JP2006127735A - 波長板、光学素子および光ピックアップ - Google Patents

Abstract

【課題】複数種類の光ディスクからデータを読みだすことのできる光ディスク装置において、光ディスクの基材に大きな復屈折が存在しても、信号品質の劣化を低減する波長板や光ピックアップを提供する。
【解決手段】本発明の波長板６は、或る波長λを有する光線を含む複数波長の光線が往復通過する光路に配置される波長板であって、光学軸の方位が相互に異なる第１の領域Ｄ₁及び第２の領域Ｄ₂を含む２次元的に配列された複数の複屈折領域を備えている。波長λを有する光線に対する波長板６のレタデーションをΔ₁とするとき、２４０°≦Δ₁≦３００°の関係が成立する。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は異なる波長の光に対して異なる偏光変換を行う性質を持つ波長板、および波長の異なるレーザ光源を有し、ＣＤやＤＶＤ、ブルーレイ・ディスク等、各種の仕様、規格が異なる光ディスクにそれぞれ信号を記録し、または光ディスクから信号を再生するために用いられる光ピックアップに関する。

近年、コンピュータの外部記憶装置やビデオレコーダー等に用いられる光ディスク装置として、例えばＣＤ（ＣＤ−ＲＯＭディスク、ＣＤ−Ｒディスク、ＣＤＲＷディスク）、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭディスク、ＤＶＤ−ＲＡＭディスク、ＤＶＤ−Ｒディスク、ＤＶＤ−ＲＷディスク）、ブルーレイ・ディスク等のように記録密度・容量および溝仕様・基材厚等、規格が異なる様々な光ディスクが流通している。これら多種類の光ディスクに１台で対応できるマルチディスク用途の装置が増えつつある。

このような装置は、光ディスクへ情報（データ）を書き込み、あるいは光ディスクからデータを読み出すためのインターフェースとして光ピックアップを備えている。この光ピッアップには、波長の異なる複数のレーザ光源や、光ディスクから反射した光を受けて各種信号（ＲＦ信号７フォーカス及びトラッキング制御信号）を生成するための光検出器などが搭載されている。マルチディスク用途の装置では、ロードされた光ディスクの種類に応じてレーザ光源および光学系を選択し、その光ディスクに対するデータの書き込み、消去、または読み出しを行う。

このようなマルチディスク用途の装置では、様々に異なる規格の光ディスクに対応しつつ、装置の小型化・低コスト化を図ることが求められている。このためには、種類が異なる光ディスクに対する適応性と光ピックアップの光学系のコンパクト化を両立させることが重要となる。光ピックアップの公知例は例えば特許文献１に記載されている。

種類の異なる光ディスクに対する適応性を得るためには、例えば光ディスクの透明基材が厚く、複屈折がより大きいディスクに対して安定した信号再生性能を確保することが必要である。また、光学系をコンパクト化するためには、光学部品を異なる波長の光に対して共用化し、部品点数を減らすことが必要である。

以下、図１４および図１５Ａ〜１５Ｃを参照しながら、本願発明者が特願２００５−１２１２４５号（以下、「先願」と称す）に開示した光ピックアップの構成と動作を説明する。この先願は本願出願日において未公開である。

図１４に示される光ピックアップ装置は、複数の光ビームを形成する光源１０１と、光ビームをコリメートするコリメートレンズ１０４と、ホログラム素子１０５および波長板１０６とからなる偏光素子１０７と、光ビームを集光し、光ディスクの信号面１０９、１１０上に光スポットを形成する対物レンズ１０８と、光ディスクの信号面１０９、１１０で反射された光ビームの強度を検出する光検出器１０３とを備えている。偏光素子１０７は、対物レンズ１０８とともに支持部材１３５に取り付けられており、アクチュエータ１３６によって対物レンズ１０８とともに一体的に駆動される。

光検出器１０３は、シリコンチップなどの半導体基板１０２に形成されており、波長λ₁および波長λ₂の２種類のレーザ光を出射するレーザチップからなる光源１０１が基板１０２にマウントされている。波長λ₁が約６５０ｎｍであり、波長λ₂が約８００ｎｍである。波長λ₁のレーザ光はＤＶＤ用、波長λ₂のレーザ光はＣＤ用に用いられる。光検出器１０３は、光電効果によって光を電気信号に変換する複数のフォトダイオードから構成されている。なお、信号面１０９を有する光ディスクはＤＶＤ、信号面１１０を有する光ディスクはＣＤである。図１４では、２つの光ディスクが記載されているが、実際の装置では、いずれか一方が装置にロードされる。

光源１０１から放射された波長λ₁の光は、コリメートレンズ１０４によって平行化された後、偏光素子１０７を透過する。偏光素子１０７は、偏光性のホログラム素子１０５と波長板１０６とが一体化された光学素子である。偏光素子１０７を透過した光（波長λ₁）は、対物レンズ１０８によって光ディスク（ＤＶＤ）の記録面１０９上に集光され、反射される。反射光は、再び対物レンズ１０８を経て、偏光素子１０７に入射する。偏光素子１０７が有す偏光依存性により、上記の反射光は、偏光素子１０７によって回折される。

偏光素子１０７で回折された光の一部は、コリメートレンズ１０４を経て光検出器１０３に入射する。光検出器１０３は、光量変化に応じた電気信号（フォーカス制御信号、トラッキング制御信号、およびＲＦ信号）を生成する。

ＤＶＤに代えてＣＤがロードされた場合、光源１０１からは波長λ₂の光が放射されることになる。光源１０１から放射された波長λ₂の光も、コリメートレンズ１０４によって平行化され、偏光素子１０７を透過する。偏光素子１０７を透過した光は、対物レンズ１０８によって、光ディスクの記録面１１０上に集光され、記録面１１０で反射される。反射光は、再び対物レンズ１０８を経て偏光素子１０７で回折される。回折された光は、コリメートレンズ１０４を経て光検出器１０３に入射する。光検出器１０３は、光量変化に応じた電気信号を生成る。

上記の光ピックアップは、ＤＶＤ用とＣＤ用の２種類の波長の光を放射する一つの光源１０１と、光ディスクで反射された波長の異なる光を受ける共通の光検出器１０３を備えている。

このような構成によれば、異なる規格の光記録媒体に対応した光ピックアップをコンパクトにできる。なぜなら、異なる波長の光を光路の途中で分岐する分岐手段を用いる必要が無く、光源１０１から光記録媒体に至る光路（往路）と光記録媒体から光検出器１０３に至る光路（復路）とを異なる波長の光に対して共通化できるからである。このため、光学部品の個数を削減でき、光ピックアップを小型化できる。

図１５Ａは、図１４に示した先願における波長板１０６の平面図を示し、図１５Ｂは光源側から光ディスク１１０へ向かう光と光ディスク１１０からの反射光とが波長板１０６を往復する様子を示す図である。また、図１５Ｃは偏光変換の一例を示す図である。

図１５Ａは、波長板１０６の平面構成を示している。波長板１０６は、光軸中心を通る線（ｘ軸、ｙ軸）で４つの領域に分割されている。これらの４つの領域は、ｘ軸方向に対してθ１の角度をなす方向に光学軸を有する２つの領域Ａと、ｘ軸方向に対してθ２の角度をなす方向に光学軸を有する２つの領域Ｂから構成されている。この波長板１０６は、光学軸の方位が相互に異なる複数の複屈折領域を有しており、ｘｙ座標の原点に通る光軸に関して１８０°回転対称な位置に同じ性質の領域が存在している。

光源から放射された光（直線偏光）が波長板１０６に入射するとき、その光の偏光方向（電場ベクトルの振動方向）はｘ軸に平行であるとする。角度θ１およびθ２は、それぞれ、ｘ軸方向に対して例えば４５°−α、４５°＋α（０＜α≦１５°）の角度をなす。このように異なった性質を有している領域が分布している波長板を以降、「分布波長板」と称する。

光源から放射されて波長板１０６に入射する光線のうち領域Ａを通る光線は、レンズ１０８によって光ディスク１１０上に集光され、光ディスク１１０で反射される。反射光は、レンズ１０８を透過した後、光軸について対称な位置にある領域Ａを通ることになる。同様に、領域Ｂを通る光線は、光ディスク１１０で反射された後、領域Ｂを通過する。

波長板１０６の屈折率異方性をΔ_n、厚みをｄ、ＤＶＤ用レーザ光の波長をλ₁としたとき、３６０°×Δ_nｄ／λで表される波長板１０６のレタデーションは９０°に設定される。光学軸の方位を規定するαの値が０であれば、従来の１／４波長板として機能する。ｘ軸方向に平行な電場ベクトルを有する直線偏光（Ｐ偏光）が１／４波長板に入射すると、円偏光ら変換され、波長板から出射する。円偏光は、光情報媒体で反射された後、波長板を通過すると、ｙ軸方向に平行な電場ベクトルを有する直線偏光（Ｓ偏光成分）に変換される。

