JP3545905B2 - 偏光分離素子とその偏光分離素子を用いた光ヘッド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク用の光ヘッドに応用される偏光分離素子、及びその偏光分離素子を用いた光ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
偏光分離素子に関する従来技術としては例えば以下のようなものがある。
１．「複屈折回折格子型偏光子」１９８８年第３５回春季応用物理学会講演予稿集２９ａ−ＺＨ−１０。この複屈折回折格子型偏光子では、図２２に示すように、複屈折光学結晶であるＬｉＮｂＯ_３ を基板として用い、これに周期的パターンでプロトン交換を施し、さらにプロトン交換領域上に誘電体膜を装荷した構造を持つ。プロトン交換領域では異常光線に対しては屈折率が増加し、常光線に対しては減少する。そして、プロトン交換領域での常光線の位相差を誘電体膜で相殺することにより常光線は直進させ、異常光線だけを回折させる偏光子を実現する。
２．「ＬｉＮｂＯ_３ を用いた偏光分離素子」１９９３年第４０回春季応用物理学会講演予稿集３０ａ−Ｂ−１。この偏光分離素子では、図２３に示すように、やはりＬｉＮｂＯ_３ を基板として用い、周期的格子状のプロトン交換領域を形成し、このプロトン交換領域のみを次に選択エッチングして周期的溝を作る。この溝でプロトン交換による異常光の屈折率増加を相殺し、常光の屈折率の減少を強調する。これにより異常光は直進し、常光が回折される偏光分離素子が実現できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来技術によれば、常光と異常光を分離する偏光分離素子が実現されるが、次のような欠点がある。
▲１▼作製に時間がかかる。すなわち、結晶に対して周期的イオン交換処理を行う必要があるので、イオン交換だけでも数時間（例として前記従来技術１では５時間程度）必要である。また、イオン交換だけでなく誘電体膜形成、そして、それのフォトリソグラフィーによるエッチングなど、工程が多く複雑である。
▲２▼コストが高い。すなわち、▲１▼で述べたように作製に時間や手間がかかる上、基板にＬｉＮｂＯ_３ などの光学結晶が必要であり、素子のコストが高くなる。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、ａ．作製に時間がかからず少ない工程で作製できる偏光分離素子を提供すること、ｂ．低コストの偏光分離素子を提供すること、ｃ．上記ａ，ｂの特徴を持つ偏光分離素子を使用した構成がシンプルな光ディスク用の光ヘッドを提供すること、を目的とする。そしてより詳しく述べると各請求項の目的は以下の通りである。
【０００５】
請求項１の目的は、上記ａ，ｂの目的の達成及び構成の簡易な偏光分離素子を提供することであり、さらには、等方性オーバーコート層を平坦に安定化して作成できるようにすることである。
請求項２の目的は、請求項１の目的に加え、偏光分離動作として格子ベクトル方向に振動する偏光成分を直進透過光、これと垂直方向に振動する偏光成分を回折光として分離させる際に、最大偏光分離度を出す条件を提示することである。
請求項３の目的は、請求項１の目的に加え、偏光分離動作として格子ベクトル方向に振動する偏光成分を回折光、これと垂直方向に振動する偏光成分を直進透過光として分離させる際に、最大偏光分離度を出す条件を提示することである。
請求項４の目的は、請求項１の目的に加え、等方性オーバーコート層が凹凸であっても偏光分離素子として使えるようにすることである。
請求項５の目的は、請求項４の目的に加え、偏光分離動作として格子ベクトル方向に振動する偏光成分を直進透過光、これと垂直方向に振動する偏光成分を回折光として分離させる際に、最大偏光分離度を出す条件を提示することである。
請求項６の目的は、請求項４の目的に加え、偏光分離動作として格子ベクトル方向に振動する偏光成分を回折光、これと垂直方向に振動する偏光成分を直進透過光として分離させる際に、最大偏光分離度を出す条件を提示することである。
請求項７の目的は、請求項１〜６の何れかの目的に加え、異方性膜として簡便に作成でき、大面積に低コストで作製させることである。
請求項８の目的は、請求項１〜６の何れかの目的に加え、異方性膜として簡便に作成でき、大面積に低コストで作製させることである。
請求項９の目的は、請求項１〜８の何れかの目的に加え、偏光分離素子を早く簡易に作製することである。
【０００６】
請求項１０の目的は、前記ｃの目的の達成であり、偏光分離素子を用いた光ヘッドの構成を提供することである。
請求項１１の目的は、光ヘッド用の１／４波長板と偏光分離素子を一体化した構成を提供することである。
請求項１２の目的は光ヘッド用の１／４波長板と偏光分離素子を一体化した別の構成を提供することである。
請求項１３の目的は、光ヘッドの光源、光検出器、偏光分離素子を一体化して簡易化した構成を提供することである。
請求項１４の目的は、前記ｃの目的の達成であり、異なる波長を持つ複数の光源と、偏光分離素子を用い、光学系を共用できる光ヘッドの構成を提供することである。
請求項１５の目的は、請求項１４の目的に加え、複数の光源と光検出器、偏光分離素子を一体化して簡易化した構成を提供することである。
請求項１６の目的は、請求項１４または１５の目的に加え、基板厚さの異なる光ディスクに対して良好な集光性能を得ることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の偏光分離素子は、直交する２つの偏光成分を分離するため、透明基板上に入射光の異なる振動面に対し屈折率が異なる異方性膜がドライエッチングあるいはウェットエッチングにより基板に達するまでエッチングされて周期的格子として装荷され、さらにその上に等方性のオーバーコート層が被覆され、その上に第二の透明基板を備え、前記等方性オーバーコート層が前記透明基板と前記第二の透明基板とを前記異方性膜の格子間で接着する接着層であり、入射光の直交する偏光を０次光と回折光に分離することを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の偏光分離素子は、請求項１の構成に加え、異方性膜の周期的格子の格子ベクトル方向の偏波に対する屈折率をｎ_ｐ、これと垂直方向の偏波に対する屈折率をｎ_ｓとし、等方性オーバーコート層の屈折率をｎ_１、異方性膜の周期的格子の凹凸深さをｈ、光の波長をλ、ｍを０を含む正負の自然数（ｍ＝０，±１，±２，・・・）とするとき、次の条件、
（ｎ_ｐ−ｎ_１）ｈ＝ｍλ
（ｎ_ｓ−ｎ_１）ｈ＝（ｍ±１／２）λ
