JPH08190019A - Optical element, its production and optical head using this optical element - Google Patents

Optical element, its production and optical head using this optical element

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JPH08190019A
JPH08190019A JP7222345A JP22234595A JPH08190019A JP H08190019 A JPH08190019 A JP H08190019A JP 7222345 A JP7222345 A JP 7222345A JP 22234595 A JP22234595 A JP 22234595A JP H08190019 A JPH08190019 A JP H08190019A
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JP
Japan
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film
light
optical
optical element
obliquely
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Application number
JP7222345A
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Japanese (ja)
Inventor
Hidehiko Wada
秀彦 和田
Seiji Nishino
清治 西野
Hiroaki Yamamoto
博昭 山本
Hiroshi Shiraiwa
弘 白岩
Seijiro Okada
誠治郎 岡田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Polarising Elements (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Optical Head (AREA)

Abstract

PURPOSE: To realize such an optical element that is inexpensive and suitable for mass production and has both properties of a 1/4 wavelength plate and for separation of polarized light and to obtain a small-sized optical head by using this optical element. CONSTITUTION: Periodical proton-exchanged layers 2 are formed on one surface of a lithium niobate crystal substrate 1. A vapor deposition film 3 is formed by oblique vapor deposition of tantalum pentoxide (Ta2 O5 ) on the other surface of the substrate 1. Since the refractive index of the proton-exchanged layer 2 is different from that of the substrate 1, the proton-exchanged part shows properties for separation of polarized light. The film by oblique vapor deposition shows properties as a 1/4 wavelength plate. Thus, by forming the optical element (A), enough accuracy for flatness is obtd. and the element can be made thin.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光情報処理装置又は光
通信装置等に用いられる光学素子に関するものであり、
特に、レーザ光を偏光分離すると共に円偏光又は直線偏
光に変換する光学素子及びその製造方法と、光学素子を
用いた光ヘッドに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical element used in an optical information processing device or an optical communication device,
In particular, the present invention relates to an optical element for polarization-separating laser light and converting it into circularly polarized light or linearly polarized light, a method for manufacturing the same, and an optical head using the optical element.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、光記録媒体に情報を記録再生する
光ヘッドの小型化及び低価格化が盛んに行われている。
特に光ヘッドの小型化及び低価格化を実現する素子とし
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)。
2. Description of the Related Art In recent years, an optical head for recording / reproducing information on / from an optical recording medium has been actively reduced in size and cost.
In particular, an optical head using a polarization splitting element has been proposed as an element that realizes downsizing and cost reduction of the optical head (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-29129).

【0003】図15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。この光ヘッドは、光源15
1、偏光分離素子152、コリメータレンズ153、1
/4波長板154、対物レンズ155、第1の光検出器
157、第2の光検出器158を含んで構成される。
FIG. 15 is a block diagram of a conventional optical head (also called an optical pickup). This optical head uses a light source 15
1, polarization separation element 152, collimator lens 153, 1
The quarter-wave plate 154, the objective lens 155, the first photodetector 157, and the second photodetector 158 are included.

【0004】光源151は例えば半導体レーザ素子で構
成され、光ディスク156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。偏光分離素子152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
酸リチウムの基板と、プロトン交換層の上に形成された
誘電体膜を有する光学素子である。なおプロトン交換層
とは、ニオブ酸リチウム中のリチウムイオン(Li+
が水素イオン(H+:プロトン)で置換された層であ
る。
The light source 151 is composed of, for example, a semiconductor laser element, and outputs coherent light for recording and reproduction to the recording layer of the optical disc 156. The polarization separation element 152 is
For example, as disclosed in JP-A-63-314502, an optical element having a substrate of lithium niobate on which a periodic proton exchange layer is formed and a dielectric film formed on the proton exchange layer. Is. The proton exchange layer is the lithium ion (Li + ) in lithium niobate.
Is a layer replaced with hydrogen ions (H + : proton).

【0005】偏光分離素子152では、プロトン交換層
の常光及び異常光に対する屈折率がニオブ酸リチウム基
板のそれぞれの常光及び異常光に対する屈折率と異なる
ことを利用して偏光分離をする。即ち、常光線の透過率
は100%であり、異常光線に対しては回折格子の作用
により透過率を0%とすることができる。それにより偏
光分離の性質を持つ素子が形成できる。
The polarization separation element 152 performs polarization separation by utilizing the fact that the refractive index of the proton exchange layer for ordinary light and extraordinary light is different from that of the lithium niobate substrate for ordinary light and extraordinary light. That is, the transmittance of ordinary rays is 100%, and the transmittance of extraordinary rays can be made 0% by the action of the diffraction grating. As a result, an element having the property of polarization separation can be formed.

【0006】コリメータレンズ153は光源151から
出射されたレーザ光を平行光にする。1/4波長板15
4は例えば水晶で構成された非線形光学素子である。す
なわち、光源151から出力される直線偏光のレーザ光
は1/4波長板154によって円偏光に変換される。ま
た、1/4波長板154によって光ディスク156の記
録層で反射されたレーザ光は光源151の出射光の偏光
方向とは異なる方向の直線偏光に変換される。
The collimator lens 153 collimates the laser light emitted from the light source 151 into parallel light. Quarter wave plate 15
Reference numeral 4 is a non-linear optical element made of, for example, crystal. That is, the linearly polarized laser light output from the light source 151 is converted into circularly polarized light by the quarter-wave plate 154. The laser light reflected by the recording layer of the optical disc 156 by the quarter-wave plate 154 is converted into linearly polarized light in a direction different from the polarization direction of the light emitted from the light source 151.

【0007】光検出器157は光ディスク156で反射
されたレーザ光のうち、偏光分離素子152で回折され
た+1次光を受光する。また光検出器158は光ディス
ク156で反射されたレーザ光のうち、偏光分離素子1
52で回折された−1次光を受光する。
The photodetector 157 receives the + 1st-order light diffracted by the polarization separation element 152 among the laser light reflected by the optical disk 156. In addition, the photodetector 158 detects the polarization beam splitting element 1 of the laser light reflected by the optical disc 156.
The −1st order light diffracted by 52 is received.

【0008】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151から出射された直線偏光のレ
ーザ光は偏光分離素子152を100%の透過率で透過
する。そしてこの光はコリメータレンズ153で平行光
にされ、1/4波長板154で円偏光の光に変換され、
対物レンズ155により光ディスク156上に集光され
る。
The operation of the optical head configured as described above will be described. The linearly polarized laser light emitted from the light source 151 passes through the polarization separation element 152 with 100% transmittance. Then, this light is collimated by the collimator lens 153 and converted into circularly polarized light by the quarter-wave plate 154,
It is condensed on the optical disk 156 by the objective lens 155.

【0009】光ディスク156から反射された円偏光の
光は、対物レンズ155を透過した後、1/4波長板1
54により光源151から出射された光の偏光方向と直
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153を透過した後、偏光分離
素子152により回折される。回折の+1次光は光検出
器157に入射され、回折の−1次光は光検出器158
に入射される。
The circularly polarized light reflected from the optical disk 156 is transmitted through the objective lens 155 and then the quarter wavelength plate 1
54 converts the light emitted from the light source 151 into linearly polarized light in a direction orthogonal to the polarization direction. The linearly polarized light is transmitted through the collimator lens 153 and then diffracted by the polarization separation element 152. The diffracted + 1st order light is incident on the photodetector 157, and the diffracted −1st order light is detected by the photodetector 158.
Is incident on.

【0010】光検出器157は、光ディスク156上に
おける光の合焦状態を示すフォーカス誤差信号及び光の
照射位置を示すトラッキング誤差信号を出力する。フォ
ーカス誤差信号は図示しないフォーカス制御装置に与え
られる。フォーカス制御装置はフォーカス誤差信号に基
づき、常に光が合焦状態で光ディスク156上に集光さ
れるように対物レンズ155の位置をその光軸方向に制
御する。
The photodetector 157 outputs a focus error signal indicating a focused state of light on the optical disk 156 and a tracking error signal indicating a light irradiation position. The focus error signal is given to a focus control device (not shown). Based on the focus error signal, the focus control device controls the position of the objective lens 155 in the optical axis direction so that the light is always focused on the optical disc 156 in a focused state.

【0011】またトラッキング誤差信号は図示していな
いトラッキング制御装置に与えられる。トラッキング制
御装置はトラッキング誤差信号に基づき、光を光ディス
ク156上の所望のトラックに集光されるように対物レ
ンズ155の位置を制御する。さらに光検出器158は
光ディスク156に記録された情報を再生する。
Further, the tracking error signal is given to a tracking control device (not shown). The tracking control device controls the position of the objective lens 155 based on the tracking error signal so that the light is focused on a desired track on the optical disc 156. Further, the photodetector 158 reproduces the information recorded on the optical disc 156.

【0012】[0012]

【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、偏光分離素子152の機能を
得るために光の往路と復路のそれぞれの光の偏光方向を
互いに直交させるための1/4波長板154が必須であ
る。
However, in the optical head having the above-mentioned configuration, in order to obtain the function of the polarization separation element 152, the 1 / The four-wave plate 154 is essential.

【0013】1/4波長板154において、1/4波長
板154を構成する水晶の常光に対する屈折率と異常光
に対する屈折率との差△n(以後屈折率差△nと称す)
を複屈折の特性を表す値とし、水晶の厚みをd、入射す
る光の波長をλとすると、1/4波長板としての性質を
持つためには次の(1)式が成立しなければならない。 △n・d=λ/4 ・・・(1) ここに、(1)式の左辺△n・dは常光と異常光の光路
差を示す。これより、水晶の厚みdは次の(2)式のよ
うになる。 d=λ/(4・△n) ・・・(2)
In the quarter-wave plate 154, the difference Δn between the refractive index of the crystal forming the quarter-wave plate 154 with respect to ordinary light and the refractive index with respect to extraordinary light (hereinafter referred to as the difference Δn in refractive index).
Is a value indicating the characteristic of birefringence, d is the thickness of the crystal, and λ is the wavelength of the incident light, in order to have the property as a quarter-wave plate, the following formula (1) must be satisfied. I won't. Δn · d = λ / 4 (1) Here, Δn · d on the left side of the equation (1) represents the optical path difference between ordinary light and extraordinary light. From this, the thickness d of the crystal is expressed by the following equation (2). d = λ / (4 · Δn) (2)

【0014】(2)式に水晶の複屈折の屈折率差△n=
0.009、光の波長λ=780nmを代入すると、1
/4波長板となる水晶の厚みdは21.7μmとなる。
この厚みを有する1/4波長板の製造は実際上困難であ
る。このため機械的強度を保ち平面精度の良い水晶の1
/4波長板の厚みは、光路差を△n・d=(2N+1)
λ/4とすると(Nは自然数)、0.5mm程度とな
る。この場合、1/4波長板154そのものが0.5m
mと厚いので、1/4波長板154のこの厚さが光ヘッ
ドの更なる小型化に支障となる。
In equation (2), the difference in refractive index of the birefringence of the crystal Δn =
Substituting 0.009, the wavelength of light λ = 780 nm, 1
The thickness d of the crystal forming the quarter wave plate is 21.7 μm.
It is practically difficult to manufacture a quarter-wave plate having this thickness. For this reason, it is one of the crystals with good plane accuracy that maintains mechanical strength.
The thickness of the quarter-wave plate has an optical path difference of Δn · d = (2N + 1)
If λ / 4 (N is a natural number), it will be about 0.5 mm. In this case, the quarter wave plate 154 itself is 0.5 m
Since the thickness is as thick as m, this thickness of the quarter-wave plate 154 hinders further downsizing of the optical head.

【0015】また、水晶で作られた1/4波長板154
の厚みは上記したように0.5mmと厚いので、1/4
波長板の入射する光ビームの入射角度に対する作用が非
常に敏感となる。そこで、この1/4波長板を光ヘッド
に組み込む際、1/4波長板の設定に高い精度が要求さ
れる。そのため、光ヘッドの大量生産及び低価格化が難
しいという問題があった。
A quarter-wave plate 154 made of crystal is also used.
As mentioned above, the thickness is as thick as 0.5 mm, so 1/4
The action of the wave plate on the incident angle of the incident light beam becomes very sensitive. Therefore, when the quarter-wave plate is incorporated in the optical head, high precision is required for setting the quarter-wave plate. Therefore, there is a problem that it is difficult to mass-produce the optical head and reduce the cost.

【0016】光ヘッドの更なる小型化を行うためには、
偏光分離素子152と1/4波長板154をはり合わせ
て一体化することが必要となる。これらの素子を貼り合
わせる際、偏光分離素子152と1/4波長板154の
貼り合わされる両面の平行度を保ちながら精度良く貼り
合わせる必要がある。しかし平行度を保つのは容易では
ない。平行度が保たれなければ、貼り合わされた素子の
透過光の波面に収差が生じるという問題点があった。
In order to further reduce the size of the optical head,
It is necessary to bond the polarization separation element 152 and the quarter-wave plate 154 together to integrate them. When these elements are attached to each other, it is necessary to attach the polarization separation element 152 and the quarter-wave plate 154 with high precision while maintaining the parallelism on both sides to be attached. However, maintaining parallelism is not easy. If the parallelism is not maintained, there is a problem that aberration occurs in the wavefront of the transmitted light of the bonded elements.

