(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に入射光の異なる偏光面に対し屈折率が異なる複屈折膜が周期的凹凸格子として装荷され、前記複屈折膜に等方性オーバーコート層が被覆あるいは装荷された偏光分離素子において、
前記複屈折膜が高分子複屈折膜からなり、該高分子複屈折膜は、延伸された有機高分子膜で形成されており、該有機高分子膜の延伸方向が周期的凹凸格子の格子ベクトル方向と同方向、または格子ベクトル方向と垂直方向に設定されていて、前記高分子複屈折膜の膜厚が周期的凹凸格子の格子深さｈよりも厚く、格子深さｈが透明基板まで達しておらず、前記高分子複屈折膜が透明基板と全面的に接触していることを特徴とする偏光分離素子。
【請求項２】
請求項１記載の偏光分離素子において、前記延伸された有機高分子膜は、ポリカーボネイト（ＰＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン、ポリサルフォン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリイミドなどの有機高分子材料からなることを特徴とする偏光分離素子。
【請求項３】
請求項１記載の偏光分離素子において、前記高分子複屈折膜が、加熱延伸されたポリイミド複屈折膜で形成されていることを特徴とする偏光分離素子。
【請求項４】
請求項１，２または３記載の偏光分離素子において、高分子複屈折膜からなる周期的凹凸格子の格子ベクトル方向の偏波に対する屈折率をｎｐ、これと垂直方向の偏波に対する屈折率をｎｓとし、等方性オーバーコート層の屈折率をｎ１、高分子複屈折膜からなる周期的凹凸格子の凹凸深さをｈ、光の波長をλ、ｍを０を含む正負の自然数（ｍ＝０，±１，±２，・・・）とするとき、次の条件、
（ｎｐ−ｎ１）ｈ＝ｍλ
（ｎｓ−ｎ１）ｈ＝（ｍ＋１／２）λ
を略満足することを特徴とする偏光分離素子。
【請求項５】
請求項１，２または３記載の偏光分離素子において、高分子複屈折膜からなる周期的凹凸格子の格子ベクトル方向の偏波に対する屈折率をｎｐ、これと垂直方向の偏波に対する屈折率をｎｓとし、等方性オーバーコート層の屈折率をｎ１、高分子複屈折膜からなる周期的凹凸格子の凹凸深さをｈ、光の波長をλ、ｍを０を含む正負の自然数（ｍ＝０，±１，±２，・・・）とするとき、次の条件、
（ｎｐ−ｎ１）ｈ＝（ｍ＋１／２）λ
（ｎｓ−ｎ１）ｈ＝ｍλ
を略満足することを特徴とする偏光分離素子。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一つに記載の偏光分離素子において、前記高分子複屈折膜が、延伸方向の屈折率とそれに直交する方向の屈折率に差異を有する延伸された有機高分子膜で形成されていることを特徴とする偏光分離素子。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一つに記載の偏光分離素子において、前記等方性オーバーコート層として、高分子複屈折膜の上に等方性樹脂を被覆して形成したことを特徴とする偏光分離素子。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか一つに記載の偏光分離素子において、前記等方性オーバーコート層として、高分子複屈折膜の上に透明基板を等方性樹脂接着剤で接着して装荷したことを特徴とする偏光分離素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク用ピックアップ等に応用される偏光分離素子、及びその偏光分離素子の作成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスク等の光記録媒体に対して情報の記録・再生を行う光ディスク用ピックアップが知られているが、光ディスク用ピックアップでは、光ディスク基板からの情報信号を光源に戻すことなく効率よく受光光学系の光検出器へ導く手段として、偏光ビームスプリッタを１／４波長板と組み合わせて用い、光源からの出射光と光ディスクからの反射光とを偏光分離することが行われている。しかし、偏光ビームスプリッタは、複屈折の大きい結晶材料からなる２つのプリズムを組み合わせた構造や、あるいはガラス等の等方性の光学媒質からなる２つのプリズムの接合面（反射面）に誘電体多層膜を設けた構造などからなるため、大型でかつ高価であるという難点を有し、光ディスク用ピックアップの小型化や低コスト化を図りにくいという欠点がある。
【０００３】
