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Beschreibung
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Strahlaufspalter, insbesondere
auf einen Strahlaufspalter mit einem Mehrschicht-Interferenzfilm, bei dem das gegenseitige
Verhältnis von polarisierten Lichtkomponenten in dem reflektierten Licht und dem
durchgelassenen Licht genauso groß gemacht werden kann wie das gegenseitige Verhältnis
der polarisierten Lichtkomponenten in dem einfallenden Licht, und welches außerdem
nach Wunsch eingestellt werden kann.
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Wenn nicht-polarisiertes Licht schräg auf eine Grenzfläche zwischen
zwei unterschiedlichen Medien fällt, unterscheidet sich im allgemeinen das Komponentenverhältnis
von P-polarisiertem Licht (d.h.: dem parallel zur Einfallfläche schwingenden polarisierten
Licht) und S-polarisiertem Licht (d.h.: dem senkrecht zur Einfallfläche schwingenden
polarisierten Licht), welches in dem von der Grenzfläche reflektierten Licht enthalten
ist, von dem Komponentenverhältnis des durch die Grenzfläche durchlaufenden P-polarisierten
und S-polarisierten Lichts. Das Komponentenverhältnis hängt ab von dem Einfallwinkel
und den Brechungsindizes der beiden Medien.
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Normalerweise jedoch ist in dem reflektierten Licht der Anteil des
S-polarisierten Lichts größer als der des P-polarisierten Lichts, und in dem durchgelassenen
Licht ist der Anteil des P-polarisierten Lichts größer als der des S-polarisierten
Lichts. Es ist bekannt, daß unter der Brewster-Winkelbedingunq an der Grenzfläche
der beiden Medien die S-polarisierte Lichtkomponente und die P-polarisierte Licitkc>mponentc
angenähert a 1 s dac, reflektierte Licht bzw. das durchgelassene Licht voneinander
getrcnnt werden kCnn('n -
In der japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 55(1980)-9f,83 ist ein Polarisationsprisma beschrieben, das dieses Phänomen
ausnutzt. Praktische Anwendung findet es z.B.
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in dem MCA-Fotoplatten-Wiedergabesystem der Fa. Philips.
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Jedoch ist das in dem erwähnten Fotoplatten-Wiedergabesystem eingesetzte
Polarisationsprisma nicht von dem Typ, der wesentlich ist als Grundelement für die
Wiedergabe der Signale, sondern es wird dazu verwendet, das Ausgangssignal des als
Lichtquelle für die Wiedergabe dienenden Lasergenerators zu stabilisieren. Bei dem
für die Fotoplatten-Wiedergabe eingesetzten herkömmlichen Lasergenerator nämlich
schwankt das von diesem erzeugte Ausgangslicht beim Auftreten von rückwärts einfallendem
Signallicht, welches als "back talk" bezeichnet wird, wobei die Schwankungen des
Ausgangs lichts von der Phase des "back talk" abhängen. Hierdurch wird die Signalwiedergabe
abträglich beeinflußt. Um das "back talk" zu vermeiden, wird das erwähnte Polarisationsprisma
in Verbindung mit einem Lambda/4-Blättchen verwendet. Die Funktionsweise des Polarisationsprismas
und des Lambda/4-Blättchen sowie Einzelheiten des optischen Wiedergabesystems sind
dem Fachmann bekannt und sollen hier nicht im einzelnen erläutert werden.
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In jüngster Zeit wurden verschiedene weiterentwickelte Lasergeneratoren
vorgeschlagen, beispielsweise Lasergeneratoren, die nicht von dem erwähnten "back
talk" beeinfluß werden. Es wurde außerdem vorgeschlagen, Signale dadurch zu erkennen,
daß das rückwärtige Einfallen selbst herangezogen wird, indem der Selbstkopplungseffekt
ausgenutzt wird, wie es bei einer bestimmten Art von Halbleiter-Laserstrahlen der
Fall ist. Unter diesen Umständen werden das Polarisationsprisma und das Lambda/4-Blättchen,
wie sie in dem herkömmlichen Fotoplatten-Wiedergabesystem verwendet werden, überflüssig,und
der
Aufbau des optischen Systems kann spürbar vereinfacht werden.
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Fig. 1 und 14 zeigen Beispiele des optischen Fotoplatten-Wiedergabesystems,
welches den erwähnten vereinfachten Aufbau besitzt. In jeder der Figuren 1 und 14
ist ein Lasergenerator 1 vorhanden, der von dem erwähnten Typ ist, der von dem "back
talk" nicht beeinflußt wird. Das von dem Lasergenerator 1 abgegebene Licht wird
von einer Kollimatorlinse 2 zu einem parallelen Lichtstrahlenbündel kollimiert und
fällt dann auf einen Strahlaufspalter 3. Der Strahlaufspalter 3 besitzt einen halbdurchlässigen
Spiegel 3', bei dem es sich beispielsweise um einen solchen Typ von Spiegel handelt,
der 50% durchläßt und 50% reflektiert. Das von dem halbdurchlässigen Spiegel 3'
reflektierte Lichtstrahlenbündel wird von einem Objektiv 4 auf den Signalabschnitt
einer Fotoplatte 5 konzentriert, um dadurch punktweise den mit Löchern versehenen
Signalabschnitt zu bestrahlen. Das von dem Signalabschnitt reflektierte Licht ist
nach Maßgabe der Gestalt und Abmessungen der Löcher phasenmoduliert und weist eine
durch Licht interferenz hervorgerufene Intensitätsänderung auf. Das phasenmodulierte
Licht trifft seinerseits als Signallicht auf das Objektiv 4 auf. Das von dem Objektiv
4 zu einem parallelen Lichtstrahlenbündel kollimierte Signallicht wiederum erreicht
den halbdurchlässigen Spiegel 3', und das durch den halbdurchlässigen Spiegel 3'
hindurchJaufende Lichtstrahenbünde1 wird von einem Fotosensor 6 erl aßt. n ciem
oben he:schriebeinen System wird das von dem Iaser(junerator 1 abc3cgcbene Licht
einmal von dem habdurchlässigen Spiegel 3' reflektiert und dann durch den Spiegel
hindurchgelassen.
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Wenn daher der Transmissionsgrad (oder der Xcflexionsgrad) des halbdurchlässigen
Spiegels 3' 50'. beträgt, verringert sich die den Fotosensor 6 erreichende Licht-
menge
auf 25%. Die in diesem Fall erreichbare Lichtausbeute ist die höchste in dem oben
beschriebenen System erzielbare Ausbeute.
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In dem oben beschriebenen optischen System wird der halbdurchlässige
Spiegel 3' nicht nur als reflektierende Fläche, sondern auch als durchlässige Fläche
verwendet.
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Wenn daher ein halbdurchlässiger Spiegel des üblicherweise verwendeten
Typs in dem optischen System angeordnet wird, verschlechtert sich die Lichtausbeute
aus den nachstehend erläuterten Gründen noch weiter. Wie oben erwähnt wurde, unterscheiden
sich nämlich das Reflexionsverhalten und das Durchlaßverhalten eines herkömmlichen
halbdurchlässigen Spiegels für P-polarisiertes Licht und S-polarisiertes Licht.
