JPH10311914A - 偏光ビームスプリッタ - Google Patents

偏光ビームスプリッタ

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JPH10311914A
JPH10311914A JP9124528A JP12452897A JPH10311914A JP H10311914 A JPH10311914 A JP H10311914A JP 9124528 A JP9124528 A JP 9124528A JP 12452897 A JP12452897 A JP 12452897A JP H10311914 A JPH10311914 A JP H10311914A
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JP
Japan
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sol
beam splitter
slope
refractive index
film
Prior art date
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Pending
Application number
JP9124528A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Niikura
宏 新倉
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 偏光ビームスプリッタの接合界面での反射率
が小さく、かつ臨界角が大きな偏光ビームスプリッタを
提供する。 【解決手段】 一の透光基体の斜面に形成された偏光分
離膜と、他の透光基体の斜面とを金属有機化合物のゾル
を加熱によりゲル化した膜を介して接合してなる偏光ビ
ームスプリッタ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、偏光ビームスプリ
ッタに関するものである。
【0002】
【従来技術】偏光ビームスプリッタは、入射光をP偏光
成分、S偏光成分に効率的に分離するために光ディスク
装置や投影表示装置などに用いられている。偏光ビーム
スプリッタは誘電体多層膜からなる偏光分離膜に入射す
る光のP偏光成分を透過させ、S偏光成分を反射させる
ことで2つの偏光成分に分割するものである。
【0003】一般的な偏光ビームスプリッタは、図2に
示すように、直角プリズム1の斜面に形成された偏光分
離膜3と、直角プリズム2の斜面に形成された反射防止
膜5とを接着材6により接合した構成である。誘電体多
層膜の物質は、所望の波長範囲において、偏光ビームス
プリッタの光軸上から入射する入射光のP偏光成分の反
射率が最も小さく、かつS偏光成分の反射率が最大にな
る様に選択する。
【0004】接着材としては、市販のエポキシ系の接着
材が使用されている。
【0005】
【発明が解しようとする課題】しかし、2個の直角プリ
ズムの接合に接着材を用いると、接合の調整に時間をか
けることができない上に、接合ミスや接合時にゴミや泡
が混入した場合に取り外すことが不可能になり、不良品
として廃棄しなければならない。また、一般的には直角
プリズムの屈折率が大きい程、偏光ビームスプリッタの
性能は向上するが、偏光ビームスプリッタの接合に使用
される市販の接着材は、ほとんどが硬化した時の屈折率
が約1.4と低く、直角プリズムの屈折率との差が大き
くなると、臨界角が小さくなり、光学系に組み込んだと
きの調整が厳しくなるという問題がある。最悪の場合
は、接合面で全反射を起こすこともある。
【0006】そのため、偏光ビームスプリッタの接合界
面での反射を抑えるために、直角プリズムと接着材との
間に反射防止膜を設けている。そこで、本発明はこれら
の問題点に鑑み、偏光ビームスプリッタの接合界面での
反射率が小さく、かつ臨界角が大きな偏光ビームスプリ
ッタを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決する手段】本発明は第一に「一の透光基体
の斜面に形成された偏光分離膜と、他の透光基体の斜面
とを金属有機化合物のゾルを加熱によりゲル化した膜を
介して接合してなる偏光ビームスプリッタ(請求項
1)」を提供する。また、本発明は第二に「一の直角プ
リズムの斜面に偏光分離膜を形成したものと、他の直角