そこで、従来の偏光分離素子の難点を除去した、極めて薄い偏光分離素子として、複屈折回折格子型偏光板が提案されている（特開昭６３−３１４５０２号公報）。この複屈折回折格子型偏光板は、複屈折光学結晶であるニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）を基板として用い、これに周期的パターンでプロトンイオン交換を施し、さらにプロトンイオン交換領域上に誘電体膜を装荷した構造を持ち、プロトンイオン交換領域での常光線の位相差を誘電体膜で相殺することにより、常光線は直進し、異常光線だけを回折させる機能を有しており、薄くて小型の偏光分離素子を実現することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来技術によれば、常光と異常光を分離する偏光分離素子が実現されるが、次のような欠点がある。
▲１▼作成に時間がかかる。すなわち、結晶に対して周期的イオン交換処理を行う必要があるので、イオン交換だけでも５時間以上の時間が必要である。また、イオン交換だけでなく誘電体膜形成、そして、それのフォトリソグラフィーによるエッチングなど、工程が多く複雑である。
▲２▼コストが高い。すなわち、▲１▼で述べたように作成に時間や手間がかかる上、基板にＬｉＮｂＯ3 などの光学結晶が必要であり、素子の製造コストが高くなる。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、作成に時間がかからず、複雑な工程がなく、簡易に作成できる偏光分離素子を提供すること、及び低コストの偏光分離素子を提供することを目的とする。
また、低コストに偏光分離素子を作成することができる偏光分離素子の作成方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、透明基板上に入射光の異なる偏光面に対し屈折率が異なる複屈折膜が周期的凹凸格子として装荷され、前記複屈折膜に等方性オーバーコート層が被覆あるいは装荷された偏光分離素子において、前記複屈折膜が高分子複屈折膜からなり、該高分子複屈折膜は、延伸された有機高分子膜で形成されており、該有機高分子膜の延伸方向が周期的凹凸格子の格子ベクトル方向と同方向、または格子ベクトル方向と垂直方向に設定されていて、前記高分子複屈折膜の膜厚が周期的凹凸格子の格子深さｈよりも厚く、格子深さｈが透明基板まで達しておらず、前記高分子複屈折膜が透明基板と全面的に接触していることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の偏光分離素子において、前記延伸された有機高分子膜は、ポリカーボネイト（ＰＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン、ポリサルフォン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリイミドなどの有機高分子材料からなることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１記載の偏光分離素子において、前記高分子複屈折膜が、加熱延伸されたポリイミド複屈折膜で形成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項１，２または３記載の偏光分離素子において、高分子複屈折膜からなる周期的凹凸格子の格子ベクトル方向の偏波に対する屈折率をｎｐ、これと垂直方向の偏波に対する屈折率をｎｓとし、等方性オーバーコート層の屈折率をｎ１、高分子複屈折膜からなる周期的凹凸格子の凹凸深さをｈ、光の波長をλ、ｍを０を含む正負の自然数（ｍ＝０，±１，±２，・・・）とするとき、次の条件、
（ｎｐ−ｎ１）ｈ＝ｍλ
（ｎｓ−ｎ１）ｈ＝（ｍ＋１／２）λ
を略満足することを特徴とする。
【００１１】
請求項５に係る発明は、請求項１，２または３記載の偏光分離素子において、高分子複屈折膜からなる周期的凹凸格子の格子ベクトル方向の偏波に対する屈折率をｎｐ、これと垂直方向の偏波に対する屈折率をｎｓとし、等方性オーバーコート層の屈折率をｎ１、高分子複屈折膜からなる周期的凹凸格子の凹凸深さをｈ、光の波長をλ、ｍを０を含む正負の自然数（ｍ＝０，±１，±２，・・・）とするとき、次の条件、
（ｎｐ−ｎ１）ｈ＝（ｍ＋１／２）λ
（ｎｓ−ｎ１）ｈ＝ｍλ
を略満足することを特徴とする。
【００１２】
ここで本発明に係る偏光分離素子の作成方法としては、［１］：透明基板上に入射光の異なる偏光面に対し屈折率が異なる複屈折膜を周期的凹凸格子として装荷し、前記複屈折膜に等方性オーバーコート層を被覆あるいは装荷する偏光分離素子の作成方法において、前記複屈折膜に周期的凹凸格子の格子ベクトル方向と同方向、または格子ベクトル方向と垂直方向に延伸された有機高分子膜からなる高分子複屈折膜を用い、この高分子複屈折膜の上に感光性樹脂からなる周期的パターンを形成し、この感光性樹脂からなる周期的パターンをエッチングマスクとしてドライエッチングを行い、高分子複屈折膜の周期的凹凸格子構造を形成した後、前記感光性樹脂マスクを除去し、その後、高分子複屈折膜上部に等方性オーバーコート層を形成することを特徴とする。
