專利名稱：偏振光束分束器及使用偏振光束分束器的光探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及偏振光束分束器及使用該分束器的光讀取裝置。
背景技術(shù)：
向來，在例如光磁盤等各種光學(xué)裝置中，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。
關(guān)于偏振光束分束器有種種建議提出，例如日本專利特開昭63-262602號公報，特開昭63-26604號公報，特開昭63-314502號公報等所載。
特開昭63-262602號公報所載的偏振光束分束器，是在光學(xué)各向同性基片的主平面上形成周期性凹凸柵，該周期性凹凸柵的表面，用主折射率與上述光學(xué)各向同性基片的折射率相等的液晶復(fù)蓋而成的。
例如，如果用對尋常光的折射率與上述光學(xué)各向同性基片一致，對異常光的折射率與上述各向同性基片不同的液晶，那么該偏振光束分束器是對尋常光不具有衍射光柵的功能，而對于異常光則具有衍射光柵的功能的裝置。
而特開昭63-26604號公報所述的偏振光束分束器，是在形成于雙折射介質(zhì)的表面凹凸柵上、至少在凹部充填所射率大致與雙射介質(zhì)的尋常光折射率或異常光折射率大致相等的物質(zhì)，使尋常光或異常光衍射的裝置。
還有，特開昭63-314502號公報所載的偏振光束分束器，是在鈮酸鋰結(jié)晶片的主平面形成有周期的離子交換區(qū)域(質(zhì)子交換部)的光學(xué)衍射光柵，而且，設(shè)置使透射過該衍射光柵的尋常光成份，在實施離子交換的區(qū)域與不實施離子交換的區(qū)域中所發(fā)生的相位變化相抵消的手段，例如，在實施離子交換的區(qū)域上部設(shè)置相位補嘗用的電介質(zhì)層，使異常光衍射的裝置。
但是，在上述的偏振光束分束器中，無論哪一個都有如下問題。
①液晶折射率的溫度系數(shù)大，性能易受環(huán)境影響，穩(wěn)定性差。
②已有的一般偏振光束分束器，形成于光學(xué)各向同性基片上的雙折射材料的雙折射小，因而膜厚較厚，不能小型化。
③與上述第②點相關(guān)連，結(jié)晶性差，因而性能不均勻。
④質(zhì)子交換是各向同性擴散的過程，因而難于控制晶格間距，精度低下。
⑤與上述第④點有關(guān)，由于還必須使相位補償用的電介質(zhì)晶格與難于提高位置精度的質(zhì)子交換部對準(zhǔn)位置，因而制造困難。
⑥上述第④及第⑤所述問題，在使用該偏振光束分束器的設(shè)備(例如光探頭裝置)中也同樣存在。
⑦必須使充填物質(zhì)的折射率成為與雙折射介質(zhì)的尋常光折射率或異常光折射率大致相等的折射率，因而充填物質(zhì)的選擇范圍變小，不能提高設(shè)計自由度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供耐環(huán)境影響，具有均勻性能，而且小型化的偏振光束分束器及使用該分束器的光探頭裝置。
本發(fā)明的目的還在于提供能夠降低成本的偏振光束分束器及使用該分束器的光探頭裝置。
本發(fā)明的目的又在于提供制造容易、同時精度提高的偏振光束分束器及使用該分束器的光探頭裝置。
而且，本發(fā)明的目的還在于提供充填物質(zhì)可以廣泛選擇，能提高設(shè)計自由度的偏振光束分束器。


圖1是表示本發(fā)明第1實施例的偏振光束分束器的斜視圖。
圖2是表示本發(fā)明第1實施例及第10實施例的偏振光束分束器的縱剖面圖。
圖3是表示本發(fā)明第2實施例及第11實施例的偏振光束分束器的縱剖面圖。
圖4是表示本發(fā)明第3實施例及第12實施例的偏振光束分束器的縱剖面圖。
圖5是表示本發(fā)明第4實施例及第8實施例的偏振光束分束器的縱剖面圖。
圖6是表示本發(fā)明第5實施例及第9實施例的偏振光束分束器的縱剖面圖。
圖7是表示本發(fā)明第6實施例及第16實施例的偏振光束分束器的縱剖面圖。
圖8是表示本發(fā)明第7實施例及第17實施例的偏振光束分束器的縱剖面圖。
圖9是使用表示本發(fā)明各實施例的偏振光束分束器的光探頭裝置的各斜視圖。
圖10是表示本發(fā)明第13實施例的偏振光束分束器的縱剖面圖。
圖11是表示本發(fā)明第14實施例的偏振光束分束器的縱剖面圖。
圖12是表示本發(fā)明第15實施例的偏振光束分束器的縱剖面圖。
圖13是表示本發(fā)明第18實施例的偏振光束分束器的各縱剖面圖。
圖14是表示本發(fā)明第19實施例的偏振光束分束器的縱剖面圖。
圖15是表示本發(fā)明第20實施例的偏振光束分束器的剖面圖。
圖16是表示本發(fā)明第21實施例的偏振光束分束器的縱剖面圖。
圖17是表示本發(fā)明第17實施例的偏振光束分束器的縱剖面圖。
具體實施例方式
下面參照

本發(fā)明的實施例。
圖9是表示本發(fā)明一實施例的使用偏振光束分束器的光探頭裝置的各斜視圖。
作為上述偏振光束分束器，使用后述各實施例中說明的偏振光束分束器，這些偏振光射束分束器用于例如光讀取裝置的差動檢測。
而且，下面所述各實施例中說明的雙折射材料，有具有取向性的聚聯(lián)乙塊(聚丁二炔)、鈮酸鋰、氧化鈦、水晶、方解石等。
圖9(a)所示的光探頭裝置具有光源53；使來自光源53的光束聚焦于信息記錄介質(zhì)50上的物鏡51；將該光源53射向信息記錄介質(zhì)50的光束與信息記錄介質(zhì)50反射的光束分離開來的光束分離手段52；具有接受反射光束的、被分割開來的多個受光部的光檢測器54。在光束分離手段52與光檢測器54之間的光路上，配設(shè)上述本發(fā)明的偏振光束分束器。
該偏振光束分束器的雙折射材料的光學(xué)軸X設(shè)定為相對于信息記錄介質(zhì)50的反射光的偏振方向Y成約45°，從而能分別用光檢測器54接收信息記錄介質(zhì)30反射的衍射光和0次光，進(jìn)行差動檢測。
圖9(b)所示的光探頭裝置，設(shè)置有光源53；把來自光源53的光束聚焦于信息記錄介質(zhì)50上的物鏡51；λ/4板；接受來自信息記錄介質(zhì)50的反射光束的光檢測器54·54，上述偏振光束分束器位于從光源53到光檢測器54·54的光路中，而且，按照該偏振光束分束器中光源53射來的入射光相對于凹凸柵的相位差為π的偶數(shù)倍的要求，使光源53發(fā)出的光束射入該偏振光束分束器。也就是說，前往光路因為相位差為π的偶數(shù)倍而透過，而返回光路相位差為π的奇數(shù)倍、光束完全衍射，可用光探頭裝置54·54接受衍射光。
第1實施例下面按附圖對本發(fā)明第1實施例加以說明。
圖1是表示本發(fā)明一實施例的偏振光束分束器的斜視圖，圖2是圖1的偏振光束分束器的縱剖面圖。
在圖1、圖2中，符號1表示用例如玻璃材料做成的光學(xué)各向同性基片，該玻璃基片表面形成周期性凹凸柵。在該玻璃基片1表面的凸部1a上，作為雙折射材料層，形成下列化學(xué)式所示聚聯(lián)乙炔薄膜2，這種聚聯(lián)乙炔薄膜2具有定向性。
在這里，設(shè)玻璃基片1的凸部的厚度為t，玻璃基片1凹部1b的溝深度為d1，聚聯(lián)乙炔定向膜2的厚度為d2，玻璃基片1的折射率為ns、聚聯(lián)乙炔定向膜2對尋常光的折射率為no，聚聯(lián)乙炔定向膜2對異常光的折射率為ne，由玻璃基片1的凹凸部及聚聯(lián)乙炔定向膜2形成的溝內(nèi)的折射率為nc，光的波長為λ，K＝2π[]λ，則通過聚聯(lián)乙炔定向膜2形成的偏振光束分束器(通過圖2中的A區(qū)域)的尋常光的相位為{ns·t+no·d2}K……(1)通過沒有形成聚聯(lián)乙炔定向膜2的偏振光束分束器(通過圖2中的B區(qū)域。)的尋常光相位為{ns(t-d1)+nc(d1+d2)}K………(2)因而，由(1)式減(2)式得，尋常光的相位差OPD(o)為OPD(o)＝{(ns-nc)d1+(no-nc)d2}K……(3)另一方面，通過A區(qū)域的尋常光的相位為{ns·t+ne·d2}K……(4)通過B區(qū)域的異常光的相位和所述(2)式相同，因而由(4)式減(2)式，得異常光的相位差OPD(e)為OPD(e)＝{(nx-nc)d1+(ne-nc)d2}K……(5)順便說一下，考慮到玻璃基片1的凹凸部及聚聯(lián)乙炔定向膜2形成的溝被空氣所充填，所以nc＝1。
