JP4277518B2 - 位相板および光情報記録再生装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光照射領域内で空間的に入射光の偏光状態を制御できる位相板およびそれを搭載した光情報記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在普及しているＣＤやＤＶＤなどの光ディスクおよび光磁気ディスクなどの光記録媒体に情報の記録・再生を行う光ヘッド装置では、光記録媒体の単層記録面に１次元の情報列である凹凸または反射率の異なるピット情報を記録・再生している。また、記録・再生面を積層化することにより情報の増大が図られているが、単一ディスク当たりの最大積層数は４層程度であるため、記録情報量の向上には限界があった。
【０００３】
一方、ホログラフィを利用して光記録媒体に情報を記録するホログラフィック記録は、一般的に、イメージ情報を持った物体光と参照光とを記録媒体の内部で重ね合わせ、そのときにできる干渉パターンを体積ホログラムとして光記録媒体に書き込むことによって行われる。記録された情報の再生時には、その光記録媒体に再生用の再生光を照射することにより、記録された干渉パターンによる回折によりイメージ情報が再生される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
このとき、光記録媒体の厚さ方向に３次元的に干渉パターンを体積ホログラムとして書き込むことにより、記録容量の飛躍的増大を図ることができるため、最近注目を集めている。特に、前述の特許文献１に開示された光情報記録装置において提案されている光情報記録再生方式では、光記録媒体として光記録層と光反射層とを有する光ディスクを用い、２分割旋光板と単一の対物レンズとを用いて、光記録媒体に物体光と参照光とを照射するため、ＣＤやＤＶＤ等と同様の光ヘッドの構成が可能となり、光情報記録再生装置の小型化に有効な方式である。
【０００５】
図１０を参照して、この光情報記録再生装置およびこれに用いた２分割旋光板１０１の機能を説明する。
この光情報記録再生装置において、２分割旋光板１０１は、光軸の右側半分（＋Ｘ）に配置された２分割旋光板１０１Ｒと、光軸の左側部分（−Ｘ）に配置された２分割旋光板１０１Ｌとからなり、２分割旋光板１０１Ｒは偏光方向を−４５°回転させ、２分割旋光板１０１Ｌは偏光方向を＋４５°回転させるようになっている。回転角度の正負の符号は、図１２に示す座標系において時計回りを正とする。
【０００６】
この光情報記録再生装置には、２分割旋光板１０１に隣接して対物レンズ１０２を設けており、この対物レンズ１０２は、光情報記録媒体１０の情報記録層１０Ａ側に対向して配置するようになっている。また、この光情報記録再生装置には、対物レンズ１０２を光情報記録媒体１０の厚さ方向およびトラック方向に移動可能な図示しないアクチュエータを備えている。
【０００７】
ここで、偏光方向の名称を図１２のように定義する。即ち、時計回りの角度符号を正とすると、Ａ偏光はＹ軸方向のＳ偏光を−４５°またはＸ軸方向のＰ偏光を＋４５°偏光方向を回転させた直線偏光とし、Ｂ偏光はＳ偏光を＋４５°またはＰ偏光を−４５°偏光方向を回転させた直線偏光とする。Ａ偏光とＢ偏光は、互いに偏光方向が直交している。
【０００８】
（I）次に、２分割旋光板１０１を用いた情報の記録原理について説明する。物体光は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０３を反射したＳ偏光が２分割旋光板１０１に入射し、参照光は、偏光ビームスプリッタ１０３を透過したＰ偏光が２分割旋光板１０１に入射する。ここで、２分割旋光板１０１Ｒを通過して光情報記録媒体１０に入射する物体光２０ＲはＡ偏光となっている。一方、２分割旋光板１０１Ｌを通過した後、光情報記録媒体１０に入射する参照光３０ＬもＡ偏光となっている。
【０００９】
Ａ偏光の参照光３０Ｌは、光情報記録媒体１０の反射層１０Ｃにおける反射面１０Ｄで反射され、情報記録層１０Ａ内において、上記のＡ偏光の物体光２０Ｒと同じ領域を通過する。これらの物体光２０Ｒ、参照光３０Ｌは、偏光方向が一致するので、干渉して干渉パターンを形成する。また、Ａ偏光の物体光２０Ｒは、光情報記録媒体１０の反射面１０Ｄで反射され、情報記録層１０Ａ内において、上記のＡ偏光の参照光３０Ｌと同じ領域を通過する。これらの物体光２０Ｒ、参照光３０Ｌも、偏光方向が一致するので干渉して干渉パターンを形成する。
【００１０】
従って、情報記録層１０Ａ内には、反射面１０Ｄに入射する前のＡ偏光の物体光２０Ｒと反射面１０Ｄで反射された後のＡ偏光の参照光３０Ｌとの干渉による干渉パターンと、反射面１０Ｄに入射する前のＡ偏光の参照光３０Ｌと反射面１０Ｄで反射された後のＡ偏光の物体光２０Ｒとの干渉による干渉パターンとが体積（三次元）的に記録される。なお、反射面１０Ｄと情報記録媒体層１０Ａとの間には、透明基板１０Ｂが形成されている。
【００１１】
同様に、２分割旋光板１０１Ｌを通過した後、光情報記録媒体１０に入射する物体光２０ＬはＢ偏光となっている。また、２分割旋光板１０１Ｒを通過した後、光情報記録媒体１０に入射する参照光３０ＲもＢ偏光となっている。Ｂ偏光の参照光３０Ｒは、光情報記録媒体１０の反射面１０Ｄで反射され、情報記録層１０Ａ内において、上記のＢ偏光の物体光２０Ｌと同じ領域を通過する。
【００１２】
これらの物体光２０Ｌ、参照光３０Ｒは、偏光方向が一致するので干渉して干渉パターンを形成する。また、Ｂ偏光の物体光２０Ｌは、光情報記録媒体１０の反射面１０Ｄで反射され、情報記録層１０Ａ内において、上記のＢ偏光の参照光３０Ｒと同じ領域を通過する。これらの物体光２０Ｌ、参照光３０Ｒも、偏光方向が一致するので干渉して干渉パターンを形成する。
【００１３】
従って、情報記録層１０Ａ内には、反射面１０Ｄに入射する前のＢ偏光の物体光２０Ｌと反射面１０Ｄで反射された後のＢ偏光の参照光３０Ｒとの干渉による干渉パターンと、反射面１０Ｄに入射する前のＢ偏光の参照光３０Ｒと反射面１０Ｄで反射された後のＢ偏光の物体光２０Ｌとの干渉による干渉パターンとが体積的に記録される。
【００１４】
（II）次に、図１１を参照して、２分割旋光板１０１を用いた情報の再生原理について説明する。
２分割旋光板１０１Ｒを通過した後、光情報記録媒体１０に入射する再生光４０ＲはＢ偏光となっている。一方、２分割旋光板１０１Ｌを通過した後、光情報記録媒体１０に入射する再生光４０ＬはＡ偏光となっている。
【００１５】
情報記録層１０Ａでは、反射面１０Ｄで反射される前の再生光によって、反射面１０Ｄとは反対側に進行する情報光が発生すると共に、反射面１０Ｄで反射された後の再生光によって、反射面１０Ｄ側に進行する情報光が発生する。
【００１６】
反射面１０Ｄとは反対側に進行する情報光は、そのまま光情報記録媒体１０より出射され、反射面１０Ｄ側に進行する情報光は、反射面１０Ｄで反射されて、光情報記録媒体１０より出射される。
【００１７】
情報光は、対物レンズ１０２によって平行光束にされた後、２分割旋光板１０１に入射する。ここで、２分割旋光板１０１のうち２分割旋光板１０１Ｒに入射する情報光５０Ｒは、２分割旋光板１０１Ｒに入射する前はＢ偏光であり、２分割旋光板１０１Ｒを通過した後はＰ偏光となる。一方、２分割旋光板１０１のうち２分割旋光板１０１Ｌに入射する情報光５０Ｌは、２分割旋光板１０１Ｌに入射する前はＡ偏光であり、２分割旋光板１０１Ｌを通過した後はＰ偏光となる。このように、２分割旋光板１０１を通過した後の情報光は、光束の断面全体についてＰ偏光となる。
【００１８】
２分割旋光板１０１を通過した情報光は、偏光ビームスプリッタ１０３に入射し、偏光ビームスプリッタ面１０３Ａを透過して、図示されないビームスプリッタ（ＢＳ）、結像レンズ等を通過した後、ＣＣＤなどの撮像素子に入射し、電気画像信号に変換される。
【００１９】
【特許文献１】
特開２００２−１２３９４９号公報（第８、９頁、図１、図６）
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特許文献１に開示された光情報記録再生装置にあっては、これに備えた２分割旋光板１０１について、作用に関する説明はあるものの、具体的素子構成が示されていなかった。また、図１０などに原理が例示された２分割旋光板１０１は、２分割旋光板１０１Ｒと２分割旋光板１０１Ｌが隣接した配置となっており、当業者にとっては水晶等の複屈折材料を用いた波長板を配置することを想到できるとしても、実用的な素子は開示されていなかった。このような事情から、小型軽量で領域分割精度の高い２分割旋光板と同じ作用を有する光学素子（位相板）の開発が強く求められている。
