CN101614837A - 偏振衍射元件和光学头装置 - Google Patents

Abstract

实现在波长λ1作为偏振衍射元件起作用，在波长λ2不管入射偏振状态如何不作为衍射光栅起作用，具有高透射率的波长选择性的偏振衍射元件和使用所述偏振衍射元件的光学头装置。偏振衍射元件对分别具有第1圆偏振光和与该第1圆偏振光反方向旋转的第2圆偏振光的至少两束波长不同的入射光，根据入射光的波长和偏振状态有选择地将其衍射或使其通过。而且至少对第1圆偏振光的入射光的反射波段中不包含两个入射光的波长。

Description

偏振衍射元件和光学头装置

本申请是申请日为2004年12月27日的、申请号为“200480039051.X(PCT/JP2004/019552)”的、发明名称为“偏振衍射元件和光学头装置”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及偏振衍射元件和将偏振衍射元件作为构成要素包含的光头装置，特别是涉及使用具有圆偏振选择反射造成的大的旋光色散特性的旋光性材料的偏振衍射元件和光学头装置。

背景技术

包含胆甾醇相液晶和手征性(カイラル)材料的向列型液晶是形成螺旋结构的扭转取向的胆甾醇相液晶，已知有如下性能，即在螺距P与入射光的波长λ相当的情况下，从螺旋方向入射的具有与液晶的扭转方向相同的旋转方向的圆偏振光被反射，具有有反方向旋转的圆偏振光透过的圆偏振光相关性(这被称为“圆偏振光的选择反射”)。

又，在这种胆甾型相液晶中，假定例如液晶的扭转方向为右转方向，则对于向右旋转的圆偏振入射光，存在带来圆偏振选择反射的波段(这被称为“反射波段”)，在该反射波段的近旁，显示出大的旋光色散(旋光因波长而不同的现象)。另一方面，对于向左旋转的圆偏振入射光，不存在反射波段，因此显示出比较小的旋光色散，这种情况在非专利文献1中有记载。

也就是说，在具有胆甾醇相液晶的圆偏振选择反射功能的反射波段近旁的透射波段，向右旋转的圆偏振光与向左旋转的圆偏振光中，发生旋光性显著不同的情况。

又，在螺距P比较小的胆甾醇相液晶中，已知在与胆甾醇相各向同性相的中间温度区域发现胆甾醇蓝(コレステリツクブル一)相(将该胆甾醇蓝相状态的液晶称为“蓝相液晶”)。

该蓝相液晶形成具有双重扭转螺旋内部结构的圆筒状部分在空间上规则地排列的三维周期性晶格结构，使满足衍射条件的波长和入射角的入射光发生布喇格衍射。在这里发生的布喇格衍射光与胆甾醇相液晶一样与圆偏振相关，但是与胆甾醇相液晶相比，圆偏振选择反射的反射波段狭窄，因此在更加狭窄的反射波段的附近的透射波段，右旋偏振光与左旋偏振光旋光性有显著不同。

又，已有的蓝相的温度范围为数℃左右的极其狭窄的范围，因此应用蓝相的实用元件难于实现。但是近年来有这样的报告(参照例非专利文献2)，即在液晶中混合单体，在蓝相液晶的温度区域照射紫外线，以此使单体高分子化，得到蓝相液晶的温度范围扩大到60℃以上的高分子稳定化蓝相液晶。

但是，在CD和DVD等那样的光盘和光磁盘等光记录媒体的信息记录面上进行信息记录和/或信息重放(以下称为“记录·重放”)的光学头装置中，从半导体激光器射出的出射光通过物镜被聚光于光盘的信息记录面上，同时被反射形成返回光，该返回光通过光束分离器被导入作为光检测器的受光元件。在这里，这种光束分离器采用例如作为衍射元件的一种的全息光束分离器等，这样能够利用衍射使光束的行进方向偏转，将其引向光检测器，因此实现了光学头的小型化。

又，在安装有DVD用的半导体激光器和CD用的半导体激光器的光学头装置中，能够对规格不同的作为光记录媒体的DVD和CD用的光盘的信息进行录放的DVD/CD互换光学头装置也得到实用化。

专利文献1记载了如下所述的偏振衍射元件，即为了实现这样的光学头装置的小型化和高的光利用效率，加工为使取向方向一致的高分子液晶构成的矩形衍射光栅的凹凸部的相位差对于CD用的波长的异常光为波长的自然数倍，而且对于正常光为0，从而能够透过DVD用的650nm波段的正常偏振光，而衍射异常偏振光，同时能够使CD用的790nm波段的入射光透过而不管其偏振状态如何的，具备波长选择性的偏振衍射元件。

非专利文献1：Chandrasekhar著的“液晶物理学”，吉冈书店1995年出版，p.260～261(第4章、图4.1，6)(Chandrasekhar，“Liquid Crystals”，Secondedition，Cambridge University Press Chap.4 Fig.4.1，6)

非专利文献2：“Nature Materials(自然材料)”，Vol.1，no.1，MacmillanPress，2002，Sep.，p.64～68

专利文献1：日本特开2001-174614号公报

发明内容

但是，在这样的偏振衍射元件中，偏振衍射元件的光栅间距如果狭窄，由于光栅壁面的影响就有790nm波段的异常偏振光透射率低下的问题。

本发明是鉴于上述情况而作出的，其目的在于，提供对于波长λ1的光作为偏振衍射元件起作用，对于不同于波长λ1的波长λ2的光，与入射偏振状态无关地不作为衍射元件起作用而具有高透射率的波长选择性的偏振衍射元件以及使用这种元件的光学头装置。

本发明提供如下所述的偏振衍射元件，其使特定波长的光发生衍射，其特征在于，偏振衍射元件利用两种光学材料的连接形成衍射光栅而形成，一种光学材料使用旋光性材料，另一种光学材料使用光学各向同性材料，两种光学材料相接，该衍射光栅形成在加工成断面形状具有周期性凹凸的光栅形状的光栅时，至少该加工的所述光栅的凹部充填另一种材料的结构，其中该旋光性材料针对具有一个旋转方向的第1圆偏振光具有反射波段，并且在反射波段外，针对所述特定波长光的第1圆偏振光或旋转方向与第1圆偏振光相反的第2圆偏振光透射产生衍射，而针对另一圆偏振光，不使其发生衍射地透过。

如果采用上述结构，则能够实现对于第1圆偏振光与第2圆偏振光发现其衍射效率不同的与偏振相关的特性的具备波长选择性的偏振衍射元件。

又，本发明提供的偏振衍射元件，是对于分别具有第1圆偏振光和与该第1圆偏振光相反方向旋转的第2圆偏振光的至少两个波长不同的入射光，根据所述两个入射光的波长和偏振状态有选择地衍射或透射的偏振衍射元件，衍射光栅使用所述旋光性材料与所述光学各向同性材料中的任意一种材料，形成在加工成断面形状具有周期性凹凸的光栅形状的光栅时，至少该加工的所述光栅的凹部充填另一种材料的结构，

是至少在对于所述第1圆偏振光的入射光的反射波段不包含两个入射光的波长的第1偏振衍射元件。

如果采用上述结构，则能够实现对至少两个波长不同的入射光，发现对于第1圆偏振光与第2圆偏振光其衍射效率不同的与偏振相关的特性的具备波长选择性的偏振衍射元件。

又，本发明提供第2偏振衍射元件，所述衍射元件是在第1偏振衍射元件中，对于分别具有第1圆偏振光和与该第1圆偏振光相反方向旋转的第2圆偏振光的第1波长λ1以及不等于λ1的第2波长λ2的入射光，根据所述两个入射光的波长和偏振状态有选择地衍射的偏振衍射元件，

衍射光栅使用所述旋光性材料与所述光学各向同性材料中的任意一种材料，形成在加工成断面形状具有周期性凹凸的光栅形状的光栅时，至少该加工的所述光栅的凹部充填另一种材料的结构，

具有带来圆偏振选择反射的反射波段，该反射波段至少针对所述第1圆偏振光的入射光，不将所述第1波长λ1和所述第2波长λ2包含于反射波长的对象中，

具有在所述第1波长λ1以及所述第2波长λ2的所述入射光中，作为所述反射波段近旁的透射波长的所述第1波长λ1的所述入射光，与所述第2波长λ2相比，用具有相对较多发现的旋光色散功能的旋光性材料，使所述第1波长λ1的第1圆偏振入射光有选择地衍射的波长偏振选择衍射功能。

如果采用上述结构，则能够实现对于第1圆偏振光与第2圆偏振光，在第1波长λ1发现其衍射效率不同的与偏振相关的特性，在第2波长λ2其衍射效率大致相同，没有发现与偏振相关的特性的具备波长选择性的偏振衍射元件。

又，本发明的偏振衍射元件，其对于分别具有第1圆偏振光和与该第1圆偏振光相反方向旋转的第2圆偏振光的第1波长λ1、不等于λ1的第2波长λ2、以及不等于λ1、λ2的第3波长λ3的入射光，根据所述三个入射光的波长和偏振状态有选择地衍射或透射，具有反射波段，该反射波段至少针对所述第1圆偏振光的入射光，不将所述第1波长λ1、所述第2波长λ2以及第3波长λ3包含于反射波长的对象中。

又，本发明提供第3偏振衍射元件，该元件是在所述至少两个不同波长的入射光中，至少有一个波长在比所述反射波段短的短波侧，至少一个波长在比所述反射波段落长的长波侧，采用在比所述反射波段短的短波侧和比所述反射波段长的长波侧具有不同的旋光色散功能的旋光性材料，至少有选择地使一个波长的入射光的第1圆偏振光与第2圆偏振光衍射或透射。

