(57)【要約】  【課題】  ３つの波長帯域の光を偏光分離の対象として、分離能が高く吸収の少ない偏光分離膜および偏光分離プリズムを提供する。  【解決手段】  偏光分離膜(1)を、中心波長がそれぞれ４０５ｎｍ、６５０ｎｍ、７８０ｎｍの波長帯域の光を偏光分離の対象とする３つの膜群で構成する。偏光分離膜(1)を成す高屈折率の薄膜の材料を、６５０ｎｍと７８０ｎｍの波長帯域を対象とする膜群については二酸化チタンとし、４０５ｎｍの波長帯域を対象とする膜群については、二酸化チタンよりも屈折率は低いものの、吸収率の低い二酸化チタンと酸化ランタンの混合物（H4）とする。この偏光分離膜(1)をプリズムの内部に設けて偏光分離プリズムとする。【選択図】      図１
2005107317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率の異なる複数の薄膜より成り、Ｐ偏光成分を透過させてＳ偏光成分を反射する偏光分離膜において、
異なる３つの波長帯域の光を偏光分離の対象とし、屈折率の異なる少なくとも３種類の薄膜より成ることを特徴とする偏光分離膜。
【請求項２】
中心波長が略４０５ｎｍの波長帯域の光、中心波長が略６５０ｎｍの波長帯域の光、および中心波長が略７８０ｎｍの波長帯域の光を偏光分離の対象とすることを特徴とする請求項１に記載の偏光分離膜。
【請求項３】
屈折率が２．０以上の２種類の薄膜と、屈折率が１．５以下の１種類の薄膜より成ることを特徴とする請求項１に記載の偏光分離膜。
【請求項４】
屈折率が２．０以上の２種類の薄膜と、屈折率が１．６５以下の２種類の薄膜より成ることを特徴とする請求項１に記載の偏光分離膜。
【請求項５】
最も屈折率の高い薄膜の材料が二酸化チタンであることを特徴とする請求項１に記載の偏光分離膜。
【請求項６】
最も屈折率の低い薄膜の材料が二酸化珪素であることを特徴とする請求項１に記載の偏光分離膜。
【請求項７】
透明基板の表面または接合面に偏光分離膜を備える偏光分離プリズムにおいて、
偏光分離膜として請求項１に記載のものを備えることを特徴とする偏光分離プリズム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｐ偏光成分を透過させてＳ偏光成分を反射する偏光分離膜および偏光分離膜を備える偏光分離プリズムに関し、特に、異なる３つの波長帯域の光を偏光分離の対象とする偏光分離膜および偏光分離プリズムに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）等の光記録媒体の入出力を行う光ピックアップでは、光路の分岐を行うために、偏光分離（ＰＢＳ）膜を備えた偏光分離プリズムが用いられている。偏光分離膜は高屈折率の薄膜と低屈折率の薄膜を複数重ねたもので、薄膜間の屈折率の差により、Ｐ偏光成分を透過させてＳ偏光成分を反射する。
【０００３】
一般に、偏光分離膜は、高屈折率の薄膜と低屈折率の薄膜との屈折率差が大きいほど、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とを分離する能力が高くなる。このため、薄膜の材料として、屈折率が２．３５と高い二酸化チタン（ＴｉＯ2）と、屈折率が１．４５２と低い二酸化珪素（ＳｉＯ2）が用いられることが多い。薄膜の材料としてこれら以外のものを用いることもあるが、偏光分離膜は通常、高屈折率の薄膜と低屈折率の薄膜を交互に重ねた構成である。
【０００４】
偏光分離膜は波長依存性を有しており、入射する光の波長が異なれば、Ｐ偏光成分やＳ偏光成分に対する透過率や反射率が変わる。偏光分離膜はまた、入射角依存性も有しており、入射角が異なれば、波長が一定であっても、Ｐ偏光成分に対して最大の透過率となる波長や、Ｓ偏光成分に対して最大の反射率となる波長が変動する。
【０００５】
実用に際しては、光源が発する光の波長にバラツキがあったり、発散光や収束光を偏光分離の対象としたり、さらには、配置に際しての向きに誤差が生じたりする。このため、多数の薄膜で偏光分離膜を構成して、Ｐ偏光成分をほとんど全て透過させてＳ偏光成分をほとんど全て反射する機能を、ある程度の波長帯域にわたって発揮できるようにしている。この波長帯域の幅は２０ｎｍ（設計波長±１０ｎｍ）程度であり、これは設計波長における入射角の幅では１２゜（設計入射角±６゜）程度に相当する。
【０００６】
ＣＤに用いられる光の波長は７８０ｎｍ程度であり、ＣＤよりも記録密度の高いＤＶＤに用いられる光の波長は６５０ｎｍ程度である。ＣＤとＤＶＤの双方の入出力を同一の光ピックアップで行うことにより、これらの光記録媒体を使用する装置の小型化や低コスト化を図ることが行われている。この光ピックアップでは、中心波長が７８０ｎｍの波長帯域の光に対する偏光分離膜と、中心波長が６５０ｎｍの波長帯域の光に対する偏光分離膜とを重ね合わせた構成の偏光分離膜が用いられている（例えば特開２００２−２０７１２０号公報参照）。
【特許文献１】特開２００２−２０７１２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年では、より記録密度の高い光記録媒体の開発が進められており、その入出力に用いられる光の波長は４０５ｎｍである。このような高密度の記録媒体が実用化されても、ＣＤやＤＶＤは継続して使用されるから、これら全ての入出力を同一の光ピックアップで行って、装置の大型化を避けるのが望ましい。これは、中心波長が７８０ｎｍの波長帯域の光に対する偏光分離膜と、中心波長が６５０ｎｍの波長帯域の光に対する偏光分離膜と、中心波長が４０５ｎｍの波長帯域に対する偏光分離膜とを重ね合わせた構成の偏光分離膜を用いることで、実現できると期待される。
