無偏光ビームスプリッタ
【課題】Ａｕを用いた無偏光ビームスプリッタにおいて、取扱時や加工時においてＡｕ層に傷がつくのを防止するとともに、Ａｕ層のプリズムからの剥離を防止し、且つ波長６４０〜８２０ｎｍの可視域の光に使用できるようにする。
【解決手段】第１のプリズムの斜面に、誘電体材料からなる１層以上の下地層、層厚１３〜３５ｎｍのＡｕ層、誘電体材料からなる１層以上の保護層を順次積層形成し、前記保護層の最外層と第２のプリズムの斜面を接着剤で接合する。そして波長６４０〜６８０ｎｍ及び波長７６０〜８１０ｎｍにおける、Ｐ偏光及びＳ偏光の所定入射角度での平均反射率Ｒ（％）と平均透過率Ｔ（％）、Ａｕ層の層厚Ｄ（ｎｍ）が下記式（１）を満足するようにする。
25.2×X2＋12.4×X＋6.84＜D＜31.6×X2＋12.6×X＋10.4 ・・・（１）
ただし、X=R/(R+T)
【解決手段】第１のプリズムの斜面に、誘電体材料からなる１層以上の下地層、層厚１３〜３５ｎｍのＡｕ層、誘電体材料からなる１層以上の保護層を順次積層形成し、前記保護層の最外層と第２のプリズムの斜面を接着剤で接合する。そして波長６４０〜６８０ｎｍ及び波長７６０〜８１０ｎｍにおける、Ｐ偏光及びＳ偏光の所定入射角度での平均反射率Ｒ（％）と平均透過率Ｔ（％）、Ａｕ層の層厚Ｄ（ｎｍ）が下記式（１）を満足するようにする。
25.2×X2＋12.4×X＋6.84＜D＜31.6×X2＋12.6×X＋10.4 ・・・（１）
ただし、X=R/(R+T)
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無偏光ビームスプリッタに関し、より詳細には光ピックアップなどの光学機器に用いられるＡｕ層を有する無偏光ビームスプリッタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無偏光ビームスプリッタは、特定の入射角度と波長において、偏光状態にかかわらず入射光を所定の割合で透過光と反射光に分岐するものである。誘電体層を積層形成することによってこのような無偏光ビームスプリッタを作製することもできるが、誘電体層を数十層にも積層しなければならず、生産性が悪くまた数十層も高精度で層形成することは技術的に困難であった。また誘電体層の積層構造によって、広い波長帯域に亘ってＰ偏光とＳ偏光の反射率と透過率をそれぞれ同じにしたまま、反射光と透過光の比率を３：７〜７：３の比率で分離することは困難であった。特に反射光と透過光の比率を５：５にすることは困難であった。
【０００３】
そこで特許文献１には、直角プリズムの斜面に第１誘電体層、Ａｇ層、第２誘電体層を形成し、且つＡｇ層を中心として第１誘電体層と第２誘電体層の層構成を対称とした無偏光ビームスプリッタが提案されている。しかしＡｇは腐食しやすく、無偏光ビームスプリッタの製造工程で使用される水などによって変質することがある。このため、Ａｇ層を用いた無偏光ビームスプリッタは耐久性の点で問題があった。
【０００４】
一方、特許文献２には、Ａｇ層に換えてＡｕ層を用いた無偏光ビームスプリッタが提案されている。確かにＡｕは腐食が発生せず安定した材料であるので、耐久性の問題は解消される。しかし、Ａｕは軟らかいため取扱時や加工時において傷がつきやすい。またＡｕは可視光域で光吸収があり、特許文献２の無偏光ビームスプリッタでは赤外域の光に限定して使用している。
【特許文献１】特開昭６０−１１３２０３号公報
【特許文献２】特開昭６１−１１７０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はこのような従来の問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、Ａｕを用いた無偏光ビームスプリッタにおいて、取扱時や加工時においてＡｕ層に傷がつくのを防止するとともに、Ａｕ層のプリズムから剥離を防止し、且つＤＶＤ（波長６５０ｎｍ近傍：６４０〜６８０ｎｍ）やＣＤ（波長７８０ｎｍ近傍：７６０〜８１０ｎｍ）で使用される波長６４０〜８２０ｎｍの可視域の光にも適応できようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため本発明の無偏光ビームスプリッタでは、第１のプリズムの斜面に、誘電体材料からなる１層以上の下地層、厚さ１３〜３５ｎｍのＡｕ層、誘電体材料からなる１層以上の保護層を順次積層形成し、前記保護層の最外層と第２のプリズムの斜面を接着剤で接合し、波長６４０〜６８０ｎｍ及び波長７６０〜８１０ｎｍにおける、Ｐ偏光及びＳ偏光の所定入射角度での平均反射率Ｒ（％）と平均透過率Ｔ（％）、そしてＡｕ層の層厚Ｄ（ｎｍ）が下記式（１）を満足する構成とした。
【０００７】
25.2×X2＋12.4×X＋6.84＜D＜31.6×X2＋12.6×X＋10.4 ・・・（１）
ただし、X=R/(R+T)
ここで、設計の自由度を大きくするとともに耐擦り性を向上させる観点から、前記保護層を、屈折率が１．８以上の高屈折率層、屈折率が１．５〜１．８（ただし１．５と１．８は含まず）の中間屈折率層、屈折率が１．５以下の低屈折率層が積層されてなる構成とするのが好ましい。また、耐擦り性と密着性の観点から、前記下地層および前記保護層におけるＡｕ層と接する層を中間屈折率層にするのが好ましい。
【０００８】
Ａｕの剥離を一層防止すると共に光学特性を向上させる観点から、前記下地層は２層以上であるのが好ましい。
【０００９】
また耐擦り性を向上させる観点から、前記保護層の層厚の総和は４００ｎｍ以上であるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の無偏光ビームスプリッタでは、プリズムの斜面に、誘電体材料からなる１層以上の下地層を形成し、その上にＡｕ層を形成したので、プリズムとＡｕ層の密着度が上がりＡｕ層の剥離が効果的に防止される。またＡｕ層の上に、誘電体材料からなる１層以上の保護層を形成したので、従来に比べて耐擦り性が格段に向上した。さらに、Ａｕ層の層厚を１３〜３５ｎｍとすることによって、波長６４０〜８２０ｎｍの可視域の光のＡｕ層による吸収を１０％以下に抑えられるようになった。
【００１１】
さらに、本発明の無偏光ビームスプリッタでは、所定波長における、Ｐ偏光及びＳ偏光の平均反射率Ｒ（％）と平均透過率Ｔ（％）、そしてＡｕ層の層厚Ｄ（ｎｍ）が上記式（１）を満足する構成としたので、Ａｕ層の光吸収を抑えることができ、平均反射率Ｒ（％）と平均透過率Ｔ（％）の合計が８８％超という高効率な分光特性が得られる。また本発明の無偏光ビームスプリッタでは、ＤＶＤの使用波長帯域（６４０〜６８０ｎｍ）やＣＤの使用波長帯域（７６０〜８１０ｎｍ）におけるＰ偏光とＳ偏光の反射率の差及び透過率の差がいずれも１０％以内となり、本件発明の無偏光ビームスプリッタは、ＤＶＤやＣＤに搭載される光ピックアップの光学部品として好適に使用される。加えて、ＤＶＤの使用波長帯域（６４０〜６８０ｎｍ）における平均反射率と、ＣＤの使用波長帯域（７６０〜８１０ｎｍ）の平均反射率の差が１０％以内で、且つＤＶＤの使用波長帯域における平均透過率と、ＣＤの使用波長帯域の平均透過率の差が１０％以内となり、本件発明の無偏光ビームスプリッタは、ＤＶＤ及びＣＤの双方に使用可能で安定した分光性能が発揮される。
【００１２】
保護層を、屈折率の異なる３種類の屈折率層が積層されてなるものにすると、設計の自由度が大きくなり耐擦り性も一層向上する。また、前記下地層および前記保護層におけるＡｕ層と接する層を中間屈折率層にすると、密着性と耐擦り性が一層向上する。
【００１３】
また前記下地層を２層以上とすると、Ａｕの剥離を一層防止でき、また光学特性を向上させることができるようになる。
【００１４】
