JPH05232317A

JPH05232317A - 偏光ビームスプリッター

Info

Publication number: JPH05232317A
Application number: JP4068986A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ito; 拓伊藤
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1992-02-18
Filing date: 1992-02-18
Publication date: 1993-09-10

Abstract

(57)【要約】【目的】Ｐ偏光成分の反射率の高い偏光ビームスプリ
ッターを提供する。【構成】偏光ビームスプリッター１０は、入射側プリ
ズム２０と出射側プリズム３０と、これらの間に設けら
れた多層偏光分離膜４とで構成されている。膜４は、プ
リズム２０側から順に第１層１、少なくとも１つの積層
体５、プリズム３０との間に積層体側から順にａ層、ｂ
層、ｃ層、ｄ層を有し、積層体５は４層から構成されて
いる。プリズム２０の屈折率は１．８９〜１．９１、プ
リズム３０の屈折率は１．５０〜１．５５、第１層の屈
折率は２．０〜２．１、積層体５の第１層側から１番目
の層の屈折率は１．６３〜１．６８、２番目の層の屈折
率は１．３７〜１．３８、３番目の層の屈折率は１．４
４〜１．４８、４番目の層の屈折率は２．２〜２．４、
ａ層およびｄ層の屈折率は１．６３〜１．６８、ｂ層の
屈折率は１．３７〜１．３８、ｃ層の屈折率は１．４４
〜１．４８である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、光ディスク読
取装置などに用いられる偏光ビームスプリッターに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、レーザープリンター、光ディス
ク装置、レーザー加工装置および測定装置のようなレー
ザー応用機器には、レンズやプリズム等の多くの光学部
品が用いられているが、このような光学部品に対しては
光源からの光路と検出機に至る光路の分割のために、偏
光分離膜を形成することが行われている。この偏光分離
膜は、光学部品の表面に、真空蒸着法等により、例えば
ＴｉＯ₂ 、ＳｉＯ₂ 、ＭｇＦ₂ のような無機物質よりな
る薄膜を複数積層して形成したものである。

【０００３】この多層偏光分離膜としては、Ｓ偏光成分
およびＰ偏光成分の高い分離能を得ることが重要な課題
である。

【０００４】一方、光磁気ディスクに用いられる偏光ビ
ームスプリッターにも前記多層偏光分離膜が形成されて
いる。従来の偏光ビームスプリッターは、光ディスクか
らの反射光のうちＳ偏光成分しか反射分離させることは
できなかった。

【０００５】このため光ディスク、偏光ビームスプリッ
ター、分離された偏光成分を検出する装置など、光学系
を構成する要素の配置位置がある程度決まってしまい、
光学系の設計の範囲が狭くなるといった欠点があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、Ｐ偏
光成分の反射率の高い偏光ビームスプリッターを提供
し、光学系の設計の範囲を広くすることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
の本発明（１）により達成される。

【０００８】（１）入射側プリズムと出射側プリズム
との間に多層偏光分離膜を有する偏光ビームスプリッタ
ーにおいて、前記多層偏光分離膜は、入射側プリズム側
から第１層と、少なくとも１つの４層よりなる積層体
と、出射側プリズムに最も近い前記積層体と前記出射側
プリズムとの間に、積層体側から順にａ層、ｂ層、ｃ
層、ｄ層とを有し、前記入射側プリズムの屈折率は１．
８９〜１．９１であり、前記出射側プリズムの屈折率は
１．５０〜１．５５であり、前記第１層の屈折率は２．
０〜２．１であり、前記積層体の前記第１層側から１番
目の層の屈折率は１．６３〜１．６８であり、２番目の
層の屈折率は１．３７〜１．３８であり、３番目の層の
屈折率は１．４４〜１．４８であり、４番目の層の屈折
率は２．２〜２．４であり、前記ａ層およびｄ層の屈折
率は１．６３〜１．６８であり、前記ｂ層の屈折率は
１．３７〜１．３８でり、前記ｃ層の屈折率は１．４４
〜１．４８であることを特徴とする偏光ビームスプリッ
ター。

【０００９】

【発明の構成】以下、本発明の偏光ビームスプリッター
１０の構成例について、添付図面に示す好適実施例に基
づいて詳細に説明する。

【００１０】図１は、本発明の偏光ビームスプリッター
１０の全体側面図である。入射側プリズム２０と出射側
プリズム３０との間に多層偏光分離膜４を有する偏光ビ
ームスプリッター１０は、例えば、入射側プリズム２０
の傾斜面に多層偏光分離膜４を形成し、他方の出射側プ
リズム３０の傾斜面に接着剤を塗布して接着剤層６を形
成し、この接着剤層６と、入射側プリズム２０に形成さ
れた多層偏光分離膜４とを貼り合わせて構成することが
できる。

