偏光素子および偏光素子を含む光学系
所定の波長領域の二波長に対して使用することのできる、簡単な構造の偏光素子を提供する。本発明による偏光素子は、基板に断面が三角形状の、一定周期Λの格子パターンを形成し、当該格子パターン上に基板に比べて屈折率の高い膜を付着させた２層構造からなる。第１の波長λ１および第２の波長λ２がλ１＜λ２の関係を満たす場合に、格子面に対する入射角度を、θ０としてΛｃｏｓθ０＜λ１である。第１の波長λ１に対して、ＴＥ偏光の０次回折光の反射効率が所定の値以上であり、ＴＭ偏光の０次回折光の透過効率が所定の値以上であり、第２の波長λ２に対して、ＴＥ偏光の０次回折光の透過効率が所定の値以上であり、ＴＭ偏光の０次回折光の反射効率が所定の値以上であるように格子周期、格子高さおよび膜厚を定めている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
本発明は、偏光素子、特に二波長に使用することのできる偏光素子および偏光素子を含む光学系に関する。さらに詳細に、光ピックアップ系において、デジタルバーサタルディスク（ＤＶＤ）用波長およびコンパクト・ディスク（ＣＤ）用波長に使用することのできる偏光ビームスプリッタおよび偏光ビームスプリッタを含む光学系に関する。
【背景技術】
従来の格子素子技術では、半導体レーザーの一波長に対して偏光制御による分離を行っていた。たとえば、特開２００２−９０５３４号公報（第１７段落、図１他）を参照することができる。つまり、ＴＥ偏光とＴＭ偏光の２つのモードで、ＴＥ偏光時は反射し、ＴＭ偏光時は透過させていた。しかし、二つの異なる半導体レーザーの波長に使用することはできなかった。
また、ＳｉＯ２基板にＳｉとＳｉＯ２を交互に積層させて全体５層の矩形山を形成させて、任意の入射角度および動作波長に対して、偏光制御を行う装置も提案されている。たとえば、Ｔｙａｎ ｅｔ ａｌ．，“Ｄｅｓｉｇｎ，ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｏｒｍ−ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｅｒ”，Ｖｏｌ．１４，Ｎｏ．７／Ｊｕｌｙ １９９７／Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａを参照することができる。また、特開２００１−５１１２２号は、第１ブラッグ条件より短い周期ごとに繰り返しつつｚ軸方向に層状に積層する構造によって、入射光に位相を与えて偏波を分離する偏光ビームスプリッタを開示している。しかし、このような装置を現実に作製するのは、困難である。また、作製しても、工程が複雑であり、高コストである。
ここで、回折格子による偏光分離の原理について説明する。図１に示すように、屈折率がｎ１の媒質からｎ２の媒質に光が進む。境界には、周期Λの格子が形成されている。
光にはＴＥ偏光（ｓ偏光）、ＴＭ偏光（ｐ偏光）と呼ばれる偏光がある。回折格子に光が入射する場合に、格子の溝に対して電界が平行に振動する方向の偏光をＴＥ偏光と呼び、電界が垂直に（磁界が平行に）振動する方向の偏光をＴＭ偏光と呼ぶ。
回折格子が波長λに対し、入射角度θ０、周期Λを用いて
の条件が満たされたとき、その回折格子構造は、光にとって有効屈折率ｎｅｆｆで表される薄膜構造内を進行しているように認識される。このとき有効屈折率ｎｅｆｆは、入射光の偏光方向によって異なり、第１次近似では次式で書き表される。
ただしｆは周期Λに対する図１における山側部分の比を表す。上式からｆが０，１以外では、各々の偏光に対する有効屈折率の値が異なっていることがわかる。
各々の偏光状態による有効屈折率の違いの物理的意味は、光の波長よりも極めて小さい構造体を光が通過する際、構造体は散乱などを生じさせる遮蔽物として捉えられる。結果として遮蔽物を通過するのにエネルギー損失が生じ、その影響が有効屈折率として現われていると考えることができる。
この条件の下で各々の偏光成分における有効屈折率ｎｅｆｆ＝ｎＴＥまたはｎｅｆｆ＝ｎＴＭ（ただしｎＴＥ≠ｎＴＭ）のいずれかが、異なる媒質を進行する光の屈折の関係式（Ｓｎｅｌｌの式）から変形される式
を満たすと、その偏光方向をもつ入射光は有効屈折率ｎｅｆｆのもつ薄膜層を通過できなくなる。この状態は図１において、有効屈折率ｎｅｆｆのもつ薄膜層での屈折角度θ１がほぼ９０°に達しており、ｎ２側への層に光が移動できない状態に相当する。結果的に、入射したエネルギーの発散先として、反射光が生じることとなる。
以上、いずれか一方の偏光方向の光が格子構造から認識される有効屈折率ｎｅｆｆの効果によって（４）式が成立すると、微小周期による偏光素子が実現することになる。
上述のように、格子部において周期を波長以下に設定することにより、電磁波として表される光は進行に伴って、回折波が生じないため、波の重ね合わせとして表現される回折効果として認識されなくなる。波の進行に対して格子部は屈折率変化の対象としてみなされ、電磁波に与える効果は仮想的な屈折率をもつ材質内での進行と同等の性質を与える。この結果、特定の波長帯域において薄膜層と同様の効果をもたらす。格子部を仮想的な屈折率をもつ材質と仮定する手法は有効屈折率法と呼ばれている。たとえば、非特許文献２には格子形状から有効屈折率を求めるための式が記述されている。有効屈折率層は格子部の周期に対する山部の比によって有効屈折率の値が決定される。矩形型凹凸形状の格子部もまた特定の波長帯域に依存し、その設計は矩形型凹凸形状の比と高さにより決まる。たとえば、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ Ａ Ｖｏｌ．１３ Ｎｏ．５の９８８ページやＡｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ Ｖｏｌ．３６ Ｎｏ．３４の８９３５ページなどに開示されているように、波長帯域を広げるために、高さ方向に対して三角形型の格子にすることによって、連続的に有効屈折率を変化させることができる。この操作により連続的に変化を与える多数の薄膜層の重ね合わせた効果と同様の性能をもたせることができる。
しかし、所定の波長領域の二波長に対して使用することのできる、簡単な構造の偏光素子は開発されていない。
【発明の開示】
このように、所定の波長領域の二波長に対して使用することのできる、簡単な構造の偏光素子に対する大きなニーズが存在する。
