JP3470275B2 - ホログラフィック偏光ビームスプリッタ - Google Patents
ホログラフィック偏光ビームスプリッタInfo
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- JP3470275B2 JP3470275B2 JP02653194A JP2653194A JP3470275B2 JP 3470275 B2 JP3470275 B2 JP 3470275B2 JP 02653194 A JP02653194 A JP 02653194A JP 2653194 A JP2653194 A JP 2653194A JP 3470275 B2 JP3470275 B2 JP 3470275B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ホログラフィック偏光
ビームスプリッタに関し、特に、ビデオディスク、デジ
タル・オーディオ・ディスク（コンパクトディスク）、
光ディスク、光磁気記録ディスク、ミニディスク用のピ
ックアップ等に用いられる偏光ビームスプリッタに関す
る。
ビームスプリッタに関し、特に、ビデオディスク、デジ
タル・オーディオ・ディスク（コンパクトディスク）、
光ディスク、光磁気記録ディスク、ミニディスク用のピ
ックアップ等に用いられる偏光ビームスプリッタに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ビデオディスク、デジタル・オーディオ
・ディスク（コンパクトディスク）、光ディスク、光磁
気記録ディスク、ミニディスク用のピックアップでは、
従来、直角プリズムを２個貼り合わせ、その貼り合わせ
面に誘電体多層膜をコートした偏光ビームスプリッタが
用いられている。また、光アイソレータの検光子として
は、方解石で製作された偏光ビームスプリッタが用いら
れている。さらに、図１５に示すように、体積ホログラ
ムＨを２個の直角プリズムＰ１、Ｐ２の貼り合わせ面に
設けたホログラフィック偏光ビームスプリッタも知られ
ている（例えば、“ＳＰＩＥ”vol.1507,pp.426-434(19
91) 参照）。
・ディスク（コンパクトディスク）、光ディスク、光磁
気記録ディスク、ミニディスク用のピックアップでは、
従来、直角プリズムを２個貼り合わせ、その貼り合わせ
面に誘電体多層膜をコートした偏光ビームスプリッタが
用いられている。また、光アイソレータの検光子として
は、方解石で製作された偏光ビームスプリッタが用いら
れている。さらに、図１５に示すように、体積ホログラ
ムＨを２個の直角プリズムＰ１、Ｐ２の貼り合わせ面に
設けたホログラフィック偏光ビームスプリッタも知られ
ている（例えば、“ＳＰＩＥ”vol.1507,pp.426-434(19
91) 参照）。
【０００３】さらに、本出願人により、特願平６−３５
８６号により、ホログラム単体により構成されたホログ
ラフィック偏光ビームスプリッタも提案されている。
８６号により、ホログラム単体により構成されたホログ
ラフィック偏光ビームスプリッタも提案されている。
【０００４】このような偏光ビームスプリッタを光磁気
ディスク用のピックアップに用いた場合の構成を図１６
を参照にして簡単に説明する（日経マグロウヒル社発行
「光ディスク技術ハンドブック」ｐｐ．７７〜７８から
引用）。光磁気ディスクの場合は、偏光方向の変化を利
用しているので、追記型のように偏光状態を変えるλ／
４板は使用できない。したがって、偏光ビームスプリッ
タ１は、Ｓ偏光反射率は１００％であるが、Ｐ偏光の透
過率は４０〜６０％にしてある。半導体レーザからの光
ビームはＰ偏光であるが、光磁気ディスクからの反射光
はカー回転角だけ偏光方向が回転しているため、Ｓ成分
が含まれている。偏光ビームスプリッタ２からフォトデ
ィテクタ１までがナイフエッジ法のフォーカスエラー検
出系、フォトディテクタ２までがプッシュプル法による
トラッキングエラー検出系である。フォトディテックタ
３、４までが信号検出系で、偏光ビームスプリッタ３は
Ｐ偏光透過率とＳ偏光反射率が１００％で、検光子の役
割を果たしている。λ／２板を回転させることにより、
戻り光の偏光方向を回転させ、偏光ビームスプリッタ３
に対して信号振幅が最大になるようにする。２個のフォ
トディテクタで検出される信号は、偏光ビームスプリッ
タの反射と透過の関係にあるので、逆相の信号になって
いる。一方、光量変動によるノイズは同相となるので、
２個のフォトディテクタの出力の差をとることにより、
ノイズを低減するこのが可能である。
ディスク用のピックアップに用いた場合の構成を図１６
を参照にして簡単に説明する（日経マグロウヒル社発行
「光ディスク技術ハンドブック」ｐｐ．７７〜７８から
引用）。光磁気ディスクの場合は、偏光方向の変化を利
用しているので、追記型のように偏光状態を変えるλ／
４板は使用できない。したがって、偏光ビームスプリッ
タ１は、Ｓ偏光反射率は１００％であるが、Ｐ偏光の透
過率は４０〜６０％にしてある。半導体レーザからの光
ビームはＰ偏光であるが、光磁気ディスクからの反射光
はカー回転角だけ偏光方向が回転しているため、Ｓ成分
が含まれている。偏光ビームスプリッタ２からフォトデ
ィテクタ１までがナイフエッジ法のフォーカスエラー検
出系、フォトディテクタ２までがプッシュプル法による
トラッキングエラー検出系である。フォトディテックタ
３、４までが信号検出系で、偏光ビームスプリッタ３は
Ｐ偏光透過率とＳ偏光反射率が１００％で、検光子の役
割を果たしている。λ／２板を回転させることにより、
戻り光の偏光方向を回転させ、偏光ビームスプリッタ３
に対して信号振幅が最大になるようにする。２個のフォ
トディテクタで検出される信号は、偏光ビームスプリッ
タの反射と透過の関係にあるので、逆相の信号になって
いる。一方、光量変動によるノイズは同相となるので、
２個のフォトディテクタの出力の差をとることにより、
ノイズを低減するこのが可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な信号検出系においては、偏光ビームスプリッタ３によ
り分離されたＰ偏光とＳ偏光とは相互に大きな角度（図
１６の場合は、９０°）をなしているため、両方の成分
を検出するには、それぞれ別々の基板に設けられた２個
のフォトディテクタが必要である。
な信号検出系においては、偏光ビームスプリッタ３によ
り分離されたＰ偏光とＳ偏光とは相互に大きな角度（図
１６の場合は、９０°）をなしているため、両方の成分
を検出するには、それぞれ別々の基板に設けられた２個
のフォトディテクタが必要である。
【０００６】この分離されたＰ偏光とＳ偏光を１つの基
板に設けられた２個のフォトディテクタにより検出でき
るようにした方が、装置を小型に構成でき、かつ、部品
点数を減らすことができる。
板に設けられた２個のフォトディテクタにより検出でき
るようにした方が、装置を小型に構成でき、かつ、部品
点数を減らすことができる。
【０００７】そこで、従来は、上記のような偏光ビーム
スプリッターの代わりに、図１７に示すように、例えば
頂角か鋭角の２個の一軸性結晶からなるプリズムＰＡ、
ＰＢを平行平面板状に貼り合わせ、かつ、それらの光学
軸が相互に直交するように構成したウォラストンプリズ
ムＷＰを用い、このウォラストンプリズムＷＰによって
入射光を比較的小さい角度でＰ偏光とＳ偏光に分け、１
つの基板Ｂに並列して設けられた２個のフォトディテク
タＰｈ、Ｐｈによりそれぞれの成分を同時に検出するよ
うにしている。
スプリッターの代わりに、図１７に示すように、例えば
