JP2004354936A - 積層波長板及びそれを用いた光ピックアップ - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、ＤＶＤ／ＣＤのコンパチブルの光ピックアップ装置等の複数の波長に対して、波面収差、温度特性、入射角度依存性を改善した１／４波長板として機能する波長板、及びその波長板を用いた光ピックアップを提供することを目的とする。
【解決手段】波長λの単色光に対して位相差αの波長板と位相差βの波長板とを光軸が交叉するように貼り合わせて、全体として１／４波長板として機能する積層波長板において、
前記α及び前記βの関係が以下の条件
α＝πｎ
β＝πｍ／２
但しｎ＞１、ｍ＞１
を満足し、且つ、前記一方の波長板の材料を複屈折性を有するフィルムとし、前記他方の波長板の材料を水晶したことを特徴とする積層波長板。
【選択図】 図１
【解決手段】波長λの単色光に対して位相差αの波長板と位相差βの波長板とを光軸が交叉するように貼り合わせて、全体として１／４波長板として機能する積層波長板において、
前記α及び前記βの関係が以下の条件
α＝πｎ
β＝πｍ／２
但しｎ＞１、ｍ＞１
を満足し、且つ、前記一方の波長板の材料を複屈折性を有するフィルムとし、前記他方の波長板の材料を水晶したことを特徴とする積層波長板。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異なる波長の光を用いて光学記録媒体への情報の記録及び再生を行うことを可能とする積層波長板及びそれを用いた光ピックアップに関する。
【０００２】
【従来の技術】
音楽や映像関連の情報の光学記録媒体であるＣＤやＤＶＤ等を直線偏光や円偏光等のレーザー光を利用して記録及び再生を行う光ディスク装置が幅広く利用されている。中でもＣＤとＤＶＤのコンパチブル（互換性）が可能な光ディスク装置の普及と共に装置の小型化の要求も高まり、光学部品点数の削減等の簡素化による光ピックアップ装置の小型化が試みられている。
【０００３】
ＤＶＤは、２時間以上の映像及び音声の情報を１枚のディスクに収容可能な仕様となっておりＣＤに比べ記録密度が高く、それによってＤＶＤの再生波長もＣＤの７８５ｎｍに対して６５５ｎｍと短くなり、ＤＶＤとＣＤのコンパチブルを可能とする光ピックアップ装置では必然的に２種類の波長が必要になるが、近年、波長板においては２波長対応を可能とした広帯域波長板が提案され、従来２系統のピックアップが必要であった光ピックアップ装置も１系統ピックアップで構成できるようになってきた。
【０００４】
ここで、光ピックアップに用いられる偏光について説明すると、光は電磁波と呼ばれる波の一つであり、光の進行方向と磁場を含む面を偏光面、電場を含む面を振動面といい、偏光面の方向が揃っている場合を偏光という。更に、偏光面が一つの平面に限られるような偏光を直線偏光と呼び、直線偏光には、入射光線と入射面の法線とを含む平面に対して、水平に振動する成分のＰ偏光と、垂直に振動する成分のＳ偏光とがある。
また、ある位置でみた電場ベクトルが、時間とともに回転するような偏光を一般に楕円偏光といい、特に、光の進行方向に垂直な平面上に電場ベクトルの先端を投影したとき、その軌跡が円となるものを円偏光という。
【０００５】
特許文献１や特許文献２には、位相差１８０°を有する複屈折性フィルムと位相差９０°を有する複屈折性フィルムとを積層した広帯域１／４波長板が開示されている。
【特許文献１】特許第３１７４３６７号（第４頁、図１）
【特許文献２】特開平１０−０６８８１６号（第５頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の如き広帯域１／４波長板は、材料に複屈折性フィルムを用いているので以下のような問題が発生してしまう。図１０は、位相差９０°を有する複屈折性フィルム３１（屈折率：ｎｃ）に接着剤３２（屈折率：ｎｂ）を用いて支持基板として機能するガラス基板３３（屈折率：ｎａ）を積層した広帯域１／４波長板３４の光学特性を示す図である。尚、複屈折性フィルム３１は、２枚の複屈折性フィルムを積層してなるものである。
【０００７】
前記広帯域１／４波長板３４のフィルム層３１と接着剤層３２の領域は剛性が弱く変形し易いために、外部からストレス等が加わると図１０のような断面形状を呈することとなる。この場合、光の波面３５が前記広帯域１／４波長板３４を透過すると以下のような光学現象が生じてしまう。
【０００８】
光路３６において、直線偏光Ｓ（Ｓ偏光）が広帯域１／４波長板３４のＨＡ１へ入射してＨＣ１から円偏光となって出射するまでに該広帯域１／４波長板３４を通過するまでの光路長Ｌ３６は、
Ｌ３６＝ＬＡ１×ｎａ＋ＬＢ１×ｎｂ＋ＬＣ１×ｎｃ
となる。一方、光路３７において、直線偏光Ｓが広帯域１／４波長板３４のＨＡ２へ入射してＨＣ２から円偏光となって出射するまでに該広帯域１／４波長板３４を通過するまでの光路長Ｌ３７は、
Ｌ３７＝ＬＡ２×ｎａ＋ＬＢ２×ｎｂ＋ＬＣ２×ｎｃ
となる。ここで、
ＬＡ１≒ＬＡ２，ＬＣ１≒ＬＣ２
となるので、光路３６と光路３７との広帯域１／４波長板３４を通過するときの光路長の差ΔＬは、
ΔＬ＝（ＬＢ１−ＬＢ２）×ｎｂ
となる。よって、広帯域１／４波長板３４から出射した光路３６上の円偏光３８は、広帯域１／４波長板３４から出射した光路３７上の円偏光３９と比較して、ΔＬ分だけ位相が遅れることなる。従って、波面３５が広帯域１／４波長板３４へ入射すると、波面収差が生じて歪んだ波面４０となって出射されることになる。
