JP2011113631A - ワイヤグリッド型偏光子および光ヘッド装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】1つの方向に一定の間隔で周期的に配置されるように延伸され、断面形状が三角形または台形の格子形状からなるグリッド構造層を有する透光性基板の1つの側面に金属層を有し、入射する光のうち互いに直交する2つの直線偏光の偏光透過率をTp,Tsとするとき、660nm/785nmの光に対してTp(1−Ts)≧0.94および/または、405nmの光に対してTp(1−Ts)≧0.85の特性を有するワイヤグリッド型偏光子を提供するとともに、該ワイヤグリッド型偏光子を用いて安定した記録・再生ができる光ヘッド装置を提供する。
【選択図】図1
Description
図1は、本実施形態に係るワイヤグリッド型偏光子の構成を示す斜視模式図である。ワイヤグリッド型偏光子10は、一方の面に、断面が三角形状または台形形状のパターンが周期的に形成された格子形状を有する透光性基板11と、この三角形状または台形形状の格子パターンのうち、一方の側面に形成された金属部12と、を有する。また、透光性基板11のうち、格子パターン形状とは反対側の面に、反射防止膜13を備えると、界面反射が抑制され、入射する光の利用効率が向上するので、好ましい。
θt=Tan−1(H/(P(1−0.5W/P))) ・・・ (1)
で表すことができ、上記の式(1)をほぼ満たすように金属部12を形成するとよい。
図3は、本実施形態に係るワイヤグリッド型偏光子の構成を示す斜視模式図である。ワイヤグリッド型偏光子30は、一方の面に、断面が三角形状または台形形状のパターンが周期的に形成された格子形状を有する透光性基板31と、この三角形状または台形形状の格子パターンのうち、一方の側面に形成された金属部32と、を有する。また、透光性基板31のうち、格子パターン形状とは反対側の面に、反射防止膜33を備えると、界面反射が抑制され、入射する光の利用効率が向上するので、好ましい。また、透光性基板31は、第1の光学材料部31aと第2の光学材料部31bからなり、例えば、第1の光学材料部31aは平面基板形状を有し、第2の光学材料部31bは、格子パターンとなるグリッド構造層31cを含む。そして、第1の光学材料部31aの屈折率と第2の光学材料部31bの屈折率が略等しくなる材料の組み合わせとすると、これらの間の界面反射が抑制され好ましい。本実施形態では、後述するように製造工程においてエッチングを施さないので、格子パターンの形状が変化しにくく、より安定した光学特性を得ることができる。
図5は、本実施形態に係るワイヤグリッド型偏光子の構成を示す斜視模式図である。ワイヤグリッド型偏光子50は、ワイヤグリッド型偏光子30の構成に対して保護膜51aを有する構造であって、ワイヤグリッド型偏光子30と同じものには同一の番号を付して説明の重複を避ける。具体的に、ワイヤグリッド型偏光子50は、透光性基板51が、グリッド構造層31c側の面を覆うように保護膜51aが形成され、保護膜51a上の一方の側面に金属部52を有する。保護膜51aは、第2の光学材料部31bが樹脂材料で構成される場合、樹脂材料の機械的損傷または光学的損傷を抑制でき安定した光学特性を得ることができる。保護層51aとしては、例えば、SiO2、ZrO2、Ta2O5などの材料が用いられる。
図7(a)および図7(b)は、本実施形態に係るワイヤグリッド型偏光子10、30または50を用いた光ヘッド装置の構成を示す模式図である。図7(a)に示す、光ヘッド装置60aは、BD用の405nm波長帯の光、DVD用の660nm波長帯の光、CD用の785nm波長帯の光のうち、少なくとも1つを発射する半導体レーザ素子等の光源61から発射された光がワイヤグリッド型偏光子55を透過し、特定の偏光方向となった光が、偏光ビームスプリッタ63に入射する。ここで、光源61は、例えば660nm波長帯の光のみを発射する1波長レーザであってもよく、660nm波長帯の光と、785nm波長帯の光を発射する2波長レーザ、さらに405nm波長帯の光も発射する3波長レーザとしてもよい。また、光源61と、ワイヤグリッド型偏光子55と、を一体化した構造を有するものであってもよく、例えば、CANパッケージ内に実装するものであってもよい。
