JP2003185836A - 偏光ビームスプリッタ及び光アイソレータ光学系 - Google Patents

偏光ビームスプリッタ及び光アイソレータ光学系

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JP2003185836A
JP2003185836A JP2001382602A JP2001382602A JP2003185836A JP 2003185836 A JP2003185836 A JP 2003185836A JP 2001382602 A JP2001382602 A JP 2001382602A JP 2001382602 A JP2001382602 A JP 2001382602A JP 2003185836 A JP2003185836 A JP 2003185836A
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light
beam splitter
polarizing
pentaprism
polarized
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JP2001382602A
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English (en)
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Takahiro Oide
孝博 大出
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Lasertec Corp
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Lasertec Corp
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 取り付け角度の誤差や変化が生じても、光軸
からの変位量を微小範囲内に抑制可能な偏光ビームスプ
リッタ及び光アイソレータ光学系を実現する。 【解決手段】 本発明による偏光ビームスプリッタは、
第1の面11に入射した光ビームを第2の面12から偏
角が90°又は270°の出射ビームとして出射させる
ペンタプリズム10と、その第4の面14に設けられ、
第1の偏光方向に偏光した光を反射し第1の偏光方向と
直交する第2の偏光方向に偏光した光を透過する偏光膜
30と、偏光膜上に接し、第1の面と垂直な入射面21
を有するプリズム体20とを具える事を特徴とする。ペ
ンタプリズム特有の機能を有効利用しており、ビームス
プリッタの取り付け位置が僅かに回転しても、光軸から
僅かに変位した光軸に平行な光ビームとして出射可能で
ある。レンズ系の介在により、物体上又は光検出器上
の、取り付け位置が正規の場合と同じ位置に入射が可能
である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、偏光ビームスプリ
ッタ及び当該偏光ビームスプリッタを用いた光アイソレ
ータ光学系に関するものである。
【0002】
【従来の技術】レーザ顕微鏡や種々の光学装置には、光
源から試料に向かう光ビームと試料から光検出器に向か
う光ビームとを分離するための光アイソレータが用いら
れている。光アイソレータとして、内部に偏光膜を有す
る偏光プリズムとλ/4板との組み合わせが広く用いら
れている。偏光プリズムは、2個の三角プリズムを接合
し、これらプリズム間の接合面に第1の方向に偏光した
光を透過させ第1の方向と直交する方向に偏光した光を
反射する偏光膜が形成されている。そして、第1の方向
に偏光した光ビームを偏光プリズム及びλ/4板を経て
物体に入射させ、物体からの反射ビームをλ/4板を経
て偏光プリズムに入射させ、当該偏光プリズムの偏光面
で反射させて偏光プリズムから出射させている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述した偏光プリズム
とλ/4板とを組み合わせた光アイソレータは良好なビ
ーム分離性能を達成することができるが、取り付け角度
が僅かに変化するだけでも出射ビームが光検出器に対し
て大幅にずれてしまう不具合が指摘されていた。また、
組み立て時には光軸に対して高精度に取り付けられて
も、実際の使用時には例えば熱等の影響により偏光プリ
ズムの取り付け角度が変化する場合も多い。このような
場合、偏光プリズムから光検出器までの光路長が比較的
長い光学系の場合、僅かな取り付け角度の誤差や変化に
より物体からの光ビームが光検出器に対して大幅に変位
して入射する不都合が生じてしまう。
【0004】従って、本発明の目的は、取り付け角度の
誤差や変化が生じても、光軸からの変位量を微小範囲内
に抑えることができる偏光ビームスプリッタ及び光アイ
ソレータ光学系を実現することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明によるビームスプ
リッタ素子は、互いに直角をなす光透過性の第1及び第
2の面と、第1の面と対向する光反射性の第3の面と、
第2の面と対向する光透過性の第4の面とを有し、前記
第1の面に入射した光ビームを前記第2の面から偏角が
90°又は270°の出射ビームとして出射させるペン
タプリズムと、ペンタプリズムの第4の面に設けられ、
第1の偏光方向に偏光した光を透過し第1の偏光方向と
直交する第2の偏光方向に偏光した光を反射する偏光膜
と、前記偏光膜上に設けられ、前記ペンタプリズムの第
2の面と平行で光透過性面を有するプリズム体とを具え
ることを特徴とする。
