JP2003066231A - 偏光ビームスプリッタ - Google Patents
偏光ビームスプリッタInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 単純な膜構成と少ない積層数により広い帯域
の偏光分離機能を有する安価な偏光ビームスプリッタを
提供する。 【解決手段】 所定の角度をもって入射する入射光Ｌ０
の第１の偏光Ｌ１を透過させ、入射光Ｌ０の第２の偏光
Ｌ２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１において、入射光Ｌ０の基準波長５５０ｎｍ
をλ0 とするとき、いずれもλ0 ／４とほぼ等しい光学
的厚さの高屈折率層Ｈ及び低屈折率層Ｌとから構成され
る基本構造膜ＬＨＬの繰り返し構造（ＬＨＬ）m （ただ
しｍは３〜７の整数）から成る偏光分離膜２と、この偏
光分離膜２の光入射面２Ａ側と光出射面２Ｂ側にそれぞ
れ配置され入射光Ｌ０の偏光分離膜２への入射角θが４
５度のときに充分な偏光分離が可能なように屈折率が選
定された透明基板３Ａ，３Ｂとを有する構成とする。
の偏光分離機能を有する安価な偏光ビームスプリッタを
提供する。 【解決手段】 所定の角度をもって入射する入射光Ｌ０
の第１の偏光Ｌ１を透過させ、入射光Ｌ０の第２の偏光
Ｌ２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１において、入射光Ｌ０の基準波長５５０ｎｍ
をλ0 とするとき、いずれもλ0 ／４とほぼ等しい光学
的厚さの高屈折率層Ｈ及び低屈折率層Ｌとから構成され
る基本構造膜ＬＨＬの繰り返し構造（ＬＨＬ）m （ただ
しｍは３〜７の整数）から成る偏光分離膜２と、この偏
光分離膜２の光入射面２Ａ側と光出射面２Ｂ側にそれぞ
れ配置され入射光Ｌ０の偏光分離膜２への入射角θが４
５度のときに充分な偏光分離が可能なように屈折率が選
定された透明基板３Ａ，３Ｂとを有する構成とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の透明基板の
間に偏光分離膜を配置して成る偏光ビームスプリッタに
係わる。
間に偏光分離膜を配置して成る偏光ビームスプリッタに
係わる。
【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、これまで様々な形
態の偏光子が研究されてきた。
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、これまで様々な形
態の偏光子が研究されてきた。
【０００３】上述の偏光子としては、例えば結晶の複屈
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
偏光子等がある。
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
偏光子等がある。
【０００４】そして、この種の偏光子の作用を有する光
学素子として、例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、透明基板例えば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（ＰＢＳ）が知られている。
学素子として、例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、透明基板例えば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（ＰＢＳ）が知られている。
【０００５】この偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）に関
する文献は数多く知られており、例えば「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）の３０２〜３０９頁において、偏光ビ
ームスプリッタについて解説がなされている。
する文献は数多く知られており、例えば「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）の３０２〜３０９頁において、偏光ビ
ームスプリッタについて解説がなされている。
【０００６】上記文献において、高屈折率材料から成る
高屈折率層と低屈折材料から成る低屈折率層とを交互に
積層することにより構成される薄膜積層型の偏光分離素
子が示されている。そして、この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の光学的厚さ（光学膜厚：屈折率×厚
さ）を有する低屈折率層をＬと記述し、λ0 ／４の光学
的厚さを有する高屈折率層を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。
高屈折率層と低屈折材料から成る低屈折率層とを交互に
積層することにより構成される薄膜積層型の偏光分離素
子が示されている。そして、この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の光学的厚さ（光学膜厚：屈折率×厚
さ）を有する低屈折率層をＬと記述し、λ0 ／４の光学
