(57)【要約】【課題】薄型軽量で偏光分離角の大きな偏光ビームスプリッタを実現するとともに、光情報記録媒体に体積ホログラムを記録するまたは記録された体積ホログラムを再生する光情報記録装置および光情報記録再生装置について小型で調整の簡便なものを提供する。【解決手段】偏光方向が互いに直交する第１および第２の直線偏光との入射光を回折することにより、透過光を分離する回折格子を備えた偏光ビームスプリッタＰ１であって、回折格子１Ａ、１Ｂは、第１および第２の直線偏光の回折光の偏光による分離角度が各直線偏光の回折角度に比べて大きい回折特性を有する。また、光情報記録再生装置には、この偏光ビームスプリッタＰ１を搭載した。【選択図】図１
2004184505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光方向が互いに直交する第１の直線偏光の入射光と第２の直線偏光との入射光とを回折することにより、透過光を偏光方向によって分離する偏光性の回折格子を備えた偏光ビームスプリッタであって、前記回折格子は、前記第１の直線偏光の回折光と前記第２の直線偏光の回折光とがなす角度である偏光分離角度が前記各直線偏光の入射光に対する回折角度に比べて大きくなるような回折性を有することを特徴とする偏光ビームスプリッタ。
【請求項２】
前記偏光ビームスプリッタは、鋸歯状に加工した、常光屈折率ｎｏ、異常光屈折率ｎｅの高分子液晶層と、常光屈折率ｎｏと異常光屈折率ｎｅとの平均屈折率を有する均質屈折率透明材料で形成し前記高分子液晶層の凹部に充填している均質屈折率透明層と有している請求項１に記載の偏光ビームスプリッタ。
【請求項３】
前記偏光ビームスプリッタは、前記第１の直線偏光の入射光のみを回折する第１の偏光性回折格子と前記第２の直線偏光の入射光のみを回折する第２の偏光性回折格子とを積層している請求項１に記載の偏光ビームスプリッタ。
【請求項４】
前記第１の偏光性回折格子と第２の偏光性回折格子は、分子の配向方向が互いに直交する常光屈折率ｎｏ、異常光屈折率ｎｅの高分子液晶層を鋸歯状に加工したもので構成すると共に、前記高分子液晶層の凹部に常光屈折率ｎｏまたは異常光屈折率ｎｅの均質屈折率透明材料を充填して均質屈折率透明層を構成している請求項３に記載の偏光ビームスプリッタ。
【請求項５】
光源からの出射光を第１の偏光ビームスプリッタにより第１の直線偏光と第２の直線偏光とに分離し、前記第１の直線偏光を空間光変調器に照射して情報を担持した物体光を生成すると共に、前記第２の直線偏光を参照光とし、第２の偏光ビームスプリッタにより物体光と参照光とを同一の光軸に合波し、情報記録媒体の情報記録層にホログラフィを利用して情報を記録する光情報記録装置であって、前記第１の偏光ビームスプリッタと第２の偏光ビームスプリッタは請求項１から４の何れかに記載の偏光ビームスプリッタである光情報記録装置。
【請求項６】
光源からの出射光を入射した偏光ビームスプリッタにより分離される直線偏光を再生光として情報記録媒体の情報記録層に照射することにより、前記情報記録層にホログラフィを利用して記録した情報を情報光として再生し、前記偏光ビームスプリッタにより前記情報光を光源とは異なる位置に設置した撮像素子に入射することにより、記録した情報の再生を行う光情報記録再生装置であって、前記偏光ビームスプリッタは請求項１から４の何れかに記載の偏光ビームスプリッタである光情報記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射光をこの入射光の光軸と異なる２つの直交する直線偏光の光に光路を分離する偏光ビームスプリッタに係り、特に、ホログラフィを利用して光情報記録媒体に情報を記録する光情報記録装置、およびホログラフィを利用して光情報記録媒体から情報を再生する光情報再生装置において用いられる平板型の偏光ビームスプリッタ及びこれを用いた光情報記録装置ならびに光情報記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、入射光を２つの直交する直線偏光の光として、光路を分離することができる偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）が各種の分野で用いられている。この従来の偏光ビームスプリッタについて、その一例を図７の断面図を用いて説明する。
【０００３】
透明ガラスを直角２等辺三角柱形状に加工して形成したプリズム１０１、１０２のうち、プリズム１０１の斜面に相対的に屈折率の大きな誘電体薄膜と相対的に屈折率の小さな誘電体薄膜とを交互に波長オーダの膜厚で積層した多層膜１０３を形成し、その後、透明均質接着剤１０４を用いてプリズム１０１、１０２の斜面同士を接着し、直方体形状の偏光ビームスプリッタＰ５を形成する。
【０００４】