Dient der halbdurchlässige Spiegel zuerst als reflektierende Fläche, so wird ein
Hauptanteil des P-polarisierten Lichts durch den Spiegel hindurchgelassen, und das
hauptsächlich das S-polarisierte Licht enthaltende Licht wird nach unten auf die
Fotoplatte 5 reflektiert. Wenn der Reflexionsgrad des halbdurchlässigen Spiegels
509O beträgt, beträgt die Gesamtmenge von P-polarisiertem und S-polarisiertem Licht
50%. Wenn danach das Signallicht, welches hauptsächlich das S-polarisierte Licht
enthält und von der Fotoplatte 5 reflektiert wird, erneut auf den halbdurchlässigen
Spiegel 3' auftrifft, wird der größte Teil des Signallichts erneut von dem halbdurchlässigen
Spiegel 3' reflektiert, was auf die erwähnten Eigenschaften des üblichen halbdurchlässigen
Spiegels zurückzuführen ist. Demzufolge wird das den Fotosensor 6 erreichende Licht
sehr schwach, was einen Fotosensor mit großer Kapazität erforderlich macht. Dieses
Problem zu lösen, benötigt man einen halbdurchlässigen Spiegel, der so beschaffen
ist, daß er die P-polarisierte Lichtkomponente und die S-polarisierte Lichtkomponente
etwa gleich stark reflektiert (oder durchläßt).
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Außerdem wird in dem Lichtmeßsystem einer Kamera o. dgl.
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das Erfassen der Leuchtdichte über einen halbdurchlässigen Spiegel
durchgeführt. In einem derartigen optischen System wird ein Teil des von dem halbdurchlässigen
Spiegel auf gespaltenen Lichts für die Betrachtung durch den Sucher verwendet, während
der andere Teil des Lichts für die Lichtmessung verwendet wird. In diesem Fall ist
der größte Teil des auf den halbdurchlässigen Spiegel auftreffenden Lichts solches
Licht, welches von dem Objektbereich reflektiert wird. Folglich enthält das auftreffende
Licht in erster Linie die S-polarisierte Lichtkomponente. Speziell bei reflektierenden
Oberflächen wie Wasseroberflächen oder Glasscheiben im Objektbereich enthält das
auftreffende Licht einen sehr großen Anteil der S-polarisierten Lichtkomponente,
was von dem Auftreffwinkel abhängt. Da jedoch ein gewöhnlicher halbdurchlässiger
Spiegel hauptsächlich S-poGarisiertes Licht reflektiert, werden die von dem halbdurchlässigen
Spiegel aufgespaltenen Lichtanteile selbst dann unausgeglichen, wenn der Transmissionsgrad
des halbdurchlässigen Spiegels 50% beträgt. Daher ist eine korrekte Lichtmessung
nicht immer möglich. Auch um dieses Problem zu lösen, besteht ein Bedarf an einem
halbdurchlässigen Spiegel, der sowohl für P-polarisierte Lichtkomponenten als auch
für S-polarisierte Lichtkomponenten gleiche Reflexions- und Durchlässigkeitseigenschaften
aufweist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zuyrurldc?, einen Strahlaufspaltcr
zu schaffen, der sowohl für die PS 1ari-icerte Lichtkomponente als auch für die
,-polarisiertc Lichtkomponente gleiches Refi exions- und DurchJ ä ßverhal -ten besitzt.
Darüber hinaus soll ein Strahlaufipalter geschaffen werden, bei dem Reflexions-
und Durchlaßverhalten für die P-polarisierte Lichtkomponente und die S-polarisierte
Lichtkomponente nach Wunsch eingestellt werden können. Eine spezielle Aufgabe der
Erfindung
besteht darin, einen Strahlaufspalter zu schaffen, der
im Vergleich zum Stand der Technik verbesserte Eigenschaften aufweist und dennoch
einfach hergestellt werden kann.
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Der Strahlaufspalter gemäß der Erfindung enthät ein transparentes
Substrat mit einem Brechungsindex Ns, mindestens eine einen niedrigen Brechungsindex
NL, der höher ist als der Brechungsindex Ns, aufweisende Filmschicht und mindestens
eine einen hohen Brechungsindex aufweisende Filmschicht, deren Brechungsindex NH
höher ist als der Brechungsindex NL, wobei die Filmschicht mit niedrigem Brechungsindex
und die Filmschicht mit hohem Brechungsindex abwechselnd auf dem transparenten Substrat
derart gestapelt sind, daß die am weitesten oben befindliche Filmschicht des Stapels
diejenige mit niedrigem Brechungsindex ist. Jede Filmschicht des Stapels auf dem
transparenten Substrat kann aus einer äquivalenten Schicht gebildet sein, welche
aus einer Anzahl von Unterschichten mit niedrigerem Brechungsindex besteht.
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Bei dem erfindungsgemäßen Strahlaufspalter können die Durchlässigkeits-
und Reflexionseigenschaften zum Aufspalten des auftreffenden Strahls in das durchgelassene
Licht und das reflektierte Licht sowohl für die P-polarisierte Lichtkomponente als
auch die S-polarisierte Lichtkomponente gleich gemacht werden. Außerdem kann nach
Wunsch das gegenseitige Verhältnis der P- und S-polarisierten Lichtkomponenten in
dem durchgelassenen Licht und dem reflektierten Licht eingestellt werden.
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Dies ist äußerst vorteilhaft in der Praxis, so daß der erfindungsgemäße
Strahlaufspalter für eine Vielfalt von Anwendungszwecken geeignet ist. Außerdem
eignet sich der erfindungsgemäße Strahlaufspalter gut für die Massenproduktion,
indem herkömmliche Niederschlagungs-Einrich-
tungen und -Materialien
verwendet werden.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines
optischen Fotoplatten-Wiedergabesystems, bei dem eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Strahlaufspalters eingesetzt wird, Fig. 2 eine schematische Darstellung des Verhaltens
einer Ausführungsform des erfindunsgemäßen Strahlaufspalters vom Prismatyp, Fig.
3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strahlaufspalters
vom Prismatyp mit drei Filmschichten, Fig. 4 eine schematische Darstellung einer
Ausführungsform des Strahlaufspalters vom Prismatyp mit "n" Filmschichten, Fig.
5 eine graphische Darstellung eines Beispiels der Spektral-Transmissionsgradkennlinien
der Ausführungsform nach Fig. 3, Fig. 6 bis 8 graphische Darstellungen von Beispielen
für Spektral-Transmissionsgradkennlinien für fünf, sieben bzw. neun Filmschichten
bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4, Fig 9 eine graphische Darstellung, die die
Spektral-Transmissionsgradkennlinien einer Ausführungsform eines Strahlaufspalters
vom Prismatyp zeigt, wobei der Transmissionsgrad sowohl für
P-
als auch für S-polarisierte Lichtkomponenten gleich ist, Fig. 10 eine graphische
Darstellung der Beziehung zwischen den Brechungsindizes NL und NH bei denen die
Ausführungsformen des Strahlaufspalters vom Prismatyp mit drei, fünf, sieben bzw.
neun Schichten den gleichen Transmissionsgrad für P- und für S-polarisierte Lichtkomponenten
besitzen, Fig. 11 eine graphische Darstellung, die die Spektral-Transmissionsgradkennlinien
einer Ausführungsform des Strahlaufspalters vom Prismatyp veranschaulicht wobei
der Strahlaufspalter fünf Schichten enthält und verwendet werden kann, wenn die
Brechungsindizes des transparenten Substrats auf der Einfallseite und die Klebstoffschicht
auf der Durchlaßseite hoch sind, Fig. 12 eine graphische Darstellung der Spektral-TransmissionSradkennlinien
einer Ausführungsform des Strahlaufspalters vom Prismatyp, wobei der Transmissionsgrad
für die P-polarisierte Lichtkomponente niedriger ist als der Transmissionsgrad für
die S-polarisierte Lichtkomponente, Fig. 13 eine graphische Darstellung der Spektral-Transmissionsgradkennlinien
für eine Ausführungsform des Strahlaufspalters vom Prismatyp mit sieben Filmschichten,
wobei die Dicken der zweiten und der sechsten Filmschichten etwas kleiner sind als
Fig.
