JPH08503315A - 偏光ビームスプリッタ及びこのビームスプリッタを用いる光磁気再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 光偏光ビームスプリッタは、補償積層体（１１〜１３）及びことと隣接する偏光積層体８８〜１０）を構成する薄膜８８〜１２）の積層体を有する。偏光積層体は第１の屈折率ｎ_wの層と第２の屈折率ｎ_hの層とが交互に形成された複数の順次の層を有する。補償積層体は1/4波長の厚さを有すると共に、ｎ₁，ｎ₂及びｎ₃（ｎ₃＜ｎ₂〈ｎ₁）の屈折率を有する３個の順次層を有するるこの補償積層体により、ビームスプリッタを通過した透過光又は反射光の２個の直交する方向の偏光成分間の位相差を最小にする。このビームスプリッタは、発散性光ビーム又は集束性光ビームを所定の偏光成分に分割する光学装置に用いるのが好適である。

Description

【発明の詳細な説明】 偏光ビームスプリッタ及びこのビームスプリッタを用いる 光磁気再生装置 技術分野 本発明は、所定の波長を有する非平行な光ビームを偏光状態が互いに相異する ２本のサブビームに分離する偏光ビームスプリッタであって、複数の薄い層から 成る偏光積層体が形成されている偏光ビームスプリッタに関するものである。 背景技術 偏光ビームスプリッタは入射ビームを互いに直交する方向に偏光した２本のサ ブビームに分割するのに好適である。部分偏光ビームスプリッタ（ＰＰＢＳ）と 称せられている特別な偏光ビームスプリッタは、入射した光ビームを、互いに直 交する偏光方向に偏光した２本のサブビームに所望の光量比で分割する。 冒頭部で述べた型式の偏光ビームスプリッタは欧州特許出願第３３６３３４号 明細書から既知である。このビームスプリッタは高屈折率層と低屈折率層とが交 互に形成されている偏光積層体を具えている。この積層体の第１の層及び最後の 層は中間の層よりも一層薄くされ、設計された入射角からずれた角度で入射する 光に対して正確な分割比を実現している。このようなビームスプリッタは、半導 体レーザダイオードから放出された発散性光ビームの光路中に直接配置すること ができる。この結果、ビームスプリッタの前面にビームを平行化するレンズを配 置する必要が除去され、一層小型な光学系を実現することができる。 偏光ビームスプリッタを光磁気再生装置のビーム分離素子として用いることは 特開平２−６４９１７号公報から既知である。この装置において、ダイオードレ ーザから発生した第１の偏光方向を有する発散性光ビームはビームスプリッタを 経てレンズ系に入射し、このレンズ系により情報記録媒体上に集束している。記 録媒体で反射したビームの偏光状態は媒体に記録されている情報により変調され 、このビームは第１の偏光方向を有する相当大量の光だけでなく微小量で量が変 化 する第２の偏光方向の光も含むことになる。レンズ系は反射ビームを集束させる 。ビームスプリッタは記録媒体で反射したビームの一部を検出系に向けて反射し 、この検出系によりビームの変調は読み取った情報を表わす電気的検出信号に変 換される。ビームスプリッタは第２の偏光方向の光の全てを反射し第１の偏光方 向の光の一部を反射するので、検出信号は増幅される。しかしながら、前記欧州 特許出願から既知のビームスプリッタを用いたのでは、再生装置に最良でない検 出信号が生じてしまうこと明らかである。 発明の概要 本発明の目的は、増強された検出信号を得ることができる偏光ビームスプリッ タを提供することにある。 本発明においては、上記目的は冒頭部で述べた偏光ビームスプリッタにおいて 偏光積層体を通過する際に生ずる位相不整合を補償する補償手段を具えることを 特徴とする偏光ビームスプリッタにより達成される。 既知のビームスプリッタが設けられている再生装置における不適当な量の検出 信号はビームスプリッタの偏光積層体によって生ずる第１の偏光方向の光と第２ の偏光方向の光との間の位相差の結果によるものであり、位相差が零にならない ことに起因している。この位相差は偏光積層体への入射角に依存する。この課題 を解決する為、本発明のビームスプリッタでは、ビームスプリッタ中に補償手段 を設け、この補償手段により非平行な光ビーム中に偏光積層体によって生じた位 相差とは符号が反対の位相差を導入する。偏光積層体と補償手段とを結合するこ とによって生ずる位相差は広い範囲の入射角に亘って数度以下に低減される。