JP2006155743A

JP2006155743A - 広帯域１／２波長板および光ヘッド装置

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Publication number: JP2006155743A
Application number: JP2004344105A
Authority: JP
Inventors: Toshimasa Kakiuchi; 利昌垣内
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2004-11-29
Filing date: 2004-11-29
Publication date: 2006-06-15
Anticipated expiration: 2024-11-29
Also published as: JP4407495B2

Abstract

【課題】用いる材料を波長分散の小さい材料に限定することなく、光情報の記録再生に用いられる複数波長を有する入射光に対して１／２波長板として機能する広帯域１／２波長板および光ヘッド装置を提供すること。
【解決手段】透明基板１１ａ、１１ｂと、透明基板１１ａ、１１ｂの一方の基板面に形成された配向膜１３ａ、１３ｂと、光学的異方性を有する媒質からなる異方性媒質層１４ａ、１４ｂと、シール材１５ａ、１５ｂと、接着剤１６とを有し、異方性媒質層１４ａ、１４ｂが進相軸が相互に所定の進相軸交差角度をなすように積層され、各前記異方性媒質層が、少なくとも中間位相差波長で１／２波長板として機能する構成を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、広い帯域にわたる入射光の偏光状態を変える広帯域１／２波長板および広帯域１／２波長板を用いた光ヘッド装置に関し、特に、光情報の記録または再生に用いられる特定の複数波長を有する入射光の偏光状態を変える広帯域１／２波長板および広帯域１／２波長板を用いた光ヘッド装置に関する。

従来、光ヘッド装置では、光源として広く用いられている半導体レーザから出力される光の光量が素子の温度等によって変化するため、光量をモニタして半導体レーザから出力される光の光量を一定に保つようにする制御が行われている（例えば、特許文献１参照。）。また、記録用の光ヘッド装置では、光量を正確に制御する必要があるため、半導体レーザ素子から対物レンズに向かう往路光を一部抽出して光量をモニタする、いわゆる前方モニタ方式がとられている（例えば、特許文献１参照。）。

前方モニタ方式では、通常、半導体レーザからの出射光が直線偏光であることを利用し、ビームスプリッタを用いて入射光を偏光方向に応じて対物レンズ側に出射する光（以下、Ｐ偏光成分光という。）とモニタ側に出射する光（以下、Ｓ偏光成分光という。）に分離し、Ｓ偏光成分光をフォトダイオード等を用いてモニタしている。前方モニタ方式で光情報の記録または再生を行う際の光量を制御できるのは、Ｓ偏光成分光の光量がＰ偏光成分光の光量に比例しているため、モニタしたＳ偏光成分光の光量に基づいてＰ偏光成分光の光量を制御できることによる。

ここで、光ヘッド装置で光情報の記録を行う場合、光記録媒体に入射する光の光量をできるだけ大きくする必要があるため、モニタに用いるＳ偏光成分光の光量を小さくする必要がある。そして、入射光の光量のうちの所定の割合の光量を有するＳ偏光成分光をモニタに適切に出力するため、１／２波長板を光源とビームスプリッタとの間に設け、調節する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

しかし、かかる目的で用いられる従来の１／２波長板は、波長分散のため特定の波長近傍で１／２波長板として機能するが、他の波長では１／２波長板として機能しないという問題がある。このため、複数波長の光を出射する光源の利用が装置の小型化等の観点から好ましい現状で、１／２波長板を用いて複数波長の光に対してＳ偏光成分光を適切な所定の割合で出力できない。

かかる波長分散が１／２波長板の機能に及ぼす影響を除去することが見込めそうな技術が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２の記載によれば、かかる技術は、投射型液晶表示装置へ適用され、位相板のリターデーション値を波長で割り２πをかけて得られる位相差の波長分散が１．０８以下のフィルムを複数積層して、偏光方向を回転させる用途に適用されるものである。
特開２００１−９３１８３号公報特開平１０−９０５２１号公報

しかし、このような特許文献１と特許文献２に開示された技術を組み合わせた従来の１／２波長板では、波長分散が所定範囲にあるフィルムを複数積層して用いるものであり、利用できる材料が極めて限定されるという問題があった。また、フィルムを作製した後にフィルムのリターデーション値を調節して１／２波長板を得ることができないという問題があった。そのため、光ヘッド装置等で上記の目的で用いられる１／２波長板として利用する上で大きな制限または困難があった。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、用いる材料を波長分散の小さい材料に限定することなく、光情報の記録または再生に用いられる特定の複数波長を有する入射光に対して１／２波長板として機能することが可能な広帯域１／２波長板、および、かかる広帯域１／２波長板を用いた光ヘッド装置を提供する。

以上の点を考慮して、請求項１に係る発明は、複数の波長の光を出射する光源を有する光ヘッド装置における光路内に配置される１／２波長板であって、光学的異方性を有する媒質からなる異方性媒質層が複数積層され、各前記異方性媒質層が、少なくとも、前記光源が出射する光の波長のうちの最短波長と最長波長におけるリターデーション値を波長で割り２πをかけて得られる位相差の平均値と等しい位相差を有する中間位相差波長で、１／２波長板として機能する構成を有している。

