hindurchgelassen. Wenn daher der Transmissionsgrad (oder der Reflexionsgrad) des halbdurchlässigen Spiegels 3′ 50% beträgt, verringert sich die den Fotosensor 6 erreichende Lichtmenge auf 25%. Die in diesem Fall erreichbare Lichtausbeute ist die höchste in dem oben beschriebenen System erzielbare Ausbeute.

In dem oben beschriebenen optischen System wird der halbdurchlässige Spiegel 3′ nicht nur als reflektierende Fläche, sondern auch als durchlässige Fläche verwendet. Wenn daher ein halbdurchlässiger Spiegel des üblicherweise verwendeten Typs in dem optischen System angeordnet wird, verschlechtert sich die Lichtausbeute aus den nachstehend erläuterten Gründen noch weiter. Wie oben erwähnt wurde, unterscheiden sich nämlich das Reflexionsverhalten und das Durchlaßverhalten eines herkömmlichen halbdurchlässigen Spiegels für P-polarisiertes Licht und S-polarisiertes Licht. Dient der halbdurchlässige Spiegel zuerst als reflektierende Fläche, so wird ein Hauptanteil des P-polarisierten Lichts durch den Spiegel hindurchgelassen, und das hauptsächlich das S-polarisierte Licht enthaltende Licht wird nach unten auf die Fotoplatte 5 reflektiert. Wenn der Reflexionsgrad des halbdurchlässigen Spiegels 50% beträgt, beträgt die Gesamtmenge von P-polarisiertem und S-polarisiertem Licht 50%. Wenn danach das Signallicht, welches hauptsächlich das S-polarisierte Licht enthält und von der Fotoplatte 5 reflektiert wird, erneut auf den halbdurchlässigen Spiegel 3′ auftrifft, wird der größte Teil des Signallichts erneut von dem halbdurchlässigen Spiefel 3′ reflektiert, was auf die erwähnten Eigenschaften des üblichen halbdurchlässigen Spiegels zurückzuführen ist. Demzufolge wird das den Fotosensor 6 erreichende Licht sehr schwach, was einen Fotosensor mit großer Kapazität erforderlich macht. Dieses Problem zu lösen, benötigt man einen halbdurchlässigen Spiegel, der so beschaffen ist, daß der die P-polarisierte Lichtkomponente und die S-polarisierte Lichtkomponente etwa gleich stark reflektiert (oder durchläßt).

Außerdem wird in dem Lichtmeßsystem einer Kamera o. dgl. das Erfassen der Leuchtdiode über einen halbdurchlässigen Spiegel durchgeführt. In einem derartigen optischen System wird ein Teil des von dem halbdurchlässigen Spiegel aufgespaltenen Lichts für die Betrachtung durch den Sucher verwendet, während der andere Teil des Lichts für die Lichtmessung verwendet wird. In diesem Fall ist der größte Teil des auf den halbdurchlässigen Spiegel auftreffenden Lichts solches Licht, welches von dem Objektbereich reflektiert wird. Folglich enthält das auftreffende Licht in erster Linie die S-polarisierte Lichtkomponente. Speziell bei reflektierenden Oberflächen wie Wasseroberflächen oder Glasscheiben im Objektbereich enthält das auftreffende Licht einen sehr großen Anteil der S-polarisierten Lichtkomponente, was von dem Auftreffwinkel abhängt. Da jedoch ein gewöhnlicher halbdurchlässiger Spiegel hauptsächlich S-polarisiertes Licht reflektiert, werden die von dem halbdurchlässigen Spiegel aufgespaltenen Lichtanteile selbst dann unausgeglichen, wenn der Transmissionsgrad des halbdurchlässigen Spiegels 50% beträgt. Daher ist eine korrekte Lichtmessung nicht immer möglich. Auch um dieses Problem zu lösen, besteht ein Bedarf an einem halbdurchlässigen Spiegel, der sowohl für P-polarisierte Lichtkomponenten als auch für S-polarisierte Lichtkomponenten gleiche Reflexions- und Durchlässigkeitseigenschaften aufweist. Der Strahlaufspalter gemäß der Erfindung enthält ein transparentes Substrat mit einem Brechungsindex N _S , mindestens eine einen niedrigen Brechungsindex N _L , der höher ist als der Brechungsindex N _S , aufweisende Filmschicht und mindestens eine einen hohen Brechungsindex aufweisende Filmschicht, deren Brechungsindex N _H höher ist als der Brechungsindex N _L , wobei die Filmschicht mit niedrigem Brechungsindex und die Filmschicht mit hohem Brechungsindex abwechselnd auf dem transparenten Substrat derart gestapelt sind, daß die am weitesten oben befindliche Filmschicht des Stapels diejenige mit niedrigem Brechungsindex ist. Jede Filmschicht des Stapels auf dem transparenten Substrat kann aus einer äquivalenten Schicht gebildet sein, welche aus einer Anzahl von Unterschichten mit niedrigerem Brechungsindex besteht.

Bei dem erfindungsgemäßen Strahlaufspalter können die Durchlässigkeits- und Reflexionseigenschaften zum Aufspalten des auftreffenden Strahls in das durchgelassene Licht und das reflektierte Licht sowohl für die P-polarisierte Lichtkomponente als auch die S-polarisierte Lichtkomponente gleich gemacht werden. Außerdem kann nach Wunsch das gegenseitige Verhältnis der P- und S-polarisierten Lichtkomponenten in dem durchgelassenen Licht und dem reflektierten Licht eingestellt werden. Dies ist äußerst vorteilhaft in der Praxis, so daß der erfindungsgemäße Strahlaufspalter für eine Vielfalt von Anwendungszwecken geeignet ist. Außerdem eignet sich der erfindungsgemäße Strahlaufspalter gut für die Massenproduktion, indem herkömmliche Niederschlags-Einrichtungen und -Materialien verwendet werden.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines optischen Fotoplatten-Wiedergabesystems, bei dem eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strahlaufspalters eingesetzt wird,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Verhaltens einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strahlaufspalters vom Prismatyp,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strahlaufspalters vom Prismatyp mit drei Filmschichten,

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Strahlaufspalters vom Prismatyp mit "n" Filmschichten,

Fig. 5 eine graphische Darstellung eines Beispiels der Spektral-Transmissionsgradkennlinien der Ausführungsform nach Fig. 3,

Fig. 6 bis 8 graphische Darstellungen von Beispielen für Spektral-Transmissionsgradkennlinien für fünf, sieben bzw. neun Filmschichten bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4,

