WO2010032588A1 - 偏光ビームスプリッタ、光ピックアップおよび偏光ビームスプリッタの製造方法 - Google Patents

偏光ビームスプリッタ、光ピックアップおよび偏光ビームスプリッタの製造方法 Download PDF

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WO2010032588A1
WO2010032588A1 PCT/JP2009/064759 JP2009064759W WO2010032588A1 WO 2010032588 A1 WO2010032588 A1 WO 2010032588A1 JP 2009064759 W JP2009064759 W JP 2009064759W WO 2010032588 A1 WO2010032588 A1 WO 2010032588A1
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WO
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light
polarization
beam splitter
incident
polarization conversion
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Application number
PCT/JP2009/064759
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English (en)
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Inventor
仁一 粕谷
智一 田口
Original Assignee
コニカミノルタオプト株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G02B27/283—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1356—Double or multiple prisms, i.e. having two or more prisms in cooperation
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1365—Separate or integrated refractive elements, e.g. wave plates
    • G11B7/1367—Stepped phase plates

Definitions

  • the present invention relates to a polarizing beam splitter, an optical pickup, and a manufacturing method of the polarizing beam splitter, and more particularly to a polarizing beam splitter, an optical pickup, and a manufacturing method of the polarizing beam splitter that change the intensity distribution of a light beam from a light source and guide it to an objective lens.
  • an automatic power control that monitors the laser light emitted from the rear end face of the laser light source and controls the amount of emitted light according to the result.
  • APC automatic power control
  • the amount of laser light emitted from both the front side and the rear side of the laser light source is strictly different, so that accurate light amount control is difficult to perform by feedback.
  • the amount of light emitted from the laser light source cannot be used effectively.
  • Patent Document 1 laser light emitted from a semiconductor laser element is converted into parallel light by a coupling lens, transmitted through a separation surface of a beam splitter, converged by an objective lens, and condensed on an optical disk.
  • a light receiving element for monitoring is disposed on the semiconductor laser element side of the light shielding member provided in the optical path between the coupling lens and the beam splitter.
  • Patent Document 2 when s-polarized laser light emitted from a laser diode is incident on a half-wave plate, p-polarized laser light is emitted from the half-wave plate, and a polarization beam splitter (hereinafter referred to as a polarization beam splitter). , Called PBS). In PBS, about 90% of the incident light is reflected by the reflecting surface and travels toward the optical disc. On the other hand, about 10% of the incident light passes through the reflecting surface of the PBS and enters the front monitor, where the amount of light is detected. In this way, a method for realizing the above-described front monitor method by monitoring the amount of emitted light in front of the laser diode is disclosed.
  • Patent Document 1 since the central portion of the light beam emitted from the semiconductor laser element is shielded by the light shielding member and the light receiving element, it is possible to irradiate the optical disk with light with reduced light intensity near the optical axis. it can. As a result, the diameter of the light spot irradiated onto the optical disk can be reduced, and a so-called super-resolution effect corresponding to high-density recording can be obtained.
  • the amount of light incident on the light receiving element is constant unless the area of the light receiving surface of the light receiving element is changed. That is, unless the area of the light receiving surface is changed, the monitor light quantity at the light receiving element cannot be set to a desired value.
  • Patent Document 2 by appropriately setting the angle formed by the polarization direction (vibration direction) of the laser light emitted from the laser diode and the crystal optical axis of the half-wave plate, the reflection surface of the PBS is set.
  • the incident laser beam can be separated into two laser beams having a predetermined light intensity on the reflection surface. Therefore, the laser light incident on the reflecting surface can be transmitted with a predetermined transmittance without being affected by the wavelength dependence of the optical multilayer film constituting the reflecting surface, and can be used as monitor light in the front monitor system. it can.
  • Patent Document 2 it is not possible to adjust the intensity of light applied to the optical disc via the PBS so as to drop only near the optical axis. As a result, the above-described super-resolution effect cannot be obtained, and further, the super-resolution effect cannot be set to a desired value.
  • Patent Document 3 the polarization of incident light on both sides of a phase plate 160a having an optical axis inclined with respect to the polarization direction of incident light between a semiconductor laser element (not shown) and PBS 170.
  • a composite phase plate 160 provided with a phase plate 160b having an optical axis parallel to the direction is provided, and the light beam LA at the center of the laser beam is elliptically polarized by the phase plate 160a having the tilted optical axis, so that the center of the laser beam is centered.
  • a part of the light beam LA is transmitted through the polarization reflection surface of the PBS 170.
  • the light transmitted through the polarization reflection surface of the PBS 170 can be used as monitor light in the front monitor system, and the light intensity near the optical axis is reduced by transmitting a part of the light beam LA at the center of the laser light.
  • the phase plate 160 sandwiches the plate-like phase plate 160a between the two plate-like phase plates 160b so that the optical axes of the phase plates 160a and 160b are in a predetermined direction. This can be obtained by slicing to a predetermined thickness.
  • the amount of light transmitted through the polarization reflecting surface of the PBS 170, that is, the front, is adjusted by adjusting the tilt angle of the optical axis of the phase plate 160a having the optical axis tilted with respect to the polarization direction of the incident light.
  • the amount of monitor light in the monitor method can be set to a desired value, and the super-resolution effect can also be set to a desired value.
  • the phase plate used in the method of Patent Document 3 is a wave plate that uses anisotropy to produce a phase difference, but such a wave plate is generally very thin and difficult to handle such as processing and bonding. There is difficulty in productivity.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, can correct a light intensity distribution in an arbitrary direction, realizes a front monitor method and a super-resolution effect, and also provides an amount of monitor light in the front monitor method. It is another object of the present invention to provide a polarizing beam splitter, an optical pickup, and a manufacturing method of the polarizing beam splitter that can achieve a desired value for the super-resolution effect, can be easily handled such as processing and adhesion, and have high productivity.
  • the object of the present invention can be achieved by the following configuration.
  • Polarized light separating means formed on the joint surface of the two prisms;
  • a polarization beam splitter provided with a light introduction surface facing the polarization separation means for making incident light from a light source enter the polarization separation means,
  • a polarization conversion unit including a one-dimensional uneven arrangement having a period equal to or less than the wavelength of the incident light is formed,
  • the periodic direction in the TM direction of the concave-convex arrangement of the polarization converter is formed by the incident light and the reflected light of the incident light at the polarization separating means when the incident light is perpendicularly incident on the light introduction surface.
  • a polarizing beam splitter wherein the polarization beam splitter is formed so as to be inclined by a predetermined in-plane azimuth angle with respect to an intersection line between an incident surface and the light introduction surface.
  • the polarization conversion unit includes a first region including the center of the light introduction surface and a second region surrounding the first region, and the one-dimensional uneven arrangement in the first region.
  • the one-dimensional concavo-convex arrangement in the first region and the one-dimensional concavo-convex arrangement in the second region are a step between the light introduction surface and the concave portion, and the light introduction surface and the convex portion. 5.
  • the polarizing beam splitter according to the above item 4 which has d / p).
  • the polarizing beam splitter according to item.
  • the one-dimensional uneven arrangement is transferred to a predetermined region including the center of one surface of the first transparent medium flat plate and not including the peripheral edge portion using a mold to form the polarization conversion unit, Any one of 1 to 8 above, wherein the first transparent medium flat plate is affixed to the light introduction surface with a surface opposite to the surface on which the polarization conversion portion is formed facing the light introduction surface.
  • the polarizing beam splitter according to any one of 1 to 10, A light source that makes light incident on the surface on which the polarization conversion unit of the polarization beam splitter is formed; An optical system for projecting light from the light source reflected by the polarization separation unit or transmitted through the polarization separation unit onto an optical disc, and receiving reflected light from the optical disc of the projected light; A light receiving unit that receives the reflected light from the optical disc that is received by the optical system and transmitted through the polarizing beam splitter or reflected by the polarizing beam splitter; An optical pickup comprising: a light amount monitor unit that receives light from the light source that has been transmitted through the polarized light separating unit or reflected by the polarized light separating unit.
  • the polarization conversion unit is configured such that 5% or more and 20% or less of the amount of incident light of linearly polarized light incident on the surface on which the polarization conversion unit is formed from the light source is emitted as linearly polarized light perpendicular to the linearly polarized light.
  • the area of the polarization conversion unit is an area of 1 ⁇ 4 or more and ⁇ or less of a beam area of incident light incident on a surface on which the polarization conversion unit is formed from the light source.
  • a predetermined region including the surface center of the light introduction surface on which incident light from the light source of the first prism made of a transparent medium enters and not including the peripheral portion has a period equal to or less than the wavelength of the incident light.
  • a polarization conversion section forming step of forming a polarization conversion section by transferring a one-dimensional uneven arrangement;
  • a polarization separation means forming step of forming polarization separation means on a surface of the second prism made of a transparent medium to be joined to the first prism;
  • a plurality of the second transparent medium flat plates having the polarization separation means formed on one surface thereof are laminated such that the surface on which the polarization separation means is formed and the surface on which the polarization separation means is not formed are opposed to each other.
  • a laminated body is laminated and bonded to one of the polished cut surfaces of the laminated divided body so that the surface of the first transparent medium plate opposite to the surface on which the polarization conversion section is formed is laminated, A conjugate forming step to be formed;
  • a light intensity in an arbitrary direction is provided by including a polarization conversion unit having a concave and convex array having a period equal to or less than the wavelength of incident light at a predetermined position including the surface center of the light introduction surface of the polarization beam splitter.
  • the distribution can be corrected, and the front monitor method and super-resolution effect can be realized, and the amount of monitor light and super-resolution effect in the front monitor method can be set to desired values, making it easy to handle processing, bonding, etc. Therefore, it is possible to provide a polarizing beam splitter, an optical pickup, and a manufacturing method of the polarizing beam splitter with high productivity.
  • FIG. 1 is a schematic diagram for explaining an example of an optical pickup.
  • FIG. 1 (a) is a schematic diagram showing an example of an optical pickup having a light source with one wavelength
  • FIG. 1 (b) has a light source with three wavelengths. It is a schematic diagram which shows an example of an optical pick-up.
  • the optical pickup 1 includes a polarizing beam splitter (PBS) 10, a light source 20, an optical system 30, a light receiving unit 40, a light amount monitoring unit 50, and the like.
  • PBS polarizing beam splitter
  • the PBS 10 is formed by joining two right-angle prisms 11 and 13 with their slopes facing each right-angle ridge facing each other.
  • a polarization conversion unit 15 is provided at a predetermined position including the surface center of the light introduction surface 11a facing the light source 20 of the right-angle prism 11, in which an uneven arrangement having a period equal to or shorter than the wavelength of incident light is formed.
  • Polarization separation means 17 is formed on one of the inclined surfaces of the two right-angle prisms 11 and 13, and reflects or transmits incident light according to the polarization state of incident light. Details of the polarization converter 15 and the polarization separation means 17 will be described later.
  • the light source 20 is, for example, a blue laser element, and emits light having a wavelength of 405 nm as a laser beam 21.
  • the optical system 30 includes a quarter wavelength plate 31, an objective lens 33, and the like.
  • the quarter wavelength plate 31 converts linearly polarized light from the PBS 10 into circularly polarized light and converts reflected light (circularly polarized light) from the optical disk 90 into linearly polarized light.
  • the objective lens 33 condenses the circularly polarized light from the quarter wavelength plate 31 on the optical disc 90 and guides the reflected light (circularly polarized light) from the optical disc 90 to the PBS 10 through the quarter wavelength plate 31. .
  • the light receiving unit 40 receives the reflected light from the optical disk 90 via the PBS 10 and reads information on the optical disk 90.
  • the light amount monitor unit 50 is the above-described front monitor that receives the light transmitted through the polarization separation unit 17 of the PBS 10, and is used for light amount control of the light source 20.
  • a laser beam 21 (for example, s-polarized light) emitted from the light source 20 is incident on the light introduction surface 11a of the right-angle prism 11, and the light beam incident on the polarization conversion unit 15 at the center of the light beam is converted into the polarization conversion unit 15.
  • the polarization state is converted (s-polarized light is converted to elliptically polarized light).
  • the light beam that has not entered the polarization converter 15 of the laser beam 21 remains in the original polarization state (s-polarized light).
  • the laser beam 21 incident on the inside of the PBS 10 is light in which s-polarized light and p-polarized light are mixed.
  • the laser beam 21 in which the s-polarized light and the p-polarized light are mixed is separated by the polarization separation means 17 of the PBS 10, and the incident light 23 (p-polarized light) entering the light quantity monitor unit 50 is transmitted through the polarization separation means 17 to monitor the light quantity.
  • the light enters the unit 50 and is used for light amount control of the light source 20 as described above.
  • the incident light 25 (s-polarized light) on the optical disk 90 is reflected by the polarization separating means 17 and enters the optical system 30.
  • the incident light 25 (s-polarized light) incident on the optical disk 90 that has entered the optical system 30 is converted into circularly polarized light by the quarter-wave plate 31, and is condensed on the optical disk 90 by the objective lens 33.
  • Reflected light 27 (circularly polarized light) from the optical disk 90 including information on the optical disk 90 is guided to the quarter-wave plate 31 by the objective lens 33 and converted into linearly polarized light (p-polarized light) by the quarter-wave plate 31. And guided to the PBS 10.
  • the reflected light 27 (p-polarized light) from the optical disk 90 that has entered the PBS 10 passes through the polarization separation means 17 and enters the light receiving unit 40, and information on the optical disk 90 is read by the light receiving unit 40.
  • the optical pickup 1 includes a second light source 60, a dichroic prism 70, and the like in addition to FIG. 1 (a).
  • the second light source 60 is arranged so that the optical axis is orthogonal to the light source 20 as shown in the figure, and emits light of two wavelengths of, for example, a wavelength of 660 nm (for DVD) and 785 nm (for CD) as a laser beam 61.
  • the dichroic prism 70 is disposed between the light source 20 and the second light source 60 and the PBS 10, transmits the laser beam 21 from the light source 20, and transmits the two-wavelength laser beam 61 from the light source 60. Reflect and lead to PBS10.
  • Other configurations and operations are the same as those in FIG.
  • the light source 20, the second light source 60, and the dichroic prism 70 may be combined to be considered as a light source in the present invention.
  • the configuration of the optical pickup 1 includes the optical system 30, the optical disc 90, and the light amount monitor unit 50 in FIGS. 1A and 1B. The arrangement may be changed.
  • the operation in this case is that the light beam incident on the polarization conversion unit 15 at the center of the light beam of the laser beam 21 (p-polarized light) is converted into elliptically polarized light by the polarization conversion unit 15, and the s-polarized component of the elliptically polarized light is polarized light separating means. 17 is incident on the light amount monitor unit 50 as incident light 23 (s-polarized light) to the light amount monitor unit 50 and used for light amount control of the light source 20.
