JP2012230349A - 反射光学素子および反射光学系 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光束の進行方向を変換する光学素子であって、入射面SIと反射面SRと射出面SOを有するプリズム状であり、入射面SIから入射する光束を反射面SRで全反射させ、反射した光束を射出面SOから射出させて光束の進行方向を変換する機能を持ち、入射面SIと射出面SOの少なくとも一方に、サブ波長構造による反射防止層SWSが形成されている。
【選択図】図1
Description
この場合、レンズ素子の正のパワーによっては、例えば、射出光束を平行光束とすることができる。
この場合、レンズ素子の負のパワーによっては、例えば、射出光束を平行光束とすることができる。
即ち、構造的には、1以上の反射面と、入射面と、射出面を有するプリズム状である。
「サブ波長構造」は、波長よりも周期の短い微細周期構造(微細凹凸構造)として知られており、微細な凹凸の形状に応じて「入射光から見た微細周期構造の見かけ上の屈折率(以下、「有効屈折率」と言う。)」が変化する。
そこで、光学材料による基板の表面に「例えば、断面三角形状で、1次元もしくは2次元の微細周期構造を形成」すると、微細周期構造の空間周期は、凹凸構造の単位をなす三角形状の頂部から底部へ向かって連続的に変化するので、三角形状の高さ方向に「有効屈折率が連続的に変化する」ようにできる。
請求項4記載の反射光学素子につき説明を補足すると、この反射光学素子ではプリズムの反射面(1面または複数面)がパワーを持つとともに、入射面および射出面の少なくとも一方にパワーを付与し「入射面に入射する平行光束」を「入射光束と光束径の異なる平行光束」として射出面から射出させる。
即ち、請求項1〜13における反射光学素子は、入射面・射出面のうち「光束径の大きくなる側の面」に、誘電体多層膜による反射防止膜を形成することができる。
反射防止層は、入射面・射出面ともに形成することにより、高い反射防止効果を実現し、反射光学素子・反射光学系の反射効率を十分に大きく高めることができるが、入射面・射出面の一方にのみ形成しても、入射面もしくは射出面における反射を十分に小さくすることができ、反射光学素子・反射光学系としての反射効率を有効に高めることができる。
図8に示す2例は、請求項1記載の反射光学素子の例である。
この場合、射出面p2から射出する光束が発散性で、射出面s2における光エネルギ密度が小さく、反射防止膜s2が熱ダメージを受ける恐れが無い場合には、反射防止膜s2を「誘電体多層膜」とすることができる。
図9に示す2例は、請求項5記載の反射光学素子の例である。
反射防止面板PI、POは同一構造のものであり、図1(b)に、反射防止面板PIを例にとって説明図的に示すように、薄い透明平行平板の片面にサブ波長構造による微細周期構造SWSが「反射防止層」として形成されている。
符号2−2で示す曲線は、上記微細凹凸構造による反射防止層の分光透過率であり、波長:250nmより大きい広範な波長領域で良好な反射防止機能を果たしている。
この例の場合も、反射面SRで反射された収束光は、プリズム内で一度集光し、発散光束となって射出面SOに入射し、微細周期構造による反射防止層SWSOの反射防止機能の効果で「高い透過率」をもって射出し、その際に、反射防止層SWSOの正のパワーにより「実質的な平行光束(図の例では、入射光よりも光束径を拡大されている。)」に戻される。
即ち、反射面SRにより全反射された光束が「収束性」を保ったまま、射出面SRに入射するよう場場合には、微細周期構造による反射防止層SWSOに「負のパワー」を与えておくことにより、入射光の光束径よりも小径の平行光束として射出光束LOを射出させることができる。
即ち、反射光学素子P2Bの射出面SOからは「収束性の光束」が射出する。
θb=arcsin(d2/R) 、θc=arcsin(d3/R) 、
θB=2×θb 、θC=2×θc 。
arcsin(1/N)<arcsin{(R/√2−φin/2)/R} (1)
となる。
1/N<(R/√2−φin/2)/R}
が得られるから、これを光束径:φinについて解くと、
φin<R(√2−2/N) (2)
となる。
R 53.7 85.9 143.3 20.3 30.5 50.8 6.9 10.4 17.3
φin 2 3 5 2 3 5 2 3 5
N 1.45 1.45 1.45 1.52 1.52 1.52 1.78 1.78 1.78 。
41.1度<arcsin{(R/√2−φin/2)/R} (1A)
となる。
「入射光」 波長:300nmの平行レーザ光束
入射光の光束径:φ=1mm
「反射光学素子」
材質の屈折率:N=1.52
D:0.0
a:10mm
反射面の曲率半径:25mm
「レンズ素子」
入射側面:平面
射出側面:曲率半径が6.5mmの凸球面
肉厚:d=1.5mm
材質の屈折率:1.52
b=3mm
θB=86.8度
θC=93.3度 。
「入射光」 波長:300nmの平行レーザ光束
入射光の光束径:φ=10mm
「反射光学素子」
材質の屈折率:N=1.45
a:100mm