を略満足することを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の偏光分離素子は、請求項１の構成に加え、異方性膜の周期的格子の格子ベクトル方向の偏波に対する屈折率をｎ_ｐ、これと垂直方向の偏波に対する屈折率をｎ_ｓとし、等方性オーバーコート層の屈折率をｎ_１、異方性膜の周期的格子の凹凸深さをｈ、光の波長をλ、ｍを０を含む正負の自然数（ｍ＝０，±１，±２，・・・）とするとき、次の条件、
（ｎ_ｐ−ｎ_１）ｈ＝（ｍ±１／２）λ
（ｎ_ｓ−ｎ_１）ｈ＝ｍλ
を略満足することを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の偏光分離素子は、請求項１の構成に加え、等方性オーバーコート層の上面が異方性膜の周期的格子と位相の合った凹凸状となっていることを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の偏光分離素子は、請求項４の構成に加え、異方性膜の周期的格子の格子ベクトル方向の偏波に対する屈折率をｎ_ｐ、これと垂直方向の偏波に対する屈折率をｎ_ｓとし、等方性オーバーコート層の屈折率をｎ_１、異方性膜の周期的格子の凹凸深さをｈ、等方性オーバーコート層の上面の凹凸深さをｈ_１、光の波長をλ、ｍを０を含む正負の自然数（ｍ＝０，±１，±２，・・・）とするとき、次の条件、
（ｎ_ｐ−ｎ_１）ｈ＋（ｎ_１−１）ｈ_１＝ｍλ
（ｎ_ｓ−ｎ_１）ｈ＋（ｎ_１−１）ｈ_１＝（ｍ±１／２）λ
を略満足することを特徴とする。
【００１２】
請求項６記載の偏光分離素子は、請求項４の構成に加え、異方性膜の周期的格子の格子ベクトル方向の偏波に対する屈折率をｎ_ｐ、これと垂直方向の偏波に対する屈折率をｎ_ｓとし、等方性オーバーコート層の屈折率をｎ_１、異方性膜の周期的格子の凹凸深さをｈ、等方性オーバーコート層の上面の凹凸深さをｈ_１、光の波長をλ、ｍを０を含む正負の自然数（ｍ＝０，±１，±２，・・・）とするとき、次の条件、
（ｎ_ｐ−ｎ_１）ｈ＋（ｎ_１−１）ｈ_１＝（ｍ±１／２）λ
（ｎ_ｓ−ｎ_１）ｈ＋（ｎ_１−１）ｈ_１＝ｍλ
を略満足することを特徴とする。
【００１３】
請求項７記載の偏光分離素子は、請求項１から６の何れかの構成に加え、無機物質の斜め蒸着により形成した異方性膜を用いることを特徴とする。
【００１４】
請求項８記載の偏光分離素子は、請求項１から６の何れかの構成に加え、有機物質を配向して形成した異方性膜を用いることを特徴とする。
【００１５】
請求項９記載の偏光分離素子は、請求項１から８の何れかの構成に加え、透明基板上に形成した異方性膜の上に感光性樹脂を装荷し、光あるいは電子線で周期パターンを露光し、現像後、感光性樹脂をエッチングマスクとして用い、ウェットエッチングあるいはドライエッチングで異方性膜の周期的格子構造を形成した後、感光性樹脂を除去し、異方性膜上部に等方性オーバーコート層を形成して成ることを特徴とする。
【００１７】
請求項１０記載の光ヘッドは、光源と、光源と光ディスクの間に配置された対物レンズと、光源と対物レンズの間に配置された請求項１から９の何れかに記載の偏光分離素子と、偏光分離素子と対物レンズの間に配置された１／４波長板と、偏光分離素子による回折光を検出する光検出器を備え、光源からの光を少なくとも対物レンズにより光ディスク面に集光し、光ディスクからの反射光を偏光分離素子により回折分離して光検出器で検出することを特徴とする。
【００１８】
請求項１１記載の偏光分離素子は、請求項１０記載の光ヘッドに用いられる偏光分離素子であって、請求項１から９の何れかの構成の偏光分離素子に１／４波長板が接着され一体化されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項１２記載の偏光分離素子は、請求項１０記載の光ヘッドに用いられる偏光分離素子であって、請求項１から９の何れかの構成の偏光分離素子上に異方性膜を用いた１／４波長膜が形成されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項１３記載の光ヘッドは、請求項１０記載の光ヘッドにおいて、請求項１１または１２記載の偏光分離素子を備え、少なくとも光源と光検出器が１つのパッケージ内に実装されているか、あるいは光源と光検出器が実装されたパッケージに請求項１１または１２記載の偏光分離素子が接着により一体化されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項１４記載の光ヘッドは、波長の異なる複数の光源と、その複数の光源と光ディスクの間に配置された対物レンズと、複数の光源と対物レンズの間に配置された請求項１から９の何れかに記載の偏光分離素子と１／４波長板、あるいは請求項１１または１２記載の偏光分離素子と、偏光分離素子による回折光を検出する複数の光検出器を備え、少なくとも対物レンズにより複数の波長の異なる光をそれぞれ異なる光ディスク面に集光し、光ディスクからの反射光を前記偏光分離素子により波長毎に回折分離して波長毎の光検出器で独立に検出することを特徴とする。
【００２２】
請求項１５記載の光ヘッドは、請求項１４の構成に加え、少なくとも複数の光源と複数の光検出器が１つのパッケージ内に実装され、あるいは複数の光源と複数の光検出器が実装されたパッケージに請求項１〜９の何れかに記載の偏光分離素子あるいは請求項１１または１２記載の偏光分離素子が接着により一体化されていることを特徴とする。
【００２３】
請求項１６記載の光ヘッドは、請求項１４または１５の構成に加え、波長の異なる複数の光源の出射面が、光ヘッド光学系の光軸方向に互いにずれて配置されていることを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による偏光分離素子及びその偏光分離素子を用いた光ヘッドの構成及び動作を、図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
（実施例１）
まず偏光分離素子の実施例について説明する。図１は偏光分離素子の構成例を示す部分断面図である。図１において、偏光分離素子１は、ガラスやプラスチック等の透明基板２上に周期的格子構造を持つ異方性膜３が形成され、その上を等方性のオーバーコート層４で覆われた構成となっている。尚、請求項１の構成では、後述するようにオーバーコート層の上に第二の透明基板を備えた構成となる（図１０）。異方性膜３は図１の紙面方向に振動する光と紙面とは垂直に振動する光に対する屈折率が異なる異方性を示す膜である。この偏光分離素子１の動作を図２、図３に示す。
【００２６】
図２は図１に示す偏光分離素子の動作の一実施例を示す図であり、偏光分離素子１への入射光が紙面方向とそれに垂直の２方向の振動成分をもつものとする。図２では偏光分離素子１を透過後、紙面方向の振動成分の光は０次光として直進する。また紙面と垂直方向の振動成分の光は±１次光として回折する。よって偏光により進行方向が変わり、偏光分離素子として動作する。
