JP2004004161A - Polarizing hologram element and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polarizing hologram element of new configuration in order to achieve an improvement in the diffraction efficiency of the polarizing hologram element and shortening of the working time accompanying the same and the like. <P>SOLUTION: The polarizing hologram element 10 consisting of an optically transparent anisotropic substrate (an optically anisotropic substrate) 11, an optically transparent anisotropic material (an optically anisotropic material) 13 formed on the optically isotropic substrate, a diffraction grating 16 of a rugged shape formed on the surface of the optically isotropic material, an anisotropic material 14 packed in the grating, and an optically transparent substrate (optically anisotropic substrate) 15 covering the surface thereof is configured by inclining the forming direction of the diffraction grating 16 from the direction perpendicular to the substrate plane, thereby improving the efficiency of the diffracted light to be actually used. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射する光の偏光状態によってその偏光を分離するための偏光ホログラム素子及びその製造方法に関する。用途としては、光ディスク用の光ピックアップ光学系等に用いられる偏光ホログラム素子に関するものであり、特に、異なる記録密度を持った光記録媒体に対して読み取りまたは書き込みを行う光ピックアップ光学系に用いられる偏光ホログラム素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、様々な光記録媒体に対応する光ピックアップ装置が研究開発されている。一つは、波長780nmのレーザー光を用いるCD(Compact Disc)系光ディスクの読み取り用、書き込み用の光ピックアップ装置であり、また、波長660nm程度のレーザー光を用いるDVD(Digital Versatile Disc)系光ディスクの読み取り用、書き込み用の光ピックアップ装置である。また、将来の高密度光ディスクとして、青色レーザー光を用いた光ディスク用の光ピックアップ装置も研究開発が盛んに行われている。上記に示した光ピックアップ装置は、個別の技術課題はあるものの、光ピックアップ部分の小型化や、低コスト化等の共通の課題を持っており、これらの課題に対する開発が盛んである。
【0003】
光ピックアップ装置の小型化や低コスト化に対して有効な構成として、偏光分離素子として偏光ホログラム素子を利用した光学系が採用されている。この偏光ホログラム素子は、回折格子(ホログラム)による光の回折を利用してレーザー光の往路、復路の分離を行うための素子であり、従来は偏光分離素子として偏光ビームスプリッター等を使用していたため光学系が大型化していた部分を解決するだけでなく、レーザー発光と同一面に信号検出素子を配置できるため、光路の設計が容易になり、かつ、部品点数も低減できると言うメリットを持っている。また、記録密度の異なる複数種類の光記録媒体の書き込み、読み取りを一つの光ピックアップ装置で行う場合においても、光路を共通化可能であることから、有効な光学系であると考えられている。以下に、偏光ホログラム素子の従来例を示す。
【0004】
第一の従来例として、一般的な偏光ホログラム素子の例である特開2000−199820号公報記載の偏光ホログラム素子の製造方法を示す。この従来例では、複屈折材料であるニオブ酸リチウム(LiNbO)基板を用いて偏光ホログラム素子を作製している。
しかし、この従来例では、ニオブ酸リチウム(LiNbO)基板を用いているため、基板が高価であることや、その加工性において回折格子パターンを狭ピッチ化することが困難であり、その回折角度を大きく取ることができない等の問題点がある。従って、この従来例では、偏光ホログラム素子の低コスト供給や、偏光ホログラム素子を用いた光学系を小型化することができない。
【0005】
次に、第二の従来例として、特開2000−221325号公報記載の偏光分離素子を示す。この従来例では、光学的等方性基板上に有機膜(ポリアセチレン配向膜)を形成することで、低コストな偏光分離素子を提供している。
また、第三の従来例として、特開2000−75130号公報記載の偏光分離素子を示す。この従来例においても、光学的等方性基板上に複屈折性を持った高分子膜を形成することにより、低コストな偏光分離素子を提供している。
これらの二例の従来例においては、素子の低コスト化が可能であり、格子ピッチも狭ピッチ化することが可能であるために、素子の低コスト供給や偏光ホログラム素子を用いた光学系を小型化することが可能である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記第二、三の従来例においては、回折格子自体が矩形で形成されている。これは、回折される偏光方向のレーザー光に対して回折効率を高くし、かつ透過率(0次回折効率)を抑えるためである。
しかしながら矩形の回折格子を作製した場合には、±1次回折効率は最大で約40%に留まってしまう。従って、信号の検出効率を上げるためには、さらなる効率の向上が必要である。
【0007】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、従来の問題を解消した新規な構成の偏光ホログラム素子とその製造方法を提供することを目的とし、特に、偏光ホログラム素子の回折効率の向上と、それに伴う加工時間の短縮等を目的とする。より詳しくは、偏光ホログラム素子の偏光特性の向上と回折効率の向上、材料の低コスト化に伴う素子の低コスト化と、加工が容易な材料による加工特性の向上、回折効率の向上とともに波面収差特性の向上、材料を共通化することでの素子の低コスト化、偏光ホログラム素子の多機能化、偏光ホログラム素子の透過率の向上による光学特性の向上を図ることを目的とし、さらには偏光ホログラム素子の容易な加工方法を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段として、請求項1に係る発明は、光学的に透明な等方性基板(以下、光学的等方性基板と言う)と、その光学的等方性基板上に形成された光学的に透明な異方性材料(以下、光学的異方性材料と言う)と、該光学的異方性材料の表面に形成された凹凸状の回折格子と、その格子内に充填される等方性材料と、さらにその表面を覆う光学的に透明な等方性基板(光学的等方性基板)とからなる偏光ホログラム素子において、前記回折格子の形成方向を、基板面と垂直方向から傾けて形成した構成としたものである。
この偏光ホログラム素子の動作としては、レーザー光の偏光を、光学的異方性材料の表面に形成した偏光性の回折格子を用いて分離し、直交する二つの偏光方向によって、透過率と回折効率を変化させることによって偏光を分離するものである。また、ここでは、その効率の向上のために、偏光ホログラム素子において、回折格子の形成方向を、基板面と垂直方向から傾けて構成している。これにより、1次回折光の必要な方向の回折効率を向上することができる。
【0009】
請求項2に係る発明は、請求項1記載の偏光ホログラム素子において、前記光学的異方性材料の常光線方向屈折率もしくは異常光線方向屈折率のいずれかの屈折率と、前記回折格子内に充填される等方性材料の屈折率がほぼ同一である構成としたものである。
また、請求項3に係る発明は、請求項1または2記載の偏光ホログラム素子において、前記光学的異方性材料は、有機材料である構成としたものである。
さらに、請求項4に係る発明は、請求項3記載の偏光ホログラム素子において、前記光学的異方性材料は、延伸された高分子有機材料である構成としたものである。
【0010】
請求項5に係る発明は、請求項1〜4のいずれか一つに記載の偏光ホログラム素子において、前記回折格子を形成した面の上部に光学的に透明な等方性基板(光学的等方性基板)を、接着層を介して形成している構成としたものである。
また、請求項6に係る発明は、請求項5記載の偏光ホログラム素子において、前記光学的等方性基板を接着している接着剤が、前記回折格子を充填している材料と同一である構成としたものである。
さらに、請求項7に係る発明は、請求項1〜6のいずれか一つに記載の偏光ホログラム素子において、偏光ホログラム素子と使用波長に対して一定の位相差を持つ位相板を一体で構成している構成としたものである。