第 １の偏光方向の光と第２の偏光方向の光との光量比はビームスプリッタの薄膜及 び基板の屈折率を選択することにより決定される。本発明によるビームスプリッ タを光磁気再生装置に用いることにより一層良好な品質の検出信号が得られる。 好適実施例では、補償手段を、偏光積層体に隣接し薄膜で構成される補償積層 体で構成する。偏光積層体及び補償積層体における偏光機能及び補償機能を適切 に組み合わせることができるので設計の自由度が一層増大する。偏光積層体及び 補償積層体は、その機能が最良の態様となるように設計することができる。 偏光ビームスプリッタが偏光積層と隣接する別の補償積層体を有する場合、位 相差の補償が一層改善されると共に補償積層体の構成も一層簡単になる。この偏 光ビームスプリッタの実施例においては、偏光積層体の両側に補償積層体が存在 することになる。 本発明の偏光ビームスプリッタの好適実施例において、偏光積層体が、第１の 屈折率ｎ_w及び第１の屈折率よりも大きな第２の屈折率ｎ_hを交互に有する順次形 成した複数の薄い層を有する。この偏光積層体はそれぞれ所望の偏光分離比とな るように設計できると共に容易に製造することができる。 本発明によるビームスプリッタの１個又は２個の積層体を有する実施例は２個 のクラスに分けることができる。第１のクラスの補償積層体は、屈折率ｎ₁,ｎ₂ 及びｎ₃をそれぞれ有する３個の順次の層を有し、これら屈折率がｎ₃＜ｎ₂＜ｎ₁ の関係にある。屈折率が最小の層は偏光積層体と対向して適切な補償を行うこと が好ましい。第１のクラスの偏光積層体を有するビームスプリッタの位相差は入 射光の波長変化に対してあまり影響を受けない。 第１のクラスの補償積層体において、層の屈折率を、ｎ_wがｎ₃に等しく、ｎ_h がｎ₁及びｎ₂のうちの一方の屈折率に等しくなるようにすることが好ましい。従 って、本発明による偏光積層体及び補償積層体を有する結合積層体の第１の実施 例は、屈折率がｎ₁，ｎ₂，ｎ₃，ｎ₁，ｎ₃，ｎ₁，ｎ₃----を有する層、すなわち 高屈折率層と低屈折率層並びにこれらの層の間に屈折率がこれら２個の層の屈折 率の間に位置する特別な層を順次有している。結合積層体の第２の実施例は、屈 折率がｎ₁，ｎ₂，ｎ₃，ｎ₂，ｎ₃，ｎ₂，ｎ₃を有する層、すなわち高屈折率層と 低屈折率層並びにこの高屈折率層よりも大きな屈折率を有する特別な層を有して いる。この積層体は３個の異なる材料の薄膜だけを有し従って容易に製造するこ とができる。 第１のクラスの補償層の容易に製造できる第３の実施例において、層の屈折率 を、ｎ_w＝ｎ₂及びｎ_h＝ｎ₁となるように設定する。従って、これらの層は、ｎ₁ ，ｎ₂，ｎ₃，ｎ₁，ｎ₂，ｎ₁，ｎ₂----の屈折率、すなわち高屈折率層と低屈折率 層並びに低屈折率層よりも低い屈折率を有する特別な層を有する。この積層体の 位相差は、補償積層体に用いられる屈折率をｎ_w又はｎ_hに等しくな らないように適切に選択することにより最小にすることができる。 第１のクラスの偏光積層体及び補償積層体の各薄膜の光学厚さを光ビームの1/ 4波長に等しくすれば、ビームスプリッタの満足し得る偏光効果が得られる。光 ビームが発散又は集束する場合、光学厚さはビームの中心光線について設計する 。他の薄膜の光学厚さを変更することができるが、全ての薄膜の光学厚さを等し くすることにより製造が容易になる利点が得られる。 本発明による第２のクラスの補償積層体は、光ビームの1/2波長の整数倍に等 しい光学厚さを有する少なくとも１個の薄膜を有する。光ビームの半波長の１倍 、２倍又はそれ以上の倍数の厚さを有する薄膜は、結合積層体について設計され た入射角において光ビームの位相不整合について何ら影響を及ぼすことはない。 一方、ほかの入射角の場合、補償積層体の薄膜は偏光積層体によって生じた位相 差の符号とは反射の位相差を発生させる。補償積層体の薄膜が厚くなるに従って この薄膜による位相差は増大する。つまり、偏光積層体の位相差の補償は、補償 積層体の光学厚さを光ビームの半波長毎に調整することにより調整できる。薄膜 の屈折率が高くなると位相補償に必要な光学厚さは減少する。 第２のクラスの補償積層体の少なくとも１個の薄膜の屈折率が偏光積層体の薄 膜の屈折率値ｎ_w及びｎ_hの一方の値に等しい場合、積層体を製造するのに２個の 異なる屈折率の薄膜だけが必要であり、この結果結合積層体の製造が簡単になる 。 