JP2009266257A - 広帯域波長板および光ヘッド装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の異なる波長の光が入射してそれらの光に対する偏光状態を制御して出射させる広帯域波長板および光ヘッド装置を提供する。
【解決手段】透明基板上に第１の波長板１３ａと第２の波長板１３ｂとを積層させ、各波長板の光学軸（進相軸と進相軸または、遅相軸と遅相軸との組み合わせ）および入射する光の偏光方向を設定するとともに、各波長板の各波長におけるリタデーション値を設定することで、波長λ_１、λ_２、λ_３の光（λ_１＜λ_２＜λ_３）に対して、波長λ_１の光は偏光状態を変えず、波長λ_２および波長λ_３の光は直線偏光を円偏光として出射させる広帯域波長板１０が実現でき、光ヘッド装置の小型化、および記録・再生の高品質化が実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、入射する光の偏光状態を制御するための広帯域波長板であり、特に、光ストレージを扱う光学系として、ＣＤ、ＤＶＤ、光磁気ディスクなどの光記録媒体および、「Ｂｌｕ−ｒａｙ」（登録商標：以下ＢＤ）、ＨＤ−ＤＶＤなどの高密度光記録媒体に情報の記録および再生を行う光ヘッド装置に関する。

近年、例えば光ストレージを扱う光学系として、ＣＤ、ＤＶＤ、光磁気ディスクなどの光記録媒体だけでなく、ＢＤ、ＨＤ−ＤＶＤなどの高密度光記録媒体（以下、「光ディスク」という）に情報の記録および再生を行う光ヘッド装置の開発が進んでいる。使用されるレーザ光の波長は、短波長であるほど記録密度を向上できるため光源の短波長化が進められている。一方、これまでに普及している多くの光ディスク用の長波長（赤色域、近赤外域）のレーザ光による再生もできるようにする必要があり、従来のＤＶＤのような赤色域（６６０ｎｍ波長帯）、ＣＤのような近赤外域（７８５ｎｍ波長帯）のレーザ光と、短波長（４０５ｎｍ波長帯）のレーザ光との互換性を有する様々な方式が提案されている。

このように、高密度記録媒体だけでなく、従来の光ディスクに対してこの互換性を確保するために、短波長光源に加えて、赤色域、近赤外域の光源を併せて設置する方式がある。このため、３つの異なる広帯域の波長に対して一定の特性を有する光学部品のニーズも高まっている。したがって、ＢＤ／ＨＤ−ＤＶＤ、ＤＶＤ、ＣＤなどを再生または記録（以下、「記録・再生」という）できる光ヘッド装置は少ない光学部品で構成できるような小型化が要求されている。

図２２に３つの異なる波長のレーザ光を使用した従来の光ヘッド装置３００の構成の一例を示す。半導体レーザ等の光源３０１から出射される４０５ｎｍ波長帯の光は、偏光ビームスプリッタ３０７で反射され、コリメータレンズ３１０で平行光となってλ／４板３１２によって円偏光となる。円偏光となった光は、ミラー３１４で反射し、対物レンズ３１６によってＢＤ、ＨＤ−ＤＶＤ等の光ディスク３１８の情報記録面に集光される。情報記録面に形成されたピットの情報を含んだ反射光は上記の経路を逆方向に進行する。ここで、光源から光ディスクに到達するまでの光路を「往路」、光ディスクから光検出器に到達するまでの光路と「復路」として説明する。復路の光は往路の円偏光とは逆方向の円偏光となってλ／４板３１２を出射する復路の光は往路の直線偏光に対して直交する直線偏光となり、偏光ビームスプリッタ３０７を直進透過して光検出器３１９に到達する。光検出器３１９では、光ディスクで反射された光からピット情報を検出することで光ディスク３１８に記録された情報の読み出しを行っている。

同様に、半導体レーザ等の光源３０２から出射される６６０ｎｍ波長帯の光、光源３０３から出射される７８５ｎｍ波長帯の光も、ダイクロイックプリズム３０８を反射または透過し、偏光ビームスプリッタ３０９透過する。そして、コリメータレンズ３１１で平行光となって、λ／４板３１３で円偏光となって、ミラー３１５で反射され対物レンズ３１７で光ディスク３１８に集光される。復路の光は、それぞれ往路の直線偏光と直交する直線偏光となって、偏光ビームスプリッタ３０９で反射され、光検出器３２０に到達する。また、回折素子３０４、３０５、３０６は、メインビームと、例えばトラッキングサーボ信号となる２つのサブビームを発現させる光学素子であって、それぞれの往路の光源と偏光ビームスプリッタまたはダイクロイックプリズムとの間の光路中に配置することもできる。

このように、図２２に示した光ヘッド装置３００は、偏光ビームスプリッタや光検出器などの光学素子を２セット配置しており、部品点数が多く装置の小型化や、組立調整に時間がかかるといった問題がある。これに対し、例えば、図２３に３つの異なる波長のレーザ光を使用した他の構成例となる光ヘッド装置４００が報告されている（特許文献１）。

これは、図２２の光ヘッド装置３００に対して、３つの異なる波長の光に対して共通して使用するコリメータレンズ１１０およびλ／４板４１１が採用されるものである。４０５ｎｍ波長帯の光源１０１、６６０ｎｍ波長帯の光源１０２、７８５ｎｍ波長帯の光源１０３から発する光の光路中にダイクロイックプリズム１０７、トリクロイックプリズム１０８を配置して各波長の光を透過または反射させる。さらに３つの波長の光はコリメートレンズ１１０とλ／４板４１１を透過する。トリクロイックプリズム１１２では、４０５ｎｍ波長帯の光のみ反射させ、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の光を透過させ、対物レンズ１１４により、ＢＤ、ＨＤ−ＤＶＤ等の光ディスク１１６の情報記録面に集光する。

一方、６６０ｎｍ波長帯、７８５ｎｍ波長帯の光は、トリクロイックプリズム１１２を直進透過し、ミラー１１３で反射し、対物レンズ１１５により、ＤＶＤ、ＣＤ等の光ディスク１１６の情報記録面に集光する。それぞれの光ディスクで反射された４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の復路の光は、λ／４板４１１にて往路の直線偏光に対して直交する直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ１０９で反射し光検出器１１７に到達する。特許文献１において、特に４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯それぞれにλ／４板として機能する、広帯域波長板を特徴とする光ヘッド装置として報告されている。

特開２００７−０８６１０５号公報

しかしながら、トリクロイックプリズム１１２の特性として、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の光の透過率を、入射する光の偏光状態によらずに高くしようとすると、４０５ｎｍ波長帯の光が入射する場合にＳ偏光とＰ偏光の光に位相差が生じてしまう。つまり、広帯域波長板４１１で円偏光となってトリクロイックプリズム１１２に円偏光で入射しても、４０５ｎｍ波長帯の光がこの位相差によって楕円偏光となる。したがって、光ディスク１１６で反射された復路の光も同様に楕円偏光となってしまい、広帯域波長板４１１を透過した復路の光も直線偏光ではなく、楕円偏光となってしまう。このため、例えば、４０５ｎｍ波長帯の復路の光が偏光ビームスプリッタ１０９に入射しても、反射される光量が低減され、一部の光量しか光検出器１１７に到達しないため、信号レベルの低下による光ヘッド装置の記録・再生特性を悪化させてしまう問題があった。

なお、トリクロイックプリズム１１２の特性として４０５ｎｍ波長帯の偏光依存性をないようにすると、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の透過偏光依存性が発現するといったトレードオフの問題により、図２３のような光ヘッド装置４００では各光ディスクの高品質な記録・再生を得ることが困難であった。本発明の目的は、光源として４０５ｎｍの波長の光を含む２つ以上の異なる波長のレーザ光を用いた光ヘッド装置における上述の問題を解決するために、４０５ｎｍ波長帯の直線偏光の光の偏光状態を変えず、長波長側の波長帯では光の偏光状態を直線偏光から円偏光とする機能を有する広帯域波長板を得ることであり、特に、６６０ｎｍ波長帯、７８５ｎｍ波長帯の２つの波長帯で光の偏光状態を直線偏光から円偏光とする機能を有する広帯域波長板を得ることである。

本願発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、平行に配置された第１の波長板と第２の波長板とを備え、ｍ個（ｍは２以上の整数）の波長の光が入射する広帯域波長板であって、前記第１の波長板の光学軸と前記第２の波長板の光学軸が交差しており、入射する波長を、λ_ｊ＜λ_ｊ＋１（ｊ＝１〜ｍ−１の整数）の関係を満足するとして表し、波長λ_ｎ（ｎ＝１〜ｍの整数）に光に対する第ｉの波長板のリタデーション値をＲ_ｉ（λ_ｎ）［度］（ｉは１または２）としたときに、少なくとも１組の波長λ_１と波長λ_ｊ＋１に関して、Ｒ_１（λ_ｊ＋１）／Ｒ_２（λ_ｊ＋１）が２±０．１の範囲内であるとともに、Ｒ_１（λ_１）／Ｒ_１（λ_ｊ＋１）が２±０．１の範囲内であって、ｋを奇数として、Ｒ_１（λ_１）が（３６０×ｋ）±５［度］の範囲内であって、前記波長λ_１と前記波長λ_ｊ＋１の直線偏光の光が同じ偏光方向で入射する偏光方向と前記第２の波長板の光学軸とがなす角度θ_２が９０±５［度］の範囲内である広帯域波長板を提供する。

