JP2004317761A - 複合型波長板 - Google Patents
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Abstract
【課題】発散光が入射する複合型波長板が有する所望の位相差に更に位相のズレが発生するために、発散光を直に複合型波長板入射させた場合において、入射角度依存性による位相ズレの問題を解決することを目的とする。
【解決手段】２枚の波長板を貼り合せて構成した複合型波長板であって、第１の波長板のポアンカレ球表示における入射偏波面を基準とした光学軸方位角をθ１とし、第２の波長板のポアンカレ球表示における入射偏波面を基準とした光学軸方位角をθ２とし、第１の波長板のポアンカレ球表示における回転軸Ｒ１を中心にした位相回転をΓ１とし、第２の波長板のポアンカレ球表示における回転軸Ｒ２を中心にした位相回転をΓ２としたとき、
θ２−θ１≠π／２
であって、且つ、前記複合型波長板の位相差ΓＴが、
ΓＴ＝（２×θ１−π／２）ｃｏｓΓ１＋（２×θ２−π）ｃｏｓΓ２
を満足するように各パラメータを設定する。
【選択図】図１
【解決手段】２枚の波長板を貼り合せて構成した複合型波長板であって、第１の波長板のポアンカレ球表示における入射偏波面を基準とした光学軸方位角をθ１とし、第２の波長板のポアンカレ球表示における入射偏波面を基準とした光学軸方位角をθ２とし、第１の波長板のポアンカレ球表示における回転軸Ｒ１を中心にした位相回転をΓ１とし、第２の波長板のポアンカレ球表示における回転軸Ｒ２を中心にした位相回転をΓ２としたとき、
θ２−θ１≠π／２
であって、且つ、前記複合型波長板の位相差ΓＴが、
ΓＴ＝（２×θ１−π／２）ｃｏｓΓ１＋（２×θ２−π）ｃｏｓΓ２
を満足するように各パラメータを設定する。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＤやＤＶＤ等のディスク状記録媒体に光スポットを投影して記録媒体に対する情報の記録再生を行う光学ヘッド等の光学装置に用いられる波長板に関し、特に波長板へ入射する発散光に対する入射角度依存性を改善した波長板、及び該波長板を用いた光学ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザー光を用いてＣＤやＤＶＤ等のディスク状記録媒体上に情報の記録、再生を行う光ディスク記録再生装置は、レーザー光源から出射されたレーザー光のスポットを記録媒体の記録面に投影して記録、再生を行うための光ヘッド装置を備えている。
【０００３】
光ヘッド装置は、レーザー光源の発光素子としての半導体レーザー素子（レーザダイオード：以下、ＬＤと称す）と受光素子としての光検出器（フォトダイオード：以下、ＰＤと称す）とを備えていることは周知の通りであるが、ＬＤを駆動する際には、ＬＤから出射するレーザ光の出力を一定に保つために、レーザ光の一部をモニター用の光検出器で受光し、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路で制御する必要がある。
【０００４】
ここで、従来の光ディスクの読み取り専用の光ヘッド装置では、ＬＤの後端面から出射する出力光をモニターする構成が一般的であったが、より厳密なレーザー光の制御を必要とする記録型の光ヘッド装置では、バックトークノイズの影響を受けないように、且つレーザー光の強度を極めて安定して出射するために、前方出射光の一部を用いてモニターして、そのモニター出力をＬＤの駆動回路へフィードバックしてレーザー光の強度を制御する、所謂フロントモニター方式が採用されている。
【０００５】
フロントモニター方式としては、特開２０００−３４８３７１号公報等にも記載されているように、図７に示す如くＬＤ１からＳ偏光として出射した発散光２がコリメートレンズ（シリンドリカルレンズ）で平行光となって、複合型波長板２へ入射すると楕円偏光として該複合型波長板２から出射してビームスプリッタ（以下、ＰＢＳと称す）３に入射し、反射面４でＳ偏光成分が反射し対物レンズで集光されて光ディスクのピットへ到り、Ｐ偏光成分は前記反射面４で透過して集光レンズ５を介してフロントモニターの受光素子６で検出されてＬＤ１から出射するレーザー光を制御する方法が一般的である。ここで、フロントモニターで検出するレーザー光の光量は、前記ＰＢＳ３の反射面を透過する透過率を約１０％に調整しているのが一般的である。
