(57)【要約】  【課題】  入射角依存性の低い良好な偏光分離特性を保持しつつ、ｓ偏光を高い波面精度で反射させることができる偏光ビームスプリッター膜と、それを簡単に製造するための位相シフト調整方法を提供する。  【解決手段】  多層膜構成の偏光ビームスプリッター膜で反射するｓ偏光の位相シフトを調整する方法であって、所望の入射角度範囲・波長範囲において、ｓ偏光の反射時の位相シフトが入射角度に対してリニアーでない場合、層配列の順序を反転させる(＃７０)。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層膜構成の偏光ビームスプリッター膜で反射するｓ偏光の位相シフトを調整する方法であって、所望の入射角度範囲及び波長範囲において、ｓ偏光の反射時の位相シフトが入射角度に対してリニアーでない場合、層配列の順序を反転させることを特徴とする偏光ビームスプリッター膜の位相シフト調整方法。
【請求項２】
前記入射角度範囲及び波長範囲において、光入射側から光出射側にかけてのｓ偏光の電界強度分布に所定値を超えた増加がある場合、それに対応する層の膜厚調整により電界強度を所定値以下に抑えることを特徴とする請求項１記載の偏光ビームスプリッター膜の位相シフト調整方法。
【請求項３】
前記偏光ビームスプリッター膜の光入射側には基板が位置し、その基板での電界強度の４倍が前記所定値であることを特徴とする請求項２記載の偏光ビームスプリッター膜の位相シフト調整方法。
【請求項４】
前記入射角度範囲を所定値の±５°とし、最小入射角度及び最大入射角度での位相シフトで特定される１次関数からの位相シフトのズレを、前記入射角度範囲の全体にわたって±５０°以内に抑制することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の偏光ビームスプリッター膜の位相シフト調整方法。
【請求項５】
多層膜構成の偏光ビームスプリッター膜であって、所望の入射角度範囲及び波長範囲において、ｓ偏光の反射時の位相シフトが入射角度変動に対してリニアーに変化し、そのときの層配列の順序を反転させたときの多層膜構成では、ｓ偏光の反射時の位相シフトが入射角度に対してリニアーに変化しないことを特徴とする偏光ビームスプリッター膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は偏光ビームスプリッター膜の位相シフト調整方法に関するものであり、例えば、青色レーザー用の光ピックアップ光学系に適した光学特性を有する偏光ビームスプリッター膜とその位相シフト調整方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ピックアップ光学系の多くには、偏光分離機能を持つ偏光ビームスプリッター膜が用いられている。しかし、従来より知られている偏光ビームスプリッター膜は、入射角依存性が高いため、青色レーザー光のように広がり角の大きい入射光に対しては、十分な偏光分離を達成することが困難である。したがって、入射角依存性の低い偏光分離特性を有する偏光ビームスプリッター膜が望まれている。この要望に応えるため、入射光の発散角が±５°以上の広い角度領域に対しても所定の偏光分離特性を有する偏光ビームスプリッター膜が、特許文献１，２で提案されている。
【特許文献１】特開平８−１４６２１８号公報
【特許文献２】特開平９−１８４９１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１，２記載の偏光ビームスプリッター膜では、ｓ偏光の入射角依存性を透過率で２０％程度にしか抑えることができず、その偏光分離特性は不充分である。したがって、青色レーザーを用いた光ピックアップ光学系等に用いると、光量低下等の問題が生じてしまう。
【０００４】
また、従来より知られている偏光ビームスプリッター膜では、反射時にｓ偏光の位相がシフトしてしまい、その入射角度によってはｓ偏光の位相シフトに不規則な変化が発生する。その結果、ｓ偏光の波面精度が低下することになる。青色レーザーには発振の安定性が低い等の問題があり、その一方で青色レーザーを搭載する光ピックアップ光学系には高い精度が要求される。このため、ｓ偏光の位相シフトが入射角度変動によって不規則に変化すると、信号受光部が波面精度低下の影響を受けて様々な問題を引き起こしてしまう。特許文献２には、ｓ偏光とｐ偏光の透過又は反射による位相差の入射角依存性を小さくするために、膜厚の厚い位相調整膜を用いた偏光ビームスプリッター膜が提案されているが、ｓ偏光の位相シフトが入射角度変動によって不規則に変化するのを防止することはできない。
