JP2003029031A - Polarizing separation element and polarizing beam splitter using the same - Google Patents

Polarizing separation element and polarizing beam splitter using the same

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JP2003029031A
JP2003029031A JP2001213231A JP2001213231A JP2003029031A JP 2003029031 A JP2003029031 A JP 2003029031A JP 2001213231 A JP2001213231 A JP 2001213231A JP 2001213231 A JP2001213231 A JP 2001213231A JP 2003029031 A JP2003029031 A JP 2003029031A
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refractive index
index layer
separation element
low refractive
beam splitter
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Masaki Kagawa
正毅 香川
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive polarizing separation element having a polarizing separation function in a wide range with a simple film structure and a small number of layers and to provide a polarizing beam splitter by using the above element. SOLUTION: The polarizing separation element 2 has repeated structures (LHL)<m> containing a basic structure LHL consisting of an optically transparent high refractive index layer H having a specified refractive index with respect to incident light OI, and an optically transparent first low refractive index layer L and a second low refractive index layer L disposed to interpose the high refractive index layer H, wherein m is an integer of >=2 and preferably 3 to 7. The beam splitter has the above polarizing separation element 2 and transparent substrates 3 formed in contact with the entrance face 2a and the exiting face 2b of the element 2 to interpose the element 2.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、自然光から特定の
偏光を抽出する光学膜である偏光分離素子およびそれを
用いた偏光ビームスプリッタに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polarization separation element which is an optical film for extracting a specific polarized light from natural light and a polarization beam splitter using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】通常の光は、完全な偏光状態でも完全な
無偏光状態でもなく、両者の状態が混在している。その
中から特定の偏光状態を得るために、様々な形態の偏光
子が研究されてきた。これらの偏光子としては、たとえ
ば、結晶の複屈折を利用する複屈折型偏光子や、高分子
の光2色性を利用する2色性偏光子、S偏光の反射光を
利用する反射型偏光子などがある。そして、この種の光
学素子として、たとえば、所定の角度をもって入射する
入射光の第1の偏光であるP偏光を透過させ、第2の偏
光であるS偏光を透過方向とは異なる方向に反射する偏
光分離素子を、ガラス基板で挟むように構成した偏光ビ
ームスプリッタが知られている。
2. Description of the Related Art Ordinary light is not in a completely polarized state or a completely unpolarized state, and both states are mixed. Various forms of polarizers have been studied in order to obtain a specific polarization state. Examples of these polarizers include a birefringent polarizer that utilizes the birefringence of crystals, a dichroic polarizer that utilizes the dichroism of a polymer, and a reflective polarization that uses the reflected light of S-polarized light. There are children, etc. Then, as this type of optical element, for example, P-polarized light that is the first polarized light of incident light that is incident at a predetermined angle is transmitted, and S-polarized light that is the second polarized light is reflected in a direction different from the transmission direction. A polarization beam splitter is known in which a polarization separation element is sandwiched between glass substrates.

【0003】偏光ビームスプリッタ(Polarized Beam S
plitter, PBS)に関する文献は数多く知られている。た
とえば、「光・薄膜技術マニュアル 増補改訂版」(平
成4年、株式会社オプトロニクス社発行)では302〜
309頁にて、偏光ビームスプリッタについて解説され
ている。
Polarized Beam Splitter
There are many known publications on plitter, PBS). For example, in the "Optical and Thin Film Technology Manual, Supplement, Revised Edition" (1992, published by Optronics, Inc.),
On page 309, a polarizing beam splitter is described.

【0004】この文献では、高屈折率材料と低屈折率材
料を交互に積層することで構成する薄膜積層型の偏光分
離素子については、入射光の基準波長550nmをλ0
として、λ0 /4の厚さを持つ低屈折率材料層をLと、
λ0 /4の厚さを持つ高屈折率材料層をHと記述すると
き、下記(1)式または(2)式等で示す設計指針を与
えている。
In this document, for a thin film laminated polarization separation element constituted by alternately laminating a high refractive index material and a low refractive index material, a reference wavelength of 550 nm of incident light is λ 0.
As a low refractive index material layer having a thickness of lambda 0/4 and L,
When a high refractive index material layer having a thickness of lambda 0/4 described as H, giving the design principles indicated by the following equation (1) or (2) or the like.

【0005】[0005]

【数1】(HL)m …(1)[Formula 1] (HL) m (1)

【0006】[0006]

【数2】(0.5HL0.5H)m …(2)(2) (0.5HL0.5H) m (2)

【0007】ここで、mは任意の整数であるが、通常4
よりも大きい値に設定される。
Here, m is an arbitrary integer, but usually 4
Is set to a value greater than.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記文献に
もあるように、薄膜積層型の偏光ビームスプリッタで
は、所望の特性を満たすために数十層におよび膜を形成
(つける)必要がある。また、基本的な繰り返しパター
ンは単純なものの、実際には事細かに係数をかけて膜厚
を微調整しなければならない。特定の角度(主として4
5度)の斜入射に対応させたビームスプリッタ膜では、
一般に膜厚に微妙な制御を施した30層以上の層数を必
要とし、総膜厚は4μm以上となっている。このような
ビームスプリッタ膜は製造が難しく、安価な供給が不可
能であるという不利益がある。
By the way, as described in the above document, in the thin film laminated polarization beam splitter, it is necessary to form (apply) several tens of films in order to satisfy desired characteristics. Further, although the basic repeating pattern is simple, in reality, it is necessary to finely adjust the film thickness by finely applying a coefficient. Specific angle (mainly 4
In the beam splitter film corresponding to the oblique incidence of 5 degrees),
Generally, the number of layers of 30 or more with delicate control of film thickness is required, and the total film thickness is 4 μm or more. Such a beam splitter film is disadvantageous in that it is difficult to manufacture and cannot be inexpensively supplied.

【0009】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、単純な膜構成と少ない積層数に
て広帯域の偏光分離機能を有する安価な偏光分離素子お
よびそれを用いた偏光ビームスプリッタを提供すること
にある。
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is an inexpensive polarization separation element having a wide band polarization separation function with a simple film structure and a small number of laminated layers, and a polarization using the same. To provide a beam splitter.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、所定の角度をもって入射する入射光の第
1の偏光を透過させ、第2の偏光を透過方向とは異なる
方向に反射する偏光分離素子であって、上記入射光に対
して所定の屈折率を有する光学的に透明な高屈折率層H
と、上記高屈折率層Hを挟むように配置された当該高屈
折率層より低い屈折率の光学的に透明な第1の低屈折率
層Lおよび第2の低屈折率層Lからなる基本構造膜LH
Lを含み、上記基本構造の繰り返し構造(LHL)m
有する。
To achieve the above object, the present invention transmits a first polarized light of incident light incident at a predetermined angle and reflects a second polarized light in a direction different from a transmission direction. A high-refractive-index layer H that is an optically transparent high-refractive-index layer having a predetermined refractive index with respect to the incident light.
And a first low-refractive index layer L and a second low-refractive index layer L which are arranged so as to sandwich the high-refractive index layer H and which have a lower refractive index than the high-refractive index layer and which are optically transparent. Structure film LH
It contains L and has a repeating structure (LHL) m of the above basic structure.

【0011】また、本発明の偏光分離素子では、上記高
屈折率層の厚さ、並びに第1の低屈折率層および第2の
低屈折率層の厚さは、入射光の基準波長に基づいて設定
されている。
In the polarization beam splitting element of the present invention, the thickness of the high refractive index layer and the thicknesses of the first low refractive index layer and the second low refractive index layer are based on the reference wavelength of incident light. Is set.

【0012】また、本発明の偏光分離素子では、好適に
は、上記入射光の基準波長をλ0 とするとき、上記高屈
折率層の厚さ、並びに第1の低屈折率層および第2の低
屈折率層の厚さは、基準波長を所定の整数で除した値に
相当する光学的厚さに設定されている。
Further, in the polarization beam splitting element of the present invention, preferably, when the reference wavelength of the incident light is λ 0 , the thickness of the high refractive index layer, the first low refractive index layer and the second low refractive index layer. The thickness of the low refractive index layer is set to an optical thickness corresponding to a value obtained by dividing the reference wavelength by a predetermined integer.

【0013】また、本発明の偏光分離素子では、上記基
本構造の繰り返し回数mは、3以上の整数である。好適
には、上記基本構造の繰り返し回数mは、3以上7以下
の整数である。
In the polarization beam splitting element of the present invention, the number of repetitions m of the basic structure is an integer of 3 or more. Preferably, the number of repetitions m of the basic structure is an integer of 3 or more and 7 or less.

【0014】また、本発明の偏光分離素子では、上記入
射光の光学膜面への入射角度の中心値が56度近傍に設
定されている。
Further, in the polarization beam splitting element of the present invention, the center value of the incident angle of the incident light on the optical film surface is set to about 56 degrees.

【0015】また、本発明の偏光分離素子では、上記高
屈折率層は、入射光の基準波長を含む所定範囲において
光学定数nの波長分散特性を有し、かつ上記基準波長よ
り短い所定波長以上において消衰係数が略ゼロに漸近す
る特性を有する材料を含み、上記第1および第2の低屈
折率層は、入射光の基準波長を含む所定範囲において光
学定数nの波長分散特性を有し、かつ略全波長域で消衰
係数が略ゼロである材料を含む。
Further, in the polarization beam splitting element of the present invention, the high refractive index layer has a wavelength dispersion characteristic of an optical constant n in a predetermined range including a reference wavelength of incident light and has a predetermined wavelength shorter than the reference wavelength. In the above, the first and second low refractive index layers have a wavelength dispersion characteristic of an optical constant n in a predetermined range including the reference wavelength of incident light. , And a material having an extinction coefficient of substantially zero in substantially the entire wavelength range.

【0016】また、本発明の偏光分離素子では、互いに
隣接する基本構造膜は、第1の低屈折率層Lおよび第2
の低屈折率層Lを共有するように形成されている。
In the polarization splitting element of the present invention, the basic structure films adjacent to each other are the first low refractive index layer L and the second low refractive index layer L.
Are formed so as to share the low-refractive index layer L.