また、前記波長λ_１と前記波長λ_ｊ＋１の直線偏光の光が同じ偏光方向で入射する偏光方向と前記第１の波長板の光学軸とがなす角度θ_１が２２．５−｛（９０−θ_２）／２｝±２．５［度］の範囲内である上記に記載の広帯域波長板を提供する。

この構成により、例えばλ_１で入射する光の偏光状態はそのままの直線偏光で出射させ、λ_２で入射する光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変えることができる。また、λ_１に対する楕円率は０±０．１の範囲内となるとともに、λ_２に対する楕円率の絶対値は０．７以上とすることができる。

また、Ｒ_１（λ_ｊ＋１）／Ｒ_２（λ_ｊ＋１）が２±０．０５の範囲内であるとともに、前記角度θ_１が２２．５−｛（９０−θ_２）／２｝±１．５［度］の範囲内である少なくとも一つの波長λ_ｊ＋１の直線偏光の光が入射する上記に記載の広帯域波長板広帯域波長板を提供する。さらに、前記波長λ_１と前記波長λ_２と波長λ_３（λ_１＜λ_２＜λ_３）の直線偏光の光が入射する広帯域波長板であって、前記λ_１が４０５ｎｍ波長帯であり、前記λ_２が６６０ｎｍ波長帯であり、前記λ_３が７８５ｎｍ波長帯である上記に記載の広帯域波長板を提供する。

この構成により、λ_１に対する楕円率は０±０．１の範囲内となるとともに、λ_２に対する楕円率の絶対値は０．８５以上とすることができる。また、３つの異なる波長の光が直線偏光で入射して、λ_１の波長の光は偏光状態を変えず、λ_２およびλ_３の波長の光は直線偏光から楕円率の高い（円）偏光状態で出射させることができる。さらに、異なる３つの波長をそれぞれ、４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯、７８５ｎｍ波長帯に設定して具体的に、２枚の波長板の設計条件によって構成することができる。なお、本発明では、４０５ｎｍ波長帯は４０５±１５ｎｍの範囲の波長帯域、６６０ｎｍ波長帯は６６０±２０ｎｍの範囲の波長帯域、７８５ｎｍ波長帯は７８５±２０ｎｍの範囲の波長帯域として定義する。

また、少なくとも前記波長λ_１と前記波長λ_２の光を出射する光源と、前記光源から出射した光を偏向分離する第１の分離手段と、前記第１の分離手段から出射した光を前記波長λ_１の光と前記波長λ_２の光とを異なる光路に偏向分離する第２の分離手段と、前記第２の分離手段から出射した光を光ディスク上に集光させる対物レンズと、前記光ディスクで反射した光を検出する光検出器と、を備える光ヘッド装置であって、前記第２の分離手段と前記対物レンズとの間の前記波長λ_１の光の光路中にλ／４板が配置されるとともに、前記第１の分離手段と前記第２の分離手段との間の光路中に上記に記載の広帯域波長板が配置される光ヘッド装置を提供する。また、前記光源は、前記波長λ_１、前記波長λ_２および前記波長λ_３を出射し、前記第２の分離手段は、前記波長λ_１の波長の光の出射方向と、前記波長λ_２の光および前記波長λ_３の光の出射方向とを異なるようにするトリクロイックプリズムである上記に記載の光ヘッド装置を提供する。

この構成により、規格の異なる光ディスクを記録・再生する光ヘッド装置においてそれぞれの波長の光を楕円率が高い円偏光で各規格の光ディスクに集光させることができ、光利用効率が高く品質の向上した光ヘッド装置を実現できる。さらに、異なる２つおよび３つの波長において共通した光学系で広帯域波長板を利用することで光ヘッド装置の小型化および軽量化を実現することができる。

さらに、前記第１の分離手段は、複屈折性を有する回折格子が等方性材料となる充填材で充填平坦化されてなるホログラム素子であって、前記充填材の屈折率ｎ_ｓは、前記回折格子の常光屈折率ｎ_ｏまたは異常光屈折率ｎ_ｅに略等しい上記に記載の光ヘッド装置を提供する。

この構成により、光検出器の位置を自由に設定することができるとともに、広帯域波長板とホログラム素子を一体化させることができ、さらに他の光学素子とも合わせて一体化させることで小型化となる光ヘッド装置を実現することができる。

本発明は、異なる複数の波長の光が入射してそれぞれの光の偏光状態を変えることができる広帯域波長板を提供するとともに、３つの異なる波長の光を使用する光ヘッド装置において光学素子の部品点数の削減により小型化を実現することができる。

（第１の実施の形態）
図１に本実施形態にかかる広帯域波長板１０の構成を示す。図１（ａ）は広帯域波長板１０の模式的断面図であり、図１（ｂ）は広帯域波長板に含まれる２枚の波長板の積層状態を説明する平面模式図である。広帯域波長板１０は、２枚の波長板１３ａと１３ｂとが、透明基板１１ａ、１１ｂおよび接着剤１１ｃを介して一体化されてなるものである。また、後述するように波長板１３ａ、１３ｂが高分子液晶からなる場合は、それぞれ配向膜１２ａ、１２ｂを配してもよい。

透明基板１１ａ、１１ｂおよび接着剤１１ｃは入射する光に対して透明であれば、樹脂板、樹脂フィルムなど種々の材料を用いることができるが、ガラスや石英ガラスなどの光学的等方性材料を用いると、透過光に複屈折性の影響を与えないため好ましい。波長板１３ａ、１３ｂは、光学的に複屈折性を有する材料からなり、液晶を高分子化した高分子液晶を用いることで液晶の配向方向を制御して波長板１３ａ、１３ｂの光学軸方向を設定しやすく好ましい。なお、波長板１３ａ、１３ｂの材料は、高分子液晶に限らず水晶やＬｉＮｂＯ_３（ニオブ酸リチウム）のような光学的に複屈折性を有する単結晶材料を加工したり、延伸により複屈折性を持たせたポリカーボネートフィルムや有機系高分子フィルムであったり、基板上に異方性蒸着などの成膜方法で複屈折性を持たせて形成したＴｉＯ_２などの無機材料、樹脂の射出成型品によって作製されたものでもよく、その場合、配向膜１２ａ、１２ｂを配さなくてもよい。

２つの波長板１３ａ、１３ｂの接着には、粘着フィルム、ＵＶ硬化型や熱硬化型の接着剤を使用できる。広帯域波長板の波面収差の低減、温度特性や信頼性の向上のためには、できるだけ薄い接着層として貼り合わせることが望ましく、接着層の厚さを１０μｍ以下にすることが特に望ましい。また、広帯域波長板は、透過光の波面収差の劣化を回避するために、表面の平滑化処理や基板による接着保持が望ましい。具体的には、少なくとも１枚の透明基板に広帯域波長板を接着して使用することが望ましい。他の光学素子と積層一体化せずに広帯域波長板を単独で用いる場合には、２枚の透明基板１１ａ、１１ｂにより挟み込む構成が波面収差低減・強度確保の点から特に望ましい。

次に、波長板１３ａ、１３ｂを構成する条件について説明する。なお、広帯域波長板１０に対して入射する光は、透明基板１１ａ側から透明基板１１ａ面に垂直方向から入射するものとし、光が入射する順にそれぞれ第１の波長板１３ａ、第２の波長板１３ｂとする。また、広帯域波長板１０には、少なくとも波長λ_１と波長λ_２の光が入射する（λ_１＜λ_２）ものとする。次に、第１の波長板１３ａと第２の波長板１３ｂとを重ねるとき、それぞれの光学軸および入射する直線偏光の光の方向との関係を説明する。ここでは、図１（ｂ）において入射する直線偏光の光の方向１５として、これを基準に反時計回りをプラスとして第１の波長板１３ａの光学軸１６となす角度をθ_１とし、第２の波長板１３ｂの光学軸１７となす角度をθ_２とする。なお、波長λ_１の光の直線偏光方向と波長λ_２の光の直線偏光方向とは同じ方向で入射するものとする。また、光学軸は、進相軸と遅相軸とが含まれるが、本実施形態では第１の波長板１３ａ、第２の波長板１３ｂの進相軸どうしの組み合わせまたは、遅相軸どうしの組み合わせ、において有効である。したがって、以下、光学軸を用いてなす角度という場合、２つの波長板がともに進相軸であるかまたは、ともに遅相軸であるという意味とする。