【０００８】
ところが、このような偏光分離膜は必然的に構成薄膜の数が多くなるため、偏光分離膜自体による吸収が多くなる。小型軽量であることが要求される光ピックアップでは、光源として半導体レーザを用いるの一般的であるが、４０５ｎｍという短波長の光を発する半導体レーザの発光強度は、６５０ｎｍあるいは７８０ｎｍという長波長の光を発する半導体レーザの発光強度に比べてかなり低い。このため、短波長の光に対してできるだけ吸収の少ない偏光分離膜とする必要がある。
【０００９】
二酸化チタンは、高屈折率の薄膜の材料として好適な高い屈折率を有する反面、光の吸収、特に短波長の光の吸収が多いという特性も有している。このため、中心波長が４０５ｎｍ、６５０ｎｍ、７８０ｎｍの３つの波長帯域を対象とする偏光分離膜において、高屈折率の薄膜の材料として二酸化チタンを偏光分離膜の全体にわたって用いると、中心波長が４０５ｎｍの光を高強度で提供することが困難になる。
【００１０】
吸収の少ない混合材料Ｈ４を高屈折率の薄膜の材料として用いれば、吸収は減少する。ここで、混合材料Ｈ４は、二酸化チタンと酸化ランタンの混合物である。ところが、このような材料は屈折率が二酸化チタンよりも低いため、高屈折率の薄膜の材料として偏光分離膜の全体にわたって用いると、全ての波長帯域においてＰ偏光成分とＳ偏光成分の分離能が低下する。特に、入射角依存性が顕著になり、良好に偏光分離を行い得る波長帯域が狭くなる。
【００１１】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、３つの波長帯域の光を偏光分離の対象し、分離能が高く吸収の少ない偏光分離膜および偏光分離プリズムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明では、屈折率の異なる複数の薄膜より成り、Ｐ偏光成分を透過させてＳ偏光成分を反射する偏光分離膜は、異なる３つの波長帯域の光を偏光分離の対象とし、屈折率の異なる少なくとも３種類の薄膜より成るものとする。
【００１３】
この偏光分離膜は、３つの波長帯域の光を偏光分離の対象とするが、薄膜として、従来のように２種類ではなく、３種類以上を備える。このため、高屈折率の薄膜と低屈折率の薄膜の組み合わせの自由度が高く、例えば、１つの波長帯域の光を偏光分離の対象とする部分の薄膜の組み合わせと、他の２つの波長帯域の光を偏光分離の対象とする部分の薄膜の組み合わせとを、相違させることができる。これにより、吸収の多い薄膜が偏光分離膜の全体にわたって存在するのを避けることが可能になり、吸収が抑えられる。また、３つの波長帯域の各々の光に対して良好な偏光分離能を有する設定とすることも容易になる。
【００１４】
ここで、中心波長が略４０５ｎｍの波長帯域の光、中心波長が略６５０ｎｍの波長帯域の光、および中心波長が略７８０ｎｍの波長帯域の光を偏光分離の対象とするとよい。この偏光分離膜は、ＣＤ、ＤＶＤ、および次世代の光記録媒体の入出力に用いる光を偏光分離するものとなり、次世代の光記録媒体の入出力に用いる光の吸収を低減することができる。
【００１５】
上記偏光分離膜は、屈折率が２．０以上の２種類の薄膜と、屈折率が１．５以下の１種類の薄膜より成るものとすることができる。このようにすると、高屈折率の薄膜と低屈折率の薄膜の屈折率差が０．５以上となり、３つの波長帯域の各々の光に対する偏光分離能の確保が容易になる。
【００１６】
屈折率が２．０以上の２種類の薄膜と、屈折率が１．６５以下の２種類の薄膜より成るものとすることもできる。この構成でも３つの波長帯域の各々の光に対する偏光分離能を確保することが可能である。
【００１７】
最も屈折率の高い薄膜の材料は二酸化チタンとすることができるし、最も屈折率の低い薄膜の材料は二酸化珪素とすることができる。これらの材料は、高い分離能の実現に適する屈折率を有する上、応力特性にも優れているため、３つの波長帯域の光を偏光分離の対象とするために厚くなりがちな偏光分離膜の機械的強度の確保にも適する。
【００１８】
前記目的を達成するために、本発明ではまた、透明基板の表面または接合面に偏光分離膜を備える偏光分離プリズムにおいて、偏光分離膜として上記のものを備えるようにする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の偏光分離膜および偏光分離プリズムは、３つの波長帯域の光を偏光分離の対象としながら、光の吸収が少なく、各波長帯域の光に対する偏光分離能も高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の偏光分離膜および偏光分離プリズムの実施形態について、図面を参照しながら説明する。第１の実施形態の偏光分離膜１の構成を図１に模式的に示す。偏光分離膜１は、中心波長が略４０５ｎｍの第１の波長帯域の光と、中心波長が略６５０ｎｍの第２の波長帯域の光と、中心波長が略７８０ｎｍの第３の波長帯域の光とを偏光分離の対象としており、第１の波長帯域の光を偏光分離する膜群と、第２の波長帯域の光を偏光分離する膜群と、第３の波長帯域の光を偏光分離する膜群より成る。
【００２１】
