JPH07325217A - 偏光分離素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 偏光分離素子の特性の均一化及びコンパクト
化を図ると共に、その耐環境性を高める。 【構成】 表面に凹凸状の周期格子が形成された基板１
と、この基板１の凹凸部１ａ，１ｂの少なくとも凸部１
ａ上に形成されたポリジアセチレン配向膜からなる複屈
折材料層２と、を具備し、凹部と凸部の間の常光の位相
差と異常光の位相差のうち何れか一方がπの偶数倍、と
なるように、複屈折材料層２の厚み及び基板１の凹部深
さを設定してなるもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、偏光分離素子に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば光磁気ディスク等の各種光
学装置にあっては、偏光方向によって回折効率を異なら
しめる偏光分離素子が備えられている。この偏光分離素
子に関しては種々の提案がなされており、例えば特開昭
６３−２６２６０２号公報等に記載されている。

【０００３】この特開昭６３−２６２６０２号公報記載
の偏光分離素子は、光学的等方性基板の主面に凹凸状の
周期格子を形成し、該周期格子の表面を、主屈折率の一
方が上記等方性基板の屈折率と等しい屈折率を有する液
晶で覆うというものであり、例えば常光に対する屈折率
が上記等方性基板のそれと一致し、異常光に対する屈折
率が上記等方性基板のそれと異なる液晶を用いれば、該
偏光分離素子は、常光に対しては回折格子としての機能
を果たさないが、異常光に対しては回折格子としての機
能を果たすといったものである。

【０００４】また、上記液晶に代えて、ニオブ酸リチウ
ム結晶を用いるものも知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記偏
光分離素子にあっては、以下の問題がある。すなわち、
特開昭６３−２６２６０２号公報記載の偏光分離素子に
あっては、液晶の屈折率の温度係数が大きく、環境に対
する性能が不安定になるといった問題がある。

【０００６】また、ニオブ酸リチウム結晶を用いた偏光
分離素子にあっては、等方性基板上に単結晶を形成する
ので、その製造が容易ではないといった問題がある。

【０００７】さらにまた、従来の一般的な偏光分離素子
にあっては、等方性基板上に形成される複屈折材料の複
屈折が小さいので、膜厚が比較的厚くなり、コンパクト
にできないといった問題や、結晶性が低いので、特性が
不均一になるといった問題もある。

【０００８】そこで本発明は、耐環境性が高く、しかも
均一な特性を有し、その上コンパクト化がなされる偏光
分離素子を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の偏光分離素子
は、上記目的を達成するために、光学的等方性基板上に
ポリジアセチレン配向膜からなる複屈折材料層を形成す
ると共に、表面に凹凸状の周期格子を形成し、該凹部
に、複屈折材料の常光屈折率または異常光屈折率の何れ
か一方に等しい屈折率の物質を充填してなる。

【００１０】請求項２の偏光分離素子は、上記目的を達
成するために、光学的等方性基板上にポリジアセチレン
配向膜からなる複屈折材料層を形成すると共に、この複
屈折材料層に凹凸状の周期格子を形成し、前記凹部と凸
部の間の常光の位相差と異常光の位相差のうち何れか一
方がπの偶数倍、となるように、前記複屈折材料層の凹
凸部の厚みを設定してなる。

【００１１】請求項３の偏光分離素子は、上記目的を達
成するために、表面に凹凸状の周期格子が形成された光
学的等方性基板と、この光学的等方性基板の前記凹凸部
の少なくとも凸部上に形成されたポリジアセチレン配向
膜からなる複屈折材料層と、を具備し、前記凹部と凸部
の間の常光の位相差と異常光の位相差のうち何れか一方
がπの偶数倍、となるように、前記複屈折材料層の厚み
及び前記基板の凹部深さを設定してなる。

【００１２】請求項４の偏光分離素子は、上記目的を達
成するために、等方性基板上にポリジアセチレン配向膜
からなる複屈折材料層を形成すると共に、該複屈折材料
層に、周期格子状に屈折率差を与えてなる。

【００１３】請求項５の偏光分離素子は、上記目的を達
成するために、等方性基板上にポリジアセチレン配向膜
からなる複屈折材料層を形成すると共に、該複屈折材料
層に、周期格子状に体積差を与えてなる。

【００１４】請求項６の偏光分離素子は、上記目的を達
成するために、光学的等方性基板上にポリジアセチレン
配向膜からなる複屈折材料層を形成すると共に、表面に
凹凸状の周期格子を形成し、該凹部に、光学的等方性物
質を充填してなる偏光分離素子であって、該光学的等方
性物質の屈折率（ｎｃ）と、該複屈折材料の常光屈折率
（ｎｏ）、異常光屈折率（ｎｅ）との間に、以下の式に
示す関係があることを特徴とする。 ｎｃ＝ｎｏ＋ｍ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｍ＝±１，±２，±
３…）＝ｎｅ＋ｌ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｌ＝±１，±２，
±３…）

【００１５】請求項７の偏光分離素子は、上記目的を達
成するために、請求項１乃至６に加えて、等方性基板と
複屈折材料層との間に、ポリジアセチレン配向膜に配向
性を与えるためのフィルム層を含んでなる。