本発明によれば、光磁気記録媒体に記録されている情報を再生する光磁気再生 装置は、放射ビームを発生する放射源と、この放射源と記録媒体との間の光路で あって記録媒体で反射された放射ビームの光路中に配置され、前記記録媒体から の反射ビームを放射源から発生した放射ビームから分離する請求項１から１２ま でのいずれか１項記載の偏光ビームスプリッタと、記録媒体で反射した放射ビー ムの光路のビームスプリッタの位段に配置され、この反射ビームから情報信号を とり検出装置とを設けることができる。 米国特許第４７３３９２６号明細書には、偏光積層体が４個の順次の薄膜を有 し、各薄膜の屈折率がｎ₂，ｎ₁，ｎ₂及びｎ₃とされ、ｎ₃＜ｎ₂＜ｎ₁の関係があ る偏光ビームスプリッタが開示されている。屈折率がｎ₂，ｎ₁，ｎ₂の はじめの３個の薄膜は、ｎ₁及びｎ₂とは異なる屈折率を有する等価膜として作用 するいわゆるハーピン トライアド（Herpin Triad）を構成する。このパーピン トライアドにより、単一の材料層では得られない屈折率を有する等価膜を形成 することができる。これら順次形成された４個の偏光積層体は２個の順次層とし て、すなわち等価膜と屈折率ｎ₃の層の２個の層として作用する。つまり、屈折 率ｎ₁，ｎ₂及びｎ₃の３個の順次の層はハーピン トライアドを利用することに よって得られる入射側の順次層を構成する。これら３個の順次形成された層は偏 光積層体に隣接しているのではなく偏光積層体の一部を構成するものであり、偏 光積層体によって生ずる位相差を減少させるものではない。さらに、ハーピント ライアド中の各層の光学厚さは1/4波長に等しくはない。 さらに、米国特許第４４３１２５８号明細書には、増大した屈折率を有する３ 個の薄膜から成る積層体が形成されているビームスプリッタが開示されている。 しかしながら、このビームスプリッタは非偏光ビームスブリッタであり、３個の 順次層から成る数個の組が入射光の２個の互いに直交する偏光成分のうちの一方 の偏光成分の反射を増大させる機能を果たし、２個の偏光成分について同一の反 射率となるように構成されている。これに対して、本発明のビームスプリッタは 、高屈折率層と低屈折率層とを交互に形成することによって２個の偏光成分に対 して互いに等しくない反射特性を得る偏光ビームスプリッタであると共に、３個 の順次層の積層体によってサブビーム中の２個の偏光成分間の位相差を減少させ るものである。 以下、図面に基いて本発明を詳細に説明する。 図面の簡単な説明 図１は通常の偏光ビームスプリッタを示す。 図２ａ，２ｂ及び２ｃは通常のビームスプリッタの光学特性を入射角の関数と して示す。すなわち、 図２ａはＳ偏光した光の反射係数及び透過係数を示す。 図２ｂはＰ偏光した光の反射係数及び透過係数を示す。 図２ｃは透過光中のＳ偏光した光とＰ偏光した光との間の位相差を示す。 図３は第１のクラスの補償積層体を有する本発明による結合積層体の第１実施 例を示す。 図４ａ，４ｂ及び４ｃは図３に示す積層体の図２ａ，２ｂ及び２ｃに示す光学 特性と同様な特性を示すグラフである。 図５は第１のクラスの補償積層体を有する本発明の結合積層体の第２実施例を 示す。 図６ａ及び６ｂは図５に示す積層体の図２ａ及び２ｂに示す光学特性と同様な 光学特性を示すグラフである。 図６ｃは図５に示す積層体の反射光中のＳ偏光した光とＰ偏光した光との間の 位相差を示す。 図７は平面板上に補償積層体を有する結合積層体の実施例を示す。 図８ａ，８ｂ及び８ｃは図７に示す積層体の図２ａ，２ｂ及び２ｃに示す光学 特性と同様な光学特性を示すグラフである。 図９は第２のクラスの補償積層体を有する本発明の結合積層体の第１実施例を 示す。 図１０ａ，１０ｂ及び１０ｃは図９に示す積層体の図２ａ，２ｂ及び２ｃに示 す光学特性と同様な光学特性を示すグラフである。 図１１ａ，１１ｂ及び１１ｃは第２のクラスの補償積層体を有する結合積層体 の第２実施例の図２ａ，２ｂ及び２ｃに示す光学特性と同様な光学特性を示すグ ラフである。 図１２ａ，１２ｂ及び１２ｃは第２のクラスの補償積層体を有する結合積層体 の第３実施例の図２ａ，２ｂ及び２ｃに示す光特性と同様な光学特性を示すグラ フである。 図１３平面板上に第２のクラスの補償積層体を有する本発明の結合積層体の第 ４実施例を示す。 図１４ａ，１４ｂ及び１４ｃは図１３に示す積層体の図２ａ，２ｂ及び２ｃに 示す光学特性と同様な光学特性を示すグラフである。 