(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の間に等方性材料で形成された平板３０と、を備え、平板３０を形成する等方性材料の屈折率（ｎＩｓｏ）が一軸性結晶の常光屈折率（ｎｏ）と略一致しており、第一プリズム１０の光学軸である第一光学軸Ａ１は、第二プリズム２０の光学軸である第二光学軸Ａ２と平行であり、第一光学軸Ａ１及び第二光学軸Ａ２は、入射光線Ｉの光軸Ｘと直交する。【選択図】図１
2019215433.tif 000002
【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第一プリズム及び第二プリズムと、
前記第一プリズム及び前記第二プリズムの間に等方性材料で形成された平板と、を備え、
前記平板を形成する前記等方性材料の屈折率が前記一軸性結晶の常光屈折率と略一致しており、
前記第一プリズムの光学軸である第一光学軸は、前記第二プリズムの光学軸である第二光学軸と平行であり、
前記第一光学軸及び前記第二光学軸は、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】
前記一軸性結晶の常光屈折率と前記平板を形成する前記等方性材料の屈折率の差が０．５％以内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】
前記一軸性結晶がＹＶＯ４またはルチル型ＴｉＯ２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】
前記一軸性結晶がＹＶＯ４であり、
前記等方性材料が、屈折率が１．９８３以上２．００３以下の高屈折率ガラスであ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】
前記一軸性結晶がルチル型ＴｉＯ２であり、
前記等方性材料が、ＺｎＳｅであ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。
【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】
消光比の高い偏光子は、偏光解析などの高精度な計測、分析機器に用いられているが、カメラなどの結像光学系で使用される偏光子に、高い消光比性能が要求される事はあまりなかった。
【０００３】
一般的に使用されている高消光比偏光子として、方解石製やα−ＢａＢ２Ｏ４（α−ＢＢＯ）製のグラン−トムソンプリズムがある。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−トムソンプリズムは、プリズム材内部において異常光線が透過光になるため、異常光線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−トムソン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。
【０００４】
図８に、入射角±２°の集光光を方解石製のグラン−トムソンプリズムに入射した場合の集光点の前後における集光サイズの計算結果を示す。図８に示すように、集光点のサイズは約２００μｍ強であり、大きい事が分かる。この様に、通常の全反射型高消光比偏光子であるグラン−トムソンプリズムは、収差の影響が大きく高分解能が要求される使用用途に適するものではない。また、集光点の前後で光線が楕円形になっており、非点収差があることも分かる。
【０００５】
以上のように、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、カメラなどの結像光学系で用いるのに適していない。
【０００６】
一方、偏光分離型偏光子であるローションプリズムは、数少ない高消光比で低収差な偏光子であり、使用する一軸性結晶が正、負に係わらず、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である。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り、また、入射光線の大きさにより、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、装置の大型化を引き起こしてしまう。さらに、ローションプリズムは、入射光線の入射角、方向により透過率が変化する特長があるため、集光、発散光が透過した場合、透過光に輝度分布（輝度ムラ）を与えるため、結像光学系に使用するのに適していない。
【０００７】
特許文献１には、第１三角プリズムと、第２三角プリズムと、第１及び第２三角プリズムの間に介在する平板を備えたグラン−トムソン型の偏光子に関し、第１及び第２三角プリズムを、同一の異方性結晶材料である第１材料で形成し、平板を第１材料とは異なる異方性結晶材料，等方性結晶材料または光学ガラスのいずれかの第２材料で形成することが記載されている。
【０００８】
具体的には、プリズムを形成する第１材料がＬｉ２Ｂ４Ｏ７，平板を形成する第２材料がα‐ＳｉＯ２の組合せ、第１材料がＭｇＦ２，第２材料がＬｉＣａＡｌＦ６の組合せ、第１材料がα‐ＢａＢ２Ｏ４，第２材料がα‐ＳｉＯ２，Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７またはＣａＣＯ３のいずれかの組合せ、第１材料がＣａＣＯ３，第２材料がα‐ＳｉＯ２，α‐ＢａＢ２Ｏ４またはＬｉ２Ｂ４Ｏ７のいずれかの組合せ、であることが記載されている。
