JP3812527B2 - 偏光ビームスプリッタ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｐ偏光とＳ偏光を分離する偏光ビームスプリッタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
偏光面が互いに直交する偏光成分を分離する偏光ビームスプリッタが、映像表示装置の光学系や光ディスク装置の光学系として用いられている。偏光ビームスプリッタは、屈折率が異なる２種の誘電体を分離対象の光の波長の１／４の光学的膜厚を有するように交互に積層した誘電体多層膜を備えて、誘電体多層膜に斜めに入射する光のうち、Ｐ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射することによって、両偏光を分離する。
【０００３】
Ｐ偏光とＳ偏光を効率よく分離するためには、誘電体多層膜に対する光の入射角をブリュースター角に近い値とするのがよく、また、誘電体多層膜の屈折率と誘電体多層膜内を進む光の角度が次の式０を満たすのが望ましい。
sin2ψ＝ＮH2・ＮL2／｛ＮE2・（ＮH2＋ＮL2）｝ … 式０
ここで、ＮEは誘電体多層膜に接して光を誘電体多層膜に入射させる媒質の屈折率を、ＮHは誘電体多層膜の高屈折率層の屈折率を、ＮLは誘電体多層膜の低屈折率層の屈折率を、ψは誘電体多層膜の法線に対する光の角を表す。
【０００４】
さらに、誘電体多層膜を保護するとともに、光学素子としての取り扱いが容易な形態とする必要もある。
【０００５】
このような要請から、偏光ビームスプリッタは、一般に、誘電体多層膜を２つの透明媒体で挟んだ構成とされ、誘電体多層膜は、入射角を４５゜とし、かつ、式０を満たすように設計される。また、透明媒体と空気との界面での屈折を抑えるとともに、分離後のＰ偏光とＳ偏光が互いに垂直な方向に進むようにして分離後の取り扱いを容易にするために、２つの透明媒体は断面が直角二等辺三角形のプリズムとされ、両者の斜面で透明媒体を挟む形態とされる。
【０００６】
このように設定された従来の偏光ビームスプリッタは、誘電体多層膜に対する光の入射角が４５゜のときは、基準波長を中心とする広い波長帯域について、Ｐ偏光の透過率が高く、Ｓ偏光の反射率も高く、したがって両偏光の分離能に優れたものとなる。しかしながら、従来の偏光ビームスプリッタは高い入射角依存性を有しており、誘電体多層膜に対する光の入射角が設計値の４５゜から少しでもずれると、Ｐ偏光とＳ偏光の分離能が低下し、特に、Ｐ偏光の透過率が低くなる。つまり、偏光分離を良好に行い得る波長帯域は、光の入射角が４５゜でなければ、非常に狭くなる。
【０００７】
偏光ビームスプリッタを用いる光学系には、単一波長の光だけを取り扱うものもあるが、多くは、ある程度の波長帯域にわたる光を取り扱う。例えば、映像表示装置の光学系では、取り扱う波長帯域は可視光の波長帯域全体にわたる。このような光学系の小型化を図るためには、偏光ビームスプリッタの数が少ないほどよく、また、偏光ビームスプリッタに収束または発散しつつある状態の光を導き得るようにするのが望ましい。
【０００８】
しかし、上述の入射角依存性により、広い波長帯域にわたる光を、収束光や発散光の状態で良好に分離することはできない。たとえ、誘電体多層膜に対する収束光や発散光の主光線の入射角を設計値の４５゜としても、主光線以外の光線の入射角は４５゜からずれるため、Ｐ偏光とＳ偏光を良好に分離できるのは主光線の近傍部分のみとなり、主光線近傍以外の部分、特に外縁部については、両偏光の分離能は著しく低下する。
【０００９】
従来の偏光ビームスプリッタにおける光の波長と透過率の関係を図２５〜図２７に示す。これらの図において、太線はＳ偏光の透過率を表し、細線はＰ偏光の透過率を表す。図２５は、プリズムへの入射前に（つまり空気層において）誘電体多層膜の法線に対して成す角が４５゜の光線のものである。この光線の誘電体多層膜への入射角は４５゜となる。図２６は、プリズムへの入射前において誘電体多層膜の法線に対して成す角が３４．７゜の光線のものであり、図２７は、プリズムへの入射前において誘電体多層膜の法線に対して成す角が５５．３゜の光線のものである。これらの３本の光線は、空気層におけるＦ数が２．８で、主光線が誘電体多層膜に対して４５゜を成す収束光または発散光の、主光線と最外縁の２本の光線に相当する。なお、プリズムの屈折率Ｎdは１．８４である。
【００１０】
図２５より明らかなように、誘電体多層膜に対する入射角が４５゜となる主光線については、約４４０ｎｍから約６４０ｎｍまでの広い波長帯域わたってＰ偏光とＳ偏光を良好に分離することができる。ところが、図２６に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が最も小さくなる最外縁の光線については、良好に偏光分離できるのは、約４９０ｎｍから約５４０ｎｍまでの波長帯域と、約６００ｎｍから約６７０ｎｍまでの波長帯域とに限られている。また、図２７に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が最も大きくなる最外縁の光線については、良好に偏光分離できるのは、約３８０ｎｍから約４３０ｎｍまでの波長帯域と、約４９０ｎｍから約６００ｎｍまでの波長帯域とに限られている。
【００１１】
結局、Ｆ数が２．８の光束の全体をＰ偏光とＳ偏光に良好に分離できる波長帯域は、４９０ｎｍから５４０ｎｍのみとなり、非常に狭い。Ｆ数がより大きな光束については偏光分離を良好に行い得る波長帯域は広くなるが、それでも、偏光分離の対象とする光束のＦ数に大きな制約が生じる。これは、偏光ビームスプリッタを備える光学系の小型化を困難にする。
【００１２】
この不都合を解消する一法として、誘電体多層膜を２つの積層部で構成し、第１の積層部を、第１の基準波長に基づいて、第１の光線の角度（ψ1）において式０を満たすように設計し、第２の積層部を、第２の基準波長に基づいて、第２の光線の角度（ψ2）において式０を満たすように設計した偏光ビームスプリッタが提案されている（例えば、特許文献１〜３）。このような構成の偏光ビームスプリッタでは、各々の積層部が低い入射角依存性で偏光分離を良好に行い得る波長帯域の幅は従来と変わらないが、その波長帯域を２つの積層部で相違させることができるため、誘電体多層膜全体としては、低い入射角依存性で偏光分離を良好に行い得る波長帯域が広がる。
【００１３】
【特許文献１】
特開平７−２８１０２４号公報
【特許文献２】
特開平１１−２１１９１６号公報
【特許文献３】
特開２００１−３５００２４号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、単に誘電体多層膜を異なる基準波長および光の角度に対して設計するだけでは、２つの積層部が偏光分離を良好に行い得る波長帯域が連続しなくなることがある。２つの積層部が偏光分離を良好に行い得る波長帯域が連続しなければ、誘電体多層膜全体として偏光分離を良好に行い得る波長帯域は広くなるものの、その一部に偏光分離を良好に行い得ない波長帯域が生じることになる。
【００１５】
本発明はこの点に鑑みてなされたもので、偏光分離を良好に行い得る波長帯域が広く、その波長帯域全体にわたって入射角依存性が低い偏光ビームスプリッタを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、光を入射させる第１の面と、第１の面に対して鋭角を成す第２の面を有する第１のプリズムと、第１のプリズムの第２の面に対向する第２のプリズムと、第１のプリズムと第２のプリズムとに挟まれた誘電体多層膜とを備え、誘電体多層膜が、第１の波長の１／４の光学的膜厚を有する高屈折率層と第１の波長の１／４の光学的膜厚を有する低屈折率層を交互に積層した第１の積層部と、第２の波長の１／４の光学的膜厚を有する高屈折率層と第２の波長の１／４の光学的膜厚を有する低屈折率層を交互に積層した第２の積層部とを備える偏光ビームスプリッタにおいて、式１の関係を満たすとともに、式２および式３をそれぞれ満たす角θ1、θ2に対して、式４および式５、または、式６および式７の関係を満たすものとする。
λ1＜λ2≦１．５５・λ1 … 式１
sin2θ1＝ＮH12・ＮL12／｛Ｎd2・（ＮH12＋ＮL12）｝ … 式２
sin2θ2＝ＮH22・ＮL22／｛Ｎd2・（ＮH22＋ＮL22）｝ … 式３
|ＮH1−ＮL1|＜|ＮH2−ＮL2| … 式４
|θ1−θ|＜|θ2−θ| … 式５
|ＮH1−ＮL1|＞|ＮH2−ＮL2| … 式６
|θ1−θ|＞|θ2−θ| … 式７
【００１７】
ここで、λ1は第１の波長を、λ2は第２の波長を、θは第１のプリズムの第１の面と第２の面が成す角を、Ｎdは第１のプリズムの屈折率を、ＮH1は第１の積層部の高屈折率層の屈折率を、ＮL1は第１の積層部の低屈折率層の屈折率を、ＮH2は第２の積層部の高屈折率層の屈折率を、ＮL2は第２の積層部の低屈折率層の屈折率を表す。なお、角θ1、θ2は誘電体多層膜内を進行する光の、誘電体多層膜の法線に対する角である。
【００１８】
この偏光ビームスプリッタは、第１のプリズムの第１の面から光を入射させて、第１のプリズムと第２のプリズムとで挟まれた誘電体多層膜によって、Ｐ偏光とＳ偏光を分離する。誘電体多層膜は第１の積層部と第２の積層部より成る。第１の積層部は、第１の波長λ1を基準波長として、第１の角θ1において前述の式０を満たすように設定されており（式２）、第２の積層部は、第２の波長λ2を基準波長として、第２の角θ2において式０を満たすように設定されている（式３）。
【００１９】
ここで、第２の波長λ2は第１の波長λ1よりも長いが、第２の波長λ2は第１の波長λ1の１．５５倍以下とする（式１）。第１のプリズムの第１の面と第２の面が成す角（プリズム頂角）θは、第１の面に垂直に入射する光線の誘電体多層膜に対する入射角であり、第１の積層部において式２を満たす第１の角θ1と、第１の面に垂直に入射する光線の誘電体多層膜に対する入射角θには、絶対値で|θ1−θ|の角度差がある。同様に、第２の積層部において式３を満たす第２の角θ2と、第１の面に垂直に入射する光線の誘電体多層膜に対する入射角θにも、絶対値で|θ2−θ|の角度差がある。
【００２０】
これらの角度差は、高屈折率層と低屈折率層の屈折率の差が、第１の積層部と第２の積層部のどちらにおいて大きいかに応じて定める。高屈折率層と低屈折率層の屈折率の差が、第１の積層部よりも第２の積層部において大きいときには（式４）、第２の角とプリズム頂角の角度差を、第１の角とプリズム頂角の角度差よりも大きくし（式５）、逆に、高屈折率層と低屈折率層の屈折率の差が、第２の積層部よりも第１の積層部において大きいときには（式６）、第１の角とプリズム頂角の角度差を、第２の角とプリズム頂角の角度差よりも大きくする（式７）。
【００２１】
式１を満たすと同時に、式２、式３を満たす角θ1、θ2に対して式４および式５、または式６および式７を満たすようにすることで、第１の積層部が低い入射角依存性で偏光分離を良好に行い得る波長帯域と、第２の積層部が低い入射角依存性で偏光分離を良好に行い得る波長帯域とを相違させ、しかも、それら２つの波長帯域に重なり合う部分を生じさせることができる。つまり、入射角依存性が低い２つの波長帯域が連続した誘電体多層膜が得られる。
【００２２】
第１の積層部の高屈折率層はＴｉＯ2、またはＴａ2Ｏ5 、第１の積層部の低屈折率層はＭｇＦ2、またはＳｉＯ2、第２の積層部の高屈折率層はＴｉＯ2、またはＴａ2Ｏ5 、第２の積層部の低屈折率層はＡｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合物、Ａｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏの混合物、またはＡｌ2Ｏ3とすることができる。
【００２３】
第１の積層部の高屈折率層はＴｉＯ2とＬａ2Ｏ3の混合物、ＴｉＯ2とＬａ2Ｏの混合物、またはＴａ2Ｏ5、第１の積層部の低屈折率層はＭｇＦ2、またはＳｉＯ2、第２の積層部の高屈折率層はＴｉＯ2、またはＴａ2Ｏ5 、第２の積層部の低屈折率層はＡｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合物、Ａｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏの混合物、またはＡｌ2Ｏ3とすることもできる。
【００２４】
第１の積層部の高屈折率層はＡｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合物、またはＡｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏの混合物、第１の積層部の低屈折率層はＭｇＦ2、第２の積層部の高屈折率層はＴｉＯ2、またはＴａ2Ｏ5 、第２の積層部の低屈折率層はＡｌ2Ｏ3とすることもできる。
【００２５】
第１の積層部の高屈折率層はＡｌ2Ｏ3、第１の積層部の低屈折率層はＭｇＦ2、第２の積層部の高屈折率層はＴｉＯ2、またはＴａ2Ｏ5 、第２の積層部の低屈折率層はＳｉＯ2とすることもできる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態の偏光ビームスプリッタ１の全体構成を図１に模式的に示す。偏光ビームスプリッタ１は、第１のプリズム１０、第２のプリズム２０、およびこれらに挟まれた誘電体多層膜３０より成り、誘電体多層膜３０に光を斜めに入射させて、誘電体多層膜３０を透過するＰ偏光と、誘電体多層膜３０によって反射されるＳ偏光とに分離する。
