专利名称：偏振光束分束器及使用偏振光束分束器的光探头的制作方法
技术领域：
本发明涉及偏振光束分束器及使用该分束器的光读取装置。
背景技术：
向来，在例如光磁盘等各种光学装置中，都有借助于偏振光方向使衍射效率不同的偏振光束分束器。
关于偏振光束分束器有种种建议提出，例如日本专利特开昭63-262602号公报，特开昭63-26604号公报，特开昭63-314502号公报等所载。
特开昭63-262602号公报所载的偏振光束分束器，是在光学各向同性基片的主平面上形成周期性凹凸栅，该周期性凹凸栅的表面，用主折射率与上述光学各向同性基片的折射率相等的液晶复盖而成的。
例如，如果用对寻常光的折射率与上述光学各向同性基片一致，对异常光的折射率与上述各向同性基片不同的液晶，那么该偏振光束分束器是对寻常光不具有衍射光栅的功能，而对于异常光则具有衍射光栅的功能的装置。
而特开昭63-26604号公报所述的偏振光束分束器，是在形成于双折射介质的表面凹凸栅上、至少在凹部充填所射率大致与双射介质的寻常光折射率或异常光折射率大致相等的物质，使寻常光或异常光衍射的装置。
还有，特开昭63-314502号公报所载的偏振光束分束器，是在铌酸锂结晶片的主平面形成有周期的离子交换区域(质子交换部)的光学衍射光栅，而且，设置使透射过该衍射光栅的寻常光成份，在实施离子交换的区域与不实施离子交换的区域中所发生的相位变化相抵消的手段，例如，在实施离子交换的区域上部设置相位补尝用的电介质层，使异常光衍射的装置。
但是，在上述的偏振光束分束器中，无论哪一个都有如下问题。
①液晶折射率的温度系数大，性能易受环境影响，稳定性差。
②已有的一般偏振光束分束器，形成于光学各向同性基片上的双折射材料的双折射小，因而膜厚较厚，不能小型化。
③与上述第②点相关连，结晶性差，因而性能不均匀。
④质子交换是各向同性扩散的过程，因而难于控制晶格间距，精度低下。
⑤与上述第④点有关，由于还必须使相位补偿用的电介质晶格与难于提高位置精度的质子交换部对准位置，因而制造困难。
⑥上述第④及第⑤所述问题，在使用该偏振光束分束器的设备(例如光探头装置)中也同样存在。
⑦必须使充填物质的折射率成为与双折射介质的寻常光折射率或异常光折射率大致相等的折射率，因而充填物质的选择范围变小，不能提高设计自由度。
发明内容
本发明的目的在于提供耐环境影响，具有均匀性能，而且小型化的偏振光束分束器及使用该分束器的光探头装置。
本发明的目的还在于提供能够降低成本的偏振光束分束器及使用该分束器的光探头装置。
本发明的目的又在于提供制造容易、同时精度提高的偏振光束分束器及使用该分束器的光探头装置。
而且，本发明的目的还在于提供充填物质可以广泛选择，能提高设计自由度的偏振光束分束器。
图1是表示本发明第1实施例的偏振光束分束器的斜视图。
图2是表示本发明第1实施例及第10实施例的偏振光束分束器的纵剖面图。
图3是表示本发明第2实施例及第11实施例的偏振光束分束器的纵剖面图。
图4是表示本发明第3实施例及第12实施例的偏振光束分束器的纵剖面图。
图5是表示本发明第4实施例及第8实施例的偏振光束分束器的纵剖面图。
图6是表示本发明第5实施例及第9实施例的偏振光束分束器的纵剖面图。
图7是表示本发明第6实施例及第16实施例的偏振光束分束器的纵剖面图。
图8是表示本发明第7实施例及第17实施例的偏振光束分束器的纵剖面图。
图9是使用表示本发明各实施例的偏振光束分束器的光探头装置的各斜视图。
图10是表示本发明第13实施例的偏振光束分束器的纵剖面图。
图11是表示本发明第14实施例的偏振光束分束器的纵剖面图。
图12是表示本发明第15实施例的偏振光束分束器的纵剖面图。
图13是表示本发明第18实施例的偏振光束分束器的各纵剖面图。
图14是表示本发明第19实施例的偏振光束分束器的纵剖面图。
图15是表示本发明第20实施例的偏振光束分束器的剖面图。
图16是表示本发明第21实施例的偏振光束分束器的纵剖面图。
图17是表示本发明第17实施例的偏振光束分束器的纵剖面图。
具体实施例方式
下面参照
本发明的实施例。
图9是表示本发明一实施例的使用偏振光束分束器的光探头装置的各斜视图。
作为上述偏振光束分束器，使用后述各实施例中说明的偏振光束分束器，这些偏振光射束分束器用于例如光读取装置的差动检测。
而且，下面所述各实施例中说明的双折射材料，有具有取向性的聚联乙块(聚丁二炔)、铌酸锂、氧化钛、水晶、方解石等。
图9(a)所示的光探头装置具有光源53；使来自光源53的光束聚焦于信息记录介质50上的物镜51；将该光源53射向信息记录介质50的光束与信息记录介质50反射的光束分离开来的光束分离手段52；具有接受反射光束的、被分割开来的多个受光部的光检测器54。在光束分离手段52与光检测器54之间的光路上，配设上述本发明的偏振光束分束器。
该偏振光束分束器的双折射材料的光学轴X设定为相对于信息记录介质50的反射光的偏振方向Y成约45°，从而能分别用光检测器54接收信息记录介质30反射的衍射光和0次光，进行差动检测。
图9(b)所示的光探头装置，设置有光源53；把来自光源53的光束聚焦于信息记录介质50上的物镜51；λ/4板；接受来自信息记录介质50的反射光束的光检测器54·54，上述偏振光束分束器位于从光源53到光检测器54·54的光路中，而且，按照该偏振光束分束器中光源53射来的入射光相对于凹凸栅的相位差为π的偶数倍的要求，使光源53发出的光束射入该偏振光束分束器。也就是说，前往光路因为相位差为π的偶数倍而透过，而返回光路相位差为π的奇数倍、光束完全衍射，可用光探头装置54·54接受衍射光。
第1实施例下面按附图对本发明第1实施例加以说明。
图1是表示本发明一实施例的偏振光束分束器的斜视图，图2是图1的偏振光束分束器的纵剖面图。
在图1、图2中，符号1表示用例如玻璃材料做成的光学各向同性基片，该玻璃基片表面形成周期性凹凸栅。在该玻璃基片1表面的凸部1a上，作为双折射材料层，形成下列化学式所示聚联乙炔薄膜2，这种聚联乙炔薄膜2具有定向性。
在这里，设玻璃基片1的凸部的厚度为t，玻璃基片1凹部1b的沟深度为d1，聚联乙炔定向膜2的厚度为d2，玻璃基片1的折射率为ns、聚联乙炔定向膜2对寻常光的折射率为no，聚联乙炔定向膜2对异常光的折射率为ne，由玻璃基片1的凹凸部及聚联乙炔定向膜2形成的沟内的折射率为nc，光的波长为λ，K＝2π[]λ，则通过聚联乙炔定向膜2形成的偏振光束分束器(通过图2中的A区域)的寻常光的相位为{ns·t+no·d2}K……(1)通过没有形成聚联乙炔定向膜2的偏振光束分束器(通过图2中的B区域。)的寻常光相位为{ns(t-d1)+nc(d1+d2)}K………(2)因而，由(1)式减(2)式得，寻常光的相位差OPD(o)为OPD(o)＝{(ns-nc)d1+(no-nc)d2}K……(3)另一方面，通过A区域的寻常光的相位为{ns·t+ne·d2}K……(4)通过B区域的异常光的相位和所述(2)式相同，因而由(4)式减(2)式，得异常光的相位差OPD(e)为OPD(e)＝{(nx-nc)d1+(ne-nc)d2}K……(5)顺便说一下，考虑到玻璃基片1的凹凸部及聚联乙炔定向膜2形成的沟被空气所充填，所以nc＝1。