さらに前記保護層の層厚の総和を４００ｎｍ以上とすると、耐擦り性を向上させることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の無偏光ビームスプリッタの大きな特徴の一つは、Ａｕ層の上に誘電体材料からなる１層以上の保護層を設けたことにある。Ａｕ層上に保護層を設けることによって、取扱時や加工時においてＡｕ層に擦り傷などがつくのが防止される。また後述するように、Ａｕ層を所定層厚とすることと相まって、可視域の入射光であっても偏光状態にかかわらず所望の割合で透過光と反射光に分岐できるようになった。
【００１６】
形成する保護層の層数に特に限定はないが、Ａｕ層を保護すると同時に所望の光学特性を得るためには７層以上とするのが望ましい。また複数の誘電体層を形成する場合、その層構成としては、高屈折率層、低屈折率層、中間屈折率層の３種類の誘電体層を積層させることが推奨される。さらに、Ａｕ層と接する誘電体層としては中間屈折率層が好ましい。Ａｕ層と接する誘電体層を中間屈折率層とすることによって、保護層全体の硬さを向上させることができるからである。加えて、耐擦り性の観点からは、保護層の総層厚は４００ｎｍ以上とするのが好ましい。
【００１７】
保護層で使用する誘電体材料としてはＴｉＯ2やＴａ2Ｏ5、Ｌａ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2などの酸化物およびこれらの混合物など従来公知のものが挙げられる。これらの中で、屈折率が１．８以上の高屈折率材料としては、ＴｉＯ2（屈折率：２．１３）、ＴｉＯ2とＬａ2Ｏ3の混合物（メルクジャパン社製「サブスタンスＨ４」、屈折率：１．８０）、ＴｉＯ2とＴａ2Ｏ5の混合物（キヤノンオプトロン社製「ＯＡ−６００」、屈折率：１．９７）などが挙げられる。また屈折率が１．５〜１．８（ただし、１．５と１．８は含まず）の中間屈折率材料としては、Ａｌ2Ｏ3（屈折率：１．６２）、Ａｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合物（メルクジャパン社製「サブスタンスＭ３」、屈折率：１．７３）などが挙げられる。屈折率が１．５以下の低屈折率材料としては、ＳｉＯ2（屈折率：１．４５）、ＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3の混合物（メルクジャパン社製「サブスタンスＬ５」、屈折率：１．４８）などが挙げられる。なお、ここで表示した屈折率は波長７００ｎｍの光に対するものである。
【００１８】
また、本発明の無偏光ビームスプリッタのもう一つの大きな特徴は、Ａｕ層の層厚を１３〜３５ｎｍの範囲としたことにある。Ａｕ層の層厚をかかる範囲とすることによって、ＤＶＤ（波長６５０ｎｍ近傍：６４０〜６８０ｎｍ）やＣＤ（波長７８０ｎｍ近傍：７６０〜８１０ｎｍ）で使用される波長帯域の光のＡｕ層による吸収を１０％以下と小さく抑えられる。Ａｕ層の層厚が１３ｎｍより薄いと反射率が低下し、逆に層厚が３５ｎｍより厚いと光吸収が大きくなる。なお、Ａｕの屈折率は７００ｎｍの波長光において０．１３であり、吸収係数は３．８４である。
【００１９】
さらに本発明の無偏光ビームスプリッタの大きな特徴は、所定波長における、Ｐ偏光及びＳ偏光の所定入射角度での平均反射率Ｒ（％）と平均透過率Ｔ（％）、そしてＡｕ層の層厚Ｄ（ｎｍ）が上記式（１）を満足することにある。ここで、上記式（１）は後述する実施例・比較例のデータ及びそれらのデータからの推測値に基づき２次回帰法によって算出したものである。この不等式を満足することによって、ＤＶＤ及びＣＤの使用波長帯域におけるＰ偏光とＳ偏光の反射率の差及び透過率の差が小さくなる。すなわち、Ｐ偏光とＳ偏光とがほぼ同じ割合で反射及び透過するようになる。さらに、ＤＶＤの使用波長帯域における平均反射率と、ＣＤの使用波長帯域の平均反射率の差が小さくなるとともに、ＤＶＤの使用波長帯域における平均透過率と、ＣＤの使用波長帯域の平均透過率の差も小さくなる。すなわち、波長６４０〜８２０ｎｍの波長域における反射率および透過率の変動が少なくなる。加えて、所望の平均反射率Ｒと平均透過率Ｔが決まれば、上記式（１）からＡｕ層の層厚Ｄを決めることができる。
【００２０】
図３８に、後述する実施例・比較例で測定したＰ偏光及びＳ偏光の平均反射率Ｒ（％）と平均透過率Ｔ（％）から求めたＸ＝Ｒ／（Ｒ＋Ｔ）と、Ａｕ層の層厚Ｄ（ｎｍ）との関係を示すグラフを示す。Ａｕ層の層厚Ｄが、２つの曲線で挟まれた斜線領域内であると、後述の実施例から明らかなように、ＤＶＤ及びＣＤの使用波長帯域におけるＰ偏光とＳ偏光の反射率の差及び透過率の差がいずれも１０％以内となる。また、ＤＶＤの使用波長帯域における平均反射率と、ＣＤの使用波長帯域の平均反射率の差が１０％以内で、且つＤＶＤの使用波長帯域における平均透過率と、ＣＤの使用波長帯域の平均透過率の差が１０％以内となる。一方、Ａｕ層の層厚Ｄが前記の斜線領域から外れていると、後述の比較例から明らかなように、Ｐ偏光及びＳ偏光において波長６４０〜８２０ｎｍの範囲で安定して所望の反射率Ｒ及び透過率Ｔを得ることができない（比較例１〜５）。
【００２１】
なお、図３８において、Ａｕ層の層厚Ｄが上記式（１）の下限よりも小さい領域では、誘電体層の積層数を増やすことによって必要な特性は得られるものの、誘電体層の層数増加によって特性の安定性が低下するとともに製造コストが増加し、Ａｕ層を用いる利点がなくなる。他方、Ａｕ層の層厚Ｄが上記式（１）の上限よりも大きい領域では、反射率がＡｕ層の層厚におおよそ比例し、透過率がＡｕ層の層厚におおよそ反比例するため、反射光と透過光の所望の分離比が高効率で得られない。平均反射率Ｒ（％）と平均透過率Ｔ（％）、Ａｕ層の層厚Ｄ（ｎｍ）とはさらに下記式を満足するのがより好ましい。
28.4×X2＋10.6×X＋7.55＜D＜25.2×X2＋17.1×X＋8.99
【００２２】
そしてまた、本発明の無偏光ビームスプリッタの大きな特徴は、プリズムの斜面とＡｕ層の間に誘電体材料からなる１層以上の下地層を形成したことにある。かかる下地層を形成したことによってＡｕ層のプリズムからの剥離が有効に防止され、また前述のＡｕ層の層厚と相まって、可視域の入射光であっても偏光状態にかかわらず所望の割合で透過光と反射光に分岐できるようになった。
【００２３】
形成する下地層の層数に特に限定はないが、プリズムとＡｕ層の密着性を上げると共に光学特性を向上させる観点からは２層以上とするのが好ましい。下地層で使用する誘電体材料としては、保護層で例示したものがここでも例示できる。また、保護層の場合と同様に、Ａｕ層と接する誘電体層としては中間屈折率層が好ましい。Ａｕ層と接する誘電体層を中間屈折率層とすることによって、下地層全体の硬さを向上させることができるからである。
【００２４】
Ａｕ層の形成方法としては無加熱の真空蒸着が望ましい。１５０℃以上の加熱を行うとＡｕ層の反射率が低下してしまうからである。一方、各誘電体層の形成方法についてもＡｕ層の形成方法に合わせて無加熱の真空蒸着としてもよいが、誘電体層を無加熱の真空蒸着で形成すると強度が弱くなることがあるので、層を緻密に形成できるＩＡＤ（Ion Assisted Deposition）法を用いて誘電体層を形成することが推奨される。これにより誘電体層の耐久性が向上する。
【００２５】
本発明で使用する接着剤としては、プリズムとほぼ同じ屈折率を有する接着剤を使用するのが好ましい。また生産性などを考慮すれば、紫外線硬化型や可視光硬化型、熱硬化型などの接着剤の使用が推奨される。
【実施例】
【００２６】
（実施例１）
真空蒸着装置（「ＢＭＣ−８００」シンクロン社製）を用いて、表１に示す下地層、Ａｕ層、保護層を第１の直角プリズムの斜面に形成した。蒸着条件は、真空度が１．２×１０-3Ｐａで、基板加熱は行わず、誘電体材料の加熱は電子ビーム法により、Ａｕの加熱は抵抗加熱法により行った。そして、接着剤によって第２の直角プリズムの斜面と保護層の最外層とを接合して無偏光ビームスプリッタとした。図１に、作製した無偏光ビームスプリッタの概略構成図を示す。この無偏光ビームスプリッタは、波長６４０〜８２０ｎｍの入射光の反射率および透過率がそれぞれ５０％となるように設計されたものである。作製した無偏光ビームスプリッタについて、Ａｕ層に対して光の入射角度と４５°として、Ｐ偏光およびＳ偏光の反射率および透過率をそれぞれ測定した。測定結果を図２及び図３に示す。