【００２７】
第１のプリズム１０は、第１の面１１、第２の面１２、第３の面１３を有し、第１の面１１と第３の面１３が直交する直角三角プリズムである。第２のプリズム２０も、第１の面２１、第２の面２２、第３の面２３を有し、第１の面２１と第３の面２３が直交する直角三角プリズムである。第１のプリズム１０と第２のプリズム２０は、同じ光学材料で作製されており、両者の屈折率は等しい。
【００２８】
第１のプリズム１０と第２のプリズム２０は、それぞれの第２の面１２、２２が近接して平行になるように、対向して配置されており、誘電体多層膜３０は第１のプリズム１０の第２の面１２と第２のプリズムの第２の面２２とに挟まれている。偏光ビームスプリッタ１は、光を第１のプリズム１０の第１の面１１から入射させて、誘電体多層膜３０を透過したＰ偏光を第２のプリズムの第３の面２３から出射させ、誘電体多層膜３０によって反射したＳ偏光を第１のプリズム１０の第３の面１３から出射させる。
【００２９】
偏光ビームスプリッタ１が偏光分離の対象とする光は、平行光に限らず、収束光や発散光である。第１のプリズム１０の第１の面１１には、偏光分離対象の光を、その主光線が第１の面１１に対して垂直に入射するように導く。第１のプリズム１０および第２のプリズム２０は、上述のように直角三角プリズムであるが、特に、直角二等辺三角プリズムとしてもよい。すなわち、第１のプリズム１０については、第１の面１１と第３の面１３に直交する平面内において第１の面１１と第３の面１３が成す線分の長さを等しくし、第２のプリズム２０については、第１の面２１と第３の面２３に直交する平面内において第１の面２１と第３の面２３が成す線分の長さを等しくするようにしてもよい。
【００３０】
第１のプリズム１０および第２のプリズム２０を直角二等辺三角プリズムとすると、分離後のＰ偏光とＳ偏光の主光線を互いに垂直な方向に進行させることができて、分離後の両偏光の取り扱いが容易になる。また、分離後の両偏光の主光線を第３の面１３、２３から垂直に出射させることができて、第１のプリズム１０の第３の面１３から出射したＳ偏光と、第２のプリズム２０の第３の面２３から出射したＰ偏光の収束あるいは発散の状態を、第１の面１１への入射前における状態に等しくする（Ｆ数を不変とする）ことが可能になり、偏光ビームスプリッタ１を含む光学系全体の設計が容易になる。
【００３１】
ただし、第１のプリズム１０または第２のプリズム２０を必ずしも直角二等辺三角プリズムとする必要はなく、第１のプリズム１０の第１の面１１と第２の面１２の成す角（プリズム頂角）θがブリュースター角から大きく離れない限り、第１のプリズム１０や第２のプリズム２０の形状は任意に設定してよい。また、第１のプリズム１０の屈折率と第２の屈折率は等しくてもよいし、異なっていてもよい。
【００３２】
偏光ビームスプリッタ１における偏光分離対象の波長帯域の設定原理を図２に模式的に示す。偏光ビームスプリッタ１では、誘電体多層膜３０を２つの積層部で構成し、一方の積層部が偏光分離の対象とする波長帯域Ａと、他方の積層部が偏光分離の対象とする波長帯域Ｂを相違させるとともに、波長帯域Ａと波長帯域Ｂとに重なり合う範囲Ｄが存在するようにする。また、一方の積層部については波長帯域Ａ全体にわたって入射角依存性を抑え、他方の積層部についても波長帯域Ｂ全体にわたって入射角依存性を抑えて、広い波長帯域全体にわたって入射角依存性の低い誘電体多層膜３０とする。
【００３３】
誘電体多層膜３０の構成を図３に模式的に示す。誘電体多層膜３０は、第１の積層部３１と第２の積層部３２より成る。第１の積層部３１は、相対的に屈折率が高い高屈折率層３１Ｈと相対的に屈折率が低い低屈折率層３１Ｌを交互に積層して構成されている。第２の積層部３２も、相対的に屈折率が高い高屈折率層３２Ｈと相対的に屈折率が低い低屈折率層３２Ｌを交互に積層して構成されている。
【００３４】
第１の積層部３１の高屈折率層３１Ｈと低屈折率層３１Ｌは、第１のプリズム１０に接する層と第２の積層部３２に接する層とを除き、第１の波長λ1の１／４の光学的膜厚に設定されている。また、第１のプリズム１０に接する層と第２の積層部３２に接する層は、波長λ1の１／８の光学的膜厚に設定されている。第２の積層部３２の高屈折率層３２Ｈと低屈折率層３２Ｌは、第２のプリズム２０に接する層と第１の積層部３１に接する層とを除き、第２の波長λ2の１／４の光学的膜厚に設定されている。また、第２のプリズム２０に接する層と第１の積層部３１に接する層は、波長λ2の１／８の光学的膜厚に設定されている。
【００３５】
第１の積層部３１における高屈折率層３１Ｈと低屈折率層３１Ｌの順序は、逆にしてもよく、第２の積層部３２における高屈折率層３２Ｈと低屈折率層３２Ｌの順序も、逆にしてかまわない。また、第１の積層部３１における高屈折率層３１Ｈと低屈折率層３１Ｌの数の和は偶数であっても奇数であってもよいし、同様に、第２の積層部３２における高屈折率層３２Ｈと低屈折率層３２Ｌの数の和も偶数、奇数のいずれとしてもよい。さらに、第１の積層部３１と第２の積層部３２のどちらを第１のプリズム１０側にしてもよく、光学的膜厚が波長λ1または波長λ2の１／８の層を、隣接する誘電体層と同じ屈折率とすることもできるし、別の光学的膜厚とすることや、省略することもできる。
【００３６】
第１のプリズム１０の屈折率をＮd、第１の積層部３１の高屈折率層３１Ｈの屈折率をＮH1、第１の積層部３１の低屈折率層３１Ｌの屈折率をＮL1、第２の積層部３２の高屈折率層３２Ｈの屈折率をＮH2、第２の積層部３２の低屈折率層３２Ｌの屈折率をＮL2、誘電体多層膜３０の法線に対する第１の角をθ1、誘電体多層膜３０の法線に対する第２の角をθ2として、偏光ビームスプリッタ１が満たす諸条件について説明する。
【００３７】
第１の積層部３１は、前述の式２を満たすように、つまり、第１の角θ1において前述の式０を満たすように設定する。第２の積層部３２は、式３を満たすように、つまり、第２の角θ2において式０を満たすように設定する。
【００３８】
第１の積層部３１の基準波長である第１の波長λ1と、第２の積層部３２の基準波長である第２の波長λ2については、第２の波長λ2が、第１の波長λ1よりも長く、かつ、第１の波長λ1の１．５５倍以下とする。つまり、式１を満たすようにする。波長比λ2／λ1が大きくなりすぎると、第１の積層部３１が偏光分離を良好に行い得る波長帯域と、第２の積層部３２が偏光分離を良好に行い得る波長帯域とに、重なり合う部分がなくなってしまい、誘電体多層膜３０が偏光分離を行い得る波長帯域の一部に、偏光分離が良好でない部分が生じるからである。波長比λ2／λ1を１．５５以下に制限することで、そのような不都合を避けることができる。
【００３９】
なお、波長比λ2／λ1が小さくなるほど、第１の積層部３１が偏光分離を良好に行い得る波長帯域と、第２の積層部３２が偏光分離を良好に行い得る波長帯域との重なりが大きくなり、誘電体多層膜３０が偏光分離を良好に行い得る波長帯域は狭くなる。誘電体多層膜３０が偏光分離を良好に行い得る波長帯域があまりに狭くなるのを避けるためには、波長比λ2／λ1を１．１程度以上にすればよい。
【００４０】
また、第１の積層部３１の高屈折率層３１Ｈの屈折率ＮH1と低屈折率層３１Ｌの屈折率ＮL1の差|ＮH1−ＮL1|が、第２の積層部３２の高屈折率層３２Ｈの屈折率ＮH2と低屈折率層３２Ｌの屈折率ＮL2の差|ＮH2−ＮL2|よりも小さいときには、第１の角θ１とプリズム頂角θの差の絶対値|θ1−θ|を、第２の角θ2とプリズム頂角θの差の絶対値|θ2−θ|よりも小さくする。逆に、第１の積層部３１の屈折率の差|ＮH1−ＮL1|が第２の積層部３２の屈折率の差|ＮH2−ＮL2|よりも大きいときには、第１の角θ１とプリズム頂角θの差の絶対値|θ1−θ|を、第２の角θ2とプリズム頂角θの差の絶対値|θ2−θ|よりも大きくする。つまり、式４および式５を満たすか、あるいは、式６および式７を満たす。
【００４１】
このような設定により、偏光ビームスプリッタ１は、以下に述べる実施例に示すごとく、Ｐ偏光とＳ偏光を良好に分離し得る波長帯域が広く、入射角依存性がその波長帯域全体にわたって低いという特性を備えたものとなる。なお、誘電体多層膜３０の各誘電体層３１Ｈ、３１Ｌ、３２Ｈ、３２Ｌは、スパッタリング法、プラズマイオンプレーティング法、イオンビームアシスト法等の既に確立されている成膜方法で作製することができる。
【００４２】
【実施例】
以下、上記の偏光ビームスプリッタ１の実施例を示す。各実施例においては、第１のプリズム１０と第２のプリズム２０を直角二等辺三角プリズムとしており、したがって、第１のプリズム１０の第１の面１１と第２の面１２が成す頂角θは４５゜である。また、第２のプリズム２０の屈折率は第１のプリズム１０の屈折率Ｎdと等しくしている。
【００４３】
誘電体多層膜３０の第１の積層部３１には、波長λ1の１／８の光学的膜厚の層を、プリズム１０に接する層および第２の積層部３２に接する層として含めており、第２の積層部３２にも、波長λ2の１／８の光学的膜厚の層を、プリズム２０に接する層および第１の積層部３１に接する層として含めている。光学的膜厚が波長λ1（またはλ2）の１／４の誘電体層と、これを両面から挟む２つの誘電体層の波長λ1（またはλ2）の１／８の光学的膜厚に相当する部分とを合わせて、１ユニットとし、第１の積層部３１および第２の積層部３２の構成を、ユニット数で表す。
【００４４】
＜第１の実施例＞
第１の実施例の諸条件を表１にまとめて示す。
表１
プリズム頂角θ：４５゜
プリズム屈折率Ｎd：１．８４
第１の積層部３１
ユニット数：１０
第１の波長λ1：７４０ｎｍ
高屈折率層３１Ｈの材料：ＴｉＯ2 、またはＴａ2Ｏ5
低屈折率層３１Ｌの材料：ＭｇＦ2
高屈折率層３１Ｈの屈折率ＮH1：２．２００
低屈折率層３１Ｌの屈折率ＮL1：１．３８５
屈折率差|ＮH1−ＮL1|：０．８１５
角度差|θ1−θ|：５．４６７
第２の積層部３２
ユニット数：１０
第２の波長λ2：１０６５．６ｎｍ
高屈折率層３２Ｈの材料：ＴｉＯ2 、またはＴａ2Ｏ5
低屈折率層３２Ｌの材料：Ａｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合物、またはＡｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏの混合物
高屈折率層３２Ｈの屈折率ＮH2：２．２００
低屈折率層３２Ｌの屈折率ＮL2：１．７１０
屈折率差|ＮH2−ＮL2|：０．４９０
角度差|θ2−θ|：２．１５６
波長比λ2／λ1：１．４４０
【００４５】
なお、高屈折率層３１Ｈ、３２Ｈの材料としてＴａ2Ｏ5を用いるときは、イオンプレーティングやスパッタリングによって不純物を加えておく。これにより、Ｔａ2Ｏ5の屈折率を、本来の値２．０５０から高めて、上記の値とすることができる。高屈折率層３１Ｈ、３２Ｈの材料としてＴｉＯ2とＴａ2Ｏ5のいずれを用いるかは、プリズム１０、２０の材料との相性、低屈折率層３１Ｌ、３２Ｌの材料との相性、成膜のし易さ等を考慮して定めればよい、
【００４６】
第１の実施例における光の波長と透過率の関係を図４〜図６に示す。これらの図において、太線はＳ偏光の透過率を表し、細線はＰ偏光の透過率を表す。図４は、第１のプリズム１０への入射前に（つまり空気層において）誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が４５゜の光線のものである。この光線の誘電体多層膜３０への入射角は４５゜となる。図５は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が３４．７゜の光線のものであり、図６は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が５５．３゜の光線のものである。これら３本の光線は、空気層におけるＦ数が２．８で、主光線が誘電体多層膜３０に対して４５゜を成す収束光または発散光の、主光線と最外縁の２本の光線に相当する。
【００４７】
図４に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が４５゜となる主光線については、約４８０ｎｍから約７５０ｎｍまでの広い波長帯域わたってＰ偏光とＳ偏光を良好に分離することができる。また、図５に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が最も小さくなる最外縁の光線についても、約４１０ｎｍから約７２０ｎｍまでの広い波長帯域にわたって良好に偏光分離を行うことができる。さらに、図６に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が最も大きくなる最外縁の光線についても、約４７０ｎｍから約６７０ｎｍまでの波長帯域において良好に偏光分離を行うことができる。
【００４８】
結局、本実施例の設定では、Ｆ数が２．８と小さな光束の全体を、約４８０ｎｍから約６７０ｎｍまでの波長範囲にわたって良好に偏光分離することが可能になっている。なお、図示しないが、Ｆ数が３．５の光束については、その全体を、可視光全体にわたって、良好に偏光分離することが可能である。
【００４９】
＜第２の実施例＞
第２の実施例の諸条件を表２にまとめて示す。
表２
プリズム頂角θ：４５゜
プリズム屈折率Ｎd：１．８０
第１の積層部３１
ユニット数：１０
第１の波長λ1：７２０ｎｍ
高屈折率層３１Ｈの材料：ＴｉＯ2とＬａ2Ｏ3の混合物、ＴｉＯ2とＬａ2Ｏの混合物、またはＴａ2Ｏ5、
低屈折率層３１Ｌの材料：ＭｇＦ2
高屈折率層３１Ｈの屈折率ＮH1：２．０５０
