JP4205212B2 - 光学素子及び光ヘッド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば光情報処理又は光通信等に用いられ、レーザービームを偏光分離する光学素子、および前記光学素子を用いた光ヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光記録媒体に情報を記録再生する光ヘッドの小型化が盛んに行われている。特に光ヘッドの小型化を実現する要素として、偏光分離素子を用いた光ヘッドが提案されている（例えば特開平３−２９１２９号公報参照）。
【０００３】
ここで図面を参照しながら、上述した従来の光ヘッドの一例について説明する。
【０００４】
図２５は従来の光ヘッド（光ピックアップともいう）の構成図である。図２５において、２５１は光源、２５２は偏光分離素子、２５３はコリメータレンズ、２５４は１／４波長板、２５５は対物レンズ、２５６は光ディスク、２５７は第１の光検出器、２５８は第２の光検出器である。本光ヘッドは、光源２５１、偏光分離素子２５２、コリメータレンズ２５３、１／４波長板２５４、対物レンズ２５５、第１の光検出器２５７、第２の光検出器２５８を含んで構成されている。
【０００５】
光源２５１は、例えば半導体レーザー素子で構成され、光ディスク２５６の記録層に対し、記録再生用のコヒーレント光を出力する光源である。偏光分離素子２５２は例えば特開昭６３−３１４５０２号公報に開示されているように、周期的なプロトン交換層が形成されたニオブ酸リチウムの基板を含み、プロトン交換層の上に誘電体膜が堆積された光学素子である。なおプロトン交換層とは、ニオブ酸リチウム中のＬｉ原子がＨ（プロトン）で置換された層を意味する。プロトン交換層の常光及び異常光の屈折率がニオブ酸リチウム基板の常光及び異常光の屈折率と異なることにより、常光線の透過率を１００％、異常光線に対しては回折格子として作用して透過率を０％とすることができ、偏光分離の性質を持つ素子が形成できる。また、上記した構成とは異なるが、偏光分離の性質を持つ光学素子については例えば特開昭６３−５５５０１号公報や特開平４−２１９７０１号公報や特開平５−１９６８１３号公報にも記されている。
【０００６】
コリメータレンズ２５３は、光源２５１から出射された光を平行光にするレンズである。１／４波長板２５４は例えば水晶で構成され、光源２５１から出力される直線偏光の光を円偏光に変換すると共に、光ディスク２５６の記録層で反射された光を照射時とは異なる方向の直線偏光に変換する非線形光学素子である。光検出器２５７は光ディスク２５６で反射された光のうち、偏光分離素子２５２で回折された＋１次光を受光する光検出器である。また光検出器２５８は光ディスク２５６で反射された光のうち、偏光分離素子２５２で回折された−１次光を受光する光検出器である。
【０００７】
このように構成された光ヘッドの動作について説明する。光源２５１から出射された直線偏光の光は偏光分離素子２５２を１００％透過する。そしてこの光はコリメータレンズ２５３で平行光にされ、１／４波長板２５４で円偏光の光に変換され、対物レンズ２５５により光ディスク２５６上に集光される。
【０００８】
次に光ディスク２５６から反射された円偏光の光は、対物レンズ２５５を透過した後、１／４波長板２５４により光源２５１から出射された光の偏光方向とは直交する方向の直線偏光の光に変換される。この直線偏光の光はコリメータレンズ２５３を透過した後、偏光分離素子２５２により回折される。回折の＋１次光は光検出器２５７に入射され、回折の−１次光は光検出器２５８に入射される。
【０００９】
光検出器２５７は、光ディスク２５６上における光の合焦状態を示すフォーカス誤差信号を出力し、また光の照射位置を示すトラッキング誤差信号を出力する。これら一方の信号は図示しないフォーカス制御手段に与えられ、フォーカス誤差信号に基づき、フォーカス制御手段は常に光が合焦状態で光ディスク２５６上に集光されるように対物レンズ２５５の位置をその光軸方向に制御する。また図示していないトラッキング制御手段は、トラッキング誤差信号に基づき、光が光ディスク２５６上の所望のトラックに集光されるように対物レンズ２５５の位置を制御する。さらに光検出器２５８は光ディスク２５６に記録された情報を再生する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記のような構成の光ヘッドでは、用いられている偏光分離素子２５２に収差があると、光ディスク２５６上に集光される光スポットが回折限界より大きくなるためジッターが悪くなり、光ディスク２５６に記録されている情報を再生することができなくなる。
【００１１】
ここで、従来例に示した光ヘッドに用いられている偏光分離素子について述べる。特開昭６３−５５５０１号公報、特開平３−２９１２９号公報、特開平４−２１９７０１号公報、特開平５−１９６８１３号公報で開示されている偏光分離素子はすべてニオブ酸リチウム基板の所定の場所にプロトン交換を施してプロトン交換層のパターンを形成した光学素子である。１例として図２６に特開平５−１９６８１３号公報で開示されている偏光分離素子の構造を示す。ここで２６１はニオブ酸リチウム基板、２６２はプロトン交換層である。ジャーナル・オブ・ソリッド・ステート・ケミストリー４１巻（１９８２年）第３０８頁から第３１４頁（ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＯＬＩＤ ＳＴＡＴＥ ＣＨＥＭＩＳＴＲＹ Ｖｏｌ４１（１９８２）Ｐ．３０８−３１４）に示されているように、プロトン交換層２６２の結晶構造はニオブ酸リチウム２６１の結晶構造とは異なる上に、プロトン交換層２６２の結晶格子はニオブ酸リチウム２６１の結晶格子よりも大きくなる。従って、周期的なプロトン交換層２６２が存在する面が凸になるように偏光分離素子２５２が反ってしまい、この偏光分離素子を透過する光は収差（球面収差や非点収差など）を持つことになる。また、従来の光ヘッドでは、偏光分離素子２５２を動作させるために往路及び復路で光ビームの偏光方向を互いに直交させるための１／４波長板２５４が必須であり、更なる小型化を行うためには偏光分離素子２５２と１／４波長板２５４を貼り合わせることが必要となるが、貼り合わせる際、偏光分離素子２５２が反っているため、１／４波長板２５４と平行度を保ちながら貼り合わせるのが非常に困難で貼り合わされた素子の透過波面に収差が生じるという課題を有している。
【００１２】
本発明は、このような従来の光学素子および光ヘッドが有する上述した課題を考慮して、イオン交換層によって回折を行う光学素子において、反りが小さく透過波面に収差を与えない光学素子を提供することを目的とするものである。さらに、本発明は、上記光学素子を用いて小型で低コストの光ヘッドを提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
第１の本発明は、イオン交換が可能な結晶である基板と、
前記結晶のＸ面もしくはＹ面の所定の部分がイオン交換されたイオン交換層と、
前記イオン交換層により前記基板に生じる応力を補正する応力補正層とを備え、
前記応力補正層は、前記基板の前記イオン交換層が形成されている面と反対側の面であり、前記イオン交換層が形成されていない部分の裏側にのみ形成されていることを特徴とする光学素子である。
【００１４】
第２の本発明は、前記結晶が、ＬｉＴａ_ＸＮｂ_１−ＸＯ_３（０≦Ｘ≦１）であることを特徴とする第１の本発明の光学素子である。
【００１５】
第３の本発明は、前記イオン交換層によって、偏光分離を行うことを特徴とする第１または第２の本発明の光学素子である。
【００１７】
第４の本発明は、前記応力補正層が、前記イオン交換層と同様に、前記結晶がイオン交換されたものであることを特徴とする第１の本発明の光学素子である。
【００１８】
第５の本発明は、前記応力補正層が、アルミナ薄膜またはその他の薄膜で形成されていることを特徴とする第１の本発明の光学素子である。
【００１９】
第６の本発明は、外部から前記イオン交換層への入射光の反射を防止する交換層反射防止膜と、外部から前記応力補正層への入射光の反射を防止する補正層反射防止膜とを備えることを特徴とする第１〜第５のいずれかの本発明の光学素子である。
【００２０】
第７の本発明は、前記応力補正層上に配置された複屈折層を備えることを特徴とする第１〜第５のいずれかの本発明の光学素子である。
【００２１】
第８の本発明は、前記複屈折層が、ｎ／４波長板（ここでｎは奇数）であることを特徴とする第７の本発明の光学素子である。
【００２２】
第９の本発明は、外部から前記イオン交換層への入射光の反射を防止する交換層反射防止膜と、前記応力補正層と前記複屈折層との間の入射光の反射を防止する隣接層間反射防止膜と、外部から前記複屈折層への入射光の反射を防止する複屈折層反射防止膜とを備えることを特徴とする第７または第８の本発明の光学素子である。
【００２３】
第１０の本発明は、前記複屈折層が、水晶であることを特徴とする第７〜第９のいずれかの本発明の光学素子である。
【００２４】
第１１の本発明は、前記複屈折層が、誘電体が斜めから蒸着された斜め蒸着膜であることを特徴とする第７〜第９のいずれかの本発明の光学素子である。
【００２７】
第１２の本発明は、第１〜第１１のいずれかの本発明の光学素子を備えることを特徴とする光ヘッドである。
【００２８】
第１３の本発明は、光記録媒体へ向けてコヒーレントな光を出射する光源と、前記光源の前記光記録媒体側に配置されたコリメータレンズと、前記コリメータレンズの前記光記録媒体側に配置された第１〜第５のいずれかの本発明の光学素子と、前記光学素子の前記光記録媒体側に配置されたｎ／４波長板（ここでｎは奇数）と、前記ｎ／４波長板の前記光記録媒体側に配置された対物レンズと、前記光学素子によって回折された回折光を受光する１つまたは複数の受光部を有し、前記光記録媒体のフォーカス誤差信号、トラッキング誤差信号および／または前記光記録媒体に記録された情報信号を検出する光検出手段とを備え、前記光源から出射された光が、前記コリメータレンズによって実質的に平行光にされ、前記光学素子を透過して、前記ｎ／４波長板によって円偏光もしくは楕円偏光に変換された後、前記対物レンズによって前記光記録媒体に集光され、前記光記録媒体で反射された光が、前記対物レンズによって集光され、前記ｎ／４波長板によって直線偏光もしくは楕円偏光に変換され、前記光学素子によって回折された後、前記コリメータレンズによって前記受光部に集光され、前記受光部が、前記各信号に対応する前記回折光を受光できるように配置されていることを特徴とする光ヘッドである。
【００２９】
第１４の本発明は、光記録媒体へ向けてコヒーレントな光を出射する光源と、前記光源の前記光記録媒体側に配置されたコリメータレンズと、前記コリメータレンズの前記光記録媒体側に配置された第６〜第１１のいずれかの本発明の光学素子と、前記光学素子の前記光記録媒体側に配置された対物レンズと、前記光学素子によって回折された回折光を受光する１つまたは複数の受光部を有し、前記光記録媒体のフォーカス誤差信号、トラッキング誤差信号および／または前記光記録媒体に記録された情報信号を検出する光検出手段とを備え、前記光源から出射された光が、前記コリメータレンズによって実質的に平行光にされ、前記光学素子によって円偏光もしくは楕円偏光に変換された後、前記対物レンズによって前記光記録媒体に集光され、前記光記録媒体で反射された光が、前記対物レンズによって集光され、前記光学素子によって直線偏光もしくは楕円偏光に変換されて回折された後、前記コリメータレンズによって前記受光部に集光され、前記受光部が、前記各信号に対応する前記回折光を受光できるように配置されていることを特徴とする光ヘッドである。
