JP2010146605A - Wide-band wavelength plate and optical head device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wide-band wavelength plate receiving a plurality of light rays different in wavelength and emitting them by controlling the polarization state of the light rays, and to provide an optical head device. <P>SOLUTION: The wide-band wavelength plate 10 includes a first wavelength plate 11, a second wavelength plate 12 and a third wavelength plate 13 parallel to each other. The wavelength plate 10 emits light of wavelengths of λ<SB>1</SB>and λ<SB>2</SB>as circularly polarized light, and emits light of a wavelength of λ<SB>3</SB>as linearly polarized light (wherein λ<SB>1</SB><λ<SB>2</SB><λ<SB>3</SB>) to linearly polarized light of different wavelengths of λ<SB>1</SB>, λ<SB>2</SB>and λ<SB>3</SB>by adjusting retardation values Rd<SB>1</SB>, Rd<SB>2</SB>and Rd<SB>3</SB>of the three wavelength plates, and angles θ<SB>1</SB>, θ<SB>2</SB>and θ<SB>3</SB>formed by the vibration direction of incident light and each of the three wavelength plates. A compact optical head device and high-quality recording and playback can be achieved. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、入射する光に対して透過する偏光状態を制御するための広帯域波長板に関するものであり、とくに、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)のような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ものでもある。   The present invention relates to a broadband wavelength plate for controlling a polarization state that is transmitted with respect to incident light. In particular, as an optical system that handles optical storage, an optical recording medium such as a CD, a DVD, a magneto-optical disk, and the like. The present invention also relates to an optical head device for recording and reproducing information on a high-density optical recording medium such as “Blu-ray” (registered trademark: BD).

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などのような高密度光記録媒体(以下、「光ディスク」という)に情報の記録および再生(以下、「記録・再生」という)を行う光ヘッド装置の開発が進んでおり、使用されるレーザ光の波長としては、短いほど記録密度を向上できるため、短波長(405nm波長帯)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のうち、DVDは赤色域(660nm波長帯)のレーザ光、CDは近赤外域(785nm波長帯)のレーザ光の波長の長いレーザ光(不要)により記録・再生されている。光ヘッド装置としては、これら異なった波長帯のレーザ光で記録・再生する、異なった規格の光ディスクに対しても、記録・再生のできる互換性のある光ヘッド装置が望まれ、その互換性を確保するための様々な方式が提案されている。   In recent years, for example, as an optical system that handles optical storage, not only optical recording media such as CDs, DVDs, and magneto-optical disks, but also high-density optical recording media such as BDs (hereinafter referred to as “optical disks”) The development of an optical head device that performs reproduction (hereinafter referred to as “recording / reproduction”) is progressing, and the shorter the wavelength of the laser beam used, the higher the recording density, so the shorter wavelength (405 nm wavelength band). Is underway. On the other hand, among many optical discs that have been used so far, DVD is a laser beam having a long wavelength of laser light in the red region (660 nm wavelength band), and CD is a laser beam having a long wavelength in the near infrared region (785 nm wavelength band) (unnecessary). Is recorded and played back. As an optical head device, a compatible optical head device capable of recording / reproducing with respect to optical discs of different standards which are recorded / reproduced with laser beams of different wavelength bands is desired. Various schemes for securing it have been proposed.

このように、高密度光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の方法の一つとして、短波長を発する光源に加えて、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つの異なる波長を含む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おり、BD、DVD、CDなどを記録・再生できる光ヘッド装置を少ない光学部品で構成できるように小型化が要求されている。   As described above, as one of methods for ensuring compatibility with not only high-density optical recording media but also conventional optical disks, in addition to light sources emitting short wavelengths, light sources in the red and near infrared regions There is also a method of installing them together. For this reason, there is an increasing need for optical components having a certain characteristic with respect to a wide-band wavelength including three different wavelengths, and an optical head device capable of recording / reproducing BD, DVD, CD, etc. can be configured with few optical components. Thus, downsizing is required.

図6は、一例として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100の構成を示す模式図である。半導体レーザ等の光源101から出射される405nm波長帯の光は、偏光ビームスプリッタ107で反射され、コリメータレンズ110で平行光となって1/4波長板112によって円偏光となる。円偏光となった光は、ミラー114で反射し、対物レンズ116によってBD等の光ディスク118の情報記録面に集光される。そして、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。光ディスクでの反射によって、復路の光は往路の円偏光とは逆方向に電場が回転する円偏光となって1/4波長板112を透過する復路の光は、電場の振動方向が、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107を直進透過して光検出器119に到達する。光検出器119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118に記録された情報の読み出しを行っている。   FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional optical head device 100 using laser beams of three different wavelengths as an example. Light in the 405 nm wavelength band emitted from the light source 101 such as a semiconductor laser is reflected by the polarization beam splitter 107, becomes parallel light by the collimator lens 110, and becomes circularly polarized light by the quarter wavelength plate 112. The circularly polarized light is reflected by the mirror 114 and condensed on the information recording surface of the optical disk 118 such as a BD by the objective lens 116. Then, the reflected light including the information of the pits formed on the information recording surface travels in the reverse direction on the above path. Here, the optical path from the light source to the optical disk is described as “outward path”, and the optical path from the optical disk to the optical detector and “return path” are described. Due to reflection on the optical disk, the light in the return path becomes circularly polarized light whose electric field rotates in the direction opposite to the circular polarization in the forward path, and the light in the return path that passes through the quarter-wave plate 112 has an oscillation direction of the electric field It becomes linearly polarized light orthogonal to the linearly polarized light, passes straight through the polarization beam splitter 107, and reaches the photodetector 119. The photodetector 119 reads out information recorded on the optical disc 118 by detecting pit information from the light reflected by the optical disc.

同様に、半導体レーザ等の光源102から出射される660nm波長帯の光はダイクロイックプリズム108を直進透過し、光源103から出射される785nm波長帯の光は、ダイクロイックプリズム108で反射され、それぞれの光は、電場の振動方向が同じ直線偏光であって、偏光ビームスプリッタ109に入射して直進透過する。そして、コリメータレンズ111で平行光となって、1/4波長板113で円偏光となって、ミラー115で反射され対物レンズ117によって光ディスク118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109で反射され、光検出器120に到達する。また、素子104、105、106は回折素子であって、光源からの光をメインビームと、例えばトラッキングサーボ信号となる2つのサブビームとの3つのビームを発現させるための光学素子であって、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ができる。   Similarly, light in the 660 nm wavelength band emitted from the light source 102 such as a semiconductor laser passes straight through the dichroic prism 108, and light in the 785 nm wavelength band emitted from the light source 103 is reflected by the dichroic prism 108, and each light Are linearly polarized light having the same vibration direction of the electric field, enter the polarization beam splitter 109, and pass straight through. Then, the collimator lens 111 becomes parallel light, the quarter-wave plate 113 becomes circularly polarized light, is reflected by the mirror 115, and is condensed on the optical disk 118 by the objective lens 117. The light on the return path becomes linearly polarized light that is orthogonal to the linearly polarized light on the forward path, is reflected by the polarization beam splitter 109, and reaches the photodetector 120. Elements 104, 105, and 106 are diffractive elements, and are optical elements for expressing light from a light source as a main beam and three beams, for example, two sub-beams that serve as tracking servo signals. In the optical path between the forward light source and the polarizing beam splitter or dichroic prism.

このように、図6に示した光ヘッド装置100は、偏光ビームスプリッタや光検出器などの光学素子をそれぞれ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7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200が報告されている(特許文献1)。   As described above, the optical head device 100 shown in FIG. 6 has two sets of optical elements such as a polarizing beam splitter and a photodetector, each having a large number of parts, and time is required for downsizing and assembly adjustment of the device. There is such a problem. On the other hand, for example, FIG. 7 reports an optical head device 200 as another configuration example using laser beams of three different wavelengths (Patent Document 1).

図7に示す光ヘッド装置200は、光ヘッド装置100に対して、3つの異なる波長のレーザ光に対して共通して使用できるコリメータレンズ210および1/4波長板211が配置されるものである。405nm波長帯の光源201、660nm波長帯の光源202、785nm波長帯の光源203から出射する光の光路中にダイクロイックプリズム208を配置し、光源202および光源203の光路中にダイクロイックプリズム207を配置して各波長の光を透過または反射させる。なお、ダイクロイックプリズム207は、660nm波長帯の光を透過するとともに785nm波長帯の光を反射する機能を有し、ダイクロイックプリズム208は、660nm波長帯および785nm波長帯の光を透過するとともに405nm波長帯の光を反射する機能を有する。さらに、3つの波長の光はコリメータレンズ210と1/4波長板211を透過してダイクロイックプリズム212に入射する。ダイクロイックプリズム212は、405nm波長帯の光を反射し、660nm波長帯および785nm波長帯の光を直進透過させる機能を有し、405nm波長帯の光は、対物レンズ214により、BD等の光ディスク216の情報記録面に集光する。   The optical head device 200 shown in FIG. 7 is provided with a collimator lens 210 and a quarter wavelength plate 211 that can be used in common with respect to laser beams having three different wavelengths with respect to the optical head device 100. . A dichroic prism 208 is disposed in the optical path of light emitted from the light source 201 in the 405 nm wavelength band, the light source 202 in the 660 nm wavelength band, and the light source 203 in the 785 nm wavelength band, and the dichroic prism 207 is disposed in the optical path of the light source 202 and the light source 203. The light of each wavelength is transmitted or reflected. The dichroic prism 207 has a function of transmitting light in the 660 nm wavelength band and reflecting light in the 785 nm wavelength band, and the dichroic prism 208 transmits light in the 660 nm wavelength band and the 785 nm wavelength band and 405 nm wavelength band. It has a function of reflecting the light. Further, light of three wavelengths passes through the collimator lens 210 and the quarter wavelength plate 211 and enters the dichroic prism 212. The dichroic prism 212 has a function of reflecting light in the 405 nm wavelength band and transmitting light in the 660 nm wavelength band and the 785 nm wavelength band in a straight line. The light in the 405 nm wavelength band is reflected on the optical disk 216 such as a BD by the objective lens 214. Condensed on the information recording surface.

一方、660nm波長帯、785nm波長帯の光は、ダイクロイックプリズム212を直進透過し、ミラー213で反射し、対物レンズ215により、DVD、CD等の光ディスク216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、1/4波長板211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209で反射し光検出器217に到達する。特許文献1では、1/4波長板211は、405nm波長帯、660nm波長帯および785nm波長帯いずれもπ/2の奇数倍の位相差を発生させる1/4波長板として機能する広帯域波長板であることを特徴とする光ヘッド装置として報告されている。   On the other hand, light in the 660 nm wavelength band and the 785 nm wavelength band passes straight through the dichroic prism 212, is reflected by the mirror 213, and is condensed by the objective lens 215 on the information recording surface of the optical disk 216 such as a DVD or CD. The 405 nm wavelength band, 660 nm wavelength band, and 785 nm wavelength band return light reflected by each optical disk is converted into linearly polarized light orthogonal to the forward linearly polarized light by the quarter wavelength plate 211, and the polarization beam splitter. The light is reflected at 209 and reaches the photodetector 217. In Patent Document 1, the quarter wavelength plate 211 is a broadband wavelength plate that functions as a quarter wavelength plate that generates a phase difference that is an odd multiple of π / 2 in all of the 405 nm wavelength band, the 660 nm wavelength band, and the 785 nm wavelength band. It has been reported as an optical head device characterized in that there is.

このように、3つの異なる波長の光が入射して、BD、DVD、CD等の異なる規格の光ディスクの情報の記録・再生が可能な、互換性を有する光ヘッド装置を実現する上で、特許文献1のように3つの異なる波長の光を円偏光として集光させるとき、とくにCDの記録・再生が良好にできないという問題がある。その理由として、CDには、BD、DVDに比べて情報記録面を保護する樹脂材料に、大きな複屈折材料を有するものがある。例えば、CDを反射する光が、この樹脂材料の複屈折の影響で反射する光が入射する光路(往路)と同じ円偏光になる場合、偏光ビームスプリッタで反射されて光検出器に到達する光の光量が大きく低減し、情報の再生が良好にできなくなる。このため、このような光ディスクに対しても良好に記録・再生を行うためには、この複屈折の影響を低減するためにCD用の波長(785nm波長帯)の光を直線偏光の状態でCDの情報記録面に集光させる手段がとられている。   As described above, in order to realize a compatible optical head device capable of recording / reproducing information of optical discs of different standards such as BD, DVD, CD, etc., by entering light of three different wavelengths, When light of three different wavelengths is condensed as circularly polarized light as in Document 1, there is a problem that CD recording / reproduction cannot be performed particularly well. The reason for this is that some CDs have a large birefringent material as a resin material that protects the information recording surface compared to BD and DVD. For example, when the light reflected from the CD becomes the same circularly polarized light as the light path (outward path) where the light reflected due to the birefringence of the resin material enters, the light that is reflected by the polarization beam splitter and reaches the photodetector The amount of light is greatly reduced, and information cannot be reproduced satisfactorily. For this reason, in order to perform recording / reproduction on such an optical disc satisfactorily, in order to reduce the influence of the birefringence, light having a wavelength for CD (785 nm wavelength band) is linearly polarized in a CD state. Means for condensing light on the information recording surface is used.