Fig. 9 eine graphische Darstellung, die die Spektral-Transmissionskennlinien einer Ausführungsform eines Strahlaufspalters vom Prismatyp zeigt, wobei der Transmissionsgrad sowohl für p- als auch für S-polarisierte Lichtkomponenten gleich ist,

Fig. 10 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen den Brechungsindices N _L und N _H , bei denen die Ausführungsform des Strahlaufspalters vom Prismatyp mit drei, fünf, sieben bzw. neun Schichten den gleichen Transmissionsgrad für P- und für S-polarisierte Lichtkomponenten besitzen,

Fig. 11 eine graphische Darstellung, die die Spektral-Transmissionsgradkennlinien einer Ausführungsform des Strahlaufspalters vom Prismatyp veranschaulicht, wobei der Strahlaufspalter fünf Schichten enthält und verwendet werden kann, wenn die Brechungsindices des transparenten Substrats auf der Einfallseite und die Klebstoffschicht auf der Durchlalßseite hoch sind,

Fig. 12 eine graphische Darstellung der Spektral-Transmissionsgradkennlinien einer Ausführungsform des Strahlaufspalters vom Prismatyp, wobei der Transmissionsgrad für die P-polarisierte Lichtkomponente niedriger ist als der Transmissionsgrad für die S-polarisierte Lichtkomponente,

Fig. 13 eine grafische Darstellung der Spektral-Transmissionsgradkennlinien für eine Ausführungsform des Strahlaufspalters vom Prismatyp mit sieben Filmschichten, wobei die Dicken der zweiten und der sechsten Filmschichten etwas kleiner sind als λ/4,

Fig. 14 eine schematische Darstellung eines Beispiels eines optischen Fotoplatten-Wiedergabesystems, bei dem eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strahlaufspalters vom Plattentyp zum Einsatz gelangt, welcher eine ungerade Anzahl von Filmschichten besitzt,

Fig. 15 eine schematische Darstellung des Verhaltens einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strahlaufspalters vom Plattentyp,

Fig. 16 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des Strahlaufspalters vom Plattentyp mit drei Filmschichten,

Fig. 17 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des Strahlaufspalters vom Plattentyp mit "n" Filmschichten, wobei "n" eine ungerade Zahl ist,

Fig. 18 eine grafische Darstellung der Spektral-Transmissionsgradkennlinien einer Ausführungsform des Strahlaufspalters vom Plattentyp mit einer ungeraden Anzahl von Filmschichten, wobei der Transmissionsgrad für P- und S-polarisierte Lichtkomponenten gleich ist,

Fig. 19 eine schematische Darstellung der Beziehung zwischen den Brechungsindices N _L und N _H , bei denen die Ausführungsformen des Strahlaufspalters vom Plattentyp mit drei, fünf, sieben bzw. neun Filmschichten sowohl für P- als auch für S-polarisierende Lichtkomponenten den gleichen Transmissionsgrad aufweisen,

Fig. 20 eine graphische Darstellung der Spektral-Transmissionsgradkennlinien einer Ausführungsform des Strahlaufspalters vom Plattentyp mit fünf Filmschichten, wobei diese Ausführungsform verwendet werden kann, wenn der Brechungsindex des transparenten Substrats hoch ist,

Fig. 21 eine graphische Darstellung der Spektral-Transmissionsgradkennlinien einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strahlaufspalters vom Plattentyp, wobei eine ungerade Anzahl von Filmschichten vorgesehen ist und der Transmissionsgrad T _P für die P-polarisierte Lichtkomponente niedriger ist als der Transmissionsgrad T _S für die S-polarisierte Lichtkomponente und die Verhältnisse T _P : T _S sowie (T _P + T _S ) : (R _P + R _S ) beliebige Werte annehmen können,

Fig. 22 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des Strahlaufspalters vom Plattentyp mit zwei Filmschichten,

Fig. 23 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des Strahlaufspalters vom Plattentyp mit "n" Filmschichten, wobei "n" eine gerade Zahl ist,

Fig. 24 eine graphische Darstellung der Spektral-Transmissionsgradkennlinien einer Ausführungsform des Strahlaufspalters vom Plattentyp mit einer geraden Anzahl von Filmschichten, wobei der Transmissionsgrad für P- und für S-polarisierte Lichtkomponenten gleich ist,

Fig. 25 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen den Brechungsindices N _L und N _H , bei denen die Ausführungsform des Strahlaufspalters vom Plattenty mit zwei, vier, sechs, acht bzw. zehn Filmschichten sowohl für P- als auch für S-polarisierte Lichtkomponenten gleiche Transmissionsgrade aufweisen,

Fig. 26 eine graphische Darstellung der Spektral-Transmissionskennlinien einer Ausführungsform des Strahlaufspalters vom Plattentyp mit vier Filmschichten, wobei diese Ausführungsform eingesetzt werden kann, wenn der Brechungsindex des transparenten Substrats hoch ist, und

