JPH0961627A - 偏光分離素子 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、偏光分離素子に関
する。更に詳述すると、光磁気ディスクの偏光子やアイ
ソレータ等の光学装置に適した偏光分離素子に関する。

【０００２】

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

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

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

【０００５】

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

【０００６】また、従来の一般的な偏光分離素子にあっ
ては、等方性基板上に形成される複屈折材料の複屈折が
小さいので、膜厚が比較的厚くなり、コンパクトにでき
ないといった問題や、結晶性が低いので、特性が不均一
になるといった問題もある。

【０００７】そこで、本発明は、耐環境性が高く、しか
も均一な特性を有し、その上コンパクト化がなされる偏
光分離素子を提供することを目的とする。

【０００８】

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

【０００９】請求項２の偏光分離素子は、上記目的を達
成するために、光学的等方性基板上に酸化チタン配向膜
からなる複屈折材料層を形成すると共に、この複屈折材
料層に凹凸状の周期格子を形成し、前記凹部と凸部の間
の常光の位相差と異常光の位相差のうち何れか一方がπ
の偶数倍、となるように、前記複屈折材料層の凹凸部の
厚みを設定してなる。

【００１０】請求項３の偏光分離素子は、上記目的を達
成するために、表面に凹凸状の周期格子が形成された光
学的等方性基板と、この光学的等方性基板の前記凹凸部
の少なくとも凸部上に形成された酸化チタン配向膜から
なる複屈折材料層と、を具備し、前記凹部と凸部の間の
常光の位相差と異常光の位相差のうち何れか一方がπの
偶数倍、となるように、前記複屈折材料層の厚み及び前
記基板の凹部深さを設定してなる。

【００１１】請求項４の偏光分離素子は、上記目的を達
成するために、光学的等方性基板上に酸化チタン配向膜
からなる複屈折材料層を形成すると共に、表面に凹凸状
の周期格子を形成し、該凹部に、光学的等方性物質を充
填してなる偏光分離素子であって、該光学的等方性物質
の屈折率（ｎｃ）と、該複屈折材料の常光屈折率（ｎ
ｏ）、異常光屈折率（ｎｅ）との間に、以下の数式２に
示す関係があることを特徴とする。

【００１２】

【数２】 ｎｃ＝ｎｏ＋ｍ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｍ＝±１，±２，±３…） ＝ｎｅ＋ｌ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｌ＝±１，±２，±３…） 請求項５の偏光分離素子は、上記目的を達成するため
に、請求項１乃至６に加えて、表裏面の少なくとも一方
の面に、反射防止膜を具備した。

【００１３】このような請求項１乃至５における偏光分
離素子によれば、酸化チタン膜は、その特性として屈折
率の温度変化が小さいので、偏光分離素子の耐環境性を
高めるよう働く。また、その特性として結晶性が高いの
で、偏光分離素子の特性を均一化するよう働く。さらに
また、その特性として複屈折が大きいので、膜厚を薄く
するよう働く。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００１５】図１は本発明の一実施形態を示す偏光分離
素子の斜視図、図２は図１の偏光分離素子の縦断面図で
ある。

【００１６】図１、図２において、符号１は、例えばガ
ラス材よりなる等方性基板を示しており、このガラス基
板１表面には凹凸による周期的な格子が形成されてい
る。なお、本実施形態では基板をガラス材により形成し
ているが、等方性基板であればプラスチック等の他の材
質により形成しても構わない。そして、ガラス基板１表
面の凸部１ａ上には酸化チタン薄膜２が形成されてお
り、この酸化チタン薄膜２は主面Ｘ−Ｙ面内で配向がな
されている。

【００１７】ここで、ガラス基板１の凸部の厚さをｔ、
ガラス基板１の凹部１ｂの溝深さをｄ１、酸化チタン薄
膜（配向膜）２の厚さをｄ２、ガラス基板１の屈折率を
ｎｓ、酸化チタン薄膜２の常光に対する屈折率をｎｏ、
酸化チタン薄膜２の異常光に対する屈折率をｎｅ、ガラ
ス基板１の凹凸部及び酸化チタン薄膜２により形成され
る溝内の屈折率をｎｃ、光の波長をλとし、ｋ＝２π／
λとすると、酸化チタン薄膜２が形成された偏光分離素
子を通過する（図２におけるＡの領域を通過する）常光
の位相は、数３に示す値になる。

【００１８】

【数３】｛ｎｓ・ｔ＋ｎｏ・ｄ２｝ｋ 酸化チタン薄膜２が形成されていない偏光分離素子を通
過する（図２におけるＢの領域を通過する）常光の位相
は、数４に示す値になる。