第１の波長帯域の光を偏光分離する膜群は、二酸化チタン（ＴｉＯ2）と酸化ランタン（Ｌａ2Ｏ3）との混合物（酸化ランタンが６０％以上）であるＨ４から成る薄膜と、二酸化珪素（ＳｉＯ2）から成る薄膜とを交互に重ねて構成されている。第２の波長帯域の光を偏光分離する膜群は、二酸化チタンから成る薄膜と、二酸化珪素から成る薄膜とを交互に重ねて構成されており、第３の波長帯域の光を偏光分離する膜群も、二酸化チタンから成る薄膜と、二酸化珪素から成る薄膜とを交互に重ねて構成されている。Ｈ４の屈折率は波長５５０ｎｍにおいて２．０９、二酸化チタンの屈折率は波長６００ｎｍにおいて２．３５、二酸化珪素の屈折率は波長６００ｎｍにおいて１．４５２である。
【００２２】
偏光分離膜１では、高屈折率の材料として吸収率の高い二酸化チタンを使用するが、その使用を第２の波長帯域の光を偏光分離する膜群と第３の波長帯域の光を偏光分離する膜群とに限っており、第１の波長帯域の光を偏光分離する膜群には、より吸収率の低いＨ４を高屈折率の材料として用いている。このため、偏光分離の対象とする光の吸収、特に短波長の第１の波長帯域の光の吸収が抑えられる。
【００２３】
偏光分離膜１は、プリズムの内部に設けること、すなわち、２つの光学材料の接合面に設けることを考えて設計されている。第１の波長帯域（略４５０ｎｍ）の光を偏光分離する膜群がプリズムの光学材料に接し、第３の波長帯域（略７８０ｎｍ）の光を偏光分離する膜群が、接合のための接着剤層に接する。
【００２４】
偏光分離膜１は、図１に示すように、第１の波長帯域の光を偏光分離する膜群側から光が入射する形態で使用することができるし、逆に、第３の波長帯域の光を偏光分離する膜群側から光が入射する形態で使用することもできるが、前者の方が好ましい。この使用形態では、第１の波長帯域のＳ偏光成分が、二酸化チタンから成る薄膜に達する前に反射されることになって、その吸収をより抑えることができるからである。
【００２５】
偏光分離膜１の設計例を表１に示す。なお、薄膜には、入射側から順に通し番号を付している。また、設計波長が３つあるため、膜厚は、設計波長の倍数では表現せずに、物理的厚さ（単位ｎｍ）で表している。これらの点は以下に示す他の表でも同様である。ここでは、入射側の媒質（光学材料）をＳＫ１０（屈折率１．６４）とし、出射側の媒質（接着剤層）の屈折率を１．５２としている。
【００２６】
＜表１＞  偏光分離膜１（ＴｉＯ2＋Ｈ４＋ＳｉＯ2）
薄膜層    材料      膜厚（ｎｍ）      薄膜層    材料      膜厚（ｎｍ）
第１層    ＳｉＯ2   １２７．３０      第２層    Ｈ４        ４２．８０
第３層    ＳｉＯ2     ８２．８３      第４層    Ｈ４        ３３．９３
第５層    ＳｉＯ2     ７３．４２      第６層    Ｈ４          ０
第７層    ＳｉＯ2     ５４．５７      第８層    Ｈ４        ４２．５８
第９層    ＳｉＯ2     ７９．２７      第１０層  Ｈ４        ４５．０１
第１１層  ＳｉＯ2     ８７．６９      第１２層  Ｈ４        ４４．９２
第１３層  ＳｉＯ2     ８４．５３      第１４層  Ｈ４        ５１．４６
第１５層  ＳｉＯ2     ８５．６４      第１６層  Ｈ４        ２７．２９
第１７層  ＳｉＯ2   １０７．３４      第１８層  Ｈ４        ８０．８２
第１９層  ＳｉＯ2   １２１．８５      第２０層  Ｈ４        ８４．５１
第２１層  ＳｉＯ2   １２１．７２      第２２層  Ｈ４        １８．４５
第２３層  ＳｉＯ2   １４０．９０      第２４層  Ｈ４        ６７．９０
第２５層  ＳｉＯ2   １３５．２３      第２６層  ＴｉＯ2     ６２．１８
第２７層  ＳｉＯ2   １２７．８５      第２８層  ＴｉＯ2     ６０．２６
第２９層  ＳｉＯ2   １２９．０６      第３０層  ＴｉＯ2     ７２．９４
第３１層  ＳｉＯ2   １４６．６０      第３２層  ＴｉＯ2     ８４．１５
第３３層  ＳｉＯ2   １０２．００      第３４層  ＴｉＯ2     ７３．３０
第３５層  ＳｉＯ2   １４０．０３      第３６層  ＴｉＯ2     ８０．６３
第３７層  ＳｉＯ2   ２４９．６８      第３８層  ＴｉＯ2   １１０．９０
第３９層  ＳｉＯ2   ２４４．１７      第４０層  ＴｉＯ2   １１０．５７
第４１層  ＳｉＯ2   ２６４．１９      第４２層  ＴｉＯ2   １０２．５７
第４３層  ＳｉＯ2   ２８０．２７      第４４層  ＴｉＯ2     ４４．５２
第４５層  ＳｉＯ2       ０            第４６層  ＴｉＯ2     ５０．４０
第４７層  ＳｉＯ2     ９２．９３
【００２７】
表１に示した設計例での偏光分離膜１の波長３５０ｎｍ〜１０００ｎｍにおける透過率を図２に示す。図２において、太線がＳ偏光成分の透過率であり、細線がＰ偏光成分の透過率である。また、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、入射角が３９゜、４５゜、５１゜のときの透過率を表している。これらの点は、以下に示す他の透過率の図でも同様である。
【００２８】
