JP2004077806A - Phase plate optical element - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、位相板光学素子に関し、特にその基体の両面に凹凸パターンが形成された位相板光学素子に関する。
【0002】
【従来技術】
従来から、入射光の位相をずらす位相板として、ガラス(屈折率1.5)、アクリル樹脂(屈折率1.49)などの光透過性材料からなる基体の片面に、断面形状が矩形などで、方向性を有する周期的な凹凸パターンが形成された光学素子が知られている。この凹凸パターンは、高次の回折光が生じない0次回折格子であるので、方解石などと同じく光学的異方性のため複屈折するので、入射光の位相をずらせることができる。
【0003】
また、単一波長の光に対して反射防止効果を有する反射防止板としては、光透過性材料からなる基体の表面に、断面形状が矩形などで、方向性を有する凹凸パターンを形成した光学素子がある。この凹凸パターンも位相板の場合と同様に0次回折格子とすることにより、有効な反射防止効果を得られることが知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このような位相板は、金型に樹脂またはガラスを流し込む射出成形によって製造される。したがって、位相板のアスペクト比(凸部の高さ/凹凸パターンのピッチ)が大きい場合、金型の加工が非常に難しいため、位相板の製造が難しいという問題があった。
【0005】
また、反射防止板を位相板と組み合わせて効果的な反射防止効果を得るためには、入射光の偏光状態に応じて位相板と反射防止板の組合せ角度を調整する必要があった。
【0006】
それゆえに、この発明の主たる目的は、製造の容易な位相板光学素子を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明は、方向性を有する第1凹凸パターンが形成された第1の面と、方向性を有する第2凹凸パターンが形成された第2の面とからなる位相板光学素子であって、第1凹凸パターンおよび第2凹凸パターンのそれぞれのパターンのピッチが位相板光学素子に入射する光の波長を位相光学素子の屈折率で割った値よりも小さく、かつ第1凹凸パターンと第2凹凸パターンとが互いに所定の角度となるように第1凹凸パターンおよび第2凹凸パターンを配置した位相板光学素子である。
【0008】
【作用】
この発明の位相板光学素子は、方向性を有する第1凹凸パターンを有する第1の面と、方向性を有する第2凹凸パターンを有する第2の面とからなり、ともに0次回折格子である。このため、第1凹凸パターンも第2凹凸パターンも入射光が複屈折する光学的異方性を有する。このような第1凹凸パターンと第2凹凸パターンとのなす角度が所定の値になるように組み合わせることによって、反射防止効果を有する位相板光学素子、あるいはアスペクト比の小さな位相変換パターンを有する位相板光学素子を容易に製造することができる。
【0009】
また、第1凹凸パターンを位相変換パターン、第2凹凸パターンを反射防止パターンとした場合、それらのパターンは互いに45度の角度をなすように形成することが望ましい。この場合、まず入射光を、その振動面が第2凹凸パターンに平行または垂直になるように入射させると、透過光は位相が変わることなく第2凹凸パターンによる反射が防止される。次に、透過光は、第2凹凸パターンに対してその振動面が45度の角度をなすように入射するので、位相がずらされて、1/4波長板の場合は円偏光光となる。このように、反射防止パターンと位相変換パターンをその両面に形成した位相板光学素子は、両パターンのなす角度を調整する必要はなく、また射出成形によって両パターンが同時に形成できるので製造が容易である。
【0010】
この発明の実施例では、反射防止パターンである第1凹凸パターンの凸部の高さが、
【0011】
【数2】
h=(2m+1)・λ/4n
m=0、1、2・・・
となるように形成する。凸部の高さをこの高さhにすることにより、入射光に対する反射率を最も低くすることができる。
【0012】
また、位相変換パターンとして機能する第1凹凸パターンと第2凹凸パターンとが、互いに平行または90度の角度をなすように形成することが望ましい。この場合、入射光を、その振動面が第1凹凸パターンに対して45度の角度をなすように入射させると、第2凹凸パターンを透過した光は位相が90度ずらされて円偏光となる。このように、反射防止パターンと位相変換パターンをその両面に形成した位相板光学素子は、位相変換パターンを片面にのみ凹凸パターンを形成する場合に比べて、各面のアスペクト比が小さくなるので製造が容易となる。
【0013】
さらに、第1凹凸パターンおよび第2凹凸パターンの凸部の少なくとも一部が、位相板光学素子よりも屈折率の高い材料で形成されていることが望ましい。このことにより、第1凹凸パターンまたは第2凹凸パターンの凸部の高さを低くすることができるので、位相板光学素子の製造が容易となる。
【0014】
【発明の効果】
この発明によれば、位相板光学素子の両面にそれぞれ凹凸パターンを形成することによって、凹凸パターンのアスペクト比を小さくでき、また凹凸パターンの組合せ角度を調整する必要がないので、製造の容易な位相板光学素子を提供することができる。
【0015】
この発明の上述の目的,その他の目的,特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【0016】
【実施例】