この構成により、複数の異方性媒質層を積層し、各異方性媒質層が、少なくとも、中間位相差波長で１／２波長板として機能するため、用いる材料を波長分散の小さい材料に限定することなく、光情報の記録または再生に用いられる複数波長を有する入射光に対して１／２波長板として機能することが可能な広帯域１／２波長板を実現できる。

また、請求項２に係る発明は、請求項１において、前記異方性媒質層の層数が２層であり、各前記異方性媒質層が、進相軸が相互に所定の進相軸交差角度をなすように配置され、前記進相軸交差角度が前記偏光回転角の１／２である構成を有している。

この構成により、請求項１の効果に加え、異方性媒質層の層数が２層であり、進相軸交差角度が偏光回転角の１／２であるため、簡易な構成で好適に１／２波長板として機能することが可能な広帯域１／２波長板を実現できる。

また、請求項３に係る発明は、請求項１または２において、前記異方性媒質層の材料が高分子液晶である構成を有している。

この構成により、請求項１または２の効果に加え、異方性媒質層の材料が高分子液晶であるため、異方性媒質層の厚さの調整が可能な広帯域１／２波長板を実現できる。

また、請求項４に係る発明は、請求項１ないし３までのいずれか１項において、複数の偏光回折格子が前記広帯域１／２波長板と一体化された構成を有している。

この構成により、請求項１ないし３までのいずれか１項の効果に加え、複数の偏光回折格子が広帯域１／２波長板と一体化されているため、部品点数を削減できると共に、一体化した部品とビームスプリッタとの配置を調整するだけで偏光方向に関する調整を済ませることができ、生産性の向上が可能な広帯域１／２波長板を実現できる。

また、請求項５に係る発明は、複数の異なる波長の直線偏光の光を出射する光源と、入射した光の偏光方向に応じて入射した光を第１の偏光方向に偏光した第１の偏光成分光と第２の偏光方向に偏光した第２の偏光成分光とに分離し、前記第１の偏光成分光と前記第２の偏光成分光とをそれぞれ異なる光検出器に出射させるビームスプリッタと、前記ビームスプリッタから出射された前記第１の偏光成分光を検出する第１の光検出器と、前記ビームスプリッタから出射された前記第２の偏光成分光を検出する第２の光検出器と、前記ビームスプリッタに入射する光の偏光方向を回転させる１／２波長板とを備え、前記第１の偏光成分光を用いて光情報の記録または再生を行う光ヘッド装置において、前記１／２波長板が、請求項１から４までのいずれか１項に記載の広帯域１／２波長板からなり、前記光源が出射する光の複数の波長で、前記ビームスプリッタに入射する光の偏光方向を回転させて前記ビームスプリッタから出射する前記第１の偏光成分光と前記第２の偏光成分光との光量の比を所定の値に固定させ、前記第１の光検出器が検出した前記第１の偏光成分光の光量に基づいて前記第２の偏光成分光の光量を制御する構成を有している。

この構成により、請求項１から４までのいずれか１項の効果を有すると共に、光情報の記録または再生に用いられる複数波長の光の光量を、波長依存を低減してモニタすることが可能な光利用効率の高い光ヘッド装置を実現できる。

本発明は、複数の異方性媒質層を積層し、各異方性媒質層が、少なくとも、中間位相差波長で１／２波長板として機能するため、用いる材料を波長分散の小さい材料に限定することなく、光情報の記録または再生に用いられる複数波長を有する入射光に対して１／２波長板として機能するという効果を有する広帯域１／２波長板および光ヘッド装置を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る広帯域１／２波長板の一例の断面構造を説明するための説明図である。図１（ｃ）において、広帯域１／２波長板１は、図１（ａ）に示す第１の中間位相差１／２波長板１ａと図１（ｂ）に示す第２の中間位相差１／２波長板１ｂとを透明の接着剤１６を用いて積層した構成を有する。各中間位相差１／２波長板１ａ、１ｂは、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、それぞれ、透明基板１１ａ、１１ｂと、透明基板１１ａ、１１ｂの一方の基板面に形成された配向膜１３ａ、１３ｂと、光学的異方性を有する媒質からなる異方性媒質層１４ａ、１４ｂと、シール材１５ａ、１５ｂとを有する。

透明基板１１ａ、１１ｂは、ガラス等の光学的等方性を有する材料からなる。異方性媒質層１４ａ、１４ｂは、例えば高分子液晶を用いて形成されるが、その他の光学的異方性を有する材料を用いて形成されるのでもよい。以下、異方性媒質層１４ａ、１４ｂは、ＵＶ光を照射することによってポリマー化するＵＶ硬化型の高分子液晶を用いて形成されるものとして説明する。