そして、この多層膜１０３の膜厚を調整することにより、波長λの入射光に対して、多層膜１０３の面内に偏光方向を有するＳ偏光成分を反射し、かつ、それと直交する偏光方向を有するＰ偏光成分を透過する偏光ビームスプリッタを形成できる。また、多層膜１０３の膜厚を調整することにより、Ｓ偏光成分の反射率およびＰ偏光成分の透過率を調整することもできる。
【０００５】
また、このような偏光ビームスプリッタＰ５を複数組合わせて用いた光情報記録再生装置についても各種知られている。
以下に、特許文献１に開示された光情報記録再生装置について、図８を参照しながら説明する。但し、ここで、光情報記録再生装置の構成および方法に関する詳細な説明は省略し、この光情報記録再生装置における偏光ビームスプリッタの作用について説明する。
【０００６】
図８は、この光情報記録再生装置を示す構成図であり、この光情報記録再生装置では、コヒーレントなレーザ光（可干渉光）を出射する光源装置１１１から出射した直線偏光（Ｓ偏光）の光を、コリメータレンズ１１２を用いて平行光とし、例えば１／２波長板などの旋光用光学素子１１３を用いてＳ偏光成分とＰ偏光成分とを含む光に変換し、第１の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１１４に入射するＳ偏光成分とＰ偏光成分の比率を調整する。
【０００７】
また、この第１の偏光ビームスプリッタ１１４を透過したＰ偏光成分は、液晶素子などからなる位相空間変調器１１５により透過光の位相が空間的に変調される。この位相空間変調器１１５を透過した透過光は、第１のビームスプリッタ（ＢＳ）１１６に入射する。
【０００８】
この第１のビームスプリッタ（ＢＳ）１１６は、例えばＰ偏光成分を２０％直進透過させ８０％反射（９０度方向）するようになっており、光源装置１１１からの光が第１のビームスプリッタ１１６で反射されて進行する方向に、この第１のビームスプリッタ１１６側より順に、第２の偏光ビームスプリッタ１１７と、２分割旋光板１１８および対物レンズ１１９とを配置している。
【０００９】
また、この光情報記録再生装置には、旋光用光学素子１１３を透過後に第１の偏光ビームスプリッタ１１４で反射されたＳ偏光成分が進行する方向に、第１の偏光ビームスプリッタ１１４側より順に、空間光変調器１２１と、第２のビームスプリッタ（ＢＳ）１２２とを配置している。
【００１０】
空間光変調器１２１は、格子状に配列された多数の画素を有し、各画素に光の透過状態と遮断状態とを選択させることによって、光強度によって光を空間的に変調して、情報を担持した物体光を生成することができるようになっている。この空間光変調器１２１としては、液晶素子を用いることができる。
【００１１】
一方、第２のビームスプリッタ１２２は、例えばＳ偏光成分を２０％透過させ８０％反射するようになっている。空間光変調器１２１側から第２のビームスプリッタ１２２に入射し、反射されたＳ偏光成分の光は、第２の偏光ビームスプリッタ１１７に入射するようになっている。
【００１２】
第２の偏光ビームスプリッタ１１７は、入射光のうち第２のビームスプリッタ１２２からの物体光であるＳ偏光成分を入射光に対して９０度方向に反射させると共に、入射光のうち第１のビームスプリッタ１１６からの参照光であるＰ偏光成分を透過させ、物体光の光軸と参照光の光軸とをそろえて２分割旋光板１１８および対物レンズ１１９へ入射するように合波する。
【００１３】
このようにして、光源装置１１１から出射した光を第１の偏光ビームスプリッタ１１４によりＰ偏光成分とＳ偏光成分に分離してそれぞれを参照光および物体光とし、第２の偏光ビームスプリッタ１１７（ＰＢＳ）によりＰ偏光成分とＳ偏光成分を合波し、２分割旋光板１１８および対物レンズ１１９を透過して光情報記録媒体１０に集光させる。
なお、２分割旋光板１１８を利用して光情報記録媒体１０に干渉パターンを記録する方法については特許文献１に開示されているので説明を省略する。
【００１４】
また、光情報記録媒体１０に記録された干渉パターンの情報を再生するため、第２の偏光ビームスプリッタ１１７とは反対側で、第１のビームスプリッタ１１６側より順に、結像レンズ１２３と、ＣＣＤなどの撮像素子１２４とを配置している。これにより、光情報記録媒体１０には再生光のみ照射し、ここで再生された情報光は第２の偏光ビームスプリッタ１１７を透過し、一部の光が第１のビームスプリッタ１１６を透過して、結像レンズ１２３により撮像素子１２４に入射する。これにより、空間光変調器１２１で生成されて光情報記録媒体１０に記録されていた画像が、撮像素子１２４で再生される。
【００１５】
次に、ここで説明してきた三角柱プリズムを２個接着した直方体形状の偏光ビームスプリッタＰ５とは異なる、平板型の偏光ビームスプリッタＰ６の具体例について、図９を用いて説明する。
透明基板１０５の片面に配向膜を形成し配向処理した後、液晶モノマーを塗布して重合することにより、常光屈折率ｎｏ、異常光屈折率ｎｅの高分子液晶層１０６を形成する。
