特許 5945214 光学部品

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5945214

(24)【登録日】2016年6月3日

(45)【発行日】2016年7月5日

(54)【発明の名称】光学部品

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/30 20060101AFI20160621BHJP

   B23K 26/06 20140101ALI20160621BHJP

   G02B 1/115 20150101ALI20160621BHJP

【ＦＩ】

   G02B5/30

   B23K26/06

   G02B1/115

【請求項の数】6

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2012-249375(P2012-249375)

(22)【出願日】2012年11月13日

(65)【公開番号】特開2014-98756(P2014-98756A)

(43)【公開日】2014年5月29日

【審査請求日】2015年1月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】503212652

【氏名又は名称】住友電工ハードメタル株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000280

【氏名又は名称】特許業務法人サンクレスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岩本 博実

(72)【発明者】

【氏名】矢島 国光

【審査官】 早川 貴之

(56)【参考文献】

【文献】 特許第５７７５６２１（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開昭５２−０２５６５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−３２３１１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５３３９４４１（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第０８１４４４０９（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 米国特許第０６３９６６３０（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 国際公開第２０１２／０４６３２３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−０９２９０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２８７１４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２８２３４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４５３６０６３（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２３２５５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２０５５１９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ５／３０

Ｂ２３Ｋ ２６／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

赤外レーザ光を透過させて当該赤外レーザ光の偏光状態を変換する光学部品であって、
赤外レーザ光を透過し、当該赤外レーザ光に対する屈折率が２〜４である板状部材からなり、赤外レーザ光が入射する入射面と、前記入射面に対して所定の傾斜角度で傾斜した傾斜面とを有する第１の基板本体と、
前記板状部材からなり、赤外レーザ光が出射する出射面と、前記出射面に対して前記所定の傾斜角度で傾斜した傾斜面とを有する第２の基板本体と、
前記第１および第２の基板本体双方の傾斜面に形成され、赤外レーザ光の位相を遅延させる透過位相遅延膜と、
前記入射面および出射面双方に形成され、垂直入射する赤外レーザ光の反射を防止する反射防止膜と、
を備え、
前記傾斜角度は、式（Ｉ）：
ｎ（λ）×ｓｉｎθ（λ）＝１×ｓｉｎ（ｘ） （Ｉ）
（式中、λは前記赤外レーザ光の波長、ｎ（λ）は前記赤外レーザ光に対する前記板状部材の屈折率、ｘは、前記傾斜角度が第１の基板本体の傾斜角度である場合、当該第１の基板本体の透過位相遅延膜が形成される傾斜面での赤外レーザ光の出射角を示し、前記傾斜角度が第２の基板本体の傾斜角度である場合、当該第２の基板本体の透過位相遅延膜が形成される傾斜面での赤外レーザ光の入射角を示す）
にしたがって求められる基板本体における前記赤外レーザ光の屈折角θ（λ）と同じ角度であり、
前記第１および第２の基板本体双方の傾斜面に形成された透過位相遅延膜同士が間隙を介して対向し、かつ前記入射面と出射面とが互いに平行になるように配置されていることを特徴とする光学部品。

【請求項2】

前記第１および第２の基板本体それぞれの傾斜面の周縁には、前記間隙を保つための熱伝導材料製のスペーサが設けられている請求項１に記載の光学部品。

【請求項3】

前記第１の基板本体の透過位相遅延膜が形成される傾斜面での赤外レーザ光の出射角および前記第２の基板本体の透過位相遅延膜が形成される傾斜面での赤外レーザ光の入射角が、それぞれ、４０°〜６０°である請求項１または２に記載の光学部品。

【請求項4】

前記第１の基板本体の傾斜面に形成された透過位相遅延膜による位相遅延量Ａおよび前記第２の基板本体の傾斜面に形成された透過位相遅延膜による位相遅延量Ｂは、それぞれ当該光学部品による全位相遅延量の１／２である請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学部品。

【請求項5】

前記第１の基板本体の傾斜面に形成された透過位相遅延膜による位相遅延量Ａと前記第２の基板本体の傾斜面に形成された透過位相遅延膜による位相遅延量Ｂとが互いに異なっており、前記位相遅延量Ａと前記位相遅延量Ｂとの和が当該光学部品による全位相遅延量である請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学部品。

【請求項6】

前記第１および第２の基板本体には、底角が前記傾斜角度であり、かつ断面二等辺三角突起形状をなす一対の傾斜面が周期的に設けられている請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学部品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光学部品に関し、特に、赤外レーザ光の偏光状態を、加工対象物の加工に適した状態に変換するのに有用な赤外レーザ光用光学部品に適する。

【背景技術】

【0002】

炭酸ガスレーザ光などの赤外レーザ光を用いるレーザ加工（以下、「赤外レーザ加工」という）は、金属製の部材等の被加工物の加工、例えば、微細穴開け加工、切断、溶接などに用いられている。かかる赤外レーザ加工によって被加工物の切断を行なう場合、例えば、レーザ光の偏光方向によって切断幅や切断面の品質が異なるため、加工品質上問題になることがある。そのため、赤外レーザ加工に用いられるレーザ加工装置では、赤外レーザ光の偏光方向による加工品質への影響をなくすため、反射型の光学部品である円偏光ミラーを設けることにより、赤外レーザ光の偏光状態を、直線偏光から加工方向に依存性のない円偏光に変換している。
しかし、前記反射型の光学部品を備えたレーザ加工装置には、レーザ光を所望の偏光状態に変換するために、レーザ光の折り返しなどに大きな空間を要するとともに複雑な折り返し光学系を要し、装置が大型化し、かつ部品数が増大することから、量産性が低く、高コストであり、工業生産性が低いという欠点がある。