【００３０】
第１５の本発明は、光記録媒体へ向けてコヒーレントな光を出射する光源と、前記光源の前記光記録媒体側に配置された第１１の本発明の光学素子と、前記光学素子の前記光記録媒体側に配置された対物レンズと、前記光学素子によって回折された回折光を受光する１つまたは複数の受光部を有し、前記光記録媒体のフォーカス誤差信号、トラッキング誤差信号および／または前記光記録媒体に記録された情報信号を検出する光検出手段とを備え、前記光源から出射された光が、前記光学素子によって円偏光もしくは楕円偏光に変換された後、前記対物レンズによって前記光記録媒体に集光され、前記光記録媒体で反射された光が、前記対物レンズによって集光され、前記光学素子によって直線偏光もしくは楕円偏光に変換されて回折された後、前記受光部に入射され、前記受光部が、前記各信号に対応する前記回折光を受光できるように配置されていることを特徴とする光ヘッドである。
【００３１】
第１６の本発明は、前記光学素子が、前記コリメータレンズまたは前記対物レンズと一体化されていることを特徴とする第１４または第１５の本発明の光ヘッドである。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００３３】
（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００３４】
図１は、本発明の第１の実施の形態における光学素子の断面図である。図１において、１はＸ面のニオブ酸リチウム基板、２および３はニオブ酸リチウム基板１をプロトン交換して形成されたプロトン交換層である。なお、本実施の形態における光学素子は、偏光分離素子として機能するものであり、ニオブ酸リチウム基板１は本発明の基板に、プロトン交換層２は本発明のイオン交換層に、プロトン交換層３は本発明の応力補正層に、それぞれ対応するものである。
【００３５】
ここで、偏光分離素子として機能する面（図１のプロトン交換層２が形成されている側の面）をＡ面とし、その裏面（図１のプロトン交換層３が形成されている側の面）をＢ面とする。
【００３６】
ニオブ酸リチウム基板１のＡ面の所定の部分に周期的なプロトン交換層２が所定の深さで形成されており、このプロトン交換層２の表面がニオブ酸リチウム基板１の表面に比べて所定の深さだけ深くなっているので特開平５−１９６８１３号公報に開示されているように偏光分離素子としての性質を持つ。
【００３７】
前述したように、プロトン交換層２は元の基板に比べて膨張しようとする力を内部に有しているため、プロトン交換層２が存在する面（Ａ面）側が凸になるように反ってしまう（ここで凸に反らす力を正の応力と呼ぶ）。そこで、偏光分離素子として働く面（Ａ面）の裏面（Ｂ面）上にプロトン交換層３を形成することにより、Ａ面で生じる正の応力をＢ面で生じる正の応力でキャンセルすることで光学素子そのものは反らないようにすることができる。
【００３８】
ここで、Ａ面側のプロトン交換層２の深さはその光学素子の特性を満足するような深さになるが、Ｂ面のプロトン交換層３の深さはＡ面側のプロトン交換層２の体積とほぼ等しくなるような深さにすればよい。ここで、Ａ面側のプロトン交換層の体積は次のようにして決まる。まず、プロトン交換の深さは特開平５−１９６８１３号公報に開示されているように偏光分離素子として働くための深さになる。また、面積は光ヘッドの光学設計に応じて決まる。これらより、Ａ面側のプロトン交換層２の体積は決定される。また、Ｂ面側は偏光分離素子として働かないようにするために全面をプロトン交換するので、Ａ面側に比べてＢ面側はプロトン交換層の面積が広くなるためプロトン交換層の深さは浅くなる。
【００３９】
以上のように、本実施の形態によれば、偏光分離素子として働く面の裏面全体にプロトン交換層を形成する事により、偏光分離素子として働く面で生じる反ろうとする力を裏面のプロトン交換層で生じる反ろうとする力でキャンセルすることにより光学素子そのものには反りがないようにすることができる。
【００４０】
なお、本実施の形態では、ニオブ酸リチウム基板の表面に対してプロトン交換層の表面が凹である光学素子について述べたが、本実施の形態における光学素子の変形例として、偏光分離機能を有する構造が周期的なプロトン交換層の上に誘電体膜２０が堆積されたもの（図２）や、プロトン交換層の表面に対してニオブ酸リチウムの表面が凹であるもの（図３）や、プロトン交換がなされていないニオブ酸リチウム上に誘電体膜４０が堆積されたもの（図４）であっても（特開昭６３−３１４５０２号公報や特開平４−２１９７０１号公報参照）、図２〜図４のように、裏面に反りを防止するプロトン交換層３を全面に施せば同等の効果が得られる。
【００４１】
次に、本実施の形態における光学素子の製造方法について、図５を用いて説明する。図５は、本発明の第１の実施の形態における光学素子の製造方法の工程を示す断面図である。
【００４２】
まず、Ｘ面のニオブ酸リチウム基板１の表裏両面（表面（上面）が図１のＡ面に、裏面（下面）が図１のＢ面に、それぞれ対応する）全面にタンタル５０、５１を蒸着し（図５（ａ））、タンタル５０上にフォトリソグラフィによりレジスト５２のパターンを形成し（図５（ｂ））、このレジスト５２をマスクとしてエッチングによりタンタル５０をパターニングする（図５（ｃ））。なお、図５（ａ）〜図５（ｃ）で示した工程は、本発明のマスクパターン形成工程に対応するものである。
【００４３】
次に、パターニングされたタンタル５０をマスクとして２３０℃のピロ燐酸中で熱処理を行うことにより偏光分離機能を有するために必要な深さだけプロトン交換層２を形成し（図５（ｄ）；本発明のイオン交換層形成工程に対応）、マスク用及び保護用タンタルを剥離して（図５（ｅ））、プロトン交換層２が形成された面全面にタンタル５３を蒸着し（図５（ｆ））、２３０℃のピロ燐酸中で熱処理を行うことにより反り防止用プロトン交換層３を形成する（図５（ｇ）；本発明の応力補正層形成工程に対応）。
【００４４】
最後に、プロトン交換層２をフッ酸を含むエッチング液によりエッチングすることによって、プロトン交換層２の表面とニオブ酸リチウム基板１の表面との高低差を調整する（図５（ｈ）；本発明の高低差調整工程に対応）。
【００４５】
ここで、図５（ｆ）に示された工程では成膜を行っているため基板が加熱される可能性があり、また、図５（ｇ）で示された工程においては熱処理が存在するため、図５（ｄ）で示された工程で形成された偏光分離用プロトン交換層２の深さが熱拡散により深くなるため、偏光分離のための最適なプロトン交換深さがずれる可能性がある。そこで、図５（ｆ）及び（ｇ）の工程で生じる偏光分離用プロトン交換層２のプロトン交換深さの最適条件からのずれを予め見積もって、図５（ｄ）に示される工程を行えば所望の性能を有する光学素子が製造できる。
【００４６】
本実施の形態における光学素子の製造方法では、ウェハー状のニオブ酸リチウム基板上に多数の素子を形成した後にスクライブすることができるため、低コストで大量生産に向いている。また、反り防止用プロトン交換層３と偏光分離用プロトン交換層２を別々に形成するためそれぞれの深さの管理が行いやすい。
【００４７】
なお、本実施の形態における光学素子の製造方法は、図１で示した本実施の形態における光学素子を製造するものであるとして説明したが、図２〜図４で示した本実施の形態における光学素子の変形例を製造する場合は、図５（ｈ）で示した工程の替わりに、図２の変形例を製造する場合はプロトン交換層２上に誘電体膜２０を形成する工程を、図３の変形例を製造する場合はＡ面のプロトン交換層２以外の領域を選択的にエッチングする工程を、図４の変形例を製造する場合はＡ面のプロトン交換層２以外の領域上に誘電体膜２０を形成する工程を、それぞれ実施する。
【００４８】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態を図面を参照して説明する。本実施の形態が上述した第１の実施の形態と異なるのは、光学素子の製造方法の工程が異なることに関する点のみであり、それ以外は、第１の実施の形態と同様である。したがって、本実施の形態において、特に説明のないものについては、第１の実施の形態と同じとし、第１の実施の形態と同一符号を付与している構成部材については、特に説明のない限り、第１の実施の形態と同様の機能を持つものとする。
【００４９】
本実施の形態における光学素子の構成は、図１で示した第１の実施の形態における光学素子の構成と同じである。また、図２〜図４で示した変形例についても、本実施の形態における光学素子に適用できる。
【００５０】
次に、本実施の形態における光学素子の製造方法について、図６を用いて説明する。図６は、本発明の第２の実施の形態における光学素子の製造方法の工程を示す断面図である。
【００５１】
まず、Ｘ面のニオブ酸リチウム基板１の表面（表面（上面）が図１のＡ面に、裏面（下面）が図１のＢ面に、それぞれ対応する）全面にタンタル６０を蒸着する（図６（ａ））。次に、２３０℃のピロ燐酸中で熱処理を行うことにより反り防止用のプロトン交換層３を所定の深さになるように形成する（図６（ｂ）；本発明の応力補正層形成工程に対応）。
【００５２】
次に、プロトン交換層３上全面にタンタル６１を蒸着する（図６（ｃ））。
【００５３】
次に、タンタル６０の表面にフォトリソグラフィによりレジスト６２のパターンを形成し（図６（ｄ））、このレジスト６２をマスクとしてエッチングによりタンタル６０をパターニングする（図６（ｅ））。なお、図６（ａ）、図６（ｄ）、図６（ｅ）で示した工程は、本発明のマスクパターン形成工程に対応するものである。
【００５４】
次に、パターニングされたタンタル６０をマスクとして２３０℃のピロ燐酸中で熱処理を行うことにより偏光分離機能を有するために必要な深さだけプロトン交換層２を形成する（図６（ｆ）；本発明のイオン交換層形成工程に対応）。
【００５５】
最後に、タンタル６０、６１を除去して、プロトン交換層２をフッ酸を含むエッチング液によりエッチングすることによって、プロトン交換層２の表面とニオブ酸リチウム基板１の表面との高低差を調整する（図６（ｇ）；本発明の高低差調整工程に対応）。
【００５６】
ここで、図６（ｆ）に示された工程において熱処理が存在するため、図６（ｂ）で示された工程で形成された反り防止用プロトン交換層３の深さが熱拡散により深くなるため、反り防止のための最適なプロトン交換深さがずれる可能性がある。そこで、図６（ｆ）の工程で生じる反り防止用プロトン交換層３のプロトン交換深さの最適条件からのずれを予め見積もって、図６（ｂ）に示されるプロトン交換層３を形成する工程を行えば所望の性能を有する光学素子が製造できる。
【００５７】