【0017】また、本発明は、所定の角度をもって入射
する入射光の第1の偏光を透過させ、第2の偏光を透過
方向とは異なる方向に反射する偏光ビームスプリッタで
あって、上記入射光に対して所定の屈折率を有する光学
的に透明な高屈折率層Hと、上記高屈折率層Hを挟むよ
うに配置された当該高屈折率層より低い屈折率の光学的
に透明な第1の低屈折率層Lおよび第2の低屈折率層L
からなる基本構造膜LHLを含み、上記基本構造の繰り
返し構造(LHL)m を有する偏光分離素子と、上記偏
光分離素子の光入射面および光透過面に対して接するよ
うに配置された透明基板とを有する。
Further, the present invention is a polarization beam splitter which transmits a first polarized light of incident light incident at a predetermined angle and reflects a second polarized light in a direction different from a transmission direction, wherein the incident light is And an optically transparent high refractive index layer H having a predetermined refractive index, and an optically transparent first layer having a lower refractive index than the high refractive index layers arranged so as to sandwich the high refractive index layer H. First low refractive index layer L and second low refractive index layer L
A polarization separation element having a repeating structure (LHL) m of the above basic structure, including a basic structure film LHL, and a transparent substrate arranged in contact with the light incident surface and the light transmission surface of the polarization separation element. Have.

【0018】また、本発明の偏光ビームスプリッタで
は、上記偏光分離素子の高屈折率層の厚さ、並びに第1
の低屈折率層および第2の低屈折率層の厚さは、入射光
の基準波長に基づいて設定されている。
Further, in the polarization beam splitter of the present invention, the thickness of the high refractive index layer of the above-mentioned polarization separation element, and the first
The thicknesses of the low-refractive index layer and the second low-refractive index layer are set based on the reference wavelength of the incident light.

【0019】また、本発明の偏光ビームスプリッタで
は、好適には、上記入射光の基準波長をλ0 とすると
き、上記偏光分離素子の高屈折率層の厚さ、並びに第1
の低屈折率層および第2の低屈折率層の厚さは、基準波
長を所定の整数で除した値に相当する光学的厚さに設定
されている。
Further, in the polarization beam splitter of the present invention, preferably, when the reference wavelength of the incident light is λ 0 , the thickness of the high refractive index layer of the polarization separation element and the first
The thicknesses of the low-refractive index layer and the second low-refractive index layer are set to optical thicknesses corresponding to a value obtained by dividing the reference wavelength by a predetermined integer.

【0020】また、本発明の偏光ビームスプリッタで
は、上記偏光分離素子の基本構造の繰り返し回数mは、
3以上の整数である。好適には、上記偏光分離素子の基
本構造の繰り返し回数mは、3以上7以下の整数であ
る。
Further, in the polarization beam splitter of the present invention, the number of repetitions m of the basic structure of the polarization separation element is
It is an integer of 3 or more. Preferably, the number of repetitions m of the basic structure of the polarization separation element is an integer of 3 or more and 7 or less.

【0021】また、本発明の偏光ビームスプリッタで
は、上記入射光の上記偏光分離素子の光学膜面への入射
角度の中心値が56度近傍に設定されている。
Further, in the polarization beam splitter of the present invention, the center value of the incident angle of the incident light on the optical film surface of the polarization separation element is set to about 56 degrees.

【0022】また、本発明の偏光ビームスプリッタで
は、上記偏光分離素子の上記高屈折率層は、入射光の基
準波長を含む所定範囲において光学定数nの波長分散特
性を有し、かつ上記基準波長より短い所定波長以上にお
いて消衰係数が略ゼロに漸近する特性を有する材料を含
み、上記第1および第2の低屈折率層は、入射光の基準
波長を含む所定範囲において光学定数nの波長分散特性
を有し、かつ略全波長域で消衰係数が略ゼロである材料
を含む。
Further, in the polarization beam splitter of the present invention, the high refractive index layer of the polarization beam splitting element has a wavelength dispersion characteristic of an optical constant n in a predetermined range including a reference wavelength of incident light and has the reference wavelength. The first and second low refractive index layers each include a material having a characteristic that an extinction coefficient gradually approaches zero at a shorter predetermined wavelength or longer, and the first and second low refractive index layers have a wavelength of an optical constant n in a predetermined range including a reference wavelength of incident light. It includes a material having a dispersion characteristic and an extinction coefficient of substantially zero over almost the entire wavelength range.

【0023】また、本発明の偏光ビームスプリッタで
は、上記偏光分離素子の上記高屈折率層の屈折率は、上
記透明基板の屈折率より高く設定され、上記第1および
第2の低屈折率層の屈折率は、上記透明基板の屈折率よ
り低く設定されている。
In the polarization beam splitter of the present invention, the refractive index of the high refractive index layer of the polarization splitting element is set higher than that of the transparent substrate, and the first and second low refractive index layers are provided. Has a refractive index lower than that of the transparent substrate.

【0024】また、本発明の偏光ビームスプリッタで
は、上記偏光分離素子の互いに隣接する基本構造膜は、
第1の低屈折率層Lおよび第2の低屈折率層Lを共有す
るように形成されている。
In the polarization beam splitter of the present invention, the basic structure films adjacent to each other of the polarization separating element are:
It is formed so as to share the first low refractive index layer L and the second low refractive index layer L.

【0025】本発明によれば、偏光分離素子が、入射光
に対して所定の屈折率を有する光学的に透明な高屈折率
層Hと、高屈折率層Hを挟むように配置された高屈折率
層Hより低い屈折率の光学的に透明な第1の低屈折率層
Lおよび第2の低屈折率層Lからなる基本構造膜LHL
を含み、この基本構造の繰り返し構造(LHL)m (た
だしmは2以上の整数で、好適には3〜7)を有するよ
うに構成される。そして、たとえば偏光分離素子の光入
射面および光透過面に対して接し、偏光分離素子を挟む
ようにたとえばガラスからなる透明基板が形成されて、
たとえば積層プリズム型偏光ビームスプリッタが構成さ
れる。そして、高屈折率層Hと低屈折率層Lは、入射光
の基準波長λ0 のたとえばλ 0 /4相当の光学的厚さに
構成される。たとえば偏光分離素子の低屈折率材料とし
てSiO2 (n=1.46)を、高屈折率材料としてT
iO2 (n=2.44)を各々用いると、Lは94.2
nm・Hは56.4nmとなり、繰り返し1回分あたり
の膜厚は約250nmとなる。透明基板としては一般的
光学ガラス(BK7)を使用することができ、この素子
は56度近傍の角度での入射光に対し最大限の偏光分離
性能を示す。これらの組み合わせの場合は、上述の基本
構造になんらの補正を加える必要がなく、極めて単純な
構成で高い性能が得られる。また、膜の繰り返し回数m
は実用上4で十分であり、この時の積層数は僅かに9層
であり膜厚は1μmにすぎない。
According to the present invention, the polarization separation element is adapted to
Optically transparent high refractive index with a predetermined refractive index for
A high refractive index arranged so as to sandwich the layer H and the high refractive index layer H.
Optically transparent first low refractive index layer having a lower refractive index than layer H
L and the second low refractive index layer L, a basic structure film LHL
Including a repeating structure of this basic structure (LHL)m (Ta
However, m is an integer of 2 or more, and preferably has 3 to 7).
Configured as Then, for example, the
It is in contact with the reflecting surface and the light transmitting surface, and sandwiches the polarization separation element.
Like this, a transparent substrate made of glass is formed,
For example, a laminated prism type polarization beam splitter
Be done. The high refractive index layer H and the low refractive index layer L are
Reference wavelength λ0 For example λ 0 / 4 optical thickness
Composed. For example, as a low refractive index material for the polarization separation element
SiO2 (N = 1.46) as a high refractive index material
iO2 Using (n = 2.44) respectively, L is 94.2.
nm · H is 56.4 nm, and per repeat
Has a film thickness of about 250 nm. Common as a transparent substrate
Optical glass (BK7) can be used.
Is the maximum polarization separation for incident light at angles near 56 degrees
Show performance. For these combinations, the basics described above
There is no need to add any correction to the structure, it is extremely simple
High performance can be obtained with the configuration. Also, the number of repetitions of the film m
4 is sufficient for practical use, and the number of layers at this time is only 9 layers.
Therefore, the film thickness is only 1 μm.

【0026】本発明によれば、所定基準波長λ0 の入射
光が透明基板に入射される。そして、第1の偏光(P偏
光)および第2の偏光(S偏光)を含む入射光は透明基
板を伝搬されて偏光分離素子の光入射面に到達し、光入
射面に対して所定角度、たとえば56度をもって偏光分
離素子に入射される。偏光分離素子に入射した光は、た
とえば第1の基本構造膜、第2の基本構造膜、第3の基
本構造膜を伝搬されていくが、第2の偏光は、たとえば
第2の基本構造膜と第3の基本構造膜との境界である低
屈折率層Lで伝搬方向(透過方向)に対して所定角度を
もって反射され、透明基板を伝搬されて出射される。一
方、第1の偏光は、さらに直進して第3の基本構造膜、
あるいはさらなる基本構造膜を透過し、光透過面から出
射され、透明基板を伝搬されて出射される。
According to the present invention, the incident light having the predetermined reference wavelength λ 0 is incident on the transparent substrate. Then, the incident light including the first polarized light (P polarized light) and the second polarized light (S polarized light) is propagated through the transparent substrate and reaches the light incident surface of the polarization splitting element, and at a predetermined angle with respect to the light incident surface, For example, it is incident on the polarization separation element at an angle of 56 degrees. The light incident on the polarization separation element propagates through, for example, the first basic structure film, the second basic structure film, and the third basic structure film, while the second polarized light, for example, is the second basic structure film. Is reflected at a predetermined angle with respect to the propagation direction (transmission direction) at the low-refractive-index layer L that is the boundary between the first basic structure film and the third basic structure film, propagates through the transparent substrate, and is emitted. On the other hand, the first polarized light goes straight ahead to the third basic structure film,
Alternatively, the light is transmitted through the further basic structure film, emitted from the light transmitting surface, propagated through the transparent substrate, and emitted.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施の形
態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、
本実施形態においては、光学材料の実測した光学定数に
基づく設計完成例を示す。光学定数が変わると最適設計
結果がずれる可能性があるが、しかし本発明はこの例に
限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で
任意に変更可能であることは言うまでもない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. In addition,
In the present embodiment, an example of design completion based on the actually measured optical constants of the optical material will be shown. If the optical constants change, the optimum design result may deviate, but it goes without saying that the present invention is not limited to this example and can be arbitrarily changed without departing from the gist of the present invention.