【０００６】
しかし、前述した図７の如き光ヘッド装置の構成では、ＬＤ１からフロントモニターの受光素子６へ到る距離が長くなり光ヘッド装置の小型化への障害となっていた。
ＬＤからフロントモニターへ到る距離を如何に短縮化するかという課題に直面した本願発明者は、ＬＤと波長板との間に配置されたコリメートレンズ、及びＰＢＳとフロントモニターとの間に配置された集光レンズを省いた構造、即ち以下に示すような光ヘッド装置のレイアウトに思い至った。
【０００７】
図８に示す如くＬＤからＰ偏光として出射した発散光は、入射光に対して３７°位相をずらして出射させる複合型波長板２へ入射すると楕円偏光となって該波長板を出射してＰＢＳへ到り、該ＰＢＳの反射面で楕円偏光のＳ偏光成分は反射してコリメートレンズと対物レンズを通過してディスクのピットへ到り、Ｐ偏光成分は前記反射面４で透過して集光レンズ５を介してフロントモニターの受光素子６で検出される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図９（ａ）に示す如く前記複合型波長板２は、図９（ｂ）に示すように発散光の入射する方向から順に第１の波長板、第２の波長板として夫々の光学軸が直交するよう積層されているので、図１０に示す如くＬＤ１から出射する直線偏光の発散光が前記複合型波長板２へ入射すると、図１１に示すように第１波長板の光学軸方向と入射角度との関係による光学作用によってＰ偏光の透過率が大きく変動するが判明した。
図１２は、この複合型波長板の光学作用についてポアンカレ球を用いて説明する。周知の通り、ポアンカレ球とは球状の点によって光線の偏光状態を表すものである。
赤道上のＳ１軸から直線偏光が入射すると第１波長板の回転軸Ｒ１をΓ１回転し、更に第２波長板の回転軸Ｒ２を逆方向にΓ２回転して楕円偏光となって出射する。
したがって、複合型波長板が有する所望の位相差に更に位相のズレが発生するために、発散光を直に複合型波長板入射させた場合において、入射角度依存性による位相ズレの問題がクローズアップされた。
【０００９】
そこで、本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、入射角度依存性を大幅に改善した複合型波長板を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、２枚の波長板を貼り合せて構成した複合型波長板であって、第１の波長板のポアンカレ球表示における入射偏波面を基準とした光学軸方位角をθ１とし、第２の波長板のポアンカレ球表示における入射偏波面を基準とした光学軸方位角をθ２とし、第１の波長板のポアンカレ球表示における回転軸Ｒ１を中心にした位相回転をΓ１とし、第２の波長板のポアンカレ球表示における回転軸Ｒ２を中心にした位相回転をΓ２としたとき、
θ２−θ１≠π／２
であって、且つ、前記複合型波長板の位相差ΓＴが、
ΓＴ＝（２×θ１−π／２）ｃｏｓΓ１＋（２×θ２−π）ｃｏｓΓ２
を満足していることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示した実施の形態に基づいて詳細に説明する。
本願発明者は、様々なシミュレーションと実験から得られたデータに基づいて推考を重ねた結果、積層する波長板の光学軸を直交しないように積層し且つ夫々の波長板の光学軸と発散光の入射角度との関係から生じる位相差を相殺するように、前記各々の波長板の位相回転角（位相差）と入射偏波面を基準とした光学軸方位角（以下、方位角と称す）とを設定すれば、複合型波長板に発散光が入射しても所望の位相差から更に位相がずれるという問題が生じない複合型波長板を実現できるとに思い到った。
【００１２】