在這里，要使異常光不衍射，只要所述(3)式與(5)式中，(5)式成為π的偶數(shù)倍即可。亦即，OPD(e)＝{(ns-nc)d1+(ne-nc)d2}K＝2pπ，(P＝0，±1，±2...)……(6)又，為了使尋常光不衍射，只要所述(3)式與(5)式中，(3)式成為π的偶數(shù)倍即可。亦即，OPD(o)＝{(ns-nc)d1+(no-nc)d2}K＝2pπ，(p＝0，±1，±2...)……(7)可是，在這兩個條件下，按照d1及d2的設(shè)定，在使尋常光與異常光衍射時，也有存在不衍射的光量的情況。第1實施例所示的偏振光束分束器，可用于例如光盤裝置的讀取裝置中，在這樣的用途上，最好是使尋常光、異常光中的一種全部衍射，而另外一種則完全不反射。為了達(dá)到這樣的目的，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)這時，為了決定聚聯(lián)乙炔定向膜2的厚度，只要決定d2，使根據(jù)(6)式減(8)式及(7)式減(9)式得出的下式成立即可。
＝(no-ne)d2·K＝(2j+1)π，(j＝1，±1，±2)……(10)順便說一下，由于d2＝π(2j+1)/[K·|no-ne|]，表明d2取決于聚聯(lián)乙炔定向膜的no與ne之差。也就是說，要使d2小，只要no-ne的絕對值大就行。
而且，如果設(shè)定聚聯(lián)乙炔定向膜2的膜厚d2，玻璃基片1的溝深度d1，使其滿足(6)式或(7)式，所述偏振光束分束器作為衍射光柵起作用，可以只使尋常光或異常光的任一方不衍射。
這樣，在第1實施例中，具備表面形成周期性凹凸柵的光學(xué)各向同性玻璃基片1和形成于該玻璃基片1的凸部1a且取向于該玻璃基片1的主表面的面內(nèi)方向上的雙折射材料層聚聯(lián)乙炔定向膜2，按照凹部1b(B區(qū)域)與凸部1a(A區(qū)域)之間的尋常光相位差OPD(o)與異常光的相位差OPD(e)中任一方成為π的偶數(shù)倍的要求來設(shè)定聚聯(lián)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，可以使其作為偏振光束分束器起作用。這里，聚聯(lián)乙炔定向膜2，作為其特性的折射率隨溫度變化小，因而可以提高偏振光束分束器對環(huán)境變化的耐受力。
而且，作為其特性的結(jié)晶性好，因而可以使偏振光束分束器的特性均勻化。
而且，作為其特性的雙折射大，所以薄厚可以做得薄，可以使偏振光束分束器小型化。
下面對這樣構(gòu)成的偏振光束分束器的第1制造方法加以說明。
首先，在第1工序中，在規(guī)定厚度t的玻璃基片1上，用例如真空蒸鍍的方法形成100A左右厚度的聯(lián)乙炔的單體膜，然后在空氣中用紫外線聚合方法使該聯(lián)乙炔單體膜聚合，使聯(lián)乙炔單體膜變成聚合物。
接著，在第2工序，用例如硅布等，在一個方向上對該聚合物化了的聯(lián)乙炔膜，即聚聯(lián)乙炔膜進(jìn)行摩擦處理，于是，能在該摩擦處理方向上定向。
在后面的第3工序中，在該摩擦處理過的聚聯(lián)乙炔膜上，用與所述第1工序一樣的方法，迭加形成聚聯(lián)乙炔膜，使聚聯(lián)乙炔膜厚達(dá)到規(guī)定厚度2d為止，也就是說，重迭形成聯(lián)乙炔的單體膜，而后在空氣中用紫外線聚合的方法使該聯(lián)乙炔單體膜聚合化。這樣形成的聚聯(lián)乙炔膜的定向方向就是第2工序中進(jìn)行摩擦處理的方向。
在接著的第4工序中，涂布在所述聚聯(lián)乙炔膜上形成凹凸柵用的保護(hù)層，進(jìn)行曝光，顯像處理后，進(jìn)行浸蝕處理直到玻璃基片1的凹部1b的深度達(dá)到規(guī)定值d1為止。該第4工序的一連串處理方法是半導(dǎo)體制造工藝中采用的眾所周知的簡易方法。實施這樣的處理，就可以得到圖1，圖2所示的偏振光束分束器。
這樣，用所述制造方法，只要在一個方向上對聚合化的聚聯(lián)乙炔膜進(jìn)行摩擦處理，就能面內(nèi)定向，同時，使聚聯(lián)乙炔膜的成膜及凹凸柵的形成簡易化，因而有可能容易地制造圖1、圖2所示的偏振光束分束器。
順便說一下，下面出示上述偏振光束分束器制造方法的其他各例。
第2種制造方法，在第1工序中，將聯(lián)乙炔蒸鍍于光學(xué)各向同性基片1上后，進(jìn)行聚合；在第2工序，用摩擦定向方法使聚聯(lián)乙炔在一個方向上定向；第3工序中，在摩擦處理后的聚聯(lián)乙炔膜上蒸鍍聯(lián)乙炔單體膜到規(guī)定膜厚為止，而后將聯(lián)乙炔單體膜聚合化；在第4工序中，將波長相當(dāng)于聚聯(lián)乙炔的吸收波長的光源發(fā)出的光用于該聚聯(lián)乙炔膜上，以此使聚聯(lián)乙炔膜的折射率發(fā)生周期性變化，得到偏振光束分束器。
還有，作為造成折射率差的方法，另外還可以用采用相干光源發(fā)出的光的雙光束干涉法產(chǎn)生的干涉條紋使其變化的方法。
又，第3種制造方法是，在第1工序中，在光學(xué)各向同性基片1上蒸鍍聯(lián)乙炔單體膜后，使其聚合化；在第2工序中，用摩擦定向方法使聚聯(lián)乙炔在一個方向上定向；在第3工序中，在摩擦處理過的聚聯(lián)乙炔單體膜上蒸鍍聯(lián)乙炔單體膜到規(guī)定膜厚為止，而后聚合化；在第4工序中，將波長相當(dāng)于聚聯(lián)乙炔的吸收波長的光源發(fā)出的光用于該聚聯(lián)乙炔膜上，以此使聚聯(lián)乙炔膜的體積(厚度)發(fā)生周期性變化，得到偏振光分離元件。
還有，作為造成周期性體積變化的方法，另外還可以使用采用相干光源發(fā)出的光的雙光束干涉法產(chǎn)生的干涉條紋使其變化的方法。
又，第4種制造方法是，在第1工序中，在光學(xué)各向同性基片1上蒸鍍聯(lián)乙炔膜后，使其聚合化；在第2工序中，用摩擦定向方法使聚聯(lián)乙炔膜在一個方向上定向；在第3工序中，在摩擦處理后的聚聯(lián)乙炔膜上蒸鍍聯(lián)乙炔單體膜到規(guī)定厚度為止，而后聚合化；在第4工序中，將波長與聚聯(lián)乙炔的吸收波長相當(dāng)?shù)墓庠窗l(fā)出的光用于該聚聯(lián)乙炔膜上，以此，使聚聯(lián)乙炔膜的可溶性發(fā)生周期性變化；在第5工序，用合適的溶劑溶解掉可溶性周期性變化的聚聯(lián)乙炔膜的較易溶解的部分，得到偏振光束分束器。
作為第5種制造方法，不用所述第1至第4制造方法中的光學(xué)各向同性基片，而代之以例如蘭寶石等各向異性單晶基片(包括雙折射基片)，在蒸鍍工序中以此使聯(lián)乙炔膜在基片的結(jié)晶軸方向上自發(fā)定向，省去摩擦處理工序，得到偏振光束分束器。
又，作為第6種制造方法，在所述第1至第4種制造方法中的光學(xué)各向同性基片1上形成不同于聯(lián)乙炔的薄膜，例如膠片層，在聯(lián)乙炔單體的蒸鍍工序中，使聯(lián)乙炔膜在膠片層的定向方向上自發(fā)定向，省去摩擦處理工序，得到偏振光束分束器。
按照所述各種制造方法，也能容易地制造出偏振光束分束器。
第2實施例圖3是表示本發(fā)明第2實施例的偏振光束分束器的縱剖面圖。
這第2實施例的偏振光束分束器與第1實施例中的偏振光束分束器不同點是，在玻璃基片1的具有規(guī)定深度的凹部1b上，新形成厚度為d3的聯(lián)聯(lián)乙炔定向膜12。
附帶說一下，第2實施例及后述的實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。
在這里，通過圖3的A區(qū)域的尋常光的相位為(ns·t+no·d2)K與1式相同。
通過圖3的B區(qū)域的尋常光的相位為{ns(t-d1)+no·d3+nc(d1+d2-d3)}K……(11)因而，由(1)式減(11)式，得尋常光的相位差OPD(o)為OPD(o)＝{(d2-d3)no+ns·d1-nc(d1+d2-d3)}K……(12)另一方面，通過A區(qū)域的異常光的相位為{ns.t+ne·d2}K與(4)式相同。