如果采用上述结构，则能够实现至少两个波长不同的入射光中，将至少一个波长的入射光的第1圆偏振光和第2圆偏振光有选择地衍射或透射的偏振衍射元件。

又，本发明提供如下所述的第4偏振衍射元件，该衍射元件是在第2偏振衍射元件中，具有：

使用波长λ的，对所述第1圆偏振光的折射率与对所述第2圆偏振光的折射率之差记为Δn(λ)时，满足Δn(λ1)＞Δn(λ2)，而且Δn(λ2)≈0的所述旋光性材料与在所述第2波长λ2与所述旋光性材料的折射率大致相等的光学各向同性材料中的任意一种材料，加工成断面形状具有周期性凹凸的光栅形状的光栅、以及至少在该加工的所述光栅的凹部充填所述旋光性材料与所述光学各向同性材料中的任意另一种材料的充填材料。

如果采用上述结构，则对于第1圆偏振光与第2圆偏振光的入射光，在第1波长λ1发现其衍射效率不同的与偏振相关的特性，在第2波长λ2则不管入射光的偏振状态如何，不衍射而一直向前透过。因此能够实现光利用效率高的，具备波长选择性的偏振衍射元件。特别是在第2波长λ2，旋光性材料与光学各向同性材料的折射率大致相等，因此不管光栅间距及光栅形状如何都能够得到高透射率。

又，本发明提供如下所述的第5偏振衍射元件，所述衍射元件是，在第4偏振衍射元件中，所述旋光性材料，由其螺旋轴方向与厚度方向一致，同时对所述第1圆偏振光具有不将所述第1波长λ1以及所述第2波长λ2包含于反射波长的对象中的所述反射波段，而且所述第1波长λ1为与所述第2波长λ2相比相对地更靠近所述反射波段的透射波长的具有螺距的胆甾醇相液晶构成。

如果采用上述结构，则由于使用断面形状为周期性凹凸形状的，螺旋轴一致的胆甾醇相液晶，通过调整胆甾醇相液晶的螺距，能够在任意波段发现圆偏振选择反射波段。其结果是，能够得到关于波长选择性的设计自由度高的偏振衍射元件。

而且，本发明提供第6偏振衍射元件，所述衍射偏转元件是在第5衍射偏转元件中，所述胆甾醇相液晶由胆甾醇相高分子液晶构成，其螺旋轴方向与厚度方向一致，同时对所述第1圆偏振光具有不将所述第1波长λ1以及所述第2波长λ2包含于反射波长的对象中的所述反射波段，而且所述第1波长λ1为与所述第2波长λ2相比相对地更靠近所述反射波段的透射波长的具有螺距的胆甾醇相液晶构成。

如果采用上述结构，则由于胆甾醇相高分子液晶是固体，与胆甾醇相低分子液晶相比，分子取向稳定化，能够实现在温度变化等环境变化的情况下特性变化小的偏振衍射元件。而且由于不必密封于单元内，能够简化制作工序。

还有，本发明提供第7偏振衍射元件，所述偏振衍射元件中，所述旋光性材料，由对所述第1圆偏振光具有不将所述第1波长λ1以及所述第2波长λ2包含于反射波长的对象中的所述反射波段，同时具有所述第1波长λ1为与所述第2波长λ2相比相对更靠近所述反射波段的透射波长的波长选择性，利用高分子网络扩大了胆甾醇蓝相的温度范围的高分子稳定化胆甾醇蓝相液晶构成。

如果采用上述结构，则即使是第1波长λ1与第2波长λ2的波长间隔狭小的情况下，也能够实现光利用效率高的有波长选择性的偏振衍射元件。

又，本发明提供如下所述的光学头装置，该装置至少具备：发射第1波长λ1的光与第2波长λ2(λ1≠λ2)的光的半导体激光器、将该半导体激光器发射出的出射光聚光于光记录媒体上的物镜、将所述光记录媒体反射的光中至少所述第1波长的λ1的光加以衍射的光束分离器、以及检测所述衍射的所述第1波长λ1的光的光检测器，进行所述光记录媒体的记录·重放，所述光束分离器包含第2、4～7中的任一偏振衍射元件。

如果采用上述结构，对于第1波长λ1的入射光，作为光利用效率高的偏振光束分离器起作用，对于第2波长λ2的入射光，作为不受入射偏振光的影响的光损失小的直进光透射元件起作用。其结果是，能够实现使用不同波长对光盘进行稳定记录·重放的小型的光学头装置。

又，本发明提供第8偏振衍射元件，该衍射元件是在第3偏振衍射元件中，包含：假设波长λ的相对于所述第1圆偏振光的折射率和相对于所述第2圆偏振光的折射率之差为Δn(λ)时，

至少对于两个波长不同的入射光中的至少一个的波长，

Δn(λ)≈0的所述旋光性材料、以及

在所述第1圆偏振光与所述第2圆偏振光的至少一个圆偏振光中与所述旋光性材料的折射率大致相等的光学各向同性材料，

使用所述旋光性材料与所述光学各向同性材料中的任意一种材料，形成在加工成断面形状具有周期性凹凸的光栅形状的光栅时，至少该加工的所述光栅的凹部充填另一种材料的结构。

如果采用上述结构，则对于至少两个波长不同的入射光中的至少一个波长，与入射光的偏振状态无关地直进透射而不衍射，对于与此不同波长的入射光，发现有对于第1圆偏振光和第2圆偏振光衍射效率不同的与偏振的相关性。因此能够实现光利用效率高的有波长选择性的偏振衍射元件。

还有，本发明提供第9偏振衍射元件，该偏振衍射元件是在第8偏振衍射元件中，所述旋光性材料，由其螺旋轴方向与厚度方向一致，同时对所述第1圆偏振光具有不将至少两个波长不同的入射光的全部波长包含于反射波长的对象中的所述反射波段，而且是在至少两个波长不同的入射光中，比最短入射波长大，比最长入射波长短的反射波段的，具有螺距的胆甾醇相液晶构成。

如果采用上述结构，则能够实现对于通过调整胆甾醇相液晶的螺距规定的偏振选择反射波段，利用在短波段和长度波段发现的大的旋光性差异的，光利用效率高的具有波长选择性的偏振衍射元件。

而且，本发明提供在第10偏振衍射元件，该偏振衍射元件是在第9偏振衍射元件中，所述胆甾醇相液晶由胆甾醇相高分子液晶构成，其螺旋轴方向与厚度方向一致，同时对所述第1圆偏振光具有不将至少两个波长不同的入射光的全部波长包含于反射波长的对象中的所述反射波段，而且是在至少两个波长不同的入射光中，比最短入射波长大，比最长入射波长短的反射波段的，具有螺距的胆甾醇相高分子液晶构成。

如果采用上述结构，由于胆甾醇相高分子液晶是固体，与胆甾醇相低分子液晶相比，分子取向稳定化，能够实现在温度变化等环境变化的情况下特性变化小的偏振衍射元件。而且由于不必密封于单元内，能够简化制作工序。

又，本发明提供第2光学头装置，该装置

具备：发射至少两束波长不同的光的至少两个半导体激光器、将该半导体激光器发射出的光聚光于光记录媒体上的物镜、将所述光记录媒体反射的光中至少一个波长的光衍射的光束分离器、以及检测所述衍射的所述波长的光的光检测器，

进行所述光记录媒体的记录和/或重放，

所述光束分离器包含第3、8～10偏振衍射元件中的任意一个。

如果采用上述结构，则能够实现至少对于一个波长作为光利用效率高的偏振光束分离器起作用，对于至少一个入射光，作为与入射偏振无关的光损失少的直进光透射元件起作用。其结果是，能够实现使用不同波长对光盘进行稳定记录·重放的小型的光学头装置。

还有，本发明提供第3光学头装置，该装置是在第1或第2光学头装置中，所述光束分离器是光栅格子的间距和光栅格子的角度在光栅形成面内分布的全息图图案构成的全息图光束分离器。

如果采用上述结构，则能够形成小型而且附加透镜功能等的设计自由度高的光束分离器，因此能够实现以高精度进行记录·重放的小型的光学头装置。

如果采用本发明，则能够提供对于第1圆偏振光和第2圆偏振光的入射光，对于第1波长λ1，发现衍射效率不同的与偏振的相关性，对于第2波长λ2，衍射效率大致相等，没有发现与偏振的相关性的，具有波长偏振选择性的衍射效率特性的偏振衍射元件。

附图说明

图1是表示本发明第1实施形态的偏振衍射元件的结构例的侧剖面图。

图2表示光射入图1所示的偏振衍射元件的情况下的作用，(A)是表示波长λ1、λ2的第1圆偏振光射入时的透过状态的说明图。(B)是表示波长λ1、λ2的第2圆偏振光射入时的透过状态的说明图。

图3是表示本发明第2实施形态的偏振衍射元件的结构例的侧剖面图。

图4是表示本发明第3实施形态的偏振衍射元件的结构例的侧剖面图。

图5是表示使用本发明第4实施形态的本发明的偏振衍射元件的光学头装置的结构例的侧剖面图。

图6是表示本发明第5实施形态的偏振衍射元件的结构例的侧剖面图。

图7表示光射入图6所示的偏振衍射元件的情况下的作用，(A)是表示波长λ1、λ2、λ3的第1圆偏振光射入时的透过状态的说明图。(B)是表示波长λ1、λ2、λ3的第2圆偏振光射入时的透过状态的说明图。

图8是表示本发明第6实施形态的偏振衍射元件的结构例的侧剖面图。

图9表示光射入图8所示的偏振衍射元件的情况下的作用，(A)是表示波长λ1、λ2、λ3的第1圆偏振光射入时的透过状态的说明图。(B)是表示波长λ1、λ2、λ3的第2圆偏振光射入时的透过状态的说明图。

图10是表示本发明第7实施形态的偏振衍射元件的结构例的侧剖面图。

图11表示光射入图10所示的偏振衍射元件的情况下的作用，(A)是表示波长λ1、λ2、λ3的第1圆偏振光射入时的透过状态的说明图。(B)是表示波长λ1、λ2、λ3的第2圆偏振光射入时的透过状态的说明图。

