(57)【要約】  本発明は、他の光学素子と組み合わせることなく、平板型偏光子又はガラス偏光子を利用して、光分離機能等の光学的機能を付与した偏光子、又は偏光ビームスプリッターとしての機能と偏光フィルターとしての機能を有し、かつ偏光分離性能を大幅に向上させた偏光ビームスプリッターを提供する。ガラス偏光子等の平板型偏光子の、少なくとも第一面に偏光分離膜、波長選択膜又は反射膜が形成されていることを特徴する。特に、金属銀粒子のアスペクト比と粒子長さを調整して、可視光線の領域で優れた偏光特性を有するようにしたガラス偏光子を利用する。
2014080716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームが入射する側の第一面とその裏面である第二面とを有する平板型偏光子の、少なくとも前記第一面又は前記第二面のいずれかに機能膜が形成され、前記機能膜が、（１）偏光分離膜、（２）波長選択膜又は（３）反射膜から選ばれたいずれかであることを特徴とする平板型機能性偏光子。
【請求項２】
前記平板型偏光子の、前記機能膜が形成されていない面には、反射防止膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の平板型機能性偏光子。
【請求項３】
前記平板型偏光子が、（１）ガラス偏光子、（２）樹脂偏光子又は（３）ワイヤーグリッド偏光子から選ばれたいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の平板型機能性偏光子。
【請求項４】
光ビームが入射する側の第一面とその裏面である第二面とを有する平板型偏光子が、（１）ガラス偏光子、（２）樹脂偏光子又は（３）ワイヤーグリッド偏光子から選ばれたいずれかであって、前記第一面に偏光分離膜が形成され、前記第二面に偏光分離膜、波長選択膜又は反射防止膜から選ばれるいずれかが形成されていることを特徴とする平板型機能性偏光子。
【請求項５】
光ビームが入射する側の第一面とその裏面である第二面とを有するガラス偏光子の、少なくとも前記第一面に偏光分離膜が形成されていることを特徴するガラス偏光子型偏光ビームスプリッター。
【請求項６】
前記ガラス偏光子の、前記偏光分離膜が形成されていない面には、波長選択膜又は反射防止膜が形成されていることを特徴とする請求項５に記載のガラス偏光子型偏光ビームスプリッター。
【請求項７】
前記ガラス偏光子の表面層に分散している金属銀粒子の平均アスペクト比が１．５：１以上であって３．０：１以下であり、かつ平均粒子長さが３０ｎｍ以上であって１５０ｎｍ以下となるように調整されていることを特徴とする請求項５に記載のガラス偏光子型偏光ビームスプリッター。
【請求項８】
前記ガラス偏光子の表面層に分散している金属銀粒子の平均アスペクト比が１．３：１以上であって２．６：１以下であり、かつ平均粒子長さが３０ｎｍ以上であって５０ｎｍ以下となるように調整されていることを特徴とする請求項５に記載のガラス偏光子型偏光ビームスプリッター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶プロジェクターやレーザー干渉計や光アイソレーターなどの光学系に使用される偏光子に関するものであって、特に、従来は偏光フィルター機能しか有していなかった平板型偏光子に対して、種々の光学的機能を与えることのできる平板型機能性偏光子に関する。使用法によっては、偏光ビームスプリッターや所定の波長範囲にある直線偏光を透過させる機能を有する光学素子や、あるいは所定の波長範囲にある直線偏光を反射させる光学素子としての機能を併せ持つ偏光子に関する。【０００２】
また、本発明は、優れた偏光分離性能を有する平板型の偏光ビームスプリッターに関し、特に、液晶表示装置、レーザー干渉計、光アイソレーターなどに好適な、可視光領域で優れた偏光分離性能と偏光フィルター性能とを有するコンパクトな偏光ビームスプリッターに関する。
【背景技術】
【０００３】
偏光子は特定方向に偏光した光以外は遮断し、偏光した光だけを透過させる光学素子であり、使用状況に応じて自然光や円偏光や楕円偏光を直線偏光に変える光学素子として機能する。偏光子の種類としては、方解石や水晶のような結晶の複屈折を利用して自然光を直線偏光にするプリズム偏光子があるが、高価であるため、樹脂製の偏光子が広く用いられている。これは、ポリビニルアルコール樹脂にヨウ素を添加して引き伸ばした後、透明な保護材で挟んで積層したものが一般的である。引き伸ばされた方向にヨウ素が配向すること（配向方向）を利用して偏光特性が実現されるものであり、配向方向に対して平行な方向に振動する光は吸収により除去され、配向方向に対して垂直な方向に振動する光は透過する。保護材としてはＰＥＴ樹脂やガラス基板が用いられる。【０００４】
ワイヤーグリッド偏光子は、導体のワイヤーがフレーム内に平行に多数張られたもので、ワイヤーに対して平行な偏光を反射し、垂直な偏光を透過する偏光フィルターとして働くものである。通常は透明材料の表面に所定の間隔でワイヤーが形成されている。樹脂偏光子における引き伸ばされたヨウ素と、ワイヤーグリッド偏光子におけるワイヤーとは同じような働きをする。つまり、ワイヤーに対して平行な方向に振動する光は反射により除去され、垂直な方向に振動する光は透過する偏光フィルターとして働く。この他、耐熱性やレーザー耐力に優れた偏光子として、ガラス偏光子が開発されている（特許文献１及び特許文献２）。これは、ガラス基材の表面層に一軸方向に配向した金属銀の粒子を分散、析出させたものであり、金属銀が配向した方向が配向方向であり、配向方向に振動する光は金属銀によって吸収・除去され、垂直な方向に振動する光は透過する特性を利用した偏光子である。ガラス基板は平板であるので、ガラス偏光子は平板型偏光子である。金属銀に代わって金属銅が使用される場合もある。【０００５】
平板型とは、プリズム型ではないという意味で、光ビームが入射する側の表面と、その反対側の裏面を有する平板状の意味であり、前記したガラス偏光子、樹脂偏光子又はワイヤーグリッド偏光子はいずれも平板型偏光子である。これらのうち、ガラス偏光子と樹脂偏光子は、透過する偏光以外の光を吸収によって除去する、いわゆる吸収型偏光子であり、ワイヤーグリッド偏光子は反射によって除去する反射型偏光子である。【０００６】
偏光ビームスプリッターとは、入射した光ビームをその偏光成分に分離させるフィルター機能を有する光学素子であって、フィルター面に入射する光のうちｐ偏光成分を透過し、ｓ偏光成分を反射させる。偏光ビームスプリッターには、キューブ型、平板型、ウェッジ基板型などがある。プリズム型は、プリズムの斜面に偏光分離膜を形成した後、もう一つのプリズムを接着したもので、その形状からキューブ型とも呼ばれる。扱いやすく、性能も安定していることから最も一般的に用いられる偏光ビームスプリッターである。平板型は、薄いガラス基板の片側表面に偏光分離膜を形成したもので、キューブ型に比較すると小型でコンパクトである。【０００７】