頂角か鋭角の２個の一軸性結晶からなるプリズムＰＡ、
ＰＢを平行平面板状に貼り合わせ、かつ、それらの光学
軸が相互に直交するように構成したウォラストンプリズ
ムＷＰを用い、このウォラストンプリズムＷＰによって
入射光を比較的小さい角度でＰ偏光とＳ偏光に分け、１
つの基板Ｂに並列して設けられた２個のフォトディテク
タＰｈ、Ｐｈによりそれぞれの成分を同時に検出するよ
うにしている。
【０００８】しかしながら、ウォラストンプリズムＷＰ
は、異方性の結晶で構成しなければならないため、高価
になる問題点がある。
は、異方性の結晶で構成しなければならないため、高価
になる問題点がある。
【０００９】一方、本出願人の提案によるホログラム単
体により構成されたホログラフィック偏光ビームスプリ
ッタの場合も、ホログラムの厚さ、その屈折率変調を大
きくすることにより、Ｐ偏光とＳ偏光の分離角はある程
度は小さくできるが、ホログラムの厚さを１００μｍ、
屈折率変調を０．０３としても、高々４０°程度でそれ
より小さくすることは困難である。
体により構成されたホログラフィック偏光ビームスプリ
ッタの場合も、ホログラムの厚さ、その屈折率変調を大
きくすることにより、Ｐ偏光とＳ偏光の分離角はある程
度は小さくできるが、ホログラムの厚さを１００μｍ、
屈折率変調を０．０３としても、高々４０°程度でそれ
より小さくすることは困難である。
【００１０】また、体積ホログラムを２個の直角プリズ
ムの貼り合わせ面に設けたホログラフィック偏光ビーム
スプリッタの場合も、Ｐ偏光とＳ偏光の分離角を小さく
することは困難である。
ムの貼り合わせ面に設けたホログラフィック偏光ビーム
スプリッタの場合も、Ｐ偏光とＳ偏光の分離角を小さく
することは困難である。
【００１１】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、ホログラムを用いた偏光ビ
ームスプリッタにおいて、Ｐ偏光とＳ偏光の分離角、分
離間隔を小さくする光学的構成を提供することである。
たものであり、その目的は、ホログラムを用いた偏光ビ
ームスプリッタにおいて、Ｐ偏光とＳ偏光の分離角、分
離間隔を小さくする光学的構成を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明のホログラフィック偏光ビームスプリッタは、直交す
る２つの偏光成分であるＰ偏光成分とＳ偏光成分が混合
した光束を所定割合でＰ偏光成分とＳ偏光成分に分離す
る偏光ビームスプリッタとして、厚みを有する板状透明
記録材料中に屈折率変調により記録された干渉縞を有す
る反射型ホログラムを備えてなり、該ホログラムの透過
成分と１次回折成分との成す角度を縮小させるか、前記
両成分間の間隔を短くするように、前記透過成分が射出
する位置に光路を曲げる反射面が設けられてなり、前記
反射面と前記ホログラムとの間に透明体が配置されてお
り、かつ、前記ホログラムの入射側に透明体が密着して
設置されてなるものである。
明のホログラフィック偏光ビームスプリッタは、直交す
る２つの偏光成分であるＰ偏光成分とＳ偏光成分が混合
した光束を所定割合でＰ偏光成分とＳ偏光成分に分離す
る偏光ビームスプリッタとして、厚みを有する板状透明
記録材料中に屈折率変調により記録された干渉縞を有す
る反射型ホログラムを備えてなり、該ホログラムの透過
成分と１次回折成分との成す角度を縮小させるか、前記
両成分間の間隔を短くするように、前記透過成分が射出
する位置に光路を曲げる反射面が設けられてなり、前記
反射面と前記ホログラムとの間に透明体が配置されてお
り、かつ、前記ホログラムの入射側に透明体が密着して
設置されてなるものである。
【００１３】
【００１４】なお、本発明において、ホログラムはレリ
ーフホログラムを含む。その場合、屈折率変調は、透明
記録材料と空気の屈折率差の２分の１となる。
ーフホログラムを含む。その場合、屈折率変調は、透明
記録材料と空気の屈折率差の２分の１となる。
【００１５】
【作用】本発明においては、偏光ビームスプリッタ本体
を構成するホログラムの透過成分と１次回折成分との成
す角度を縮小させるか、両成分間の間隔を短くするよう
に、両成分の何れか一方又は両方の成分が射出する位置
に光路を曲げる光学素子が設けられてなるので、分離さ
れたＰ偏光とＳ偏光の分離角又は分離間隔を小さくで
き、分離されたＰ偏光とＳ偏光を例えば１つの基板に設
けられた２個のフォトディテクタにより検出できるよう
にすることができる。そのため、偏光ビームスプリッタ
を用いる装置全体の小型化を実現することができる。
を構成するホログラムの透過成分と１次回折成分との成
す角度を縮小させるか、両成分間の間隔を短くするよう
に、両成分の何れか一方又は両方の成分が射出する位置
に光路を曲げる光学素子が設けられてなるので、分離さ
れたＰ偏光とＳ偏光の分離角又は分離間隔を小さくで
き、分離されたＰ偏光とＳ偏光を例えば１つの基板に設
けられた２個のフォトディテクタにより検出できるよう
にすることができる。そのため、偏光ビームスプリッタ
を用いる装置全体の小型化を実現することができる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明のホログラフィック偏光ビーム
スプリッタの原理といくつかの実施例について、図面を
参照にして説明する。詳細な説明の前に、用語の定義を
行う。本発明において、「反射型ホログラム」とは、体
積ホログラムにより１次回折光がホログラムの入射側に
回折され、このホログラムにより回折されない透過光が
その反対側に出るものを意味し、「透過型ホログラム」
とは、体積ホログラムにより１次回折光がホログラムの
入射とは反対側に回折され、このホログラムにより回折
されない透過光が同じ入射とは反対側に出るものを意味
する。
スプリッタの原理といくつかの実施例について、図面を
参照にして説明する。詳細な説明の前に、用語の定義を
行う。本発明において、「反射型ホログラム」とは、体
積ホログラムにより１次回折光がホログラムの入射側に
回折され、このホログラムにより回折されない透過光が
その反対側に出るものを意味し、「透過型ホログラム」
とは、体積ホログラムにより１次回折光がホログラムの
入射とは反対側に回折され、このホログラムにより回折
されない透過光が同じ入射とは反対側に出るものを意味
する。
【００１７】本出願人による特願平６−３５８６号のも
のは、透過型ホログラム単体によるホログラフィック偏
光ビームスプリッタであり、その構成は上記出願の明細
書に記載されている通りのもので、直交する２つの偏光
成分であるＰ偏光成分とＳ偏光成分が混合した光束を所
定割合でＰ偏光成分とＳ偏光成分に分離する偏光ビーム
スプリッタにおいて、厚みを有する板状透明記録材料中
に屈折率変調により記録された干渉縞を有する透過型ホ
ログラムからなり、この板状透明記録材料に入射する光
束の中、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の何れか一方の所定割
合部分を０次光として透過し、他方の所定割合部分を１
次光として回折することにより所定割合でＰ偏光成分と
Ｓ偏光成分を分離するように前記の干渉縞が設定されて
いることを特徴とするものであり、特に、屈折率変調を
Δｎ、干渉縞の記録されている有効膜厚をｄ、干渉縞の
法線のホログラムの法線に対する角度をφ、入射光の波
長をλ、ホログラムの法線に対して入射光のなすホログ
ラム内部での角度をθ、干渉縞により回折された１次光
のホログラム内部でのホログラムの法線に対する角度を
θS とする場合に、α＝Δｎｄ／λ及びθ、θS 、φの