【００２１】
本発明の目的は、小型軽量で領域分割精度の高い２分割旋光板と同じ作用を有する位相板およびそれを搭載した光情報記録再生装置を提供することである。
【００２５】
また、本発明は、透光性基板間に高分子液晶膜と有機複屈折膜とを備えた位相板であって、前記有機複屈折膜は、波長λで入射する光の照射領域を含んで形成されるとともに、分子の配向方向がそろい、前記波長λで入射する光に対するリタデーション値がλ／２であり、前記高分子液晶膜は、一方の前記透光性基板の片面に形成された第１の高分子液晶膜と、他方の前記透光性基板の片面に形成された第２の高分子液晶膜からなり、かつ、前記高分子液晶膜は、前記波長λで入射する光の照射領域を含むとともに、前記有機複屈折膜と重なり、前記第１の高分子液晶膜と前記第２の高分子液晶膜とが重ならないように配置され、さらに、前記高分子液晶膜は分子の配向方向がそろい、前記波長λで入射する光に対するリタデーション値がλ／２であり、前記第１の高分子液晶膜の配向方向と前記第２の高分子液晶膜の配向方向とが同じであり、前記有機複屈折膜の配向方向と前記第１の高分子液晶膜の配向方向とがなす角度および、前記有機複屈折膜の配向方向と前記第２の高分子液晶膜の配向方向とがなす角度がそれぞれ２２．５°となるように配置されていることを特徴とする位相板を提供する。
【００２６】
また、本発明は、光記録層と光反射層とを有するディスク状の光記録媒体に物体光と参照光が照射され、前記物体光と前記参照光との干渉により生成される干渉パターンを前記光記録媒体中に情報として記録し、記録された前記干渉パターンに再生光を照射することにより記録された情報を再生する光情報記録再生装置であって、前記光記録媒体に入射する前記物体光と前記参照光との光軸を合波手段により同一の光軸にそろえて、対物レンズにより前記光記録媒体中の光記録層を透過させ光反射層に集光させるとともに、前記位相板を前記合波手段と光記録媒体との間の光路中に配置させる光情報記録再生装置を提供する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２８】
［第１の実施形態］
図１および図２は本発明の第１の実施形態に係る位相板Ｐ１を示す断面図および平面図である。
この位相板Ｐ１は、左右の領域で構成順が一部異なるが、透明基板１と、高分子液晶膜２（２Ｌ、２Ｒ）と、均質屈折率透明材料３と、透明基板４とを備えた４層のもので構成されている。
【００２９】
最上層である透明基板１の片面には、波長λに対してリタデーション値がλ／２である高分子液晶膜２Ｌが２分割領域の左側のみに形成してあると共に、透明基板４の片面には、波長λに対してリタデーション値がλ／２である高分子液晶膜２Ｒが２分割領域の右側のみに形成してある。また、高分子液晶膜がない領域には、均質屈折率透明材料３により充填されるように透明基板１と透明基板４を接着しており、これにより２分割の位相板Ｐ１を構成している。
【００３０】
ここで、高分子液晶膜２は以下のように作成する。
透明基板１、４上に液晶配向用の配向膜を塗布し（図示せず）、おのおの所望の配向処理を施した後、屈折率異方性を有する液晶モノマーと重合開始材の混合溶液を均一に塗布し、さらに、光重合用の紫外光を照射することで重合硬化させ、透明基板１、４面内に平行配向となる高分子液晶膜２Ｌ、２Ｒを形成する。
ここで、高分子液晶膜２Ｌ、２Ｒは、液晶分子配向方向が互いに４５°の角度をなすように、各透明基板１、４上の配向膜が図２に示す斜線方向にあらかじめ配向処理されている。
【００３１】
次に、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチング法を用いて、透明基板１、４上の特定領域の高分子液晶膜を除去する。即ち、高分子液晶膜２Ｌは２分割領域の左側のみ、高分子液晶膜２Ｒは２分割領域の右側のみに形成されるように加工する。
【００３２】
これにより、高分子液晶の常光屈折率をｎo、異常光屈折率をｎe（ｎe＞ｎo）とすると、図２の斜線で示す時計回りと反時計回りにφの角度方向が異常光屈折率の方向、すなわち遅相軸となる、平面内２分割の１／２波長位相板Ｐ１が得られる。なお、高分子液晶膜２Ｌ、２Ｒの液晶分子配向方向が互いに４５°の角度をなすように、角度φは２２．５°としている。
【００３３】
次に、位相板Ｐ１に波長λの偏光方向が直交する直線偏光であるＳ偏光とＰ偏光が入射したとき、出射偏光の状態について、図３および図４を用いて説明する。
Ｓ偏光は、＋Ｚ方向に高分子液晶膜２Ｌの領域を透過すると、図３に示すように、偏光方向が＋４５°回転したＢ偏光となるが（同図（Ａ）参照）、高分子液晶膜２Ｒの領域を透過すると、偏光方向が−４５°回転したＡ偏光となる（同図（Ｂ）参照）。
【００３４】
一方、Ｐ偏光は、＋Ｚ方向に高分子液晶膜２Ｌの領域を透過すると、図４に示すように、偏光方向が＋４５°回転したＡ偏光となるが（同図（Ａ）参照）、高分子液晶膜２Ｒの領域を透過すると偏光方向が−４５°回転したＢ偏光となる（同図（Ｂ）参照）。したがって、この位相板Ｐ１は、後述する図９に示す光情報記録再生装置を用いた情報の記録において、図１０に示す２分割旋光板１０１と同じ機能が得られる。
【００３５】
また、位相板Ｐ１の高分子液晶膜２Ｌの領域と高分子液晶膜２Ｒの領域に、それぞれ波長λの直交する偏光方向の直線偏光であるＡ偏光とＢ偏光が入射したとき、出射偏光の状態について図５を用いて説明する。
【００３６】
Ａ偏光は、−Ｚ方向に高分子液晶膜２Ｌの領域を透過すると、偏光方向が−４５°回転したＰ偏光となる。一方、Ｂ偏光は、−Ｚ方向に高分子液晶膜２Ｒの領域を透過すると、偏光方向が＋４５°回転したＰ偏光となる。
これにより、この位相板Ｐ１は、後述する図９に示す本発明の光情報記録再生装置を用いた情報の再生において、図１１に示す従来の２分割旋光板１０１と同じ機能が得られる。
【００３７】
したがって、本発明の位相板Ｐ１を、図１０および図１１に示す２分割旋光板１０１の替わりに用いることにより、同一機能が単一部品で実現できる。また、ミクロンレベルで精度良く、高分子液晶膜のエッチング加工および位置合わせができるため、高分子液晶膜２Ｌと高分子液晶膜２Ｒの２分割領域に対して、境界線位置ずれに伴う特性の劣化が抑制できる。
【００３８】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態である位相板Ｐ２について、図面を参照しながら説明する。
図６は、本発明の第２の実施形態に係る位相板Ｐ２を示す断面図であり、この位相板Ｐ２では、第１の実施形態における高分子液晶膜２Ｌと高分子液晶膜２Ｒに相当する配向方向の異なる高分子液晶膜をエッチングによりパターニングして形成するのではなく、液晶モノマーを光重合により高分子液晶膜２Ｌと２Ｒの液晶分子配向方向が４５°の角度をなすように光配向法を用いて形成する点が異なる。
【００３９】
具体的には、透明基板１、４の間に屈折率異方性を有する液晶モノマーと重合開始材の混合溶液を均一に注入した後、光重合用の紫外光を直線偏光として、高分子液晶膜２Ｌの領域には偏光方向が＋２２．５°で、高分子液晶膜２Ｒの領域には偏光方向が−２２．５°で照射することにより、高分子液晶膜２Ｌ、２Ｒを第１の実施形態と同じ分割配向層に形成できる。
【００４０】
他の光配向法を利用した方法として、透明基板１、４上の高分子液晶膜２Ｌ、２Ｒの領域に、それぞれ高分子液晶膜２Ｌ、２Ｒの液晶分子配向方向が互いに４５°の角度をなすように各透明基板１、４上の配向膜をパターニング配向処理させた後、屈折率異方性を有する液晶モノマーと重合開始材の混合溶液を均一に塗布し、さらに、光重合用の紫外光を照射することで重合硬化させ、透明基板１、４面内に各領域の配向膜の配向方向に応じた平行配向となる高分子液晶膜２Ｌ、２Ｒを形成できる。
【００４１】
したがって、第２の実施形態の位相板Ｐ２では、第１の実施形態の位相板Ｐ１において均一配向の高分子液晶膜をエッチング加工した後、均一屈折率透明材料６を充填する、といった工程がないため、作成工程が簡略化できる。
【００４２】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態である位相板Ｐ３について、図面を参照しながら説明する。
図７は、本発明の第３の実施形態に係る位相板Ｐ３を示す断面図であり、この位相板Ｐ３では、光入射側である透明基板１の片面に、遅相軸が図２の高分子液晶膜２Ｒと同じ反時計回りに角度φ＝２２．５°方向で、波長λに対してリタデーション値がλ／２である１／２波長板５が均一に形成されている。