また、第１の波長板１３ａ、第２の波長板１３ｂはそれぞれリタデーション値を有する。ここでリタデーション値は、入射する光に対する進相軸と遅相軸との位相差の値（単位は、［度］）で表すものとする。また、これらを構成する材料により、常光屈折率ｎ_ｏと異常光屈折率ｎ_ｅとの差である屈折率異方性Δｎ（＝｜ｎ_ｅ−ｎ_ｏ｜）が入射する光の波長によって異なる特性（以下、波長分散特性という）があり、同じ材料であっても入射する光の波長によってリタデーション値は異なる。ここで、波長λ_１および波長λ_２の光に対する第１の波長板１３ａのリタデーション値をそれぞれ、Ｒ_１（λ_１）、Ｒ_１（λ_２）とする。また、波長λ_１および波長λ_２の光に対する第２の波長板１３ｂのリタデーション値をそれぞれ、Ｒ_２（λ_１）、Ｒ_２（λ_２）とする。本実施形態の広帯域波長板１０は、少なくともλ_１の波長の直線偏光の光が入射して偏光状態を変えないで出射させるとともに、λ_２の波長の直線偏光の光が入射して円偏光で出射させる特性を有する構成を提供するものである。

上記のように第１の波長板１３ａと第２の波長板１３ｂが有するリタデーション値および積層条件となるθ_１とθ_２を用いて、次の（Ａ）〜（Ｄ）の条件すべてを満たすように広帯域波長板を構成するとよい。
（Ａ）Ｒ_１（λ_２）［度］＞Ｒ_２（λ_２）［度］であり、Ｒ_１（λ_２）［度］／Ｒ_２（λ_２）［度］が２±０．１の範囲内にある。
（Ｂ）Ｒ_１（λ_１）［度］＞Ｒ_１（λ_２）［度］であり、Ｒ_１（λ_１）［度］／Ｒ_１（λ_２）［度］が２±０．１の範囲内にある。
（Ｃ）Ｒ_１（λ_１）[度]が、（３６０×ｋ）±５［度］の範囲（ｋは奇数：１，３，５・・・）である。
（Ｄ）θ_２が９０±５［度］の範囲である。

このように構成することにより、広帯域波長板１０は、波長λ_１の入射光に対して偏光状態を変化させないで出射するλ板として機能する。一方、波長λ_２（＞λ_１）の光が入射すると、図２に示すポアンカレ球においてＳ１からＳ３を通る経線近傍上の偏光状態をとる。つまり、図２の矢印２６の軌道に沿って直線偏光で入射する光が楕円偏光、円偏光を経て入射する光と直交する直線偏光、までの幅広い偏光状態を取ることができ、例えば、光ヘッド装置の設計をするときに光学設計の自由度が増す効果をもたらす。

図２に示すポアンカレ球を用いて具体的に説明する。入射する光の偏光方向をＳ１の極点とすると波長λ_２の光は、まず第１の波長板１３ａによって、偏光状態はＳ１軸と２θ_１の角度をなす軸２２を中心としてＲ_１（λ_２）ほど回転した地点に移動する。Ｒ_１（λ_２）＝１８０［度］の場合、その地点はＳ１とＳ２とを通る赤道上に位置する。そして、第２の波長板１３ｂによって、Ｓ１軸と２θ_２の角度をなす軸２３を中心としてＲ_２（λ_２）ほど回転した地点に移動する。特にＲ_１（λ_２）＝１８０［度］でかつ、θ_２＝９０［度］、Ｒ_２（λ_２）＝９０［度］の場合、その地点はＳ１、Ｓ３を通る経線上の偏光状態をとる。つまり、矢印２６の軌道に沿って直線偏光で入射する光が楕円偏光、円偏光を経て入射する光と直交する直線偏光、までの幅広い偏光状態を取ることができる。特にＲ_１（λ_２）＝１８０［度］、θ_２＝９０［度］、Ｒ_２（λ_２）＝９０［度］でかつ、θ_１＝２２．５［度］の場合、Ｓ３の極点に位置し、偏光状態が円偏光となる。

また、上記（Ａ）〜（Ｄ）の条件に次の（Ｅ）条件を加え、（Ａ）〜（Ｅ）の条件すべてを満たすように広帯域波長板を構成する。
（Ｅ）θ_１が２２．５−｛（９０−θ_２）／２｝±２．５［度］の範囲である。
この構成により、広帯域波長板１０は、波長λ_１の直線偏光の光の状態を変えずに出射させるとともに、波長λ_２の直線偏光の光に対してλ／４板として機能し、偏光状態を円偏光とすることができる。

上記の説明では、ｍ＝２、すなわち使用される波長が２つの場合について説明した。ｍ＝２の場合には、波長はλ_１とλ_２のみとなるので、上記の設定で使用する。一方、使用する波長がｍ≧３の場合には、上記の（Ａ）、（Ｂ）の条件は、少なくとも１組の波長λ_１と波長λ_ｊ＋１に関して、以下の関係を満足するように設定することになる。
（Ａ´）Ｒ_１（λ_ｊ＋１）［度］／Ｒ_２（λ_ｊ＋１）［度］が２±０．１の範囲内にある。
（Ｂ´）Ｒ_１（λ_１）［度］／Ｒ_２（λ_ｊ＋１）［度］が２±０．１の範囲内にある。
さらに具体的には、例えばｍ＝３、λ_１とλ_２とλ_３の場合（λ_１＜λ_２＜λ_３）には、上記の（Ａ）、（Ｂ）の条件は、以下のように設定すればよい。ｊ＝１の場合の（Ａ１）および（Ｂ１）を満足するか、ｊ＝２の場合の（Ａ２）および（Ｂ２）を満足するように設定すればよい。
（Ａ１）Ｒ_１（λ_２）［度］／Ｒ_２（λ_２）［度］が２±０．１の範囲内にある。
（Ｂ１）Ｒ_１（λ_１）［度］／Ｒ_１（λ_２）［度］が２±０．１の範囲内にある。
（Ａ２）Ｒ_１（λ_３）［度］／Ｒ_２（λ_３）［度］が２±０．１の範囲内にある。
（Ｂ２）Ｒ_１（λ_１）［度］／Ｒ_１（λ_３）［度］が２±０．１の範囲内にある。

次に、広帯域波長板１０には互いに波長が異なる３つの光（λ_１、λ_２およびλ_３：λ_１＜λ_２＜λ_３）が入射するものとして説明する。本発明における広帯域波長板１０を構成する２枚の波長板（１３ａおよび１３ｂ）のリタデーション値について、以下のように一般化して表す。
Ｒ_ｉ（λ_ｊ）＝｛Δｎ_ｉｊ・ｄ_ｉ／λ_ｊ｝・３６０ ［度］ ・・・ （１）
ここで、ｉは光が入射する順を表し（第ｉの波長板）、ｊは入射する光の波長のうち短い波長から数えた順を表すものである。つまり本発明では、ｉのとり得る値は１と２のいずれかであり、ｊのとり得る値は１、２および３のいずれかである。また、Δｎは波長板の屈折率異方性、ｄは波長板の厚さである。したがって、Δｎ_ｉｊは波長λ_ｊにおける広帯域位相差の第ｉの波長板に使用される複屈折材料の屈折率異方性、ｄ_ｉは広帯域位相差の第ｉの波長板の厚さを表す。

ここで、Ｒ_１（λ_１）が３６０［度］であり、Ｒ_１（λ_１）／Ｒ_１（λ_２）およびＲ_１（λ_１）／Ｒ_１（λ_３）が２±０．１の範囲内とすると、Ｒ_１（λ_２）およびＲ_１（λ_３）は約１８０［度］となる。さらに、Ｒ_１（λ_２）／Ｒ_２（λ_２）およびＲ_１（λ_３）／Ｒ_２（λ_３）が２±０．１の範囲内であるとすると、Ｒ_２（λ_２）およびＲ_２（λ_３）は約９０［度］となる。このとき、前述のように、広帯域波長板１０を透過した波長λ_２および波長λ_３の直線偏光の光はほぼ円偏光となる。

ここで、光の偏光状態を表すミュラー行列を用いて、直線偏光の光で広帯域波長板に入射して透過するまでの偏光状態を記述する。広帯域波長板へ入射する光のストークスベクトルをＳ_ｉとし、広帯域波長板を出射する光のストークスベクトルをＳ_ｏとすると、ストークスベクトルＳ_ｏは、式（２）を用いて表される。
Ｓ_ｏ＝Ｇ_２（θ_２、Γ_２）×Ｇ_１（θ_１、Γ_１）×Ｓ_ｉ ・・・ （２）
なお、ストークスベクトルＳ_ｉは、［１、１、０、０］^Ｔである。ただし、記号Ｔは転置を意味する。

また、変換行列Ｇ_１（θ_１、Γ_１）およびＧ_２（θ_２、Γ_２）は、それぞれ第１の波長板１３ａおよび第２の波長板１３ｂで生じる偏光状態の変化を表すものであり、前述のθ_１、θ_２はそれぞれ入射偏光方向Ｓ_ｉと複屈折層の光学軸とがなす角、Γ_１、Γ_２はそれぞれ波長板１３ａと波長板１３ｂのリタデーション値を表すものであり、式（３）を用いて表される。
Γ＝Δｎ×ｄ×２π／λ ［ｒａｄ］ ・・・ （３）
ここで、Δｎは波長板の屈折率異方性を表し、dは波長板の厚さ、λは波長を表す。