【００１３】
［２］：透明基板上に入射光の異なる偏光面に対し屈折率が異なる複屈折膜を周期的凹凸格子として装荷し、前記複屈折膜に等方性オーバーコート層を被覆あるいは装荷する偏光分離素子の作成方法において、前記複屈折膜に周期的凹凸格子の格子ベクトル方向と同方向、または格子ベクトル方向と垂直方向に延伸された有機高分子膜からなる高分子複屈折膜を用い、この高分子複屈折膜の上に金属からなる周期的パターンを形成し、この金属からなる周期的パターンをエッチングマスクとしてドライエッチングを行い、高分子複屈折膜の周期的凹凸格子構造を形成した後、前記金属マスクを除去し、その後、高分子複屈折膜上部に等方性オーバーコート層を形成することを特徴とする。
【００１５】
［３］：［１］または［２］記載の偏光分離素子の作成方法において、前記有機高分子膜は、ポリカーボネイト（ＰＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン、ポリサルフォン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリイミドなどの有機高分子材料からなることを特徴とする。
【００１６】
［４］：［１］または［２］記載の偏光分離素子の作成方法において、前記高分子複屈折膜は、ポリイミドを加熱しながら延伸して作成したポリイミド複屈折膜であることを特徴とする。
【００１７】
［５］：［１］または［２］記載の偏光分離素子の作成方法において、前記等方性オーバーコート層は、高分子複屈折膜の上に等方性樹脂を被覆して形成するか、あるいは、高分子複屈折膜の上に透明基板を等方性樹脂接着剤で接着して形成することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による偏光分離素子の構成及び動作と、その偏光分離素子の作成方法について、図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
（実施例１）
まず第１の実施例について説明する。図１は本発明に係る偏光分離素子の構成例を示す部分断面図である。
図１において、偏光分離素子１は、ガラスやプラスチック等の透明基板２上に周期的凹凸の格子構造を持つ高分子複屈折膜３が接着層５により接着されて該基板２上に装荷され、その高分子複屈折膜３の上を等方性のオーバーコート層４で覆われた構成となっている。本実施例では高分子複屈折膜３として、有機高分子材料からなるフィルム等を延伸して形成した有機高分子膜を用いることが特徴である。有機高分子材料を延伸すると光学異方性が生じるが、これは有機高分子フィルムを延伸すると材料中の高分子鎖の配向が生じ、延伸方向の屈折率とそれに直交する方向の屈折率に差異が生じるためである。この方法により形成された高分子複屈折膜は無機複屈折結晶材料に比べて大面積でかつ大量に、低コストに作成できる特徴がある。このため従来のニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３ ）などの結晶材料から作成した偏光分離素子よりも安価な素子の提供が可能となる。
【００２０】
延伸する有機高分子材料としては、かなり広範な材料が使え、例えばポリカーボネイト（ＰＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン、ポリサルフォン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリイミドなどの有機高分子材料が適用できる。ただし材料としてはこれらに限定されない。
【００２１】
上記高分子複屈折膜３は図１の紙面方向に振動する光とこれと垂直方向に振動する光に対する屈折率が異なる複屈折性を示す膜である。この高分子複屈折膜３を用いた偏光分離素子１の動作を図２、図３に示す。
図２は図１に示す構成の偏光分離素子の動作の一実施例を示す図であり、偏光分離素子１への入射光が紙面方向とそれに垂直の２方向の振動成分をもつものとする。図２では偏光分離素子１を透過後、紙面方向の振動成分の光は０次光として直進する。また紙面と垂直方向の振動成分の光は±１次光として回折する。よって偏光方向により進行方向が変わり、偏光分離素子として動作する。
図３は図１に示す構成の偏光分離素子の別の動作の実施例を示す図であり、図２とは反対に紙面に垂直な振動方向の光が０次光として直進し、紙面方向に振動する光が±１次光として回折され、偏光分離される。
【００２２】
（実施例２）