【0003】

そこで、装置のコンパクト化や部品数の低減の観点から、例えば、可視域から遠赤外域の光を透過し、かつ低吸収である一軸性結晶の硫化カドミウムなどの結晶が用いられた赤外波長板や、複数の薄膜透明層が形成された透明基板からなる透過型の位相遅延基板（例えば、特許文献１参照）などの透過型の光学部品が提案されている。
しかし、前記赤外波長板には、一軸性結晶に許容される素子口径の大きさに制限があり、しかも許容されるレーザ光の強度が小さいため、適用範囲は限定されるという欠点がある。
また、前記特許文献１に記載の位相遅延基板では、透過ビームの光軸ずれが透明基板の厚みに応じて生じることから、当該位相遅延基板に加え、前記光軸ずれを補正する部品などをさらに要し、しかも光軸調整が困難である。

【0004】

そこで、赤外光を透過する板状部材の一方の表面に断面三角形状のルーフ状構造または断面台形状のルーフ状構造が周期的に繰り返す微細構造が形成され、かつ位相遅延膜が施され、他方の表面が平滑面とされた一対の基板本体からなり、微細構造が形成された表面同士が接合一体化された透過型の位相遅延基板（例えば、特許文献２参照）などが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】米国特許第４５３６０６３号明細書

【特許文献2】米国特許第６３９６６３０号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、特許文献２に記載の位相遅延基板には、基板本体の脆弱性の点から、かかる位相遅延基板の製造時に基板本体同士を圧接させることが困難であるとともに、前記基板同士を光学用接着剤で貼り合わせた場合には、当該光学用接着剤へのレーザ光の吸収によって発熱が生じることがあるという欠点がある。

【0007】

本発明は、かかる従来の問題点に鑑み、複雑な光軸の調整を行なわなくても小さい空間で所望の偏光状態に変換することができ、構造が簡易である光学部品を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の光学部品は、赤外レーザ光を透過させて当該赤外レーザ光の偏光状態を変換する光学部品であって、
赤外レーザ光を透過し、当該赤外レーザ光に対する屈折率が２〜４である板状部材からなり、赤外レーザ光が入射する入射面と、前記入射面に対して所定の傾斜角度で傾斜した傾斜面とを有する第１の基板本体と、
前記板状部材からなり、赤外レーザ光が出射する出射面と、前記出射面に対して前記所定の傾斜角度で傾斜した傾斜面とを有する第２の基板本体と、
前記第１および第２の基板本体双方の傾斜面に形成され、赤外レーザ光の位相を遅延させる透過位相遅延膜と、
前記入射面および出射面双方に形成され、垂直入射する赤外レーザ光の反射を防止する反射防止膜と、
を備え、
前記傾斜角度は、式（Ｉ）：
ｎ（λ）×ｓｉｎθ（λ）＝１×ｓｉｎ（ｘ） （Ｉ）
（式中、λは前記赤外レーザ光の波長、ｎ（λ）は前記赤外レーザ光に対する前記板状部材の屈折率、ｘは、前記傾斜角度が第１の基板本体の傾斜角度である場合、当該第１の基板本体の透過位相遅延膜が形成される傾斜面での赤外レーザ光の出射角を示し、前記傾斜角度が第２の基板本体の傾斜角度である場合、当該第２の基板本体の透過位相遅延膜が形成される傾斜面での赤外レーザ光の入射角を示す）
にしたがって求められる基板本体における前記赤外レーザ光の屈折角θ（λ）と同じ角度であり、
前記第１および第２の基板本体双方の傾斜面に形成された透過位相遅延膜同士が間隙を介して対向し、かつ前記入射面と出射面とが互いに平行になるように配置されていることを特徴とする。

【0009】

前記構成が採用された光学部品によれば、前記傾斜面に形成された前記透過位相遅延膜同士が間隙を介して互いに対向し、かつ入射面と出射面とが互いに平行になっているので、赤外レーザ光を垂直入射させ、位相遅延を発生させて赤外レーザ光を所望の偏光状態の赤外レーザ光に変換することができ、しかも当該赤外レーザ光のビームずれを抑制することができる。また、前記構成が採用された光学部品では、透過位相遅延膜において、わずかな透過率ずれが生じた場合であっても、発生する微弱な反射光が両傾斜面に形成された透過位相遅延膜間の間隙内で反射されて外周へと散逸するため、製造誤差に対する裕度が高い。さらに、前記構成が採用された光学部品は、基板本体を構成する板状部材及び基板本体の表面に成膜される赤外光学多層膜を構成する材料それぞれの赤外波長域における吸収係数は極めて低いので、高出力の赤外レーザ光の偏光状態の変換に用いることができる。また、前記入射面および出射面双方に、垂直入射する赤外レーザ光の反射を防止する反射防止膜が形成されている。したがって、前記構成が採用された光学部品によれば、垂直入射する赤外レーザ光が基板本体の入射面で反射することを防止することができるので、赤外レーザ光を効率よく当該光学部品に透過させることができ、赤外レーザ光のロスを抑制することができる。

【0010】

前記第１および第２の基板本体それぞれの傾斜面の周縁には、前記間隙を保つための熱伝導性の良い材料のスペーサが設けられていることが好ましい。前記構成が採用された光学部品によれば、赤外レーザ光の透過に伴って当該光学部品で発生する熱を、前記スペーサを介して外部に発散させることができるので、速やかに光学部品を冷却することができる。また、前記構成が採用された光学部品においては、前記間隙が外部環境から隔絶された状態とすることができるので、間隙は高い清浄状態が保たれ、前記傾斜面に形成された透過位相遅延膜の表面は、使用環境の影響を受けにくい。したがって、前記構成が採用された光学部品は、長期にわたって良好な光学品質を維持することができることから、長寿命が期待できる。

