JP3545905B2

JP3545905B2 - Polarization separation element and optical head using the polarization separation element

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Publication number: JP3545905B2
Application number: JP11261797A
Authority: JP
Inventors: 広義船戸; 英男前田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1997-04-30
Filing date: 1997-04-30
Publication date: 2004-07-21
Anticipated expiration: 2017-04-30
Also published as: JPH10302291A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク用の光ヘッドに応用される偏光分離素子、及びその偏光分離素子を用いた光ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
偏光分離素子に関する従来技術としては例えば以下のようなものがある。
１．「複屈折回折格子型偏光子」１９８８年第３５回春季応用物理学会講演予稿集２９ａ−ＺＨ−１０。この複屈折回折格子型偏光子では、図２２に示すように、複屈折光学結晶であるＬｉＮｂＯ_３を基板として用い、これに周期的パターンでプロトン交換を施し、さらにプロトン交換領域上に誘電体膜を装荷した構造を持つ。プロトン交換領域では異常光線に対しては屈折率が増加し、常光線に対しては減少する。そして、プロトン交換領域での常光線の位相差を誘電体膜で相殺することにより常光線は直進させ、異常光線だけを回折させる偏光子を実現する。
２．「ＬｉＮｂＯ_３を用いた偏光分離素子」１９９３年第４０回春季応用物理学会講演予稿集３０ａ−Ｂ−１。この偏光分離素子では、図２３に示すように、やはりＬｉＮｂＯ_３を基板として用い、周期的格子状のプロトン交換領域を形成し、このプロトン交換領域のみを次に選択エッチングして周期的溝を作る。この溝でプロトン交換による異常光の屈折率増加を相殺し、常光の屈折率の減少を強調する。これにより異常光は直進し、常光が回折される偏光分離素子が実現できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来技術によれば、常光と異常光を分離する偏光分離素子が実現されるが、次のような欠点がある。
▲１▼作製に時間がかかる。すなわち、結晶に対して周期的イオン交換処理を行う必要があるので、イオン交換だけでも数時間（例として前記従来技術１では５時間程度）必要である。また、イオン交換だけでなく誘電体膜形成、そして、それのフォトリソグラフィーによるエッチングなど、工程が多く複雑である。
▲２▼コストが高い。すなわち、▲１▼で述べたように作製に時間や手間がかかる上、基板にＬｉＮｂＯ_３などの光学結晶が必要であり、素子のコストが高くなる。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、ａ．作製に時間がかからず少ない工程で作製できる偏光分離素子を提供すること、ｂ．低コストの偏光分離素子を提供すること、ｃ．上記ａ，ｂの特徴を持つ偏光分離素子を使用した構成がシンプルな光ディスク用の光ヘッドを提供すること、を目的とする。そしてより詳しく述べると各請求項の目的は以下の通りである。
【０００５】
請求項１の目的は、上記ａ，ｂの目的の達成及び構成の簡易な偏光分離素子を提供することであり、さらには、等方性オーバーコート層を平坦に安定化して作成できるようにすることである。
請求項２の目的は、請求項１の目的に加え、偏光分離動作として格子ベクトル方向に振動する偏光成分を直進透過光、これと垂直方向に振動する偏光成分を回折光として分離させる際に、最大偏光分離度を出す条件を提示することである。
請求項３の目的は、請求項１の目的に加え、偏光分離動作として格子ベクトル方向に振動する偏光成分を回折光、これと垂直方向に振動する偏光成分を直進透過光として分離させる際に、最大偏光分離度を出す条件を提示することである。
請求項４の目的は、請求項１の目的に加え、等方性オーバーコート層が凹凸であっても偏光分離素子として使えるようにすることである。
請求項５の目的は、請求項４の目的に加え、偏光分離動作として格子ベクトル方向に振動する偏光成分を直進透過光、これと垂直方向に振動する偏光成分を回折光として分離させる際に、最大偏光分離度を出す条件を提示することである。
請求項６の目的は、請求項４の目的に加え、偏光分離動作として格子ベクトル方向に振動する偏光成分を回折光、これと垂直方向に振動する偏光成分を直進透過光として分離させる際に、最大偏光分離度を出す条件を提示することである。
請求項７の目的は、請求項１〜６の何れかの目的に加え、異方性膜として簡便に作成でき、大面積に低コストで作製させることである。
請求項８の目的は、請求項１〜６の何れかの目的に加え、異方性膜として簡便に作成でき、大面積に低コストで作製させることである。
請求項９の目的は、請求項１〜８の何れかの目的に加え、偏光分離素子を早く簡易に作製することである。
【０００６】
請求項１０の目的は、前記ｃの目的の達成であり、偏光分離素子を用いた光ヘッドの構成を提供することである。
請求項１１の目的は、光ヘッド用の１／４波長板と偏光分離素子を一体化した構成を提供することである。
請求項１２の目的は光ヘッド用の１／４波長板と偏光分離素子を一体化した別の構成を提供することである。
請求項１３の目的は、光ヘッドの光源、光検出器、偏光分離素子を一体化して簡易化した構成を提供することである。
請求項１４の目的は、前記ｃの目的の達成であり、異なる波長を持つ複数の光源と、偏光分離素子を用い、光学系を共用できる光ヘッドの構成を提供することである。
請求項１５の目的は、請求項１４の目的に加え、複数の光源と光検出器、偏光分離素子を一体化して簡易化した構成を提供することである。
請求項１６の目的は、請求項１４または１５の目的に加え、基板厚さの異なる光ディスクに対して良好な集光性能を得ることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の偏光分離素子は、直交する２つの偏光成分を分離するため、透明基板上に入射光の異なる振動面に対し屈折率が異なる異方性膜がドライエッチングあるいはウェットエッチングにより基板に達するまでエッチングされて周期的格子として装荷され、さらにその上に等方性のオーバーコート層が被覆され、その上に第二の透明基板を備え、前記等方性オーバーコート層が前記透明基板と前記第二の透明基板とを前記異方性膜の格子間で接着する接着層であり、入射光の直交する偏光を０次光と回折光に分離することを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の偏光分離素子は、請求項１の構成に加え、異方性膜の周期的格子の格子ベクトル方向の偏波に対する屈折率をｎ_ｐ、これと垂直方向の偏波に対する屈折率をｎ_ｓとし、等方性オーバーコート層の屈折率をｎ_１、異方性膜の周期的格子の凹凸深さをｈ、光の波長をλ、ｍを０を含む正負の自然数（ｍ＝０，±１，±２，・・・）とするとき、次の条件、
（ｎ_ｐ−ｎ_１）ｈ＝ｍλ
（ｎ_ｓ−ｎ_１）ｈ＝（ｍ±１／２）λ
を略満足することを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の偏光分離素子は、請求項１の構成に加え、異方性膜の周期的格子の格子ベクトル方向の偏波に対する屈折率をｎ_ｐ、これと垂直方向の偏波に対する屈折率をｎ_ｓとし、等方性オーバーコート層の屈折率をｎ_１、異方性膜の周期的格子の凹凸深さをｈ、光の波長をλ、ｍを０を含む正負の自然数（ｍ＝０，±１，±２，・・・）とするとき、次の条件、
（ｎ_ｐ−ｎ_１）ｈ＝（ｍ±１／２）λ
（ｎ_ｓ−ｎ_１）ｈ＝ｍλ
を略満足することを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の偏光分離素子は、請求項１の構成に加え、等方性オーバーコート層の上面が異方性膜の周期的格子と位相の合った凹凸状となっていることを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の偏光分離素子は、請求項４の構成に加え、異方性膜の周期的格子の格子ベクトル方向の偏波に対する屈折率をｎ_ｐ、これと垂直方向の偏波に対する屈折率をｎ_ｓとし、等方性オーバーコート層の屈折率をｎ_１、異方性膜の周期的格子の凹凸深さをｈ、等方性オーバーコート層の上面の凹凸深さをｈ_１、光の波長をλ、ｍを０を含む正負の自然数（ｍ＝０，±１，±２，・・・）とするとき、次の条件、
（ｎ_ｐ−ｎ_１）ｈ＋（ｎ_１−１）ｈ_１＝ｍλ
（ｎ_ｓ−ｎ_１）ｈ＋（ｎ_１−１）ｈ_１＝（ｍ±１／２）λ
を略満足することを特徴とする。
【００１２】
請求項６記載の偏光分離素子は、請求項４の構成に加え、異方性膜の周期的格子の格子ベクトル方向の偏波に対する屈折率をｎ_ｐ、これと垂直方向の偏波に対する屈折率をｎ_ｓとし、等方性オーバーコート層の屈折率をｎ_１、異方性膜の周期的格子の凹凸深さをｈ、等方性オーバーコート層の上面の凹凸深さをｈ_１、光の波長をλ、ｍを０を含む正負の自然数（ｍ＝０，±１，±２，・・・）とするとき、次の条件、
（ｎ_ｐ−ｎ_１）ｈ＋（ｎ_１−１）ｈ_１＝（ｍ±１／２）λ
（ｎ_ｓ−ｎ_１）ｈ＋（ｎ_１−１）ｈ_１＝ｍλ
を略満足することを特徴とする。
【００１３】
請求項７記載の偏光分離素子は、請求項１から６の何れかの構成に加え、無機物質の斜め蒸着により形成した異方性膜を用いることを特徴とする。
【００１４】
請求項８記載の偏光分離素子は、請求項１から６の何れかの構成に加え、有機物質を配向して形成した異方性膜を用いることを特徴とする。
【００１５】
請求項９記載の偏光分離素子は、請求項１から８の何れかの構成に加え、透明基板上に形成した異方性膜の上に感光性樹脂を装荷し、光あるいは電子線で周期パターンを露光し、現像後、感光性樹脂をエッチングマスクとして用い、ウェットエッチングあるいはドライエッチングで異方性膜の周期的格子構造を形成した後、感光性樹脂を除去し、異方性膜上部に等方性オーバーコート層を形成して成ることを特徴とする。
【００１７】
請求項１０記載の光ヘッドは、光源と、光源と光ディスクの間に配置された対物レンズと、光源と対物レンズの間に配置された請求項１から９の何れかに記載の偏光分離素子と、偏光分離素子と対物レンズの間に配置された１／４波長板と、偏光分離素子による回折光を検出する光検出器を備え、光源からの光を少なくとも対物レンズにより光ディスク面に集光し、光ディスクからの反射光を偏光分離素子により回折分離して光検出器で検出することを特徴とする。
【００１８】
請求項１１記載の偏光分離素子は、請求項１０記載の光ヘッドに用いられる偏光分離素子であって、請求項１から９の何れかの構成の偏光分離素子に１／４波長板が接着され一体化されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項１２記載の偏光分離素子は、請求項１０記載の光ヘッドに用いられる偏光分離素子であって、請求項１から９の何れかの構成の偏光分離素子上に異方性膜を用いた１／４波長膜が形成されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項１３記載の光ヘッドは、請求項１０記載の光ヘッドにおいて、請求項１１または１２記載の偏光分離素子を備え、少なくとも光源と光検出器が１つのパッケージ内に実装されているか、あるいは光源と光検出器が実装されたパッケージに請求項１１または１２記載の偏光分離素子が接着により一体化されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項１４記載の光ヘッドは、波長の異なる複数の光源と、その複数の光源と光ディスクの間に配置された対物レンズと、複数の光源と対物レンズの間に配置された請求項１から９の何れかに記載の偏光分離素子と１／４波長板、あるいは請求項１１または１２記載の偏光分離素子と、偏光分離素子による回折光を検出する複数の光検出器を備え、少なくとも対物レンズにより複数の波長の異なる光をそれぞれ異なる光ディスク面に集光し、光ディスクからの反射光を前記偏光分離素子により波長毎に回折分離して波長毎の光検出器で独立に検出することを特徴とする。
【００２２】
請求項１５記載の光ヘッドは、請求項１４の構成に加え、少なくとも複数の光源と複数の光検出器が１つのパッケージ内に実装され、あるいは複数の光源と複数の光検出器が実装されたパッケージに請求項１〜９の何れかに記載の偏光分離素子あるいは請求項１１または１２記載の偏光分離素子が接着により一体化されていることを特徴とする。
【００２３】
請求項１６記載の光ヘッドは、請求項１４または１５の構成に加え、波長の異なる複数の光源の出射面が、光ヘッド光学系の光軸方向に互いにずれて配置されていることを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による偏光分離素子及びその偏光分離素子を用いた光ヘッドの構成及び動作を、図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
（実施例１）
まず偏光分離素子の実施例について説明する。図１は偏光分離素子の構成例を示す部分断面図である。図１において、偏光分離素子１は、ガラスやプラスチック等の透明基板２上に周期的格子構造を持つ異方性膜３が形成され、その上を等方性のオーバーコート層４で覆われた構成となっている。尚、請求項１の構成では、後述するようにオーバーコート層の上に第二の透明基板を備えた構成となる（図１０）。異方性膜３は図１の紙面方向に振動する光と紙面とは垂直に振動する光に対する屈折率が異なる異方性を示す膜である。この偏光分離素子１の動作を図２、図３に示す。
【００２６】
図２は図１に示す偏光分離素子の動作の一実施例を示す図であり、偏光分離素子１への入射光が紙面方向とそれに垂直の２方向の振動成分をもつものとする。図２では偏光分離素子１を透過後、紙面方向の振動成分の光は０次光として直進する。また紙面と垂直方向の振動成分の光は±１次光として回折する。よって偏光により進行方向が変わり、偏光分離素子として動作する。
図３は図１に示す偏光分離素子の別の動作の実施例を示す図であり、図２とは反対に紙面に垂直な振動方向の光が０次光として直進し、紙面方向に振動する光が±１次光として回折され、偏光分離される。
【００２７】
（実施例２）
次に請求項２の実施例について説明する。本実施例では、詳しく素子の動作を解析し、図２の偏光分離素子の動作の最適条件を求める。
図４は偏光分離素子１の要部を部分的に拡大して示す断面図である。透明基板２上に異方性膜３が周期ｄで規則的に配列され、また、異方性膜３の膜厚をｈとする。また、図５のように異方性膜３が凹凸の周期形状をしていても良く、このときｈは周期凹凸形状の深さとなる。
【００２８】
ここで、異方性膜３の周期的格子の図４（または図５）の紙面方向の偏波（ｐ偏光とする）に対する屈折率をｎ_ｐ、紙面と垂直方向の偏波（ｓ偏光とする）に対する屈折率をｎ_ｓとし、また、等方性オーバーコート層４の屈折率をｎ_１とすると、例えば図４において、光路Ａ，Ｂに対する光路長差Δは、
紙面方向（格子ベクトル方向）：Δ_ｐ＝（ｎ_ｐ−ｎ_１）ｈ・・・（１）
紙面に垂直方向（格子ベクトルに垂直方向）：Δ_ｓ＝（ｎ_ｓ−ｎ_１）ｈ・・・（２）
となる。以後、紙面方向を格子ベクトル方向と呼ぶ（図１に図示）。
【００２９】
図２のように格子ベクトル方向の振動成分が０次光として直進し、格子ベクトルと垂直方向の振動成分が±１次光として回折されるためには、次の二式が満足されることが必要である。すなわち、使用する光の波長をλ、ｍを０を含む正負の自然数（ｍ＝０，±１，±２，・・・）とするとき、次の条件、
（ｎ_ｐ−ｎ_１）ｈ＝ｍλ ・・・（３）
（ｎ_ｓ−ｎ_１）ｈ＝（ｍ±１／２）λ ・・・（４）
となる。
【００３０】
ここで（３）式は、格子ベクトル方向の振動成分の光の光路差が波長λの整数倍となり、格子通過後も０次光として直進する条件である（干渉により強め合う）。また（４）式は、格子ベクトル方向と垂直な振動成分の光に対してＡ，Ｂ部の光路差が半波長の奇数倍だけずれて打ち消し合い、直進光（０次光成分）がなくなり、全て回折光となる条件である（干渉により直進成分は打ち消し合い、回折光の方に光がいく）。よって、０次と１次に偏光分離するとき、偏光分離度を高めるためには（３），（４）式を満足していることが必要である。ただし、実用的には（３），（４）式を厳密に満足していなくても、略（３），（４）式近傍の条件になるように異方性膜３の屈折率ｎ_ｐ，ｎ_ｓ、オーバーコート層４の屈折率ｎ_１、異方性膜３の凹凸深さｈ、次数ｍを設定することになる。
【００３１】
（実施例３）
次に請求項３の実施例について説明する。本実施例では、偏光分離素子１が図３のように動作するときの最適条件を求める。
図３のように格子ベクトル方向の振動成分が±１次光として回折し、格子ベクトルと垂直方向の振動成分が０次光として直進する条件は、異方性膜３の周期的格子の格子ベクトル方向の偏波（ｐ偏光）に対する屈折率をｎ_ｐ、これと垂直方向の偏波（ｓ偏光）に対する屈折率をｎ_ｓとし、等方性オーバーコート層４の屈折率をｎ_１、異方性膜２の周期的格子の凹凸深さをｈ、光の波長をλ、ｍを０を含む正負の自然数（ｍ＝０，±１，±２，・・・）とするとき、
（ｎ_ｐ−ｎ_１）ｈ＝（ｍ±１／２）λ ・・・（５）
（ｎ_ｓ−ｎ_１）ｈ＝ｍλ ・・・（６）
となる（（５）式は干渉により直進成分は打ち消し合い回折光となる条件、（６）式は干渉により強め合い格子通過後も０次光として直進する条件である）。従って実際に（５），（６）式の条件が略成り立つように異方性膜３の屈折率ｎ_ｐ，ｎ_ｓ、オーバーコート層４の屈折率ｎ_１、異方性膜３の凹凸深さｈ、次数ｍを設定する。
【００３２】
（実施例４）
次に請求項４の実施例について説明する。図６は偏光分離素子の要部を部分的に拡大して示す断面図であり、本実施例の偏光分離素子では、等方性オーバーコート層４’の上面が異方性膜３の周期格子と位相の合った凹凸状となっている。実際に偏光分離素子を作製する場合、等方性オーバーコート層が図４のようには完全に平坦化されずに、図６に示す等方性オーバーコート層４’のように、異方性膜の周期構造を反映した表面が凹凸状になる構造もある。このような場合も、上述した偏光分離素子としての動作には支障がなく、偏光分離素子として機能する。尚、本実施例は、等方性オーバーコート層をスパッタリングや蒸着などの方法で成膜したときに、完全に平坦化されないときに適用できる。
【００３３】
（実施例５）
次に請求項５の実施例について説明する。本実施例は、実施例４（請求項４）に示した構成の偏光分離素子が、偏光分離素子として動作するための最適条件を求めるものである。図６において、異方性膜３の周期的格子の格子ベクトル方向の偏波（ｐ偏光）に対する屈折率をｎ_ｐ、これと垂直方向の偏波（ｓ偏光）に対する屈折率をｎ_ｓとし、等方性オーバーコート層４’の屈折率をｎ_１、異方性膜２の周期的格子の凹凸深さをｈ、オーバーコート層４’の凹凸深さをｈ_１とすると、光路Ａ，Ｂに対する光路長差Δは、
格子ベクトル方向：Δ_ｐ＝（ｎ_ｐ−ｎ_１）ｈ＋（ｎ_１−１）ｈ_１・・・（７）
格子ベクトルに垂直方向：Δ_ｓ＝（ｎ_ｓ−ｎ_１）ｈ＋（ｎ_１−１）ｈ_１・・・（８）
となる。
【００３４】
図６において図２に示した如く、格子ベクトル方向の振動成分が０次光として透過（直進）し、格子ベクトルと垂直方向の振動成分が±１次光として回折されるための条件は、光の波長をλ、ｍを０を含む正負の自然数（ｍ＝０，±１，±２，・・・）とするとき、
（ｎ_ｐ−ｎ_１）ｈ＋（ｎ_１−１）ｈ_１＝ｍλ ・・・（９）
（ｎ_ｓ−ｎ_１）ｈ＋（ｎ_１−１）ｈ_１＝（ｍ±１／２）λ ・・・（１０）
となる（（９）式は干渉により強め合い格子通過後も０次光として直進する条件、（１０）式は干渉により直進成分は打ち消し合い回折光となる条件である）。従って実際に（９），（１０）式の条件が略成り立つように異方性膜３の屈折率ｎ_ｐ，ｎ_ｓ、オーバーコート層４’の屈折率ｎ_１、異方性膜３の凹凸深さｈ、オーバーコート層４’の凹凸深さｈ_１、次数ｍを設定する。
【００３５】
（実施例６）
次に請求項６の実施例について説明する。本実施例は、実施例４（請求項４）に示した構成の偏光分離素子が、偏光分離素子として動作するための別の最適条件を求めるものである。図６において図３に示した如く、格子ベクトル方向の振動成分が±１次光として回折し、格子ベクトルと垂直方向の振動成分が０次光として透過（直進）となるための最適条件は、異方性膜３の周期的格子の格子ベクトル方向の偏波（ｐ偏光）に対する屈折率をｎ_ｐ、これと垂直方向の偏波（ｓ偏光）に対する屈折率をｎ_ｓとし、等方性オーバーコート層４’の屈折率をｎ_１、異方性膜２の周期的格子の凹凸深さをｈ、オーバーコート層４’の凹凸深さをｈ_１、光の波長をλ、ｍを０を含む正負の自然数（ｍ＝０，±１，±２，・・・）とするとき、
（ｎ_ｐ−ｎ_１）ｈ＋（ｎ_１−１）ｈ_１＝（ｍ±１／２）λ ・・・（１１）
（ｎ_ｓ−ｎ_１）ｈ＋（ｎ_１−１）ｈ_１＝ｍλ ・・・（１２）
となる（（１１）式は干渉により直進成分は打ち消し合い回折光となる条件、（１２）式は干渉により強め合い格子通過後も０次光として直進する条件である）。従って実際に（１１），（１２）式の条件が略成り立つように異方性膜３の屈折率ｎ_ｐ，ｎ_ｓ、オーバーコート層４’の屈折率ｎ_１、異方性膜３の凹凸深さｈ、オーバーコート層４’の凹凸深さｈ_１、次数ｍを設定する。
【００３６】
（実施例７）
次に請求項７の実施例について説明する。今まで説明してきた偏光分離素子に使われる異方性膜としては従来技術にあるような光学結晶ではなく、もっと簡易に、低コストに作成できるものが望まれる。このような異方性膜として適しているものとして、誘電体材料を真空蒸着で成膜する際、蒸発源に対して基板を傾けて配置させる、いわゆる斜め蒸着膜がある（参考文献：表面技術，Ｖｏｌ．４６，Ｎｏ．７，１９９５，Ｐ．３２〜３５「位相差膜」）。これは図７に示すように、真空蒸着するとき、蒸発源としてＴａ_２Ｏ_５，ＳｉＯ_２などの無機物質からなる誘電体材料を用い、基板を斜めにして蒸着を行う。このとき基板の傾き角を最適化するとＴａ_２Ｏ_５に対して膜の複屈折Δｎが最大０．０８程度となる（上記参考文献参照）。
【００３７】
ここで、前記（３），（４）式を辺々減算すると、
（ｎ_ｐ−ｎ_ｓ）ｈ＝λ／２・・・（１３）
となり、ｎ_ｐ−ｎ_ｓは膜の複屈折であるから、これをΔｎとすると、
Δｎ・ｈ＝λ／２・・・（１４）
ｈ＝λ／（２・Δｎ）・・・（１５）
となる。この（１５）式に、数値例としてλ＝０．６５μｍ、Δｎ＝０．０８を代入すると、
ｈ＝０．６５／（２×０．０８）≒４．１μｍ
となる。すなわちＴａ_２Ｏ_５を材料として斜め蒸着を行って得た異方性膜に対して、図４における異方性膜の凹凸の高さｈ≒４．１μｍとなる訳である。
【００３８】
以上のように、無機物質からなる誘電体の斜め蒸着により異方性膜を作成することにより、真空蒸着法という比較的簡便な方法で膜が形成でき、また大面積に形成することも可能であり、従来の光学結晶を用いる方法よりも低コストで作り易いものとなる。
【００３９】
（実施例８）
次に請求項８の実施例について説明する。異方性膜を簡易に得る別の方法として、有機物質の高配向膜を用いる方法がある。一例として、図８に示すように、ガラスなどの透明基板２上に、ＳｉＯ_２などを斜め蒸着するか、あるいはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの有機膜を布で擦ってラビング処理して配向膜５を形成し、その配向膜５上にポリジアセチレンモノマーを真空蒸着して配向させ、この後、紫外光を照射してポリマー化して有機異方性膜３’とする方法である（参考文献：Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，７２，Ｎｏ．３，Ｐ．９３８〜９４７（１９９２））。この方法により有機材料の真空蒸着で異方性膜が形成でき、大面積、低コストな偏光分離素子を得ることができる。
【００４０】
（実施例９）
次に請求項９の実施例について説明する。ここでは本発明による偏光分離素子１の作製方法を説明する。
まず図９（ａ）のように、ガラス基板２上に異方性膜３を形成する。次に図９（ｂ）のように、異方性膜３の上にフォトレジスト６をコーティングする。そして、このフォトレジスト６に周期的パターンを露光する。このときはマスクによる密着露光でもよいし、投影露光でもよい。この他、電子線露光、あるいはレーザ光による干渉露光でもよい。露光後、フォトレジストを現像し、図９（ｃ）のようにフォトレジスト６による周期的格子パターンを得る。次に図９（ｄ）のように、フォトレジスト６をエッチングマスクとして異方性膜３をエッチングする。エッチング法としては公知のドライエッチングあるいはウェットエッチングで行える。次に図９（ｅ）のように、フォトレジストを溶剤あるいはプラズマによるアッシングで取り除く。そして図９（ｆ）のように、周期的格子構造を有する異方性膜３の上に等方性オーバーコート層４を形成する。等方性オーバーコート層４の形成法としては、樹脂のスピンコート、ロールコート、ディッピングコートなどの方法、あるいは誘電体（ＳｉＯ_２、ＳｉＯＮ、他）の真空蒸着、スパッタリング、ＣＶＤなどによる成膜で形成できる。この中で樹脂のスピンコートが平坦性が優れ、また簡易、低コストに形成できるのでよい。また、本作製法は、従来技術で述べた偏光分離素子のように数時間に及ぶ工程が含まれておらず、偏光分離素子の作製に時間、手間がかからない。
【００４１】
（実施例１０）
次に請求項１のより具体的な実施例について説明する。図１０は請求項１記載の偏光分離素子の具体的な構成例を示す部分断面図である。図１０に示す偏光分離素子１’は、図１に示した偏光分離素子１の等方性オーバーコート層４の代わりに、２枚の透明基板（ガラス基板等）２，８で周期構造の異方性膜３を挾み、その間を透明な等方性接着層７で接着した構造である。この場合は等方性接着層７がオーバーコート層を兼ねている。接着層７に用いる接着剤としては、紫外線硬化型、熱硬化型の種々の接着剤が使える。このとき接着層７の屈折率は、前述の式(3)〜(6)あるいは式(9)〜(12)に従って精密に決める必要があるので、この点に関しては紫外線硬化型が好ましい。この接着構造により、[1]オーバーコート層（等方性接着層７）が容易に平坦化できる、[2]上下を透明基板２，８でサンドイッチされているので、耐環境性（温度、湿度）や、外部からの機械的圧力などに強くなる、[3]上側の透明基板８に別機能をもたせることで複合機能素子が実現可能、などの特徴をもつ。