偏光ビームスプリッターに用いられる偏光分離膜とは、所定の波長の光が４５度近傍の入射角で入射したとき、光学干渉作用によってｐ偏光は透過しｓ偏光は反射するよう、屈折率の異なる２種以上の薄膜を繰り返し交互に積層して形成された誘電体多層膜である。【０００８】
波長選択膜とは、バンドパスフィルターやエッジフィルターと呼ばれるもので、所定の波長の光を透過し、それ以外の波長の光は反射又は吸収する膜である。波長選択膜が形成された光学素子は、必要な波長以外の波長の光が、ノイズとして作用したり光学素子の温度を上昇させたりすることを避けるために用いられる。【０００９】
反射膜は、文字通り、鏡（ミラー）として作用する膜である。紫外線から赤外線まで広い範囲の波長の光を高い反射率で反射する一般的なミラー以外に、所定の割合の光を反射し、残りは透過するように形成されたハーフミラーや、所定の波長の光だけを反射し、それ以外の波長の光は透過するように形成された選択反射膜も含まれる。これら反射膜は、光路を変えたり、透過率を減じたり、所定の波長の光だけを取り出したりする目的で使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許４，３０４，５８４号
【特許文献２】米国特許４，４７９，８１９号
【特許文献３】特開２００１−３１５２４１号公報
【特許文献４】特開２００９−２２９９５６号公報
【特許文献５】特開２０１１−２７７７７号公報
【特許文献６】特開２０１２−２７２６０号公報
【特許文献７】特開２０１１−１９７４６５号公報
【特許文献８】特許第４９２８５６１号公報
【特許文献９】特許第４９２８５６４号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】「ワイヤーグリッド偏光子」、ソーラボジャパン社ウェブカタログ
【非特許文献２】無機ガラス偏光子「Ｇｌａｐｏｌａ」、岡本硝子社カタログ
【非特許文献３】「偏光ビームスプリッター」、株式会社シンクロンウェブカタログ
【非特許文献４】「偏光ビームスプリッター」、日東光器社ウェブカタログ
【非特許文献５】ＬＣＤ用偏光フィルムの高機能化と新しい展開、住友化学２０００−１（２９−３６）
【非特許文献６】ガラス偏光子、ＮＥＷ  ＧＬＡＳＳ、Ｖｏｌ．２３、Ｎｏ．１（２００８）
【非特許文献７】平成１６年度特許流通支援チャート（化学２６）液晶用偏光板樹脂、独立行政法人工業所有権情報・研修館（２００５年３月）
【非特許文献８】ＰｏｌａｒｃｏｒＴＭ  Ｇｌａｓｓ  Ｐｏｌａｒｉｚｅｒｓ，  Ｐｒｏｄｕｃｔ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，  Ｉｓｓｕｅｄ：Ａｕｇｕｓｔ  ２０１０，米国コーニング社電子カタログ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
商品化された偏光子にはそれぞれ商品カタログが発行されているが、そこには、それら偏光子に対して新たな光学的機能を付与することについてなんら言及も示唆もない（例えば、非特許文献１及び２）。また、偏光分離膜あるいは偏光ビームスプリッターに関するカタログ等の記載においても、偏光子の機能を併せ持たせることについてはなんら言及も示唆もない（例えば、非特許文献３及び４）。また、偏光フィルムやガラス偏光子については、関連技術をレビューした論文等も公開されているが、防眩処理、反射防止処理、輝度向上について記載されている程度であり、偏光子表面への光学的機能性薄膜の形成による偏光分離機能や波長選択機能の付与については、なんら言及も示唆もない（例えば、非特許文献５及び６）。液晶用偏光板樹脂については、特許技術に関する広範な調査が行われているが、透過率や輝度の向上、視野角の拡大、耐久性の向上に関するものがほとんどであって、新たな光学的機能の付与についての特許出願はない。コントラストの向上についての特許出願はあったが、樹脂部材に対する色素の添加あるいは構成部材の特性や形状の改良に基づくものであった（非特許文献７）。【００１３】
公開された特許を調査しても、偏光子に対する新たな光学的機能の付与については、ほとんど記載がない。特許文献３は、ゴーグル等に用いられる樹脂偏光板への調光機能の付与についてであるが、樹脂偏光子と保護材の間の接着剤層や粘着剤層に調光性色素を加えるものにすぎず、かつ本発明の技術分野であるところの液晶プロジェクターやレーザー干渉計、光アイソレーター等への応用に関するものではない。特許文献４は、偏光子に対して帯電防止性を付与するものであって、光学的機能の付与に係るものではない。特許文献５は、樹脂偏光子の保護材に光拡散機能を付与するものであって、偏光特性そのものの高機能化に係るものではない。同様に、特許文献６は、樹脂偏光子に対して、光拡散性、帯電防止性、透湿性ないしは衝撃吸収性の付与に関するものであって、偏光特性の高機能化等に係る光学的機能の付与に関するものではない。【００１４】
このように、偏光子による偏光フィルター機能に対して、他の光学的機能を付加又は組み合わせて種々の光学系で用いる場合には、偏光子を光学系にセットし、次に偏光分離機能、波長選択機能あるいは反射機能を有する光学素子などを、偏光子とは別に配置・挿入して用いなければならないのである。また、偏光ビームスプリッターによってｐ偏光とｓ偏光を分離し、それら分離した偏光のコントラストを上げたい場合には、ｐ偏光あるいはｓ偏光の光路中に偏光子を追加して配置する必要があるのである。そうすると、せっかく小型でコンパクトな平板型偏光ビームスプリッターを使用しているにもかかわらず、コントラストの向上を図ろうとすると余分なスペースが必要となるという問題があった。【００１５】
また、波長選択膜を有する光学素子を用いて、所定の波長範囲の光を透過させ、さらにこの透過した波長の光を直線偏光に変えたい場合には、波長選択光学素子の光路中に、偏光子を挿入した光学系が必要である。ミラーを用いた反射光学系に、偏光フィルター機能を組み込む場合にも、光路中に偏光子を挿入する必要がある。これらの場合、平板型偏光子を用いるだけであれば、スペースを取らずにコンパクトな光学系が組めるにも関わらず、付与すべき機能性光学素子を別途配置する必要があるため、光学系が大きくなるという課題が生じてしまうのである。【００１６】
さらに、種々の光学素子を光学系に組み入れる場合には、光軸や入射角を厳密にアライメントしなければならず、そうしないと、大きな誤差やノイズが発生してしまうという問題が生じる。また、これら光学系において光の透過率が減少することを防止するには、偏光子の両側表面及び機能性光学素子の両側表面の全てに反射防止膜を形成する必要があるため、手間とコストがかかるという課題も生じるのである。【００１７】