図２より、入射角が４５゜（設計値）±６゜の範囲内で、偏光分離膜１が、４０５ｎｍ±１０ｎｍの波長帯域、６５０ｎｍ±１５ｎｍの波長帯域、および７８０ｎｍ±２０ｎｍの波長帯域において、Ｓ偏光成分をほとんど全て反射し、Ｐ偏光成分を８５％以上透過させることが判る。このように、偏光分離膜１の分離能は高い。
【００２９】
高屈折率の薄膜の材料として、二酸化チタンのみを用いた比較例１の偏光分離膜の設計例を表２に示す。表１の設計例と同様、入射側の媒質（光学材料）はＳＫ１０であり、出射側の媒質（接着剤層）の屈折率は１．５２である。
【００３０】
＜表２＞  比較例１（ＴｉＯ2＋ＳｉＯ2）
薄膜層    材料      膜厚（ｎｍ）      薄膜層    材料      膜厚（ｎｍ）
第１層    ＳｉＯ2   １５２．２１      第２層    ＴｉＯ2     ３２．５１
第３層    ＳｉＯ2     ５６．９３      第４層    ＴｉＯ2     ４２．９１
第５層    ＳｉＯ2     ６７．９３      第６層    ＴｉＯ2     ４３．１５
第７層    ＳｉＯ2     ７７．９９      第８層    ＴｉＯ2     ３７．８７
第９層    ＳｉＯ2     ７３．４８      第１０層  ＴｉＯ2     ４２．８７
第１１層  ＳｉＯ2     ７８．４０      第１２層  ＴｉＯ2     ４１．３１
第１３層  ＳｉＯ2     ６９．２２      第１４層  ＴｉＯ2     ４３．５１
第１５層  ＳｉＯ2     ８０．８８      第１６層  ＴｉＯ2     ３２．３２
第１７層  ＳｉＯ2     ６０．０１      第１８層  ＴｉＯ2     ４８．１３
第１９層  ＳｉＯ2   １４４．３６      第２０層  ＴｉＯ2     ７４．５８
第２１層  ＳｉＯ2   １４３．８３      第２２層  ＴｉＯ2     ５８．８０
第２３層  ＳｉＯ2   １５４．４２      第２４層  ＴｉＯ2     ７９．１８
第２５層  ＳｉＯ2     ８５．０３      第２６層  ＴｉＯ2     ７５．８３
第２７層  ＳｉＯ2   １３２．８４      第２８層  ＴｉＯ2     ７４．７１
第２９層  ＳｉＯ2   １５６．３６      第３０層  ＴｉＯ2     ６４．８６
第３１層  ＳｉＯ2   １３４．９７      第３２層  ＴｉＯ2       ６．３９
第３３層  ＳｉＯ2     ４２．４７      第３４層  ＴｉＯ2     ５２．５７
第３５層  ＳｉＯ2     ８３．９３      第３６層  ＴｉＯ2   １０６．８３
第３７層  ＳｉＯ2   ２８７．９７      第３８層  ＴｉＯ2   １１１．４０
第３９層  ＳｉＯ2   ２２４．３５      第４０層  ＴｉＯ2   １００．１３
第４１層  ＳｉＯ2   ２３５．２４      第４２層  ＴｉＯ2   １３３．３８
第４３層  ＳｉＯ2   ２３６．５１      第４４層  ＴｉＯ2   １２０．８５
第４５層  ＳｉＯ2   ２９９．５７      第４６層  ＴｉＯ2     ２７．４１
第４７層  ＳｉＯ2     ５０．５４      第４８層  ＴｉＯ2     ３１．３７
第４９層  ＳｉＯ2     ７１．１６
【００３１】
表２の設定における比較例１の偏光分離膜の透過率を図１１に示す。図２と図１１の比較より明らかなように、第１の実施形態の偏光分離膜１は、第１、第２、第３の波長帯域の光全てに対して、高屈折率の薄膜の材料として二酸化チタンのみを用いた構成と同等の偏光分離能を有する。
【００３２】
高屈折率の薄膜の材料として、Ｈ４のみを用いた比較例２の偏光分離膜の設計例を表３に示す。表１の設計例と同様、入射側の媒質（光学材料）はＳＫ１０であり、出射側の媒質（接着剤層）の屈折率は１．５２である。
【００３３】
＜表３＞  比較例２（Ｈ４＋ＳｉＯ2）
薄膜層    材料      膜厚（ｎｍ）      薄膜層    材料      膜厚（ｎｍ）
第１層    ＳｉＯ2       １．４１      第２層    Ｈ４        ３７．６８
第３層    ＳｉＯ2     ６３．７６      第４層    Ｈ４        ５８．８１
第５層    ＳｉＯ2     ５５．５８      第６層    Ｈ４          ０
第７層    ＳｉＯ2     ３６．７２      第８層    Ｈ４        ４２．５８
第９層    ＳｉＯ2     ８５．８９      第１０層  Ｈ４        ５４．１９
第１１層  ＳｉＯ2     ７６．７４      第１２層  Ｈ４        ５０．７４
第１３層  ＳｉＯ2     ９０．５０      第１４層  Ｈ４        ５０．５９
第１５層  ＳｉＯ2     ７４．３６      第１６層  Ｈ４        ５５．４６
第１７層  ＳｉＯ2   １０４．３１      第１８層  Ｈ４        ６２．２４
第１９層  ＳｉＯ2   １４３．４５      第２０層  Ｈ４        ９４．３６
第２１層  ＳｉＯ2     ９６．１１      第２２層  Ｈ４          ８．５６
第２３層  ＳｉＯ2   １３３．６８      第２４層  Ｈ４        ７６．８９
第２５層  ＳｉＯ2   １２０．５３      第２６層  Ｈ４        ７１．８０