【００４２】
（実施例１１）
次に請求項１０の実施例について説明する。図１１は請求項１０記載の光ヘッドの一例を示す概略構成図であり、実施例１〜１０に述べた本発明の偏光分離素子（１または１’）を光ディスク用の光ヘッドに用いた実施例を示している。
図１１において、光源である半導体レーザ１１からの出射発散光中に１／４波長板付偏光分離素子１７が配置されており、この１／４波長板付偏光分離素子１７は、前述の実施例１〜１０（請求項１〜９）で説明した中の何れかの偏光分離素子（１または１’）からなる偏光分離素子１７ａに１／４波長板１７ｂが一体化された構成のものである。偏光分離素子１７ａ中の周期的格子の格子ベクトル方向は図１１の紙面方向と一致している。半導体レーザ１１の出射光の振動方向が紙面方向のとき、偏光分離素子１７ａは前述した(3)，(4)式を満足することが望ましく、振動方向が紙面と垂直方向のときは式(5)，(6)を満足することが望ましい。この条件により半導体レーザ１１からの出射光は、１／４波長板付偏光分離素子１７の偏光分離素子１７ａを０次光としてほとんど損失なく透過する。そして偏光分離素子１７ａに一体化した１／４波長板１７ｂを透過後、円偏光となりコリメートレンズ１６に入射し、ここで平行光となり対物レンズ１５により光ディスク１４上の記録面に集光する。
【００４３】
光ディスク１４上の記録面で反射された光は、対物レンズ１５、コリメートレンズ１６を経て１／４波長板付偏光分離素子１７に戻り、ここで１／４波長板１７ｂにより円偏光が半導体レーザ出射時の振動方向と直交する方向に変換される。出射時と直交した振動面に対しては、偏光分離素子１７ａでほとんど±１次光として回折される。そして±１次回折された戻り光は、それぞれ光検出器１２及び１３で検出される。光検出器１２及び１３による検出は、光ディスク１４に記録されている情報信号の他、フォーカスサーボやトラッキングサーボのためのフォーカス誤差信号、トラッキング誤差信号が検出される。これは偏光分離素子１７ａの周期構造を複数領域に分割し、各々回折方向をわずかに変えて（格子方向、格子曲率をわずかに変えて）公知のサーボ信号検出法であるフォーカス誤差信号（ナイフエッジ法、非点収差法、ビームサイズ法等）、トラッキング誤差信号（プッシュプル法等）を形成する複数ビームを出射する。この複数ビームを、複数に分割された検出器１２，１３で検出してサーボ信号を発生する。
【００４４】
以上のように、光ヘッドに本発明に係る偏光分離素子１７ａを適用し、該偏光分離素子１７ａと１／４波長板を一体化した１／４波長板付偏光分離素子１７を半導体レーザ１１からの出射発散光中に配置することで、光ディスク１４への往路は回折光が生ぜず透過してほとんどの光が光ディスク１４へ集光し、光ディスク１４からの反射光は１／４波長板１７ｂ透過後、偏光分離素子１７ａでほとんど回折され高効率に光検出器１２，１３へ入射するので、往路、復路とも高光利用効率の光ヘッドを実現できる。
【００４５】
図１２は請求項１０記載の光ヘッドの別の例を示す概略構成図であり、図１２に示す光ヘッドでは、実施例１〜１０（請求項１〜９）で説明した中の何れかの偏光分離素子（１または１’）からなる偏光分離素子１７ａに１／４波長板１７ｂが一体化された構成の１／４波長板付偏光分離素子１７がコリメートレンズ１６と対物レンズ１５の間の平行光中に配置されている構成であり、動作的には図１１と同様の機能をもつ。図１２に示すように１／４波長板付偏光分離素子１７をコリメートレンズ１６と対物レンズ１５の間の平行光中に配置することで、偏光分離度が向上し、より往路、復路の光利用効率がよくなる。
【００４６】
（実施例１２）
次に請求項１１の実施例について説明する。図１３に実施例１１（請求項１０）の光ヘッドに用いる１／４波長板付偏光分離素子１７の詳細を示す。図１３において、偏光分離素子１７ａは、透明基板１７-4上に異方性膜の周期的格子構造１７-3が形成され、その上に対向透明基板１７-4’が透明な等方性接着層１７-5で接着されている構成（図１０と同様の構成）となっており、この偏光分離素子１７ａの対向透明基板１７-4’上には、前述の１／４波長板１７ｂとして、水晶あるいはＬｉＮｂＯ_３などの複屈折性結晶で作成された１／４波長板１７-1が接着により一体化されている。
【００４７】
また、図１４は実施例１１（請求項１０）の光ヘッドに用いる１／４波長板付偏光分離素子１７の別の実施例を示す図であり、この例では図１３の対向透明基板１７-4’を省略し（すなわち偏光分離素子を図１と同様の構成とし）、１／４波長板１７-1を異方性膜の周期的格子構造17−３に直接、等方性接着層１７-2で接着し一体化したものである。
【００４８】
このように、本発明の偏光分離素子を光ヘッドに用いるとき、往・復路の光利用効率を最大にするには１／４波長板との組み合わせが必須であるが、図１３または図１４のように両者を接着して一体化することにより、光ヘッドの部品点数を減らすことができ、光ヘッドのコンパクト化に寄与できる。
【００４９】
（実施例１３）
次に請求項１２の実施例について説明する。図１５は実施例１１（請求項１０）の光ヘッドに用いる１／４波長板付偏光分離素子１７のさらに別の実施例を示す図である。図１５において、偏光分離素子１７ａは、透明基板１７-4上に異方性膜の周期的格子構造１７-3が形成され、その上に対向透明基板１７-4’が透明な等方性接着層１７-5で接着されている構成（図１０と同様の構成）となっており、この偏光分離素子１７ａの対向透明基板１７-4’の上面には、前述の１／４波長板１７ｂに相当するものとして、異方性膜を用いた１／４波長膜１７-6が装荷成膜されている。
【００５０】
この異方性膜を用いた１／４波長膜１７−６としては、実施例７で説明した無機誘電体の斜め蒸着による異方性膜、あるいは実施例８で説明した有機物を配向膜上に真空蒸着して配向させた異方性膜などが用いられる。
また、異方性膜の複屈折をΔｎとし、膜厚をｄとすると、
Δｎ・ｄ＝（ｍ＋１／４）λ ・・・（１６）
（ｍ＝０，１，２，・・・）
が成り立つように膜厚を設定する。
【００５１】
本実施例により、１／４波長板として高価な光学結晶を用いる必要がなく、大面積に低コストに１／４波長膜が形成できる。
【００５２】
（実施例１４）
次に請求項１３の実施例について説明する。図１６は請求項１３記載の光ヘッドの一例を示す概略構成図であり、本発明の偏光分離素子を用いた光ヘッドの別の実施例を示している。図１６に示す光ヘッドの光学系の構成は図１１と同じであるが、半導体レーザ１１及び光検出器１２，１３を一体的にパッケージ１８の中に封入し、そのパッケージ１８中には乾燥Ｎ_２ガスを充填し耐候性を向上している。さらにこのパッケージ１８の上面には、偏光分離素子１７ａと１／４波長板１７ｂを一体化した１／４波長板付偏光分離素子１７を接着して一体化させてある。
【００５３】
図１７は請求項１３記載の光ヘッドの別の例を示す概略構成図であり、図１６のコリメートレンズ１６を省略して対物レンズ１５’が有限系の集光を行う場合を示しており、他の構成は同じである。
【００５４】
図１６、図１７のように、半導体レーザ１１、光検出器１２，１３、１／４波長板付偏光分離素子１７をパッケージ１８により一体化させると、[1]光学系の部品点数が減らせ、構成がシンプルになる、[2]光ヘッド組立ての際の調整個所を減らせ、組立て調整が簡単になる、[3]主要部が一体化しているので使用時の環境、温、湿度の変化に対し光学系の特性変化を少なくできる、などの特徴をもつ。
【００５５】
図１８は請求項１３記載の光ヘッドのさらに別の例を示す概略構成図であり、図１２に示した光ヘッドと同様の構成の光学系について、半導体レーザ１１と光検出器１２，１３を１つのパッケージ１８'に一体的に装荷した構成を示す。図１８に示す光ヘッドでは、全部が個別部品の図１２の光ヘッドに比べ、光源１１と光検出器１２，１３をパッケージ１８'に一体化しているため、前述の[1] ， [2] ， [3]の特徴をもっている。その程度は図１６，１７の構成に比べて特徴[1]が劣るが、他の特徴[2] ， [3]は同様である。
【００５６】
（実施例１５）
次に請求項１４の実施例について説明する。図１９は請求項１４記載の光ヘッドの一例を示す概略構成図である。この光ヘッドは、波長の異なる２個の半導体レーザからなる光源１１，１１’と、その光源１１，１１’と光ディスク１４（または１４’）の間に配置された対物レンズ１５と、光源１１，１１’と対物レンズ１５の間に配置された偏光分離素子１７ａと１／４波長板１７ｂを一体化した１／４波長板付偏光分離素子１７と、該１／４波長板付偏光分離素子１７による回折光を検出する複数の光検出器１２，１２’，１３，１３’を備えている。また、図１９の例では、１／４波長板付偏光分離素子１７と対物レンズ１５の間にコリメートレンズ１６が配置されている。
【００５７】
本実施例は、光ヘッドに波長の異なる光源を２個用い、光学系を共通的に用いる構成である。これは現在の光ディスクシステムで、波長λ＝７８０ｎｍで読み出すことを前提にした追記型ＣＤであるＣＤ−Ｒ（ＣＤ−Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）と、波長λ＝６５０ｎｍで記録再生を行う追記型ＤＶＤのＤＶＤ−Ｒや、書き換え型ＤＶＤのＤＶＤ−ＲＡＭの２種類の波長を、一つの光ヘッドで互換的に使用する場合などがこれにあたる。
【００５８】
図１９において、２個の半導体レーザ光源のうち、半導体レーザ１１は例えば発振波長λ_１＝６５０ｎｍであり、半導体レーザ１１’は発振波長λ_２＝７８０ｎｍである。光ヘッドの光学系中の１／４波長板付偏光分離素子１７、コリメートレンズ１６、対物レンズ１５は両波長に対して共通的に使われる。また、光ディスク１４はＤＶＤなどの薄基板の媒体、光ディスク１４’はＣＤなどの厚基板の媒体である。尚、図１９中、半導体レーザ１１の短波長の光線は実線で光路を示し、半導体レーザ１１’の長波長の光線は破線で示す。
【００５９】
半導体レーザ１１からの短波長の光線は薄基板のＤＶＤ系媒体である光ディスク１４に集光し、半導体レーザ１１’からの長波長の光線は厚基板のＣＤ系媒体である光ディスク１４’に集光する。各光ディスクからの反射光は元の光路を逆行するが、１／４波長板付偏光分離素子１７の偏光分離素子１７ａで回折後は光路が大きく分かれる。すなわち、短波長のλ_１に対する回折角より長波長のλ_２に対する回折角が大きくなるので、λ_１よりもλ_２の方が外側に回折される。そこで内側に短波長のλ_１用の光検出器１２，１３が配置され、外側に長波長のλ_２用の光検出器１２’，１３’が配置され、各々の波長光を検出する。
【００６０】
図１９の光ヘッドに用いる偏光分離素子は、例えば短波長のλ_１に対して前述の式（３），（４）あるいは式（５），（６）を満足するようにしておくことにより、λ_１に対して往復の光利用効率を最大にできる。長波長のλ_２に対しては最適条件から外れるので、往復の光利用効率はλ_１よりは減少する。
しかし、λ_１の光でＤＶＤ−ＲＡＭの記録、再生を行い、λ_２の光でＣＤ，ＣＤ−Ｒの再生を行うような場合、λ_１に対しては高効率が要求されるが、λ_２に対しては再生のみなので、必ずしも高効率でなくても問題ない。このように用途に応じて使い分けることにより問題なく適用できる。
【００６１】
また上記とは逆に、長波長のλ_２に対して前述の式（３），（４）あるいは式（５），（６）を満足するようにしておくと、長波長のλ_２で記録、再生し（ＣＤ−Ｒ、あるいはＣＤ−ＲＷ（ＣＤ−Ｒｅｗｒｉｔａｂｌｅ））、短波長のλ_１は再生のみ（ＤＶＤ−ＲＯＭ）のような使い方に適用できる。
【００６２】
以上のように、本実施例（請求項１４）により、対応波長の異なる複数の光ディスクを一つの光ヘッドで記録、再生できるようになり、光ディスクドライブの小型化、低コスト化に貢献することができる。
【００６３】
（実施例１６）
次に請求項１５の実施例について説明する。図２０は請求項１５記載の光ヘッドの一例を示す概略構成図である。この光ヘッドは、図１９に示した波長の異なる２個の半導体レーザ光源を用いた光ヘッドと光学系の部品構成及び動作は同じであるが、波長λ_１の半導体レーザ１１とそれに対応する光検出器１２，１３、及び波長λ_２の半導体レーザ１１’とそれに対応する光検出器１２’，１３’を１つのパッケージ１８''に一体実装し、さらにパッケージ１８''の上面に１／４波長板付偏光分離素子１７を接着して一体化したものである。
本構成により、２波長を用いた光ヘッドが簡易構成となり、また組付け調整箇所が減って組付けが楽になり、また主要部を一体化したため、周囲の温、湿度の変化に対し、光学系の安定性が増すようになる。
【００６４】
（実施例１７）
次に請求項１６の実施例について説明する。図２１は請求項１６記載の光ヘッドの一例を示す概略要部構成図である。実施例１５（請求項１４）あるいは実施例１６（請求項１５）に示した光ヘッドにおいては、２つの半導体レーザ１１及び１１’は光ヘッド光学系の光軸と垂直方向には離れて配置されているが、図２１に示すように、光軸方向においては距離ΔＺだけ互いにずらして配置される。すなわち、図１９や図２０に示されているように、基板厚の異なる２枚の光ディスク１４，１４’では光軸方向の集光位置にずれがあるため、図２１のように２つの半導体レーザ１１，１１’を光軸方向に距離ΔＺだけ互いにずらして配置することにより、２枚の光ディスク１４，１４’に合わせて集光位置を調整でき、対物レンズのフォーカスサーボ系等に負担をかけずに、同一光学系を用いて基板厚の異なる２枚の光ディスク１４，１４’に対して良好な集光性能を得ることができる。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、偏光分離素子の構成を、透明基板上に入射光の異なる振動面に対し屈折率が異なる異方性膜がドライエッチングあるいはウェットエッチングにより基板に達するまでエッチングされて周期的格子として装荷され、さらにその上に等方性のオーバーコート層が被覆され、その上に第二の透明基板を備え、前記等方性オーバーコート層が前記透明基板と前記第二の透明基板とを前記異方性膜の格子間で接着する接着層であり、入射光の直交する偏光を０次光と回折光に分離する構成としたので、従来技術による偏光分離素子（ＬｉＮｂＯ_３を基板として用いこれに周期的パターンでプロトン交換を施した構造等）に比べて、構成の簡易な、作製に時間のかからない、低コストな偏光分離素子を提供することができる。また、接着により等方性オーバーコート層が形成でき、等方性オーバーコート層の平坦化が容易で安定的に作成できる。
【００６６】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の偏光分離素子において、偏光分離動作として格子ベクトル方向に振動する偏光成分を直進透過光、これと垂直方向に振動する偏光成分を回折光として分離させる際に、最大偏光分離度を出す条件を提示したので、偏光分離素子に最大の偏光分離度をもたせることができる。
【００６７】
請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の偏光分離素子において、偏光分離動作として格子ベクトル方向に振動する偏光成分を回折光、これと垂直方向に振動する偏光成分を直進透過光として分離させる際に、最大偏光分離度を出す条件を提示したので、偏光分離素子に最大の偏光分離度をもたせることができる。
【００６８】
請求項４記載の発明によれば、請求項１記載の偏光分離素子において、等方性オーバーコート層が凹凸状であっても偏光分離素子として機能できる素子形態を提供することができる。
【００６９】
請求項５記載の発明によれば、請求項４記載の偏光分離素子において、偏光分離動作として格子ベクトル方向に振動する偏光成分を直進透過光、これと垂直方向に振動する偏光成分を回折光として分離させる際に、最大偏光分離度を出す条件を提示したので、偏光分離素子に最大の偏光分離度をもたせることができる。
【００７０】
請求項６記載の発明によれば、請求項４記載の偏光分離素子において、偏光分離動作として格子ベクトル方向に振動する偏光成分を回折光、これと垂直方向に振動する偏光成分を直進透過光として分離させる際に、最大偏光分離度を出す条件を提示したので、偏光分離素子に最大の偏光分離度をもたせることができる。
【００７１】
請求項７記載の発明によれば、請求項１〜６の何れかに記載の偏光分離素子において、無機物質の斜め蒸着により形成した異方性膜を用いるので、真空蒸着法により簡便に、大面積に、低コストで異方性膜を形成できる。
【００７２】
請求項８記載の発明によれば、請求項１〜６の何れかに記載の偏光分離素子において、有機物質を配向して形成した異方性膜を用いるので、請求項７とは別の方法による真空蒸着法により簡便に、大面積に、低コストで異方性膜を形成できる。
【００７３】
請求項９記載の発明によれば、請求項１〜８の何れかに記載の偏光分離素子において、比較的簡易な工程で長時間かけずに作製できる偏光分離素子を提供することができる。
【００７５】
請求項１０記載の発明によれば、請求項１〜９の何れかに記載の偏光分離素子を適用した、簡易構成で、高光利用効率の光ヘッドを提供することができる。
【００７６】
請求項１１記載の発明によれば、請求項１０記載の光ヘッドに用いる偏光分離素子を、請求項１〜９の何れかに記載の偏光分離素子と１／４波長板を接着一体化した構成としたことにより、光ヘッドの構成の簡易化に寄与することができる。
【００７７】
請求項１２記載の発明によれば、請求項１０記載の光ヘッドに用いる偏光分離素子を、請求項１〜９の何れかに記載の偏光分離素子上に異方性膜を用いた１／４波長膜を形成した構成としたので、１／４波長板を光学結晶ではなく異方性膜で実現して、光ヘッドのより低コスト化、構成の簡易化に寄与することができる。
【００７８】
請求項１３記載の発明によれば、請求項１０記載の光ヘッドにおいて、少なくとも光源と光検出器、あるいは光源と光検出器と偏光分離素子を、パッケージにより一体化したので、より簡易構成で、小型、組付け調整のし易い、高安定な光ヘッドを提供することができる。
【００７９】
請求項１４記載の発明によれば、異なる波長を持つ複数の光源と、請求項１〜９の何れかに記載の偏光分離素子あるいは請求項１１または１２記載の偏光分離素子を用い、光学系を共用したことにより、複数の波長を持つ光ヘッドを実現することができる。
【００８０】
請求項１５記載の発明によれば、請求項１４記載の光ヘッドにおいて、少なくとも複数の光源と複数の光検出器、あるいは複数の光源と複数の光検出器と偏光分離素子を、パッケージにより一体化したので、より簡易構成で、小型、組付け調整のし易い、高安定な光ヘッドを提供することができる。
【００８１】
請求項１６記載の発明によれば、請求項１４または１５記載の光ヘッドにおいて、波長の異なる複数の光源の出射面が、光ヘッド光学系の光軸方向に互いにずれて配置されているので、基板厚さの異なる光ディスク媒体に対しても良好な集光性能を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】偏光分離素子の構成例を示す断面図である。
【図２】図１に示す偏光分離素子の動作の実施例を示す図である。
【図３】図１に示す偏光分離素子の動作の別の実施例を示す図である。
【図４】図１に示す偏光分離素子の要部を部分的に拡大して示す断面図である。
【図５】偏光分離素子の別の構成例を示す部分断面図である。
【図６】請求項４記載の偏光分離素子の構成例を示す部分断面図である。
【図７】請求項７の実施例を示す図であって斜め蒸着膜の形成方法の説明図である。
【図８】請求項８の実施例を示す図であって有機異方性膜の形成方法の説明図である。
【図９】請求項９記載の偏光分離素子の作製工程の説明図である。
【図１０】請求項１記載の偏光分離素子の具体的な構成例を示す断面図である。
【図１１】請求項１０記載の光ヘッドの一例を示す概略構成図である。
【図１２】請求項１０記載の光ヘッドの別の例を示す概略構成図である。
【図１３】請求項１１記載の偏光分離素子の構成例を示す断面図である。
【図１４】請求項１１記載の偏光分離素子の別の構成例を示す断面図である。
【図１５】請求項１２記載の偏光分離素子の構成例を示す断面図である。
【図１６】請求項１３記載の光ヘッドの一例を示す概略構成図である。
【図１７】請求項１３記載の光ヘッドの別の例を示す概略構成図である。
【図１８】請求項１３記載の光ヘッドのさらに別の例を示す概略構成図である。
【図１９】請求項１４記載の光ヘッドの一例を示す概略構成図である。
【図２０】請求項１５記載の光ヘッドの一例を示す概略構成図である。
【図２１】請求項１６記載の光ヘッドの一例を示す概略要部構成図である。
【図２２】従来技術の一例を示す図であって、複屈折回折格子型偏光子の構造例を示す図である。
【図２３】従来技術の別の例を示す図であって、偏光分離素子の構造例を示す図である。
【符号の説明】
１，１’，１７ａ：偏光分離素子
２，１７-4：透明基板
３，１７-3：異方性膜
３’：有機異方性膜
４，４’：等方性オーバーコート層
５：配向膜
６：フォトレジスト
７，１７-2，１７-5：等方性接着層
８，１７-4’：透明対向基板
１１，１１’：半導体レーザ
１２，１２’，１３，１３’：光検出器
１４，１４’：光ディスク
１５：対物レンズ
１６：コリメートレンズ
１７：１／４波長板付偏光分離素子
１７ｂ：１／４波長板
１７-1：複屈折性結晶からなる１／４波長板
１７-6：１／４波長膜
１８，１８’，１８''：パッケージ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a polarization separation element applied to an optical head for an optical disc and an optical head using the polarization separation element.
[0002]
[Prior art]
For example, the following is a related art regarding the polarization separation element.
1. "Birefringent Grating Polarizer" Proceedings of the 35th Spring Meeting of the Japan Society of Applied Physics, 1988, 29a-ZH-10. In this birefringent diffraction grating polarizer, as shown in FIG. 22, a birefringent optical crystal, LiNbO₃  Is used as a substrate, proton exchange is performed on the substrate in a periodic pattern, and a dielectric film is loaded on the proton exchange region. In the proton exchange region, the refractive index increases for extraordinary rays and decreases for ordinary rays. Then, by canceling the phase difference of the ordinary ray in the proton exchange region by the dielectric film, the ordinary ray is made to travel straight and a polarizer that diffracts only the extraordinary ray is realized.
2. "LiNbO₃  Polarized Light Separating Element ", Proceedings of the 40th Spring Meeting of the Japan Society of Applied Physics, 1993, 30a-B-1. In this polarization separation element, as shown in FIG.₃  Is used as a substrate to form a periodic lattice-like proton exchange region, and only this proton exchange region is then selectively etched to form a periodic groove. These grooves offset the increase in the refractive index of extraordinary light due to proton exchange, and emphasize the decrease in the refractive index of ordinary light. As a result, an extraordinary light travels straight, and a polarization splitting element in which ordinary light is diffracted can be realized.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
According to the conventional technique, a polarization separation element that separates ordinary light and extraordinary light is realized, but has the following disadvantages.
{Circle around (1)} It takes time to manufacture. That is, since it is necessary to perform a periodic ion exchange treatment on the crystal, several hours (for example, about 5 hours in the above-mentioned prior art 1) are required only for the ion exchange. In addition, not only ion exchange but also formation of a dielectric film and etching of the same by photolithography are complicated in many steps.