14 eine schematische Darstellung eines Beispiels eines optischen Fotoplatten-Wiedergabesystems,
bei dem eine Ausführungsform des erfindungsgemäher. Strahlaufspalters vom Plattentyp
zum Einsatz gelangt, welcher eine ungerade Anzahl von Filmschichten besitzt, Fig.
15 eine schematische Darstellung des Verhaltens einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Strahlaufspalters vom Plattentyp, Fig. 16 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform
des Strahlaufspalters vom Plattentyp mit drei Filmschichten, Fig. 17 eine schematische
Ansicht einer Ausführungsform des Strahlaufspalters vom Plattentyp mit "n" Filmschichten,
wobei "n" eine ungerade Zahl ist, Fig. 18 eine graphische Darstellung der Spektral-Transmissionsgradkennlinien
einer Ausführungsform des Strahlaufspalters vom Plattentyp mit einer ungeraden Anzahl
von Filmschichten, wobei der Transmissionsgrad für P- und S-polarisierte Lichtkomponenten
gleich ist, Fig. 19 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen den Brechungsindizes
NL und NH, bei denen die Ausführungsformen des Strahlaufspalters vom Plattentyp
mit drei, fünf, sieben bzw. neun Filmschichten sowohl für P- als auch für S-polari
sierte I,ichtkoml)oncrlt(rl den gleichen 'Iransmissionsgrad aufweisen,
Fig.
20 eine graphische Darstellung der Spektral-Transmissionsgradkennlinien einer Ausführungsform
des Strahlaufspalters vom Plattentyp mit fünf Filmschichten, wobei diese Ausführungsform
verwendet werden kann, wenn der Brechungsindex des transparenten Substrats hoch
ist, Fig. 21 eine graphische Darstellung der Spektral-Transmissionsgradkennlinien
einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strahlaufspalters vom Plattentyp, wobei
eine ungerade Anzahl von Filmschichten vorgesehen ist und der Transmissionsgrad
Tp für die P-polarisierte Lichtkomponente niedriger ist als der Transmissionsgrad
T5 für die S-polarisierte Lichtkomponente und die Verhältnisse Tp:TS sowie (Tp+TS):(Rp+R
beliebige Werte annehmen können, Fig. 22 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform
des Strahlaufspalters vom Plattentyp mit zwei Filmschichten, Fig. 23 eine schematische
Ansicht einer Ausführungsform des Strahlaufspalters vom Plattentyp mit "n" Filmschichten,
wobei "n" eine gerade Zahl ist, Fig. 24 eine graphische Darstellung der Spektral-Transmissionsgradkennlinien
einer Ausführungsform des Strahlaufspalters vom Plattentyp mit einer geraden Anzahl
von Filmschichten, wobei der Transmissionsgrad für P- und für S-polarisierte Lichtkomponenten
gleich ist, Fig. 25 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen den Brechungsindizes
NL und NH, bei denen
die Ausführungsform des Strahlaufspalters
vom Plattentyp mit zwei, vier, sechs, acht bzw.
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zehn Filmschichten sowohl für P- als auch für S-polarisierte Lichtkomponenten
gleiche Transmissionsgrade aufweisen, Fig. 26 eine graphische Darstellung der Spektral-Transmissionsgradkennlinien
einer Ausführungsform des Strahlaufspalters vom Plattentyp mit vier Filmschichten,
wobei diese Ausführungsform eingesetzt werden kann, wenn der Brechungsindex des
transparenten Substrats hoch ist, und Fig. 27 eine graphische Darstellung der Spektral-Transmissionsgradkennlinien
einer Ausführungsform des Strahlaufspalters vom Plattentyp mit einer geraden Anzahl
von Filmschichten, wobei der Transmissionsgrad Tp für die P-polarisierte Lichtkomponente
niedriger ist als der Transmissionsgrad T5 für die S-polarisierte Lichtkomponente
und die Verhältnisse Tp:TS sowie (Tp+TS):(Rp+Rs) willkürliche Werte annehmen können.
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Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strahlaufspalters
vom Prismatyp mit einem Mehrschicht-Interfercnzfilm L, der durch Niederchlagen auf
einen Prismablock 11 aufgetragen ist, und einem Pris:lrlablock 12, der mittels eines
Klebers 13 an dem Mehrschicht-Interferenzfilm L haftet. Wenn die Kennlinien des
gemäß Fig. 2 aufgebauten Strahlaufteilers derart eingestellt werden, daß der Reflexionsgrad
und der Transmissionsgrad jeweils 508 für die P-polarisierte und die S-polarisierte
Lichtkomponente betragen, wird von der linken Seite in den Strahlaufspalter eintretendes
Einfallicht I in durchgelassencs Licht T und reflektiertes Licht R
aufgespalten.
Enthält das Einfallicht I die P-polarisierte Lichtkomponente 1 und die S-polarisierte
Lichtkomponente 1S jeweils zu einem Anteil von 50e, so beträgt bei einer Gesamtlichtmenge
von 100 die Menge des durchgelassenen Lichts T 50 (Tp:TS=25:25), und die Menge des
reflektierten Lichts R beträgt ebenfalls 50 (Rp:RS=25.25).
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Somit ist das Verhältnis der P- und der S-polarisierten Lichtkomponenten
zueinander in dem durchgelassenen Licht T und dem reflektierten Licht R gleich dem
Verhältnis der P- und S-polarisierten Lichtkomponenten in dem EinfalllichtI. Gleichgültig,
welches Verhältnis Ip/IS von polarisierten Lichtkomponenten in dem Einfallicht I
existiert, das Komponentenverhältnis ändert sich in dem durchgelassenen Licht und
dem reflektierten Licht nicht. Dies ist lediglich ein Beispiel des mit dem erfindungsgemäßen
Strahlaufspalter erzielbaren Verhaltens.
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Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strahlaufspalters,
bei dem der Mehrschicht-Interferenzfilm L gemäß Fig. 2 aus drei Filmschichten besteht.
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Der Strahlaufspalter gemäß Fig. 3 enthält ein Substrat S mit einem
Brechungsindex NS , das beispielsweise aus einem glasigen Material wie z.B. BK7steht,
eine erste Schicht L1, die eine einen niedrigen Brechungsindex aufweisende Filmschicht
mit einem Brechungsindex NI ist, eine zweite Schicht L2, bei der es sich um eine
einen hohen Brechungsindex aufweisende Filmschicht mit einem Brechungsindex NR handelt,
eine dritte Schicht L3, bei der es sich um eine einen niedrigen Brechungsindex aufweisende
Filmschicht wie die erste Schicht L1 handelt, und eine Klebstoff schicht 0 mit einem
Brechungsindex N,.
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Jede der Schichten L1 bis L3 besitzt eine optische Filmdicke von etwa
0/4, wobei r die Normwellenlänge ist.
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0 Wenn der Strahlaufspalter in einem Fotoplatten-Wiedergabesystem
eingesetzt wird, das mit einem im nahen
Infrarotbereich arbeitenden
Lasergenerator arbeitet, wird die Normwellenlänge #0 beispielsweise auf 925 nm festgelegt.