(実施例1〜実施例7)
本実施例では、第1の実施形態に係るワイヤグリッド型偏光子10について、入射する光のうち、P偏光の光に対して高い偏光透過率を得るとともに、S偏光の光に対して低い偏光透過率が得られるように設計する。まず、図1に示すワイヤグリッド型偏光子10における透光性基板11に相当する石英ガラス基板の一方の面に、Ta2O5とSiO2とを交互に積層した反射防止膜13を形成する。その後、反射防止膜13と対向する面にUV光硬化性樹脂を塗布し、スピンコーターによって均一な膜厚とする。
次に、実施例8として、実施例1と同様の方法で、石英ガラス面に、高さH=120nm、幅W=36nm、ピッチP=120nm(デューティ:W/P=0.3)となる、断面が三角形状のグリッド構造層11aを得る。そして、Alの膜厚T=30nmとして、蒸着角度θを30〜60[°]の範囲で変えて、得られたワイヤグリッド型偏光子に対して、波長405nmの光を入射したときの偏光透過率(Tp,Ts)、偏光分離能をシミュレーションした結果を、それぞれ、図10(a)、図10(b)に示す。
(実施例9)
本実施例では、実施例9として、第1の実施形態に係るワイヤグリッド型偏光子10について、入射する光のうち、P偏光の光に対して高い偏光透過率Tpを得るとともに、S偏光の光に対して、光を吸収することで低い偏光透過率Tsが得られるように設計する。入射するS偏光の光を吸収する吸収型のワイヤグリッド型偏光子10としては、金属部12としてGeをグリッド構造層11aに蒸着するところが実施例1〜実施例8とは異なるが、その他の基本的な構成、製造方法は同じである。
本実施例では、入射するS偏光の光を吸収する吸収型のワイヤグリッド型偏光子10の金属部12としてGeの代わりにa−Siをグリッド構造層11aに蒸着するところが実施例9とは異なるが、その他の基本的な構成、製造方法は同じである。具体的に、実施例10として、実施例1と同様の方法で、石英ガラス面に、高さH=120nm、幅W=36nm、ピッチP=120nm(デューティ:W/P=0.3)となる、断面が三角形状のグリッド構造層11aを得る。そして、a−Siの膜厚T=25nm、蒸着角度θを44°として、金属部12を形成し、ワイヤグリッド型偏光子を得る。
本実施例では、入射するS偏光の光を吸収する吸収型のワイヤグリッド型偏光子10の金属部12としてGeの代わりにMoをグリッド構造層11aに蒸着するところが実施例9とは異なるが、その他の基本的な構成、製造方法は同じである。具体的に、実施例11として、実施例1と同様の方法で、石英ガラス面に、高さH=120nm、幅W=36nm、ピッチP=120nm(デューティ:W/P=0.3)となる、断面が三角形状のグリッド構造層11aを得る。そして、Moの膜厚T=25nm、蒸着角度θを44°として、金属部12を形成し、ワイヤグリッド型偏光子を得る。
本実施例では、入射するS偏光の光を吸収する吸収型のワイヤグリッド型偏光子10の金属部12としてGeの代わりにOsをグリッド構造層11aに蒸着するところが実施例9とは異なるが、その他の基本的な構成、製造方法は同じである。具体的に、実施例12として、実施例1と同様の方法で、石英ガラス面に、高さH=120nm、幅W=36nm、ピッチP=120nm(デューティ:W/P=0.3)となる、断面が三角形状のグリッド構造層11aを得る。そして、Osの膜厚T=25nm、蒸着角度θを44°として、金属部12を形成し、ワイヤグリッド型偏光子を得る。