図１５は本発明によるビームスプリッタを具える光磁気再生装置を示す。 発明を実施するための最良の形態 図１は入射面３に対して４５°の角度をなす分離面２を有するキューブの形態 の通常の偏光ビームスプリッタ１を示す。図１において、入射面は紙面と一致す る。入射面に入射した光ビーム４は、入射面内に偏光した成分（図１のＰ偏光成 分）と入射面と直交する方向に偏光した成分（Ｓ偏光成分）とから成る。ビーム スプリッタ１はビーム４を透過サブビーム５と反射サブビーム６とに分離する。 このビームスプリッタは透過光用に設計され、入射ビーム４のうちＰ偏光成分の 大部分を透過させ（Ｐ偏光成分の透過係数は１となる）、Ｓ偏光成分はその１０ ％の光だけを透過させる（Ｓ偏光成分の透過係数は0.1となる）。このため、５ 個の薄膜の偏光積層体を分離面上に形成し、各薄膜は設計波長の1/4の厚さを有 している。順次形成した薄膜の屈折率は1.95，1.37，1.95，1.37，1.95とし、キ ューブを構成する材料の屈折率は1.61とする。各薄膜の光学厚さは、入射角αが ４５°の場合設計波長の1/4に等しくする。設計波長は７８５nmとする。 図２は通常のビームスプリッタ１の光学特性を７８５nmの波長の平行ビーム４ の入射角αの関数として示す。図２ａは入射ビームのＳ偏光成分に対する反射係 数Ｒ_s及び透過係数Ｔ_sを示す。図２ｂは入射ビームのＰ偏光成分に対する反射係 数Ｒ_p及び透過係数Ｔ_pを示す。入射角が４５゜以外の角度において、透過係数Ｔ_s 及びＴ_pは設計値0.1及び１からずれている。図２ｃはビームスプリッタの光路 を通ることによって生じた透過サブビーム５のＳ偏光成分とＰ偏光成分との間の 位相差ＰＤを示す。このパラメータは通常のビームスプリッタの場合一般に特定 されず、透過ビーム中の偏光成分間の位相関係が乱されないように零にする必要 がある。入射角が４５°の場合、この位相差はほぼ零であるが、入射角が４５゜ から僅かに増大又は減少すると位相差は急激に増大し又は減少する。所定の用途 の場合、例えば光磁気再生装置の場合、４５゜を中心にして約１０゜の範囲内の 全ての入射角に対して位相差を１０゜以下にする必要がある。図２ｃに示す特性 を有する通常のビームスプリッタは−２０゜及び＋２０゜以上の範囲の位相差を 有しているから、光磁気再生装置の用途には適していない。 本発明によるビームスプリッタは補償積層体が形成されているので、上記条件 に対しても良好に適合することができる。本発明による実施例の第１のクラスに おいて、補償積層体は屈折率の分布が階段状の３個の順次層を有する。 第１のクラスのビームスプリッタの第１の実施例は、図１に示すように、分離 面２を有するキューブ１を具える。偏光積層体と偏光補償積層体とを有する本発 明による結合積層体の断面を図３に示す。この結合積層体はキューブ２の分離面 上に形成され、下側の基板７の屈折率は1.61に等しくする。結合積層体の６個の 薄膜８〜１３は分離面の法線に対して４５゜の入射角度において1/4波長の厚さ をそれぞれ有している。ここで、設計波長は７８５nmである。薄膜８〜１３の屈 折率は2.35，1.37，2.35，1.37，1.77及び2.35とする。はじめの３個の層は偏光 積層体を構成する。あとの３個の層は順次増大する屈折率を有し、本発明の補償 積層体を形成する。キューブの別の部品である基板１４は、1.61の屈折率を有し 、この基板と同一の屈折率を有する接着剤により積層体に固定する。基板７及び １４は光学ガラスＳＫ１６から成り、薄膜はNa₃AlF₆（氷水晶、ｎ＝1.37）、PbF₂ （ｎ＝1.77）及びZnS（ｎ＝2.35）で構成する。これらの屈折率は、Ｐ偏光成分 ができるだけ大量に透過しＳ偏光成分は１５％透過するように選択する。ビーム スプリッタの反射率及び透過率の他の値は、薄膜の屈折率を適切に選択すること により得られる。光は基板７側から及び基板１４側から積層体に入射させること ができる。 図４ａ及び４ｂは本発明によるビームスプリッタの第１実施例におけるＳ偏光 成分及びＰ偏光成分に対する反射係数及び透過係数の変化を示す。ビームスプリ ッタを透過したビームのＰ偏光成分とＳ偏光成分との間の位相不整合を図４ｃに 示す。図４ｃに示すように、位相不整合は４０゜〜５０゜の入射角の範囲におい て２°以下である。