【００２７】
また、上記と同様にして、直角プリズムの斜面に光学積層膜を形成したサンプルを３つ作製し、耐擦り性試験として、溶剤（「ＥＥ３３１０」オリンパス社製）を含浸させた紙フキン（「ダスパー」小津産業社製）で、光学積層膜が形成された直角プリズムの斜面を強さ５Ｎで３０回擦り、表面のキズの有無及び程度を目視により観察した。この結果、サンプルの内２つは光学積層膜にキズは見られなかった。また残る１つのサンプルには光学積層膜に薄いキズが１，２本見られたが、実用上問題のない範囲のものであった。なお、保護層を設けない場合はＡｕ層が剥げてしまった。
【００２８】
【表１】
「M3」：Ａｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合物（メルクシ゛ャハ゜ン社製「サフ゛スタンスM3」、屈折率：１．７３）
【００２９】
（実施例２）
実施例１と同様にして、表２に示す下地層、Ａｕ層、保護層を第１の直角プリズムの斜面に形成した後、第２の直角プリズムの斜面と接着剤で接合して無偏光ビームスプリッタを作製した。この作製した無偏光ビームスプリッタについて、実施例１と同様にして、Ｐ偏光およびＳ偏光の反射率および透過率をそれぞれ測定した。加えて、Ａｕ層に対する光の入射角度を４５°±７°として、Ｐ偏光およびＳ偏光の反射率および透過率についてもそれぞれ測定した。測定結果を合わせて図４及び図５に示す。
【００３０】
【表２】
「M3」：Ａｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合物（メルクシ゛ャハ゜ン社製「サフ゛スタンスM3」、屈折率：１．７３）
「H4」：ＴｉＯ2とＬａ2Ｏ3の混合物（メルクシ゛ャハ゜ン社製「サフ゛スタンスH4」、屈折率：１．８０）
【００３１】
（実施例３）
実施例１と同様にして、表３に示す下地層、Ａｕ層、保護層を第１の直角プリズムの斜面に形成した後、第２の直角プリズムの斜面と接着剤で接合して無偏光ビームスプリッタを作製した。この作製した無偏光ビームスプリッタについて、実施例１と同様にして、Ｐ偏光およびＳ偏光の反射率および透過率をそれぞれ測定した。測定結果を図６及び図７に示す。
【００３２】
また、実施例３と同様にして、直角プリズムの斜面に光学積層膜を形成したサンプルを３つ作製し、実施例１で行った耐擦り性試験をここでも行った。この結果、サンプルの内２つは光学積層膜にキズは見られなかった。また残る１つのサンプルには光学積層膜に薄いキズが１，２本見られたが、実用上問題のない範囲のものであった。
【００３３】
【表３】
【００３４】
（実施例４，５）
この無偏光ビームスプリッタは、波長６４０〜８２０ｎｍの入射光の反射率および透過率がそれぞれ約５０％となるように設計されたもので、実施例１〜３に対し、表４及び表５に示すように、Ａｕ層の層厚と下地層、保護層とを変更したものである。図８〜図１１に、Ｐ偏光及びＳ偏光の反射率および透過率の計算結果を示す。
【００３５】
【表４】
【００３６】
【表５】
【００３７】
（実施例６〜８）
この無偏光ビームスプリッタは、波長６４０〜８２０ｎｍの入射光の反射率および透過率がそれぞれ約３０％及び約７０％となるように設計されたもので、実施例１〜３に対し、表６〜表８に示すように、Ａｕ層の層厚と下地層、保護層とを変更したものである。図１２〜図１７に、Ｐ偏光及びＳ偏光の反射率および透過率の計算結果を示す。
【００３８】
【表６】
【００３９】
【表７】
【００４０】
【表８】
【００４１】
（実施例９）
この無偏光ビームスプリッタは、波長６４０〜８２０ｎｍの入射光の反射率および透過率がそれぞれ約４０％及び約６０％となるように設計されたもので、実施例１〜３に対し、表９に示すように、Ａｕ層の層厚と下地層、保護層とを変更したものである。図１８及び図１９に、Ｐ偏光及びＳ偏光の反射率および透過率の計算結果を示す。
【００４２】
【表９】
【００４３】
（実施例１０）
この無偏光ビームスプリッタは、波長６４０〜８２０ｎｍの入射光の反射率および透過率がそれぞれ約６０％及び約４０％となるように設計されたもので、実施例１〜３に対し、表１０に示すように、Ａｕ層の層厚と下地層、保護層とを変更したものである。図２０及び図２１に、Ｐ偏光及びＳ偏光の反射率および透過率の計算結果を示す。
【００４４】
【表１０】
【００４５】
（実施例１１〜１３）
この無偏光ビームスプリッタは、波長６４０〜８２０ｎｍの入射光の反射率および透過率がそれぞれ約７０％及び約３０％となるように設計されたもので、実施例１〜３に対し、表１１〜表１３に示すように、Ａｕ層の層厚と下地層、保護層とを変更したものである。図２２及び図２７に、Ｐ偏光及びＳ偏光の反射率および透過率の計算結果を示す。
【００４６】
【表１１】
【００４７】
【表１２】
【００４８】
【表１３】
【００４９】
（比較例１，２）
この無偏光ビームスプリッタは、波長６４０〜８２０ｎｍの入射光の反射率および透過率がそれぞれ約３０％及び約７０％となるように設計されたもので、実施例１〜３に対し、表１４及び表１５に示すように、Ａｕ層の層厚と下地層、保護層とを変更したものである。図２８〜図３１に、Ｐ偏光及びＳ偏光の反射率および透過率の計算結果を示す。
【００５０】
【表１４】
【００５１】
【表１５】
【００５２】
（比較例３）
この無偏光ビームスプリッタは、波長６４０〜８２０ｎｍの入射光の反射率および透過率がそれぞれ約５０％及び約５０％となるように設計されたもので、実施例１〜３に対し、表１６に示すように、Ａｕ層の層厚と下地層、保護層とを変更したものである。図３２及び図３３に、Ｐ偏光及びＳ偏光の反射率および透過率の計算結果を示す。
【００５３】
【表１６】
（比較例４，５）
この無偏光ビームスプリッタは、波長６４０〜８２０ｎｍの入射光の反射率および透過率がそれぞれ約７０％及び約３０％となるように設計されたもので、実施例１〜３に対し、表１７及び表１８に示すように、Ａｕ層の層厚と下地層、保護層とを変更したものである。図３４〜図３７に、Ｐ偏光及びＳ偏光の反射率および透過率の計算結果を示す。
【００５４】
【表１７】
【００５５】
【表１８】
【００５６】
図２〜３７は、横軸を波長とし、縦軸を反射率または透過率として、Ｐ偏光およびＳ偏光の各波長における反射率・透過率を示したものである。波長６４０〜８２０ｎｍの入射光の反射率および透過率が約５０％および約５０％となるように設計され、Ａｕ層の層厚Ｄが上記式（１）を満足する実施例１〜５の無偏光ビームスプリッタでは、図２〜図１１から明らかなように、前記波長域においてＰ偏光とＳ偏光の反射率および透過率はいずれも、実使用上問題のない４７％±６％の範囲に入っていた。加えて、Ａｕ層に対する光の入射角度を４５°±７°とした場合も、図４及び図５に代表して示すように、前記波長域においてＰ偏光とＳ偏光の反射率および透過率は、実使用上問題のない４７％±６％の範囲に入っていた。なお、他の実施例についても、Ａｕ層に対する光の入射角度を４５°±７°とした場合のＰ偏光とＳ偏光の反射率および透過率を測定したが、光入射角度が４５°のものと近似する値であり、これを光入射角度が４５°のデータと合わせて一つのグラフに表すとグラフが見づらくなるため、他の実施例のグラフでは光入射角度が４５°±７°のデータは表示していない。
【００５７】
また、反射率と透過率の割合を変化させた場合も、Ａｕ層の層厚Ｄが上記式（１）を満足するときは所望の反射率および透過率が得られた。すなわち、前記波長域の入射光の反射率および透過率が約３０％および約７０％となるように設計された実施例６〜８の無偏光ビームスプリッタでは、図１２〜図１７から明らかなように、前記波長域においてＰ偏光とＳ偏光の反射率および透過率はいずれも、実使用上問題のない２７％±６％及び６７％±６％の範囲に入っていた。また図には表していないが、光入射角度を４５°±７°とした場合も実使用上問題のない範囲に入っていた。
