JP2010002846A - Multiple image polarization element group - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学機器に用いられる複屈折結晶を用いた複像偏光素子(Birefringent Polarizing device)であるウォラストンプリズム(Wollaston prism)やサバール板(Savart plate)を組み合わせた複像偏光素子群に関する。 The present invention relates to a double-image polarizing element group combining a Wollaston prism, which is a birefringent polarizing device using a birefringent crystal used in an optical instrument, and a Savart plate.
方解石,水晶、ニオブ酸リチウム,酸化チタン等の光学異方性の結晶体(複屈折結晶)に、偏光していない光(例えば自然光)を入射させると、二本の屈折光線が観測される。この現象は複屈折と呼ばれ、二本の屈折光線のうち、スネルの法則に従う光線は常光線、スネルの法則に従わない光線は異常光線と呼ばれている。結晶内での常光線の速度が異常光線の速度よりも速い複屈折結晶を正結晶と呼び、水晶や酸化チタンがこれに属する。逆に、結晶内での異常光線の速度が常光線の速度よりも速い複屈折結晶を負結晶と呼び、方解石やニオブ酸リチウムはこれに属する。 When unpolarized light (for example, natural light) is incident on an optically anisotropic crystal (birefringent crystal) such as calcite, quartz, lithium niobate, or titanium oxide, two refracted rays are observed. This phenomenon is called birefringence. Among the two refracted light rays, a light ray that follows Snell's law is called an ordinary ray, and a light ray that does not follow Snell's law is called an extraordinary ray. A birefringent crystal in which the speed of ordinary light in the crystal is faster than the speed of extraordinary light is called a positive crystal, and crystal and titanium oxide belong to this. Conversely, a birefringent crystal in which the speed of extraordinary rays in the crystal is higher than that of ordinary rays is called a negative crystal, and calcite and lithium niobate belong to this.
複屈折結晶を用いた複像偏光素子に、ウォラストンプリズムやサバール板がある。これらの複像偏光素子は、微分干渉顕微鏡、天文学観測装置、偏光分光器、フーリエ分光器等に用いる偏光干渉計などの観測装置や測定装置のほか、光ディスクの光ピックアップなど、様々な光学機器に用いられている。 Examples of a double image polarizing element using a birefringent crystal include a Wollaston prism and a Savart plate. These double-image polarizing elements are used in various optical equipment such as optical pickups for optical disks, as well as observation and measurement devices such as polarization interferometers used in differential interference microscopes, astronomical observation devices, polarization spectrometers, and Fourier spectrometers. It is used.
ウォラストンプリズムは、複像偏光素子の一種であり、図18に示すように、頂角αが同じである複屈折結晶のプリズムを、複屈折結晶の光学軸(Optic axis)が互いに直交するように2枚貼り合わせたものが一般的である。第1プリズム51の光学軸は、図18のような紙面に平行な矢印方向であり、第2プリズム52の光学軸は、紙面に対して垂直な方向となっている。図18に示すように、ウォラストンプリズム41を光学系の光軸(Optical axis)に対して光学軸が垂直になるように設置すると、紙面に対して平行な矢印方向の偏光(S偏光)は常光線となり、紙面に垂直な方向の偏光(P偏光)は異常光線となって第1プリズム51内を直進し、第1プリズム51と第2プリズム52との界面において屈折により分離するとともに、第1プリズムにおいて常光線であったS偏光が異常光線となり、第1プリズムにおいて異常光線だったP偏光が常光線となる。尚、図18は、負結晶からなるウォラストンプリズムを設置した場合を示しており、Oは常光線、Eは異常光線を意味する。図18に示す角度θを分離角と呼ぶ。
The Wollaston prism is a kind of double-image polarizing element. As shown in FIG. 18, a birefringent crystal prism having the same apex angle α is arranged so that the optical axes of the birefringent crystal are orthogonal to each other. The two are generally bonded together. The optical axis of the
サバール板は、複像偏光素子の一種であり、図19のように、複屈折結晶の光学軸に対して概ねφ=45°の角度を成すように切断した同じ形状、同じ厚さtの平行平板状の複屈折板を、光学軸と光軸を含む面(主断面)が直交するように2枚貼り合わせたものである。図19に示すように、光学系の光軸に対し接合面が垂直になるようにサバール板42を設置し、偏光していない光線を入射すると、第1偏光板53の入射面で異常光線Eは屈折して進み、常光線Oは直進する。第2偏光板54においては、第1偏光板53における常光線Oが屈折して異常光線Eとして進み、第1偏光板53における異常光線Eが常光線Oとして直進する。結果として、図19に示すように、互いに直交する偏光が分離幅aで、2枚の複屈折板の主断面に対して45°の方位に分離される。
The Savart plate is a kind of double-image polarizing element, and as shown in FIG. 19, is parallel with the same shape and the same thickness t cut so as to form an angle of approximately φ = 45 ° with respect to the optical axis of the birefringent crystal. Two flat birefringent plates are bonded together so that the optical axis and the plane (main cross section) including the optical axis are orthogonal to each other. As shown in FIG. 19, when the Savart
光学機器の種類や用途などによって要求される偏光分離特性は異なるため、これを満たすように複屈折結晶が選定され、複像偏光素子の形状が設計される。複像偏光素子の分離角もしくは分離幅は、用いる複屈折結晶や、複像偏光素子の形状、設置の仕方によってある程度調整することができる。複屈折結晶の常光線の屈折率(常光屈折率)と異常光線の屈折率(異常光屈折率)との差である複屈折Δnが大きければ大きいほど、常光線と異常光線との分離角θもしくは分離幅aはより大きくなる。また、ウォラストンプリズムの場合は、図18に示す頂角αを大きくすることで、分離角θは大きくなる。サバール板の場合は、図19に示す光軸方向の厚さS(S=2t)を大きくすることで、分離幅aが大きくなる。 Since the required polarization separation characteristics differ depending on the type and application of the optical device, a birefringent crystal is selected so as to satisfy this, and the shape of the double-image polarizing element is designed. The separation angle or separation width of the double-image polarizing element can be adjusted to some extent depending on the birefringent crystal used, the shape of the double-image polarizing element, and the manner of installation. The larger the birefringence Δn, which is the difference between the refractive index of ordinary light (ordinary light refractive index) and the extraordinary light refractive index (abnormal light refractive index) of a birefringent crystal, the greater the separation angle θ between ordinary and extraordinary rays. Alternatively, the separation width a becomes larger. In the case of the Wollaston prism, the separation angle θ is increased by increasing the apex angle α shown in FIG. In the case of a Savart plate, the separation width a is increased by increasing the thickness S (S = 2t) in the optical axis direction shown in FIG.
例えば、特許文献1においては、従来用いられていた水晶に換えて、より複屈折Δnの大きいニオブ酸リチウムを複屈折結晶として用いることで、光磁気ヘッドが要求する分離角を得るために必要なウォラストンプリズムの頂角を小さくし、光磁気ヘッドの実効長を短縮している。また、特許文献2においては、同じ複屈折結晶を用い、同じ頂角を持つように作製した2つのウォラストンプリズムの設置間隔を調整することによって、偏光分離された2つの光線が分離される間隔を調整可能であることを見出し、フーリエ分光器の測定条件によって必要となる2つの光線が分離される間隔がある程度変化する場合にも、対応可能な複像偏光素子群を提供している。
しかしながら、複屈折結晶の材料特性である複屈折Δnの波長依存性に、ウォラストンプリズムの分離角やサバール板の分離幅は依存するため、上記文献に記載の技術では、分離角もしくは分離幅の波長依存性を調整するには十分でない。例えばニオブ酸リチウムを複屈折結晶として用いたウォラストンプリズムにおいては、ニオブ酸リチウムの複屈折Δnが近紫外線から近赤外線の領域において波長が短いほど大きくなり、変化量も大きくなるため、ウォラストンプリズムの分離角も同様の傾向を示し、波長が短いほど大きく変化量も大きい。すなわち波長が700nm以上の領域では、分離角の変化は少ないが、波長が700nm以下の領域においては、分離角が大きくなる傾向がある。ところが、例えば、マルチチャンネルフーリエ分光器の偏光干渉計として用いる場合、波長分解が短波長ほど細かく、長波長ほど粗くなってしまい、広い波長範囲において一定の波長分解で計測するためには、短波長側の分離角を小さく、長波長側の分離角を大きくする必要がある。紫外線から可視光線において透明で、複屈折Δnが短波長側ほど小さく、長波長側ほど大きい複屈折結晶は存在しないので、上記文献に記載の技術では、このような波長依存性を有する複像偏光素子を得ることができない。 However, since the separation angle of the Wollaston prism and the separation width of the Savart plate depend on the wavelength dependence of the birefringence Δn, which is a material characteristic of the birefringent crystal, the technique described in the above-mentioned document has a separation angle or separation width of It is not enough to adjust the wavelength dependence. For example, in a Wollaston prism using lithium niobate as a birefringent crystal, the birefringence Δn of lithium niobate increases as the wavelength decreases in the near-ultraviolet to near-infrared region, and the amount of change also increases. The separation angle also shows the same tendency, and the shorter the wavelength, the larger the variation. That is, the change in the separation angle is small in the region where the wavelength is 700 nm or more, but the separation angle tends to be large in the region where the wavelength is 700 nm or less. However, for example, when used as a polarization interferometer of a multi-channel Fourier spectrometer, the wavelength resolution becomes finer for shorter wavelengths and becomes coarser for longer wavelengths. It is necessary to reduce the side separation angle and increase the long wavelength side separation angle. Since there is no birefringent crystal that is transparent from ultraviolet to visible light and has a birefringence Δn that is smaller on the shorter wavelength side and larger on the longer wavelength side, the technique described in the above document has such a double-image polarization having such wavelength dependence. An element cannot be obtained.
