【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オプティカルコンタクトにより複数のプリズムを接合して構成された、特に紫外光領域で使用されるビームスプリッタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
オプティカルコンタクト（ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｎｔａｃｔ）とは、ガラスもしくは光学結晶等からなる光学部材の面同士を、接着剤等の媒体を介さず直接に圧着して接合する方法である。その接合原理は未だに明らかでない部分が多いが、強固な接合強度を得るためには、オプティカルコンタクトに供される面は精密に研磨され、極めて平滑に仕上げられている必要がある。特許文献１には、オプティカルコンタクトに供される面が備えるべき表面粗さについて記載されている。
【０００３】
オプティカルコンタクトにより製造される光学素子の代表は、プリズムを接合したビームスプリッタ（以下プリズムビームスプリッタ）である。通常、可視光領域で使用されるプリズムビームスプリッタは、偏光分離膜など必要な光学薄膜をガラスプリズム斜面に形成した後、他のガラスプリズム斜面と接着剤を用いて接合することにより製作されている。一方、紫外光領域では、接着剤の主成分である有機高分子材料による光吸収が著しいため、接着剤により接合された上記の構造を有するプリズムビームスプリッタは使用できない。そこで、紫外光領域で使用されるプリズムビームスプリッタは、接着剤によらずオプティカルコンタクトにより接合されたものが用いられる。特許文献２には、オプティカルコンタクトにより製造されるプリズムビームスプリッタの例と、その製造方法が記載されている。紫外光領域におけるプリズム材料としては、光吸収が少なく複屈折を持たないことなどから、フッ化物結晶、特にフッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化バリウムが用いられる。また波長１９０ｎｍ程度までは酸化珪素および酸化アルミニウムも使用可能である。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２２１３４２号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平９−５５１８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
紫外光領域においては、例外的に光吸収が小さい酸化珪素および酸化アルミニウムを除き、大多数の酸化物は大きな光吸収係数を有するため光学材料に不適当である。特に光学薄膜は原理上、屈折率の異なる複数の材料を用いて構成されるものであるが、上記２種の酸化物薄膜のみでは光学設計の自由度が極めて低くなるため、フッ化物薄膜の使用が前提となる。ところがフッ化物同士またはフッ化物と酸化物とのオプティカルコンタクトは接合力が極めて弱いことが知られている。このためフッ化物で構成されるプリズム、又はプリズムの斜面にフッ化物からなる光学薄膜を設けたものを、他のプリズムとオプティカルコンタクトで接合してビームスプリッタを製造することは、ほとんどの場合不可能であった。また仮に一旦は接合できたとしても、接合力が極めて低いため、実用的な耐久性が得られないという問題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、紫外光領域で良好な性能と耐久性を有するプリズムビームスプリッタの開発を進めた結果、フッ化物を使用し、かつ実用的な耐久性を有するプリズムビームスプリッタの構成を発明するに至った。
【０００８】
オプティカルコンタクトの接合強度に影響する因子としては、特許文献１に示されているように接合面の面粗さが知られている。本発明者は、フッ化物のオプティカルコンタクトに際して、面粗さの他に化学的因子が影響することを見出した。従来行われている酸化物のオプティカルコンタクトでは、接合に供される表面の双方に水酸基（−ＯＨ）が高密度で存在するため、これらを密着させることで水素結合もしくは脱水縮合による共有結合が生じ、強固な接合が得られるものと考えられる。一方、フッ化物表面は酸化物表面と比較して水酸基密度が低いため、密着させても強固な接合が得られないのである。そこで本発明では、フッ化物表面を酸化物により被覆することで、接合面に水酸基を導入し、強固なオプティカルコンタクトを有するプリズムビームスプリッタを実現した。