的厚さを有する高屈折率層を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。
【０００７】
（ＨＬ）m （１）
（０．５ＨＬ０．５Ｈ）m （２）
ただし、ｍは任意の正の整数である。また、０．５Ｈ
は、厚さλ0 ／４の高屈折率層Ｈの０．５倍の光学的厚
さ（λ 0 ／８）を有する高屈折率層を示す。
は、厚さλ0 ／４の高屈折率層Ｈの０．５倍の光学的厚
さ（λ 0 ／８）を有する高屈折率層を示す。
【０００８】上記各式（１）（２）において、ｍは通常
４以上に設定される。
４以上に設定される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の薄膜
積層型の偏光分離素子を用いたビームスプリッタでは、
偏光分離素子に対する入射光の入射角を特定の角度、主
として４５度とすることが望ましい。
積層型の偏光分離素子を用いたビームスプリッタでは、
偏光分離素子に対する入射光の入射角を特定の角度、主
として４５度とすることが望ましい。
【００１０】しかしながら、この場合、所望の特性を満
たすために、偏光分離素子を構成する多層膜として、３
０層以上に及ぶ膜を形成する必要があり、総膜厚が４μ
ｍ以上と厚くなってしまう。また、高屈折率層及び低屈
折率層の基本的な繰り返しパターンは単純であるが、実
際には事細かに係数をかけて各層の膜厚を微調整しなけ
ればならない。
たすために、偏光分離素子を構成する多層膜として、３
０層以上に及ぶ膜を形成する必要があり、総膜厚が４μ
ｍ以上と厚くなってしまう。また、高屈折率層及び低屈
折率層の基本的な繰り返しパターンは単純であるが、実
際には事細かに係数をかけて各層の膜厚を微調整しなけ
ればならない。
【００１１】このような多層膜は製造が難しく、安価な
供給が不可能であるという不利益がある。また、製造コ
ストも高くなってしまう。
供給が不可能であるという不利益がある。また、製造コ
ストも高くなってしまう。
【００１２】上述した問題の解決のために、本発明にお
いては、単純な膜構成と少ない積層数により広い帯域の
偏光分離機能を有する安価な偏光ビームスプリッタを提
供するものである。
いては、単純な膜構成と少ない積層数により広い帯域の
偏光分離機能を有する安価な偏光ビームスプリッタを提
供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の偏光ビームスプ
リッタは、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、入射光の第２の偏光を透過方向とは異
なる方向に反射するものであって、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、この
高屈折率層Ｈを挟むように配置され高屈折率層Ｈより低
い屈折率の光学的に透明な２層の低屈折率層Ｌとから成
る基本構造膜ＬＨＬを含み、この基本構造膜の繰り返し
構造（ＬＨＬ）m （ただしｍは３〜７の整数）を有する
多層膜から成る偏光分離膜と、この偏光分離膜の光入射
面側と光出射面側にそれぞれ配置された透明基板とを有
し、入射光の基準波長５５０ｎｍをλ0 とするとき、高
屈折率層Ｈ及び低屈折率層Ｌがいずれもλ0 ／４とほぼ
等しい光学的厚さとされ、入射光の偏光分離膜への入射
角が４５度のときに、充分な偏光分離が可能なように、
光入射面側の透明基板の屈折率及び光出射面側の透明基
板の屈折率が選定されているものである。
リッタは、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、入射光の第２の偏光を透過方向とは異
なる方向に反射するものであって、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、この
高屈折率層Ｈを挟むように配置され高屈折率層Ｈより低
い屈折率の光学的に透明な２層の低屈折率層Ｌとから成
る基本構造膜ＬＨＬを含み、この基本構造膜の繰り返し
構造（ＬＨＬ）m （ただしｍは３〜７の整数）を有する
多層膜から成る偏光分離膜と、この偏光分離膜の光入射
面側と光出射面側にそれぞれ配置された透明基板とを有
し、入射光の基準波長５５０ｎｍをλ0 とするとき、高
屈折率層Ｈ及び低屈折率層Ｌがいずれもλ0 ／４とほぼ
等しい光学的厚さとされ、入射光の偏光分離膜への入射
角が４５度のときに、充分な偏光分離が可能なように、
光入射面側の透明基板の屈折率及び光出射面側の透明基
板の屈折率が選定されているものである。
【００１４】上述の本発明の偏光ビームスプリッタの構
成によれば、基本構造膜ＬＨＬの繰り返し構造（ＬＨ
Ｌ）m （ただしｍは３〜７の整数）を有する多層膜から
成る偏光分離膜の高屈折率層Ｈ及び低屈折率層Ｌがいず
れもλ0 ／４とほぼ等しい光学的厚さとされ、入射光の
偏光分離膜への入射角が４５度のときに、充分な偏光分
離が可能なように、偏光分離膜の光入射面側と光出射面
側にそれぞれ配置された透明基板の屈折率が選定されて
いることにより、入射光の偏光分離膜への入射角が４５
度のときに充分な偏光分離特性を実現することが可能に
なる。
成によれば、基本構造膜ＬＨＬの繰り返し構造（ＬＨ
Ｌ）m （ただしｍは３〜７の整数）を有する多層膜から
成る偏光分離膜の高屈折率層Ｈ及び低屈折率層Ｌがいず
