JP2008226405A - 偏光解消素子 - Google Patents

Abstract

【課題】入射状態が直線偏光の光を偏光度が小さい光に変換できる素子を提供する。
【解決手段】透明基板上に屈折率異方性材料からなる複屈折膜を形成し、前記複屈折膜面内の光が入射する有効領域１１の面積に対して十分に小さく形状が等しい領域に分割し、各分割領域１３がリタデーションが等しく互いに隣り合う分割領域の光学軸の方向が異なるように設定することで、入射する直線偏光の光の偏光度が下がり偏光解消性が向上した光となって透過する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば光通信、光イメージング、光ストレージなどの光学系が有する偏光依存性を解消するために、特定の偏光状態を有する光を偏光状態の混在した状態に変換する偏光解消素子に関する。

光通信、光イメージング、光ストレージなどの分野においては、その光学システムを構成するに際して、反射・回折などの機能を有する様々な光学部品が使用されている。このような光学系に入射する光が特定の偏光状態である場合には、光学系に使用される光学部品が有する偏光依存性により光学システムの特性は影響を受ける。特に光学多層膜を用いて光を反射／透過により合波／分波したり、光学部品に斜めに入射する場合などに、大きな偏光依存性が生じる。また、有限の焦点距離を有する光学システムでは、入射する光の角度による偏光依存性が発現しやすい。したがって、入射光の偏光状態のばらつきや経時変化などがある場合もしくは、光学部品の偏光依存性のばらつきや経時変化さらには組み立て誤差により、光学システムの出力にばらつきが生じたり、不安定になることがある。また、主たる光に対して、意図しない部分からの反射光などが干渉することによって偏光状態が変化し、主たる信号光の光量の安定性を低下させることがある。使用するすべての光学部品の偏光依存性を抑制することは非常に困難であり、このように偏光依存性を有する光学システムの特性安定化には、入射光の特定の偏光状態を解消し偏光依存性を平均化した状態で使用することが効果的である。

空間的に位相差を与えて偏光状態を解消する素子の代表的なものとしては、回転方向が異なる左右の旋光結晶を貼り合わせたコルニュータイプや異方性結晶を直交して貼り合わせたバビネタイプが一般的に知られている。平板構成の偏光解消素子としては、構造性複屈折を用いた領域分割位相差板などがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−３４１４５３号公報

しかしながら、コルニュータイプやバビネタイプの偏光解消素子を有効に作用させるためには十分に大きな光の入射ビーム径とする必要があるなど、実際の光学システムに組み込むには制約があるという課題を有していた。また、光学結晶を用いていることから生産性が低く、小型・低コスト化も困難であることから安価で生産性に優れた光学システムが実現できないという課題も合わせて有していた。また、平板型の構造性複屈折特性を用いた領域分割位相差板では形状実現性と実用的な位相差を両立することが難しいことに加えて、微細な構造に起因する透過率低下や位相差および透過率の角度依存性や波長依存性など、実用上に課題があった。

本発明は、これらの事情を鑑みてなされたものであり、上記従来方式が有する課題を解決することが可能となる偏光解消素子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、直線偏光で入射する光を偏光度を低下させて透過させる偏光解消素子であって、前記偏光解消素子は屈折率異方性を有する複屈折膜を有していて、前記偏光解消素子の、前記光が入射される面内の有効領域の前記複屈折膜が、前記有効領域を含む複数の分割された領域からなり、前記複数の分割された領域は入射する光をそれぞれ異なる偏光状態にすることを特徴とする偏光解消素子を提供する。

また、前記複数の分割された領域の面積および形が実質的に等しい上記に記載の偏光解消素子を提供する。

この構成によれば、分割された領域ごと偏光状態が異なり、透過する光量が同等になることから高い偏光解消性が期待できる。

また、前記複屈折膜が高分子液晶からなる上記に記載の偏光解消素子を提供する。

この構成によれば、加工性が良く安価であるため製造プロセスが容易となり低コスト化の効果が期待できる。

また、前記複屈折膜のリタデーションが一様であり、前記複数の分割された領域の光学軸の方向が互いに異なっている上記に記載の偏光解消素子を提供する。

この構成によれば、入射光が特定の方向に偏光されたものであっても、入射光が各領域を透過して出射される光が各領域ごとの光学軸の方向に応じた、異なる方向に偏光されたものが混在した状態となり、結果的に偏光が解消された状態となる。

