WO2006030789A1

WO2006030789A1 - 光ヘッド装置

Info

Publication number: WO2006030789A1
Application number: PCT/JP2005/016851
Authority: WO
Inventors: Nobuhiko Takeshita; Tomoki Gunjima; Kara Yoshida
Original assignee: Asahi Glass Company, Limited
Priority date: 2004-09-14
Filing date: 2005-09-13
Publication date: 2006-03-23
Also published as: US7986606B2; JPWO2006030789A1; TW200623097A; KR20070048778A; JP5034501B2; US20070159932A1

Abstract

　３つ以上の異なる波長を有する直線偏光を円偏光に変換できる広帯域位相板を備えた光ヘッド装置を得る。　２枚の位相板９Ａ，９Ｂがそれぞれの光軸を交差するように接着剤などで重ねられており、入射する直線偏光の波長をλ1、λ2及びλ3(λ1＜λ2＜λ3)とするとき、２枚の位相板のうち少なくともいずれか一方が、各波長でのリタデーション値の比の値〈Ｒ（λ1）／Ｒ（λ3）〉及び比の値〈Ｒ（λ2）／Ｒ（λ3）〉が１より小さく、〈Ｒ（λ1）／Ｒ（λ3）〉が〈Ｒ（λ2）／Ｒ（λ3）〉よりも小さくなるような位相差特性を有する広帯域位相板を光ヘッド装置に設置する。

Description

光ヘッド装置

技術分野

[0001] 本発明は、レーザー光の位相状態を制御するための広帯域位相板を搭載した光ヘッド装置に関する。

背景技術

[0002] 光ディスク及び光磁気ディスクなどの光記録媒体に光学的情報を書き込んだり、光学的情報を読み取ったりするために、光ヘッド装置が用いられている。この光ヘッド装置は、ディスク状の光記録媒体 (以下、「光ディスク」という）の記録面上に光源である半導体レーザーからの出射光を対物レンズにより集光して、情報の書き込みや読み出しを行う。情報の読み出しなどを行う際には、光ディスクの情報の記録面により反射した出射光を光検出器で受光する。

ところで、情報の読み出しに関していえば、使用されるレーザー光の波長は短波長であるほど記録密度を高めることができるため、近年、この光ヘッド装置では光源からの出射光の短波長化 (405nm)が進められている。一方、この光ヘッド装置では、これまで普及している多くの光ディスク用の長波長（660nm及び 790nm)のレーザー光による再生も同時にできるようにする必要がある。そのため、従来の長波長側のレ一ザ一光と、より短波長側のレーザー光とによる光ディスクの互換性を有する様々な方式力例えば特開 2004— 158118号公報に提案されている。

[0003] 情報の書き込み関していえば、従来の光ディスクに対してこの互換性を確保するために、高記録密度用の短波長光源に加えて、長波長側の光源を併せて設置する方式が検討されている。一方、高密度光ディスクと DVD—R及び CD— Rなどの書き込み型の光ディスクに対応する光ヘッド装置を実現するため、それぞれの光ディスク用の、ずれの波長に対しても高!、光利用率が要求されて、る。

このため、往路高透過率でかつ復路高回折効率を有する偏光型回折素子を用いた偏光系光ヘッド装置が検討されている。ここで往路とは、光源からの出射光が光デイスクへ向かう方向をいい、復路とは出射光が光ディスクの情報の記録面により反射されて光検出器へ向力う方向、すなわち反射した戻り光が進む方向である。

[0004] 従来の異なる 3つの、すなわち 3種類のレーザー光を使用した偏光光学系を有する光ヘッド装置の構成の一例を図 14に示す。

この図 14において、出射波長が 405nmの半導体レーザー 101A、 660nmの半導体レーザー 101B及び 790nmの半導体レーザー 101Cからの直線偏光のレーザー光は、入射する直線偏光に対して高透過性を有する 405nm用の偏光ホログラム 10 2A、 660nm用の偏光ホログラム 102B及び 790nm用の偏光ホログラム 102Cを各々透過する。そして、直線偏光のレーザー光は、それぞれ偏光ホログラムと一体化された 405nm用の 1/4波長板 103A、 660nm用の 1/4波長板 103B及び 790nm 用の 1Z4波長板 103Cにより、それぞれ直線偏光力円偏光に変換される。その後、レーザー光は、個別に配置されたコリメートレンズ 104A、コリメートレンズ 104B及びコリメートレンズ 104Cで平行光となり、 405nm透過でかつ 660nm反射の特性を持つビームスプリッタ 105を透過及び反射し、更に、 405nm及び 660nm透過で力つ 790nm反射の特性を持つビームスプリッタ 106を透過及び反射する。そして、このレーザー光は、ァクチユエータ 107に保持された、 3つの波長に共通の対物レンズ 1 08により光ディスク Dの情報の記録面（以下、単に「光ディスクの表面」と!、う）上に集光する。

[0005] さらに、光ディスクの表面に形成されたピットの情報を含んだ光ディスク D力の反射光は、それぞれの経路を逆方向に進行する。即ち、光ディスク Dの表面の反射により回転方向が逆転した円偏光は、それぞれ 1Z4波長板 103A、 1Z4波長板 103B 及び 1Z4波長板 103Cを再度透過し、入射偏光方向とは直交する偏光方向の直線偏光に変換され、それぞれ偏光ホログラム 102A、偏光ホログラム 102B及び偏光ホログラム 102Cで回折されて回折光となる。これら回折光が持つ光ディスク Dのピットの情報を 405nm用の光検出器であるフォトダイオード 109A、 660nm用のフォトダィオード 109B及び 790nm用のフォトダイオード 109Cにより検出することで、光ディスク Dの表面に記録された情報の読み出しを行っている。

