JP4407495B2 - Broadband half-wave plate - Google Patents
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Description
本発明は、広い帯域にわたる入射光の偏光状態を変える広帯域1/2波長板および広帯域1/2波長板を用いた光ヘッド装置に関し、特に、光情報の記録または再生に用いられる特定の複数波長を有する入射光の偏光状態を変える広帯域1/2波長板および広帯域1/2波長板を用いた光ヘッド装置に関する。 The present invention relates to a broadband half-wave plate for changing the polarization state of incident light over a wide band and an optical head device using the broadband half-wave plate, and more particularly, to a plurality of specific wavelengths used for recording or reproducing optical information. The present invention relates to a broadband ½ wavelength plate for changing the polarization state of incident light having a wavelength and an optical head device using the broadband ½ wavelength plate.
従来、光ヘッド装置では、光源として広く用いられている半導体レーザから出力される光の光量が素子の温度等によって変化するため、光量をモニタして半導体レーザから出力される光の光量を一定に保つようにする制御が行われている(例えば、特許文献1参照。)。また、記録用の光ヘッド装置では、光量を正確に制御する必要があるため、半導体レーザ素子から対物レンズに向かう往路光を一部抽出して光量をモニタする、いわゆる前方モニタ方式がとられている(例えば、特許文献1参照。)。 Conventionally, in an optical head device, the amount of light output from a semiconductor laser widely used as a light source varies depending on the temperature of the element, etc., so the amount of light output from the semiconductor laser is kept constant by monitoring the amount of light. Control is performed so as to maintain (see, for example, Patent Document 1). In addition, since it is necessary to accurately control the amount of light in the optical head device for recording, a so-called front monitoring method is adopted in which the amount of outgoing light from the semiconductor laser element toward the objective lens is partially extracted to monitor the amount of light. (For example, refer to Patent Document 1).
前方モニタ方式では、通常、半導体レーザからの出射光が直線偏光であることを利用し、ビームスプリッタを用いて入射光を偏光方向に応じて対物レンズ側に出射する光(以下、P偏光成分光という。)とモニタ側に出射する光(以下、S偏光成分光という。)に分離し、S偏光成分光をフォトダイオード等を用いてモニタしている。前方モニタ方式で光情報の記録または再生を行う際の光量を制御できるのは、S偏光成分光の光量がP偏光成分光の光量に比例しているため、モニタしたS偏光成分光の光量に基づいてP偏光成分光の光量を制御できることによる。 In the front monitor method, light that is emitted from a semiconductor laser is usually linearly polarized light, and light that emits incident light to the objective lens side according to the polarization direction using a beam splitter (hereinafter referred to as P-polarized component light). And the light emitted to the monitor side (hereinafter referred to as S-polarized component light), and the S-polarized component light is monitored using a photodiode or the like. The amount of light at the time of recording or reproducing optical information by the front monitor method can be controlled because the amount of S-polarized component light is proportional to the amount of P-polarized component light. This is because the light quantity of the P-polarized component light can be controlled based on this.
ここで、光ヘッド装置で光情報の記録を行う場合、光記録媒体に入射する光の光量をできるだけ大きくする必要があるため、モニタに用いるS偏光成分光の光量を小さくする必要がある。そして、入射光の光量のうちの所定の割合の光量を有するS偏光成分光をモニタに適切に出力するため、1/2波長板を光源とビームスプリッタとの間に設け、調節する技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 Here, when optical information is recorded by the optical head device, it is necessary to increase the amount of light incident on the optical recording medium as much as possible. Therefore, it is necessary to reduce the amount of S-polarized component light used for the monitor. In addition, in order to appropriately output S-polarized component light having a predetermined amount of the incident light amount to the monitor, a technique for providing and adjusting a half-wave plate between the light source and the beam splitter is known. (For example, refer to Patent Document 1).
しかし、かかる目的で用いられる従来の1/2波長板は、波長分散のため特定の波長近傍で1/2波長板として機能するが、他の波長では1/2波長板として機能しないという問題がある。このため、複数波長の光を出射する光源の利用が装置の小型化等の観点から好ましい現状で、1/2波長板を用いて複数波長の光に対してS偏光成分光を適切な所定の割合で出力できない。 However, the conventional half-wave plate used for this purpose functions as a half-wave plate near a specific wavelength due to wavelength dispersion, but does not function as a half-wave plate at other wavelengths. is there. For this reason, the use of a light source that emits light of a plurality of wavelengths is preferable from the viewpoint of miniaturization of the apparatus, and the like. Cannot output as a percentage.