本発明による偏光素子は、基板に断面が矩形状の、一定周期Λの格子パターンを形成し、当該格子パターン上に基板に比べて屈折率の高い膜を付着させた２層構造からなる。波長をλ、格子面に対する入射角度を、θ０としてΛｃｏｓθ０＜λであり、ＴＥ偏光の０次回折光の反射効率が所定の値（０．８）以上であり、ＴＭ偏光の０次回折光の透過効率が所定の値（０．８）以上であるように格子周期、格子高さおよび膜厚を定めている。
本発明による偏光素子は、基板に断面が三角形状の、一定周期Λの格子パターンを形成し、当該格子パターン上に基板に比べて屈折率の高い膜を付着させた２層構造からなる。波長をλ、格子面に対する入射角度を、θ０としてΛｃｏｓθ０＜λであり、ＴＥ偏光およびＴＭ偏光の一方の０次回折光の反射効率が所定の値（０．７）以上であり、ＴＥ偏光およびＴＭ偏光の他方の０次回折光の透過効率が所定の値（０．７）以上であるように格子周期、格子高さおよび膜厚を定めている。
本発明による偏光素子は、基板に断面が三角形状の、一定周期Λの格子パターンを形成し、当該格子パターン上に基板に比べて屈折率の高い膜を付着させた２層構造からなる。第１の波長λ１および第２の波長λ２がλ１＜λ２の関係を満たす場合に、格子面に対する入射角度を、θ０としてΛｃｏｓθ０＜λ１である。第１の波長λ１に対して、ＴＥ偏光の０次回折光の反射効率が所定の値（０．７）以上であり、ＴＭ偏光の０次回折光の透過効率が所定の値（０．７）以上であり、第２の波長λ２に対して、ＴＥ偏光の０次回折光の透過効率が所定の値（０．７）以上であり、ＴＭ偏光の０次回折光の反射効率が所定の値（０．７）以上であるように格子周期、格子高さおよび膜厚を定めている。
あるいは、第１の波長λ１に対して、ＴＥ偏光の０次回折光の反射効率が所定の値（０．７）以上であり、ＴＭ偏光の０次回折光の透過効率が所定の値（０．７）以上であり、第２の波長λ２に対して、ＴＥ偏光の０次回折光の反射効率が所定の値（０．７）以上であり、ＴＭ偏光の０次回折光の透過効率が所定の値（０．７）以上であるように格子周期、格子高さおよび膜厚を定めている。
したがって、本発明による偏光素子は、基板の格子による多数の有効屈折率層と膜の格子による多数の有効屈折率層に近似でき、第１および第２の波長に対して偏光特性を有する。また、基板上に１層の膜を付着させた簡単な構造であり、製造方法が簡単であり、製造コストも低く低価額である。さらに、コンパクトな構造であり、装置の小型化が実現できる。
本発明の実施形態による偏光素子は、基板が合成樹脂から構成されている。
本発明の実施形態による偏光素子は、基板がアクリルまたはポリオレフィンなどの透明樹脂から構成されている。
したがって、本発明の実施形態による偏光素子は、低価額である。
本発明の実施形態による偏光素子は、基板の格子パターンが金型からの転写によって形成される。
したがって、本発明の実施形態による偏光素子は、製造方法が簡単であり、製造コストも低く低価額である。
本発明の実施形態による偏光素子は、膜が蒸着膜である。
したがって、基板上に１層の蒸着を行えばよいので製造方法が簡単である。
本発明の実施形態による偏光素子は、蒸着膜がＴｉＯ２など基板の屈折率より高い屈折率の材料からなる。蒸着膜がＴｉＯ２の場合には、樹脂との付着性が高い。
本発明の実施形態による偏光素子は、蒸着膜の厚みが０．３マイクロメータよりも小さい。
本発明の実施形態による偏光素子は、格子高さが格子周期よりも小さい。
本発明の実施形態による偏光素子は、第１の波長がデジタルバーサタルディスク用波長で有り、第２の波長がコンパクト・ディスク用波長である。
したがって、デジタルバーサタルディスクおよびコンパクト・ディスク両用の光ピックアップシステムに使用することができる。
本発明の光学系は、第１の波長の光源と、第２の波長の光源と、偏光素子とを含む。偏光素子は、いずれかの波長の光源からの光を、ディスクに到達するように反射させ、ディスクに反射された戻りの光を透過させるように構成される。
本発明の光学系は、第１の波長の光源と、第２の波長の光源と、請偏光素子とを含む。偏光素子は、第１および第２の波長の光源からの光を、ディスクに到達するように反射させ、ディスクに反射された戻りの光を透過させるように構成される。
したがって、デジタルバーサタルディスクおよびコンパクト・ディスク両用の光ピックアップシステムなどに使用することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、回折格子による偏光分離の原理について説明する。
第２図は、本発明の２層三角形状格子の構造を示す。
第３図は、本発明の２層三角形状格子を示す。
第４図は、２層矩形状格子を示す。
第５図は、本発明の２層三角形状格子（数値実施例１）の回折効率を示す。
第６図は、本発明の２層三角形状格子（数値実施例１）の波長依存性を示す。
第７図は、本発明の２層三角形状格子（数値実施例１）の入射角依存性を示す。
第８図は、本発明の２層三角形状格子（数値実施例２）の回折効率を示す。
第９図は、本発明の２層三角形状格子（数値実施例２）の波長依存性を示す。
第１０図は、本発明の２層三角形状格子（数値実施例２）の入射角依存性を示す。
第１１図は、２層矩形状格子の構造を示す。
第１２図は、２層矩形状格子の回折効率を示す。
第１３図は、２層矩形状格子の波長依存性を示す。
第１４図は、２層矩形状格子の入射角依存性を示す。
第１５図は、本発明の数値実施例１または２の偏光ビームスプリッタを使用した光ピックアップシステムの構成を示す。
第１６図は、本発明の数値実施例３の偏光ビームスプリッタを使用した光ピックアップシステムの構成を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
本発明の実施形態による二波長偏光ビームスプリッタは、基板に断面が三角形状の、一定周期Λの格子パターンを形成し、当該格子パターン上に基板に比べて屈折率の高い膜を付着させた２層構造からなる。当該２層構造を図２に示す。基板は樹脂であり、アクリルまたはポリオレフィンであることが好ましい。基板上の格子パターンは、樹脂成形金型に形成した微細形状を転写することで作成する。樹脂成形金型に形成しておく微細形状は、レーザビーム加工装置により作成する。このように、転写された、樹脂基板の格子パターン上に、高屈折率層としてＴｉＯ２膜などの樹脂よりも屈折率の高い膜を、たとえば蒸着によって成膜する。蒸着による場合、製造上の制限から膜厚は０．３μｍよりも小さくなる。
なお、第１の波長λ１および第２の波長λ２がλ１＜λ２の関係を満たす場合に、格子面に対する入射角度を、θ０として、格子周期Λは、Λｃｏｓθ０＜λ１の関係を満たすように設定する。また、格子高さは、格子周期よりも小さくなるように設定する。