【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、入射角依存性の低い良好な偏光分離特性を保持しつつ、ｓ偏光を高い波面精度で反射させることができる偏光ビームスプリッター膜と、それを簡単に製造するための位相シフト調整方法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】
【０００６】
上記目的を達成するために、第１の発明の偏光ビームスプリッター膜の位相シフト調整方法は、多層膜構成の偏光ビームスプリッター膜で反射するｓ偏光の位相シフトを調整する方法であって、所望の入射角度範囲及び波長範囲において、ｓ偏光の反射時の位相シフトが入射角度に対してリニアーでない場合、層配列の順序を反転させることを特徴とする。
【０００７】
第２の発明の偏光ビームスプリッター膜の位相シフト調整方法は、上記第１の発明において、前記入射角度範囲及び波長範囲において、光入射側から光出射側にかけてのｓ偏光の電界強度分布に所定値を超えた増加がある場合、それに対応する層の膜厚調整により電界強度を所定値以下に抑えることを特徴とする。
【０００８】
第３の発明の偏光ビームスプリッター膜の位相シフト調整方法は、上記第２の発明において、前記偏光ビームスプリッター膜の光入射側には基板が位置し、その基板での電界強度の４倍が前記所定値であることを特徴とする。
【０００９】
第４の発明の偏光ビームスプリッター膜の位相シフト調整方法は、上記第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記入射角度範囲を所定値の±５°とし、最小入射角度及び最大入射角度での位相シフトで特定される１次関数からの位相シフトのズレを、前記入射角度範囲の全体にわたって±５０°以内に抑制することを特徴とする。
【００１０】
第５の発明の偏光ビームスプリッター膜は、多層膜構成の偏光ビームスプリッター膜であって、所望の入射角度範囲及び波長範囲において、ｓ偏光の反射時の位相シフトが入射角度変動に対してリニアーに変化し、そのときの層配列の順序を反転させたときの多層膜構成では、ｓ偏光の反射時の位相シフトが入射角度に対してリニアーに変化しないことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の偏光ビームスプリッター膜の位相シフト調整方法によれば、ｓ偏光の反射時の位相シフトを入射角度変動に対して簡単にリニアー化することができる。また、本発明の偏光ビームスプリッター膜によれば、ｓ偏光の反射時の位相シフトが入射角度変動に対してリニアーに変化するため、入射角依存性の低い良好な偏光分離特性を保持しつつ、ｓ偏光を高い波面精度で反射させることができる。そして、本発明に係る偏光ビームスプリッター膜又はそれを備えた透明な光学部品を、入射光の発散角は大きいが十分なｐｓ偏光分離特性を必要とする光学系(例えば、青色レーザーを用いた光ピックアップ光学系等)に用いれば、偏光ビームスプリッター膜で反射した光の波面精度を飛躍的に向上させることができるため、優れた光学性能等を得ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る偏光ビームスプリッター膜，その位相シフト調整方法等を、図面を参照しつつ説明する。なお、以下に挙げる各偏光ビームスプリッター(ＰＢＳ)は、一方のガラス基板上に偏光ビームスプリッター膜を成膜した後、接着剤層を介して他方のガラス基板との間に挟み込んだ構成になっているが、ＰＢＳの形態はこれに限るものではない。例えば、基板間に偏光ビームスプリッター膜を設ける代わりに、透明な基板上に成膜した偏光ビームスプリッター膜を保護膜で覆ってもよい。また必要に応じて、ガラス基板の代わりに他の材料から成る透明な基板(プラスチック基板，セラミック基板等)を用いてもよい。