４変数が以下の３つの方程式を満たし、 Θ2 ＋（２ＡＢ＋Ｂ2 −１）Θ＋Ａ2 ＝０ ・・・（ａ） 又は Ａ2 ＋２ＢΘＡ＋｛Θ2 ＋（Ｂ2 −１）Θ｝＝０ ・・・ (ａ') ただし、判別式として、 sinθ sinθS ＝−Ａ−Ｂ ・・・ (ａ") φ−θ＝（ cos-1Ｂ）／２ ・・・（ｂ） ２φ＝θ＋θS ±π ・・・（ｃ） ここで、Θ＝cos2θ， Ａ＝（α／ｒS ）2 ， Ｂ＝ｒP ／ｒS ， ｒS ＝εS ＋ｉS ， ｒP ＝εP ＋ｉP ， εS は０≦εS ＜１かつεS ＝｛ sin-1（ηS 1/2 ）｝
／πなる実数， εP は０≦εP ＜１かつεP ＝｛ sin-1（ηP 1/2 ）｝
／πなる実数， ｉS はｉS ≧０なる任意の整数， ｉP は−ｉS −（εS ＋εP ）≦ｉP ≦ｉS ＋（εS −
εP ）なる任意の整数， ηS はＳ偏光の回折１次光の回折効率， ηP はＰ偏光の回折１次光の回折効率， かつ、透明記録材料の平均屈折率ｎを用いた θn ＝ sin-1（１／ｎ），０＜θn ＜π／２ なるθn により表される以下の条件式を満たし、 −θn ＜θ＜θn すなわち１−１／ｎ2 ＜Θ≦１、又は
−θn ＜θS ＜θn かつ、上記の整数ｉS 、ｉP により離散的に拘束される
光学条件を満たすものである。
のは、透過型ホログラム単体によるホログラフィック偏
光ビームスプリッタであり、その構成は上記出願の明細
書に記載されている通りのもので、直交する２つの偏光
成分であるＰ偏光成分とＳ偏光成分が混合した光束を所
定割合でＰ偏光成分とＳ偏光成分に分離する偏光ビーム
スプリッタにおいて、厚みを有する板状透明記録材料中
に屈折率変調により記録された干渉縞を有する透過型ホ
ログラムからなり、この板状透明記録材料に入射する光
束の中、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の何れか一方の所定割
合部分を０次光として透過し、他方の所定割合部分を１
次光として回折することにより所定割合でＰ偏光成分と
Ｓ偏光成分を分離するように前記の干渉縞が設定されて
いることを特徴とするものであり、特に、屈折率変調を
Δｎ、干渉縞の記録されている有効膜厚をｄ、干渉縞の
法線のホログラムの法線に対する角度をφ、入射光の波
長をλ、ホログラムの法線に対して入射光のなすホログ
ラム内部での角度をθ、干渉縞により回折された１次光
のホログラム内部でのホログラムの法線に対する角度を
θS とする場合に、α＝Δｎｄ／λ及びθ、θS 、φの
４変数が以下の３つの方程式を満たし、 Θ2 ＋（２ＡＢ＋Ｂ2 −１）Θ＋Ａ2 ＝０ ・・・（ａ） 又は Ａ2 ＋２ＢΘＡ＋｛Θ2 ＋（Ｂ2 −１）Θ｝＝０ ・・・ (ａ') ただし、判別式として、 sinθ sinθS ＝−Ａ−Ｂ ・・・ (ａ") φ−θ＝（ cos-1Ｂ）／２ ・・・（ｂ） ２φ＝θ＋θS ±π ・・・（ｃ） ここで、Θ＝cos2θ， Ａ＝（α／ｒS ）2 ， Ｂ＝ｒP ／ｒS ， ｒS ＝εS ＋ｉS ， ｒP ＝εP ＋ｉP ， εS は０≦εS ＜１かつεS ＝｛ sin-1（ηS 1/2 ）｝
／πなる実数， εP は０≦εP ＜１かつεP ＝｛ sin-1（ηP 1/2 ）｝
／πなる実数， ｉS はｉS ≧０なる任意の整数， ｉP は−ｉS −（εS ＋εP ）≦ｉP ≦ｉS ＋（εS −
εP ）なる任意の整数， ηS はＳ偏光の回折１次光の回折効率， ηP はＰ偏光の回折１次光の回折効率， かつ、透明記録材料の平均屈折率ｎを用いた θn ＝ sin-1（１／ｎ），０＜θn ＜π／２ なるθn により表される以下の条件式を満たし、 −θn ＜θ＜θn すなわち１−１／ｎ2 ＜Θ≦１、又は
−θn ＜θS ＜θn かつ、上記の整数ｉS 、ｉP により離散的に拘束される
光学条件を満たすものである。
【００１８】具体的な透過型ホログラム単体による偏光
ビームスプリッタを例示する。ホログラム感光材料とし
て、フォトポリマー（デュポン社 オムニデックス３５
２）の平均屈折率ｎ＝１．５２、屈折率変調Δｎ＝０．
０３で、膜厚ｄ＝３３μｍを用い、露光光源として、波
長λ＝０．５１４μｍ、５Ｗアルゴンレーザ（スペクト
ラフィジクス社製 モデルＳＰ２０２０−０５Ｓ）を用
いて、図１１の配置により、ホログラム撮影を行った。
すなわち、平行光を用いて、空気中の参照光入射角３
０．０°（感光材料中で１９．２°）、物体光の入射角
−３０．０°（感光材料中で−１９．２°）で感光材料
に照射した。そして、回折効率は上記のように撮影した
ホログラムに対して、３０．０°の入射角でそれぞれＳ
偏光、Ｐ偏光の入射光（再生光）を照射し、１次光ある
いは０次光と入射光の強度を測定し、それらの比を求め
た。その結果、Ｓ偏光の０次光は０．９３（１次光は約
０．０７）、Ｐ偏光の１次光は０．８９となり、図１２
に示したような透過型ホログラフィック偏光ビームスプ
リッタが得られた。
ビームスプリッタを例示する。ホログラム感光材料とし
て、フォトポリマー（デュポン社 オムニデックス３５
２）の平均屈折率ｎ＝１．５２、屈折率変調Δｎ＝０．
０３で、膜厚ｄ＝３３μｍを用い、露光光源として、波
長λ＝０．５１４μｍ、５Ｗアルゴンレーザ（スペクト
ラフィジクス社製 モデルＳＰ２０２０−０５Ｓ）を用
いて、図１１の配置により、ホログラム撮影を行った。
すなわち、平行光を用いて、空気中の参照光入射角３
０．０°（感光材料中で１９．２°）、物体光の入射角
−３０．０°（感光材料中で−１９．２°）で感光材料
に照射した。そして、回折効率は上記のように撮影した
ホログラムに対して、３０．０°の入射角でそれぞれＳ
偏光、Ｐ偏光の入射光（再生光）を照射し、１次光ある
いは０次光と入射光の強度を測定し、それらの比を求め
た。その結果、Ｓ偏光の０次光は０．９３（１次光は約
０．０７）、Ｐ偏光の１次光は０．８９となり、図１２
に示したような透過型ホログラフィック偏光ビームスプ
リッタが得られた。
【００１９】次に、反射型ホログラムについて、図１５
のような偏光ビームスプリッタに適する条件を説明す
る。反射型ホログラムが偏光ビームスプリッタに適する
条件は公知であり、それを説明する。
のような偏光ビームスプリッタに適する条件を説明す
る。反射型ホログラムが偏光ビームスプリッタに適する
条件は公知であり、それを説明する。
【００２０】反射型ホログラムのブラッグ条件下での再
生の際の１次回折光の回折効率ηは、図１４の記号を用
いて、コーゲルニクの式（H.Kogelnik"Coupled Wave Th
eoryfor Thick Hologram Gratings"Bell Syst. Tech.,
J.48,2909(1969) ）より、 η＝tanh2 （ν） （１） と近似され、このとき、添字がＳ偏光、Ｐ偏光に対応す
るとして、 νS ＝（πΔｎｄ）／｛λ（ cosθ｜ cosθS ｜）1/2 ｝ （２） νP ＝νS cos｛２（φ−θ）｝ （３） である。このとき、０次透過光の効率は（１−η）であ
る。
生の際の１次回折光の回折効率ηは、図１４の記号を用
いて、コーゲルニクの式（H.Kogelnik"Coupled Wave Th
eoryfor Thick Hologram Gratings"Bell Syst. Tech.,
J.48,2909(1969) ）より、 η＝tanh2 （ν） （１） と近似され、このとき、添字がＳ偏光、Ｐ偏光に対応す
るとして、 νS ＝（πΔｎｄ）／｛λ（ cosθ｜ cosθS ｜）1/2 ｝ （２） νP ＝νS cos｛２（φ−θ）｝ （３） である。このとき、０次透過光の効率は（１−η）であ