【０００９】
以上のことから図１１に示すように、広帯域１／４波長板３４を光ピックアップに用いると、波面３５が広帯域１／４波長板３４を通過すると歪んだ波面４０となり、該波面４０は対物レンズ４１で集光されてディスクのピット４２へ照射されるが、実際には、例えば第１，第２，第３光路上の各々の光は、点４３，４４，４５でフォーカスされるので、ピット４２に焦点が合わないという問題があった。この問題を解決するために広帯域１／４波長板の両主面を支持板、例えばガラス基板で挟みこむという応急的な処置が施されていた。
【００１０】
また、フィルムは熱膨張が大きく温度が変化するとフィルムが歪み光学特性が劣化してしまうという問題があった。この問題を解決するために広帯域１／４波長板に、熱伝導率が高いサファイア基板や水晶基板を放熱板として積層することにより、フィルムに熱がこもらないよう放熱効果を高めるという対策も施されている。
【００１１】
しかし、フィルム製広帯域１／４波長板に、支持板としてガラス基板を積層することや放熱板として水晶やサファイア等の基板を積層することは、量産において作業の煩雑さを招いてコストアップ等の問題をあらたに招くこととなった。
そこで、波面収差や熱による光学特性劣化の問題を同時に解決できる手段として、位相差１８０°を有する水晶基板と位相差９０°を有する水晶基板とを積層することにより構成された広帯域１／４波長板が提案されている。
【００１２】
図７（ａ）は水晶広帯域１／４波長板１の構成を示す図であり、図７（ａ）は水晶広帯域１／４波長板１を入射方向から見た平面図、図７（ｂ）は水晶広帯域１／４波長板１の斜視概観図である。この水晶広帯域１／４波長板１は、波長７８５ｎｍに対して位相差１８０°及び面内回転方位が１５°の水晶波長板２と位相差９０°及び方位角が７５°の水晶波長板３とを各々の結晶光学軸４，５が６０°の角度で交叉するように積層して、全体として、広い波長域に渡って１／４波長板として機能する積層波長板である。つまり、この水晶広帯域１／４波長板１に直線偏光６が入射すると出射面に到るまでにで位相が９０°ずれるので円偏光７となって出射することとなる。
図８は、水晶広帯域１／４波長板１の光学特性を示すグラフであり、（ａ）は波長依存性を示すグラフ、（ｂ）は入射角度依存性を示すグラフである。水晶広帯域１／４波長板１の波長依存性については、広帯域で位相差９０°となり１／４波長板として機能することが確認できるが、入射角度依存性においては、入射角度が大きくなるほど位相差が９０°からズレており入射角度依存性に問題があることが判明した。
【００１３】
本発明は、上記の如き問題を解決するためになされたものであり、ＤＶＤ／ＣＤのコンパチブルの光ピックアップ装置等の複数の波長に対して、波面収差、温度特性、入射角度依存性を改善した１／４波長板として機能する波長板、及びその波長板を用いた光ピックアップを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係る請求項１記載の発明は、波長λの単色光に対して位相差αの波長板と位相差βの波長板とを光軸が交叉するように貼り合わせて、全体として１／４波長板として機能する積層波長板において、前記α及び前記βの関係が以下の条件
α＝πｎ
β＝πｍ／２
但しｎ＞１、ｍ＞１
を満足し、且つ、前記一方の波長板の材料を複屈折性を有するフィルムとし、前記他方の波長板の材料を水晶したことを特徴としている。
【００１５】
請求項２記載の発明は、光源から出射した第１の波長の第１直線偏光と第２の波長の第２直線偏光とが、波長板を通過するよう構成された光ピックアップにおいて、該波長板が、波長λの単色光に対して位相差αの波長板と位相差βの波長板とを光軸が交叉するように貼り合わせて、全体として１／４波長板として機能する積層波長板であり、前記α及び前記βの関係が以下の条件
α＝πｎ
β＝πｍ／２
但しｎ＞１、ｍ＞１
を満足し、且つ、前記一方の波長板の材料を複屈折性を有するフィルムとし、前記他方の波長板の材料を水晶したことを特徴としている。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項２において、上記第１の波長には６５５ｎｍを用い、上記第２の波長には７８５ｎｍを用いることを特徴としている。
【００１７】
請求項４記載の発明は、波長７８５ｎｍに対して、位相差９０°となる水晶波長板と、位相差１８０°となるフィルム波長板とを光軸が交叉するように貼り合わせて、全体として１／４波長板として機能することを特徴としている。
【００１８】
請求項５記載の発明は、波長７８５ｎｍに対して、位相差９００°となる水晶波長板と、位相差９０°となるフィルム波長板とを光軸が交叉するように貼り合わせて、全体として１／４波長板として機能することを特徴としている。
【００１９】
【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例に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る積層波長板の一実施形態の構成を示す図であり、図１（ａ）は積層波長板を入射方向から見た平面図、図１（ｂ）は積層波長板の斜視概観図である。この積層波長板８は、ガラス基板３４を支持基板とした波長７８５ｎｍに対して位相差１８０°及び面内回転方位（以下、方位角と称す）が１５°のフィルム波長板９と位相差９０°及び方位角が７５°の水晶波長板１０とを各々の結晶光学軸１１，１２が６０°の角度で交叉するように積層して、全体として、広い波長域に渡って１／４波長板として機能する積層波長板である。つまり、この積層波長板８に直線偏光１３が入射すると出射面に到るまでにで位相が９０°ずれるので円偏光１４となって出射することとなる。