れもλ0 ／４とほぼ等しい光学的厚さとされ、入射光の
偏光分離膜への入射角が４５度のときに、充分な偏光分
離が可能なように、偏光分離膜の光入射面側と光出射面
側にそれぞれ配置された透明基板の屈折率が選定されて
いることにより、入射光の偏光分離膜への入射角が４５
度のときに充分な偏光分離特性を実現することが可能に
なる。
【００１５】
【発明の実施の形態】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、入射光の第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、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、この高屈折率層Ｈを
挟むように配置され高屈折率層Ｈより低い屈折率の光学
的に透明な２層の低屈折率層Ｌとから成る基本構造膜Ｌ
ＨＬを含み、この基本構造膜の繰り返し構造（ＬＨＬ）
m （ただしｍは３〜７の整数）を有する多層膜から成る
偏光分離膜と、この偏光分離膜の光入射面側と光出射面
側にそれぞれ配置された透明基板とを有し、入射光の基
準波長５５０ｎｍをλ0 とするとき、高屈折率層Ｈ及び
低屈折率層Ｌがいずれもλ0 ／４とほぼ等しい光学的厚
さとされ、入射光の偏光分離膜への入射角が４５度のと
きに、充分な偏光分離が可能なように、光入射面側の透
明基板の屈折率及び光出射面側の透明基板の屈折率が選
定されている偏光ビームスプリッタである。
射する入射光の第１の偏光を透過させ、入射光の第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、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、この高屈折率層Ｈを
挟むように配置され高屈折率層Ｈより低い屈折率の光学
的に透明な２層の低屈折率層Ｌとから成る基本構造膜Ｌ
ＨＬを含み、この基本構造膜の繰り返し構造（ＬＨＬ）
m （ただしｍは３〜７の整数）を有する多層膜から成る
偏光分離膜と、この偏光分離膜の光入射面側と光出射面
側にそれぞれ配置された透明基板とを有し、入射光の基
準波長５５０ｎｍをλ0 とするとき、高屈折率層Ｈ及び
低屈折率層Ｌがいずれもλ0 ／４とほぼ等しい光学的厚
さとされ、入射光の偏光分離膜への入射角が４５度のと
きに、充分な偏光分離が可能なように、光入射面側の透
明基板の屈折率及び光出射面側の透明基板の屈折率が選
定されている偏光ビームスプリッタである。
【００１６】また本発明は、上記偏光ビームスプリッタ
において、高屈折率層ＨがＴｉＯ2から成り、低屈折率
層ＬがＳｉＯ2 から成り、光入射面側の透明基板の屈折
率及び光出射面側の透明基板の屈折率が共に約１．８と
されている構成とする。
において、高屈折率層ＨがＴｉＯ2から成り、低屈折率
層ＬがＳｉＯ2 から成り、光入射面側の透明基板の屈折
率及び光出射面側の透明基板の屈折率が共に約１．８と
されている構成とする。
【００１７】まず、本発明の具体的な実施の形態に先立
ち、本発明の概要を説明する。本発明においては、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、この高屈折率層Ｈを挟むように配置され高屈
折率層Ｈより低い屈折率の光学的に透明な２層の低屈折
率層Ｌとから成るＬＨＬを基本構造として採用する。高
屈折率層Ｈ及び低屈折率層Ｌは、入射光の基準波長５５
０ｎｍをλ0 とするとき、いずれもλ0 ／４とほぼ等し
い光学的厚さ（光学膜厚：屈折率×厚さ）とする。
ち、本発明の概要を説明する。本発明においては、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、この高屈折率層Ｈを挟むように配置され高屈
折率層Ｈより低い屈折率の光学的に透明な２層の低屈折
率層Ｌとから成るＬＨＬを基本構造として採用する。高
屈折率層Ｈ及び低屈折率層Ｌは、入射光の基準波長５５
０ｎｍをλ0 とするとき、いずれもλ0 ／４とほぼ等し
い光学的厚さ（光学膜厚：屈折率×厚さ）とする。
【００１８】そして、偏光分離膜を前述の式（１）及び
式（２）に示した構成の代わりに下記の式（３）に示す
構成とする。
式（２）に示した構成の代わりに下記の式（３）に示す
構成とする。
【００１９】
（ＬＨＬ）m （３）
ただし、ｍは３以上の整数とする。好ましくはｍを３〜
７の範囲の整数として層数があまり多くならないように
する。
７の範囲の整数として層数があまり多くならないように
する。
【００２０】さらに、この偏光分離膜の光入射側及び光
出射側にそれぞれ透明基板を配置して偏光ビームスプリ
ッタを構成する。
出射側にそれぞれ透明基板を配置して偏光ビームスプリ
ッタを構成する。
【００２１】ところで、一般に、偏光ビームスプリッタ
の偏光分離膜は、入射角４５度において最善の偏光分離
特性を発揮することが期待されている。
の偏光分離膜は、入射角４５度において最善の偏光分離
特性を発揮することが期待されている。
【００２２】上述の（ＬＨＬ）m 型の偏光分離膜を用い
た偏光ビームスプリッタにおいて、透明基板として最も
一般的な屈折率ｎ＝１．５２の白板ガラス（例えばいわ
ゆるＢＫ７等）を用いた場合には、最善の偏光分離特性
を示す入射角が５６度となってしまう。