【０００９】
すなわち本発明は第一に、「複数のプリズムがオプティカルコンタクトにより接合されてなるビームスプリッタであって、前記複数のプリズムのうち少なくとも１のプリズムがフッ化物で構成され、かつ前記フッ化物で構成されるプリズムの、オプティカルコンタクトに供される面が、酸化物薄膜により被覆されていることを特徴とするビームスプリッタ（請求項１）」を提供する。また本発明は第二に、「前記複数のプリズムのうち、フッ化物で構成されるプリズムを除く他のプリズムが、酸化物で構成されることを特徴とする請求項１記載のビームスプリッタ（請求項２）」を提供する。
【００１０】
また本発明は第三に、「前記プリズムを構成するフッ化物が、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化バリウムのいずれかである、請求項１または請求項２記載のビームスプリッタ（請求項３）」を提供する。また本発明は第四に、「前記プリズムを構成する酸化物が、酸化珪素または酸化アルミニウムのいずれかである、請求項２または請求項３記載のビームスプリッタ（請求項４）」を提供する。
【００１１】
通常、前記ビームスプリッタにおいては、そのオプティカルコンタクト面に、光線分割機能を有する光学薄膜が設けられる。この光学薄膜は前述のとおりフッ化物薄膜が多く用いられる。フッ化物薄膜を作製する一般的な方法は真空蒸着である。成膜する際に基板を加熱することで良好な光学性能を得ることが出来る。加熱温度は２００℃〜３００℃といった温度が一般的である。しかしながら、多くのフッ化物の熱膨張係数が１０−５／℃程度であるのに対し、紫外光領域で使用可能な酸化物の代表である石英ガラスは、その熱膨張係数が１０−６／℃と一桁小さい。このため、石英ガラス製のプリズム上にフッ化物からなる光学薄膜を真空蒸着で成膜する場合には、基板加熱の際に両者の熱膨張係数の差によって薄膜にクラックを生じるという問題がある。またクラックを生じないまでも、大きな内部応力が残留するためオプティカルコンタクトに供する面が変形し、強固な接合が得られないという新たな問題を生じる。
【００１２】
この問題を解決する手段として、本発明は「前記フッ化物で構成されるプリズムのうち、少なくとも１のプリズムのオプティカルコンタクトに供する面が、光学薄膜を備え、かつ前記酸化物薄膜による被覆が該光学薄膜の最表面に施されていることを特徴とする、請求項１ないし請求項４記載のビームスプリッタ（請求項５）」を提供する。上記構成によれば、光学薄膜がフッ化物プリズム上に成膜されるため、成膜中に加熱しても熱膨張係数の差によるクラックや面変形を生じず、良好な光学性能とオプティカルコンタクト性を両立することができる。
【００１３】
さらに本発明は、周辺光学系の設計を容易にするものとして、「材質が互いに相違する複数のプリズムがオプティカルコンタクトにより接合されてなるビームスプリッタであって、前記複数のプリズムの頂角が、該ビームスプリッタの入射光軸と出射光軸が平行となる角度を備えることを特徴とするビームスプリッタ（請求項６）」を提供する。また本発明は上記のビームスプリッタを搭載した、紫外光領域で良好な性能を有する測定機として、「請求項１ないし請求項６記載のビームスプリッタを搭載した光学測定機（請求項７）」
を提供する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、実施例にもとづき本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
【実施例】
（実施例１）
図１は実施例１によるビームスプリッタの横断面を示す概略図である。フッ化カルシウム（ＣａＦ２）で構成されるプリズム１の斜面には光学薄膜３が真空蒸着により成膜され、更にその最表面は酸化珪素（ＳｉＯ２）薄膜４で被覆されている。プリズム２は合成石英ガラスである。酸化珪素薄膜４とプリズム２の間がオプティカルコンタクトにより接合されるが、両面とも酸化物であるため強固な接合が実現できる。またプリズム１と光学薄膜３はどちらもフッ化物であるため、成膜中に加熱しても熱膨張率の差による応力が発生せず、クラックや形状変化を防止することができる。
【００１６】
【表１】
【００１７】