たとえば図１３に示したような性能を有する平板型偏光ビームスプリッターでは、ｐ偏光成分のコントラストは１０００：１程度であるが、さらに高いコントラストが必要な用途では、光ビームの出射側に、ｐ偏光を透過しｓ偏光を吸収する偏光子が別途挿入される。余分なｓ偏光成分をこの偏光子によって除去し、コントラストを改善するものである。ここでは、高い透過率を保つために、挿入された偏光子の両側の表面に反射防止膜を形成する必要があるし、光ビームが偏光子に対して垂直に入射するよう正しくアライメントする必要がある。このように、偏光子を挿入することによって光学系がコンパクトでなくなってしまうという課題に加えて、挿入する偏光子に対して反射防止膜を形成するための手間とコストがかかること、及び複数の光学素子のアライメントが必要となるという課題がある。【００１８】
逆に、偏光子の側からみると、所定の波長範囲の光の、所定の振動方向の光を透過し、その振動方向に直交方向に振動する光を吸収する偏光フィルターとしての機能を発揮するだけであって、そもそも偏光ビームスプリッターとしての偏光分離機能は有していないのである。【００１９】
本発明の目的は、上記従来の課題を解決するためのものであって、平板型偏光子の偏光フィルターとしての機能に加えて、他の光学素子と組み合わせることなく、一個の光学素子として平板型偏光子がコンパクトであるという利点を活かしたまま、偏光分離機能や波長選択機能や反射機能などの光学的機能を付与した平板型機能性偏光子を提供することにある。【００２０】
本発明の他の目的は、他の光学素子と組み合わせることなく、ガラス偏光子を利用して、偏光ビームスプリッターとしての機能と偏光フィルターとしての機能を有し、かつ偏光分離性能を大幅に向上させた偏光ビームスプリッターを提供することにある。さらに本発明は、可視光線の領域で、優れた偏光分離性能と偏光フィルター性能を有し、かつ耐久性と耐レーザー性に優れた偏光ビームスプリッターを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記従来の課題を解決するために、本願の第一の発明は、光ビームが入射する側の第一面とその裏面である第二面とを有する平板型偏光子の、少なくとも第一面又は第二面のいずれかに機能膜が形成され、該機能膜が、（１）偏光分離膜、（２）波長選択膜又は（３）反射膜から選ばれたいずれかであることを特徴とする平板型機能性偏光子を開示するものである。【００２２】
さらに本願の第二の発明は、前記平板型偏光子において、前記機能膜が形成されていない面には、反射防止膜が形成されていることを特徴とする平板型機能性偏光子を開示する。【００２３】
さらに本願の第三の発明は、前記平板型偏光子が、（１）ガラス偏光子、（２）樹脂偏光子又は（３）ワイヤーグリッド偏光子から選ばれたいずれかである平板型機能性偏光子を開示する。【００２４】
さらに、本願の第四の発明は、平板型偏光子が（１）ガラス偏光子、（２）樹脂偏光子又は（３）ワイヤーグリッド偏光子から選ばれたいずれかであって、その第一面に偏光分離膜が形成され、第二面に該偏光分離膜、波長選択膜又は反射防止膜が形成れていることを特徴とする平板型機能性偏光子を開示する。【００２５】
さらに本願の第五の発明は、光ビームが入射する側の第一面とその裏面である第二面とを有するガラス偏光子の、少なくとも第一面に偏光分離膜が形成されていることを特徴するガラス偏光子型偏光ビームスプリッターを開示するものである。【００２６】
本願の第六の発明は、第五の発明において、偏光分離膜が形成されていない面には、波長選択膜又は反射防止膜を形成することができる。【００２７】
さらに、本願の第七の発明は、第五の発明において、ガラス基材の表面層に分散している金属銀粒子の平均アスペクト比が１．５：１以上であって３．０：１以下であり、かつ平均粒子長さが３０ｎｍ以上であって１５０ｎｍ以下となるように調整されているガラス偏光子を用いたことを特徴とするガラス偏光子型偏光ビームスプリッターを開示する。【００２８】
さらに、本願の第八の発明は、第五の発明において、ガラス基材の表面層に分散している金属銀粒子の平均アスペクト比が１．３：１以上であって２．６：１以下であり、かつ平均粒子長さが３０ｎｍ以上であって５０ｎｍ以下となるように調整されているガラス偏光子を用いたことを特徴とするガラス偏光子型偏光ビームスプリッターを開示する。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、プロジェクターやレーザー干渉計や光アイソレーターなどに用いられる平板型偏光子に、多様な光学的機能が付加された平板型機能性偏光子として機能させることができる。そのような複合機能を持たせることで、偏光ビームスプリッターや波長選択素子、反射素子などを、別の光学部品として配置・挿入する必要がなくなるため、光学系全体をコンパクト（小型化）にすることもできる。実施態様によっては、偏光フィルターとしての機能を大幅に向上させることもできる。別の光学素子を配置・挿入する場合には、それら光学素子の両面に反射防止膜を形成する必要があったが、本発明によれば、機能膜を形成していない表面にのみ、反射防止膜を形成するだけでよいので、無駄なコストや手間を省くこともできる。【００３０】
また、本発明によれば、プロジェクターやレーザー干渉計や光アイソレーターに用いることのできる偏光分離機能と偏光フィルター機能を併せ持った光学素子を提供することができる。すなわち、入射光を偏光分離膜によってｓ偏光とｐ偏光に分離し、透過してきた偏光の透過率を保ったまま、コントラストをさらに高めることができる偏光フィルター機能を持った光学素子を提供することができる。本発明は、ガラス偏光子に偏光分離膜が形成された構成となっているので、コントラストを向上させるために他の偏光子を組み合わせて用いる必要がなく、光学系全体を小型でコンパクトにすることができる。さらに本発明によれば、偏光分離膜が形成されていない表面に、波長選択膜を形成して新たな機能を付与することもできるし、反射防止膜を形成して透過率を向上させることもできる。【００３１】
さらに本発明は、第一面に形成される偏光分離膜を用いてｓ偏光を反射によって除去し、次にガラス偏光子の偏光フィルター性能を利用してさらに偏光の純度を向上させる構成であるので、ガラス偏光子に進入するｓ偏光を低く抑えることができる。このことは、高出力レーザーを用いる場合に大きな効果を発揮する。すなわち、ガラス偏光子に入射する前に偏光分離膜によって、ｓ偏光成分が除去されることから、ガラス偏光子型偏光ビームスプリッターが高温になって損傷を受けることを防止することができるのである。本発明によるガラス偏光子型偏光ビームスプリッターは、非常に優れたレーザー耐力を示すという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に用いる平板型偏光子の一つであるガラス偏光子の偏光特性の入射角度依存性を示す図である。
【図２】本発明に用いることのできるワイヤーグリッド偏光子の偏光特性の一例を示す図である。