プリズムの斜面に金属有機化合物のゾルを塗布したもの
とを、前記ゾルを加熱によりゲル化することで接合して
なる偏光ビームスプリッタ(請求項2)」を提供する。
【0008】また、本発明は第三に「前記金属有機化合
物が金属アルコキシド、金属アセチルアセトネート、金
属カルボキシレートであることを特徴とする請求項1又
は2記載の偏光ビームスプリッタ(請求項3)」を提供
する。
【0009】
【発明の実施形態】以下、本発明にかかる実施形態の偏
光ビームスプリッタを図面を参照しながら説明する。図
1は、本発明にかかる実施形態の偏光ビームスプリッタ
の概略断面図である。 本発明にかかる実施形態の偏光
ビームスプリッタは、2つの直角プリズムのうちの一方
の直角プリズム1の斜面に偏光分離膜3を形成したもの
と、他方の直角プリズム2の斜面に金属有機化合物のゾ
ルを塗布したものとを、前記ゾルを加熱によりゲル化す
る(金属有機化合物のゲル化膜4)ことで接合した構成
である。
【0010】金属有機化合物としては、Ti系(Ti(OCH
3)4、Ti(OC2H5)4など)、Si系(Si(OCH3)4、Si(OC
2H5)4など)、Zr系(Zr(OCH3)4、Zr(OC2H5)4など)、
Al系(Al(OCH3)3、(Al(OC2H5)3など)、La−Al系
(La[Al(iso-OC3H7)4]3など)、Mg−Al系(Mg[Al(i
so-OC3H7)4]3など)、Ni−Al系(Ni[Al(iso-OC
3H7)]3など)、Zr−Al系((C3H7O)2Zr[ Al(iso-OC3
H7)4]2など)、Ba−Zr系(Ba[Zr2(OC2H5)9]2など)
の金属アルコキシド、In系(In(COCH2COCH3)など)、
Zn系(Zn(COCH2COCH3)など)の金属アセチルアセトネ
ート、Pb系(Pb(CH3COO)2など)、Y系(Y(C17H35CO
O)3など)、Ba系(Ba(HCOO)2など)の金属カルボキシ
レートが挙げられるが、上記物質に制限されない。
【0011】直角プリズムと該プリズム上に塗布した金
属有機化合物のゾルと直角プリズムに形成された偏光分
離膜との接合のメカニズム(ゾル−ゲル反応)について
説明する。直角プリズムと金属有機化合物のゾルとは、
直角プリズム表面にあるM1−OH基と金属有機化合物
のゾルのOH基が脱水縮合して、ゲル化することにより
−M1(直角プリズム)−O−M2(金属有機化合物中の
金属)−の形で結合している。
【0012】また、金属有機化合物のゾルと直角プリズ
ムに形成された偏光分離膜とは、金属有機化合物のゾル
のOH基と偏光分離膜の表面にあるOH基とが上述のよ
うに脱水縮合して、ゲル化することにより−M3(偏光
分離膜)−O−M2(金属有機化合物中の金属)−の形
で結合している。ゾル−ゲル反応は比較的低温(120
℃〜150℃)で起こすことが可能であるので、金属有
機化合物のゾルとゾルーゲル反応を起こす偏光分離膜へ
の影響はほとんどない。
【0013】偏光分離膜として、例えば、光学的膜厚が
λ/4の低屈折率層と光学的膜厚がλ/4の高屈折率層
の交互層と、調整層とからなるものが挙げられる。低屈
折率層の材料としては、SiO2、MgO、Al23
MgF2、CaF2等が挙げられる。高屈折率層の材料と
しては、TiO2、CeO2、HfO2、Nb25、Ta2
5、ZrO2、ZnS等が挙げられる。
【0014】直角プリズムの硝材は、シリコン酸化物や
金属酸化物の含有量が多い方が好ましい。ゾル−ゲル反
応を起こし易いからである。シリコン酸化物や金属酸化
物の含有量が少ない硝材の場合は、直角プリズム上にS
iO2層、Al23層等を形成したものに金属有機化合
物のゾルを塗布すると、密着性を向上することができ
る。
【0015】以下、本発明にかかる実施形態の偏光ビー
ムスプリッタの製造工程を説明する。まず、上記金属有
機化合物のゾル(接合用溶液)を調整する。次に、直角
プリズムと斜面に偏光分離膜が形成された直角プリズム
を各1個ずつ超音波洗浄して、さらにプラズム処理を行
う。
【0016】直角プリズムの斜面に金属有機化合物のゾ
ルを塗布したときの密着性、及び均一性を向上させるた
めに、直角プリズムの斜面の前処理として、アルカリに
よるケン化、プラズマ処理、また、光洗浄などを行うこ
とが大変有効である。斜面に偏光分離膜が形成されてい
ない直角プリズムの斜面に金属有機化合物のゾル(接合
用溶液)を塗布する。
【0017】金属有機化合物のゲル化膜の膜厚は、偏光