Fig. 27 eine graphische Darstellung der Spektral-Transmissionsgradkennlinien einer Ausführungsform des Strahlaufspalters vom Plattentyp mit einer geraden Anzahl von Filmschichten, wobei der Transmissionsgrad T _P für die P-polarisierte Lichtkomponente niedriger ist als der Transmissionsgrad T _S für die S-polarisierte Lichtkomponente und die Verhältnisse T _P : T _S sowie (T _P + T _S ) : (R _P + R _S ) willkürliche Werte annehmen können.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strahlaufspalters vom Prismatyp mit einem Mehrschicht-Interferenzfilm L, der durch Niederschlagen auf einen Prismablock 11 aufgetragen ist, und einem Prismablock 12, der mittels eines Klebers 13 an dem Mehrschicht-Interferenzfilm L haftet. Wenn die Kennlinien des gemäß Fig. 2 aufgebauten Strahlaufteilers derart eingestellt werden, daß der Reflexionsgrad und der Transmissionsgrad jeweils 50% für die p-polarisierte und die S-polarisierte Lichtkomponente betragen, wird von der linken Seite in den Strahlaufspalter eintretendes Einfallicht I in durchgelassenes Licht T und reflektiertes Licht R aufgespalten. Enthält das Einfallicht I die P-polarisierte Lichtkomponente I _P und die S-polarisierte Lichtkomponente I _S jeweils zu einem Anteil von 50%, so beträgt bei einer Gesamtlichtmenge von 100 die Menge des durchgelassenen Lichts T 50 (T _P : T _S = 25 : 25), und die Menge des reflektierten Lichts R beträgt ebenfalls 50 (R _P : R _S = 25 : 25). Somit ist das Verhältnis der P- und der S-polarisierten Lichtkomponenten zueinander in dem durchgelassenen Licht T und dem reflektierenden Licht R gleich dem Verhältnis der P- und S-polarisierten Lichtkomponenten in dem Einfallicht I. Gleichgültig, welches Verhältnis I _P /I _S von polarisierten Lichtkomponenten in dem Einfallicht I existiert, das Komponentenverhältnis ändert sich in dem durchgelassenen Licht und dem reflektierten Licht nicht. Dies ist lediglich ein Beispiel des mit dem erfindungsgemäßen Strahlaufspalter erzielbaren Verhaltens.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strahlaufspalters, bei dem der Mehrschicht-Interferenzfilm L gemäß Fig. 2 aus drei Filmschichten besteht. Der Strahlaufspalter gemäß Fig. 3 enthält ein Substrat S mit einem Brechungsindex N _S , das beispielsweise aus einem glasigen Material wie z. B. BK7 besteht, eine erste Schicht L₁, die eine einen niedrigen Brechungsindex aufweisende Filmschicht mit einem Brechungsindex N _L ist, eine zweite Schicht L₂, bei der es sich um eine einen hohen Brechungsindex aufweisende Filmschicht mit einem Brechungsindex N _H handelt, eine dritte Schicht L₃, bei der es sich um eine einen niedrigen Brechungsindex aufweisende Filmschicht wie die erste Schicht L₁ handelt, und eine Klebstoffschicht O mit einem Brechungsindex N _O . Jede der Schichten L₁ bis L₃ besitzt eine optische Filmdicke von etwa λ₀/4, wobei λ₀ die Normwellenlänge ist. Wenn der Strahlaufspalter in einem Fotoplatten-Wiedergabesystem eingesetzt wird, das mit einem im nahen Infrarotbereich arbeitenden Lasergenerator arbeitet, wird die Normwellenlänge λ₀ beispielsweise auf 925 nm festgelegt. Der Brechungsindex des Substrats S, d. h. der einfallseitige Brechungsindex N _S wird beispielsweise auf 1,52 festgelegt, der Brechungsindex der Klebstoffschicht O, d. h. der durchlaßseitige Brechungsindex N _O wird beispielsweise auf 1,56 festgelegt. Weiterhin wird der Brechungsindex N _L der einen niedrigen Brechungsindex aufweisenden Filmschichten L₁ und L₃ z. B. auf 1,90 (< N _S ) festgelegt. Fig. 5 zeigt die Spektral-Transmissionsgradkennlinien für die P- und S-polarseitigen Lichtkomponenten, die man erhält, wenn der Einfallswinkel 45° beträgt und der Brechungsindex N _H der einen hohen Brechungsindex aufweisenden Filmschicht L₂ unter den oben aufgeführten Bedingungen geändert wird. In Fig. 4 kennzeichnen die Kurven T _P 1 bis T _P 7 die Transmissionsgradkennlinien für die P-polarisierte Lichtkomponente, während die Kurven T _S 1 bis T _S 7 die Durchlaßkennlinien für die S-polarisierte Lichtkomponente kennzeichnen. Die Beziehung zwischen diesen Kennlinien und dem Brechungsindex N _H der einen hohen Brechungsindex aufweisenden Filmschicht ist in Tab. 1 angegeben.

Tabelle 1

(Fig. 5, drei Filmschichten)

Wie klar aus Fig. 5 entnehmbar ist, hat bei dem Strahlaufspalter vom Prismatyp mit drei Filmschichten, der unter den oben beschriebenen Bedingungen eingestellt ist, der Transmissionsgrad T _S für die S-polarisierte Lichtkomponente innerhalb des Wellenlängenbereichs zwischen etwa 700 und 800 nm sein Maximum. Speziell bei N _H = 3,50 sind in der Nähe der Wellenlänge von 800 nm T _P 1 und T _S 1 beide etwa 86%, und der Transmissionsgrad wird sowohl für P- als auch für S-polarisierte Lichtkomponenten gleich. Also kann man für Licht der Wellenlänge λ im Bereich zwischen 750 und 820 nm einen Strahlaufspalter mit einem Transmissionsgrad von 86% ungeachtet des Verhältnisses der P- und der S-polarisierten Lichtkomponenten dadurch erhalten, daß man die einen niedrigeren Brechungsindex aufweisenden Filmschichten mit N _L von 1,90 als die erste und die dritte Filmschicht vorsieht, während als die zweite Filmschicht die einen hohen Brechungsindex aufweisende Filmschicht mit N _H von 3,50 vorgesehen wird.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform des Strahlaufspalters vom Prismatyp mit "n" Filmschichten. Bei dieser Ausführungsform ist als die erste Filmschicht eine einen niedrigen Brechungsindex aufweisende Filmschicht mit einem Brechungsindex N _L und einer Filmdicke von λ₀/4 vorgesehen, und als die zweite Filmschicht ist eine einen hohen Brechungsindex aufweisende Filmschicht mit einem Brechungsindex N _H und einer Filmdicke von λ₀/4 vorgesehen. Auf diese Weise werden "n" Filmschichten derart aufeinandergestapelt, daß die am weitesten oben liegende Filmschicht, d. h. die n-te Filmschicht eine einen niedrigen Brechungsindex aufweisende Filmschicht ist. Demzufolge ist die Gesamtzahl der Filmschichten ungerade. Fig. 6, 7 und 8 zeigen Spektral-Transmissionsgradkennlinien, die man auf die gleiche Weise erhält wie Fig. 5, wobei jedoch die Anzahl der Filmschichten in Fig. 4 fünf, sieben bzw. neun ist. In den Fig. 6 bis 8 haben die Normwellenlänge, der Brechungsindex N _L der einen niedrigen Brechungsindex aufweisenden Filmschichten und die Brechungsindices N _H der einen hohen Brechungsindex aufweisenden Filmschichten die in den Tab. 2 bis 4 dargestellten Werte. Der einfallseitige Brechungsindex N _S , der durchlaßseitige Brechungsindex N _O und der Einfallwinkel sind genauso groß wie bei dem Beispiel gemäß Fig. 5.