図1を参照して、この発明の一実施例である位相板光学素子18を1/4波長板として含む、CDやDVDなどの光記録装置のピックアップ部10について説明する。
【0017】
まず、レーザ光源12から単一波長のP偏光光(光の振動方向が入射面に平行な光)が射出され、コリメータレンズ14によって平行光にされる。
【0018】
次に、この平行光にされたP偏光光を偏光ビームスプリッタ16に入射させると、P偏光光は偏光ビームスプリッタ16を直進透過する。直進透過したP偏光光は、次に1/4波長板である位相板光学素子18に対して垂直に入射する。この位相板光学素子18により、P偏光光の位相は90度ずらされて、右回転の円偏光光に変換される。次に、変換された円偏光光を対物レンズ20によってスポット光にし、CDなどの光記録媒体22に当てる。
【0019】
光記録媒体22で反射されて戻ってくる光は、左回転の円偏光光になっている。これは、円偏光の回転方向は同じで光の進行方向が逆転するためである。この円偏光光が、再び位相板光学素子18に垂直に入射すると、円偏光から直線偏光に変換されるが、位相は往路の場合からさらに90度ずらされる。このため、位相板光学素子18から射出される光はS偏光(光の振動面が入射面に垂直な光)に変換されている。
【0020】
そして、S偏光光は、偏光ビームスプリッタ16で、入射方向に対して略直角方向に反射される。この偏光ビームスプリッタ16からの反射光は、集光レンズ24によって集光され、受光素子であるフォトディテクタ26に照射される。その結果、光記録媒体からの反射光に応じた出力信号がフォトディテクタ26から出力され、トラッキング調整信号または読出しデータとして使用される。
(第1実施例)
図2(a)を参照して、反射防止効果を有する1/4波長板としての位相板光学素子18の構造について説明する。
【0021】
この位相板光学素子18は、ガラス(屈折率1.5)、アクリル樹脂(屈折率1.49)、ポリカーボネイト樹脂(屈折率1.54)などの光透過性材料からなり、その一方の面上には断面形状が矩形の周期的な凹凸パターンからなる位相変換パターンが形成されている。この位相変換パターンは0次回折格子になるように形成されている。ここで、0次回折格子とは、±1次以上の高次回折光を発生させず、入射した光は反射光を除いてすべて直進させる回折格子をいい、凹凸パターンのピッチを、入射光の波長を基板の屈折率で割った値よりも小さい値に設定することによって形成することができる。このように、位相変換パターンを0次回折格子とすることにより光学的異方性を有し、方解石などで形成した位相板と同じく入射光が複屈折するので、位相をずらすことができる。
【0022】
この凹凸パターンの寸法形状は次のようにして決められる。すなわち、レーザ光源12から射出されるP偏光光の波長を660nmとした場合、図2(a)を部分的に拡大した図2(b)に示す、断面形状が矩形の凹凸パターンからなる位相変換パターンのピッチ、凸部18aの幅、凸部18aの高さを計算すると、図3に示すグラフが求められる。このグラフから、凸部18aの高さが最も低い場合は、波長の約2.5倍であることがわかる。また、そのときの凸部18aの幅/パターンピッチが約0.55であること、および0次回折格子であることの要件を考慮して、位相変換パターンのピッチおよび凸部18aの幅が求められる。このようにして求めた位相変換パターンの形状は、次のような形状となる。
【0023】
凹凸パターンのピッチ : 300nm
凸部18aの幅 : 165nm
凸部18aの高さ : 1660nm
次に、位相板光学素子の位相変換パターンが形成された面と反対の面にも、断面形状が矩形の凹凸パターンからなる反射防止パターンを形成する。これは、反射防止パターンが形成されていないと、入射光の4%程度が反射されてしまうので、大きな出力を得ることが難しいレーザ光源12からの光を有効に活用する必要があるからである。このため、反射防止パターンも、位相変換パターンの場合と同様に0次回折格子とする必要がある。
【0024】
この反射防止パターンの寸法形状は次のようにして決められる。すなわち、レーザ光源12から射出されるP偏光光の波長を660nm、位相板光学素子18の材質をガラス(屈折率1.5)とし、反射防止パターンの凹凸ピッチ、凸部18aの幅を位相変換パターンの場合と同じにするため、それぞれ300nm、165nmとしたときの凸部18aの高さと反射率との関係を計算すると、図4の△で表されたグラフに示す関係が得られた。
【0025】
この図4からわかるように、凸部18aの高さと反射率との関係は周期的に変化し、例えば入射光がP偏光光の場合、凸部18aの高さが約150nm、約400nm、約650nm・・・のところで、反射率がほぼゼロとなっていることがわかる。この凸部18aの高さhを式で表すと、次のようになる。
【0026】
h=(2m+1)λ/4np (1)
m=0,1,2・・・
np=P偏光に対する屈折率
このように、反射防止パターンは位相変換パターンに比べて凸部18aの高さが低いので、位相変換パターンと比べて容易に製造することができる。
なお、入射光がS偏光光の場合、同じ形状の反射防止パターンについて同様にシミュレーションを行なうと、図4の□で表されたグラフからわかるように、凸部18aの高さと反射率との関係はP偏光光の場合と同様に周期的に変化する。しかし、反射率は最も低い場合でも0.6%程度と、P偏光光の場合に比べて高くなっている。このことから、本実施例のような断面形状が矩形の反射防止パターンではS偏光光よりもP偏光光の場合に、高い反射防止効果が得られるので、図1に示すレーザ光源12から射出される光としてP偏光光を用いている。