ビームスプリッタに光を入射した時に干渉が生じない様
な厚さでなければならない。例えば、光源が500nm
の装置に組み込んだ場合には、膜厚は250nm以上で
ある必要がある。塗布方法として、(1)ゾルを噴霧す
るスプレー法、(2)回転する基板にゾルを滴下し遠心
力で拡げるスピンコート法などが挙げられるが、使用す
る金属有機化合物ゾルの粘度等の物性、膜厚等の精度に
よって選択する必要がある。
【0018】上記2個の直角プリズムの接合面にごみや
泡が入らないように注意して貼り合わせた。貼り合わせ
た偏光ビームスプリッタをホルダーで固定し、加熱して
ゲル化させる。
【0019】
【実施例】本実施例では接合面の性能を評価するため
に、ビームスプリッタの直角プリズムの斜面に誘電体多
層膜等の偏光分離膜の形成を行わなかった。 [実施例1]Ti(i-OC3H7)4 28.4gを無水エタノール100
mlで希釈した後、さらにその溶液を攪拌しながら2Nの塩
酸2.7ccを無水エタノール100mlで希釈した溶液を滴下し
て、透明な金属有機化合物のゾル(接合用溶液)を調整
した。
【0020】市販の直角プリズム(屈折率1.9)2個を
超音波洗浄機に通して洗浄後、プラズマ処理を30秒行
った。そのうちの1個の直角プリズムの斜面に接合用溶
液を、スピンコーターを用いて、金属有機化合物のゾル
(接合用溶液)の粘度にあわせて回転数と時間を変えて
膜厚が約0.3μmになるように塗布した。
【0021】上記2個の直角プリズムをその接合面にご
みや泡が入らないように注意して貼り合わせた。貼り合
わせたものをホルダーで固定し、150℃で2時間加熱
し、ゲル化した。冷却後、2個の直角プリズムの接合界
面での反射率(500nm)を測定したところ0.07%で
あった。また、臨界角は71.3°であった。 [比較例1]市販の直角プリズム(屈折率1.9)2個を
超音波洗浄機に通して洗浄後、プラズマ処理を30秒行
った。
【0022】そのうちの1個の直角プリズムの斜面に市
販の接着材(屈折率1.44)を塗布して、接合面にごみや
泡が入らないように注意して残りの直角プリズムと貼り
合わせた。数時間経過後、2個の直角プリズムの接合界
面での反射率(500nm)を測定したところ1.9%で
あった。また、臨界角は49.3°であった。
【0023】実施例1と比較例1を比較すると、実施例
1で製作したもの(2個の直角プリズムを接合したも
の)は比較例1で製作したものに比べて接合面での反射
率が小さく、かつ臨界角が大きいことがわかる。 [実施例2]Si(OC2H5)4 25gを無水エタノール37.6gで
希釈した後、さらにその溶液を攪拌しながら2Nの塩酸0.
3gを水23.5gで希釈した溶液を滴下して、透明な金属有
機化合物のゾル(接合用溶液)を調整した。
【0024】市販の直角プリズム(屈折率1.65)2個を
超音波洗浄機に通して洗浄後、プラズマ処理を30秒行
った。そのうちの1個の直角プリズムの斜面に接合用溶
液を、スピンコーターを用いて、金属有機化合物のゾル
(接合用溶液)の粘度にあわせて回転数と時間を変えて
膜厚が約0.3μmになるように塗布した。
【0025】上記2個の直角プリズムをその接合面にご
みや泡が入らないように注意して貼り合わせた。貼り合
わせたものをホルダーで固定し、120℃で2時間加熱
し、ゲル化した。冷却後、2個の直角プリズムの接合界
面での反射率(500nm)を測定したところ0.02%で
あった。また、臨界角は75.8°であった。 [比較例2]市販の直角プリズム(屈折率1.65)2個を
超音波洗浄機に通して洗浄後、プラズマ処理を30秒行
った。
【0026】そのうちの1個の直角プリズムの斜面に市
販の接着材(屈折率1.44)を塗布して、接合面にごみや
泡が入らないように注意して残りの直角プリズムと貼り
合わせた。数時間経過後、2個の直角プリズムの接合界
面での反射率(500nm)を測定したところ0.46%で
あった。また、臨界角は60.3°であった。
【0027】実施例2と比較例2を比較すると、実施例
2で製作したもの(2個の直角プリズムを接合したも
の)は比較例2で製作したものに比べて接合面での反射
率が小さく、かつ臨界角が大きいことがわかる。 [実施例3]Ti(i-OC3H7)4 28.4gを無水エタノール100
mlで希釈した後、さらにその溶液を攪拌しながら2Nの塩
酸2.7ccを無水エタノール100mlで希釈した溶液を滴下し
て、透明な金属有機化合物のゾル(接合用溶液)を調整