  • the p-polarized component of elliptically polarized light and the light beam around the laser beam 21 (p-polarized light) that has not entered the polarization converter 15 are transmitted through the polarization separating means 17 and incident light 25 (p-polarized light) on the optical disk 90. ) Enters the optical system 30.
  • the incident light 25 (p-polarized light) incident on the optical disk 90 that has entered the optical system 30 is converted into circularly polarized light by the quarter-wave plate 31, and is condensed on the optical disk 90 by the objective lens 33.
  • Reflected light 27 (circularly polarized light) from the optical disk 90 including information on the optical disk 90 is guided to the quarter-wave plate 31 by the objective lens 33 and converted into linearly polarized light (s-polarized light) by the quarter-wave plate 31. And guided to the PBS 10.
  • the reflected light 27 (s-polarized light) from the optical disk 90 that has entered the PBS 10 is reflected by the polarization separating means 17 and enters the light receiving unit 40, and information on the optical disk 90 is read by the light receiving unit 40.
  • the operation of the optical pickup 1 when the laser beam 21 emitted from the light source 20 is p-polarized has been described above.
  • FIGS. 2 and 3 are schematic views for explaining the configuration of the first embodiment of the PBS 10, and FIG. 2A is a central sectional view of the PBS 10, which is the same as the PBS 10 in FIG.
  • FIG. 2B is a schematic view of the light introduction surface 11a of the right-angle prism 11 viewed from the arrow A side in FIG.
  • FIG. 3A is an enlarged cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 2B, showing the first embodiment of the polarization converter 15, and FIG. 3B is the direction of arrow E in FIG.
  • the PBS 10 is formed by joining two right-angle prisms 11 and 13 with the slopes 11b and 13b facing the right-angle ridges facing each other. .
  • the size of the PBS 10 is appropriately determined according to the purpose of use, but the length of each side is 1 mm to several tens mm.
  • the two right-angle prisms 11 and 13 are formed of a transparent medium such as glass.
  • a transparent medium such as glass.
  • optical resins such as PC (polycarbonate) and PMMA (polymethyl methacrylate) can be used in addition to glass.
  • a polarization conversion unit 15 having an uneven arrangement having a period equal to or less than the wavelength of incident light is formed.
  • the polarization conversion unit 15 will be described in detail with reference to FIGS. 2B and 3A.
  • the z-axis is set in the direction perpendicular to the light introduction surface 11a in the plane of FIG. 2A, that is, the incident direction of the laser beam 21, and the direction parallel to the light introduction surface 11a, that is, the polarization separation means 17.
  • the x axis is taken in the direction opposite to the outgoing direction of the incident light 25 to the reflected optical disk 90.
  • a surface including incident light (laser beam 21) and reflected light (incident light 25 on the optical disc 90) is an incident surface.
  • Polarized light separating means 17 is formed on the joint surface of one of the two right-angle prisms 11 and 13.
  • the polarization separation means 17 may be one using a normal optical multilayer film or a wire grid type polarizer.
  • the wire grid type polarizer can be formed by, for example, a nanoimprint method using a mold similar to a polarization conversion unit described later. This method is described in detail, for example, in Japanese Patent Application No. 2008-86395 filed separately by the applicant of the present application.
  • the laser beam 21 from the light source 20 is incident on the light introduction surface 11a of the right-angle prism 11.
  • the shape of the light beam of the laser beam 21 is generally elliptical, and the light quantity distribution of the laser beam 21 is considered to be an axisymmetric Gaussian distribution with respect to the central axis of the laser beam 21.
  • the laser beam 21 is incident so that the central axis thereof coincides with the surface center of the light introduction surface 11a.
  • the area of the laser beam 21 is S21 and the longitudinal direction is incident to the full width of the light introduction surface 11a, that is, all the laser beams 21 from the light source 20 are incident on the light introduction surface 11a.
  • the x direction is the direction of the intersection of the incident surface (the surface including the laser beam 21 and the incident light 25 to the optical disk 90) and the light introduction surface 11a.
  • the axis is the y axis in the direction perpendicular to the entrance plane.
  • the traveling direction of the laser beam 21 (the direction from the front to the back of the drawing) is the z axis
  • the polarization direction of the s-polarized light of the laser beam 21 is parallel to the y-axis direction
  • the polarization direction of the p-polarized light is the x-axis. Parallel to the direction.
  • the polarization converter 15 is formed in a predetermined area including the surface center of the light introduction surface 11a of the right-angle prism 11 with an area S15 smaller than the area S21 of the laser beam 21.
  • the polarization conversion unit 15 includes a one-dimensional concavo-convex array having a period equal to or less than the wavelength of incident light, and the periodic direction (TM direction) of the array is relative to the x axis when viewed from the positive side of the z axis.
  • the angle ⁇ is formed counterclockwise (hereinafter referred to as an in-plane azimuth angle ⁇ ).
  • the polarization converter 15 is preferably a circle, an ellipse, or an n-gon (n ⁇ 4) symmetrical to the x-axis and y-axis. By doing so, the shape of the incident light 25 on the optical disk 90 becomes symmetric and does not affect signal detection or the like.
  • the first embodiment of the polarization converter 15 is a one-dimensional concavo-convex array having a period equal to or shorter than the wavelength of incident light (for example, 405 nm of blue laser), and has a width
  • the convex portion 15a of d and the concave portion 15b having a level difference by h with respect to the convex portion 15a are arranged one-dimensionally in a comb-tooth shape with a period p.
  • the convex portion 15a is convex by a predetermined step g with respect to the light introduction surface 11a around the polarization conversion portion 15, and the concave portion 15b is concave by a predetermined step (hg) with respect to the light introduction surface 11a. is there.
  • the polarization converter 15 and its surroundings are appropriately set by setting the step g between the light introduction surface 11a and the convex portion 15a or the step (hg) between the light introduction surface 11a and the concave portion 15b.
  • the phase of the wavefront of the incident light with the light introduction surface 11a can be matched, and wavefront aberration can be suppressed.
  • the uneven arrangement of the polarization converter 15 is formed by transferring the uneven structure of the mold by the nanoimprint method using the mold described later in FIG.
  • the polarization conversion unit 15 may be directly formed on the light introducing surface 11a of the right-angle prism 11, or the polarization conversion unit 15 is formed on a transparent medium plate different from the PBS 10 to transmit the transparent medium plate to the light. You may affix on the introduction surface 11a.
  • the polarization conversion unit 15 is formed directly on the light introduction surface 11 a of the right-angle prism 11.
  • the period p of the unevenness of the polarization converter 15 is 50 nm ⁇ p ⁇ incident light wavelength ⁇ Is preferred, 100 nm ⁇ p ⁇ wavelength of incident light ⁇ / 2 Is more preferable.
  • the step h between the convex portion 15a and the concave portion 15b of the polarization converting portion 15 is h ⁇ 2 times the period p is preferable.
  • the in-plane azimuth angle ⁇ will be described later in detail in (Equation 8).
  • the phase difference ⁇ In order to increase the amount of p-polarized light converted from s-polarized light to p-polarized light by the polarization conversion unit 15, 30 ° ⁇ ⁇ 60 ° Is preferred, 40 ° ⁇ ⁇ 50 ° Is more preferable. Outside this range, in order to increase the amount of p-polarized light, the phase difference ⁇ must be increased. For this purpose, the step h increases and the moldability deteriorates.
  • the amount by which the polarization state of the laser beam 21 is converted from s-polarized light to p-polarized light by the polarization converter 15 is preferably 5% or more and 20% or less of the light amount of the laser beam 21. If the amount is less than 5%, the amount of light incident on the light amount monitor unit 50 is insufficient and the light amount control of the light source 20 is hindered. This is because there is a shortage.
  • the refractive index of the polarization converter 15 differs in a direction parallel to the one-dimensional uneven arrangement (referred to as the TE direction) and a direction perpendicular to the TE direction (referred to as the TM direction). Is sufficiently smaller than the wavelength of light,
  • n gl refractive index
  • n TE1 of the transparent medium that forms a polarization conversion section 15 polarized refractive index parallel TE direction one-dimensional irregularities array of optical conversion section 15
  • n TM1 the one-dimensional irregularity array of polarization conversion section 15 The refractive index in the vertical TM direction.
  • the refractive index of the polarization conversion unit 15 uses the above-described n TE1 and n TM1 .
  • n TE Refractive index in the TE direction parallel to the one-dimensional uneven arrangement of the polarization converter 15 when the period p is about the wavelength of light
  • n TM Primary of the polarization converter 15 when the period p is about the wavelength of light It is the refractive index in the TM direction perpendicular to the original uneven arrangement.
  • the polarization conversion unit 15 is formed.
  • ⁇ phase difference m 1 ; an integer.
  • the convex portion 15a of the polarization converting portion 15 is convex from the light introduction surface 11a by a step g.
  • FIG. Figure 4 is a schematic diagram for explaining effective refractive index n e.
  • the periodic direction (TM direction) of the concave-convex arrangement is inclined by the in-plane azimuth angle ⁇ with respect to the x-axis. That is, as shown in FIG. 4A, the refractive index of the polarization conversion unit 15 includes a refractive index n TM in the TM direction inclined by ⁇ with respect to the x axis and a refractive index n in the TE direction orthogonal to the TM direction. It is represented by a refractive index ellipsoid RE having a major axis and a minor axis that are twice each of TE .
  • the polarization direction of the s-polarized light is the y-axis direction, and thus the refractive index acting on the s-polarized light is indicated by the contact point between the y-axis and the refractive index ellipsoid RE. Refractive index. This is an effective refractive index n e. If the incident light is p-polarized light, the refractive index indicated by the contact between the refractive index ellipsoid RE and x-axis is the effective refractive index n e.
  • phase p 15 when advanced by a step h between the recess 15b, using an effective refractive index n e described above,
  • phase p 11a when the light D incident on the light introduction surface 11a without the polarization conversion unit 15 travels to the bottom of the recess 15b as in the light C described above is:
  • phase shift (p 11a -p 15 ) between the light C and the light D is 20/1000 times or less of the light wavelength ⁇ , the laser beam image on the optical disk 90 is blurred due to wavefront aberration, It is said that it will not interfere with data reading. Therefore, the phase shift (p 11a -p 15 ) between the light C and the light D is
  • step g If the step g is selected so as to satisfy, the wavefront aberration can be ignored.
  • the polarization direction of the s-polarized light is the y-axis direction.
  • the s-polarized light is converted to p-polarized light by the action of the polarization conversion unit 15.
  • n e 1.37 Therefore, by substituting a numerical value for the condition of (Expression 7) and obtaining the condition of the step g between the convex portion 15a and the light introduction surface 11a, 181 nm ⁇ g ⁇ 187 nm Is a condition. That is, by setting the step g between the convex portion 15a and the light introduction surface 11a so as to satisfy the above-described conditions, the maximum 26% of the incident light amount is reduced in the light amount monitor unit 50 while reducing the wavefront aberration to a negligible level. It becomes possible to guide.
  • the step h between the convex portion 15a and the concave portion 15b can be made as small as the wavelength of the light. Can be easily manufactured, and the transferability of the uneven arrangement can be improved.
  • the higher the refractive index of the transparent medium the larger the phase difference ⁇ obtained even if the step h is small.
  • the level difference h required to obtain the predetermined phase difference ⁇ can be made smaller, so that the transferability of the uneven structure of the mold is further improved.
  • BK7 is often used for the glass material of PBS10.
  • a light conversion surface 11a of the right-angle prism 11 of BK7 is affixed with a surface of the SK10 or S-LAH66 having a polarization conversion portion 15 formed thereon. That's fine.
  • a matching coat antireflection coating
  • the matching coat will be described in detail in the second embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a change in the amount of light of the laser beam 21 by the polarization converter 15.
  • the horizontal axis indicates the position of the laser beam 21 on the x-axis or y-axis shown in FIG. The light quantity of the beam 21 is shown.
  • the light quantity distribution of the laser beam 21 is considered to be a Gaussian distribution that is axisymmetric with respect to the central axis of the laser beam 21 as indicated by a broken line 21D.
  • the polarization state of the light near the central axis of the laser beam 21 incident on the polarization conversion unit 15 is converted from s-polarized light to elliptically polarized light.
  • the p-polarized light component 23 of elliptically polarized light is transmitted through the polarization separating means 17 and is incident on the light amount monitor unit 50.
  • the amount of light is 23D indicated by hatching in FIG.
  • the laser light (s-polarized light) 25 reflected by the polarization separating means 17 and incident on the optical disk 90 has a light quantity distribution shown as 25D in FIG. 5, and the light quantity near the central axis of the laser beam 21 is attenuated.
  • the light amount distribution is almost flat, a super-resolution effect can be realized.
  • the area S15 of the polarization converter 15 shown in FIG. 2B is 1/3 to 1/4 of the beam area S21 of the laser beam 21. If it exceeds 3, the falling edge of the light amount near the central axis of the laser beam 21 is too close to the end of the area of the laser beam 21 and a sufficient super-resolution effect cannot be obtained, and is less than 1 ⁇ 4. This is because the amount of drop in the amount of light in the vicinity of the central axis of the laser beam 21 is insufficient and a sufficient super-resolution effect cannot be obtained.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a method of manufacturing the polarization conversion unit 15.
  • a description will be given of a method in which the polarization conversion unit 15 is directly formed on the light introduction surface 11a of the right-angle prism 11 constituting the PBS 10 by a nanoimprint method using a mold, but on a transparent medium plate different from the PBS 10 The same applies to the case where the polarization converter 15 is formed.
  • the same method is used for the polarization conversion unit 15 even in the first embodiment of the polarization conversion unit 15 described above or in the second embodiment of the polarization conversion unit 15 described later. Can do.
  • EBL Electron Beam Lithography
  • a mold 101 having a comb-like concavo-convex pattern region 105 having a level difference g with respect to the flat portion 101a is fabricated (mold fabrication process).
  • a mold release material 110 is applied to the surface of the manufactured mold 101.
  • the mold 101 coated with the release material 110 is pressed against the light introduction surface 11a of the right-angle prism 11 with pressure P, so that comb teeth are formed on the light introduction surface 11a.
  • the shape of the concavo-convex pattern region 105 is transferred (transfer process). At this time, the mold 101 and the right-angle prism 11 are heated as necessary.
  • the mold 101 is released so that the width d of the convex portion 15a, the period p of the concave / convex arrangement, the step h between the convex portion 15a and the concave portion 15b, and the convex portion 15a
  • a polarization conversion unit 15 having a comb-like uneven arrangement with a step difference g from the surrounding light introduction surface 11a is formed.
  • the step h between the convex portion 15a and the concave portion 15b is caused by projecting the convex portion 15a from the light introduction surface 11a by the step g.
  • the amount of light near the center axis of the laser beam 21 can be attenuated, and a super-resolution effect can be realized.