また、前記複屈折膜に入射する前記入射光の波長をλとしたときに、前記複屈折膜のリタデーションが（１／２）λの奇数倍と実質的に等しい上記に記載の偏光解消素子を提供する。

この構成によれば、各領域を透過する出射光は、様々な主軸方位の中に、干渉成分の無い直交する偏光を含む範囲の偏光状態が混在した状態となり、より高い偏光解消効果が得られる。

また、前記複屈折膜の光学軸の方向が一様であり、前記複数の分割された領域のリタデーションが互いに異なっている上記に記載の偏光解消素子を提供する。

この構成によれば、特定の楕円率に偏光された光が入射して各領域を透過する出射光は各領域のリタデーションに応じた、異なる楕円率に偏光されたものが混在した状態となり、結果的に偏光が解消された状態となる。

また、入射する光の波長をλとして前記複数の分割された領域のうちリタデーションＲ_１を有する分割された領域を第１の領域、リタデーションＲ_２を有する分割された領域を第２の領域としたときに、リタデーションの差（Ｒ_１−Ｒ_２）が（１／２）λの奇数倍と実質的に等しい第１の領域と第２の領域の組み合わせを含む上記に記載の偏光解消素子を提供する。

この構成によれば、各領域を透過する出射光は、様々な楕円偏光の中に、干渉成分の無い直交する偏光を含む範囲の偏光状態が混在した状態となり、より高い偏光解消効果が得られる。

また、前記複屈折膜がコレステリック相高分子液晶からなり、前記液晶分子の光学軸の方向が前記複屈折膜の厚さ方向を軸として螺旋しており、隣接する前記複数の分割された領域の厚さが互いに異なっている上記に記載の偏光解消素子を提供する。

この構成によれば、入射光が特定の方向に偏光されたものであっても、入射光が各領域を透過して出射される光は各領域の旋光状態に応じた、異なる方向に偏光されたものが混在した状態となり、結果的に偏光が解消された状態となる。

前記複屈折膜が前記複数の分割された領域ごとの厚さの異なりにより前記複屈折膜の表面に凹凸の構造を有し、前記凹凸の構造が屈折率が実質的に等しい等方性媒体で充填平坦化されている上記に記載の偏光解消素子を提供する。

この構成によれば、複屈折層の厚さが異なることによる回折や散乱による透過率の低下が抑制される。

さらに、特定の波長の直線偏光を出射する光源と、直線偏光を出射する光を光記録媒体に集光する対物レンズと、光記録媒体からの反射光を検出する光検出器とを備えた、光記録媒体の情報の記録・再生を行う光ヘッド装置であって、前記対物レンズと前記光検出器との間の光路中に、上記に記載の偏光解消素子が設置されている光ヘッド装置を提供する。

光ヘッド装置に偏光解消素子を搭載することで、光ディスクの再生信号に対して不要な光信号である迷光が干渉しなくなる効果により、安定した再生が期待できる。

本発明は高分子液晶からなる複屈折膜が、前記複屈折膜の面が複数の領域に分割されたことにより、複屈折膜に直線偏光で入射される光の偏光度を下げた状態に変換する偏光解消素子を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

（第１の実施の態様）
図１は、本実施の形態に係る偏光解消素子１０の概念的な構成を示す図である。図１において、偏光解消素子１０の屈折率異方性を有する材料として、重合部位を有する液晶を配向処理により配列させた状態で高分子化させた高分子液晶からなる複屈折膜を用いている。図１（ａ）に示されるように、上記の高分子液晶膜は破線で示した入射する光の有効領域１１内が、複屈折膜面内で２次元的な領域に分割されている。入射する光の有効領域を含む分割された領域（以下、分割領域）は、屈折率異方性と膜厚により決まるリタデーションがほぼ等しいが、図１（ｂ）に複屈折膜面の一部を抜粋して示すように、高分子液晶の配向方向が分割領域ごと略ランダムである。分割領域の大きさは、複屈折膜面に入射する光の有効領域に対して十分に小さいと偏光解消素子を透過した光の偏光状態を十分に解消できるため好ましい。有効領域に対して１００以上の分割領域があると偏光解消性が向上し好ましい。また、分割領域は、図１（ａ）に示されるような正方形に限らず面積や形状が異なって互いに隣接してもよいが、面積や形状が略等しく互いに隣接されていると各分割領域を透過する互いに異なる偏光方向の光の強度も略等しくなり、全体的に偏光解消性が高まるのでより好ましい。