【０００９】
特許文献２には、二つの一軸性結晶製プリズムと、二つの一軸性結晶製プリズムの間に一軸性結晶板を配置した偏光プリズムに関し、プリズム材と結晶板材に用いる一軸性結晶の正負を反対として、視野角を広くしたことが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−１５３９１３号公報
【特許文献２】特開平４−２０８９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
近年、半導体などの高精度、高密度化に伴い、微小領域の偏光解析や高分解能な面内情報の分析が重要性を増しており、加えて、高速度の計算処理技術の発展が、この様な分析を可能にしてきているため、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。
【００１２】
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。
【００１３】
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、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。
【００１４】
特許文献１に記載の偏光子では、プリズムを形成する第１材料がＬｉ２Ｂ４Ｏ７，平板を形成する第２材料がα‐ＳｉＯ２の組合せなどが記載されているが、偏光子を透過する光線（出射光線）は異常光線である。つまり、特許文献１は、紫外光領域から近赤外光領域まで使用することが可能であり、開口が広く、且つ、高い消光比を有する直線偏光子を提供することを目的としており、低収差化を目的とするものではない。
【００１５】
特許文献２には、偏光子を透過する光線（出射光線）が常光線となる、プリズム材と結晶板材に用いる一軸性結晶の正負を反対にする構造が開示されているが、偏光子に入射する光線（入射光線）が偏光子内で直進するように、つまり、プリズム材と結晶板材の界面における屈折を抑制するために、プリズムを形成する第１材料と平板を形成する第２材料の屈折率の差が小さいものを用いることは、開示も示唆もされていない。
【００１６】
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】
【００１７】
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−トムソンプリズムにおいて、プリズム材を正の一軸性結晶とし、プリズム間の平板の材料をプリズムを形成する一軸性結晶の常光屈折率と略一致する屈折率を有する高屈折率ガラスなどの特定の材料とすることで、収差が飛躍的に低減されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１８】
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第一プリズム及び第二プリズムと、前記第一プリズム及び前記第二プリズムの間に等方性材料で形成された平板と、を備え、前記平板を形成する前記等方性材料の屈折率（ｎＩｓｏ）が前記一軸性結晶の常光屈折率（ｎｏ）と略一致しており、前記第一プリズムの光学軸である第一光学軸は、前記第二プリズムの光学軸である第二光学軸と平行であり、前記第一光学軸及び前記第二光学軸は、前記入射光線の光軸と直交すること、により解決される。
【００１９】
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と略一致している等方性材料で形成された平板を備えているため、第一プリズムと平板との界面において、入射光線の異常光線が全反射して分離されるとともに、第一プリズムと平板の界面、及び、平板と第二プリズムの界面において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。
【００２０】
このとき、前記一軸性結晶の常光屈折率（ｎｏ）と前記平板を形成する前記等方性材料の屈折率の差が０．５％以内であるとよい。
このように構成すると、高消光比であると共に収差がより一層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、前記一軸性結晶がＹＶＯ４またはルチル型ＴｉＯ２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。
【００２２】
このとき、前記一軸性結晶がＹＶＯ４であり、前記等方性材料が、屈折率（ｎＩｓｏ）が１．９８３以上２．００３以下の高屈折率ガラスであるとよい。
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。
【００２３】
このとき、前記一軸性結晶がルチル型ＴｉＯ２であり、前記等方性材料が、ＺｎＳｅであるとよい。
このように構成すると、使用している材料が、ルチル型ＴｉＯ２とＺｎＳｅであるため、使用波長帯域が、赤外領域において広く、視野角も広い全反射型偏光子を提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
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と略一致している等方性材料で形成された平板を備えており、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】