変換行列Ｇ（θ、Γ）は、さらに以下に示すように３つの変換行列に分けられる。

Ｇ（θ、Γ）＝Ｔ（θ）Ｃ（Γ）Ｔ（−θ） ・・・ （４）

ここで、式（５）のＴ（θ）は旋光子行列であり、旋光子行列Ｔ（θ）は、式（５）に示すように、ポアンカレ球のＳ３軸の周りにストークスベクトルを２θ回転させる変換行列である。また、Ｃ（Γ）は位相子行列であり、位相子行列Ｃ（Γ）は、式（６）に示すように、ポアンカレ球のＳ１軸の周りにストークスベクトルをΓ回転させる変換行列である。

ここで、複屈折材料の屈折率異方性であるΔｎは一般に波長依存性を有し、Ａ、Ｂ、Ｃを材料に依存する分散係数とすると、近似的に以下のコーシーの式で表される。
Δｎ（λ）＝Ａ＋Ｂ／λ^２＋Ｃ／λ^４ ・・・ （７）
ここで、λは波長であり、表１および表２に、それぞれ複屈折材料を水晶、高分子液晶としたとき入射する光の波長に対するそれぞれのΔｎの値を示す。

表１の各波長における特性から水晶では、それぞれＡ＝０．００８４９、Ｂ＝０．０００２５５、Ｃ＝−１．４６Ｅ−０５の値が求められる。一方、表２の各波長における特性から高分子液晶では、それぞれＡ＝０．０３６０、Ｂ＝０．０００７５１、Ｃ＝０．０００１４０の値が求められる。また、波長分散がない、すなわち波長に依存しない複屈折材料を仮定すると、それぞれの分散係数はＡ＝定数、Ｂ＝０、Ｃ＝０の値として求められる。以上の各複屈折材料の分散係数を用いて計算した楕円率および方位角の結果を図３に示す。図３（ａ）および図３（ｂ）は、波長板を１枚として各複屈折材料で構成したときの特性、図３（ｃ）および図３（ｄ）は、波長板を２枚積層して各複屈折材料で構成したときの特性を示す。また、これらは、４０５ｎｍの波長の光が入射するとき、リタデーション値が３６０［度］となるλ板として規格化するときの各特性である。なお、１枚の波長板で構成する場合、入射する光の偏光方向に対して光学軸は４５°の角度をなし、２枚の波長板で構成する場合、入射する光の偏光方向に対して、最初に入射する波長板の光学軸はθ₁＝２２．５°の角度をなし、次に入射する波長板の光学軸はθ_２＝９０°の角度をなすものである。なお、（偏光方向の）方位角は、入射光の偏光方向と出射光の偏光方向とがなす角度である。

このように波長板１枚の構成に比べて２枚の構成の方が、４０５ｎｍ波長帯でλ板として機能するとともに、ＤＶＤ用波長である６６０ｎｍ波長帯とＣＤ用波長である７８５ｎｍ波長帯の双方に対して楕円率が高い値となり、本発明の目的とする効果が得られやすい。また、各波長帯は、上記のように波長の幅を持たせている。例えば、光源となる半導体レーザそのものの個体素子のばらつきや温度変化によって変化する波長において、２枚の構成では、楕円率を大きく低下させず安定した特性を得ることができるものである。図３（ａ）および図３（ｃ）に入射する光の波長に対する楕円率を示しているが、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の双方で高い楕円率を有するためには、６６０ｎｍから７８５ｎｍの間の波長をλ_ｃとして、各リタデーション値の比が、
Ｒ_１（λ_１）／Ｒ_１（λ_ｃ）＝２ ・・・ （８）
Ｒ_１（λ_ｃ）／Ｒ_２（λ_ｃ）＝２ ・・・ （９）
を満たすことが好ましい。この条件を満たす複屈折材料としては特に水晶および高分子液晶が好ましく、さらにλ_ｃの値が６６０ｎｍと７８５ｎｍとの中間波長７２３ｎｍにおいて、上記条件式を満たすとより好ましい。また、上記（Ａ）〜（Ｅ）の条件はλ_１とλ_２の波長の光に対する条件であるが、λ_１、λ_２およびλ_３（λ_１＜λ_２＜λ_３）の光が入射するとき、λ_２に関する（Ａ）〜（Ｅ）のパラメータはλ_３のパラメータとして置き換えてもよい。

次に、広帯域波長板１０に波長λ_１の光で入射して、出射する光の楕円率および偏光の方位角と、広帯域波長板１０を構成する第１の波長板１３ａおよび第２の波長板１３ｂの各設定条件について説明する。まず、第１の波長板１３ａの光学軸と入射光の偏光方向とがなす角度θ_１を２２．５［度］、第２の波長板１３ｂの光学軸と入射光の偏光方向とがなす角度θ_２を９０［度］とする。そして、各波長板のリタデーション値の比、Ｒ_１（λ_１）／Ｒ_２（λ_１）を２とする。

図４（ａ）および図４（ｂ）にそれぞれ、第１の波長板１３ａのリタデーション値（Ｒ_１（λ_１））に対する楕円率、Ｒ_１（λ_１）に対する偏光方向の方位角との関係を示す。これらは、いずれも連続的に変化する特性を有する。また、λ波長板としての機能するため、楕円率の絶対値が０．１以下であるとともに、偏光方向の方位角が０±１０［度］の範囲内であると、直線偏光で入射する光の偏光状態を大きく変化させることがないので好ましい。ここでは、Ｒ_１（λ_１）が３６０±５［度］の範囲内では上記のλ波長板としての機能を満たしている。また、図４（ａ）の特性より、Ｒ_１（λ_１）が上記範囲から大きく外れると、楕円率の絶対値が０．１を超える。

図５は、Ｒ_１（λ_１）／Ｒ_２（λ_１）とＲ_１（λ_１）の関係による広帯域波長板１０の特性を示す図であり、図５（ａ）はこれらの組み合わせによって得られる楕円率を示し、図５（ｂ）はこれらの組み合わせによって得られる偏光方向の方位角を示すものである。また、図５（ａ）において楕円率範囲を示すとともに、それぞれの楕円率が得られる上記２つの組み合わせからなる領域を太線の枠で示す。図５（ａ）より、Ｒ_１（λ_１）が３６０±５［度］の範囲内かつ、Ｒ_１（λ_１）／Ｒ_２（λ_１）が２±０．１の範囲内では、楕円率が−０．０５〜０．０５の範囲内に入っており、λ波長板としての機能を満たしている。そして、Ｒ_１（λ_１）が上記範囲から大きく外れると、楕円率の絶対値が０．１を超える。また、図５（ｂ）に示すＲ_１（λ_１）／Ｒ_２（λ_１）とＲ_１（λ_１）の範囲の組み合わせでは偏光方向の方位角はいずれも０．０〜１．０の範囲となる。なお、楕円率および偏光方向の方位角は領域分けしているが連続して変化する特性を有する。

図６は、θ_１とθ_２との関係による広帯域波長板１０の特性を示す図であり、図６（ａ）はこれらの組み合わせによって得られる楕円率を示し、図６（ｂ）はこれらの組み合わせによって得られる偏光方向の方位角を示すものである。また、図６（ｂ）において偏光方向の方位角の範囲を示すとともに、それぞれの偏光方向の方位角が得られるθ_１とθ_２との組み合わせからなる領域を太線の枠で示す。図６（ｂ）においてθ_１が２２．５±２．５［度］の範囲内かつ、θ_２が９０±５［度］の範囲内では、偏光方向の方位角が０±１０［度］のの範囲内に入っており、λ波長板としての機能を満たしている。また、θ_２が９０±５［度］の範囲内から外れる場合は偏光方向の方位角が０±１０［度］の範囲内からも外れる。

図７は、波長λ_１の光が入射して、上記条件（Ｂ）と（Ｄ）との範囲内でそれぞれ、上限値（（Ｂ）：２．１、（Ｄ）：９５［度］）、中間値（（Ｂ）：２．０、（Ｄ）：９０［度］）、下限値（（Ｂ）：１．９、（Ｄ）：８５［度］）で固定し、他の上記条件（Ａ）および（Ｃ）の範囲内で値を変化させて出射光の楕円率および偏光方向の方位角を示したものである。図７（ａ）は、θ_１に対する楕円率を示したものであり、点線は上記上限値において最大となる楕円率、一点鎖線は上記下限値において最小となる楕円率、実線は上記中間値において中間となる楕円率の特性である。これにより上記条件（Ａ）および（Ｃ）を変化させて変動する楕円率は、図７（ａ）のθ_１の範囲において０±０．１の範囲内となる。

また、図７（ｂ）も図７（ａ）と同じ条件において、θ_１に対する偏光方向の方位角を示したものであり、点線は上記上限値において最大となる偏光方向の方位角、一点鎖線は上記下限値において最小となる偏光方向の方位角、実線は上記中間値において中間となる偏光方向の方位角の特性である。これにより上記条件（Ａ）および（Ｃ）を変化させて変動する偏光方向の方位角は、図７（ｂ）のθ_１の範囲において、ほぼ０±１０［度］の範囲内となる。図７（ａ）および図７（ｂ）より、上記（Ａ）〜（Ｄ）の範囲内で設定することによって、λ_１の波長の光に対してλ波長板として機能していることが示されている。

