JP3261409B2 - 反射型偏光子およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源から直線偏光
を取り出す反射型偏光子およびその製造方法に関するも
のであり、さらに詳しくは、紫外線領域において、直線
偏光の取り出し効率が高く、かつ偏光度が高く、取り出
した偏光のビーム断面積が大きく（大照射面積の）、安
価に製造できる反射型偏光子およびその製造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】直線偏光を作る偏光子は、二色性を利用
したもの（商品名；ポラロイド、ダイクローム等）、複
屈折性を利用したもの（ニコルプリズム、グラン−トム
ソンプリズム、ウォラストンプリズム等）、ワイヤー格
子を用いたもの、透明体の反射を利用したもの、そし
て、交互多層膜を利用したものに分類される。

【０００３】前述の二色性を利用した偏光子は、紫外域
において、光の吸収が始まり、偏光度、効率が低下す
る。また、複屈折性を利用した偏光子は、使用されてい
る光学材料が高価であり、大きな照射面積の偏光を得よ
うとすると、コスト高になる。また、ワイヤー格子を用
いた偏光子では、現在のところ、遠赤外線より長波長域
に限られている。

【０００４】また、透明体の反射を利用した偏光子で
は、以下に詳述するように、反射型は効率が低いため実
際に用いられておらず、透過型に利点があるが、この透
過型偏光子には、大面積の偏光ビームを得ようとする
と、全体が大型化してしまうという問題がある。

【０００５】周知のように、透明な等方媒質の表面に入
射する光には、入射光の波長に対してその透明体の媒質
固有のブルースター角（偏光角）が存在する。すなわ
ち、前記媒質の表面からの反射光が完全な直線偏光とな
るような入射角が存在する。この場合、入射面に垂直な
振動面をもつ偏光成分（ｓ成分）と平行に振動する偏光
成分（ｐ成分）の反射率が異なる。したがって、透明体
の反射を利用した偏光子では、その透明体の表面を光源
に対して前記ブルースター角に置くことにより、反射光
あるいは透過光が偏光される。このｓ成分の反射を利用
した反射型の偏光子は、反射率が小さいために効率が低
く、実際には用いられていない。

【０００６】同様な原理を用い反射率を高める方法とし
て、高屈折率物質と低屈折率物質の薄膜からなる交互多
層膜を利用する方法がある。この交互多層膜を用いれ
ば、ｓ偏光の反射率は向上する。しかし、この方法で
は、大面積の交互多層膜を作ることは困難である。

【０００７】これに対して、図１に示すように、多数の
平行平面板（図では簡略化のために２枚の場合を示す）
ａにおいて、隣り合う平行平面板同士を重ね合せること
なく、その間隔を十分に大きくとって（図１では間隔が
不十分であるが、説明上近づけてある。）、この平行平
面板ａに入射する光ｂの入射角度θi がブルースター角
を満足するように、配置してやれば、透過光を利用した
偏光子が得られる。この偏光子は、pile of platesと呼
ばれており、この偏光子を用いれば、偏光度の高いｐ偏
光が得られる。

【０００８】しかし、この場合、図１に示すように、各
平行平面板において、後方に反射されたｓ偏光（図中、
丸で囲んだｓで表示）が、前に置かれた平行平面板でさ
らに反射され、もとの入射光ｂと同じ方向に進むと、偏
光度が低下する。このことは、図中の透過光d(s)におい
て典型的である。このd(s)は２枚目の平行平面板の表面
で反射されたｓ偏光の光が１枚目の平行平面板の裏面で
反射され、さらに２枚目の平行平面板を通過した透過光
ｄの光路を示した例である。前述の偏光度の低下を防ぐ
ためには、隣り合う平行平面板の間隔を十分とるように
配置し、ｓ偏光の光を偏光子の外に出すようにしなけれ
ばならない（このように配置したものが上述のpile of
platesといわれているものである）。なお、図１におい
て、丸囲みのp は、ｐ偏光を示す。また、図２では、説
明を簡素化し、理解を容易にするために、平行平面板ａ
を２枚とした場合における入射光θi の反射の様子を示
している。