化学反応や生体反応、物理過程において、従来から時間分解分光計測の需要があり、回折格子やプリズムによって波長分解させる分散型分光器においてマルチチャンネル検光器を用いて時間分解分光計測が行われてきた。しかしながら、分散型分光器は1オクターブ程度の波長範囲の制限を超えて計測をすることができず、広い波長範囲での計測をする場合には波長範囲を変えて数回測定を行う必要がある。このような理由で、マルチチャンネルフーリエ分光器を用いた広い波長範囲での時間分解分光計測が期待されているが、上記文献に記載の技術では、ウォラストンプリズムに用いる複屈折結晶の波長依存性を大きく変えることができず、マルチチャンネルフーリエ分光器の偏光干渉計として要求される分離角の波長依存性を有する複像偏光素子を得ることができない。 There has been a demand for time-resolved spectroscopic measurement in the past in chemical reactions, biological reactions, and physical processes, and time-resolved spectroscopic measurements have been performed using a multichannel analyzer in a dispersive spectroscope that performs wavelength resolution using a diffraction grating or prism. It was. However, a dispersive spectrometer cannot measure beyond the limit of the wavelength range of about one octave. When measuring in a wide wavelength range, it is necessary to change the wavelength range and perform measurement several times. . For this reason, time-resolved spectroscopic measurement is expected in a wide wavelength range using a multi-channel Fourier spectrometer. However, with the technique described in the above document, the wavelength dependence of the birefringent crystal used in the Wollaston prism is expected. Thus, it is impossible to obtain a double-image polarizing element having the wavelength dependency of the separation angle required as a polarization interferometer of a multichannel Fourier spectrometer.
また、偏光撮像計測装置など、分離角が波長によらず、ほぼ一定である複像偏光素子が好ましい場合もある。このような分離角の波長依存性を有する複屈折結晶として、ホウ酸バリウム(BaB2O4、BBO)などの人工の結晶が開発されてはいるが、大きな結晶を得るための製造方法があまり確立されておらず、用途が限定されているのが現状である。 Further, there may be a case where a double-image polarization element having a separation angle that is substantially constant regardless of the wavelength, such as a polarization imaging measurement device. Artificial crystals such as barium borate (BaB 2 O 4 , BBO) have been developed as such birefringent crystals having the wavelength dependence of the separation angle, but there are not many methods for producing large crystals. The current situation is that it has not been established and uses are limited.
そこで、本発明は、方解石(CaCO3)、ホウ酸バリウム(BaB2O4)、フッ化イットリウムリチウム(LiYF4)、水晶(SiO2)、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、バナジウム酸イットリウム(YVO4)、酸化チタン(TiO2)、またはモリブデン酸鉛(PbMoO4)のうちいずれか1つの物質を複屈折結晶として用いた第1の複像偏光素子に、第1の複像偏光素子と異なる複屈折結晶を用いた第2の複像偏光素子を組み合わせた複像偏光素子群を提供する。第2の複像偏光素子に用いる複屈折結晶としては、方解石、ホウ酸バリウム、フッ化イットリウムリチウム、水晶、ニオブ酸リチウム、バナジウム酸イットリウム、酸化チタン、またはモリブデン酸鉛のうち第1の複像偏光素子と異なる物質を選んで用いる。 Therefore, the present invention relates to calcite (CaCO 3 ), barium borate (BaB 2 O 4 ), lithium yttrium fluoride (LiYF 4 ), crystal (SiO 2 ), lithium niobate (LiNbO 3 ), yttrium vanadate (YVO). 4 ) The first double-image polarizing element using any one of titanium oxide (TiO 2 ) and lead molybdate (PbMoO 4 ) as a birefringent crystal is different from the first double-image polarizing element. Provided is a double image polarizing element group in which a second double image polarizing element using a birefringent crystal is combined. Examples of the birefringent crystal used for the second double-image polarizing element include calcite, barium borate, lithium yttrium fluoride, quartz, lithium niobate, yttrium vanadate, titanium oxide, or lead molybdate. A material different from the polarizing element is selected and used.
複像偏光素子群を構成する第1および第2の複像偏光素子は、通過させる光線の光軸を共有して配置され、第1および第2の複像偏光素子は、2つともウォラストンプリズムであるか、2つともサバール板であるかのいずれかである。ウォラストンプリズムおよびサバール板は、いずれも複屈折結晶を切り出したものを貼り合わせて作製された複像偏光素子であり、偏光していない光を入射させると互いに直交する偏光に分離する点で共通する。また、ウォラストンプリズムの分離角、サバール板の分離幅の大きさや波長依存性は、材料として用いる複屈折結晶の複屈折Δnの大きさと波長依存性に依存する点で共通する。 The first and second double image polarizing elements constituting the double image polarizing element group are arranged to share the optical axis of the light beam to be transmitted, and both of the first and second double image polarizing elements are Wollaston. Either a prism or both are Savart plates. The Wollaston prism and the Savart plate are both double-image polarization elements made by laminating cut-out birefringent crystals, and are common in that they are separated into mutually orthogonal polarized light when unpolarized light is incident. To do. Further, the separation angle of the Wollaston prism, the separation width of the Savart plate, and the wavelength dependence are common in that they depend on the magnitude and wavelength dependence of the birefringence Δn of the birefringent crystal used as the material.
第1のウォラストンプリズム側に光源がある場合には、第1のウォラストンプリズムを通過することによって光線に付与される角度に対して、逆向きの角度を通過する光線に付与するように、第2のウォラストンプリズムは設置される。第2のウォラストンプリズム側に光源がある場合には、第2のウォラストンプリズムを通過することによって光線に付与される角度と逆向きの角度を付与するように、第1のウォラストンプリズムは設置される。すなわち、第1および第2のウォラストンプリズムに光線を通過させたとき、第1のウォラストンプリズムによって光線に付与される角度と、第2のウォラストンプリズムによって光線に付与される角度とが互いに逆向きの方向となるように第1および第2のウォラストンプリズムは設置されている。 When there is a light source on the first Wollaston prism side, the light beam passing through the first Wollaston prism is given to the light beam passing through the opposite angle to the angle given to the light beam. A second Wollaston prism is installed. When there is a light source on the second Wollaston prism side, the first Wollaston prism is given an angle opposite to that given to the light beam by passing through the second Wollaston prism. Installed. That is, when the light beam passes through the first and second Wollaston prisms, the angle given to the light beam by the first Wollaston prism and the angle given to the light beam by the second Wollaston prism are mutually The first and second Wollaston prisms are installed so as to be in opposite directions.
第1のサバール板側に光源がある場合には、第1のサバール板を通過することによって光線に付与される分離幅に対して、第1のサバール板の分離幅を打消すように、第2のサバール板は設置される。第2のサバール板側に光源がある場合には、第2のサバール板を通過することによって光線に付与される分離幅と第2のサバール板の分離幅を打消すように、第1のサバール板は設置される。すなわち、第1および第2のサバール板に光線を通過させたとき、第1のサバール板によって光線に付与される分離幅と、第2のサバール板によって光線に付与される分離幅とが互いに打消すように第1および第2のサバール板は設置されている。 When there is a light source on the first sabal plate side, the first sabal plate is separated from the separation width given to the light beam by passing through the first savar plate so as to cancel the separation width of the first savar plate. Two savar boards are installed. When there is a light source on the second sabal plate side, the first savar so as to cancel the separation width given to the light beam by passing through the second savar plate and the separation width of the second savar plate. The board is installed. That is, when a light beam is passed through the first and second sabal plates, the separation width imparted to the light beam by the first savar plate and the separation width imparted to the light beam by the second savar plate are mutually beaten. The first and second savar boards are installed so as to be turned off.
本発明によれば、従来ある複屈折結晶を組み合わせて、所望の分離角もしくは分離幅の波長依存性を有する複像偏光素子群を得ることができる。さらには、1種類の複屈折結晶のみを用いた複像偏光素子の設計や設置のみでは実現できないような、分離角もしくは分離幅が短波長側で小さく、長波長側で大きくなるような分離角もしくは分離幅の波長依存性を持つ複像偏光素子群さえも提供することが可能となる。例えば、このような複像偏光素子群を時間分解計測が可能なマルチチャンネルフーリエ分光器の偏光干渉計に用いた場合、波長によらずほぼ一定の波長分解を得ることができる。これによって、従来は波長範囲を制限して何度か計測を行う必要のあった時間分解計測を、一度に広い波長について行うことができるようになる。 According to the present invention, by combining conventional birefringent crystals, it is possible to obtain a double-image polarizing element group having a wavelength dependency of a desired separation angle or separation width. Furthermore, the separation angle or separation width is small on the short wavelength side and large on the long wavelength side, which cannot be realized by designing and installing a double image polarizing element using only one type of birefringent crystal. Alternatively, it is possible to provide even a double image polarizing element group having a wavelength dependency of the separation width. For example, when such a double-image polarization element group is used in a polarization interferometer of a multichannel Fourier spectrometer capable of time-resolved measurement, almost constant wavelength resolution can be obtained regardless of the wavelength. This makes it possible to perform time-resolved measurement for a wide range of wavelengths at once, which conventionally required several measurements with a limited wavelength range.
また、本発明によれば、2つの複像偏光素子のうち1つを交換することで、光学機器の運転条件に対応して適切な分離角もしくは分離幅となるよう調整可能な複像偏光素子群を提供できる。 In addition, according to the present invention, a double-image polarizing element that can be adjusted to have an appropriate separation angle or separation width corresponding to the operating conditions of the optical apparatus by exchanging one of the two double-image polarizing elements. A group can be provided.
以下に説明する実施例の主要な特徴を以下に列記する。
(特徴1) 複像偏光素子群において、各複像偏光素子を設置する間隔は、分離角もしくは分離幅の波長依存性に影響しない。
(特徴2) 複像偏光素子群において、各複像偏光素子は光学系の光軸を共有して設置される。
(特徴3) 複像偏光素子群において、各複像偏光素子の中間点を光学系の光軸上にとり、その中間点を中心に、光軸の長手方向に回転しても、同様の分離角もくしは分離幅の波長依存性を得ることができる。
(特徴4) 第1および第2の複像偏光素子に光線を通過させたとき、第1の複像偏光素子によって光線に付与される分離角もしくは分離幅と、第2の複像偏光素子によって光線に付与される分離角もしくは分離幅とが互いに打ち消しあう(逆向きの)方向となるように第1および第2の複像偏光素子は設置される。
The main features of the embodiments described below are listed below.
(Feature 1) In the double-image polarizing element group, the interval at which the double-image polarizing elements are installed does not affect the wavelength dependence of the separation angle or the separation width.
(Characteristic 2) In the double-image polarizing element group, each double-image polarizing element is installed sharing the optical axis of the optical system.