【0017】さらに実用上入手できる水晶製の1/4波
長板154の面積には限界があり、その面積は1個のλ
/4波長板程度である。このため、1/4波長板154
と偏光分離素子152を一体にするに先だって、1/4
波長板と偏光分離素子152を光ヘッドに組み込む際の
大きさに製作した後、貼り合わせねばならない。このよ
うな素子の貼り合わせ作業は煩雑で大量生産に向かず、
また製造価格も高くなる。従って光ヘッドの大量生産及
び低価格化という点で問題が生じる。
Further, there is a limit to the area of the quarter-wave plate 154 made of quartz that is practically available, and the area is one λ.
/ 4 wavelength plate. Therefore, the quarter wave plate 154
And the polarization splitting element 152 are integrated into 1/4.
The wave plate and the polarization beam splitting element 152 must be manufactured after they have a size suitable for being incorporated in an optical head, and then bonded together. Such an element bonding work is complicated and is not suitable for mass production,
In addition, the manufacturing price will be high. Therefore, problems arise in terms of mass production and cost reduction of optical heads.

【0018】本発明はこのような従来の問題点を解決す
ることを目的とする。第1の目的は、偏光分離の性質と
1/4波長板の性質を合わせ持ち、大量生産に向き低価
格で非常に薄く、且つ透過光の波面に収差を生じさせな
い平面精度の良い光学素子を実現することである。また
第2の目的は、この光学素子を用いることにより、小型
で低価格の光ヘッドを提供することである。
An object of the present invention is to solve such a conventional problem. The first purpose is to provide an optical element that combines the properties of polarized light separation and the properties of a quarter-wave plate, is suitable for mass production, is extremely thin at a low price, and does not cause aberration in the wavefront of transmitted light. It is to be realized. A second object is to provide a compact and low cost optical head by using this optical element.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、偏光
方向によって回折効率の異なるホログラム素子上に誘電
体が斜めから蒸着された斜め蒸着膜を具備する。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an obliquely vapor-deposited film in which a dielectric is obliquely vapor-deposited on a hologram element having a different diffraction efficiency depending on the polarization direction.

【0020】請求項2の発明は、偏光方向によって回折
効率の異なるホログラム素子上に、入射光の反射を防止
する第1の反射防止膜と、ホログラム素子上にあって隣
接層間の反射を防止する第2の反射防止膜と、第2の反
射防止膜上に誘電体が斜めから蒸着された斜め蒸着膜
と、斜め蒸着膜上にあって、入射光の反射を防止する第
3の反射防止膜を具備する。
According to a second aspect of the present invention, a first antireflection film for preventing reflection of incident light is provided on the hologram element having different diffraction efficiency depending on the polarization direction, and reflection between adjacent layers on the hologram element is prevented. A second antireflection film, an oblique vapor deposition film in which a dielectric is obliquely vapor-deposited on the second antireflection film, and a third antireflection film which is on the oblique vapor deposition film and prevents reflection of incident light. It is equipped with.

【0021】請求項7の発明は、イオン交換用マスクパ
ターンをLiTaxNb1-x3(0≦x≦1)結晶基板
の面上に形成する第1の工程と、LiTaxNb1-x3
(0≦x≦1)結晶基板の面の第1の工程のマスクパタ
ーンで特定された領域において、リチウムイオン(Li
+)を水素イオン(H+)にイオン交換する第2の工程
と、第2の工程でイオン交換された領域を選択的にエッ
チングする第3の工程と、LiTaxNb1-x3 (0≦
x≦1)結晶基板の他の面に、結晶基板面の法線に対し
て誘電体分子を斜めに蒸着し、斜め蒸着膜を形成する第
4の工程と、を有するものである。
According to a seventh aspect of the present invention, a first step of forming a mask pattern for ion exchange on the surface of a LiTa x Nb 1-x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) crystal substrate and LiTa x Nb 1- x O 3
In the region specified by the mask pattern of the first step on the surface of the (0 ≦ x ≦ 1) crystal substrate, lithium ions (Li
+ ) Is ion-exchanged with hydrogen ions (H + ), a third step is performed to selectively etch the region ion-exchanged in the second step, and LiTa x Nb 1-x O 3 ( 0 ≦
x ≦ 1) a fourth step of vapor-depositing dielectric molecules on the other surface of the crystal substrate obliquely with respect to the normal line of the crystal substrate surface to form an oblique vapor-deposited film.

【0022】請求項9の発明は、LiTaxNb1-x3
(0≦x≦1)結晶基板の面上に結晶基板面の法線に対
して誘電体分子を斜めに蒸着し、斜め蒸着膜を形成する
第1の工程と、LiTaxNb1-x3(0≦x≦1)結
晶基板の他の面上にイオン交換用マスクパターンを形成
する第2の工程と、LiTaxNb1-x3(0≦x≦
1)結晶基板の他の面の第2の工程のマスクパターンで
特定された部分に、リチウムイオン(Li+)を水素イ
オン(H+)にイオン交換する第3の工程と、第3の工
程でイオン交換された領域を選択的にエッチングする第
4の工程と、を有するものである。
The invention of claim 9 relates to LiTa x Nb 1-x O 3
(0 ≦ x ≦ 1) A first step of forming obliquely vapor-deposited films by obliquely vapor-depositing dielectric molecules on the surface of the crystal substrate with respect to the normal line of the crystal substrate surface, and LiTa x Nb 1-x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) Second step of forming an ion-exchange mask pattern on the other surface of the crystal substrate, and LiTa x Nb 1 -x O 3 (0 ≦ x ≦
1) A third step of ion-exchanging lithium ions (Li + ) into hydrogen ions (H + ) in a portion of the other surface of the crystal substrate specified by the mask pattern of the second step, and a third step And a fourth step of selectively etching the ion-exchanged region.

【0023】請求項11の発明は、コヒーレントな光を
出力する光源と、光源の光を光記録媒体に集光すると共
に、光記録媒体で反射された光を集光する集光光学系
と、集光光学系と光源との間に設けられた光学素子と、
光学素子により回折された回折光を入射して、光記録媒
体のフォーカス誤差信号及びトラッキング誤差信号及び
光記録媒体に記録された情報信号を検出する光検出器
と、を具備する。
According to the invention of claim 11, a light source that outputs coherent light, and a condensing optical system that condenses the light of the light source onto the optical recording medium and condenses the light reflected by the optical recording medium, An optical element provided between the condensing optical system and the light source,
And a photodetector which receives the diffracted light diffracted by the optical element and detects a focus error signal and a tracking error signal of the optical recording medium and an information signal recorded on the optical recording medium.

【0024】誘電体材料を透光性の基板に対して斜めに
蒸着すると、常光及び異常光に対する屈折率が異なる複
屈折膜となる。請求項1及び2の光学素子では、偏光分
離素子の性質と1/4波長板の性質を合わせ持つよう、
偏光方向によって回折効率の異なるホログラム素子上に
斜め蒸着膜を設けている。こうすると、従来の1/4波
長板と偏光分離素子の接合による複合素子に比べて、非
常に薄く、平面精度の良い光学素子を形成できる。また
この光学素子に入る光の入射角の影響も少なくなり、光
に収差を与えることなく、+1次回折光と−1次回折光
に分離することができる。
When a dielectric material is obliquely deposited on a transparent substrate, a birefringent film having different refractive indexes for ordinary light and extraordinary light is obtained. In the optical element of claims 1 and 2, the properties of the polarization separation element and the property of the quarter wavelength plate are combined,
An oblique vapor deposition film is provided on the hologram element having different diffraction efficiency depending on the polarization direction. This makes it possible to form an optical element that is extremely thin and has good plane accuracy, as compared with a conventional composite element in which a quarter-wave plate and a polarization separation element are joined together. Further, the influence of the incident angle of the light entering this optical element is reduced, and it is possible to separate the + 1st-order diffracted light and the -1st-order diffracted light without giving any aberration to the light.

【0025】請求項7及び9の光学素子の製造方法で
は、LiTaxNb1-x3(0≦x≦1)結晶基板の一
方の表面に、イオン交換用マスクパターンを用いてイオ
ン交換層を熱拡散により形成する。こうするとこれらの
イオン交換層の常光及び異常光の屈折率とLiTax
1-x3(0≦x≦1)の結晶基板の常光及び異常光の
屈折率が異なることにより、光学素子は偏光分離素子と
して機能する。
In the method for manufacturing an optical element according to claims 7 and 9, the ion exchange layer is formed on one surface of the LiTa x Nb 1-x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) crystal substrate by using an ion exchange mask pattern. Are formed by thermal diffusion. By doing so, the refractive index of ordinary and extraordinary light of these ion exchange layers and LiTa x N
The optical element functions as a polarization separation element because the refractive indices of the ordinary and extraordinary rays of the crystal substrate of b 1 -x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) are different.

【0026】またLiTaxNb1-x3(0≦x≦1)
結晶基板の他方の面上の誘電体の斜め蒸着膜が、柱状構
造を持つ誘電体物質の配列の関係から1/4波長板とし
て機能する。このような構造の光学素子は比較的大きな
面積を有する結晶基板上で薄膜形成プロセスを用いて形
成できる。従って一回の薄膜形成のプロセスで多くの光
学素子が製造できる。
LiTa x Nb 1-x O 3 (0 ≦ x ≦ 1)
The dielectric oblique deposition film on the other surface of the crystal substrate functions as a quarter-wave plate due to the arrangement of the dielectric material having a columnar structure. The optical element having such a structure can be formed by using a thin film forming process on a crystal substrate having a relatively large area. Therefore, many optical elements can be manufactured by a single thin film forming process.

【0027】請求項11の光ヘッドでは、光源から出射
された光は集光光学系と光学素子とを経由して光記録媒
体に達する。この場合光学素子の厚さが薄いので、光学
素子及び集光光学系を含む光ヘッドの光軸方向の寸法が
小さくなる。
In the optical head of the eleventh aspect, the light emitted from the light source reaches the optical recording medium via the condensing optical system and the optical element. In this case, since the thickness of the optical element is thin, the dimension of the optical head including the optical element and the focusing optical system in the optical axis direction becomes small.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(第1実施形態)図1は、本発明の第1実施形態による
第1の光学素子Aの構成を示す断面図である。図1にお
いて、光学素子Aは、ニオブ酸リチウム基板1、プロト
ン交換層2、斜め蒸着膜3の多層構造になっている。ニ
オブ酸リチウム基板1は、LiTaxNb1-x3(0≦
x≦1)の化学式を有する結晶のX面で形成された基板
であり、非線形光学材料として用いられる強誘電体であ
る。プロトン交換層2は、ニオブ酸リチウム基板1の表
面に周期的に、リチウム原子(Li)の一部が水素イオ
ン(H+ )によって置換(プロトン交換)されて形成さ
れた帯状の拡散層である。
(First Embodiment) FIG. 1 is a sectional view showing the arrangement of a first optical element A according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the optical element A has a multi-layer structure of a lithium niobate substrate 1, a proton exchange layer 2, and an oblique vapor deposition film 3. The lithium niobate substrate 1 is made of LiTa x Nb 1-x O 3 (0 ≦
It is a substrate formed on the X-plane of a crystal having a chemical formula of x ≦ 1) and is a ferroelectric used as a nonlinear optical material. The proton exchange layer 2 is a band-shaped diffusion layer formed by periodically displacing (proton exchange) some of the lithium atoms (Li) with hydrogen ions (H + ) on the surface of the lithium niobate substrate 1. .

【0029】このように構成された素子は一般にホログ
ラム素子と呼ばれている。また斜め蒸着膜3は、五酸化
タンタル(Ta25)がニオブ酸リチウム基板1の法
線に対して70度の角度から蒸着された蒸着膜である。
The element configured as described above is generally called a hologram element. The oblique vapor deposition film 3 is a vapor deposition film in which tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ) is vapor-deposited at an angle of 70 degrees with respect to the normal line of the lithium niobate substrate 1.

【0030】上記の光学素子Aの製造方法については後
で述べる。ニオブ酸リチウム基板1に周期的に形成され
ているプロトン交換層2の表面はニオブ酸リチウム基板
1の表面に比べて深くなされている。この構造を有する
素子は、偏光分離素子としての性質を持つ。
A method of manufacturing the above optical element A will be described later. The surface of the proton exchange layer 2 periodically formed on the lithium niobate substrate 1 is deeper than the surface of the lithium niobate substrate 1. The element having this structure has a property as a polarization separation element.

【0031】本実施形態では図7に示すように基板の法
線に対して70度の方向より五酸化タンタルを蒸着す
る。その結果その分子配列に基づいて常光に対する屈折
率と異常光に対する屈折率の差である屈折率差△nが
0.07となる。また1/4波長板として作用させるた
めに膜の厚さは2.6μmになっている。
In this embodiment, as shown in FIG. 7, tantalum pentoxide is vapor-deposited from the direction of 70 degrees with respect to the normal line of the substrate. As a result, the refractive index difference Δn, which is the difference between the refractive index for ordinary light and the refractive index for extraordinary light, becomes 0.07 based on the molecular arrangement. The thickness of the film is 2.6 μm in order to act as a quarter-wave plate.

【0032】五酸化タンタル膜をガラス基板上に斜めに
蒸着して、1/4波長板として作用する複屈折膜を形成
する方法が特開昭63−312970に開示されてい
る。この先行技術は、液晶表示板に複屈折膜を設けるこ
とを目的としている。
A method of forming a birefringent film acting as a quarter-wave plate by obliquely vapor-depositing a tantalum pentoxide film on a glass substrate is disclosed in JP-A-63-312970. This prior art aims at providing a birefringent film on a liquid crystal display panel.