【００１９】

【数４】｛ｎｓ（ｔ−ｄ１）＋ｎｃ（ｄ１＋ｄ２）｝ｋ 従って、常光の位相差ＯＰＤ（ｏ）は、（数１の値）−
（数２の値）により、数式５に示すようになる。

【００２０】

【数５】ＯＰＤ（ｏ）＝｛（ｎｓ−ｎｃ）ｄ１＋（ｎｏ
−ｎｃ）ｄ２｝ｋ 一方、Ａの領域を通過する異常光の位相は、数６に示す
値になる。

【００２１】

【数６】｛ｎｓ・ｔ＋ｎｅ・ｄ２｝ｋ Ｂの領域を通過する異常光の位相は、数７に示す値にな
る。

【００２２】

【数７】｛ｎｓ（ｔ−ｄ１）＋ｎｃ（ｄ１＋ｄ２）｝ｋ 従って、異常光の位相差ＯＰＤ（ｅ）は、（数６の値）
−（数７の値）により、数式８に示すようになる。

【００２３】

【数８】ＯＰＤ（ｅ）＝｛（ｎｓ−ｎｃ）ｄ１＋（ｎｅ
−ｎｃ）ｄ２｝ｋ 因みに、ガラス基板１の凹凸部及び酸化チタン薄膜２に
より形成される溝内には空気が充填されていると考え
て、ｎｃ＝１となる。

【００２４】ここで、異常光が回折しないようにするた
めには、上記数式５と数式８のうち数式８がπの偶数倍
となるようにすれば良い。すなわち、数式９のようにな
る。

【００２５】

【数９】 ＯＰＤ（ｅ）＝｛（ｎｓ−ｎｃ）ｄ１＋（ｎｅ−ｎｃ）ｄ２｝ｋ ＝２ｐπ、（ｐ＝０，±１，±２…） また、常光が回折しないようにするためには、上記数式
５と数式８のうち数式５がπの偶数倍となるようにすれ
ば良い。すなわち、数式１０のようになる。

【００２６】

【数１０】 ＯＰＤ（ｏ）＝｛（ｎｓ−ｎｃ）ｄ１＋（ｎｏ−ｎｃ）ｄ２｝ｋ ＝２ｐπ、（ｐ＝０，±１，±２…） ところで、これら２条件下では、ｄ１及びｄ２の設定に
よっては、常光・異常光のうち回折させる光の中にも、
回折しない光量が存在する場合がある。本発明の偏光分
離素子は、例えば光ディスク装置のピックアップの中に
用いることができるが、このような用途があっては、常
光・異常光のうち一方は全て回折させ、他方は全く回折
しないようにすることが望ましい。このような目的のた
めには、数式９に加えて、常光の位相差ＯＰＤ（ｏ）を
数式１１に示すようにすれば良い。

【００２７】

【数１１】 ＯＰＤ（ｏ）＝｛（ｎｓ−ｎｃ）ｄ１＋（ｎｏ−ｎｃ）ｄ２｝ｋ ＝（２ｑ＋１）π、（ｑ＝０，±１，±２…） 或いは、数式１０に加えて、異常光の位相差ＯＰＤ
（ｅ）を数式１２に示すようにすれば良い。

【００２８】

【数１２】 ＯＰＤ（ｅ）＝｛（ｎｓ−ｎｃ）ｄ１＋（ｎｅ−ｎｃ）ｄ２｝ｋ ＝（２ｑ＋１）π、（ｑ＝０，±１，±２…） この時、酸化チタン配向膜２の厚さｄ２を決めるために
は、（数式１１）−（数式９）及び（数式１０）−（数
式１２）より求められる数式１３が成り立つように、ｄ
２を決めれば良い。

【００２９】

【数１３】 ＯＰＤ（ｏ）−ＯＰＤ（ｅ）＝（ｎｏ−ｎｅ）ｄ２・ｋ ＝（２ｊ＋１）π、（ｊ＝０，±１，±２…） 因みに、ｄ２＝π（２ｊ＋１）／｛ｋ・｜ｎｏ−ｎｅ
｜｝となり、ｄ２は酸化チタン配向膜２のｎｏとｎｅの
差に依存していることが分かる。すなわち、ｄ２を小さ
くするには、（ｎｏ−ｎｅ）の絶対値が大きい方が良い
ことになる。

【００３０】ここで、酸化チタン配向膜の結晶がルチル
型結晶である場合は複屈折が約０．３となり、アナター
ゼ型結晶である場合は複屈折が約０．１となる。このた
め、ルチル型結晶の方が、ｄ２を小さくすることができ
る。