低屈折率層３１Ｌの屈折率ＮL1：１．３８５
屈折率差|ＮH1−ＮL1|：０．６６５
角度差|θ1−θ|：６．５２０
第２の積層部３２
ユニット数：１１
第２の波長λ2：８６４ｎｍ
高屈折率層３２Ｈの材料：ＴｉＯ2 、またはＴａ2Ｏ5
低屈折率層３２Ｌの材料：Ａｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合物、またはＡｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏの混合物
高屈折率層３２Ｈの屈折率ＮH2：２．２００
低屈折率層３２Ｌの屈折率ＮL2：１．７１０
屈折率差|ＮH2−ＮL2|：０．４９０
角度差|θ2−θ|：３．１４２
波長比λ2／λ1：１．２００
【００５０】
第２の実施例における光の波長と透過率の関係を図７〜図９に示す。これらの図において、太線はＳ偏光の透過率を表し、細線はＰ偏光の透過率を表す。図７は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が４５゜の光線のものである。図８は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が３４．７゜の光線のものであり、図９は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が５５．３゜の光線のものである。前述のように、これら３本の光線は、空気層におけるＦ数が２．８で、主光線が誘電体多層膜３０に対して４５゜を成す収束光または発散光の、主光線と最外縁の２本の光線に相当する。
【００５１】
図７に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が４５゜となる主光線については、約４８０ｎｍから約７５０ｎｍまでの広い波長帯域わたってＰ偏光とＳ偏光を良好に分離することができる。また、図８に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が最も小さくなる最外縁の光線については、約４１０ｎｍから約６５０ｎｍまでの波長帯域において良好に偏光分離を行うことができる。さらに、図９に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が最も大きくなる最外縁の光線についても、約４５０ｎｍから約７１０ｎｍまでの広い波長帯域にわたって良好に偏光分離を行うことができる。結局、本実施例の設定では、Ｆ数が２．８と小さな光束の全体を、約４８０ｎｍから約６５０ｎｍまでの波長帯域にわたって、良好に偏光分離することが可能になっている。
【００５２】
＜第３の実施例＞
第３の実施例の諸条件を表３にまとめて示す。
表３
プリズム頂角θ：４５゜
プリズム屈折率Ｎd：１．７０
第１の積層部３１
ユニット数：１１
第１の波長λ1：７５０ｎｍ
高屈折率層３１Ｈの材料：Ａｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合物、またはＡｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏの混合物
低屈折率層３１Ｌの材料：ＭｇＦ2
高屈折率層３１Ｈの屈折率ＮH1：１．７１０
低屈折率層３１Ｌの屈折率ＮL1：１．３８５
屈折率差|ＮH1−ＮL1|：０．３２５
角度差|θ1−θ|：５．７２１
第２の積層部３２
ユニット数：１１
第２の波長λ2：８３０ｎｍ
高屈折率層３２Ｈの材料：ＴｉＯ2 、またはＴａ2Ｏ5
低屈折率層３２Ｌの材料：Ａｌ2Ｏ3
高屈折率層３２Ｈの屈折率ＮH2：２．２００
低屈折率層３２Ｌの屈折率ＮL2：１．６２０
屈折率差|ＮH2−ＮL2|：０．５８０
角度差|θ2−θ|：６．１７７
波長比λ2／λ1：１．１０７
【００５３】
第３の実施例における光の波長と透過率の関係を図１０〜図１２に示す。これらの図において、太線はＳ偏光の透過率を表し、細線はＰ偏光の透過率を表す。図１０は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が４５゜の光線のものである。図１１は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が３４．７゜の光線のものであり、図１２は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が５５．３゜の光線のものである。前述のように、これら３本の光線は、空気層におけるＦ数が２．８で、主光線が誘電体多層膜３０に対して４５゜を成す収束光または発散光の、主光線と最外縁の２本の光線に相当する。
【００５４】
図１０に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が４５゜となる主光線については、約４８０ｎｍから約６００ｎｍまでの波長帯域においてＰ偏光とＳ偏光を良好に分離することができる。また、図１１に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が最も小さくなる最外縁の光線については、約４７０ｎｍから約６３０ｎｍまでの波長帯域において良好に偏光分離を行うことができる。さらに、図１２に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が最も大きくなる最外縁の光線については、約４４０ｎｍから約７２０ｎｍまでの広い波長帯域にわたって良好に偏光分離を行うことができる。結局、本実施例の設定では、Ｆ数が２．８と小さな光束の全体を、約４８０ｎｍから約６００ｎｍまでの波長帯域にわたって、良好に偏光分離することが可能になっている。
【００５５】
＜第４の実施例＞
第４の実施例の諸条件を表４にまとめて示す。
表４
プリズム頂角θ：４５゜
プリズム屈折率Ｎd：１．６０
第１の積層部３１
ユニット数：１１
第１の波長λ1：７２０ｎｍ
高屈折率層３１Ｈの材料：Ａｌ2Ｏ3
低屈折率層３１Ｌの材料：ＭｇＦ2
高屈折率層３１Ｈの屈折率ＮH1：１．６２０
低屈折率層３１Ｌの屈折率ＮL1：１．３８５
屈折率差|ＮH1−ＮL1|：０．２３５
角度差|θ1−θ|：４．０７４
第２の積層部３２
ユニット数：１３
第２の波長λ2：８５０ｎｍ
高屈折率層３２Ｈの材料：ＴｉＯ2 、またはＴａ2Ｏ5
低屈折率層３２Ｌの材料：ＳｉＯ2
高屈折率層３２Ｈの屈折率ＮH2：２．２００
低屈折率層３２Ｌの屈折率ＮL2：１．４６０
屈折率差|ＮH2−ＮL2|：０．７４０
角度差|θ2−θ|：４．２００
波長比λ2／λ1：１．１８１
【００５６】
第４の実施例における光の波長と透過率の関係を図１３〜図１５に示す。これらの図において、太線はＳ偏光の透過率を表し、細線はＰ偏光の透過率を表す。図１３は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が４５゜の光線のものである。図１４は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が３４．７゜の光線のものであり、図１５は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が５５．３゜の光線のものである。前述のように、これら３本の光線は、空気層におけるＦ数が２．８で、主光線が誘電体多層膜３０に対して４５゜を成す収束光または発散光の、主光線と最外縁の２本の光線に相当する。
【００５７】
図１３に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が４５゜となる主光線については、約４８０ｎｍから約５９０ｎｍまでの波長帯域においてＰ偏光とＳ偏光を良好に分離することができる。また、図１４に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が最も小さくなる最外縁の光線については、約４８０ｎｍから約６３０ｎｍまでの波長帯域において良好に偏光分離を行うことができる。さらに、図１５に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が最も大きくなる最外縁の光線については、約４４０ｎｍから約７５０ｎｍまでの広い波長帯域にわたって良好に偏光分離を行うことができる。結局、本実施例の設定では、Ｆ数が２．８と小さな光束の全体を、約４８０ｎｍから約５９０ｎｍまでの波長帯域にわたって、良好に偏光分離することが可能になっている。
【００５８】
＜第５の実施例＞
第５の実施例の諸条件を表５にまとめて示す。
表５
プリズム頂角θ：４５゜
プリズム屈折率Ｎd：１．８４
第１の積層部３１
ユニット数：１０
第１の波長λ1：７４０ｎｍ
高屈折率層３１Ｈの材料：ＴｉＯ2 、またはＴａ2Ｏ5
低屈折率層３１Ｌの材料：ＭｇＦ2
高屈折率層３１Ｈの屈折率ＮH1：２．２００
低屈折率層３１Ｌの屈折率ＮL1：１．３８５
屈折率差|ＮH1−ＮL1|：０．８１５
角度差|θ1−θ|：５．４６７
第２の積層部３２
ユニット数：１０
第２の波長λ2：１１４７ｎｍ
高屈折率層３２Ｈの材料：ＴｉＯ2 、またはＴａ2Ｏ5
低屈折率層３２Ｌの材料：Ａｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合物、またはＡｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏの混合物
高屈折率層３２Ｈの屈折率ＮH2：２．２００
低屈折率層３２Ｌの屈折率ＮL2：１．７１０
屈折率差|ＮH2−ＮL2|：０．４９０
角度差|θ2−θ|：２．１５６
波長比λ2／λ1：１．５５０
【００５９】
本実施例は、第２の波長λ2を除く全ての条件を第１の実施例と同一にして、波長比λ2／λ1を１．５５０としたものである。本実施例における光の波長と透過率の関係を図１６〜図１８に示す。これらの図において、太線はＳ偏光の透過率を表し、細線はＰ偏光の透過率を表す。図１６は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が４５゜の光線のものである。図１７は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が３４．７゜の光線のものであり、図１８は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が５５．３゜の光線のものである。前述のように、これら３本の光線は、空気層におけるＦ数が２．８で、主光線が誘電体多層膜３０に対して４５゜を成す収束光または発散光の、主光線と最外縁の２本の光線に相当する。
【００６０】
図１６に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が４５゜となる主光線については、約４９０ｎｍから約６７０ｎｍまでの波長帯域においてＰ偏光とＳ偏光を良好に分離することができる。また、図１７に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が最も小さくなる最外縁の光線については、約４１０ｎｍから約７２０ｎｍまでの広い波長帯域にわたって良好に偏光分離を行うことができる。さらに、図１８に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が最も大きくなる最外縁の光線については、約６２０ｎｍから約６３０ｎｍまでを除き、約４７０ｎｍから約７２０ｎｍまでの波長帯域において良好に偏光分離を行うことができる。
【００６１】
結局、本実施例の設定では、Ｆ数が２．８と小さな光束の全体を、４８０ｎｍから７５０ｎｍまでの波長範囲にわたって概ね良好に偏光分離することが可能になっている。ただし、約６２０ｎｍから約６３０ｎｍの波長帯域では、誘電体多層膜に対する入射角が大きいときに、Ｓ偏光が透過する現象が生じている。このＳ偏光の透過はＦ数を３．５とするとほとんどなくなるが（不図示）、Ｆ数が３程度以下の光束を偏光分離の対象とするときは、波長比λ2／λ1を１．５５以下に抑えるのが望ましいといえる。
【００６２】
＜第６の実施例＞
第６の実施例の諸条件を表６にまとめて示す。
表６
プリズム頂角θ：４５゜
プリズム屈折率Ｎd：１．８４
第１の積層部３１
ユニット数：１０
第１の波長λ1：７４０ｎｍ
高屈折率層３１Ｈの材料：ＴｉＯ2 、またはＴａ2Ｏ5
低屈折率層３１Ｌの材料：ＳｉＯ2
高屈折率層３１Ｈの屈折率ＮH1：２．２００
低屈折率層３１Ｌの屈折率ＮL1：１．４６０
屈折率差|ＮH1−ＮL1|：０．７４０
角度差|θ1−θ|：３．６５２
第２の積層部３２
ユニット数：１０
第２の波長λ2：１１３２．２ｎｍ
高屈折率層３２Ｈの材料：ＴｉＯ2 、またはＴａ2Ｏ5
低屈折率層３２Ｌの材料：Ａｌ2Ｏ3
高屈折率層３２Ｈの屈折率ＮH2：２．２００
低屈折率層３２Ｌの屈折率ＮL2：１．６２０
屈折率差|ＮH2−ＮL2|：０．５８０
角度差|θ2−θ|：０．１０７
波長比λ2／λ1：１．５３０
【００６３】
第６の実施例における光の波長と透過率の関係を図１９〜図２１に示す。これらの図において、太線はＳ偏光の透過率を表し、細線はＰ偏光の透過率を表す。図１９は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が４５゜の光線のものである。図２０は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が３４．７゜の光線のものであり、図２１は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が５５．３゜の光線のものである。前述のように、これら３本の光線は、空気層におけるＦ数が２．８で、主光線が誘電体多層膜３０に対して４５゜を成す収束光または発散光の、主光線と最外縁の２本の光線に相当する。