以下では、第１の波長はＤＶＤ用波長（０．６６μｍ）、第２の波長としてＣＤ用波長（０．７８５μｍ）とする。
ここで、本発明の２層三角形状格子（図３）について、２層矩形状格子（図４）と比較して説明する。２層矩形状格子は、基板の格子による有効屈折率層１および膜の格子による有効屈折率層２の２層の有効屈折率層に近似できる。本発明の２層三角形状格子は、基板の格子によるｎ層の有効屈折率層と膜の格子によるｎ’層の有効屈折率層に近似できる。このような構造により、２波長に対して変更特性を持たせることが可能となる。
具体的には、格子周期を調整することにより、ＴＥ偏光およびＴＭ偏光の波長依存特性を調整する。ＤＶＤ用波長の反射または透過効率がいずれかの偏光でピークとなり、ＣＤ用波長の反射または透過効率がいずれかの偏光でピークとなるようにする。また、樹脂高さと膜厚を調整してピーク効率を調整する。
それぞれの波長について、一方の偏光で透過し（透過効率が一定値以上）、他方の偏光で反射（反射効率が一定値以上）するようにすればよい。
以下において、数値実施例について説明する。
（数値実施例１）
本実施例の２層三角形状格子の仕様を表１に示す。
ここで樹脂高さとは、樹脂部分の格子高さである。
ＤＶＤ用波長およびＣＤ用波長の、偏光角度に対する回折効率（透過・反射効率）を図５に示す。偏光角度は、０度がＴＭ偏光、９０度がＴＥ偏光である。格子面への入射角度は、４５度である。また、ＴＥモードおよびＴＭモードの波長依存特性を図６に示す。図６は、図５のＴＥ偏光およびＴＭ偏光の状態から、波長を変化させたものである。ＤＶＤ用波長およびＣＤ用波長の、入射角依存性を図７に示す。図７は、図５のＴＥ偏光およびＴＭ偏光の状態から、入射角を変化させたものである。
図５から明らかなように、ＤＶＤ用波長のＴＥ偏光は、８０％以上反射され、ＤＶＤ用波長のＴＭ偏光は、７０％以上透過される。また、ＣＤ用波長のＴＥ偏光は、７０％以上透過され、ＣＤ用波長のＴＭ偏光は、８０％以上反射される。このように、本実施例の２層三角形状の格子は、ＤＶＤ用波長およびＣＤ用波長に対して偏光特性を有する。
（数値実施例２）
本実施例の２層三角形状格子の仕様を表２に示す。
ここで樹脂高さとは、樹脂部分の格子高さである。
ＤＶＤ用波長およびＣＤ用波長の、偏光角度に対する回折効率（透過・反射効率）を図８に示す。偏光角度は、０度がＴＭ偏光、９０度がＴＥ偏光である。格子面への入射角度は４５度である。また、ＴＥモードおよびＴＭモードの波長依存特性を図９に示す。図９は、図８のＴＥ偏光およびＴＭ偏光の状態から、波長を変化させたものである。ＤＶＤ用波長およびＣＤ用波長の、入射角依存性を図１０に示す。図１０は、図８のＴＥ偏光およびＴＭ偏光の状態から、入射角を変化させたものである。
図８から明らかなように、ＤＶＤ用波長のＴＥ偏光は、８０％以上反射され、ＤＶＤ用波長のＴＭ偏光は、７０％以上透過される。また、ＣＤ用波長のＴＥ偏光は、８０％以上反射され、ＣＤ用波長のＴＭ偏光は、８０％以上透過される。このように、本実施例の２層三角形状の格子は、ＤＶＤ用波長およびＣＤ用波長に対して偏光特性を有する。
（数値実施例３）
つぎに数値実施例３として、２層矩形状格子について説明する。２層矩形状格子の構造を図１１に示す。
数値実施例３の２層矩形状格子の仕様を表３に示す。
ここで樹脂高さとは、樹脂部分の格子高さである。
ＤＶＤ用波長およびＣＤ用波長の、偏光角度に対する回折効率（透過・反射効率）を図１２に示す。格子面への入射角度は４５度である。偏光角度は、０度がＴＭ偏光、９０度がＴＥ偏光である。また、ＴＥモードおよびＴＭモードの波長依存特性を図１３に示す。図１３は、図１２のＴＥ偏光およびＴＭ偏光の状態から、波長を変化させたものである。ＤＶＤ用波長およびＣＤ用波長の、入射角依存性を図１４に示す。図１４は、図１２のＴＥ偏光およびＴＭ偏光の状態から、入射角を変化させたものである。
図１２から明らかなように、ＤＶＤ用波長のＴＥ偏光は、８０％以上反射され、ＤＶＤ用波長のＴＭ偏光は、８０％以上透過される。しかし、図１２から明らかなように、ＣＤ用波長に対しては偏光特性を有していない。光ピックアップ光学系
本発明の偏光ビームスプリッタを使用した光ピックアップシステムの構成を、図１５および図１６にしたがって説明する。
図１５において、２波長レーザー光源１から発したビームは、偏光ビームスプリッタ２によって反射され、コリメータレンズ３、固定ミラー４および対物レンズ５を経てディスク（ＤＶＤまたはＣＤ）６に至る。偏光ビームスプリッタ２とコリメータレンズ３との間には、図示しない１／４波長板が設けられる。ディスク６で反射されたビームは、対物レンズ５、固定ミラー４、コリメータレンズ３および１／４波長板を経由して偏光ビームスプリッタ２に戻る。ビームは戻るまで１／４波長板を２回通過しているので位相が９０度変化する。このビームは、偏光ビームスプリッタ２を通過し、集光レンズ７を経てフォトダイオード８によって検出される。
偏光ビームスプリッタ２として、数値実施例１の２層三角形状格子を使用している場合について説明する。ＤＶＤ用波長の光は、２波長レーザー光源１から偏光ビームスプリッタ２にＴＥ偏光の状態で入射される。したがって、偏光ビームスプリッタ２で反射される（図５の左の図）。戻った光は、ＴＭ偏光の状態であるので、偏光ビームスプリッタ２を透過する（図５の左の図）。他方、ＣＤ用波長の光は、レーザー光源１から偏光ビームスプリッタ２にＴＭ偏光の状態で入射される。したがって、偏光ビームスプリッタ２で反射される（図５の右の図）。戻った光は、ＴＥ偏光の状態であるので、偏光ビームスプリッタ２を透過する（図５の右の図）。
偏光ビームスプリッタ２として、数値実施例２の２層三角形状格子を使用している場合について説明する。ＤＶＤ用波長の光は、２波長レーザー光源１から偏光ビームスプリッタ２にＴＥ偏光の状態で入射される。したがって、偏光ビームスプリッタ２で反射される（図８の左の図）。戻った光は、ＴＭ偏光の状態であるので、偏光ビームスプリッタ２を透過する（図８の左の図）。他方、ＣＤ用波長の光も、レーザー光源１から偏光ビームスプリッタ２にＴＥ偏光の状態で入射される。したがって、偏光ビームスプリッタ２で反射される（図８の右の図）。戻った光は、ＴＭ偏光の状態であるので、偏光ビームスプリッタ２を透過する（図８の右の図）。