【図３】ワイヤーグリッド偏光子のＣａＦ２基板上に形成したバンドパスフィルターの性能を示す図である。
【図４】本発明の一形式である、波長選択機能が付加された平板型機能性偏光子を示す図である。
【図５】実施例１の透過率スペクトルを示す図である。
【図６】本発明に用いることのできる樹脂偏光子の偏光特性の一例を示す図である。
【図７】本発明の他の実施形式である、反射膜が付加された平板型機能性偏光子を示す図である。
【図８】実施例２の分光反射率曲線を示す図である。
【図９】本発明に用いることのできるガラス偏光子の偏光特性の一例を示す図である。
【図１０】本発明においてガラス偏光子表面に形成した偏光分離膜の性能を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施形式である、偏光分離膜が付加された平板型機能性偏光子を示す図である。
【図１２】本発明の性能と効果を実証するために用いた光学系を示す図である。
【図１３】偏光ビームスプリッターの一般的な性能を示す図である。
【図１４】本発明に用いるガラス偏光子表層に分散している金属銀粒子を示す写真である。
【図１５】本発明の一実施態様を示す図である。
【図１６】本発明においてガラス偏光子の裏面に形成した反射防止膜の性能を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明のように他の光学素子と組み合わせることなく、ガラス偏光子を利用して、偏光ビームスプリッターとしての機能と偏光フィルターとしての機能を有し、かつ偏光分離性能を大幅に向上させた偏光ビームスプリッターはこれまで存在せず、新規なものであるので、以後、ガラス偏光子型偏光ビームスプリッターと呼ぶことにする。また、偏光子について、光ビームが入射する側の面を第一面、その裏面を第二面と定義する。
【００３４】
本発明の実施形態を示す。いくつかの実施例によって、種々の光学的機能の付加とその効果を示すが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。以下、本発明の実施態様について、具体的に説明する。
【００３５】
（実施例１）
【００３６】
本願の第一の発明は、光ビームが入射する側の第一面とその裏面である第二面とを有する平板型偏光子の、少なくとも第一面又は第二面のいずれかに機能膜が形成され、該機能膜が、（１）偏光分離膜、（２）波長選択膜又は（３）反射膜から選ばれたいずれかであることを特徴とする平板型機能性偏光子を開示するものである。偏光フィルター機能を有する平板型偏光子に対して、これら機能膜のいずれかを形成することによって、偏光のコントラストを向上させたり、所定の波長領域の偏光のみを透過させたり、偏光を反射させたり、偏光の一部を透過させ、一部は反射させるなど、様々な機能を発揮する平板型機能性偏光子が可能となる。あるいは、偏光分離膜によって分離された偏光のコントラストを、偏光子のフィルター機能によって向上させることもできる。しかも、平板型偏光子の表面に直接これら機能膜を形成するので、コンパクトな光学系を維持しながら、これら機能を付与できるのである。
【００３７】
平板型偏光子の表面に所定の波長範囲のみ透過するバンドパスフィルターを形成すれば、その波長範囲の直線偏光を取り出すことができる。例えば、赤外線透過可視光吸収膜を形成した場合、不要な可視光線によるノイズを除去しながら、必要な赤外線領域の波長についてのみ直線偏光を透過する平板型偏光子を得ることができる。平板型偏光子の裏面にアルミミラーを形成し、入射角を垂直からやや傾けて配置することにより、入射光のうち、例えばｓ偏光は偏光子によって吸収させ、ｐ偏光だけが偏光子を透過し、アルミミラーによって入射角に対応した所定の方向に反射される。そして、アルミミラーによって反射された偏光成分は、再び偏光子を透過する間にコントラストが向上する。こうすることによって、コントラストのよい偏光を反射によって取り出すことができることになる。
【００３８】
実施例１にかかる平板型偏光子として、図２に示した偏光特性を有するワイヤーグリッド偏光子を用いて、ＣａＦ２基板のワイヤーグリッドが形成されていない面（第二面）に、図３に示した光学特性を有するバンドパスフィルターを形成して、図４に示した平板型機能性偏光子を得た。バンドパスフィルターは、高屈折率材料としてＴａ２Ｏ５を用い、低屈折率材料としてＳｉＯ２を用い、設計波長を５９０ｎｍとして光学シミュレーションで計算した所定の光学膜厚で積層したものである。バンドパスフィルターの形成に使用した装置は、オプトラン社製イオンアシスト蒸着機（型番ＯＴＦＣ１３００ＤＢＩ）である。このようにして、偏光バンドパスフィルター光学素子として機能する平板型機能性偏光子を得た（図４）。次に、大塚電子製瞬間マルチ測光システム（ＭＣＰＤ−３７００）を用いて光学特性を測定した。光源として超高圧水銀ランプを用いて、光ファイバーにより試料表面に無偏光の光ビームを０度の入射角で照射し、透過スペクトルを測定した結果を図５に示す。バンドパスフィルターの透過帯域（波長５９０ｎｍ近傍）で約９０％の透過率であった（ｐ偏光の入射光量を１００％としたときのｐ偏光の透過光量の値である）。次に平板型機能性偏光子の光路中にもう一つのワイヤーグリッド偏光子を直交の関係（クロスニコルの関係）で配置して同様の測定を行ったところ、透過率はゼロとなった。このことから、約９０％の透過はｐ偏光であることが確認された。以上のように、ワイヤーグリッド偏光子のＣａＦ２基板に設計波長が５９０ｎｍのバンドパスフィルターを形成することによって、５９０ｎｍ近傍の波長範囲における直線偏光のみを取り出すことのできる光学素子を得ることができた。
【００３９】
（実施例２）
【００４０】
本願の第二の発明は、前記平板型偏光子において、前記機能膜が形成されていない面には、反射防止膜が形成されていることを特徴とする平板型機能性偏光子を開示する。このような構成にすることにより、各種光学系で必要な光の量が減ずるのを抑えることができる。従来は、新たな光学素子を挿入するたびに、これら光学素子の両面に反射防止膜を形成する必要があったのに対して、本発明によれば、多くても一表面に反射防止膜を形成するだけで済むのである。例えば、平板型偏光子にバンドパスフィルターを形成した場合には、第一面にバンドパスフィルターを形成し、第二面に反射防止膜を形成する。そうすることにより、バンドパスフィルターと偏光子を透過してきた所定の波長範囲の偏光成分が、平板型偏光子の第二面を出射する際に反射が減じられ、高い透過率を維持できる。また、平板型偏光子にアルミミラーを形成する場合、アルミミラーは第二面に形成し、第一面に反射防止膜を形成する。こうすることにより、入射光が偏光子に入射する際とアルミミラーによって反射された偏光が偏光子を出射する際の両方で、界面での反射が減じられ、偏光成分の光強度を高く保つことができるようになる。
【００４１】
