JP2750333B2 - 広波長域ビームスプリッタ、光学装置、広波長域ビームスプリッタの製造方法及び光ビーム合併法 - Google Patents

広波長域ビームスプリッタ、光学装置、広波長域ビームスプリッタの製造方法及び光ビーム合併法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光学素子、特に紫外線、
可視光線及び赤外線の波長域内において光ビームを反射
する広波長域ビームスプリッタ、光学装置、広波長域ビ
ームスプリッタの製造方法及び光ビーム合併法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】光学分野において、ビームスプリッタは
入射する光ビームの一部を反射し、残部を透過する部分
鏡である。すべてのビームスプリッタは事実上、可視ス
ペクトルに使用される。この種のビームスプリッタで
は、一方の表面上に1mm程度の厚さの反射防止被覆を
設け、他方の表面上に部分反射被覆を設けて、入射する
光ビームの所定量を反射したり透過するように容易に構
成し、設計の対象となる可視スペクトルに対して適当に
機能させることができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】最近の光学は、マイク
ロスペクトロメータ及び他の高度に発達した特殊機器の
発展で可視スペクトルから赤外スペクトル、更に紫外ス
ペクトルの分野まで拡大している。可視領域のビームス
プリッタに使用される反射防止被覆及び部分反射被覆
は、約300nm(ナノメータ)以下の波長に対して不
透明であるため、赤外及び紫外の非可視領域を含む波長
190nm〜900nmの広い範囲をカバーできない。
即ち、従来の可視領域ビームスプリッタに設けられた被
覆は、赤外及び紫外領域での正常動作を妨害する問題が
生じる。
【0004】また、1mm厚の透明プレートの両表面か
ら反射防止被覆及び部分反射被覆を除去して紫外スペク
トルに使用することは、プレートの前面と後面に起こる
複反射のため実際的ではない。
【0005】そこで、本発明は、紫外線から赤外線まで
の非常に広い波長域で使用できかつ未被覆の透明物質で
構成されるビームスプリッタ、光学装置、ビームスプリ
ッタの製造方法及び光ビーム合併法を提供することを目
的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明による広波長域ビ
ームスプリッタは、紫外線から赤外線までの波長域内で
動作し、平行な未被覆の両表面(42、44)及び0.15
mm以下の厚さを有しかつ融解シリカ又はサファイアか
ら成る透明物質(34)で構成される。また、本発明によ
る光学装置は、少なくとも第1及び第2の広波長域ビー
ムスプリッタ(51、52)を含み、第1及び第2のビーム
スプリッタ(51、52)の各々は、それぞれ平行な未被覆
の両表面(61、62、63、64)及び0.15mm以下の厚
さを有しかつ融解シリカ又はサファイアから成る透明物
質で構成され、第1及び第2のビームスプリッタ(51、
52)は、第1のビームスプリッタ(51)の一方の表面
(61)から反射された第1の光ビーム(50)が隣接する
第2のビームスプリッタ(52)上の第2の光ビーム(5
5)に対し第2のビームスプリッタ(52)の一方の表面
(63)上の入射点(58)において整列するように配置さ
れ、紫外線から赤外線までの波長域内の第1及び第2の
光ビーム(50、55)を合併させて第1及び第2の光ビー
ム(50、55)の全特性を有する1つの光ビーム(53)を
出力する。
【0007】紫外線から赤外線までの波長域内で動作す
る本発明の広波長域ビームスプリッタの製造方法は、平
行な未被覆の両表面(42、44)及び0.15mm以下の
厚さを有しかつ融解シリカ又はサファイアから成る透明
物質(34)を準備する過程と、透明物質(34)を光ビー
ム(36)の通路内に該光ビーム(36)に対して一定角度
で配置する過程とを含む。
【0008】また、少なくとも第1及び第2の光ビーム
(50、55)を合併させて1つの光ビーム(53)を出力す
る本発明の光ビーム合併法は、それぞれ平行な未被覆の