【００２０】
図２は、前記積層波長板８の光学特性を示すグラフであり、（ａ）は波長依存性を示すグラフ、（ｂ）は入射角度依存性を示すグラフである。積層波長板８の波長依存性において、広い波長域に渡って位相差９０°となり１／４波長板として機能することが分かる。
【００２１】
次に、入射角度依存性について着目する。図９は、積層波長板８へ入射する光の方向について示した図であり、（ａ）は入射光の光軸を積層波長板８の主表面（ｚ−ｘ平面）へ投影した線とｚ軸とのなす角ψを示す図、（ｂ）は積層波長板８へ入射する入射光の光軸２０との関係を斜視した図である。尚、φは入射光の光軸２０とｙ軸とのなす角度、所謂入射角度を示している。
【００２２】
入射角度φを±５．０°の範囲で、ψを０°から１５７．５°まで２２．５°ステップで、シュミレーション解析した結果、入射方向に対する位相差９０°からのズレが小さくなり、入射角度依存性が極めて改善されていることが実証された。
【００２３】
図３は本発明に係る積層波長板の第二の実施形態の構成を示す図であり、図３（ａ）は積層波長板を入射方向から見た平面図、図３（ｂ）は積層波長板の斜視概観図である。この積層波長板１５は、波長７８５ｎｍに対して位相差９００°（２次モード１８０°）及び方位角が１５°の水晶波長板１６と、ガラス基板３４を支持基板とした位相差９０°及び方位角が７２°のフィルム波長板１７とを各々の結晶光学軸１８，１９が５７°の角度で交叉するように積層して、全体として、広い波長域に渡って１／４波長板として機能する積層波長板である。この積層波長板１５に直線偏光１３が入射すると出射面に到るまでにで位相が９０°ずれるので円偏光１４となって出射することとなる。
【００２４】
図３は、前記積層波長板１５の光学特性を示すグラフであり、（ａ）は波長依存性を示すグラフ、（ｂ）は入射角度依存性を示すグラフである。積層波長板１５の波長依存性において、シュミレーション解析した結果、広い波長域（６５０〜８００ｎｍ）に渡って位相差９０°となり１／４波長板として機能することが判明した。
【００２５】
更に、入射角度依存性についても、入射角度φを±５．０°の範囲で、ψを０°から１５７．５°まで２２．５°ステップで、シュミレーション解析した結果、入射方向に対する位相差９０°からのズレが無くフラットな特性となり、入射角度依存性が極めて改善されていることが実証された。
【００２６】
本願発明者らは、シュミレーション解析及び様々な実験を行った結果、波長λの単色光に対して位相差αの波長板と位相差βの波長板とを光軸が交叉するように貼り合わせ、前記αと前記βとの関係が
α＝πｎ
β＝πｍ／２
但しｎ＞１、ｍ＞１
の条件を満たし、且つ、材料については前記一方の波長板に複屈折性を有するフィルムを、前記他方の波長板に水晶を適用すれば、広い波長帯域に渡って１／４波長板として機能すると共に入射角度依存性を極めて改善した積層波長板を提供できることを見い出した。
【００２７】
次に、前述した本発明に係る積層波長板を用いた２波長対応光ピックアップについて以下、詳細に説明する。
図５は、本発明の光ピックアップに係る一実施形態を示す斜視図である。
まず、ＤＶＤ（６５５ｎｍ）の再生について説明する。６５５ｎｍ及び７８５ｎｍを出射可能な光源を有する２λＬＤ２１から６５５ｎｍの直線偏光ＳＡ（Ｓ偏光）が出射し第１のＰＢＳ２２へ入射する。第１のＰＢＳ２２の斜面２３には図６（ａ）の如き透過特性を有する光学薄膜が形成されているので、ＳＡは斜面２３を透過して、第２のＰＢＳ２４へ入射する。第２のＰＢＳ２４の斜面２５には図６（ｂ）の如き透過特性を有する光学薄膜が形成されているので、ＳＡは斜面２５を透過して、広帯域１／４波長板２６へ入射する、直線偏光ＳＡは位相が９０°ズレて円偏光となって出射する。該円偏光は、コリメートレンズ２７を経て反射ミラー２８で反射し対物レンズ（以下、ＯＢＪと称す）２９を通過してＤＶＤのピット３０へ照射される。
【００２８】
ピット３０で反射した際に円偏光は回転方向が逆転し、ＯＢＪ２９を通過して反射ミラー２８で反射し、コリメートレンズ２７を経て１／４波長板２６へ入射する。円偏光は往路に対して復路では回転方向が逆になっているので直線偏光ＰＡ（Ｐ偏光）として出射し、第２のＰＢＳ２５へ入射して斜面２５に形成された光学薄膜の特性からＰＡはこれを透過する。透過した該ＰＡは第１のＰＢＳ２２へ入射し斜面２３は６５５ｎｍのＰ偏光は透過しない光学薄膜が形成されているのでＰＡは斜面２３で反射してＰＤ３１で検出される。
【００２９】
次に、ＣＤ（７８５ｎｍ）の再生について説明する。２λＬＤ２１から７８５ｎｍの直線偏光ＳＢ（Ｓ偏光）が出射し第１のＰＢＳ２２へ入射する。第１のＰＢＳ２２の斜面２３には図８（ａ）の如き透過特性を有する光学薄膜が形成されているので、ＳＢは斜面２３を透過して、図８（ｂ）の如き透過特性を有する光学薄膜が斜面２５に形成された第２のＰＢＳ２４へ入射し、広帯域１／４波長板２６へ入射する、直線偏光ＳＢは位相が９０°ズレて円偏光となって出射する。該円偏光は、コリメートレンズ２７を経て反射ミラー２８で反射して、ＯＢＪ２９を通過してＣＤのピット３０へ照射される。
