特許 6334218 全反射型偏光子

(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】6334218

(24)【登録日】2018年5月11日

(45)【発行日】2018年5月30日

(54)【発明の名称】全反射型偏光子

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/30 20060101AFI20180521BHJP

   G02B 5/04 20060101ALI20180521BHJP

   H01L 21/027 20060101ALI20180521BHJP

【ＦＩ】

   G02B5/30

   G02B5/04 A

   G02B5/04 D

   H01L21/30 515D

【請求項の数】12

【全頁数】28

(21)【出願番号】特願2014-53613(P2014-53613)

(22)【出願日】2014年3月17日

(65)【公開番号】特開2015-176050(P2015-176050A)

(43)【公開日】2015年10月5日

【審査請求日】2017年3月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】599045936

【氏名又は名称】株式会社光学技研

(74)【代理人】

【識別番号】100088580

【弁理士】

【氏名又は名称】秋山 敦

(74)【代理人】

【識別番号】100111109

【弁理士】

【氏名又は名称】城田 百合子

(72)【発明者】

【氏名】▲柳▼澤 保明

【審査官】 井上 徹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−００９９３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５５−１２７５１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／１６１８２４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 中国特許出願公開第１０２０９６１４１（ＣＮ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１５３９１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／００６３８１９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第１９９０／０１５３５７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平７−５６１１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ５／３０

Ｇ０２Ｂ ５／００−５／１３６

Ｈ０１Ｌ ２１／０２７、２１／３０、２１／４６

Ｇ０２Ｂ ２７／００−２７／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入射光線の光軸に沿って複数のプリズムが配置され、入射光線の二つの偏光成分の一方のみを全反射により除去する全反射型偏光子であって、
入射側の第一のプリズムと、該第一のプリズムの出射面に対向して入射面が配置された第二のプリズムと、該第二のプリズムの出射面に対向して入射面が配置された第三のプリズムとが、前記入射光線の光軸に沿って前記入射側から順次配列されており、
前記第一のプリズムと、前記第二のプリズムのうち前記入射面を含む少なくとも一部と、からなり、前記第一のプリズムの前記出射面において、前記入射光線を複数の前記偏光成分に分離する分離部と、
前記第二のプリズムのうち前記分離部よりも入射方向下流側の部分と、前記第三のプリズムのうち入射面を含む少なくとも一部と、からなり、前記第二のプリズムの前記出射面において、前記二つの偏光成分のうち一方のみを、全反射により除去する全反射部と、
を備え、
前記第一のプリズムの光学軸は、前記入射光線の光軸と直交し、且つ前記第二のプリズムの光学軸と直交しており、
前記第二のプリズムの光学軸は、前記入射光線の光軸と直交し、且つ前記第三のプリズムの光学軸と平行であることを特徴とする全反射型偏光子。

【請求項2】

前記第二のプリズムの前記出射面と、前記第三のプリズムの前記入射面との間には、エアギャップが形成されていることを特徴とする請求項１記載の全反射型偏光子。

【請求項3】

前記第三のプリズムのうち前記入射面を含む少なくとも一部は、前記第三のプリズムの全体であって、
前記第三のプリズムの出射面は、前記第一のプリズムの前記入射面と平行であることを特徴とする請求項１又は２記載の全反射型偏光子。

【請求項4】

前記第三のプリズムのうち前記入射面を含む少なくとも一部は、前記第三のプリズムの全体であって、
前記第三のプリズムの出射面は、前記第一のプリズムの前記入射面に対して、前記第三のプリズムの前記入射面が傾斜する方向と同じ方向に傾斜していることを特徴とする請求項１又は２記載の全反射型偏光子。

【請求項5】

前記第二のプリズムは、前記分離部に含まれる入射側第二プリズムと、前記全反射部に含まれる出射側第二プリズムと、の二つの別体からなるプリズムから構成されており、
前記入射側第二プリズムの出射面と、前記出射側第二プリズムの入射面とは、エアギャップを介して配置されており、前記第一のプリズムの前記入射面と平行であることを特徴とする請求項１又は２記載の全反射型偏光子。

【請求項6】

前記第三のプリズムのうち前記入射面を含む少なくとも一部は、前記第三のプリズムの一部分であって、
前記第三のプリズムの出射面に対向して入射面が配置された第四のプリズムを更に備え、
前記第三のプリズムのうち前記全反射部よりも前記入射方向下流側の部分と、前記第四のプリズムと、からなり、前記二つの偏光成分のうち他方により構成される出射光線を、前記入射光線に対して平行にする平行化部を、備え、
前記第三のプリズムの光学軸は、前記入射光線の光軸と直交し、且つ前記第四のプリズムの光学軸と直交していることを特徴とする請求項１又は２記載の全反射型偏光子。

【請求項7】

前記第一のプリズムの前記出射面，前記第二のプリズムの前記入射面，前記第三のプリズムの前記出射面及び前記第四のプリズムの前記入射面は、相互に平行であることを特徴とする請求項６記載の全反射型偏光子。

【請求項8】

前記第三のプリズムは、前記全反射部に含まれる入射側第三プリズムと、前記平行化部に含まれる出射側第三プリズムと、の二つの別体からなるプリズムから構成されており、
前記入射側第三プリズムの出射面と、前記出射側第三プリズムの入射面とは、エアギャップを介して配置されており、前記第一のプリズムの前記入射面と平行であることを特徴とする請求項６記載の全反射型偏光子。

【請求項9】

前記第一のプリズムと前記第四のプリズムは、同一形状の断面直角三角形の三角柱からなり、前記第二のプリズムと前記第三のプリズムは、同一形状の三角柱からなり、
前記全反射型偏光子が、直方体であることを特徴とする請求項６又は７記載の全反射型偏光子。

【請求項10】

前記入射光線が、波長２００ｎｍ以下の光であるときに、前記入射光線の入射角許容幅が、±１°以上であることを特徴とする請求項１乃至９いずれか記載の全反射型偏光子。

【請求項11】

前記プリズムが、ＭｇＦ_２又はＬＢ４（Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７）からなる一軸性結晶材料から形成されていることを特徴とする請求項１乃至１０いずれか記載の全反射型偏光子。

【請求項12】

前記プリズムが、ＬＢ４（Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７）からなる一軸性結晶材料から形成され、
前記入射光線が、波長１９３ｎｍの光であるときに、前記入射光線の入射角許容幅が、±３．９°であり、
前記第一のプリズム及び前記第四のプリズムの楔角が３０°であり、
前記第二のプリズム及び前記第三のプリズムの楔角が６５．６°であることを特徴とする請求項６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、複数のプリズムから構成される全反射型偏光子に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、光学機器に用いられる偏光プリズムとして、グランテーラプリズム等の偏光子が知られている（例えば特許文献１）。
特許文献１は、偏光露光装置が備える照明光学系であって、照明光学系に、グランテーラプリズムを含むものである。
特許文献１の偏光露光装置のグランテーラプリズムによれば、プリズムでＰ偏光された光は、露光しようとする面に伝達されず、分離され、Ｓ偏光された光のみが露光しようとする面に伝達され、露光用パターンを備えたマスクを照明する。

【0003】

特許文献１のようなグランテーラプリズムは、２つの複屈折結晶プリズムを組合わせ、一方の直線偏光成分を全反射により除去する全反射型偏光子の一つであり、複屈折性により異なる２つの屈折率を持つ一軸性結晶（単軸結晶）を使用して製作される。
一軸性結晶は、異なる２つの臨界角を持つ。臨界角とは、全反射が始まる角度である。
グランテーラプリズムが持つ異なる２つの屈折率を、プリズム材の常光屈折率ｎｏ，プリズム材の異常光屈折率ｎｅとし、空気の屈折率をｎａとした場合、グランテーラプリズムが持つ異なる２つの臨界角θｃＴ，θｃＲは、次のようになる。

【0004】

２つの屈折率が常光屈折率ｎｏ＜異常光屈折率ｎｅの場合は、
第一の臨界角：θｃＴ＝ｓｉｎ^−１（ｎａ／ｎｏ）・・・・・式１
第二の臨界角：θｃＲ＝ｓｉｎ^−１（ｎａ／ｎｅ）・・・・・式２
また、２つの屈折率が常光屈折率ｎｏ＞異常光屈折率ｎｅの場合は、
第一の臨界角：θｃＴ＝ｓｉｎ^−１（ｎａ／ｎｅ）・・・・・式３
第二の臨界角：θｃＲ＝ｓｉｎ^−１（ｎａ／ｎｏ）・・・・・式４