光学薄膜３は、表１に示す構成を有する、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）およびフッ化ランタン（ＬａＦ３）の全４１層の交互層からなる偏光分離膜である。本実施例では使用波長λ＝１９３ｎｍとし、各材料の屈折率をＭｇＦ２＝１．４２、ＬａＦ３＝１．６９、ａＦ２＝１．５０、ＳｉＯ２＝１．５５として各プリズムおよび光学薄膜を設計した。酸化珪素薄膜の膜厚は、吸収による光量損失が無視でき、かつ十分な接合強度が得られる膜厚である１０ｎｍとした。
【００１８】
紙面左方からの入射光線８は、出射光線６および７に分離される。右方へはｐ偏光成分のみ、上方へはｓ偏光成分のみが出射される。図２は本実施例における偏光分離特性を示したものである。実線はｓ偏光成分に対する反射率、破線はｐ偏光成分に対する反射率を表す。入射角４５°のとき、ｓ偏光成分はほぼ１００％上方へ反射され、ｐ偏光成分はほぼ１００％右方へ透過し、ビームスプリッタとして有効に機能する。
（実施例２）
図３は実施例２によるビームスプリッタの横断面を示す概略図である。プリズム２１およびプリズム２２はいずれもフッ化カルシウム（ＣａＦ２）で構成される。プリズム２１の斜面には光学薄膜２３が真空蒸着により成膜され、更にその最表面は酸化珪素（ＳｉＯ２）薄膜２４で被覆されている。プリズム２の斜面には光学薄膜は成膜されず、酸化珪素薄膜２４による被覆のみが施されている。両プリズムは、酸化珪素薄膜の間でオプティカルコンタクトにより接合されるため、強固な接合が実現できる。
【００１９】
【表２】
【００２０】
光学薄膜２３は、表２に示す構成を有する、フッ化マグネシウムおよびフッ化ランタンの全４１層の交互層からなる偏光分離膜である。本実施例では使用波長λ＝１９３ｎｍとし、各材料の屈折率をＭｇＦ２＝１．４２、ＬａＦ３＝１．６９、ＣａＦ２＝１．５０、ＳｉＯ２＝１．５５として各プリズムおよび光学薄膜を設計した。酸化珪素薄膜の膜厚は、吸収による光量損失が無視でき、かつ十分な接合強度が得られる膜厚である５ｎｍとした。
【００２１】
紙面左方から入射した光線は、右方へはｐ偏光成分のみ、上方へはｓ偏光成分のみに分離される。図４は本実施例における偏光分離特性を示したものである。実線はｓ偏光成分に対する反射率、破線はｐ偏光成分に対する反射率を表す。入射角４５°のとき、ｓ偏光成分はほぼ１００％上方へ反射され、ｐ偏光成分はほぼ１００％右方へ透過し、ビームスプリッタとして機能することがわかる。
【００２２】
本実施例のビームスプリッタは、二つのプリズムが同一のフッ化物材料で構成されていることが特徴である。両プリズムの屈折率が同一であるため、入射光軸と透過側の出射光軸が平行になるという利点を有する。
（実施例３）
実施例１において、ビームスプリッタを構成するプリズム１およびプリズム２は、いずれもその頂角が４５°であった。この場合、両プリズムは屈折率が異なる材質で構成されるため接合面で屈折が生じ、入射光線８の光軸と出射光線６の光軸は平行ではない。一方周辺光学系の設計上からは、ビームスプリッタ通過前後の光軸は平行であることが好ましい。実施例３は、材質の異なるプリズムをオプティカルコンタクトで接合し、かつ出射光軸を入射光軸に平行にしたビームスプリッタの例である。
【００２３】
図５は、実施例３によるビームスプリッタの横断面を示す概略図である。フッ化カルシウム（ＣａＦ２）で構成されるプリズム３１の斜面には光学薄膜３が真空蒸着により成膜され、更にその最表面は酸化珪素（ＳｉＯ２）薄膜４で被覆されている。プリズム３２は合成石英ガラスである。酸化珪素薄膜４とプリズム３２の間がオプティカルコンタクトにより接合される。光学薄膜３および酸化珪素薄膜４は実施例１におけるものとそれぞれ同一である。
【００２４】
本実施例では、ｓ偏光側の出射光線７の光軸を入射光線８の光軸に直角とするため、プリズム１の頂角を４５°とした。また出射光線３７の光軸を入射光線８の光軸と平行にするため、プリズム３２の頂角θは、式１から求めた値とした。
【００２５】
【式１】
【００２６】
式１において、ｎ１およびｎ２はそれぞれ入射側および出射側プリズムの屈折率である。本実施例においてはｎ１＝１．５０、ｎ２＝１．５５であるから、θ＝３９．９°となる。
本実施例にかかるビームスプリッタの入射面および各出射面にはそれぞれ反射防止膜３５が設けられ、透過率向上および多重反射によるゴースト低減が図られている。反射防止膜の構成については特に例示しないが、一般に知られている任意の多層反射防止膜を適用することが可能である。
【００２７】