具体的に、BD用およびDVD用の波長帯に対して円偏光、CD用の波長帯に対して直線偏光で集光させる例として、図8に示すように、3つの異なる波長のレーザ光を使用した別の構成を有する光ヘッド装置300が報告されている(特許文献2)。光ヘッド装置300は、405nm波長帯の光源301、660nm波長帯の光源302、785nm波長帯の光源303から出射する光の光路中にダイクロイックプリズム308、309、無偏光回折格子307を配置し、コリメータレンズ310と対物レンズ313の間の光路中に偏光回折格子311と(広帯域)波長板312を有するものである。また、それぞれの波長帯の光に対して、光検出器304、305、306が配置され、光ディスク315で反射された光が検出される。   Specifically, as an example of condensing with circularly polarized light for the BD and DVD wavelength bands and linearly polarized light for the CD wavelength band, as shown in FIG. An optical head device 300 having another configuration used has been reported (Patent Document 2). The optical head device 300 includes dichroic prisms 308 and 309 and a non-polarized diffraction grating 307 arranged in the optical path of light emitted from a light source 301 having a wavelength band of 405 nm, a light source 302 having a wavelength band of 660 nm, and a light source 303 having a wavelength band of 785 nm. In the optical path between the lens 310 and the objective lens 313, a polarization diffraction grating 311 and a (broadband) wave plate 312 are provided. In addition, photodetectors 304, 305, and 306 are arranged for the light of each wavelength band, and the light reflected by the optical disk 315 is detected.

ここで、いずれの波長帯の光も直線偏光の状態で波長板312に入射するが、波長板312は、405nm波長帯、660nm波長帯の光は、円偏光で出射し、785nm波長帯の光は直線偏光のまま透過する機能を有し、波長板312を出射した光は、光ディスク315の情報記録面に集光する。このように、405nm波長帯および660nm波長帯の光に対して円偏光としてBDおよびDVDの情報記録面に集光させ、785nm波長帯の光に対して直線偏光としてCDの情報記録面に集光させることによって、CDの大きな複屈折性材料により記録・再生品質を劣化させない光ヘッド装置が実現できる。   Here, although light in any wavelength band is incident on the wave plate 312 in the state of linear polarization, the wave plate 312 emits light in the 405 nm wavelength band and the 660 nm wavelength band as circularly polarized light, and light in the 785 nm wavelength band. Has a function of transmitting linearly polarized light, and the light emitted from the wave plate 312 is condensed on the information recording surface of the optical disk 315. In this way, light in the 405 nm wavelength band and 660 nm wavelength band is condensed on the information recording surface of the BD and DVD as circularly polarized light, and light on the 785 nm wavelength band is condensed on the information recording surface of the CD as linearly polarized light. By doing so, it is possible to realize an optical head device in which the recording / reproducing quality is not deteriorated by the birefringent material having a large CD.

特開2006−114080号公報JP 2006-1114080 A 特開2006−236549号公報JP 2006-236549 A

しかしながら、特許文献2の光ヘッド装置の波長板は、405nmの波長の光、660nmの波長の光、785nmの波長の光に対しては、それぞれ所望の位相差を得ることができるが、入射する光の波長をλとするとき、405nmの光に対して(9/4)λの位相差を与える9λ/4板、660nmの光に対して(5/4)λの位相差を与える5λ/4板、785nmの光に対してλの位相差を与える1波長板となるように設計しており、使用温度および半導体レーザの個別素子のばらつきなどで、発振する光の波長が変動すると波長板を透過する光の位相差が、所望の位相差に対して大きく変動するため、透過する光の偏光状態が安定せず、光検出器304、305、306に到達する光量が安定せず、光ヘッド装置の記録・再生の品質が劣化するという問題があった。   However, the wave plate of the optical head device of Patent Document 2 can obtain a desired phase difference with respect to light having a wavelength of 405 nm, light having a wavelength of 660 nm, and light having a wavelength of 785 nm, respectively. When the wavelength of light is λ, a 9λ / 4 plate that gives a phase difference of (9/4) λ to 405 nm light, and a 5λ / plate that gives a phase difference of (5/4) λ to 660 nm light. It is designed to be a four-plate, one-wavelength plate that gives a phase difference of λ to 785 nm light. If the wavelength of the oscillating light fluctuates due to variations in the operating temperature and individual elements of the semiconductor laser, etc. Since the phase difference of the light passing through the light fluctuates greatly with respect to the desired phase difference, the polarization state of the light passing through is not stable, the amount of light reaching the photodetectors 304, 305, 306 is not stable, and the light The recording / playback quality of the head device There is a problem that the reduction.

本願発明は、以上の点を鑑みてなされたものであって、所定の異なる帯域を有する3種の波長λ、λ、λ(λ<λ<λ)で入射する直線偏光の偏光状態を変える広帯域波長板において、前記広帯域波長板は、前記直線偏光が入射する側から順に第1の波長板、第2の波長板、第3の波長板が備えられ、前記第1の波長板に入射する前記直線偏光の電場の振動する方向を基準とし、前記第1の波長板の進相軸、前記第2の波長板の進相軸、前記第3の波長板の進相軸との角度の組み合わせまたは、前記第1の波長板の遅相軸、前記第2の波長板の遅相軸、前記第3の波長板の遅相軸との角度の組み合わせをそれぞれθ[°]、θ[°]、θ[°]とするとき、前記入射する直線偏光が前記広帯域波長板を透過した前記波長λの光の楕円率κおよび前記波長λの光の楕円率κが0.65以上、前記広帯域波長板を透過する前記波長λの光の楕円率κが0.4以下となるように前記第1の波長板のリタデーション値Rd、前記第2の波長板のリタデーション値Rd、前記第3の波長板のリタデーション値Rdおよび、前記θ、前記θ、前記θが設定されている広帯域波長板を提供する。 The present invention has been made in view of the above points, and is linearly polarized light that is incident at three wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3123 ) having predetermined different bands. In the broadband wavelength plate that changes the polarization state of the first wavelength plate, the broadband wavelength plate includes a first wavelength plate, a second wavelength plate, and a third wavelength plate in order from the side on which the linearly polarized light is incident. The fast axis of the first wave plate, the fast axis of the second wave plate, and the fast axis of the third wave plate with reference to the direction of oscillation of the electric field of the linearly polarized light incident on the wave plate Or a combination of angles with the slow axis of the first wave plate, the slow axis of the second wave plate, and the slow axis of the third wave plate, respectively, θ 1 [° ], θ 2 [°], when the θ 3 [°], the wave linearly polarized light is transmitted through the broadband wave plate the incident lambda 1 ellipticity kappa 2 light ellipticity kappa 1 and the wavelength lambda 2 of light is 0.65 or more, light ellipticity kappa 3 of the wavelength lambda 3 transmitted through the broadband wave plate is 0.4 or less retardation value Rd 1 of the first wave plate so that the retardation value Rd 2 of the second wave plate, the third retardation value Rd 3 and wave plate, the theta 1, the theta 2, the A broadband wave plate in which θ 3 is set is provided.

また、前記波長λで入射する直線偏光の電場の振動する方向と、前記波長λで透過した光の電場の振幅が最も大きくなる方向と、の角度である方位角が−10°〜+10°の範囲となる上記の広帯域波長板を提供する。 Also, an azimuth angle that is an angle between a direction in which the electric field of linearly polarized light incident at the wavelength λ 3 vibrates and a direction in which the amplitude of the electric field of the light transmitted at the wavelength λ 3 becomes the largest is −10 ° to +10. Provided is the above-mentioned broadband wave plate having a range of °.

また、前記波長λは390〜420nmの波長範囲である405nm波長帯、前記波長λは640〜680nmの波長範囲である660nm波長帯、前記波長λは765〜805nmの波長範囲である785nm波長帯であり、波長λに対する、前記第1の波長板のリタデーション値、前記第2の波長板のリタデーション値、前記第3の波長板のリタデーション値、をそれぞれ、Rd(λ)[nm]、Rd(λ)[nm]、Rd(λ)[nm]、とするとき、
156≦Rd(λ)≦248
および
802≦Rd(λ)≦872
および
172≦Rd(λ)≦231
を満たし、さらに、前記入射する直線偏光が前記広帯域波長板を透過する側からみて、前記直線偏光の電場の振動する方向を基準に反時計回り方向0°〜180°の範囲をプラス(+)、時計回り方向0°〜−180°の範囲をマイナス(−)とし、絶対値が最も小さい前記θの値がゼロより大きいとき、前記θは、
2×θ−14.2≦θ≦2×θ+12.1
を満たすとともに、前記θは、
(2×θ+45)−14.5≦θ≦(2×θ+45)+12.1
を満たす上記の広帯域波長板を提供する。
The wavelength λ 1 is a 405 nm wavelength band that is a wavelength range of 390 to 420 nm, the wavelength λ 2 is a 660 nm wavelength band that is a wavelength range of 640 to 680 nm, and the wavelength λ 3 is 785 nm that is a wavelength range of 765 to 805 nm. is the wavelength band, for the wavelength lambda 1, the retardation value of the first wave plate, the second retardation value of the wave plate, the retardation value of the third wave plates, respectively, Rd 1 (lambda 1) [ nm], Rd 21 ) [nm], Rd 31 ) [nm],
156 ≦ Rd 11 ) ≦ 248
And 802 ≦ Rd 21 ) ≦ 872
And 172 ≦ Rd 31 ) ≦ 231
Furthermore, when the incident linearly polarized light is transmitted through the broadband wave plate, the range of 0 ° to 180 ° counterclockwise with respect to the direction of oscillation of the electric field of the linearly polarized light is added (+). When the range of 0 ° to −180 ° in the clockwise direction is minus (−) and the value of θ 1 having the smallest absolute value is greater than zero, θ 2 is
2 × θ 1 −14.2 ≦ θ 2 ≦ 2 × θ 1 +12.1
And θ 3 is
(2 × θ 1 +45) -14.5 ≦ θ 3 ≦ (2 × θ 1 +45) +12.1
The broadband wave plate satisfying the above is provided.

また、前記波長λは390〜420nmの波長範囲である405nm波長帯、前記波長λは640〜680nmの波長範囲である660nm波長帯、前記波長λは765〜805nmの波長範囲である785nm波長帯であり、波長λに対する、前記第1の波長板のリタデーション値、前記第2の波長板のリタデーション値、前記第3の波長板のリタデーション値、をそれぞれ、Rd(λ)[nm]、Rd(λ)[nm]、Rd(λ)[nm]、とするとき、
156≦Rd(λ)≦248
および
802≦Rd(λ)≦872
および
172≦Rd(λ)≦231
を満たし、さらに、前記入射する直線偏光が前記広帯域波長板を透過する側からみて、前記直線偏光の電場の振動する方向を基準に反時計回り方向0°〜180°の範囲をプラス(+)、時計回り方向0°〜−180°の範囲をマイナス(−)とし、絶対値が最も小さい前記θの値がゼロより小さいとき、前記θは、
2×θ−12.1≦θ≦2×θ+14.2
を満たすとともに、前記θは、
(2×θ−45)−12.1≦θ≦(2×θ−45)+14.5
を満たす上記の広帯域波長板を提供する。
The wavelength λ 1 is a 405 nm wavelength band that is a wavelength range of 390 to 420 nm, the wavelength λ 2 is a 660 nm wavelength band that is a wavelength range of 640 to 680 nm, and the wavelength λ 3 is 785 nm that is a wavelength range of 765 to 805 nm. is the wavelength band, for the wavelength lambda 1, the retardation value of the first wave plate, the second retardation value of the wave plate, the retardation value of the third wave plates, respectively, Rd 1 (lambda 1) [ nm], Rd 21 ) [nm], Rd 31 ) [nm],
156 ≦ Rd 11 ) ≦ 248
And 802 ≦ Rd 21 ) ≦ 872
And 172 ≦ Rd 31 ) ≦ 231
Furthermore, when the incident linearly polarized light is transmitted through the broadband wave plate, the range of 0 ° to 180 ° counterclockwise with respect to the direction of oscillation of the electric field of the linearly polarized light is added (+). When the range of 0 ° to −180 ° in the clockwise direction is minus (−) and the value of θ 1 having the smallest absolute value is smaller than zero, θ 2 is
2 × θ 1 −12.1 ≦ θ 2 ≦ 2 × θ 1 +14.2
And θ 3 is
(2 × θ 1 −45) −12.1 ≦ θ 3 ≦ (2 × θ 1 −45) +14.5
The broadband wave plate satisfying the above is provided.

さらに、異なる3種の波長の光を出射する少なくとも一つの光源と、前記光源から出射する光を光記録媒体上に集光する対物レンズと、前記光記録媒体から反射される光を検出する光検出器と、を備えた光ヘッド装置であって、前記光源と前記対物レンズとの間の光路中、または前記対物レンズと前記光検出器との間の光路中に、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。   Furthermore, at least one light source that emits light of three different wavelengths, an objective lens that condenses the light emitted from the light source on the optical recording medium, and light that detects light reflected from the optical recording medium A wideband wavelength as described above in an optical path between the light source and the objective lens or in an optical path between the objective lens and the photodetector. An optical head device in which a plate is disposed is provided.

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かつ、一定の範囲の波長帯域において所望の光学特性を安定して得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る小型化および、記録・再生の高品質化を実現することができる。   The present invention provides a broadband wave plate capable of changing the polarization state of each light by entering light having a plurality of different wavelengths and stably obtaining desired optical characteristics in a certain range of wavelength bands. In addition, in an optical head device that uses light of three different wavelengths, it is possible to achieve downsizing by reducing the number of components of the optical element and improving the quality of recording and reproduction.

(第1の実施形態)
図1は、本実施形態に係る広帯域波長板10を示す模式図である。このうち、図1(a)は、広帯域波長板10の断面模式図であり、複屈折性を示す3枚の波長板11、12および13が、透明基板14a、14bとともに一体化されてなるものである。また、透明基板14a、14b、波長板11、12および13の間には、それぞれ、図示しない別の透明基板や光学的に等方的な図示しない接着剤などの透明媒質が配されていてもよい。また、広帯域波長板10は、一体化された構造であるものに限らず、透明基板14a、14bを有さないで、波長板11、12および13のみで構成されていたり、波長板11、12および13が互いに離れて配置されていたりしてもよい。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a broadband wavelength plate 10 according to the present embodiment. Among these, FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of a broadband wave plate 10 in which three wave plates 11, 12, and 13 showing birefringence are integrated with transparent substrates 14a and 14b. It is. Further, a transparent medium such as another transparent substrate (not shown) or an optically isotropic adhesive (not shown) may be disposed between the transparent substrates 14a and 14b and the wave plates 11, 12, and 13, respectively. Good. Further, the broadband wave plate 10 is not limited to an integrated structure, and does not include the transparent substrates 14a and 14b, and is composed of only the wave plates 11, 12, and 13, or the wave plates 11, 12 And 13 may be arranged apart from each other.