(2) High cost. In other words, as described in (1), it takes time and labor to manufacture, and the substrate is LiNbO₃  Such an optical crystal is required, which increases the cost of the device.
[0004]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and a. To provide a polarization beam splitting element that can be manufactured in a small number of steps without time-consuming manufacturing; b. Providing a low cost polarization separation element; c. It is an object of the present invention to provide an optical head for an optical disk having a simple configuration using the polarization splitting element having the characteristics a and b. More specifically, the objects of the claims are as follows.
[0005]
An object of claim 1 is to provide a polarized light separating element which achieves the above objects a and b and has a simple configuration.In addition, the object is to make the isotropic overcoat layer flat and stable..
According to a second aspect of the present invention, in addition to the first aspect, when a polarized light component oscillating in the lattice vector direction is separated as straight-forward transmitted light as a polarized light separating operation, and a polarized light component oscillating in a direction perpendicular thereto is separated as diffracted light, The condition for obtaining the maximum polarization separation degree is to be provided.
According to a third aspect of the present invention, in addition to the first aspect, when a polarized light component oscillating in a lattice vector direction is separated as diffracted light and a polarized light component oscillating in a direction perpendicular thereto as a straight transmitted light as a polarization separating operation, The condition for obtaining the maximum polarization separation degree is to be provided.
A fourth object of the present invention is to provide, in addition to the first object, a use as a polarization separation element even if the isotropic overcoat layer has irregularities.
According to a fifth aspect of the present invention, in addition to the fourth aspect, when a polarized light component oscillating in the direction of the lattice vector is separated as straight transmitted light as a polarized light separating operation, and a polarized light component oscillating in a direction perpendicular thereto is separated as diffracted light, The condition for obtaining the maximum polarization separation degree is to be provided.
According to a sixth aspect of the present invention, in addition to the object of the fourth aspect, when a polarized light component oscillating in a lattice vector direction is separated as a diffracted light as a polarized light separating operation and a polarized light component oscillating in a direction perpendicular thereto as a straight transmitted light, The condition for obtaining the maximum polarization separation degree is to be provided.
A seventh object of the present invention is to provide, in addition to the object of any one of the first to sixth aspects, a film which can be easily formed as an anisotropic film and can be formed in a large area at low cost.
Another object of the present invention is to provide, in addition to the objects of any one of the first to sixth aspects, a film which can be easily formed as an anisotropic film and can be formed in a large area at low cost.
A ninth object of the present invention is to produce a polarization splitting element quickly and easily, in addition to the object of any one of the first to eighth aspects..
[0006]
Claim10The object of the present invention is to achieve the object of the above-mentioned c, and to provide a configuration of an optical head using a polarization separation element.
Claim11It is an object of the present invention to provide a configuration in which a quarter-wave plate for an optical head and a polarization separation element are integrated.
Claim12An object of the present invention is to provide another configuration in which a quarter-wave plate for an optical head and a polarization splitting element are integrated.
ClaimThirteenIt is an object of the present invention to provide a simplified configuration by integrating a light source, a photodetector, and a polarization separation element of an optical head.
Claim14The object of the present invention is to achieve the above-mentioned object c, and to provide a configuration of an optical head using a plurality of light sources having different wavelengths and a polarization splitting element and capable of sharing an optical system.
ClaimFifteenThe purpose of the claim14Another object of the present invention is to provide a simplified configuration in which a plurality of light sources, a photodetector, and a polarization separation element are integrated.
Claim16The purpose of the claim14OrFifteenAnother object of the present invention is to obtain good light-collecting performance for optical disks having different substrate thicknesses.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the polarized light separating element according to claim 1 separates two orthogonal polarization components, so that an anisotropic film having a different refractive index with respect to a vibrating surface of incident light having a different refractive index is provided on a transparent substrate.Etched until it reaches the substrate by dry or wet etchingLoaded as a periodic grid, over which an isotropic overcoat layer is coatedComprising a second transparent substrate thereon, the isotropic overcoat layer is an adhesive layer for bonding the transparent substrate and the second transparent substrate between lattices of the anisotropic film,The orthogonal polarization of the incident light is separated into zero-order light and diffracted light.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect, the refractive index of the periodic lattice of the anisotropic film with respect to the polarization in the lattice vector direction is n._p, And the refractive index for polarization perpendicular to this_sAnd the refractive index of the isotropic overcoat layer is n₁When the depth of unevenness of the periodic lattice of the anisotropic film is h, the wavelength of light is λ, and m is a positive or negative natural number including 0 (m = 0, ± 1, ± 2,...), Condition,
(N_p-N₁) H = mλ
(N_s-N₁) H = (m ± 1/2) λ
Is substantially satisfied.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect, in addition to the configuration of the first aspect, the refractive index of the periodic lattice of the anisotropic film with respect to polarization in the lattice vector direction is n._p, And the refractive index for polarization perpendicular to this_sAnd the refractive index of the isotropic overcoat layer is n₁When the depth of unevenness of the periodic lattice of the anisotropic film is h, the wavelength of light is λ, and m is a positive or negative natural number including 0 (m = 0, ± 1, ± 2,...), Condition,
(N_p-N₁) H = (m ± 1/2) λ
(N_s-N₁) H = mλ
Is substantially satisfied.
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect, the upper surface of the isotropic overcoat layer has an uneven shape in phase with the periodic lattice of the anisotropic film. I do.
[0011]
According to a fifth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the fourth aspect, in addition to the configuration of the fourth aspect, the refractive index of the periodic lattice of the anisotropic film with respect to the polarization in the lattice vector direction is n._p, And the refractive index for polarization perpendicular to this_sAnd the refractive index of the isotropic overcoat layer is n₁H is the depth of the irregularities of the periodic lattice of the anisotropic film, and h is the depth of the irregularities of the upper surface of the isotropic overcoat layer.₁When the wavelength of light is λ and m is a positive or negative natural number including m (m = 0, ± 1, ± 2,...), The following conditions are satisfied:
(N_p-N₁) H + (n₁-1) h₁= Mλ
(N_s-N₁) H + (n₁-1) h₁= (M ± 1/2) λ
Is substantially satisfied.
[0012]
According to a sixth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the fourth aspect, in addition to the configuration of the fourth aspect, the refractive index of the periodic lattice of the anisotropic film with respect to the polarization in the lattice vector direction is n._p, And the refractive index for polarization perpendicular to this_sAnd the refractive index of the isotropic overcoat layer is n₁H is the depth of the irregularities of the periodic lattice of the anisotropic film, and h is the depth of the irregularities of the upper surface of the isotropic overcoat layer.₁When the wavelength of light is λ and m is a positive or negative natural number including m (m = 0, ± 1, ± 2,...), The following conditions are satisfied:
(N_p-N₁) H + (n₁-1) h₁= (M ± 1/2) λ
(N_s-N₁) H + (n₁-1) h₁= Mλ
Is substantially satisfied.
[0013]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a polarization beam splitting device comprising, in addition to any one of the first to sixth aspects, an anisotropic film formed by oblique deposition of an inorganic substance.
[0014]
According to a eighth aspect of the present invention, there is provided a polarization beam splitting device comprising, in addition to any one of the first to sixth aspects, an anisotropic film formed by orienting an organic substance.
[0015]
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the polarization beam splitting element according to any one of the first to eighth aspects, wherein a photosensitive resin is loaded on the anisotropic film formed on the transparent substrate, and a periodic pattern is formed with light or an electron beam. After exposure and development, the photosensitive resin is used as an etching mask, and after forming a periodic lattice structure of the anisotropic film by wet etching or dry etching, the photosensitive resin is removed and the upper portion of the anisotropic film is removed. It is characterized by forming an isotropic overcoat layer.
[0017]
Claim10The optical head according to claim 1, wherein the optical head is disposed between the light source, the objective lens, and the objective lens disposed between the light source and the optical disk.9And a quarter-wave plate disposed between the polarization splitting element and the objective lens, and a photodetector that detects diffracted light by the polarization splitting element. At least, the light is condensed on the optical disk surface by an objective lens, and the reflected light from the optical disk is diffracted and separated by a polarization separation element and detected by a photodetector.
[0018]
Claim11The polarized light separating element according to the claim10A polarization splitting element used in the optical head according to claim 1, wherein9The quarter-wave plate is bonded to and integrated with the polarized light separating element having any one of the above structures.
[0019]
Claim12The polarized light separating element according to the claim10A polarization splitting element used in the optical head according to claim 1, wherein9Is characterized in that a quarter-wave film using an anisotropic film is formed on the polarized light separating element having any one of the above structures.
[0020]
ClaimThirteenThe optical head described in the claims10In the optical head described in the claims11Or12The light source and the photodetector are mounted in a single package, or the package in which the light source and the photodetector are mounted.11Or12The polarized light separating element described above is integrated by bonding.
[0021]