図１５Ａに示す波長板１０６では、αがゼロではないため、領域Ａを往復透過する光と領域Ｂを往復透過する光との間で異なる偏光変換が行われる。ただし、αが小さい（０＜α≦１５°）ため、従来の１／４波長板を往復透過する場合比べて偏光状態の差異は少ない。従って、波長λ₁の復路光は、光学軸方位がほぼ一様な１／４波長板を透過した場合と同等の偏光状態でホログラム素子１０５に入射する。

一方、波長λ₂のＣＤ用レーザ光に対して、波長板１０６のレタデーションは、概ね波長に反比例するため、約７５°（＝９０°×６５０／８００≒９０°×５／６）程度になる。従って、Ｐ偏光が波長板１０６に入射すると、楕円偏光となり、波長板から出射する。光情報媒体１１０で反射された光が再び波長板１０６を通過すると、楕円主軸の方位が変化した楕円偏光に変換される。この楕円主軸は、ｙ軸方向に略平行であり、Ｓ偏光成分の割合が高くなる。波長λ₂のＣＤ用レーザ光の偏光状態は、領域Ａおよび領域Ｂのいずれを透過するかによって変化し、両者の差異は波長λ₁の光に生じる差異に比べて大きい。

図１５Ｃは、波長λ₂のＣＤ用レーザ光の偏光状態の変化を示す。前述したように、電場ベクトルがｘ軸方向に平行な直線偏光Ｉが波長板１０６を透過するとき、領域Ａおよび領域Ｂで異なった偏光変換が生じる。直線偏光Ｉは、波長板１０６により、楕円偏光ＩＩに変換される。光ディスク１１０に複屈折性がない場合、光ディスク１１０で反射されて再び波長板１０６を通過した光は、図１５Ｃに示す方向の楕円主軸を有する楕円偏光ＩＩＩに変換される。

一方、光ディスク１１０に複屈折性がある場合、例えば図１５Ｃに示すように、領域Ａを透過した光は、直線偏光Ｉと同じ偏光状態の光ＩＩＩ’に変換される。光ＩＩＩ’は、図１４の偏光ホログラム１０５で回折されず、光源１０１に戻ってしまう。このため、光検出器１０３は、光ＩＩＩ’を検出することができない。

領域Ｂを透過する光は、領域Ａを透過する光とは異なる偏光変換を受ける。図１５Ｃに示すように、光ディスク１１０に複屈折性がある場合も、光ＩＩＩ’は、Ｓ波成分を有する楕円偏光となるため、図１４の偏光ホログラム１０５で回折される。

このように図１５Ａに示すような波長板１０６を採用すれば、光ディスク１１０の複屈折量がどのような大きさであっても、領域Ａおよび領域Ｂの少なくとも一方を透過した光が偏光ホログラムで回折される成分が有するため、光検出器１０３に入射する回折光が無くなることはない。

光ディスクに複屈折が無くても、波長λ₂の光による信号光量は波長λ₁の光による信号光量よりも少ない。これは、波長λ₂の光が復路で完全回折条件を満足しないからである。ＣＤは、基材が厚く、生産過程で大きな複屈折が生じやすいが、ＣＤ用レーザ光は高出力化が容易であるため、反射光を光検出器に効力良く導くことよりも、確実に信号光が得られるように分布型波長板を用いることが好ましい。これに対し、ＤＶＤは基材厚が薄く、基材の複屈折が製造過程で生じにくいが、ＤＶＤ用レーザ光の波長は短く、出力が低いため、反射光を効率良く光検出器に導くことが求められる。
特開２０００−１３２８４８号公報

実際に製品として市場に提供されているＣＤなどの基材の厚い光ディスクには、複屈折性に極端なばらつきを持つものも少なくない。最悪の場合、光ディスクの基材が１／２波長板として機能する。このような場合、波長板を経て偏光ホログラムに入射する光が、偏光ホログラムによって回折されない。このように光ディスクの基材が極端に大きな複屈折を有する場合は、図１５Ａに示すような波長板１０６を用いたとしても、信号光量低下の問題が充分には解決されない。

図１６は、前述の波長板１０６を用いた場合における光ディスクの複屈折の程度（位相差）と信号特性との関係を示すグラフである。図１６（ａ）はＣＤに関し、図１６（ｂ）はＤＶＤに関している。用いた波長板１０６のレタデーションは、ＤＶＤ用レーザ波長に対しては、９０°となり、ＣＤ用のレーザ光波長に対しては７５°となる。領域Ａおよび領域Ｂの光学軸方位はｘ軸に対してそれぞれ４５°±１０°である。グラフの横軸は、光ディスクの基材を往復する光が受ける位相差であり、縦軸は再生信号のジッタ値（Ｊｉｔｔｅｒ）、ＤＣレベル、およびＡＣ振幅である。

図１７は、光学軸方位が一様な従来の波長板を用いた場合における光ディスクの複屈折の程度（位相差）と信号特性との関係を示すグラフである。図１７（ａ）はＣＤに関し、図１７（ｂ）はＤＶＤに関している。用いた波長板１０６のレタデーションは、ＤＶＤ用レーザ波長に対しては、９０°となり、ＣＤ用のレーザ光波長に対しては７５°となる。波長板の光学軸方位は、ｘ軸に対して４５°である。グラフの横軸は、光ディスクの基材を往復する光が受ける位相差であり、縦軸は再生信号（ＲＦ信号）のジッタ値（Ｊｉｔｔｅｒ）、ＤＣレベル、およびＡＣ振幅である。

従来の一様な波長板を用いる場合、図１７からわかるように、光ディスクにおける複屈折が９０°のとき、再生信号のＤＣレベルおよびＡＣ振幅は、いずれも０になる。これに対して、分布波長板を用いる場合は、図１６からわかるように、再生信号のＤＣレベルおよびＡＣ振幅は、いずれも０にはならない。しかしながら、その信号レベルは複屈折が０°の場合の大きさに対して１／１０以下に低下し、信号対ノイズ比（Ｓ／Ｎ）が極めて低くなる。ＡＣ振幅の低下が顕著である。これは、復路においてホログラムで回折される光線の断面内不均一性に起因して空間的周波数特性が劣化するためであると考えられる。

一様な波長板を用いる場合、複屈折が７５°以上になると、図１７からわかるように、ジッタ値が無限大になる。分布波長板を使用する場合は、図１６からわかるように、複屈折が９０°でもジッタ値は無限大にならないが、１５％程度の低い値であり、再生信号の劣化は深刻である。

なお、ＤＶＤ用レーザ光についても、同様のことが成立するが、ＤＶＤの基材は薄いため、製造工程で発生する複屈折量は±６０°以下である。従って、ジッタの劣化も許容できる範囲である。

このように図１５Ａに示すような分布波長板を用いても、複屈折量が極端に大きな光ディスクからは品質の劣化した再生信号しか得られない。このように信号光の品質劣化の問題を解決するために、回路で信号を増幅することが考えられるが、光ディスクの複屈折性は１枚の光ディスクの例えば内周部と外周部とでも大きく変化するため、信号増幅のゲイン切り替えを１つの光ディスクに対しても頻繁に行うことが必要となり、実用的ではない。

また、複屈折量が９０°のときに検出器に入射する光の量を増加させるためには、分布波長板の各領域における光学軸方位の分離角αを大きくすることが有効であるように思われる。しかし、分離角αを大きくすると、波長板の各領域を透過する光線が相互に干渉して信号品質を劣化させる。

また、光学軸が異なる領域の分割数は、図１５Ａに示す数よりも大きいことが好ましい。分割数を大きくすると、ジッタ値の低い信号特性が実現する。図１６（ａ）のグラフに示すように、ディスク基材の複屈折が大きいほど、ジッタ値が大きくなる理由は、複屈折が大きいほど、復路光の光束断面における光強度の偏差が大きくなるため、検出面上に集光される光スポットの集光品質が悪くなるためである。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、複数種類の光ディスクからデータを読みだすことのできる光ディスク装置において、光ディスクの基材に大きな復屈折が存在しても、信号品質の劣化を低減する波長板や光ピックアップを提供することにある。

本発明による波長板は、或る波長λを有する光線を含む複数波長の光線が往復通過する光路に配置される波長板であって、光学軸の方位が相互に異なる第１及び第２の領域を含む２次元的に配列された複数の複屈折領域を備え、波長λを有する光線に対する前記波長板のレタデーションをΔ₁とするとき、２４０°≦Δ₁≦３００°の関係が成立する。