かかる波長分散が1/2波長板の機能に及ぼす影響を除去することが見込めそうな技術が開示されている(例えば、特許文献2参照。)。特許文献2の記載によれば、かかる技術は、投射型液晶表示装置へ適用され、位相板のリターデーション値を波長で割り2πをかけて得られる位相差の波長分散が1.08以下のフィルムを複数積層して、偏光方向を回転させる用途に適用されるものである。
しかし、このような特許文献1と特許文献2に開示された技術を組み合わせた従来の1/2波長板では、波長分散が所定範囲にあるフィルムを複数積層して用いるものであり、利用できる材料が極めて限定されるという問題があった。また、フィルムを作製した後にフィルムのリターデーション値を調節して1/2波長板を得ることができないという問題があった。そのため、光ヘッド装置等で上記の目的で用いられる1/2波長板として利用する上で大きな制限または困難があった。
However, in the conventional half-wave plate combining the techniques disclosed in
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、用いる材料を波長分散の小さい材料に限定することなく、光情報の記録または再生に用いられる特定の複数波長を有する入射光に対して1/2波長板として機能することが可能な広帯域1/2波長板、および、かかる広帯域1/2波長板を用いた光ヘッド装置を提供する。 The present invention has been made in order to solve such problems, and is not limited to a material having a small wavelength dispersion, and can be applied to incident light having a plurality of specific wavelengths used for recording or reproducing optical information. A broadband ½ wavelength plate capable of functioning as a ½ wavelength plate and an optical head device using such a broadband ½ wavelength plate are provided.
以上の点を考慮して、請求項1に係る発明は、複数の波長の光を出射する光源を有する光ヘッド装置における光路内に配置される1/2波長板であって、光学的異方性を有する媒質からなる異方性媒質層が複数積層され、各前記異方性媒質層が、少なくとも、前記光源が出射する光の波長のうちの最短波長におけるリターデーション値を当該波長で割り2πをかけて得られる位相差と最長波長におけるリターデーション値を当該波長で割り2πをかけて得られる位相差との平均値と等しい位相差を有する中間位相差波長で、1/2波長板として機能する構成を有している。
In view of the above points, the invention according to
この構成により、複数の異方性媒質層を積層し、各異方性媒質層が、少なくとも、中間位相差波長で1/2波長板として機能するため、用いる材料を波長分散の小さい材料に限定することなく、光情報の記録または再生に用いられる複数波長を有する入射光に対して1/2波長板として機能することが可能な広帯域1/2波長板を実現できる。 With this configuration, a plurality of anisotropic medium layers are stacked, and each anisotropic medium layer functions as a half-wave plate at least with an intermediate retardation wavelength, so that the material used is limited to a material with small wavelength dispersion. Without this, it is possible to realize a broadband ½ wavelength plate capable of functioning as a ½ wavelength plate with respect to incident light having a plurality of wavelengths used for recording or reproducing optical information.
また、請求項2に係る発明は、請求項1において、前記異方性媒質層の層数が2層であり、各前記異方性媒質層が、進相軸が相互に所定の進相軸交差角度をなすように配置され、前記進相軸交差角度が前記光ヘッド装置において偏光方向を回転させようとする角度となる偏光回転角の1/2である構成を有している。
The invention according to
この構成により、請求項1の効果に加え、異方性媒質層の層数が2層であり、進相軸交差角度が偏光回転角の1/2であるため、簡易な構成で好適に1/2波長板として機能することが可能な広帯域1/2波長板を実現できる。 With this configuration, in addition to the effect of the first aspect, the number of anisotropic medium layers is two, and the fast axis crossing angle is ½ of the polarization rotation angle. A broadband ½ wavelength plate capable of functioning as a / 2 wavelength plate can be realized.
また、請求項3に係る発明は、請求項1または2において、前記異方性媒質層の材料が高分子液晶である構成を有している。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the material of the anisotropic medium layer is a polymer liquid crystal.
この構成により、請求項1または2の効果に加え、異方性媒質層の材料が高分子液晶であるため、異方性媒質層の厚さの調整が可能な広帯域1/2波長板を実現できる。 With this configuration, in addition to the effect of the first or second aspect, the material of the anisotropic medium layer is a polymer liquid crystal, so that a broadband half-wave plate capable of adjusting the thickness of the anisotropic medium layer is realized. it can.
また、請求項4に係る発明は、請求項1ないし3までのいずれか1項において、複数の偏光回折格子が前記広帯域1/2波長板と一体化された構成を有している。 According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, a plurality of polarization diffraction gratings are integrated with the broadband half-wave plate.