【0005】

また、一軸性結晶の屈折率は、結晶毎にｎｏ＜ｎｅの場合とｎｏ＞ｎｅの場合があるため、第一の臨界角θｃＴと第二の臨界角θｃＲの関係が、θｃＴ＞θｃＲとなるように、式１と式２や式３と式４の組合せが選択される。
一軸性結晶プリズムからなる第一プリズム１１０，第二プリズム１２０がエアギャップ層Ｇを介して相互に対向するように配置されたグランテーラプリズムＰ_０において、第一の臨界角θｃＴと第二の臨界角θｃＲとの関係を図２７に示す。
エアギャップ層Ｇへの入射角θＧが許容される幅、つまり、エアギャップ層Ｇへの入射角許容幅は、図２７に示すように、θｃＴ−θｃＲとなる。
従って、特許文献１のようなグランテーラプリズムでは、入射角許容幅θｃＴ−θｃＲの範囲内で２つの偏光成分が入射すれば一方が透過し、他方が全反射して、全反射型偏光子として機能する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００６−２５１０３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

従来のグランテーラプリズムでは、入射角許容幅は、プリズム材として方解石を用いた場合で、±４．３°、α−ＢＢＯ（バリウムホウ酸塩）を用いた場合で、±３．３°、ＬＢ４（四ホウ酸リチウム，Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７）を用いた場合で、±１．４°である。全反射型偏光子としての実用性のためには、±１°が必要であり、これらの一般的な材料を用いた場合には、何とか、実用的な入射角許容幅が得られている。
一方、近年、露光装置や偏光評価装置は、製作や評価の精度を高めるため、波長１０〜２００ｎｍのＶＵＶ（真空紫外）領域の光の使用が要求されるなど、短波長化の傾向にある。

【0008】

しかし、特許文献１のような従来のグランテーラプリズムに例えば波長１６０ｎｍ以下の光を入射させた場合、得られる入射角許容幅は、±１°未満であり、実用的な入射角許容幅が得られない。
全反射型偏光子としては、そのほかにも、ブリュースター型グランテーラプリズムや、グラントムソンプリズム，ＤＵＶ用のグラントムソンプリズムがある。
ブリュースター型グランテーラプリズムは、第一プリズムの入射面をブリュースター角にしているため、入射光線が第一プリズムに大きく斜めに入射されて二つの光線に分離されて第一プリズムを進み、光線が分離して第二プリズムとの間のエアギャップ層に入射される。従って、ブリュースター型グランテーラプリズムの入射角許容幅は、グランテーラプリズムより大きくなる。
しかし、分離角を、ブリュースター角で入射させるという制約から、材料の屈折率に応じた素子構造になる。また分離角は、材料の持つ複屈折量によりある決まった値となる。
ＶＵＶ領域の光を透過するＭｇＦ_２などの一軸性結晶は、複屈折量が小さいため、ブリュースター型グランテーラプリズムにおいても、入射角許容幅は、±１°未満であり、実用的な入射角許容幅が得られない。

【0009】

更に、ブリュースター型偏光子は、構造上光線が並進ずれを起こすため、素子を回転して使用する場合は、検出光が回転し安定的な検出が困難になる。集光光線が入射される場合、構造上、消光比の劣化が発生し易い。

【0010】

また、グラントムソンプリズム，ＤＵＶ用のグラントムソンプリズムは、ＶＵＶを透過する実用的な材料が無いため、使用する事ができない。
以上のように、全反射型偏光子において、ＶＵＶ領域で実用的に使用できるものは知られていない。
ＶＵＶ領域で実用的な偏光子としては、ローションプリズム，ウォーラストンプリズムのような偏光分離型偏光子があるが、偏光分離型偏光子は、分離した２つの偏光成分が共に透過する。従って、一方の偏光を全反射により除去し、もう一方の偏光のみ透過させる全反射型偏光子の代替として用いる場合、不要な偏光の処理を行うためには、光学系を長くする必要があるという課題があり、偏光子が適用される光学機器全体が大型化する。

【0011】

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、入射角許容幅が改善された全反射型偏光子を提供することにある。
本発明の他の目的は、波長２００ｎｍ以下のＶＵＶ領域においても実用的な入射角許容幅を有し、ＶＵＶ領域で用いることができる全反射型偏光子を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、並進ずれが無く、集光光線が入射された場合でも消光比劣化が小さい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】

【0012】

前記課題は、請求項１の全反射型偏光子によれば、入射光線の光軸に沿って複数のプリズムが配置され、入射光線の二つの偏光成分の一方のみを全反射により除去する全反射型偏光子であって、入射側の第一のプリズムと、該第一のプリズムの出射面に対向して入射面が配置された第二のプリズムと、該第二のプリズムの出射面に対向して入射面が配置された第三のプリズムとが、前記入射光線の光軸に沿って前記入射側から順次配列されており、前記第一のプリズムと、前記第二のプリズムのうち前記入射面を含む少なくとも一部と、からなり、前記第一のプリズムの前記出射面において、前記入射光線を複数の前記偏光成分に分離する分離部と、前記第二のプリズムのうち前記分離部よりも入射方向下流側の部分と、前記第三のプリズムのうち入射面を含む少なくとも一部と、からなり、前記第二のプリズムの前記出射面において、前記二つの偏光成分のうち一方のみを、全反射により除去する全反射部と、を備え、前記第一のプリズムの光学軸は、前記入射光線の光軸と直交し、且つ前記第二のプリズムの光学軸と直交しており、前記第二のプリズムの光学軸は、前記入射光線の光軸と直交し、且つ前記第三のプリズムの光学軸と平行であること、により解決される。

【0013】

このように、全反射型偏光子において、全反射部の入射側に分離部を備え、前記第一のプリズムの光学軸は、前記入射光線の光軸と直交し、且つ前記第二のプリズムの光学軸と直交しており、前記第二のプリズムの光学軸は、前記入射光線の光軸と直交し、且つ前記第三のプリズムの光学軸と平行であるため、入射光線の複数の偏光成分を分離させてから、一部の偏光成分のみを全反射により除去することができ、分離角に応じて、入射光線の入射角許容幅を拡張できる。
入射角許容幅が大きくなることで、グランテーラプリズムやグラントムソンプリズムに代表される従来の全反射型偏光子において、実用的な入射角許容幅が得られないために使用されてこなかった、複屈折量が小さい材料を用いて、実用的な入射角許容幅を備えた全反射型偏光子を実現可能となる。
材料の選択幅が広がる事で、波長２００ｎｍ以下のＶＵＶ領域や中赤外領域など、従来、全反射型偏光子の実現が困難であった波長帯域において、全反射型偏光子を実現することが可能となる。

【0014】

このとき、前記第二のプリズムの前記出射面と、前記第三のプリズムの前記入射面との間には、エアギャップが形成されていてもよい。
このように構成すると、全反射部で除去されずに透過した偏光成分の並進ずれをなくすように調整することができ、並進ずれのない全反射型偏光子を実現可能となる。
また、通常の接着剤は、ＶＵＶ領域や中赤外領域の光を透過しないが、このように、第二のプリズムの出射面と、第三のプリズムの入射面との間が、エアギャップとなっていると、ＶＵＶ領域や中赤外領域において利用可能な全反射型偏光子とすることができる。

【0015】

このとき、前記第三のプリズムのうち前記入射面を含む少なくとも一部は、前記第三のプリズムの全体であって、前記第三のプリズムの出射面は、前記第一のプリズムの前記入射面と平行であってもよい。
このように構成すると、全反射型偏光子の口径長さ比を小さくすることが可能となると共に、全反射型偏光子全体の大きさを小さくすることができ、安価に製作できる。

【0016】

このとき、前記第三のプリズムのうち前記入射面を含む少なくとも一部は、前記第三のプリズムの全体であって、前記第三のプリズムの出射面は、前記第一のプリズムの前記入射面に対して、前記第三のプリズムの前記入射面が傾斜する方向と同じ方向に傾斜していてもよい。
このように、前記第三のプリズムの出射面は、前記第一のプリズムの前記入射面に対して、前記第三のプリズムの前記入射面が傾斜する方向と同じ方向に傾斜しているため、全反射偏光子からの出射光線の偏角が生じることを抑制できる。
偏光子の口径長さ比を小さくすることが可能となると共に、偏光子全体の大きさを小さくすることができ、安価に製作できる。

【0017】

このとき、前記第二のプリズムは、前記分離部に含まれる入射側第二プリズムと、前記全反射部に含まれる出射側第二プリズムと、の二つの別体からなるプリズムから構成されており、前記入射側第二プリズムの出射面と、前記出射側第二プリズムの入射面とは、エアギャップを介して配置されており、前記第一のプリズムの前記入射面と平行であってもよい。
このように構成すると、個々のプリズムの素材が小さくてもよく、小さい素材を用いて全反射型偏光子を製作できる。