在这里，要使异常光不衍射，只要所述(3)式与(5)式中，(5)式成为π的偶数倍即可。亦即，OPD(e)＝{(ns-nc)d1+(ne-nc)d2}K＝2pπ，(P＝0，±1，±2...)……(6)又，为了使寻常光不衍射，只要所述(3)式与(5)式中，(3)式成为π的偶数倍即可。亦即，OPD(o)＝{(ns-nc)d1+(no-nc)d2}K＝2pπ，(p＝0，±1，±2...)……(7)可是，在这两个条件下，按照d1及d2的设定，在使寻常光与异常光衍射时，也有存在不衍射的光量的情况。第1实施例所示的偏振光束分束器，可用于例如光盘装置的读取装置中，在这样的用途上，最好是使寻常光、异常光中的一种全部衍射，而另外一种则完全不反射。为了达到这样的目的，可在(6)式外增加下式OPD(o)＝{(ns-nc)d1+(no-nc)d2}K＝(2q+1)π(q＝0，±1，±2...)……(8)或者在(7)式外增加下式
OPD(e)＝{(ns-nc)d1+(ne-nc)d2)} K＝(2q+1)π(q＝0，±1，±2...)……(9)这时，为了决定聚联乙炔定向膜2的厚度，只要决定d2，使根据(6)式减(8)式及(7)式减(9)式得出的下式成立即可。
＝(no-ne)d2·K＝(2j+1)π，(j＝1，±1，±2)……(10)顺便说一下，由于d2＝π(2j+1)/[K·|no-ne|]，表明d2取决于聚联乙炔定向膜的no与ne之差。也就是说，要使d2小，只要no-ne的绝对值大就行。
而且，如果设定聚联乙炔定向膜2的膜厚d2，玻璃基片1的沟深度d1，使其满足(6)式或(7)式，所述偏振光束分束器作为衍射光栅起作用，可以只使寻常光或异常光的任一方不衍射。
这样，在第1实施例中，具备表面形成周期性凹凸栅的光学各向同性玻璃基片1和形成于该玻璃基片1的凸部1a且取向于该玻璃基片1的主表面的面内方向上的双折射材料层聚联乙炔定向膜2，按照凹部1b(B区域)与凸部1a(A区域)之间的寻常光相位差OPD(o)与异常光的相位差OPD(e)中任一方成为π的偶数倍的要求来设定聚联乙炔定向膜的厚度d2及基片1的凹部深度d1，因而，如上所述，可以使其作为偏振光束分束器起作用。这里，聚联乙炔定向膜2，作为其特性的折射率随温度变化小，因而可以提高偏振光束分束器对环境变化的耐受力。
而且，作为其特性的结晶性好，因而可以使偏振光束分束器的特性均匀化。
而且，作为其特性的双折射大，所以薄厚可以做得薄，可以使偏振光束分束器小型化。
下面对这样构成的偏振光束分束器的第1制造方法加以说明。
首先，在第1工序中，在规定厚度t的玻璃基片1上，用例如真空蒸镀的方法形成100A左右厚度的联乙炔的单体膜，然后在空气中用紫外线聚合方法使该联乙炔单体膜聚合，使联乙炔单体膜变成聚合物。
接着，在第2工序，用例如硅布等，在一个方向上对该聚合物化了的联乙炔膜，即聚联乙炔膜进行摩擦处理，于是，能在该摩擦处理方向上定向。
在后面的第3工序中，在该摩擦处理过的聚联乙炔膜上，用与所述第1工序一样的方法，迭加形成聚联乙炔膜，使聚联乙炔膜厚达到规定厚度2d为止，也就是说，重迭形成联乙炔的单体膜，而后在空气中用紫外线聚合的方法使该联乙炔单体膜聚合化。这样形成的聚联乙炔膜的定向方向就是第2工序中进行摩擦处理的方向。
在接着的第4工序中，涂布在所述聚联乙炔膜上形成凹凸栅用的保护层，进行曝光，显像处理后，进行浸蚀处理直到玻璃基片1的凹部1b的深度达到规定值d1为止。该第4工序的一连串处理方法是半导体制造工艺中采用的众所周知的简易方法。实施这样的处理，就可以得到图1，图2所示的偏振光束分束器。
这样，用所述制造方法，只要在一个方向上对聚合化的聚联乙炔膜进行摩擦处理，就能面内定向，同时，使聚联乙炔膜的成膜及凹凸栅的形成简易化，因而有可能容易地制造图1、图2所示的偏振光束分束器。
顺便说一下，下面出示上述偏振光束分束器制造方法的其他各例。
第2种制造方法，在第1工序中，将联乙炔蒸镀于光学各向同性基片1上后，进行聚合；在第2工序，用摩擦定向方法使聚联乙炔在一个方向上定向；第3工序中，在摩擦处理后的聚联乙炔膜上蒸镀联乙炔单体膜到规定膜厚为止，而后将联乙炔单体膜聚合化；在第4工序中，将波长相当于聚联乙炔的吸收波长的光源发出的光用于该聚联乙炔膜上，以此使聚联乙炔膜的折射率发生周期性变化，得到偏振光束分束器。
还有，作为造成折射率差的方法，另外还可以用采用相干光源发出的光的双光束干涉法产生的干涉条纹使其变化的方法。
又，第3种制造方法是，在第1工序中，在光学各向同性基片1上蒸镀联乙炔单体膜后，使其聚合化；在第2工序中，用摩擦定向方法使聚联乙炔在一个方向上定向；在第3工序中，在摩擦处理过的聚联乙炔单体膜上蒸镀联乙炔单体膜到规定膜厚为止，而后聚合化；在第4工序中，将波长相当于聚联乙炔的吸收波长的光源发出的光用于该聚联乙炔膜上，以此使聚联乙炔膜的体积(厚度)发生周期性变化，得到偏振光分离元件。
还有，作为造成周期性体积变化的方法，另外还可以使用采用相干光源发出的光的双光束干涉法产生的干涉条纹使其变化的方法。
又，第4种制造方法是，在第1工序中，在光学各向同性基片1上蒸镀联乙炔膜后，使其聚合化；在第2工序中，用摩擦定向方法使聚联乙炔膜在一个方向上定向；在第3工序中，在摩擦处理后的聚联乙炔膜上蒸镀联乙炔单体膜到规定厚度为止，而后聚合化；在第4工序中，将波长与聚联乙炔的吸收波长相当的光源发出的光用于该聚联乙炔膜上，以此，使聚联乙炔膜的可溶性发生周期性变化；在第5工序，用合适的溶剂溶解掉可溶性周期性变化的聚联乙炔膜的较易溶解的部分，得到偏振光束分束器。
作为第5种制造方法，不用所述第1至第4制造方法中的光学各向同性基片，而代之以例如兰宝石等各向异性单晶基片(包括双折射基片)，在蒸镀工序中以此使联乙炔膜在基片的结晶轴方向上自发定向，省去摩擦处理工序，得到偏振光束分束器。
又，作为第6种制造方法，在所述第1至第4种制造方法中的光学各向同性基片1上形成不同于联乙炔的薄膜，例如胶片层，在联乙炔单体的蒸镀工序中，使联乙炔膜在胶片层的定向方向上自发定向，省去摩擦处理工序，得到偏振光束分束器。
按照所述各种制造方法，也能容易地制造出偏振光束分束器。
第2实施例图3是表示本发明第2实施例的偏振光束分束器的纵剖面图。
这第2实施例的偏振光束分束器与第1实施例中的偏振光束分束器不同点是，在玻璃基片1的具有规定深度的凹部1b上，新形成厚度为d3的联联乙炔定向膜12。
附带说一下，第2实施例及后述的实施例的偏振光束分束器的制造方法宜于采用上面所述各方法。
在这里，通过图3的A区域的寻常光的相位为(ns·t+no·d2)K与1式相同。
通过图3的B区域的寻常光的相位为{ns(t-d1)+no·d3+nc(d1+d2-d3)}K……(11)因而，由(1)式减(11)式，得寻常光的相位差OPD(o)为OPD(o)＝{(d2-d3)no+ns·d1-nc(d1+d2-d3)}K……(12)另一方面，通过A区域的异常光的相位为{ns.t+ne·d2}K与(4)式相同。
通过B区域的异常光的相位为{ns(t-d1)+ne·d3+nc(d1+d2-d3)}K……(13)因而，根据(4)式减(13)式，得异常光的相位差OPD(e)为OPD(e)＝{(d2-d3)ne+ns·d1-nc(d1+d2-d3)}K……(14)式中nc＝1。
在这里，为了使异常光不衍射，只要上述(12)式与(14)式中，使(14)式为π的偶数倍即可，亦即OPD(e)＝{(d2-d3)ne+ns·d1-nc(d1+d2-d3)}K＝2Pπ(P＝0，±1，±2…)……(15)而且，为了使寻常光不衍射，只要上述(12)式与(14)式中，(12)式成π的偶数倍即可，亦即，OPD(o)＝{(d2-d3)no+ns·d1-nc(d1+d2-d3)}K＝2Pπ，(P＝0，±1，±2……)……(16)但是，在这两个条件下，根据d1，d2和d3的设定，使寻常光与异常光中衍射时也有存在不衍射的光量的情况。