この構成により、請求項1ないし3までのいずれか1項の効果に加え、複数の偏光回折格子が広帯域1/2波長板と一体化されているため、部品点数を削減できると共に、一体化した部品とビームスプリッタとの配置を調整するだけで偏光方向に関する調整を済ませることができ、生産性の向上が可能な広帯域1/2波長板を実現できる。
According to this configuration, in addition to the effect of any one of
本発明は、複数の異方性媒質層を積層し、各異方性媒質層が、少なくとも、中間位相差波長で1/2波長板として機能するため、用いる材料を波長分散の小さい材料に限定することなく、光情報の記録または再生に用いられる複数波長を有する入射光に対して1/2波長板として機能するという効果を有する広帯域1/2波長板および光ヘッド装置を提供できる。 In the present invention, a plurality of anisotropic medium layers are stacked, and each anisotropic medium layer functions as a half-wave plate at least at an intermediate retardation wavelength. Accordingly, it is possible to provide a broadband half-wave plate and an optical head device that have the effect of functioning as a half-wave plate for incident light having a plurality of wavelengths used for recording or reproducing optical information.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る広帯域1/2波長板の一例の断面構造を説明するための説明図である。図1(c)において、広帯域1/2波長板1は、図1(a)に示す第1の中間位相差1/2波長板1aと図1(b)に示す第2の中間位相差1/2波長板1bとを透明の接着剤16を用いて積層した構成を有する。各中間位相差1/2波長板1a、1bは、図1(a)、(b)に示すように、それぞれ、透明基板11a、11bと、透明基板11a、11bの一方の基板面に形成された配向膜13a、13bと、光学的異方性を有する媒質からなる異方性媒質層14a、14bと、シール材15a、15bとを有する。
(First embodiment)
FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining a cross-sectional structure of an example of a broadband half-wave plate according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1 (c), the broadband half-
透明基板11a、11bは、ガラス等の光学的等方性を有する材料からなる。異方性媒質層14a、14bは、例えば高分子液晶を用いて形成されるが、その他の光学的異方性を有する材料を用いて形成されるのでもよい。以下、異方性媒質層14a、14bは、UV光を照射することによってポリマー化するUV硬化型の高分子液晶を用いて形成されるものとして説明する。
The
配向膜13a、13bは、液晶層14a、14bの液晶分子の配向が予め決められた方向に揃うように配向処理されている。配向膜13a、13bとして、ポリイミドなどの配向材を基板に塗布しその表面をラビングにより配向処理したもの、SiO膜などの無機膜を透明基板11a、11bの基板面に対して斜め蒸着したもの、または、有機物を基板に塗布した後紫外線などを照射することにより配向能を発現させる光配向膜などを用いるのでもよい。
The
異方性媒質層14a、14bは、配向膜13a、13bを用いて配向させられることによって、常光屈折率を有する進相軸と異常光屈折率を有する遅相軸とを保持する。ここで、異方性媒質層14a、14bに入射する直線偏光の光(以下、媒質入射光という。)は、上記の媒質入射光の偏光方向のうちの遅相軸方向に偏光した成分の光を、進相軸方向成分に偏光した成分の光に比して180度(半波長)位相を遅延させる。
The
図2は、広帯域1/2波長板1に入射する光の偏光方向、異方性媒質層14aの進相軸の方向、異方性媒質層14bの進相軸の方向、および、広帯域1/2波長板1から出射する光の偏光方向との関係を説明するための説明図である。ここで、上記の異方性媒質層14aの進相軸の方向と異方性媒質層14bの進相軸の方向とがなす角度(以下、進相軸交差角度という。)は、光ヘッド装置において偏光方向を回転させようとする角度(以下、偏光回転角という。)θの1/2となるように異方性媒質層14a、14bが積層されている。
2 shows the polarization direction of light incident on the broadband half-
各異方性媒質層14a、14bは、膜厚が同一であり、中間位相差波長で1/2波長板として機能するようになっている。ここで、中間位相差波長とは、この中間位相差波長におけるリターデーション値を波長で割った位相差が、光源からの出射光の波長のうちの最短波長におけるリターデーション値を当該波長で割り2πをかけて得られる位相差と最長波長でのリターデーション値を当該波長で割った位相差との平均値と等しい波長のことをいう。したがって、各異方性媒質層14a、14bは、中間位相差波長で180度(1/2波長)の位相差を有する。
The
シール材15a、15bは、透明基板11a、11bの配向膜13a、13bが設けられた基板面の光学的有効領域の外に印刷して形成される。ここで、シール材15aは、透明基板11aとこの透明基板に対向する基板12a(図1(a)参照)との間に異方性媒質層14aを挟持するようになっている。シール材15a、15bとしてはエポキシ樹脂等の熱硬化型高分子、紫外線硬化型樹脂等を用いることができ、所望のセル間隔を得るためにシール材15a、15bにガラスファイバ等のスペーサを数%混入させるのでもよい。同様に、シール材15bは、透明基板11bとこの透明基板に対向する基板12b(図1(b)参照)との間に異方性媒質層14bを挟持するようになっている。
The sealing
以下、本発明の第1の実施の形態に係る広帯域1/2波長板1の作用について説明する。図3は、本発明の第1の実施の形態に係る広帯域1/2波長板1の作用を説明するための説明図である。図3には、ストークスベクトルの3つの要素S1、S2、S3を座標軸(S1軸、S2軸、S3軸)とする空間に表されたポアンカレ球を用いて、3つの異なる波長の光が広帯域1/2波長板1に入射したときに、広帯域1/2波長板1内で生ずる偏光状態の変化の様子を示す曲線が示されている。ここで、図3に符号S(λ1)、S(λ2)、S(λ3)を用いて示す曲線は、例えば、405nm近傍、660nm近傍および785nm近傍の波長の媒質入射光のストークスベクトルの軌跡を示すものである。
Hereinafter, the operation of the broadband half-
ここで、広帯域1/2波長板1に入射する光は直線偏光であり、この光の偏光状態はストークスベクトルを用いて[1、1、0、0]tと表される。ここで、上付きの符号「t」は転置を表す。また、広帯域1/2波長板1は、異方性媒質層14aの進相軸が入射した光の偏光方向に対して偏光回転角θの1/4の角度θ1をなし、異方性媒質層14bの進相軸は入射した光の偏光方向に対して偏光回転角θの3/4の角度θ2をなすように配置されている。
Here, the light incident on the broadband half-
