JPWO2006112480A1 - 位相板および光ヘッド装置 - Google Patents

Abstract

光記録媒体の種類等に応じて保護層透過による位相差の相違があっても受光器に入射する光の光量の変動を抑制することが可能な位相板および光ヘッド装置を提供する。複屈折性の媒質を有し、入射する直線偏光の、光学軸に平行な方向の偏光成分と光学軸に垂直な方向の偏光成分との間に位相差を生じさせる位相板１００であって、複屈折性の媒質が、隣り合って配置された複数種類の位相領域１０１Ａ、１０１Ｂを有し、少なくとも隣り合う２種類の位相領域１０１Ａ、１０１Ｂの、位相差、光学軸、または位相差と光学軸が相互に異なり、各位相領域が光軸に関して２回の回転対称性を有するように配置された構成を有している。

Description

本発明は、光学的情報の記録および再生に用いる位相板および光ヘッド装置に関し、特にＣＤ、ＤＶＤ等の所定の複数種類の光記録媒体を対象に光学的情報の記録または再生を行う場合に用いる位相板および光ヘッド装置に関する。

従来、ＣＤ、ＤＶＤ等の光記録媒体に光学的情報を記録し、光記録媒体に記録された光学的情報を再生する光ヘッド装置において、光学的情報の読み出し、フォーカシングサーボおよびトラッキングサーボを行うために、光の偏光を利用して光ヘッド装置からの戻り光を分離している。図１０は、従来の光ヘッド装置の構成の一例を概念的に示す図である。以下に、従来の光ヘッド装置の作用について説明する。

ツインレーザ等の複数波長の光束を出射する光源１から出射された光束（以下、Ｐ偏光とする。）は、偏光ホログラム素子等の偏光ビームスプリッタ２を通過し、位相板１０を透過することによって円偏光に変化し、コリメータレンズ３および対物レンズ４を透過して光記録媒体２０に入射する。光記録媒体２０で入射光が反射されて戻り光となり、光記録媒体２０からの戻り光は、対物レンズ４およびコリメータレンズ３を透過し、位相板１０を透過することによって光源１から出射された光束と直交する偏光方向の光束（以下、Ｓ偏光とする。）に変化し、偏光ビームスプリッタ２で入射光から分離され、受光器５に入射し、受光器５によって電気信号に変換される。

近年、光ヘッド装置は、通常、ＣＤ、ＤＶＤ等の所定の複数種類の光記録媒体を対象に光学的情報の記録または再生を行うようになっている（例えば、特開２００１−４７１９５号公報参照。）。以下、説明の都合上、光ヘッド装置が対象とする光記録媒体をＣＤおよびＤＶＤとする。ここで、光記録媒体は情報記録面上に保護層を有し、この保護層の厚さは一般に光記録媒体の種類毎に異なる。そして、上記の保護層は、複屈折性を有する。その結果、光記録媒体毎に戻り光の偏光状態が異なり、Ｓ偏光からの偏光状態のズレが異なる。具体的には、ＣＤの情報記録面上の保護層はＤＶＤの保護層より厚く、ＣＤからの戻り光はＳ偏光から大きくずれてしまうということが起こる。

したがって、このような従来の光ヘッド装置では、ＣＤ等の保護層の厚い光記録媒体からの戻り光は位相板を透過したときにＳ偏光から大きくずれてしまうため、受光器に入射する光の光量が大幅に低下する場合があるという問題があった。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、光記録媒体の種類等に応じて保護層透過による位相差の相違があっても受光器に入射する光の光量の変動を抑制することが可能な位相板および光ヘッド装置を提供するものである。

本発明は、以下の要旨を有する。
1.複屈折性の媒質を有し、入射する直線偏光の偏光成分であり、光学軸に平行な方向の偏光成分と光学軸に垂直な方向の偏光成分との間に位相差を生じさせる位相板であって、
前記複屈折性の媒質が、隣り合って配置された複数種類の位相領域を有し、
少なくとも隣り合う２種類の前記位相領域の、位相差、光学軸、または位相差と光学軸が相互に異なり、
各前記位相領域が前記光軸に関して２回の回転対称性を有するように配置されたことを特徴とする位相板。

この構成により、少なくとも隣り合う２種類の位相領域の、位相差、光学軸、または位相差と光学軸が相互に異なり、各位相領域が光軸に関して２回の回転対称性を有するように配置されているため、光記録媒体の種類等に応じて保護層透過による位相差の相違があっても受光器に入射する光の光量の変動を抑制することが可能な位相板を実現できる。

２.前記位相領域が第１の種類の位相領域および第２の種類の位相領域からなり、前記第１の種類の位相領域で生ずる位相差と、前記第２の種類の位相領域で生ずる位相差とが異なる上記１に記載の位相板。

この構成により、上記１の効果に加え、位相領域が２種類であるため、簡易な構成の位相板を実現できる。

３．前記複屈折性の媒質の一部または全部が液晶からなり、前記液晶と接するように設けられ、各前記位相領域の光学軸方向に平行に形成された複数の溝を備え、各前記溝の方向に前記液晶を配向させる上記１または２に記載の位相板。

この構成により、上記１または２の効果に加え、液晶と接するように設けられ、かつ各位相領域の光学軸方向に平行に形成された複数の溝の方向に液晶を配向させるため、配向処理を容易に行うことが可能な位相板を実現できる。