【００３１】また、数式９または数式１０を満足するよ
うに、酸化チタン配向膜２の膜厚ｄ２、ガラス基板１の
溝深さｄ１を設定すれば、上記偏光分離素子は回折格子
として機能し、常光または異常光の何れか一方のみを回
折させないようにすることができる。

【００３２】このように、本実施形態においては、表面
に凹凸状の周期格子が形成されたガラス基板１と、この
ガラス基板１の凸部１ａ上に形成され、該ガラス基板１
の主面の面内方向に配向された酸化チタン配向膜２と、
を具備し、凹部１ｂと凸部１ａの間の常光の位相差と異
常光の位相差のうち何れか一方がπの偶数倍、となるよ
うに、酸化チタン配向膜の厚みｄ２及び基板１の凹部深
さｄ１を設定するようにしたので、上述のように、偏光
分離素子として機能させることができるようになってい
る。ここで、酸化チタン配向膜２は、その特性として屈
折率の温度変化が小さいので、偏光分離素子の耐環境性
を高めることが可能となっている。また、その特性とし
て結晶性が高いので、偏光分離素子の特性を均一化する
ことが可能となっている。さらにまた、その特性として
複屈折が大きいので、膜厚を薄くできるようになってお
り、偏光分離素子をコンパクト化することが可能となっ
ている。

【００３３】次に、このように構成された偏光分離素子
の製造方法について説明する。

【００３４】ガラス基板１上に、ＥＣＲスパッタ法、イ
オンビームスパッタ法、レーザアブレーション法のいず
れかの方法で酸化チタンの薄膜を形成する。この場合、
ガラス基板１が５００℃以下の温度であっても、アナタ
ーゼ型結晶を形成することなくルチル型結晶を形成する
ことができる。このため、特に高温での加熱処理を不要
とし、高価な耐熱ガラスや石英を用いることなくルチル
型結晶の酸化チタンを得ることができる。

【００３５】一方、上述の方法とは別に、ガラス基板１
上に、スパッタ、ＣＶＤ、蒸着等の方法によって酸化チ
タンの薄膜を形成することができる。この場合、形成さ
れた酸化チタン膜の結晶形態は、アナターゼ型結晶とな
るか、または非晶質となる。そして、ガラス基板１に６
００〜１０００℃の加熱処理を行うことにより、酸化チ
タン膜の結晶形態をルチル型結晶とすることができる。

【００３６】いずれの方法であっても、ルチル型結晶で
は（１１０）面が明瞭であるので、膜面の配向性を定め
る処理は必要ない。なお、偏光分離素子を製造するため
には、ルチル型結晶とアナターゼ型結晶とは共に（１１
０）面が明瞭であるので、いずれの結晶形であっても構
わない。ルチル型結晶とした場合は、膜厚ｄ２を小さく
することができる。また、アナターゼ型結晶とした場合
は、製造を容易に行うことができる。

【００３７】次いで、酸化チタン膜上に凹凸格子を形成
するためのレジストを塗布し、露光、現像処理を行った
後に、ガラス基板１の凹部１ｂの溝深さが所定値ｄ１と
なるまでエッチング処理を行う。この一連のエッチング
処理は、半導体の製造プロセスに採用されている公知の
簡易な方法である。このような処理を施すと、図１、図
２に示されるような偏光分離素子が得られることにな
る。

【００３８】図３は、本発明の第２実施形態を示す偏光
分離素子の縦断面図である。

【００３９】この第２実施形態の偏光分離素子が第１実
施形態のそれと違う点は、ガラス基板１における所定深
さｄ１を有する凹部１ｂ上に、厚さｄ３の酸化チタン配
向膜１２を新たに形成した点である。因みに、本実施形
態及び後述の実施形態の偏光分離素子の製造方法は、上
記各方法を適宜採用できる。

【００４０】ここで、図３におけるＡの領域を通過する
常光の位相は、数１４に示す値になる。

【００４１】

【数１４】｛ｎｓ・ｔ＋ｎｏ・ｄ２｝ｋ 図３におけるＢの領域を通過する常光の位相は、数１５
に示す値になる。

【００４２】

【数１５】｛ｎｓ（ｔ−ｄ１）＋ｎｏ・ｄ３＋ｎｃ（ｄ
１＋ｄ２−ｄ３）｝ｋ 従って、常光の位相差ＯＰＤ（ｏ）は、（数１４）−
（数１５）より、数式１６で示すようになる。

