JP2582914B2 - 偏光プリズム - Google Patents
偏光プリズムInfo
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- JP2582914B2 JP2582914B2 JP2022787A JP2278790A JP2582914B2 JP 2582914 B2 JP2582914 B2 JP 2582914B2 JP 2022787 A JP2022787 A JP 2022787A JP 2278790 A JP2278790 A JP 2278790A JP 2582914 B2 JP2582914 B2 JP 2582914B2
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- prism
- viewing angle
- wavelength
- refractive index
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は分光光度計等で用いられる広波長域用の偏光
プリズムに関する。
プリズムに関する。
回折格子で単色化した光を試料に照射し，透過率や反
射率を測定する分光光度計では，特に斜入射で測定する
ときに入射光の偏光状態が問題になる。回折格子で分光
された光は波長ごとに異なる楕円偏光になる。しかし，
測定量として重要なのはＳ波に対してやＰ波に対しての
透過率，反射率である場合が多い。そこで，こうした測
定のために回折格子の後に偏光プリズムを挿入し，プリ
ズムを回転させて試料に照射するＳ波入射光やＰ波入射
光を作る。分光光度計は紫外から赤外にわたる広い波長
領域の光を測定に用いるため，こうした偏光プリズムは
広い透過波長域を持ち，しかも偏光子として機能しなけ
ればならない。さらに，回折格子で分光されて弱くなっ
た光の強度を落とさずに効率よく使うために，視野角度
は広い方が好ましい。
射率を測定する分光光度計では，特に斜入射で測定する
ときに入射光の偏光状態が問題になる。回折格子で分光
された光は波長ごとに異なる楕円偏光になる。しかし，
測定量として重要なのはＳ波に対してやＰ波に対しての
透過率，反射率である場合が多い。そこで，こうした測
定のために回折格子の後に偏光プリズムを挿入し，プリ
ズムを回転させて試料に照射するＳ波入射光やＰ波入射
光を作る。分光光度計は紫外から赤外にわたる広い波長
領域の光を測定に用いるため，こうした偏光プリズムは
広い透過波長域を持ち，しかも偏光子として機能しなけ
ればならない。さらに，回折格子で分光されて弱くなっ
た光の強度を落とさずに効率よく使うために，視野角度
は広い方が好ましい。
光学軸がプリズムの断面と垂直な面内にある偏光プリ
ズムの視野角について，第７図に従って説明する。図の
ように３次元の直交座標軸をとり,x軸と光学軸のなす角
をβとする。プリズムを構成する一軸性結晶の常光線，
異常光線に対する主屈折率をそれぞれｎω,nε，プリズ
ムの頂角をS,接合部の屈折率をｎとすると，常光線，異
常光線が接合部で全反射する臨界入射角Io,Ieはそれぞ
れ次式で与えられる。
ズムの視野角について，第７図に従って説明する。図の
ように３次元の直交座標軸をとり,x軸と光学軸のなす角
をβとする。プリズムを構成する一軸性結晶の常光線，
異常光線に対する主屈折率をそれぞれｎω,nε，プリズ
ムの頂角をS,接合部の屈折率をｎとすると，常光線，異
常光線が接合部で全反射する臨界入射角Io,Ieはそれぞ
れ次式で与えられる。
代表的偏光プリズムであるグラントムソンプリズムで
はβ＝90°，フランクリッタープリズムではβ＝45°に
なる。
はβ＝90°，フランクリッタープリズムではβ＝45°に
なる。
方解石製グラントムソンプリズムで接着剤の屈折率ｎ
が1.43のとき波長589.23nmにおいてIo=Ieになるように
くさび角Ｓを求めると,S＝23.53°になる。このプリズ
ムの視野角Io+Ieの波長依存性を第６図に示す。このグ
ラフから明らかなように，グラントムソンプリズムは波
長300nmから1400nmにわたり常に20°以上の広い視野角
を確保することができる。しかし，接着剤の吸収のた