通過B區(qū)域的異常光的相位為{ns(t-d1)+ne·d3+nc(d1+d2-d3)}K……(13)因而，根據(jù)(4)式減(13)式，得異常光的相位差OPD(e)為OPD(e)＝{(d2-d3)ne+ns·d1-nc(d1+d2-d3)}K……(14)式中nc＝1。
在這里，為了使異常光不衍射，只要上述(12)式與(14)式中，使(14)式為π的偶數(shù)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，為了使尋常光不衍射，只要上述(12)式與(14)式中，(12)式成π的偶數(shù)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，在這兩個條件下，根據(jù)d1，d2和d3的設(shè)定，使尋常光與異常光中衍射時也有存在不衍射的光量的情況。
第2實施例的偏振光束分束器可用于例如光盤裝置的讀取裝置中，但在這種用途上，最好使尋常光與異常光中的一種全部衍射，而另一種完全不衍射。為此目的，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)如果設(shè)定聚聯(lián)乙炔定向膜2、12的薄厚d2、d3、玻璃基片1的槽的深度d1，使其滿足(15)式或(16)式，則所述偏振光束分束器作為衍射光柵起作用，可以只使尋常光或異常光中的任一方不衍射。
此外，如果d2＝d3，則(19)式為零，因此這個條件被排除。
當(dāng)然，即使用這樣的結(jié)構(gòu)，也能得到與第1實施例相同的效果。
而且，凹部與凸部的雙折射材料各不相同亦可。在這種情況下也可用迄今為止使用的計算方法計算。
第3實施例圖4是表示本發(fā)明第3實施例的偏振光束分束器的縱剖面圖。
該第3實施例的偏振光束分束器與第1實施例的偏振光束分束器的不同點在于，在平坦的玻璃基片1上形成凹凸?fàn)畹木勐?lián)乙炔定向膜2、22。
該凹狀聚聯(lián)乙炔定向膜22及凸?fàn)畹木勐?lián)乙炔定向膜2，在第1實施例的第1制造方法的第4工序中，在聚聯(lián)乙炔膜上形成凹部之際，進(jìn)行浸蝕處理，使該玻璃基片上留有規(guī)定厚度d3的聚聯(lián)乙炔，在凹部充填具有各向同性nc的介質(zhì)，即可得到。
在該第3實施例，也用與上述第1、第2實施例相同的要領(lǐng)進(jìn)行計算，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，為了使尋常光不衍射，要求OPD(o)＝(d2-d3)·(no-ne)·K＝2qπ(q＝0，1，2…)……(22)
而為了使異常光不衍射，要求OPD(e)＝(d2-d3)·(ne-nc)·K＝2qπ，(q＝0，1，2…)……23式如果設(shè)定聚聯(lián)乙炔定向膜2的膜厚d2、聚聯(lián)乙炔取向膜22的膜厚d3及ne，使?jié)M足(22)式或(23)式的關(guān)系，作為偏振光束分束器，就能夠只使尋常光或異常光中的任一種不衍射。
即使這樣構(gòu)成，當(dāng)然也能夠得到與前面的第1、第2實施例相同的效果。
而且，圖4的偏振光束分束器的聚聯(lián)乙炔定向膜22的厚度d3為零的結(jié)構(gòu)也是可行的。
又，nc即使不是空氣，只要是各向同性材料即可。
第4實施例圖5是表示本發(fā)明第4實施例的偏振光束分束器的縱剖面圖。
在該圖中，符號11表示光學(xué)各向同性基片，在該基片的表面形成所述聚聯(lián)乙炔定向膜32。在該聚聯(lián)乙炔定向膜上形成周期性凹凸柵，該聚聯(lián)乙炔定向膜32凹部的底面下挖到基片11的表面。在該聚聯(lián)乙炔定向膜32的凹部，即聚聯(lián)乙炔定向膜32凸部的側(cè)面，與基片11表面圍成的區(qū)域，充填著折射率nc與所述聚聯(lián)乙炔定向膜32對異常光的折射率ne相等的物質(zhì)13。
因而，對于異常光，折射率差為零，不產(chǎn)生衍射，而對于尋常光，則產(chǎn)生折射率差起著相位光柵的作用產(chǎn)生衍射光。
即便是這樣構(gòu)成，也起著偏振光束分束器的作用，而且聚聯(lián)乙炔定向膜32，由于其折射率隨溫度變化小的特點，可以提高偏振光束分束器對環(huán)境影響的耐受能力。
而且，由于其雙折射大的特點，薄膜厚度可以做得薄，可以使偏振光束分束器小型化。
第5實施例圖6是表示本發(fā)明第5實施例的偏振光束分束器的縱剖面圖。
該第5實施例的偏振光束分類器與第4實施例的偏振光束分束器的不同點在于，聚聯(lián)乙炔定向膜凹部的底面沒有深達(dá)基片表面，而是留下規(guī)定厚度，在留下的部分32a的表面與兩側(cè)的聚聯(lián)乙炔定向膜32的凸部側(cè)面圍成的區(qū)域，充填著與所述第4實施例相同的物質(zhì)13。
即使是這樣的結(jié)構(gòu)，不用說，也起著與第4實施例相同的作用。
還有，在第4、5實施例中，在聚聯(lián)乙炔定向膜32的凹部，充填著與該聚聯(lián)乙炔定向膜32對異常光的折射率ne相等的折射率為nc的物質(zhì)13，但也可以充填折射率等于對尋常光的折射率no的物質(zhì)。在這種情況下，對異常光產(chǎn)生折射率差，起著相位光柵的作用，產(chǎn)生衍射光，而對于尋常光，因為沒有折射率差，所以不產(chǎn)生衍射光。
附帶說一下，如圖2所示，即使是具備表面上形成周期性凹凸柵的光學(xué)各向同性基片1，形成于該光學(xué)各向同性基片1的凸部上的聚聯(lián)乙炔定向膜2，并在光學(xué)各向同性基片1的凹凸部及聚聯(lián)乙炔定向膜2形成的槽內(nèi)，充填其折射率等于聚聯(lián)乙炔定向膜對尋常光的折射率或等于其對異常光的折射率的物質(zhì)的偏振光束分束器，只要設(shè)定聚聯(lián)乙炔定向膜2的厚度及基片1的凹部1b的深度，使其滿足前述(10)式及(8)式或(9)式，當(dāng)然就能像所述第4、第5實施例那樣，只折射尋常光或異常光二者中一種。
第6實施例圖7是表示本發(fā)明第6實施例的偏振光束分束器的縱剖面圖。
在該圖中，符號1表示用例如玻璃材料構(gòu)成的光學(xué)各向同性基片，在該玻璃基片1的表面，形成聚聯(lián)乙炔定向膜，在該聚聯(lián)乙炔定向膜2上形成周期性凹凸柵，該聚聯(lián)乙炔定向膜2的凹部的底面深達(dá)玻璃基板1的表面。在聚聯(lián)乙炔定向膜2的凹部，即聚聯(lián)乙炔定向膜2的凸部側(cè)面，與玻璃基片1的表面圍成的區(qū)域，充填著充填物質(zhì)40(但是，折射率大約等于尋常光折射率no或異常光折射率ne的物質(zhì)除外)，該充填物質(zhì)40的折射率nc與該聚聯(lián)乙炔定向膜2的尋常光折射率no、異常光折射率ne之間，存在如下關(guān)系式。
nc＝no+m(no-ne)；(m＝±2，±2，±3…)＝ne+l(no-ne)；(l＝±1，±2，±3…)設(shè)玻璃基片1的厚度為t，聚聯(lián)乙炔定向膜2的厚度為d2，玻璃基片1的折射率為ns，聚聯(lián)乙炔定向膜2對尋常光的折射率為no、聚聯(lián)乙炔定向膜2對異常光的折射率為ne，充填物質(zhì)40的折射率為nc，光波波長為λ、K＝λ/2π，則通過A區(qū)域的尋常光的相位為{ns·t+no·d2}·K……(24)通過B區(qū)域的尋常光的相位為{ns·t+nc·d2}·K……(25)因而，由(24)式減(25)式，得出尋常光通過A·B的相位差OPD(o)為OPD(o)＝(no-nc)·d2·K……(26)另一方面，通過A區(qū)域的異常光的相位為{ns·t+ne·d2}·K……(27)通過B區(qū)域的異常光的相位與所述(25)式相同。因而，由(27)式減(25)式，得出異常光通過A，B區(qū)域的相位差OPD(e)為OPD(e)＝(ne-nc)·d2·K……(28)
此處，nc＝no+m(no-ne)，m為整數(shù)；nc＝ne+l(no-ne)，l為整數(shù)。