【００４３】

【数１６】ＯＰＤ（ｏ）＝｛（ｄ２−ｄ３）ｎｏ＋ｎｓ
・ｄ１−ｎｃ（ｄ１＋ｄ２−ｄ３）｝ｋ 一方、Ａの領域を通過する異常光の位相は、数１７に示
す値になる。

【００４４】

【数１７】｛ｎｓ・ｔ＋ｎｅ・ｄ２｝ｋ Ｂの領域を通過する異常光の位相は、数１８に示す値に
なる。

【００４５】

【数１８】｛ｎｓ（ｔ−ｄ１）＋ｎｅ・ｄ３＋ｎｃ（ｄ
１＋ｄ２−ｄ３）｝ｋ 従って、異常光の位相差ＯＰＤ（ｅ）は、（数１７）−
（数１８）より、数式１９に示すようになる。

【００４６】

【数１９】ＯＰＤ（ｅ）＝｛（ｄ２−ｄ３）ｎｅ＋ｎｓ
・ｄ１−ｎｃ（ｄ１＋ｄ２−ｄ３）｝ｋ 因みに、ｎｃ＝１である。

【００４７】ここで、異常光が回折しないようにするた
めには、上記数式１６と数式１９のうち数式１９がπの
偶数倍となるようにすれば良く、数式２０に示すように
なる。

【００４８】

【数２０】 ＯＰＤ（ｅ） ＝｛（ｄ２−ｄ３）ｎｅ＋ｎｓ・ｄ１−ｎｃ（ｄ１＋ｄ２−ｄ３）｝ｋ ＝２ｐπ、（ｐ＝０，±１，±２…） また、常光が回折しないようにするためには、上記数式
１６と数式１９のうち数式１６がπの偶数倍となるよう
にすれば良く、数式２１に示すようになる。

【００４９】

【数２１】 ＯＰＤ（ｏ） ＝｛（ｄ２−ｄ３）ｎｏ＋ｎｓ・ｄ１−ｎｃ（ｄ１＋ｄ２−ｄ３）｝ｋ ＝２ｐπ、（ｐ＝０，±１，±２…） ところで、これら２条件下では、ｄ１及びｄ２並びにｄ
３の設定によっては、常光・異常光のうち回折させる光
の中にも、回折しない光量が存在する場合がある。本発
明の偏光分離素子は、例えば光ディスク装置のピックア
ップの中に用いることができるが、このような用途にあ
っては、常光・異常光のうち一方は全て回折させ、他方
は全く回折しないようにすることが望ましい。このよう
な目的のためには、数式２０に加えて、常光の位相差Ｏ
ＰＤ（ｏ）を数式２２に示すようにすれば良い。

【００５０】

【数２２】 ＯＰＤ（ｏ） ＝｛（ｄ２−ｄ３）ｎｏ＋ｎｓ・ｄ１−ｎｃ（ｄ１＋ｄ２−ｄ３）｝ｋ ＝（２ｑ＋１）π、（ｑ＝０，±１，±２…） 或いは、数２１に加えて、異常光の位相差ＯＰＤ（ｅ）
を数式２３に示すようにすれば良い。

【００５１】

【数２３】 ＯＰＤ（ｅ） ＝｛（ｄ２−ｄ３）ｎｅ＋ｎｓ・ｄ１−ｎｃ（ｄ１＋ｄ２−ｄ３）｝ｋ ＝（２ｑ＋１）π、（ｑ＝０，±１，±２…） この時、酸化チタン配向膜２，１２の厚さｄ２，ｄ３を
決めるためには、（数式２２）−（数式２０）及び（数
式２１）−（数式２３）より求められる数式２４が成り
立つように、ｄ２，ｄ３を決めれば良い。

【００５２】

【数２４】 ＯＰＤ（ｏ）−ＯＰＤ（ｅ）＝（ｎｏ−ｎｅ）・（ｄ２−ｄ３）ｋ ＝（２ｊ＋１）π、（ｊ＝０，±１，±２…） 数式２０または数式２１を満足するように、酸化チタン
配向膜２，１２の膜厚ｄ２，ｄ３、ガラス基板１の溝深
さｄ１を設定すれば、上記偏光分離素子は回折格子とし
て機能し、常光または異常光の何れか一方のみを回折さ
せないようにすることができる。なお、ｄ２＝ｄ３とす
ると、数式２４が０となってしまうので、この条件は除
外される。

【００５３】このように構成しても、第１実施形態と同
様な効果を得ることができるというのはいうまでもな
い。また、凹部、凸部それぞれの複屈折材料が異なって
いても良い。この場合もこれまでと同様に計算できる。