【００１３】
表１及び表２に、第１ＰＢＳの多層膜構成(QWOT=4・n・d/λ0,d：物理膜厚，n：屈折率，λ0：設計波長)を示す。第１ＰＢＳの偏光ビームスプリッター膜は、高屈折率材料：TiO2(酸化チタン)を含む混合物TXから成る膜と、低屈折率材料：MgF2(フッ化マグネシウム)又はSiO2(酸化ケイ素)から成る膜と、が光入射側のガラス基板Ｍ(屈折率：1.64)上に４４層(=N：層数)、層ナンバー：iの順に積層され、さらに光出射側のガラス基板Ｅ(屈折率：1.64)に対し接着剤層Ｓ(屈折率：1.52)で貼り付けられた構成になっている。
【００１４】
図２に、第１ＰＢＳの偏光分離特性を透過率Ｔ(％)で示す。図２は、波長λ＝４０５ｎｍ，膜面に対する入射角度θ＝４０〜５０°(つまり基準入射角度θ0＝４５°に対する±５°の入射角度範囲)での、ｐ偏光の透過率Tp1とｓ偏光の透過率Ts1を示している。図２から分かるように、第１ＰＢＳは入射角依存性の低い偏光分離特性を有している。したがって、青色レーザー用偏光ビームスプリッターとして好適である。
【００１５】
図３に、第１ＰＢＳの入射角度θ＝４０〜５０°での反射によるｓ偏光(λ=405nm)の位相シフトφ(°)を示す。図３から分かるように、ｓ偏光の反射時の位相シフトφは、入射角度変動に対してリニアー(すなわち線形)に変化しておらず、その位相シフトφを示す曲線は、入射角度θ＝４４〜４７°付近において変曲点と特異点を有している。そのなかでも、入射角度θ＝４５．５°付近及び４６．５°付近の変曲点は比較的なめらかな曲線であるため、膜厚調整や自動設計を駆使することで比較的リニアーに制御することが可能である。しかし、入射角度θ＝４４〜４５°付近に存在する２箇所の突起(つまり特異点)は、これらの方法では排除することができない。
【００１６】
第１ＰＢＳの多層膜構成では、入射角度θ＝４５±５°の発散光が入射すると、ｓ偏光の位相シフトに生じる不規則な変化がｓ偏光の波面精度を低下させてしまう。このような問題を解決するには、多層膜構成の偏光ビームスプリッター膜を製造するに際して、その偏光ビームスプリッター膜で反射するｓ偏光の位相シフトを調整する必要がある。なお、偏光ビームスプリッター膜で反射したｓ偏光について、参照板を用いた干渉による波面評価を行えば、参照板を透過したｓ偏光の透過波面の像に屈曲が生じるため、透過波面精度の劣化を確認することができる。
【００１７】
図４〜図１４に、第１ＰＢＳの入射角度θ＝４０〜５０°でのｓ偏光(λ=405nm)の電界強度分布をそれぞれ示す。図４〜図１４のグラフにおいて、横軸はガラス基板Ｍ(光入射側)から接着剤層Ｓまでの多層膜構成を示しており、縦線の間隔が各層の物理膜厚dの範囲に相当する。ただし、各層に付されているナンバーは、層ナンバー：iとの関係が式：j＝(N+1)-iで表される反転ナンバー：jである(N：層数)。また図４〜図１４のグラフにおいて、縦軸は各層の規格化電界強度(ＮＥＦＩ)を示している。図８〜図１１から分かるように、変曲点及び特異点付近の入射角度では、途中の数層の電界強度が急激に増大してしまっている。
【００１８】
図１５及び図１６に、変曲点及び特異点が存在する入射角度θ＝４４．３°，４６．３°でのｓ偏光(λ=405nm)の電界強度分布を、それぞれ縦軸のスケールを１０倍にして示す。図１５，図１６に示す電界強度分布から分かるように、第８層(i=8,j=37)と第１４層(i=14,j=31)で電界強度が急激に増大している。ここで、変曲点や特異点が生じる入射角度での電界強度分布において、電界強度が急激に増大する途中の数層(以下「キー層」という。)の膜厚を設計値から変動させ、そのときの位相シフトの変化を以下に検討する。
【００１９】
第１ＰＢＳにおいて、第８層(i=8,j=37)のQWOTを３から１．７０３に変化させ、第１４層(i=14,j=31)のQWOTを３から２に変化させる。そのときの偏光ビームスプリッター膜で第２ＰＢＳを構成する。図１７に、第２ＰＢＳの入射角度θ＝４０〜５０°での反射によるｓ偏光(λ=405nm)の位相シフトφ(°)を示す。図１７から分かるように、ｓ偏光の反射時の位相シフトφは、変曲点及び特異点が排除されて、入射角度θの変動に対してリニアーに変化している。