【００１１】入射側プリズム２０は、光が入射し、さら
に多層偏光分離膜４で反射した光が出射する媒質であ
り、出射側プリズム３０は多層偏光分離膜４を透過した
光が出射する媒質である。

【００１２】入射側プリズム２０や出射側プリズム３０
の構成材料としては、例えば透明な各種硝材またはプラ
スチック（例えばアクリル系樹脂、ポリカーボネート、
ポリスチレン）などが挙げられる。

【００１３】多層偏光分離膜４に対して、入射側プリズ
ム２０の屈折率（測定波長５５０nm）は１．８９〜１．
９１程度、より好ましくは１．８９５〜１．９０５程度
のものが用いられる。また、出射側プリズム３０の屈折
率は１．０５〜１．５５程度のものが用いられる。屈折
率がこのような範囲のものにおいて、後述する多層偏光
分離膜４の効果が有効に発揮される。

【００１４】上記範囲の屈折率を有する構成材料の例し
ては、例えば、入射側プリズム２０では、重フリント・
スペシャル（ＳＦＳ１、ＳＦＳＯ１、ＳＦＳＯ２）な
ど、出射側プリズム３０では、硼珪クラウン（ＢＫ
７）、クラウン（Ｋ３）、クラウン・フリント（ＫＦ
６）などが挙げられる。

【００１５】さらに前記多層偏光分離膜４と出射側プリ
ズム３０との貼着に用いられる接着剤は、出射側プリズ
ム３０と同じ屈折率を有していることが望ましく、例え
ば、ハードロックなどのＢＫ７と同程度の屈折率を有す
る接着剤が使用される。

【００１６】図２は、多層偏光分離膜４の構成を拡大し
て示す断面側面図である。同図に示すように、多層偏光
分離膜４は、入射側プリズム２０の傾斜面状に形成され
ている。

【００１７】以下、前記多層偏光分離膜４については、
プリズム２０、３０が直角プリズムである場合を代表例
として説明する。

【００１８】多層偏光分離膜４は、入射側プリズム２０
側から、第１層１、積層体５、ａ層、ｂ層、ｃ層、ｄ層
がこの順に積層された構成となっている。前記積層体５
は、４つの層によって構成されており、この４つの層を
１単位として、１つまたは複数個繰り返し重ね合わせて
構成される。この４つの層はそれぞれ異なる屈折率を有
し、第１層１側から１番目の層５１の屈折率は１．６３
〜１．６８程度、より好ましくは１．６３〜１．６４程
度、２番目の層５２の屈折率は１．３７〜１．３８程
度、より好ましくは１．３７５〜１．３８程度、３番目
の層５３の屈折率は１．４４〜１．４８程度、より好ま
しくは１．４６〜１．４８程度、４番目の層５４の屈折
率は２．２〜２．４程度、より好ましくは２．２〜２．
３程度の範囲である。さらに、上記第１層１の屈折率は
２．０〜２．１程度、より好ましくは２．００〜２．０
５程度、ａ層の屈折率は１．６３〜１．６８程度、より
好ましくは１．６３〜１．６４程度、ｂ層の屈折率は
１．３７〜１．３８程度、より好ましくは１．３７５〜
１．３８程度、ｃ層の屈折率は１．４４〜１．４８程
度、より好ましくは１．４６〜１．４８程度、ｄ層の屈
折率は１．６３〜１．６８程度、より好ましくは１．６
３〜１．６４程度の範囲である。

【００１９】上記、多層偏光分離膜４を構成する各層の
構成材料としては、次のようなものが挙げられる。屈折
率が２．２〜２．４の範囲のものとしては、例えば、Ｔ
ｉＯ₂ のようなチタン酸化物、ＣｅＯ₂ のようなセリウ
ム酸化物、またはこれらを主成分とする組成物が挙げら
れる。

【００２０】屈折率が２．０〜２．１の範囲のものとし
ては、例えば、ＺｒＯ₂ のようなジルコニウム酸化物、
ＴａＯ₂ 、Ｔａ₂ Ｏ₅ のようなタンタル酸化物、Ｐｒ₆
Ｏ₁₁のようなプラセオジム酸化物、ＣｅＯ₂ のようなセ
リウム酸化物とＹ₂ Ｏ₃ のようなイットリウム酸化物と
の混合物（好ましい混合比は、セリウム酸化物４０重量
％、イットリウム酸化物６０重量％）、ＨｆＯ₂ のよう
なハフニウム酸化物、Ｎｄ₂ Ｏ₃ のようなニオブ酸化物
またはこれらを主成分とする組成物が挙げられる。

【００２１】屈折率が１．６３〜１．６８の範囲のもの
としては、例えば、Ａｌ₂ Ｏ₃ のようなアルミニウム酸
化物、ＣｅＦ₃ のようなセリウムフッ化物、ＰｂＦ₂ の
ような鉛フッ化物またはこれらを主成分とする組成物が
挙げられる。