【００３０】
ピット３０で反射した際に円偏光は回転方向が逆転し、ＯＢＪ２９を通過して反射ミラー２８で反射し、コリメートレンズ２７を経て１／４波長板２６へ入射する。円偏光は往路に対して復路では回転方向が逆になっているので直線偏光ＰＢ（Ｐ偏光）として出射し、第２のＰＢＳ２５へ入射する。前記第２のＰＢＳ２５の斜面２５は７８５ｎｍのＰ偏光は透過しない光学薄膜が形成されているのでＰＢは斜面２５で反射してＰＤ３２で検出される。
このように構成することによって、１系統のピックアップで２波長対応の光ピックアップ装置を実現することができた。
【００３１】
従って、ＤＶＤ／ＣＤのコンパチブル等の２波長対応のより小型の光ピックアップ装置を提供することを可能とした。
更に、本発明に係る広帯域１／４波長板は入射角度依存性が極めて改善されているので発散光に対しても十分に１／４波長板としての機能を果すため、この利点を活かして光源方向から見てコリメートレンズより手前に広帯域１／４波長板を配置することが可能となり、広帯域１／４波長板の外形寸法をよりコンパクトにできるので、光ピックアップ装置の小型化にも寄与するものである。
【００３２】
【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、波長λの単色光に対して位相差αの波長板と位相差βの波長板とを光軸が交叉するように貼り合わせて、前記α及び前記βの関係が
α＝πｎ
β＝πｍ／２
但しｎ＞１、ｍ＞１
を満足し、
且つ、前記一方の波長板の材料を複屈折性を有するフィルムとし、前記他方の波長板の材料を水晶したので、全体として広帯域１／４波長板として機能すると共に入射角度依存性を極めて改善した積層波長板を提供できるという優れた効果を奏する。
【００３３】
請求項２及び３の発明は、全体として１／４波長板として機能すると共に入射角度依存性を極めて改善した積層波長板を用いたので、複数の波長に対応した小型のピックアップを提供できるという優れた効果を奏する。
【００３４】
請求項４の発明は、波長７８５ｎｍに対して、位相差９０°となる水晶波長板と、位相差１８０°となるフィルム波長板とを光軸が交叉するように貼り合わせたので、全体として広帯域１／４波長板として機能すると共に入射角度依存性を極めて改善した積層波長板を提供できるという優れた効果を奏する。
【００３５】
請求項５の発明は、波長７８５ｎｍに対して、位相差９００°となる水晶波長板と、位相差９０°となるフィルム波長板とを光軸が交叉するように貼り合わせたので、全体として広帯域１／４波長板として機能すると共に入射角度依存性を極めて改善した積層波長板を提供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】本発明に係る積層波長板の第１実施例の構成を説明するための図であり、（ａ）は入射方向から見た平面図、（ｂ）は斜視概観図である。
【図２】本発明に係る積層波長板の第１実施例の光学特性を示すグラフであり、（ａ）は波長依存性を示すグラフ、（ｂ）は入射角度依存性を示すグラフである。
【図３】本発明に係る積層波長板の第２実施例の構成を説明するための図であり、（ａ）は入射方向から見た平面図、（ｂ）は斜視概観図である。
【図４】本発明に係る積層波長板の第２実施例の光学特性を示すグラフであり、（ａ）は波長依存性を示すグラフ、（ｂ）は入射角度依存性を示すグラフである。
【図５】本発明に係る光ピックアップの実施形態の構成を説明するための斜視図である。
【図６】本発明に係る光ピックアップの実施形態において用いられる第１、第２ＰＢＳの光学特性を示すグラフである。
【図７】従来の積層波長板を示す図であり、（ａ）は入射方向から見た平面図、（ｂ）は斜視概観図ある。
【図８】従来の積層波長板の光学特性を示すグラフであり、（ａ）は波長依存性を示すグラフ、（ｂ）は入射角度依存性を示すグラフである。
【図９】波長板８入射する光の方向について示した図であり、（ａ）は入射光の光軸を波長板の主表面（ｚ−ｘ平面）へ投影した線とｚ軸とのなす角ψを示す図、（ｂ）は波長板へ入射する入射光の光軸を斜視した図である。
【図１０】従来の積層波長板の光学作用を説明するための図ある。
【図１１】従来の積層波長板を光ピックアップ装置に用いたときの光学作用を説明するための図ある。
【符号の説明】
１ 積層波長板
２ 波長板
３ 波長板
４ 光学軸
５ 光学軸
６ 入射光
７ 出射光
８ 積層波長板
９ 波長板
１０ 波長板
１１ 光学軸
１２ 光学軸
１３ 入射光
１４ 出射光
１５ 積層波長板
１６ 波長板
１７ 波長板
１８ 光学軸
１９ 光学軸
２０ 入射光
２１ ２波長レーザーダイオード
２２ ＰＢＳ
２３ 射面
２４ ＰＢＳ
２５ 射面
２６ 積層波長板
２７ コリメートレンズ
２８ 反射ミラー
２９ 対物レンズ
３０ ピット
３１ フィルム
３２ 接着剤
３３ ガラス基板
３４ 波長板
３５ 波面
３６ 光路
３７ 光路
３８ 円偏光
３９ 円偏光
４０ 波面
４１ 対物レンズ
４２ ピット
４３ 焦点
４４ 焦点
４５ 焦点
【発明の属する技術分野】
本発明は、異なる波長の光を用いて光学記録媒体への情報の記録及び再生を行うことを可能とする積層波長板及びそれを用いた光ピックアップに関する。
【０００２】
【従来の技術】
