偏振衍射元件和光學頭裝置的製作方法

2023-05-15 18:30:51

專利名稱：偏振衍射元件和光學頭裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及偏振衍射元件和將偏振衍射元件作為構成要素包含的光頭裝置，特別是涉及使用具有圓偏振選擇反射造成的大的旋光色散特性的旋光性材料的偏振衍射元件和光學頭裝置。
背景技術：
包含膽甾醇相液晶和手徵性(カイラル)材料的向列型液晶是形成螺旋結構的扭轉取向的膽甾醇相液晶，已知有如下性能，即在螺距P與入射光的波長λ相當的情況下，從螺旋方向入射的具有與液晶的扭轉方向相同的旋轉方向的圓偏振光被反射，具有有反方向旋轉的圓偏振光透過的圓偏振光相關性(這被稱為「圓偏振光的選擇反射」)。
又，在這種膽甾型相液晶中，假定例如液晶的扭轉方向為右轉方向，則對於向右旋轉的圓偏振入射光，存在帶來圓偏振選擇反射的波段(這被稱為「反射波段」)，在該反射波段的近旁，顯示出大的旋光色散(旋光因波長而不同的現象)。另一方面，對於向左旋轉的圓偏振入射光，不存在反射波段，因此顯示出比較小的旋光色散，這種情況在非專利文獻1中有記載。
也就是說，在具有膽甾醇相液晶的圓偏振選擇反射功能的反射波段近旁的透射波段，向右旋轉的圓偏振光與向左旋轉的圓偏振光中，發生旋光性顯著不同的情況。
又，在螺距P比較小的膽甾醇相液晶中，已知在與膽甾醇相各向同性相的中間溫度區域發現膽甾醇藍(コレステリツクブル一)相(將該膽甾醇藍相狀態的液晶稱為「藍相液晶」)。
該藍相液晶形成具有雙重扭轉螺旋內部結構的圓筒狀部分在空間上規則地排列的三維周期性晶格結構，使滿足衍射條件的波長和入射角的入射光發生布喇格衍射。在這裡發生的布喇格衍射光與膽甾醇相液晶一樣與圓偏振相關，但是與膽甾醇相液晶相比，圓偏振選擇反射的反射波段狹窄，因此在更加狹窄的反射波段的附近的透射波段，右旋偏振光與左旋偏振光旋光性有顯著不同。
又，已有的藍相的溫度範圍為數℃左右的極其狹窄的範圍，因此應用藍相的實用元件難於實現。但是近年來有這樣的報告(參照例非專利文獻2)，即在液晶中混合單體，在藍相液晶的溫度區域照射紫外線，以此使單體高分子化，得到藍相液晶的溫度範圍擴大到60℃以上的高分子穩定化藍相液晶。
但是，在CD和DVD等那樣的光碟和光磁碟等光記錄媒體的信息記錄面上進行信息記錄和/或信息重放(以下稱為「記錄·重放」)的光學頭裝置中，從半導體雷射器射出的出射光通過物鏡被聚光於光碟的信息記錄面上，同時被反射形成返回光，該返回光通過光束分離器被導入作為光檢測器的受光元件。在這裡，這種光束分離器採用例如作為衍射元件的一種的全息光束分離器等，這樣能夠利用衍射使光束的行進方向偏轉，將其引向光檢測器，因此實現了光學頭的小型化。
又，在安裝有DVD用的半導體雷射器和CD用的半導體雷射器的光學頭裝置中，能夠對規格不同的作為光記錄媒體的DVD和CD用的光碟的信息進行錄放的DVD/CD互換光學頭裝置也得到實用化。
專利文獻1記載了如下所述的偏振衍射元件，即為了實現這樣的光學頭裝置的小型化和高的光利用效率，加工為使取向方向一致的高分子液晶構成的矩形衍射光柵的凹凸部的相位差對於CD用的波長的異常光為波長的自然數倍，而且對於正常光為0，從而能夠透過DVD用的650nm波段的正常偏振光，而衍射異常偏振光，同時能夠使CD用的790nm波段的入射光透過而不管其偏振狀態如何的，具備波長選擇性的偏振衍射元件。
非專利文獻1Chandrasekhar著的「液晶物理學」，吉岡書店1995年出版，p.260～261(第4章、圖4.1，6)(Chandrasekhar，「Liquid Crystals」，Secondedition，Cambridge University Press Chap.4 Fig.4.1，6)非專利文獻2「Nature Materials(自然材料)」，Vol.1，no.1，MacmillanPress，2002，Sep.，p.64～68專利文獻1日本特開2001-174614號公報發明內容但是，在這樣的偏振衍射元件中，偏振衍射元件的光柵間距如果狹窄，由於光柵壁面的影響就有790nm波段的異常偏振光透射率低下的問題。
本發明是鑑於上述情況而作出的，其目的在於，提供對于波長λ1的光作為偏振衍射元件起作用，對於不同于波長λ1的波長λ2的光，與入射偏振狀態無關地不作為衍射元件起作用而具有高透射率的波長選擇性的偏振衍射元件以及使用這種元件的光學頭裝置。
本發明提供如下所述的偏振衍射元件，這是使特定波長的光發生衍射的偏振衍射元件，其特徵在於，偏振衍射元件利用兩種光學材料的連接形成衍射光柵而形成，一種光學材料使用旋光性材料，另一種光學材料使用光學各向同性材料，兩種光學材料相接，其中該旋光性材料針對所述特定波長光中的具有一個旋轉方向的第1圓偏振光具有反射波段，並且在反射波段外產生衍射，所述光學各向同性材料使旋轉方向與第1圓偏振光相反的第2圓偏振光透射而不使其發生衍射。
如果採用上述結構，則能夠實現對於第1圓偏振光與第2圓偏振光發現其衍射效率不同的與偏振相關的特性的具備波長選擇性的偏振衍射元件。
又，本發明提供的偏振衍射元件，是對於分別具有第1圓偏振光和與該第1圓偏振光相反方向旋轉的第2圓偏振光的至少兩個波長不同的入射光，根據所述兩個入射光的波長和偏振狀態有選擇地衍射或透射的偏振衍射元件，是至少在對於所述第1圓偏振光的入射光的反射波段不包含兩個入射光的波長的第1偏振衍射元件。
如果採用上述結構，則能夠實現對至少兩個波長不同的入射光，發現對於第1圓偏振光與第2圓偏振光其衍射效率不同的與偏振相關的特性的具備波長選擇性的偏振衍射元件。
又，本發明提供第2偏振衍射元件，所述衍射元件是在第1偏振衍射元件中，對於分別具有第1圓偏振光和與該第1圓偏振光相反方向旋轉的第2圓偏振光的第1波長λ1以及不等於λ1的第2波長λ2的入射光，根據所述兩個入射光的波長和偏振狀態有選擇地衍射的偏振衍射元件，具有反射波段，該反射波段至少針對所述第1圓偏振光的入射光，不將所述第1波長λ1和所述第2波長λ2包含於反射波長的對象中，具有在所述第1波長λ1以及所述第2波長λ2的所述入射光中，作為所述反射波段近旁的透射波長的所述第1波長λ1的所述入射光，與所述第2波長λ2相比，用具有相對較多發現的旋光色散功能的旋光性材料，使所述第1波長λ1的第1圓偏振入射光有選擇地衍射的波長偏振選擇衍射功能。
如果採用上述結構，則能夠實現對於第1圓偏振光與第2圓偏振光，在第1波長λ1發現其衍射效率不同的與偏振相關的特性，在第2波長λ2其衍射效率大致相同，沒有發現與偏振相關的特性的具備波長選擇性的偏振衍射元件。
又，本發明提供第3偏振衍射元件，該元件是在所述至少兩個不同波長的入射光中，至少有一個波長在比所述反射波段短的短波側，至少一個波長在比所述反射波段落長的長波側，採用在比所述反射波段短的短波側和比所述反射波段長的長波側具有不同的旋光色散功能的旋光性材料，至少有選擇地使一個波長的入射光的第1圓偏振光與第2圓偏振光衍射或透射。
如果採用上述結構，則能夠實現至少兩個波長不同的入射光中，將至少一個波長的入射光的第1圓偏振光和第2圓偏振光有選擇地衍射或透射的偏振衍射元件。
又，本發明提供如下所述的第4偏振衍射元件，該衍射元件是在第2偏振衍射元件中，具有使用波長λ的，對所述第1圓偏振光的折射率與對所述第2圓偏振光的折射率之差記為Δn(λ)時，滿足Δn(λ1)＞Δn(λ2)，而且Δn(λ2)0的所述旋光性材料與在所述第2波長λ2與所述旋光性材料的折射率大致相等的光學各向同性材料中的任意一種材料，加工成斷面形狀具有周期性凹凸的光柵形狀的光柵、以及至少在該加工的所述光柵的凹部充填所述旋光性材料與所述光學各向同性材料中的任意另一種材料的充填材料。
如果採用上述結構，則對於第1圓偏振光與第2圓偏振光的入射光，在第1波長λ1發現其衍射效率不同的與偏振相關的特性，在第2波長λ2則不管入射光的偏振狀態如何，不衍射而一直向前透過。因此能夠實現光利用效率高的，具備波長選擇性的偏振衍射元件。特別是在第2波長λ2，旋光性材料與光學各向同性材料的折射率大致相等，因此不管光柵間距及光柵形狀如何都能夠得到高透射率。
又，本發明提供如下所述的第5偏振衍射元件，所述衍射元件是，在第4偏振衍射元件中，所述旋光性材料，由其螺旋軸方向與厚度方向一致，同時對所述第1圓偏振光具有不將所述第1波長λ1以及所述第2波長λ2包含於反射波長的對象中的所述反射波段，而且所述第1波長λ1為與所述第2波長λ2相比相對地更靠近所述反射波段的透射波長的具有螺距的膽甾醇相液晶構成。