る。
【００２１】ここで、一般に、tanh（ｘ）はｘ≧０の区
間では単調増加であり、また、その曲線は原点を中心と
して回転対称であるので、｜ｘ1 ｜≦｜ｘ2 ｜なる実数
に対して、 tanh2(Ｘ1)≦tanh2(Ｘ2) （４） となる。ここで、（３）式より、｜νP ｜≦｜νS ｜な
ので、（１）、（４）式より、 ηP ≦ηS （５） が常に成り立つ。
間では単調増加であり、また、その曲線は原点を中心と
して回転対称であるので、｜ｘ1 ｜≦｜ｘ2 ｜なる実数
に対して、 tanh2(Ｘ1)≦tanh2(Ｘ2) （４） となる。ここで、（３）式より、｜νP ｜≦｜νS ｜な
ので、（１）、（４）式より、 ηP ≦ηS （５） が常に成り立つ。
【００２２】そこで、偏光ビームスプリッタに適した条
件は、例えば、何れか一方の偏光の１次回折光が１００
％、他方の偏光の０次透過光が１００％である場合、
（５）式より、前者（１次回折光）がＳ偏光、後者（０
次透過光）がＰ偏光に必ずなる。このとき、ηP ＝０、
νP ＝０、及び、ηS ＝１、νS ≠０なので、（３）式
より、 cos｛２（φ−θ）｝＝０ φ−θ＝±４５°、±１３５°等 （６） が求まる。（６）式は、１つの状態を表し、それはφと
θのなす角度が４５°、すなわち、入射光の方向とホロ
グラムの干渉縞の垂線とのなす角度か４５°である。そ
して、設計上、Ｐ偏光の０次透過光の効率が１００％よ
り多少低くする場合も、この角度が４５°の近くで変化
するのみである。
件は、例えば、何れか一方の偏光の１次回折光が１００
％、他方の偏光の０次透過光が１００％である場合、
（５）式より、前者（１次回折光）がＳ偏光、後者（０
次透過光）がＰ偏光に必ずなる。このとき、ηP ＝０、
νP ＝０、及び、ηS ＝１、νS ≠０なので、（３）式
より、 cos｛２（φ−θ）｝＝０ φ−θ＝±４５°、±１３５°等 （６） が求まる。（６）式は、１つの状態を表し、それはφと
θのなす角度が４５°、すなわち、入射光の方向とホロ
グラムの干渉縞の垂線とのなす角度か４５°である。そ
して、設計上、Ｐ偏光の０次透過光の効率が１００％よ
り多少低くする場合も、この角度が４５°の近くで変化
するのみである。
【００２３】偏光ビームスプリッタ用の具体的な反射型
ホログラムを例示する。ホログラム感光材料として、フ
ォトポリマー（デュポン社 オムニデックス３５２）の
平均屈折率ｎ＝１．５２、屈折率変調Δｎ＝０．０３
で、膜厚ｄ＝２０μｍを用い、この感光材料を図１３に
示すように２つの直角プリズム（Ｂｋ７、屈折率＝１．
５２）で挟み、露光光源として、波長λ＝０．５１４μ
ｍ、５Ｗのアルゴンレーザ（スペクラフィジック社製、
モデルＳＰ２０２０−０５Ｓ）を用いて、図１３の配置
により、ホログラム撮影を行った。すなわち、平行光を
用いて、直角プリズムの端面より垂直に入射させて、感
光材料中の参照光入射角４５．０°、物体光の感光材料
中での入射角−４５．０°で感光材料に照射した。これ
は、感光材料中での入射角４５°のときにブラッグ条件
となる干渉縞を記録する条件である。このときの回折効
率の理論値は、ηS ＝１．０００、ηP ＝０（０次透過
光が１─ηP ＝１）である。
ホログラムを例示する。ホログラム感光材料として、フ
ォトポリマー（デュポン社 オムニデックス３５２）の
平均屈折率ｎ＝１．５２、屈折率変調Δｎ＝０．０３
で、膜厚ｄ＝２０μｍを用い、この感光材料を図１３に
示すように２つの直角プリズム（Ｂｋ７、屈折率＝１．
５２）で挟み、露光光源として、波長λ＝０．５１４μ
ｍ、５Ｗのアルゴンレーザ（スペクラフィジック社製、
モデルＳＰ２０２０−０５Ｓ）を用いて、図１３の配置
により、ホログラム撮影を行った。すなわち、平行光を
用いて、直角プリズムの端面より垂直に入射させて、感
光材料中の参照光入射角４５．０°、物体光の感光材料
中での入射角−４５．０°で感光材料に照射した。これ
は、感光材料中での入射角４５°のときにブラッグ条件
となる干渉縞を記録する条件である。このときの回折効
率の理論値は、ηS ＝１．０００、ηP ＝０（０次透過
光が１─ηP ＝１）である。
【００２４】次に、本発明に基づき、以上のような透過
型ホログラム及び反射型ホログラムを用いた偏光ビーム
スプリッタを用いて、Ｐ偏光とＳ偏光の分離角を小さく
する光学的構成の実施例について説明する。
型ホログラム及び反射型ホログラムを用いた偏光ビーム
スプリッタを用いて、Ｐ偏光とＳ偏光の分離角を小さく
する光学的構成の実施例について説明する。
【００２５】図１〜図６に透過型ホログラムを用いる場
合の実施例を示す。図１の場合は、Ｐ偏光とＳ偏光を分
離する透過型ホログラム１０の射出側に透明基板１１を
介して別の体積型又はレリーフ型のホログラム１２を配
置してなるもので、ホログラム１２は、ホログラム１０
によって分離されたＳ偏光とＰ偏光相互の角度θ1 をそ
れより小さい角度θ2 に縮小する作用、例えば、正レン
ズ作用を持つもの、プリズム作用を有するものである。
正レンズ作用を持つものを用いる場合は、その集光作用
も同時に得られ、例えばＳ偏光とＰ偏光をフォトディテ
クタ上に集光させることができる。なお、基板１１は省
いて密着又はその位置を空間としてもよい。
合の実施例を示す。図１の場合は、Ｐ偏光とＳ偏光を分
離する透過型ホログラム１０の射出側に透明基板１１を
介して別の体積型又はレリーフ型のホログラム１２を配
置してなるもので、ホログラム１２は、ホログラム１０
によって分離されたＳ偏光とＰ偏光相互の角度θ1 をそ
れより小さい角度θ2 に縮小する作用、例えば、正レン
ズ作用を持つもの、プリズム作用を有するものである。
正レンズ作用を持つものを用いる場合は、その集光作用
も同時に得られ、例えばＳ偏光とＰ偏光をフォトディテ
クタ上に集光させることができる。なお、基板１１は省
いて密着又はその位置を空間としてもよい。
【００２６】このように、透過型ホログラム１０単体か
らなるホログラフィック偏光ビームスプリッタの射出側
に集光性ないしプリズム作用を有するホログラム１２を
配置することにより、Ｐ偏光とＳ偏光の分離角を小さく
して、分離されたＰ偏光とＳ偏光を例えば１つの基板に
設けられた２個のフォトディテクタにより検出できるよ
うにすることができる。この場合は、ホログラム１２の
特性を適当に設定することにより、角度θ2 を任意に調
節できる。
らなるホログラフィック偏光ビームスプリッタの射出側
に集光性ないしプリズム作用を有するホログラム１２を
配置することにより、Ｐ偏光とＳ偏光の分離角を小さく
して、分離されたＰ偏光とＳ偏光を例えば１つの基板に
設けられた２個のフォトディテクタにより検出できるよ
うにすることができる。この場合は、ホログラム１２の
特性を適当に設定することにより、角度θ2 を任意に調
節できる。
【００２７】図２の実施例は、図１のホログラム１２の
代わりに、Ｓ偏光とＰ偏光をそれぞれ逆に屈折する屈折
プリズム１３を配置した例であり、ホログラム１０によ
って分離されたＳ偏光とＰ偏光相互の角度θ1 を屈折プ
リズム１３によってそれより小さい角度θ2 に縮小する
ことができる。この場合は、屈折プリズム１３の頂角、
屈折率を適当に設定することにより、角度θ2 を任意に
調節できる。なお、基板１１は省いて密着又はその位置
を空間としてもよい。この場合も、Ｐ偏光とＳ偏光の分
離角を小さくして、分離されたＰ偏光とＳ偏光を例えば
１つの基板に設けられた２個のフォトディテクタにより
検出できるようにすることができる。
代わりに、Ｓ偏光とＰ偏光をそれぞれ逆に屈折する屈折
プリズム１３を配置した例であり、ホログラム１０によ