图12表示光射入图6所示的偏振衍射元件的情况下的作用，(A)是表示波长λ1、λ2、λ3的平行于纸面的第1线偏振光射入时的透过状态的说明图。(B)是表示波长λ1、λ2、λ3的垂直于纸面的第2线偏振光射入时的透过状态的说明图。

图13是表示使用本发明例4的本发明的偏振衍射元件的光学头的结构例的侧剖面图。

符号说明

1  2波长用半导体激光器

2  光检测器

3  准直透镜

4  物镜

5  3波长用半导体激光器

10、20、50、70、80、90  偏振衍射元件

11(34)、12、31(42)、41  透光性基板

13、73、83、93  高分子液晶光栅

14、33、74、84、94  充填材料

21  各向同性光栅

22  高分子稳定化蓝相液晶

23  胆甾醇相液晶

30  波长选择性衍射元件

32  短波长吸收光栅

40  相位元件

43  相位板

60、100 光学头装置

D  光盘

R1  反射波段

U  组件

λ1  第1波长

λ2  第2波长

λ3  第3波长

具体实施方式

下面参照图对本发明的最佳实施形态进行详细说明。

第1实施形态

图1是表示本发明第1实施形态的偏振衍射元件10的剖面图。该偏振衍射元件10具备透光性基板11、12、在该透光性基板11、12之间设置的高分子液晶构成的晶格(以下将其称为“高分子液晶光栅”)13、以及充填材料14。

其中，透光性基板11、12由具有均匀的折射率的玻璃等透光性材料形成。

在这里，高分子液晶光栅13的高分子液晶层是均匀涂布例如含有手征性材料的正常光折射率为no，异常光折射率ne的胆甾醇液晶单体材料形成的，通过使其含有手征性材料，能够形成在液晶层的厚度方向(Z方向)上有螺旋轴的成螺旋结构的扭转取向的胆甾醇相液晶。

另一方面，充填材料14将在下面所详细叙述，采用具有所要求的折射率的各向同性光学材料构成。

(1)首先，在透光性基板11上均匀涂布含有例如手征性材料的正常光折射率no，异常光折射率ne的胆甾醇液晶单体材料形成。

借助于此，对应于手征性材料形成在液晶层的厚度方向(Z方向)上有螺旋轴的成螺旋结构的扭转取向的胆甾醇相液晶。如果在该胆甾醇相液晶状态进行紫外线照射等，使单体液晶聚合固化，则形成扭转取向固定的胆甾醇相高分子液晶。

在这里，构成高分子液晶光栅13的胆甾醇相高分子液晶，具有如下所述特性，即在从其厚度方向(Z方向)垂直入射的入射光中，对于相当于液晶的螺距P与液晶层的平均折射率n＝(no+ne)/2的积的中心波长λ0、也就是

λ0＝P·(no+ne)/2

近旁的波段(反射波段)的光，使具有与液晶的扭转方向相同的旋转方向的第1圆偏振光反射，同时使具有与液晶的扭转方向反向的旋转的第2圆偏振光透射。

在这里，第1圆偏振光的反射波段R1相当于螺距P与液晶材料的双折射n＝ne-no的积、也就是

R1＝P·(ne-no)。

但是，在该反射波段R1的近旁的透射波长λ1的光中，仅对于第1圆偏振光发生大的旋光色散(因波长不同而旋光性不同的现象)，但是其程度与上述波长λ1相比，越是偏离反射波段R1的波长λ2的入射光旋光色散越是减少。

在这里，所谓反射波段R1的近旁的透射波长λ1，只要是旋光性材料在例如波长400nm以上的透明波段具有高衍射效率的透射波长即可。也就是说，为了得到高衍射效率，假设将旋光性材料的厚度记为h，则最好是Δn(λ1)h≥0.2微米。旋光性材料的厚度h，从容易加工出发，因此最好是h≤20微米，因此，能够得到满足Δn(λ1)≥0.01的Δn的透射波长λ1就是近旁的波长，满足Δn(λ1)＝0.01的透射波长λ是临界波长。又，Δn(λ1)的值最好是满足0.01≤Δn(λ1)≤0.2。该透射波长λ1因旋光性材料的不同而变化。

另一方面，对于不存在反射波段的第2圆偏振光，在上述波长λ1和波长λ2的入射光中，形成小的旋光色散。

例如在波长λ的入射光中，如果将对于胆甾醇相高分子液晶的第1圆偏振光的折射率记为n1(λ)，将对于第2圆偏振光的折射率记为n2(λ)，其差(折射率差)记为Δn12(λ)，即如果

Δn12(λ)＝|n1(λ)-n2(λ)|，

则

i)在波长λ2的折射率差Δn12(λ2)为接近于0的小的数值，也就是说，

Δn12(λ2)＝|n1(λ2)-n2(λ2)|≈0                    ……(1)

ii)又，在波长λ1的折射率差Δn12(λ1)为较大的数值，也就是说，

Δn12(λ1)＝|n1(λ1)-n2(λ1)|＞Δn12(λ2)           ……(2)

(2)接着，对形成于透光性基板11上的，构成高分子液晶光栅13的胆甾醇相高分子液晶进行加工，形成断面为凹凸晶格形状，凹部的深度为d的晶格。例如在图1中，表示出将凸部加工为矩形断面形状的例子，但是除此以外，也可以采用例如锯齿波形状或使锯齿波形状为近似于阶梯状的所谓拟似炫耀光栅。

作为这种光栅形状加工方法的例子，也可以利用光刻法在胆甾醇相高分子液晶层上将光刻胶形成图案之后，利用反应性离子蚀刻方法将胆甾醇相高分子液晶加工形成图案，以此加工成微米级的微细光栅形状。又，也可以采用用金属模具的成型、复印或紫外线干涉曝光等加工方法。

(3)接着，用透明的充填材料14进行充填，至少填埋上述高分子液晶光栅13的凹部，同时从该充填材料14上连接·夹着透光性基板12，作为偏振衍射元件10。该充填材料14只要是光学各向同性材料，任何材料都可以，但是最好采用能借助于紫外线照射聚合、固化的光学粘接材料。

还有，这种充填材料14采用在波长λ1和波长λ2的入射光中，与对第2圆偏振光的胆甾醇相高分子液晶的折射率大致相等折射率的各向同性光学材料构成的充填材料。

借助于此，在波长λ1和λ2的入射光中，对于第1圆偏振光高分子液晶光栅13和充填材料14的折射率差，相当于胆甾醇相高分子液晶的，相对于第1圆偏振光和第2圆偏振光的上述折射率差Δn12(λ1)以及Δn12(λ2)。

[1].关于第1圆偏振光的入射光

i)也就是说，对于波长λ1的第1圆偏振光的高分子液晶光栅13与充填材料14的折射率差Δn1(λ1)，相当于对于胆甾醇相高分子液晶的波长λ1的第1和第2圆偏振光的上述折射率差Δn12(λ1)、也就是

Δn1(λ1)＝Δn12(λ1)

         ＝|n1(λ1)-n2(λ1)|

＞Δn12(λ2)(根据式(2))                            ……(3)

ii)同样，对于波长λ2的第1圆偏振光的高分子液晶光栅13与充填材料14的折射率差Δn1(λ2)，相当于对于胆甾醇相高分子液晶的第1和第2圆偏振光的上述折射率差Δn12(λ2)、也就是

Δn1(λ2)＝Δn12(λ2)

         ＝|n1(λ2)-n2(λ2)|

         ≈0(根据式(1))                    ……(4)

还有，Δn1(λ2)，如果是上述Δn1(λ1)的20％以下的数值，则在波长λ2中，高分子液晶光栅13与充填材料14的折射率可以说大致相等。

[2].关于第2圆偏振光的入射光

又，在波长λ1和波长λ2的入射光中，对于第2圆偏振光的高分子液晶光栅13与充填材料14的折射率差Δ2(λ1)和Δn2(λ2)没有发生。也就是说，

Δn2(λ1)＝Δn2(λ2)≈0                            ……(5)

下面利用图2对第1实施形态的偏振衍射元件10的作用进行说明。

[1].关于第1圆偏振光的入射光

对于第1圆偏振光的入射光，

i)例如对于波长λ2，高分子液晶光栅13与充填材料14的折射率差Δn1(λ2)根据式(4)为接近于0的小数值。因此如图2(A)所示，不产生衍射光而直进透过偏振衍射元件10。

ii)又，对于波长λ1，其折射率差Δn1(λ1)为式(3)所示的有限值，因此如图2(A)所示发生衍射光。这时，为了对于波长λ1使±1次衍射效率为最大，

d＝λ1/(2·Δn1(λ1))                             ……(6)

其中，

d：高分子液晶光栅13的凹部深度

Δn1(λ1)：将胆甾醇相高分子液晶构成的高分子液晶光栅13的凹部深度d加工得使对于波长λ1的第1圆偏振光的、高分子液晶光栅13与充填材料14的折射率差得到满足即可。

还有，在锯齿波断面形状的情况下，高分子液晶光栅13的凹部深度d满足

d＝λ1/Δn1(λ1)                                 ……(7)

时+1次衍射效率为最大。

[2].关于第2圆偏振光的入射光

另一方面，对于第2圆偏振光的入射光，即使是波长λ1和波长λ2中的任一波长的情况下，如上所述，，高分子液晶光栅13与充填材料14的折射率差Δn2(λ1)和Δn2(λ2)根据式(5)只是很小的数值。因此如图2(B)复式表示所示，即使是波长λ1和波长λ2中的任何一个波长，也不发生衍射光而直进透过偏振衍射元件10。

如上所述，图1所示的偏振衍射元件10中，采用将构成高分子液晶光栅13的胆甾醇相高分子液晶加工成光栅的形状之后，在该光栅的凹部充填由光学各向同性材料构成的充填材料14的结构，但是也可以采用别的结构，例如采用下面说明的第2实施形态那样的结构。