如果採用上述結構，則由於使用斷面形狀為周期性凹凸形狀的，螺旋軸一致的膽甾醇相液晶，通過調整膽甾醇相液晶的螺距，能夠在任意波段發現圓偏振選擇反射波段。其結果是，能夠得到關于波長選擇性的設計自由度高的偏振衍射元件。
而且，本發明提供第6偏振衍射元件，所述衍射偏轉元件是在第5衍射偏轉元件中，所述膽甾醇相液晶由膽甾醇相高分子液晶構成，其螺旋軸方向與厚度方向一致，同時對所述第1圓偏振光具有不將所述第1波長λ1以及所述第2波長λ2包含於反射波長的對象中的所述反射波段，而且所述第1波長λ1為與所述第2波長λ2相比相對地更靠近所述反射波段的透射波長的具有螺距的膽甾醇相液晶構成。
如果採用上述結構，則由於膽甾醇相高分子液晶是固體，與膽甾醇相低分子液晶相比，分子取向穩定化，能夠實現在溫度變化等環境變化的情況下特性變化小的偏振衍射元件。而且由於不必密封於單元內，能夠簡化製作工序。
還有，本發明提供第7偏振衍射元件，所述偏振衍射元件中，所述旋光性材料，由對所述第1圓偏振光具有不將所述第1波長λ1以及所述第2波長λ2包含於反射波長的對象中的所述反射波段，同時具有所述第1波長λ1為與所述第2波長λ2相比相對更靠近所述反射波段的透射波長的波長選擇性，利用高分子網絡擴大了膽甾醇藍相的溫度範圍的高分子穩定化膽甾醇藍相液晶構成。
如果採用上述結構，則即使是第1波長λ1與第2波長λ2的波長間隔狹小的情況下，也能夠實現光利用效率高的有波長選擇性的偏振衍射元件。
又，本發明提供如下所述的光學頭裝置，該裝置至少具備發射第1波長λ1的光與第2波長λ2(λ1≠λ2)的光的半導體雷射器、將該半導體雷射器發射出的出射光聚光於光記錄媒體上的物鏡、將所述光記錄媒體反射的光中至少所述第1波長的λ1的光加以衍射的光束分離器、以及檢測所述衍射的所述第1波長λ1的光的光檢測器，進行所述光記錄媒體的記錄·重放，所述光束分離器包含第2、4～7中的任一偏振衍射元件。
如果採用上述結構，對於第1波長λ1的入射光，作為光利用效率高的偏振光束分離器起作用，對於第2波長λ2的入射光，作為不受入射偏振光的影響的光損失小的直進光透射元件起作用。其結果是，能夠實現使用不同波長對光碟進行穩定記錄·重放的小型的光學頭裝置。
又，本發明提供第8偏振衍射元件，該衍射元件是在第3偏振衍射元件中，包含假設波長λ的相對於所述第1圓偏振光的折射率和相對於所述第2圓偏振光的折射率之差為Δn(λ)時，至少對於兩個波長不同的入射光中的至少一個的波長，Δn(λ)0的所述旋光性材料、以及在所述第1圓偏振光與所述第2圓偏振光的至少一個圓偏振光中與所述旋光性材料的折射率大致相等的光學各向同性材料，使用所述旋光性材料與所述光學各向同性材料中的任意一種材料，形成在加工成斷面形狀具有周期性凹凸的光柵形狀的光柵時，至少該加工的所述光柵的凹部充填另一種材料的結構。
如果採用上述結構，則對於至少兩個波長不同的入射光中的至少一個波長，與入射光的偏振狀態無關地直進透射而不衍射，對於與此不同波長的入射光，發現有對於第1圓偏振光和第2圓偏振光衍射效率不同的與偏振的相關性。因此能夠實現光利用效率高的有波長選擇性的偏振衍射元件。
還有，本發明提供第9偏振衍射元件，該偏振衍射元件是在第8偏振衍射元件中，所述旋光性材料，由其螺旋軸方向與厚度方向一致，同時對所述第1圓偏振光具有不將至少兩個波長不同的入射光的全部波長包含於反射波長的對象中的所述反射波段，而且是在至少兩個波長不同的入射光中，比最短入射波長大，比最長入射波長短的反射波段的，具有螺距的膽甾醇相液晶構成。
如果採用上述結構，則能夠實現對於通過調整膽甾醇相液晶的螺距規定的偏振選擇反射波段，利用在短波段和長度波段發現的大的旋光性差異的，光利用效率高的具有波長選擇性的偏振衍射元件。
而且，本發明提供在第10偏振衍射元件，該偏振衍射元件是在第9偏振衍射元件中，所述膽甾醇相液晶由膽甾醇相高分子液晶構成，其螺旋軸方向與厚度方向一致，同時對所述第1圓偏振光具有不將至少兩個波長不同的入射光的全部波長包含於反射波長的對象中的所述反射波段，而且是在至少兩個波長不同的入射光中，比最短入射波長大，比最長入射波長短的反射波段的，具有螺距的膽甾醇相高分子液晶構成。
如果採用上述結構，由於膽甾醇相高分子液晶是固體，與膽甾醇相低分子液晶相比，分子取向穩定化，能夠實現在溫度變化等環境變化的情況下特性變化小的偏振衍射元件。而且由於不必密封於單元內，能夠簡化製作工序。
又，本發明提供第2光學頭裝置，該裝置具備發射至少兩束波長不同的光的至少兩個半導體雷射器、將該半導體雷射器發射出的光聚光於光記錄媒體上的物鏡、將所述光記錄媒體反射的光中至少一個波長的光衍射的光束分離器、以及檢測所述衍射的所述波長的光的光檢測器，進行所述光記錄媒體的記錄和/或重放，所述光束分離器包含第3、8～10偏振衍射元件中的任意一個。
如果採用上述結構，則能夠實現至少對於一個波長作為光利用效率高的偏振光束分離器起作用，對於至少一個入射光，作為與入射偏振無關的光損失少的直進光透射元件起作用。其結果是，能夠實現使用不同波長對光碟進行穩定記錄·重放的小型的光學頭裝置。
還有，本發明提供第3光學頭裝置，該裝置是在第1或第2光學頭裝置中，所述光束分離器是光柵格子的間距和光柵格子的角度在光柵形成面內分布的全息案構成的全息圖光束分離器。
如果採用上述結構，則能夠形成小型而且附加透鏡功能等的設計自由度高的光束分離器，因此能夠實現以高精度進行記錄·重放的小型的光學頭裝置。
如果採用本發明，則能夠提供對於第1圓偏振光和第2圓偏振光的入射光，對於第1波長λ1，發現衍射效率不同的與偏振的相關性，對於第2波長λ2，衍射效率大致相等，沒有發現與偏振的相關性的，具有波長偏振選擇性的衍射效率特性的偏振衍射元件。


圖1是表示本發明第1實施形態的偏振衍射元件的結構例的側剖面圖。
圖2表示光射入圖1所示的偏振衍射元件的情況下的作用，(A)是表示波長λ1、λ2的第1圓偏振光射入時的透過狀態的說明圖。(B)是表示波長λ1、λ2的第2圓偏振光射入時的透過狀態的說明圖。
圖3是表示本發明第2實施形態的偏振衍射元件的結構例的側剖面圖。
圖4是表示本發明第3實施形態的偏振衍射元件的結構例的側剖面圖。
圖5是表示使用本發明第4實施形態的本發明的偏振衍射元件的光學頭裝置的結構例的側剖面圖。
圖6是表示本發明第5實施形態的偏振衍射元件的結構例的側剖面圖。
圖7表示光射入圖6所示的偏振衍射元件的情況下的作用，(A)是表示波長λ1、λ2、λ3的第1圓偏振光射入時的透過狀態的說明圖。(B)是表示波長λ1、λ2、λ3的第2圓偏振光射入時的透過狀態的說明圖。
圖8是表示本發明第6實施形態的偏振衍射元件的結構例的側剖面圖。
圖9表示光射入圖8所示的偏振衍射元件的情況下的作用，(A)是表示波長λ1、λ2、λ3的第1圓偏振光射入時的透過狀態的說明圖。(B)是表示波長λ1、λ2、λ3的第2圓偏振光射入時的透過狀態的說明圖。
圖10是表示本發明第7實施形態的偏振衍射元件的結構例的側剖面圖。
圖11表示光射入圖10所示的偏振衍射元件的情況下的作用，(A)是表示波長λ1、λ2、λ3的第1圓偏振光射入時的透過狀態的說明圖。(B)是表示波長λ1、λ2、λ3的第2圓偏振光射入時的透過狀態的說明圖。
圖12表示光射入圖6所示的偏振衍射元件的情況下的作用，(A)是表示波長λ1、λ2、λ3的平行於紙面的第1線偏振光射入時的透過狀態的說明圖。(B)是表示波長λ1、λ2、λ3的垂直於紙面的第2線偏振光射入時的透過狀態的說明圖。
圖13是表示使用本發明例4的本發明的偏振衍射元件的光學頭的結構例的側剖面圖。
符號說明1 2波長用半導體雷射器2 光檢測器3 準直透鏡4 物鏡5 3波長用半導體雷射器10、20、50、70、80、90 偏振衍射元件11(34)、12、31(42)、41 透光性基板13、73、83、93 高分子液晶光柵14、33、74、84、94 充填材料21 各向同性光柵22 高分子穩定化藍相液晶23 膽甾醇相液晶30 波長選擇性衍射元件32 短波長吸收光柵40 相位元件
43 相位板60、100 光學頭裝置D 光碟R1 反射波段U 組件λ1 第1波長λ2 第2波長λ3 第3波長具體實施方式
下面參照圖對本發明的最佳實施形態進行詳細說明。
第1實施形態圖1是表示本發明第1實施形態的偏振衍射元件10的剖面圖。該偏振衍射元件10具備透光性基板11、12、在該透光性基板11、12之間設置的高分子液晶構成的晶格(以下將其稱為「高分子液晶光柵」)13、以及充填材料14。