于是，尋常光的相位差為OPD(o)＝-m(no-ne)·d2·K異常光的相位差為OPD(e)＝-l(no-ne)·d2·K要使其只對某一方不發(fā)生衍射，只要按照下式之一決定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，即使在本實施例，也希望能使尋常光與異常光中的一方不衍射，另一方則完全衍射，這時，再加上OPD(o)與OPD(e)的差為π的奇數(shù)倍的條件，得OPD(o)-OPD(e)＝(l-m)(no-ne)·d2·K＝(2i+1)π，(i＝0，±1，±2……)這里取nc的兩個式子的差，得no-ne+(m-l)(no-ne)＝0，由此得出l-m＝1，所以決定d2為d2＝π(2i+1)/[K·|no-ne|]＝(λ/2)(2i+1)/|no-ne|]這樣，在第6實施例中，在光學(xué)各向同性的玻璃基片1上形成聚聯(lián)乙炔定向膜2的同時，在表面形成周期性凹凸柵，在該凹部充填充填物質(zhì)40(但是，折射率略等于尋常光折射率no或異常光折射率ne的物質(zhì)除外)，使該充填物質(zhì)40的折射率(nc)與該聚聯(lián)乙炔定向膜2的尋常光折射率(no)、異常光折射率(ne)之間，存在如下關(guān)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，而且聚聯(lián)乙炔定向膜2，因其折射率隨溫度變化小的特點，可以使偏振光束分束器耐受環(huán)境影響的性能得以提高。
此外，由于其結(jié)晶性高的特點，可使偏振光束分束器的性能均勻。
又因其雙折射大的特點，膜厚可以做得薄，可以使偏振光束分束器小型化。
第7實施例圖8是表示本發(fā)明第7實施例的偏振光束分束器的縱剖面。
該第7實施例與第6實施例兩者的偏振光束分束器之間的不同點在于，聚聯(lián)乙炔定向膜2的凹部沒有深達(dá)玻璃基片1表面，而是留下規(guī)定厚度，在由該留下部分22的表面與兩相鄰的聚聯(lián)乙炔定向膜2的凸部側(cè)面圍成的區(qū)域充填與所述第6實施例相同的充填物40。
即使是這樣構(gòu)成，進(jìn)行與第6實施例相同的計算時，可使OPD(o)或OPD(e)的任一方為π的偶數(shù)倍，從而尋常光或異常光的某一方不衍射，另一方衍射，起著與第6實施例相同的作用。達(dá)到相同的效果。
還有，如圖2所示，即使是具備表面上形成周期性凹凸柵的光學(xué)各向同性基片，形成于該光學(xué)各向同性基片1的凸部的聚聯(lián)乙炔定向膜2，并在光學(xué)各向同性基片1的凹凸部及聚聯(lián)乙炔定向膜2形成的槽內(nèi)充填充填物質(zhì)40(但是，折射率略等于尋常光折射率no或異常光反射率ne的物質(zhì)除外)，使該充填物質(zhì)40的折射率(nc)、該聚聯(lián)乙炔定向膜2的尋常光折射率(no)和異常光折射率(ne)之間存在如下式所示的關(guān)系的偏振光分離元件。
nc＝no+m(no-ne)，(m＝±1，±2，±…)＝ne+l(no-ne)，(l＝±1，±2，±3…)，只要設(shè)定聚聯(lián)乙炔定向膜2的厚度及基片1的凹部1b的深度，就能起與前面的實施例相同的作用，取得相同的效果。
上面基于第1～第7實施例對本發(fā)明者作出的發(fā)明具體作了說明，但不限于本發(fā)明的第1～第7實施例，例如，也可以在所述各實施例說明的偏振光束分束器的正、反面的任一方面設(shè)置防反射膜，謀求提高衍射效率。
而且，在上述各實施例中，在主平面x-y內(nèi)定向，但并不限于此。
第8實施例下面根據(jù)附圖對本發(fā)明的第8實施例加以說明。
下面就表示本發(fā)明第8實施例的偏振光束分束器加以說明，該第8實施例的偏振光束分束器的構(gòu)造大致與第4實施例(圖5)相同，第8實施例與第4實施例各偏振光束分束器之間的不同點在于，形成水晶，以取代聚聯(lián)乙炔作為雙折射材料層。
于是，對第8實施例所示的偏振光束分束器的說明，采用第4實施例的說明中所用圖5的縱剖面圖。
在該圖中，符號11表示由例如折射率ns＝1.51的鈉玻璃構(gòu)成的光學(xué)各向同性基片，在該玻璃基片11的表面，形成例如水晶32的雙折射材料。
在水晶32上形成周期性凹凸柵，水晶32的凹部的底面深達(dá)玻璃基片11表面。
水晶32對尋常光的折射率no＝1.52，對異常光的折射率ne＝1.48。
水晶32的凹部，即水晶32的凸部側(cè)面與玻璃基片11表面圍成的區(qū)域中，充填著折射率nc＝1.48的，與水晶對異常光的折射率ne相等的材料，例如丙烯樹脂13。
因而，對于異常光，因為沒有折射率差而不發(fā)生衍射，而對于尋常光，則起著折射率差為0.04的相位光柵的作用、產(chǎn)生衍射光。
這樣，在第8實施例中，在光學(xué)各向同性的玻璃基片11上形成雙折射材料的水晶32，同時，在水晶32上形成周期性凹凸柵，在水晶32的凹部，填充折射率等于水晶32的異常光折射率的物質(zhì)丙烯樹脂13，因而，如上所述，使其能起偏振光束分束器的作用。
這里，光學(xué)各向同性基片11比起由雙折射材料構(gòu)成的基片便宜，因而可降低偏振光束分束器的價格。
第9實施例下面根據(jù)

本發(fā)明的第9實施例。
下面對表示本發(fā)明第9實施例的偏振光束分束器加以說明。該第9實施例的偏振光束分束器與第5實施例(圖6)具有大致相同的構(gòu)造。
第9實施例與第5實施例各自的偏振光束分束器之間的不同點在于，形成水晶，以代替聚聯(lián)乙炔作為雙折射材料層。
因此，對表示第9實施例的偏振光束分束器的說明，使用用于說明第5實施例的圖6的縱剖面圖。
而第9實施例與第8實施例各自的偏振光束分束器之間的不同點在于，水晶32的凹部的底面沒有深達(dá)玻璃基片11的表面，而留下規(guī)定厚度，在該留下部分32a的表面與兩相鄰的水晶32的凸部側(cè)面圍成的區(qū)域，充填與所述第8實施例相同的丙烯樹脂13。
即使是這樣的結(jié)構(gòu)，不用說，也起著與實施例8相同的作用，達(dá)到相同的效果。
還有，在第8、第9實施例，在水晶32的凹部，充填著折射率nc＝1.48的等于水晶32對于異常光的折射率ne的丙烯樹脂13。但也可以充填折射率nc＝1.52的、等于對尋常光折射率no的物質(zhì)。在這種情況下，作為對異常光的折射率差為0.04的相位光柵起作用，產(chǎn)生衍射光，而對于尋常光則因為沒有折射率差而不發(fā)生衍射光。
第10實施例下面根據(jù)附圖對本發(fā)明的第10實施例加以說明。
下面說明表示本發(fā)明第10實施例的偏振光束分束器。該第10實施例的偏振光束分束器與第1實施例(圖2)有大致相同的結(jié)構(gòu)。
第10實施例的偏振光束分束器與第1實施例的偏振光束分束器的不同點在于，形成鈮酸鋰膜，以代替聚聯(lián)乙炔定向膜作為雙折射材料層。
因此，對于表示第10實施例的偏振光束分束器的說明，采用用作第1實施例的說明的圖2的縱剖面圖。
在形成鈮酸鋰膜作為雙折射材料層的第10實施例，也只要設(shè)定鈮酸鋰膜2的膜厚d2、玻璃基片1的槽深度d1，使其滿足用于第1實施例的(6)式或(7)式，上述偏振光束分束器就能作為衍射光柵起作用，只使尋常光或異常光中的某一方不發(fā)生衍射。
這樣，在第10實施例中，做成具備表面上形成周期性凹凸柵的光學(xué)各向同性玻璃基片1和在該玻璃基片1的凸部1a上形成的雙折射材料層鈮酸鋰膜2，并設(shè)定鈮酸鋰膜2的厚度d2及基片1的凹部深度d1，使凹部(B區(qū)域)與凸部(A區(qū)域)之間的尋常光相位差OPD(o)或異常光相位差OPD(e)為π的偶數(shù)倍，因而，能使其起偏振光束分束器的作用。
這里，光學(xué)各向同性基片1比由雙折射材料組成的基片便宜，從而使偏振光束分束器能做得便宜。
還有，如圖2所示，在由玻璃基片1的凹凸部及雙折射材料層鈮酸鋰膜2形成的槽內(nèi)，充填著折射率等于鈮酸鋰膜2的尋常光折射率或異常光折率兩者之一的物質(zhì)的偏振光束分束器，也只要設(shè)定鈮酸鋰膜2的厚度及玻璃基片1的凹部1b的深度，使其滿足所述的(10)式及(8)式或(0)式，就能與前述第8、第9實施例一樣，使其只使尋常光或異常光兩種光中的一種發(fā)生衍射。
第11實施例下面根據(jù)附圖對本發(fā)明的第1 1實施例加以說明。