【0028】図1は、本発明に係る偏光分離素子を採用
した積層薄膜プリズム型偏光ビームスプリッタの一実施
形態を示す構成図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a laminated thin film prism type polarization beam splitter which employs a polarization separation element according to the present invention.

【0029】本偏光ビームスプリッタ1は、図1に示す
ように、偏光分離素子2と、偏光分離素子2の光入射面
2aおよび光透過面2bに対して接し、偏光分離素子2
を挟むように形成された透明基板3とを有する。
As shown in FIG. 1, the present polarization beam splitter 1 is in contact with the polarization separation element 2 and the light incident surface 2a and the light transmission surface 2b of the polarization separation element 2, and the polarization separation element 2
And a transparent substrate 3 formed so as to sandwich.

【0030】偏光分離素子2は、入射光OIに対して所
定の屈折率を有する光学的に透明な高屈折率層Hと、高
屈折率層Hを挟むように配置された高屈折率層Hより低
い屈折率の光学的に透明な第1の低屈折率層Lおよび第
2の低屈折率層Lからなる基本構造膜LHLを含み、こ
の基本構造の繰り返し構造(LHL)m を有する。偏光
分離素子2の基本構造LHLの積層繰り返し回数mは、
後述するように、3以上の整数であることが望ましく、
図1は、m=3の場合を示している。
The polarization separation element 2 includes an optically transparent high refractive index layer H having a predetermined refractive index with respect to incident light OI, and a high refractive index layer H arranged so as to sandwich the high refractive index layer H. It includes a basic structure film LHL composed of an optically transparent first low refractive index layer L and a second low refractive index layer L having a lower refractive index, and has a repeating structure (LHL) m of this basic structure. The number of times m of repeating the basic structure LHL of the polarization separation element 2 is
As described later, it is desirable that it is an integer of 3 or more,
FIG. 1 shows a case where m = 3.

【0031】図2は、積層繰り返し回数mが3の場合の
偏光分離素子の積層繰り返し構造を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a stacking repeating structure of the polarization separation element when the stacking repeating number m is 3.

【0032】偏光分離素子2は、図2に示すように、た
とえば光入射面2a側から第1の低屈折率層L1、高屈
折率層H、および第2の低屈折率層L2からなる基本構
造を単純に3回繰り返して積層した構造を有する。すな
わち、光入射面2a側から第1の基本構造膜LHL1、
第2の基本構造膜LHL2、および第3の基本構造膜L
HL3が順番に積層した構造で、基本構造になんらの補
正を加える必要がなく、極めて単純な構成となってい
る。そして、3層からなる基本構造膜を3つ積層するこ
とから、単純に考察すると9層となるはずである。しか
し、実際には、図2に示すように、第1の基本構造膜L
HL1の第2の低屈折率層L2と第2の基本構造膜LH
L2の第1の低屈折率膜L1を共有させるように同一の
層として形成できる。同様に、第2の基本構造膜LHL
2の第2の低屈折率層L2と第3の基本構造膜LHL3
の第1の低屈折率膜L1を共有させるように同一の層と
して形成できる。したがって、実際の層数は、9ではな
く7となる。
As shown in FIG. 2, the polarization splitting element 2 is basically composed of a first low refractive index layer L1, a high refractive index layer H, and a second low refractive index layer L2 from the light incident surface 2a side. The structure has a structure in which the structure is simply repeated three times and laminated. That is, from the light incident surface 2a side to the first basic structure film LHL1,
Second basic structure film LHL2 and third basic structure film L
It has a structure in which HL3 is laminated in order, and there is no need to add any correction to the basic structure, and the structure is extremely simple. Since three basic structure films each having three layers are laminated, a simple consideration should be nine layers. However, in practice, as shown in FIG. 2, the first basic structure film L
Second low refractive index layer L2 of HL1 and second basic structure film LH
It can be formed as the same layer so that the first low refractive index film L1 of L2 is shared. Similarly, the second basic structure film LHL
2nd low refractive index layer L2 and 3rd basic structure film LHL3
The first low refractive index film L1 can be formed as the same layer so as to be shared. Therefore, the actual number of layers is 7 instead of 9.

【0033】また、図3は、積層繰り返し回数mが4の
場合の偏光分離素子の積層繰り返し構造を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing a stacking repeating structure of the polarization beam splitting element when the stacking repeating number m is 4.

【0034】この場合も、3層からなる基本構造膜を4
つ積層することから、単純に考察すると12層となるは
ずである。しかし、実際には、図2に示すように、第1
の基本構造膜LHL1の第2の低屈折率層L2と第2の
基本構造膜LHL2の第1の低屈折率膜L1を共有させ
るように同一の層として形成できる。同様に、第2の基
本構造膜LHL2の第2の低屈折率層L2と第3の基本
構造膜LHL3の第1の低屈折率膜L1を共有させるよ
うに同一の層として形成でき、第3の基本構造膜LHL
3の第2の低屈折率層L2と第4の基本構造膜LHL4
の第1の低屈折率膜L1を共有させるように同一の層と
して形成できる。したがって、実際の層数は、12では
なく9となる。
In this case also, the basic structure film consisting of three layers is
Since two layers are stacked, a simple consideration should be 12 layers. However, in practice, as shown in FIG.
The second low refractive index layer L2 of the basic structural film LHL1 and the first low refractive index film L1 of the second basic structural film LHL2 can be formed as the same layer so as to be shared. Similarly, the second low refractive index layer L2 of the second basic structure film LHL2 and the first low refractive index film L1 of the third basic structure film LHL3 can be formed as the same layer so as to be shared, and Basic structure film LHL
Third low refractive index layer L2 and fourth basic structure film LHL4
The first low refractive index film L1 can be formed as the same layer so as to be shared. Therefore, the actual number of layers is 9 instead of 12.

【0035】偏光分離素子2の積層数Mは、次式で与え
られる。
The number M of stacked layers of the polarization separation element 2 is given by the following equation.

【0036】[0036]

【数3】 M=3×m−(m−1) …(3)[Equation 3] M = 3 × m− (m−1) (3)

【0037】すなわち、本発明に係る偏光分離素子2の
積層数Mは、3層からな基本構造膜LHLを単純に積層
した場合に考察される数より2層だけ少なくなる。した
がって、本発明に係る偏光分離素子2の構造は、製造工
程の簡単化、薄膜化に寄与できる。
That is, the number M of laminated layers of the polarization beam splitting element 2 according to the present invention is two layers less than the number considered when simply laminating the basic structure film LHL consisting of three layers. Therefore, the structure of the polarization separation element 2 according to the present invention can contribute to simplification of the manufacturing process and thinning.

【0038】偏光分離素子2の高屈折率層Hは、入射光
IOの基準波長λ0 、たとえば550nmを含む所定範
囲において光学定数(屈折率)nの波長分散特性を有
し、かつ基準波長λ0 より短い所定波長以上において消
衰係数kが略ゼロに漸近する特性を有する材料により構
成される。
The high refractive index layer H of the polarization separation element 2 has a wavelength dispersion characteristic of an optical constant (refractive index) n in a predetermined range including the reference wavelength λ 0 of the incident light IO, for example, 550 nm, and the reference wavelength λ. It is made of a material having a characteristic that the extinction coefficient k gradually approaches zero at a predetermined wavelength shorter than 0 .

【0039】高屈折率層Hには、TiO2 (n=2.3
5〜2.8)やITO(n=1.95〜2.1)、Zn
O(n=1.9)、CeO2 (n=1.95)、SnO
2 (n=1.95)、Al23 (n=1.63)、L
23 (n=1.95)、ZrO2 (n=2.0
5)、Y23 (n=1.87)等が用いられる。
The high refractive index layer H contains TiO 2 (n = 2.3).
5 to 2.8), ITO (n = 1.95 to 2.1), Zn
O (n = 1.9), CeO 2 (n = 1.95), SnO
2 (n = 1.95), Al 2 O 3 (n = 1.63), L
a 2 O 3 (n = 1.95), ZrO 2 (n = 2.0
5), Y 2 O 3 (n = 1.87) and the like are used.

【0040】本実施形態では、高屈折率層Hとして、最
も屈折率の高いTiO2 を採用した例を示す。
In this embodiment, an example in which TiO 2 having the highest refractive index is adopted as the high refractive index layer H is shown.

【0041】図4は、TiO2 の光学定数(屈折率)n
の波長分散依存性を示す図である。図4において、横軸
が波長を、縦軸が光学定数(屈折率)nをそれぞれ表し
ている。図4に示すように、高屈折率層Hとして用いら
れるTiO2 は、入射光IOの基準波長λ0 =550n
mを含む所定範囲、具体的には、略380nm〜770
nmの範囲において、n=2.8〜2.35の波長分散
特性を有している。
FIG. 4 shows the optical constant (refractive index) n of TiO 2 .
It is a figure which shows the chromatic dispersion dependence of. In FIG. 4, the horizontal axis represents wavelength and the vertical axis represents optical constant (refractive index) n. As shown in FIG. 4, TiO 2 used as the high refractive index layer H has a reference wavelength λ 0 = 550n of the incident light IO.
A predetermined range including m, specifically, approximately 380 nm to 770
In the range of nm, it has wavelength dispersion characteristics of n = 2.8 to 2.35.