位相差を表わす曲線の位相差の最大値は層１２の屈折率によ って決定され、すなわち、補償積層体の中間層の屈折率で定められる。この中間 層１２の屈折率は隣接する２個の層の屈折率の間になければならない。 第１のクラスのビームスプリッタの第２の実施例も図１に示すものと同様に分 離面２′を有するキューブを具える。この本発明による結合積層体の断面を図５ に示す。この積層体をキューブの分離面２′上に形成し、下側の基板１５の屈折 率は1.60とする。この積層体の１２個の薄膜１６〜２７の各々は、分離面の法線 に対して４５゜の入射角の場合に1/4波長の光学厚さを有している。設計波長は ７９０nmとする。層１６〜２７の屈折率は、それぞれ1.46，2.30，2.00，1.46， 2.30，1.46，2.30，1.46，2.30，1.46，2.30及び1.46とする。３個の層１７，１ ８及び１９は本発明による補償積層体を構成する。キューブの別の部分である屈 折率1.60の基板２８は、接着剤により積層体に固定する。基板１５及び２８は光 学ガラスＳＫ７で構成し、薄膜はＳｉＯ₂（ｎ＝1.46）、ＺｒＯ₂（ｎ＝2.00）及 びＴｉＯ₂（ｎ＝2.30）で構成する。これらの薄膜の屈折率は、Ｐ偏光成分の反 射率が２０％となりＳ偏光の反射率が１００％となるように選択する。 図６ａ及び６ｂは本発明によるビームスプリッタの第２実施例におけるＰ偏光 成分及びＳ偏光成分に対する反射係数及び透過係数を示す。このビームスプリッ タの反射ビームに対する位相差を図６ｃに示す。この位相差は、入射角が４０゜ と４９°との間の範囲において４゜以下である。補償積層体の高屈折率層１７に 隣接して低屈折率層１６を配置することにより、Ｓ偏光成分に対して高い反射性 が達成される。本発明による補償積層体は、例えば層１６のような最初の層又は 最後の層として別の単一の1/4波長層を有する結合積層体の最初位置又は端部に 配置することが好ましい。補償層が偏光積層体の各層間に配置された場合、反射 係数及び透過係数に相当な角度依存性を与えるファブリーぺロー効果が生じてい まう。 図１に示すように、キューブ１の入射面３を経て入射した光ビーム４は入射面 ３の法線方向に近づくように偏向される。この理由は、キューブはその外部の媒 体の屈折率よりも大きな屈折率の材料で作られているからである。従って、入射 ビームの発散性は、キューブの内部ではキューブの外部よりも一層小さい。比較 的高い屈折率の材料から成るキューブを製造することによりキューブ内部での入 射ビームの発散性は相当小さくなり、この結果光ビームの光が積層体に入射する 際の入射角の範囲も同様に小さくなる。空気中での発散角が５゜の場合、1.7の 屈折率を有する材料中では発散角は３°まで低下する。これにより、ビームスプ リッタの光学特性の角度依存性に課せられる要件が緩和される。 図７に示すように、第１のクラスのビームスプリッタの第３の実施例は平面板 ３０を有する。結合積層体は平面板の一方の面３１上に形成する。結合積層体は １０個の薄膜３２〜４１を有し、薄膜３２は面３１上に直接形成する。各薄膜は 、 面３１の法線に対して６５゜の入射角の場合1/4波長の光学厚さを有している。 設計波長は７９０nmである。薄膜３２〜４１の屈折率は、2.00，1.72，1.46，1. 72，1.46，1.72，1.46，1.72，1.46及び2.00である。３個の薄膜３２，３３及び ３４は本発明による補償積層体を構成する。平面板３０は非晶質の水晶（ｎ＝1. 46）で構成し、薄膜はＳｉＯ₂（ｎ＝1.46）、ＭｇＯ（ｎ＝1.72）及びＺｒＯ₂（ ｎ＝2.00）で構成する。これらの層の屈折率はＰ偏向成分をできるだけ透過させ Ｓ偏向成分は２０％透過させるように選択する。補償積層体は、適切な補償作用 が行われるように平面板と偏光積層体との間に配置する。 図８ａ及び８ｂは図７に示すビームスプリッタの第３の実施例におけるＳ偏光 成分及びＰ偏光成分の反射係数及び透過係数の変化を示す。層４１により、位相 差に影響を及ぼすことなくＳ偏光成分の反射係数Ｒ_sが増大する。層４１が1.72 の屈折率を有ずる場合、反射係数Ｒ_sは約0.70になり、層４１が2.00の屈折率を 有する場合Ｒ_sは約0.80となる。ビームスプリッタによって生ずるＰ偏光成分と Ｓ偏光成分との間の位相差を図８ｃに示す。図８ｃに示すように、この位相差は 入射角が４０゜と５０゜との間で２°以下である。 