本実施の形態では入射する光の有効領域１１が４ｍｍφであり、分割領域１３は３０μｍ×３０μｍ単位である。図１（ｂ）および図１（ｃ）は任意の隣接する９つの分割領域を拡大したものであり、図１（ｂ）は分割領域の高分子液晶の配向状態、図１（ｃ）は偏光解消素子の各分割領域を透過した光の偏光状態を示す模式図である。図１（ｂ）に示すように９つの分割領域全てが異なる配向方向となっている。これら９つの分割領域全てが入射する光の波長λに対してλ／２のリタデーションを有する場合、紙面に水平方向に偏光した直線偏光１２が入射すると、配向方向が異なるλ／２板の作用により各分割領域を透過する光は図１（ｃ）に示すようにそれぞれの分割領域で偏光方向が異なった偏光状態が混在し、入射光の有効領域全体で透過した光は略ランダムな偏光状態となる。

このような高分子液晶の配向方向は、液晶を充填する２枚の透明基板の内面に施された配向処理により制御することが可能である。例えば、マスクを用いて分割領域ごとに異なる方向で多重ラビングを施した配向膜や、マスクを用いて分割領域ごと照射する光の偏光方向に配向能が発現する光配向膜を使用する方法は簡便かつ安定して配向方向を分割することができて好ましい。また、高分子液晶材料に混合されたアゾ色素などに代表される感光材料の特性を利用して、重合硬化時に分割領域ごとに偏光方向の異なる紫外線を照射することにより配向方向の制御も可能である。この方法では、液晶を充填する２枚の透明基板の配向処理が省略もしくは簡略化することができて好ましい。

また、回折や散乱の発生を抑制するために、液晶を充填する２枚の内面に使用する液晶と屈折率の近い無機膜を成膜し、フォトリソグラフィーなどにより形成した浅い溝を配向処理の代替に用いることも可能である。この場合、溝の方向をフォトマスクで規定し、一括で各領域を形成できることから生産性が高く好ましい。加えて用いる有機配向材料に起因する耐熱性や耐光性または高温高湿などの保管信頼性での劣化を抑制できるため好ましい。

このような配向制御方法で作製した複屈折膜は、それぞれの分割領域では、均一で高い透過率を示し好ましい。また、隣接する分割領域の境界付近の液晶の配列は、隣接する二つの領域の影響を受けるため、その中間の配向状態を含む連続的な変化となる。したがって、隣接する領域の界面で発生する回折散乱は少なく素子としての透過率も高く好ましい。また、高分子液晶の屈折率異方性は十分に大きいため、使用する波長λに対して略λ／２となるリタデーションを発生させるために必要な膜厚を２０μｍ以下とすることが可能であり、使用する材料を好適に選択すれば、１０μｍ以下とすることも可能であり、損失を抑制し高い透過率が得られ好ましい。

図１（ｂ）で示した例では、９種類の配向方向の分割領域としているが、さらに別の種類の配向方向の分割領域を増やしたり配置をランダムにすることで、偏光解消効果が大きくなるためより好ましい。また、隣接して互いに配向方向が異なる複数の分割領域を一単位とした分割領域群を定義し、前記分割領域群を、入射する光の有効領域を隙間が無く、隣接する分割領域の配向方向が互いに異なるように分配させると工程が簡便でかつ偏光解消性も得られるのでよい。

（第２の実施の態様）
図２は、本実施の形態に係る解消素子２０の概念的な構成を示す図である。図２において、偏光解消素子２０は、第１の実施の態様と同様の屈折率異方性を有する材料として、重合部位を有する液晶を配向処理により配列させた状態で高分子化させた高分子液晶からなる複屈折膜を用いている。図２（ａ）に示されるように、上記の複屈折膜は破線で示した光が入射する有効領域２１が、複屈折膜面内で一辺が３０μｍの正三角形の単位からなる２次元的な領域に分割されている。分割領域の大きさは、複屈折膜面内に入射する光の有効領域に対して十分に小さいと偏光解消素子を透過した光の偏光状態が十分に解消されるため好ましい。有効領域に対して１００以上の分割領域があると偏光解消性が向上し好ましい。また、分割領域は、正三角形に限らず面積や形状が異なって互いに隣接してもよいが、面積や形状が略等しく互いに隣接されていると各分割領域を透過する互いに異なる偏光方向の光の強度も略等しくなり、光が入射する有効領域全体で偏光解消性が高まるのでより好ましい。