【００１６】
そして、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチングにより、この高分子液晶層１０６を断面が鋸歯状で格子定数（ピッチ）Ｌのブレーズ格子に加工し、常光屈折率ｎｏに等しい屈折率を有する均質屈折率透明材料を高分子液晶層１０６の凹部に充填して均質屈折率透明層１０７を形成するとともに、透明基板１０５と透明基板１０８とを接着する。
【００１７】
高分子液晶層１０６に対して常光偏光であるＰ偏光が入射した場合、高分子液晶層１０６と均質屈折率透明層１０７との屈折率は一致するため、回折することなく直進透過する。一方、高分子液晶層１０６に対して異常光偏光であるＳ偏光が入射した場合、高分子液晶層１０６と均質屈折率透明層１０６との屈折率は異なり、回折光が発生する。
【００１８】
例えば、波長λの入射光に対して、鋸歯状の高分子液晶層１０６の高さｄが、次式、
（ｎｅ−ｎｏ）×ｄ＝λ
を満たすとき、
ｓｉｎθ＝λ／Ｌ
但し、Ｌ：格子定数（ピッチ）
を満たす角度θの方向に、最大回折光が発生する。このようにして、平板型の偏光ビームスプリッタＰ６が得られる。
【００１９】
【特許文献１】
特開２００２−１２３９４９号公報
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した直方体形状の偏光ビームスプリッタＰ５において、透過光および反射光の光路を再現性よく高い精度で制御するためには、正確に直角２等辺三角柱形状にガラスブロックを加工するとともに、精度よく２つのプリズムを接着固定する必要がある。その結果、高価な光学部品となり、図８に示すような光情報記録再生装置において、複数個の偏光ビームスプリッタおよびビームスプリッタを用いた場合、コストアップを招くとともに光軸調整が難しいといった問題があった。
【００２１】
また、平板型の偏光ビームスプリッタＰ６の場合、Ｐ偏光とＳ偏光の回折による分離角度θは加工可能な格子定数（ピッチ）Ｌに依存し４μｍ程度であるため、可視光に対する分離角度θは１０°程度が限界だった。その結果、平板型の偏光ビームスプリッタＰ６を図９に示すような光情報記録再生装置に用いた場合、物体光と参照光の照射面を確保するためには全体の光学系が大型化して問題であった。
【００２２】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、直方体形状の偏光ビームスプリッタに比べて小型でコスト上有利な構成を実現することができ、しかもＳ偏光とＰ偏光の分離角度が大きく取れる平板型の偏光ビームスプリッタを提供することにある。
【００２３】
さらに、本発明は、平板型の偏光ビームスプリッタを複数個一体化して、または複数個の平板型偏光ビームスプリッタを用いて光情報記録再生装置に搭載することにより、小型で調整の簡便な光情報記録装置及び光情報記録再生装置を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、偏光方向が互いに直交する第１の直線偏光の入射光と第２の直線偏光との入射光とを回折することにより、透過光を偏光方向によって分離する偏光性の回折格子を備えた偏光ビームスプリッタであって、前記回折格子は、前記第１の直線偏光の回折光と前記第２の直線偏光の回折光とがなす角度である偏光分離角度が前記各直線偏光の入射光に対する回折角度に比べて大きくなるような回折性を有することを特徴とする偏光ビームスプリッタを提供する。
【００２５】
また、光源からの出射光を第１の偏光ビームスプリッタにより第１の直線偏光と第２の直線偏光とに分離し、前記第１の直線偏光を空間光変調器に照射して情報を担持した物体光を生成すると共に、前記第２の直線偏光を参照光とし、第２の偏光ビームスプリッタにより物体光と参照光とを同一の光軸に合波し、情報記録媒体の情報記録層にホログラフィを利用して情報を記録する光情報記録装置であって、前記第１の偏光ビームスプリッタと第２の偏光ビームスプリッタは前記本発明の偏光ビームスプリッタであることを特徴とする光情報記録装置を提供する。
【００２６】
また、光源からの出射光を入射した偏光ビームスプリッタにより分離される直線偏光を再生光として情報記録媒体の情報記録層に照射することにより、前記情報記録層にホログラフィを利用して記録した情報を情報光として再生し、前記偏光ビームスプリッタにより前記情報光を光源とは異なる位置に設置した撮像素子に入射することにより、記録した情報の再生を行う光情報記録再生装置であって、前記偏光ビームスプリッタは前記本発明の偏光ビームスプリッタであることを特徴とする光情報記録再生装置を提供する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施形態である偏光ビームスプリッタＰ１の断面図を示すものであり、この偏光ビームスプリッタＰ１は、透明基板１，２と、これらの透明基板１，２の間に設けた高分子液晶層１Ａ，２Ａと、均質屈折率透明層３とを備えた構成となっている。
