JP2002365433A

JP2002365433A - 偏光分離素子

Info

Publication number: JP2002365433A
Application number: JP2001174442A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Azuma; 康弘東
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-06-08
Filing date: 2001-06-08
Publication date: 2002-12-18

Abstract

(57)【要約】【課題】偏光分離素子の作製工程中の温度変化や作製後
の環境変化による素子全体の反りの発生を低減または解
消し、光学特性が良く、信頼性の高い新規な構成の偏光
分離素子を提供する。【解決手段】本発明は、透明基板２上に、同一平面に周
期的凹凸格子が形成された複屈折膜３が接着され、その
上に等方性オーバーコート層４が被覆あるいは装荷され
ている構成の偏光分離素子１において、反りの防止を目
的とする層（反り防止層）７が存在することを特徴とし
ており、反りに対して機械的強度の高い材料を層中に存
在させるか、または収縮する材料と実質的な収縮率が等
しくなるような収縮材料を反りを相殺するように層中に
存在させることにより、反りのない偏光分離素子１を作
製することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスクドライ
ブ装置用光ピックアップ等の種々の光学装置に応用され
る偏光分離素子に関し、特に、従来の偏光分離素子に代
わり、光学特性が良く、信頼性の高い新規な偏光分離素
子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、偏光方向によって回折効率が異な
る偏光素子として種々のものが提案されているが、中で
も光ディスクドライブ装置用光ピックアップの小型化を
目的とした薄型の光ピックアップ用偏光分離素子とし
て、複屈折回折格子型偏光分離素子が数種類提案されて
いる。従来例として、特開昭６３−３１４５０２号公報
においては、複屈折光学結晶であるニオブ酸リチウム
（ＬｉＮｂＯ_３）を基板として使用した例がある。この
従来例では、複屈折光学結晶であるニオブ酸リチウムを
基板として用い、これに周期パターンでプロトン交換を
施し、さらにこのプロトン交換領域上に誘電体膜を装荷
した構造を持ち、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。従
って、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できる。

【０００３】この複屈折回折格子型偏光子は、小型化、
量産化が可能で高い偏光分離度が得られる偏光子である
が、作製に時間がかかると言う問題がある。すなわち、
結晶に対して周期的プロトン交換を行う必要があるの
で、プロトン交換だけでも数時間かかる。また、作製に
時間がかかることや、基板に光学結晶を用いるので製造
コストも高くなるなどの欠点も有している。

【０００４】そこでこの点を考慮して、本出願人は先
に、簡単な工程で安価に作製できる偏光分離素子とし
て、図３の断面図に示すように、ガラスやプラスチック
等の透明基板１２上に、同一平面に周期的凹凸格子を有
する複屈折膜１３が接着剤層１５により接着され、その
上に等方性のオーバーコート層１４が被覆あるいは装荷
されている構造の複屈折回折格子型偏光分離素子１１を
提案している（特開平１０−３０２２９１号公報、特開
２０００−７５１３０号公報）。中でも高分子複屈折膜
を複屈折材料に用いた構成のものは材料コストも比較的
安価であるため、大量生産が比較的容易になっている。