【0042】図5は、TiO2 の光学定数(消衰係数)
kの波長分散依存性を示す図である。図5において、横
軸が波長を、縦軸が光学定数(消衰係数)kを表してい
る。図5に示すように、高屈折率層Hとして用いられる
TiO2 は、入射光IOの基準波長λ0 =550nmよ
り短い380nm近傍において消衰係数kが急激に略ゼ
ロに漸近し、波長が500nm近傍以上でゼロとなる特
性を有している。
FIG. 5 shows the optical constants (extinction coefficient) of TiO 2 .
It is a figure which shows the chromatic dispersion dependence of k. In FIG. 5, the horizontal axis represents wavelength and the vertical axis represents optical constant (extinction coefficient) k. As shown in FIG. 5, in TiO 2 used as the high refractive index layer H, the extinction coefficient k rapidly approaches zero near 380 nm, which is shorter than the reference wavelength λ 0 = 550 nm of the incident light IO, and the wavelength is 500 nm. It has the property of becoming zero in the vicinity and above.

【0043】偏光分離素子2の第1および第2の低屈折
率層L(L1,L2)は、入射光IOの基準波長、たと
えば550nmを含む所定範囲において光学定数(屈折
率)nの波長分散特性を有し、かつ略全波長域kで消衰
係数が略ゼロである材料により構成される。
The first and second low refractive index layers L (L1, L2) of the polarization separation element 2 have wavelength dispersion of an optical constant (refractive index) n in a predetermined range including the reference wavelength of the incident light IO, for example, 550 nm. It is made of a material having characteristics and having an extinction coefficient of substantially zero in substantially the entire wavelength range k.

【0044】低屈折率層2には、SiO2 (n=1.4
54〜1.473)やMgF2 (n=1.38)、Li
F(n=1.4)、AlF3 (n=1.4)、Na3
lF 6 (n=1.33)等が用いられる。
The low refractive index layer 2 is made of SiO.2 (N = 1.4
54-1.473) and MgF2 (N = 1.38), Li
F (n = 1.4), AlF3 (N = 1.4), Na3 A
IF 6 (N = 1.33) or the like is used.

【0045】本実施形態では、低屈折率層Lとして、S
iO2 を採用した例を示す。
In this embodiment, as the low refractive index layer L, S
An example in which iO 2 is adopted is shown.

【0046】図6は、SiO2 の光学定数(屈折率)n
の波長分散依存性を示す図である。図6において、横軸
が波長を、縦軸が光学定数(屈折率)nをそれぞれ表し
ている。図6に示すように、低屈折率層Lとして用いら
れるSiO2 は、入射光IOの基準波長λ0 =550n
mを含む所定範囲、具体的には、略380nm〜770
nmの範囲において、n=1.473〜1.454の波
長分散特性を有している。
FIG. 6 shows the optical constant (refractive index) n of SiO 2 .
It is a figure which shows the chromatic dispersion dependence of. In FIG. 6, the horizontal axis represents wavelength and the vertical axis represents optical constant (refractive index) n. As shown in FIG. 6, SiO 2 used as the low refractive index layer L has a reference wavelength λ 0 = 550n of incident light IO.
A predetermined range including m, specifically, approximately 380 nm to 770
It has a wavelength dispersion characteristic of n = 1.473 to 1.454 in the range of nm.

【0047】また、SiO2 の消衰係数kは全波長域で
ゼロであり、SiO2 膜による吸収はない。
[0047] In addition, the extinction coefficient k of SiO 2 is a zero in the entire wavelength range, there is no absorption by the SiO 2 film.

【0048】偏光分離素子2の高屈折率層Hの厚さh、
並びに第1の低屈折率層Lおよび第2の低屈折率層Lの
厚さlは、入射光の基準波長、たとえば550nmに基
づいて設定されている。具体的には、入射光の基準波長
λ0 =550nmとするとき、高屈折率層Hの厚さh、
並びに第1の低屈折率層Lおよび第2の低屈折率層Lの
厚さlは、基準波長λ0 を所定の整数で除した値、たと
えばλ0 /4に相当する光学的厚さに設定されている
The thickness h of the high refractive index layer H of the polarization beam splitting element 2,
The thickness l of the first low refractive index layer L and the second low refractive index layer L is set based on the reference wavelength of incident light, for example, 550 nm. Specifically, when the reference wavelength λ 0 of incident light is 550 nm, the thickness h of the high refractive index layer H is
And the thickness l of the first low refractive index layer L and the second low refractive index layer L is the reference wavelength lambda 0 predetermined divided by the integer, the optical thickness corresponding to e.g. lambda 0/4 Is set

【0049】このように、偏光分離素子2の高屈折率層
Hの厚さ、並びに第1の低屈折率層Lおよび第2の低屈
折率層Lの厚さは、λ0 /4相当の光学的厚さである。
高屈折率材料としてTiO2 (基準波長λ0 でn=2.
44)を、低屈折率材料としてSiO2 (基準波長λ0
でn=1.46)をそれぞれ用いると、hは56.4n
m、lは94.2nmとなり、繰り返し1回分あたりの
膜厚は約250nmとなる。たとえば、膜の繰り返し回
数mを4として場合には、上述したように積層数Mは僅
かに9層であり膜厚は1μmにすぎない。そして、本実
施形態においては、入射光IOの偏光分離素子2の光入
射面2aへの入射角度θの中心値が56度近傍に設定さ
れている。
[0049] Thus, the thickness of the high refractive index layer H of the polarization separating element 2, and the thickness of the first low refractive index layer L and the second low refractive index layer L is, lambda 0/4 equivalent Optical thickness.
N = 2 in TiO 2 (reference wavelength lambda 0 as the high refractive index material.
44) as a low refractive index material, SiO 2 (reference wavelength λ 0
And n = 1.46), h is 56.4n.
m and l are 94.2 nm, and the film thickness per one repetition is about 250 nm. For example, when the number of repetitions m of the film is 4, the number M of stacked layers is only 9 and the film thickness is only 1 μm as described above. Then, in the present embodiment, the center value of the incident angle θ of the incident light IO on the light incident surface 2a of the polarization separation element 2 is set to around 56 degrees.

【0050】透明基板3としては、たとえば光学定数
(屈折率)nが1.52のガラス(BK7)が用いられ
る。なお、成膜面の反対側に対してガラスを付ける際に
は接着層が必要となるが、光学的には意味を持たないた
め今後特に言及はしない。
As the transparent substrate 3, for example, glass (BK7) having an optical constant (refractive index) n of 1.52 is used. An adhesive layer is required when the glass is attached to the opposite side of the film-forming surface, but it is optically meaningless and will not be described in the future.

【0051】このように、本実施形態においては、透明
基板3として、たとえば光学定数(屈折率)nが1.5
2のガラスが用いられることから、透明基板の屈折率n
3と、偏光分離素子2の高屈折率層Hの屈折率n(H)
と、低屈折率層Lの屈折率n(L)との関係は、次のよ
うになる。
As described above, in this embodiment, the transparent substrate 3 has, for example, an optical constant (refractive index) n of 1.5.
Since the second glass is used, the refractive index n of the transparent substrate is
3 and the refractive index n (H) of the high refractive index layer H of the polarization separation element 2.
And the refractive index n (L) of the low refractive index layer L are as follows.

【0052】[0052]

【数4】n(L)<n3<n(H)[Equation 4] n (L) <n3 <n (H)

【0053】すなわち、本実施形態においては、偏光分
離素子2の高屈折率層Hの屈折率n(H)は、透明基板
3の屈折率n3より高く設定され、第1および第2の低
屈折率層Lの屈折率n(L)透明基板3の屈折率n3よ
り低く設定されている。
That is, in this embodiment, the refractive index n (H) of the high refractive index layer H of the polarization separation element 2 is set higher than the refractive index n3 of the transparent substrate 3, and the first and second low refractive indexes are set. The refractive index n (L) of the refractive index layer L is set lower than the refractive index n3 of the transparent substrate 3.

【0054】以上説明したような構成を有する偏光ビー
ムスプリッタ1においては、たとえば基準波長λ0 が5
50nmの入射光IOが透明基板3の図1中の左側面か
ら入射される。そして、第1の偏光としてのP偏光およ
び第2の偏光としてのS偏光を含む入射光は透明基板3
を伝搬されて偏光分離素子2の光入射面2aに到達し、
光入射面2aに対して所定角度、好適には56度をもっ
て偏光分離素子2に入射される。偏光分離素子2に入射
した光は、第1の基本構造膜LHL1、第2の基本構造
膜LHL2、第3の基本構造膜LHL3を伝搬されてい
くが、S偏光は、たとえば第2の基本構造膜LHL2と
第3の基本構造膜LHL3との境界である低屈折率層L
で伝搬方向(透過方向)に対して所定角度をもって反射
され、透明基板3を伝搬されて図1中の下側面から出射
される。一方、P偏光は、さらに直進して第3の基本構
造膜LHL3を透過し、光透過面2bから出射され、透
明基板3を伝搬されて図1中の右側面から出射される。
In the polarization beam splitter 1 having the above-described configuration, for example, the reference wavelength λ 0 is 5
Incident light IO of 50 nm is incident from the left side surface of the transparent substrate 3 in FIG. The incident light including the P-polarized light as the first polarized light and the S-polarized light as the second polarized light is transmitted through the transparent substrate 3
Is transmitted to reach the light incident surface 2a of the polarization separation element 2,
The light is incident on the polarization separation element 2 at a predetermined angle with respect to the light incident surface 2a, preferably 56 degrees. The light incident on the polarization separation element 2 is propagated through the first basic structure film LHL1, the second basic structure film LHL2, and the third basic structure film LHL3, while the S-polarized light is, for example, the second basic structure film. Low refractive index layer L which is a boundary between the film LHL2 and the third basic structure film LHL3
Is reflected at a predetermined angle with respect to the propagation direction (transmission direction), propagates through the transparent substrate 3 and is emitted from the lower side surface in FIG. On the other hand, the P-polarized light goes straight forward, passes through the third basic structure film LHL3, is emitted from the light transmitting surface 2b, is propagated through the transparent substrate 3, and is emitted from the right side surface in FIG.