異方性媒質層14aの進相軸は、ポアンカレ球上でS1軸と角度2θ1をなし赤道と交差する軸Ax1'として表され、異方性媒質層14bの進相軸は、ポアンカレ球上でS1軸と角度2θ2をなし赤道と交差する軸Ax2'として表される。広帯域1/2波長板1に入射する各波長の光の偏光状態は、ストークスベクトルを用いて[1、1、0、0]tと表されるためS1軸と赤道が交差する点として表され、各波長の媒質入射光が異方性媒質層14aを透過するときに、異方性媒質層14aの進相軸に対応する軸Ax1'の周りに回転し、以下の式の[St1]で表される偏光状態に変化する。
The fast axis of the anisotropic
[St1]=[Tθ1]・[CΔ1]・[T−θ1]・[St0] (1)
ここで、Δ1は各波長の媒質入射光が異方性媒質層14aを通過するときのリターデション値(度)、[St0]は[1、1、0、0]tで表されるストークスベクトルである。
[St 1 ] = [T θ1 ] · [C Δ1 ] · [T −θ1 ] · [St 0 ] (1)
Here, Δ1 is the retardation value (degrees) when the medium incident light of each wavelength passes through the anisotropic
各波長の媒質入射光が引き続いて異方性媒質層14bを透過すると、[St1]で表される偏光状態は、異方性媒質層14bの進相軸に対応する軸Ax2'の周りに回転し、以下の式の[St]で表される偏光状態に変化する。
When medium incident light of each wavelength is subsequently transmitted through the anisotropic
[St]=[Tθ2]・[CΔ2]・[T−θ2]・[St1] (2)
ここで、Δ2は各波長の媒質入射光が異方性媒質層14bを通過するときのリターデション値(度)である。
[St] = [T θ2 ] · [C Δ2 ] · [T −θ2 ] · [St 1 ] (2)
Here, Δ2 is a retardation value (degrees) when the medium incident light of each wavelength passes through the anisotropic
ここで、上記の旋光子行列[Tθ1]および[Tθ2]ならびに移相子行列[CΔ1]および[CΔ2]は、それぞれ以下の式(3)および式(4)を用いて表される。 Here, the optical rotator matrices [T θ1 ] and [T θ2 ] and the phase shifter matrices [C Δ1 ] and [C Δ2 ] are expressed using the following equations (3) and (4), respectively. The
[Tθi]=[[1]、[U2θi]、[V2θi]、[4]] (3)
[CΔi]=[[1]、[2]、[DΔi]、[EΔi]] (4)
ここで、[1]、[2]、[4]はそれぞれ[1、0、0、0]t、[0、1、0、0]t、[0、0、0、1]tであり、[U2θi]は[0、Coθi、Siθi、0]tであり、[V2θi]は[0、−Siθi、Coθi、0]tであり、[DΔi]は[0、0、CoΔi、−SiΔi]tであり、[EΔi]は[0、0、SiΔi、CoΔi]tであり、Coθiはcos(2θi)であり、Siθiはsin(2θi)であり、CoΔiはcos(Δi)であり、SiΔiはsin(Δi)であり、iは1または2である。
[T θi ] = [[1], [U 2θi ], [V 2θi ], [4]] (3)
[C Δi ] = [[1], [2], [D Δi ], [E Δi ]] (4)
Here, [1], [2], [4], respectively [1,0,0,0] t, [0, 1, 0, 0] t, be a [0,0,0,1] t , [U 2θi ] is [0, Co θi , Si θi , 0] t , [V 2θi ] is [0, −Si θi , Co θi , 0] t , and [D Δi ] is [0, 0, Co Δi , −Si Δi ] t , [E Δi ] is [0, 0, Si Δi , Co Δi ] t , Co θi is cos (2θ i ), and Si θi is sin (2θ i ), Co Δi is cos (Δ i ), Si Δi is sin (Δ i ), and i is 1 or 2.
以下、各異方性媒質層14a、14bによって上記のように広帯域1/2波長板1に入射する光の偏光状態を変えることを偏光状態回転という。本発明の広帯域1/2波長板1は、偏光状態回転を複数の異方性媒質層14a、14bによって行うため、異方性媒質層14aによる最初の偏光状態回転を受けたストークスベクトルが波長分散によって緯度方向に赤道から離れた分を、異方性媒質層14bによる2回目の偏光状態回転で赤道近傍の接近した点に戻すように機能する。
Hereinafter, changing the polarization state of light incident on the broadband half-
また、本発明の広帯域1/2波長板1は、光情報の記録または再生に使用する各波長の光の中間位相差波長に対して各異方性媒質層14a、14bが1/2波長板として機能するため、各異方性媒質層14a、14bによる偏光状態回転を受けた、波長差が最も大きい2つの波長の光に対応するストークスベクトルを赤道近傍にさらに接近させる機能を有する。
Further, the broadband half-
本発明の広帯域1/2波長板1は、上記で説明したように、複数の異方性媒質層を積層し、光情報の記録または再生に使用する各波長の光の中間位相差波長に対して各異方性媒質層14a、14bが1/2波長板として機能するため、使用する波長によらず略直線偏光の出射光を得ることができる。ここで、略直線偏光とは、本発明の広帯域1/2波長板1を光ヘッド装置に用いたときに、光情報の記録または再生に使用する各波長の光の偏光状態を同程度変化させ、光ヘッド装置の目的とする機能を確保できる程度の、楕円偏光成分を含む偏光状態をいう。
As described above, the broadband half-
具体的には、本発明の広帯域1/2波長板1を、光情報の記録または再生に使用する各波長の光の光量を検出する目的で用いようとする場合、光情報の記録または再生が適切に行うことができる程度に直線偏光を含むことをいう。しかし、光ヘッド装置に用いる目的によって、上記の略直線偏光中の直線偏光成分の割合は変化し、必ずしも上記の光量の検出の例に限定されるものではない。
Specifically, when the broadband half-
以上説明したように、本発明の第1の実施の形態に係る広帯域1/2波長板は、複数の異方性媒質層を積層し、各異方性媒質層が、少なくとも、中間位相差波長で1/2波長板として機能するため、用いる材料を波長分散の小さい材料に限定することなく、光情報の記録または再生に用いられる複数波長を有する入射光に対して1/2波長板として機能することができる。 As described above, the broadband half-wave plate according to the first embodiment of the present invention has a plurality of anisotropic medium layers stacked, and each anisotropic medium layer has at least an intermediate retardation wavelength. Therefore, the material used is not limited to a material having a small wavelength dispersion, and functions as a ½ wavelength plate for incident light having a plurality of wavelengths used for recording or reproducing optical information. can do.