実施例２にかかる平板型偏光子として、図６に示した偏光特性を有する偏光シートを保護用ガラス（ＢＫ７）で挟んだ樹脂偏光子を用い、その第一面（ガラス表面）に反射防止膜を形成し、第二面にアルミミラーを形成することによって、図７に示した平板型機能性偏光子を得た。アルミミラーは蒸着法により金属アルミを約１ミクロンの厚みで形成した。反射防止膜は、高屈折率材料としてＴａ２Ｏ５を、低屈折率材料としてＳｉＯ２を用い、設計波長を５５０ｎｍとして光学シミュレーションで計算した所定の光学膜厚で積層したものである。薄膜の形成に使用した装置は、オプトラン社製イオンアシスト蒸着機（型番ＯＴＦＣ１３００ＤＢＩ）である。このようにして、偏光反射光学素子として機能する平板型機能性偏光子を得た。次に、大塚電子製瞬間マルチ測光システム（ＭＣＰＤ−３７００）を用いて光学特性を測定した。光源として超高圧水銀ランプを用いて、光ファイバーにより試料表面に無偏光の光ビームを１５度の入射角で照射し、−１５度の角度での反射スペクトルを測定した結果を図８に示した。約３０％の反射率のｐ偏光が得られた。次に平板型機能性偏光子の反射光の出射後の光路中に別の樹脂偏光子を直交配置して同様の測定を行ったところ、透過率はゼロとなった。このことから、約３０％の反射は直線偏光（ｐ偏光）であることが確認された。これにより、樹脂偏光子にアルミミラーを形成し、光軸に対して傾斜して配置し、無偏光光を入射させると、所定の方向に直線偏光を反射する光学素子を得ることができた。
【００４２】
（実施例３）
【００４３】
本願の第三の発明は、前記平板型偏光子が、（１）ガラス偏光子、（２）樹脂偏光子又は（３）ワイヤーグリッド偏光子から選ばれたいずれかである平板型機能性偏光子を開示する。本発明に使用できる平板型偏光子としては、特に限定されるものではないが、ガラス偏光子、樹脂偏光子又はワイヤーグリッド偏光子を用いた場合には、ガラス基材や保護部材に直接種々の光学機能膜を形成することができるので、光学機能膜を形成した基材を貼り合わせるようなことは不要となるからである。ただし、本発明において、光学機能膜を形成した基材を平板型偏光子に貼り合わせるという実施態様を除外するものではない。
【００４４】
ガラス偏光子は、ガラス製であるため耐久性や耐レーザー性に優れ、損傷を受けにくい。また化学的安定性に優れているので、機能膜や反射防止膜の形成が容易となる利点がある。耐レーザー性が要求されないような場合には、樹脂偏光子も本発明に用いる平板型偏光子としては好適である。通常は、表面は樹脂製保護材で覆われているので、保護材に機能膜や反射防止膜を形成することができる。樹脂偏光子をガラスで挟んだ構成の場合には、ガラス偏光子と同様の方法で、機能膜や反射防止膜を形成することができる。但し、樹脂そのものの耐久性が向上するわけではないので、耐レーザー性の向上はそれほど期待できない。ワイヤーグリッド偏光子の場合は、形成されたワイヤーグリッドの表面を、エアギャップ層を介して樹脂製保護材やガラス基材で覆った構成にすることにより、機能膜や反射防止膜を形成する際に、樹脂偏光子やガラス偏光子と同様の取扱いが可能となる。
【００４５】
例えば、偏光シートをガラス（ＢＫ７）で挟んだ樹脂偏光子が広く用いられているが、そのガラス表面に偏光分離膜や波長選択膜などの機能膜や反射防止膜を形成することができる。また、ＣａＦ２（蛍石）基板上にワイヤーグリッドを形成したワイヤーグリッド偏光子においては、ＣａＦ２基板上に同様の機能膜や反射防止膜を形成することもできる。
【００４６】
実施例３にかかる平板型偏光子として、図９に示した偏光特性を有するガラス偏光子を用い、その第一面に図１０に示した特性の偏光分離膜を形成し、第二面に反射防止膜を形成することによって、図１１に示した構成の偏光ビームスプリッターとしての機能を有する平板型機能性偏光子を作成した。偏光分離膜は、設計波長を６３３ｎｍとして、高屈折率材料としての酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）と低屈折率材料としての酸化シリコン（ＳｉＯ２）を交互に表１に示した膜厚で３０層積層した誘電体多層膜である。
【００４７】
【表１】
2014080716.tif 000003
【００４８】
反射防止膜は、６３３ｎｍで最小反射率となるように、Ｔａ２Ｏ５とＳｉＯ２を交互に４層積層したものである。これら多層膜の成膜には、オプトラン社製イオンアシスト蒸着機（型番ＯＴＦＣ１３００ＤＢＩ）を用いた。このようにして得た平板型機能性偏光子について、図１２に示した構成の光学系を用いて、偏光分離性能と偏光フィルター性能を評価した。光源には、波長６３２．８ｎｍで最大出力２５ｍＷのＨｅ−Ｎｅレーザーを用いた。レーザー光ビームは１／４波長板によって円偏光に変換され、ビームエキスパンダーによって拡張された後、直径４ｍｍのアパーチャーを通って、本発明の平板型機能性偏光子に入射する。円偏光である入射光ビームが平板型機能性偏光子に４５度の入射角で入射すると、第一面に形成された偏光分離膜によって、ｓ偏光は入射面内で直角に反射され、微調式偏光子ホルダーに搭載されたグラントムソンプリズムを通ってｓ偏光成分がフォトダイオードＰＤ２に入射し、その光量（強度）が計測される。一方、入射光ビームのうち、偏光分離膜を透過したｐ偏光成分は、平板型機能性偏光子の偏光フィルター性能により、ｓ偏光成分が吸収によって除去され、ｐ偏光成分のコントラストが向上していく。そして出射側表面に形成された反射防止膜によって、透過率を低下させることなく出射し、微調式偏光子ホルダーに搭載されたグラントムソンプリズムを通って、フォトダイオードＰＤ１に入射し、その光量が計測される。なお、ＰＤ１及びＰＤ２によるｐ偏光及びｓ偏光の光強度の測定に際しては、微調式偏光子ホルダーに搭載されたグラントムソンプリズムを回転させ、ｐ偏光とｓ偏光それぞれについて、強度が最大となった光量を読み取った。光量の測定結果及びそれらから算出したコントラストを表２に示した。
【００４９】
【表２】
2014080716.tif 000004
【００５０】
（実施例４）
【００５１】
本願の第四の発明は、平板型偏光子が（１）ガラス偏光子、（２）樹脂偏光子又は（３）ワイヤーグリッド偏光子から選ばれたいずれかであって、その第一面に偏光分離膜が形成され、第二面に該偏光分離膜、波長選択膜又は反射防止膜が形成れていることを特徴とする平板型機能性偏光子を開示する。このような構成とすることにより、一般的な平板型偏光子が、偏光フィルターとしての機能しか果たさないのに対して、偏光分離膜を形成することによって、高性能偏光ビームスプリッターとしても機能する光学素子を得ることができるのである。偏光分離膜は、平板型偏光子の光ビームが入射する側である第一面に形成するのがよい。反射や吸収による光量の損失が低減されるし、吸収による偏光子の温度上昇を抑えることができるからである。そして、本発明の重要な点は、透過してきた光ビームが出射する側において、平板型偏光子の偏光フィルター機能によってコントラストが大幅に向上した偏光成分が得られることである。