４.前記複屈折性の媒質の一部または全部が、高分子液晶からなる上記１から３までのいずれか１つに記載の位相板。

この構成により、上記１から３までのいずれか１つの効果に加え、複屈折性の媒質の一部または全部が、高分子液晶からなるため、加工性の良い位相板を実現できる。

５.光を出射できる光源と、前記光源からの出射光を光記録媒体へ集光する対物レンズと、前記光記録媒体からの戻り光を検出する受光器とを備える光ヘッド装置であって、前記対物レンズと前記光源との間の光路中に、上記１から４までのいずれか１つに記載の位相板を備え、前記光記録媒体からの戻り光が前記位相板を透過することを特徴とする光ヘッド装置。

この構成により、上記１から４までのいずれか１つの効果を有する光ヘッド装置を実現できる。

６.前記光源と前記位相板との間の光路中に偏光ビームスプリッタを備えた上記５に記載の光ヘッド装置。

この構成により、上記１から５までのいずれか１つの効果に加え、光利用効率の高い光ヘッド装置を実現できる。

７.前記光源が、異なる複数波長の光を出射することができ、
前記複数波長のうちの少なくとも１つの波長の光が前記複数種類の位相領域を透過したときに生ずる位相差が、−１または＋１をとる整数をｍとし、任意の整数をｋとし、−２０以上＋２０以下のいずれかの値をとる実数をαとするとき、（９０×ｍ＋３６０×ｋ＋α）度であり、
前記複数波長のうちの少なくとも１つの波長の光が前記複数種類の位相領域を透過したときに生ずる各位相差間の差が、任意の整数をｊとし、−４０以上＋４０以下のいずれかの値をとる実数をβとするとき、（３６０×ｊ＋β）度である上記５または６に記載の光ヘッド装置。

この構成により、上記５または６の効果に加え、複数の波長のうちの１つの波長の光を例えばＣＤ等の複屈折の影響が大きい光記録媒体の記録再生用とし、上記とは異なる波長の光を例えばＤＶＤ等の複屈折の影響が小さい光記録媒体の記録再生用とすることによって、複屈折の影響が小さい光記録媒体に対しては、位相板は１／４波長板として機能し、複屈折の影響が大きい光記録媒体に対しては、位相板は領域分割した位相板として機能するため、良好な記録再生特性が得られる光ヘッド装置を実現できる。

本発明は、少なくとも隣り合う２種類の位相領域の、位相差及び光学軸の少なくともいづれかが相互に異なり、各位相領域が光軸に関して２回の回転対称性を有するように配置されているため、光記録媒体の種類等に応じて保護層透過による位相差の相違があっても受光器に入射する光の光量の変動を抑制することが可能な位相板を実現できる。

本発明の実施の形態に係る位相板について説明するための説明図 本発明の実施の形態に係る光ヘッド装置の概念的な構成を示す図 往路で位相領域を透過することによって生ずる偏光状態の変化を説明するための図 光記録媒体からの戻り光の受光器位置でのＳ偏光成分を説明するための図 本発明の実施の形態に係る、中心を有する構成の位相板の平面図 本発明の実施例の例１に係る位相板の模式的な構成を示す図 図６に示す位相板の製造方法を説明するための図 本発明の実施例の例２に係る位相板の模式的な構成を示す図 図８に示す位相板の製造方法を説明するための図 従来の光ヘッド装置の概念的な構成を示す図

符号の説明

１：光源
２：偏光ビームスプリッタ（偏光ホログラム）
３：コリメータレンズ
４：対物レンズ
５：受光器
１０、１００、５１０、５２０、６００、８００：位相板
２０：光記録媒体
１０１Ａ、１０１Ｂ、５１１Ａ、５１１Ｂ、５２１Ａ、５２１Ｂ：位相領域
２００、３００：光ヘッド装置
３１１、３１２、３２１、３２２：位相板によるストークスベクトルの回転方向
３１３、３１４：位相板による回転後のストークスベクトルの位置
３３１、３３２：光記録媒体によるストークスベクトルの回転方向
６０１Ａ、６０１Ｂ、８０１Ａ、８０１Ｂ：ガラス基板
６０２Ａ、６０２Ｂ、８０２、８０２Ａ、８０２Ｂ：高分子液晶
６０３、８０３：充填材
６１４Ａ、６１４Ｂ、８０４：シール
６１１Ａ、６１１Ｂ、８１１：当て板ガラス
８１２Ａ、８１２Ｂ：ＳｉＯＮ膜
Ｌ：Ｐ偏光の偏光方向

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。
図１は、本発明の実施の形態に係る位相板について説明するための図である。図１（ａ）は、位相板１００の構成を概念的に示す平面図である。図１（ａ）において、位相板１００は、第１の種類の位相領域１０１Ａと第２の種類の位相領域１０１Ｂとを有する。

各位相領域１０１Ａ、１０１Ｂは、複屈折性の媒質（以下、複屈折性媒質という。）におけるストライプ状の領域であり、ストライプ状の領域の長手方向に直交する方向の幅（以下、ストライプの幅という。）は光束の直径よりも充分細くなっている。具体的には、光束の直径を数ｍｍとすると、ストライプの幅は数十μｍ〜数百μｍ程度である。例えば、光束の直径を３．１ｍｍとすれば、ストライプの幅は約１００μｍである。また、位相領域１０１Ａと位相領域１０１Ｂとは、相互に光学軸および位相差が異なるようになっている。

各位相領域１０１Ａ、１０１Ｂでの位相差および光学軸の向きは、さまざまな値を設定することができる。説明の都合上、位相板には２つの波長λ_１、λ_２（λ_２＜λ_１）の光が入射したものとする。この２つの波長λ_１、λ_２のうちの少なくとも１方の波長に対しては、各位相領域１０１Ａ、１０１Ｂの位相差は異なっているが、（９０×ｍ＋３６０×ｋ＋α）度の関係を満足することが好ましい。ここで、ｍは−１または＋１をとる整数であり、ｋは任意の整数である。また、αは−２０度以上＋２０度以下であることが好ましい。