【０００９】前述のような構造が必要な透過型の偏光子
において、大面積の偏光ビームを得ようとすると、大面
積の平行平面板を用いることになり、それに伴って、当
然、隣り合う平行平板間の間隔を大きくとらなければな
らず、その結果、偏光子の全長は大変長いものになる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記事情に
鑑みてなされたもので、高効率で、偏光ビームの断面積
が大きく（大照射面積）、紫外域で用いることができ、
コンパクトで、低コストで安価な偏光子およびその製造
方法を提供することを課題とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明では、図２に示す
ように、使用する波長域で透明かつ等方な媒質で作られ
た平行平面板ａを複数枚用い、各々の平行平面板ａを間
隔を空けずに重ね合せた構造とすることにより、偏光の
反射光ｃを増大させる偏光子を構成し、この偏光子を該
偏光子への光の入射角θi が該偏光子の媒質に固有なブ
ルースター角となるように置く。これにより、該偏光子
に対するｐ偏光の反射率（以後、反射率とは、注目して
いる偏りを持つ偏光入射光ｂの光量に対する、偏光子全
体で反射された注目している偏りを持った偏光反射光ｃ
の光量との比の百分率と定義することにする）は、零に
近いが、ｓ偏光に対する反射率は向上し、大光量の直線
偏光の反射光を利用することが出来る。すなわち、従
来、実用化されていなかった透明媒質を用いた反射型の
偏光子において、実用に供することのできる高い性能に
改良することが、本発明によって、始めて可能になる。

【００１２】なお、該偏光子では、該偏光子を構成する
平行平面板の多くの面で入射光が反射されるので、反射
光のビームは入射方向に本質的に拡がり、隣接平行平面
板間に避け難く生じる間隙に比例してさらに同じ方向に
拡がる。したがって、実用に当たっては、各平行平面板
間の間隙を極力狭めて、ビームサイズの拡がりを抑制す
る必要がある。そのための方法として、該平行平面板群
の各々隣り合せの面をシリカガラスで接着する手段を用
いる。

【００１３】

【発明の実施の形態】（実施形態例１） 本発明の第１の実施の形態例は、図２に示されているよ
うに、使用する波長域で透明で等方媒質で作られた平行
平面板ａを複数個用い、各々の平行平面板ａを間隙を空
けずに重ね合せ、この該平行平面板群への光源からの光
（入射光）ｂの入射角θi がブルースター角になるよう
に光源に対して配置することにより、光源からの入射光
θi がこの平行平面板群で高反射率で反射する。この反
射光ｄは高偏光度の直線偏光となっている。

【００１４】本願発明における主要な特徴は、偏光子を
構成する複数の平行平面板を間隙を空けることなく重ね
合せることにあり、この構成によって偏光子の反射率を
高め、かつコンパクトでありながら大きい断面積の偏光
ビームが得られる。

【００１５】（実施形態例２） 本発明の第２の実施形態例は、前記第１の実施形態例に
おいて、各隣接平行平面板間を、シリカガラスで各隣接
平行平面板の平面内の１箇所以上の場所を接着すること
によって、各々の平面板の間隙を狭めたことを特徴とす
る。

【００１６】この実施形態例におけるシリカガラスを用
いた間隙僅少化は、各平行平面板の隣接面に所定の励起
光を照射して、各平面を活性化し、続いて、原料アルコ
キシドを各隣接面または一方の平面に付着させ、原料ア
ルコキシドを平面に吸着させるとともに粘性化させ、そ
の後、各隣接平行平面板を圧着させ、前記粘性化原料に
さらに励起光を照射し、固化させることにより達成され
る。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明するが、以下の
実施例は、本発明を好適に説明する１例に過ぎず、本発
明をなんら限定するものではない。

【００１８】（実施例１） 偏光子として、約１．５ｃｍ角で厚さ約０．０５ｃｍの
石英ガラス板を間隙を空けずに５枚重ね合せた。この石
英ガラス板のブルースター角は、５６°であった。そこ
で、この偏光子を、この偏光子に、無偏光光源からのほ
ぼ平行な３２５ｎｍの紫外光が５６°で入射するよう
に、設置した。これにより、この偏光子から、９９．９
％以上の偏光度をもつ直線偏光（ｓ偏光）の反射光が、
得られた。ここで、この直線偏光の偏光度は、回転検光
子に光を通し、透過強度の最大値Ｉｍａｘとこれに直角
方向の強度の最小値Ｉmin を測り、それらの合計量に対
する差分量の比（Ｉmax −Ｉmin ）／（Ｉmax ＋Ｉmin
）を百分率で表したものによって、定義した。