図１は本発明に係る第１の実施形態の複合型波長板の構成を示す図であって、図１（ａ）は複合型波長板を入射方向から見た平面図、図１（ｂ）は積層する第１、第２の波長の各々の方位角と位相差を示す表である。図２は、前記複合型波長板の入射角度依存性を示すグラフであって、発散光の入射角度に対するＰ偏光の透過率のバラツキが従来に比べて大幅に改善されたことが確認できる。
【００１３】
図３は本発明に係る第２の実施形態の複合型波長板の構成を示す図であって、図３（ａ）は複合型波長板を入射方向から見た平面図、図３（ｂ）は積層する第１、第２の波長の各々の方位角と位相差を示す表である。図４は、前記複合型波長板の入射角度依存性を示すグラフであって、発散光の入射角度に対するＰ偏光の透過率のバラツキが従来に比べて大幅に改善されたことが確認できる。
【００１４】
前述した本発明に係る第１、第２の実施例で示した複合型波長板は以下の条件式に基づく数値計算により算出されることに本願発明者は想到したのである。
【００１５】
次に、本発明に係る複合型波長板の光学作用についてポアンカレ球を用いて説明する。
２枚の波長板を貼り合せて構成する複合型波長板において、図５に示す如く第１の波長板のポアンカレ球表示における入射偏波面を基準とした光学軸方位角をθ１とし、第２の波長板のポアンカレ球表示における入射偏波面を基準とした光学軸方位角をθ２とし、図６に示す如く第１の波長板のポアンカレ球表示における回転軸Ｒ１を中心にした位相回転をΓ１とし、第２の波長板のポアンカレ球表示における回転軸Ｒ２を中心にした位相回転をΓ２としたとき、
θ２−θ１≠π／２
であって、且つ、前記複合型波長板の位相差ΓＴが、
ΓＴ＝（２×θ１−π／２）ｃｏｓΓ１＋（２×θ２−π）ｃｏｓΓ２
を満足するよう各パラメータを設定すれば入射角度依存性を大幅に改善することが可能となるのである。尚、図６はポアンカレ球を北極Ｓ３から投影した図である。
【００１６】
赤道上のＳ１軸の点Ｈから直線偏光が入射すると第１波長板の回転軸Ｒ１をΓ１回転してポアンカレ球表面上の点Ｉに移動し、第２波長板の回転軸Ｒ２をΓ２回転してポアンカレ球表面上の点Ｊに到達し、楕円偏光となって出射する。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば以下のような優れた効果が得られる。
請求項１の発明は、２枚の波長板を貼り合せて構成する複合型波長板において、第１の波長板のポアンカレ球表示における入射偏波面を基準とした光学軸方位角をθ１とし、第２の波長板のポアンカレ球表示における入射偏波面を基準とした光学軸方位角をθ２とし、第１の波長板のポアンカレ球表示における回転軸Ｒ１を中心にした位相回転をΓ１とし、第２の波長板のポアンカレ球表示における回転軸Ｒ２を中心にした位相回転をΓ２としたとき、
θ２−θ１≠π／２
であって、且つ、前記複合型波長板の位相差ΓＴが、
ΓＴ＝（２×θ１−π／２）ｃｏｓΓ１＋（２×θ２−π）ｃｏｓΓ２
を満足するよう各パラメータを設定したので、入射角度依存性を大幅に改善できるという優れた効果を奏する。
更に、本発明に係る複合型波長板を光ヘッド装置に採用すれば、部品点数を減らすことができるので光ヘッド装置を小型化できるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施例を示す複合型波長板であって、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのパラメータを示す表である。
【図２】本発明に係る第１の実施例を示す複合型波長板の入射角度依存性を示す図である。
【図３】本発明に係る第２の実施例を示す複合型波長板であって、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのパラメータを示す表である。
【図４】本発明に係る第２の実施例を示す複合型波長板の入射角度依存性を示す図である。
【図５】本発明に係る複合型波長板の平面図である。
【図６】本発明に係る複合型波長板の光学作用を示すポアンカレ球である。
【図７】従来の光ヘッド装置を示す構成図である。
【図８】光ヘッド装置を示す構成図である。