第２７層  ＳｉＯ2   １３８．８０      第２８層  Ｈ４        ８１．１２
第２９層  ＳｉＯ2   １４４．３５      第３０層  Ｈ４        ８０．２０
第３１層  ＳｉＯ2   １５７．３５      第３２層  Ｈ４        ８８．１６
第３３層  ＳｉＯ2   １４９．８３      第３４層  Ｈ４        ９２．５３
第３５層  ＳｉＯ2   １６６．９６      第３６層  Ｈ４        ８６．１８
第３７層  ＳｉＯ2   ２２７．２６      第３８層  Ｈ４      １３３．１９
第３９層  ＳｉＯ2   ２１２．７７      第４０層  Ｈ４      １２０．２５
第４１層  ＳｉＯ2   ２５２．２６      第４２層  Ｈ４      １３５．５６
第４３層  ＳｉＯ2   ２６２．１５      第４４層  Ｈ４        ５６．３９
第４５層  ＳｉＯ2       ０            第４６層  Ｈ４        ６３．３６
第４７層  ＳｉＯ2     ３７．１７
【００３４】
表３の設定における比較例２の偏光分離膜の透過率を図１２に示す。この偏光分離膜は、図１２（ｂ）より判るように、入射角が設計値どおりの場合は、第１、第２、第３の波長帯域の光全てに対して、第１の実施形態の偏光分離膜１や比較例１の偏光分離膜と同等以上の良好な偏光分離能を有する。ところが、図１２（ａ）より明らかなように、入射角が３９゜（設計値−６゜）になると、第１の波長帯域（略４０５ｎｍ）のＰ偏光成分の透過率が大きく低下し、第２の波長帯域（略６５０ｎｍ）のＰ偏光成分の透過率も大きく低下する。また、図１２（ｃ）より明らかなように、入射角が５１゜（設計値＋６゜）でも、第２の波長帯域のＰ偏光成分の透過率に低下が見られる。
【００３５】
このように、吸収を抑えるために高屈折率の薄膜の材料として二酸化チタンよりも屈折率の低いＨ４のみを用いると、入射角が設計値どおりでなくなったときに、偏光分離能が低下してしまう。これに対し、高屈折率の薄膜の材料として二酸化チタンとＨ４とを併用した第１の実施形態の偏光分離膜１では、前述のように、入射角が設計値から多少ずれても高い偏光分離能が確保される。
【００３６】
第２の実施形態の偏光分離膜２の構成を図３に模式的に示す。偏光分離膜２は、第１の実施形態の偏光分離膜１を修飾して、中心波長が略４０５ｎｍの第１の波長帯域の光を偏光分離の対象とする膜群と、中心波長が略７８０ｎｍの第３の波長帯域の光を偏光分離の対象とする膜群とを入れ替えたものである。第３の波長帯域の光を偏光分離する膜群がプリズムの光学材料に接し、第１の波長帯域の光を偏光分離する膜群が接着剤層に接する。
【００３７】
偏光分離膜２の設計例を表４に示し、その設計例での透過率を図４に示す。なお、ここでも、入射側の媒質（光学材料）をＳＫ１０とし、出射側の媒質（接着剤層）の屈折率を１．５２としている。
【００３８】
＜表４＞  偏光分離膜２（ＴｉＯ2＋Ｈ４＋ＳｉＯ2）
薄膜層    材料      膜厚（ｎｍ）      薄膜層    材料      膜厚（ｎｍ）
第１層    ＳｉＯ2   １４６．８２      第２層    ＴｉＯ2     ５２．５８
第３層    ＳｉＯ2     ３２．４９      第４層    ＴｉＯ2     ３８．８３
第５層    ＳｉＯ2     ７６．００      第６層    ＴｉＯ2     ３９．６５
第７層    ＳｉＯ2     ９３．７４      第８層    ＴｉＯ2     ３５．５１
第９層    ＳｉＯ2     ５９．６６      第１０層  ＴｉＯ2     ４４．９０
第１１層  ＳｉＯ2     ９３．２９      第１２層  ＴｉＯ2     ３６．７８
第１３層  ＳｉＯ2     ７２．６６      第１４層  ＴｉＯ2     ３９．５７
第１５層  ＳｉＯ2     ７５．１４      第１６層  ＴｉＯ2     ４３．４５
第１７層  ＳｉＯ2     ５９．９１      第１８層  ＴｉＯ2     ２８．３１
第１９層  ＳｉＯ2   １３１．７９      第２０層  ＴｉＯ2     ７４．３２
第２１層  ＳｉＯ2   １３９．７２      第２２層  ＴｉＯ2     ６９．３８
第２３層  ＳｉＯ2     ８７．４１      第２４層  ＴｉＯ2     ７４．６９
第２５層  ＳｉＯ2   １１６．４９      第２６層  Ｈ４        ９２．９３
第２７層  ＳｉＯ2   １６１．４８      第２８層  Ｈ４      １０４．３４
第２９層  ＳｉＯ2   １６２．０１      第３０層  Ｈ４        ７５．８６
第３１層  ＳｉＯ2   １９４．８２      第３２層  Ｈ４        ７６．６４
第３３層  ＳｉＯ2   １８４．０６      第３４層  Ｈ４        ９０．１５
第３５層  ＳｉＯ2   ３１５．７１      第３６層  Ｈ４        ９８．０７
第３７層  ＳｉＯ2   １６６．０３      第３８層  Ｈ４        ９０．３５
第３９層  ＴｉＯ2       ０            第４０層  ＳｉＯ2   ２２３．５８
第４１層  Ｈ４      １４２．５５      第４２層  ＳｉＯ2   ２７７．８２