【００１９】この偏光子のｓ偏光入射光に対する反射率
は、図３に示すように、５６．４％であり、１枚の石英
ガラスの反射率の約２．３倍に向上している。

【００２０】（実施例２） 本実施例では、アルコキシドを原料にしたシリカガラス
による下記のような間隙僅少化方法を用いた。

【００２１】まず、平行平面板とする石英ガラスにＸｅ
_２ ^＊（キセノン）エキシマランプ光（スペクトルは１５
５ｎｍ〜２００ｎｍ、ピーク波長１７２ｎｍ）を１５分
間窒素雰囲気中で照射した。その後、原料アルコキシド
として、テトラメトキシシラン（ＴＭＯＳ；成分は、Ｔ
ＭＯＳモノマー９１．８３％、ＴＭＯＳオリゴマー３．
３２％、水・メタノール４．８４％；しかし、成分比は
厳密にこの通りである必要はない。）の原液の数滴を、
前記石英ガラス面に滴下し、これをスピンコート法によ
り面上に均一に塗布した。塗布された原料溶液は、粘性
塗膜となり、石英ガラス面に吸着した。この状態で他方
の表面を活性化した石英ガラス板を重ねあわせた。

【００２２】続いて、前記重ね合せた石英ガラス板をキ
セノンエキシマランプ光の照射によって励起して、石英
ガラス板間の塗膜を固化させた。この時の照射は、光子
数にして１．２×１０^２０／ｃｍ^２ に相当するもので
あった。石英ガラス間の硬化接着層の赤外線スペクトル
を測定したところ、メチル基、Ｃ−Ｈ結合に帰属される
ピークは完全に消失しており、残留有機物がないことが
確認された。また、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉに帰属されるピーク
（８００ｃｍ^−１）が現れており、スペクトルの形はａ
−ＳｉＯ_２ と同じであった。

【００２３】前述のように重ね合せた石英ガラス間の接
着層であるＳｉＯ_２ は、本偏光子を構成する平行平面
板である石英ガラスと同じ材料であり、紫外線領域で透
明で光吸収は生じなかった。

【００２４】なお、前記実施例では、透明な平行平面板
の材料として、石英ガラスを用いたが、透明ＬｉＦ結晶
を用いれば、１０５ｎｍまでの真空紫外線領域の高偏光
度、高効率、大照射面積の直線偏光が得られる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明を用いるこ
とにより、大光量で、偏光ビームの断面積が大きい（大
照射面積の）直線偏光紫外線を出力することのできる偏
光子が得られた。偏光子全体の大きさもコンパクトにお
さまった。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の問題点を説明するためのもので、理解し
やすくするために平行平板間の間隔を狭くして示した従
来の偏光子の構成図である。図中の点線で示した光線は
それ以降の光路を省略していることを示しているもので
ある。

【図２】本発明にかかる偏光子の実施の形態を示す構成
図である。

【図３】本発明の作用を示すグラフで、平行平面板群を
構成している平行平面板の枚数による該平行平面板群の
反射率の増加率を示すものであり、１枚の場合の反射率
を１としている。

【符号の説明】

ａ 光学的に透明・等方媒質の平行平面板 ｂ 入射光 ｃ 反射光 ｄ，ｄ(s) 透過光 θi 入射角

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 合議体 審判長 高橋 美実 審判官 柏崎 正男 審判官 伊藤 昌哉 (56)参考文献 特開 平５−19209（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−379（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の波長域で透明な等方媒質で作られ
   た平行平面板を複数個用い、各々の平行平面板を間隙を
   空けずに重ね合せ一体化してなることを特徴とする高偏
   光度、高反射率、大照射面積の反射型偏光子。
2. 【請求項２】 前記各平行平面板間が、シリカガラスで
   各隣接平行平面板の平面内の１箇所以上の場所が接着さ
   れることによって、各々の平面板の間隙を狭められてい
   ることを特徴とする請求項１に記載の反射型偏光子。
3. 【請求項３】 所定の波長域で透明な等方媒質で作られ
   た平行平面板を複数個用い、前記各平行平面板の隣接面
   に所定の励起光を照射して、各平面を活性化し、続い
   て、原料アルコキシドを各隣接面または一方の平面に付
   着させ、原料アルコキシドを平面に吸着させるとともに
   粘性化させ、その後、各隣接平行平面板を圧着させ、前
   記粘性化原料にさらに励起光を照射し、固化させること
   により隣り合う二枚の平行平面板を接着し、固定化させ
   た偏光子を得ることを特徴とする反射型偏光子の製造方
   法。