【００５４】図４は、本発明の第３実施形態を示す偏光
分離素子の縦断面図である。

【００５５】この第３実施形態の偏光分離素子が第１実
施形態のそれと違う点は、平坦なガラス基板１上に、凹
凸状の酸化チタン配向膜２，２２を形成した点である。

【００５６】この凹状の酸化チタン配向膜２２及び凸状
の酸化チタン配向膜２は、第１実施形態の第１の製造方
法における酸化チタン膜上に凹部を形成する際に、ガラ
ス基板１上に酸化チタン膜２２が所定厚ｄ３残るよう
に、エッチング処理を行い、凹部には等方性のｎｃの媒
質を充填し、得ることができる。

【００５７】この第３実施形態にあっても、上記第１、
第２実施形態と同様の要領で計算を行うと、数式２５、
数式２６の関係となる。

【００５８】

【数２５】 ＯＰＤ（ｏ）＝（ｄ２−ｄ３）・（ｎｏ−ｎｃ）・ｋ

【００５９】

【数２６】 ＯＰＤ（ｅ）＝（ｄ２−ｄ３）・（ｎｅ−ｎｃ）・ｋ因
みに、ｎｃ＝１である。

【００６０】従って、常光を回折させないためには、常
光の位相差ＯＰＤ（ｏ）を数式２７に示すようにすれば
良い。

【００６１】

【数２７】 ＯＰＤ（ｏ）＝（ｄ２−ｄ３）・（ｎｏ−ｎｃ）・ｋ ＝２ｑπ、（ｑ＝０，１，２…） また、異常光を回折させないためには、異常光の位相差
ＯＰＤ（ｅ）を数式２８に示すようにすれば良い。

【００６２】

【数２８】 ＯＰＤ（ｅ）＝（ｄ２−ｄ３）・（ｎｅ−ｎｃ）・ｋ ＝２ｑπ、（ｑ＝０，１，２…） 数式２７または数式２８を満足するように、酸化チタン
配向膜２の膜厚ｄ２、酸化チタン配向膜２２の膜厚ｄ３
及びｎｃを設定すれば、偏光分離素子として、常光また
は異常光の何れか一方のみを回折させないようにするこ
とができる。

【００６３】このように構成しても、先の第１、第２実
施形態と同様な効果を得ることができるというのはいう
までもない。なお、図４における偏光分離素子の酸化チ
タン配向膜２２の厚みｄ３を０にするように構成するこ
とも可能である。また、ｎｃは空気でなくとも等方性材
料であれば良い。

【００６４】図５は、本発明の第４実施形態を示す偏光
分離素子の縦断面図である。

【００６５】同図において、符号１１は光学的等方性基
板を示しており、この基板１１の表面には、上記酸化チ
タン配向膜３２が形成されている。この酸化チタン配向
膜３２には凹凸による周期的な格子が形成されており、
該酸化チタン配向膜３２の凹部の底面は基板１１の表面
に達するまで掘下げられている。この酸化チタン配向膜
３２の凹部、すなわち酸化チタン配向膜３２の凸部側面
と基板１１の表面により囲まれる領域には、上記酸化チ
タン配向膜３２の異常光に対する屈折率ｎｅに等しい屈
折率ｎｃの物質１３が充填されている。

【００６６】従って、異常光に対しては屈折率差がない
ために回折光を生じないが、常光に対しては屈折率差が
生じ、位相格子として作用し回折光を生じる。

【００６７】このように構成しても偏光分離素子として
機能し、かつ酸化チタン配向膜３２は、その特性として
屈折率の温度変化が小さいので、偏光分離素子の耐環境
性を高めることが可能となっている。また、その特性と
して結晶性が高いので、偏光分離素子の特性を均一化す
ることが可能となっている。さらにまた、その特性とし
て複屈折が大きいので、膜厚を薄くできるようになって
おり、偏光分離素子をコンパクト化することが可能とな
っている。

【００６８】図６は、本発明の第５実施形態を示す偏光
分離素子の縦断面図である。

【００６９】この第５実施形態の偏光分離素子が第４実
施形態のそれと違う点は、酸化チタン配向膜３２の凹部
の底面を基板１１の表面に達するまで掘り下げずに所定
厚残し、この残された部分３２ａの表面及び両隣の酸化
チタン配向膜３２の凸部側面により囲まれる領域に、上
記第４実施形態と同様な物質１３を充填した点である。