【００１６】請求項８の偏光分離素子は、上記目的を達
成するために、請求項１乃至７に加えて、表裏面の少な
くとも一方の面に、反射防止膜を具備した。

【００１７】請求項９の偏光分離素子は、上記目的を達
成するために、請求項１乃至８に加えて、複屈折材料層
であるポリジアセチレン配向膜に配向性を与えるために
等方性基板に代えて、異方性結晶基板を用いてなる。

【００１８】

【作用】このような請求項１乃至９における偏光分離素
子によれば、ポリジアセチレン膜は、その特性として屈
折率の温度変化が小さいので、偏光分離素子の耐環境性
を高めるよう働く。また、その特性として結晶性が高い
ので、偏光分離素子の特性を均一化するよう働く。さら
にまた、その特性として複屈折が大きいので、膜厚を薄
くするよう働く。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明の一実施例を示す偏光分離素子の斜
視図、図２は図１の偏光分離素子の縦断面図である。

【００２０】図１、図２において、符号１は、例えばガ
ラス材よりなる等方性基板を示しており、このガラス基
板１表面には凹凸による周期的な格子が形成されてい
る。このガラス基板１表面の凸部１ａ上には、下記の化
１に示される化学式のポリジアセチレン薄膜２が形成さ
れており、このポリジアセチレン薄膜２は主面Ｘ−Ｙ面
内で配向がなされている。

【化１】

【００２１】ここで、ガラス基板１の凸部の厚さをｔ、
ガラス基板１の凹部１ｂの溝深さをｄ１、ポリジアセチ
レン薄膜（配向膜）２の厚さをｄ２、ガラス基板１の屈
折率をｎｓ、ポリジアセチレン薄膜２の常光に対する屈
折率をｎｏ、ポリジアセチレン薄膜２の異常光に対する
屈折率をｎｅ、ガラス基板１の凹凸部及びポリジアセチ
レン薄膜２により形成される溝内の屈折率をｎｃ、光の
波長をλとし、ｋ＝２π／λとすると、ポリジアセチレ
ン薄膜２が形成された偏光分離素子を通過する（図２に
おけるＡの領域を通過する）常光の位相は、 ｛ｎｓ・ｔ＋ｎｏ・ｄ２｝ｋ …１式 ポリジアセチレン薄膜２が形成されていない偏光分離素
子を通過する（図２におけるＢの領域を通過する）常光
の位相は、 ｛ｎｓ（ｔ−ｄ１）＋ｎｃ（ｄ１＋ｄ２）｝ｋ …２式 従って、常光の位相差ＯＰＤ（ｏ）は、１式−２式よ
り、 ＯＰＤ（ｏ）＝｛（ｎｓ−ｎｃ）ｄ１＋（ｎｏ−ｎｃ）ｄ２｝ｋ …３式

【００２２】一方、Ａの領域を通過する異常光の位相
は、 ｛ｎｓ・ｔ＋ｎｅ・ｄ２｝ｋ …４式 Ｂの領域を通過する異常光の位相は、上記２式と同じ、
従って、異常光の位相差ＯＰＤ（ｅ）は、４式−２式よ
り、 ＯＰＤ（ｅ）＝｛（ｎｓ−ｎｃ）ｄ１＋（ｎｅ−ｎｃ）ｄ２｝ｋ …５式 因みに、ガラス基板１の凹凸部及びポリジアセチレン薄
膜２により形成される溝内には空気が充填されていると
考えて、ｎｃ＝１となる。

【００２３】ここで、異常光が回折しないようにするた
めには、上記３式と５式のうち５式がπの偶数倍となる
ようにすれば良い。すなわち、 ＯＰＤ（ｅ）＝｛（ｎｓ−ｎｃ）ｄ１＋（ｎｅ−ｎｃ）ｄ２｝ｋ ＝２ｐπ、（ｐ＝０，±１，±２…） …６式 また、常光が回折しないようにするためには、上記３式
と５式のうち３式がπの偶数倍となるようにすれば良
い。すなわち、 ＯＰＤ（ｏ）＝｛（ｎｓ−ｎｃ）ｄ１＋（ｎｏ−ｎｃ）ｄ２｝ｋ ＝２ｐπ、（ｐ＝０，±１，±２…） …７式

