JP3299382B2 - 偏光ビームスプリッタ及びこれを用いた光ヘッド装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、偏光ビームスプリッタ
及びこれを用いた光ヘッド装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば光磁気ディスク等の各種光
学装置にあっては、偏光方向によって回折効率を異なら
しめる偏光ビームスプリッタが備えられている。この偏
光ビームスプリッタに関しては種々の提案がなされてお
り、例えば特開昭６３−２６６０４号公報、特開昭６３
−３１４５０２号公報等に記載されている。

【０００３】特開昭６３−２６６０４号公報記載の偏光
ビームスプリッタは、複屈折媒体に形成した表面凹凸格
子の少なくとも凹部を、複屈折媒体の常光屈折率または
異常光屈折率とほぼ等しい屈折率の物質で充填し、常光
または異常光を回折させるというものであり、また特開
昭６３−３１４５０２号公報記載の偏光ビームスプリッ
タは、ニオブ酸リチウム結晶板の主面に周期を有するイ
オン交換領域の光学的回折格子を形成し、且つこの回折
格子を透過する常光成分が、イオン交換を施した領域と
イオン交換を施さない領域との間で受ける位相変化を相
殺する手段を設け、異常光を回折させるというものであ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記何
れの偏光ビームスプリッタにあっても、以下の問題があ
る。すなわち、両者共に、複屈折材料を基板として用い
ているが、この複屈折材料は高価であるので、偏光ビー
ムスプリッタが高価になってしまうと共に、これらを用
いた例えば光ヘッド装置も高価になってしまうといった
問題がある。

【０００５】そこで本発明は、低コスト化が図られる偏
光ビームスプリッタ及びこれを用いた光ヘッド装置を提
供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の偏光ビームス
プリッタは、上記目的を達成するために、表面に凹凸状
の周期格子が形成された光学的等方性基板と、この光学
的等方性基板の前記凹凸部のうちの凸部上に形成された
複屈折材料層と、を具備し、上記凹部と凸部の間の常光
の位相差と異常光の位相差のうち何れか一方がπの偶数
倍、となり、かつ上記常光・異常光のうちの一方を回折
させ他方は回折させないように、前記凸部上の複屈折材
料層の厚みｄ２、及び前記基板の凹部深さｄ１を設定し
てなる。

【０００７】請求項２の偏光ビームスプリッタは、上記
目的を達成するために、表面に凹凸状の周期格子が形成
された光学的等方性基板と、この光学的等方性基板の前
記凸部上及び凹部上に、互いに等しくない厚さｄ２及び
ｄ３でそれぞれ形成された複屈折材料層と、を具備し、
上記凹部と凸部の間の常光の位相差と異常光の位相差の
うち何れか一方がπの偶数倍、となり、かつ上記常光・
異常光のうちの一方を回折させ他方は回折させないよう
に、前記凸部及び凹部上の各複屈折材料層の厚みｄ２，
ｄ３及び前記基板の凹部深さｄ１を設定してなる。

【０００８】請求項３の偏光ビームスプリッタは、上記
目的を達成するために、請求項１又は２記載の偏光ビー
ムスプリッタにおいて、表裏面の少なくとも一方の面
に、反射防止膜を具備した。

【０００９】請求項４の偏光ビームスプリッタは、上記
目的を達成するために、請求項１又は２記載の偏光ビー
ムスプリッタにおいて、前記凹部には充填材が充填され
てなる。

【００１０】請求項５の偏光ビームスプリッタは、上記
目的を達成するために、表面に凹凸状の周期格子が形成
された光学的等方性基板と、この光学的等方性基板の前
記凹凸部のうちの凸部上に形成された複屈折材料層と、
を具備し、上記凹部に、光学的等方性物質を充填してな
る偏光ビームスプリッタであって、該光学的等方性物質
の屈折率（ｎｃ）と、該複屈折材料の常光屈折率（ｎ
ｏ）、異常光屈折率（ｎｅ）との間に、以下の式に示す
関係がある。 ｎｃ＝ｎｏ＋ｍ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｍ＝±１，±２，±３…） ＝ｎｅ＋ｌ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｌ＝±１，±２，±３…）

【００１１】請求項６の偏光ビームスプリッタは、上記
目的を達成するために、表面に凹凸状の周期格子が形成
された光学的等方性基板と、この光学的等方性基板の前
記凸部上及び凹部上に、互いに等しくない厚さｄ２及び
ｄ３でそれぞれ形成された複屈折材料層と、を具備し、
上記凹部に、光学的等方性物質を充填してなる偏光ビー
ムスプリッタであって、該光学的等方性物質の屈折率
（ｎｃ）と、該複屈折材料の常光屈折率（ｎｏ）、異常
光屈折率（ｎｅ）との間に、以下の式に示す関係がある
ことを特徴とする偏光ビームスプリッタ。 ｎｃ＝ｎｏ＋ｍ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｍ＝±１，±２，±３…） ＝ｎｅ＋ｌ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｌ＝±１，±２，±３…）

【００１２】請求項７の光ヘッド装置は、上記目的を達
成するために、光源と、対物レンズと、該光源から情報
記録媒体へ向かう光束と前記情報記録媒体により反射さ
れた光束とを分離する光束分離手段と、反射光束を受光
する光検出器と、を備えた光ヘッド装置において、請求
項又は２又は５又は６記載の偏光ビームスプリッタを、
光束分離手段と光検出器との間の光路中に配置してな
る。