さらに好ましくは、αは−１０度以上＋１０度以下である。さらに好ましくは、αは０度である。これは、αが０度に近いとき、この位相板に直線偏光で入射した波長λ_２の光は、概ね円偏光に変換され、光記録媒体で反射された光が再び位相板を透過すると入射偏光方向と直交した偏光方向の直線偏光に変換されるため、効率よく光検出器に光を導くことができるからである。

さらに、各位相領域１０１Ａ、１０１Ｂ間の位相差の差が、一方の波長に対して（３６０×ｊ＋β）度であることが好ましい。ここで、ｊは整数である。βは−４０度以上＋４０度以下が好ましい。さらに、βは−２０度以上＋２０度以下が好ましく、さらに好ましくはｊが０でなくかつ、βが０度であることが好ましい。これは、位相板の各位相領域１０１Ａ、１０１Ｂ間を透過した光の偏光状態がλ_２の光に対しては概ね同じ偏光状態となり、光束内で均一な偏光状態を実現できるためである。

ここで、上記の位相差とは、入射する光の、複屈折性媒質の光学軸に平行な方向の偏光成分と光学軸に垂直な方向の偏光成分との間に生ずる位相差をいう。図１（ｂ）は、位相板１００の断面構成を概念的に示す断面図である。図１（ａ）に、光学軸の方向を矢印で示し各位相領域１０１Ａ、１０１Ｂで光学軸が異なることを示し、図１（ｂ）には、各位相領域１０１Ａ、１０１Ｂで複屈折性媒質の厚さが異なることを示す。以下、各位相領域１０１Ａ、１０１Ｂの光学軸は、各位相領域１０１Ａ、１０１Ｂの境界に対して、反対方向に４５°傾いているものとする。

また、説明の都合上、位相板１００には２つの波長λ_１、λ_２（λ_２＜λ_１）の光が入射するものとする。具体的には、波長λ_１を例えばＣＤに記録再生を行う場合に用いる光の波長（７８０ｎｍ帯）とし、波長λ_２を例えばＤＶＤに記録再生を行う場合に用いる光の波長（６６０ｎｍ帯）とする。各位相領域１０１Ａ、１０１Ｂでの位相差は、波長λ_１に対してはそれぞれ「７２°」および「−２１７°」であり、波長λ_２に対してはそれぞれ「９０°」および「−２７０°」である。上記の位相差は、波長λ_１に対して、位相領域１０１Ａがｍ＝１、ｋ＝０、α＝−１８°の例であり、位相領域１０１Ｂがｍ＝１、ｋ＝−１、α＝５３°で、ｊ＝１、β＝−１４３°の例である。同様に、上記の位相差は、波長λ_２に対しては、位相領域１０１Ａがｍ＝１、ｋ＝０、α＝０°、ｊ＝１、β＝０°の例であり、位相領域１０１Ｂがｍ＝１、ｋ＝−１、α＝０°で、ｊ＝１、β＝０°の例である。

以下、入射光を直線偏光とし、偏光方向を各位相領域１０１Ａ、１０１Ｂの境界に平行な方向とする（図１（ｃ）および（ｄ）の矢印Ｌを用いて示す方向）。そして、この入射光をＰ偏光とする。また、位相領域１０１Ａまたは位相領域１０１Ｂの中心が光軸上にあり、位相領域１０１Ａと位相領域１０１Ｂとは、光軸に関して２回の回転対称性を有するように配置されているものとする。

その結果、波長λ_２の入射光は、第１の位相領域１０１Ａに入射した部分と、第２の位相領域１０１Ｂに入射した部分とが、実質的に同一の偏光状態（円偏光）の光となって位相板１００を透過し、戻り光も、入射光と同一の種類の位相領域を透過する。一方、波長λ_１の入射光は、第１の位相領域１０１Ａに入射した部分と、第２の位相領域１０１Ｂに入射した部分とが、異なる偏光状態（楕円偏光）の光となって位相板１００を透過する。

以下、説明の都合上、波長λ_２の光を記録再生に用いる光記録媒体では、保護層を透過する際の、複屈折が原因の位相差は無視できるほど小さいものとする。上記のように構成することによって、位相板１００は、波長λ_２の光に対して１／４波長板として機能する。次に、波長λ_１の光に対して、位相板１００は以下のように機能する。

ここで、光ヘッド装置は、図２に示すように光源１と、プリズム状のビームスプリッタ、偏光回折素子、偏光ホログラム素子等からなる偏光ビームスプリッタ２と、位相板１００と、コリメータレンズ３と、対物レンズ４と、受光器５とで構成されるものとする。位相板１００への入射光のストークスベクトルをＳｉとし、受光器５への入射光のストークスベクトルをＳｏとすると、ストークスベクトルＳｏは、以下の式（１）を用いて表される。
Ｓｏ＝Ｐ×Ｂ×Ｍ×Ｆ×Ｓｉ （１）

ここで、Ｐは偏光ビームスプリッタ２による偏光状態の変化を表す変換行列であり、Ｂは光記録媒体２０の情報記録面で反射した戻り光が位相板１００を透過するまでの偏光状態の変化を表す変換行列であり、Ｍは情報記録面での反射による偏光状態の変化を表す変換行列であり、Ｆは位相板１００に入射してから情報記録面に到達するまでの偏光状態の変化を表す変換行列である。また、ストークスベクトルＳｉは、［１、１、０、０］^Ｔである。ただし、記号Ｔは転置を意味する。