【００７０】このように構成しても、第４実施形態と同
様な作用・効果を奏するというのはいうまでもない。

【００７１】なお、第４、第５実施形態においては、酸
化チタン配向膜３２の凹部に、該酸化チタン配向膜３２
の異常光に対する屈折率ｎｅに等しい屈折率ｎｃの物質
１３を充填するようにしているが、常光に対する屈折率
ｎｏに等しい屈折率の物質を充填するようにしても良
い。この場合には、異常光に対しては屈折率差が生じ位
相格子として作用し回折光を生じるが、常光に対しては
屈折率差がないために回折光を生じない。

【００７２】因みに、図２に示されるように、表面に凹
凸状の周期格子が形成された光学的等方性基板１と、こ
の光学的等方性基板１の凸部上に形成された酸化チタン
配向膜２と、を具備し、光学的等方性基板１の凹凸部及
び酸化チタン配向膜２により形成される溝内に、酸化チ
タン配向膜の常光屈折率または異常光屈折率の何れか一
方に等しい屈折率の物質を充填するようにした偏光分離
素子にあっても、前述の数式１３並びに数式１１若しく
は数式１２を満足するように、酸化チタン配向膜２の厚
み及び基板１の凹部１ｂの深さを設定すれば、上記第
４、第５実施形態と同様に、常光または異常光の何れか
一方のみを回折させることができるというのはいうまで
もない。

【００７３】図７は、本発明は第６実施形態を示す偏光
分離素子の縦断面図である。

【００７４】同図において、符号１は、例えばガラス材
よりなる光学的等方性基板を示しており、このガラス基
板１の表面には、酸化チタン配向膜２が形成されてい
る。この酸化チタン配向膜２には凹凸による周期的な格
子が形成されており、該酸化チタン配向膜２の凹部の底
面はガラス基板１の表面に達するまで掘り下げられてい
る。酸化チタン配向膜２の凹部、すなわち酸化チタン配
向膜２の凸部側面とガラス基板１の表面により囲まれる
領域には、充填物質（但し、常光屈折率ｎｏまたは異常
光屈折率ｎｅにほぼ等しい屈折率を有する物質を除く）
４０が充填されており、該充填物質４０の屈折率（ｎ
ｃ）と、該酸化チタン配向膜２の常光屈折率（ｎｏ）、
異常光屈折率（ｎｅ）との間に、数式２９に示す関係が
成り立っている。

【００７５】

【数２９】 ｎｃ＝ｎｏ＋ｍ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｍ＝±１，±２，±３…） ＝ｎｅ＋ｌ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｌ＝±１，±２，±３…） ここで、ガラス基板１の厚さをｔ、酸化チタン配向膜２
の厚さをｄ２、ガラス基板１の屈折率をｎｓ、酸化チタ
ン配向膜２の常光に対する屈折率をｎｏ、酸化チタン配
向膜２の異常光に対する屈折率をｎｅ、充填物質４０の
屈折率をｎｃ、光の波長をλ、ｋ＝λ／２π、とする
と、Ａの領域を通過する常光の位相は数３０で表され、