【0018】

このとき、前記第三のプリズムのうち前記入射面を含む少なくとも一部は、前記第三のプリズムの一部分であって、前記第三のプリズムの出射面に対向して入射面が配置された第四のプリズムを更に備え、前記第三のプリズムのうち前記全反射部よりも前記入射方向下流側の部分と、前記第四のプリズムと、からなり、前記二つの偏光成分のうち他方により構成される出射光線を、前記入射光線に対して平行にする平行化部を、備え、前記第三のプリズムの光学軸は、前記入射光線の光軸と直交し、且つ前記第四のプリズムの光学軸と直交していてもよい。
このように、平行化部を備えているため、出射光線を入射光線に対して平行にして、入射光線と出射光線の偏角ずれを波長によらず防止することができる。偏角ずれが防止されるため、全反射型偏光子を回転して使用する際にも、光線が回ることなく、安定的な光の検出が容易になる。更に、光入射側と光出射側が反対になっても機能できる双方向性を有する全反射型偏光子を実現可能となる。

【0019】

このとき、前記第一のプリズムの前記出射面，前記第二のプリズムの前記入射面，前記第三のプリズムの前記出射面及び前記第四のプリズムの前記入射面は、相互に平行であってもよい。
このように構成すると、入射光線と出射光線とを、平行にすることが可能となる。
また、前記第三のプリズムは、前記全反射部に含まれる入射側第三プリズムと、前記平行化部に含まれる出射側第三プリズムと、の二つのプリズムから構成されており、前記入射側第三プリズムの出射面と、前記出射側第三プリズムの入射面とは、エアギャップを介して配置されており、前記第一のプリズムの前記入射面と平行であってもよい。
このように構成すると、個々のプリズムの素材が小さくてもよく、小さい素材を用いて全反射型偏光子を製作できる。

【0020】

このとき、前記第一のプリズムと前記第四のプリズムは、同一形状の断面直角三角形の三角柱からなり、前記第二のプリズムと前記第三のプリズムは、同一形状の三角柱からなり、前記全反射型偏光子が、直方体であってもよい。
このように構成すると、入射角許容幅及び使用可能な波長帯域が拡張され、並進ずれのない全反射型偏光子を実現可能となる。また、前記第一のプリズムと前記第四のプリズムは、同一形状の断面直角三角形の三角柱からなり、前記第二のプリズムと前記第三のプリズムは、同一形状の三角柱からなるため、全反射型偏光子を構成する部品の種類が限定され、全反射型偏光子の取り扱いが簡易になる。

【0021】

このとき、前記入射光線が、波長２００ｎｍ以下の光であるときに、前記入射光線の入射角許容幅が、±１°以上であってもよい。
このように構成すると、グランテーラプリズム等の従来の偏光子では、入射角許容幅が狭いために全反射型偏光子の材料として使用できなかった材料が使用可能となり、その結果、使用できる波長帯域の拡張が可能となる。

【0022】

このとき、前記プリズムが、ＭｇＦ_２又はＬＢ４（Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７）からなる一軸性結晶材料から形成されていていてもよい。
このように構成すると、従来は入射角許容幅が狭いために全反射型偏光子の材料として使用できなかったＭｇＦ_２又はＬＢ４（Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７）からなる一軸性結晶材料を、全反射型偏光子の材料として用いることが可能となり、これらの材料が透過するＶＵＶ領域や中赤外領域など、従来は実現できなかった波長帯域で使用可能な全反射型偏光子を実現できる。
このとき、前記プリズムが、ＬＢ４（Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７）からなる一軸性結晶材料から形成され、前記入射光線が、波長１９３ｎｍの光であるときに、前記入射光線の入射角許容幅が、±３．９°であり、前記第一のプリズム及び前記第四のプリズムの楔角が３０°であり、前記第二のプリズム及び前記第三のプリズムの楔角が６５．６°であるとよい。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、全反射型偏光子において、全反射部の入射側に分離部を備えているため、入射光線の複数の偏光成分を分離させてから、一部の偏光成分を全反射により除去することができ、分離角に応じて、入射光線の入射角許容幅を拡張できる。
入射角許容幅が大きくなることで、グランテーラプリズムやグラントムソンプリズムに代表される従来の全反射型偏光子において、実用的な入射角許容幅が得られないために使用されてこなかった、複屈折量が小さい材料を用いて、実用的な入射角許容幅を備えた全反射型偏光子を実現可能となる。
材料の選択幅が広がる事で、波長２００ｎｍ以下のＶＵＶ領域や中赤外領域など、従来、全反射型偏光子の実現が困難であった波長帯域において、全反射型偏光子を実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の実施の形態１に係る全反射型偏光子Ｐ１の構造を示す説明図である。

【図2】本発明の実施の形態１に係る全反射型偏光子Ｐ１における入射角許容幅の拡幅を説明する説明図である。

【図3】本発明の実施の形態１に係る全反射型偏光子Ｐ１における入射角許容幅の拡幅を説明する説明図である。

【図4】本発明の実施の形態１に係る全反射型偏光子Ｐ１の使用可能な波長範囲を、従来のグランテーラプリズムの使用可能な波長範囲と比較した説明図である。

【図5】本発明の実施の形態２に係る全反射型偏光子Ｐ２の構造を示す説明図である。

【図6】本発明の実施の形態３に係る全反射型偏光子Ｐ３の構造を示す説明図である。

【図7】本発明の実施の形態４に係る全反射型偏光子Ｐ４の構造を示す説明図である。

【図8】本発明の実施の形態５に係る全反射型偏光子Ｐ５の構造を示す説明図である。

【図9】本発明の実施の形態６に係る全反射型偏光子Ｐ６の構造を示す説明図である。

【図10】本発明の実施の形態７に係る全反射型偏光子Ｐ７の構造を示す説明図である。

【図11】本発明の実施の形態８に係る全反射型偏光子Ｐ８の構造を示す説明図である。

【図12】本発明の実施の形態９に係る全反射型偏光子Ｐ９の構造を示す説明図である。

【図13】本発明の実施の形態１０に係る全反射型偏光子Ｐ１０の構造を示す説明図である。

【図14】本発明の実施の形態１１に係る全反射型偏光子Ｐ１１の構造を示す説明図である。

【図15】本発明の実施の形態１２に係る全反射型偏光子Ｐ１２の構造を示す説明図である。

【図16】本発明の実施例１に係る全反射型偏光子の構造及び寸法を示す説明図である。

【図17】本発明の実施例２に係る全反射型偏光子の構造及び寸法を示す説明図である。

【図18】対比例１に係る全反射型偏光子の構造及び寸法を示す説明図である。

【図19】実施例１，２と対比例１の入射角許容幅及び使用可能な波長帯域を示すグラフである。

【図20】具体的実施例３〜８に共通な構造を示す説明図である。

【図21】具体的実施例３の入射角許容幅と使用可能な波長範囲を示すグラフである。

【図22】具体的実施例４の入射角許容幅と使用可能な波長範囲を示すグラフである。

【図23】具体的実施例５の入射角許容幅と使用可能な波長範囲を示すグラフである。

【図24】具体的実施例６の入射角許容幅と使用可能な波長範囲を示すグラフである。

【図25】具体的実施例７の入射角許容幅と使用可能な波長範囲を示すグラフである。

【図26】具体的実施例８の入射角許容幅と使用可能な波長範囲を示すグラフである。

【図27】従来のグランテーラプリズムの入射角許容幅を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

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〜図２６を参照しながら説明する。
本明細書では、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チ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、エアギャップを介して対向する場合と、直接接合されているオプチ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。

【0026】

（実施の形態１ 全反射型偏光子Ｐ１：Ｗｃ−Ｇ−Ｗｃ一体型）
本実施形態に係る全反射型偏光子Ｐ１は、半導体基板の回路パターン製作を行う露光装置や評価を行う評価装置に好適に用いられる。
本実施形態の全反射型偏光子Ｐ１は、図１に示すように、入射光の光軸Ｘに沿って、第一のプリズム１０と、第二のプリズム２０と、第三のプリズム３０と、第四のプリズム４０と、が、順に配列されて構成されている。第一のプリズム１０と第二のプリズム２０とは、コンタクトＣ１において接合され、第二のプリズム２０と第三のプリズム３０とは、エアギャップ層Ｇ２を介して対向するように構成され、第三のプリズム３０と第四のプリズム４０とは、コンタクトＣ２において接合されている。

【0027】

エアギャップ層Ｇ２の幅を調節することで、入射光と出射光の並進位置を一致させることができる。エアギャップ層Ｇ２を適切な間隔にすることで、入射光が分離した分離光ａ，ｂのうち全反射型偏光子Ｐ１を透過し出射光として出射される分離光ａの並進ずれを防止でき、並進ずれのない全反射型偏光子Ｐ１を製作可能となる。