【0033】図2は本実施形態の光学素子Aの透過波面
の収差を示す写真である。また図3は、従来例で用いら
れている水晶製の1/4波長板と偏光分離素子を貼り合
わせた光学素子の透過波面の収差を示す写真である。具
体的には図2は、平面波の光を光学素子Aに入射し、そ
の透過光と平面波である参照光とを干渉させて得た干渉
縞を表しており、図中の方形の枠内の干渉縞によって収
差を測定した。
FIG. 2 is a photograph showing the aberration of the transmitted wavefront of the optical element A of this embodiment. FIG. 3 is a photograph showing the aberration of the transmitted wavefront of the optical element in which the quarter-wave plate made of quartz and the polarization separation element used in the conventional example are bonded together. Specifically, FIG. 2 shows interference fringes obtained by making plane wave light incident on the optical element A and causing the transmitted light to interfere with the reference light that is a plane wave. Aberrations were measured by interference fringes.

【0034】図3は水晶製の1/4波長板と偏光分離素
子を貼り合わせた光学素子を透過させた平面波の光と平
面波の参照光とを干渉させて得た干渉縞を表している。
図2の場合と同様に、図3中の方形の枠内の干渉縞によ
って収差を測定した。一般に、平面波と平面波の干渉で
は直線の干渉縞が形成される。従って光が透過した光学
素子に歪みが無ければ直線の干渉縞が得られる。ところ
が図3の従来例の場合は干渉縞が歪んでいる。この干渉
縞の歪みから求めた透過波面の収差は38mλ(mλ=
λ/1000)である。これに対して、本実施形態の光学素
子Aでは、図2のように干渉縞がほぼ直線であり、透過
波面の収差は8mλと非常に小さい。
FIG. 3 shows interference fringes obtained by causing the plane wave light and the reference light of the plane wave to pass through the optical element in which the quarter-wave plate made of quartz and the polarization separation element are bonded together.
As in the case of FIG. 2, the aberration was measured by the interference fringes in the rectangular frame in FIG. Generally, in the interference between plane waves, plane interference fringes are formed. Therefore, if there is no distortion in the optical element through which light is transmitted, linear interference fringes can be obtained. However, in the case of the conventional example of FIG. 3, the interference fringes are distorted. The aberration of the transmitted wavefront obtained from the distortion of the interference fringe is 38 mλ (mλ =
λ / 1000). On the other hand, in the optical element A of the present embodiment, the interference fringes are almost linear as shown in FIG. 2, and the aberration of the transmitted wavefront is as small as 8 mλ.

【0035】本実施形態では、1/4波長板となる五酸
化タンタル膜を蒸着により形成するので、平面精度の良
い膜を均一に形成することができる。これに対して従来
例で述べたように水晶製の1/4波長板を偏光分離素子
に貼り合わせる場合、平面精度を確保することはかなり
困難である。また、水晶製の1/4波長板の厚みは、機
械的強度を保つためには、その厚みがほぼ0.5mm程
度である必要がある。これに対して蒸着では、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の膜
厚を蒸着膜により形成することは非常に容易である。従
って光学素子Aそのものが非常に薄くなるという長所が
生じる。
In the present embodiment, since the tantalum pentoxide film serving as the quarter-wave plate is formed by vapor deposition, it is possible to uniformly form a film having good plane accuracy. On the other hand, when the quarter-wave plate made of quartz is attached to the polarization separation element as described in the conventional example, it is quite difficult to secure the plane accuracy. The quarter-wave plate made of quartz needs to have a thickness of about 0.5 mm in order to maintain mechanical strength. On the other hand, in vapor deposition, the thickness can be controlled accurately, so it is very difficult to form a vapor-deposited film with a thickness of 2.6 μm, which is the minimum thickness for exhibiting the properties of a quarter-wave plate. Easy to. Therefore, there is an advantage that the optical element A itself becomes very thin.

【0036】次に、本実施形態の光学素子Aと、従来の
水晶製の1/4波長板との光の入射角依存性を比較して
みる。従来の1/4波長板154では、図4に示すよう
に、複屈折における両屈折率の差である屈折率差を△n
1 、厚みをd1 、入射する光の波長をλ、入射する光の
入射角をθ1 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は次の(3)式のようになる。 x1 =△n1 ・d1 /cosθ1 ・・・(3) この素子が1/4波長板としての性質を持つので、△n
1 ・d1 =(2N+1)λ/4(Nは自然数)となり、
つぎの(4)式が得られる。 x1 =(2N+1)λ/4cosθ1 ・・・(4) よって、任意の入射角θ1のときの光路差x1の、入射角
が零(θ1=0)のときの光路差からのずれ△x1は次の
(5)式のようになる。 △x1 =(2N+1)λ(1/cosθ1 −1)/4 ・・・(5)
Next, let us compare the incident angle dependence of light between the optical element A of this embodiment and a conventional quarter-wave plate made of quartz. In the conventional quarter-wave plate 154, as shown in FIG. 4, the refractive index difference, which is the difference between the two refractive indices in birefringence, is Δn.
1, the thickness is d1, the wavelength of the incident light is λ, and the incident angle of the incident light is θ1, the optical path difference x1 between ordinary light and extraordinary light when passing through this element is given by the following equation (3). Become. x1 = Δn1 · d1 / cos θ1 (3) Since this element has a property as a quarter-wave plate, Δn
1 · d1 = (2N + 1) λ / 4 (N is a natural number),
The following equation (4) is obtained. x1 = (2N + 1) λ / 4cos θ1 (4) Therefore, the deviation Δx1 from the optical path difference when the incident angle is zero (θ1 = 0) is expressed as follows: Δx1 It becomes like the formula (5). Δx1 = (2N + 1) λ (1 / cos θ1 -1) / 4 (5)

【0037】本発明の光学素子Aでは、光学素子Aの斜
め蒸着膜3の複屈折の屈折率差を△n2 、厚みをd2 、
入射する光の波長をλ、入射する光の入射角をθ2 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 は次の(6)式のようになる。 x2 =△n2 ・d2 /cosθ2 ・・・(6) ここで、斜め蒸着膜3が1/4波長板としての性質を持
つので、△n2 ・d2 =λ/4となり、次の(7)式が
成立する。 x2 =λ/4cosθ2 ・・・(7) よって、θ2 =0の場合に対する光路差のずれ△x2
は、次の(8)式のようになる。 △x2 =λ(1/cosθ2 −1)/4 ・・・(8)
In the optical element A of the present invention, the refractive index difference of the birefringence of the obliquely evaporated film 3 of the optical element A is Δn2, the thickness is d2,
Assuming that the wavelength of the incident light is λ and the incident angle of the incident light is θ2, the optical path difference x2 when the ordinary light and the extraordinary light pass through this element is given by the following equation (6). x2 = Δn2 · d2 / cos θ2 (6) Here, since the obliquely vapor-deposited film 3 has a property as a quarter wavelength plate, Δn2 · d2 = λ / 4, and the following formula (7) is obtained. Is established. x2 = λ / 4cos θ2 (7) Therefore, the deviation Δx2 of the optical path difference from the case of θ2 = 0
Becomes like the following formula (8). Δx2 = λ (1 / cos θ2 -1) / 4 (8)

【0038】従来の水晶製の1/4波長板の厚みは0.
5mm程度である。今その値を0.499mmとすると
N=11となり、(5)式は次の(9)式のようにな
る。 △x1 =23λ(1/cosθ1 −1)/4 ・・・(9) △x1 と△x2 が等しくなるときには、入射角θ1 とθ
2 は、(8)式と(9)式より次の(10)式の関係と
なる。 23(1/cosθ1 −1)=(1/cosθ2 −1)・・・(10) (10)式から、入射角θ1 が1度ずれたときの光路差
のずれ△x1 と△x2 が等しくなるための入射角θ2
は、4.8度となる。従って本実施形態の光学素子Aは
従来の1/4波長板により入射角依存性が小さい。
The thickness of the conventional quarter-wave plate made of crystal is 0.
It is about 5 mm. Now, assuming that value is 0.499 mm, N = 11, and the equation (5) becomes the following equation (9). Δx1 = 23λ (1 / cos θ1 -1) / 4 (9) When Δx1 and Δx2 are equal, the incident angles θ1 and θ
2 has the following equation (10) from equations (8) and (9). 23 (1 / cos θ1 −1) = (1 / cos θ2 −1) (10) From the equation (10), the deviation Δx1 and Δx2 of the optical path difference when the incident angle θ1 is shifted by 1 degree are equal. Angle of incidence θ2
Is 4.8 degrees. Therefore, the optical element A of the present embodiment has a small incident angle dependency due to the conventional quarter-wave plate.

【0039】式(6)においては、斜め蒸着膜3の複屈
折の屈折率差△n2 は入射角によらず一定と仮定されて
いるが、実際は入射角に依存している。しかし、入射角
が数度以下の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、斜め蒸着膜を2層構造にす
れば、この複屈折の入射角依存性もさらに小さくなり、
光の入射角による1/4波長板としての性質の悪化を防
ぐことができる。
In the formula (6), the refractive index difference Δn2 of the birefringence of the obliquely vapor-deposited film 3 is assumed to be constant regardless of the incident angle, but actually it depends on the incident angle. However, this dependency is considered to be small when the incident angle is very small, such as several degrees or less. Further, as disclosed in JP-A-63-132203, if the obliquely vapor-deposited film has a two-layer structure, the dependency of the birefringence on the incident angle is further reduced,
It is possible to prevent the deterioration of the properties as the quarter-wave plate due to the incident angle of light.

【0040】以上のように第1実施形態によれば、偏光
分離素子に五酸化タンタル等の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
とができる。上記のプロセスにより作られた光学素子A
は、従来の偏光分離素子と水晶製の1/4波長板とを貼
り合わせた素子に比べて非常に薄い。また、光の入射角
依存性の小さい光学素子が形成できる。
As described above, according to the first embodiment, by obliquely vapor-depositing a dielectric material such as tantalum pentoxide on the polarization beam splitting element, it is possible to form an optical element having high plane accuracy. Optical element A made by the above process
Is much thinner than an element in which a conventional polarization separation element and a quarter-wave plate made of quartz are bonded together. Further, it is possible to form an optical element having a small incident angle dependency of light.

【0041】なお、第1実施形態ではニオブ酸リチウム
基板1の表面に対して、プロトン交換層2の表面が凹で
あるものについて述べたが、プロトン交換層2の表面を
ニオブ酸リチウム基板1の表面と同じレベルとし、位相
補償膜として働く誘電体膜50を図5に示すようにプロ
トン交換層2の上に堆積したものであっても、同等の効
果が得られる(特開昭63−314502号公報参
照)。また、特開昭61−86731号公報や特開昭6
3−26604号公報に示された構造の素子に、本発明
における誘電体の斜め蒸着を行うこともできる。
In the first embodiment, the case where the surface of the proton exchange layer 2 is concave with respect to the surface of the lithium niobate substrate 1 has been described, but the surface of the proton exchange layer 2 is formed on the surface of the lithium niobate substrate 1. Even if the dielectric film 50, which has the same level as the surface and acts as a phase compensation film, is deposited on the proton exchange layer 2 as shown in FIG. 5, the same effect can be obtained (Japanese Patent Laid-Open No. 63-314502). (See the official gazette). Further, JP-A-61-186731 and JP-A-6-86731.
It is also possible to perform oblique vapor deposition of the dielectric material of the present invention on the element having the structure shown in Japanese Patent Laid-Open No. 3-26604.

【0042】(第2実施形態)第1の光学素子Aの第1
の製造方法を図6を用いて説明する。まず図6の(a)
に示すように、X面のニオブ酸リチウム基板1の表面に
タンタル(Ta)膜60を蒸着する。次に図6の(b)
に示すように、タンタル膜60の表面にフォトリソグラ
フィにより、レジスト膜61の所定の縞状のパターンを
形成する。そして図6の(c)に示すように、このレジ
スト膜61をマスクとして、エッチングによりタンタル
膜60のパターンを形成する。
(Second Embodiment) First of the first optical element A
The manufacturing method will be described with reference to FIG. First, FIG. 6 (a)
As shown in, a tantalum (Ta) film 60 is vapor-deposited on the surface of the lithium niobate substrate 1 on the X surface. Next, FIG. 6B
As shown in, a predetermined striped pattern of the resist film 61 is formed on the surface of the tantalum film 60 by photolithography. Then, as shown in FIG. 6C, a pattern of the tantalum film 60 is formed by etching using the resist film 61 as a mask.

【0043】図6の(c)に示すタンタル膜60のマス
クを有するニオブ酸リチウム基板1を230℃のピロ燐
酸溶液を用いて約110分間熱処理を行う。この熱処理
中、ニオブ酸リチウム基板1のタンタル膜60を有しな
い面は保護膜等によってピロ燐酸液から保護されてい
る。その結果、図6の(d)に示すように、水素イオン
(H+)が熱拡散してプロトン交換層2が形成される。
つぎに図6の(e)に示すように、フッ酸を含むエッチ
ング液中でタンタル膜60が除去されると共にプロトン
交換層2が選択的にエッチングされる。最後に図6の
(f)に示すように、プロトン交換層2の存在しない面
に五酸化タンタルを、図7に示すようにニオブ酸リチウ
ム基板1の法線に対してθ=70度の角度で斜めに蒸着
し、斜め蒸着膜3を形成する。
The lithium niobate substrate 1 having the mask of the tantalum film 60 shown in FIG. 6C is heat-treated for about 110 minutes using a pyrophosphoric acid solution at 230 ° C. During this heat treatment, the surface of the lithium niobate substrate 1 without the tantalum film 60 is protected from the pyrophosphoric acid solution by a protective film or the like. As a result, as shown in FIG. 6D, hydrogen ions (H + ) are thermally diffused to form the proton exchange layer 2.
Next, as shown in FIG. 6E, the tantalum film 60 is removed and the proton exchange layer 2 is selectively etched in an etching solution containing hydrofluoric acid. Finally, as shown in FIG. 6 (f), tantalum pentoxide is applied to the surface where the proton exchange layer 2 does not exist, and an angle of θ = 70 degrees with respect to the normal line of the lithium niobate substrate 1 as shown in FIG. Is obliquely evaporated to form an obliquely evaporated film 3.