図２（ｂ）および図２（ｃ）は任意の６つの分割領域を拡大したものであり、図２（ｂ）は分割領域の液晶の配向状態、図２（ｃ）は出射光の偏光状態を示す模式図である。図２（ｂ）に示すように、分割領域の配向方向は一様であるが、各分割領域で屈折率異方性と膜厚により決まるリタデーションが異なっている点が、第１の実施の態様と異なる。例えば、図２（ｂ）に示す各分割領域のリタデーションが入射する波長λに対して０〜λ／２の範囲であり、分割領域の配向方向と直線偏光の振動方向２２とがなす角度を４５°として入射させる配置を考える。この場合、各分割領域でリタデーションが異なる作用により、各分割領域を透過する光は図２（ｃ）に示すように楕円率が異なるため、６つの分割領域全体で異なった偏光状態が混在し、光が入射する有効領域全体でも、略ランダムな偏光状態となる。

リタデーションが異なる各分割領域は、少なくとも入射する光の有効領域２１を重合硬化することで一様の厚さに成膜した高分子液晶からなる複屈折膜を、フォトリソグラフィーにより各分割領域ごと異なる厚さになるように加工する方法で実現できる。また、隣接して互いにリタデーションが異なる複数の分割領域を一単位とした分割領域群を定義し、前記分割領域群を、入射する光の有効領域を隙間が無く、隣接する分割領域のリタデーションが互いに異なるように分配させると工程が簡便でかつ偏光解消性も得られるのでよい。分割領域には複屈折膜の厚さが０となる領域を含んでもよい。また、同様に複屈折膜は厚さが０となる分割領域を含んでもよい。

さらに、各分割領域の複屈折膜の厚さの関係を、０ではないもっとも薄い厚さの整数倍とすることで、フォトリソグラフィー工程を簡便とすることができるので、より好ましい。複屈折膜の厚さを加工してリタデーションを調整した場合、加工した少なくとも凹部を高分子液晶の常光屈折率（ｎ_ｏ）とほぼ等しいか大きいまたは、異常光屈折率（ｎ_ｅ）と等しいか小さい範囲の屈折率を有する等方性媒体で充填平坦化することで回折・散乱による透過率の低下が抑制され好ましい。さらに、隣接する分割領域の境界付近を例えば、中間のステップのようなリタデーション、連続的に変化させるようなリタデーションとなるように細かく厚さを加工をすることで、さらに回折・散乱による透過率の低下を抑制することができ好ましい。

また、高分子液晶を充填する２枚の透明基板の内面に設置した、各分割領域に相当する透明電極にそれぞれ異なる電圧を印加してそれぞれ異なるリタデーションとなる状態で液晶を重合・高分子化する方法でも実現できる。この場合、分割領域のリタデーションの変化がさらに連続的になることから回折・散乱が抑制され高い透過率が得られ好ましい。

各分割領域のリタデーションが異なることで、それぞれの偏光状態も互いに異なるが、各分割領域のうちリタデーションＲ_１を有する分割された領域を第１の領域、リタデーションＲ_２を有する分割された領域を第２の領域としたときに、リタデーションの差（Ｒ_１−Ｒ_２）が（１／２）λの奇数倍と実質的に等しい領域の組み合わせを含むと、透過した光の偏光状態がもっとも異なり、かつ干渉性が無い互いに直交する偏光が含まれるので好ましい。

図２（ｂ）で示した例では、６種類のリタデーションを有する分割領域をひとつの分割領域群としているが、さらに別の種類のリタデーションとなる厚さの分割領域を増やしたり、配置をランダムにすることで、偏光解消効果が大きくなりより好ましい。