【００６４】
図１９に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が４５゜となる主光線については、約５１０ｎｍから約７５０ｎｍまでの波長帯域においてＰ偏光とＳ偏光を良好に分離することができる。また、図２０に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が最も小さくなる最外縁の光線については、約４３０ｎｍから約７２０ｎｍまでの広い波長帯域にわたって良好に偏光分離を行うことができる。さらに、図２１に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が最も大きくなる最外縁の光線については、約４８０ｎｍから約６４０ｎｍまでの波長帯域において良好に偏光分離を行うことができる。結局、本実施例の設定では、Ｆ数が２．８と小さな光束の全体を、約５１０ｎｍから約６４０ｎｍまでの波長帯域にわたって、良好に偏光分離することが可能になっている。
【００６５】
＜第７の実施例＞
第７の実施例の諸条件を表７にまとめて示す。
表７
プリズム頂角θ：４５゜
プリズム屈折率Ｎd：１．８０
第１の積層部３１
ユニット数：１０
第１の波長λ1：７４０ｎｍ
高屈折率層３１Ｈの材料：ＴｉＯ2 、またはＴａ2Ｏ5
低屈折率層３１Ｌの材料：ＳｉＯ2
高屈折率層３１Ｈの屈折率ＮH1：２．２００
低屈折率層３１Ｌの屈折率ＮL1：１．４６０
屈折率差|ＮH1−ＮL1|：０．７４０
角度差|θ1−θ|：２．６３０
第２の積層部３２
ユニット数：１１
第２の波長λ2：１１１７．４ｎｍ
高屈折率層３２Ｈの材料：ＴｉＯ2 、またはＴａ2Ｏ5
低屈折率層３２Ｌの材料：Ａｌ2Ｏ3
高屈折率層３２Ｈの屈折率ＮH2：２．２００
低屈折率層３２Ｌの屈折率ＮL2：１．６２０
屈折率差|ＮH2−ＮL2|：０．５８０
角度差|θ2−θ|：１．２７５
波長比λ2／λ1：１．５１０
【００６６】
第７の実施例における光の波長と透過率の関係を図２２〜図２４に示す。これらの図において、太線はＳ偏光の透過率を表し、細線はＰ偏光の透過率を表す。図２２は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が４５゜の光線のものである。図２３は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が３４．７゜の光線のものであり、図２４は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が５５．３゜の光線のものである。前述のように、これら３本の光線は、空気層におけるＦ数が２．８で、主光線が誘電体多層膜３０に対して４５゜を成す収束光または発散光の、主光線と最外縁の２本の光線に相当する。
【００６７】
図２２に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が４５゜となる主光線については、約５２０ｎｍから約７５０ｎｍまでの波長帯域においてＰ偏光とＳ偏光を良好に分離することができる。また、図２３に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が最も小さくなる最外縁の光線については、約４３０ｎｍから約５２０ｎｍまでの波長帯域および約５８０ｎｍから約７２０ｎｍまでの波長帯域において良好に偏光分離を行うことができる。さらに、図２４に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が最も大きくなる最外縁の光線については、約５００ｎｍから約６７０ｎｍまでの波長帯域において良好に偏光分離を行うことができる。結局、本実施例の設定では、Ｆ数が２．８と小さな光束の全体を、約５８０ｎｍから約６７０ｎｍまでの波長帯域にわたって、良好に偏光分離することが可能になっている。
【００６８】
【発明の効果】
本発明の偏光ビームスプリッタは、平行光はもとより、Ｆ数の小さな収束光や発散光の全体を、広い波長帯域にわたって良好に、Ｐ偏光とＳ偏光とに分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態の偏光ビームスプリッタの全体構成を模式的に示す図。
【図２】 上記偏光ビームスプリッタにおける偏光分離対象の波長帯域の設定原理を模式的に示す図。
【図３】 上記偏光ビームスプリッタの誘電体多層膜の構成を模式的に示す図。
【図４】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が４５゜の光線に対する第１の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図５】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が３４．７゜の光線に対する第１の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図６】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が５５．３゜の光線に対する第１の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図７】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が４５゜の光線に対する第２の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図８】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が３４．７゜の光線に対する第２の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図９】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が５５．３゜の光線に対する第２の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図１０】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が４５゜の光線に対する第３の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図１１】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が３４．７゜の光線に対する第３の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図１２】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が５５．３゜の光線に対する第３の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図１３】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が４５゜の光線に対する第４の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図１４】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が３４．７゜の光線に対する第４の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図１５】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が５５．３゜の光線に対する第４の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図１６】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が４５゜の光線に対する第５の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図１７】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が３４．７゜の光線に対する第５の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図１８】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が５５．３゜の光線に対する第５の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図１９】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が４５゜の光線に対する第６の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図２０】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が３４．７゜の光線に対する第６の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図２１】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が５５．３゜の光線に対する第６の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図２２】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が４５゜の光線に対する第７の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図２３】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が３４．７゜の光線に対する第７の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図２４】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が５５．３゜の光線に対する第７の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図２５】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が４５゜の光線に対する従来の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図２６】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が３４．７゜の光線に対する従来の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図２７】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が５５．３゜の光線に対する従来の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【符号の説明】
１ 偏光ビームスプリッタ
１０ 第１のプリズム
１１ 第１の面
１２ 第２の面
１３ 第３の面
２０ 第２のプリズム
２１ 第１の面
２２ 第２の面
２３ 第３の面
３０ 誘電体多層膜
３１ 第１の積層部
３１Ｈ 高屈折率層
３１Ｌ 低屈折率層
３２ 第２の積層部
３２Ｈ 高屈折率層
３２Ｌ 低屈折率層
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｐ偏光とＳ偏光を分離する偏光ビームスプリッタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
偏光面が互いに直交する偏光成分を分離する偏光ビームスプリッタが、映像表示装置の光学系や光ディスク装置の光学系として用いられている。偏光ビームスプリッタは、屈折率が異なる２種の誘電体を分離対象の光の波長の１／４の光学的膜厚を有するように交互に積層した誘電体多層膜を備えて、誘電体多層膜に斜めに入射する光のうち、Ｐ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射することによって、両偏光を分離する。
【０００３】
Ｐ偏光とＳ偏光を効率よく分離するためには、誘電体多層膜に対する光の入射角をブリュースター角に近い値とするのがよく、また、誘電体多層膜の屈折率と誘電体多層膜内を進む光の角度が次の式０を満たすのが望ましい。
sin2ψ＝ＮH2・ＮL2／｛ＮE2・（ＮH2＋ＮL2）｝ … 式０
ここで、ＮEは誘電体多層膜に接して光を誘電体多層膜に入射させる媒質の屈折率を、ＮHは誘電体多層膜の高屈折率層の屈折率を、ＮLは誘電体多層膜の低屈折率層の屈折率を、ψは誘電体多層膜の法線に対する光の角を表す。
【０００４】
さらに、誘電体多層膜を保護するとともに、光学素子としての取り扱いが容易な形態とする必要もある。
【０００５】