本発明による他の波長板は、或る波長λを有する光線を含む複数波長の光線が往復通過する光路に配置される波長板であって、積層された第１および第２の位相シフト層を備え、前記第１の位相シフト層は、光学軸の方位が相互に異なる第１及び第２の領域を含む２次元的に配列された複数の複屈折領域を備え、波長λを有する光線に対するレタデーションをΔ₁とするとき、１５０°≦Δ₁≦２１０°の関係が成立し、前記第２の位相シフト層は、光学軸の方位が一様であり、波長λを有する光線に対するレタデーションをΔ₂とするとき、｛（２ｎ−１）×９０°｝−３０°≦Δ₂≦｛（２ｎ−１）×９０°｝＋３０°（但し、ｎは整数）の関係を満足する。

本発明による更に他の波長板は、或る波長λを有する光線を含む複数波長の光線が往復通過する光路に配置される波長板であって、積層された第１および第２の位相シフト層を備え、前記第１の位相シフト層は、光学軸の方位が相互に異なる第１及び第２の領域を含む２次元的に配列された複数の複屈折領域を備え、波長λを有する光線に対するレタデーションをΔ₁とするとき、１０５°≦Δ₁≦１６５°の関係が成立し、前記第２の位相シフト層は、光学軸の方位が一様であり、波長λを有する光線に対するレタデーションをΔ₂とするとき、｛（２ｍ−１）×９０°｝＋４５°−３０°≦Δ₂≦｛（２ｍ−１）×９０°｝＋４５°＋３０°（但し、ｍは整数）の関係を満足する。

本発明による更に他の波長板は、或る波長λを有する光線を含む複数波長の光線が往復通過する光路に配置される波長板であって、積層された第１および第２の位相シフト層を備え、前記第１の位相シフト層は、光学軸の方位が相互に異なる第１及び第２の領域を含む２次元的に配列された複数の複屈折領域を備え、前記第２の位相シフト層は、光学軸の方位が一様であり、前記波長λを有する光線に対する前記波長板のレタデーションをΔ₁とするとき、２４０°≦Δ₁≦３００°の関係が成立する。

好ましい実施形態において、前記複数の複屈折領域は、前記波長板の表面に垂直な中心軸と前記表面において交差する２直線の各々に関して線対称に配置され、かつ、前記中心軸に関して回転対称に配置されている。

好ましい実施形態において、前記複数の複屈折領域は、前記第１の領域および第２の領域がチェック模様を形成するように配置されている。

好ましい実施形態において、前記第１の領域における光学軸の方位は、波長λを有する前記光線の偏光方向に対して４５°−α（但し、０＜α≦１５°）であり、前記第２の領域における光学軸の方位は、波長λを有する前記光線の偏光方向に対して４５°＋α（但し、０＜α≦１５°）である。

好ましい実施形態において、前記第１の領域における光学軸の方位は、波長λを有する前記光線の偏光方向に対して４５°＋δ−α（但し、０＜α≦１５°）であり、前記第２の領域における光学軸の方位は、波長λを有する前記光線の偏光方向に対して４５°＋δ＋α（但し、０＜α≦１５°）である。

好ましい実施形態において、複数の複屈折領域は、前記第１および第２の領域における光学軸の方位とは異なる方位の光学軸を有する第３の領域を含んでおり、前記第３の領域における光学軸の方位は、波長λを有する前記光線の偏光方向に対して４５°である。

本発明の更に他の波長板は、或る波長λを有する光線を含む複数波長の光線が往復通過する光路に配置される波長板であって、レタデーションが相互に異なる第１及び第２の領域を含む２次元的に配列された複数の複屈折領域を備え、波長λを有する光線に対する前記第１の領域のレタデーションは、２７０°＋δ１（但し、０°＜δ１≦３０°）であり、波長λを有する光線に対する前記第２の領域のレタデーションは、２７０°−δ２（但し、０°＜δ２≦３０°）である。

好ましい実施形態において、前記複数の複屈折領域は、光学軸の方位が相互に異なる領域を含む。

好ましい実施形態において、前記複数の複屈折領域の光学軸の方位は波長λを有する前記光線の偏光方向に対して、４５°±α（但し、０＜α≦１５°）、４５°＋δ±α（但し、−１０°≦δ≦１０°、０＜α≦１５°）、または、４５°である。

好ましい実施形態において、前記複数の複屈折領域は、前記波長板の表面に垂直な中心軸と前記表面において交差する２直線の各々に関して線対称に配置され、かつ、前記中心軸に関して回転対称に配置されている。

好ましい実施形態において、前記複数の複屈折領域は、前記第１の領域および第２の領域がチェック模様を形成するように配置されている。

本発明による光学素子は、上記いずれかの波長板と偏光性フィルタとを備える。

好ましい実施形態において、前記偏光性フィルタは偏光性ホログラムである。

本発明による光ピックアップは、或る波長λを有する光線を含む複数波長の光線を放射する少なくとも１つの光源と、前記光源から放射された光線を光情報媒体に集光する集光手段と、前記光情報媒体から反射された光を受ける光検出器と、前記光源から前記光情報媒体に向かう光線の光路と、前記光情報媒体から前記光検出器に向かう光線の光路とが共通する部分に配置された光学素子とを備えた光ピックアップであって、前記光ピックアップは、波長板と偏光性フィルタとを有し、前記波長板は、光学軸の方位が相互に異なる第１及び第２の領域を含む２次元的に配列された複数の複屈折領域を備え、波長λを有する光線に対する前記波長板のレタデーションをΔ₁とするとき、２４０°≦Δ₁≦３００°の関係が成立する。

好ましい実施形態において、前記光検出器は、前記光情報媒体から反射された前記複数波長の光線を受ける。

本発明の他の光ピックアップは、或る波長λを有する光線を含む複数波長の光線を放射する少なくとも１つの光源、および、光情報媒体から反射された前記複数波長の光線を受ける光検出器が一体化されたユニットと、前記光源から前記光情報媒体に向かう光線の光路と、前記光情報媒体から前記光検出器に向かう光線の光路とが共通する部分に配置された光学素子とを備えた光ピックアップであって、前記光ピックアップは、波長板と偏光性フィルタとを有し、前記波長板は、光学軸の方位が相互に異なる第１及び第２の領域を含む２次元的に配列された複数の複屈折領域を備え、波長λを有する光線に対する前記波長板のレタデーションをΔ₁とするとき、２４０°≦Δ₁≦３００°の関係が成立する。

本発明のよる更に他の光ピックアップは、或る波長λを有する光線を含む複数波長の光線を放射する少なくとも１つの光源と、前記光源から放射された光線を光情報媒体に集光する集光手段と、前記光情報媒体から反射された光を受ける光検出器と、前記光源から前記光情報媒体に向かう光線の光路と、前記光情報媒体から前記光検出器に向かう光線の光路とが共通する部分に配置された光学素子とを備えた光ピックアップであって、前記光ピックアップは、波長板と偏光性フィルタとを有し、前記波長板は、レタデーションが相互に異なる第１及び第２の領域を含む２次元的に配列された複数の複屈折領域を備え、波長λを有する光線に対する前記第１の領域のレタデーションは、２７０°＋δ１（但し、０°＜δ１≦３０°）であり、波長λを有する光線に対する前記第２の領域のレタデーションは、２７０°−δ２（但し、０°＜δ２≦３０°）である。

本発明によれば、異なる波長の光を用いて基材厚や記録密度の異なる光情報媒体に対して記録再生を行う光ピックアップにおいて、一方の波長に対する光量ロスを防ぎながら、他の波長の光については基材の複屈折による影響を極めて小さくすることができる。このため、簡素な構成で効率が高く、性能の優れた光ピックアップを実現できる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

（実施形態１）
まず、図１および図２Ａ〜２Ｃを参照しつつ、本発明による波長板および光ピックアップの最初の実施形態を説明する。なお、以下の説明においては、同一の構成要素には同一の参照符号を与える。

図１に示される光ピックアップ装置は、複数の光ビームを形成する光源１と、光ビームをコリメートするコリメートレンズ４と、ホログラム素子５および波長板６とからなる偏光素子７と、光ビームを集光し、光ディスクの信号面９、１０上に光スポットを形成する対物レンズ８と、光ディスクの信号面９、１０で反射された光ビームの強度を検出する光検出器３とを備えている。偏光素子７は、対物レンズ８とともに支持部材１１に取り付けられており、アクチュエータ１２によって対物レンズ８とともに一体的に駆動される。