（第３の実施の態様）
図３は、本実施の形態に係る解消素子３０の概念的な構成を示す図である。図３において、偏光解消素子３０の屈折率異方性を有する材料として、コレステリック相高分子液晶としてカイラル材が添加されたネマティック液晶を用いている。コレステリック相高分子液晶からなる液晶分子の光学軸は一様に螺旋して配向され、厚さ方向に螺旋軸が揃った状態で連続して螺旋している。また、コレステリック相液晶は、その螺旋構造に起因する選択反射波長帯を有し、その近傍の波長帯域において旋光性を有するため、入射した直線偏光を旋光能と厚さにより決まる旋光角だけ回転させる特性がある。以下、ここでいう旋光角は高分子液晶からなる複屈折膜の厚さ方向の両端にある液晶分子の光学軸が互いになす角度とする。また、複屈折膜の厚さが０となる分割領域の旋光角は０°とする。

第１および第２の実施の態様と同様に、コレステリック相高分子液晶からなる複屈折膜は、図３（ａ）に示されるように、破線で示した入射する光の有効領域３１を含む一辺が１５μｍの六角形の単位からなる２次元的な領域に分割されている。分割領域の大きさは、複屈折膜面に光が入射する有効領域に対して十分に小さいと偏光解消素子を透過した光の偏光状態が十分に解消されるため好ましい。有効領域に対して１００以上の分割領域があると偏光解消性が向上し好ましい。また、分割領域は六角形に限らず、面積や形状が異なって互いに隣接してもよいが、面積や形状が略等しく互いに隣接されていると各分割領域を透過する互いに異なる偏光方向の光の強度も略等しくなり、有効領域全体的に偏光解消性が高まるのでより好ましい。

図３（ｂ）および図３（ｃ）は任意の７つの分割領域を拡大したものであり、図３（ｂ）は分割領域の螺旋軸の旋光方向、図３（ｃ）は出射光の偏光状態を示す模式図である。図３（ｂ）では、複屈折膜の螺旋軸方向は一様で連続して螺旋しており、各分割領域で旋光能と厚さにより決まる旋光角が異なっている点が、第２の実施の態様と異なる。例えば、図３（ｂ）に示す分割領域の旋光角が、入射する波長λの光において０°から９０°の範囲内である場合、紙面に水平方向の振動方向で入射する直線偏光３２は各分割領域で異なる旋光角を持つことから、透過する光は図３（ｃ）に示すように各分割領域ごとに偏光方向が異なった状態が混在する。したがって、偏光解消素子３０に入射する光の有効領域全体でも、透過した光は略ランダムな偏光状態となる。

複屈折膜は、重合硬化により一様の厚さに成膜したコレステリック相高分子液晶からなる複屈折膜をフォトリソグラフィーなどで加工して分割領域ごとに異なる厚さとする。コレステリック相高分子液晶の光学軸は複屈折膜の厚さ方向に一様に連続して螺旋しているので、分割領域ごとに異なる複屈折膜の厚さとすることで、特定の光の波長に対してそれぞれ異なる旋光角を有する分割領域を作製でき、簡便かつ安定的に実現でき好ましい。分割領域には複屈折膜の厚さが０となる領域を含んでもよい。また、同様に複屈折膜は厚さが０となる分割領域を含んでもよい。さらに、各分割領域の複屈折膜の厚さの関係を、０ではないもっとも薄い領域の厚さの整数倍にすると、フォトリソグラフィー工程を簡便とすることができるので、より好ましい。図３（ｂ）では、７種類の旋光角の分割領域としているが、さらに別の種類の旋光角の分割領域を増やしたり配置をランダムにすることで、偏光解消効果が大きくなり好ましい。また、隣接して互いに旋光角が異なる複数の分割領域を一単位とした分割領域群を定義し、前記分割領域群を、入射する光の有効領域を隙間が無く、隣接する分割領域の旋光角が互いに異なるように分配させると工程が簡便でかつ偏光解消性も得られるのでよい。

各分割領域ごとに異なる複屈折膜の厚さにより旋光角を調整した後、コレステリック相高分子液晶の右回り円偏光での屈折率と左回り円偏光での屈折率との略中間の屈折率を有する等方性媒体で充填することで回折・散乱による透過率の低下が抑制され好ましい。さらに、分割領域の境界部を例えば、中間のステップのような旋光角または、連続的に変化させるような旋光角となるように細かく厚さを加工をすることで、さらに回折・散乱による透過率の低下を抑制することができ好ましい。

一様な複屈折膜を異なる分割領域に加工する方法に加えて、コレステリック相高分子液晶からなる層を各分割領域ごとに異なるように複数積層することで全体の旋光角に分布を有する構成とすることも可能であり、各基板への加工回数を削減することが可能であり生産性が向上して好ましい。各分割領域の旋光角の差が入射する波長λの光に対して、９０°を含む範囲とすると、透過する光の偏光状態がもっとも異なり、かつ干渉性が無い互いに直交する偏光が含まれ好ましい。