【0044】斜め蒸着膜3を形成する際、密着度を良く
するために図6の(e)の工程でできた素子を高温で加
熱しながら蒸着するのが望ましい。この場合、プロトン
交換層2のプロトン交換深さや、プロトン交換層2の表
面のニオブ酸リチウム基板1の表面からの深さが最適条
件からずれる可能性がある。そこで、プロトン交換層2
のプロトン交換深さ及びニオブ酸リチウム基板1の表面
からプロトン交換層2の表面までの深さの最適条件から
のずれを予め見積もる。その見積量を用いて図6の
(d)に示すプロトン交換の工程や、図6の(e)に示
すエッチングの工程を行い、所望の性質の光学素子Aを
製造することができる。
When forming the obliquely vapor-deposited film 3, it is desirable to vapor-deposit the element formed in the step (e) of FIG. 6 while heating it at a high temperature in order to improve the adhesion. In this case, the proton exchange depth of the proton exchange layer 2 and the depth of the surface of the proton exchange layer 2 from the surface of the lithium niobate substrate 1 may deviate from the optimum conditions. Therefore, the proton exchange layer 2
The deviations from the optimum conditions of the proton exchange depth and the depth from the surface of the lithium niobate substrate 1 to the surface of the proton exchange layer 2 are estimated in advance. By using the estimated amount, the step of proton exchange shown in FIG. 6D and the step of etching shown in FIG. 6E can be performed to manufacture the optical element A having desired properties.

【0045】図6の(f)の工程で形成される斜め蒸着
膜3は酸素が一部分離してタンタルが析出し透明でない
膜になる場合がある。この場合、斜め蒸着膜3を酸化す
る必要がある。酸化方法としてはどのような方法を用い
てもよい。熱を加えて酸化する方法を用いるときは、上
記したようにプロトン交換層2のプロトン交換深さや、
プロトン交換層2の表面のニオブ酸リチウム基板1の表
面からの深さの最適条件がずれる可能性があるので注意
が必要である。
The obliquely vapor-deposited film 3 formed in the step of FIG. 6 (f) may be a film which is not transparent because oxygen is partially separated and tantalum is deposited. In this case, it is necessary to oxidize the obliquely deposited film 3. Any method may be used as the oxidation method. When the method of applying heat to oxidize is used, the proton exchange depth of the proton exchange layer 2 and the
Note that the optimum condition of the depth of the surface of the proton exchange layer 2 from the surface of the lithium niobate substrate 1 may be deviated.

【0046】従来の水晶製の1/4波長板と偏光分離素
子とを貼り合わせる場合では、1/4波長板の製造可能
な面積に限界があるので、夫々を光ヘッドに組み込むと
きの大きさに加工した後、貼り合わせる工程をとってい
た。しかしこの方法は大量生産に向かず、価格のかかる
製造方法であった。
In the case where the conventional quarter-wave plate made of crystal and the polarization separation element are bonded together, there is a limit to the manufacturable area of the quarter-wave plate. After processing into, the process of pasting was taken. However, this method is not suitable for mass production and is a costly manufacturing method.

【0047】これに対し本実施形態の製造方法では、斜
め蒸着膜3の面積には限界がない。すなわち、光学素子
Aを大面積のウェハー状のニオブ酸リチウム基板に多数
を形成し、それをスクライブして分割することにより多
数の光学素子Aを同時に製造できる。このことは従来の
各光学素子ごとに複数の素子を貼り合わせて製造してい
たものに比べて、低価格で大量生産に向いたものとな
る。なお、第2実施形態ではプロトン交換層2のエッチ
ングは、フッ酸を含むエッチング液を用いたウェットエ
ッチングで行っているが、フッ素ラジカルドライエッチ
ングで行っても何ら問題はない。
On the other hand, in the manufacturing method of this embodiment, there is no limit to the area of the obliquely deposited film 3. That is, a large number of optical elements A are formed on a wafer-shaped lithium niobate substrate having a large area, and a large number of optical elements A can be simultaneously manufactured by scribing and dividing them. This is suitable for mass production at a low cost, as compared with the conventional method in which a plurality of elements are bonded to each optical element. In the second embodiment, the proton exchange layer 2 is etched by wet etching using an etching solution containing hydrofluoric acid, but fluorine radical dry etching does not cause any problem.

【0048】(第3実施形態)次に、第1の光学素子A
の第2の製造方法について図8を用いて説明する。まず
図8の(a)において、X面のニオブ酸リチウム基板1
の下面に斜めから五酸化タンタルを蒸着し、斜め蒸着膜
3を形成する。次に図8の(b)に示すように斜め蒸着
膜3のない上面にタンタルを蒸着しタンタル膜60を形
成する。
(Third Embodiment) Next, the first optical element A
The second manufacturing method will be described with reference to FIG. First, in FIG. 8A, the lithium niobate substrate 1 on the X surface is formed.
Tantalum pentoxide is obliquely vapor-deposited on the lower surface of to form an oblique vapor deposition film 3. Next, as shown in FIG. 8B, tantalum is deposited on the upper surface without the obliquely deposited film 3 to form a tantalum film 60.

【0049】次に図8の(c)に示すように、タンタル
膜60の表面にフォトリソグラフィによりレジスト膜6
1のパターンを形成する。そして図8の(d)に示すよ
うに、このレジスト膜61をマスクとしてエッチングに
よりタンタル膜60のパターンを形成する。そしてパタ
ーンを形成したタンタル膜60のマスクを有するニオブ
酸リチウム基板1は、230℃のピロ燐酸を用いて約1
10分間熱処理され、図8の(e)のようなプロトン交
換層2が形成される。この熱処理中、ニオブ酸リチウム
基板1のタンタル膜60を有しない面は保護膜等によっ
てピロ燐酸液から保護されている。最後に図8の(f)
及び(g)に示すように、図8の(e)の素子をフッ素
ラジカルを用いたドライエッチングでエッチングする。
Next, as shown in FIG. 8C, the resist film 6 is formed on the surface of the tantalum film 60 by photolithography.
1 pattern is formed. Then, as shown in FIG. 8D, a pattern of the tantalum film 60 is formed by etching using the resist film 61 as a mask. Then, the lithium niobate substrate 1 having the mask of the patterned tantalum film 60 is about 1 by using pyrophosphoric acid at 230 ° C.
After heat treatment for 10 minutes, the proton exchange layer 2 as shown in FIG. 8 (e) is formed. During this heat treatment, the surface of the lithium niobate substrate 1 without the tantalum film 60 is protected from the pyrophosphoric acid solution by a protective film or the like. Finally, FIG. 8 (f)
And as shown in (g), the element of (e) of FIG. 8 is etched by dry etching using fluorine radicals.

【0050】このような製造方法では、ニオブ酸リチウ
ム基板1に第1のプロセスで斜め蒸着膜3が形成される
ので、プロトン交換層2のプロトン交換深さや、プロト
ン交換層2の表面のニオブ酸リチウム基板1表面からの
深さの最適条件がずれることはない。ただし、プロトン
交換層2をエッチングする場合、フッ酸を含むエッチン
グ液でエッチングすると、斜め蒸着膜3がこのエッチン
グ液に溶解してしまう。そこで、この製造方法のように
先に斜め蒸着膜3を形成する場合は、プロトン交換層2
のエッチングの際、上記したようにドライエッチングを
用いるか、あるいは斜め蒸着膜3を溶解しないエッチン
グ液を用いなければならない。
In such a manufacturing method, since the oblique deposition film 3 is formed on the lithium niobate substrate 1 in the first process, the proton exchange depth of the proton exchange layer 2 and the niobate on the surface of the proton exchange layer 2 are increased. The optimum condition of the depth from the surface of the lithium substrate 1 does not shift. However, when the proton exchange layer 2 is etched with an etching solution containing hydrofluoric acid, the obliquely evaporated film 3 is dissolved in this etching solution. Therefore, when the obliquely vapor-deposited film 3 is formed first as in this manufacturing method, the proton exchange layer 2
At the time of etching, the dry etching must be used as described above, or an etching solution that does not dissolve the obliquely deposited film 3 must be used.

【0051】この第2の製造方法は第1の製造方法と同
じく、ウェハー状のニオブ酸リチウム基板で行える。従
って、大量生産に向いた製造方法といえる。なお、上記
第1及び第2製造方法では、プロトン交換の方法として
タンタル膜をマスクとしてピロ燐酸で熱処理している
が、金属膜をマスクとして酸で熱処理する方法ならばこ
の限りではない。例えば従来用いられているアルミニウ
ム膜をマスクとして安息香酸中で熱処理を行ってもよ
い。この熱処理中、ニオブ酸リチウム基板1のタンタル
膜60を有しない面は保護膜等によって酸から保護され
ている。
Like the first manufacturing method, this second manufacturing method can be performed using a wafer-shaped lithium niobate substrate. Therefore, it can be said that the manufacturing method is suitable for mass production. In the first and second manufacturing methods, the heat treatment is performed with pyrophosphoric acid using the tantalum film as a mask for the proton exchange method, but the method is not limited to this as long as it is a heat treatment with acid using the metal film as a mask. For example, heat treatment may be performed in benzoic acid using a conventionally used aluminum film as a mask. During this heat treatment, the surface of the lithium niobate substrate 1 that does not have the tantalum film 60 is protected from acid by a protective film or the like.

【0052】上記第1及び第2の製造方法による光学素
子においては、ニオブ酸リチウム基板1の表面に対して
プロトン交換層2の表面が凹んでいるが、図5に示すよ
うなものでもよい。即ちプロトン交換層2の上に誘電体
膜50を堆積する場合、偏光分離の性質を持つ部分を作
る工程の前、もしくは後に斜め蒸着膜3を形成すればよ
い。効果については上記したものと同じく、低価格で大
量生産に向く製造方法といえる。
In the optical elements manufactured by the first and second manufacturing methods, the surface of the proton exchange layer 2 is recessed with respect to the surface of the lithium niobate substrate 1, but the surface shown in FIG. 5 may be used. That is, when depositing the dielectric film 50 on the proton exchange layer 2, the oblique vapor deposition film 3 may be formed before or after the step of forming the portion having the property of polarization separation. As for the effect, it can be said that it is a manufacturing method that is suitable for mass production at a low price, similar to the above.

【0053】(第4実施形態)図9は本発明の第2の光
学素子Bの構成を示す断面図である。図9において、光
学素子Bはニオブ酸リチウム基板1、プロトン交換層
2、斜め蒸着膜3、二酸化ケイ素(SiO2)膜90、
混合膜91及びフッ化マグネシウム(MgF2)膜92
を有している。
(Fourth Embodiment) FIG. 9 is a sectional view showing the structure of the second optical element B of the present invention. In FIG. 9, an optical element B is a lithium niobate substrate 1, a proton exchange layer 2, an oblique vapor deposition film 3, a silicon dioxide (SiO 2 ) film 90,
Mixed film 91 and magnesium fluoride (MgF 2 ) film 92
have.

【0054】二酸化ケイ素膜90はニオブ酸リチウム基
板1の表面での入射光の反射防止膜である。今、ニオブ
酸リチウムの屈折率(約2.25)をnLN、空気の屈折
率(約1)をnAIR とすると、反射防止膜の屈折率n1
は次の(11)式で表される。 n1 =(nLN×nAIR1/2 ・・・(11) この(11)式にnLN=2.25、nAIR =1を代入す
ると、反射防止膜の屈折率n1 は1.5となる。ここ
で、二酸化ケイ素膜90の屈折率は1.45であるの
で、二酸化ケイ素膜90は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ている。この二酸化
ケイ素膜90の厚さを(2N+1)λ/4(λは入射す
る光の波長、Nは自然数)とすると、二酸化ケイ素膜9
0は反射防止膜となる。
The silicon dioxide film 90 is an antireflection film for incident light on the surface of the lithium niobate substrate 1. Assuming now that the refractive index of lithium niobate (about 2.25) is n LN and the refractive index of air (about 1) is n AIR , the refractive index n1 of the antireflection film is n 1.
Is expressed by the following equation (11). n1 = (n LN × n AIR ) 1/2 (11) Substituting n LN = 2.25 and n AIR = 1 into the equation (11), the refractive index n1 of the antireflection film is 1.5. Becomes Here, since the refractive index of the silicon dioxide film 90 is 1.45, the silicon dioxide film 90 satisfies the condition for preventing reflection on the surface of the lithium niobate substrate 1. If the thickness of the silicon dioxide film 90 is (2N + 1) λ / 4 (λ is the wavelength of incident light, N is a natural number), the silicon dioxide film 9
0 is an antireflection film.

