(57)【要約】  入射光を軸対称偏光ビームに変換する軸対称偏光変換素子１０において、フレネルロム波長板の光軸方向の断面を当該光軸に平行な軸回りに回転させた形状をなす反射部２０を有し、反射部２０における２回のフレネル反射を利用して入射光を軸対称偏光ビームＰＢに変換する。
2013118810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を軸対称偏光ビームに変換する軸対称偏光変換素子において、
フレネルロム波長板の光軸方向の断面を当該光軸に平行な軸回りに回転させた形状を有することを特徴とする、軸対称偏光変換素子。
【請求項２】
請求項１において、
Ｎ回（Ｎは正の整数）のフレネル反射を利用して、入射光を軸対称偏光ビームに変換することを特徴とする、軸対称偏光変換素子。
【請求項３】
請求項２において、
Ｎ回（Ｎは正の整数）のフレネル反射を利用して、入射した直線偏光のガウスビームをリング状の軸対称偏光ビームに変換することを特徴とする、軸対称偏光変換素子。
【請求項４】
請求項３において、
円錐台形状の斜面に相当する外周面と、前記円錐台形状の中心内部に存在する逆円錐形状の斜面に相当する内周面とを有し、前記逆円錐形状の頂点に入射した直線偏光のガウスビームを前記内周面と前記外周面で反射させて、リング状の軸対称偏光ビームを出射することを特徴とする、軸対称偏光変換素子。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
光学ガラス又は光学アクリル樹脂により構成されることを特徴とする、軸対称偏光変換素子。
【請求項６】
軸対称偏光ビームを発生する軸対称偏光ビーム発生装置において、
光源と、
前記光源からの入射光を軸対称偏光ビームに変換する軸対称偏光変換素子とを含み、
前記軸対称偏光変換素子は、
フレネルロム波長板の光軸方向の断面を当該光軸に平行な軸回りに回転させた形状を有することを特徴とする、軸対称偏光ビーム発生装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記軸対称偏光変換素子は、
Ｎ回（Ｎは正の整数）のフレネル反射を利用して、入射光を軸対称偏光ビームに変換することを特徴とする、軸対称偏光ビーム発生装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記軸対称偏光変換素子は、
Ｎ回（Ｎは正の整数）のフレネル反射を利用して、入射した直線偏光のガウスビームをリング状の軸対称偏光ビームに変換することを特徴とする、軸対称偏光ビーム発生装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記軸対称偏光変換素子は、
円錐台形状の斜面に相当する外周面と、前記円錐台形状の中心内部に存在する逆円錐形状の斜面に相当する内周面とを有し、前記逆円錐形状の頂点に入射した直線偏光のガウスビームを前記内周面と前記外周面で反射させて、リング状の軸対称偏光ビームを出射することを特徴とする、軸対称偏光ビーム発生装置。
【請求項１０】
請求項６乃至９のいずれかにおいて、
前記軸対称偏光変換素子を光路上に複数配置したことを特徴とする、軸対称偏光ビーム発生装置。
【請求項１１】
請求項６乃至１０のいずれかにおいて、
前記軸対称偏光変換素子は、
光学ガラス又は光学アクリル樹脂により構成されることを特徴とする、軸対称偏光ビーム発生装置。
【請求項１２】
軸対称偏光変換素子を用いて軸対称偏光ビームを発生させる軸対称偏光ビーム発生方法において、
前記軸対称偏光変換素子が、
フレネルロム波長板の光軸方向の断面を当該光軸に平行な軸回りに回転させた形状を有し、Ｎ回（Ｎは正の整数）のフレネル反射を利用して入射光を軸対称偏光ビームに変換することを特徴とする、軸対称偏光ビーム発生方法。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記軸対称偏光変換素子に直線偏光を入射させ、軸対称偏光ビームを発生させることを特徴とする、軸対称偏光ビーム発生方法。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記軸対称偏光変換素子に直線偏光のガウスビームを入射させ、リング状の軸対称偏光ビームを発生させることを特徴とする、軸対称偏光ビーム発生方法。