光源１は、図１に示すように単一の発光素子であってもよいが、異なる波長のレーザ光を放射する複数の発光素子のセットであってもよい。偏光素子７は、光源１から対物レンズ８に至るまでの光路（往路）と、光ディスクの信号面９、１０で反射されて光検出器３に至るまでの光路（復路）とが共通する部分に配置されている。

光検出器３は、シリコンチップなどの半導体基板２に形成されており、波長λ₁および波長λ₂の２種類のレーザ光を出射するレーザチップからなる光源１が半導体基板２にマウントされている。波長λ₁が約６５０ｎｍであり、波長λ₂が約８００ｎｍである。波長λ₁のレーザ光はＤＶＤ用、波長λ₂のレーザ光はＣＤ用に用いられる。

光検出器３は、光電効果によって光を電気信号に変換する複数のフォトダイオードから構成されている。なお、信号面９を有する光ディスクはＤＶＤ、信号面１０を有する光ディスクはＣＤである。図１では、２つの光ディスクが記載されているが、実際の装置では、いずれか一方が装置にロードされる。

光源１から放射された波長λ₁の光は、コリメートレンズ４によって平行化された後、偏光素子７を透過する。偏光素子７は、偏光性のホログラム素子５と波長板６とが一体化された光学素子である。偏光素子７を透過した光（波長λ₁）は、対物レンズ８によって光ディスク（ＤＶＤ）の記録面９上に集光され、反射される。反射光は、再び対物レンズ８を経て、偏光素子７に入射する。偏光素子７が有する偏光依存性により、上記の反射光は、偏光素子７によって回折される。偏光素子７で回折された光の一部は、コリメートレンズ４を経て光検出器３に入射する。光検出器３は、光量変化に応じた電気信号（フォーカス制御信号、トラッキング制御信号、およびＲＦ信号）を生成する。

ＤＶＤに代えてＣＤがロードされた場合、光源１からは波長λ₂の光が放射されることになる。光源１から放射された波長λ₂の光も、コリメートレンズ４によって平行化され、偏光素子７を透過する。偏光素子７を透過した光は、対物レンズ８によって、光ディスクの記録面１０上に集光され、記録面１０で反射される。反射光は、再び対物レンズ８を経て偏光素子７で回折される。回折された光は、コリメートレンズ４を経て光検出器３に入射する。光検出器３は、光量変化に応じた電気信号を生成する。

上記の光ピックアップは、ＤＶＤ用とＣＤ用の２種類の波長の光を放射する一つの光源１と、光ディスクで反射された波長の異なる光を受ける共通の光検出器３を備えている。本実施形態では、光源１と検出器３とが一体化されているが、これらは独立していても良い。また、波長板６は、偏光ホログラム５と一体化されているが、これらは別々であっても良く、また偏光ホログラム５の代わりにＰＢＳ等の偏光性フィルタを用いてもよい。

本実施形態の光ピックアップと、図１４の光ピックアップとの間にある主要な差異は、波長板６の構造にある。

以下、図２Ａ〜２Ｃを参照しつつ、波長板６の構造および機能を説明する。図２Ａは、図１に示す波長板６の平面図である。図２Ｂは、波長板６および偏光ホログラム５の側面図である。図２Ｃは、偏光状態の変化の一例を示す図である。

図２Ａに示すように、波長板６では、光軸中心を通る線（ｘ軸、ｙ軸）および光軸中心Ｏについてそれぞれ対象な位置に同じ方位の光学軸（optic axis：光学異方軸）をもつ領域がチェックパターン状に配置されている。より具体的には、ドット領域Ｄ₁は光学軸方位がｘ軸に対してθ１であり、斜線領域Ｄ₂は光学軸方位がｘ軸に対してθ２である。ｘ軸、ｙ軸の方位は光ディスクの半径方向またはトラック接線方向と一致し、ｘ軸とｙ軸とが交差する中心点は、対物レンズの中心と一致する。波長板６に光源側から入射する直線偏光（Ｐ偏光）の偏光方向はｘ軸と一致している。角度θ１およびθ２はそれぞれｘ軸方向に対して４５°＋α、４５°−α（０＜α≦１５°）の角度をなす。

本実施形態における波長板６を透過する常光と異常光との位相差（レタデーション）は、波長λ₁の光に対して２７０°である。この波長板６は、波長λ₁の光に対して３／４波長板として機能する。波長分散が小さい場合、波長板のレタデーションは波長に反比例するため、波長λ₂の光に対する波長板６のレタデーションは約２２５°（＝２７０°×６５０／８００）となる。このため、波長板６は、波長λ₂の光に対して５／８板として機能する。

図２Ｂに示すように、光源側から波長板６に入射する光Ｉは、波長板６を透過することにより、偏光状態が変化した光ＩＩに変換される。光ＩＩは、図２Ｂにおいて不図示の光情報媒体によって反射された後、再び波長板６透過することにより、光ＩＩＩに変換され、偏光性ホログラム５に入射する。本実施形態では、光源から放射されて波長板６に入射する光線のうち領域Ｄ₁を通る光線は、レンズ８によって光ディスク１０上に集光され、光ディスク１０で反射される。反射光は、レンズ８を透過した後、光軸について対称な位置にある領域Ｄ₁を通ることになる。同様に、領Ｄ₂を通る光線は、光ディスク１０で反射された後、領域Ｄ₂を通過する。

光は波長板６を往復して通過するため、波長板６は波長λ₂の光に対しては５／４波長板、すなわち１／４波長板として機能する。光ディスクの基材に複屈折がなければ、領域Ｄ₁を往復する光および領域Ｄ₂を往復透過する光は、いずれも、略円偏光に近い状態（図２Ｃの光ＩＩＩ）で偏光ホログラム５に入射する。偏光ホログラム５では、約半分の光（Ｓ波成分）が回折し、もう半分の光（Ｐ波成分）は回折せずに偏光ホログラム５を透過する。

一方、光ディスクの基材に大きな複屈折があり、往復で１／２波長板に相当する複屈折が生じる場合を考える。この場合、光ディスクでの反射により、１／２波長板を透過したときの同様の偏光変換が生じる。このため、偏光ホログラム５に入射する光は、光ディスクの基材に複屈折が無い場合に比べて、楕円主軸が直交する偏光状態にある（図２Ｃの光ＩＩＩ’）。この場合でも、領域Ｄ₁を往復する光および領域Ｄ₂を往復透過する光は、いずれも、主軸方位は異なるものの、ほぼ円偏光である。したがって、偏光ホログラム５により約半分の光（Ｓ波成分）が回折し、もう約半分の光（Ｐ波成分）は回折せずに偏光ホログラム５を透過する。この場合に偏光ホログラム５によって回折される光の量、すなわち信号光量は、光ディスクの基材に複屈折がない場合における信号光量に比べて大きくは低下していない。

図３は、波長板６を用いた場合における光ディスクの複屈折の程度（位相差）と信号特性との関係を示すグラフである。（ａ）はＣＤに関し、（ｂ）はＤＶＤに関している。用いた波長板６のレタデーションは、ＤＶＤ用レーザ波長に対しては、２７０°となり、ＣＤ用のレーザ光波長に対しては２２０°となる。領域Ｄ₁および領域Ｄ₂の光学軸方位はｘ軸に対してそれぞれ４５°±１０°である。グラフの横軸は、光ディスクの基材を往復する光が受ける位相差であり、縦軸は再生信号のジッタ値（Ｊｉｔｔｅｒ）、ＤＣレベル、およびＡＣ振幅である。

図３（ｂ）のグラフと図１６（ｂ）のグラフとを比較するとわかるように、ＤＶＤ用レーザ光については、レタデーションを２７０°に増加させたことによる差異は特に生じていない。ＤＶＤの基材厚はＣＤの基材厚の半分であり、複屈折量も小さい（±６０°以下）。このため、本実施形態の波長板６を用いる場合、ＤＶＤでは、最悪でも光ディスクの基材に複屈折の無いときの信号光量の１／３程度を確保できる。

一方、図３（ａ）に示すように、ＣＤ用のレーザ光に対しては、復路で偏光ホログラムに入射する光が円偏光に近いため、複屈折がない場合でも、信号レベルは約半分程度となる。しかし、光ディスクの基材に強い複屈折があっても、信号レベルの低下は極めて小さい。したがって、光検出器から出力される電気信号に対するゲインを従来の倍程度に設定しておけば、１枚のＣＤ内で複屈折量の変化があっても信号レベルはほぼ一定しており、安定した信号再生性能を得ることができる。

このように、本実施形態では、一方の波長の光に対してレタデーションを２７０°近傍（２７０°±３０°の範囲であれば同等の効果が得られる）に設定することにより、他方の波長の光に対する複屈折の影響を格段に小さくすることができる。

