WO2006112480A1 - 位相板および光ヘッド装置 - Google Patents

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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

明 細 書

位相板および光ヘッド装置

技術分野

[0001] 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。

背景技術

[0002] 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、フォー力 シンダ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。

[0003] 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 1 0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。

[0004] 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— 47 195号公報参照。 )0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 護層より厚ぐ CD力もの戻り光は S偏光力 大きくずれてしまうということが起こる。 発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] 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偏光力も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。

[0006] 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。

課題を解決するための手段

[0007] 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。

[0008] 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 、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。

[0009] 2.前記位相領域が第 1の種類の位相領域および第 2の種類の位相領域カゝらなり、 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。

[0010] 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。

[0011] 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。

[0012] 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。

[0013] 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 のいずれ力 1つに記載の位相板。

[0014] この構成により、上記 1から 3までのいずれか 1つの効果にカ卩え、複屈折性の媒質の 一部または全部力 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。

[0015] 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 つて、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。

[0016] 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。

[0017] 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。

[0018] この構成により、上記 1から 5までのいずれか 1つの効果にカ卩え、光利用効率の高い 光ヘッド装置を実現できる。

[0019] 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 し

、 一20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 X m+ 360 X k

+ 0;)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 ι8とするとき、(360 Xj + )度である上記 5または 6に記 載の光ヘッド装置。

[0020] 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 1Z4 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。

発明の効果

[0021] 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 、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。

図面の簡単な説明

[0022] [図 1]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

[図 2]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

[図 3]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

[図 4]光記録媒体力 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

[図 5]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

[図 6]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 7]図 6に示す位相板の製造方法を説明するための図

[図 8]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 9]図 8に示す位相板の製造方法を説明するための図

[図 10]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

[0023] 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:位相板によるスト一タスベクトルの回転方向

313, 314:位相板による回転後のスト一タスベクトルの位置

331、 332:光記録媒体によるスト一タスベクトルの回転方向

601A、 601B、 801 A、 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

611 A、 611B、 811:当て板ガラス

812A、 812B:SiON膜

L:P偏光の偏光方向

発明を実施するための最良の形態

[0024] 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。

[0025] 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つている。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/ z m〜数百/ z m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 100 μ m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つ ている。

[0026] 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つの波長え 、え ( λ < λ )の光が

1 2 2 1 入射したものとする。この 2つの波長え 、 λ のうちの少なくとも 1方の波長に対しては

1 2

、各位相領域 101A、 101Bの位相差は異なっているが、(90 X m+ 360 X 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。

[0027] さらに好ましくは、 αは一 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え の光

2 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。

[0028] さらに、各位相領域 101A、 101B間の位相差の差力 一方の波長に対して(360

Xj + j8 )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、 j8は一 20度以上 + 20度以下が好ましぐさらに好ましくは j 力 SOでなくかつ、 13力 ^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 の光に対しては概ね同じ偏光状態となり、

2

光束内で均一な偏光状態を実現できるためである。

[0029] 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。 [0030] また、説明の都合上、位相板 100には 2つの波長え 、え ( λ < λ )の光が入射

1 2 2 1

するものとする。具体的には、波長え 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、波長え を例えば DVDに記録再生を行う場合に用いる

2

光の波長(660nm帯)とする。各位相領域 101A、 101Bでの位相差は、波長え に 対してはそれぞれ「72° 」および「一 217° 」であり、波長え に対してはそれぞれ「9

2

0° 」および「— 270° 」である。上記の位相差は、波長え に対して、位相領域 101A が m= l、k=0、 α = - 18° の例であり、位相領域 101Bが m= 1、 k=— 1、 a = 5 3° で、 j = l、 β = - 143° の例である。同様に、上記の位相差は、波長え に対し

2 ては、位相領域 101Aが m= l、k=0、 α =0° 、j = l、 j8 =0° の例であり、位相領 域 101Bが m= l、 k=— l、 a =0° で、 j = l、 β =0° の例である。

[0031] 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 、るものとする。

[0032] その結果、波長 λ 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

2

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、 波長え 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 101 Β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。

[0033] 以下、説明の都合上、波長 λ の光を記録再生に用いる光記録媒体では、保護層

2

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、波長え の光に対して 1Z4波長板として

2

機能する。次に、波長え の光に対して、位相板 100は以下のように機能する。

[0034] 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力 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 1 00への入射光のスト一タスベクトルを Siとし、受光器 5への入射光のスト一タスべタト ルを Soとすると、スト一タスベクトル Soは、以下の式(1)を用いて表される。

So = PXBXMXFXSi (1)

[0035] 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に入射して力も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、スト一タスベクトル Siは、 [1、 1 、 0、。 である。ただし、記号 Tは転置を意味する。

[0036] 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(0d、 rd)G(0p、 Γρ) (2)

— 0p、 rp)G(7u— 0d、 rd) (3)

ここで、 0p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、 Θ dは光記録媒体 20の保護層の光軸角度である。

[0037] 本実施の形態では、位相板 100の光軸角度 0pは、 45° または—45° である。 Γ pは位相板 100内で発生する位相差であり、 rd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。 Γρは波長毎および位相領域 1 01A、 101B毎に異なる。

[0038] 変換行列 G( 0、 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(0 , Γ)=Τ(θ)0(Γ)Τ(- Θ) (4)