音楽や映像関連の情報の光学記録媒体であるＣＤやＤＶＤ等を直線偏光や円偏光等のレーザー光を利用して記録及び再生を行う光ディスク装置が幅広く利用されている。中でもＣＤとＤＶＤのコンパチブル（互換性）が可能な光ディスク装置の普及と共に装置の小型化の要求も高まり、光学部品点数の削減等の簡素化による光ピックアップ装置の小型化が試みられている。
【０００３】
ＤＶＤは、２時間以上の映像及び音声の情報を１枚のディスクに収容可能な仕様となっておりＣＤに比べ記録密度が高く、それによってＤＶＤの再生波長もＣＤの７８５ｎｍに対して６５５ｎｍと短くなり、ＤＶＤとＣＤのコンパチブルを可能とする光ピックアップ装置では必然的に２種類の波長が必要になるが、近年、波長板においては２波長対応を可能とした広帯域波長板が提案され、従来２系統のピックアップが必要であった光ピックアップ装置も１系統ピックアップで構成できるようになってきた。
【０００４】
ここで、光ピックアップに用いられる偏光について説明すると、光は電磁波と呼ばれる波の一つであり、光の進行方向と磁場を含む面を偏光面、電場を含む面を振動面といい、偏光面の方向が揃っている場合を偏光という。更に、偏光面が一つの平面に限られるような偏光を直線偏光と呼び、直線偏光には、入射光線と入射面の法線とを含む平面に対して、水平に振動する成分のＰ偏光と、垂直に振動する成分のＳ偏光とがある。
また、ある位置でみた電場ベクトルが、時間とともに回転するような偏光を一般に楕円偏光といい、特に、光の進行方向に垂直な平面上に電場ベクトルの先端を投影したとき、その軌跡が円となるものを円偏光という。
【０００５】
特許文献１や特許文献２には、位相差１８０°を有する複屈折性フィルムと位相差９０°を有する複屈折性フィルムとを積層した広帯域１／４波長板が開示されている。
【特許文献１】特許第３１７４３６７号（第４頁、図１）
【特許文献２】特開平１０−０６８８１６号（第５頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の如き広帯域１／４波長板は、材料に複屈折性フィルムを用いているので以下のような問題が発生してしまう。図１０は、位相差９０°を有する複屈折性フィルム３１（屈折率：ｎｃ）に接着剤３２（屈折率：ｎｂ）を用いて支持基板として機能するガラス基板３３（屈折率：ｎａ）を積層した広帯域１／４波長板３４の光学特性を示す図である。尚、複屈折性フィルム３１は、２枚の複屈折性フィルムを積層してなるものである。
【０００７】
前記広帯域１／４波長板３４のフィルム層３１と接着剤層３２の領域は剛性が弱く変形し易いために、外部からストレス等が加わると図１０のような断面形状を呈することとなる。この場合、光の波面３５が前記広帯域１／４波長板３４を透過すると以下のような光学現象が生じてしまう。
【０００８】
光路３６において、直線偏光Ｓ（Ｓ偏光）が広帯域１／４波長板３４のＨＡ１へ入射してＨＣ１から円偏光となって出射するまでに該広帯域１／４波長板３４を通過するまでの光路長Ｌ３６は、
Ｌ３６＝ＬＡ１×ｎａ＋ＬＢ１×ｎｂ＋ＬＣ１×ｎｃ
となる。一方、光路３７において、直線偏光Ｓが広帯域１／４波長板３４のＨＡ２へ入射してＨＣ２から円偏光となって出射するまでに該広帯域１／４波長板３４を通過するまでの光路長Ｌ３７は、
Ｌ３７＝ＬＡ２×ｎａ＋ＬＢ２×ｎｂ＋ＬＣ２×ｎｃ
となる。ここで、
ＬＡ１≒ＬＡ２，ＬＣ１≒ＬＣ２
となるので、光路３６と光路３７との広帯域１／４波長板３４を通過するときの光路長の差ΔＬは、
ΔＬ＝（ＬＢ１−ＬＢ２）×ｎｂ
となる。よって、広帯域１／４波長板３４から出射した光路３６上の円偏光３８は、広帯域１／４波長板３４から出射した光路３７上の円偏光３９と比較して、ΔＬ分だけ位相が遅れることなる。従って、波面３５が広帯域１／４波長板３４へ入射すると、波面収差が生じて歪んだ波面４０となって出射されることになる。
【０００９】
以上のことから図１１に示すように、広帯域１／４波長板３４を光ピックアップに用いると、波面３５が広帯域１／４波長板３４を通過すると歪んだ波面４０となり、該波面４０は対物レンズ４１で集光されてディスクのピット４２へ照射されるが、実際には、例えば第１，第２，第３光路上の各々の光は、点４３，４４，４５でフォーカスされるので、ピット４２に焦点が合わないという問題があった。この問題を解決するために広帯域１／４波長板の両主面を支持板、例えばガラス基板で挟みこむという応急的な処置が施されていた。
【００１０】
また、フィルムは熱膨張が大きく温度が変化するとフィルムが歪み光学特性が劣化してしまうという問題があった。この問題を解決するために広帯域１／４波長板に、熱伝導率が高いサファイア基板や水晶基板を放熱板として積層することにより、フィルムに熱がこもらないよう放熱効果を高めるという対策も施されている。
【００１１】
しかし、フィルム製広帯域１／４波長板に、支持板としてガラス基板を積層することや放熱板として水晶やサファイア等の基板を積層することは、量産において作業の煩雑さを招いてコストアップ等の問題をあらたに招くこととなった。
そこで、波面収差や熱による光学特性劣化の問題を同時に解決できる手段として、位相差１８０°を有する水晶基板と位相差９０°を有する水晶基板とを積層することにより構成された広帯域１／４波長板が提案されている。
【００１２】