【００１３】請求項８の光ヘッド装置は、上記目的を達
成するために、請求項７に加えて、偏光ビームスプリッ
タの複屈折材料の光学軸を、情報記録媒体の反射光の偏
光方向に対して略４５°に設定してなる。

【００１４】請求項９の光ヘッド装置は、上記目的を達
成するために、光源と、対物レンズと、λ／４板と、情
報記録媒体から反射された光束を受光する光検出器と、
を備えた光ヘッド装置において、請求項１又は２又は５
又は６記載の偏光ビームスプリッタを、光源から光検出
器までの光路中に配置し、該偏光ビームスプリッタにお
ける光源から入射する光の凹凸に対する位相差が、πの
偶数倍となるように、光源からの光束を該偏光ビームス
プリッタに入射させてなる。

【００１５】

【作用】このような請求項１乃至６における偏光ビーム
スプリッタによれば、基板として光学的等方性基板を用
いており、該光学的等方性基板は複屈折材料よりなる基
板に比して安価である。従って、これを用いた請求項７
乃至９における光ヘッド装置も安価となる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の参考例及び実施例を図面に基
づいて説明する。図１は本発明の第１参考例を示す偏光
ビームスプリッタの縦断面図である。

【００１７】同図において、符号１１は、例えば屈折率
ｎｓ＝１．５１のソーダガラスよりなる光学的等方性基
板を示しており、このガラス基板１１表面には、複屈折
材料層として、例えば水晶３２が形成されている。この
水晶３２には凹凸による周期的な格子が形成されてお
り、該水晶３２の凹部の底面はガラス基板１１表面に達
するまで掘下げられている。この水晶３２の常光に対す
る屈折率ｎｏは１．５２、異常光に対する屈折率ｎｅは
１．４８となっており、水晶３２の凹部、すなわち水晶
３２の凸部側面とガラス基板１１表面により囲まれる領
域には、上記水晶３２の異常光に対する屈折率ｎｅに等
しい屈折率ｎｃ＝１．４８の、例えばアクリル樹脂１３
が充填されている。

【００１８】従って、異常光に対しては屈折率差がない
ために回折光を生じないが、常光に対しては屈折率差が
０．０４の位相格子として作用し回折光を生じる。

【００１９】このように、第１参考例においては、光学
的等方性基板としてのガラス基板１１上に複屈折材料層
としての水晶３２を形成すると共に、この水晶３２に凹
凸状の周期格子を形成し、該水晶３２の凹部に、水晶３
２の異常光屈折率に等しい屈折率の物質としてアクリル
樹脂１３を充填するようにしたので、上述のように、偏
光ビームスプリッタとして機能させることができるよう
になっている。ここで、光学的等方性基板１１は複屈折
材料よりなる基板に比して安価であり、従って偏光ビー
ムスプリッタを低コスト化することが可能となってい
る。

【００２０】図２は本発明の第２参考例を示す偏光ビー
ムスプリッタの縦断面図である。この第２参考例の偏光
ビームスプリッタが第１参考例のそれと違う点は、水晶
３２の凹部の底面をガラス基板１１表面に達するまで掘
下げずに所定厚残し、この残された部分３２ａの表面及
び両隣の水晶３２の凸部側面により囲まれる領域に、上
記第１参考例と同様なアクリル樹脂１３を充填した点で
ある。

【００２１】このように構成しても、第１参考例と同様
な作用・効果を奏するというのはいうまでもない。

【００２２】なお、第１、第２参考例においては、水晶
３２の凹部に、該水晶３２の異常光に対する屈折率ｎｅ
に等しい屈折率ｎｃ＝１．４８のアクリル樹脂１３を充
填するようにしているが、常光に対する屈折率ｎｏに等
しい屈折率ｎｃ＝１．５２の物質を充填するようにして
も良い。この場合には、異常光に対しては屈折率差が
０．０４の位相格子として作用し回折光を生じるが、常
光に対しては屈折率差がないために回折光を生じない。

【００２３】因に、図３に示されるように、表面に凹凸
状の周期格子が形成された光学的等方性基板１と、この
光学的等方性基板１の凸部上に形成された複屈折材料層
２と、を具備し、光学的等方性基板１の凹凸部及び複屈
折材料層２により形成される溝内に、複屈折材料の常光
屈折率または異常光屈折率の何れか一方に等しい屈折率
の物質を充填するようにした偏光ビームスプリッタにあ
っても、後述の１０及び８または９式を満足するよう
に、複屈折材料層２の厚み及び基板１の凹部１ｂ深さを
設定すれば、上記第１、第２参考例と同様に、常光また
は異常光の何れか一方のみを回折させることができる
（詳しくは第１実施例参照）。

【００２４】図３は本発明の第１実施例を示す偏光ビー
ムスプリッタの縦断面図である。同図において、符号１
は、例えばガラス材よりなる光学的等方性基板を示して
おり、このガラス基板１表面には凹凸による周期的な格
子が形成されている。このガラス基板１表面の凸部１ａ
上には、複屈折材料膜として、例えばニオブ酸リチウム
膜２が形成されている。