【0011】

前記第１の基板本体の透過位相遅延膜が形成される傾斜面での赤外レーザ光の出射角および前記第２の基板本体の透過位相遅延膜が形成される傾斜面での赤外レーザ光の入射角は、光学部品の基板本体を構成する板状部材の材質、基板本体の大きさによって異なるが、それぞれ、４０°〜６０°であることが好ましい。出射角および入射角は、基板本体の使用赤外波長での屈折率に深く関係しており、傾斜角（基板本体の屈折角）によって異なるが、基板本体を透過する赤外レーザ光の光路長を低減して吸収ロスを低くするためには、出射角および入射角を上記の範囲とすることが好ましい。

【0012】

前記第１の基板本体の傾斜面に形成された透過位相遅延膜による位相遅延量Ａおよび前記第２の基板本体の傾斜面に形成された透過位相遅延膜による位相遅延量Ｂは、それぞれ当該光学部品による全位相遅延量の１／２であってもよい。前記構成が採用された光学部品は、同一の基板本体に同一の透過位相遅延膜を形成させればよく、光学部品の製造に際して別途異なる透過位相遅延膜を基板本体に形成させる必要がないことから、より工業生産性に優れる。

【0013】

また、前記位相遅延量Ａと前記位相遅延量Ｂとが互いに異なり、前記位相遅延量Ａと前記位相遅延量Ｂとの和が当該光学部品による全位相遅延量であってもよい。前記構成が採用された光学部品は、種々の位相遅延量に対応する光学部品を製造することができるという製造上の利点を有する。

【0014】

前記第１および第２の基板本体には、底角が前記傾斜角度であり、かつ断面二等辺三角突起形状をなす一対の傾斜面が周期的に設けられていてもよい。前記構成が採用された光学部品によれば、第１及び第２の基板本体の厚さを薄くすることができるので、赤外レーザ光の進行方向において、よりコンパクト化することができるという利点を有する。

【発明の効果】

【0015】

本発明の光学部品は、複雑な光軸の調整を行なわなくても小さい空間で所望の偏光状態に変換することができ、構造が簡易である。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施形態（実施形態１）に係る光学部品を示す断面説明図である。

【図2】本発明の実施形態１に係る光学部品の基板素子を示す断面説明図である。

【図3】本発明の実施形態１に係る光学部品の基板素子を透過する赤外レーザ光の光路を示す概略説明図である。

【図4】本発明の実施形態１に係る光学部品の基板素子を示す部分拡大説明図である。

【図5】本発明の実施形態１に係る光学部品の間隙近傍を示す部分拡大説明図である。

【図6】（ａ）は本発明の実施形態２に係る光学部品の基板素子を示す要部断面説明図、（ｂ）は前記基板素子の基板本体を示す部分説明図である。

【図7】本発明の実施形態１に係る光学部品の製造方法の工程図である。

【図8】赤外レーザ光の波長と透過率との関係を示すグラフである。

【図9】赤外レーザ光の波長と位相遅延量との関係を示すグラフである。

【図10】赤外レーザ光の入射角と透過率との関係を示すグラフである。

【図11】赤外レーザ光の入射角と位相遅延量との関係を示すグラフである。

【図12】基板本体の傾斜面の傾斜角度と間隙Ｇでの入射角（出射角）との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

［実施形態１に係る光学部品］
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の光学部品の実施形態を詳細に説明する。以下の図面においては、光学部品を構成する透過位相遅延膜、反射防止膜およびスペーサをわかりやすく説明するために、寸法を適宜誇張して描いている。
なお、赤外レーザ光を用いる加工においては、直線偏光を円偏光に変換するときに用いられる典型的な位相遅延量がλ／４（９０°）であることから、以下においては、位相遅延量をλ／４に設定した光学部品を例示するが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。また、光学部品を構成する透過位相遅延膜が形成される傾斜面での赤外レーザ光の出射角および入射角は、それぞれ４５°としている。

【0018】

図１は、本発明の一実施形態（実施形態１）に係る光学部品を示す断面説明図、図２は、本発明の実施形態１に係る光学部品の基板素子を示す断面説明図である。
図１に示される光学部品１は、一対の基板素子５，６とホルダー７とを備えている。かかる光学部品１では、基板素子５，６は、同一の基板素子であり、基板素子５，６それぞれの位相遅延量が互いに同じとされている。したがって、一対の基板素子５，６それぞれの位相遅延量がλ／８とされており、基板素子５，６の組み合わせにより、全体として位相遅延量がλ／４（９０°）となるように設定されている。このように、基板素子５，６は、同一のものであり、光学部品１の製造に際して別途異なる基板素子を製造する必要がないことから、本実施形態１に係る光学部品１は、工業生産性に優れる。

【0019】

基板素子５は、基板本体１１と、赤外レーザ光の位相を遅延させる透過位相遅延膜１３と、垂直入射する赤外レーザ光の反射を防止する反射防止膜１５とからなる。また、基板素子６は、基板本体１２と、赤外レーザ光の位相を遅延させる透過位相遅延膜１４と、垂直入射する赤外レーザ光の反射を防止する反射防止膜１６とからなる。
なお、本明細書においては、便宜上、赤外レーザ光の入射側に配置されるものを基板素子５、赤外レーザ光の出射側に配置されるものを基板素子６としている。

