JP2001013308A - プリズム式ビームスプリッタ - Google Patents
プリズム式ビームスプリッタInfo
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- JP2001013308A JP2001013308A JP11181665A JP18166599A JP2001013308A JP 2001013308 A JP2001013308 A JP 2001013308A JP 11181665 A JP11181665 A JP 11181665A JP 18166599 A JP18166599 A JP 18166599A JP 2001013308 A JP2001013308 A JP 2001013308A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 透過率・反射率の波長依存性が低く、Ｐ偏光
成分とＳ偏光成分との特性差が小さいプリズム式ビーム
スプリッタを提供する。 【解決手段】 光半透膜(HM)は、第１プリズム(Pr1)側
から第２プリズム(Pr2)側へ順に、低屈折率材料又は中
屈折率材料から成る第１誘電体層(L1)と、高屈折率材料
から成る第２誘電体層(L2)と、Agから成る金属膜(LM)
と、高屈折率材料から成る第３誘電体層(L3)と、低屈折
率材料又は中屈折率材料から成る第４誘電体層(L4)と、
の５層構造を有する。
成分とＳ偏光成分との特性差が小さいプリズム式ビーム
スプリッタを提供する。 【解決手段】 光半透膜(HM)は、第１プリズム(Pr1)側
から第２プリズム(Pr2)側へ順に、低屈折率材料又は中
屈折率材料から成る第１誘電体層(L1)と、高屈折率材料
から成る第２誘電体層(L2)と、Agから成る金属膜(LM)
と、高屈折率材料から成る第３誘電体層(L3)と、低屈折
率材料又は中屈折率材料から成る第４誘電体層(L4)と、
の５層構造を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はプリズム式ビームス
プリッタに関するものであり、例えば各種光学機器(光
ディスク装置等)に光導波路結合・分岐用の主要光学部
品等として用いられるプリズム式ビームスプリッタに関
するものである。
プリッタに関するものであり、例えば各種光学機器(光
ディスク装置等)に光導波路結合・分岐用の主要光学部
品等として用いられるプリズム式ビームスプリッタに関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】ビームスプリッタには、以下のような光
学的性質が要求される。第１の光学的性質は、透過率・
反射率の波長依存性が低いことである。広い可視波長域
にわたって透過率特性や反射率特性がフラットでない
と、色づき等の問題が生じるからである。第２の光学的
性質は、吸収率が小さいことである。吸収率が大きい
と、光量が低下して高い効率が得られないからである。
第３の光学的性質は、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分との特性
差が小さいことである。偏光成分に対する性能が影響を
受けやすいデリケートな光学系では、Ｐ，Ｓ各偏光成分
の透過率・反射率について特性差が大きいと、色づき等
の問題が生じるからである。
学的性質が要求される。第１の光学的性質は、透過率・
反射率の波長依存性が低いことである。広い可視波長域
にわたって透過率特性や反射率特性がフラットでない
と、色づき等の問題が生じるからである。第２の光学的
性質は、吸収率が小さいことである。吸収率が大きい
と、光量が低下して高い効率が得られないからである。
第３の光学的性質は、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分との特性
差が小さいことである。偏光成分に対する性能が影響を
受けやすいデリケートな光学系では、Ｐ，Ｓ各偏光成分
の透過率・反射率について特性差が大きいと、色づき等
の問題が生じるからである。
【０００３】上記光学的性質を備えるための従来の仕様
として、金属膜のみを有するもの、単元素半導体を有す
るもの、金属膜と誘電体層を有するものが挙げられる。
金属膜を構成する材料としては、銀(Ag)，アルミニウム
(Al)，金(Au)，クロム(Cr)等が挙げられる。また、広い
可視波長域にわたって透過率・反射率の波長依存性を低
くするのに適した金属材料としては、銀やアルミニウム
が一般的である。耐環境試験等の信頼性を考慮した場
合、銀よりもアルミニウムが選択されることが多い。し
かしアルミニウムを用いると、銀を用いた場合よりも金
属薄膜の膜厚が薄くなり、製造工程における膜厚制御が
難しくなる。このため、精度の高い光学特性が要求され
る場合には、その製造しやすさから銀(Ag)膜を用いて構
成することが望ましい。
として、金属膜のみを有するもの、単元素半導体を有す
るもの、金属膜と誘電体層を有するものが挙げられる。