【0055】次に、混合膜91について述べる。混合膜
91は二酸化ケイ素 と五酸化タンタルからなる膜であ
る。この混合膜91はニオブ酸リチウム基板1と斜め蒸
着膜3との界面での入射光の反射を防止する。今、ニオ
ブ酸リチウムの屈折率をnLN、五酸化タンタルの斜め蒸
着膜3の屈折率(約1.6)をnd とすると、反射防止
膜の屈折率n2 は次の(12)式で表される。 n2 =(nLN×nd )1/2 ・・・(12)
Next, the mixed film 91 will be described. The mixed film 91 is a film made of silicon dioxide and tantalum pentoxide. The mixed film 91 prevents reflection of incident light at the interface between the lithium niobate substrate 1 and the obliquely evaporated film 3. Assuming that the refractive index of lithium niobate is n LN and the refractive index of the obliquely deposited film 3 of tantalum pentoxide (about 1.6) is nd, the refractive index n2 of the antireflection film is expressed by the following equation (12). To be done. n2 = (n LN × nd) 1/2 (12)

【0056】この(12)式にnLN=2.25、nd =
1.6を代入すると、反射防止膜の屈折率n2 は1.9と
なる。ここで、二酸化ケイ素の屈折率は1.45、五酸
化タンタルを基板に対して垂直に蒸着した膜の屈折率は
2.0であるので、二酸化ケイ素と五酸化タンタルから
なる混合膜91は混合比を適当に変えれば屈折率を1.
9にすることができる。従って、両者の混合比を適当に
選ぶことにより、ニオブ酸リチウム基板1と斜め蒸着膜
3との界面での反射を防止する条件を満足することがで
きる。すなわち、混合膜91の厚さを(2N+1)λ/
4(λは入射する光の波長、Nは自然数)とすると、混
合膜91は反射防止膜となる。
In this equation (12), n LN = 2.25, nd =
Substituting 1.6, the refractive index n2 of the antireflection film becomes 1.9. Here, since the refractive index of silicon dioxide is 1.45, and the refractive index of the film in which tantalum pentoxide is vapor-deposited perpendicularly to the substrate is 2.0, the mixed film 91 composed of silicon dioxide and tantalum pentoxide is mixed. If the ratio is changed appropriately, the refractive index will be 1.
It can be 9. Therefore, by appropriately selecting the mixing ratio of the both, the condition for preventing reflection at the interface between the lithium niobate substrate 1 and the obliquely evaporated film 3 can be satisfied. That is, the thickness of the mixed film 91 is (2N + 1) λ /
4 (λ is the wavelength of incident light and N is a natural number), the mixed film 91 serves as an antireflection film.

【0057】次に、フッ化マグネシウム膜92について
述べる。このフッ化マグネシウム膜92は斜め蒸着膜3
の表面での入射光の反射を防止するためのものである。
今、斜め蒸着膜3の屈折率をnd 、空気の屈折率をn
AIR とすると、反射防止膜の屈折率n3 は次の(13)
式のようになる。 n3 =(nd ×nAIR1/2 ・・・(13) この(13)式にnd =1.6、nAIR =1を代入する
と、反射防止膜の屈折率n3 は1.26となる。しか
し、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。フッ化マグネシウム
は屈折率が1.38であり、1.26に近い。従って使用
可能であり、フッ化マグネシウム膜92は斜め蒸着膜3
の表面での反射を防止する条件を満足する。このフッ化
マグネシウム膜92の厚さを(2N+1)λ/4(λは
入射する光の波長、Nは自然数)とすると、フッ化マグ
ネシウム膜92は反射防止膜の役目をすることとなる。
Next, the magnesium fluoride film 92 will be described. This magnesium fluoride film 92 is the oblique vapor deposition film 3
This is to prevent reflection of incident light on the surface of the.
Now, the refractive index of the obliquely evaporated film 3 is nd, and the refractive index of air is n.
Assuming AIR , the refractive index n3 of the antireflection film is as follows (13)
It looks like an expression. n3 = (nd × n AIR ) 1/2 (13) Substituting nd = 1.6 and n AIR = 1 into the equation (13), the refractive index n3 of the antireflection film becomes 1.26. . However, there are few ideal materials that can deposit such a low refractive index and durable thin film layer. The refractive index of magnesium fluoride is 1.38, which is close to 1.26. Therefore, the magnesium fluoride film 92 can be used as the obliquely evaporated film 3
Satisfies the conditions to prevent reflection on the surface of. When the thickness of the magnesium fluoride film 92 is (2N + 1) λ / 4 (λ is the wavelength of incident light, N is a natural number), the magnesium fluoride film 92 serves as an antireflection film.

【0058】以上のように二酸化ケイ素膜90をニオブ
酸リチウム基板1上に設け、二酸化ケイ素と五酸化タン
タルからなる混合膜91をニオブ酸リチウム基板1と斜
め蒸着膜3との間に設け、かつフッ化マグネシウム膜9
2を斜め蒸着膜3上に設けることにより、光学素子Bで
の反射を完全に防止することができる。
As described above, the silicon dioxide film 90 is provided on the lithium niobate substrate 1, the mixed film 91 made of silicon dioxide and tantalum pentoxide is provided between the lithium niobate substrate 1 and the obliquely evaporated film 3, and Magnesium fluoride film 9
By providing 2 on the oblique vapor deposition film 3, reflection at the optical element B can be completely prevented.

【0059】反射防止膜の材料として二酸化ケイ素、二
酸化ケイ素と五酸化タンタルの混合体、フッ化マグネシ
ウムを用いたが、所望の屈折率を有する材料であれば他
の材料でも問題はない。 (第5実施形態)図10は第3の光学素子Cの構成を示
す断面図である。図10において、光学素子Cは光学素
子Aのニオブ酸リチウム基板1、プロトン交換層2、斜
め蒸着膜3に加えて、二酸化ケイ素膜90、100、1
03、五酸化タンタル膜101、102を有している。
Although silicon dioxide, a mixture of silicon dioxide and tantalum pentoxide, and magnesium fluoride were used as the material of the antireflection film, other materials may be used as long as they have a desired refractive index. (Fifth Embodiment) FIG. 10 is a sectional view showing the arrangement of a third optical element C. As shown in FIG. In FIG. 10, an optical element C is a silicon dioxide film 90, 100, 1 in addition to the lithium niobate substrate 1, the proton exchange layer 2, and the obliquely evaporated film 3 of the optical element A.
03, tantalum pentoxide films 101 and 102.

【0060】まず、二酸化ケイ素膜90について述べ
る。二酸化ケイ素膜90は上記第4実施形態で述べたよ
うにニオブ酸リチウム基板1の表面での入射光の反射を
防止する膜である。ニオブ酸リチウムの屈折率及び空気
の屈折率は安定で変化することはなく、また二酸化ケイ
素の屈折率は反射防止に必要な屈折率に非常に近いの
で、二酸化ケイ素の単層膜は反射防止膜として働く。
First, the silicon dioxide film 90 will be described. The silicon dioxide film 90 is a film that prevents reflection of incident light on the surface of the lithium niobate substrate 1 as described in the fourth embodiment. Since the refractive index of lithium niobate and the refractive index of air are stable and do not change, and the refractive index of silicon dioxide is very close to the refractive index required for antireflection, a single layer film of silicon dioxide is an antireflection film. Work as.

【0061】次に、ニオブ酸リチウム基板1と五酸化タ
ンタルの斜め蒸着膜3の間にある二酸化ケイ素膜100
と五酸化タンタル膜101で構成される2層膜について
述べる。この2層構造の膜はニオブ酸リチウム基板1と
斜め蒸着膜3との界面での入射光の反射を防止する。上
記第4実施形態で述べた屈折率1.9の、二酸化ケイ素
と五酸化タンタルからなる混合膜はその形成プロセスに
おいて屈折率を安定に保つのが難しい。従って、屈折率
が1.9からずれる可能性がある。その結果、ニオブ酸
リチウム基板1と斜め蒸着膜3との界面での入射光の反
射が増加してしまい、光の利用効率が減少してしまう。
それに対して、第5実施形態のように安定な屈折率を持
つ2層の膜を形成することにより反射防止膜を形成でき
れば、無反射条件がずれることはほとんどない。従って
ニオブ酸リチウム基板1と斜め蒸着膜3との界面での反
射率を常に0%にすることができる。
Next, the silicon dioxide film 100 between the lithium niobate substrate 1 and the obliquely deposited film 3 of tantalum pentoxide.
A two-layer film composed of the tantalum pentoxide film 101 will be described. This two-layer structure film prevents reflection of incident light at the interface between the lithium niobate substrate 1 and the obliquely evaporated film 3. The mixed film made of silicon dioxide and tantalum pentoxide having the refractive index of 1.9 described in the fourth embodiment is difficult to keep the refractive index stable in the forming process. Therefore, the refractive index may deviate from 1.9. As a result, the reflection of incident light at the interface between the lithium niobate substrate 1 and the obliquely evaporated film 3 increases, and the light utilization efficiency decreases.
On the other hand, if the antireflection film can be formed by forming a two-layer film having a stable refractive index as in the fifth embodiment, the non-reflective condition is hardly deviated. Therefore, the reflectance at the interface between the lithium niobate substrate 1 and the obliquely deposited film 3 can be always 0%.

【0062】ここで、基板10上に2層の膜を形成した
ときの反射率について説明する。図11に示すように、
基板10の屈折率をnsとする。基板10上の第1膜1
1の屈折率及び厚みをそれぞれ、n1、d1とする。そ
の上の第2膜12の屈折率と厚さをn2、d2とする。
その上の基板13の屈折率をn3とする。また、入射す
る光Lの波長をλとし光Lは第2膜12と基板13の界
面に垂直に入射するものとする。このような場合、2層
膜の特性行列を解いて複素反射係数を求めると次の(1
4)式のようになる。 {(m11+m12×ns)n3-(m21+m22×ns)}/{(m11+m12×ns)n3+(m21+m22×ns)} ・・・(14) ここで、 m11=cosβ1×cosβ2-(n1/n2)×sinβ1×sinβ2 m12=-i(1/n1×sinβ1×cosβ2+1/n2×cosβ1×sinβ2) m21=-i(n1×sinβ1×cosβ2+n2×cosβ1×sinβ2) m22=cosβ1×cosβ2-(n2/n1)×sinβ1×sinβ2 β1=(2×π/λ)n1×d1 β2=(2×π/λ)n2×d2 iは虚数
Here, the reflectance when a two-layer film is formed on the substrate 10 will be described. As shown in FIG.
The refractive index of the substrate 10 is ns. First film 1 on substrate 10
The refractive index and the thickness of 1 are n1 and d1, respectively. The refractive index and the thickness of the second film 12 thereon are n2 and d2.
The refractive index of the substrate 13 thereon is n3. Further, it is assumed that the wavelength of the incident light L is λ, and the light L is vertically incident on the interface between the second film 12 and the substrate 13. In such a case, when the complex reflection coefficient is calculated by solving the characteristic matrix of the two-layer film, the following (1
It becomes like the formula 4). {(M11 + m12 × ns) n3- (m21 + m22 × ns)} / {(m11 + m12 × ns) n3 + (m21 + m22 × ns)} (14) where, m11 = cosβ1 × cosβ2- ( n1 / n2) × sinβ1 × sinβ2 m12 = -i (1 / n1 × sinβ1 × cosβ2 + 1 / n2 × cosβ1 × sinβ2) m21 = -i (n1 × sinβ1 × cosβ2 + n2 × cosβ1 × sinβ2) m22 = cosβ1 × cos β2- (n2 / n1) × sin β1 × sin β2 β1 = (2 × π / λ) n1 × d1 β2 = (2 × π / λ) n2 × d2 i is an imaginary number

【0063】反射率は複素反射係数の絶対値の2乗で得
られるので、複素反射係数の実数部及び虚数部がともに
0となれば反射率は0となる。すなわち2層膜が反射防
止膜となる。
Since the reflectance is obtained by squaring the absolute value of the complex reflection coefficient, the reflectance becomes 0 when both the real part and the imaginary part of the complex reflection coefficient become zero. That is, the two-layer film serves as an antireflection film.

【0064】図10において、ニオブ酸リチウム基板1
と斜め蒸着膜3の間にある二酸化ケイ素膜100と五酸
化タンタル膜101で構成される2層膜を考える。この
場合、(14)式においてnsにニオブ酸リチウム基板
1の屈折率(2.25)を代入する、n1に二酸化ケイ
素膜100の屈折率(1.45)を代入する、n2に五
酸化タンタル膜101の屈折率(2)を代入する、そし
てn3に斜め蒸着膜3の屈折率(1.6)を代入する。
波長を780nmとした場合、二酸化ケイ素膜100と
五酸化タンタル膜101の膜厚をそれぞれ、0.021
3μm、0.0571μmにすると、反射率を完全に0
にできる。
In FIG. 10, the lithium niobate substrate 1
Consider a two-layer film composed of a silicon dioxide film 100 and a tantalum pentoxide film 101 between the obliquely vapor-deposited film 3. In this case, in the formula (14), the refractive index (2.25) of the lithium niobate substrate 1 is substituted for ns, the refractive index (1.45) of the silicon dioxide film 100 is substituted for n1, and tantalum pentoxide is substituted for n2. The refractive index (2) of the film 101 is substituted, and the refractive index (1.6) of the obliquely evaporated film 3 is substituted for n3.
When the wavelength is 780 nm, the thicknesses of the silicon dioxide film 100 and the tantalum pentoxide film 101 are 0.021.
At 3 μm and 0.0571 μm, the reflectance is completely 0.
You can

【0065】次に、斜め蒸着膜3上にある五酸化タンタ
ル膜102と二酸化ケイ素膜103とで構成される2層
膜について説明する。この2層構造の膜は斜め蒸着膜3
と空気の界面での入射光の反射を防止する。第4の実施
形態ではフッ化マグネシウム膜92の単層膜で無反射膜
を形成した。しかし、斜め蒸着膜3の屈折率が1.6と
低いため、単層のフッ化マグネシウム膜92では反射率
が約1%も存在する。光の利用効率の点からみて、反射
は出来るだけ抑えたい。そこで、第5実施形態の構成
で、たとえば五酸化タンタル膜102の膜厚を0.04
16μm、二酸化ケイ素膜103の膜厚を0.1688
μmにすると、(14)式より波長が780nmの光に
対して斜め蒸着膜3と空気の界面での反射率を完全に0
にすることができる。このように、入射する光の波長に
対して五酸化タンタル膜102の膜厚及び二酸化ケイ素
膜103の膜厚を無反射条件になるように設計すれば入
射する光の反射率を完全に0にすることができる。
Next, a two-layer film composed of the tantalum pentoxide film 102 and the silicon dioxide film 103 on the obliquely evaporated film 3 will be described. This two-layer structure film is an obliquely evaporated film 3
Prevents the reflection of incident light at the interface between air and air. In the fourth embodiment, a non-reflection film is formed of a single layer film of the magnesium fluoride film 92. However, since the refractive index of the obliquely deposited film 3 is as low as 1.6, the single layer magnesium fluoride film 92 has a reflectance of about 1%. In terms of light utilization efficiency, we want to suppress reflection as much as possible. Therefore, in the configuration of the fifth embodiment, for example, the tantalum pentoxide film 102 has a thickness of 0.04.
16 μm, the thickness of the silicon dioxide film 103 is 0.1688
When the thickness is set to μm, the reflectance at the interface between the obliquely vapor-deposited film 3 and the air is completely 0 for the light having the wavelength of 780 nm according to the formula (14).
Can be Thus, if the film thickness of the tantalum pentoxide film 102 and the film thickness of the silicon dioxide film 103 are designed to be non-reflective conditions with respect to the wavelength of the incident light, the reflectance of the incident light can be completely zero. can do.