また、透明基板14a、14b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に等方性を有する材料を用いると、透過光に複屈折性の影響を与えないため好ましい。このように透明基板14a、14bのうち少なくとも1つの透明基板と波長板11、12および13とが一体化されると、表面の平滑化処理や接着の保持ができ、歪み等によって発生する透過光の波面収差量の増加を抑制できる。また、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、少なくとも2枚の透明基板14a、14bにより挟み込む構成が波面収差低減、強度確保の点から好ましい。   The transparent substrates 14a and 14b can be made of various materials such as a resin plate and a resin film as long as they are transparent to incident light, but have optically isotropic properties such as glass and quartz glass. Use of a material is preferable because it does not affect the birefringence of transmitted light. As described above, when at least one of the transparent substrates 14a and 14b and the wave plates 11, 12, and 13 are integrated, the surface can be smoothed and the adhesion can be maintained. An increase in the amount of wavefront aberration can be suppressed. In addition, when a broadband wave plate is used alone without being laminated and integrated with other optical elements, a configuration in which it is sandwiched between at least two transparent substrates 14a and 14b is preferable from the viewpoint of reducing wavefront aberration and ensuring strength.

また、複屈折性を有する材料からなる波長板11、12および13は、例えば、液晶を高分子化した高分子液晶、あるいは延伸して複屈折性を誘起したポリカーボネート、ポリオレフィン、PVA等の有機材料を使用してもよく、また水晶、LiNbO、LiTaO、KDP等の光学異方性を有する単結晶を使用してもよい。また、高分子液晶からなる場合、図示しない配向膜が施されていてもよい。なお、これらの波長板の光学軸はすべてX−Y平面に平行し厚さ方向(Z方向)に揃うように構成される。 The wave plates 11, 12 and 13 made of a material having birefringence are, for example, polymer liquid crystals obtained by polymerizing liquid crystals, or organic materials such as polycarbonate, polyolefin, and PVA that are birefringent by stretching. In addition, a single crystal having optical anisotropy such as quartz, LiNbO 3 , LiTaO 3 , KDP, or the like may be used. Moreover, when it consists of a polymer liquid crystal, the orientation film which is not shown in figure may be given. The optical axes of these wave plates are all configured to be parallel to the XY plane and aligned in the thickness direction (Z direction).

また、3つの波長板11、12および13の接着には、図示しない粘着フィルム、UV硬化型や熱硬化型の接着剤を使用できる。ここで、広帯域波長板10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、図示しない接着層の厚さを10μm以下にすることがとくに望ましい。   In addition, an adhesive film (not shown), a UV curable adhesive, or a thermosetting adhesive can be used for bonding the three wave plates 11, 12, and 13. Here, in order to reduce the wavefront aberration of the broadband wavelength plate 10 and to improve the temperature characteristics and reliability, it is desirable to bond as a thin adhesive layer as much as possible, and the thickness of the adhesive layer (not shown) should be 10 μm or less. Especially desirable.

このように構成される広帯域波長板10は、405nm波長帯の光、660nm波長帯の光、785nm波長帯の光が同じ方向に電場が振動する直線偏光で入射するとき、405nm波長帯、660nm波長帯の光に対して1/4波長板の機能を有し、785nm波長帯の光に対して偏光状態を変えない1波長板としての機能を実現する。ここで、具体的に405nm波長帯は、390〜420nmの範囲、660nm波長帯は、640〜680nmの範囲、785nm波長帯は、765〜805nmの範囲を示すものとする。   The broadband wave plate 10 configured as described above has a wavelength of 405 nm, a wavelength of 660 nm, light having a wavelength of 405 nm, light having a wavelength of 660 nm, and light having a wavelength of 785 nm incident as linearly polarized light whose electric field vibrates in the same direction. The function as a one-wave plate having a function of a quarter-wave plate for light in the band and not changing the polarization state for light in the wavelength band of 785 nm is realized. Here, specifically, the 405 nm wavelength band indicates the range of 390 to 420 nm, the 660 nm wavelength band indicates the range of 640 to 680 nm, and the 785 nm wavelength band indicates the range of 765 to 805 nm.

1/4波長板は、波長λの光に対してλ/4の整数倍の位相差を発生する機能を有し、直線偏光で入射する光を円偏光に、または円偏光で入射する光を直線偏光に変換する機能を有する。そして、直線偏光で入射する場合、透過する光の偏光状態を楕円率によってその性能を評価することができ、この楕円率が1に近いほど円偏光に近い偏光状態となるので、1/4波長板の性能が高いといえる。本発明の広帯域波長板10は、直線偏光で入射する405nm波長帯の光に対して透過する光の楕円率(楕円の長径に対する楕円の短径の比)κおよび直線偏光で入射する660nm波長帯の光に対して透過する光の楕円率κがそれぞれ0.65以上であれば好ましく、0.75以上であればより好ましく、0.8以上であればさらに好ましい。 The quarter-wave plate has a function of generating a phase difference that is an integral multiple of λ / 4 with respect to light having a wavelength λ. It has a function of converting to linearly polarized light. When the incident light is linearly polarized light, its performance can be evaluated by the ellipticity of the polarization state of the transmitted light. The closer the ellipticity is to 1, the closer the polarization state is to circular polarization. It can be said that the performance of the board is high. Broadband wave plate 10 of the present invention, 660 nm wavelength incident at 405nm ellipticity of light transmitted to light in the wavelength band (the ratio of the minor axis of the ellipse to major ellipse) kappa 1 and linearly polarized light incident linearly polarized light preferably if the ellipticity kappa 2 of light passing through each 0.65 or more to the band of light, more preferably as long as 0.75 or more, more preferably equal to 0.8 or more.

例えば、直線偏光の電場の振動方向に平行する方向をA方向とし、その強度成分が100%、光強度1となる405nm波長帯の光または660nm波長帯の光が広帯域波長板10に入射すると、透過する光は円偏光に近い偏光状態となる。また、このとき、広帯域波長板10を透過する405nm波長帯の光の楕円率をκ、広帯域波長板10を透過する660nm波長帯の光の楕円率をκとする。そして、光ディスクで反射して、再び広帯域波長板10を透過すると方向がA方向と直交するB方向に振動する電場の強度成分が主となる略直線偏光に変換される。楕円率κ、κが0.65以上である場合、この光のB方向に振動する電場の強度成分が0.8以上となる。ここで、光ヘッド装置において、光源よりA方向に電場が振動する直線偏光を出射して光ディスクで反射された光のうち、B方向に振動する電場の強度成分の割合が多いほど、光路中に配置する偏光ビームスプリッタで偏向させて光検出器に到達させる光量が多くすることができる。そのため、楕円率κ、κが1に近づくほどこの利用効率が高くなり好ましい。 For example, when the direction parallel to the vibration direction of the electric field of linearly polarized light is set to the A direction, the light having the intensity component of 100% and the light intensity of 1 at the wavelength of 405 nm or 660 nm is incident on the broadband wavelength plate 10. The transmitted light is in a polarization state close to circularly polarized light. At this time, the ellipticity of light in the 405 nm wavelength band that transmits through the broadband wavelength plate 10 is κ 1 , and the ellipticity of light in the 660 nm wavelength band that transmits through the broadband wavelength plate 10 is κ 2 . Then, when reflected by the optical disk and transmitted through the broadband wavelength plate 10 again, the intensity component of the electric field whose direction oscillates in the B direction orthogonal to the A direction is converted into substantially linearly polarized light. When the ellipticities κ 1 and κ 2 are 0.65 or more, the intensity component of the electric field oscillating in the B direction of the light is 0.8 or more. Here, in the optical head device, out of the light reflected from the optical disk by emitting linearly polarized light whose electric field oscillates in the A direction from the light source, the greater the proportion of the intensity component of the electric field oscillating in the B direction, the more in the optical path. It is possible to increase the amount of light that is deflected by the arranged polarization beam splitter and reaches the photodetector. For this reason, as the ellipticities κ 1 and κ 2 approach 1, the utilization efficiency becomes higher.

一方、1波長板は、波長λの光に対してλの整数倍の位相差を発生する機能を有するので、理想としては入射する光と透過する光の偏光状態とが同じとなる機能を有するとよい。本発明の広帯域波長板10において、例えば、A方向に振動する電場の強度成分が100%、光強度1となる785nm波長帯の直線偏光が広帯域波長板10に入射する場合、透過する光はA方向に振動する電場の強度成分が主となる光であるとよい。このとき785nm波長帯の光に対する楕円率κは、0.4以下であれば好ましく、0.3以下であればより好ましい。また、A方向に対して、楕円偏光の楕円形の長軸の方向は方位角ψと定義し、透過した光が直線偏光(κ=0)の場合、電場の振動する方向が方位角ψに相当する。なお、楕円偏光の場合、A方向と、電場の振幅が最も大きくなる方向と、がなす角度が方位角ψとすることができる。本発明の広帯域波長板10において785nm波長帯で入射するA方向に電場が振動する直線偏光に対して、透過する光の方位角はA方向を基準として−10°〜+10°の範囲内であれば好ましく、−5°〜+5°の範囲内であればより好ましい。 On the other hand, the single wavelength plate has a function of generating a phase difference that is an integral multiple of λ with respect to light of wavelength λ. Good. In the broadband wavelength plate 10 of the present invention, for example, when linearly polarized light in the 785 nm wavelength band where the intensity component of the electric field oscillating in the A direction is 100% and the light intensity is 1 is incident on the broadband wavelength plate 10, the transmitted light is A It is preferable that the intensity component of the electric field oscillating in the direction is the main light. At this time, the ellipticity κ 3 with respect to light in the 785 nm wavelength band is preferably 0.4 or less, and more preferably 0.3 or less. Also, the direction of the major axis of the elliptical polarization of the elliptically polarized light with respect to the A direction is defined as an azimuth angle ψ. When the transmitted light is linearly polarized light (κ 3 = 0), the direction in which the electric field vibrates is the azimuth angle ψ. It corresponds to. In the case of elliptically polarized light, the angle formed by the A direction and the direction in which the amplitude of the electric field is the largest can be the azimuth angle ψ. In the broadband wave plate 10 of the present invention, the azimuth angle of the transmitted light with respect to linearly polarized light whose electric field vibrates in the A direction incident in the 785 nm wavelength band should be within a range of −10 ° to + 10 ° with respect to the A direction. If it is in the range of −5 ° to + 5 °, it is more preferable.

次に、異なる3つの波長帯の光が入射して、1/4波長板の機能または1波長板の機能を得るための広帯域波長板10の構成について説明する。このとき、図1の広帯域波長板10には、これらの波長帯の光はX方向に電場が振動する直線偏光であって、透明基板14a側からZ方向に進行しながら入射するものとして説明する。また、以下、波長板11、12および13をそれぞれの波長の直線偏光が入射する順に基づき、第1の波長板11、第2の波長板12および第3の波長板13とする。なお、直線偏光の電場の振動する方向は、以下、「電場の振動する」を略して単に「直線偏光の方向」または、「A方向の直線偏光」などとして説明する。   Next, the configuration of the broadband wavelength plate 10 for obtaining the function of a quarter wavelength plate or the function of a single wavelength plate by entering light of three different wavelength bands will be described. At this time, it is assumed that light in these wavelength bands is linearly polarized light whose electric field oscillates in the X direction and enters the broadband wave plate 10 of FIG. 1 while traveling in the Z direction from the transparent substrate 14a side. . Hereinafter, the wave plates 11, 12, and 13 are referred to as the first wave plate 11, the second wave plate 12, and the third wave plate 13 based on the order in which the linearly polarized light having the respective wavelengths are incident. Hereinafter, the direction of vibration of the electric field of linearly polarized light will be simply referred to as “the direction of linearly polarized light” or “linearly polarized light in the direction A” by abbreviating “vibration of the electric field”.

図1(b)は、広帯域波長板10の平面模式図であり、広帯域波長板10に入射する直線偏光15の方向(=X方向)と、第1の波長板11の光学軸21とがなす角度をθとする。さらに、広帯域波長板10に入射する直線偏光15の方向(=X方向)と、第2の波長板12の光学軸22とがなす角度をθ、広帯域波長板10に入射する直線偏光15の方向(=X方向)と、第3の波長板13の光学軸23とがなす角度をθとする。なお、ここでいう光学軸の組み合わせは、3つの波長板の進相軸どうしまたは、遅相軸どうしの組み合わせにおいて考えるものとし、以下、それぞれの波長板のパラメータの設定条件について、とくに最適となる条件について説明する。 FIG. 1B is a schematic plan view of the broadband wavelength plate 10, and the direction of the linearly polarized light 15 incident on the broadband wavelength plate 10 (= X direction) and the optical axis 21 of the first wavelength plate 11 are formed. The angle is θ 1 . Furthermore, the angle formed by the direction of the linearly polarized light 15 incident on the broadband wavelength plate 10 (= X direction) and the optical axis 22 of the second wavelength plate 12 is θ 2 , and the linearly polarized light 15 incident on the broadband wavelength plate 10 An angle formed between the direction (= X direction) and the optical axis 23 of the third wave plate 13 is defined as θ 3 . The combination of the optical axes here is considered in the combination of the fast axes or the slow axes of the three wave plates. Hereinafter, the setting conditions of the parameters of the respective wave plates are particularly optimal. The conditions will be described.