配向膜１３ａ、１３ｂは、液晶層１４ａ、１４ｂの液晶分子の配向が予め決められた方向に揃うように配向処理されている。配向膜１３ａ、１３ｂとして、ポリイミドなどの配向材を基板に塗布しその表面をラビングにより配向処理したもの、ＳｉＯ膜などの無機膜を透明基板１１ａ、１１ｂの基板面に対して斜め蒸着したもの、または、有機物を基板に塗布した後紫外線などを照射することにより配向能を発現させる光配向膜などを用いるのでもよい。

異方性媒質層１４ａ、１４ｂは、配向膜１３ａ、１３ｂを用いて配向させられることによって、常光屈折率を有する進相軸と異常光屈折率を有する遅相軸とを保持する。ここで、異方性媒質層１４ａ、１４ｂに入射する直線偏光の光（以下、媒質入射光という。）は、上記の媒質入射光の偏光方向のうちの遅相軸方向に偏光した成分の光を、進相軸方向成分に偏光した成分の光に比して１８０度（半波長）位相を遅延させる。

図２は、広帯域１／２波長板１に入射する光の偏光方向、異方性媒質層１４ａの進相軸の方向、異方性媒質層１４ｂの進相軸の方向、および、広帯域１／２波長板１から出射する光の偏光方向との関係を説明するための説明図である。ここで、上記の異方性媒質層１４ａの進相軸の方向と異方性媒質層１４ｂの進相軸の方向とがなす角度（以下、進相軸交差角度という。）は、光ヘッド装置において偏光方向を回転させようとする角度（以下、偏光回転角という。）θの１／２となるように異方性媒質層１４ａ、１４ｂが積層されている。

各異方性媒質層１４ａ、１４ｂは、膜厚が同一であり、中間位相差波長で１／２波長板として機能するようになっている。ここで、中間位相差波長とは、この中間位相差波長におけるリターデーション値を波長で割った位相差が、光源からの出射光の波長のうちの最短波長と最長波長でのリターデーション値を波長で割った位相差の平均値と等しい波長のことをいう。したがって、各異方性媒質層１４ａ、１４ｂは、中間位相差波長で１８０度（１／２波長）の位相差を有する。

シール材１５ａ、１５ｂは、透明基板１１ａ、１１ｂの配向膜１３ａ、１３ｂが設けられた基板面の光学的有効領域の外に印刷して形成される。ここで、シール材１５ａは、透明基板１１ａとこの透明基板に対向する基板１２ａ（図１（ａ）参照）との間に異方性媒質層１４ａを挟持するようになっている。シール材１５ａ、１５ｂとしてはエポキシ樹脂等の熱硬化型高分子、紫外線硬化型樹脂等を用いることができ、所望のセル間隔を得るためにシール材１５ａ、１５ｂにガラスファイバ等のスペーサを数％混入させるのでもよい。同様に、シール材１５ｂは、透明基板１１ｂとこの透明基板に対向する基板１２ｂ（図１（ｂ）参照）との間に異方性媒質層１４ｂを挟持するようになっている。

以下、本発明の第１の実施の形態に係る広帯域１／２波長板１の作用について説明する。図３は、本発明の第１の実施の形態に係る広帯域１／２波長板１の作用を説明するための説明図である。図３には、ストークスベクトルの３つの要素Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３を座標軸（Ｓ_１軸、Ｓ_２軸、Ｓ_３軸）とする空間に表されたポアンカレ球を用いて、３つの異なる波長の光が広帯域１／２波長板１に入射したときに、広帯域１／２波長板１内で生ずる偏光状態の変化の様子を示す曲線が示されている。ここで、図３に符号Ｓ（λ_１）、Ｓ（λ_２）、Ｓ（λ_３）を用いて示す曲線は、例えば、４０５ｎｍ近傍、６６０ｎｍ近傍および７８５ｎｍ近傍の波長の媒質入射光のストークスベクトルの軌跡を示すものである。

ここで、広帯域１／２波長板１に入射する光は直線偏光であり、この光の偏光状態はストークスベクトルを用いて［１、１、０、０］^ｔと表される。ここで、上付きの符号「ｔ」は転置を表す。また、広帯域１／２波長板１は、異方性媒質層１４ａの進相軸が入射した光の偏光方向に対して偏光回転角θの１／４の角度θ_１をなし、異方性媒質層１４ｂの進相軸は入射した光の偏光方向に対して偏光回転角θの３／４の角度θ_２をなすように配置されている。

異方性媒質層１４ａの進相軸は、ポアンカレ球上でＳ_１軸と角度２θ_１をなし赤道と交差する軸Ａ_ｘ１'として表され、異方性媒質層１４ｂの進相軸は、ポアンカレ球上でＳ_１軸と角度２θ_２をなし赤道と交差する軸Ａ_ｘ２'として表される。広帯域１／２波長板１に入射する各波長の光の偏光状態は、ストークスベクトルを用いて［１、１、０、０］^ｔと表されるためＳ_１軸と赤道が交差する点として表され、各波長の媒質入射光が異方性媒質層１４ａを透過するときに、異方性媒質層１４ａの進相軸に対応する軸Ａ_ｘ１'の周りに回転し、以下の式の［Ｓｔ_１］で表される偏光状態に変化する。