第４３層  Ｈ４      １３６．８６      第４４層  ＳｉＯ2   ２６８．５５
第４５層  Ｈ４      １２２．４８      第４６層  ＳｉＯ2     ８８．１４
【００３９】
図４と図２、図１１との比較より判るように、偏光分離膜２も、偏光分離膜１と同様に、第１、第２、第３の波長帯域の光全てに対して、高屈折率の薄膜の材料として二酸化チタンのみを用いた比較例１の偏光分離膜と同等の偏光分離能を有する。入射角が設計値からずれたときの偏光分離能の低下も少ない。
【００４０】
第３の実施形態の偏光分離膜３の構成を図５に模式的に示す。偏光分離膜５も、中心波長が略４０５ｎｍの第１の波長帯域の光と、中心波長が略６５０ｎｍの第２の波長帯域の光と、中心波長が略７８０ｎｍの第３の波長帯域の光とを偏光分離の対象としており、第１の波長帯域の光、第２の波長帯域の光、第３の波長帯域の光をそれぞれ偏光分離する３つの膜群より成る。
【００４１】
第１の波長帯域の光を偏光分離する膜群は、Ｈ４から成る薄膜と、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）から成る薄膜とを交互に重ねて構成されている。第２の波長帯域の光を偏光分離する膜群は、二酸化チタンから成る薄膜と、二酸化珪素から成る薄膜とを交互に重ねて構成されており、第３の波長帯域の光を偏光分離する膜群も、二酸化チタンから成る薄膜と、二酸化珪素から成る薄膜とを交互に重ねて構成されている。酸化アルミニウムの屈折率は波長５５０ｎｍにおいて１．６２である。
【００４２】
偏光分離膜１は、プリズムの表面に設けることを考えて設計されている。第１の波長帯域（略４０５ｎｍ）の光を偏光分離する膜群がプリズムの光学材料に接し、第３の波長帯域（略７８０ｎｍ）の光を偏光分離する膜群が空気に接する。
【００４３】
偏光分離膜３の設計例を表５に示す。ここでは、出射側の媒質（光学材料）をＬＡＦ７１としている。ＬＡＦ７１の屈折率は波長４０５ｎｍにおいて１．７９９である。
【００４４】
＜表５＞  偏光分離膜３（ＴｉＯ2＋Ｈ４＋ＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3）
薄膜層    材料      膜厚（ｎｍ）      薄膜層    材料      膜厚（ｎｍ）
第１層    ＴｉＯ2     ７２．８２      第２層    ＳｉＯ2   １３４．８２
第３層    ＴｉＯ2     ４５．２５      第４層    ＳｉＯ2       ０
第５層    ＴｉＯ2   ２２７．１９      第６層    ＳｉＯ2       ０
第７層    ＴｉＯ2     ８３．９４      第８層    ＳｉＯ2       ０
第９層    ＴｉＯ2   １８２．３０      第１０層  ＳｉＯ2       ０
第１１層  ＴｉＯ2       ０            第１２層  ＳｉＯ2   １０３．８４
第１３層  ＴｉＯ2       ０            第１４層  ＳｉＯ2     ９３．７７
第１５層  ＴｉＯ2     ８９．０５      第１６層  ＳｉＯ2       ０
第１７層  ＴｉＯ2       ０            第１８層  ＳｉＯ2   １７７．０２
第１９層  ＴｉＯ2     ６７．９７      第２０層  ＳｉＯ2   １０７．１８
第２１層  ＴｉＯ2     ５９．４１      第２２層  ＳｉＯ2     ５８．６１
第２３層  ＴｉＯ2       ０            第２４層  ＳｉＯ2   １１１．７２
第２５層  ＴｉＯ2     ５３．５３      第２６層  ＳｉＯ2     ９８．２７
第２７層  ＴｉＯ2     ５０．２２      第２８層  ＳｉＯ2     ９３．９０
第２９層  ＴｉＯ2     ５２．３９      第３０層  ＳｉＯ2   １０３．９８
第３１層  ＴｉＯ2     ５７．１７      第３２層  ＳｉＯ2   ２０２．６０
第３３層  ＴｉＯ2     ５７．４０      第３４層  ＳｉＯ2   １００．３０
第３５層  ＴｉＯ2   １１０．７０      第３６層  ＳｉＯ2     ７７．０２
第３７層  ＴｉＯ2     ２３．４５      第３８層  ＳｉＯ2     ５２．３１
第３９層  ＴｉＯ2     ３７．１１      第４０層  ＳｉＯ2   ２０８．５９
第４１層  ＴｉＯ2     ４０．７５      第４２層  ＳｉＯ2   １９５．７３
第４３層  ＴｉＯ2     ３８．８２      第４４層  ＳｉＯ2     ７８．１０
第４５層  ＴｉＯ2     ４４．２５      第４６層  ＳｉＯ2     ９６．７５
第４７層  ＴｉＯ2     ７３．０８      第４８層  ＳｉＯ2   １０５．９５
第４９層  ＴｉＯ2     ６２．４２      第５０層  ＳｉＯ2   １５０．３９
第５１層  Ｈ４        ６６．０７      第５２層  Ａｌ2Ｏ3  １６２．９５
第５３層  Ｈ４        ７４．２１      第５４層  Ａｌ2Ｏ3    ７５．７１
第５５層  Ｈ４      １５９．３１      第５６層  Ａｌ2Ｏ3    ７８．００
第５７層  Ｈ４      １３３．０９      第５８層  Ａｌ2Ｏ3    ９６．２３
第５９層  Ｈ４      １１０．８４      第６０層  Ａｌ2Ｏ3  １０３．２３