【0055】このようにして、偏光分離素子2でP偏光
とS偏光とが分離されるが、本実施形態においては、入
射光IOの偏光分離素子2の光入射面2aへの入射角度
の中心値が56度近傍に設定されている。以下に、偏光
分離素子2における基本構造膜LHLの繰り返し回数
m、および入射光IOの偏光分離素子2への入射角度に
ついて、図面に関連付け順を追って説明する。
In this way, the P-polarized light and the S-polarized light are separated by the polarization separation element 2. In this embodiment, the center of the incident angle of the incident light IO on the light incident surface 2a of the polarization separation element 2 is divided. The value is set near 56 degrees. The number m of repetitions of the basic structure film LHL in the polarization separation element 2 and the incident angle of the incident light IO on the polarization separation element 2 will be described below in association with the drawings.

【0056】まず、偏光分離素子2における基本構造膜
LHLの繰り返し回数mについて考察する。
First, the number of repetitions m of the basic structure film LHL in the polarization separation element 2 will be considered.

【0057】図7は、繰り返し回数mが3〜7における
P偏光透過率の波長依存性を示す図であり、図8は、繰
り返し回数mが1,2におけるP偏光透過率の波長依存
性を示す図である。また、図9は、繰り返し回数mが3
〜7におけるP偏光反射率の波長依存性を示す図であ
り、図10は、繰り返し回数mが1,2におけるP偏光
反射率の波長依存性を示す図である。
FIG. 7 shows the wavelength dependence of the P-polarized light transmittance when the number of repetitions m is 3 to 7, and FIG. 8 shows the wavelength dependence of the P-polarized light transmittance when the number of repetitions m is 1 and 2. FIG. Further, in FIG. 9, the number of repetitions m is 3
FIG. 10 is a diagram showing the wavelength dependency of the P-polarized light reflectance in FIGS. 7 to 7, and FIG. 10 is a diagram showing the wavelength dependency of the P-polarized light reflectance in the case where the number of repetitions m is 1 and 2.

【0058】図7および図8において、横軸が波長を、
縦軸が透過率をそれぞれ表している。また、図9および
図10において、横軸が波長を、縦軸が反射率をそれぞ
れ表している。図7および図9において、それぞれで
示す実線が繰り返し回数m=3の場合の透過率特性およ
び反射率特性を示し、で示す破線が繰り返し回数m=
4の場合の透過率特性および反射率特性を示し、で示
す破線が繰り返し回数m=5の場合の透過率特性および
反射率特性を示し、で示す破線が繰り返し回数m=6
の場合の透過率特性および反射率特性を示し、で示す
一点鎖線が繰り返し回数m=7の場合の透過率特性およ
び反射率特性を示している。また、図8および図10に
おいて、それぞれで示す実線が繰り返し回数m=1の
場合の透過率特性および反射率特性を示し、で示す破
線が繰り返し回数m=2の場合の透過率特性および反射
率特性を示している。
In FIGS. 7 and 8, the horizontal axis represents wavelength,
The vertical axis represents the transmittance. 9 and 10, the horizontal axis represents wavelength and the vertical axis represents reflectance. 7 and 9, the solid line indicates the transmittance characteristic and the reflectance characteristic when the number of repetitions is m = 3, and the broken line indicated by is the number of repetitions m =
4 shows the transmittance characteristic and the reflectance characteristic, the broken line indicated by indicates the transmittance characteristic and the reflectance characteristic when the number of repetitions m = 5, and the broken line indicated by indicates the number of repetitions m = 6.
The transmittance characteristic and the reflectance characteristic in the case of are shown, and the alternate long and short dash line represents the transmittance characteristic and the reflectance characteristic when the number of repetitions m = 7. Further, in FIGS. 8 and 10, the solid lines respectively indicate the transmittance characteristics and the reflectance characteristics when the number of repetitions m = 1, and the broken lines indicate the transmittance characteristics and the reflectance when the number of repetitions m = 2. It shows the characteristics.

【0059】図7〜図10からわかるように、本実施形
態に係る偏光分離素子2において、第1の偏光としての
P偏光の反射はごくわずかであり、波長400nm以上
では大部分が偏光分離素子膜を透過する。図7および図
8から、繰り返し回数mが増えるにつれて、偏光分離素
子膜を透過し始める波長が長波長側にシフトする傾向が
うかがえる。
As can be seen from FIGS. 7 to 10, in the polarization separation element 2 according to this embodiment, the reflection of P-polarized light as the first polarization is very small, and most of the polarization separation element is at wavelengths of 400 nm or more. Permeate through the membrane. From FIGS. 7 and 8, it can be seen that as the number of repetitions m increases, the wavelength at which the polarization separating element film starts to be transmitted shifts to the long wavelength side.

【0060】図11は、繰り返し回数mが3〜7におけ
るS偏光透過率の波長依存性を示す図であり、図12
は、繰り返し回数mが1,2におけるS偏光透過率の波
長依存性を示す図である。また、図13は、繰り返し回
数mが3〜7におけるS偏光反射率の波長依存性を示す
図であり、図14は、繰り返し回数mが1,2における
S偏光反射率の波長依存性を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing the wavelength dependence of the S-polarized light transmittance when the number of repetitions m is 3 to 7.
FIG. 4 is a diagram showing wavelength dependency of S-polarized light transmittance when the number of repetitions m is 1 and 2. 13 is a diagram showing the wavelength dependence of the S-polarized reflectance when the number of repetitions m is 3 to 7, and FIG. 14 shows the wavelength dependency of the S-polarized reflectance when the number of repetitions m is 1 and 2. It is a figure.

【0061】図11および図12において、横軸が波長
を、縦軸が透過率をそれぞれ表している。また、図13
および図14において、横軸が波長を、縦軸が反射率を
それぞれ表している。図11および図13において、そ
れぞれで示す実線が繰り返し回数m=3の場合の透過
率特性および反射率特性を示し、で示す破線が繰り返
し回数m=4の場合の透過率特性および反射率特性を示
し、で示す破線が繰り返し回数m=5の場合の透過率
特性および反射率特性を示し、で示す破線が繰り返し
回数m=6の場合の透過率特性および反射率特性を示
し、で示す一点鎖線が繰り返し回数m=7の場合の透
過率特性および反射率特性を示している。また、図12
および図14において、それぞれで示す実線が繰り返
し回数m=1の場合の透過率特性および反射率特性を示
し、で示す破線が繰り返し回数m=2の場合の透過率
特性および反射率特性を示している。
In FIGS. 11 and 12, the horizontal axis represents wavelength and the vertical axis represents transmittance. In addition, FIG.
In FIG. 14 and FIG. 14, the horizontal axis represents wavelength and the vertical axis represents reflectance. In FIGS. 11 and 13, the solid line indicates the transmittance characteristic and the reflectance characteristic when the number of repetitions is m = 3, and the broken line indicates the transmittance characteristic and the reflectance characteristic when the number of repetitions is m = 4. In the figure, the broken line indicated by indicates the transmittance characteristic and the reflectance characteristic when the number of repetitions m = 5, and the broken line indicates the transmittance characteristic and the reflectance characteristic when the number of repetitions m = 6. Shows the transmittance characteristic and the reflectance characteristic when the number of repetitions m = 7. In addition, FIG.
In FIG. 14 and FIG. 14, the solid line indicates the transmittance characteristic and the reflectance characteristic when the number of repetitions is m = 1, and the broken line indicates the transmittance characteristic and the reflectance characteristic when the number of repetitions is m = 2. There is.

【0062】図14からわかるように、繰り返し回数m
が1の場合には、S偏光の反射率が最高でも70%より
低く実用に即さない。これに対して図11〜図14から
わかるように、繰り返し回数mが2以上の場合には、波
長400nm〜720nm程度の範囲で殆ど反射され、
透過できないことが明らかである。繰り返し回数mを増
やすと、不透過域上限のエッジが急峻になる。
As can be seen from FIG. 14, the number of repetitions m
When the value is 1, the reflectance of S-polarized light is lower than 70% at maximum, which is not practical. On the other hand, as can be seen from FIGS. 11 to 14, when the number of repetitions m is 2 or more, most of the light is reflected in the wavelength range of 400 nm to 720 nm,
It is clear that it cannot penetrate. When the number of repetitions m is increased, the upper edge of the opaque region becomes steep.

【0063】以上の図7〜図14の特性から考察する
と、本実施形態に係る偏光分離素子2は、400nm以
上の150nm〜300nmの範囲でP偏光とS偏光と
を高い精度で分離し得る。ここで、偏光ビームスプリッ
タの特性として、P偏光の透過率83%以上、かつS偏
光の透過率5%以下を想定すると、積層繰り返し回数m
は、上述した図7〜14の特性から考察すると、3以上
7以下の整数であることが望ましい。この場合、400
nm〜700nmという極めて広い波長域に対応しうる
偏光ビームスプリッタを実現できる。
Considering the characteristics shown in FIGS. 7 to 14, the polarization separation element 2 according to this embodiment can separate P-polarized light and S-polarized light with high accuracy in the range of 150 nm to 300 nm which is 400 nm or more. Here, assuming that the transmittance of the P-polarized light is 83% or more and the transmittance of the S-polarized light is 5% or less as the characteristics of the polarization beam splitter, the number of times of stacking repetitions is m.
Is preferably an integer of 3 or more and 7 or less in consideration of the characteristics of FIGS. In this case 400
It is possible to realize a polarization beam splitter capable of supporting an extremely wide wavelength range of nm to 700 nm.