【００２５】ここで、ガラス基板１の厚さをｔ、ガラス
基板１の凹部１ｂの溝深さをｄ１、ニオブ酸リチウム膜
２の厚さをｄ２、ガラス基板１の屈折率をｎｓ、ニオブ
酸リチウム膜２の常光に対する屈折率をｎｏ、ニオブ酸
リチウム膜２の異常光に対する屈折率をｎｅ、ガラス基
板１の凹凸部及びニオブ酸リチウム膜２により形成され
る溝内の屈折率をｎｃ、光の波長をλとし、ｋ＝２π／
λとすると、ニオブ酸リチウム膜２が形成された偏光ビ
ームスプリッタを通過する（図３におけるＡの領域を通
過する）常光の位相は、 ｛ｎｓ・ｔ＋ｎｏ・ｄ２｝ｋ …１式 ニオブ酸リチウム膜２が形成されていない偏光ビームス
プリッタを通過する（図３におけるＢの領域を通過す
る）常光の位相は、 ｛ｎｓ（ｔ−ｄ１）＋ｎｃ（ｄ１＋ｄ２）｝ｋ …２式 従って、常光の位相差ＯＰＤ（ｏ）は、１式−２式よ
り、 ＯＰＤ（ｏ）＝｛（ｎｓ−ｎｃ）ｄ１＋（ｎｏ−ｎｃ）ｄ２｝ｋ …３式

【００２６】一方、Ａの領域を通過する異常光の位相
は、 ｛ｎｓ・ｔ＋ｎｅ・ｄ２｝ｋ …４式 Ｂの領域を通過する異常光の位相は、上記２式と同じ、
従って、異常光の位相差ＯＰＤ（ｅ）は、４式−２式よ
り、 ＯＰＤ（ｅ）＝｛（ｎｓ−ｎｃ）ｄ１＋（ｎｅ−ｎｃ）ｄ２｝ｋ …５式 因みに、ガラス基板１の凹凸部及びニオブ酸リチウム膜
２により形成される溝内には空気が充填されていると考
えて、ｎｃ＝１となる。

【００２７】ここで、異常光が回折しないようにするた
めには、上記３式と５式のうち５式がπの偶数倍となる
ようにすれば良い。すなわち、 ＯＰＤ（ｅ）＝｛（ｎｓ−ｎｃ）ｄ１＋（ｎｅ−ｎｃ）ｄ２｝ｋ ＝２ｐπ、（ｐ＝０，±１，±２…） …６式 また、常光が回折しないようにするためには、上記３式
と５式のうち３式がπの偶数倍となるようにすれば良
い。すなわち、 ＯＰＤ（ｏ）＝｛（ｎｓ−ｎｃ）ｄ１＋（ｎｏ−ｎｃ）ｄ２｝ｋ ＝２ｐπ、（ｐ＝０，±１，±２…） …７式

【００２８】ところで、これら２条件下では、ｄ１及び
ｄ２の設定によっては、常光・異常光のうち回折させる
光の中にも、回折しない光量が存在する場合がある。本
発明の偏光ビームスプリッタは、例えば光ディスク装置
のピックアップの中に用いることができるが、このよう
な用途にあっては、常光・異常光のうち一方は全て回折
させ、他方は全く回折しないようにすることが望まし
い。このような目的のためには、６式に加えて、 ＯＰＤ（ｏ）＝｛（ｎｓ−ｎｃ）ｄ１＋（ｎｏ−ｎｃ）ｄ２｝ｋ ＝（２ｑ＋１）π、（ｑ＝０，±１，±２…） …８式 或は、７式に加えて、 ＯＰＤ（ｅ）＝｛（ｎｓ−ｎｃ）ｄ１＋（ｎｅ−ｎｃ）ｄ２｝ｋ ＝（２ｑ＋１）π、（ｑ＝０，±１，±２…） …９式 とすれば良い。この時、ニオブ酸リチウム膜２の厚さｄ
２を決めるためには、（６−８）式及び（７−９）式よ
り、 ［ＯＰＤ（ｏ）−ＯＰＤ（ｅ）］＝（ｎｏ−ｎｅ）ｄ２・ｋ ＝（２ｊ＋１）π、（ｊ＝０，±１，±２） …１０式 が成り立つように、ｄ２を決めれば良い。

【００２９】６式または７式を満足するように、ニオブ
酸リチウム膜２の膜厚ｄ２、ガラス基板１の溝深さｄ１
を設定すれば、上記偏光ビームスプリッタは回折格子と
して機能し、常光または異常光の何れか一方のみを回折
させないようにすることができる。

【００３０】このように、第１実施例においては、表面
に凹凸状の周期格子が形成された光学的等方性基板とし
てのガラス基板１と、このガラス基板１の凸部１ａ上に
形成された複屈折材料層としてのニオブ酸リチウム膜２
と、を具備するようにし、凹部（Ｂの領域）と凸部（Ａ
の領域）の間の常光の位相差ＯＰＤ（ｏ）または異常光
の位相差ＯＰＤ（ｅ）がπの偶数倍、となるように、ニ
オブ酸リチウム膜２の厚みｄ２及び基板１の凹部深さｄ
１を設定するようにしたので、上述のように、偏光ビー
ムスプリッタとして機能させることができるようになっ
ている。ここで、光学的等方性基板１は複屈折材料より
なる基板に比して安価であり、従って偏光ビームスプリ
ッタを低コスト化することが可能となっている。

【００３１】図４は本発明の第２実施例を示す偏光ビー
ムスプリッタの縦断面図である。この第２実施例の偏光
ビームスプリッタが第１実施例のそれと違う点は、ガラ
ス基板１における所定深さｄ１を有する凹部１ｂ上に、
厚さｄ３の、例えばニオブ酸リチウム膜１２を新たに形
成した点である。