【００４３】
また、光出射側である透明基板４の片面には、遅相軸が図２のＸ軸方向（φ＝０°）で、波長λに対してリタデーション値がλ／２である位相板６Ｌが素子の２分割領域の左側のみに形成されており、高分子液晶膜がない領域が均質屈折率透明材料３により充填されるように、透明基板１と透明基板４とが接着されている。
【００４４】
１／２波長板５には、前述の高分子液晶や、ポリカーボネートを特定方向に延伸して複屈折性を発現させた膜が用いられる。この１／２波長板５を透過したＳ偏光またはＰ偏光は、何れも偏光方向が−４５°回転する。さらに、位相板６Ｌの領域を透過した光は、偏光方向がさらに±９０°回転するため、位相板Ｐ３の光学的機能は第１および第２の実施形態と同じとなる。しかも、第１の実施形態に比べ、高分子液晶膜６Ｌのみであり、その位置合わせを考慮する必要がないため、安定して２分割位相板が得られるといった特徴がある。
【００４５】
［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態である位相板Ｐ４について、図面を参照しながら説明する。
図８は、本発明の第４の実施形態に係る位相板Ｐ４を示す断面図であり、この位相板Ｐ４には、透明基板１の片面において波長λに対してリタデーション値がλ／２である高分子液晶膜８Ｌが２分割領域の左側のみに形成されていると共に、透明基板４には、片面において波長λに対してリタデーション値がλ／２である高分子液晶膜８Ｒが２分割領域の右側のみに形成されており、高分子液晶膜がない領域が均質屈折率透明材料３により充填される点は第１の実施形態と同じである。
【００４６】
また、この位相板Ｐ４では、高分子液晶膜８Ｌと８Ｒの分子の配向方向、すなわち遅相軸方向が同じで、その間に波長λに対してリタデーション値がλ／２である１／２波長板７が挟持されている点が異なり、高分子液晶膜８Ｌと８Ｒと１／２波長板７のＸ軸に対して遅相軸の角度φを、それぞれ、α＋２２．５°、α＋２２．５°、αとしている。ここで、αは任意の角度でよい。
【００４７】
このような構成とすることにより、入射光の直線偏光の偏光方向に関わらず、出射光の偏光状態は高分子液晶膜８Ｌ、８Ｒの２分割領域で入射光の偏光方向に対して±４５°の直線偏光、すなわち直交する直線偏光の出射光が得られる特徴がある。その結果、入射光の偏光方向が１／２波長板７の所定の遅相軸方向に対して変動した場合、第１から第３の実施形態に示す位相板では出射光の偏光方向は直交しないが、本実施形態の位相板Ｐ４では常に直交した直線偏光が出射するといった特徴がある。
【００４８】
［第５の実施形態］
次に、図９を参照しながら、本発明の第５の実施形態として、第１の実施形態に係る位相板Ｐ１を適用した光情報記録再生装置について説明する。
図９に示す光情報記録再生装置は、大略構成として、光源１１と、コリメートレンズ１２と、１／２波長板１３と、物体光および参照光を分波するための２個の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１４、１６と、１個のビームスプリッタ（ＢＳ）１８と、物体光および参照光を合波するための偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１７と、第１の実施形態の位相板Ｐ１と、光検出器１９と、対物レンズ２１および結像レンズ２２と、撮像素子２３などとを備えており、特に、この位相板Ｐ１には、図１０および図１１に示す２分割旋光板１０１としての機能を有している。
【００４９】
なお、本発明の光情報記録再生装置に用いる２分割旋光板としては、第１の実施形態の位相板Ｐ１以外に、例えば第２から第４の実施形態に示した位相板Ｐ２からＰ４のいずれでもよい。
【００５０】
したがって、図９に示すように、第１の実施形態に示した位相板Ｐ１（これ以外に位相板Ｐ２〜Ｐ４のいずれかでもよい）を、図１０および図１１に示す従来の光情報記録再生装置での２分割旋光板１０１の替わりに用いることにより、小型軽量で透過光偏光成分の領域分割精度の高い記録および再生光学系が実現する。
【００５１】
なお、上記の実施形態では位相板として透過光の偏光状態が異なる高分子液晶膜２Ｌ、２Ｒおよび８Ｌ、８Ｒの分割数をさらに多くした位相板としてもよい。また、位相板の各分割領域における高分子液晶膜の分子の配向方向を透明基板面内に平行配向で厚さ方向にそろった場合について説明したが、厚さ方向に高分子液晶分子がねじれを持ったツイスト配向や、厚さ方向で透明基板に対して傾きを持ったベント配向であっても、透過光の偏光状態を所望の空間分割偏光に変換する機能を有していればよい。なお、図９において、符号１０は光情報記録媒体、１５は空間光変調素子である。
【００５２】
【実施例１】
次に、第１の実施形態に示した位相板Ｐ１について、図１（断面図）、および図２（平面図）を参照しながらその製造方法を説明する。
（１）ガラス基板（透明基板１に相当する）の片面に、配向膜用のポリイミド膜を形成し、屈折率異方性を有する液晶モノマーが図２のＸ軸に対して＋２２．５°方向に配向するように配向処理した後、紫外光を照射することで重合硬化させ、高分子液晶膜２を形成した。ここで、図２において＋Ｘ軸から＋Ｙ軸方向の時計回りの回転角度を正とする。この時、高分子液晶膜２は、膜厚２．２２μｍで、常光屈折率ｎo＝１．５５、異常光屈折率をｎe＝１．６７を有する、ガラス基板（透明基板１）の面に平行で膜厚方向に分子の配向がそろった高分子液晶膜となった。
【００５３】
（２）同様に、ガラス基板（透明基板４に相当する）の片面に、図２のＸ軸に対して−２２．５°方向に配向した、膜厚ｄ＝２．２２μｍで、常光屈折率ｎo＝１．５５、異常光屈折率をｎe＝１．６７を有する高分子液晶膜２を形成した。この時、各ガラス基板に形成された高分子液晶膜はリタデーション値が、（ｎe−ｎo）×ｄ＝０．２６６μｍとなり、波長λ＝５３２ｎｍの光に対して１／２波長板となっている。
【００５４】
（３）次に、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチングにより、ガラス基板（透明基板１）の高分子液晶膜２の右半分とガラス基板（透明基板４）の高分子液晶膜２の左半分が除去されるようにパターニング加工した。
【００５５】
（４）さらに、屈折率ｎs＝１．５５の接着材（均質屈折率透明材料３）を用い、図１に示すように、高分子液晶膜２Ｌと２Ｒの加工部の境界線がＸ方向について一致するように位置合わせするとともに、接着材（均質屈折率透明材料３）で充填させるようにガラス基板どうし（透明基板１、４）を接着し、２分割の位相板Ｐ１を作成した。
【００５６】
このようにして得られた位相板Ｐ１に垂直に、換言すれば、波長λ＝５３２ｎｍでＹ軸方向に偏光した直線偏光（Ｓ偏光）が＋Ｚ軸方向に入射した場合、図３（Ａ）に示すように、高分子液晶膜２Ｌの部分を透過した出射光は、偏光方向が＋４５°のＢ偏光となる。一方、同図（Ｂ）に示すように、高分子液晶膜２Ｒの部分を透過した出射光は、偏光方向が−４５°のＡ偏光となり、互いに直交する直線偏光に変換された。
【００５７】
また、波長λ＝５３２ｎｍでＸ軸方向に偏光した直線偏光（Ｐ偏光）が＋Ｚ軸方向に入射した場合、図４（Ａ）に示すように、高分子液晶膜２Ｌの部分を透過した出射光は、偏光方向が＋４５°のＡ偏光となる。一方、同図（Ｂ）に示すように、高分子液晶膜２Ｒの部分を透過した出射光は、偏光方向が−４５°のＢ偏光となり、互いに直交する直線偏光に変換された。
【００５８】
したがって、２分割領域の境界線に位置ずれがないため、２分割境界領域の特性劣化領域が抑制でき、単一で小型軽量な位相板Ｐ１が実現した。また、入射光が位相板Ｐ１に対して垂直入射からずれた条件で入射する場合でも、透過光の偏光状態はほとんど変わることなく安定した直線偏光が維持できた。
【００５９】
【実施例２】
次に、実施例１で作製された位相板Ｐ１を従来の２分割旋光板１０１の替わりに用いた光情報記録再生装置、およびこの光情報記録再生装置による光情報記録媒体１０への情報の記録・再生作用について、図９〜１１を参照しながら説明する。なお、この光情報記録再生装置は、前述したように、レーザ光源１１と、コリメートレンズ１２と、１／２波長板１３と、物体光と参照光の分波用の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１４、１６と、合波用の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１７と、ビームスプリッタ（ＢＳ）１８と、２分割旋光板として用いた位相板Ｐ１と、対物レンズ２１と、空間光変調素子１５と、光検出器１９と、結像レンズ２２と、撮像素子２３などとを備えている。