第2实施形态

下面就本发明第2实施形态的偏振衍射元件用图3所示的剖面图在下面进行说明。还有，在本实施形态中，与第1实施形态相同的部分标以相同的符号并避免重复说明。

在第2实施形态的偏振衍射元件20中，如图3所示，用光学各向同性材料加工成断面为凹凸形状的光栅(以下将其称为“各向同性光栅”)21之后，至少在其光栅的凹部充填高分子稳定化蓝相液晶22，这一点与第1实施形态不同。

各向同性光栅21可以对透光性基板11的表面直接加工形成，也可以在透光性基板11上形成SiON等无机材料或聚酰亚胺和紫外线固化树脂等的有机材料膜，然后利用蚀刻加工方法加工成光栅形状。

另一方面，使用于高分子稳定化蓝相液晶22的材料和制作方法，如上面背景技术一栏所述，记载于非专利文献2，请参照其说明(具体地说，参照例如原文64～65页)。

如果采用第2实施形态的偏振衍射元件20，则高分子稳定化蓝相液晶22由于反射波段R1的宽度通常比胆甾醇相液晶狭窄，因此即使是波长λ1与波长λ2的波长间隔小的情况下，也能够实现光利用效率高的有波长选择性的偏振衍射元件。

还有，在本实施形态中，使用光学各向同性材料加工成剖面为凹凸形状的各向同性光栅21之后，至少在其凹部充填高分子稳定化蓝相液晶22，但是也可以充填胆甾醇相液晶23(在图1所示的第1实施形态中，将该胆甾醇相液晶作为高分子液晶光栅13使用)。还有，这时的胆甾醇相液晶可以是低分子液晶，也可以是高分子液晶，而在低分子液晶的情况下，使用密封材料(未图示)将液晶保持在密封状态下。

第3实施形态

下面用图4所示的剖面图对第1实施形态的偏振衍射元件10上迭层波长选择性衍射元件和相位板的本发明第3实施形态的偏振衍射元件50进行说明。还有，在本实施形态中，也对与第1、第2实施形态相同的部分标以相同的符号并避免重复说明。

本实施形态的偏振衍射元件50一体化地具备，具有下述相位板43的光学元件(以下将其称为“相位元件”)40、波长选择性衍射元件30、以及第1实施形态的偏振衍射元件10。还有，这些波长选择性衍射元件30与偏振衍射元件10也可以采用高分子液晶光栅13和光栅32由全息图案构成的全息光束分离器。

其中，波长选择性衍射元件30具备透光性基板31、光栅32、充填材料33、以及透光性基板34(11)。也就是说，在透光性基板31的一侧表面上形成、在比波长λ1短的波段具有光吸收端的包含有机物颜料的各向同性材料构成的断面形状为周期性凹凸形状的光栅(以下称为“短波长吸收光栅”)32。又，在该短波长吸收光栅32的凹部，充填对波长λ1的光具有与短波长吸收光栅32相同的折射率，同时对波长λ2的光有不同于短波长吸收光栅32的折射率的充填材料33。又，在充填材料33等外表面上连接偏振光衍射元件10的兼作透光性基板11的透光性基板34。

这样形成的波长选择性衍射元件30具有与本申的申请人提出的日本特开2002-318306记载的发明相同的结构和功能(参照例如[0032]～[0038]和图1)。

另一方面，相位元件40具备兼用波长选择性衍射元件30的透光性基板31的透光性基板42以及透光性基板41挟持的相位板43。

相位板43至少对波长λ1的光作为双折射相位差为π/2即1/4波长的波长板起作用。作为这种相位差板43，可以将水晶或金红石结晶等无机双折射材料加工为平板状使用，也可以将聚碳酸酯薄膜延伸使其发现有双折射性能使用，还可以采用取向方向在面内一致的液晶或高分子液晶等有机双折射材料。又可以是通过将双折射相位差不同的两种双折射材料迭层，使其滞相轴方向形成规定的角度，对于波长λ1和波长λ2作为1/4波长板起作用的相位板43。在这种情况下，将波长λ1和波长λ2的线偏振光的入射光都变成圆偏振光。还有，在本实施形态的偏振衍射元件50中，表示出对波长λ1和波长λ2作为1/4波长板起作用的高分子液晶构成的相位板43的例子。

下面对本实施形态的偏振衍射元件50的作用进行说明。

(1)关于波长λ1的光

在这样得到的偏振衍射元件50中，具有Y轴方向的偏振面的波长λ1的线偏振光，从透光性基板41一侧平行于Z方向入射时，用相位板43变换为第2圆偏振光后入射到波长选择性衍射元件30。由于短波长吸收光栅32和充填材料33对该波长λ1的光具有相同的折射率，波长λ1的光在这里不发生衍射而直进透过，射入偏振衍射元件10。接着，该波长λ1的光如图2(B)所示，在该偏振衍射元件10不发生衍射而直进透过并从透光性基板12一侧射出。

波长λ1的第1圆偏振光(在这里的第1圆偏振光是第2圆偏振光在光盘D(参照图5)上反射形成的)从透光性基板12一侧射向偏振衍射元件10时，如图2(A)所示，相应于偏振衍射元件10的高分子液晶光栅13的凹部的深度d发生衍射光，射入波长选择性衍射元件30。这些衍射光由于是波长λ1，在只对波长λ2有衍射功能的波长选择性衍射元件30不发生衍射而透过，而且透过相位板43形成在X轴方向有偏振面的线偏振光，从透光性基板41一侧射出。

因此，在从透光性基板41一侧射入Y轴方向具有偏振面的波长λ1的线偏振光的情况下，用本实施形态的偏振衍射元件50(相位板43)变换为第2圆偏振光，光无损失地直进透过。而且该第2圆偏振光被光盘D等反射面反射成为第1圆偏振光从透光性基板12一侧再次入射时，在偏振衍射元件10发生衍射，其后在相位板43形成在X轴方向上有偏振面的线偏振光，然后从透光性基板41一侧射出。

(II)关于波长λ2的光

另一方面，在X轴和Y轴方向具有偏振面的波长λ2的线偏振光从透光性基板41一侧向Z方向入射时，该波长λ2的线偏振光由相位板43变换为第1或第2圆偏振光，然后射入波长选择性衍射元件30。但是，在该波长选择性衍射元件30中，对于波长λ2的光，短波长吸收光栅32和充填材料33的折射率不同。因此相应于短波长吸收光栅32的凹部的深度，在直进透射光(0次衍射光)以外还发生±1次衍射光。

其次，这些衍射光由于是波长λ2的光，一旦射入只具有使波长λ1(的第1圆偏振光)发生衍射的功能的偏振衍射元件10，第1或第2圆偏振光都如图2(A)或(B)所示，不发生衍射而透过从透光性基板12一侧射出。

其后，波长λ2的圆偏振光一旦被光盘等反射面所反射，第1圆偏振光就成为第2圆偏振光，第2圆偏振光就成为第1圆偏振光。而且该波长λ2的圆偏振光一旦从透光性基板12一侧射入，在偏振衍射元件10不发生衍射就直进透过。其后，在波长选择性衍射元件30发生衍射，而且在相位板43成为具有与入射时垂直的(Y轴方向或X轴方向的)偏振面的线偏振光从透光性基板41一侧射出。

从而，对于波长λ1的线偏振入射光，偏振衍射元件10作为偏振衍射光栅起作用，对于波长λ2的线偏振入射光，波长选择性衍射元件30作为与入射光的偏振状态无关的衍射元件起作用。又，通过本实施形态的来回偏振衍射元件50的波长λ1和波长λ2的光成为与原线偏振光垂直的偏振面的线偏振光。

第4实施形态

下面用示意性表示本发明的光学头装置60的配置结构的图5详细说明配置图4所示的偏振衍射元件50的本发明的光学头装置60。

本实施形态的光学头装置60具备半导体激光器1和光检测器2、偏振衍射元件50、准直透镜3、以及物镜4，形成能够对光盘D进行记录和重放的结构。

半导体激光器1由具有在Y轴方向有偏振面的波长λ1和波长λ2的两个发光点，用于切换出射光的波长λ1和λ2的2波长用半导体激光器构成。该半导体激光器(以下称为“2波长用半导体激光器”)1是发射波长λ1为660nm±20nm的DVD波段的激光和波长λ2为790nm±20nm的CD波段的激光的激光器，各激光发光点配置在100微米左右的间隔上。

还有，该2波长用半导体激光器1，与光检测器2一起配置于单个组件U内，作为本发明的第3实施形态的偏振衍射元件50，作为成一整体配置于该组件U的光射入射出的一侧的光单元使用。

下面对本实施形态的光学头装置60的作用进行说明。

从2波长用半导体激光器1射出，直进透过偏振衍射元件50的波长λ1和λ2的发散光利用准直透镜3形成为大致平行的光，利用物镜4会聚于光盘D的信息记录面上，在该信息记录面上反射形成返回光。该返回光受到偏振衍射元件50的衍射被引向光检测器2的受光面，光盘D的记录信息被变换为电信号。

i)波长λ1的线偏振的情况。

具体地说，从2波长用半导体激光器1射出的Y轴方向上具有偏振面的波长λ1的线偏振光在偏振衍射元件50内的相位板43中变成第2圆偏振光。其后第2圆偏振光全部直进透过偏振衍射元件50，会聚于DVD用的光盘D的信息记录面上，同时反射形成第1偏振光，再度射入偏振衍射元件50。

其后，该波长λ1的第1圆偏振光(返回光)由偏振衍射元件50内的偏振衍射元件10(参照图4)衍射，一次衍射光被会聚于光检测器2的受光面上。又，该波长λ1的第1圆偏振光(返回光)中，直进透过偏振衍射元件10的0次衍射光形成在X轴方向有偏振面的线偏振光，向2波长用半导体激光器1的发光点入射。

ii)波长λ2的线偏振光的情况

另一方面，从2波长用半导体激光器1射出，射入偏振衍射元件50的Y方向上具有偏振面的波长λ2的线偏振光中，由偏振衍射元件50内的波长选择性衍射元件30(参照图4)衍射的±1次衍射光不能够由准直透镜3和物镜4会聚于CD用的光盘D的信息记录面上。