また、コレステリック相高分子液晶は図４（ａ）に示した選択反射波長帯域の近傍で、図４（ｂ）に示すように旋光角の大きな波長分散特性を有する。図４（ｂ）において選択反射波長帯域の近傍の短波長側（３５０〜４５０ｎｍ）や長波長側（５５０〜６５０ｎｍ）の光に対しては比較的大きい旋光能を示すのに対して、選択反射波長帯域から十分に離れた６５０ｎｍ以上の光に対しては、旋光能は小さく、実効的には旋光能がない状態とすることができる。このため、複数の波長を使用する光学システムの場合には、特定の波長に対してのみ作用させ、その他の波長に対しては機能しない干渉低減素子とすることも可能であり、光学システムの設計自由度が向上し好ましい。

図８は、上述の偏光解消素子を搭載した本発明の光ヘッド装置の一例を示す模式図である。本発明の光ヘッド装置において、光源４０１から出射した直線偏光は、偏光ビームスプリッタ４０２を透過後にコリメータレンズ４０３で平行光となり、対物レンズ４０４によって光ディスク４０５の情報記録面上に集光する。光ディスク４０５の情報記録面で反射された光は対物レンズ４０４によって再び平行光となりコリメータレンズ４０３を透過して偏光ビームスプリッタ４０２で光検出器４０７側に反射される。偏光解消素子４０６は、１０、２０または３０のいずれかの構成であり、ビームスプリッタ４０２と光検出器４０７の間に配置される。

例えば、光ディスク４０５が高密度複層ディスクである場合、情報の再生時に再生する記録層からの光（信号光）とは別の層からの反射光などの迷光が少なからず含まれる。これらの反射光を本発明の偏光解消素子４０６を透過させて偏光状態をランダムにすることで信号光と迷光との干渉の影響が低下でき、安定した光量の光が光検出器に入射される。

（実施例１）
本実施例では、図１および図５を参照して第１の実施態様に係る偏光解消素子の具体的な作製方法に関して説明する。

透明基板１０１として、図示しない低反射コートを施した石英基板を使用する。石英基板の片面にポリビニルシンナメートを主成分とする光配向膜１０２をスピンコートにて塗布する。図５（ａ）に示すように、波長３６５ｎｍの直線偏光１１０の紫外線を３０μｍ×３０μｍ角の正方形のランダムな開口を有するマスク１０３越しに照射することで、紫外線の偏光方向に液晶分子を配向する領域１０４を形成する。その後、図示しないパターンの異なるマスクを用いて直線偏光の角度を回転させ、合計９回の紫外線照射を繰り返し、図１（ｂ）に示す９種類の配向方向を有する分割領域から構成される配向膜とする。

図５（ｂ）に示すように、別の透明基板１０５に成膜した光配向膜１０６に、向かい合う分割領域１０７の配向方向が等しくなるように同様の処理を施した後、間隔を保持するために太さ８μｍのグラスファイバーを混合した図示しないシール剤で、接着し液晶セルとする。この液晶セルに波長１．５５μｍでの重合後の常光屈折率ｎ_ｏが１．５４で、異常光屈折率ｎ_ｅが１．６４である、重合部位を有する液晶材料を注入し、紫外線により重合硬化する。液晶の配向は、領域分割された上下の領域１０４および１０７により制御され、特定の波長λに対するリタデーションが約１／２λで互いに隣り合う分割領域において配向方向が異なる偏光解消素子となる。

図１（ａ）に示す光の有効領域１１の１．５５μｍの波長の直線偏光（偏光度＝１）を入射させ、偏光解消素子を透過して集光させると光の偏光度は０．３以下となり、偏光解消効果が得られる。

（実施例２）
本実施例では、図２および図６を参照して第２の実施態様に係る偏光解消素子の具体的な作製方法に関して説明する。

透明基板２０１として、図示しない低反射コートを施した石英基板を使用する。石英基板の片面にポリイミドをスピンコートにて塗布しラビングを施して配向膜２０２とする。図示しない直径が６μｍのガラス球を散布した後、同様の配向処理を施した対向基板との間に波長０．５５μｍでの重合後の常光屈折率ｎ_ｏが１．５５で、異常光屈折率ｎ_ｅが１．６１である、重合部位を有する高分子液晶を注入し、紫外線により重合硬化する。その後、対向基板を離型し、均一な複屈折性を有する高分子液晶膜２０３とする。