其中，透光性基板11、12由具有均勻的折射率的玻璃等透光性材料形成。
在這裡，高分子液晶光柵13的高分子液晶層是均勻塗布例如含有手徵性材料的正常光折射率為no，異常光折射率ne的膽甾醇液晶單體材料形成的，通過使其含有手徵性材料，能夠形成在液晶層的厚度方向(Z方向)上有螺旋軸的成螺旋結構的扭轉取向的膽甾醇相液晶。
另一方面，充填材料14將在下面所詳細敘述，採用具有所要求的折射率的各向同性光學材料構成。
(1)首先，在透光性基板11上均勻塗布含有例如手徵性材料的正常光折射率no，異常光折射率ne的膽甾醇液晶單體材料形成。
藉助於此，對應於手徵性材料形成在液晶層的厚度方向(Z方向)上有螺旋軸的成螺旋結構的扭轉取向的膽甾醇相液晶。如果在該膽甾醇相液晶狀態進行紫外線照射等，使單體液晶聚合固化，則形成扭轉取向固定的膽甾醇相高分子液晶。
在這裡，構成高分子液晶光柵13的膽甾醇相高分子液晶，具有如下所述特性，即在從其厚度方向(Z方向)垂直入射的入射光中，對於相當於液晶的螺距P與液晶層的平均折射率n＝(no+ne)/2的積的中心波長λ0、也就是
λ0＝P·(no+ne)/2近旁的波段(反射波段)的光，使具有與液晶的扭轉方向相同的旋轉方向的第1圓偏振光反射，同時使具有與液晶的扭轉方向反向的旋轉的第2圓偏振光透射。
在這裡，第1圓偏振光的反射波段R1相當於螺距P與液晶材料的雙折射n＝ne-no的積、也就是R1＝P·(ne-no)。
但是，在該反射波段R1的近旁的透射波長λ1的光中，僅對於第1圓偏振光發生大的旋光色散(因波長不同而旋光性不同的現象)，但是其程度與上述波長λ1相比，越是偏離反射波段R1的波長λ2的入射光旋光色散越是減少。
在這裡，所謂反射波段R1的近旁的透射波長λ1，只要是旋光性材料在例如波長400nm以上的透明波段具有高衍射效率的透射波長即可。也就是說，為了得到高衍射效率，假設將旋光性材料的厚度記為h，則最好是Δn(λ1)h≥0.2微米。旋光性材料的厚度h，從容易加工出發，因此最好是h≤20微米，因此，能夠得到滿足Δn(λ1)≥0.01的Δn的透射波長λ1就是近旁的波長，滿足Δn(λ1)＝0.01的透射波長λ是臨界波長。又，Δn(λ1)的值最好是滿足0.01≤Δn(λ1)≤0.2。該透射波長λ1因旋光性材料的不同而變化。
另一方面，對於不存在反射波段的第2圓偏振光，在上述波長λ1和波長λ2的入射光中，形成小的旋光色散。
例如在波長λ的入射光中，如果將對於膽甾醇相高分子液晶的第1圓偏振光的折射率記為n1(λ)，將對於第2圓偏振光的折射率記為n2(λ)，其差(折射率差)記為Δn12(λ)，即如果Δn12(λ)＝|n1(λ)-n2(λ)|，則i)在波長λ2的折射率差Δn12(λ2)為接近於0的小的數值，也就是說，Δn12(λ2)＝|n1(λ2)-n2(λ2)|0 ……(1)ii)又，在波長λ1的折射率差Δn12(λ1)為較大的數值，也就是說，Δn12(λ1)＝|n1(λ1)-n2(λ1)|＞Δn12(λ2)……(2)(2)接著，對形成於透光性基板11上的，構成高分子液晶光柵13的膽甾醇相高分子液晶進行加工，形成斷面為凹凸晶格形狀，凹部的深度為d的晶格。例如在圖1中，表示出將凸部加工為矩形斷面形狀的例子，但是除此以外，也可以採用例如鋸齒波形狀或使鋸齒波形狀為近似於階梯狀的所謂擬似炫耀光柵。
作為這種光柵形狀加工方法的例子，也可以利用光刻法在膽甾醇相高分子液晶層上將光刻膠形成圖案之後，利用反應性離子蝕刻方法將膽甾醇相高分子液晶加工形成圖案，以此加工成微米級的微細光柵形狀。又，也可以採用用金屬模具的成型、複印或紫外線幹涉曝光等加工方法。
(3)接著，用透明的充填材料14進行充填，至少填埋上述高分子液晶光柵13的凹部，同時從該充填材料14上連接·夾著透光性基板12，作為偏振衍射元件10。該充填材料14隻要是光學各向同性材料，任何材料都可以，但是最好採用能藉助於紫外線照射聚合、固化的光學粘接材料。
還有，這種充填材料14採用在波長λ1和波長λ2的入射光中，與對第2圓偏振光的膽甾醇相高分子液晶的折射率大致相等折射率的各向同性光學材料構成的充填材料。
藉助於此，在波長λ1和λ2的入射光中，對於第1圓偏振光高分子液晶光柵13和充填材料14的折射率差，相當於膽甾醇相高分子液晶的，相對於第1圓偏振光和第2圓偏振光的上述折射率差Δn12(λ1)以及Δn12(λ2)。
.關於第1圓偏振光的入射光i)也就是說，對于波長λ1的第1圓偏振光的高分子液晶光柵13與充填材料14的折射率差Δn1(λ1)，相當於對於膽甾醇相高分子液晶的波長λ1的第1和第2圓偏振光的上述折射率差Δn12(λ1)、也就是Δn 1(λ1)＝Δn12(λ1)＝|n1(λ1)-n2(λ1)|＞Δn12(λ2)(根據式(2))……(3)ii)同樣，對于波長λ2的第1圓偏振光的高分子液晶光柵13與充填材料14的折射率差Δn1(λ2)，相當於對於膽甾醇相高分子液晶的第1和第2圓偏振光的上述折射率差Δn12(λ2)、也就是Δn1(λ2)＝Δn12(λ2)＝|n1(λ2)-n2(λ2)|0(根據式(1)) ……(4)還有，Δn1(λ2)，如果是上述Δn1(λ1)的20％以下的數值，則在波長λ2中，高分子液晶光柵13與充填材料14的折射率可以說大致相等。
.關於第2圓偏振光的入射光又，在波長λ1和波長λ2的入射光中，對於第2圓偏振光的高分子液晶光柵13與充填材料14的折射率差Δ2(λ1)和Δn2(λ2)沒有發生。也就是說，Δn2(λ1)＝Δn2(λ2)0 ……(5)下面利用圖2對第1實施形態的偏振衍射元件10的作用進行說明。
.關於第1圓偏振光的入射光對於第1圓偏振光的入射光，i)例如對于波長λ2，高分子液晶光柵13與充填材料14的折射率差Δn1(λ2)根據式(4)為接近於0的小數值。因此如圖2(A)所示，不產生衍射光而直進透過偏振衍射元件10。
ii)又，對于波長λ1，其折射率差Δn1(λ1)為式(3)所示的有限值，因此如圖2(A)所示發生衍射光。這時，為了對于波長λ1使±1次衍射效率為最大，d＝λ1/(2·Δn1(λ1))……(6)其中，d高分子液晶光柵13的凹部深度Δn1(λ1)將膽甾醇相高分子液晶構成的高分子液晶光柵13的凹部深度d加工得使對于波長λ1的第1圓偏振光的、高分子液晶光柵13與充填材料14的折射率差得到滿足即可。
還有，在鋸齒波斷面形狀的情況下，高分子液晶光柵13的凹部深度d滿足d＝λ1/Δn1(λ1) ……(7)時+1次衍射效率為最大。
.關於第2圓偏振光的入射光另一方面，對於第2圓偏振光的入射光，即使是波長λ1和波長λ2中的任一波長的情況下，如上所述，，高分子液晶光柵13與充填材料14的折射率差Δn2(λ1)和Δn2(λ2)根據式(5)只是很小的數值。因此如圖2(B)複式表示所示，即使是波長λ1和波長λ2中的任何一個波長，也不發生衍射光而直進透過偏振衍射元件10。
如上所述，圖1所示的偏振衍射元件10中，採用將構成高分子液晶光柵13的膽甾醇相高分子液晶加工成光柵的形狀之後，在該光柵的凹部充填由光學各向同性材料構成的充填材料14的結構，但是也可以採用別的結構，例如採用下面說明的第2實施形態那樣的結構。
第2實施形態下面就本發明第2實施形態的偏振衍射元件用圖3所示的剖面圖在下面進行說明。還有，在本實施形態中，與第1實施形態相同的部分標以相同的符號並避免重複說明。
在第2實施形態的偏振衍射元件20中，如圖3所示，用光學各向同性材料加工成斷面為凹凸形狀的光柵(以下將其稱為「各向同性光柵」)21之後，至少在其光柵的凹部充填高分子穩定化藍相液晶22，這一點與第1實施形態不同。
各向同性光柵21可以對透光性基板11的表面直接加工形成，也可以在透光性基板11上形成SiON等無機材料或聚醯亞胺和紫外線固化樹脂等的有機材料膜，然後利用蝕刻加工方法加工成光柵形狀。
另一方面，使用於高分子穩定化藍相液晶22的材料和製作方法，如上面背景技術一欄所述，記載於非專利文獻2，請參照其說明(具體地說，參照例如原文64～65頁)。
如果採用第2實施形態的偏振衍射元件20，則高分子穩定化藍相液晶22由於反射波段R1的寬度通常比膽甾醇相液晶狹窄，因此即使是波長λ1與波長λ2的波長間隔小的情況下，也能夠實現光利用效率高的有波長選擇性的偏振衍射元件。