Tabelle 2

(Fig. 6, fünf Filmschichten)

Tabelle 3

(Fig. 7, sieben Filmschichten)

Tabelle 4

(Fig. 8, neun Filmschichten)

Wie in den Fig. 6 bis 8 gezeigt ist, können der Transmissionsgrad T _P für die P-polarisierte Lichtkomponente und der Transmissionsgrad T _S für die S-polarisierte Lichtkomponente bei einer Wellenlänge λ in der Nähe von 800 nm unter entsprechenden Bedingungen einander gleichgemacht werden. Außerdem können die Transmissionsgrade T _P und T _S innerhalb eines gewissen Bereichs nach Wunsch eingestellt werden, indem man die Anzahl von Filmschichten entsprechend auswählt. Selbstverständlich können die Werte T _P und T _S auch auf voneinander abweichende Werte eingestellt werden.

Wenn der Strahlenaufspalter nach der Erfindung in dem oben beschriebenen optischen Fotoplatten-Wiedergabesystem eingesetzt wird, ist es im Hinblick auf die Lichtausbeute wünschenswert, daß der Strahlaufspalter 50% Durchlässigkeit besitzt, und daß der Durchlässigkeitsgrad sowohl für P- als auch für S-polarisierte Lichtkomponenten gleich ist. Tab. 5 zeigt die Brechungsindexbedingungen der Phasenaufspalter mit drei bis neun Filmschichten, wodurch der genannten Forderung genügt wird. In Tab. 5 sind der einfallseitige Brechungsindex N _S , der durchlaßseitige Brechungsindex N _O und der Einfallwinkel genauso groß wie oben beschrieben, und es ist beabsichtigt, daß die gewünschten Kennlinien bei einer Wellenlänge λ von 800 nm erhalten werden. Fig. 9 zeigt die Spektral-Transmissionsgradkennlinien der Phasenaufspalter mit den in Tab. 5 dargestellten Besonderheiten für P- und P-polarisierte Lichtkomponenten.

Tabelle 5

(Fig. 9)

Wie in Fig. 9 gezeigt ist, ist es möglich, einen Strahlaufspalter zu schaffen, der eine gewünschte Anzahl von Filmschichten besitzt und eine Durchlässigkeit von 50% (sowohl für P- als auch für S-polarisierte Lichtkomponenten) aufweist, indem man die Brechungsindices N _H und N _L der einen hohen bzw. einen niedrigen Brechungsindex aufweisenden Filmschichten nach Maßgabe der Anzahl der Filmschichten bestimmt. In der Nähe desjenigen Bereichs jedoch, in welchem der Durchlässigkeitsgrad für P- und S-polarisierte Lichtkomponenten etwa gleich ist, besteht die Tendenz, daß die Kurve für den Transmissionsgrad T _S für die S-polarisierte Lichtkomponente schärfer wird, wenn die Anzahl von Filmschichten ansteigt. Vom Standpunkt der fertigungsbedingten Schwankungen ist es daher von Vorteil, die Anzahl der Filmschichten kleiner zu halten. Wie oben jedoch beschrieben wurde, wird bei verringerter Anzahl von Filmschichten, beispielsweise bei drei Filmschichten, die Toleranz des Brechungsindex N _L der einen niedrigen Brechungsindex aufweisenden Filmschichten schmal.

Fig. 10 zeigt die Bedingungen für den hohen Brechungsindex N _H der einen hohen Brechungsindex aufweisenden Filmschicht und den Brechungsindex N _L der einen niedrigen Brechungsindex aufweisenden Filmschicht, die notwendig sind, um einen gleichen Transmissionsgrad sowohl für die P- als auch für die S-polarisierten Lichtkomponenten in der Nähe einer Wellenlänge λ im Bereich von 800 ± 20 nm im Hinblick auf die Anzahl von Filmschichten (Ln) zu erhalten. Die übrigen Bedingugnen, d. h. der einfallseitige Brechungsindex N _S , der Einfallwinkel u. dgl. sind genauso groß wie bei den oben geschilderten Fällen. In Fig. 10 kennzeichnen die gestrichelten Linien die Linien gleichen Transmissionsgrads T (T _P = T _S ) für die P- und S-polarisierten Lichtkomponenten.

Wie in Fig. 10 gezeigt ist, besteht die Möglichkeit, die Transmissionsgrade T _P + T _S für P- und S-polarisierte Lichtkomponenten bei irgendeiner Anzahl von Filmschichten einander anzugleichen, indem man die Bedingungen der Brechungsindices N _H und N _L einstellt, und es ist außerdem möglich, die Transmissionsgrade auf irgendwelche Werte einzustellen. Im allgemeinen jedoch wird die Toleranz für den niedrigsten Brechungsindex N _L klein, wenn die Anzahl von Filmschichten (Ln) abnimmt, und die Toleranz für den hohen Brechungsindex N _H wird schmal, wenn die Anzahl von Filmschichten (Ln) ansteigt. In Anbetracht dieser Umstände ist ein Strahlaufspalter mit fünf Filmschichten vorteilhaft, da die Steuerung des Herstellungsvorgangs relativ einfach ist.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen ist der einfallseitige Brechungsindex auf 1,52 festgelegt, der durchlaßseitige Brechungsindex ist auf 1,56 festgelegt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Bedingungen beschränkt. Wenn beispielsweise der in dem Fotoplatten-Wiedergabesystem verwendete Lasergenerator ein im nahen Infrarotbereich arbeitender Laser ist, reicht es aus, daß das Substrat im nahen Infrarot-Wellenlängenbereich durchlässig ist, und daher kann das Substrat aus Silicium od. dgl. bestehen. Fig. 11 zeigt die Spektral-Transmissionsgradkennlinien einiger Strahlaufspalter mit fünf Filmschichten, bei denen die Transmissionsgrade T _P und T _S für die P- und die S-polarisierten Lichtkomponenten in der Nähe einer Wellenlänge von 800 nm gleich sind, wenn der einfallseitige Brechungsindex und der durchlaßseitige Brechungsindex 4,0 betragen. In jedem Fall beträgt der Einfallwinkel 45°, und die Brechungsindices N _H und N _L der jeweiligen Filmschichten sind in Tab. 6 angegeben.