(Characteristic 3) In the double-image polarizing element group, the same separation angle is obtained even if the intermediate point of each double-image polarizing element is on the optical axis of the optical system and rotated in the longitudinal direction of the optical axis around the intermediate point. Comb can obtain the wavelength dependence of the separation width.
(Characteristic 4) When the light beam is passed through the first and second double-image polarizing elements, the separation angle or the separation width given to the light beam by the first double-image polarizing element, and the second double-image polarizing element The first and second double-image polarizing elements are installed so that the separation angle or separation width imparted to the light beam is in a direction that cancels each other (opposite directions).
(実施例1)
以下、本発明の実施例1について、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施例1に用いるウォラストンプリズムを2つ用いた複像偏光素子群1を、フーリエ分光器の偏光干渉計に用いた図である。偏光干渉計2は、光源3、入射孔4、第1のレンズ5、偏光子6、複像偏光素子群1、検光子7、第2のレンズ8、マルチチャンネル検出器9が、この順序で光軸10を共有して設置されている。入射孔を通過した光線は、第1のレンズ5および偏光子6を通過することによって、互いに垂直な波面を持つ2つの偏光となり、複像偏光素子群1を通過することで、2つの偏光が分離角θをもって分離される。分離された2つの偏光は、検光子7によって偏光方向が整えられ、第2のレンズ8を通過して結像し、マルチチャンネル検出器9に干渉縞を形成する。破線は、干渉縞の局在面15を示している。
Example 1
実施例1においては、図2に示すように、光軸10を共有する2つのウォラストンプリズムによって構成されている。光源側には、ニオブ酸リチウムを材料とし、頂角α1=16.5°に設計された第1のウォラストンプリズム11が設置されている。第1のウォラストンプリズムに対して光源と逆の方向に、方解石を材料とし、頂角β1=20°に設計された第2のウォラストンプリズム12が設置されている。頂角α1と頂角β1は、頂角α0=14°のニオブ酸リチウムを材料としたウォラストンプリズムを単体で用いた場合に波長700nmに対して得られる分離角とほぼ同一となるように調整されている。第1のウォラストンプリズム11においては、中央のプリズム片の光学軸は、紙面に対して垂直な向きであり、その両側に接合されたプリズム片の光学軸は、紙面に対して平行な、矢印の向きを成している。第2のウォラストンプリズム12においては、光学軸の向きが逆であり、中央のプリズム片の光学軸は紙面に対して平行な矢印の向きを成し、両側に接合されたプリズム片の光学軸は、紙面に対して垂直な向きを成している。
In the first embodiment, as shown in FIG. 2, it is constituted by two Wollaston prisms that share the
本実施例においては、各ウォラストンプリズムにおいてスネルの法則を用いて分離角の計算を行った。図14を用い、以下に計算方法の概要を説明する。図14においては、負結晶の複屈折結晶から成る頂角αのウォラストンプリズム43(常光屈折率n1o、異常光屈折率n1e)を光源側に設置し、光源の下手側に、負結晶の複屈折結晶から成る頂角βのウォラストンプリズム44(常光屈折率n2o、異常光屈折率n2e)を設置している。光線は、紙面に平行な矢印の方向のS偏光と、紙面に垂直な方向のP偏光との互いに直交する2つの偏光を含んでいる。2つのウォラストンプリズムのうち、光源側のプリズム片の光学軸は、S偏光と同じ紙面に平行な矢印の方向となっており、光源の下手側のプリズム片の光学軸は、P偏光と同じ紙面に垂直な向きとなっている。2つのウォラストンプリズムは、接合面の傾きが対向するように設置されている。 In this example, the separation angle was calculated using Snell's law in each Wollaston prism. The outline of the calculation method will be described below with reference to FIG. In FIG. 14, a Wollaston prism 43 (ordinary refractive index n 1o , extraordinary refractive index n 1e ) made of a negative birefringent crystal and having an apex angle α is installed on the light source side, The Wollaston prism 44 (ordinary refractive index n 2o , extraordinary refractive index n 2e ) having an apex angle β made of a birefringent crystal is provided. The light beam includes two polarizations orthogonal to each other, that is, S-polarized light in the direction of an arrow parallel to the paper surface and P-polarized light in a direction perpendicular to the paper surface. Of the two Wollaston prisms, the optical axis of the prism piece on the light source side is in the direction of the arrow parallel to the same plane as the S-polarized light, and the optical axis of the prism piece on the lower side of the light source is the same as that of the P-polarized light The orientation is perpendicular to the page. The two Wollaston prisms are installed so that the inclinations of the joint surfaces face each other.
2つの偏光は頂角αのウォラストンプリズム43に入射し、S偏光は常光線として、P偏光は異常光線として直進し、接合面AA’に入射角αで入射する。接合面AA’におけるS偏光の屈折角をθS1、P偏光の屈折角をθP1とし、スネルの法則を用いると、S偏光は接合面AA’において常光線から異常光線となり、逆に、P偏光は異常光線から常光線となるため、下記の式が成立する。
n1osin(α)=n1esin(θS1) …… (1)
n1esin(α)=n1osin(θP1) …… (2)
ここで、頂角αのウォラストンプリズム43は負結晶であり、n1o>n1eであるから、θP1<α<θS1となり、S偏光は図14において紙面の上方向に、P偏光は図14において紙面の下方向に分離される。
The two polarized light beams enter the
n 1o sin (α) = n 1e sin (θ S1 ) (1)
n 1e sin (α) = n 1o sin (θ P1 ) (2)
Here, since the
S偏光は異常光線として結晶内を進み、P偏光は常光線として結晶内を進んで界面BB’に到達し、屈折して頂角αのウォラストンプリズム43から出る。界面BB’におけるS偏光の屈折角をθS2、P偏光の屈折角をθP2とすると、スネルの法則により下記の式が成立する。
n1esin(α−θS1)=nmsin(θS2) …… (3)
n1osin(α−θP1)=nmsin(θP2) …… (4)
ここで、nmはウォラストンプリズムの周囲の媒質の屈折率で、真空の場合は1となる。尚、θS2とθP2との差は、光源側に設置された頂角αのウォラストンプリズム43によって光線に付与される分離角を表している。
S-polarized light travels in the crystal as an extraordinary ray, and P-polarized light travels in the crystal as an ordinary ray, reaches the interface BB ′, is refracted, and exits from the
n 1e sin (α−θ S1 ) = n m sin (θ S2 ) (3)
n 1o sin (α−θ P1 ) = n m sin (θ P2 ) (4)
Here, nm is the refractive index of the medium around the Wollaston prism, and is 1 in the case of a vacuum. The difference between θ S2 and θ P2 represents the separation angle given to the light beam by the
頂角βのウォラストンプリズム44に入射する界面CC’におけるS偏光の屈折角をθS3、P偏光の屈折角をθP3とすると、S偏光は常光線、P偏光は異常光線となるから、同様に、下記の式が成立する。
nmsin(θS2)=n2osin(θS3) …… (5)
nmsin(θP2)=n2esin(θP3) …… (6)
When the refraction angle of S-polarized light at the interface CC ′ incident on the
n m sin (θ S2 ) = n 2o sin (θ S3 ) (5)
n m sin (θ P2 ) = n 2e sin (θ P3 ) (6)
同様に、接合面DD’におけるS偏光の屈折角をθS4、P偏光の屈折角をθP4とすれば、S偏光は接合面AA’において常光線から異常光線となり、逆に、P偏光は、異常光線から常光線となるため、下記の式が成立する。
n2osin(β−θS3)=n2esin(θS4) …… (7)
n2esin(β−θP3)=n2osin(θP4) …… (8)
ここで、頂角βのウォラストンプリズム44は負結晶であり、n2o>n2eである。
Similarly, if the refraction angle of the S-polarized light at the joint surface DD ′ is θ S4 and the refraction angle of the P-polarized light is θ P4 , the S-polarized light changes from an ordinary ray to an extraordinary ray at the joint surface AA ′. Since the extraordinary ray is changed to the ordinary ray, the following equation is established.
n 2o sin (β−θ S3 ) = n 2e sin (θ S4 ) (7)
n 2e sin (β−θ P3 ) = n 2o sin (θ P4 ) (8)
Here, the
S偏光は異常光線として結晶内を進み、P偏光は常光線として結晶内を進んで界面EE
’に到達し、屈折して頂角βのウォラストンプリズム44から出る。界面EE’におけるS偏光の屈折角をθS5、P偏光の屈折角をθP5とすると、同様に下記の式が成立する。
n2esin(β−θS4)=nmsin(θS5) …… (9)
n2osin(β−θP4)=nmsin(θP5) …… (10)
S-polarized light travels through the crystal as an extraordinary ray, and P-polarized light travels through the crystal as an ordinary ray to interface EE.
'Is reached, refracts and exits from the
n 2e sin (β−θ S4 ) = n m sin (θ S5 ) (9)
n 2 sin (β−θ P4 ) = n m sin (θ P5 ) (10)
ここで、θS5はS偏光と光軸とが成す角であり、θP5はP偏光と光軸が成す角であるため、θS5とθP5との差が図14に示す複像偏光素子群の分離角θとなる。尚、本実施例のように偏光干渉計に用いる場合においては光軸に平行に入射したP偏光とS偏光の光路差が等しいことが望ましいため、頂角を大きくする場合にはダブルウォラストンプリズムが用いられる。上記の式(1)〜式(10)を用いた計算方法は、ダブルウォラストンプリズムにおいても同様に利用できる。 Here, θ S5 is an angle formed by S-polarized light and the optical axis, and θ P5 is an angle formed by P-polarized light and the optical axis. Therefore , the difference between θ S5 and θ P5 is the double-image polarizing element shown in FIG. The group separation angle θ. When used in a polarization interferometer as in this embodiment, it is desirable that the optical path difference between the P-polarized light and the S-polarized light incident in parallel to the optical axis is the same, so that the double Wollaston prism is used when the apex angle is increased. Is used. The calculation method using the above formulas (1) to (10) can be similarly used in the double Wollaston prism.