【００２０】
図１８に、第２ＰＢＳの偏光分離特性を透過率Ｔ(％)で示す。図１８は、波長λ＝４０５ｎｍ，膜面に対する入射角度θ＝４０〜５０°(つまり基準入射角度θ0＝４５°に対する±５°の入射角度範囲)での、ｐ偏光の透過率Tp2とｓ偏光の透過率Ts2を示している。キー層の膜厚調整により変曲点や特異点を所望の入射角度範囲から外すことはできたが(図１７)、それにより偏光分離特性が崩れたこと(つまり、θ＝４０〜４３°でのｐ偏光の透過率Tp2が低下したこと)が図１８から分かる。
【００２１】
そこで、キー層付近の膜厚を固定するとともにキー層以外の層の膜厚を調整することにより、偏光分離特性を改善する。その一例として、第３ＰＢＳの多層膜構成(QWOT=4・n・d/λ0,d：物理膜厚，n：屈折率，λ0：設計波長)を、表３及び表４に示す。第３ＰＢＳの偏光ビームスプリッター膜は、高屈折率材料：TiO2(酸化チタン)を含む混合物TXから成る膜と、低屈折率材料：MgF2(フッ化マグネシウム)又はSiO2(酸化ケイ素)から成る膜と、が光入射側のガラス基板Ｍ(屈折率：1.64)上に４１層(=N：層数)、層ナンバー：iの順に積層され、さらに光出射側のガラス基板Ｅ(屈折率：1.64)に対し接着剤層Ｓ(屈折率：1.52)で貼り付けられた構成になっている。
【００２２】
図１９に、第３ＰＢＳの偏光分離特性を透過率Ｔ(％)で示す。図１９は、波長λ＝４０５ｎｍ，膜面に対する入射角度θ＝４０〜５０°(つまり基準入射角度θ0＝４５°に対する±５°の入射角度範囲)での、ｐ偏光の透過率Tp3とｓ偏光の透過率Ts3を示している。また図２０に、第３ＰＢＳの入射角度θ＝４０〜５０°での反射によるｓ偏光(λ=405nm)の位相シフトφ(°)を示す。図２０から分かるように、ｓ偏光の反射時の位相シフトφは、特異点が排除されて、入射角度変動に対してリニアーに変化している。
【００２３】
上記のようにしてキー層に注目した膜厚調整を行えば、位相シフトのリニアー化が可能である。そして、それによって偏光分離特性が崩れても、キー層以外の層の膜厚調整により偏光分離特性の改善が可能である。しかし、これらの手法には以下のような問題がある。
【００２４】
第１に、偏光分離特性が全体として多少劣化するという問題がある。位相シフトをリニアー化するという制約が入るため、膜厚調整により偏光分離特性を少し犠牲にする必要がある。したがって、偏光分離特性の仕様が厳しい場合にはその劣化が問題となる。逆に、良好な偏光分離特性を保持しようとすると、位相シフト曲線の変曲点及び特異点を所望の入射角度範囲及び波長範囲から外せず、その不規則な位相シフトの変化によってｓ偏光の波面精度が低下することになる。
【００２５】
第２に、膜厚調整に時間がかかるという問題がある。キー層の膜厚調整を行った後、それ以外の層の膜厚調整を行うことにより、偏光分離特性を改善していくという手作業が入るので、時間がかかってしまう。また、偏光分離特性の向上と位相シフトのリニアー化とを両立させるために、偏光分離特性と位相シフトの双方を常に注視しなければならないという煩わしさもある。
【００２６】
上記偏光分離特性の劣化を明らかにするため、図２１に、第１，第３ＰＢＳの偏光分離特性(図２，図１９)をあわせて透過率Ｔ(％)で示す。図２１は、波長λ＝４０５ｎｍ，膜面に対する入射角度θ＝４０〜５０°(つまり基準入射角度θ0＝４５°に対する±５°の入射角度範囲)での、ｐ偏光の透過率Tp1(太線),Tp3(細線)とｓ偏光の透過率Ts1,Ts3を示している。図２１から分かるように、入射角度θ＝４９〜５０°付近では膜厚調整によりｐ偏光の透過率が上がっているが、入射角度θ＝４０〜４４°付近では膜厚調整によりｐ偏光の透過率が軒並み下がっている。
【００２７】
また、青色レーザーの現在の性能を考えた場合、発振波長に多少の幅があることから、４０５ｎｍ前後の波長に関してもある程度のｐｓ偏光分離性能は必要である。したがって、波長変動も入射角度変動と同様、設計・成膜段階において考慮しておくべき事項といえる。
【００２８】