また、異方性媒質層の層数が2層であり、進相軸交差角度が偏光回転角の1/2であるため、簡易な構成で好適に1/2波長板として機能することができる。 In addition, since the number of anisotropic medium layers is two and the fast axis crossing angle is ½ of the polarization rotation angle, it can function as a ½ wavelength plate with a simple configuration. .
また、異方性媒質層の材料が高分子液晶であるため、異方性媒質層の厚さの調整ができる。 Further, since the material of the anisotropic medium layer is a polymer liquid crystal, the thickness of the anisotropic medium layer can be adjusted.
なお、本発明の第1の実施の形態では、中間位相差1/2波長板1aと中間位相差1/2波長板1bとを貼り合わせた構成の広帯域1/2波長板について説明したが、本発明は、かかる構成の広帯域1/2波長板に限定されるものではなく、中間位相差1/2波長板1aと中間位相差1/2波長板1bとの間に基板12a、12b等を挟んで貼り合わせた構成でもよい。
In the first embodiment of the present invention, the broadband half-wave plate having the configuration in which the intermediate phase difference half-
(第2の実施の形態)
図4は、本発明の第2の実施の形態に係る光ヘッド装置のブロック構成を示す図である。図4において、光ヘッド装置100は、複数の波長を出射する光源101と、コリメータレンズ102と、光源101からの出射光を3ビーム化する回折素子103と、入射した光からS偏光成分光を除去する回折型の偏光子である偏光スタビライザ104と、本発明の広帯域1/2波長板1と、入射した光のS偏光成分光とP偏光成分光を分離して異なる方向に出射させる第1のビームスプリッタ105と、第1のビームスプリッタ105から出射するS偏光成分光を検出する第1の光検出器106と、広帯域の1/4波長板107と、対物レンズ108と、第2のビームスプリッタ109と、第2のビームスプリッタ109からの出射光を検出する第2の光検出器110とを備える。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a diagram showing a block configuration of an optical head device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 4, an
光源101は、例えば、半導体レーザで構成され、直線偏光の発散光束を出射するようになっている。光源101からはP偏光の光が出射されるものとする。光源101は、また、例えば、405nm近傍(HD用)、波長660nm近傍(DVD用)および785nm近傍(CD用)等の複数の波長の光束を出射するようになっている。
The
ただし、本発明は、光源101が上記の波長の光束を出射する構成に必ずしも限定されるものではなく、2つの波長または4つ以上の波長の光を出射する構成でも、上記と異なる波長の光を出射する構成でもよい。ここで、405nm近傍、660nm近傍および785nm近傍の波長とは、それぞれ、385nm〜430nm、640nm〜675nmおよび760nm〜800nmの範囲にある波長を意味する。
However, the present invention is not necessarily limited to the configuration in which the
光源101は、同一パッケージ内の同一基板上に2個または3個の半導体レーザチップがマウントされ、所謂、ハイブリッド型の2波長レーザ光源または3波長レーザ光源をなすように構成されるのでもよい。光源101は、また、異なる波長の光を発光する2個の発光点を持ったモノリシック型の2波長レーザ光源(例えば、特開2004−39898号公報参照。)または3個の発光点を持ったモノリシック型の3波長レーザ光源によって構成されるのでもよい。
The
回折素子103は、例えば、入射した光を回折させて0次光と±1次光との3つのビームに分離する回折格子を有するように構成されるのでもよい。かかる回折格子については周知であるため、その説明を省略する。
For example, the
偏光スタビライザ104は、入射する光のうちのS偏光成分の光を除去するようになっている。光源101から出射される光は、光学系の配置が適切に行われないことによってS偏波成分の光を含む場合、動作温度、光量等によってP偏光からずれた方向に偏光する場合等があり、偏光スタビライザ104は、かかる場合に生ずるS偏光成分の光を除去するものである。偏光スタビライザ104は、S偏波成分の光を回折させて光路から除去するのでも、その他の方法によって除去するのでもよい。回折格子を用いて偏光スタビライザ104を構成する場合、回折格子を偏光回折格子とし、光情報の記録または再生に使用する波長毎の偏光回折格子を積層した構成とするのでもよい。
The
本発明の広帯域1/2波長板1は、偏光回転角が例えば18度等の予め決められた角度、P偏光の光の偏光方向を回転させるようになっている。具体的には、異方性媒質層14aの進相軸が入射した光の偏光方向に対して偏光回転角θの1/4の角度θ1をなし、異方性媒質層14bの進相軸は入射した光の偏光方向に対して偏光回転角θの3/4の角度θ2(進相軸交差角度がθ/2)をなすように配置されている。
The broadband half-