【００３２】ここで、図４におけるＡの領域を通過する
常光の位相は、 ｛ｎｓ・ｔ＋ｎｏ・ｄ２｝ｋ …１式と同じ 図４におけるＢの領域を通過する常光の位相は、 ｛ｎｓ（ｔ−ｄ１）＋ｎｏ・ｄ３＋ｎｃ（ｄ１＋ｄ２−ｄ３）｝ｋ…１１式 従って、常光の位相差ＯＰＤ（ｏ）は、１式−１１式よ
り、 ＯＰＤ（ｏ） ＝｛（ｄ２−ｄ３）ｎｏ＋ｎｓ・ｄ１−ｎｃ（ｄ１＋ｄ２−ｄ３）｝ｋ …１２式

【００３３】一方、Ａの領域を通過する異常光の位相
は、 ｛ｎｓ・ｔ＋ｎｅ・ｄ２｝ｋ …４式と同じ Ｂの領域を通過する異常光の位相は、 ｛ｎｓ（ｔ−ｄ１）＋ｎｅ・ｄ３＋ｎｃ（ｄ１＋ｄ２−ｄ３）｝ｋ…１３式 従って、異常光の位相差ＯＰＤ（ｅ）は、４式−１３式
より、 ＯＰＤ（ｅ） ＝｛（ｄ２−ｄ３）ｎｅ＋ｎｓ・ｄ１−ｎｃ（ｄ１＋ｄ２−ｄ３）｝ｋ …１４式 因みに、ｎｃ＝１。

【００３４】ここで、異常光が回折しないようにするた
めには、上記１２式と１４式のうち１４式がπの偶数倍
となるようにすれば良い。すなわち、 ＯＰＤ（ｅ） ＝｛（ｄ２−ｄ３）ｎｅ＋ｎｓ・ｄ１−ｎｃ（ｄ１＋ｄ２−ｄ３）｝ｋ ＝２ｐπ、（ｐ＝０，±１，±２…） …１５式 また、常光が回折しないようにするためには、上記１２
式と１４式のうち１２式がπの偶数倍となるようにすれ
ば良い。すなわち、 ＯＰＤ（ｏ） ＝｛（ｄ２−ｄ３）ｎｏ＋ｎｓ・ｄ１−ｎｃ（ｄ１＋ｄ２−ｄ３）｝ｋ ＝２ｐπ、（ｐ＝０，±１，±２…） …１６式

【００３５】ところで、これら２条件下では、ｄ１及び
ｄ２並びにｄ３の設定によっては、常光・異常光のうち
回折させる光の中にも、回折しない光量が存在する場合
がある。本発明の偏光ビームスプリッタは、例えば光デ
ィスク装置のピックアップの中に用いることができる
が、このような用途にあっては、常光・異常光のうち一
方は全て回折させ、他方は全く回折しないようにするこ
とが望ましい。このような目的のためには、１５式に加
えて、 ＯＰＤ（ｏ） ＝｛（ｄ２−ｄ３）ｎｏ＋ｎｓ・ｄ１−ｎｃ（ｄ１＋ｄ２−ｄ３）｝ｋ ＝（２ｑ＋１）π、（ｑ＝０，±１，±２…） …１７式 或は、１６式に加えて、 ＯＰＤ（ｅ） ＝｛（ｄ２−ｄ３）ｎｅ＋ｎｓ・ｄ１−ｎｃ（ｄ１＋ｄ２−ｄ３）｝ｋ ＝（２ｑ＋１）π、（ｑ＝０，±１，±２…） …１８式 とすれば良い。この時、ニオブ酸リチウム膜２，１２の
厚さｄ２，ｄ３を決めるためには、（１５−１７）式及
び（１６−１８）式より、 ［ＯＰＤ（ｏ）−ＯＰＤ（ｅ）］＝（ｎｏ−ｎｅ）・（ｄ２−ｄ３）ｋ ＝（２ｊ＋１）π、（ｊ＝０，±１，±２） …１９式 が成り立つように、ｄ２、ｄ３を決めれば良い。

【００３６】１５式または１６式を満足するように、ニ
オブ酸リチウム膜２，１２の膜厚ｄ２，ｄ３、ガラス基
板１の溝深さｄ１を設定すれば、上記偏光ビームスプリ
ッタは回折格子として機能し、常光または異常光の何れ
か一方のみを回折させないようにすることができる。な
お、ｄ２＝ｄ３とすると、１９式が０となってしまうの
で、この条件は除外される。

【００３７】このように構成しても、第１実施例と同様
な効果を得ることができるというのはいうまでもない。
また、凹部、凸部それぞれの複屈折材料が異なっていて
も良い。この場合もこれまでと同様に計算できる。

【００３８】図５は本発明の第３参考例を示す偏光ビー
ムスプリッタの縦断面図である。この第３参考例の偏光
ビームスプリッタが第１、第２実施例のそれと違う点
は、平坦なガラス基板１上に、凹凸状のニオブ酸リチウ
ム膜２，２２を形成した点である。

【００３９】この第３参考例にあっても、上記第１、第
２実施例と同様の要領で計算を行うと、 ＯＰＤ（ｏ）＝（ｄ２−ｄ３）・（ｎｏ−ｎｃ）・ｋ …２０式 ＯＰＤ（ｅ）＝（ｄ２−ｄ３）・（ｎｅ−ｎｃ）・ｋ …２１式 となる。因みに、ｎｃ＝１。

