(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率の異なる２種類の誘電体の層が積層され、機能上要求される不可視領域の所定の波長の入力光を分岐する光学多層膜を有する第１基体と、
１つ以上の第２基体から構成され、
前記光学多層膜は、前記入力光の略１／４波長の厚さの層と、前記入力光の略ｎ／４波長の厚さ（ただし、ｎは３以上の奇数）の層の両方を有し、さらに白色光を入射した時に特定の色の光を反射するように、可視領域のあらかじめ定めた波長帯域であらかじめ定めた範囲の反射率を有する
ことを特徴とする光ビームスプリッタ。
【請求項２】
屈折率の異なる２種類の誘電体の層が積層され、波長２４８ｎｍの入力光を分岐できることを機能上要求される光学多層膜を有する第１基体と、
１つ以上の第２基体から構成され、
前記光学多層膜は、前記入力光の略１／４波長の厚さの高屈折率層、前記入力光の略３／４波長の厚さの低屈折率層、前記入力光の略３／４波長の厚さの高屈折率層、前記入力光の略１／４波長の厚さの低屈折率層、前記入力光の略１／４波長の厚さの高屈折率層の順番で積層された層を有し、さらに白色光を入射した時に特定の色の光を反射するように、可視領域のあらかじめ定めた波長帯域であらかじめ定めた範囲の反射率を有する
ことを特徴とする光ビームスプリッタ。
【請求項３】
屈折率の異なる２種類の誘電体の層が積層され、波長１０６４ｎｍの入力光を分岐できることを機能上要求される光学多層膜を有する第１基体と、
１つ以上の第２基体から構成され、
前記光学多層膜は、前記入力光の略１／４波長の厚さの高屈折率層、前記入力光の略３／４波長の厚さの低屈折率層、前記入力光の略１／４波長の厚さの高屈折率層の順番で積層された層を有し、さらに白色光を入射した時に特定の色の光を反射するように、可視領域のあらかじめ定めた波長帯域であらかじめ定めた範囲の反射率を有する
ことを特徴とする光ビームスプリッタ。
【請求項４】
屈折率の異なる２種類の誘電体の層が積層され、波長１０６４ｎｍの入力光を分岐できることを機能上要求される光学多層膜を有する第１基体と、
１つ以上の第２基体から構成され、
前記光学多層膜は、前記入力光の略３／４波長の厚さの高屈折率層、前記入力光の略１／４波長の厚さの低屈折率層、前記入力光の略１／４波長の厚さの高屈折率層の順番で積層された層を有し、さらに白色光を入射した時に特定の色の光を反射するように、可視領域のあらかじめ定めた波長帯域であらかじめ定めた範囲の反射率を有する
ことを特徴とする光ビームスプリッタ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載された光ビームスプリッタであって、
前記入力光は、前記第１基体または前記第２基体の面に垂直に入射され、
分岐された光は、それぞれ前記第１基体または前記第２基体の面に垂直に出射される
ことを特徴とする光ビームスプリッタ。
【請求項６】
オートコリメータを用いて請求項１から５のいずれかに記載の光ビームスプリッタを含む光学系の光軸を調整する光軸調整方法であって、
前記オートコリメータからの出力光を白色光とし、
前記光ビームスプリッタによって分岐される前の光と、分岐された後の光とを、色によって識別して光軸を調整する
ことを特徴とする光軸調整方法。
【請求項７】
オートコリメータを用いて請求項１から５のいずれかに記載の光ビームスプリッタの前記第１基体と前記第２基体とを組み立てる光ビームスプリッタ製造方法であって、
前記オートコリメータからの出力光を白色光とし、
前記光ビームスプリッタによって分岐される前の光と、分岐された後の光とを、色によって識別して前記第１基体および前記第２基体の相対的な位置を決め、
決定した位置で前記第１基体および前記第２基体を互いに固定する