Tabelle 6

(Fig. 11, fünf Filmschichten)

Außerdem ist es gemäß der Erfindung möglich, einen Strahlaufspalter zu schaffen, bei dem der Transmissionsgrad T _P für die polarisierte Lichtkomponente niedriger ist als der Transmissionsgrad T _S für die S-polarisierte Lichtkomponente innerhalb eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs, indem entsprechende Brechungsindexbedingungen geschaffen werden, wie in Fig. 12 dargestellt ist. Fig. 12 zeigt die Transmissionsgrade T _P und T _S für die P- und S-polarisierten Lichtkomponenten, die man erhält, wenn der einfallseitige Brechungsindex N _S 1,52, der durchlaßseitige Brechungsindex N _O 1,56, der Einfallwinkel 45°, die Normwellenlänge λ₀ 890 nm, der Brechungsindex N _L einen festen Wert von 2,20 aufweist und der Brechungsindex N _H geändert wird. Die Anzahl von Filmschichten beträgt fünf (die Filmdicke jeder Filmschicht beträgt λ₀/4). Die Beziehung zwischen dem Brechungsindex N _H und den Durchlässigkeitsgraden T _P und T _S ist in Tab. 7 angegeben.

Tabelle 7

(Fig. 12, fünf Filmschichten)

Erfindungsgemäß lassen sich die besonderen Kennlinien gemäß Fig. 12, die bei einem herkömmlichen Strahlaufspalter nicht erreichbar sind, sehr einfach erreichen. Die Erfindung schafft also verschiedene optische Systeme mit neuen Funktionsweisen.

Fig. 13 zeigt die Kennlinien einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strahlaufspalters mit sieben Filmschichten. Die Kennlinien werden erhalten, wenn sich der Einfallwinkel ändert. Bei dieser Ausführungsform betragen die Filmdicke der zweiten und der sechsten Filmschicht, bei denen es sich um einen hohen Brechungsindex aufweisende Filmschichten handelt, 0,55 × (λ₀/4) und die Dicke der anderen Filmschichten λ₀/4. Der einfallseitige Brechungsindex N _S beträgt 1,52, der durchlaßseitige Brechungsindex N _O beträgt 1,56, der Brechungsindex N _L beträgt 2,20, der Brechungsindex N _H beträgt 3,50, und die Normwellenlänge λ₀ beträgt 1035 nm. Die Beziehung zwischen dem Einfallwinkel (α) und den Kennlinien ist in Tab. 8 niedergelegt.

Tabelle 8

(Fig. 13, sieben Filmschichten)

Wie oben beschrieben wurde, braucht erfindungsgemäß die Filmdicke jeder Filmschicht nicht stets etwa λ₀/4 zu betragen. Es versteht sich weiterhin, daß eine Änderung des Einfallwinkels (a) zu einer allgemeinen Wellenlängenverschiebung führt, wie sie in herkömmlichen optischen Dünnschichtsystemen angetroffen wird, wenn eine Änderung der relativen Schichtdicke erfolgt.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen hat der Strahlaufspalter Prismaform. Es ist jedoch auch möglich, den Strahlaufspalter nach der Erfindung als Plattentyp auszubilden. Im folgenden werden verschiedene Strahlaufspalter vom Plattentyp beschrieben.

Fig. 15 zeigt die Kennlinien einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strahlaufspalters, welcher hier als Plattentyp ausgebildet ist. Der in Fig. 15 dargestellte Strahlaufspalter enthält ein plattenähnliches Substrat 10 und einen Mehrschicht-Interferenzfilm L, der durch Niederschlagung auf das plattenähnliche Substrat 10 aufgebracht ist.

Wenn die Kennlinien des Strahlaufspalters gemäß Fig. 15 so eingestellt werden, daß Reflexionsgrad und Transmissionsgrad jeweils für P- und für S-polarisierte Lichtkomponenten 50% betragen, wird das von der linken Seite gemäß Fig. 15 in den Strahlaufspalter eintretende Einfallicht I in durchgelassenes Licht T und reflektiertes Licht R aufgespalten. Wenn das Einfallicht I die P-polarisierte Lichtkomponente I _P und die S-polarisierte Lichtkomponente I _S jeweils zu einem Anteil von 50% enthält, beträgt bei einer Gesamtlichtmenge von 100 der Anteil des durchgelassenen Lichts T 50 (T _P : T _S = 25 : 25), und der Anteil des reflektierten Lichts R beträgt ebenfalls 50 (R _P : R _S = 25 : 25). Somit ist das Verhältnis der P- und S-polarisierten Lichtkomponenten zueinander in dem durchgelassenen Licht T und in dem reflektierten Licht R gleich dem Verhältnis der P- und S-polarisierten Lichtkomponenten in dem Einfallicht I. Gleichgültig, welches Verhältnis I _P /I _S von polarisierten Lichtkomponenten in dem Einfallicht I vorliegt, das Komponentenverhältnis ändert sich in dem durchgelassenen Licht und dem reflektierten Licht nicht. Dies ist lediglich ein Beispiel für die Kennlinien, die mit dem in Fig. 15 dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Strahlaufspalters erzielbar sind.

Fig. 16 zeigt eine Ausführungsform des Strahlaufspalters, bei der der Mehrschicht-Interferenzfilm L gemäß Fig. 15 aus drei Filmschichten besteht. Der Strahlaufspalter nach Fig. 16 enthält ein Substrat S mit einem Brechungsindex N _S , welches beispielsweise aus glasigem Material wie BK7 hergestellt ist, eine einen niedrigen Brechungsindex aufweisende erste Schicht L₁ mit einem Brechungsindex N _L , eine einen hohen Brechungsindex aufweisende zweite Schicht L₂ mit einem Brechungsindex N _H und eine dritte Schicht L₃, die wie die erste Schicht L₁ als eine Filmschicht mit niedrigem Brechungsindex ausgebildet ist. Das Umgebungsmedium ist Luft mit einem Brechungsindex N _O von 1,0. Jede der Schichten L₁ bis L₃ besitzt eine optimale Filmdicke von etwa λ₀/4, wobei λ₀ die notwendige Normwellenlänge ist.

Fig. 17 zeigt eine Ausführungsform des Strahlaufspalters vom Plattentyp mit "n" Filmschichten. Bei dieser Ausführungsform ist als die erste Filmschicht eine einen niedrigen Brechungsindex aufweisende Filmschicht mit einem Brechungsindex N _L und einer Filmdicke von λ₀/4 und als die zweite Schicht eine einen hohen Brechungsindex aufweisende Filmschicht mit einem Brechungsindex N _H und einer Filmdicke von λ₀/4 vorgesehen. Auf diese Weise werden "n" Filmschichten derart aufeinandergestapelt, daß die am weitesten oben liegende Filmschicht, d. h. die n-te Filmschicht eine einen niedrigen Brechungsindex aufweisende Schicht ist. Demzufolge ist die Gesamtzahl der Filmschichten ungerade.