た偏光ビームスプリッタにおいて、透明基板として最も
一般的な屈折率ｎ＝１．５２の白板ガラス（例えばいわ
ゆるＢＫ７等）を用いた場合には、最善の偏光分離特性
を示す入射角が５６度となってしまう。
【００２３】この屈折率ｎ＝１．５２の透明基板を用い
た構成の偏光ビームスプリッタを偏光分離変換素子に適
用した場合、偏光分離膜への入射角を５６度とする必要
があることから、偏光分離変換素子の厚さを従来品より
も厚くする必要が生じる。このため、光学系を構成する
他の光学部品との関係が変わってしまい、従来品と互換
性がとれない可能性が高くなる。
た構成の偏光ビームスプリッタを偏光分離変換素子に適
用した場合、偏光分離膜への入射角を５６度とする必要
があることから、偏光分離変換素子の厚さを従来品より
も厚くする必要が生じる。このため、光学系を構成する
他の光学部品との関係が変わってしまい、従来品と互換
性がとれない可能性が高くなる。
【００２４】偏光ビームスプリッタの偏光分離膜（ＰＢ
Ｓ膜）における偏光分離特性の入射角依存性は、特に光
入射側の透明基板の屈折率に支配される。そこで、本発
明では、（ＬＨＬ）m 型の偏光分離膜を用いた偏光ビー
ムスプリッタにおいて、さらに透明基板の屈折率を選定
して、４５度の入射角で充分な偏光分離が可能なよう
に、より好ましくは４５度の入射角で最善の偏光分離特
性が得られるようにするものである。
Ｓ膜）における偏光分離特性の入射角依存性は、特に光
入射側の透明基板の屈折率に支配される。そこで、本発
明では、（ＬＨＬ）m 型の偏光分離膜を用いた偏光ビー
ムスプリッタにおいて、さらに透明基板の屈折率を選定
して、４５度の入射角で充分な偏光分離が可能なよう
に、より好ましくは４５度の入射角で最善の偏光分離特
性が得られるようにするものである。
【００２５】一般に入手可能な光学ガラスは、上述の屈
折率ｎ＝１．５２の白板ガラス（ＢＫ７）以外にも多様
な特性を持つものが存在し、その屈折率は１．４４〜
２．０５と広い範囲に及ぶ。
折率ｎ＝１．５２の白板ガラス（ＢＫ７）以外にも多様
な特性を持つものが存在し、その屈折率は１．４４〜
２．０５と広い範囲に及ぶ。
【００２６】ここで、（ＬＨＬ）m 型の偏光分離膜を用
いた偏光ビームスプリッタにおいて、ｍ＝４とした場合
の透明基板の屈折率と最適な偏光分離特性を示す入射角
との関係を図１に示す。
いた偏光ビームスプリッタにおいて、ｍ＝４とした場合
の透明基板の屈折率と最適な偏光分離特性を示す入射角
との関係を図１に示す。
【００２７】図１より、透明基板の屈折率を高くするに
従って、浅い（小さい）入射角で最適な偏光分離特性を
与えるようになることがわかる。そして、図１より、入
射角４５度で最適な偏光分離特性が得られるようにする
ためには、屈折率ｎ＝１．８の透明基板を選択すればよ
いことがわかる。このような透明基板としては、例えば
（株）オハラ製のＳ−ＬＡＨ５２や、ＨＯＹＡ社製のＮ
ｂＦＤ１２という型番の光学ガラスが該当する。
従って、浅い（小さい）入射角で最適な偏光分離特性を
与えるようになることがわかる。そして、図１より、入
射角４５度で最適な偏光分離特性が得られるようにする
ためには、屈折率ｎ＝１．８の透明基板を選択すればよ
いことがわかる。このような透明基板としては、例えば
（株）オハラ製のＳ−ＬＡＨ５２や、ＨＯＹＡ社製のＮ
ｂＦＤ１２という型番の光学ガラスが該当する。
【００２８】続いて、本発明の具体的な実施の形態につ
いて説明する。図２は、本発明の一実施の形態として、
偏光ビームスプリッタの概略構成図（偏光分離膜付近の
拡大図）を示す。この偏光ビームスプリッタ１は、偏光
分離膜２の両側即ち光入射面２Ａ側及び光出射面２Ｂ側
にそれぞれ透明基板３（３Ａ，３Ｂ）が配置されて構成
されている。
いて説明する。図２は、本発明の一実施の形態として、
偏光ビームスプリッタの概略構成図（偏光分離膜付近の
拡大図）を示す。この偏光ビームスプリッタ１は、偏光
分離膜２の両側即ち光入射面２Ａ側及び光出射面２Ｂ側
にそれぞれ透明基板３（３Ａ，３Ｂ）が配置されて構成
されている。
【００２９】偏光分離膜２は、上述した低屈折率層Ｌ及
び高屈折率層Ｈによる基本構造膜ＬＨＬから成る繰り返
し構造（ＬＨＬ）m （ｍは３〜７の整数）により構成さ
れる。
び高屈折率層Ｈによる基本構造膜ＬＨＬから成る繰り返
し構造（ＬＨＬ）m （ｍは３〜７の整数）により構成さ
れる。
【００３０】低屈折率層Ｌを構成する低屈折率材料とし
ては、例えばＳｉＯ2 （ｎ＝１．４５４〜１．４７３）
やＭｇＦ2 （ｎ＝１．３８）、ＬｉＦ（ｎ＝１．４）、
ＡｌＦ3 （ｎ＝１．４）、Ｎａ3 ＡｌＦ6 （ｎ＝１．３
３）等を用いることができる。
ては、例えばＳｉＯ2 （ｎ＝１．４５４〜１．４７３）
やＭｇＦ2 （ｎ＝１．３８）、ＬｉＦ（ｎ＝１．４）、
ＡｌＦ3 （ｎ＝１．４）、Ｎａ3 ＡｌＦ6 （ｎ＝１．３
３）等を用いることができる。
【００３１】高屈折率層Ｈを構成する高屈折率材料とし
ては、例えばＴｉＯ2 （ｎ＝２．３５〜２．８）やＩＴ
Ｏ（ｎ＝１．９）、ＺｎＯ（ｎ＝１．９）、ＣｅＯ
2 （ｎ＝１．９５）、ＳｎＯ2 （ｎ＝１．９５）、Ａｌ
2 Ｏ3 （ｎ＝１．６３）、Ｌａ2Ｏ3 （ｎ＝１．９
５）、ＺｒＯ2 （ｎ＝２．０５）、Ｙ2 Ｏ3 （ｎ＝１．
８７）等を用いることができる。