【００７６】

【数３０】｛ｎｓ・ｔ＋ｎｏ・ｄ２｝・ｋ Ｂの領域を通過する常光の位相は数３１で表される。

【００７７】

【数３１】｛ｎｓ・ｔ＋ｎｃ・ｄ２｝・ｋ 従って、常光のＡ，Ｂの位相差ＯＰＤ（ｏ）は、（数３
０の値）−（数３１の値）より、数式３２に示すように
なる。

【００７８】

【数３２】ＯＰＤ（ｏ）＝（ｎｏ−ｎｃ）・ｄ２・ｋ 一方、Ａの領域を通過する異常光の位相は、数３３で表
され、

【００７９】

【数３３】｛ｎｓ・ｔ＋ｎｅ・ｄ２｝・ｋ Ｂの領域を通過する異常光の位相は、数３４で表され
る。

【００８０】

【数３４】｛ｎｓ・ｔ＋ｎｃ・ｄ２｝・ｋ 従って、異常光のＡ，Ｂの位相差ＯＰＤ（ｅ）は、（数
３３の値）−（数３４の値）より、数式３５に示すよう
になる。

【００８１】

【数３５】ＯＰＤ（ｅ）＝（ｎｅ−ｎｃ）・ｄ２・ｋ ここで、ｎｃは、数式３６と数式３７に示すような値と
なる。

【００８２】

【数３６】 ｎｃ＝ｎｏ＋ｍ（ｎｏ−ｎｅ）、（但しｍは整数）

【００８３】

【数３７】 ｎｃ＝ｎｅ＋ｌ（ｎｏ−ｎｅ）、（但しｌは整数） ところで、常光の位相差は、数式３８に示すようにな
る。

【００８４】

【数３８】 ＯＰＤ（ｏ）＝−ｍ（ｎｏ−ｎｅ）・ｄ２・ｋ 異常光の位相差は、数式３９に示すようになる。

【００８５】

【数３９】 ＯＰＤ（ｅ）＝−ｌ（ｎｏ−ｎｅ）・ｄ２・ｋ どちらかのみ回折させないためには、数式４０または数
式４１を満たすようにｄ２を決めれば良い。

【００８６】

【数４０】 ＯＰＤ（ｏ）＝−ｍ（ｎｏ−ｎｅ）・ｄ２・ｋ ＝２ｐπ、（ｐ＝±１，±２，±３…）

【００８７】

【数４１】 ＯＰＤ（ｅ）＝−ｌ（ｎｏ−ｎｅ）・ｄ２・ｋ ＝２ｐπ、（ｐ＝±１，±２，±３…） また、この実施形態にあっても、常光・異常光のうち一
方は回折させず、他方は全て回折させるようにすること
が望ましく、この場合には、さらにＯＰＤ（ｏ）とＯＰ
Ｄ（ｅ）との差がπの奇数倍であるという条件が加わ
り、数式４２に示すようになる。

【００８８】

【数４２】 ＯＰＤ（ｏ）−ＯＰＤ（ｅ）＝（ｌ−ｍ）（ｎｏ−ｎｅ）・ｄ２・ｋ ＝（２ｉ＋１）π、（ｉ＝０，±１，±２…） ここで、（数式３６）−（数式３７）よりｎｃの差をと
ると、数式４３に示すようになる。

【００８９】

【数４３】 ｎｏ−ｎｅ＋（ｍ−ｌ）（ｎｏ−ｎｅ）＝０ ここで、ｌ−ｍ＝１であるから、数式４４に示すように
ｄ２が定められる。

【００９０】

【数４４】 ｄ２＝π（２ｉ＋１）／［ｋ・｜ｎｏ−ｎｅ｜］ ＝（λ／２）（２ｉ＋１）／｜ｎｏ−ｎｅ｜ このように、第６実施形態においては、光学的等方性基
板としてのガラス基板１上に酸化チタン配向膜２を形成
すると共に、表面に凹凸状の周期格子を形成し、その凹
部に、充填物質（但し、常光屈折率ｎｏまたは異常光屈
折率ｎｅに略等しい屈折率を有する物質を除く）４０を
充填し、該充填物質４０の屈折率（ｎｃ）と、該酸化チ
タン配向膜２の常光屈折率（ｎｏ）、異常光屈折率（ｎ
ｅ）との間に、数式４５に示す関係が成り立つようにし
たので、

【００９１】

【数４５】 ｎｃ＝ｎｏ＋ｍ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｍ＝±１，±２，±３…） ＝ｎｅ＋ｌ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｌ＝±１，±２，±３…） 上述のように、偏光分離素子として機能させることがで
きるようになっており、かつ酸化チタン配向膜２は、そ
の特性として屈折率の温度変化が小さいので、偏光分離
素子の耐環境性を高めることが可能となっている。ま
た、その特性として結晶性が高いので、偏光分離素子の
特性を均一化することが可能となっている。さらにま
た、その特性として複屈折が大きいので、膜厚を薄くで
きるようになっており、偏光分離素子をコンパクト化す
ることが可能となっている。

【００９２】図８は、本発明の第７実施形態を示す偏光
分離素子の縦断面図である。

【００９３】この第７実施形態の偏光分離素子が第６実
施形態のそれと違う点は、酸化チタン配向膜２の凹部の
底面をガラス基板１の表面に達するまで掘下げずに所定
厚残し、この残された部分２２の表面及び両隣の酸化チ
タン配向膜２の凸部側面により囲まれる領域に、上記第
６実施形態と同様な充填物質４０を充填した点である。

【００９４】このように構成しても、第６実施形態と同
様にして計算を行うと、ＯＰＤ（ｏ）またはＯＰＤ
（ｅ）の何れか一方をπの偶数倍とすることができ、常
光または異常光の何れか一方は回折せず、他方は回折す
ることになり、第６実施形態と同様な作用・効果を奏す
ることになる。

【００９５】因みに、図２に示されるように、表面に凹
凸状の周期格子が形成された光学的等方性基板１と、こ
の光学的等方性基板１の凸部上に形成された酸化チタン
配向膜２と、を具備し、光学的等方性基板１の凹凸部及
び酸化チタン配向膜２により形成される溝内に、充填物
質（但し、常光屈折率ｎｏまたは異常光屈折率ｎｅに略
等しい屈折率を有する物質を除く）４０を充填し、該充
填物質４０の屈折率（ｎｃ）と、該酸化チタン配向膜２
の常光屈折率（ｎｏ）、異常光屈折率（ｎｅ）との間
に、数式４６に示す関係が成り立つようにした偏光分離
素子にあっても、