Wenn der Strahlaufteiler gemäß Fig. 17 in dem optischen Fotoplatten-Wiedergabesystem, welches einen im nahen Infrarotbereich arbeitenden Lasergenerator aufweist, eingesetzt wird, so ist es im Hinblick auf die Lichtausbeute wünschenswert, daß der Strahlaufteiler eine Durchlässigkeit von 50% aufweist, und daß der Transmissionsgrad sowohl für P- als auch für S-polarisierte Lichtkomponenten gleich ist. Tab. 9 zeigt die Brechungsindexbedingungen für die Strahlaufteiler mit drei bis neun Filmschichten, um dem erwähnten Erfordernis zu genügen. In Tab. 9 beträgt der einfallseitige Brechungsindex N _O 1,0, der durchlaßseitige Brechungsindex N _S 1,52, der Einfallwinkel 45°, und es ist beabsichtigt, daß das gewünschte Verhalten bei einer Wellenlänge λ von 800 nm erzielt wird. Fig. 18 zeigt die Spektral-Transmissionsgradkennlinien der Strahlaufteiler gemäß Tab. 9 für die P- und S-polarisierten Lichtkomponenten.

Tabelle 9

(Fig. 18)

Wie Fig. 18 zeigt, ist es möglich, einen Strahlaufspalter mit einer gewünschten Anzahl von Filmschichten zu erhalten, der 50% Durchlässigkeit (sowohl für P- als auch für S-polarisierte Lichtkomponenten) aufweist, indem man die Brechungsindices N _H und N _L der einen hohen bzw. einen niedrigen Brechungsindex aufweisenden Filmschichten nach Maßgabe der Anzahl der Filmschichten festlegt. In der Nähe des Bereichs jedoch, in dem der Transmissionsgrad für P- und S-polarisierte Lichtkomponenten etwa gleich ist, besteht die Tendenz, daß die Kurve des Transmissionsgrads T _S für die S-polarisierte Lichtkomponente mit ansteigender Anzahl von Filmschichten schärfer wird. Daher ist es vom Standpunkt der herstellungsbedingten Schwankungen und der Abhängigkeit vom Einfallwinkel vorteilhaft, die Anzahl der Filmschichten kleiner zu wählen.

Fig. 19 zeigt die Bedingungen für den hohen Brechungsindex N _H der einen hohen Brechungsindex aufweisenden Filmschicht und den Brechungsindex N _L der einen niedrigen Brechungsindex aufweisenden Filmschicht, um einen gleichen Transmissionsgrad für die P- und S-polarisierten Lichtkomponenten in der Nähe eines Bereichs von Wellenlängen (λ) von 800 ± 20 nm zu erhalten, wobei die Bedingungen auf die Anzahl von Filmschichten (Ln) bezogen sind. Die übrigen Bedingungen, d. h. der durchlaßseitige Brechungsindex N _S , der Einfallwinkel u. dgl. sind genauso groß wie oben beschrieben. In Fig. 19 kennzeichnen die gestrichelten Linien die Linien für gleiche Transmissionsgrade T (T _P = T _S ) für die P- und die S-polarisierten Lichtkomponenten.

Wie Fig. 19 zeigt, ist es möglich, die Transmissionsgrade T _P und T _S für die P- bzw. S-polarisierten Lichtkomponenten bei irgendeiner Anzahl von Filmschichten einander anzugleichen, indem man die Bedingungen der Brechungsindices N _H und N _L einstellt, und es ist außerdem möglich, die Transmissionsgrade auf beliebige Werte einzustellen.

In den oben beschriebenen Ausführungsformen des Plattentyps ist der einfallseitige Brechungsindex auf 1,0 und der durchlaßseitige Brechungsindex auf 1,52 festgelegt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Bedingungen beschränkt. Wenn beispielsweise in dem optischen Fotoplatten-Wiedergabesystem ein im nahen Infrarotbereich arbeitender Lasergenerator eingesetzt wird, so kann das Substrat aus Silicium, Germanium oder dgl. bestehen. Fig. 20 zeigt die spektralen Durchlässigkeitskennlinien einiger Stahlaufspalter mit fünf Filmschichten und gleichen Durchlässigkeitsgraden T _P und T _S für T- und S-polarisierte Lichtkomponenten in der Nähe einer Wellenlänge von 800 nm bei einem einfallseitigen Brechungsindex von 1,0 und einem durchlaßseitigen Brechungsindex von 4,0. Der Einfallwinkel beträgt in jedem Fall 45°, die Brechungsindices N _H und N _L der jeweiligen Filmschichten sind in Tab. 10 angegeben.

Tabelle 10

(Fig. 20, fünf Filmschichten)

Weiterhin ermöglicht es die Erfindung, einen Strahlaufspalter vom Plattentyp zu schaffen, bei dem der Transmissionsgrad T _P für die P-polarisierte Lichtkomponente niedriger ist als der Transmissionsgrad T _S für die S-polarisierte Lichtkomponente innerhalb eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs, was von den Brechungsindex-Bedingungen abhängt, wie in Fig. 1 dargestellt ist. In Fig. 1 gilt T _P < T _S 1. Weiterhin können das Verhältnis T _P : T _S und das Verhältnis (T _P + T _S ) : (R _P : R _S ) nach Wunsch eingestellt werden. Fig. 21 zeigt die Durchlässigkeitsgrade T _P und T _S für die P- und S-polarisierten Lichtkomponenten bei einem einfallseitigen Brechungsindex N _O von 1,0, einem durchlaßseitigen Brechungsindex N _S von 1,52, einem Einfallwinkel von 45°, einer Normwellenlänge λ₀ von 860 nm und einem auf einen Wert von 1,6 festgelegten Brechungsindex N _L für die einen niedrigen Brechungsindex aufweisenden Filmschichten, während der Brechungsindex N _H der einen hohen Brechungsindex aufweisenden Filmschichten geändert wird. Die Anzahl von Filmschichten beträgt fünf (die optische Dicke jeder Filmschichten beträgt λ₀/4), und die Beziehung zwischen dem Brechungsindex N _H und den Transmissionsgraden T _P und T _S ist in Fig. 11 gezeigt.

Tabelle 11

(Fig. 21, fünf Filmschichten)

Die Erfindung ermöglicht die einfache Erzielung der besonderen Kennlinien gemäß Fig. 21, welche mit herkömmlichen Strahlenaufspaltern nicht erreicht werden könnten. Die Erfindung schafft also verschiedene optische Systeme mit neuen Funktionsweisen.