図3は、本実施例における複像偏光素子群に対して式(1)〜(10)を用いて説明した計算方法を適用して、分離角の波長依存性を調べた結果を示す図であり、本実施例の結果は一点鎖線で示してある。縦軸の角度は、それぞれの偏光が分離された角度を示しており、光軸と平行な場合を0°として、2つの偏光が互いに逆の方向に角度を付与されて、分離されたことを示している。角度が正である曲線と角度が負となっている曲線との差が分離角θを表している。比較例として、波長700nmにおける分離角がほぼ同一となる頂角α0=14°のニオブ酸リチウムを用いたウォラストンプリズムの分離角も併せて図3に実線として示す。 FIG. 3 is a diagram showing the results of examining the wavelength dependence of the separation angle by applying the calculation method described using the equations (1) to (10) to the double-image polarizing element group in the present embodiment. Yes, the result of this example is indicated by a one-dot chain line. The angle of the vertical axis indicates the angle at which each polarized light is separated, and the two polarized lights are separated by being given angles in opposite directions with 0 ° being parallel to the optical axis. Show. The difference between the curve having a positive angle and the curve having a negative angle represents the separation angle θ. As a comparative example, the separation angle of a Wollaston prism using lithium niobate with an apex angle α 0 = 14 ° at which the separation angle at a wavelength of 700 nm is substantially the same is also shown as a solid line in FIG.
図3に示すように、本実施例も比較例も、長波長領域の分離角はほぼ一致しており波長に対してほぼ一定となっているが、短波長領域においては、比較例では波長が短くなるほど分離角が大きくなっているのに対して、本実施例の複像偏光素子群においては、波長が短くなるほど分離角が小さくなっている。 As shown in FIG. 3, the separation angle in the long wavelength region is almost the same in both the present example and the comparative example and is almost constant with respect to the wavelength. However, in the short wavelength region, the wavelength in the comparative example is In contrast, in the double-image polarizing element group of this example, the separation angle becomes smaller as the wavelength becomes shorter as the length becomes shorter.
本発明においては、ダブルウォラストンプリズムを用いても、図4に示すような2つのプリズム片からなるウォラストンプリズムを用いても、各ウォラストンプリズムの頂角が同じであれば、分離角の波長依存性がほぼ同じになるように設置することができる。図4では、ニオブ酸リチウムから成り、頂角α2=2.0°であるウォラストンプリズムを第1のウォラストンプリズム11として用い、方解石から成り、頂角β2=1.9°であるウォラストンプリズムを第2のウォラストンプリズム12として用いている。頂角α1と頂角β1は、頂角α0=2°のニオブ酸リチウムを材料としたウォラストンプリズムを単体で用いた場合に波長900nmに対して得られる分離角とほぼ同一となるように調整されている。第1および第2のウォラストンプリズムは、光軸を共有するように設置され、光源側のプリズム片の光学軸の方向が図4の矢印に示す紙面と平行な方向、他方のプリズム片の光学軸の方向が紙面と垂直な方向となっている。第1のウォラストンプリズムの接合面の傾きは、光源側が低く、光源の進行方向に向かって高くなっている。第2のウォラストンプリズムの接合面の傾きは、第1のウォラストンプリズムと逆向きになっている。
In the present invention, whether a double Wollaston prism or a Wollaston prism composed of two prism pieces as shown in FIG. It can be installed so that the wavelength dependency is almost the same. In FIG. 4, a Wollaston prism made of lithium niobate and having an apex angle α 2 = 2.0 ° is used as the
図4のように設置された複像偏光素子群に式(1)〜(10)で説明した計算方法を適用して、複像偏光素子群の分離角θの波長依存性を計算した結果を図5において破線で示した。比較例として、波長700nm以上における分離角がほぼ同一となる頂角α0=2°のニオブ酸リチウムを単体で用いたウォラストンプリズムの分離角も併せて図5の実線に示す。実施例の複像偏光素子群においては、図3の場合と同様に、長波長側に比べて短波長側の分離角が小さくなっている。 By applying the calculation method described in the formulas (1) to (10) to the double-image polarizing element group installed as shown in FIG. 4, the result of calculating the wavelength dependence of the separation angle θ of the double-image polarizing element group is shown. This is indicated by a broken line in FIG. As a comparative example, the solid line in FIG. 5 also shows the separation angle of a Wollaston prism using a single piece of lithium niobate with an apex angle α 0 = 2 ° at which the separation angle at wavelengths of 700 nm or more is substantially the same. In the double-image polarizing element group of the example, as in the case of FIG. 3, the separation angle on the short wavelength side is smaller than that on the long wavelength side.
図6は本実施例の複像偏光素子群と比較例で用いた頂角α0=2°のニオブ酸リチウムを単体で用いたウォラストンプリズムにおける波長分解を示す図である。縦軸のWavesは口径10mmのウォラストンプリズムによって生ずる常光線と異常光線との光路差、すなわち検出器上での干渉縞の局在面において10mmに相当するような常光線と異常光線の光路差を、波長で規格化した無次元数を示しており、横軸は波長である。図6の曲線が線形に近づくということは、波長分解(Δλ)が波長によらず一定となることを示している。図6に示すように、比較例に対して、本実施例では波長400〜1000nmにおいてより線形に近づいており、これをフーリエ分光器に用いれば、特定の波長範囲で波長分解を波長によらずほぼ一定とすることができる。 FIG. 6 is a diagram showing wavelength resolution in a Wollaston prism using a single image of the lithium niobate having the apex angle α 0 = 2 ° used in the double-image polarizing element group of this example and the comparative example. Waves on the vertical axis represents an optical path difference between an ordinary ray and an extraordinary ray generated by a Wollaston prism having a diameter of 10 mm, that is, an optical path difference between an ordinary ray and an extraordinary ray corresponding to 10 mm in a localized plane of interference fringes on the detector. Is a dimensionless number normalized by the wavelength, and the horizontal axis is the wavelength. The fact that the curve in FIG. 6 approaches linearity indicates that the wavelength resolution (Δλ) is constant regardless of the wavelength. As shown in FIG. 6, compared with the comparative example, in this example, the wavelength is closer to linear at a wavelength of 400 to 1000 nm, and if this is used for a Fourier spectrometer, wavelength decomposition is not dependent on the wavelength in a specific wavelength range. It can be almost constant.
(実施例2)
本実施例の複像偏光素子群においては、実施例1と同様に第1のウォラストンプリズム11に用いる複屈折結晶をニオブ酸リチウム、第2のウォラストンプリズム12に用いる複屈折結晶を方解石として、図2に示すように設置した。頂角α1=4.5°、頂角β1=9°とし、頂角α0=14°のニオブ酸リチウムを材料としたウォラストンプリズムを単体で用いた場合に波長700nmに対して得られる分離角とほぼ同一となるように調整されている。
(Example 2)
In the double-image polarizing element group of this example, as in Example 1, the birefringent crystal used for the
本実施例についても、実施例1と同様に分離角の波長依存性について計算を行い、結果を図3の2点鎖線に示した。図3のように、本実施例のようにウォラストンプリズムを組み合わせれば、波長に関わらず分離角θが0〜5°程度となるような複像偏光素子群を得ることができる。このように分離角の波長依存性が殆ど無い複像偏光素子群は、偏光撮像計測を行う場合に適している。 Also in this example, the wavelength dependence of the separation angle was calculated in the same manner as in Example 1, and the result is shown by a two-dot chain line in FIG. As shown in FIG. 3, when a Wollaston prism is combined as in this embodiment, a double-image polarizing element group having a separation angle θ of about 0 to 5 ° regardless of the wavelength can be obtained. Thus, the double-image polarization element group having almost no wavelength dependency of the separation angle is suitable for performing polarization imaging measurement.
分離角の波長依存性が殆ど無い複屈折結晶として、人工的に製造されるホウ酸バリウム(BaB2O4、BBO)がある。しかしながら、ホウ酸バリウムは、大きな結晶を得にくいという欠点がある。本実施例で用いたニオブ酸リチウム、方解石は、いずれも大きな結晶を得ることのできる複屈折結晶であり、これらの組合せによってホウ酸バリウムに匹敵する特性を得ることができるので、工業的用途が拡大する。 An artificially manufactured barium borate (BaB 2 O 4 , BBO) is a birefringent crystal having almost no wavelength dependency of the separation angle. However, barium borate has a drawback that it is difficult to obtain large crystals. Lithium niobate and calcite used in this example are birefringent crystals that can obtain large crystals, and combinations thereof can provide characteristics comparable to barium borate. Expanding.
(実施例3)
本実施例の複像偏光素子群においては、実施例1と同様に第1のウォラストンプリズム11に用いる複屈折結晶をニオブ酸リチウム、第2のウォラストンプリズム12に用いる複屈折結晶を方解石として、図2に示すように設置した。頂角α1=30°、頂角β1=8.95°とし、頂角α0=14°のニオブ酸リチウムを材料としたウォラストンプリズムを単体で用いた場合に波長700nmに対して得られる分離角とほぼ同一となるように調整されている。
(Example 3)
In the double-image polarizing element group of this example, as in Example 1, the birefringent crystal used for the
本実施例についても、実施例1と同様に分離角の波長依存性について計算を行い、結果を図3の破線に示した。図3のように、波長が700nm以上の領域においては、本実施例も比較例も同程度の分離角となっているが、波長が700nmよりも小さい短波長の領域では、本実施例の分離角のほうが比較例の分離角よりも大きくなっている。広い波長領域での分離角を小さくするためにはウォラストンプリズムの頂角を調整すればよいが、短波長領域の分離角も小さくなってしまう。しかるに、本実施例のようにウォラストンプリズムを組み合わせて分離角を相殺すれば、広い波長領域における分離角は小さくなるが、短波長領域での分離角はあまり小さくならならない。即ち、長波長領域での分離角に対する短波長領域での分離角の大きさの比率が、単体のウォラストンプリズムよりも大きくなっている複像偏光素子群を得ることができる。 Also in this example, the wavelength dependence of the separation angle was calculated in the same manner as in Example 1, and the result is shown by the broken line in FIG. As shown in FIG. 3, in the region where the wavelength is 700 nm or more, the present embodiment and the comparative example have the same separation angle. However, in the region where the wavelength is shorter than 700 nm, the separation of the present embodiment is performed. The corner is larger than the separation angle of the comparative example. In order to reduce the separation angle in a wide wavelength region, the vertex angle of the Wollaston prism may be adjusted, but the separation angle in the short wavelength region is also reduced. However, if the Wollaston prism is combined to cancel the separation angle as in this embodiment, the separation angle in a wide wavelength region is reduced, but the separation angle in a short wavelength region is not so small. That is, it is possible to obtain a multi-image polarizing element group in which the ratio of the separation angle in the short wavelength region to the separation angle in the long wavelength region is larger than that of a single Wollaston prism.