【００４０】従って、常光を回折させないためには、 ＯＰＤ（ｏ）＝（ｄ２−ｄ３）・（ｎｏ−ｎｅ）・ｋ ＝２ｑπ、（ｑ＝０，１，２…） …２２式 また、異常光を回折させないためには、 ＯＰＤ（ｅ）＝（ｄ２−ｄ３）・（ｎｅ−ｎｃ）・ｋ ＝２ｑπ、（ｑ＝０，１，２…） …２３式

【００４１】２２式または２３式を満足するように、ニ
オブ酸リチウム膜２の膜厚ｄ２、ニオブ酸リチウム膜２
２の膜厚ｄ３を設定すれば、偏光ビームスプリッタとし
て、常光または異常光の何れか一方のみを回折させない
ようにすることができる。

【００４２】このように構成しても、先の第１、第２実
施例と同様な効果を得ることができるというのはいうま
でもない。なお、図５における偏光ビームスプリッタの
ニオブ酸リチウム膜２２の厚みｄ３を０にするように構
成することも可能である。

【００４３】図６は本発明の第４参考例を示す偏光ビー
ムスプリッタの縦断面図である。この第４参考例の偏光
ビームスプリッタが第１実施例のそれと違う点は、ガラ
ス基板１裏面に凹部１ｂを形成した点、すなわちガラス
基板１をニオブ酸リチウム膜２に対して図３における上
下を逆にして配置した点である。

【００４４】このように構成しても、第１実施例と同様
な作用・効果を奏するというのはいうまでもない。

【００４５】図７は本発明の第３実施例を示す偏光ビー
ムスプリッタの縦断面図である。この第３実施例の偏光
ビームスプリッタにあっては、図３に示される第１実施
例の偏光ビームスプリッタにおける、ガラス基板１の凹
凸部及びニオブ酸リチウム膜２により形成される溝内
に、空気ではなく屈折率ｎｃの等方性材料２０が充填さ
れている。

【００４６】この等方性材料２０の屈折率ｎｃは、第１
の実施例において説明した通り問われるものではなく、
種々のものを適用できる。そして、第１実施例と同様な
作用・効果を奏するというのはいうまでもない。

【００４７】図８は本発明の第５参考例を示す偏光ビー
ムスプリッタの縦断面図である。この第５参考例の偏光
ビームスプリッタが第３実施例のそれと違う点は、ガラ
ス基板１の凹凸部及びニオブ酸リチウム膜２により形成
される溝内及びニオブ酸リチウム膜２の表面を、空気で
はなく屈折率ｎｃの等方性材料２０で充填した点であ
る。

【００４８】このように構成しても、第３実施例と同様
な効果を得ることができるというのはいうまでもない。

【００４９】なお、第３実施例及び第５参考例の屈折率
ｎｃの等方性材料２０を、第２実施例乃至第４参考例の
偏光ビームスプリッタにおける溝内に充填することも勿
論可能である。

【００５０】また、上記第１実施例乃至第５参考例で説
明した偏光ビームスプリッタの表裏面の少なくとも何れ
か一方に反射防止膜を設け、回折効率の向上を図ること
もできる。

【００５１】図９は本発明の第６参考例を示す偏光ビー
ムスプリッタを用いた光ヘッド装置の各斜視図である。
この第６参考例の偏光ビームスプリッタとしては、第１
実施例乃至第５参考例で説明した偏光ビームスプリッタ
（後述の第７、８参考例の偏光ビームスプリッタも可）
が用いられており、この偏光ビームスプリッタは、例え
ば光ピックアップ装置の差動検出に用いられている。

【００５２】ここで、図９（ａ）に示される光ヘッド装
置は、光源５３と、光源５３からの光束を情報記録媒体
５０上に集光させる対物レンズ５１と、該光源５３から
情報記録媒体５０へ向かう光束と情報記録媒体５０によ
り反射された光束とを分離する光束分離手段５２と、反
射光束を受光する分割された多数の受光部を有する光検
出器５４と、を備えており、光束分離手段５２と光検出
器５４との間の光路中に、上記偏光ビームスプリッタが
配設されている。そして、該偏光ビームスプリッタの複
屈折材料の光学軸Ｘは、情報記録媒体５０の反射光の偏
光方向Ｙに対して略４５°に設定されており、従って情
報記録媒体３０からの反射光の回折光と０次光をそれぞ
れ光検出器５４にて受光し、差動検出することができる
ようになっている。

【００５３】図９（ｂ）に示される光ヘッド装置は、光
源５３と、光源５３からの光束を情報記録媒体５０上に
集光させる対物レンズ５１と、λ／４板５５と、情報記
録媒体５０から反射された光束を受光する光検出器５
４，５４と、を備えており、上記偏光ビームスプリッタ
は、光源５３から光検出器５４，５４までの光路中に配
置されており、且つ該偏光ビームスプリッタにおける光
源５３から入射する光の凹凸に対する位相差が、πの偶
数倍となるように、光源５３からの光束を該偏光ビーム
スプリッタに入射させている。すなわち、往路は位相差
がπの偶数倍であるために透過し、復路はπの奇数倍と
なるので光束を全て回折して光ヘッド装置５４，５４に
て受光できるようになっている。

【００５４】このように、本第６参考例の光ヘッド装置
にあっては、上述の安価なる偏光ビームスプリッタを用
いているので、この偏光ビームスプリッタを用いた光ヘ
ッド装置も安価となっている。