重合後の高分子液晶膜２０３に図６（ａ）に示すように、一辺が３０μｍの正三角形の開口を有するフォトレジストマスク２０４を図示しないマスクを用いて形成し、ドライエッチングにより膜厚を減ずる。パターンの異なるマスクを用いた高分子膜の加工を繰り返し、厚さが０μｍ、１．２μｍ、２．４μｍ、３．６μｍ、４．８μｍ、６．０μｍの６種類の分割領域を有効領域を含んで隙間が無いように配置し、高分子液晶からなる複屈折膜２０５を形成した。なお、前述のように複屈折膜は厚さが０である分割領域を含んでもよい。

図６（ｂ）に示すように、加工した高分子液晶膜２０５と図示しない低反射コートを施した透明基板２０６との間に、屈折率が常光屈折率と略等しい等方性接着剤２０７を充填硬化し、リタデーションがそれぞれ０μｍ、０．０６μｍ、０．１２μｍ、０．１８μｍ、０．２４μｍ、０．３０μｍ、０．３６μｍの６種類の分割領域を有する偏光解消素子とする。

図２（ａ）に示す光の有効領域の０．５５μｍの波長の直線偏光（偏光度＝１）を該直線偏光の振動方向と配向方向とがなす角度が略４５°となるように入射させると、偏光解消素子を透過して集光させる光の偏光度は０．３以下となり、偏光解消効果が得られる。

（実施例３）
本実施例では、図３および図７を参照して第３の実施態様に係る偏光解消素子の具体的な作製方法に関して説明する。

透明基板３０１として、図示しない低反射コートを施した石英基板を使用する。石英基板の片面にポリイミドをスピンコートにて塗布しラビングを施して配向膜３０２とする。図示しない直径が２０μｍのアクリル球を散布した後、同様の配向処理を施した対向基板との間に、重合後の選択反射波長帯域の中心波長が０．５１０μｍであり、波長０．４０５μｍの光が入射したときに旋光角が略９０°となるように、重合部位を有するコレステリック相液晶材料を注入し、紫外線により重合硬化する。その後、対向基板を離型し、厚さおよび旋光角が均一なコレステリック相高分子液晶膜３０３とする。

重合後のコレステリック相高分子液晶からなる複屈折膜３０３に図７（ａ）に示すように、一辺が１５μｍの正六角形の開口を有するフォトレジストマスク３０４を図示しないマスクを用いて形成し、ドライエッチングにより膜厚を減ずる。パターンの異なるマスクを用いたコレステリック相高分子膜の加工を繰り返し、厚さを調整することで旋光角が０°、１５°、３０°、４５°、６０°、７５°、９０°、の７種類の分割領域を有効領域を含んで隙間が無いように配置し、コレステリック相高分子液晶膜からなる複屈折膜３０５を形成する。なお、前記のように複屈折膜は厚さが０である分割領域を含んでもよく、旋光角が０°の分割領域の複屈折膜の厚さは０μｍである。

図７（ｂ）に示すように、加工したコレステリック相高分子液晶からなる複屈折膜３０５と図示しない低反射コートを施した透明基板３０６との間に、屈折率がコレステリック相高分子液晶の常光屈折率と異常光屈折率との中間屈折率と略等しい等方性接着剤３０７を充填硬化し、旋光角が０〜９０°の７種類の分割領域となる偏光解消素子とする。

図３（ａ）に示す光の有効領域の波長０．４０５μｍの直線偏光を入射すると、集光した光の偏光度は０．３以下となり偏光解消効果が得られる。また、同様の偏光解消素子の有効領域に０．６６０μｍおよび０．７８５μｍの波長の直線偏光（偏光度＝１）を入射する。これらの波長の光は、コレステリック相高分子液晶の選択反射波長帯域から十分に離れており、有効領域を透過する光の偏光度は０．９以上となる。これらの波長帯域では偏光度がほとんど解消されないことから、第３の実施態様における偏光解消素子により偏光解消効果の波長選択性が得られる。