［Ｓｔ_１］＝［Ｔ_θ１］・［Ｃ_Δ１］・［Ｔ_−θ１］・［Ｓｔ_０］（１）
ここで、Δ１は各波長の媒質入射光が異方性媒質層１４ａを通過するときのリターデション値（度）、［Ｓｔ_０］は［１、１、０、０］^ｔで表されるストークスベクトルである。

各波長の媒質入射光が引き続いて異方性媒質層１４ｂを透過すると、［Ｓｔ_１］で表される偏光状態は、異方性媒質層１４ｂの進相軸に対応する軸Ａ_ｘ２'の周りに回転し、以下の式の［Ｓｔ］で表される偏光状態に変化する。

［Ｓｔ］＝［Ｔ_θ２］・［Ｃ_Δ２］・［Ｔ_−θ２］・［Ｓｔ_１］（２）
ここで、Δ２は各波長の媒質入射光が異方性媒質層１４ｂを通過するときのリターデション値（度）である。

ここで、上記の旋光子行列［Ｔ_θ１］および［Ｔ_θ２］ならびに移相子行列［Ｃ_Δ１］および［Ｃ_Δ２］は、それぞれ以下の式（３）および式（４）を用いて表される。

［Ｔ_θｉ］＝［［１］、［Ｕ_２θｉ］、［Ｖ_２θｉ］、［４］］（３）
［Ｃ_Δｉ］＝［［１］、［２］、［Ｄ_Δｉ］、［Ｅ_Δｉ］］（４）
ここで、［１］、［２］、［４］はそれぞれ［１、０、０、０］^ｔ、［０、１、０、０］^ｔ、［０、０、０、１］^ｔであり、［Ｕ_２θｉ］は［０、Ｃｏ_θｉ、Ｓｉ_θｉ、０］^ｔであり、［Ｖ_２θｉ］は［０、−Ｓｉ_θｉ、Ｃｏ_θｉ、０］^ｔであり、［Ｄ_Δｉ］は［０、０、Ｃｏ_Δｉ、−Ｓｉ_Δｉ］^ｔであり、［Ｅ_Δｉ］は［０、０、Ｓｉ_Δｉ、Ｃｏ_Δｉ］^ｔであり、Ｃｏ_θｉはｃｏｓ（２θ_ｉ）であり、Ｓｉ_θｉはｓｉｎ（２θ_ｉ）であり、Ｃｏ_Δｉはｃｏｓ（Δ_ｉ）であり、Ｓｉ_Δｉはｓｉｎ（Δ_ｉ）であり、ｉは１または２である。

以下、各異方性媒質層１４ａ、１４ｂによって上記のように広帯域１／２波長板１に入射する光の偏光状態を変えることを偏光状態回転という。本発明の広帯域１／２波長板１は、偏光状態回転を複数の異方性媒質層１４ａ、１４ｂによって行うため、異方性媒質層１４ａによる最初の偏光状態回転を受けたストークスベクトルが波長分散によって緯度方向に赤道から離れた分を、異方性媒質層１４ｂによる２回目の偏光状態回転で赤道近傍の接近した点に戻すように機能する。

また、本発明の広帯域１／２波長板１は、光情報の記録または再生に使用する各波長の光の中間位相差波長に対して各異方性媒質層１４ａ、１４ｂが１／２波長板として機能するため、各異方性媒質層１４ａ、１４ｂによる偏光状態回転を受けた、波長差が最も大きい２つの波長の光に対応するストークスベクトルを赤道近傍にさらに接近させる機能を有する。

本発明の広帯域１／２波長板１は、上記で説明したように、複数の異方性媒質層を積層し、光情報の記録または再生に使用する各波長の光の中間位相差波長に対して各異方性媒質層１４ａ、１４ｂが１／２波長板として機能するため、使用する波長によらず略直線偏光の出射光を得ることができる。ここで、略直線偏光とは、本発明の広帯域１／２波長板１を光ヘッド装置に用いたときに、光情報の記録または再生に使用する各波長の光の偏光状態を同程度変化させ、光ヘッド装置の目的とする機能を確保できる程度の、楕円偏光成分を含む偏光状態をいう。

具体的には、本発明の広帯域１／２波長板１を、光情報の記録または再生に使用する各波長の光の光量を検出する目的で用いようとする場合、光情報の記録または再生が適切に行うことができる程度に直線偏光を含むことをいう。しかし、光ヘッド装置に用いる目的によって、上記の略直線偏光中の直線偏光成分の割合は変化し、必ずしも上記の光量の検出の例に限定されるものではない。

以上説明したように、本発明の第１の実施の形態に係る広帯域１／２波長板は、複数の異方性媒質層を積層し、各異方性媒質層が、少なくとも、中間位相差波長で１／２波長板として機能するため、用いる材料を波長分散の小さい材料に限定することなく、光情報の記録または再生に用いられる複数波長を有する入射光に対して１／２波長板として機能することができる。