下面就表示本發(fā)明第11實施例的偏振光束分束器加以說明。本第11實施例的偏振光束分束器的構(gòu)造大致與第2實施例(圖3)相同。
第11實施例的偏振光束分束器與第2實施例的偏振光束分束器的不同點在于，形成鈮酸鋰膜代替聚聯(lián)乙炔定向膜作為雙折射材料。
因此，對表示第11實施例的偏振光束分束器的說明，采用用于第2實施例的說明的圖3的縱剖面圖。
圖3所示的第1實施例的偏振光束分束器與第10實施例的偏振光束分束器的不同點在于，玻璃基片1上的具有規(guī)定深度的凹部1b上重新形成厚度d3的薄膜，例如鈮酸鋰膜12。
在第11實施例，如果設(shè)定雙折射材料鈮酸鋰膜2、12的膜厚d2、d3、玻璃基片1的槽深度d1使其滿足(15)式或(16)式，則上述偏振光束分束器也能作為衍射光束起作用，能只使尋常光或異常光兩種光中的一種不發(fā)生衍射。而一旦d2＝d3，則(19)式為零，所以這一條件除外。
即使是這樣構(gòu)成，不用說，也能得到與實施例10相同的效果。而且凹部與凸部的雙折射材料各不相同也行。這種情況下的計算也與迄今為止所作的相同。
第12實施例下面根據(jù)附圖對本發(fā)明的第12實施例加以說明。
下面對表示本發(fā)明的第12實施例的偏振光束分束器加以說明，本第12實施例的偏振光束分束器構(gòu)造大致與第3實施例(圖4)相同。
第12實施例與第3實施例各自的偏振光束分束器之間的不同點在于，形成鈮酸鋰膜代替聚聯(lián)乙炔作為雙折射材料層。
因此，對于表示第12實施例的偏振光束分束器的說明、采用用于第3實施例的說明的圖4的縱剖面圖。
而且，圖4所示的第12實施例的偏振光束分束器與第10、第11實施例的偏振光束分束器的不同點在于，在平坦的玻璃基片1上，形成凹凸?fàn)畹拟壦徜嚹?、22。
在第12實施例，也只要設(shè)定鈮酸鋰膜2的厚度d2，鈮酸鋰膜22的厚度d3，使其滿足(22)式或(23)式，就能作為偏振光束分束器，只使尋常光或異常光兩種光中的一種不受衍射。
即使是這樣構(gòu)成，不用說也能得到與前面的第10、第11實施例相同的效果。而且，也可以采取使圖4中的偏振光束分束器的鈮酸鋰膜的厚度d3為0的方法構(gòu)成。
第13實施例下面根據(jù)

本發(fā)明的第13實施例。
圖10表示本發(fā)明第13實施例的偏振光束分束器的縱剖面圖。
本第13實施例的偏振光束分束器與第10實施例的偏振光束分束器的不同點在于，在玻璃基片1的反面形成凹部1b，亦即，使圖2的玻璃基片1相對于鈮酸鋰膜2上下顛倒配置。
當(dāng)然，這樣構(gòu)成也能起與第10實施例相同的作用，達(dá)到相同的效果。
第14實施例下面根據(jù)

本發(fā)明的第14實施例，圖11是表示本發(fā)明第14實施例的偏振光束分束器的縱剖面圖。
在本第14實施例的偏振光束分束器中，圖2所示的第10實施例的偏振光束分束器的、由玻璃基片1的凹凸部及鈮酸鋰膜2形成的槽內(nèi)充填著并非空氣的、折射率為nc的各向同性材料20。
該各向同性材料20的折射率nc，如第10實施例中所說明，不管什么東西，許多種材料都可以使用。
當(dāng)然，也起著與第10實施例同樣的作用，達(dá)到相同的效果。
第15實施例下面根據(jù)

本發(fā)明的第15實施例。
圖12是表示本發(fā)明第15實施例的偏振光束分束器的縱剖面圖。
本第15實施例的偏振光束分束器與第14實施例的偏振光束分束器不同點在于，玻璃基片1凹凸部及鈮酸鋰膜2形成的槽內(nèi)及鈮酸鋰膜2的表面充填著并非空氣的、折射率為nc的各向同性材料20。
不用說，這樣的結(jié)構(gòu)，也能得到與第14實施例相同的效果。
此外，當(dāng)然也可以將第14、第15實施例中折射率為nc的各向同性材料20填入第8至第10實施例的偏振光束分束器的槽內(nèi)。
而且，上述第8至第15實施例所說明的偏振光束分束器的表里兩面中至少有一個面涂以防反射膜，從而可以謀求提高衍射效率。
第16實施例下面根據(jù)

本發(fā)明的第16實施例。
下面對表示本發(fā)明第16實施例的偏振光束分束器加以說明，本第16實施例的偏振光束分束器構(gòu)造上大致與第6實施例(圖7)相同。
第16實施例的偏振光束分束器與第6實施例的偏振光束分束器的不同點在于，形成鈮酸鋰膜代替聚聯(lián)乙炔定向膜作為雙折射材料。
因此，對表示第16實施例的偏振光束分束器的說明，采用用于第6實施例的說明的圖7的縱剖面圖。
在第16實施例，充填物質(zhì)40采用鈉玻璃。
又，第6實施例所說明異常光對A、B的相位差OPD(e)可由(27)式減(25)式得出，即OPD(e)＝(ne-nc)·d2·K……(28)式中，nc＝no+m(no-ne)，(但m為整數(shù))nc＝ne+l(no-ne)(但l為整數(shù))具體地說，鈮酸鋰的no＝2.286，ne＝2.20，鈉玻璃的nc＝1.51，所述m＝-9，l＝-8。
這樣，在第16實施例中，在光學(xué)各向同性的玻璃基片1上形成雙折射材料層鈮酸鋰膜2，同時，在該鈮酸鋰膜2上形成周期性凹凸柵，在該鈮酸鋰膜2的凹部填以鈉玻璃40作為充填物質(zhì)(但是，折射率略等于尋常光折射率no或異常光折射率ne的物質(zhì)除外)。又使該鈉玻璃40的折射率nc與該鈮酸鋰膜2的尋常光折射率no、異常光折射率ne之間滿足如下關(guān)系nc＝no+m(no-ne)(m＝±1，±2，±3…)，＝ne+l(no-ne)(l＝±1，±2，±3…)。
所以，如上所述，能使其作為偏振光束分束器起作用。這里，光學(xué)各向同性基片，比雙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價格。
第17實施例下面根據(jù)附圖對本發(fā)明的第17實施例加以說明。
下面說明表示本發(fā)明第17實施例的偏振光束分束器，該第17實施例的偏振光束分束器的構(gòu)造大致與第7實施例(圖8)相同。
第17實施例的偏振光束分束器與第7實施例的偏振光束分束器的不同之處在于，形成鈮酸鋰膜代替聚聯(lián)乙炔作為雙折射材料層。
因此，對表示第17實施例的偏振光束分束器的說明，采用用于說明第7實施例的圖8的縱剖面圖。
又，第17實施例的偏振光束分束器與第16實施例的偏振光束分束器的不同點在于，鈮酸鋰膜2的凹部的底面沒有深達(dá)玻璃基片1的表面，而留下規(guī)定厚度，在該留下部分22的表面與兩相鄰的鈮酸鋰膜2的凸部側(cè)面圍成的區(qū)域，充填與所述第16實施例相同的充填物質(zhì)40。
即使這樣的結(jié)構(gòu)，與第16實施例一樣進(jìn)行計算，就能使OPD(o)或OPD(e)的任一方為π的偶數(shù)倍，尋常光或異常光的某一方不衍射，而另一方發(fā)生衍射，從而也能起與第16實施例一樣的作用，達(dá)到一樣的效果。
而且，如圖2所示，偏振光束分束器做成具備表面上形成周期性凹凸柵的光學(xué)各向同性基片，與形成于該光學(xué)各向同性基片1的凸部上的雙折射材料層2，并在光學(xué)各向同性基片1的凹凸部及雙折射材料層2形成的槽內(nèi)，充填以鈉玻璃40作為充填物質(zhì)(但是，折射率約等于尋常光折射率no或異常光折射率ne的物質(zhì)除外)，使鈉玻璃40的折射率nc與該雙折射材料層2的尋常光折射率no和異常光折射率ne之間建立如下關(guān)系式nc＝no+m(no-ne)(m＝±1，±2，±3…)，＝ne+l(no-ne)(l＝±1，±2，±3…)。
即使在這樣的偏振光束分束器中，如果設(shè)定雙折射材料層2的厚度及基片1的凹部1b的深度，使其滿足所述(10)式及(8)或(9)式，就能起到與前面的實施例相同的作用，達(dá)到相同的效果。
實施例18實施例下面根據(jù)

本發(fā)明的第18實施例。
圖13(a)(b)是表示本發(fā)明的第18實施例的偏振光束分束器的縱剖面圖。
圖13(a)所示的偏振光束分束器與前面的第16實施例的偏振光束分束器的不同點在于，充填水晶32，以取代鈮酸鋰2，充填空氣，以取代鈉玻璃作為充填物質(zhì)40。
亦如前面第16實施例所示，水晶的no＝1.52，ne＝1.48，nc＝no+m(no-ne)，(m為整數(shù))nc選擇空氣，即nc＝1.0＝1.52-13(1.52-1.48)。