以上、偏光分離膜を備える偏光ビームスプリッタを例に本発明の実施の形態を説明したが、プリズム上に設ける光学薄膜には任意の特性を付与でき、非偏光ビームスプリッタとして構成することも可能である。
【００２８】
ビームスプリッタに用いるプリズム材料としては、実施例で示したフッ化カルシウムの他、フッ化マグネシウムまたはフッ化バリウムも使用することができる。
【００２９】
オプティカルコンタクト面の被覆として用いられる酸化物薄膜には、酸化珪素の他、酸化アルミニウムも用いることができ、さらに使用波長および使用膜厚において光吸収が問題とならない範囲において、他の酸化物も同様に使用可能である。酸化物薄膜の膜厚は、光学薄膜の特性に影響を与えず、かつ十分な接合強度を与える範囲で、その組成に応じて任意に設定することができる。
（実施例４）
図６は、本発明に係る光学測定機の一種である波面収差測定機の要部を示す図である。
【００３０】
紫外レーザ光源１０１から発した光は、本発明に係るビームスプリッタＢＳにより２分割される。一方の光束は折り曲げミラー及び集光レンズを介して第一のピンホール１０２へ導かれる。第一のピンホールで発生した第一の理想球面波は、被検光学系１０３を通過して、被検光学系に関して第一のピンホールと共役な位置に置かれたピンホールミラー１０４へ導かれる。ピンホールミラーは微小な開口部を備えた反射面である。ビームスプリッタＢＳで分割された他方の光束は、折り曲げミラーおよび集光レンズを介してピンホールミラー１０４の裏面に入射するが、ピンホールミラー上の開口部を通過するときに第二の理想球面波を生じる。また被検光学系を通過した光束がピンホールミラーの反射面で反射されると、この反射光は被検光学系の波面収差に応じた形状の波面を有する。ピンホールミラー上の開口部からの第二の理想球面波と、ピンホールミラーの反射面からの反射光とは、レンズを介してＣＣＤ１０５に達し、ＣＣＤの撮像面上で干渉縞を形成する。ＣＣＤ上の干渉縞は、被検光学系を通過した波面の、理想的球面波からのずれに応じた形状となり、この干渉縞を解析することにより被検光学系の波面収差を求めることができる。
【００３１】
本発明に係るビームスプリッタは、実施例に示した波面収差測定機のほか、各種形式の干渉計など、ビームスプリッタによる光線分割を利用した光学測定機に搭載することができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、フッ化物プリズムをオプティカルコンタクトにより強固に接合できるため、耐久性の高いビームスプリッタを実現することができる。紫外光領域においても光吸収が極めて小さく、光量ロスの少ない光学系を構築することができる。さらに光吸収による発熱も小さいため、発熱にもとづくプリズム形状の変化やオプティカルコンタクト面の剥離等を防止でき、光学系全体の高精度化および信頼性の向上に有効である。また材質の異なるプリズムをオプティカルコンタクトで接合した場合にあっても、出射光軸を入射光軸に平行にすることができるため、周辺光学系の設計が容易になるという効果を有する。本発明によるビームスプリッタを搭載した光学測定機は、光量ロスが少なく、発熱によるドリフトも小さいため、高精度かつ安定に光学測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１にかかるビームスプリッタの概略横断面図である。
【図２】実施例１にかかる光学薄膜の偏光分離特性を表す図である。
【図３】実施例２にかかるビームスプリッタの概略横断面図である。
【図４】実施例２にかかる光学薄膜の偏光分離特性を表す図である。
【図５】実施例３にかかるビームスプリッタの概略横断面図である。
【図６】実施例４にかかる波面収差測定機の要部を示す概略図である。
【符号の説明】
１：ＣａＦ２プリズム、２：ＳｉＯ２プリズム、３：光学薄膜、４：ＳｉＯ２薄膜、６：出射光線（ｐ偏光）、７：出射光線（ｓ偏光）、２１〜２２：ＣａＦ２プリズム、３２：ＳｉＯ２プリズム、３５：反射防止膜、１０１：紫外レーザ、１０３：被検光学系、ＢＳ：ビームスプリッタ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a beam splitter formed by joining a plurality of prisms by an optical contact, and particularly used in an ultraviolet light region.