【0027】
この場合、位相板光学素子18の両面にそれぞれ位相変換パターンと反射防止パターンを形成した位相板光学素子18を1/4波長板として使用するためには、各パターンを上述の寸法に形成するだけではなく、さらに各パターンが互いに45度の角度をなすように形成する必要があるが、これは次の理由による。まず、入射光のP偏光光が反射防止パターンによって位相が変わらないようにするため、P偏光光の振動面を反射防止パターンの方向に対して平行に入射させる。次に、反射防止パターンを透過した光を位相変換パターンで円偏光光に変換するために、P偏光光の振動面を位相変換パターンの方向に対して45度の角度で入射させる必要があるためである。
【0028】
また、この位相板光学素子18を図1に示すピックアップ部10で、1/4波長板として使用する場合、反射防止パターンがレーザ光源12側に向くようにセットする必要がある。このようにセットすることにより、レーザ光源12から射出される単一波長のP偏光光に対して、まず反射防止パターンでP偏光光の反射が防止された後、反対の面に形成されている位相変換パターンで円偏光光に変換される。このようにセットする理由は、もし位相変換パターンがレーザ光源12側に向くようにセットした場合、まず位相変換パターンによってP偏光光の位相がずらされて円偏光光に変換され、次に反射防止パターンによって反射が防止されるだけでなく、その形状が方向性を有する0次回折格子からなる周期パターンであるため、さらに位相もずらされる可能性があるからである。
【0029】
なお、位相変換パターンおよび反射防止パターンとして、断面形状が矩形の場合について説明してきたが、パターンに方向性があれば、矩形に限定されることなく、台形、三角形など、種々の形状の凹凸パターンとすることができる。
【0030】
また、図4の●で表されたグラフは、P偏光光の振動面が上述の寸法形状からなる位相変換パターンに対して45度の角度をなすように入射させた場合の反射率を示している。このグラフからわかるように、凸部18aの高さが1660nm付近では、この位相変換パターンは反射率が約2.1程度となり、何もパターンが形成されていない場合の反射率である約4%に比べて、かなり低くなっている。つまり、この位相変換パターンは入射光の位相をずらして円偏光光に変換するだけではなく、反射防止効果もあることがわかる。
(第2実施例)
第1実施例の位相変換パターンは、凸部18aの高さが1660nmと高く、アスペクト比が約5.5と大きいため、このような凹凸パターンを形成することは難しい。
【0031】
このため、アスペクト比を小さくして凹凸パターンを作りやすくする一つの方法として、断面形状が矩形の凹凸パターンを位相板光学素子18の一方の面だけでなく、他方の面にも同じピッチ、同じ凸部18aの幅を有する凹凸パターンを形成する。それぞれの面に形成する凸部18aの高さは、それらの和が一方の面のみに形成された場合の凸部18aの高さと等しくなるように形成する。このことによって、片面だけに位相変換パターンを形成した場合と同じ性能の位相変換パターンが得られる。
【0032】
このように、凹凸パターンを位相板光学素子18の両面に形成することによって、各面の凸部18aの高さを低くすることができるので、アスペクト比も小さくなる。したがって、位相板光学素子18を容易に製造することができる。
【0033】
例えば、凸部18aの高さが1660nmである1/4波長板と同じ機能を有し、両面に凹凸パターンが形成された1/4波長板は、各面の凹凸パターンのピッチおよび凸部18aの幅をそれぞれ300nm、165nmとした場合、凸部18aの高さがそれぞれ例えば830nmである凹凸パターンを形成すればよい。このようにすることにより、片面に形成した場合のアスペクト比を約5.5から約2.7に抑えることができる。なお、凸部18aの高さを2分割する分け方に制限はないが、両面で凸部18aの高さがほぼ同じとなるように分ける場合がアスペクト比を最も小さくすることができる。
【0034】
なお、一方の面の凹凸パターンのピッチおよび凸部18aの幅と、他方の面の凹凸パターンのピッチおよび凸部18aの幅は必ずしも同じにする必要はない。しかし、両面の形状寸法を変える場合、それぞれの面に形成された凸部18aの高さの和は、一方の面のみに形成された場合の高さと等しくならないため、改めて計算をやりなおす必要がある。
【0035】
この位相板光学素子18を1/4波長板として機能させるためには、凹凸パターンの形状寸法だけではなく、さらに一方の面に形成された凹凸パターンの方向と他方の面に形成された凹凸パターンの方向とは、互いに平行または90度の角度をなすように形成する必要がある。このような位相板光学素子18の一方の面に形成されている位相変換パターンに対して、P偏光光の振動面を45度傾けて入射させると、その透過光はさらに第2凹凸パターンに対して振動面が45度の角度をなして入射する。このように、それぞれの凹凸パターンで順次位相がずらされ、位相板光学素子18から射出される光は入射光に対して位相が90度ずらされた円偏光光となる。
(第3実施例)
アスペクト比を小さくして凹凸パターンを作りやすくする別の方法として、第1実施例または第2実施例で、位相変換パターンの凸部18aの一部を位相板光学素子18の材料であるガラスよりも高い屈折率を有する材料で形成してもよい。
【0036】