【0020】

基板本体１１は、赤外レーザ光が入射する入射面１１ａと、入射面１１ａに対して所定の傾斜角度θ（λ）で傾斜した傾斜面１１ｂとを有している。基板本体１２は、赤外レーザ光が出射する出射面１２ａと、出射面１２ａに対して前記傾斜角度θ（λ）で傾斜した傾斜面１２ｂとを有している（図１および２参照）。基板本体１１，１２は、赤外レーザ光を透過し、当該赤外レーザ光に対する屈折率が２〜４である板状部材からなり、断面三角形状とされている。本実施形態１では、基板本体１１，１２は、円板状に形成されている。
なお、本発明においては、光学部品の製造を容易にするとともに光学部品の強度を向上させる観点から、基板本体１１，１２は、図３に示されるように、短円柱状の基部を有していてもよい。
本実施形態１に係る光学部品では、前記板状部材を構成する材料として、セレン化亜鉛が用いられている。
なお、本発明においては、板状部材を構成する材料は、赤外レーザ光を透過し、当該赤外レーザ光に対する屈折率が２〜４である材料であればよい。前記板状部材を構成する材料としては、例えば、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、シリコン、ゲルマニウムなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの材料なかでは、出力の高い赤外レーザ波長における吸収係数が極めて小さいことが求められることから、本発明においては、セレン化亜鉛が好ましく、化学気相堆積セレン化亜鉛がより好ましい。

【0021】

基板本体１１，１２において、傾斜面の傾斜角度は、図３に示されるように、式（Ｉ）：
ｎ（λ）×ｓｉｎθ（λ）＝１×ｓｉｎ（ｘ） （Ｉ）
（式中、λは前記赤外レーザ光の波長、ｎ（λ）は前記赤外レーザ光に対する前記板状部材の屈折率、ｘは、前記傾斜角度が基板本体１１の傾斜角度である場合、当該基板本体１１の透過位相遅延膜が形成される傾斜面での赤外レーザ光の出射角を示し、前記傾斜角度が基板本体１２の傾斜角度である場合、当該基板本体１２の透過位相遅延膜が形成される傾斜面での赤外レーザ光の入射角を示す）
にしたがって求められる基板本体１１，１２における前記赤外レーザ光の屈折角θ（λ）と同じ角度である。
ここで、式（Ｉ）において、λは、偏光状態を変換する対象となる赤外レーザ光の波長である。赤外レーザ光としては、例えば、炭酸ガスレーザ光などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。前記赤外レーザ光の波長は、通常、概ね１０００〜１２０００ｎｍである。前記赤外レーザ光のうち、炭酸ガスレーザ光の波長は、通常、９３００ｎｍから１０６００ｎｍである。
また、式（Ｉ）において、ｎ（λ）は、前記赤外レーザ光に対する前記板状部材の屈折率である。本実施形態１では、屈折率ｎ（λ）は、２．４０〜２．４１とされているが、本発明においては、かかる屈折率ｎ（λ）は、通常、前記板状部材を構成する材料に依存する。
さらに、式（Ｉ）において、ｘは、前記傾斜角度が基板本体１１の傾斜角度である場合、当該基板本体１１の透過位相遅延膜が形成される傾斜面での赤外レーザ光の出射角を示し、前記傾斜角度が基板本体１２の傾斜角度である場合、当該基板本体１２の透過位相遅延膜が形成される傾斜面での赤外レーザ光の入射角を示す。本実施形態１では、赤外レーザ光の出射角および入射角は、それぞれ、前述のように、４５°とされているが、本発明においては、基板本体１１，１２の製造上許容される厚さおよび強度を確保するのに十分な範囲内とすることができる出射角および入射角となるように適宜設定することができる。
出射角および入射角は、透過位相遅延膜１３を構成する後述の高屈折率層および低屈折率層の層数を低減させるとともに、基板素子５，６の最大厚さを小さくして光学部品１をよりコンパクト化させる観点から、通常、好ましくは４０〜６０°、より好ましくは４０〜５０°である。
なお、上述した出射角および入射角の範囲は、基板素子５，６の材質、大きさなどによって異なる。例えば、後述する一般的な大きさでは、基板素子５，６の材質がセレン化亜鉛である場合の出射角および入射角は、４０°〜５０°が好ましい。それに対し、基板素子５，６の材質がゲルマニウムである場合の出射角および入射角は、４０°〜６０とすることが好ましい。ゲルマニウムの赤外レーザ光の波長域（１０００〜１２０００ｎｍ）での屈折率は、約４．０であり、基板素子５，６の材質がセレン化亜鉛である場合に比べて屈折率が大きくなるので、上記式（Ｉ）でｘ＝４５°、ｎ（λ）＝４．０に代入して算出される傾斜角θ（λ）は約１０°となり、傾斜角を小さくしても、基板素子５，６の材質がセレン化亜鉛である場合より薄い基板素子の厚さで、同様の効果を得ることができる。したがって、より一層のコンパクト化が期待できる。

【0022】

本実施形態１において、基板本体１１，１２の直径は、光学部品１の用途などに応じて適宜設定することができる。かかる基板本体１１，１２の直径は、レーザビーム径にも依存するが、通常のレーザ光学部品では、３８．１〜６３．５ｍｍの範囲の直径が適用される。
また、基板本体１１，１２の厚さは、基板本体１１，１２の直径、用いられる赤外レーザ光の波長などに応じて適宜設定することができる。なお、本明細書において、基板本体１１，１２の厚さは、式（ＩＩ）：
基板本体１１，１２の厚さｄ１
＝基板本体１１，１２の直径Ｄ１×ｔａｎθ（λ） （ＩＩ）
にしたがって求めることができる（図２参照）。
本実施形態１において、例えば、基板本体１１，１２の直径が３８．１ｍｍまたは５０．８ｍｍであり、用いられる赤外レーザ光の波長λが９３００ｎｍまたは１０６００ｎｍである場合、前記赤外レーザ光に対する前記板状部材の屈折率ｎ（λ）、傾斜角度θ（λ）および基板本体１１，１２の厚さは、それぞれ表１に示される値となる。