【００２８】
この偏光ビームスプリッタＰ１は、初めに、透明基板１、２の片面に配向膜を形成して配向処理した後、液晶モノマーを塗布して重合することにより常光屈折率ｎｏ、異常光屈折率ｎｅ（ｎｅ＞ｎｏ）の高分子液晶層１Ａを形成する。このとき、透明基板１の配向膜は、Ｘ軸方向に高分子液晶１Ａ，２Ａのダイレクタがそろうように、すなわち異常光屈折率の方向がＸ軸となるように配向処理される一方、透明基板２の配向膜は、Ｙ軸方向に高分子液晶２Ａのダイレクタがそろうように、すなわち異常光屈折率の方向がＹ軸となるように配向処理される。
【００２９】
次に、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチングにより、この高分子液晶層１Ａ、２Ａを、断面が鋸歯格子形状で格子定数（ピッチ）Ｌのブレーズ回折格子として加工し、常光屈折率ｎｏに等しい屈折率ｎｓを有する均質屈折率透明材料を高分子液晶層の凹部に充填して均質屈折率透明層３を形成するとともに、透明基板１と透明基板２とを接着する。
【００３０】
このとき、高分子液晶層１Ａおよび２Ａの鋸歯形状は、図１に示すように、互いにＸ軸に対して１８０度回転した形状としている。また、波長λの入射光に対して、鋸歯状の高分子液晶層１Ａおよび２Ａの高さｄは、＋１次回折光が最大となるように、次式
ｄ＝λ／（ｎｅ−ｎｓ）
とすることが好ましい。
なお、鋸歯格子形状のブレーズ回折格子をＮ段（Ｎは３以上の整数）の階段形状で近似する場合、＋１次回折光が最大となる高分子液晶層の高さｄは、次式
ｄ＝｛（Ｎ−１）／Ｎ｝×λ／（ｎｅ−ｎｓ）
に相当する。
【００３１】
このような構成とすることにより、高分子液晶層１Ａに対して常光偏光であるＰ偏光が入射した場合、高分子液晶層１Ａと均質屈折率透明層３との屈折率は一致するため、高分子液晶層１Ａのブレーズ回折格子では回折されることなく直進透過する。
【００３２】
一方、高分子液晶層２Ａに対してＰ偏光は異常光偏光であるため、高分子液晶層２Ａと均質屈折率透明層３との屈折率の相違に伴い生成されるブレーズ回折格子により、次式
2004184505.tif 000003
を満たす角度θの方向（Ｚ軸に対して＋Ｙ軸方向）に最大回折光が発生する。
【００３３】
また、高分子液晶層１Ａに対して異常光偏光であるＳ偏光が入射した場合、高分子液晶層１Ａと均質屈折率透明層３との屈折率の相違に伴い生成されるブレーズ回折格子により、前式
ｓｉｎθ＝λ／Ｌ
を満たす角度θの方向（Ｚ軸に対して−Ｙ軸方向）に最大回折光が発生する。
一方、高分子液晶層２Ａに対してＳ偏光は常光偏光であり、高分子液晶層２Ａと均質屈折率透明層３との屈折率が一致するため、高分子液晶層２Ａのブレーズ回折格子では回折されることなく直進透過する。
【００３４】
したがって、偏光ビームスプリッタＰ１は、この偏光ビームスプリッタＰ１に入射したＰ偏光成分が＋Ｙ軸方向の角度θで回折される一方、Ｓ偏光成分は−Ｙ軸方向の角度θで回折され、Ｐ偏光とＳ偏光が分離角度２θで偏光方向によって分離される平板型の偏光ビームスプリッタを構成する。
【００３５】
これにより、本実施形態の偏光ビームスプリッタＰ１によれば、プリズムを貼り合わせた偏光ビームスプリッタに比べ、素子としての厚さを著しく薄くできるとともに、従来の平板型の偏光ビームスプリッタに比べ偏光分離角度を大きく取れる。
【００３６】
上記説明では、高分子液晶層１Ａ、２Ａを同一の格子定数（ピッチ）で加工した場合について説明したが、格子定数（ピッチ）を変えて入射光に対するＰ偏光とＳ偏光の回折角度が異なるようにしてもよい。また、回折効率は低下するが、高分子液晶層１Ａおよび２Ａの鋸歯格子形状を階段格子形状に近似してもよい。
【００３７】
［第２の実施形態］
次に、本発明に係る第２の実施形態について説明する。
図２は、本発明の第２の実施形態である偏光ビームスプリッタＰ２の断面図を示すものであり、この偏光ビームスプリッタＰ２では、透明基板１の片面に常光屈折率ｎｏ、異常光屈折率ｎｅ（ｎｅ＞ｎｏ）の高分子液晶層１Ａを形成し、断面が鋸歯格子形状で格子定数（ピッチ）Ｌのブレーズ回折格子を加工する点は、第１の実施形態と同じであるが、均質屈折率透明層４を形成するために高分子液晶層１Ａの凹部に充填する均質屈折率透明材料の屈折率ｎｓを常光屈折率ｎｏと異常光屈折率ｎｅの平均屈折率（ｎｅ＋ｎｏ）／２としている点が異なる。また、透明基板２には高分子液晶層を形成しない。
【００３８】
このような構成とすることにより、高分子液晶層１Ａに対して常光偏光であるＰ偏光が入射した場合、高分子液晶層１Ａと均質屈折率透明層４との屈折率の相違に伴い生成されるブレーズ回折格子により、前述したｓｉｎθ＝λ／Ｌを満たす角度θの方向（Ｚ軸に対して＋Ｙ軸方向）に最大回折光が発生する。