本実施の形態における光学素子の製造方法では、第１の実施の形態における光学素子の製造方法に比べてタンタルを剥離する工程がないため、第１の実施の形態における光学素子の製造方法よりも工程が簡略化でき低コストなものとなる。
【００５８】
また、本実施の形態における光学素子の製造方法では、第１の実施の形態における光学素子の製造方法と同様に、ウェハー状のニオブ酸リチウム基板上に多数の素子を形成した後にスクライブすることができるため、低コストで大量生産に向いている。また、反り防止用プロトン交換層３と偏光分離用プロトン交換層２を別々に形成するためそれぞれの深さの管理が行いやすい。
【００５９】
なお、本実施の形態における光学素子の製造方法は、図１で示した光学素子を製造するものであるとして説明したが、第１の実施の形態における光学素子の製造方法と同様に、図２〜図４で示した光学素子を製造する場合は、図６（ｇ）で示した工程の替わりに、図２の変形例を製造する場合はプロトン交換層２上に誘電体膜２０を形成する工程を、図３の変形例を製造する場合はＡ面のプロトン交換層２以外の領域を選択的にエッチングする工程を、図４の変形例を製造する場合はＡ面のプロトン交換層２以外の領域上に誘電体膜２０を形成する工程を、それぞれ実施する。
【００６０】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態を図面を参照して説明する。本実施の形態が上述した第１の実施の形態と異なるのは、光学素子の製造方法の工程が異なることに関する点のみであり、それ以外は、第１の実施の形態と同様である。したがって、本実施の形態において、特に説明のないものについては、第１の実施の形態と同じとし、第１の実施の形態と同一符号を付与している構成部材については、特に説明のない限り、第１の実施の形態と同様の機能を持つものとする。
【００６１】
本実施の形態における光学素子の構成は、図１で示した第１の実施の形態における光学素子の構成と同じである。また、図２〜図４で示した変形例についても、本実施の形態における光学素子に適用できる。
【００６２】
次に、本実施の形態における光学素子の製造方法について、図７を用いて説明する。図７は、本発明の第３の実施の形態における光学素子の製造方法の工程を示す断面図である。
【００６３】
まず、Ｘ面のニオブ酸リチウム基板１の表面（表面（上面）が図１のＡ面に、裏面（下面）が図１のＢ面に、それぞれ対応する）全面にタンタルオキサイド７０を蒸着する（図７（ａ））。
【００６４】
次に、タンタルオキサイド７０を蒸着した面の裏面側全面にタンタル７１を蒸着し（図７（ｂ））、タンタル７１の表面にフォトリソグラフィによりレジスト７２のパターンを形成し（図７（ｃ））、このレジスト７２をマスクとしてエッチングによりタンタル７１をパターニングする（図７（ｄ））。なお、図７（ｂ）〜図７（ｄ）で示した工程は、本発明のマスクパターン形成工程に対応するものである。
【００６５】
次に、パターニングしたタンタル７１をマスクとして２３０℃のピロ燐酸中で熱処理を行うことにより偏光分離機能を有するために必要な深さだけプロトン交換層２、３を形成する（図７（ｅ）；本発明のイオン交換層形成工程および本発明の応力補正層形成工程に対応）。
【００６６】
最後に、タンタル７１を除去して、プロトン交換層２をフッ酸を含むエッチング液によりエッチングすることによって、プロトン交換層２の表面とニオブ酸リチウム基板１の表面との高低差を調整する（図７（ｆ）；本発明の高低差調整工程に対応）。
【００６７】
ここで、図７（ｅ）においては、プロトン交換層２と同時に、プロトン交換層３がタンタルオキサイドで保護した部分に形成される。このタンタルオキサイドで保護した面にプロトン交換層が形成される理由は、ピロ燐酸がタンタルオキサイド膜中にしみ込んでいくからである。ただし、このしみ込みによるプロトン交換層の形成は、タンタルオキサイドの蒸着膜のボイドの大きさ及びその数とピロ燐酸の分子の大きさに依存する。図８に、タンタルオキサイドの膜厚とタンタルオキサイドで保護した部分に形成されるプロトン交換層の深さのグラフを示す。このグラフに示されるようにタンタルオキサイドの膜厚に応じてプロトン交換層３の深さを任意に変えることができる。したがって、反り防止用プロトン交換層３を偏光分離機能用プロトン交換層２を形成するのと同時に形成することができる。
【００６８】
本実施の形態の光学素子の製造方法では、蒸着回数は、第２の実施の形態における光学素子の製造方法と同じであるが、プロトン交換を行う工程の数が第１および第２の実施の形態における光学素子の製造方法に比較して少ないため、より低コストで同じ光学素子を形成することができる。また、本実施の形態における光学素子の製造方法では、第１および第２の実施の形態における光学素子の製造方法と同様に、ウェハー状のニオブ酸リチウム基板上に多数の素子を形成した後にスクライブすることができるため、低コストで大量生産に向いている。ただし、反り防止用プロトン交換層３と偏光分離用プロトン交換層２を同時に形成するため、双方の深さを所定の値にするような管理が必要である。
【００６９】
なお、本実施の形態では、反り防止用プロトン交換層の形成をタンタルオキサイドを用いて拡散速度を落として偏光分離用プロトン交換層の形成と同時に行っているが、タンタルオキサイド以外であってもピロ燐酸がしみこむような材料（たとえば二酸化ケイ素や非常に薄いタンタル等）であれば何ら問題はない。
【００７０】
なお、本実施の形態における光学素子の製造方法は、図１で示した光学素子を製造するものであるとして説明したが、第１および第２の実施の形態における光学素子の製造方法と同様に、図２〜図４で示した光学素子を製造する場合は、図７（Ｆ）で示した工程の替わりに、図２の変形例を製造する場合はプロトン交換層２上に誘電体膜２０を形成する工程を、図３の変形例を製造する場合はＡ面のプロトン交換層２以外の領域を選択的にエッチングする工程を、図４の変形例を製造する場合はＡ面のプロトン交換層２以外の領域上に誘電体膜２０を形成する工程を、それぞれ実施する。
【００７１】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態を図面を参照して説明する。本実施の形態が上述した第２の実施の形態と異なるのは、本発明の応力補正層の配置に関する点のみであり、それ以外は、第２の実施の形態と同様である。したがって、本実施の形態において、特に説明のないものについては、第２の実施の形態と同じとし、第２の実施の形態と同一符号を付与している構成部材については、特に説明のない限り、第２の実施の形態と同様の機能を持つものとする。
図９は、本発明の第４の実施の形態における光学素子の断面図である。本実施の形態における光学素子は、偏光分離素子として機能するものであり、図９において、偏光分離素子として機能する面（図９のプロトン交換層２が形成されている側の面）をＣ面とし、その裏面（図９のプロトン交換層３が形成されている側の面）をＤ面とする。図１で示した光学素子がＢ面全面にプロトン交換層３が形成されているのに対し、本実施の形態における光学素子は、図９に示すように、プロトン交換層３がＤ面の一部のみに形成されている。
【００７２】
図１０は、本発明の第４の実施の形態における光学素子のＤ面側の平面図である。図１０に示すように、プロトン交換層３は、Ｄ面側において、Ｃ面側にプロトン交換層２のパターンがある部分以外の部分に形成されている。
【００７３】
前述したように、プロトン交換層２は元の基板に比べて膨張しようとする力を内部に有しているためプロトン交換層２が存在する面（Ｃ面）側が凸になるように反ってしまう。そこで、偏光分離素子として働く面（Ｃ面）の裏面（Ｄ面）上にプロトン交換層３を形成することにより、Ｃ面で生じる正の応力をＤ面で生じる正の応力でキャンセルすることで光学素子そのものは反らないようにすることができる。
【００７４】
ここで、Ｃ面上のプロトン交換層２の深さはその光学素子の特性を満足するような深さになるが、Ｄ面のプロトン交換層３の深さはＣ面側のプロトン交換層２の体積とほぼ等しくなるような深さにすればよい。ここで、Ｃ面側のプロトン交換層２の体積は次のようにして決まる。まず、プロトン交換の深さは特開平５−１９６８１３号公報に開示されているように偏光分離素子として働くための深さになる。また、面積は光ヘッドの光学設計に応じて決まる。これらより、Ｃ面側のプロトン交換層２の体積は決定する。また、Ｄ面側においては、Ｃ面側のプロトン交換層２のパターンのある部分の裏側に相当する部分が偏光分離素子として働かないようにするために、Ｃ面側のプロトン交換層２のパターンのある部分の裏側以外の所定の部分をプロトン交換するので、プロトン交換層３の面積に応じてＤ面側のプロトン交換層３の深さは、Ｃ面側のプロトン交換層２の深さに比べて深くなったり浅くなったりもしくは等しくなる。例えば、図１０はＤ面側のＣ面のプロトン交換層２のパターンがある部分の裏面以外をすべてプロトン交換した場合であるが、図１１に示すように、Ｄ面側のＣ面のプロトン交換層２のパターンがある部分以外の一部分をプロトン交換するとしてもよいし、図１２に示すように、Ｄ面側のＣ面のプロトン交換層２のパターンがある部分の裏面すべてをプロトン交換するとしてもよい（図１０〜図１２はすべて周期的なプロトン交換がなされた面の裏側（Ｄ面側）より見た図であり、点線の円内が周期的なプロトン交換層が存在する面である）。ここで、図１２の場合は必ずＤ面側のプロトン交換層３の深さが浅くなる。また、図１０や図１１で示した場合は設計によりＤ面側のプロトン交換層２とＣ面側のプロトン交換層３の深さを同じにすることができるので、こうすると、表面と裏面のプロトン交換層を同時に形成しやすくなる。
【００７５】
以上のように、本実施の形態によれば、偏光分離素子として働く面の裏面の一部分にプロトン交換層を形成する事により、偏光分離素子として働く面で生じる反りを裏面のプロトン交換層で生じる反りでキャンセルすることにより光学素子そのものには反りがないようにすることができる。さらに、図１０及び図１１に示した光学素子では偏光分離機能を有する面のプロトン交換層のパターンが無い部分の裏側のみをプロトン交換しているので偏光分離機能の特性を劣化させることはあり得ない。
【００７６】
なお、本実施の形態では、Ｄ面上の光が透過する部分以外の所定の部分やＤ面上の光が透過する部分のみにプロトン交換を施したが、Ｄ面上の光が透過する部分全面と光が透過しない部分の所定の部分をプロトン交換しても何らかまわない。
【００７７】
また、本実施の形態における光学素子の変形例として、本実施の形態における光学素子のＣ面側の構成に替えて、図２〜図４で示した第１の実施の形態における光学素子の変形例のＡ面側の構成を適用できる。それぞれの場合の詳細説明は、第１の実施の形態において行った説明に準じる。
【００７８】
次に、本実施の形態における光学素子の製造方法について、図１３を用いて説明する。図１３は、本発明の第４の実施の形態における光学素子の製造方法の工程を示す断面図である。
【００７９】