【０００５】また、良好な光学特性、素子両面の平坦性
を向上、素子の強度向上を目的とした構成として、図４
の断面図に示すように、ガラスやプラスチック等の透明
基板２２上に、同一平面に周期的凹凸格子が形成された
複屈折膜２３が接着剤層２５により接着され、その複屈
折膜２３が等方性のオーバーコート層２４で覆われ、こ
のオーバーコート層２４が接着層も兼ねて第２の透明基
板２６と接着した構成の偏光分離素子２１も提案されて
いる。このような構成のものは素子として強度があり、
かつ生産性の高い構成となっているものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の構造のような偏
光分離素子は、複屈折膜として高分子材料が使用されて
いるが、これらの高分子材料は偏光分離素子の作製の工
程、特に接着剤の熱硬化工程（温度１００〜１５０℃）
で発生する温度変化や、作製後の環境変化により収縮
し、透明基板を含む素子全体に反りが発生することが確
認されている。一般に異種材料を貼り合せた構成の場合
は、それぞれの収縮率、熱膨張率が異なるために温度変
化により反りが発生する。偏光分離素子の場合、この反
りの発生により、偏光分離素子の作製工程に不具合が発
生したり、光学的特性に悪影響を及ぼすという問題が発
生するため、反りの改善が必要となっている。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みなされたものであ
り、偏光分離素子の作製工程中の温度変化や作製後の環
境変化による素子全体の反りの発生を低減または解消
し、光学特性が良く、信頼性の高い新規な構成の偏光分
離素子を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１に係る発明は、透明基板上に、同一平面に
周期的凹凸格子が形成された複屈折膜が接着され、その
上に等方性オーバーコート層が被覆あるいは装荷されて
いる構成の偏光分離素子において、反りの防止を目的と
する層（反り防止層）が存在することを特徴とする。す
なわち、本発明の偏光分離素子においては、偏光分離素
子の作製工程中の温度変化による複屈折膜の収縮等に伴
う偏光分離素子全体の反りの発生を防止することを目的
とする層が存在することを特徴とし、反りに対して機械
的強度の高い材料を層中に存在させるか、または収縮す
る材料と実質的な収縮率が等しくなるような収縮材料を
反りを相殺するように層中に存在させることにより、偏
光分離素子としての反りを低減または解消するものであ
る。

【０００９】次に請求項２に係る偏光分離素子は、請求
項１の構成に加えて、反りの防止を目的とする層は、透
明基板に対し、複屈折膜の反対側に存在することを特徴
とする。また、請求項３に係る偏光分離素子は、請求項
１または２の構成に加えて、反りを防止することを目的
とする層の厚さは、１０μｍ〜１ｍｍであることを特徴
とする。さらに、請求項４に係る偏光分離素子は、請求
項１，２または３の構成に加えて、反りを防止すること
を目的とする層の透過率が、偏光を分離するレーザー波
長に対し９５％以上であることを特徴とする。

【００１０】請求項５に係る偏光分離素子は、請求項
１，２，３または４の構成に加えて、反りを防止するこ
とを目的とする層の屈折率（ｎ）が、偏光分離素子を構
成する層の屈折率の最小値と最大値をそれぞれ
ｎ_ｍｉｎ、ｎ_ｍａｘとした時に、ｎ_ｍｉｎ≦ｎ≦ｎ_ｍａｘとなることを特徴とする。また、請求項６に係る偏光分
離素子は、請求項２，３，４または５の構成に加えて、
反りを防止することを目的とする層は、周期的凹凸格子
が形成された複屈折膜と同じ材料からなることを特徴と
する。

【００１１】請求項７に係る偏光分離素子は、請求項１
〜６の何れか一つの構成に加えて、周期的凹凸格子が形
成される複屈折膜が、高分子複屈折膜であることを特徴
とする。また、請求項８に係る偏光分離素子は、請求項
７の構成に加えて、周期的凹凸格子が形成される複屈折
膜が、分子鎖が配向した高分子複屈折膜であることを特
徴とする。さらに、請求項９に係る偏光分離素子は、請
求項８の構成に加えて、前記高分子複屈折膜が延伸によ
り分子鎖を配向させた高分子膜であることを特徴とす
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成、動作及び作
用を図面を参照して詳細に説明する。本発明の偏光分離
素子は、透明基板上に、同一平面に周期的凹凸格子が形
成されている複屈折膜が接着剤層を介し接着され、その
上に等方性オーバーコート層が被覆あるいは装荷されて
いる構成の偏光分離素子において、素子全体の反りの防
止を目的とする層（反り防止層）が存在することを特徴
とする。本発明の偏光分離素子の一例としては、図１の
断面図に示すように、透明基板２上に、同一平面に周期
的凹凸格子が形成されている複屈折膜３が接着剤層５に
より接着されており、その複屈折膜３とは透明基板を挟
んで反対側に反りの防止を目的とする層（反り防止層）
７が接着剤層８を介して存在する構成となる。

【００１３】上記の反りの防止を目的とする層（反り防
止層）７は、図１のような構成以外の場所に構成されて
も良いが、偏光分離素子全体の厚さをあまり厚くせずに
効率よく反りを解消させるには、図１のように複屈折膜
３とは透明基板２を挟んで反対側の最外層に構成するこ
とが望ましい。また、上記の反りの防止を目的とする層
（反り防止層）７の厚さは１０μｍ〜１ｍｍが望まし
い。１０μｍ以下の厚さでは十分な反り防止の効果が見
られず、また１ｍｍ以上の厚さでは素子全体の厚さが増
すこととなり、素子の小型化、薄型化に反することとな
り、複屈折膜を利用した偏光分離素子としての長所が失
われることとなる。