Claim14The optical head according to claim 1, wherein the plurality of light sources having different wavelengths, an objective lens arranged between the plurality of light sources and the optical disk, and an objective lens arranged between the plurality of light sources and the objective lens.9The polarization separation element and the quarter-wave plate according to any one of claims 1 to 4, or a claim.11Or12The polarization separation element described, comprising a plurality of photodetectors for detecting the diffracted light by the polarization separation element, at least the objective lens collects light having a plurality of different wavelengths on different optical disc surfaces, and reflects the reflected light from the optical disc. It is characterized in that the light is diffracted and separated for each wavelength by the polarization separation element and is independently detected by a photodetector for each wavelength.
[0022]
ClaimFifteenThe optical head described in the claims14In addition to the above configuration, at least a plurality of light sources and a plurality of photodetectors are mounted in one package, or a package in which a plurality of light sources and a plurality of photodetectors are mounted.9The polarized light separating element according to any one of claims or claim.11Or12The polarized light separating element described above is integrated by bonding.
[0023]
Claim16The optical head described in the claims14OrFifteenIn addition to the above configuration, the emission surfaces of the plurality of light sources having different wavelengths are arranged so as to be shifted from each other in the optical axis direction of the optical head optical system.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the configuration and operation of a polarization beam splitter according to the present invention and an optical head using the polarization beam splitter will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.
[0025]
(Example 1)
FirstPolarization separation elementAn example will be described. FIG.Is biasedFIG. 3 is a partial cross-sectional view illustrating a configuration example of a light separating element. In FIG. 1, the polarized light separating element 1 has an anisotropic film 3 having a periodic lattice structure formed on a transparent substrate 2 such as glass or plastic, and is covered with an isotropic overcoat layer 4. It has a configuration.In the structure of the first aspect, a second transparent substrate is provided on the overcoat layer as described later (FIG. 10).The anisotropic film 3 is an anisotropic film having different refractive indexes for light vibrating in the direction of the paper surface of FIG. 1 and light vibrating perpendicularly to the paper surface. The operation of the polarization splitting device 1 is shown in FIGS.
[0026]
FIG. 2 is a diagram showing one embodiment of the operation of the polarization beam splitting element shown in FIG. 1, and it is assumed that the light incident on the polarization beam splitting element 1 has vibration components in two directions, that is, the direction of the paper and the direction perpendicular thereto. In FIG. 2, after passing through the polarization splitting element 1, the light of the vibration component in the direction of the paper surface goes straight as the zero-order light. The light of the vibration component in the direction perpendicular to the paper is diffracted as ± first-order light. Therefore, the traveling direction changes depending on the polarization, and the device operates as a polarization splitting element.
FIG. 3 is a view showing an embodiment of another operation of the polarization splitting element shown in FIG. 1. In contrast to FIG. 2, light in a vibration direction perpendicular to the paper travels straight as zero-order light and vibrates in the paper direction. The light is diffracted as ± 1st order light and polarized and separated.
[0027]
(Example 2)
Next, a second embodiment will be described. In the present embodiment, the operation of the element is analyzed in detail, and the optimum conditions for the operation of the polarization separation element in FIG. 2 are obtained.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a main part of the polarization beam splitter 1 in an enlarged manner. Anisotropic films 3 are regularly arranged on the transparent substrate 2 at a period d, and the thickness of the anisotropic film 3 is h. Further, as shown in FIG. 5, the anisotropic film 3 may have a periodic uneven shape, where h is the depth of the periodic uneven shape.
[0028]
Here, the refractive index of the periodic lattice of the anisotropic film 3 with respect to the polarized wave (p-polarized light) in the paper plane direction of FIG. 4 (or FIG. 5) is represented by n._p  , The refractive index with respect to the polarized light in the direction perpendicular to the paper surface (s-polarized light) is n_s  And the refractive index of the isotropic overcoat layer 4 is n₁  Then, for example, in FIG. 4, the optical path length difference Δ with respect to the optical paths A and B is
Paper direction (grid vector direction): Δ_p= (N_p-N₁) H (1)
Direction perpendicular to paper (perpendicular to lattice vector): Δ_s= (N_s-N₁) H (2)
It becomes. Hereinafter, the paper surface direction is referred to as a lattice vector direction (shown in FIG. 1).
[0029]
As shown in FIG. 2, in order for the vibration component in the direction of the lattice vector to travel straight as the zero-order light and the vibration component in the direction perpendicular to the lattice vector to be diffracted as ± first-order light, the following two equations must be satisfied. is necessary. That is, when the wavelength of light to be used is λ and m is a positive or negative natural number including m (m = 0, ± 1, ± 2,...), The following conditions are satisfied:
(N_p-N₁) H = mλ (3)
(N_s-N₁) H = (m ± 1/2) λ (4)
It becomes.
[0030]
Here, the expression (3) is a condition that the optical path difference of the light of the vibration component in the direction of the lattice vector becomes an integral multiple of the wavelength λ, and the light travels straight as the zero-order light even after passing through the lattice (strengthening by interference). Equation (4) indicates that the optical path difference between the A and B parts is offset by an odd multiple of half a wavelength with respect to the light of the vibration component perpendicular to the lattice vector direction, and cancels each other, so that straight light (zero-order light component) disappears. All of the conditions are for diffracted light (linear components cancel each other out due to interference, and light goes to the diffracted light). Therefore, when the 0th-order and 1st-order polarizations are separated, it is necessary to satisfy the expressions (3) and (4) in order to increase the degree of polarization separation. However, in practice, even if the formulas (3) and (4) are not strictly satisfied, the refractive index n of the anisotropic film 3 is set so as to satisfy the condition near the formulas (3) and (4)._p, N_s, The refractive index n of the overcoat layer 4₁  , The depth h of the unevenness of the anisotropic film 3 and the order m.
[0031]
(Example 3)
Next, a third embodiment will be described. In the present embodiment, an optimum condition when the polarization beam splitter 1 operates as shown in FIG. 3 is obtained.
As shown in FIG. 3, the condition that the vibration component in the lattice vector direction is diffracted as ± first-order light and the vibration component in the direction perpendicular to the lattice vector travels straight as zero-order light is determined by the lattice vector of the periodic lattice of the anisotropic film 3. The index of refraction for polarization in the direction (p-polarized light) is n_p, And the refractive index for polarization in the vertical direction (s-polarized light) is n_sAnd the refractive index of the isotropic overcoat layer 4 is n₁When the irregularity depth of the periodic lattice of the anisotropic film 2 is h, the wavelength of light is λ, and m is a positive or negative natural number including 0 (m = 0, ± 1, ± 2,...)
(N_p-N₁) H = (m ± 1/2) λ (5)
(N_s-N₁) H = mλ (6)
(Equation (5) is a condition in which the straight-line component is canceled out by interference and becomes diffracted light, and Expression (6) is a condition in which it reinforces by interference and travels straight as zero-order light even after passing through the grating). Accordingly, the refractive index n of the anisotropic film 3 is set such that the conditions of the equations (5) and (6) are substantially satisfied._p, N_s, The refractive index n of the overcoat layer 4₁  , The depth h of the unevenness of the anisotropic film 3 and the order m are set.
[0032]
(Example 4)
Next, a fourth embodiment will be described. FIG. 6 is a partially enlarged cross-sectional view showing a main part of the polarization beam splitter. In the polarization beam splitter of this embodiment, the upper surface of the isotropic overcoat layer 4 ′ is formed by the periodic lattice of the anisotropic film 3. And the uneven shape in phase. When actually manufacturing a polarization splitting element, the isotropic overcoat layer is not completely flattened as shown in FIG. 4 and anisotropic overcoat layer 4 ′ shown in FIG. There is also a structure in which the surface reflecting the periodic structure of the film becomes uneven. Even in such a case, the operation as the above-described polarization splitting element does not hinder and functions as the polarization splitting element. Note that this embodiment can be applied when the isotropic overcoat layer is not completely planarized when formed by a method such as sputtering or vapor deposition.
[0033]
(Example 5)
Next, an embodiment of claim 5 will be described. In the present embodiment, an optimum condition for operating the polarization beam splitting element having the structure shown in the fourth embodiment (claim 4) as a polarization beam splitting element is obtained. 6, the refractive index of the periodic lattice of the anisotropic film 3 with respect to the polarization (p-polarized light) in the lattice vector direction is represented by n._p, And the refractive index for polarization in the vertical direction (s-polarized light) is n_sAnd the refractive index of the isotropic overcoat layer 4 ′ is n₁, The depth of the irregularities of the periodic lattice of the anisotropic film 2 is h, and the depth of the irregularities of the overcoat layer 4 ′ is h.₁  Then, the optical path length difference Δ with respect to the optical paths A and B is
Lattice vector direction: Δ_p= (N_p-N₁) H + (n₁-1) h₁        ... (7)
Perpendicular to lattice vector: Δ_s= (N_s-N₁) H + (n₁-1) h₁  ... (8)
It becomes.
[0034]
In FIG. 6, as shown in FIG. 2, the condition for transmitting the vibration component in the direction of the lattice vector as the zero-order light (straight) and diffracting the vibration component in the direction perpendicular to the lattice vector as ± first-order light is as follows. Is a natural number (m = 0, ± 1, ± 2,...) Including λ and m is 0.
(N_p-N₁) H + (n₁-1) h₁= Mλ (9)
(N_s-N₁) H + (n₁-1) h₁= (M ± 1/2) λ (10)
(Equation (9) is a condition for constructing by the interference and going straight as the zero-order light even after passing through the grating, and Expression (10) is a condition for the straight component being canceled out by the interference and becoming a diffracted light). Therefore, the refractive index n of the anisotropic film 3 is set such that the conditions of the equations (9) and (10) are substantially satisfied._p, N_s, The refractive index n of the overcoat layer 4 ′₁  , Depth h of the anisotropic film 3, depth h of the overcoat layer 4 ′₁, The degree m is set.
[0035]
(Example 6)