本実施例では、入射するS偏光の光を吸収する吸収型のワイヤグリッド型偏光子10の金属部12としてGeの代わりにPbSをグリッド構造層11aに蒸着するところが実施例9とは異なるが、その他の基本的な構成、製造方法は同じである。具体的に、実施例13として、実施例1と同様の方法で、石英ガラス面に、高さH=120nm、幅W=36nm、ピッチP=120nm(デューティ:W/P=0.3)となる、断面が三角形状のグリッド構造層11aを得る。そして、PbSの膜厚T=25nm、蒸着角度θを44°として、金属部12を形成し、ワイヤグリッド型偏光子を得る。
本実施例では、入射するS偏光の光を吸収する吸収型のワイヤグリッド型偏光子10の金属部12としてGeの代わりにSiGeをグリッド構造層11aに蒸着するところが実施例9とは異なるが、その他の基本的な構成、製造方法は同じである。なお、SiGeは、SiとGeの組成比が65:35の割合のものを用いる。具体的に、実施例14として、実施例1と同様の方法で、石英ガラス面に、高さH=120nm、幅W=36nm、ピッチP=120nm(デューティ:W/P=0.3)となる、断面が三角形状のグリッド構造層11aを得る。そして、SiGeの膜厚T=25nm、蒸着角度θを44°として、金属部12を形成し、ワイヤグリッド型偏光子を得る。
本実施例では、入射するS偏光の光を吸収する吸収型のワイヤグリッド型偏光子10の金属部12としてGeの代わりにWをグリッド構造層11aに蒸着するところが実施例9とは異なるが、その他の基本的な構成、製造方法は同じである。具体的に、実施例15として、実施例1と同様の方法で、石英ガラス面に、高さH=120nm、幅W=36nm、ピッチP=120nm(デューティ:W/P=0.3)となる、断面が三角形状のグリッド構造層11aを得る。そして、Wの膜厚T=25nm、蒸着角度θを44°として、金属部12を形成し、ワイヤグリッド型偏光子を得る。
本実施例では、実施例16として、第2の実施形態に係るワイヤグリッド型偏光子30について、入射する光のうち、P偏光の光に対して高い偏光透過率Tpを得るとともに、S偏光の光に対して低い偏光透過率Tsが得られるように設計する。入射するS偏光の光を反射する反射型のワイヤグリッド型偏光子30としては、透光性基板31を構成する、第1の光学材料部として石英ガラス基板を有し、第2の光学材料部として、硬化後の屈折率が1.5となる透明樹脂を用いる。
本実施例では、実施例17として、第3の実施形態に係るワイヤグリッド型偏光子50について、入射する光のうち、P偏光の光に対して高い偏光透過率Tpを得るとともに、S偏光の光に対して低い偏光透過率Tsが得られるように設計する。入射するS偏光の光を反射する反射型のワイヤグリッド型偏光子50としては、第1の光学材料部31aとして石英ガラス基板を有し、第2の光学材料部32bとして、硬化後の屈折率が1.5となる透明樹脂を用いる。
11、31、51 透光性基板
11a、31c グリッド構造層
12、32、52、202 金属部
13、33 反射防止膜
21 加工前の透光性基板
22、22a、41、41a (硬化性)樹脂
23、42 モールド金型
24 UV光
25 エッチングガス
31a 第1の光学材料部
31b 第2の光学材料部
51a 保護膜
60a、60b、70 光ヘッド装置
61、61a、61b、71a、71b 光源
62、72、75 ダイクロイックプリズム
63、73 偏光ビームスプリッタ
64 モニタ用光検出器
65、77a、77b 1/4波長板
66、78a、78b 対物レンズ
67、79a、79b光ディスク
68、80 光検出器
74 コリメータレンズ
76 反射ミラー
201 透明基板
Claims (13)
- 一方の平面に、1つの方向に一定の間隔で周期的に配置されるように延伸され、断面形状が三角形または台形の格子形状からなるグリッド構造層を有する透光性基板と、
前記グリッド構造層のうち1つの側面上に金属を含む金属部と、を有し、