  • FIG. 7A and 7B are schematic diagrams for explaining the manufacturing method of the first embodiment of the PBS 10.
  • FIG. 7A is a process diagram of the manufacturing method
  • FIGS. 7B to 7D show each process. It is a schematic diagram.
  • step S11 polarization conversion unit forming step
  • the polarization conversion unit 15 is formed on the light introduction surface 11a of the right-angle prism 11 by the method described in FIG. This state is shown in FIG.
  • step S13 polarization separation film forming step
  • the polarization separation means 17 is formed on the inclined surface 13b facing the right-angled ridge of the right-angle prism 13. This state is shown in FIG.
  • the polarization separation means 17 may be one using a normal optical multilayer film or a wire grid type polarizer.
  • step S15 joint step
  • the slopes 11b and 13b facing the right-angle ridges of the right-angle prisms 11 and 13 are opposed to each other and joined. This state is shown in FIG.
  • the polarization converter 15 is formed on the light introduction surface 11a, and the PBS 10 in which the polarization separating means 17 is formed on the joint surface between the two right-angle prisms 11 and 13 is completed.
  • the uneven array having the period p equal to or less than the wavelength of the incident light is formed at a predetermined position including the surface center of the light introduction surface of the PBS 10.
  • a polarization conversion unit 15 is provided.
  • the light intensity distribution in an arbitrary direction can be corrected, and a front monitor method and a super-resolution effect can be realized.
  • the amount of monitor light in the front monitor system and the super-resolution effect can be set to desired values, and the polarization beam splitter, the optical pickup, and the method for manufacturing the polarization beam splitter that can be easily handled such as processing and bonding and have high productivity Can be provided.
  • FIG. 8A and 8B are schematic diagrams for explaining the configuration of the PBS 10 according to the second embodiment.
  • FIG. 8A is a central cross-sectional view of the PBS 10
  • FIG. 8B is a polarization conversion unit of FIG. It is a cross-sectional enlarged view of 15 2nd Embodiment.
  • the PBS 10 of the second embodiment is different from the PBS 10 of the first embodiment of FIG. 2A in that the polarization conversion unit 15 is placed on the light introduction surface 11a of the right-angle prism 11. It is not formed directly, but is formed on the light introduction surface 12a of the first transparent medium flat plate 12, and the back surface 12b of the first transparent medium flat plate 12 is attached to the light introduction surface 11a of the right-angle prism 11. It is. Others are the same as the PBS 10 of the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
  • the first transparent medium flat plate 12 can be made of glass or optical resin such as PC (polycarbonate) or PMMA (polymethyl methacrylate).
  • the polarization converter 15 formed on the light introduction surface 12a of the first transparent medium flat plate 12 has a laser beam 21 at a predetermined position including the surface center of the light introduction surface 12a, as shown in FIG.
  • the area S15 is smaller than the area S21, and is inclined with respect to the x-axis by the in-plane azimuth angle ⁇ .
  • FIG. 8B shows a cross section of the polarization converter 15 similar to that shown in FIG.
  • the polarization conversion unit 15 in the second embodiment of the polarization conversion unit 15, includes a first region 151 including the surface center of the light introduction surface 12a and a second region surrounding the first region 151. And an area 153.
  • Each of the first region 151 and the second region 153 includes a one-dimensional concavo-convex array having a period equal to or shorter than the wavelength of incident light (for example, 405 nm of blue laser).
  • the in-plane azimuth angle ⁇ of the first region 151 and the second region 153 is the same.
  • the first region 151 includes a first protrusion 15a having a width d, the one-dimensional in a comb shape and a first recess 15b having a step by h 1 with respect to the first convex portion 15a with a period p It is arranged.
  • the first convex portion 15a is a predetermined step g 1 only convex with respect to ambient light inlet surface 12a of the polarization conversion section 15, a first recess 15b has predetermined step with respect to the light introducing surface 12a ( It is concave by h 1 -g 1 ).
  • Second convex portion 15c is a predetermined step g 2 by projecting against ambient light inlet surface 12a of the polarization conversion section 15, the second recess 15d, the predetermined step with respect to the light introducing surface 12a ( h 2 -g 2 ) is concave.
  • the first region 151 can convert the linearly polarized light of the incident light into elliptically polarized light including more polarization components perpendicular thereto than the second region 153.
  • the outer peripheral shape of the first region and the second region of the polarization converter 15 is preferably a circle, an ellipse, or an n-gon (n ⁇ 4) symmetrical to the x-axis and the y-axis. By doing so, the shape of the incident light 25 on the optical disk 90 becomes symmetric and does not affect signal detection or the like.
  • the light introducing surface 12a and the stepped g 1 and the light inlet surface 12a of the first convex portion 15a and the second protrusion 15c By appropriately setting the step (h 1 -g 1 ) with respect to the first recess 15b and the step (h 2 -g 2 ) between the light introduction surface 12a and the second recess 15d, the polarization converter 15 and its The phase of the wavefront of the incident light with the peripheral light introduction surface 12a can be matched, and wavefront aberration can be suppressed. Furthermore, the steps g 1 , g 2 , h 1 , and h 2 can be made as small as the wavelength of light, respectively, and transferability can be improved.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a change in the amount of light of the laser beam 21 by the polarization converter 15.
  • the horizontal axis indicates the position of the laser beam 21 on the x-axis or y-axis shown in FIG. The light quantity of the beam 21 is shown.
  • the light amount distribution of the laser beam 21 is considered to be a Gaussian distribution that is axisymmetric with respect to the central axis of the laser beam 21 indicated by a broken line 21D, as in FIG.
  • the laser beam 21 is incident on the light introduction surface 12 a of the first transparent medium flat plate 12, the polarization of the light in the vicinity of the central axis of the laser beam 21 incident on the concave-convex array of the step h 1 at the center of the polarization converter 15.
  • the state is converted from s-polarized light to elliptically polarized light.
  • the polarization state of light slightly separated from the central axis of the laser beam 21 incident on the uneven arrangement of the step h 2 between the central portion of the polarization conversion portion 15 and the light introduction surface 12 a around the polarization conversion portion 15 is obtained.
  • the p-polarized light component 23 of elliptically polarized light is transmitted through the polarization separating means 17 and is incident on the light amount monitor unit 50. The amount of light is 23D indicated by hatching in FIG.
  • the laser beam (s-polarized light) 25 reflected by the polarization separation means 17 and incident on the optical disk 90 has a light quantity distribution shown as 25D in FIG.
  • the amount of light near the central axis of the laser beam 21 is closer to a flat shape and closer to a rectangular shape, so that the super solution is larger than the light amount distribution shown in FIG. 5. An image effect can be realized.
  • the polarization conversion unit 15 described above, it is possible to realize a front monitor while ensuring the amount of light incident on the light amount monitor unit 50, and at the same time, a larger super-resolution of the laser light 25 incident on the optical disc 90. The effect can be realized.
  • the area S15 of the polarization converter 15 is 1/3 to 1/4 of the beam area S21 of the laser beam 21. desirable.
  • the polarization converter 15 is (1)
  • the steps g 1 and g 2 and h 1 and h 2 between the first region 151 and the second region 153 are different, but the difference between the first region 151 and the second region 153 is this.
  • it is not limited to
  • the in-plane azimuth angle ⁇ is different between the first region 151 and the second region 153.
  • the period p of the concavo-convex arrangement between the first region 151 and the second region 153 is different.
  • the conversion rate for converting linearly polarized light into elliptically polarized light in the polarization conversion unit 15 changes regardless of any of the four parameters described above. Therefore, the desired polarization conversion unit 15 can be obtained by changing these four parameters alone or in an appropriate combination.
  • the first region 151 can convert the linearly polarized light of the incident light into elliptically polarized light including more polarization components perpendicular thereto than the second region 153 as described above. Each parameter may be set.
  • the amount of light in the vicinity of the central axis of the laser beam 21 is closer to flat and closer to the rectangular shape, so that a larger super-resolution effect than that of the first embodiment can be realized. Can do.
  • FIG. 10 is a process diagram showing a manufacturing method of the second embodiment of the PBS 10
  • FIGS. 11 to 13 are schematic diagrams for explaining each process of FIG.
  • a method for manufacturing a plurality of PBSs 10 at once will be described.
  • step S21 polarization conversion unit forming step
  • the light introduction surface 12a of the PBS 10 of the first transparent medium flat plate 12 having the thickness t 1 is used by using the nanoimprint method using the mold shown in FIG.
  • a plurality of regions of the polarization conversion unit 15 are formed at predetermined positions on the surface to have an in-plane azimuth angle ⁇ when the PBS 10 is completed at predetermined intervals. This state is shown in FIG.
  • the first transparent medium flat plate 12 is separated at a separation position indicated by a two-dot chain line in the drawing so that one PBS 10 includes one polarization conversion unit 15 region.
  • the polarization converter 15 formed here may be the one shown in FIG. 3A or the one shown in FIG.
  • step S23 of FIG. 10 polarization separation film forming step
  • the entire surface of one surface 22a of the second transparent medium flat plate 22 of thickness t 2 the polarization separator 17 are formed.
  • the polarization separation means 17 may be one using a normal optical multilayer film or a wire grid type polarizer. This state is shown in FIG.
  • step S25 laminate-forming step of FIG. 10
  • a plurality of second transparent medium flat plate 22 which is polarization separator 17 are formed, to be shifted in a horizontal direction as much plane and its thickness t 2 laminated
  • the laminated body 220 is formed by bonding. This state is shown in FIG.
  • step S27 laminated divided body forming step in FIG. 10
  • the laminated body 220 formed in step S25 is cut along a plane P indicated by a two-dot chain line in FIG. 11C to form a laminated divided body 221.
  • the plane P has an angle of 45 ° with respect to the surface of the second transparent medium flat plate 22 on which the polarization separating means 17 is formed, and is spaced by 2t 2 on the surface of the second transparent medium flat plate 22.
  • the laminate 220 is cut.
  • the shape of the laminated divided body 221 is shown in FIG.
  • a plurality of second transparent media 22 in which the polarization separation means 17 is formed at an angle of 45 ° with respect to the cut surface P is an interval between the two cut surfaces P and T 2 .
  • step S29 laminate division body polishing step in FIG. 10
  • the two cut surfaces P cut in step S27 of the lamination division body 221 are polished to optical surfaces.
  • step S33 the side to be bonded to the first transparent medium flat plate 12 in the next step (step S33).
  • a matching coat is applied to the surface as required.
  • the matching coat is necessary when the first transparent medium flat plate 12 and the second transparent medium flat plate 22 have different refractive indexes. If the refractive indexes are different, reflection of light occurs at the joint surface, which is reduced. Because.
  • a multilayer multilayer film of a low refractive index material (for example, SiO 2 ) and a high refractive index material (for example, Nb 2 O 5 ) is bonded to the first transparent medium flat plate 12 having two cut surfaces P. It is formed by coating the side surface by vapor deposition or sputtering.
  • step S33 (combined body forming step) in FIG. 10, one surface of the cut surface P of the laminated divided body 221 and the back surface 12b of the first transparent medium flat plate 12 on which the plurality of polarization conversion portions 15 are formed are polarized light converted.
  • the region of the portion 15 is adjusted and pasted so as to be positioned at the center of the interval of the polarized light separating means 17 exposed on one surface of the cut surface P, thereby forming a combined body 223. This state is shown in FIG.
  • step S35 bonded laminated body forming step in FIG. 10
  • a plurality of bonded bodies 223 formed in step S33 are stacked and temporarily bonded to form a bonded laminated body 225. This state is shown in FIG.
  • step S37 (rod-like body forming step) in FIG. 10, the bonded laminated body 225 formed in step S35 is cut along the plane Q indicated by a two-dot chain line in FIG. 12C, and then temporary bonding is removed.
  • the rod-shaped body 227 is formed.
  • the plane Q is perpendicular to the light introduction surface 12 a of the first transparent medium flat plate 12 and is exposed on the joint surface between the cut surface P of the multilayer divided body 221 and the back surface 12 b of the first transparent medium flat plate 12.
  • a plane passing through the position of the end portion of the polarization separator 17, the spacing between adjacent planes Q is T 2.
  • the rod-shaped body 227 is shown in FIG.
  • Rod-shaped body 227, on the parallel light inlet surface 12a in the xy plane, aligned in the polarization conversion unit 15 is a line in the y direction at a predetermined interval T 3, a polarization separation means 17 in the direction perpendicular to the xz plane Yes.
  • a plurality of completed PBSs 10 are arranged in a line in the y-axis direction.
  • the two cut surfaces Q of the rod-shaped body 227 are polished to an optical surface. Furthermore, the two cut surfaces Q (the surface on the optical disc 90 side and the surface on the light receiving unit 40 side) polished in step S39 in step S41 (rod-shaped body antireflection step) in FIG.
  • the antireflection coating is applied to the surface (the surface on the light intensity monitor side) of the cut surface P of the surface opposite to the first transparent medium flat plate 12 and attached.
  • step S43 PBS forming step in FIG. 10
  • the rod-like body 227 to which the antireflection coating is applied in step S41 is cut along a plane R indicated by a two-dot chain line in FIG.
  • Plane R is a plane perpendicular to the cut surface Q and the light inlet surface 12a of the first transparent medium flat plate 12, the spacing between adjacent planes R is T 3. Interval T 3 only needs to be appropriately determined in the configuration on the required value of the optical pickup 1.
  • the concave-convex array having the period p equal to or less than the wavelength of the incident light is formed in the PBS 10 at a predetermined position including the surface center of the light introduction surface 12a.
  • the transparent medium flat plate 12 provided with the polarization conversion unit 15 is pasted.
  • a step h 1 and h 2 between the convex portions 15a and concave portions 15b of the light Transferability can be improved by making the wavelength as small as possible. Accordingly, it is possible to provide a polarizing beam splitter, an optical pickup, and a manufacturing method of the polarizing beam splitter, which are easy to handle such as processing and adhesion and have high productivity.
  • the light quantity in the vicinity of the central axis of the laser beam 21 is further increased by having the first convex part 15a and the second convex part 15c. Since the edges are almost flat and the sharply falling edges of the light amount increase, a super-resolution effect that is even greater than that of the first embodiment of the polarization converter 15 can be realized.
  • the PBS 10 has been described as having the right-angle prisms 11 and 13 bonded together.
  • the PBS 10 has polarization separating means on the bonding surface and functions as a polarizing beam splitter. If it is a thing, it will not be limited to the thing using a right angle prism.
  • a polarization conversion unit in which an uneven arrangement having a period equal to or less than the wavelength of incident light is formed at a predetermined position including the center of the light introduction surface of the polarization beam splitter.
  • the light intensity distribution in an arbitrary direction can be corrected, and a front monitor method and a super-resolution effect can be realized.