1.波長板の光学軸の角度設定
図1(b)を用いて、まずは、具体的な角度θ、θおよびθの角度(それぞれ単位は[°])の関係について説明する。ここで、θ、θおよびθの符号は、広帯域波長板10の、光の透過側の面(X−Y平面)において、X方向を基準に反時計回り方向をプラス(+)、時計回り方向をマイナス(−)と定義し、プラス(+)の取り得る範囲は0°〜+180°、マイナス(−)の取り得る範囲は0°〜−180°とする。なお、X−Y平面の座標の原点は光軸(光の中心)と交わる点に相当する。そして、θとθとの関係は、θは絶対値が最も小さくなる進相軸または遅相軸に対する値であるものとし、そのときの進相軸どうしまたは遅相軸どうしの組み合わせにおいて、
θ=2×θ ・・・ (1)
となるようにする。さらに、θとθとの関係は、
θ=θ+45 ・・・ (2a)
または、
θ=θ−45 ・・・ (2b)
のうちいずれか一方が成立するように設定する。したがって、θが決まれば、式(1)と、式(2a)または式(2b)のいずれか一方によってθおよびθが決まる。
1. Setting the angle of the optical axis of the wave plate First, a specific relationship between the angles θ 1 , θ 2, and θ 3 (each unit is [°]) will be described with reference to FIG. Here, the signs of θ 1 , θ 2, and θ 3 are plus (+) in the counterclockwise direction with respect to the X direction on the light transmission side surface (XY plane) of the broadband wave plate 10, The clockwise direction is defined as minus (−), the range that plus (+) can take is 0 ° to + 180 °, and the range that minus (−) can take is 0 ° to −180 °. Note that the origin of coordinates on the XY plane corresponds to a point that intersects the optical axis (the center of light). The relationship between θ 1 and θ 2 is that θ 1 is a value with respect to the fast axis or the slow axis having the smallest absolute value, and the combination of the fast axes or the slow axes at that time is as follows. ,
θ 2 = 2 × θ 1 (1)
To be. Furthermore, the relationship between θ 2 and θ 3 is
θ 3 = θ 2 +45 (2a)
Or
θ 3 = θ 2 −45 (2b)
Is set so that either one of the above is established. Therefore, once θ 1 is determined, θ 2 and θ 3 are determined by equation (1) and either equation (2a) or equation (2b).

2.波長板のリタデーション値
例えば、第1の波長板11、第2の波長板12および第3の波長板13を構成する複屈折性の材料が同じものであって、該複屈折性材料の常光屈折率をn、異常光屈折率をnとしたときの屈折率異方性Δn(=|n−n|)と第1の波長板の厚さdとの積で表される第1のリタデーション値をRd(=Δn・d)とする。また、屈折率異方性Δnについては波長分散性、つまり同じ複屈折性材料であっても入射する光の波長によって異なるΔnについて考慮して設計する。
2. Retardation value of wave plate For example, the birefringent materials constituting the first wave plate 11, the second wave plate 12, and the third wave plate 13 are the same, and the ordinary light refraction of the birefringent material the rate n o, the extraordinary refractive index refractive index anisotropy Δn (= | n e -n o |) when formed into a n e is expressed by the product of the thickness of d 1 of the first wave plate Let the first retardation value be Rd 1 (= Δn · d 1 ). Further, the refractive index anisotropy Δn is designed in consideration of wavelength dispersion, that is, Δn that varies depending on the wavelength of incident light even with the same birefringent material.

そして、第2の波長板12の厚さをdとし、このときのリタデーション値をRd(=Δn・d)、第3の波長板13の厚さをdとし、このときのリタデーション値をRd(=Δn・d)とする。なお、第1の波長板11、第2の波長板12および第3の波長板13を構成する複屈折性材料は同じものとして説明しているが、異なる材料の組合せであってもよい。また、3つの波長板のうち2つの材料が同じであると好ましく、3つ全て同じ材料であると、使用温度変化に対する熱膨張係数がすべて同じであるため、広帯域波長板10の歪みをより少なくできるなどの理由でより好ましい。 Then, the thickness of the second wave plate 12 is d 2 , the retardation value at this time is Rd 2 (= Δn · d 2 ), the thickness of the third wave plate 13 is d 3, and the retardation at this time The value is Rd 3 (= Δn · d 3 ). In addition, although the birefringent material which comprises the 1st waveplate 11, the 2nd waveplate 12, and the 3rd waveplate 13 is demonstrated as the same thing, the combination of a different material may be sufficient. In addition, it is preferable that two materials of the three wave plates are the same, and if all the three materials are the same, the thermal expansion coefficients are all the same with respect to changes in the operating temperature, so that the distortion of the broadband wave plate 10 is reduced. It is more preferable because it can be done.

次に、これら3つの波長板のリタデーション値の条件について説明する。広帯域波長板10に異なる3つの波長λ、λおよびλ(λ<λ<λ)の光が入射するとき、第1の波長板11において、波長λに対するリタデーション値Rd(λ)は、
Rd(λ)=λ/2 ・・・ (3)
を満たすように、複屈折性材料および厚さdを調整する。さらに、第3の波長板13において、波長λに対するリタデーション値Rd(λ)は、
Rd(λ)=λ/4 ・・・ (4)
を満たすように、複屈折性材料および厚さdを調整する。
Next, the conditions for the retardation values of these three wave plates will be described. When light of three different wavelengths λ 1 , λ 2 and λ 3123 ) is incident on the broadband wave plate 10, the retardation value Rd 1 for the wavelength λ 1 in the first wave plate 11. (Λ 1 ) is
Rd 11 ) = λ 1/2 (3)
The birefringent material and the thickness d 1 are adjusted so as to satisfy the above. Further, in the third wave plate 13, the retardation value Rd 31 ) for the wavelength λ 1 is
Rd 3 (λ 1) = λ 1/4 ··· (4)
To meet, to adjust the birefringent material and the thickness d 3.

ここで、上記の式(1)〜式(4)の条件を満たす(式(2a)と式(2b)は、このうちいずれか一方)ように広帯域波長板10を構成するとき、この広帯域波長板10に入射する光の偏光状態の変化について図1(b)を用いて説明する。図1(b)の平面模式図に示すように、波長λのX方向の直線偏光15が入射すると、まず、第1の波長板11のリタデーション値Rd(λ)は、λ/2であって、πの位相差が生じるため、波長板11を透過する光は2×θの方向の直線偏光、つまり、式(1)より、直線偏光15の方向に対してθの角度をなす方向の直線偏光となる。そして、第2の波長板12に入射する波長λの直線偏光の方向は、第2の波長板12の光学軸22と一致するので、偏光状態を変えずに透過し、第3の波長板13に入射する。これより、波長λの光に対し、第2の波長板のリタデーション値Rd(λ)は任意に決めることができる。このRd(λ)の値は、波長λの光に対するΔn、波長λの光に対するΔn、つまり波長分散特性を考慮するとよく、波長λおよび波長λの光が入射して所望の偏光状態となるような値に設定するとよい。 Here, when the broadband wavelength plate 10 is configured so as to satisfy the conditions of the above formulas (1) to (4) (one of the formulas (2a) and (2b)), the broadband wavelength A change in the polarization state of light incident on the plate 10 will be described with reference to FIG. As shown in the schematic plan view of FIG. 1B, when the linearly polarized light 15 having the wavelength λ 1 in the X direction is incident, first, the retardation value Rd 11 ) of the first wave plate 11 is λ 1 / 2 and a phase difference of π occurs, so that the light transmitted through the wave plate 11 is linearly polarized light in the direction of 2 × θ 1 , that is, θ 2 with respect to the direction of the linearly polarized light 15 from Equation (1). It becomes linearly polarized light in a direction that forms an angle. Since the direction of the linearly polarized light having the wavelength λ 1 incident on the second wave plate 12 coincides with the optical axis 22 of the second wave plate 12, the light is transmitted without changing the polarization state, and the third wave plate 13 is incident. Accordingly, the retardation value Rd 21 ) of the second wave plate can be arbitrarily determined for the light with the wavelength λ 1 . It desired the value of Rd 2 1) is, [Delta] n for the wavelength lambda 2 of light, [Delta] n for the wavelength lambda 3 of the light, i.e. well considering the wavelength dispersion characteristics, light of the wavelength lambda 2 and wavelength lambda 3 is incident It is good to set the value so that the polarization state becomes.

そして、第2の波長板12の光学軸22に一致して第3の波長板13に入射する波長λの直線偏光の方向と、第3の波長板13の光学軸とがなす角度(=θ−θ)は、45[°]であり、さらに第3の波長板13のリタデーション値Rd(λ)は、λ/4であってπ/2の位相差を発生するので、直線偏光から円偏光となって広帯域波長板10を透過する。このように直線偏光で入射する波長λの光に対して楕円率κが1となる円偏光で透過させるには、式(1)〜式(4)の条件を満たせばよく(式(2a)と式(2b)は、このうちいずれか一方)、これらの条件を満たすとともに、波長λおよび波長λの光に対して透過する光がそれぞれ所望の偏光状態となる条件を設定する。 Then, an angle formed by the direction of the linearly polarized light having the wavelength λ 1 incident on the third wave plate 13 so as to coincide with the optical axis 22 of the second wave plate 12 and the optical axis of the third wave plate 13 (= theta 3 - [theta] 2) is 45 [°], further retardation value Rd 3 of the third wave plate 13 (λ 1), since a lambda 1/4 to generate a phase difference of [pi / 2 From the linearly polarized light to the circularly polarized light, the broadband wave plate 10 is transmitted. Thus, in order to transmit light having a wavelength λ 1 incident as linearly polarized light with circularly polarized light having an ellipticity κ 1 of 1, it is sufficient to satisfy the conditions of the expressions (1) to (4) (expression ( 2a) and Equation (2b) are either one of these), and satisfy these conditions, and set conditions under which the light transmitted through the light of wavelengths λ 2 and λ 3 has a desired polarization state. .

ここで、波長λおよび波長λの光でX方向の直線偏光がZ方向に進行して広帯域波長板10に入射し、波長λの光が円偏光となって透過するとともに、波長λの光がX方向の直線偏光のまま透過するための、各波長板のリタデーション値Rd(λ)、Rd(λ)およびRd(λ)の条件および、θ、θおよびθの条件を求めるとよく、以下にその設計手法について説明する。なお、波長λに対するリタデーション値Rd(λ)、Rd(λ)およびRd(λ)は、以降、単にRd、RdおよびRdとして表現することもある。 Here, in the light of wavelengths λ 2 and λ 3 , linearly polarized light in the X direction travels in the Z direction and enters the broadband wave plate 10, and the light of wavelength λ 2 is transmitted as circularly polarized light, and the wavelength λ 3 light to be transmitted in the X-direction as linearly polarized light, the retardation values Rd 11 ), Rd 21 ) and Rd 31 ) of each wave plate, and θ 1 , θ The conditions of 2 and θ 3 may be obtained, and the design method will be described below. The retardation values Rd 11 ), Rd 21 ), and Rd 31 ) with respect to the wavelength λ 1 may be simply expressed as Rd 1 , Rd 2, and Rd 3 hereinafter.

ここで具体的に、波長λの光に対して楕円率κを1に近づけるとともに、波長λの光に対して楕円率κを0に近づけるための条件を設定する。このとき、広帯域波長板10を構成する第1の波長板11、第2の波長板12および第3の波長板13を透過する光の偏光状態をストークスパラメータSで表し、後述するミュラー行列を解くことによって、Rd、RdおよびRdの条件および、θ、θおよびθの条件を求めるものである。なお、ストークスパラメータSは、通常(S、S、S、S)の4次元ベクトルで表すことができ、Sは光の強度、Sは0°方向(X軸方向)に振動する電場の強度、Sは45°方向に振動する電場の強度、そしてSは円偏光の強さを意味するものである。以降、ストークスパラメータSは光の強度Sを省略して(S,S,S)の3次元ベクトルとして説明をする。 Specifically, a condition for setting the ellipticity κ 2 close to 1 for the light of wavelength λ 2 and setting the ellipticity κ 3 close to 0 for the light of wavelength λ 3 is set. At this time, the polarization state of light transmitted through the first wave plate 11, the second wave plate 12, and the third wave plate 13 constituting the broadband wave plate 10 is represented by a Stokes parameter S, and a Mueller matrix described later is solved. Thus, the conditions of Rd 1 , Rd 2 and Rd 3 and the conditions of θ 1 , θ 2 and θ 3 are obtained. The Stokes parameter S can be represented by a normal (S 0 , S 1 , S 2 , S 3 ) four-dimensional vector, where S 0 is the light intensity, and S 1 is in the 0 ° direction (X-axis direction). The intensity of the oscillating electric field, S 2 means the intensity of the electric field oscillating in the 45 ° direction, and S 3 means the intensity of circularly polarized light. Hereinafter, the Stokes parameter S will be described as a three-dimensional vector (S 1 , S 2 , S 3 ) with the light intensity S 0 omitted.

まず、kを波長の種類として(k=1、2、3)波長λを与えるとき、この3つの波長λの光はいずれも同じ方向(X軸方向)の直線偏光で広帯域波長板10に入射するので、入射する光のストークスパラメータSINkは、
(S1INk,S2INk,S3INk)=(1,0,0) ・・・ (5)
で与えることができる。
First, when k is a wavelength type (k = 1, 2, 3) and a wavelength λ k is given, the light of the three wavelengths λ k is linearly polarized light in the same direction (X-axis direction) and the broadband wave plate 10. Therefore, the Stokes parameter S INk of the incident light is
(S 1INk , S 2INk , S 3INk ) = (1, 0, 0) (5)
Can be given in

そして、広帯域波長板10を透過する各波長の光のストークスパラメータを(S1OUTk,S2OUTk,S3OUTk)とする。まず、透過する波長λの光は前述のように3つの波長板の光学軸の組み合わせである式(1)と、式(2a)または式(2b)いずれか一方の条件より、円偏光が理想であるので、
(S1OUT1,S2OUT1,S3OUT1)=(0,0,1) ・・・ (6a)
または、
(S1OUT1,S2OUT1,S3OUT1)=(0,0,−1) ・・・ (6b)
のいずれかが成立するようにする。
Then, the Stokes parameters of the light of each wavelength transmitted through the broadband wave plate 10 are (S 1OUTk , S 2OUTk , S 3OUTk ). First, the light having the wavelength λ 1 to be transmitted is circularly polarized light according to the condition (1), which is a combination of the optical axes of the three wavelength plates, and the condition (2a) or (2b). Because it ’s ideal,
(S 1OUT1 , S 2OUT1 , S 3OUT1 ) = (0, 0, 1) (6a)
Or
(S 1OUT1 , S 2OUT1 , S 3OUT1 ) = (0, 0, −1) (6b)
Either of the above is satisfied.