[0002]
[Prior art]
Optical contact is a method in which the surfaces of optical members made of glass, optical crystals, or the like are directly pressed and joined without using a medium such as an adhesive. Although the joining principle has not been clarified in many parts, the surface provided for the optical contact needs to be precisely polished and extremely smooth in order to obtain a strong joining strength. Patent Literature 1 describes surface roughness to be provided for a surface provided for optical contact.
[0003]
A representative example of an optical element manufactured by optical contact is a beam splitter in which prisms are joined (hereinafter, a prism beam splitter). Usually, a prism beam splitter used in the visible light region is manufactured by forming a necessary optical thin film such as a polarization separation film on a glass prism slope and bonding the other glass prism slope with an adhesive. . On the other hand, in the ultraviolet region, light is remarkably absorbed by the organic polymer material that is a main component of the adhesive, so that a prism beam splitter having the above structure joined by the adhesive cannot be used. Therefore, as the prism beam splitter used in the ultraviolet light region, a prism beam splitter joined by an optical contact without using an adhesive is used. Patent Literature 2 describes an example of a prism beam splitter manufactured by optical contact and a manufacturing method thereof. As the prism material in the ultraviolet light region, fluoride crystals, particularly calcium fluoride, magnesium fluoride, and barium fluoride are used because of their low light absorption and no birefringence. Silicon oxide and aluminum oxide can also be used up to a wavelength of about 190 nm.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-9-221342 [0005]
[Patent Document 2]
JP-A-9-5518
[Problems to be solved by the invention]
In the ultraviolet region, most oxides are unsuitable for optical materials because they have a large light absorption coefficient, except for silicon oxide and aluminum oxide, which have exceptionally low light absorption. In particular, an optical thin film is composed of a plurality of materials having different refractive indices in principle. Is assumed. However, it is known that an optical contact between fluorides or between a fluoride and an oxide has an extremely weak bonding force. For this reason, it is almost impossible to manufacture a beam splitter by joining a prism made of fluoride or an optical thin film made of fluoride on the slope of the prism with another prism by optical contact. Met. Further, even if the bonding can be performed once, there is a problem that practical durability cannot be obtained because the bonding force is extremely low.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
As a result of the development of a prism beam splitter having good performance and durability in the ultraviolet region, the present inventors have invented a configuration of a prism beam splitter that uses fluoride and has practical durability. Reached.
[0008]
As a factor affecting the bonding strength of an optical contact, the surface roughness of a bonding surface is known as shown in Patent Document 1. The present inventor has found that chemical factors other than surface roughness affect the optical contact of fluoride. In a conventional oxide optical contact, since hydroxyl groups (—OH) are present at a high density on both surfaces to be joined, a covalent bond due to hydrogen bonding or dehydration condensation occurs when these are brought into close contact. It is considered that strong bonding can be obtained. On the other hand, since the fluoride surface has a lower hydroxyl group density than the oxide surface, a strong bond cannot be obtained even when the surfaces are brought into close contact. Thus, in the present invention, a prism beam splitter having a strong optical contact is realized by coating a fluoride surface with an oxide to introduce a hydroxyl group into a bonding surface.