次に第２の実施例について説明する。図４は本発明に係る偏光分離素子の別の構成例を示す部分断面図である。
図４において、偏光分離素子１は、ガラスやプラスチック等の透明基板２上に周期的凹凸の格子構造を持つ高分子複屈折膜３’が接着層５により接着されて該基板２上に装荷され、その高分子複屈折膜３’の上を等方性のオーバーコート層４で覆われた構成となっている。本実施例では高分子複屈折膜３’として、特にポリイミドを加熱延伸して作成した複屈折性ポリイミド膜（以下、ポリイミド複屈折膜と言う）を用いることが特徴である。このポリイミド複屈折膜３’は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３ ）と比べて、複屈折性が比較的大きく（ポリイミド複屈折膜の屈折率差Δｎ＝０．１３、ニオブ酸リチウムの屈折率差Δｎ＝０．０８）、凹凸の深さを小さくでき作成が容易である。また、プラスチックなので材料のコストをニオブ酸リチウムのような結晶に比べて著しく下げることができる。また、ポリイミドは耐熱性も高く、耐久性に優れるという特徴もある。このポリイミド複屈折膜３’は図４の紙面方向に振動する光とこれと垂直方向に振動する光に対する屈折率が異なる複屈折性を示す膜である。尚、このポリイミド複屈折膜３’を用いた偏光分離素子１の動作は、実施例１の図２、図３に示した偏光分離素子の動作例と同じであるので説明を省略する。
【００２３】
（実施例３）
次に第３の実施例について説明する。本実施例では、詳しく素子の動作を解析し、図２の偏光分離素子の動作の最適条件を求める。
ここで図５は偏光分離素子１の要部を部分的に拡大して示す断面図である。図５に示すように、透明基板２上に装荷された高分子複屈折膜３（延伸された有機高分子膜であり、加熱延伸されたポリイミド複屈折膜も含む）が周期ｄで規則的に凹凸格子構造となっており、この凹凸格子形状の深さをｈとする。
【００２４】
ここで高分子複屈折膜３の周期的凹凸格子の紙面方向の偏波（例えばｐ偏光とする）に対する屈折率をｎp 、紙面と垂直方向の偏波（例えばｓ偏光とする）に対する屈折率をｎs とし、また、等方性オーバーコート層４の屈折率をｎ1 とすると、例えば図５において、光路Ａ，Ｂに対する光路長差Δは、
紙面方向（格子ベクトル方向）：Δp＝(ｎp−ｎ1)ｈ            ・・・(1)
紙面に垂直方向(格子ベクトルに垂直方向)：Δs＝(ｎs−ｎ1)ｈ  ・・・(2)
となる。以後、紙面方向を格子ベクトル方向と呼ぶ（図１に図示）。
【００２５】
図２のように格子ベクトル方向の振動成分が０次光として直進し、格子ベクトルと垂直方向の振動成分が±１次光として回折されるためには、次の二式が満足されることが必要である。すなわち、使用する光の波長をλ、ｍを０を含む正負の自然数（ｍ＝０，±１，±２，・・・）とするとき、次の条件、
(ｎp−ｎ1)ｈ＝ｍλ            ・・・(3)
(ｎs−ｎ1)ｈ＝(ｍ＋１／２)λ  ・・・(4)
となる。
【００２６】
ここで(3) 式は、格子ベクトル方向の振動成分の光の光路差が波長λの整数倍となり、格子通過後も０次光として直進する条件である（干渉により強め合う）。また(4) 式は、格子ベクトル方向と垂直な振動成分の光に対してＡ，Ｂ部の光路差が半波長の奇数倍だけずれて打ち消し合い、直進光（０次光成分）がなくなり、全て回折光となる条件である（干渉により直進成分は打ち消し合い、回折光の方に光がいく）。よって、０次光と１次光に偏光分離するとき、偏光分離度（消光比）を高めるためには(3)，(4)式を満足していることが必要である。ただし、実用的には(3)，(4)式を厳密に満足していなくても、略(3)，(4)式近傍の条件になるように複屈折膜３の屈折率ｎp，ｎs、オーバーコート層４の屈折率ｎ1 、複屈折膜３の凹凸格子深さｈ、次数ｍを設定する。
【００２７】
（実施例４）
次に第４の実施例について説明する。本実施例では、偏光分離素子１が図３のように動作するときの最適条件を求める。
図３のように格子ベクトル方向の振動成分を持つ偏光が±１次光として回折し、格子ベクトルと垂直方向の振動成分を持つ偏光が０次光として直進する条件は、高分子複屈折膜３（延伸された有機高分子膜であり、加熱延伸されたポリイミド複屈折膜も含む）の周期的凹凸格子の格子ベクトル方向の偏波（ｐ偏光）に対する屈折率をｎｐ、これと垂直方向の偏波（ｓ偏光）に対する屈折率をｎｓとし、等方性オーバーコート層４の屈折率をｎ１、複屈折膜３の周期的凹凸格子の凹凸
深さをｈ、光の波長をλ、ｍを０を含む正負の自然数（ｍ＝０，±１，±２，・・・）とするとき、
(ｎｐ−ｎ１)ｈ＝(ｍ±１／２)λ  ・・・(5)
(ｎｓ−ｎ１)ｈ＝ｍλ            ・・・(6)