さらに請求項8に係る発明は、請求項1〜7のいずれか一つに記載の偏光ホログラム素子において、偏光ホログラム素子外部との境界には、使用波長に対して反射を低減させるコーティングが施してある構成としたものである。
【0011】
請求項9に係る発明は、請求項1〜8のいずれか一つに記載の偏光ホログラム素子を作製する際の製造方法であって、光学的等方性基板上に光学的異方性材料を形成し、該光学的異方性材料の表面に凹凸状の回折格子を形成し、その格子内に等方性材料を充填し、その表面をさらに光学的等方性基板で覆ってなり、前記回折格子の形成方向を基板面と垂直方向から傾けて形成した偏光ホログラム素子の製造方法において、前記回折格子部分は、異方性ドライエッチング方法により加工され、かつ、基板をエッチング方向から傾けて配置することで、回折格子の角度を規定し、作製することを特徴としたものである。
その作製される偏光ホログラム素子の動作は、請求項1〜7の偏光ホログラム素子と同様である。ここでは、基板を傾けて異方性ドライエッチングで作製することで、偏光ホログラム素子において、回折格子の形成方向を、基板面と垂直方向から傾けて構成することが可能である。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成、動作及び作用を、図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【0013】
[実施例1]
まず、本発明の第一の実施例の偏光ホログラム素子について説明する。図1は本発明の第一の実施例を示す偏光ホログラム素子の概略断面図である。
本実施例による偏光ホログラム素子10は、例えば波長660nmのレーザー光に対する偏光ホログラム素子である。
【0014】
本実施例による偏光ホログラム素子10では、光学的に透明な等方性基板(光学的等方性基板)11としてBK7基板を用い、そのBK7基板11の上に、アクリル系紫外線硬化接着剤による接着層12を介して、ポリエステル系有機材料を延伸し作製した有機複屈折膜13を接着した。そして有機複屈折膜13を形成した基板上に、矩形回折格子16を形成し、その上部に格子を埋め込む様にエポキシ系の紫外線硬化樹脂によるオーバーコート層14を形成し、その上部に光学的に透明な等方性基板(光学的等方性基板)としてBK7基板15を接着して構成している。また、ここで上下のBK7基板11,15の空気との界面には使用する波長に対する反射防止層を設けている。また、ここで回折格子16の格子形成方向を図1に示すように、基板と垂直な面から角度をつけて形成している。その角度としては、2°の傾きを持たせている。
【0015】
次に各構成の詳細について説明する。偏光ホログラム素子10の上下のBK7基板11,15は、上面側、下面側ともに、厚さ約1.0mmの基板を使用している。接着層12には界面での反射を極力避けるために、BK7基板11に屈折率を一致させたアクリル系紫外線硬化接着剤を使用している。有機複屈折膜13の厚みは約100μmであり、その屈折率は異常光線方向が、約1.579であり、常光線方向が約1.670となっている。また、オーバーコート層14は厚みを約40μmとし、その屈折率をほぼ有機複屈折膜13の異常光線方向の屈折率と合せた材料を使用している。ここではオーバーコート層14は、上面側のBK7基板15との接着層も兼ねた構成になっている。また、上下の基板表面に設ける反射防止層としては、MgF/TiO/SiOを使用した多層膜によって構成している。
【0016】
次に、回折格子16の形状について説明する。回折格子は深さを4.0μm、Dutyを約0.5、格子のピッチは2.0μmとして形成している。ここで、格子の形成方向は基板11と垂直な面から角度をつけて形成している。その角度としては、2°の傾きを持たせている。
【0017】
次に、本実施例による偏光ホログラム素子10の作製工程を簡単に説明する。始めに、BK7基板11上に有機複屈折膜13を、アクリル系紫外線硬化接着剤による接着層12を用いて接着する。その後、公知のフォトリソ工程を経て、ドライエッチングによって回折格子形状を形成する。この際、図4に示すように、ドライエッチング装置の基板ホルダーをプラズマ照射方向から2°傾けて(即ち、水平面に対して基板を角度θ=2°傾けて)エッチングを行うことにより、格子16の形成方向を、基板11と垂直な面から2°の角度をつけて形成している。その後、形成された回折格子16上に、オーバーコート層14としてエポキシ系の紫外線硬化樹脂をボッティングし、その上からBK7基板15を接着することによって、偏光ホログラム素子10を作製する。
【0018】
次に、本実施例による偏光ホログラム素子10の回折特性について、図3を参照して詳細に説明する。本実施例に示すような矩形の回折格子16の場合には、レーザー光を垂直入射させた場合には、約40%の回折効率が得られる。このような素子を光ピックアップなどの偏光分離素子に使用する場合には、受光素子には片側の回折光のみを用いることになるため、もう片側の回折光は使用しない。つまり、片側の回折効率のみを向上させることができれば、受光効率が上がることになる。図3には、回折格子面に対して回折格子のストライプ方向(回折光発生方向)に入射光を傾けた場合の回折効率を示す(実測値)。図3に示すように、レーザー光の入射角度を変化させることによって、±1次光の回折効率に偏りを設けることが可能なことがわかる。第一実施例においては、回折格子の形成方向を2°傾け、実質的にレーザー入射光を2°傾けた構成としているため、回折効率が、+1次で約50%とすることができた。これによってレーザー光の利用効率が上がることになる。また、この際には0次回折光の上昇が懸念されるが、図3に示すように、ほぼ増加は見られていない。一方、格子内に上記構成のオーバーコート材料を充填しているため、偏光を90°回転させたレーザー光においては、約99%の透過率を示している。
【0019】
次に、本実施例の偏光ホログラム素子の使用例を示す。図5は本実施例の偏光ホログラム素子を用いた光ピックアップ光学系の一例を示す概略構成図である。図5において、半導体レーザー(例えば波長660nmのLD)31から出射されたレーザー光は、図1に示す構成の偏光ホログラム素子10を通過し、カップリングレンズ32を通過して略平行光束となり、位相板(例えばλ/4板)33を通過し、コリメート対物レンズ34により集光されて光ディスク(例えばDVD系光ディスク)35に照射される。そして、光ディスク35からの反射光は、コリメート対物レンズ34を逆方向に通過して略平行光となるが、その反射光は光ディスク35の読み取り、書き込みの情報を持っている。その反射光の情報を読み取るために、再度、偏光ホログラム素子10を通過する際には、光路内に配置されている位相板(例えばλ/4板)33の効果によって偏光方向がおおよそ90°回転されているので、偏光ホログラム素子10の回折格子16により回折を受けることになる。そのため、光路を約50%の回折効率で分岐することが可能になり、その回折光はフォトダイオード(PD)36によって受光され、トラック信号、フォーカス信号、情報信号が検出される。
【0020】
以上のように、本実施例の偏光ホログラム素子10においては、回折格子16の形成方向を基板面から傾けて形成することにより、使用する回折光の回折効率を向上することができる。また、回折格子16の格子内をオーバーコート材料14で充填し、その屈折率を有機複屈折膜13の複屈折材料とマッチングさせることにより、偏光ホログラム素子の偏光分離機能を高機能で達成している。また、光学的異方性膜に延伸された高分子有機膜を使用することにより、より低価格での素子作製が可能である。また、回折格子面の上方に光学的等方性基板15を接着することにより、波面収差特性の低下を抑えることができ、オーバーコート層14により接着することにより、樹脂の共通化を図ることができ、コストも低減することができる。また、偏光ホログラム素子10の表面に使用波長に対する無反射コーティングを施すことにより、透過率、回折効率などの特性が向上する。また、回折格子の形成方法に関しても、より容易な方法で所望の形状が形成できるため、容易に作製可能となる。
【0021】
[実施例2]
次に、本発明の第二の実施例の偏光ホログラム素子について説明する。図2は本発明の第二の実施例を示す偏光ホログラム素子の概略断面図である。
本実施例による偏光ホログラム素子20は、例えば波長660nmのレーザー光に対する偏光ホログラム素子である。
【0022】
本実施例による偏光ホログラム素子20では、光学的に透明な等方性基板(光学的等方性基板)21としてBK7基板を用い、そのBK7基板21の上に、アクリル系紫外線硬化接着剤による接着層22を介して、ポリエステル系有機材料を延伸し作製した有機複屈折膜23を接着した。そして有機複屈折膜23を形成した基板上に、矩形回折格子27を形成し、その上部に格子を埋め込む様にエポキシ系の紫外線硬化樹脂によるオーバーコート層24を形成し、その上部に光学的に透明な等方性基板(光学的等方性基板)として、位相板(例えばλ/4板)25をあらかじめ形成したBK7基板26を接着して構成している。また、ここで上下のBK7基板21,26の空気との界面には使用する波長に対する反射防止層を設けている。また、ここで回折格子26の格子形成方向を図2に示すように、基板と垂直な面から角度をつけて形成している。その角度としては、4°の傾きを持たせている。
【0023】