第1のビームスプリッタ105は、本発明の広帯域1/2波長板1を出射した光のS偏光成分光とP偏光成分光を分離し、S偏光成分光を第1の光検出器106側に出射し、P偏光成分光を光記録媒体120側に出射するようになっている。
The
第1の光検出器106は、例えばフォトダイオード等によって構成され、第1のビームスプリッタ105から出射するS偏光成分光を検出して光量に応じた電気信号に変換し、光源101を制御する不図示の制御手段に上記の電気信号を出力する。不図示の制御手段は、電気信号に基づいて光情報の記録または再生に用いる光の光量の情報を取得し、光源101を制御して所定の光量になるようにする。
The
第2のビームスプリッタ109は、例えば、ホログラフィ素子を利用した偏光HOE(Holographic Optical Element)ビームスプリッタによって構成され、光記録媒体120で反射して第1のビームスプリッタ105経由で入射する戻り光であるビームを回折させて分離し、第2の光検出器110内の異なる位置に向けて出射するようになっている。
The
以下、本発明の第2の実施の形態に係る光ヘッド装置100の作用について説明する。光源101を出射した発散光は、コリメータレンズ102によって平行光線化され、回折素子103によって3ビーム化され、偏光スタビライザ104によってS偏光成分光が除去され、P偏光の光が広帯域1/2波長板1に入射する。広帯域1/2波長板1に入射したP偏光の光は、広帯域1/2波長板1によって例えば18度等の予め決められた角度、偏光方向が回転させられてS偏光成分とP偏光成分とを含む光となり、広帯域1/2波長板1を出射し、第1のビームスプリッタ105によってS偏光成分光が第1の光検出器106側に出射され、P偏光成分光が光記録媒体120側に出射される。第1のビームスプリッタ105を出射したS偏光成分光は第1の光検出器106によって電気信号に変換される。一方、第1のビームスプリッタ105を出射したP偏光成分光は、1/4波長板107で90度のリターデーションを受けて円偏光の光となり、対物レンズ108によって光記録媒体120上に集光され、光記録媒体120に反射され第1のビームスプリッタ105に向かう戻り光は、対物レンズ108によって平行光線に戻され、1/4波長板107で90度のリターデーションを受けてS偏光の光となり、第1のビームスプリッタ105で第2のビームスプリッタ109側に反射され、第2の光検出器110によって電気信号に変換される。
The operation of the
なお、上記では、偏光スタビライザ104と広帯域1/2波長板1とが別個に配置される構成について説明したが、偏光スタビライザ104と広帯域1/2波長板1とを一体化して図5に示す構成の光ヘッド装置200とするのでもよい。この場合、偏光スタビライザ104と広帯域1/2波長板1とを一体化したものを広帯域1/2波長板2とし、広帯域1/2波長板2を複数の偏光回折格子と広帯域1/2波長板1とを積層した構成とし、偏光スタビライザ104を除去する。
In the above description, the configuration in which the
以上説明したように、本発明の第2の実施の形態に係る広帯域1/2波長板は、本発明の第1の実施の形態の効果に加え、複数の偏光回折格子が広帯域1/2波長板と一体化されているため、部品点数を削減できると共に、一体化した部品とビームスプリッタとの配置を調整するだけで偏光方向に関する調整を済ませることができ、生産性を向上させることができる。 As described above, the wideband half-wave plate according to the second embodiment of the present invention has a wideband half-wavelength in addition to the effect of the first embodiment of the present invention. Since it is integrated with the plate, the number of components can be reduced, and the adjustment with respect to the polarization direction can be completed only by adjusting the arrangement of the integrated components and the beam splitter, so that productivity can be improved.
また、本発明の第2の実施の形態に係る光ヘッド装置は、本発明の広帯域1/2波長板が有する効果と同様の効果を有すると共に、光情報の記録または再生に用いられる複数波長の光の光量を、波長依存を低減してモニタすることができる。 In addition, the optical head device according to the second embodiment of the present invention has the same effect as that of the broadband half-wave plate of the present invention, and has a plurality of wavelengths used for recording or reproducing optical information. The amount of light can be monitored with reduced wavelength dependence.
上記の本発明の実施の形態に基づく具体的な実施例を以下に説明する。 Specific examples based on the above-described embodiments of the present invention will be described below.