【００５５】図１０は本発明の第７参考例を示す偏光ビ
ームスプリッタの縦断面図である。同図において、符号
１は、例えばガラス材よりなる光学的等方性基板を示し
ており、このガラス基板１表面には、複屈折材料層とし
て、例えばニオブ酸リチウム膜２が形成されている。こ
のニオブ酸リチウム膜２には凹凸による周期的な格子が
形成されており、該ニオブ酸リチウム膜２の凹部の底面
はガラス基板１表面に達するまで掘下げられている。ニ
オブ酸リチウム膜２の凹部、すなわちニオブ酸リチウム
膜２の凸部側面とガラス基板１表面により囲まれる領域
には、充填物質（但し、常光屈折率ｎｏまたは異常光屈
折率ｎｅに略等しい屈折率を有する物質を除く）４０が
充填されており、該充填物質４０の屈折率（ｎｃ）と、
該ニオブ酸リチウム膜２の常光屈折率（ｎｏ）、異常光
屈折率（ｎｅ）との間に、以下の式に示す関係が成り立
っている。 ｎｃ＝ｎｏ＋ｍ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｍ＝±１，±２，±３…） ＝ｎｅ＋ｌ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｌ＝±１，±２，±３…） そして、本参考例においては、充填物質４０としてソー
ダガラスが充填されている。

【００５６】ここで、ガラス基板１の厚さをｔ、ニオブ
酸リチウム膜２の厚さをｄ２、ガラス基板１の屈折率を
ｎｓ、ニオブ酸リチウム膜２の常光に対する屈折率をｎ
ｏ、ニオブ酸リチウム膜２の異常光に対する屈折率をｎ
ｅ、ソーダガラス４０の屈折率をｎｃ、光の波長をλ、
ｋ＝λ／２π、とすると、Ａの領域を通過する常光の位
相は、 ｛ｎｓ・ｔ＋ｎｏ・ｄ２｝・ｋ …２４式 Ｂの領域を通過する常光の位相は、 ｛ｎｓ・ｔ＋ｎｃ・ｄ２｝・ｋ …２５式 従って、常光のＡ，Ｂの位相差ＯＰＤ（ｏ）は、２４式
−２５式より、 ＯＰＤ（ｏ）＝（ｎｏ−ｎｃ）・ｄ２・ｋ …２６式

【００５７】一方、Ａの領域を通過する異常光の位相
は、 ｛ｎｓ・ｔ＋ｎｅ・ｄ２｝・ｋ …２７式 Ｂの領域を通過する異常光の位相は、上記２５式と同
じ、従って、異常光のＡ，Ｂの位相差ＯＰＤ（ｅ）は、
２７式−２５式より、 ＯＰＤ（ｅ）＝（ｎｅ−ｎｃ）・ｄ２・ｋ …２８式

【００５８】 ここで、ｎｃ＝ｎｏ＋ｍ（ｎｏ−ｎｅ）、（但しｍは整数） 並びに、ｎｃ＝ｎｅ＋ｌ（ｎｏ−ｎｅ）、（但しｌは整数） となっていて、具体的には、ニオブ酸リチウムのｎｏ＝
２．２８６、ｎｅ＝２．２０、ソーダガラスのｎｃ＝
１．５１であり、上記ｍ＝−９、ｌ＝−８となってい
る。さて、ここで、常光の位相差は、 ＯＰＤ（ｏ）＝−ｍ（ｎｏ−ｎｅ）・ｄ２・ｋ 異常光の位相差は、 ＯＰＤ（ｅ）＝−ｌ（ｎｏ−ｎｅ）・ｄ２・ｋ、とな
り、 どちらかのみ回折させないためには、 ＯＰＤ（ｏ）＝−ｍ（ｎｏ−ｎｅ）・ｄ２・ｋ ＝２ｐπ、（ｐ＝±１，±２，±３…） 或は、 ＯＰＤ（ｅ）＝−ｌ（ｎｏ−ｎｅ）・ｄ２・ｋ ＝２ｐπ、（ｐ＝±１，±２，±３…） となるように、ｄ２を決めれば良い。また、この参考例
にあっても、常光・異常光のうち一方は回折させず、他
方は全て回折させるようにすることが望ましく、この場
合には、さらにＯＰＤ（ｏ）とＯＰＤ（ｅ）との差がπ
の奇数倍であるという条件が加わり、 ＯＰＤ（ｏ）−ＯＰＤ（ｅ）＝（ｌ−ｍ）（ｎｏ−ｎｅ）・ｄ２・ｋ ＝（２ｉ＋１）π、（ｉ＝０，±１，±２…） となる。ここで、ｎｃの２つの式の差をとると、 ｎｏ−ｎｅ＋（ｍ−ｌ）（ｎｏ−ｎｅ）＝０より ｌ−ｍ＝１であるから、 ｄ２＝π（２ｉ＋１）／［ｋ・｜ｎｏ−ｎｅ｜］ ＝（λ／２）（２ｉ＋１）／｜ｎｏ−ｎｅ｜と決まる。