  • the amount of monitor light in the front monitor system and the super-resolution effect can be set to desired values, and the polarization beam splitter, the optical pickup, and the method for manufacturing the polarization beam splitter that can be easily handled such as processing and bonding and have high productivity Can be provided.
  • Polarizing beam splitter PBS
  • Polarizing beam splitter PBS
  • SYMBOLS 11 Light introduction surface (of right angle prism 11)
  • 12 1st transparent medium flat plate 12a
  • Light introduction surface of 1st transparent medium flat plate 12
  • 12b Back surface (of 1st transparent medium flat plate 12)
  • Polarization Conversion unit 151 First region (of polarization conversion unit) 153 Second region (of polarization conversion unit) 15a Convex portion (of polarization conversion unit) First convex unit 15b First concave portion (of polarization conversion unit) 15c Second convex part (of the polarization conversion part) 15d Second concave part (of the polarization conversion part) 17 Polarization separation film 20
  • Light source Laser beam 21D
  • Light quantity distribution of the laser beam 21 22
  • Second transparent medium flat plate 22a Second One surface of the transparent medium flat plate 23
  • Light incident on the light quantity monitor unit 50 p-polarized light
  • 23D Light quantity incident on the light quantity monitor unit 50 (p-polar

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Abstract

　偏光ビームスプリッタの光導入面の面中心を含む所定位置に入射光の波長以下の周期を有する凹凸配列が形成された偏光変換部を備えることで、任意の方向の光強度分布の補正が可能で、フロントモニタ方式と超解像効果とを実現することができる。加えて、フロントモニタ方式でのモニタ光の光量および超解像効果を所望の値にでき、加工、接着等の取り扱いが容易で生産性の高い偏光ビームスプリッタ、光ピックアップおよび偏光ビームスプリッタの製造方法を提供することができる。

Description

偏光ビームスプリッタ、光ピックアップおよび偏光ビームスプリッタの製造方法
　本発明は、偏光ビームスプリッタ、光ピックアップおよび偏光ビームスプリッタの製造方法に関し、特に光源からの光束の強度分布を変化させて対物レンズに導く偏光ビームスプリッタ、光ピックアップおよび偏光ビームスプリッタの製造方法に関する。
　光ピックアップやプリンタの分野では、レーザ光源の出射光量を安定させるために、レーザ光源の後側端面から出射されるレーザ光をモニタし、その結果に応じて出射光量を制御するオートパワーコントロール（ＡＰＣ）という手法がとられることがある。しかし、この手法では、レーザ光源の前側および後側の双方から出射されるレーザ光の光量が厳密には異なるために、フィードバックによって正確な光量制御がしにくい。また、所望の方向（前方）とは反対側（後方）にも光を出射させるため、レーザ光源の出射光量を有効に使えない。
　そこで、近年では、レーザ光源から前方に出射されるレーザ光の一部をモニタ光として利用するフロントモニタ方式が多用されている。
　例えば、特許文献１では、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光をカップリングレンズによって平行光に変換し、ビームスプリッタの分離面を透過して対物レンズによって収束して光ディスク上に集光する。そして、カップリングレンズとビームスプリッタとの間の光路中に設けられた遮光部材の半導体レーザ素子側に、モニタ用の受光素子が配設されている。この受光素子により、半導体レーザ素子の前方で出射光量をモニタすることで、上述したフロントモニタ方式を実現する方法が開示されている。
　また、特許文献２では、レーザダイオードから出射されたｓ偏光のレーザ光が１／２波長板に入射した時、１／２波長板からはｐ偏光のレーザ光が出射され、偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳと言う）に入射する。ＰＢＳでは、入射光のうちの約９０％が反射面にて反射され、光ディスク方向に向かう。一方、入射光のうちの約１０％は、ＰＢＳの反射面を透過してフロントモニタに入射し、そこで光量が検出される。このようにして、レーザダイオードの前方で出射光量をモニタすることで、上述したフロントモニタ方式を実現する方法が開示されている。
　ところで、特許文献１においては、半導体レーザ素子から出射される光束の中心部が、遮光部材および受光素子にて遮光されるので、光軸付近の光強度を落とした光を光ディスクに照射することができる。その結果、光ディスク上に照射される光のスポットの径を絞ることができ、高密度記録に対応した、いわゆる超解像効果を得ることができる。
　しかしながら、上記光束の中心部は、遮光部材および受光素子によって完全に遮光されるので、光ディスクに照射される光は、常に、光軸付近の光強度がゼロとなった光である。従って、特許文献１の構成では、超解像効果を所望の値にすることができない。
　また、カップリングレンズとビームスプリッタとの間の光路中に受光素子が配設されるので、受光素子に入射する光の光量は、受光素子の受光面の面積を変えない限り一定である。つまり、上記受光面の面積を変えない限り、受光素子でのモニタ光量を所望の値にすることもできない。
　一方、特許文献２においては、レーザダイオードから出射されるレーザ光の偏光方向（振動方向）と１／２波長板の結晶光学軸とのなす角度を適切に設定することにより、ＰＢＳの反射面に入射するレーザ光を、その反射面にて、所定の光強度を持つ２つのレーザ光に分離することができる。従って、反射面を構成する光学多層膜の波長依存性に影響されることなく、反射面に入射するレーザ光を所定の透過率で透過させて、フロントモニタ方式でのモニタ光として活用することができる。
　しかし、特許文献２の構成では、ＰＢＳを介して光ディスクに照射される光の強度を、光軸付近だけ落とすように調整することはできない。その結果、上述した超解像効果を得ることができず、ましてや超解像効果を所望の値にすることもできない。
　そこで、特許文献３では、図１４に示すように、図示しない半導体レーザ素子とＰＢＳ１７０との間に、入射光の偏光方向に対して傾いた光学軸を持つ位相板１６０ａの両側に入射光の偏光方向に平行な光学軸を持つ位相板１６０ｂを配した合成位相板１６０を設け、レーザ光の中央の光束ＬＡを傾いた光学軸を持つ位相板１６０ａで楕円偏光させることで、レーザ光の中央の光束ＬＡの一部がＰＢＳ１７０の偏光反射面を透過するようにしている。
　このＰＢＳ１７０の偏光反射面を透過した光をフロントモニタ方式でのモニタ光として活用することができるとともに、レーザ光の中央の光束ＬＡの一部を透過させることで光軸付近の光強度を落とした光を光ディスクに照射することができ、超解像効果を得ることができる方法が開示されている。
　そして、特許文献３によれば、位相板１６０は、位相板１６０ａと１６０ｂとの光学軸が所定の方向となるように、平板状の位相板１６０ａを平板状の２枚の位相板１６０ｂで挟み、これを所定の厚さにスライスすることで得ることができる。
　さらに、特許文献３の方法では、入射光の偏光方向に対して傾いた光学軸を持つ位相板１６０ａの光学軸の傾き角を調整することで、ＰＢＳ１７０の偏光反射面を透過する光量、即ちフロントモニタ方式でのモニタ光の光量を所望の値にすることができるとともに、超解像効果も所望の値にすることができる。
特開平７－２９６４１４号公報 特開２００４－２５９３７６号公報 特開２００６－１８５４７４号公報
　しかしながら、特許文献３に示された方法では、位相板１６０の構成から分かるように、３枚の位相板１６０ａと１６０ｂとが配置された方向（図のＹ方向）の入射光の光強度分布の補正は可能だが、その方向に直交する方向（図のＸ方向）の光強度分布の補正はできない。また、特許文献３の方法で用いられる位相板は異方性を利用して位相差をもたらす波長板であるが、このような波長板は一般に非常に薄く、加工、接着等の取り扱いが困難で生産性に難がある。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、任意の方向の光強度分布の補正が可能で、フロントモニタ方式と超解像効果とを実現するとともに、フロントモニタ方式でのモニタ光の光量および超解像効果を所望の値にでき、加工、接着等の取り扱いが容易で生産性の高い偏光ビームスプリッタ、光ピックアップおよび偏光ビームスプリッタの製造方法を提供することを目的とする。
　本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
　１．２個のプリズムが接合されて構成され、
２個の前記プリズムの接合面に形成された偏光分離手段と、
光源からの入射光を前記偏光分離手段に入射させるための、前記偏光分離手段と対向する光導入面とを備えた偏光ビームスプリッタにおいて、
前記光導入面の面中心を含み周縁部を含まない所定領域に、前記入射光の波長以下の周期を有する一次元の凹凸配列を備えた偏光変換部が形成され、
前記偏光変換部の凹凸配列のＴＭ方向の周期方向は、前記入射光が前記光導入面に垂直に入射する場合に、前記入射光と前記入射光の前記偏光分離手段での反射光とが作る入射面と前記光導入面との交線に対して所定の面内方位角だけ傾けて形成されていることを特徴とする偏光ビームスプリッタ。
　２．前記一次元の凹凸配列の凸部の幅（ｄ）と周期（ｐ）との比ｆ（＝ｄ／ｐ）は、
　　０．４＜ｆ＜０．６
であることを特徴とする前記１に記載の偏光ビームスプリッタ。
　３．前記一次元の凹凸配列は、前記光導入面に対して凹部と凸部とを有していることを特徴とする前記１または２に記載の偏光ビームスプリッタ。
　４．前記偏光変換部は、前記光導入面の面中心を含む第１の領域と、前記第１の領域を取り囲む第２の領域とを有し、前記第１の領域での前記一次元の凹凸配列と、前記第２の領域での前記一次元の凹凸配列とは異なる構造を有することを特徴とする前記１に記載の偏光ビームスプリッタ。
　５．前記第１の領域での前記一次元の凹凸配列と、前記第２の領域での前記一次元の凹凸配列とは、前記光導入面と前記凹部との段差および前記光導入面と前記凸部との段差のどちらか一方あるいは両方が異なることを特徴とする前記４に記載の偏光ビームスプリッタ。
　６．前記第１の領域での前記一次元の凹凸配列と、前記第２の領域での前記一次元の凹凸配列とは、異なる前記面内方位角を有することを特徴とする前記４に記載の偏光ビームスプリッタ。
　７．前記第１の領域での前記一次元の凹凸配列と、前記第２の領域での前記一次元の凹凸配列とは、異なる周期（ｐ）を有することを特徴とする前記４に記載の偏光ビームスプリッタ。
　８．前記第１の領域での前記一次元の凹凸配列と、前記第２の領域での前記一次元の凹凸配列とは、異なる凸部の幅（ｄ）と周期（ｐ）との比ｆ（＝ｄ／ｐ）を有することを特徴とする前記４に記載の偏光ビームスプリッタ。
　９．前記偏光変換部は、前記光導入面の面中心を含む所定位置に、金型を用いて前記一次元の凹凸配列を転写して形成されることを特徴とする前記１から８の何れか１項に記載の偏光ビームスプリッタ。
　１０．第１の透明媒質平板の一方の面の面中心を含み周縁部を含まない所定領域に、金型を用いて前記一次元の凹凸配列が転写されて前記偏光変換部が形成され、
前記第１の透明媒質平板が、前記偏光変換部が形成された面の反対面を前記光導入面に対向させて前記光導入面に貼付されたことを特徴とする前記１から８の何れか１項に記載の偏光ビームスプリッタ。
　１１．前記１から１０の何れか１項に記載の偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタの前記偏光変換部が形成された面に光を入射させる光源と、
前記偏光分離手段で反射されたあるいは前記偏光分離手段を透過した前記光源からの光を光ディスクに投光し、投光した光の前記光ディスクからの反射光を受光する光学系と、
前記光学系で受光され、前記偏光ビームスプリッタを透過したあるいは前記偏光ビームスプリッタで反射された前記光ディスクからの反射光を受光する受光部と、
前記偏光分離手段を透過したあるいは前記偏光分離手段で反射された前記光源からの光を受光する光量モニタ部とを備えたことを特徴とする光ピックアップ。
　１２．前記光源から前記偏光変換部が形成された面に入射した直線偏光の入射光の光量の５％以上２０％以下が、前記直線偏光に垂直な直線偏光として射出するように、前記偏光変換部の面積および前記偏光変換部での位相差が設定されていることを特徴とする前記１１に記載の光ピックアップ。
　１３．前記偏光変換部の面積は、前記光源から前記偏光変換部が形成された面に入射した入射光のビーム面積の１／４以上１／３以下の面積であることを特徴とする前記１１または１２に記載の光ピックアップ。