複屈折が０°と９０°との間には、領域Ｄ₁を往復する光および領域Ｄ₂を往復する光の一方が、往路の入射偏光と同じ直線偏光になるポイントが存在する。そのポイントでは、偏光ホログラムで回折されないＰ偏光に変換される。しかし、このような場合であって、領域Ｄ₁を往復する光および領域Ｄ₂を往復する光の他方がＳ偏光成分の大きい楕円偏光に変換されている。このため、図３（ａ）に示すように、領域Ｄ₁および領域Ｄ₂を含む波長板６を透過した光から得られる信号レベルは、ゼロに低下しない。すなわち、均一な波長板のレタデーションを２７０°近傍に設定しただけでは、本発明の効果を得ることはできず、分布波長板のレタデーションを２７０°近傍に設定することが重要である。

図３（ａ）からわかるように、ＣＤが大きな複屈折を有する場合でも、ジッタの劣化が少ない。この理由は、波長板６を透過する光束の断面全域内に光学軸方位が異なる複数の領域が細かく分散している結果、復路光の等価的な開口が確保され、検出器面上での光スポットの集光性を良好に確保できるためである。なお、波長板６の各領域は、光ディスクのラジアル方向やタンジェンシャル方向について対称であるため、光ディスクからの溝回折光やピット回折光が波長板６の２種類の領域に均等に入射する。複屈折により、領域Ｄ₁と領域Ｄ₂の差ができても、トラッキングやフォーカスなどの制御信号に対する影響も抑制できる。これらの効果を得るためには、波長板６における領域をできるだけ細かく分割した方が好ましい。各領域のサイズを、例えば、図２Ａに破線で示す光束断面の直径の１／１０程度以下に設定することが好ましい。

本実施形態では、αを１５°以下に設定している。また、本実施形態では、光学軸方位を入射光の偏光方向に対して４５°をなす角を基準としてプラス側、マイナス側に均等に振り分けている。光ディスクの基材における複屈折は一方の極性に偏っている傾向があるため、光学軸方位を入射光の偏光方向に対して４５°＋δ±αに設定しても良い。ここで、δはオフセット角である。直交状態に近い偏光状態を得るためには、δを−１０°≦δ≦１０°の範囲内に設定することが好ましい。

本実施形態では、ＤＶＤ用レーザ光およびＣＤ用レーザ光を用いているが、本発明の光ピックアップは、このような場合に限定されない。ブルーレイなどの波長がより短い光源を用いる光ピックアップにも本発明を適用することが可能である。その波長に応じた光学厚みを設定できる。具体的には、波長比例では上記したＤＶＤとＣＤの波長の関係が成り立たない場合でも、材料の屈折率の分散を最適化することで、例えばＤＶＤとブルーレイについて同様の関係を作り出すことが可能である。

（実施形態２）
次に、図４を参照しながら本発明の第２の実施形態を説明する。

図４Ａおよび図４Ｂは、本実施形態における波長板２６の構成を示している。この波長板２６は、２種類の波長板（位相シフト層）の組み合わせから構成されている。図４Ｂには、波長板２６とともに使用される偏光ホログラム２３も記載されている。

本実施形態における波長板２６は、積層された分布波長板２４および均一波長板２５から構成されている。波長λ₁の光（例えばＤＶＤ用の波長６５０ｎｍの光）に対する分布波長板２４のレタデーションは１８０°であり、波長λ₁の光に対する均一波長板２５のレタデーションは９０°である。この結果、波長λ₁の光に対する波長板２６のレタデーションは、２７０°（＝１８０°＋９０°）である。

分布波長板２４は、図４Ａに示すように、実施形態１における分布波長板６と同様の構成を有している。ドット領域Ｄ₃の光学軸方位はｘ軸に対してθ１の角度を形成しており、斜線領域Ｄ₄の光学軸方位はｘ軸に対してθ２の角度を形成している。ｘ軸およびｙ軸の方位は、それぞれ、光ディスクの半径方向またはトラック接線方向と一致している。ｘ軸とｙ軸とが交差する中心点Ｏは、対物レンズの中心と一致するように配置されている。なお、光源側から波長板２６に入射する直線偏光の偏光方向はｘ軸と一致しているものとする。本実施形態における角度θ１およびθ２は、それぞれ、４５°−αおよび４５°＋α（０＜α≦１５°）である。

図４Ｂに示すように、光源側から分布波長板２４に入射する光Ｉは、分布波長板２４を透過することにより、偏光状態が変化した光ＩＩに変換される。光ＩＩは、均一波長板２５を透過することにより、光ＩＩＩに変換され、図４Ｂにおいて不図示の光情報媒体に入射する。光情報媒体で反射された光は、再び均一波長板２５を透過することにより、光ＩＶに変換される。光ＩＶは、更に分布波長板２４で光Ｖに変換され後、偏光性ホログラム２３に入射する。

本実施形態では、光源から放射されて分布波長板２６に入射する光線のうち領域Ｄ₃を通る光線は、光ディスクで反射された後、光軸について対称な位置にある領域Ｄ₃を通ることになる。同様に、領Ｄ₄を通る光線は、光ディスクで反射された後、領域Ｄ₄を通過する。

波長λ₁の光に対して、波長板２６のレタデーション（２７０°）は、３／４波長板のレタデーションに等しい。光は波長板２６を往復で２回通過するため、波長板２６は３／２波長板、すなわち、１／２波長板として機能する、光ディスクの基材に複屈折がなければ、領域Ｄ₃と領域Ｄ₄との間で偏光方位は幾分ずれるものの、往路の直線変更と略直交する直線偏光に近い状態の光が偏光ホログラム２３に入射することになる。この挙動は、波長板２６のレタデーションが９０°である場合に等しい。一方、もう一つの波長λ₂を有する光（例えば波長８００ｎｍＣＤ用レーザ光）に対する波長板２６のレタデーションは、約２２５°であり、５／８波長板のレタデーションに等しい。

図４Ｃは、波長λ₂の光の偏光変換を示す。

波長λ₂の光は、往復で２回、波長板２６を通過するため、波長板２６は、５／４波長板、すなわち１／４波長板として機能することになる。光ディスクの基材に複屈折がなければ、光Ｖは、ほぼ円偏光に近い状態で偏光ホログラム２３に入射する。偏光ホログラム２３により、光Ｖの約半分が回折し、残りの半分は回折せずに偏光ホログラム２３を透過する。

光ディスクの基材に大きな複屈折があり、基材が往復で１／２波長板として機能する場合、複屈折の無い場合の偏光に対して進相軸が直交する偏光が形成されるが、これも円偏光に近い楕円偏光である。すなわち、この場合も偏光ホログラム２３により約半分の光が回折し、残りの半分の光は回折せずに偏光ホログラム２３を透過する。従って、偏光ホログラム２３によって回折される光の量、すなわち信号光量はディスク基材に複屈折がない場合とほぼ等しい。

図５は、波長板２６を用いた場合における光ディスクの複屈折の程度（位相差）と信号特性との関係を示すグラフである。（ａ）はＣＤに関し、（ｂ）はＤＶＤに関している。用いた波長板２６のレタデーションは、ＤＶＤ用レーザ波長に対しては、２７０°となり、ＣＤ用のレーザ光波長に対しては２２０°となる。領域Ｄ₃および領域Ｄ₄の光学軸方位はｘ軸に対してそれぞれ４５°±１０°である。グラフの横軸は、光ディスクの基材を往復する光が受ける位相差であり、縦軸は再生信号のジッタ値（Ｊｉｔｔｅｒ）、ＤＣレベル、およびＡＣ振幅である。

ＤＶＤはＣＤと比較して基材厚が半分なので、一般に複屈折量は小さく、信号レベルが変化しても、その劣化は少ない範囲に収まっている。一方、図５（ａ）に示すように、ＣＤ用のレーザ光では、複屈折が少なくなるほど信号のＤＣレベルが低下しているが、その変化量は小さい。１枚の光ディスク内で複屈折量の変化があっても、信号レベルは略一定しており、安定した信号再生性能を得ることができる。

また、ＣＤ、ＤＶＤともに、複屈折に対するジッタ劣化は少ない。これも、光束断面の全域に異なる性質の分割領域を細かく分散させて分布させていることによる効果である。

（実施形態３）
次に、図６を参照しながら本発明の第３の実施形態を説明する。

図６Ａおよび図６Ｂは、本実施形態における波長板３６の構成を示している。この波長板３６も、２種類の波長板（位相シフト層）の組み合わせから構成されている。図６Ｂには、波長板３６とともに使用される偏光ホログラム３３も記載されている。

