[发明专利]偏振变换元件

说明书

技术领域

本发明涉及将直线偏振光变换为径向偏振光的偏振变换元件。

背景技术

以往以来，利用了激光显微镜、光拾取装置、激光加工机等通过向对象物照射光来检测该对象物的形状等信息或者使该对象物产生某种变化的装置。在这样的装置中，为了进一步提高分辨率，从光源照射并聚光到对象物的射束点的直径越小越好。一般，射束点的最小直径由衍射界限规定，其最小直径与波长成比例。因此，从光源照射的光的波长越短，射束点的直径越小。

但是，发出波长短的光的光源例如发出紫色或者紫外光的激光一般比发出比其更长的波长例如发出绿色或者红色光的光源更昂贵。另外，一般，在紫色至紫外的波长范围内，随着波长变短，光学材料的透射率也降低。因此，针对紫色或者紫外光具有高的透射率的光学材料的种类受到限制。

因此，径向偏振光受到关注。径向偏振光是以光轴为中心且直线偏振光的偏振面放射状地分布的偏振光。有如下报告：通过聚光透镜使径向偏振光对焦，从而聚光到焦点面的光成为z偏振光（即，光的传播方向和电场方向相同的偏振光），而能够使光聚光到比由X或者Y偏振光的衍射界限形成的射束点直径小的光点直径。另外，也有如下报告：通过使用径向偏振光，沿着光轴，波束直径窄的范围变长，由此焦深也变深（例如，参照Chin－Cherng Sun、Chin－Ku Liu、“Ultrasmall focusing spot with a long depth of focus based on polarization and phase modulation”、OPTICS LETTERS、Optical Society of America、2003年、第28卷、第2号、p.99－101以及HAIFENG WANG等、“Creation of a needle of longitudinally polarized light in vacuum using binary optics”、Nature photonics、2008年、第2卷、p.501－505）。

发明内容

为了生成这样的径向偏振光，例如使用在相对光轴方向正交的面中排列多个半波长板、并且以使各半波长板的光学轴的方向不同的方式粘贴的偏振变换元件。另外，还提出了使用光子晶体将直线偏振光变换为径向偏振光的偏振变换元件。

但是，在半波长板以及光子晶体中，如果所入射的光的波长变化，则在正常光线与异常光线之间产生的相位差也变化。因此，对于使用了半波长板或者光子晶体的偏振变换元件，如果入射到该偏振变换元件的光线的波长与设计波长不同，则无法将入射光线变换为径向偏振光。

因此，本发明的目的在于提供一种偏振变换元件，能够将具有规定的波长域中包含的波长的直线偏振光变换为径向偏振光。

根据本发明的一个侧面，提供一种偏振变换元件，具有：相位反转元件，沿着光轴配置，使具有规定的波长的入射光的一部分的相位反转；以及偏振面旋转元件，将具有所述规定的波长的直线偏振光变换为径向偏振光。在该偏振变换元件中，偏振面旋转元件具有：液晶层，包含液晶分子；以及二个第1透明电极，以夹着该液晶层而相对的方式配置。液晶层具有沿着以偏振面旋转元件与光轴的第1交点为中心的圆周方向配置的多个区域，多个区域的每一个中包含的所述液晶分子的取向方向相互不同。液晶层的多个区域的每一个通过对二个第1透明电极之间施加与规定的波长对应的电压，根据该区域中包含的液晶分子的取向方向，旋转直线偏振光中的透射了该区域的分量的偏振面，以使其与以第1交点为中心的放射方向平行。由此，偏振面旋转元件将直线偏振光变换为径向偏振光。

另外，相位反转元件具有沿着以相位反转元件与光轴的第2交点为中心的放射方向交替配置的第1环形部分以及第2环形部分，使入射到第1环形部分的直线偏振光或者径向偏振光的相位相对入射到第2环形部分的直线偏振光或者径向偏振光的相位反转。

优选地，多个区域的每一个中包含的液晶分子的取向方向是与入射到偏振面旋转元件的直线偏振光的偏振面所成的角度成为通过第1交点以及该区域的规定的直线与偏振面之间的角度的1/2的方向，通过对二个第1透明电极之间施加规定的电压，偏振面旋转元件使直线偏振光中的透射了多个区域的每一个的分量的偏振面旋转直线偏振光的偏振面与取向方向所成的角的2倍的角度而与所述规定的线平行。

另外，优选多个区域的每一个中的规定的线是通过第1交点，并且对该区域进行2等分的线。