【００２５】
【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】平板を形成する等方性材料の屈折率とプリズムを形成する一軸性結晶の常光屈折率の屈折率差と、全反射型偏光子を透過した光線のスポット径の関係を示すグラフである。
【図３】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４】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５】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アグラムである。
【図６】実施例１に係る全反射型偏光子の集光点の前後におけるビーム形状を示すスポットダイアグラムである。
【図７】実施例２に係る全反射型偏光子の集光点の前後におけるビーム形状を示すスポットダイアグラムである。
【図８】方解石製のグラン−トムソンプリズムの集光点の前後におけるビーム形状を示すスポットダイアグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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７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、一般的なグラン−トムソン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。
本明細書において、「コンタクト」とは、一対の隣接するプリズムが相互に接触して配置されていることをいい、直接接合されているオプティカル・コンタクトのほか、接着による接合も含まれる。
また、本明細書において、プリズムが「対向」するとは、直接接合されているオプティカル・コンタクトの場合と、接着剤など、何かを介在させて接合されている接着の場合とを含む。
【００２７】
「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。
【００２８】
（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の間に配置された平板３０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、平板３０、第二プリズム２０の順に配列されて構成されている。
【００２９】
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。
【００３０】
平板３０は、第一プリズム１０の第一出射光学面１４と対向する第一接合面３２と、第二プリズム２０の第二入射光学面２２と対向する第二接合面３４と、を備えており、第一接合面３２と第二接合面３４は互いに平行となるように形成されている。
【００３１】
本実施形態の全反射型偏光子Ｐ１は、図１に示すように、第一プリズム１０の第一出射光学面１４が平板３０の第一接合面３２と接合され、平板３０の第二接合面３４が第二プリズム２０の第二入射光学面２２と接合されている。このとき、第一プリズム１０の第一出射光学面１４、平板３０の第一接合面３２、第二接合面３４、第二プリズム２０の第二入射光学面２２が相互に平行となっている。
【００３２】
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を用いる。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。
【００３３】
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。
【００３４】
本実施形態の全反射型偏光子Ｐ１において、平板３０は、等方性材料で形成されている。ここで、収差を少なくするためには、第一プリズム１０と第二プリズム２０の間の平板３０を形成する等方性材料の屈折率を、第一プリズム１０の透過偏光成分である常光屈折率ｎｏと略一致させる必要がある。しかし、一般的な接着剤などを用いる場合、収差を十分低減させる程度に、屈折率が略一致するものはない。十分に収差を低減するためには、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（ｎｏ）と、平板３０を形成する等方性材料の屈折率（ｎＩｓｏ）の差が０．５％以内であると好適である。つまり、０＜｜（ｎｏ−ｎＩｓｏ）｜／ｎｏ×１００（％）≦０．５であると好適である。
【００３５】
したがって、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としてＹＶＯ４（ｎｏ＝１．９９３）を採用した場合、平板３０を形成する等方性材料の屈折率（ｎＩｓｏ）は、１．９９３±０．０１０つまり、１．９８３以上２．００３以下とする必要がある。このような屈折率（ｎＩｓｏ）を有する実用的な等方性材料として、近年開発されたランタン、タンタル系重フリントガラスの中でも、高屈折率のガラスである、オハラ製Ｓ−ＬＡＨ７９（ｎＩｓｏ＝１．９９６）、ＨＯＹＡ製Ｅ−ＦＤＳ２（ｎＩｓｏ＝１．９９３）、ＴＡＦＤ４０（ｎＩｓｏ＝１．９９３）、ＴＡＦＤ５５（ｎＩｓｏ＝１．９９４）、住田光学ガラス製Ｋ−ＢＯＣ３０（ｎＩｓｏ＝２．０００）、Ｋ−ＢＯＣ２０（ｎＩｓｏ＝１．９９８）を用いることが可能である。