【請求項１５】
請求項１２乃至１４のいずれかにおいて、
光路上に配置した複数の前記軸対称偏光変換素子を用いて、軸対称偏光ビームを発生させることを特徴とする、軸対称偏光ビーム発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光を軸対称偏光ビームに変換する軸対称偏光変換素子、軸対称偏光ビーム発生装置及び軸対称偏光ビーム発生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光軸に対して対称な偏光分布を持つ軸対称偏光ビームを発生させる手法が知られており、これを用いて、超解像顕微鏡や超解像レーザー加工を達成した例が報告されている。軸対称偏光ビームの発生法として、光誘起性液晶高分子材料や液晶空間位相変調器を用いたものが提案されている（例えば、特開２００８−２３３９０３号公報参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の手法では、光学素子の安定性に問題があった。すなわち、液晶高分子では経時変化が問題となり、液晶空間位相変調器では、液晶分子の振動のため、偏光面のゆらぎが問題となる。加えて、液晶には温度特性や波長依存性があるといった問題もあった。【０００４】
本発明は、本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構成で安定的に軸対称偏光ビームを発生させることが可能な軸対称偏光変換素子、軸対称偏光ビーム発生装置及び軸対称偏光ビーム発生方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）本発明は、入射光を軸対称偏光ビームに変換する軸対称偏光変換素子において、
フレネルロム波長板の光軸方向の断面を当該光軸に平行な軸回りに回転させた形状を有することを特徴とする。【０００６】
また本発明は、軸対称偏光ビームを発生する軸対称偏光ビーム発生装置において、
光源と、
前記光源からの入射光を軸対称偏光ビームに変換する軸対称偏光変換素子とを含み、
前記軸対称偏光変換素子は、
フレネルロム波長板の光軸方向の断面を当該光軸に平行な軸回りに回転させた形状を有することを特徴とする。【０００７】
本発明によれば、簡単な構成で安定的に軸対称偏光ビームを発生させることが可能な軸対称偏光変換素子及び軸対称偏光ビーム発生装置を提供することができる。【０００８】
（２）また本発明に係る対称偏光変換素子及び軸対称偏光ビーム発生装置では、
前記軸対称偏光変換素子は、Ｎ回（Ｎは正の整数）のフレネル反射を利用して、入射光を軸対称偏光ビームに変換してもよい。【０００９】
（３）また本発明に係る対称偏光変換素子及び軸対称偏光ビーム発生装置では、
前記軸対称偏光変換素子は、Ｎ回（Ｎは正の整数）のフレネル反射を利用して、入射した直線偏光のガウスビームをリング状の軸対称偏光ビームに変換してもよい。【００１０】
（４）また本発明に係る対称偏光変換素子及び軸対称偏光ビーム発生装置では、
前記軸対称偏光変換素子は、円錐台形状の斜面に相当する外周面と、前記円錐台形状の中心内部に存在する逆円錐形状の斜面に相当する内周面とを有し、前記逆円錐形状の頂点に入射した直線偏光のガウスビームを前記内周面と前記外周面で反射させて、リング状の軸対称偏光ビームを出射してもよい。【００１１】
（５）また本発明に係る対称偏光変換素子及び軸対称偏光ビーム発生装置では、
前記軸対称偏光変換素子は、光学ガラス又は光学アクリル樹脂により構成されていてもよい。【００１２】
（６）また本発明に係る軸対称偏光ビーム発生装置では、
前記軸対称偏光変換素子を光路上に複数配置してもよい。【００１３】
（７）また本発明は、軸対称偏光変換素子を用いて、軸対称偏光ビームを発生させる軸対称偏光ビーム発生方法において、
前記軸対称偏光変換素子が、
フレネルロム波長板の光軸方向の断面を当該光軸に平行な軸回りに回転させた形状を有し、Ｎ回（Ｎは正の整数）のフレネル反射を利用して入射光を軸対称偏光ビームに変換することを特徴とする。【００１４】
本発明によれば、簡単な構成で安定的に軸対称偏光ビームを発生させることが可能な軸対称偏光ビーム発生方法を提供することができる。【００１５】