第６１層  Ｈ４      １０５．９９      第６２層  Ａｌ2Ｏ3  １１４．３２
第６３層  Ｈ４      １３０．２９      第６４層  Ａｌ2Ｏ3    ３１．６２
第６５層  Ｈ４        ６４．０８      第６６層  Ａｌ2Ｏ3  １６９．８５
第６７層  Ｈ４        ７０．２０      第６８層  Ａｌ2Ｏ3    ９２．０５
第６９層  Ｈ４      １２５．７０      第７０層  Ａｌ2Ｏ3  １５６．３３
第７１層  Ｈ４      １０３．４９      第７２層  Ａｌ2Ｏ3  １７８．７４
第７３層  Ｈ４        ９４．８５      第７４層  Ａｌ2Ｏ3      ０
第７５層  Ｈ４      １２２．０７      第７６層  Ａｌ2Ｏ3  １４６．０９
第７７層  Ｈ４          ０            第７８層  Ａｌ2Ｏ3  ２０８．７９
第７９層  Ｈ４        ４４．５９      第８０層  Ａｌ2Ｏ3  ２２５．７８
【００４５】
表５に示した設計例での偏光分離膜３の透過率を図６に示す。偏光分離膜３は、第１、第２の実施形態の偏光分離膜１、２に比べて、Ｓ偏光成分が透過する波長が多く、Ｐ偏光成分が反射する波長も多い。しかし、入射角が４５゜（設計値）±６゜の範囲内で、４０５ｎｍ±１０ｎｍの波長帯域、６５０ｎｍ±１５ｎｍの波長帯域、および７８０ｎｍ±２０ｎｍの波長帯域において、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分を良好に分離することができる。
【００４６】
以下、第１〜第３の実施形態の偏光分離膜１〜３を備えたプリズムの実施形態、およびこれらのプリズムを採用した光ピックアップについて説明する。
【００４７】
第４の実施形態のプリズム４の構成を図７に模式的に示す。プリズム４は、断面が台形プリズム片と断面が平行四辺形のプリズム片と断面が三角形のプリズム片を接合して構成されており、全体として長方形の断面を有する。２つの接合面にはそれぞれ偏光分離膜２１と反射膜２３が設けられている。偏光分離膜２１と反射膜２３は互いに平行で、プリズム４の表面１１、１２に対して４５゜の角度を成す。偏光分離膜２１は、第１の実施形態の偏光分離膜１または第２の実施形態の偏光分離膜２である。
【００４８】
プリズム４を採用した光ピックアップの構成を図８に模式的に示す。この光ピックアップは、プリズム４のほか、レーザ光源３１、対物レンズ３２、１／４波長位相板３３、および、フォトダイオード３４を有する。
【００４９】
レーザ光源３１は、中心波長が４０５ｎｍのレーザ光を発するレーザダイオードと、中心波長が６５０ｎｍのレーザ光を発するレーザダイオードと、中心波長が７８０ｎｍのレーザ光を発するレーザダイオードより成る。これら３つのレーザダイオードは、発するレーザ光の主光線が平行になるように、かつ互いに近接して並べて配置されている。３つのレーザダイオードの発光は光記録媒体Ｍの種類に応じて制御され、記録媒体Ｍに対応するもののみがレーザ光を発する。
【００５０】
レーザ光源３１は、発するレーザ光の主光線が偏光分離膜２１と４５゜の角度を成すようにプリズム４の表面１２側に、かつ、発するレーザ光が偏光分離膜２１に対してＰ偏光となる向きに配置されている。
【００５１】
対物レンズ３２は、その光軸が、レーザ光源３１の中央のレーザダイオードが発するレーザ光の主光線と一致するように、表面１１側に配置されている。対物レンズ３２は、偏光分離膜２１を透過したレーザ光源３１からのレーザ光を、光記録媒体Ｍの記録層上に収束させる。１／４波長位相板３３は、プリズム４の表面１１と対物レンズ３２との間に、対物レンズ３２の光軸と直交するように配置されている。
【００５２】
フォトダイオード３４はレーザ光源３１と共に基板３６上に並べて設けられており、表面１２に対して平行に、かつ反射膜２３に対向するように配置されている。なお、フォトダイオード３４は、独立して光を検出する複数の領域を有しており、領域間の受光量の差に基づいて、記録媒体Ｍに記録されている情報が検出される。
【００５３】
レーザ光源３１が発した光は、表面１２を透過して偏光分離膜２１に入射し、偏光分離膜２１に対してＰ偏光の直線偏光であるため、全てこれを透過する。偏光分離膜２１を透過した光は表面１１を透過し、さらに１／４波長位相板３３を透過して円偏光となり、対物レンズ３２を透過して記録媒体Ｍの記録層上に収束し、反射される。
【００５４】
記録媒体Ｍによって反射された光は、対物レンズ３２を透過し、さらに１／４波長位相板３３を透過して直線偏光となる。この直線偏光は、偏光分離膜２１に対してＳ偏光となるため、表面１１を透過した後、全て偏光分離膜２１によって反射される。偏光分離膜２１によって反射された光は、反射膜２３に入射して再び反射され、表面１２を透過してフォトダイオード３４に達する。
【００５５】
フォトダイオード３４の出力信号は不図示の信号処理回路に与えられる。信号処理回路は、フォトダイオード３４の出力信号に基づいて、記録媒体Ｍからの光に担持されていた信号、すなわち、記録媒体Ｍに記録されていた情報を検出する。
【００５６】
第５の実施形態のプリズム５の構成を図９に模式的に示す。プリズム９は、互いに平行な表面１１、１２とこれらに対し４５゜の角度を成す表面１３を有する。表面１３には偏光分離膜２１が設けられており、表面１１には反射膜２３が設けられている。また、表面１２のうち、表面１３に対向する部位と、これに隣接し表面１１の一部に対向する部位には、半透過膜２２が設けられている。偏光分離膜２１は、第３の実施形態の偏光分離膜３である。