[0006] 従来の光ヘッド装置では、レーザー光として、例えば 405nm、 660nm及び 790η mの複数の波長領域を用いる場合に、 1Z4波長板などの光学素子を共用化して一つにすることが提案されている（例えば、特開平 10— 68816号公報参照)。しかしながら、 2波長の直線偏光、例えば、波長 405nmと 660nmの直線偏光を円偏光に変換する位相板（1Z4波長板)では、波長 790nmの直線偏光に対しては完全な円偏光とできず、同様に波長 660nmと 790nmの直線偏光を円偏光に変換する位相板では、 405nmの直線偏光に対して完全な円偏光とできず、所望の特性が得られない。また、特開平 14— 156528号公報には、位相板を積層せずに一枚で広帯域位相板を形成できることが記載されている。この広帯域位相板は、短波長になるにつれてリタデーシヨン値が小さくなるよう設計されている。し力しながら、この広帯域位相板一枚を用いて、波長 400〜780nmの全域で、完全な 1Z4波長板にするためには、材料設計が非常に困難で、高い光利用率が要求される高記録密度用では満足できるものではなかった。

[0007] また、今後、光源の波長を更に短くした次世代規格として期待されている、例えば、 Blu-Ray Disk (ブルーレイ.ディスク）などのように、より高い光利用効率が求められている光記録媒体に対して用いる光ヘッド装置にあっては、前述の 1Z4波長板などの光学素子は、十分な特性を有していない。例えば、 405nm、 660nm及び 790nm の 3波長を利用する光ヘッド装置では、 405nm用の光学素子、 660nm用の光学素子及び 790nm用の光学素子、合計 3セット配置する必要があり、部品点数が多く装置の体積が大きくなり、さらに組み立て調整にも時間が力かる問題が生じている。一方、光ヘッド装置を小型化するために、 2つの半導体レーザーを接近させて配置したり、複数の波長を発振できる半導体レーザーを用いたりすることが提案されている力この場合、波長により反射率の異なるビームスプリッタなどを使用しても、波長ごとに光路を切り替えることは困難であるため、各波長での光学素子の共用化が望まれている。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] 本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、光源として 3つ以上の異なる波長のレーザー光を用いた光ヘッド装置において、各波長での光学素子を共用化させることで、部品点数を減らし、組み立て時間も短縮ィ匕することができる、小型でコスト削減が可能な光ヘッド装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0009] 本発明は、以下の要旨を有する。

1.光源から出射される直線偏光のレーザー光を対物レンズにより集光して光記録謀体へ導き、光記録媒体からの反射光を光検出器で受光する光ヘッド装置において

、前記レーザー光は、波長の異なる 3つ以上のレーザー光のいずれかが用いられ、前記光源と前記対物レンズとの間に前記レーザー光の位相状態を制御する広帯域位相板が設置されており、前記広帯域位相板は、 2枚の位相板をそれぞれの光学軸が交差するように重ねられて形成されてなり、前記レーザー光が波長え 1、 λ

2及びえ 3

(λ < λ < λ )を有するときに、前記 2枚の位相板のうち少なくともいずれか一方の

1 2 3

位相板に対して、各波長でのリタデーシヨン値 R( )についての比の値、く R( )/

1

R(X

3；)〉及びく R( )/R(X

2 3；)〉は、次の各式を満たすことを特徴とする光ヘッド装置。

(R( )/R(X )〉<1、

1 3

(R( )/R( )〉<1、

2 3

(R( )/R( )}< (R( )/R( )>

1 3 2 3

[0010] 2·前記レーザー光は、波長え、 λ 及びえのいずれかを有するとともに、

1 2 3

前記少なくともいずれか一方の位相板は、リタデーシヨン値 R( )tR(

3 1 )との比の値く R( )/R( ；)〉が前記波長の比の値（λ /λ )よりも大きぐリタデーシヨン

1 3 1 3

値 R( )tR( )との比の値く R( )/R( ；)〉が前記波長の比の値（λ / λ )

3 2 2 3 2 3 よりも大きぐリタデーシヨン値 R( )tR( )との比の値く R( )/R( ；)〉が前記

2 1 1 2 波長の比の値（λ /λ )よりも大きい、

1 2

上記 1に記載の光ヘッド装置。

[0011] 3.前記 2枚の位相板のうち、前記レーザー光が第 1に入射する前記位相板のリタデーシヨン値は、第 2に入射する前記位相板のレタデーシヨン値よりも大きぐかつ、前記 2つのリタデーシヨン値の比の値が 1. 8〜2. 2である上記 1または 2に記載の光ヘッド装置。

4.前記 2枚の位相板のそれぞれの光学軸の交差角力 0〜70度の範囲にある、上記 1から 3のいずれか 1つに記載の光ヘッド装置。

5.前記広帯域位相板は、前記 3つの波長のレーザー光が透過するときの各波長領域における楕円率が実質的に等しい上記 1から 4のいずれ力 1つに記載の光へッド装置。

[0012] 6.前記 2つの位相板は、接着層を介して重ねられていて、前記接着層の厚さが 10

/z m以下である上記 1から 5のいずれ力 1つに記載の光ヘッド装置。

7.前記 2つの位相板は、それぞれ少なくとも 1枚の透明基板に接着されて用いられる上記 1から 6のいずれか 1つに記載の光ヘッド装置。

8.前記広帯域位相板がレーザー光の光学的性質を変化させる少なくとも一つの光学素子と一体ィ匕されている上記 1から 7のいずれか 1つに記載の光ヘッド装置。発明の効果

[0013] 本発明によれば、従来の光ヘッド装置とは異なり、積層される 2枚の広帯域位相板のうち少なくともどちらか一方に、波長が短くなるにしたがってリタデーシヨン値も小さくなるような位相板を用いることにより、透過する 3つ以上の波長の直線偏光のレーザ一光に対してほぼ 1Z4波長板として機能し、直線偏光を円偏光とすることができるため、各波長での光学素子を共用化でき、部品点数を減らして、組み立て時間も短縮ィ匕された小型で低コストな光ヘッド装置を提供できる。