まず、Ｘ面のニオブ酸リチウム基板１の表裏両面（表面（上面）が図９のＣ面に、裏面（下面）が図９のＤ面に、それぞれ対応する）全面にタンタル１３０、１３１を蒸着する（図１３（ａ））。次に、タンタル１３０を蒸着した面にフォトリソグラフィによりレジスト１３２のパターンを形成し（図１３（ｂ））、このレジスト１３２をマスクとしてエッチングによりタンタル１３０をパターニングし（図１３（ｃ））、このパターニングしたタンタル１３０をマスクとして２３０℃のピロ燐酸中で熱処理を行うことにより反り防止用プロトン交換層３を必要な深さだけ形成する（図１３（ｄ））。なお、図１３（ａ）で示した工程のうちのタンタル１３０を蒸着する工程および図１３（ｂ）〜図１３（ｄ）で示した工程は、本発明の応力補正層形成工程に対応するものである。また、上記パターンニングの形状は、例えば、図１２〜図１４のいずれかの形状が選択されるものとする。
【００８０】
次に、プロトン交換層３を形成した領域を含めてＤ面上全面にタンタル１３３を蒸着し（プロトン交換層３が形成されていない領域では、タンタル１３０上にタンタル１３３が積層される）、Ｃ面のタンタル１３１の表面にフォトリソグラフィによりレジスト１３４のパターンを形成し（図１３（ｅ））、このレジスト１３４をマスクとしてエッチングによりタンタル１３１をパターニングする（図１３（ｆ））。なお、図１３（ａ）で示した工程のうちのタンタル１３１を蒸着する工程、図１３（ｅ）で示した工程のうちのレジスト１３４のパターンを形成する工程および図１３（ｆ）で示した工程は、本発明のマスクパターン形成工程に対応するものである。
【００８１】
次に、パターニングしたタンタル１３１をマスクとして２３０℃のピロ燐酸中で熱処理を行うことにより偏光分離機能を有するために必要な深さだけプロトン交換層２を形成する（図１３（ｇ）；本発明のイオン交換層形成工程に対応）。
【００８２】
最後に、タンタル１３０、１３１、１３３を除去して、プロトン交換層２をフッ酸を含むエッチング液によりエッチングすることによって、プロトン交換層２の表面とニオブ酸リチウム基板１の表面との高低差を調整する（図１３（ｈ）；本発明の高低差調整工程に対応）。
【００８３】
本実施の形態における光学素子の製造方法は、第２の実施の形態における光学素子の製造方法と同様に、ウェハー状のニオブ酸リチウム基板上に多数の素子を形成した後にスクライブすることができるため、低コストで大量生産に向いている。
【００８４】
なお、本実施の形態では反り防止用プロトン交換層３を偏光分離機能用プロトン交換層２より先に形成しているが、この順番が逆であってもよい、この場合は、大量生産に向いた製造方法となる。更に、上述したように反り防止用プロトン交換層３と偏光分離機能用プロトン交換層２の両プロトン交換層の深さが等しいときは、マスク金属をタンタルとして表裏両面を同時にプロトン交換することができる。この場合、プロトン交換の回数が、図１３で示した本実施の形態における光学素子の製造方法より少ないので、より低コストな製造方法となる。
【００８５】
なお、本実施の形態における光学素子の製造方法は、図９で示した光学素子（Ｄ面については、図１０〜図１４のいずれか）を製造するものであるとして説明したが、第１の実施の形態における光学素子の製造方法と同様に、図２〜図４のＡ面側の構成をＤ面側に適用した変形例を製造する場合は、図１２（ｈ）で示した工程の替わりに、図２に対応する変形例を製造する場合はプロトン交換層２上に誘電体膜２０を形成する工程を、図３に対応する変形例を製造する場合はＡ面のプロトン交換層２以外の領域を選択的にエッチングする工程を、図４に対応する変形例を製造する場合はＡ面のプロトン交換層２以外の領域上に誘電体膜２０を形成する工程を、それぞれ実施する。
【００８６】
（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態を図面を参照して説明する。本実施の形態が上述した第１の実施の形態と異なるのは、本発明の交換層反射防止膜および補正層反射防止膜を備えることに関する点のみであり、それ以外は、第１の実施の形態と同様である。したがって、本実施の形態において、特に説明のないものについては、第１の実施の形態と同じとし、第１の実施の形態と同一符号を付与している構成部材については、特に説明のない限り、第１の実施の形態と同様の機能を持つものとする。
【００８７】
図１４は、本発明の第５の実施の形態における光学素子の断面図である。本実施の形態における光学素子は、偏光分離素子として機能するものであり、図１４に示すように、第１の実施の形態における光学素子のＡ面上に二酸化ケイ素膜１４１（本発明の交換層反射防止膜に対応）が、Ｂ面上に二酸化ケイ素膜１４０（本発明の補正層反射防止膜に対応）がそれぞれ形成されたものである。
【００８８】
まず、二酸化ケイ素膜１４０について述べる。この二酸化ケイ素膜１４０はプロトン交換が施されているニオブ酸リチウム基板１の表面での入射ビームの反射を防止するためのものである。今、プロトン交換が施されているニオブ酸リチウムの屈折率をｎ_PLN、空気の屈折率をｎ_AIRとすると、反射防止膜の屈折率ｎ₁は数１のようになる。
【００８９】
【数１】
ｎ₁＝（ｎ_PLN×ｎ_AIR）^1/2
この数１に、ｎ_PLN＝２．１２、ｎ_AIR＝１を代入すると、反射防止膜の屈折率ｎ₁は１．４６となる。ここで、二酸化ケイ素膜の屈折率は１．４５であるので、プロトン交換されたニオブ酸リチウム基板１の表面での反射を防止する条件を満足し、この二酸化ケイ素膜１４０の厚さを（２Ｎ＋１）λ／４（λは入射する光ビームの波長、Ｎは０以上の整数）とすると二酸化ケイ素膜１４０は反射防止膜となる。
【００９０】
次に、二酸化ケイ素膜１４１について述べる。この二酸化ケイ素膜１４１はプロトン交換が周期的に施されているニオブ酸リチウム基板１の表面での入射ビームの反射を防止するためのものである。今、プロトン交換が周期的に施されているニオブ酸リチウムの屈折率をｎ_LN’、空気の屈折率をｎ_AIRとすると、反射防止膜の屈折率ｎ₂は数２のようになる。
【００９１】
【数２】
ｎ₂＝（ｎ_LN’×ｎ_AIR）^1/2
ここで、周期的なプロトン交換がなされているニオブ酸リチウムの屈折率ｎ_LN’は、プロトン交換がなされているニオブ酸リチウムの屈折率とプロトン交換がなされていないニオブ酸リチウムの屈折率の平均として計算でき、ｎ_LN’＝２．１９となる。この値とｎ_AIR＝１を数２に代入すると、反射防止膜の屈折率ｎ₂は１．４８となる。ここで、二酸化ケイ素膜の屈折率は１．４５であるので、プロトン交換が周期的に施されたニオブ酸リチウム基板１の表面での反射を防止する条件を満足し、この二酸化ケイ素膜１４１の厚さを（２Ｎ＋１）λ／４（λは入射する光ビームの波長、Ｎは０以上の整数）とすると二酸化ケイ素膜１４１は反射防止膜となる。
【００９２】
以上のように二酸化ケイ素膜を周期的なプロトン交換が施されたニオブ酸リチウム基板上（図１４のプロトン交換層２が形成されている側の面上）及びプロトン交換が施されたニオブ酸リチウム基板上（図１４のプロトン交換層３が形成されている側の面上）に設けることにより、素子での反射を実質的に完全に防止することができる。
【００９３】
また、図２〜図４で示した第１の実施の形態における光学素子の変形例のＡ面上に、本発明の交換層反射防止膜としての二酸化ケイ素膜が、Ｂ面上に本発明の補正層反射防止膜として、例えば二酸化ケイ素膜がそれぞれ形成された変形例としても、同等の効果が得られる。
【００９４】
また、本発明の交換層反射防止膜および補正層反射防止膜の材料として、本実施の形態においては、二酸化ケイ素を用いるとして説明したが、所望の屈折率を有する材料であれば、これに限るものではない。
【００９５】
さらに、本発明の交換層反射防止膜および補正層反射防止膜は、本実施の形態においては、単層の反射防止膜であるとして説明したが、これに限るものではなく、多層の反射防止膜であってもよい。
【００９６】
（第６の実施の形態）
次に、本発明の第６の実施の形態を図面を参照して説明する。本実施の形態が上述した第１の実施の形態と異なるのは、本発明の複屈折層を備えることに関する点のみであり、それ以外は、第１の実施の形態と同様である。したがって、本実施の形態において、特に説明のないものについては、第１の実施の形態と同じとし、第１の実施の形態と同一符号を付与している構成部材については、特に説明のない限り、第１の実施の形態と同様の機能を持つものとする。
【００９７】
図１５は、本発明の第６の実施の形態における光学素子の断面図である。本実施の形態における光学素子は、偏光分離素子として機能するものであり、図１５に示すように、第１の実施の形態における光学素子のＢ面上に水晶１５０（本発明の複屈折層に対応）が形成されたものである。
【００９８】
前述したように、偏光分離素子を動作させるために往路及び復路で光ビームの偏光方向を互いに直交させるためのｎ／４波長板（ここでｎは奇数）が必須であり、光ヘッドの更なる小型化を行うためには偏光分離素子とｎ／４波長板を貼り合わせることが必要となる。更に、光ヘッドに組み込む際の調整工程の削減により光ヘッドの低コスト化をはかるためにも光学素子を一体化することが必要である。
【００９９】
ここで、水晶１５０は１軸性の複屈折を有し、所定の厚みによりｎ／４波長板になることは公知の事実である。そこで、偏光分離素子と水晶で形成されるｎ／４波長板を貼り合わせる場合、従来の偏光分離素子では周期的なプロトン交換層のため反りが発生し、偏光分離素子を形成したウェハーと水晶で形成されているｎ／４波長板のウェハーを貼り合わせるのが困難である。しかし、本実施の形態における光学素子は、周期的なプロトン交換層２で発生する正の応力が裏面に形成したプロトン交換層３で発生する正の応力でキャンセルされているのでウェハーそのものには反りが生じない。したがって、水晶１５０で形成されるｎ／４波長板を貼り合わせる場合、ウェハー同士を貼ることが容易であるため大量生産に向き、ウェハー全体にわたって透過波面精度が良好となる。
【０１００】
以上のように、周期的なプロトン交換層を有する面の裏面に、プロトン交換層を設け、その上にｎ／４波長板を貼り合わせることにより透過波面精度が良好な光学素子が形成でき、更に透過波面精度が良好となる。
【０１０１】
なお、本発明の複屈折層の材料として、本実施の形態においては、水晶を用いるとして説明したが、雲母等の複屈折を有する材料であれば、これに限るものではない。
【０１０２】
また、図２〜図４で示した第１の実施の形態における光学素子の変形例のＢ面上に、本発明の複屈折層として、例えば水晶が形成された変形例としても、同等の効果が得られる。
【０１０３】
（第７の実施の形態）
次に、本発明の第７の実施の形態を図面を参照して説明する。本実施の形態が上述した第１の実施の形態と異なるのは、本発明の複屈折層を備えることに関する点のみであり、それ以外は、第１の実施の形態と同様である。したがって、本実施の形態において、特に説明のないものについては、第１の実施の形態と同じとし、第１の実施の形態と同一符号を付与している構成部材については、特に説明のない限り、第１の実施の形態と同様の機能を持つものとする。
【０１０４】
図１６は、本発明の第７の実施の形態における光学素子の断面図である。本実施の形態における光学素子は、偏光分離素子として機能するものであり、図１６に示すように、第１の実施の形態における光学素子のＢ面上に、Ｔａ₂Ｏ₅がニオブ酸リチウム基板１の法線に対して７０°の角度から蒸着された斜め蒸着膜１６０（本発明の複屈折層に対応）が形成されたものである。