另一方面，上述波长λ2的线偏振光中，对偏振衍射元件10直进透过的0次光(该0次衍射光在相位板43也已经形成第2圆偏振光)由准直透镜3和物镜4会聚于CD用的光盘D的信息记录面上，被反射之后形成第1圆偏振光再度射入偏振元件50，透过偏振衍射元件10。

其后，该波长λ2的入射光的一部分由偏振衍射元件50内的波长选择性衍射元件30衍射，1次衍射光被会聚于光检测器2的受光面上。还有，在波长选择性衍射元件30的作为直进透射光的0次衍射光形成在X轴方向具有偏振面的线偏振光射向2波长用半导体激光器1的发光点。

从而，偏振衍射元件50作为如下所述的偏振光束分离器起作用，即对DVD用波长λ1作为偏振衍射光栅起作用，在向光盘D聚光的往路上光不发生损失，同时在向光检测器2会聚的归路上能够得到高衍射效率。

又，该偏振衍射元件50对CD用的波长λ2作为与入射光的偏振状态无关的衍射光栅起作用，由于覆盖层比DVD用的厚2倍，因此对于余留的双折射比较大的CD用的光盘D，衍射效率也没有变动，因此能够作为实现稳定的光检测的光束分离器起作用。

又，如果采用这种偏振衍射元件50，能够独立地对波长λ1和波长λ2制造偏振衍射元件10和波长选择性衍射元件30的光栅图案，因此能够控制衍射角度和衍射效率。其结果是，使用将2波长用半导体激光器1和DVD/CD共用的光检测器2配置在一个组件U内的单一的光单元，能够实现DVD用和CD用光盘D的稳定记录和重放。

还有，向2波长用半导体激光器1的发光点返回的光形成与振荡光垂直的偏振方向的线偏振光，因此能够避免与振荡光的干涉，所以能够得到稳定的激光的出射光强度。

在本实施形态中，对使用将偏振光衍射元件10、波长选择性衍射元件30、相位元件40形成一体的偏振衍射元件50的光学头装置60进行了说明，但是也可以采用将各要素分开配置的结构。还有，在实际的光学头装置中，使用在Y轴和Z轴方向上移动物镜的致动器和循迹控制用的发生衍射光的衍射光栅等，但是由于与本发明没有直接关系，所以省略其说明。

又，为了得到聚焦信号和循迹信号，光检测器2的受光面被分割为多个，往往将偏振衍射元件10和波长选择性衍射元件30的光栅图案在空间上分割使用，使得分别在各受光面上会聚偏振衍射元件50的衍射光。

在上述实施形态中，对断面形状为周期性凹凸形状的衍射光栅进行了说明，但是不限于衍射光栅的结构，例如也可以采用胆甾醇相液晶等旋光性材料的膜厚在面内空间分布的元件。在这种情况下，形成根据旋光性材料的膜厚分布在特定波段只使第1圆偏振光成份的透射波面改变的波长以及具有偏振选择性的波面变换元件。

第5实施形态

下面用图6所示的剖面图说明作为本发明第5实施形态的偏振衍射元件。还有，在本实施形态中，与第1实施形态相同的部分标以相同的符号并避免重复说明。

在第5实施形态的偏振衍射元件70中，形成高分子液晶光栅的材料使用具有比实施形态1更短的螺距的胆甾醇相高分子液晶，这一点是不同的。

对于离开由螺距决定的上述反射波段足够远的透射波长λ2的光和透射波长λ3的光，第1圆偏振光与第2圆偏振光的折射率大致相等。而在比反射波段更短波长的一侧，发生与比其更长波长的一侧相比相对较大的折射率差。例如比反射波段更短波长的一侧的波长记为λ1，比反射波段长得多的长波长一侧的波长记为λ2和λ3，与上面所述一样将胆甾醇相高分子液晶的对于第1圆偏振光的折射率记为n1(λ)，将对于第2圆偏振光的折射率记为n2(λ)，如果其差(折射率差)记为Δn12(λ)、即

Δn12(λ)＝|n1(λ)-n2(λ)|，则

i)对于波长λ2和λ3的折射率差Δn12(λ2)以及Δn12(λ3)为接近0的小的数值，即

Δn12(λ2)＝|n1(λ2)-n2(λ2)|

          ≈0                                ……(8)

Δn12(λ3)＝|n1(λ3)-n2(λ3)|

          ≈0                                ……(9)

但是，Δn12(λ2)＞Δn12(λ3)

ii)又，在波长λ1的折射率差Δn12(λ1)为较大的值，即

Δn12(λ1)＝|n1(λ1)-n2(λ1)|

          ＞Δn12(λ2)                       ……(10)

与第1实施形态相同，对在透光性基板11上形成的，构成高分子液晶光栅73的胆甾醇相高分子液晶进行加工，形成断面为凹凸格子状，凹部深度为d的光栅，用透明的充填材料74进行充填，至少填埋上述高分子液晶光栅73的凹部，同时从该充填材料74上连接、夹着透光性基板12，形成偏振衍射元件70。该充填构件74使用在波长λ1、λ2以及λ3的入射光中具有与胆甾醇相高分子液晶对于第2圆偏振光的折射率大致相等的折射率的各向同性光学材料构成的构件。

借助于此，在波长λ1、λ2以及λ3的入射光中，高分子液晶光栅73与充填材料74对于第1圆偏振光的折射率差，相当于胆甾醇相高分子液晶相对于第1圆偏振光和第2圆偏振光的所述折射率差Δn12(λ1)、Δn12(λ2)以及Δn12(λ3)。

[1].关于第1圆偏振光的入射光

i)也就是说，相对于波长λ1的第1圆偏振光的、高分子液晶光栅73与充填材料74的折射率差Δn1(λ1)相当于胆甾醇相高分子液晶对于波长λ1的第1与第2圆偏振光的所述折射率差Δn12(λ1)、即

Δn1(λ1)＝Δn12(λ1)

         ＝|n1(λ1)-n2(λ1)|

         ＞Δn12(λ2)(根据式(10))                ……(11)

ii)同样，对于波长λ2、波长λ3的第1圆偏振光，高分子液晶光栅73与充填材料74的折射率差Δn1(λ2)、Δn1(λ3)相当于胆甾醇相高分子液晶相对于第1和第2圆偏振光的上述折射率差Δn12(λ2)和Δn12(λ3)、也就是

Δn1(λ2)＝Δn12(λ2)

         ＝|n1(λ2)-n2(λ2)|

         ≈0(根据式(8))                            ……(12)

以及

Δn1(λ3)＝Δn12(λ3)

         ＝|n1(λ3)-n2(λ3)|

         ≈0(根据式(9))                            ……(13)

还有，Δn1(λ2)以及Δn1(λ3)如果是上述Δn1(λ1)的20％以下的值，则可以说在波长λ2和波长λ3，高分子液晶光栅73与充填材料74的折射率差大致相等。

[2]关于第2圆偏振光的入射光

又，在波长λ1、波长λ2和波长λ3的入射光中，对于第2圆偏振光，不发生高分子液晶光栅73与充填材料74的折射率差Δn2(λ1)、Δn2(λ2)以及Δn2(λ3)。也就是说，

Δn2(λ1)＝Δn2(λ2)＝Δn2(λ3)

         ≈0                                      ……(14)

下面用图7对第5实施形态的偏振衍射元件70的作用进行说明。

[1].关于第1圆偏振光的入射光

对于第1圆偏振光的入射光，

i)例如对于波长λ2和波长λ3，高分子液晶光栅73与充填材料74的折射率差Δn1(λ2)和Δn1(λ3)，根据式(12)和式(13)是接近于0的小数值。因此如图7(A)所示，不发生衍射光，而是直进透过偏振衍射元件70。

ii)又，对于波长λ1，该折射率差Δn1(λ1)根据式(11)得出是有限的数值，因此如图7(A)所示发生衍射光。这时，为了使对波长λ1的±1次衍射效率为最大，有下式

d＝λ1/(2·Δn1(λ1))                            ……(15)

其中，

d：高分子液晶光栅73的凹部深度

Δn1(λ1)：对胆甾醇相高分子液晶构成的高分子液晶光栅73的凹部深度d进行加工，使对于波长λ1的第1圆偏振光的、高分子液晶光栅73与充填材料74的折射率差得到满足即可。

还有，在锯齿波断面形状的情况下，高分子液晶光栅73的凹部深度d满足

d＝λ1/Δn1(λ1)                                    ……(16)时+1次衍射效率达到最大。

[2].关于第2圆偏振光的入射光

另一方面，对于第2圆偏振光的入射光，在波长λ1、波长λ2和波长λ3的任一波长的情况下，如上所述高分子液晶光栅73与充填材料74的折射率差Δn2(λ1)、Δn2(λ2)、Δn2(λ3)根据式(4)可知是极小的数值。因此如图7(B)的复式表示所示，对于波长λ1、波长λ2和波长λ3的任一波长都不发生衍射光，直进透过偏振衍射元件70。

第6实施形态

下面用图8所示的剖面图对本发明第6实施形态的偏振衍射元件进行说明。还有，在本实施形态中，对与第1实施形态相同的部分标以相同的符号并避免重复说明。

在第6实施形态的偏振衍射元件80中，充填高分子液晶光栅的材料采用与实施形态5的充填材料不同折射率的充填材料，这一点不同于实施形态5。

与上面所述相同，将胆甾醇相高分子液晶对第1圆偏振光的折射率记为n1(λ)，将对第2圆偏振光的折射率记为n2(λ)，将充填材料的折射率记为ns(λ)。对于第1圆偏振光和第2圆偏振光，与充填材料的折射率差分别记为Δn_1-s(λ)、Δn_2-s(λ)。也就是