【００２４】ところで、これら２条件下では、ｄ１及び
ｄ２の設定によっては、常光・異常光のうち回折させる
光の中にも、回折しない光量が存在する場合がある。本
発明の偏光分離素子は、例えば光ディスク装置のピック
アップの中に用いることができるが、このような用途に
あっては、常光・異常光のうち一方は全て回折させ、他
方は全く回折しないようにすることが望ましい。このよ
うな目的のためには、６式に加えて、 ＯＰＤ（ｏ）＝｛（ｎｓ−ｎｃ）ｄ１＋（ｎｏ−ｎｃ）ｄ２｝ｋ ＝（２ｑ＋１）π、（ｑ＝０，±１，±２…） …８式 或は、７式に加えて、 ＯＰＤ（ｅ）＝｛（ｎｓ−ｎｃ）ｄ１＋（ｎｅ−ｎｃ）ｄ２｝ｋ ＝（２ｑ＋１）π、（ｑ＝０，±１，±２…） …９式 とすれば良い。この時、ポリジアセチレン配向膜２の厚
さｄ２を決めるためには、（６−８）式及び（７−９）
式より、 ［ＯＰＤ（ｏ）−ＯＰＤ（ｅ）］＝（ｎｏ−ｎｅ）ｄ２・ｋ ＝（２ｊ＋１）π、（ｊ＝０，±１，±２） …１０式 が成り立つように、ｄ２を決めれば良い。因に、ｄ２＝
π（２ｊ＋１）／［ｋ・｜ｎｏ−ｎｅ｜］となり、ｄ₂
はポリジアセチレン配向膜２のｎｏとｎｅの差に依存し
ていることがわかる。すなわち、ｄ₂ を小さくするに
は、ｎｏ−ｎｅの絶対値が大きい方が良いことになる。

【００２５】また、６式または７式を満足するように、
ポリジアセチレン配向膜２の膜厚ｄ２、ガラス基板１の
溝深さｄ１を設定すれば、上記偏光分離素子は回折格子
として機能し、常光または異常光の何れか一方のみを回
折させないようにすることができる。

【００２６】このように、本実施例においては、表面に
凹凸状の周期格子が形成されたガラス基板１と、このガ
ラス基板１の凸部１ａ上に形成され、該ガラス基板１の
主面の面内方向に配向されたポリジアセチレン配向膜２
と、を具備し、凹部１ｂと凸部１ａの間の常光の位相差
と異常光の位相差のうち何れか一方がπの偶数倍、とな
るように、ポリジアセチレン配向膜の厚みｄ２及び基板
１の凹部深さｄ１を設定するようにしたので、上述のよ
うに、偏光分離素子として機能させることができるよう
になっている。ここで、ポリジアセチレン配向膜２は、
その特性として屈折率の温度変化が小さいので、偏光分
離素子の耐環境性を高めることが可能となっている。ま
た、その特性として結晶性が高いので、偏光分離素子の
特性を均一化することが可能となっている。さらにま
た、その特性として複屈折が大きいので、膜厚を薄くで
きるようになっており、偏光分離素子をコンパクト化す
ることが可能となっている。

【００２７】次に、このように構成された偏光分離素子
の第１の製造方法について、以下説明する。先ず、第１
工程において、所定厚ｔのガラス基板１上に、１００Å
前後のジアセチレンのモノマー膜を、例えば真空蒸着法
により形成し、その後このジアセチレンのモノマー膜を
空気中で紫外線重合し、該ジアセチレンのモノマー膜を
ポリマー化する。

【００２８】次いで、第２工程において、このポリマー
化されたジアセチレン膜、すなわちポリジアセチレン膜
を、例えばシリコン布等により一方向にラビング処理す
る（擦る）。すると、このラビング処理した方向に配向
ができる。

【００２９】次いで、第３工程において、このラビング
処理されたポリジアセチレン膜上に、上記第１工程と同
様な方法により、ポリジアセチレン膜が所定厚ｄ２とな
るまでポリジアセチレン膜を重ねて形成する、すなわち
ジアセチレンのモノマー膜を重ねて形成しその後このジ
アセチレンのモノマー膜を空気中で紫外線重合して該ジ
アセチレンのモノマー膜をポリマー化する。このように
して形成されたポリジアセチレン膜の配向方向は、第２
工程におけるラビング処理を行った方向となる。

【００３０】次いで、第４工程において、上記ポリジア
セチレン膜上に凹凸格子を形成するためのレジストを塗
布し、露光、現像処理を行った後に、ガラス基板１の凹
部１ｂの溝深さが所定値ｄ１となるまでエッチング処理
を行う。この第４工程の一連の処理は半導体の製造プロ
セスに採用されている公知の簡易な方法である。このよ
うな処理を施すと、図１、図２に示されるような偏光分
離素子が得られることになる。

【００３１】このように、上記製造方法によれば、ポリ
マー化されたポリジアセチレン膜を一方向にラビング処
理するだけで、面内配向ができるようになっていると共
に、ポリジアセチレン膜の成膜及び凹凸格子の形成が簡
易となっているので、図１、図２に示される偏光分離素
子を容易に製造することが可能となっている。

【００３２】因に、上記偏光分離素子の製造方法の他の
各例を以下に示す。第２の製造方法は、第１工程におい
て、等方性基板１上にジアセチレンモノマー膜を蒸着し
た後、ポリマー化し、第２工程において、ポリジアセチ
レン膜を一方向にラビング配向させ、第３工程におい
て、ラビング処理されたポリジアセチレン膜上に、ジア
セチレンモノマー膜を所定膜厚となるまで蒸着した後、
ポリマー化し、第４工程において、このポリジアセチレ
ン膜に、ポリジアセチレンの吸収波長に相当する波長を
持った光源からの光を用いて、これにより、ポリジアセ
チレン膜の屈折率を周期的に変化させ、偏光分離素子を
得る。なお、周期的な屈折率差を与える方法としては、
別に、可干渉性光源からの光を用いた２光束干渉法によ
る干渉縞にて変化させる方法を用いても良い。