め,300nm以下の波長では光を透過しないという欠点を持
っている。
が1.43のとき波長589.23nmにおいてIo=Ieになるように
くさび角Ｓを求めると,S＝23.53°になる。このプリズ
ムの視野角Io+Ieの波長依存性を第６図に示す。このグ
ラフから明らかなように，グラントムソンプリズムは波
長300nmから1400nmにわたり常に20°以上の広い視野角
を確保することができる。しかし，接着剤の吸収のた
め,300nm以下の波長では光を透過しないという欠点を持
っている。
300nm以下の光を透過させるプリズムには接合部を空
気層としたグランフーコープリズムがある。グランフー
コープリズムではｎ＝１とおけばよい。波長589.23nmに
おいてIo=Ieになるようにくさび角を求めると,S＝50.46
°になる。このプリズムの視野角の波長依存性を第５図
に示す。グランフーコープリズムは接着層による光の吸
収がないため,300nm以下の波長でも使用できをが，その
かわり，視野角が８°前後と，グラントムソンプリズム
に比べて狭くなってしまう。
気層としたグランフーコープリズムがある。グランフー
コープリズムではｎ＝１とおけばよい。波長589.23nmに
おいてIo=Ieになるようにくさび角を求めると,S＝50.46
°になる。このプリズムの視野角の波長依存性を第５図
に示す。グランフーコープリズムは接着層による光の吸
収がないため,300nm以下の波長でも使用できをが，その
かわり，視野角が８°前後と，グラントムソンプリズム
に比べて狭くなってしまう。
グラントムソンプリズムでもグランフーコープリズム
でも常光線，異常光線の臨界入射角の大きさIo,Ieは波
長とともに変化し，特に短波長領域においては同じ視野
角Io+IeといってもIoが大きくIeは小さいといったアン
バランスな非対称形になっている。これはプリズムを構
成する方解石の２つの主屈折率ｎω,nεは波長が変わる
につれて変化するのに対し，接合層の屈折率は一定の値
をとることに由来している。
でも常光線，異常光線の臨界入射角の大きさIo,Ieは波
長とともに変化し，特に短波長領域においては同じ視野
角Io+IeといってもIoが大きくIeは小さいといったアン
バランスな非対称形になっている。これはプリズムを構
成する方解石の２つの主屈折率ｎω,nεは波長が変わる
につれて変化するのに対し，接合層の屈折率は一定の値
をとることに由来している。
この視野角の非対称性のため，たとえ視野角そのもの
は大きかったとしても必ずしも広がった入射光を有効に
使えるとはかぎらない。
は大きかったとしても必ずしも広がった入射光を有効に
使えるとはかぎらない。
分光光度計等で使用される偏光プリズムには広い透過
波長域と広い視野角という２つの性能が必要とされる
が，従来の偏光プリズムにはこの２つを同時に満たすも
のがなかった。最も視野角の広いグラントムソンプリズ
ムは300nm以下の波長領域では使用できないし，透過波
長域の広いグランフーコープリズムは視野角を広くとる
ことができない。しかも，従来型の偏光プリズムでは視
野角の設計波長以外の波長での非対称性が入射光の有効
利用に悪影響を及ぼしていた。この非対称性は特に短い
波長領域において顕著である。
波長域と広い視野角という２つの性能が必要とされる
が，従来の偏光プリズムにはこの２つを同時に満たすも
のがなかった。最も視野角の広いグラントムソンプリズ
ムは300nm以下の波長領域では使用できないし，透過波
長域の広いグランフーコープリズムは視野角を広くとる
ことができない。しかも，従来型の偏光プリズムでは視
野角の設計波長以外の波長での非対称性が入射光の有効
利用に悪影響を及ぼしていた。この非対称性は特に短い
波長領域において顕著である。
本発明の目的は広透過波長域，広視野角を同時に満足
し，しかもどの波長領域でもほぼ対称な視野角を有する
ような偏光プリズムを提供することにある。
し，しかもどの波長領域でもほぼ対称な視野角を有する
ような偏光プリズムを提供することにある。
本発明の偏光プリズムは第７図において２組の三角プ
リズムA,Bを方解石とし，接合部分Ｃを合成石英とす
る。
リズムA,Bを方解石とし，接合部分Ｃを合成石英とす