Next, a sixth embodiment will be described. In the present embodiment, another optimum condition for the polarization splitting element having the configuration shown in the fourth embodiment (claim 4) to operate as a polarization splitting element is obtained. In FIG. 6, as shown in FIG. 3, the optimum condition for the vibration component in the lattice vector direction to diffract as ± first order light and the vibration component in the direction perpendicular to the lattice vector to be transmitted (straight) as the zero order light is: Let n be the refractive index of the periodic lattice of the anisotropic film 3 with respect to the polarization (p-polarized light) in the lattice vector direction._p, And the refractive index for polarization in the vertical direction (s-polarized light) is n_sAnd the refractive index of the isotropic overcoat layer 4 ′ is n₁, The depth of the irregularities of the periodic lattice of the anisotropic film 2 is h, and the depth of the irregularities of the overcoat layer 4 ′ is h.₁  When the wavelength of light is λ and m is a positive or negative natural number including 0 (m = 0, ± 1, ± 2,...),
(N_p-N₁) H + (n₁-1) h₁= (M ± 1/2) λ (11)
(N_s-N₁) H + (n₁-1) h₁= Mλ (12)
(Equation (11) is a condition in which the straight-line component is canceled out by interference and becomes diffracted light, and Expression (12) is a condition in which the light is strengthened by interference and travels straight as zero-order light even after passing through the grating). Therefore, the refractive index n of the anisotropic film 3 is set such that the conditions of the equations (11) and (12) are substantially satisfied._p, N_s, The refractive index n of the overcoat layer 4 ′₁  , Depth h of the anisotropic film 3, depth h of the overcoat layer 4 ′₁, The degree m is set.
[0036]
(Example 7)
Next, an embodiment of claim 7 will be described. As the anisotropic film used in the polarization beam splitter described so far, an optical crystal as in the prior art is desired, but an anisotropic film that can be formed more easily and at lower cost is desired. As a material suitable for such an anisotropic film, there is a so-called obliquely deposited film in which a substrate is inclined with respect to an evaporation source when a dielectric material is formed by vacuum deposition (reference: surface technology). , Vol.46, No.7, 1995, P.32-35 "Retardation film"). This is because, as shown in FIG.₂O₅, SiO₂Using a dielectric material made of an inorganic substance such as the above, evaporation is performed with the substrate inclined. At this time, if the tilt angle of the substrate is optimized, Ta₂O₅In contrast, the birefringence Δn of the film becomes about 0.08 at the maximum (see the above-mentioned reference).
[0037]
Here, when the equations (3) and (4) are subtracted from each other,
(N_p-N_s) H = λ / 2 (13)
And n_p-N_sIs the birefringence of the film, so if this is Δn,
Δn · h = λ / 2 (14)
h = λ / (2 · Δn) (15)
It becomes. By substituting λ = 0.65 μm and Δn = 0.08 into this equation (15) as numerical examples,
h = 0.65 / (2 × 0.08) ≒ 4.1 μm
It becomes. That is, Ta₂O₅The height h of the unevenness of the anisotropic film in FIG. 4 is about 4.1 μm with respect to the anisotropic film obtained by performing the oblique vapor deposition using as a material.
[0038]
As described above, by forming an anisotropic film by oblique deposition of a dielectric made of an inorganic substance, a film can be formed by a relatively simple method called vacuum deposition, and it is also possible to form a large area. Yes, it is easier to manufacture at lower cost than the conventional method using an optical crystal.
[0039]
(Example 8)
Next, an embodiment of claim 8 will be described. As another method for easily obtaining an anisotropic film, there is a method using a highly oriented film of an organic substance. As an example, as shown in FIG. 8, SiO 2 is formed on a transparent substrate 2 such as glass.₂Or the like, or an organic film such as polyethylene terephthalate (PET) is rubbed by rubbing an organic film with a cloth to form an alignment film 5, and a polydiacetylene monomer is vacuum-deposited on the alignment film 5 and aligned. After that, it is a method of irradiating ultraviolet light to polymerize to form an organic anisotropic film 3 ′ (Reference: J. Appl. Phys., 72, No. 3, pp. 938 to 947 (1992)). . By this method, an anisotropic film can be formed by vacuum deposition of an organic material, and a large-area, low-cost polarization separation element can be obtained.
[0040]
(Example 9)
Next, a ninth embodiment will be described. Here, a method for manufacturing the polarization beam splitter 1 according to the present invention will be described.
First, as shown in FIG. 9A, an anisotropic film 3 is formed on a glass substrate 2. Next, as shown in FIG. 9B, a photoresist 6 is coated on the anisotropic film 3. Then, the photoresist 6 is exposed to a periodic pattern. In this case, contact exposure using a mask or projection exposure may be used. In addition, electron beam exposure or interference exposure using laser light may be used. After the exposure, the photoresist is developed to obtain a periodic lattice pattern of the photoresist 6 as shown in FIG. Next, as shown in FIG. 9D, the anisotropic film 3 is etched using the photoresist 6 as an etching mask. As an etching method, known dry etching or wet etching can be performed. Next, as shown in FIG. 9E, the photoresist is removed by ashing with a solvent or plasma. Then, as shown in FIG. 9F, an isotropic overcoat layer 4 is formed on the anisotropic film 3 having a periodic lattice structure. As a method for forming the isotropic overcoat layer 4, a method such as spin coating, roll coating, or dipping coating of a resin, or a dielectric (SiO₂, SiON, etc.) by vacuum deposition, sputtering, CVD or the like. Among them, spin coating of a resin is excellent because it is excellent in flatness and can be formed easily and at low cost. In addition, this manufacturing method does not include a step that takes several hours as in the case of the polarization separation element described in the related art, so that the production of the polarization separation element requires no time and effort.
[0041]
(Example 10)
Then claimOne more specificAn example will be described. Figure 10 Claims1Of the polarization separation element describedconcreteIt is a partial sectional view showing an example of composition. In the polarization beam splitter 1 ′ shown in FIG. 10, instead of the isotropic overcoat layer 4 of the polarization beam splitter 1 shown in FIG. This is a structure in which the anisotropic film 3 is sandwiched and a transparent isotropic adhesive layer 7 is interposed therebetween. In this case, the isotropic adhesive layer 7 also serves as the overcoat layer. As the adhesive used for the adhesive layer 7, various ultraviolet-curing and thermosetting adhesives can be used. At this time, the refractive index of the adhesive layer 7 needs to be precisely determined according to the above-mentioned formulas (3) to (6) or formulas (9) to (12). With this bonding structure,[1]The overcoat layer (isotropic adhesive layer 7) can be easily planarized;[2]Since the upper and lower parts are sandwiched by the transparent substrates 2 and 8, it is resistant to environmental resistance (temperature and humidity) and mechanical pressure from the outside.[3]By providing the upper transparent substrate 8 with another function, a multifunctional element can be realized.
[0042]
(Example 11)
Then claim10An example will be described. FIG. 11 shows the claims.10It is a schematic structure figure showing an example of the optical head of description, and shows an example using the polarization separation element (1 or 1 ') of the present invention described in Examples 1 to 10 for an optical disk optical head.
In FIG. 11, a polarized light separating element 17 with a quarter-wave plate is disposed in the divergent light emitted from the semiconductor laser 11 as a light source. 10 (claims 1 to9), The １／ wavelength plate 17b is integrated with the polarization beam splitter 17a composed of any of the polarization beam splitters (1 or 1 ′). The direction of the lattice vector of the periodic grating in the polarization beam splitter 17a matches the direction of the paper of FIG. When the oscillation direction of the emitted light of the semiconductor laser 11 is in the direction of the paper, the polarization separating element 17a desirably satisfies the expressions (3) and (4). When the oscillation direction is in the direction perpendicular to the paper, the expression (5) It is desirable to satisfy (6) and (6). Under this condition, light emitted from the semiconductor laser 11 passes through the polarization beam splitter 17a of the polarization beam splitter 17 with a quarter-wave plate as zero-order light with almost no loss. Then, after passing through the quarter-wave plate 17b integrated with the polarization separation element 17a, the light becomes circularly polarized light and enters the collimator lens 16, where it becomes parallel light and is condensed on the recording surface of the optical disk 14 by the objective lens 15.
[0043]
The light reflected on the recording surface of the optical disk 14 returns to the polarization separation element 17 with a quarter-wave plate via the objective lens 15 and the collimator lens 16, where the quarter-wave plate 17b emits circularly polarized light when emitted from the semiconductor laser. Is converted to a direction orthogonal to the vibration direction of With respect to the vibration plane orthogonal to the time of emission, the polarized light is substantially diffracted by the polarization separation element 17a as ± first-order light. The return light diffracted ± 1st order is detected by the photodetectors 12 and 13, respectively. The detection by the photodetectors 12 and 13 detects not only the information signal recorded on the optical disc 14 but also a focus error signal and a tracking error signal for focus servo and tracking servo. In this method, the periodic structure of the polarization beam splitter 17a is divided into a plurality of regions, and the diffraction direction is slightly changed (the grating direction and the grating curvature are slightly changed). Method, an astigmatism method, a beam size method, etc.) and a plurality of beams forming a tracking error signal (push-pull method, etc.). The plurality of beams are detected by a plurality of divided detectors 12 and 13 to generate a servo signal.
[0044]
As described above, the polarization beam splitter 17a according to the present invention is applied to the optical head, and the polarization beam splitter 17 with the quarter-wave plate obtained by integrating the polarization beam splitter 17a and the quarter-wave plate is produced from the semiconductor laser 11. By arranging it in the emitted divergent light, the outward path to the optical disk 14 is transmitted without generating diffracted light, and most of the light is focused on the optical disk 14, and the reflected light from the optical disk 14 is transmitted after passing through the 波長 wavelength plate 17 b. Since the light is almost diffracted by the polarization separating element 17a and is incident on the photodetectors 12 and 13 with high efficiency, an optical head with high light use efficiency can be realized on both the forward path and the return path.
[0045]
FIG.10FIG. 13 is a schematic configuration diagram illustrating another example of the described optical head. In the optical head illustrated in FIG.9) Is a collimating lens having a configuration in which a quarter-wave plate 17b is integrated with a polarization splitting element 17a composed of any of the polarization splitting elements (1 or 1 ′). This is a configuration arranged in the parallel light between the lens 16 and the objective lens 15, and has the same operation in FIG. As shown in FIG. 12, the polarization separation element 17 with a quarter-wave plate is arranged in the parallel light between the collimator lens 16 and the objective lens 15, so that the degree of polarization separation is improved, and the light use efficiency in the forward path and the return path is further improved. Will be better.