このような要請から、偏光ビームスプリッタは、一般に、誘電体多層膜を２つの透明媒体で挟んだ構成とされ、誘電体多層膜は、入射角を４５゜とし、かつ、式０を満たすように設計される。また、透明媒体と空気との界面での屈折を抑えるとともに、分離後のＰ偏光とＳ偏光が互いに垂直な方向に進むようにして分離後の取り扱いを容易にするために、２つの透明媒体は断面が直角二等辺三角形のプリズムとされ、両者の斜面で透明媒体を挟む形態とされる。
【０００６】
このように設定された従来の偏光ビームスプリッタは、誘電体多層膜に対する光の入射角が４５゜のときは、基準波長を中心とする広い波長帯域について、Ｐ偏光の透過率が高く、Ｓ偏光の反射率も高く、したがって両偏光の分離能に優れたものとなる。しかしながら、従来の偏光ビームスプリッタは高い入射角依存性を有しており、誘電体多層膜に対する光の入射角が設計値の４５゜から少しでもずれると、Ｐ偏光とＳ偏光の分離能が低下し、特に、Ｐ偏光の透過率が低くなる。つまり、偏光分離を良好に行い得る波長帯域は、光の入射角が４５゜でなければ、非常に狭くなる。
【０００７】
偏光ビームスプリッタを用いる光学系には、単一波長の光だけを取り扱うものもあるが、多くは、ある程度の波長帯域にわたる光を取り扱う。例えば、映像表示装置の光学系では、取り扱う波長帯域は可視光の波長帯域全体にわたる。このような光学系の小型化を図るためには、偏光ビームスプリッタの数が少ないほどよく、また、偏光ビームスプリッタに収束または発散しつつある状態の光を導き得るようにするのが望ましい。
【０００８】
しかし、上述の入射角依存性により、広い波長帯域にわたる光を、収束光や発散光の状態で良好に分離することはできない。たとえ、誘電体多層膜に対する収束光や発散光の主光線の入射角を設計値の４５゜としても、主光線以外の光線の入射角は４５゜からずれるため、Ｐ偏光とＳ偏光を良好に分離できるのは主光線の近傍部分のみとなり、主光線近傍以外の部分、特に外縁部については、両偏光の分離能は著しく低下する。
【０００９】
従来の偏光ビームスプリッタにおける光の波長と透過率の関係を図２５〜図２７に示す。これらの図において、太線はＳ偏光の透過率を表し、細線はＰ偏光の透過率を表す。図２５は、プリズムへの入射前に（つまり空気層において）誘電体多層膜の法線に対して成す角が４５゜の光線のものである。この光線の誘電体多層膜への入射角は４５゜となる。図２６は、プリズムへの入射前において誘電体多層膜の法線に対して成す角が３４．７゜の光線のものであり、図２７は、プリズムへの入射前において誘電体多層膜の法線に対して成す角が５５．３゜の光線のものである。これらの３本の光線は、空気層におけるＦ数が２．８で、主光線が誘電体多層膜に対して４５゜を成す収束光または発散光の、主光線と最外縁の２本の光線に相当する。なお、プリズムの屈折率Ｎdは１．８４である。
【００１０】
図２５より明らかなように、誘電体多層膜に対する入射角が４５゜となる主光線については、約４４０ｎｍから約６４０ｎｍまでの広い波長帯域わたってＰ偏光とＳ偏光を良好に分離することができる。ところが、図２６に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が最も小さくなる最外縁の光線については、良好に偏光分離できるのは、約４９０ｎｍから約５４０ｎｍまでの波長帯域と、約６００ｎｍから約６７０ｎｍまでの波長帯域とに限られている。また、図２７に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が最も大きくなる最外縁の光線については、良好に偏光分離できるのは、約３８０ｎｍから約４３０ｎｍまでの波長帯域と、約４９０ｎｍから約６００ｎｍまでの波長帯域とに限られている。
【００１１】
結局、Ｆ数が２．８の光束の全体をＰ偏光とＳ偏光に良好に分離できる波長帯域は、４９０ｎｍから５４０ｎｍのみとなり、非常に狭い。Ｆ数がより大きな光束については偏光分離を良好に行い得る波長帯域は広くなるが、それでも、偏光分離の対象とする光束のＦ数に大きな制約が生じる。これは、偏光ビームスプリッタを備える光学系の小型化を困難にする。
【００１２】
この不都合を解消する一法として、誘電体多層膜を２つの積層部で構成し、第１の積層部を、第１の基準波長に基づいて、第１の光線の角度（ψ1）において式０を満たすように設計し、第２の積層部を、第２の基準波長に基づいて、第２の光線の角度（ψ2）において式０を満たすように設計した偏光ビームスプリッタが提案されている（例えば、特許文献１〜３）。このような構成の偏光ビームスプリッタでは、各々の積層部が低い入射角依存性で偏光分離を良好に行い得る波長帯域の幅は従来と変わらないが、その波長帯域を２つの積層部で相違させることができるため、誘電体多層膜全体としては、低い入射角依存性で偏光分離を良好に行い得る波長帯域が広がる。
【００１３】
【特許文献１】
特開平７−２８１０２４号公報
【特許文献２】
特開平１１−２１１９１６号公報
【特許文献３】
特開２００１−３５００２４号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、単に誘電体多層膜を異なる基準波長および光の角度に対して設計するだけでは、２つの積層部が偏光分離を良好に行い得る波長帯域が連続しなくなることがある。２つの積層部が偏光分離を良好に行い得る波長帯域が連続しなければ、誘電体多層膜全体として偏光分離を良好に行い得る波長帯域は広くなるものの、その一部に偏光分離を良好に行い得ない波長帯域が生じることになる。
【００１５】
本発明はこの点に鑑みてなされたもので、偏光分離を良好に行い得る波長帯域が広く、その波長帯域全体にわたって入射角依存性が低い偏光ビームスプリッタを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、光を入射させる第１の面と、第１の面に対して鋭角を成す第２の面を有する第１のプリズムと、第１のプリズムの第２の面に対向する第２のプリズムと、第１のプリズムと第２のプリズムとに挟まれた誘電体多層膜とを備え、誘電体多層膜が、第１の波長の１／４の光学的膜厚を有する高屈折率層と第１の波長の１／４の光学的膜厚を有する低屈折率層を交互に積層した第１の積層部と、第２の波長の１／４の光学的膜厚を有する高屈折率層と第２の波長の１／４の光学的膜厚を有する低屈折率層を交互に積層した第２の積層部とを備える偏光ビームスプリッタにおいて、式１の関係を満たすとともに、式２および式３をそれぞれ満たす角θ1、θ2に対して、式４および式５、または、式６および式７の関係を満たすものとする。
λ1＜λ2≦１．５５・λ1 … 式１
sin2θ1＝ＮH12・ＮL12／｛Ｎd2・（ＮH12＋ＮL12）｝ … 式２
sin2θ2＝ＮH22・ＮL22／｛Ｎd2・（ＮH22＋ＮL22）｝ … 式３
|ＮH1−ＮL1|＜|ＮH2−ＮL2| … 式４
|θ1−θ|＜|θ2−θ| … 式５
|ＮH1−ＮL1|＞|ＮH2−ＮL2| … 式６
|θ1−θ|＞|θ2−θ| … 式７
【００１７】
ここで、λ1は第１の波長を、λ2は第２の波長を、θは第１のプリズムの第１の面と第２の面が成す角を、Ｎdは第１のプリズムの屈折率を、ＮH1は第１の積層部の高屈折率層の屈折率を、ＮL1は第１の積層部の低屈折率層の屈折率を、ＮH2は第２の積層部の高屈折率層の屈折率を、ＮL2は第２の積層部の低屈折率層の屈折率を表す。なお、角θ1、θ2は誘電体多層膜内を進行する光の、誘電体多層膜の法線に対する角である。
【００１８】
この偏光ビームスプリッタは、第１のプリズムの第１の面から光を入射させて、第１のプリズムと第２のプリズムとで挟まれた誘電体多層膜によって、Ｐ偏光とＳ偏光を分離する。誘電体多層膜は第１の積層部と第２の積層部より成る。第１の積層部は、第１の波長λ1を基準波長として、第１の角θ1において前述の式０を満たすように設定されており（式２）、第２の積層部は、第２の波長λ2を基準波長として、第２の角θ2において式０を満たすように設定されている（式３）。
【００１９】
ここで、第２の波長λ2は第１の波長λ1よりも長いが、第２の波長λ2は第１の波長λ1の１．５５倍以下とする（式１）。第１のプリズムの第１の面と第２の面が成す角（プリズム頂角）θは、第１の面に垂直に入射する光線の誘電体多層膜に対する入射角であり、第１の積層部において式２を満たす第１の角θ1と、第１の面に垂直に入射する光線の誘電体多層膜に対する入射角θには、絶対値で|θ1−θ|の角度差がある。同様に、第２の積層部において式３を満たす第２の角θ2と、第１の面に垂直に入射する光線の誘電体多層膜に対する入射角θにも、絶対値で|θ2−θ|の角度差がある。
【００２０】
これらの角度差は、高屈折率層と低屈折率層の屈折率の差が、第１の積層部と第２の積層部のどちらにおいて大きいかに応じて定める。高屈折率層と低屈折率層の屈折率の差が、第１の積層部よりも第２の積層部において大きいときには（式４）、第２の角とプリズム頂角の角度差を、第１の角とプリズム頂角の角度差よりも大きくし（式５）、逆に、高屈折率層と低屈折率層の屈折率の差が、第２の積層部よりも第１の積層部において大きいときには（式６）、第１の角とプリズム頂角の角度差を、第２の角とプリズム頂角の角度差よりも大きくする（式７）。
【００２１】
式１を満たすと同時に、式２、式３を満たす角θ1、θ2に対して式４および式５、または式６および式７を満たすようにすることで、第１の積層部が低い入射角依存性で偏光分離を良好に行い得る波長帯域と、第２の積層部が低い入射角依存性で偏光分離を良好に行い得る波長帯域とを相違させ、しかも、それら２つの波長帯域に重なり合う部分を生じさせることができる。つまり、入射角依存性が低い２つの波長帯域が連続した誘電体多層膜が得られる。
【００２２】
第１の積層部の高屈折率層はＴｉＯ2、またはＴａ2Ｏ5 、第１の積層部の低屈折率層はＭｇＦ2、またはＳｉＯ2、第２の積層部の高屈折率層はＴｉＯ2、またはＴａ2Ｏ5 、第２の積層部の低屈折率層はＡｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合物、Ａｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏの混合物、またはＡｌ2Ｏ3とすることができる。
【００２３】
第１の積層部の高屈折率層はＴｉＯ2とＬａ2Ｏ3の混合物、ＴｉＯ2とＬａ2Ｏの混合物、またはＴａ2Ｏ5、第１の積層部の低屈折率層はＭｇＦ2、またはＳｉＯ2、第２の積層部の高屈折率層はＴｉＯ2、またはＴａ2Ｏ5 、第２の積層部の低屈折率層はＡｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合物、Ａｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏの混合物、またはＡｌ2Ｏ3とすることもできる。
【００２４】
第１の積層部の高屈折率層はＡｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合物、またはＡｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏの混合物、第１の積層部の低屈折率層はＭｇＦ2、第２の積層部の高屈折率層はＴｉＯ2、またはＴａ2Ｏ5 、第２の積層部の低屈折率層はＡｌ2Ｏ3とすることもできる。
【００２５】
第１の積層部の高屈折率層はＡｌ2Ｏ3、第１の積層部の低屈折率層はＭｇＦ2、第２の積層部の高屈折率層はＴｉＯ2、またはＴａ2Ｏ5 、第２の積層部の低屈折率層はＳｉＯ2とすることもできる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態の偏光ビームスプリッタ１の全体構成を図１に模式的に示す。偏光ビームスプリッタ１は、第１のプリズム１０、第２のプリズム２０、およびこれらに挟まれた誘電体多層膜３０より成り、誘電体多層膜３０に光を斜めに入射させて、誘電体多層膜３０を透過するＰ偏光と、誘電体多層膜３０によって反射されるＳ偏光とに分離する。
【００２７】
第１のプリズム１０は、第１の面１１、第２の面１２、第３の面１３を有し、第１の面１１と第３の面１３が直交する直角三角プリズムである。第２のプリズム２０も、第１の面２１、第２の面２２、第３の面２３を有し、第１の面２１と第３の面２３が直交する直角三角プリズムである。第１のプリズム１０と第２のプリズム２０は、同じ光学材料で作製されており、両者の屈折率は等しい。
【００２８】
第１のプリズム１０と第２のプリズム２０は、それぞれの第２の面１２、２２が近接して平行になるように、対向して配置されており、誘電体多層膜３０は第１のプリズム１０の第２の面１２と第２のプリズムの第２の面２２とに挟まれている。偏光ビームスプリッタ１は、光を第１のプリズム１０の第１の面１１から入射させて、誘電体多層膜３０を透過したＰ偏光を第２のプリズムの第３の面２３から出射させ、誘電体多層膜３０によって反射したＳ偏光を第１のプリズム１０の第３の面１３から出射させる。
【００２９】
偏光ビームスプリッタ１が偏光分離の対象とする光は、平行光に限らず、収束光や発散光である。第１のプリズム１０の第１の面１１には、偏光分離対象の光を、その主光線が第１の面１１に対して垂直に入射するように導く。第１のプリズム１０および第２のプリズム２０は、上述のように直角三角プリズムであるが、特に、直角二等辺三角プリズムとしてもよい。すなわち、第１のプリズム１０については、第１の面１１と第３の面１３に直交する平面内において第１の面１１と第３の面１３が成す線分の長さを等しくし、第２のプリズム２０については、第１の面２１と第３の面２３に直交する平面内において第１の面２１と第３の面２３が成す線分の長さを等しくするようにしてもよい。
【００３０】