図７（ａ）は水晶広帯域１／４波長板１の構成を示す図であり、図７（ａ）は水晶広帯域１／４波長板１を入射方向から見た平面図、図７（ｂ）は水晶広帯域１／４波長板１の斜視概観図である。この水晶広帯域１／４波長板１は、波長７８５ｎｍに対して位相差１８０°及び面内回転方位が１５°の水晶波長板２と位相差９０°及び方位角が７５°の水晶波長板３とを各々の結晶光学軸４，５が６０°の角度で交叉するように積層して、全体として、広い波長域に渡って１／４波長板として機能する積層波長板である。つまり、この水晶広帯域１／４波長板１に直線偏光６が入射すると出射面に到るまでにで位相が９０°ずれるので円偏光７となって出射することとなる。
図８は、水晶広帯域１／４波長板１の光学特性を示すグラフであり、（ａ）は波長依存性を示すグラフ、（ｂ）は入射角度依存性を示すグラフである。水晶広帯域１／４波長板１の波長依存性については、広帯域で位相差９０°となり１／４波長板として機能することが確認できるが、入射角度依存性においては、入射角度が大きくなるほど位相差が９０°からズレており入射角度依存性に問題があることが判明した。
【００１３】
本発明は、上記の如き問題を解決するためになされたものであり、ＤＶＤ／ＣＤのコンパチブルの光ピックアップ装置等の複数の波長に対して、波面収差、温度特性、入射角度依存性を改善した１／４波長板として機能する波長板、及びその波長板を用いた光ピックアップを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係る請求項１記載の発明は、波長λの単色光に対して位相差αの波長板と位相差βの波長板とを光軸が交叉するように貼り合わせて、全体として１／４波長板として機能する積層波長板において、前記α及び前記βの関係が以下の条件
α＝πｎ
β＝πｍ／２
但しｎ＞１、ｍ＞１
を満足し、且つ、前記一方の波長板の材料を複屈折性を有するフィルムとし、前記他方の波長板の材料を水晶したことを特徴としている。
【００１５】
請求項２記載の発明は、光源から出射した第１の波長の第１直線偏光と第２の波長の第２直線偏光とが、波長板を通過するよう構成された光ピックアップにおいて、該波長板が、波長λの単色光に対して位相差αの波長板と位相差βの波長板とを光軸が交叉するように貼り合わせて、全体として１／４波長板として機能する積層波長板であり、前記α及び前記βの関係が以下の条件
α＝πｎ
β＝πｍ／２
但しｎ＞１、ｍ＞１
を満足し、且つ、前記一方の波長板の材料を複屈折性を有するフィルムとし、前記他方の波長板の材料を水晶したことを特徴としている。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項２において、上記第１の波長には６５５ｎｍを用い、上記第２の波長には７８５ｎｍを用いることを特徴としている。
【００１７】
請求項４記載の発明は、波長７８５ｎｍに対して、位相差９０°となる水晶波長板と、位相差１８０°となるフィルム波長板とを光軸が交叉するように貼り合わせて、全体として１／４波長板として機能することを特徴としている。
【００１８】
請求項５記載の発明は、波長７８５ｎｍに対して、位相差９００°となる水晶波長板と、位相差９０°となるフィルム波長板とを光軸が交叉するように貼り合わせて、全体として１／４波長板として機能することを特徴としている。
【００１９】
【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例に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る積層波長板の一実施形態の構成を示す図であり、図１（ａ）は積層波長板を入射方向から見た平面図、図１（ｂ）は積層波長板の斜視概観図である。この積層波長板８は、ガラス基板３４を支持基板とした波長７８５ｎｍに対して位相差１８０°及び面内回転方位（以下、方位角と称す）が１５°のフィルム波長板９と位相差９０°及び方位角が７５°の水晶波長板１０とを各々の結晶光学軸１１，１２が６０°の角度で交叉するように積層して、全体として、広い波長域に渡って１／４波長板として機能する積層波長板である。つまり、この積層波長板８に直線偏光１３が入射すると出射面に到るまでにで位相が９０°ずれるので円偏光１４となって出射することとなる。
【００２０】
図２は、前記積層波長板８の光学特性を示すグラフであり、（ａ）は波長依存性を示すグラフ、（ｂ）は入射角度依存性を示すグラフである。積層波長板８の波長依存性において、広い波長域に渡って位相差９０°となり１／４波長板として機能することが分かる。
【００２１】
次に、入射角度依存性について着目する。図９は、積層波長板８へ入射する光の方向について示した図であり、（ａ）は入射光の光軸を積層波長板８の主表面（ｚ−ｘ平面）へ投影した線とｚ軸とのなす角ψを示す図、（ｂ）は積層波長板８へ入射する入射光の光軸２０との関係を斜視した図である。尚、φは入射光の光軸２０とｙ軸とのなす角度、所謂入射角度を示している。
【００２２】
入射角度φを±５．０°の範囲で、ψを０°から１５７．５°まで２２．５°ステップで、シュミレーション解析した結果、入射方向に対する位相差９０°からのズレが小さくなり、入射角度依存性が極めて改善されていることが実証された。
【００２３】
図３は本発明に係る積層波長板の第二の実施形態の構成を示す図であり、図３（ａ）は積層波長板を入射方向から見た平面図、図３（ｂ）は積層波長板の斜視概観図である。この積層波長板１５は、波長７８５ｎｍに対して位相差９００°（２次モード１８０°）及び方位角が１５°の水晶波長板１６と、ガラス基板３４を支持基板とした位相差９０°及び方位角が７２°のフィルム波長板１７とを各々の結晶光学軸１８，１９が５７°の角度で交叉するように積層して、全体として、広い波長域に渡って１／４波長板として機能する積層波長板である。この積層波長板１５に直線偏光１３が入射すると出射面に到るまでにで位相が９０°ずれるので円偏光１４となって出射することとなる。