【００５２】
偏光分離膜が形成された光学素子は、通常は、入射光ビームの入射平面に対して４５度の角度をなして配置される。そのように配置することにより、入射平面内で振動する成分であるｓ偏光は、入射平面に対して９０度の方向に反射される。一方、入射平面に対して垂直方向に振動する成分であるｐ偏光は、偏光分離膜を透過し、基材である平板型偏光子に対して４５度の角度で入射し、偏光子の偏光フィルター機能によってｐ偏光以外の成分が除去され、ｐ偏光のコントラストが格段に向上するという効果が得られるのである。
【００５３】
この場合、平板型偏光子には、４５度という大きな入射角であっても良好な偏光フィルター性能を発揮することが要求される。発明者らは鋭意研究の結果、出願人が特許文献８や特許文献９で開示したガラス偏光子を用いた場合には、図１に示したように、広範な入射角の範囲にわたって、偏光フィルター機能が悪化しないことを見出した。樹脂偏光子やワイヤーグリッド偏光子は、ガラス偏光子ほど偏光フィルター性能の角度依存性が小さいわけではないが、本発明の平板型偏光子として用いることは可能である。
【００５４】
本発明の実施形式においては、ガラス偏光子の光ビームが入射する側の表面（第一面）に、前記した偏光分離膜を形成し、出射する側の表面（裏面である第二面）にも同様に偏光分離膜を形成するか、波長選択膜を形成するか又は反射防止膜を形成することによって、高性能な偏光ビームスプリッターを得ることができる。平板型偏光子の第二面に反射防止膜を形成することによって透過率を向上させることができるが、反射防止膜に代わって、第一面と同様に偏光分離膜を形成することも効果的である。第二面に形成した偏光分離膜によって、不要なｓ偏光成分が反射されることによって除去され、さらにｐ偏光のコントラストが向上するからである。波長選択膜を形成した場合には、選択された波長領域においてコントラストのよいｐ偏光を得ることができる。
【００５５】
平板型偏光子の第二面にも偏光分離膜を形成することの追加的なメリットは、このようにして得られたガラス偏光子型偏光ビームスプリッターは表裏がなくなることによって、光学系に配置するときに、表裏を意識することなく組み込むことができる点があげられる。また裏面である第二面を、別の光ビームの入射面として用いるような複雑な光学系を組むことも可能となる。さらなるメリットとしては、ガラス偏光子の表面及び裏面に同様の偏光分離膜が形成されることから、形成された膜応力がバランスすることによって、残留応力に起因する平板型偏光子の反りがなくなり、偏光分離性能が安定化することがあげられる。つまり、片面だけに偏光分離膜が形成されていると、どうしても他の面との膜構成の違いにより膜応力が残存してしまい、ガラス偏光子の反りが避けられないのである。平板型偏光子が反ると、偏光分離膜への光ビームの入射角が変わることになって、偏光分離性能が悪化してしまうのであるが、両面を同じ偏光分離膜とすることによって、このような反りを防止し、偏光分離性能を安定化させることができるのである。
【００５６】
実施例４においては実施例３と同じガラス偏光子を基材として用い、第一面にも第二面にも、表１に示した偏光分離膜を形成して、本発明のガラス偏光子型偏光ビームスプリッターを作成した。実施例３と同様の評価を行った結果を表２に示す。
【００５７】
（比較例１）
【００５８】
機能膜及び反射防止膜を形成する基材として、ガラス偏光子に代えて、平板ガラス（ＢＫ７）を用いた以外は、実施例３と同一の方法で同一の構成の偏光ビームスプリッターを作成した。実施例３に記載したのと同様の装置及び方法を用いて、偏光分離性能及び偏光フィルター性能を評価した結果を表２に示した。
【００５９】
表２に示した実施例３、実施例４及び比較例１の評価結果から、ｓ偏光のコントラストには大きな差はないものの、ｐ偏光については、比較例１ではコントラストは２８．２ｄＢ（６６０：１）に過ぎないのに対して、実施例３ではコントラストは５８．９ｄＢ（７７８，０００：１）であり、実施例４では、６３．１ｄＢ（２，０１３，０００：１）にも達し、きわめて純粋なｐ偏光を取り出すことのできる光学素子を得ることができた。
【００６０】
（実施例５）
【００６１】
本願の第五の発明は、光ビームが入射する側の第一面とその裏面である第二面とを有するガラス偏光子の、少なくとも第一面に偏光分離膜が形成されていることを特徴するガラス偏光子型偏光ビームスプリッターを開示するものである。ガラス偏光子を偏光ビームスプリッターとして機能させるには、少なくとも第一面に偏光分離膜を形成する必要がある。偏光ビームスプリッターは、図１３に示したように、４５度近傍の入射角で傾斜して配置したときに、所定の波長範囲のｓ偏光とｐ偏光の反射率が異なることを利用して偏光を分離する光学素子である。
【００６２】
一例として、６００ｎｍから６５０ｎｍ程度の波長の光に対して偏光分離性能を有する平板型偏光ビームスプリッターの性能を図１３に示す。一般的な平板型偏光ビームスプリッターはガラス基板（ＢＫ７）の第一面（光ビームが入射する側の表面）に偏光分離膜が形成されたものである。この偏光分離膜の誘電体多層膜の構成は、通常は、透過率を高めるために、空気との界面及びガラス基板との界面の反射を低減するよう反射防止性能が組み込まれた構成になっている。また、ガラス基板の第二面（光ビームが出射する側の表面）にも同様の理由で、反射防止膜が形成されている。図１３の例では、６３３ｎｍの波長で、ｐ偏光は９８％程度の透過率でガラス基板の第二面から出射し、約２％のｐ偏光成分は偏光分離膜で反射される。一方、ｓ偏光成分が偏光分離膜に入射すると約０．１％程度が透過し、９９．９％程度が反射される。入射方向にそのまま透過するｓ偏光成分は０．１％程度に過ぎないので、ｐ偏光成分の消光比は９８／０．１で、ほぼ１０００となる。一方、入射方向に垂直な方向では、ｓ偏光の反射率は９９．９％に達するもののｐ偏光成分の約２％が反射されるため、消光比は９９．９／２で、ほぼ５０程度となってしまう。なお、消光比とはコントラストを表す指標で、より具体的には、一の偏光成分に対する他の偏光成分の割合に相当する。一の偏光成分の純度が高いほど、コントラストに優れる。
【００６３】
本発明では、従来の平板型偏光ビームスプリッターが、例えばＢＫ７製のガラス基板を用いるのに対して、ガラス偏光子を基材として利用することに特徴がある。偏光分離膜を形成する基材としてガラス偏光子を利用した偏光ビームスプリッターは、４５度近傍という入射角であっても、優れた偏光フィルター性能を維持するという特性を利用して、偏光分離機能と偏光フィルター機能を併せ持った光学素子として機能させることができるのである。
【００６４】