例えば、第1実施例の位相変換パターンと同じ性能を有し、断面形状が矩形の凸部18aの先端部に高屈折率層18cを積層した場合の例として、ZrO2(屈折率1.98)を蒸着した場合について計算を行なうと、図5(a)を参照して、各面の凹凸パターンの形状寸法は次のようになる。
【0037】
凹凸パターンのピッチ : 300nm
凸部18aの幅 : 165nm
凸部18aの高さ :1100nm
(屈折率1.5の高さ : 800nm)
(屈折率1.98の高さ: 300nm)
このことからもわかるように、凸部18aの先端部に高屈折率材料であるZrO2を積層することにより、凸部18aの高さを1660nmから1100nmに、560nmも低くすることができる。このため、アスペクト比も5.5から3.7に改善することができるので、位相板光学素子18の製造が容易となる。
【0038】
また、第1実施例の位相変換パターンにおいて、高屈折率層18cを凸部18aの先端部だけでなく、凹部18bにも積層することによって、同様に凸部18aの高さを低くすることができる。例えば、図5(b)に示すようにZrO2を凸部18aの先端部と凹部にそれぞれ300nmずつ積層することにより、同様に凸部18aの高さは全体として1100nmに抑えることができるので、位相板光学素子18の製造が容易となる。
【0039】
さらに、反射防止パターンの凸部18aの先端部に高屈折率層18cを積層することにより、第1実施例の反射防止パターンと同じ性能を維持しながら、凸部18aの高さをより低くすることができる。例えば、図6(b)に示すようにZrO2を凸部18aの先端部に50nm堆積することにより、図6(a)に示す凸部18aの高さを150nmから100nmへと低くすることができる。
【0040】
なお、高屈折率材料としては、ZrO2のかわりに、TiO2(屈折率2.1)を使用することもできる。
【0041】
また、第2実施例の位相板光学素子18の両面に位相変換パターンを分割して形成した場合でも、さらに各面の凸部18aの先端部に高屈折率層18cを積層することにより、凹凸パターンのアスペクト比をより小さくできるので、位相板光学素子18の製造もさらに容易となる。
【0042】
例えば、各面の凸部18aの高さが830nmの凹凸パターンの場合、凸部18aの先端にZrO2を150nm積層することにより、凸部18aの高さが全体として550nmになるので、さらに280nm低くすることができる。したがって、両面で考えると560nm低くすることができる。
【0043】
次に、図5(a)に示す凸部18aの一部に高屈折率層18cを積層した位相変換パターンの製造方法について説明する。ガラスまたはアクリルなどの樹脂からなり、凹凸パターンの一方の面の凸部18aから他方の面の凸部18aまでに相当する厚さを有する基板の両面に、それぞれZrO2などの高屈折率材料を蒸着する。次に、この高屈折率層18cの表面にレジストで凹凸のパターンを形成する。そして、このレジストをマスクにして、高屈折率層18cおよびガラス基板を所定の深さまでエッチングした後、レジストを除去する。他方の面についても同様の工程により、凸部18aの先端部に高屈折率層18cが積層された凹凸パターンを形成することができる。
【0044】
また、図5(b)に示すに、高屈折率層18cを凸部18aの一部だけでなく、凹部18bにも積層した位相板光学素子18の製造方法について説明する。まず、ガラスまたはアクリルなどの樹脂を、金型を用いて射出成形することにより、凹凸パターンを形成する。その後、片面ごとにZrO2を蒸着することによって、凸部18aおよび凹部に高屈折率層18cが積層された凹凸パターンを形成することができる。したがって、図5(b)に示す位相板光学素子18は、図5(a)に示す位相板光学素子18よりも少ない製造工程で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例である位相板光学素子を用いた光記録装置のピックアップ部を示す図解図である。
【図2】この発明の一実施例である位相板光学素子の断面形状を示す断面図である。
【図3】図2実施例における凸部の幅と高さの関係を表したグラフである。
【図4】図2実施例における凹凸パターンの凸部の高さと反射率との関係を表したグラフである。
【図5】図2実施例において高屈折率層を積層した図解図である。
【図6】図2実施例において高屈折率層を積層した図解図である。
【符号の説明】
10…ピックアップ部
12…レーザ光源
16…偏光ビームスプリッタ
18…位相板光学素子
18a…凸部
18b…凹部
18c…高屈折率層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a phase plate optical element, and more particularly, to a phase plate optical element having a concavo-convex pattern formed on both surfaces of a substrate.