【００３６】
また、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としてルチル型ＴｉＯ２（ｎｏ＝２．５８４）を採用した場合、平板３０を形成する等方性材料の屈折率（ｎＩｓｏ）は、２．５８４±０．０１３つまり、２．５７１以上２．５９７以下とする必要がある。このような屈折率（ｎＩｓｏ）を有する等方性材料として、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ、ｎＩｓｏ＝２．５９１）を用いることが可能である。
【００３７】
図２は、平板３０を形成する等方性材料の屈折率と第一プリズム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の屈折率差と、全反射型偏光子を透過した光線のスポット径の関係を示すグラフである。従来品の中では、スポット径が小さくなる方解石製グラン−テーラープリズムでスポット径は、Φ４０〜５０μｍ程度である。また、構造が近い方解石製グラントムソンプリズムの場合、スポット径は約２００μｍである。図２に示すように、屈折率差が０．５％以下であると、スポット径が方解石グランテーラーの１／１０以下、方解石グラン−トムソンの１／５０以下となり、収差特性が非常に高くなることがわかる。
【００３８】
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。具体的には、６３≦α＜９０°の範囲で、使用用途、使用波長に応じて設定すればよい。
【００３９】
詳細には、本実施形態の全反射型偏光子Ｐ１において、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をｎｐｒｏ、異常光屈折率をｎｐｒｅとし、平板３０を形成する等方性材料の屈折率をｎＩｓｏ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（ｎＩso／ｎｐｒｅ）≦α＜ｓｉｎ−１（ｎＩso／ｎｐｒｏ）  式（１）
【００４０】
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（ｎＩso／ｎｐｒｏ）  式（２）
臨界角θｃ２＝ｓｉｎ−１（ｎＩso／ｎｐｒｅ）  式（３）
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
第一プリズム１０と平板３０、第二プリズム２０と平板３０の接合方法は、オプティカル・コンタクトによる直接接合とすることが好適であるが、接着剤を用いた接着固定とすることも可能である。なお、接着剤を用いて接合を行う場合には、第一プリズム１０又は第二プリズム２０と接着剤との界面で、全反射が生じないように、プリズムの角度を調整する必要がある。
【００４４】
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と平板３０の第一接合面３２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）は平板３０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と平板３０の第一接合面３２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。
【００４５】
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（ｎｅ）が、常光屈折率（ｎｏ）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と平板３０の第一接合面３２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。
【００４６】
他方の偏光成分である常光線は、平板３０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（ｎｏ）と、平板３０を形成する等方性材料の屈折率（ｎＩｓｏ）の差が、０．５％以内と小さいため、第一プリズム１０と平板３０の界面、及び、平板３０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。
【００４７】
以上のように、本実施形態の全反射型偏光子Ｐ１によれば、第一プリズム１０及び第二プリズム２０が、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、第一プリズム１０及び第二プリズム２０の間に、屈折率（ｎＩｓｏ）が一軸性結晶の常光屈折率（ｎｏ）と略一致している等方性材料で形成された平板３０と、を備えており、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内において直進するため、十分に収差を低減することが可能となる。
【００４８】
具体的には、第一プリズム１０及び第二プリズム２０をＹＶＯ４で形成し、高屈折率のランタン、タンタル系重フリントガラスで形成された平板３０と組み合わせること、又は、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、ＺｎＳｅで形成された平板３０と組み合わせることで、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内において直進するため、十分に収差が低減することが可能となる。