[0046]
(Example 12)
Then claim11An example will be described. FIG. 13 shows an eleventh embodiment.10The details of the polarization separation element 17 with a 波長 wavelength plate used in the optical head of (1) are shown. In FIG. 13, a polarization separation element 17a has a periodic lattice structure 17-3 of an anisotropic film formed on a transparent substrate 17-4, on which an opposing transparent substrate 17-4 'is a transparent isotropic adhesive. The structure is similar to the structure shown in FIG. 10 in which the layers are bonded by a layer 17-5. On the opposite transparent substrate 17-4 'of the polarization beam splitter 17a, the above-mentioned quarter-wave plate 17b is formed. Quartz or LiNbO₃ A quarter-wave plate 17-1 made of a birefringent crystal such as that described above is integrated by bonding.
[0047]
FIG. 14 shows an eleventh embodiment.1013) is a diagram showing another embodiment of the polarization separation element 17 with a quarter wavelength plate used for the optical head of FIG. 13; in this example, the counter transparent substrate 17-4 'of FIG. 13 is omitted (that is, the polarization separation element is shown in FIG. 1). A quarter-wave plate 17-1 is bonded directly to a periodic lattice structure 17-3 of an anisotropic film with an isotropic adhesive layer 17-2 and integrated.
[0048]
As described above, when the polarization separation element of the present invention is used in an optical head, a combination with a quarter-wave plate is indispensable to maximize the light use efficiency in the forward and backward paths. By thus bonding and integrating them, the number of components of the optical head can be reduced, which can contribute to the downsizing of the optical head.
[0049]
(Example 13)
Then claim12An example will be described. FIG. 15 shows an eleventh embodiment.10FIG. 14 is a view showing still another embodiment of the polarization separation element 17 with a 波長 wavelength plate used in the optical head of FIG. In FIG. 15, a polarization separation element 17a has a periodic lattice structure 17-3 of an anisotropic film formed on a transparent substrate 17-4, on which an opposing transparent substrate 17-4 'is a transparent isotropic adhesive. The structure is similar to the structure shown in FIG. 10 in which the layers are bonded by a layer 17-5. On the upper surface of the opposing transparent substrate 17-4 'of the polarization beam splitter 17a, the above-mentioned 波長 wavelength plate 17b is provided. As an equivalent, a quarter-wave film 17-6 using an anisotropic film is loaded and formed.
[0050]
As the quarter-wave film 17-6 using this anisotropic film, an anisotropic film obtained by oblique deposition of an inorganic dielectric described in Example 7 or an organic material described in Example 8 is formed on an alignment film. An anisotropic film or the like which is oriented by vacuum deposition is used.
When the birefringence of the anisotropic film is Δn and the film thickness is d,
Δn · d = (m + ／) λ (16)
(M = 0, 1, 2, ...)
Is set so that the following holds.
[0051]
According to this embodiment, it is not necessary to use an expensive optical crystal as a quarter wavelength plate, and a quarter wavelength film can be formed over a large area at low cost.
[0052]
(Example 14)
Then claimThirteenAn example will be described. FIG.ThirteenFIG. 4 is a schematic configuration diagram showing an example of the optical head described above, and shows another embodiment of the optical head using the polarization splitting element of the present invention. The configuration of the optical system of the optical head shown in FIG. 16 is the same as that shown in FIG. 11, except that the semiconductor laser 11 and the photodetectors 12 and 13 are integrally sealed in a package 18 and the package 18 contains dry N₂ Filled with gas to improve weather resistance. Further, on the upper surface of the package 18, a polarization separation element 17 with a quarter-wave plate, in which the polarization separation element 17a and the quarter-wave plate 17b are integrated, is bonded and integrated.
[0053]
FIG.ThirteenFIG. 17 is a schematic configuration diagram showing another example of the optical head described, showing a case where the collimator lens 16 in FIG. 16 is omitted and the objective lens 15 ′ performs finite-system focusing; the other configurations are the same. is there.
[0054]
As shown in FIGS. 16 and 17, when the semiconductor laser 11, the photodetectors 12 and 13, and the polarization separation element 17 with a 波長 wavelength plate are integrated by a package 18,[1]The number of parts of the optical system can be reduced, and the configuration becomes simple.[2]The number of adjustment points when assembling the optical head can be reduced, making assembly adjustment easy.[3]Since the main part is integrated, the characteristics of the optical system can be reduced with respect to changes in environment, temperature, and humidity during use.
[0055]
FIG. 18 claimsThirteenFIG. 13 is a schematic configuration diagram illustrating still another example of the optical head described in the above. An optical system having the same configuration as the optical head illustrated in FIG. 12 includes a semiconductor laser 11 and photodetectors 12 and 13 in one package 18 ′. The configuration in which they are integrally loaded is shown. In the optical head shown in FIG. 18, the light source 11 and the photodetectors 12, 13 are integrated into the package 18 'as compared with the optical head shown in FIG.[1] , [2] , [3]It has the characteristics of The degree is characteristic compared with the configuration of Figs.[1]Less, but other features[2] , [3]Is similar.
[0056]
(Example 15)
Then claim14An example will be described. FIG.14It is a schematic structure figure showing an example of the above-mentioned optical head. This optical head comprises a light source 11, 11 'comprising two semiconductor lasers having different wavelengths, an objective lens 15 disposed between the light source 11, 11' and the optical disk 14 (or 14 '), a light source 11, 11'. A polarization separating element 17 with a quarter-wave plate in which a polarization separating element 17a and a quarter-wave plate 17b arranged between 11 'and the objective lens 15 are integrated, and diffraction by the polarization separating element 17 with the quarter-wave plate A plurality of photodetectors 12, 12 ', 13, 13' for detecting light are provided. In the example of FIG. 19, a collimating lens 16 is arranged between the polarization splitter 17 with a quarter-wave plate and the objective lens 15.
[0057]
In the present embodiment, two light sources having different wavelengths are used for an optical head, and an optical system is commonly used. This is a current optical disk system, a CD-R (CD-Recordable), which is a write-once CD premised on reading at a wavelength λ = 780 nm, and a DVD-R, a write-once DVD that performs recording and reproduction at a wavelength λ = 650 nm. This is also the case when two types of wavelengths of a DVD-RAM of a rewritable DVD are used interchangeably with one optical head.
[0058]
In FIG. 19, of the two semiconductor laser light sources, the semiconductor laser 11 has, for example, an oscillation wavelength λ.₁= 650 nm, and the semiconductor laser 11 ′ has an oscillation wavelength λ.₂= 780 nm. The polarization separating element 17 with a quarter wavelength plate, the collimating lens 16 and the objective lens 15 in the optical system of the optical head are commonly used for both wavelengths. The optical disk 14 is a medium having a thin substrate such as a DVD, and the optical disk 14 'is a medium having a thick substrate such as a CD. In FIG. 19, a short-wavelength light beam of the semiconductor laser 11 indicates an optical path by a solid line, and a long-wavelength light beam of the semiconductor laser 11 'is indicated by a broken line.
[0059]
The short-wavelength light from the semiconductor laser 11 is focused on the optical disc 14 which is a thin-substrate DVD-based medium, and the long-wavelength light from the semiconductor laser 11 'is focused on the optical disc 14' which is a thick-substrate CD-based medium. I do. The reflected light from each optical disk travels back in the original optical path, but the optical path is largely separated after being diffracted by the polarization splitting element 17a of the polarization splitting element 17 with a quarter-wave plate. That is, the short wavelength λ₁Longer wavelength than diffraction angle for₂Since the diffraction angle with respect to₁Than λ₂Is diffracted outward. Therefore, the short wavelength λ₁Photodetectors 12 and 13 are disposed, and a long wavelength λ₂Photodetectors 12 'and 13' are disposed to detect light of each wavelength.
[0060]
The polarization separation element used for the optical head of FIG.₁By satisfying Expressions (3) and (4) or Expressions (5) and (6) above,₁, The light use efficiency of the round trip can be maximized. Long wavelength λ₂Is out of the optimal condition, the round-trip light utilization efficiency is λ₁Less than.
However, λ₁The DVD-RAM is recorded and reproduced with the light of₂When reproducing a CD or CD-R with the light of₁High efficiency is required for₂However, there is no problem even if the efficiency is not necessarily high because only reproduction is performed. As described above, it can be applied without any problem by properly using it according to the application.
[0061]
Conversely, a long wavelength λ₂By satisfying the above equations (3) and (4) or the equations (5) and (6), the long wavelength λ₂Recording and reproduction (CD-R or CD-RW (CD-rewritable)) with a short wavelength λ₁Can be applied to usage such as reproduction only (DVD-ROM).
[0062]
As described above, the present embodiment (claim14) Allows a plurality of optical disks having different corresponding wavelengths to be recorded and reproduced by one optical head, which can contribute to miniaturization and cost reduction of the optical disk drive.
[0063]
(Example 16)
Then claimFifteenAn example will be described. FIG. 20FifteenIt is a schematic structure figure showing an example of the above-mentioned optical head. This optical head has the same component configuration and operation of the optical system as the optical head using two semiconductor laser light sources having different wavelengths shown in FIG.₁Semiconductor laser 11 and corresponding photodetectors 12, 13 and wavelength λ₂Semiconductor laser 11 'and its corresponding photodetectors 12' and 13 'are integrally mounted on one package 18 ", and a polarization separating element 17 with a 1/4 wavelength plate is bonded to the upper surface of the package 18". It is integrated.
With this configuration, the optical head using two wavelengths has a simplified configuration, and the number of adjustment parts is reduced, so that the assembly is easy. Also, since the main parts are integrated, the optical system can withstand changes in ambient temperature and humidity. Is increased in stability.
[0064]
(Example 17)