Der Brechungsindex des Substrats S, d.h. der einfallseitige Brechungsindex N5 wird
beispielsweise auf 1,52 festgelegt, der Brechungsindex der Klebstoffschicht 0, d.h.
der durchlaßseitige Brechungsindex NO wird beispielsweise auf 1,56 festgelegt. Weiterhin
wird der Brechungsindex N L der einen niedrigen Brechungsindex aufweisenden Filmschichten
L1 und L3 z.B. auf 1,90 (>Ns) festgelegt. Fig. 5 zeigt die Spektral-Transmissionsgradkennlinien
für die P- und S-polarisierten Lichtkomponenten, die man erhält, wenn der Einfallwinkel
45C beträgt und der Brechungsindex N H der einen hohen Brechungsindex aufweisenden
Filmschicht L2 unter den oben aufgeführten Bedingungen geändert wird. In Fig. 4
kennzeichnen die Kurven Tpl bis Tp7 die Transmissionsgradkennlinien für die P-polarisierte
Lichtkomponente, während die Kurven T 1 bis T 7 die Durchlaßkennlinien für die S-polarisierte
Lichtkomponente kennzeichnen. Die Beziehung zwischen diesen Kennlinien und dem Brechungsindex
NH der einen hohen Brechungsindex aufweisenden Filmschicht ist in Tab. 1 angegeben.
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Tabelle 1 (Fig. 5, drei Filmschichten)
| NR 3.50 4.50 5.00 6.00 /7.UO 8.00 |
| T |
| Tp T2 Tpl |Tp2 |Tp3 T4 5 |Tp6 T6 T7 |
| P P P P Tp7 |
| TS --AS1 | TS2 I 5~ TS4 T55 ITS5 TS7 |
W.ic klar k1 ar aus Fig. 5 entnehmbar ist, h.lt bei dem Strahl -aufspalter vom Prismatpy
mit drei Filmschichten, der unter den oben beschricE)cncn Bedingungen eingestellt
ist ist,
der Transmissionsgrad T für die S-polarisierte Licht-5
komponente innerhalb des Wellenlängenbereichs zwischen etwa 700 und 800 nm sein
Maximum. Speziell bei Nur =3,50 sind in der Nähe der Wellenlänge von 800 nm Tpl
und T5 1 beide etwa 86%, und der Transmissionsgrad wird sowohl für P- als auch für
S-polarisierte Lichtkomponenten gleich. Also kann man für Licht der Wellenlänge
? im Bereich zwischen 750 und 820 nm einen Strahlaufspalter mit einem Transmissionsgrad
von 86% ungeachtet des Verhältnisses der P- und der S-polarisierten Lichtkomponenten
dadurch erhalten, daß man die einen niedrigen Brechungsindex aufweisenden Filmschichten
mit SL von 1,90 als die erste und die dritte Filmschicht vorsieht, während als die
zweite Filmschicht die einen hohen Brechungsindex aufweisende Filmschicht mit NH
von 3,50 vorgesehen wird.
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Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform des Strahlaufspalters vom Prismatyp
mit "n" Filmschichten. Bei dieser Ausführungsform ist als die erste Filmschicht
eine einen niedrigen Brechungsindex aufweisende Filmschicht mit einem Brechungsindex
NL und einer Filmdicke von #0/4 vorgesehen1 und als die zweite Filmschicht ist eine
einen hohen Brechungsindex aufweisende Filmschicht mit einem Brechungsindex Nl3
und einer Filmdicke von A0/4 vorgesehen. Auf diese Weise werden "n" Filmschichten
derart aufeinandergestapelt, daß die am weitesten oben liegende Filmschicht, d.h.
die n-te Filmschicht eine einen niedrigen Brechungsindex aufweisende Filmschicht
ist. Demzufolqe ist die Gesamtzahl der Filmschichten ungerade.
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Fig. 6, 7 und 8 zeigen Spektral-Transmissionsgradkennlinien, die man
auf die gleiche Weise erhält wie Fig. 5, wobei jedoch die Anzahl der Filmschichten
in Fig. 4 fünf, sieben bzw. neun ist. In den Fig. 6 bis 8 haben die Normwellenlänge,
der Brechungsindex NL der einen niedrigen
Brechungsindex aufweisenden
Filmschichten und die Brechungsindizes N H der einen hohen Brechungsindex aufweisenden
Filmschichten die in den Tab. 2 bis 4 dargestellten Werte. Der einfallseitige Brechungsindex
Ns, der durchlaßseitige Brechungsindex Ng und der Einfallwinkel sind genauso groß
wie bei dem Beispiel gemäß Fig. 5.
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Tabelle 2 (Fig. 6, fünf Filmschichten)
| 890nm |
| NL 2.105 |
| TJH |
| T 3.50 4.000.50 5 00 |
| < 3.50 4.00 4.50 5.00 |
| 1 T,2 T3 T,o |
| T5 I TSl TS2 TS3 T51 |
Tabelle 3 (Fig. 7, sieben Filmschichten
| ho 880nm |
| N . ,2,325 . |
| L |
| Tp 3..50 4,00 4.50 T4 |
| Tp Tpl -2 T3 P P |
| T Tl T2 T3 T 3 T 4 |
| S S S S S |
Tabelle 4 (Fig. 8, neun Filmschichten)
| BO 875nm |
| NI 2.45 |
| T 1 3.50 1 3.75 1 4.00 |
| Tp Tl T2 / T3 |
| P P |
| TS zuTS1 - Ts2 Ts3 |
Wie in den Fig. 6 bis 8 gezeigt ist, können der Transmissionsgrad Tp für die P-polarisierte
Lichtkomponente und der Transmissionsgrad TS für die S-polarisierte Lichtkomponente
bei einer Wellenlänge p in der Nähe von 800 nm unter entsprechenden Bedingungen
einander gleichgemacht werden. Außerdem können die Transmissionsgrade Tp und TS
innerhalb eines gewissen Bereichs nach Wunsch eingestellt werden, indem man die
Anzahl von Filmschichtenentsprechend auswählt. Selbstverständlich können die Werte
Tp und T5 auch auf voneinander abweichende Werte eingestellt werden.
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Wenn der Strahlaufspalter nach der Erfindung in dem oben beschriebenen
optischen Fotoplatten-Wiedergabesystem eingesetzt wird, ist es im Hinblick auf die
Lichtausbeute wünschenswert, daß der Strahlaufspalter 50E Durchläsigkeit besitzt,
und daß der Durchlässigkeitsgrad sowohl für P- als auch für S-polarisierte Lichtkomponenten
gleich ist. Tab. 5 zeigt die Brechungsindexbedingungen der Phasenaufspalter mit
drei bis neun Filmschichten, wodurch der genannten Forderung genügt wird. In Tab.
5 sind der einfallseitige Brechungsindex Ns, der durchlaßseitige Brechungsindex
Ng und der Ein-
fallwinkel genauso groß wie oben beschrieben und
es ist beabsichtigt, daß die gewünschten Kennlinien bei einer Wellenlänge > von
800 nm erhalten werden. Fig. 9 zeigt die Spektral-Transmissionsgradkennlinien der
Phasenaufspalter mit den in Tab. 5 dargestellten Besonderheiten für P- und S-polarisierte
Lichtkomponenten.
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Tab. 5 (Fig. 9)
| Anzahl von |
| Schichten(LQ (nm) N NR |
| L |
| 3 925 1.975 6.225 |
| 5 890 2.210 4.130 |
| 7 880 2.340 3.610 |
| 9 875 2.420 3.375 |
Wie in Fig. 9 gezeigt ist, ist es möglich, einen Strahlaufspalter zu schaffen, der
eine gewünschte Anzahl von Filmschichten besitzt und eine Durchlässigkeit von 50%
(sowohl für P- als auch für S-polarisierte Lichtkomponenten) aufweist, indem man
die Brechungsindizes NR und NL der einen hohen bzw. einen niedrigen Brechungsindex
aufweisenden Filmschichten nach Maßgabe der Anzahl der Filmschichten bestimmt. In
der Nähe desjenigen Bereichs jedoch, in welchem der Durchlässigkeitsgrad für P-
und S-polarisi.erte Lichtkomponente etwa gleich ist, besteht die Tendenz, daß die
Kurve für den Transmissionsgrad TS für die S-polarisierte Lichtkomponente schärfer
wird, wenn die Anzahl von Filmschichten ansteigt. Vom Standpunkt der fertigungsbedingten
Schwankungen ist es daher von Vorteil, die Anzahl von Filmschichten kleiner zu halten.