図１６において、ＤＶＤ波長レーザー光源９から発したビームは、偏光ビームスプリッタ１０によって反射され、コリメータレンズ１３、固定ミラー１４および対物レンズ１５を経てディスク（ＤＶＤまたはＣＤ）１６に至る。偏光ビームスプリッタ１０とコリメータレンズ１３との間には、図示しない１／４波長板が設けられる。ディスク１６で反射されたビームは、対物レンズ１５、固定ミラー１４、コリメータレンズ１３および１／４波長板を経由して偏光ビームスプリッタ１０に戻る。ビームは戻るまで１／４波長板を２回通過しているので位相が９０度変化する。このビームは、偏光ビームスプリッタ１０を通過し、偏光ビームスプリッタ１２を通過し、集光レンズ１７を経てフォトダイオード１８によって検出される。
一方、ＣＤ波長レーザー光源１１から発したビームは、偏光ビームスプリッタ１２によって反射され、偏光ビームスプリッタ１０を透過し、コリメータレンズ１３、固定ミラー１４および対物レンズ１５を経てディスク（ＤＶＤまたはＣＤ）１６に至る。偏光ビームスプリッタ１０とコリメータレンズ１３との間には、図示しない１／４波長板が設けられる。ディスク１６で反射されたビームは、対物レンズ１５、固定ミラー１４、コリメータレンズ１３および１／４波長板を経由して偏光ビームスプリッタ１０に戻る。ビームは戻るまで１／４波長板を２回通過しているので位相が９０度変化する。このビームは、偏光ビームスプリッタ１０を通過し、偏光ビームスプリッタ１２を通過し、集光レンズ１７を経てフォトダイオード１８によって検出される。
偏光ビームスプリッタ１０として、数値実施例３の２層矩形状格子を使用する場合について説明する。ＤＶＤ用波長の光は、ＤＶＤ波長レーザー光源９から偏光ビームスプリッタ１０にＴＥ偏光の状態で入射される。したがって、偏光ビームスプリッタ１０で反射される（図１２の左の図）。戻った光は、ＴＭ偏光の状態であるので、偏光ビームスプリッタ２を透過する（図１２の左の図）。他方、ＣＤ用波長の光は、レーザー光源１１から偏光ビームスプリッタ１２にＴＭ偏光の状態で入射される。したがって、偏光ビームスプリッタ１２で反射され、偏光ビームスプリッタ１０に入射され透過する（図１２の右の図）。戻った光は、ＴＥ偏光の状態であるので、偏光ビームスプリッタ１０を透過し（図１２の右の図）、偏光ビームスプリッタ１２に入射され透過する。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【技術分野】
本発明は、偏光素子、特に二波長に使用することのできる偏光素子および偏光素子を含む光学系に関する。さらに詳細に、光ピックアップ系において、デジタルバーサタルディスク（ＤＶＤ）用波長およびコンパクト・ディスク（ＣＤ）用波長に使用することのできる偏光ビームスプリッタおよび偏光ビームスプリッタを含む光学系に関する。
【背景技術】
従来の格子素子技術では、半導体レーザーの一波長に対して偏光制御による分離を行っていた。たとえば、特開２００２−９０５３４号公報（第１７段落、図１他）を参照することができる。つまり、ＴＥ偏光とＴＭ偏光の２つのモードで、ＴＥ偏光時は反射し、ＴＭ偏光時は透過させていた。しかし、二つの異なる半導体レーザーの波長に使用することはできなかった。
また、ＳｉＯ２基板にＳｉとＳｉＯ２を交互に積層させて全体５層の矩形山を形成させて、任意の入射角度および動作波長に対して、偏光制御を行う装置も提案されている。たとえば、Ｔｙａｎ ｅｔ ａｌ．，“Ｄｅｓｉｇｎ，ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｏｒｍ−ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｅｒ”，Ｖｏｌ．１４，Ｎｏ．７／Ｊｕｌｙ １９９７／Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａを参照することができる。また、特開２００１−５１１２２号は、第１ブラッグ条件より短い周期ごとに繰り返しつつｚ軸方向に層状に積層する構造によって、入射光に位相を与えて偏波を分離する偏光ビームスプリッタを開示している。しかし、このような装置を現実に作製するのは、困難である。また、作製しても、工程が複雑であり、高コストである。
ここで、回折格子による偏光分離の原理について説明する。図１に示すように、屈折率がｎ１の媒質からｎ２の媒質に光が進む。境界には、周期Λの格子が形成されている。
光にはＴＥ偏光（ｓ偏光）、ＴＭ偏光（ｐ偏光）と呼ばれる偏光がある。回折格子に光が入射する場合に、格子の溝に対して電界が平行に振動する方向の偏光をＴＥ偏光と呼び、電界が垂直に（磁界が平行に）振動する方向の偏光をＴＭ偏光と呼ぶ。
回折格子が波長λに対し、入射角度θ０、周期Λを用いて
の条件が満たされたとき、その回折格子構造は、光にとって有効屈折率ｎｅｆｆで表される薄膜構造内を進行しているように認識される。このとき有効屈折率ｎｅｆｆは、入射光の偏光方向によって異なり、第１次近似では次式で書き表される。
ただしｆは周期Λに対する図１における山側部分の比を表す。上式からｆが０，１以外では、各々の偏光に対する有効屈折率の値が異なっていることがわかる。
各々の偏光状態による有効屈折率の違いの物理的意味は、光の波長よりも極めて小さい構造体を光が通過する際、構造体は散乱などを生じさせる遮蔽物として捉えられる。結果として遮蔽物を通過するのにエネルギー損失が生じ、その影響が有効屈折率として現われていると考えることができる。
この条件の下で各々の偏光成分における有効屈折率ｎｅｆｆ＝ｎＴＥまたはｎｅｆｆ＝ｎＴＭ（ただしｎＴＥ≠ｎＴＭ）のいずれかが、異なる媒質を進行する光の屈折の関係式（Ｓｎｅｌｌの式）から変形される式
を満たすと、その偏光方向をもつ入射光は有効屈折率ｎｅｆｆのもつ薄膜層を通過できなくなる。この状態は図１において、有効屈折率ｎｅｆｆのもつ薄膜層での屈折角度θ１がほぼ９０°に達しており、ｎ２側への層に光が移動できない状態に相当する。結果的に、入射したエネルギーの発散先として、反射光が生じることとなる。
以上、いずれか一方の偏光方向の光が格子構造から認識される有効屈折率ｎｅｆｆの効果によって（４）式が成立すると、微小周期による偏光素子が実現することになる。