(第1の実施例)
本発明の第1の実施例に係る広帯域1/2波長板について、図1を用いて説明する。本発明の第1の実施例に係る広帯域1/2波長板は、光情報の記録または再生に用いる光の波長がそれぞれ405nm、660nmおよび785nmであるときに、偏光方向を偏光回転角が18度となるように回転させる用途で用いられるものである。本発明の第1の実施例に係る広帯域1/2波長板1は、第1の中間位相差1/2波長板1aと第2の中間位相差1/2波長板1bとを透明の接着剤16を用いて積層した構成を有する。
(First embodiment)
A broadband half-wave plate according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The broadband half-wave plate according to the first embodiment of the present invention has a polarization direction of 18 degrees when the wavelength of light used for recording or reproducing optical information is 405 nm, 660 nm, and 785 nm, respectively. It is used for the purpose of rotating to become. The broadband half-
まず、中間位相差1/2波長板1a、1bの作製について説明する。透明基板11a、11bの1の基板面に、それぞれ、配向膜13a、13bを形成し、配向膜をラビングして配向処理を施す。次に、透明基板11a、11bの配向膜13a、13bを形成した基板面にシール材15a、15bを印刷法で形成し、透明基板12a、12bに対向させて熱圧着して固化させて液晶セルを形成する。
First, production of the intermediate phase difference half-
液晶セルの厚さdは、本発明の第1の実施の形態において説明した中間位相差波長で中間位相差1/2波長板1a、1bが1/2波長板として機能する厚さ、すなわち、d=λ0/(2Δn(λ0))となっている。ここで、λ0は中間位相差波長であり、Δn(λ0)は波長λ0における異常光屈折率neから常光屈折率noを差し引いて得られる屈折率差である。
The thickness d of the liquid crystal cell is the thickness at which the intermediate phase difference half-
また、中間位相差波長λ0は、例えば以下のように決定される。まず、単位長さ当たりのリターデーション値を波長で割り2πをかけて得られる位相差(以下、規格位相差という。)R(=2πΔn(λ)/λ)の波長依存性を算出し、最短波長λminが405nmのときの規格位相差Rminと最長波長λmaxが785nmのときの規格位相差Rmaxとを規格位相差Rの波長依存性に基づいて決定する。次に、規格位相差Rmin、Rmaxの中間値を規格位相差R0として算出し、規格位相差R0が得られる波長を中間位相差波長λ0として決定する。 Further, the intermediate phase difference wavelength λ 0 is determined as follows, for example. First, the wavelength dependence of a phase difference (hereinafter referred to as a standard phase difference) R (= 2πΔn (λ) / λ) obtained by dividing the retardation value per unit length by the wavelength and multiplying by 2π is calculated as the shortest The standard phase difference R min when the wavelength λ min is 405 nm and the standard phase difference R max when the longest wavelength λ max is 785 nm are determined based on the wavelength dependence of the standard phase difference R. Then, standard phase difference R min, calculates an intermediate value of R max as standard phase difference R 0, determines the wavelength of standard phase difference R 0 is obtained as the intermediate phase difference wavelength lambda 0.
本実施例では、最短波長λminが405nmのときの規格位相差Rminは0.000115nm−1であり、最長波長λmaxが785nmのときの規格位相差Rmaxは0.000049nm−1である。その結果、中間位相差波長λ0での規格位相差R0は0.000082nm−1となり、0.000082nm−1が得られる中間位相差波長λ0は505nmとなった。 In this embodiment, the standard phase difference R min when the shortest wavelength λ min is 405 nm is 0.000115 nm −1 , and the standard phase difference R max when the longest wavelength λ max is 785 nm is 0.000049 nm −1 . . As a result, standard phase difference R 0 in an intermediate phase difference wavelength lambda 0 is the intermediate phase difference wavelength lambda 0 which 0.000082Nm -1 next, is 0.000082Nm -1 obtained became 505 nm.
したがって、上記で説明した中間位相差波長λ0で中間位相差1/2波長板1a、1bが1/2波長板として機能するための液晶セルの厚さdは、6.1μmとなる。
Therefore, the thickness d of the liquid crystal cell for the intermediate phase difference half-
液晶セルを形成した後、異方性媒質層14a、14bとして上記の屈折率を有するUV硬化型の高分子液晶を、真空注入法を用いて各液晶セルに注入し、封じる。UV硬化型の高分子液晶を各液晶セルに注入した後、UV光を照射してUV硬化型の高分子液晶をポリマー化させ、透明基板12a、12bを取り外す。これによって、中間位相差1/2波長板1a、1bが得られる。
After the liquid crystal cell is formed, UV curable polymer liquid crystal having the above refractive index as the anisotropic
広帯域1/2波長板1は、上記のようにして作製した第1の中間位相差1/2波長板1aと第2の中間位相差1/2波長板1bとを、液晶の配向方向が偏光回転角の半分すなわち9度となるように対向させたものを、接着剤16を用いて接着して得られる。
The broadband half-
本発明の第1の実施例で広帯域1/2波長板1に入射する光の偏光方向と、異方性媒質層14aの進相軸と入射した光の偏光方向とがなす角度θ1と、異方性媒質層14bの進相軸と入射した光の偏光方向とがなす角度θ2とを図2に示す。図6は、広帯域1/2波長板1から出射するP偏光成分の光とS偏光成分の光について説明するための図である。
In the first embodiment of the present invention, an angle θ 1 formed by the polarization direction of light incident on the broadband half-
図6には、405nm、505nm、660nmおよび785nmの波長毎に、本発明の第1の実施例に係る角度θ1、角度θ2、中間位相差1/2波長板1a、1bで得られる位相差(左側の欄に角度を単位とし、右側の欄に波長を単位とした値を示す。)、入射する光の偏光状態を表すストークスベクトル[St0](「in Storks」と示す。)、出射する光の偏光状態を表すストークスベクトル[St](「out Storks」と示す。)、出射光の偏光状態の楕円率(κ)、出射光に占めるP偏光成分の光量、出射光に占めるS偏光成分の光量、および、P偏光成分の光量をS偏光成分の光量で割った値(P/S。以下、P/S比という。)が示されている。
In FIG. 6, for each wavelength of 405 nm, 505 nm, 660 nm, and 785 nm, the angle θ 1 , the angle θ 2 , and the intermediate phase difference ½
図6に示すように、位相差を波長で割った比は、波長依存性を残し、最短波長と最長波長とでは2倍以上となるのに対し、P/S比は、光情報の記録または再生に用いる405nm、660nmおよび785nmの各波長で略7という値が得られる。 As shown in FIG. 6, the ratio obtained by dividing the phase difference by the wavelength remains wavelength-dependent, and the shortest wavelength and the longest wavelength are more than twice, whereas the P / S ratio is the recording of optical information or A value of approximately 7 is obtained at each wavelength of 405 nm, 660 nm, and 785 nm used for reproduction.