図面の簡単な説明

[0014] [図 1]本発明の一実施形態に係る光ヘッド装置を示す構成図。

[図 2]本発明の一実施形態に係る広帯域位相板の構成を示す概略断面図。

[図 3]図 2に示す本発明の広帯域位相板の透過光に対するレタデーシヨン値の波長依存性を示すグラフ。

[図 4]本発明における広帯域位相板の透過光に対する楕円率の波長依存性を示すグラフ。

[図 5]比較例の広帯域位相板の透過光に対するリタデーシヨン値の波長依存性を示すグラフ。

[図 6]比較例の広帯域位相板の透過光に対する楕円率の波長依存性を示すグラフ。

[図 7]例 2の位相板での透過光に対するレタデーシヨン値の波長依存性を示すグラフ [図 8]例 2の広帯域位相板の透過光に対する楕円率の波長依存性を示すグラフ。

[図 9]例 3の位相板での透過光に対するレタデーシヨン値の波長依存性を示すグラフ

[図 10]例 3の広帯域位相板の透過光に対する楕円率の波長依存性を示すグラフ。

[図 11]R /R = 1. 8〜2. 2における楕円率角の変化を 2次元表示したグラフ。

1 2

[図 12]図 11を 3次元表示したグラフ。

[図 13] 0 = 75— a度及び 0 = 15 + a度とおいて、光学軸の交差角を略 60度とし、 a

1 2

の値を変化させて、楕円率角が 90度となる 2つのピーク波長間の距離を変化させたグラフ。

[図 14]従来の光ヘッド装置を示す構成図。

符号の説明

1A, IB, 1C 半導体レーザー

2, 2A, 2B, 2C コリメートレンズ

3、 4 ビームスプリッタ

5 ァクチユエータ

6 対物レンズ

7, 7A, 7B, 7C フォトダイオード

8 偏光ホログラム

9 1Z4波長板

9 A 第 1の位相板

9B 第 2の位相板

90 広帯域位相板

91 低反射コート膜

92 ガラス基板

93 ポリイミド配向膜

94, 95 高分子液晶薄膜

96 接着層 10 広帯域光学素子

D ディスク

発明を実施するための最良の形態

[0016] 以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

図 1は、本発明の実施形態に係る光ヘッド装置を示すものであり、この光ヘッド装置は、光源 1と、コリメートレンズ 2A〜2Cと、第 1、第 2のビームスプリッタ 3, 4と、ァクチユエータ 5に保持された 3つの波長に共通の対物レンズ 6と、受光素子 7とのほかに、偏光ホログラム 8および（3種類のレーザー光の位相状態を制御する広帯域位相板で構成した） 1Z4波長板 9を一体ィ匕した広帯域光学素子 10が光源 1と対物レンズ 6 との間に設置されている。

[0017] 光源 1は、本実施形態では、波長が異なる 3種類のレーザー光を出射する半導体レーザー 1A, IB, 1Cで構成されている。また、受光素子 7も、各レーザー光の波長に応じて第 1〜第 3のフォトダイオード 7A〜7Cを用いて、る。

一方、偏光ホログラム 8及び 1Z4波長板 9は、一体ィ匕されているとともに、ァクチュエータ 5に搭載された対物レンズ 6に対して、ほぼ水平に取り付けられている。ここで使用している 1Z4波長板 9は、本発明にかかる広帯域位相板 90である。この広帯域位相板 90は、 2枚の位相板がそれぞれ光学軸を交差するように一体に重ねられた構成のものである。特に、本実施形態の広帯域位相板 90は、レーザー光が波長え、

1 λ及びえ (λ < λ < λ )を有するとき、少なくともいずれか一方の位相板において

2 3 1 2 3

、各波長でのリタデーシヨン値、つまり R( )、R( )及び R( )の各比の値が、次

1 2 3

式

(R( )/R( )〉<1.0、

1 3

(R( )/R( )〉<1.0、

2 3

(R( )/R( )}<(R( )/R( )>

1 3 2 3

•••(l)

を満たす特性を有している。

式（1)は、各波長におけるリタデーシヨン値の間に、 R( )<R( )<R( )の

1 2 3 関係式が成立するとし、この関係式を R( )で割って得られる式（2)より容易に得られる。ただし、 0 < R ( λ )として!/、る。

3

R( ) /R ( ) <R( ) /R( ) < 1. 0 …（2)

1 3 2 3

したがって、式（1)が成立することは、波長が λ 、え、 λと増加するにつれて、リタ

1 2 3

デーシヨン値 R( λ )、 R (え）、 R( λ )が順次増加することを意味する。

1 2 3

このとき、位相板が発生する位相差は波長の増加とともに増加し、波長が長ければ長いほど、位相差はより大きくなる、広帯域位相板を得ることができる。

このような特性を有することにより、広帯域位相板 90は、透過するいずれの波長の直線偏光のレーザーに対してもほぼ 1Z4波長板として機能し、直線偏光をほぼ円偏光とすることができる。

一般に、広帯域位相板に用いられる複屈折材料は、延伸などにより複屈折性を持たせたポリカーボネィトフイルムなどのように、波長が短くなるにつれてリタデーシヨン値が大きくなるという波長依存性 (以下、「正常分散特性」という）を有しているが、本発明で用いる複屈折材料は波長が短くなるにつれてリタデーシヨン値が小さくなる特性 (以下、「異常分散特性」とよぶ)を有するものである。

この異常分散特性を有する複屈折材料としては、例えば下記の材料が挙げられる力異常分散特性を示す材料であれば、本発明の位相板材料として何ら限定されるものではない。

(1)複屈折量 (即ち、異常光屈折率と常光屈折率との差)が正である高分子のモノマー単位と複屈折量が負である高分子のモノマー単位とを含む共重合体及び Ζ又はブレンド高分子を延伸させたフィルム（特開 2002— 156528号公報参照。）、

(2) 2種類以上のメソゲン基を有する化合物と棒状液晶化合物とを含む液晶層を有し、棒状液晶化合物がホモジ-ァス配向しており、メソゲン基を有する化合物の少なくとも一種類のメソゲン基が、棒状液晶化合物の光学軸方向に対してフィルム面内で 45度から 90度の方向に配向して、る位相差膜 (特開 2002— 267838号公報参照。 )、