因而，在雙折射膜的凹部無需充填物質(zhì)，由于被空氣所充滿，也起著與第16實施例相同的作用，達(dá)到相同的效果。
又，如圖13(b)所示，即使是與第17實施例相同的結(jié)構(gòu)，即凹部充填空氣，當(dāng)然也能達(dá)到相同的效果。
再者，第18實施例不限定于水晶，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)可以充填空氣。
在所述各實施例，出示的是在各向同性基片上直接形成雙折射膜的例子，而在該基片與雙折射膜之間隔著粘接層也能得到同樣的效果。而且，在所述實施例中，以水晶及鈮酸鋰等作為雙折射膜的例子，當(dāng)然，雙折射材料不限于這些。
上面基于各實施例具體地對本發(fā)明人所作的發(fā)明加以說明，當(dāng)然本發(fā)明并不限于所述各實施例，而是可以在不離開其要旨的范圍內(nèi)作種種變化。
第19實施例下面根據(jù)附圖對本發(fā)明第19實施例加以說明。
圖14是表示本發(fā)明第19實施例的偏振光束分束器的縱剖面圖。
在該圖中，符號101表示用例如方解石等雙折射材料構(gòu)成的雙折射基片，在該雙折射基片101表面形成周期性凹凸柵。
在雙折射基片101表面的凸部101a上，形成例如水晶102，作為與雙折射基片101的材料不同的雙折射材料，在由雙折射基片101的凹凸部及雙折射材料層102形成的槽內(nèi)，充填由各向同性材料構(gòu)成的充填材料130。
在這里，設(shè)雙折射基片101的厚度為t，雙折射基片101的凹部101b的槽深度為d1，雙折射材料層102的厚度為d2，雙折射基片101對尋常光的折射率為no1，雙折射基片101對異常光的折射率為ne1，雙折射材料層102對尋常光的折射率為no2，雙折射材料層102對異常光的折射率為ne2，，充填材料130的折射率為nc，光波波長為λ、K＝2π/λ，則通過已形成雙折射材料層102的偏振光束分束器(通過圖14的A區(qū)域)的尋常光的相位為{no1·t+no2·d2}K……(31)通過沒有形成雙折材料層的偏振光束分束器(通過圖14的B區(qū)域)的尋常光相位為{no1(t-d1)+nc·(d1+d2)}K……(32)因而尋常光的相位差OPD(o)，由(31)式減(32)式得出為OPD(o)＝{(no1-nc)d1+(no2-nc)d2}K……(33)另一方面，通過A區(qū)域的異常光的相位為
{ne1·t+ne2·d2}K……(34)通過B區(qū)域的異常光的相位為{ne1(t-d1)+nc·(d1+d2)}K……(35)因而，異常光的相位差OPD(e)，根據(jù)(34)式減(35)式得出為OPD(e)＝{(ne1-nc)d1+(ne2-nc)d2}K……(36)在這里，要使異常光不發(fā)生衍射，使上述(33)式與(36)式中，(36)式成為π的偶數(shù)倍即可，亦即OPD(e)＝{(ne1-nc)d1+(ne2-nc)d2}K＝2Pπ，(P＝0，±1，±2…)……(37)要使尋常光不衍射，使(33)式與(36)式中，(33)式為π的偶數(shù)倍即可，亦即，OPD(o)＝{(no1-nc)d1+(no2-nc)d2}K2Pπ，(P＝0，±1，±2…)……(38)然而，在這兩個條件下，根據(jù)d1及d2的設(shè)定，使尋常光、異常光衍射時，有時存在無衍射的光量。
本發(fā)明的偏振光束分束器，可以用于例如光盤裝置的讀取中，在這樣的用途上，最好是使尋常光、異常光中的一種完全衍射，另一種則完全不衍射。
為了達(dá)到這樣的目的，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)這時，為了決定雙折射材料層102的厚度d2，只要決定d1、d2，使其滿足由(37)式減(39)式及(38)式減(40)式得出的(41)式即可。
＝{(no1-ne1)d1+(no2-ne2)d2}K＝(2j+1)π、(j＝0，±1，±2)……(41)只要設(shè)定雙折射材料層102的膜厚d2、雙折射基片101的槽深深度d1，使其滿足(37)式或(38)式，上述偏振光束分束器就能作為衍射光柵起作用，只使尋常光或異常光中的一種不發(fā)生衍射。
這樣，在第19實施例中，由于做成具備表面形成周期性凹凸柵的雙折材料方解石構(gòu)成的基片101及與形成于該雙折射基片101的凸部101a上的雙折射基片101的材料不同的雙折射材料層水晶102，并設(shè)定水晶102的厚度d2及雙折射基板101的凹部深度d1，使凹部與凸部間的尋常光的相位差OPD(o)與異常光的相位差OPD(e)中的某一方為π的偶數(shù)倍，所以，如上所述，能作為偏振光束分束器起作用。
在這里，該偏振光束分束器沒有使用已有技術(shù)所說明的質(zhì)子交換部和相位補償用的電介質(zhì)光柵，雙折射材料膜102與雙折射基片101的槽101b例如可以使用一次浸蝕同時加工，因而可以提高位置精度。
而且，只是將充填材料130充填于槽101b中，自然能夠?qū)梦恢?，所以能比較容易地制造。
第20實施例圖15是表示本發(fā)明的第20實施例的偏振光束分束器的縱剖面圖。
本第20實施例的偏振光束分束器與第19實施例的偏振光束分束器不同之處在于，在雙折射基片101的、具有規(guī)定深度d1的凹部101b上，重新形成由與雙折射材料102相同的材料構(gòu)成的雙折射材料層112，厚度為d3。
這里，通過圖15中的A區(qū)域的尋常光相位為{no1·t+no2·d2}K同(31)式。通過圖15B區(qū)域的尋常光的相位為{no1(t-d1)+no2·d3+nc(d1+d2-d3)}K……(42)因而，尋常光的相位差OPD(o)可根據(jù)(31)式減(42)式得出OPD(o)＝{(d2-d3)no2+no1·d1-nc(d1+d2-d3)}K……(43)另一方面，能過A區(qū)域的異常光的相位為{ne1·t+ne2·d2}K同(34)式。通過B區(qū)域的異常光的相位為{ne1(t-d1)+ne2·d3+nc(d1+d2-d3)}K……(44)因而，異常光的相位差OPD(e)由(34)式減(44)式得出，即OPD(e)＝{(d2-d3)ne2+ne1·d1-nc(d1+d2-d3)}K……(45)在這里，要使異常光不發(fā)生衍射，只要上述(43)式與(45)式中(45)式為π的偶數(shù)倍即可，亦即OPD(e)＝{(d2-d3)ne2+ne1·d1-nc(d1+d2-d3)}K＝2pπ，(P＝0，±1，±2…)……(46)而要使尋常光不折射，只要使上述(43)式及(45)式中(43)式為π的偶數(shù)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，在這兩個條件下，根據(jù)d1、d2及d3的設(shè)定，使尋常光與異常光衍射時，有時存在無衍射的光量。
本發(fā)明的偏振光束分束器可以用于例如光盤裝置的讀取中，在這樣的用途中，希望使尋常光與異常光中的一種完全衍射，另一種光則完全不衍射。
為了達(dá)到這一目的，必須(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)這時，要決定雙折射材料層102、112的厚度d2、d3，只要使d1、d2、d3滿足由(46)式減(48)式及(47)式減(49)式得出的下列結(jié)果即可[OPD(o)-OPD(e)]＝{(no2-ne2)·(d2-d3)+d1(no1-ne1)}K(2j+1)π，(j＝0，±1，±2)……(50)只要設(shè)定雙折射材料層102的膜厚d2，雙折射材料層112的膜厚d3，雙折射基片101的槽的深度d1，使其滿足(46)式或(47)式，所述偏振光束分束器就能起衍射光柵的作用，只使尋常光或異常光中的一方不發(fā)生衍射。
即使這樣構(gòu)成，當(dāng)然也能得到與第19實施例相同的效果。
第21實施例圖16是表示本發(fā)明第21實施例的偏振光束分束器的縱剖面圖。
該第21實施例的偏振光束分束器與第19、第20實施例的偏振光束分束器的不同點在于，在平坦的雙折射基片101上形成凹凸?fàn)畹碾p折射材料層102、122。