また、変換行列Ｆ、Ｂは、それぞれ往路および復路での、位相板１００内と光記録媒体２０の保護層内で生じる偏光状態の変化を表すものであり、それぞれさらに以下の２つの変換行列に分けられる。
Ｆ＝Ｇ（θｄ、Γｄ）Ｇ（θｐ、Γｐ） （２）
Ｂ＝Ｇ（π−θｐ、Γｐ）Ｇ（π−θｄ、Γｄ） （３）
ここで、θｐは位相板１００の光学軸とＰ偏光の偏光方向とのなす角度（以下、単に光軸角度という。）であり、θｄは光記録媒体２０の保護層の光軸角度である。

本実施の形態では、位相板１００の光軸角度θｐは、４５°または−４５°である。Γｐは位相板１００内で発生する位相差であり、Γｄは光記録媒体２０の保護層内で発生する位相差（以下、保護層内位相差という。）である。Γｐは波長毎および位相領域１０１Ａ、１０１Ｂ毎に異なる。

変換行列Ｇ（θ、Γ）は、さらに以下に示すように３つの変換行列に分けられる。
Ｇ（θ、Γ）＝Ｔ（θ）Ｃ（Γ）Ｔ（−θ） （４）

ここで、式（４）のＴ（θ）は旋光子行列であり、旋光子行列Ｔ（θ）は、式（５）に示すように、ポアンカレー球のＳ３軸の周りにストークスベクトルを２θ回転させる変換行列である。また、Ｃ（Γ）は位相子行列であり、位相子行列Ｃ（Γ）は、式（６）に示すように、ポアンカレー球のＳ１軸の周りにストークスベクトルをΓ回転させる変換行列である。

また、ミラー行列と称される変換行列Ｍ、および、Ｓ偏光を反射、回折等により偏向させる偏光子行列と称される変換行列Ｐは以下の式（７）および式（８）を用いて表される。

波長λ_１の光のストークスベクトルは、往路で位相領域１０１Ａを透過することによって、図３に示すように矢印３１１の方向に点３１３の位置まで７２°移動し、位相領域１０１Ｂを透過することによって矢印３１２の方向に点３１４の位置まで２１７°移動する。これに対して、波長λ_２の光のストークスベクトルは、位相領域１０１Ａを透過することによって矢印３２１の方向にＳ３軸まで９０°移動し、位相領域１０１Ｂを透過することによって矢印３２２の方向にＳ３軸まで２７０°移動する。

図４は、光記録媒体２０の保護層の光軸角度θｄを４５°とし、位相領域１０１Ａ、１０１Ｂおよび位相差９０°の領域を通過した各光のストークスベクトルＳｏの２行目の成分（以下、Ｓ１成分という。）、および、位相領域１０１Ａ、１０１Ｂを透過した光のＳ１成分を平均したものを、保護層位相差Γｄを変数として表したものである。上記の光軸角度θｄで、光が光記録媒体２０の保護層を透過したときのストークスベクトルの回転方向を図３に矢印３３１、３３２を用いて示す。

図４において、●を用いて示す曲線は位相板で９０°の位相差が発生した場合のＳ１成分（以下、９０度Ｓ１成分という。）の変化を表し、■を用いて示す曲線は位相領域１０１Ａを透過した光のＳ１成分（以下、７２度領域Ｓ１成分という。）の変化を表し、▲を用いて示す曲線は位相領域１０１Ｂを透過した光のＳ１成分（以下、２１７°領域Ｓ１成分という。）の変化を表し、〇を用いて示す曲線は位相領域１０１Ａ、１０１Ｂを透過した光のＳ１成分を平均したもの（以下、分割平均Ｓ１成分という。）の変化を表す。

図４に示すように、９０度Ｓ１成分、７２度領域Ｓ１成分および２１７度領域Ｓ１成分は、保護層位相差ΓｄがＳ２軸の周りに−９０〜９０度変化すると０〜１００％の範囲で変化する。これに対して、分割平均Ｓ１成分は、図４に示すように保護層位相差Γｄの変動の影響が低減され、５０％を中心とする狭い範囲に入ることになる。すなわち、光記録媒体２０の保護層の保護層位相差Γｄが変動した場合でも、位相板１００を出射するＳ偏光の光量の変動を、入射光の光量の５０％を中心とする狭い範囲内に抑えることができることになる。

以下、本発明の実施の形態に係る位相板１００の作用について説明する。まず、位相板１００に入射した波長λ_１の光は、Ｐ偏光のため位相領域１０１Ａを透過した部分が７２°位相がずれた楕円偏光となると共に位相領域１０１Ｂを透過した部分が−２１７°位相がずれた楕円偏光となる。次に、位相板１００を出射した楕円偏光は、光記録媒体２０の保護層を透過して所定の位相差が加えられた偏光状態になる。

ここで、光記録媒体２０の保護層を透過して情報記録面に到達した光は、光記録媒体２０の保護層の光軸角度θｄおよび保護層位相差Γｄに応じてストークスベクトルが回転するが、位相領域１０１Ａを透過した光と位相領域１０１Ｂを透過した光とでは、ストークスベクトルの各要素の変化が異なる。光記録媒体２０の情報記録面で反射した光に対しても、同様に、位相領域１０１Ａを透過した光と位相領域１０１Ｂを透過した光とでは、ストークスベクトルの各要素の変化が異なる。

その結果、位相領域１０１Ａを透過した光と位相領域１０１Ｂを透過した光とでは、光記録媒体２０の保護層を透過したときのＳ１成分の変化が異なり、一方の位相領域を透過した光のＳ１成分が小さくなる場合でも、他方の位相領域を透過した光のＳ１成分は同程度に小さくならない。その結果、１種類の位相領域からなる位相板を用いる場合とは異なり、光記録媒体２０の保護層を透過したときのＳ１成分の変動を抑制することが可能となる。