[0009]
That is, the present invention firstly provides a “beam splitter in which a plurality of prisms are joined by an optical contact, wherein at least one of the plurality of prisms is made of a fluoride, and is made of the fluoride. Wherein the surface of the prism provided for optical contact is coated with an oxide thin film. The present invention also provides a beam splitter according to claim 1, wherein, out of the plurality of prisms, other prisms except for a prism made of a fluoride are made of an oxide. Item 2) "is provided.
[0010]
Thirdly, the present invention provides a beam splitter according to claim 1 or claim 2, wherein the fluoride constituting the prism is any one of calcium fluoride, magnesium fluoride, and barium fluoride. )"I will provide a. Fourth, the present invention provides “a beam splitter according to claim 2 or claim 3 (claim 4), wherein the oxide forming the prism is one of silicon oxide and aluminum oxide.
[0011]
Usually, in the beam splitter, an optical thin film having a light beam splitting function is provided on an optical contact surface. As this optical thin film, a fluoride thin film is often used as described above. A common method for producing a fluoride thin film is vacuum deposition. Good optical performance can be obtained by heating the substrate during film formation. The heating temperature is generally 200 ° C. to 300 ° C. However, while the thermal expansion coefficient of many fluorides is about 10 −5 / ° C., quartz glass, which is a typical oxide that can be used in the ultraviolet region, has a thermal expansion coefficient of 10 −6 / ° C. And one digit smaller. Therefore, when an optical thin film made of a fluoride is formed on a quartz glass prism by vacuum evaporation, there is a problem that a crack is generated in the thin film due to a difference in thermal expansion coefficient between the two when the substrate is heated. Even if cracks do not occur, a large internal stress remains, so that the surface used for optical contact is deformed, which causes another problem that a strong joint cannot be obtained.
[0012]
As a means for solving this problem, the present invention provides an optical film comprising: an optical thin film on a surface of at least one of the prisms made of fluoride, which is provided for optical contact; A beam splitter (Claim 5) according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the beam splitter is provided on the outermost surface of the thin film. According to the above configuration, since the optical thin film is formed on the fluoride prism, cracks and surface deformation due to the difference in the coefficient of thermal expansion do not occur even when the film is heated during the film formation, and good optical performance and optical contact property are obtained. Can be compatible.
[0013]
Further, according to the present invention, a beam splitter in which a plurality of prisms made of different materials are joined by an optical contact, wherein the apex angle of the plurality of prisms is A beam splitter (Claim 6), characterized in that the beam splitter has an angle at which an incident optical axis and an output optical axis of the beam splitter are parallel to each other. According to the present invention, an optical measuring instrument equipped with the beam splitter according to claims 1 to 6 (claim 7) is a measuring instrument equipped with the above-described beam splitter and having good performance in an ultraviolet light region.
I will provide a.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples.
[0015]
【Example】
(Example 1)
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a cross section of the beam splitter according to the first embodiment. An optical thin film 3 is formed by vacuum evaporation on the slope of the prism 1 made of calcium fluoride (CaF 2 ), and the outermost surface is covered with a silicon oxide (SiO 2 ) thin film 4. The prism 2 is a synthetic quartz glass. Although the silicon oxide thin film 4 and the prism 2 are bonded by optical contact, strong bonding can be realized because both surfaces are made of oxide. Further, since both the prism 1 and the optical thin film 3 are fluorides, even if they are heated during the film formation, no stress is generated due to the difference in the coefficient of thermal expansion, and cracks and shape changes can be prevented.
[0016]
[Table 1]
[0017]
The optical thin film 3 is a polarization separation film having a configuration shown in Table 1 and composed of a total of 41 alternating layers of magnesium fluoride (MgF 2 ) and lanthanum fluoride (LaF 3 ). In the present embodiment, the wavelength and the refractive index of each material are set to λ = 193 nm, MgF 2 = 1.42, LaF 3 = 1.69, aF 2 = 1.50, SiO 2 = 1.55, and each prism and optical thin film. Was designed. The thickness of the silicon oxide thin film was set to 10 nm, which is a thickness at which a light amount loss due to absorption can be ignored and sufficient bonding strength can be obtained.