【0028】

図１に示すように、第一のプリズム１０及び第四のプリズム４０とは、断面直角三角形の三角柱状の同一形状からなり、第二のプリズム２０と第三のプリズム３０とは、三角柱状の同一形状からなる。
また、第一のプリズム１０の出射面１２，第二のプリズム２０の入射面２１，第三のプリズム３０の出射面３２及び第四のプリズム４０の入射面４１は、相互に平行に配置されている。このため、全反射型偏光子Ｐ１の入射光と出射光とを、平行にすることができる。
第一のプリズム１０の出射面１２の出射側端部を通り、入射光の光軸Ｘに垂直でかつ第一のプリズム１０の入射面１１に平行な仮想平面を面Ｐａとしたとき、全反射型偏光子Ｐ１のうち、第一のプリズム１０の入射面１１と面Ｐａとに囲まれた領域は、第一のプリズム１０と、第二のプリズム２０の入射側部分２０ｆとを備えており、一対のプリズムがコンタクトにより接合されたウォーラストンプリズムの構造を備えた分離部としてのウォーラストン（コンタクト）部Ｗｃ１となっている。

【0029】

第四のプリズム４０の入射面４１の入射側端部を通り入射光の光軸Ｘに垂直でかつ第一のプリズム１０の入射面１１に平行な仮想平面を面Ｐｂとしたとき、全反射型偏光子Ｐ１のうち、面Ｐａと面Ｐｂとに囲まれた領域は、第二のプリズム２０の出射側部分２０ｂと第三のプリズム３０の入射側部分３０ｆとを備えており、一対のプリズムがエアギャップにより構成されたグランテーラプリズムの構造を備えた全反射部としてのグランテーラ部ＧＴとなっている。
また、全反射型偏光子Ｐ１のうち、面Ｐｂと第四のプリズム４０の出射面４２とに囲まれた領域は、第三のプリズム３０の出射側部分３０ｂと第四のプリズム４０とを備えており、一対のプリズムがコンタクトにより接合されたウォーラストンプリズムの構造を備えた平行化部としてのウォーラストン（コンタクト）部Ｗｃ２となっている。

【0030】

本実施形態の第一のプリズム１０，第二のプリズム２０，第三のプリズム３０，第四のプリズム４０は、ＭｇＦ_２（フッ化マグネシウム）の一軸性結晶からなるが、これに限定されるものではなく、ＹＬＦ（イットリウムリチウムフルオライド；ＬｉＹＦ_４），水晶，ＬＢ４（四ホウ酸リチウム；Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７），α−ＢＢＯ（バリウムホウ酸塩），方解石等の一軸性結晶から構成してもよい。
また、本実施形態では、第一のプリズム１０，第二のプリズム２０，第三のプリズム３０，第四のプリズム４０を、同じ材料から構成しているが、第一のプリズム１０と第四のプリズム４０とを同じ材料から構成し、第二のプリズム２０と第三のプリズム３０とを、同じ材料から構成し、第一のプリズム１０と第四のプリズム４０の組合せと、第二のプリズム２０と第三のプリズム３０の組合せとを、異なる材料としてもよい。

【0031】

第一のプリズム１０，第二のプリズム２０，第三のプリズム３０，第四のプリズム４０のそれぞれの光学軸Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４は、一軸性材料の持つ二つの屈折率の関係に応じ、ウォーラストン（コンタクト）部Ｗｃ１において所望の光線分離角が得られるように、入射光線の光軸Ｘに対して垂直な方向（矢印方向）又はこの矢印方向に対して垂直な方向（二重丸）とする。

【0032】

本実施形態の全反射型偏光子Ｐ１に、第一のプリズム１０の入射面１１から光が入射すると、入射光線は、ウォーラストン（コンタクト）部Ｗｃ１で分離光ａ，ｂに分離し、第一のプリズム１０から、常光と異常光である二つの分離光ａ，ｂが出射する。
一方の分離光ｂは、グランテーラ部ＧＴにおいて、エアギャップ層Ｇ２で全反射して、全反射型偏光子Ｐ１から除去され、もう一方の分離光ａは、エアギャップ層Ｇ２を透過して、第三のプリズム３０，第四のプリズム４０を通過して、第四のプリズム４０の出射面４２から出射される。
このとき、出射側のウォーラストン（コンタクト）部Ｗｃ２は、分離光ａを入射光に対して平行にさせる役割を持つ。

【0033】

図２，図３に基づき、本実施形態の全反射型偏光子Ｐ１により入射角許容幅が拡幅される機構について説明する。
図２は、図１の第二のプリズム２０を透過する分離光ａ，ｂの拡大図である。
ウォーラストン（コンタクト）部Ｗｃ１における分離光ａ，ｂの分離角θｔ，θｒは、第一のプリズム１０の入射面１１に垂直に入射する光線の出射面１２への入射角α０に依存する。従って、分離角θｔ，θｒは、楔角度α１を大きくすることで、大きくなる。そして、分離角θｔ，θｒに応じて入射角許容幅も大きくなる。

【0034】

本実施形態では、第一のプリズム１０と第二のプリズム２０とが、コンタクトＣ１で接合されているため、第一のプリズム１０と第二のプリズム２０との間にエアギャップ層が形成されている場合よりも、入射角許容幅の最大値が大きくなる。
エアギャップ層は、プリズム材料に比べて屈折率の小さい空気からなるため、コンタクトや接着の場合に比べて臨界角が小さくなる。そのため、入射角α０は臨界角で制限されて、コンタクトや接着に比べて最大光線分離角が小さくなり、これに依存して入射角許容幅の最大値も小さくなるためである。

【0035】

図２に示すように、入射光線は、各分離光ａ，ｂ毎に、分離角θｔ，θｒだけ分離する。透過する分離光ａと全反射する分離光ｂとは、異なる角度の入射角θＴ´＝θＧ−θｔ，θＲ´＝θＧ＋θｒでエアギャップ層Ｇ２に入射される。
分離光ａ，ｂのエアギャップ層Ｇ２への入射角θＴ´，θＲ´は、図２７に示す従来のグランテーラプリズムにおけるエアギャップ層Ｇへの入射角θＧに、それぞれ、分離角θｔ，θｒを足した値となっている。

【0036】

分離光ａ，ｂのエアギャップ層Ｇ２への入射角θＴ´，θＲ´は、式５の関係になるように設定される。
θＴ´＜θＲ’・・・・・式５
θＴ´：透過する分離光ａの入射角
θＲ´：全反射する分離光ｂの入射角
すると、図３に示すように、分離光ａ，ｂの入射角θＴ´，θＲ´に対する臨界角の幅が、それぞれ、図２７に示す従来のグランテーラプリズムの場合よりも、第二のプリズム２０に入射するときに分離した分離角θｔ，θｒ分だけ、大きくなる。

【0037】

図３は、縦軸が角度を示し、図の中央の実線が、図２７に示す従来のグランテーラプリズムのエアギャップ層Ｇへの入射角θＧを示している。
図２７に示す従来のグランテーラプリズムでは、入射角θＧの入射角許容幅は、従来のグランテーラプリズムの一対の臨界角θｃＴ，θｃＲより、θｃＴ−θｃＲとなる。
それに対し、図２に基づき説明した通り、本実施形態の全反射型偏光子Ｐ１では、分離角θｔ，θｒにより、一対の臨界角間の幅が大きくなる効果が得られる。

【0038】

そこで、従来のグランテーラプリズムの一対の臨界角θｃＴ，θｃＲに、それぞれの分離角θｔ，θｒによる拡幅分を足したものを、視野角θｃＴ´，θｃＲ´と定義すると、一対の視野角は、それぞれ、
θｃＴ´＝θｃＴ＋θｔ
θｃＲ´＝θｃＲ−θｒ
となり、本実施形態の全反射型偏光子Ｐ１の入射角許容幅は、
θｃＴ´−θｃＲ´＝θｃＴ＋θｔ−（θｃＲ−θｒ）
となって、図２７に示す従来のグランテーラプリズムの入射角許容幅よりも、θｔ＋θｒ大きくなる。
このように、本実施形態の全反射型偏光子Ｐ１では、図２７に示す従来のグランテーラプリズムに比べて、入射角許容幅を大きくすることができる。入射角許容幅が大きくなった結果、使用波長範囲も、広くすることができる。

【0039】

図４は、本実施形態の全反射型偏光子Ｐ１の使用可能な波長範囲を、従来のグランテーラプリズムの使用可能な波長範囲と比較した説明図である。
一般的に、光学材料の屈折率は、波長に依存する。また二つの異なる臨界角θｃＴ，θｃＲを持つプリズムにおいて、臨界角θｃＴ，θｃＲは、上述の式１〜式４のように、屈折率の値により異なる。

【0040】

従って、２つの異なる臨界角θｃＴ，θｃＲも、波長に依存する。２つの異なる臨界角θｃＴ，θｃＲが、波長に依存するため、偏光子には、ある一定角度で光を入射した場合、偏光子として機能できる波長範囲が存在する。
本実施形態の全反射型偏光子Ｐ１では、図３に示すように、二つの臨界角の間の幅が、従来のグランテーラプリズムよりも拡幅されるため、結果として、図４のように、縦軸に角度、横軸に波長を取ったグラフにおいて、偏光子として機能できる波長範囲も、従来のグランテーラプリズムよりも、拡幅されることとなる。
また、空気層と結晶の境界面の面数が４面と少なく、透過性も高い。
更に、光出射側にウォーラストン（コンタクト）部Ｗｃ２を備えているため、入射光と出射光の偏角ずれと並進ずれも波長によらず防止され、光入射側と光出射側が反対になっても機能できる双方向性を有する。並進ずれと偏角ずれがないため、全反射型偏光子Ｐ1を回転して使用する際にも、光線が回ることなく、安定的な光の検出が容易になる。