波長変動による偏光分離特性の劣化を明らかにするため、図２２に第１ＰＢＳの波長範囲４０５±５ｎｍでの偏光分離特性を２ｎｍ毎に透過率Ｔ(％)で示し、図２３に第３ＰＢＳの波長範囲４０５±５ｎｍでの偏光分離特性を２ｎｍ毎に透過率Ｔ(％)で示す。図２２，図２３は、波長λ＝４００〜４１０ｎｍ，膜面に対する入射角度θ＝４０〜５０°(つまり基準入射角度θ0＝４５°に対する±５°の入射角度範囲)での、ｐ偏光の透過率Tp1,Tp3とｓ偏光の透過率Ts1,Ts3を示している。図２２，図２３から分かるように、位相シフトをリニアー化するための膜厚調整を行った結果、ｐ偏光の透過率は低下し、さらにｓ偏光に関しても入射角度θ＝５０°付近で透過率が崩れてきている。
【００２９】
上記問題点を解消するには、偏光分離特性の劣化を極力来さず、かつ、歪な位相シフト曲線の変曲点等を所望の入射角度範囲等から外す手法が必要であり、その一つが以下に説明する膜構成の反転である。一般的な多層膜構成では、層配列の順序を反転させたとしても(つまり、光入射側から光出射側にかけての層配列の順序を、光出射側から光入射側にかけての層配列の順序に変換したとしても)、偏光ビームスプリッター膜以外の構成{例えば、光入射側媒質(基板Ｍ)，光出射側媒質(基板Ｅ)}がそのまま同じであれば、その偏光分離特性は変化しない。しかし、電界強度分布が変化するので、位相シフトはがらりと変化してしまうことになる。このとき、位相シフト曲線の変曲点や特異点は、所望の入射角度範囲及び波長範囲から排除される可能性がある。つまり、偏光ビームスプリッター膜についてのみ層配列の順序を反転させるという簡単な方法で、良好な偏光分離特性を保持しながら位相シフトを改善することが可能となる。そこで、第１ＰＢＳの層配列の順序を反転させること(つまり膜構成の反転)により位相シフトがどのように改善されるか、を以下に検討する。
【００３０】
第１ＰＢＳの層配列の順序を反転させて第４ＰＢＳとし、その多層膜構成(QWOT=4・n・d/λ0,d：物理膜厚，n：屈折率，λ0：設計波長)を、表５及び表６に示す。第４ＰＢＳの偏光ビームスプリッター膜は、高屈折率材料：TiO2(酸化チタン)を含む混合物TXから成る膜と、低屈折率材料：MgF2(フッ化マグネシウム)又はSiO2(酸化ケイ素)から成る膜と、が光入射側のガラス基板Ｍ(屈折率：1.64)上に４４層(=N：層数)、層ナンバー：iの順に積層され、さらに光出射側のガラス基板Ｅ(屈折率：1.64)に対し接着剤層Ｓ(屈折率：1.52)で貼り付けられた構成になっている。つまり、第１ＰＢＳの多層膜構成(表１，表２)と比較すると分かるように、第４ＰＢＳにおける光入射側から光出射側にかけての層配列の順序は、第１ＰＢＳにおける光出射側から光入射側にかけての層配列の順序になっている。
【００３１】
図２４に、第１，第４ＰＢＳの偏光分離特性をあわせて透過率Ｔ(％)で示す。図２４は、波長λ＝４０５ｎｍ，膜面に対する入射角度θ＝４０〜５０°(つまり基準入射角度θ0＝４５°に対する±５°の入射角度範囲)での、第１ＰＢＳのｐ偏光の透過率Tp1(細線)，第４ＰＢＳのｐ偏光の透過率Tp4(太線)，第１，第４ＰＢＳのｓ偏光の透過率Ts1,Ts4を示している。図２４から分かるように、第１，第４ＰＢＳの偏光分離特性はほぼ重なっており、膜構成の反転による偏光分離特性の劣化は生じていない。したがって、第４ＰＢＳは入射角依存性の低い十分な偏光分離特性を有しており、青色レーザー用偏光ビームスプリッターとして好適である。
【００３２】
図２５に第４ＰＢＳの波長範囲４０５±５ｎｍでの偏光分離特性を２ｎｍ毎に透過率Ｔ(％)で示す。図２５は、波長λ＝４００〜４１０ｎｍ，膜面に対する入射角度θ＝４０〜５０°(つまり基準入射角度θ0＝４５°に対する±５°の入射角度範囲)での、ｐ偏光の透過率Tp4とｓ偏光の透過率Ts4を示している。図２５から分かるように、波長を４０５±５ｎｍの範囲で変化させても、偏光分離特性はほとんど変化していない。
【００３３】
図２６に、第４ＰＢＳの入射角度θ＝４０〜５０°での反射によるｓ偏光(λ=405nm)の位相シフトφ(°)を示す。図２６から分かるように、ｓ偏光の反射時の位相シフトφは、変曲点や特異点が排除されて、入射角度変動に対してリニアーに変化している。
【００３４】