【0023】

【表1】

【0024】

このように、光学部品１によれば、透過位相遅延膜を形成させる傾斜面の傾斜角度が式（Ｉ）を満たすθ（λ）とされているので、位相遅延を発生させて赤外レーザ光を所望の偏光状態を変換することができ、しかも偏光状態が変換された赤外レーザ光のビームずれを抑制することができる。

【0025】

透過位相遅延膜１３は、傾斜面１１ｂに形成されており、透過位相遅延膜１４は、傾斜面１２ｂに形成されている。
本実施形態１では、透過位相遅延膜１３，１４は、用いられる赤外レーザ光の波長が１０６００ｎｍである場合、図４および表２に示されるように、基板本体（図４中、１２参照）上に、赤外レーザ光を透過し、かつ当該赤外レーザ光の吸収係数が小さい高屈折率膜材料であるセレン化亜鉛からなる高屈折層（図４中、１４ａ，１４ｃ，１４ｅ，１４ｇ参照）と、赤外レーザ光を透過し、かつ当該赤外レーザ光の吸収係数が小さい低屈折率膜材料であるフッ化トリウムからなる低屈折層（図４中、１４ｂ，１４ｄ，１４ｆ，１４ｈ参照）とが交互に積層された多層構造を有する多層膜とすることができる。

【0026】

【表2】

【0027】

なお、本発明において、透過位相遅延膜１３，１４は、赤外レーザ光を透過し、かつ当該赤外レーザ光の吸収係数が小さい膜材料からなるものであればよい。本発明において、透過位相遅延膜１３，１４は、光学部品１のコンパクト化の観点から、前記高屈折率膜材料からなる高屈折率層と前記低屈折膜材料からなる低屈折率層とから構成される多層膜であることが好ましい。前記高屈折率膜材料としては、前述のセレン化亜鉛に加え、例えば、ゲルマニウム、硫化亜鉛、テルル化亜鉛、テルル化鉛などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。また、前記低屈折率膜材料としては、前述のフッ化トリウムに加え、例えば、フッ化バリウム、フッ化イットリウム、フッ化イッテルビウム、フッ化アルミニウム、フッ化サマリウム、フッ化プラセオジウムなどのフッ化物やアルカリ土類金属フッ化物、希土類金属フッ化物などを適当な重量比で混合して溶融し生成された固溶体などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。前記固溶体としては、例えば、セラック社製、商品名：ＩＲＸなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
かかる透過位相遅延膜１３，１４は、例えば、参考文献〔マックレオド（Ｈ．Ａ．Ｍａｃｌｅｏｄ）、「スィン・フィルム・オプティカル・フィルターズ第２版（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｌｔｅｒｓ，２ｎｄ ｅｄ．）」（１９８６年発行）〕に記載の光学薄膜理論などにしたがって設計することができる。
ここで、本実施形態１のように前記多層構造を有する透過位相遅延膜１３，１４では、その等方性から、ｐ偏光の光路とｓ偏光の光路とは、スネル屈折則にしたがい、同じである。
一方、ｐ偏光成分の層媒質ｉ（層を構成する材料）における実効屈折率は、式（ＩＩＩ）：
ｎ（λ）^ｐｉ＝ｎ（λ）ｉ／ｃｏｓθ（λ）ｉ （ＩＩＩ）
（式中、ｎ（λ）およびθ（λ）は前記と同様である）
にしたがって求められる値であり、ｓ偏光成分の層媒質ｉ（層を構成する材料）における実効屈折率は、式（ＩＶ）：
ｎ（λ）^ｓｉ＝ｎ（λ）ｉ×ｃｏｓθ（λ）ｉ（ＩＶ）
（式中、ｎ（λ）およびθ（λ）は前記と同様である）
にしたがって求められる値であり、両者は異なる値となる。
したがって、本実施形態１のように前記多層構造を有する透過位相遅延膜１３，１４では、ｐ偏光成分およびｓ偏光成分それぞれの光学長が互いに異なることから、ｐ偏光とｓ偏光との位相遅延が発現する。
また、本実施形態１のように前記多層構造を有する透過位相遅延膜１３，１４を構成する各層の物理厚さは、光学薄膜計算ソフトなどを用い、位相遅延量が所望値となる最適化計算処理を行なうことによって算出することができる。また、所望の位相遅延量および所望の透過率の２つを同時に満たすようにするためには、光学薄膜計算ソフトなどを用い、これらの所望の位相遅延量および所望の透過率を、それぞれ目標値に設定して最適化計算を行なえばよい。

【0028】

反射防止膜１５は、入射面１１ａに形成されており、反射防止膜１６は、出射面１２ａに形成されている。本実施形態１では、反射防止膜１５，１６は、光学部品１において、基板本体１１，１２の外側から順に、前記高屈折率膜材料であるセレン化亜鉛（波長１０６００ｎｍの赤外レーザ光の屈折率２．４０３）からなる第１層（厚さ２３０ｎｍ）と、前記低屈折率膜材料であるフッ化トリウム（波長１０６００ｎｍの赤外レーザ光の屈折率１．３５）からなる第２層（厚さ１０４６ｎｍ）とから構成されている。かかる反射防止膜１５によって垂直入射する赤外レーザ光が基板本体１１の入射面１１ａで反射することを防止することができるので、赤外レーザ光を効率よく光学部品１に透過させることができ、赤外レーザ光のロスを抑制することができる。