次に、広帯域波長板10を透過する波長λの光は、円偏光が理想であるので、
(S1OUT2,S2OUT2,S3OUT2)=(0,0,1) ・・・ (7a)
または、
(S1OUT2,S2OUT2,S3OUT2)=(0,0,−1) ・・・ (7b)
のいずれかが成立するようにする。
Next, circularly polarized light is ideal for the light of wavelength λ 2 that passes through the broadband wave plate 10.
(S 1OUT2 , S 2OUT2 , S 3OUT2 ) = (0, 0, 1) (7a)
Or
(S 1OUT2 , S 2OUT2 , S 3OUT2 ) = (0, 0, −1) (7b)
Either of the above is satisfied.

そして、広帯域波長板10を透過する波長λの光は、直線偏光が理想であるので、
(S1OUT3,S2OUT3,S3OUT3=(1,0,0) ・・・ (8)
が成立するようにする。
And, since the light of wavelength λ 3 transmitted through the broadband wave plate 10 is ideally linearly polarized light,
(S 1OUT3 , S 2OUT3 , S 3OUT3 = (1, 0, 0) (8)
Is established.

次に、第1の波長板11、第2の波長板12および第3の波長板13の光学特性について、それぞれミュラー行列WP1k(θ,δ1k)、WP2k(θ,δ2k)およびWP3k(θ,δ3k)を与える。ここで、δ1k、δ2kおよびδ3kは、それぞれの波長板で生じる位相差であり、入射する光の波長λに依存して決定される(k=1、2、3)。つまり、
δ1k=360・Rd(λ)/λ[°] ・・・ (9a)
δ2k=360・Rd(λ)/λ[°] ・・・ (9b)
δ3k=360・Rd(λ)/λ[°] ・・・ (9c)
で与えられる。そして、各ミュラー行列については、θ、θ、θ、δ1k、δ2kおよびδ3kを用いて、下記の式(10a)〜式(10c)で与えることができる。なお、3×3の行列の一般式の中で、例えば式(10a)の成分のうちA23kの“23k”は、左から「行の番号」、「列の番号」、「(波長の短いほうから)k番目の波長」で規則的に並ぶように表記するものである。
Next, for the optical characteristics of the first wave plate 11, the second wave plate 12, and the third wave plate 13, Mueller matrices WP 1k1 , δ 1k ), WP 2k2 , δ 2k ), respectively. And WP 3k3 , δ 3k ). Here, δ 1k , δ 2k and δ 3k are phase differences generated in the respective wave plates, and are determined depending on the wavelength λ k of the incident light (k = 1, 2, 3). That means
δ 1k = 360 · Rd 1k ) / λ k [°] (9a)
δ 2k = 360 · Rd 2k ) / λ k [°] (9b)
δ 3k = 360 · Rd 3k ) / λ k [°] (9c)
Given in. Each Mueller matrix can be given by the following equations (10a) to (10c) using θ 1 , θ 2 , θ 3 , δ 1k , δ 2k and δ 3k . In the general formula of the 3 × 3 matrix, for example, “23k” of A 23k among the components of the formula (10a) is “row number”, “column number”, “(short wavelength) from the left. It is written so that it is regularly arranged in the order of “kth wavelength”.

Figure 2010146605
Figure 2010146605

ここで、図1(b)において、X方向の直線偏光が広帯域波長板10の、第1の波長板11、第2の波長板12および第3の波長板13を透過したとき、波長λの光において式(6a)または式(6b)、波長λの光において式(7a)または式(7b)、波長λの光において式(8)を満たすため、式(10a)〜式(10c)を用いた行列式を利用して、それぞれ下記の式(11a)〜式(11c)で与えることができる。 Here, in FIG. 1B, when the linearly polarized light in the X direction passes through the first wave plate 11, the second wave plate 12, and the third wave plate 13 of the broadband wave plate 10, the wavelength λ 1 in light formula (6a) or formula (6b), wherein the wavelength lambda 2 of the light (7a) or formula (7b), to satisfy the equation (8) in the light of the wavelength lambda 3, the formula (10a) ~ formula ( Using the determinant using 10c), the following equations (11a) to (11c) can be given.

Figure 2010146605
Figure 2010146605

このとき、式(1)と、式(2a)または式(2b)のいずれかを満たし、かつ、波長λの光が入射するときの第1の波長板11で1/2波長板の機能を有するように、式(3)を変形させて、
δ11=180[°] ・・・ (12a)
を満たすとともに、波長λの光が入射するときの第3の波長板13で1/4波長板の機能を有するように、式(4)を変形させて、
δ31=90[°] ・・・ (12b)
を満たすようにし、最適計算によって他のパラメータθ、θ、θ、δ1k、δ2kおよびδ3kを決定することができる。
At this time, the function of the half-wave plate is satisfied by the first wave plate 11 that satisfies the formula (1), the formula (2a), or the formula (2b) and the light having the wavelength λ 1 is incident. By transforming equation (3) to have
δ 11 = 180 [°] (12a)
And the expression (4) is modified so that the third wavelength plate 13 when the light of wavelength λ 1 is incident has the function of a quarter wavelength plate.
δ 31 = 90 [°] (12b)
The other parameters θ 1 , θ 2 , θ 3 , δ 1k , δ 2k and δ 3k can be determined by optimal calculation.

次に、上記条件は、透過する3つの異なる波長の光において完全な円偏光(楕円率κ、κ=1)および完全な直線偏光(楕円率κ=0)を満たすものであるが、本願発明では、透過する光の偏光状態が各波長帯の光に対して、一定の楕円率の条件を満たすものであればよい。具体的に、波長λを405nm波長帯(390〜420nm)、波長λを660nm波長帯(640〜680nm)、そして波長λを785nm波長帯(765〜805nm)としたとき、波長λの光に対する楕円率κおよび波長λの光に対する楕円率κが0.65以上、また、波長λの光に対する楕円率κが0.4以下の条件を満たすものであればよい。 Next, the above-mentioned conditions satisfy perfect circular polarization (ellipticity κ 1 , κ 2 = 1) and perfect linear polarization (ellipticity κ 3 = 0) in light having three different wavelengths to be transmitted. In the present invention, it is sufficient that the polarization state of the transmitted light satisfies the condition of a constant ellipticity with respect to the light in each wavelength band. Specifically, when the wavelength λ 1 is a 405 nm wavelength band (390 to 420 nm), the wavelength λ 2 is a 660 nm wavelength band (640 to 680 nm), and the wavelength λ 3 is a 785 nm wavelength band (765 to 805 nm), the wavelength λ 1 ellipticity kappa 2 for ellipticity kappa 1 and wavelength lambda 2 of light is 0.65 or more with respect to light, and ellipticity kappa 3 for the wavelength lambda 3 of the light may be any satisfying those 0.4 .

広帯域波長板10の楕円率κが0.65以上となる条件として、θ、θおよびθは式(1)と、式(2a)または式(2b)のいずれか一方の条件、Rd(λ)は式(4)の条件で固定し、Rd(λ)の取り得る範囲について考える。このとき、Rd(λ)の最小値は、波長λの取り得る波長のうち、波長390nmの光に対するリタデーション値Rd(390)=390/2−39=156[nm]となるので、Rd(λ)が156[nm]以上であればよい。さらにRd(λ)の最大値は、波長λの取り得る波長のうち、波長420nmの光に対するリタデーション値Rd(420)=420/2+38=248[nm]となるので、Rd(λ)が248[nm]以下であればよい。これより、第1の波長板11の波長λにおけるリタデーション値Rd(λ)[nm]は、
156≦Rd(λ)≦248 ・・・ (13)
の範囲において設定するとよい。
As conditions for the ellipticity κ 1 of the broadband wavelength plate 10 to be 0.65 or more, θ 1 , θ 2, and θ 3 are the conditions of either the expression (1), the expression (2a), or the expression (2b), Rd 31 ) is fixed under the condition of Equation (4), and the range that Rd 11 ) can take is considered. At this time, the minimum value of Rd 11 ) is a retardation value Rd 1 (390) = 390 / 2−39 = 156 [nm] with respect to light with a wavelength of 390 nm among possible wavelengths λ 1 . Rd 11 ) may be 156 [nm] or more. Furthermore, since the maximum value of Rd 11 ) is a retardation value Rd 1 (420) = 420/2 + 38 = 248 [nm] for light having a wavelength of 420 nm among the possible wavelengths λ 1 , Rd 1 ( λ 1 ) may be 248 [nm] or less. Accordingly, the retardation value Rd 11 ) [nm] at the wavelength λ 1 of the first wave plate 11 is
156 ≦ Rd 11 ) ≦ 248 (13)
It is good to set in the range.

次いで、波長λを405nm波長帯(390〜420nm)としたとき、広帯域波長板10の楕円率κが0.65以上となる条件として、θ、θおよびθは式(1)と、式(2a)または式(2b)いずれか一方の条件、Rd(λ)は式(3)の条件で固定し、Rd(λ)の取り得る範囲について考える。このとき、Rd(λ)の最小値は、波長λの取り得る波長のうち、波長390nmの光に対するリタデーション値Rd(390)=390/2−23=172[nm]となるので、Rd(λ)が172[nm]以上であればよい。さらにRd(λ)の最大値は、波長λの取り得る波長のうち、波長420nmの光に対するリタデーション値Rd(420)=420/2+21=231[nm]となるので、Rd(λ)が231[nm]以下であればよい。これより、第3の波長板13の波長λにおけるリタデーション値Rd(λ)[nm]は、
172≦Rd(λ)≦231 ・・・ (14)
の範囲において設定するとよい。
Next, when the wavelength λ 1 is set to the 405 nm wavelength band (390 to 420 nm), θ 1 , θ 2, and θ 3 are expressed by the following equation (1) as a condition that the ellipticity κ 1 of the broadband wavelength plate 10 is 0.65 or more. Then, one of the conditions (2a) or (2b), Rd 11 ) is fixed under the condition of Expression (3), and the possible range of Rd 31 ) is considered. At this time, the minimum value of Rd 31 ) is a retardation value Rd 3 (390) = 390 / 2-23 = 172 [nm] with respect to light with a wavelength of 390 nm among possible wavelengths λ 1 . Rd 31 ) may be 172 [nm] or more. Further, the maximum value of Rd 31 ) is a retardation value Rd 3 (420) = 420/2 + 21 = 231 [nm] for light having a wavelength of 420 nm among possible wavelengths λ 3 , so that Rd 3 ( λ 1 ) may be 231 [nm] or less. Accordingly, the retardation value Rd 31 ) [nm] at the wavelength λ 3 of the third wave plate 13 is
172 ≦ Rd 31 ) ≦ 231 (14)
It is good to set in the range.

次いで、波長λを405nm波長帯(390〜420nm)としたとき、広帯域波長板10の楕円率κが0.65以上となる条件として、Rd(λ)およびRd(λ)は式(3)および式(4)の条件で固定し、θの取り得る範囲について考える。ここで、θ>0であるとき、波長λ=390[nm]で式(1)と式(2a)と、が成立するθの最適条件に対して、−14.2[°]の条件で楕円率κが0.65となる。また、波長λ=405[nm]で式(1)と式(2a)とが成立するθの最適条件に対して、+12.1[°]の条件で楕円率κが0.65となる。これより、θ>0であるとき、式(1)および式(2a)はそれぞれ、
2×θ−14.2≦θ≦2×θ+12.1 ・・・ (15)
(θ−45)−14.2≦θ≦(θ−45)+12.1 ・・・ (16)
の不等式が成立する条件で与えることができる。なお、θ>0であるとき、式(1)および式(2b)の条件ではθの解は得られない。
Next, when the wavelength λ 1 is set to the 405 nm wavelength band (390 to 420 nm), Rd 11 ) and Rd 31 ) are the conditions for the ellipticity κ 1 of the broadband wavelength plate 10 to be 0.65 or more. Is fixed under the conditions of equations (3) and (4), and the possible range of θ 2 is considered. Here, when θ 1 > 0, the wavelength λ 1 = 390 [nm] and −14.2 [°] with respect to the optimum condition of θ 2 in which the expressions (1) and (2a) are established. Under such conditions, the ellipticity κ 1 is 0.65. In addition, the ellipticity κ 1 is 0.65 under the condition of +12.1 [°] with respect to the optimum condition of θ 2 where the equations (1) and (2a) are established at the wavelength λ 1 = 405 [nm]. It becomes. From this, when θ 1 > 0, equations (1) and (2a) are respectively
2 × θ 1 -14.2 ≦ θ 2 ≦ 2 × θ 1 +12.1 (15)
3 −45) −14.2 ≦ θ 2 ≦ (θ 3 −45) +12.1 (16)
Can be given under the condition that the inequality of When θ 1 > 0, a solution for θ 2 cannot be obtained under the conditions of equations (1) and (2b).

一方、θ<0であるとき、波長λ=390[nm]で式(1)と式(2b)と、が成立するθの最適条件に対して、+14.2[°]の条件で楕円率κが0.65となる。また、波長λ=405[nm]で式(1)と式(2b)とが成立するθの最適条件に対して、−12.1[°]の条件で楕円率κが0.65となる。これより、θ<0であるとき、式(1)および式(2b)はそれぞれ、
2×θ−12.1≦θ≦2×θ+14.2 ・・・ (17)
(θ−45)−12.1≦θ≦(θ−45)+14.2 ・・・ (18)
の不等式が成立する条件で与えることができる。なお、θ<0であるとき、式(1)および式(2a)の条件ではθの解は得られない。
On the other hand, when θ 1 <0, the condition of +14.2 [°] is satisfied with respect to the optimum condition of θ 2 in which the equations (1) and (2b) are satisfied at the wavelength λ 1 = 390 [nm]. The ellipticity κ 1 becomes 0.65. In addition, the ellipticity κ 1 is 0.1 in the condition of −12.1 [°] with respect to the optimum condition of θ 2 in which the expressions (1) and (2b) are established at the wavelength λ 1 = 405 [nm]. 65. From this, when θ 1 <0, the equations (1) and (2b) are respectively
2 × θ 1 −12.1 ≦ θ 2 ≦ 2 × θ 1 +14.2 (17)
3 −45) −12.1 ≦ θ 2 ≦ (θ 3 −45) +14.2 (18)
Can be given under the condition that the inequality of When θ 1 <0, the solution of θ 2 cannot be obtained under the conditions of the equations (1) and (2a).