図２７〜図３７に、第４ＰＢＳの入射角度θ＝４０〜５０°でのｓ偏光(λ=405nm)の電界強度分布をそれぞれ示す。図２７〜図３７のグラフにおいて、横軸はガラス基板Ｍ(光入射側)から接着剤層Ｓまでの多層膜構成を示しており、縦線の間隔が各層の物理膜厚dの範囲に相当する。ただし、各層に付されているナンバーは、層ナンバー：iとの関係が式：j＝(N+1)-iで表される反転ナンバー：jである(N：層数)。また図２７〜図３７のグラフにおいて、縦軸は各層の規格化電界強度(ＮＥＦＩ)を示している。図２７〜図３７から分かるように、入射角度θ＝４０〜５０°の範囲において、電界強度の急激な増大は生じていない。
【００３５】
上述した第１〜第４ＰＢＳの設計手法を利用すれば、入射角依存性の低い良好な偏光分離特性を保持しつつ、偏光ビームスプリッター膜で反射するｓ偏光の位相シフトを簡単にリニアー化して、ｓ偏光を高い波面精度で反射させることが可能である。そこで、第１〜第４ＰＢＳの設計手法を利用した位相シフト調整方法の一例を、図１のフローチャート等を用いて以下に説明する。
【００３６】
まず、偏光ビームスプリッター膜(ＰＢＳ膜)の設計を行う(＃１０)。そして、その偏光分離特性を求めて(＃２０)、入射角依存性の低い良好な偏光分離特性を有しているか否かを判定する(＃３０)。必要な偏光分離特性が得られなければ、ステップ＃１０に戻る。例えば第１ＰＢＳ(図２)のように、入射光の発散角が±５°以上の広い角度領域に対しても良好な偏光分離特性が得られたならば、所望の入射角度範囲及び波長範囲のおけるｓ偏光の反射時の位相シフト(第１ＰＢＳでは図３)を求める(＃４０)。そして、ｓ偏光の反射時の位相シフトが入射角度変動に対してリニアーに変化しているか否かを判定する(＃５０)。
【００３７】
必要なリニアー化{例えば、入射角度範囲が所定値(第１〜第４ＰＢＳでは４５°)の±５°であり、最小入射角度及び最大入射角度での位相シフトで特定される１次関数からの位相シフトのズレが、入射角度範囲の全体にわたって±５０°以内にあること}が達成されていれば処理を終了する。所望の入射角度範囲及び波長範囲において、ｓ偏光の反射時の位相シフトが入射角度に対してリニアーでない場合(つまり位相シフト曲線に変曲点等がある場合)、ｓ偏光の波面精度を向上させるための処理に入る。まず、膜構成の反転が済んでいるか否かを判定する(＃６０)。膜構成が反転済みならばキー層が膜厚調整済みか否かを判定し(＃８０)、膜構成が反転済みでなければ膜構成の反転を行う(＃７０)。
【００３８】
ステップ＃７０では、偏光ビームスプリッター膜の層配列の順序を反転させる。つまり、層ナンバー：i=1,2,3,…,N-2,N-1,Nの順に積層されている多層膜構成を、層ナンバー：i=N,N-1,N-2,…,3,2,1の順に積層された多層膜構成とする。したがって、層ナンバー：iとの関係が式：j＝(N+1)-iで表される反転ナンバー：jが層ナンバーとなり、反転前の第i層が反転後には第j層となる。膜構成の反転により変曲点や特異点が所望の入射角度範囲から外れれば、例えば第４ＰＢＳ(図２６)のように、ｓ偏光の反射時の位相シフトが入射角度変動に対してリニアーに変化することになる。したがって、ｓ偏光を高い波面精度で反射させることができる。
【００３９】
膜構成の反転後(＃７０)、ステップ＃２０に戻って、再び偏光分離特性や位相シフトの算出・判定(＃２０〜＃５０)等を行う。例えば第４ＰＢＳ(図２６)のように、ｓ偏光の反射時の位相シフトが入射角度変動に対してリニアーに変化していれば、位相シフトが改善されたと判断して終了する。位相シフトが改善されていなければ、キー層が膜厚調整済みか否かを判定する(＃８０)。キー層が膜厚調整済みならば終了し、キー層が膜厚調整済みでなければ、電界強度分布(第１ＰＢＳでは図４〜図１４)を求めて(＃９０)、キー層の膜厚調整(＃１００)により所望の入射角度範囲から変曲点及び特異点を外す。
【００４０】
そして、所望の入射角度範囲及び波長範囲のおけるｓ偏光の反射時の位相シフトを求め(＃１１０)、ｓ偏光の反射時の位相シフトが入射角度変動に対してリニアーに変化しているか否かを判定する(＃１２０)。必要なリニアー化が達成されていなければ処理を終了する。必要なリニアー化が達成されていれば、キー層の膜厚調整(＃１００)によって偏光分離特性が崩れていないかどうかを確認するため、偏光分離特性の算出(＃１３０)とその判定(＃１４０)を行う。必要な偏光分離特性が達成されていれば処理を終了し、必要な偏光分離特性が得られなければ、他の層の膜厚調整(＃１５０)を行った後、ステップ＃２０に戻る。なお、キー層以外の層の膜厚を調整しても特異点等は移動しない。