【００２２】屈折率が１．４４〜１．４８の範囲のもの
としては、例えば、ＳｉＯ₂ のようなケイ素酸化物、Ｍ
ｇＦ₂ のようなフッ素化合物とＡｌ₂ Ｏ₃ のようなアル
ミニウム酸化物との混合物（好ましい混合比は、フッ素
化合物ＭｇＦ₂ ５２重量％、アルミニウム酸化物Ａｌ₂
Ｏ₃ ４８重量％）、ＴｈＦ₄ のようなトリウムフッ化物
またはこれらを主成分とする組成物が挙げられる。

【００２３】屈折率が１．３７〜１．３８の範囲のもの
としては、例えば、ＭｇＦ₂ 、ＣａＦ₂ のようなフッ素
化合物、またはこれらを主成分とする組成物が挙げられ
る。

【００２４】各層を上記のような材料で構成することに
より、多層偏光分離膜４は、劣化が少なく、優れた耐久
性が得られる。また、特に、各層毎に上記構成材料のＡ
ｌ₂Ｏ₃ 、ＳｉＯ₂ 、ＭｇＦ₂ 、ＴｉＯ₂ を用いれば、
真空蒸着により安定して成膜できるので、実用価値が高
い。

【００２５】なお、本発明においては、各層の構成材料
は、上記例示したものに限定されず、屈折率が上記範囲
内のものであればいかなるものでもよい。

【００２６】また、各層の光学的膜厚Ｄ₀ は特に制限さ
れないが、屈折率の下限をｎ_L 、屈折率の上限をｎ_H 、
入射媒質の屈折率をｎ₀ 、層の膜厚をｄとすると、下記
の数式、数１で表される。

【００２７】

【数１】

【００２８】特に、設計波長をλ₀ とすると、光学的膜
厚の範囲は、屈折率が１．３７〜１．３８の材料につい
ては、１．０５７λ₀ 〜１．２１８λ₀ 、屈折率が１．
４４〜１．４８の材料については、０．６８６λ₀ 、屈
折率が１．６３〜１．６８の材料については、０．４４
０λ₀ 〜０．５９１λ₀ 、屈折率が２．０〜２．１の材
料については、０．３２５λ₀ 〜０．３３７λ₀ 、屈折
率が２．２〜２．４の材料については、０．３０１λ₀
〜０．３１５λ₀ である。

【００２９】各層の形成は、通常、真空蒸着、スパッタ
リング、イオンプレーティング等の気相成膜法により行
われ、成膜条件の設定により、上記膜組成および膜厚を
得ることができる。

【００３０】以上説明した構成例の他、ａ層〜ｄ層を設
けず、第１層１の上に積層体５のみを繰り返し形成した
構造としてもよい。さらに、積層体５の積層回数は１〜
１０回、好ましくは２〜８回程度、さらに３〜６回程度
が特に好ましい。

【００３１】なお、多層偏光分離膜４への入射角は、上
述の場合４５°であったが、４４．７〜４５．３°の範
囲であれば、同様の効果が発揮される。

【００３２】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例について説明す
る。（実施例１）［１］多層反射防止膜の製造直角プリズム（ＳＦＳ１、屈折率：１．８６）の傾斜面
を精密洗浄した後、真空蒸着法により、前記傾斜面の表
面側から、下記表１で示す材料で構成される第１層〜第
２９層を順次形成し、本発明の光学的薄膜を得た。さら
に、第２９層の上に接着剤層を形成し、直角プリズム
（ＢＫ７、屈折率：１．５１１）を貼り付け、偏光ビー
ムスプリッターを構成した。なお、表１中には、各層の
屈折率（測定波長７８０nm）、および光学的膜厚を併せ
て示す。

【００３３】

【表１】

【００３４】［２］分光特性の測定上記偏光ビームスプリッターのプリズムの傾斜面に形成
された光学薄膜に対し、波長７３０〜８３０nm（設計波
長７８０nm）の光を入射角４５°で入射させ、Ｓ偏光成
分およびＰ偏光成分のそれぞれの反射率を測定した。そ
の結果を図３のグラフに示す。

【００３５】このグラフに示すように、Ｓ偏光成分の反
射率は、設計波長からの乖離が±５０nm以内で６％以
下、設計波長からの乖離が±３０nm以内で、ほぼ３％以
下を達成し、Ｐ偏光成分の反射率は、設計波長からの乖
離が±５０nm以内で９７％以上、設計波長から±３０nm
以内で、９９％以上を達成しており、良好な偏光分離特
性を有している。