【0041】

（実施の形態２ 全反射型偏光子Ｐ２：Ｗａ−Ｇ−Ｗａ一体型）
本発明の他の実施形態に係る全反射型偏光子Ｐ２を、図５に示す。
図５の全反射型偏光子Ｐ２は、各プリズムの間に、エアギャップ層Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３が設けられている。全反射型偏光子Ｐ２は、第一のプリズム１０と第二のプリズム２０，及び第三のプリズム３０と第四のプリズム４０とが、エアギャップ層Ｇ１，Ｇ３を介して対向している点で、全反射型偏光子Ｐ１と異なっていることを除いては、全反射型偏光子Ｐ１と同様の構成からなる。
第一のプリズム１０の入射面１１と面Ｐａとに囲まれた領域は、一対のプリズムがエアギャップ層を介して配置されたウォーラストンプリズムの構造を備えたウォーラストン（エアギャップ）部Ｗａ１となっている。

【0042】

また、面Ｐａと面Ｐｂとに囲まれた領域は、全反射型偏光子Ｐ１と同様に、グランテーラプリズムの構造を備えたグランテーラ部ＧＴとなっている。
面Ｐｂと第四のプリズム４０の出射面４２とに囲まれた領域は、第三のプリズム３０の出射側部分と第四のプリズム４０とを備えており、一対のプリズムがエアギャップを介して配置されたウォーラストンプリズムの構造を備えたウォーラストン（エアギャップ）部Ｗａ２となっている。
本実施形態の全反射型偏光子Ｐ２は、プリズム間に、コンタクトによる接合部を有しないため、高強度な光線に対する耐性が高められ、光に対する高耐力化が図られる。
また、光出射側に、ウォーラストン（エアギャップ）部Ｗａ２を備えているため、入射光と出射光の並進ずれと偏角ずれも防止され、光入射側と光出射側が反対になっても機能できる双方向性を有する。並進ずれと偏角ずれがないため、全反射型偏光子Ｐ２を回転して使用する際にも、光線が回ることなく、安定的な光の検出が容易になる。

【0043】

（実施の形態３ 全反射型偏光子Ｐ３：Ｗｃ−Ｇ一体型）
本発明の更に他の実施形態に係る全反射型偏光子Ｐ３を、図６に示す。
本実施形態の全反射型偏光子Ｐ３は、実施の形態１の全反射型偏光子Ｐ１の光出射側のウォーラストン（コンタクト）部Ｗｃ２を備えないことを除いては、図１の全反射型偏光子Ｐ１と同様の構成からなる。
つまり、図１の第三のプリズム３０，第四のプリズム４０の代わりに、第三のプリズム３０の面Ｐｂよりも入射側の部分に対応する第三のプリズム３０ｆ´が配置されている。
このように、光出射側のウォーラストン（コンタクト）部Ｗｃ２を備えないことにより、偏光子の口径長さ比を小さくすることが可能となると共に、偏光子全体の大きさを小さくすることができ、安価に製作できる。
また、光入射側にウォーラストン（コンタクト）部Ｗｃ１を備えているため、実施の形態１の全反射型偏光子Ｐ１と同様、入射角許容幅の拡張性が高く、使用可能な波長帯域の拡張性も高い。
また、空気層と結晶の境界面の面数が４面と少なく、透過性も高い。

【0044】

（実施の形態４ 全反射型偏光子Ｐ４：Ｗａ−Ｇ一体型）
本発明の更に他の実施形態に係る全反射型偏光子Ｐ４を、図７に示す。
本実施形態の全反射型偏光子Ｐ４は、各プリズムの間に、エアギャップ層Ｇ１，Ｇ２が設けられている点で、実施の形態３の全反射型偏光子Ｐ３と異なっていることを除いては、図６の全反射型偏光子Ｐ３と同様の構成からなる。このように、プリズムの間にコンタクトを有していないため、光に対する高耐力化が図られる。
また、光出射側のウォーラストン（エアギャップ）部Ｗａ２を備えていないことにより、偏光子の口径長さ比を小さくすることが可能となると共に、偏光子全体の大きさを小さくすることができ、安価に製作できる。

【0045】

（実施の形態５ 全反射型偏光子Ｐ５：Ｗｃ−Ｇｏ一体型）
本発明の更に他の実施形態に係る全反射型偏光子Ｐ５を、図８に示す。
本実施形態の全反射型偏光子Ｐ５は、第三のプリズム３０ｆ´の出射面３２ｏが、第一のプリズム１０の入射面１１に対して傾斜していることを除いては、図６の全反射型偏光子Ｐ３と同様の構成からなる。
第三のプリズム３０ｆ´の出射面３２ｏは、第一のプリズム１０の入射面１１に平行な面よりも、第三のプリズム３０ｆ´の入射面３１が傾斜する側と同じ側に傾斜している。このため、全反射偏光子からの出射光線の偏角が生じることを抑制できる。
つまり、第三のプリズム３０ｆ´を構成する３つの長方形の側面のうち、入射光の光軸Ｘに平行な面を底面３３としたとき、第三のプリズム３０ｆ´は、入射面３１と出射面３２ｏとの間の角度と、入射面３１と底面３３との間の角度が鋭角で、出射面３２ｏと底面３３との間の角度が鈍角に形成されている。
面Ｐａと第三のプリズム３０ｆ´の出射面３２ｏとに囲まれた領域は、一対のプリズムがエアギャップにより構成されたグランテーラプリズムの構造を備えたグランテーラ（出射面斜面タイプ）部Ｇｏとなっている。

【0046】

このように、光出射側のウォーラストン（コンタクト）部Ｗｃ２を備えないことにより、偏光子の口径長さ比を小さくすることが可能となると共に、偏光子全体の大きさを小さくすることができ、安価に製作できる。
また、光入射側にウォーラストン（コンタクト）部Ｗｃ１を備えているため、入射角許容幅の拡張性が高く、使用可能な波長帯域の拡張性も高い。
また、空気層と結晶の境界面の面数が４面と少なく、透過性も高い。

【0047】

（実施の形態６ 全反射型偏光子Ｐ６：Ｗａ−Ｇｏ一体型）
本発明の更に他の実施形態に係る全反射型偏光子Ｐ６を、図９に示す。
本実施形態の全反射型偏光子Ｐ６は、各プリズムの間に、エアギャップ層Ｇ１，Ｇ２が設けられている点で、実施の形態５の全反射型偏光子Ｐ５と異なっていることを除いては、図８の全反射型偏光子Ｐ５と同様の構成からなる。このようにプリズムの間にコンタクトを有していないため、光に対する高耐力化が図られる。
また、全反射型偏光子Ｐ５と同様に、光出射側のウォーラストン（エアギャップ）部Ｗａ２を備えないことにより、偏光子の口径長さ比を小さくすることが可能となると共に、偏光子全体の大きさを小さくすることができ、安価に製作できる。
実施の形態５と同様に、第三のプリズム３０ｆ´の出射面３２ｏは、第一のプリズム１０の入射面１１に平行な面よりも、第三のプリズム３０ｆ´の入射面３１が傾斜する側と同じ側に傾斜している。このため、全反射偏光子からの出射光線の偏角が生じることを抑制できる。

【0048】

（実施の形態７ 全反射型偏光子Ｐ７：Ｗｃ−Ｇ−Ｗｃ分離型）
本発明の更に他の実施形態に係る全反射型偏光子Ｐ７を、図１０に示す。
図１０の全反射型偏光子Ｐ７は、ウォーラストン（コンタクト）部Ｗｃ１とグランテーラ部ＧＴとの間、及び、グランテーラ部ＧＴとウォーラストン（コンタクト）部Ｗｃ２との間に、エアギャップ層Ｇ４，Ｇ５が設けられている点で、実施の形態１の全反射型偏光子Ｐ１と異なっていることを除いては、図１の全反射型偏光子Ｐ１と同様の構成からなる。
つまり、本実施形態の全反射型偏光子Ｐ７は、全反射型偏光子Ｐ１における面Ｐａ，Ｐｂの位置で、全反射型偏光子Ｐ１の第二のプリズム２０及び第三のプリズム３０が、それぞれ、第二前方プリズム２０Ｆと第二後方プリズム２０Ｂとに、また、第三前方プリズム３０Ｆと第三後方プリズム３０Ｂとに分割され、分割位置に、エアギャップ層Ｇ４，Ｇ５が設けられている。