って分離されたＳ偏光とＰ偏光相互の角度θ1 を屈折プ
リズム１３によってそれより小さい角度θ2 に縮小する
ことができる。この場合は、屈折プリズム１３の頂角、
屈折率を適当に設定することにより、角度θ2 を任意に
調節できる。なお、基板１１は省いて密着又はその位置
を空間としてもよい。この場合も、Ｐ偏光とＳ偏光の分
離角を小さくして、分離されたＰ偏光とＳ偏光を例えば
１つの基板に設けられた２個のフォトディテクタにより
検出できるようにすることができる。
【００２８】図３は、この屈折プリズム１３を用いる場
合の具体的な数値例を示すものであり、ホログラム１０
としては、前記したように、平均屈折率ｎ＝１．５２、
屈折率変調Δｎ＝０．０３、膜厚ｄ＝３３μｍのもの
で、波長λ＝０．５１４μｍで、３０．０°の入射角で
０次光がＳ偏光（効率０．９３）、１次光がＰ偏光（効
率０．８９）のものであり、屈折プリズム１３として、
光学ガラス（Ｂｋ７、屈折率１．５２）の直角プリズム
をホログラム１０の射出側に貼り付けて、Ｐ偏光とＳ偏
光の分離角を６０°から７．２°に低減したものであ
る。
合の具体的な数値例を示すものであり、ホログラム１０
としては、前記したように、平均屈折率ｎ＝１．５２、
屈折率変調Δｎ＝０．０３、膜厚ｄ＝３３μｍのもの
で、波長λ＝０．５１４μｍで、３０．０°の入射角で
０次光がＳ偏光（効率０．９３）、１次光がＰ偏光（効
率０．８９）のものであり、屈折プリズム１３として、
光学ガラス（Ｂｋ７、屈折率１．５２）の直角プリズム
をホログラム１０の射出側に貼り付けて、Ｐ偏光とＳ偏
光の分離角を６０°から７．２°に低減したものであ
る。
【００２９】図４の実施例は、図１のホログラム１２の
代わりに、正レンズ１４を配置した例であり、ホログラ
ム１０によって分離されたＳ偏光とＰ偏光相互の角度θ
1 を正レンズ１４によってそれより小さい角度θ2 に縮
小することができる。この場合は、正レンズ１４の焦点
距離、ホログラム１０との間隔を適当に設定することに
より、角度θ2 を任意に調節できる。この場合、正レン
ズ１４の集光作用も同時に得られ、例えばＳ偏光とＰ偏
BR>光をフォトディテクタ上に集光させることができ
る。なお、基板１１は省いて密着又はその位置を空間と
してもよい。
代わりに、正レンズ１４を配置した例であり、ホログラ
ム１０によって分離されたＳ偏光とＰ偏光相互の角度θ
1 を正レンズ１４によってそれより小さい角度θ2 に縮
小することができる。この場合は、正レンズ１４の焦点
距離、ホログラム１０との間隔を適当に設定することに
より、角度θ2 を任意に調節できる。この場合、正レン
ズ１４の集光作用も同時に得られ、例えばＳ偏光とＰ偏
BR>光をフォトディテクタ上に集光させることができ
る。なお、基板１１は省いて密着又はその位置を空間と
してもよい。
【００３０】図５の実施例は、図１のホログラム１２の
代わりに、反射ブロック１５を配置した例であり、ホロ
グラム１０によって分離されたＳ偏光とＰ偏光は反射ブ
ロック１５の側面１６、１６で反射され、それら相互の
角度θ1 がそれより小さい角度θ2 に縮小することがで
きる。側面１６、１６での反射は、その全反射又はその
面に設けたミラーにより得られる。この場合は、反射ブ
ロック１５の側面１６の角度を設定することにより、角
度θ2 を任意に調節できる。この場合も、基板１１は省
いて密着又はその位置を空間としてもよい。
代わりに、反射ブロック１５を配置した例であり、ホロ
グラム１０によって分離されたＳ偏光とＰ偏光は反射ブ
ロック１５の側面１６、１６で反射され、それら相互の
角度θ1 がそれより小さい角度θ2 に縮小することがで
きる。側面１６、１６での反射は、その全反射又はその
面に設けたミラーにより得られる。この場合は、反射ブ
ロック１５の側面１６の角度を設定することにより、角
度θ2 を任意に調節できる。この場合も、基板１１は省
いて密着又はその位置を空間としてもよい。
【００３１】図６の実施例は、ホログラム１０の射出側
に、分離されたＳ偏光又はＰ偏光の一方を曲げる例えば
屈折率分布レンズ１７を配置した例であり、ホログラム
１０によって分離されたＳ偏光とＰ偏光の一方は屈折率
分布レンズ１７で他方側に曲げられ、それら相互の角度
θ1 がそれより小さい角度θ2 に縮小することができ
る。この場合は、屈折率分布レンズ１７の屈折率分布、
寸法を適当に設定することにより、角度θ2 を任意に調
節できる。この場合も、基板１１は省いて密着又はその
位置を空間としてもよい。
に、分離されたＳ偏光又はＰ偏光の一方を曲げる例えば
屈折率分布レンズ１７を配置した例であり、ホログラム
１０によって分離されたＳ偏光とＰ偏光の一方は屈折率
分布レンズ１７で他方側に曲げられ、それら相互の角度
θ1 がそれより小さい角度θ2 に縮小することができ
る。この場合は、屈折率分布レンズ１７の屈折率分布、
寸法を適当に設定することにより、角度θ2 を任意に調
節できる。この場合も、基板１１は省いて密着又はその
位置を空間としてもよい。
【００３２】なお、図１〜図６において、０次光と１次
光の偏光をそれぞれＳ偏光、Ｐ偏光からＰ偏光、Ｓ偏光
にすることも、ホログラム１０の設計変更によって可能
である。
光の偏光をそれぞれＳ偏光、Ｐ偏光からＰ偏光、Ｓ偏光
にすることも、ホログラム１０の設計変更によって可能
である。
【００３３】次に、本発明に基づき、前記したような反
射型ホログラムを用いた偏光ビームスプリッタを用い
て、Ｐ偏光とＳ偏光の分離角を小さくしたり、その分離
距離を近付ける光学的構成の実施例について、図７〜図
１０を参照にして説明する。
射型ホログラムを用いた偏光ビームスプリッタを用い
て、Ｐ偏光とＳ偏光の分離角を小さくしたり、その分離
距離を近付ける光学的構成の実施例について、図７〜図
１０を参照にして説明する。
【００３４】従来の反射型ホログラムを用いた偏光ビー
ムスプリッタでは、例えば図１５に示したように、ホロ
グラムＨの透過光の射出側にもプリズムＰ２を設けて、
０次透過光が直進するようになっている。これに対し、
図７に示した各実施例においては、反射型ホログラム２
０の射出側に反射面２１を用いて、０次透過光（Ｐ偏
光）を１次回折光（Ｓ偏光）の方向に近づけるものであ
る。
ムスプリッタでは、例えば図１５に示したように、ホロ
グラムＨの透過光の射出側にもプリズムＰ２を設けて、
０次透過光が直進するようになっている。これに対し、
図７に示した各実施例においては、反射型ホログラム２
０の射出側に反射面２１を用いて、０次透過光（Ｐ偏
光）を１次回折光（Ｓ偏光）の方向に近づけるものであ
る。
【００３５】図７（ａ）の場合は、干渉縞がホログラム
面に対して平行な反射型ホログラム２０の入射側に従来
のホログラフィック偏光ビームスプリッタと同様、直角
プリズム２２を貼り付けて入射光の入射を容易にし、反
射型ホログラム２０の射出側に反射面２１を設けてい
る。反射面２１は、ホログラム２０媒質自体の全反射面
であっても、すなわち、平滑面だけで何らの手段を設け
なくとも、また、金属反射層や別の反射型ホログラムを
設けたものであってもよい。この例の場合は、Ｐ偏光と
Ｓ偏光の分離角は０°であるが、その間の間隔は、反射
型ホログラム２０の厚さで決まる微小間隔になり、例え
ばその後に配置した単一基板上の２つのフォトディテク
タで同時に検知できるよになり、フォトディテクタを直
角プリズム２２の射出面に近づけるか一体化して、装置
全体の小型化を実現することができる。また、従来の反
射型ホログラフィック偏光ビームスプリッタの射出側の
プリズムＰ２を省けるため、低コスト化にもなる。
面に対して平行な反射型ホログラム２０の入射側に従来