【００６０】
（I）はじめに、情報の記録作用について述べる。
波長λ＝５３２ｎｍのレーザ光源１１から出射された直線偏光（Ｓ偏光）をコリメートレンズ１２により平行光化し、１／２波長板１３に入射させ、出射光をＳ偏光成分とそれに直交する偏光成分であるＰ偏光成分を生成する。Ｓ偏光成分とＰ偏光成分の割合は１／２波長板１３の進相軸方向をＹＺ面内で回転することにより調整できる。
【００６１】
１／２波長板１３の出射光のうち、Ｓ偏光成分は偏光ビームスプリッタ１４の一対の直角プリズムでの底面に形成された光学多層膜により入射光に対して９０°の角度をなす（＋Ｚ）方向に反射される一方、Ｐ偏光成分は偏光ビームスプリッタ１４を直進透過する。
【００６２】
そして、偏光ビームスプリッタ１４のＳ偏光反射光は、透過型の空間光変調素子１５に入射する。ここでは、空間光変調素子１５として、画素ごとに液晶層へ印加する電圧に応じて液晶層のリタデーション値を変化させ、透過光の偏光状態を変えることのできる液晶表示素子を用いており、電圧非印加時には液晶層が１／２波長板として作用するため、入射光であるＳ偏光がＰ偏光の透過光となり、振幅６Ｖの矩形交流電圧印加時には液晶層がリタデーション値ゼロの透明板として作用して透過光はＳ偏光を維持する。
【００６３】
画素ごとに電圧が印加されてＳ偏光とＰ偏光の空間パターンとなった空間光変調素子１５の透過光のうち、Ｐ偏光成分は偏光ビームスプリッタ１６を透過する一方、Ｓ偏光成分は（−Ｘ）方向に反射する。
したがって、空間光変調素子１５の透過光は、偏光ビームスプリッタ１６により反射されたＳ偏光成分が、画素ごとに印加された電圧に応じて透過光量の異なる２次元の明暗パターンとなり、偏光ビームスプリッタ１７に物体光として入射する。
【００６４】
次に、偏光ビームスプリッタ１４でのＰ偏光成分透過光は、一部がビームスプリッタ１８を直進透過して光量モニタ用の光検出器１９に入射し、電気信号に変換される。この信号強度が特定の値に維持されるようにレーザ光源１１の出射光量を時間的に制御する。また、ビームスプリッタ１８で反射された大半のＰ偏光成分は偏光ビームスプリッタ１７を参照光として直進透過する。
【００６５】
このようにして生成されたＳ偏光の物体光とＰ偏光の参照光は、偏光ビームスプリッタ１７により光軸が同一となるように合波され、図１０における従来の場合と同様にして、光情報記録媒体１０の情報記録層（図１０において、符号１０Ａで示す部分）内で物体光と参照光により生成された干渉パターンが体積的に記録される。
【００６６】
（II）次に、光情報記録媒体１０の情報記録層内に記録された情報の再生作用について述べる。
レーザ光源１１からの出射光のうち、空間光変調素子１５を透過した光が物体光として光情報記録媒体１０に入射させないようにするため、空間光変調素子１５（液晶表示素子）の全ての画素に電圧を印加しない。その結果、Ｓ偏光の入射光がＰ偏光の出射光となって空間光変調素子１５である液晶表示素子を透過するため、このＰ偏光については偏光ビームスプリッタ１６を全て透過してしましい、反射する物体光はなくなる。
【００６７】
したがって、参照光のみが位相板Ｐ１を透過し、図４に示すように位相板Ｐ１の２分割領域で偏光方向が互いに直交する直線偏光となって光情報記録媒体１０に再生光として入射できる。
【００６８】
このとき、図１１における従来のものと同様の原理により、前述の光情報記録媒体１０に入射した再生光は、光情報記録媒体１０の情報記録層（図１１において１０Ａの領域）内に体積的に記録されていた干渉パターンにより回折されて情報光が生成され、再生光の入射方向と逆向きになって位相板Ｐ１に入射する。
【００６９】
そして、図５に示すように、位相板Ｐ１の高分子液晶膜２Ｌの領域に入射したＡ偏光（同図（Ａ）参照）と高分子液晶膜２Ｒの領域に入射したＢ偏光（同図（Ｂ）参照）は、何れも位相板Ｐ１を透過してＰ偏光成分となり、再生光と同じ光路を逆向きに進み、偏光ビームスプリッタ１７を透過しビ−ムスプリッタ１８に入射した光のうちの一部がここを透過し、その後、結像レンズ２２を用いてＣＣＤ等の撮像素子２３に結像される。そして、この撮像素子２３により検出された電気信号を電気信号処理することにより、光情報記録媒体１０の記録情報の再生ができる。
【００７０】
したがって、位相板Ｐ１を搭載した本実施例の光情報記録再生装置を用いることにより、小型軽量で安定した記録容量の大きな情報の体積ホログラム情報記録および再生装置が実現する。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の位相板は、光情報記録再生装置において必須となる２分割旋光板の作用と同等の機能を有しており、２分割領域の境界線の位置ずれがないため、２分割境界領域の特性劣化領域が抑制でき、単一で小型軽量な位相板が実現できる。また、水晶等の単結晶からなる波長板に比べてリタデーション値の角度依存性が少ないため、入射光が垂直入射からずれた条件で入射した場合でも、透過光の偏光状態はほとんど変わることがなく、安定した直線偏光が維持できる。
【００７２】
また、本発明の位相板を光情報記録再生装置に搭載することにより、小型軽量で安定した、記録容量の大きな体積ホログラム情報の記録および再生装置が実現できる。
【発明の効果】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の位相板の構成例を示す断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態の位相板の構成例を示す平面図。
【図３】本発明の位相板のＳ偏光入射光に対する作用を示す模式図。
【図４】本発明の位相板のＰ偏光入射光に対する作用を示す模式図。
【図５】本発明の位相板のＡ偏光およびＢ偏光の入射光に対する作用を示す模式図。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る位相板の構成例を示す断面図。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る位相板の構成例を示す断面図。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る位相板の構成例を示す断面図。
【図９】本発明の第５の実施形態に係る光情報記録再生装置の構成を示す説明図。
【図１０】従来の光情報記録再生装置を用いて、記録時の原理を説明するための説明図。
【図１１】従来の光情報記録再生装置を用いて、再生時の原理を説明するための説明図。
【図１２】偏光を説明するための説明図。
【符号の説明】
１、４：透明基板
２Ｌ、２Ｒ、６Ｌ、８Ｌ、８Ｒ：高分子液晶膜
３：均質屈折率透明材料
５、７、１３：１／２波長板
１０：光情報記録媒体
１０Ａ：情報記録層
１０Ｃ：反射層
１０Ｄ：反射面
１１：レーザ光源
１２：コリメートレンズ
１４、１６、１７：偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
１５：空間光変調器
１８：ビームスプリッタ（ＢＳ）
１９：光検出器
２１：対物レンズ
２２：結像レンズ
２３：撮像素子
２０Ｌ、２０Ｒ：物体光
３０Ｌ、３０Ｒ：参照光
４０Ｌ、４０Ｒ：再生光
５０Ｌ、５０Ｒ：情報光
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４：位相板
【発明の属する技術分野】
本発明は、光照射領域内で空間的に入射光の偏光状態を制御できる位相板およびそれを搭載した光情報記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在普及しているＣＤやＤＶＤなどの光ディスクおよび光磁気ディスクなどの光記録媒体に情報の記録・再生を行う光ヘッド装置では、光記録媒体の単層記録面に１次元の情報列である凹凸または反射率の異なるピット情報を記録・再生している。また、記録・再生面を積層化することにより情報の増大が図られているが、単一ディスク当たりの最大積層数は４層程度であるため、記録情報量の向上には限界があった。
【０００３】