一方、高分子液晶層１Ａに対して異常光偏光であるＳ偏光が入射した場合も、高分子液晶層１Ａと均質屈折率透明層４との屈折率の相違に伴い生成されるブレーズ回折格子により、前述したｓｉｎθ＝λ／Ｌを満たす角度θの方向（Ｚ軸に対して−Ｙ軸方向）に最大回折光が発生する。
【００３９】
これにより、偏光ビームスプリッタＰ２に入射したＰ偏光成分は＋Ｙ軸方向の角度θで回折されると共に、Ｓ偏光成分は−Ｙ軸方向の角度θで回折され、偏光分離角度２θの平板型の偏光ビームスプリッタとなる。
したがって、第１の実施形態に比べ、均質屈折率透明材料４の屈折率ｎｓが大きな分、鋸歯格子形状の高分子液晶層１Ａの高さｄを大きな値とする必要があるが、ブレーズ回折格子の加工は１回で済むため作製プロセスは簡単になる。
【００４０】
［第３の実施形態］
次に、本発明に係る第３の実施形態について説明する。
図３は、本発明の第３の実施形態である偏光ビームスプリッタＰ３の断面図を示すものであり、この偏光ビームスプリッタＰ３では、図１に示す第１の実施形態の偏光ビームスプリッタＰ１において、鋸歯格子形状のブレーズ回折格子に加工された高分子液晶層１Ａおよび２Ａの格子斜面の傾斜方向を、Ｙ軸に対して逆向きとした高分子液晶層１Ｂおよび２Ｂを形成した点が、第１の実施形態と異なる。
【００４１】
このように形成することにより、図３に示すように、Ｐ偏光とＳ偏光の回折方向が図１に示す方向と入れ替わる。同じ作用は、透明基板１の配向膜をＹ軸方向に高分子液晶のダイレクタがそろうように、すなわち異常光屈折率ｎｅの方向がＹ軸となるように配向処理すると共に、透明基板２の配向膜をＸ軸方向に高分子液晶のダイレクタがそろうように、すなわち異常光屈折率ｎｅの方向がＸ軸となるように配向処理することによっても発現する。ここで、符号３は、均質屈折率透明層である。
【００４２】
［第４の実施形態］
次に、本発明に係る第４の実施形態について説明する。
図４は、本発明の第４の実施形態である偏光ビームスプリッタＰ４の断面図を示すものであり、この偏光ビームスプリッタＰ４では、図２に示す偏光ビームスプリッタＰ２において、鋸歯格子形状のブレーズ回折格子に加工された高分子液晶層１Ａの格子斜面の傾斜方向がＹ軸に対して逆向きとなるように、高分子液晶層１Ｂを形成する。これにより、図４に示すように、Ｐ偏光とＳ偏光の回折方向が図２に示す方向と入れ替わる。同じ作用は、透明基板１の配向膜をＹ軸方向に高分子液晶のダイレクタがそろうように、すなわち異常光屈折率の方向がＹ軸となるように配向処理することによっても発現する。なお、符号２、３は、図２のものと同じ光学要素を示す。
【００４３】
［第５の実施形態］
次に、本発明に係る第５の実施形態について説明する。
このような本発明の平板型偏光ビームスプリッタＰ１〜Ｐ４の作用を利用し、光情報記録媒体に体積ホログラムとして情報を記録する光情報記録装置、および体積ホログラムとして記録された光情報記録媒体から情報を再生する光情報再生装置において、偏光ビームスプリッタとして用いた本発明の光情報記録再生装置の実施形態について、図５および図６に示す構成図を用いて以下に説明する。
【００４４】
図５は、本発明の第５の実施形態に係る光情報記録再生装置Ｄ１を示すものであり、この光情報記録再生装置Ｄ１には、光源装置１１と、コリメータレンズ１２と、旋光用光学素子１３と、空間光変調素子１４と、液晶素子１５と、２分割旋光子１６と、対物レンズ１７と、結像レンズ１８と、撮像素子１９などとの他に、図１に示した本発明の第１の実施形態の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）Ｐ１と同じ構成で、＋Ｚ方向の入射光の内Ｐ偏光を反時計回りの角度に、Ｓ偏光を時計回りの角度に回折する平板型偏光ビームスプリッタである第１の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）Ｐ１１〜第４の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）Ｐ１４を備えている。
【００４５】
さらに、この光情報記録再生装置Ｄ１には、図３に示した本発明の第３の実施系形態に係る偏光ビームスプリッタＰ３と同じ構成で、＋Ｚ方向の入射光の内Ｐ偏光を時計回りの角度に、Ｓ偏光を反時計回りの角度に回折する平板型偏光ビームスプリッタである第５の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）Ｐ３１〜第７の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）Ｐ３３を備えている。
なお、ここでは、各平板型偏光ビームスプリッタを構成する偏光子のブレーズ回折格子の格子定数（ピッチ）は全て同じものとする。
【００４６】
（Ｉ）次に、光情報記録再生装置Ｄ１により光情報記録媒体１０に体積ホログラムとして情報を記録する機能について、図５を用いて説明する。