第１のプリズム１０および第２のプリズム２０を直角二等辺三角プリズムとすると、分離後のＰ偏光とＳ偏光の主光線を互いに垂直な方向に進行させることができて、分離後の両偏光の取り扱いが容易になる。また、分離後の両偏光の主光線を第３の面１３、２３から垂直に出射させることができて、第１のプリズム１０の第３の面１３から出射したＳ偏光と、第２のプリズム２０の第３の面２３から出射したＰ偏光の収束あるいは発散の状態を、第１の面１１への入射前における状態に等しくする（Ｆ数を不変とする）ことが可能になり、偏光ビームスプリッタ１を含む光学系全体の設計が容易になる。
【００３１】
ただし、第１のプリズム１０または第２のプリズム２０を必ずしも直角二等辺三角プリズムとする必要はなく、第１のプリズム１０の第１の面１１と第２の面１２の成す角（プリズム頂角）θがブリュースター角から大きく離れない限り、第１のプリズム１０や第２のプリズム２０の形状は任意に設定してよい。また、第１のプリズム１０の屈折率と第２の屈折率は等しくてもよいし、異なっていてもよい。
【００３２】
偏光ビームスプリッタ１における偏光分離対象の波長帯域の設定原理を図２に模式的に示す。偏光ビームスプリッタ１では、誘電体多層膜３０を２つの積層部で構成し、一方の積層部が偏光分離の対象とする波長帯域Ａと、他方の積層部が偏光分離の対象とする波長帯域Ｂを相違させるとともに、波長帯域Ａと波長帯域Ｂとに重なり合う範囲Ｄが存在するようにする。また、一方の積層部については波長帯域Ａ全体にわたって入射角依存性を抑え、他方の積層部についても波長帯域Ｂ全体にわたって入射角依存性を抑えて、広い波長帯域全体にわたって入射角依存性の低い誘電体多層膜３０とする。
【００３３】
誘電体多層膜３０の構成を図３に模式的に示す。誘電体多層膜３０は、第１の積層部３１と第２の積層部３２より成る。第１の積層部３１は、相対的に屈折率が高い高屈折率層３１Ｈと相対的に屈折率が低い低屈折率層３１Ｌを交互に積層して構成されている。第２の積層部３２も、相対的に屈折率が高い高屈折率層３２Ｈと相対的に屈折率が低い低屈折率層３２Ｌを交互に積層して構成されている。
【００３４】
第１の積層部３１の高屈折率層３１Ｈと低屈折率層３１Ｌは、第１のプリズム１０に接する層と第２の積層部３２に接する層とを除き、第１の波長λ1の１／４の光学的膜厚に設定されている。また、第１のプリズム１０に接する層と第２の積層部３２に接する層は、波長λ1の１／８の光学的膜厚に設定されている。第２の積層部３２の高屈折率層３２Ｈと低屈折率層３２Ｌは、第２のプリズム２０に接する層と第１の積層部３１に接する層とを除き、第２の波長λ2の１／４の光学的膜厚に設定されている。また、第２のプリズム２０に接する層と第１の積層部３１に接する層は、波長λ2の１／８の光学的膜厚に設定されている。
【００３５】
第１の積層部３１における高屈折率層３１Ｈと低屈折率層３１Ｌの順序は、逆にしてもよく、第２の積層部３２における高屈折率層３２Ｈと低屈折率層３２Ｌの順序も、逆にしてかまわない。また、第１の積層部３１における高屈折率層３１Ｈと低屈折率層３１Ｌの数の和は偶数であっても奇数であってもよいし、同様に、第２の積層部３２における高屈折率層３２Ｈと低屈折率層３２Ｌの数の和も偶数、奇数のいずれとしてもよい。さらに、第１の積層部３１と第２の積層部３２のどちらを第１のプリズム１０側にしてもよく、光学的膜厚が波長λ1または波長λ2の１／８の層を、隣接する誘電体層と同じ屈折率とすることもできるし、別の光学的膜厚とすることや、省略することもできる。
【００３６】
第１のプリズム１０の屈折率をＮd、第１の積層部３１の高屈折率層３１Ｈの屈折率をＮH1、第１の積層部３１の低屈折率層３１Ｌの屈折率をＮL1、第２の積層部３２の高屈折率層３２Ｈの屈折率をＮH2、第２の積層部３２の低屈折率層３２Ｌの屈折率をＮL2、誘電体多層膜３０の法線に対する第１の角をθ1、誘電体多層膜３０の法線に対する第２の角をθ2として、偏光ビームスプリッタ１が満たす諸条件について説明する。
【００３７】
第１の積層部３１は、前述の式２を満たすように、つまり、第１の角θ1において前述の式０を満たすように設定する。第２の積層部３２は、式３を満たすように、つまり、第２の角θ2において式０を満たすように設定する。
【００３８】
第１の積層部３１の基準波長である第１の波長λ1と、第２の積層部３２の基準波長である第２の波長λ2については、第２の波長λ2が、第１の波長λ1よりも長く、かつ、第１の波長λ1の１．５５倍以下とする。つまり、式１を満たすようにする。波長比λ2／λ1が大きくなりすぎると、第１の積層部３１が偏光分離を良好に行い得る波長帯域と、第２の積層部３２が偏光分離を良好に行い得る波長帯域とに、重なり合う部分がなくなってしまい、誘電体多層膜３０が偏光分離を行い得る波長帯域の一部に、偏光分離が良好でない部分が生じるからである。波長比λ2／λ1を１．５５以下に制限することで、そのような不都合を避けることができる。
【００３９】
なお、波長比λ2／λ1が小さくなるほど、第１の積層部３１が偏光分離を良好に行い得る波長帯域と、第２の積層部３２が偏光分離を良好に行い得る波長帯域との重なりが大きくなり、誘電体多層膜３０が偏光分離を良好に行い得る波長帯域は狭くなる。誘電体多層膜３０が偏光分離を良好に行い得る波長帯域があまりに狭くなるのを避けるためには、波長比λ2／λ1を１．１程度以上にすればよい。
【００４０】
また、第１の積層部３１の高屈折率層３１Ｈの屈折率ＮH1と低屈折率層３１Ｌの屈折率ＮL1の差|ＮH1−ＮL1|が、第２の積層部３２の高屈折率層３２Ｈの屈折率ＮH2と低屈折率層３２Ｌの屈折率ＮL2の差|ＮH2−ＮL2|よりも小さいときには、第１の角θ１とプリズム頂角θの差の絶対値|θ1−θ|を、第２の角θ2とプリズム頂角θの差の絶対値|θ2−θ|よりも小さくする。逆に、第１の積層部３１の屈折率の差|ＮH1−ＮL1|が第２の積層部３２の屈折率の差|ＮH2−ＮL2|よりも大きいときには、第１の角θ１とプリズム頂角θの差の絶対値|θ1−θ|を、第２の角θ2とプリズム頂角θの差の絶対値|θ2−θ|よりも大きくする。つまり、式４および式５を満たすか、あるいは、式６および式７を満たす。
【００４１】
このような設定により、偏光ビームスプリッタ１は、以下に述べる実施例に示すごとく、Ｐ偏光とＳ偏光を良好に分離し得る波長帯域が広く、入射角依存性がその波長帯域全体にわたって低いという特性を備えたものとなる。なお、誘電体多層膜３０の各誘電体層３１Ｈ、３１Ｌ、３２Ｈ、３２Ｌは、スパッタリング法、プラズマイオンプレーティング法、イオンビームアシスト法等の既に確立されている成膜方法で作製することができる。
【００４２】
【実施例】
以下、上記の偏光ビームスプリッタ１の実施例を示す。各実施例においては、第１のプリズム１０と第２のプリズム２０を直角二等辺三角プリズムとしており、したがって、第１のプリズム１０の第１の面１１と第２の面１２が成す頂角θは４５゜である。また、第２のプリズム２０の屈折率は第１のプリズム１０の屈折率Ｎdと等しくしている。
【００４３】
誘電体多層膜３０の第１の積層部３１には、波長λ1の１／８の光学的膜厚の層を、プリズム１０に接する層および第２の積層部３２に接する層として含めており、第２の積層部３２にも、波長λ2の１／８の光学的膜厚の層を、プリズム２０に接する層および第１の積層部３１に接する層として含めている。光学的膜厚が波長λ1（またはλ2）の１／４の誘電体層と、これを両面から挟む２つの誘電体層の波長λ1（またはλ2）の１／８の光学的膜厚に相当する部分とを合わせて、１ユニットとし、第１の積層部３１および第２の積層部３２の構成を、ユニット数で表す。
【００４４】
＜第１の実施例＞
第１の実施例の諸条件を表１にまとめて示す。
表１
プリズム頂角θ：４５゜
プリズム屈折率Ｎd：１．８４
第１の積層部３１
ユニット数：１０
第１の波長λ1：７４０ｎｍ
高屈折率層３１Ｈの材料：ＴｉＯ2 、またはＴａ2Ｏ5
低屈折率層３１Ｌの材料：ＭｇＦ2
高屈折率層３１Ｈの屈折率ＮH1：２．２００
低屈折率層３１Ｌの屈折率ＮL1：１．３８５
屈折率差|ＮH1−ＮL1|：０．８１５
角度差|θ1−θ|：５．４６７
第２の積層部３２
ユニット数：１０
第２の波長λ2：１０６５．６ｎｍ
高屈折率層３２Ｈの材料：ＴｉＯ2 、またはＴａ2Ｏ5
低屈折率層３２Ｌの材料：Ａｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合物、またはＡｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏの混合物
高屈折率層３２Ｈの屈折率ＮH2：２．２００
低屈折率層３２Ｌの屈折率ＮL2：１．７１０
屈折率差|ＮH2−ＮL2|：０．４９０
角度差|θ2−θ|：２．１５６
波長比λ2／λ1：１．４４０
【００４５】
なお、高屈折率層３１Ｈ、３２Ｈの材料としてＴａ2Ｏ5を用いるときは、イオンプレーティングやスパッタリングによって不純物を加えておく。これにより、Ｔａ2Ｏ5の屈折率を、本来の値２．０５０から高めて、上記の値とすることができる。高屈折率層３１Ｈ、３２Ｈの材料としてＴｉＯ2とＴａ2Ｏ5のいずれを用いるかは、プリズム１０、２０の材料との相性、低屈折率層３１Ｌ、３２Ｌの材料との相性、成膜のし易さ等を考慮して定めればよい、
【００４６】
第１の実施例における光の波長と透過率の関係を図４〜図６に示す。これらの図において、太線はＳ偏光の透過率を表し、細線はＰ偏光の透過率を表す。図４は、第１のプリズム１０への入射前に（つまり空気層において）誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が４５゜の光線のものである。この光線の誘電体多層膜３０への入射角は４５゜となる。図５は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が３４．７゜の光線のものであり、図６は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が５５．３゜の光線のものである。これら３本の光線は、空気層におけるＦ数が２．８で、主光線が誘電体多層膜３０に対して４５゜を成す収束光または発散光の、主光線と最外縁の２本の光線に相当する。
【００４７】
図４に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が４５゜となる主光線については、約４８０ｎｍから約７５０ｎｍまでの広い波長帯域わたってＰ偏光とＳ偏光を良好に分離することができる。また、図５に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が最も小さくなる最外縁の光線についても、約４１０ｎｍから約７２０ｎｍまでの広い波長帯域にわたって良好に偏光分離を行うことができる。さらに、図６に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が最も大きくなる最外縁の光線についても、約４７０ｎｍから約６７０ｎｍまでの波長帯域において良好に偏光分離を行うことができる。
【００４８】
結局、本実施例の設定では、Ｆ数が２．８と小さな光束の全体を、約４８０ｎｍから約６７０ｎｍまでの波長範囲にわたって良好に偏光分離することが可能になっている。なお、図示しないが、Ｆ数が３．５の光束については、その全体を、可視光全体にわたって、良好に偏光分離することが可能である。
【００４９】
＜第２の実施例＞
第２の実施例の諸条件を表２にまとめて示す。
表２
プリズム頂角θ：４５゜
プリズム屈折率Ｎd：１．８０
第１の積層部３１
ユニット数：１０
第１の波長λ1：７２０ｎｍ
高屈折率層３１Ｈの材料：ＴｉＯ2とＬａ2Ｏ3の混合物、ＴｉＯ2とＬａ2Ｏの混合物、またはＴａ2Ｏ5、
低屈折率層３１Ｌの材料：ＭｇＦ2
高屈折率層３１Ｈの屈折率ＮH1：２．０５０
低屈折率層３１Ｌの屈折率ＮL1：１．３８５
屈折率差|ＮH1−ＮL1|：０．６６５
角度差|θ1−θ|：６．５２０
第２の積層部３２
ユニット数：１１
第２の波長λ2：８６４ｎｍ
高屈折率層３２Ｈの材料：ＴｉＯ2 、またはＴａ2Ｏ5
低屈折率層３２Ｌの材料：Ａｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合物、またはＡｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏの混合物
高屈折率層３２Ｈの屈折率ＮH2：２．２００
低屈折率層３２Ｌの屈折率ＮL2：１．７１０
屈折率差|ＮH2−ＮL2|：０．４９０
角度差|θ2−θ|：３．１４２
波長比λ2／λ1：１．２００
【００５０】
第２の実施例における光の波長と透過率の関係を図７〜図９に示す。これらの図において、太線はＳ偏光の透過率を表し、細線はＰ偏光の透過率を表す。図７は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が４５゜の光線のものである。図８は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が３４．７゜の光線のものであり、図９は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が５５．３゜の光線のものである。前述のように、これら３本の光線は、空気層におけるＦ数が２．８で、主光線が誘電体多層膜３０に対して４５゜を成す収束光または発散光の、主光線と最外縁の２本の光線に相当する。
【００５１】