ウォラストンプリズムは、垂直偏光と水平偏光とを同時に取得できるため、従来から偏光分光観測に用いられていたが、広い波長領域における分離角に対して短波長領域の分離角が小さく、波長分散が小さいため、ウォラストンプリズムに分散素子を組み合わせてこれを補っていた。本実施例のウォラストンプリズムを組み合わせた複像偏光素子群によれば、長波長領域での分離角に対する短波長領域での分離角の大きさの比率が、単体のウォラストンプリズムよりも大きくなるようにすることができるので、分離角に対して波長分散を大きくすることができ、偏向分光観測に用いる場合に、分散素子を不要とすることができる。 Since Wollaston prisms can acquire both vertical and horizontal polarization at the same time, they have been used for polarization spectroscopy observations. However, the separation angle in the short wavelength region is smaller than the separation angle in the wide wavelength region, and chromatic dispersion is achieved. Because of its small size, a Wollaston prism was combined with a dispersive element to compensate for this. According to the double-image polarizing element group in which the Wollaston prism of this embodiment is combined, the ratio of the separation angle in the short wavelength region to the separation angle in the long wavelength region is larger than that of the single Wollaston prism. Therefore, the chromatic dispersion can be increased with respect to the separation angle, and when used for deflection spectroscopy observation, a dispersive element can be dispensed with.
上記の実施例1乃至実施例3においては、ニオブ酸リチウムを複屈折結晶に用いた第1のウォラストンプリズムと、方解石を複屈折結晶として用いた第2のウォラストンプリズムとを組み合わせて複像偏光素子群を構成している点で一致しており、2つのウォラストンプリズムの頂角の正接の大きさの比tanβ1/tanα1において異なっている。頂角の正接の比tanβ1/tanα1が0.46以下となるように組み合わせると実施例3のような分離角の波長依存性が得られ、頂角の正接の比を大きくしてtanβ1/tanα1が0.57〜0.8程度となると実施例1のような分離角の波長依存性となり、さらに頂角の正接の比tanβ1/tanα1が2程度となると、実施例2のような分離角の波長依存性となる。すなわち、例えばニオブ酸リチウムから成る第1のウォラストンプリズムを固定して、頂角が異なる方解石から成る第2のウォラストンプリズムを数種類用意し、適宜取り替えて所望の分離角の波長依存性となるように調整し、光学機器の運転条件に応じて適切な分離角の波長依存性になるようにすることも可能である。 In the first to third embodiments, the first Wollaston prism using lithium niobate as a birefringent crystal and the second Wollaston prism using calcite as a birefringent crystal are combined to form a double image. They are the same in that they constitute a polarizing element group, and differ in the ratio tanβ 1 / tanα 1 of the magnitude of the tangent of the apex angles of the two Wollaston prisms. When the apex angle tangent ratio tanβ 1 / tan α 1 is combined so as to be 0.46 or less, the wavelength dependency of the separation angle as in Example 3 is obtained, and the apex angle tangent ratio is increased to increase tan β 1 When / tan α 1 is about 0.57 to 0.8, the wavelength dependence of the separation angle as in Example 1 is obtained, and when the ratio of the tangent of the apex angle tan β 1 / tan α 1 is about 2, This is the wavelength dependency of the separation angle. That is, for example, the first Wollaston prism made of lithium niobate is fixed, and several types of second Wollaston prisms made of calcite having different apex angles are prepared, and are replaced as appropriate to obtain the wavelength dependence of a desired separation angle. It is also possible to adjust so that the wavelength dependency of an appropriate separation angle is obtained according to the operating conditions of the optical apparatus.
実施例1乃至実施例3においては、複屈折結晶として、第1のウォラストンプリズムとしてニオブ酸リチウムを用い、第2のウォラストンプリズムとして方解石を用いて複像偏光素子群を構成したが、複像偏光素子群をどのような光学機器に用い、どのような波長領域で利用するかによって、方解石、ホウ酸バリウム、フッ化リチウムイットリウム、水晶、ニオブ酸リチウム、バナジウム酸イットリウム、酸化チタン、またはモリブデン酸鉛から複屈折Δnの波長依存性が異なる(類似しない)2つの複屈折結晶を選び、一方を第1のウォラストンプリズムとし、他方を第2のウォラストンプリズムとすればよい。例えば、実施例1乃至実施例3のように、波長400nm以上の領域では、複屈折Δnの波長依存性が比較的大きいニオブ酸リチウム、バナジウム酸イットリウム、酸化チタン、またはモリブデン酸鉛から複屈折結晶を選んで第1のウォラストンプリズムとし、複屈折Δnの波長依存性が比較的小さい方解石、ホウ酸バリウム、フッ化リチウムイットリウム、水晶から複屈折結晶を選んで第2のウォラストンプリズムとすることが好ましい。
In Examples 1 to 3, the double-image polarizing element group is configured by using lithium niobate as the first Wollaston prism and calcite as the second Wollaston prism as the birefringent crystal. Calcite, barium borate, lithium yttrium fluoride, quartz, lithium niobate, yttrium vanadate, titanium oxide, or molybdenum, depending on what optical device the image polarizing element group is used in and in what wavelength range Two birefringent crystals having different (not similar to) the wavelength dependence of birefringence Δn may be selected from lead acid, and one of them may be a first Wollaston prism and the other may be a second Wollaston prism. For example, as in Examples 1 to 3, birefringent crystals are formed from lithium niobate, yttrium vanadate, titanium oxide, or lead molybdate in which the wavelength dependence of birefringence Δn is relatively large in the region of
一方、複屈折Δnの波長依存性が比較的大きいニオブ酸リチウム、バナジウム酸イットリウム、酸化チタン、またはモリブデン酸鉛は、400nm以下の領域では光の吸収が大きくなるため、好適に用いることができない。このような場合には、紫外線領域である波長が200nm近傍となる領域まで光を透過する方解石、ホウ酸バリウム、フッ化リチウムイットリウム、水晶を複屈折結晶として用いる必要がある。この場合、例えば、紫外線領域での複屈折Δnの波長依存性が比較的大きい方解石を第1のウォラストンプリズムとし、複屈折Δnの波長依存性が比較的小さいホウ酸バリウム、フッ化リチウムイットリウム、水晶を第2のウォラストンプリズムとすることが好ましい。 On the other hand, lithium niobate, yttrium vanadate, titanium oxide, or lead molybdate, whose wavelength dependence of birefringence Δn is relatively large, cannot be suitably used because light absorption increases in the region of 400 nm or less. In such a case, it is necessary to use calcite, barium borate, lithium yttrium fluoride, or quartz crystal that transmits light to a region where the wavelength in the ultraviolet region is near 200 nm as the birefringent crystal. In this case, for example, a calcite having a relatively large wavelength dependency of birefringence Δn in the ultraviolet region is used as the first Wollaston prism, and barium borate, lithium yttrium fluoride having a relatively small wavelength dependency of birefringence Δn, It is preferable to use quartz as the second Wollaston prism.
(実施例4)
本実施例においては、複像偏光素子群1は、図7に示すように、光軸10を共有する2つのダブルウォラストンプリズムによって構成されている。光源側には、ニオブ酸リチウムを材料とし、頂角α3=40°に設計された第1のウォラストンプリズム11が設置され、第1のウォラストンプリズムに対して光源と逆の方向に、バナジウム酸イットリウムを材料とし、頂角β3=15.8°に設計された第2のウォラストンプリズム12が設置されている。
Example 4
In this embodiment, the double-image
図7に示すように、第1および第2のウォラストンプリズム11、12においては、中央のプリズム片の光学軸は、紙面に対して垂直な向きを成し、その両側に接合されたプリズム片の光学軸は、紙面に対して平行な矢印の向きを成している。第1および第2のウォラストンプリズム11、12は、中央のプリズムの頂角が共に上向きとなるように設置されている。
As shown in FIG. 7, in the first and
本実施例についても、実施例1と同様に分離角の波長依存性について計算を行い、結果を図8に示した。図8より、本実施例のようにウォラストンプリズムを設置すると、波長800nm〜3000nmの領域で分離角の波長依存性が線形に近づき、分離角が短波長領域で小さく、長波長領域で大きくなる複像偏光素子群を得ることができる。これを偏光分光計測に利用すれば、波長分解が短波長ほど細かく、長波長ほど粗くなってしまうという欠点を克服することができ、波長800nm〜3000nmの広い波長範囲において、ほぼ一定の波長分解を得ることができる。 Also in this example, the wavelength dependence of the separation angle was calculated in the same manner as in Example 1, and the results are shown in FIG. From FIG. 8, when the Wollaston prism is installed as in this embodiment, the wavelength dependence of the separation angle approaches linear in the wavelength range of 800 nm to 3000 nm, and the separation angle is small in the short wavelength region and large in the long wavelength region. A double-image polarizing element group can be obtained. If this is used for polarization spectroscopy measurement, it is possible to overcome the disadvantage that the wavelength resolution becomes finer as the short wavelength and becomes coarser as the long wavelength. In the wide wavelength range of wavelengths from 800 nm to 3000 nm, almost constant wavelength resolution can be achieved. Obtainable.
また、本実施例においては、第2のウォラストンプリズムよりさらに光源の下手側に、第3のウォラストンプリズムを付け加えてもよい。図9は、第3のウォラストンプリズム13として酸化チタンのダブルウォラストンプリズムを設置した図である。第1乃至第3のウォラストンプリズム11、12、13は、光学系の光軸10を共有し、光源側から、第1、第2、第3の順序で、いずれも頂角が上になるように設置されている。第3のウォラストンプリズム13の光学軸は、第1および第2のウォラストンプリズム11、12と同様に、中央のプリズム片の光学軸は、紙面に対して垂直な向きを成し、その両側に接合されたプリズム片の光学軸は、紙面に対して平行な、矢印の向きを成している。第1のウォラストンプリズムの頂角α3=40°、第2のウォラストンプリズムの頂角β3=9.3°、第3のウォラストンプリズムの頂角γ1=5°と設計されている。
In the present embodiment, a third Wollaston prism may be added further to the lower side of the light source than the second Wollaston prism. FIG. 9 is a diagram in which a titanium oxide double Wollaston prism is installed as the
本実施例についても、実施例1と同様に分離角の波長依存性について計算を行い、結果を図10に示した。図8に示す第3のウォラストンプリズムが無い場合の結果と比較すると、さらに短波長領域でも分離角の波長依存性が線形になっている。 Also in this example, the wavelength dependence of the separation angle was calculated in the same manner as in Example 1, and the results are shown in FIG. Compared with the result without the third Wollaston prism shown in FIG. 8, the wavelength dependence of the separation angle is linear even in a shorter wavelength region.