(3)下記重合性ィ匕合物 (Α)力選ばれる 1種以上の化合物、もしくは、下記重合性化合物（Β)カゝら選ばれる 1種以上の化合物を含有する重合性液晶組成物を重合してなる高分子液晶フィルム、または、下記重合性化合物 (Α)の 1種以上と下記重合性化合物（B)の 1種以上とを含有する重合性液晶組成物を重合してなる高分子液晶フイルム（特願 2005— 115886参照。；)。

CH ^R -COO-J -CE -J²) -W -J³-M-R² (A)

2 n

CH =CR³- COO- J⁴- E²- COO- W²- 0C0- E³- J⁵- 0C0- CR³=CH · · · (B)

2 2

(ただし、

W²および Mは、それぞれ以下の内容を表すものである。 )

R³:それぞれ独立に、水素原子またはメチル基。

R²：炭素数 2〜8のアルキル基。

11: 0または1。

J¹ :単結合、（CH )―、または、―（CH ) 0- (ただし、 aおよび bはそれぞれ独

2 a 2 b

立に、 2〜8の整数。 )。

J²、J³ :それぞれ独立に、単結合、 OCO 、または、 COO—。

J⁴:— (CH ) O 、または、一（CH ) O— CO (ただし、 tおよび uは、それぞれ独

2 t 2 u

立に 2〜6の整数。；)。

J⁵:— 0 (CH ) ―、または、 COO— (CH ) - (ただし、 cおよび dは、それぞれ独

2 c 2 d

立に 2〜6の整数。；)。

E²、 E³:それぞれ独立に、 1 , 4 フエ-レン基またはトランス一 1 , 4 シクロへキシレン基。ただし、これらの基中の水素原子は、塩素原子、フッ素原子、メチル基またはシァノ基で置換されて、てもよ！/、。

W² :それぞれ独立に、ナフタレン一 1, 4ージィノレ基、ナフタレン一 1, 5 ジィル基、アントラセン一 1, 4 ジィル基、アントラセン一 1, 5 ジィル基、アントラセン一 1, 10 ジィル基、アントラセン一 4, 9 ジィル基、アントラセン一 5, 9 ジィル基またはアントラセン— 9, 10 ジィル基。ただし、これらの基中の水素原子は、塩素原子、フッ素原子、メチル基またはシァノ基で置換されてもよい。

M：下記式 (a)〜（f)で表される基力も選ばれる、ずれかの基。

[化 1]

このような材料としてはたとえば下記化合物が挙げられる。

[0020] [化 2]

[0021] 以下、出射するレーザー光が 3つの異なる波長力なる構成のものとして説明する力勿論、本発明の光ヘッド装置で使用するレーザー光はこれに限定されるものではなぐ 4つ以上であってもよい。また、本実施形態における広帯域位相板 90を構成する 2つの位相板 (これを、「第 1、第 2の位相板」とする)の代表的な位相差の組合せについては、例えば次の通りとする。ここで、一体に重ねられた位相板にレーザー光が入射するとき、第 1、第 2の順に入射する位相板、つまり第 1、第 2の位相板が生じるリタデーシヨン値を、各々、 R1および R2とする。さらに、 3つのレーザー光の異なる波長を、波長の短い方力も順に、 λ 、 λ

1 2及びえ 3とし、例えばえ 1の波長の光が第 1 の位相板に入射した際に生じるリタデーシヨン値を R (え）、 λの波長の光が第 2の

1 1 2

位相板に入射した際に生じるリタデーンヨン値を R ( λ )などと定義する。

2 2

このとき、第 1あるいは第 2の少なくともいずれか一方、より好ましくは両方の位相板において、各波長でのリタデーシヨン値 Rの比の値が前述の（1)式を満たす、つまり R (λ )/R( )、及び R( )/R( )が、それぞれ、 1より小さぐ R( )/R( )

1 3 2 3 1 3 が R( )/R( )よりも小さくなつており、各々のリタデーシヨン値 Rと 2枚の位相板

2 3

の重ね合わせる光学軸の交差角を最適化させることで、上述の効果、すなわち、直線偏光をほぼ円偏光にする効果をもたらす。

また、第 1あるいは第 2の少なくともいずれか一方、より好ましくは両方の位相板において、リタデーシヨン値 R( )tR(

3 1 )との比の値、く R( )ZR(

1 3；)〉が波長の比の値（λ / λ )よりも大きぐリタデーシヨン値 R( )tR( )との比の値、く R( )

1 3 3 2 2

/R( ；)〉が波長の比の値（λ /λ )よりも大きぐまた、リタデーシヨン値 R( )tR

3 2 3 2

(λ ( )ZR(

1 )との比の値、く R

1 2；)〉が波長の比の値（λ /λ

1 2 )よりも大きくなることにより、すなわち式 (3)の条件を満たすことにより、上述の効果がより一層高められ、直線偏光をほぼ完全に円偏光とすることができる。

(R( )/R(X ))>(λ /λ )、

1 3 1 3

(R( )/R(X )}>(λ /λ )、

2 3 2 3

(R( )/R(X )}>(λ /λ )

1 2 1 2

•••(3)

式 (3)が表現しているリタデーシヨン値の比と波長の比の大小関係は、波長が λ

1、

X、 X と増加するにつれて、 R( )/λ、R( )/λ、R( )/λが順次減少

2 3 1 1 2 2 3 3

することと同義である。これは単位波長あたりのリタデーシヨン値力波長の増加とともに減少することを意味して、る。

このことは、式 (3)の導出過程をみれば明らかである。すなわち、波長の変化の割合よりもリタ一デーシヨン値の変化の割合の方が小さ、と、う条件である式 (4)を変形して、式 (3)は導出したものである。

(R( )/R(X ))<(λ /λ )、

3 1 3 1

(R( )/R( )}<(λ /λ )、

3 2 3 2

(R( )/R( )}<(λ /λ )

2 1 2 1

•••(4)

式 (3)は、式（1)の限定条件に加え、波長の減少（又は増力!])する比よりも緩やかに位相差が減少 (又は増加）して、く条件となって、る。すなわち式（1)で表される効果に加えさらに、波長の位相差がより緩やかに変化するため、入射する波長の変化する割合よりも位相差の変化が小さくなるため、広帯域で位相差の比が変化しにくい効果が得られる。