一方、ホログラフィを利用して光記録媒体に情報を記録するホログラフィック記録は、一般的に、イメージ情報を持った物体光と参照光とを記録媒体の内部で重ね合わせ、そのときにできる干渉パターンを体積ホログラムとして光記録媒体に書き込むことによって行われる。記録された情報の再生時には、その光記録媒体に再生用の再生光を照射することにより、記録された干渉パターンによる回折によりイメージ情報が再生される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
このとき、光記録媒体の厚さ方向に３次元的に干渉パターンを体積ホログラムとして書き込むことにより、記録容量の飛躍的増大を図ることができるため、最近注目を集めている。特に、前述の特許文献１に開示された光情報記録装置において提案されている光情報記録再生方式では、光記録媒体として光記録層と光反射層とを有する光ディスクを用い、２分割旋光板と単一の対物レンズとを用いて、光記録媒体に物体光と参照光とを照射するため、ＣＤやＤＶＤ等と同様の光ヘッドの構成が可能となり、光情報記録再生装置の小型化に有効な方式である。
【０００５】
図１０を参照して、この光情報記録再生装置およびこれに用いた２分割旋光板１０１の機能を説明する。
この光情報記録再生装置において、２分割旋光板１０１は、光軸の右側半分（＋Ｘ）に配置された２分割旋光板１０１Ｒと、光軸の左側部分（−Ｘ）に配置された２分割旋光板１０１Ｌとからなり、２分割旋光板１０１Ｒは偏光方向を−４５°回転させ、２分割旋光板１０１Ｌは偏光方向を＋４５°回転させるようになっている。回転角度の正負の符号は、図１２に示す座標系において時計回りを正とする。
【０００６】
この光情報記録再生装置には、２分割旋光板１０１に隣接して対物レンズ１０２を設けており、この対物レンズ１０２は、光情報記録媒体１０の情報記録層１０Ａ側に対向して配置するようになっている。また、この光情報記録再生装置には、対物レンズ１０２を光情報記録媒体１０の厚さ方向およびトラック方向に移動可能な図示しないアクチュエータを備えている。
【０００７】
ここで、偏光方向の名称を図１２のように定義する。即ち、時計回りの角度符号を正とすると、Ａ偏光はＹ軸方向のＳ偏光を−４５°またはＸ軸方向のＰ偏光を＋４５°偏光方向を回転させた直線偏光とし、Ｂ偏光はＳ偏光を＋４５°またはＰ偏光を−４５°偏光方向を回転させた直線偏光とする。Ａ偏光とＢ偏光は、互いに偏光方向が直交している。
【０００８】
（I）次に、２分割旋光板１０１を用いた情報の記録原理について説明する。物体光は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０３を反射したＳ偏光が２分割旋光板１０１に入射し、参照光は、偏光ビームスプリッタ１０３を透過したＰ偏光が２分割旋光板１０１に入射する。ここで、２分割旋光板１０１Ｒを通過して光情報記録媒体１０に入射する物体光２０ＲはＡ偏光となっている。一方、２分割旋光板１０１Ｌを通過した後、光情報記録媒体１０に入射する参照光３０ＬもＡ偏光となっている。
【０００９】
Ａ偏光の参照光３０Ｌは、光情報記録媒体１０の反射層１０Ｃにおける反射面１０Ｄで反射され、情報記録層１０Ａ内において、上記のＡ偏光の物体光２０Ｒと同じ領域を通過する。これらの物体光２０Ｒ、参照光３０Ｌは、偏光方向が一致するので、干渉して干渉パターンを形成する。また、Ａ偏光の物体光２０Ｒは、光情報記録媒体１０の反射面１０Ｄで反射され、情報記録層１０Ａ内において、上記のＡ偏光の参照光３０Ｌと同じ領域を通過する。これらの物体光２０Ｒ、参照光３０Ｌも、偏光方向が一致するので干渉して干渉パターンを形成する。
【００１０】
従って、情報記録層１０Ａ内には、反射面１０Ｄに入射する前のＡ偏光の物体光２０Ｒと反射面１０Ｄで反射された後のＡ偏光の参照光３０Ｌとの干渉による干渉パターンと、反射面１０Ｄに入射する前のＡ偏光の参照光３０Ｌと反射面１０Ｄで反射された後のＡ偏光の物体光２０Ｒとの干渉による干渉パターンとが体積（三次元）的に記録される。なお、反射面１０Ｄと情報記録媒体層１０Ａとの間には、透明基板１０Ｂが形成されている。
【００１１】
同様に、２分割旋光板１０１Ｌを通過した後、光情報記録媒体１０に入射する物体光２０ＬはＢ偏光となっている。また、２分割旋光板１０１Ｒを通過した後、光情報記録媒体１０に入射する参照光３０ＲもＢ偏光となっている。Ｂ偏光の参照光３０Ｒは、光情報記録媒体１０の反射面１０Ｄで反射され、情報記録層１０Ａ内において、上記のＢ偏光の物体光２０Ｌと同じ領域を通過する。
【００１２】
これらの物体光２０Ｌ、参照光３０Ｒは、偏光方向が一致するので干渉して干渉パターンを形成する。また、Ｂ偏光の物体光２０Ｌは、光情報記録媒体１０の反射面１０Ｄで反射され、情報記録層１０Ａ内において、上記のＢ偏光の参照光３０Ｒと同じ領域を通過する。これらの物体光２０Ｌ、参照光３０Ｒも、偏光方向が一致するので干渉して干渉パターンを形成する。
【００１３】
従って、情報記録層１０Ａ内には、反射面１０Ｄに入射する前のＢ偏光の物体光２０Ｌと反射面１０Ｄで反射された後のＢ偏光の参照光３０Ｒとの干渉による干渉パターンと、反射面１０Ｄに入射する前のＢ偏光の参照光３０Ｒと反射面１０Ｄで反射された後のＢ偏光の物体光２０Ｌとの干渉による干渉パターンとが体積的に記録される。
【００１４】
（II）次に、図１１を参照して、２分割旋光板１０１を用いた情報の再生原理について説明する。
２分割旋光板１０１Ｒを通過した後、光情報記録媒体１０に入射する再生光４０ＲはＢ偏光となっている。一方、２分割旋光板１０１Ｌを通過した後、光情報記録媒体１０に入射する再生光４０ＬはＡ偏光となっている。
【００１５】
情報記録層１０Ａでは、反射面１０Ｄで反射される前の再生光によって、反射面１０Ｄとは反対側に進行する情報光が発生すると共に、反射面１０Ｄで反射された後の再生光によって、反射面１０Ｄ側に進行する情報光が発生する。
【００１６】
反射面１０Ｄとは反対側に進行する情報光は、そのまま光情報記録媒体１０より出射され、反射面１０Ｄ側に進行する情報光は、反射面１０Ｄで反射されて、光情報記録媒体１０より出射される。
【００１７】
情報光は、対物レンズ１０２によって平行光束にされた後、２分割旋光板１０１に入射する。ここで、２分割旋光板１０１のうち２分割旋光板１０１Ｒに入射する情報光５０Ｒは、２分割旋光板１０１Ｒに入射する前はＢ偏光であり、２分割旋光板１０１Ｒを通過した後はＰ偏光となる。一方、２分割旋光板１０１のうち２分割旋光板１０１Ｌに入射する情報光５０Ｌは、２分割旋光板１０１Ｌに入射する前はＡ偏光であり、２分割旋光板１０１Ｌを通過した後はＰ偏光となる。このように、２分割旋光板１０１を通過した後の情報光は、光束の断面全体についてＰ偏光となる。
【００１８】
２分割旋光板１０１を通過した情報光は、偏光ビームスプリッタ１０３に入射し、偏光ビームスプリッタ面１０３Ａを透過して、図示されないビームスプリッタ（ＢＳ）、結像レンズ等を通過した後、ＣＣＤなどの撮像素子に入射し、電気画像信号に変換される。
【００１９】
【特許文献１】
特開２００２−１２３９４９号公報（第８、９頁、図１、図６）
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特許文献１に開示された光情報記録再生装置にあっては、これに備えた２分割旋光板１０１について、作用に関する説明はあるものの、具体的素子構成が示されていなかった。また、図１０などに原理が例示された２分割旋光板１０１は、２分割旋光板１０１Ｒと２分割旋光板１０１Ｌが隣接した配置となっており、当業者にとっては水晶等の複屈折材料を用いた波長板を配置することを想到できるとしても、実用的な素子は開示されていなかった。このような事情から、小型軽量で領域分割精度の高い２分割旋光板と同じ作用を有する光学素子（位相板）の開発が強く求められている。
【００２１】
本発明の目的は、小型軽量で領域分割精度の高い２分割旋光板と同じ作用を有する位相板およびそれを搭載した光情報記録再生装置を提供することである。
【００２５】
また、本発明は、透光性基板間に高分子液晶膜と有機複屈折膜とを備えた位相板であって、前記有機複屈折膜は、波長λで入射する光の照射領域を含んで形成されるとともに、分子の配向方向がそろい、前記波長λで入射する光に対するリタデーション値がλ／２であり、前記高分子液晶膜は、一方の前記透光性基板の片面に形成された第１の高分子液晶膜と、他方の前記透光性基板の片面に形成された第２の高分子液晶膜からなり、かつ、前記高分子液晶膜は、前記波長λで入射する光の照射領域を含むとともに、前記有機複屈折膜と重なり、前記第１の高分子液晶膜と前記第２の高分子液晶膜とが重ならないように配置され、さらに、前記高分子液晶膜は分子の配向方向がそろい、前記波長λで入射する光に対するリタデーション値がλ／２であり、前記第１の高分子液晶膜の配向方向と前記第２の高分子液晶膜の配向方向とが同じであり、前記有機複屈折膜の配向方向と前記第１の高分子液晶膜の配向方向とがなす角度および、前記有機複屈折膜の配向方向と前記第２の高分子液晶膜の配向方向とがなす角度がそれぞれ２２．５°となるように配置されていることを特徴とする位相板を提供する。