【0049】

このように、光入射側にウォーラストン（コンタクト）部Ｗｃ１を備えているため、入射角許容幅の拡張性が高く、使用可能な波長帯域の拡張性も高い。
更に、光出射側にウォーラストン（コンタクト）部Ｗｃ２を備えているため、入射光と出射光の偏角ずれと並進ずれも防止され、光入射側と光出射側が反対になっても機能できる双方向性を有する。偏角ずれと並進ずれがないため、全反射型偏光子Ｐ７を回転して使用する際にも、光線が回ることなく、安定的な光の検出が容易になる。
また、第二のプリズム２０が第二前方プリズム２０Ｆと第二後方プリズム２０Ｂとに、また、第三のプリズム３０が第三前方プリズム３０Ｆと第三後方プリズム３０Ｂとに分割されているため、個々のプリズムの素材が小さくてもよい。

【0050】

（実施の形態８ 全反射型偏光子Ｐ８：Ｗａ−Ｇ−Ｗａ分離型）
本発明の更に他の実施形態に係る全反射型偏光子Ｐ８を、図１１に示す。
図１１の全反射型偏光子Ｐ８は、ウォーラストン（エアギャップ）部Ｗａ１とグランテーラ部ＧＴとの間、及び、グランテーラ部ＧＴとウォーラストン（エアギャップ）部Ｗａ２との間に、エアギャップ層Ｇ４，Ｇ５が設けられている点で、実施の形態２の全反射型偏光子Ｐ２と異なっていることを除いては、図５の全反射型偏光子Ｐ２と同様の構成からなる。
つまり、本実施形態の全反射型偏光子Ｐ８は、全反射型偏光子Ｐ２における面Ｐａ，Ｐｂの位置で、全反射型偏光子Ｐ２の第二のプリズム２０及び第三のプリズム３０が、それぞれ、第二前方プリズム２０Ｆと第二後方プリズム２０Ｂとに、また、第三前方プリズム３０Ｆと第三後方プリズム３０Ｂとに分割され、分割位置に、エアギャップ層Ｇ４，Ｇ５が設けられている。

【0051】

このように、プリズムの間にコンタクトを有していないため、光に対する高耐力化が図られる。
更に、光出射側にウォーラストン（エアギャップ）部Ｗａ２を備えているため、入射光と出射光の偏角ずれと並進ずれも防止され、光入射側と光出射側が反対になっても機能できる双方向性を有する。偏角ずれと並進ずれがないため、全反射型偏光子Ｐ８を回転して使用する際にも、光線が回ることなく、安定的な光の検出が容易になる。
また、第二のプリズム２０が第二前方プリズム２０Ｆと第二後方プリズム２０Ｂとに、また、第三のプリズム３０が第三前方プリズム３０Ｆと第三後方プリズム３０Ｂとに分割されているため、個々のプリズムの素材が小さくてもよい。

【0052】

（実施の形態９ 全反射型偏光子Ｐ９：Ｗｃ−Ｇ分離型）
本発明の更に他の実施形態に係る全反射型偏光子Ｐ９を、図１２に示す。
図１２の全反射型偏光子Ｐ９は、ウォーラストン（コンタクト）部Ｗｃ１とグランテーラ部ＧＴとの間に、エアギャップ層Ｇ４が設けられている点で、実施の形態３の全反射型偏光子Ｐ３と異なっていることを除いては、図６の全反射型偏光子Ｐ３と同様の構成からなる。
つまり、本実施形態の全反射型偏光子Ｐ９は、全反射型偏光子Ｐ３における面Ｐａの位置で、全反射型偏光子Ｐ３の第二のプリズム２０が第二前方プリズム２０Ｆと第二後方プリズム２０Ｂとに分割され、分割位置に、エアギャップ層Ｇ４が設けられている。

【0053】

このように、光入射側にウォーラストン（コンタクト）部Ｗｃ１を備えているため、入射角許容幅の拡張性が高く、使用可能な波長帯域の拡張性も高い。
また、光出射側のウォーラストン（コンタクト）部Ｗｃ２を備えないことにより、偏光子の口径長さ比を小さくすることが可能となると共に、偏光子全体の大きさを小さくすることができ、安価に製作できる。
また、第二のプリズム２０が第二前方プリズム２０Ｆと第二後方プリズム２０Ｂとに分割されているため、個々のプリズムの素材が小さくてもよい。

【0054】

（実施の形態１０ 全反射型偏光子Ｐ１０：Ｗａ−Ｇ分離型）
本発明の更に他の実施形態に係る全反射型偏光子Ｐ１０を、図１３に示す。
図１３の全反射型偏光子Ｐ１０は、ウォーラストン（エアギャップ）部Ｗａ１とグランテーラ部ＧＴとの間に、エアギャップ層Ｇ４が設けられている点で、実施の形態４の全反射型偏光子Ｐ４と異なっていることを除いては、図７の全反射型偏光子Ｐ４と同様の構成からなる。
つまり、本実施形態の全反射型偏光子Ｐ１０は、全反射型偏光子Ｐ４における面Ｐａの位置で、全反射型偏光子Ｐ４の第二のプリズム２０が第二前方プリズム２０Ｆと第二後方プリズム２０Ｂとに分割され、分割位置に、エアギャップ層Ｇ４が設けられている。

【0055】

このように、各プリズムの間にコンタクトを有していないため、光に対する高耐力化が図られる。
また、光出射側のウォーラストン（エアギャップ）部Ｗａ２を備えないことにより、偏光子の口径長さ比を小さくすることが可能となると共に、偏光子全体の大きさを小さくすることができ、安価に製作できる。
また、第二のプリズム２０が第二前方プリズム２０Ｆと第二後方プリズム２０Ｂとに分割されているため、個々のプリズムの素材が小さくてもよい。

【0056】

（実施の形態１１ 全反射型偏光子Ｐ１１：Ｗｃ−Ｇｏ分離型）
本発明の更に他の実施形態に係る全反射型偏光子Ｐ１１を、図１４に示す。
図１４の全反射型偏光子Ｐ１１は、ウォーラストン（コンタクト）部Ｗｃ１とグランテーラ（出射面斜面タイプ）部Ｇｏとの間に、エアギャップ層Ｇ４が設けられている点で、実施の形態５の全反射型偏光子Ｐ５と異なっていることを除いては、図８の全反射型偏光子Ｐ５と同様の構成からなる。
つまり、本実施形態の全反射型偏光子Ｐ１１は、全反射型偏光子Ｐ５における面Ｐａの位置で、全反射型偏光子Ｐ５の第二のプリズム２０が第二前方プリズム２０Ｆと第二後方プリズム２０Ｂとに分割され、分割位置に、エアギャップ層Ｇ４が設けられている。

【0057】

このように、光入射側にウォーラストン（コンタクト）部Ｗｃ１を備えているため、入射角許容幅の拡張性が高く、使用可能な波長帯域の拡張性も高い。
また、光出射側のウォーラストン（コンタクト）部Ｗｃ２を備えないことにより、偏光子の口径長さ比を小さくすることが可能となると共に、偏光子全体の大きさを小さくすることができ、安価に製作できる。
また、第二のプリズム２０が第二前方プリズム２０Ｆと第二後方プリズム２０Ｂとに分割されているため、個々のプリズムの素材が小さくてもよい。
第三のプリズム３０ｆ´の出射面３２ｏは、第一のプリズム１０の入射面１１に平行な面よりも、第三のプリズム３０ｆ´の入射面３１が傾斜する側と同じ側に傾斜している。このため、全反射偏光子からの出射光線の偏角が生じることを抑制できる。

【0058】

（実施の形態１２ 全反射型偏光子Ｐ１２：Ｗａ−Ｇｏ分離型）
本発明の更に他の実施形態に係る全反射型偏光子Ｐ１２を、図１５に示す。
図１５の全反射型偏光子Ｐ１２は、ウォーラストン（エアギャップ）部Ｗａ１とグランテーラ（出射面斜面タイプ）部Ｇｏとの間に、エアギャップ層Ｇ４が設けられている点で、実施の形態６の全反射型偏光子Ｐ６と異なっていることを除いては、図９の全反射型偏光子Ｐ６と同様の構成からなる。
つまり、本実施形態の全反射型偏光子Ｐ１２は、全反射型偏光子Ｐ６における面Ｐａの位置で、全反射型偏光子Ｐ６の第二のプリズム２０が第二前方プリズム２０Ｆと第二後方プリズム２０Ｂとに分割され、分割位置に、エアギャップ層Ｇ４が設けられている。

【0059】

このように、プリズムの間にコンタクトを有していないため、光に対する高耐力化が図られる。
また、光出射側のウォーラストン（コンタクト）部Ｗｃ２を備えないことにより、偏光子の口径長さ比を小さくすることが可能となると共に、偏光子全体の大きさを小さくすることができ、安価に製作できる。
また、第二のプリズム２０が第二前方プリズム２０Ｆと第二後方プリズム２０Ｂとに分割されているため、個々のプリズムの素材が小さくてもよい。
第三のプリズム３０ｆ´の出射面３２ｏは、第一のプリズム１０の入射面１１に平行な面よりも、第三のプリズム３０ｆ´の入射面３１が傾斜する側と同じ側に傾斜している。このため、全反射偏光子からの出射光線の偏角が生じることを抑制できる。