本発明によるビームスプリッタの第２のクラスの実施例において、補償積層体 は1/2波長の整数倍に等しい光学厚さを有する少なくとも１個の層を有する。 第２のクラスのビームスプリッタの第１の実施例は、図１に示す分離面２″を 有している。本発明による結合積層体の断面を図９に示す。この結合積層体はキ ューブの分離面２″上に形成され、下側の基板４２の屈折率は1.61に等しくする 。この結合積層体は偏光積層体と、この偏光積層体の両側に配置した補償積層体 とを具える。偏光積層体は５個の層４４〜４８を有し、各層は分離面の法線に対 して４５°の入射角において1/4波長の光学厚さを有している。設計波長は７９ ０nmである。層４４〜４８の屈折率は1.47，2.30，1.47，2.30及び1.47とする。 第１の補償層は１波長の光学厚さを有する層４３で構成し、第２の補償層は１1/ 2波長の光学厚さを有する層４９で構成する。層４３及び４９の屈折率は共に2.3 に等しい。キューブの別の部材である基板５０は1.61の屈折率を有し、この基板 と同一の屈折率を有する接着剤により積層体に固定する。基板４２及び５０は光 学ガラスＳＫ１６で作られ、各層はＳｉＯ₂（ｎ＝1.47）及びＴｉＯ₂（ｎ＝2. 30）から成る。 図１０ａ及び１０ｂは第２のクラスのビームスプリッタの第１の実施例におけ るＳ偏光成分及びＰ偏光成分の反射係数及び透過係数の変化を示す。このビーム スプリッタにより生ずるＰ偏光成分とＳ偏光成分との間の位相差を図１０ｃに示 す。この位相差は４０゜と５０゜との間の入射角の範囲において1.5゜以下であ る。結合積層体に２個の補償積層体の代りに積層体が１個だけ形成されている実 施例によっても比較的良好な補償作用が達成できる。単一の補償積層体の場合、 ４波長の光学厚さの層を有して所望の低い位相差が得られるようにする必要があ る。図９の実施例は、１波長及び１1/2波長の光学厚さをそれぞれ有する２個の 個別の層４３及び４９は４波長の光学厚さを有する単一の層を形成する場合より も製造が一層容易になる利点がある。２個の層４３及び４９がそれぞれ1/2波長 の光学厚さを有する場合、図９に示す実施例の補償作用と同等の補償作用が得ら れないが、合理的な位相補償作用が達成される。図９に示す積層体の層４３及び ４９の屈折率は2.3に等しくされ、この値は偏光積層体に用いられている層の屈 折率よりも高い。層４３及び４９が偏光積層体に用いられている低い屈折率であ る1.47に等しい屈折率を有する場合、偏光積層体により生ずる位相差は補償され ることができるが、層４３及び４９の厚さを一層厚くして高屈折率の層を用いる 場合と同一程度の補償作用を達成する必要がある。位相差の補償は、偏光積層体 に用いられている高屈折率又は低屈折率とは異なる屈折率を有する層を用いて行 なうことも可能である。 第２のクラスのビームスプリッタの第２の実施例は、図９に示す実施例に匹敵 する積層構造を有し、基板４２′と５０′との間に順次の層４３′〜４９′を具 える。構成要素４２′〜５０′の屈折率は、それぞれ1.47，2.30，1.65，2.30， 1.47，2.30，1.47，2.30，1.47及び1.70とする。偏光積層体を構成する層４４′ 〜48′の各々の厚さは、1/4波長とし、層４３′及び４９′の厚さ及び補償積層 体を構成する各層の厚さをＺ波長とする。基板４２′及び５０′は光学ガラスＳ Ｆ１から成り、各層はＳｉＯ₂（ｎ＝1.47），ＳｉＯ_x（ｎ＝1.65）及びＴｉＯ₂ （ｎ＝2.30）で構成する。層４５′の屈折率を予期される値1.47の代りに1.65と することにより、位相差を小さい値に維持しながら結合積層体の反射係数及び 透過係数を変化させることができる。 図１１ａ及び１１ｂは第２のクラスのビームスプリッタにおけるＳ偏光成分及 びＰ偏光成分に対する反射係数及び透過係数の変化を示す。ビームスプリッタに より生じた透過ビームの偏光成分間の位相差を図１１ｃに示す。この位相差は入 射角が４０゜と５０゜との間において２°以下である。層４５′の屈折率を1.47 から偏移させることにより、Ｓ偏光成分及びＰ偏光成分の透過率をそれぞれ２０ ％及び９５％にすることができる。 第２のクラスのビームスプリッタの第３の実施例は、図９に示すビームスプリ ッタと同様な積層構造を有し、基板４２″と５０″との間に順次形成した層４３ ″〜４９″を具える。