【0066】また、斜め蒸着膜3は副屈折を持たせるた
めに五酸化タンタルのような酸化物を斜め蒸着して形成
しているので、空乏層が多く存在し、そのため密着度が
低下してしまう。そこで、本実施形態では反射防止膜に
用いる材料を全て斜め蒸着膜3に用いた材料に類似の酸
化物にすることにより、密着度がかなり改善された。
Further, since the obliquely vapor-deposited film 3 is formed by obliquely vapor-depositing an oxide such as tantalum pentoxide in order to have a sub-refraction, there are many depletion layers, which lowers the adhesion. I will end up. Therefore, in the present embodiment, the adhesion degree is considerably improved by using all the materials used for the antireflection film as oxides similar to those used for the obliquely evaporated film 3.

【0067】以上のように二酸化ケイ素膜90をニオブ
酸リチウム基板1上に設け、二酸化ケイ素膜100と五
酸化タンタル膜101で構成される2層構造膜をニオブ
酸リチウム基板1と斜め蒸着膜3との間に設け、五酸化
タンタル膜102と二酸化ケイ素膜103で構成される
2層構造膜を斜め蒸着膜3上に設けることにより、光学
素子Cでの反射を完全にかつ安定に防止することができ
る。さらに密着度も改善される。
As described above, the silicon dioxide film 90 is provided on the lithium niobate substrate 1, and the two-layer structure film composed of the silicon dioxide film 100 and the tantalum pentoxide film 101 is used as the lithium niobate substrate 1 and the obliquely deposited film 3 And a two-layer structure film composed of a tantalum pentoxide film 102 and a silicon dioxide film 103 is provided on the obliquely evaporated film 3 to completely and stably prevent reflection at the optical element C. You can Furthermore, the degree of adhesion is also improved.

【0068】なお、反射防止膜の材料として二酸化ケイ
素と五酸化タンタルを用いたが、(14)式を0にする
組み合わせの屈折率を有する他の材料でも使用できる。
Although silicon dioxide and tantalum pentoxide are used as the material of the antireflection film, other materials having a refractive index of a combination that makes the expression (14) 0 can be used.

【0069】上記第4及び第5実施形態ではニオブ酸リ
チウム基板1の表面に対してプロトン交換層2の表面が
凹であるものについて述べたが、図5に示すようにプロ
トン交換層2の上に誘電体膜50が堆積されたものであ
ってもよい。同じ場所に上記した膜を設けることにより
同等の効果が得られることはいうまでもない。また、単
層及び2層の反射防止膜について述べたが、3層以上の
多層の反射防止膜を用いてもかまわない。
In the fourth and fifth embodiments described above, the surface of the proton exchange layer 2 is concave with respect to the surface of the lithium niobate substrate 1. However, as shown in FIG. Alternatively, the dielectric film 50 may be deposited. It goes without saying that the same effect can be obtained by providing the above-mentioned film at the same place. Moreover, although the single-layer and two-layer antireflection films have been described, a multilayer antireflection film having three or more layers may be used.

【0070】また斜め蒸着膜3は、アプライド・オプテ
ィックス28巻(1989年)第2466頁から第24
82頁(APPLIED OPTICS Vol.28
(1989)P.2466−2482)に示されている
ように、蒸着の角度により複屈折の特性を表す値及び屈
折率が変化するので、適当な蒸着角度を選ぶと屈折率が
上記したようなn2 もしくはn3 となる。また、厚みが
(2N+1)λ/4(λは入射する光の波長、Nは自然
数)で示される値において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。このように
すれば、ニオブ酸リチウム基板1と斜め蒸着膜3の間の
反射又は斜め蒸着膜3上での反射を、斜め蒸着膜3が防
止できるようになる。よって、そのような光学素子では
反射防止膜を設ける必要がなくなる。従って光学素子の
製作が容易になり、光学素子がさらに薄くなる。
The obliquely vapor-deposited film 3 can be obtained by applying Optics 28 (1989), pages 2466 to 24.
Page 82 (APPLIED OPTICS Vol. 28.
(1989) P. 2466-2482), the value indicating the birefringence characteristic and the refractive index change depending on the vapor deposition angle. Therefore, if a proper vapor deposition angle is selected, the refractive index becomes n2 or n3 as described above. . Further, it is possible to provide birefringence such that the thickness has a value represented by (2N + 1) λ / 4 (λ is the wavelength of incident light, N is a natural number) and has a property of a ¼ wavelength plate. By doing so, the oblique vapor deposition film 3 can prevent the reflection between the lithium niobate substrate 1 and the oblique vapor deposition film 3 or the reflection on the oblique vapor deposition film 3. Therefore, it is not necessary to provide an antireflection film in such an optical element. Therefore, the manufacturing of the optical element is facilitated, and the optical element becomes thinner.

【0071】また以上の各実施形態では、いずれも基板
にニオブ酸リチウム1のX面を用いて各層を形成した
が、Y面を用いても何ら問題はない。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てもかまわな
い。さらに以上の各実施形態では、いずれも斜め蒸着膜
3の材料として五酸化タンタルを用いたが、三酸化タン
グステン(WO3)や酸化ビスマス(III)(Bi2
3)等の誘電体材料を用いても良い。更に蒸着角度は
複屈折が生じる角度であれば何度でもよい(特開昭59
−49508号公報や特開昭63−312970号公報
参照)。
In each of the above embodiments, each layer was formed on the substrate using the X plane of lithium niobate 1, but there is no problem even if the Y plane is used. Further, lithium tantalate or a mixed crystal of lithium niobate and lithium tantalate may be used in place of lithium niobate. Further, in each of the above embodiments, tantalum pentoxide was used as the material of the obliquely deposited film 3, but tungsten trioxide (WO 3 ) or bismuth (III) oxide (Bi 2 ) was used.
A dielectric material such as O 3 ) may be used. Further, the vapor deposition angle may be any number as long as it causes birefringence (JP-A-59).
-49508 and Japanese Patent Laid-Open No. 63-129970).

【0072】(第6実施形態)次に第1の光学素子A、
第2の光学素子B、及び第3の光学素子Cの内の1つを
用いた第1の光ヘッドについて説明する。図12は第6
実施形態の第1の光ヘッドの構成図である。図12にお
いて光ヘッドは、光源120、コリメータレンズ12
1、光学素子122(光学素子A又はB又はC)、対物
レンズ123、第1の光検出器125、第2の光検出器
126を含んで構成される。
(Sixth Embodiment) Next, the first optical element A,
A first optical head using one of the second optical element B and the third optical element C will be described. FIG. 12 shows the sixth
It is a block diagram of the 1st optical head of embodiment. In FIG. 12, the optical head includes a light source 120 and a collimator lens 12
1, an optical element 122 (optical element A or B or C), an objective lens 123, a first photodetector 125, and a second photodetector 126.

【0073】光学素子122は、斜め蒸着膜層127を
有する面が対物レンズ123に向かいあい、偏光分離を
行うプロトン交換層128を有する面がコリメータレン
ズ121に向かいあうように配置されている。また集光
光学系はコリメータレンズ121と対物レンズ123よ
り構成されている。光源120から出射されたコヒーレ
ント光は対物レンズ123で集光され、光記録媒体12
4の記録層に情報を記録又は再生する。
The optical element 122 is arranged so that the surface having the obliquely deposited film layer 127 faces the objective lens 123 and the surface having the proton exchange layer 128 for polarization separation faces the collimator lens 121. The condensing optical system includes a collimator lens 121 and an objective lens 123. The coherent light emitted from the light source 120 is condensed by the objective lens 123, and the optical recording medium 12
Information is recorded on or reproduced from the recording layer of No. 4.

【0074】このように構成された第1の光ヘッドの動
作について図12を用いて説明する。光源120から出
射された直線偏光の光は、コリメータレンズ121で平
行光にされ、光学素子122をほぼ100%の透過率で
透過する。透過した光は直線偏光から円偏光の光に変換
される。この円偏光の光は対物レンズ123により光記
録媒体124上に集光される。次に光記録媒体124か
ら反射された円偏光の光は、対物レンズ123を透過し
た後、光学素子122に入射される。
The operation of the thus constructed first optical head will be described with reference to FIG. The linearly polarized light emitted from the light source 120 is collimated by the collimator lens 121 and is transmitted through the optical element 122 with a transmittance of almost 100%. The transmitted light is converted from linearly polarized light to circularly polarized light. The circularly polarized light is condensed on the optical recording medium 124 by the objective lens 123. Next, the circularly polarized light reflected from the optical recording medium 124 passes through the objective lens 123 and then enters the optical element 122.

【0075】光学素子122では、円偏光の光は斜め蒸
着膜127で、光源120から出射された光の偏光方向
と直交する方向の直線偏光の光に変換される。この直線
偏光の光は偏光分離を行うプロトン交換層128でほぼ
100%の回折効率で回折され、コリメータレンズ12
1を透過する。+1次の回折光は光検出器125に入射
され、−1次の回折光は光検出器126に入射される。
In the optical element 122, the circularly polarized light is converted into the linearly polarized light in the direction orthogonal to the polarization direction of the light emitted from the light source 120 by the oblique vapor deposition film 127. This linearly polarized light is diffracted by the proton exchange layer 128 that performs polarization separation with a diffraction efficiency of almost 100%, and the collimator lens 12
1 is transmitted. The + 1st-order diffracted light enters the photodetector 125, and the -1st-order diffracted light enters the photodetector 126.

【0076】光検出器125、126によって、光記録
媒体124上における光の合焦状態を示すフォーカス誤
差信号、及び光の照射位置を示すトラッキング誤差信号
が検出される。この検出は、プロトン交換層128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
波面を適切に調節することにより行われる。換言すれば
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装置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、常に光が合焦状態で光
記録媒体124上に集光されるように対物レンズ123
の位置をその光軸方向に制御する。また図示していない
トラッキング制御装置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、光を光記録媒体124上
の所望のトラックに集光されるように対物レンズ123
の位置を制御する。また、光検出器125及び126に
よって光記録媒体124に記録された情報信号を検出す
る。
The photodetectors 125 and 126 detect a focus error signal indicating a focused state of light on the optical recording medium 124 and a tracking error signal indicating a light irradiation position. This detection is performed by changing the grating vector of the diffraction grating of the proton exchange layer 128 depending on the location and appropriately adjusting the wavefront of the diffracted light. In other words, a method of detecting an error signal using a conventional hologram element (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 62-137736 and Japanese Patent Laid-Open No. 63-137736).
229640). Then, based on the focus error signal obtained by the above-described method, a focus control device (not shown) always uses the objective lens 123 so that the light is always focused on the optical recording medium 124.
Control the position of in the direction of the optical axis. A tracking control device (not shown) uses the tracking error signal obtained by the above method to focus the light on the desired track on the optical recording medium 124 to the objective lens 123.
Control the position of. Further, the photodetectors 125 and 126 detect the information signal recorded on the optical recording medium 124.

【0077】前記の、特開昭62−137736号公報
や特開昭63−229640号公報などに示されている
回折格子を用いた光ヘッドでは、光の往路でも回折格子
を透過するので回折光が生じる。この回折光は迷光とな
り再生信号や誤差信号のノイズの原因となる。これに対
して第6実施形態の光ヘッドでは、光学素子122は偏
光方向により入射する光を100%の透過率で透過する
か、もしくは100%の回折効率で回折させるので、往
路で迷光を生じる等の問題はない。また、図15に示さ
れている光ヘッドに比べて、光学素子122を用いるこ
とにより非常に小型の光ヘッドが実現できる。また、本
実施形態の光学素子122は光の入射角依存性が小さい
ので、光ヘッドの組立の際、光学素子122の位置調整
が容易となる。従って、この光ヘッドは大量生産に向
き、且つ低価格化ができる。
In the above-described optical head using the diffraction grating disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 62-137736 and Japanese Patent Laid-Open No. 63-229640, the diffracted light is transmitted through the diffraction grating even in the forward path of light. Occurs. This diffracted light becomes stray light and causes noise in the reproduction signal and the error signal. On the other hand, in the optical head of the sixth embodiment, the optical element 122 transmits the incident light depending on the polarization direction with a transmittance of 100% or diffracts it with a diffraction efficiency of 100%, so that stray light is generated in the outward path. There is no problem such as. Further, as compared with the optical head shown in FIG. 15, a very small optical head can be realized by using the optical element 122. Further, since the optical element 122 of the present embodiment has a small dependency on the incident angle of light, it becomes easy to adjust the position of the optical element 122 when assembling the optical head. Therefore, this optical head is suitable for mass production and can be reduced in price.

