JPH05333211A - 位相板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 多くの波長において位相差があうような位相
板を提供することを目的とする。 【構成】 多数の異方性結晶の結晶板が光学軸に対し、
お互いに異なった角度で切り出されており、かつ光学軸
が位相板の入射面内あるいは光軸を含み、入射面と垂直
な面内のいずれかに含まれるような配置で貼りあわされ
ていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、分光エリプソメーター
等、分光した光の偏光を扱う装置や光学実験等において
直線偏光を円偏光や楕円偏光に変換したり、偏光の振動
方向を変えたりする際に用いられる色消しタイプの位相
板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】通常の複屈折性材料から成る位相板は単
一の波長に対し、１／４波長や１／２波長の位相差を与
えるように厚みが設定されている。しかし設計波長以外
の波長では分散による屈折率の変化のため位相差がずれ
て使用できない。

【０００３】分光エリプソメーターのような多数の波長
において偏光状態を調べる装置ではどの波長でも常に一
定の位相差を与えるような色消し位相板が必要とされ
る。

【０００４】このような要求に答えられる位相板とし
て、バビネソレイユ補償板、フレネルロム、キングプリ
ズム等の全反射プリズム、数種類の異方性結晶を張りあ
わせた位相板の３種類が従来からあった。

【０００５】しかしバビネソレイユ補償板は使用波長に
応じて複屈折性材料の厚みを機械的に変化させねばなら
ず、煩雑でかなり使いにくい。

【０００６】また全反射でのＰ偏光とＳ偏光の間の位相
のとびを利用するフレネルロムやキングプリズムでは機
械的に動かさなくてよいが、材質の分散の起因する位相
差のずれは不可避で、特に短波長領域において著しくな
る。この位相差のずれを広い波長域にわたって小さくお
さえようとすれば反射回数を多くしなければならない
が、反射回数を多くすればそれだけ素子の大きさが大き
くなり、限られたスペースにおさめるのはかなり困難に
なる。

【０００７】また、数種類の異方性結晶を組みあわせる
位相板は、組み合わせる結晶の分散の違いを利用して結
晶の種類と同じ数の波長において位相差を一定にしよう
とするものである。

【０００８】ｍ種類の結晶からなる位相板が波長λの光
に与える位相差をＮとすると

【０００９】

【式１】 となる（J.M.Beckers, Appl. Opt. vol 10. No.4 973(1
971 ）) 。

【００１０】ここでｄ_j はｊ番目の結晶板の厚みでΔｎ
_j （λ）はその結晶の常光線の主屈折率ω_j （λ）と異
常光線の主屈折率ε_j （λ）の差を表わす。

【００１１】すなわち Δｎ_j （λ）＝ε_j （λ）−ω_j （λ） (2) １／４波長板のときにはＮ＝１／４となり１／２波長板
のときにはＮ＝１／２となる。

【００１２】この位相板はそれぞれの厚みｄ_j を適当に
変えることによってｍ個の波長において位相差をＮにあ
わせることができるがその波長をλ₁ …λ_m とすると

【００１３】

【式３】 が成り立つ。

【００１４】ここで、（ｉ，ｊ）成分が Ａ_ij＝Δｎ_j （λ_i ）／λ_i （４） で表わせるようなｍ行ｍ列の正方行列を

【００１５】

【式５】

【００１６】

【式６】 とおくと個々の結晶の板厚は

【００１７】

【式７】 から求められる。

【００１８】上記(7) より求められた厚みが負の値をと
るときはΔｎが逆の符号をとることになるので常光線と
異常光線が逆転していると考えることができる。これは
すなわち、光学軸の向きが９０°回転した配置になって
いることを意味する。

【００１９】例えば異方性結晶として方解石（Ｃ_a ＣＯ
₃ ）とルチル（Ｔ_i Ｏ₂ ）を用い、波長600nm と750nm
の２波長において１／４波長板になるように設計したと
すると各々の結晶の板厚は方解石がｄ₁ ＝-7.2μm 、ル
チルがｄ₂ ＝-3.7μm となる。 この位相板の構成を図
１に示し位相差の波長による変化を図２に示す。