ては、例えばＴｉＯ2 （ｎ＝２．３５〜２．８）やＩＴ
Ｏ（ｎ＝１．９）、ＺｎＯ（ｎ＝１．９）、ＣｅＯ
2 （ｎ＝１．９５）、ＳｎＯ2 （ｎ＝１．９５）、Ａｌ
2 Ｏ3 （ｎ＝１．６３）、Ｌａ2Ｏ3 （ｎ＝１．９
５）、ＺｒＯ2 （ｎ＝２．０５）、Ｙ2 Ｏ3 （ｎ＝１．
８７）等を用いることができる。
【００３２】低屈折率層Ｌ及び高屈折率層Ｈの光学的厚
さは、上述したように、入射光Ｌ０の基準波長λ0 ＝５
５０ｎｍに対してλ0 ／４＝１３７．５ｎｍとほぼ等し
い光学的厚さとする。即ち低屈折率層Ｌの材料に例えば
ＳｉＯ2 （基準波長λ0 でｎ＝１．４６）を用いた場合
には、低屈折率層Ｌの膜厚Ｄ１（図３参照）を９４．２
ｎｍとする。高屈折率層Ｈの材料に例えばＴｉＯ2 （基
準波長λ0 でｎ＝２．４４）を用いた場合には、高屈折
率層Ｈの膜厚Ｄ０（図３参照）を５６．４ｎｍとする。
さは、上述したように、入射光Ｌ０の基準波長λ0 ＝５
５０ｎｍに対してλ0 ／４＝１３７．５ｎｍとほぼ等し
い光学的厚さとする。即ち低屈折率層Ｌの材料に例えば
ＳｉＯ2 （基準波長λ0 でｎ＝１．４６）を用いた場合
には、低屈折率層Ｌの膜厚Ｄ１（図３参照）を９４．２
ｎｍとする。高屈折率層Ｈの材料に例えばＴｉＯ2 （基
準波長λ0 でｎ＝２．４４）を用いた場合には、高屈折
率層Ｈの膜厚Ｄ０（図３参照）を５６．４ｎｍとする。
【００３３】また、基本構造膜ＬＨＬの繰り返し数ｍは
３〜７の整数とする。このうち、基本構造膜ＬＨＬの繰
り返し数ｍを４とした場合の偏光分離膜２の構成を図３
に示す。
３〜７の整数とする。このうち、基本構造膜ＬＨＬの繰
り返し数ｍを４とした場合の偏光分離膜２の構成を図３
に示す。
【００３４】図３に示すように、この偏光分離膜２は、
光入射面２Ａ側から第１の低屈折率層Ｌ１、高屈折率層
Ｈ、及び第２の低屈折率層Ｌ２からなる基本構造を単純
に４回繰り返して積層した構造を有する。即ち、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、第３の基本構造膜ＬＨＬ３、及び第４の
基本構造膜ＬＨＬ４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。
光入射面２Ａ側から第１の低屈折率層Ｌ１、高屈折率層
Ｈ、及び第２の低屈折率層Ｌ２からなる基本構造を単純
に４回繰り返して積層した構造を有する。即ち、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、第３の基本構造膜ＬＨＬ３、及び第４の
基本構造膜ＬＨＬ４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。
【００３５】そして、３層から成る基本構造膜ＬＨＬを
４つ積層することから、単純に考察すると１２層とな
る。しかし、実際には図３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の低屈折率層Ｌ１を共有させるように
同一の層として形成することができる。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の低屈折率層Ｌ１を共有させる
ように同一の層として形成し、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の低屈折率層Ｌ１を共有させるように同一の層と
して形成することができる。これにより、実際の層数
は、９層となる。
４つ積層することから、単純に考察すると１２層とな
る。しかし、実際には図３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の低屈折率層Ｌ１を共有させるように
同一の層として形成することができる。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の低屈折率層Ｌ１を共有させる
ように同一の層として形成し、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の低屈折率層Ｌ１を共有させるように同一の層と
して形成することができる。これにより、実際の層数
は、９層となる。
【００３６】ｍ＝３，５，６，７の場合も、図示しない
が同様にして偏光分離膜２を構成することができる。
が同様にして偏光分離膜２を構成することができる。
【００３７】即ち偏光分離膜２の積層数Ｍは、次式
（４）で与えられる。 Ｍ＝３ｍ−（ｍ−１）＝２ｍ＋１ （４）
（４）で与えられる。 Ｍ＝３ｍ−（ｍ−１）＝２ｍ＋１ （４）
【００３８】そして、図２の構成の偏光ビームスプリッ
タ１においては、次のように偏光分離がなされる。第１
の偏光（例えばＰ偏光）及び第２の偏光（例えばＳ偏
光）を含む入射光Ｌ０は、透明基板３Ａ内を伝搬され
て、偏光分離膜２の光入射面２Ａに到達し、光入射面２
Ａに対して所定の入射角θをもって入射する。偏光分離
膜２に入射した光は、偏光分離膜２内を伝搬されてい
く。第１の偏光Ｌ１は、偏光分離膜２内を直進して、光
出射面２Ｂから出射され、さらに透明基板２Ｂ内を伝搬
されて出射される。第２の偏光Ｌ２は、偏光分離膜２内
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３Ａ内を伝搬されて出射される。