反射面の曲率半径:300mm
「レンズ素子」
入射側面:平面
射出側面:曲率半径が332mmの凸球面
肉厚:d=15mm
材質の屈折率:1.45
D=0.1mm
b=620mm
θB=87.3度
θC=92.7度 。
「入射光」 波長:300nmの平行レーザ光束
入射光の光束径:φ=30mm
「反射光学素子」
材質の屈折率:N=1.82
a:100mm
反射面の曲率半径:120mm
「レンズ素子」
入射側面:平面
射出側面:曲率半径が59.3mmの凸球面
肉厚:d=25mmmm
D=5mm
b=10mm
θB=71.2度
θC=112.6度 。
入射光は平行光束であり、入射面SIに直交するように入射するが、入射位置は、入射光の中心光線の「反射面SR(入射光に対して凹面)による入射角」が45度となり、上記中心光線が入射光と90度をなすように反射される位置に入射する。
「入射光」 波長:300nmの平行レーザ光束
入射光の光束径:φ=10mm
「反射光学素子」
材質の屈折率:N=1.78
a:100mm
反射面の曲率半径:250mm
「レンズ素子」
入射側面:平面
射出側面:曲率半径が13.2mmの凹球面
肉厚:d=1mm
材質の屈折率:1.78
D=0.0mm
b=0.0mm
θB=93.3度
θC=86.8度 。
「入射光」 波長:300nmの平行レーザ光束
入射光の光束径:φ=10mm
「反射光学素子」
材質の屈折率:N=1.45
a:100mm
反射面の曲率半径:500mm
「レンズ素子」
入射側面:平面
射出側面:曲率半径が32.2mmの凸球面
肉厚:d=1.5mmmm
D=0mm
b=10mm
θB=91.6度
θC=88.4度 。
実施例5は、図4(b)に示すタイプの例である。
実施例4、5でも、プリズムの入射面SI、射出面SO共に平面であって、パワーを持たない。また、サブ波長構造による反射防止層SWSは、入射面・射出面側ともパワーを持たず、反射防止機能のみである。
PI 反射防止面板
PO 反射防止面板
SI 入射面
SO 射出面
SWS サブ波長構造による微細周期構造
Claims (13)
- 光束の進行方向を変換する光学素子であって、
入射面と、1以上の反射面と、射出面とを有するプリズム状であり、
上記入射面から入射する光束を上記1以上の反射面で全反射させ、反射した光束を射出面から射出させて光束の進行方向を変換する機能を持ち、
上記入射面と射出面とのうち、少なくとも入射面に、サブ波長構造による反射防止層が形成されていることを特徴とする反射光学素子。 - 請求項1記載の反射光学素子において、
反射面が1面、もしくは入射光束を順次に全反射する複数面であることを特徴とする反射光学素子。 - 請求項2記載の反射光学素子において、
1以上の反射面、入射面、射出面のうちの1面以上が、パワーを有することを特徴とする反射光学素子。 - 請求項3記載の反射光学素子において、
1以上の入射面、反射面、射出面のうちの2面以上が、パワーを有し、上記入射面に入射する平行光束を、入射平行光束と光束径の異なる平行光束として射出面から射出させるように、2面以上の面のパワーが設定されていることを特徴とする反射光学素子。 - 請求項1〜3の任意の1に記載の反射光学系において、
入射光束を発散もしくは集束させて、射出させる機能を有することを特徴とする反射光学系。 - 請求項5記載の反射光学素子と、射出面から射出する発散性もしくは収束性の光束の、光束形態を変化させるレンズ素子とを有することを特徴とする反射光学系。
- 請求項6記載の反射光学系において、
反射光学素子の射出面に、サブ波長構造の反射防止膜が設けられていることを特徴とする反射光学系。 - 光束の進行方向を変換する光学素子であって、
1以上の反射面と、入射面と、射出面を有するプリズム状であり、
上記入射面から入射する光束を、上記1以上の反射面で全反射させ、反射した光束を射出面から射出させて光束の進行方向を変換する機能を持ち、
上記1以上の反射面、入射面、反射面のうちの2面以上がパワーを持ち、
2面以上のパワーを持つ面のパワーが、入射平行光束の光束径を変換して平行光束を射出させるように設定されていることを特徴とする反射光学素子。 - 請求項8記載の反射光学素子において、
反射面が平面であり、
入射面、射出面が共に正のパワーを有することを特徴とする反射光学素子。 - 請求項8記載の反射光学素子において、
入射面が平面であり、反射面が負のパワーを持ち、射出面が正のパワーを持つことを特徴とする反射光学素子。 - 請求項8記載の反射光学素子において、
射出面が平面であり、入射面が正のパワーを持ち、反射面が負のパワーを持つことを特徴とする反射光学素子。 - 請求項8〜11の任意の1に記載の反射光学素子において、
入射面もしくは射出面の、少なくとも一方に、反射防止層が形成されていることを特徴とする反射光学素子。 - 請求項12記載の反射光学素子において、
入射面と射出面のうち、少なくとも光束径の小さい平行光束が通過する方の面に、サブ波長構造による反射防止層が形成されていることを特徴とする反射光学素子。
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