次に、広帯域波長板１０に波長λ_２の光で入射して、出射する光の楕円率について説明する。上記条件（Ａ）〜（Ｅ）をそれぞれ中間値、つまり、（Ａ）としてＲ_１（λ_２）／Ｒ_２（λ_２）が２、（Ｂ）としてＲ_１（λ_１）／Ｒ_１（λ_２）が２、（Ｃ）としてＲ_１（λ_１）を３６０［度］、（Ｄ）としてθ_２が９０［度］、そして（Ｅ）としてθ_１が２２．５［度］とする。

このときの条件において、Ｒ_１（λ_２）／Ｒ_２（λ_２）と楕円率との関係を図８に示す。λ_２の波長の光が入射するときに円偏光で出射されることが望ましく、楕円率では１となれば最も好ましい。このようにλ_２の波長の光に対してλ／４板として機能するには、楕円率の絶対値は０．７以上であることが好ましく、０．８５以上であればより好ましい。そして図８より、Ｒ_１（λ_２）／Ｒ_２（λ_２）＝２のとき楕円率を最大値（＝１．０）としてＲ_１（λ_２）／Ｒ_２（λ_２）が２±０．１の範囲内においても波長λ_２においてλ／４板の機能を満たしている。また、この条件が大きく外れることで楕円率の絶対値が０．７を下回る。

また、上記条件（Ａ）〜（Ｅ）をそれぞれ中間値として、Ｒ_１（λ_１）／Ｒ_１（λ_２）と楕円率との関係を図９に示す。Ｒ_１（λ_１）／Ｒ_１（λ_２）＝２のとき楕円率を最大値（＝１．０）としてＲ_１（λ_１）／Ｒ_１（λ_２）が２±０．１の範囲内においても波長λ_２においてλ／４板の機能を満たしている。また、この条件が大きく外れることで楕円率の絶対値が０．７を下回る。

次に、θ_２と楕円率との関係を図１０に示す。上記条件（Ａ）〜（Ｃ）、（Ｅ）をそれぞれ中間値として、上記（Ｄ）の条件においてθ_２＝９０［度］において楕円率＝１となり、θ_２が９０±５［度］の範囲内においても波長λ_２においてλ／４板の機能を満たしている。また、この条件が大きく外れることで楕円率の絶対値が０．７を下回る。

同様に、θ_１と楕円率との関係を図１１に示す。上記条件（Ａ）〜（Ｄ）をそれぞれ中間値として、上記（Ｅ）の条件、つまりθ_２が９０［度］であるとき、θ_１が２２．５±２．５［度］の範囲では、波長λ_２においてλ／４板としての機能を満たしている。また、この条件が大きく外れることで楕円率の絶対値が０．７を下回る。

次に、Ｒ_１（λ_１）／Ｒ_１（λ_２）とＲ_１（λ_２）／Ｒ_２（λ_２）との組み合わせにより得られる楕円率の関係を図１２に示す。また、各楕円率の範囲となる上記組み合わせの領域は、太線で囲ってその領域を表している。これより、Ｒ_１（λ_１）／Ｒ_１（λ_２）が２±０．１であるとともにＲ_１（λ_２）／Ｒ_２（λ_２）が２±０．１である条件では、ほぼ０．９以上の楕円率が得られ、波長λ_２において楕円率が０．７以上となるλ／４板の機能を満たしている。なお、楕円率は領域分けしているが連続して変化する特性を有する。

同様に、θ_１とθ_２との組み合わせにより得られる楕円率の関係を図１３に示す。また、各楕円率の範囲となる上記組み合わせの領域は、太線で囲ってその領域を表している。この特性より、楕円率が同値をとるためのθ_１とθ_２との関係は、
θ_１＝２２．５−｛（９０−θ_２）／２｝［度］
で示すことができる。また、このとき、θ_２が９０±５［度］、かつθ_１が２２．５−｛（９０−θ_２）／２｝±２．５［度］の範囲では、波長λ_２においてλ／４板としての機能を満たしている。上記範囲から大きく外れる場合、楕円率の絶対値は０．７を下回る。なお、同様に楕円率は領域分けしているが連続して変化する特性を有する。

図１４は、上記条件（Ａ）〜（Ｃ）との範囲内でそれぞれ、中間値（（Ａ）：２．０、（Ｂ）：２．０、（Ｃ）：３６０［度］）、条件１（（Ａ）：１．９、（Ｂ）：２．１、（Ｃ）：３５５［度］）、
条件２（（Ａ）：２．１、（Ｂ）：１．９、（Ｃ）：３６５［度］）で固定し、他の上記条件（Ｄ）および（Ｅ）の範囲内で値を変化させて出射光の楕円率を示したものである。図１４（ａ）は、θ_２を９５［度］と固定して、θ_１に対する楕円率を示したものであり、点線は上記中間値において最大となる楕円率、一点鎖線は上記条件１において最小となる楕円率、実線は上記条件２において最小となる楕円率の特性である。

同様に、図１４（ｂ）は、θ_２を９０［度］と固定したとき、図１４（ｃ）は、θ_２を８５［度］と固定してθ_１を変化させたときの楕円率を示したものである。なお、このほかの条件における楕円率は、いずれも図１４（ａ）〜図１４（ｃ）に示した中間値における楕円率と条件１における楕円率との間をとる。また、図１５（ａ）は図１４（ａ）〜図１４（ｃ）の中間値において、θ_１およびθ_２を変化させたときの楕円率の特性をまとめたものである。また、図１５（ｂ）、図１５（ｃ）は、それぞれ図１４（ａ）〜図１４（ｃ）の条件１、図１４（ａ）〜図１４（ｃ）の条件２において、θ_１およびθ_２を変化させたときの楕円率の特性をまとめたものである。これらの特性から、上記条件（Ａ）〜（Ｅ）の範囲内では、波長λ_２において楕円率が０．７以上となり、λ／４板として機能していることが示されている。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、波長λ_１の光に対してλ板としての機能を有するとともに、波長λ_２の光に対して楕円率が０．７以上となるλ／４板としての機能を有する広帯域波長板について説明した。第２の実施の形態では、波長λ_１の光に対してλ板としての機能を有するとともに、波長λ_２の光に対して楕円率が０．８５以上となるλ／４板となる広帯域波長板の構成条件について説明する。

第１の実施の形態と同様に第１の波長板１３ａと第２の波長板１３ｂが有するリタデーション値および積層条件となるθ_１とθ_２を用いて、次の（Ａ´）、（Ｂ）〜（Ｄ）および（Ｅ´）の条件すべてを満たすように広帯域波長板を構成するとよい。なお、（Ｂ）〜（Ｄ）は、第１の実施の形態と同じ条件である。
（Ａ´）Ｒ_１（λ_２）［度］＞Ｒ_２（λ_２）［度］であり、Ｒ_１（λ_２）／Ｒ_２（λ_２）が２±０．０５の範囲内にある。
（Ｂ）Ｒ_１（λ_１）［度］＞Ｒ_１（λ_２）［度］であり、Ｒ_１（λ_１）／Ｒ_１（λ_２）が２±０．１の範囲内にある。
（Ｃ）Ｒ_１（λ_１）[度]が、（３６０×ｋ）±５［度］の範囲（ｋは奇数：１，３，５・・・）である。
（Ｄ）θ_２が９０±５［度］の範囲である。
（Ｅ´）θ_１が２２．５−｛（９０−θ_２）／２｝±１．５［度］の範囲である。

図１６は、上記条件（Ａ´）、（Ｂ）および（Ｃ）の範囲内でそれぞれ、中間値（（Ａ´）：２．０、（Ｂ）：２．０、（Ｃ）：３６０［度］）、条件３（（Ａ´）：１．９５、（Ｂ）：２．１、（Ｃ）：３５５［度］）、条件４（（Ａ´）：２．０５、（Ｂ）：１．９、（Ｃ）：３６５［度］）で固定し、他の上記条件（Ｄ）および（Ｅ´）の範囲内で値を変化させて出射光の楕円率を示したものである。図１６（ａ）は、θ_２を９５［度］と固定して、θ_１に対する楕円率を示したものであり、点線は上記中間値において最大となる楕円率、一点鎖線は上記条件３において最小となる楕円率、実線は上記条件４において最小となる楕円率の特性である。

同様に、図１６（ｂ）は、θ_２を９０［度］と固定したとき、図１６（ｃ）は、θ_２を８５［度］と固定してθ_１を変化させたときの楕円率を示したものである。なお、このほかの条件における楕円率は、いずれも図１６（ａ）〜図１６（ｃ）に示した中間値における楕円率と条件４における楕円率との間をとる。また、図１７（ａ）は図１６（ａ）〜図１６（ｃ）の中間値において、θ_１およびθ_２を変化させたときの楕円率の特性をまとめたものである。また、図１７（ｂ）、図１７（ｃ）は、それぞれ図１６（ａ）〜図１６（ｃ）の条件３、図１６（ａ）〜図１６（ｃ）の条件４において、θ_１およびθ_２を変化させたときの楕円率の特性をまとめたものである。これらの特性から、上記条件（Ａ´）、（Ｂ）〜（Ｃ）および（Ｅ´）の範囲内では、波長λ_２において楕円率が０．８５以上となり、λ／４板として機能していることが示されている。なお、波長λ_１の光が入射するときの楕円率および偏光方向の方位角は図７に示す範囲内であり、波長λ_１の光に対してλ板としての機能を有する。また、上記（Ａ´）、（Ｂ）〜（Ｃ）および（Ｅ´）の条件はλ_１とλ_２の波長の光に対する条件であるが、λ_１、λ_２およびλ_３（λ_１＜λ_２＜λ_３）の光が入射するとき、λ_２に関する（Ａ）〜（Ｅ）のパラメータはλ_３のパラメータとして置き換えてもよい。