[0018]
The incident light beam 8 from the left side of the paper is separated into outgoing light beams 6 and 7. Only the p-polarized component is emitted to the right, and only the s-polarized component is emitted upward. FIG. 2 shows the polarization separation characteristics in the present embodiment. The solid line represents the reflectance for the s-polarized component, and the dashed line represents the reflectance for the p-polarized component. At an incident angle of 45 °, the s-polarized component is reflected almost 100% upward, and the p-polarized component is transmitted almost 100% rightward, effectively functioning as a beam splitter.
(Example 2)
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a cross section of the beam splitter according to the second embodiment. Each of the prism 21 and the prism 22 is made of calcium fluoride (CaF 2 ). An optical thin film 23 is formed on the inclined surface of the prism 21 by vacuum evaporation, and the outermost surface thereof is covered with a silicon oxide (SiO 2 ) thin film 24. No optical thin film is formed on the slope of the prism 2, and only the coating with the silicon oxide thin film 24 is applied. Since the two prisms are joined by an optical contact between the silicon oxide thin films, strong joining can be realized.
[0019]
[Table 2]
[0020]
The optical thin film 23 is a polarization splitting film having a configuration shown in Table 2 and composed of all 41 alternate layers of magnesium fluoride and lanthanum fluoride. In the present embodiment, the wavelength and the refractive index of each material are set to λ = 193 nm, MgF 2 = 1.42, LaF 3 = 1.69, CaF 2 = 1.50, SiO 2 = 1.55, and each prism and optical thin film. Was designed. The thickness of the silicon oxide thin film was set at 5 nm, which is a thickness at which a loss of light amount due to absorption can be ignored and sufficient bonding strength can be obtained.
[0021]
Light rays incident from the left side of the paper are separated into only p-polarized light components to the right and only s-polarized light components upward. FIG. 4 shows the polarization separation characteristics in this embodiment. The solid line represents the reflectance for the s-polarized component, and the dashed line represents the reflectance for the p-polarized component. At an incident angle of 45 °, the s-polarized light component is reflected almost 100% upward, and the p-polarized light component is transmitted almost 100% rightward, which indicates that it functions as a beam splitter.
[0022]
The beam splitter of this embodiment is characterized in that two prisms are made of the same fluoride material. Since the refractive indices of the two prisms are the same, there is an advantage that the incident optical axis is parallel to the transmission optical axis on the transmission side.
(Example 3)
In Example 1, each of the prisms 1 and 2 constituting the beam splitter had an apex angle of 45 °. In this case, since both prisms are made of materials having different refractive indexes, refraction occurs at the joint surface, and the optical axis of the incident light beam 8 and the optical axis of the output light beam 6 are not parallel. On the other hand, from the viewpoint of the design of the peripheral optical system, the optical axes before and after passing through the beam splitter are preferably parallel. Third Embodiment A third embodiment is an example of a beam splitter in which prisms made of different materials are joined by optical contacts, and the output optical axis is made parallel to the incident optical axis.
[0023]
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a cross section of the beam splitter according to the third embodiment. An optical thin film 3 is formed on a slope of a prism 31 made of calcium fluoride (CaF 2 ) by vacuum deposition, and the outermost surface is covered with a silicon oxide (SiO 2 ) thin film 4. The prism 32 is a synthetic quartz glass. The silicon oxide thin film 4 and the prism 32 are joined by an optical contact. The optical thin film 3 and the silicon oxide thin film 4 are the same as those in the first embodiment.
[0024]
In this embodiment, the vertex angle of the prism 1 is set to 45 ° so that the optical axis of the outgoing light beam 7 on the s-polarized side is perpendicular to the optical axis of the incident light beam 8. Further, in order to make the optical axis of the outgoing light ray 37 parallel to the optical axis of the incident light ray 8, the vertex angle θ of the prism 32 was a value obtained from Expression 1.
[0025]
(Equation 1)
[0026]
In Equation 1, n 1 and n 2 are the refractive indices of the entrance and exit prisms, respectively. In this embodiment, since n 1 = 1.50 and n 2 = 1.55, θ = 39.9 °.