図３は図１に示す偏光分離素子の別の動作の実施例を示す図であり、図２とは反対に紙面に垂直な振動方向の光が０次光として直進し、紙面方向に振動する光が±１次光として回折され、偏光分離される。
【００２７】
（実施例２）
次に請求項２の実施例について説明する。本実施例では、詳しく素子の動作を解析し、図２の偏光分離素子の動作の最適条件を求める。
図４は偏光分離素子１の要部を部分的に拡大して示す断面図である。透明基板２上に異方性膜３が周期ｄで規則的に配列され、また、異方性膜３の膜厚をｈとする。また、図５のように異方性膜３が凹凸の周期形状をしていても良く、このときｈは周期凹凸形状の深さとなる。
【００２８】
ここで、異方性膜３の周期的格子の図４（または図５）の紙面方向の偏波（ｐ偏光とする）に対する屈折率をｎ_ｐ 、紙面と垂直方向の偏波（ｓ偏光とする）に対する屈折率をｎ_ｓ とし、また、等方性オーバーコート層４の屈折率をｎ_１ とすると、例えば図４において、光路Ａ，Ｂに対する光路長差Δは、
紙面方向（格子ベクトル方向）：Δ_ｐ＝（ｎ_ｐ−ｎ_１）ｈ ・・・（１）
紙面に垂直方向（格子ベクトルに垂直方向）：Δ_ｓ＝（ｎ_ｓ−ｎ_１）ｈ ・・・（２）
となる。以後、紙面方向を格子ベクトル方向と呼ぶ（図１に図示）。
【００２９】
図２のように格子ベクトル方向の振動成分が０次光として直進し、格子ベクトルと垂直方向の振動成分が±１次光として回折されるためには、次の二式が満足されることが必要である。すなわち、使用する光の波長をλ、ｍを０を含む正負の自然数（ｍ＝０，±１，±２，・・・）とするとき、次の条件、
（ｎ_ｐ−ｎ_１）ｈ＝ｍλ ・・・（３）
（ｎ_ｓ−ｎ_１）ｈ＝（ｍ±１／２）λ ・・・（４）
となる。
【００３０】
ここで（３） 式は、格子ベクトル方向の振動成分の光の光路差が波長λの整数倍となり、格子通過後も０次光として直進する条件である（干渉により強め合う）。また（４） 式は、格子ベクトル方向と垂直な振動成分の光に対してＡ，Ｂ部の光路差が半波長の奇数倍だけずれて打ち消し合い、直進光（０次光成分）がなくなり、全て回折光となる条件である（干渉により直進成分は打ち消し合い、回折光の方に光がいく）。よって、０次と１次に偏光分離するとき、偏光分離度を高めるためには（３），（４）式を満足していることが必要である。ただし、実用的には（３），（４）式を厳密に満足していなくても、略（３），（４）式近傍の条件になるように異方性膜３の屈折率ｎ_ｐ，ｎ_ｓ、オーバーコート層４の屈折率ｎ_１ 、異方性膜３の凹凸深さｈ、次数ｍを設定することになる。
【００３１】
（実施例３）
次に請求項３の実施例について説明する。本実施例では、偏光分離素子１が図３のように動作するときの最適条件を求める。
図３のように格子ベクトル方向の振動成分が±１次光として回折し、格子ベクトルと垂直方向の振動成分が０次光として直進する条件は、異方性膜３の周期的格子の格子ベクトル方向の偏波（ｐ偏光）に対する屈折率をｎ_ｐ、これと垂直方向の偏波（ｓ偏光）に対する屈折率をｎ_ｓとし、等方性オーバーコート層４の屈折率をｎ_１、異方性膜２の周期的格子の凹凸深さをｈ、光の波長をλ、ｍを０を含む正負の自然数（ｍ＝０，±１，±２，・・・）とするとき、
（ｎ_ｐ−ｎ_１）ｈ＝（ｍ±１／２）λ ・・・（５）
（ｎ_ｓ−ｎ_１）ｈ＝ｍλ ・・・（６）
となる（（５）式は干渉により直進成分は打ち消し合い回折光となる条件、（６）式は干渉により強め合い格子通過後も０次光として直進する条件である）。従って実際に（５），（６）式の条件が略成り立つように異方性膜３の屈折率ｎ_ｐ，ｎ_ｓ、オーバーコート層４の屈折率ｎ_１ 、異方性膜３の凹凸深さｈ、次数ｍを設定する。
【００３２】
（実施例４）
次に請求項４の実施例について説明する。図６は偏光分離素子の要部を部分的に拡大して示す断面図であり、本実施例の偏光分離素子では、等方性オーバーコート層４’の上面が異方性膜３の周期格子と位相の合った凹凸状となっている。実際に偏光分離素子を作製する場合、等方性オーバーコート層が図４のようには完全に平坦化されずに、図６に示す等方性オーバーコート層４’のように、異方性膜の周期構造を反映した表面が凹凸状になる構造もある。このような場合も、上述した偏光分離素子としての動作には支障がなく、偏光分離素子として機能する。尚、本実施例は、等方性オーバーコート層をスパッタリングや蒸着などの方法で成膜したときに、完全に平坦化されないときに適用できる。
【００３３】
（実施例５）
次に請求項５の実施例について説明する。本実施例は、実施例４（請求項４）に示した構成の偏光分離素子が、偏光分離素子として動作するための最適条件を求めるものである。図６において、異方性膜３の周期的格子の格子ベクトル方向の偏波（ｐ偏光）に対する屈折率をｎ_ｐ、これと垂直方向の偏波（ｓ偏光）に対する屈折率をｎ_ｓとし、等方性オーバーコート層４’の屈折率をｎ_１、異方性膜２の周期的格子の凹凸深さをｈ、オーバーコート層４’の凹凸深さをｈ_１ とすると、光路Ａ，Ｂに対する光路長差Δは、
格子ベクトル方向：Δ_ｐ＝（ｎ_ｐ−ｎ_１）ｈ＋（ｎ_１−１）ｈ_１ ・・・（７）
格子ベクトルに垂直方向：Δ_ｓ＝（ｎ_ｓ−ｎ_１）ｈ＋（ｎ_１−１）ｈ_１ ・・・（８）
となる。
【００３４】
図６において図２に示した如く、格子ベクトル方向の振動成分が０次光として透過（直進）し、格子ベクトルと垂直方向の振動成分が±１次光として回折されるための条件は、光の波長をλ、ｍを０を含む正負の自然数（ｍ＝０，±１，±２，・・・）とするとき、
（ｎ_ｐ−ｎ_１）ｈ＋（ｎ_１−１）ｈ_１＝ｍλ ・・・（９）
（ｎ_ｓ−ｎ_１）ｈ＋（ｎ_１−１）ｈ_１＝（ｍ±１／２）λ ・・・（１０）
となる（（９）式は干渉により強め合い格子通過後も０次光として直進する条件、（１０）式は干渉により直進成分は打ち消し合い回折光となる条件である）。従って実際に（９），（１０）式の条件が略成り立つように異方性膜３の屈折率ｎ_ｐ，ｎ_ｓ、オーバーコート層４’の屈折率ｎ_１ 、異方性膜３の凹凸深さｈ、オーバーコート層４’の凹凸深さｈ_１、次数ｍを設定する。
【００３５】
（実施例６）
次に請求項６の実施例について説明する。本実施例は、実施例４（請求項４）に示した構成の偏光分離素子が、偏光分離素子として動作するための別の最適条件を求めるものである。図６において図３に示した如く、格子ベクトル方向の振動成分が±１次光として回折し、格子ベクトルと垂直方向の振動成分が０次光として透過（直進）となるための最適条件は、異方性膜３の周期的格子の格子ベクトル方向の偏波（ｐ偏光）に対する屈折率をｎ_ｐ、これと垂直方向の偏波（ｓ偏光）に対する屈折率をｎ_ｓとし、等方性オーバーコート層４’の屈折率をｎ_１、異方性膜２の周期的格子の凹凸深さをｈ、オーバーコート層４’の凹凸深さをｈ_１ 、光の波長をλ、ｍを０を含む正負の自然数（ｍ＝０，±１，±２，・・・）とするとき、