【００４１】
上記のように膜構成を反転させることによって(＃７０)、偏光分離特性をほとんど劣化させずに、変曲点，特異点等の位置を変えることができる。ただし、膜構成の反転により、よけいな変曲点や特異点が入ってくる可能性もある。したがって、フローチャート(図１)に示すように反転前・反転後でリニアー化しやすそうな方を最初に選択して、その後に微調整(＃９０〜＃１５０)を加えていくのが好ましい。それにより、リニアー化をかなり効率良く達成することが可能となる。
【００４２】
上記第２〜第４ＰＢＳでは、波長λ＝４０５ｎｍ，入射角度θ＝４０〜５０°の範囲において、ｓ偏光の反射時の位相シフトが入射角度変動に対してリニアーに変化している。このように位相シフトの変化に規則性があると、入射角度θと位相シフトφとの関係から容易に位相シフトを予測し調整することが可能である。したがって第２〜第４ＰＢＳのように、所望の入射角度範囲及び波長範囲において、ｓ偏光の反射時の位相シフトを入射角度に対してリニアーに制御すれば、入射角依存性の低い偏光分離特性を保持しつつ、ｓ偏光を高い波面精度で反射させることが可能である。そして、所望の入射角度範囲及び波長範囲において、ｓ偏光の反射時の位相シフトが入射角度変動に対してリニアーに変化する偏光ビームスプリッター膜又はそれを備えた透明な光学部品を、入射光の発散角は大きいが十分なｐｓ偏光分離特性を必要とする光学系(例えば、青色レーザーを用いた光ピックアップ光学系等)に用いれば、偏光ビームスプリッター膜で反射した光の波面精度を飛躍的に向上させることができるため、優れた光学性能等を得ることが可能である。
【００４３】
位相シフトが不規則に変化する入射角度(つまり位相シフトに変曲点が生じる入射角度)では、一部の層(つまりキー層)において電界強度が急激に増加する。したがって第２〜第４ＰＢＳのように、所望の入射角度範囲及び波長範囲において、ｓ偏光の反射時の位相シフトを入射角度に対してリニアーに制御するには、前記入射角度範囲及び波長範囲において、基板が位置する光入射側から光出射側にかけてのｓ偏光の電界強度を、基板での電界強度の４倍以下(好ましくは３倍以下、更に好ましくは等倍以下)に制御することが好ましく、また、電界強度分布のピークがほぼ単調に減少するように制御することが好ましい。
【００４４】
所望の入射角度範囲及び波長範囲において、基板が位置する光入射側から光出射側にかけてのｓ偏光の電界強度分布に所定値(例えば、基板での電界強度の４倍)を超えた増加がある場合、それに対応するキー層の膜厚調整を第２ＰＢＳのように行って、電界強度を所定値以下(例えば、基板での電界強度の４倍以下、好ましくは３倍以下、更に好ましくは等倍以下)に抑えることが好ましい。電界強度が急激に増加するキー層の膜厚調整を行うことにより、位相シフトをリニアー化して、位相シフト変化に規則性を与えることが可能である。
【００４５】
また、入射角度範囲が所定値(第１〜第４ＰＢＳでは４５°)の±５°であり、最小入射角度及び最大入射角度での位相シフトで特定される１次関数からの位相シフトのズレが、入射角度範囲の全体にわたって±５０°以内にあることが好ましい。第２〜第４ＰＢＳのように、入射角度範囲を所定値の±５°とし、最小入射角度及び最大入射角度での位相シフトで特定される１次関数からの位相シフトのズレを、入射角度範囲の全体にわたって±５０°以内に抑制すれば、青色レーザーを用いた光ピックアップ光学系に対して更に好適な波面精度の向上が可能となる。
【００４６】
【表１】
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【００４７】
【表２】
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【００４８】
【表３】
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【００４９】
【表４】