本発明のガラス偏光子型偏光ビームスプリッターにおいて、「少なくとも第一面に偏光分離膜を形成する」という意味は、第一面に偏光分離膜を形成しなければ、基材である偏光子によってｓ偏光が吸収等によって除去され、ｓ偏光を分離して利用することができなくなるからである。「少なくとも」としたのは、第二面にも偏光分離膜を形成してもよいという意味である。第二面にも偏光分離膜を形成した場合は、第二面においてもｓ偏光が反射により除去されることになって、ｐ偏光のコントラストをさらに向上させることができる。
【００６５】
本発明において、偏光分離膜が形成されていない面には、波長選択膜又は反射防止膜を形成することができる。反射防止膜とは、文字通り、反射を減ずるための膜である。第二面に波長選択膜を形成すると、偏光ビームスプリッターを透過してきた偏光に含まれる不要な波長範囲の偏光を除去し、必要な波長範囲の偏光に限定することができる。反射防止膜を形成する場合は、透過率が減ずるのを防止することができる。
【００６６】
本発明に用いることのできるガラス偏光子は、例えば、本発明の出願人による出願である特許文献８や特許文献９に開示されたものであるが、ガラス基材の少なくとも表面層に所定の形状及び大きさの金属銀粒子が一軸配向して存在し、その配向した銀粒子によって偏光フィルター機能が発揮されるものである。その後、鋭意研究が継続され、本発明の発明者らが、該ガラス偏光子の偏光フィルター性能の角度依存性を詳細に評価した結果、光ビームの入射角が０度から５０度程度まで大きく傾いた広範囲な入射角に渡って偏光フィルター性能がほとんど変化しないという特性を見出したことから、本発明に想到するに至ったのである。
【００６７】
さらに、ガラス基材の表面層に分散している金属銀粒子の平均アスペクト比が１．５：１以上であって３．０：１以下であり、かつ平均粒子長さが３０ｎｍ以上であって１５０ｎｍ以下となるように調整されているガラス偏光子を用いたことを特徴とするガラス偏光子型偏光ビームスプリッターを開示する。アスペクト比とは、一軸配向された金属銀粒子の長さと幅の比を表す指標である。金属銀粒子のアスペクト比は、延伸時のガラスの温度、粘性係数及び荷重を調整することにより、調整することができる。このように調整することによって、ガラス偏光子の一軸配向した金属銀粒子のアスペクト比と平均粒子長さを前記した範囲とすることによって、第一面の偏光分離膜によって分離され、透過してきた偏光成分のうち、赤色領域の波長（５８０ｎｍ〜６８０ｎｍ程度の波長領域）に対して優れた偏光フィルター性能（優れた透過率とコントラスト）を示すガラス偏光子型偏光ビームスプリッターを得ることができることを見出した。
【００６８】
表３は、ガラス偏光子の製造条件、ガラス表層中に一軸配向して分散している金属銀粒子に平均アスペクト比及び平均粒子長さ、及びガラス偏光子の透過率とコントラストの関係をまとめたものである。塩化銀を含むガラスプリフォームを所定の温度で熱処理することによりガラスプリフォーム中に塩化銀粒子を析出させる。その後、ガラスプリフォームを所定の粘度範囲になるまで加熱した後、延伸荷重を加えて塩化銀粒子を延伸する。そして、水素雰囲気中で還元処理すると、塩化銀粒子が金属銀粒子に還元される。還元されるのは、水素分子が侵入可能な、表面から約１００μｍ程度の表層に限られる。このようにして金属銀が一軸配向して分散しているガラス偏光子が得られるのである。金属銀が分散している様子を透過電子顕微鏡で撮影した写真の例を図１４に示す。そして、このような写真から金属銀のアスペクト比及び粒子長さを計測し、平均値を算出するのである。
【００６９】
【表３】
2014080716.tif 000005
【００７０】
ガラス偏光子の透過率は分光光度計を用いて測定した。金属銀粒子の配向軸方向と直交する偏光振動面をもつ光の平均透過率ＴＶ％と金属銀粒子の配向軸方向に平行な偏光振動面をもつ光の平均透過率ＴＰ％をそれぞれ測定し、それらの比から次式に基づいて消光比を算出した。
【００７１】
［数１］
消光比（ｄＢ）＝１０  ×  ｌｏｇ１０（ＴＶ％／ＴＰ％）
【００７２】
表３に示した評価結果から、アスペクト比や平均粒子長さが上記した数値の範囲外になると、赤色領域で優れた透過率とコントラストとすることが困難になると判断されたのである。
【００７３】
図１は、赤色の波長領域用のガラス偏光子型偏光ビームスプリッターに用いられるガラス偏光子の偏光フィルター性能を示すものであるが、設計波長である６３３ｎｍ近傍の波長において、入射ビームの入射角を０度（垂直）から徐々に傾け約５０度まで傾けた入射角であっても、ｐ偏光透過率もｓ偏光反射率もともに、垂直入射の場合と比べてほとんど変化せず、結果として５０度まで傾けた入射角であっても、優れた偏光フィルターとしての性能が維持されていることがわかる。
【００７４】
さらに、ガラス基材の表面層に分散している金属銀粒子の平均アスペクト比が１．３：１以上であって２．６：１以下であり、かつ平均粒子長さが３０ｎｍ以上であって５０ｎｍ以下となるように調整されているガラス偏光子を用いたことを特徴とするガラス偏光子型偏光ビームスプリッターを開示する。ガラス偏光子の一軸配向した金属銀粒子のアスペクト比と平均粒子長さを前記した範囲とすることによって、第一面に形成された偏光分離膜によって分離され、透過してきた偏光成分のうち、緑色領域の波長（５００ｎｍ〜６００ｎｍ程度の波長領域）に対して優れた偏光フィルター性能（優れたコントラスト）を示すガラス偏光子型偏光ビームスプリッターとすることができる。この場合においても、アスペクト比や平均粒子長さがこの範囲外になると、緑色領域で優れた透過率とコントラストを実現することが難しくなるのである。これら適切なアスペクト比及び平均粒子長さの範囲については、表１に示したものと同様の試験と評価を実施して定めた。概要は同一出願人による特許文献８の表１に記載されている。
【００７５】
本発明のガラス偏光子型偏光ビームスプリッターでは、ガラス偏光子中の金属銀粒子の配向方向が光ビームの入射平面に対して平行になるように配置し、入射光ビームを平板偏光子の法線方向に対して４５度近傍の入射角で入射させることにより、入射光ビームのうちｓ偏光成分を入射方向に対して約９０度の角度で反射させ、入射光ビームのうちｐ偏光をそのまま直進させ、ガラス偏光子を通過する間に、コントラストが格段に向上したｐ偏光を取り出すことができることになる。なお、光ビームの入射平面は平板偏光子の入射界面の法線ベクトルと入射光の伝搬方向を向くベクトルを含む面と定義される。そして、本発明の構成では、ｓ偏光は入射面内で振動する光であって、ｐ偏光は入射平面に対して垂直方向に振動する光である。
【００７６】