なお、上記では、光の入射方向から見たときにストライプ状の位相領域が交互に並んだ構成について説明したが、本発明の適用は上記の構成に限定されるものではなく、図５（ａ）に示すように光学軸の方向が異なる円状または輪帯状の領域が交互に並んだ構成、図５（ｂ）に示すように光学軸の方向が異なる三角形の領域がパラソル状に交互に並んだ構成等、その他の構成にも適用される。

図５（ａ）に示す構成では、Ｐ偏光の偏光方向に対して光学軸が反対方向に４５°傾いた２種類の位相領域５１１Ａ、５１１Ｂが動径方向に交互に並んでおり、円状の領域の中心が光軸上にあり、２種類の位相領域５１１Ａ、５１１Ｂを透過する部分の光量が等しくなるようになっている。このように構成することによって、光軸の位置合わせを目視で行うことができるため、組み立てを容易に行うことができる。

図５（ｂ）に示す構成では、Ｐ偏光の偏光方向に対して光学軸が反対方向に４５°傾いた２種類の位相領域５２１Ａ、５２１Ｂが円周方向に交互に並んでおり、パラソル状の領域の中心が光軸上にあり、２種類の位相領域５２１Ａ、５２１Ｂを透過する部分の光量が等しくなるようになっている。このように構成することによって、光軸の位置合わせを目視で行うことができるため、組み立てを容易に行うことができると共に、光の動径方向の強度分布を考慮せずに光量の均等化を図ることができる。

以下、図２を用いて本発明の実施の形態に係る光ヘッド装置２００の作用について説明する。まず、光源１を出射した波長λ_１のＰ偏光は、Ｐ偏光を透過させる偏光ビームスプリッタ２を透過し、位相板１００に入射して位相差７２°の部分の光と位相差−２１７°の部分の光とからなる楕円偏光とになる。位相板１００を出射した波長λ_１の楕円偏光は、コリメータレンズ３および対物レンズ４を順に透過し、波長λ_１を用いて光学的情報の記録再生を行う光記録媒体（以下、波長λ_１用の光記録媒体という。）２０に入射する。

波長λ_１用の光記録媒体２０に入射した光は、波長λ_１用の光記録媒体２０の保護層を透過することによって、式（２）に示す変換行列Ｇ（θｄ、Γｄ）に応じて偏光状態が変化する。波長λ_１用の光記録媒体２０の保護層を透過した光は、情報記録面で反射され、式（７）に示すミラー行列Ｍに応じて偏光状態が変化する。情報記録面で反射された光は、戻り光となって波長λ_１用の光記録媒体２０の保護層を透過することによって、式（３）に示す変換行列Ｇ（π−θｄ、Γｄ）に応じて偏光状態が変化する。

光記録媒体２０を出射した波長λ_１の戻り光は、対物レンズ４およびコリメータレンズ３を順に透過し、位相板１００に入射する。位相板１００に入射した波長λ_１の戻り光は、Ｐ偏光として入射したときと同一の種類の位相領域に入射する。すなわち、位相領域１０１Ａを透過した光の成分は、戻り光となっても位相領域１０１Ａを透過し、位相領域１０１Ｂを透過した光の成分は、戻り光となっても位相領域１０１Ｂを透過する。

位相板１００に入射した波長λ_１の戻り光は、位相領域１０１Ａ、１０１Ｂ毎に式（３）に示す変換行列Ｇ（π−θｐ、Γｐ）に応じて偏光状態が変化する。これによって、Ｓ１成分が０．５を中心とする狭い範囲の戻り光となり、偏光ビームスプリッタ２に入射し、偏光ビームスプリッタ２に入射した戻り光は、Ｓ１成分に応じた光量の光が偏光ビームスプリッタ２で分離され受光器５に出射する。受光器５に入射した光は受光器５で電気信号に変換される。

まず光源１から出射した光は、偏光ビームスプリッターである偏光ホログラム２、および位相板１００、コリメータレンズ３を透過し、対物レンズ４により光記録媒体２０の情報記録面に集光される。この情報記録面で反射された光は、再び対物レンズ４、コリメータレンズ３、位相板１００を透過し、偏光ホログラム２により回折されて、受光器５に導かれ、ディスク情報信号を得る。

ここで、光源１はλ_１およびλ_２の波長の光を出射することができる光源系であり、λ₁、λ_２はそれぞれ、たとえば、ＣＤ、ＤＶＤに対応する７８０ｎｍ帯、６５０ｎｍ帯の波長である。

偏光ホログラム２は、光源１から出射した第１の偏光方向の光に対しては高い透過率（低い回折効率）を示し、第１の偏光方向に対して直交する第２の偏光方向の光に対しては高い回折効率（低い透過率）を有する。光記録媒体（ディスク）で反射され偏光ホログラムに入射される光の偏光方向が第２の偏光方向であるとき、最も、光の利用効率が高く、受光器に光を導くことができる。

位相板１００は、光記録媒体２０からの反射光が偏光ホログラムに入射される光の偏光方向を第２の偏光方向に変換する１／４波長板が好ましい。しかしながら、ディスクのカバー層にも複屈折がある場合がある。特にＣＤのディスクは大きな複屈折を持っている。
最悪の場合、ディスクの位相差が位相板の位相差を打ち消した場合には、反射光の偏光方向は第１の偏光方向と同じとなり、偏光ホログラムの回折効率は０％となり、ディスクの情報を読み取ることができなくなる。