タ１においては、次のように偏光分離がなされる。第１
の偏光（例えばＰ偏光）及び第２の偏光（例えばＳ偏
光）を含む入射光Ｌ０は、透明基板３Ａ内を伝搬され
て、偏光分離膜２の光入射面２Ａに到達し、光入射面２
Ａに対して所定の入射角θをもって入射する。偏光分離
膜２に入射した光は、偏光分離膜２内を伝搬されてい
く。第１の偏光Ｌ１は、偏光分離膜２内を直進して、光
出射面２Ｂから出射され、さらに透明基板２Ｂ内を伝搬
されて出射される。第２の偏光Ｌ２は、偏光分離膜２内
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３Ａ内を伝搬されて出射される。
【００３９】尚、第２の偏光Ｌ２は、例えば図３に示す
構成の多層膜の途中の層、例えば第２の基本構造膜ＬＨ
Ｌ２と第３の基本構造膜ＬＨＬ３との境界である低屈折
率層Ｌで反射される。
構成の多層膜の途中の層、例えば第２の基本構造膜ＬＨ
Ｌ２と第３の基本構造膜ＬＨＬ３との境界である低屈折
率層Ｌで反射される。
【００４０】本実施の形態では、特に透明基板３Ａ及び
３Ｂは、いずれも屈折率が１．８である構成とする。こ
れにより、図１から、入射光Ｌ０の入射角θ＝４５度と
したときに最善の偏光分離特性が得られるようになる。
３Ｂは、いずれも屈折率が１．８である構成とする。こ
れにより、図１から、入射光Ｌ０の入射角θ＝４５度と
したときに最善の偏光分離特性が得られるようになる。
【００４１】このように透明基板３Ａ及び３Ｂの屈折率
を１．８とした場合の偏光分離特性として、透過率の波
長分布を図４に示し、反射率の波長分布を図５に示す。
図４及び図５は、入射側の透明基板３Ａ及び出射側の透
明基板３Ｂが共に屈折率ｎ＝１．８であり、かつ繰り返
し数ｍ＝４である構成（図３の構成）として計算してい
る。図４及び図５においては、いずれも実線がＳ偏光、
破線がＰ偏光の場合を示している。図４及び図５より、
広い波長範囲において良好な偏光分離特性を持つことが
わかる。
を１．８とした場合の偏光分離特性として、透過率の波
長分布を図４に示し、反射率の波長分布を図５に示す。
図４及び図５は、入射側の透明基板３Ａ及び出射側の透
明基板３Ｂが共に屈折率ｎ＝１．８であり、かつ繰り返
し数ｍ＝４である構成（図３の構成）として計算してい
る。図４及び図５においては、いずれも実線がＳ偏光、
破線がＰ偏光の場合を示している。図４及び図５より、
広い波長範囲において良好な偏光分離特性を持つことが
わかる。
【００４２】一般に、偏光分離特性は、Ｐ偏光の反射率
をＲｐ、Ｓ偏光の反射率をＲｓとしたときに消光比（Ｒ
ｐ／Ｒｓ）で評価される。図５の場合の消光比の波長分
布を図６に示す。図６より、広い波長範囲で充分小さい
消光比が得られることがわかる。
をＲｐ、Ｓ偏光の反射率をＲｓとしたときに消光比（Ｒ
ｐ／Ｒｓ）で評価される。図５の場合の消光比の波長分
布を図６に示す。図６より、広い波長範囲で充分小さい
消光比が得られることがわかる。
【００４３】ここで、消光比が１０％以下である範囲を
充分に偏光分離されている波長領域とみなすとき、図５
の場合について、その有効波長範囲幅と入射角θとの関
係を図７に示す。図７の横軸は４５度（標準入射角）を
基準とした入射角θ（度）即ち（θ−４５）（度）を示
す。
充分に偏光分離されている波長領域とみなすとき、図５
の場合について、その有効波長範囲幅と入射角θとの関
係を図７に示す。図７の横軸は４５度（標準入射角）を
基準とした入射角θ（度）即ち（θ−４５）（度）を示
す。
【００４４】図７より、４５度（標準入射角）±２度の
範囲で、充分な偏光分離性能を示していることがわか
る。
範囲で、充分な偏光分離性能を示していることがわか
る。
【００４５】ここで、図７に示す有効範囲（標準入射角
±２度）内で最適入射角（本発明の場合には標準入射角
と一致する）からずれたときの例として、入射角θが最
適入射角＋１度である場合の反射率Ｒｐ，Ｒｓ及び消光
比Ｒｐ／Ｒｓの波長分布を図８に示す。同様に、有効範
囲ぎりぎりの入射角の例として、入射角θが最適入射角
＋１．５度である場合の反射率Ｒｐ，Ｒｓ及び消光比Ｒ
ｐ／Ｒｓの波長分布を図９に示す。同様に、有効範囲以
上に入射角がずれたときの例として、入射角θが最適入
射角＋３度である場合の反射率Ｒｐ，Ｒｓ及び消光比Ｒ
ｐ／Ｒｓの波長分布を図１０に示す。
±２度）内で最適入射角（本発明の場合には標準入射角
と一致する）からずれたときの例として、入射角θが最
適入射角＋１度である場合の反射率Ｒｐ，Ｒｓ及び消光
比Ｒｐ／Ｒｓの波長分布を図８に示す。同様に、有効範
囲ぎりぎりの入射角の例として、入射角θが最適入射角
＋１．５度である場合の反射率Ｒｐ，Ｒｓ及び消光比Ｒ
ｐ／Ｒｓの波長分布を図９に示す。同様に、有効範囲以
上に入射角がずれたときの例として、入射角θが最適入
射角＋３度である場合の反射率Ｒｐ，Ｒｓ及び消光比Ｒ
ｐ／Ｒｓの波長分布を図１０に示す。
【００４６】図６〜図８より、入射角θがずれるに従
い、充分な偏光分離特性が得られる波長範囲が狭くなっ
ていくことがわかる。長波長側では消光比の小さい範囲
の限界が短波長側にシフトしていく。短波長側では４６
０ｎｍ前後の消光比が増大して偏光分離特性が低下して
いく。
い、充分な偏光分離特性が得られる波長範囲が狭くなっ