【０１０５】
図１６で示された本実施の形態における光学素子は、周期的なプロトン交換層２があり、更にその裏面にプロトン交換層３を形成しているので、上述したように、透過波面精度が良好で、偏光分離機能を有している。また、特開昭６３−３１２９７０号公報に開示されているようにＴａ₂Ｏ₅膜が基板に対して斜めに蒸着されて形成されているのでこの膜は複屈折膜となる。本実施の形態では、基板の法線に対して７０°の方向より蒸着している（図１７参照）ので、常光に対する屈折率と異常光に対する屈折率の差である複屈折△ｎが０．０７となり１／４波長板として作用するために膜の厚さは２．６μｍになっている。
【０１０６】
次に、第６の実施の形態における光学素子と本実施の形態における光学素子の違いについて述べる。第６の実施の形態における光学素子は、１／４波長板を水晶の結晶で形成しており、その厚みのコントロールを研磨を用いて行っているため、機械的強度を保つためには、厚みを約０．５ｍｍ以下にする事が困難である。これに対し、本実施の形態における光学素子は、蒸着によって厚みを精度良くコントロールすることができるので、１／４波長板の性質を出すための最小の厚さである２．６μｍの蒸着膜を形成することが可能である。したがって、本実施の形態における光学素子においては、光学素子そのものを非常に薄くすることができる。
【０１０７】
ここで、本実施の形態における光学素子の光ビームの入射角依存性と、第６の実施の形態における光学素子の光ビームの入射角依存性とを比較してみる。水晶で形成した１／４波長板の複屈折を△ｎ₁、厚みをｄ₁、入射する光ビームの波長をλ、入射する光ビームの入射角をθ₁（図１８参照）とすると常光と異常光のこの素子を透過するときの光路差ｘ₁は数３のようになる。
【０１０８】
【数３】
ｘ₁＝△ｎ₁・ｄ₁／ｃｏｓθ₁
ここで、△ｎ₁・ｄ₁はこの素子が１／４波長板としての性質を持つので、△ｎ₁・ｄ₁＝（２Ｎ＋１）λ／４（Ｎは０以上の整数）となり、これを数３に代入すると数４が得られる。
【０１０９】
【数４】
ｘ₁＝（２Ｎ＋１）λ／４ｃｏｓθ₁
よって、θ₁＝０のときからの光路差のずれ△ｘ₁は数５のようになる。
【０１１０】
【数５】
△ｘ₁＝（２Ｎ＋１）λ（１／ｃｏｓθ₁−１）／４
また、本実施の形態における光学素子の斜め蒸着膜の複屈折を△ｎ₂、厚みをｄ₂、入射する光ビームの波長をλ、入射する光ビームの入射角をθ₂（図１８のθ₁と同じ関係）とすると常光と異常光のこの素子を透過するときの光路差ｘ₂は数６のようになる。
【０１１１】
【数６】
ｘ₂＝△ｎ₂・ｄ₂／ｃｏｓθ₂
ここで、△ｎ₂・ｄ₂はこの斜め蒸着膜が１／４波長板としての性質を持つので、△ｎ₂・ｄ₂＝λ／４となり、これを数６に代入すると数７が得られる。
【０１１２】
【数７】
ｘ₂＝λ／４ｃｏｓθ₂
よって、θ₂＝０のときからの光路差のずれ△ｘ₂は数８のようになる。
【０１１３】
【数８】
△ｘ₂＝λ（１／ｃｏｓθ₂−１）／４
ここで、水晶で作られた１／４波長板の厚みは０．５ｍｍ程度、今０．４９９ｍｍとするとＮ＝１１となり、これを数５に代入すると数９が得られる。
【０１１４】
【数９】
△ｘ₁＝２３λ（１／ｃｏｓθ₁−１）／４
△ｘ₁と△ｘ₂が等しくなるときのθ₁とθ₂との関係は数８と数９より数１０のような関係となる。
【０１１５】
【数１０】
２３（１／ｃｏｓθ₁−１）＝（１／ｃｏｓθ₂−１）
数１０より、θ₁が１°ずれたときの光路差のずれと等しくなるためのθ₂は４．８°となり、本実施の形態における光学素子は、第６の実施の形態における光学素子と比較して、入射角依存性が小さいことがわかる。
【０１１６】
また、斜め蒸着膜１６０の複屈折△ｎ₂は入射角によらず一定としたが、実際は入射角に依存している。しかし、入射角が非常に小さいときはこの依存性は小さいものと考えられる。また、特開昭６３−１３２２０３号公報に開示されているように、斜め蒸着膜１６０を２層構造にすれば、この複屈折の入射角依存性もほとんどないものにできるので、光ビームの入射角による１／４波長板としての性質の劣化を更に防ぐことができる。
【０１１７】
以上のように、本実施の形態によれば、偏光分離素子に誘電体材料を斜めに蒸着することにより平面精度の良い光学素子を形成することができ、水晶で作られた１／４波長板とを貼り合わせた光学素子に比べて非常に薄く、更に、入射角依存性の小さい素子が形成できる。
【０１１８】
なお、図２〜図４で示した第１の実施の形態における光学素子の変形例のＢ面上に、本発明の複屈折層として、斜め蒸着膜が形成された変形例としても、同等の効果が得られる。
【０１１９】
次に、本実施の形態における光学素子の製造方法について、図１９を用いて説明する。図１９は、本発明の第７の実施の形態における光学素子の製造方法の工程を示す断面図である。
【０１２０】
まず、Ｘ面のニオブ酸リチウム基板１の表裏両面（表面（上面）が図１６の上面（図１のＡ面）に、裏面（下面）が図１６の下面（図１のＢ面）に、それぞれ対応する）全面にタンタル１９０、１９１を蒸着し（図１９（ａ））、タンタル１９０上にフォトリソグラフィによりレジスト１９２のパターンを形成し（図１９（ｂ））、このレジスト１９２をマスクとしてエッチングによりタンタル１９０をパターニングする（図１９（ｃ））。なお、図１９（ａ）〜図１９（ｃ）で示した工程は、本発明のマスクパターン形成工程に対応するものである。
【０１２１】
次に、パターニングされたタンタル１９０をマスクとして２３０℃のピロ燐酸中で熱処理を行うことにより偏光分離機能を有するために必要な深さだけプロトン交換層２を形成し（図１９（ｄ）；本発明のイオン交換層形成工程に対応）、マスク用及び保護用タンタルを剥離して（図１９（ｅ））、プロトン交換層２が形成された面全面にタンタル１９３を蒸着し（図１９（ｆ））、２３０℃のピロ燐酸中で熱処理を行うことにより反り防止用プロトン交換層３を形成する（図１９（ｇ）；本発明の応力補正層形成工程に対応）。
【０１２２】
次に、プロトン交換層３をフッ酸を含むエッチング液によりエッチングすることによって、プロトン交換層２の表面とニオブ酸リチウム基板１の表面との高低差を調整する（図１９（ｈ）；本発明の高低差調整工程に対応）。
【０１２３】
最後に、反り防止用プロトン交換層３の面上にタンタルオキサイドを、図１７に示されているように基板の法線に対してθ＝７０度の方向から蒸着して、斜め蒸着膜１６０を形成する（図１９（ｉ）；本発明の蒸着膜形成工程に対応）。
【０１２４】
ここで、斜め蒸着膜１６０を形成するために、図１９（ｈ）の工程でできた素子を高温で加熱しなければならない。また、図１９（ｆ）に示された工程では成膜を行っているため基板が加熱される可能性があり、また、図１９（ｇ）で示された工程においては熱処理が存在するため、図１９（ｄ）で示された工程で形成された偏光分離用プロトン交換層の深さが熱拡散により深くなるため、偏光分離のための最適なプロトン交換深さがずれる可能性がある。そこで、図１９（ｆ）及び（ｇ）及び（ｈ）の工程で生じる偏光分離用プロトン交換層２のプロトン交換深さの最適条件からのずれを予め見積もって、図１９（ｄ）に示される工程を行えば所望の性能を有する光学素子が製造できる。
【０１２５】
本実施の形態における光学素子の製造方法は、斜め蒸着膜１６０の面積には限界がないので、ウェハー状のニオブ酸リチウム基板に多数の素子を形成した後にスクライブすることができ、低コストで大量生産に向いている。また、反り防止用プロトン交換層と偏光分離用プロトン交換層を別々に形成するためそれぞれの深さの管理が行いやすい。
【０１２６】
なお、本実施の形態では偏光分離機能プロトン交換層２を斜め蒸着膜１６０より先に形成しているが、斜め蒸着膜１６０を先に形成しても、大量生産に向いた製造方法であることに変わりはない。
【０１２７】
また、上述した第１〜第４の実施の形態における光学素子の製造方法、および本実施の形態における光学素子の製造方法では、いずれもプロトン交換層２のエッチングはフッ酸を用いたウェットエッチングで行っているがフッ素ラジカルを用いたドライエッチングを行っても何等問題はなく、更にこの方法であれば反り防止用プロトン交換層がエッチングされることがないので素子の特性の管理が行いやすい。更に、上記のそれぞれの実施の形態では、プロトン交換の方法としてタンタルをマスクとしてピロリン酸で熱処理しているが、金属をマスクとして酸で熱処理する方法ならばこの限りではなく、例えば従来用いられているアルミをマスクとして安息香酸中で処理を行ってもよい。
【０１２８】
なお、本実施の形態における光学素子の製造方法は、図１６で示した光学素子を製造するものであるとして説明したが、第１の実施の形態における光学素子の製造方法と同様に、図２〜図４で示した第１の実施の形態における光学素子の変形例のＢ面上に斜め蒸着膜が形成されたものを製造する場合は、図１９（ｈ）で示した工程の替わりに、図２に対応する変形例を製造する場合はプロトン交換層２上に誘電体膜２０を形成する工程を、図３に対応する変形例を製造する場合はＡ面のプロトン交換層２以外の領域を選択的にエッチングする工程を、図４に対応する変形例を製造する場合はＡ面のプロトン交換層２以外の領域上に誘電体膜２０を形成する工程を、それぞれ実施する。
【０１２９】
（第８の実施の形態）
次に、本発明の第８の実施の形態を図面を参照して説明する。本実施の形態が上述した第７の実施の形態と異なるのは、本発明の交換層反射防止膜、隣接層間反射防止膜および複屈折層反射防止膜を備えることに関する点のみであり、それ以外は、第１の実施の形態と同様である。したがって、本実施の形態において、特に説明のないものについては、第７の実施の形態と同じとし、第７の実施の形態と同一符号を付与している構成部材については、特に説明のない限り、第７の実施の形態と同様の機能を持つものとする。
【０１３０】
図２０は、本発明の第８の実施の形態における光学素子の断面図である。本実施の形態における光学素子は、偏光分離素子として機能するものであり、図２０に示すように、第７の実施の形態における光学素子のプロトン交換層２が形成されている側の面上に二酸化ケイ素膜２００（本発明の交換層反射防止膜に対応）が、プロトン交換層３と斜め蒸着膜１６０との間に二酸化ケイ素とタンタルオキサイドからなる混合膜２０１（本発明の隣接層間反射防止膜に対応）が、斜め蒸着膜１６０上にフッ化マグネシウム膜２０２（本発明の複屈折層反射防止膜に対応）がそれぞれ形成されたものである。
【０１３１】
まず、二酸化ケイ素膜２００について述べる。この二酸化ケイ素膜２００はプロトン交換が周期的に施されているニオブ酸リチウム基板１の表面での入射ビームの反射を防止するためのものである。今、プロトン交換が周期的に施されているニオブ酸リチウムの屈折率をｎ_LN’、空気の屈折率をｎ_AIRとすると、反射防止膜の屈折率ｎ₃は数１１のようになる。
【０１３２】
【数１１】
ｎ₃＝（ｎ_LN’×ｎ_AIR）^1/2
第５の実施の形態において説明したように、ｎ_LN’＝２．１９、ｎ_AIR＝１であるから、これらを数１１に代入すると、反射防止膜の屈折率ｎ₃は１．４８となる。ここで、二酸化ケイ素膜の屈折率は１．４５であるので、プロトン交換が周期的に施されたニオブ酸リチウム基板１の表面での反射を防止する条件を満足し、この二酸化ケイ素膜１４１の厚さを（２Ｎ＋１）λ／４（λは入射する光ビームの波長、Ｎは０以上の整数）とすると二酸化ケイ素膜２００は反射防止膜となる。