先にも述べたとおり、図４には模式的にディスクの位相差を変えたときの、第２の直線偏光成分の光量の変化を●で示した。ディスクの位相差が−９０度や９０度となったときに光量が０となり再生できない。実際のディスクは回転しているために、ディスクの複屈折の光軸の向きや、ディスクの再生記録する位置によりリターデーション値（Δｎ・ｄ）が異なるなどして、受光器への光量は時間により大きく変化する。このような変動があると、ディスクの場所により記録や再生ができないことや、信号の変動が大きいことによるジッターの劣化が生じる。

このため、本発明では、位相板に複数の領域を設けて、領域ごとに位相差量や光軸の方向を変える事で、ディスクに複屈折があった場合にも、ディスクの複屈折と位相板の位相差が完全に打ち消してしまうことにより受光量がゼロになってしまうことを防止することができる。また、信号の時間変化の振幅も小さくすることができる。図４の○は、本発明の位相板を用い、模式的にディスクの位相差を変えたときの、第２の直線偏光成分の光量の変化を示した。この様に従来の位相板を用いた●に比べ、本発明の位相板を用いた○は、光量変化が小さいことがわかる。

これらのことより、ディスクのリターデーション値が小さいディスクに対しては、従来の均質な１／４波長板として機能することで、光の利用効率を高め、ディスクのリターデーション値が大きなディスクに対しては、位相板の領域毎に位相差や光軸方向が異なることで、ディスクの複屈折の影響が小さいものが好ましい。

具体的例として、図１に示すように、位相板は領域１０１Ａと１０１Ｂの２種類の位相差を持つ領域より構成されている。それぞれの領域の位相差を図１（ｅ）に示した。波長λ_２の光に対しては、２つの領域の位相差は、９０度と−２７０度であり、それぞれの領域の位相差は、ｍ＝１、ｋ＝０、α＝０とｍ＝１、ｋ＝−１、α＝０としたときの（９０×ｍ＋３６０×ｋ＋α）度の関係を満足し、２つ領域の位相差の差は、３６０度（３６０×ｊ＋β（ｊ＝１、β＝０）度）となり、均質な１／４波長板と等価の特性が得られる。

波長λ_２の直線偏光がこの位相板に入射したときは、透過する領域によらず同じ円偏光状態となり、この光束内は均一な偏光状態を得ることができ、従来の面内が均質な位相板（１／４波長板）と同様の特性を得ることができる。

一方、同じリターデーション値（Δｎ・ｄ）をもつ位相板でも異なる波長に対する位相差（＝Δｎ・ｄ／波長×３６０度）は異なる。このため、波長λ_１の光に対しては、各領域の位相差はそれぞれ７２度、−２１７度となる。つまり、２つの領域の位相差の差は２８９度（７２−（−２１７））であり、（９０×ｍ＋３６０×ｋ＋α（ｍ＝−１、ｋ＝１、α＝１９）度）と表すことができる。

一般にＤＶＤディスクのリターデーション値は小さく、ＣＤディスクのリターデーション値が大きい。このため、ＤＶＤの波長の光に対しては、上記例の様にβ＝０の実質的に均質な１／４波長板として機能することで、光の利用効率を高めることができ、かつ、光束内で偏光状態が均質なため、良好なディスクへの集光特性が得られる。一方、複屈折の大きなＣＤディスクに対しては、ディスクの複屈折による光量変化が小さく、良好な記録再生特性が実現できる。

なお、上記では、光学軸と位相差の両方が相互に異なる位相領域を隣り合わせて配置した構成例について説明したが、本発明の適用は上記の構成に限定されるものではなく、位相差が異なるが光学軸が同一の位相領域を隣り合わせて配置した構成についても同様に適用される。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係る位相板は、少なくとも隣り合う２種類の位相領域の、位相差、光学軸、または位相差と光学軸が相互に異なり、各位相領域が光軸に関して２回の回転対称性を有するように配置されているため、同じ種類の位相領域を光束が透過して位相差を相互に発生させることができ、もって、入射光の偏光方向と直交する方向の直線偏光の光量の変動を抑制することができ、光記録媒体の種類等に応じて保護層透過による位相差の相違があっても受光器に入射する光の光量の変動を抑制することができる。

また、位相領域が２種類の位相領域からなるため、簡易な構成にすることができる。

また、液晶と接するように設けられ、各位相領域の光学軸方向に平行に形成された複数の溝の方向に液晶を配向させるため、配向処理を容易に行うことができる。

また、複屈折性の媒質の一部または全部が、高分子液晶からなるため、加工性の良いものとすることできる。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係る光ヘッド装置は、上記の位相板が有する効果を得ることできる。

また、光源と位相板との間の光路中に偏光ビームスプリッタが配置されているため、光利用効率を高くすることができる。

また、複数の波長のうちの１つの波長の光を例えばＣＤ等の複屈折の影響が大きい光記録媒体の記録再生用とし、上記とは異なる波長の光を例えばＤＶＤ等の複屈折の影響が小さい光記録媒体の記録再生用とすることによって、複屈折の影響が小さい光記録媒体に対しては、位相板は１／４波長板として機能し、複屈折の影響が大きい光記録媒体に対しては、位相板は領域分割した位相板として機能するため、良好な記録再生特性を得ることができる。

上記の本発明の実施の形態に基づく具体的な実施例を以下に説明する。
［例１］
図６は、本発明の実施例の例１に係る位相板の概念的な構成を示す図である。位相板６００は、対向する１対のガラス基板６０１Ａ、６０１Ｂと、ガラス基板６０１Ａ、６０１Ｂ間に形成されたストライプ状で複屈折性媒質の高分子液晶６０２Ａ、６０２Ｂと、高分子液晶６０２Ａ、６０２Ｂ間を占める充填材６０３とによって構成される。