【実施例】

【0060】

以下、具体的実施例又は実施例に基づき、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、以下の具体的実施例に限定されるものではない。
＜＜実施例１及び２＞＞
本例では、ＭｇＦ_２材からなり、実施の形態１の構成に係る実施例１及び２の全反射型偏光子（図１６，図１７）と、図１８に示す対比例１のグランテーラプリズムのそれぞれの性能について、シミュレーションを行い検討した。
実施例１及び２の全反射型偏光子は、ＭｇＦ_２材からなる第一のプリズム１０，第二のプリズム２０，第三のプリズム３０及び第四のプリズム４０が配置され、第一のプリズム１０と第二のプリズム２０との間、第三のプリズム３０と第四のプリズム４０との間は、コンタクトにより構成され、第二のプリズム２０と第三のプリズム３０とは、エアギャップ層Ｇ２を介して配置されている。

【0061】

また、第一のプリズム１０，第二のプリズム２０，第三のプリズム３０，第四のプリズム４０のそれぞれの光学軸は、一軸性材料の持つ二つの屈折率の関係に応じ、ウォーラストン（コンタクト）部Ｗｃ１において所望の光線分離角が得られるように、入射光線の光軸Ｘに対して垂直な方向（矢印方向）又はこの矢印方向に対して垂直な方向（二重丸）とされている。

【0062】

エアギャップ層Ｇ２の幅は、実施例１の全反射型偏光子では０．５ｍｍ、実施例２の全反射型偏光子では０．１３ｍｍであり、実施例１と実施例２のその他の構成は、同じである。各プリズムの斜面の角度や各プリズムの寸法は、図１６，図１７に示すとおりである。
対比例１のグランテーラプリズムを構成する各プリズムの斜面の角度や各プリズムの寸法は、図１８に示すとおりである。

【0063】

実施例１，２及び対比例１の全反射型偏光子について、波長１７７ｎｍにおける光の入射角許容幅と、使用可能な波長帯域を、シミュレーションにより算出した。
結果を、図１９に示す。図１９は、実施例１，２と対比例１の入射角許容幅及び使用可能な波長帯域を示すグラフである。
図１９に示すように、実施例１及び２では、波長１７７ｎｍにおける入射角許容幅は±１．６°であり、入射光が垂直（入射角０°）で入射される場合に使用可能な波長帯域は、１５４〜２１９ｎｍであった。
また、実施例１の全反射型偏光子では、約１ｍｍの並進ずれを生じるが、実施例２の全反射型偏光子では、並進ずれがなかった。
対比例１では、図１９に示すように、波長１７７ｎｍにおける入射角許容幅は±０．４ °であり、入射光が垂直（入射角０°）で入射される場合に使用可能な波長帯域は、１７１〜１８４ｎｍであった。
±０．４ °という入射角許容幅は、組み立て誤差を考えると、組みたてたときに、実用性の殆どない範囲であり、実用化が困難な範囲である。また、約１ｍｍの並進ずれを生じていた。この並進ずれは、グランテーラプリズムの構造上必ず発生するものである。

【0064】

このように、対比例１のグランテーラプリズムと比較して、実施例１，２の全反射型偏光子では、入射角許容幅と波長帯域が大きくなることが分かった。実施例１，２では、入射角許容幅が大きくなることにより、使用可能な波長帯域も広くなる効果が得られていた。
また、対比例１のグランテーラプリズムと異なり、実施例１，２の全反射型偏光子では、エアギャップ層Ｇ２の幅を調整することにより、並進ずれをなくすことが可能であることが分かった。

【0065】

＜＜具体的実施例３〜８＞＞
具体的実施例３〜８では、実施の形態１の全反射型偏光子Ｐ１の構成において、プリズム高さｔを１０ｍｍとし、各プリズムの材料，光学軸の方向，楔角β１，β４，頂角β２，β３の角度，各プリズム間の接合層（エアギャップ層，オプチカルコンタクト又は接着剤層）Ｇ１´，Ｇ２´，Ｇ３´の幅を変更させて、入射角許容幅，使用可能な波長帯域の検討を行った。

【0066】

光学軸の方向としては、第一のプリズム１０の光学軸を図２０のＡ１ｓ又はＡ１ｐのいずれかとし、第二のプリズム２０の光学軸を図２０のＡ２ｓ又はＡ２ｐのいずれかとし、第三のプリズム３０の光学軸を図２０のＡ３ｓ又はＡ３ｐのいずれかとし、第四のプリズム４０の光学軸を図２０のＡ４ｓ又はＡ４ｐのいずれかとした。
具体的実施例３〜８の全反射型偏光子の基本的構造を、図２０に示す。
具体的実施例３〜８では、図２０の全反射型偏光子の第一のプリズム１０，第四のプリズム４０の楔角β１，β４及び第二のプリズム２０，第三のプリズム３０の頂角β２，β３を変更させた。

【0067】

（具体的実施例３）
具体的実施例３の全反射型偏光子は、設計波長１７７ｎｍ、プリズム材料としてＭｇＦ_２を用いた。各プリズムの光学軸の方向，楔角，頂角の角度，接合層（エアギャップ層）Ｇ２´の幅は、表１の通りとし、波長１７７ｎｍにおける光の入射角許容幅と、使用可能な波長帯域を、シミュレーションにより算出した。

【0068】

【表1】

【0069】

結果を、図２１の具体的実施例３の入射角許容幅と使用可能な波長範囲を示すグラフに示す。図２１では、実線と二点鎖線の間の角度が、偏光子として使用可能な幅を示している。
図２１の結果より、具体的実施例３の全反射型偏光子は、入射角許容幅が、波長１７７ｎｍにおいて、±１．６°であり、使用可能な波長範囲は、入射光が入射面に垂直に入射した場合において、１５４〜２１９ｎｍであった。
また、全波長帯域において、偏角はなく、接合層（エアギャップ層）Ｇ２´の幅を０．１３ｍｍにした場合、波長１７７ｎｍにおいて並進ずれもなかった。
波長２００ｎｍ以下のＶＵＶ領域のうち、長い領域の光を透過する素材としては、水晶，Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７が知られているが、１７７ｎｍ程度まで短い波長の光を透過する材料は、ＭｇＦ_２などに限定されている。

【0070】

しかし、ＭｇＦ_２は、グランテーラプリズム等の従来の偏光子では実用的な入射角許容幅を得ることができず、全反射型偏光子として使用することができなかった。
それに対し、具体的実施例３の全反射型偏光子によれば、入射側に、ウォーラストン（コンタクト）部Ｗｃ１を備えているため、入射角許容幅が拡張され、従来は実用的な入射角許容幅が得られないために全反射型偏光子として使用できなかったＭｇＦ_２などの材料を用いた全反射型偏光子を製作可能となった。

【0071】

（具体的実施例４）
具体的実施例４の全反射型偏光子は、設計波長１９３ｎｍ、プリズム材料としてＬｉ_２Ｂ_４Ｏ_７を用いた。各プリズムの光学軸の方向，楔角，頂角の角度，接合層（エアギャップ層）Ｇ１´〜Ｇ３´の幅は、表２の通りとし、波長１９３ｎｍにおける光の入射角許容幅と、使用可能な波長帯域を、シミュレーションにより算出した。

【0072】

【表2】

【0073】

結果を、図２２の具体的実施例４の入射角許容幅と使用可能な波長範囲を示すグラフに示す。図２２では、実線と二点鎖線の間の角度が、偏光子として使用可能な幅を示している。
図２２の結果より、具体的実施例４の全反射型偏光子は、入射角許容幅が、波長１９３ｎｍにおいて、±３．９°と大きく、実用性の高い全反射型偏光子を製作する事が可能であった。使用可能な波長範囲は、入射光が入射面に垂直に入射した場合において、１７５〜２６４ｎｍであった。
また、全波長帯域において、偏角はなく、接合層（エアギャップ層）Ｇ２´の幅を０．３３ｍｍにした場合、波長１９３ｎｍにおいて並進ずれもなかった。
具体的実施例４の構造は、接合部がなく、プリズム同士間が全てエアギャップ層になっているため、光耐力も高い。波長１９３ｎｍで高強度な光を使用する露光装置などの産業用途において、要求される高い光耐性を満足していることが分かった。
なお、接合層Ｇ１´と接合層Ｇ３´をオプチカルコンタクトにしてβ１〜β４を大きくする事により、入射角許容幅と波長範囲を大きくする事も可能である。