本実施形態における波長板３６は、積層された分布波長板３４および均一波長板３５かから構成されている。波長λ₁の光（例えばＤＶＤ用の波長６５０ｎｍの光）に対する分布波長板３４のレタデーションは１３５°であり、波長λ₁の光に対する均一波長板３５のレタデーションも１３５°である。この結果、波長λ₁の光に対する波長板３６のレタデーションは、２７０°（＝１３５°＋１３５°）である。

分布波長板３４は、図６Ａに示すように、実施形態２における分布波長板２６と同様の構成を有している。ドット領域Ｄ₅の光学軸方位はｘ軸に対してθ１の角度を形成しており、斜線領域Ｄ₆の光学軸方位はｘ軸に対してθ２の角度を形成している。ｘ軸およびｙ軸の方位は、それぞれ、光ディスクの半径方向またはトラック接線方向と一致している。ｘ軸とｙ軸とが交差する中心点Ｏは、対物レンズの中心と一致するように配置されている。なお、光源側から波長板２６に入射する直線偏光の偏光方向はｘ軸と一致しているものとする。本実施形態における角度θ１およびθ２は、それぞれ、４５°−αおよび４５°＋α（０＜α≦１５°）である。

図６Ｂに示すように、光源側から分布波長板３４に入射する光Ｉは、分布波長板３４を透過することにより、偏光状態が変化した光ＩＩに変換される。光ＩＩは、均一波長板３５を透過することにより、光ＩＩＩに変換され、図６Ｂにおいて不図示の光情報媒体に入射する。光情報媒体で反射された光は、再び均一波長板３５を透過することにより、光ＩＶに変換される。光ＩＶは、更に分布波長板３４で光Ｖに変換され後、偏光性ホログラム３３に入射する。

本実施形態では、光源から放射されて波長板３６に入射する光線のうち領域Ｄ₅を通る光線は、光ディスクで反射された後、光軸について対称な位置にある領域Ｄ₅を通ることになる。同様に、領Ｄ₆を通る光線は、光ディスクで反射された後、領域Ｄ₆を通過する。

波長λ₁の光に対して、波長板３６のレタデーション（２７０°＝１３５°＋１３５°）は、３／４波長板のレタデーションに等しい。光は波長板３６を往復で２回通過するため、波長板３６は３／２波長板、すなわち１／２波長板として機能する、光ディスクの基材に複屈折がなければ、領域Ｄ₅と領域Ｄ₆との間で偏光方位は幾分ずれるものの、往路の直線変更と略直交する直線偏光に近い状態の光が偏光ホログラム３３に入射することになる。この挙動は、波長板３６のレタデーションが９０°である場合に等しい。一方、もう一つの波長λ２を有する光（例えば波長８００ｎｍＣＤ用レーザ光）に対する波長板３６のレタデーションは、約２２５°であり、５／８波長板のレタデーションに等しい。

従って、実施形態１および２と同様に、ディスク基材に１／２波長板に相当する大きな複屈折があった場合でも、ほぼ円偏光に近い楕円偏光の主軸が回転するだけである。このため、偏光ホログラム３３により約半分の光が回折し、もう半分の光は回折せずに偏光ホログラム３３を透過する。従って、偏光ホログラム３３によって回折される光の量、すなわち信号光量はディスク基材に複屈折がない場合とほぼ等しい。

図７は、波長板３６を用いた場合における光ディスクの複屈折の程度（位相差）と信号特性との関係を示すグラフである。（ａ）はＣＤに関し、（ｂ）はＤＶＤに関している。用いた波長板３６のレタデーションは、ＤＶＤ用レーザ波長に対しては、２７０°となり、ＣＤ用のレーザ光波長に対しては２２０°となる。領域Ｄ₅および領域Ｄ₆の光学軸方位はｘ軸に対してそれぞれ４５°±１０°である。グラフの横軸は、光ディスクの基材を往復する光が受ける位相差であり、縦軸は再生信号のジッタ値（Ｊｉｔｔｅｒ）、ＤＣレベル、およびＡＣ振幅である。

ＤＶＤはＣＤと比較して基材厚が半分なので、一般に複屈折量は小さく、信号レベルが変化しても、その劣化は少ない範囲に収まっている。一方、図７（ａ）に示すように、ＣＤ用のレーザ光では、複屈折が少なくなるほど、信号のＤＣレベルが低下しているが、その変化量は小さい。１枚の光ディスク内で複屈折量の変化があっても、信号レベルは略一定しており、安定した信号再生性能を得ることができる。

また、ＣＤ、ＤＶＤともに、複屈折に対するジッタ劣化は少ない。これも、光束断面の全域に異なる性質の分割領域を細かく分散させて分布させていることによる効果である。

ＣＤの場合、光ディスクの基材に複屈折がない場合、図１６を参照して説明した分布波長板に比べて、信号レベルが約１／２程度に低下しているが、基材に大きな複屈折があっても信号レベルの低下が小さい。このため、１枚のディスク内で複屈折量の変化があっても、信号レベルはほぼ一定しており安定した信号再生性能を得ることができる。

以上、分布波長板と均一波長板とを組み合わせた波長板の合計のレタデーションが、ＤＶＤ用レーザ光に対して２７０°（±３０°以内）であり、かつ、ＣＤ用レーザ光に対して２２５°（±２５°以内）であれば、積層する波長板の各々のレタデーションは他の値を有していても良い。また、積層する波長板の数も２枚に限定されない。

（実施形態４）
図８は、波長板の領域分割の仕方が前述の実施形態におけるものから異なっている例を示している。図８に示す波長板４６は、周辺領域Ｄ₉と、光学軸方位の異なる領域Ｄ₇、Ｄ₈がチェック模様状に配列された円形領域とから構成されている。領域Ｄ₇、Ｄ₈の光学軸方位は、入射偏光方向に対して例えば４５°±αに設定される。本実施形態では、領域Ｄ₉が一様な屈折率異方性を有しており、その光学軸方位は入射偏光方向に対して４５°に一致している。円形領域の直径（ｄ₁）は、記録密度が相対的に低い光ディスク（例えばＣＤ）に使用する光学系の開口径に相当する。円形領域の外側は、記録密度が相対的に高い光ディスク（ＤＶＤなど）に使用する光学系の開口径を含む大きさに設定される。このようにすることで、ＮＡの低いレンズで記録再生が行われるＣＤのように、基材の複屈折が大きい光ディスクに対しては分布型波長板による効果を得ながら、ＮＡの高いレンズを用いる場合は、空間周波数特性の低下を抑制することが可能になる。

（実施形態５）
次に、図９を参照しながら本発明の第５の実施形態を説明する。

図９Ａは、本実施形態における波長板５５の構成を示している。波長板５５では、面内で性質の異なる２種類の領域が交互に配置されているが、上記実施形態と異なるのは、各領域の光学軸方位は同じであり、レタデーションが異なっている点にある。

波長λ₁の光（例えば波長６５０ｎｍの光）に対する領域Ｄ₁₃のレタデーションは、２７０°＋δ１（０＜δ１≦３０°）、領域Ｄ₁₄のレタデーションは２７０°−δ２（０＜δ２≦３０°）に設定されている。すなわち、波長λ₁の光（例えば波長６５０ｎｍの光）に対して、波長板５５は全体として略３／４波長板として機能する。一方、波長λ₂の光（例えば波長８００ｎｍのＣＤ用の光）に対して、領域Ｄ₁₃のレタデーションは約２２５°＋５δ１／６、領域Ｄ₁₄のレタデーションは約２２５°−５δ２／６である。すなわち、波長λ₂の光に対して波長板５５は略５λ／８板として機能することになる。

光源側から波長板５５に入射する光は、波長板５５で偏光変換されて透過する。光情報媒体で反射した光は、再び波長板５５で偏光変換を受けながら、透過する。

波長板５５では、光軸中心を通る線（ｘ軸、ｙ軸）および光軸中心について、それぞれ対象な位置に同じレタデーションをもつ領域がチェックパターン状に配置されている。ｘ軸、ｙ軸の方位は、光ディスクの半径方向またはトラック接線方向と一致し、ｘ軸とｙ軸とが交差する中心点は、対物レンズの中心と一致するように配置されている。波長板５５に光源側から入射する直線偏光の偏光方向はｘ軸と一致している。