Wie oben jedoch beschrieben wurde, wird bei verringerter Anzahl von Filmschichten,
beispielsweise bei
drei Filmschichten, die Toleranz des Brechungsindex
NL der einen niedrigen Brechungsindex aufweisenden Filmschichten schmal.
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Fig. 10 zeigt die Bedingungen für den hohen Brechungsindex NH der
einen hohen Brechungsindex aufweisenden Filmschicht und den Brechungsindex N L der
einen niedrigen Brechungsindex aufweisenden Filmschicht, die notwendig sind, um
einen gleichen Transmissionsgrad sowohl für die P- als auch für die S-polarisierten
Lichtkomponenten in der Nähe einer Wellenlänge ; im Bereich von 800 t 20 nm im Hinblick
auf die Anzahl von Filmschichten (Ln) zu erhalten. Die übrigen Bedingungen, d.h.
der einfallseitige Brechungsindex Ns, der Einfallwinkel u. dgl. sind genauso groß
wie bei den oben geschilderten Fällen. In Fig.
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10 kennzeichnen die gestrichelten Linien die Linien gleichen Transmissionsgrads
T (T (Tp=TS) für die P- und S-polarisierten Lichtkomponenten.
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Wie in Fig. 10 gezeigt ist, besteht die Möglichkeit, die Transmissionsgrade
Tp + T5 für P- und S-polarisierte Lichtkomponenten bei irgendeiner Anzahl von Filmschichten
einander anzugleichen, indem man die Bedingungen der Brechungsindizes NH und NL
einstellt, und es ist außerdem möglich, die Transmissionsgrade auf irgendwelche
Werte einzustellen. Im allgemeinen jedoch wird die Toleranz für den niedrigen Brechungsindex
NL klein, wenn die Anzahl von Filmschichten (Ln) abnimmt, und die Toleranz für den
hohen Brechungsindex NR wird schmal, wenn die Anzahl von Filmschichten (Ln) ansteigt.
In Anbetracht dieser Umstände ist ein Strahlaufspalter mit fünf Filmschichten vorteilhaft,
da die Steuerung des Herstellungsvorgangs relativ einfach ist.
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Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen ist der
einfallseitige
Brechungsindex auf 1,52 festgelegt, der durchlaßseitige Brechungsindex ist auf 1,56
festgelegt.
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Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Bedingungen beschränkt. Wenn
beispielsweise der in dem Fotoplatten-Wiedergabesystem verwendete Lasergenerator
ein im nahen Infrarotbereich arbeitender Laser ist, reicht es aus, daß das Substrat
im nahen Infrarot-Wellenlängenbereich durchlässig ist, und daher kann das Substrat
aus Silicium o. dgl. bestehen. Fig. 11 zeigt die Spektral-Transmissionsgradkennlinien
einiger Strahlaufspalter mit fünf Filmschichten, bei denen die Transmissionsgrade
Tp und T5 für die P- und die S-polarisierten Lichtkomponenten in der Nähe einer
Wellenlänge von 800 nm gleich sind, wenn der einfallseitige Brechungsindex und der
durchlaßseitige Brechungsindex 4,0 betragen. In jedem Fall beträgt der Einfallwinkel
45°, und die Brechungsindizes NR und NL der jeweiligen Filmschichten sind in Tab.
6 angegeben.
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Tabelle 6 (Fig. 11, fünf Filmschichten)
| TP i Tpl Typ2 Tp3 Tp4 Tp5 |
| T5 T51 TS2 T53 TS4 Ts5 |
| NH 7.00 8.90 8.90 10.73 13.21 18.50 |
| NL 5.21 5.54 5.73 5.89 6.05 |
Außerdem ist es gemäß der Erfindung möglich, einen Strahlaufspalter zu schaffen,
bei dem der Transmissionsgrad Tp für die P-polarisierte Lichtkomponente niedriger
ist als der Transmissionsgrad TS für die S-polarisierte Lichtkomponente innerhalb
eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs, indem entsprechende Brechungs-
indexbedingungen
geschaffen werden, wie in Fig. 12 dargestellt ist. Fig. 12 zeigt die Transmissionsgrade
Tp und T5 für die P- und S-polarisierten Lichtkomponenten, die man erhält, wenn
der einfallseitige Brechungsindex N5 1,52, der durchlaßseitige Brechungsindex No
1,56, der Einfallwinkel 450, die Normwellenlänge 0 890 nm, der 0 Brechungsindex
NL einen festen Wert von 2,20 aufweist und der Brechungsindex NR geändert wird.
Die Anzahl von Filmschichten beträgt fünf (die Filmdicke jeder Filmschicht beträgt'½0/4).
Die Beziehung zwischen dem Brechungsindex NH und den Durchlässigkeitsgraden Tp und
T5 ist in Tab. 7 angegeben.
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Tabelle 7 (Fig. 12, fünf Filmschichten)
| T NH 3.00 3.50 4.00 |
| TP Tpl Tp2 Tp3 |
| T5 TS1 T52 2 T53 |
Erfindungsgemäß lassen sich die besonderen Kennlinien gemäß Fig. 12, die bei einem
herkömmlichen Strahlaufspalter nicht erreichbar sind, sehr einfach erreichen.
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Die Erfindung schafft also verschiedene optische Systeme mit neuen
Funktionsweisen.
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Fig. 13 zeigt die Kennlinien einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Strahlaufspalters mit sieben Filmschichten. Die Kennlinien werden erhalten, wenn
sich der Einfallwinkel ändert. Bei dieser Ausführungsform betragen die Filmdicke
der zweiten undader sechsten Filmschicht, bei denen'es sich um einen hohen Brechungsindex
aufweisende
Filmschichten handelt, 0,55 x (#0/4) und die Dicke der anderen Filmschichten #0/4
/4. Der einfallseitige Brechungsindex NS beträgt 1,52, der durchlaßseitige Brechungsindex
No beträgt 1,56, der Brechungsindex NL beträgt 2,20, der Brechungsindex NH beträgt
3,50, und die Normwellenlänge #0 beträgt 1035 nm. Die Beziehung zwischen dem Einfallwinkel
(α) und den Kennlinien ist in Tab. 8 niedergelegt.
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Tabelle 8 (Fig. 13, sieben Filmschichten)
| 500 450 400 |
| cr 50" 45" 40" |
| Tp Tpl Tp2 Tp3 |
| 9' Tl T2 T3 |
| -S TS1 5 5 5 |
Wie oben beschrieben wurde, braucht erfindungsgemäß die Filmdicke jeder Filmschicht
nicht stets etwa #0/4 /4 zu betragen. Es versteht sich weiterhin, daß eine Änderung
des Einfallwinkels (O) zu einer allgemeinen Wellenlängenverschiebung führt, wie
sie in herkömmlichen optischen Dünnschichtsystemen angetroffen wird, wenn eine Änderung
der relativen Schichtdicke erfolgt.