第2实施例的偏振光束分束器可用于例如光盘装置的读取装置中，但在这种用途上，最好使寻常光与异常光中的一种全部衍射，而另一种完全不衍射。为此目的，可在(15)式外增加下式OPD(o)＝{(d2-d3)no+ns·d1-nc(d1+d2-d3)}K＝(2q+1)π，(q＝0，±1，±2…)……(17)或在(16)式外增加下式OPD(e)＝{(d2-d3)ne+ns·d1-nc(d1+d2-d3)}K＝(2q+1)π(q＝0，±1，±2……)……(18)如果设定聚联乙炔定向膜2、12的薄厚d2、d3、玻璃基片1的槽的深度d1，使其满足(15)式或(16)式，则所述偏振光束分束器作为衍射光栅起作用，可以只使寻常光或异常光中的任一方不衍射。
此外，如果d2＝d3，则(19)式为零，因此这个条件被排除。
当然，即使用这样的结构，也能得到与第1实施例相同的效果。
而且，凹部与凸部的双折射材料各不相同亦可。在这种情况下也可用迄今为止使用的计算方法计算。
第3实施例图4是表示本发明第3实施例的偏振光束分束器的纵剖面图。
该第3实施例的偏振光束分束器与第1实施例的偏振光束分束器的不同点在于，在平坦的玻璃基片1上形成凹凸状的聚联乙炔定向膜2、22。
该凹状聚联乙炔定向膜22及凸状的聚联乙炔定向膜2，在第1实施例的第1制造方法的第4工序中，在聚联乙炔膜上形成凹部之际，进行浸蚀处理，使该玻璃基片上留有规定厚度d3的聚联乙炔，在凹部充填具有各向同性nc的介质，即可得到。
在该第3实施例，也用与上述第1、第2实施例相同的要领进行计算，于是得出OPD(o)＝(d2-d3)·(no-ne)K……(20)OPD(e)＝(d2-d3)·(ne-nc)K……(21)式中，nc＝1。
因而，为了使寻常光不衍射，要求OPD(o)＝(d2-d3)·(no-ne)·K＝2qπ(q＝0，1，2…)……(22)
而为了使异常光不衍射，要求OPD(e)＝(d2-d3)·(ne-nc)·K＝2qπ，(q＝0，1，2…)……23式如果设定聚联乙炔定向膜2的膜厚d2、聚联乙炔取向膜22的膜厚d3及ne，使满足(22)式或(23)式的关系，作为偏振光束分束器，就能够只使寻常光或异常光中的任一种不衍射。
即使这样构成，当然也能够得到与前面的第1、第2实施例相同的效果。
而且，图4的偏振光束分束器的聚联乙炔定向膜22的厚度d3为零的结构也是可行的。
又，nc即使不是空气，只要是各向同性材料即可。
第4实施例图5是表示本发明第4实施例的偏振光束分束器的纵剖面图。
在该图中，符号11表示光学各向同性基片，在该基片的表面形成所述聚联乙炔定向膜32。在该聚联乙炔定向膜上形成周期性凹凸栅，该聚联乙炔定向膜32凹部的底面下挖到基片11的表面。在该聚联乙炔定向膜32的凹部，即聚联乙炔定向膜32凸部的侧面，与基片11表面围成的区域，充填着折射率nc与所述聚联乙炔定向膜32对异常光的折射率ne相等的物质13。
因而，对于异常光，折射率差为零，不产生衍射，而对于寻常光，则产生折射率差起着相位光栅的作用产生衍射光。
即便是这样构成，也起着偏振光束分束器的作用，而且聚联乙炔定向膜32，由于其折射率随温度变化小的特点，可以提高偏振光束分束器对环境影响的耐受能力。
而且，由于其双折射大的特点，薄膜厚度可以做得薄，可以使偏振光束分束器小型化。
第5实施例图6是表示本发明第5实施例的偏振光束分束器的纵剖面图。
该第5实施例的偏振光束分类器与第4实施例的偏振光束分束器的不同点在于，聚联乙炔定向膜凹部的底面没有深达基片表面，而是留下规定厚度，在留下的部分32a的表面与两侧的聚联乙炔定向膜32的凸部侧面围成的区域，充填着与所述第4实施例相同的物质13。
即使是这样的结构，不用说，也起着与第4实施例相同的作用。
还有，在第4、5实施例中，在聚联乙炔定向膜32的凹部，充填着与该聚联乙炔定向膜32对异常光的折射率ne相等的折射率为nc的物质13，但也可以充填折射率等于对寻常光的折射率no的物质。在这种情况下，对异常光产生折射率差，起着相位光栅的作用，产生衍射光，而对于寻常光，因为没有折射率差，所以不产生衍射光。
附带说一下，如图2所示，即使是具备表面上形成周期性凹凸栅的光学各向同性基片1，形成于该光学各向同性基片1的凸部上的聚联乙炔定向膜2，并在光学各向同性基片1的凹凸部及聚联乙炔定向膜2形成的槽内，充填其折射率等于聚联乙炔定向膜对寻常光的折射率或等于其对异常光的折射率的物质的偏振光束分束器，只要设定聚联乙炔定向膜2的厚度及基片1的凹部1b的深度，使其满足前述(10)式及(8)式或(9)式，当然就能像所述第4、第5实施例那样，只折射寻常光或异常光二者中一种。
第6实施例图7是表示本发明第6实施例的偏振光束分束器的纵剖面图。
在该图中，符号1表示用例如玻璃材料构成的光学各向同性基片，在该玻璃基片1的表面，形成聚联乙炔定向膜，在该聚联乙炔定向膜2上形成周期性凹凸栅，该聚联乙炔定向膜2的凹部的底面深达玻璃基板1的表面。在聚联乙炔定向膜2的凹部，即聚联乙炔定向膜2的凸部侧面，与玻璃基片1的表面围成的区域，充填着充填物质40(但是，折射率大约等于寻常光折射率no或异常光折射率ne的物质除外)，该充填物质40的折射率nc与该聚联乙炔定向膜2的寻常光折射率no、异常光折射率ne之间，存在如下关系式。
nc＝no+m(no-ne)；(m＝±2，±2，±3…)＝ne+l(no-ne)；(l＝±1，±2，±3…)设玻璃基片1的厚度为t，聚联乙炔定向膜2的厚度为d2，玻璃基片1的折射率为ns，聚联乙炔定向膜2对寻常光的折射率为no、聚联乙炔定向膜2对异常光的折射率为ne，充填物质40的折射率为nc，光波波长为λ、K＝λ/2π，则通过A区域的寻常光的相位为{ns·t+no·d2}·K……(24)通过B区域的寻常光的相位为{ns·t+nc·d2}·K……(25)因而，由(24)式减(25)式，得出寻常光通过A·B的相位差OPD(o)为OPD(o)＝(no-nc)·d2·K……(26)另一方面，通过A区域的异常光的相位为{ns·t+ne·d2}·K……(27)通过B区域的异常光的相位与所述(25)式相同。因而，由(27)式减(25)式，得出异常光通过A，B区域的相位差OPD(e)为OPD(e)＝(ne-nc)·d2·K……(28)
此处，nc＝no+m(no-ne)，m为整数；nc＝ne+l(no-ne)，l为整数。
于是，寻常光的相位差为OPD(o)＝-m(no-ne)·d2·K异常光的相位差为OPD(e)＝-l(no-ne)·d2·K要使其只对某一方不发生衍射，只要按照下式之一决定d2即可OPD(o)＝-m(no-ne)·d2·K＝2Pπ，(P＝±1，±2，±3…)或者，OPD(e)＝-l(no-ne)·d2·K＝2Pπ，(P＝±1，±2，±3…)而且，即使在本实施例，也希望能使寻常光与异常光中的一方不衍射，另一方则完全衍射，这时，再加上OPD(o)与OPD(e)的差为π的奇数倍的条件，得OPD(o)-OPD(e)＝(l-m)(no-ne)·d2·K＝(2i+1)π，(i＝0，±1，±2……)这里取nc的两个式子的差，得no-ne+(m-l)(no-ne)＝0，由此得出l-m＝1，所以决定d2为d2＝π(2i+1)/[K·|no-ne|]＝(λ/2)(2i+1)/|no-ne|]这样，在第6实施例中，在光学各向同性的玻璃基片1上形成聚联乙炔定向膜2的同时，在表面形成周期性凹凸栅，在该凹部充填充填物质40(但是，折射率略等于寻常光折射率no或异常光折射率ne的物质除外)，使该充填物质40的折射率(nc)与该聚联乙炔定向膜2的寻常光折射率(no)、异常光折射率(ne)之间，存在如下关系式nc＝no+m(no-ne)；(m＝±1，±2，±3…)＝ne+l(no-ne)；(l＝±1，±2，±3…)因此，如上所述，能使其起偏振光束分束器的作用，而且聚联乙炔定向膜2，因其折射率随温度变化小的特点，可以使偏振光束分束器耐受环境影响的性能得以提高。