となる（(5)式は干渉により直進成分は打ち消し合い回折光となる条件、(6)式は干渉により強め合い格子通過後も０次光として直進する条件である）。従って実際に(5)，(6)式の条件が略成り立つように複屈折膜３の屈折率ｎｐ，ｎｓ、オーバーコート層４の屈折率ｎ１ 、複屈折膜３の凹凸格子深さｈ、次数ｍを設定する。
【００２８】
（実施例５）
次に第５の実施例について説明する。本実施例では図１に示した構成の高分子複屈折膜、すなわち延伸された有機高分子膜からなる延伸化高分子複屈折膜３を使った偏光分離素子１の作成方法について説明する。
延伸化高分子複屈折膜３は製膜時に、有機高分子材料を一方に強く引っ張りながら製膜することで作成される。延伸する有機高分子材料としては、かなり広範な材料が使え、例えばポリカーボネイト（ＰＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン、ポリサルフォン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリイミドなどの有機高分子材料が適用できる。ただし材料としてはこれらに限定されない。高分子複屈折膜３の複屈折性は、膜の延伸方向の屈折率が延伸方向とは垂直方向の面内屈折率よりも大きくなるように現われる。ただしポリスチレンだけは延伸方向と垂直方向の屈折率の方が大きくなる。複屈折性は膜面内の延伸方向とこれに垂直方向の屈折率差Δｎで表される。
【００２９】
次に、以上のようにして作成された高分子複屈折膜を用いて偏光分離素子を作成する工程を図６に示す。
まず図６（ａ）に示すように、高分子複屈折膜３をガラスやプラスチックなどの透明基板２上に接着層５により接着した後、図６（ｂ）に示すように、高分子複屈折膜３の上に感光性樹脂（以後、フォトレジストと呼ぶ）６をスピンコートする。そしてこのフォトレジスト６に回折格子パターンをもつフォトマスクを介して周期的パターンを露光する。このときの露光はマスクによる密着露光でもよいし、投影露光でもよい。この他、電子線等の露光や、あるいはレーザ光による干渉露光などでもよい。露光後、フォトレジスト６を現像し、図６（ｃ）のようにフォトレジストによる周期的格子パターン６’を形成する。
【００３０】
次に図６（ｄ）のように、フォトレジストの周期的格子パターン６’をエッチングマスクとして酸素ガスなどによる反応性イオンエッチングで高分子複屈折膜３をドライエッチングした後、図６（ｅ）のように、溶剤あるいはガスによるアッシングでフォトレジストマスク６’を除去して基板２上に高分子複屈折膜３の回折格子パターン（周期的凹凸格子構造）を形成する。そして図６（ｆ）のように、回折格子パターン（周期的凹凸格子構造）を有する高分子複屈折膜３の上に等方性の樹脂をスピンコートして被覆し、紫外線（ＵＶ）または熱を印加して樹脂を固化し、等方性オーバーコート層４を形成する。このときオーバーコート層４の樹脂の屈折率は前述の式(3)，(4)または(5)，(6)を略満足するように設定することが望ましい。
【００３１】
尚、等方性オーバーコート層４の形成法としては、樹脂のスピンコートの他、ロールコート、ディッピングコートなどの方法、あるいは、誘電体（ＳｉＯ2、ＳｉＯＮ、他）の真空蒸着、スパッタリング、ＣＶＤなどによる成膜法で形成できるが、この中で樹脂のスピンコートが平坦性が優れ、また簡易、低コストに形成できるのでよい。また、本発明の作成方法は、従来技術で述べた偏光分離素子のように数時間に及ぶ工程が含まれておらず、偏光分離素子の作成に時間、手間がかからない。
【００３２】
図６に示した偏光分離素子の作成工程では、高分子複屈折膜３を下の透明基板２までドライエッチングして周期的格子の凹凸パターンを形成している。この場合は高分子複屈折膜３の膜厚が格子深さｈとなっているが、これに限らず、図７に示す偏光分離素子１’のように、高分子複屈折膜３の膜厚は格子深さｈよりも大きくて良く、ドライエッチングを深さｈで止めて、所望の格子深さの周期的凹凸格子を形成しても良い。
【００３３】
また図６に示した偏光分離素子の作成工程では、等方性オーバーコート層４を樹脂のスピンコートにより被覆形成した例を示したが、図８に示す偏光分離素子１”のように、高分子複屈折膜３による周期的凹凸格子パターンを形成した後、その上にガラス等の透明基板８を等方性の樹脂接着剤７で接着して装荷する構造も考えられる。このときの樹脂接着剤（等方性樹脂接着層）７の屈折率は前述の式(3)，(4)または(5)，(6)を略満足することが望ましい。尚、図８の構造とすれば、両面が平坦化された偏光分離素子が得られる。
【００３４】