（ｎ_ｐ−ｎ_１）ｈ＋（ｎ_１−１）ｈ_１＝（ｍ±１／２）λ ・・・（１１）
（ｎ_ｓ−ｎ_１）ｈ＋（ｎ_１−１）ｈ_１＝ｍλ ・・・（１２）
となる（（１１）式は干渉により直進成分は打ち消し合い回折光となる条件、（１２）式は干渉により強め合い格子通過後も０次光として直進する条件である）。従って実際に（１１），（１２）式の条件が略成り立つように異方性膜３の屈折率ｎ_ｐ，ｎ_ｓ、オーバーコート層４’の屈折率ｎ_１ 、異方性膜３の凹凸深さｈ、オーバーコート層４’の凹凸深さｈ_１、次数ｍを設定する。
【００３６】
（実施例７）
次に請求項７の実施例について説明する。今まで説明してきた偏光分離素子に使われる異方性膜としては従来技術にあるような光学結晶ではなく、もっと簡易に、低コストに作成できるものが望まれる。このような異方性膜として適しているものとして、誘電体材料を真空蒸着で成膜する際、蒸発源に対して基板を傾けて配置させる、いわゆる斜め蒸着膜がある（参考文献：表面技術，Ｖｏｌ．４６，Ｎｏ．７，１９９５，Ｐ．３２〜３５「位相差膜」）。これは図７に示すように、真空蒸着するとき、蒸発源としてＴａ_２Ｏ_５，ＳｉＯ_２などの無機物質からなる誘電体材料を用い、基板を斜めにして蒸着を行う。このとき基板の傾き角を最適化するとＴａ_２Ｏ_５に対して膜の複屈折Δｎが最大０．０８程度となる（上記参考文献参照）。
【００３７】
ここで、前記（３），（４）式を辺々減算すると、
（ｎ_ｐ−ｎ_ｓ）ｈ＝λ／２ ・・・（１３）
となり、ｎ_ｐ−ｎ_ｓは膜の複屈折であるから、これをΔｎとすると、
Δｎ・ｈ＝λ／２ ・・・（１４）
ｈ＝λ／（２・Δｎ） ・・・（１５）
となる。この（１５）式に、数値例としてλ＝０．６５μｍ、Δｎ＝０．０８を代入すると、
ｈ＝０．６５／（２×０．０８）≒４．１μｍ
となる。すなわちＴａ_２Ｏ_５を材料として斜め蒸着を行って得た異方性膜に対して、図４における異方性膜の凹凸の高さｈ≒４．１μｍとなる訳である。
【００３８】
以上のように、無機物質からなる誘電体の斜め蒸着により異方性膜を作成することにより、真空蒸着法という比較的簡便な方法で膜が形成でき、また大面積に形成することも可能であり、従来の光学結晶を用いる方法よりも低コストで作り易いものとなる。
【００３９】
（実施例８）
次に請求項８の実施例について説明する。異方性膜を簡易に得る別の方法として、有機物質の高配向膜を用いる方法がある。一例として、図８に示すように、ガラスなどの透明基板２上に、ＳｉＯ_２などを斜め蒸着するか、あるいはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの有機膜を布で擦ってラビング処理して配向膜５を形成し、その配向膜５上にポリジアセチレンモノマーを真空蒸着して配向させ、この後、紫外光を照射してポリマー化して有機異方性膜３’とする方法である（参考文献：Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，７２，Ｎｏ．３，Ｐ．９３８〜９４７（１９９２））。この方法により有機材料の真空蒸着で異方性膜が形成でき、大面積、低コストな偏光分離素子を得ることができる。
【００４０】
（実施例９）
次に請求項９の実施例について説明する。ここでは本発明による偏光分離素子１の作製方法を説明する。
まず図９（ａ）のように、ガラス基板２上に異方性膜３を形成する。次に図９（ｂ）のように、異方性膜３の上にフォトレジスト６をコーティングする。そして、このフォトレジスト６に周期的パターンを露光する。このときはマスクによる密着露光でもよいし、投影露光でもよい。この他、電子線露光、あるいはレーザ光による干渉露光でもよい。露光後、フォトレジストを現像し、図９（ｃ）のようにフォトレジスト６による周期的格子パターンを得る。次に図９（ｄ）のように、フォトレジスト６をエッチングマスクとして異方性膜３をエッチングする。エッチング法としては公知のドライエッチングあるいはウェットエッチングで行える。次に図９（ｅ）のように、フォトレジストを溶剤あるいはプラズマによるアッシングで取り除く。そして図９（ｆ）のように、周期的格子構造を有する異方性膜３の上に等方性オーバーコート層４を形成する。等方性オーバーコート層４の形成法としては、樹脂のスピンコート、ロールコート、ディッピングコートなどの方法、あるいは誘電体（ＳｉＯ_２、ＳｉＯＮ、他）の真空蒸着、スパッタリング、ＣＶＤなどによる成膜で形成できる。この中で樹脂のスピンコートが平坦性が優れ、また簡易、低コストに形成できるのでよい。また、本作製法は、従来技術で述べた偏光分離素子のように数時間に及ぶ工程が含まれておらず、偏光分離素子の作製に時間、手間がかからない。
【００４１】
（実施例１０）
次に請求項１のより具体的な実施例について説明する。図１０は請求項１記載の偏光分離素子の具体的な構成例を示す部分断面図である。図１０に示す偏光分離素子１’は、図１に示した偏光分離素子１の等方性オーバーコート層４の代わりに、２枚の透明基板（ガラス基板等）２，８で周期構造の異方性膜３を挾み、その間を透明な等方性接着層７で接着した構造である。この場合は等方性接着層７がオーバーコート層を兼ねている。接着層７に用いる接着剤としては、紫外線硬化型、熱硬化型の種々の接着剤が使える。このとき接着層７の屈折率は、前述の式(3)〜(6)あるいは式(9)〜(12)に従って精密に決める必要があるので、この点に関しては紫外線硬化型が好ましい。この接着構造により、[1]オーバーコート層（等方性接着層７）が容易に平坦化できる、[2]上下を透明基板２，８でサンドイッチされているので、耐環境性（温度、湿度）や、外部からの機械的圧力などに強くなる、[3]上側の透明基板８に別機能をもたせることで複合機能素子が実現可能、などの特徴をもつ。
【００４２】
（実施例１１）
次に請求項１０の実施例について説明する。図１１は請求項１０記載の光ヘッドの一例を示す概略構成図であり、実施例１〜１０に述べた本発明の偏光分離素子（１または１’）を光ディスク用の光ヘッドに用いた実施例を示している。