【００１４】さらに、上記の反りの防止を目的とする層
（反り防止層）７の屈折率（ｎ）は、それ以外の偏光分
離素子１を構成する層の屈折率の最小値と最大値をそれ
ぞれｎ_ｍｉｎ、ｎ_ｍａｘとした時に、ｎ_ｍｉｎ≦ｎ≦ｎ_ｍａｘの範囲にあることが望ましい。これは、屈折率ｎがこの
範囲から外れた場合、偏光分離素子としての機能に影響
があり、使用に適さなくなるからである。また、上記の
反りの防止を目的とする層（反り防止層）７の透過率
は、偏光を分離するレーザー波長に対し９５％であるこ
とが望ましく、９５％未満であると偏光分離素子として
の使用に適さなくなる傾向がある。

【００１５】上記の反りの防止を目的とする層（反り防
止層）７は、周期的凹凸格子が形成された複屈折膜３と
同じ材料からなることが好ましい。このように複屈折膜
３と反り防止層７を同じ材料で構成した場合には、温度
による収縮率が同じであるため作製が容易となり、ま
た、反り防止の効果も向上する。また、上記の偏光分離
素子１に使用する複屈折膜３は、大面積で且つ大量に低
コストで作製することを考慮すると、ポリカーボネイト
（ＰＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリメタ
クリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン、ポリサル
フォン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥ
Ｓ）、ポリイミドなどの高分子複屈折膜であることが好
ましい。中でも分子鎖が配向した高分子膜であることが
好ましく、生産性を考慮すると、延伸により分子鎖を配
向させた有機高分子膜であることが特に好ましい。

【００１６】尚、本発明の別の実施形態として、図２の
断面図に示すように、図１の構成に加えて、オーバーコ
ート層４が接着層も兼ねる構成として、そのオーバーコ
ート層４の上に第２の透明基板６を接着した構成の偏光
分離素子１’としてもよい。このような構成のものは素
子として強度があり、かつ生産性の高い構成となってい
る。

【００１７】

【実施例】以下、本発明に係る偏光分離素子の実施例と
比較例とを示し本発明を具体的に説明するが、本発明は
下記の実施例に制限されるものではない。

【００１８】（実施例１）厚さ５００μｍ、直径φ１０
０ｍｍの透明基板２に紫外線硬化型接着剤にて厚さ３０
μｍの接着剤層５を設け、周期的凹凸格子（３．０μｍ
ピッチ）が形成されている厚さ１００μｍの高分子複屈
折膜３を貼り合わせした後、反り防止層７として、格子
が形成されている複屈折膜と同じ材料の高分子膜を透明
基板２の逆側に接着剤層８を介して貼り合わせた。そし
て減圧下にて一体化させた後、紫外線を照射し、１００
℃にて１０分間ベーキングを行い、完全に接着剤層を硬
化させた。

【００１９】さらに周期的凹凸格子（３．０μｍピッ
チ）が形成されている高分子複屈折膜３側にオーバーコ
ート層４となるアクリル系紫外線硬化樹脂をボッティン
グし、その上から厚さ５００μｍの第２の透明基板６を
載せ、適度に加圧し、凹凸格子内にオーバーコート剤４
を充填すると共に透明基板６を接着した。そして紫外線
を照射後、１００℃で１０分間ベーキングを行い、図２
に示すような構成の偏光分離素子１’を作製した。

【００２０】（実施例２）反り防止層７として高分子膜
の代わりに厚さ５００μｍのガラス基板を用いた以外は
実施例１と同様の作製法にて、図２に示すような構成の
偏光分離素子１’を作製した。

【００２１】（実施例３）反り防止層７として高分子膜
の代わりに厚さ１．０ｍｍの石英基板を用いた以外は実
施例１と同様の作製法にて、図２に示すような構成の偏
光分離素子１’を作製した。