還有，在本實施形態中，使用光學各向同性材料加工成剖面為凹凸形狀的各向同性光柵21之後，至少在其凹部充填高分子穩定化藍相液晶22，但是也可以充填膽甾醇相液晶23(在圖1所示的第1實施形態中，將該膽甾醇相液晶作為高分子液晶光柵13使用)。還有，這時的膽甾醇相液晶可以是低分子液晶，也可以是高分子液晶，而在低分子液晶的情況下，使用密封材料(未圖示)將液晶保持在密封狀態下。
第3實施形態下面用圖4所示的剖面圖對第1實施形態的偏振衍射元件10上迭層波長選擇性衍射元件和相位板的本發明第3實施形態的偏振衍射元件50進行說明。還有，在本實施形態中，也對與第1、第2實施形態相同的部分標以相同的符號並避免重複說明。
本實施形態的偏振衍射元件50一體化地具備，具有下述相位板43的光學元件(以下將其稱為「相位元件」)40、波長選擇性衍射元件30、以及第1實施形態的偏振衍射元件10。還有，這些波長選擇性衍射元件30與偏振衍射元件10也可以採用高分子液晶光柵13和光柵32由全息圖案構成的全息光束分離器。
其中，波長選擇性衍射元件30具備透光性基板31、光柵32、充填材料33、以及透光性基板34(11)。也就是說，在透光性基板31的一側表面上形成、在比波長λ1短的波段具有光吸收端的包含有機物顏料的各向同性材料構成的斷面形狀為周期性凹凸形狀的光柵(以下稱為「短波長吸收光柵」)32。又，在該短波長吸收光柵32的凹部，充填對波長λ1的光具有與短波長吸收光柵32相同的折射率，同時對波長λ2的光有不同於短波長吸收光柵32的折射率的充填材料33。又，在充填材料33等外表面上連接偏振光衍射元件10的兼作透光性基板11的透光性基板34。
這樣形成的波長選擇性衍射元件30具有與本申的申請人提出的日本特開2002-318306記載的發明相同的結構和功能(參照例如 ～ 和圖1)。
另一方面，相位元件40具備兼用波長選擇性衍射元件30的透光性基板31的透光性基板42以及透光性基板41挾持的相位板43。
相位板43至少對波長λ1的光作為雙折射相位差為π/2即1/4波長的波長板起作用。作為這種相位差板43，可以將水晶或金紅石結晶等無機雙折射材料加工為平板狀使用，也可以將聚碳酸酯薄膜延伸使其發現有雙折射性能使用，還可以採用取向方向在面內一致的液晶或高分子液晶等有機雙折射材料。又可以是通過將雙折射相位差不同的兩種雙折射材料迭層，使其滯相軸方向形成規定的角度，對于波長λ1和波長λ2作為1/4波長板起作用的相位板43。在這種情況下，將波長λ1和波長λ2的線偏振光的入射光都變成圓偏振光。還有，在本實施形態的偏振衍射元件50中，表示出對波長λ1和波長λ2作為1/4波長板起作用的高分子液晶構成的相位板43的例子。
下面對本實施形態的偏振衍射元件50的作用進行說明。
(1)關于波長λ1的光在這樣得到的偏振衍射元件50中，具有Y軸方向的偏振面的波長λ1的線偏振光，從透光性基板41一側平行於Z方向入射時，用相位板43變換為第2圓偏振光後入射到波長選擇性衍射元件30。由於短波長吸收光柵32和充填材料33對該波長λ1的光具有相同的折射率，波長λ1的光在這裡不發生衍射而直進透過，射入偏振衍射元件10。接著，該波長λ1的光如圖2(B)所示，在該偏振衍射元件10不發生衍射而直進透過並從透光性基板12一側射出。
波長λ1的第1圓偏振光(在這裡的第1圓偏振光是第2圓偏振光在光碟D(參照圖5)上反射形成的)從透光性基板12一側射向偏振衍射元件10時，如圖2(A)所示，相應於偏振衍射元件10的高分子液晶光柵13的凹部的深度d發生衍射光，射入波長選擇性衍射元件30。這些衍射光由於是波長λ1，在只對波長λ2有衍射功能的波長選擇性衍射元件30不發生衍射而透過，而且透過相位板43形成在X軸方向有偏振面的線偏振光，從透光性基板41一側射出。
因此，在從透光性基板41一側射入Y軸方向具有偏振面的波長λ1的線偏振光的情況下，用本實施形態的偏振衍射元件50(相位板43)變換為第2圓偏振光，光無損失地直進透過。而且該第2圓偏振光被光碟D等反射面反射成為第1圓偏振光從透光性基板12一側再次入射時，在偏振衍射元件10發生衍射，其後在相位板43形成在X軸方向上有偏振面的線偏振光，然後從透光性基板41一側射出。
(II)關于波長λ2的光另一方面，在X軸和Y軸方向具有偏振面的波長λ2的線偏振光從透光性基板41一側向Z方向入射時，該波長λ2的線偏振光由相位板43變換為第1或第2圓偏振光，然後射入波長選擇性衍射元件30。但是，在該波長選擇性衍射元件30中，對于波長λ2的光，短波長吸收光柵32和充填材料33的折射率不同。因此相應於短波長吸收光柵32的凹部的深度，在直進透射光(0次衍射光)以外還發生±1次衍射光。
其次，這些衍射光由於是波長λ2的光，一旦射入只具有使波長λ1(的第1圓偏振光)發生衍射的功能的偏振衍射元件10，第1或第2圓偏振光都如圖2(A)或(B)所示，不發生衍射而透過從透光性基板12一側射出。
其後，波長λ2的圓偏振光一旦被光碟等反射面所反射，第1圓偏振光就成為第2圓偏振光，第2圓偏振光就成為第1圓偏振光。而且該波長λ2的圓偏振光一旦從透光性基板12一側射入，在偏振衍射元件10不發生衍射就直進透過。其後，在波長選擇性衍射元件30發生衍射，而且在相位板43成為具有與入射時垂直的(Y軸方向或X軸方向的)偏振面的線偏振光從透光性基板41一側射出。
從而，對于波長λ1的線偏振入射光，偏振衍射元件10作為偏振衍射光柵起作用，對于波長λ2的線偏振入射光，波長選擇性衍射元件30作為與入射光的偏振狀態無關的衍射元件起作用。又，通過本實施形態的來回偏振衍射元件50的波長λ1和波長λ2的光成為與原線偏振光垂直的偏振面的線偏振光。
第4實施形態下面用示意性表示本發明的光學頭裝置60的配置結構的圖5詳細說明配置圖4所示的偏振衍射元件50的本發明的光學頭裝置60。
本實施形態的光學頭裝置60具備半導體雷射器1和光檢測器2、偏振衍射元件50、準直透鏡3、以及物鏡4，形成能夠對光碟D進行記錄和重放的結構。
半導體雷射器1由具有在Y軸方向有偏振面的波長λ1和波長λ2的兩個發光點，用於切換出射光的波長λ1和λ2的2波長用半導體雷射器構成。該半導體雷射器(以下稱為「2波長用半導體雷射器」)1是發射波長λ1為660nm±20nm的DVD波段的雷射和波長λ2為790nm±20nm的CD波段的雷射的雷射器，各雷射發光點配置在100微米左右的間隔上。
還有，該2波長用半導體雷射器1，與光檢測器2一起配置於單個組件U內，作為本發明的第3實施形態的偏振衍射元件50，作為成一整體配置於該組件U的光射入射出的一側的光單元使用。
下面對本實施形態的光學頭裝置60的作用進行說明。
從2波長用半導體雷射器1射出，直進透過偏振衍射元件50的波長λ1和λ2的發散光利用準直透鏡3形成為大致平行的光，利用物鏡4會聚於光碟D的信息記錄面上，在該信息記錄面上反射形成返回光。該返回光受到偏振衍射元件50的衍射被引向光檢測器2的受光面，光碟D的記錄信息被變換為電信號。
i)波長λ1的線偏振的情況。
具體地說，從2波長用半導體雷射器1射出的Y軸方向上具有偏振面的波長λ1的線偏振光在偏振衍射元件50內的相位板43中變成第2圓偏振光。其後第2圓偏振光全部直進透過偏振衍射元件50，會聚於DVD用的光碟D的信息記錄面上，同時反射形成第1偏振光，再度射入偏振衍射元件50。
其後，該波長λ1的第1圓偏振光(返回光)由偏振衍射元件50內的偏振衍射元件10(參照圖4)衍射，一次衍射光被會聚於光檢測器2的受光面上。又，該波長λ1的第1圓偏振光(返回光)中，直進透過偏振衍射元件10的0次衍射光形成在X軸方向有偏振面的線偏振光，向2波長用半導體雷射器1的發光點入射。
ii)波長λ2的線偏振光的情況另一方面，從2波長用半導體雷射器1射出，射入偏振衍射元件50的Y方向上具有偏振面的波長λ2的線偏振光中，由偏振衍射元件50內的波長選擇性衍射元件30(參照圖4)衍射的±1次衍射光不能夠由準直透鏡3和物鏡4會聚於CD用的光碟D的信息記錄面上。
另一方面，上述波長λ2的線偏振光中，對偏振衍射元件10直進透過的0次光(該0次衍射光在相位板43也已經形成第2圓偏振光)由準直透鏡3和物鏡4會聚於CD用的光碟D的信息記錄面上，被反射之後形成第1圓偏振光再度射入偏振元件50，透過偏振衍射元件10。
其後，該波長λ2的入射光的一部分由偏振衍射元件50內的波長選擇性衍射元件30衍射，1次衍射光被會聚於光檢測器2的受光面上。還有，在波長選擇性衍射元件30的作為直進透射光的0次衍射光形成在X軸方向具有偏振面的線偏振光射向2波長用半導體雷射器1的發光點。