【００９６】

【数４６】 ｎｃ＝ｎｏ＋ｍ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｍ＝±１，±２，±３…） ＝ｎｅ＋ｌ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｌ＝±１，±２，±３…） 前述の数式１３並びに数式１１若しくは数式１２を満足
するように、酸化チタン配向膜２の厚み及び基板１の凹
部１ｂの深さを設定すれば、先の実施形態と同様な作用
・効果を奏する。

【００９７】以上本発明者によってなされた発明を実施
形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形
態に限定されるものではなく、例えば、上記各実施形態
で説明した偏光分離素子の表裏面の少なくとも一方の面
に反射防止膜を設け、回折効率の向上を図るようにして
も良い。

【００９８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の偏光分離素
子によれば、基板上に形成される酸化チタン膜は、その
特性として屈折率の温度変化が小さいので、偏光分離素
子の耐環境性を高めることが可能となる。また、酸化チ
タン膜は無機材料であるため、引っかき等の外力に対す
る耐久性や耐水性、耐薬品性に優れる。

【００９９】さらに、その特性として結晶性が高いの
で、偏光分離素子の特性を均一化することが可能とな
る。しかも、その特性として複屈折が大きいので、膜厚
を薄くでき、偏光分離素子をコンパクト化することが可
能になる。また、酸化チタン膜は光を吸収することがな
いので、透過率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示す偏光分離素子の斜
視図である。

【図２】図１の偏光分離素子の縦断面図である。

【図３】本発明の第２実施形態を示す偏光分離素子の縦
断面図である。

【図４】本発明の第３実施形態を示す偏光分離素子の縦
断面図である。

【図５】本発明の第４実施形態を示す偏光分離素子の縦
断面図である。

【図６】本発明の第５実施形態を示す偏光分離素子の縦
断面図である。

【図７】本発明の第６実施形態を示す偏光分離素子の縦
断面図である。

【図８】本発明の第７実施形態を示す偏光分離素子の縦
断面図である。

【符号の説明】

１，１１ 基板（光学的等方性基板） ２，１２，２２，３２，３２ａ 酸化チタン膜 １３，４０ 充填物質

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学的等方性基板上に酸化チタン配向膜
   からなる複屈折材料層を形成すると共に、表面に凹凸状
   の周期格子を形成し、該凹部に、複屈折材料の常光屈折
   率または異常光屈折率の何れか一方に等しい屈折率の物
   質を充填してなる偏光分離素子。
2. 【請求項２】 光学的等方性基板上に酸化チタン配向膜
   からなる複屈折材料層を形成すると共に、この複屈折材
   料層に凹凸状の周期格子を形成し、前記凹部と凸部の間
   の常光の位相差と異常光の位相差のうち何れか一方がπ
   の偶数倍、となるように、前記複屈折材料層の凹凸部の
   厚みを設定してなる偏光分離素子。
3. 【請求項３】 表面に凹凸状の周期格子が形成された光
   学的等方性基板と、この光学的等方性基板の前記凹凸部
   の少なくとも凸部上に形成された酸化チタン配向膜から
   なる複屈折材料層と、を具備し、前記凹部と凸部の間の
   常光の位相差と異常光の位相差のうち何れか一方がπの
   偶数倍、となるように、前記複屈折材料層の厚み及び前
   記基板の凹部深さを設定してなる偏光分離素子。
4. 【請求項４】 光学的等方性基板上に酸化チタン配向膜
   からなる複屈折材料層を形成すると共に、表面に凹凸状
   の周期格子を形成し、該凹部に、光学的等方性物質を充
   填してなる偏光分離素子であって、該光学的等方性物質
   の屈折率（ｎｃ）と、該複屈折材料の常光屈折率（ｎ
   ｏ）、異常光屈折率（ｎｅ）との間に、以下の数式１に
   示す関係があることを特徴とする偏光分離素子。 【数１】 ｎｃ＝ｎｏ＋ｍ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｍ＝±１，±２，±３…） ＝ｎｅ＋ｌ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｌ＝±１，±２，±３…）
5. 【請求項５】 請求項１から４までのいずれかに記載の
   偏光分離素子において、表裏面の少なくとも一方の面
   に、反射防止膜を具備した偏光分離素子。