なお、第１の実施形態においても共通するが、θ_１およびθ_２は符号が反転しても成立する。つまり、θ_１を−θ_１に、θ_２を−θ_２としても、上記の関係を満足するものである。また、これまでの説明では、波長λ_１の第１の波長板１３ａのリタデーション値（Ｒ_１（λ_１））［度］を３６０±５度の波長板としたが、（３６０×ｋ）±５度（ｋは奇数：１，３，５・・・）としても成立する。３６０±５度はｋ＝１としたときの一つの例である。

（第３の実施の形態）
図１８に広帯域波長板付き偏光型回折格子４０の断面模式図を示す。広帯域波長板付き偏光型回折格子４０は、第１または第２の実施形態にかかる広帯域波長板１０に偏光ホログラム３０を積層したものである。偏光ホログラム３０は、透明基板１１ｄ上に断面が周期的な凹凸形状であって、Ｙ方向に平行なストライプ状となる回折格子３１と光学的に透明となる充填材３２から構成される。また、回折格子３１は複屈折性を示すとともに、充填材３２の等方性屈折率ｎ_ｓが、回折格子３１の常光屈折率ｎ_ｏと異常光屈折率ｎ_ｅのいずれか一方に略等しいものとする。

例えば、回折格子３１が常光屈折率ｎ_ｏを示す方向が図１８のＸ方向であって、充填材３２の屈折率ｎ_ｓがｎ_ｏに略等しい場合、Ｚ方向に進行するＸ方向の直線偏光の光は偏光状態をほぼ変えないで広帯域波長板付き偏光型回折格子４０を直進透過する。また、Ｙ方向の直線偏光の光は、屈折率ｎ_ｓと屈折率ｎ_ｅとの差を感じるので回折する。このように、広帯域波長板１０にホログラム素子を積層することで入射する光の偏光方向に対して出射させる光の作用を変えることができる。なお、回折格子の断面の形状は矩形形を例として示したが、これに限らず、ブレーズ形状やブレーズ形状を階段状に近似した擬似ブレーズ形状であってもよい。

（第４の実施の形態）
次に本願発明の第４の実施の形態として、第１または第２の実施形態の設計に基づく広帯域波長板１０を光ヘッド装置の光学部品として配置する場合について説明する。図１９は、異なる３つの波長、４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯、７８５ｎｍ波長帯の光を用いた光ヘッド装置１００の構成を示すものである。また、光ヘッド装置１００を構成する光学部品として従来の光ヘッド装置４００と同じ光学部品は同じ番号を付して説明の重複を避ける。第３の実施形態にかかる光ヘッド装置１００は、広帯域波長板１１１として第１の実施形態にかかる広帯域波長板１０を配置する。さらに、トリクロイックプリズム１１２と対物レンズ１１４との間の光路中に４０５ｎｍ波長帯の光に対応するλ／４板１１８を配置する。

ここで、図１９において、４０５ｎｍ波長帯の光は光源１０１から出射してダイクロイックプリズム１０８で反射される。このとき反射される光はＺ方向に進行するＸ方向の直線偏光（Ｐ偏光とする）となって広帯域波長板１１１に入射する。広帯域波長板１１１では偏光状態を変えないでそのまま出射させるので、トリクロイックプリズム１１２によって４０５ｎｍ波長帯のＰ偏光の光は反射されて進行方向を変えてＸ方向へ進み、λ／４板１１８によって円偏光となって光ディスク１１６の情報記録面に集光される。このように広帯域波長板１１１を透過する４０５ｎｍ波長帯の光は特定の偏光成分（Ｐ偏光）を有する直線偏光の状態でトリクロイックプリズム１１２によって反射されてλ／４板に入射するので、良好な円偏光の光で集光させることができる。

また、光ディスク１１６の情報記録面上に形成されたピットの情報を含んだ信号光は、再びλ／４板１１８を透過して直線偏光となってトリクロイックプリズム１１２で反射されるが、このときＹ方向の直線偏光の光（Ｓ偏光とする）となり、同じように広帯域波長板１１１を、偏光状態を変えずに出射する。そして、偏光ビームスプリッタ１０９によって反射され、光検出器１１７に集光される。

一方で、光源１０２および光源１０３より出射された６６０ｎｍ波長帯の光および７８５ｎｍ波長帯の光は、それぞれＰ偏光の直線偏光で広帯域波長板１１１に入射して円偏光となり、トリクロイックプリズム１１２を直進透過してミラー１１３で反射されて光ディスク１１６に集光される。光ディスク１１６で反射された信号光は、再びミラー１１３で反射され、トリクロイックプリズム１１２を直進透過して、広帯域波長板１１１で円偏光からＳ偏光となる。そして、偏光ビームスプリッタ１０９によって反射され、光検出器１１７に集光される。このように広帯域波長板１１１とλ／４板１１８とを含む構成とすることで、３つの異なる波長の光に対して良好な円偏光で光ディスクに集光して記録・再生ができるので、品質の良い光ヘッド装置を実現することができる。

（第５の実施の形態）
次に本願発明の第５の実施の形態として、第３の実施形態の設計に基づく広帯域波長板付き偏光型回折格子４０を光ヘッド装置の光学部品として配置する場合について説明する。図２０は、異なる３つの波長、４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯、７８５ｎｍ波長帯の光を用いて第３の実施形態の光ヘッド装置１００と異なる光ヘッド装置２００の構成を示すものである。また、光ヘッド装置２００を構成する光学部品として第３の実施形態の光ヘッド装置１００と同じ光学部品は同じ番号を付して説明の重複を避ける。第４の実施形態にかかる光ヘッド装置２００は、広帯域波長板付き偏光型回折格子２１１として第２の実施形態にかかる広帯域波長板付き偏光型回折格子４０を配置する。さらに、光検出器２１７は広帯域波長板付き偏光型回折格子２１１によって回折された光が到達する位置に配置する。

広帯域波長板付き偏光型回折格子２１１は第２の実施形態のように光ヘッド装置に用いられる他の光学素子と積層一体化することで部品点数の削減、光ヘッド装置組み立ての簡略化並びに装置の小型化が実現できる。このような構成にすることで、各波長の光源の出射直後の光路中にそれぞれ配置された回折格子を配さないようにでき、より小型化が実現できる。このように、広帯域波長板がレーザ光の光学的性質を変化させる少なくとも１つの光学素子と一体化されているとより好ましい。

ここで、図２０において、４０５ｎｍ波長帯の光は光源１０１から出射してダイクロイックプリズム１０８で反射される。このとき反射される光はＺ方向に進行するＰ偏光となって広帯域波長板付き偏光型回折格子２１１に入射する。また、広帯域波長板付き偏光型回折格子２１１に含まれるホログラム素子３０は、Ｐ偏光の光に対して回折しないように屈折率が調整されている。したがって、広帯域波長板付き偏光型回折格子２１１では偏光状態を変えないでそのまま出射させるので、トリクロイックプリズム１１２によって４０５ｎｍ波長帯のＰ偏光の光は反射されて進行方向を変えてＸ方向へ進み、λ／４板１１８によって円偏光となって光ディスク１１６の情報記録面に集光される。

また、光ディスク１１６の情報記録面上に形成されたピットの情報を含んだ信号光は、再びλ／４板１１８を透過して直線偏光となってトリクロイックプリズム１１２で反射され、このときＳ偏光となって広帯域波長板広帯域波長板付き偏光型回折格子２１１に入射する。広帯域波長板付き偏光型回折格子２１１のうち広帯域波長板１０で偏光状態を変えずに、ホログラム素子３０では回折格子と充填材との屈折率の差を感じるため回折し、コリメートレンズ１１０により光検出器２１７に集光される。

一方で、光源１０２および光源１０３より出射された６６０ｎｍ波長帯の光および７８５ｎｍ波長帯の光は、それぞれＰ偏光の直線偏光で広帯域波長板付き偏光型回折格子２１１に入射して円偏光となり、トリクロイックプリズム１１２を直進透過してミラー１１３で反射されて光ディスク１１６に集光される。光ディスク１１６で反射された信号光は、再びミラー１１３で反射され、トリクロイックプリズム１１２を直進透過して広帯域波長板付き偏光型回折格子２１１に入射する。広帯域波長板付き偏光型回折格子２１１のうち広帯域波長板１０で円偏光から直線偏光（Ｓ偏光）となり、さらに、ホログラム素子３０では回折格子と充填材との屈折率の差を感じるため回折し、対物レンズ１１０により光検出器２１７に集光される。