【００４９】
ルチル型ＴｉＯ２やＺｎＳｅは、従来から知られた一軸性結晶であるが、屈折率（ｎＩｓｏ）が一軸性結晶の常光屈折率（ｎｏ）と略一致している等方性材料で形成された平板と組み合わせた偏光子は知られていない。
【００５０】
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。
【００５１】
（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３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。
【００５２】
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と平板３０の第一接合面３２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）は平板３０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と平板３０の第一接合面３２との界面が全反射部として機能する。なお、図３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。
【００５３】
全反射型偏光子Ｐ２では、Ｐ１と入射光線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偏光方向が反対となる。
【００５４】
なお、図１及び図３において、第一プリズム１０の第一出射光学面１４と平板３０の第一接合面３２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として分離された光線は、第一プリズム１０の上部に当たり、散乱、吸収される構造であるが、特許第４７８９５４１号公報に記載されている偏光子のように、反射光線Ｒを偏光子の外に取り出して利用することも可能である。
【実施例】
【００５５】
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。
【００５６】
＜実施例１：ＹＶＯ４プリズム＋Ｅ−ＦＤＳ２平板＋ＹＶＯ４プリズム＞
実施例１の全反射型偏光子Ｐ３では、正の一軸性結晶（ｎｅ＞ｎｏ）としてＹＶＯ４を用い、等方性材料として、ＨＯＹＡ製Ｅ−ＦＤＳ２（ｎＩｓｏ＝１．９９３）を用いた。
全反射型偏光子Ｐ３は、図４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Ｅ−ＦＤＳ２で形成された平板３０と、を備え、第一プリズム１０の第一光学軸Ａ１は、第二プリズム２０の第二光学軸Ａ２と平行であり、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、第一光学軸Ａ１、第二光学軸Ａ２は、入射光線Ｉの光軸Ｘと直交している。
【００５７】
表１に、第一プリズム１０、第二プリズム２０、平板３０の材料、楔角度α、接合方法示す。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Ｐ３の使用波長帯域及び視野角、消光比を示す。
【００５８】
【表１】
2019215433.tif 000003
【００５９】
【表２】
2019215433.tif 000004
【００６０】
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の方向は、互いに平行となるように配置されていれば良いが、視野角、波長帯域などの収差以外の偏光子性能を考慮すると、図４に示す様に入射光線Ｉの光軸Ｘに対して、直交する方向であることがより好ましいことは、通常のグラン−トムソンプリズムと同様である。
【００６１】
図４では、第一プリズム１０と平板３０、及び、平板３０と第二プリズム２０の接合方法を、オプティカル・コンタクトとしたが、接着剤による接合であっても良い。ただし、接着剤を用いる場合は、プリズムと接着剤の界面で全反射が生じないように、プリズム角度を調整する必要がある。
【００６２】
全反射型偏光子Ｐ３に、±２°の集光光を入射したときの出射光線の集光点の形状、サイズを図５に示す。図５に示すように、集光点のサイズは約０．５μｍ程度と十分小さく、通常の方解石を用いたグラン−トムソンプリズムの約４００分の１になることがわかった。
【００６３】
次に、全反射型偏光子Ｐ３に、±２°の集光光を入射したときの出射光線の集光点とその前後のビーム形状を図６に示す。図６に示すように、集光点前後のビーム形状が円形になっており、非点収差の影響が無い事が分かる。図５及び図６より、全反射型偏光子Ｐ３は、異常光屈折率の入射角依存性による非点収差状の収差、プリズム間の平板による非点収差、コマ収差が無視できるほど少なくなっており、従来の全反射型偏光子と比較して、収差特性に優れていることが分った。
【００６４】
また、一般的な方解石製グラン−トムソンプリズムでも、透過偏光の屈折率である異常光屈折率とプリズム間の接着剤屈折率を略一致させる事で得られる、透過率の向上や、ゴーストの低減、反射偏光を利用しＰＢＳとして利用するなどの効果が、透過偏光の屈折率である常光屈折率とプリズム間の板材屈折率を略一致させている全反射型偏光子Ｐ３でも同様に得られる事は言うまでもない。