また、異方性媒質層の層数が２層であり、進相軸交差角度が偏光回転角の１／２であるため、簡易な構成で好適に１／２波長板として機能することができる。

また、異方性媒質層の材料が高分子液晶であるため、異方性媒質層の厚さの調整ができる。

なお、本発明の第１の実施の形態では、中間位相差１／２波長板１ａと中間位相差１／２波長板１ｂとを貼り合わせた構成の広帯域１／２波長板について説明したが、本発明は、かかる構成の広帯域１／２波長板に限定されるものではなく、中間位相差１／２波長板１ａと中間位相差１／２波長板１ｂとの間に基板１２ａ、１２ｂ等を挟んで貼り合わせた構成でもよい。

（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る光ヘッド装置のブロック構成を示す図である。図４において、光ヘッド装置１００は、複数の波長を出射する光源１０１と、コリメータレンズ１０２と、光源１０１からの出射光を３ビーム化する回折素子１０３と、入射した光からＳ偏光成分光を除去する回折型の偏光子である偏光スタビライザ１０４と、本発明の広帯域１／２波長板１と、入射した光のＳ偏光成分光とＰ偏光成分光を分離して異なる方向に出射させる第１のビームスプリッタ１０５と、第１のビームスプリッタ１０５から出射するＳ偏光成分光を検出する第１の光検出器１０６と、広帯域の１／４波長板１０７と、対物レンズ１０８と、第２のビームスプリッタ１０９と、第２のビームスプリッタ１０９からの出射光を検出する第２の光検出器１１０とを備える。

光源１０１は、例えば、半導体レーザで構成され、直線偏光の発散光束を出射するようになっている。光源１０１からはＰ偏光の光が出射されるものとする。光源１０１は、また、例えば、４０５ｎｍ近傍（ＨＤ用）、波長６６０ｎｍ近傍（ＤＶＤ用）および７８５ｎｍ近傍（ＣＤ用）等の複数の波長の光束を出射するようになっている。

ただし、本発明は、光源１０１が上記の波長の光束を出射する構成に必ずしも限定されるものではなく、２つの波長または４つ以上の波長の光を出射する構成でも、上記と異なる波長の光を出射する構成でもよい。ここで、４０５ｎｍ近傍、６６０ｎｍ近傍および７８５ｎｍ近傍の波長とは、それぞれ、３８５ｎｍ〜４３０ｎｍ、６４０ｎｍ〜６７５ｎｍおよび７６０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲にある波長を意味する。

光源１０１は、同一パッケージ内の同一基板上に２個または３個の半導体レーザチップがマウントされ、所謂、ハイブリッド型の２波長レーザ光源または３波長レーザ光源をなすように構成されるのでもよい。光源１０１は、また、異なる波長の光を発光する２個の発光点を持ったモノリシック型の２波長レーザ光源（例えば、特開２００４−３９８９８号公報参照。）または３個の発光点を持ったモノリシック型の３波長レーザ光源によって構成されるのでもよい。

回折素子１０３は、例えば、入射した光を回折させて０次光と±１次光との３つのビームに分離する回折格子を有するように構成されるのでもよい。かかる回折格子については周知であるため、その説明を省略する。

偏光スタビライザ１０４は、入射する光のうちのＳ偏光成分の光を除去するようになっている。光源１０１から出射される光は、光学系の配置が適切に行われないことによってＳ偏波成分の光を含む場合、動作温度、光量等によってＰ偏光からずれた方向に偏光する場合等があり、偏光スタビライザ１０４は、かかる場合に生ずるＳ偏光成分の光を除去するものである。偏光スタビライザ１０４は、Ｓ偏波成分の光を回折させて光路から除去するのでも、その他の方法によって除去するのでもよい。回折格子を用いて偏光スタビライザ１０４を構成する場合、回折格子を偏光回折格子とし、光情報の記録または再生に使用する波長毎の偏光回折格子を積層した構成とするのでもよい。

本発明の広帯域１／２波長板１は、偏光回転角が例えば１８度等の予め決められた角度、Ｐ偏光の光の偏光方向を回転させるようになっている。具体的には、異方性媒質層１４ａの進相軸が入射した光の偏光方向に対して偏光回転角θの１／４の角度θ_１をなし、異方性媒質層１４ｂの進相軸は入射した光の偏光方向に対して偏光回転角θの３／４の角度θ_２（進相軸交差角度がθ／２）をなすように配置されている。

第１のビームスプリッタ１０５は、本発明の広帯域１／２波長板１を出射した光のＳ偏光成分光とＰ偏光成分光を分離し、Ｓ偏光成分光を第１の光検出器１０６側に出射し、Ｐ偏光成分光を光記録媒体１２０側に出射するようになっている。

第１の光検出器１０６は、例えばフォトダイオード等によって構成され、第１のビームスプリッタ１０５から出射するＳ偏光成分光を検出して光量に応じた電気信号に変換し、光源１０１を制御する不図示の制御手段に上記の電気信号を出力する。不図示の制御手段は、電気信号に基づいて光情報の記録または再生に用いる光の光量の情報を取得し、光源１０１を制御して所定の光量になるようにする。