【００２０】図２から明らかなように、２つの設計波長
では位相差は正確に９０°になっているがそれ以外の波
長では材質の分散により９０°からずれている。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】このタイプの波長板は
原理的には結晶の種類を多くすれば、それだけ多くの波
長で使用できるわけだが、現実に無限に多くの結晶が使
える訳ではない。

【００２２】大きなスペースをとらないという利点があ
るものの高々２波長くらいでしか位相差をあわせること
ができないという欠点がある。

【００２３】本発明は、このような張りあわせタイプの
色消し位相板の欠点に鑑みてなされ、従来品よりも多く
の波長において位相差があうような位相板を提供するこ
とを目的とする。

【００２４】

【問題を解決するための手段】本発明の位相板の構成を
図３に従って説明する。(a) は上から見た図、(b) は横
から見た図である。

【００２５】まず、位相板はｍ種類の結晶から成る。さ
らに結晶はその種類ごとに光学軸がお互いに主面と異な
る方向に切り出されたｌ_j （ｊ＝１，２…ｍ）個の結晶
板に分かれる。

【００２６】図のように、これらＬ（＝ｌ₁ ＋ｌ₂ ＋・
・・ｌ_m-1 ＋ｌ_m ）個の結晶板を光学軸と光軸を含む面
を互いに平行方向、垂直方向のいずれかにとってはりあ
わせる。

【００２７】

【作用】ｊ番目の種類の結晶のｋ_j 番目の板厚をｄ_j ｋ
_j 、光学軸の主面とのなす角をθ_j ｋ_j とおくと異常光
線と常光線との屈折率差Δｎ_j ｋ_j （λ）は

【００２８】

【式８】 となる。ただし、

【００２９】

【式９】 である。

【００３０】このΔｎ_j ｋ_j （λ）を用いると、波長λ
の光に与えられる位相差は

【００３１】

【式１０】 で表される。

【００３２】この位相板はＬ個の波長に対して位相差を
Ｎにあわせることができるが、そのときの結晶の板厚は
(7) と同様、次式から求められる。

【００３３】

【式１１】

【００３４】

【式１２】 で表されるＬ行Ｌ列の正方行列であり、

【００３５】

【式１３】

【００３６】

【式１４】

【００３７】

【実施例】本発明は実施例として方解石とルチルの２種
類の結晶から構成され、それぞれ光学軸を０°，２０°
ずつ傾けた４つの結晶板で１／４波長板を製作した場合
について考える。

【００３８】設計波長を450nm ，600nm ，750nm ，850n
m にとったとすると結晶の板厚は方解石、ルチルでそれ
ぞれ０°，２０°の順に -1194.1μm ，1340.9μm ，-2
54.5μm ， 302.3μm となる。

【００３９】この位相板の位相差の波長による変化を図
４に示す。

【００４０】実施例からも明らかなように従来のはりあ
わせ型の色消し位相板よりもはるかに多くの波長で一定
の位相差を与えることができることがわかる。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、従来の位相板が一種類
の結晶につき、一つの色消し波長しか選択できなかった
のにくらべ本発明では光学軸を傾けることによって同じ
結晶でもあたかも異なる分散をもった異なる結晶のよう
に作用させるので一種類の結晶につき、多数の色消し波
長を選択することができる。

【００４２】このため、はりあわせタイプのコンパクト
で高性能な色消し位相板を提供できるようになり分光エ
リプソメーター等、多くの波長で偏光状態を調べるよう
な装置、実験器具に多大の改善が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のはりあわせタイプの位相板の断面を表わ
す図。

【図２】方解石とルチルを用いた従来型の色消し１／４
波長板の位相差の波長による変化を表わしたグラフ。

【図３】本発明の位相板の断面を表わしたもので(a) は
上から見た図で(b) は横から見た図。

【図４】方解石とルチルを用いた本発明の１／４波長板
の実施例について位相差の波長による変化を表わしたグ
ラフ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数の異方性結晶の平行平板を張りあわ
   せて構成される位相板であって、 それぞれの結晶板が光学軸に対し、お互いに異なった角
   度で切り出されており、かつ光学軸が位相板の入射面内
   あるいは光軸を含み、入射面と垂直な面内のいずれかに
   含まれるような配置で貼りあわされていることを特徴と
   する位相板。