【０１３３】
次に、二酸化ケイ素とタンタルオキサイドからなる混合膜２０１について述べる。この混合膜２０１は、プロトン交換層３プと斜め蒸着膜１６０との界面での入射ビームの反射を防止するためのものである。今、プロトン交換されたニオブ酸リチウム（プロトン交換層３）の屈折率をｎ_PLN、Ｔａ₂Ｏ₅の斜め蒸着膜１６０の屈折率をｎ_dとすると、反射防止膜の屈折率ｎ₄は数１２のようになる。
【０１３４】
【数１２】
ｎ₄＝（ｎ_PLN×ｎ_d）^1/2
この数１２にｎ_PLN＝２．１２、ｎ_d＝１．５を代入すると反射防止膜の屈折率ｎ₄は１．７８となる。ここで、二酸化ケイ素の屈折率は１．４５、タンタルオキサイドを基板に対して垂直に蒸着された膜の屈折率は２であるので二酸化ケイ素とタンタルオキサイドからなる混合膜２０１はその組成比を適当に変えれば屈折率が１．７８とすることが可能である。よって、混合膜２０１は組成を適当に選ぶことにより、プロトン交換層３と斜め蒸着膜１６０との界面での反射を防止する条件を満足し、この混合膜２０１の厚さを（２Ｎ＋１）λ／４（λは入射する光ビームの波長、Ｎは０以上の整数）とすると、混合膜２０１は反射防止膜となる。
【０１３５】
次に、フッ化マグネシウム膜２０２について述べる。このフッ化マグネシウム膜２０２は、斜め蒸着膜１６０の表面での入射ビームの反射を防止するためのものである。今、斜め蒸着膜１６０の屈折率をｎ_d、空気の屈折率をｎ_AIRとすると、反射防止膜の屈折率ｎ₅は数１３のようになる。
【０１３６】
【数１３】
ｎ₅＝（ｎ_d×ｎ_AIR）^1/2
この数１３に、ｎ_d ＝１．５、ｎ_AIR ＝１を代入すると、反射防止膜の屈折率ｎ₃は、１．２２となる。このように低屈折率で丈夫な薄膜層を蒸着できる理想的な物質はほとんど存在しない。しかし、フッ化マグネシウムは屈折率が１．３８であり、この屈折率は十分に妥協できる数値である。よって、フッ化マグネシウム膜２０２は、斜め蒸着膜１６０の表面での反射を防止する条件を満足し、このフッ化マグネシウム膜２０２の厚さを（２Ｎ＋１）λ／４（λは入射する光ビームの波長、Ｎは０以上の整数）とするとフッ化マグネシウム膜２０２は反射防止膜となる。
【０１３７】
以上のように、プロトン交換層２が形成されている側の面上に二酸化ケイ素膜を、プロトン交換層３と斜め蒸着膜１６０との間に二酸化ケイ素とタンタルオキサイドからなる混合膜を、斜め蒸着膜１６０上にフッ化マグネシウム膜２０２をそれぞれ形成することにより、素子での反射を実質的に完全に防止することができる。
【０１３８】
なお、本発明の交換層反射防止膜、隣接層間反射防止膜および複屈折層反射防止膜の材料として、本実施の形態においては、それぞれ二酸化ケイ素、二酸化ケイ素とタンタルオキサイドの混合及びフッ化マグネシウムを用いるとして説明したが、所望の屈折率を有する材料であれば、これに限るものではない。
【０１３９】
さらに、本発明の交換層反射防止膜、隣接層間反射防止膜および複屈折層反射防止膜は、本実施の形態においては、単層の反射防止膜であるとして説明したが、これに限るものではなく、多層の反射防止膜であってもよい。
【０１４０】
また、斜め蒸着膜１６０は、蒸着の角度により複屈折及び屈折率が変化するので、適当な蒸着角度を選ぶと屈折率がプロトン交換が施されたニオブ酸リチウムと空気との界面での反射を防止するような値となり、かつ、厚みが（２Ｎ＋１）λ／４（λは入射する光ビームの波長、Ｎは０以上の整数）で１／４波長板の性質を有するような複屈折を持たせることが可能である（アプライド・オプティックス２８巻（１９８９年）第２４６６頁から第２４８２頁（ＡＰＰＬＩＥＤ ＯＰＴＩＣＳ Ｖｏｌ２８（１９８９）Ｐ．２４６６−２４８２）参照）。このようにすれば、プロトン交換層３と斜め蒸着膜１６０との間もしくは斜め蒸着膜１６０上での反射を斜め蒸着膜１６０のみによって、防止できるようになる。したがって、本発明の隣接層間反射防止膜および複屈折層反射防止膜を設ける必要がなくなるので、光学素子の製造が簡略化され、また光学素子がさらに薄くなる。
【０１４１】
なお、第７の実施の形態および本実施の形態においては、いずれも斜め蒸着膜１６０の材料としてＴａ₂Ｏ₅を用いたが、ＷＯ₃やＢｉ₂Ｏ₃等の誘電体材料を用いても良く、更に、蒸着角度が３０゜以上であれば良い（特開昭５９−４９５０８号公報や特開昭６３−３１２９７０号公報参照）。
【０１４２】
また、図２〜図４で示した第１の実施の形態における光学素子の変形例に対応する第７の実施の形態における光学素子の変形例に、本実施の形態と同様に、本発明の交換層反射防止膜、隣接層間反射防止膜および複屈折層反射防止膜がそれぞれ形成された変形例としても、同等の効果が得られる。
【０１４３】
（第９の実施の形態）
次に、本発明の第９の実施の形態を図面を参照して説明する。本実施の形態が上述した第１の実施の形態と異なるのは、本発明の応力補正層に関する点のみであり、それ以外は、第１の実施の形態と同様である。したがって、本実施の形態において、特に説明のないものについては、第１の実施の形態と同じとし、第１の実施の形態と同一符号を付与している構成部材については、特に説明のない限り、第１の実施の形態と同様の機能を持つものとする。
【０１４４】
図２１は、本発明の第９の実施の形態における光学素子の断面図である。本実施の形態における光学素子は、偏光分離素子として機能するものであり、図２１において、２１０はアルミナ膜（本発明の応力補正層に対応）である。ここで偏光分離素子として機能する面（図２１のプロトン交換層２が形成されている側の面）をＥ面とし、その裏面（図２１のアルミナ膜２１０が形成されている側の面）をＦ面とする。
【０１４５】
前述したように、プロトン交換層２は元の基板に比べて膨張しようとする力を内部に有しているためプロトン交換層２が存在する面（Ｅ面）側が凸になるように反ってしまう。そこで、偏光分離素子として働く面（Ｅ面）の裏面（Ｆ面）上に正の熱膨張係数（熱がかかると体積が増える）をもつ膜であるアルミナ膜２１０を形成するものである。
【０１４６】
アルミナ膜２１０の成膜方法としては、例えば、電子ビーム蒸着が挙げられる。これは、ターゲットを電子ビームで溶かし、高温の分子を基板上にとばし固化させるものである。したがって、成膜時の基板温度が上がるため、熱膨張係数が正のものは成膜後で縮むことになり、凸になろうとする力（正の応力）が発生する。そこで、Ｅ面で生じる凸になろうとする力（正の応力）をＦ面で生じる凸になろうとする力（正の応力）でキャンセルすることで光学素子そのものは反らないようにすることができる。ここで、Ｅ面上のプロトン交換層の深さはその光学素子の特性を満足するような深さになるが、Ｆ面上のアルミナ膜の膜厚はＥ面側のプロトン交換層により生じる凸になろうとする力とほぼ等しくなるような膜厚にすればよい。
【０１４７】
以上のように本実施の形態によれば、偏光分離素子として働く面の裏面にアルミナ膜２１０を形成する事により、偏光分離素子として働く面で生じる反りを裏面のアルミナ膜で生じる反りでキャンセルすることにより光学素子そのものには反りがないようにすることができる。
【０１４８】
なお、本実施の形態では、本発明の応力補正層としてアルミナ膜を用いたが、同じ方向に反ろうとする力を持つ膜であれば何ら問題はない。また、本発明の応力補正層として、逆の方向に反ろうとする力（正の応力に対して負の応力と呼ぶ）を有する膜たとえば、負の熱膨張係数（温度が上がると体積が小さくなる）を持つ膜であるタンタルオキサイドをプロトン交換層がある面に形成すれば同じような効果が得られる。
【０１４９】
また、本実施の形態における光学素子の変形例として、本実施の形態における光学素子のＥ面側の構成に替えて、図２〜図４で示した第１の実施の形態における光学素子の変形例のＡ面側の構成を適用できる。それぞれの場合の詳細説明は、第１の実施の形態において行った説明に準じる。
【０１５０】
なお、本発明のイオン交換層は、上述した第１〜第９の実施の形態において、ニオブ酸リチウムのＸ面がイオン交換されたものであるとして説明したが、これに限るものではなく、ニオブ酸リチウムのＹ面がイオン交換されたものであるとしてよいし、更にニオブ酸リチウムの代わりにリチウムタンタレートやニオブ酸リチウムとリチウムタンタレートの混晶を用いるものでもよい。
【０１５１】
また、本発明の光学素子は、上述した第１〜第９の実施の形態において、本発明のイオン交換層によって、偏光分離を行うものであるとして説明したが、これに限るものではなく、例えば、本発明のイオン交換層によって、単に回折を行うものであるとしてよい、要するに、イオン交換が可能な結晶である基板と前記結晶のＸ面もしくはＹ面の所定の部分がイオン交換されたイオン交換層と、前記イオン交換層により前記基板に生じる応力を補正する応力補正層とを備えておればよい。
【０１５２】
また、本発明の応力補正層は、上述した第１〜第９の実施の形態において、本発明の基板のイオン交換層が形成されている面と反対側の面に形成されているとして説明したが、これに限るものではなく、例えば、本発明のイオン交換層が経されている面と同じ面、あるいは、その他の面に形成されているとしてもよい、要するに、イオン交換層により基板に生じる応力を補正するように形成されておればよい。
【０１５３】
また、本発明のイオン交換層は、上述した第１〜第９の実施の形態において、プロトン交換層であるとして説明したが、これに限るものではなく、プロトン交換層以外のイオン交換層であってもよい。
【０１５４】
（第１０の実施の形態）
次に、本発明の第１０の実施の形態を図面を参照して説明する。
図２２は、本発明の第１０の実施の形態における光ヘッドの構成図である。本実施の形態における光ヘッドは、本発明の光学素子のうち、偏光分離素子として機能するものであり、かつ、本発明の複屈折層を有していない光学素子、例えば、上述した第１〜第５、第９の実施の形態における光学素子（それらの変形例も含む）のいずれかを備える光ヘッドである。以下、第１の実施の形態における光学素子を備えるものとして説明する。
【０１５５】
図２２において、２２１は光源、２２２はコリメータレンズ、２２３は第１の実施の形態における光学素子、２２４は１／４波長板、２２５は対物レンズ、２２６は光記録媒体、２２７は第１の光検出器、２２８は第２の光検出器である。ここで集光光学系は、コリメータレンズ２２２と対物レンズ２２５より構成されている。なお、１／４波長板２２４は本発明のｎ／４波長板に、第１の光検出器２２７および第２の光検出器２２８は本発明の光検出手段の複数の受光部に、それぞれ対応するものである。
【０１５６】