此外，由于其结晶性高的特点，可使偏振光束分束器的性能均匀。
又因其双折射大的特点，膜厚可以做得薄，可以使偏振光束分束器小型化。
第7实施例图8是表示本发明第7实施例的偏振光束分束器的纵剖面。
该第7实施例与第6实施例两者的偏振光束分束器之间的不同点在于，聚联乙炔定向膜2的凹部没有深达玻璃基片1表面，而是留下规定厚度，在由该留下部分22的表面与两相邻的聚联乙炔定向膜2的凸部侧面围成的区域充填与所述第6实施例相同的充填物40。
即使是这样构成，进行与第6实施例相同的计算时，可使OPD(o)或OPD(e)的任一方为π的偶数倍，从而寻常光或异常光的某一方不衍射，另一方衍射，起着与第6实施例相同的作用。达到相同的效果。
还有，如图2所示，即使是具备表面上形成周期性凹凸栅的光学各向同性基片，形成于该光学各向同性基片1的凸部的聚联乙炔定向膜2，并在光学各向同性基片1的凹凸部及聚联乙炔定向膜2形成的槽内充填充填物质40(但是，折射率略等于寻常光折射率no或异常光反射率ne的物质除外)，使该充填物质40的折射率(nc)、该聚联乙炔定向膜2的寻常光折射率(no)和异常光折射率(ne)之间存在如下式所示的关系的偏振光分离元件。
nc＝no+m(no-ne)，(m＝±1，±2，±…)＝ne+l(no-ne)，(l＝±1，±2，±3…)，只要设定聚联乙炔定向膜2的厚度及基片1的凹部1b的深度，就能起与前面的实施例相同的作用，取得相同的效果。
上面基于第1～第7实施例对本发明者作出的发明具体作了说明，但不限于本发明的第1～第7实施例，例如，也可以在所述各实施例说明的偏振光束分束器的正、反面的任一方面设置防反射膜，谋求提高衍射效率。
而且，在上述各实施例中，在主平面x-y内定向，但并不限于此。
第8实施例下面根据附图对本发明的第8实施例加以说明。
下面就表示本发明第8实施例的偏振光束分束器加以说明，该第8实施例的偏振光束分束器的构造大致与第4实施例(图5)相同，第8实施例与第4实施例各偏振光束分束器之间的不同点在于，形成水晶，以取代聚联乙炔作为双折射材料层。
于是，对第8实施例所示的偏振光束分束器的说明，采用第4实施例的说明中所用图5的纵剖面图。
在该图中，符号11表示由例如折射率ns＝1.51的钠玻璃构成的光学各向同性基片，在该玻璃基片11的表面，形成例如水晶32的双折射材料。
在水晶32上形成周期性凹凸栅，水晶32的凹部的底面深达玻璃基片11表面。
水晶32对寻常光的折射率no＝1.52，对异常光的折射率ne＝1.48。
水晶32的凹部，即水晶32的凸部侧面与玻璃基片11表面围成的区域中，充填着折射率nc＝1.48的，与水晶对异常光的折射率ne相等的材料，例如丙烯树脂13。
因而，对于异常光，因为没有折射率差而不发生衍射，而对于寻常光，则起着折射率差为0.04的相位光栅的作用、产生衍射光。
这样，在第8实施例中，在光学各向同性的玻璃基片11上形成双折射材料的水晶32，同时，在水晶32上形成周期性凹凸栅，在水晶32的凹部，填充折射率等于水晶32的异常光折射率的物质丙烯树脂13，因而，如上所述，使其能起偏振光束分束器的作用。
这里，光学各向同性基片11比起由双折射材料构成的基片便宜，因而可降低偏振光束分束器的价格。
第9实施例下面根据
本发明的第9实施例。
下面对表示本发明第9实施例的偏振光束分束器加以说明。该第9实施例的偏振光束分束器与第5实施例(图6)具有大致相同的构造。
第9实施例与第5实施例各自的偏振光束分束器之间的不同点在于，形成水晶，以代替聚联乙炔作为双折射材料层。
因此，对表示第9实施例的偏振光束分束器的说明，使用用于说明第5实施例的图6的纵剖面图。
而第9实施例与第8实施例各自的偏振光束分束器之间的不同点在于，水晶32的凹部的底面没有深达玻璃基片11的表面，而留下规定厚度，在该留下部分32a的表面与两相邻的水晶32的凸部侧面围成的区域，充填与所述第8实施例相同的丙烯树脂13。
即使是这样的结构，不用说，也起着与实施例8相同的作用，达到相同的效果。
还有，在第8、第9实施例，在水晶32的凹部，充填着折射率nc＝1.48的等于水晶32对于异常光的折射率ne的丙烯树脂13。但也可以充填折射率nc＝1.52的、等于对寻常光折射率no的物质。在这种情况下，作为对异常光的折射率差为0.04的相位光栅起作用，产生衍射光，而对于寻常光则因为没有折射率差而不发生衍射光。
第10实施例下面根据附图对本发明的第10实施例加以说明。
下面说明表示本发明第10实施例的偏振光束分束器。该第10实施例的偏振光束分束器与第1实施例(图2)有大致相同的结构。
第10实施例的偏振光束分束器与第1实施例的偏振光束分束器的不同点在于，形成铌酸锂膜，以代替聚联乙炔定向膜作为双折射材料层。
因此，对于表示第10实施例的偏振光束分束器的说明，采用用作第1实施例的说明的图2的纵剖面图。
在形成铌酸锂膜作为双折射材料层的第10实施例，也只要设定铌酸锂膜2的膜厚d2、玻璃基片1的槽深度d1，使其满足用于第1实施例的(6)式或(7)式，上述偏振光束分束器就能作为衍射光栅起作用，只使寻常光或异常光中的某一方不发生衍射。
这样，在第10实施例中，做成具备表面上形成周期性凹凸栅的光学各向同性玻璃基片1和在该玻璃基片1的凸部1a上形成的双折射材料层铌酸锂膜2，并设定铌酸锂膜2的厚度d2及基片1的凹部深度d1，使凹部(B区域)与凸部(A区域)之间的寻常光相位差OPD(o)或异常光相位差OPD(e)为π的偶数倍，因而，能使其起偏振光束分束器的作用。
这里，光学各向同性基片1比由双折射材料组成的基片便宜，从而使偏振光束分束器能做得便宜。
还有，如图2所示，在由玻璃基片1的凹凸部及双折射材料层铌酸锂膜2形成的槽内，充填着折射率等于铌酸锂膜2的寻常光折射率或异常光折率两者之一的物质的偏振光束分束器，也只要设定铌酸锂膜2的厚度及玻璃基片1的凹部1b的深度，使其满足所述的(10)式及(8)式或(0)式，就能与前述第8、第9实施例一样，使其只使寻常光或异常光两种光中的一种发生衍射。
第11实施例下面根据附图对本发明的第1 1实施例加以说明。
下面就表示本发明第11实施例的偏振光束分束器加以说明。本第11实施例的偏振光束分束器的构造大致与第2实施例(图3)相同。
第11实施例的偏振光束分束器与第2实施例的偏振光束分束器的不同点在于，形成铌酸锂膜代替聚联乙炔定向膜作为双折射材料。
因此，对表示第11实施例的偏振光束分束器的说明，采用用于第2实施例的说明的图3的纵剖面图。
图3所示的第1实施例的偏振光束分束器与第10实施例的偏振光束分束器的不同点在于，玻璃基片1上的具有规定深度的凹部1b上重新形成厚度d3的薄膜，例如铌酸锂膜12。