【００６５】
平板３０を構成する等方性材料として、屈折率（ｎＩｓｏ）が一軸性結晶の常光屈折率（ｎｏ）と同程度のガラスである、オハラ製Ｓ−ＬＡＨ７９（ｎＩｓｏ＝１．９９６）、住田光学ガラス製Ｋ−ＢＯＣ３０（ｎＩｓｏ＝２．０００）、Ｋ−ＢＯＣ２０（ｎＩｓｏ＝１．９９８）、ＴＡＦＤ４０（ｎＩｓｏ＝１．９９３）、ＴＡＦＤ５５（ｎＩｓｏ＝１．９９４）を用いた場合にも同様の結果になった。また、平板３０の厚みｄを０．５ｍｍとしていたが、収差性能、消光比性能などの光学特性は、平板３０の厚みによらないため、平板３０の厚みｄを１ｍｍや２ｍｍにしても良く、偏光子のサイズに応じて製作性が損なわれない範囲において、厚みｄを設定することが出来る。例えば、平板３０の厚みｄを０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下とすることが可能である。
【００６６】
＜実施例２：ルチル型ＴｉＯ２プリズム＋ＺｎＳｅ平板＋ルチル型ＴｉＯ２プリズム＞
実施例２の全反射型偏光子Ｐ４では、正の一軸性結晶（ｎｅ＞ｎｏ）としてルチル型ＴｉＯ２を用い、等方性材料として、ＺｎＳｅ（ｎＩｓｏ＝２．５９１）を用いた。
全反射型偏光子Ｐ４は、図４に示す構造を有しており、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ＺｎＳｅで形成された平板３０、を備え、第一プリズム１０の第一光学軸Ａ１は、第二プリズム２０の第二光学軸Ａ２と平行であり、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、第一光学軸Ａ１、第二光学軸Ａ２は、入射光線Ｉの光軸Ｘと直交している。
【００６７】
表３に、第一プリズム１０、第二プリズム２０、平板３０の材料、楔角度α、接合方法示す。また、表４に全反射型偏光子Ｐ３の使用波長帯域及び視野角、消光比を示す。
【００６８】
【表３】
2019215433.tif 000005
【００６９】
【表４】
2019215433.tif 000006
【００７０】
図７に、全反射型偏光子Ｐ４に、±２°の集光光を入射したときの出射光線の集光点とその前後のビーム形状を示す。ルチル型ＴｉＯ２もＺｎＳｅも従来から知られた材料であるが、この材料の組合せでグラン−トムソンプリズムを構成したときにのみ、図７に示す様に集光点サイズを約１．２μｍと十分小さくすることが可能となる。全反射型偏光子Ｐ４は、通常のグラン−トムソンプリズムの場合と比べて、約１５０分の１と、大きな収差低減性能を示す。
【００７１】
全反射型偏光子Ｐ４では、使用している材料が、ルチル型ＴｉＯ２とＺｎＳｅであるため、使用波長帯域が、赤外領域において広くなり、視野角も広くなっている。
【００７２】
また、集光点前後のビーム形状も、集光点±０．３ｍｍの位置で多少楕円形になっているが、良好な円形性を示し、非点収差が小さいことが分かった。第一プリズム１０及び第二プリズム２０の間に配置された平板３０の厚みｄが光学特性に影響しない点や、ゴーストが発生しない等の特長は、実施例１と同様である。
【００７３】
以上のことから、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としてＹＶＯ４（ｎｏ＝１．９９３）を用い、平板３０を形成する等方性材料の屈折率（ｎＩｓｏ）が１．９８３以上２．００３以下の高屈折率のガラス、例えばオハラ製Ｓ−ＬＡＨ７９（ｎＩｓｏ＝１．９９６）、ＨＯＹＡ製Ｅ−ＦＤＳ２（ｎＩｓｏ＝１．９９３）、ＴＡＦＤ４０（ｎＩｓｏ＝１．９９３）、ＴＡＦＤ５５（ｎＩｓｏ＝１．９９４）、住田光学ガラス製Ｋ−ＢＯＣ３０（ｎＩｓｏ＝２．０００）、Ｋ−ＢＯＣ２０（ｎＩｓｏ＝１．９９８）を組みあわせることで、収差が著しく低減させることが可能であることが示された。
【００７４】
また、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としてルチル型ＴｉＯ２（ｎｏ＝２．５８４）を用い、平板３０を形成する等方性材料の屈折率（ｎＩｓｏ）が、２．５７１以上２．５９７以下のセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ、ｎＩｓｏ＝２．５９１）を組みあわせることでも、収差が著しく低減させることが可能であることが示された。
【００７５】
したがって、本発明の全反射型偏光子は、特定の材料を組み合わせることで、収差を著しく低減させており、特別な材料の組みあわせによって構成されているものである。
【符号の説明】
【００７６】
Ｐ１  全反射型偏光子
Ｐ２  全反射型偏光子
Ｐ３  全反射型偏光子
Ｐ４  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  平板（等方性材料）
３２  第一接合面
３４  第二接合面
ｄ    平板の厚み
Ｘ    光軸
Ｉ    入射光線
Ｒ    反射光線
Ｅ    出射光線
【図１】
2019215433.tif 000007
【図２】
2019215433.tif 000008
【図３】
2019215433.tif 000009
【図４】
2019215433.tif 000010
【図５】
2019215433.tif 000011
【図６】
2019215433.tif 000012
【図７】
2019215433.tif 000013
【図８】
2019215433.tif 000014