る。
方解石，合成石英間は光学的に接合する。
通常偏光プリズムは２つの方解石製三角プリズムを接
着剤で接合するか，空気層を設けて接合して作る。紫外
から赤外の波長域において方解石の常光線，異常光線の
主屈折率ｎω,nεはそれぞれ1.7前後,1.5前後の値をと
る。
着剤で接合するか，空気層を設けて接合して作る。紫外
から赤外の波長域において方解石の常光線，異常光線の
主屈折率ｎω,nεはそれぞれ1.7前後,1.5前後の値をと
る。
接合部の界面での常光線，異常光線の全反射を起こす
臨界入射角を第４図に示すようにφｏ・φｅとすると となる。ここでneは異常光線の屈折率で普通入射角に依
存するが、グラントムソンタイプのプリズムではne＝ｎ
εとおいてよい。ｎω＝1.7,nε＝1.5とし、接合部分の
媒質の屈折率ｎを0.1から1.5まで変化させたときのφo,
φe,φｅ−φｏのグラフを第３図に示した。
臨界入射角を第４図に示すようにφｏ・φｅとすると となる。ここでneは異常光線の屈折率で普通入射角に依
存するが、グラントムソンタイプのプリズムではne＝ｎ
εとおいてよい。ｎω＝1.7,nε＝1.5とし、接合部分の
媒質の屈折率ｎを0.1から1.5まで変化させたときのφo,
φe,φｅ−φｏのグラフを第３図に示した。
φｅ−φｏは視野角に対応する角度だが，第３図から
接合部の屈折率が大きいほど視野角が大きくとられるこ
とがわかる。したがって第５図，第６図の比較から明ら
かなように接合部の屈折率ｎをｎ＝1.43としたときの視
野角はｎ＝1.0としたときの視野角よりも常に大きい値
をとる。
接合部の屈折率が大きいほど視野角が大きくとられるこ
とがわかる。したがって第５図，第６図の比較から明ら
かなように接合部の屈折率ｎをｎ＝1.43としたときの視
野角はｎ＝1.0としたときの視野角よりも常に大きい値
をとる。
それゆえ紫外領域まで使いたいが，視野角も広くとり
たいというときには，接合部を紫外領域で吸収のある接
着剤やあるいは屈折率の小さい空気層とするのではな
く,1つの本発明のように紫外光から赤外光まで透過し，
しかもnc＜ｎω,nεであるような屈折率ncを持つ油で接
合部を満たせばよい。
たいというときには，接合部を紫外領域で吸収のある接
着剤やあるいは屈折率の小さい空気層とするのではな
く,1つの本発明のように紫外光から赤外光まで透過し，
しかもnc＜ｎω,nεであるような屈折率ncを持つ油で接
合部を満たせばよい。
他方，方解石製の偏光プリズムではｎω＞ｎεなので
異常光線は透過し，常光線は接合面で全反射して透過し
ないよう接合媒質の屈折率とプリズムのくさび角を選択
する。
異常光線は透過し，常光線は接合面で全反射して透過し
ないよう接合媒質の屈折率とプリズムのくさび角を選択
する。
常光線が接合面で全反射を起こすにはｎω＞ｎでなけ
ればならないが，接合媒質の屈折率ｎが異常光線の屈折
率neに等しければ，理想的な偏光プリズムになる。つま
りｎ＝neのとき異常光線にとって偏光プリズムは単なる
均一な媒質になるが，常光線にとっては全反射面を持っ
た偏光プリズムとして作用する。
ればならないが，接合媒質の屈折率ｎが異常光線の屈折
率neに等しければ，理想的な偏光プリズムになる。つま
りｎ＝neのとき異常光線にとって偏光プリズムは単なる
均一な媒質になるが，常光線にとっては全反射面を持っ
た偏光プリズムとして作用する。
しかし現実にはｎω＞ne＝ｎを満足する屈折率ｎを持
つ接着剤はないのでｎω＞ne＞ｎとなるように接着剤の
屈折率を選択している。しかしｎの値としてはできるだ
けneに近いものを選んだ方が第３図にも示したように，
視野角を広くとれ，好ましい。
つ接着剤はないのでｎω＞ne＞ｎとなるように接着剤の
屈折率を選択している。しかしｎの値としてはできるだ
けneに近いものを選んだ方が第３図にも示したように，
視野角を広くとれ，好ましい。
さて，方解石の２つの主屈折率ｎω,nεは第２図に示
すような波長依存性を持っている。それに対し例えば空
気層ではどの波長でも屈折率は1.0で一定である。この
ため例えばグランフーコープリズムでは波長によって視
野角は変化ししかもｎω,nεとｎ（＝1.0）との差が著