-
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen hat der Strahlaufspalter
Prismaform. Es ist jedoch auch möglich, den Strahlaufspalter nach der Erfindung
als Plattentyp auszubilden. Im folgenden werden verschiedene Strahlaufspalter vorn
Plattentyp t)eschricE)cn.
-
lig. 15 zeigt die Kennlinien einer weiteren liusführutlc3sform des
erfindungsgemäßen Strahlaufspalters, welcher
hier als Plattentyp
ausgebildet ist. Der in Fig. 15 dargestellte Strahlaufspalter enthält ein plattenähnliches
Substrat 10 und einen Mehrschicht-Interferenzfilm L, der durch Niederschlagung auf
das plattenähnliche Substrat 10 aufgebracht ist.
-
Wenn die Kennlinien des Strahlaufspalters gemäß Fig. 15 so eingestellt
werden, daß Reflexionsgrad und Transmissionsgrad jeweils für P- und für S-polarisierte
Lichtkomponenten 50% betragen, wird das von der linken Seite gemäß Fig. 15 in den
Strahlaufspalter eintretende Einfallicht I in durchgelassenes Licht T und reflektiertes
Licht R aufgespalten. Wenn das Einfallicht I die P-polarisierte Lichtkomponente
Ip und die S-polarisierte Lichtkomponente IS jeweils zu einem Anteil von 50E enthält,
beträgt bei einer Gesamtlichtmenge von 100 der Anteil des durchgelassenen Lichts
T 50 (Tp:TS=25:25), und der Anteil des reflektierten Lichts R beträgt ebenfalls
50 (Rp:RS=25:25) Somit ist das Verhältnis der P- und S-polarisierten Lichtkomponenten
zueinander in dem durchgelassenen Licht T und in dem reflektierten Licht R gleich
dem Verhältnis der P- und S-polarisierten Lichtkomponenten in dem Einfallicht I.
Gleichgültig, welches Verhältnis Ip/IS von polarisierten Lichtkomponenten indem
Einfallicht I vorliegt, das Komponentenverhältnis ändert sich in dem durchgelassenen
Licht und dem reflektierten Licht nicht. Dies ist lediglich ein Beispiel für die
Kennlinien, die mit dem in Fig. 15 dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Strahlaufspalters erzielbar sind.
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Fig. 16 zeigt eine Ausführungsform des Strahlaufspalters, bei der
der Mehrschicht-Interferenzfilm L gemäß Fig. 15 aus drei Filmschichten besteht.
Der Strahlaufspalter nach Fig. 16 enthält ein Substrat S mit einem Brechungs-
index
N57 welches beispielsweise aus glasigem Material wie BK7hergestellt ist, eine einen
niedrigen Brechungsindex aufweisende erste Schicht L1 mit einem Brechungsindex NL,
eine einen hohen Brechungsindex aufweisende zweite Schicht L2 mit einem Brechungsindex
NH und eine dritte Schicht L3, die wie die erste Schicht L1 als eine Filmschicht
mit niedrigem Brechungsindex ausgebildet ist. Das Umgebungsmedium ist Luft mit einem
Brechungsindex Ng von 1,0. Jede der Schichten L1 bis L3 besitzt eine optische Filmdicke
von etwa A /4, wobei 0 die Normwellenlänge 0 0 ist.
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Fig. 17 zeigt eine Ausführungsform des Strahlaufspalters vom Plattentyp
mit "n" Filmschichten. Bei dieser Ausführungsform ist als die erste Filmschicht
eine einen niedrigen Brechungsindex aufweisende Filmschicht mit einem Brechungsindex
NL und einer Filmdicke von #/4 und als die zweite Schicht eine einen hohen Brechungsindex
aufweisende Filmschicht mit einem Brechungsindex NR und einer Filmdicke von ?o/4
vorgesehen. Auf diese Weise werden "n" Filmschichten derart aufeinandergestapelt,
daß die am weitesten oben liegende Filmschicht, d.h. die n-te Filmschicht eine einen
niedrigen Brechungsindex aufweisende Schicht ist. Demzufolge ist die Gesamtzahl
der Filmschichten ungerade.
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Wenn der Strahlaufteiler gemäß Fiq. 17 in dem optischen Fotoplatten-Wiedergabesystem,
welcJ-es einen im nahen Infrarotbereich arbeitenden Lasergenerator aufweist, eingesetzt
wird, so ist es im Hinblick auf die Lictausbeute wünschenswert, daß der Strahlaufteiler
eine l)urchlässigkeit von 50% aufweist, und daß der Transmissionsgrad sowohl für
P- als auch für S-polarisierte Lichtkomponenten gleich ist. Tab. 9 zeigt die Brechungsindexbedingungen
für die Strahlaufteiler mit drei bis neun
Filmschichten, um dem
erwähnten Erfordernis zu genügen.
-
In Tab. 9 beträgt der einfallseitige Brechungsindex Ng 1,0, der durchlaßseitige
Brechungsindex NS 1,52, der Einfallwinkel 45°, und es ist beabsichtigt, daß das
gewünschte Verhalten bei einer Wellenlänge z. von 800 nm erzielt wird. Fig. 18 zeigt
die Spektral-Transmissionsgradkennlinien der Strahlaufteiler gemäß Tab. 9 für die
P- und S-polarisierten Lichtkomponenten.
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Tabelle 9 (Fig. 18)
| Anzahl von #0(nm) NL NH |
| Schichten(Ln) |
| 3 890 1.510 4.500 |
| 5 860 1.690 3.075 |
| 7 855 1.788 2.716 |
| 9 . 850 1 1.860 2.570 |
Wie Fig. 18 zeigt, ist es möglich, einen Strahlaufspalter mit einer gewünschten
Anzahl von Filmschichten zu erhalten, der 50% Durchlässigkeit (sowohl für P- als
auch für S-polarisierte Lichtkomponenten) aufweist, indem man die Brechungsindizes
NH und N L der einen hohen bzw. einen niedrigen Brechungsindex aufweisenden Filmschichten
nach Maßgabe der Anzahl der Filmschichten festlegt. In der Nähe des Bereichs jedoch,
in dem der Transmissionsgrad für P- und S-polarisierte Lichtkomponenten etwa gleich
ist, besteht die Tendenz, daß die Kurve des Transmissionsgrads TS für die S-polarisierte
Lichtkomponente mit ansteigender Anzahl von Filmschichten schärfer wird. Daher ist
es vom Standpunkt der
herstellungsbedingten Schwankungen und der
Abhängigkeit vom Einfallwinkel vorteilhaft, die Anzahl der Filmschichten kleiner
zu wählen.
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Fig. 19 zeigt die Bedingungen für den hohen Brechungsindex NH der
einen hohen Brechungsindex aufweisenden Filmschicht und den Brechungsindex N L der
einen niedrigen Brechungsindex aufweisenden Filmschicht, um einen gleichen Transmissionsgrad
für die P- und S-polarisierten Lichtkomponenten in der Nähe eines Bereichs von Wellenlängen
(i;) von 800 t 20 nm zu erhalten, wobei die Bedingungen auf die Anzahl von Filmschichten
(Ln) bezogen sind. Die übrigen Bedingungen, d.h. der durchlaßseitige Brechungsindex
N5, der Einfallwinkel u. dgl. sind genauso groß wie es oben beschrieben wurde. In
Fig. 19 kennzeichnen die gestrichelten Linien die Linien für gleiche Transmissionsgrade
T (Tp=TS) für die P- und die S-polarisierten Lichtkomponenten. Wie Wie Fig. 19 zeigt,
ist es möglich, die Transmissionsgrade Tp und T5 für die P- bzw. S-polarisierten
Lichtkomponenten bei irgendeiner Anzahl von Filmschichten einander anzugleichen,
indem man die Bedingungen der Brechungsindizes NH und NL einstellt, und es ist außerdem
möglich, die Transmissionsgrade auf beliebige Werte einzustellen.