【0006】本発明による偏光ビームスプリッタは、光
源から物体に向かう光ビームに対してはペンタプリズム
と同様に作用し、プリズム体の第5の面とペンタプリズ
ムの第2の面とが互いに平行な面として形成されている
ので、物体から光検出器に向けて進行する光ビームに対
しては平行平面板と同様な作用を発揮する。よって、当
該偏光ビームスプリッタが光軸に対して僅かに回転して
取り付けられても或いは熱等の要因により光軸に対して
回動しても、光軸から僅かに変位する光軸に平行な光ビ
ームとして出射させることができる。この結果、ビーム
スプリッタに課せられる取り付け精度を大幅に緩和する
ことができる。しかも、動作中に熱等の要因によりビー
ムスプリッタが変位又は回転しても光検出器における光
ビームの正規の位置からの変位を微小な範囲内に抑制す
ることができる。
【0007】
【発明の実施の形態】図1は本発明によるビームスプリ
ッタ素子を有する光アイソレータ光学系の一例の構成を
示す線図である。例えば、レーザダイオードのような光
源1から光ビームを発生する。本例では、第1の方向に
直線偏光した光としてS偏光した光を用い、光源1から
S偏光した光ビームを投射する。この光ビームは、種々
の光学素子(図示せず)を通過した後、本発明による偏
光ビームスプリッタ2に入射し、当該偏光ビームスプリ
ッタ2を通過し、λ/4板3に入射する。このλ/4板
3を透過することにより、この光ビームの偏光面は45
°変化して円偏光に変換される。そして、円偏光した光
ビームを物体4に入射させる。尚、λ/4板3と物体4
との間には、対物レンズのような種々の光学素子を配置
することができる。物体4によりなんらかの光学的作用
を受けた反射ビームは、再びλ/4板3を透過してP偏
光した光に変換され、偏光ビームスプリッタ2に入射す
る。そして、偏光ビームスプリッタに設けた偏光膜を透
過し、光検出器(図示せず)側に向けて出射する。
【0008】次に、偏光ビームスプリッタ2の詳細な構
成について説明する。本発明による偏光ビームスプリッ
タ2は、ペンタプリズム10と、このペンタプリズムに
結合したプリズム体20と、ペンタプリズム10とプリ
ズム体20との間に設けた偏光膜30とで構成される。
ペンタプリズム10は、互いに直角をなす第1の面11
と第2の面12を具え、これら第1及び第2の面は共に
光透過性とする。さらに、ペンタプリズム10は、第1
の面11と対向する光反射性の第3の面13並びに第2
の面と対向する光透過性の第4の面14を有し、これら
第3の面と第4の面との間に第5の面15が介在する。
光反射性の第3の面13は、例えば銀メッキを施した反
射面とすることができる。また、第4の面14は光透過
面とする。尚、第5の面15は必ずしも必要なものでは
なく、必要に応じて形成する。
【0009】ペンタプリズム10の第4の面14上に誘
電体多層膜で構成される偏光膜30を形成する。この偏
光膜30は、第1の偏光方向に偏光した光すなわちS偏
光した光を反射し第1の偏光方向と直交する第2の偏光
方向に偏光したP偏光した光を透過する。
【0010】偏光膜30をはさんでペンタプリズムの第
4の面14上にプリズム体20を結合する。プリズム体
20はペンタプリズムを構成する光学材料と同一の光学
材料で構成する。本例では、このプリズム体20は四角
形のプリズム体とする。当該プリズム体20は、当該光
学系の光出射面として作用する第5の面21及びペンタ
プリズムの第4の面14と対向する第6の面22を有す
る。プリズム体20の光出射面として作用する第1の面
21は、組み立てられた際、ペンタプリズム10の第2
の面12と平行になるように構成する。そして、プリズ
ム体20の光出射面21を光軸に体して垂直になるよう
に配置する。
【0011】次に、図1に示すビームスプリッタ光学系
の動作について説明する。光源1から発生したS偏光し
た光ビームは、光入射面として機能するペンタプリズム
10の第1の面11に垂直に入射し、反射性の第3の面
13で反射し偏光膜30に入射する。S偏光したビーム
は偏光膜30で反射し、ペンタプリズム10の第2の面
12から当該第2の面に垂直に出射する。この出射ビー
ムは、λ/4板3を通過し、物体4の表面で反射し、再
びλ/4板を通過し、P偏光に変換されてペンタプリズ
ムの第2の面11に垂直に入射する。そして、ペンタプ
リズムの内部を伝搬し、偏光膜30に入射する。偏光膜
30はP偏光した光に対して光透過性であるため、この
P偏光した光ビームは偏光膜30を透過し、プリズム体
20の光出射面として機能する第5の面から垂直に出射
する。
【0012】次に、ビームスプリッタ素子10の取り付
け角度が僅かに変化した場合の光ビームの伝搬経路につ
いて説明する。図2において、実線は正規の取り付け位
置を示し、細線は取り付け角度が正規の角度から僅かに
回転した状態を示す。取り付け角度が回転した場合、光
源からの入射ビームb1は、光軸に沿ってペンタプリズ
ムの第1の面11に対して垂直から僅かに傾いた角度で
入射する。しかし、ペンタプリズムの取り付け角度が僅
かに回動しても、ペンタプリズムの特性より、ペンタプ
リズム10から出射する光ビームb2は入射ビームb1
に対して90°又は270°の偏角でペンタプリズムの
第2の面から出射する。従って、ペンタプリズムの取り
付け角に誤差があっても或いは動作中にペンタプリズム
が回動しても、ペンタプリズムから出射する光ビームは
必ず物体4に対して垂直に入射するビームとなる。物体
表面で反射した光ビームは、光軸に平行であってペンタ
プリズムの第2の面12に対して垂直から僅かな角度だ
け変位した入射ビームとして入射する。しかし、ペンタ
プリズムの第2の面とプリズム体20の第5の面21は
互いに平行な面であるから、当該ビームスプリッタは平