Δn_1-s(λ)＝|n1(λ)-ns(λ)|

Δn_2-s(λ)＝|n2(λ)-ns(λ)|

在波长λ1进行选择使对于第1圆偏振光的折射率n1(λ1)与对于波长λ1的充填材料的折射率ns(λ1)大致一致。

i)在波长λ1对于第1圆偏振光和第2圆偏振光的充填材料与高分子液晶光栅的折射率差Δn_1-s(λ)、Δn_2-s(λ)对于第1圆偏振光是接近于0的很小的数值，对于第2圆偏振光，根据式(11)，是有意义的值，即

Δn_1-s(λ1)＝|n1(λ1)-ns(λ1)|≈0                ……(17)

Δn_2-s(λ1)＝|n2(λ1)-ns(λ1)|＞Δn_1-s (λ1)     ……(18)

ii)又，在波长λ2和波长λ3的对于第1圆偏振光和第2圆偏振光的充填材料与高分子液晶光栅的折射率差Δn_1-s(λ)、Δn_2-s(λ)根据式(12)和式(13)，具有大致相等的有意义的数值、即为

Δn_1-s(λ2)＝|n1(λ2)-ns(λ2)|

           ≈|n2(λ2)-ns(λ2)|

           ＝Δn_2-s (λ2)                           ……(19)

Δn_1-s(λ3)＝|n1(λ3)-ns(λ3)|

           ≈|n2(λ3)-ns(λ3)|

           ＝Δn_2-s(λ3)                            ……(20)

与第1实施形态相同，对形成于透光性基板11上的，构成高分子液晶光栅83的胆甾醇相高分子液晶进行加工，使其剖面为凹凸格子形状而且格子的凹部深度为d，用透明的充填材料84进行充填，至少将上述高分子液晶光栅83的凹部加以填埋，同时从该充填材料84上连接并夹着透光性基板12，作为偏振衍射元件80，该充填材料84使用在波长λ1的入射光的情况下具有与胆甾醇相高分子液晶对第1圆偏振光的折射率大致相等的折射率的各向同性光学材料构成的充填材料。

这样，在波长λ1、λ2和波长λ3的入射光中，对于第1圆偏振光的高分子液晶光栅83与充填材料84的折射率差相当于Δn_1-s(λ1)、Δn_1-s(λ2)以及Δn_1-s(λ3)，对于第2圆偏振光的高分子液晶光栅83与充填材料84的折射率差相当于Δn_2-s(λ1)、Δn_2-s(λ2)以及Δn_2-s(λ3)。

下面用图9对这种情况下的作用进行说明。

[1].关于第1圆偏振光的入射光

对于第1圆偏振光入射光，

i)例如对于波长λ1，高分子液晶光栅83与充填材料84的折射率差Δn_1-s(λ1)如式(17)所示，为接近于0的很小的值。因此如图9(A)所示，不发生衍射光就直进透过偏振衍射元件80。

ii)而对于波长λ2和λ3，其折射率差Δn_1-s(λ2)和Δn_1-s(λ3)如式(19)和式(20)所示，为有限的数值，因此如图9(A)所示，发生衍射光。

[2].关于第2圆偏振入射光

另一方面，对于第2圆偏振入射光，波长λ1、波长λ2以及波长λ3的任意一种波长的情况下，高分子液晶光栅83与充填材料84的折射率差Δn_2-s(λ1)、Δn_2-s(λ2)以及Δn_2-s(λ3)具有有意义的数值。因此如图9(B)上复式表示所示，波长λ1、波长λ2以及波长λ3的任意一种波长都在偏振衍射元件80发生衍射光。

通过形成本结构，能够实现对第1圆偏振光，只有入射的波长中的一个波长不发生衍射光的元件。

第7实施形态

下面用图10所示的剖面图对本发明第7实施形态的偏振衍射元件进行说明。还有，在本实施形态中，与第1实施形态相同的部分标以相同的符号并避免重复说明。

第7实施形态的偏振衍射元件90中，高分子液晶光栅形成用的材料采用具有不同于实施形态1和实施形态5的螺距的胆甾醇相高分子液晶，这一点是与其不同的。

对于与由螺距决定的上述发生波段也保持充分距离的透射波长λ3，第1圆偏振光与第2圆偏振光的折射率大致相等。而对于比反射波段波长短的一侧的透射波长λ1以及比反射波段的长波长一侧近旁的透射波长λ2，发生与透射波长λ3相比相对较大的折射率差。与上面所述相同，将胆甾醇相高分子液晶的对第1圆偏振光的折射率记为n1(λ)，将对于第2圆偏振光的折射率记为n2(λ)，其折射率差记为Δn12(λ)，即

Δn12(λ)＝|n1(λ)-n2(λ)|时，

i)在波长λ3的折射率差Δn12(λ3)为接近于0的很小的值，即

Δn12(λ3)＝|n1(λ3)-n2(λ3)|

          ≈0                                        ……(21)

ii)又，对于波长λ1和波长λ2，其折射率差Δn12(λ1)以及Δn12(λ2)有较大的值，即为

Δn12(λ1)＝|n1(λ1)-n2(λ1)|

          ＞Δn12(λ3)                               ……(22)

Δn12(λ2)＝|n1(λ2)-n2(λ2)|

          ＞|n12(λ3)                                ……(23)

与第1实施形态一样，对在透光性基板11上形成的，构成高分子液晶光栅93的胆甾醇相高分子液晶进行加工，形成断面为凹凸格子形状，凹部深度为d的光栅，用透明充填材料94至少对上述高分子液晶光栅93的凹部进行充填，同时从该充填材料94上连接并夹着透光性基板12，作为偏振衍射元件90。该充填材料94采用具有与在波长λ1、波长λ2以及波长λ3的入射光的条件下，对于第2圆偏振光的胆甾醇相高分子液晶的折射率大致相同的折射率的光学各向同性材料构成的材料。

借助于此，在波长λ1、波长λ2以及波长λ3的入射光中，对于第1圆偏振光的高分子液晶光栅93与充填材料94的折射率差相当于对于第1圆偏振光和第2圆偏振光的胆甾醇相高分子液晶的上述折射率差Δn12(λ1)、Δn12(λ2)以及Δn12(λ3)。〕

下面用图11说明这种情况下的作用。

[1].关于第1圆偏振光的入射光

对于第1圆偏振光的入射光，

i)例如对于波长λ3，高分子液晶光栅93与充填材料84的折射率差Δn1(λ3)如式(21)所示，为接近于0的很小的值。因此如图11(A)所示，不发生衍射光就直进透过偏振衍射元件90。

ii)而对于波长λ1和λ2，其折射率差Δn1(λ1)和Δn1(λ2)如式(22)和式(23)所示，为有限的数值，因此如图11(A)所示，发生衍射光。

[2].关于第2圆偏振入射光

另一方面，对于第2圆偏振入射光，波长λ1、波长λ2以及波长λ3的任意一种波长的情况下，都与上述实施形态一样，高分子液晶光栅93与充填材料94的折射率差Δn2(λ1)、Δn2(λ2)以及Δn2(λ3)很小。因此如图11(B)上复式表示所示，波长λ1、波长λ2以及波长λ3的任意一种波长都不发生衍射，而直进透过偏振衍射元件90。

通过形成本结构，能够实现只有入射的波长中的一个波长不管其偏振如何都不发生衍射的元件。

本发明的偏振衍射光栅是在入射的第1圆偏振光和第2圆偏振光之间具有最大的透射、衍射特性差异的光栅，而对于入射的线偏振光也具有作为衍射元件的功能。这种情况下的作用用图12以第5实施形态为例进行说明。

线偏振光可以认为是强度大致相等的第1圆偏振光与第2圆偏振光的相加。因此得到的透射·衍射特性也是第1圆偏振光和第2圆偏振光的平均特性。也就是说，对于波长λ1，如图12(A)和图12(B)所示，对于平行于纸面的第1线偏振光和垂直纸面的第2线偏振光，都显示出与对于图7(A)所示的第1圆偏振光和对于图7(B)所示的第2圆偏振光发生的各透射·衍射特性之和相当的透射·衍射特性。对于波长λ1和波长λ2，如图7(A)和图7(B)所示，对于第1圆偏振光和第2圆偏振光中的任何一个都不发生衍射光，因此如图12(A)和图12(B)所示，对于第1线偏振光和第2线偏振光中的任何一个都不发生衍射光。

这种对线偏振光的透射·衍射特性，不限于第1线偏振光和第2线偏振光，对于在任意方向上偏振的线偏振光都显示出大致相同的衍射特性。这样，在将线偏振光使用为入射光的情况下，可以使偏振衍射元件的与偏振的相关性消失，只利用波长选择性。

对于本发明的偏振衍射元件以及使用该元件的光学头装置的当然的特征，将利用以下所示的实施例进行具体说明。

实施例

例1

下面就本实施例的偏振衍射元件50，利用图4所示的剖面图对其制作方法和结构进行具体说明。

[I].关于偏振衍射元件10

(1)这种偏振衍射元件10是与上述第1实施形态说明的结构相同的元件，作为高分子液晶光栅13，采用高分子化后的正常光折射率no＝1.51以及异常光折射率ne＝1.71，右旋螺距P＝3.8微米的胆甾醇相高分子液晶，加工成断面为矩形格子形状。这时，胆甾醇相高分子液晶对于作为第1圆偏振光的右旋圆偏振光，显示出中心波长为λ0＝612nm，波段75nm的反射波段R1。

(2)接着，用具有与这种胆甾醇相高分子液晶的平均折射率n＝1.61相当折射率的透明粘接材料构成的充填材料14，填埋高分子液晶光栅13的凹部，同时连接、固定于玻璃构成的透光性基板12上，以此制作偏振衍射元件10。

在这里，对于作为第2圆偏振光的左旋圆偏振光，胆甾醇相高分子液晶的折射率n2(λ)大约等于平均折射率n。根据使用4×4传播行列法的胆甾醇相高分子液晶的透射光偏振分量的理论计算，高分子液晶光栅13的凹部深度采用d＝8.8微米。借助于此，作为第1圆偏振光的右旋圆偏振光与作为第2圆偏振光的左旋圆偏振光的透射光的相位差对于波长λ1＝660nm大约为π，对于波长λ2＝790nm，大约为0.14π。