図１１において、光源である半導体レーザ１１からの出射発散光中に１／４波長板付偏光分離素子１７が配置されており、この１／４波長板付偏光分離素子１７は、前述の実施例１〜１０（請求項１〜９）で説明した中の何れかの偏光分離素子（１または１’）からなる偏光分離素子１７ａに１／４波長板１７ｂが一体化された構成のものである。偏光分離素子１７ａ中の周期的格子の格子ベクトル方向は図１１の紙面方向と一致している。半導体レーザ１１の出射光の振動方向が紙面方向のとき、偏光分離素子１７ａは前述した(3)，(4)式を満足することが望ましく、振動方向が紙面と垂直方向のときは式(5)，(6)を満足することが望ましい。この条件により半導体レーザ１１からの出射光は、１／４波長板付偏光分離素子１７の偏光分離素子１７ａを０次光としてほとんど損失なく透過する。そして偏光分離素子１７ａに一体化した１／４波長板１７ｂを透過後、円偏光となりコリメートレンズ１６に入射し、ここで平行光となり対物レンズ１５により光ディスク１４上の記録面に集光する。
【００４３】
光ディスク１４上の記録面で反射された光は、対物レンズ１５、コリメートレンズ１６を経て１／４波長板付偏光分離素子１７に戻り、ここで１／４波長板１７ｂにより円偏光が半導体レーザ出射時の振動方向と直交する方向に変換される。出射時と直交した振動面に対しては、偏光分離素子１７ａでほとんど±１次光として回折される。そして±１次回折された戻り光は、それぞれ光検出器１２及び１３で検出される。光検出器１２及び１３による検出は、光ディスク１４に記録されている情報信号の他、フォーカスサーボやトラッキングサーボのためのフォーカス誤差信号、トラッキング誤差信号が検出される。これは偏光分離素子１７ａの周期構造を複数領域に分割し、各々回折方向をわずかに変えて（格子方向、格子曲率をわずかに変えて）公知のサーボ信号検出法であるフォーカス誤差信号（ナイフエッジ法、非点収差法、ビームサイズ法等）、トラッキング誤差信号（プッシュプル法等）を形成する複数ビームを出射する。この複数ビームを、複数に分割された検出器１２，１３で検出してサーボ信号を発生する。
【００４４】
以上のように、光ヘッドに本発明に係る偏光分離素子１７ａを適用し、該偏光分離素子１７ａと１／４波長板を一体化した１／４波長板付偏光分離素子１７を半導体レーザ１１からの出射発散光中に配置することで、光ディスク１４への往路は回折光が生ぜず透過してほとんどの光が光ディスク１４へ集光し、光ディスク１４からの反射光は１／４波長板１７ｂ透過後、偏光分離素子１７ａでほとんど回折され高効率に光検出器１２，１３へ入射するので、往路、復路とも高光利用効率の光ヘッドを実現できる。
【００４５】
図１２は請求項１０記載の光ヘッドの別の例を示す概略構成図であり、図１２に示す光ヘッドでは、実施例１〜１０（請求項１〜９）で説明した中の何れかの偏光分離素子（１または１’）からなる偏光分離素子１７ａに１／４波長板１７ｂが一体化された構成の１／４波長板付偏光分離素子１７がコリメートレンズ１６と対物レンズ１５の間の平行光中に配置されている構成であり、動作的には図１１と同様の機能をもつ。図１２に示すように１／４波長板付偏光分離素子１７をコリメートレンズ１６と対物レンズ１５の間の平行光中に配置することで、偏光分離度が向上し、より往路、復路の光利用効率がよくなる。
【００４６】
（実施例１２）
次に請求項１１の実施例について説明する。図１３に実施例１１（請求項１０）の光ヘッドに用いる１／４波長板付偏光分離素子１７の詳細を示す。図１３において、偏光分離素子１７ａは、透明基板１７-4上に異方性膜の周期的格子構造１７-3が形成され、その上に対向透明基板１７-4’が透明な等方性接着層１７-5で接着されている構成（図１０と同様の構成）となっており、この偏光分離素子１７ａの対向透明基板１７-4’上には、前述の１／４波長板１７ｂとして、水晶あるいはＬｉＮｂＯ_３ などの複屈折性結晶で作成された１／４波長板１７-1が接着により一体化されている。
【００４７】
また、図１４は実施例１１（請求項１０）の光ヘッドに用いる１／４波長板付偏光分離素子１７の別の実施例を示す図であり、この例では図１３の対向透明基板１７-4’を省略し（すなわち偏光分離素子を図１と同様の構成とし）、１／４波長板１７-1を異方性膜の周期的格子構造17−３に直接、等方性接着層１７-2で接着し一体化したものである。
【００４８】
このように、本発明の偏光分離素子を光ヘッドに用いるとき、往・復路の光利用効率を最大にするには１／４波長板との組み合わせが必須であるが、図１３または図１４のように両者を接着して一体化することにより、光ヘッドの部品点数を減らすことができ、光ヘッドのコンパクト化に寄与できる。
【００４９】
（実施例１３）
次に請求項１２の実施例について説明する。図１５は実施例１１（請求項１０）の光ヘッドに用いる１／４波長板付偏光分離素子１７のさらに別の実施例を示す図である。図１５において、偏光分離素子１７ａは、透明基板１７-4上に異方性膜の周期的格子構造１７-3が形成され、その上に対向透明基板１７-4’が透明な等方性接着層１７-5で接着されている構成（図１０と同様の構成）となっており、この偏光分離素子１７ａの対向透明基板１７-4’の上面には、前述の１／４波長板１７ｂに相当するものとして、異方性膜を用いた１／４波長膜１７-6が装荷成膜されている。
【００５０】
この異方性膜を用いた１／４波長膜１７−６としては、実施例７で説明した無機誘電体の斜め蒸着による異方性膜、あるいは実施例８で説明した有機物を配向膜上に真空蒸着して配向させた異方性膜などが用いられる。
また、異方性膜の複屈折をΔｎとし、膜厚をｄとすると、
Δｎ・ｄ＝（ｍ＋１／４）λ ・・・（１６）
（ｍ＝０，１，２，・・・）
が成り立つように膜厚を設定する。
【００５１】
本実施例により、１／４波長板として高価な光学結晶を用いる必要がなく、大面積に低コストに１／４波長膜が形成できる。
【００５２】
（実施例１４）
次に請求項１３の実施例について説明する。図１６は請求項１３記載の光ヘッドの一例を示す概略構成図であり、本発明の偏光分離素子を用いた光ヘッドの別の実施例を示している。図１６に示す光ヘッドの光学系の構成は図１１と同じであるが、半導体レーザ１１及び光検出器１２，１３を一体的にパッケージ１８の中に封入し、そのパッケージ１８中には乾燥Ｎ_２ ガスを充填し耐候性を向上している。さらにこのパッケージ１８の上面には、偏光分離素子１７ａと１／４波長板１７ｂを一体化した１／４波長板付偏光分離素子１７を接着して一体化させてある。
【００５３】
図１７は請求項１３記載の光ヘッドの別の例を示す概略構成図であり、図１６のコリメートレンズ１６を省略して対物レンズ１５’が有限系の集光を行う場合を示しており、他の構成は同じである。
【００５４】
図１６、図１７のように、半導体レーザ１１、光検出器１２，１３、１／４波長板付偏光分離素子１７をパッケージ１８により一体化させると、[1]光学系の部品点数が減らせ、構成がシンプルになる、[2]光ヘッド組立ての際の調整個所を減らせ、組立て調整が簡単になる、[3]主要部が一体化しているので使用時の環境、温、湿度の変化に対し光学系の特性変化を少なくできる、などの特徴をもつ。
【００５５】