【図９】従来の複合型波長板であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は積層する波長板の斜視図である。
【図１０】従来の複合型波長板へ入射する発散光の入射角度と光軸との関係を示す平面図である。
【図１１】従来の複合型波長板の入射角度依存性を示す図である。
【図１２】従来の複合型波長板の光学作用を示すポアンカレ球である。
【符合の説明】
１ 発光素子
２ 波長板
３ ＰＢＳ
４ 反射面
５ 集光レンズ
６ 受光素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＤやＤＶＤ等のディスク状記録媒体に光スポットを投影して記録媒体に対する情報の記録再生を行う光学ヘッド等の光学装置に用いられる波長板に関し、特に波長板へ入射する発散光に対する入射角度依存性を改善した波長板、及び該波長板を用いた光学ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザー光を用いてＣＤやＤＶＤ等のディスク状記録媒体上に情報の記録、再生を行う光ディスク記録再生装置は、レーザー光源から出射されたレーザー光のスポットを記録媒体の記録面に投影して記録、再生を行うための光ヘッド装置を備えている。
【０００３】
光ヘッド装置は、レーザー光源の発光素子としての半導体レーザー素子（レーザダイオード：以下、ＬＤと称す）と受光素子としての光検出器（フォトダイオード：以下、ＰＤと称す）とを備えていることは周知の通りであるが、ＬＤを駆動する際には、ＬＤから出射するレーザ光の出力を一定に保つために、レーザ光の一部をモニター用の光検出器で受光し、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路で制御する必要がある。
【０００４】
ここで、従来の光ディスクの読み取り専用の光ヘッド装置では、ＬＤの後端面から出射する出力光をモニターする構成が一般的であったが、より厳密なレーザー光の制御を必要とする記録型の光ヘッド装置では、バックトークノイズの影響を受けないように、且つレーザー光の強度を極めて安定して出射するために、前方出射光の一部を用いてモニターして、そのモニター出力をＬＤの駆動回路へフィードバックしてレーザー光の強度を制御する、所謂フロントモニター方式が採用されている。
【０００５】
フロントモニター方式としては、特開２０００−３４８３７１号公報等にも記載されているように、図７に示す如くＬＤ１からＳ偏光として出射した発散光２がコリメートレンズ（シリンドリカルレンズ）で平行光となって、複合型波長板２へ入射すると楕円偏光として該複合型波長板２から出射してビームスプリッタ（以下、ＰＢＳと称す）３に入射し、反射面４でＳ偏光成分が反射し対物レンズで集光されて光ディスクのピットへ到り、Ｐ偏光成分は前記反射面４で透過して集光レンズ５を介してフロントモニターの受光素子６で検出されてＬＤ１から出射するレーザー光を制御する方法が一般的である。ここで、フロントモニターで検出するレーザー光の光量は、前記ＰＢＳ３の反射面を透過する透過率を約１０％に調整しているのが一般的である。
【０００６】
しかし、前述した図７の如き光ヘッド装置の構成では、ＬＤ１からフロントモニターの受光素子６へ到る距離が長くなり光ヘッド装置の小型化への障害となっていた。
ＬＤからフロントモニターへ到る距離を如何に短縮化するかという課題に直面した本願発明者は、ＬＤと波長板との間に配置されたコリメートレンズ、及びＰＢＳとフロントモニターとの間に配置された集光レンズを省いた構造、即ち以下に示すような光ヘッド装置のレイアウトに思い至った。
【０００７】
図８に示す如くＬＤからＰ偏光として出射した発散光は、入射光に対して３７°位相をずらして出射させる複合型波長板２へ入射すると楕円偏光となって該波長板を出射してＰＢＳへ到り、該ＰＢＳの反射面で楕円偏光のＳ偏光成分は反射してコリメートレンズと対物レンズを通過してディスクのピットへ到り、Ｐ偏光成分は前記反射面４で透過して集光レンズ５を介してフロントモニターの受光素子６で検出される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図９（ａ）に示す如く前記複合型波長板２は、図９（ｂ）に示すように発散光の入射する方向から順に第１の波長板、第２の波長板として夫々の光学軸が直交するよう積層されているので、図１０に示す如くＬＤ１から出射する直線偏光の発散光が前記複合型波長板２へ入射すると、図１１に示すように第１波長板の光学軸方向と入射角度との関係による光学作用によってＰ偏光の透過率が大きく変動するが判明した。