在這第20實施例，也以所述第19、第20實施例相同的要領(lǐng)進(jìn)行計算，則得出OPD(o)＝(d2-d3)·(no2-nc)}KOPD(e)＝(d2-d3)·(ne2-nc)·K因而，與所述第19、20實施例一樣，要使尋常光不衍射，必須滿足OPD(o)＝(d2-d3)·(no2-nc)·K＝2qπ、(q＝0，1，2…)……(51)或者，要使異常光不發(fā)生衍射，必須滿足OPD(e)＝(d2-d3)·(ne2-nc)K＝2qπ(q＝0，1，2…)……(52)
只要設(shè)定雙折射材料層102的膜厚d2、雙折射材料層122的膜厚d3，使其滿足(51)式或(52)式，偏振光束分束器就能只使尋常光或異常光中的某一方不發(fā)生衍射。
即使這樣構(gòu)成，不用說也能夠取得與前面的第19、第20實施例一樣的效果。
在上述第19至第21實施例中，在槽的部分充填折射率為nc的各向同性材料130，但該充填材料也可以是空氣，這時nc為1。
還有，一旦設(shè)定上述第19及第20實施例中的充填材料130的折射率使其滿足下式，則d1＝0，雙折射基板101的凹部的厚度可為o。亦即，可以不必在雙折射基板101上加工槽。
nc＝m·|no2-ne2|+no2(或ne2)、(m為整數(shù))而且，選擇折射率滿足上式的材料作為第21實施例的充填材料，則可得OPD(o)＝2qπ，而且，OPD(e)＝(2p+1)π或OPD(o)＝(2p+1)π，而且OPD(e)＝2qπ可以不僅使尋常光、異常光不發(fā)生衍射，還使其中任一種完全衍射。適用于隔離器和光探頭的差動檢測。
而且，在所述第19至第21實施例說明的偏振光束分束器的表里兩面中至少一面上設(shè)置防反射膜，從而可以謀求提高光的綜合利用率。
還有，按照大致互相平行或大致相垂直的要求設(shè)定雙折射基片101的光軸與雙折射材料層102的光軸。
而且，槽101b的方向或圖案可以與雙折射基片101的光軸及雙折射材料層102的光軸無關(guān)地設(shè)定，能夠提高自由度。
至此所述的各實施例中，說的是在雙折射基片上直接形成雙折射層的例子，但是，即使是在上述雙折射基片與雙折射材料層之間隔著粘合層，也能得到同樣的效果。
第22實施例下面根據(jù)附圖對本發(fā)明的第22實施例加以說明。
圖17是表示本發(fā)明第22實施例的偏振光束分束器的縱剖面圖。
在該圖中，符號201表示由例如鈮到鋰構(gòu)成的雙折射基片，在該雙折射基片的201的表面，形成周期性凹凸柵。
在雙折射基片201的凹部201a，充填著折射率nc在鈮酸鋰的尋常光折射率no與異常光折射率ne之間，滿足后述的(67)式或(68)式的充填物質(zhì)(但是，折射率略等于尋常光折射率no或異常光折射率ne的物質(zhì)除外)，例如第22實施例充填鈉玻璃202。
這里，以t表示雙折射基片201的厚度，d2表示充填物質(zhì)202的厚度，no表示雙折射基片201對尋常光的折射率，ne表示雙折射基片201對異常光的折射率、ne表示充填物質(zhì)202的折射率，λ為光波波長，K＝2π/λ，于是，通過充填物質(zhì)202未充填的區(qū)域(圖17的A區(qū)域)的尋常光相位為no·t·K通過充填物質(zhì)202所充填的區(qū)域(圖17的B區(qū)域)的尋常光的相位為{no(t-d2)+nc·d2}K……(62)因而，根據(jù)(61)式減(62)式，尋常光對A、B的相位差OPD(o)為OPD(o)＝(no-nc)d2·K……(63)另一方面，通過A區(qū)域的異常光的相位為ne·t·K……(64)通過B區(qū)域的異常光的相位為{ne(t-d2)+nc·d2}K……(65)從而，根據(jù)(64)式減(65)式，異常光對A、B的相位差OPD(e)為OPD(e)＝(ne-nc)d2·K……(66)這里，要只使尋常光或異常光中的一種發(fā)生衍射，只要(63)式或(66)式中的某一式成為π的偶數(shù)倍即可。也就是說，只使尋常光衍射，要滿足。
OPD(e)＝2pπ、(p＝o，±1，±2……)，而只使異常光衍射，要滿足OPD(o)＝2pπ，(p＝0，±1，±2……)。
但是，只用上述條件，根據(jù)d2的設(shè)定，使尋常光與異常光衍射時，有時存在無衍射的光量。
本發(fā)明的偏振光束分束器可用于例如光盤裝置的光讀取器，但是在這樣的用途上，希望使尋常光與異常光中的一方完全衍射，而使另一方完全不折射。亦即，必須是，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，其條件為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…)從上式可以了解到，根據(jù)i的不同取法，d2可以取無數(shù)值，而最小的d2在i＝0或i＝-1時得到，即d2＝π/{K·|no-ne|}＝λ{(lán)2·|no-ne|}再者，對于這個d2，如前所述，必須是OPD(o)或OPD(e)的一方為π的偶數(shù)倍，另一方為π的奇數(shù)倍。而此處，第22實施例的充填物質(zhì)按下列條件選擇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，充填物質(zhì)的nc＝ne+l(no-ne)中的l為偶數(shù)時，可以使異常光完全不衍射，尋常光則完全衍射，而l為奇數(shù)時，可以使異常光完全衍射，而尋常光完全不衍射。
在本實施例中，λ＝0.633μm時，鈮酸鋰的no＝2.286，ne＝2.2，得出nc為1.512，所以使用鈉玻璃。nc的計算如下nc＝no+m(no-ne)＝2.286-9×0.086＝1.512nc＝ne+l(no-ne)＝2.2-8×0.086＝1.512。
這樣，在第22實施例中，因為具備由雙折射材料的鈮酸鋰構(gòu)成，其表面形成周期性凹凸柵的雙折射基片和充填于該雙折射基片201的凹部201a，其折射率nc在該雙折射基板201的雙折射材料的尋常光折射率no與異常光折射率ne之間滿足(67)式或(68)式的充填物質(zhì)(但是，折射率約等于尋常光折射率或異常光折射率的物質(zhì)除外)鈉玻璃2；所以，如上所述，能作為偏振光束分束器起作用。
由于該充填物質(zhì)202的折射率nc只要滿足上述(67)式或(68)式即可，充填物質(zhì)的選擇范圍就會變得比以往寬，能夠得到更大的設(shè)計自由度。
第23實施例本發(fā)明的第23實施例用以水晶為雙折射基片材料的例子加以敘述。
水晶no＝1.52，ne＝1.48，前述m.l取m＝-13，l＝-12，則，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滿足下列條件時，充填物質(zhì)可用空氣d2＝π/{K·|no-ne|＝λ/{2·|no-ne|}第24實施例本發(fā)明的第24實施例用以方解石為雙折射基片材料的例子加以敘述。
方解石no＝1.64，ne＝1.48前述m.l中，取m＝-4，l＝-3，則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滿足下列條件時，可以充填空氣d2＝π/{K·|no-ne|}＝λ/{2·|no-ne|}上面根據(jù)各實施例對本發(fā)明者的發(fā)明具體地加以說明，但本發(fā)明當(dāng)然不限于上述各實施例，可以在不離開其要旨的范圍內(nèi)變化形式。
例如，在上述實施例中，分別用鈮酸鋰、水晶、方解石構(gòu)成雙折射基片，用鈉玻璃構(gòu)成充填物質(zhì)，但并不限于上述材料。
如上所述，使用本發(fā)明的偏振光束分束器，可以得到如下效果。
①形成于基片上的聚聯(lián)乙炔膜，具有折射率隨溫度變化小的特性，因而可以提高偏振光束分束器對環(huán)境影響的耐受力。
②與上述①有關(guān)，且因為結(jié)晶性好的特點，使得偏振光束分束器的特性能夠做得均勻。
③與上述①有關(guān)，且因為有雙折射大的特點，因而膜厚度可以做得薄，偏振光束分束器可以小型化。
④使用光學(xué)各向同性的基片，該光學(xué)各向同性基片比由雙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與上述④有關(guān)，使用它的光探頭也變得便宜，同樣可以謀求裝置低成本化。