　１４．金型を用いて、透明媒質からなる第１のプリズムの光源からの入射光が入射する光導入面の面中心を含み周縁部を含まない所定領域に、前記入射光の波長以下の周期を有する一次元の凹凸配列を転写して偏光変換部を形成する偏光変換部形成工程と、
透明媒質からなる第２のプリズムの前記第１のプリズムと接合される面に偏光分離手段を形成する偏光分離手段形成工程と、
前記第１のプリズムの偏光変換部が形成された光導入面に対向する面と、前記第２のプリズムの前記偏光分離手段が形成された面とを対向させて接合する接合工程とを備えたことを特徴とする偏光ビームスプリッタの製造方法。
　１５．金型を用いて、第１の透明媒質平板の一方の表面の所定位置に、入射光の波長以下の周期を有する凹凸配列の複数の偏光変換部を転写する偏光変換部形成工程と、
第２の透明媒質平板の一方の表面に偏光分離手段を形成する偏光分離手段形成工程と、
一方の表面に前記偏光分離手段が形成された前記第２の透明媒質平板を、前記偏光分離手段が形成された面と前記偏光分離手段が形成されていない面とを対向させて複数枚積層して接着し、積層体を形成する積層体形成工程と、
前記積層体を、前記偏光分離手段が形成された面に対して４５°の角度で所定の間隔の面で切断して、積層分割体を形成する積層分割体形成工程と、
前記積層分割体の切断面を研磨する積層分割体研磨工程と、
前記積層分割体の研磨された切断面の一方に、前記第１の透明媒質平板の前記偏光変換部が形成された面とは反対側の面を対向させて積層して接着し、結合体を形成する結合体形成工程と、
前記結合体を、前記第１の透明媒質平板に直角で所定の間隔の面で、前記偏光分離手段を１面のみ含むように切断して棒状体を形成する棒状体形成工程と、
前記棒状体の２面の切断面を研磨する棒状体研磨工程と、
前記棒状体を、前記第１の透明媒質平板に垂直な角度で所定の間隔の面で、前記偏光変換部を１つだけ含むように切断して、偏光ビームスプリッタを形成するビームスプリッタ形成工程とを備えたことを特徴とする偏光ビームスプリッタの製造方法。
　本発明によれば、偏光ビームスプリッタの光導入面の面中心を含む所定位置に入射光の波長以下の周期を有する凹凸配列が形成された偏光変換部を備えることで、任意の方向の光強度分布の補正が可能で、フロントモニタ方式と超解像効果とを実現するとともに、フロントモニタ方式でのモニタ光の光量および超解像効果を所望の値にでき、加工、接着等の取り扱いが容易で生産性の高い偏光ビームスプリッタ、光ピックアップおよび偏光ビームスプリッタの製造方法を提供することができる。
光ピックアップの一例を説明するための模式図である。 ＰＢＳの第１の実施の形態の構成を説明するための模式図（１／２）である。 ＰＢＳの第１の実施の形態の構成を説明するための模式図（２／２）である。 有効屈折率について説明するための模式図である。 偏光変換部によるレーザビームの光量変化を示す模式図である。 偏光変換部の製造方法を説明するための模式図である。 ＰＢＳの第１の実施の形態の製造方法を説明するための模式図である。 ＰＢＳの第２の実施の形態の構成を説明するための模式図である。 偏光変換部によるレーザビームの光量変化を示す模式図である。 ＰＢＳの第２の実施の形態の製造方法を示す工程図である。 図１０の各工程を説明するための模式図（１／３）である。 図１０の各工程を説明するための模式図（２／３）である。 図１０の各工程を説明するための模式図（３／３）である。 従来のＰＢＳの構成を示す模式図である。
　以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。なお、図中、同一あるいは同等の部分には同一の番号を付与し、重複する説明は省略する。
　最初に、本発明における偏光ビームスプリッタが用いられる光ピックアップについて、図１を用いて説明する。図１は、光ピックアップの一例を説明するための模式図で、図１（ａ）は１波長の光源を有する光ピックアップの一例を示す模式図、図１（ｂ）は３波長の光源を有する光ピックアップの一例を示す模式図である。
　図１（ａ）において、光ピックアップ１は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０、光源２０、光学系３０、受光部４０および光量モニタ部５０等で構成される。
　ＰＢＳ１０は、２個の直角プリズム１１と１３とが、各々の直角稜に対向する斜面を互いに対向させて接合されて形成されている。直角プリズム１１の光源２０に対向する光導入面１１ａの面中心を含む所定位置には、入射光の波長以下の周期を有する凹凸配列が形成された偏光変換部１５が備えられている。２個の直角プリズム１１および１３の何れか一方の斜面には、偏光分離手段１７が形成されており、入射光の偏光状態によって、入射光を反射あるいは透過させる。偏光変換部１５および偏光分離手段１７の詳細は後述する。
　光源２０は、例えば青色レーザ素子であり、波長４０５ｎｍの光をレーザビーム２１として出射する。
　光学系３０は、１／４波長板３１と対物レンズ３３等で構成される。１／４波長板３１は、ＰＢＳ１０からの直線偏光を円偏光に変換するとともに、光ディスク９０からの反射光（円偏光）を直線偏光に変換する。対物レンズ３３は、１／４波長板３１からの円偏光を光ディスク９０上に集光させるとともに、光ディスク９０からの反射光（円偏光）を、１／４波長板３１を介して、ＰＢＳ１０に導く。
　受光部４０は、光ディスク９０からの反射光を、ＰＢＳ１０を介して受光し、光ディスク９０上の情報を読み出す。光量モニタ部５０は、ＰＢＳ１０の偏光分離手段１７を透過した光を受光する上述したフロントモニタであり、光源２０の光量制御に用いられる。
　続いて、図１（ａ）の光ピックアップ１の動作について説明する。光源２０から出射されたレーザビーム２１（例えばｓ偏光とする）は、直角プリズム１１の光導入面１１ａに入射し、その光束の中央部の偏光変換部１５に入射した光束は、偏光変換部１５で偏光状態が変換（ｓ偏光が楕円偏光に変換）される。レーザビーム２１の偏光変換部１５に入射しなかった光束は、元の偏光状態（ｓ偏光）のままである。
　従って、ＰＢＳ１０内部に入射したレーザビーム２１は、ｓ偏光とｐ偏光とが混合された光となっている。このｓ偏光とｐ偏光とが混合されたレーザビーム２１は、ＰＢＳ１０の偏光分離手段１７で分離され、光量モニタ部５０への入射光２３（ｐ偏光）は偏光分離手段１７を透過して光量モニタ部５０に入射し、上述したように、光源２０の光量制御に用いられる。一方、光ディスク９０への入射光２５（ｓ偏光）は偏光分離手段１７で反射されて光学系３０に入射する。
　光学系３０に入射した光ディスク９０への入射光２５（ｓ偏光）は、１／４波長板３１によって円偏光に変換され、対物レンズ３３によって光ディスク９０上に集光される。光ディスク９０上の情報を含んだ光ディスク９０からの反射光２７（円偏光）は、対物レンズ３３によって１／４波長板３１に導かれ、１／４波長板３１によって直線偏光（ｐ偏光）に変換され、ＰＢＳ１０に導かれる。
　ＰＢＳ１０に入射した光ディスク９０からの反射光２７（ｐ偏光）は、偏光分離手段１７を透過して受光部４０に入射し、受光部４０で光ディスク９０上の情報が読み出される。図１（ａ）の光ピックアップ１の動作についての説明は以上である。
　図１（ｂ）において、光ピックアップ１は、図１（ａ）に加えて、第２の光源６０およびダイクロイックプリズム７０等で構成される。
　第２の光源６０は、図示したように光源２０と光軸が直交するように配置され、例えば波長６６０ｎｍ（ＤＶＤ用）と７８５ｎｍ（ＣＤ用）との２波長の光をレーザビーム６１として出射する。ダイクロイックプリズム７０は、図示したように、光源２０および第２の光源６０とＰＢＳ１０との間に配置され、光源２０からのレーザビーム２１を透過させるとともに、光源６０からの２波長のレーザビーム６１を反射してＰＢＳ１０へと導く。その他の構成および動作は、図１（ａ）と同じであるので、説明は省略する。
　なお、光源２０と、第２の光源６０およびダイクロイックプリズム７０とを合わせて本発明における光源と考えてもよい。
　また、光源２０から出射されたレーザビーム２１がｐ偏光の場合には、光ピックアップ１の構成として、図１（ａ）および（ｂ）で、光学系３０および光ディスク９０と光量モニタ部５０との配置を入れ替えたものとすればよい。
　この場合の動作は、レーザビーム２１（ｐ偏光）の光束の中央部の偏光変換部１５に入射した光束は、偏光変換部１５によって楕円偏光に変換され、楕円偏光のｓ偏光成分が偏光分離手段１７で反射されて、光量モニタ部５０への入射光２３（ｓ偏光）として光量モニタ部５０に入射し、光源２０の光量制御に用いられる。
　一方楕円偏光のｐ偏光成分と偏光変換部１５に入射しなかったレーザビーム２１（ｐ偏光）の周辺の光束とは、偏光分離手段１７を透過して、光ディスク９０への入射光２５（ｐ偏光）として光学系３０に入射する。
　光学系３０に入射した光ディスク９０への入射光２５（ｐ偏光）は、１／４波長板３１によって円偏光に変換され、対物レンズ３３によって光ディスク９０上に集光される。光ディスク９０上の情報を含んだ光ディスク９０からの反射光２７（円偏光）は、対物レンズ３３によって１／４波長板３１に導かれ、１／４波長板３１によって直線偏光（ｓ偏光）に変換され、ＰＢＳ１０に導かれる。
　ＰＢＳ１０に入射した光ディスク９０からの反射光２７（ｓ偏光）は、偏光分離手段１７で反射されて受光部４０に入射し、受光部４０で光ディスク９０上の情報が読み出される。光源２０から出射されたレーザビーム２１がｐ偏光の場合の光ピックアップ１の動作の説明は以上である。
　次に、本発明におけるＰＢＳ１０の第１の実施の形態の構成について、図２および図３を用いて説明する。図２および図３は、ＰＢＳ１０の第１の実施の形態の構成を説明するための模式図で、図２（ａ）はＰＢＳ１０の中央断面図で、図１のＰＢＳ１０と同じ図、図２（ｂ）は図２（ａ）の矢印Ａ側から見た直角プリズム１１の光導入面１１ａの模式図である。図３（ａ）は図２（ｂ）のＢ－Ｂ’断面拡大図で、偏光変換部１５の第１の実施の形態を示し、図３（ｂ）は図３（ａ）の矢印Ｅ方向から見た偏光変換部１５の第１の実施の形態の斜視模式図である。
　図２（ａ）において、上述したように、ＰＢＳ１０は、２個の直角プリズム１１と１３とが、各々の直角稜に対向する斜面１１ｂと１３ｂとを互いに対向させて接合されて形成されている。ＰＢＳ１０の大きさは使用目的に合わせて適宜決定されるが、各辺の長さが１ｍｍから数十ｍｍである。
　２個の直角プリズム１１と１３とは、ガラス等の透明媒質で形成されている。透明媒質としては、ガラス以外に、ＰＣ（ポリカーボネート）やＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート）等の光学用樹脂を用いることができる。
　直角プリズム１１の光源２０に対向する光導入面１１ａの面中心を含む所定位置には、入射光の波長以下の周期を有する凹凸配列を備えた偏光変換部１５が形成されている。偏光変換部１５については、図２（ｂ）および図３（ａ）で詳述する。
　図示したように、図２（ａ）の面内で光導入面１１ａに垂直な方向、即ちレーザビーム２１の入射方向にｚ軸を、光導入面１１ａに平行な方向、即ち偏光分離手段１７で反射された光ディスク９０への入射光２５の出射方向と反対方向にｘ軸をとる。この時、入射光（レーザビーム２１）と反射光（光ディスク９０への入射光２５）とを含む面が入射面である。
　２個の直角プリズム１１および１３の何れか一方の接合面には、偏光分離手段１７が形成されている。偏光分離手段１７は、通常の光学多層膜を用いたものでもよいし、ワイヤグリッド型偏光子であってもよい。ワイヤグリッド型偏光子は、例えば後述する偏光変換部と同様の金型を用いたナノインプリント方式で形成することができる。その方法は、例えば本願出願人が別途出願した特願２００８－８６３９５に詳述されている。
　図２（ｂ）において、直角プリズム１１の光導入面１１ａには、光源２０からのレーザビーム２１が入射する。レーザビーム２１の光束の形状は一般的には楕円形であり、レーザビーム２１の光量分布は、レーザビーム２１の中心軸に対して軸対称なガウシアン分布と考えられる。レーザビーム２１は、その中心軸が光導入面１１ａの面中心に一致するように入射される。
　ここでは、レーザビーム２１の面積をＳ２１とし、その長手方向が光導入面１１ａの幅一杯に入射する、つまり、光源２０からのレーザビーム２１が全て光導入面１１ａに入射するとする。
　図示したように、図２（ｂ）の光導入面１１ａ上で、入射面（レーザビーム２１と光ディスク９０への入射光２５とを含む面）と光導入面１１ａとの交線の方向にｘ軸を、入射面に垂直な方向にｙ軸をとる。この場合、レーザビーム２１の進行方向（図面手前から奥に向かう方向）がｚ軸であり、レーザビーム２１のｓ偏光の偏光方向はｙ軸方向に平行であり、ｐ偏光の偏光方向はｘ軸方向に平行である。
　偏光変換部１５は、直角プリズム１１の光導入面１１ａの面中心を含む所定領域に、レーザビーム２１の面積Ｓ２１よりも小さい面積Ｓ１５で形成される。偏光変換部１５は、入射光の波長以下の周期を持つ一次元の凹凸配列を備え、その配列の周期方向（ＴＭ方向）は、ｚ軸の正の側から見た場合に、ｘ軸に対して反時計方向に角度θ（以下、面内方位角θと言う）をなして形成されている。
　偏光変換部１５は、ｘ軸、ｙ軸に対称な、円、楕円、ｎ角形（ｎ≧４）が好ましい。こうすることで、光ディスク９０への入射光２５の形状が対称になり、信号検出等に影響を及ぼさないからである。
　光導入面１１ａの面中心を通り、偏光変換部１５の一次元の凹凸配列の周期方向（ＴＭ方向）に平行なＢ－Ｂ’面での偏光変換部１５の断面図および斜視模式図を、図３（ａ）および（ｂ）に示す。
　図３（ａ）および（ｂ）において、偏光変換部１５の第１の実施の形態は、入射光の波長（例えば、青色レーザの４０５ｎｍ）以下の周期を持つ一次元の凹凸配列であり、幅ｄの凸部１５ａと、凸部１５ａに対してｈだけ段差のある凹部１５ｂとが周期ｐで櫛歯状に一次元に配列されている。凸部１５ａは、偏光変換部１５の周囲の光導入面１１ａに対して所定の段差ｇだけ凸であり、凹部１５ｂは、光導入面１１ａに対して所定の段差（ｈ－ｇ）だけ凹である。
　詳細は後述するが、光導入面１１ａと凸部１５ａとの段差ｇ、あるいは光導入面１１ａと凹部１５ｂとの段差（ｈ－ｇ）を適切に設定することで、偏光変換部１５とその周辺の光導入面１１ａとの入射光の波面の位相を整合させることができ、波面収差を抑えることができる。