金属膜を構成する材料としては、銀(Ag)，アルミニウム
(Al)，金(Au)，クロム(Cr)等が挙げられる。また、広い
可視波長域にわたって透過率・反射率の波長依存性を低
くするのに適した金属材料としては、銀やアルミニウム
が一般的である。耐環境試験等の信頼性を考慮した場
合、銀よりもアルミニウムが選択されることが多い。し
かしアルミニウムを用いると、銀を用いた場合よりも金
属薄膜の膜厚が薄くなり、製造工程における膜厚制御が
難しくなる。このため、精度の高い光学特性が要求され
る場合には、その製造しやすさから銀(Ag)膜を用いて構
成することが望ましい。
【０００４】金属膜として銀膜を有するビームスプリッ
タは、特公昭62-39401号公報，特開昭60-28603号公報，
特開平7-20306号公報等で提案されている。特公昭62-39
401号公報で提案されているビームスプリッタは、プリ
ズムより高い屈折率材料から成る誘電体薄膜を一方のプ
リズムと銀膜との間に備えており、プリズムより低い屈
折率材料から成る誘電体薄膜を他方のプリズムと銀膜と
の間に備えている。特開昭60-28603号公報で提案されて
いるビームスプリッタは、中屈折率材料から成る誘電体
層を一方のプリズムと銀膜との間に備えており、高屈折
率材料から成る誘電体層を他方のプリズムと銀膜との間
に備えている。特開平7-20306号公報で提案されている
ビームスプリッタは、屈折率が1.8より大きく2.6以下の
材料から成る第１誘電体層を一方のプリズムと銀膜との
間に備えており、屈折率が2.1以上2.6以下の材料から成
る第２誘電体層と屈折率が1.8より大きく2.1以下の材料
から成る第３誘電体層とを他方のプリズムと銀膜との間
に備えている。
タは、特公昭62-39401号公報，特開昭60-28603号公報，
特開平7-20306号公報等で提案されている。特公昭62-39
401号公報で提案されているビームスプリッタは、プリ
ズムより高い屈折率材料から成る誘電体薄膜を一方のプ
リズムと銀膜との間に備えており、プリズムより低い屈
折率材料から成る誘電体薄膜を他方のプリズムと銀膜と
の間に備えている。特開昭60-28603号公報で提案されて
いるビームスプリッタは、中屈折率材料から成る誘電体
層を一方のプリズムと銀膜との間に備えており、高屈折
率材料から成る誘電体層を他方のプリズムと銀膜との間
に備えている。特開平7-20306号公報で提案されている
ビームスプリッタは、屈折率が1.8より大きく2.6以下の
材料から成る第１誘電体層を一方のプリズムと銀膜との
間に備えており、屈折率が2.1以上2.6以下の材料から成
る第２誘電体層と屈折率が1.8より大きく2.1以下の材料
から成る第３誘電体層とを他方のプリズムと銀膜との間
に備えている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記い
ずれのビームスプリッタおいても、透過率・反射率の波
長依存性やＰ，Ｓ各偏光成分の特性差が十分に改善され
ているとは言えない。
ずれのビームスプリッタおいても、透過率・反射率の波
長依存性やＰ，Ｓ各偏光成分の特性差が十分に改善され
ているとは言えない。
【０００６】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであって、透過率・反射率の波長依存性が低く、Ｐ
偏光成分とＳ偏光成分との特性差が小さいプリズム式ビ
ームスプリッタを提供することを目的とする。
ものであって、透過率・反射率の波長依存性が低く、Ｐ
偏光成分とＳ偏光成分との特性差が小さいプリズム式ビ
ームスプリッタを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明のプリズム式ビームスプリッタは、第１
プリズム，第２プリズム，及びその第１，第２プリズム
間に設けられた光半透膜から成るプリズム式ビームスプ
リッタであって、前記光半透膜が、前記第１プリズム側
から前記第２プリズム側へ順に、低屈折率材料又は中屈
折率材料から成る第１誘電体層と、高屈折率材料から成
る第２誘電体層と、Agから成る金属膜と、高屈折率材料
から成る第３誘電体層と、低屈折率材料又は中屈折率材
料から成る第４誘電体層と、の５層構造を有することを
特徴とする。
に、第１の発明のプリズム式ビームスプリッタは、第１
プリズム，第２プリズム，及びその第１，第２プリズム
間に設けられた光半透膜から成るプリズム式ビームスプ
リッタであって、前記光半透膜が、前記第１プリズム側
から前記第２プリズム側へ順に、低屈折率材料又は中屈
折率材料から成る第１誘電体層と、高屈折率材料から成
る第２誘電体層と、Agから成る金属膜と、高屈折率材料
から成る第３誘電体層と、低屈折率材料又は中屈折率材
料から成る第４誘電体層と、の５層構造を有することを
特徴とする。
【０００８】第２の発明のプリズム式ビームスプリッタ
は、上記第１の発明の構成において、前記第１誘電体層
を構成している材料の屈折率が1.38〜1.75の範囲にあ
り、前記第２誘電体層を構成している材料の屈折率が2.