次に各構成の詳細について説明する。偏光ホログラム素子20の上下のBK7基板21,26は、上面側、下面側ともに、厚さ約1.0mmの基板を使用している。接着層22には界面での反射を極力避けるために、BK7基板21に屈折率を一致させたアクリル系紫外線硬化接着剤を使用している。有機複屈折膜23の厚みは約100μmであり、その屈折率は異常光線方向が、約1.579であり、常光線方向が約1.670となっている。また、有機複屈折膜23を接着する際に、BK7基板21面との角度を約4°となるように接着している。さらに、オーバーコート層24は厚みを約40μmとし、その屈折率をほぼ有機複屈折膜23の異常光線方向の屈折率と合せた材料を使用している。ここではオーバーコート層24は、表面にあらかじめλ/4板25を形成したBK7基板26との接着層も兼ねた構成になっている。ここで、λ/4板25は、ポリエステル系の位相差膜よりなり、膜厚は約100μmで、粘着材を用いてBK7基板26に接着している。また、上下の基板表面に設ける反射防止層としては、MgF/TiO/SiOを使用した多層膜によって構成している。
【0024】
次に、回折格子の形状について説明する。回折格子は深さを4.0μm、Dutyを約0.5、格子のピッチは2.0μmとして形成している。ここで、格子の形成方向は、基板と垂直な面から角度をつけて形成している。その角度としては、4°の傾きを持たせている。
【0025】
次に、本実施例による偏光ホログラム素子20の作製工程を簡単に説明する。始めに、BK7基板21上に有機複屈折膜23を、アクリル系紫外線硬化接着剤による接着層22を用いて接着する。その後、公知のフォトリソ工程を経て、ドライエッチングによって回折格子形状を形成する。この際、図4に示すように、ドライエッチング装置の基板ホルダーをプラズマ照射方向から4°傾けて(即ち、水平面に対して基板を角度θ=4°傾けて)エッチングを行うことにより、格子27の形成方向を、基板21と垂直な面から4°の角度をつけて形成している。その後、形成された回折格子27上に、オーバーコート層24としてエポキシ系の紫外線硬化樹脂をボッティングし、その上から表面にあらかじめλ/4板25を形成したBK7基板26を接着することによって、偏光ホログラム素子20を作製する。
【0026】
次に、本実施例による偏光ホログラム素子20の回折特性について、図3を参照して詳細に説明する。本実施例に示すような矩形の回折格子16の場合には、レーザー光を垂直入射させた場合には、約40%の回折効率が得られる。このような素子を光ピックアップなどの偏光分離素子に使用する場合には、受光素子には片側の回折光のみを用いることになるため、もう片側の回折光は使用しない。つまり、片側の回折効率のみを向上させることができれば、受光効率が上がることになる。図3には、回折格子面に対して回折格子のストライプ方向(回折光発生方向)に入射光を傾けた場合の回折効率を示す(実測値)。図3に示すように、レーザー光の入射角度を変化させることによって、±1次光の回折効率に偏りを設けることが可能なことがわかる。第二実施例においては、回折格子の形成方向を4°傾け、実質的にレーザー入射光を4°傾けた構成としているため、回折効率が、+1次で約56%とすることができた。これによってレーザー光の利用効率が上がることになる。また、この際には0次回折光の上昇が懸念されるが、図3に示すように、ほぼ増加は見られていない。一方、格子内に上記構成のオーバーコート材料を充填しているため、偏光を90°回転させたレーザー光においては、約99%の透過率を示している。また、λ/4板25を一体で形成しているため、直線偏光を入射させると、円偏光で出射される。この機能によって、光ピックアップのような往復光路を持った光学系において、往復の光路を分離することが可能になる。
【0027】
次に、本実施例の偏光ホログラム素子の使用例を示す。図6は本実施例の偏光ホログラム素子を用いた光ピックアップ光学系の一例を示す概略構成図である。図6において、半導体レーザー(例えば波長660nmのLD)41から出射されたレーザー光は、図2に示す構成の偏光ホログラム素子20を通過し、カップリングレンズ42を通過して略平行光束なり、コリメート対物レンズ43により集光されて光ディスク(例えばDVD系光ディスク)44に照射される。そして、光ディスク44からの反射光は、コリメート対物レンズ43を逆方向に通過して略平行光となるが、その反射光は光ディスク44の読み取り、書き込みの情報を持っている。その反射光の情報を読み取るために、再度、偏光ホログラム素子20を通過する際には、素子内に一体に配置されている位相板(λ/4板)25の効果によって偏光方向がおおよそ90°回転されているので、偏光ホログラム素子20の回折格子27により回折を受けることになる。そのため、光路を約56%の回折効率で分岐することが可能になり、その回折光はフォトダイオード(PD)45によって受光され、トラック信号、フォーカス信号、情報信号が検出される。
【0028】
以上のように、本実施例の偏光ホログラム素子20においては、回折格子27の形成方向を基板面から傾けて形成することにより、使用する回折光の回折効率を向上することができる。また、回折格子27の格子内をオーバーコート材料24で充填し、その屈折率を有機複屈折膜23の複屈折材料とマッチングさせることにより、偏光ホログラム素子の偏光分離機能を高機能で達成している。また、異方性膜に延伸された高分子有機膜を使用することにより、より低価格での素子作製が可能である。また、回折格子面の上方に光学的等方性基板26を接着することにより、波面収差特性の低下を抑えることができ、オーバーコート層24により接着することにより、樹脂の共通化を図ることができ、コストも低減することができる。また、位相板(λ/4板)25を一体化することにより、直線偏光を円偏光に変換する機能を付加することができる。また、偏光ホログラム素子20の表面に使用波長に対する無反射コーティングを施すことにより、透過率、回折効率などの特性が向上する。また、回折格子の形成方法に関しても、より容易な方法で所望の形状が形成できるため、容易に作製可能となる。
【0029】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明では、上記の実施例のような材料や構成に限定されるものではなく、また、各材料の厚みや屈折率等も限定されるものではなく、使用される光学系やシステムによって、最適設計がなされるものである。また、本発明の実施例においては、波長が660nmについての素子を例に挙げているが、波長780nm用や、二波長用なども格子深さを変更することで対応可能である。
【0030】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1に係る発明では、光学的に透明な等方性基板(光学的等方性基板)と、その光学的等方性基板上に形成された光学的に透明な異方性材料(光学的異方性材料)と、該光学的異方性材料の表面に形成された凹凸状の回折格子と、その格子内に充填される等方性材料と、さらにその表面を覆う光学的に透明な等方性基板(光学的等方性基板)とからなる偏光ホログラム素子において、前記回折格子の形成方向を、基板面と垂直方向から傾けて形成した構成としたので、実際に使用する回折光の効率を向上することができる。また、これに伴い、格子深さを浅くすることでも同様の効率を得ることができるため、素子の加工時間も短縮することができる。
【0031】
請求項2に係る発明では、請求項1記載の偏光ホログラム素子において、前記光学的異方性材料の常光線方向屈折率もしくは異常光線方向屈折率のいずれかの屈折率と、前記回折格子内に充填される等方性材料の屈折率がほぼ同一である構成としたので、偏光ホログラム素子の偏光特性向上と回折効率の向上を達成することができる。
また、請求項3に係る発明では、請求項1または2記載の偏光ホログラム素子において、前記光学的異方性材料は、有機材料である構成としたので、材料の低コスト化と加工性の向上を達成することができる。
さらに、請求項4に係る発明では、請求項3記載の偏光ホログラム素子において、前記光学的異方性材料は、延伸された高分子有機材料である構成としたので、材料の低コスト化と加工性の向上を達成することができる。
【0032】
請求項5に係る発明では、請求項1〜4のいずれか一つに記載の偏光ホログラム素子において、前記回折格子を形成した面の上部に光学的に透明な等方性基板(光学的等方性基板)を、接着層を介して形成している構成としたので、回折効率の向上とともに波面収差特性の向上を達成することができる。
また、請求項6に係る発明では、請求項5記載の偏光ホログラム素子において、前記光学的等方性基板を接着している接着剤が、前記回折格子を充填している材料と同一である構成としたので、請求項5の構成において材料を共通化することでの低コスト化を達成することができる。
さらに、請求項7に係る発明では、請求項1〜6のいずれか一つに記載の偏光ホログラム素子において、偏光ホログラム素子と使用波長に対して一定の位相差を持つ位相板を一体で構成している構成としたので、偏光ホログラム素子の多機能化を達成することができる。
さらに請求項8に係る発明では、請求項1〜7のいずれか一つに記載の偏光ホログラム素子において、偏光ホログラム素子外部との境界には、使用波長に対して反射を低減させるコーティングが施してある構成としたので、偏光ホログラム素子の透過率の向上による光学特性の向上を達成することができる。
【0033】
請求項9に係る発明では、請求項1〜8のいずれか一つに記載の偏光ホログラム素子を作製する際の製造方法であって、光学的等方性基板上に光学的異方性材料を形成し、該光学的異方性材料の表面に凹凸状の回折格子を形成し、その格子内に等方性材料を充填し、その表面をさらに光学的等方性基板で覆ってなり、前記回折格子の形成方向を基板面と垂直方向から傾けて形成した偏光ホログラム素子の製造方法において、前記回折格子部分は、異方性ドライエッチング方法により加工され、かつ、基板をエッチング方向から傾けて配置することで、回折格子の角度を規定し、作製することを特徴としたので、請求項1〜8のいずれか一つに記載の偏光ホログラム素子の容易な加工方法の提供を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施例を示す偏光ホログラム素子の概略断面図である。