在第11实施例，如果设定双折射材料铌酸锂膜2、12的膜厚d2、d3、玻璃基片1的槽深度d1使其满足(15)式或(16)式，则上述偏振光束分束器也能作为衍射光束起作用，能只使寻常光或异常光两种光中的一种不发生衍射。而一旦d2＝d3，则(19)式为零，所以这一条件除外。
即使是这样构成，不用说，也能得到与实施例10相同的效果。而且凹部与凸部的双折射材料各不相同也行。这种情况下的计算也与迄今为止所作的相同。
第12实施例下面根据附图对本发明的第12实施例加以说明。
下面对表示本发明的第12实施例的偏振光束分束器加以说明，本第12实施例的偏振光束分束器构造大致与第3实施例(图4)相同。
第12实施例与第3实施例各自的偏振光束分束器之间的不同点在于，形成铌酸锂膜代替聚联乙炔作为双折射材料层。
因此，对于表示第12实施例的偏振光束分束器的说明、采用用于第3实施例的说明的图4的纵剖面图。
而且，图4所示的第12实施例的偏振光束分束器与第10、第11实施例的偏振光束分束器的不同点在于，在平坦的玻璃基片1上，形成凹凸状的铌酸锂膜2、22。
在第12实施例，也只要设定铌酸锂膜2的厚度d2，铌酸锂膜22的厚度d3，使其满足(22)式或(23)式，就能作为偏振光束分束器，只使寻常光或异常光两种光中的一种不受衍射。
即使是这样构成，不用说也能得到与前面的第10、第11实施例相同的效果。而且，也可以采取使图4中的偏振光束分束器的铌酸锂膜的厚度d3为0的方法构成。
第13实施例下面根据
本发明的第13实施例。
图10表示本发明第13实施例的偏振光束分束器的纵剖面图。
本第13实施例的偏振光束分束器与第10实施例的偏振光束分束器的不同点在于，在玻璃基片1的反面形成凹部1b，亦即，使图2的玻璃基片1相对于铌酸锂膜2上下颠倒配置。
当然，这样构成也能起与第10实施例相同的作用，达到相同的效果。
第14实施例下面根据
本发明的第14实施例，图11是表示本发明第14实施例的偏振光束分束器的纵剖面图。
在本第14实施例的偏振光束分束器中，图2所示的第10实施例的偏振光束分束器的、由玻璃基片1的凹凸部及铌酸锂膜2形成的槽内充填着并非空气的、折射率为nc的各向同性材料20。
该各向同性材料20的折射率nc，如第10实施例中所说明，不管什么东西，许多种材料都可以使用。
当然，也起着与第10实施例同样的作用，达到相同的效果。
第15实施例下面根据
本发明的第15实施例。
图12是表示本发明第15实施例的偏振光束分束器的纵剖面图。
本第15实施例的偏振光束分束器与第14实施例的偏振光束分束器不同点在于，玻璃基片1凹凸部及铌酸锂膜2形成的槽内及铌酸锂膜2的表面充填着并非空气的、折射率为nc的各向同性材料20。
不用说，这样的结构，也能得到与第14实施例相同的效果。
此外，当然也可以将第14、第15实施例中折射率为nc的各向同性材料20填入第8至第10实施例的偏振光束分束器的槽内。
而且，上述第8至第15实施例所说明的偏振光束分束器的表里两面中至少有一个面涂以防反射膜，从而可以谋求提高衍射效率。
第16实施例下面根据
本发明的第16实施例。
下面对表示本发明第16实施例的偏振光束分束器加以说明，本第16实施例的偏振光束分束器构造上大致与第6实施例(图7)相同。
第16实施例的偏振光束分束器与第6实施例的偏振光束分束器的不同点在于，形成铌酸锂膜代替聚联乙炔定向膜作为双折射材料。
因此，对表示第16实施例的偏振光束分束器的说明，采用用于第6实施例的说明的图7的纵剖面图。
在第16实施例，充填物质40采用钠玻璃。
又，第6实施例所说明异常光对A、B的相位差OPD(e)可由(27)式减(25)式得出，即OPD(e)＝(ne-nc)·d2·K……(28)式中，nc＝no+m(no-ne)，(但m为整数)nc＝ne+l(no-ne)(但l为整数)具体地说，铌酸锂的no＝2.286，ne＝2.20，钠玻璃的nc＝1.51，所述m＝-9，l＝-8。
这样，在第16实施例中，在光学各向同性的玻璃基片1上形成双折射材料层铌酸锂膜2，同时，在该铌酸锂膜2上形成周期性凹凸栅，在该铌酸锂膜2的凹部填以钠玻璃40作为充填物质(但是，折射率略等于寻常光折射率no或异常光折射率ne的物质除外)。又使该钠玻璃40的折射率nc与该铌酸锂膜2的寻常光折射率no、异常光折射率ne之间满足如下关系nc＝no+m(no-ne)(m＝±1，±2，±3…)，＝ne+l(no-ne)(l＝±1，±2，±3…)。
所以，如上所述，能使其作为偏振光束分束器起作用。这里，光学各向同性基片，比双折射材料做成的基片便宜，因而可以降低偏振光束分束器的价格。
第17实施例下面根据附图对本发明的第17实施例加以说明。
下面说明表示本发明第17实施例的偏振光束分束器，该第17实施例的偏振光束分束器的构造大致与第7实施例(图8)相同。
第17实施例的偏振光束分束器与第7实施例的偏振光束分束器的不同之处在于，形成铌酸锂膜代替聚联乙炔作为双折射材料层。
因此，对表示第17实施例的偏振光束分束器的说明，采用用于说明第7实施例的图8的纵剖面图。
又，第17实施例的偏振光束分束器与第16实施例的偏振光束分束器的不同点在于，铌酸锂膜2的凹部的底面没有深达玻璃基片1的表面，而留下规定厚度，在该留下部分22的表面与两相邻的铌酸锂膜2的凸部侧面围成的区域，充填与所述第16实施例相同的充填物质40。
即使这样的结构，与第16实施例一样进行计算，就能使OPD(o)或OPD(e)的任一方为π的偶数倍，寻常光或异常光的某一方不衍射，而另一方发生衍射，从而也能起与第16实施例一样的作用，达到一样的效果。
而且，如图2所示，偏振光束分束器做成具备表面上形成周期性凹凸栅的光学各向同性基片，与形成于该光学各向同性基片1的凸部上的双折射材料层2，并在光学各向同性基片1的凹凸部及双折射材料层2形成的槽内，充填以钠玻璃40作为充填物质(但是，折射率约等于寻常光折射率no或异常光折射率ne的物质除外)，使钠玻璃40的折射率nc与该双折射材料层2的寻常光折射率no和异常光折射率ne之间建立如下关系式nc＝no+m(no-ne)(m＝±1，±2，±3…)，＝ne+l(no-ne)(l＝±1，±2，±3…)。
即使在这样的偏振光束分束器中，如果设定双折射材料层2的厚度及基片1的凹部1b的深度，使其满足所述(10)式及(8)或(9)式，就能起到与前面的实施例相同的作用，达到相同的效果。
实施例18实施例下面根据
本发明的第18实施例。
图13(a)(b)是表示本发明的第18实施例的偏振光束分束器的纵剖面图。
图13(a)所示的偏振光束分束器与前面的第16实施例的偏振光束分束器的不同点在于，充填水晶32，以取代铌酸锂2，充填空气，以取代钠玻璃作为充填物质40。
亦如前面第16实施例所示，水晶的no＝1.52，ne＝1.48，nc＝no+m(no-ne)，(m为整数)nc选择空气，即nc＝1.0＝1.52-13(1.52-1.48)。
因而，在双折射膜的凹部无需充填物质，由于被空气所充满，也起着与第16实施例相同的作用，达到相同的效果。
又，如图13(b)所示，即使是与第17实施例相同的结构，即凹部充填空气，当然也能达到相同的效果。
再者，第18实施例不限定于水晶，例如用no＝1.64，ne＝1.48的方解石，也有nc＝1.0＝1.64-4(1.64-1.48)可以充填空气。
在所述各实施例，出示的是在各向同性基片上直接形成双折射膜的例子，而在该基片与双折射膜之间隔着粘接层也能得到同样的效果。而且，在所述实施例中，以水晶及铌酸锂等作为双折射膜的例子，当然，双折射材料不限于这些。