図７は、位相板６００の作製方法を説明するための図である。まず、ガラス基板６０１Ａに配向膜を形成し、基板面のＰ偏光の方向として予め決めた方向に対して反時計方向に４５°をなす方向にラビングして配向処理を行う（図７（Ａ１）参照。）。図７（Ａ１）において、Ｐ偏光の方向を縦軸方向に平行な方向とする。次に、シール６１４Ａ用の材料としてのエポキシ樹脂系接着剤をガラス基板６０１Ａの配向膜が形成された基板面の光学的有効領域の外周に印刷し、シール６１４Ａを形成する。ここで、シール６１４Ａの厚さは、上記の位相領域１０１Ａでの位相差が得られる厚さ以上の厚さである。

次に、ガラス基板６０１Ａのシール６１４Ａが形成された基板面に当て板ガラス６１１Ａを熱圧着してセルを形成し、真空注入法を用いて高分子液晶の原料をセル内に注入する。ここで、高分子液晶の原料として、以下の化学式で示す液晶化合物（１）、（２）、（３）および（４）をモル比１：１：１：１で混合した光重合性液晶化合物を用いる。

次に、高分子液晶の原料を注入したセルに紫外線を照射し、固化させて高分子液晶６０２Ａとする（図７（Ａ２）参照。）。この高分子液晶の屈折率は、波長６６０ｎｍに対して常光屈折率が１．５９７、異常光屈折率が１．５３６であり、波長７８５ｎｍに対して常光屈折率が１．５９０、異常光屈折率が１．５３２である。

次に、当て板ガラス６１１Ａを除去し（図７（Ａ３）参照。）、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いてストライプ状の高分子液晶６０２Ａを形成する（図７（Ａ４）参照。）。ここで、ストライプ間の間隔は、ストライプの幅と同一にする。上記で形成された高分子液晶６０２Ａを実施の形態で説明した位相領域１０１Ａを占める複屈折性媒質とする。

次に、ガラス基板６０１Ａと同様に、ガラス基板６０１Ｂに配向膜を形成し、基板面のＰ偏光の方向として予め決めた方向に対して反時計方向に４５°をなす方向にラビングして配向処理を行う（図７（Ｂ１）参照。）。図７（Ｂ１）において、Ｐ偏光の方向を縦軸方向に平行な方向とする。次に、シール６１４Ｂ用の材料としてのエポキシ樹脂系接着剤をガラス基板６０１Ｂの配向膜が形成された基板面の光学的有効領域の外周に印刷し、シール６１４Ｂを形成する。ここで、シール６１４Ｂの厚さは、上記の位相領域１０１Ｂでの位相差が得られる厚さ以上の厚さである。

次に、シール６１４Ｂが形成された基板面に当て板ガラス６１１Ｂを熱圧着してセルを形成し、真空注入法を用いて高分子液晶の原料をセル内に注入する。次に、高分子液晶の原料を注入したセルに紫外線を照射し、固化させて高分子液晶６０２Ｂとする（図７（Ｂ２）参照。）。次に、当て板ガラス６１１Ｂを除去し（図７（Ｂ３）参照。）、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いてストライプ状の高分子液晶６０２Ｂを形成する（図７（Ｂ４）参照。）。ここで、ストライプ間の間隔は、ストライプの幅と同一にする。上記で形成された高分子液晶６０２Ｂを実施の形態で説明した位相領域１０１Ｂを占める複屈折性媒質とする。

次に、高分子液晶６０２Ａのストライプと高分子液晶６０２Ｂのストライプが、基板面に垂直な方向から見て図１（ａ）に示すように交互に配列されるように、高分子液晶６０２Ａと高分子液晶６０２Ｂが形成された基板面を対向させ、ガラス基板６０１Ａとガラス基板６０１Ｂとを重ね、光重合性充填材を用いて積層させる（図７（Ｃ）参照。）。

上記で形成された位相板６００は、ガラス基板６０１Ｂから見ると高分子液晶６０２Ａの配向方向が図Ａに示す方向であり、高分子液晶６０２Ｂの配向方向が図Ｂに示す方向である。

［例２］
図８は、本発明の実施例の例２に係る位相板の模式的な構成を示す図である。位相板８００は、対向する１対のガラス基板８０１Ａ、８０１Ｂと、ガラス基板８０１Ａ、８０１Ｂ間に形成された複屈折性を有するストライプ状の高分子液晶８０２Ａ、８０２Ｂと、高分子液晶８０２Ａ、８０２Ｂ間を占める充填材８０３とによって構成され、高分子液晶８０２Ａ、８０２Ｂが共に同一のガラス基板８０１Ａ上に形成されている。

図９は、位相板８００の作製方法を説明するための図である。まず、ガラス基板８０１Ａに、ＣＶＤ法を用いて、屈折率が例えば１．５７のＳｉＯＮ膜８１２Ａを形成する（図９（ａ）参照。）。次に、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて、図９（ｂ）に符号Ａ、Ｂを用いて示すストライプ状の領域を形成する。図９（ｂ）に示すストライプ状の領域Ａ、Ｂの形状は、基板面に垂直な方向から見たときのものである。領域Ａ、Ｂの幅は同じになっている。

ストライプ状の領域Ａ、Ｂには、各領域が接する境界に対して反対方向に４５°をなす溝が形成されている。次に、ガラス基板８０１Ａと同様に、当て板ガラス８１１にＳｉＯＮ膜８１２Ｂを形成する。次に、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて、ガラス基板８０１Ａと同様に、ストライプ状の領域Ａ、Ｂを形成する。次に、シール８０４用の材料としてのエポキシ樹脂系接着剤をガラス基板８０１ＡのＳｉＯＮ膜８１２Ａが形成された基板面の光学的有効領域の外周に印刷し、シール８０４を形成する。