上述のように、格子部において周期を波長以下に設定することにより、電磁波として表される光は進行に伴って、回折波が生じないため、波の重ね合わせとして表現される回折効果として認識されなくなる。波の進行に対して格子部は屈折率変化の対象としてみなされ、電磁波に与える効果は仮想的な屈折率をもつ材質内での進行と同等の性質を与える。この結果、特定の波長帯域において薄膜層と同様の効果をもたらす。格子部を仮想的な屈折率をもつ材質と仮定する手法は有効屈折率法と呼ばれている。たとえば、非特許文献２には格子形状から有効屈折率を求めるための式が記述されている。有効屈折率層は格子部の周期に対する山部の比によって有効屈折率の値が決定される。矩形型凹凸形状の格子部もまた特定の波長帯域に依存し、その設計は矩形型凹凸形状の比と高さにより決まる。たとえば、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ Ａ Ｖｏｌ．１３ Ｎｏ．５の９８８ページやＡｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ Ｖｏｌ．３６ Ｎｏ．３４の８９３５ページなどに開示されているように、波長帯域を広げるために、高さ方向に対して三角形型の格子にすることによって、連続的に有効屈折率を変化させることができる。この操作により連続的に変化を与える多数の薄膜層の重ね合わせた効果と同様の性能をもたせることができる。
しかし、所定の波長領域の二波長に対して使用することのできる、簡単な構造の偏光素子は開発されていない。
【発明の開示】
このように、所定の波長領域の二波長に対して使用することのできる、簡単な構造の偏光素子に対する大きなニーズが存在する。
本発明による偏光素子は、基板に断面が矩形状の、一定周期Λの格子パターンを形成し、当該格子パターン上に基板に比べて屈折率の高い膜を付着させた２層構造からなる。波長をλ、格子面に対する入射角度を、θ０としてΛｃｏｓθ０＜λであり、ＴＥ偏光の０次回折光の反射効率が所定の値（０．８）以上であり、ＴＭ偏光の０次回折光の透過効率が所定の値（０．８）以上であるように格子周期、格子高さおよび膜厚を定めている。
本発明による偏光素子は、基板に断面が三角形状の、一定周期Λの格子パターンを形成し、当該格子パターン上に基板に比べて屈折率の高い膜を付着させた２層構造からなる。波長をλ、格子面に対する入射角度を、θ０としてΛｃｏｓθ０＜λであり、ＴＥ偏光およびＴＭ偏光の一方の０次回折光の反射効率が所定の値（０．７）以上であり、ＴＥ偏光およびＴＭ偏光の他方の０次回折光の透過効率が所定の値（０．７）以上であるように格子周期、格子高さおよび膜厚を定めている。
本発明による偏光素子は、基板に断面が三角形状の、一定周期Λの格子パターンを形成し、当該格子パターン上に基板に比べて屈折率の高い膜を付着させた２層構造からなる。第１の波長λ１および第２の波長λ２がλ１＜λ２の関係を満たす場合に、格子面に対する入射角度を、θ０としてΛｃｏｓθ０＜λ１である。第１の波長λ１に対して、ＴＥ偏光の０次回折光の反射効率が所定の値（０．７）以上であり、ＴＭ偏光の０次回折光の透過効率が所定の値（０．７）以上であり、第２の波長λ２に対して、ＴＥ偏光の０次回折光の透過効率が所定の値（０．７）以上であり、ＴＭ偏光の０次回折光の反射効率が所定の値（０．７）以上であるように格子周期、格子高さおよび膜厚を定めている。
あるいは、第１の波長λ１に対して、ＴＥ偏光の０次回折光の反射効率が所定の値（０．７）以上であり、ＴＭ偏光の０次回折光の透過効率が所定の値（０．７）以上であり、第２の波長λ２に対して、ＴＥ偏光の０次回折光の反射効率が所定の値（０．７）以上であり、ＴＭ偏光の０次回折光の透過効率が所定の値（０．７）以上であるように格子周期、格子高さおよび膜厚を定めている。
したがって、本発明による偏光素子は、基板の格子による多数の有効屈折率層と膜の格子による多数の有効屈折率層に近似でき、第１および第２の波長に対して偏光特性を有する。また、基板上に１層の膜を付着させた簡単な構造であり、製造方法が簡単であり、製造コストも低く低価額である。さらに、コンパクトな構造であり、装置の小型化が実現できる。
本発明の実施形態による偏光素子は、基板が合成樹脂から構成されている。
本発明の実施形態による偏光素子は、基板がアクリルまたはポリオレフィンなどの透明樹脂から構成されている。
したがって、本発明の実施形態による偏光素子は、低価額である。
本発明の実施形態による偏光素子は、基板の格子パターンが金型からの転写によって形成される。
したがって、本発明の実施形態による偏光素子は、製造方法が簡単であり、製造コストも低く低価額である。
本発明の実施形態による偏光素子は、膜が蒸着膜である。
したがって、基板上に１層の蒸着を行えばよいので製造方法が簡単である。
本発明の実施形態による偏光素子は、蒸着膜がＴｉＯ２など基板の屈折率より高い屈折率の材料からなる。蒸着膜がＴｉＯ２の場合には、樹脂との付着性が高い。
本発明の実施形態による偏光素子は、蒸着膜の厚みが０．３マイクロメータよりも小さい。
本発明の実施形態による偏光素子は、格子高さが格子周期よりも小さい。
本発明の実施形態による偏光素子は、第１の波長がデジタルバーサタルディスク用波長で有り、第２の波長がコンパクト・ディスク用波長である。
したがって、デジタルバーサタルディスクおよびコンパクト・ディスク両用の光ピックアップシステムに使用することができる。
本発明の光学系は、第１の波長の光源と、第２の波長の光源と、偏光素子とを含む。偏光素子は、いずれかの波長の光源からの光を、ディスクに到達するように反射させ、ディスクに反射された戻りの光を透過させるように構成される。
本発明の光学系は、第１の波長の光源と、第２の波長の光源と、請偏光素子とを含む。偏光素子は、第１および第２の波長の光源からの光を、ディスクに到達するように反射させ、ディスクに反射された戻りの光を透過させるように構成される。
したがって、デジタルバーサタルディスクおよびコンパクト・ディスク両用の光ピックアップシステムなどに使用することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、回折格子による偏光分離の原理について説明する。
第２図は、本発明の２層三角形状格子の構造を示す。
第３図は、本発明の２層三角形状格子を示す。
第４図は、２層矩形状格子を示す。
第５図は、本発明の２層三角形状格子（数値実施例１）の回折効率を示す。
第６図は、本発明の２層三角形状格子（数値実施例１）の波長依存性を示す。
第７図は、本発明の２層三角形状格子（数値実施例１）の入射角依存性を示す。
第８図は、本発明の２層三角形状格子（数値実施例２）の回折効率を示す。
第９図は、本発明の２層三角形状格子（数値実施例２）の波長依存性を示す。
第１０図は、本発明の２層三角形状格子（数値実施例２）の入射角依存性を示す。
第１１図は、２層矩形状格子の構造を示す。
第１２図は、２層矩形状格子の回折効率を示す。
第１３図は、２層矩形状格子の波長依存性を示す。
第１４図は、２層矩形状格子の入射角依存性を示す。
第１５図は、本発明の数値実施例１または２の偏光ビームスプリッタを使用した光ピックアップシステムの構成を示す。