ことを特徴とする光ビームスプリッタ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の波長の光を分岐する光ビームスプリッタ、その光ビームスプリッタを用いた光学系の光軸調整方法、その光ビームスプリッタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１に、従来の光ビームスプリッタの構造の例を示す。光ビームスプリッタ９００は、第１基体９１０であるプリズムの一面に屈折率の異なる２種類の誘電体の層が積層された光学多層膜９１５が形成されている。そして、光学多層膜９１５が形成された面を接合面として、第２基体９２０であるプリズムと接合されている。また、通常は、第１基体、第２基体の外部と接する面には、反射防止膜が形成されている。図２は、光ビームスプリッタ９００に、所定の波長の光を入力した場合の入力光、透過光、反射光の様子を示す。入力光は第１基体の１つの面から入射され、光学多層膜９１５で透過光と反射光に分岐される。分岐された光は、それぞれ第１基体または第２基体から出射される。なお、所定の波長とは、光ビームスプリッタ９００が対象としている波長であり、この波長の光を入力した時に所望の透過率、反射率を得ることができる波長である。図３に、ＫｒＦエキシマレーザの波長（２４８ｎｍ）を対象とした光ビームスプリッタの反射率の波長特性を示す。このように、従来の光ビームスプリッタは、対象とする波長での特性を満足するように設計され、他の波長では同じ特性は得られない。
【０００３】
このような光ビームスプリッタを用いた光学系の光軸調整や、光ビームスプリッタの製造では、オートコリメータを用いることが多い。例えば、特許文献１などがある。
【特許文献１】特開２００３−１３１０９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図４にオートコリメータを用いた測定例を示す。オートコリメータ８００から出力された光は、光ビームスプリッタ９００に入射され、光学多層膜９１５で反射された光は、ペンタプリズム８１０で反射されてオートコリメータ８００に戻る。図５は、オートコリメータの観察像の様子を示す図である。通常、光ビームスプリッタ９００やペンタプリズム８１０の表面では反射が起きる。したがって、図４に示した光路以外でもオートコリメータ８００に光が戻ってくる。つまり、観察像８０５には、図５に示したように濃淡の異なる十字型のレティクルが複数映る。濃淡の違いは、反射率の違いなどから生じる各光路の損失の違いから生じるものである。そこで、観察像８０５に映っている十字型のレティクルの中で、光軸調整の対象となる光路を経たレティクルがどれかを濃淡で判断した上で、そのレティクルを見ながら光軸を調整する。
【０００５】
しかし、濃淡だけの判断では、どのレティクルが対象となる光路を経たレティクルが分かりにくい場合もある。例えば、図３に示したような反射率の波長特性を持つ光ビームスプリッタの場合、オートコリメータで使用する可視光領域（４００ｎｍ〜７６０ｎｍ）では、反射率は非常に小さい。このような場合には、図４に示した光路を経たレティクルもうすくなってしまうので、対象となる光路を経たレティクルの判別が困難となる。つまり、光軸の調整が困難になってしまう。
【０００６】
また、光ビームスプリッタを組み立てる時には、第１基体と第２基体の相対的な位置を決め、その後固定する。この位置決めも、オートコリメータを用いて行われる。したがって、不可視領域の波長を対象とした光ビームスプリッタを組み立てる場合にも、同様の問題が生じる。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、光ビームスプリッタを含む光学系の光軸調整および光ビームスプリッタの製造を容易に行うことのできる光ビームスプリッタを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光ビームスプリッタは、屈折率の異なる２種類の誘電体の層が積層された不可視領域の所定の波長の入力光を分岐する光学多層膜を有する第１基体と、１つ以上の第２基体から構成される。光学多層膜は、入力光の略１／４波長の厚さの層と、入力光の略ｎ／４波長の厚さ（ただし、ｎは３以上の奇数）の層の両方を有する。または、光学多層膜は、可視領域のあらかじめ定めた波長帯域で、あらかじめ定めた範囲の反射率を有する。または、光学多層膜は、白色光を入射した時に特定の色の光を反射する。
【０００９】
また、入力光が第１基体または第２基体の面に垂直に入射され、分岐された光がそれぞれ第１基体または第２基体の面に垂直に出射されるように、第１基体の形状、第２基体形状、第１基体と第２基体の配置が決められる。
【００１０】