次に、ガラス基板８０１Ａのシール８０４が形成された基板面に当て板ガラス８１１を熱圧着してセルを形成する。このとき、基板面に垂直な方向から見て領域Ａ、Ｂが重なるようにし、領域Ａ、Ｂに溝を有するＳｉＯＮ膜８１２Ａが配向膜として機能するようにする。次に、上記で形成したセルに真空注入法を用いて高分子液晶の原料を注入する。ここで、高分子液晶の原料は、本発明の実施例の例１で説明したものと同一のものを用いる。

次に、高分子液晶の原料を注入したセルに紫外線を照射し、固化させて高分子液晶８０２とする（図９（ｃ）参照。）。次に、当て板ガラス８１１を除去し（図９（ｄ）参照。）、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いてストライプ状の高分子液晶８０２Ａ、８０２Ｂを形成する（図９（ｅ）参照。）。ここで、上記のシール８０４の厚さは、位相差の絶対値が大きい方の位相差を確保できる高分子液晶を形成できる厚さ以上の厚さになっているものとする。

次に、高分子液晶８０２Ａ、８０２Ｂ上に光重合性充填材８０３を塗布してガラス基板８０１Ｂを積層し、紫外線を照射して位相板８００を形成する。このように位相板８００を構成することによって、ガラス基板を重ねる際の位置合わせの煩雑さを回避することができる。

［例３］
図２は、本発明の実施例の例３に係る光ヘッド装置の概念的な構成を示す図である。まず、光ヘッド装置２００を構成する位相板１００として本発明の実施例の例１に係る位相板６００を用い、光ヘッド装置２００の偏光ビームスプリッタ２として偏光ホログラム素子を用いる。次に、従来の光ヘッド装置として、図１０に構成を概念的に示す光ヘッド装置３００を用いる。ここで、光ヘッド装置３００を構成する位相板１０として、組み立てた状態でのＣＤの光学軸が４５°となるようにし、波長λ_１が７８０ｎｍの光（ＣＤへの記録再生用）に対して位相差が９０°の１／４波長板を用い、偏光ビームスプリッタ２として偏光ホログラム素子を用いる。

上記の本発明の実施例の例３に係る光ヘッド装置２００と、従来の光ヘッド装置３００とを用いて受光器５で受光する光量の比較を行う。まず、光ヘッド装置３００を用いて、光学軸が４５°で位相差が異なる保護層を有する複数のＣＤ毎に、受光器５に入射するＳ偏光の光量を測定し、参照データとする。ここで、参照データのピーク出力が１００％となるように校正する。次に、光ヘッド装置２００を用いて、上記の各ＣＤに対して、受光器５に入射するＳ偏光の光量を測定し、比較データとする。上記で得られる参照データは、図４に示す位相差が９０°の曲線として表され、比較データは白抜きの丸を用いて表される曲線として表される。

本発明に係る位相板は、光記録媒体の種類等に応じて保護層透過による位相差の相違があっても受光器に入射する光の光量の変動を抑制することができるという効果が有用な位相板および光ヘッド装置等の用途にも適用できる。

なお、２００５年４月２０日に出願された日本特許出願２００５−１２２６０９号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の開示として取り入れるものである。

Claims (7)

1. 複屈折性の媒質を有し、入射する直線偏光における、該媒質の光学軸に平行な方向の偏光成分と光学軸に垂直な方向の偏光成分との２つの偏光成分の間に位相差を生じさせる位相板であって、
   前記複屈折性の媒質が、複数種類の位相領域を有し、
   隣り合う２種類の前記位相領域の、位相差及び光学軸の少なくともいづれかが相互に異なり、
   各前記位相領域が光軸に関して２回の回転対称性を有するように配置されたことを特徴とする位相板。
2. 前記位相領域が第１の種類の位相領域および第２の種類の位相領域からなり、前記第１の種類の位相領域で生ずる位相差と、前記第２の種類の位相領域で生ずる位相差とが異なる請求項１に記載の位相板。
3. 前記複屈折性の媒質の一部または全部が液晶からなり、前記液晶と接するように設けられ、かつ各前記位相領域の光学軸方向に平行に形成された複数の溝を備え、各前記溝の方向に前記液晶を配向させる請求項１または２に記載の位相板。
4. 前記複屈折性の媒質の一部または全部が、高分子液晶からなる請求項１から３までのいずれか１項に記載の位相板。
5. 光を出射できる光源と、前記光源からの出射光を光記録媒体へ集光する対物レンズと、前記光記録媒体からの戻り光を検出する受光器とを備える光ヘッド装置であって、前記対物レンズと前記光源との間の光路中に、請求項１から４までのいずれか１項に記載の位相板を備え、前記光記録媒体からの戻り光が前記位相板を透過することを特徴とする光ヘッド装置。
6. 前記光源と前記位相板との間の光路中に偏光ビームスプリッタを備えた請求項５に記載の光ヘッド装置。
7. 前記光源が、異なる複数波長の光を出射することができ、
   前記複数波長のうちの少なくとも１つの波長の光が前記複数種類の位相領域を透過したときに生ずる位相差が、−１または＋１をとる整数をｍとし、任意の整数をｋとし、−２０以上＋２０以下のいずれかの値をとる実数をαとするとき、（９０×ｍ＋３６０×ｋ＋α）度であり、
   前記複数波長のうちの少なくとも１つの波長の光が前記複数種類の位相領域を透過したときに生ずる各位相差の差が、任意の整数をｊとし、−４０以上＋４０以下のいずれかの値をとる実数をβとするとき、（３６０×ｊ＋β）度である請求項５または６に記載の光ヘッド装置。

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