Auch in den Ausführungsformen gemäß den Fig. 16 bis 21 beträgt die optische Filmdicke jeder Filmschicht etwa λ₀/4. Es ist jedoch auch möglich, die gewünschten spektralen Kennlinien dadurch zu erhalten, daß man die Filmdicke ändert, da die optische Dicke zum Bestimmen der Phase jeder Filmschicht eine Funktion des Brechungsindex und der Filmdicke ist.

In sämtlichen oben beschriebenen Ausführungsformen besteht der Mehrschicht-Interferenzfilm L des Strahlaufspalters aus einer ungeraden Anzahl von Filmschichten. Jedoch kann der Mehrschicht-Interferenzfilm L auch aus einer geraden Anzahl von Filmschichten bestehen. Im folgenden werden verschiedene Ausführungsformen des Strahlaufspalters vom Plattentyp entsprechend Fig. 15 beschrieben, wobei diese eine gerade Anzahl von Filmschichten besitzen. Fig. 22 bis 27 zeigen derartige Ausführungsformen.

Fig. 22 zeigt eine Ausführungsform des Strahlaufspalters, bei der der Mehrschicht-Interferenzfilm L gemäß Fig. 15 aus zwei Filmschichten besteht. Der Strahlaufspalter nach Fig. 22 enthält ein Substrat S mit einem Brechungsindex N _S , bestehend aus beispielsweise einem glasigen Material wie BK7, eine erste Schicht L₁, die eine einen niedrigen Brechungsindex aufweisende Filmschicht mit einem Brechungsindex N _L ist, und eine zweite Filmschicht L₂, die eine einen hohen Brechungsindex aufweisende Filmschicht mit einem Brechungsindex N _H ist. Das Umgebungsmedium ist Luft mit einem Brechungsindex N _O von 1,0. Jede der Schichten L₁ bis L₃ besitzt eine optische Filmdicke von etwa g₀/4, wobei λ₀ die Normwellenlänge ist.

Fig. 23 zeigt eine Ausführungsform des Strahlaufspalters vom Plattentyp mit "n" Filmschichten. Bei dieser Ausführungsform ist als die erste Filmschicht eine einen hohen Brechungsindex aufweisende Filmschicht mit einem Brechungsindex N _H und einer Filmdicke von λ₀/4 vorgesehen, und als die zweite Schicht ist eine einen niedrigen Brechungsindex aufweisende Filmschicht mit einem Brechungsindex N _L und einer Filmdicke von λ₀/4 vorgesehen. Auf diese Weise werden "n" Filmschichten derart aufeinandergestapelt, daß die am weitesten oben liegende Filmschicht, d. h. die n-te Filmschicht eine Filmschicht mit niedrigem Brechungsindex ist. Folglich ist die Gesamtzahl von Filmschichten gerade.

Wenn der erfindungsgemäße Strahlaufstapler gemäß Fig. 23 in dem einen im nahen Infrarotbereich arbeitenden Laser aufweisenden Fotoplatten-Wiedergabesystem verwendet wird, ist es angesichts der Lichtausbeute wünschenswert, daß der Strahlaufteiler 50% Durchlässigkeit aufweist, und daß der Durchlässigkeitsgrad sowohl für P- als auch für S-polarisierte Lichtkomponenten gleich ist. Tab. 12 zeigt die Brechungsindexbedingungen der Strahlaufspalter mit zwei bis zehn Filmschichten, um dem genannten Erfordernis zu genügen. In Tab. 12 beträgt der einfallseitige Brechungsindex N _O 1,0, der durchlaßseitige Brechungsindex N _S beträgt 1,52, der Einfallwinkel beträgt 45°, und es ist beabsichtigt, daß die gewünschten Kennlinienverläufe bei einer Wellenlänge λ von 800 nm erhalten werden. Fig. 24 zeigt die spektralen Durchlaßkennlinien der Strahlaufspalter gemäß Fig. 12 für die P- und S-polarisierten Lichtkomponenten.

Tabelle 12

(Fig. 24)

Wie Fig. 24 zeigt, ist es möglich, einen Strahlaufspalter mit einer gewünschten Anzahl von Filmschichten zu erhalten, der eine 50%ige Durchlässigkeit (sowohl für P- als auch für S-polarisierte Lichtkomponenten) aufweist, indem man die Brechungsindeces N _H und N _L der einen hohen bzw. einen niedrigen Brechungsindex aufweisenden Schichten nach Maßgabe der Filmschichten festlegt. In der Nähe des Bereichs, in dem der Transmissionsgrad für die P- und die S-polarisierten Lichtkomponenten etwa gleich ist, besteht jedoch die Tendenz, daß die Kurve des Durchlässigkeitsgrads T _S für die S-polarisierte Lichtkomponente bei ansteigender Anzahl von Filmschichten schärfer wird. Daher ist es angesichts der herstellungsbedingten Schwankungen und der Abhängigkeit vom Einfallswinkel vorteilhaft, daß die Anzahl von Filmschichten kleiner ist.

Fig. 25 zeigt die Bedingungen für den hohen Brechungsindex N _H und den niedrigen Brechungsindex N _L , die erfüllt werden müssen, damit sowohl für die P- als auch die S-polarisierten Lichtkomponenten der Transmissionsgrad in der Nähe eines Wellenlängenbereichs (λ) von 800 ± 20 nm bezüglich der Anzahl von Filmschichten (Ln) gleich ist. Die übrigen Bedingungen, d. h. der durchlaßseitige Brechungsindex N _S , der Einfallwinkel und dgl. sind die gleichen wie bei den obigen Fällen. In Fig. 25 kennzeichnen die gestrichelten Linien die Linien gleicher Transmissionsgrade T (T _P = T _S ) für die P- und S-polarisierten Lichtkomponenten.

Wie Fig. 25 zeigt, ist es möglich, die Transmissionsgrade T _P und T _S für die P- und die S-polarisierten Lichtkomponenten bei einer geraden Anzahl von Filmschichten dadurch einander anzugleichen, daß man die Bedingungen für die Brechungsindices N _H und N _L einstellt, und es ist auch möglich, die Transmissionsgrade auf irgendwelche Werte einzustellen.