【００５８】
さらに、前記波長域の入射光の反射率および透過率が約４０％及び約６０％となるように設計された実施例９の無偏光ビームスプリッタでは、図１８〜図１９から明らかなように、前記波長域においてＰ偏光とＳ偏光の反射率および透過率はいずれも、実使用上問題のない３７％±６％及び５７％±６％の範囲に入っていた。そしてまた、前記波長域の入射光の反射率および透過率が約６０％及び約４０％となるように設計された実施例１０の無偏光ビームスプリッタでは、図２０〜図２１から明らかなように、前記波長域においてＰ偏光とＳ偏光の反射率および透過率はいずれも、実使用上問題のない５７％±６％及び３７％±６％の範囲に入っていた。前記波長域の入射光の反射率および透過率が約７０％及び約３０％となるように設計された実施例１１〜１３の無偏光ビームスプリッタでは、図２２〜図２７から明らかなように、前記波長域においてＰ偏光とＳ偏光の反射率および透過率はいずれも、実使用上問題のない６７％±６％及び２７％±６％の範囲に入っていた。またこれら実施例の無偏光ビームスプリッタにおいて、光入射角度を４５°±７°とした場合も前記波長域におけるＰ偏光とＳ偏光の反射率および透過率はいずれも実使用上問題のない範囲に入っていた。
【００５９】
これに対して、Ａｕ層の層厚Ｄが上記式（１）を満足しない場合は、いずれの無偏光ビームスプリッタも所望の反射率と透過率とすることができなかった。すなわち、反射率および透過率が約３０％及び約７０％となるように設計され、実施例６〜８に対応する比較例１及び比較例２の無偏光ビームスプリッタでは、図２８〜図３１から明らかなように、Ｐ偏光とＳ偏光の反射率および透過率の少なくとも一方は、前記波長域において実使用上問題のない２７％±６％及び６７％±６％の範囲から外れていた。また、反射率および透過率が約５０％及び約５０％となるように設計され、実施例１〜５に対応する比較例３の無偏光ビームスプリッタでは、図３２及び図３３から明らかなように、Ｐ偏光とＳ偏光の反射率および透過率の少なくとも一方は、前記波長域において実使用上問題のない４７％±６％の範囲から外れていた。そしてまた、反射率および透過率が約７０％及び約３０％となるように設計され、実施例１１〜１３に対応する比較例４及び比較例５の無偏光ビームスプリッタでは、図３４〜図３７から明らかなように、Ｐ偏光とＳ偏光の反射率および透過率の少なくとも一方は、前記波長域において実使用上問題のない６７％±６％及び２７％±６％の範囲から外れていた。
【００６０】
表１９に、以上の実施例・比較例における、Ａｕ層の層厚Ｄ（ｎｍ）及び波長６４０〜６８０ｎｍ及び波長７６０〜８１０ｎｍにおけるＰ偏光及びＳ偏光の平均反射率Ｒ（％）と平均透過率Ｔ（％）、Ｘ＝Ｒ／（Ｒ＋Ｔ）をまとめて示す。なお、平均反射率Ｒは入射角度４５°での値である。そして図３８に、Ａｕ層の層厚Ｄ（ｎｍ）とＸ＝Ｒ／（Ｒ＋Ｔ）との関係を示すグラフを示す。図中の２つの曲線は、実施例のデータ及びそれらのデータからの推測によって求めた相関曲線である。また実施例は白丸、比較例は黒丸で表している。図３８に関する説明は前述のとおりである。
【００６１】
【表１９】
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の無偏光ビームスプリッタの一実施形態を示す概説図である。
【図２】実施例１の無偏光ビームスプリッタの反射率を示すグラフである。
【図３】実施例１の無偏光ビームスプリッタの透過率を示すグラフである。
【図４】実施例２の無偏光ビームスプリッタの反射率を示すグラフである。
【図５】実施例２の無偏光ビームスプリッタの透過率を示すグラフである。
【図６】実施例３の無偏光ビームスプリッタの反射率を示すグラフである。
【図７】実施例３の無偏光ビームスプリッタの透過率を示すグラフである。
【図８】実施例４の無偏光ビームスプリッタの反射率を示すグラフである。
【図９】実施例４の無偏光ビームスプリッタの透過率を示すグラフである。
【図１０】実施例５の無偏光ビームスプリッタの反射率を示すグラフである。
【図１１】実施例５の無偏光ビームスプリッタの透過率を示すグラフである。
【図１２】実施例６の無偏光ビームスプリッタの反射率を示すグラフである。
【図１３】実施例６の無偏光ビームスプリッタの透過率を示すグラフである。
【図１４】実施例７の無偏光ビームスプリッタの反射率を示すグラフである。
【図１５】実施例７の無偏光ビームスプリッタの透過率を示すグラフである。
【図１６】実施例８の無偏光ビームスプリッタの反射率を示すグラフである。
【図１７】実施例８の無偏光ビームスプリッタの透過率を示すグラフである。
【図１８】実施例９の無偏光ビームスプリッタの反射率を示すグラフである。
【図１９】実施例９の無偏光ビームスプリッタの透過率を示すグラフである。
【図２０】実施例１０の無偏光ビームスプリッタの反射率を示すグラフである。
【図２１】実施例１０の無偏光ビームスプリッタの透過率を示すグラフである。
【図２２】実施例１１の無偏光ビームスプリッタの反射率を示すグラフである。
【図２３】実施例１１の無偏光ビームスプリッタの透過率を示すグラフである。
【図２４】実施例１２の無偏光ビームスプリッタの反射率を示すグラフである。
【図２５】実施例１２の無偏光ビームスプリッタの透過率を示すグラフである。
【図２６】実施例１３の無偏光ビームスプリッタの反射率を示すグラフである。
【図２７】実施例１３の無偏光ビームスプリッタの透過率を示すグラフである。
【図２８】比較例１の無偏光ビームスプリッタの反射率を示すグラフである。
【図２９】比較例１の無偏光ビームスプリッタの透過率を示すグラフである。
【図３０】比較例２の無偏光ビームスプリッタの反射率を示すグラフである。
【図３１】比較例２の無偏光ビームスプリッタの透過率を示すグラフである。
【図３２】比較例３の無偏光ビームスプリッタの反射率を示すグラフである。
【図３３】比較例３の無偏光ビームスプリッタの透過率を示すグラフである。
【図３４】比較例４の無偏光ビームスプリッタの反射率を示すグラフである。
【図３５】比較例４の無偏光ビームスプリッタの透過率を示すグラフである。
【図３６】比較例５の無偏光ビームスプリッタの反射率を示すグラフである。
【図３７】比較例５の無偏光ビームスプリッタの透過率を示すグラフである。
【図３８】無偏光ビームスプリッタの反射率とＡｕ層の層厚との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６３】
１ 第１の直角プリズム
２ 第２の直角プリズム
３ 下地層
４ Ａｕ層
５ 保護層
６ 接着層
【技術分野】
【０００１】
本発明は無偏光ビームスプリッタに関し、より詳細には光ピックアップなどの光学機器に用いられるＡｕ層を有する無偏光ビームスプリッタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無偏光ビームスプリッタは、特定の入射角度と波長において、偏光状態にかかわらず入射光を所定の割合で透過光と反射光に分岐するものである。誘電体層を積層形成することによってこのような無偏光ビームスプリッタを作製することもできるが、誘電体層を数十層にも積層しなければならず、生産性が悪くまた数十層も高精度で層形成することは技術的に困難であった。また誘電体層の積層構造によって、広い波長帯域に亘ってＰ偏光とＳ偏光の反射率と透過率をそれぞれ同じにしたまま、反射光と透過光の比率を３：７〜７：３の比率で分離することは困難であった。特に反射光と透過光の比率を５：５にすることは困難であった。
【０００３】