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a phase plate for shifting the phase of incident light, one side of a base made of a light-transmitting material such as glass (refractive index 1.5) or acrylic resin (refractive index 1.49) has a rectangular cross section on one side. An optical element in which a periodic uneven pattern having directionality is formed is known. Since this uneven pattern is a zero-order diffraction grating that does not generate high-order diffracted light, it is birefringent due to optical anisotropy like calcite and the like, so that the phase of incident light can be shifted.
[0003]
Further, as an anti-reflection plate having an anti-reflection effect with respect to light of a single wavelength, an optical element in which a directional uneven pattern having a rectangular cross section or the like is formed on the surface of a substrate made of a light transmitting material is used. There is. It is known that an effective anti-reflection effect can be obtained by using this uneven pattern as a zero-order diffraction grating as in the case of the phase plate.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Such a phase plate is manufactured by injection molding in which a resin or glass is poured into a mold. Therefore, when the aspect ratio of the phase plate (height of the convex portion / pitch of the concavo-convex pattern) is large, there is a problem that the processing of the mold is very difficult, so that the phase plate is difficult to manufacture.
[0005]
Further, in order to obtain an effective antireflection effect by combining the antireflection plate with the phase plate, it is necessary to adjust the combination angle of the phase plate and the antireflection plate according to the polarization state of the incident light.
[0006]
Therefore, a main object of the present invention is to provide a phase plate optical element which is easy to manufacture.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a phase plate optical element comprising a first surface on which a first directional uneven pattern is formed, and a second surface on which a second directional uneven pattern is formed, The pitch of each of the first uneven pattern and the second uneven pattern is smaller than a value obtained by dividing the wavelength of light incident on the phase plate optical element by the refractive index of the phase optical element, and the first uneven pattern and the second uneven pattern Is a phase plate optical element in which a first concave-convex pattern and a second concave-convex pattern are arranged such that a predetermined angle is formed between them.