【００５９】このように、第７参考例においては、光学
的等方性基板としてのガラス基板１上に複屈折材料層と
してのニオブ酸リチウム膜２を形成すると共に、このニ
オブ酸リチウム膜２に凹凸状の周期格子を形成し、該ニ
オブ酸リチウム膜２の凹部に、充填物質（但し、常光屈
折率ｎｏまたは異常光屈折率ｎｅに略等しい屈折率を有
する物質を除く）としてソーダガラス４０を充填し、該
ソーダガラス４０の屈折率（ｎｃ）と、該ニオブ酸リチ
ウム膜２の常光屈折率（ｎｏ）、異常光屈折率（ｎｅ）
との間に、以下の式に示す関係が成り立つようにしたの
で、 ｎｃ＝ｎｏ＋ｍ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｍ＝±１，±２，±３…） ＝ｎｅ＋ｌ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｌ＝±１，±２，±３…） 上述のように、偏光ビームスプリッタとして機能させる
ことができるようになっている。ここで、光学的等方性
基板１は複屈折材料よりなる基板に比して安価であり、
従って、偏光ビームスプリッタを低コスト化することが
可能となっている。

【００６０】図１１は本発明の第８参考例を示す偏光ビ
ームスプリッタの縦断面図である。この第８参考例の偏
光ビームスプリッタが第７参考例のそれと違う点は、ニ
オブ酸リチウム膜２の凹部の底面をガラス基板１表面に
達するまで掘下げずに所定厚残し、この残された部分２
２の表面及び両隣のニオブ酸リチウム膜２の凸部側面に
より囲まれる領域に、上記第７参考例と同様な充填物質
４０を充填した点である。

【００６１】このように構成しても、第７参考例と同様
にして計算を行うと、ＯＰＤ（ｏ）またはＯＰＤ（ｅ）
の何れか一方をπの偶数倍とすることができ、常光また
は異常光の何れか一方は回折せず、他方は回折すること
になり、第７参考例と同様な作用・効果を奏することに
なる。

【００６２】因に、図３に示されるように、表面に凹凸
状の周期格子が形成された光学的等方性基板１と、この
光学的等方性基板１の凸部上に形成された複屈折材料層
２と、を具備し、光学的等方性基板１の凹凸部及び複屈
折材料層２により形成される溝内に、充填物質（但し、
常光屈折率ｎｏまたは異常光屈折率ｎｅに略等しい屈折
率を有する物質を除く）としてソーダガラス４０を充填
し、該ソーダガラス４０の屈折率（ｎｃ）と、該複屈折
材料層２の常光屈折率（ｎｏ）、異常光屈折率（ｎｅ）
との間に、以下の式に示す関係が成り立つようにした偏
光ビームスプリッタにあっても、 ｎｃ＝ｎｏ＋ｍ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｍ＝±１，±２，±３…） ＝ｎｅ＋ｌ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｌ＝±１，±２，±３…） 前述の１０式及び８または９式を満足するように、複屈
折材料層２の厚み及び基板１の凹部１ｂ深さを設定すれ
ば、先の実施例又は参考例と同様な作用・効果を奏す
る。

【００６３】図１２は本発明の第９参考例を示す偏光ビ
ームスプリッタの縦断面図である。この図１２（ａ）に
示される偏光ビームスプリッタが先の第７参考例のそれ
と違う点は、ニオブ酸リチウム２に代えて水晶３２を、
充填物質４０としてのソーダガラスに代えて空気を充填
した点である。

【００６４】先の実施例又は参考例でも示したように、
水晶のｎｏ＝１．５２、ｎｅ＝１．４８であり、 ｎｃ＝ｎｏ＋ｍ（ｎｏ−ｎｅ）、（但しｍは整数）とし
て空気を選んだ。すなわち、 ｎｃ＝１．０＝１．５２−１３（１．５２−１．４８） 従って、複屈折膜の凹部に改めて物質を充填するまでも
なく、空気が充填されるので、第７参考例と同様な作用
・効果を奏する。

【００６５】また、図１２（ｂ）に示されるように、第
４実施例と同様な構造、すなわち凹部に空気を充填して
も、同様な効果を得ることができるというのはいうまで
もない。

【００６６】さらに、本実施例は水晶に限定されるもの
ではなく、例えば方解石ｎｏ＝１．６４、ｎｅ＝１．４
８を用いても、 ｎｃ＝１．０＝１．６４−４（１．６４−１．４８）と
なり、空気を充填物とすることが可能である。

【００６７】ここで、上記各実施例又は参考例において
は、等方性基板上に直接複屈折膜が形成されている例を
示しているが、該基板と複屈折膜との間に接着層を介在
させても、同様な効果を得ることができる。また、上記
実施例又は参考例にあっては、複屈折膜として水晶及び
ニオブ酸リチウム等を示したが、複屈折材料としては勿
論これらに限定されるものではない。

【００６８】以上本発明者によってなされた発明を実施
例又は参考例に基づき具体的に説明したが、本発明は上
記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲で種々変形可能であるというのはいうまでもな
い。

【００６９】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１乃至６の偏
光ビームスプリッタによれば、基板として光学的等方性
基板を用いており、該光学的等方性基板は複屈折材料よ
りなる基板に比して安価であるので、偏光ビームスプリ
ッタの低コスト化を図ることが可能となる。また、これ
を用いた請求項７乃至９における光ヘッド装置も安価と
なり、同様に装置の低コスト化を図ることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１参考例を示す偏光ビームスプリッ
タの縦断面図である。