【００２６】
また、本発明は、光記録層と光反射層とを有するディスク状の光記録媒体に物体光と参照光が照射され、前記物体光と前記参照光との干渉により生成される干渉パターンを前記光記録媒体中に情報として記録し、記録された前記干渉パターンに再生光を照射することにより記録された情報を再生する光情報記録再生装置であって、前記光記録媒体に入射する前記物体光と前記参照光との光軸を合波手段により同一の光軸にそろえて、対物レンズにより前記光記録媒体中の光記録層を透過させ光反射層に集光させるとともに、前記位相板を前記合波手段と光記録媒体との間の光路中に配置させる光情報記録再生装置を提供する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２８】
［第１の実施形態］
図１および図２は本発明の第１の実施形態に係る位相板Ｐ１を示す断面図および平面図である。
この位相板Ｐ１は、左右の領域で構成順が一部異なるが、透明基板１と、高分子液晶膜２（２Ｌ、２Ｒ）と、均質屈折率透明材料３と、透明基板４とを備えた４層のもので構成されている。
【００２９】
最上層である透明基板１の片面には、波長λに対してリタデーション値がλ／２である高分子液晶膜２Ｌが２分割領域の左側のみに形成してあると共に、透明基板４の片面には、波長λに対してリタデーション値がλ／２である高分子液晶膜２Ｒが２分割領域の右側のみに形成してある。また、高分子液晶膜がない領域には、均質屈折率透明材料３により充填されるように透明基板１と透明基板４を接着しており、これにより２分割の位相板Ｐ１を構成している。
【００３０】
ここで、高分子液晶膜２は以下のように作成する。
透明基板１、４上に液晶配向用の配向膜を塗布し（図示せず）、おのおの所望の配向処理を施した後、屈折率異方性を有する液晶モノマーと重合開始材の混合溶液を均一に塗布し、さらに、光重合用の紫外光を照射することで重合硬化させ、透明基板１、４面内に平行配向となる高分子液晶膜２Ｌ、２Ｒを形成する。
ここで、高分子液晶膜２Ｌ、２Ｒは、液晶分子配向方向が互いに４５°の角度をなすように、各透明基板１、４上の配向膜が図２に示す斜線方向にあらかじめ配向処理されている。
【００３１】
次に、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチング法を用いて、透明基板１、４上の特定領域の高分子液晶膜を除去する。即ち、高分子液晶膜２Ｌは２分割領域の左側のみ、高分子液晶膜２Ｒは２分割領域の右側のみに形成されるように加工する。
【００３２】
これにより、高分子液晶の常光屈折率をｎo、異常光屈折率をｎe（ｎe＞ｎo）とすると、図２の斜線で示す時計回りと反時計回りにφの角度方向が異常光屈折率の方向、すなわち遅相軸となる、平面内２分割の１／２波長位相板Ｐ１が得られる。なお、高分子液晶膜２Ｌ、２Ｒの液晶分子配向方向が互いに４５°の角度をなすように、角度φは２２．５°としている。
【００３３】
次に、位相板Ｐ１に波長λの偏光方向が直交する直線偏光であるＳ偏光とＰ偏光が入射したとき、出射偏光の状態について、図３および図４を用いて説明する。
Ｓ偏光は、＋Ｚ方向に高分子液晶膜２Ｌの領域を透過すると、図３に示すように、偏光方向が＋４５°回転したＢ偏光となるが（同図（Ａ）参照）、高分子液晶膜２Ｒの領域を透過すると、偏光方向が−４５°回転したＡ偏光となる（同図（Ｂ）参照）。
【００３４】
一方、Ｐ偏光は、＋Ｚ方向に高分子液晶膜２Ｌの領域を透過すると、図４に示すように、偏光方向が＋４５°回転したＡ偏光となるが（同図（Ａ）参照）、高分子液晶膜２Ｒの領域を透過すると偏光方向が−４５°回転したＢ偏光となる（同図（Ｂ）参照）。したがって、この位相板Ｐ１は、後述する図９に示す光情報記録再生装置を用いた情報の記録において、図１０に示す２分割旋光板１０１と同じ機能が得られる。
【００３５】
また、位相板Ｐ１の高分子液晶膜２Ｌの領域と高分子液晶膜２Ｒの領域に、それぞれ波長λの直交する偏光方向の直線偏光であるＡ偏光とＢ偏光が入射したとき、出射偏光の状態について図５を用いて説明する。
【００３６】
Ａ偏光は、−Ｚ方向に高分子液晶膜２Ｌの領域を透過すると、偏光方向が−４５°回転したＰ偏光となる。一方、Ｂ偏光は、−Ｚ方向に高分子液晶膜２Ｒの領域を透過すると、偏光方向が＋４５°回転したＰ偏光となる。
これにより、この位相板Ｐ１は、後述する図９に示す本発明の光情報記録再生装置を用いた情報の再生において、図１１に示す従来の２分割旋光板１０１と同じ機能が得られる。
【００３７】
したがって、本発明の位相板Ｐ１を、図１０および図１１に示す２分割旋光板１０１の替わりに用いることにより、同一機能が単一部品で実現できる。また、ミクロンレベルで精度良く、高分子液晶膜のエッチング加工および位置合わせができるため、高分子液晶膜２Ｌと高分子液晶膜２Ｒの２分割領域に対して、境界線位置ずれに伴う特性の劣化が抑制できる。
【００３８】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態である位相板Ｐ２について、図面を参照しながら説明する。
図６は、本発明の第２の実施形態に係る位相板Ｐ２を示す断面図であり、この位相板Ｐ２では、第１の実施形態における高分子液晶膜２Ｌと高分子液晶膜２Ｒに相当する配向方向の異なる高分子液晶膜をエッチングによりパターニングして形成するのではなく、液晶モノマーを光重合により高分子液晶膜２Ｌと２Ｒの液晶分子配向方向が４５°の角度をなすように光配向法を用いて形成する点が異なる。
【００３９】
具体的には、透明基板１、４の間に屈折率異方性を有する液晶モノマーと重合開始材の混合溶液を均一に注入した後、光重合用の紫外光を直線偏光として、高分子液晶膜２Ｌの領域には偏光方向が＋２２．５°で、高分子液晶膜２Ｒの領域には偏光方向が−２２．５°で照射することにより、高分子液晶膜２Ｌ、２Ｒを第１の実施形態と同じ分割配向層に形成できる。
【００４０】
他の光配向法を利用した方法として、透明基板１、４上の高分子液晶膜２Ｌ、２Ｒの領域に、それぞれ高分子液晶膜２Ｌ、２Ｒの液晶分子配向方向が互いに４５°の角度をなすように各透明基板１、４上の配向膜をパターニング配向処理させた後、屈折率異方性を有する液晶モノマーと重合開始材の混合溶液を均一に塗布し、さらに、光重合用の紫外光を照射することで重合硬化させ、透明基板１、４面内に各領域の配向膜の配向方向に応じた平行配向となる高分子液晶膜２Ｌ、２Ｒを形成できる。
【００４１】
したがって、第２の実施形態の位相板Ｐ２では、第１の実施形態の位相板Ｐ１において均一配向の高分子液晶膜をエッチング加工した後、均一屈折率透明材料６を充填する、といった工程がないため、作成工程が簡略化できる。
【００４２】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態である位相板Ｐ３について、図面を参照しながら説明する。
図７は、本発明の第３の実施形態に係る位相板Ｐ３を示す断面図であり、この位相板Ｐ３では、光入射側である透明基板１の片面に、遅相軸が図２の高分子液晶膜２Ｒと同じ反時計回りに角度φ＝２２．５°方向で、波長λに対してリタデーション値がλ／２である１／２波長板５が均一に形成されている。
【００４３】
また、光出射側である透明基板４の片面には、遅相軸が図２のＸ軸方向（φ＝０°）で、波長λに対してリタデーション値がλ／２である位相板６Ｌが素子の２分割領域の左側のみに形成されており、高分子液晶膜がない領域が均質屈折率透明材料３により充填されるように、透明基板１と透明基板４とが接着されている。
【００４４】
１／２波長板５には、前述の高分子液晶や、ポリカーボネートを特定方向に延伸して複屈折性を発現させた膜が用いられる。この１／２波長板５を透過したＳ偏光またはＰ偏光は、何れも偏光方向が−４５°回転する。さらに、位相板６Ｌの領域を透過した光は、偏光方向がさらに±９０°回転するため、位相板Ｐ３の光学的機能は第１および第２の実施形態と同じとなる。しかも、第１の実施形態に比べ、高分子液晶膜６Ｌのみであり、その位置合わせを考慮する必要がないため、安定して２分割位相板が得られるといった特徴がある。