以上のように、本発明に係る偏光解消素子は特定の偏光状態を持つ入射光を偏光状態の混在した状態に変換することができ有用である。

本発明の第１の実施態様における偏光解消素子構成例と効果を示す模式図。 本発明の第２の実施態様における偏光解消素子構成例と効果を示す模式図。 本発明の第３の実施態様における偏光解消素子構成例と効果を示す模式図。 本発明の第３の実施態様における波長選択性を示す模式図。 本発明の第１の実施例における偏光解消素子の作製方法と構成例を示す模式図。 本発明の第２の実施例における偏光解消素子の作製方法と構成例を示す模式図。 本発明の第３の実施例における偏光解消素子の作製方法と構成例を示す模式図。 偏光解消素子を搭載した光ヘッド装置の模式図。

符号の説明

１０、２０、３０、４０６：偏光解消素子
１１、２１、３１：入射光の有効領域
１２、２２、３２：偏光解消素子に入射する直線偏光の振動方向
１３、２３、３３：分割領域
１４、２４：分割領域内の高分子液晶の配向方向
１５、２５、３５：分割領域を透過した光の偏光方向および偏光状態
３４：高分子液晶分子の光学軸の螺旋方向
１０１、１０５、２０１、２０６、３０１、３０６：透明基板
１０２、１０６、２０２、３０２：配向膜
１０３：マスク
１０４、１０７：分割領域
１０８、２０３、３０３：高分子液晶膜
１０９：高分子液晶の配向方向
１１０：紫外線照射方向
２０４、３０４：レジストマスク
２０５、３０５：領域分割高分子液晶膜
２０７、３０７：等方性接着剤
４０１：ビームスプリッタ
４０３：コリメータレンズ
４０４：対物レンズ
４０５：光ディスク
４０７：光検出器

Claims (10)

1. 直線偏光で入射する光を偏光度を低下させて透過させる偏光解消素子であって、
   前記偏光解消素子は屈折率異方性を有する複屈折膜を有していて、
   前記偏光解消素子の、前記光が入射される面内の有効領域の前記複屈折膜が、前記有効領域を含む複数の分割された領域からなり、
   前記複数の分割された領域は入射する光をそれぞれ異なる偏光状態にすることを特徴とする偏光解消素子。
2. 前記複数の分割された領域の面積および形が実質的に等しい請求項１に記載の偏光解消素子。
3. 前記複屈折膜が高分子液晶からなる請求項１または請求項２に記載の偏光解消素子。
4. 前記複屈折膜のリタデーションが一様であり、前記複数の分割された領域の光学軸の方向が互いに異なっている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の偏光解消素子。
5. 前記複屈折膜に入射する前記入射光の波長をλとしたときに、前記複屈折膜のリタデーションが（１／２）λの奇数倍と実質的に等しい請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の偏光解消素子。
6. 前記複屈折膜の光学軸の方向が一様であり、前記複数の分割された領域のリタデーションが互いに異なっている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の偏光解消素子。
7. 入射する光の波長をλとして前記複数の分割された領域のうちリタデーションＲ_１を有する分割された領域を第１の領域、リタデーションＲ_２を有する分割された領域を第２の領域としたときに、リタデーションの差（Ｒ_１−Ｒ_２）が（１／２）λの奇数倍と実質的に等しい第１の領域と第２の領域の組み合わせを含む請求項１〜請求項３または、請求項６のいずれか一項に記載の偏光解消素子。
8. 前記複屈折膜がコレステリック相高分子液晶からなり、前記液晶分子の光学軸の方向が前記複屈折膜の厚さ方向を軸として螺旋しており、隣接する前記複数の分割された領域の厚さが互いに異なっている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の偏光解消素子。
9. 前記複屈折膜が前記複数の分割された領域ごとの厚さの異なりにより前記複屈折膜の表面に凹凸の構造を有し、前記凹凸の構造が屈折率が実質的に等しい等方性媒体で充填平坦化されている請求項１〜請求項３、請求項６〜請求項８いずれか一項に記載の偏光解消素子。
10. 特定の波長の直線偏光を出射する光源と、直線偏光を出射する光を光記録媒体に集光する対物レンズと、光記録媒体からの反射光を検出する光検出器とを備えた、光記録媒体の情報の記録・再生を行う光ヘッド装置であって、前記対物レンズと前記光検出器との間の光路中に、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の偏光解消素子が設置されている光ヘッド装置。

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