図7は、1枚の異方性媒質層で1/2波長板を作製する従来の技術を適用したときの、図6に対応する情報を示す図である。図7から、波長660nmでのP/S比および波長785nmでのP/S比は、22%以上異なる値となっていることがわかる。この値は、図6に示す本発明の広帯域1/2波長板1で得られる値である6%以下に比して、非常に大きいものとなっている。また、従来の技術を適用した1/2波長板では、出射光の楕円偏光成分も本発明の広帯域1/2波長板1で得られる出射光の楕円偏光成分よりも大きくなっている。
FIG. 7 is a diagram showing information corresponding to FIG. 6 when a conventional technique for producing a half-wave plate with one anisotropic medium layer is applied. FIG. 7 shows that the P / S ratio at a wavelength of 660 nm and the P / S ratio at a wavelength of 785 nm are different values by 22% or more. This value is much larger than 6% or less, which is a value obtained with the broadband half-
(第2の実施例)
本発明の第2の実施例に係る光ヘッド装置について、図4を用いて説明する。本発明の第2の実施例に係る光ヘッド装置は、光源101として、単波長レーザ光源と2波長レーザ光源から出射される光を合波プリズムで合波し、各波長の光をコリメータレンズ102に入射させる構成のものを用いる。光源101からは、波長405nm、658nmおよび784nmの光が出射するようになっている。
(Second embodiment)
An optical head device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the optical head device according to the second embodiment of the present invention, as the
偏光スタビライザ104として、光源101から出射する光の波長毎に偏光回折格子として機能する回折格子を3層積層した構成のものを用いる。第1のビームスプリッタ105として、S偏光成分光を第1の光検出器106側に反射しP偏光成分光を第2の光検出器110側に反射する偏光ビームスプリッタを用いた。
As the
広帯域1/2波長板1として、本発明の第1の実施例に係る広帯域1/2波長板1を用い、第1のビームスプリッタ105に入射するS偏光成分光の光量とP偏光成分光の光量との比が中間位相差波長で1対9となるように、入射するP偏光の光の偏光方向を18度(偏光回転角)回転するように構成されている。また、広帯域1/2波長板1は、異方性媒質層14aの進相軸が入射した光の偏光方向に対して偏光回転角θの1/4の角度θ1をなし、異方性媒質層14bの進相軸は入射した光の偏光方向に対して偏光回転角θの3/4の角度θ2をなすように配置されている。第1の光検出器106としては、フォトダイオードを用いる。
The broadband half-
本発明に係る広帯域1/2波長板は、用いる材料を波長分散の小さい材料に限定することなく、光情報の記録または再生に用いられる複数波長を有する入射光に対して1/2波長板として機能するという効果が有用な広帯域1/2波長板および光ヘッド装置等の用途にも適用できる。 The broadband half-wave plate according to the present invention is not limited to a material having a small wavelength dispersion, and is used as a half-wave plate for incident light having a plurality of wavelengths used for recording or reproducing optical information. The present invention can also be applied to applications such as a broadband half-wave plate and an optical head device that are useful in functioning.
1 広帯域1/2波長板
2 偏光スタビライザと広帯域1/2波長板とを一体化した光学素子
1a、1b 中間位相差1/2波長板
11a、11b 透明基板
12a、12b 基板
13a、13b 配向膜
14a、14b 異方性媒質層
15a、15b シール材
16 接着剤
100、200 光ヘッド装置
101 光源
102 コリメータレンズ
103 回折素子
104 偏光スタビライザ
105、109 ビームスプリッタ
106、110 光検出器
107 1/4波長板
108 対物レンズ
120 光記録媒体
S(λ1)、S(λ2)、S(λ3) 広帯域1/2波長板に入射する各波長の光のストークスベクトルの軌跡
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