【００２４】
図３は、前記積層波長板１５の光学特性を示すグラフであり、（ａ）は波長依存性を示すグラフ、（ｂ）は入射角度依存性を示すグラフである。積層波長板１５の波長依存性において、シュミレーション解析した結果、広い波長域（６５０〜８００ｎｍ）に渡って位相差９０°となり１／４波長板として機能することが判明した。
【００２５】
更に、入射角度依存性についても、入射角度φを±５．０°の範囲で、ψを０°から１５７．５°まで２２．５°ステップで、シュミレーション解析した結果、入射方向に対する位相差９０°からのズレが無くフラットな特性となり、入射角度依存性が極めて改善されていることが実証された。
【００２６】
本願発明者らは、シュミレーション解析及び様々な実験を行った結果、波長λの単色光に対して位相差αの波長板と位相差βの波長板とを光軸が交叉するように貼り合わせ、前記αと前記βとの関係が
α＝πｎ
β＝πｍ／２
但しｎ＞１、ｍ＞１
の条件を満たし、且つ、材料については前記一方の波長板に複屈折性を有するフィルムを、前記他方の波長板に水晶を適用すれば、広い波長帯域に渡って１／４波長板として機能すると共に入射角度依存性を極めて改善した積層波長板を提供できることを見い出した。
【００２７】
次に、前述した本発明に係る積層波長板を用いた２波長対応光ピックアップについて以下、詳細に説明する。
図５は、本発明の光ピックアップに係る一実施形態を示す斜視図である。
まず、ＤＶＤ（６５５ｎｍ）の再生について説明する。６５５ｎｍ及び７８５ｎｍを出射可能な光源を有する２λＬＤ２１から６５５ｎｍの直線偏光ＳＡ（Ｓ偏光）が出射し第１のＰＢＳ２２へ入射する。第１のＰＢＳ２２の斜面２３には図６（ａ）の如き透過特性を有する光学薄膜が形成されているので、ＳＡは斜面２３を透過して、第２のＰＢＳ２４へ入射する。第２のＰＢＳ２４の斜面２５には図６（ｂ）の如き透過特性を有する光学薄膜が形成されているので、ＳＡは斜面２５を透過して、広帯域１／４波長板２６へ入射する、直線偏光ＳＡは位相が９０°ズレて円偏光となって出射する。該円偏光は、コリメートレンズ２７を経て反射ミラー２８で反射し対物レンズ（以下、ＯＢＪと称す）２９を通過してＤＶＤのピット３０へ照射される。
【００２８】
ピット３０で反射した際に円偏光は回転方向が逆転し、ＯＢＪ２９を通過して反射ミラー２８で反射し、コリメートレンズ２７を経て１／４波長板２６へ入射する。円偏光は往路に対して復路では回転方向が逆になっているので直線偏光ＰＡ（Ｐ偏光）として出射し、第２のＰＢＳ２５へ入射して斜面２５に形成された光学薄膜の特性からＰＡはこれを透過する。透過した該ＰＡは第１のＰＢＳ２２へ入射し斜面２３は６５５ｎｍのＰ偏光は透過しない光学薄膜が形成されているのでＰＡは斜面２３で反射してＰＤ３１で検出される。
【００２９】
次に、ＣＤ（７８５ｎｍ）の再生について説明する。２λＬＤ２１から７８５ｎｍの直線偏光ＳＢ（Ｓ偏光）が出射し第１のＰＢＳ２２へ入射する。第１のＰＢＳ２２の斜面２３には図８（ａ）の如き透過特性を有する光学薄膜が形成されているので、ＳＢは斜面２３を透過して、図８（ｂ）の如き透過特性を有する光学薄膜が斜面２５に形成された第２のＰＢＳ２４へ入射し、広帯域１／４波長板２６へ入射する、直線偏光ＳＢは位相が９０°ズレて円偏光となって出射する。該円偏光は、コリメートレンズ２７を経て反射ミラー２８で反射して、ＯＢＪ２９を通過してＣＤのピット３０へ照射される。
【００３０】
ピット３０で反射した際に円偏光は回転方向が逆転し、ＯＢＪ２９を通過して反射ミラー２８で反射し、コリメートレンズ２７を経て１／４波長板２６へ入射する。円偏光は往路に対して復路では回転方向が逆になっているので直線偏光ＰＢ（Ｐ偏光）として出射し、第２のＰＢＳ２５へ入射する。前記第２のＰＢＳ２５の斜面２５は７８５ｎｍのＰ偏光は透過しない光学薄膜が形成されているのでＰＢは斜面２５で反射してＰＤ３２で検出される。
このように構成することによって、１系統のピックアップで２波長対応の光ピックアップ装置を実現することができた。
【００３１】
従って、ＤＶＤ／ＣＤのコンパチブル等の２波長対応のより小型の光ピックアップ装置を提供することを可能とした。
更に、本発明に係る広帯域１／４波長板は入射角度依存性が極めて改善されているので発散光に対しても十分に１／４波長板としての機能を果すため、この利点を活かして光源方向から見てコリメートレンズより手前に広帯域１／４波長板を配置することが可能となり、広帯域１／４波長板の外形寸法をよりコンパクトにできるので、光ピックアップ装置の小型化にも寄与するものである。
【００３２】
【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、波長λの単色光に対して位相差αの波長板と位相差βの波長板とを光軸が交叉するように貼り合わせて、前記α及び前記βの関係が
α＝πｎ
β＝πｍ／２
但しｎ＞１、ｍ＞１
を満足し、
且つ、前記一方の波長板の材料を複屈折性を有するフィルムとし、前記他方の波長板の材料を水晶したので、全体として広帯域１／４波長板として機能すると共に入射角度依存性を極めて改善した積層波長板を提供できるという優れた効果を奏する。