第１６図は、本発明の数値実施例３の偏光ビームスプリッタを使用した光ピックアップシステムの構成を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
本発明の実施形態による二波長偏光ビームスプリッタは、基板に断面が三角形状の、一定周期Λの格子パターンを形成し、当該格子パターン上に基板に比べて屈折率の高い膜を付着させた２層構造からなる。当該２層構造を図２に示す。基板は樹脂であり、アクリルまたはポリオレフィンであることが好ましい。基板上の格子パターンは、樹脂成形金型に形成した微細形状を転写することで作成する。樹脂成形金型に形成しておく微細形状は、レーザビーム加工装置により作成する。このように、転写された、樹脂基板の格子パターン上に、高屈折率層としてＴｉＯ２膜などの樹脂よりも屈折率の高い膜を、たとえば蒸着によって成膜する。蒸着による場合、製造上の制限から膜厚は０．３μｍよりも小さくなる。
なお、第１の波長λ１および第２の波長λ２がλ１＜λ２の関係を満たす場合に、格子面に対する入射角度を、θ０として、格子周期Λは、Λｃｏｓθ０＜λ１の関係を満たすように設定する。また、格子高さは、格子周期よりも小さくなるように設定する。
以下では、第１の波長はＤＶＤ用波長（０．６６μｍ）、第２の波長としてＣＤ用波長（０．７８５μｍ）とする。
ここで、本発明の２層三角形状格子（図３）について、２層矩形状格子（図４）と比較して説明する。２層矩形状格子は、基板の格子による有効屈折率層１および膜の格子による有効屈折率層２の２層の有効屈折率層に近似できる。本発明の２層三角形状格子は、基板の格子によるｎ層の有効屈折率層と膜の格子によるｎ’層の有効屈折率層に近似できる。このような構造により、２波長に対して変更特性を持たせることが可能となる。
具体的には、格子周期を調整することにより、ＴＥ偏光およびＴＭ偏光の波長依存特性を調整する。ＤＶＤ用波長の反射または透過効率がいずれかの偏光でピークとなり、ＣＤ用波長の反射または透過効率がいずれかの偏光でピークとなるようにする。また、樹脂高さと膜厚を調整してピーク効率を調整する。
それぞれの波長について、一方の偏光で透過し（透過効率が一定値以上）、他方の偏光で反射（反射効率が一定値以上）するようにすればよい。
以下において、数値実施例について説明する。
（数値実施例１）
本実施例の２層三角形状格子の仕様を表１に示す。
ここで樹脂高さとは、樹脂部分の格子高さである。
ＤＶＤ用波長およびＣＤ用波長の、偏光角度に対する回折効率（透過・反射効率）を図５に示す。偏光角度は、０度がＴＭ偏光、９０度がＴＥ偏光である。格子面への入射角度は、４５度である。また、ＴＥモードおよびＴＭモードの波長依存特性を図６に示す。図６は、図５のＴＥ偏光およびＴＭ偏光の状態から、波長を変化させたものである。ＤＶＤ用波長およびＣＤ用波長の、入射角依存性を図７に示す。図７は、図５のＴＥ偏光およびＴＭ偏光の状態から、入射角を変化させたものである。
図５から明らかなように、ＤＶＤ用波長のＴＥ偏光は、８０％以上反射され、ＤＶＤ用波長のＴＭ偏光は、７０％以上透過される。また、ＣＤ用波長のＴＥ偏光は、７０％以上透過され、ＣＤ用波長のＴＭ偏光は、８０％以上反射される。このように、本実施例の２層三角形状の格子は、ＤＶＤ用波長およびＣＤ用波長に対して偏光特性を有する。
（数値実施例２）
本実施例の２層三角形状格子の仕様を表２に示す。
ここで樹脂高さとは、樹脂部分の格子高さである。
ＤＶＤ用波長およびＣＤ用波長の、偏光角度に対する回折効率（透過・反射効率）を図８に示す。偏光角度は、０度がＴＭ偏光、９０度がＴＥ偏光である。格子面への入射角度は４５度である。また、ＴＥモードおよびＴＭモードの波長依存特性を図９に示す。図９は、図８のＴＥ偏光およびＴＭ偏光の状態から、波長を変化させたものである。ＤＶＤ用波長およびＣＤ用波長の、入射角依存性を図１０に示す。図１０は、図８のＴＥ偏光およびＴＭ偏光の状態から、入射角を変化させたものである。
図８から明らかなように、ＤＶＤ用波長のＴＥ偏光は、８０％以上反射され、ＤＶＤ用波長のＴＭ偏光は、７０％以上透過される。また、ＣＤ用波長のＴＥ偏光は、８０％以上反射され、ＣＤ用波長のＴＭ偏光は、８０％以上透過される。このように、本実施例の２層三角形状の格子は、ＤＶＤ用波長およびＣＤ用波長に対して偏光特性を有する。
（数値実施例３）
つぎに数値実施例３として、２層矩形状格子について説明する。２層矩形状格子の構造を図１１に示す。
数値実施例３の２層矩形状格子の仕様を表３に示す。
ここで樹脂高さとは、樹脂部分の格子高さである。
ＤＶＤ用波長およびＣＤ用波長の、偏光角度に対する回折効率（透過・反射効率）を図１２に示す。格子面への入射角度は４５度である。偏光角度は、０度がＴＭ偏光、９０度がＴＥ偏光である。また、ＴＥモードおよびＴＭモードの波長依存特性を図１３に示す。図１３は、図１２のＴＥ偏光およびＴＭ偏光の状態から、波長を変化させたものである。ＤＶＤ用波長およびＣＤ用波長の、入射角依存性を図１４に示す。図１４は、図１２のＴＥ偏光およびＴＭ偏光の状態から、入射角を変化させたものである。
図１２から明らかなように、ＤＶＤ用波長のＴＥ偏光は、８０％以上反射され、ＤＶＤ用波長のＴＭ偏光は、８０％以上透過される。しかし、図１２から明らかなように、ＣＤ用波長に対しては偏光特性を有していない。光ピックアップ光学系
本発明の偏光ビームスプリッタを使用した光ピックアップシステムの構成を、図１５および図１６にしたがって説明する。
図１５において、２波長レーザー光源１から発したビームは、偏光ビームスプリッタ２によって反射され、コリメータレンズ３、固定ミラー４および対物レンズ５を経てディスク（ＤＶＤまたはＣＤ）６に至る。偏光ビームスプリッタ２とコリメータレンズ３との間には、図示しない１／４波長板が設けられる。ディスク６で反射されたビームは、対物レンズ５、固定ミラー４、コリメータレンズ３および１／４波長板を経由して偏光ビームスプリッタ２に戻る。ビームは戻るまで１／４波長板を２回通過しているので位相が９０度変化する。このビームは、偏光ビームスプリッタ２を通過し、集光レンズ７を経てフォトダイオード８によって検出される。
偏光ビームスプリッタ２として、数値実施例１の２層三角形状格子を使用している場合について説明する。ＤＶＤ用波長の光は、２波長レーザー光源１から偏光ビームスプリッタ２にＴＥ偏光の状態で入射される。したがって、偏光ビームスプリッタ２で反射される（図５の左の図）。戻った光は、ＴＭ偏光の状態であるので、偏光ビームスプリッタ２を透過する（図５の左の図）。他方、ＣＤ用波長の光は、レーザー光源１から偏光ビームスプリッタ２にＴＭ偏光の状態で入射される。したがって、偏光ビームスプリッタ２で反射される（図５の右の図）。戻った光は、ＴＥ偏光の状態であるので、偏光ビームスプリッタ２を透過する（図５の右の図）。