ここで、光源２２１は、例えば半導体レーザー素子で構成され、光記録媒体２２６の記録層に対し、記録再生用のコヒーレント光を出力する光源である。光学素子２２３は、常光線の透過率を１００％、異常光線に対しては回折格子として作用して透過率を０％の特性を有し、透過波面精度が従来例の光学素子よりも良好なものである。コリメータレンズ２２２は、光源２２１から出射された光を平行光にするレンズである。１／４波長板２２４は、例えば水晶で構成され、光源２２１から出力される直線偏光の光を円偏光に変換すると共に、光記録媒体２２６の記録層で反射された光を照射時とは異なる方向の直線偏光に変換する非線形光学素子である。光検出器２２７は光記録媒体２２６で反射された光のうち、光学素子２２３で回折された＋１次光を受光する光検出器である。また光検出器２２８は光記録媒体２２６で反射された光のうち、光学素子２２３で回折された−１次光を受光する光検出器である。なお、１／４波長板２２４は、ｎ／４波長板（ｎは奇数）であってもよい。
【０１５７】
このように構成された光ヘッドの動作について、図２２を用いて説明する。光源２２１から出射された直線偏光の光はコリメータレンズ２２２で平行光にされ、光学素子２２３を１００％透過する。そしてこの光は１／４波長板２２４で円偏光の光に変換され、対物レンズ２２５により光記録媒体２２６上に集光される。
【０１５８】
次に、光記録媒体２２６から反射された円偏光の光は、対物レンズ２２５を透過した後、１／４波長板２２４により光源２２１から出射された光の偏光方向とは直交する方向の直線偏光の光に変換される。この直線偏光の光は光学素子２２３により回折され、コリメータレンズ２２２を透過し、回折の＋１次光は光検出器２２７に入射され、回折の−１次光は光検出器２２８に入射される。
【０１５９】
ここで、光記録媒体２２６上における光ビームの合焦状態を示すフォーカス誤差信号及び光ビームの照射位置を示すトラッキング誤差信号の検出は、光学素子２２３の回折格子の格子ベクトルを場所により変化させ回折光の波面操作を行うことにより、従来のホログラム素子を用いた誤差信号の検出方法（例えば、特開昭６２−１３７７３６号公報や特開昭６３−２２９６４０号公報など）を適用できる。そして、図示していないフォーカス制御手段は上記した方法で得られたフォーカス誤差信号に基づき常に光ビームが合焦状態で光記録媒体２２６上に集光されるように対物レンズ２２５の位置をその光軸方向に制御し、図示していないトラッキング制御手段は上記した方法により得られたトラッキング誤差信号に基づき光ビームを光記録媒体２２６上の所望のトラックに集光されるように対物レンズ２２５の位置を制御する。また、第２の光検出器２２７からは光記録媒体２２６に記録された情報信号をも得ている。
【０１６０】
ここで、特開昭６２−１３７７３６号公報や特開昭６３−２２９６４０号公報などに述べられている回折格子を用いた光ヘッドでは往路でも回折格子を透過するので往路で回折光が生じ、これが迷光となり再生信号や誤差信号のノイズの原因となる。これに対して本実施の形態における光ヘッドでは、偏光方向により入射する光ビームを１００％透過するかもしくは１００％回折させることのできる光学素子２２３を用いているので往路で迷光を生じる等の問題はない。また、光学素子２２３の透過波面精度が上記したように小さいので対物レンズ２２５での集光状態が良好であり、従来例で述べた光ヘッドを用いたときに比べて再生信号のジッターが小さくなる。
【０１６１】
なお、本実施の形態における光ヘッドにおいて、光学素子２２３に替えて、本発明の光学素子のうち、偏光分離素子として機能するものであり、かつ、本発明の複屈折層を有する光学素子、例えば、上述した第６〜第８の実施の形態における光学素子（それらの変形例も含む）のいずれかの光学素子を備えるとすると、１／４波長板２２４が不要になると共に、１／４波長板の機能を有する複屈折層の調整は不必要であるので、光ヘッドの更なる低コスト化につながる。
【０１６２】
（第１１の実施の形態）
次に、本発明の第１１の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、本実施の形態において、特に説明のないものについては、第１０の実施の形態と同じとし、第１０の実施の形態と同一符号を付与している構成部材については、特に説明のない限り、第１０の実施の形態と同様の機能を持つものとする。
【０１６３】
図２３は、本発明の第１１の実施の形態における光ヘッドの構成図である。本実施の形態における光ヘッドは、本発明の光学素子のうち、偏光分離素子として機能するものであり、かつ、本発明の複屈折層として斜め蒸着膜を有する光学素子、例えば、上述した第７、第８の実施の形態における光学素子（それらの変形例も含む）のいずれかを備える光ヘッドである。以下、第７の実施の形態における光学素子を備えるものとして説明する。
【０１６４】
図２３において、２３１は第７の実施の形態における光学素子、２３２は光学素子２３１の斜め蒸着膜部分、２３３は光学素子２３１の偏光分離を行う周期的なプロトン交換層がある部分である。ここで、光学素子２３１は、斜め蒸着膜部分２３２が対物レンズ２２５側に、偏光分離を行う周期的なプロトン交換層がある部分２３３が光源２２１側になるように配置されている。集光光学系は対物レンズ２２５より構成されている。
【０１６５】
次に、本実施の形態における光ヘッドの動作について、図２３を用いて説明する。光源２２１から出射された直線偏光の光ビームは光学素子２３１をほぼ１００％透過し、透過後の光ビームは斜め蒸着膜部分２３２により直線偏光から円偏光の光ビームに変えられる。この円偏光の光ビームは対物レンズ２２５により光記録媒体２２６上に集光される。次に、光記録媒体２２６から反射された円偏光の光ビームは対物レンズ２２５を透過した後、光学素子２３１の斜め蒸着膜部分２３２で円偏光から光源２２１から出射された光ビームの偏光方向と直交する方向の直線偏光の光ビームにされ、偏光分離を行う周期的なプロトン交換層がある部分２３３でほぼ１００％回折され、この回折された光ビームのうち＋１次光は第１の光検出器２２７に、−１次光は第２の光検出器２２８に入射される。また、フォーカス誤差信号、トラッキング誤差信号及び光記録媒体２２６に記録された情報の再生信号は、第１０の実施の形態における光ヘッドの場合と、同じ方法で得ている。
【０１６６】
次に、第１０の実施の形態における光ヘッドと本実施の形態における光ヘッドとの違いを述べる。第１０の実施の形態における光ヘッドに用いている１／４波長板は水晶で作られたものであり、この１／４波長板は第７の実施の形態で述べたように光ビームの入射角に大きく依存する。したがって、光源２２１から出射される発散光をコリメータレンズで平行光にして１／４波長板に入射しないといけない。しかし、光学素子２３１は、本発明の複屈折層として斜め蒸着膜を有しているため、光ビームの入射角にあまり影響しないので、コリメータレンズを用いて光源２２１からの発散光を平行光にする必要がなく、光源２２１からの発散光を光学素子２３１に直接入射することができる。従って、コリメータレンズを用いる必要がなくなるので、光ヘッドの更なる小型化が可能となり、コリメータレンズの調整工程がいらなくなるので低コストの光ヘッドが構成できる。また、光学素子２３１の透過波面精度が上記したように小さいので対物レンズ２２５での集光状態が良好であり、従来例で述べた光ヘッドを用いたときに比べて再生信号のジッターが小さくなる。
【０１６７】
（第１２の実施の形態）
次に、本発明の第１２の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、本実施の形態において、特に説明のないものについては、第１０の実施の形態と同じとし、第１０の実施の形態と同一符号を付与している構成部材については、特に説明のない限り、第１０の実施の形態と同様の機能を持つものとする。
【０１６８】
図２４は、本発明の第１２の実施の形態における光ヘッドの構成図である。本実施の形態における光ヘッドは、本発明の光学素子のうち、偏光分離素子として機能するものであり、かつ、本発明の複屈折層を有する光学素子、例えば、上述した第６〜第８の実施の形態における光学素子（それらの変形例も含む）のいずれかを備える光ヘッドである。以下、第７の実施の形態における光学素子を備えるものとして説明する。
【０１６９】
図２４において、２４１は立ち上げミラー、２４２は第７の実施の形態における光学素子、２４３は光学素子２４２の偏光分離を行う周期的なプロトン交換層がある部分、２４４は光学素子２４２の１／４波長板として機能する部分である。ここで、集光光学系はコリメータレンズ２２２と対物レンズ２２５より構成されている。また、光学素子２４２は、１／４波長板として機能する部分２４４が対物レンズ２２５側に、偏光分離を行う周期的なプロトン交換層２がある部分２４３が光源２２１側になるように配置されている。ここで、対物レンズ２２５と光学素子２４２は一体化されており、図示していないフォーカス制御手段とトラッキング制御手段により対物レンズ２２５と光学素子２４２は一体で位置の制御がなされるものである。
【０１７０】
次に、本実施の形態における光ヘッドの動作について、図２４を用いて説明する。光源２２１から出射された直線偏光の光ビームはコリメータレンズ２２２で平行光にされ、立ち上げミラー２４１により光ビームの方向を変え、光学素子２４２をほぼ１００％透過し、１／４波長板として機能する部分２４４により透過後の光ビームは直線偏光から円偏光の光ビームに変えられ、対物レンズ２２５により光記録媒体２２６上に集光される（往路は実線で示している）。次に、光記録媒体２２６から反射された円偏光の光ビームは対物レンズ２２５を透過した後、光学素子２４２の１／４波長板として機能する部分２４４で円偏光から光源２２１から出射された光ビームの偏光方向と直交する方向の直線偏光の光ビームにされ、偏光分離を行う周期的なプロトン交換層がある部分２４３でほぼ１００％回折され、この回折された光ビームは立ち上げミラー２４１で方向を変えられ、コリメータレンズ２２２を透過して、＋１次光は第１の光検出器２２７に、−１次光は第２の光検出器２２８に入射される（復路は点線で示している）。また、フォーカス誤差信号、トラッキング誤差信号及び光記録媒体２２６に記録された情報の再生信号は、第１０の実施の形態における光ヘッドの場合と、同じ方法で得ている。
【０１７１】
以上のように、光学素子と対物レンズとが一体化されているので、光ヘッドの組立時の調整工程が少なくなり、光ヘッドの低コスト化につながると共に、レンズシフトによる再生信号の劣化が小さくなるので、光ヘッドの特性の向上につながる。
【０１７２】
また、立ち上げミラーを用いることにより光ヘッドの高さを小さくしているので、ノート型パソコンのような非常に薄いドライブに組み込むことが可能となる。更に、本発明の複屈折層を有する光学素子を用いるため、と１／４波長板の厚みが非常に薄いので、光ヘッドの高さを更に小さくすることができる。
【０１７３】
更に、本実施の形態においては、コリメータレンズを用いて、光源から出射される発散ビームを平行光にしているが、第１１の実施の形態で述べたように、コリメータレンズをなくしても何等問題はなく、また、コリメータレンズがないと調整工程がいらないので低コスト化が図れる。
【０１７４】
なお、本発明の光ヘッドは、上述した第１０〜第１２の実施の形態において、本発明の光学素子のうち、偏光分離素子として機能するものを備えるものとして説明したが、これに限るものではなく、例えば、本発明のイオン交換層によって、単に回折を行う光学素子を備えるものであるとしてよい、要するに、本発明の光学素子を備えるものであればよい。本発明の光学素子は、イオン交換層によって回折を行う光学素子において、反りが小さく透過波面に収差を与えない光学素子であるので、本発明の光学素子を備えることによって、小型で低コストの光ヘッドを実現することができる。