図10の結果に基づき、実施例1と同じように、縦軸のWavesとして口径10mmのウォラストンプリズムによって生ずる常光線と異常光線の光路差を波長で規格化した無次元数を取り、横軸に波長を取った図11を示す。図11より、波長500〜3000nmにおいて、より線形に近づいており、波長分解が波長によらず一定となっており、これをフーリエ分光器に用いれば、特定の波長範囲で波長分解をほぼ一定とすることができる。 Based on the result of FIG. 10, as in the first embodiment, the dimension of the vertical axis Waves is a dimensionless number obtained by normalizing the optical path difference between the ordinary ray and the extraordinary ray generated by the Wollaston prism having a diameter of 10 mm by the wavelength. FIG. 11 shows the wavelength. From FIG. 11, the wavelength is closer to linear at a wavelength of 500 to 3000 nm, and the wavelength resolution is constant regardless of the wavelength. When this is used for a Fourier spectrometer, the wavelength resolution is almost constant in a specific wavelength range. can do.
本実施例においては、従来得られなかった分離角もしくは分離幅の波長依存性を有する複像偏光素子群を提供できる。このような複像偏光素子群を偏光分光計測やマルチチャンネルフーリエ分光器の偏光干渉計として用いれば、波長によらずほぼ一定の波長分解を得ることができ、一度に広い波長について時間分解計測を行うことができるようになる。 In this embodiment, it is possible to provide a double-image polarizing element group having the wavelength dependency of the separation angle or separation width which has not been obtained conventionally. If such a double-image polarizing element group is used as a polarization spectroscopic measurement or a polarization interferometer of a multichannel Fourier spectrometer, it is possible to obtain almost constant wavelength resolution regardless of wavelength, and time-resolved measurement at a wide wavelength at a time. Will be able to do.
尚、上記の実施例4およびその変形例においては、ニオブ酸リチウムの代わりに、バナジウム酸イットリウム、酸化チタン、モリブデン酸鉛を複屈折結晶として用いることもできる。これらの複屈折結晶は、波長400nm以上の領域において、複屈折Δnの波長依存性がニオブ酸リチウムと類似しており、方解石や水晶等と比較して大きくなっている。同様に、実施例4および変形例において、バナジウム酸イットリウムの代わりに、ニオブ酸リチウム、酸化チタン、モリブデン酸鉛を複屈折結晶として用いることもでき、実施例4の変形例においては、酸化チタンの代わりに、ニオブ酸リチウム、バナジウム酸イットリウム、モリブデン酸鉛を複屈折結晶として用いることもできる。ただし、いずれの場合においても、第1乃至第3のウォラストンプリズムは、それぞれ互いに異なる複屈折結晶によって構成されている。 In Example 4 and its modifications, yttrium vanadate, titanium oxide, and lead molybdate can be used as the birefringent crystal instead of lithium niobate. These birefringent crystals have a wavelength dependency of birefringence Δn similar to that of lithium niobate in a region of wavelength of 400 nm or more, and are larger than calcite and quartz. Similarly, in Example 4 and the modification, lithium niobate, titanium oxide, and lead molybdate can be used as a birefringent crystal instead of yttrium vanadate. In the modification of Example 4, titanium oxide Alternatively, lithium niobate, yttrium vanadate, or lead molybdate can be used as the birefringent crystal. However, in any case, the first to third Wollaston prisms are composed of different birefringent crystals.
また、実施例4において、複屈折Δnの波長依存性が類似するニオブ酸リチウム、バナジウム酸イットリウム、酸化チタン、モリブデン酸鉛から2つの複屈折結晶を選ぶに際しては、上記の4つの物質のうちで比較して、複屈折Δnの波長依存性が比較的異なる複屈折結晶同士を組み合わせる方が好ましい。 In Example 4, when two birefringent crystals are selected from lithium niobate, yttrium vanadate, titanium oxide, and lead molybdate having similar wavelength dependence of birefringence Δn, among the above four substances, In comparison, it is preferable to combine birefringent crystals having relatively different wavelength dependencies of birefringence Δn.
尚、上記の実施例1乃至実施例4およびその変形例においては、第1乃至第3のウォラストンプリズムの間隔は、複像偏光素子群の分離角の波長依存性に影響しない。それぞれのウォラストンプリズムを接して設置しても、離して設置しても、同じ分離角の波長依存性を有する複像偏光素子群を得ることができる。 In the first to fourth embodiments and the modifications thereof, the distance between the first to third Wollaston prisms does not affect the wavelength dependence of the separation angle of the double-image polarizing element group. Whether the Wollaston prisms are installed in contact with each other or separated from each other, a double-image polarizing element group having the same wavelength dependency of the separation angle can be obtained.
また、上記の実施例1乃至実施例4およびその変形例においては、光源の向きが逆の場合、即ち、第1乃至第3のウォラストンプリズムの中間点を光軸上にとり、これを中心に光軸の長手方向に180°回転した場合においても、同じ分離角の波長依存性が得られる。 Further, in the above-described first to fourth embodiments and the modifications thereof, when the direction of the light source is reversed, that is, the intermediate point of the first to third Wollaston prisms is set on the optical axis, and this is the center. Even when rotated 180 ° in the longitudinal direction of the optical axis, the same wavelength dependence of the separation angle can be obtained.
また、用いる複屈折結晶が正結晶か、負結晶によって、2つの偏光に付与される角度の方向が逆になるため、それぞれの偏光に対して第1のウォラストンプリズムによって付与される角度と、第2のウォラストンプリズムによって付与される角度とが互いに逆となるように、光学軸の向きや接合面の傾きの方向を変える必要がある。モリブデン酸鉛は、ニオブ酸リチウムと同じ負結晶なので、ニオブ酸リチウムと同じ向きにウォラストンプリズムを設置すればよい。バナジウム酸イットリウムや酸化チタンは正結晶なので、ニオブ酸リチウムに代えて利用する場合には、複像偏光素子を構成するプリズムの光学軸を光軸周りにそれぞれ90°回転させるか、複像偏光素子を光軸周りに180°回転する等の方法によって、調整する必要がある。 In addition, since the birefringent crystal to be used is a positive crystal or a negative crystal, the directions of the angles given to the two polarized lights are reversed, so the angles given by the first Wollaston prism for each polarized light, It is necessary to change the direction of the optical axis and the direction of the inclination of the joint surface so that the angles given by the second Wollaston prism are opposite to each other. Since lead molybdate is the same negative crystal as lithium niobate, a Wollaston prism may be installed in the same direction as lithium niobate. Since yttrium vanadate and titanium oxide are positive crystals, when used in place of lithium niobate, the optical axis of the prism constituting the double-image polarizing element is rotated by 90 ° around the optical axis, or the double-image polarizing element Needs to be adjusted by a method such as rotating 180 ° around the optical axis.
(実施例5)
図12は、本発明の実施例5に用いるサバール板を2つ用いた複像偏光素子群21を、フーリエ分光器の偏光干渉計に用いた図である。偏光干渉計22は、光源23、偏光子26、複像偏光素子群21、検光子27、レンズ28、マルチチャンネル検出器29が、この順序で光軸10を共有して設置されている。光源23から発せられた光線は、偏光子26を通過することによって、互いに垂直な波面を持ち、図12において紙面と45°の角度を成す2つの偏光となる。この2つの偏光は、複像偏光素子群21を通過することで分離幅aをもって分離される。分離された2つの偏光は、検光子27によって偏光方向が整えられ、レンズ28を通過して、マルチチャンネル検出器9に干渉縞を形成する。
(Example 5)
FIG. 12 is a diagram in which a double-image
実施例5においては、複像偏光素子群21には、図13のようにニオブ酸リチウムから成る第1のサバール板31と、方解石から成る第2のサバール板32とを用いている。図13に示すように、第1のサバール板31の光学軸と第2のサバール板32の光学軸は、互いに逆向きとなるように設置されている。
In the fifth embodiment, the double-image
実施例1乃至実施例3と同様に、ニオブ酸リチウムを材料とする第1のサバール板31の幅Lと、方解石を材料とする第2のサバール板32の幅Mの比M/Lを変えていくことで、複像偏光素子群21によって得られる分離幅の波長依存性を調整することができる。
As in the first to third embodiments, the ratio M / L of the width L of the
サバール板の分離幅は、以下に説明するように計算できる。入射面と光学軸がなす角をφ(=45°)、1枚の複屈折板の光軸方向の厚さをt、分離幅をδとするとサバール板の分離幅 aは、下記の式によって表すことができる。
δ=t(ne 2−no 2)sin2φ/(ne 2sin2φ+no 2cos2φ)…… (11)
φ=45°とすると、
δ=t(ne 2−no 2)/(ne 2+no 2)
≒2t(ne−no)/(ne+no) ……(12)
厚さ2tのサバール板の分離幅aは、a=√2δとなるので、式(12)より、分離幅を計算することができる。
The separation width of the Savart plate can be calculated as described below. When the angle between the incident surface and the optical axis is φ (= 45 °), the thickness of one birefringent plate in the optical axis direction is t, and the separation width is δ, the separation width a of the Savart plate is given by Can be represented.
δ = t (n e 2 -n o 2)
If φ = 45 °,
δ = t (n e 2 -n o 2) / (
≒ 2t (n e -n o) / (n e + n o) ...... (12)
Since the separation width a of the 2t-thick Savart plate is a = √2δ, the separation width can be calculated from Equation (12).