図１２は、この複合型波長板の光学作用についてポアンカレ球を用いて説明する。周知の通り、ポアンカレ球とは球状の点によって光線の偏光状態を表すものである。
赤道上のＳ１軸から直線偏光が入射すると第１波長板の回転軸Ｒ１をΓ１回転し、更に第２波長板の回転軸Ｒ２を逆方向にΓ２回転して楕円偏光となって出射する。
したがって、複合型波長板が有する所望の位相差に更に位相のズレが発生するために、発散光を直に複合型波長板入射させた場合において、入射角度依存性による位相ズレの問題がクローズアップされた。
【０００９】
そこで、本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、入射角度依存性を大幅に改善した複合型波長板を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、２枚の波長板を貼り合せて構成した複合型波長板であって、第１の波長板のポアンカレ球表示における入射偏波面を基準とした光学軸方位角をθ１とし、第２の波長板のポアンカレ球表示における入射偏波面を基準とした光学軸方位角をθ２とし、第１の波長板のポアンカレ球表示における回転軸Ｒ１を中心にした位相回転をΓ１とし、第２の波長板のポアンカレ球表示における回転軸Ｒ２を中心にした位相回転をΓ２としたとき、
θ２−θ１≠π／２
であって、且つ、前記複合型波長板の位相差ΓＴが、
ΓＴ＝（２×θ１−π／２）ｃｏｓΓ１＋（２×θ２−π）ｃｏｓΓ２
を満足していることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示した実施の形態に基づいて詳細に説明する。
本願発明者は、様々なシミュレーションと実験から得られたデータに基づいて推考を重ねた結果、積層する波長板の光学軸を直交しないように積層し且つ夫々の波長板の光学軸と発散光の入射角度との関係から生じる位相差を相殺するように、前記各々の波長板の位相回転角（位相差）と入射偏波面を基準とした光学軸方位角（以下、方位角と称す）とを設定すれば、複合型波長板に発散光が入射しても所望の位相差から更に位相がずれるという問題が生じない複合型波長板を実現できるとに思い到った。
【００１２】
図１は本発明に係る第１の実施形態の複合型波長板の構成を示す図であって、図１（ａ）は複合型波長板を入射方向から見た平面図、図１（ｂ）は積層する第１、第２の波長の各々の方位角と位相差を示す表である。図２は、前記複合型波長板の入射角度依存性を示すグラフであって、発散光の入射角度に対するＰ偏光の透過率のバラツキが従来に比べて大幅に改善されたことが確認できる。
【００１３】
図３は本発明に係る第２の実施形態の複合型波長板の構成を示す図であって、図３（ａ）は複合型波長板を入射方向から見た平面図、図３（ｂ）は積層する第１、第２の波長の各々の方位角と位相差を示す表である。図４は、前記複合型波長板の入射角度依存性を示すグラフであって、発散光の入射角度に対するＰ偏光の透過率のバラツキが従来に比べて大幅に改善されたことが確認できる。
【００１４】
前述した本発明に係る第１、第２の実施例で示した複合型波長板は以下の条件式に基づく数値計算により算出されることに本願発明者は想到したのである。
【００１５】
次に、本発明に係る複合型波長板の光学作用についてポアンカレ球を用いて説明する。
２枚の波長板を貼り合せて構成する複合型波長板において、図５に示す如く第１の波長板のポアンカレ球表示における入射偏波面を基準とした光学軸方位角をθ１とし、第２の波長板のポアンカレ球表示における入射偏波面を基準とした光学軸方位角をθ２とし、図６に示す如く第１の波長板のポアンカレ球表示における回転軸Ｒ１を中心にした位相回転をΓ１とし、第２の波長板のポアンカレ球表示における回転軸Ｒ２を中心にした位相回転をΓ２としたとき、