した。
【0028】市販の直角プリズム(屈折率1.7)2個を
超音波洗浄機に通して洗浄後、プラズマ処理を30秒行
った。そのうちの1個の直角プリズムの斜面に接合用溶
液を、スピンコーターを用いて、金属有機化合物のゾル
(接合用溶液)の粘度にあわせて回転数と時間を変えて
膜厚が約0.3μmになるように塗布した。
【0029】上記2個の直角プリズムをその接合面にご
みや泡が入らないように注意して貼り合わせた。貼り合
わせたものをホルダーで固定し、120℃で2時間加熱
し、ゲル化した。冷却後、2個の直角プリズムの接合界
面での反射率(500nm)を測定したところ0.01%で
あった。また、臨界角は79.2°であった。
【0030】また、同様の材料、製造工程で、光学的膜
厚がλ/4、屈折率1.47のSiO2と光学的膜厚が
λ/4、屈折率2.38のTiO2の交互層と、調整層
とからなる偏光分離膜を設けた偏光ビームスプリッタを
製作した。この偏光ビームスプリッタを投影装置の光学
系に組み込んだところ、従来の偏光ビームスプリッタに
比べて臨界角が大きくなったので光学系の調整が容易
で、良好な光学特性を得ることができた。
【0031】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明にかかる偏光
ビームスプリッタは、一の直角プリズムの斜面に偏光分
離膜を形成したものと、他の直角プリズムの斜面に金属
有機化合物のゾルを塗布したものとを、ゾルを加熱によ
りゲル化することで接合したので、従来の接着材を用い
て接合した場合に比べて接合界面の反射率を小さくし、
かつ臨界角を大きくすることができる。
【0032】また、本発明にかかる偏光ビームスプリッ
タを投影装置の光学系に組み込んだ場合には、従来の偏
光ビームスプリッタに比べて臨界角が大きくなったので
光学系の調整が容易で、良好な光学特性を得ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる実施形態の偏光ビームスプリッ
タの概略断面図である。
【図2】従来の偏光ビームスプリッタの概略断面図であ
る。
【符号の説明】
1、2・・・直角プリズム 3・・・偏光分離膜 4・・・金属有機化合物のゲル化膜 5・・・反射防止膜 6・・・接着材

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一の透光基体の斜面に形成された偏光分離
    膜と、他の透光基体の斜面とを金属有機化合物のゾルを
    加熱によりゲル化した膜を介して接合してなる偏光ビー
    ムスプリッタ。
  2. 【請求項2】一の直角プリズムの斜面に偏光分離膜を形
    成したものと、他の直角プリズムの斜面に金属有機化合
    物のゾルを塗布したものとを、前記ゾルを加熱によりゲ
    ル化することで接合してなる偏光ビームスプリッタ。
  3. 【請求項3】前記金属有機化合物が金属アルコキシド、
    金属アセチルアセトネート、金属カルボキシレートであ
    ることを特徴とする請求項1又は2記載の偏光ビームス
    プリッタ。
JP9124528A 1997-05-14 1997-05-14 偏光ビームスプリッタ Pending JPH10311914A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3794387A4 (en) * 2018-05-14 2021-09-29 Aselsan Elektronik Sanayi ve Ticaret Anonim Sirketi ADHESIVE FOR MID-FAR-INFRARED OPTICAL ELEMENTS AND BEAM SPLITTER PRISM SET USING ADHESIVE

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3794387A4 (en) * 2018-05-14 2021-09-29 Aselsan Elektronik Sanayi ve Ticaret Anonim Sirketi ADHESIVE FOR MID-FAR-INFRARED OPTICAL ELEMENTS AND BEAM SPLITTER PRISM SET USING ADHESIVE

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