本発明の光軸調整方法では、オートコリメータからの出力光を白色光とし、本発明のビームスプリッタで分岐される前の光と分岐された後の光を色によって識別し、光軸を調整する。また、本発明の光ビームスプリッタ製造方法では、オートコリメータからの出力光を白色光とし、本発明の光ビームスプリッタによって分岐される前の光と、分岐された後の光とを色によって識別して第１基体および第２基体の相対的な位置を決め、決定した位置で第１基体および第２基体を互いに固定する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の光ビームスプリッタによれば、光ビームスプリッタの対象とする波長が不可視領域であったとしても、可視領域の一部にある程度の反射率を確保できる。したがって、オートコリメータの出力光を白色光にすれば、光ビームスプリッタで分岐される前の光と光ビームスプリッタで分岐された後の光とを、色によって識別できる。
【００１２】
したがって、光軸調整や組み立ての時に、調整の対象となる光路を経たレティクルをオートコリメータの観察像の中から容易に見つけることができる。つまり、調整が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
［第１実施形態］
図６に、本発明の光ビームスプリッタの構成例を示す。光ビームスプリッタ１００の外観は、従来の光ビームスプリッタ９００と同じである。光ビームスプリッタ１００は、第１基体１１０であるプリズムの一面に屈折率の異なる２種類の誘電体の層が積層された光学多層膜１１５が形成されている。そして、光学多層膜１１５が形成された面を接合面として、第２基体１２０であるプリズムと接合されている。また、図示していないが、第１基体、第２基体の外部と接する面には、反射防止膜が形成されている。入力光、透過光、反射光の関係は図２と同じである。なお、第１基体、第２基体には例えば合成石英を用いればよい。また、光学多層膜の屈折率の高い層にはＡｌ２Ｏ３を、屈折率の低い層にはＳｉＯ２を用いればよい。また、光学多層膜の積層の繰返しは、１回から１０回程度とすればよい。
【００１４】
従来の光ビームスプリッタ９００との大きな違いは、光学多層膜１１５の構成である。図７に、ＫｒＦエキシマレーザの波長（２４８ｎｍ）を対象とした光ビームスプリッタ１００の反射率の波長特性を示す。縦軸は反射率、横軸は波長を示している。なお、“Ｈ”は入力光の略１／４波長の厚さの高屈折率層を、“Ｌ”は入力光の略１／４波長の厚さの低屈折率層を、“ｎＨ”は入力光の略ｎ／４波長の厚さの高屈折率層を、“ｎＬ”は入力光の略ｎ／４波長の厚さの低屈折率層を示している。例えば、 “Ｈ３Ｌ３ＨＬＨ”は、入力光の略１／４波長の厚さの高屈折率層、入力光の略３／４波長の厚さの低屈折率層、入力光の略３／４波長の厚さの高屈折率層、入力光の略１／４波長の厚さの低屈折率層、入力光の略１／４波長の厚さの高屈折率層の順番で積層された光学多層膜を意味している。また、略１／４波長とは、入力光の１／４波長より４０％薄い厚さから４０％厚い厚さの範囲を意味している。一般的に、誘電体多層膜は、高屈折率層と低屈折率層の繰返し回数を調整することと、各層の厚さを１／４波長近傍で調整（変更）することによって反射率などの光学特性を調整している。上述の略１／４波長の範囲は、光学特性の調整として考えられる層の厚さ調整範囲から定めたものである。
【００１５】
図７の“ＨＬＨＬＨ”は、単純に高屈折率層と低屈折率層とを略１／４波長の厚さで積層した光学多層膜を用いた光ビームスプリッタの特性を示しており、これは図３の従来の光ビームスプリッタの特性である。この光ビームスプリッタの場合には、可視領域（４００ｎｍ〜７６０ｎｍ）全体で低い反射率となる。一方、本発明の光ビームスプリッタ１００は、例えば、“ＨＬ５ＨＬＨ”、“ＨＬ３ＨＬＨ”、“Ｈ３ＬＨＬＨ”、“Ｈ３Ｌ３ＨＬＨ”のように積層された光学多層膜１１５を有する。つまり、光学多層膜１１５は、入力光の略１／４波長の厚さの層と、入力光の略ｎ／４波長の厚さ（ただし、ｎは３以上の奇数）の層の両方を有するように積層しており、可視領域の中の一部に反射率が従来よりも高い波長帯域がある。また、対象としている波長である２４８ｎｍの反射特性は、従来と同じである。したがって、光ビームスプリッタ１００は、対象としている入力光に対しては従来と同じ反射特性を持ち、かつ、白色光を入力すると特定の色の光（可視光）を反射する。