【図2】本発明の第二の実施例を示す偏光ホログラム素子の概略断面図である。
【図3】本発明の第一、第二の実施例の偏光ホログラム素子における光入射角度と回折効率の関係を示す図である。
【図4】基板上の有機複屈折膜にドライエッチングによって回折格子形状を形成する際の説明図である。
【図5】図1に示す偏光ホログラム素子を用いた光ピックアップ光学系の一例を示す概略構成図である。
【図6】図2に示す偏光ホログラム素子を用いた光ピックアップ光学系の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
10,20:偏光ホログラム素子
11,15,21,26:BK7基板(光学的等方性基板)
12,22:接着層
13,23:有機複屈折膜(光学的異方性材料)
14,24:オーバーコート層(等方性材料)
16,27:回折格子
25:位相板(λ/4板)
31,41:半導体レーザー(LD)
32,42:カップリングレンズ
33:位相板(λ/4板)
34,43:コリメート対物レンズ
35,44:光ディスク
36,45:フォトダイオード(PD)
θ:ドライエッチング時の基板の水平面とのなす角度
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a polarization hologram element for separating polarized light according to the polarization state of incident light and a method for manufacturing the same. The application relates to a polarization hologram element used for an optical pickup optical system for an optical disk, and particularly to a polarization hologram element used for an optical pickup optical system for reading or writing on optical recording media having different recording densities. It relates to a hologram element.
[0002]
[Prior art]
In recent years, optical pickup devices corresponding to various optical recording media have been researched and developed. One is an optical pickup device for reading and writing a CD (Compact Disc) optical disk using a laser beam of a wavelength of 780 nm, and a DVD (Digital Versatile Disc) optical disk using a laser beam of a wavelength of about 660 nm. This is an optical pickup device for reading and writing. Also, as a future high-density optical disk, an optical pickup device for an optical disk using blue laser light has been actively researched and developed. Although the optical pickup device described above has individual technical problems, it has common problems such as miniaturization of the optical pickup portion and cost reduction, and developments for these problems are being actively pursued.
[0003]
As a configuration effective for reducing the size and cost of the optical pickup device, an optical system using a polarization hologram element as a polarization separation element is employed. This polarization hologram element is an element for separating the forward path and the return path of a laser beam using the diffraction of light by a diffraction grating (hologram). Conventionally, a polarization beam splitter or the like is used as a polarization separation element. In addition to solving the part where the optical system was enlarged, the signal detection element can be arranged on the same plane as the laser emission, so that the design of the optical path is easy and the number of parts can be reduced. I have. In addition, even when writing and reading of a plurality of types of optical recording media having different recording densities are performed by one optical pickup device, the optical path can be shared, and thus it is considered to be an effective optical system. Hereinafter, a conventional example of the polarization hologram element will be described.
[0004]
As a first conventional example, a method for manufacturing a polarization hologram element described in JP-A-2000-199820, which is an example of a general polarization hologram element, will be described. In this conventional example, a polarization hologram element is manufactured using a lithium niobate (LiNbO 3 ) substrate that is a birefringent material.
However, in this conventional example, since a lithium niobate (LiNbO 3 ) substrate is used, the substrate is expensive, and it is difficult to narrow the pitch of the diffraction grating pattern due to its workability. There is a problem that it is not possible to take a large amount. Therefore, in this conventional example, it is impossible to supply a polarization hologram element at low cost and to downsize an optical system using the polarization hologram element.
[0005]
Next, as a second conventional example, a polarization separation element described in JP-A-2000-221325 will be described. In this conventional example, a low-cost polarization separation element is provided by forming an organic film (polyacetylene alignment film) on an optically isotropic substrate.