図１８は請求項１３記載の光ヘッドのさらに別の例を示す概略構成図であり、図１２に示した光ヘッドと同様の構成の光学系について、半導体レーザ１１と光検出器１２，１３を１つのパッケージ１８'に一体的に装荷した構成を示す。図１８に示す光ヘッドでは、全部が個別部品の図１２の光ヘッドに比べ、光源１１と光検出器１２，１３をパッケージ１８'に一体化しているため、前述の[1] ， [2] ， [3]の特徴をもっている。その程度は図１６，１７の構成に比べて特徴[1]が劣るが、他の特徴[2] ， [3]は同様である。
【００５６】
（実施例１５）
次に請求項１４の実施例について説明する。図１９は請求項１４記載の光ヘッドの一例を示す概略構成図である。この光ヘッドは、波長の異なる２個の半導体レーザからなる光源１１，１１’と、その光源１１，１１’と光ディスク１４（または１４’）の間に配置された対物レンズ１５と、光源１１，１１’と対物レンズ１５の間に配置された偏光分離素子１７ａと１／４波長板１７ｂを一体化した１／４波長板付偏光分離素子１７と、該１／４波長板付偏光分離素子１７による回折光を検出する複数の光検出器１２，１２’，１３，１３’を備えている。また、図１９の例では、１／４波長板付偏光分離素子１７と対物レンズ１５の間にコリメートレンズ１６が配置されている。
【００５７】
本実施例は、光ヘッドに波長の異なる光源を２個用い、光学系を共通的に用いる構成である。これは現在の光ディスクシステムで、波長λ＝７８０ｎｍで読み出すことを前提にした追記型ＣＤであるＣＤ−Ｒ（ＣＤ−Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）と、波長λ＝６５０ｎｍで記録再生を行う追記型ＤＶＤのＤＶＤ−Ｒや、書き換え型ＤＶＤのＤＶＤ−ＲＡＭの２種類の波長を、一つの光ヘッドで互換的に使用する場合などがこれにあたる。
【００５８】
図１９において、２個の半導体レーザ光源のうち、半導体レーザ１１は例えば発振波長λ_１＝６５０ｎｍであり、半導体レーザ１１’は発振波長λ_２＝７８０ｎｍである。光ヘッドの光学系中の１／４波長板付偏光分離素子１７、コリメートレンズ１６、対物レンズ１５は両波長に対して共通的に使われる。また、光ディスク１４はＤＶＤなどの薄基板の媒体、光ディスク１４’はＣＤなどの厚基板の媒体である。尚、図１９中、半導体レーザ１１の短波長の光線は実線で光路を示し、半導体レーザ１１’の長波長の光線は破線で示す。
【００５９】
半導体レーザ１１からの短波長の光線は薄基板のＤＶＤ系媒体である光ディスク１４に集光し、半導体レーザ１１’からの長波長の光線は厚基板のＣＤ系媒体である光ディスク１４’に集光する。各光ディスクからの反射光は元の光路を逆行するが、１／４波長板付偏光分離素子１７の偏光分離素子１７ａで回折後は光路が大きく分かれる。すなわち、短波長のλ_１に対する回折角より長波長のλ_２に対する回折角が大きくなるので、λ_１よりもλ_２の方が外側に回折される。そこで内側に短波長のλ_１用の光検出器１２，１３が配置され、外側に長波長のλ_２用の光検出器１２’，１３’が配置され、各々の波長光を検出する。
【００６０】
図１９の光ヘッドに用いる偏光分離素子は、例えば短波長のλ_１に対して前述の式（３），（４）あるいは式（５），（６）を満足するようにしておくことにより、λ_１に対して往復の光利用効率を最大にできる。長波長のλ_２に対しては最適条件から外れるので、往復の光利用効率はλ_１よりは減少する。
しかし、λ_１の光でＤＶＤ−ＲＡＭの記録、再生を行い、λ_２の光でＣＤ，ＣＤ−Ｒの再生を行うような場合、λ_１に対しては高効率が要求されるが、λ_２に対しては再生のみなので、必ずしも高効率でなくても問題ない。このように用途に応じて使い分けることにより問題なく適用できる。
【００６１】
また上記とは逆に、長波長のλ_２に対して前述の式（３），（４）あるいは式（５），（６）を満足するようにしておくと、長波長のλ_２で記録、再生し（ＣＤ−Ｒ、あるいはＣＤ−ＲＷ（ＣＤ−Ｒｅｗｒｉｔａｂｌｅ））、短波長のλ_１は再生のみ（ＤＶＤ−ＲＯＭ）のような使い方に適用できる。
【００６２】
以上のように、本実施例（請求項１４）により、対応波長の異なる複数の光ディスクを一つの光ヘッドで記録、再生できるようになり、光ディスクドライブの小型化、低コスト化に貢献することができる。
【００６３】
（実施例１６）
次に請求項１５の実施例について説明する。図２０は請求項１５記載の光ヘッドの一例を示す概略構成図である。この光ヘッドは、図１９に示した波長の異なる２個の半導体レーザ光源を用いた光ヘッドと光学系の部品構成及び動作は同じであるが、波長λ_１の半導体レーザ１１とそれに対応する光検出器１２，１３、及び波長λ_２の半導体レーザ１１’とそれに対応する光検出器１２’，１３’を１つのパッケージ１８''に一体実装し、さらにパッケージ１８''の上面に１／４波長板付偏光分離素子１７を接着して一体化したものである。
本構成により、２波長を用いた光ヘッドが簡易構成となり、また組付け調整箇所が減って組付けが楽になり、また主要部を一体化したため、周囲の温、湿度の変化に対し、光学系の安定性が増すようになる。
【００６４】
（実施例１７）
次に請求項１６の実施例について説明する。図２１は請求項１６記載の光ヘッドの一例を示す概略要部構成図である。実施例１５（請求項１４）あるいは実施例１６（請求項１５）に示した光ヘッドにおいては、２つの半導体レーザ１１及び１１’は光ヘッド光学系の光軸と垂直方向には離れて配置されているが、図２１に示すように、光軸方向においては距離ΔＺだけ互いにずらして配置される。すなわち、図１９や図２０に示されているように、基板厚の異なる２枚の光ディスク１４，１４’では光軸方向の集光位置にずれがあるため、図２１のように２つの半導体レーザ１１，１１’を光軸方向に距離ΔＺだけ互いにずらして配置することにより、２枚の光ディスク１４，１４’に合わせて集光位置を調整でき、対物レンズのフォーカスサーボ系等に負担をかけずに、同一光学系を用いて基板厚の異なる２枚の光ディスク１４，１４’に対して良好な集光性能を得ることができる。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、偏光分離素子の構成を、透明基板上に入射光の異なる振動面に対し屈折率が異なる異方性膜がドライエッチングあるいはウェットエッチングにより基板に達するまでエッチングされて周期的格子として装荷され、さらにその上に等方性のオーバーコート層が被覆され、その上に第二の透明基板を備え、前記等方性オーバーコート層が前記透明基板と前記第二の透明基板とを前記異方性膜の格子間で接着する接着層であり、入射光の直交する偏光を０次光と回折光に分離する構成としたので、従来技術による偏光分離素子（ＬｉＮｂＯ_３ を基板として用いこれに周期的パターンでプロトン交換を施した構造等）に比べて、構成の簡易な、作製に時間のかからない、低コストな偏光分離素子を提供することができる。また、接着により等方性オーバーコート層が形成でき、等方性オーバーコート層の平坦化が容易で安定的に作成できる。