偏光ビームスプリッタ２として、数値実施例２の２層三角形状格子を使用している場合について説明する。ＤＶＤ用波長の光は、２波長レーザー光源１から偏光ビームスプリッタ２にＴＥ偏光の状態で入射される。したがって、偏光ビームスプリッタ２で反射される（図８の左の図）。戻った光は、ＴＭ偏光の状態であるので、偏光ビームスプリッタ２を透過する（図８の左の図）。他方、ＣＤ用波長の光も、レーザー光源１から偏光ビームスプリッタ２にＴＥ偏光の状態で入射される。したがって、偏光ビームスプリッタ２で反射される（図８の右の図）。戻った光は、ＴＭ偏光の状態であるので、偏光ビームスプリッタ２を透過する（図８の右の図）。
図１６において、ＤＶＤ波長レーザー光源９から発したビームは、偏光ビームスプリッタ１０によって反射され、コリメータレンズ１３、固定ミラー１４および対物レンズ１５を経てディスク（ＤＶＤまたはＣＤ）１６に至る。偏光ビームスプリッタ１０とコリメータレンズ１３との間には、図示しない１／４波長板が設けられる。ディスク１６で反射されたビームは、対物レンズ１５、固定ミラー１４、コリメータレンズ１３および１／４波長板を経由して偏光ビームスプリッタ１０に戻る。ビームは戻るまで１／４波長板を２回通過しているので位相が９０度変化する。このビームは、偏光ビームスプリッタ１０を通過し、偏光ビームスプリッタ１２を通過し、集光レンズ１７を経てフォトダイオード１８によって検出される。
一方、ＣＤ波長レーザー光源１１から発したビームは、偏光ビームスプリッタ１２によって反射され、偏光ビームスプリッタ１０を透過し、コリメータレンズ１３、固定ミラー１４および対物レンズ１５を経てディスク（ＤＶＤまたはＣＤ）１６に至る。偏光ビームスプリッタ１０とコリメータレンズ１３との間には、図示しない１／４波長板が設けられる。ディスク１６で反射されたビームは、対物レンズ１５、固定ミラー１４、コリメータレンズ１３および１／４波長板を経由して偏光ビームスプリッタ１０に戻る。ビームは戻るまで１／４波長板を２回通過しているので位相が９０度変化する。このビームは、偏光ビームスプリッタ１０を通過し、偏光ビームスプリッタ１２を通過し、集光レンズ１７を経てフォトダイオード１８によって検出される。
偏光ビームスプリッタ１０として、数値実施例３の２層矩形状格子を使用する場合について説明する。ＤＶＤ用波長の光は、ＤＶＤ波長レーザー光源９から偏光ビームスプリッタ１０にＴＥ偏光の状態で入射される。したがって、偏光ビームスプリッタ１０で反射される（図１２の左の図）。戻った光は、ＴＭ偏光の状態であるので、偏光ビームスプリッタ２を透過する（図１２の左の図）。他方、ＣＤ用波長の光は、レーザー光源１１から偏光ビームスプリッタ１２にＴＭ偏光の状態で入射される。したがって、偏光ビームスプリッタ１２で反射され、偏光ビームスプリッタ１０に入射され透過する（図１２の右の図）。戻った光は、ＴＥ偏光の状態であるので、偏光ビームスプリッタ１０を透過し（図１２の右の図）、偏光ビームスプリッタ１２に入射され透過する。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光素子であって、基板に断面が矩形状の、一定周期Λの格子パターンを形成し、当該格子パターン上に基板に比べて屈折率の高い膜を付着させた２層構造からなり、波長をλ、格子面に対する入射角度を、θ０としてΛｃｏｓθ０＜λであり、ＴＥ偏光の０次回折光の反射効率が所定の値以上であり、ＴＭ偏光の０次回折光の透過効率が所定の値以上であるように格子周期、格子高さおよび膜厚を定めた偏光素子。
【請求項２】
所定の値が、０．８である請求項１に記載の偏光素子。
【請求項３】
偏光素子であって、基板に断面が三角形状の、一定周期Λの格子パターンを形成し、当該格子パターン上に基板に比べて屈折率の高い膜を付着させた２層構造からなり、波長をλ、格子面に対する入射角度を、θ０としてΛｃｏｓθ０＜λであり、ＴＥ偏光およびＴＭ偏光の一方の０次回折光の反射効率が所定の値以上であり、ＴＥ偏光およびＴＭ偏光の他方の０次回折光の透過効率が所定の値以上であるように格子周期、格子高さおよび膜厚を定めた偏光素子。
【請求項４】
所定の値が、０．７である請求項３に記載の偏光素子。
【請求項５】
偏光素子であって、基板に断面が三角形状の、一定周期Λの格子パターンを形成し、当該格子パターン上に基板に比べて屈折率の高い膜を付着させた２層構造からなり、第１の波長λ１および第２の波長λ２がλ１＜λ２の関係を満たす場合に、格子面に対する入射角度を、θ０としてΛｃｏｓθ０＜λ１であり、第１の波長λ１に対して、ＴＥ偏光の０次回折光の反射効率が所定の値以上であり、ＴＭ偏光の０次回折光の透過効率が所定の値以上であり、第２の波長λ２に対して、ＴＥ偏光の０次回折光の透過効率が所定の値以上であり、ＴＭ偏光の０次回折光の反射効率が所定の値以上であるように格子周期、格子高さおよび膜厚を定めた偏光素子。
【請求項６】
所定の値が、０．７である請求項５に記載の偏光素子。
【請求項７】
偏光素子であって、基板に断面が三角形状の、一定周期Λの格子パターンを形成し、当該格子パターン上に基板に比べて屈折率の高い膜を付着させた２層構造からなり、第１の波長λ１および第２の波長λ２がλ１＜λ２の関係を満たす場合に、格子面に対する入射角度を、θ０としてΛｃｏｓθ０＜λ１であり、第１の波長λ１に対して、ＴＥ偏光の０次回折光の反射効率が所定の値以上であり、ＴＭ偏光の０次回折光の透過効率が所定の値以上であり、第２の波長λ２に対して、ＴＥ偏光の０次回折光の反射効率が所定の値以上であり、ＴＭ偏光の０次回折光の透過効率が所定の値以上であるように格子周期、格子高さおよび膜厚を定めた偏光素子。
【請求項８】
所定の値が、０．７である請求項７に記載の偏光素子。
【請求項９】
基板が合成樹脂から構成される請求項１から８のいずれか一項に記載の偏光素子。
【請求項１０】
基板がアクリルまたはポリオレフィンなどの透明樹脂から構成される請求項９に記載の偏光素子。
【請求項１１】
基板の格子パターンが金型からの転写によって形成される請求項１から１０のいずれか一項に記載の偏光素子。
【請求項１２】
膜が蒸着膜である請求項１から１１のいずれか一項に記載の偏光素子。
【請求項１３】
蒸着膜がＴｉＯ２など基板の屈折率より高い屈折率の材料からなる請求項１２に記載の偏光素子。
【請求項１４】
蒸着膜の厚みが０．３マイクロメータよりも小さい請求項１２または１３に記載の偏光素子。