さらに図６に示した偏光分離素子の作成工程では、高分子複屈折膜３は透明基板２にまず接着してからフォトレジスト塗布、マスク露光、ドライエッチングを行ったが、これに限定されず、透明基板２に接着する前に高分子複屈折膜３上にフォトレジスト塗布、マスク露光、現像、ドライエッチングの工程を行い、高分子複屈折膜３に周期的凹凸格子パターンを形成した後、基板２に接着してオーバーコート層４を形成する方法や、あるいは、高分子複屈折膜３上へのフォトレジスト塗布、マスク露光、現像までの工程は膜のままで行い、ドライエッチング以降の工程は基板に接着して行う方法でもよい。
【００３５】
（実施例６）
次に第６の実施例について説明する。本実施例は図１に示した構成の偏光分離素子の作成方法の別の例であり、図９に偏光分離素子の作成工程を示す。
図９において（ａ）〜（ｃ）の工程、すなわち、透明基板２への高分子複屈折膜３の接着層５による接着、フォトレジスト６の塗布、及びマスク露光、現像によるフォトレジスト６の周期的格子パターンの形成までの工程は、図６の（ａ）〜（ｃ）の工程と同じであるので説明は省略する。本実施例では、図９（ｃ）のフォトレジスト６の周期的格子パターンを形成後、図９（ｄ）のように、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）などの金属層９を蒸着やスパッタリングなどでフォトレジスト６上に成膜し、次に図９（ｅ）のように、フォトレジスト６を溶剤で除去して高分子複屈折膜３上に金属層の周期的格子パターン９’を残す。そして図９（ｆ）のように、金属層の周期的格子パターン９’をエッチングマスクとして酸素ガスなどによる反応性イオンエッチングでドライエッチングする。次に図９（ｇ）のように、金属マスク９’を硫酸などの酸で溶解して高分子複屈折膜３上から除去して基板２上に高分子複屈折膜３の回折格子パターン（周期的凹凸格子構造）を形成する。そして図９（ｈ）のように、回折格子パターン（周期的凹凸格子構造）を有する高分子複屈折膜３の上に等方性の樹脂をスピンコートして被覆し、紫外線（ＵＶ）または熱を印加して樹脂を固化し、等方性オーバーコート層４を形成する。このときオーバーコート層４の樹脂の屈折率は前述の式(3)，(4)または(5)，(6)を略満足するように設定することが望ましい。
【００３６】
図９に示した偏光分離素子の作成工程では、フォトレジスト６による周期的格子パターンの上に金属層９を成膜したが、これに限らず次のような方法でもよい。すなわち、フォトレジスト塗布前（図９（ａ）の状態）にＡｌ，Ｃｒなどの金属層９を高分子複屈折膜３上に成膜し、この上にフォトレジスト塗布、パターン露光、フォトレジストの現像処理の工程を行ってフォトレジストの周期的格子パターンを形成した後、フォトレジストをマスクとして、硫酸などの酸によりフォトレジストがないところの金属層をエッチング除去し、次にフォトレジストを溶剤で除去して高分子複屈折膜３上に金属からなる周期的格子パターンのマスクを残す（図９（ｅ）と同じ状態となる）。これ以降は図９（ｆ），（ｇ）と同様に、この金属層の周期的格子パターン９’をエッチングマスクとして酸素ガスなどによる反応性イオンエッチングでドライエッチングした後、金属マスク９’を硫酸などの酸で溶解して高分子複屈折膜３上から除去して基板２上に高分子複屈折膜３の回折格子パターン（周期的凹凸格子構造）を形成し、以後図９（ｈ）のように、回折格子パターン（周期的凹凸格子構造）を有する高分子複屈折膜３の上に等方性オーバーコート層４の形成を行う。
【００３７】
尚、本実施例においても実施例５と同様に、等方性オーバーコート層４は樹脂のスピンコート等により被覆形成する他、図８のように、高分子複屈折膜３による周期的凹凸格子パターンを形成した後、その上にガラス等の透明基板８を等方性の樹脂接着剤７で接着して装荷する構造でもよい。また、高分子複屈折膜３による周期的凹凸格子の格子深さｈも図７のように任意に設定することができる。また、高分子複屈折膜３を透明基板２に接着してから金属マスク９’の形成、ドライエッチングを行ったが、これに限定されず、透明基板２に接着する前に高分子複屈折膜３上に金属マスク９’を形成してドライエッチングを行い、高分子複屈折膜３に周期的凹凸格子パターンを形成した後、基板２に接着してオーバーコート層４を形成する方法や、あるいは、高分子複屈折膜３上への金属マスク９’の形成までの工程は膜のままで行い、ドライエッチング以降の工程は基板に接着して行う方法でもよい。
【００３８】
（実施例７）
次に第７の実施例について説明する。本実施例では高分子複屈折膜として特にポリイミド複屈折膜３’を使った偏光分離素子（図４の構成）の作成方法について説明する。
まずポリイミド複屈折膜を作成する。その作成方法の一例を図１０に示す。図１０（ａ）に示すようにガラス基板、あるいはＳｉ基板などの平面性のよい基板上に原料となるポリアミド酸溶液（ジメチルアルコールなどを溶媒とする）をスピンコートにより所定の厚さ塗布した後、乾燥させ、ポリアミド酸膜を形成する。乾燥後、図１０（ｂ）に示すようにポリアミド酸膜を基板より剥離する。そして図１０（ｃ）に示すように、基板より剥離したポリアミド酸膜を高温中（例えば３５０℃）で加熱しながら一方向に引っ張り延伸させる。この操作によりポリアミド酸膜は熱でイミド化してポリイミド膜となり、同時に延伸により複屈折性が生じてポリイミド複屈折膜となる。