第２のビームスプリッタ１０９は、例えば、ホログラフィ素子を利用した偏光ＨＯＥ（ＨｏｌｏｇｒａｐｈｉｃＯｐｔｉｃａｌＥｌｅｍｅｎｔ）ビームスプリッタによって構成され、光記録媒体１２０で反射して第１のビームスプリッタ１０５経由で入射する戻り光であるビームを回折させて分離し、第２の光検出器１１０内の異なる位置に向けて出射するようになっている。

以下、本発明の第２の実施の形態に係る光ヘッド装置１００の作用について説明する。光源１０１を出射した発散光は、コリメータレンズ１０２によって平行光線化され、回折素子１０３によって３ビーム化され、偏光スタビライザ１０４によってＳ偏光成分光が除去され、Ｐ偏光の光が広帯域１／２波長板１に入射する。広帯域１／２波長板１に入射したＰ偏光の光は、広帯域１／２波長板１によって例えば１８度等の予め決められた角度、偏光方向が回転させられてＳ偏光成分とＰ偏光成分とを含む光となり、広帯域１／２波長板１を出射し、第１のビームスプリッタ１０５によってＳ偏光成分光が第１の光検出器１０６側に出射され、Ｐ偏光成分光が光記録媒体１２０側に出射される。第１のビームスプリッタ１０５を出射したＳ偏光成分光は第１の光検出器１０６によって電気信号に変換される。一方、第１のビームスプリッタ１０５を出射したＰ偏光成分光は、１／４波長板１０７で９０度のリターデーションを受けて円偏光の光となり、対物レンズ１０８によって光記録媒体１２０上に集光され、光記録媒体１２０に反射され第１のビームスプリッタ１０５に向かう戻り光は、対物レンズ１０８によって平行光線に戻され、１／４波長板１０７で９０度のリターデーションを受けてＳ偏光の光となり、第１のビームスプリッタ１０５で第２のビームスプリッタ１０９側に反射され、第２の光検出器１１０によって電気信号に変換される。

なお、上記では、偏光スタビライザ１０４と広帯域１／２波長板１とが別個に配置される構成について説明したが、偏光スタビライザ１０４と広帯域１／２波長板１とを一体化して図５に示す構成の光ヘッド装置２００とするのでもよい。この場合、偏光スタビライザ１０４と広帯域１／２波長板１とを一体化したものを広帯域１／２波長板２とし、広帯域１／２波長板２を複数の偏光回折格子と広帯域１／２波長板１とを積層した構成とし、偏光スタビライザ１０４を除去する。

以上説明したように、本発明の第２の実施の形態に係る広帯域１／２波長板は、本発明の第１の実施の形態の効果に加え、複数の偏光回折格子が広帯域１／２波長板と一体化されているため、部品点数を削減できると共に、一体化した部品とビームスプリッタとの配置を調整するだけで偏光方向に関する調整を済ませることができ、生産性を向上させることができる。

また、本発明の第２の実施の形態に係る光ヘッド装置は、本発明の広帯域１／２波長板が有する効果と同様の効果を有すると共に、光情報の記録または再生に用いられる複数波長の光の光量を、波長依存を低減してモニタすることができる。

上記の本発明の実施の形態に基づく具体的な実施例を以下に説明する。

（第１の実施例）
本発明の第１の実施例に係る広帯域１／２波長板について、図１を用いて説明する。本発明の第１の実施例に係る広帯域１／２波長板は、光情報の記録または再生に用いる光の波長がそれぞれ４０５ｎｍ、６６０ｎｍおよび７８５ｎｍであるときに、偏光方向を偏光回転角が１８度となるように回転させる用途で用いられるものである。本発明の第１の実施例に係る広帯域１／２波長板１は、第１の中間位相差１／２波長板１ａと第２の中間位相差１／２波長板１ｂとを透明の接着剤１６を用いて積層した構成を有する。

まず、中間位相差１／２波長板１ａ、１ｂの作製について説明する。透明基板１１ａ、１１ｂの１の基板面に、それぞれ、配向膜１３ａ、１３ｂを形成し、配向膜をラビングして配向処理を施す。次に、透明基板１１ａ、１１ｂの配向膜１３ａ、１３ｂを形成した基板面にシール材１５ａ、１５ｂを印刷法で形成し、透明基板１２ａ、１２ｂに対向させて熱圧着して固化させて液晶セルを形成する。

液晶セルの厚さｄは、本発明の第１の実施の形態において説明した中間位相差波長で中間位相差１／２波長板１ａ、１ｂが１／２波長板として機能する厚さ、すなわち、ｄ＝λ_０／（２Δｎ（λ_０））となっている。ここで、λ_０は中間位相差波長であり、Δｎ（λ_０）は波長λ_０における異常光屈折率ｎ_ｅから常光屈折率ｎ_ｏを差し引いて得られる屈折率差である。