光学軸方位は、領域Ｄ₁₃、Ｄ₁₄ともにｘ軸方向に対して４５°の角度をなす。本実施形態の領域分割では、光源からの光のうち領域Ｄ₁₃を通る光は、レンズにより集光され、光情報媒体で反射されて、光軸について対称な位置にある領域Ｄ₁₃を通る。一方、領域Ｄ₁₄の部分を通る光は、同じく光情報媒体で反射され、領域Ｄ₁₄を復路で通過する。ここで、波長板のレタデーションが、一方の波長λ₁の光（例えば波長６５０ｎｍのＤＶＤ用の光）に対して略２７０°、すなわち３／４波長板相当であるので、波長λ₁の光にすれば、往復で波長板５５を２回通過することにより、略３／２波長板、すなわち、略１／２波長板として機能する。このため、ディスク基材の複屈折がなければ、往路と直交する直線偏光に近い状態になって偏光ホログラムに入射する。これは背景技術で説明した波長板のレタデーションが９０°の場合に等しい動作である。

一方、もう一つの波長λ₂（例えば波長８００ｎｍＣＤ用の光）に対しては、そのレタ
デーションは波長比例で略２２５°、すなわち略５／８波長板である。すなわち波長λ₂の光にすれば光が往復で２回波長板５５を通過することで略５／４波長板、すなわち、略１／４波長板相当であり、ディスク基材の複屈折がなければほぼ円偏光に近い状態になって光学系の復路で偏光ホログラムに入射する。したがって、偏光ホログラムにより約半分の光が回折し、もう半分の光は回折せずに偏光ホログラムを透過する。

光ディスクの基材に大きな複屈折、例えば往復で１／２波長板に相当する複屈折があった場合でも、偏光ホログラムに復路で入射する光が複屈折の無い状態での円偏光に対して進相軸が直交する偏光となるが、これもほぼ円偏光に近い楕円偏光である。すなわち、この場合も同様に偏光ホログラムにより約半分の光が回折し、もう半分の光は回折せずに偏光ホログラムを透過する。従って、偏光ホログラムによって回折される光の量、すなわち信号光量はディスク基材に複屈折がない場合とほぼ等しい。すなわち、波長板の面内でレタデーションが異なることが、実施形態１から４に示した光学異方性軸が素子面内で異なるのと同様の分布波長板としての効果を有する。また、この構成においても、素子面内で性質の異なる領域が存在する分布波長板であって、初めて効果を持つものである。

図９Ｂに示す波長板５６でも、面内で性質の異なる２種類の領域が交互に配置されているが、図９Ａ上記実施形態と異なるのは、レタデーションの異なる領域の配置の仕方にある。

周辺領域Ｄ₁₀と、光学軸方位の異なる領域Ｄ₁₁、Ｄ₁₂がチェック模様状に配列された円形領域とから構成されている。波長λ₁の光（例えば波長６５０ｎｍの光）に対する領域Ｄ₁₁のレタデーションは、２７０°＋δ１（０＜δ１≦３０°）、領域Ｄ₁₂のレタデーションは２７０°−δ２（０＜δ２≦３０°）に設定されている。周辺領域Ｄ₁₀とのレタデーションは２７０°であり一様である。この波長板５６は、波長λ₁の光（例えば波長６５０ｎｍの光）に対して、波長板５６は全体として略３／４波長板として機能する。

円形領域の直径（ｄ₁）は、記録密度が相対的に低い光ディスク（例えばＣＤ）に使用する光学系の開口径に相当する。円形領域の外側は、記録密度が相対的に高い光ディスク（ＤＶＤなど）に使用する光学系の開口径を含む大きさに設定される。このようにすることで、ＮＡの低いレンズで記録再生が行われるＣＤのように、基材の複屈折が大きい光ディスクに対しては分布型波長板による効果を得ながら、ＮＡの高いレンズを用いる場合は、空間周波数特性の低下を抑制することが可能になる。

次に、図１０を参照しながら、本発明の波長板を製造する方法の実施形態を説明する。ここでは、実施形態１における波長板を製造する方法を例にとり説明する。

本実施形態における分布波長板は、２枚の透明基板の間に液晶層を形成している。

まず、図１０に示すように、例えばＩＴＯから形成された透明電極膜６２ａ、６２ｂが表面に形成された透明基板６１ａ，６１ｂを用意し、透明導電膜６２ａ、６２ｂ上に配向材料を塗布して、配向膜６３ａ、６３ｂを形成する。配向材料としては、直線偏光の紫外線を照射し、露光することにより、その偏光方向に配向性を付与することができる光配向膜材料を用いる。

次に、図１１に示すように、方位θ₁で規定される向きに光学軸を有する領域を形成するとき、他の領域をマスク６４ａで覆った状態で、方位θ₁の方向に直線偏光した紫外線で照射する。反対に、方位θ₂で規定される向きに光学軸を有する領域を形成するときは、他の領域をマスク６４ｂで覆った状態で、方位θ₂の方向に直線偏光した紫外線で照射する。

次に、図１２に示すように、透明基板６１ａと透明基板６１ｂとを対向させて周辺部分を接着剤で貼り合わせた後、紫外線硬化樹脂を含有する液晶材料６７を開口部６６から内部に注入する。液晶材料６７が注入されると、液晶分子の長鎖軸は、配向膜６３ａ、６３ｂの配向規制方向に揃うことになる。

液晶層６８の配向を更に均一に行うためには、透明電極膜６２ａ、６２ｂに電圧を印加することにより、液晶層６８に電界を及ぼすことが好ましい。このような電界の印加を行わない場合は、透明電極膜６２ａ、６２ｂを設ける必要はない。

次に、図１３に示すように、液晶層６８に無偏光の紫外線を照射し、液晶層６８を硬化させる。

液晶層６８の配向規制は、一般には、ポリアミド系合成繊維などの微細な織毛が形成された布で一定方向に配向膜の表面を摩擦することによって行われる。しかし、本実施形態では、同一面内で異なる方位に配向させるため、光配向技術を用いている。このような光配向技術によれば、所望の配向分布を得ることができる。なお、透明導電膜６２ａ、６２ｂの少なくとも一方は、分割される領域に合わせてパターニングされていてもよい。透明導電膜６２ａ、６２ｂをパターニングしておくことにより、領域毎に異なる電圧を印加することが可能になり、配向状態を領域毎に調節しやすくなる。

本発明の波長板や光ピックアップは、１台の装置で複数の異なる光記録媒体への記録再生を行う光情報記録装置のデバイスとして、特に異なる波長の光源と光検出器とを一体化して形成することにより小型で低コストであることが要求されるＣＤ、ＤＶＤ、ブルーレイといった記録型の光ディスク装置等の用途に適用できる。

実施形態１における光ピックアップの構成図である。 実施形態１における波長板の平面図である。 同実施形態における波長板を含む光ピックアップの一部側面図である。 同実施形態における波長板による偏光状態の変化の様子を示す図である。 （ａ）は同実施形態の光学素子による光ピックアップでのディスク基材複屈折に対するＣＤの信号レベルおよびジッタ値の変化をプロットした図であり、（ｂ）は同実施形態の光学素子による光ピックアップでのディスク基材複屈折に対するＤＶＤの信号レベルおよびジッタ値の変化をプロットした図である。 実施形態２における波長板の平面図である。 同実施形態における波長板を含むピックアップの一部側面図である。 同実施形態における波長板による変更状態の変化の様子を示す図である。 （ａ）は同実施形態の光学素子による光ピックアップでのディスク基材複屈折に対するＣＤの信号レベルおよびジッタ値の変化をプロットした図であり、（ｂ）は同実施形態の光学素子による光ピックアップでのディスク基材複屈折に対するＤＶＤの信号レベルおよびジッタ値の変化をプロットした図である。 実施形態３における波長板の平面図である。 同実施形態における波長板を含むピックアップの一部側面図である。 （ａ）は同実施形態の光学素子による光ピックアップでのディスク基材複屈折に対するＣＤの信号レベルおよびジッタ値の変化をプロットした図であり、（ｂ）は同実施形態の光学素子による光ピックアップでのディスク基材複屈折に対するＤＶＤの信号レベルおよびジッタ値の変化をプロットした図である。 実施形態４に於ける光学素子の平面図である。 実施形態５における光学素子の平面図である。 同実施形態における別の光学素子の平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の各実施形態における分布波長板の作製方法における透明基板と配向膜を示す図である。 （ａ）および（ｂ）本発明の各実施形態における分布波長板の作製方法における配向膜処理を示す図である。 本発明の各実施形態における分布波長板の作製方法における液晶材料を注入する様子を説明する図である。 本発明の各実施形態における分布波長板の作製方法における紫外線照射の様子を説明する図である。 特願２００５−１２１２４５号（先願）に開示されている光ピックアップの構成図である。 図１４の光ピックアップに用いられる波長板１０６の平面図である。 図１４の光ピックアップ一部断面図である。 図１４の光ピックアップ内における偏光状態の変化を表す図である。 （ａ）は、図１４の光ピックアップによるディスク複屈折に対するCD光の信号レベルおよびジッタ特性を示す図であり、（ｂ）は当該光ピックアップによるディスク複屈折に対するＤＶＤ光の信号レベルおよびジッタ特性を示す図である。 （ａ）は均一波長板を搭載した光ピックアップによるディスク複屈折に対するＣＤ光の信号レベルおよびジッタ特性を示す図であり、（ｂ）は均一波長板を搭載した光ピックアップによるディスク複屈折に対するＤＶＤ光の信号レベルおよびジッタ特性を示す図である。