ガラス偏光子の第二面（出射側表面）に、第一面（入射側表面）と同様に偏光分離膜を形成すると、出射側表面においてもｓ偏光成分が反射されることによって除去され、さらにコントラストが向上する。ガラス偏光子の第二面にも偏光分離膜を形成する付加的効果は、平板型偏光子の第二面にも偏光分離膜を形成することの追加的なメリットとして前記したとおりである。また第二面を、別の光ビームの入射側表面として用いるような複雑な光学系を組むこともできる。さらなる効果としては、ガラス偏光子の両側表面に同様の偏光分離膜が形成されることから、膜応力がバランスすることによって、ガラス偏光子の反りがなくなり、偏光分離性能が安定化することがあげられる。つまり、片側表面だけに偏光分離膜が形成されていると、どうしても他の面に形成された膜との違いにより膜応力が残存してしまい、ガラス偏光子の反りが避けられないのである。ガラス偏光子が反ると、偏光分離膜への光ビームの入射角が変わることになって、偏光分離性能が悪化するのであるが、両側表面を同じ偏光分離膜とすることによって、このような反りを防止し、偏光分離性能を安定化できるのである。
【００７７】
本願の第五の発明の一実施態様を図１５に示す。偏光ビームスプリッターの基材としてのガラス偏光子の第一面（入射側表面）に偏光分離膜が形成されている。裏面である第二面には同じ偏光分離膜を形成したものと、反射防止膜を形成したものを作製した。以下、本発明について、さらに具体的に説明する。本発明の効果を確認するのに用いた評価装置を図１２に示す。
【００７８】
（実施例６及び実施例７）
【００７９】
ガラス偏光子型偏光ビームスプリッターに用いるガラス偏光子として、出願人による特許出願であって特開２０１１−１９７４６５に開示された実施例に基づいて作製されたガラス偏光子を用いた。５８０ｎｍ〜６８０ｎｍの波長範囲において、高い透過率と優れた消光比とするため、析出する金属銀粒子の平均粒子長さ及びアスペクト比を調整したものである。金属銀粒子の平均アスペクト比は２．７：１であり、平均粒子長さは約９０ｎｍとなるように調整されたものである。得られたガラス偏光子の光学特性を図９に示した。そのガラス偏光子の第一面に偏光分離膜を形成し、第二面に反射防止膜を形成することによって、図１５に示した構成の平板偏光子型偏光ビームスプリッターを作成した（実施例６）。偏光分離膜は、高屈折率材料としての酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）と低屈折率材料としての酸化シリコン（ＳｉＯ２）を交互に３０層積層した誘電体多層膜である。これら多層膜の成膜には、オプトラン社製イオンアシスト蒸着機（型番ＯＴＦＣ１３００ＤＢＩ）を用いた。形成した偏光分離膜の各層の膜厚を表１に、反射防止膜の各層の膜厚を表４に示した。次に、同じガラス偏光子を基材として用い、両側の表面に、表１に示した偏光分離膜を形成して、本発明のガラス偏光子型偏光ビームスプリッターを作成した（実施例７）。
【００８０】
【表４】
2014080716.tif 000006
【００８１】
実施例６及び実施例７について、図１２に示した構成の光学系を用いて、偏光分離性能を評価した。光源には、波長６３２．８ｎｍで最大出力２５ｍＷのＨｅ−Ｎｅレーザーを用いた。レーザー光ビームは１／４波長板によって円偏光に変換され、ビームエキスパンダーによって拡張された後、直径４ｍｍのアパーチャーを通って、本発明のガラス偏光子型偏光ビームスプリッターに入射する。円偏光である入射光ビームがガラス偏光子型偏光ビームスプリッターに４５度の入射角で入射すると、ガラス偏光子型偏光ビームスプリッターの入射側表面に形成された偏光分離膜によって、ｓ偏光は入射面内で直角に反射され、グラントムソンプリズムを通ってｓ偏光成分がフォトダイオードＰＤ２に入射し、その光量（強度）が計測される。一方、入射光ビームのうち、偏光分離膜を透過したｐ偏光成分は、ガラス偏光子型偏光ビームスプリッターのガラス偏光子のフィルター性能により、偏光分離膜を透過したｓ偏光成分が吸収によって除去され、ｐ偏光成分のコントラストが向上していく。そして出射側表面に形成された反射防止膜（実施例６の場合）によって、透過率を低下させることなく出射し、グラントムソンプリズムを通って、フォトダイオードＰＤ１に入射し、その光量が計測される。実施例７の場合は、反射防止膜に代わって、出射側表面に形成された偏光分離膜の作用によって、ｓ偏光成分が反射して除去され、ｐ偏光成分のコントラストがさらに向上した。なお、グラントムソンプリズムは微調式偏光子ホルダーに装着されており、ｐ偏光の強度及びｓ偏光の強度を測定するに際しては、ホルダーを回転して光強度が最大となる位置でそれぞれの値を読み取った。光量の測定結果及びそれらから算出した消光比（コントラスト）を表５に示した。
【００８２】
（比較例２）
【００８３】
ガラス偏光子の代わりにホウ珪酸ガラス（ショット社製ＢＫ７）の第一面に表１に示した構成の偏光分離膜を形成し、第二面に、表４に示した構成の反射防止膜を形成し、比較例２とした。
【００８４】
実施例６、実施例７及び比較例２で作成した偏光分離膜及び反射防止膜の性能を測定した結果を表５に示した。比較例２についても、実施例６及び実施例７と同様の方法で、ＰＤ１及びＰＤ２に入射したｐ偏光成分及びｓ偏光成分の光量（光強度）を測定し、コントラストを算出した。
【００８５】
【表５】
2014080716.tif 000007
【００８６】
これらの結果から明らかなように、現在広く用いられている平板型偏光ビームスプリッター（比較例２）では、ｐ偏光成分のコントラストは２８．２ｄＢ（６６０：１）であるのに対して、本発明のガラス偏光子型偏光ビームスプリッターによれば、１，０００倍以上もコントラストが向上する（５８．９ｄＢ（７７８，０００））。さらに、ガラス偏光子の両側に偏光分離膜を形成した構成では、コントラストは６０ｄＢ以上にまで向上することがわかった。
【００８７】
実施例６、実施例７及び比較例２では、赤色領域（６３２．８ｎｍ）の波長の光に対する効果を実証したが、緑色領域（例えば、５３２ｎｍの固体レーザー波長）でも同様の効果が確認された。ガラス偏光子、偏光分離膜及び反射防止膜を緑色領域の波長に合わせて設計する点が異なるだけである。
【図１】
2014080716.tif 000008
【図２】
2014080716.tif 000009
【図３】
2014080716.tif 000010
【図５】
2014080716.tif 000011
【図６】
2014080716.tif 000012
【図８】
2014080716.tif 000013
【図９】
2014080716.tif 000014
【図１０】
2014080716.tif 000015
【図１１】
2014080716.tif 000016
【図１２】
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【図１３】
2014080716.tif 000018
【図１５】
2014080716.tif 000019
【図１６】
2014080716.tif 000020
【図４】
2014080716.tif 000021
【図７】
2014080716.tif 000022
【図１４】
2014080716.tif 000023
【国際調査報告】
2014080716.tif 000024
2014080716.tif 000025