【請求項１５】
格子高さが格子周期よりも小さい請求項１から１４のいずれか一項に記載の偏光素子。
【請求項１６】
第１の波長がデジタルバーサタルディスク用波長で有り、第２の波長がコンパクト・ディスク用波長である請求項５から８のいずれか一項に記載の偏光素子。
【請求項１７】
第１の波長の光源と、第２の波長の光源と、請求項１から８のいずれか１項の偏光素子とを含む光学系であって、偏光素子は、いずれかの波長の光源からの光を、ディスクに到達するように反射させ、ディスクに反射された戻りの光を透過させるように構成された、光学系。
【請求項１８】
第１の波長の光源と、第２の波長の光源と、請求項５から８のいずれか１項の偏光素子とを含む光学系であって、偏光素子は、第１および第２の波長の光源からの光を、ディスクに到達するように反射させ、ディスクに反射された戻りの光を透過させるように構成された、光学系。
【請求項１】
偏光素子であって、基板に断面が矩形状の、一定周期Λの格子パターンを形成し、当該格子パターン上に基板に比べて屈折率の高い膜を付着させた２層構造からなり、波長をλ、格子面に対する入射角度を、θ０としてΛｃｏｓθ０＜λであり、ＴＥ偏光の０次回折光の反射効率が所定の値以上であり、ＴＭ偏光の０次回折光の透過効率が所定の値以上であるように格子周期、格子高さおよび膜厚を定めた偏光素子。
【請求項２】
所定の値が、０．８である請求項１に記載の偏光素子。
【請求項３】
偏光素子であって、基板に断面が三角形状の、一定周期Λの格子パターンを形成し、当該格子パターン上に基板に比べて屈折率の高い膜を付着させた２層構造からなり、波長をλ、格子面に対する入射角度を、θ０としてΛｃｏｓθ０＜λであり、ＴＥ偏光およびＴＭ偏光の一方の０次回折光の反射効率が所定の値以上であり、ＴＥ偏光およびＴＭ偏光の他方の０次回折光の透過効率が所定の値以上であるように格子周期、格子高さおよび膜厚を定めた偏光素子。
【請求項４】
所定の値が、０．７である請求項３に記載の偏光素子。
【請求項５】
偏光素子であって、基板に断面が三角形状の、一定周期Λの格子パターンを形成し、当該格子パターン上に基板に比べて屈折率の高い膜を付着させた２層構造からなり、第１の波長λ１および第２の波長λ２がλ１＜λ２の関係を満たす場合に、格子面に対する入射角度を、θ０としてΛｃｏｓθ０＜λ１であり、第１の波長λ１に対して、ＴＥ偏光の０次回折光の反射効率が所定の値以上であり、ＴＭ偏光の０次回折光の透過効率が所定の値以上であり、第２の波長λ２に対して、ＴＥ偏光の０次回折光の透過効率が所定の値以上であり、ＴＭ偏光の０次回折光の反射効率が所定の値以上であるように格子周期、格子高さおよび膜厚を定めた偏光素子。
【請求項６】
所定の値が、０．７である請求項５に記載の偏光素子。
【請求項７】
偏光素子であって、基板に断面が三角形状の、一定周期Λの格子パターンを形成し、当該格子パターン上に基板に比べて屈折率の高い膜を付着させた２層構造からなり、第１の波長λ１および第２の波長λ２がλ１＜λ２の関係を満たす場合に、格子面に対する入射角度を、θ０としてΛｃｏｓθ０＜λ１であり、第１の波長λ１に対して、ＴＥ偏光の０次回折光の反射効率が所定の値以上であり、ＴＭ偏光の０次回折光の透過効率が所定の値以上であり、第２の波長λ２に対して、ＴＥ偏光の０次回折光の反射効率が所定の値以上であり、ＴＭ偏光の０次回折光の透過効率が所定の値以上であるように格子周期、格子高さおよび膜厚を定めた偏光素子。
【請求項８】
所定の値が、０．７である請求項７に記載の偏光素子。
【請求項９】
基板が合成樹脂から構成される請求項１から８のいずれか一項に記載の偏光素子。
【請求項１０】
基板がアクリルまたはポリオレフィンなどの透明樹脂から構成される請求項９に記載の偏光素子。
【請求項１１】
基板の格子パターンが金型からの転写によって形成される請求項１から１０のいずれか一項に記載の偏光素子。
【請求項１２】
膜が蒸着膜である請求項１から１１のいずれか一項に記載の偏光素子。
【請求項１３】
蒸着膜がＴｉＯ２など基板の屈折率より高い屈折率の材料からなる請求項１２に記載の偏光素子。
【請求項１４】
蒸着膜の厚みが０．３マイクロメータよりも小さい請求項１２または１３に記載の偏光素子。
【請求項１５】
格子高さが格子周期よりも小さい請求項１から１４のいずれか一項に記載の偏光素子。
【請求項１６】
第１の波長がデジタルバーサタルディスク用波長で有り、第２の波長がコンパクト・ディスク用波長である請求項５から８のいずれか一項に記載の偏光素子。
【請求項１７】
第１の波長の光源と、第２の波長の光源と、請求項１から８のいずれか１項の偏光素子とを含む光学系であって、偏光素子は、いずれかの波長の光源からの光を、ディスクに到達するように反射させ、ディスクに反射された戻りの光を透過させるように構成された、光学系。
【請求項１８】
第１の波長の光源と、第２の波長の光源と、請求項５から８のいずれか１項の偏光素子とを含む光学系であって、偏光素子は、第１および第２の波長の光源からの光を、ディスクに到達するように反射させ、ディスクに反射された戻りの光を透過させるように構成された、光学系。
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０３６２１８
【国際公開日】平成１７年４月２１日（２００５．４．２１）
【発行日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５１４６２６（Ｐ２００５−５１４６２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／０１４９９１
【国際出願日】平成１６年１０月５日（２００４．１０．５）
【出願人】（５９７０７３６４５）ナルックス株式会社 (38)
【出願人】（５０３３６０１１５）独立行政法人科学技術振興機構 (1,734)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１７年４月２１日（２００５．４．２１）
【発行日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／０１４９９１
【国際出願日】平成１６年１０月５日（２００４．１０．５）
【出願人】（５９７０７３６４５）ナルックス株式会社 (38)
【出願人】（５０３３６０１１５）独立行政法人科学技術振興機構 (1,734)
【Ｆターム（参考）】
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