両表面(61、62、63、64)及び0.15mm以下の厚さ
を有しかつ融解シリカ又はサファイアから成る透明物質
で構成された少なくとも第1及び第2の広波長域ビーム
スプリッタ(51、52)を得る過程と、第1及び第2のビ
ームスプリッタ(51、52)を相互に平行に配置する過程
と、紫外線から赤外線までの波長域内の少なくとも第1
及び第2の平行な光ビーム(50、55)を発生させる過程
と、第1のビームスプリッタ(51)の一方の表面(61)
から反射された第1の光ビーム(50)を隣接する第2の
ビームスプリッタ(52)上の第2の光ビーム(55)に対
し第2のビームスプリッタ(52)の一方の表面(63)上
の入射点(58)において整列させ、第1及び第2の光ビ
ーム(50、55)を合併させて第1及び第2の光ビーム
(50、55)の全特性を有する1つの光ビーム(53)を出
力するように第1及び第2のビームスプリッタ(51、5
2)を調整する過程とを含む。
【0009】
【作用】本発明による広波長域ビームスプリッタは、平
行な未被覆の両表面(42、44)及び0.15mm以下の
厚さを有しかつ融解シリカ又はサファイアから成る透明
物質(34)で構成され、紫外線から赤外線までの波長域
内で動作が可能である。ビームスプリッタに入射される
単一の光ビーム(36)は、ビームスプリッタの両表面
(42、44)において非常に接近した二重の光ビーム(3
8、40)として反射される。ビームスプリッタを構成す
る透明物質(34)の厚さは0.15mm以下であるた
め、二重の光ビーム(38、40)間の分離距離(39)はき
わめて小さい。
【0010】
【実施例】以下、従来の技術及び本発明の実施例を図1
〜図4について説明する。図1は約1mm厚の透明な融
解シリカのプレート10で形成された従来技術のビーム
スプリッタの小片を示す。プレート10の一方の表面に
は公知の技法により反射防止被覆12が設けられ、他方
の表面には多層の絶縁性部分反射被覆14が設けられ
る。可視領域の狭い光ビーム16が部分反射被覆14に
対して45゜の角度でプレート10に入射されると、光
ビーム16の一部は光ビーム18として部分反射被覆1
4において反射される。一方、入射されたビーム16の
残部はプレート10を通り、更に反射防止物質12を通
過して光ビーム20として射出される。光ビーム20は
入射された光ビーム16と平行であるが、プレート10
の厚さと屈折率によって変動する大きさだけずれてい
る。
【0011】前記のように、透明プレート10上の反射
防止被覆12及び部分反射被覆14は、波長の短い紫外
線領域の光ビームに対しては実質的に不透明である。透
明プレートからこれらの被覆を単に除去しても実用的な
ビームスプリッタは得られない。反射防止被覆及び部分
反射被覆のない1mmの厚の透明プレート22を図2に
示す。入射される紫外領域の狭い光ビーム24が図1と
同様に45゜の角度でプレート22の一面に入射される
と、光ビーム24の一部は光ビーム26としてこの表面
から反射される。一方、光ビーム24の残部はプレート
22を通り、さらにその一部は光ビーム28として反対
面から反射され、残部は反対面を通過して光ビーム30
として射出される。光ビーム30は入射された光ビーム
24と平行であるが、プレート22の厚さと屈折率によ
って変動する大きさだけずれている。もしプレート22
の厚さが1mmで屈折率を約1.5と仮定すると、二つ
の反射された光ビーム26、28間の分離距離32は約
0.66mmとなる。即ち、二つの反射された光ビーム
26、28は分離距離が大きく単一のビームに集束でき
ないため、多くの精密機器に対して不具合が生じる。
【0012】これに対して、紫外線から赤外線までの波
長域内で動作する本発明によるビームスプリッタを図3
に示す。このビームスプリッタは、透明物質の非常に薄
いプレート34で構成され、2つの平行の未被覆表面4
2、44を有する。プレート34は0.15mm以下の
厚さを有し、融解シリカ又はサファイアから成る透明物
質で構成される。プレート34の厚さは0.10mmが
好適で、これより薄いプレートは構造的に実用に適さな