前記透光性基板に入射する光を、前記グリッド構造層の格子の長手方向と平行する第1の直線偏光の光と、前記第1の直線偏光と直交する第2の直線偏光の光の成分に分け、前記第1の直線偏光の光の偏光透過率をTp、前記第2の直線偏光の光の偏光透過率をTsとするとき、前記第2の直線偏光の光を反射し、
可視光領域を含み長波長側の光に対して、Tp(1−Ts)が、0.94以上となるワイヤグリッド型偏光子。 - 前記透光性基板に、660nmの光および785nmの光が入射するとき、Tp(1−Ts)が、0.94以上となる請求項1に記載のワイヤグリッド型偏光子。
- 前記透光性基板に、405nmの光が入射するとき、Tp(1−Ts)が0.85以上となる請求項1または請求項2に記載のワイヤグリッド型偏光子。
- 前記金属部は、Alを主成分とする材料からなる請求項1〜3いずれか1項に記載のワイヤグリッド型偏光子。
- 前記透光性基板は、第1の光学材料部と、前記第1の光学材料部に前記グリッド構造層を有する第2の光学材料部が積層される構成を有する請求項1〜4いずれか1項に記載のワイヤグリッド型偏光子。
- 前記透光性基板は、前記第2の光学材料部の前記グリッド構造層上に保護膜が積層される構成を有する請求項5に記載のワイヤグリッド型偏光子。
- 一方の平面に、1つの方向に一定の間隔で周期的に配置されるように延伸され、断面形状が三角形または台形の格子形状からなるグリッド構造層を有する透光性基板と、
前記グリッド構造層のうち1つの側面上に金属を含む金属部と、を有し、
前記透光性基板に入射する光を、前記グリッド構造層の格子の長手方向と平行する第1の直線偏光の光と、前記第1の直線偏光と直交する第2の直線偏光の光の成分に分け、前記第1の直線偏光の光の偏光透過率をTp、前記第2の直線偏光の光の偏光透過率をTsとするとき、前記第2の直線偏光の光を吸収し、
可視光領域より短い波長の光に対して、Tp(1−Ts)が、0.85以上となるワイヤグリッド型偏光子。 - 前記透光性基板に、405nmの光が入射するとき、Tp(1−Ts)が、0.85以上となる請求項7に記載のワイヤグリッド型偏光子。
- 前記金属部は、Ge、a−Si、Mo、Os、PbS、SiGe、Wのうちいずれかの材料からなる請求項7または請求項8に記載のワイヤグリッド型偏光子。
- 前記透光性基板は、第1の光学材料部と、前記第1の光学材料部に前記グリッド構造層を有する第2の光学材料部が積層される構成を有する請求項7〜9いずれか1項に記載のワイヤグリッド型偏光子。
- 前記透光性基板は、前記第2の光学材料部の前記グリッド構造層上に保護膜が積層される構成を有する請求項10に記載のワイヤグリッド型偏光子。
- 光源と、
前記光源から発射する光を光ディスクに集光させる対物レンズと、
前記光源から発射する光を光ディスクの方向に導くとともに、前記光ディスクで反射された光を受光する光検出器の方向に偏向するビームスプリッタと、を備える光ヘッド装置において、
前記光源と前記ビームスプリッタとの間の光路中に請求項1〜11いずれか1項に記載のワイヤグリッド型偏光子が配置される光ヘッド装置。 - 光源と、
前記光源から発射する光を光ディスクに集光させる対物レンズと、
前記光源から発射する光を光ディスクの方向とモニタ用光検出器の方向と、に分岐するビームスプリッタと、
前記光ディスクから反射された光を受光する光検出器と、
前記モニタ用光検出器で検出した光の光量に応じて前記光源から発射される光の光量を制御する光量制御手段と、を備える光ヘッド装置において、
前記光源と前記ビームスプリッタとの間の光路中および/または、前記ビームスプリッタと前記モニタ用光検出器の光路中に請求項1〜11いずれか1項に記載のワイヤグリッド型偏光子が配置される光ヘッド装置。
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