のホログラフィック偏光ビームスプリッタと同様、直角
プリズム２２を貼り付けて入射光の入射を容易にし、反
射型ホログラム２０の射出側に反射面２１を設けてい
る。反射面２１は、ホログラム２０媒質自体の全反射面
であっても、すなわち、平滑面だけで何らの手段を設け
なくとも、また、金属反射層や別の反射型ホログラムを
設けたものであってもよい。この例の場合は、Ｐ偏光と
Ｓ偏光の分離角は０°であるが、その間の間隔は、反射
型ホログラム２０の厚さで決まる微小間隔になり、例え
ばその後に配置した単一基板上の２つのフォトディテク
タで同時に検知できるよになり、フォトディテクタを直
角プリズム２２の射出面に近づけるか一体化して、装置
全体の小型化を実現することができる。また、従来の反
射型ホログラフィック偏光ビームスプリッタの射出側の
プリズムＰ２を省けるため、低コスト化にもなる。
【００３６】図７（ｂ）の場合は、干渉縞がホログラム
面に対して傾いていて入射光がホログラム２０に対し垂
直に近い場合に、反射型ホログラム２０の入射側に、図
示のような屈折プリズム２３を貼り付け、Ｐ偏光とＳ偏
光の分離角をある程度確保するようにしている。また、
図７（ｃ）の場合は、同様に入射光がホログラム２０に
対し垂直に近い場合であり、反射型ホログラム２０の入
射位置には何らプリズムを設けず、反射０次光と回折１
次光の出る位置にのみ屈折プリズム２４を貼り付け、Ｐ
偏光とＳ偏光の分離角をある程度確保するようにしてい
る。ただし、入射時の表面反射を少なくするためには、
図７（ｂ）のように、プリズム２３を用いて垂直に入射
させるようにすることが望ましい。
面に対して傾いていて入射光がホログラム２０に対し垂
直に近い場合に、反射型ホログラム２０の入射側に、図
示のような屈折プリズム２３を貼り付け、Ｐ偏光とＳ偏
光の分離角をある程度確保するようにしている。また、
図７（ｃ）の場合は、同様に入射光がホログラム２０に
対し垂直に近い場合であり、反射型ホログラム２０の入
射位置には何らプリズムを設けず、反射０次光と回折１
次光の出る位置にのみ屈折プリズム２４を貼り付け、Ｐ
偏光とＳ偏光の分離角をある程度確保するようにしてい
る。ただし、入射時の表面反射を少なくするためには、
図７（ｂ）のように、プリズム２３を用いて垂直に入射
させるようにすることが望ましい。
【００３７】図８の場合は、何れも反射型ホログラム２
０と反射面２１の間に、分離後の２つの光線の位置関係
（分離角や間隔）を調節するために、屈折率がホログラ
ム２０の平均屈折率に比較的近いガラス等の透明体２
５、２６を密着して設置する例である。図８（ａ）の場
合は、この透明体として平行平面板２５を配置した例
で、その厚みを調節することにより、Ｐ偏光とＳ偏光の
間隔が調節される。同図（ｂ）の場合は、この透明体と
して非平行平面板２６を配置した例で、その両面間の角
度と厚みを調節することにより、Ｐ偏光とＳ偏光の分離
角と間隔の両方が調節できる。例えば、図７（ｂ）の場
合は、分離してプリズム２３を射出した２つの光線は離
れる一方であるが、このように調節後の図８（ｂ）で
は、射出後の２つの光線は相互に近づく位置も存在す
る。その位置に各光線を検知する単一基板上に設けた２
つのフォトディテクタを設置すれば、フォトディテクタ
とプリズム２３の距離も近づけることができ、一体化も
可能で、装置全体の小型化が実現できる。
０と反射面２１の間に、分離後の２つの光線の位置関係
（分離角や間隔）を調節するために、屈折率がホログラ
ム２０の平均屈折率に比較的近いガラス等の透明体２
５、２６を密着して設置する例である。図８（ａ）の場
合は、この透明体として平行平面板２５を配置した例
で、その厚みを調節することにより、Ｐ偏光とＳ偏光の
間隔が調節される。同図（ｂ）の場合は、この透明体と
して非平行平面板２６を配置した例で、その両面間の角
度と厚みを調節することにより、Ｐ偏光とＳ偏光の分離
角と間隔の両方が調節できる。例えば、図７（ｂ）の場
合は、分離してプリズム２３を射出した２つの光線は離
れる一方であるが、このように調節後の図８（ｂ）で
は、射出後の２つの光線は相互に近づく位置も存在す
る。その位置に各光線を検知する単一基板上に設けた２
つのフォトディテクタを設置すれば、フォトディテクタ
とプリズム２３の距離も近づけることができ、一体化も
可能で、装置全体の小型化が実現できる。
【００３８】以上の各実施例においては、入射光の一部
が反射型ホログラム２０を０次光として透過し、反射面
２１で反射して、再び反射型ホログラム２０に入射する
ものであった。図７（ａ）のように、干渉縞がホログラ
ム表面に対して平行な場合、上下対称のため２度の入射
を共にブラッグ条件とすることが可能であるが、図７
（ｂ）の干渉縞が傾いている場合には、２度の入射の条
件は異なり、回折効率も異なることになる。そして、２
度目の入射時の回折効率の影響により、０次透過光であ
るＰ偏光の射出の光量を減少させることになり得る。そ
の回避手段として、２度目の入射の角度をブラッグ条
件から大きく外すことにより、その偏光の回折効率を０
％に近付ける、０次透過光を反射型ホログラム２０に
２度と入射させない、等が考えられる。図８（ｃ）の場
合は、図８（ｂ）の非平行平面板２６の両面間の角度と
厚みを調節することにより、０次透過光であるＰ偏光が
反射型ホログラム２０に再度入射しないで、非平行平面
板２６の側面から出るようにした例である。
が反射型ホログラム２０を０次光として透過し、反射面
２１で反射して、再び反射型ホログラム２０に入射する
ものであった。図７（ａ）のように、干渉縞がホログラ
ム表面に対して平行な場合、上下対称のため２度の入射
を共にブラッグ条件とすることが可能であるが、図７
（ｂ）の干渉縞が傾いている場合には、２度の入射の条
件は異なり、回折効率も異なることになる。そして、２
度目の入射時の回折効率の影響により、０次透過光であ
るＰ偏光の射出の光量を減少させることになり得る。そ
の回避手段として、２度目の入射の角度をブラッグ条
件から大きく外すことにより、その偏光の回折効率を０
％に近付ける、０次透過光を反射型ホログラム２０に
２度と入射させない、等が考えられる。図８（ｃ）の場
合は、図８（ｂ）の非平行平面板２６の両面間の角度と
厚みを調節することにより、０次透過光であるＰ偏光が
反射型ホログラム２０に再度入射しないで、非平行平面
板２６の側面から出るようにした例である。
【００３９】なお、図９に、図８（ａ）の場合の具体的
な数値例を示すものであり、反射型ホログラム２０とし
ては、前記したように、平均屈折率ｎ＝１．５２、屈折
率変調Δｎ＝０．０３、膜厚ｄ＝２０μｍのもので、再
生時に波長λ＝０．５１４μｍ、感光材料中での入射角
度＝４５°のときにブラッグ条件となる干渉縞を記録し
たものを用いている。平行平面板２５及び直角プリズム
２２として、屈折率＝１．５２のＢｋ７のガラスを用
い、厚さ１．５ｍｍの平板ガラス２５及び断面形状が直
角二等辺三角形のプリズム２２を作製し、図９に示すよ
うなホログラム偏光ビームスプリッタを作製した。
な数値例を示すものであり、反射型ホログラム２０とし
ては、前記したように、平均屈折率ｎ＝１．５２、屈折
率変調Δｎ＝０．０３、膜厚ｄ＝２０μｍのもので、再
生時に波長λ＝０．５１４μｍ、感光材料中での入射角
度＝４５°のときにブラッグ条件となる干渉縞を記録し
たものを用いている。平行平面板２５及び直角プリズム
２２として、屈折率＝１．５２のＢｋ７のガラスを用
い、厚さ１．５ｍｍの平板ガラス２５及び断面形状が直
角二等辺三角形のプリズム２２を作製し、図９に示すよ
うなホログラム偏光ビームスプリッタを作製した。