い。45゜の角度でプレート34に入射される単一の光
ビーム36は、プレート34を通過して光ビーム36と
平行に射出される光ビーム46のほかに、プレート34
の両表面42、44において非常に接近した二重の光ビ
ーム38、40として反射される。プレート34の厚さ
は0.15mm以下であるため、二重の光ビーム38、
40間の分離距離39はきわめて小さく、実質的には単
一の光ビームとして取り扱うことができる。プレート3
4の厚さが0.1mmで屈折率が約1.5の場合、光ビー
ム38、40間の分離距離39は僅かに約0.07mm
である。
【0013】本発明による広波長域ビームスプリッタの
両面には反射防止被覆又は部分反射被覆がないから、紫
外線から赤外線までの波長域内において光ビームエネル
ギの吸収が発生せず、ビームスプリッタの透過及び反射
特性が大幅に向上する。本発明によれば、例えば従来の
ビームスプリッタに比べて、直径0.5〜1.0mmのア
パーチュアを有する重水素放電管等の小さい点光源から
ほぼ2倍の反射エネルギが広波長域ビームスプリッタを
通じて得られる。
【0014】本発明の広波長域ビームスプリッタは、前
記の通り高透過特性を有するため入射された光ビームの
エネルギを減殺させないので、2個又は3個以上のビー
ムスプリッタを重ねて使用することができる。第1及び
第2の広波長域ビームスプリッタ51、52を平行に重
ねた状態を図4に示す。第1のビームスプリッタ51は
平行な未被覆の両表面61、62を有し、第2のビーム
スプリッタ52は平行な未被覆の両表面63、64を有
する。第1及び第2のビームスプリッタ51、52は、
それぞれ0.15mm以下の厚さを有しかつ融解シリカ
又はサファイアから成る透明物質で構成される。第1及
び第2のビームスプリッタ51、52は、第1のビーム
スプリッタ51の一方の表面61から反射された第1の
光ビーム50が隣接する第2のビームスプリッタ52上
の第2の光ビーム55に対し第2のビームスプリッタ5
2の一方の表面63上の入射点58において整列するよ
うに配置される。この実施例では、第1の光ビーム50
は紫外域であり、第2の光ビーム55は可視域である。
また、第1及び第2のビームスプリッタ51、52は相
互に平行に、かつ第1及び第2の光ビーム50、55と
は好適には45゜の角度で設けられる。第1及び第2の
ビームスプリッタ51、52により、機械的切換装置な
しに紫外線から赤外線までの波長域内の第1及び第2の
光ビーム50、55を合併させて第1及び第2の光ビー
ム50、55の全特性を有する単一の広波長域光ビーム
53を出力することができる。所望により、反射表面5
6から光ビーム54を反射させるように光ビーム53を
使用することもできる。僅かに2個のビームスプリッタ
を図4に示したが、数個を重ねて幾つかの複雑な特性を
組み合わせ、種々の複雑な特性を有する出力ビームを形
成することが可能である。
【0015】前記のビームスプリッタの各表面は反射性
が低いため、反射イメージにはゴーストが発生せず、ま
た2個又は3個以上のビームスプリッタを積み重ねても
イメージの品質は良好に維持される。
【0016】紫外線から赤外線までの波長域内で動作す
る本発明のビームスプリッタを製造する際は、平行な未
被覆の両表面42、44及び0.15mm以下の厚さを
有しかつ融解シリカ又はサファイアから成る透明物質3
4を準備し、次に透明物質34を光ビーム36の通路内
に光ビーム36に対して一定角度で配置する。
【0017】また、少なくとも第1及び第2の光ビーム
50、55を合併させて1つの光ビーム53を出力する
光ビーム合併法では、それぞれ平行な未被覆の両表面6
1、62、63、64及び0.15mm以下の厚さを有
しかつ融解シリカ又はサファイアから成る透明物質で構
成された少なくとも第1及び第2の広波長域ビームスプ
リッタ51、52を得る。次に、第1及び第2のビーム
スプリッタ51、52を相互に平行に配置する。その
後、紫外線から赤外線までの波長域内の少なくとも第1
及び第2の平行な光ビーム50、55を発生させる。続
いて、第1のビームスプリッタ51の一方の表面61か
ら反射された第1の光ビーム50を隣接する第2のビー