さらには、各波長におけるリタデーシヨン値 R

1 (第 1の位相板が生じるリタデーシヨン値）がその波長の約 1Z2倍で、各波長におけるリタデーシヨン値 R (第 2の位相板が

2

生じるリタデーシヨン値）が約 1Z4であり、これらのリタデーシヨン値の比 R が

1 ZR 2 1·

8〜2. 2とすることにより、え〜 λまでのほぼ全域で、直線偏光を円偏光とする広帯

1 3

域 1Z4波長板とすることができる。また、各波長におけるリタデーシヨン値 Rがその

1 波長の約 9Ζ2倍で、各波長におけるリタデーシヨン値 Rが約 9Ζ4であり、これらのリ

2

タデーシヨン値の比 R ZRが 1. 8〜2. 2としてもよい。この場合も広帯域 1Z4波長

1 2

板とすることができる。

R /R = 1. 8〜2. 2の関係についてさらに説明する。図 11のグラフは R ZR = 1.

1 2 1 2

8〜2. 2における楕円率角の変化を 2次元表示で表わしたものであり、図 12のグラフは同じ変化を 3次元表示で表わしたものである（波長は 695nm)。

2次元表示のグラフでは、ドットライン (R /R = 2)を境にして、下の線群の一番下

1 2

の線は R /R =約 2. 2の場合を示し、上の線群の一番上の線は R /R =約 1. 8の

1 2 1 2 場合を示している。

そして、一番上と下の線は、楕円率がほぼ 0. 8の境界線となっていることがわかつている。従って、 R ZR = 1. 8〜2. 2にあるものは、楕円率が約 0. 8以上あり、特に

1 2

2. 0の場合楕円率が 1. 0又はこれに極めて近い最大の値となる。楕円率が 0. 8以上あれば、 1Z4波長板として実用上機能し、 0. 9以上であればさらに好ましいものとなる。また、 3次元グラフを見ると、この様子がよく理解できる。ただし、図 12のグラフでは理解しやすくするために、楕円率が 0. 8より小さい領域も 0. 8として描かれている。ここで、楕円率とは、透過楕円偏光の長軸強度を Ia、短軸強度を lbとすると、 I /\ b a で表され、楕円率が 1のとき完全な円偏光に対応する。

本発明における 2つの位相板の厚さは、光の透過効率や製造プロセス上の問題などから、 2〜： L0 mの範囲が好ましぐ使用される複屈折材料の複屈折量 Δ ηは、波長 589nmのときに 0. 01〜0. 2の範囲にあることが位相差を、自由に選択できて好ましい。

本発明における 2つの位相板の重ね合わせには、粘着フィルム、 UV硬化型や熱硬化型の接着剤が使用できる。広帯域位相板の波面収差の低減、温度特性や信頼性の向上のためには、接着層をできるだけ薄くして張り合わせることが望ましぐ特に接着層の厚さを 10 m以下にすることが望ましい。また、重ね合わせる際の第 1及び第 2の位相板の光学軸の交差角は、 40〜70度の範囲力波長約 400nm力ら約 79 Onmまでの広い波長領域で楕円率を大きぐすなわち 0. 8以上にすることができるという理由により好ましいが、各々最適化された光学軸の交差角で重ね合わされればよぐ特に限定されるものではない。

楕円率が大きぐ 1. 0に近ければ、直線偏光が円偏光に変換されたとき、完全な円偏光に近くなる。前述の図 11では、光学軸の交差角が 60度で、入射光の波長が 69 5nmの場合が計算されており、例えば、ドットライン (R /R = 2)上では、楕円率が

1 2

殆ど 1. 0で、ほぼ完全な 1Z4波長板として機能する。

上記の光学軸の交差角が 60度は、広帯域位相板を構成する第 1及び第 2の位相板の光学軸方向と、広帯域位相板に入射する直線偏光の偏光方向とが為す角度 Θ 、 Θ を、例えばそれぞれ 0 = 75度及び 0 = 15度としたものである。本発明にお

1 2 1 2

いては、 3つの波長え、 λ 及びえを用いるものである力そのうちの 2つの波長、例

1 2 3

えば波長え及びえに着目してこれらの波長において、楕円率を 1. 0に極めて近く

1 2

することができる。このとき、この 2つの波長で楕円率にそれぞれピークが形成され、また波長えにおいては、ピークは形成されないものの、 1. 0に近い値が結果的に得

3

られる。ここで、 0 = 15度及び 0 = 75度としても、同じ結果が得られる。

1 2

以下、 2つの波長え及びえにおいてピークが得られるように、設計する方法を説

1 2

明する。

今、例えば Θ = 75度及び Θ = 15度とする。このとき、 2つの光学軸の為す角度は

1 2

60度である。

この角度から a度ずれた角度を再度、 Θ = 75— a度及び 0 = 15 + a度として再定

1 2

義する。図 13に 0 = 75— a度及び 0 = 15 + a度とおいて、光学軸の交差角を略 60度とし

1 2

、 aの値を変化させて、楕円率が 1. 0となる 2つのピーク波長間の距離を変化させたグラフを示す。図 13には、 R /R = 2として、 a = 0のとき、ピーク波長が 515nmにあ

1 2

るところから出発し、 a値が 2から 10まで変化したときの 2つの波長え及びえのピー

1 2 クの位置が変化する様子を示してある。したがって、 a値を適切に変化させることによつて、 2つの波長え及びえの楕円率を 1. 0近くに維持しながら、そのピークの波長