構成要素４２″〜５０″の屈折率は、それぞれ1.61，2.30 ，1.47，2.30，1.47，2.30，1.47，2.0及び1.61とする。偏光積層体を構成する 各層の厚さは1/4波長とし、層４３″及び４９″の厚さ及び補償積層体を構成す る各層はそれぞれ1/2波長及び２波長とする。基板４２″及び５０″は光学ガラ スＳＫ１６で構成し、各層はＳｉＯ₂（ｎ＝1.47）、ＺｒＯ₂（ｎ＝2.00）及びＴ ｉＯ₂（ｎ＝2.30）で構成する。層４９″は補償積層体としての機能及び結合積 層体のテンションを緩和する中間層としての機能を果たす。 図１２ａ及び１２ｂは第２のクラスのビームスプリッタの第２の実施例におけ るＳ偏光成分及びＰ偏光成分の反射係数及び透過係数の変化を示す。ビームスプ リッタによって生ずる透過ビームの偏光成分間の位相差を図１２ｃに示す。この 位相差は入射角が４０゜と５０゜との間の範囲において５°以下である。層４９ ″の厚さを1/2波長の整数倍だけ変化させることにより、位相差は小さな値に維 持される。 第２のクラスのビームスプリッタの第４の実施例は、図１３に示す平面板５１ を有する。結合積層体は平面板の一方の面５２上に形成する。この結合積層体は ７個の薄層を有する。第１の層５３は補償積層体を構成し、面５２上に直接形成 する。次の６個の層５４〜５９は偏光積層体を構成する。これら６個の層は、そ れぞれ法線に対して４５°の入射角において1/4波長の光学厚さを有し、層５３ は３波長の長さを有する。設計波長は７９０nmである。層５３〜５９の屈折率は 2.30，1.47，2.30，1.47，2.30，1.47及び2.30である。平面板３０は光学ガラス ＳＫ１６（ｎ＝1.46）で構成し、各層はＳｉＯ₂（ｎ＝1.47）及びＴｉＯ₂（ｎ＝ 2.30）で構成する。 図１４ａ及び１４ｂは本発明によるビームスプリッタの第３実施例のＳ偏光成 分及びＰ偏光成分についての反射率及び透過率の変化を示す。ビームスプリッタ によって生ずる透過ビームのＰ偏光成分とＳ偏光成分との間の位相差を図１４ｃ に示す。この位相差は入射角が４０゜と５０゜との間の範囲において0.2゜以下 である。補償積層体は基板側に配置して良好な補償作用を達成する必要がある。 補償積層体の層が1.47に等しい屈折率を有する場合、この層の厚さを５波長にし て屈折率2.30及び３波長の長さを有する層と同一の補償作用を達成する必要があ る。 図１５は記録媒体６１に記録されている情報を再生する光磁気再生装置６０を 示す。例えばダイオードレーザのような放射源６２から発散ビーム６３を発生す る。この放射ビームは紙面と直交する方向に偏光した光、すなわちＳ偏光した光 とする。この放射ビームは本発明による偏光ビームスプリッタに入射する。ビー ムスプリッタの分離面６５上の薄膜の結合積層体は図３に示す積層体と同一の構 造を有している。図４ａに示すように、このビームスプリッタにより入射光の８ ４％の光が反射し対物レンズ系６６に入射し、この対物レンズにより記録媒体６ １上に集束される。記録媒体で反射した放射ビームは記録媒体に記録されている 情報により変調される。この変調は、記録されている情報に基きビームの偏光方 向の回転として表わされる。この回転は、主としてＳ偏光した反射ビーム中のＰ 偏光成分として表わされる。反射ビームは、そのＰ偏光成分のほぼ１００％がビ ームスプリッタを透過しＳ偏光成分の１６％が透過する（図４ａ及び４ｂ参照） 。Ｐ偏光成分の透過量とＳ偏光光成分の透過量との間の比を適切に選択すれば、 記録媒体の情報によって生じた偏光回転が増幅され、生じた回転すなわち情報信 号を良好に検出することができる。ビームスプリッタ６４を透過したビームは、 次にウオルストンプリズムのような別のビームスプリッタ６７に入射し、互いに 異なる方向に伝播する２本の互いに直交する方向に偏光したビーム６８，６９に 分離される。これら２本のビームは、検出系７０の個別の素子によってそれぞれ 検出され電気信号に変換される。読み取られた情報を表わす情報信号は変換され た 電気信号から取り出すことができる。 満足し得る検出を行なうためには、ビームスプリッタ６４を透過したＰ偏光成 分及びＳ偏光成分がビームスプリッタを通過する際、大きな相互の位相差又は不 整合を受けないことが必要である。本発明によるビームスプリッタでは、ビーム スプリッタの分離面に特別な薄膜積層体を形成することにより上記要件が十分に 満たされ、図１５に示す再生装置のような発散性ビームでも微小な位相差が生ず るにすぎないことが確かめられている。 