As a third conventional example, a polarization separation element described in JP-A-2000-75130 is shown. Also in this conventional example, a low-cost polarization separation element is provided by forming a polymer film having birefringence on an optically isotropic substrate.
In these two conventional examples, the cost of the element can be reduced, and the grating pitch can be reduced. Therefore, the optical system using the low-cost supply of the element and the polarization hologram element is required. It is possible to reduce the size.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the second and third conventional examples, the diffraction grating itself is formed in a rectangular shape. This is to increase the diffraction efficiency with respect to the laser light in the polarization direction to be diffracted, and to suppress the transmittance (zero-order diffraction efficiency).
However, when a rectangular diffraction grating is manufactured, the ± 1st-order diffraction efficiency is limited to about 40% at the maximum. Therefore, in order to increase the signal detection efficiency, it is necessary to further improve the efficiency.
[0007]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a polarization hologram element having a novel configuration that solves the conventional problems and a method for manufacturing the same. The purpose of the present invention is to reduce the processing time associated with this. More specifically, the polarization characteristics of the polarization hologram element and the diffraction efficiency are improved, the cost of the element is reduced due to the material cost reduction, the processing characteristics are improved with materials that are easy to process, the diffraction efficiency is improved, and the wavefront aberration is improved. The objective is to improve the characteristics, reduce the cost of the element by using common materials, increase the functionality of the polarization hologram element, and improve the optical characteristics by improving the transmittance of the polarization hologram element. It is an object of the present invention to provide a method for easily processing an element.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
As means for achieving the above object, the invention according to claim 1 includes an optically transparent isotropic substrate (hereinafter referred to as an optically isotropic substrate) and an optically isotropic substrate. The formed optically transparent anisotropic material (hereinafter referred to as the optically anisotropic material), the uneven diffraction grating formed on the surface of the optically anisotropic material, and the In a polarization hologram element composed of an isotropic material to be filled and an optically transparent isotropic substrate (optically isotropic substrate) further covering the surface, the direction in which the diffraction grating is formed is set to the substrate surface. It is configured to be inclined from the vertical direction.
The operation of this polarization hologram element is to separate the polarization of the laser beam using a polarizing diffraction grating formed on the surface of an optically anisotropic material, and to determine the transmittance and diffraction efficiency by two orthogonal polarization directions. Is changed to change the polarization. Here, in order to improve the efficiency, the polarization hologram element is configured such that the direction of forming the diffraction grating is inclined from the direction perpendicular to the substrate surface. Thereby, the diffraction efficiency of the required direction of the first-order diffracted light can be improved.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, in the polarization hologram element according to the first aspect, any one of a refractive index of the optically anisotropic material in a normal ray direction and an extraordinary ray direction is included in the diffraction grating. The isotropic material to be filled has the same refractive index.
The invention according to claim 3 is the polarization hologram element according to claim 1 or 2, wherein the optically anisotropic material is an organic material.
Further, the invention according to claim 4 is the polarization hologram element according to claim 3, wherein the optically anisotropic material is a stretched polymer organic material.
[0010]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the polarization hologram element according to any one of the first to fourth aspects, wherein an optically transparent isotropic substrate (optically isotropic) is provided on a surface on which the diffraction grating is formed. Substrate) is formed with an adhesive layer interposed therebetween.
According to a sixth aspect of the present invention, in the polarization hologram element according to the fifth aspect, an adhesive bonding the optically isotropic substrate is the same as a material filling the diffraction grating. It is what it was.
Furthermore, the invention according to claim 7 is the polarization hologram element according to any one of claims 1 to 6, wherein the polarization hologram element and a phase plate having a constant phase difference with respect to a used wavelength are integrally formed. The configuration is as follows.
The invention according to claim 8 is the polarization hologram element according to any one of claims 1 to 7, wherein a coating is applied to a boundary between the polarization hologram element and the outside of the polarization hologram element to reduce reflection with respect to a used wavelength. It has a certain configuration.
[0011]
The invention according to claim 9 is a manufacturing method for manufacturing the polarization hologram element according to any one of claims 1 to 8, wherein an optically anisotropic material is formed on an optically isotropic substrate. Forming, forming an uneven diffraction grating on the surface of the optically anisotropic material, filling the grating with an isotropic material, and further covering the surface with an optically isotropic substrate, In the method for manufacturing a polarization hologram element in which the formation direction of the diffraction grating is inclined from a direction perpendicular to the substrate surface, the diffraction grating portion is processed by an anisotropic dry etching method, and the substrate is arranged to be inclined from the etching direction. By doing so, the angle of the diffraction grating is defined and the device is manufactured.
The operation of the manufactured polarization hologram element is the same as that of the polarization hologram element of claims 1 to 7. Here, by forming the substrate by anisotropic dry etching while tilting the substrate, it is possible to configure the polarization hologram element such that the direction of forming the diffraction grating is tilted from the direction perpendicular to the substrate surface.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the configuration, operation and operation of the present invention will be described in detail based on the illustrated embodiment.
[0013]
[Example 1]
First, a polarization hologram element according to a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic sectional view of a polarization hologram element showing a first embodiment of the present invention.
The polarization hologram element 10 according to the present embodiment is, for example, a polarization hologram element for laser light having a wavelength of 660 nm.
[0014]
In the polarization hologram element 10 according to the present embodiment, a BK7 substrate is used as an optically transparent isotropic substrate (optically isotropic substrate) 11, and the BK7 substrate 11 is bonded to the BK7 substrate 11 with an acrylic ultraviolet curing adhesive. An organic birefringent film 13 formed by stretching a polyester-based organic material was adhered via a layer 12. Then, a rectangular diffraction grating 16 is formed on the substrate on which the organic birefringent film 13 is formed, and an overcoat layer 14 made of an epoxy-based ultraviolet curable resin is formed thereon so as to embed the grating therein. A BK7 substrate 15 is bonded as a transparent isotropic substrate (optically isotropic substrate). Here, an anti-reflection layer for the wavelength to be used is provided on the interface between the upper and lower BK7 substrates 11 and 15 with air. Here, the diffraction grating 16 is formed at an angle from a plane perpendicular to the substrate, as shown in FIG. The angle has an inclination of 2 °.
[0015]
Next, details of each configuration will be described. The upper and lower BK7 substrates 11 and 15 above and below the polarization hologram element 10 are both about 1.0 mm thick. In order to minimize reflection at the interface, an acrylic UV curable adhesive whose refractive index is matched to that of the BK7 substrate 11 is used for the adhesive layer 12. The thickness of the organic birefringent film 13 is about 100 μm, and its refractive index is about 1.579 in the extraordinary ray direction and about 1.670 in the ordinary ray direction. The overcoat layer 14 has a thickness of about 40 μm and is made of a material whose refractive index is substantially matched with the refractive index of the organic birefringent film 13 in the extraordinary ray direction. Here, the overcoat layer 14 is configured to also serve as an adhesive layer with the BK7 substrate 15 on the upper surface side. Further, the antireflection layers provided on the upper and lower substrate surfaces are composed of a multilayer film using MgF / TiO 2 / SiO 2 .
[0016]
Next, the shape of the diffraction grating 16 will be described. The diffraction grating is formed to have a depth of 4.0 μm, a duty of about 0.5, and a pitch of the grating of 2.0 μm. Here, the grid is formed at an angle from a plane perpendicular to the substrate 11. The angle has an inclination of 2 °.