00〜2.60の範囲にあり、前記第３誘電体層を構成してい
る材料の屈折率が2.00〜2.60の範囲にあり、前記第４誘
電体層を構成している材料の屈折率が1.38〜1.75の範囲
にあることを特徴とする。
は、上記第１の発明の構成において、前記第１誘電体層
を構成している材料の屈折率が1.38〜1.75の範囲にあ
り、前記第２誘電体層を構成している材料の屈折率が2.
00〜2.60の範囲にあり、前記第３誘電体層を構成してい
る材料の屈折率が2.00〜2.60の範囲にあり、前記第４誘
電体層を構成している材料の屈折率が1.38〜1.75の範囲
にあることを特徴とする。
【０００９】第３の発明のプリズム式ビームスプリッタ
は、上記第１の発明の構成において、前記第１誘電体層
を構成している材料がAl2O3，SiO2又はMgF2であり、前
記第２誘電体層を構成している材料がZrO2とTiO2との混
合物，ZnS又はTiO2であり、前記第３誘電体層を構成し
ている材料がZrO2とTiO2との混合物，ZnS又はTiO2であ
り、前記第４誘電体層を構成している材料がAl2O3，SiO
2又MgF2であることを特徴とする。
は、上記第１の発明の構成において、前記第１誘電体層
を構成している材料がAl2O3，SiO2又はMgF2であり、前
記第２誘電体層を構成している材料がZrO2とTiO2との混
合物，ZnS又はTiO2であり、前記第３誘電体層を構成し
ている材料がZrO2とTiO2との混合物，ZnS又はTiO2であ
り、前記第４誘電体層を構成している材料がAl2O3，SiO
2又MgF2であることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施したプリズム
式ビームスプリッタを、図面を参照しつつ説明する。図
１に、プリズム式ビームスプリッタの一実施の形態を断
面的に示す。このビームスプリッタは、第１プリズム(P
r1)，第２プリズム(Pr2)，及びその第１，第２プリズム
(Pr1,Pr2)間に設けられた光半透膜(HM)から成ってい
る。第１，第２プリズム(Pr1,Pr2)は共に直角プリズム
である。ビームスプリッタに対する入射光(L)は、第１
プリズム(Pr1)側から入射し、光半透膜(HM)で反射光(L
R)と透過光(LT)とに分けられる。そして、反射光(LR)は
第１プリズム(Pr1)を通ってビームスプリッタから射出
され、透過光(LT)は第２プリズム(Pr2)を通ってビーム
スプリッタから射出される。
式ビームスプリッタを、図面を参照しつつ説明する。図
１に、プリズム式ビームスプリッタの一実施の形態を断
面的に示す。このビームスプリッタは、第１プリズム(P
r1)，第２プリズム(Pr2)，及びその第１，第２プリズム
(Pr1,Pr2)間に設けられた光半透膜(HM)から成ってい
る。第１，第２プリズム(Pr1,Pr2)は共に直角プリズム
である。ビームスプリッタに対する入射光(L)は、第１
プリズム(Pr1)側から入射し、光半透膜(HM)で反射光(L
R)と透過光(LT)とに分けられる。そして、反射光(LR)は
第１プリズム(Pr1)を通ってビームスプリッタから射出
され、透過光(LT)は第２プリズム(Pr2)を通ってビーム
スプリッタから射出される。
【００１１】光半透膜(HM)は、第１プリズム(Pr1)側か
ら第２プリズム(Pr2)側へ順に、低屈折率材料又は中屈
折率材料から成る第１誘電体層(L1)と、高屈折率材料か
ら成る第２誘電体層(L2)と、銀(Ag)から成る金属膜(LM)
と、高屈折率材料から成る第３誘電体層(L3)と、低屈折
率材料又は中屈折率材料から成る第４誘電体層(L4)と、
の５層構造を有している。第１〜第４誘電体層(L1〜L4)