図７に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が４５゜となる主光線については、約４８０ｎｍから約７５０ｎｍまでの広い波長帯域わたってＰ偏光とＳ偏光を良好に分離することができる。また、図８に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が最も小さくなる最外縁の光線については、約４１０ｎｍから約６５０ｎｍまでの波長帯域において良好に偏光分離を行うことができる。さらに、図９に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が最も大きくなる最外縁の光線についても、約４５０ｎｍから約７１０ｎｍまでの広い波長帯域にわたって良好に偏光分離を行うことができる。結局、本実施例の設定では、Ｆ数が２．８と小さな光束の全体を、約４８０ｎｍから約６５０ｎｍまでの波長帯域にわたって、良好に偏光分離することが可能になっている。
【００５２】
＜第３の実施例＞
第３の実施例の諸条件を表３にまとめて示す。
表３
プリズム頂角θ：４５゜
プリズム屈折率Ｎd：１．７０
第１の積層部３１
ユニット数：１１
第１の波長λ1：７５０ｎｍ
高屈折率層３１Ｈの材料：Ａｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合物、またはＡｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏの混合物
低屈折率層３１Ｌの材料：ＭｇＦ2
高屈折率層３１Ｈの屈折率ＮH1：１．７１０
低屈折率層３１Ｌの屈折率ＮL1：１．３８５
屈折率差|ＮH1−ＮL1|：０．３２５
角度差|θ1−θ|：５．７２１
第２の積層部３２
ユニット数：１１
第２の波長λ2：８３０ｎｍ
高屈折率層３２Ｈの材料：ＴｉＯ2 、またはＴａ2Ｏ5
低屈折率層３２Ｌの材料：Ａｌ2Ｏ3
高屈折率層３２Ｈの屈折率ＮH2：２．２００
低屈折率層３２Ｌの屈折率ＮL2：１．６２０
屈折率差|ＮH2−ＮL2|：０．５８０
角度差|θ2−θ|：６．１７７
波長比λ2／λ1：１．１０７
【００５３】
第３の実施例における光の波長と透過率の関係を図１０〜図１２に示す。これらの図において、太線はＳ偏光の透過率を表し、細線はＰ偏光の透過率を表す。図１０は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が４５゜の光線のものである。図１１は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が３４．７゜の光線のものであり、図１２は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が５５．３゜の光線のものである。前述のように、これら３本の光線は、空気層におけるＦ数が２．８で、主光線が誘電体多層膜３０に対して４５゜を成す収束光または発散光の、主光線と最外縁の２本の光線に相当する。
【００５４】
図１０に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が４５゜となる主光線については、約４８０ｎｍから約６００ｎｍまでの波長帯域においてＰ偏光とＳ偏光を良好に分離することができる。また、図１１に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が最も小さくなる最外縁の光線については、約４７０ｎｍから約６３０ｎｍまでの波長帯域において良好に偏光分離を行うことができる。さらに、図１２に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が最も大きくなる最外縁の光線については、約４４０ｎｍから約７２０ｎｍまでの広い波長帯域にわたって良好に偏光分離を行うことができる。結局、本実施例の設定では、Ｆ数が２．８と小さな光束の全体を、約４８０ｎｍから約６００ｎｍまでの波長帯域にわたって、良好に偏光分離することが可能になっている。
【００５５】
＜第４の実施例＞
第４の実施例の諸条件を表４にまとめて示す。
表４
プリズム頂角θ：４５゜
プリズム屈折率Ｎd：１．６０
第１の積層部３１
ユニット数：１１
第１の波長λ1：７２０ｎｍ
高屈折率層３１Ｈの材料：Ａｌ2Ｏ3
低屈折率層３１Ｌの材料：ＭｇＦ2
高屈折率層３１Ｈの屈折率ＮH1：１．６２０
低屈折率層３１Ｌの屈折率ＮL1：１．３８５
屈折率差|ＮH1−ＮL1|：０．２３５
角度差|θ1−θ|：４．０７４
第２の積層部３２
ユニット数：１３
第２の波長λ2：８５０ｎｍ
高屈折率層３２Ｈの材料：ＴｉＯ2 、またはＴａ2Ｏ5
低屈折率層３２Ｌの材料：ＳｉＯ2
高屈折率層３２Ｈの屈折率ＮH2：２．２００
低屈折率層３２Ｌの屈折率ＮL2：１．４６０
屈折率差|ＮH2−ＮL2|：０．７４０
角度差|θ2−θ|：４．２００
波長比λ2／λ1：１．１８１
【００５６】
第４の実施例における光の波長と透過率の関係を図１３〜図１５に示す。これらの図において、太線はＳ偏光の透過率を表し、細線はＰ偏光の透過率を表す。図１３は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が４５゜の光線のものである。図１４は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が３４．７゜の光線のものであり、図１５は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が５５．３゜の光線のものである。前述のように、これら３本の光線は、空気層におけるＦ数が２．８で、主光線が誘電体多層膜３０に対して４５゜を成す収束光または発散光の、主光線と最外縁の２本の光線に相当する。
【００５７】
図１３に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が４５゜となる主光線については、約４８０ｎｍから約５９０ｎｍまでの波長帯域においてＰ偏光とＳ偏光を良好に分離することができる。また、図１４に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が最も小さくなる最外縁の光線については、約４８０ｎｍから約６３０ｎｍまでの波長帯域において良好に偏光分離を行うことができる。さらに、図１５に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が最も大きくなる最外縁の光線については、約４４０ｎｍから約７５０ｎｍまでの広い波長帯域にわたって良好に偏光分離を行うことができる。結局、本実施例の設定では、Ｆ数が２．８と小さな光束の全体を、約４８０ｎｍから約５９０ｎｍまでの波長帯域にわたって、良好に偏光分離することが可能になっている。
【００５８】
＜第５の実施例＞
第５の実施例の諸条件を表５にまとめて示す。
表５
プリズム頂角θ：４５゜
プリズム屈折率Ｎd：１．８４
第１の積層部３１
ユニット数：１０
第１の波長λ1：７４０ｎｍ
高屈折率層３１Ｈの材料：ＴｉＯ2 、またはＴａ2Ｏ5
低屈折率層３１Ｌの材料：ＭｇＦ2
高屈折率層３１Ｈの屈折率ＮH1：２．２００
低屈折率層３１Ｌの屈折率ＮL1：１．３８５
屈折率差|ＮH1−ＮL1|：０．８１５
角度差|θ1−θ|：５．４６７
第２の積層部３２
ユニット数：１０
第２の波長λ2：１１４７ｎｍ
高屈折率層３２Ｈの材料：ＴｉＯ2 、またはＴａ2Ｏ5
低屈折率層３２Ｌの材料：Ａｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合物、またはＡｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏの混合物
高屈折率層３２Ｈの屈折率ＮH2：２．２００
低屈折率層３２Ｌの屈折率ＮL2：１．７１０
屈折率差|ＮH2−ＮL2|：０．４９０
角度差|θ2−θ|：２．１５６
波長比λ2／λ1：１．５５０
【００５９】
本実施例は、第２の波長λ2を除く全ての条件を第１の実施例と同一にして、波長比λ2／λ1を１．５５０としたものである。本実施例における光の波長と透過率の関係を図１６〜図１８に示す。これらの図において、太線はＳ偏光の透過率を表し、細線はＰ偏光の透過率を表す。図１６は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が４５゜の光線のものである。図１７は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が３４．７゜の光線のものであり、図１８は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が５５．３゜の光線のものである。前述のように、これら３本の光線は、空気層におけるＦ数が２．８で、主光線が誘電体多層膜３０に対して４５゜を成す収束光または発散光の、主光線と最外縁の２本の光線に相当する。
【００６０】
図１６に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が４５゜となる主光線については、約４９０ｎｍから約６７０ｎｍまでの波長帯域においてＰ偏光とＳ偏光を良好に分離することができる。また、図１７に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が最も小さくなる最外縁の光線については、約４１０ｎｍから約７２０ｎｍまでの広い波長帯域にわたって良好に偏光分離を行うことができる。さらに、図１８に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が最も大きくなる最外縁の光線については、約６２０ｎｍから約６３０ｎｍまでを除き、約４７０ｎｍから約７２０ｎｍまでの波長帯域において良好に偏光分離を行うことができる。
【００６１】
結局、本実施例の設定では、Ｆ数が２．８と小さな光束の全体を、４８０ｎｍから７５０ｎｍまでの波長範囲にわたって概ね良好に偏光分離することが可能になっている。ただし、約６２０ｎｍから約６３０ｎｍの波長帯域では、誘電体多層膜に対する入射角が大きいときに、Ｓ偏光が透過する現象が生じている。このＳ偏光の透過はＦ数を３．５とするとほとんどなくなるが（不図示）、Ｆ数が３程度以下の光束を偏光分離の対象とするときは、波長比λ2／λ1を１．５５以下に抑えるのが望ましいといえる。
【００６２】
＜第６の実施例＞
第６の実施例の諸条件を表６にまとめて示す。
表６
プリズム頂角θ：４５゜
プリズム屈折率Ｎd：１．８４
第１の積層部３１
ユニット数：１０
第１の波長λ1：７４０ｎｍ
高屈折率層３１Ｈの材料：ＴｉＯ2 、またはＴａ2Ｏ5
低屈折率層３１Ｌの材料：ＳｉＯ2
高屈折率層３１Ｈの屈折率ＮH1：２．２００
低屈折率層３１Ｌの屈折率ＮL1：１．４６０
屈折率差|ＮH1−ＮL1|：０．７４０
角度差|θ1−θ|：３．６５２
第２の積層部３２
ユニット数：１０
第２の波長λ2：１１３２．２ｎｍ
高屈折率層３２Ｈの材料：ＴｉＯ2 、またはＴａ2Ｏ5
低屈折率層３２Ｌの材料：Ａｌ2Ｏ3
高屈折率層３２Ｈの屈折率ＮH2：２．２００
低屈折率層３２Ｌの屈折率ＮL2：１．６２０
屈折率差|ＮH2−ＮL2|：０．５８０
角度差|θ2−θ|：０．１０７
波長比λ2／λ1：１．５３０
【００６３】
第６の実施例における光の波長と透過率の関係を図１９〜図２１に示す。これらの図において、太線はＳ偏光の透過率を表し、細線はＰ偏光の透過率を表す。図１９は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が４５゜の光線のものである。図２０は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が３４．７゜の光線のものであり、図２１は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が５５．３゜の光線のものである。前述のように、これら３本の光線は、空気層におけるＦ数が２．８で、主光線が誘電体多層膜３０に対して４５゜を成す収束光または発散光の、主光線と最外縁の２本の光線に相当する。
【００６４】
図１９に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が４５゜となる主光線については、約５１０ｎｍから約７５０ｎｍまでの波長帯域においてＰ偏光とＳ偏光を良好に分離することができる。また、図２０に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が最も小さくなる最外縁の光線については、約４３０ｎｍから約７２０ｎｍまでの広い波長帯域にわたって良好に偏光分離を行うことができる。さらに、図２１に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が最も大きくなる最外縁の光線については、約４８０ｎｍから約６４０ｎｍまでの波長帯域において良好に偏光分離を行うことができる。結局、本実施例の設定では、Ｆ数が２．８と小さな光束の全体を、約５１０ｎｍから約６４０ｎｍまでの波長帯域にわたって、良好に偏光分離することが可能になっている。
【００６５】
＜第７の実施例＞
第７の実施例の諸条件を表７にまとめて示す。
表７
プリズム頂角θ：４５゜
プリズム屈折率Ｎd：１．８０
第１の積層部３１
ユニット数：１０
第１の波長λ1：７４０ｎｍ
高屈折率層３１Ｈの材料：ＴｉＯ2 、またはＴａ2Ｏ5
低屈折率層３１Ｌの材料：ＳｉＯ2
高屈折率層３１Ｈの屈折率ＮH1：２．２００
低屈折率層３１Ｌの屈折率ＮL1：１．４６０
屈折率差|ＮH1−ＮL1|：０．７４０