Then claim16An example will be described. FIG.16FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an essential part showing an example of the optical head described. Example 15 (Claim14) Or Embodiment 16 (claimFifteenIn the optical head shown in FIG. 21), the two semiconductor lasers 11 and 11 'are arranged apart from each other in the direction perpendicular to the optical axis of the optical head optical system. However, as shown in FIG. They are displaced from each other by a distance ΔZ. That is, as shown in FIGS. 19 and 20, two optical discs 14 and 14 ′ having different substrate thicknesses have different light-condensing positions in the optical axis direction. By disposing the lenses 11 and 11 'at a distance ΔZ from each other in the optical axis direction, the focusing position can be adjusted in accordance with the two optical discs 14 and 14', without burdening the focus servo system of the objective lens and the like. In addition, good light-collecting performance can be obtained for two optical disks 14, 14 'having different substrate thicknesses using the same optical system.
[0065]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the configuration of the polarization beam splitting element is such that an anisotropic film having a different refractive index with respect to a vibrating surface having different incident light is provided on a transparent substrate.Etched until it reaches the substrate by dry or wet etchingLoaded as a periodic grid, over which an isotropic overcoat layer is coatedComprising a second transparent substrate thereon, the isotropic overcoat layer is an adhesive layer for bonding the transparent substrate and the second transparent substrate between lattices of the anisotropic film,Since the orthogonal polarization of the incident light is separated into the zero-order light and the diffracted light, the polarization separation element (LiNbO₃ As a substrate, a proton exchange is performed in a periodic pattern on the substrate, etc.), and it is possible to provide a low-cost polarization separation element having a simple configuration, requiring less time for fabrication. Further, an isotropic overcoat layer can be formed by bonding, and the isotropic overcoat layer can be easily and stably formed.
[0066]
According to the second aspect of the present invention, in the polarization beam splitting device according to the first aspect, a polarized light component oscillating in a lattice vector direction is a straight-forward transmitted light as a polarized light separating operation, and a polarized light component oscillating in a direction perpendicular thereto is a diffracted light. Since the conditions for obtaining the maximum degree of polarization separation have been presented at the time of separation, the polarization separation element can be provided with the maximum degree of polarization separation.
[0067]
According to the third aspect of the present invention, in the polarization beam splitting device according to the first aspect, a polarized light component oscillating in a lattice vector direction is a diffracted light as a polarized light separating operation, and a polarized light component oscillating in a direction perpendicular thereto is a straight transmitted light. Since the conditions for obtaining the maximum degree of polarization separation have been presented at the time of separation, the polarization separation element can be provided with the maximum degree of polarization separation.
[0068]
According to the fourth aspect of the present invention, it is possible to provide an element form capable of functioning as a polarization splitting element in the polarization splitting element according to the first aspect even if the isotropic overcoat layer has an uneven shape.
[0069]
According to the fifth aspect of the present invention, in the polarization beam splitting device according to the fourth aspect, a polarized light component oscillating in a lattice vector direction is a linearly transmitted light as a polarized light separating operation, and a polarized light component oscillating in a direction perpendicular thereto is diffracted light. Since the conditions for obtaining the maximum degree of polarization separation have been presented at the time of separation, the polarization separation element can be provided with the maximum degree of polarization separation.
[0070]
According to the sixth aspect of the present invention, in the polarization beam splitting device according to the fourth aspect, a polarized light component oscillating in a lattice vector direction is a diffracted light as a polarized light separating operation, and a polarized light component oscillating in a direction perpendicular thereto is a straight transmitted light. Since the conditions for obtaining the maximum degree of polarization separation have been presented at the time of separation, the polarization separation element can be provided with the maximum degree of polarization separation.
[0071]
According to the invention as set forth in claim 7, the anisotropic film formed by oblique vapor deposition of an inorganic substance is used in the polarization beam splitter according to any of claims 1 to 6, so that the vacuum separation method can be used to easily and easily obtain a large size. An anisotropic film can be formed in a small area at low cost.
[0072]
According to the eighth aspect of the present invention, in the polarization splitting element according to any one of the first to sixth aspects, an anisotropic film formed by orienting an organic substance is used. Can easily form an anisotropic film on a large area at low cost by a vacuum deposition method.
[0073]
According to the ninth aspect of the present invention, it is possible to provide a polarization beam splitting element according to any one of the first to eighth aspects, which can be manufactured in a relatively simple process without taking a long time.
[0075]
Claim10According to the described invention, claims 1 to 19An optical head having a simple structure and high light use efficiency, to which the polarization separation element described in any of the above items is applied, can be provided.
[0076]
Claim11According to the described invention, the claims10A polarization splitting element used for the optical head according to claim 1,9By adopting a configuration in which the polarization separation element and the 波長 wavelength plate are bonded and integrated, the configuration of the optical head can be simplified.
[0077]
Claim12According to the described invention, the claims10A polarization splitting element used for the optical head according to claim 1,9, A 1/4 wavelength film using an anisotropic film is formed on the polarized light separating element according to any one of the above, so that the 1/4 wavelength plate is realized by an anisotropic film instead of an optical crystal. This can contribute to lower cost and simplification of the configuration of the optical head.
[0078]
ClaimThirteenAccording to the described invention, the claims10In the optical head described above, since at least the light source and the photodetector or the light source and the photodetector and the polarization splitting element are integrated by a package, a highly stable light with a simpler configuration, smaller size, easier to assemble and adjust, and more. A head can be provided.
[0079]
Claim14According to the described invention, a plurality of light sources having different wavelengths,9The polarized light separating element according to any one of claims or claim.11Or12An optical head having a plurality of wavelengths can be realized by using the polarization separation element described above and sharing the optical system.
[0080]
ClaimFifteenAccording to the described invention, the claims14In the optical head described above, at least a plurality of light sources and a plurality of light detectors, or a plurality of light sources, a plurality of light detectors and a polarization separation element are integrated by a package, so that the configuration is simpler, smaller, and assembly adjustment is possible. It is possible to provide a highly stable optical head that is easy to perform.
[0081]
Claim16According to the described invention, the claims14OrFifteenIn the optical head described above, since the emission surfaces of a plurality of light sources having different wavelengths are arranged so as to be shifted from each other in the optical axis direction of the optical head optical system, good focusing can be performed even on optical disc media having different substrate thicknesses. Performance can be ensured.
[Brief description of the drawings]
FIG.sideIt is sectional drawing which shows the example of a structure of a light separation element.
FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of the operation of the polarization beam splitter shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing another embodiment of the operation of the polarization beam splitter shown in FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a main part of the polarization separation element shown in FIG. 1 in an enlarged manner.
FIG. 5sideIt is a partial sectional view showing another example of composition of a light separation element.
FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing a configuration example of a polarization beam splitter according to claim 4.
FIG. 7 is a view showing an embodiment of claim 7, and is an explanatory view of a method for forming an obliquely deposited film.
FIG. 8 is a view showing an embodiment of claim 8, and is an explanatory view of a method for forming an organic anisotropic film.
FIG. 9 is an explanatory view of a manufacturing process of the polarization beam splitter according to claim 9;
FIG. 10 Claims1Of the polarization separation element describedconcreteIt is sectional drawing which shows a structural example.
FIG. 11 Claims10It is a schematic structure figure showing an example of the above-mentioned optical head.
FIG. 1210FIG. 9 is a schematic configuration diagram illustrating another example of the described optical head.
FIG. 1311It is sectional drawing which shows the example of a structure of the polarization separation element of description.
FIG. 1411It is sectional drawing which shows another example of a structure of the polarization separation element of description.
FIG. 1512It is sectional drawing which shows the example of a structure of the polarization separation element of description.
FIG. 16ThirteenIt is a schematic structure figure showing an example of the above-mentioned optical head.
FIG. 17ThirteenFIG. 9 is a schematic configuration diagram illustrating another example of the described optical head.
FIG. 18 ClaimsThirteenFIG. 11 is a schematic configuration diagram illustrating still another example of the optical head described.
FIG. 1914It is a schematic structure figure showing an example of the above-mentioned optical head.
FIG. 20FifteenIt is a schematic structure figure showing an example of the above-mentioned optical head.
FIG. 2116FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an essential part showing an example of the optical head described.
FIG. 22 is a diagram illustrating an example of a conventional technique, and is a diagram illustrating a configuration example of a birefringent diffraction grating polarizer.
FIG. 23 is a diagram illustrating another example of the related art, and is a diagram illustrating a configuration example of a polarization separation element.
[Explanation of symbols]
1, 1 ', 17a: polarization splitting element
2,17-4: Transparent substrate
3, 17-3: Anisotropic film
3 ': Organic anisotropic film
4,4 ': isotropic overcoat layer
5: Alignment film
6: Photoresist
7, 17-2, 17-5: Isotropic adhesive layer
8, 17-4 ': transparent counter substrate
11, 11 ': semiconductor laser
12, 12 ', 13, 13': photodetector
14, 14 ': optical disk
15: Objective lens
16: Collimating lens
17: Polarization separation element with 1/4 wavelength plate
17b: quarter wave plate
17-1: Quarter-wave plate made of birefringent crystal
17-6: 1/4 wavelength film
18, 18 ', 18' ': Package