【００６６】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の偏光分離素子において、偏光分離動作として格子ベクトル方向に振動する偏光成分を直進透過光、これと垂直方向に振動する偏光成分を回折光として分離させる際に、最大偏光分離度を出す条件を提示したので、偏光分離素子に最大の偏光分離度をもたせることができる。
【００６７】
請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の偏光分離素子において、偏光分離動作として格子ベクトル方向に振動する偏光成分を回折光、これと垂直方向に振動する偏光成分を直進透過光として分離させる際に、最大偏光分離度を出す条件を提示したので、偏光分離素子に最大の偏光分離度をもたせることができる。
【００６８】
請求項４記載の発明によれば、請求項１記載の偏光分離素子において、等方性オーバーコート層が凹凸状であっても偏光分離素子として機能できる素子形態を提供することができる。
【００６９】
請求項５記載の発明によれば、請求項４記載の偏光分離素子において、偏光分離動作として格子ベクトル方向に振動する偏光成分を直進透過光、これと垂直方向に振動する偏光成分を回折光として分離させる際に、最大偏光分離度を出す条件を提示したので、偏光分離素子に最大の偏光分離度をもたせることができる。
【００７０】
請求項６記載の発明によれば、請求項４記載の偏光分離素子において、偏光分離動作として格子ベクトル方向に振動する偏光成分を回折光、これと垂直方向に振動する偏光成分を直進透過光として分離させる際に、最大偏光分離度を出す条件を提示したので、偏光分離素子に最大の偏光分離度をもたせることができる。
【００７１】
請求項７記載の発明によれば、請求項１〜６の何れかに記載の偏光分離素子において、無機物質の斜め蒸着により形成した異方性膜を用いるので、真空蒸着法により簡便に、大面積に、低コストで異方性膜を形成できる。
【００７２】
請求項８記載の発明によれば、請求項１〜６の何れかに記載の偏光分離素子において、有機物質を配向して形成した異方性膜を用いるので、請求項７とは別の方法による真空蒸着法により簡便に、大面積に、低コストで異方性膜を形成できる。
【００７３】
請求項９記載の発明によれば、請求項１〜８の何れかに記載の偏光分離素子において、比較的簡易な工程で長時間かけずに作製できる偏光分離素子を提供することができる。
【００７５】
請求項１０記載の発明によれば、請求項１〜９の何れかに記載の偏光分離素子を適用した、簡易構成で、高光利用効率の光ヘッドを提供することができる。
【００７６】
請求項１１記載の発明によれば、請求項１０記載の光ヘッドに用いる偏光分離素子を、請求項１〜９の何れかに記載の偏光分離素子と１／４波長板を接着一体化した構成としたことにより、光ヘッドの構成の簡易化に寄与することができる。
【００７７】
請求項１２記載の発明によれば、請求項１０記載の光ヘッドに用いる偏光分離素子を、請求項１〜９の何れかに記載の偏光分離素子上に異方性膜を用いた１／４波長膜を形成した構成としたので、１／４波長板を光学結晶ではなく異方性膜で実現して、光ヘッドのより低コスト化、構成の簡易化に寄与することができる。
【００７８】
請求項１３記載の発明によれば、請求項１０記載の光ヘッドにおいて、少なくとも光源と光検出器、あるいは光源と光検出器と偏光分離素子を、パッケージにより一体化したので、より簡易構成で、小型、組付け調整のし易い、高安定な光ヘッドを提供することができる。
【００７９】
請求項１４記載の発明によれば、異なる波長を持つ複数の光源と、請求項１〜９の何れかに記載の偏光分離素子あるいは請求項１１または１２記載の偏光分離素子を用い、光学系を共用したことにより、複数の波長を持つ光ヘッドを実現することができる。
【００８０】
請求項１５記載の発明によれば、請求項１４記載の光ヘッドにおいて、少なくとも複数の光源と複数の光検出器、あるいは複数の光源と複数の光検出器と偏光分離素子を、パッケージにより一体化したので、より簡易構成で、小型、組付け調整のし易い、高安定な光ヘッドを提供することができる。
【００８１】
請求項１６記載の発明によれば、請求項１４または１５記載の光ヘッドにおいて、波長の異なる複数の光源の出射面が、光ヘッド光学系の光軸方向に互いにずれて配置されているので、基板厚さの異なる光ディスク媒体に対しても良好な集光性能を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】偏光分離素子の構成例を示す断面図である。
【図２】図１に示す偏光分離素子の動作の実施例を示す図である。
【図３】図１に示す偏光分離素子の動作の別の実施例を示す図である。
【図４】図１に示す偏光分離素子の要部を部分的に拡大して示す断面図である。
【図５】偏光分離素子の別の構成例を示す部分断面図である。
【図６】請求項４記載の偏光分離素子の構成例を示す部分断面図である。
【図７】請求項７の実施例を示す図であって斜め蒸着膜の形成方法の説明図である。
【図８】請求項８の実施例を示す図であって有機異方性膜の形成方法の説明図である。
【図９】請求項９記載の偏光分離素子の作製工程の説明図である。
【図１０】請求項１記載の偏光分離素子の具体的な構成例を示す断面図である。
【図１１】請求項１０記載の光ヘッドの一例を示す概略構成図である。
【図１２】請求項１０記載の光ヘッドの別の例を示す概略構成図である。
【図１３】請求項１１記載の偏光分離素子の構成例を示す断面図である。
【図１４】請求項１１記載の偏光分離素子の別の構成例を示す断面図である。
【図１５】請求項１２記載の偏光分離素子の構成例を示す断面図である。
【図１６】請求項１３記載の光ヘッドの一例を示す概略構成図である。
【図１７】請求項１３記載の光ヘッドの別の例を示す概略構成図である。
【図１８】請求項１３記載の光ヘッドのさらに別の例を示す概略構成図である。
【図１９】請求項１４記載の光ヘッドの一例を示す概略構成図である。
【図２０】請求項１５記載の光ヘッドの一例を示す概略構成図である。
【図２１】請求項１６記載の光ヘッドの一例を示す概略要部構成図である。
【図２２】従来技術の一例を示す図であって、複屈折回折格子型偏光子の構造例を示す図である。
【図２３】従来技術の別の例を示す図であって、偏光分離素子の構造例を示す図である。
【符号の説明】
１，１’，１７ａ：偏光分離素子
２，１７-4：透明基板
３，１７-3：異方性膜
３’：有機異方性膜
４，４’：等方性オーバーコート層
５：配向膜
６：フォトレジスト