【００３３】また、第３の製造方法は、第１工程におい
て、等方性基板１上にジアセチレンモノマー膜を蒸着し
た後、ポリマー化し、第２工程において、ポリジアセチ
レン膜を一方向にラビング配向させ、第３工程におい
て、ラビング処理されたポリジアセチレン膜上に、ジア
セチレンモノマー膜を所定膜厚となるまで蒸着した後、
ポリマー化し、第４工程において、このポリジアセチレ
ン膜に、ポリジアセチレンの吸収波長に相当する波長を
持った光源からの光を用いて、これにより、ポリジアセ
チレン膜の体積（膜厚）を周期的に変化させ、偏光分離
素子を得る。なお、周期的な体積変化を与える方法とし
ては、別に、可干渉性光源からの光を用いた２光束干渉
法による干渉縞にて変化させる方法を用いても良い。

【００３４】また、第４の製造方法は、第１工程におい
て、等方性基板１上にジアセチレンモノマー膜を蒸着し
た後、ポリマー化し、第２工程において、ポリジアセチ
レン膜を一方向にラビング配向させ、第３工程におい
て、ラビング処理されたポリジアセチレン膜上に、ジア
セチレンモノマー膜を所定膜厚となるまで蒸着した後、
ポリマー化し、第４工程において、このポリジアセチレ
ン膜に、ポリジアセチレンの吸収波長に相当する波長を
持った光源からの光を用いて、これにより、ポリジアセ
チレン膜の可溶性を周期的に変化させ、第５工程におい
て、周期的に可溶性が変化しているポリジアセチレン膜
を、適当な溶媒により、より可溶な部分を取り除き、偏
光分離素子を得る。

【００３５】また、第５の製造方法としては、上記第１
乃至第４の製造方法における等方性基板１に代えて、例
えばサファイア等の異方性単結晶基板（複屈折基板も含
む）を用いることにより、蒸着工程においてジアセチレ
ン膜を、基板の結晶軸方向に自発的に配向させ、ラビン
グ処理工程を省いて、偏光分離素子を得る。

【００３６】また、第６の製造方法としては、上記第１
乃至第４の製造方法における等方性基板１上に、ジアセ
チレンとは異なる、例えばフィルム層を成膜し、ジアセ
チレンモノマーの蒸着工程において、ジアセチレン膜
を、フィルム層の配向方向に自発的に配向させ、ラビン
グ処理工程を省いて、偏光分離素子を得る。

【００３７】以上の各製造方法によっても、偏光分離素
子を容易に製造することができる。

【００３８】図３は本発明の第２実施例を示す偏光分離
素子の縦断面図である。この第２実施例の偏光分離素子
が第１実施例のそれと違う点は、ガラス基板１における
所定深さｄ１を有する凹部１ｂ上に、厚さｄ３のポリジ
アセチレン配向膜１２を新たに形成した点である。因
に、本実施例及び後述の実施例の偏光分離素子の製造方
法は、上記各方法を適宜採用できる。

【００３９】ここで、図３におけるＡの領域を通過する
常光の位相は、 ｛ｎｓ・ｔ＋ｎｏ・ｄ２｝ｋ …１式と同じ 図３におけるＢの領域を通過する常光の位相は、 ｛ｎｓ（ｔ−ｄ１）＋ｎｏ・ｄ３＋ｎｃ（ｄ１＋ｄ２−ｄ３）｝ｋ…１１式 従って、常光の位相差ＯＰＤ（ｏ）は、１式−１１式よ
り、 ＯＰＤ（ｏ） ＝｛（ｄ２−ｄ３）ｎｏ＋ｎｓ・ｄ１−ｎｃ（ｄ１＋ｄ２−ｄ３）｝ｋ …１２式

【００４０】一方、Ａの領域を通過する異常光の位相
は、 ｛ｎｓ・ｔ＋ｎｅ・ｄ２｝ｋ …４式と同じ Ｂの領域を通過する異常光の位相は、 ｛ｎｓ（ｔ−ｄ１）＋ｎｅ・ｄ３＋ｎｃ（ｄ１＋ｄ２−ｄ３）｝ｋ…１３式 従って、異常光の位相差ＯＰＤ（ｅ）は、４式−１３式
より、 ＯＰＤ（ｅ） ＝｛（ｄ２−ｄ３）ｎｅ＋ｎｓ・ｄ１−ｎｃ（ｄ１＋ｄ２−ｄ３）｝ｋ …１４式 因みに、ｎｃ＝１。

【００４１】ここで、異常光が回折しないようにするた
めには、上記１２式と１４式のうち１４式がπの偶数倍
となるようにすれば良い。すなわち、 ＯＰＤ（ｅ） ＝｛（ｄ２−ｄ３）ｎｅ＋ｎｓ・ｄ１−ｎｃ（ｄ１＋ｄ２−ｄ３）｝ｋ ＝２ｐπ、（ｐ＝０，±１，±２…） …１５式 また、常光が回折しないようにするためには、上記１２
式と１４式のうち１２式がπの偶数倍となるようにすれ
ば良い。すなわち、 ＯＰＤ（ｏ） ＝｛（ｄ２−ｄ３）ｎｏ＋ｎｓ・ｄ１−ｎｃ（ｄ１＋ｄ２−ｄ３）｝ｋ ＝２ｐπ、（ｐ＝０，±１，±２…） …１６式