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【００５０】
【表５】
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【００５１】
【表６】
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【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る偏光ビームスプリッター膜の位相シフト調整方法を示すフローチャート。
【図２】第１ＰＢＳの入射角度４０〜５０°での偏光分離特性を示すグラフ。
【図３】第１ＰＢＳの入射角度４０〜５０°での反射によるｓ偏光の位相シフトを示すグラフ。
【図４】第１ＰＢＳの入射角度４０°でのｓ偏光の電界強度分布を示すグラフ。
【図５】第１ＰＢＳの入射角度４１°でのｓ偏光の電界強度分布を示すグラフ。
【図６】第１ＰＢＳの入射角度４２°でのｓ偏光の電界強度分布を示すグラフ。
【図７】第１ＰＢＳの入射角度４３°でのｓ偏光の電界強度分布を示すグラフ。
【図８】第１ＰＢＳの入射角度４４°でのｓ偏光の電界強度分布を示すグラフ。
【図９】第１ＰＢＳの入射角度４５°でのｓ偏光の電界強度分布を示すグラフ。
【図１０】第１ＰＢＳの入射角度４６°でのｓ偏光の電界強度分布を示すグラフ。
【図１１】第１ＰＢＳの入射角度４７°でのｓ偏光の電界強度分布を示すグラフ。
【図１２】第１ＰＢＳの入射角度４８°でのｓ偏光の電界強度分布を示すグラフ。
【図１３】第１ＰＢＳの入射角度４９°でのｓ偏光の電界強度分布を示すグラフ。
【図１４】第１ＰＢＳの入射角度５０°でのｓ偏光の電界強度分布を示すグラフ。
【図１５】第１ＰＢＳの入射角度４４．３°でのｓ偏光の電界強度分布を示すグラフ。
【図１６】第１ＰＢＳの入射角度４６．３°でのｓ偏光の電界強度分布を示すグラフ。
【図１７】第２ＰＢＳの入射角度４０〜５０°での反射によるｓ偏光の位相シフトを示すグラフ。
【図１８】第２ＰＢＳの入射角度４０〜５０°での偏光分離特性を示すグラフ。
【図１９】第３ＰＢＳの入射角度４０〜５０°での偏光分離特性を示すグラフ。
【図２０】第３ＰＢＳの入射角度４０〜５０°での反射によるｓ偏光の位相シフトを示すグラフ。
【図２１】第１，第３ＰＢＳの入射角度４０〜５０°での偏光分離特性を示すグラフ。
【図２２】第１ＰＢＳの波長範囲４０５±５ｎｍでの偏光分離特性を２ｎｍ毎に示すグラフ。
【図２３】第３ＰＢＳの波長範囲４０５±５ｎｍでの偏光分離特性を２ｎｍ毎に示すグラフ。
【図２４】第１，第４ＰＢＳの入射角度４０〜５０°での偏光分離特性を示すグラフ。
【図２５】第４ＰＢＳの波長範囲４０５±５ｎｍでの偏光分離特性を２ｎｍ毎に示すグラフ。
【図２６】第４ＰＢＳの入射角度４０〜５０°での反射によるｓ偏光の位相シフトを示すグラフ。
【図２７】第４ＰＢＳの入射角度４０°でのｓ偏光の電界強度分布を示すグラフ。
【図２８】第４ＰＢＳの入射角度４１°でのｓ偏光の電界強度分布を示すグラフ。
【図２９】第４ＰＢＳの入射角度４２°でのｓ偏光の電界強度分布を示すグラフ。
【図３０】第４ＰＢＳの入射角度４３°でのｓ偏光の電界強度分布を示すグラフ。
【図３１】第４ＰＢＳの入射角度４４°でのｓ偏光の電界強度分布を示すグラフ。
【図３２】第４ＰＢＳの入射角度４５°でのｓ偏光の電界強度分布を示すグラフ。
【図３３】第４ＰＢＳの入射角度４６°でのｓ偏光の電界強度分布を示すグラフ。
【図３４】第４ＰＢＳの入射角度４７°でのｓ偏光の電界強度分布を示すグラフ。
【図３５】第４ＰＢＳの入射角度４８°でのｓ偏光の電界強度分布を示すグラフ。
【図３６】第４ＰＢＳの入射角度４９°でのｓ偏光の電界強度分布を示すグラフ。
【図３７】第４ＰＢＳの入射角度５０°でのｓ偏光の電界強度分布を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５３】
θ    入射角度
Ｔ    透過率
φ    位相シフト
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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