【００４５】
［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態である位相板Ｐ４について、図面を参照しながら説明する。
図８は、本発明の第４の実施形態に係る位相板Ｐ４を示す断面図であり、この位相板Ｐ４には、透明基板１の片面において波長λに対してリタデーション値がλ／２である高分子液晶膜８Ｌが２分割領域の左側のみに形成されていると共に、透明基板４には、片面において波長λに対してリタデーション値がλ／２である高分子液晶膜８Ｒが２分割領域の右側のみに形成されており、高分子液晶膜がない領域が均質屈折率透明材料３により充填される点は第１の実施形態と同じである。
【００４６】
また、この位相板Ｐ４では、高分子液晶膜８Ｌと８Ｒの分子の配向方向、すなわち遅相軸方向が同じで、その間に波長λに対してリタデーション値がλ／２である１／２波長板７が挟持されている点が異なり、高分子液晶膜８Ｌと８Ｒと１／２波長板７のＸ軸に対して遅相軸の角度φを、それぞれ、α＋２２．５°、α＋２２．５°、αとしている。ここで、αは任意の角度でよい。
【００４７】
このような構成とすることにより、入射光の直線偏光の偏光方向に関わらず、出射光の偏光状態は高分子液晶膜８Ｌ、８Ｒの２分割領域で入射光の偏光方向に対して±４５°の直線偏光、すなわち直交する直線偏光の出射光が得られる特徴がある。その結果、入射光の偏光方向が１／２波長板７の所定の遅相軸方向に対して変動した場合、第１から第３の実施形態に示す位相板では出射光の偏光方向は直交しないが、本実施形態の位相板Ｐ４では常に直交した直線偏光が出射するといった特徴がある。
【００４８】
［第５の実施形態］
次に、図９を参照しながら、本発明の第５の実施形態として、第１の実施形態に係る位相板Ｐ１を適用した光情報記録再生装置について説明する。
図９に示す光情報記録再生装置は、大略構成として、光源１１と、コリメートレンズ１２と、１／２波長板１３と、物体光および参照光を分波するための２個の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１４、１６と、１個のビームスプリッタ（ＢＳ）１８と、物体光および参照光を合波するための偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１７と、第１の実施形態の位相板Ｐ１と、光検出器１９と、対物レンズ２１および結像レンズ２２と、撮像素子２３などとを備えており、特に、この位相板Ｐ１には、図１０および図１１に示す２分割旋光板１０１としての機能を有している。
【００４９】
なお、本発明の光情報記録再生装置に用いる２分割旋光板としては、第１の実施形態の位相板Ｐ１以外に、例えば第２から第４の実施形態に示した位相板Ｐ２からＰ４のいずれでもよい。
【００５０】
したがって、図９に示すように、第１の実施形態に示した位相板Ｐ１（これ以外に位相板Ｐ２〜Ｐ４のいずれかでもよい）を、図１０および図１１に示す従来の光情報記録再生装置での２分割旋光板１０１の替わりに用いることにより、小型軽量で透過光偏光成分の領域分割精度の高い記録および再生光学系が実現する。
【００５１】
なお、上記の実施形態では位相板として透過光の偏光状態が異なる高分子液晶膜２Ｌ、２Ｒおよび８Ｌ、８Ｒの分割数をさらに多くした位相板としてもよい。また、位相板の各分割領域における高分子液晶膜の分子の配向方向を透明基板面内に平行配向で厚さ方向にそろった場合について説明したが、厚さ方向に高分子液晶分子がねじれを持ったツイスト配向や、厚さ方向で透明基板に対して傾きを持ったベント配向であっても、透過光の偏光状態を所望の空間分割偏光に変換する機能を有していればよい。なお、図９において、符号１０は光情報記録媒体、１５は空間光変調素子である。
【００５２】
【実施例１】
次に、第１の実施形態に示した位相板Ｐ１について、図１（断面図）、および図２（平面図）を参照しながらその製造方法を説明する。
（１）ガラス基板（透明基板１に相当する）の片面に、配向膜用のポリイミド膜を形成し、屈折率異方性を有する液晶モノマーが図２のＸ軸に対して＋２２．５°方向に配向するように配向処理した後、紫外光を照射することで重合硬化させ、高分子液晶膜２を形成した。ここで、図２において＋Ｘ軸から＋Ｙ軸方向の時計回りの回転角度を正とする。この時、高分子液晶膜２は、膜厚２．２２μｍで、常光屈折率ｎo＝１．５５、異常光屈折率をｎe＝１．６７を有する、ガラス基板（透明基板１）の面に平行で膜厚方向に分子の配向がそろった高分子液晶膜となった。
【００５３】
（２）同様に、ガラス基板（透明基板４に相当する）の片面に、図２のＸ軸に対して−２２．５°方向に配向した、膜厚ｄ＝２．２２μｍで、常光屈折率ｎo＝１．５５、異常光屈折率をｎe＝１．６７を有する高分子液晶膜２を形成した。この時、各ガラス基板に形成された高分子液晶膜はリタデーション値が、（ｎe−ｎo）×ｄ＝０．２６６μｍとなり、波長λ＝５３２ｎｍの光に対して１／２波長板となっている。
【００５４】
（３）次に、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチングにより、ガラス基板（透明基板１）の高分子液晶膜２の右半分とガラス基板（透明基板４）の高分子液晶膜２の左半分が除去されるようにパターニング加工した。
【００５５】
（４）さらに、屈折率ｎs＝１．５５の接着材（均質屈折率透明材料３）を用い、図１に示すように、高分子液晶膜２Ｌと２Ｒの加工部の境界線がＸ方向について一致するように位置合わせするとともに、接着材（均質屈折率透明材料３）で充填させるようにガラス基板どうし（透明基板１、４）を接着し、２分割の位相板Ｐ１を作成した。
【００５６】
このようにして得られた位相板Ｐ１に垂直に、換言すれば、波長λ＝５３２ｎｍでＹ軸方向に偏光した直線偏光（Ｓ偏光）が＋Ｚ軸方向に入射した場合、図３（Ａ）に示すように、高分子液晶膜２Ｌの部分を透過した出射光は、偏光方向が＋４５°のＢ偏光となる。一方、同図（Ｂ）に示すように、高分子液晶膜２Ｒの部分を透過した出射光は、偏光方向が−４５°のＡ偏光となり、互いに直交する直線偏光に変換された。
【００５７】
また、波長λ＝５３２ｎｍでＸ軸方向に偏光した直線偏光（Ｐ偏光）が＋Ｚ軸方向に入射した場合、図４（Ａ）に示すように、高分子液晶膜２Ｌの部分を透過した出射光は、偏光方向が＋４５°のＡ偏光となる。一方、同図（Ｂ）に示すように、高分子液晶膜２Ｒの部分を透過した出射光は、偏光方向が−４５°のＢ偏光となり、互いに直交する直線偏光に変換された。
【００５８】
したがって、２分割領域の境界線に位置ずれがないため、２分割境界領域の特性劣化領域が抑制でき、単一で小型軽量な位相板Ｐ１が実現した。また、入射光が位相板Ｐ１に対して垂直入射からずれた条件で入射する場合でも、透過光の偏光状態はほとんど変わることなく安定した直線偏光が維持できた。
【００５９】
【実施例２】
次に、実施例１で作製された位相板Ｐ１を従来の２分割旋光板１０１の替わりに用いた光情報記録再生装置、およびこの光情報記録再生装置による光情報記録媒体１０への情報の記録・再生作用について、図９〜１１を参照しながら説明する。なお、この光情報記録再生装置は、前述したように、レーザ光源１１と、コリメートレンズ１２と、１／２波長板１３と、物体光と参照光の分波用の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１４、１６と、合波用の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１７と、ビームスプリッタ（ＢＳ）１８と、２分割旋光板として用いた位相板Ｐ１と、対物レンズ２１と、空間光変調素子１５と、光検出器１９と、結像レンズ２２と、撮像素子２３などとを備えている。
【００６０】
（I）はじめに、情報の記録作用について述べる。
波長λ＝５３２ｎｍのレーザ光源１１から出射された直線偏光（Ｓ偏光）をコリメートレンズ１２により平行光化し、１／２波長板１３に入射させ、出射光をＳ偏光成分とそれに直交する偏光成分であるＰ偏光成分を生成する。Ｓ偏光成分とＰ偏光成分の割合は１／２波長板１３の進相軸方向をＹＺ面内で回転することにより調整できる。
【００６１】
１／２波長板１３の出射光のうち、Ｓ偏光成分は偏光ビームスプリッタ１４の一対の直角プリズムでの底面に形成された光学多層膜により入射光に対して９０°の角度をなす（＋Ｚ）方向に反射される一方、Ｐ偏光成分は偏光ビームスプリッタ１４を直進透過する。
【００６２】