【0078】(第7実施形態)第1の光学素子A、第2
の光学素子B、及び第3の光学素子Cの内の1つを用い
た第2の光ヘッドについて説明する。図13は第2の光
ヘッドの構成図である。図13において、図12と同一
部分は同じ符号を用いて詳細な説明を省略する。光学素
子122は、斜め蒸着膜127を有する面が対物レンズ
123に向かいあい、偏光分離を行うプロトン交換層1
28を有する面が光源120に向かいあうように配置さ
れている。なお図12の光ヘッドと異なり、集光光学系
は対物レンズ123のみにより構成されている。
(Seventh Embodiment) First optical element A, second optical element
A second optical head using one of the optical element B and the third optical element C will be described. FIG. 13 is a configuration diagram of the second optical head. 13, the same parts as those in FIG. 12 are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted. In the optical element 122, the surface having the obliquely vapor-deposited film 127 faces the objective lens 123, and the proton exchange layer 1 that performs polarization separation is provided.
The surface having 28 is arranged so as to face the light source 120. Unlike the optical head shown in FIG. 12, the condensing optical system is composed of only the objective lens 123.

【0079】次に、第2の光ヘッドの動作について図1
3を用いて説明する。光源120から出射された直線偏
光の光は、光学素子122をほぼ100%の透過率で透
過し、透過した光は直線偏光から円偏光の光に変換され
る。この円偏光の光は対物レンズ123により光記録媒
体124上に集光される。次に光記録媒体124から反
射された円偏光の光は、対物レンズ123を透過した
後、光学素子122に入射される。
Next, the operation of the second optical head will be described with reference to FIG.
3 will be used for the explanation. The linearly polarized light emitted from the light source 120 passes through the optical element 122 with a transmittance of almost 100%, and the transmitted light is converted from the linearly polarized light to the circularly polarized light. The circularly polarized light is condensed on the optical recording medium 124 by the objective lens 123. Next, the circularly polarized light reflected from the optical recording medium 124 passes through the objective lens 123 and then enters the optical element 122.

【0080】光は、光学素子122の斜め蒸着膜127
で円偏光から、光源120から出射された光の偏光方向
と直交する方向の直線偏光の光に変換される。そしてこ
の光は偏光分離を行うプロトン交換層128でほぼ10
0%の回折効率で回折され、この回折された光のうち、
+1次光は第1の光検出器125に入射され、−1次光
は第2の光検出器126に入射される。+1次光からフ
ォーカス誤差信号及びトラッキング誤差信号が検出さ
れ、−1次光から光記録媒体124に記録された情報の
再生信号が検出される。上記の検出方法では、+1次光
からは再生信号を取り出さないので電流を電圧に変換す
る際に用いるヘッドアンプは低い周波数帯域を有するも
のでよく、低コスト化が可能となる。
The light is the oblique vapor deposition film 127 of the optical element 122.
Is converted from circularly polarized light into linearly polarized light in a direction orthogonal to the polarization direction of the light emitted from the light source 120. Then, this light is approximately 10
Of the diffracted light that is diffracted with a diffraction efficiency of 0%,
The + 1st-order light is incident on the first photodetector 125, and the -1st-order light is incident on the second photodetector 126. The focus error signal and the tracking error signal are detected from the + 1st order light, and the reproduction signal of the information recorded on the optical recording medium 124 is detected from the −1st order light. In the above detection method, since the reproduced signal is not extracted from the + 1st order light, the head amplifier used when converting the current into the voltage may have a low frequency band, and the cost can be reduced.

【0081】第2の光ヘッドと図15に示す従来の光ヘ
ッドとの相違を以下に述べる。従来の光ヘッドに用いら
れている水晶で作られた1/4波長板の作用は既に述べ
たように光の入射角に大きく依存する。よって、光源1
51から出射される発散光をコリメータレンズ153で
平行光にして1/4波長板154に入射しなければなら
ない。しかし、本実施形態では、光学素子122の作用
は光の入射角にあまり影響を受けない。従って、コリメ
ータレンズを用いて光源120からの発散光を平行光に
する必要がなく、光源120からの発散光を光学素子1
22に直接入射することができる。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
可能となる。またコリメータレンズの調整工程がいらな
くなるので、低価格の光ヘッドが実現できる。
Differences between the second optical head and the conventional optical head shown in FIG. 15 will be described below. The operation of the quarter-wave plate made of quartz used in the conventional optical head largely depends on the incident angle of light as described above. Therefore, the light source 1
The divergent light emitted from 51 must be collimated by the collimator lens 153 and incident on the quarter-wave plate 154. However, in the present embodiment, the action of the optical element 122 is not significantly affected by the incident angle of light. Therefore, it is not necessary to make the divergent light from the light source 120 into parallel light using the collimator lens, and the divergent light from the light source 120 can be used.
It can be directly incident on 22. Since it is not necessary to use a collimator lens, the size of the optical head can be further reduced. Further, since the collimator lens adjustment process is unnecessary, a low-cost optical head can be realized.

【0082】(第8実施形態)次に第1の光学素子A、
第2の光学素子B及び第3の光学素子Cの内の1つを用
いた第3の光ヘッドについて説明する。図14は第3の
光ヘッドの構成図である。図14において、図12の光
ヘッドと同一部分は同じ符号を用いて詳細な説明は省略
する。この第3の光ヘッドでは、光の光路がコリメータ
レンズ121と対物レンズ123の間でミラー141に
より略直角に曲げられる。光学素子122は対物レンズ
123とミラー141間に配置されている。
(Eighth Embodiment) Next, the first optical element A,
A third optical head using one of the second optical element B and the third optical element C will be described. FIG. 14 is a configuration diagram of the third optical head. 14, the same parts as those of the optical head of FIG. 12 are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted. In this third optical head, the optical path of light is bent between the collimator lens 121 and the objective lens 123 by the mirror 141 at a substantially right angle. The optical element 122 is arranged between the objective lens 123 and the mirror 141.

【0083】集光光学系はコリメータレンズ121と対
物レンズ123より構成されている。また、光学素子1
22は、図14に示すように、斜め蒸着膜127を有す
る面が対物レンズ123に向かいあい、偏光分離を行う
プロトン交換層128を有する面がミラー141に向か
いあうように配置されている。ここで、対物レンズ12
3と光学素子122は一体化されている。従って、図示
していないフォーカス制御装置とトラッキング制御装置
により、対物レンズ123と光学素子122は同時に位
置制御がなされる。
The condensing optical system is composed of a collimator lens 121 and an objective lens 123. Also, the optical element 1
As shown in FIG. 14, 22 is arranged so that the surface having the obliquely evaporated film 127 faces the objective lens 123 and the surface having the proton exchange layer 128 for polarization separation faces the mirror 141. Here, the objective lens 12
3 and the optical element 122 are integrated. Therefore, the position control of the objective lens 123 and the optical element 122 is simultaneously performed by a focus control device and a tracking control device (not shown).

【0084】つぎに以上のように構成された第3の光ヘ
ッドの動作について説明する。光源120から出射され
た直線偏光の光は、コリメータレンズ121で平行光に
され、ミラー141により光の方向が変換される。この
光は光学素子122をほぼ100%の透過率で透過し、
透過後の光は直線偏光から円偏光の光に変換される。こ
の光は対物レンズ123により光記録媒体124上に集
光される。なお光の光源120から光記録媒体への往路
は実線で示し、光学素子122から光検出器125、1
26への復路は破線で示している。
Next, the operation of the third optical head having the above structure will be described. The linearly polarized light emitted from the light source 120 is collimated by the collimator lens 121, and the direction of the light is converted by the mirror 141. This light passes through the optical element 122 with a transmittance of almost 100%,
The transmitted light is converted from linearly polarized light to circularly polarized light. This light is condensed on the optical recording medium 124 by the objective lens 123. The outgoing path of the light from the light source 120 to the optical recording medium is indicated by a solid line, and the optical element 122 to the photodetectors 125, 1
The return path to 26 is indicated by a broken line.

【0085】光記録媒体124から反射された円偏光の
光は、対物レンズ123を透過する。次に光は光学素子
122の斜め蒸着膜127で、円偏光から光源120の
光の偏光方向と直交する偏光方向の直線偏光の光に変換
される。この光は偏光分離を行うプロトン交換層128
でほぼ100%の回折効率で回折され、この回折された
光はミラー141で方向を変えられる。
The circularly polarized light reflected from the optical recording medium 124 passes through the objective lens 123. Next, the light is converted by the obliquely evaporated film 127 of the optical element 122 from circularly polarized light into linearly polarized light having a polarization direction orthogonal to the polarization direction of the light from the light source 120. This light has a proton exchange layer 128 for polarization separation.
Is diffracted with a diffraction efficiency of almost 100%, and the direction of the diffracted light is changed by the mirror 141.

【0086】コリメータレンズ121を透過した+1次
光は第1の光検出器125に入射され、−1次光は第2
の光検出器126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、光記録媒体124に記録
された情報の再生信号は、夫々第1もしくは第2の光ヘ
ッドと同じ方法で検出される。
The + 1st-order light transmitted through the collimator lens 121 is incident on the first photodetector 125, and the -1st-order light is the second-order light.
Is incident on the photodetector 126. The focus error signal, the tracking error signal, and the reproduction signal of the information recorded on the optical recording medium 124 are detected by the same method as that of the first or second optical head, respectively.

【0087】従来でも光ヘッドを小型化するために、水
晶製の1/4波長板と偏光分離素子を貼り合わせた光学
素子と、対物レンズを一体化してもよい。その場合従来
の水晶製の1/4波長板の厚さは0.5mm程度である
ので光ヘッドが大型となるであろう。これに対して第8
実施形態で用いる光学素子は1/4波長板としての斜め
蒸着127の厚さが2.6μmでよい。このため光ヘッ
ドの高さを更に約0.5mm減らすことが可能となる。
これは小型でかつ偏平なポータブル型の光ディスク装置
を実現する上で重要なことである。
Conventionally, in order to reduce the size of the optical head, the objective lens may be integrated with the optical element in which the quarter-wave plate made of quartz and the polarization separation element are bonded together. In that case, since the thickness of the conventional quarter-wave plate made of quartz is about 0.5 mm, the optical head will be large. On the other hand, the eighth
The optical element used in the embodiment may have a thickness of the oblique vapor deposition 127 as a quarter-wave plate of 2.6 μm. Therefore, the height of the optical head can be further reduced by about 0.5 mm.
This is important for realizing a compact and flat portable optical disk device.

【0088】なお、第8実施形態ではコリメータレンズ
を用いて、光源から出射される光を平行光にしている
が、第2の光ヘッドに関する第7実施形態で述べたよう
に、コリメータレンズをなくしても何ら問題はない。コ
リメータレンズがないと調整工程がいらないので低価格
になる。
Although the collimator lens is used in the eighth embodiment to collimate the light emitted from the light source, the collimator lens is eliminated as described in the seventh embodiment relating to the second optical head. But there is no problem. If there is no collimator lens, the adjustment process is not required, so the cost is low.

【0089】[0089]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、偏光方向
によって回折効率の異なるホログラム素子上に斜め蒸着
膜を設けることにより、偏光分離の性質と1/4波長板
としての性質を合わせ持つ光学素子が実現できる。さら
に透過光の波面に収差を与えず非常に薄く、大量生産に
向く光学素子が実現できる。また、この光学素子を用い
て、小型で大量生産に向き低価格の光ヘッドを実現でき
る。
As described above, according to the present invention, the oblique vapor deposition film is provided on the hologram element having the different diffraction efficiency depending on the polarization direction, so that the polarization separation property and the quarter wave plate property are combined. An optical element can be realized. Furthermore, it is possible to realize an optical element that is very thin without giving aberration to the wavefront of transmitted light and suitable for mass production. Further, by using this optical element, it is possible to realize a small-sized optical head suitable for mass production and at a low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の光学素子の構成を示す断面図FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a first optical element of the present invention.

【図2】第1の光学素子を透過した光と、参照光との干
渉縞を表す写真
FIG. 2 is a photograph showing interference fringes of light transmitted through the first optical element and reference light.

【図3】従来の1/4波長板と偏光分離素子との貼り合
わせ光学素子を透過した光と、参照光との干渉縞を表す
写真
FIG. 3 is a photograph showing interference fringes of light transmitted through a pasted optical element of a conventional quarter-wave plate and a polarization separation element and reference light.

【図4】従来1/4波長板への入射光を示す説明図FIG. 4 is an explanatory view showing incident light on a conventional quarter-wave plate.

【図5】第1の光学素子における他の構成例を示す断面
FIG. 5 is a cross-sectional view showing another configuration example of the first optical element.

【図6】本発明の光学素子の第1の製造方法を示す工程
FIG. 6 is a process drawing showing the first method for manufacturing an optical element of the present invention.

【図7】本発明の光学素子における斜め蒸着膜の蒸着角
度を示す図
FIG. 7 is a diagram showing vapor deposition angles of oblique vapor deposition films in the optical element of the present invention.