そこで特許文献１には、直角プリズムの斜面に第１誘電体層、Ａｇ層、第２誘電体層を形成し、且つＡｇ層を中心として第１誘電体層と第２誘電体層の層構成を対称とした無偏光ビームスプリッタが提案されている。しかしＡｇは腐食しやすく、無偏光ビームスプリッタの製造工程で使用される水などによって変質することがある。このため、Ａｇ層を用いた無偏光ビームスプリッタは耐久性の点で問題があった。
【０００４】
一方、特許文献２には、Ａｇ層に換えてＡｕ層を用いた無偏光ビームスプリッタが提案されている。確かにＡｕは腐食が発生せず安定した材料であるので、耐久性の問題は解消される。しかし、Ａｕは軟らかいため取扱時や加工時において傷がつきやすい。またＡｕは可視光域で光吸収があり、特許文献２の無偏光ビームスプリッタでは赤外域の光に限定して使用している。
【特許文献１】特開昭６０−１１３２０３号公報
【特許文献２】特開昭６１−１１７０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はこのような従来の問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、Ａｕを用いた無偏光ビームスプリッタにおいて、取扱時や加工時においてＡｕ層に傷がつくのを防止するとともに、Ａｕ層のプリズムから剥離を防止し、且つＤＶＤ（波長６５０ｎｍ近傍：６４０〜６８０ｎｍ）やＣＤ（波長７８０ｎｍ近傍：７６０〜８１０ｎｍ）で使用される波長６４０〜８２０ｎｍの可視域の光にも適応できようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため本発明の無偏光ビームスプリッタでは、第１のプリズムの斜面に、誘電体材料からなる１層以上の下地層、厚さ１３〜３５ｎｍのＡｕ層、誘電体材料からなる１層以上の保護層を順次積層形成し、前記保護層の最外層と第２のプリズムの斜面を接着剤で接合し、波長６４０〜６８０ｎｍ及び波長７６０〜８１０ｎｍにおける、Ｐ偏光及びＳ偏光の所定入射角度での平均反射率Ｒ（％）と平均透過率Ｔ（％）、そしてＡｕ層の層厚Ｄ（ｎｍ）が下記式（１）を満足する構成とした。
【０００７】
25.2×X2＋12.4×X＋6.84＜D＜31.6×X2＋12.6×X＋10.4 ・・・（１）
ただし、X=R/(R+T)
ここで、設計の自由度を大きくするとともに耐擦り性を向上させる観点から、前記保護層を、屈折率が１．８以上の高屈折率層、屈折率が１．５〜１．８（ただし１．５と１．８は含まず）の中間屈折率層、屈折率が１．５以下の低屈折率層が積層されてなる構成とするのが好ましい。また、耐擦り性と密着性の観点から、前記下地層および前記保護層におけるＡｕ層と接する層を中間屈折率層にするのが好ましい。
【０００８】
Ａｕの剥離を一層防止すると共に光学特性を向上させる観点から、前記下地層は２層以上であるのが好ましい。
【０００９】
また耐擦り性を向上させる観点から、前記保護層の層厚の総和は４００ｎｍ以上であるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の無偏光ビームスプリッタでは、プリズムの斜面に、誘電体材料からなる１層以上の下地層を形成し、その上にＡｕ層を形成したので、プリズムとＡｕ層の密着度が上がりＡｕ層の剥離が効果的に防止される。またＡｕ層の上に、誘電体材料からなる１層以上の保護層を形成したので、従来に比べて耐擦り性が格段に向上した。さらに、Ａｕ層の層厚を１３〜３５ｎｍとすることによって、波長６４０〜８２０ｎｍの可視域の光のＡｕ層による吸収を１０％以下に抑えられるようになった。
【００１１】
さらに、本発明の無偏光ビームスプリッタでは、所定波長における、Ｐ偏光及びＳ偏光の平均反射率Ｒ（％）と平均透過率Ｔ（％）、そしてＡｕ層の層厚Ｄ（ｎｍ）が上記式（１）を満足する構成としたので、Ａｕ層の光吸収を抑えることができ、平均反射率Ｒ（％）と平均透過率Ｔ（％）の合計が８８％超という高効率な分光特性が得られる。また本発明の無偏光ビームスプリッタでは、ＤＶＤの使用波長帯域（６４０〜６８０ｎｍ）やＣＤの使用波長帯域（７６０〜８１０ｎｍ）におけるＰ偏光とＳ偏光の反射率の差及び透過率の差がいずれも１０％以内となり、本件発明の無偏光ビームスプリッタは、ＤＶＤやＣＤに搭載される光ピックアップの光学部品として好適に使用される。加えて、ＤＶＤの使用波長帯域（６４０〜６８０ｎｍ）における平均反射率と、ＣＤの使用波長帯域（７６０〜８１０ｎｍ）の平均反射率の差が１０％以内で、且つＤＶＤの使用波長帯域における平均透過率と、ＣＤの使用波長帯域の平均透過率の差が１０％以内となり、本件発明の無偏光ビームスプリッタは、ＤＶＤ及びＣＤの双方に使用可能で安定した分光性能が発揮される。
【００１２】
保護層を、屈折率の異なる３種類の屈折率層が積層されてなるものにすると、設計の自由度が大きくなり耐擦り性も一層向上する。また、前記下地層および前記保護層におけるＡｕ層と接する層を中間屈折率層にすると、密着性と耐擦り性が一層向上する。
【００１３】
また前記下地層を２層以上とすると、Ａｕの剥離を一層防止でき、また光学特性を向上させることができるようになる。
【００１４】
さらに前記保護層の層厚の総和を４００ｎｍ以上とすると、耐擦り性を向上させることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の無偏光ビームスプリッタの大きな特徴の一つは、Ａｕ層の上に誘電体材料からなる１層以上の保護層を設けたことにある。Ａｕ層上に保護層を設けることによって、取扱時や加工時においてＡｕ層に擦り傷などがつくのが防止される。また後述するように、Ａｕ層を所定層厚とすることと相まって、可視域の入射光であっても偏光状態にかかわらず所望の割合で透過光と反射光に分岐できるようになった。
【００１６】
形成する保護層の層数に特に限定はないが、Ａｕ層を保護すると同時に所望の光学特性を得るためには７層以上とするのが望ましい。また複数の誘電体層を形成する場合、その層構成としては、高屈折率層、低屈折率層、中間屈折率層の３種類の誘電体層を積層させることが推奨される。さらに、Ａｕ層と接する誘電体層としては中間屈折率層が好ましい。Ａｕ層と接する誘電体層を中間屈折率層とすることによって、保護層全体の硬さを向上させることができるからである。加えて、耐擦り性の観点からは、保護層の総層厚は４００ｎｍ以上とするのが好ましい。
【００１７】
保護層で使用する誘電体材料としてはＴｉＯ2やＴａ2Ｏ5、Ｌａ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2などの酸化物およびこれらの混合物など従来公知のものが挙げられる。これらの中で、屈折率が１．８以上の高屈折率材料としては、ＴｉＯ2（屈折率：２．１３）、ＴｉＯ2とＬａ2Ｏ3の混合物（メルクジャパン社製「サブスタンスＨ４」、屈折率：１．８０）、ＴｉＯ2とＴａ2Ｏ5の混合物（キヤノンオプトロン社製「ＯＡ−６００」、屈折率：１．９７）などが挙げられる。また屈折率が１．５〜１．８（ただし、１．５と１．８は含まず）の中間屈折率材料としては、Ａｌ2Ｏ3（屈折率：１．６２）、Ａｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合物（メルクジャパン社製「サブスタンスＭ３」、屈折率：１．７３）などが挙げられる。屈折率が１．５以下の低屈折率材料としては、ＳｉＯ2（屈折率：１．４５）、ＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3の混合物（メルクジャパン社製「サブスタンスＬ５」、屈折率：１．４８）などが挙げられる。なお、ここで表示した屈折率は波長７００ｎｍの光に対するものである。
【００１８】
また、本発明の無偏光ビームスプリッタのもう一つの大きな特徴は、Ａｕ層の層厚を１３〜３５ｎｍの範囲としたことにある。Ａｕ層の層厚をかかる範囲とすることによって、ＤＶＤ（波長６５０ｎｍ近傍：６４０〜６８０ｎｍ）やＣＤ（波長７８０ｎｍ近傍：７６０〜８１０ｎｍ）で使用される波長帯域の光のＡｕ層による吸収を１０％以下と小さく抑えられる。Ａｕ層の層厚が１３ｎｍより薄いと反射率が低下し、逆に層厚が３５ｎｍより厚いと光吸収が大きくなる。なお、Ａｕの屈折率は７００ｎｍの波長光において０．１３であり、吸収係数は３．８４である。