【図２】本発明の第２参考例を示す偏光ビームスプリッ
タの縦断面図である。

【図３】本発明の第１実施例を示す偏光ビームスプリッ
タの縦断面図である。

【図４】本発明の第２実施例を示す偏光ビームスプリッ
タの縦断面図である。

【図５】本発明の第３参考例を示す偏光ビームスプリッ
タの縦断面図である。

【図６】本発明の第４参考例を示す偏光ビームスプリッ
タの縦断面図である。

【図７】本発明の第３実施例を示す偏光ビームスプリッ
タの縦断面図である。

【図８】本発明の第５参考例を示す偏光ビームスプリッ
タの縦断面図である。

【図９】本発明の第６参考例を示す偏光ビームスプリッ
タを用いた光ヘッド装置の各斜視図である。

【図１０】本発明の第７参考例を示す偏光ビームスプリ
ッタの縦断面図である。

【図１１】本発明の第８参考例を示す偏光ビームスプリ
ッタの縦断面図である。

【図１２】本発明の第９参考例を示す偏光ビームスプリ
ッタの各縦断面図である。

【符号の説明】

１，１１ 光学的等方性基板 １ｂ 基板の凹部 ２，１２，２２，３２，３２ａ 複屈折材料層 １３ 物質 ２０ 充填材 ４０ 充填物質 ５０ 情報記録媒体 ５１ 対物レンズ ５２ 光束分離手段 ５３ 光源 ５４ 光検出器 ５５ λ／４板 Ｘ 複屈折材料の光学軸 Ｙ 反射光の偏光方向

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に凹凸状の周期格子が形成された光
   学的等方性基板と、この光学的等方性基板の前記凹凸部
   のうちの凸部上に形成された複屈折材料層と、を具備
   し、 上記凹部と凸部の間の常光の位相差と異常光の位相差の
   うち何れか一方がπの偶数倍、となり、かつ上記常光・
   異常光のうちの一方を回折させ他方は回折させないよう
   に、前記凸部上の複屈折材料層の厚みｄ２、及び前記基
   板の凹部深さｄ１を設定してなる偏光ビームスプリッ
   タ。
2. 【請求項２】 表面に凹凸状の周期格子が形成された光
   学的等方性基板と、この光学的等方性基板の前記凸部上
   及び凹部上に、互いに等しくない厚さｄ２及びｄ３でそ
   れぞれ形成された複屈折材料層と、を具備し、 上記凹部と凸部の間の常光の位相差と異常光の位相差の
   うち何れか一方がπの偶数倍、となり、かつ上記常光・
   異常光のうちの一方を回折させ他方は回折させないよう
   に、前記凸部及び凹部上の各複屈折材料層の厚みｄ２，
   ｄ３及び前記基板の凹部深さｄ１を設定してなる偏光ビ
   ームスプリッタ。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の偏光ビームスプリ
   ッタにおいて、 表裏面の少なくとも一方の面に、反射防止膜を具備した
   偏光ビームスプリッタ。
4. 【請求項４】 請求項１又は２記載の偏光ビームスプリ
   ッタにおいて、 前記凹部には充填材が充填されてなる偏光ビームスプリ
   ッタ。
5. 【請求項５】 表面に凹凸状の周期格子が形成された光
   学的等方性基板と、この光学的等方性基板の前記凹凸部
   のうちの凸部上に形成された複屈折材料層と、を具備
   し、 上記凹部に、光学的等方性物質を充填してなる偏光ビー
   ムスプリッタであって、 該光学的等方性物質の屈折率（ｎｃ）と、該複屈折材料
   の常光屈折率（ｎｏ）、異常光屈折率（ｎｅ）との間
   に、以下の式に示す関係があることを特徴とする偏光ビ
   ームスプリッタ。 ｎｃ＝ｎｏ＋ｍ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｍ＝±１，±２，±３…） ＝ｎｅ＋ｌ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｌ＝±１，±２，±３…）
6. 【請求項６】 表面に凹凸状の周期格子が形成された光
   学的等方性基板と、この光学的等方性基板の前記凸部上
   及び凹部上に、互いに等しくない厚さｄ２及びｄ３でそ
   れぞれ形成された複屈折材料層と、を具備し、 上記凹部に、光学的等方性物質を充填してなる偏光ビー
   ムスプリッタであって、 該光学的等方性物質の屈折率（ｎｃ）と、該複屈折材料
   の常光屈折率（ｎｏ）、異常光屈折率（ｎｅ）との間
   に、以下の式に示す関係があることを特徴とする偏光ビ
   ームスプリッタ。 ｎｃ＝ｎｏ＋ｍ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｍ＝±１，±２，±３…） ＝ｎｅ＋ｌ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｌ＝±１，±２，±３…）
7. 【請求項７】 光源と、対物レンズと、該光源から情報
   記録媒体へ向かう光束と前記情報記録媒体により反射さ
   れた光束とを分離する光束分離手段と、反射光束を受光
   する光検出器と、を備えた光ヘッド装置において、 請求項１又は２又は５又は６記載の偏光ビームスプリッ
   タを、光束分離手段と光検出器との間の光路中に配置し
   てなる光ヘッド装置。
8. 【請求項８】 請求項７記載の光ヘッド装置において、 偏光ビームスプリッタの複屈折材料の光学軸を、情報記
   録媒体の反射光の偏光方向に対して略４５°に設定して
   なる光ヘッド装置。
9. 【請求項９】 光源と、対物レンズと、λ／４板と、情
   報記録媒体から反射された光束を受光する光検出器と、
   を備えた光ヘッド装置において、 請求項１又は２又は５又は６記載の偏光ビームスプリッ
   タを、光源から光検出器までの光路中に配置し、 該偏光ビームスプリッタにおける光源から入射する光の
   凹凸に対する位相差が、πの偶数倍となるように、光源
   からの光束を該偏光ビームスプリッタに入射させてなる
   光ヘッド装置。