1 2

位置を自由に設計できる。このとき 3番目の波長えの楕円率は上記したように、大き

3

な値を採ることができる。

この設計思想は、実施例における広帯域位相板の設計にぉ、ても用いられて、る。なお、上記においては波長え及びえにピークがくるように設計した力ピークの位

1 2

置が、波長え及びえでもよいし、波長え及びえでもよい。なお、図 13は一般論と

1 3 2 3

して説明するために正常分散特性の場合を描、て！、る。

本発明における広帯域位相板を使用する際には、透過光の波面収差の劣化を回避するために、表面の平滑ィ匕処理や基板による接着保持が望ましい。具体的には、少なくとも 1枚の透明基板に広帯域位相板を接着して使用することが望ましい。他の光学素子と積層一体ィ匕せずに広帯域位相板を単独で用いる場合には、 2枚の透明基板により挟み込む構成が波面収差低減 ·強度確保の点カゝら望ましい。

本発明における広帯域位相板は、単独で使用することもできるが、光ヘッド装置に用いるその他の光学素子と積層一体ィ匕することで、部品点数の削減、光ヘッド装置組み立ての簡略化並びに装置の小型化が実現できる。したがって、広帯域位相板がレーザー光の光学的性質を変化させる少なくとも一つの光学素子と一体化されていることが好ましい。

具体的に光学素子とは、光ディスク上での集光特性を改善する、例えば液晶を用いた位相補正素子や、回折により信号光を検出器に導く回折格子、特に偏光方向による回折特性の違いを用いた偏光型回折格子などが挙げられる。本発明に係る広帯域位相板は、偏光方向による特性の違いを利用した光学素子を有する光ヘッド装置に用いると特に効果も大きぐ更に小型化 ·軽量化が要求される光情報の記録再生に用いる光ヘッド装置用の部品に適している。 [0023] 次に、本実施形態の作用について、図 1を参照しながら説明する。

波長 405nmの半導体レーザー 1A、波長 660nmの半導体レーザー IB及び波長 7 90nmの半導体レーザー 1Cからそれぞれ出射したレーザー光は、コリメートレンズ 2 A〜2Cで平行化され、ビームスプリッタ 3及びビームスプリッタ 4を介して、偏光ホログラム 8及び 1Z4波長板 9を透過し、対物レンズ 6で光ディスク D上に集光される。一方、光ディスク Dの表面上に形成されたピットで反射する、このピット情報を含んだ反射光は、それぞれの経路を逆に進行する。ビームスプリッタ 4及びビームスプリツタ 3を透過又は反射した光ディスク Dからの戻り光は、それぞれコリメートレンズ 2A〜 2Cを透過し、 405nm用のフォトダイオード 7A、 660nm用のフォトダイオード 7B及び 790nm用のフォトダイオード 7Cにより検出される。

この図 1に示す光ヘッド装置の構成では、偏光ホログラム 8に 3つの波長のうちヽずれか一方の波長のレーザー光に対して最適化した、または 405nmおよび 660nmに対して最適化した偏光ホログラムを使用しており、いずれの波長に対しても、往路は高透過の特性を示し、復路は問題となる効率の低下が発生しな、。

実施例

[0024] 「例 1」

本実施例について、図 2を参照しながら説明する。

図 2に示すように、本実施例の広帯域位相板 90は、第 1、第 2の位相板 9A、 9Bを一体化させて構成する。

[0025] 具体的には、レーザー光の入射する一方の側面（図中、下側の面）に低反射コート膜 91Aが施された直径 12. 5cm、厚さ 0. 5mmの透明基板であるガラス基板 92Aを用意し、このガラス基板 92Aの光源 1 (図 1参照）と反対側の面（図中、上側の面）にポリイミドの膜を形成し、ラビングによる水平配向処理を施してポリイミド膜 93Aとする。この配向処理したガラス基板 92A上には、液晶セルとなる後述する透明基板であるガラス基板面 92Bとの間のギャップを保持するために、直径 3. 3 111の310ビーズ（

2 図示しない）を 5000個 Zcm²の密度で散布する。その後、離型化処理剤（図示しない）が施された図示外の水平配向ガラス基板と、上記配向処理を施したガラス基板 9 2Aとを対向させ、ガラス基板 92Aの外周部に印刷された熱硬化型のエポキシシール剤（図示しな!ヽ）を用いて、 2枚のガラス基板間のギャップを 3. 3 μ mに保持する。そのギャップには、異常分散特性を有する液晶モノマーを真空注入し、 2枚のガラス基板間、つまりガラス基板 92Aと図示外の前述した水平配向ガラス基板との間に狭持させる。このとき、液晶モノマーには、光重合開始剤を 1%添加して UV硬化性の液晶モノマー糸且成物とする。

その後、波長 365nmの UV光を液晶材料全体に照射し、水平配向状態のまま液晶性モノマー組成物全体を重合'固化することによって、ガラス基板による構成物全体を固定する。ここで、 140°C、 30分間の熱処理の後に、上記水平配向対向ガラス基板 (図示しない)を離型除去して、厚さ 6. 6 mの水平配向した高分子液晶薄膜 9

4の有機薄膜が形成されて、る位相板 9Aを作成する。

[0026] また同様にして、同じ UV硬化性の液晶モノマー組成物を用いて、厚さが 3. 3 m となる水平配向した高分子液晶薄膜 95の有機薄膜が形成されている位相板 9Bを作成する。

[0027] このとき、第 1の位相板 9Aと第 2の位相板 9Bのリタデーシヨン値を測定すると、図 3 のように波長が短くなるにつれてリタデーシヨン値も小さくなる異常分散特性が得られることが予想され、第 1の位相板 9Aと、第 2の位相板 9Bとの各波長におけるリタデーシヨン比は、 400〜800nmの波長帯域でほぼ 2倍である。このときの有機薄膜の複屈折率は、波長 405nmのときに 0. 0361、波長 660nmのときに 0. 0473、また、波長 790nmのとき〖こ 0. 05となる。なお、図 3において、 αは第 1の位相板 9Aの各波長に対するリタデーシヨン値、 βは第 1の位相板 9Βの各波長に対するリタデーシヨン値を示す。

これらの値から各波長における R( ) / を算出すると、波長 405nm、 660nm及び 790nmに対してその it力 8. 91 : 7. 17 : 6. 33となり、波長の増カロととちに減少していることがわかる。すなわち、波長の増加割合よりもリタデーシヨン値の増加割合が小さいことを示している。