【００１９】
さらに本発明の無偏光ビームスプリッタの大きな特徴は、所定波長における、Ｐ偏光及びＳ偏光の所定入射角度での平均反射率Ｒ（％）と平均透過率Ｔ（％）、そしてＡｕ層の層厚Ｄ（ｎｍ）が上記式（１）を満足することにある。ここで、上記式（１）は後述する実施例・比較例のデータ及びそれらのデータからの推測値に基づき２次回帰法によって算出したものである。この不等式を満足することによって、ＤＶＤ及びＣＤの使用波長帯域におけるＰ偏光とＳ偏光の反射率の差及び透過率の差が小さくなる。すなわち、Ｐ偏光とＳ偏光とがほぼ同じ割合で反射及び透過するようになる。さらに、ＤＶＤの使用波長帯域における平均反射率と、ＣＤの使用波長帯域の平均反射率の差が小さくなるとともに、ＤＶＤの使用波長帯域における平均透過率と、ＣＤの使用波長帯域の平均透過率の差も小さくなる。すなわち、波長６４０〜８２０ｎｍの波長域における反射率および透過率の変動が少なくなる。加えて、所望の平均反射率Ｒと平均透過率Ｔが決まれば、上記式（１）からＡｕ層の層厚Ｄを決めることができる。
【００２０】
図３８に、後述する実施例・比較例で測定したＰ偏光及びＳ偏光の平均反射率Ｒ（％）と平均透過率Ｔ（％）から求めたＸ＝Ｒ／（Ｒ＋Ｔ）と、Ａｕ層の層厚Ｄ（ｎｍ）との関係を示すグラフを示す。Ａｕ層の層厚Ｄが、２つの曲線で挟まれた斜線領域内であると、後述の実施例から明らかなように、ＤＶＤ及びＣＤの使用波長帯域におけるＰ偏光とＳ偏光の反射率の差及び透過率の差がいずれも１０％以内となる。また、ＤＶＤの使用波長帯域における平均反射率と、ＣＤの使用波長帯域の平均反射率の差が１０％以内で、且つＤＶＤの使用波長帯域における平均透過率と、ＣＤの使用波長帯域の平均透過率の差が１０％以内となる。一方、Ａｕ層の層厚Ｄが前記の斜線領域から外れていると、後述の比較例から明らかなように、Ｐ偏光及びＳ偏光において波長６４０〜８２０ｎｍの範囲で安定して所望の反射率Ｒ及び透過率Ｔを得ることができない（比較例１〜５）。
【００２１】
なお、図３８において、Ａｕ層の層厚Ｄが上記式（１）の下限よりも小さい領域では、誘電体層の積層数を増やすことによって必要な特性は得られるものの、誘電体層の層数増加によって特性の安定性が低下するとともに製造コストが増加し、Ａｕ層を用いる利点がなくなる。他方、Ａｕ層の層厚Ｄが上記式（１）の上限よりも大きい領域では、反射率がＡｕ層の層厚におおよそ比例し、透過率がＡｕ層の層厚におおよそ反比例するため、反射光と透過光の所望の分離比が高効率で得られない。平均反射率Ｒ（％）と平均透過率Ｔ（％）、Ａｕ層の層厚Ｄ（ｎｍ）とはさらに下記式を満足するのがより好ましい。
28.4×X2＋10.6×X＋7.55＜D＜25.2×X2＋17.1×X＋8.99
【００２２】
そしてまた、本発明の無偏光ビームスプリッタの大きな特徴は、プリズムの斜面とＡｕ層の間に誘電体材料からなる１層以上の下地層を形成したことにある。かかる下地層を形成したことによってＡｕ層のプリズムからの剥離が有効に防止され、また前述のＡｕ層の層厚と相まって、可視域の入射光であっても偏光状態にかかわらず所望の割合で透過光と反射光に分岐できるようになった。
【００２３】
形成する下地層の層数に特に限定はないが、プリズムとＡｕ層の密着性を上げると共に光学特性を向上させる観点からは２層以上とするのが好ましい。下地層で使用する誘電体材料としては、保護層で例示したものがここでも例示できる。また、保護層の場合と同様に、Ａｕ層と接する誘電体層としては中間屈折率層が好ましい。Ａｕ層と接する誘電体層を中間屈折率層とすることによって、下地層全体の硬さを向上させることができるからである。
【００２４】
Ａｕ層の形成方法としては無加熱の真空蒸着が望ましい。１５０℃以上の加熱を行うとＡｕ層の反射率が低下してしまうからである。一方、各誘電体層の形成方法についてもＡｕ層の形成方法に合わせて無加熱の真空蒸着としてもよいが、誘電体層を無加熱の真空蒸着で形成すると強度が弱くなることがあるので、層を緻密に形成できるＩＡＤ（Ion Assisted Deposition）法を用いて誘電体層を形成することが推奨される。これにより誘電体層の耐久性が向上する。
【００２５】
本発明で使用する接着剤としては、プリズムとほぼ同じ屈折率を有する接着剤を使用するのが好ましい。また生産性などを考慮すれば、紫外線硬化型や可視光硬化型、熱硬化型などの接着剤の使用が推奨される。
【実施例】
【００２６】
（実施例１）
真空蒸着装置（「ＢＭＣ−８００」シンクロン社製）を用いて、表１に示す下地層、Ａｕ層、保護層を第１の直角プリズムの斜面に形成した。蒸着条件は、真空度が１．２×１０-3Ｐａで、基板加熱は行わず、誘電体材料の加熱は電子ビーム法により、Ａｕの加熱は抵抗加熱法により行った。そして、接着剤によって第２の直角プリズムの斜面と保護層の最外層とを接合して無偏光ビームスプリッタとした。図１に、作製した無偏光ビームスプリッタの概略構成図を示す。この無偏光ビームスプリッタは、波長６４０〜８２０ｎｍの入射光の反射率および透過率がそれぞれ５０％となるように設計されたものである。作製した無偏光ビームスプリッタについて、Ａｕ層に対して光の入射角度と４５°として、Ｐ偏光およびＳ偏光の反射率および透過率をそれぞれ測定した。測定結果を図２及び図３に示す。
【００２７】
また、上記と同様にして、直角プリズムの斜面に光学積層膜を形成したサンプルを３つ作製し、耐擦り性試験として、溶剤（「ＥＥ３３１０」オリンパス社製）を含浸させた紙フキン（「ダスパー」小津産業社製）で、光学積層膜が形成された直角プリズムの斜面を強さ５Ｎで３０回擦り、表面のキズの有無及び程度を目視により観察した。この結果、サンプルの内２つは光学積層膜にキズは見られなかった。また残る１つのサンプルには光学積層膜に薄いキズが１，２本見られたが、実用上問題のない範囲のものであった。なお、保護層を設けない場合はＡｕ層が剥げてしまった。
【００２８】
【表１】
「M3」：Ａｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合物（メルクシ゛ャハ゜ン社製「サフ゛スタンスM3」、屈折率：１．７３）
【００２９】
（実施例２）
実施例１と同様にして、表２に示す下地層、Ａｕ層、保護層を第１の直角プリズムの斜面に形成した後、第２の直角プリズムの斜面と接着剤で接合して無偏光ビームスプリッタを作製した。この作製した無偏光ビームスプリッタについて、実施例１と同様にして、Ｐ偏光およびＳ偏光の反射率および透過率をそれぞれ測定した。加えて、Ａｕ層に対する光の入射角度を４５°±７°として、Ｐ偏光およびＳ偏光の反射率および透過率についてもそれぞれ測定した。測定結果を合わせて図４及び図５に示す。
【００３０】
【表２】
「M3」：Ａｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合物（メルクシ゛ャハ゜ン社製「サフ゛スタンスM3」、屈折率：１．７３）
「H4」：ＴｉＯ2とＬａ2Ｏ3の混合物（メルクシ゛ャハ゜ン社製「サフ゛スタンスH4」、屈折率：１．８０）
【００３１】
（実施例３）
実施例１と同様にして、表３に示す下地層、Ａｕ層、保護層を第１の直角プリズムの斜面に形成した後、第２の直角プリズムの斜面と接着剤で接合して無偏光ビームスプリッタを作製した。この作製した無偏光ビームスプリッタについて、実施例１と同様にして、Ｐ偏光およびＳ偏光の反射率および透過率をそれぞれ測定した。測定結果を図６及び図７に示す。
【００３２】
また、実施例３と同様にして、直角プリズムの斜面に光学積層膜を形成したサンプルを３つ作製し、実施例１で行った耐擦り性試験をここでも行った。この結果、サンプルの内２つは光学積層膜にキズは見られなかった。また残る１つのサンプルには光学積層膜に薄いキズが１，２本見られたが、実用上問題のない範囲のものであった。