θ２−θ１≠π／２
であって、且つ、前記複合型波長板の位相差ΓＴが、
ΓＴ＝（２×θ１−π／２）ｃｏｓΓ１＋（２×θ２−π）ｃｏｓΓ２
を満足するよう各パラメータを設定すれば入射角度依存性を大幅に改善することが可能となるのである。尚、図６はポアンカレ球を北極Ｓ３から投影した図である。
【００１６】
赤道上のＳ１軸の点Ｈから直線偏光が入射すると第１波長板の回転軸Ｒ１をΓ１回転してポアンカレ球表面上の点Ｉに移動し、第２波長板の回転軸Ｒ２をΓ２回転してポアンカレ球表面上の点Ｊに到達し、楕円偏光となって出射する。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば以下のような優れた効果が得られる。
請求項１の発明は、２枚の波長板を貼り合せて構成する複合型波長板において、第１の波長板のポアンカレ球表示における入射偏波面を基準とした光学軸方位角をθ１とし、第２の波長板のポアンカレ球表示における入射偏波面を基準とした光学軸方位角をθ２とし、第１の波長板のポアンカレ球表示における回転軸Ｒ１を中心にした位相回転をΓ１とし、第２の波長板のポアンカレ球表示における回転軸Ｒ２を中心にした位相回転をΓ２としたとき、
θ２−θ１≠π／２
であって、且つ、前記複合型波長板の位相差ΓＴが、
ΓＴ＝（２×θ１−π／２）ｃｏｓΓ１＋（２×θ２−π）ｃｏｓΓ２
を満足するよう各パラメータを設定したので、入射角度依存性を大幅に改善できるという優れた効果を奏する。
更に、本発明に係る複合型波長板を光ヘッド装置に採用すれば、部品点数を減らすことができるので光ヘッド装置を小型化できるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施例を示す複合型波長板であって、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのパラメータを示す表である。
【図２】本発明に係る第１の実施例を示す複合型波長板の入射角度依存性を示す図である。
【図３】本発明に係る第２の実施例を示す複合型波長板であって、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのパラメータを示す表である。
【図４】本発明に係る第２の実施例を示す複合型波長板の入射角度依存性を示す図である。
【図５】本発明に係る複合型波長板の平面図である。
【図６】本発明に係る複合型波長板の光学作用を示すポアンカレ球である。
【図７】従来の光ヘッド装置を示す構成図である。
【図８】光ヘッド装置を示す構成図である。
【図９】従来の複合型波長板であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は積層する波長板の斜視図である。
【図１０】従来の複合型波長板へ入射する発散光の入射角度と光軸との関係を示す平面図である。
【図１１】従来の複合型波長板の入射角度依存性を示す図である。
【図１２】従来の複合型波長板の光学作用を示すポアンカレ球である。
【符合の説明】
１ 発光素子
２ 波長板
３ ＰＢＳ
４ 反射面
５ 集光レンズ
６ 受光素子
Claims (1)
- ２枚の波長板を貼り合せて構成した複合型波長板であって、
第１の波長板のポアンカレ球表示における入射偏波面を基準とした光学軸方位角をθ１とし、
第２の波長板のポアンカレ球表示における入射偏波面を基準とした光学軸方位角をθ２とし、
第１の波長板のポアンカレ球表示における回転軸Ｒ１を中心にした位相回転をΓ１とし、
第２の波長板のポアンカレ球表示における回転軸Ｒ２を中心にした位相回転をΓ２としたとき、
θ２−θ１≠π／２
であって、
且つ、前記複合型波長板の位相差ΓＴが、
ΓＴ＝（２×θ１−π／２）ｃｏｓΓ１＋（２×θ２−π）ｃｏｓΓ２
を満足していることを特徴とする複合型波長板。
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