[0028] 次に、第 1の位相板 9Aと第 2の位相板 9Bの各有機薄膜側を内側にし、その間に U V硬化型接着剤を滴下してスピンコート装置に設置し、 lOOOrpmの回転速度で 20 秒間、 5000rpmの回転速度で 100秒間、回転させ、接着層 96の厚さを 5 mとする。この際、第 1の位相板 9Aと第 2の位相板 9Bとの光学軸の交差角が 57度の角度になるように配置する。

その後、 5000miの UV光を照射し、接着層 96を硬化させて広帯域位相板 90とする。第 1の位相板 9 Aの光学軸に対して 20度 (紙面水平方向を 0度とする）の方向を基準として、広帯域位相板 90を外形 5mm X 5mmにダイシング 'ソ一により切断し、広帯域位相板素子を得る。

[0029] 次に、波長 860nmの半導体レーザーからの出射光を基本波とし、非線形光学結晶 KNbOを用いて発生させた第 2高調波の波長 430nmのレーザー光と波長 660η

3

mの半導体レーザーからの出射光及び波長 789nmの半導体レーザーからの出射光とを用いて、広帯域位相板 90の楕円率を測定する。

測定する楕円率は、波長 430nmのレーザー光に対し約 0. 96、波長 660nmのレ一ザ一光に対し約 0. 97および波長 789nmのレーザー光に対し約 0. 97となって、実用上充分な特性である。

[0030] 同様にして、他の波長帯域における楕円率の波長分散を測定すると、図 4に示すように、ほぼ波長の全域で 1Z4波長板として機能していることが分かる。また、本実施例の広帯域位相板 90の波面収差は、波長 633nmの He-Neレーザーを用いて測定すると、 25m l rms (root mean square:平方自乗平均）以下であり、光学素子として充分使用できるレベルである。この広帯域位相板 90を図 1に示す光ヘッド装置の 1 Z4波長板 9として組み込む。一方、光ヘッド装置の光源 1として、 405nmと 660nm および 790nmの半導体レーザーを各々設置する。その結果、 3つの波長 405nm、 6 60nm及び 790nmのレーザー光に対して満足できる円偏光が得られ、光利用効率の高、信号光を得ることができる。

[0031] 「比較例」

次に、比較例として、正常分散特性を有する複屈折材料を高分子液晶の形成材料として用いた場合を示す。

この正常分散特性を有する複屈折材料としては、一般的な側鎖型高分子液晶を形成するモノマーを使用する。この液晶モノマーを使用した広帯域位相板を「例 1」と同様な方法にて作成する。このとき入射側の第 1の位相板の厚さは 5. 2 /ζ πι、出射側の第 2の位相板の厚さは 2. とし、これら位相板の光学軸の交差角が 56度の角度になるように配置する。この広帯域位相板における入射側及び出射側の位相板のリタデーシヨン値は、図 5のグラフ γ、 δのようになり、波長が短くなるにつれてリタデーシヨン値も大きくなる、つまり正常分散特性を有することが分かる。このときの有機薄膜の複屈折率は、波長 405nmのときに 0. 0508、波長 660nmのときに 0. 0453、また、波長 790nmのときに 0. 0443である。

次に、この比較例の広帯域位相板を用いて、各波長領域における楕円率の波長分散をしらべたところ、この楕円率の波長分散は、図 6のようになり、波長 430nmのレーザ一光では約 0. 99、波長 660nmのレーザー光では約 0. 99および波長 789nmのレーザー光では約 0. 82を示した。

この比較例 1での楕円率波長分散の測定結果である図 6と、「例 1」での楕円率波長分散の予想結果である図 4とを比較すると、明らかなように、「例 1」の図 4のグラフは、比較例 1の図 6のグラフよりも、楕円率が波長によらず一定であり、力なりの広帯域な波長帯においてほぼ完全な 1Z4波長板となっていることが分かる。この結果は、複数のレーザー光を用いる光ヘッド装置における広帯域位相板として、本実施形態の方が優れて!/、ることを示して、る。

「例 2」

この「例 2」では、異常分散特性を有する材料として、 2種類の液晶モノマーを使用する場合を示す。

このとき、 2種類の液晶モノマーとしては、有機薄膜を形成する場合の複屈折量が、波長 405nmのとさに 0. 0361、波長 660nmのとさに 0. 0473及び波長 790nmのときに 0. 0500である液晶モノマーと、波長 405nmのときに 0. 0194、波長 660nmのときに 0. 0239及び波長 790nmのときに 0. 0250である液晶モノマーとを用!/、る。これらの液晶モノマーを用いて、「例 1」と同様な方法にて、広帯域位相板を作成する。このとき入射側の第 1の位相板の厚さは 6. 6 m、出射側の第 2の位相板の厚さは 6. とし、これら位相板の光学軸の交差角が 61度の角度になるように配置する。この広帯域位相板における、入射側および出射側の第 1および第 2の位相板のリタデーシヨン値は、図 7のようになり、波長が短くなるにつれて出射側のリタデーシヨン値が小さくなる、異常分散特性を有している。

[0033] 次に、この広帯域位相板素子を用いて、各波長領域における楕円率の波長分散を調べると、この波長分散は、図 8のようになり、波長 430nmのレーザー光では約 0. 9 6、波長 660nmのレーザー光では約 0. 96および波長 789nmのレーザー光では約 0. 96を示す。図 8と「例 1」で行った楕円率波長分散の予想結果である図 4とを比較すると、ほぼ同じような波長分散特性になっていることが分かる。また、明らかなように、「例 2」の図 8の方は、比較例 1の図 6よりも、楕円率が波長によらず一定であり、力なりの広帯域な波長帯においてほぼ完全な 1Z4波長板となっていることが分かる。

[0034] 「例 3」

下記化合物（1A)、下記化合物（1B)、下記化合物（1C)及び下記化合物（1U)を 6 : 8 : 6 : 5 (モル比）で混合し、液晶組成物 Aを得た。この液晶組成物 Aを用いて有機薄膜を形成したところ、その複屈折量は、波長 405nmのときに 0. 0065、波長 660η mのとさに 0. 0105及び波長 790nmのとさに 0. 0107であった。