Claims

To separate the two orthogonal polarization components, an anisotropic film with a different refractive index is applied to the transparent substrate on a vibrating surface of different incident light by dry etching or wet etching until it reaches the substrate, and is loaded as a periodic grating. Is further coated thereon with an isotropic overcoat layer, and a second transparent substrate is provided thereon, and the isotropic overcoat layer separates the transparent substrate and the second transparent substrate from each other. A polarization separation element , which is an adhesive layer that is bonded between lattices of an anisotropic film, and separates orthogonal polarization of incident light into zero-order light and diffracted light.

In the polarization separating element according to claim 1, wherein the refractive index n _p of the periodic grating of the grating vector direction with respect to the polarization of the anisotropic _film, the refractive index for this and vertical polarized wave and n _s, isotropic The refractive index of the overcoat layer is n ₁ , the depth of unevenness of the periodic lattice of the anisotropic film is h, the wavelength of light is λ, and m is a positive or negative natural number including 0 (m = 0, ± 1, ± 2, ...), the following conditions,
_{_{(n p -n 1) h =}} mλ
_{_{(n s -n 1) h =}} (m ± 1/2) λ
Is substantially satisfied.

In the polarization separating element according to claim 1, wherein the refractive index n _p of the periodic grating of the grating vector direction with respect to the polarization of the anisotropic _film, the refractive index for this and vertical polarized wave and n _s, isotropic The refractive index of the overcoat layer is n ₁ , the depth of unevenness of the periodic lattice of the anisotropic film is h, the wavelength of light is λ, and m is a positive or negative natural number including 0 (m = 0, ± 1, ± 2, ...), the following conditions,
_{_{(n p -n 1) h =}} (m ± 1/2) λ
_{_{(n s -n 1) h =}} mλ
Is substantially satisfied.

2. The polarization separation element according to claim 1, wherein an upper surface of the isotropic overcoat layer has an uneven shape in phase with the periodic lattice of the anisotropic film.

In the polarization separating element according to claim 4, wherein the refractive index n _p of the periodic grating of the grating vector direction with respect to the polarization of the anisotropic _film, the refractive index for this and vertical polarized wave and n _s, isotropic The refractive index of the overcoat layer is n ₁ , the unevenness depth of the periodic lattice of the anisotropic film is h, the unevenness depth of the upper surface of the isotropic overcoat layer is h ₁ , the wavelength of light is λ, and m is 0. When positive and negative natural numbers (m = 0, ± 1, ± 2,...) Including
_{_{(n p -n 1) h +}} (n 1 -1) h 1 = mλ
_{_{(n s -n 1) h +}} (n 1 -1) h 1 = (m ± 1/2) λ
Is substantially satisfied.

In the polarization separating element according to claim 4, wherein the refractive index n _p of the periodic grating of the grating vector direction with respect to the polarization of the anisotropic _film, the refractive index for this and vertical polarized wave and n _s, isotropic The refractive index of the overcoat layer is n ₁ , the unevenness depth of the periodic lattice of the anisotropic film is h, the unevenness depth of the upper surface of the isotropic overcoat layer is h ₁ , the wavelength of light is λ, and m is 0. When positive and negative natural numbers (m = 0, ± 1, ± 2,...) Including
_{_{(n p -n 1) h +}} (n 1 -1) h 1 = (m ± 1/2) λ
_{_{(n s -n 1) h +}} (n 1 -1) h 1 = mλ
Is substantially satisfied.

7. The polarization beam splitting device according to claim 1, wherein an anisotropic film formed by oblique vapor deposition of an inorganic substance is used.

The polarization separation element according to claim 1, wherein an anisotropic film formed by orienting an organic substance is used.

9. The polarization separation element according to claim 1, wherein a photosensitive resin is loaded on the anisotropic film formed on the transparent substrate, and a periodic pattern is exposed to light or an electron beam, and after development, After forming the periodic lattice structure of the anisotropic film by wet etching or dry etching using the photosensitive resin as an etching mask, the photosensitive resin is removed and an isotropic overcoat layer is formed on the anisotropic film. A polarization splitting element characterized by comprising:

10. A light source, an objective lens disposed between the light source and the optical disk, the polarization splitting element according to claim 1, disposed between the light source and the objective lens, and between the polarization splitting element and the objective lens. A quarter-wave plate disposed on the optical disk, and a photodetector for detecting diffracted light by the polarization separation element. Light from a light source is condensed on the optical disk surface by at least an objective lens, and light reflected from the optical disk is polarization-separated. An optical head using a polarization separation element, which is separated by diffraction by an element and detected by a photodetector.

A polarization splitting element for use in an optical head according to claim 10, wherein a quarter-wave plate is bonded to and integrated with the polarization splitting element according to any one of claims 1 to 9. Polarization separation element.

A polarization splitting element for use in an optical head according to claim 10, wherein a quarter wavelength film using an anisotropic film is formed on the polarization splitting element according to any one of claims 1 to 9. A polarization splitting element, characterized in that:

An optical head according to claim 10, comprising the polarization separation element according to claim 11 or 12, wherein at least the light source and the photodetector are mounted in one package, or a package in which the light source and the photodetector are mounted. An optical head using a polarization splitting element, wherein the polarization splitting element according to claim 11 or 12 is integrated by bonding.

10. The polarization separation element according to claim 1, wherein a plurality of light sources having different wavelengths, an objective lens arranged between the plurality of light sources and the optical disk, and a polarization separation element arranged between the plurality of light sources and the objective lens. And a quarter-wave plate, or the polarization splitting element according to claim 11 or 12, and a plurality of photodetectors for detecting diffracted light by the polarization splitting element. An optical head using a polarization separation element, wherein light is focused on an optical disk surface, and reflected light from the optical disk is diffracted and separated by the polarization separation element for each wavelength and detected independently by a photodetector for each wavelength.

The optical head according to claim 14, wherein at least a plurality of light sources and a plurality of light detectors are mounted in one package, or a package in which a plurality of light sources and a plurality of light detectors are mounted. 13. An optical head using a polarization beam splitting element, wherein the polarization beam splitting element according to any one of claims 11 and 12 is integrated by bonding.

16. The optical head according to claim 14, wherein emission surfaces of a plurality of light sources having different wavelengths are arranged so as to be shifted from each other in an optical axis direction of the optical head optical system. head.