【0029】

なお、本発明においては、反射防止膜１５，１６を構成する材料は、前記セレン化亜鉛およびフッ化トリウムを用いる代わりに、用いられる赤外レーザ光の波長などに応じて前記高屈折率膜材料および低屈折率材料の中から適宜選択し、用いることができる。また、かかる反射防止膜１５，１６は、例えば、マックレオド（Ｈ．Ａ．Ｍａｃｌｅｏｄ）、「スィン・フィルム・オプティカル・フィルターズ第２版（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｌｔｅｒｓ，２ｎｄ ｅｄ．」（１９８６年発行）に記載の光学薄膜理論などにしたがって設計することができる。
本発明において、反射防止膜１５，１６は、光学部品１のコンパクト化の観点から、前記高屈折率膜材料からなる高屈折率層と前記低屈折膜材料からなる低屈折率層とから構成される多層膜であることが好ましい。
反射防止膜１５，１６の厚さは、用いられる赤外レーザ光の波長などに応じて適宜決定することができる。

【0030】

本実施形態１に係る光学部品１においては、基板素子５，６は、基板本体１１の傾斜面１１ｂに形成された透過位相遅延膜１３と、基板本体１２の傾斜面１２ｂに形成された透過位相遅延膜１４との間にスペーサ１７を介して間隙Ｇが設けられるように配置される（図１および５参照）。
スペーサ１７は、熱伝導性が良い熱伝導材料の環状のシート材、例えば、アルミ、ステンレスなどの金属製の環状のシート材、可撓性に富む非金属製の無機材料製の環状のシート材などからなり、前記間隙Ｇを保つために、前記傾斜面１１ｂ，１２ｂの周縁に設けられている。このように、本実施形態１に係る光学部品１によれば、熱伝導材料製のスペーサ１７を介して間隙を設けることにより、赤外レーザ光の透過に伴って当該光学部品で発生する熱を、スペーサ１７を介して外部に散逸させることができることから、速やかに光学部品を冷却することができる。
また、スペーサ１７が前記傾斜面１１ｂ，１２ｂの周縁に設けられ、間隙Ｇが外部環境から隔絶された状態とされているので、間隙Ｇは高い清浄状態が保たれ、傾斜面１１ｂ，１２ｂに形成された透過位相遅延膜１３，１４の表面は、使用環境の影響を受けにくくなっている。したがって、本実施形態１に係る光学部品１によれば、長期にわたって良好な光学品質を維持することができ、長寿命が期待できる。
なお、本発明においては、熱伝導材料は、約１５〜４００（Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1）程度の熱伝導率を有する材料であればよい。前記熱伝導材料としては、例えば、ステンレス鋼、アルミニウムなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
スペーサ１７の厚さ（すなわち間隙の大きさ）ｄＡｓは、本実施形態１に係る光学部品１によって偏光状態を変換する赤外レーザ光のビームずれ量の許容範囲などに応じて適宜設定することができる。スペーサ１７の厚さ（すなわち間隙の大きさ）ｄＡｓは、通常、ビームずれを抑制する観点から、好ましくは１ｍｍ以下、より好ましくは０．５ｍｍ以下、製造の容易性およびスペーサ１７のハンドリングの観点から、好ましくは０．０５ｍｍ以上である。

【0031】

ホルダー７は、基板素子５，６を幅方向および径方向に位置決めして保持する保持部材である。ホルダー７の内径および内側の幅方向高さは、基板素子５，６の直径（最大外径）、基板素子５，６を対向させたときの幅方向高さなどに応じて適宜設定することができる。ホルダー７を構成する材料としては、例えば、アルミ合金などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。

【0032】

本実施形態１において、波長１０６００ｎｍの赤外レーザ光を入射面１１ａに形成された反射防止膜１５側から基板素子５に垂直入射させた場合、図３に示されるように、傾斜面１１ｂに形成された透過位相遅延膜１３から出射する赤外レーザ光は、傾斜面１１ｂに垂直である線Ｐに対して４５°屈折している。そして、基板素子５から出射した赤外レーザ光は、間隙Ｇを通り、対向する基板素子６の傾斜面１２ｂから入射する（図５参照）。
本実施形態１に係る光学部品１では、基板素子５，６の傾斜面１１ｂ，１２ｂに形成された透過位相遅延膜１３，１４同士が間隙Ｇを介して互いに対向し、かつ入射面１１ａと出射面１２ａとが互いに平行になっているので、赤外レーザ光を垂直入射させ、位相遅延を発生させて赤外レーザ光を所望の偏光状態の赤外レーザ光に変換することができる。また、透過位相遅延膜１３において、わずかなビームずれが生じた場合であっても、発生する微弱な反射光は、両傾斜面に形成された透過位相遅延膜１３，１４間の間隙Ｇ内で反射されて外周へと散逸するため、製造誤差に対する裕度が高くなっている。