【0064】図15は、P偏光の透過率83%以上、か
つS偏光の透過率5%以下の条件を満足する連続した波
長範囲の幅を評価関数に用いた場合の、偏光分離可能波
長幅の繰り返し回数依存性を示す図である。図15にお
いて、横軸が繰り返し回数mを、縦軸が偏光分離可能波
長幅をそれぞれ表している。
FIG. 15 shows polarization separable wavelength widths when a width of a continuous wavelength range satisfying a condition that the transmittance of P-polarized light is 83% or more and the transmittance of S-polarized light is 5% or less is used as an evaluation function. It is a figure which shows the repetition frequency dependence of. In FIG. 15, the horizontal axis represents the number of repetitions m, and the vertical axis represents the polarization separable wavelength width.

【0065】図15からわかるように、ある波長幅に対
応しうる偏光ビームスプリッタを実現する場合、偏光分
離素子2の基本構造の繰り返し回数mは、2以上であれ
ば良く、400nm〜700nmという極めて広い波長
域に対応しうる偏光ビームスプリッタを実現するために
は、繰り返し回数mは、3以上(図15のデータでは1
0まで)であることが望ましく、好適には、上述したよ
うに、3以上7以下の整数であることが望ましい。
As can be seen from FIG. 15, the number of repetitions m of the basic structure of the polarization beam splitting element 2 should be 2 or more in order to realize a polarization beam splitter capable of supporting a certain wavelength width, which is extremely high from 400 nm to 700 nm. In order to realize a polarization beam splitter that can handle a wide wavelength range, the number of repetitions m is 3 or more (1 in the data of FIG. 15).
(Up to 0), and preferably an integer of 3 or more and 7 or less as described above.

【0066】また、図15からわかるように、m=5の
当たりにピークがあり、以後僅かに減少していく傾向が
ある。したがって、実用的には、繰り返し回数mは4ま
たは5で十分である。
Further, as can be seen from FIG. 15, there is a peak around m = 5, and there is a tendency that the peak decreases thereafter. Therefore, practically, the number of repetitions m of 4 or 5 is sufficient.

【0067】図16は、積層繰り返し回数mが4の場合
のP偏光およびS偏光の透過率の波長依存性を示す図で
ある。図16において、横軸が波長を、縦軸が透過率を
それぞれ表している。また、図16において、破線がP
偏光の透過率特性を示し、実線がS偏光の透過率特性を
示している。
FIG. 16 is a diagram showing the wavelength dependence of the transmittance of P-polarized light and S-polarized light when the number of times m of stacking is repeated is 4. In FIG. 16, the horizontal axis represents wavelength and the vertical axis represents transmittance. Further, in FIG. 16, the broken line is P
The transmittance characteristic of polarized light is shown, and the solid line shows the transmittance characteristic of S polarized light.

【0068】図16に示すように、積層繰り返し回数m
を4とした場合、偏光ビームスプリッタの特性として、
P偏光の透過率83%以上、かつS偏光の透過率5%以
下を想定すると、400nm〜700nmという極めて
広い波長域に対応でき、極めて実用的な偏光ビームスプ
リッタを実現できる。
As shown in FIG. 16, the number of stacking repetitions m
When 4 is set as the characteristic of the polarization beam splitter,
Assuming that the transmittance of P-polarized light is 83% or more and the transmittance of S-polarized light is 5% or less, an extremely wide wavelength range of 400 nm to 700 nm can be supported, and a very practical polarization beam splitter can be realized.

【0069】次に、入射光IOの偏光分離素子2への入
射角度について考察する。本実施形態では、上述したよ
うに、入射光IOの偏光分離素子2の光入射面2aへの
入射角度θの中心値が56度近傍に設定されている。
Next, the incident angle of the incident light IO on the polarization separation element 2 will be considered. In the present embodiment, as described above, the center value of the incident angle θ of the incident light IO on the light incident surface 2a of the polarization separation element 2 is set near 56 degrees.

【0070】実用的には、最適入射角56度近傍から多
少ずれた光線であっても、偏光分離ができた方が望まし
いことは言うまでもない。
Needless to say, in practice, it is desirable that the polarized light can be separated even if the light beam deviates slightly from the vicinity of the optimum incident angle of 56 degrees.

【0071】図17は、偏光分離可能波長幅の入射角度
依存性を示す図である。図17において、横軸が中心角
度からのずれを、縦軸が偏光分離可能波長幅をそれぞれ
表している。図17からわかるように、入射角度の中心
値から±5度程度ずれた角度で入射された光線であって
150nm〜300nmの波長範囲で偏光分離を実現で
きる。
FIG. 17 is a diagram showing the incident angle dependence of the polarization separable wavelength width. In FIG. 17, the horizontal axis represents the deviation from the central angle, and the vertical axis represents the polarization separable wavelength width. As can be seen from FIG. 17, the polarized light separation can be realized in the wavelength range of 150 nm to 300 nm, which is the light beam incident at an angle deviated from the center value of the incident angle by about ± 5 degrees.

【0072】最適条件から±3度ずれた場合、並びに±
5度ずれた場合のP偏光およびS偏光の透過率の波長依
存性のシミュレーション結果を図18〜図21に示す。
When it deviates ± 3 degrees from the optimum condition, and ±
18 to 21 show the simulation results of the wavelength dependence of the transmittances of P-polarized light and S-polarized light when they are deviated by 5 degrees.

【0073】図18は、繰り返し回数mが4である偏光
分離素子への入射光IOの入射角度が最適条件56度か
ら+3度ずれた場合のP偏光およびS偏光の透過率の波
長依存性を示す図であり、図19は、繰り返し回数mが
4である偏光分離素子への入射光IOの入射角度が最適
条件56度から−3度ずれた場合のP偏光およびS偏光
の透過率の波長依存性を示す図であり、図20は、繰り
返し回数mが4である偏光分離素子への入射光IOの入
射角度が最適条件56度から+5度ずれた場合のP偏光
およびS偏光の透過率の波長依存性を示す図であり、図
21は、繰り返し回数mが4である偏光分離素子への入
射光IOの入射角度が最適条件56度から−5度ずれた
場合のP偏光およびS偏光の透過率の波長依存性を示す
図である。
FIG. 18 shows the wavelength dependence of the transmittance of P-polarized light and S-polarized light when the incident angle of the incident light IO on the polarization beam splitting element having the number of repetitions m of 4 deviates by +3 degrees from the optimum condition of 56 degrees. FIG. 19 is a diagram showing the wavelengths of the transmittances of P-polarized light and S-polarized light when the incident angle of the incident light IO to the polarization beam splitting element having the number of repetitions m of 4 deviates from the optimum condition of 56 degrees by −3 degrees. FIG. 20 is a diagram showing the dependency, and FIG. 20 shows the transmittances of P-polarized light and S-polarized light when the incident angle of the incident light IO on the polarization beam splitting element with the number of repetitions m of 4 deviates +5 degrees from the optimum condition of 56 degrees 21 is a diagram showing the wavelength dependence of P polarized light and S polarized light when the incident angle of the incident light IO on the polarization separation element having the number of repetitions m of 4 deviates by −5 degrees from the optimum condition of 56 degrees. It is a figure which shows the wavelength dependence of the transmittance of a.

【0074】図18〜図21において、横軸が波長を、
縦軸が透過率をそれぞれ表している。また、図18〜図
21において、破線がP偏光の透過率特性を示し、実線
がS偏光の透過率特性を示している。
18 to 21, the horizontal axis represents wavelength,
The vertical axis represents the transmittance. Further, in FIGS. 18 to 21, the broken line shows the transmittance characteristic of P-polarized light, and the solid line shows the transmittance characteristic of S-polarized light.

【0075】図18および図19からわかるように、最
適条件から±3度ずれた入射角度59度および56度の
場合、最適条件下の特性を示す図16に比べて、多少波
形が乱れているが、なお広波長域に亘ってP偏光の透過
率83%以上、かつS偏光の透過率5%以下の条件を満
たしている。
As can be seen from FIGS. 18 and 19, when the incident angles are 59 ° and 56 ° which are deviated from the optimum condition by ± 3 °, the waveform is slightly disturbed as compared with FIG. 16 showing the characteristic under the optimum condition. However, the condition that the transmittance of P-polarized light is 83% or more and the transmittance of S-polarized light is 5% or less is satisfied over a wide wavelength range.

【0076】また、図20および図21からわかるよう
に、最適条件から±5度ずれた入射角度61度および5
1度の場合、最適条件下の特性を示す図16に比べて、
さらに波形が乱れているが、±3度ずれた場合に比べて
狭まるものの、なお広波長域に亘ってP偏光の透過率8
3%以上、かつS偏光の透過率5%以下の条件を満たし
ている。
As can be seen from FIGS. 20 and 21, the incident angles 61 ° and 5 deviated from the optimum condition by ± 5 °.
In the case of 1 degree, compared to FIG. 16 showing the characteristic under the optimum condition,
Furthermore, the waveform is disturbed, but it becomes narrower than when it is deviated by ± 3 degrees, but the transmittance of P-polarized light is still 8 over a wide wavelength range.
The conditions of 3% or more and S-polarized light transmittance of 5% or less are satisfied.

【0077】以上説明したように、本発明によれば、入
射光OIに対して所定の屈折率を有する光学的に透明な
高屈折率層Hと、高屈折率層Hを挟むように配置された
高屈折率層Hより低い屈折率の光学的に透明な第1の低
屈折率層Lおよび第2の低屈折率層Lからなる基本構造
膜LHLを含み、この基本構造の繰り返し構造(LH
L)m (ただしmは2以上の整数で、好適には3〜7)
を有する偏光分離素子2と、偏光分離素子2の光入射面
2aおよび光透過面2bに対して接し、偏光分離素子2
を挟むように形成された透明基板3とを有するので、膜
構成は極めて単純、かつ必要な層の数が少なくて済むた
めに安価な製造が可能となる利点がある。そしてこの構
成を用いれば、偏光ビームスプリットが組みこまれた光
学素子全体の価格が下がることにもつながる。
As described above, according to the present invention, the optically transparent high refractive index layer H having a predetermined refractive index with respect to the incident light OI and the high refractive index layer H are disposed so as to sandwich the high refractive index layer H. A basic structure film LHL composed of an optically transparent first low refractive index layer L and a second low refractive index layer L having a lower refractive index than the high refractive index layer H, and a repeating structure (LH
L) m (where m is an integer of 2 or more, preferably 3 to 7)
Of the polarization separation element 2 and the light incident surface 2a and the light transmission surface 2b of the polarization separation element 2 are in contact with each other.
Since the transparent substrate 3 is formed so as to sandwich it, there is an advantage that the film structure is extremely simple, and the number of necessary layers is small, and thus inexpensive manufacturing is possible. If this structure is used, the cost of the entire optical element incorporating the polarized beam split can be reduced.