從而，偏振衍射元件50作為如下所述的偏振光束分離器起作用，即對DVD用波長λ1作為偏振衍射光柵起作用，在向光碟D聚光的往路上光不發生損失，同時在向光檢測器2會聚的歸路上能夠得到高衍射效率。
又，該偏振衍射元件50對CD用的波長λ2作為與入射光的偏振狀態無關的衍射光柵起作用，由於覆蓋層比DVD用的厚2倍，因此對於餘留的雙折射比較大的CD用的光碟D，衍射效率也沒有變動，因此能夠作為實現穩定的光檢測的光束分離器起作用。
又，如果採用這種偏振衍射元件50，能夠獨立地對波長λ1和波長λ2製造偏振衍射元件10和波長選擇性衍射元件30的光柵圖案，因此能夠控制衍射角度和衍射效率。其結果是，使用將2波長用半導體雷射器1和DVD/CD共用的光檢測器2配置在一個組件U內的單一的光單元，能夠實現DVD用和CD用光碟D的穩定記錄和重放。
還有，向2波長用半導體雷射器1的發光點返回的光形成與振蕩光垂直的偏振方向的線偏振光，因此能夠避免與振蕩光的幹涉，所以能夠得到穩定的雷射的出射光強度。
在本實施形態中，對使用將偏振光衍射元件10、波長選擇性衍射元件30、相位元件40形成一體的偏振衍射元件50的光學頭裝置60進行了說明，但是也可以採用將各要素分開配置的結構。還有，在實際的光學頭裝置中，使用在Y軸和Z軸方向上移動物鏡的致動器和循跡控制用的發生衍射光的衍射光柵等，但是由於與本發明沒有直接關係，所以省略其說明。
又，為了得到聚焦信號和循跡信號，光檢測器2的受光面被分割為多個，往往將偏振衍射元件10和波長選擇性衍射元件30的光柵圖案在空間上分割使用，使得分別在各受光面上會聚偏振衍射元件50的衍射光。
在上述實施形態中，對斷面形狀為周期性凹凸形狀的衍射光柵進行了說明，但是不限於衍射光柵的結構，例如也可以採用膽甾醇相液晶等旋光性材料的膜厚在面內空間分布的元件。在這種情況下，形成根據旋光性材料的膜厚分布在特定波段只使第1圓偏振光成份的透射波面改變的波長以及具有偏振選擇性的波面變換元件。
第5實施形態下面用圖6所示的剖面圖說明作為本發明第5實施形態的偏振衍射元件。還有，在本實施形態中，與第1實施形態相同的部分標以相同的符號並避免重複說明。
在第5實施形態的偏振衍射元件70中，形成高分子液晶光柵的材料使用具有比實施形態1更短的螺距的膽甾醇相高分子液晶，這一點是不同的。
對於離開由螺距決定的上述反射波段足夠遠的透射波長λ2的光和透射波長λ3的光，第1圓偏振光與第2圓偏振光的折射率大致相等。而在比反射波段更短波長的一側，發生與比其更長波長的一側相比相對較大的折射率差。例如比反射波段更短波長的一側的波長記為λ1，比反射波段長得多的長波長一側的波長記為λ2和λ3，與上面所述一樣將膽甾醇相高分子液晶的對於第1圓偏振光的折射率記為n1(λ)，將對於第2圓偏振光的折射率記為n2(λ)，如果其差(折射率差)記為Δn12(λ)、即Δn12(λ)＝|n1(λ)-n2(λ)|，則i)對于波長λ2和λ3的折射率差Δn12(λ2)以及Δn12(λ3)為接近0的小的數值，即Δn12(λ2)＝|n1(λ2)-n2(λ2)|0……(8)Δn12(λ3)＝|n1(λ3)-n2(λ3)|0……(9)
但是，Δn12(λ2)＞Δn12(λ3)ii)又，在波長λ1的折射率差Δn12(λ1)為較大的值，即Δn12(λ1)＝|n1(λ1)-n2(λ1)|＞Δn12(λ2) ……(10)與第1實施形態相同，對在透光性基板11上形成的，構成高分子液晶光柵73的膽甾醇相高分子液晶進行加工，形成斷面為凹凸格子狀，凹部深度為d的光柵，用透明的充填材料74進行充填，至少填埋上述高分子液晶光柵73的凹部，同時從該充填材料74上連接、夾著透光性基板12，形成偏振衍射元件70。該充填構件74使用在波長λ1、λ2以及λ3的入射光中具有與膽甾醇相高分子液晶對於第2圓偏振光的折射率大致相等的折射率的各向同性光學材料構成的構件。
藉助於此，在波長λ1、λ2以及λ3的入射光中，高分子液晶光柵73與充填材料74對於第1圓偏振光的折射率差，相當於膽甾醇相高分子液晶相對於第1圓偏振光和第2圓偏振光的所述折射率差Δn12(λ1)、Δn12(λ2)以及Δn12(λ3)。
.關於第1圓偏振光的入射光i)也就是說，相對于波長λ1的第1圓偏振光的、高分子液晶光柵73與充填材料74的折射率差Δn1(λ1)相當於膽甾醇相高分子液晶對于波長λ1的第1與第2圓偏振光的所述折射率差Δn12(λ1)、即Δn1(λ1)＝Δn12(λ1)＝|n1(λ1)-n2(λ1)|＞Δn12(λ2)(根據式(10))……(11)ii)同樣，對于波長λ2、波長λ3的第1圓偏振光，高分子液晶光柵73與充填材料74的折射率差Δn1(λ2)、Δn1(λ3)相當於膽甾醇相高分子液晶相對於第1和第2圓偏振光的上述折射率差Δn12(λ2)和Δn12(λ3)、也就是Δn1(λ2)＝Δn12(λ2)＝|n1(λ2)-n2(λ2)|0(根據式(8)) ……(12)以及Δn1(λ3)＝Δn12(λ3)
＝|n1(λ3)-n2(λ3)|0(根據式(9)) ……(13)還有，Δn1(λ2)以及Δn1(λ3)如果是上述Δn1(λ1)的20％以下的值，則可以說在波長λ2和波長λ3，高分子液晶光柵73與充填材料74的折射率差大致相等。
關於第2圓偏振光的入射光又，在波長λ1、波長λ2和波長λ3的入射光中，對於第2圓偏振光，不發生高分子液晶光柵73與充填材料74的折射率差Δn2(λ1)、Δn2(λ2)(λ1)以及Δn2(λ3)。也就是說，Δn2(λ1)＝Δn2(λ2)＝Δn2(λ3)0 ……(14)下面用圖7對第5實施形態的偏振衍射元件70的作用進行說明。
.關於第1圓偏振光的入射光對於第1圓偏振光的入射光，i)例如對于波長λ2和波長λ3，高分子液晶光柵73與充填材料74的折射率差Δn1(λ2)和Δn1(λ3)，根據式(12)和式(13)是接近於0的小數值。因此如圖7(A)所示，不發生衍射光，而是直進透過偏振衍射元件70。
ii)又，對于波長λ1，該折射率差Δn1(λ1)根據式(11)得出是有限的數值，因此如圖7(A)所示發生衍射光。這時，為了使對波長λ1的±1次衍射效率為最大，有下式d＝λ1/(2·Δn1(λ1))……(15)其中，d高分子液晶光柵73的凹部深度Δn1(λ1)對膽甾醇相高分子液晶構成的高分子液晶光柵73的凹部深度d進行加工，使對于波長λ1的第1圓偏振光的、高分子液晶光柵73與充填材料74的折射率差得到滿足即可。
還有，在鋸齒波斷面形狀的情況下，高分子液晶光柵73的凹部深度d滿足d＝λ1/Δn1(λ1) ……(16)時+1次衍射效率達到最大。
.關於第2圓偏振光的入射光另一方面，對於第2圓偏振光的入射光，在波長λ1、波長λ2和波長λ3的任一波長的情況下，如上所述高分子液晶光柵73與充填材料74的折射率差Δn2(λ1)、Δn2(λ2)、Δn2(λ3)根據式(4)可知是極小的數值。因此如圖7(B)的複式表示所示，對于波長λ1、波長λ2和波長λ3的任一波長都不發生衍射光，直進透過偏振衍射元件70。
第6實施形態下面用圖8所示的剖面圖對本發明第6實施形態的偏振衍射元件進行說明。還有，在本實施形態中，對與第1實施形態相同的部分標以相同的符號並避免重複說明。
在第6實施形態的偏振衍射元件80中，充填高分子液晶光柵的材料採用與實施形態5的充填材料不同折射率的充填材料，這一點不同於實施形態5。
與上面所述相同，將膽甾醇相高分子液晶對第1圓偏振光的折射率記為n1(λ)，將對第2圓偏振光的折射率記為n2(λ)，將充填材料的折射率記為ns(λ)。對於第1圓偏振光和第2圓偏振光，與充填材料的折射率差分別記為Δn1-s(λ)、Δn2-s(λ)。也就是Δn1-s(λ)＝|n1(λ)-ns(λ)|Δn2-s(λ)＝|n2(λ)-ns(λ)|在波長λ1進行選擇使對於第1圓偏振光的折射率n1(λ1)與對于波長λ1的充填材料的折射率ns(λ1)大致一致。
i)在波長λ1對於第1圓偏振光和第2圓偏振光的充填材料與高分子液晶光柵的折射率差Δn1-s(λ)、Δn2-s(λ)對於第1圓偏振光是接近於0的很小的數值，對於第2圓偏振光，根據式(11)，是有意義的值，即Δn1-s(λ1)＝|n1(λ1)-ns(λ1)|0……(17)Δn2-s(λ1)＝|n2(λ1)-ns(λ1)|＞Δn1-s(λ1) ……(18)ii)又，在波長λ2和波長λ3的對於第1圓偏振光和第2圓偏振光的充填材料與高分子液晶光柵的折射率差Δn1-s(λ)、Δn2-s(λ)根據式(12)和式(13)，具有大致相等的有意義的數值、即為Δn1-s(λ2)＝|n1(λ2)-ns(λ2)||n2(λ2)-ns(λ2)|＝Δn2-s(λ2) ……(19)Δn1-s(λ3)＝|n1(λ3)-ns(λ3)|