　偏光変換部１５の凹凸配列は、図６で後述する金型を用いたナノインプリント法によって、金型の凸凹構造を転写して形成される。偏光変換部１５は、直角プリズム１１の光導入面１１ａ上に直接形成されてもよいし、ＰＢＳ１０とは別の透明媒質の板上に偏光変換部１５を形成して、透明媒質の板を光導入面１１ａ上に貼り付けてもよい。ここでは、偏光変換部１５は直角プリズム１１の光導入面１１ａ上に直接形成されているとする。
　ここで、凸部１５ａの幅ｄと凹凸の周期ｐとの比ｆ（＝ｄ／ｐ）を考えると、金型の凸凹構造の転写性の観点から、
　　０．３＜ｆ＜０．７
が好ましく、
　　０．４＜ｆ＜０．６
がより好ましい。
　また、同じく金型の凸凹構造の転写性の観点から、偏光変換部１５の凹凸の周期ｐは、
　　５０ｎｍ＜ｐ＜入射光の波長λ
が好ましく、
　　１００ｎｍ＜ｐ＜入射光の波長λ／２
がより好ましい。
　さらに、同じく金型の凸凹構造の転写性の観点から、偏光変換部１５の凸部１５ａと凹部１５ｂとの段差ｈは、
　　ｈ＜周期ｐの２倍
が好ましい。
　また、面内方位角θは、詳細は（８式）で後述するが、偏光変換部１５によってｓ偏光からｐ偏光に変換されたｐ偏光の光量を大きくするために、
　　３０°＜θ＜６０°
が好ましく、
　　４０°＜θ＜５０°
がより好ましい。この範囲を外れると、ｐ偏光の光量を大きくするためには位相差Γを大きくしなければならず、そのためには段差ｈが大きくなり、成形性が悪化する。
　続いて、図３（ａ）に示した偏光変換部１５の第１の実施の形態によるレーザビーム２１の偏光状態の変換について説明する。
　偏光変換部１５によってレーザビーム２１の偏光状態がｓ偏光からｐ偏光に変換される量は、レーザビーム２１の光量の５％以上２０％以下が望ましい。５％未満であれば光量モニタ部５０に入射する光量が不足して光源２０の光量制御に支障があり、２０％超であれば、逆に光ディスク９０に照射される情報読出のための光量が不足するためである。
　まず、偏光変換部１５の屈折率は、一次元の凹凸配列に平行な方向（ＴＥ方向とする）と垂直な方向（ＴＭ方向とする）とで異なり、それぞれ、一次元の凹凸配列の周期ｐが光の波長より十分小さい時には、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
と記述できる。
　ここに、
ｎａｉｒ：空気の屈折率（＝１．０）
ｎｇｌ：偏光変換部１５を形成する透明媒質の屈折率
ｎＴＥ１：偏光変換部１５の一次元の凹凸配列に平行なＴＥ方向の屈折率
ｎＴＭ１：偏光変換部１５の一次元の凹凸配列に垂直なＴＭ方向の屈折率
である。
　また、周期ｐが光の波長程度の場合には、偏光変換部１５の屈折率は、上述したｎＴＥ１およびｎＴＭ１を用いて、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
と記述できる。
　ここに、
ｎＴＥ：周期ｐが光の波長程度の場合の偏光変換部１５の一次元の凹凸配列に平行なＴＥ方向の屈折率
ｎＴＭ：周期ｐが光の波長程度の場合の偏光変換部１５の一次元の凹凸配列に垂直なＴＭ方向の屈折率
である。
　そして、入射光の波長λに対して所望の位相差Γ（α）となるように、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
から段差ｈを選ぶことで、偏光変換部１５が形成される。
　ここに、
α；位相差
ｍ１；整数
である。
　しかし、位相差Γをもたらすように段差ｈを選ぶと、光導入面１１ａ上の、偏光変換部１５の存在する部分と存在しない部分とで屈折率が異なるため、入射光の波面がずれ、結果として波面収差が発生する。そこで、この波面収差を低減する方法として、図３（ａ）に示したように、偏光変換部１５の凸部１５ａを光導入面１１ａから段差ｇだけ凸とする。
　ここで、有効屈折率ｎｅについて、図４を用いて説明する。図４は、有効屈折率ｎｅについて説明するための模式図である。
　本発明においては、図２（ｂ）に示したように、偏光変換部１５は、その凹凸配列の周期方向（ＴＭ方向）が、ｘ軸に対して面内方位角θだけ傾いている。つまり、偏光変換部１５の屈折率は、図４（ａ）に示したように、ｘ軸に対してθ傾いたＴＭ方向の屈折率ｎＴＭと、ＴＭ方向に直交するＴＥ方向の屈折率ｎＴＥとのそれぞれの２倍を長径と短径とする屈折率楕円体ＲＥで表される。
　そして、後述するように入射光がｓ偏光である場合、ｓ偏光の偏光方向はｙ軸方向であるから、ｓ偏光に作用する屈折率は、ｙ軸と屈折率楕円体ＲＥとの接点が示す屈折率である。これを有効屈折率ｎｅとする。入射光がｐ偏光の場合には、ｘ軸と屈折率楕円体ＲＥとの接点が示す屈折率が有効屈折率ｎｅとなる。
　ｙ軸、つまり有効屈折率ｎｅは、図４（ｂ）に示すように、ＴＥ方向に対して角度θだけ傾いている。従って、有効屈折率ｎｅのＴＭ成分およびＴＥ成分は、
　　ＴＭ＝ｎｅｓｉｎθ
　　ＴＥ＝ｎｅｃｏｓθ
である。これらと、屈折率楕円体ＲＥを示す式
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
とから、有効屈折率ｎｅは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
である。
　図３（ａ）に戻って、図に矢印で示した光Ｃのように、空気から偏光変換部１５の凸部１５ａに入射した光が、空気と凸部１５ａとの界面から凸部１５ａと凹部１５ｂとの段差ｈだけ進んだ時の位相ｐ１５は、上述した有効屈折率ｎｅを用いて、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
と表せる。
　一方、偏光変換部１５のない光導入面１１ａに入射した光Ｄが、上述した光Ｃと同じく凹部１５ｂの底部まで進んだ時の位相ｐ１１ａは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
と表せる。
　一般的に、光Ｃと光Ｄとの位相のズレ（ｐ１１ａ－ｐ１５）が光の波長λの２０／１０００倍以下であれば、波面収差により光ディスク９０上のレーザビーム像がぼけて、データの読み取りに支障をきたすことはないとされている。そこで、光Ｃと光Ｄとの位相のズレ（ｐ１１ａ－ｐ１５）が、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
を満たすよう段差ｇを選べば、波面収差を無視することができる。
　次に、偏光変換部１５によるレーザビーム２１の偏光状態の変化を導く。
　まず、ｓ偏光のレーザビーム２１が全て偏光変換部１５に入射した場合に、ｓ偏光からｐ偏光に偏光状態が変化する光量を導く。図２（ａ）および（ｂ）に示した座標系において、ｓ偏光の偏光方向はｙ軸方向であるから、ｓ偏光を、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
と表して、偏光変換部１５の作用を受けてｓ偏光がｐ偏光に変換される場合を考える。
　まず、面内方位角θ＝０°（ｘ軸と平行）の時の偏光変換部１５の位相差をΓとすると、
偏光変換部１５のＪｏｎｅｓ行列Ａは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
と表せる。
　次に、面内方位角がθの場合、偏光変換部１５のＪｏｎｅｓ行列Ａ’は、上述した行列Ａを用いて、
Ａ’＝Ｒ（θ）・Ａ・Ｒ（－θ）
と表せる。
　ここに、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
である。
　偏光変換部１５を通過することで、光の電界強度は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
となる。
　従って、ｐ偏光の光量を示す光の電界強度のｘ成分の絶対値の２乗は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
となる。（８式）が最大となるのは、面内方位角θ＝４５°の場合である。
　（実施例１）
　ここで、例えばＰＢＳ１０および偏光変換部１５を構成する透明媒質の硝材をＢＫ７（ｎｇｌ＝１．５３）とし、λ＝４０５ｎｍ、ｈ＝５７０ｎｍ、ｐ＝４００ｎｍ、ｆ＝０．５と仮定して、（１式）から（５式）に代入すると、位相差Γ＝１．０７ｒａｄが得られる。
　位相差Γ＝１．０７ｒａｄと面内方位角θ＝４５°とを（８式）に代入すると、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
となる。つまり、ｓ偏光のレーザビーム２１が全て偏光変換部１５に入射した場合、入射光量の２６％がｐ偏光に変化し、光量モニタ部５０に導かれることになる。従って、レーザビーム２１の光量の５／２６から２０／２６が偏光変換部１５に入射するように偏光変換部１５の面積を設定すれば、上述した偏光変換部１５によってレーザビーム２１の偏光状態がｓ偏光からｐ偏光に変化される量の条件（５％以上２０％以下）を満たすことができる。
　この場合に、（６式）から、
　　ｎｅ＝１．３７
となるので、（７式）の条件に数値を代入して、凸部１５ａと光導入面１１ａとの段差ｇの条件を求めると、
　　１８１ｎｍ≦ｇ≦１８７ｎｍ
が条件となる。つまり、凸部１５ａと光導入面１１ａとの段差ｇを上述した条件を満たすように設定することで、波面収差を無視できる程度に低減しながら、入射光量の最大２６％を光量モニタ部５０に導くことが可能となる。
　同様にして計算すると、例えば凸部１５ａと凹部１５ｂとの段差ｈ＝７００ｎｍの場合、３７％の光をｐ偏光に変化させることができる。従って、例えば偏光変換部１５にレーザビーム２１の光量の５／３７から２０／３７が入射するように設定すると、ＰＢＳ１０に入射した光の５％から２０％を光量モニタ部５０に導くことが可能となる。
　詳細は省略するが、もしｇ＝０とすると、波面収差を低減しながら、入射光を光量モニタ部５０に導くためには、凸部１５ａと凹部１５ｂとの段差ｈ＝２４１５ｎｍとする必要がある。しかしながら、このような光の波長に比べて非常に大きな段差ｈは、金型の製造および金型の凸凹配列の転写性の観点から実現性に乏しい。
　それに対して、上述したように、凸部１５ａを光導入面１１ａから段差ｇだけ突出させることで、凸部１５ａと凹部１５ｂとの段差ｈを光の波長程度に小さくすることができ、金型の製造が容易になるとともに、凸凹配列の転写性を向上させることができる。
　（実施例２）
　また、例えばＰＢＳ１０および偏光変換部１５を構成する透明媒質の硝材を、ＢＫ７（ｎｇｌ＝１．５３）よりも屈折率の高いＳＫ１０（ｎｇｌ＝１．６３）に変更して、λ＝４０５ｎｍ、ｈ＝５００ｎｍ、ｐ＝４００ｎｍ、ｆ＝０．５として（１式）から（５式）に代入すると、位相差Γ＝１．３６ｒａｄが得られる。
　さらに、面内方位角θ＝４５°として（８式）に代入すると、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
となる。つまり、ｓ偏光のレーザビーム２１が全て偏光変換部１５に入射した場合、入射光量の４０％がｐ偏光に変化し、光量モニタ部５０に導かれることになる。
　この場合に、（６式）から、
　　ｎｅ＝１．４７
となるので、（７式）の条件に数値を代入して、凸部１５ａと光導入面１１ａとの段差ｇの条件を求めると、
　　１３２ｎｍ≦ｇ≦１３８ｎｍ
が条件となる。つまり、凸部１５ａと光導入面１１ａとの段差ｇを上述した条件を満たすように設定することで、波面収差を低減しながら、入射光量の最大４０％を光量モニタ部５０に導くことが可能となる。
　（実施例３）
　さらに、例えばＰＢＳ１０および偏光変換部１５を構成する透明媒質の硝材を、より屈折率の高いＳ－ＬＡＨ６６（ｎｇｌ＝１．７９）に変更して、λ＝４０５ｎｍ、ｈ＝３００ｎｍ、ｐ＝４００ｎｍ、ｆ＝０．５として（１式）から（５式）に代入すると、位相差Γ＝１．４４ｒａｄとなる。
　同様に、面内方位角θ＝４５°として（８式）に代入すると、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
となる。つまり、ｓ偏光のレーザビーム２１が全て偏光変換部１５に入射した場合、入射光量の４３％がｐ偏光に変化し、光量モニタ部５０に導かれることになる。
　この場合に、（６式）から、
　　ｎｅ＝１．６１
となるので、（７式）の条件に数値を代入して、凸部１５ａと光導入面１１ａとの段差ｇの条件を求めると、
　　１０５ｎｍ≦ｇ≦１１７ｎｍ
が条件となる。つまり、凸部１５ａと光導入面１１ａとの段差ｇを上述した条件を満たすように設定することで、波面収差を低減しながら、入射光量の最大４３％を光量モニタ部５０に導くことが可能となる。
　上述した実施例１から３から分かるように、透明媒質の屈折率が高いほど、段差ｈが小さくても得られる位相差Γは大きい。言い換えると、透明媒質の屈折率が高いほど所定の位相差Γを得るのに必要な段差ｈはより小さくできるので、金型の凸凹構造の転写性がより向上する。
　なお、一般的には、ＰＢＳ１０の硝材にはＢＫ７が用いられることが多い。その場合は、後述する第２の実施の形態のように、ＢＫ７の直角プリズム１１の光導入面１１ａに、ＳＫ１０やＳ－ＬＡＨ６６の平板の表面に偏光変換部１５が形成されたものを貼付すればよい。その際には、直角プリズム１１の光導入面１１ａと表面に偏光変換部１５が形成された平板との界面にマッチングコート（反射防止コート）が必要である。マッチングコートについては、第２の実施の形態で詳述する。
　次に、偏光変換部１５によるレーザビーム２１の光量変化について、図５を用いて説明する。図５は、偏光変換部１５によるレーザビーム２１の光量変化を示す模式図で、横軸に図２（ｂ）に示したｘ軸あるいはｙ軸上のレーザビーム２１の位置を、縦軸にレーザビーム２１の光量を示してある。
　図５において、レーザビーム２１の光量分布は、破線２１Ｄで示した、レーザビーム２１の中心軸に対して軸対称なガウシアン分布と考えられる。このレーザビーム２１を直角プリズム１１の光導入面１１ａに入射させると、偏光変換部１５に入射したレーザビーム２１の中心軸近傍の光の偏光状態がｓ偏光から楕円偏光に変換される。楕円偏光のｐ偏光成分２３は、偏光分離手段１７を透過して光量モニタ部５０に入射する。その光量は図５に横縞のハッチングで示した２３Ｄである。
　一方、偏光分離手段１７で反射され、光ディスク９０に入射するレーザ光（ｓ偏光）２５は、図５に２５Ｄとして示した光量分布を持っており、レーザビーム２１の中心軸近傍の光量が減衰して平坦に近い光量分布となっているために、超解像効果を実現することができる。
　つまり、上述した偏光変換部１５を用いることにより、光量モニタ部５０に入射する光量を確保してフロントモニタを実現することができるとともに、光ディスク９０に入射するレーザ光２５の超解像効果を実現することができる。