【００２２】（比較例１）反り防止層となる層を作製せ
ずに、周期的凹凸格子（３．０μｍピッチ）が形成され
ている厚さ５０μｍの高分子複屈折膜を使用し、それ以
外は実施例１と同様の作製法にて、図４に示すような構
成の偏光分離素子２１を作製した。

【００２３】（比較例２）反り防止層となる層を作製し
ないこと以外は実施例１と同様の作製法にて、図４に示
すような構成の偏光分離素子２１を作製した。

【００２４】以上の実施例１〜３及び比較例１，２のよ
うに偏光分離素子を作製し、直径φ１００ｍｍにおける
素子の作製後と、信頼性試験（温度：７０℃、湿度：９
５％RHの環境下で、２００時間保持）後の反り量を測定
し、曲率半径が３００ｍｍ以上の反りが発生している場
合を○、曲率半径が３００ｍｍ以下の反りが発生してい
る場合を×として評価した結果を下記の表１に示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】表１の結果から明らかなように、実施例１
〜３の偏光分離素子では反りの発生が大幅に低減されて
いることが判る。従って、本発明における反り防止層７
を偏光分離素子内に存在させることにより、反りのない
偏光分離素子を作製することが可能となる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の偏光分離
素子においては、作製工程中の温度変化や環境変化によ
る反りの発生を防止することを目的とする層（反り防止
層）が存在することを特徴としており、反りに対して機
械的強度の高い材料を層中に存在させるか、または収縮
する材料と実質的な収縮率が等しくなるような収縮材料
を反りを相殺するように層中に存在させることにより、
反りのない偏光分離素子を作製することが可能となり、
偏光分離素子としての機能を満足させ、光学特性が良
く、生産性、信頼性の高い偏光分離素子を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す偏光分離素子の概略
要部断面図である。

【図２】本発明の別の実施形態を示す偏光分離素子の概
略要部断面図である。

【図３】従来技術の一例を示す偏光分離素子の概略要部
断面図である。

【図４】従来技術の別の例を示す偏光分離素子の概略要
部断面図である。

【符号の説明】

１偏光分離素子１’ 偏光分離素子２透明基板３複屈折膜４オーバーコート層５接着剤層６第２の透明基板７反り防止層８接着剤層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板上に、同一平面に周期的凹凸格子
が形成された複屈折膜が接着され、その上に等方性オー
バーコート層が被覆あるいは装荷されている構成の偏光
分離素子において、反りの防止を目的とする層が存在することを特徴とする
偏光分離素子。
【請求項２】請求項１記載の偏光分離素子において、反りの防止を目的とする層は、透明基板に対し、複屈折
膜の反対側に存在することを特徴とする偏光分離素子。
【請求項３】請求項１または２記載の偏光分離素子にお
いて、反りを防止することを目的とする層の厚さは、１０μｍ
〜１ｍｍであることを特徴とする偏光分離素子。
【請求項４】請求項１，２または３記載の偏光分離素子
において、反りを防止することを目的とする層の透過率が、偏光を
分離するレーザー波長に対し９５％以上であることを特
徴とする偏光分離素子。
【請求項５】請求項１，２，３または４記載の偏光分離
素子において、反りを防止することを目的とする層の屈折率（ｎ）が、
偏光分離素子を構成する層の屈折率の最小値と最大値を
それぞれｎ_ｍｉｎ、ｎ_ｍａｘとした時に、ｎ_ｍｉｎ≦ｎ≦ｎ_ｍａｘとなることを特徴とする偏光分離素子。
【請求項６】請求項２，３，４または５記載の偏光分離
素子において、反りを防止することを目的とする層は、周期的凹凸格子
が形成された複屈折膜と同じ材料からなることを特徴と
する偏光分離素子。
【請求項７】請求項１〜６の何れか一つに記載の偏光分
離素子において、周期的凹凸格子が形成される複屈折膜が、高分子複屈折
膜であることを特徴とする偏光分離素子。
【請求項８】請求項７記載の偏光分離素子において、周期的凹凸格子が形成される複屈折膜が、分子鎖が配向
した高分子複屈折膜であることを特徴とする偏光分離素
子。
【請求項９】請求項８記載の偏光分離素子において、前記高分子複屈折膜が延伸により分子鎖を配向させた高
分子膜であることを特徴とする偏光分離素子。