【００４０】そして、波長λ＝０．５１４μｍ、出力＝
８ｍＷ、強度の１３．５％におけるビーム直径＝約１．
６ｍｍのアルゴンレーザ（スペクトラフィジック社製、
モデルＳＰ２０２０−０５Ｓ）のＳ偏光又はＰ偏光の２
通りの向きで、プリズム２２の入射面から垂直に入射し
た。その際の効率（＝射出光量／入射光量）は、Ｓ偏
光、Ｐ偏光共に０．９８以上であった。ただし、その射
出位置は異なり、位置関係は、図９に示す通り、その間
隔は約２．０ｍｍであった。ガラス厚１．５ｍｍ×２
1/2 倍＝約２．１ｍｍに一致する。この結果及び目視の
結果から、Ｐ偏光はホログラム２０を０次透過光として
透過し、平板ガラス２５の裏面の空気との界面で全反射
していると言える。
８ｍＷ、強度の１３．５％におけるビーム直径＝約１．
６ｍｍのアルゴンレーザ（スペクトラフィジック社製、
モデルＳＰ２０２０−０５Ｓ）のＳ偏光又はＰ偏光の２
通りの向きで、プリズム２２の入射面から垂直に入射し
た。その際の効率（＝射出光量／入射光量）は、Ｓ偏
光、Ｐ偏光共に０．９８以上であった。ただし、その射
出位置は異なり、位置関係は、図９に示す通り、その間
隔は約２．０ｍｍであった。ガラス厚１．５ｍｍ×２
1/2 倍＝約２．１ｍｍに一致する。この結果及び目視の
結果から、Ｐ偏光はホログラム２０を０次透過光として
透過し、平板ガラス２５の裏面の空気との界面で全反射
していると言える。
【００４１】さて、例えば図１６に示すように、偏光ビ
ームスプリッタを用いる一般の光学系において、別の機
能をもつ光学素子と組み合わせて使用することが少なく
ない。例えば、偏光を回転する２分の１波長板、分離後
の２光線を近づけるプリズムあるいは集光レンズ、光量
を測るフォトディテクタ、光線がフォトディテクタのセ
ンサからはみ出さないようにビーム径を絞る集光レンズ
等があげられる。これらを偏光ビームスプリッタと密着
するか、又は、透明体の表面形状としてこれらの光学機
能を付加することにより、装置全体の小型化を実現する
ことができる。図１０はそれらの例を示すもので、図１
０（ａ）の場合は、分離されたＰ偏光とＳ偏光をそれぞ
れ集光して近付ける正レンズ３４を直角プリズム２２又
は屈折プリズム２３の射出面に一体に貼り付けた例を示
し、図１０（ｂ）の場合は、分離されたＰ偏光とＳ偏光
を相互に近付ける屈折プリズム３３を直角プリズム２２
又は屈折プリズム２３の射出面に一体に設けた例を示
し、図１０（ｃ）の場合は、直角プリズム２２又は屈折
プリズム２３の射出面に、１つの基板に２個のフォトデ
ィテクタＰｈ、Ｐｈを並列して設けてなる光検出器３２
を一体に貼り付けた例を示す。図１０（ａ）〜（ｃ）に
おいて、符号３５は、プリズム２２又は２３の入射面に
一体に設けられた２分の１波長板を示している。なお、
これらの光学素子は、図示のように、２つ以上を組み合
わせることも可能である。また、この点は、図１〜図６
の透過型ホログラム１０を用いるホログラフィック偏光
ビームスプリッタの場合も同様に適用できる。
ームスプリッタを用いる一般の光学系において、別の機
能をもつ光学素子と組み合わせて使用することが少なく
ない。例えば、偏光を回転する２分の１波長板、分離後
の２光線を近づけるプリズムあるいは集光レンズ、光量
を測るフォトディテクタ、光線がフォトディテクタのセ
ンサからはみ出さないようにビーム径を絞る集光レンズ
等があげられる。これらを偏光ビームスプリッタと密着
するか、又は、透明体の表面形状としてこれらの光学機
能を付加することにより、装置全体の小型化を実現する
ことができる。図１０はそれらの例を示すもので、図１
０（ａ）の場合は、分離されたＰ偏光とＳ偏光をそれぞ
れ集光して近付ける正レンズ３４を直角プリズム２２又
は屈折プリズム２３の射出面に一体に貼り付けた例を示
し、図１０（ｂ）の場合は、分離されたＰ偏光とＳ偏光
を相互に近付ける屈折プリズム３３を直角プリズム２２
又は屈折プリズム２３の射出面に一体に設けた例を示
し、図１０（ｃ）の場合は、直角プリズム２２又は屈折
プリズム２３の射出面に、１つの基板に２個のフォトデ
ィテクタＰｈ、Ｐｈを並列して設けてなる光検出器３２
を一体に貼り付けた例を示す。図１０（ａ）〜（ｃ）に
おいて、符号３５は、プリズム２２又は２３の入射面に
一体に設けられた２分の１波長板を示している。なお、
これらの光学素子は、図示のように、２つ以上を組み合
わせることも可能である。また、この点は、図１〜図６
の透過型ホログラム１０を用いるホログラフィック偏光
ビームスプリッタの場合も同様に適用できる。
【００４２】以上、本発明のホログラフィック偏光ビー
ムスプリッタを実施例に基づいて説明してきたが、本発
明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能であ
る。
ムスプリッタを実施例に基づいて説明してきたが、本発
明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能であ
る。
【００４３】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のホログラフィック偏光ビームスプリッタによると、偏
光ビームスプリッタ本体を構成するホログラムの透過成
分と１次回折成分との成す角度を縮小させるか、両成分
間の間隔を短くするように、両成分の何れか一方又は両
方の成分が射出する位置に光路を曲げる光学素子が設け
られてなるので、分離されたＰ偏光とＳ偏光の分離角又
は分離間隔を小さくでき、分離されたＰ偏光とＳ偏光を
例えば１つの基板に設けられた２個のフォトディテクタ
により検出できるようにすることができる。そのため、
偏光ビームスプリッタを用いる装置全体の小型化を実現
することができる。
のホログラフィック偏光ビームスプリッタによると、偏
光ビームスプリッタ本体を構成するホログラムの透過成
分と１次回折成分との成す角度を縮小させるか、両成分
間の間隔を短くするように、両成分の何れか一方又は両
方の成分が射出する位置に光路を曲げる光学素子が設け
られてなるので、分離されたＰ偏光とＳ偏光の分離角又
は分離間隔を小さくでき、分離されたＰ偏光とＳ偏光を
例えば１つの基板に設けられた２個のフォトディテクタ
により検出できるようにすることができる。そのため、
偏光ビームスプリッタを用いる装置全体の小型化を実現
することができる。
【図１】透過型ホログラムを用いた本発明の偏光ビーム
スプリッタの１例の光路図である。
スプリッタの１例の光路図である。
【図２】透過型ホログラムを用いた第２の例の光路図で
ある。
ある。
【図３】図２の構成の具体的な数値例を示すための図で
ある。
ある。
【図４】透過型ホログラムを用いた第３の例の光路図で
ある。
ある。
【図５】透過型ホログラムを用いた第４の例の光路図で
ある。
ある。
【図６】透過型ホログラムを用いた第５の例の光路図で
ある。
ある。
【図７】反射型ホログラムを用いた本発明の偏光ビーム
スプリッタの基本形態の光路図である。
スプリッタの基本形態の光路図である。
【図８】反射型ホログラムを用いた偏光ビームスプリッ
タの変形形態の光路図である。
タの変形形態の光路図である。
【図９】図８（ａ）の構成の具体的な数値例を示すため
の図である。
の図である。
【図１０】他の光学素子との組み合わせのいくつかの例
を示すための図である。
を示すための図である。
【図１１】透過型ホログラム単体による偏光ビームスプ
リッタの撮影の配置を示す図である。
リッタの撮影の配置を示す図である。
【図１２】図１１の配置により得られた透過型ホログラ
フィック偏光ビームスプリッタを示す図である。