【0033】

［実施形態２に係る光学部品］
図６（ａ）は本発明の実施形態２に係る光学部品の基板素子を示す要部断面説明図、（ｂ）は前記基板素子の基板本体を示す部分説明図である。
本実施形態２に係る光学部品は、傾斜面１１ｂ，１２ｂそれぞれが、図６に示されるように、底角が前記傾斜角度θ（λ）とされ、周期的に設けられた断面二等辺三角突起形状をなす一対の傾斜面１１ｂ１，１１ｂ２および前記と同様の断面二等辺三角突起形状をなす一対の傾斜面１２ｂ１，１２ｂ２とされている点で、実施形態１に係る光学部品１と異なっている。なお、図６（ｂ）において、基板本体１２中の実線は谷部、破線は山部を示す。
かかる実施形態２に係る光学部品では、基板素子８の基板本体１１および基板素子９の基板本体１２それぞれに、図６に示されるように、底角が前記傾斜角度θ（λ）である断面二等辺三角突起形状をなす一対の傾斜面１１ｂ１，１１ｂ２および前記と同様の断面二等辺三角突起形状をなす一対の傾斜面１２ｂ１，１２ｂ２が周期長Ｌとなるように設けられている（図６参照）。
また、一対の傾斜面１１ｂ１，１１ｂ２および一対の傾斜面１２ｂ１，１２ｂ２それぞれには、透過位相遅延膜１３，１４が形成されている。
本実施形態２に係る光学部品では、一対の傾斜面１１ｂ１，１１ｂ２および一対の傾斜面１２ｂ１，１２ｂ２それぞれの高さｄ２は、式（Ｖ）：
高さｄ２＝（Ｌ／２）×ｔａｎθ（λ） （Ｖ）
（式中、Ｌは周期長を示し、基板本体１１，１２の直径Ｄ２よりも小さい値であり、θ（λ）は前記と同様である）
で表わされる。したがって、本実施形態２に係る光学部品の基板本体１１，１２の直径Ｄ２が前記実施形態１に係る基板本体１１，１２の直径Ｄ１と同じであると仮定すると、一対の傾斜面１１ｂ１，１１ｂ２および一対の傾斜面１２ｂ１，１２ｂ２それぞれの高さｄ２は、前記実施形態１に係る光学部品の傾斜面１１ｂ，１２ｂの高さｄ１よりも小さくすることができる（図２および６参照）。
本実施形態２に係る光学部品においては、例えば、周期長Ｌを１０ｍｍ、１３ｍｍ、１５ｍｍまたは２０ｍｍに設定した場合、一対の傾斜面１１ｂ１，１１ｂ２および一対の傾斜面１２ｂ１，１２ｂ２それぞれの高さｄ２は、式（Ｖ）にしたがい、表３のように設定することができるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。

【0034】

【表3】

【0035】

（変形例に係る光学部品）
前記実施形態１および２に係る光学部品においては、基板素子５，６は、同一の基板素子であり、基板素子５，６それぞれの位相遅延量が互いに同じとされ、いずれもλ／８とされているが、本発明においては、一対の基板素子それぞれの位相遅延量が互いに異なるように設計されていてもよい。

【0036】

（光学部品の製造方法）
つぎに、添付図面を参照しつつ、本発明の光学部品の製造方法の実施形態をより詳細に説明する。以下、実施形態１に係る光学部品１の製造方法を例に挙げて説明する。図７は、本発明の実施形態１に係る光学部品の製造方法の手順を示す工程図である。なお、図７では、光学部品を構成する透過位相遅延膜、反射防止膜およびスペーサをわかりやすく説明するために、寸法を適宜誇張して描いている。

【0037】

まず、赤外レーザ光を透過し、当該赤外レーザ光に対する屈折率が２〜４である材料からなる円板状部材Ｗから、傾斜面１１ｂ（１２ｂ）を有する基板本体１１（１２）を得る（図７（ａ）参照）。かかる基板本体１１（１２）は、例えば、光学部品に用いる素材から基板本体１１（１２）に対応する中間素材を切り出した後、一般的には、研削加工、切削加工、研磨加工などを中間素材に施すことなどによって形成させることができる。

【0038】

つぎに、基板本体１１（１２）の傾斜面１１ｂ（１２ｂ）に透過位相遅延膜１３，１４を形成させる（図７（ｂ）参照）。透過位相遅延膜１３，１４の形成は、例えば、傾斜面１１ｂ（１２ｂ）の表面に透過位相遅延膜１３，１４を構成する各層を積層することなどによって形成させることができる。前記傾斜面１１ｂ（１２ｂ）の表面への透過位相遅延膜１３，１４を構成する各層の積層は、例えば、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタ法、イオンビーム蒸着法などにより行なうことができるが、本発明は、かかる手法のみによって限定されるものではない。

【0039】

つぎに、基板本体１１の入射面１１ａおよび基板本体１２の出射面１２ａに反射防止膜１５（１６）を形成させ、基板素子５，６を得る（図７（ｃ）参照）。反射防止膜１５（１６）の形成は、例えば、入射面１１ａ，出射面１２ａの表面に反射防止膜１５，１６を構成する各層を積層することなどによって形成させることができる。前記入射面１１ａ，出射面１２ａの表面への反射防止膜１５（１６）を構成する各層の積層は、例えば、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタ法、イオンビーム蒸着法などにより行なうことができるが、本発明は、かかる手法のみによって限定されるものではない。

【0040】

その後、基板素子５の透過位相遅延膜１３と、基板素子６の透過位相遅延膜１４とをスペーサ１７を介して向かい合わせて間隙Ｇを設け、ホルダー７でこれら基板素子５，６を保持することにより、光学部品１が得られる（図７（ｄ）参照）。

【0041】

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は、かかる実施例に限定されるものではない。

【0042】

（実施例１）
図４および表２に示される透過位相遅延膜１３，１４の光学特性を検証した。赤外レーザ光の波長と図４および表２に示される透過位相遅延膜１３，１４の透過率との関係、赤外レーザ光の波長と前記透過位相遅延膜１３，１４の透過位相遅延量との関係、赤外レーザ光の入射角と前記透過位相遅延膜１３，１４の透過率との関係および赤外レーザ光の入射角と前記透過位相遅延膜１３，１４の透過位相遅延量との関係を調べた。

【0043】

赤外レーザ光の波長と透過率との関係を図８、赤外レーザ光の波長と位相遅延量との関係を図９、赤外レーザ光の入射角と透過率との関係を図１０、赤外レーザ光の入射角と位相遅延量との関係を図１１に示す。図８および図１０において、（Ａ）はｓ偏光成分の透過率およびｐ偏光成分の透過率の平均値、（Ｂ）はｓ偏光成分の透過率、（Ｃ）はｐ偏光成分の透過率を示す。