上面基于各实施例具体地对本发明人所作的发明加以说明，当然本发明并不限于所述各实施例，而是可以在不离开其要旨的范围内作种种变化。
第19实施例下面根据附图对本发明第19实施例加以说明。
图14是表示本发明第19实施例的偏振光束分束器的纵剖面图。
在该图中，符号101表示用例如方解石等双折射材料构成的双折射基片，在该双折射基片101表面形成周期性凹凸栅。
在双折射基片101表面的凸部101a上，形成例如水晶102，作为与双折射基片101的材料不同的双折射材料，在由双折射基片101的凹凸部及双折射材料层102形成的槽内，充填由各向同性材料构成的充填材料130。
在这里，设双折射基片101的厚度为t，双折射基片101的凹部101b的槽深度为d1，双折射材料层102的厚度为d2，双折射基片101对寻常光的折射率为no1，双折射基片101对异常光的折射率为ne1，双折射材料层102对寻常光的折射率为no2，双折射材料层102对异常光的折射率为ne2，，充填材料130的折射率为nc，光波波长为λ、K＝2π/λ，则通过已形成双折射材料层102的偏振光束分束器(通过图14的A区域)的寻常光的相位为{no1·t+no2·d2}K……(31)通过没有形成双折材料层的偏振光束分束器(通过图14的B区域)的寻常光相位为{no1(t-d1)+nc·(d1+d2)}K……(32)因而寻常光的相位差OPD(o)，由(31)式减(32)式得出为OPD(o)＝{(no1-nc)d1+(no2-nc)d2}K……(33)另一方面，通过A区域的异常光的相位为
{ne1·t+ne2·d2}K……(34)通过B区域的异常光的相位为{ne1(t-d1)+nc·(d1+d2)}K……(35)因而，异常光的相位差OPD(e)，根据(34)式减(35)式得出为OPD(e)＝{(ne1-nc)d1+(ne2-nc)d2}K……(36)在这里，要使异常光不发生衍射，使上述(33)式与(36)式中，(36)式成为π的偶数倍即可，亦即OPD(e)＝{(ne1-nc)d1+(ne2-nc)d2}K＝2Pπ，(P＝0，±1，±2…)……(37)要使寻常光不衍射，使(33)式与(36)式中，(33)式为π的偶数倍即可，亦即，OPD(o)＝{(no1-nc)d1+(no2-nc)d2}K2Pπ，(P＝0，±1，±2…)……(38)然而，在这两个条件下，根据d1及d2的设定，使寻常光、异常光衍射时，有时存在无衍射的光量。
本发明的偏振光束分束器，可以用于例如光盘装置的读取中，在这样的用途上，最好是使寻常光、异常光中的一种完全衍射，另一种则完全不衍射。
为了达到这样的目的，只要(37)式外，再加下式OPD(o)＝{(no1-nc)d1+(no2-nc)d2}K＝(2q+1)π，(q＝0，±1，±2…)……(39))或(38)式外，再加下式即可。
OPD(e)＝{(ne1-nc)d1+ne2-nc)d2}K＝(2q+1)π、(q＝0，±1，±2…)……(40)这时，为了决定双折射材料层102的厚度d2，只要决定d1、d2，使其满足由(37)式减(39)式及(38)式减(40)式得出的(41)式即可。
＝{(no1-ne1)d1+(no2-ne2)d2}K＝(2j+1)π、(j＝0，±1，±2)……(41)只要设定双折射材料层102的膜厚d2、双折射基片101的槽深深度d1，使其满足(37)式或(38)式，上述偏振光束分束器就能作为衍射光栅起作用，只使寻常光或异常光中的一种不发生衍射。
这样，在第19实施例中，由于做成具备表面形成周期性凹凸栅的双折材料方解石构成的基片101及与形成于该双折射基片101的凸部101a上的双折射基片101的材料不同的双折射材料层水晶102，并设定水晶102的厚度d2及双折射基板101的凹部深度d1，使凹部与凸部间的寻常光的相位差OPD(o)与异常光的相位差OPD(e)中的某一方为π的偶数倍，所以，如上所述，能作为偏振光束分束器起作用。
在这里，该偏振光束分束器没有使用已有技术所说明的质子交换部和相位补偿用的电介质光栅，双折射材料膜102与双折射基片101的槽101b例如可以使用一次浸蚀同时加工，因而可以提高位置精度。
而且，只是将充填材料130充填于槽101b中，自然能够对好位置，所以能比较容易地制造。
第20实施例图15是表示本发明的第20实施例的偏振光束分束器的纵剖面图。
本第20实施例的偏振光束分束器与第19实施例的偏振光束分束器不同之处在于，在双折射基片101的、具有规定深度d1的凹部101b上，重新形成由与双折射材料102相同的材料构成的双折射材料层112，厚度为d3。
这里，通过图15中的A区域的寻常光相位为{no1·t+no2·d2}K同(31)式。通过图15B区域的寻常光的相位为{no1(t-d1)+no2·d3+nc(d1+d2-d3)}K……(42)因而，寻常光的相位差OPD(o)可根据(31)式减(42)式得出OPD(o)＝{(d2-d3)no2+no1·d1-nc(d1+d2-d3)}K……(43)另一方面，能过A区域的异常光的相位为{ne1·t+ne2·d2}K同(34)式。通过B区域的异常光的相位为{ne1(t-d1)+ne2·d3+nc(d1+d2-d3)}K……(44)因而，异常光的相位差OPD(e)由(34)式减(44)式得出，即OPD(e)＝{(d2-d3)ne2+ne1·d1-nc(d1+d2-d3)}K……(45)在这里，要使异常光不发生衍射，只要上述(43)式与(45)式中(45)式为π的偶数倍即可，亦即OPD(e)＝{(d2-d3)ne2+ne1·d1-nc(d1+d2-d3)}K＝2pπ，(P＝0，±1，±2…)……(46)而要使寻常光不折射，只要使上述(43)式及(45)式中(43)式为π的偶数倍即可。亦即OPD(o)＝{(d2-d3)no2+no1·d1-nc(d1+d2-d3)}K＝2pπ(p＝0，±1，±2…)……(47)
但是，在这两个条件下，根据d1、d2及d3的设定，使寻常光与异常光衍射时，有时存在无衍射的光量。
本发明的偏振光束分束器可以用于例如光盘装置的读取中，在这样的用途中，希望使寻常光与异常光中的一种完全衍射，另一种光则完全不衍射。
为了达到这一目的，必须(46)式外，再加下式OPD(o)＝{(d2-d3)no2+no1·d1-nc(d1+d2-d3)}K＝(2q+1)π，(q＝0，±1，±2…)……(48)或者(47)式外，再加下式OPD(e)＝{(d2-d3)ne2+ne1·d1-nc(d1+d2-d3)}K＝(2q+1)π，(q＝0，±1，±2……(49)这时，要决定双折射材料层102、112的厚度d2、d3，只要使d1、d2、d3满足由(46)式减(48)式及(47)式减(49)式得出的下列结果即可[OPD(o)-OPD(e)]＝{(no2-ne2)·(d2-d3)+d1(no1-ne1)}K(2j+1)π，(j＝0，±1，±2)……(50)只要设定双折射材料层102的膜厚d2，双折射材料层112的膜厚d3，双折射基片101的槽的深度d1，使其满足(46)式或(47)式，所述偏振光束分束器就能起衍射光栅的作用，只使寻常光或异常光中的一方不发生衍射。
即使这样构成，当然也能得到与第19实施例相同的效果。
第21实施例图16是表示本发明第21实施例的偏振光束分束器的纵剖面图。