⑥不使用已有技術(shù)說明過的質(zhì)子交換部和相位補償用的電介質(zhì)光柵，能發(fā)揮偏振光束分束器的功能，因為能夠使用例如一次浸蝕方式同時加工凹凸柵與基板的槽，所以能提高位置精度。
⑦因為充填材料只充填凹部和槽等就行，所以制造會變得容易。從而，使用它的光探頭裝置也會提高精度，同時制造也會變得易于進(jìn)行。
⑧其特征是具有由雙折射材料構(gòu)成的、其表面形成周期性凹凸柵的雙折射基片，在該凹部充填光學(xué)各向同性物質(zhì)而成的偏振光束分束器，其光學(xué)各向同性物質(zhì)的折射率(nc)與該雙折射材料的尋常光折射率(no)、異常光折射率(ne)之間存在下式所示的關(guān)系，因而該充填物質(zhì)的折射率nc只要滿足下式即可，充填物質(zhì)的選擇范圍可以比以往更大，設(shè)計自由度可以提高。
nc＝no+m(no-ne)；(m＝±1，±2，±3…)＝ne+l(no-ne)；(l＝±1，±2，±3…)。
權(quán)利要求
1.一種偏振光束分束器，其特征在于該偏振光束分束器是在光學(xué)各向同性基片上形成雙折射材料，同時在該雙折射材料層上形成周期性凹凸柵，設(shè)定所述雙折射材料層凹凸部厚度使所述凹部與凸部之間尋常光的相位差與異常光的相位差中的某一方為π的偶數(shù)倍而構(gòu)成的。
2.一種偏振光束分束器，其特征在于該偏振光束分束器具備表面上形成周期性凹凸柵的光學(xué)各向同性基片，至少是在該光學(xué)各向同性基片的所述凹凸部的凸部上形成的雙折射材料層；設(shè)定所述雙折射材料層的厚度及所述基片凹部的深度，使所述凹部與凸部間的尋常光相位差與異常光相位差中的某一方為π的偶數(shù)倍而成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的偏振光束分束器，其特征在于該偏振光束分束器的表里兩面中的至少一面具備防反射膜。
4.根據(jù)權(quán)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著充填材料。
5.一種具備光源、物鏡、將由該光源射向信息記錄介質(zhì)的光束與被所述信息記錄介質(zhì)反射的光束分離開來的光束分離手段，接受反射光束的光檢測器的光探頭裝置，其特征在于在光束分離手段與光檢測器之間的光路上配置權(quán)利要求1或2所述的偏振光束分束器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光探頭裝置，其特征在于設(shè)定偏振光束分束器的雙折射材料的光學(xué)軸與信息記錄介質(zhì)的反射光的偏振方向成約45°角。
7.一種具備光源、物鏡、λ/4板和接受由信息記錄介質(zhì)反射光束的光檢測器的光探頭裝置，其特征在于權(quán)利要求1或2所述的偏振光射束分束器配置于從光源到光檢測器的光路上，使光源來的光束射入該偏振光束分束器，并且該偏振光束分束器的光源射入的光對于凹凸部的相位差為π的偶數(shù)倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振光束分束器，其特征在于該偏振光束分束器中，雙折射材料層由聚聯(lián)乙炔定向膜構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的偏振光束分束器，其特征在于該偏振光束分束器中，雙折射材料層由聚聯(lián)乙炔定向膜構(gòu)成。
10.一種偏振光束分束器，其特征在于在各向同性基片上形成由聚聯(lián)乙炔定向膜構(gòu)成的雙折射材料層，同時，在該雙折射材料層上，給予周期性柵以折射率差。
11.一種偏振光束分束器，其特征在于在各向同性基片上形成由聚聯(lián)乙炔定向膜構(gòu)成的雙折射材料層，同時，在該雙折射材料層上，給予周期性柵以體積差。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至11中的任一種所述的偏振光束分束器，其特征在于在各向同性基片與雙折射材料層之間，含有用來給予聚聯(lián)乙炔定向膜以定向性用的薄膜層。
13.根據(jù)權(quán)利要求8至12中的任一種所述的偏振光束分束器，其特征在于表里兩面中至少有一個面具備防反射膜。
14.根據(jù)權(quán)利要求8至13中的任一種所述的偏振光束分束器，其特征在于，為了給予雙折射材料層聚聯(lián)乙炔定向膜以定向性，使用各向異性結(jié)晶基片，以代替各向同性基片。
15.一種偏振光束分束器，其特征在于在由雙折射材料構(gòu)成的基片上，形成與該雙折射基片的材料不同的雙折射材料層，同時在該雙折射材料層上形成周期性凹凸柵，設(shè)定所述雙折射材料層的凹凸部的厚度，使前述凹部與凸部之間的尋常光相位差與異常光相位差中的某一方成π的偶數(shù)倍。
16.一種偏振光束分束器，其特征在于具備表面上形成周期性凹凸柵的雙折射材料構(gòu)成的基片，該雙折射基片的所述凹凸部的至少是凸部上形成的與所述的雙折射基片的材料不同的雙折射材料層；設(shè)定所述雙折射材料層的厚度及所述基片的凹部深度，使所述凹部與凸部間的尋常光的相位差與異常光的相位差中的某一方為π的偶數(shù)倍。
17.根據(jù)權(quán)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、充填包括空氣在內(nèi)的各向同性材料。
18.根據(jù)權(quán)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時，設(shè)充填材料的折射率為nc(但與雙折射材料的尋常光折射率或異常光折射率大約相等的折射率除外)，雙折射材料層對尋常光的折射率為no2、雙折射材料層對異常光的折射率為ne2，則通過滿足下式條件，使所述雙折射基片的凹部厚度為0nc＝m|no2-ne2|+no2(或ne2)(m＝±1，±2，±3…)。
19.根據(jù)權(quán)利要求15至18中的任一種所述的偏振光束分束器，其特征在于表里兩面中至少有一面具備防反射層。
20.一種具備光源、物鏡、將該光源射向信息記錄介質(zhì)的光束與所述信息記錄介質(zhì)反射的光束分離開來的光束分離手段、接受反射光束的光檢測器的光探頭裝置，其特征在于根據(jù)權(quán)利要求15至19中的任一種所述的偏振光束分束器配置于光束分離手段與光檢測器之間的光路中。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的光探頭裝置，其特征在于，將偏振光束分束器的雙折射材料的光學(xué)軸設(shè)定于與信息記錄介質(zhì)的反射光的偏振方向成45°左右的方向上。
22.一種具備光源、物鏡、λ/4板、接受信息記錄介質(zhì)反射光束的光檢測器的光探頭裝置，其特征在于權(quán)利要求15至19中的任一種所述的偏振光束分束器配置于從光源到光檢測器的光路中；來自光源的光束射入該偏振光束分束器，使該偏振光束分束器的光源射入的光對凹凸部的相位差為π的偶數(shù)倍。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種偏振光束分束器，包括表面形成周期性凹凸柵的光學(xué)各向同性或雙折射基片，在基片凹凸部的至少凸部上形成由聚聯(lián)乙炔定向膜或與基片不同的材料組成的雙折射層，其厚度及基片凹部深度的設(shè)定使凹凸部間對尋常光或異常光的相位差為π的偶數(shù)倍。也可以在光學(xué)各向同性材料基片上形成有周期性凹凸柵的雙折射層、凹部充填折射率等于雙折射層的尋常光折射率或異常光折射率的材料?；蛟陔p折射基片的凹部充填其折射率與雙折射材料的尋常光及異常光折射率有特定關(guān)系的光學(xué)各向同性物質(zhì)。
文檔編號G11B7/135GK1495468SQ20031011421
公開日2004年5月12日 申請日期1995年4月14日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月14日
發(fā)明者武田正, 林善雄, 竹添秀男, 石川謙, 男 申請人:株式會社三協(xié)精機制作所