また、中間位相差波長λ_０は、例えば以下のように決定される。まず、単位長さ当たりのリターデーション値を波長で割り２πをかけて得られる位相差（以下、規格位相差という。）Ｒ（＝２πΔｎ（λ）／λ）の波長依存性を算出し、最短波長λ_ｍｉｎが４０５ｎｍのときの規格位相差Ｒ_ｍｉｎと最長波長λ_ｍａｘが７８５ｎｍのときの規格位相差Ｒ_ｍａｘとを規格位相差Ｒの波長依存性に基づいて決定する。次に、規格位相差Ｒ_ｍｉｎ、Ｒ_ｍａｘの中間値を規格位相差Ｒ_０として算出し、規格位相差Ｒ_０が得られる波長を中間位相差波長λ_０として決定する。

本実施例では、最短波長λ_ｍｉｎが４０５ｎｍのときの規格位相差Ｒ_ｍｉｎは０．０００１１５ｎｍ^−１であり、最長波長λ_ｍａｘが７８５ｎｍのときの規格位相差Ｒ_ｍａｘは０．００００４９ｎｍ^−１である。その結果、中間位相差波長λ_０での規格位相差Ｒ_０は０．００００８２ｎｍ^−１となり、０．００００８２ｎｍ^−１が得られる中間位相差波長λ_０は５０５ｎｍとなった。

したがって、上記で説明した中間位相差波長λ_０で中間位相差１／２波長板１ａ、１ｂが１／２波長板として機能するための液晶セルの厚さｄは、６．１μｍとなる。

液晶セルを形成した後、異方性媒質層１４ａ、１４ｂとして上記の屈折率を有するＵＶ硬化型の高分子液晶を、真空注入法を用いて各液晶セルに注入し、封じる。ＵＶ硬化型の高分子液晶を各液晶セルに注入した後、ＵＶ光を照射してＵＶ硬化型の高分子液晶をポリマー化させ、透明基板１２ａ、１２ｂを取り外す。これによって、中間位相差１／２波長板１ａ、１ｂが得られる。

広帯域１／２波長板１は、上記のようにして作製した第１の中間位相差１／２波長板１ａと第２の中間位相差１／２波長板１ｂとを、液晶の配向方向が偏光回転角の半分すなわち９度となるように対向させたものを、接着剤１６を用いて接着して得られる。

本発明の第１の実施例で広帯域１／２波長板１に入射する光の偏光方向と、異方性媒質層１４ａの進相軸と入射した光の偏光方向とがなす角度θ_１と、異方性媒質層１４ｂの進相軸と入射した光の偏光方向とがなす角度θ_２とを図２に示す。図６は、広帯域１／２波長板１から出射するＰ偏光成分の光とＳ偏光成分の光について説明するための図である。

図６には、４０５ｎｍ、５０５ｎｍ、６６０ｎｍおよび７８５ｎｍの波長毎に、本発明の第１の実施例に係る角度θ_１、角度θ_２、中間位相差１／２波長板１ａ、１ｂで得られる位相差（左側の欄に角度を単位とし、右側の欄に波長を単位とした値を示す。）、入射する光の偏光状態を表すストークスベクトル［Ｓｔ_０］（「ｉｎＳｔｏｒｋｓ」と示す。）、出射する光の偏光状態を表すストークスベクトル［Ｓｔ］（「ｏｕｔＳｔｏｒｋｓ」と示す。）、出射光の偏光状態の楕円率（κ）、出射光に占めるＰ偏光成分の光量、出射光に占めるＳ偏光成分の光量、および、Ｐ偏光成分の光量をＳ偏光成分の光量で割った値（Ｐ／Ｓ。以下、Ｐ／Ｓ比という。）が示されている。

図６に示すように、位相差を波長で割った比は、波長依存性を残し、最短波長と最長波長とでは２倍以上となるのに対し、Ｐ／Ｓ比は、光情報の記録または再生に用いる４０５ｎｍ、６６０ｎｍおよび７８５ｎｍの各波長で略７という値が得られる。

図７は、１枚の異方性媒質層で１／２波長板を作製する従来の技術を適用したときの、図６に対応する情報を示す図である。図７から、波長６６０ｎｍでのＰ／Ｓ比および波長７８５ｎｍでのＰ／Ｓ比は、２２％以上異なる値となっていることがわかる。この値は、図６に示す本発明の広帯域１／２波長板１で得られる値である６％以下に比して、非常に大きいものとなっている。また、従来の技術を適用した１／２波長板では、出射光の楕円偏光成分も本発明の広帯域１／２波長板１で得られる出射光の楕円偏光成分よりも大きくなっている。

（第２の実施例）
本発明の第２の実施例に係る光ヘッド装置について、図４を用いて説明する。本発明の第２の実施例に係る光ヘッド装置は、光源１０１として、単波長レーザ光源と２波長レーザ光源から出射される光を合波プリズムで合波し、各波長の光をコリメータレンズ１０２に入射させる構成のものを用いる。光源１０１からは、波長４０５ｎｍ、６５８ｎｍおよび７８４ｎｍの光が出射するようになっている。

偏光スタビライザ１０４として、光源１０１から出射する光の波長毎に偏光回折格子として機能する回折格子を３層積層した構成のものを用いる。第１のビームスプリッタ１０５として、Ｓ偏光成分光を第１の光検出器１０６側に反射しＰ偏光成分光を第２の光検出器１１０側に反射する偏光ビームスプリッタを用いた。