【0044】

図８および図９に示された結果に基づき、赤外レーザ光の波長が１０６００ｎｍ近傍域（波長：１０６００±１０ｎｍ）であるときの透過位相遅延膜１３，１４の透過率および位相遅延量を計算したところ、平均透過率が９９．６％以上であり、位相遅延量が４４．４±０．４°であることがわかる。また、図１０および図１１に示された結果に基づき、赤外レーザ光の波長が１０６００ｎｍであり、かつ間隙Ｇでの入射角が４５°±２°であるときの透過位相遅延膜１３，１４の透過率および位相遅延量を計算したところ、平均透過率が９９．６５＋１．０／−０．４％であり、位相遅延量が４４．４８±１．５°であることがわかる。
これらの結果から、図４および表２に示される透過位相遅延膜１３，１４は、表４に示される光学特性を有しており、透過率及び透過位相遅延量は、赤外レーザ光に対して要求される十分な値（標準的な透過率：９８．０％以上および標準的な透過位相遅延量：４５±３°）であることがわかる。なお、表中、「平均」とは、ｓ偏光の透過率とｐ偏光の透過率との平均値を示す。

【0045】

【表4】

【0046】

（実施例２）
図４および表２に示される透過位相遅延膜１３，１４を有する基板素子５，６からなる光学部品１の光学特性を検証した。
光学部品１の透過率は、位相遅延量がλ／８である透過位相遅延膜１３，１４と、反射防止膜１５，１６とを有していることから、反射防止膜での透過率と透過位相遅延膜での透過率との積によって光学部品１としての平均透過率は試算できる。したがって、反射防止膜での透過率が９９．９９％であり、透過位相遅延膜での透過率が９９．６５％である場合、（０．９９９９×０．９９６５）^２＝０．９９３となり、光学部品１における赤外レーザ光の透過率は９９．３％と算出される。

【0047】

一方、反射防止膜では、赤外レーザ光が垂直入射するため、位相遅延量は０であることから、光学部品１の位相遅延量は、透過位相遅延膜の値のみに依存する。したがって、透過位相遅延膜での位相遅延量の和から、光学部品１の位相遅延量は、４４．４８＋４４．４８＝８８．９６°であると算出される。

【0048】

基板素子５，６における形状的製造誤差として考えられる傾斜面の傾斜角度の誤差と透過位相遅延膜での入射角（出射角）の設定値（４５°）からのずれの関係が光学特性に大きな影響を及ぼすかどうかを検証した。
スネルの屈折則での赤外レーザ光の大気中での屈折角θ_０の微小角度変化Δθ_０と基板本体内での屈折角θ_λの微小角度変化Δθ_λとの関係は、Δθ_０／Δθ_λ＝ｎ_λ・ｃｏｓθ_λ／ｃｏｓθ_０で表わされ、３．２５と算出される。そこで、基板本体の傾斜面の傾斜角度と間隙Ｇでの入射角（出射角）との関係を図１２に示す。

【0049】

図１２に示された結果から、位相遅延量を設計値の±０．５°以内とする場合、傾斜角度は、例えば、当該傾斜角度の設計値を１７．１１°としたときには±０．２°以内の精度となるようにすれば、十分な光学特性を有する光学部品が得られることがわかる。

【0050】

（実施例３）
実施形態１に係る光学部品１では、透過位相遅延膜間に大気媒質の間隙Ｇが設けられている。そこで、図５に示されるように、赤外レーザ光が基板本体１１内から出射して基板本体１２内へと入射する場合において、間隙Ｇの大きさを１ｍｍ以下とし、当該間隙Ｇを屈折率ｎ＝１の空気膜として捉えた場合において、当該空気膜での干渉による光学特性への影響を検証した。

【0051】

間隙Ｇの大きさを０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．５ｍｍまたは１ｍｍとし、波長１０６００ｎｍの赤外レーザ光を用いた場合における平均透過率、位相遅延量およびビームずれを検証した。その結果を表５に示す。

【0052】

【表5】

【0053】

表５に示された結果から、間隙Ｇが小さいほど、ビームずれを小さくすることができることがわかる。

【0054】

（実施例４）
表６に示される１２層からなる位相遅延量λ／４（９０°）の透過位相遅延膜を設計し、波長１０６００ｎｍの赤外レーザ光を用いたときの透過率および位相遅延量を検証した。なお、透過位相遅延膜として、位相遅延量の正確性を重視したもの（透過位相遅延膜Ａ）、透過率の高さを重視したもの（透過位相遅延膜Ｂ）ならびに位相遅延量の正確性と透過率の高さの両方をバランスよく兼ね備えるもの（透過位相遅延膜Ｃ）を設計した。

【0055】

表６に１２層からなる位相遅延量λ／４（９０°）の透過位相遅延膜の構成、波長１０６００ｎｍの赤外レーザ光を用いたときの透過率および位相遅延量を示す。なお、表６中、Ａは位相遅延量の正確性を重視したもの（透過位相遅延膜Ａ）、Ｂは透過率の高さを重視したもの（透過位相遅延膜Ｂ）、Ｃは位相遅延量の正確性と透過率の高さの両方をバランスよく兼ね備えるもの（透過位相遅延膜Ｃ）を示す。

【0056】

【表6】

【0057】

また、表２に示される透過位相遅延膜を有する基板素子と、表６に示される透過位相遅延膜を有する基板素子とをスペーサを介して間隙を設けて配置するとともにホルダーで保持することにより、全位相遅延量が３λ／８の光学部品を得ることができる。

【符号の説明】

【0058】

１ 光学部品
１１ 基板本体
１１ａ 入射面
１１ｂ 傾斜面
１１ｂ１，１１ｂ２ 傾斜面
１２ 基板本体
１２ａ 出射面
１２ｂ 傾斜面
１２ｂ１，１２ｂ２ 傾斜面
１３ 透過位相遅延膜
１４ 透過位相遅延膜
１５ 反射防止膜
１６ 反射防止膜
１７ スペーサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】