（８）また本発明に係る軸対称偏光ビーム発生方法では、
前記軸対称偏光変換素子に直線偏光を入射させ、軸対称偏光ビームを発生させてもよい。【００１６】
（９）また本発明に係る軸対称偏光ビーム発生方法では、
前記軸対称偏光変換素子に直線偏光のガウスビームを入射させ、リング状の軸対称偏光ビームを発生させてもよい。【００１７】
（１０）また本発明に係る軸対称偏光ビーム発生方法では、
光路上に配置した複数の前記軸対称偏光変換素子を用いて、軸対称偏光ビームを発生させてもよい。【００１８】
本発明によれば、様々な偏光分布をもつ軸対称偏光ビームを、簡単な構成で安定的に発生させることが可能な軸対称偏光ビーム発生方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】図１Ａは、本実施形態の軸対称偏光変換素子の構成の一例を示す斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本実施形態の軸対称偏光変換素子の構成の一例を示す斜視図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本実施形態の軸対称偏光変換素子の形状について説明するための図である。
【図２】図２は、軸対称偏光変換素子における入射光の反射と、軸対称偏光変換素子から出射される軸対称偏光ビームの偏光状態を模式的に示す図である。
【図３】図３は、アクリル材からなる軸対称偏光変換素子の角度βに対する位相差Δの分布を示す図である。
【図４】図４は、軸対称偏光ビームの偏光状態をより詳細に示す模式図である。
【図５】図５は、軸対称偏光ビームにおける周方向の偏光状態の変化をポアンカレ球上で表した図である。
【図６Ａ】図６Ａは、２個の軸対称偏光変換素子を光路上に配置した場合の構成の一例を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、２個の軸対称偏光変換素子を光路上に配置した場合の構成の一例を示す図である。
【図７】図７は、２個の軸対称偏光変換素子における入射光の反射の様子を模式的に示す図である。
【図８】図８は、２個の軸対称偏光変換素子を配置した光学系で発生させた軸対称偏光ビームの偏光状態を模式的に示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、２個の軸対称偏光変換素子のセットを複数セット光路上に配置した場合の構成の一例を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、２個の軸対称偏光変換素子を配置した光学系で発生させた軸対称偏光ビームの強度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本実施形態について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００２１】
図１Ａは、本実施形態の軸対称偏光変換素子の構成の一例を示す斜視図である。
【００２２】
軸対称偏光変換素子１０は、２回のフレネル反射（全反射）を利用して入射光を軸対称偏光ビーム(axially symmetric polarized beam)に変換する光学素子である。軸対称偏光変換素子１０は、光学ガラスや光学アクリル樹脂等により構成することができる。
【００２３】
軸対称偏光変換素子１０に、入射光ＩＬとして、図中ｂ１に模式的に示すガウスビーム（例えば直線偏光のビーム）を入射させると、出射光ＯＬとして、図中ｂ２に模式的に示すリング状の軸対称偏光ビームが出射される。軸対称偏光変換素子１０に入射した光ＩＬは、軸対称偏光変換素子１０を構成する反射部２０の内部で２回全反射する。なお、図１Ｂに示すように、軸対称偏光変換素子として、図１Ａに示す反射部２０のみを構成要素とする軸対称偏光変換素子１１を用いてもよい。
【００２４】