【００３３】
請求項２及び３の発明は、全体として１／４波長板として機能すると共に入射角度依存性を極めて改善した積層波長板を用いたので、複数の波長に対応した小型のピックアップを提供できるという優れた効果を奏する。
【００３４】
請求項４の発明は、波長７８５ｎｍに対して、位相差９０°となる水晶波長板と、位相差１８０°となるフィルム波長板とを光軸が交叉するように貼り合わせたので、全体として広帯域１／４波長板として機能すると共に入射角度依存性を極めて改善した積層波長板を提供できるという優れた効果を奏する。
【００３５】
請求項５の発明は、波長７８５ｎｍに対して、位相差９００°となる水晶波長板と、位相差９０°となるフィルム波長板とを光軸が交叉するように貼り合わせたので、全体として広帯域１／４波長板として機能すると共に入射角度依存性を極めて改善した積層波長板を提供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】本発明に係る積層波長板の第１実施例の構成を説明するための図であり、（ａ）は入射方向から見た平面図、（ｂ）は斜視概観図である。
【図２】本発明に係る積層波長板の第１実施例の光学特性を示すグラフであり、（ａ）は波長依存性を示すグラフ、（ｂ）は入射角度依存性を示すグラフである。
【図３】本発明に係る積層波長板の第２実施例の構成を説明するための図であり、（ａ）は入射方向から見た平面図、（ｂ）は斜視概観図である。
【図４】本発明に係る積層波長板の第２実施例の光学特性を示すグラフであり、（ａ）は波長依存性を示すグラフ、（ｂ）は入射角度依存性を示すグラフである。
【図５】本発明に係る光ピックアップの実施形態の構成を説明するための斜視図である。
【図６】本発明に係る光ピックアップの実施形態において用いられる第１、第２ＰＢＳの光学特性を示すグラフである。
【図７】従来の積層波長板を示す図であり、（ａ）は入射方向から見た平面図、（ｂ）は斜視概観図ある。
【図８】従来の積層波長板の光学特性を示すグラフであり、（ａ）は波長依存性を示すグラフ、（ｂ）は入射角度依存性を示すグラフである。
【図９】波長板８入射する光の方向について示した図であり、（ａ）は入射光の光軸を波長板の主表面（ｚ−ｘ平面）へ投影した線とｚ軸とのなす角ψを示す図、（ｂ）は波長板へ入射する入射光の光軸を斜視した図である。
【図１０】従来の積層波長板の光学作用を説明するための図ある。
【図１１】従来の積層波長板を光ピックアップ装置に用いたときの光学作用を説明するための図ある。
【符号の説明】
１ 積層波長板
２ 波長板
３ 波長板
４ 光学軸
５ 光学軸
６ 入射光
７ 出射光
８ 積層波長板
９ 波長板
１０ 波長板
１１ 光学軸
１２ 光学軸
１３ 入射光
１４ 出射光
１５ 積層波長板
１６ 波長板
１７ 波長板
１８ 光学軸
１９ 光学軸
２０ 入射光
２１ ２波長レーザーダイオード
２２ ＰＢＳ
２３ 射面
２４ ＰＢＳ
２５ 射面
２６ 積層波長板
２７ コリメートレンズ
２８ 反射ミラー
２９ 対物レンズ
３０ ピット
３１ フィルム
３２ 接着剤
３３ ガラス基板
３４ 波長板
３５ 波面
３６ 光路
３７ 光路
３８ 円偏光
３９ 円偏光
４０ 波面
４１ 対物レンズ
４２ ピット
４３ 焦点
４４ 焦点
４５ 焦点
Claims (5)
- 波長λの単色光に対して位相差αの波長板と位相差βの波長板とを光軸が交叉するように貼り合わせて、全体として１／４波長板として機能する積層波長板において、
前記α及び前記βの関係が以下の条件
α＝πｎ
β＝πｍ／２
但しｎ＞１、ｍ＞１
を満足し、
且つ、前記一方の波長板の材料を複屈折性を有するフィルムとし、前記他方の波長板の材料を水晶したことを特徴とする積層波長板。 - 光源から出射した第１の波長の第１直線偏光と第２の波長の第２直線偏光とが、波長板を通過するよう構成された光ピックアップにおいて、
該波長板が、波長λの単色光に対して位相差αの波長板と位相差βの波長板とを光軸が交叉するように貼り合わせて、全体として１／４波長板として機能する積層波長板であり、前記α及び前記βの関係が以下の条件
α＝πｎ
β＝πｍ／２
但しｎ＞１、ｍ＞１
を満足し、
且つ、前記一方の波長板の材料を複屈折性を有するフィルムとし、前記他方の波長板の材料を水晶したことを特徴とする光ピックアップ。 - 上記第１の波長には６５５ｎｍを用い、上記第２の波長には７８５ｎｍを用いることを特徴とする請求項２記載の光ピックアップ。
- 波長７８５ｎｍに対して、位相差９０°となる水晶波長板と、位相差１８０°となるフィルム波長板とを光軸が交叉するように貼り合わせて、全体として１／４波長板として機能することを特徴とする積層波長板。
- 波長７８５ｎｍに対して、位相差９００°となる水晶波長板と、位相差９０°となるフィルム波長板とを光軸が交叉するように貼り合わせて、全体として１／４波長板として機能することを特徴とする積層波長板。
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|---|---|
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|---|---|---|---|
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