行平面板として作用し、出射面21から出射する光ビー
ムは光軸から僅かに変位し光軸に対して平行なビームと
して出射する。この結果、偏光ビームスプリッタの取り
付け角度が変化しても、光軸から僅かに変位し光軸に対
して平行なビームとして光検出器に入射させることが可
能にある。
【0013】図3は、当該ビームスプリッタが正規の位
置に取り付けられた場合と僅かに回動している場合に光
ビームが物体及び光検出器にそれぞれ入射する位置を説
明する図である。本発明によるビームスプリッタでは、
取り付け位置が回動しても、当該ビームスプリッタから
出射する光ビームは、正規の取り付け位置の場合の出射
ビームと平行である。従って、図3に示すように、ビー
ムスプリッタ2と物体4との間に対物レンズのような集
束性レンズ31を配置することにより、取り付け位置が
僅かに回動しても当該ビームスプリッタから出射する光
ビームは、物体4上において正規の取り付け位置の場合
と同一の位置に集束する。また、物体4からの反射光も
光軸に平行に出射するため、ビームスプリッタが僅かに
回動しても、物体からの反射ビームは、当該ビームスプ
リッタ2と光検出器との間に集束性レンズ32を配置す
ることにより、取り付け位置が正規の場合の光検出器に
対する入射位置と同一の位置に入射させることができ
る。このように、本発明によるビームスプリッタによれ
ば、ビームスプリッタ素子が光軸に対して僅かに変位し
て取り付けられても或いは動作中の熱等の影響により回
動しても、集束性レンズを配置することにより物体及び
光検出器に対して同一の位置に入射させることができ
る。この結果、取り付け誤差等による影響を大幅に軽減
することができる。
【0014】本発明は上述した実施例だけに限定され
ず、種々の変形や変更が可能である。例えば、本発明に
よるビームスプリッタは光学的に共役であるため、光入
射面と光出射面とを反対にして用いることも可能であ
り、ペンタプリズムの第1の面11を光出射面とし、プ
リズム体20の第5の面21を光入射面として用いるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による偏光ビームスプリッタを用いた
光アイソレータ光学系の一例の構成を示す線図である。
【図2】 偏光ビームスプリッタが光軸に対して回転し
て取り付けられた場合の光ビームの進行光路を示す線図
である。
【図3】 ビームスプリッタと物体及び光検出器との間
にレンズを配置した場合の光ビームの進行光路を示す図
である。
【符号の説明】
1 光源 2 偏光ビームスプリッタ 3 λ/4板 4 物体 10 ペンタプリズム 11 第1の面 12 第2の面 13 第3の面 14 第4の面 21 光入射面 30 偏光膜 31 レンズ 32 レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G11B 7/135 G11B 7/135 Z Fターム(参考) 2H042 CA03 CA06 CA10 CA12 CA17 2H049 BA05 BA07 BB03 BB61 BC22 2H099 AA00 AA05 BA02 BA09 BA17 CA02 CA06 CA07 DA07 5D119 AA36 JA12 JA32 5D789 AA36 JA12 JA32

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに直角をなす光透過性の第1及び第
    2の面と、第1の面と対向する光反射性の第3の面と、
    第2の面と対向する光透過性の第4の面とを有し、前記
    第1の面に入射した光ビームを前記第2の面から偏角が
    90°又は270°の出射ビームとして出射させるペン
    タプリズムと、 ペンタプリズムの第4の面に設けられ、第1の偏光方向
    に偏光した光を反射し第1の偏光方向と直交する第2の
    偏光方向に偏光した光を透過する偏光膜と、 前記偏光膜上に設けられ、前記ペンタプリズムの第2の
    面と平行で光透過性面を有するプリズム体とを具えるこ
    とを特徴とする偏光ビームスプリッタ。
  2. 【請求項2】 光源側から物体側に向かう光ビームと物
    体側から光検出器側に向かう光ビームとを分離する光ア
    イソレータ光学系であって、 互いに直角をなす光透過性の第1及び第2の面と、第1
    の面と対向する光反射性の第3の面と、第2の面と対向
    する光透過性の第4の面とを有し、前記第1の面に入射
    した光ビームを前記第2の面から偏角が90°又は27
    0°の出射ビームとして出射させるペンタプリズム、こ
    のペンタプリズムの第4の面上に設けられ、第1の偏光
    方向に偏光した光を反射し第1の偏光方向と直交する第
    2の偏光方向に偏光した光を透過する偏光膜、及び、前
    記偏光膜上に設けられ、前記ペンタプリズムの第2の面
    と平行な光透過性の第5の面を有するプリズム体を具え
    る偏光ビームスプリッタと、 偏光ビームスプリッタと物体との間の光路中に配置した
    λ/4板とを具え、 前記偏光ビームスプリッタの第1の面に入射した光ビー
    ムを、偏光ビームスプリッタ及びλ/4板を経て物体に
    入射させ、当該物体からの反射ビームを、前記λ/4板
    及び偏光ビームスプリッタを経てビームスプリッタ素子
    の第5の面から出射させることを特徴とする光アイソレ
    ータ光学系。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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