角度差|θ1−θ|：２．６３０
第２の積層部３２
ユニット数：１１
第２の波長λ2：１１１７．４ｎｍ
高屈折率層３２Ｈの材料：ＴｉＯ2 、またはＴａ2Ｏ5
低屈折率層３２Ｌの材料：Ａｌ2Ｏ3
高屈折率層３２Ｈの屈折率ＮH2：２．２００
低屈折率層３２Ｌの屈折率ＮL2：１．６２０
屈折率差|ＮH2−ＮL2|：０．５８０
角度差|θ2−θ|：１．２７５
波長比λ2／λ1：１．５１０
【００６６】
第７の実施例における光の波長と透過率の関係を図２２〜図２４に示す。これらの図において、太線はＳ偏光の透過率を表し、細線はＰ偏光の透過率を表す。図２２は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が４５゜の光線のものである。図２３は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が３４．７゜の光線のものであり、図２４は、第１のプリズム１０への入射前において誘電体多層膜３０の法線に対して成す角が５５．３゜の光線のものである。前述のように、これら３本の光線は、空気層におけるＦ数が２．８で、主光線が誘電体多層膜３０に対して４５゜を成す収束光または発散光の、主光線と最外縁の２本の光線に相当する。
【００６７】
図２２に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が４５゜となる主光線については、約５２０ｎｍから約７５０ｎｍまでの波長帯域においてＰ偏光とＳ偏光を良好に分離することができる。また、図２３に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が最も小さくなる最外縁の光線については、約４３０ｎｍから約５２０ｎｍまでの波長帯域および約５８０ｎｍから約７２０ｎｍまでの波長帯域において良好に偏光分離を行うことができる。さらに、図２４に示すように、誘電体多層膜に対する入射角が最も大きくなる最外縁の光線については、約５００ｎｍから約６７０ｎｍまでの波長帯域において良好に偏光分離を行うことができる。結局、本実施例の設定では、Ｆ数が２．８と小さな光束の全体を、約５８０ｎｍから約６７０ｎｍまでの波長帯域にわたって、良好に偏光分離することが可能になっている。
【００６８】
【発明の効果】
本発明の偏光ビームスプリッタは、平行光はもとより、Ｆ数の小さな収束光や発散光の全体を、広い波長帯域にわたって良好に、Ｐ偏光とＳ偏光とに分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態の偏光ビームスプリッタの全体構成を模式的に示す図。
【図２】 上記偏光ビームスプリッタにおける偏光分離対象の波長帯域の設定原理を模式的に示す図。
【図３】 上記偏光ビームスプリッタの誘電体多層膜の構成を模式的に示す図。
【図４】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が４５゜の光線に対する第１の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図５】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が３４．７゜の光線に対する第１の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図６】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が５５．３゜の光線に対する第１の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図７】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が４５゜の光線に対する第２の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図８】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が３４．７゜の光線に対する第２の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図９】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が５５．３゜の光線に対する第２の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図１０】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が４５゜の光線に対する第３の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図１１】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が３４．７゜の光線に対する第３の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図１２】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が５５．３゜の光線に対する第３の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図１３】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が４５゜の光線に対する第４の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図１４】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が３４．７゜の光線に対する第４の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図１５】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が５５．３゜の光線に対する第４の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図１６】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が４５゜の光線に対する第５の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図１７】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が３４．７゜の光線に対する第５の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図１８】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が５５．３゜の光線に対する第５の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図１９】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が４５゜の光線に対する第６の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図２０】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が３４．７゜の光線に対する第６の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図２１】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が５５．３゜の光線に対する第６の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図２２】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が４５゜の光線に対する第７の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図２３】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が３４．７゜の光線に対する第７の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図２４】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が５５．３゜の光線に対する第７の実施例の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図２５】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が４５゜の光線に対する従来の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図２６】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が３４．７゜の光線に対する従来の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【図２７】 プリズムへの入射前に誘電体多層膜の法線と成す角が５５．３゜の光線に対する従来の偏光ビームスプリッタにおける波長と透過率の関係を示す図。
【符号の説明】
１ 偏光ビームスプリッタ
１０ 第１のプリズム
１１ 第１の面
１２ 第２の面
１３ 第３の面
２０ 第２のプリズム
２１ 第１の面
２２ 第２の面
２３ 第３の面
３０ 誘電体多層膜
３１ 第１の積層部
３１Ｈ 高屈折率層
３１Ｌ 低屈折率層
３２ 第２の積層部
３２Ｈ 高屈折率層
３２Ｌ 低屈折率層
Claims (5)
- 光を入射させる第１の面と、第１の面に対して鋭角を成す第２の面を有する第１のプリズムと、第１のプリズムの第２の面に対向する第２のプリズムと、第１のプリズムと第２のプリズムとに挟まれた誘電体多層膜とを備え、誘電体多層膜が、第１の波長の１／４の光学的膜厚を有する高屈折率層と第１の波長の１／４の光学的膜厚を有する低屈折率層を交互に積層した第１の積層部と、第２の波長の１／４の光学的膜厚を有する高屈折率層と第２の波長の１／４の光学的膜厚を有する低屈折率層を交互に積層した第２の積層部とを備える偏光ビームスプリッタにおいて、
第１の波長をλ1、
第２の波長をλ2、
第１のプリズムの第１の面と第２の面が成す角をθ
で表すとき、
λ1＜λ2≦１．５５・λ1
を満たすとともに、
第１のプリズムの屈折率をＮd、
第１の積層部の高屈折率層の屈折率をＮH1、
第１の積層部の低屈折率層の屈折率をＮL1、
第２の積層部の高屈折率層の屈折率をＮH2、
第２の積層部の低屈折率層の屈折率をＮL2、
で表すときに、
sin2θ1＝ＮH12・ＮL12／｛Ｎd2・（ＮH12＋ＮL12）｝、および
sin2θ2＝ＮH22・ＮL22／｛Ｎd2・（ＮH22＋ＮL22）｝
をそれぞれ満たす角θ1、θ2に対して、
|ＮH1−ＮL1|＜|ＮH2−ＮL2|、および、|θ1−θ|＜|θ2−θ|、または
|ＮH1−ＮL1|＞|ＮH2−ＮL2|、および、|θ1−θ|＞|θ2−θ|
を満たすことを特徴とする偏光ビームスプリッタ。 - 第１の積層部の高屈折率層がＴｉＯ2、またはＴａ2Ｏ5 、
第１の積層部の低屈折率層がＭｇＦ2、またはＳｉＯ2、
第２の積層部の高屈折率層がＴｉＯ2、またはＴａ2Ｏ5 、
第２の積層部の低屈折率層がＡｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合物、Ａｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏの混合物、またはＡｌ2Ｏ3
から成ることを特徴とする請求項１に記載の偏光ビームスプリッタ。 - 第１の積層部の高屈折率層がＴｉＯ2とＬａ2Ｏ3の混合物、ＴｉＯ2とＬａ2Ｏの混合物、またはＴａ2Ｏ5、
第１の積層部の低屈折率層がＭｇＦ2、またはＳｉＯ2、
第２の積層部の高屈折率層がＴｉＯ2、またはＴａ2Ｏ5 、
第２の積層部の低屈折率層がＡｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合物、Ａｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏの混合物、またはＡｌ2Ｏ3
から成ることを特徴とする請求項１に記載の偏光ビームスプリッタ。 - 第１の積層部の高屈折率層がＡｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合物、またはＡｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏの混合物、
第１の積層部の低屈折率層がＭｇＦ2、
第２の積層部の高屈折率層がＴｉＯ2、またはＴａ2Ｏ5 、
第２の積層部の低屈折率層がＡｌ2Ｏ3
から成ることを特徴とする請求項１に記載の偏光ビームスプリッタ。 - 第１の積層部の高屈折率層がＡｌ2Ｏ3、
第１の積層部の低屈折率層がＭｇＦ2、
第２の積層部の高屈折率層がＴｉＯ2、またはＴａ2Ｏ5 、
第２の積層部の低屈折率層がＳｉＯ2
から成ることを特徴とする請求項１に記載の偏光ビームスプリッタ。
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