広帯域１／２波長板１として、本発明の第１の実施例に係る広帯域１／２波長板１を用い、第１のビームスプリッタ１０５に入射するＳ偏光成分光の光量とＰ偏光成分光の光量との比が中間位相差波長で１対９となるように、入射するＰ偏光の光の偏光方向を１８度（偏光回転角）回転するように構成されている。また、広帯域１／２波長板１は、異方性媒質層１４ａの進相軸が入射した光の偏光方向に対して偏光回転角θの１／４の角度θ_１をなし、異方性媒質層１４ｂの進相軸は入射した光の偏光方向に対して偏光回転角θの３／４の角度θ_２をなすように配置されている。第１の光検出器１０６としては、フォトダイオードを用いる。

本発明に係る広帯域１／２波長板は、用いる材料を波長分散の小さい材料に限定することなく、光情報の記録または再生に用いられる複数波長を有する入射光に対して１／２波長板として機能するという効果が有用な広帯域１／２波長板および光ヘッド装置等の用途にも適用できる。

本発明の第１の実施の形態に係る広帯域１／２波長板の一例の断面構造を説明するための説明図広帯域１／２波長板１に入射する光の偏光方向、異方性媒質層１４ａの進相軸の方向、異方性媒質層１４ｂの進相軸の方向、および、広帯域１／２波長板１から出射する光の偏光方向との関係を説明するための説明図本発明の第１の実施の形態に係る広帯域１／２波長板の作用を説明するための説明図本発明の第２の実施の形態に係る光ヘッド装置のブロック構成を示す図本発明の第２の実施の形態に係る光ヘッド装置の他の構成例を示す図広帯域１／２波長板から出射するＰ偏光成分の光とＳ偏光成分の光について説明するための図１枚の異方性媒質層で１／２波長板を作製する従来の技術を適用したときの、図６に対応する情報を示す図

符号の説明

１広帯域１／２波長板
２偏光スタビライザと広帯域１／２波長板とを一体化した光学素子
１ａ、１ｂ中間位相差１／２波長板
１１ａ、１１ｂ透明基板
１２ａ、１２ｂ基板
１３ａ、１３ｂ配向膜
１４ａ、１４ｂ異方性媒質層
１５ａ、１５ｂシール材
１６接着剤
１００、２００光ヘッド装置
１０１光源
１０２コリメータレンズ
１０３回折素子
１０４偏光スタビライザ
１０５、１０９ビームスプリッタ
１０６、１１０光検出器
１０７１／４波長板
１０８対物レンズ
１２０光記録媒体
Ｓ（λ_１）、Ｓ（λ_２）、Ｓ（λ_３）広帯域１／２波長板に入射する各波長の光のストークスベクトルの軌跡

Claims

複数の波長の光を出射する光源を有する光ヘッド装置における光路内に配置される１／２波長板であって、光学的異方性を有する媒質からなる異方性媒質層が複数積層され、各前記異方性媒質層が、少なくとも、前記光源が出射する光の波長のうちの最短波長と最長波長におけるリターデーション値を波長で割り２πをかけて得られる位相差の平均値と等しい位相差を有する中間位相差波長で、１／２波長板として機能することを特徴とする広帯域１／２波長板。
前記異方性媒質層の層数が２層であり、各前記異方性媒質層が、進相軸が相互に所定の進相軸交差角度をなすように配置され、前記進相軸交差角度が前記偏光回転角の１／２である請求項１に記載の広帯域１／２波長板。
前記異方性媒質層の材料が、高分子液晶である請求項１または２に記載の広帯域１／２波長板。
複数の偏光回折格子が、前記広帯域１／２波長板と一体化されて構成される請求項１から３までのいずれか１項に記載の広帯域１／２波長板。
複数の異なる波長の直線偏光の光を出射する光源と、入射した光の偏光方向に応じて入射した光を第１の偏光方向に偏光した第１の偏光成分光と第２の偏光方向に偏光した第２の偏光成分光とに分離し、前記第１の偏光成分光と前記第２の偏光成分光とをそれぞれ異なる光検出器に出射させるビームスプリッタと、前記ビームスプリッタから出射された前記第１の偏光成分光を検出する第１の光検出器と、前記ビームスプリッタから出射された前記第２の偏光成分光を検出する第２の光検出器と、前記ビームスプリッタに入射する光の偏光方向を回転させる１／２波長板とを備え、前記第１の偏光成分光を用いて光情報の記録または再生を行う光ヘッド装置において、
前記１／２波長板が、請求項１から４までのいずれか１項に記載の広帯域１／２波長板からなり、前記光源が出射する光の複数の波長で、前記ビームスプリッタに入射する光の偏光方向を回転させて前記ビームスプリッタから出射する前記第１の偏光成分光と前記第２の偏光成分光との光量の比を所定の値に固定させ、前記第１の光検出器が検出した前記第１の偏光成分光の光量に基づいて前記第２の偏光成分光の光量を制御することを特徴とする光ヘッド装置。