【００４２】ところで、これら２条件下では、ｄ１及び
ｄ２並びにｄ３の設定によっては、常光・異常光のうち
回折させる光の中にも、回折しない光量が存在する場合
がある。本発明の偏光分離素子は、例えば光ディスク装
置のピックアップの中に用いることができるが、このよ
うな用途にあっては、常光・異常光のうち一方は全て回
折させ、他方は全く回折しないようにすることが望まし
い。このような目的のためには、１５式に加えて、 ＯＰＤ（ｏ） ＝｛（ｄ２−ｄ３）ｎｏ＋ｎｓ・ｄ１−ｎｃ（ｄ１＋ｄ２−ｄ３）｝ｋ ＝（２ｑ＋１）π、（ｑ＝０，±１，±２…） …１７式 或は、１６式に加えて、 ＯＰＤ（ｅ） ＝｛（ｄ２−ｄ３）ｎｅ＋ｎｓ・ｄ１−ｎｃ（ｄ１＋ｄ２−ｄ３）｝ｋ ＝（２ｑ＋１）π、（ｑ＝０，±１，±２…） …１８式 とすれば良い。この時、ポリジアセチレン配向膜２，１
２の厚さｄ２，ｄ３を決めるためには、（１５−１７）
式及び（１６−１８）式より、 ［ＯＰＤ（ｏ）−ＯＰＤ（ｅ）］＝（ｎｏ−ｎｅ）・（ｄ２−ｄ３）ｋ ＝（２ｊ＋１）π、（ｊ＝０，±１，±２） …１９式 が成り立つように、ｄ２、ｄ３を決めれば良い。

【００４３】１５式または１６式を満足するように、ポ
リジアセチレン配向膜膜２，１２の膜厚ｄ２，ｄ３、ガ
ラス基板１の溝深さｄ１を設定すれば、上記偏光分離素
子は回折格子として機能し、常光または異常光の何れか
一方のみを回折させないようにすることができる。な
お、ｄ２＝ｄ３とすると、１９式が０となってしまうの
で、この条件は除外される。

【００４４】このように構成しても、第１実施例と同様
な効果を得ることができるというのはいうまでもない。
また、凹部、凸部それぞれの複屈折材料が異なっていて
も良い。この場合もこれまでと同様に計算できる。

【００４５】図４は本発明の第３実施例を示す偏光分離
素子の縦断面図である。この第３実施例の偏光分離素子
が第１実施例のそれと違う点は、平坦なガラス基板１上
に、凹凸状のポリジアセチレン配向膜２，２２を形成し
た点である。

【００４６】この凹状のポリジアセチレン配向膜２２及
び凸状のポリジアセチレン配向膜２は、第１実施例の第
１の製造方法における第４工程において、ポリジアセチ
レン膜上に凹部を形成する際に、該ガラス基板１上にポ
リジアセチレン膜２２が所定厚ｄ３残るように、エッチ
ング処理を行い、凹部には等方性のｎｃの媒質を充填
し、得ることができる。

【００４７】この第３実施例にあっても、上記第１、第
２実施例と同様の要領で計算を行うと、 ＯＰＤ（ｏ）＝（ｄ２−ｄ３）・（ｎｏ−ｎｃ）・ｋ …２０式 ＯＰＤ（ｅ）＝（ｄ２−ｄ３）・（ｎｅ−ｎｃ）・ｋ …２１式 となる。因みに、ｎｃ＝１。

【００４８】従って、常光を回折させないためには、 ＯＰＤ（ｏ）＝（ｄ２−ｄ３）・（ｎｏ−ｎｅ）・ｋ ＝２ｑπ、（ｑ＝０，１，２…） …２２式 また、異常光を回折させないためには、 ＯＰＤ（ｅ）＝（ｄ２−ｄ３）・（ｎｅ−ｎｃ）・ｋ ＝２ｑπ、（ｑ＝０，１，２…） …２３式

【００４９】２２式または２３式を満足するように、ポ
リジアセチレン配向膜２の膜厚ｄ２、ポリジアセチレン
配向膜２２の膜厚ｄ３及びｎｃを設定すれば、偏光分離
素子として、常光または異常光の何れか一方のみを回折
させないようにすることができる。

【００５０】このように構成しても、先の第１、第２実
施例と同様な効果を得ることができるというのはいうま
でもない。なお、図４における偏光分離素子のポリジア
セチレン配向膜２２の厚みｄ３を０にするように構成す
ることも可能である。また、ｎｃは空気でなくとも等方
性材料であれば良い。