【００１６】
なお、どの程度の反射率が必要かは、オートコリメータの性能や光学系全体での損失から決まる。したがって、オートコリメータの性能や光学系全体での損失から、具体的な光学多層膜の積層方法を決めればよい。一般的なオートコリメータの場合であれば、５％程度の反射率があれば観察できる。また、どの波長帯域の光を反射させるかによって色を選択できる。つまり、複数の光ビームスプリッタを用いる場合に、それぞれの光ビームスプリッタごとに反射させる波長帯域を変えれば、どの光ビームスプリッタで分岐された光なのかも色で判別できる。
【００１７】
さらに、入力光が第１基体または第２基体の面に垂直に入射され、分岐された光が第１基体または第２基体の面に垂直に出射されるように、第１基体と第２基体の形状を決めればよい。このように第１基体と第２基体の形状を決めれば、白色光を入力光としても、屈折による色の分離を防ぐことができる。
【００１８】
このように、光ビームスプリッタ１００は、対象とする光の波長が不可視領域（２４８ｎｍや１０６４ｎｍ）であっても、可視領域の一部にある程度の反射率を確保できる。したがって、オートコリメータの出力光を白色光にすれば、光ビームスプリッタ１００で分岐される前の光と光ビームスプリッタ１００で分岐された後の光とを、色によって識別できる。したがって、光軸調整の時に、調整の対象となる光路を経たレティクルをオートコリメータの観察像の中から容易に見つけることができる。つまり、光軸調整が容易になる。
【００１９】
また、光ビームスプリッタ１００を組み立てる場合であれば、オートコリメータからの出力光を白色光とする。そして、オートコリメータの観察像に映ったレティクルの色から光ビームスプリッタによって分岐される前の光と、分岐された後の光とを識別して第１基体および第２基体の相対的な位置を決める。位置が決定すれば、第１基体および第２基体を互いに固定する。したがって、光ビームスプリッタ１００は容易に製造できる。
【００２０】
［変形例］
図８にＹＡＧレーザの波長（１０６４ｎｍ）を対象とした光ビームスプリッタ１００の反射率の波長特性を示す。単純な積層である“ＨＬＨ”は従来の光ビームスプリッタ９００の特性を示しており、“Ｈ３ＬＨ”と“３ＨＬＨ”は本発明の光ビームスプリッタ１００の特性を示している。この場合も、単純な積層である“ＨＬＨ”に比べ、“Ｈ３ＬＨ”と“３ＨＬＨ”は可視領域の中の一部に反射率が高い波長帯域がある。また、１０６４ｎｍでの反射特性は、“ＨＬＨ”と同じである。したがって、第１実施形態と同じ効果を得ることができる。
【００２１】
［第２実施形態］
図９に、第２基体を複数用いた場合の光ビームスプリッタの構成例を示す。第１実施形態では、１つの第２基体を用いた例を示したが、複数の第２基体を用いてもよい。図９のＡ〜Ｄはそれぞれ複数の第２基体を用いた例を示しており、各基体の配置が分かるように２方向または３方向から見た形状を示している。このように複数の第２基体を用いることで、本発明の効果を得ながら、反射光の出力位置と出力方向を変更できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来の光ビームスプリッタの構造の例を示す図。
【図２】光ビームスプリッタ９００に、所定の波長の光を入力した場合の入力光、透過光、反射光の様子を示す図。
【図３】ＫｒＦエキシマレーザの波長（２４８ｎｍ）を対象とした光ビームスプリッタの反射率の波長特性を示す図。
【図４】オートコリメータを用いた測定例を示す図。
【図５】オートコリメータの観察像の様子を示す図。
【図６】本発明の光ビームスプリッタの構成例を示す図。
【図７】ＫｒＦエキシマレーザの波長（２４８ｎｍ）を対象とした光ビームスプリッタ１００の反射率の波長特性を示す図。
【図８】ＹＡＧレーザの波長（１０６４ｎｍ）を対象とした光ビームスプリッタ１００の反射率の波長特性を示す図。
【図９】第２基体を複数用いた場合の光ビームスプリッタの構成例を示す図。
【符号の説明】
【００２３】
１００ 光ビームスプリッタ
１１０ 第１基体
１１５ 光学多層膜
１２０ 第２基体
【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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