次いで、波長λを405nm波長帯(390〜420nm)としたとき、広帯域波長板10の楕円率κが0.65以上となる条件として、Rd(λ)およびRd(λ)は式(3)および式(4)の条件で固定し、θの取り得る範囲について考える。ここでθ>0であるとき、波長λ=390[nm]で式(2a)が成立するθの最適条件に対して、−14.5[°]の条件で楕円率κが0.65となる。また、波長λ=405[nm]で式(2a)が成立するθの最適条件に対して、+12.1[°]の条件で楕円率κが0.65となる。これより、式(2a)は、
(θ+45)−14.5≦θ≦(θ+45)+12.1 ・・・ (19)
の不等式が成立する条件で与えることができ、さらに式(1)を組み合わせると、
(2×θ+45)−14.5≦θ≦(2×θ+45)+12.1・・・ (20)
の不等式が成立する条件で与えることができる。なお、θ>0であるとき、式(1)および式(2b)の条件ではθの解は得られない。
Next, when the wavelength λ 1 is set to the 405 nm wavelength band (390 to 420 nm), Rd 11 ) and Rd 31 ) are the conditions for the ellipticity κ 1 of the broadband wavelength plate 10 to be 0.65 or more. Is fixed under the conditions of equations (3) and (4), and the possible range of θ 3 is considered. Here, when θ 1 > 0, the ellipticity κ 1 is -14.5 [°] under the condition of −14.5 [°] with respect to the optimum condition of θ 3 in which the formula (2a) is satisfied at the wavelength λ 1 = 390 [nm]. 0.65. Further, the ellipticity κ 1 is 0.65 under the condition of +12.1 [°] with respect to the optimum condition of θ 3 where the formula (2a) is established at the wavelength λ 1 = 405 [nm]. From this, equation (2a) becomes
2 +45) -14.5 ≦ θ 3 ≦ (θ 2 +45) +12.1 (19)
If the inequality of
(2 × θ 1 +45) −14.5 ≦ θ 3 ≦ (2 × θ 1 +45) +12.1 (20)
Can be given under the condition that the inequality of When θ 1 > 0, the solution of θ 3 cannot be obtained under the conditions of the equations (1) and (2b).

一方、θ<0であるとき、波長λ=390[nm]で式(1)と式(2b)と、が成立するθの最適条件に対して、+14.5[°]の条件で楕円率κが0.65となる。また、波長λ=405[nm]で式(1)と式(2a)とが成立するθの最適条件に対して、−12.1[°]の条件で楕円率κが0.65となる。これより、θ<0であるとき、式(2b)は、
(θ−45)−12.1≦θ≦(θ−45)+14.5 ・・・ (21)
の不等式が成立する条件で与えることができ、さらに式(1)を組み合わせると、
(2×θ−45)−12.1≦θ≦(2×θ−45)+14.5 ・・・ (22)
の不等式が成立する条件で与えることができる。なお、θ<0であるとき、式(1)および式(2a)の条件ではθの解は得られない。
On the other hand, when θ 1 <0, the condition of +14.5 [°] is satisfied with respect to the optimum condition of θ 3 where the equations (1) and (2b) are satisfied at the wavelength λ 1 = 390 [nm]. The ellipticity κ 1 becomes 0.65. In addition, the ellipticity κ 1 is 0.1 in the condition of −12.1 [°] with respect to the optimum condition of θ 2 in which the equations (1) and (2a) are established at the wavelength λ 1 = 405 [nm]. 65. From this, when θ 1 <0, the equation (2b) becomes
2 −45) −12.1 ≦ θ 3 ≦ (θ 2 −45) +14.5 (21)
If the inequality of
(2 × θ 1 −45) −12.1 ≦ θ 3 ≦ (2 × θ 1 −45) +14.5 (22)
Can be given under the condition that the inequality of When θ 1 <0, a solution for θ 3 cannot be obtained under the conditions of equations (1) and (2a).

この他のパラメータとして、θの値および第2の波長板12のリタデーション値Rd(λ)は、波長λとなる660nm波長帯(640〜680nm)の光が入射して広帯域波長板10を透過する光の楕円率κが同様に0.65以上であり、波長λとなる785nm波長帯(765〜805nm)の光が入射して広帯域波長板10を透過する光の楕円率κが0.4以下となるように、設定するとよい。この場合、第2の波長板12のリタデーション値Rd(λ)は、
802≦Rd(λ)≦872 ・・・ (23)
の範囲において設定するとよい。
As other parameters, the value of θ 1 and the retardation value Rd 21 ) of the second wave plate 12 are the light beams in the 660 nm wavelength band (640 to 680 nm) that becomes the wavelength λ 2 and the broadband wave plate Similarly, the ellipticity κ 2 of the light transmitted through 10 is 0.65 or more, and the ellipticity of the light transmitted through the broadband wavelength plate 10 when light in the 785 nm wavelength band (765 to 805 nm) having the wavelength λ 3 enters. kappa 3 as is 0.4 or less, it may be set. In this case, the retardation value Rd 21 ) of the second wave plate 12 is
802 ≦ Rd 21 ) ≦ 872 (23)
It is good to set in the range.

(第2の実施形態)
第2の実施形態として、第1の実施形態に係る広帯域波長板10を用いた光ヘッド装置20について説明する。図2は、第2の実施形態に係る光ヘッド装置20の模式図であって、半導体レーザ等の光源21から出射される405nm波長帯の光は、回折素子24、ダイクロイックプリズム27、偏光ビームスプリッタ28、ダイクロイックプリズム29を透過し、コリメータレンズ30で平行光となって、本願発明の広帯域波長板10によって円偏光となる。円偏光となった光は、ダイクロイックプリズム31を透過し、ミラー32で反射され、対物レンズ34によってBD等の光ディスク35の情報記録面に集光される。復路の光は往路の円偏光とは逆方向に電場が回転する円偏光となって広帯域波長板10を出射する復路の直線偏光の方向は往路の直線偏光の方向に対して直交し、偏光ビームスプリッタ28で反射して光検出器36に到達する。光検出器36では、光ディスク35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35に記録された情報の読み出しを行う。
(Second Embodiment)
As a second embodiment, an optical head device 20 using the broadband wavelength plate 10 according to the first embodiment will be described. FIG. 2 is a schematic diagram of an optical head device 20 according to the second embodiment. Light in a 405 nm wavelength band emitted from a light source 21 such as a semiconductor laser is a diffraction element 24, a dichroic prism 27, a polarization beam splitter. 28, passes through the dichroic prism 29, becomes parallel light by the collimator lens 30, and becomes circularly polarized light by the broadband wavelength plate 10 of the present invention. The circularly polarized light passes through the dichroic prism 31, is reflected by the mirror 32, and is collected on the information recording surface of the optical disk 35 such as a BD by the objective lens 34. The light on the return path is circularly polarized light whose electric field rotates in the opposite direction to the circularly polarized light on the forward path, and the direction of the linearly polarized light on the return path exiting the broadband wave plate 10 is orthogonal to the direction of the linearly polarized light on the forward path. The light is reflected by the splitter 28 and reaches the photodetector 36. The photodetector 36 reads information recorded on the optical disc 35 by detecting pit information from the light reflected by the optical disc 35.

同様に、半導体レーザ等の光源22から出射される660nm波長帯の光は、回折素子25を透過し、ダイクロイックプリズム27で反射され、偏光ビームスプリッタ28、ダイクロイックプリズム29を透過し、コリメータレンズ30で平行光となって、本願発明の広帯域波長板10によって円偏光となる。円偏光となった光は、ダイクロイックプリズム31で反射され、対物レンズ33によってDVD等の光ディスク35の情報記録面に集光される。復路の光は往路の円偏光とは逆方向に電場が回転する円偏光となって、広帯域波長板10に入射する。広帯域波長板10を出射する復路の直線偏光の方向は往路の直線偏光の方向に対して直交し、偏光ビームスプリッタ28で反射して光検出器36に到達する。   Similarly, light in the 660 nm wavelength band emitted from the light source 22 such as a semiconductor laser is transmitted through the diffraction element 25, reflected by the dichroic prism 27, transmitted through the polarization beam splitter 28 and dichroic prism 29, and collimated by the collimator lens 30. It becomes parallel light and becomes circularly polarized light by the broadband wave plate 10 of the present invention. The circularly polarized light is reflected by the dichroic prism 31 and focused on the information recording surface of the optical disk 35 such as a DVD by the objective lens 33. The light on the return path becomes circularly polarized light whose electric field rotates in the opposite direction to the circularly polarized light on the forward path, and enters the broadband wave plate 10. The direction of the linearly polarized light on the return path that exits the broadband wave plate 10 is orthogonal to the direction of the linearly polarized light on the outbound path, and is reflected by the polarization beam splitter 28 and reaches the photodetector 36.

そして、半導体レーザ等の光源22から出射される785nm波長帯の光は、回折素子26を透過し、入射光の一部を透過、一部を反射するハーフミラー等の透過反射素子27を透過し、ダイクロイックプリズム29で反射され、コリメータレンズ30で平行光となって、本願発明の広帯域波長板10を直線偏光の偏光状態をほぼ変えないまま透過する。直線偏光の光は、ダイクロイックプリズム31で反射され、対物レンズ23によってDVD等の光ディスク35の情報記録面に直線偏光の状態で集光される。復路の光は広帯域波長板10に入射する往路の直線偏光と同じ方向の直線偏光となり、ダイクロイックプリズム29で反射され、透過反射光学素子37で反射され光検出器38に到達する。   The light in the 785 nm wavelength band emitted from the light source 22 such as a semiconductor laser is transmitted through the diffraction element 26, transmitted through a part of incident light, and transmitted through a transmission / reflection element 27 such as a half mirror that reflects a part of the incident light. Then, the light is reflected by the dichroic prism 29, becomes parallel light by the collimator lens 30, and passes through the broadband wavelength plate 10 of the present invention with almost no change in the polarization state of the linearly polarized light. The linearly polarized light is reflected by the dichroic prism 31 and is condensed by the objective lens 23 on the information recording surface of the optical disk 35 such as a DVD in a linearly polarized state. The light on the return path is linearly polarized in the same direction as the linearly polarized light on the outward path incident on the broadband wave plate 10, is reflected by the dichroic prism 29, is reflected by the transmission / reflection optical element 37, and reaches the photodetector 38.

このように、広帯域波長板10を用いることで、405nm波長帯、660nm波長帯の光に対して良好な円偏光を得ることができ、さらに785nm波長帯の光に対して直線偏光とすることができる光ヘッド装置を実現できるので、光ディスクに対する記録・再生の品質が高く、かつ小型化された光ヘッド装置を実現することができる。   As described above, by using the broadband wavelength plate 10, it is possible to obtain good circularly polarized light with respect to light in the 405 nm wavelength band and 660 nm wavelength band, and further to make linearly polarized light with respect to light in the 785 nm wavelength band. Since the optical head device can be realized, it is possible to realize a downsized optical head device with high recording / reproducing quality with respect to the optical disc.

(実施例)
実施例として、本発明に係る広帯域波長板40の作製方法について図3(a)を用いて説明する。なお、実施例の広帯域波長板40は、第1の実施形態に係る広帯域波長板10に対し、3つの波長板の間に透明基板が形成され一体化された構造であって各波長板の機能は第1の実施形態と同じである。まず、透明基板44aとして石英ガラス基板を用い、一方の面に真空蒸着法を用いて図示しない反射防止膜を形成した。透明基板44aの反射防止膜とは反対の面にポリイミドを塗布し、ラビングにより水平配向処理をして図示しない配向膜を形成した。次に、透明基板44aの外周部に図示しない熱硬化型のエポキシ系シール剤を塗布してから、配向膜上に図示しない直径5.0μmのSiOビーズを10個/mmの密度でスペーサとして散布した。その後、同様に図示しないポリイミド配向膜付き石英ガラス基板を用意し、図示しないポリイミド配向膜付き石英ガラス基板のポリイミド配向膜上を撥水処理した。
(Example)
As an example, a method for producing a broadband wavelength plate 40 according to the present invention will be described with reference to FIG. The broadband wave plate 40 of the example has a structure in which a transparent substrate is formed between three wave plates and integrated with the broadband wave plate 10 according to the first embodiment. This is the same as the first embodiment. First, a quartz glass substrate was used as the transparent substrate 44a, and an antireflection film (not shown) was formed on one surface using a vacuum deposition method. Polyimide was applied to the surface of the transparent substrate 44a opposite to the antireflection film, and a horizontal alignment process was performed by rubbing to form an alignment film (not shown). Next, a thermosetting epoxy sealant (not shown) is applied to the outer peripheral portion of the transparent substrate 44a, and then SiO 2 beads (not shown) having a diameter of 5.0 μm are provided on the alignment film at a density of 10 / mm 2. Sprayed as. Thereafter, similarly, a quartz glass substrate with a polyimide alignment film (not shown) was prepared, and a water repellent treatment was performed on the polyimide alignment film of the quartz glass substrate with a polyimide alignment film (not shown).