また、広帯域波長板付き偏光型回折格子２１１に含まれるホログラム素子３０は、入射する３つの異なる波長の光のうち、いずれか一つの波長の光に対して最適化するかまたは、３つの波長の中間値の光に対して最適化する設計とすると、いずれの波長の光に対しても往路は直進透過の高い特性となり、復路では回折効率を大きく低下させることなく光検出器２１７に信号光を集光させることができる。光検出器２１７の配置や構成にもよるが、ホログラム素子３０の回折格子構造は、矩形であってもよいが、ブレーズ形状であれば一方向の回折効率を大きく、光利用効率を上げることができ好ましい。このように広帯域波長板付き偏光型回折格子２１１を含む構成とすることで、３つの異なる波長の光に対して良好な円偏光で光ディスクに集光して記録・再生ができるとともに構成する光学部品点数を低減することができるので、品質が良く小型化された光ヘッド装置を実現することができる。

また、光ヘッド装置において一体化できる光学素子の例として、広帯域波長板１０とホログラム素子３０を挙げたがこれに限らない。他に一体化できる光学素子の例として、光ディスク上での集光特性を改善するために使用される液晶を用いた位相補正素子や、光ディスクで反射された信号光を回折作用によって光検出器に導く回折格子が挙げられる。本発明における広帯域波長板付き偏光型回折格子２１１は、光の偏光状態による特性の違いを利用した光学素子を有する光ヘッド装置に用いると特に効果が大きく、さらに小型化および軽量化が要求される光情報の記録・再生に用いる光ヘッド装置用の部品に適している。

（実施例１）
図１に示す広帯域波長板１０の作製方法について説明する。透明基板１１ａ、１１ｂとなる石英ガラス基板に、面に対して水平に配向された配向膜１２ａ、１２ｂとなるポリイミド膜を形成しシールを施して、図示しないもう一方の基板を重ね、基板間隔がそれぞれ８．９μｍ、４．５μｍの空セルを２組形成する。ラビングの方向は、基板間隔８．９μｍの空セルに対しては、基板を対向させたときに基準方向１４（Ｘ方向）とした基板の一辺となす角度θ_１が２２．５度の方向、基板間隔４．５μｍの空セルに対してなす角度θ_２が９０度の方向となるように施す。次いで、［化１］に示す液晶化合物（１０）、（１１）、（１２）および（１３）を重量比１５．６：１６．９：３２．１：３５．４で混合した光重合性液晶化合物を調整し、それぞれのセルに注入し光重合させて波長板１３ａ、１３ｂとなる高分子液晶層を形成する。このようにして形成された高分子液晶層は、波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍ、７８５ｎｍにおける常光屈折率と異常光屈折率の差となる屈折率異方性Δｎがそれぞれ０．０４５７、０．０３８４、０．０３７５であった。

次いで、高分子液晶層を挟持する液晶セルの図示しない一方の基板を離型剥離し、基準方向１４が一致するように高分子液晶層を重ね合せて前記異なる３つの波長帯で透明な材料として接着剤１１ｃを用いて接着して、本例の高分子液晶層が２層積層された構成の広帯域波長板を得る。前記の広帯域波長板に対して前記基準方向１４と平行な偏光方向１５となる直線偏光の光を入射し出射する光の楕円率を求める。このとき、θ_２を９０［度］、λ_２＝６６０ｎｍのときのＲ_１（λ_２）／Ｒ_２（λ_２）を２、Ｒ_１（λ_１）を３６０［度］として、θ_１に対する波長６６０ｎｍ、７８５ｎｍの入射光に対する楕円率を図２１（ａ）に示す。これより、θ_１＝２２．５［度］における楕円率は、波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍおよび７８５ｎｍの光に対して、それぞれ０．００、０．９８および０．９０である。かつ、波長４０５ｎｍの偏光方向の方位角は、入射偏光方向１５と同方向の０［度］となり、λ波長板として機能していることが確認できる。さらに、θ_１＝２２．５［度］より変化しても、波長４０５ｎｍの光に対して０±０．１の範囲の楕円率および±１０［度］の範囲内の偏光方向の方位角であり、波長６６０ｎｍおよび７８５ｎｍの光に対して高い楕円率が得られる。

（実施例２）
図２１（ｂ）にλ_２＝６６０ｎｍのときのＲ_１（λ_２）／Ｒ_２（λ_２）を２．０５、Ｒ_１（λ_１）を３６５［度］とする以外は、実施例１と同じ条件とするとき、θ_１に対する６６０ｎｍ、７８５ｎｍの入射光に対する楕円率を示す。これより、θ_１＝２２．５［度］における楕円率は、波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍおよび７８５ｎｍの光に対して、それぞれ−０．０３、０．９３および０．９３である。かつ、波長４０５ｎｍの偏光方向の方位角は、０．３［度］となり、λ波長板として機能していることが確認できる。さらに、θ_１＝２２．５［度］より変化しても、波長４０５ｎｍの光に対して０±０．１の範囲の楕円率および±１０［度］の範囲内の偏光方向の方位角であり、波長６６０ｎｍおよび７８５ｎｍの光に対して高い楕円率が得られる。

（実施例３）
図２１（ｃ）にθ_２＝８５［度］とする以外は、実施例１と同じ条件とするとき、θ_１に対する６６０ｎｍ、７８５ｎｍの入射光に対する楕円率を示す。これより、θ_１＝２０［度］における楕円率は、波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍおよび７８５ｎｍの光に対して、それぞれ０．００、０．９９および０．９２である。かつ、波長４０５ｎｍの偏光方向の方位角は、−１０［度］となり、λ波長板として機能していることが確認できる。さらに、θ_１＝２０［度］より変化しても、波長４０５ｎｍの光に対して０±０．１の範囲の楕円率および±１０［度］の範囲内の偏光方向の方位角であり波長６６０ｎｍおよび７８５ｎｍの光に対して高い楕円率が得られる。

（実施例４）
図２１（ｄ）にθ_２＝８５［度］とする以外は、実施例２と同じ条件とするとき、θ_１に対する６６０ｎｍ、７８５ｎｍの入射光に対する楕円率を示す。これより、θ_１＝２０［度］における楕円率は、波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍおよび７８５ｎｍの光に対して、それぞれ−０．０５、０．９４および０．９５である。かつ、波長４０５ｎｍの偏光方向の方位角は、−９．６［度］となり、λ波長板として機能していることが確認できる。さらに、θ_１＝２０［度］より変化しても、波長４０５ｎｍの光に対して０±０．１の範囲の楕円率および±１０［度］の範囲内の偏光方向の方位角であり波長６６０ｎｍおよび７８５ｎｍの光に対して高い楕円率が得られる。

（実施例５）
図１８に示す広帯域波長板付き偏光型回折格子４０の作製方法について説明する。広帯域波長板１０は、実施例１と同じ作製方法を用いるので省略し、ホログラム素子３０について説明する。透明基板１１ｄとなる石英ガラス基板に、表面がラビングされたポリイミド膜からなる図示しない水平配向膜を形成しシールを施して、基板間隔が４．４μｍの空セルを形成する。ラビングは、入射する光の偏光方向に直交する方向となるように施す。次いで、［化１］に示す液晶化合物（１０）、（１１）、（１２）および（１３）を重量比１５．６：１６．９：３２．１：３５．４で混合した光重合性液晶化合物を調整し、それぞれのセルに注入し光重合させて高分子液晶層を形成する。このようにして形成された高分子液晶層は、波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍ、７８５ｎｍにおける常光屈折率と異常光屈折率の差となる屈折率異方性Δｎがそれぞれ０．０４５７、０．０３８４、０．０３７５であった。予め４０５ｎｍで１次回折効率が最大となるように空セルの基板間隔を設定しておく。そのため高分子液晶層のリタデーション値は波長４０５ｎｍにおいて１７９［度］であった。

次いで、高分子液晶層を挟持する液晶セルの図示しない一方の基板を離型剥離し、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて幅５μｍのストライプ状の高分子液晶を形成する。その際、１次回折効率が最大となるように高分子液晶のストライプ幅と高分子液晶のない溝幅は１：１になるように設定した。これにより格子ピッチ１０μｍの回折格子３１を形成できる。

次に、高分子液晶からなる回折格子３１上に３つの異なる波長帯において充填材３２として透明となる接着剤を塗布して広帯域波長板１０を積層し、広帯域波長板付き偏光型回折格子４０を作製する。このとき、高分子液晶の常光屈折率と屈折率が同じになる接着剤を使用した。作製した広帯域波長板付き偏光型回折格子４０にラビングと同方向の直線偏光を入射した結果、波長４０５ｎｍのレーザ光に対して、＋１次および−１次回折効率は各々３９％の値が得られる。一方、ラビングと直交方向の直線偏光を入射した結果、０次透過率が９７％の値が得られる。

（実施例６）
例１に記載した広帯域波長板１０を図１９の光ヘッド装置１００の広帯域波長板１１１として配置する。各半導体レーザの波長は、光源１０１が４０５ｎｍ、光源１０２が６５８ｎｍ、そして光源１０３が７８９ｎｍである。これらの光は全て同じ直線偏光の方向で広帯域波長板１１１に入射し、その結果、３つの波長４０５ｎｍでは偏光状態が変化せず直線偏光のまま出射し、６５８ｎｍおよび７８９ｎｍに対して満足できる円偏光が得られ、光利用効率の高い信号光を得ることができる。