[0017]
Next, a process of manufacturing the polarization hologram element 10 according to the present embodiment will be briefly described. First, the organic birefringent film 13 is adhered on the BK7 substrate 11 using the adhesive layer 12 made of an acrylic ultraviolet curing adhesive. Thereafter, through a known photolithography process, a diffraction grating shape is formed by dry etching. At this time, as shown in FIG. 4, the substrate 16 of the dry etching apparatus is etched by tilting the substrate holder by 2 ° from the plasma irradiation direction (that is, by tilting the substrate at an angle θ = 2 ° with respect to the horizontal plane), thereby forming the grid 16. Is formed at an angle of 2 ° from a plane perpendicular to the substrate 11. Thereafter, an epoxy-based ultraviolet curable resin is botted as an overcoat layer 14 on the formed diffraction grating 16, and a BK7 substrate 15 is adhered thereon, thereby manufacturing the polarization hologram element 10.
[0018]
Next, the diffraction characteristics of the polarization hologram element 10 according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIG. In the case of a rectangular diffraction grating 16 as shown in this embodiment, when laser light is vertically incident, a diffraction efficiency of about 40% can be obtained. When such an element is used for a polarization splitting element such as an optical pickup, only the diffracted light on one side is used for the light receiving element, and the diffracted light on the other side is not used. That is, if only the diffraction efficiency on one side can be improved, the light receiving efficiency will increase. FIG. 3 shows the diffraction efficiency when the incident light is inclined in the stripe direction of the diffraction grating (the direction in which the diffraction light is generated) with respect to the diffraction grating surface (actually measured values). As shown in FIG. 3, it can be seen that by changing the incident angle of the laser light, it is possible to provide a bias in the diffraction efficiency of the ± first-order light. In the first embodiment, the formation direction of the diffraction grating is inclined by 2 °, and the laser incident light is substantially inclined by 2 °, so that the diffraction efficiency can be about 50% in the +1 order. As a result, the utilization efficiency of the laser light increases. At this time, there is a concern that the 0th-order diffracted light increases, but as shown in FIG. 3, almost no increase is observed. On the other hand, since the lattice is filled with the overcoat material having the above configuration, the transmittance of the laser beam whose polarization is rotated by 90 ° is about 99%.
[0019]
Next, a usage example of the polarization hologram element of the present embodiment will be described. FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing an example of an optical pickup optical system using the polarization hologram element of the present embodiment. In FIG. 5, laser light emitted from a semiconductor laser (for example, LD having a wavelength of 660 nm) 31 passes through the polarization hologram element 10 having the configuration shown in FIG. The light passes through a plate (for example, λ / 4 plate) 33, is condensed by a collimating objective lens 34, and is irradiated on an optical disc (for example, a DVD-based optical disc) 35. The reflected light from the optical disc 35 passes through the collimating objective lens 34 in the reverse direction and becomes substantially parallel light. The reflected light has information for reading and writing on the optical disc 35. When the light passes through the polarization hologram element 10 again to read the information of the reflected light, the polarization direction is rotated by approximately 90 ° due to the effect of the phase plate (for example, λ / 4 plate) 33 arranged in the optical path. Accordingly, the light is diffracted by the diffraction grating 16 of the polarization hologram element 10. Therefore, the optical path can be branched at a diffraction efficiency of about 50%, and the diffracted light is received by the photodiode (PD) 36, and a track signal, a focus signal, and an information signal are detected.
[0020]
As described above, in the polarization hologram element 10 of the present embodiment, the diffraction efficiency of the diffracted light to be used can be improved by forming the diffraction grating 16 in a direction inclined from the substrate surface. Further, by filling the inside of the grating of the diffraction grating 16 with the overcoat material 14 and matching the refractive index with the birefringent material of the organic birefringent film 13, the polarization hologram element can achieve the polarization separation function with high function. I have. Further, by using a polymer organic film stretched as an optically anisotropic film, it is possible to produce a device at lower cost. In addition, by bonding the optically isotropic substrate 15 above the diffraction grating surface, it is possible to suppress a decrease in wavefront aberration characteristics, and by bonding with the overcoat layer 14, it is possible to use a common resin. And cost can be reduced. In addition, by applying an anti-reflection coating for the wavelength used on the surface of the polarization hologram element 10, characteristics such as transmittance and diffraction efficiency are improved. Further, as for a method of forming a diffraction grating, a desired shape can be formed by an easier method, and therefore, it can be easily manufactured.
[0021]
[Example 2]
Next, a polarization hologram element according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a schematic sectional view of a polarization hologram element showing a second embodiment of the present invention.
The polarization hologram element 20 according to the present embodiment is, for example, a polarization hologram element for laser light having a wavelength of 660 nm.
[0022]
In the polarization hologram element 20 according to the present embodiment, a BK7 substrate is used as an optically transparent isotropic substrate (optically isotropic substrate) 21, and the BK7 substrate 21 is bonded with an acrylic ultraviolet curing adhesive. An organic birefringent film 23 formed by stretching a polyester-based organic material was adhered via a layer 22. Then, a rectangular diffraction grating 27 is formed on the substrate on which the organic birefringent film 23 is formed, and an overcoat layer 24 made of an epoxy-based ultraviolet curable resin is formed on the upper surface of the rectangular diffraction grating 27 so as to embed the grating. As a transparent isotropic substrate (optically isotropic substrate), a BK7 substrate 26 on which a phase plate (for example, λ / 4 plate) 25 is formed in advance is bonded. Here, an anti-reflection layer for the wavelength to be used is provided at the interface between the upper and lower BK7 substrates 21 and 26 with air. Here, as shown in FIG. 2, the grating formation direction of the diffraction grating 26 is formed at an angle from a plane perpendicular to the substrate. The angle has an inclination of 4 °.
[0023]
Next, details of each configuration will be described. The upper and lower BK7 substrates 21 and 26 above and below the polarization hologram element 20 are both about 1.0 mm thick. In order to avoid reflection at the interface as much as possible, an acrylic UV curable adhesive whose refractive index is matched to that of the BK7 substrate 21 is used for the adhesive layer 22. The thickness of the organic birefringent film 23 is about 100 μm, and its refractive index is about 1.579 in the extraordinary ray direction and about 1.670 in the ordinary ray direction. When the organic birefringent film 23 is bonded, the organic birefringent film 23 is bonded so that the angle with the BK7 substrate 21 surface is about 4 °. Further, the overcoat layer 24 is made of a material having a thickness of about 40 μm and a refractive index substantially matching the refractive index of the organic birefringent film 23 in the extraordinary ray direction. Here, the overcoat layer 24 is configured to also serve as an adhesive layer with a BK7 substrate 26 having a λ / 4 plate 25 formed on the surface in advance. Here, the λ / 4 plate 25 is made of a polyester-based retardation film, has a thickness of about 100 μm, and is adhered to the BK7 substrate 26 using an adhesive. Further, the antireflection layers provided on the upper and lower substrate surfaces are composed of a multilayer film using MgF / TiO 2 / SiO 2 .
[0024]
Next, the shape of the diffraction grating will be described. The diffraction grating is formed to have a depth of 4.0 μm, a duty of about 0.5, and a pitch of the grating of 2.0 μm. Here, the formation direction of the grating is formed at an angle from a plane perpendicular to the substrate. The angle has an inclination of 4 °.