【００５１】図５は本発明の第４実施例を示す偏光分離
素子の縦断面図である。同図において、符号１１は光学
的等方性基板を示しており、この基板１１表面には、上
記ポリジアセチレン配向膜３２が形成されている。この
ポリジアセチレン配向膜には凹凸による周期的な格子が
形成されており、該ポリジアセチレン配向膜３２の凹部
の底面は基板１１表面に達するまで掘下げられている。
このポリジアセチレン配向膜３２の凹部、すなわちポリ
ジアセチレン配向膜３２の凸部側面と基板１１表面によ
り囲まれる領域には、上記ポリジアセチレン配向膜３２
の異常光に対する屈折率ｎｅに等しい屈折率ｎｃの物質
１３が充填されている。

【００５２】従って、異常光に対しては屈折率差がない
ために回折光を生じないが、常光に対しては屈折率差が
生じ、位相格子として作用し回折光を生じる。

【００５３】このように構成しても偏光分離素子として
機能し、且つポリジアセチレン配向膜３２は、その特性
として屈折率の温度変化が小さいので、偏光分離素子の
耐環境性を高めることが可能となっている。また、その
特性として結晶性が高いので、偏光分離素子の特性を均
一化することが可能となっている。さらにまた、その特
性として複屈折が大きいので、膜厚を薄くできるように
なっており、偏光分離素子をコンパクト化することが可
能となっている。

【００５４】図６は本発明の第５実施例を示す偏光分離
素子の縦断面図である。この第５実施例の偏光分離素子
が第４実施例のそれと違う点は、ポリジアセチレン配向
膜３２の凹部の底面を基板１１表面に達するまで掘下げ
ずに所定厚残し、この残された部分３２ａの表面及び両
隣のポリジアセチレン配向膜３２の凸部側面により囲ま
れる領域に、上記第４実施例と同様な物質１３を充填し
た点である。

【００５５】このように構成しても、第４実施例と同様
な作用・効果を奏するというのはいうまでもない。

【００５６】なお、第４、第５実施例においては、ポリ
ジアセチレン配向膜３２の凹部に、該ポリジアセチレン
配向膜３２の異常光に対する屈折率ｎｅに等しい屈折率
ｎｃの物質１３を充填するようにしているが、常光に対
する屈折率ｎｏに等しい屈折率の物質を充填するように
しても良い。この場合には、異常光に対しては屈折率差
が生じ位相格子として作用し回折光を生じるが、常光に
対しては屈折率差がないために回折光を生じない。

【００５７】因に、図２に示されるように、表面に凹凸
状の周期格子が形成された光学的等方性基板１と、この
光学的等方性基板１の凸部上に形成されたポリジアセチ
レン配向膜２と、を具備し、光学的等方性基板１の凹凸
部及びポリジアセチレン配向膜２により形成される溝内
に、ポリジアセチレン配向膜の常光屈折率または異常光
屈折率の何れか一方に等しい屈折率の物質を充填するよ
うにした偏光分離素子にあっても、前述の１０式及び８
式または９式を満足するように、ポリジアセチレン配向
膜２の厚み及び基板１の凹部１ｂ深さを設定すれば、上
記第４、第５実施例と同様に、常光または異常光の何れ
か一方のみを回折させることができるというのはいうま
でもない。

【００５８】図７は本発明の第６実施例を示す偏光分離
素子の縦断面図である。同図において、符号１は、例え
ばガラス材よりなる光学的等方性基板を示しており、こ
のガラス基板１表面には、ポリジアセチレン配向膜２が
形成されている。このポリジアセチレン配向膜２には凹
凸による周期的な格子が形成されており、該ポリジアセ
チレン配向膜２の凹部の底面はガラス基板１表面に達す
るまで掘下げられている。ポリジアセチレン配向膜２の
凹部、すなわちポリジアセチレン配向膜２の凸部側面と
ガラス基板１表面により囲まれる領域には、充填物質
（但し、常光屈折率ｎｏまたは異常光屈折率ｎｅに略等
しい屈折率を有する物質を除く）４０が充填されてお
り、該充填物質４０の屈折率（ｎｃ）と、該ポリジアセ
チレン配向膜２の常光屈折率（ｎｏ）、異常光屈折率
（ｎｅ）との間に、以下の式に示す関係が成り立ってい
る。 ｎｃ＝ｎｏ＋ｍ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｍ＝±１，±２，±
３…）＝ｎｅ＋ｌ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｌ＝±１，±２，
±３…）

【００５９】ここで、ガラス基板１の厚さをｔ、ポリジ
アセチレン配向膜２の厚さをｄ２、ガラス基板１の屈折
率をｎｓ、ポリジアセチレン配向膜２の常光に対する屈
折率をｎｏ、ポリジアセチレン配向膜２の異常光に対す
る屈折率をｎｅ、充填物質４０の屈折率をｎｃ、光の波
長をλ、ｋ＝λ／２π、とすると、Ａの領域を通過する
常光の位相は、 ｛ｎｓ・ｔ＋ｎｏ・ｄ２｝・ｋ …２４式 Ｂの領域を通過する常光の位相は、 ｛ｎｓ・ｔ＋ｎｃ・ｄ２｝・ｋ …２５式 従って、常光のＡ，Ｂの位相差ＯＰＤ（ｏ）は、２４式
−２５式より、 ＯＰＤ（ｏ）＝（ｎｏ−ｎｃ）・ｄ２・ｋ …２６式