や金属膜(LM)の形成は、第１プリズム(Pr1)又は第２プ
リズム(Pr2)に誘電体蒸着又は金属蒸着を施すことによ
り行われる。また、光半透膜(HM)を介した第１プリズム
(Pr1)と第２プリズム(Pr2)との貼り合わせは、例えば紫
外線硬化樹脂から成る接着剤(図中省略)を用いて行われ
る。
ら第２プリズム(Pr2)側へ順に、低屈折率材料又は中屈
折率材料から成る第１誘電体層(L1)と、高屈折率材料か
ら成る第２誘電体層(L2)と、銀(Ag)から成る金属膜(LM)
と、高屈折率材料から成る第３誘電体層(L3)と、低屈折
率材料又は中屈折率材料から成る第４誘電体層(L4)と、
の５層構造を有している。第１〜第４誘電体層(L1〜L4)
や金属膜(LM)の形成は、第１プリズム(Pr1)又は第２プ
リズム(Pr2)に誘電体蒸着又は金属蒸着を施すことによ
り行われる。また、光半透膜(HM)を介した第１プリズム
(Pr1)と第２プリズム(Pr2)との貼り合わせは、例えば紫
外線硬化樹脂から成る接着剤(図中省略)を用いて行われ
る。
【００１２】第１〜第４誘電体層(L1〜L4)を構成してい
る低・中・高屈折率材料は、その屈折率の違いで一般的
に分類されているものである。具体的には、低屈折率材
料の屈折率は1.38〜1.55の範囲にあり、中屈折率材料の
屈折率は1.5〜1.8の範囲にあり、高屈折率材料の屈折率
は1.8〜2.6の範囲にある。そしてここでは、第１誘電体
層(L1)を構成している材料の屈折率は1.38〜1.75の範囲
にあり、第２誘電体層(L2)を構成している材料の屈折率
は2.00〜2.60の範囲にあり、第３誘電体層(L3)を構成し
ている材料の屈折率は2.00〜2.60の範囲にあり、第４誘
電体層(L4)を構成している材料の屈折率は1.38〜1.75の
範囲にあるのが望ましい。
る低・中・高屈折率材料は、その屈折率の違いで一般的
に分類されているものである。具体的には、低屈折率材
料の屈折率は1.38〜1.55の範囲にあり、中屈折率材料の
屈折率は1.5〜1.8の範囲にあり、高屈折率材料の屈折率
は1.8〜2.6の範囲にある。そしてここでは、第１誘電体
層(L1)を構成している材料の屈折率は1.38〜1.75の範囲
にあり、第２誘電体層(L2)を構成している材料の屈折率
は2.00〜2.60の範囲にあり、第３誘電体層(L3)を構成し
ている材料の屈折率は2.00〜2.60の範囲にあり、第４誘
電体層(L4)を構成している材料の屈折率は1.38〜1.75の
範囲にあるのが望ましい。
【００１３】また、低屈折率材料の具体例としてはSiO2
やMgF2が挙げられ、中屈折率材料の具体例としてはAl2O
3が挙げられ、高屈折率材料の具体例としてはZrO2とTiO
2との混合物，ZnS又はTiO2が挙げられる。したがって、
第１誘電体層(L1)を構成する材料としてはAl2O3，SiO2
又はMgF2を用い、第２誘電体層(L2)を構成する材料とし
てはZrO2とTiO2との混合物，ZnS又はTiO2を用い、第３
誘電体層(L3)を構成する材料としてはZrO2とTiO2との混
合物，ZnS又はTiO2を用い、第４誘電体層(L4)を構成す
る材料としてはAl2O3，SiO2又MgF2を用いることが望ま
しい。
やMgF2が挙げられ、中屈折率材料の具体例としてはAl2O
3が挙げられ、高屈折率材料の具体例としてはZrO2とTiO
2との混合物，ZnS又はTiO2が挙げられる。したがって、
第１誘電体層(L1)を構成する材料としてはAl2O3，SiO2
又はMgF2を用い、第２誘電体層(L2)を構成する材料とし
てはZrO2とTiO2との混合物，ZnS又はTiO2を用い、第３