An antireflection film 35 is provided on each of the entrance surface and each exit surface of the beam splitter according to the present embodiment to improve transmittance and reduce ghost by multiple reflection. Although the configuration of the antireflection film is not particularly exemplified, any generally known multilayer antireflection film can be applied.
[0027]
As described above, the embodiment of the present invention has been described by taking the polarization beam splitter having the polarization splitting film as an example. However, the optical thin film provided on the prism can have arbitrary characteristics, and can be configured as a non-polarization beam splitter. is there.
[0028]
As the prism material used for the beam splitter, magnesium fluoride or barium fluoride can be used in addition to the calcium fluoride shown in the embodiment.
[0029]
For the oxide thin film used as the coating of the optical contact surface, aluminum oxide can be used in addition to silicon oxide, and other oxides can be used as long as light absorption is not a problem at the used wavelength and used film thickness. It can be used for The thickness of the oxide thin film can be arbitrarily set according to the composition within a range that does not affect the characteristics of the optical thin film and provides sufficient bonding strength.
(Example 4)
FIG. 6 is a diagram showing a main part of a wavefront aberration measuring device which is a kind of the optical measuring device according to the present invention.
[0030]
Light emitted from the ultraviolet laser light source 101 is split into two by the beam splitter BS according to the present invention. One light beam is guided to the first pinhole 102 via the bending mirror and the condenser lens. The first ideal spherical wave generated in the first pinhole passes through the test optical system 103 and is guided to the pinhole mirror 104 located at a position conjugate with the first pinhole with respect to the test optical system. I will The pinhole mirror is a reflection surface having a minute opening. The other light beam split by the beam splitter BS is incident on the back surface of the pinhole mirror 104 via the bending mirror and the condensing lens. When passing through the opening on the pinhole mirror, the second ideal spherical wave Is generated. When the light beam passing through the test optical system is reflected by the reflection surface of the pinhole mirror, the reflected light has a wavefront having a shape corresponding to the wavefront aberration of the test optical system. The second ideal spherical wave from the opening on the pinhole mirror and the light reflected from the reflection surface of the pinhole mirror reach the CCD 105 via the lens and form interference fringes on the imaging surface of the CCD. The interference fringes on the CCD have a shape corresponding to the deviation of the wavefront that has passed through the optical system under test from the ideal spherical wave, and the wavefront aberration of the optical system under test can be obtained by analyzing the interference fringes. .
[0031]
The beam splitter according to the present invention can be mounted not only on the wavefront aberration measuring device described in the embodiment but also on an optical measuring device utilizing beam splitting by the beam splitter, such as various types of interferometers.
[0032]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, since a fluoride prism can be joined firmly by optical contact, a highly durable beam splitter can be implement | achieved. It is possible to construct an optical system in which the light absorption is extremely small even in the ultraviolet light region and the light amount loss is small. Further, since heat generated by light absorption is small, it is possible to prevent a change in the prism shape and peeling of the optical contact surface due to the generated heat, which is effective for improving the accuracy and reliability of the entire optical system. Further, even when prisms of different materials are joined by optical contacts, the outgoing optical axis can be made parallel to the incident optical axis, which has the effect of facilitating the design of the peripheral optical system. The optical measuring device equipped with the beam splitter according to the present invention can perform optical measurement with high accuracy and stability because the loss of light amount is small and the drift due to heat generation is small.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a beam splitter according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating polarization separation characteristics of an optical thin film according to Example 1.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a beam splitter according to a second embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating polarization separation characteristics of an optical thin film according to Example 2.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a beam splitter according to a third embodiment.
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a main part of a wavefront aberration measuring apparatus according to a fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
1: CaF 2 prism, 2: SiO 2 prism, 3: optical thin film, 4: SiO 2 thin film, 6: outgoing ray (p-polarized), 7: outgoing ray (s-polarized), 21 to 22: CaF 2 prism, 32 : SiO 2 prism, 35: anti-reflection film, 101: ultraviolet laser, 103: optical system to be tested, BS: beam splitter