【００３９】
このポリイミド複屈折膜の複屈折性は、膜の延伸方向の屈折率が延伸方向とは垂直方向の面内屈折率よりも大きくなるように現われる。また、複屈折性は膜面内の延伸方向とこれに垂直方向の屈折率差Δｎで表される。この屈折率差Δｎは延伸イミド化時の温度、張力で制御できる。
尚、典型的なポリイミド複屈折膜の屈折率は延伸方向でｎ＝１．６２、これと垂直方向でｎ＝１．４９であり、複屈折性はΔｎ＝０．１３程度である。
【００４０】
以上のようにして作成されたポリイミド複屈折膜を高分子複屈折膜として用いて偏光分離素子を作成する工程は、先の実施例５（図６）あるいは実施例６（図８）で示した作成方法と同様の工程であるので、ここでは説明を省略する。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明では、透明基板上に入射光の異なる偏光面に対し屈折率が異なる複屈折膜が周期的凹凸格子として装荷され、前記複屈折膜に等方性オーバーコート層が被覆あるいは装荷された偏光分離素子において、前記複屈折膜が高分子複屈折膜からなり、該高分子複屈折膜は、延伸された有機高分子膜で形成されており、該有機高分子膜の延伸方向が周期的凹凸格子の格子ベクトル方向と同方向、または格子ベクトル方向と垂直方向に設定されていて、前記高分子複屈折膜の膜厚が周期的凹凸格子の格子深さｈよりも厚く、格子深さｈが透明基板まで達しておらず、前記高分子複屈折膜が透明基板と全面的に接触していることを特徴とするので、従来技術による偏光分離素子（ＬｉＮｂＯ３ を基板として用い、これに周期的パターンでプロトンイオン交換を施し、さらにプロトンイオン交換領域上に誘電体膜を装荷した構造等）に比べて、構成が簡易であり、作成がしやすい偏光分離素子が提供できる。
【００４２】
請求項２に係る発明では、請求項１記載の偏光分離素子において、前記延伸された有機高分子膜は、ポリカーボネイト（ＰＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン、ポリサルフォン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリイミドなどの有機高分子材料で形成されていることを特徴とするので、構成が簡易であり、作成がしやすく、また材料のコストも低く、大量生産が容易な偏光分離素子が提供できる。
【００４３】
請求項３に係る発明では、請求項１記載の偏光分離素子において、前記高分子複屈折膜が、加熱延伸されたポリイミド複屈折膜で形成されていることを特徴とするので、構成が簡易であり、作成がしやすく、また材料のコストも低く、大量生産が容易で、耐熱性にも優れる偏光分離素子を提供することができる。
【００４４】
請求項４に係る発明では、請求項１，２または３記載の偏光分離素子において、高分子複屈折膜からなる周期的凹凸格子の格子ベクトル方向の偏波に対する屈折率をｎｐ、これと垂直方向の偏波に対する屈折率をｎｓとし、等方性オーバーコート層の屈折率をｎ１、高分子複屈折膜からなる周期的凹凸格子の凹凸深さをｈ、光の波長をλ、ｍを０を含む正負の自然数（ｍ＝０，±１，±２，・・・）とするとき、次の条件、
（ｎｐ−ｎ１）ｈ＝ｍλ
（ｎｓ−ｎ１）ｈ＝（ｍ＋１／２）λ
を略満足することを特徴とするので、波長λの光に対して最大の消光比（偏光分離度）を与えることができる。また、上記の条件により、０次光が格子ベクトル方向の偏波、±１次回折光がこれと垂直な方向の偏波に分離し、最も消光比の高い条件となる。
【００４５】
請求項５に係る発明では、請求項１，２または３記載の偏光分離素子において、高分子複屈折膜からなる周期的凹凸格子の格子ベクトル方向の偏波に対する屈折率をｎｐ、これと垂直方向の偏波に対する屈折率をｎｓとし、等方性オーバーコート層の屈折率をｎ１、高分子複屈折膜からなる周期的凹凸格子の凹凸深さをｈ、光の波長をλ、ｍを０を含む正負の自然数（ｍ＝０，±１，±２，・・・）とするとき、次の条件、
（ｎｐ−ｎ１）ｈ＝（ｍ＋１／２）λ
（ｎｓ−ｎ１）ｈ＝ｍλ
を略満足することを特徴とするので、波長λの光に対して最大の消光比（偏光分離度）を与えることができる。また、上記の条件により、請求項４とは逆に、０次光が格子ベクトルと垂直方向の偏波、±１次回折光が格子ベクトル方向の偏波となる場合に最大の消光比を持たせられる。
【００４６】