【図8】本発明の光学素子の第2の製造方法を示す工程
FIG. 8 is a process drawing showing the second manufacturing method of the optical element of the present invention.

【図9】本発明の第2の光学素子の構成を示す断面図FIG. 9 is a sectional view showing a configuration of a second optical element of the present invention.

【図10】本発明の第3の光学素子の構成を示す断面図FIG. 10 is a sectional view showing a configuration of a third optical element of the present invention.

【図11】2層膜の反射率計算に用いるパラメータを示
す説明図
FIG. 11 is an explanatory diagram showing parameters used for reflectance calculation of a two-layer film.

【図12】本発明の第1の光ヘッドの構成図FIG. 12 is a configuration diagram of a first optical head of the present invention.

【図13】本発明の第2の光ヘッドの構成図FIG. 13 is a configuration diagram of a second optical head of the present invention.

【図14】本発明の第3の光ヘッドの構成図FIG. 14 is a configuration diagram of a third optical head of the present invention.

【図15】従来の光ヘッドの構成図FIG. 15 is a configuration diagram of a conventional optical head.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ニオブ酸リチウム基板 2 プロトン交換層 1+2 ホログラム素子 3 斜め蒸着膜 50 誘電体膜 60 タンタル膜 61 レジスト 90 二酸化ケイ素膜 91 混合膜 92 フッ化マグネシウム膜 100、103 二酸化ケイ素膜 101、102 五酸化タンタル膜 120 光源 121 コリメータレンズ 122 光学素子A、B又はC 123 対物レンズ 124 光記録媒体 125 第1の光検出器 126 第2の光検出器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lithium niobate substrate 2 Proton exchange layer 1 + 2 Hologram element 3 Oblique vapor deposition film 50 Dielectric film 60 Tantalum film 61 Resist 90 Silicon dioxide film 91 Mixed film 92 Magnesium fluoride film 100, 103 Silicon dioxide film 101, 102 Tantalum pentoxide film 120 light source 121 collimator lens 122 optical element A, B or C 123 objective lens 124 optical recording medium 125 first photodetector 126 second photodetector

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成7年11月8日[Submission date] November 8, 1995

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】図2[Name of item to be corrected] Figure 2

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図2】 本発明の第1の光学素子を透過した光と、そ
の透過した光をピンホールを通して得た参照光との干渉
縞をビデオカメラで撮影しディスプレー上に表示した中
間調画像を表す写真
FIG. 2 is a halftone image displayed on a display by photographing an interference fringe of light transmitted through the first optical element of the present invention and reference light obtained by passing the light through a pinhole and displayed on a display. Photo

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】図3[Name of item to be corrected] Figure 3

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図3】 従来の1/4波長板と偏光分離素子との貼り
合わせ光学素子を透過した光と、その透過した光をピン
ホールを通して得た参照光との干渉縞をビデオカメラで
撮影しディスプレー上に表示した中間調画像を表す写真
FIG. 3 is a display in which an interference fringe of light transmitted through a pasted optical element of a quarter-wave plate and a polarization separation element and reference light obtained by passing the transmitted light through a pinhole is photographed by a video camera. Photo showing the halftone image shown above

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白岩 弘 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 岡田 誠治郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hiroshi Shiraiwa 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Seijiro Okada, 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 偏光方向によって回折効率の異なるホロ
グラム素子及び、 前記ホログラム素子上に誘電体が斜めから蒸着された斜
め蒸着膜を具備する光学素子。
1. An optical element comprising a hologram element having a different diffraction efficiency depending on the polarization direction, and an oblique vapor deposition film in which a dielectric is obliquely vapor-deposited on the hologram element.
【請求項2】 偏光方向によって回折効率の異なるホロ
グラム素子と、 前記ホログラム素子上にあって入射光の反射を防止する
第1の反射防止膜と、 前記ホログラム素子上にあって隣接層間の反射を防止す
る第2の反射防止膜と、 前記第2の反射防止膜上に誘電体が斜めから蒸着された
斜め蒸着膜と、 前記斜め蒸着膜上にあって入射光の反射を防止する第3
の反射防止膜とを具備する光学素子。
2. A hologram element having a different diffraction efficiency depending on the polarization direction, a first antireflection film on the hologram element for preventing reflection of incident light, and a reflection between adjacent layers on the hologram element. A second antireflection film for preventing the reflection; an oblique evaporation film in which a dielectric is obliquely evaporated on the second antireflection film; and a third antireflection film for preventing reflection of incident light on the oblique evaporation film.
An optical element comprising the antireflection film of.
【請求項3】 前記ホログラム素子はLiTaxNb1-x
3(0≦x≦1)結晶基板のX面又はY面の所定の部
分をイオン交換して形成されることを特徴とする請求項
1又は2記載の光学素子。
3. The hologram element is LiTa x Nb 1-x
3. The optical element according to claim 1, which is formed by ion-exchanging a predetermined portion of the X plane or the Y plane of the O 3 (0 ≦ x ≦ 1) crystal substrate.
【請求項4】 前記第1の反射防止膜は二酸化ケイ素
(SiO2)で構成され、 前記第2の反射防止膜は二酸化ケイ素(SiO2)と五
酸化タンタル(Ta25)との混合体で構成され、 前記第3の反射防止膜はフッ化マグネシウム(Mg
2)で構成されたものであることを特徴とする請求項
2記載の光学素子。
4. The first antireflection film is composed of silicon dioxide (SiO 2 ), and the second antireflection film is a mixture of silicon dioxide (SiO 2 ) and tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ). The third antireflection film is formed of magnesium fluoride (Mg)
The optical element according to claim 2, wherein the optical element is composed of F 2 ).
【請求項5】 前記斜め蒸着膜の材料が酸化物であり、
かつ前記第2及び第3の反射防止膜に用いる材料が酸化
物であることを特徴とする請求項2記載の光学素子。
5. The material of the obliquely deposited film is an oxide,
The optical element according to claim 2, wherein the material used for the second and third antireflection films is an oxide.
【請求項6】 前記第1の反射防止膜は二酸化ケイ素
(SiO2)で構成され、 前記第2の反射防止膜は前記LiTaxNb1-x3(0
≦x≦1)結晶基板のイオン交換されない面上に二酸化
ケイ素(SiO2)で形成される第1の膜とその上に五
酸化タンタル(Ta25)で形成される第2の膜の2層
構造で構成され、 前記第3の反射防止膜は前記斜め蒸着膜上に五酸化タン
タル(Ta25)で形成される第3の膜とその上に二酸
化ケイ素(SiO2)で形成される第4の膜の2層構造
で構成されたものであることを特徴とする請求項2記載
の光学素子。
6. The first antireflection film is composed of silicon dioxide (SiO 2 ), and the second antireflection film is the LiTa x Nb 1-x O 3 (0
≦ x ≦ 1) of the first film formed of silicon dioxide (SiO 2 ) on the non-ion exchanged surface of the crystal substrate and the second film formed of tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ) thereon. The third antireflection film has a two-layer structure. The third antireflection film is formed of tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ) on the obliquely evaporated film and silicon dioxide (SiO 2 ) is formed on the third film. The optical element according to claim 2, wherein the optical element has a two-layer structure of a fourth film that is formed.
【請求項7】 イオン交換処理用のマスクパターンをL
iTaxNb1-x3(0≦x≦1)結晶基板の面上に形
成する第1の工程と、 前記LiTaxNb1-x3(0≦x≦1)結晶基板の面
の前記第1の工程で形成されたマスクパターンで特定さ
れた領域においてリチウムイオン(Li+)を水素イオ
ン(H+)にイオン交換する第2の工程と、 前記第2の工程でイオン交換された領域を選択的にエッ
チングする第3の工程と、 前記LiTaxNb1-x3(0≦x≦1)結晶基板の他
の面に、前記結晶基板面の法線に対して所定角度で誘電
体の分子を斜めに蒸着し、斜め蒸着膜を形成する第4の
工程と、を有する光学素子の製造方法。
7. A mask pattern for ion exchange treatment is L
iTa x Nb 1-x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) The first step of forming on the surface of the crystal substrate, and the LiTa x Nb 1-x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) crystal substrate surface. A second step of exchanging lithium ions (Li + ) for hydrogen ions (H + ) in the region specified by the mask pattern formed in the first step; and ion exchange in the second step A third step of selectively etching the region, and a second surface of the LiTa x Nb 1-x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) crystal substrate at a predetermined angle with respect to a normal to the crystal substrate surface. A fourth step of obliquely evaporating the molecules of the dielectric material to form an obliquely evaporated film, the optical element manufacturing method.
【請求項8】 前記第4の工程における誘電体は、五酸
化タンタル(Ta25)であることを特徴とする請求項
7記載の光学素子の製造方法。
8. The method of manufacturing an optical element according to claim 7, wherein the dielectric in the fourth step is tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ).
【請求項9】 LiTaxNb1-x3(0≦x≦1)結
晶基板の面上に前記結晶基板面の法線に対して所定角度
で誘電体の分子を斜めに蒸着し、斜め蒸着膜を形成する
第1の工程と、 前記LiTaxNb1-x3(0≦x≦1)結晶基板の他
の面上にイオン交換用マスクパターンを形成する第2の
工程と、 前記LiTaxNb1-x3(0≦x≦1)結晶基板の他
の面の前記第2の工程で形成されたマスクパターンで特
定された領域においてリチウムイオン(Li+)を水素
イオン(H+)にイオン交換する第3の工程と、 前記第3の工程でイオン交換された領域を選択的にエッ
チングする第4の工程と、を有する光学素子の製造方
法。
9. A LiTa x Nb 1-x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) crystal substrate is obliquely vapor-deposited on a crystal substrate surface at a predetermined angle with respect to a normal line to the crystal substrate surface, A first step of forming a deposited film, a second step of forming an ion-exchange mask pattern on the other surface of the LiTa x Nb 1-x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) crystal substrate, and LiTa x Nb 1-x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) Lithium ions (Li + ) and hydrogen ions (H + ) in the region specified by the mask pattern formed in the second step on the other surface of the crystal substrate. + ) And a third step of performing ion exchange, and a fourth step of selectively etching the region subjected to ion exchange in the third step.
【請求項10】 前記第1の工程における誘電体は、五
酸化タンタル(Ta25)であることを特徴とする請求
項9記載の光学素子の製造方法。
10. The method of manufacturing an optical element according to claim 9, wherein the dielectric in the first step is tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ).
【請求項11】 コヒーレントな光を出力する光源と、 前記光源の光を光記録媒体に集光すると共に、前記光記
録媒体で反射された光を集光する集光光学系と、 前記集光光学系と前記光源との間に設けられた光学素子
と、 前記光学素子により回折された回折光を入射して、前記
光記録媒体のフォーカス誤差信号及びトラッキング誤差
信号及び前記光記録媒体に記録された情報信号を検出す
る光検出器と、を具備することを特徴とする光ヘッド。
11. A light source that outputs coherent light, a light collecting optical system that collects the light of the light source onto an optical recording medium, and collects the light reflected by the optical recording medium, An optical element provided between an optical system and the light source, and the diffracted light diffracted by the optical element is incident to be recorded on the focus error signal and the tracking error signal of the optical recording medium and the optical recording medium. And an optical detector for detecting the information signal.
【請求項12】 前記光学素子は、前記集光光学系に一
体に設けられたことを特徴とする請求項11記載の光ヘ
ッド。
12. The optical head according to claim 11, wherein the optical element is provided integrally with the condensing optical system.
【請求項13】 前記光検出器は、前記光学素子により
回折された回折光の内、+1次光を入射して、前記光記
録媒体のフォーカス誤差信号及びトラッキング誤差信号
を検出する第1の光検出器と、−1次光を入射して、前
記光記録媒体に記録された情報信号を検出する第2の光
検出器と、を具備することを特徴とする請求項11記載
の光ヘッド。
13. The first light for detecting a focus error signal and a tracking error signal of the optical recording medium by injecting + 1st order light out of the diffracted light diffracted by the optical element. The optical head according to claim 11, further comprising: a detector and a second photodetector that receives the minus first-order light and detects an information signal recorded on the optical recording medium.
【請求項14】 前記光学素子は、偏光方向によって回
折効率の異なるホログラム素子及び前記ホログラム素子
上に誘電体が斜めから蒸着された斜め蒸着膜を具備する
請求項11の光ヘッド。
14. The optical head according to claim 11, wherein the optical element comprises a hologram element having a different diffraction efficiency depending on a polarization direction and an oblique vapor deposition film in which a dielectric is obliquely vapor-deposited on the hologram element.
【請求項15】 前記光学素子は、偏光方向によって回
折効率の異なるホログラム素子と、 前記ホログラム素子上にあって入射光の反射を防止する
第1の反射防止膜と、前記ホログラム素子上にあって隣
接層間の反射を防止する第2の反射防止膜と、前記第2
の反射防止膜上に誘電体が斜めから蒸着された斜め蒸着
膜と、 前記斜め蒸着膜上にあって入射光の反射を防止する第3
の反射防止膜とを具備する請求項11の光ヘッド。
15. The optical element comprises a hologram element having different diffraction efficiency depending on a polarization direction, a first antireflection film on the hologram element for preventing reflection of incident light, and a hologram element on the hologram element. A second antireflection film for preventing reflection between adjacent layers;
An obliquely vapor-deposited film in which a dielectric is obliquely vapor-deposited on the anti-reflection film, and a third on the obliquely vapor-deposited film for preventing reflection of incident light.
12. The optical head according to claim 11, further comprising an antireflection film.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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