该第21实施例的偏振光束分束器与第19、第20实施例的偏振光束分束器的不同点在于，在平坦的双折射基片101上形成凹凸状的双折射材料层102、122。
在这第20实施例，也以所述第19、第20实施例相同的要领进行计算，则得出OPD(o)＝(d2-d3)·(no2-nc)}KOPD(e)＝(d2-d3)·(ne2-nc)·K因而，与所述第19、20实施例一样，要使寻常光不衍射，必须满足OPD(o)＝(d2-d3)·(no2-nc)·K＝2qπ、(q＝0，1，2…)……(51)或者，要使异常光不发生衍射，必须满足OPD(e)＝(d2-d3)·(ne2-nc)K＝2qπ(q＝0，1，2…)……(52)
只要设定双折射材料层102的膜厚d2、双折射材料层122的膜厚d3，使其满足(51)式或(52)式，偏振光束分束器就能只使寻常光或异常光中的某一方不发生衍射。
即使这样构成，不用说也能够取得与前面的第19、第20实施例一样的效果。
在上述第19至第21实施例中，在槽的部分充填折射率为nc的各向同性材料130，但该充填材料也可以是空气，这时nc为1。
还有，一旦设定上述第19及第20实施例中的充填材料130的折射率使其满足下式，则d1＝0，双折射基板101的凹部的厚度可为o。亦即，可以不必在双折射基板101上加工槽。
nc＝m·|no2-ne2|+no2(或ne2)、(m为整数)而且，选择折射率满足上式的材料作为第21实施例的充填材料，则可得OPD(o)＝2qπ，而且，OPD(e)＝(2p+1)π或OPD(o)＝(2p+1)π，而且OPD(e)＝2qπ可以不仅使寻常光、异常光不发生衍射，还使其中任一种完全衍射。适用于隔离器和光探头的差动检测。
而且，在所述第19至第21实施例说明的偏振光束分束器的表里两面中至少一面上设置防反射膜，从而可以谋求提高光的综合利用率。
还有，按照大致互相平行或大致相垂直的要求设定双折射基片101的光轴与双折射材料层102的光轴。
而且，槽101b的方向或图案可以与双折射基片101的光轴及双折射材料层102的光轴无关地设定，能够提高自由度。
至此所述的各实施例中，说的是在双折射基片上直接形成双折射层的例子，但是，即使是在上述双折射基片与双折射材料层之间隔着粘合层，也能得到同样的效果。
第22实施例下面根据附图对本发明的第22实施例加以说明。
图17是表示本发明第22实施例的偏振光束分束器的纵剖面图。
在该图中，符号201表示由例如铌到锂构成的双折射基片，在该双折射基片的201的表面，形成周期性凹凸栅。
在双折射基片201的凹部201a，充填着折射率nc在铌酸锂的寻常光折射率no与异常光折射率ne之间，满足后述的(67)式或(68)式的充填物质(但是，折射率略等于寻常光折射率no或异常光折射率ne的物质除外)，例如第22实施例充填钠玻璃202。
这里，以t表示双折射基片201的厚度，d2表示充填物质202的厚度，no表示双折射基片201对寻常光的折射率，ne表示双折射基片201对异常光的折射率、ne表示充填物质202的折射率，λ为光波波长，K＝2π/λ，于是，通过充填物质202未充填的区域(图17的A区域)的寻常光相位为no·t·K通过充填物质202所充填的区域(图17的B区域)的寻常光的相位为{no(t-d2)+nc·d2}K……(62)因而，根据(61)式减(62)式，寻常光对A、B的相位差OPD(o)为OPD(o)＝(no-nc)d2·K……(63)另一方面，通过A区域的异常光的相位为ne·t·K……(64)通过B区域的异常光的相位为{ne(t-d2)+nc·d2}K……(65)从而，根据(64)式减(65)式，异常光对A、B的相位差OPD(e)为OPD(e)＝(ne-nc)d2·K……(66)这里，要只使寻常光或异常光中的一种发生衍射，只要(63)式或(66)式中的某一式成为π的偶数倍即可。也就是说，只使寻常光衍射，要满足。
OPD(e)＝2pπ、(p＝o，±1，±2……)，而只使异常光衍射，要满足OPD(o)＝2pπ，(p＝0，±1，±2……)。
但是，只用上述条件，根据d2的设定，使寻常光与异常光衍射时，有时存在无衍射的光量。
本发明的偏振光束分束器可用于例如光盘装置的光读取器，但是在这样的用途上，希望使寻常光与异常光中的一方完全衍射，而使另一方完全不折射。亦即，必须是，OPD(o)＝2pπ、(p＝0，±1，±2，…)而且OPD(e)＝2qπ(p＝0，±1，±2…)。
或者OPD(o)＝(2q+1)π，(q＝0，±1，±2)而且OPD(e)＝2Pπ((p＝0，±1，±2)。
也就是，其条件为OPD(o)-OPD(e)＝(2i+1)π(i＝0，±1，±2……)。
OPD(o)-OPD(e)＝{(no-ne)-(ne-nc)}d2·K
＝(no-ne)d2·K＝(2i+1)π、(i＝0，±1，±2…)从上式可以了解到，根据i的不同取法，d2可以取无数值，而最小的d2在i＝0或i＝-1时得到，即d2＝π/{K·|no-ne|}＝λ{2·|no-ne|}再者，对于这个d2，如前所述，必须是OPD(o)或OPD(e)的一方为π的偶数倍，另一方为π的奇数倍。而此处，第22实施例的充填物质按下列条件选择nc＝no+m(no-ne)，(m＝±1，±2…)……(67)nc＝ne+l(no-ne)，(l＝±1，±2…)……(68)因此，OPD(e)＝(ne-nc)·d2·K＝{(ne-nc)/(no-ne)}·π＝{-1(no-ne)·π}/(no-ne)＝-1π于是，充填物质的nc＝ne+l(no-ne)中的l为偶数时，可以使异常光完全不衍射，寻常光则完全衍射，而l为奇数时，可以使异常光完全衍射，而寻常光完全不衍射。
在本实施例中，λ＝0.633μm时，铌酸锂的no＝2.286，ne＝2.2，得出nc为1.512，所以使用钠玻璃。nc的计算如下nc＝no+m(no-ne)＝2.286-9×0.086＝1.512nc＝ne+l(no-ne)＝2.2-8×0.086＝1.512。
这样，在第22实施例中，因为具备由双折射材料的铌酸锂构成，其表面形成周期性凹凸栅的双折射基片和充填于该双折射基片201的凹部201a，其折射率nc在该双折射基板201的双折射材料的寻常光折射率no与异常光折射率ne之间满足(67)式或(68)式的充填物质(但是，折射率约等于寻常光折射率或异常光折射率的物质除外)钠玻璃2；所以，如上所述，能作为偏振光束分束器起作用。
由于该充填物质202的折射率nc只要满足上述(67)式或(68)式即可，充填物质的选择范围就会变得比以往宽，能够得到更大的设计自由度。
第23实施例本发明的第23实施例用以水晶为双折射基片材料的例子加以叙述。
水晶no＝1.52，ne＝1.48，前述m.l取m＝-13，l＝-12，则，nc＝no+m(no-ne)＝1.52-13×0.04＝1.0nc＝ne+l(no-ne)＝1.48-12×0.04＝1.0亦即，在d2满足下列条件时，充填物质可用空气d2＝π/{K·|no-ne|＝λ/{2·|no-ne|}第24实施例本发明的第24实施例用以方解石为双折射基片材料的例子加以叙述。
方解石no＝1.64，ne＝1.48前述m.l中，取m＝-4，l＝-3，则nc＝no+m(no-ne)＝1.64-4×0.16＝1.0nc＝ne+l(no-ne)＝1.48-3×0.16＝1.0亦即在d2满足下列条件时，可以充填空气d2＝π/{K·|no-ne|}＝λ/{2·|no-ne|}上面根据各实施例对本发明者的发明具体地加以说明，但本发明当然不限于上述各实施例，可以在不离开其要旨的范围内变化形式。