ここで本発明では、［１］：透明基板上に入射光の異なる偏光面に対し屈折率が異なる複屈折膜を周期的凹凸格子として装荷し、前記複屈折膜に等方性オーバーコート層を被覆あるいは装荷する偏光分離素子の作成方法において、前記複屈折膜に周期的凹凸格子の格子ベクトル方向と同方向、または格子ベクトル方向と垂直方向に延伸された有機高分子膜からなる高分子複屈折膜を用い、この高分子複屈折膜の上に感光性樹脂（フォトレジスト）からなる周期的パターンを形成し、この感光性樹脂からなる周期的パターンをエッチングマスクとしてドライエッチングを行い、高分子複屈折膜の周期的凹凸格子構造を形成した後、前記感光性樹脂マスクを除去し、その後、高分子複屈折膜上部に等方性オーバーコート層を形成することを特徴とするので、比較的簡単な工程で長時間をかけずに偏光分離素子を作成することができる。
【００４７】
また、本発明では、［２］：透明基板上に入射光の異なる偏光面に対し屈折率が異なる複屈折膜を周期的凹凸格子として装荷し、前記複屈折膜に等方性オーバーコート層を被覆あるいは装荷する偏光分離素子の作成方法において、前記複屈折膜に周期的凹凸格子の格子ベクトル方向と同方向、または格子ベクトル方向と垂直方向に延伸された有機高分子膜からなる高分子複屈折膜を用い、この高分子複屈折膜の上に金属からなる周期的パターンを形成し、この金属からなる周期的パターンをエッチングマスクとしてドライエッチングを行い、高分子複屈折膜の周期的凹凸格子構造を形成した後、前記金属マスクを除去し、その後、高分子複屈折膜上部に等方性オーバーコート層を形成することを特徴とするので、比較的簡単な工程で長時間をかけずに偏光分離素子を作成することができる。
【００４８】
さらに本発明では、［１］または［２］記載の偏光分離素子の作成方法において、前記高分子複屈折膜は、製膜時に有機高分子膜（例えばポリカーボネイト（ＰＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン、ポリサルフォン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリイミドなどの有機高分子材料）を延伸して作成した延伸化高分子複屈折膜であることを特徴とするので、比較的簡単な工程で長時間をかけずに偏光分離素子を作成することができ、また材料のコストも低いので、低コストに偏光分離素子を作成することができる。
【００４９】
また、本発明では、［１］または［２］記載の偏光分離素子の作成方法において、前記高分子複屈折膜は、ポリイミドを加熱しながら延伸して作成したポリイミド複屈折膜であることを特徴とするので、比較的簡単な工程で長時間をかけずに偏光分離素子を作成することができ、また材料のコストが低く、耐熱性もあるので、低コストに耐熱性に優れる偏光分離素子を作成することができる。
【００５０】
また、本発明では、［１］または［２］記載の偏光分離素子の作成方法において、前記等方性オーバーコート層は、高分子複屈折膜の上に等方性樹脂を被覆して形成するか、あるいは、高分子複屈折膜の上に透明基板を等方性樹脂接着剤で接着して形成することを特徴とするので、等方性オーバーコート層の形成が容易で、かつ低コストに形成でき、低コストに偏光分離素子を作成することができる。また、両面が平坦化された偏光分離素子を作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る偏光分離素子の構成例を示す部分断面図である。
【図２】図１に示す構成の偏光分離素子の動作の一実施例を示す図である。
【図３】図１に示す構成の偏光分離素子の動作の別の実施例を示す図である。
【図４】本発明に係る偏光分離素子の別の構成例を示す部分断面図である。
【図５】図１に示す構成の偏光分離素子の要部を部分的に拡大して示す図である。
【図６】本発明に係る偏光分離素子の作成方法の一例を示す工程説明図である。
【図７】本発明に係る偏光分離素子のさらに別の構成例を示す部分断面図である。
【図８】本発明に係る偏光分離素子のさらに別の構成例を示す部分断面図である。
【図９】本発明に係る偏光分離素子の作成方法の別の例を示す工程説明図である。
【図１０】ポリイミド複屈折膜の作成方法の説明図である。
【符号の説明】
１，１’，１”：偏光分離素子
２：透明基板
３：高分子複屈折膜（延伸された有機高分子膜）
３’：ポリイミド複屈折膜
４：等方性オーバーコート層
５：接着層
６：フォトレジスト
６’：フォトレジストマスク（フォトレジストの周期的格子パターン）
７：等方性樹脂接着層
８：透明基板
９：金属層
９’：金属マスク（金属層の周期的格子パターン）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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