レーザ光を出射する光源装置１１から出射した直線偏光（Ｓ偏光）を、コリメータレンズ１２を用いて平行光とし、例えば１／２波長板などの旋光用光学素子１３を用いてＳ偏光成分とＰ偏光成分とを含む光に変換し、第１偏光ビームスプリッタＰ１１に入射するＳ偏光成分とＰ偏光成分との比率を調整する。
【００４７】
このうち、この第１偏光ビームスプリッタＰ１１により回折されたＰ偏光成分は、第５偏光ビームスプリッタＰ３１に入射してこの第５偏光ビームスプリッタＰ３１より回折され、空間光変調素子１４に入射する。
【００４８】
ここで、空間光変調素子１４には、例えば、画素ごとに液晶層へ印加する電圧に応じて液晶層のリタデーション値を変化させ、透過光の偏光状態を変えることのできる液晶表示素子を用いており、入射光であるＰ偏光が電圧非印加時には１／２波長板として作用して透過光がＳ偏光となる。一方、電圧印加時には、リタデーション値ゼロの透明板として作用し、透過光はＰ偏光を維持するように構成されており、この空間光変調素子１４が電圧可変波長板として機能する。
【００４９】
このように、画素ごとに電圧が印加されてＳ偏光とＰ偏光の空間パターンとなった空間光変調素子１４を透過する透過光は、第２の偏光ビームスプリッタＰ１２に入射した偏光成分うち、Ｐ偏光成分が第７偏光ビームスプリッタＰ３３に入射しない方向に回折される一方、Ｓ偏光成分は第７偏光ビームスプリッタＰ３３に入射する方向に回折される。
【００５０】
その結果、空間光変調素子１４の画素ごとにＳ偏光成分の量に応じた回折光強度に変換され、２次元の明暗パターンを有する情報を含む物体光となる。この物体光であるＳ偏光成分は、第７偏光ビームスプリッタＰ３３により回折されて、２分割旋光子１６を経て対物レンズ１７により光情報記録媒体１０に集光される。
【００５１】
一方、第１偏光ビームスプリッタＰ１１により回折されたＳ偏光成分は、第６偏光ビームスプリッタＰ３２により回折され、電圧可変波長板として機能する液晶素子１５に入射する。この液晶素子１５の動作は、上述の空間光変調素子１４と同様に、入射光のＳ偏光に対して液晶層への電圧非印加時には１／２波長板として作用して透過光がＰ偏光となる一方、一定以上の電圧印加時にはリタデーション値ゼロの透明板として作用して透過光はＳ偏光を維持する。また、その中間の印加電圧ではＰ偏光とＳ偏光が混在する楕円偏光出射光となる。
【００５２】
したがって、光情報記録媒体１０に体積ホログラムとして情報を記録する場合は、液晶素子１５に電圧を印加しないで１／２波長板として作用させることにより、透過光をＰ偏光に変換する。そして、このＰ偏光成分は、第３偏光ビームスプリッタＰ１３により、第７偏光ビームスプリッタＰ３３に入射する方向に回折する。この第７偏光ビームスプリッタＰ３３に入射したＰ偏光成分は、ここで回折し、参照光として２分割旋光子１６を経て対物レンズ１７により光情報記録媒体１０に集光する。
【００５３】
したがって、Ｓ偏光成分の物体光とＰ偏光成分の参照光とが同軸上に光軸がそろえられて、２分割旋光子１６を経て対物レンズ１７により光情報記録媒体に集光される。その結果、光情報記録再生装置の２分割旋光板１６の作用により、物体光と参照光とにより生成される干渉パターンが、光情報記録媒体１０内に体積ホログラムとして記録される。
【００５４】
（ＩＩ）次に、光情報記録再生装置Ｄ１により光情報記録媒体１０に体積ホログラムとして記録された情報を再生する機能について、図６を用いて説明する。
情報の記録時と異なり、再生時には空間光変調素子１４である液晶表示素子の全ての画素に電圧を印加し、液晶層のリタデーション値をゼロとする。その結果、空間光変調素子１４の透過光はＰ偏光を維持したまま、第２偏光ビームスプリッタＰ１２に入射し、この第２偏光ビームスプリッタＰ１２により第７偏光ビームスプリッタＰ３３に入射しない方向に回折される。その結果、光情報記録媒体１０に対して情報を含んだ物体光が入射することはない。
【００５５】
また、再生時には電圧可変波長板として機能する液晶素子１５の印加電圧を調整することにより、この液晶素子１５に入射するＳ偏光成分に対して、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分とを有する出射光に変換する。その結果、液晶素子１５の透過光のうちＰ偏光成分は、第３偏光ビームスプリッタＰ１３により第７偏光ビームスプリッタＰ３３に入射する方向に回折されると共に、さらに第７偏光ビームスプリッタＰ３３により回折されて、再生用の再生光として２分割旋光子１６を経て対物レンズ１７により光情報記録媒体１０に集光される。
【００５６】
そして、この再生光が光情報記録媒体１０に入射すると、光情報記録媒体１０内に記録された体積ホログラムにより回折され情報光が生成される。そして、この生成された情報光は、再生光とは逆向きに進行し、対物レンズ１７および２分割旋光子１６の光路を経て、Ｐ偏光として第７偏光ビームスプリッタＰ３３に入射する。