【0074】

（具体的実施例５）
具体的実施例５の全反射型偏光子は、設計波長６３３ｎｍ、プリズム材料として水晶を用いた。各プリズムの光学軸の方向，楔角，頂角の角度，接合層（エアギャップ層）Ｇ２´の幅は、表３の通りとし、波長６３３ｎｍにおける光の入射角許容幅と、使用可能な波長帯域を、シミュレーションにより算出した。

【0075】

【表3】

【0076】

結果を、図２３の具体的実施例５の入射角許容幅と使用可能な波長範囲を示すグラフに示す。図２３では、実線と二点鎖線の間の角度が、偏光子として使用可能な幅を示している。
図２３の結果より、具体的実施例５の全反射型偏光子は、入射角許容幅が、波長６３３ｎｍにおいて、±１．６°の実用可能な範囲であり、使用可能な波長範囲は、入射光が入射面に垂直に入射した場合において、２９５〜２３６０ｎｍであった。
また、全波長帯域において、偏角はなく、接合層（エアギャップ層）Ｇ２´の幅を０．２２ｍｍにした場合、波長６３３ｎｍにおいて並進ずれもなかった。

【0077】

具体的実施例５では、一般的に広く使用されている光学材料である水晶を使用した。水晶は、人口結晶であるため安定的かつ安価に入手が可能であるが、複屈折量が小さいために、従来は、実用的な入射角許容幅を持つ全反射型偏光子を実現できなかった。
具体的実施例５では、入射側に、ウォーラストン（コンタクト）部Ｗｃ１を備えているため、入射角許容幅が拡張され、水晶を用いた実用的に使用可能な全反射型偏光子を実現可能になった。その結果、可視〜近赤外用の安価な全反射型偏光子を製作することが可能になった。

【0078】

（具体的実施例６）
具体的実施例６の全反射型偏光子は、設計波長６３３ｎｍ、プリズム材料として水晶を用いた。水晶は、複屈折量が小さく、従来は、全反射型偏光子の材料として用いることができなかった材料である。
各プリズムの光学軸の方向，楔角，頂角の角度，接合層（接着剤層）Ｇ１´〜Ｇ３´の幅は、表４の通りとした。接合層（接着剤層）Ｇ１´〜Ｇ３´には、λ＝６３３ｎｍにおいて、屈折率ｎＢ＝１．４５の接着剤を用いた。波長６３３ｎｍにおける光の入射角許容幅と、使用可能な波長帯域を、シミュレーションにより算出した。

【0079】

【表4】

【0080】

結果を、図２４の具体的実施例６の入射角許容幅と使用可能な波長範囲を示すグラフに示す。図２４では、実線と二点鎖線の間の角度が、偏光子として使用可能な幅を示している。
図２４の結果より、具体的実施例６の全反射型偏光子は、入射角許容幅が、波長６３３ｎｍにおいて、±１．６°の実用可能な範囲であり、使用可能な波長範囲は、入射光が入射面に垂直に入射した場合において、３５０〜２２００ｎｍであった。
また、全波長帯域において、偏角はなく、接合層（接着剤層）Ｇ２´の幅を０．２２ｍｍにした場合、波長６３３ｎｍにおいて並進ずれもなかった。
プリズムの接合に用いられる通常の接着剤は、ＶＵＶ領域や中赤外領域の光を透過しない。従って、接着剤を使用した場合は、可視から近赤外用の全反射型偏光子になる。
本例では、全反射型偏光子を、図２０に示す構成としているため、グランテーラ部ＧＴの接合層Ｇ２´を、エアギャップ層としなくても、可視域から近赤外域用の全反射型偏光子とすることが可能になったものである。なお、Ｇ２´の厚みを、特定の範囲にすることにより、並進ずれが防止される。
更に、本例の全反射型偏光子を、水晶を用いて形成しているため、安価な全反射型偏光子を製作することが可能である。また、接合層Ｇ１´〜Ｇ３´を、接着層として構成しているため、オプチカルコンタクトやエアギャップ層として構成する場合よりも、全反射型偏光子を容易に製作可能である。

【0081】

（具体的実施例７）
具体的実施例７の全反射型偏光子は、設計波長３０００ｎｍ、プリズム材料としてＬｉＮｂＯ_３を用いた。各プリズムの光学軸の方向，楔角，頂角の角度，接合層（エアギャップ層）Ｇ２´の幅は、表５の通りとし、波長３０００ｎｍにおける光の入射角許容幅と、使用可能な波長帯域を、シミュレーションにより算出した。

【0082】

【表5】

【0083】

結果を、図２５の具体的実施例７の入射角許容幅と使用可能な波長範囲を示すグラフに示す。図２５では、実線と二点鎖線の間の角度が、偏光子として使用可能な幅を示している。
図２５の結果より、具体的実施例７の全反射型偏光子は、入射角許容幅が、波長３０００ｎｍにおいて、±６．１°であり、使用可能な波長範囲は、入射光が入射面に垂直に入射した場合において、４００〜５０００ｎｍであった。
また、全波長帯域において、偏角はなく、接合層（エアギャップ層）Ｇ２´の幅を０．４６ｍｍにした場合、波長３０００ｎｍにおいて並進ずれもなかった。

【0084】

ＬｉＮｂＯ_３は、中赤外領域を透過するものの複屈折量が小さいため、従来は、実用的な入射角許容幅を持つ全反射型偏光子を実現できなかった。
それに対し、具体的実施例７は、入射側に、ウォーラストン（コンタクト）部Ｗｃ１を備えているため、入射角許容幅が拡張され、ＬｉＮｂＯ_３を用いた実用的に使用可能な全反射型偏光子を実現可能になった。その結果、従来製作が難しかった中赤外領域の全反射型偏光子を実現可能になった。

【0085】

（具体的実施例８）
具体的実施例８の全反射型偏光子は、設計波長５５００ｎｍ、プリズム材料としてＭｇＦ_２を用いた。各プリズムの光学軸の方向，楔角，頂角の角度，接合層（エアギャップ層）Ｇ２´の幅は、表６の通りとした。

【0086】

【表6】

【0087】

結果を、図２６の具体的実施例８の入射角許容幅と使用可能な波長範囲を示すグラフに示す。図２６では、実線と二点鎖線の間の角度が、偏光子として使用可能な幅を示している。
図２６の結果より、具体的実施例８の全反射型偏光子は、入射角許容幅が、波長５５００ｎｍにおいて、±１．２５°であり、使用可能な波長範囲は、入射光が入射面に垂直に入射した場合において、３６７０〜６３８０ｎｍであった。
また、全波長帯域において、偏角はなく、接合層（エアギャップ層）Ｇ２´の幅を０．１４ｍｍにした場合、波長５５００ｎｍにおいて並進ずれもなかった。

【0088】

波長５５００ｎｍ帯域は、大気汚染物質の計測に使用されており、今後偏光を利用した高精度計測が期待される。しかし中赤外領域における全反射型偏光子は、従来、存在しなかった。
ＭｇＦ_２は、中赤外領域を透過するものの、複屈折量が小さいため、実用的な入射角許容幅を持つＭｇＦ_２を材料とした全反射型偏光子は、実現できなかった。
それに対し、具体的実施例８は、入射側に、ウォーラストン（コンタクト）部Ｗｃ１を備えているため、入射角許容幅が拡張され、ＭｇＦ_２を材料とした実用的な全反射型偏光子が実現可能となった。

【符号の説明】

【0089】

Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４ 光学軸
Ｃ１，Ｃ２ コンタクト
Ｇ，Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５ エアギャップ層
Ｇ１´，Ｇ２´，Ｇ３´ 接合層
ＧＴ グランテーラ部
Ｇｏ グランテーラ（出射面斜面タイプ）部
Ｐ０ グランテーラプリズム
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８，Ｐ９，Ｐ１０，Ｐ１１，Ｐ１２ 全反射型偏光子
Ｐａ，Ｐｂ 面
Ｗａ１，Ｗａ２ ウォーラストン（エアギャップ）部
Ｗｃ１，Ｗｃ２ ウォーラストン（コンタクト）部
Ｘ 光軸
ａ，ｂ 分離光
ｔ プリズム高さ
α０ 入射角
α１ 楔角度
β１，β４ 楔角
β２，β３ 頂角
θＧ，θＴ´，θＲ´ 入射角
θｃＲ 第二の臨界角
θｃＴ 第一の臨界角
θｃＴ´，θｃＲ´ 視野角
θｔ，θｒ 分離角
１０ 第一のプリズム
１１，２１，３１，４１ 入射面
１２，２２，３２，３２ｆ，３２ｏ，４２ 出射面
２０ 第二のプリズム
２０ｂ，３０ｂ 出射側部分
２０Ｂ 第二後方プリズム
２０ｆ，３０ｆ 入射側部分
２０Ｆ 第二前方プリズム
３０，３０ｆ´ 第三のプリズム
３０Ｂ 第三後方プリズム
３０Ｆ 第三前方プリズム
３３ 底面
４０ 第四のプリズム
１１０ 第一プリズム
１２０ 第二プリズム

【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】