ムスプリッタ52上の第2の光ビーム55に対し第2の
ビームスプリッタ52の一方の表面63上の入射点58
において整列させ、第1及び第2の光ビーム50、55
を合併させて第1及び第2の光ビーム50、55の全特
性を有する1つの光ビーム53を出力するように第1及
び第2のビームスプリッタ51、52を調整する。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、融解シリカ又はサファ
イアから成る透明物質で構成されるビームスプリッタに
より、入射された紫外線から赤外線までの波長域内の光
ビームのエネルギを失うことなく広波長域の光ビームの
反射を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来のビームスプリッタの部分拡大断面図
【図2】 反射防止被覆及び部分反射被覆のない従来の
ビームスプリッタの部分拡大断面図
【図3】 本発明による広波長域ビームスプリッタの実
施例を示す拡大断面図
【図4】 本発明による広波長域ビームスプリッタを積
み重ねた状態を示す略示図
【符号の説明】
34...プレート(透明物質)、 36、53...
光ビーム、 50...第1の光ビーム、 51...
第1のビームスプリッタ、 52...第2のビームス
プリッタ、 55...第2の光ビーム、 58...
入射点、

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 紫外線から赤外線までの波長域内で動作
    し、平行な未被覆の両表面及び0.15mm以下の厚さ
    を有しかつ融解シリカ又はサファイアから成る透明物質
    で構成されたことを特徴とする広波長域ビームスプリッ
    タ。
  2. 【請求項2】 少なくとも第1及び第2の広波長域ビー
    ムスプリッタを含み、 第1及び第2のビームスプリッタの各々は、それぞれ平
    行な未被覆の両表面及び0.15mm以下の厚さを有し
    かつ融解シリカ又はサファイアから成る透明物質で構成
    され、 第1及び第2のビームスプリッタは、第1のビームスプ
    リッタの一方の表面から反射された第1の光ビームが隣
    接する第2のビームスプリッタ上の第2の光ビームに対
    し第2のビームスプリッタの一方の表面上の入射点にお
    いて整列するように配置され、 紫外線から赤外線までの波長域内の第1及び第2の光ビ
    ームを合併させて第1及び第2の光ビームの全特性を有
    する1つの光ビームを出力することを特徴とする光学装
    置。
  3. 【請求項3】 平行な未被覆の両表面及び0.15mm
    以下の厚さを有しかつ融解シリカ又はサファイアから成
    る透明物質を準備する過程と、 透明物質を光ビームの通路内に該光ビームに対して一定
    角度で配置する過程とを含み、 紫外線から赤外線までの波長域内で動作することを特徴
    とする広波長域ビームスプリッタの製造方法。
  4. 【請求項4】 それぞれ平行な未被覆の両表面及び0.
    15mm以下の厚さを有しかつ融解シリカ又はサファイ
    アから成る透明物質で構成された少なくとも第1及び第
    2の広波長域ビームスプリッタを得る過程と、 第1及び第2のビームスプリッタを相互に平行に配置す
    る過程と、 紫外線から赤外線までの波長域内の少なくとも第1及び
    第2の平行な光ビームを発生させる過程と、 第1のビームスプリッタの一方の表面から反射された第
    1の光ビームを隣接する第2のビームスプリッタ上の第
    2の光ビームに対し第2のビームスプリッタの一方の表
    面上の入射点において整列させ、第1及び第2の光ビー
    ムを合併させて第1及び第2の光ビームの全特性を有す
    る1つの光ビームを出力するように第1及び第2のビー
    ムスプリッタを調整する過程とを含み、 少なくとも第1及び第2の光ビームを合併させて1つの
    光ビームを出力することを特徴とする光ビーム合併法。
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