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In den oben beschriebenen Ausführungsformen des Plattentyps ist der
einfallseitige Brechungsindex auf 1,0 und der durchlaßseitige Brechungsindex auf
1,52 festgelegt.
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Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Bedingungen beschränkt. Wenn
beispielsweise in dem ol)ti.scElen Fotoplattc?ll-Wiedergabc-systeJrl ein liii nahen
Infrarotbereich arbeitender Lasergenerator eingesetzt wird, sf) kann das Substrat
aus Siliciurn, (,ermaniunl oder dgl. bestehen.
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Fig. 20 zeigt die spektralen Durchlässigkeitskennlinien einiger Strahlaufspalter
mit fünf Filmschichten und gleichen Durchlässigkeitsgraden Tp und T5 für P- und
S-polarisierte Lichtkomponenten in der Nähe einer Wellenlänge von 800 nm bei einem
einfallseitigen Brechungsindex von 1,0 und einem durchlaßseitigen Brechungsindex
von 4,0. Der Einfallwinkel beträgt in jedem Fall 45°, die Brechungsindizes NH und
N L der jeweiligen Filmschichten sind in Tab. 10 angegeben.
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Tabelle 10 (Fig. 20, fünf Filmschichten)
| TP Tp1 Tp2 Tp3 Tp4 |
| TS TS1 TS2 TS3 TS4 |
| NH 1.625 1.779 1.890 2.000 |
| Nt 1.992 2.608 3.365 4.952 |
Weiterhin ermöglicht es die Erfindung, einen Strahlaufspalter vom Plattentyp zu
schaffen, bei dem der Transmissionsgrad Tp für die P-polarisierte Lichtkomponente
niedriger ist als der Transmissionsgrad T5 für die S-polarisierte Lichtkomponente
innerhalb eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs, was von den Brechungsindex-Bedingungen
abhängt, wie in Fig. 1 dargestellt ist. In Fig. 1 gilt Tp1<TS1. Weiterhin können
das Verhältnis Tp:TS und das Verhältnis (Tp+TS):(Rp:Rs) nach Wunsch eingestellt
werden. Fig. 21 zeigt die Durchlässigkeitsgrade Tp und TS für die P- und die S-polarisierten
Lichtkomponenten bei einem einfallseitigen Brechungsindex No von 1,0, einem durchlaßseitigen
Brechungsindex N5 von 1,52, einem Einfallwinkel von 45°, einer Normwellenlänge #0
von 860 nm und einem auf einen Wert von 1,6 festgelegten
Brechungsindex
NL für die einen niedrigen Brechungsindex aufweisenden Filmschichten, während der
Brechungsindex NR der einen hohen Brechungsindex aufweisenden Filmschichten geändert
wird. Die Anzahl von Filmschichten beträgt fünf (die optische Dicke jeder Filmschicht
beträgt #0/4), und die Beziehung zwischen dem Brechungsindex NH und den Transmissionsgraden
Tp und T5 ist in Fig. 11 gezeigt.
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Tabelle 11 (Fig. 21, fünf Filmschichten)
| T < HC 2.00 2.50 3.00 4.00 |
| TP II TPl 1 TP2 TP3 TP4 |
| T5 T51 T5 |l Tsl T53 T54 |
Die Erfindung ermöglicht die einfache Erzielung der besonderen Kennlinien gemäß
Fig. 21, welche mit herkömmlichen Strahlaufspaltern nicht erreicht werden könnten.
-
Die Erfindung schafft also verschiedene optische Systeme mit neuen
Funktionsweisen.
-
Auch in den Ausführungsformen gemäß den Fig. 16 bis 21 beträgt die
optische Filmdicke jeder Filmschicht etwa rQO/4. Es ist jedoch auch möglich, die
gewünschten spektralen Kennlinien dadurch zu erhalten, daß man die Filmdicke ändert,
da die optische Dicke zum Bestimmen der Phase jeder Filmschicht eine Funktion des
Brechungsindex und der Filmdicke ist.
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In sämtlichen oben beschriebenen Ausführungsformen besteht der Mehrschicht-Interferenzfilm
@des Strahlaufspalt ers aus einer ungeraden Anzahl von Filmschichten.
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Jedoch kann der Mehrschicht-Interferenzfilm L- auch aus einer geraden
Anzahl von Filmschichten bestehen. Im folgenden werden verschiedene Ausführungsformen
des Strahlaufspalters vom Plattentyp entsprechend Fig. 15 beschrieben, wobei diese
eine gerade Anzahl von Filmschichten besitzen. Fig. 22 bis 27 zeigen derartige Ausführungsformen.
-
Fig. 22 zeigt eine Ausführungsform des Strahlaufspalters, bei der
der Mehrschicht-Interferenzfilm L gemäß Fig. 15 aus zwei Filmschichten besteht.
Der Strahlaufspalter nach Fig. 22 enthält ein Substrat S mit einem Brechungsindex
Ns, bestehend aus beispielsweise einem glasigen Material wie BK7, eine erste Schicht
L1, die eine einen niedrigen Brechungsindex aufweisende Filmschicht mit einem Brechungsindex
NL ist, und eine zweite Schicht L2 r die eine einen hohen Brechungsindex aufweisende
Filmschicht mit einem Brechungsindex NH ist. Das Umgebungsmedium ist Luft mit einem
Brechungsindex Ng von 1,0.
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Jede der Schichten L1 bis L3 besitzt eine optische Filmdicke von etwa
Ao/4 wobei 2<0 die Normwellenlänge ist.
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Fig. 23 zeigt eine Ausführungsform des Strahlaufspalters vom Plattentyp
mit "n" Filmschichten. Bei dieser Ausführungsform ist als die erste Filmschicht
eine einen hohen Brechungsindex aufweisende Filmschicht mit einem Brechungsindex
NR und einer Filmdicke von ovo/4 vorgesehen, und als die zweite Schicht ist eine
einen niedrigen Brechungsindex aufweisende Filmschicht mit einem Brechungsindex
NL und einer Filmdicke von zO/4 vorgesehen.
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Auf diese Weise werden "n" Filmschichten derart aufeinandergestapelt,
daß die am weitesten oben liegende Filmschicht, d.h. die n-te Filmschicht eine Filmschicht
mit niedrigem Brechungsindex ist. Folglich ist die Gesamtzahl von Filmschichten
gerade.
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Wenn der erfindungsgemäße Strahlaufspalter gemäß Fig. 23 in dem einen
im nahen Infrarotbereich arbeitenden Laser aufweisenden Fotoplatten-Wiedergabesystem
verwendet wird, ist es angesichts der Lichtausbeute wünschenswert, daß der Strahlaufteiler
50% Durchlässigkeit aufweist, und daß der Durchlässigkeitsgrad sowohl für P- als
auch für S-polarisierte Lichtkomponenten gleich ist. Tab. 12 zeigt die Brechungsindexbedingungen
der Strahlaufspalter mit zwei bis zehn Filmschichten, um dem genannten Erfordernis
zu genügen. In Tab. 12 beträgt der einfallseitige Brechungsindex Ng 1,0, der durchlaßseitige
Brechungsindex N5 beträgt 1,52, der Einfallwinkel beträgt 450, und es ist beabsichtigt,
daß die gewünschten Kennlinienverläufe bei einer Wellenlänge K von 800 nm erhalten
werden.