【００６０】一方、Ａの領域を通過する異常光の位相
は、 ｛ｎｓ・ｔ＋ｎｅ・ｄ２｝・ｋ …２７式 Ｂの領域を通過する異常光の位相は、上記２５式と同
じ、従って、異常光のＡ，Ｂの位相差ＯＰＤ（ｅ）は、
２７式−２５式より、 ＯＰＤ（ｅ）＝（ｎｅ−ｎｃ）・ｄ２・ｋ …２８式

【００６１】ここで、ｎｃ＝ｎｏ＋ｍ（ｎｏ−ｎｅ）、
（但しｍは整数）並びに、ｎｃ＝ｎｅ＋ｌ（ｎｏ−ｎ
ｅ）、（但しｌは整数）となっている。さて、ここで、
常光の位相差は、 ＯＰＤ（ｏ）＝−ｍ（ｎｏ−ｎｅ）・ｄ２・ｋ 異常光の位相差は、ＯＰＤ（ｅ）＝−ｌ（ｎｏ−ｎｅ）
・ｄ２・ｋ、となり、どちらかのみ回折させないために
は、 ＯＰＤ（ｏ）＝−ｍ（ｎｏ−ｎｅ）・ｄ２・ｋ＝２ｐ
π、（ｐ＝±１，±２，±３…） 或は、 ＯＰＤ（ｅ）＝−ｌ（ｎｏ−ｎｅ）・ｄ２・ｋ＝２ｐ
π、（ｐ＝±１，±２，±３…） となるように、ｄ２を決めれば良い。また、この実施例
にあっても、常光・異常光のうち一方は回折させず、他
方は全て回折させるようにすることが望ましく、この場
合には、さらにＯＰＤ（ｏ）とＯＰＤ（ｅ）との差がπ
の奇数倍であるという条件が加わり、 ＯＰＤ（ｏ）−ＯＰＤ（ｅ）＝（ｌ−ｍ）（ｎｏ−ｎ
ｅ）・ｄ２・ｋ＝（２ｉ＋１）π、（ｉ＝０，±１，±
２…） となる。ここで、ｎｃの２つの式の差をとると、ｎｏ−
ｎｅ＋（ｍ−ｌ）（ｎｏ−ｎｅ）＝０よりｌ−ｍ＝１で
あるから、ｄ２＝π（２ｉ＋１）／［ｋ・｜ｎｏ−ｎｅ
｜］＝（λ／２）（２ｉ＋１）／｜ｎｏ−ｎｅ｜と決ま
る。

【００６２】このように、第６実施例においては、光学
的等方性基板としてのガラス基板１上にポリジアセチレ
ン配向膜２を形成すると共に、表面に凹凸状の周期格子
を形成し、該凹部に、充填物質（但し、常光屈折率ｎｏ
または異常光屈折率ｎｅに略等しい屈折率を有する物質
を除く）４０を充填し、該充填物質４０の屈折率（ｎ
ｃ）と、該ポリジアセチレン配向膜２の常光屈折率（ｎ
ｏ）、異常光屈折率（ｎｅ）との間に、以下の式に示す
関係が成り立つようにしたので、 ｎｃ＝ｎｏ＋ｍ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｍ＝±１，±２，±
３…）＝ｎｅ＋ｌ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｌ＝±１，±２，
±３…） 上述のように、偏光分離素子として機能させることがで
きるようになっており、且つポリジアセチレン配向膜２
は、その特性として屈折率の温度変化が小さいので、偏
光分離素子の耐環境性を高めることが可能となってい
る。また、その特性として結晶性が高いので、偏光分離
素子の特性を均一化することが可能となっている。さら
にまた、その特性として複屈折が大きいので、膜厚を薄
くできるようになっており、偏光分離素子をコンパクト
化することが可能となっている。

【００６３】図８は本発明の第７実施例を示す偏光分離
素子の縦断面図である。この第７実施例の偏光分離素子
が第６実施例のそれと違う点は、ポリジアセチレン配向
膜２の凹部の底面をガラス基板１表面に達するまで掘下
げずに所定厚残し、この残された部分２２の表面及び両
隣のポリジアセチレン配向膜２の凸部側面により囲まれ
る領域に、上記第６実施例と同様な充填物質４０を充填
した点である。

【００６４】このように構成しても、第６実施例と同様
にして計算を行うと、ＯＰＤ（ｏ）またはＯＰＤ（ｅ）
の何れか一方をπの偶数倍とすることができ、常光また
は異常光の何れか一方は回折せず、他方は回折すること
になり、第６実施例と同様な作用・効果を奏することに
なる。