　なお、超解像効果を得るためには、図２（ｂ）に示した偏光変換部１５の面積Ｓ１５は、レーザビーム２１のビーム面積Ｓ２１の１／３から１／４であることが望ましい。１／３超であると、レーザビーム２１の中心軸近傍の光量の落ち込みエッジがレーザビーム２１の面積の端部に近づきすぎて十分な超解像効果が得られず、１／４未満であると、レーザビーム２１の中心軸近傍の光量の落ち込み量が不足して十分な超解像効果が得られないためである。
　続いて、上述した偏光変換部１５の製造方法について、図６を用いて説明する。図６は、偏光変換部１５の製造方法を説明するための模式図である。ここでは、金型を用いたナノインプリント方式により、偏光変換部１５をＰＢＳ１０を構成する直角プリズム１１の光導入面１１ａ上に直接形成する方法として説明するが、ＰＢＳ１０とは別の透明媒質の板上に偏光変換部１５を形成する場合も同様である。また偏光変換部１５の形態についても、上述した偏光変換部１５の第１の実施の形態であっても、後述する偏光変換部１５の第２の実施の形態であっても同じ方法を用いることができる。
　図６（ａ）において、電子線描画（ＥＢＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｂｅａｍ　Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）等の方法により、凹部１０５ａの幅ｄ、凸凹配列の周期ｐ、凹部１０５ａと凸部１０５ｂとの段差ｈ、凹部１０５ａと周囲の平坦部１０１ａとの段差ｇの櫛歯状の凹凸パターン領域１０５を有する金型１０１が作製される（金型作製工程）。作製された金型１０１の表面には、離型材料１１０が塗布される。
　図６（ｂ）および（ｃ）において、直角プリズム１１の光導入面１１ａに、離型材料１１０が塗布された金型１０１が圧力Ｐで押し当てられることで、光導入面１１ａ上に櫛歯状の凹凸パターン領域１０５の形状が転写される（転写工程）。この時、金型１０１および直角プリズム１１は必要に応じて加熱される。
　図６（ｄ）において、転写完了後、金型１０１が離型されることで、凸部１５ａの幅ｄ、凹凸配列の周期ｐ、凸部１５ａと凹部１５ｂとの段差ｈ、凸部１５ａと周囲の光導入面１１ａとの段差ｇの櫛歯状の凹凸配列を有する偏光変換部１５が形成される。
　上述したように、本発明における偏光変換部１５の第１の実施の形態によれば、凸部１５ａを光導入面１１ａから段差ｇだけ突出させることで、凸部１５ａと凹部１５ｂとの段差ｈを光の波長程度に小さくして転写性を向上させることができる。それによって、加工、接着等の取り扱いが容易で生産性の高い偏光ビームスプリッタ、光ピックアップおよび偏光ビームスプリッタの製造方法を提供することができる。また、レーザビーム２１の中心軸近傍の光量を減衰させることができ、超解像効果を実現することができる。
　次に、ＰＢＳ１０の第１の実施の形態の製造方法について、図７を用いて説明する。図７は、ＰＢＳ１０の第１の実施の形態の製造方法を説明するための模式図で、図７（ａ）は製造方法の工程図、図７（ｂ）から（ｄ）は各工程を示す模式図である。
　図７（ａ）において、ステップＳ１１（偏光変換部形成工程）で、直角プリズム１１の光導入面１１ａ上に、図６で説明した方法により、偏光変換部１５が形成される。この状態を図７（ｂ）に示す。ステップＳ１３（偏光分離膜形成工程）で、直角プリズム１３の直角稜に対向する斜面１３ｂ上に、偏光分離手段１７が形成される。この状態を図７（ｃ）に示す。偏光分離手段１７は、通常の光学多層膜を用いたものでもよいし、ワイヤグリッド型偏光子であってもよい。
　ステップＳ１５（接合工程）で、直角プリズム１１と１３の各々の直角稜に対向する斜面１１ｂと１３ｂとが、互いに対向されて接合される。この状態を図７（ｄ）に示す。これによって、光導入面１１ａ上に偏光変換部１５が形成され、２個の直角プリズム１１と１３との接合面に偏光分離手段１７が形成されたＰＢＳ１０が完成する。
　上述したように、本発明におけるＰＢＳ１０の第１の実施の形態によれば、ＰＢＳ１０の光導入面の面中心を含む所定位置に、入射光の波長以下の周期ｐを有する凹凸配列が形成された偏光変換部１５を備える。これによって、任意の方向の光強度分布の補正が可能で、フロントモニタ方式と超解像効果とを実現することができる。加えて、フロントモニタ方式でのモニタ光の光量および超解像効果を所望の値にでき、加工、接着等の取り扱いが容易で生産性の高い偏光ビームスプリッタ、光ピックアップおよび偏光ビームスプリッタの製造方法を提供することができる。
　次に、本発明におけるＰＢＳ１０の第２の実施の形態について、図８を用いて説明する。図８は、ＰＢＳ１０の第２の実施の形態の構成を説明するための模式図で、図８（ａ）はＰＢＳ１０の中央断面図、図８（ｂ）は図８（ａ）の偏光変換部１５の第２の実施の形態の断面拡大図である。
　図８（ａ）において、第２の実施の形態のＰＢＳ１０が図２（ａ）の第１の実施の形態のＰＢＳ１０と異なる点は、偏光変換部１５が、直角プリズム１１の光導入面１１ａに直接形成されているのでなく、第１の透明媒質平板１２の光導入面１２ａ上に形成され、第１の透明媒質平板１２の裏面１２ｂが直角プリズム１１の光導入面１１ａに貼付されている点である。その他については第１の実施の形態のＰＢＳ１０と同じであるので、説明は省略する。
　第１の透明媒質平板１２には、ガラスや、ＰＣ（ポリカーボネート）やＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート）等の光学用樹脂を用いることができる。
　第１の透明媒質平板１２の光導入面１２ａ上に形成された偏光変換部１５は、図２（ｂ）に示したと同様に、光導入面１２ａの面中心を含む所定位置に、レーザビーム２１の面積Ｓ２１よりも小さい面積Ｓ１５で、ｘ軸に対して面内方位角θだけ傾いて形成されている。図３（ａ）に示したと同様の、偏光変換部１５の断面を図８（ｂ）に示す。
　図８（ｂ）において、偏光変換部１５の第２の実施の形態では、偏光変換部１５は光導入面１２ａの面中心を含む第１の領域１５１と第１の領域１５１を取り囲む第２の領域１５３とで構成される。第１の領域１５１と第２の領域１５３とはそれぞれ、入射光の波長（例えば、青色レーザの４０５ｎｍ）以下の周期を持つ一次元の凹凸配列からなる。第１の領域１５１と第２の領域１５３との面内方位角θは同一とする。
　第１の領域１５１は、幅ｄの第１の凸部１５ａと、第１の凸部１５ａに対してｈ１だけ段差のある第１の凹部１５ｂとが周期ｐで櫛歯状に一次元に配列されている。第１の凸部１５ａは、偏光変換部１５の周囲の光導入面１２ａに対して所定の段差ｇ１だけ凸であり、第１の凹部１５ｂは、光導入面１２ａに対して所定の段差（ｈ１－ｇ１）だけ凹である。
　同様に、第２の領域１５３は、幅ｄの第２の凸部１５ｃと、第２の凸部１５ｃに対してｈ２だけ段差のある第２の凹部１５ｄとが周期ｐで櫛歯状に一次元に配列されている。第２の凸部１５ｃは、偏光変換部１５の周囲の光導入面１２ａに対して所定の段差ｇ２だけ凸であり、第２の凹部１５ｄは、光導入面１２ａに対して所定の段差（ｈ２－ｇ２）だけ凹である。ここに、段差ｈ１＞ｈ２、かつ、ｇ１＞ｇ２である。これによって、第１の領域１５１の方が第２の領域１５３よりも、入射光の直線偏光を、それに垂直な偏光成分をより多く含む楕円偏光に変換することができる。
　偏光変換部１５の第１の領域および第２の領域の外周の形状は、ｘ軸、ｙ軸に対称な、円、楕円、ｎ角形（ｎ≧４）が好ましい。こうすることで、光ディスク９０への入射光２５の形状が対称になり、信号検出等に影響を及ぼさないからである。
　第１の実施の形態と同様に、光導入面１２ａと第１の凸部１５ａとの段差ｇ１および光導入面１２ａと第２の凸部１５ｃとの段差ｇ２、あるいは光導入面１２ａと第１の凹部１５ｂとの段差（ｈ１－ｇ１）および光導入面１２ａと第２の凹部１５ｄとの段差（ｈ２－ｇ２）を適切に設定することで、偏光変換部１５とその周辺の光導入面１２ａとの入射光の波面の位相を整合させることができ、波面収差を抑えることができる。さらに、段差ｇ１、ｇ２、ｈ１、ｈ２をそれぞれ光の波長程度に小さくすることができ、転写性を向上させることができる。
　上述した偏光変換部１５を用いた場合のレーザビーム２１の光量変化について、図９を用いて説明する。図９は、偏光変換部１５によるレーザビーム２１の光量変化を示す模式図で、横軸に図８（ａ）に示したｘ軸あるいはｙ軸上のレーザビーム２１の位置を、縦軸にレーザビーム２１の光量を示してある。
　図９において、レーザビーム２１の光量分布は、図５と同じく、破線２１Ｄで示したレーザビーム２１の中心軸に対して軸対称なガウシアン分布と考えられる。このレーザビーム２１を第１の透明媒質平板１２の光導入面１２ａに入射させると、偏光変換部１５の中央部の段差ｈ１の凹凸配列に入射したレーザビーム２１の中心軸近傍の光の偏光状態がｓ偏光から楕円偏光に変換される。
　このレーザビーム２１を直角プリズム１１の光導入面１１ａに入射させると、偏光変換部１５の中心部の光導入面１２ａとの間の段差ｈ１の凹凸配列に入射したレーザビーム２１の中心軸近傍の光の偏光状態がｓ偏光から楕円偏光に変換される。
　それとともに、偏光変換部１５の中心部と偏光変換部１５の周囲の光導入面１２ａとの間の段差ｈ２の凹凸配列に入射したレーザビーム２１の中心軸から少し離れた光の偏光状態がｓ偏光から楕円偏光に変換される。段差ｈ２は段差ｈ１よりも小さいので、段差ｈ２の凹凸配列による楕円偏光への変換率は、段差ｈ１の凹凸配列による変換率よりも低い。楕円偏光のｐ偏光成分２３は、偏光分離手段１７を透過して光量モニタ部５０に入射する。その光量は図９に横縞のハッチングで示した２３Ｄである。
　一方、偏光分離手段１７で反射され、光ディスク９０に入射するレーザ光（ｓ偏光）２５は、図９に２５Ｄとして示した光量分布を持っている。図５に示したレーザ光２５と比べると、レーザビーム２１の中心軸近傍の光量がより平坦に近くなり、矩形形状により近くなっているので、図５に示した光量分布よりもさらに大きな超解像効果を実現することができる。
　従って、上述した偏光変換部１５を用いることにより、光量モニタ部５０に入射する光量を確保してフロントモニタを実現することができるとともに、光ディスク９０に入射するレーザ光２５の、より大きな超解像効果を実現することができる。
　なお、第１の実施の形態と同様に、超解像効果を得るためには、偏光変換部１５の面積Ｓ１５は、レーザビーム２１のビーム面積Ｓ２１の１／３から１／４であることが望ましい。
　上述した第２の実施の形態では、偏光変換部１５は、
（１）第１の領域１５１と第２の領域１５３との段差ｇ１とｇ２およびｈ１とｈ２が異なる
としたが、第１の領域１５１と第２の領域１５３との違いはこれに限るものではなく、例えば、
（２）第１の領域１５１と第２の領域１５３との面内方位角θが異なる
（３）第１の領域１５１と第２の領域１５３との凹凸配列の周期ｐが異なる
（４）第１の領域１５１と第２の領域１５３とのｆ（＝凸部の幅ｄ／凹凸配列の周期ｐ）が異なる
ものであってもよい。
　第１の実施の形態で示したように、上述した４つのパラメータの何れを異ならせても、偏光変換部１５での直線偏光を楕円偏光に変換する変換率が変化する。よって、これら４つのパラメータを単独であるいは適切に組み合わせて変化させることで、所望の偏光変換部１５を得ることができる。いずれにしても、第１の領域１５１の方が第２の領域１５３よりも、入射光の直線偏光を、それに垂直な偏光成分をより多く含む楕円偏光に変換することができるように、上述した各パラメータを設定すればよい。
　上述したように、本発明における偏光変換部１５の第２の実施の形態によれば、偏光変換部１５の第１の実施の形態の効果に加えて、第１の領域１５１と第２の領域１５３とを有することで、レーザビーム２１の中心軸近傍の光量がより平坦に近くなり、矩形形状により近くなっているので、第１の実施の形態よりもさらに大きな超解像効果を実現することができる。
　続いて、ＰＢＳ１０の第２の実施の形態の製造方法について、図１０から図１３を用いて説明する。図１０は、ＰＢＳ１０の第２の実施の形態の製造方法を示す工程図であり、図１１から図１３は、図１０の各工程を説明するための模式図である。ここでは、複数個のＰＢＳ１０を一度に製造する方法について述べる。
　図１０において、ステップＳ２１（偏光変換部形成工程）で、図６に示した金型を用いたナノインプリント方式を用いて、厚さｔ１の第１の透明媒質平板１２のＰＢＳ１０の光導入面１２ａとなる面上の所定の位置に、所定の間隔で、ＰＢＳ１０の完成時に面内方位角θを有するように、複数個の偏光変換部１５の領域が形成される。この状態を図１１（ａ）に示す。
　第１の透明媒質平板１２は、ＰＢＳ１０の完成時には、１つのＰＢＳ１０に１つの偏光変換部１５の領域が含まれるように、図に二点鎖線で示した切り離し位置で切り離される。ここで形成される偏光変換部１５は、図３（ａ）に示したものであってもよいし、図８（ｂ）に示したものであってもよい。
　図１０のステップＳ２３（偏光分離膜形成工程）で、厚さｔ２の第２の透明媒質平板２２の一方の面２２ａの全面に、偏光分離手段１７が形成される。偏光分離手段１７は、通常の光学多層膜を用いたものでもよいし、ワイヤグリッド型偏光子であってもよい。この状態を図１１（ｂ）に示す。
　図１０のステップＳ２５（積層体形成工程）で、偏光分離手段１７が形成された複数枚の第２の透明媒質平板２２を、その厚さｔ２と同じだけ平面に水平な方向にずらせて積層して接着することで、積層体２２０が形成される。この状態を図１１（ｃ）に示す。
　図１０のステップＳ２７（積層分割体形成工程）で、ステップＳ２５で形成された積層体２２０が、図１１（ｃ）に二点鎖線で示した平面Ｐで切断され、積層分割体２２１が形成される。平面Ｐは、第２の透明媒質平板２２の偏光分離手段１７が形成された面に対して４５°の角度を有しており、第２の透明媒質平板２２の面上で２ｔ２の間隔で積層体２２０を切断する。
　従って、隣接する切断面Ｐの間隔Ｔ２は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
となる。
　積層分割体２２１の形状を、図１２（ａ）に示す。２面の切断面Ｐの間の間隔がＴ２で、切断面Ｐに対して４５°の角度で偏光分離手段１７が形成された第２の透明媒質２２が複数枚積層されている。
　図１０のステップＳ２９（積層分割体研磨工程）で、積層分割体２２１のステップＳ２７で切断された２面の切断面Ｐが光学面に研磨される。