【０１７５】
また、本発明の光ヘッドは、上述した第１０〜第１２の実施の形態において、本発明の光学素子またはｎ／４波長板によって、まず、直線偏光から円偏光へ変換され、光記録媒体で反射された後、円偏光から直線偏光へ変換されるとして説明したが、これに限るものではなく、例えば、まず、直線偏光から円偏光もしくは楕円偏光に変換され、光記録媒体で反射された後、円偏光もしくは楕円偏光から直線偏光もしくは楕円偏光に変換されるとしてよい、要するに、偏光方向が変換の前後で互いに直交するように変換されればよい。
【０１７６】
【発明の効果】
以上説明したところから明らかなように、本発明は、イオン交換層によって回折を行う光学素子において、反りが小さく透過波面に収差を与えない光学素子を提供することができる。
【０１７８】
さらに、本発明は、本発明の光学素子を用いて小型で低コストの光ヘッドを提供することができる。
【０１７９】
すなわち、本発明の光学素子は、プロトン交換で生じる反ろうとする力を応力補正層で生じる逆の反ろうとする力でキャンセルするので光学素子そのものには反りが生じず、透過波面精度が良好となる。
【０１８０】
また、本発明の光学素子の製造方法は、すべての工程がウェハーで行うことができるため、大量生産が可能で低コストな方法である。
【０１８１】
さらに、本発明の光学素子を備える本発明の光ヘッドでは光記録媒体の再生時のジッターが小さくなる。そのため、光ヘッドを構成する種々の部品の透過波面精度のマージンが広がり、低コストで小型の光ヘッドを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における光学素子の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における光学素子の変形例の断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における光学素子の変形例の断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における光学素子の変形例の断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における光学素子の製造方法の工程を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態における光学素子の製造方法の工程を示す断面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態における光学素子の製造方法の工程を示す断面図である。
【図８】タンタルオキサイド膜厚とプロトン交換深さの関係を示した図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態における光学素子の断面図である。本
【図１０】本発明の第４の実施の形態における光学素子のＤ面側の平面図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態における光学素子の変形例のＤ面側の平面図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態における光学素子の変形例のＤ面側の平面図である。
【図１３】図１３は、本発明の第４の実施の形態における光学素子の製造方法の工程を示す断面図である。
【図１４】本発明の第５の実施の形態における光学素子の断面図である。
【図１５】本発明の第６の実施の形態における光学素子の断面図である。
【図１６】本発明の第７の実施の形態における光学素子の断面図である。
【図１７】光学素子への斜め蒸着を説明する図である。
【図１８】光学素子への入射光の入射角を示す説明図である。
【図１９】本発明の第７の実施の形態における光学素子の製造方法の工程を示す断面図である。
【図２０】本発明の第８の実施の形態における光学素子の断面図である。
【図２１】本発明の第９の実施の形態における光学素子の断面図である。
【図２２】本発明の第１０の実施の形態における光ヘッドの構成図である。
【図２３】本発明の第１１の実施の形態における光ヘッドの構成図である。
【図２４】本発明の第１２の実施の形態における光ヘッドの構成図である。
【図２５】従来の光ヘッドの構成図である。
【図２６】従来の光学素子の断面図である。
【符号の説明】
１ ニオブ酸リチウム基板
２、３ プロトン交換層
２２１ 光源
２２２ コリメータレンズ
２２４ １／４波長板
２２５ 対物レンズ
２２６ 光記録媒体
２２７ 第１の光検出器
２２８ 第２の光検出器

Claims (16)

1. イオン交換が可能な結晶である基板と、
   前記結晶のＸ面もしくはＹ面の所定の部分がイオン交換されたイオン交換層と、
   前記イオン交換層により前記基板に生じる応力を補正する応力補正層とを備え、
   前記応力補正層は、前記基板の前記イオン交換層が形成されている面と反対側の面であり、前記イオン交換層が形成されていない部分の裏側にのみ形成されていることを特徴とする光学素子。
2. 前記結晶は、ＬｉＴａ_ＸＮｂ_１−ＸＯ_３（０≦Ｘ≦１）であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
3. 前記イオン交換層によって、偏光分離を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子。
4. 前記応力補正層は、前記イオン交換層と同様に、前記結晶がイオン交換されたものであることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
5. 前記応力補正層は、アルミナ薄膜またはその他の薄膜で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
6. 外部から前記イオン交換層への入射光の反射を防止する交換層反射防止膜と、外部から前記応力補正層への入射光の反射を防止する補正層反射防止膜とを備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学素子。
7. 前記応力補正層上に配置された複屈折層を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学素子。
8. 前記複屈折層は、ｎ／４波長板（ここでｎは奇数）であることを特徴とする請求項７に記載の光学素子。
9. 外部から前記イオン交換層への入射光の反射を防止する交換層反射防止膜と、前記応力補正層と前記複屈折層との間の入射光の反射を防止する隣接層間反射防止膜と、外部から前記複屈折層への入射光の反射を防止する複屈折層反射防止膜とを備えることを特徴とする請求項７または８に記載の光学素子。
10. 前記複屈折層は、水晶であることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の光学素子。
11. 前記複屈折層は、誘電体が斜めから蒸着された斜め蒸着膜であることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の光学素子。
12. 請求項１〜１１のいずれかに記載の光学素子を備えることを特徴とする光ヘッド。
13. 光記録媒体へ向けてコヒーレントな光を出射する光源と、
    前記光源の前記光記録媒体側に配置されたコリメータレンズと、前記コリメータレンズの前記光記録媒体側に配置された請求項１〜５のいずれかに記載の光学素子と、
    前記光学素子の前記光記録媒体側に配置されたｎ／４波長板（ここでｎは奇数）と、
    前記ｎ／４波長板の前記光記録媒体側に配置された対物レンズと、
    前記光学素子によって回折された回折光を受光する１つまたは複数の受光部を有し、前記光記録媒体のフォーカス誤差信号、トラッキング誤差信号および／または前記光記録媒体に記録された情報信号を検出する光検出手段とを備え、
    前記光源から出射された光は、前記コリメータレンズによって実質的に平行光にされ、前記光学素子を透過して、前記ｎ／４波長板によって円偏光もしくは楕円偏光に変換された後、前記対物レンズによって前記光記録媒体に集光され、
    前記光記録媒体で反射された光は、前記対物レンズによって集光され、前記ｎ／４波長板によって直線偏光もしくは楕円偏光に変換され、前記光学素子によって回折された後、前記コリメータレンズによって前記受光部に集光され、
    前記受光部は、前記各信号に対応する前記回折光を受光できるように配置されていることを特徴とする光ヘッド。
14. 光記録媒体へ向けてコヒーレントな光を出射する光源と、
    前記光源の前記光記録媒体側に配置されたコリメータレンズと、
    前記コリメータレンズの前記光記録媒体側に配置された請求項６〜１１のいずれかに記載の光学素子と、
    前記光学素子の前記光記録媒体側に配置された対物レンズと、
    前記光学素子によって回折された回折光を受光する１つまたは複数の受光部を有し、前記光記録媒体のフォーカス誤差信号、トラッキング誤差信号および／または前記光記録媒体に記録された情報信号を検出する光検出手段とを備え、
    前記光源から出射された光は、前記コリメータレンズによって実質的に平行光にされ、前記光学素子によって円偏光もしくは楕円偏光に変換された後、前記対物レンズによって前記光記録媒体に集光され、
    前記光記録媒体で反射された光は、前記対物レンズによって集光され、前記光学素子によって直線偏光もしくは楕円偏光に変換されて回折された後、前記コリメータレンズによって前記受光部に集光され、
    前記受光部は、前記各信号に対応する前記回折光を受光できるように配置されていることを特徴とする光ヘッド。
15. 光記録媒体へ向けてコヒーレントな光を出射する光源と、
    前記光源の前記光記録媒体側に配置された請求項１１に記載の光学素子と、
    前記光学素子の前記光記録媒体側に配置された対物レンズと、
    前記光学素子によって回折された回折光を受光する１つまたは複数の受光部を有し、前記光記録媒体のフォーカス誤差信号、トラッキング誤差信号および／または前記光記録媒体に記録された情報信号を検出する光検出手段とを備え、
    前記光源から出射された光は、前記光学素子によって円偏光もしくは楕円偏光に変換された後、前記対物レンズによって前記光記録媒体に集光され、
    前記光記録媒体で反射された光は、前記対物レンズによって集光され、前記光学素子によって直線偏光もしくは楕円偏光に変換されて回折された後、前記受光部に入射され、
    前記受光部は、前記各信号に対応する前記回折光を受光できるように配置されていることを特徴とする光ヘッド。
16. 前記光学素子は、前記コリメータレンズまたは前記対物レンズと一体化されていることを特徴とする請求項１４または１５に記載の光ヘッド。

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