図５，７，９及び１３に示すビームスプリッタは光磁気再生装置にも有用であ る。図５及び１３に示すビームスプリッタは、記録媒体からのビームをビームス プリッタにより検出系に向けて反射させる装置に用いられる。図７及び９に示す ビームスプリッタは、記録媒体からのビームを検出系に向けて透過させる構成の 装置に用いられる。 本発明によるビームスプリッタを用いれば、集束性又は発散性ビーム中に偏光 ビームスプリッタが配置される用途並びに反射ビーム又は透過ビーム中にＰ偏光 成分とＳ偏光成分との間に大きな位相差が生じてはならない全ての用途に有益で ある。このような用途として、例えば光遠隔通信に用いられる偏光測定装置及び 偏光検出装置がある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＮ，ＪＰ，ＫＲ，ＵＳ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．所定の波長を有する非平行な光ビームを偏光状態が互いに相異する２本の サブビームに分離する偏光ビームスプリッタであって、複数の薄い層から成る偏 光積層体が形成されている偏光ビームスプリッタにおいて、 前記偏光積層体を通過する際に生ずる位相不整合を補償する補償手段を具える ことを特徴とする偏光ビームスプリッタ。 ２．請求項１に記載の偏光ビームスプリッタにおいて、前記補償手段を、前記 偏光積層体と隣接し、薄い層で構成される補償積層体で構成したことを特徴とす る偏光ビームスプリッタ。 ３．請求項２に記載の偏光ビームスプリッタにおいて、前記偏光積層体と隣接 し、薄い層で構成される別の補償積層体を有することを特徴とする偏光ビームス プリッタ。 ４．請求項１，２又は３に記載の偏光ビームスプリッタにおいて、前記偏光積 層体が、第１の屈折率ｎ_w及び第１の屈折率よりも大きな第２の屈折率ｎ_hを交互 に有する順次形成した複数の薄い層を有することを特徴とする偏光ビームスプリ ッタ。 ５．請求項２又は３に記載の偏光ビームスプリッタにおいて、前記補償積層体 が、屈折率ｎ₁，ｎ₂及びｎ₃をそれぞれ有する３個の順次の層を有し、これら屈 折率がｎ₃＜ｎ₂＜ｎ₁の関係にあることを特徴とする偏光ビームスプリッタ。 ６．請求項４及び５に記載の偏光ビームスプリッタにおいて、前記薄い層の屈 折率を、ｎ_wがｎ₃に等しく、ｎ_hがｎ₁及びｎ₂のうちの一方の屈折率に等しくな るようにしたことを特徴とする偏光ビームスプリッタ。 ７．請求項４又は５に記載の偏光ビームスプリッタにおいて、前記屈折率を、 ｎ_wがｎ₂に等しくｎ_hがｎ₁に等しくなるように設定したことを特徴とする偏光ビ ームスプリッタ。 ８．請求項１から７までのいずれか１項に記載の偏光ビームスプリッタにおい て、前記偏光積層体及び補償積層体の各層が前記光ビームの1/4波長に等しい光 学厚さを有することを特徴とする偏光ビームスプリッタ。 ９．請求項２，３又は４に記載の偏光ビームスプリッタにおいて、前記補償積 層 個の層を有することを特徴とする偏光ビームスプリッタ。 10．請求項４及び９に記載の偏光ビームスプリッタにおいて、前記少なくとも １個の層が前記屈折率ｎ_w又はｎ_hに等しい屈折率を有することを特徴とする偏光 ビームスプリッタ。 11．請求項１から１０までのいずれか１項に記載の偏光ビームスプリッタにお いて、前記偏光積層体への入射角が２０゜と８０゜との間の範囲の入射ビームの 一部の光成分に対して好適となるように構成したことを特徴とする偏光ビームス プリッタ。 12．請求項１から１１までのいずれか１項に記載の偏光ビームスプリッタにお いて、前記偏光積層体が２個の基板間に位置するように別の基板を有することを 特徴とする偏光ビームスプリッタ。 13．光磁気記録媒体に記録されている情報を再生する光磁気再生装置であって 、放射ビームを発生する放射源と、この放射源と記録媒体との間の光路であって 記録媒体で反射された放射ビームの光路中に配置され、前記記録媒体からの反射 ビームを放射源から発生した放射ビームから分離する請求項１から１２まで のいずれか１項に記載の偏光ビームスプリッタと、記録媒体で反射した放射ビー ムの光路のビームスプリッタの位段に配置され、この反射ビームから情報信号を とり検出装置とを具える光磁気再生装置。