図１Ｂ、図１Ｃに示すように、反射部２０（軸対称偏光変換素子１１）は、フレネルロム波長板ＦＲ（菱形プリズム）の光軸ＯＡ方向の断面ＳＣを、当該光軸ＯＡと平行な軸ＡＸ回りに回転させた形状をなしている。すなわち、反射部２０は、平行四辺形を、その１つの頂点を通る直線の回りに回転させた形状をなしている。反射部２０は、円錐台形状の斜面に相当する外周面２１と、当該円錐台形状の中心内部に存在する逆円錐形状（すり鉢形状）の斜面に相当する内周面２２を有し、当該逆円錐形状の頂点２３に入射した入射光は、外周面２１と内周面２２で反射する。なお、外周面２１の傾斜角度と内周面２２の傾斜角度は同一である。
【００２５】
図２は、軸対称偏光変換素子１０における入射光の反射と、軸対称偏光変換素子１０から出射される軸対称偏光ビームの偏光状態を模式的に示す図である。なお、軸対称偏光変換素子１０を、図１Ｂに示す軸対称偏光変換素子１１に置き換えた場合についても以下の説明は同様に適用される。
【００２６】
図２に示すように、光源１（例えば、レーザ光源やＳＬＤ）から出射した光は、偏光子２により偏光方位が４５°の直線偏光となり、軸対称偏光変換素子１０に入射する。反射部２０の逆円錐形状の頂点２３に入射した光は、内周面２２で放射状に反射される。内周面２２で放射状に反射された光は、外周面２１で再び反射され、リング状の軸対称偏光ビームＰＢとして、出射面２４から出射される。
【００２７】
ここで、入射光が内周面２２で反射（全反射、フレネル反射）すると、直交する偏光成分（Ｐ偏光成分とＳ偏光成分）で位相差δが生じる。そして、内周面２２で反射した光が外周面２１で反射すると、直交する偏光成分で更に位相差δが生じる。すなわち、反射部２０における２回の全反射によって位相差２δが生じることなる。このようなフレネル反射によって得られる位相差Δ（Δ＝２δ）は、次式で与えられる。
【００２８】
【数１】
2013118810.tif 000003
ここで、ｎは、軸対称偏光変換素子１０を構成する材料（ガラス、アクリル材等）の屈折率であり、βは、反射部２０の外周面２１の傾斜角度（垂直面に対する傾斜角度）である。なお、図２の例では、位相差Δ＝９０°（１／４波長）となるように、軸対称偏光変換素子１０の屈折率ｎと傾斜角度βを選択している。
【００２９】
図３は、軸対称偏光変換素子１０の材料としてアクリル材料を用いた場合の、角度βに対する位相差Δの分布を示す図である。ここでは、入射光の波長λ＝４３５ｎｍ、５５５ｎｍ、６７５ｎｍとした場合のそれぞれの屈折率ｎを式（１）に代入して位相差Δの分布を求めている。図３を見ると、アクリル材料で軸対称偏光変換素子１０を構成する場合には、角度βを４９°〜５４°の範囲で設定すれば、入射光の波長に依存せずに（アクロマティックに）位相差Δがおよそ９０°となることがわかる。
【００３０】
軸対称偏光変換素子１０に入射した光は、内周面２２で放射状に反射されるため、反射した方位によって異なる位相差が生じる。すなわち、図２に示すように、出射されるリング状の軸対称偏光ビームＰＢでは、周方向の方位θによって異なる偏光状態となる。例えば、内周面２２で方位角θ＝９０°に反射した光Ｌ１については、位相差Δ＝９０°が生じて左周り円偏光となる。内周面２２で方位角θ＝２７０°に反射した光Ｌ２についても同様である。また、内周面２２で方位角θ＝０°及びθ＝１８０°に反射した光については、位相差Δ＝９０°が生じて右周り円偏光となる。また、内周面２２で方位角θ＝４５°に反射した光Ｌ３については、位相遅れが生じる偏光成分が存在しないため、偏光方位が４５°の直線偏光のままである。
【００３１】
図４は、軸対称偏光ビームＰＢの偏光状態をより詳細に示す模式図である。
【００３２】
図４に示すように、軸対称偏光ビームＰＢでは、方位角θ＝０°において右回り円偏光であり、右楕円偏光を経てθ＝４５°で直線偏光となり、左楕円偏光を経て、θ＝９０°で左回り円偏光となる。そして、左楕円偏光を経てθ＝１３５°で直線偏光となり、右楕円偏光を経てθ＝１８０°で右回り円偏光となる。以降、θ＝１８０°〜３６０°の範囲で同様に偏光状態が変化する。すなわち、軸対称偏光ビームＰＢでは、周方向に偏光状態が循環的に変化し、且つ光軸ＡＯ（Ｚ軸）に対して対称な偏光分布となっている。
【００３３】
図５に示すように、軸対称偏光ビームＰＢにおける周方向の偏光状態の変化は、ポアンカレ球上において、北極点ＮＰと、赤道上の１点ＥＱと、南極点ＳＰとを通る８の字状の軌跡ＰＳで表される。
【００３４】
このような軸対称偏光ビームＰＢにおける周方向の偏光状態の変化は、直線偏光を１／４波長板（例えば、フレネルロム１／４波長板）に入射させて、当該１／４波長板を光軸回りに回転させたときに得られる出射光の時間的な偏光状態の変化と等価である。
【００３５】
すなわち、本実施形態の軸対称偏光変換素子１０によれば、１／４波長板を光軸回りに回転させたときに得られる偏光状態の変化を周方向に有する軸対称偏光ビームを生成することができる。なお、軸対称偏光変換素子１０の位相差Δが１８０°（１／２波長）となるように設計すれば、１／２波長板を光軸回りに回転させたときに得られる偏光状態の変化を周方向に有する軸対称偏光ビームを生成することができる。
【００３６】
上記実施形態では、１個の軸対称偏光変換素子１０（軸対称偏光変換素子１１）を用いて軸対称偏光ビームを発生させる場合について説明したが、複数の軸対称偏光変換素子１０を同一光路上に配置して軸対称偏光ビームを発生させてもよい。
【００３７】
図６Ａは、２個の軸対称偏光変換素子１０を光路上に配置した場合の構成の一例を示し、図６Ｂは、２個の軸対称偏光変換素子１１を光路上に配置した場合の構成の一例を示す。２つの軸対称変換素子１０ａ、１０ｂ（２つの軸対称変換素子１１ａ、１１ｂ）は、入射光ＩＬに対する向きが正対称となるように同一光路（光軸ＯＡ）上に隣接して配置される。
【００３８】
軸対称偏光変換素子１０ａ（軸対称変換素子１１ａ）に、入射光ＩＬとして、図中ｂ１に模式的に示すガウスビーム（例えば直線偏光のビーム）を入射させると、軸対称偏光変換素子１０ｂ（軸対称変換素子１１ｂ）からは、出射光ＯＬとして、図中ｂ３に模式的に示すラゲールガウス分布（中心に偏光特異点を有する中空分布）の軸対称偏光ビームが出射される。軸対称偏光変換素子１０ａに入射した光ＩＬは、軸対称偏光変換素子１０ａの反射部２０ａの内部で２回全反射して軸対称偏光変換素子１０ｂに入射し、軸対称偏光変換素子１０ｂの反射部２０ｂの内部で２回全反射する。
【００３９】
図７は、２個の軸対称偏光変換素子１０ａ、１０ｂにおける入射光の反射の様子を模式的に示す図である。なお、軸対称偏光変換素子１０ａ、１０ｂを、図６Ｂに示す軸対称偏光変換素子１１ａ、１１ｂに置き換えた場合についても以下の説明は同様に適用される。
【００４０】
図７に示すように、光源１（例えば、レーザ光源やＳＬＤ）から出射した光は、偏光子２により偏光方位が４５°の直線偏光となり、軸対称偏光変換素子１０ａに入射する。反射部２０ａの逆円錐形状の頂点２３ａに入射した光は、内周面２２ａで放射状に反射される。内周面２２ａで放射状に反射された光は、外周面２１ａで再び反射され、軸対称偏光変換素子１０ｂに入射する。軸対称偏光変換素子１０ｂに入射したリング状の軸対称偏光ビームは、反射部２０ｂの外周面２１ｂ及び内周面２２ｂで反射され、ラゲールガウス分布の軸対称偏光ビームとして出射面２４ｂから出射される。すなわち、軸対称偏光変換素子１０ａから出射されたリング状の軸対称偏光ビームは、軸対称偏光変換素子１０ｂでの２回の全反射によって、直線偏光の入射光とビーム径が同一の軸対称偏光ビームとなって軸対称偏光変換素子１０ｂから出射される。
【００４１】
ここで、軸対称偏光変換素子１０ａにおける２回の全反射で位相差Δが生じ、軸対称偏光変換素子１０ｂにおける２回の全反射で更に位相差Δが生じるため、合わせて２Δの位相差が生じることになる。ここでは、位相差Δ＝９０°としているため、２個の軸対称偏光変換素子１０ａ、１０ｂを配置した光学系によって、１８０°（１／２波長）の位相差が得られることになる。
【００４２】
図８は、２個の軸対称偏光変換素子１０ａ、１０ｂを配置した光学系で発生させた軸対称偏光ビームの偏光状態を模式的に示す図である。
【００４３】
図８に示すように、軸対称偏光ビームＰＢでは、方位角θ＝０°において偏光方位４５°の直線偏光となり、方位９０°の直線偏光、方位１３５°の直線偏光、方位１８０°の直線偏光を経て、方位角θ＝４５°において方位２２５°の直線偏光となり、方位２７０°の直線偏光、方位３１５°の直線偏光、方位０°の直線偏光を経て、方位角θ＝９０°で方位４５°の直線偏光となる。すなわち、θ＝０°〜９０°の範囲で直線偏光の偏光方位が１回転（３６０°回転）する。同様に、θ＝９０°〜１８０°、θ＝１８０°〜２７０°、θ＝２７０°〜３６０°の範囲で、それぞれ直線偏光の偏光方位が１回転している。すなわち、図８に示す軸対称偏光ビームＰＢでは、方位角θ＝０°〜３６０°の範囲で直線偏光の偏光方位が４回転する軸対称な偏光分布となっている。
【００４４】
このように、本実施形態の軸対称偏光変換素子１０を光路上に複数配置することで、直線偏光の偏光方位がビーム周方向に変化（回転）するような偏光分布を有する軸対称偏光ビームを生成することができる。
【００４５】
なお、位相差Δ＝４５°となるように設計した２つの軸対称偏光変換素子を光路上に配置した光学系を用いれば、図４に示すような偏光分布を有する軸対称偏光ビーム（１／４波長板を光軸回りに回転させたときに得られる偏光状態の変化を周方向に有する軸対称偏光ビーム）であって、且つ、中心に偏光特異点を有するラゲールガウス分布の軸対称偏光ビームを生成することができる。
【００４６】
また、図９Ａに示すように、２個の軸対称偏光変換素子１０ａ、１０ｂのセットを、１／２波長板３を挟んで、複数セット光路上（光軸ＯＡ上）に配置してもよい。図９Ａの例では、軸対称偏光変換素子１０ａ、１０ｂのセットを２セット光路上に配置している。図９Ａに示す光学系で得られる軸対称偏光ビームＰＢでは、位角θ＝０°〜３６０°の範囲で直線偏光の偏光方位が８回転する軸対称な偏光分布となる。また、このように光学系を構成すると、発生させる軸対称偏光ビームのビーム径ＢＤを変化させずに、軸対称偏光ビームの中空部（中心部の強度が低い部分）の径ＨＤを大きくすることができる（図９Ｂ参照）。光路上に配置する軸対称偏光変換素子１０ａ、１０ｂのセットの数を多くするほど、中空部ＨＤの径が大きな軸対称偏光ビームを発生させることができる。これは、本実施形態の軸対称偏光変換素子を用いて発生させる軸対称偏光ビームを、ＳＴＥＤ（Stimulated emission depletion）顕微鏡のＳＴＥＤビームとして利用する場合
に有効である。
【００４７】
このように、本実施形態の軸対称偏光変換素子によれば、簡単な構成で様々な偏光分布を有する軸対称偏光ビームを発生させることが可能となる。また、本実施形態の軸対称偏光変換素子は、材料として光学ガラスやアクリル樹脂を用いるため、温度変化や経時変化に強く、また、低コスト化を実現することができる。また、本実施形態の軸対称偏光変換素子は、フレネル反射を利用するため波長依存性がないという利点もある。
【００４８】
なお、本発明の適用は上述した実施例に限定されず、種々の変形が可能である。
【００４９】
例えば、上記実施形態では、軸対称偏光変換素子の内部における２回のフレネル反射で位相差Δを得る場合について説明したが、傾斜角度βを変えて、４回のフレネル反射で位相差Δ（例えば、Δ＝９０°、１８０°）を得るように構成してもよい。軸対称偏光変換素子の内部におけるフレネル反射の回数Ｎは正の整数であればよく、例えば、１回のフレネル反射によって位相差を与えた光を集光して軸対称偏光ビームを発生するようにしてもよい。また、軸対称偏光変換素子１０（軸対称偏光変換素子１１）の外周面２１及び内周面２２に誘電体多層膜を塗布（蒸着）することで、フレネル反射で得られる位相差を変化させてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１０  軸対称偏光変換素子、１１  軸対称偏光変換素子、２０  反射部、２１  外周面、２２  内周面、２３  頂点、２４  出射面
【図１Ａ】
2013118810.tif 000004
【図１Ｂ】
2013118810.tif 000005
【図１Ｃ】
2013118810.tif 000006
【図２】
2013118810.tif 000007
【図３】
2013118810.tif 000008
【図４】
2013118810.tif 000009
【図５】
2013118810.tif 000010
【図６Ａ】
2013118810.tif 000011
【図６Ｂ】
2013118810.tif 000012
【図７】
2013118810.tif 000013
【図８】
2013118810.tif 000014
【図９Ａ】
2013118810.tif 000015
【図９Ｂ】
2013118810.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成25年8月22日(2013.8.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を軸対称偏光ビームに変換する軸対称偏光変換素子において、
フレネルロム波長板の光軸方向の断面を当該光軸に平行な軸回りに回転させた形状を有し、
Ｎ回（Ｎは正の整数）のフレネル反射を利用して、入射光を軸対称偏光ビームに変換することを特徴とする、軸対称偏光変換素子。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
請求項１において、
Ｎ回（Ｎは正の整数）のフレネル反射を利用して、入射した直線偏光のガウスビームをリング状の軸対称偏光ビームに変換することを特徴とする、軸対称偏光変換素子。
【請求項４】
請求項３において、
円錐台形状の斜面に相当する外周面と、前記円錐台形状の中心内部に存在する逆円錐形状の斜面に相当する内周面とを有し、前記逆円錐形状の頂点に入射した直線偏光のガウスビームを前記内周面と前記外周面で反射させて、リング状の軸対称偏光ビームを出射することを特徴とする、軸対称偏光変換素子。
【請求項５】
請求項１、３、４のいずれかにおいて、
光学ガラス又は光学アクリル樹脂により構成されることを特徴とする、軸対称偏光変換素子。
【請求項６】
軸対称偏光ビームを発生する軸対称偏光ビーム発生装置において、
光源と、
前記光源からの入射光を軸対称偏光ビームに変換する軸対称偏光変換素子とを含み、
前記軸対称偏光変換素子は、
フレネルロム波長板の光軸方向の断面を当該光軸に平行な軸回りに回転させた形状を有し、Ｎ回（Ｎは正の整数）のフレネル反射を利用して、入射光を軸対称偏光ビームに変換することを特徴とする、軸対称偏光ビーム発生装置。
【請求項７】
（削除）
【請求項８】
請求項６において、
前記軸対称偏光変換素子は、
Ｎ回（Ｎは正の整数）のフレネル反射を利用して、入射した直線偏光のガウスビームをリング状の軸対称偏光ビームに変換することを特徴とする、軸対称偏光ビーム発生装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記軸対称偏光変換素子は、
円錐台形状の斜面に相当する外周面と、前記円錐台形状の中心内部に存在する逆円錐形状の斜面に相当する内周面とを有し、前記逆円錐形状の頂点に入射した直線偏光のガウスビームを前記内周面と前記外周面で反射させて、リング状の軸対称偏光ビームを出射することを特徴とする、軸対称偏光ビーム発生装置。
【請求項１０】
請求項６、８、９のいずれかにおいて、
前記軸対称偏光変換素子を光路上に複数配置したことを特徴とする、軸対称偏光ビーム発生装置。
【請求項１１】
請求項６、８、９、１０のいずれかにおいて、
前記軸対称偏光変換素子は、
光学ガラス又は光学アクリル樹脂により構成されることを特徴とする、軸対称偏光ビーム発生装置。
【請求項１２】
軸対称偏光変換素子を用いて軸対称偏光ビームを発生させる軸対称偏光ビーム発生方法において、
前記軸対称偏光変換素子が、
フレネルロム波長板の光軸方向の断面を当該光軸に平行な軸回りに回転させた形状を有し、Ｎ回（Ｎは正の整数）のフレネル反射を利用して入射光を軸対称偏光ビームに変換することを特徴とする、軸対称偏光ビーム発生方法。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記軸対称偏光変換素子に直線偏光を入射させ、軸対称偏光ビームを発生させることを特徴とする、軸対称偏光ビーム発生方法。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記軸対称偏光変換素子に直線偏光のガウスビームを入射させ、リング状の軸対称偏光ビームを発生させることを特徴とする、軸対称偏光ビーム発生方法。
【請求項１５】
請求項１２乃至１４のいずれかにおいて、
光路上に配置した複数の前記軸対称偏光変換素子を用いて、軸対称偏光ビームを発生させることを特徴とする、軸対称偏光ビーム発生方法。
【国際調査報告】
2013118810.tif 000017
2013118810.tif 000018
2013118810.tif 000019
2013118810.tif 000020