　さらに、図１０のステップＳ３１（マッチングコート工程）で、ステップＳ２９で研磨された２面の切断面Ｐのうち、次工程（ステップＳ３３）で、第１の透明媒質平板１２と張り合わされる側の面に、必要に応じて、マッチングコートが施される。
　マッチングコートが必要なのは、第１の透明媒質平板１２と第２の透明媒質平板２２との屈折率が異なる場合で、屈折率が異なると接合面で光の反射が発生するので、それを低減するためである。
　マッチングコートは、低屈折率材料（例えばＳｉＯ２）と高屈折率材料（例えばＮｂ２Ｏ５）との積層多層膜を、２面の切断面Ｐの第１の透明媒質平板１２と張り合わされる側の面に、蒸着やスパッタリング等によりコーティングすることで形成される。
　図１０のステップＳ３３（結合体形成工程）で、積層分割体２２１の切断面Ｐの一面と、複数の偏光変換部１５が形成された第１の透明媒質平板１２の裏面１２ｂとが、偏光変換部１５の領域が切断面Ｐの一面に露出している偏光分離手段１７の間隔の中央に位置するように調整されて張り合わされ、結合体２２３が形成される。この状態を図１２（ｂ）に示す。
　図１０のステップＳ３５（結合積層体形成工程）で、ステップＳ３３で形成された結合体２２３が複数枚積層されて仮接着され、結合積層体２２５が形成される。この状態を図１２（ｃ）に示す。
　図１０のステップＳ３７（棒状体形成工程）で、ステップＳ３５で形成された結合積層体２２５が、図１２（ｃ）に二点鎖線で示した平面Ｑで切断され、その後に仮接着が外されて、棒状体２２７が形成される。平面Ｑは、第１の透明媒質平板１２の光導入面１２ａに垂直で、かつ積層分割体２２１の切断面Ｐと第１の透明媒質平板１２の裏面１２ｂとの接合面上に露出している偏光分離手段１７の端部の位置を通る面であり、隣り合う平面Ｑ間の間隔はＴ２である。棒状体２２７を図１３（ａ）に示す。
　図１３（ａ）において、図２および図８と同様の座標軸を記載すると図示したようになる。棒状体２２７は、ｘｙ平面に平行な光導入面１２ａ上に、偏光変換部１５が所定の間隔Ｔ３でｙ方向に一列に並び、ｘｚ面に垂直な方向に偏光分離手段１７を有している。即ち、完成系のＰＢＳ１０を複数個、ｙ軸方向に一列に並べた形状をしている。
　図１０のステップＳ３９（棒状体研磨工程）で、棒状体２２７の２面の切断面Ｑが光学面に研磨される。さらに、図１０のステップＳ４１（棒状体反射防止工程）で、ステップＳ３９で研磨された２面の切断面Ｑ（光ディスク９０側の面と受光部４０側の面）と、積層分割体２２１の２面の切断面Ｐのうちの第１の透明媒質平板１２と貼付されたとは反対面（光量モニタ側の面）とに反射防止コーティングが施される。
　図１０のステップＳ４３（ＰＢＳ形成工程）で、ステップＳ４１で反射防止コーティングが施された棒状体２２７が、図１３（ａ）に二点鎖線で示した平面Ｒで切断され、図８（ａ）に示したと同じＰＢＳ１０が完成される。この状態を図１３（ｂ）に示す。平面Ｒは、第１の透明媒質平板１２の光導入面１２ａと切断面Ｑとに垂直な平面で、隣接する平面Ｒ間の間隔はＴ３である。間隔Ｔ３は、光ピックアップ１の構成上必要な値に適宜決定されればよい。
　上述したように、本発明におけるＰＢＳ１０の第２の実施の形態によれば、ＰＢＳ１０に、光導入面１２ａの面中心を含む所定位置に入射光の波長以下の周期ｐを有する凹凸配列が形成された偏光変換部１５を備えた透明媒質平板１２を貼付する。これによって、任意の方向の光強度分布の補正が可能で、フロントモニタ方式と超解像効果とを実現するとともに、フロントモニタ方式でのモニタ光の光量および超解像効果を所望の値にできる。さらに、加工、接着等の取り扱いが容易で生産性の高い偏光ビームスプリッタ、光ピックアップおよび偏光ビームスプリッタの製造方法を提供することができる。
　さらに、第１の凸部１５ａおよび第２の凸部１５ｃを光導入面１２ａから段差ｇ１およびｇ２だけ突出させることで、凸部１５ａと凹部１５ｂとの段差ｈ１およびｈ２を光の波長程度に小さくして転写性を向上させることができる。それによって、加工、接着等の取り扱いが容易で生産性の高い偏光ビームスプリッタ、光ピックアップおよび偏光ビームスプリッタの製造方法を提供することができる。
　また、本発明における偏光変換部１５の第２の実施の形態によれば、第１の凸部１５ａと第２の凸部１５ｃとを有することで、レーザビーム２１の中心軸近傍の光量がより平坦に近くなっているとともに、光量の急峻な落ち込みのエッジが多くなっているので、偏光変換部１５の第１の実施の形態よりもさらに大きな超解像効果を実現することができる。
　なお、上述したＰＢＳ１０の第１および第２の実施の形態では、ＰＢＳ１０は直角プリズム１１と１３とを接合したものとして説明したが、接合面に偏光分離手段を有し、偏光ビームスプリッタとして機能するものであれば、直角プリズムを用いたものに限定されるものではない。
　以上に述べたように、本発明によれば、偏光ビームスプリッタの光導入面の面中心を含む所定位置に入射光の波長以下の周期を有する凹凸配列が形成された偏光変換部を備えることで、任意の方向の光強度分布の補正が可能で、フロントモニタ方式と超解像効果とを実現することができる。加えて、フロントモニタ方式でのモニタ光の光量および超解像効果を所望の値にでき、加工、接着等の取り扱いが容易で生産性の高い偏光ビームスプリッタ、光ピックアップおよび偏光ビームスプリッタの製造方法を提供することができる。
　なお、本発明に係る偏光子の製造方法を構成する各構成の細部構成および細部動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
　１　光ピックアップ
　１０　偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
　１１、１３　直角プリズム
　１１ａ　（直角プリズム１１の）光導入面
　１２　第１の透明媒質平板
　１２ａ　（第１の透明媒質平板１２の）光導入面
　１２ｂ　（第１の透明媒質平板１２の）裏面
　１５　偏光変換部
　１５１　（偏光変換部の）第１の領域
　１５３　（偏光変換部の）第２の領域
　１５ａ　（偏光変換部の）凸部、第１の凸部
　１５ｂ　（偏光変換部の）第１の凹部
　１５ｃ　（偏光変換部の）第２の凸部
　１５ｄ　（偏光変換部の）第２の凹部
　１７　偏光分離膜
　２０　光源
　２１　レーザビーム
　２１Ｄ　レーザビーム２１の光量分布
　２２　第２の透明媒質平板
　２２ａ　第２の透明媒質平板の一方の面
　２３　光量モニタ部５０への入射光（ｐ偏光）
　２３Ｄ　光量モニタ部５０への入射光（ｐ偏光）２３の光量
　２５　光ディスク９０への入射光
　２５Ｄ　光ディスク９０への入射光２５の光量分布
　２７　光ディスク９０からの反射光
　３０　光学系
　３１　１／４波長板
　３３　対物レンズ
　４０　受光部
　５０　光量モニタ部
　６０　第２の光源
　６１　２波長のレーザビーム
　７０　ダイクロイックプリズム
　１０１　金型
　１０１ａ　平坦部
　１０５　凹凸パターン領域
　１０５ａ　凹部
　１０５ｂ　凸部
　１１０　離型材料
　２２０　積層体
　２２１　積層分割体
　２２３　結合体
　２２５　結合積層体
　２２７　棒状体
　ｄ　凸部の幅
　ｐ　凹凸配列の周期
　ｇ　凸部１５ａと光導入面１１ａとの段差
　ｇ１　第１の凸部１５ａと光導入面１２ａとの段差
　ｇ２　第２の凸部１５ｃと光導入面１２ａとの段差
　ｈ　凸部１５ａと凹部１５ｂとの段差
　ｈ１　第１の凸部１５ａと第１の凹部１５ｂとの段差
　ｈ２　第２の凸部１５ａと第２の凹部１５ｄとの段差
　Ｐ　平面（切断面）
　Ｑ　平面（切断面）
　Ｒ　平面（切断面）
　Ｓ１５　偏光変換部１５の面積
　Ｓ２１　レーザビーム２１の面積
　ｔ１　第１の透明媒質平板の厚さ
　ｔ２　第２の透明媒質平板の厚さ
　Ｔ２　隣接する平面Ｐ間の間隔
　Ｔ３　隣接する平面Ｒ間の間隔
　θ　面内方位角

Claims (15)

  1. 　２個のプリズムが接合されて構成され、
    　２個の前記プリズムの接合面に形成された偏光分離手段と、
    　光源からの入射光を前記偏光分離手段に入射させるための、前記偏光分離手段と対向する光導入面とを備えた偏光ビームスプリッタにおいて、
    　前記光導入面の面中心を含み周縁部を含まない所定領域に、前記入射光の波長以下の周期を有する一次元の凹凸配列を備えた偏光変換部が形成され、
    　前記偏光変換部の凹凸配列のＴＭ方向の周期方向は、前記入射光が前記光導入面に垂直に入射する場合に、前記入射光と前記入射光の前記偏光分離手段での反射光とが作る入射面と前記光導入面との交線に対して所定の面内方位角だけ傾けて形成されていることを特徴とする偏光ビームスプリッタ。
  2. 　前記一次元の凹凸配列の凸部の幅（ｄ）と周期（ｐ）との比ｆ（＝ｄ／ｐ）は、
    　　０．４＜ｆ＜０．６
    であることを特徴とする請求項１に記載の偏光ビームスプリッタ。
  3. 　前記一次元の凹凸配列は、前記光導入面に対して凹部と凸部とを有していることを特徴とする請求項１または２に記載の偏光ビームスプリッタ。
  4. 　前記偏光変換部は、前記光導入面の面中心を含む第１の領域と、前記第１の領域を取り囲む第２の領域とを有し、前記第１の領域での前記一次元の凹凸配列と、前記第２の領域での前記一次元の凹凸配列とは異なる構造を有することを特徴とする請求項１に記載の偏光ビームスプリッタ。
  5. 　前記第１の領域での前記一次元の凹凸配列と、前記第２の領域での前記一次元の凹凸配列とは、前記光導入面と前記凹部との段差および前記光導入面と前記凸部との段差のどちらか一方あるいは両方が異なることを特徴とする請求項４に記載の偏光ビームスプリッタ。
  6. 　前記第１の領域での前記一次元の凹凸配列と、前記第２の領域での前記一次元の凹凸配列とは、異なる前記面内方位角を有することを特徴とする請求項４に記載の偏光ビームスプリッタ。
  7. 　前記第１の領域での前記一次元の凹凸配列と、前記第２の領域での前記一次元の凹凸配列とは、異なる周期（ｐ）を有することを特徴とする請求項４に記載の偏光ビームスプリッタ。
  8. 　前記第１の領域での前記一次元の凹凸配列と、前記第２の領域での前記一次元の凹凸配列とは、異なる凸部の幅（ｄ）と周期（ｐ）との比ｆ（＝ｄ／ｐ）を有することを特徴とする請求項４に記載の偏光ビームスプリッタ。
  9. 　前記偏光変換部は、前記光導入面の面中心を含む所定位置に、金型を用いて前記一次元の凹凸配列を転写して形成されることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の偏光ビームスプリッタ。
  10. 　第１の透明媒質平板の一方の面の面中心を含み周縁部を含まない所定領域に、金型を用いて前記一次元の凹凸配列が転写されて前記偏光変換部が形成され、
    　前記第１の透明媒質平板が、前記偏光変換部が形成された面の反対面を前記光導入面に対向させて前記光導入面に貼付されたことを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の偏光ビームスプリッタ。
  11. 　請求項１から１０の何れか１項に記載の偏光ビームスプリッタと、
    　前記偏光ビームスプリッタの前記偏光変換部が形成された面に光を入射させる光源と、
    　前記偏光分離手段で反射されたあるいは前記偏光分離手段を透過した前記光源からの光を光ディスクに投光し、投光した光の前記光ディスクからの反射光を受光する光学系と、
    　前記光学系で受光され、前記偏光ビームスプリッタを透過したあるいは前記偏光ビームスプリッタで反射された前記光ディスクからの反射光を受光する受光部と、
    　前記偏光分離手段を透過したあるいは前記偏光分離手段で反射された前記光源からの光を受光する光量モニタ部とを備えたことを特徴とする光ピックアップ。
  12. 　前記光源から前記偏光変換部が形成された面に入射した直線偏光の入射光の光量の５％以上２０％以下が、前記直線偏光に垂直な直線偏光として射出するように、前記偏光変換部の面積および前記偏光変換部での位相差が設定されていることを特徴とする請求項１１に記載の光ピックアップ。
  13. 　前記偏光変換部の面積は、前記光源から前記偏光変換部が形成された面に入射した入射光のビーム面積の１／４以上１／３以下の面積であることを特徴とする請求項１１または１２に記載の光ピックアップ。
  14. 　金型を用いて、透明媒質からなる第１のプリズムの光源からの入射光が入射する光導入面の面中心を含み周縁部を含まない所定領域に、前記入射光の波長以下の周期を有する一次元の凹凸配列を転写して偏光変換部を形成する偏光変換部形成工程と、
    　透明媒質からなる第２のプリズムの前記第１のプリズムと接合される面に偏光分離手段を形成する偏光分離手段形成工程と、
    　前記第１のプリズムの偏光変換部が形成された光導入面に対向する面と、前記第２のプリズムの前記偏光分離手段が形成された面とを対向させて接合する接合工程とを備えたことを特徴とする偏光ビームスプリッタの製造方法。
  15. 　金型を用いて、第１の透明媒質平板の一方の表面の所定位置に、入射光の波長以下の周期を有する凹凸配列の複数の偏光変換部を転写する偏光変換部形成工程と、
    　第２の透明媒質平板の一方の表面に偏光分離手段を形成する偏光分離手段形成工程と、
    　一方の表面に前記偏光分離手段が形成された前記第２の透明媒質平板を、前記偏光分離手段が形成された面と前記偏光分離手段が形成されていない面とを対向させて複数枚積層して接着し、積層体を形成する積層体形成工程と、
    　前記積層体を、前記偏光分離手段が形成された面に対して４５°の角度で所定の間隔の面で切断して、積層分割体を形成する積層分割体形成工程と、
    　前記積層分割体の切断面を研磨する積層分割体研磨工程と、
    　前記積層分割体の研磨された切断面の一方に、前記第１の透明媒質平板の前記偏光変換部が形成された面とは反対側の面を対向させて積層して接着し、結合体を形成する結合体形成工程と、
    　前記結合体を、前記第１の透明媒質平板に直角で所定の間隔の面で、前記偏光分離手段を１面のみ含むように切断して棒状体を形成する棒状体形成工程と、
    　前記棒状体の２面の切断面を研磨する棒状体研磨工程と、
    　前記棒状体を、前記第１の透明媒質平板に垂直な角度で所定の間隔の面で、前記偏光変換部を１つだけ含むように切断して、偏光ビームスプリッタを形成するビームスプリッタ形成工程とを備えたことを特徴とする偏光ビームスプリッタの製造方法。
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