|n2(λ3)-ns(λ3)|＝Δn2-s(λ3) ……(20)與第1實施形態相同，對形成於透光性基板11上的，構成高分子液晶光柵83的膽甾醇相高分子液晶進行加工，使其剖面為凹凸格子形狀而且格子的凹部深度為d，用透明的充填材料84進行充填，至少將上述高分子液晶光柵83的凹部加以填埋，同時從該充填材料84上連接並夾著透光性基板12，作為偏振衍射元件80，該充填材料84使用在波長λ1的入射光的情況下具有與膽甾醇相高分子液晶對第1圓偏振光的折射率大致相等的折射率的各向同性光學材料構成的充填材料。
這樣，在波長λ1、λ2和波長λ3的入射光中，對於第1圓偏振光的高分子液晶光柵83與充填材料84的折射率差相當於Δn1-s(λ1)、Δn1-s(λ2)以及Δn1-s(λ3)，對於第1圓偏振光的高分子液晶光柵83與充填材料84的折射率差相當於Δn2-s(λ1)、Δn2-s(λ2)以及Δn2-s(λ3)。
下面用圖9對這種情況下的作用進行說明。
.關於第1圓偏振光的入射光對於第1圓偏振光入射光，i)例如對于波長λ1，高分子液晶光柵83與充填材料84的折射率差Δn1-s(λ1)如式(17)所示，為接近於0的很小的值。因此如圖9(A)所示，不發生衍射光就直進透過偏振衍射元件80。
ii)而對于波長λ2和λ3，其折射率差Δn1-s(λ2)和Δn1-s(λ3)如式(19)和式(20)所示，為有限的數值，因此如圖9(A)所示，發生衍射光。
.關於第2圓偏振入射光另一方面，對於第2圓偏振入射光，波長λ1、波長λ2以及波長λ3的任意一種波長的情況下，高分子液晶光柵83與充填材料84的折射率差Δn2-s(λ1)、Δn2-s(λ2)以及Δn2-s(λ3)具有有意義的數值。因此如圖9(B)上複式表示所示，波長λ1、波長λ2以及波長λ3的任意一種波長都在偏振衍射元件80發生衍射光。
通過形成本結構，能夠實現對第1圓偏振光，只有入射的波長中的一個波長不發生衍射光的元件。
第7實施形態下面用圖10所示的剖面圖對本發明第7實施形態的偏振衍射元件進行說明。還有，在本實施形態中，與第1實施形態相同的部分標以相同的符號並避免重複說明。
第7實施形態的偏振衍射元件90中，高分子液晶光柵形成用的材料採用具有不同於實施形態1和實施形態5的螺距的膽甾醇相高分子液晶，這一點是與其不同的。
對於與由螺距決定的上述發生波段也保持充分距離的透射波長λ3，第1圓偏振光與第2圓偏振光的折射率大致相等。而對於比反射波段波長短的一側的透射波長λ1以及比反射波段的長波長一側近旁的透射波長λ2，發生與透射波長λ3相比相對較大的折射率差。與上面所述相同，將膽甾醇相高分子液晶的對第1圓偏振光的折射率記為n1(λ)，將對於第2圓偏振光的折射率記為n2(λ)，其折射率差記為Δn12(λ)，即Δn12(λ)＝|n1(λ)-n2(λ)|時，i)在波長λ3的折射率差Δn12(λ3)為接近於0的很小的值，即Δn12(λ3)＝|n1(λ3)-n2(λ3)|0……(21)ii)又，對于波長λ1和波長λ2，其折射率差Δn12(λ1)以及Δn12(λ2)有較大的值，即為Δn12(λ1)＝|n1(λ1)-n2(λ1)|＞Δn12(λ3) ……(22)Δn12(λ2)＝|n1(λ2)-n2(λ2)|＞|n12(λ3)……(23)與第1實施形態一樣，對在透光性基板11上形成的，構成高分子液晶光柵93的膽甾醇相高分子液晶進行加工，形成斷面為凹凸格子形狀，凹部深度為d的光柵，用透明充填材料94至少對上述高分子液晶光柵93的凹部進行充填，同時從該充填材料94上連接並夾著透光性基板12，作為偏振衍射元件90。該充填材料94採用具有與在波長λ1、波長λ2以及波長λ3的入射光的條件下，對於第2圓偏振光的膽甾醇相高分子液晶的折射率大致相同的折射率的光學各向同性材料構成的材料。
藉助於此，在波長λ1、波長λ2以及波長λ3的入射光中，對於第1圓偏振光的高分子液晶光柵93與充填材料94的折射率差相當於對於第1圓偏振光和第2圓偏振光的膽甾醇相高分子液晶的上述折射率差Δn12(λ1)、Δn12(λ2)以及Δn12(λ3)。〕下面用圖11說明這種情況下的作用。
.關於第1圓偏振光的入射光對於第1圓偏振光的入射光，i)例如對于波長λ3，高分子液晶光柵93與充填材料84的折射率差Δn1(λ3)如式(21)所示，為接近於0的很小的值。因此如圖11(A)所示，不發生衍射光就直進透過偏振衍射元件90。
ii)而對于波長λ1和λ2，其折射率差Δn1(λ1)和Δn1(λ2)如式(22)和式(23)所示，為有限的數值，因此如圖11(A)所示，發生衍射光。
.關於第2圓偏振入射光另一方面，對於第2圓偏振入射光，波長λ1、波長λ2以及波長λ3的任意一種波長的情況下，都與上述實施形態一樣，高分子液晶光柵93與充填材料94的折射率差Δn2(λ1)、Δn2(λ2)以及Δn2(λ3)很小。因此如圖11(B)上複式表示所示，波長λ1、波長λ2以及波長λ3的任意一種波長都不發生衍射，而直進透過偏振衍射元件90。
通過形成本結構，能夠實現只有入射的波長中的一個波長不管其偏振如何都不發生衍射的元件。
本發明的偏振衍射光柵是在入射的第1圓偏振光和第2圓偏振光之間具有最大的透射、衍射特性差異的光柵，而對於入射的線偏振光也具有作為衍射元件的功能。這種情況下的作用用圖12以第5實施形態為例進行說明。
線偏振光可以認為是強度大致相等的第1圓偏振光與第2圓偏振光的相加。因此得到的透射·衍射特性也是第1圓偏振光和第2圓偏振光的平均特性。也就是說，對于波長λ1，如圖12(A)和圖12(B)所示，對於平行於紙面的第1線偏振光和垂直紙面的第2線偏振光，都顯示出與對於圖7(A)所示的第1圓偏振光和對於圖7(B)所示的第2圓偏振光發生的各透射·衍射特性之和相當的透射·衍射特性。對于波長λ1和波長λ2，如圖7(A)和圖7(B)所示，對於第1圓偏振光和第2圓偏振光中的任何一個都不發生衍射光，因此如圖12(A)和圖12(B)所示，對於第1線偏振光和第2線偏振光中的任何一個都不發生衍射光。
這種對線偏振光的透射·衍射特性，不限於第1線偏振光和第2線偏振光，對於在任意方向上偏振的線偏振光都顯示出大致相同的衍射特性。這樣，在將線偏振光使用為入射光的情況下，可以使偏振衍射元件的與偏振的相關性消失，只利用波長選擇性。
對於本發明的偏振衍射元件以及使用該元件的光學頭裝置的當然的特徵，將利用以下所示的實施例進行具體說明。
實施例例1下面就本實施例的偏振衍射元件50，利用圖4所示的剖面圖對其製作方法和結構進行具體說明。
.關於偏振衍射元件10(1)這種偏振衍射元件10是與上述第1實施形態說明的結構相同的元件，作為高分子液晶光柵13，採用高分子化後的正常光折射率no＝1.51以及異常光折射率ne＝1.71，右旋螺距P＝3.8微米的膽甾醇相高分子液晶，加工成斷面為矩形格子形狀。這時，膽甾醇相高分子液晶對於作為第1圓偏振光的右旋圓偏振光，顯示出中心波長為λ0＝612nm，波段75nm的反射波段R1。
(2)接著，用具有與這種膽甾醇相高分子液晶的平均折射率n＝1.61相當折射率的透明粘接材料構成的充填材料14，填埋高分子液晶光柵13的凹部，同時連接、固定於玻璃構成的透光性基板12上，以此製作偏振衍射元件10。
在這裡，對於作為第2圓偏振光的左旋圓偏振光，膽甾醇相高分子液晶的折射率n2(λ)大約等於平均折射率n。根據使用4×4傳播行列法的膽甾醇相高分子液晶的透射光偏振分量的理論計算，高分子液晶光柵13的凹部深度採用d＝8.8微米。藉助於此，作為第1圓偏振光的右旋圓偏振光與作為第2圓偏振光的左旋圓偏振光的透射光的相位差對于波長λ1＝660nm大約為π，對于波長λ2＝790nm，大約為0.14π。
因此，凹凸形狀的凸部(高分子液晶光柵13)與凹部(充填材料14)的透射光的相位差φ、也就是從下式算出的相位差φ＝2π·Δn(λ)·d/λ ……(24)其中，Δn(λ)折射率差在波長λ1對於作為第1圓偏振光的右旋圓偏振光相當於大約π，對於作為第2圓偏振光的左旋圓偏振光，為大於0.14π。又，在波長λ2，對於任何圓偏振光均大約為0。
在該偏振衍射元件10中，直進透射的0次衍射效率利用下式可以近似求出。
η0＝cos2(φ/2) ……(25)