ていくことがわかる。長波長側では消光比の小さい範囲
の限界が短波長側にシフトしていく。短波長側では４６
０ｎｍ前後の消光比が増大して偏光分離特性が低下して
いく。
【００４７】上述の本実施の形態によれば、透明基板３
Ａ，３Ｂとして屈折率ｎ＝１．８のガラスを使用するこ
とにより、入射角４５度近傍で最適の偏光分離特性を実
現することができる。これにより、従来の偏光ビームス
プリッタと互換性のある構成の偏光ビームスプリッタ１
を構成することができる。
Ａ，３Ｂとして屈折率ｎ＝１．８のガラスを使用するこ
とにより、入射角４５度近傍で最適の偏光分離特性を実
現することができる。これにより、従来の偏光ビームス
プリッタと互換性のある構成の偏光ビームスプリッタ１
を構成することができる。
【００４８】また、ＬＨＬを基本構造膜としていること
により、単純な膜構成とすることができる。しかも、繰
り返し数ｍを３〜７としているため、積層数Ｍ（＝２ｍ
＋１）を７〜１５と少なくすることができる。
により、単純な膜構成とすることができる。しかも、繰
り返し数ｍを３〜７としているため、積層数Ｍ（＝２ｍ
＋１）を７〜１５と少なくすることができる。
【００４９】尚、図１及び図４〜図１０に示したデータ
は、いずれも低屈折率層Ｌの材料としてＳｉＯ2 を、高
屈折率層Ｈの材料としてＴｉＯ2 を各々用い、繰り返し
数ｍ＝４（９層構造）である場合を想定して、計算によ
り求めたデータである。その他、前述した各種高屈折率
材料及び低屈折率材料の組み合わせにより偏光分離膜２
を構成しても、４５度の入射角で最適な偏光分離特性が
得られる透明基板の屈折率ｎの値が多少変わるものの、
同様の傾向となるものである。
は、いずれも低屈折率層Ｌの材料としてＳｉＯ2 を、高
屈折率層Ｈの材料としてＴｉＯ2 を各々用い、繰り返し
数ｍ＝４（９層構造）である場合を想定して、計算によ
り求めたデータである。その他、前述した各種高屈折率
材料及び低屈折率材料の組み合わせにより偏光分離膜２
を構成しても、４５度の入射角で最適な偏光分離特性が
得られる透明基板の屈折率ｎの値が多少変わるものの、
同様の傾向となるものである。
【００５０】尚、上述の実施の形態において、高屈折率
層Ｈ及び低屈折率層Ｌの光学的厚さはλ0 ／４、透明基
板の屈折率ｎは１．８とすることが望ましい。しかしな
がら、広い帯域で良好な偏光分離特性が得られるのであ
れば、これらの値（λ0 ／４及び１．８）から若干シフ
トしていてもよい。
層Ｈ及び低屈折率層Ｌの光学的厚さはλ0 ／４、透明基
板の屈折率ｎは１．８とすることが望ましい。しかしな
がら、広い帯域で良好な偏光分離特性が得られるのであ
れば、これらの値（λ0 ／４及び１．８）から若干シフ
トしていてもよい。
【００５１】上述の実施の形態では、高屈折率層ＨにＴ
ｉＯ2 を用い、低屈折率層ＬにＳｉＯ2 を用い、透明基
板の屈折率ｎを１．８とした場合について説明したが、
本発明はこの構成に限定されるものではない。本発明で
は、高屈折率層Ｈ及び低屈折率層Ｌからなる（ＬＨＬ）
m 構造の偏光分離膜に対して、偏光分離膜を挟む透明基
板の屈折率を選定して、４５度の入射角で充分な偏光分
離が可能になるようにすればよい。
ｉＯ2 を用い、低屈折率層ＬにＳｉＯ2 を用い、透明基
板の屈折率ｎを１．８とした場合について説明したが、
本発明はこの構成に限定されるものではない。本発明で
は、高屈折率層Ｈ及び低屈折率層Ｌからなる（ＬＨＬ）
m 構造の偏光分離膜に対して、偏光分離膜を挟む透明基
板の屈折率を選定して、４５度の入射角で充分な偏光分
離が可能になるようにすればよい。
【００５２】また、本発明を応用することにより、偏光
分離膜を挟む透明基板について、適切な屈折率の材料を
選択して、任意の入射角に対応した偏光ビームスプリッ
タを設計することができる。
分離膜を挟む透明基板について、適切な屈折率の材料を
選択して、任意の入射角に対応した偏光ビームスプリッ
タを設計することができる。
【００５３】本発明は、上述の実施の形態に限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他
様々な構成が取り得る。
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他
様々な構成が取り得る。
【００５４】
【発明の効果】上述の本発明によれば、単純な膜構成と
少ない積層数により広帯域の偏光分離機能を有する安価
な偏光ビームスプリッタを実現することができる。
少ない積層数により広帯域の偏光分離機能を有する安価
な偏光ビームスプリッタを実現することができる。
【００５５】また、本発明によれば、入射角４５度近傍
で最適の偏光分離特性を得ることが可能となるため、従
来の偏光ビームスプリッタと互換性のある構成とするこ
とができる。
で最適の偏光分離特性を得ることが可能となるため、従
来の偏光ビームスプリッタと互換性のある構成とするこ
とができる。
【図１】透明基板の屈折率と最適な偏光分離特性を示す
入射角との関係を示す図である。
入射角との関係を示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態の偏光ビームスプリッタ
の概略構成図（偏光分離膜付近の拡大図）である。
の概略構成図（偏光分離膜付近の拡大図）である。