図13に示す複像偏光素子群に、式(12)を用いて、分離幅を計算すると、第1のサバール板によって得られる分離幅a1は、a1=√2L(n1e−n1o)/(n1e+n1o)となる。同様に、第2のサバール板によって得られる分離幅a2は、a2=√2M(n2e−n2o)/(n2e+n2o)となる。図13に示すように、第1のサバール板によって付与された分離幅a1を第2のサバール板で付与される分離幅a2が打ち消すような向きで配置した場合、複像偏光素子群全体で得られる分離幅xは、x=a1−a2となるため、下記の式によって表される。
x=√2L(n1e−n1o)/(n1e+n1o)
−√2M(n2e−n2o)/(n2e+n2o) …… (13)
When the separation width is calculated for the double-image polarizing element group shown in FIG. 13 using Equation (12), the separation width a 1 obtained by the first Savart plate is a 1 = √2L (n 1e −n 1o ) / (N 1e + n 1o ). Similarly, the separation width a 2 obtained by the second Savart plate is a 2 = √2M (n 2e −n 2o ) / (n 2e + n 2o ). As shown in FIG. 13, when the separation width a 1 provided by the first savar plate is arranged in such a direction that the separation width a 2 provided by the second savar plate cancels, the entire double-image polarizing element group Since the separation width x obtained in ( 1) is x = a 1 −a 2 , it is expressed by the following equation.
x = √2L (n 1e −n 1o ) / (n 1e + n 1o )
−√2M (n 2e −n 2o ) / (n 2e + n 2o ) (13)
本実施例においては、第1のサバール板に用いた複屈折結晶と第2のサバール板に用いた複屈折結晶とが異なっているので、式(13)に基づいて、第1のサバール板31の幅Lと、第2のサバール板32の幅Mの比M/Lを変えていくことで、複像偏光素子群21によって得られる分離幅の波長依存性を調整することができる。
In this embodiment, since the birefringent crystal used for the first savar plate and the birefringent crystal used for the second savar plate are different, the
本実施例では、上記の式(13)を用いて、第1のサバール板31の幅Lと、第2のサバール板32の幅Mの比M/Lを変えた場合の分離幅の計算を行った。実施例5−1として、第1のサバール板の幅L=40mm、第2のサバール板の幅M=20.157mmとした場合、実施例5−2として、第1のサバール板の幅L=10mm、第2のサバール板の幅M=10.8mmとした場合、実施例5−3として、第1のサバール板の幅L=60mm、第2のサバール板の幅M=13.438mmとした場合のそれぞれの分離幅の計算結果を図15に示す。図15において、縦軸は本実施例に係る2つのサバール板から成る複像偏光素子によって得られる分離幅を示しており、横軸は波長である。本実施例において、第1および第2のサバール板の向きは、図13のとおりであり、幅L0=20mmのニオブ酸リチウムを材料としたサバール板を単体で用いた場合に波長900nmに対して得られる分離幅とほぼ同一となるように調整されている。比較例として、幅L0=20mmのニオブ酸リチウムを材料としたサバール板についても、図15に併せて図示する。
In this embodiment, the calculation of the separation width when the ratio M / L of the width L of the
図15より、M/Lが大きい実施例5−2においては、実施例2と同様に、分離幅の波長依存性を打ち消すことができる。実施例5−2よりM/Lを小さくした実施例5−1においては、実施例1と同様に、短波長側で分離幅を小さくすることができる。さらにM/Lを小さくした実施例5−3においては、実施例3と同様に、短波長側での分離幅を小さくし過ぎることなく広い範囲での分離幅を小さくすることができる。 From FIG. 15, in Example 5-2 with a large M / L, the wavelength dependence of the separation width can be canceled as in Example 2. In Example 5-1, in which M / L is smaller than that in Example 5-2, the separation width can be reduced on the short wavelength side as in Example 1. Further, in Example 5-3 in which M / L is further reduced, as in Example 3, the separation width in a wide range can be reduced without excessively reducing the separation width on the short wavelength side.
図15に示すように、本実施例においても、ウォラストンプリズムを2つによって構成された複像偏光素子群に係る実施例1乃至実施例3と同様に、ニオブ酸リチウムを複屈折結晶とし用いた第1のサバール板の幅Lと、方解石を複屈折結晶として用いた第2のサバール板の幅Mとの比M/Lを調整することによって、分離幅の波長依存性を調整することができ、偏光撮像計測、フーリエ分光器の偏光干渉計、偏光分光観測といった光学機器に適した複像偏光素子群を提供できる。また、同様に、例えばニオブ酸リチウムから成る第1のサバール板を固定して、幅Mが異なる方解石から成る第2のウォラストンプリズムを数種類用意し、適宜取り替えて所望の分離幅の波長依存性となるように調整し、光学機器の運転条件に応じて適切な分離幅の波長依存性になるようにすることも可能である。
As shown in FIG. 15, in this embodiment, lithium niobate is used as a birefringent crystal as in
また、本実施例においても、実施例1乃至実施例3と同様に、複像偏光素子群をどのような光学機器に用い、どのような波長領域で利用するかによって、方解石、ホウ酸バリウム、フッ化リチウムイットリウム、水晶、ニオブ酸リチウム、バナジウム酸イットリウム、酸化チタン、またはモリブデン酸鉛から複屈折Δnの波長依存性が異なる(類似しない)2つの複屈折結晶を選び、一方を第1のサバール板とし、他方を第2のサバール板とすればよい。例えば、実施例1乃至実施例3のように、波長400nm以上の領域では、複屈折Δnの波長依存性が比較的大きいニオブ酸リチウム、バナジウム酸イットリウム、酸化チタン、またはモリブデン酸鉛から複屈折結晶を選んで第1のサバール板とし、複屈折Δnの波長依存性が比較的小さい方解石、ホウ酸バリウム、フッ化リチウムイットリウム、水晶から複屈折結晶を選んで第2のサバール板とすることが好ましい。
紫外線領域である波長が400nm近傍となる領域では、紫外線領域での複屈折Δnの波長依存性が比較的大きい方解石を第1のウォラストンプリズムとし、複屈折Δnの波長依存性が比較的小さいホウ酸バリウム、フッ化リチウムイットリウム、水晶を第2のウォラストンプリズムとすることが好ましい。
Also in this example, as in Examples 1 to 3, depending on what optical device the double-image polarizing element group is used and in what wavelength range, calcite, barium borate, Two birefringent crystals with different (not similar) wavelength dependence of birefringence Δn are selected from lithium yttrium fluoride, crystal, lithium niobate, yttrium vanadate, titanium oxide, or lead molybdate, and one of them is the first savar. A plate may be used and the other may be a second Savart plate. For example, as in Examples 1 to 3, birefringent crystals are formed from lithium niobate, yttrium vanadate, titanium oxide, or lead molybdate in which the wavelength dependence of birefringence Δn is relatively large in the region of
In a region where the wavelength in the ultraviolet region is near 400 nm, a calcite having a relatively large wavelength dependence of the birefringence Δn in the ultraviolet region is used as the first Wollaston prism, and a borolith having a relatively small wavelength dependence of the birefringence Δn. It is preferable to use barium acid, lithium yttrium fluoride, or quartz as the second Wollaston prism.
(実施例6)
本実施例においては、第1のサバール板は、ニオブ酸リチウムを複屈折結晶として用いた幅L=20mmのサバール板とし、実施例6−1においては、第2のサバール板は、幅M=7.08mmの酸化チタンとし、実施例6−2においては、第2のサバール板は、幅L=7.08mmのバナジウム酸イットリウムとした。第1および第2のサバール板の設置方向は、図13と同じである。本実施例においても、実施例5と同様に式(13)を用いて分離幅の波長依存性を計算し、図16に示した。図16においては、縦軸の目盛の絶対値が、分離される2つの偏光の分離幅となっている。
(Example 6)
In this example, the first savar plate is a savar plate having a width L = 20 mm using lithium niobate as a birefringent crystal. In Example 6-1, the second savar plate has a width M = In Example 6-2, the second Savart plate was yttrium vanadate having a width L = 7.08 mm. The installation directions of the first and second Savart plates are the same as in FIG. Also in this example, the wavelength dependence of the separation width was calculated using the equation (13) in the same manner as in Example 5 and is shown in FIG. In FIG. 16, the absolute value of the scale on the vertical axis is the separation width of the two polarized lights to be separated.
図16に示すように、本実施例においても、実施例4と同様に、波長800nm〜3000nmの領域で分離角の波長依存性が線形に近づき、分離角が短波長領域で小さく、長波長領域で大きくなる複像偏光素子群を得ることができる。実施例4と同様に、これを偏光分光計測に利用すれば、波長分解が短波長ほど細かく、長波長ほど粗くなってしまうという欠点を克服することができ、波長800nm〜3000nmの広い波長範囲において、ほぼ一定の波長分解を得ることができる。 As shown in FIG. 16, also in this example, as in Example 4, the wavelength dependence of the separation angle approaches linear in the wavelength region of 800 nm to 3000 nm, the separation angle is small in the short wavelength region, and the long wavelength region. It is possible to obtain a double-image polarizing element group that becomes larger at As in Example 4, if this is used for polarization spectroscopy measurement, the wavelength resolution can be overcome as the shorter wavelength becomes finer, and the longer wavelength becomes rougher. In a wide wavelength range of wavelengths from 800 nm to 3000 nm. A substantially constant wavelength resolution can be obtained.