【００３６】（実施例２）［１］光学薄膜の製造直角プリズム（ＳＦＳ１、屈折率：１．８６）の傾斜面
を精密洗浄した後、真空蒸着法により、前記傾斜面の表
面側から、下記表２で示す材料で構成される第１層〜第
２９層を順次形成し、本発明の光学的薄膜を得た。さら
に、第２９層の上に接着剤層を形成し、直角プリズム
（ＢＫ７、屈折率：１．５１１）を貼り付け、偏光ビー
ムスプリッターを構成した。なお、表２中には、各層の
屈折率（測定波長７８０nm）、および光学的膜厚を併せ
て示す。

【００３７】

【表２】

【００３８】［２］分光特性の測定上記偏光ビームスプリッターに対し、波長７８０〜８８
０nm（設計波長８３０nm）の光を入射角４５°で入射さ
せ、Ｓ偏光成分およびＰ偏光成分のそれぞれの反射率を
測定した。その結果を図４のグラフに示す。

【００３９】このグラフに示すように、Ｓ偏光成分の反
射率は、設計波長からの乖離が±５０nm以内で９％以
下、設計波長からの乖離が±２０nm以内で、８％以下を
達成し、Ｐ偏光成分の反射率は、設計波長からの乖離が
±５０nm以内で９６％以上、設計波長から±２０nm以内
で、９８％以上を達成し、幅広い波長領域で良好な偏光
分離特性を有している。

【００４０】（実施例３）［１］光学薄膜の製造実施例１および２と同じ製法により、第１層を形成し、
その上に複数積層部５のみを４回に積層して形成した。

【００４１】表３中には、各層の屈折率（測定波長７８
０nm）、および光学的膜厚を併せて示す。

【００４２】

【表３】

【００４３】［２］分光特性の測定上記偏光ビームスプリッターに対し、波長７８０〜８８
０nm（設計波長８３０nm）の光を入射角４５°で入射さ
せ、Ｓ偏光成分およびＰ偏光成分のそれぞれの反射率を
測定した。その結果を図５のグラフに示す。

【００４４】このグラフに示すように、Ｓ偏光成分の反
射率は、設計波長からの乖離が±５０nm以内で２％以
下、設計波長からの乖離が±２０nm以内で、０．８％以
下を達成し、Ｐ偏光成分の反射率は、設計波長からの乖
離が±５０nm以内で８０％以上、設計波長から±２０nm
以内で、８７％以上を達成している。この実施例では、
Ｓ偏光成分の反射率が低くなっており、Ｐ偏光成分が多
少少なくなっても、特にＳ偏光成分を少なくしたい場合
に適している。

【００４５】以上のように、積層体５の周期数を調節す
ることで、Ｐ偏光成分やＳ偏光成分の反射量を調節する
ことも可能である。具体的には、積層体５を１単位増や
すことによって、Ｐ偏光成分の反射率を１０〜２０％増
やすことができる。

【００４６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の偏光ビーム
スプリッターによれば、Ｓ偏光成分の反射率に比較し
て、Ｐ偏光成分の反射率が極めて高くなるので、Ｐ偏光
成分を用いた設計が可能となり、設計の幅を広げること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の偏光ビームスプリッターの全体側面図
である。

【図２】光学的薄膜の層構造を示す拡大断面図である。

【図３】本発明の実施例１における分光特性を示すグラ
フである。

【図４】本発明の実施例２における分光特性を示すグラ
フである。

【図５】本発明の実施例３における分光特性を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１０偏光ビームスプリッター２０入射側プリズム３０出射プリズム４多層偏光分離膜１第１層４ａａ層４ｂｂ層４ｃｃ層４ｄｄ層５積層体５１１番目の層５２２番目の層５３３番目の層５４４番目の層６接着剤層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射側プリズムと出射側プリズムとの間
に多層偏光分離膜を有する偏光ビームスプリッターにお
いて、前記多層偏光分離膜は、入射側プリズム側から第１層
と、少なくとも１つの４層よりなる積層体と、出射側プ
リズムに最も近い前記積層体と前記出射側プリズムとの
間に、積層体側から順にａ層、ｂ層、ｃ層、ｄ層とを有
し、前記入射側プリズムの屈折率は１．８９〜１．９１であ
り、前記出射側プリズムの屈折率は１．５０〜１．５５
であり、前記第１層の屈折率は２．０〜２．１であり、前記積層体の前記第１層側から１番目の層の屈折率は
１．６３〜１．６８であり、２番目の層の屈折率は１．
３７〜１．３８であり、３番目の層の屈折率は１．４４
〜１．４８であり、４番目の層の屈折率は２．２〜２．
４であり、前記ａ層およびｄ層の屈折率は１．６３〜１．６８であ
り、前記ｂ層の屈折率は１．３７〜１．３８でり、前記
ｃ層の屈折率は１．４４〜１．４８であることを特徴と
する偏光ビームスプリッター。