【図３】基本構造膜の繰り返し数を４とした場合の図２
の偏光分離膜の概略構成図である。
の偏光分離膜の概略構成図である。
【図４】透明基板の屈折率が１．８である場合の入射光
の波長と透過率との関係を示す図である。
の波長と透過率との関係を示す図である。
【図５】透明基板の屈折率が１．８である場合の入射光
の波長と反射率との関係を示す図である。
の波長と反射率との関係を示す図である。
【図６】図５の場合の入射光の波長と消光比との関係を
示す図である。
示す図である。
【図７】図５の場合の入射角と偏光分離特性の有効波長
範囲幅との関係を示す図である。
範囲幅との関係を示す図である。
【図８】入射角が最適入射角＋１度である場合の反射率
及び消光比の波長分布を示す図である。
及び消光比の波長分布を示す図である。
【図９】入射角が最適入射角＋１．５度である場合の反
射率及び消光比の波長分布を示す図である。
射率及び消光比の波長分布を示す図である。
【図１０】入射角が最適入射角＋３度である場合の反射
率及び消光比の波長分布を示す図である。
率及び消光比の波長分布を示す図である。
１ 偏光ビームスプリッタ、２ 偏光分離膜、３，３
Ａ，３Ｂ 透明基板、Ｌ０入射光、Ｌ１ 第１の偏光、
Ｌ２ 第２の偏光
Ａ，３Ｂ 透明基板、Ｌ０入射光、Ｌ１ 第１の偏光、
Ｌ２ 第２の偏光
Claims (2)
- 【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、該入射光の第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、該高屈折率層Ｈを挟むように配置さ
れ該高屈折率層Ｈより低い屈折率の光学的に透明な２層
の低屈折率層Ｌとから成る基本構造膜ＬＨＬを含み、該
基本構造膜の繰り返し構造（ＬＨＬ）m （ただしｍは３
〜７の整数）を有する多層膜から成る偏光分離膜と、 上記偏光分離膜の光入射面側と光出射面側にそれぞれ配
置された透明基板とを有し、 上記入射光の基準波長５５０ｎｍをλ0 とするとき、上
記高屈折率層Ｈ及び上記低屈折率層Ｌが、いずれもλ0
／４とほぼ等しい光学的膜厚とされ、 上記入射光の上記偏光分離膜への入射角が４５度のとき
に、充分な偏光分離が可能なように、上記光入射面側の
上記透明基板の屈折率及び上記光出射面側の上記透明基
板の屈折率が選定されていることを特徴とする偏光ビー
ムスプリッタ。 - 【請求項２】 上記高屈折率層ＨがＴｉＯ2 から成り、
上記低屈折率層ＬがＳｉＯ2 から成り、上記光入射面側
の上記透明基板の屈折率及び上記光出射面側の上記透明
基板の屈折率が共に約１．８とされていることを特徴と
する請求項１に記載の偏光ビームスプリッタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001253387A JP2003066231A (ja) | 2001-08-23 | 2001-08-23 | 偏光ビームスプリッタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001253387A JP2003066231A (ja) | 2001-08-23 | 2001-08-23 | 偏光ビームスプリッタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003066231A true JP2003066231A (ja) | 2003-03-05 |
Family
ID=19081729
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001253387A Pending JP2003066231A (ja) | 2001-08-23 | 2001-08-23 | 偏光ビームスプリッタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003066231A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007323073A (ja) * | 2006-06-02 | 2007-12-13 | Jds Uniphase Corp | ポジティブおよび／またはネガティブｃプレートのための薄膜設計 |
| JP2013083922A (ja) * | 2011-09-30 | 2013-05-09 | Fujifilm Corp | 液晶表示装置及び光学フィルム |
-
2001
- 2001-08-23 JP JP2001253387A patent/JP2003066231A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007323073A (ja) * | 2006-06-02 | 2007-12-13 | Jds Uniphase Corp | ポジティブおよび／またはネガティブｃプレートのための薄膜設計 |
| JP2013083922A (ja) * | 2011-09-30 | 2013-05-09 | Fujifilm Corp | 液晶表示装置及び光学フィルム |
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