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Fig. 24 zeigt die spektralen Durchlaßkennlinien der Strahlaufspalter
gemäß Fig. 12 für die P- und S-polarisierten Lichtkomponenten.
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Tabelle 12 (Fig. 24)
| unzahl von #0(nm) NL NH |
| Schichten(Ln) x0 fnm) |
| 2 890 1 1.495 1 4.480 |
| 4 850 1.800 3.100 |
| 6 845 1.968 2.830 |
| 8 843 2.047 2.690 |
| 10 802 2.094 2.604 |
Wie Fig. 24 zeigt, ist es möglich, einen Strahlaufspalter mit einer gewünschten
Anzahl von Filmschichten zu erhalten, der eine 50%ige Durchlässigkeit (sowohl für
P- als auch für S-polarisierte Lichtkomponenten) aufweist, indem man die Brechungsindizes
NH und NL der
einen hohen bzw. einen niedrigen Brechungsindex aufweisenden
Schichten nach Maßgabe der Filmschichten festlegt.
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In der Nähe des Bereichs, in dem der Transmissionsgrad für die P-
und die S-polarisierten Lichtkomponenten etwa gleich ist, besteht jedoch die Tendenz,
daß die Kurve des Durchlässigkeitsgrads T5 für die S-polarisierte Lichtkomponente
bei ansteigender Anzahl von Filmschichten schärfer wird. Daher ist es angesichts
der herstellungsbedingten Schwankungen und der Abhängigkeit om Einfallswinkel vorteilhaft,
daß die Anzahl von Filmschichten kleiner ist.
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Fig. 25 zeigt die Bedingungen für den hohen Brechungsindex NH und
den niedrigen Brechungsindex NL, die erfüllt werden müssen, damit sowohl für die
P- als auch die S-polarisierten Lichtkomponenten der Transmissionsgrad in der Nähe
eines Wellenlängenbereichs () von 800 + 20 nm bezüglich der Anzahl von Filmschichten
(Ln) gleich ist. Die übrigen Bedingungen, d.h. der durchlaßseitige Brechungsindex
Ns, der Einfallwinkel und dgl.
-
sind die gleichen wie bei den obigen Fällen. In Fig. 25 kennzeichnen
die gestrichelten Linien die Linien gleicher Transmissionsgrade T (Tp=TS) für die
P- und S-polarisierten Lichtkomponenten.
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Wie Fig. 25 zeigt, ist es möglich, die Transmissionsgrade Tp und T5
für die P- und die S-polarisierten Lichtkomponenten bei einer geraden Anzahl von
Filmschichten dadurch einander anzugleichen, daß man die Bedingungen für die Brechungsindizes
NH und N L einstellt, und es ist auch möglich, die Transmissionsgrade auf irgendwelche
Werte einzustellen.
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Bei den oben anhand der Fig. 24 und 25 beschriebenen Ausführungsformen
beträgt der einfallseitige Brechungsindex
1,0 und der durchlaßseitige
Brechungsindex 1,52.
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Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Bedingungen beschränkt. Wenn
beispielsweise in dem Fotoplatten-Wiedergabe system ein im nahen Infrarotbereich
arbeitender Laser verwendet wird, kann das Substrat aus Silicium, Germanium o. dgl.
bestehen. Fig. 26 zeigt die spektralen Durchlässigkeitskennlinien einiger Strahlaufspalter
mit vier Filmschichten und gleichen Transmissionsgraden Tp und TS für die P- und
die S-polarisierten Lichtkomponenten in der Nähe einer Wellenlänge von 800 nm, wobei
der einfallseitige Brechungsindex 1,0 und der durchlaßseitige Brechungsindex 4,0
beträgt. Der Einfallwinkel beträgt in jedem Fall 45°, und die Brechungsindizes NR
und NL der jeweiligen Filmschichten sind in der Tab. 13 angegeben.
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Tabelle 13 (Fig. 26, vier Filmschichten)
| TP Tpl Tp2 Tp3 Tp4 Tp5 |
| TS TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 |
| NH 2.510 3.049 3.620 4.382 6.155 |
| NL 1.512 1.587 1.647 1.690 1.750 |
Die Erfindung macht es außerdem möglich, einen Strahlaufteiler vom Plattentyp zu
schaffen, bei dem der Transmissionsgrad Tp für die P-polarisierte Lichtkomponente
niedriger ist als der Transmissionsgrad T5 für die S-polarisierte Lichtkomponente
innerhalb eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs, und zwar nach Maßgabe der Brechungsindexbedingungen,
wie es in Fig. 27 gezeigt ist. In Fig. 27 gilt Tp 1=Ts 1. Außerdem können die Verhältnisse
Tp:T5 und (Tp+TS): (Rp+RS) nach Wunsch eingestellt werden. Fig. 27 zeigt die Transmissionsgrade
T
und T5 für die P- und S-polarisierten Lichtkomponenten, die man dann erhält, wenn
der einfallseitige Brechungsindex Ng 1,0, der durchlaßseitige Brechungsindex N5
1,52, der Einfallwinkel 45°, die Normwellenlänge t0 0 845 nm, der Brechungsindex
Nl 1,80 betragen und der Brechungsindex N H der einen hohen Brechungsindex aufweisenden
Filmschichten geändert wird. Die Anzahl von Filmschichten beträgt sechs (die optische
Filmdicke in jeder Filmschicht beträgt X o /4), und die Beziehung zwischen dem Brechungsindex
NH und den Transmissionsgraden Tp und TS ist in Tab. 14 gezeigt.
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Tabelle 14 (Fig. 27, sechs Filmschichten)
| T-" I |
| T 1 |
| TP | Tpl Tpl T 2 Tp3 |
| 1 o 3 |
| -S | S TS2 Ts3 |
| -S 55 |
Durch die Erfindung werden die besonderen Kennlinien nach Fig. 27 auf einfache Weise
erreicht. Bei den herkömmlichen Strahlaufspaltern könnten diese Kennlinien nicht
erzielt werden. Die Erfindung schafft also verschiedene optische Systeme mit neuen
Funktionsweisen.
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Auch bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 22 bis 27 beträgt die
optische Filmdicke in jeder Filmschicht etwa #0/4. Es ist jedoch auch möglich, die
gewünschten spektralen Kennlinien dadurch zu erhalten, daß man die Filmdicke ändert,
da die optische Dicke zum Bestimmen
der Phase jeder Filmschicht
eine Funktion des Brechungsindex und der Filmdicke ist.
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Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen können für die jeweiligen
Filmschichten verschiedene Niederschlagungsmaterialien eingesetzt werden. Beispielsweise
eignet sich Si als Material mit hohem Brechungsindex, und TiO Zu02, SnO2, ZnS, Cm203,
Al203, CeF3; Und203 und In203 eignen sich als Materialien mit niedrigem Brechungsindex.
Besonders Si hat Vorteile, da der Brechungsindex in dem Bereich von drei bis fünf
variiert werden kann, indem man die Niederschlagungsbedingungen (Substrattemperatur,
Niederschlagungsrate u. dgl.) ändert.
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Normalerweise liegt die Substrattemperatur beim Niederschlagungsprozeß
in dem Bereich zwischen 300 und 4000C.
-
Um einen gewünschten Brechungsindex zu erhalten, kann zur Bildung
jeder Filmschicht eine äquivalente Schicht verwendet werden, die aus einer Anzahl
von Unterschichten mit niedrigerem Brechungsindex besteht. Die äquivalente Schicht
ist insofern vorteilhaft, als ein Brechungsindex innerhalb eines gewünschten Bereichs
auf äquivalente Weise erzielt werden kann (theoretisch kann jeder Brechungsindex
erhalten werden).