【0078】また、本偏光ビームスプリッタは入射角5
6度において優れた偏光分離特性を持つ。また、偏光分
離素子2の低屈折率材料としてSiO2 (n=1.4
6)を、高屈折率材料としてTiO2 (n=2.44)
を各々用いると、Lは94.2nm・Hは56.4nm
となり、繰り返し1回分あたりの膜厚は約250nmと
なる。透明基板としては一般的光学ガラス(BK7)を
使用することができ、この素子は56度近傍の角度での
入射光に対し最大限の偏光分離性能を示す。これらの組
み合わせの場合は、上述の基本構造になんらの補正を加
える必要がなく、極めて単純な構成で高い性能が得られ
る。また、膜の繰り返し回数mは実用上4で十分であ
り、この時の積層数は僅かに9層であり膜厚は1μmに
すぎない。以上のように構成された本発明に係る積層薄
膜プリズム型偏光ビームスプリッタは高い生産性を有
し、大量生産により安価に市場に提供できることにな
る。
Further, the present polarization beam splitter has an incident angle of 5
It has excellent polarization separation characteristics at 6 degrees. Further, as a low refractive index material of the polarization separation element 2, SiO 2 (n = 1.4
6) as TiO 2 (n = 2.44) as a high refractive index material
When each is used, L is 94.2 nm and H is 56.4 nm.
Thus, the film thickness per repeated one is about 250 nm. A common optical glass (BK7) can be used as the transparent substrate, and this element exhibits the maximum polarization separation performance for incident light at an angle near 56 degrees. In the case of these combinations, it is not necessary to make any correction to the basic structure described above, and high performance can be obtained with an extremely simple configuration. Further, the number of repetitions m of the film is practically sufficient to be 4, and the number of laminated layers at this time is only 9 layers and the film thickness is only 1 μm. The laminated thin film prism type polarization beam splitter according to the present invention configured as described above has high productivity and can be provided to the market at low cost by mass production.

【0079】[0079]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
単純な膜構成と少ない積層数にて広帯域の偏光分離機能
を有する安価な偏光分離素子およびそれを用いた偏光ビ
ームスプリッタを実現できる利点がある。
As described above, according to the present invention,
There is an advantage that an inexpensive polarization separation element having a broadband polarization separation function and a polarization beam splitter using the same can be realized with a simple film structure and a small number of layers.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る偏光分離素子を採用した積層薄膜
プリズム型偏光ビームスプリッタの一実施形態を模式的
に示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing an embodiment of a laminated thin film prism type polarization beam splitter that employs a polarization separation element according to the present invention.

【図2】積層繰り返し回数mが3の場合の偏光分離素子
の積層繰り返し構造を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a stacking repeating structure of a polarization separation element when the stacking repeating number m is 3.

【図3】積層繰り返し回数mが4の場合の偏光分離素子
の積層繰り返し構造を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a stacking repeating structure of a polarization separation element when the stacking repeating number m is 4.

【図4】TiO2 の光学定数(屈折率)nの波長分散依
存性を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the wavelength dispersion dependence of the optical constant (refractive index) n of TiO 2 .

【図5】TiO2 の光学定数(消衰係数)kの波長分散
依存性を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing wavelength dispersion dependence of an optical constant (extinction coefficient) k of TiO 2 .

【図6】SiO2 の光学定数(屈折率)nの波長依存性
を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing wavelength dependence of an optical constant (refractive index) n of SiO 2 .

【図7】積層繰り返し回数mが3〜7におけるP偏光透
過率の波長依存性を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the wavelength dependence of P-polarized light transmittance when the number of times m of lamination is 3 to 7;

【図8】積層繰り返し回数mが1,2におけるP偏光透
過率の波長依存性を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing the wavelength dependence of P-polarized light transmittance when the number of times m of stacking is repeated is 1 and 2.

【図9】積層繰り返し回数mが3〜7におけるP偏光反
射率の波長依存性を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing wavelength dependency of P-polarized light reflectance when the number of times m of lamination is 3 to 7;

【図10】積層繰り返し回数mが1,2におけるP偏光
反射率の波長依存性を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing the wavelength dependence of P-polarized light reflectance when the number of times m of lamination is 1, 2;

【図11】積層繰り返し回数mが3〜7におけるS偏光
透過率の波長依存性を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing wavelength dependency of S-polarized light transmittance when the number of times m of lamination is repeated 3 to 7.

【図12】積層繰り返し回数mが1,2におけるS偏光
透過率の波長依存性を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing wavelength dependency of S-polarized light transmittance when the number of times m of lamination is repeated 1 and 2.

【図13】積層繰り返し回数mが3〜7におけるS偏光
反射率の波長依存性を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing the wavelength dependence of the S-polarized reflectance when the number of times m of lamination is repeated 3 to 7.

【図14】積層繰り返し回数mが1,2におけるS偏光
反射率の波長依存性を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing the wavelength dependence of S-polarized reflectance when the number of times m of lamination is 1 and 2;

【図15】P偏光の透過率83%以上、かつS偏光の透
過率5%以下の条件を満足する連続した波長範囲の幅を
評価関数に用いた場合の、偏光分離可能波長幅の繰り返
し回数依存性を示す図である。
FIG. 15 shows the number of repetitions of the wavelength bands that can be separated by polarization when the width of a continuous wavelength range satisfying the conditions that the transmittance of P-polarized light is 83% or more and the transmittance of S-polarized light is 5% or less is used as an evaluation function. It is a figure which shows a dependency.

【図16】積層繰り返し回数mが4の場合のP偏光およ
びS偏光の透過率の波長依存性を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing the wavelength dependence of the transmittance of P-polarized light and S-polarized light when the number of times m of stacking is repeated is 4.

【図17】偏光分離可能波長幅の入射角度依存性を示す
図である。
FIG. 17 is a diagram showing the incident angle dependence of the polarization separable wavelength width.

【図18】繰り返し回数mが4である偏光分離素子への
入射光の入射角度が最適条件56度から+3度ずれた場
合のP偏光およびS偏光の透過率の波長依存性を示す図
である。
FIG. 18 is a diagram showing the wavelength dependence of the transmittance of P-polarized light and S-polarized light when the incident angle of the incident light on the polarization separation element having the number of repetitions m of 4 is deviated by +3 degrees from the optimum condition of 56 degrees. .

【図19】繰り返し回数mが4である偏光分離素子への
入射光の入射角度が最適条件56度から−3度ずれた場
合のP偏光およびS偏光の透過率の波長依存性を示す図
である。
FIG. 19 is a diagram showing the wavelength dependence of the transmittance of P-polarized light and S-polarized light when the incident angle of incident light on the polarization separation element with the number of repetitions m of 4 deviates from the optimum condition of 56 degrees by −3 degrees. is there.

【図20】繰り返し回数mが4である偏光分離素子への
入射光の入射角度が最適条件56度から+5度ずれた場
合のP偏光およびS偏光の透過率の波長依存性を示す図
である。
FIG. 20 is a diagram showing wavelength dependence of transmittances of P-polarized light and S-polarized light when an incident angle of incident light on a polarization separation element having a repetition number m of 4 deviates by +5 degrees from an optimum condition of 56 degrees. .

【図21】繰り返し回数mが4である偏光分離素子への
入射光の入射角度が最適条件56度から−5度ずれた場
合のP偏光およびS偏光の透過率の波長依存性を示す図
である。
FIG. 21 is a diagram showing the wavelength dependence of the transmittance of P-polarized light and S-polarized light when the incident angle of the incident light on the polarization beam splitting element having the number of repetitions m of 4 deviates by −5 degrees from the optimum condition of 56 degrees. is there.

【符号の説明】 1…偏光ビームスプリッタ、2…偏光分離素子、2a…
光入射面、2b…光透過面、3…透明基板、H…高屈折
率層、L…低屈折率層、L1…第1の低屈折率層、L2
…第2の低屈折率層、LHL1…第1の基本構造膜、L
HL2…第2の基本構造膜、LHL3…第3の基本構造
膜、LHL4…第4の基本構造膜。
[Explanation of Codes] 1 ... Polarization beam splitter, 2 ... Polarization separation element, 2a ...
Light incident surface, 2b ... Light transmitting surface, 3 ... Transparent substrate, H ... High refractive index layer, L ... Low refractive index layer, L1 ... First low refractive index layer, L2
... second low refractive index layer, LHL1 ... first basic structure film, L
HL2 ... Second basic structure film, LHL3 ... Third basic structure film, LHL4 ... Fourth basic structure film.