フィック偏光ビームスプリッタを示す図である。
【図１３】偏光ビームスプリッタ用反射型ホログラムの
撮影の配置を示す図である。
撮影の配置を示す図である。
【図１４】反射型ホログラムの入射光、回折光及び干渉
縞の向きを示す記号を示す図である。
縞の向きを示す記号を示す図である。
【図１５】従来のホログラフィック偏光ビームスプリッ
タを示す図である。
タを示す図である。
【図１６】光磁気ディスク用のピックアップの構成を示
す図である。
す図である。
【図１７】ウォラストンプリズムを用いた両偏光成分検
出光学系を示す図である。
出光学系を示す図である。
１０…透過型ホログラム
１１…透明基板
１２…ホログラム
１３…屈折プリズム
１４…正レンズ
１５…反射ブロック
１６…側面
１７…屈折率分布レンズ
２０…反射型ホログラム
２１…反射面
２２…直角プリズム
２３…屈折プリズム
２４…屈折プリズム
２５…透明体（平行平面板）
２６…透明体（非平行平面板）
３２…光検出器
３３…屈折プリズム
３４…正レンズ
Ｐｈ…フォトディテクタ
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平５−89546（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−360103（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−248143（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02B 5/30
G02B 5/32
Claims (12)
- 【請求項１】 直交する２つの偏光成分であるＰ偏光成
分とＳ偏光成分が混合した光束を所定割合でＰ偏光成分
とＳ偏光成分に分離する偏光ビームスプリッタとして、
厚みを有する板状透明記録材料中に屈折率変調により記
録された干渉縞を有する反射型ホログラムを備えてな
り、該ホログラムの透過成分と１次回折成分との成す角
度を縮小させるか、前記両成分間の間隔を短くするよう
に、前記透過成分が射出する位置に光路を曲げる反射面
が設けられてなり、前記反射面と前記ホログラムとの間
に透明体が配置されており、かつ、前記ホログラムの入
射側に透明体が密着して設置されてなるホログラフィッ
ク偏光ビームスプリッタ。 - 【請求項２】 前記反射面が屈折率差による全反射面で
あることを特徴とする請求項１記載のホログラフィック
偏光ビームスプリッタ。 - 【請求項３】 前記反射面が金属反射層であることを特
徴とする請求項１記載のホログラフィック偏光ビームス
プリッタ。 - 【請求項４】 前記反射面が別の反射型ホログラムであ
ることを特徴とする請求項１記載のホログラフィック偏
光ビームスプリッタ。 - 【請求項５】 前記反射面による０次透過光の反射光が
前記ホログラムに再び入射するように構成され、前記ホ
ログラムのこの再入射の角度がブラッグ条件から大きく
外れていることを特徴とする請求項１記載のホログラフ
ィック偏光ビームスプリッタ。 - 【請求項６】 前記の再入射の角度が、該再入射による
前記ホログラムの１次回折効率が２０％以下となる角度
であることを特徴とする請求項５記載のホログラフィッ
ク偏光ビームスプリッタ。 - 【請求項７】 前記反射面による０次透過光の反射光が
前記ホログラムに再び入射しないように構成されている
ことを特徴とする請求項１記載のホログラフィック偏光
ビームスプリッタ。 - 【請求項８】 入射光の入射位置、又は、１次回折光又
は前記反射面により反射された０次透過光が射出する位
置の中の少なくとも一箇所に、少なくとも１つの第３の
光学素子を密着させて設置されていることを特徴とする
請求項１記載のホログラフィック偏光ビームスプリッ
タ。 - 【請求項９】 前記の第３の光学素子が偏光回転手段で
あることを特徴とする請求項８記載のホログラフィック
偏光ビームスプリッタ。 - 【請求項１０】 前記の第３の光学素子が偏向手段であ
ることを特徴とする請求項８記載のホログラフィック偏
光ビームスプリッタ。 - 【請求項１１】 前記の第３の光学素子が集光手段であ
ることを特徴とする請求項８記載のホログラフィック偏
光ビームスプリッタ。 - 【請求項１２】 前記の第３の光学素子が光検知手段で
あることを特徴とする請求項８記載のホログラフィック
偏光ビームスプリッタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02653194A JP3470275B2 (ja) | 1994-02-24 | 1994-02-24 | ホログラフィック偏光ビームスプリッタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02653194A JP3470275B2 (ja) | 1994-02-24 | 1994-02-24 | ホログラフィック偏光ビームスプリッタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07234316A JPH07234316A (ja) | 1995-09-05 |
| JP3470275B2 true JP3470275B2 (ja) | 2003-11-25 |
Family
ID=12196075
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02653194A Expired - Fee Related JP3470275B2 (ja) | 1994-02-24 | 1994-02-24 | ホログラフィック偏光ビームスプリッタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3470275B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US5959704A (en) * | 1996-02-08 | 1999-09-28 | Fujitsu Limited | Display device having diffraction grating |
| KR20010031135A (ko) * | 1997-10-16 | 2001-04-16 | 모리시타 요이찌 | 홀로그램소자, 편광분리소자, 편광조명장치 및 화상표시장치 |
| JP2002022963A (ja) * | 2000-07-12 | 2002-01-23 | Dainippon Printing Co Ltd | ホログラム偏光分離素子とそのホログラム偏光分離素子を用いた偏光分離色分離光学系 |
| KR100464347B1 (ko) * | 2002-06-04 | 2005-01-03 | 삼성전자주식회사 | 홀로그램을 이용한 분포 귀환 레이저 모듈 |
| JP5013777B2 (ja) * | 2006-08-28 | 2012-08-29 | 日本分光株式会社 | 偏光分光器 |
| JP7119862B2 (ja) * | 2018-10-01 | 2022-08-17 | 株式会社デンソー | 虚像表示装置 |
-
1994
- 1994-02-24 JP JP02653194A patent/JP3470275B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07234316A (ja) | 1995-09-05 |
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