そして、偏光ビームスプリッタ１４のＳ偏光反射光は、透過型の空間光変調素子１５に入射する。ここでは、空間光変調素子１５として、画素ごとに液晶層へ印加する電圧に応じて液晶層のリタデーション値を変化させ、透過光の偏光状態を変えることのできる液晶表示素子を用いており、電圧非印加時には液晶層が１／２波長板として作用するため、入射光であるＳ偏光がＰ偏光の透過光となり、振幅６Ｖの矩形交流電圧印加時には液晶層がリタデーション値ゼロの透明板として作用して透過光はＳ偏光を維持する。
【００６３】
画素ごとに電圧が印加されてＳ偏光とＰ偏光の空間パターンとなった空間光変調素子１５の透過光のうち、Ｐ偏光成分は偏光ビームスプリッタ１６を透過する一方、Ｓ偏光成分は（−Ｘ）方向に反射する。
したがって、空間光変調素子１５の透過光は、偏光ビームスプリッタ１６により反射されたＳ偏光成分が、画素ごとに印加された電圧に応じて透過光量の異なる２次元の明暗パターンとなり、偏光ビームスプリッタ１７に物体光として入射する。
【００６４】
次に、偏光ビームスプリッタ１４でのＰ偏光成分透過光は、一部がビームスプリッタ１８を直進透過して光量モニタ用の光検出器１９に入射し、電気信号に変換される。この信号強度が特定の値に維持されるようにレーザ光源１１の出射光量を時間的に制御する。また、ビームスプリッタ１８で反射された大半のＰ偏光成分は偏光ビームスプリッタ１７を参照光として直進透過する。
【００６５】
このようにして生成されたＳ偏光の物体光とＰ偏光の参照光は、偏光ビームスプリッタ１７により光軸が同一となるように合波され、図１０における従来の場合と同様にして、光情報記録媒体１０の情報記録層（図１０において、符号１０Ａで示す部分）内で物体光と参照光により生成された干渉パターンが体積的に記録される。
【００６６】
（II）次に、光情報記録媒体１０の情報記録層内に記録された情報の再生作用について述べる。
レーザ光源１１からの出射光のうち、空間光変調素子１５を透過した光が物体光として光情報記録媒体１０に入射させないようにするため、空間光変調素子１５（液晶表示素子）の全ての画素に電圧を印加しない。その結果、Ｓ偏光の入射光がＰ偏光の出射光となって空間光変調素子１５である液晶表示素子を透過するため、このＰ偏光については偏光ビームスプリッタ１６を全て透過してしましい、反射する物体光はなくなる。
【００６７】
したがって、参照光のみが位相板Ｐ１を透過し、図４に示すように位相板Ｐ１の２分割領域で偏光方向が互いに直交する直線偏光となって光情報記録媒体１０に再生光として入射できる。
【００６８】
このとき、図１１における従来のものと同様の原理により、前述の光情報記録媒体１０に入射した再生光は、光情報記録媒体１０の情報記録層（図１１において１０Ａの領域）内に体積的に記録されていた干渉パターンにより回折されて情報光が生成され、再生光の入射方向と逆向きになって位相板Ｐ１に入射する。
【００６９】
そして、図５に示すように、位相板Ｐ１の高分子液晶膜２Ｌの領域に入射したＡ偏光（同図（Ａ）参照）と高分子液晶膜２Ｒの領域に入射したＢ偏光（同図（Ｂ）参照）は、何れも位相板Ｐ１を透過してＰ偏光成分となり、再生光と同じ光路を逆向きに進み、偏光ビームスプリッタ１７を透過しビ−ムスプリッタ１８に入射した光のうちの一部がここを透過し、その後、結像レンズ２２を用いてＣＣＤ等の撮像素子２３に結像される。そして、この撮像素子２３により検出された電気信号を電気信号処理することにより、光情報記録媒体１０の記録情報の再生ができる。
【００７０】
したがって、位相板Ｐ１を搭載した本実施例の光情報記録再生装置を用いることにより、小型軽量で安定した記録容量の大きな情報の体積ホログラム情報記録および再生装置が実現する。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の位相板は、光情報記録再生装置において必須となる２分割旋光板の作用と同等の機能を有しており、２分割領域の境界線の位置ずれがないため、２分割境界領域の特性劣化領域が抑制でき、単一で小型軽量な位相板が実現できる。また、水晶等の単結晶からなる波長板に比べてリタデーション値の角度依存性が少ないため、入射光が垂直入射からずれた条件で入射した場合でも、透過光の偏光状態はほとんど変わることがなく、安定した直線偏光が維持できる。
【００７２】
また、本発明の位相板を光情報記録再生装置に搭載することにより、小型軽量で安定した、記録容量の大きな体積ホログラム情報の記録および再生装置が実現できる。
【発明の効果】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の位相板の構成例を示す断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態の位相板の構成例を示す平面図。
【図３】本発明の位相板のＳ偏光入射光に対する作用を示す模式図。
【図４】本発明の位相板のＰ偏光入射光に対する作用を示す模式図。
【図５】本発明の位相板のＡ偏光およびＢ偏光の入射光に対する作用を示す模式図。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る位相板の構成例を示す断面図。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る位相板の構成例を示す断面図。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る位相板の構成例を示す断面図。
【図９】本発明の第５の実施形態に係る光情報記録再生装置の構成を示す説明図。
【図１０】従来の光情報記録再生装置を用いて、記録時の原理を説明するための説明図。
【図１１】従来の光情報記録再生装置を用いて、再生時の原理を説明するための説明図。
【図１２】偏光を説明するための説明図。
【符号の説明】
１、４：透明基板
２Ｌ、２Ｒ、６Ｌ、８Ｌ、８Ｒ：高分子液晶膜
３：均質屈折率透明材料
５、７、１３：１／２波長板
１０：光情報記録媒体
１０Ａ：情報記録層
１０Ｃ：反射層
１０Ｄ：反射面
１１：レーザ光源
１２：コリメートレンズ
１４、１６、１７：偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
１５：空間光変調器
１８：ビームスプリッタ（ＢＳ）
１９：光検出器
２１：対物レンズ
２２：結像レンズ
２３：撮像素子
２０Ｌ、２０Ｒ：物体光
３０Ｌ、３０Ｒ：参照光
４０Ｌ、４０Ｒ：再生光
５０Ｌ、５０Ｒ：情報光
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４：位相板
Claims (2)
- 透光性基板間に高分子液晶膜と有機複屈折膜とを備えた位相板であって、
前記有機複屈折膜は、波長λで入射する光の照射領域を含んで形成されるとともに、分子の配向方向がそろい、前記波長λで入射する光に対するリタデーション値がλ／２であり、
前記高分子液晶膜は、一方の前記透光性基板の片面に形成された第１の高分子液晶膜と、他方の前記透光性基板の片面に形成された第２の高分子液晶膜からなり、
かつ、前記高分子液晶膜は、前記波長λで入射する光の照射領域を含むとともに、前記有機複屈折膜と重なり、前記第１の高分子液晶膜と前記第２の高分子液晶膜とが重ならないように配置され、さらに、前記高分子液晶膜は分子の配向方向がそろい、前記波長λで入射する光に対するリタデーション値がλ／２であり、
前記第１の高分子液晶膜の配向方向と前記第２の高分子液晶膜の配向方向とが同じであり、
前記有機複屈折膜の配向方向と前記第１の高分子液晶膜の配向方向とがなす角度および、前記有機複屈折膜の配向方向と前記第２の高分子液晶膜の配向方向とがなす角度がそれぞれ２２．５°となるように配置されていることを特徴とする位相板。 - 光記録層と光反射層とを有するディスク状の光記録媒体に物体光と参照光が照射され、前記物体光と前記参照光との干渉により生成される干渉パターンを前記光記録媒体中に情報として記録し、記録された前記干渉パターンに再生光を照射することにより記録された情報を再生する光情報記録再生装置であって、
前記光記録媒体に入射する前記物体光と前記参照光との光軸を合波手段により同一の光軸にそろえて、対物レンズにより前記光記録媒体中の光記録層を透過させ光反射層に集光させるとともに、請求項１に記載の位相板を前記合波手段と光記録媒体との間の光路中に配置させる光情報記録再生装置。
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