例如，在上述实施例中，分别用铌酸锂、水晶、方解石构成双折射基片，用钠玻璃构成充填物质，但并不限于上述材料。
如上所述，使用本发明的偏振光束分束器，可以得到如下效果。
①形成于基片上的聚联乙炔膜，具有折射率随温度变化小的特性，因而可以提高偏振光束分束器对环境影响的耐受力。
②与上述①有关，且因为结晶性好的特点，使得偏振光束分束器的特性能够做得均匀。
③与上述①有关，且因为有双折射大的特点，因而膜厚度可以做得薄，偏振光束分束器可以小型化。
④使用光学各向同性的基片，该光学各向同性基片比由双折射材料做成的基片便宜，因而有可能降低偏振光束分束器的成本。
⑤与上述④有关，使用它的光探头也变得便宜，同样可以谋求装置低成本化。
⑥不使用已有技术说明过的质子交换部和相位补偿用的电介质光栅，能发挥偏振光束分束器的功能，因为能够使用例如一次浸蚀方式同时加工凹凸栅与基板的槽，所以能提高位置精度。
⑦因为充填材料只充填凹部和槽等就行，所以制造会变得容易。从而，使用它的光探头装置也会提高精度，同时制造也会变得易于进行。
⑧其特征是具有由双折射材料构成的、其表面形成周期性凹凸栅的双折射基片，在该凹部充填光学各向同性物质而成的偏振光束分束器，其光学各向同性物质的折射率(nc)与该双折射材料的寻常光折射率(no)、异常光折射率(ne)之间存在下式所示的关系，因而该充填物质的折射率nc只要满足下式即可，充填物质的选择范围可以比以往更大，设计自由度可以提高。
nc＝no+m(no-ne)；(m＝±1，±2，±3…)＝ne+l(no-ne)；(l＝±1，±2，±3…)。
权利要求
1.一种偏振光束分束器，其特征在于该偏振光束分束器是在光学各向同性基片上形成双折射材料，同时在该双折射材料层上形成周期性凹凸栅，设定所述双折射材料层凹凸部厚度使所述凹部与凸部之间寻常光的相位差与异常光的相位差中的某一方为π的偶数倍而构成的。
2.一种偏振光束分束器，其特征在于该偏振光束分束器具备表面上形成周期性凹凸栅的光学各向同性基片，至少是在该光学各向同性基片的所述凹凸部的凸部上形成的双折射材料层；设定所述双折射材料层的厚度及所述基片凹部的深度，使所述凹部与凸部间的寻常光相位差与异常光相位差中的某一方为π的偶数倍而成的。
3.根据权利要求1或2所述的偏振光束分束器，其特征在于该偏振光束分束器的表里两面中的至少一面具备防反射膜。
4.根据权利要求1或2所述的偏振光束分束器，其特征在于所述的凹部充填着充填材料。
5.一种具备光源、物镜、将由该光源射向信息记录介质的光束与被所述信息记录介质反射的光束分离开来的光束分离手段，接受反射光束的光检测器的光探头装置，其特征在于在光束分离手段与光检测器之间的光路上配置权利要求1或2所述的偏振光束分束器。
6.根据权利要求5所述的光探头装置，其特征在于设定偏振光束分束器的双折射材料的光学轴与信息记录介质的反射光的偏振方向成约45°角。
7.一种具备光源、物镜、λ/4板和接受由信息记录介质反射光束的光检测器的光探头装置，其特征在于权利要求1或2所述的偏振光射束分束器配置于从光源到光检测器的光路上，使光源来的光束射入该偏振光束分束器，并且该偏振光束分束器的光源射入的光对于凹凸部的相位差为π的偶数倍。
8.根据权利要求1所述的偏振光束分束器，其特征在于该偏振光束分束器中，双折射材料层由聚联乙炔定向膜构成。
9.根据权利要求2所述的偏振光束分束器，其特征在于该偏振光束分束器中，双折射材料层由聚联乙炔定向膜构成。
10.一种偏振光束分束器，其特征在于在各向同性基片上形成由聚联乙炔定向膜构成的双折射材料层，同时，在该双折射材料层上，给予周期性栅以折射率差。
11.一种偏振光束分束器，其特征在于在各向同性基片上形成由聚联乙炔定向膜构成的双折射材料层，同时，在该双折射材料层上，给予周期性栅以体积差。
12.根据权利要求8至11中的任一种所述的偏振光束分束器，其特征在于在各向同性基片与双折射材料层之间，含有用来给予聚联乙炔定向膜以定向性用的薄膜层。
13.根据权利要求8至12中的任一种所述的偏振光束分束器，其特征在于表里两面中至少有一个面具备防反射膜。
14.根据权利要求8至13中的任一种所述的偏振光束分束器，其特征在于，为了给予双折射材料层聚联乙炔定向膜以定向性，使用各向异性结晶基片，以代替各向同性基片。
15.一种偏振光束分束器，其特征在于在由双折射材料构成的基片上，形成与该双折射基片的材料不同的双折射材料层，同时在该双折射材料层上形成周期性凹凸栅，设定所述双折射材料层的凹凸部的厚度，使前述凹部与凸部之间的寻常光相位差与异常光相位差中的某一方成π的偶数倍。
16.一种偏振光束分束器，其特征在于具备表面上形成周期性凹凸栅的双折射材料构成的基片，该双折射基片的所述凹凸部的至少是凸部上形成的与所述的双折射基片的材料不同的双折射材料层；设定所述双折射材料层的厚度及所述基片的凹部深度，使所述凹部与凸部间的寻常光的相位差与异常光的相位差中的某一方为π的偶数倍。
17.根据权利要求15或16所述的偏振光束分束器，其特征在于在所述凹部、充填包括空气在内的各向同性材料。
18.根据权利要求15所述的偏振光束分束器，其特征在于向所述凹部充填入充填材料时，设充填材料的折射率为nc(但与双折射材料的寻常光折射率或异常光折射率大约相等的折射率除外)，双折射材料层对寻常光的折射率为no2、双折射材料层对异常光的折射率为ne2，则通过满足下式条件，使所述双折射基片的凹部厚度为0nc＝m|no2-ne2|+no2(或ne2)(m＝±1，±2，±3…)。
19.根据权利要求15至18中的任一种所述的偏振光束分束器，其特征在于表里两面中至少有一面具备防反射层。
20.一种具备光源、物镜、将该光源射向信息记录介质的光束与所述信息记录介质反射的光束分离开来的光束分离手段、接受反射光束的光检测器的光探头装置，其特征在于根据权利要求15至19中的任一种所述的偏振光束分束器配置于光束分离手段与光检测器之间的光路中。
21.根据权利要求20所述的光探头装置，其特征在于，将偏振光束分束器的双折射材料的光学轴设定于与信息记录介质的反射光的偏振方向成45°左右的方向上。
22.一种具备光源、物镜、λ/4板、接受信息记录介质反射光束的光检测器的光探头装置，其特征在于权利要求15至19中的任一种所述的偏振光束分束器配置于从光源到光检测器的光路中；来自光源的光束射入该偏振光束分束器，使该偏振光束分束器的光源射入的光对凹凸部的相位差为π的偶数倍。
全文摘要
本发明揭示一种偏振光束分束器，包括表面形成周期性凹凸栅的光学各向同性或双折射基片，在基片凹凸部的至少凸部上形成由聚联乙炔定向膜或与基片不同的材料组成的双折射层，其厚度及基片凹部深度的设定使凹凸部间对寻常光或异常光的相位差为π的偶数倍。也可以在光学各向同性材料基片上形成有周期性凹凸栅的双折射层、凹部充填折射率等于双折射层的寻常光折射率或异常光折射率的材料。或在双折射基片的凹部充填其折射率与双折射材料的寻常光及异常光折射率有特定关系的光学各向同性物质。
文档编号G11B7/135GK1495468SQ20031011421
公开日2004年5月12日 申请日期1995年4月14日 优先权日1994年4月14日
发明者武田正, 林善雄, 竹添秀男, 石川谦, 男 申请人:株式会社三协精机制作所