誘電体層(L3)を構成する材料としてはZrO2とTiO2との混
合物，ZnS又はTiO2を用い、第４誘電体層(L4)を構成す
る材料としてはAl2O3，SiO2又MgF2を用いることが望ま
しい。
【００１４】上記のような特徴的な５層構造を採用する
ことにより、設計の自由度が向上する。このため、透過
率特性と反射率特性とを広い可視波長域にわたってほぼ
等しくするとともに、透過率・反射率の波長依存性を低
くすることが可能である。さらに、Ｐ偏光成分とＳ偏光
成分との特性差を小さくすることが可能である。
ことにより、設計の自由度が向上する。このため、透過
率特性と反射率特性とを広い可視波長域にわたってほぼ
等しくするとともに、透過率・反射率の波長依存性を低
くすることが可能である。さらに、Ｐ偏光成分とＳ偏光
成分との特性差を小さくすることが可能である。
【００１５】
【実施例】以下、本発明を実施したプリズム式ビームス
プリッタを、その光学構成及び分光特性を挙げて更に具
体的に示す。表１〜表７に、実施例１〜５；比較例１，
２のビームスプリッタの光学構成をそれぞれ示し、図２
〜図１０に、実施例１〜５；比較例１〜４のビームスプ
リッタの分光特性をそれぞれ示す。図２〜図１０の分光
特性図において、ＲsはＳ偏光成分の反射率(細い実
線)、ＲpはＰ偏光成分の反射率(細い破線)、ＴsはＳ偏
光成分の透過率(太い実線)、ＴpはＰ偏光成分の透過率
(太い破線)であり、膜面への入射角は45°である。
プリッタを、その光学構成及び分光特性を挙げて更に具
体的に示す。表１〜表７に、実施例１〜５；比較例１，
２のビームスプリッタの光学構成をそれぞれ示し、図２
〜図１０に、実施例１〜５；比較例１〜４のビームスプ
リッタの分光特性をそれぞれ示す。図２〜図１０の分光
特性図において、ＲsはＳ偏光成分の反射率(細い実
線)、ＲpはＰ偏光成分の反射率(細い破線)、ＴsはＳ偏
光成分の透過率(太い実線)、ＴpはＰ偏光成分の透過率
(太い破線)であり、膜面への入射角は45°である。
【００１６】比較例３(図９)は実施例１において第１，
第４誘電体層(L1,L4)を屈折率１．８０の材料で構成し
たものであり、その屈折率は屈折率範囲１．３８〜1.75
の上限を上回っている。比較例４(図１０)は実施例１に
おいて第２，第３誘電体層(L2,L3)を屈折率1.90の材料
で構成したものであり、その屈折率は屈折率範囲2.00〜
2.60の下限を下回っている。いずれの場合も、Ｐ偏光成
分とＳ偏光成分とのバラツキがかなり大きくなってい
る。なお、屈折率範囲1.38〜1.75の下限を下回る材料、
及び屈折率範囲2.00〜2.60の上限を上回る材料は、現状
では知られていない。
第４誘電体層(L1,L4)を屈折率１．８０の材料で構成し
たものであり、その屈折率は屈折率範囲１．３８〜1.75
の上限を上回っている。比較例４(図１０)は実施例１に
おいて第２，第３誘電体層(L2,L3)を屈折率1.90の材料
で構成したものであり、その屈折率は屈折率範囲2.00〜
2.60の下限を下回っている。いずれの場合も、Ｐ偏光成
分とＳ偏光成分とのバラツキがかなり大きくなってい
る。なお、屈折率範囲1.38〜1.75の下限を下回る材料、
及び屈折率範囲2.00〜2.60の上限を上回る材料は、現状
では知られていない。
【００１７】
【表１】
【００１８】
【表２】
【００１９】
【表３】
【００２０】
【表４】
【００２１】
【表５】
【００２２】
【表６】
【００２３】
【表７】
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、透
過率特性と反射率特性とを広い可視波長域にわたってほ