これらの値から各波長における R( ) / を算出すると、波長 405nm、 660nm及び 790nmに対してその it力 1. 65 : 1. 59 : 1. 35となり、波長の増カロととちに減少していることがわかる。すなわち、波長の増加割合よりもリタデーシヨン値の増加割合が小さいことを示している。

[0035] [化 3]

0

0-C-( H )-n-C₄H₉ (1C)

[0036] この液晶組成物 Aを用いて、「例 1」と同様な方法にて、広帯域位相板を作成する。このとき入射側の第 1の位相板の厚さは 31. 5 /ζ πι、出射側の第 2の位相板の厚さは 15. とし、これら位相板の光学軸の交差角が 59度の角度になるように配置する。このとき、第 1の位相板 9Aと第 2の位相板 9Bのリタデーシヨン値を測定した結果、図 9のように波長が短くなるにつれてリタデーシヨン値も小さくなる異常分散特性が得られており、第 1の位相板 9Aと、第 2の位相板 9Bとの各波長におけるリタデーシヨン比は、 400〜800nmの波長帯域でほぼ 2倍である。

次に、この広帯域位相差素子を用いて、各波長領域における楕円率の波長分散を調べたところ、この波長分散は、図 10のようになり、波長 430nmのレーザー光では約 0. 96、波長 660nmのレーザー光では約 0. 95および波長 789nmのレーザー光では約 0. 99を示した。図 10と「例 1」で行った楕円率波長分散の測定結果である図 4とを比較すると、ほぼ同じような波長分散特性になっていることが分かる。また、明らかなように、「例 3」の図 10の方は、比較例 1の図 6よりも、楕円率が波長によらず一定であり、力なりの広帯域な波長帯においてほぼ完全な 1Z4波長板となっていることが分かる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなぐその要旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施し得るものである。即ち、本発明は、広帯城 1 Z4波長板のみならず、広帯域 1Z2波長板や広帯域 3Z4波長板などに応用できることは自明である。また、本発明の効果を損なわない範囲内で種々応用することも可能である。

産業上の利用可能性

[0037] 本発明の光ヘッド装置は、従来の光ヘッド装置とは異なり、積層される 2枚の広帯域位相板のうち少なくともどちらか一方に、波長が短くなるにしたがってリタデーシヨン値も小さくなるような位相板を用いることにより、透過する 3つ以上の波長の直線偏光のレーザー光に対してほぼ 1Z4波長板として機能し、直線偏光を円偏光とすることができる効果を有する。このため、各波長での光学素子を共用化でき、部品点数を減らして、組み立て時間も短縮化された小型で低コストの光ヘッド装置を提供できるまた、本発明の広帯域位相板は、使用する波長帯全域でほぼ完全な 1Z4波長板として作用するので、半導体レーザーから出射される光の波長に、ロットの違いなどでバラツキがあっても、問題なく直線偏光を円偏光に変換することができる。なお、 2004年 9月 14曰に出願された曰本特許出願 2004— 266728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

請求の範囲

[1] 光源から出射される直線偏光のレーザー光を対物レンズにより集光して光記録謀体へ導き、光記録媒体からの反射光を光検出器で受光する光ヘッド装置において、前記レーザー光は、波長の異なる 3つ以上のレーザー光の、ずれかが用いられ、前記光源と前記対物レンズとの間に前記レーザー光の位相状態を制御する広帯域位相板が設置されており、

前記広帯域位相板は、 2枚の位相板をそれぞれの光学軸が交差するように重ねられて形成されてなり、

前記レーザー光が波長え、 λ及びえ (λ < λ < λ )を有するときに、前記 2枚

1 2 3 1 2 3

の位相板のうち少なくともいずれか一方の位相板に対して、各波長でのリタデーション値 R( )についての比の値、く R( )/R( ；)〉及びく R( )/R( ；)〉は、次の

1 3 2 3 各式を満たすことを特徴とする光ヘッド装置。

(R( )/R(X )〉<1、

1 3

(R( )/R( )〉<1、

2 3

(R( )/R( )}<(R( )/R( )>

1 3 2 3

[2] 前記レーザー光は、波長え、 λ及びえのいずれかを有するとともに、

1 2 3

前記少なくとも!/、ずれか一方の位相板は、

リタデーシヨン値 R( )tR( )との比の値く R( )/R( ；)〉が前記波長の比の

3 1 1 3

値（λ /λ )よりも大きく、

1 3

3 2 2 3

値（λ /λ )よりも大きく、

2 3

2 1 1 2

値（λ /λ )よりも大きい、

1 2

請求項 1に記載の光ヘッド装置。

[3] 前記 2枚の位相板のうち、前記レーザー光が第 1に入射する前記位相板のリタデーシヨン値は、第 2に入射する前記位相板のレタデーシヨン値よりも大きぐかつ、前記 2つのリタデーシヨン値の比の値が 1. 8〜2. 2である請求項 1または 2に記載の光ヘッド装置。

[4] 前記 2枚の位相板のそれぞれの光学軸の交差角力 0〜70度の範囲にある、請求項 1から 3のいずれか 1項に記載の光ヘッド装置。

[5] 前記広帯域位相板は、前記 3つの波長のレーザー光が透過するときの各波長領域における楕円率が実質的に等しい請求項 1から 4のいずれ力 1項に記載の光ヘッド装置。

[6] 前記 2つの位相板は、接着層を介して重ねられていて、前記接着層の厚さが 10 m以下である請求項 1から 5のいずれか 1項に記載の光ヘッド装置。

[7] 前記 2つの位相板は、それぞれ少なくとも 1枚の透明基板に接着されて用いられる請求項 1から 6のいずれか 1項に記載の光ヘッド装置。

[8] 前記広帯域位相板がレーザー光の光学的性質を変化させる少なくとも一つの光学素子と一体化されて!/、る請求項 1から 7の、ずれか 1項に記載の光ヘッド装置。