そして、ポリイミド配向膜付きの透明基板44aと、図示しないポリイミド配向膜付き石英ガラス基板の配向膜の配向方向が互いに一致するように対向させ、前述のエポキシ系シール剤で固定し、2枚の石英ガラス基板間のギャップが5.0μmの液晶セルを形成した。このように対向させた2枚の石英ガラス基板の5.0μmのスペースに複屈折性を有するネマチック液晶モノマーを図示しない注入口から注入し、充填させた。   Then, the transparent substrate 44a with a polyimide alignment film and a quartz glass substrate with a polyimide alignment film (not shown) are opposed to each other so that the alignment directions of the alignment films coincide with each other, and fixed with the above-described epoxy sealant, and two quartz A liquid crystal cell having a gap between glass substrates of 5.0 μm was formed. A nematic liquid crystal monomer having birefringence was injected from an injection port (not shown) into a 5.0 μm space between the two quartz glass substrates opposed to each other in this manner.

この液晶モノマーとしては、重合・硬化後のポリマー(高分子液晶状態)における屈折率異方性Δnが、波長405nmの光に対し0.040、波長660nmの光に対し0.035、波長785nmの光に対し0.034となるものを用いた。   As the liquid crystal monomer, the refractive index anisotropy Δn in the polymer (polymer liquid crystal state) after polymerization / curing is 0.040 for light having a wavelength of 405 nm, 0.035 for light having a wavelength of 660 nm, and 785 nm for wavelength. What used 0.034 with respect to light was used.

その後、波長365nmのUV光を液晶モノマー材料全体に照射し、液晶モノマー組成物全体を重合・固化し、その後、30分間140℃の熱処理をして、厚さ5.0μmの水平配向した高分子液晶層を形成した。そして、撥水処理されたポリイミド配向膜付き石英ガラス基板を除去し、ポリイミド配向膜付きの透明基板44a上に水平配向した5.0μmの厚さの高分子液晶からなる第1の波長板41を形成した。   Thereafter, the entire liquid crystal monomer material is irradiated with UV light having a wavelength of 365 nm to polymerize and solidify the entire liquid crystal monomer composition, and then subjected to a heat treatment at 140 ° C. for 30 minutes to form a horizontally oriented polymer having a thickness of 5.0 μm. A liquid crystal layer was formed. Then, the quartz glass substrate with the polyimide alignment film subjected to the water repellent treatment is removed, and the first wavelength plate 41 made of a polymer liquid crystal having a thickness of 5.0 μm is horizontally aligned on the transparent substrate 44a with the polyimide alignment film. Formed.

上記と同様のプロセスにより、ポリイミド配向膜付きの透明基板44b上の図示しない配向膜上に7.6μmの厚さの高分子液晶からなる第2の波長板42を形成した。第2の波長板42の液晶モノマーとしては、重合・硬化後のポリマーにおける屈折率異方性が、波長405nmの光に対し0.109、波長660nmの光に対し0.095、波長785nmの光に対し0.092となるものを用いた。   By the same process as described above, the second wave plate 42 made of polymer liquid crystal having a thickness of 7.6 μm was formed on the alignment film (not shown) on the transparent substrate 44b with the polyimide alignment film. As the liquid crystal monomer of the second wave plate 42, the refractive index anisotropy in the polymer after polymerization / curing is 0.109 for light with a wavelength of 405 nm, 0.095 for light with a wavelength of 660 nm, and light with a wavelength of 785 nm. In contrast, 0.092 was used.

また、同様のプロセスにより、ポリイミド配向膜付きの透明基板44c上の図示しない配向膜上に2.5μmの厚さの高分子液晶からなる第3の波長板43を形成した。また、第3の波長板43を構成する高分子液晶材料は第1の波長板41の高分子液晶材料と同一のものであり、第2の波長板42を構成する高分子液晶材料とは異なるものとした。このとき、波長λ=405nmの光に対する第1の波長板41のリタデーション値Rd(λ)は約203nm、第2の波長板42のリタデーション値Rd(λ)は約829nm、第3の波長板43のリタデーション値Rd(λ)は約102nmとなった。 Further, by the same process, a third wave plate 43 made of a polymer liquid crystal having a thickness of 2.5 μm was formed on an alignment film (not shown) on a transparent substrate 44c with a polyimide alignment film. The polymer liquid crystal material constituting the third wave plate 43 is the same as the polymer liquid crystal material of the first wave plate 41 and is different from the polymer liquid crystal material constituting the second wave plate 42. It was supposed to be. At this time, the retardation value Rd 11 ) of the first wave plate 41 with respect to light having the wavelength λ 1 = 405 nm is about 203 nm, the retardation value Rd 21 ) of the second wave plate 42 is about 829 nm, The retardation value Rd 31 ) of the third wavelength plate 43 was about 102 nm.

次に図3(b)に示すように、光の透過側から見たとき、第1の波長板41の進相軸46と第2の波長板42の進相軸47とがなす角度を18[°]となるようにして対向させ、図示しない光学的に等方性を示す透明な接着剤で接着した。次いで、第2の波長板42の進相軸47と第3の波長板43の進相軸48が45[°]となるようにポリイミド配向膜付きの透明基板44bと第3の波長板43とを対向させ、図示しない光学的に等方性を示す透明な接着剤で接着し、広帯域波長板40を作製した。   Next, as shown in FIG. 3B, when viewed from the light transmission side, the angle formed by the fast axis 46 of the first wave plate 41 and the fast axis 47 of the second wave plate 42 is 18 degrees. [°] was opposed to each other and bonded with a transparent adhesive (not shown) that is optically isotropic. Next, the transparent substrate 44b with the polyimide alignment film and the third wave plate 43 so that the fast axis 47 of the second wave plate 42 and the fast axis 48 of the third wave plate 43 are 45 [°]. Were bonded together with an optically isotropic transparent adhesive (not shown) to produce a broadband wavelength plate 40.

作製した広帯域波長板40のポリイミド配向膜付きの透明基板44a面(反射防止膜形成面)に向かって垂直な進行方向で直線偏光を入射した。このとき、入射する直線偏光の方向45と第1の波長板の進相軸46とがなす角度(=θ)が18[°]となるように設定した。ここで、広帯域波長板40に405nm波長帯、660nm波長帯および785nm波長帯の直線偏光を入射し、それぞれの波長の光に対する光学特性を調べた。図4は、それぞれの波長帯の直線偏光に対して得られた光学特性を示すグラフである。これより、広帯域波長板40を透過する光の偏光状態は、図4(a)に示すように、405nm波長帯の光に対して楕円率が0.9以上となり、図4(b)に示すように660nm波長帯の光は楕円率が0.8以上となることがわかった。 Linearly polarized light was incident in the direction of travel perpendicular to the surface of the transparent substrate 44a with the polyimide alignment film (antireflection film forming surface) of the produced broadband wavelength plate 40. At this time, the angle (= θ 1 ) between the direction 45 of the incident linearly polarized light and the fast axis 46 of the first wave plate was set to 18 [°]. Here, linearly polarized light of 405 nm wavelength band, 660 nm wavelength band, and 785 nm wavelength band was incident on the broadband wavelength plate 40, and the optical characteristics with respect to light of each wavelength were examined. FIG. 4 is a graph showing optical characteristics obtained for linearly polarized light in each wavelength band. As a result, the polarization state of the light transmitted through the broadband wavelength plate 40 has an ellipticity of 0.9 or more with respect to the light in the 405 nm wavelength band, as shown in FIG. 4A, and is shown in FIG. Thus, it was found that the ellipticity of the light in the 660 nm wavelength band is 0.8 or more.

一方、図4(c)に示すように785nm波長帯の光に対して楕円率が0.35以下となることがわかった。そして入射する直線偏光の方向を基準としたとき、透過する側から見たとき、透過する785nm波長帯の光の方位角は、図4(d)に示すように6[°]以下と安定した値となった。また、楕円率0.35以下かつ方位角が+6°以下の偏光状態は楕円偏光であって完全な直線偏光ではないものの、入射した直線偏光の方向に平行な成分の強度(偏光子強度)は88%以上となり、入射偏光に対して、ほとんど偏光状態を変えていないとみなすことができる。   On the other hand, as shown in FIG. 4 (c), it was found that the ellipticity is 0.35 or less for light in the 785 nm wavelength band. Then, when the direction of the incident linearly polarized light is used as a reference, the azimuth angle of the transmitted 785 nm wavelength light is stable at 6 [°] or less as seen from the transmitting side as shown in FIG. Value. The polarization state with an ellipticity of 0.35 or less and an azimuth angle of + 6 ° or less is elliptically polarized light and not completely linearly polarized light, but the intensity of the component parallel to the direction of the incident linearly polarized light (polarizer intensity) is It can be considered that the polarization state is hardly changed with respect to incident polarized light.

このように、本発明の広帯域波長板は、405nm波長帯と660nm波長帯の光に対して、1/4波長板として機能し、波長785nm波長帯の光に対しては、ほぼ偏光状態を変えない(直線偏光状態を維持する)波長板として機能する。そして、この広帯域波長板をこれらの3つの異なる波長の光に共通する光路中に配置することで、小型化が実現できるとともに高品質機能を有する光ヘッド装置を実現することができる。   Thus, the broadband wave plate of the present invention functions as a quarter wave plate for light in the 405 nm wavelength band and 660 nm wavelength band, and changes the polarization state substantially for light in the wavelength 785 nm wavelength band. It functions as a wave plate that does not exist (maintains a linear polarization state). By disposing the broadband wave plate in an optical path common to light of these three different wavelengths, it is possible to realize an optical head device that can be downsized and has a high quality function.

(比較例)
比較例として、405nm波長帯に対して9λ/4板、660nm波長帯に対して5λ/4板、785nm波長帯に対して1波長板の機能を有する2枚の波長板を用いた特許文献2に記載の広帯域波長板の特性を示す。具体的に、2枚の波長板の構成を光が入射する側から第1の波長板、第2の波長板とするとき、第1の波長板の厚さを75.0[μm]、θに相当する角度を12[°]とし、第2の波長板の厚さを66.0[μm]、θに相当する角度を65[°]とする。また、液晶モノマーとして、重合・硬化後のポリマー(高分子液晶状態)における屈折率異方性Δnが、波長405nmの光に対し0.0140、波長660nmの光に対し0.0118、波長785nmの光に対し0.0114となるものを用いるものとして計算を行った。
(Comparative example)
As a comparative example, Patent Document 2 using two wave plates having a function of a 9λ / 4 plate for the 405 nm wavelength band, a 5λ / 4 plate for the 660 nm wavelength band, and a 1 wave plate for the 785 nm wavelength band. The characteristics of the broadband wave plate described in 1 are shown. Specifically, when the structure of the two wave plates is the first wave plate and the second wave plate from the light incident side, the thickness of the first wave plate is 75.0 [μm], θ The angle corresponding to 1 is 12 [°], the thickness of the second wave plate is 66.0 [μm], and the angle corresponding to θ 2 is 65 [°]. Further, as the liquid crystal monomer, the refractive index anisotropy Δn in the polymer after polymerization / curing (polymer liquid crystal state) is 0.0140 for light having a wavelength of 405 nm, 0.0118 for light having a wavelength of 660 nm, and 785 nm for wavelength. The calculation was performed on the assumption that 0.0114 was used for light.

このとき、比較例の条件において、405nm波長帯、660nm波長帯および785nm波長帯の直線偏光を入射したときの楕円率、および785nm波長帯における方位角の結果を図5に示す。図5(a)は、405nm波長帯の楕円率、図5(b)は、660nm波長帯の楕円率、図5(c)は、785nm波長帯の楕円率を示すグラフである。また、図5(d)は、785nm波長帯の方位角を示すグラフである。   At this time, in the conditions of the comparative example, the ellipticity when linearly polarized light in the 405 nm wavelength band, the 660 nm wavelength band, and the 785 nm wavelength band is incident and the azimuth angle results in the 785 nm wavelength band are shown in FIG. 5A is a graph showing the ellipticity in the 405 nm wavelength band, FIG. 5B is a graph showing the ellipticity in the 660 nm wavelength band, and FIG. 5C is a graph showing the ellipticity in the 785 nm wavelength band. FIG. 5D is a graph showing the azimuth angle of the 785 nm wavelength band.

この結果より、比較例では、とくに405nm波長帯において楕円率0.65以上の特性を得ることができない。このため、この広帯域波長板を光ヘッド装置に配置したとき、CDの記録再生においてディスクの複屈折の影響を低減することはできても、BDのような高密度光記録媒体の記録再生の際、405nm波長帯の偏光状態が良好な円偏光とならないため、BDなどで反射した復路の光利用効率が低下し、安定したな記録再生ができなくなる。なお、比較例のような2枚の波長板から構成される広帯域波長板のパラメータを変化させても、405nm波長帯および660nm波長帯の光に対する楕円率が0.65以上、785nm波長帯の光に対する楕円率が0.4以下でかつ、方位角が−10°〜+10°の範囲と満たす条件が得られなかった。   From this result, in the comparative example, characteristics with an ellipticity of 0.65 or more cannot be obtained particularly in the 405 nm wavelength band. For this reason, when this broadband wave plate is arranged in an optical head device, the influence of the birefringence of the disc can be reduced in the recording / reproducing of the CD, but at the time of recording / reproducing of the high-density optical recording medium such as BD. Since the polarization state in the 405 nm wavelength band does not become good circularly polarized light, the light utilization efficiency of the return path reflected by BD or the like is lowered, and stable recording / reproduction cannot be performed. Even if the parameters of the broadband wave plate composed of two wave plates as in the comparative example are changed, the ellipticity with respect to light in the 405 nm wavelength band and the 660 nm wavelength band is 0.65 or more and the light in the 785 nm wavelength band. The condition that the ellipticity with respect to the angle is 0.4 or less and the azimuth angle is in the range of −10 ° to + 10 ° was not obtained.