[0008]
[Action]
The phase plate optical element of the present invention comprises a first surface having a first uneven pattern having directivity and a second surface having a second uneven pattern having directivity, both of which are a zero-order diffraction grating. . For this reason, both the first uneven pattern and the second uneven pattern have optical anisotropy such that incident light is birefringent. A phase plate optical element having an anti-reflection effect or a phase plate having a phase conversion pattern with a small aspect ratio by combining such an angle between the first uneven pattern and the second uneven pattern so as to have a predetermined value. An optical element can be easily manufactured.
[0009]
When the first concave-convex pattern is a phase conversion pattern and the second concave-convex pattern is an antireflection pattern, it is desirable that these patterns are formed so as to form an angle of 45 degrees with each other. In this case, when the incident light is first incident such that the vibrating surface is parallel or perpendicular to the second uneven pattern, the transmitted light is prevented from being reflected by the second uneven pattern without changing the phase. Next, the transmitted light enters the second concave / convex pattern such that the vibrating surface forms an angle of 45 degrees, so that the transmitted light is shifted in phase and becomes a circularly polarized light in the case of a quarter wavelength plate. As described above, the phase plate optical element in which the antireflection pattern and the phase conversion pattern are formed on both sides thereof does not require adjustment of the angle formed by both patterns, and can be easily manufactured because both patterns can be formed simultaneously by injection molding. is there.
[0010]
In the embodiment of the present invention, the height of the convex portion of the first concave / convex pattern that is the antireflection pattern is
[0011]
(Equation 2)
h = (2m + 1) · λ / 4n
m = 0, 1, 2,...
It is formed so that By setting the height of the projection to this height h, the reflectance for incident light can be minimized.
[0012]
Further, it is desirable that the first uneven pattern and the second uneven pattern functioning as a phase conversion pattern are formed so as to be parallel to each other or form an angle of 90 degrees. In this case, when the incident light is incident such that the vibration surface forms an angle of 45 degrees with the first uneven pattern, the light transmitted through the second uneven pattern is shifted in phase by 90 degrees to become circularly polarized light. . As described above, the phase plate optical element in which the antireflection pattern and the phase conversion pattern are formed on both sides thereof is manufactured because the aspect ratio of each surface is smaller than the case where the uneven pattern is formed on only one side of the phase conversion pattern. Becomes easier.
[0013]
Furthermore, it is desirable that at least a part of the projections of the first uneven pattern and the second uneven pattern is formed of a material having a higher refractive index than the phase plate optical element. This makes it possible to reduce the height of the projections of the first uneven pattern or the second uneven pattern, thereby facilitating the manufacture of the phase plate optical element.
[0014]
【The invention's effect】
According to the present invention, by forming the concavo-convex pattern on both sides of the phase plate optical element, the aspect ratio of the concavo-convex pattern can be reduced, and it is not necessary to adjust the combination angle of the concavo-convex pattern. A plate optical element can be provided.
[0015]
The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of embodiments with reference to the drawings.
[0016]
【Example】
With reference to FIG. 1, a description will be given of a
[0017]
First, P-polarized light of a single wavelength (light whose light oscillation direction is parallel to the incident surface) is emitted from the
[0018]
Next, when the parallelized P-polarized light is made incident on the
[0019]
The light reflected back from the
[0020]
The S-polarized light is reflected by the
(First embodiment)
The structure of the phase plate
[0021]
The phase plate
[0022]
The dimensions and shape of this concavo-convex pattern are determined as follows. That is, when the wavelength of the P-polarized light emitted from the
[0023]
Pitch of uneven pattern: 300 nm
Width of
Height of
Next, on the surface of the phase plate optical element opposite to the surface on which the phase conversion pattern is formed, an anti-reflection pattern having a rectangular cross section is formed. This is because if the anti-reflection pattern is not formed, about 4% of the incident light is reflected, so that it is necessary to effectively utilize the light from the
[0024]
The dimensions and shape of the antireflection pattern are determined as follows. That is, the wavelength of the P-polarized light emitted from the
[0025]
As can be seen from FIG. 4, the relationship between the height of the
[0026]
h = (2m + 1) λ / 4n p (1)
m = 0, 1, 2, ...
n p = refractive index for P-polarized light As described above, the antireflection pattern has a lower height of the
In the case where the incident light is S-polarized light, when a similar simulation is performed for an antireflection pattern having the same shape, as can be seen from the graph represented by the square in FIG. 4, the relationship between the height of the
[0027]
In this case, in order to use the phase plate
[0028]
When the phase plate
[0029]
The phase conversion pattern and the antireflection pattern have been described in the case where the cross-sectional shape is rectangular. However, as long as the pattern has directionality, the pattern is not limited to a rectangle, but may be various shapes such as trapezoids and triangles. It can be.