±1次衍射效率η1＝(2/π)2·sin2(φ/2) ……(26)因此，波長λ1的第1圓偏振光根據式(26)，±1次衍射光最大η1＝41％，第2圓偏振光不衍射地直進透射(η0＝100％)。又，對于波長λ2的第1圓偏振光，根據式(25)，0次衍射率最大η0＝95％，對於第2圓偏振光，η0＝100％，大半光不衍射而直進透過。
.關于波長選擇性衍射元件30(1)包含在波長590nm有吸收端的有機物顏料(紅色顏料)的紅色光刻膠利用旋轉塗布方法在玻璃構成的透光性基板31上均勻塗布形成6.0微米厚度之後進行加熱使其固化。
(2)接著利用光掩模對紅色光刻膠進行紫外線曝光和顯像處理，以此製作斷面為矩形的短波長吸收光柵32。該短波長吸收光柵32的折射率在波長λ1為n1＝1.654，在波長λ2為n2＝1.626。
(3)接著，將在聚合後的折射率對于波長λ1為n1＝1.656，對于波長λ2為n2＝1.646的光聚合物以單體狀態作為充填材料33充填於短波長吸收光柵32的凹部。其後在充填材料33上迭層偏振衍射元件10的透光性基板11，與短波長吸收光柵32夾著充填材料33，對單體照射紫外線使其聚合，製作波長選擇性衍射元件30。
在這樣製作的波長選擇性衍射元件30中，對于波長λ1，短波長吸收光柵32與充填材料33之間沒有折射率差，因此不發生衍射光而直進透射。另一方面，對于波長λ2，短波長吸收光柵32的凸部與凹部通過的光的相位差大約為0.30π，直進透射的0次衍射效率根據式(25)為η0＝79％，±1次衍射效率為根據式(26)為η1＝8.5％。因此，波長選擇性衍射元件30是能夠與入射光的偏振狀態無關地使波長λ1的入射光直進透過，使波長λ2的入射光中的8.5％±1次衍射的波長選擇性衍射元件。
.關於相位元件40將對于波長λ1與波長λ2的中心波長λc＝725nm的雙折射相位差相當於π以及π/2的延遲值362.5nm的第1高分子液晶(圖中省略)、以及延遲值181.3nm的第2高分子液晶(圖中省略)按照第1高分子液晶、第2高分子液晶的順序迭層在玻璃構成的透光性基板41上，並使各滯相軸角度在XY面內相對Y軸形成15°和75°，製作相位元件40。
該相位元件40在Y軸方向上具有偏振面的波長λ1和波長λ2的線偏振光從透光性基板41一側入射時，透射光形成作為第2圓偏振光的左旋偏振光。又，相位元件40在作為第1圓偏振光的右旋偏振光從透光性基板42一側入射時，透射光形成都在X軸方向上具有偏振面的線偏振光。也就是說，該相位元件40對于波長λ1和波長λ2作為1/4波長板起作用。
通過這樣，能夠製作將具有相位板43的相位元件40、波長選擇性衍射元件30、偏振衍射元件10迭層形成的本實施例的偏振衍射元件50，得到在上述第3實施形態中說明的光學功能。
例2下面對裝有偏振衍射元件50的光學頭裝置60，參照示意性表示其配置結構的圖5進行說明。
這種偏振衍射元件50對於DVD用的波長λ1作為偏振衍射光柵起作用，在會聚於光碟D上的往路上控制衍射光造成的光損失，實現90％以上的光利用效率。另一方面，這種偏振衍射元件50在會聚於光檢測器2的歸路上作為能夠得到30％以上的高±1次衍射效率的偏振光束分離器起作用。
又，這種偏振衍射元件50，對於CD用的波長λ2作為與入射光的偏振狀態無關的衍射光柵起作用，對於殘存有雙折射的CD用光碟D，衍射效率也沒有變動，因此能夠作為實現穩定的光檢測的光束分離器起作用。
其結果是，在實現光學頭裝置60的小型化、輕量化的同時，能夠實現對DVD用和CD用的光碟D的穩定記錄和重放。
例3下面就本實施例的偏振衍射元件70，用圖6所示的剖面圖對其製作方法和結構進行具體說明。
.關於偏振衍射元件70i)這種偏振衍射元件70是與第5實施形態結構相同的元件，作為高分子液晶光柵73，採用高分子化之後的正常光折射率no＝1.55，而異常光折射率ne＝1.77，右旋螺距P＝0.33微米的膽甾醇相高分子液晶，加工成斷面為矩形格子形狀。這時，膽甾醇相高分子液晶對於作為第1圓偏振光的右旋圓偏振光中心波長λ0＝550nm，顯示出波段70nm的反射波段R1。
ii)接著用具有相當於該膽甾醇相高分子液晶的平均折射率n＝1.66的折射率的透明粘接材料構成的充填材料74填埋高分子液晶光柵73的凹部，同時粘接、固定於玻璃構成的透光性基板12上，以此製造偏振衍射元件70。
在這裡，對於作為第2圓偏振光的左旋偏振光的膽甾醇相高分子液晶的折射率n2(λ)，大約等於平均折射率n。根據採用4×4的傳播行列法的，膽甾醇相高分子液晶的透射光偏振分量的理論計算，高分子液晶光柵73的凹部深度d採用d＝9.1微米。這樣，作為第1圓偏振光的右旋圓偏振光與作為第2圓偏振光的左旋圓偏振光的透射光相位差對于波長λ1＝405nm大約為π，對于波長λ2＝660nm，大約為0.12π，對于波長λ3＝790nm，大約為0.05π。
因此，凹凸形狀的凸部(高分子液晶光柵73)與凹部(充填材料74)的透射光的相位差φ、也就是從下式計算出的相位差φ＝2π·Δn(λ)·d/λ ……(27)其中，Δn(λ)折射率差，在波長λ1，對於作為第1圓偏振光的右旋偏振光相當於約π，在波長λ2和波長λ3，分別大約為0.10π和大約0.05π。在第2圓偏振光中，對於任一波長均大約為0。
在這一偏振衍射元件70中，直進透射的0次衍射效率可以用下式近似求出，即η0＝cos2(φ/2) ……(28)±1次衍射效率可以用下式近似求出，即η1＝(2/π)2sin2(φ/2) ……(29)因此，波長λ1的第1圓偏振光根據式(29)，±1次衍射光為最大η1＝41％，第2圓偏振光沒有發生衍射而直進透射(η0＝100％)。又，對于波長λ1和波長λ2的第1圓偏振光，根據式(28)，0次衍射效率分別為最大η0＝96％，而η0＝98％，對於第2圓偏振光均為η0＝100％，沒有衍射就直進透過的光佔一大半。
例4下面對裝有偏振光衍射元件70的光學頭裝置100，參照示意性表示其配置結構的圖13進行說明。
光學頭裝置100採用替換著發射波長λ1為405nm±10nm的高密度光碟用雷射、波長λ2為660nm±20nm的DVD波段的雷射、波長λ3為790nm±20nm的CD波段的雷射的3波長用雷射半導體雷射器5。而且實施例2所示的偏振衍射元件50中包含的相位差板使用對于波長λ1、波長λ2以及波長λ3作為大約1/4相位差板起作用的波長範圍大的相位差板，新追加偏振衍射光柵70。
實施例2所說明的DVD用的波長λ2以及CD用的波長λ3的功能，在實施例4也大致相同，因此省略其說明。
新追加的偏振衍射元件70，對於在高密度光碟中使用的雷射的波長λ1作為偏振衍射光柵起作用，在聚光於光碟D的往路上，衍射光造成的光損失得到控制，能夠實現90％以上的利用效率。另一方面，該偏振衍射元件70在聚光於光檢測器2的歸路上作為能夠得到30％以上的高±1次衍射效率的偏振光束分離器起作用。又，這種偏振衍射元件70，對於DVD用的波長λ2和CD用的波長λ3，不管入射光的偏振狀態如何，不發生衍射光。
其結果是，能夠實現光學頭裝置100的小型化和輕量化，同時能夠實現對高密度光碟用、DVD用、以及CD用的光碟D的穩定記錄和重放。
被用於本發明的偏光性衍射元件的形成膽甾醇相高分子液晶的聚合性膽甾醇相液晶可使用公知的光學活性化合物。例如，較好的是式(30)的日本專利特開2002-12580揭示的螺旋誘導力較大的化合物。
R-X1-A1-B1-C*HY1-CH2-(B2)n-X2-A2-X3-A3-X4-Z-OCO-CY2＝CH2…(30)式(30)中的符號的含義如下所述。
R碳原子數1～12的烷基、1個或1個以上的氫原子被氟原子取代的碳原子數1～12的烷基、氫原子或滷素原子，X1、X2、X4、X4互相獨立，表示羰基氧基(-COO-)、氧羰基(-OCO-)、醚性氧原子(-O-)、氧亞甲基(-OCH2-)、亞甲氧基(-CH2O-)或單鍵，Y1甲基(-CH3)或1個或1個以上的氫原子被氟原子取代的甲基，Y2氫原子或甲基(-CH3)，Z碳原子數1～12的亞烷基或1個或1個以上的氫原子被氟原子取代的碳原子數1～12的亞烷基，A1、A3、A3互相獨立，表示1個或2個氫原子可被氟原子取代的1，4-亞苯基、1個或2個氫原子可被甲基(-CH3)取代的1，4-亞苯基、無取代的2，6-亞萘基、無取代的反-1，4-亞環己基或單鍵，B1、B2互相獨立，表示1個或2個氫原子可被氟原子取代的1，4-亞苯基、1個或2個氫原子可被甲基(-CH3)取代的1，4-亞苯基、無取代的2，6-亞萘基、無取代的反-1，4-亞環己基或-D1-CH2CH2-D2-表示的基團(D1及D2互相獨立，表示1個或2個氫原子可被氟原子及/或甲基(-CH3)取代的1，4-亞苯基、無取代的2，6-亞萘基、無取代的反-1，4-亞環己基)，n1或2，C*手性碳原子。