因此，凹凸形状的凸部(高分子液晶光栅13)与凹部(充填材料14)的透射光的相位差φ、也就是从下式算出的相位差

φ＝2π·Δn(λ)·d/λ                        ……(24)

其中，Δn(λ)：折射率差在波长λ1对于作为第1圆偏振光的右旋圆偏振光相当于大约π，对于作为第2圆偏振光的左旋圆偏振光，为大于0.14π。又，在波长λ2，对于任何圆偏振光均大约为0。

在该偏振衍射元件10中，直进透射的0次衍射效率利用下式可以近似求出。

η0＝cos²(φ/2)                              ……(25)

±1次衍射效率

η1＝(2/π)²·sin²(φ/2)                     ……(26)

因此，波长λ1的第1圆偏振光根据式(26)，±1次衍射光最大η1＝41％，第2圆偏振光不衍射地直进透射(η0＝100％)。又，对于波长λ2的第1圆偏振光，根据式(25)，0次衍射率最大η0＝95％，对于第2圆偏振光，η0＝100％，大半光不衍射而直进透过。

[II].关于波长选择性衍射元件30

(1)包含在波长590nm有吸收端的有机物颜料(红色颜料)的红色光刻胶利用旋转涂布方法在玻璃构成的透光性基板31上均匀涂布形成6.0微米厚度之后进行加热使其固化。

(2)接着利用光掩模对红色光刻胶进行紫外线曝光和显像处理，以此制作断面为矩形的短波长吸收光栅32。该短波长吸收光栅32的折射率在波长λ1为n1＝1.654，在波长λ2为n2＝1.626。

(3)接着，将在聚合后的折射率对于波长λ1为n1＝1.656，对于波长λ2为n2＝1.646的光聚合物以单体状态作为充填材料33充填于短波长吸收光栅32的凹部。其后在充填材料33上迭层偏振衍射元件10的透光性基板11，与短波长吸收光栅32夹着充填材料33，对单体照射紫外线使其聚合，制作波长选择性衍射元件30。

在这样制作的波长选择性衍射元件30中，对于波长λ1，短波长吸收光栅32与充填材料33之间没有折射率差，因此不发生衍射光而直进透射。另一方面，对于波长λ2，短波长吸收光栅32的凸部与凹部通过的光的相位差大约为0.30π，直进透射的0次衍射效率根据式(25)为η0＝79％，±1次衍射效率为根据式(26)为η1＝8.5％。因此，波长选择性衍射元件30是能够与入射光的偏振状态无关地使波长λ1的入射光直进透过，使波长λ2的入射光中的8.5％±1次衍射的波长选择性衍射元件。

[III].关于相位元件40

将对于波长λ1与波长λ2的中心波长λc＝725nm的双折射相位差相当于π以及π/2的延迟值362.5nm的第1高分子液晶(图中省略)、以及延迟值181.3nm的第2高分子液晶(图中省略)按照第1高分子液晶、第2高分子液晶的顺序迭层在玻璃构成的透光性基板41上，并使各滞相轴角度在XY面内相对Y轴形成15°和75°，制作相位元件40。

该相位元件40在Y轴方向上具有偏振面的波长λ1和波长λ2的线偏振光从透光性基板41一侧入射时，透射光形成作为第2圆偏振光的左旋偏振光。又，相位元件40在作为第1圆偏振光的右旋偏振光从透光性基板42一侧入射时，透射光形成都在X轴方向上具有偏振面的线偏振光。也就是说，该相位元件40对于波长λ1和波长λ2作为1/4波长板起作用。

通过这样，能够制作将具有相位板43的相位元件40、波长选择性衍射元件30、偏振衍射元件10迭层形成的本实施例的偏振衍射元件50，得到在上述第3实施形态中说明的光学功能。

例2

下面对装有偏振衍射元件50的光学头装置60，参照示意性表示其配置结构的图5进行说明。

这种偏振衍射元件50对于DVD用的波长λ1作为偏振衍射光栅起作用，在会聚于光盘D上的往路上控制衍射光造成的光损失，实现90％以上的光利用效率。另一方面，这种偏振衍射元件50在会聚于光检测器2的归路上作为能够得到30％以上的高±1次衍射效率的偏振光束分离器起作用。

又，这种偏振衍射元件50，对于CD用的波长λ2作为与入射光的偏振状态无关的衍射光栅起作用，对于残存有双折射的CD用光盘D，衍射效率也没有变动，因此能够作为实现稳定的光检测的光束分离器起作用。

其结果是，在实现光学头装置60的小型化、轻量化的同时，能够实现对DVD用和CD用的光盘D的稳定记录和重放。

例3

下面就本实施例的偏振衍射元件70，用图6所示的剖面图对其制作方法和结构进行具体说明。

[I].关于偏振衍射元件70

i)这种偏振衍射元件70是与第5实施形态结构相同的元件，作为高分子液晶光栅73，采用高分子化之后的正常光折射率no＝1.55，而异常光折射率ne＝1.77，右旋螺距P＝0.33微米的胆甾醇相高分子液晶，加工成断面为矩形格子形状。这时，胆甾醇相高分子液晶对于作为第1圆偏振光的右旋圆偏振光中心波长λ0＝550nm，显示出波段70nm的反射波段R1。

ii)接着用具有相当于该胆甾醇相高分子液晶的平均折射率n＝1.66的折射率的透明粘接材料构成的充填材料74填埋高分子液晶光栅73的凹部，同时粘接、固定于玻璃构成的透光性基板12上，以此制造偏振衍射元件70。

在这里，对于作为第2圆偏振光的左旋偏振光的胆甾醇相高分子液晶的折射率n2(λ)，大约等于平均折射率n。根据采用4×4的传播行列法的，胆甾醇相高分子液晶的透射光偏振分量的理论计算，高分子液晶光栅73的凹部深度d采用d＝9.1微米。这样，作为第1圆偏振光的右旋圆偏振光与作为第2圆偏振光的左旋圆偏振光的透射光相位差对于波长λ1＝405nm大约为π，对于波长λ2＝660nm，大约为0.12π，对于波长λ3＝790nm，大约为0.05π。

因此，凹凸形状的凸部(高分子液晶光栅73)与凹部(充填材料74)的透射光的相位差φ、也就是从下式计算出的相位差

φ＝2π·Δn(λ)·d/λ                        ……(27)

其中，Δn(λ)：折射率差，在波长λ1，对于作为第1圆偏振光的右旋偏振光相当于约π，在波长λ2和波长λ3，分别大约为0.10π和大约0.05π。在第2圆偏振光中，对于任一波长均大约为0。

在这一偏振衍射元件70中，直进透射的0次衍射效率可以用下式近似求出，即

η0＝cos²(φ/2)                               ……(28)

±1次衍射效率可以用下式近似求出，即

η1＝(2/π)²sin²(φ/2)                        ……(29)

因此，波长λ1的第1圆偏振光根据式(29)，±1次衍射光为最大η1＝41％，第2圆偏振光没有发生衍射而直进透射(η0＝100％)。又，对于波长λ2和波长λ3的第1圆偏振光，根据式(28)，0次衍射效率分别为最大η0＝96％，而η0＝98％，对于第2圆偏振光均为η0＝100％，没有衍射就直进透过的光占一大半。

例4

下面对装有偏振光衍射元件70的光学头装置100，参照示意性表示其配置结构的图13进行说明。

光学头装置100采用替换着发射波长λ1为405nm±10nm的高密度光盘用激光、波长λ2为660nm±20nm的DVD波段的激光、波长λ3为790nm±20nm的CD波段的激光的3波长用激光半导体激光器5。而且实施例2所示的偏振衍射元件50中包含的相位差板使用对于波长λ1、波长λ2以及波长λ3作为大约1/4相位差板起作用的波长范围大的相位差板，新追加偏振衍射光栅70。

实施例2所说明的DVD用的波长λ2以及CD用的波长λ3的功能，在实施例4也大致相同，因此省略其说明。

新追加的偏振衍射元件70，对于在高密度光盘中使用的激光的波长λ1作为偏振衍射光栅起作用，在聚光于光盘D的往路上，衍射光造成的光损失得到控制，能够实现90％以上的利用效率。另一方面，该偏振衍射元件70在聚光于光检测器2的归路上作为能够得到30％以上的高±1次衍射效率的偏振光束分离器起作用。又，这种偏振衍射元件70，对于DVD用的波长λ2和CD用的波长λ3，不管入射光的偏振状态如何，不发生衍射光。

其结果是，能够实现光学头装置100的小型化和轻量化，同时能够实现对高密度光盘用、DVD用、以及CD用的光盘D的稳定记录和重放。

被用于本发明的偏光性衍射元件的形成胆甾醇相高分子液晶的聚合性胆甾醇相液晶可使用公知的光学活性化合物。例如，较好的是式(30)的日本专利特开2002-12580揭示的螺旋诱导力较大的化合物。

R-X1-A1-B1-C*HY1-CH₂-(B2)n-X2-A2-X3-A3-X4-Z-OCO-CY2＝CH₂

…(30)

式(30)中的符号的含义如下所述。

R：碳原子数1～12的烷基、1个或1个以上的氢原子被氟原子取代的碳原子数1～12的烷基、氢原子或卤素原子，

X1、X2、X4、X4：互相独立，表示羰基氧基(-COO-)、氧羰基(-OCO-)、醚性氧原子(-O-)、氧亚甲基(-OCH₂-)、亚甲氧基(-CH₂O-)或单键，