しい紫外領域において視野角の対称性が極端にくずれて
くる。
すような波長依存性を持っている。それに対し例えば空
気層ではどの波長でも屈折率は1.0で一定である。この
ため例えばグランフーコープリズムでは波長によって視
野角は変化ししかもｎω,nεとｎ（＝1.0）との差が著
しい紫外領域において視野角の対称性が極端にくずれて
くる。
どの波長においても広い視野角を保ち，しかも視野角
の対称性を大きくくずさないためには接合媒質の屈折率
は の関係を満たしながら，波長によって変化することが望
ましい。
の対称性を大きくくずさないためには接合媒質の屈折率
は の関係を満たしながら，波長によって変化することが望
ましい。
さらに接合媒質は紫外光も透過するものである方がも
っと望ましい。
っと望ましい。
そこで、他の１つの本発明では以上のような条件を満
たす等方的分散媒質として合成石英を採用した。合成石
英の屈折率nsは第２図でも明らかなように，常に の関係を満たしながら波長によって変化する。また合成
石英の透過波長域は160〜2500nmに及ぶ。空気層よりも
大きな屈折率を持ち，しかも接着剤とは異なり紫外光も
通すので，合成石英は方解石製偏光プリズムの接合媒質
として適している。
たす等方的分散媒質として合成石英を採用した。合成石
英の屈折率nsは第２図でも明らかなように，常に の関係を満たしながら波長によって変化する。また合成
石英の透過波長域は160〜2500nmに及ぶ。空気層よりも
大きな屈折率を持ち，しかも接着剤とは異なり紫外光も
通すので，合成石英は方解石製偏光プリズムの接合媒質
として適している。
方解石製偏光プリズムで光学軸の方向をグラントムソ
ンタイプにし，接合部分を合成石英にしたときのIo,Ie
と視野角Io+Ieの波長依存性を第１図（Ｂ）に示す。
ンタイプにし，接合部分を合成石英にしたときのIo,Ie
と視野角Io+Ieの波長依存性を第１図（Ｂ）に示す。
波長589.23nmにおいてIo=Ieになるようくさび角Ｓを2
0.26°とする。
0.26°とする。
グラントムソンタイプでは光学軸の方向βは90°とな
るが光学軸の方向はこれだけに限定するものではない。
るが光学軸の方向はこれだけに限定するものではない。
グラントムソンプリズムは視野角は大きい反面紫外光
を通さない。グランフーコープリズムは紫外光は通すも
のの，視野角は小さい。さらに両者とも設計波長とは異
なる波長での視野角の非対称性はまぬがれえなかった。
すなわち，従来の偏光プリズムには紫外光から赤外光に
わたる広い波長領域で使え，しかも広くて対称性の良い
視野角を持つといったものはなかった。そのため分光光
度計等で広い波長範囲にわたって偏光プリズムを使おう
とすると，紫外領域ではグランフーコープリズムを用
い，可視から赤外領域ではグラントムソンプリズムを用
いるといったような波長領域に応じた使い分けがどうし
ても不可避であった。
を通さない。グランフーコープリズムは紫外光は通すも
のの，視野角は小さい。さらに両者とも設計波長とは異
なる波長での視野角の非対称性はまぬがれえなかった。
すなわち，従来の偏光プリズムには紫外光から赤外光に
わたる広い波長領域で使え，しかも広くて対称性の良い
視野角を持つといったものはなかった。そのため分光光
度計等で広い波長範囲にわたって偏光プリズムを使おう
とすると，紫外領域ではグランフーコープリズムを用
い，可視から赤外領域ではグラントムソンプリズムを用
いるといったような波長領域に応じた使い分けがどうし
ても不可避であった。
しかし，本発明の偏光プリズムにより紫外領域での吸
収の問題も，空気層に由来する狭視野角の問題も，さら
には視野角の対称性のくずれの問題も一挙に解決するこ
とができる。
収の問題も，空気層に由来する狭視野角の問題も，さら
には視野角の対称性のくずれの問題も一挙に解決するこ
とができる。
本発明の偏光プリズムは紫外領域から赤外領域にわた
って使用でき，しかも常に25°以上の対称な視野角を有
するので，従来の偏光プリズムよりも汎用性に優れ，分
光光度計等で使用するときにもプリズムの切り換えなし
に１つで十分性能を発揮する。
って使用でき，しかも常に25°以上の対称な視野角を有
するので，従来の偏光プリズムよりも汎用性に優れ，分