【００６５】因に、図２に示されるように、表面に凹凸
状の周期格子が形成された光学的等方性基板１と、この
光学的等方性基板１の凸部上に形成されたポリジアセチ
レン配向膜２と、を具備し、光学的等方性基板１の凹凸
部及びポリジアセチレン配向膜２により形成される溝内
に、充填物質（但し、常光屈折率ｎｏまたは異常光屈折
率ｎｅに略等しい屈折率を有する物質を除く）４０を充
填し、該充填物質４０の屈折率（ｎｃ）と、該ポリジア
セチレン配向膜２の常光屈折率（ｎｏ）、異常光屈折率
（ｎｅ）との間に、以下の式に示す関係が成り立つよう
にした偏光分離素子にあっても、 ｎｃ＝ｎｏ＋ｍ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｍ＝±１，±２，±
３…）＝ｎｅ＋ｌ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｌ＝±１，±２，
±３…） 前述の１０式及び８式または９式を満足するように、ポ
リジアセチレン配向膜２の厚み及び基板１の凹部１ｂ深
さを設定すれば、先の実施例と同様な作用・効果を奏す
る。

【００６６】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、例えば、上記各実施例で説明
した偏光分離素子の表裏面の少なくとも一方の面に反射
防止膜を設け、回折効率の向上を図るようにしても良
い。

【００６７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の偏光分離素
子によれば、基板上に形成されるポリジアセチレン膜
は、その特性として屈折率の温度変化が小さいので、偏
光分離素子の耐環境性を高めることが可能となる。ま
た、その特性として結晶性が高いので、偏光分離素子の
特性を均一化することが可能となる。さらにまた、その
特性として複屈折が大きいので、膜厚を薄くでき、偏光
分離素子をコンパクト化することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す偏光分離素子の斜視
図である。

【図２】図１の偏光分離素子の縦断面図である。

【図３】本発明の第２実施例を示す偏光分離素子の縦断
面図である。

【図４】本発明の第３実施例を示す偏光分離素子の縦断
面図である。

【図５】本発明の第４実施例を示す偏光分離素子の縦断
面図である。

【図６】本発明の第５実施例を示す偏光分離素子の縦断
面図である。

【図７】本発明の第６実施例を示す偏光分離素子の縦断
面図である。

【図８】本発明の第７実施例を示す偏光分離素子の縦断
面図である。

【符号の説明】

１，１１ 基板 ２，１２，２２，３２，３２ａ ポリジアセチレン配向
膜 １３，４０ 充填物質

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 謙 東京都目黒区大岡山２−12−１ 東京工業 大学 工学部 有機材料工学科

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学的等方性基板上にポリジアセチレン
   配向膜からなる複屈折材料層を形成すると共に、 表面に凹凸状の周期格子を形成し、 該凹部に、複屈折材料の常光屈折率または異常光屈折率
   の何れか一方に等しい屈折率の物質を充填してなる偏光
   分離素子。
2. 【請求項２】 光学的等方性基板上にポリジアセチレン
   配向膜からなる複屈折材料層を形成すると共に、 この複屈折材料層に凹凸状の周期格子を形成し、 前記凹部と凸部の間の常光の位相差と異常光の位相差の
   うち何れか一方がπの偶数倍、となるように、 前記複屈折材料層の凹凸部の厚みを設定してなる偏光分
   離素子。
3. 【請求項３】 表面に凹凸状の周期格子が形成された光
   学的等方性基板と、 この光学的等方性基板の前記凹凸部の少なくとも凸部上
   に形成されたポリジアセチレン配向膜からなる複屈折材
   料層と、を具備し、 前記凹部と凸部の間の常光の位相差と異常光の位相差の
   うち何れか一方がπの偶数倍、となるように、 前記複屈折材料層の厚み及び前記基板の凹部深さを設定
   してなる偏光分離素子。
4. 【請求項４】 等方性基板上にポリジアセチレン配向膜
   からなる複屈折材料層を形成すると共に、 該複屈折材料層に、周期格子状に屈折率差を与えてなる
   偏光分離素子。
5. 【請求項５】 等方性基板上にポリジアセチレン配向膜
   からなる複屈折材料層を形成すると共に、 該複屈折材料層に、周期格子状に体積差を与えてなる偏
   光分離素子。
6. 【請求項６】 光学的等方性基板上にポリジアセチレン
   配向膜からなる複屈折材料層を形成すると共に、 表面に凹凸状の周期格子を形成し、 該凹部に、光学的等方性物質を充填してなる偏光分離素
   子であって、 該光学的等方性物質の屈折率（ｎｃ）と、該複屈折材料
   の常光屈折率（ｎｏ）、異常光屈折率（ｎｅ）との間
   に、以下の式に示す関係があることを特徴とする偏光分
   離素子。 ｎｃ＝ｎｏ＋ｍ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｍ＝±１，±２，±
   ３…）＝ｎｅ＋ｌ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｌ＝±１，±２，
   ±３…）
7. 【請求項７】 請求項１乃至６記載の偏光分離素子にお
   いて、 等方性基板と複屈折材料層との間に、ポリジアセチレン
   配向膜に配向性を与えるためのフィルム層を含んでなる
   偏光分離素子。
8. 【請求項８】 請求項１乃至７記載の偏光分離素子にお
   いて、 表裏面の少なくとも一方の面に、反射防止膜を具備した
   偏光分離素子。
9. 【請求項９】 請求項１乃至８記載の偏光分離素子にお
   いて、 複屈折材料層であるポリジアセチレン配向膜に配向性を
   与えるために等方性基板に代えて、異方性結晶基板を用
   いてなる偏光分離素子。