此外，為了調整螺距，可並用其它的聚合性液晶化合物。其它的聚合性液晶化合物具有多個聚合性官能團時，聚合性官能團的種類可不同。
已知大量具有2個聚合性官能團的化合物，使它們聚合時，一般可獲得良好的耐熱性及強度特性，所以適合採用。具體可例示日本專利特開平10-265531號公報中記載的下述二丙烯酸酯化合物， 式中，A2為氟原子、氯原子、氫原子或甲基，q為0～8的整數，q為0或1時的r為0，q為2～8的整數時的r為1，X2為單鍵、-COO-、-OCO-或-CH2CH2-，s為0或1，p為0或1，p為0時的X3為單鍵，p為1時的X3的結構與X2相同，這裡所用的符號僅指該式中的符號。
具體來講，可例示下述的化合物。
此外，作為分子內含有1個聚合性官能團的化合物，可例舉同一公報中例示的下式表示的化合物，
式中，A1為氟原子、氯原子、氫原子或甲基，m為0～8的整數，m為0或1時的n為0，m為2～8的整數時的n為1，X1為單鍵、-COO-、-OCO-或-CH2CH2-，Y為1，4-亞苯基或1，4-反-亞環己基，Z1為碳原子數1～8的烷氧基、氟原子、氯原子或氰基，這裡所用的符號僅指該式中的符號。
具體來講，可例示下述的化合物。
此外，還可例示下式表示的化合物， 式中的X為1，4-亞苯基或1，4-反-亞環己基，Y為碳原子數1～8的烷基。
具體來講，較好的例子包括4-(反-4』-正丙基環己基羰基氧基)苯基丙烯酸酯、4-(反-4』-正丁基環己基羰基氧基)苯基丙烯酸酯、4-(反-4』-正戊基環己基羰基氧基)苯基丙烯酸酯、4-(4』-正丙基苯基羰基氧基)苯基丙烯酸酯、4-(4』-正丁基苯基羰基氧基)苯基丙烯酸酯、4-(4』-正戊基苯基羰基氧基)苯基丙烯酸酯。這些聚合性液晶化合物可單獨1種使用也可2種或2種以上組合使用。
此外，被用於本發明的偏光性衍射元件的聚合性膽甾醇相液晶組合物中可含有聚合性非液晶化合物。對該聚合性化合物無特別限定，較好為丙烯酸酯系、甲基丙烯酸酯系、乙烯基醚系化合物，它們可1種單獨使用，也可2種或2種以上組合使用。
為使本發明的具有聚合性基團的液晶性化合物的保存穩定性提高，可添加穩定劑。作為穩定劑，可例示氫醌、氫醌一烷基醚類或叔丁基兒茶酚類等。
本發明並不僅限於上述實施方式，在不脫離其技術要素的前提下可以以各種方式實施。
工業應用性本發明的偏振衍射元件，其衍射效率在特定的透射波段具有與圓偏振相關的特性，而在其他透射波段與偏振無關，因此通過對光柵形狀和光柵圖案進行設計調整，能夠得到具有隻取出特定波段的特定圓偏振光的波長選擇性和偏振選擇性的光束分離器。
特別是通過將本發明的偏振衍射元件使用於用多個波長的雷射光源對規格不同的光碟進行信息記錄或重放的光學頭裝置，能夠實現光學頭裝置的小型化和，同時由於形成光利用效率高的光學系統，能夠實現穩定的記錄和重放。
權利要求
1.一種偏振衍射元件，是使特定波長的光發生衍射的偏振衍射元件，其特徵在於，偏振衍射元件利用兩種光學材料的連接形成衍射光柵而形成，一種光學材料使用旋光性材料，另一種光學材料使用光學各向同性材料，兩種光學材料相接，其中該旋光性材料針對所述特定波長光中的具有一個旋轉方向的第1圓偏振光具有反射波段，並且在反射波段外產生衍射，所述光學各向同性材料使旋轉方向與第1圓偏振光相反的第2圓偏振光透射而不使其發生衍射。
2.一種偏振衍射元件，是對於分別具有第1圓偏振光和與該第1圓偏振光相反方向旋轉的第2圓偏振光的至少兩個波長不同的入射光，根據所述兩個入射光的波長和偏振狀態有選擇地衍射或透射的偏振衍射元件，其特徵在於，至少在所述第1圓偏振光的入射光的反射波段不包含所述兩個入射光的波長。
3.根據權利要求1或2所述的偏振衍射元件，是對於分別具有第1圓偏振光和與該第1圓偏振光相反方向旋轉的第2圓偏振光的第1波長λ1以及不等於λ1的第2波長λ2的入射光，根據所述兩個入射光的波長和偏振狀態有選擇地衍射的偏振衍射元件，其特徵在於，具有反射波段，該反射波段至少針對所述第1圓偏振光的入射光，不將所述第1波長λ1和所述第2波長λ2包含於反射波長的對象中，具有在所述第1波長λ1以及所述第2波長λ2的所述入射光中，作為所述反射波段近旁的透射波長的所述第1波長λ1的所述入射光，與所述第2波長λ2相比，用具有相對較多發現的旋光色散功能的旋光性材料，使所述第1波長λ1的第1圓偏振入射光有選擇地衍射的波長偏振選擇衍射功能。
4.根據權利要求1或2所述的偏振衍射元件，其特徵在於，所述至少兩個不同波長的入射光中，至少有一個波長在比所述反射波段短的短波側，至少一個波長在比所述反射波段長的長波側，採用在比所述反射波段短的短波側和比所述反射波段長的長波側具有不同的旋光色散功能的旋光性材料，至少有選擇地使一個波長的入射光的第1圓偏振光與第2圓偏振光衍射或透射。
5.根據權利要求3所述的偏振衍射元件，其特徵在於，具有使用波長λ的，對所述第1圓偏振光的折射率與對所述第2圓偏振光的折射率之差記為Δn(λ)時，滿足Δn(λ1)＞Δn(λ2)，而且Δn(λ2)0的所述旋光性材料與在所述第2波長λ2與所述旋光性材料的折射率大致相等的光學各向同性材料中的任意一種材料，加工成斷面形狀具有周期性凹凸的光柵形狀的光柵、以及至少在該加工的所述光柵的凹部充填所述旋光性材料與所述光學各向同性材料中的任意另一種材料的充填材料。
6.根據權利要求5所述的偏振衍射元件，其特徵在於，所述旋光性材料，由其螺旋軸方向與厚度方向一致，同時對所述第1圓偏振光具有不將所述第1波長λ1以及所述第2波長λ2包含於反射波長的對象中的所述反射波段，而且所述第1波長λ1為與所述第2波長λ2相比相對地更靠近所述反射波段的透射波長的具有螺距的膽甾醇相液晶構成。
7.根據權利要求5所述的偏振衍射元件，其特徵在於，所述旋光性材料，由對所述第1圓偏振光具有不將所述第1波長λ1以及所述第2波長λ2包含於反射波長的對象中的所述反射波段，同時具有所述第1波長λ1為與所述第2波長λ2相比相對更靠近所述反射波段的透射波長的波長選擇性，利用高分子網絡擴大了膽甾醇藍相的溫度範圍的高分子穩定化膽甾醇藍相液晶構成。
8.根據權利要求4所述的偏振衍射元件，其特徵在於，包含假設波長λ的相對於所述第1圓偏振光的折射率和相對於所述第2圓偏振光的折射率之差為Δn(λ)時，至少對於兩個波長不同的入射光中的至少一個的波長，Δn(λ)0的所述旋光性材料、以及在所述第1圓偏振光與所述第2圓偏振光的至少一個圓偏振光中與所述旋光性材料的折射率大致相等的光學各向同性材料，使用所述旋光性材料與所述光學各向同性材料中的任意一種材料，形成在加工成斷面形狀具有周期性凹凸的光柵形狀的光柵時，至少該加工的所述光柵的凹部充填另一種材料的結構。
9.根據權利要求8所述的偏振衍射元件，其特徵在於，所述旋光性材料，由其螺旋軸方向與厚度方向一致，同時對所述第1圓偏振光具有不將至少兩個波長不同的入射光的全部波長包含於反射波長的對象中的所述反射波段，而且是在至少兩個波長不同的入射光中，比最短入射波長大，比最長入射波長短的反射波段的，具有螺距的膽甾醇相液晶構成。
10.一種光學頭裝置，具備發射至少兩束波長不同的光的至少兩個半導體雷射器、將該半導體雷射器發射出的光聚光於光記錄媒體上的物鏡、將所述光記錄媒體反射的光中至少一個波長的光衍射的光束分離器、以及檢測所述衍射的所述波長的光的光檢測器，進行所述光記錄媒體的記錄和/或重放，其特徵在於，所述光束分離器包含權利要求3～權利要求9中的任一項所述的偏振衍射元件。
11.根據權利要求10所述的光學頭裝置，其特徵在於，所述光束分離器是光柵格子的間距和光柵格子的角度在光柵形成面內分布的全息案構成的全息圖光束分離器。
全文摘要
實現在波長λ1作為偏振衍射元件起作用，在波長λ2不管入射偏振狀態如何不作為衍射光柵起作用，具有高透射率的波長選擇性的偏振衍射元件和使用所述偏振衍射元件的光學頭裝置。偏振衍射元件對分別具有第1圓偏振光和與該第1圓偏振光反方向旋轉的第2圓偏振光的至少兩束波長不同的入射光，根據入射光的波長和偏振狀態有選擇地將其衍射或使其通過。而且至少對第1圓偏振光的入射光的反射波段中不包含兩個入射光的波長。
文檔編號G11B7/1353GK1898584SQ20048003905
公開日2007年1月17日 申請日期2004年12月27日 優先權日2003年12月26日
發明者大井好晴, 佐藤弘昌, 郡島友紀 申請人:旭硝子株式會社