【００３３】
【表３】
【００３４】
（実施例４，５）
この無偏光ビームスプリッタは、波長６４０〜８２０ｎｍの入射光の反射率および透過率がそれぞれ約５０％となるように設計されたもので、実施例１〜３に対し、表４及び表５に示すように、Ａｕ層の層厚と下地層、保護層とを変更したものである。図８〜図１１に、Ｐ偏光及びＳ偏光の反射率および透過率の計算結果を示す。
【００３５】
【表４】
【００３６】
【表５】
【００３７】
（実施例６〜８）
この無偏光ビームスプリッタは、波長６４０〜８２０ｎｍの入射光の反射率および透過率がそれぞれ約３０％及び約７０％となるように設計されたもので、実施例１〜３に対し、表６〜表８に示すように、Ａｕ層の層厚と下地層、保護層とを変更したものである。図１２〜図１７に、Ｐ偏光及びＳ偏光の反射率および透過率の計算結果を示す。
【００３８】
【表６】
【００３９】
【表７】
【００４０】
【表８】
【００４１】
（実施例９）
この無偏光ビームスプリッタは、波長６４０〜８２０ｎｍの入射光の反射率および透過率がそれぞれ約４０％及び約６０％となるように設計されたもので、実施例１〜３に対し、表９に示すように、Ａｕ層の層厚と下地層、保護層とを変更したものである。図１８及び図１９に、Ｐ偏光及びＳ偏光の反射率および透過率の計算結果を示す。
【００４２】
【表９】
【００４３】
（実施例１０）
この無偏光ビームスプリッタは、波長６４０〜８２０ｎｍの入射光の反射率および透過率がそれぞれ約６０％及び約４０％となるように設計されたもので、実施例１〜３に対し、表１０に示すように、Ａｕ層の層厚と下地層、保護層とを変更したものである。図２０及び図２１に、Ｐ偏光及びＳ偏光の反射率および透過率の計算結果を示す。
【００４４】
【表１０】
【００４５】
（実施例１１〜１３）
この無偏光ビームスプリッタは、波長６４０〜８２０ｎｍの入射光の反射率および透過率がそれぞれ約７０％及び約３０％となるように設計されたもので、実施例１〜３に対し、表１１〜表１３に示すように、Ａｕ層の層厚と下地層、保護層とを変更したものである。図２２及び図２７に、Ｐ偏光及びＳ偏光の反射率および透過率の計算結果を示す。
【００４６】
【表１１】
【００４７】
【表１２】
【００４８】
【表１３】
【００４９】
（比較例１，２）
この無偏光ビームスプリッタは、波長６４０〜８２０ｎｍの入射光の反射率および透過率がそれぞれ約３０％及び約７０％となるように設計されたもので、実施例１〜３に対し、表１４及び表１５に示すように、Ａｕ層の層厚と下地層、保護層とを変更したものである。図２８〜図３１に、Ｐ偏光及びＳ偏光の反射率および透過率の計算結果を示す。
【００５０】
【表１４】
【００５１】
【表１５】
【００５２】
（比較例３）
この無偏光ビームスプリッタは、波長６４０〜８２０ｎｍの入射光の反射率および透過率がそれぞれ約５０％及び約５０％となるように設計されたもので、実施例１〜３に対し、表１６に示すように、Ａｕ層の層厚と下地層、保護層とを変更したものである。図３２及び図３３に、Ｐ偏光及びＳ偏光の反射率および透過率の計算結果を示す。
【００５３】
【表１６】
（比較例４，５）
この無偏光ビームスプリッタは、波長６４０〜８２０ｎｍの入射光の反射率および透過率がそれぞれ約７０％及び約３０％となるように設計されたもので、実施例１〜３に対し、表１７及び表１８に示すように、Ａｕ層の層厚と下地層、保護層とを変更したものである。図３４〜図３７に、Ｐ偏光及びＳ偏光の反射率および透過率の計算結果を示す。
【００５４】
【表１７】
【００５５】
【表１８】
【００５６】
図２〜３７は、横軸を波長とし、縦軸を反射率または透過率として、Ｐ偏光およびＳ偏光の各波長における反射率・透過率を示したものである。波長６４０〜８２０ｎｍの入射光の反射率および透過率が約５０％および約５０％となるように設計され、Ａｕ層の層厚Ｄが上記式（１）を満足する実施例１〜５の無偏光ビームスプリッタでは、図２〜図１１から明らかなように、前記波長域においてＰ偏光とＳ偏光の反射率および透過率はいずれも、実使用上問題のない４７％±６％の範囲に入っていた。加えて、Ａｕ層に対する光の入射角度を４５°±７°とした場合も、図４及び図５に代表して示すように、前記波長域においてＰ偏光とＳ偏光の反射率および透過率は、実使用上問題のない４７％±６％の範囲に入っていた。なお、他の実施例についても、Ａｕ層に対する光の入射角度を４５°±７°とした場合のＰ偏光とＳ偏光の反射率および透過率を測定したが、光入射角度が４５°のものと近似する値であり、これを光入射角度が４５°のデータと合わせて一つのグラフに表すとグラフが見づらくなるため、他の実施例のグラフでは光入射角度が４５°±７°のデータは表示していない。
【００５７】
また、反射率と透過率の割合を変化させた場合も、Ａｕ層の層厚Ｄが上記式（１）を満足するときは所望の反射率および透過率が得られた。すなわち、前記波長域の入射光の反射率および透過率が約３０％および約７０％となるように設計された実施例６〜８の無偏光ビームスプリッタでは、図１２〜図１７から明らかなように、前記波長域においてＰ偏光とＳ偏光の反射率および透過率はいずれも、実使用上問題のない２７％±６％及び６７％±６％の範囲に入っていた。また図には表していないが、光入射角度を４５°±７°とした場合も実使用上問題のない範囲に入っていた。
【００５８】
さらに、前記波長域の入射光の反射率および透過率が約４０％及び約６０％となるように設計された実施例９の無偏光ビームスプリッタでは、図１８〜図１９から明らかなように、前記波長域においてＰ偏光とＳ偏光の反射率および透過率はいずれも、実使用上問題のない３７％±６％及び５７％±６％の範囲に入っていた。そしてまた、前記波長域の入射光の反射率および透過率が約６０％及び約４０％となるように設計された実施例１０の無偏光ビームスプリッタでは、図２０〜図２１から明らかなように、前記波長域においてＰ偏光とＳ偏光の反射率および透過率はいずれも、実使用上問題のない５７％±６％及び３７％±６％の範囲に入っていた。前記波長域の入射光の反射率および透過率が約７０％及び約３０％となるように設計された実施例１１〜１３の無偏光ビームスプリッタでは、図２２〜図２７から明らかなように、前記波長域においてＰ偏光とＳ偏光の反射率および透過率はいずれも、実使用上問題のない６７％±６％及び２７％±６％の範囲に入っていた。またこれら実施例の無偏光ビームスプリッタにおいて、光入射角度を４５°±７°とした場合も前記波長域におけるＰ偏光とＳ偏光の反射率および透過率はいずれも実使用上問題のない範囲に入っていた。
【００５９】
これに対して、Ａｕ層の層厚Ｄが上記式（１）を満足しない場合は、いずれの無偏光ビームスプリッタも所望の反射率と透過率とすることができなかった。すなわち、反射率および透過率が約３０％及び約７０％となるように設計され、実施例６〜８に対応する比較例１及び比較例２の無偏光ビームスプリッタでは、図２８〜図３１から明らかなように、Ｐ偏光とＳ偏光の反射率および透過率の少なくとも一方は、前記波長域において実使用上問題のない２７％±６％及び６７％±６％の範囲から外れていた。また、反射率および透過率が約５０％及び約５０％となるように設計され、実施例１〜５に対応する比較例３の無偏光ビームスプリッタでは、図３２及び図３３から明らかなように、Ｐ偏光とＳ偏光の反射率および透過率の少なくとも一方は、前記波長域において実使用上問題のない４７％±６％の範囲から外れていた。そしてまた、反射率および透過率が約７０％及び約３０％となるように設計され、実施例１１〜１３に対応する比較例４及び比較例５の無偏光ビームスプリッタでは、図３４〜図３７から明らかなように、Ｐ偏光とＳ偏光の反射率および透過率の少なくとも一方は、前記波長域において実使用上問題のない６７％±６％及び２７％±６％の範囲から外れていた。
【００６０】