以上のように、複数の異なる波長の光が入射する、波長板を２枚積層してなる広帯域波長板として、積層する波長板の光学軸および各波長におけるリタデーション値を組み合わせることで、λ_１の波長の直線偏光の光は偏光状態を変えずに出射し、λ_２およびλ_３（λ_１＜λ_２＜λ_３）の波長の光は円偏光となって出射させることができる。さらに、この広帯域波長板を規格が異なる光ディスクの記録・再生をする光ヘッド装置に配置することで小型化、軽量化となる光ヘッド装置を実現することができ、有用である。

本発明の広帯域波長板の断面模式図および波長板の各光学軸の角度など関係を示す平面模式図。 本発明の広帯域波長板の偏光状態を表すポアンカレ球。 本発明の広帯域波長板の透過光の対する楕円率および方位角の波長依存性。 波長λ_１における第１の波長板１３ａのリタデーション値Ｒ_１（λ_１）に対する、楕円率および偏光方向の方位角の特性。 Ｒ_１（λ_１）／Ｒ_２（λ_１）とＲ_１（λ_１）との組み合わせに対する、楕円率および偏光方向の方位角の特性。 入射する光の偏光方向と各波長板の光学軸とがなす角度θ_１とθ_２との組み合わせに対する、楕円率および偏光方向との方位角の特性。 θ_２、Ｒ_１（λ_１）およびＲ_１（λ_１）／Ｒ_２（λ_１）の有効条件下（上限値、中間値、下限値）における、θ_１に対する、楕円率および偏光方向の方位角の特性。 Ｒ_１（λ_２）／Ｒ_２（λ_２）に対する、楕円率の特性。 Ｒ_１（λ_１）／Ｒ_１（λ_２）に対する、楕円率の特性。 θ_２に対する、楕円率の特性。 θ_１に対する、楕円率の特性。 Ｒ_１（λ_１）／Ｒ_１（λ_２）とＲ_１（λ_２）／Ｒ_２（λ_２）との組み合わせに対する、楕円率の特性。 θ_１とθ_２との組み合わせに対する、楕円率の特性。 θ_２、Ｒ_１（λ_２）／Ｒ_２（λ_２）、Ｒ_１（λ_１）／Ｒ_２（λ_１）およびＲ_１（λ_１）の有効条件下（中間値、条件１、条件２）における、θ_１に対する、楕円率の特性。 θ_２、Ｒ_１（λ_２）／Ｒ_２（λ_２）、Ｒ_１（λ_１）／Ｒ_２（λ_１）およびＲ_１（λ_１）の有効条件下（中間値、条件１、条件２）における、θ_１に対する、楕円率の特性。 θ_２、Ｒ_１（λ_２）／Ｒ_２（λ_２）、Ｒ_１（λ_１）／Ｒ_２（λ_１）およびＲ_１（λ_１）の有効条件下（中間値、条件３、条件４）における、θ_１に対する、楕円率の特性。 θ_２、Ｒ_１（λ_２）／Ｒ_２（λ_２）、Ｒ_１（λ_１）／Ｒ_２（λ_１）およびＲ_１（λ_１）の有効条件下（中間値、条件３、条件４）における、θ_１に対する、楕円率の特性。 本発明における広帯域波長板付き偏光型回折格子の断面模式図。 本発明の第３の実施形態にかかる光ヘッド装置の構成図。 本発明の第４の実施形態にかかる光ヘッド装置の構成図。 実施例１〜４にかかる広帯域波長板の楕円率の特性。 従来の光ヘッド装置の構成図１。 従来の光ヘッド装置の構成図２。

符号の説明

１０、１１１ 広帯域波長板（本発明）
１１ａ、１１ｂ、１１ｄ 透明基板
１１ｃ 接着剤
１２ａ、１２ｂ 配向膜
１３ａ 第１の波長板
１３ｂ 第２の波長板
１４ 基準方向
１５ 入射する光の偏光方向
１６ 第１の波長板の光学軸方向
１７ 第２の波長板の光学軸方向
２１ ポアンカレ球上の入射偏光状態
２２ 第１の波長板に対応する回転軸
２３ 第２の波長板に対応する回転軸
２４ 第１の波長板（Ｒ_１（λ_２）＜１８０［度］）により変換されたポアンカレ球上の偏光状態
２５ 第１の波長板（Ｒ_１（λ_２）＞１８０［度］）により変換されたポアンカレ球上の偏光状態
２６ 広帯域波長板により変換されたポアンカレ球上の偏光状態の軌跡
３０ ホログラム素子
３１ 回折格子
３２ 充填材
４０、２１１ 広帯域波長板付き偏光型回折格子
１００、２００ 光ヘッド装置（本発明）
１０１、３０１ 光源（４０５ｎｍ波長帯）
１０２、３０２ 光源（６６０ｎｍ波長帯）
１０３、３０３ 光源（７８５ｎｍ波長帯）
１０４、１０５、１０６、３０４、３０５、３０６ 回折素子
１０７、３０８ ダイクロイックプリズム
１０８、１１２ トリクロイックプリズム
１０９、３０７、３０９ 偏光ビームスプリッタ
１１０、３１０、３１１ コリメータレンズ
１１３、３１４、３１５ ミラー
１１４、１１５、３１６、３１７ 対物レンズ
１１６、３１８ 光ディスク
１１７、２１７、３１９、３２０ 光検出器
１１８、３１２、３１３ λ／４板
３００、４００ 光ヘッド装置（従来）
４１１ 広帯域波長板（従来）

Claims (7)

1. 平行に配置された第１の波長板と第２の波長板とを備え、
   ｍ個（ｍは２以上の整数）の波長の光が入射する広帯域波長板であって、
   前記第１の波長板の光学軸と前記第２の波長板の光学軸が交差しており、
   入射する波長を、λ_ｊ＜λ_ｊ＋１（ｊ＝１〜ｍ−１の整数）の関係を満足するとして表し、波長λ_ｎ（ｎ＝１〜ｍの整数）に光に対する第ｉの波長板のリタデーション値をＲ_ｉ（λ_ｎ）［度］（ｉは１または２）としたときに、
   少なくとも１組の波長λ_１と波長λ_ｊ＋１に関して、
   Ｒ_１（λ_ｊ＋１）／Ｒ_２（λ_ｊ＋１）が２±０．１の範囲内であるとともに、Ｒ_１（λ_１）／Ｒ_１（λ_ｊ＋１）が２±０．１の範囲内であって、
   ｋを奇数として、Ｒ_１（λ_１）が（３６０×ｋ）±５［度］の範囲内であって、
   前記波長λ_１と前記波長λ_ｊ＋１の直線偏光の光が同じ偏光方向で入射する偏光方向と前記第２の波長板の光学軸とがなす角度θ_２が９０±５［度］の範囲内である広帯域波長板。
2. 前記波長λ_１と前記波長λ_ｊ＋１の直線偏光の光が同じ偏光方向で入射する偏光方向と前記第１の波長板の光学軸とがなす角度θ_１が２２．５−｛（９０−θ_２）／２｝±２．５［度］の範囲内である請求項１に記載の広帯域波長板。
3. Ｒ_１（λ_ｊ＋１）／Ｒ_２（λ_ｊ＋１）が２±０．０５の範囲内であるとともに、前記角度θ_１が２２．５−｛（９０−θ_２）／２｝±１．５［度］の範囲内である少なくとも一つの波長λ_ｊ＋１の直線偏光の光が入射する請求項１または請求項２に記載の広帯域波長板。
4. 前記波長λ_１と前記波長λ_２と波長λ_３（λ_１＜λ_２＜λ_３）の直線偏光の光が入射する広帯域波長板であって、
   前記λ_１が４０５ｎｍ波長帯であり、前記λ_２が６６０ｎｍ波長帯であり、前記λ_３が７８５ｎｍ波長帯である請求項１〜３いずれか１項に記載の広帯域波長板。
5. 少なくとも前記波長λ_１と前記波長λ_２の光を出射する光源と、
   前記光源から出射した光を偏向分離する第１の分離手段と、
   前記第１の分離手段から出射した光を前記波長λ_１の光と前記波長λ_２の光とを異なる光路に偏向分離する第２の分離手段と、
   前記第２の分離手段から出射した光を光ディスク上に集光させる対物レンズと、
   前記光ディスクで反射した光を検出する光検出器と、を備える光ヘッド装置であって、
   前記第２の分離手段と前記対物レンズとの間の前記波長λ_１の光の光路中にλ／４板が配置されるとともに、
   前記第１の分離手段と前記第２の分離手段との間の光路中に請求項１〜４いずれか１項に記載の広帯域波長板が配置される光ヘッド装置。
6. 前記光源は、前記波長λ_１、前記波長λ_２および前記波長λ_３を出射し、
   前記第２の分離手段は、前記波長λ_１の波長の光の出射方向と、前記波長λ_２の光および前記波長λ_３の光の出射方向とを異なるようにするトリクロイックプリズムである請求項５に記載の光ヘッド装置。
7. 前記第１の分離手段は、複屈折性を有する回折格子が等方性材料となる充填材で充填平坦化されてなるホログラム素子であって、
   前記充填材の屈折率ｎ_ｓは、前記回折格子の常光屈折率ｎ_ｏまたは異常光屈折率ｎ_ｅに略等しい請求項５または請求項６に記載の光ヘッド装置。

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