以上のように、3枚の波長板を配して構成される広帯域波長板として各波長板のリタデーション値、それぞれの光学軸の交差角をそれぞれ調整することにより、異なる波長帯域を有する波長λ、λおよびλ(λ<λ<λ)で入射する直線偏光に対し、λ、λの光は楕円率を高く円偏光に近い偏光状態にすることができ、λの光は楕円率が低い直線偏光に近い偏光状態で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記録・再生の品質を高めた光ヘッド装置を実現することができ、有用である。 As described above, the wavelength λ 1 having different wavelength bands is obtained by adjusting the retardation value of each wave plate and the crossing angle of each optical axis as a wide band wave plate configured by arranging three wave plates. , lambda to 2 and lambda 3 linearly polarized light incident in (λ 1 <λ 2 <λ 3), λ 1, light lambda 2 can be a polarization state close to high circular polarization ellipticity, lambda 3 Can be emitted in a polarization state close to linearly polarized light having a low ellipticity. Furthermore, by arranging this broadband wavelength plate in an optical head device for recording / reproducing optical disks of different standards, an optical head device with improved recording / reproducing quality can be realized, which is useful.

本発明に係る広帯域波長板の断面模式図および各波長板の各光学軸の角度などの関係を示す平面模式図。The cross-sectional schematic diagram of the broadband wavelength plate which concerns on this invention, and the plane schematic diagram which show relationships, such as the angle of each optical axis of each wavelength plate. 本発明に係る広帯域波長板を用いた光ヘッド装置の一例を示す模式図。The schematic diagram which shows an example of the optical head apparatus using the broadband wavelength plate which concerns on this invention. 本発明の実施例における広帯域波長板の断面模式図および各波長板の各光学軸の角度などの関係を示す平面模式図。The cross-sectional schematic diagram of the broadband wavelength plate in the Example of this invention, and the plane schematic diagram which show relationships, such as the angle of each optical axis of each wavelength plate. 本発明の実施例における広帯域波長板の各波長帯における楕円率、方位角の光学特性結果。The optical characteristic result of the ellipticity and azimuth in each wavelength band of the broadband wavelength plate in the Example of this invention. 比較例の各波長帯における楕円率、方位角光学特性の計算結果。Calculation results of ellipticity and azimuth optical characteristics in each wavelength band of the comparative example. 従来の3波長の光を扱う光ヘッド装置の構成を示す模式図。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a configuration of a conventional optical head device that handles light of three wavelengths. 3波長の光を扱う光ヘッド装置の構成を示す模式図(特許文献1)。Schematic diagram showing the configuration of an optical head device that handles light of three wavelengths (Patent Document 1). 3波長の光を扱う光ヘッド装置の構成を示す模式図(特許文献2)。Schematic diagram showing the configuration of an optical head device that handles light of three wavelengths (Patent Document 2).

符号の説明Explanation of symbols

10、40 広帯域波長板(本発明)
11、41 第1の波長板
12、42 第2の波長板
13、43 第3の波長板
14a、14b、44a、44b、44c (ポリイミド配向膜付きの)透明基板
15、45 入射する直線偏光の電場が振動する方向
21、46 第1の波長板の光学軸
22、47 第2の波長板の光学軸
23、48 第3の波長板の光学軸
20、100、200、300 光ヘッド装置
21、101、201、301 光源(405nm波長帯)
22、102、202、302 光源(660nm波長帯)
23、103、203、303 光源(785nm波長帯)
24、25、26、104、105、106、204、205、206 回折素子
27、29、31、108、207、208、212、308、309 ダイクロイックプリズム
38、107、109、209 (偏光)ビームスプリッタ
30、110、111、210、310 コリメータレンズ
31、114、115、213 ミラー
33、34、116、117、214、215、313 対物レンズ
35、118、216、315 光ディスク
36、38、119、120、217、304、305、306 光検出器
37 透過反射光学素子
112、113、211 1/4波長板
307 無偏光回折格子
311 偏光回折格子
312 (広帯域)波長板
10, 40 Broadband wave plate (present invention)
11, 41 First wave plate 12, 42 Second wave plate 13, 43 Third wave plate 14a, 14b, 44a, 44b, 44c Transparent substrate 15 (with polyimide alignment film) 45, Incident linearly polarized light Direction of oscillation of electric field 21, 46 Optical axis 22, 47 of first wave plate Optical axis 23, 48 of second wave plate Optical axis 20, 100, 200, 300 of third wave plate Optical head device 21, 101, 201, 301 Light source (405 nm wavelength band)
22, 102, 202, 302 Light source (660 nm wavelength band)
23, 103, 203, 303 Light source (785 nm wavelength band)
24, 25, 26, 104, 105, 106, 204, 205, 206 Diffraction element 27, 29, 31, 108, 207, 208, 212, 308, 309 Dichroic prism 38, 107, 109, 209 (polarization) beam splitter 30, 110, 111, 210, 310 Collimator lens 31, 114, 115, 213 Mirror 33, 34, 116, 117, 214, 215, 313 Objective lens 35, 118, 216, 315 Optical disk 36, 38, 119, 120, 217, 304, 305, 306 Photodetector 37 Transmission / reflection optical element 112, 113, 211 1/4 wavelength plate 307 Non-polarization diffraction grating 311 Polarization diffraction grating 312 (broadband) wavelength plate

Claims (5)

所定の異なる帯域を有する3種の波長λ、λ、λ(λ<λ<λ)で入射する直線偏光の偏光状態を変える広帯域波長板において、
前記広帯域波長板は、前記直線偏光が入射する側から順に第1の波長板、第2の波長板、第3の波長板が備えられ、
前記第1の波長板に入射する前記直線偏光の電場の振動する方向を基準とし、前記第1の波長板の進相軸、前記第2の波長板の進相軸、前記第3の波長板の進相軸との角度の組み合わせまたは、前記第1の波長板の遅相軸、前記第2の波長板の遅相軸、前記第3の波長板の遅相軸との角度の組み合わせをそれぞれθ[°]、θ[°]、θ[°]とするとき、
前記入射する直線偏光が前記広帯域波長板を透過した前記波長λの光の楕円率κおよび前記波長λの光の楕円率κが0.65以上、前記広帯域波長板を透過する前記波長λの光の楕円率κが0.4以下となるように前記第1の波長板のリタデーション値Rd、前記第2の波長板のリタデーション値Rd、前記第3の波長板のリタデーション値Rdおよび、前記θ、前記θ、前記θが設定されている広帯域波長板。
In a broadband wave plate that changes the polarization state of linearly polarized light incident at three wavelengths λ 1 , λ 2 , λ 3123 ) having predetermined different bands,
The broadband wave plate includes a first wave plate, a second wave plate, and a third wave plate in order from the side on which the linearly polarized light is incident.
The fast axis of the first wave plate, the fast axis of the second wave plate, and the third wave plate based on the direction of oscillation of the electric field of the linearly polarized light incident on the first wave plate Or a combination of angles with the slow axis of the first wave plate, a slow axis of the second wave plate, and a slow axis of the third wave plate, respectively. When θ 1 [°], θ 2 [°], and θ 3 [°],
The incident linearly polarized light the ellipticity kappa 2 broadband wave plate has passed through the wavelength lambda 1 light ellipticity kappa 1 and the wavelength lambda 2 of light is 0.65 or more, said transmitted through the broadband wave plate retardation value Rd 1 of the first wavelength plate so that light ellipticity kappa third wavelength lambda 3 becomes 0.4 or less, the second retardation value Rd 2 wave plate, the third wave plate retardation value Rd 3 and the theta 1, the theta 2, the wideband-wave plate in which the theta 3 is set.
前記波長λで入射する直線偏光の電場の振動する方向と、前記波長λで透過した光の電場の振幅が最も大きくなる方向と、の角度である方位角が−10°〜+10°の範囲となる請求項1に記載の広帯域波長板。 The azimuth angle, which is the angle between the direction of oscillation of the linearly polarized electric field incident at the wavelength λ 3 and the direction in which the amplitude of the electric field transmitted through the wavelength λ 3 is the largest, is −10 ° to + 10 °. The broadband wave plate according to claim 1, which falls within a range. 前記波長λは390〜420nmの波長範囲である405nm波長帯、前記波長λは640〜680nmの波長範囲である660nm波長帯、前記波長λは765〜805nmの波長範囲である785nm波長帯であり、
波長λに対する、前記第1の波長板のリタデーション値、前記第2の波長板のリタデーション値、前記第3の波長板のリタデーション値、をそれぞれ、Rd(λ)[nm]、Rd(λ)[nm]、Rd(λ)[nm]、とするとき、
156≦Rd(λ)≦248
および
802≦Rd(λ)≦872
および
172≦Rd(λ)≦231
を満たし、さらに、
前記入射する直線偏光が前記広帯域波長板を透過する側からみて、前記直線偏光の電場の振動する方向を基準に反時計回り方向0°〜180°の範囲をプラス(+)、時計回り方向0°〜−180°の範囲をマイナス(−)とし、絶対値が最も小さい前記θの値がゼロより大きいとき、前記θは、
2×θ−14.2≦θ≦2×θ+12.1
を満たすとともに、
前記θは、
(2×θ+45)−14.5≦θ≦(2×θ+45)+12.1
を満たす請求項1または請求項2に記載の広帯域波長板。
The wavelength λ 1 is a 405 nm wavelength band that is a wavelength range of 390 to 420 nm, the wavelength λ 2 is a 660 nm wavelength band that is a wavelength range of 640 to 680 nm, and the wavelength λ 3 is a 785 nm wavelength band that is a wavelength range of 765 to 805 nm. And
With respect to the wavelength lambda 1, the retardation value of the first wave plate, the second retardation value of the wave plate, the retardation value of the third wave plates, respectively, Rd 1 (λ 1) [ nm], Rd 2 (Λ 1 ) [nm], Rd 31 ) [nm],
156 ≦ Rd 11 ) ≦ 248
And 802 ≦ Rd 21 ) ≦ 872
And 172 ≦ Rd 31 ) ≦ 231
Meet, and
When viewed from the side where the incident linearly polarized light is transmitted through the broadband wave plate, the range of 0 ° to 180 ° in the counterclockwise direction with respect to the direction of oscillation of the electric field of the linearly polarized light is plus (+), and the clockwise direction is 0. When the range of ° to −180 ° is minus (−) and the value of θ 1 having the smallest absolute value is larger than zero, θ 2 is
2 × θ 1 −14.2 ≦ θ 2 ≦ 2 × θ 1 +12.1
While satisfying
The θ 3 is
(2 × θ 1 +45) -14.5 ≦ θ 3 ≦ (2 × θ 1 +45) +12.1
The broadband wave plate according to claim 1 or 2, which satisfies the following conditions.
前記波長λは390〜420nmの波長範囲である405nm波長帯、前記波長λは640〜680nmの波長範囲である660nm波長帯、前記波長λは765〜805nmの波長範囲である785nm波長帯であり、
波長λに対する、前記第1の波長板のリタデーション値、前記第2の波長板のリタデーション値、前記第3の波長板のリタデーション値、をそれぞれ、Rd(λ)[nm]、Rd(λ)[nm]、Rd(λ)[nm]、とするとき、
156≦Rd(λ)≦248
および
802≦Rd(λ)≦872
および
172≦Rd(λ)≦231
を満たし、さらに、
前記入射する直線偏光が前記広帯域波長板を透過する側からみて、前記直線偏光の電場の振動する方向を基準に反時計回り方向0°〜180°の範囲をプラス(+)、時計回り方向0°〜−180°の範囲をマイナス(−)とし、絶対値が最も小さい前記θの値がゼロより小さいとき、前記θは、
2×θ−12.1≦θ≦2×θ+14.2
を満たすとともに、
前記θは、
(2×θ−45)−12.1≦θ≦(2×θ−45)+14.5
を満たす請求項1または請求項2に記載の広帯域波長板。
The wavelength λ 1 is a 405 nm wavelength band that is a wavelength range of 390 to 420 nm, the wavelength λ 2 is a 660 nm wavelength band that is a wavelength range of 640 to 680 nm, and the wavelength λ 3 is a 785 nm wavelength band that is a wavelength range of 765 to 805 nm. And
With respect to the wavelength lambda 1, the retardation value of the first wave plate, the second retardation value of the wave plate, the retardation value of the third wave plates, respectively, Rd 1 (λ 1) [ nm], Rd 2 (Λ 1 ) [nm], Rd 31 ) [nm],
156 ≦ Rd 11 ) ≦ 248
And 802 ≦ Rd 21 ) ≦ 872
And 172 ≦ Rd 31 ) ≦ 231
Meet, and
When viewed from the side where the incident linearly polarized light is transmitted through the broadband wave plate, the range of 0 ° to 180 ° in the counterclockwise direction with respect to the direction of oscillation of the electric field of the linearly polarized light is plus (+), and the clockwise direction is 0. When the range of ° to −180 ° is minus (−) and the value of θ 1 having the smallest absolute value is smaller than zero, θ 2 is
2 × θ 1 −12.1 ≦ θ 2 ≦ 2 × θ 1 +14.2
While satisfying
The θ 3 is
(2 × θ 1 −45) −12.1 ≦ θ 3 ≦ (2 × θ 1 −45) +14.5
The broadband wave plate according to claim 1 or 2, which satisfies the following conditions.
異なる3種の波長の光を出射する少なくとも一つの光源と、
前記光源から出射する光を光記録媒体上に集光する対物レンズと、
前記光記録媒体から反射される光を検出する光検出器と、を備えた光ヘッド装置であって、
前記光源と前記対物レンズとの間の光路中、または前記対物レンズと前記光検出器との間の光路中に、請求項1〜4のいずれか1項に記載の広帯域波長板が配置される光ヘッド装置。
At least one light source that emits light of three different wavelengths;
An objective lens for condensing the light emitted from the light source on an optical recording medium;
An optical head device comprising a photodetector for detecting light reflected from the optical recording medium,
The broadband wave plate according to any one of claims 1 to 4, wherein the broadband wave plate is disposed in an optical path between the light source and the objective lens, or in an optical path between the objective lens and the photodetector. Optical head device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013011850A (en) * 2011-05-27 2013-01-17 Asahi Glass Co Ltd Wavelength plate
JP2017138401A (en) * 2016-02-02 2017-08-10 大日本印刷株式会社 Optical film and image display device

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