ぼ等しくするとともに、透過率・反射率の波長依存性を
低くすることが可能である。さらに、Ｐ偏光成分とＳ偏
光成分との特性差を小さくすることが可能である。
過率特性と反射率特性とを広い可視波長域にわたってほ
ぼ等しくするとともに、透過率・反射率の波長依存性を
低くすることが可能である。さらに、Ｐ偏光成分とＳ偏
光成分との特性差を小さくすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】プリズム式ビームスプリッタの一実施の形態を
示す図。
示す図。
【図２】実施例１の分光特性を示すグラフ。
【図３】実施例２の分光特性を示すグラフ。
【図４】実施例３の分光特性を示すグラフ。
【図５】実施例４の分光特性を示すグラフ。
【図６】実施例５の分光特性を示すグラフ。
【図７】比較例１の分光特性を示すグラフ。
【図８】比較例２の分光特性を示すグラフ。
【図９】比較例３の分光特性を示すグラフ。
【図１０】比較例４の分光特性を示すグラフ。
Ｐｒ１ …第１プリズム Pr2 …第２プリズム HM …光半透膜 L1 …第１誘電体層 L2 …第２誘電体層 LM …金属膜 L3 …第３誘電体層 L4 …第４誘電体層
Claims (3)
- 【請求項１】 第１プリズム，第２プリズム，及びその
第１，第２プリズム間に設けられた光半透膜から成るプ
リズム式ビームスプリッタであって、 前記光半透膜が、前記第１プリズム側から前記第２プリ
ズム側へ順に、低屈折率材料又は中屈折率材料から成る
第１誘電体層と、高屈折率材料から成る第２誘電体層
と、Agから成る金属膜と、高屈折率材料から成る第３誘
電体層と、低屈折率材料又は中屈折率材料から成る第４
誘電体層と、の５層構造を有することを特徴とするプリ
ズム式ビームスプリッタ。 - 【請求項２】 前記第１誘電体層を構成している材料の
屈折率が1.38〜1.75の範囲にあり、前記第２誘電体層を
構成している材料の屈折率が2.00〜2.60の範囲にあり、
前記第３誘電体層を構成している材料の屈折率が2.00〜
2.60の範囲にあり、前記第４誘電体層を構成している材
料の屈折率が1.38〜1.75の範囲にあることを特徴とする
請求項１記載のプリズム式ビームスプリッタ。 - 【請求項３】 前記第１誘電体層を構成している材料が
Al2O3，SiO2又はMgF2であり、前記第２誘電体層を構成
している材料がZrO2とTiO2との混合物，ZnS又はTiO2で
あり、前記第３誘電体層を構成している材料がZrO2とTi
O2との混合物，ZnS又はTiO2であり、前記第４誘電体層
を構成している材料がAl2O3，SiO2又MgF2であることを
特徴とする請求項１記載のプリズム式ビームスプリッ
タ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11181665A JP2001013308A (ja) | 1999-06-28 | 1999-06-28 | プリズム式ビームスプリッタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11181665A JP2001013308A (ja) | 1999-06-28 | 1999-06-28 | プリズム式ビームスプリッタ |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1999
- 1999-06-28 JP JP11181665A patent/JP2001013308A/ja active Pending
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