符号の説明

１ レーザ光源
３ 光検出器
４ コリメートレンズ
５ 偏光ホログラム
６ 分布波長板
８ 対物レンズ

Claims (20)

1. 或る波長λを有する光線を含む複数波長の光線が往復通過する光路に配置される波長板であって、
   光学軸の方位が相互に異なる第１及び第２の領域を含む２次元的に配列された複数の複屈折領域を備え、
   波長λを有する光線に対する前記波長板のレタデーションをΔ₁とするとき、２４０°≦Δ₁≦３００°の関係が成立する波長板。
2. 或る波長λを有する光線を含む複数波長の光線が往復通過する光路に配置される波長板であって、
   積層された第１および第２の位相シフト層を備え、
   前記第１の位相シフト層は、光学軸の方位が相互に異なる第１及び第２の領域を含む２次元的に配列された複数の複屈折領域を備え、波長λを有する光線に対するレタデーションをΔ₁とするとき、１５０°≦Δ₁≦２１０°の関係が成立し、
   前記第２の位相シフト層は、光学軸の方位が一様であり、波長λを有する光線に対するレタデーションをΔ₂とするとき、｛（２ｎ−１）×９０°｝−３０°≦Δ₂≦｛（２ｎ−１）×９０°｝＋３０°（但し、ｎは整数）の関係を満足する、波長板。
3. 或る波長λを有する光線を含む複数波長の光線が往復通過する光路に配置される波長板であって、
   積層された第１および第２の位相シフト層を備え、
   前記第１の位相シフト層は、光学軸の方位が相互に異なる第１及び第２の領域を含む２次元的に配列された複数の複屈折領域を備え、波長λを有する光線に対するレタデーションをΔ₁とするとき、１０５°≦Δ₁≦１６５°の関係が成立し、
   前記第２の位相シフト層は、光学軸の方位が一様であり、波長λを有する光線に対するレタデーションをΔ₂とするとき、｛（２ｍ−１）×９０°｝＋４５°−３０°≦Δ₂≦｛（２ｍ−１）×９０°｝＋４５°＋３０°（但し、ｍは整数）の関係を満足する、波長板。
4. 或る波長λを有する光線を含む複数波長の光線が往復通過する光路に配置される波長板であって、
   積層された第１および第２の位相シフト層を備え、
   前記第１の位相シフト層は、光学軸の方位が相互に異なる第１及び第２の領域を含む２次元的に配列された複数の複屈折領域を備え、
   前記第２の位相シフト層は、光学軸の方位が一様であり、
   前記波長λを有する光線に対する前記波長板のレタデーションをΔ₁とするとき、２４０°≦Δ₁≦３００°の関係が成立する波長板。
5. 前記複数の複屈折領域は、前記波長板の表面に垂直な中心軸と前記表面において交差する２直線の各々に関して線対称に配置され、かつ、前記中心軸に関して回転対称に配置されている、請求項１に記載の波長板。
6. 前記複数の複屈折領域は、前記第１の領域および第２の領域がチェック模様を形成するように配置されている請求項５に記載の波長板。
7. 前記第１の領域における光学軸の方位は、波長λを有する前記光線の偏光方向に対して４５°−α（但し、０＜α≦１５°）であり、前記第２の領域における光学軸の方位は、波長λを有する前記光線の偏光方向に対して４５°＋α（但し、０＜α≦１５°）である、請求項１に記載の波長板。
8. 前記第１の領域における光学軸の方位は、波長λを有する前記光線の偏光方向に対して４５°＋δ−α（但し、０＜α≦１５°）であり、前記第２の領域における光学軸の方位は、波長λを有する前記光線の偏光方向に対して４５°＋δ＋α（但し、０＜α≦１５°）である、請求項１に記載の波長板。
9. 複数の複屈折領域は、前記第１および第２の領域における光学軸の方位とは異なる方位の光学軸を有する第３の領域を含んでおり、
   前記第３の領域における光学軸の方位は、波長λを有する前記光線の偏光方向に対して４５°である、請求項１に記載の光学素子。
10. 或る波長λを有する光線を含む複数波長の光線が往復通過する光路に配置される波長板であって、
    レタデーションが相互に異なる第１及び第２の領域を含む２次元的に配列された複数の複屈折領域を備え、
    波長λを有する光線に対する前記第１の領域のレタデーションは、２７０°＋δ１（但し、０°＜δ１≦３０°）であり、波長λを有する光線に対する前記第２の領域のレタデーションは、２７０°−δ２（但し、０°＜δ２≦３０°）である、波長板。
11. 前記複数の複屈折領域は、光学軸の方位が相互に異なる領域を含む、請求項１０に記載の波長板。
12. 前記複数の複屈折領域の光学軸の方位は波長λを有する前記光線の偏光方向に対して、４５°±α（但し、０＜α≦１５°）、４５°＋δ±α（但し、−１０°≦δ≦１０°、０＜α≦１５°）、または、４５°である、請求項１１に記載の波長板。
13. 前記複数の複屈折領域は、前記波長板の表面に垂直な中心軸と前記表面において交差する２直線の各々に関して線対称に配置され、かつ、前記中心軸に関して回転対称に配置されている、請求項１０に記載の波長板。
14. 前記複数の複屈折領域は、前記第１の領域および第２の領域がチェック模様を形成するように配置されている請求項５に記載の波長板。
15. 請求項１に記載の波長板と、
    偏光性フィルタと、
    を備える光学素子。
16. 前記偏光性フィルタは偏光性ホログラムである請求項１５に記載の光学素子。
17. 或る波長λを有する光線を含む複数波長の光線を放射する少なくとも１つの光源と、
    前記光源から放射された光線を光情報媒体に集光する集光手段と、
    前記光情報媒体から反射された光を受ける光検出器と、
    前記光源から前記光情報媒体に向かう光線の光路と、前記光情報媒体から前記光検出器に向かう光線の光路とが共通する部分に配置された光学素子と、
    を備えた光ピックアップであって、
    前記光ピックアップは、波長板と偏光性フィルタとを有し、
    前記波長板は、
    光学軸の方位が相互に異なる第１及び第２の領域を含む２次元的に配列された複数の複屈折領域を備え、
    波長λを有する光線に対する前記波長板のレタデーションをΔ₁とするとき、２４０°≦Δ₁≦３００°の関係が成立する、光ピックアップ。
18. 前記光検出器は、前記光情報媒体から反射された前記複数波長の光線を受ける、請求項１７に記載の光ピックアップ。
19. 或る波長λを有する光線を含む複数波長の光線を放射する少なくとも１つの光源、および、光情報媒体から反射された前記複数波長の光線を受ける光検出器が一体化されたユニットと、
    前記光源から前記光情報媒体に向かう光線の光路と、前記光情報媒体から前記光検出器に向かう光線の光路とが共通する部分に配置された光学素子と、
    を備えた光ピックアップであって、
    前記光ピックアップは、波長板と偏光性フィルタとを有し、
    前記波長板は、
    光学軸の方位が相互に異なる第１及び第２の領域を含む２次元的に配列された複数の複屈折領域を備え、
    波長λを有する光線に対する前記波長板のレタデーションをΔ₁とするとき、２４０°≦Δ₁≦３００°の関係が成立する、光ピックアップ。
20. 或る波長λを有する光線を含む複数波長の光線を放射する少なくとも１つの光源と、
    前記光源から放射された光線を光情報媒体に集光する集光手段と、
    前記光情報媒体から反射された光を受ける光検出器と、
    前記光源から前記光情報媒体に向かう光線の光路と、前記光情報媒体から前記光検出器に向かう光線の光路とが共通する部分に配置された光学素子と、
    を備えた光ピックアップであって、
    前記光ピックアップは、波長板と偏光性フィルタとを有し、
    前記波長板は、
    レタデーションが相互に異なる第１及び第２の領域を含む２次元的に配列された複数の複屈折領域を備え、
    波長λを有する光線に対する前記第１の領域のレタデーションは、２７０°＋δ１（但し、０°＜δ１≦３０°）であり、波長λを有する光線に対する前記第２の領域のレタデーションは、２７０°−δ２（但し、０°＜δ２≦３０°）である、光ピックアップ。

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