７，１７-2，１７-5：等方性接着層
８，１７-4’：透明対向基板
１１，１１’：半導体レーザ
１２，１２’，１３，１３’：光検出器
１４，１４’：光ディスク
１５：対物レンズ
１６：コリメートレンズ
１７：１／４波長板付偏光分離素子
１７ｂ：１／４波長板
１７-1：複屈折性結晶からなる１／４波長板
１７-6：１／４波長膜
１８，１８’，１８''：パッケージ

Claims (16)

1. 直交する２つの偏光成分を分離するため、透明基板上に入射光の異なる振動面に対し屈折率が異なる異方性膜がドライエッチングあるいはウェットエッチングにより基板に達するまでエッチングされて周期的格子として装荷され、さらにその上に等方性のオーバーコート層が被覆され、その上に第二の透明基板を備え、前記等方性オーバーコート層が前記透明基板と前記第二の透明基板とを前記異方性膜の格子間で接着する接着層であり、入射光の直交する偏光を０次光と回折光に分離することを特徴とする偏光分離素子。
2. 請求項１記載の偏光分離素子において、異方性膜の周期的格子の格子ベクトル方向の偏波に対する屈折率をｎ_ｐ、これと垂直方向の偏波に対する屈折率をｎ_ｓとし、等方性オーバーコート層の屈折率をｎ_１、異方性膜の周期的格子の凹凸深さをｈ、光の波長をλ、ｍを０を含む正負の自然数（ｍ＝０，±１，±２，・・・）とするとき、次の条件、
   (ｎ_ｐ−ｎ_１)ｈ＝ｍλ
   (ｎ_ｓ−ｎ_１)ｈ＝(ｍ±１／２)λ
   を略満足することを特徴とする偏光分離素子。
3. 請求項１記載の偏光分離素子において、異方性膜の周期的格子の格子ベクトル方向の偏波に対する屈折率をｎ_ｐ、これと垂直方向の偏波に対する屈折率をｎ_ｓとし、等方性オーバーコート層の屈折率をｎ_１、異方性膜の周期的格子の凹凸深さをｈ、光の波長をλ、ｍを０を含む正負の自然数（ｍ＝０，±１，±２，・・・）とするとき、次の条件、
   (ｎ_ｐ−ｎ_１)ｈ＝(ｍ±１／２)λ
   (ｎ_ｓ−ｎ_１)ｈ＝ｍλ
   を略満足することを特徴とする偏光分離素子。
4. 請求項１記載の偏光分離素子において、等方性オーバーコート層の上面が異方性膜の周期的格子と位相の合った凹凸状となっていることを特徴とする偏光分離素子。
5. 請求項４記載の偏光分離素子において、異方性膜の周期的格子の格子ベクトル方向の偏波に対する屈折率をｎ_ｐ、これと垂直方向の偏波に対する屈折率をｎ_ｓとし、等方性オーバーコート層の屈折率をｎ_１、異方性膜の周期的格子の凹凸深さをｈ、等方性オーバーコート層の上面の凹凸深さをｈ_１、光の波長をλ、ｍを０を含む正負の自然数（ｍ＝０，±１，±２，・・・）とするとき、次の条件、
   (ｎ_ｐ−ｎ_１)ｈ＋(ｎ_１−１)ｈ_１＝ｍλ
   (ｎ_ｓ−ｎ_１)ｈ＋(ｎ_１−１)ｈ_１＝(ｍ±１／２)λ
   を略満足することを特徴とする偏光分離素子。
6. 請求項４記載の偏光分離素子において、異方性膜の周期的格子の格子ベクトル方向の偏波に対する屈折率をｎ_ｐ、これと垂直方向の偏波に対する屈折率をｎ_ｓとし、等方性オーバーコート層の屈折率をｎ_１、異方性膜の周期的格子の凹凸深さをｈ、等方性オーバーコート層の上面の凹凸深さをｈ_１、光の波長をλ、ｍを０を含む正負の自然数（ｍ＝０，±１，±２，・・・）とするとき、次の条件、
   (ｎ_ｐ−ｎ_１)ｈ＋(ｎ_１−１)ｈ_１＝(ｍ±１／２)λ
   (ｎ_ｓ−ｎ_１)ｈ＋(ｎ_１−１)ｈ_１＝ｍλ
   を略満足することを特徴とする偏光分離素子。
7. 請求項１から６の何れかに記載の偏光分離素子において、無機物質の斜め蒸着により形成した異方性膜を用いることを特徴とする偏光分離素子。
8. 請求項１から６の何れかに記載の偏光分離素子において、有機物質を配向して形成した異方性膜を用いることを特徴とする偏光分離素子。
9. 請求項１から８の何れかに記載の偏光分離素子において、透明基板上に形成した異方性膜の上に感光性樹脂を装荷し、光あるいは電子線で周期パターンを露光し、現像後、感光性樹脂をエッチングマスクとして用い、ウェットエッチングあるいはドライエッチングで異方性膜の周期的格子構造を形成した後、感光性樹脂を除去し、異方性膜上部に等方性オーバーコート層を形成して成ることを特徴とする偏光分離素子。
10. 光源と、光源と光ディスクの間に配置された対物レンズと、光源と対物レンズの間に配置された請求項１から９の何れかに記載の偏光分離素子と、偏光分離素子と対物レンズの間に配置された１／４波長板と、偏光分離素子による回折光を検出する光検出器を備え、光源からの光を少なくとも対物レンズにより光ディスク面に集光し、光ディスクからの反射光を偏光分離素子により回折分離して光検出器で検出することを特徴とする偏光分離素子を用いた光ヘッド。
11. 請求項１０記載の光ヘッドに用いられる偏光分離素子であって、請求項１から９の何れかに記載の偏光分離素子に１／４波長板が接着され一体化されていることを特徴とする偏光分離素子。
12. 請求項１０記載の光ヘッドに用いられる偏光分離素子であって、請求項１から９の何れかに記載の偏光分離素子上に異方性膜を用いた１／４波長膜が形成されていることを特徴とする偏光分離素子。
13. 請求項１０記載の光ヘッドにおいて、請求項１１または１２記載の偏光分離素子を備え、少なくとも光源と光検出器が１つのパッケージ内に実装されているか、あるいは光源と光検出器が実装されたパッケージに請求項１１または１２記載の偏光分離素子が接着により一体化されていることを特徴とする偏光分離素子を用いた光ヘッド。
14. 波長の異なる複数の光源と、その複数の光源と光ディスクの間に配置された対物レンズと、複数の光源と対物レンズの間に配置された請求項１から９の何れかに記載の偏光分離素子と１／４波長板、あるいは請求項１１または１２記載の偏光分離素子と、偏光分離素子による回折光を検出する複数の光検出器を備え、少なくとも対物レンズにより複数の波長の異なる光をそれぞれ異なる光ディスク面に集光し、光ディスクからの反射光を前記偏光分離素子により波長毎に回折分離して波長毎の光検出器で独立に検出することを特徴とする偏光分離素子を用いた光ヘッド。
15. 請求項１４記載の光ヘッドにおいて、少なくとも複数の光源と複数の光検出器が１つのパッケージ内に実装され、あるいは複数の光源と複数の光検出器が実装されたパッケージに請求項１〜９の何れかに記載の偏光分離素子あるいは請求項１１または１２記載の偏光分離素子が接着により一体化されていることを特徴とする偏光分離素子を用いた光ヘッド。
16. 請求項１４または１５記載の光ヘッドにおいて、波長の異なる複数の光源の出射面が、光ヘッド光学系の光軸方向に互いにずれて配置されていることを特徴とする偏光分離素子を用いた光ヘッド。

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