Bei den oben anhand der Fig. 24und 25 beschriebenen Ausführungsformen beträgt der einfallseitige Brechungsindex 1,0 und der durchlaßseitige Brechungsindex 1,52. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Bedingungen beschränkt. Wenn beispielsweise in dem Fotoplatten-Wiedergabesystem ein im nahen Infrarotbereich arbeitender Laser verwendet wird, kann das Substrat aus Silicium, Germanium od. dgl. bestehen. Fig. 26 zeigt die spektralen Durchlässigkeitskennlinien einiger Strahlaufspalter mit vier Filmschichten und gleichen Transmissionsgraden T _P und T _S für die P- und die S-polarisierten Lichtkomponenten in der Nähe einer Wellenlänge von 800 nm, wobei der einfallseitige Brechungsindex 1,0 und der durchlaßseitige Brechungsindex 4,0 beträgt. Der Einfallwinkel beträgt in jedem Fall 45°, und die Brechungsindices N _H und N _L der jeweiligen Filmschichten sind in der Tab. 13 angegeben.

Tabelle 13

(Fig. 26, vier Filmschichten)

Die Erfindung macht es außerdem möglich, einen Strahlaufteiler vom Plattentyp zu schaffen, bei dem der Transmissionsgrad T _P für die P-polarisierte Lichtkomponente niedriger ist als der Transmissionsgrad T _S für die S-polarisierte Lichtkomponente innerhalb eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs, und zwar nach Maßgabe der Brechungsindexbedingungen, wie es in Fig. 27 gezeigt ist. In Fig. 27 gilt T _P 1 = T _S 1. Außerdem können die Verhältnisse T _P : T _S und (T _P + T _S ) : (R _P + R _S ) nach Wunsch eingestellt werden. Fig. 27 zeigt die Transmissionsgrade T _P und T _S für die P-polarisierten Lichtkomponenten, die man dann erhält, wenn der einfallseitige Brechungsindex N _O 1,0, der durchlaßseitige Brechungsindex N _S 1,52, der Einfallwinkel 45°, die Normwellenlänge λ₀ 845 nm, der Brechungsindex N _L 1,80 betragen und der Brechungsindex N _H der einen hohen Brechungsindex aufweisenden Filmschichten geändert wird. Die Anzahl von Filmschichten beträgt sechs (die optische Filmdicke in jeder Filmschicht beträgt λ₀/4), und die Beziehung zwischen dem Brechungsindex N _H und den Transmissionsgraden T _P und T _S ist in Tab. 14 gezeigt.

Tabelle 14

(Fig. 27, sechs Filmschichten)

Durch die Erfindung werden die besonderen Kennlinien nach Fig. 27 auf einfache Weise erreicht. Bei den herkömmlichen Strahlaufspaltern könnten diese Kennlinien nicht erzielt werden. Die Erfindung schafft also verschiedene optische Systeme mit neuen Funktionsweisen.

Auch bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 22 bis 27 beträgt die optische Filmdicke in jeder Filmschicht etwa λ₀/4. Es ist jedoch auch möglich, die gewünschten spektralen Kennlinien dadurch zu erhalten, daß man die Filmdicke ändert, da die optische Dicke zum Bestimmen der Phase jeder Filmschicht eine Funktion des Brechungsindex und der Filmdicke ist.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen können für die jeweiligen Filmschichten verschiedene Niederschlagungsmaterialien eingesetzt werden. Beispielsweise eignet sich Si als Material mit hohem Brechungsindex, und TiO₂, ZnO₂, SnO₂, ZnS, Ce₂O₃ Al₂O₃, CeF₃; Nd₂O₃ und In₂O₃ eignen sich als Materialien mit niedrigem Brechungsindex. Besonders Si hat Vorteile, da der Brechungsindex in dem Bereich von drei bis fünf variiert werden kann, indem man die Niederschlagsbedingungen (Substrattemperatur, Niederschlagungsrate u. dgl.) ändert. Normalerweise liegt die Substrattemperatur beim Niederschlagungsprozeß in dem Bereich zwischen 300 und 400°C. Um einen gewünschten Brechungsindex zu erhalten, kann zur Bildung jeder Filmschicht eine äquivalente Schicht verwendet werden, die aus einer Anzahl von Unterschichten mit niedrigerem Brechungsindex besteht. Die äquivalente Schicht ist insofern vorteilhaft, als ein Brechungsindex innerhalb eines gewünschten Bereichs auf äquivalente Weise erzielt werden kann (theoretisch kann jeder Brechungsindex erhalten werden).

Claims (6)

1. Strahlaufspalter, mit einem einen Brechungsindex N _S aufweisenden, transparenten Substrat, mindestens zwei einen niedrigen Brechungsindex N _L aufweisenden Filmschichten, und mindestens einer einen hohen Brechungsindex N _H aufweisenden Filmschicht, deren Brechungsindex N _H höher ist als der Brechungsindex N _L , wobei die Filmschichten mit niedrigem Brechungsindex und die Filmschicht mit hohem Brechungsindex abwechsend auf dem transparenten Substrat derart gestapelt sind, daß die am weitesten oben befindliche sowie die am weitesten unten befindliche Filmschicht des Stapels welche mit niedrigem Brechungsindex sind, und der Brechungsindex N _L höher ist als der Brechungsindex N _S des Substrats, der der Bedingung 1,3 < N _S < 4genügt, dadurch gekennzeichnet, daß zur freien Wählbarkeit des Durchlaßverhältnisses (Reflexionsverhältnisses) der P- und S-Komponenten des Lichts die Brechungsindices N _H und N _L den Bedingungen:2,5 < N _H < 8bzw.1,4 < N _L < 5genügen, wobei Filmschichten mit Brechungsindices über 4 in an sich bekannter Weise als äquivalente Schichten aus jeweils mehreren Unterschichten gebildet sind.

2. Strahlaufspalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Filmdicke jeder Filmschicht etwa λ₀/4 beträgt.

3. Strahlaufspalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das transparente Substrat Prismenform aufweist, und daß die am weitesten oben befindliche Filmschicht des Stapels an dem Prismablock mittels einer Klebschicht haftet.

4. Strahlaufspalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das transparente Substrat Plattenform aufweist und sich in Luft (mit einem Brechungsindex (N _O ) von 1,0) befindet.

5. Strahlenaufspalter nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brechungsindices N _H und N _L den Bedingungen 2,5 < N _K < 5bzw.1,6 < N _L < 3genügen.

6. Strahlaufspalter nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Filmschicht mit dem Brechungsindex N _H aus Si besteht, und daß die Filmschichten mit dem Brechungsindex N _L aus einem Material der Gruppe TiO₂, ZnS, CeO₃, CeF₃, Nd₂O₃, In₂O₃, MgF₂ und Al₂O₃ bestehen.