[0030]
Further, the graph represented by ● in FIG. 4 shows the reflectance when the vibrating surface of the P-polarized light is incident at an angle of 45 degrees with respect to the phase conversion pattern having the above-mentioned dimensions and shape. I have. As can be seen from this graph, when the height of the
(Second embodiment)
In the phase conversion pattern of the first embodiment, it is difficult to form such a concavo-convex pattern because the height of the
[0031]
Therefore, as one method of reducing the aspect ratio and making it easier to form a concavo-convex pattern, a concavo-convex pattern having a rectangular cross-sectional shape is formed not only on one surface of the phase plate
[0032]
By forming the concavo-convex pattern on both surfaces of the phase plate
[0033]
For example, a quarter-wave plate having the same function as a quarter-wave plate in which the height of the
[0034]
The pitch of the uneven pattern on one surface and the width of the
[0035]
In order for the phase plate
(Third embodiment)
As another method of reducing the aspect ratio to easily form the concavo-convex pattern, in the first or second embodiment, a part of the
[0036]
For example, ZrO 2 (refractive index 1.98) has the same performance as that of the phase conversion pattern of the first embodiment, and has a high
[0037]
Pitch of uneven pattern: 300 nm
Width of
Height of
(Height of refractive index 1.5: 800 nm)
(Height of refractive index 1.98: 300 nm)
As can be seen from this, by stacking ZrO 2 , which is a high-refractive index material, on the tip of the
[0038]
In the phase conversion pattern of the first embodiment, the height of the
[0039]
Further, by stacking the high
[0040]
Note that TiO 2 (refractive index: 2.1) can be used as the high refractive index material instead of ZrO 2 .
[0041]
Further, even when the phase conversion pattern is divided on both sides of the phase plate
[0042]
For example, in the case of a concavo-convex pattern in which the height of the
[0043]
Next, a method of manufacturing a phase conversion pattern in which a high
[0044]
5B, a method of manufacturing the phase plate
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an illustrative view showing a pickup section of an optical recording apparatus using a phase plate optical element according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a cross-sectional shape of a phase plate optical element according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a width and a height of a protrusion in the embodiment of FIG. 2;
FIG. 4 is a graph showing a relationship between the height of a convex portion of the concave / convex pattern and the reflectance in the embodiment of FIG. 2;
FIG. 5 is an illustrative view in which high refractive index layers are laminated in the embodiment of FIG. 2;
FIG. 6 is an illustrative view in which high refractive index layers are laminated in the embodiment of FIG. 2;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記第1凹凸パターンおよび前記第2凹凸パターンのそれぞれのパターンのピッチが前記位相板光学素子に入射する光の波長を前記位相光学素子の屈折率で割った値よりも小さく、かつ第1凹凸パターンと第2凹凸パターンとが互いに所定の角度となるように前記第1凹凸パターンおよび前記第2凹凸パターンを配置した、位相板光学素子。A phase plate optical element comprising: a first surface on which a first uneven pattern having directionality is formed; and a second surface on which a second uneven pattern having directionality is formed,
A pitch of each of the first uneven pattern and the second uneven pattern is smaller than a value obtained by dividing a wavelength of light incident on the phase plate optical element by a refractive index of the phase optical element, and the first uneven pattern; A phase plate optical element, wherein the first uneven pattern and the second uneven pattern are arranged such that the first uneven pattern and the second uneven pattern are at a predetermined angle to each other.
【数1】
h=(2m+1)・λ/4n
m=0,1,2・・・
n=屈折率
である、請求項2記載の位相板光学素子。The height h of the convex portion of the first concave / convex pattern is given by:
h = (2m + 1) · λ / 4n
m = 0, 1, 2, ...
3. The phase plate optical element according to claim 2, wherein n = refractive index.
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