Y1：甲基(-CH₃)或1个或1个以上的氢原子被氟原子取代的甲基，

Y2：氢原子或甲基(-CH₃)，

Z：碳原子数1～12的亚烷基或1个或1个以上的氢原子被氟原子取代的碳原子数1～12的亚烷基，

A1、A3、A3：互相独立，表示1个或2个氢原子可被氟原子取代的1，4-亚苯基、1个或2个氢原子可被甲基(-CH₃)取代的1，4-亚苯基、无取代的2，6-亚萘基、无取代的反-1，4-亚环己基或单键，

B1、B2：互相独立，表示1个或2个氢原子可被氟原子取代的1，4-亚苯基、1个或2个氢原子可被甲基(-CH₃)取代的1，4-亚苯基、无取代的2，6-亚萘基、无取代的反-1，4-亚环己基或-D1-CH₂CH₂-D2-表示的基团(D1及D2互相独立，表示1个或2个氢原子可被氟原子及/或甲基(-CH₃)取代的1，4-亚苯基、无取代的2，6-亚萘基、无取代的反-1，4-亚环己基)，

n：1或2，

C^*：手性碳原子。

此外，为了调整螺距，可并用其它的聚合性液晶化合物。其它的聚合性液晶化合物具有多个聚合性官能团时，聚合性官能团的种类可不同。

已知大量具有2个聚合性官能团的化合物，使它们聚合时，一般可获得良好的耐热性及强度特性，所以适合采用。具体可例示日本专利特开平10-265531号公报中记载的下述二丙烯酸酯化合物，

式中，A²为氟原子、氯原子、氢原子或甲基，q为0～8的整数，q为0或1时的r为0，q为2～8的整数时的r为1，X²为单键、-COO-、-OCO-或-CH₂CH₂-，s为0或1，p为0或1，p为0时的X³为单键，p为1时的X³的结构与X²相同，这里所用的符号仅指该式中的符号。

具体来讲，可例示下述的化合物。

此外，作为分子内含有1个聚合性官能团的化合物，可例举同一公报中例示的下式表示的化合物，

式中，A¹为氟原子、氯原子、氢原子或甲基，m为0～8的整数，m为0或1时的n为0，m为2～8的整数时的n为1，X¹为单键、-COO-、-OCO-或-CH₂CH₂-，Y为1，4-亚苯基或1，4-反-亚环己基，Z¹为碳原子数1～8的烷氧基、氟原子、氯原子或氰基，这里所用的符号仅指该式中的符号。

具体来讲，可例示下述的化合物。

此外，还可例示下式表示的化合物，

式中的X为1，4-亚苯基或1，4-反-亚环己基，Y为碳原子数1～8的烷基。

具体来讲，较好的例子包括4-(反-4’-正丙基环己基羰基氧基)苯基丙烯酸酯、4-(反-4’-正丁基环己基羰基氧基)苯基丙烯酸酯、4-(反-4’-正戊基环己基羰基氧基)苯基丙烯酸酯、4-(4’-正丙基苯基羰基氧基)苯基丙烯酸酯、4-(4’-正丁基苯基羰基氧基)苯基丙烯酸酯、4-(4’-正戊基苯基羰基氧基)苯基丙烯酸酯。这些聚合性液晶化合物可单独1种使用也可2种或2种以上组合使用。

此外，被用于本发明的偏光性衍射元件的聚合性胆甾醇相液晶组合物中可含有聚合性非液晶化合物。对该聚合性化合物无特别限定，较好为丙烯酸酯系、甲基丙烯酸酯系、乙烯基醚系化合物，它们可1种单独使用，也可2种或2种以上组合使用。

为使本发明的具有聚合性基团的液晶性化合物的保存稳定性提高，可添加稳定剂。作为稳定剂，可例示氢醌、氢醌一烷基醚类或叔丁基儿茶酚类等。

本发明并不仅限于上述实施方式，在不脱离其技术要素的前提下可以以各种方式实施。

工业应用性

本发明的偏振衍射元件，其衍射效率在特定的透射波段具有与圆偏振相关的特性，而在其他透射波段与偏振无关，因此通过对光栅形状和光栅图案进行设计调整，能够得到具有只取出特定波段的特定圆偏振光的波长选择性和偏振选择性的光束分离器。

特别是通过将本发明的偏振衍射元件使用于用多个波长的激光光源对规格不同的光盘进行信息记录或重放的光学头装置，能够实现光学头装置的小型化和，同时由于形成光利用效率高的光学系统，能够实现稳定的记录和重放。

Claims (10)

1.一种偏振衍射元件，其对于分别具有第1圆偏振光和与该第1圆偏振光相反方向旋转的第2圆偏振光的第1波长λ1、第2波长λ2以及第3波长λ3的入射光，根据所述三个入射光的波长和偏振状态有选择地衍射或透射，其中λ1＜λ2，λ1＜λ3且λ2≠λ3，其特征在于，

所述偏振衍射元件利用旋光性材料和光学各向同性材料这两种光学材料的连接形成衍射光栅而形成，

通过在使用所述旋光性材料与所述光学各向同性材料中的一种材料加工成断面形状具有周期性凹凸的光栅之后，至少在该加工的所述光栅的凹部充填所述旋光性材料与所述光学各向同性材料中的另一种材料而形成所述衍射光栅，

所述偏振衍射元件具有带来圆偏振选择反射的反射波段，该反射波段至少针对所述第1圆偏振光的入射光，不将所述第1波长λ1、所述第2波长λ2以及所述第3波长λ3包含于反射波长的对象中。

2.根据权利要求1所述的偏振衍射元件，其特征在于，

所述第1波长λ1是405nm±10nm，所述第2波长λ2是660nm±20nm，所述第3波长λ3是790nm±20nm。

3.根据权利要求1所述的偏振衍射元件，其特征在于，

具有在所述第1波长λ1、所述第2波长λ2以及所述第3波长λ3的所述λ射光中，作为所述反射波段近旁的透射波长的所述第1波长λ1的所述入射光，与所述第2波长λ2和所述第3波长λ3相比，用具有相对较多发现的旋光色散功能的旋光性材料，使所述第1波长λ1的第1圆偏振入射光有选择地衍射的波长偏振选择衍射功能。

4.根据权利要求1所述的偏振衍射元件，其特征在于，三个所述不同波长的入射光中，至少有一个波长在比所述反射波段短的短波侧，至少一个波长在比所述反射波段长的长波侧，采用在比所述反射波段短的短波侧和比所述反射波段长的长波侧具有不同的旋光色散功能的旋光性材料，有选择地使至少一个波长的入射光的第1圆偏振光与第2圆偏振光衍射或透射。

5.根据权利要求3所述的偏振衍射元件，其特征在于，具有：

使用所述旋光性材料与光学各向同性材料中的一种材料加工成断面形状具有周期性凹凸的光栅形状的光栅，所述旋光性材料在波长λ的对所述第1圆偏振光的折射率与对所述第2圆偏振光的折射率之差记为Δn(λ)时，满足Δn(λ1)＞Δn(λ2)＞Δn(λ3)，而且Δn(λ2)≈0、Δn(λ3)≈0，该光学各向同性材料在所述第2波长λ2和所述第3波长λ3与所述旋光性材料的折射率大致相等、以及

至少在该加工的所述光栅的凹部充填所述旋光性材料与所述光学各向同性材料中的另一种材料的充填材料。

6.根据权利要求5所述的偏振衍射元件，其特征在于，所述旋光性材料由胆甾醇相液晶构成，所述胆甾醇相液晶的螺旋轴方向与厚度方向一致，同时对所述第1圆偏振光，所述胆甾醇相液晶具有不将所述第1波长λ1、所述第2波长λ2以及所述第3波长λ3包含于反射波长的对象中的所述反射波段，而且所述胆甾醇相液晶所具有的螺距使得所述第1波长λ1为与所述第2波长λ2和所述第3波长λ3相比相对地更靠近所述反射波段的透射波长。

7.根据权利要求6所述的偏振衍射元件，其特征在于，所述旋光性材料由利用高分子网络扩大了胆甾醇蓝相的温度范围的高分子稳定化胆甾醇蓝相液晶构成，对所述第1圆偏振光，所述高分子稳定化胆甾醇蓝相液晶具有不将所述第1波长λ1、所述第2波长λ2以及所述第3波长λ3包含于反射波长的对象中的所述反射波段，同时所述高分子稳定化胆甾醇蓝相液晶所具有的波长选择性使得所述第1波长λ1为与所述第2波长λ2和所述第3波长λ3相比相对更靠近所述反射波段的透射波长。

8.根据权利要求4所述的偏振衍射元件，其特征在于，

包含

假设波长λ的相对于所述第1圆偏振光的折射率和相对于所述第2圆偏振光的折射率之差为Δn(λ)时，

对于三个波长不同的入射光中的一个或者两个的波长，

Δn(λ)≈0的所述旋光性材料、以及

对于所述第1圆偏振光与所述第2圆偏振光的至少一个圆偏振光，折射率与所述旋光性材料的折射率大致相等的光学各向同性材料。

9.根据权利要求8所述的偏振衍射元件，其特征在于，所述旋光性材料由胆甾醇相液晶构成，所述胆甾醇相液晶的螺旋轴方向与厚度方向一致，同时对所述第1圆偏振光，所述胆甾醇相液晶具有不将三个波长不同的入射光的全部波长包含于反射波长的对象中的所述反射波段，而且所述胆甾醇相液晶所具有的螺距使得反射波段是在所述三个波长不同的入射光中、比最短入射波长大、比最长入射波长短的反射波段。

10.一种光学头装置，

具备

发射三束波长不同的光的半导体激光器、

将该半导体激光器发射出的光聚光于光记录媒体上的物镜、

将所述光记录媒体反射的光中至少一个波长的光衍射的光束分离器、以及

检测所述衍射的所述波长的光的光检测器，

进行所述光记录媒体的记录和/或重放，

其特征在于，所述光束分离器包含权利要求3～权利要求9中的任一项所述的偏振衍射元件，

所述光束分离器是光栅格子的间距和光栅格子的角度在光栅形成面内分布的全息图图案构成的全息图光束分离器。

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