【００５７】
そして、このＰ偏光の入射光は、第７偏光ビームスプリッタＰ３３により回折されて第３偏光ビームスプリッタＰ１３に入射し、さらにこの第３偏光ビームスプリッタＰ１３に回折されて液晶素子１５に入射する。
【００５８】
この液晶素子１５に入射したＰ偏光は、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分に変換されて第６偏光ビームスプリッタＰ３２に入射する。このうちＰ偏光成分は、第６偏光ビームスプリッタＰ３２により回折されて第４偏光ビームスプリッタＰ１４に入射し、さらにこの第４偏光ビームスプリッタＰ１４にて回折され、結像レンズ１８によりＣＣＤアレイ等の撮像素子１９に入射する。これにより、空間光変調素子１４で生成されていた画像が、再生される。
【００５９】
図５および図６では、本発明の第１、第３の実施形態に係る各平板型偏光ビームスプリッタＰ１、Ｐ３を分離して配置した構成の場合について示したが、例えば、第１、第４偏光ビームスプリッタＰ１１、Ｐ１４、第５、第６偏光ビームスプリッタＰ３１、Ｐ３２、第２、第３偏光ビームスプリッタＰ１２、Ｐ１３のそれぞれの組を一体化して部品点数を減らしてもよい。
【００６０】
具体的には、図５において、第１〜第４平板型偏光ビームスプリッタＰ１１〜Ｐ１４は、図１に示した本発明の第１の実施形態に係る偏光ビームスプリッタＰ１と同じ構成であるため、第１、第４偏光ビームスプリッタＰ１１、Ｐ１４、および第２、第３偏光ビームスプリッタＰ１２、Ｐ１３は、それぞれ、単一の素子として作製できる。
【００６１】
同様に、第５、第６偏光ビームスプリッタＰ３１、Ｐ３２は、図３に示した本発明の第３の実施形態に係る偏光ビームスプリッタＰ３と同じ構成であるため、第５、第６偏光ビームスプリッタＰ３１、Ｐ３２は単一の素子として作製することができる。その結果、光情報記録再生装置を４個の偏光ビームスプリッタのみを用いた簡略化された構成となる。
【００６２】
また、本発明の平板型偏光ビームスプリッタでは、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチングにより、高精度で高分子液晶層からなるブレーズ回折格子を加工できるため、安定したビーム分離角度が得られる。その結果、図７に示す従来の直角プリズムを張り合わせた偏光ビームスプリッタに比べて、特性の安定した光情報記録再生装置が実現できる。
【００６３】
また、本発明の平板型偏光ビームスプリッタでは、図９に示す従来の平板型偏光ビームスプリッタに比べ、Ｐ偏光とＳ偏光のビーム分離角が大きく取れるため、図５に示す空間光変調素子１４の表示領域に有効に光を照射できるようになり、偏光ビームスプリッタ間の距離を短縮できる。その結果、光情報記録再生装置の小型化が実現する。
【００６４】
【実施例】
次に、第１の実施形態に示した偏光ビームスプリッタＰ１について、図１に示す断面図を用いて説明する。
ガラス基板（透明基板１）の片面に配向膜を形成し、Ｘ軸方向に配向処理した後、液晶モノマーを塗布して重合することにより、ガラス基板面内のＸ軸方向に高分子液晶のダイレクタがそろった常光屈折率ｎｏ＝１．５５、異常光屈折率ｎｅ＝１．７５で膜厚２．３３μｍの高分子液晶層１Ａを形成した。
【００６５】
同様にして、ガラス基板（透明基板２）の片面に配向膜を形成し、Ｙ軸方向配向処理した後、液晶モノマーを塗布して重合することにより、ガラス基板面内のＹ軸方向に高分子液晶のダイレクタがそろった常光屈折率ｎｏ＝１．５５、異常光屈折率ｎｅ＝１．７５で膜厚２．３３μｍの高分子液晶層２Ａを形成した。
【００６６】
次に、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチングにより、この高分子液晶層１Ａおよび２Ａを断面が鋸歯格子形状で格子定数（ピッチ）Ｌ（＝５μｍ）のブレーズ回折格子を加工し、屈折率ｎｓ＝１．５５の均質屈折率接着材を用いて高分子液晶層の凹部に充填することにより均質屈折率透明層３を形成するとともに、ガラス基板（透明基板１）とガラス基板（透明基板２）とを接着し、図１に示す平板型偏光ビームスプリッタＰ１を形成した。このとき、高分子液晶層１Ａおよび２Ａの鋸歯形状は、８段の階段格子で近似した形に加工して、互いにＸ軸に対して１８０度回転した形状としている。
【００６７】
偏光ビームスプリッタＰ１にＰ偏光が入射した場合、高分子液晶層１Ａと均質屈折率透明層３との屈折率差（ｎｏ−ｎｓ）はゼロのため、ブレーズ回折格子（１Ａ）により回折されることなく透過する。一方、高分子液晶層２Ａと均質屈折率接着材３との屈折率差（ｎｅ−ｎｓ）は０．２０で、最大光路長（ｎｅ−ｎｓ）×ｄが０．４６６μｍとなり、波長５３２ｎｍの入射光に対してブレーズ回折格子（２Ａ）の＋１次回折効率が約８０％で、図１に示すように、回折角度θは、
2004184505.tif 000004