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定の角度をもって入射する入射光の第
1の偏光を透過させ、第2の偏光を透過方向とは異なる
方向に反射する偏光分離素子であって、 上記入射光に対して所定の屈折率を有する光学的に透明
な高屈折率層Hと、上記高屈折率層Hを挟むように配置
された当該高屈折率層より低い屈折率の光学的に透明な
第1の低屈折率層Lおよび第2の低屈折率層Lからなる
基本構造膜LHLを含み、 上記基本構造の繰り返し構造(LHL)m を有する偏光
分離素子。
1. A polarization splitting element that transmits a first polarized light of incident light that is incident at a predetermined angle and reflects a second polarized light in a direction different from a transmission direction, wherein An optically transparent high refractive index layer H having a refractive index of, and an optically transparent first low refractive index having a lower refractive index than the high refractive index layers arranged so as to sandwich the high refractive index layer H. A polarization separation element including a basic structure film LHL including an index layer L and a second low refractive index layer L, and having a repeating structure (LHL) m of the above basic structure.
【請求項2】 上記高屈折率層の厚さ、並びに第1の低
屈折率層および第2の低屈折率層の厚さは、入射光の基
準波長に基づいて設定されている請求項1記載の偏光分
離素子。
2. The thickness of the high refractive index layer and the thicknesses of the first low refractive index layer and the second low refractive index layer are set based on a reference wavelength of incident light. The polarized light separating element described.
【請求項3】 上記入射光の基準波長をλ0 とすると
き、上記高屈折率層の厚さ、並びに第1の低屈折率層お
よび第2の低屈折率層の厚さは、基準波長を所定の整数
で除した値に相当する光学的厚さに設定されている請求
項1記載の偏光分離素子。
3. When the reference wavelength of the incident light is λ 0 , the thickness of the high refractive index layer and the thicknesses of the first low refractive index layer and the second low refractive index layer are the reference wavelength. The polarization separation element according to claim 1, wherein the polarization separation element has an optical thickness corresponding to a value obtained by dividing by.
【請求項4】 上記基本構造の繰り返し回数mは、3以
上の整数である請求項1記載の偏光分離素子。
4. The polarization separation element according to claim 1, wherein the number of repetitions m of the basic structure is an integer of 3 or more.
【請求項5】 上記基本構造の繰り返し回数mは、3以
上7以下の整数である請求項1記載の偏光分離素子。
5. The polarization beam splitting element according to claim 1, wherein the number of repetitions m of the basic structure is an integer of 3 or more and 7 or less.
【請求項6】 上記入射光の光学膜面への入射角度の中
心値が56度近傍に設定されている請求項1記載の偏光
分離素子。
6. The polarization beam splitting element according to claim 1, wherein a central value of an incident angle of the incident light on the optical film surface is set in the vicinity of 56 degrees.
【請求項7】 上記入射光の光学膜面への入射角度の中
心値が56度近傍に設定されている請求項5記載の偏光
分離素子。
7. The polarization beam splitting element according to claim 5, wherein a center value of an incident angle of the incident light on the optical film surface is set in the vicinity of 56 degrees.
【請求項8】 上記高屈折率層は、入射光の基準波長を
含む所定範囲において光学定数nの波長分散特性を有
し、かつ上記基準波長より短い所定波長以上において消
衰係数が略ゼロに漸近する特性を有する材料を含み、 上記第1および第2の低屈折率層は、入射光の基準波長
を含む所定範囲において光学定数nの波長分散特性を有
し、かつ略全波長域で消衰係数が略ゼロである材料を含
む請求項1記載の偏光分離素子。
8. The high refractive index layer has wavelength dispersion characteristics of an optical constant n in a predetermined range including a reference wavelength of incident light, and has an extinction coefficient of substantially zero at a predetermined wavelength shorter than the reference wavelength. The first and second low refractive index layers each include a material having an asymptotic characteristic, have wavelength dispersion characteristics of an optical constant n in a predetermined range including a reference wavelength of incident light, and extinguish in a substantially entire wavelength range. The polarization separation element according to claim 1, comprising a material having an extinction coefficient of substantially zero.
【請求項9】 互いに隣接する基本構造膜は、第1の低
屈折率層Lおよび第2の低屈折率層Lを共有するように
形成されている請求項1記載の偏光分離素子。
9. The polarization separation element according to claim 1, wherein the basic structure films adjacent to each other are formed so as to share the first low refractive index layer L and the second low refractive index layer L.
【請求項10】 所定の角度をもって入射する入射光の
第1の偏光を透過させ、第2の偏光を透過方向とは異な
る方向に反射する偏光ビームスプリッタであって、 上記入射光に対して所定の屈折率を有する光学的に透明
な高屈折率層Hと、上記高屈折率層Hを挟むように配置
された当該高屈折率層より低い屈折率の光学的に透明な
第1の低屈折率層Lおよび第2の低屈折率層Lからなる
基本構造膜LHLを含み、上記基本構造の繰り返し構造
(LHL)m を有する偏光分離素子と、 上記偏光分離素子の光入射面および光透過面に対して接
するように配置された透明基板とを有する偏光ビームス
プリッタ。
10. A polarization beam splitter, which transmits a first polarized light of incident light incident at a predetermined angle and reflects a second polarized light in a direction different from a transmission direction, wherein An optically transparent high refractive index layer H having a refractive index of, and an optically transparent first low refractive index having a lower refractive index than the high refractive index layers arranged so as to sandwich the high refractive index layer H. A polarization separation element having a basic structure film LHL composed of a refractive index layer L and a second low refractive index layer L and having a repeating structure (LHL) m of the above basic structure, and a light incident surface and a light transmission surface of the polarization separation element. And a transparent substrate arranged so as to be in contact with the polarizing beam splitter.
【請求項11】 上記偏光分離素子の高屈折率層の厚
さ、並びに第1の低屈折率層および第2の低屈折率層の
厚さは、入射光の基準波長に基づいて設定されている請
求項10記載の偏光ビームスプリッタ。
11. The thickness of the high refractive index layer and the thickness of the first low refractive index layer and the second low refractive index layer of the polarization separation element are set based on a reference wavelength of incident light. The polarization beam splitter according to claim 10.
【請求項12】 上記入射光の基準波長をλ0 とすると
き、上記偏光分離素子の高屈折率層の厚さ、並びに第1
の低屈折率層および第2の低屈折率層の厚さは、基準波
長を所定の整数で除した値に相当する光学的厚さに設定
されている請求項10記載の偏光ビームスプリッタ。
12. When the reference wavelength of the incident light is λ 0 , the thickness of the high refractive index layer of the polarization separation element, and the first
11. The polarizing beam splitter according to claim 10, wherein thicknesses of the low refractive index layer and the second low refractive index layer are set to optical thicknesses corresponding to a value obtained by dividing the reference wavelength by a predetermined integer.
【請求項13】 上記偏光分離素子の基本構造の繰り返
し回数mは、3以上の整数である請求項10記載の偏光
ビームスプリッタ。
13. The polarization beam splitter according to claim 10, wherein the number of repetitions m of the basic structure of the polarization separation element is an integer of 3 or more.
【請求項14】 上記偏光分離素子の基本構造の繰り返
し回数mは、3以上7以下の整数である請求項10記載
の偏光ビームスプリッタ。
14. The polarization beam splitter according to claim 10, wherein the number of repetitions m of the basic structure of the polarization separation element is an integer of 3 or more and 7 or less.
【請求項15】 上記入射光の上記偏光分離素子の光学
膜面への入射角度の中心値が56度近傍に設定されてい
る請求項10記載の偏光ビームスプリッタ。
15. The polarization beam splitter according to claim 10, wherein a central value of an incident angle of the incident light on the optical film surface of the polarization separation element is set to around 56 degrees.
【請求項16】 上記入射光の上記偏光分離素子の光学
膜面への入射角度の中心値が56度近傍に設定されてい
る請求項14記載の偏光ビームスプリッタ。
16. The polarization beam splitter according to claim 14, wherein a central value of an incident angle of the incident light on the optical film surface of the polarization separation element is set to around 56 degrees.
【請求項17】 上記偏光分離素子の上記高屈折率層
は、入射光の基準波長を含む所定範囲において光学定数
nの波長分散特性を有し、かつ上記基準波長より短い所
定波長以上において消衰係数が略ゼロに漸近する特性を
有する材料を含み、 上記第1および第2の低屈折率層は、入射光の基準波長
を含む所定範囲において光学定数nの波長分散特性を有
し、かつ略全波長域で消衰係数が略ゼロである材料を含
む請求項10記載の偏光ビームスプリッタ。
17. The high refractive index layer of the polarization beam splitting element has wavelength dispersion characteristics of an optical constant n in a predetermined range including a reference wavelength of incident light, and extinguishes at a predetermined wavelength or more shorter than the reference wavelength. The first low refractive index layer and the second low refractive index layer have a wavelength dispersion characteristic of an optical constant n in a predetermined range including a reference wavelength of incident light, The polarization beam splitter according to claim 10, comprising a material having an extinction coefficient of substantially zero over the entire wavelength range.
【請求項18】 上記偏光分離素子の上記高屈折率層の
屈折率は、上記透明基板の屈折率より高く設定され、 上記第1および第2の低屈折率層の屈折率は、上記透明
基板の屈折率より低く設定されている請求項10記載の
偏光ビームスプリッタ。
18. The refractive index of the high refractive index layer of the polarization separation element is set higher than that of the transparent substrate, and the refractive indexes of the first and second low refractive index layers are set to the transparent substrate. 11. The polarization beam splitter according to claim 10, wherein the polarization beam splitter is set to have a refractive index lower than that of.
【請求項19】 上記偏光分離素子の上記高屈折率層の
屈折率は、上記透明基板の屈折率より高く設定され、 上記第1および第2の低屈折率層の屈折率は、上記透明
基板の屈折率より低く設定されている請求項17記載の
偏光ビームスプリッタ。
19. The refractive index of the high refractive index layer of the polarization separation element is set higher than that of the transparent substrate, and the refractive indexes of the first and second low refractive index layers are set to the transparent substrate. 18. The polarizing beam splitter according to claim 17, wherein the polarizing beam splitter is set to have a refractive index lower than that of.
【請求項20】 上記偏光分離素子の互いに隣接する基
本構造膜は、第1の低屈折率層Lおよび第2の低屈折率
層Lを共有するように形成されている請求項10記載の
偏光ビームスプリッタ。
20. The polarized light according to claim 10, wherein the basic structure films adjacent to each other of the polarization separation element are formed so as to share the first low refractive index layer L and the second low refractive index layer L. Beam splitter.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008181074A (en) * 2006-12-28 2008-08-07 Ricoh Co Ltd Polarization beam splitter and polarization conversion element

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