【００５７】
プリズム５を採用した光ピックアップの構成を図１０に模式的に示す。この光ピックアップは、プリズム５のほか、前述のレーザ光源３１、対物レンズ３２、１／４波長位相板３３、および２つのフォトダイオード３４、３５を有する。
【００５８】
レーザ光源３１は、発するレーザ光の主光線がプリズム５の表面１３と４５゜の角度を成すように、かつ、発するレーザ光が表面１３に対してＳ偏光となる向きに配置されている。対物レンズ３２は、その光軸が、レーザ光源３１の中央のレーザダイオードが発するレーザ光の主光線と表面１３との交点を通り、かつ、第３の表面１３と４５゜の角度を成すように配置されている。対物レンズ３２は、表面１３で反射されたレーザ光源３１からのレーザ光を、光記録媒体Ｍの記録層上に収束させる。
【００５９】
１／４波長位相板３３は、表面１３と対物レンズ３２との間に、対物レンズ３２の光軸と直交するように配置されている。２つのフォトダイオード３４、３５は、同一の基板３６上に設けられ、プリズム５の表面１２に対して平行に配置されている。一方のフォトダイオード３４は、表面１２のうちの半透過膜２２が設けられている部位に対向し、他方のフォトダイオード３５は、表面１２のうちの半透過膜２２が設けられていない部位に対向している。
【００６０】
レーザ光源３１が発した光は、表面１３上の偏光分離膜２１に入射し、偏光分離膜２１に対してＳ偏光の直線偏光であるため、全て反射される。偏光分離膜２１によって反射された光は１／４波長位相板３３を透過して円偏光となり、対物レンズ３２を透過して記録媒体Ｍの記録層上に収束し、反射される。
【００６１】
記録媒体Ｍによって反射された光は、対物レンズ３２を透過し、さらに１／４波長位相板３３を透過して直線偏光となる。この直線偏光は、偏光分離膜２１に対してＰ偏光となるため、全て偏光分離膜２１および表面１３を透過する。
【００６２】
この透過に際しては屈折が生じ、透過後の光は表面１２に対して傾く。ただし、この光は表面１２のうち半透過膜２２が設けられている部位に入射する。表面１２に入射した光は半透過膜２２に入射して、半分がこれを透過し、残りの半分が反射される。半透過膜２２を透過した光は、フォトダイオード３４に達する。半透過膜２２によって反射された光は、表面１１に入射し、反射膜２３によって反射され、表面１２のうち半透過膜２２が設けられていない部位に入射して透過し、フォトダイオード３５に達する。
【００６３】
なお、プリズム４およびプリズム５の表面１１、１２のうち、光を透過させる部位に反射防止膜を設けて、光の透過率を高めるようにしてもよい。
【００６４】
また、上記の各実施形態では、４０５ｎｍ、６５０ｎｍ、７８０ｎｍをそれぞれ中心とする３つの波長帯域の光を偏光分離の対象としているが、本発明は、これらの波長帯域に限らず、任意の３つの波長帯域の光を対象とする偏光分離膜および偏光分離プリズムに適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】第１の実施形態の偏光分離膜の構成を模式的に示す断面図。
【図２】第１の偏光分離膜の一設計例におけるＰ偏光成分およびＳ偏光成分に対する透過率を示す図。
【図３】第２の実施形態の偏光分離膜の構成を模式的に示す断面図。
【図４】第２の偏光分離膜の一設計例におけるＰ偏光成分およびＳ偏光成分に対する透過率を示す図。
【図５】第３の実施形態の偏光分離膜の構成を模式的に示す断面図。
【図６】第３の偏光分離膜の一設計例におけるＰ偏光成分およびＳ偏光成分に対する透過率を示す図。
【図７】第４の実施形態のプリズムの構成を模式的に示す断面図。
【図８】第４の実施形態のプリズムを採用した光ピックアップの構成を模式的に示す図。
【図９】第５の実施形態のプリズムの構成を模式的に示す断面図。
【図１０】第５の実施形態のプリズムを採用した光ピックアップの構成を模式的に示す図。
【図１１】高屈折率の薄膜が二酸化チタンのみより成る比較例の偏光分離膜の一設計例におけるＰ偏光成分およびＳ偏光成分に対する透過率を示す図。
【図１２】高屈折率の薄膜がＨ４のみより成る比較例の偏光分離膜の一設計例におけるＰ偏光成分およびＳ偏光成分に対する透過率を示す図。
【符号の説明】
【００６６】
１、２、３  偏光分離膜
４、５  偏光分離プリズム
１１、１２、１３  プリズム表面
２１    偏光分離膜
２２    半透過膜
２３    反射膜
３１    レーザ光源
３２    対物レンズ
３３    １／４波長位相板
３４、３５  フォトダイオード
３６    基板
【図１】
2005107317.tif 000003
【図２】
2005107317.tif 000004
【図３】
2005107317.tif 000005
【図４】
2005107317.tif 000006
【図５】
2005107317.tif 000007
【図６】
2005107317.tif 000008
【図７】
2005107317.tif 000009
【図８】
2005107317.tif 000010
【図９】
2005107317.tif 000011
【図１０】
2005107317.tif 000012
【図１１】
2005107317.tif 000013
【図１２】
2005107317.tif 000014