[0025]
Next, a process of manufacturing the polarization hologram element 20 according to the present embodiment will be briefly described. First, the organic birefringent film 23 is adhered on the BK7 substrate 21 using the adhesive layer 22 made of an acrylic ultraviolet curing adhesive. Thereafter, through a known photolithography process, a diffraction grating shape is formed by dry etching. At this time, as shown in FIG. 4, etching is performed by tilting the substrate holder of the dry etching apparatus by 4 ° from the plasma irradiation direction (that is, by tilting the substrate at an angle θ = 4 ° with respect to a horizontal plane), thereby performing the grating 27. Is formed at an angle of 4 ° from a plane perpendicular to the substrate 21. Thereafter, an ultraviolet curing resin of an epoxy type is botted as an overcoat layer 24 on the formed diffraction grating 27, and a BK7 substrate 26 on which a λ / 4 plate 25 is previously formed is adhered to the surface from above. The polarization hologram element 20 is manufactured.
[0026]
Next, the diffraction characteristics of the polarization hologram element 20 according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIG. In the case of a rectangular diffraction grating 16 as shown in this embodiment, when laser light is vertically incident, a diffraction efficiency of about 40% can be obtained. When such an element is used for a polarization splitting element such as an optical pickup, only the diffracted light on one side is used for the light receiving element, and the diffracted light on the other side is not used. That is, if only the diffraction efficiency on one side can be improved, the light receiving efficiency will increase. FIG. 3 shows the diffraction efficiency when the incident light is inclined in the stripe direction of the diffraction grating (the direction in which the diffraction light is generated) with respect to the diffraction grating surface (actually measured values). As shown in FIG. 3, it can be seen that by changing the incident angle of the laser light, it is possible to provide a bias in the diffraction efficiency of the ± first-order light. In the second embodiment, since the direction of forming the diffraction grating is inclined by 4 ° and the laser incident light is substantially inclined by 4 °, the diffraction efficiency can be about 56% in the +1 order. As a result, the utilization efficiency of the laser light increases. At this time, there is a concern that the 0th-order diffracted light increases, but as shown in FIG. 3, almost no increase is observed. On the other hand, since the lattice is filled with the overcoat material having the above configuration, the transmittance of the laser beam whose polarization is rotated by 90 ° is about 99%. Further, since the λ / 4 plate 25 is integrally formed, when linearly polarized light is incident, the light is emitted as circularly polarized light. This function makes it possible to separate a reciprocating optical path in an optical system having a reciprocating optical path such as an optical pickup.
[0027]
Next, a usage example of the polarization hologram element of the present embodiment will be described. FIG. 6 is a schematic configuration diagram illustrating an example of an optical pickup optical system using the polarization hologram element of the present embodiment. 6, a laser beam emitted from a semiconductor laser (for example, an LD having a wavelength of 660 nm) 41 passes through the polarization hologram element 20 having the configuration shown in FIG. 2, passes through a coupling lens 42, becomes a substantially parallel light beam, and is collimated. The light is condensed by the objective lens 43 and irradiated onto an optical disc (for example, a DVD-based optical disc) 44. Then, the reflected light from the optical disk 44 passes through the collimating objective lens 43 in the reverse direction and becomes substantially parallel light, and the reflected light has information for reading and writing on the optical disk 44. When the reflected light passes through the polarization hologram element 20 again to read the information of the reflected light, the polarization direction is approximately 90 ° due to the effect of the phase plate (λ / 4 plate) 25 integrally disposed in the element. Because it is rotated, it is diffracted by the diffraction grating 27 of the polarization hologram element 20. Therefore, the optical path can be branched at a diffraction efficiency of about 56%, and the diffracted light is received by the photodiode (PD) 45, and a track signal, a focus signal, and an information signal are detected.
[0028]
As described above, in the polarization hologram element 20 of this embodiment, the diffraction efficiency of the diffracted light to be used can be improved by forming the diffraction grating 27 in a direction inclined from the substrate surface. Further, by filling the inside of the diffraction grating 27 with the overcoat material 24 and matching the refractive index thereof with the birefringent material of the organic birefringent film 23, the polarization separation function of the polarization hologram element is achieved with high performance. I have. Further, by using a polymer organic film stretched as an anisotropic film, it is possible to manufacture a device at lower cost. Further, by bonding the optically isotropic substrate 26 above the diffraction grating surface, it is possible to suppress a decrease in wavefront aberration characteristics, and by bonding with the overcoat layer 24, it is possible to use a common resin. And cost can be reduced. Further, by integrating the phase plate (λ / 4 plate) 25, a function of converting linearly polarized light into circularly polarized light can be added. Further, by applying an anti-reflection coating for the wavelength used on the surface of the polarization hologram element 20, characteristics such as transmittance and diffraction efficiency are improved. Further, as for a method of forming a diffraction grating, a desired shape can be formed by an easier method, and therefore, it can be easily manufactured.
[0029]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the materials and configurations as in the above-described embodiments, and also does not limit the thickness and the refractive index of each material. Instead, an optimal design is made depending on the optical system or system used. Further, in the embodiment of the present invention, an element having a wavelength of 660 nm is taken as an example. However, an element for a wavelength of 780 nm or a wavelength for two wavelengths can be dealt with by changing the grating depth.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, in the invention according to claim 1, an optically transparent isotropic substrate (optically isotropic substrate) and an optically transparent isotropic substrate formed on the optically isotropic substrate. Anisotropic material (optically anisotropic material), an uneven diffraction grating formed on the surface of the optically anisotropic material, an isotropic material to be filled in the grating, and the surface In the polarization hologram element composed of an optically transparent isotropic substrate (optically isotropic substrate) covering the substrate, the direction in which the diffraction grating is formed is inclined from the direction perpendicular to the substrate surface. The efficiency of the diffracted light actually used can be improved. Along with this, the same efficiency can be obtained by reducing the lattice depth, so that the processing time of the element can be shortened.
[0031]
According to the second aspect of the present invention, in the polarization hologram element according to the first aspect, any one of a refractive index of the optically anisotropic material in the ordinary ray direction and an extraordinary ray direction is included in the diffraction grating. Since the configuration is such that the refractive index of the filled isotropic material is substantially the same, the polarization characteristics of the polarization hologram element and the diffraction efficiency can be improved.
Further, in the invention according to claim 3, in the polarization hologram element according to claim 1 or 2, the optically anisotropic material is configured to be an organic material, so that the cost of the material is reduced and the workability is improved. Can be achieved.
Further, in the invention according to claim 4, in the polarization hologram element according to claim 3, the optically anisotropic material is configured to be a stretched polymer organic material, so that the cost of the material can be reduced and the processing can be performed. It is possible to achieve an improvement in performance.
[0032]
According to a fifth aspect of the present invention, in the polarization hologram element according to any one of the first to fourth aspects, an optically transparent isotropic substrate (optically isotropic) is provided on a surface on which the diffraction grating is formed. The flexible substrate is formed with an adhesive layer interposed therebetween, so that the diffraction efficiency can be improved and the wavefront aberration characteristics can be improved.
According to a sixth aspect of the present invention, in the polarization hologram element according to the fifth aspect, an adhesive bonding the optically isotropic substrate is the same as a material filling the diffraction grating. Therefore, the cost can be reduced by using the same material in the configuration of claim 5.