光光度計等で使用するときにもプリズムの切り換えなし
に１つで十分性能を発揮する。
第１図（Ａ）（Ｂ）は本発明の偏光プリズムの視野角の
波長依存性を示すグラフ，第２図は方解石製や合成石英
等の屈折率の波長依存性を示すグラフ第３図は全反射の
臨界入射角と接合部の屈折率の関係を表わすグラフ，第
４図はプリズムの接合面における全反射の様子を説明す
る図，第５図はグランフーコープリズムの視野角の波長
依存性を示すグラフ，第６図はグラントムソンプリズム
の視野角の波長依存性を示すグラフ，第７図は光学軸が
プリズムの断面と垂直な面内にある偏光プリズムを説明
する図である。
波長依存性を示すグラフ，第２図は方解石製や合成石英
等の屈折率の波長依存性を示すグラフ第３図は全反射の
臨界入射角と接合部の屈折率の関係を表わすグラフ，第
４図はプリズムの接合面における全反射の様子を説明す
る図，第５図はグランフーコープリズムの視野角の波長
依存性を示すグラフ，第６図はグラントムソンプリズム
の視野角の波長依存性を示すグラフ，第７図は光学軸が
プリズムの断面と垂直な面内にある偏光プリズムを説明
する図である。
Claims (1)
- 【請求項１】２つの方解石製三角プリズムを光学的に接
合して作られるプリズムであって、その接合部分を合成
石英で構成したことを特徴とする偏光プリズム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022787A JP2582914B2 (ja) | 1990-01-31 | 1990-01-31 | 偏光プリズム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022787A JP2582914B2 (ja) | 1990-01-31 | 1990-01-31 | 偏光プリズム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03226701A JPH03226701A (ja) | 1991-10-07 |
| JP2582914B2 true JP2582914B2 (ja) | 1997-02-19 |
Family
ID=12092391
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022787A Expired - Fee Related JP2582914B2 (ja) | 1990-01-31 | 1990-01-31 | 偏光プリズム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2582914B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5725626A (en) * | 1986-06-18 | 1998-03-10 | Canon Kabushiki Kaisha | Method for manufacturing an optical element by bonding a plurality of elements |
| DE69218830T2 (de) * | 1991-05-29 | 1997-07-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Bildprojektions-System |
| JP4766869B2 (ja) * | 2004-11-25 | 2011-09-07 | 株式会社光学技研 | グラン‐トムソンプリズム型の偏光子 |
| JP5775621B1 (ja) * | 2014-05-01 | 2015-09-09 | 住友電気工業株式会社 | 光学部品 |
-
1990
- 1990-01-31 JP JP2022787A patent/JP2582914B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03226701A (ja) | 1991-10-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |