(57)【要約】【課題】高消光比で低収差な全反射型偏光子を提供する。【解決手段】入射光線Ｉの二つの偏光成分の一方を全反射により除去する全反射型偏光子Ｐ１であって、異常光屈折率（ｎｅ）が常光屈折率（ｎｏ）よりも大きい一軸性結晶で形成された複数のプリズム１０，２０と、複数のプリズムの間に薄層Ｇと、を備え、薄層Ｇの屈折率（ｎ）が一軸性結晶の常光屈折率（ｎｏ）より小さく、複数のプリズム１０，２０の光学軸Ａ１，Ａ２は互いに平行であり、複数のプリズム１０，２０の光学軸Ａ１，Ａ２は入射光線Ｉの光軸Ｘと直交する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光線の二つの偏光成分の一方を全反射により除去する全反射型偏光子であって、
異常光屈折率が常光屈折率よりも大きい一軸性結晶で形成された複数のプリズムと、
前記複数のプリズムの間に薄層と、を備え、
前記薄層の屈折率が前記一軸性結晶の常光屈折率より小さく、
前記複数のプリズムの光学軸は互いに平行であり、
前記複数のプリズムの光学軸は前記入射光線の光軸と直交することを特徴とする全反射型偏光子。
【請求項２】
前記薄層が空気の層であることを特徴とする請求項１に記載の全反射型偏光子。
【請求項３】
前記薄層の厚みが２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の全反射型偏光子。
【請求項４】
前記複数のプリズムは、前記薄層に対向する面に反射防止膜を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の全反射型偏光子。
【請求項５】
前記薄層の方向と同一方向に傾斜され、前記薄層と同数で配置された収差補正板を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の全反射型偏光子。
【請求項６】
前記複数のプリズムがＹＶＯ４で構成され、
前記薄層が空気層であり、該空気層の厚みが０．５μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の全反射型偏光子。
【請求項７】
前記複数のプリズムがルチル型ＴｉＯ２で構成され、
前記薄層が空気層であり、該空気層の厚みが０．５μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の全反射型偏光子。
【請求項８】
前記複数のプリズムとして、第一プリズム、第二プリズム、第三プリズムを備え、
前記第二プリズムは、屈折率が前記一軸性結晶の常光屈折率より小さい第一薄層を介して前記第一プリズムと隣接しており、
前記第三プリズムは、屈折率が前記一軸性結晶の常光屈折率より小さい第二薄層を介して前記第二プリズムと隣接しており、
前記第一プリズムの前記第一薄層に対向する第一出射光学面、及び、前記第二プリズムの前記第二薄層に対向する第二出射光学面において、前記入射光線の一方の偏光成分を全反射により除去することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の全反射型偏光子。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の全反射型偏光子を組み込んだことを特徴とする光アッテネーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光子に係り、特に入射光線の二つの偏光成分の一方を全反射により除去する全反射型偏光子に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザー光の様な、光源の光強度が高い光学系に用いる偏光子には、有機物より、光耐性の高い結晶を用いる事が多く、加えて、高消光比である事が求められる場合が多い事からも、ほとんどの場合、結晶を用いた全反射型偏光子が使用されている。特に光強度の高いレーザー光を光源とする場合、偏光子には、接合部の無い、複屈折結晶製プリズムの間に空気間隙を配したグラン−テーラープリズム型の全反射型偏光子が用いられている。
【０００３】
高出力レーザー光に用いられる偏光子は、レーザー加工機の光アッテネーターに限らず、高いスループットが要求される検査機器、測定機器、分析機器にも使用されている。
【０００４】
一般的に使用されている高光耐力、高消光比偏光子として、方解石製やα−ＢＢＯ（α−ＢａＢ２Ｏ４）製のグラン−テーラープリズムがある。しかし、プリズム材に常光屈折率（ｎｏ）が異常光屈折率（ｎｅ）より大きい負の一軸性結晶（ｎｏ＞ｎｅ）である方解石や、α−ＢＢＯを用いた一般的なグラン−テーラープリズムは、プリズム内での異常光線が透過光になるため、異常光屈折率の入射角依存性による収差の影響が生じる。したがって、集光光を従来のグラン−テーラープリズムに入射した場合、非点収差状の収差の影響を受けて、集光点が小さくならない。また、一般的なグラン−テーラープリズムの空気間隙の厚みは、１００μｍ程度であるため、空気間隙で発生するコマ収差、非点収差により集光点を小さくすることは出来なかった。
【０００５】
図２４上図は、入射角±２°の集光光を方解石製のグラン−テーラープリズムに入射した場合の集光サイズの計算結果である。空気間隙の厚みは７０μｍで計算した。また、グラン−テーラープリズムは、ＹＶＯ４やルチルなど、正の一軸性結晶を用いて作られる事もある。図２４下図は、ＹＶＯ４製グラン−テーラープリズムに集光光を透過した場合の集光点のサイズの計算結果である。ＹＶＯ４製グラン−テーラープリズムのプリズム材は、正の一軸性結晶であるが、空気間隙の厚みが７０μｍと厚いため、集光点の大きさが小さくならない。図２４の結果から、方解石製及びＹＶＯ４製のグラン−テーラープリズムにおいて、集光点のサイズは、約４０〜５０μｍと大きい事が分かる。
【０００６】
方解石製グラン−トムソンプリズムやグラン−テーラープリズムを含めた従来の高消光比偏光子のほとんどは、収差が大きいため、結像性能が悪く、結像性能が求められる用途に適していない。従来の偏光子を使用する場合、偏光子を配置するために、光学系を特別な設計にする必要があり、また、偏光子を配置可能となる位置にも制限があった。
【０００７】
一方、偏光分離型偏光子であるローションプリズムは、使用する一軸性結晶が正であるか、負であるかに係わらず、常光線を透過光にすることが出来るため、集光光のサイズを小さくすることが可能ある。しかし、ローションプリズムは、入射光線の二つの偏光成分の一方を屈折により除去する偏光分離型であるため、集光光を使用する場合、分離角を集光角より大きくする必要がある。また、ローションプリズムでは、分離角を大きくするためには、プリズムの楔角を大きくする必要がある。この場合、二つのプリズムの間を高出力レーザー用途に適した空気層とすると、第１プリズム部の出射光学面で、全ての光が全反射してしまい、光が透過しない。また、入射光線が大きさを持つため、分離光を分離するためには、ローションプリズムの後に長いスペースを必要とし、装置の小型化の妨げとなる。さらに、ローションプリズムは、入射光の入射角、入射方向により透過率が変化する特長があるため、透過光線に輝度分布（輝度ムラ）が発生するので、結像光学系での使用に適していない。上記の理由により、ローションプリズムは、高出力レーザー光を光源とする用途に適していない。
【０００８】
特許文献１には、複数の一軸性結晶製プリズムを、光学軸が交互に直交になるように、配置された構造で、それぞれの結晶プリズム間の間隙を小さくすることで、収差が小さくなる事が記載されている。
【０００９】
非特許文献１には、方解石製グラン−テーラープリズムの空気間隙を１５μｍにすることで、色収差を低減する例が示されているが、これは集光点のサイズをぼかし、波長ごとの集光点のサイズを同程度のサイズにするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特表２０１６−５１７０４０号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】WuHai-Ying et al., “Analysisand evaluation of Glan-Taylor prism’s image qualityin a new polarization interference imaging spectrometer”, Acta Physica Sinica,vol.57, no.6, pp.3499-3505 (2008).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
レーザー加工機では、レーザー光を集光して使用するが、近年、測定機器や分析機器に使用する場合にも、微小領域の偏光解析、高分解能な面内情報の分析が重要性を増しており、そのため、偏光子にも結像性能が求められている。つまり、結像光学系内で用いても消光比が高く、波長特性、視野角特性にも優れた偏光子が必要とされている。
【００１３】
本発明者らが、複屈折性結晶を用いた高消光比を示す全反射型偏光子の低収差化に必要な条件を検討したところ、（条件１）偏光子を透過する光線（出射光線）が常光線であること、及び、（条件２）偏光子に入射する光線（入射光線）が偏光子内で直進することの２つの条件を満たす必要があることを見出した。
【００１４】
具体的には、偏光子を透過する光線（出射光線）が常光線であることで入射角の違いによる屈折率変化を受けず、異常光線を全反射によって分離することで、高い消光比が実現される。また、偏光子に入射する光線（入射光線）が偏光子内で直進することで、低収差化が実現される。
【００１５】
特許文献１に記載の偏光子アセンブリにおいて、透過光は必ず各プリズム内で常光線と異常光線を交互に繰り返すため、透過光を常光線とする構造ではない。また、特許文献１に記載の偏光子アセンブリでは、プリズム間に配置されるのは空気や光学セメント等の等方性材料であり、もしくは、プリズムは直接接合されているが、特許文献１に記載の偏光子アセンブリは、視野角を拡大することを目的としており、空気間隙は無くても良く、空気間隙を設ける場合、間隙の厚みは、薄い方が収差を大きくしないために好ましいことが示されている。したがって、特許文献１に記載の偏光子アセンブリは、収差の程度としては、一般的なウォラストンプリズムと同程度であり、その収差は小さいものではない。
【００１６】
非特許文献１に記載の方解石製グランテーラープリズムは、収差の低減を目的とするものではない。具体的には、非特許文献１に記載の方解石製グラン−テーラープリズムは、各波長での集光点サイズが大きいため、集光点のサイズを小さくし、分解能の高い二次元像を実現することはできない。また、プリズム材に負の一軸性結晶である方解石を用いているため、透過光は、プリズム内では異常光線である。
【００１７】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、高消光比で低収差な全反射型偏光子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、グラン−テーラープリズムにおいて、プリズム材を正の一軸性結晶とし、プリズム間に屈折率が一軸性結晶の常光屈折率より小さい薄層を配置することで、飛躍的に収差が低減されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１９】
前記課題は、本発明の全反射型偏光子によれば、入射光線の二つの偏光成分の一方を全反射により除去する全反射型偏光子であって、異常光屈折率（ｎｅ）が常光屈折率（ｎｏ）よりも大きい一軸性結晶で形成された複数のプリズムと、前記複数のプリズムの間に薄層と、を備え、前記薄層の屈折率（ｎ）が前記一軸性結晶の常光屈折率（ｎｏ）より小さく、前記複数のプリズムの光学軸は互いに平行であり、前記複数のプリズムの光学軸は前記入射光線の光軸と直交すること、により解決される。
【００２０】
このように、全反射型偏光子において、異常光屈折率が常光屈折率よりも大きい正の一軸性結晶で形成された２つのプリズムの間に、屈折率が一軸性結晶の常光屈折率より小さい薄層を備えているため、第一プリズムと薄層との界面において、入射光線の異常光線が全反射して分離されるとともに、入射光線の常光線に生じる屈折が小さく抑えられる。したがって、高消光比であると共に十分に収差が低減された全反射型偏光子を提供することが可能となる。
【００２１】
このとき、前記薄層が空気の層であるとよい。
このとき、前記薄層の厚みが２０μｍ以下であるとよい。
このように構成すると、高消光比であると共に収差が適切に低減された全反射型偏光子を提供することが可能となる。
【００２２】
このとき、前記複数のプリズムは、前記薄層に対向する面に反射防止膜を備えるとよい。
このように構成すると、透過率を向上させることが可能となると共に、ゴーストを低減することが可能となる。
【００２３】
このとき、前記薄層の方向と同一方向に傾斜され、前記薄層と同数で配置された収差補正板を備えるとよい。
このように構成すると、非点収差をより一層低減することが可能となる。
【００２４】
このとき、前記複数のプリズムがＹＶＯ４で構成され、前記薄層が空気層であり、該空気層の厚みが０．５μｍ以上２０μｍ以下であるとよい。
このように構成すると、幅広い使用波長帯域かつ広い視野角である全反射型偏光子を提供することが可能となる。
【００２５】
このとき、前記複数のプリズムがルチル型ＴｉＯ２で構成され、前記薄層が空気層であり、該空気層の厚みが０．５μｍ以上２０μｍ以下であるとよい。
このように構成すると、幅広い使用波長帯域かつ広い視野角である全反射型偏光子を提供することが可能となる。
【００２６】
このとき、前記複数のプリズムとして、第一プリズム、第二プリズム、第三プリズムを備え、前記第二プリズムは、屈折率（ｎ）が前記一軸性結晶の常光屈折率（ｎｏ）より小さい第一薄層を介して前記第一プリズムと隣接しており、前記第三プリズムは、屈折率（ｎ）が前記一軸性結晶の常光屈折率（ｎｏ）より小さい第二薄層を介して前記第二プリズムと隣接しており、前記第一プリズムの前記第一薄層に対向する第一出射光学面、及び、前記第二プリズムの前記第二薄層に対向する第二出射光学面において、前記入射光線の一方の偏光成分を全反射により除去するとよい。
このように構成すると、視野角を広げると共に並進ズレを補正することが可能となる。さらにコマ収差を小さくする事が可能であるため、収差低減の観点からより好適である。
【００２７】
前記課題は、本発明の光アッテネーターによれば前記全反射型偏光子を組み込んだこと、により解決される。
レーザー装置の発振光の光量調整は、安定性確保のため、レーザー装置外部で波長板と偏光子を組み合わせた光アッテネーターで行う事があるが、光アッテネーターに用いられる偏光子を、本発明の全反射型偏光子とすることで、光アッテネーターを通しても、集光点が大きくならず、結果、加工性能を損なわず、光量を調整することが可能となる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、全反射型偏光子において、異常光屈折率が常光屈折率よりも大きい正の一軸性結晶で形成された２つのプリズムの間に、屈折率が一軸性結晶の常光屈折率より小さい薄層を備えており、出射される光線が常光線であり、かつ、偏光子内において常光線が直進するため、高消光比であると共に十分に収差を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る全反射型偏光子の概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る全反射型偏光子を透過した光線の集光サイズ及び形状を示すスポットダイヤグラムである。
【図３】空気層Ｇの厚さとスポットサイズの関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態２に係る全反射型偏光子の概略構成図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係る全反射型偏光子の概略構成図である。
【図６】本発明の実施の形態４に係る全反射型偏光子の概略構成図である。
【図７】本発明の実施の形態４に係る全反射型偏光子を透過した光線のスポットダイヤグラムである。
【図８】本発明の実施の形態４に係る全反射型偏光子を透過した光線の集光サイズ及び形状を示すスポットダイヤグラムである。
【図９】本発明に係る全反射型偏光子を補正板と組み合わせた場合の概略構成図である。
【図１０】本発明に係る全反射型偏光子を補正板と組み合わせた場合に透過した光線のスポットダイヤグラムである。
【図１１】実施例１に係る全反射型偏光子の構成を示す概略構成図である。
【図１２】実施例１に係る全反射型偏光子を透過した光線の集光サイズを示すスポットダイヤグラムである。
【図１３】実施例１に係る全反射型偏光子においてＹＶＯ４から空気へ出射する光線の入射角と反射率の関係を表すグラフである。
【図１４】実施例２に係る全反射型偏光子の構成を示す概略構成図である。
【図１５】実施例２に係る全反射型偏光子を透過した光線の集光サイズを示すスポットダイヤグラムである。
【図１６】実施例２に係る全反射型偏光子においてルチル型ＴｉＯ２から空気へ出射する光線の入射角と反射率の関係を表すグラフである。
【図１７】実施例３に係る全反射型偏光子の構成を示す概略構成図である。
【図１８】実施例３に係る全反射型偏光子を透過した光線の集光サイズを示すスポットダイヤグラムである。
【図１９】実施例３に係る全反射型偏光子においてＹＶＯ４から空気へ出射する光線の入射角と反射率の関係を表すグラフである。
【図２０】実施例４に係る全反射型偏光子の構成を示す概略構成図である。
【図２１】実施例４に係る全反射型偏光子を透過した光線の集光サイズを示すスポットダイヤグラムである。
【図２２】実施例５に係る全反射型偏光子の構成を示す概略構成図である。
【図２３】実施例５に係る全反射型偏光子を透過した光線の集光サイズを示すスポットダイヤグラムである。
【図２４】方解石製のグラン−テーラープリズムを透過した集光光の集光サイズを示すスポットダイヤグラムである（上図）。ＹＶＯ４製のグラン−テーラープリズムを透過した集光光の集光サイズを示すスポットダイヤグラムである（下図）。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の一実施形態に係る全反射型偏光子について、図１乃至図２３を参照しながら説明する。
本発明に係る全反射型偏光子は、グラン−テーラープリズムの欠点を解消した高消光比で低収差な全反射型偏光子である。
【００３１】
「複屈折性」とは、光学的異方性を有する材料に光線が入射したとき、屈折光が２つに分れる性質をいう。複屈折性の結晶材料に光が入射した場合、入射光線は常光線（Ｏ線：Ｏｒｄｉｎａｒｙ  Ｗａｖｅ）と異常光線（Ｅ線：Ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ  Ｗａｖｅ）に分離される。
「常光線」は、複屈折性を有する結晶材料の光学軸と入射光線の光軸とで形成される平面に対し直交するように振動する光線であり、光学軸の影響を受けずに複屈折性の結晶材料内で入射光線の光軸と同一直線上を進行する。
「異常光線」は、複屈折性を有する結晶材料の光学軸と入射光線の光軸とで形成される平面に対し平行になるように振動する光線であり、光学軸の影響を受けて複屈折性の結晶材料内で常光線と分離して進行する。
常光線及び異常光線は、直線偏光成分を有する光線であり、常光線及び異常光線の電場の振動方向は互いに直交する。
【００３２】
本発明は、高出力レーザー光源にも使用可能な、高消光比で低収差な特性を持つ全反射型偏光子に関する。
【００３３】
（実施の形態１）
本実施形態の全反射型偏光子Ｐ１は、図１に示すように、断面直角三角形の三角柱状の同一形状からなる第一プリズム１０及び第二プリズム２０と、第一プリズム１０及び第二プリズム２０の間に配置された薄層（空気層Ｇであると好適である）と、を備えている。また、本実施形態の全反射型偏光子Ｐ１は、図１に示すように、入射光線Ｉの光軸Ｘに沿って、第一プリズム１０、空気層Ｇ、第二プリズム２０の順に配列されて構成されている。
【００３４】
第一プリズム１０は、入射光線Ｉが入射する第一入射光学面１２と、入射光線Ｉの一方の偏光が全反射され、他方の偏光が出射する第一出射光学面１４と、を備えている。
第二プリズム２０は、分離された入射光線Ｉの一方の偏光が入射する第二入射光学面２２と、分離された入射光線Ｉの一方の偏光が出射光線Ｅとして出射する第二出射光学面２４と、を備えている。
【００３５】
第一プリズム１０及び第二プリズム２０は、異常光屈折率（ｎｅ）が、常光屈折率（ｎｏ）よりも大きい、つまりｎｅ＞ｎｏである一軸性結晶で形成されている。より詳細には、第一プリズム１０及び第二プリズム２０は、複屈折の大きな正の一軸性結晶で形成されている。複屈折の大きな正の一軸性結晶の例として、ＹＶＯ４やルチル型ＴｉＯ２が挙げられるがこれらに限定されるものではない。
【００３６】
ＹＶＯ４の屈折率は、波長λ＝５００ｎｍにおいて、ｎｅ＝２．２６８、ｎｏ＝２．０３０であり、波長λ＝１０６４ｎｍにおいて、ｎｅ＝２．１６５、ｎｏ＝１．９５７であり、波長λ＝３４００ｎｍにおいて、ｎｅ＝２．１１３、ｎｏ＝１．９１３である。
また、ルチル型ＴｉＯ２の屈折率は、波長λ＝６００ｎｍにおいて、ｎｅ＝２．８９９、ｎｏ＝２．６０５であり、波長λ＝１０６４ｎｍにおいて、ｎｅ＝２．７４１、ｎｏ＝２．４７９であり、波長λ＝４０００ｎｍにおいて、ｎｅ＝２．６８７、ｎｏ＝２．４３５である。
【００３７】
図１に示すように、第一プリズム１０の第一入射光学面１２と第一出射光学面１４は楔角度αをなしており、同様に、第二プリズム２０の第二入射光学面２２と第二出射光学面２４も楔角度αをなしている。ここで、楔角度αは、全反射型偏光子Ｐ１に入射する入射光線Ｉのうち、異常光線のみが全反射する角度の範囲において、使用用途、使用波長に応じて設定することが可能である。
【００３８】
具体的には、本実施形態の全反射型偏光子Ｐ１は、一般的なグラン−テーラープリズムと同様に、第一プリズム１０及び第二プリズム２０を形成する正の一軸性結晶の常光屈折率をｎｐｒｏ、異常光屈折率をｎｐｒｅとし、空気層Ｇ（薄層）の屈折率をｎ（＝１）とし、第一プリズム１０及び第二プリズム２０の楔角度をαとした場合、下記式（１）を満たす。
ｓｉｎ−１（ｎ／ｎｐｒｅ）≦α＜ｓｉｎ−１（ｎ／ｎｐｒｏ）  式（１）
【００３９】
式（１）の導出は、以下のとおりである。一軸性結晶は、常光屈折率（ｎｐｒｏ）と異常光屈折率（ｎｐｒｅ）を持つため、本実施形態の全反射型偏光子Ｐ１は、以下の式（２）、式（３）に示す様に、異なる一対の全反射（臨界角）、すなわち、臨界角θｃ１及び臨界角θｃ２を持つ。
臨界角θｃ１＝ｓｉｎ−１（ｎ／ｎｐｒｏ）  式（２）
臨界角θｃ２＝ｓｉｎ−１（ｎ／ｎｐｒｅ）  式（３）
【００４０】
全反射偏光子としての機能が得られる範囲は、臨界角θｃ１と臨界角θｃ２の間の角度で入射光が入射した場合である。この場合、プリズムの楔角度αは、式（４）を満たす事になる。
θｃ２≦α＜θｃ１  式（４）
式（４）に、式（２）及び式（３）の臨界角θｃ１及び臨界角θｃ２を代入することで式（１）が得られる。
【００４１】
図１に示すように、第一プリズム１０の第一光学軸Ａ１（一軸性結晶の光学軸）は、第二プリズム２０の第二光学軸Ａ２（一軸性結晶の光学軸）と互いに平行である。このとき、第一光学軸Ａ１及び第二光学軸Ａ２が、入射光線Ｉの光軸Ｘに対して垂直であると好適である。第一光学軸Ａ１及び第二光学軸Ａ２が入射光線Ｉの光軸Ｘに対して垂直になっていない場合でも、低収差の全反射型偏光子として機能するが、第一光学軸Ａ１及び第二光学軸Ａ２が入射光線Ｉの光軸Ｘに対して垂直に配置された場合に、最も視野角が大きくなり、全反射型偏光子として、高い機能を示す。なお、第一光学軸Ａ１及び第二光学軸Ａ２は、互いに平行であり、かつ、入射光線Ｉの光軸Ｘに垂直であれば、図１以外の方向とすることも可能である。
【００４２】
薄層である空気層Ｇの厚みｄは、収差低減のためには、２０μｍ以下と薄いことが好ましいが、より好ましくは１０μｍ以下、特に好ましくは５μｍ以下とするとよい。また、光トンネル効果を防止する観点から、空気層Ｇの厚みｄは０．５μｍ以上とすると好適である。
【００４３】
本実施形態の全反射型偏光子Ｐ１を用いた入射光の偏光が分離される様子を、図１を参照して説明する。
本実施形態の全反射型偏光子Ｐ１に、第一プリズム１０の第一入射光学面１２から入射光線Ｉが入射すると、入射光線Ｉは、第一プリズム１０の第一出射光学面１４と空気層Ｇとの界面において、一方の偏光成分（異常光線）が全反射して反射光線Ｒとして分離（除去）され、他方の偏光成分（常光線）は空気層Ｇ及び第二プリズム２０を透過して、第二プリズム２０の第二出射光学面２４から出射光線Ｅとして出射される。つまり、第一プリズム１０の第一出射光学面１４と空気層Ｇとの界面が全反射部として機能する。なお、図１では図示を省略しているが、一部ではあるが常光線が反射光線Ｒに混入している。
【００４４】
第一プリズム１０及び第二プリズム２０は、上記式（１）を満たし、異常光屈折率（ｎｐｒｅ）が、常光屈折率（ｎｐｒｏ）よりも大きい一軸性結晶で形成されているため、第一プリズム１０の第一出射光学面１４と空気層Ｇとの界面において、入射光線Ｉの異常光線が全反射して反射光線Ｒとして分離（除去）される。
【００４５】
他方の偏光成分である常光線は、空気層Ｇ及び第二プリズム２０を透過して、第二プリズム２０の第二出射光学面２４から出射される。このとき、第一プリズム１０及び第二プリズム２０を形成する一軸性結晶の常光屈折率（ｎｐｒｏ）と、空気層Ｇの常光屈折率（ｎ＝１）には、ある程度の差があるが、空気層Ｇの厚みｄが薄い場合、第一プリズム１０と空気層Ｇの界面、及び、空気層Ｇと第二プリズム２０の界面において生じる屈折が小さく抑えられる。したがって、常光線は、全反射型偏光子Ｐ１において、入射光線Ｉの光軸Ｘからの乖離が抑制されて直進するため、収差が低減されることとなる。
【００４６】
以上のように、本実施形態の全反射型偏光子Ｐ１によれば、全反射型偏光子Ｐ１から出射される光線が常光線であり、かつ、全反射型偏光子Ｐ１内において屈折が小さく抑えられて直進するため、十分に収差を低減することが可能となる。
【００４７】
第一プリズム１０及び第二プリズム２０を正の一軸性結晶であるＹＶＯ４で形成し、空気層Ｇ（空気間隙）の厚みｄを５μｍ又は２０μｍとした全反射型偏光子Ｐ１に、入射角±２°の集光光を入射した場合の、集光点の形状及びサイズを、図２に示す。図２上図に示すように、空気層Ｇの厚みｄが５μｍの時は、集光点のスポットサイズは約４μｍであり、図２下図に示すように、空気層Ｇの厚みｄが２０μｍの時は、集光点のスポットサイズは約１５μｍであり、図２４の例に比べて半分以下になっている事が分かる。
【００４８】
集光点のスポットサイズが、小さくなることで、レーザー加工などレーザー光を集光している光路の途中に本実施形態の全反射型偏光子Ｐ１を組み込んだ場合であっても、加工性を損なう事が無い。また、結像光学系に本実施形態の全反射型偏光子Ｐ１を用いた場合も、結像性能を損なう事が無くなり、高分解能な二次元偏光解析を行うことが可能になる。
【００４９】
第一プリズム１０及び第二プリズム２０を正の一軸性結晶であるＹＶＯ４で形成した場合、空気層Ｇ（空気間隙）の厚みｄ＝０．５μｍより小さくした場合、光トンネル効果により、プリズムと空気層Ｇの界面で全反射せず、出射側プリズムである第二プリズム２０に光が透過し、消光比の低下の原因となる。したがって、正の一軸性結晶としてＹＶＯ４を用いた場合、空気層Ｇの厚みｄは、０．５μｍ以上とする必要がある。
【００５０】
図３に、グラン−テーラープリズムにおける空気層Ｇの厚さとスポットサイズの関係を示す。図３の上図では、ＹＶＯ４を用いた場合、ルチル型ＴｉＯ２を用いた場合を分けており、図３の下図では、ＹＶＯ４を用いた場合とルチル型ＴｉＯ２を用いた場合の平均値を示している。図中の太線は、方解石製グラン−テーラープリズムでスポット径が最小になるスペーサー厚１００μｍの時のスポット径である約４５μｍを示している。空気層厚とスポット径サイズの関係は、プリズム素材（屈折率）によって若干異なる。空気層厚２０μｍ以下であれば、ＹＶＯ４を用いた場合でも、ルチル型ＴｉＯ２を用いた場合でも、従来の方解石製グラン−テーラープリズムと比較して、スポット径が半分以下となり、収差性能が約２倍になることがわかった。
【００５１】
本実施形態の全反射型偏光子Ｐ１は、高い消光比を有している。ここで、消光比とは、偏光子から出射される出射光線Ｅに関し、一方の偏光（常光線）の強度をＰＯとし、他方の偏光（異常光線）の強度をＰＥとしたときに、消光比／ｄＢ＝−１０ｌｏｇ（ＰＥ／ＰＯ）で表すことが出来る。全反射型偏光子Ｐ１の消光比は、好ましくは５０ｄＢ以上であり、特に好ましくは６０ｄＢ以上である。
【００５２】
（実施の形態２）
本発明の他の実施形態に係る全反射型偏光子Ｐ２を、図４を参照して説明する。
本実施形態の全反射型偏光子Ｐ２は、入射光線Ｉの光軸Ｘに対する第一プリズム１０の第一光学軸Ａ１及び第二プリズム２０の第二光学軸Ａ２の方向が異なる点を除いては、実施の形態１の全反射型偏光子Ｐ１と同様の構成からなる。
【００５３】
全反射型偏光子Ｐ２に、第一プリズム１０の第一入射光学面１２から入射光線Ｉが入射すると、入射光線Ｉは、第一プリズム１０の第一出射光学面１４と空気層Ｇとの界面において、一方の偏光成分（異常光線）が全反射して反射光線Ｒとして分離（除去）され、他方の偏光成分（常光線）は空気層Ｇ及び第二プリズム２０を透過して、第二プリズム２０の第二出射光学面２４から出射される。つまり、第一プリズム１０の第一出射光学面１４と空気層Ｇとの界面が全反射部として機能する。なお、図４では図示を省略しているが、一部ではあるが常光線が反射光線Ｒに混入している。
【００５４】
全反射型偏光子Ｐ２では、Ｐ１と比べ、入射光線Ｉの光軸Ｘに対する第一プリズム１０の第一光学軸Ａ１及び第二プリズム２０の第二光学軸Ａ２の方向が異なるため（第一光学軸Ａ１、第二光学軸Ａ２が、紙面に対して平行の配置であるため）、全反射型偏光子Ｐ１の場合（第一光学軸Ａ１、第二光学軸Ａ２が、紙面に対して垂直の配置）と比較すると、異常光線及び常光線の成分が反対となる。
【００５５】
図１及び図４に示した例では、第一プリズム１０の第一出射光学面１４で全反射により反射された反射光線Ｒを、第一プリズム１０の上面で散乱または吸収させる構造としているが、第一プリズム１０の上面を研磨し、この研磨面を通して反射光線Ｒを偏光子の外部に取り出す、グラン−レーザープリズム構造にしても良い。プリズムの上面を散乱させるために砂目状にしたり、吸収させるために黒色塗料を塗布したりした場合のレーザー耐性は、研磨面よりも低いため、第一プリズム１０の上面を研磨面とする構造にすると、高出力レーザーに対して偏光子を用いる場合に、より好適となる。
【００５６】
（実施の形態３）
本発明の他の実施形態に係る全反射型偏光子Ｐ３を、図５を参照して説明する。
図５に示す様に、全反射型偏光子Ｐ３は、第一プリズム１０の第一出射光学面１４及び第二プリズム２０の第二入射光学面２２に反射防止膜ＡＲが施されている点を除いては、実施の形態１の全反射型偏光子Ｐ１と同様の構成からなる。
【００５７】
第一プリズム１０の第一出射光学面１４及び第二プリズム２０の第二入射光学面２２に反射防止膜ＡＲが施されていることで、空気層Ｇで発生するゴーストを低減することが出来るため好適である。なお、第一プリズム１０の第一入射光学面１２、第二プリズム２０の第二出射光学面２４に反射防止膜ＡＲを施すことで、透過率を向上させたり、ゴーストを低減したりすることが可能である。
【００５８】
反射防止膜ＡＲとしては、公知の材料が用いられる。例えば、チタン膜、酸化チタン膜、チッ化チタン膜、酸化クロム膜、カーボン膜、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）膜、酸化ケイ素膜、酸化ジルコニウム膜、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、Ｈ４（メルク社製品名：チタン酸ランタン）膜、Ｍ２（メルク社製品名：ランタンアルミネート）膜、Ｍ３（メルク社製品名：ランタンアルミネート）膜、Ｔａ２Ｏ５膜等の無機膜を真空蒸着、ＣＶＤ、スパッタリング等の方法により形成したものや、メタクリル樹脂等の有機膜を塗布等の方法により成形したものが挙げられる。また、これら膜を適宜積層してもよい。
【００５９】
また、図５では、実施の形態１の全反射型偏光子Ｐ１の第一出射光学面１４及び第二入射光学面２２に反射防止膜ＡＲを施したものであるが、実施の形態２の全反射型偏光子Ｐ２の第一出射光学面１４及び第二入射光学面２２に反射防止膜ＡＲを施しても、同様の効果を得ることが可能である。
【００６０】
（実施の形態４）
本発明の他の実施形態に係る全反射型偏光子Ｐ４を、図６を参照して説明する。
全反射型偏光子Ｐ４は、一般的にダブルグラン−テーラープリズムと呼ばれる構造であり、グラン−テーラープリズムの視野角を広げる目的で採用される構造である。
【００６１】
本実施形態の全反射型偏光子Ｐ４は、図６に示すように、断面直角三角形の三角柱状の同一形状からなる第一プリズム１０及び第三プリズム３０と、第一プリズム１０及び第三プリズム３０の間に配置された第二プリズム２０と、を備えており、第一プリズム１０と第二プリズム２０の間に第一空気層Ｇ１を備え、第二プリズム２０と第三プリズム３０の間に第二空気層Ｇ２を備えている。また、本実施形態の全反射型偏光子Ｐ４は、図６に示すように、入射光線Ｉの光軸Ｘに沿って、第一プリズム１０、第一空気層Ｇ１、第二プリズム２０、第二空気層Ｇ２、第三プリズム３０の順に配列されて構成されている。
【００６２】
第一プリズム１０は、入射光線Ｉが入射する第一入射光学面１２と、入射光線Ｉの一方の偏光が全反射され、他方の偏光が出射する第一出射光学面１４と、を備えている。
第二プリズム２０は、分離された入射光線Ｉの一方の偏光が入射する第二入射光学面２２と、分離された入射光線Ｉの一方の偏光が出射光線Ｅとして出射する第二出射光学面２４と、を備えている。
第三プリズム３０は、分離された入射光線Ｉの一方の偏光が入射する第三入射光学面３２と、分離された入射光線Ｉの一方の偏光が出射光線Ｅとして出射する第三出射光学面３４と、を備えている。
【００６３】
第一プリズム１０、第二プリズム２０、第三プリズム３０は、異常光屈折率（ｎｅ）が、常光屈折率（ｎｏ）よりも大きい、つまりｎｅ＞ｎｏである一軸性結晶、例えば、ＹＶＯ４やルチル型ＴｉＯ２で形成されている。
【００６４】
図６に示すように、第一プリズム１０の第一入射光学面１２と第一出射光学面１４は楔角度αをなしており、同様に、第三プリズム３０の第三入射光学面３２と第三出射光学面３４も楔角度αをなしている。また、第二プリズム２０の第二入射光学面２２と第二出射光学面２４は楔角度αの２倍の楔角度（２α）をなしている。ここで、楔角度αは、全反射型偏光子Ｐ４に入射する入射光線Ｉのうち、異常光線のみが全反射する角度の範囲において、使用用途、使用波長に応じて設定することが可能である。
【００６５】
図６に示すように、第一プリズム１０の第一光学軸Ａ１（一軸性結晶の光学軸）、第二プリズム２０の第二光学軸Ａ２（一軸性結晶の光学軸）、第三プリズム３０の第三光学軸Ａ３は、互いに平行である（第一光学軸Ａ１、第二光学軸Ａ２、第三光学軸Ａ３が紙面に対して垂直となるように配置されている）。
【００６６】
第一空気層Ｇ１及び第二空気層Ｇ２の厚みｄは、収差低減のためには、２０μｍ以下と薄い方が好ましいが、５μｍ以下とするとより好適である。また、光トンネル効果を防止する観点から、第一空気層Ｇ１及び第二空気層Ｇ２の厚みｄはそれぞれ０．５μｍ以上とする必要がある。
【００６７】
全反射型偏光子Ｐ４では、一般的なダブルグラン−テーラープリズムと同様に、視野角を広げる効果と並進ズレを補正する効果があるが、さらにコマ収差を小さくする事が可能であるため、収差低減の観点からより好適である。偏光子の形状を左右対称とする事で、コマ収差が減少する効果は、特表２０１６−５１７０４０号公報にも記載がある。しかし、全反射型偏光子Ｐ４とは、光学軸の方向が異なり、また、第一プリズム１０の第一出射光学面１４、及び第二プリズム２０の第二出射光学面２４の両方の出射光学面で全反射をさせる点が異なる。そのため、収差に対する効果が全反射型偏光子Ｐ４とは異なっている。特表２０１６−５１７０４０号公報に記載の偏光子では、すべてのプリズムで透過光が常光線では無く、異常光成分が含まれ、その結果、偏光子自体の収差は、大きくなっている。
【００６８】
図６に示すように、全反射型偏光子Ｐ４では、第一プリズム１０の第一出射光学面１４と第一空気層Ｇ１との界面、及び、第二プリズム２０の第二出射光学面２４と第二空気層Ｇ２との界面が全反射部として機能する。
【００６９】
第一プリズム１０、第二プリズム２０、第三プリズム３０を正の一軸性結晶であるＹＶＯ４で形成し、第一空気層Ｇ１及び第二空気層Ｇ２（空気間隙）の厚みｄを５μｍ又は２０μｍとした全反射型偏光子Ｐ４に、入射角±２°の集光光を入射した場合の、集光点の形状及びサイズを、図７に示す。図７に示すように、図２４や図２と比較して、スポットの形状が丸くなっており、コマ収差が低減されている事が分かる。このように収差が上下左右対称になっている事は、光学系にとって好ましく、ダブルグラン−テーラープリズム構造とした場合の効果が大きい事が分かる。
【００７０】
ダブルグラン−テーラー構造の全反射型偏光子Ｐ４においても、第一プリズム１０の第一出射光学面１４、第二プリズム２０の第二入射光学面２２及び第二出射光学面２４、第三プリズム３０の第三入射光学面３２に反射防止膜ＡＲを施すことで、透過率を向上させたり、ゴーストを低減したりすることが可能である。また、第一プリズム１０の第一入射光学面１２、第三プリズム３０の第三出射光学面３４に反射防止膜ＡＲを施すことで、透過率を向上させたり、ゴーストを低減したりすることが可能である。
【００７１】
また、上述の実施形態と同様に、第一プリズム１０や第二プリズム２０の底面を研磨し、この研磨面を通して反射光線Ｒを偏光子の外部に取り出す構造にすることで、レーザー耐性を向上させることが可能となる。
【００７２】
（実施の形態５）
次に、本発明の偏光子と収差補正板を併用することの効果を説明する。
収差補正板の効果を説明するため、まず、ダブルグラン−テーラー型である実施の形態４の全反射型偏光子Ｐ４について、集光点の前後位置におけるビーム形状の計算結果を図８に示す。具体的には、図８は、第一プリズム１０、第二プリズム２０、第三プリズム３０を正の一軸性結晶であるＹＶＯ４で形成し、第一空気層Ｇ１及び第二空気層Ｇ２（空気間隙）の厚みｄを５μｍとした全反射型偏光子Ｐ４に、入射角±２°の集光光を入射した場合の、集光点の前後位置におけるビーム形状及びサイズを示している。
【００７３】
図８に示すように、集光点の前後位置において、光線が長軸方向の異なる楕円になっていることが分かる。このことから、実施の形態４の全反射型偏光子Ｐ４では、依然として非点収差成分が残存していることが分かる。
【００７４】
この残存している非点収差は、収差補正板を用いて取り除くことが可能である。収差補正板は、偏光子の空気間隙、つまり、全反射型偏光子Ｐ４の第一空気層Ｇ１又は第二空気層Ｇ２と、同じ方向（収差補正板が、入射光線Ｉの光軸Ｘとなす角度が同じとなる方向に傾斜している）であることが好ましい。空気層Ｇが一つのグラン−テーラー型プリズムでは、収差補正板を一枚用い、２カ所の第一空気層Ｇ１及び第二空気層Ｇ２を備えるダブルグラン−テーラー型プリズムでは、収差補正板を二枚用いることが好ましい。
【００７５】
空気間隙（空気層Ｇ）が一つの場合、収差補正板が一枚あればコマ収差の低減と、入射光線Ｉの並進ズレを同時に補正することが可能である。また、空気間隙（第一空気層Ｇ１及び第二空気層Ｇ２）が２カ所の場合、２カ所の空気間隙で補正したコマ収差、入射光線Ｉの並進ズレを、収差補正板によって劣化させないために収差補正板を二枚用いることが好ましい。
【００７６】
図９にダブルグラン−テーラープリズム（全反射型偏光子Ｐ４）と収差補正板を組み合わせた例を示す。
図９は、収差補正板の素材に、オハラ製Ｓ−ＢＳＬ７を用いているが、特に材料の制約は無く、補正量は収差補正板の厚みを調整することで制御可能である。したがって、収差補正板を、プリズムを形成する材料と同一の材料で製作しても良い。収差補正板を一軸性結晶で製作する場合、常光線が透過するように収差補正板の光学軸を配置する必要がある。
【００７７】
図１０に、図９に示す本発明に係る全反射型偏光子Ｐ４を２枚の収差補正板と組み合わせた場合に、全反射型偏光子Ｐ４及び収差補正板を透過した光線のスポットダイヤグラムを示す。
【００７８】
図１０に示すように、収差補正板を加える事で、非点収差がさらに低減され、集光点でのスポット径は、０．４μｍ以下と、一般的なグラン−テーラープリズムの１５０分の１になっている。また、集光点の前後における光線の形状が楕円から円形になっているため、ほぼ収差の無い理想に近い状態であることが分かる。
【００７９】
収差補正板を用いた際の効果は、偏光子部分で発生した収差を低減するものであり、偏光子部分で発生した収差が大きい場合には、図１０で示した状態にまで、収差を低減することは出来ない。図９に示す例では、偏光子自体の収差低減効果に加えて、収差補正板を用いることで、上記のように良好な収差低減効果が達成されている。
【００８０】
非点収差を補正する方法として、収差補正板を用いることは、特開２０１２−１２８９１３号公報などに記載されているが、板状部品で発生した収差を、他の収差補正板で補正するものであり、図９に示す例では、空気間隙で発生する非点収差を補正するために収差補正板を用いている点で異なっている。
【００８１】
本発明の全反射型偏光子が奏する効果を説明するために用いた、上記の実施の形態における計算においては、プリズムを形成する材料としてＹＶＯ４を採用した例を示したが、ＹＶＯ４と同じ、正の一軸性結晶であるルチル型ＴｉＯ２を用いた場合もほぼ同様の効果を示す。
【００８２】
レーザー装置の発振光の光量調整は、安定性確保のため、レーザー装置外部で波長板と偏光子を組み合わせた光アッテネーターで行う事がある。この光アッテネーターに用いられる偏光子を、本発明の全反射型偏光子とすることで、光アッテネーターを通しても、集光点が大きくならず、結果、加工性能を損なわず、光量を調整することが可能となる。
【実施例】
【００８３】
以下、実施例に基づき、本発明の全反射型偏光子について更に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００８４】
＜実施例１：ＹＶＯ４プリズム＋空気層（５μｍ）＋ＹＶＯ４プリズム＞
実施例１の全反射型偏光子Ｐ５では、第一プリズム１０及び第二プリズム２０をＹＶＯ４で形成し、空気層Ｇの厚みを５μｍに設定した。
全反射型偏光子Ｐ５は、図１１に示すように、ＹＶＯ４で形成された第一プリズム１０及び第二プリズム２０と、第一プリズム１０及び第二プリズム２０の間に空気層Ｇと、を備え、第一プリズム１０の第一光学軸Ａ１及び第二プリズム２０の第二光学軸Ａ２は互いに平行であり、第一光学軸Ａ１及び第二光学軸Ａ２は、紙面と垂直（つまり、第一入射光学面１２、第一出射光学面１４、第二入射光学面２２、第二出射光学面２４と平行）となるように配置され、入射光線Ｉの光軸Ｘと直交している。
【００８５】
表１に、第一プリズム１０及び第二プリズム２０の材料、第一プリズム１０及び第二プリズム２０の楔角度αと光学軸方向（結晶軸方向）、空気層Ｇ（空気間隙）の厚みｄを示す。なお、表１に示す値は、一例であり、求められる偏光子の性能により適宜、設定することが可能である。また、表２に全反射型偏光子Ｐ５の使用波長帯域、視野角、消光比を示す。以下、使用波長帯域として、偏光子の長さを４０ｍｍとして、透過率が約５０％減少する波長帯域を採用している。
【００８６】
【表１】
2019215432.tif 000003
【００８７】
【表２】
2019215432.tif 000004
【００８８】
実施例１の全反射型偏光子Ｐ５は、波長λ＝５００〜３４００ｎｍの波長領域において偏光子として機能するが、レーザー耐性が高い構造であるため、視野角、収差をレーザー加工で良く用いられる波長λ＝１０６４ｎｍでの値を示す。
【００８９】
図１２に示すように、実施例１の全反射型偏光子Ｐ５は、コマ収差があり、スポット形状が上下非対称であるが、スポット径は、約４μｍと非常に小さく集光出来る事が分かった。また、図１３に示すように、全反射型偏光子Ｐ５の楔角は２８．５°であるため、第一プリズム１０の第一出射光学面１４、第二プリズム２０の第二入射光学面２２で、常光成分にも多少の反射がある事が分かる。また、第一プリズム１０の第一入射光学面１２、第二プリズム２０の第二出射光学面２４においても、当然反射があるため、第一プリズム１０及び第二プリズム２０の入射光学面や出射光学面に反射防止膜を施す事で、透過率の向上、ゴーストの低減が図られ、偏光子としてより良い性能を発揮させることが可能である。
【００９０】
第一プリズム１０及び第二プリズム２０を形成する材料をＹＶＯ４とした場合、空気層Ｇ（空気間隙）の厚みｄが０．５μｍ以下では、光トンネル効果により、第一プリズム１０と空気層Ｇの界面で全反射が生じず、第二プリズム２０に入射光線Ｉが透過し、消光比の低下の原因となるため、空気層Ｇの厚みｄを０．５μｍ以上とするとより好適である。
【００９１】
＜実施例２：ルチル型ＴｉＯ２プリズム＋空気層（５μｍ）＋ルチル型ＴｉＯ２プリズム＞
実施例２の全反射型偏光子Ｐ６では、第一プリズム１０及び第二プリズム２０をルチル型ＴｉＯ２で形成し、空気層Ｇの厚みを５μｍに設定した。
全反射型偏光子Ｐ６は、図１４に示すように、ルチル型ＴｉＯ２で形成された第一プリズム１０及び第二プリズム２０と、第一プリズム１０及び第二プリズム２０の間に空気層Ｇと、を備え、第一プリズム１０の第一光学軸Ａ１及び第二プリズム２０の第二光学軸Ａ２は互いに平行であり、第一光学軸Ａ１及び第二光学軸Ａ２は、紙面と垂直（つまり、第一入射光学面１２、第一出射光学面１４、第二入射光学面２２、第二出射光学面２４と平行）となるように配置され、入射光線Ｉの光軸Ｘと直交している。
【００９２】
表３に、第一プリズム１０及び第二プリズム２０の材料、第一プリズム１０及び第二プリズム２０の楔角度αと光学軸方向（結晶軸方向）、空気層Ｇ（空気間隙）の厚みｄを示す。また、表４に全反射型偏光子Ｐ６の使用波長帯域、視野角、消光比を示す。
【００９３】
【表３】
2019215432.tif 000005
【００９４】
【表４】
2019215432.tif 000006
【００９５】
実施例２の全反射型偏光子Ｐ６は、波長λ＝６００〜４０００ｎｍの波長領域において偏光子として機能するが、レーザー耐性が高い構造であるため、視野角、収差をレーザー加工で良く用いられる波長λ＝１０６４ｎｍでの値を示す。
【００９６】
図１５に示すように、実施例２の全反射型偏光子Ｐ６は、コマ収差があり、スポット形状が上下非対称であるが、スポット径は、約８μｍと非常に小さく集光出来る事が分かった。また、図１６に示すように、全反射型偏光子Ｐ６の楔角は２２．３°であり、第一プリズム１０の第一出射光学面１４、第二プリズム２０の第二入射光学面２２における常光の反射率が非常に小さくなっているため、第一出射光学面１４や第二入射光学面２２に反射防止膜を施さなくてもゴーストが十分に低減されている。なお、第一プリズム１０及び第二プリズム２０の入射光学面や出射光学面に反射防止膜を施す事で、透過率の向上、ゴーストの低減が図られ、偏光子としてより良い性能を発揮させることが可能である。
【００９７】
実施例２の全反射型偏光子Ｐ６では、赤外光領域で性能を発揮する構造となるように各パラメータを設定したが、ルチル型ＴｉＯ２の結晶は、５００ｎｍ以上の波長の光を透過するため、楔角を適宜調整することで、５００ｎｍ以上の波長の光に対する偏光子として機能させる事が可能である。
【００９８】
第一プリズム１０及び第二プリズム２０を形成する材料をルチル型ＴｉＯ２とした場合、空気層Ｇ（空気間隙）の厚みｄが０．５μｍ以下では、光トンネル効果により、第一プリズム１０と空気層Ｇの界面で全反射が生じず、第二プリズム２０に入射光線Ｉが透過し、消光比の低下の原因となるため、空気層Ｇの厚みｄを０．５μｍ以上とするとより好適である。
【００９９】
＜実施例３：ＹＶＯ４ダブルグラン−テーラープリズム＞
実施例３は、ダブルグラン−テーラープリズム型の全反射型偏光子Ｐ７である。第一プリズム１０、第二プリズム２０及び第三プリズム３０をＹＶＯ４で形成し、第一空気層Ｇ１及び第二空気層Ｇ２の厚みをそれぞれ５μｍに設定した。
【０１００】
全反射型偏光子Ｐ７は、図１７に示すように、ＹＶＯ４で形成された断面直角三角形の三角柱状の同一形状からなる第一プリズム１０及び第三プリズム３０と、第一プリズム１０及び第三プリズム３０の間に配置されたＹＶＯ４で形成された第二プリズム２０と、を備えており、第一プリズム１０と第二プリズム２０の間に第一空気層Ｇ１を備え、第二プリズム２０と第三プリズム３０の間に第二空気層Ｇ２を備えている。第一プリズム１０の第一光学軸Ａ１、第二プリズム２０の第二光学軸Ａ２、及び第三プリズム３０の第三光学軸Ａ３は、互いに平行であり、第一光学軸Ａ１、第二光学軸Ａ２及び第三光学軸Ａ３は、紙面と垂直（つまり、第一入射光学面１２、第一出射光学面１４、第二入射光学面２２、第二出射光学面２４、第三入射光学面３２、第三出射光学面３４と平行）となるように配置され、入射光線Ｉの光軸Ｘと直交している。
【０１０１】
表５に、第一プリズム１０、第二プリズム２０及び第三プリズム３０の材料、第一プリズム１０及び第三プリズム３０の楔角度α、第二プリズム２０の楔角度（２α）、光学軸方向（結晶軸方向）、第一空気層Ｇ１及び第二空気層Ｇ２（空気間隙）の厚みｄを示す。また、表６に全反射型偏光子Ｐ７の使用波長帯域、視野角、消光比を示す。
【０１０２】
【表５】
2019215432.tif 000007
【０１０３】
【表６】
2019215432.tif 000008
【０１０４】
実施例３の全反射型偏光子Ｐ７は、波長λ＝５００〜３４００ｎｍの波長領域において偏光子として機能するが、レーザー耐性が高い構造であるため、視野角、収差をレーザー加工で良く用いられる波長λ＝１０６４ｎｍでの値を示す。
【０１０５】
図１８に示すように、実施例３の全反射型偏光子Ｐ７は、実施例１や実施例２とは異なりコマ収差も低減し、上下左右が対称的な丸い形状のスポットになっており、スポット径も約Φ４μｍと小さくなっていることが分かった。
【０１０６】
また、図１９に示すように、全反射型偏光子Ｐ７の楔角は２７．８°であり、実施例１と比較して、空気間隙を挟んだ表面での反射が小さいため、反射防止膜を施さなくても、実施例１と比較して透過率が向上しており、ゴーストも低減している。なお、第一プリズム１０、第二プリズム２０及び第三プリズム３０の入射光学面や出射光学面に反射防止膜を施す事で、透過率の向上、ゴーストの低減が図られ、偏光子としてより良い性能を発揮させることが可能である。
【０１０７】
＜実施例４：ダブルグラン−テーラープリズム＋収差補正板＞
実施例４は、図２０に示すように、実施例３のダブルグラン−テーラープリズム型の全反射型偏光子Ｐ７を２枚の収差補正板と組み合わせた構造である。図２０では、集光レンズ４０を配置している。
【０１０８】
表７に、第一プリズム１０、第二プリズム２０及び第三プリズム３０の材料、第一プリズム１０及び第三プリズム３０の楔角度α、第二プリズム２０の楔角度（２α）、光学軸方向（結晶軸方向）、第一空気層Ｇ１及び第二空気層Ｇ２（空気間隙）の厚みｄを示す。表８に、第一収差補正板５０及び第二収差補正板５２の材料、配置角、厚みを示す。なお、配置角は、入射角がその角度になるように収差補正板が配置される角度である。また、表９に実施例４の偏光子（全反射型偏光子Ｐ７を収差補正板と組み合わせた構造）の使用波長帯域、視野角、消光比を示す。
【０１０９】
【表７】
2019215432.tif 000009
【０１１０】
【表８】
2019215432.tif 000010
【０１１１】
【表９】
2019215432.tif 000011
【０１１２】
実施例４では、波長λ＝５００〜２５００ｎｍの波長領域において偏光子として機能するが、レーザー耐性が高い構造であるため、視野角、収差をレーザー加工で良く用いられる波長λ＝１０６４ｎｍでの値を示す。
【０１１３】
図２１に示すように、全反射型偏光子Ｐ７と２枚の収差補正板を透過した光のスポット径は約０．４μｍ以下であり、非常に小さいことが分かった。２枚の収差補正板により、コマ収差はそのままで非点収差を低減したためである。上述した様に、集光点の前後におけるスポットダイヤグラムからも、非点収差が減少している。
【０１１４】
収差補正板を用いた際の効果は大きいが、プリズムを形成する材料として、負の一軸性結晶を用いた場合や、空気間隙の厚みｄが大きい場合は、収差補正板を用いても図２１に示すようなスポットサイズを実現することはできなかった。全反射型偏光子Ｐ７自体の収差が小さいため、収差補正板と組み合わせることで、さらに収差を低減することが可能となった。
【０１１５】
以上のように、収差補正板の材料は、プリズムと同じである必要はない。異なる材料を用いた場合であっても、収差補正板の厚みを調整することで、収差を低減することが可能である。また、第一空気層Ｇ１や第二空気層Ｇ２の入射光線Ｉの光軸Ｘに対する傾きと、収差補正板の配置角（傾き）を一致させたが、必ずしも一致させる必要はない。例えば、収差補正板の材料や厚みを選択することで収差を小さくすることが可能である。
【０１１６】
実施例３において、ダブルグラン−テーラープリズムの各プリズムに反射防止膜を施すことでゴーストの低減、透過率の向上が図られる事を説明したが、収差補正板についても同様に、反射防止膜を施す事で、透過率の向上や、収差の低減を図ることが可能である。
【０１１７】
＜実施例５：グラン−テーラープリズム＋収差補正板＞
実施例５は、図２２に示すように、実施例１のグラン−テーラープリズム型の全反射型偏光子Ｐ５を収差補正板と組み合わせた構造である。図２２では、集光レンズ４０を配置している。
【０１１８】
表１０に、第一プリズム１０及び第二プリズム２０の材料、第一プリズム１０及び第二プリズム２０の楔角度α、光学軸方向（結晶軸方向）、空気層Ｇ（空気間隙）の厚みｄを示す。表１１に、収差補正板５４の材料、光学軸方向（結晶軸方向）、配置角、厚みを示す。なお、配置角は、入射角がその角度になるように収差補正板が配置される角度である。また、表１２に実施例５の偏光子（全反射型偏光子Ｐ５を収差補正板と組み合わせた構造）の使用波長帯域、視野角、消光比を示す。
【０１１９】
【表１０】
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【０１２０】
【表１１】
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【０１２１】
【表１２】
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【０１２２】
実施例５では、波長λ＝５００〜３４００ｎｍの波長領域において偏光子として機能するが、レーザー耐性が高い構造であるため、視野角、収差をレーザー加工で良く用いられる波長λ＝１０６４ｎｍでの値を示す。
【０１２３】
図２３に示すように、全反射型偏光子Ｐ５と１枚の収差補正板を透過した光のスポット径は約１μｍ程度であり、非常に小さいことが分かった。収差補正板により、非点収差を減少させ、また、コマ収差も多少軽減させた効果によるものである。集光点の前後におけるスポットダイヤグラムの形状も多少いびつであるが、丸に近い良好な形状であった。
【０１２４】
実施例５では、収差補正板の材料を、プリズムと同じＹＶＯ４としたが、実施例４でも述べた様に、目的とする波長領域で透明であれば他の材料を用いることが可能である。ただし、収差補正板の材料として一軸性結晶を用いる場合、常光線が透過するように光学軸を配置する必要がある。
【０１２５】
実施例３において、ダブルグラン−テーラープリズムの各プリズムに反射防止膜を施すことでゴーストの低減、透過率の向上が図られる事を説明したが、収差補正板についても同様に、反射防止膜を施す事で、透過率の向上や、収差の低減を図ることが可能である。
【符号の説明】
【０１２６】
Ｐ１  全反射型偏光子
Ｐ２  全反射型偏光子
Ｐ３  全反射型偏光子
１０  第一プリズム（正の一軸性結晶）
１２  第一入射光学面
１４  第一出射光学面
Ａ１  第一光学軸
α    楔角度
２０  第二プリズム（正の一軸性結晶）
２２  第二入射光学面
２４  第二出射光学面
Ａ２  第二光学軸
３０  第三プリズム（正の一軸性結晶）
３２  第三入射光学面
３４  第三出射光学面
Ａ３  第三光学軸
４０  集光レンズ
５０  第一収差補正板
５２  第二収差補正板
５４  収差補正板
Ｇ    空気層（薄層、空気間隙）
Ｇ１  第一空気層（薄層、空気間隙）
Ｇ２  第二空気層（薄層、空気間隙）
ｄ    空気層の厚み
ＡＲ  反射防止膜
Ｘ    光軸
Ｉ    入射光線
Ｒ    反射光線
Ｅ    出射光線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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