表１９に、以上の実施例・比較例における、Ａｕ層の層厚Ｄ（ｎｍ）及び波長６４０〜６８０ｎｍ及び波長７６０〜８１０ｎｍにおけるＰ偏光及びＳ偏光の平均反射率Ｒ（％）と平均透過率Ｔ（％）、Ｘ＝Ｒ／（Ｒ＋Ｔ）をまとめて示す。なお、平均反射率Ｒは入射角度４５°での値である。そして図３８に、Ａｕ層の層厚Ｄ（ｎｍ）とＸ＝Ｒ／（Ｒ＋Ｔ）との関係を示すグラフを示す。図中の２つの曲線は、実施例のデータ及びそれらのデータからの推測によって求めた相関曲線である。また実施例は白丸、比較例は黒丸で表している。図３８に関する説明は前述のとおりである。
【００６１】
【表１９】
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の無偏光ビームスプリッタの一実施形態を示す概説図である。
【図２】実施例１の無偏光ビームスプリッタの反射率を示すグラフである。
【図３】実施例１の無偏光ビームスプリッタの透過率を示すグラフである。
【図４】実施例２の無偏光ビームスプリッタの反射率を示すグラフである。
【図５】実施例２の無偏光ビームスプリッタの透過率を示すグラフである。
【図６】実施例３の無偏光ビームスプリッタの反射率を示すグラフである。
【図７】実施例３の無偏光ビームスプリッタの透過率を示すグラフである。
【図８】実施例４の無偏光ビームスプリッタの反射率を示すグラフである。
【図９】実施例４の無偏光ビームスプリッタの透過率を示すグラフである。
【図１０】実施例５の無偏光ビームスプリッタの反射率を示すグラフである。
【図１１】実施例５の無偏光ビームスプリッタの透過率を示すグラフである。
【図１２】実施例６の無偏光ビームスプリッタの反射率を示すグラフである。
【図１３】実施例６の無偏光ビームスプリッタの透過率を示すグラフである。
【図１４】実施例７の無偏光ビームスプリッタの反射率を示すグラフである。
【図１５】実施例７の無偏光ビームスプリッタの透過率を示すグラフである。
【図１６】実施例８の無偏光ビームスプリッタの反射率を示すグラフである。
【図１７】実施例８の無偏光ビームスプリッタの透過率を示すグラフである。
【図１８】実施例９の無偏光ビームスプリッタの反射率を示すグラフである。
【図１９】実施例９の無偏光ビームスプリッタの透過率を示すグラフである。
【図２０】実施例１０の無偏光ビームスプリッタの反射率を示すグラフである。
【図２１】実施例１０の無偏光ビームスプリッタの透過率を示すグラフである。
【図２２】実施例１１の無偏光ビームスプリッタの反射率を示すグラフである。
【図２３】実施例１１の無偏光ビームスプリッタの透過率を示すグラフである。
【図２４】実施例１２の無偏光ビームスプリッタの反射率を示すグラフである。
【図２５】実施例１２の無偏光ビームスプリッタの透過率を示すグラフである。
【図２６】実施例１３の無偏光ビームスプリッタの反射率を示すグラフである。
【図２７】実施例１３の無偏光ビームスプリッタの透過率を示すグラフである。
【図２８】比較例１の無偏光ビームスプリッタの反射率を示すグラフである。
【図２９】比較例１の無偏光ビームスプリッタの透過率を示すグラフである。
【図３０】比較例２の無偏光ビームスプリッタの反射率を示すグラフである。
【図３１】比較例２の無偏光ビームスプリッタの透過率を示すグラフである。
【図３２】比較例３の無偏光ビームスプリッタの反射率を示すグラフである。
【図３３】比較例３の無偏光ビームスプリッタの透過率を示すグラフである。
【図３４】比較例４の無偏光ビームスプリッタの反射率を示すグラフである。
【図３５】比較例４の無偏光ビームスプリッタの透過率を示すグラフである。
【図３６】比較例５の無偏光ビームスプリッタの反射率を示すグラフである。
【図３７】比較例５の無偏光ビームスプリッタの透過率を示すグラフである。
【図３８】無偏光ビームスプリッタの反射率とＡｕ層の層厚との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６３】
１ 第１の直角プリズム
２ 第２の直角プリズム
３ 下地層
４ Ａｕ層
５ 保護層
６ 接着層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長６４０〜８２０ｎｍの光が入射する無偏光ビームスプリッタであって、第１のプリズムの斜面に、誘電体材料からなる１層以上の下地層、厚さ１３〜３５ｎｍのＡｕ層、誘電体材料からなる１層以上の保護層を順次積層形成し、前記保護層の最外層と第２のプリズムの斜面を接着剤で接合してなり、
波長６４０〜６８０ｎｍ及び波長７６０〜８１０ｎｍにおける、Ｐ偏光及びＳ偏光の所定入射角度での平均反射率Ｒ（％）と平均透過率Ｔ（％）、そしてＡｕ層の層厚Ｄ（ｎｍ）が下記式（１）を満足することを特徴とする無偏光ビームスプリッタ。
25.2×X2＋12.4×X＋6.84＜D＜31.6×X2＋12.6×X＋10.4 ・・・（１）
ただし、X=R/(R+T)
【請求項２】
前記保護層が、屈折率が１．８以上の高屈折率層、屈折率が１．５〜１．８（ただし１．５と１．８は含まず）の中間屈折率層、屈折率が１．５以下の低屈折率層が積層されてなるものである請求項１記載の無偏光ビームスプリッタ。
【請求項３】
前記下地層および前記保護層におけるＡｕ層と接する層が、中間屈折率層である請求項２記載の無偏光ビームスプリッタ。
【請求項４】
前記下地層が２層以上である請求項１〜３のいずれかに記載の無偏光ビームスプリッタ。
【請求項５】
前記保護層の層厚の総和が４００ｎｍ以上である請求項１〜４のいずれかに記載の無偏光ビームスプリッタ。
【請求項１】
波長６４０〜８２０ｎｍの光が入射する無偏光ビームスプリッタであって、第１のプリズムの斜面に、誘電体材料からなる１層以上の下地層、厚さ１３〜３５ｎｍのＡｕ層、誘電体材料からなる１層以上の保護層を順次積層形成し、前記保護層の最外層と第２のプリズムの斜面を接着剤で接合してなり、
波長６４０〜６８０ｎｍ及び波長７６０〜８１０ｎｍにおける、Ｐ偏光及びＳ偏光の所定入射角度での平均反射率Ｒ（％）と平均透過率Ｔ（％）、そしてＡｕ層の層厚Ｄ（ｎｍ）が下記式（１）を満足することを特徴とする無偏光ビームスプリッタ。
25.2×X2＋12.4×X＋6.84＜D＜31.6×X2＋12.6×X＋10.4 ・・・（１）
ただし、X=R/(R+T)
【請求項２】
前記保護層が、屈折率が１．８以上の高屈折率層、屈折率が１．５〜１．８（ただし１．５と１．８は含まず）の中間屈折率層、屈折率が１．５以下の低屈折率層が積層されてなるものである請求項１記載の無偏光ビームスプリッタ。
【請求項３】
前記下地層および前記保護層におけるＡｕ層と接する層が、中間屈折率層である請求項２記載の無偏光ビームスプリッタ。
【請求項４】
前記下地層が２層以上である請求項１〜３のいずれかに記載の無偏光ビームスプリッタ。
【請求項５】
前記保護層の層厚の総和が４００ｎｍ以上である請求項１〜４のいずれかに記載の無偏光ビームスプリッタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【公開番号】特開２００７−１３３３７５（Ｐ２００７−１３３３７５Ａ）
【公開日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２６６１９０（Ｐ２００６−２６６１９０）
【出願日】平成１８年９月２９日（２００６．９．２９）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタオプト株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２９日（２００６．９．２９）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタオプト株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
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