(実施例7)
本実施例においては、第1のサバール板はニオブ酸リチウムからなるサバール板とし、第2のサバール板は酸化チタンとし、第3のサバール板はバナジウム酸イットリウムとした。第1のサバール板の幅L、第2のサバール板の幅M、第3のサバール板の幅Nについては、実施例7−1においては、L=20mm、M=9.08mm、N=2mmとした。実施例7−2においては、L=20mm、M=6mm、N=1.08mmとした。実施例7−3においては、L=20mm、M=4mm、N=3.08mmとした。第1および第2のサバール板の設置方向は、図13と同じである。実施例7−1の第3のサバール板の設置方向は、前記第2のサバール板によって光線に付与される分離幅と、前記第3のサバール板によって光線に付与される分離幅とが互いに打消すように、第2のサバール板と逆の光学軸の方向となるように設置されている。実施例7−2と実施例7−3の第3のサバール板の設置方向は、前記第1のサバール板によって光線に付与される分離幅と、前記第3のサバール板によって光線に付与される分離幅とが互いに打消すように、第2のサバール板と同じ光学軸の方向となるように設置されている。本実施例においても、実施例5と同様に式(13)を用いて分離幅の波長依存性を計算し、図17に示した。図17においては、縦軸の目盛の絶対値が、分離される2つの偏光の分離幅となっている。
(Example 7)
In this example, the first savar plate was a savar plate made of lithium niobate, the second savar plate was titanium oxide, and the third savar plate was yttrium vanadate. Regarding the width L of the first savar plate, the width M of the second savar plate, and the width N of the third savar plate, in Example 7-1, L = 20 mm, M = 9.08 mm, N = 2 mm It was. In Example 7-2, L = 20 mm, M = 6 mm, and N = 1.08 mm. In Example 7-3, L = 20 mm, M = 4 mm, and N = 3.08 mm. The installation directions of the first and second Savart plates are the same as in FIG. In the installation direction of the third sabal plate of Example 7-1, the separation width given to the light beam by the second savar plate and the separation width given to the light beam by the third savar plate are struck together. It is installed so that the direction of the optical axis is opposite to that of the second Savart plate. The installation direction of the third sabal plate of Example 7-2 and Example 7-3 is given to the light beam by the separation width given to the light beam by the first savar plate and the third savar plate. It is installed so as to be in the same optical axis direction as the second Savart plate so that the separation widths cancel each other. Also in this example, the wavelength dependence of the separation width was calculated using the equation (13) in the same manner as in Example 5 and is shown in FIG. In FIG. 17, the absolute value of the scale on the vertical axis is the separation width of the two polarized lights to be separated.
図16に示した、第1のサバール板をニオブ酸ナトリウム、第2のサバール板をバナジウム酸イットリウムとした実施例6−2と比較すると、図17に示す第3のサバール板として酸化チタンをさらに光源の下手に配置した本実施例に係る実施例7−1ないし実施例7−3においては、波長が800nmより短い領域においても分離幅の波長依存性が線形に近づいており、2つのウォラストンプリズムを複像偏光素子として用いた実施例4の変形例と同様の結果となっている。 Compared to Example 6-2 shown in FIG. 16 in which the first sabal plate is sodium niobate and the second savar plate is yttrium vanadate, titanium oxide is further added as the third savar plate shown in FIG. In Examples 7-1 to 7-3 according to the present example arranged below the light source, the wavelength dependence of the separation width is close to linear even in a region where the wavelength is shorter than 800 nm. The result is the same as that of the modified example of Example 4 in which the prism is used as the double image polarizing element.
実施例6および実施例7においても、上記の実施例4および変形例と同様に、複屈折結晶として用いるニオブ酸リチウム、バナジウム酸イットリウム、酸化チタン、モリブデン酸鉛は、互いに交換することが可能である。ただし、いずれの場合においても、第1乃至第3のサバール板は、それぞれ互いに異なる材料によって構成されている。また、正結晶のサバール板と負結晶のサバール板を交換する場合には、例えば、光軸周りに180°回転させた向きに設置して2つの偏光に付与される角度が変わらないようにする必要がある点も、上記の実施例4および変形例と同様である。また、実施例6においても、実施例4と同様に、複屈折Δnの波長依存性が類似するニオブ酸リチウム、バナジウム酸イットリウム、酸化チタン、モリブデン酸鉛から2つの複屈折結晶を選ぶに際しては、4つの物質のうちで比較して、複屈折Δnの波長依存性が比較的異なる複屈折結晶同士を組み合わせる方が好ましい。 In Example 6 and Example 7 as well, as in Example 4 and the modification described above, lithium niobate, yttrium vanadate, titanium oxide, and lead molybdate used as the birefringent crystals can be exchanged with each other. is there. However, in any case, the first to third Savart plates are made of different materials. In addition, when exchanging the positive crystal sabal plate and the negative crystal savar plate, for example, they are installed in a direction rotated by 180 ° around the optical axis so that the angles given to the two polarized lights do not change. The points that are necessary are the same as in the fourth embodiment and the modified example. Also in Example 6, as in Example 4, when selecting two birefringent crystals from lithium niobate, yttrium vanadate, titanium oxide, and lead molybdate having similar wavelength dependence of birefringence Δn, It is preferable to combine birefringent crystals having relatively different wavelength dependences of the birefringence Δn among the four substances.
また、実施例5乃至実施例7においても、実施例1乃至実施例4および変形例と同様に、複像偏光素子群を形成するそれぞれのサバール板の間隔は、あっても無くてもよい。また、各サバール板の中間点を光学系の光軸上にとり、その中間点を中心に、光軸の長手方向に180°回転しても、同様の分離幅の波長依存性を得ることができる。 Also in the fifth to seventh embodiments, as in the first to fourth embodiments and the modified example, the interval between the respective Savart plates forming the double-image polarizing element group may or may not be present. Further, the same wavelength dependence of the separation width can be obtained even if the intermediate point of each Savart plate is taken on the optical axis of the optical system and rotated 180 ° in the longitudinal direction of the optical axis around the intermediate point. .
1 ウォラストンプリズムによって構成される複像偏光素子群
2 偏光干渉計
3,23 光源
4 入射孔
5 第1のレンズ
6,26 偏光子
7,27 検光子
8 第2のレンズ
9,29 マルチチャンネル検出器
10 光軸
11 第1のウォラストンプリズム
12 第2のウォラストンプリズム
13 第3のウォラストンプリズム
15 干渉縞の局在面
21 サバール板によって構成される複像偏光素子群
28 レンズ
31 第1のサバール板
32 第2のサバール板
41 ウォラストンプリズム
42 サバール板
43 光源側に設置したウォラストンプリズム
44 光源の下手側に設置したウォラストンプリズム
51 第1プリズム
52 第2プリズム
53 第1偏光板
54 第2偏光板
DESCRIPTION OF
Claims (4)
方解石、ホウ酸バリウム、フッ化リチウムイットリウム、水晶、ニオブ酸リチウム、バナジウム酸イットリウム、酸化チタン、またはモリブデン酸鉛のうち前記第1のウォラストンプリズムと異なる物質を複屈折結晶として用いている第2のウォラストンプリズムとを備えた複像偏光素子群であって、
前記第1のウォラストンプリズムと前記第2のウォラストンプリズムは、前記第1および第2のウォラストンプリズムを通過する光線に対して光軸を共有し、かつ、前記第1のウォラストンプリズムによって光線に付与される角度と、前記第2のウォラストンプリズムによって光線に付与される角度とが互いに逆向きの方向となるように設置されている複像偏光素子群。 A first Wollaston prism using calcite, barium borate, lithium yttrium fluoride, quartz, lithium niobate, yttrium vanadate, titanium oxide, or lead molybdate as a birefringent crystal;
A second material using, as a birefringent crystal, a material different from the first Wollaston prism among calcite, barium borate, lithium yttrium fluoride, crystal, lithium niobate, yttrium vanadate, titanium oxide, or lead molybdate. A double-image polarizing element group including a Wollaston prism,
The first Wollaston prism and the second Wollaston prism share an optical axis with respect to a light beam passing through the first and second Wollaston prisms, and are formed by the first Wollaston prism. A multi-image polarizing element group installed such that an angle given to the light beam and an angle given to the light beam by the second Wollaston prism are opposite to each other.
前記第1乃至第3のウォラストンプリズムは、前記第1乃至第3のウォラストンプリズムを通過する光線に対して光軸を共有し、かつ、前記第1あるいは第2のウォラストンプリズムによって光線に付与される角度と、前記第3のウォラストンプリズムによって光線に付与される角度とが互いに逆向きの方向となるように設置されていることを特徴とする請求項1に記載の複像偏光素子群。 Of the calcite, barium borate, lithium yttrium fluoride, crystal, lithium niobate, yttrium vanadate, titanium oxide, or lead molybdate, a material different from the first and second Wollaston prisms is used as the birefringent crystal. A third Wollaston prism is added,
The first to third Wollaston prisms share an optical axis with respect to light beams that pass through the first to third Wollaston prisms, and are converted into light beams by the first or second Wollaston prisms. 2. The double-image polarizing element according to claim 1, wherein the imparted angle and the angle imparted to the light beam by the third Wollaston prism are opposite to each other. group.
方解石、ホウ酸バリウム、フッ化リチウムイットリウム、水晶、ニオブ酸リチウム、バナジウム酸イットリウム、酸化チタン、またはモリブデン酸鉛のうち前記第1のサバール板と異なる物質を複屈折結晶として用いている第2のサバール板とを備えた複像偏光素子群であって、
前記第1のサバール板と前記第2のサバール板は、前記第1および第2のサバール板を通過する光線に対して光軸を共有し、かつ、前記第1のサバール板によって光線に付与される分離幅と、前記第2のサバール板によって光線に付与される分離幅とが互いに打消すように前記第1および第2のサバール板は設置されている複像偏光素子群。 A first Savart plate using calcite, barium borate, lithium yttrium fluoride, crystal, lithium niobate, yttrium vanadate, titanium oxide, or lead molybdate as a birefringent crystal;
A second material using, as a birefringent crystal, a material different from the first Savart plate among calcite, barium borate, lithium yttrium fluoride, crystal, lithium niobate, yttrium vanadate, titanium oxide, or lead molybdate A double-image polarizing element group comprising a Savart plate,
The first sabal plate and the second savar plate share an optical axis with respect to the light beam passing through the first and second savar plates, and are applied to the light beam by the first savar plate. The double-image polarizing element group in which the first and second savar plates are installed so that the separation width and the separation width given to the light beam by the second savar plate cancel each other.
前記第1乃至第3のサバール板は、前記第1乃至第3のサバール板を通過する光線に対して光軸を共有し、かつ、前記第1あるいは第2のサバール板によって光線に付与される分離幅と、前記第3のサバール板によって光線に付与される分離幅とが互いに打消すように、前記第2と第3のサバール板は設置されていることを特徴とする請求項3に記載の複像偏光素子群。 Of calcite, barium borate, lithium yttrium fluoride, crystal, lithium niobate, yttrium vanadate, titanium oxide, or lead molybdate, a material different from the first and second Savart plates is used as a birefringent crystal. A third sabal plate is added,
The first to third savart plates share an optical axis with respect to the light beams passing through the first to third savart plates, and are given to the light beams by the first or second savart plate. The said 2nd and 3rd saval board is installed so that the separation width and the separation width provided to a light beam by the said 3rd savar board may mutually cancel. Double image polarizing element group.
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2008
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