Furthermore, in the invention according to claim 7, in the polarization hologram element according to any one of claims 1 to 6, the polarization hologram element and a phase plate having a constant phase difference with respect to a used wavelength are integrally formed. With such a configuration, multi-functionalization of the polarization hologram element can be achieved.
Further, in the invention according to claim 8, in the polarization hologram element according to any one of claims 1 to 7, a coating that reduces reflection with respect to a wavelength used is applied to a boundary between the polarization hologram element and the outside. With a certain configuration, the optical characteristics can be improved by improving the transmittance of the polarization hologram element.
[0033]
According to the ninth aspect of the present invention, there is provided a method for producing the polarization hologram element according to any one of the first to eighth aspects, wherein an optically anisotropic material is formed on an optically isotropic substrate. Forming, forming an uneven diffraction grating on the surface of the optically anisotropic material, filling the grating with an isotropic material, and further covering the surface with an optically isotropic substrate, In the method for manufacturing a polarization hologram element in which the formation direction of the diffraction grating is inclined from a direction perpendicular to the substrate surface, the diffraction grating portion is processed by an anisotropic dry etching method, and the substrate is arranged to be inclined from the etching direction. In this case, the angle of the diffraction grating is defined and manufactured. Therefore, it is possible to provide an easy processing method of the polarization hologram element according to any one of claims 1 to 8. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view of a polarization hologram element showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view of a polarization hologram element showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a light incident angle and diffraction efficiency in the polarization hologram elements of the first and second embodiments of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram when a diffraction grating shape is formed on an organic birefringent film on a substrate by dry etching.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing an example of an optical pickup optical system using the polarization hologram element shown in FIG.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing an example of an optical pickup optical system using the polarization hologram element shown in FIG.
[Explanation of symbols]
10, 20: polarization hologram element 11, 15, 21, 26: BK7 substrate (optically isotropic substrate)
12, 22: adhesive layers 13, 23: organic birefringent film (optically anisotropic material)
14, 24: Overcoat layer (isotropic material)
16, 27: diffraction grating 25: phase plate (λ / 4 plate)
31, 41: Semiconductor laser (LD)
32, 42: coupling lens 33: phase plate (λ / 4 plate)
34, 43: collimating objective lenses 35, 44: optical disks 36, 45: photodiode (PD)
θ: The angle between the substrate and the horizontal plane during dry etching

Claims (9)

光学的に透明な等方性基板(以下、光学的等方性基板と言う)と、その光学的等方性基板上に形成された光学的に透明な異方性材料(以下、光学的異方性材料と言う)と、該光学的異方性材料の表面に形成された凹凸状の回折格子と、その格子内に充填される等方性材料と、さらにその表面を覆う光学的に透明な等方性基板(光学的等方性基板)とからなる偏光ホログラム素子において、
前記回折格子の形成方向を、基板面と垂直方向から傾けて形成したことを特徴とする偏光ホログラム素子。
An optically transparent isotropic substrate (hereinafter, referred to as an optically isotropic substrate) and an optically transparent, anisotropic material formed on the optically isotropic substrate (hereinafter, referred to as an optically isotropic substrate). Anisotropic material), an uneven diffraction grating formed on the surface of the optically anisotropic material, an isotropic material filled in the grating, and an optically transparent material covering the surface. In a polarization hologram element composed of an isotropic substrate (optically isotropic substrate),
A polarization hologram element, wherein the formation direction of the diffraction grating is inclined from a direction perpendicular to a substrate surface.
請求項1記載の偏光ホログラム素子において、
前記光学的異方性材料の常光線方向屈折率もしくは異常光線方向屈折率のいずれかの屈折率と、前記回折格子内に充填される等方性材料の屈折率がほぼ同一であることを特徴とする偏光ホログラム素子。
The polarization hologram element according to claim 1,
The optically anisotropic material is characterized in that the refractive index of either the ordinary light direction refractive index or the extraordinary light direction refractive index is substantially the same as the refractive index of the isotropic material filled in the diffraction grating. Polarization hologram element.
請求項1または2記載の偏光ホログラム素子において、
前記光学的異方性材料は、有機材料であることを特徴とする偏光ホログラム素子。
The polarization hologram element according to claim 1 or 2,
The polarization hologram element, wherein the optically anisotropic material is an organic material.
請求項3記載の偏光ホログラム素子において、
前記光学的異方性材料は、延伸された高分子有機材料であることを特徴とする偏光ホログラム素子。
The polarization hologram element according to claim 3,
The polarization hologram element, wherein the optically anisotropic material is a stretched polymer organic material.
請求項1〜4のいずれか一つに記載の偏光ホログラム素子において、
前記回折格子を形成した面の上部に光学的に透明な等方性基板(光学的等方性基板)を、接着層を介して形成していることを特徴とする偏光分離素子。
The polarization hologram element according to any one of claims 1 to 4,
A polarizing beam splitter, wherein an optically transparent isotropic substrate (optically isotropic substrate) is formed above a surface on which the diffraction grating is formed via an adhesive layer.
請求項5記載の偏光ホログラム素子において、
前記光学的等方性基板を接着している接着剤が、前記回折格子を充填している材料と同一であることを特徴とする偏光ホログラム素子。
The polarization hologram element according to claim 5,
A polarizing hologram element, wherein an adhesive bonding the optically isotropic substrate is the same as a material filling the diffraction grating.
請求項1〜6のいずれか一つに記載の偏光ホログラム素子において、
偏光ホログラム素子と使用波長に対して一定の位相差を持つ位相板を一体で構成していることを特徴とする偏光ホログラム素子。
The polarization hologram element according to any one of claims 1 to 6,
A polarization hologram element, wherein a polarization hologram element and a phase plate having a constant phase difference with respect to a used wavelength are integrally formed.
請求項1〜7のいずれか一つに記載の偏光ホログラム素子において、
偏光ホログラム素子外部との境界には、使用波長に対して反射を低減させるコーティングが施してあることを特徴とする偏光ホログラム素子。
The polarization hologram element according to any one of claims 1 to 7,
A polarization hologram element, wherein a coating for reducing reflection with respect to a used wavelength is applied to a boundary between the polarization hologram element and the outside.
請求項1〜8のいずれか一つに記載の偏光ホログラム素子を作製する際の製造方法であって、光学的等方性基板上に光学的異方性材料を形成し、該光学的異方性材料の表面に凹凸状の回折格子を形成し、その格子内に等方性材料を充填し、
その表面をさらに光学的等方性基板で覆ってなり、前記回折格子の形成方向を基板面と垂直方向から傾けて形成した偏光ホログラム素子の製造方法において、
前記回折格子部分は、異方性ドライエッチング方法により加工され、かつ、基板をエッチング方向から傾けて配置することで、回折格子の角度を規定し、作製することを特徴とする偏光ホログラム素子の製造方法。
A method for producing the polarization hologram element according to claim 1, wherein an optically anisotropic material is formed on an optically isotropic substrate, and wherein the optically anisotropic material is formed. Forming an uneven diffraction grating on the surface of the isotropic material, filling the isotropic material in the grating,
In a method for manufacturing a polarization hologram element, the surface of which is further covered with an optically isotropic substrate, and a direction in which the diffraction grating is formed is inclined from a direction perpendicular to the substrate surface.
The said diffraction grating part is processed by the anisotropic dry etching method, and the angle of the diffraction grating is defined and manufactured by arranging the substrate inclined from the etching direction. Method.
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