で上向きに回折された。
【００６８】
一方、偏光ビームスプリッタＰ１にＳ偏光が入射した場合、高分子液晶層１Ａと均質屈折率接着材３との屈折率差（ｎｅ−ｎｓ）は０．２０で、最大光路長（ｎｅ−ｎｓ）×ｄが０．４６６μｍとなり、波長５３２ｎｍの入射光に対してブレーズ回折格子（１Ａ）の＋１次回折効率が約８０％で、図１に示すように、回折角度θは、
2004184505.tif 000005
で下向きに回折された。なお、高分子液晶層２Ａと均質屈折率接着材３との屈折率差（ｎｏ−ｎｓ）はゼロのため、ブレーズ回折格子（２Ａ）により回折されることなく透過する。
したがって、偏光ビームスプリッタＰ１の入射光は、分離角度１２．２°でＰ偏光とＳ偏光が偏光方向により分離された。
【００６９】
前述したように、図７に示す従来の直角プリズムを張り合わせた偏光ビームスプリッタＰ５では、入射光の有効面積の増加に伴い素子の厚さが増し、容積および重量の増大を招いていたが、ここで説明してきたように、本発明の平板型偏光ビームスプリッタでは、入射光の有効面積に係わらず薄型素子であるため、小型軽量の偏光ビームスプリッタが実現した。また、本発明の平板型偏光ビームスプリッタでは、図９に示す従来の平板型偏光ビームスプリッタＰ６に比べ、Ｐ偏光とＳ偏光のビーム分離角を２倍に拡大できた。
【００７０】
さらに、光情報記録媒体１０内に体積ホログラムを記録するとともに、光情報記録媒体１０に体積ホログラムとして記録された情報を再生するため、前述のようにして作製された本発明の偏光ビームスプリッタＰ１、Ｐ３（Ｐ１〜Ｐ４のいずれでもよい）を、図５および図６に示すように光情報記録再生装置Ｄ１に用いることにより、光情報記録再生装置Ｄ１の小型軽量化が実現できるとともに、安定した記録再生動作が得られる。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の偏光ビームスプリッタにより、入射光の有効面積に係わらず薄型素子で、大きなＰ偏光とＳ偏光のビーム分離角度が得られるとともに、安定したビーム分離角度を実現できる。
【００７２】
また、本発明の偏光ビームスプリッタを、光情報記録媒体内に体積ホログラムを記録する光情報記録装置、および光情報記録媒体内に体積ホログラムを記録するとともに光情報記録媒体に体積ホログラムとして記録された情報を再生する光情報記録再生装置の偏光ビームスプリッタとして用いることにより、この光情報記録装置および光情報記録再生装置の小型軽量化が実現できるとともに、安定した記録再生動作が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る偏光ビームスプリッタの構成例を示す断面図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る偏光ビームスプリッタの構成例を示す断面図。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る偏光ビームスプリッタの構成例を示す断面図。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る偏光ビームスプリッタの構成例を示す断面図。
【図５】本発明に偏光ビームスプリッタを搭載した第５の実施形態に係る光情報記録再生装置における記録時の原理を説明するための説明図。
【図６】本発明に偏光ビームスプリッタを搭載した第５の実施形態に係る光情報記録再生装置における再生時の原理を説明するための説明図。
【図７】従来の直角プリズム張り合わせ型偏光ビームスプリッタの構成例を示す断面図。
【図８】従来の光情報記録再生装置の構成を示す説明図。
【図９】従来の平板型偏光ビームスプリッタの構成例を示す断面図。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ、２Ａ、２Ｂ：高分子液晶層（ブレーズ回折格子）
３、４：均質屈折率透明層
１０：光情報記録媒体
１、２：透明基板
１１：レーザ光源
１２、１７、１８：レンズ
１３：旋光用光学素子
１４：空間光変調素子
１５：液晶素子
１６：２分割旋光板
１９：撮像素子
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４、Ｐ３１、Ｐ３２、Ｐ３３：平板型偏光ビームスプリッタ
【図１】
2004184505.tif 000006
【図２】
2004184505.tif 000007
【図３】
2004184505.tif 000008
【図４】
2004184505.tif 000009
【図５】
2004184505.tif 000010
【図６】
2004184505.tif 000011
【図７】
2004184505.tif 000012
【図８】
2004184505.tif 000013
【図９】
2004184505.tif 000014