[数 1] 0 cos(20) -ήη(2θ) 0

Τ(θ) =

0 sin(29) cos(2 0

0 0 0 1

[0039] ここで、式 (4)の T ( 0 )は旋光子行列であり、旋光子行列 Τ ( Θ )は、式(5)に示すよ うに、ポアンカレ一球の S3軸の周りにスト一タスベクトルを 2 Θ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、 ポアンカレ一球の S 1軸の周りにスト一タスベクトルを Γ回転させる変換行列である。

[0040] 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。

[数 2]

[0041] 波長え の光のスト一タスベクトルは、往路で位相領域 101Aを透過することによつ 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 10 1B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、波長え の光のスト クトルは、位相領域 101Aを透過することに

2 一タスベ

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 つて矢印 322の方向に S3軸まで 270° 移動する。

[0042] 図 4は、光記録媒体 20の保護層の光軸角度 Θ dを 45° とし、位相領域 101A、 10 IBおよび位相差 90° の領域を通過した各光のスト一タスベクトル 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 SI成分を 平均したものを、保護層位相差 rdを変数として表したものである。上記の光軸角度 Θ dで、光が光記録媒体 20の保護層を透過したときのスト一タスベクトルの回転方向 を図 3に矢印 331、 332を用いて示す。

[0043] 図 4において、參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 S 1成分 (以下、 90度 S1成分という。)の変化を表し、國を用いて示す曲線は位相領域 101 A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。

[0044] 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 rd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 rd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 rd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 でさること〖こなる。

[0045] 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に入射した波長え の光は、 P偏光のため位相領域 101Aを透過した部分 力 S72° 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— 21 7° 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。

[0046] 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 Θ dおよび保護層位相差 rdに応じてスト一タスベクトルが 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、スト一タスベクトルの各要素の変化が異なる。

[0047] 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種類の位相領域力も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。

[0048] 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 ぐ図 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力パラソル状 に交互に並んだ構成等、その他の構成にも適用される。

[0049] 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 511 A、 51 IB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、 51 IBを透過する部分の光量が 等しくなるようになつている。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。

[0050] 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つている。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。

[0051] 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を出射した波長え 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— 2 17° 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 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、波長え 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 用の光記録媒体という。) 20 に入射する。

[0052] 波長え 用の光記録媒体 20に入射した光は、波長え 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 ( 0 d、 Γά)に応じて偏光状態 が変化する。波長 λ 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 Μ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え 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 ( 7u— 0 d、 rd)に応じて偏光状態が変化する。

[0053] 光記録媒体 20を出射した波長え 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 の戻り光は 、 Ρ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。

[0054] 位相板 100に入射した波長 λ の戻り光は、位相領域 101A、 101B毎に式(3)に 示す変換行列 G ( 7u — θ ρ、 Γρ)に応じて偏光状態が変化する。これによつて、 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。

[0055] まず光源 1から出射した光は、偏光ビームスプリツ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。

[0056] ここで、光源 1はえ およびえ の波長の光を出射することができる光源系であり、 λ

1 2 1

、 λ 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。

[0057] 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!/ヽ透過率)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 用効率が高ぐ受光器に光を導くことができる。

[0058] 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 1Z4波長板が好ましい。し力しながら、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つ 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。

[0059] 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參で示した。ディスクの位相差が― 90度や 90度となつ 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一デーシヨン値( Δ n-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。

[0060] 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 〇は、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參に比べ、本 発明の位相板を用いた〇は、光量変化が小さいことがわ力る。

[0061] これらのことより、ディスクのリタ一デーシヨン値が小さいディスクに対しては、従来の 均質な 1Z4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 ーシヨ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 、ものが好ま 、。

[0062] 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 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

2

域の位相差は、 m= l、 k=0、 α =0と m= l、 k=— l、 α =0としたときの(90 X m + 360 X k+ α )度の関係を満足し、 2つ領域の位相差の差は、 360度(360 Xj + β (j = l, β =0)度)となり、均質な 1Ζ4波長板と等価の特性が得られる。

[0063] 波長 λ 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

2

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(1Z4波長板)と同様の特性を得ることができる。

[0064] 一方、同じリタ一デーシヨン値(A n'd)をもつ位相板でも異なる波長に対する位相 差(= A n'dZ波長 X 360度)は異なる。このため、波長え 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 28 9度(72— (— 217) )であり、(90 X m+ 360 X k+ a (m=— 1、 k= l、 α = 19)度) と表すことができる。

[0065] 一般に DVDディスクのリタ一デーシヨン値は小さぐ CDディスクのリタ一デーシヨン 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 j8 =0の実質的 に均質な 1Z4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ぐ 良好な記録再生特性が実現できる。

[0066] 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 ではなぐ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。

[0067] 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。

[0068] また、位相領域が 2種類の位相領域力もなるため、簡易な構成にすることができる。

[0069] 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。

[0070] 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。

[0071] 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。

[0072] 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。

[0073] 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 1Z4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。

[0074] 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。

[0075] 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 601 A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榭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 61 4A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。

[0076] 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。

[化 1]

CH2-CH-COO~( )~OOC / C4H9 (D CH2 =CH"COO -( ~OOC -^-CgH,, (2)

CHZ =CH"COO ~ OOC - \ ~C6H 13 (3)

[0077] 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。

[0078] 次に、当て板ガラス 611 Aを除去し(図 7 (A3)参照。)、フォトリソグラフィ技術とエツ 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

[0079] 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榭脂系接 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 1 01Bでの位相差が得られる厚さ以上の厚さである。

[0080] 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。 )0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。

[0081] 次に、高分子液晶 602Aのストライプと高分子液晶 602Bのストライプ力 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 602 A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。 )0

[0082] 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。

[0083] [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。

[0084] 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 801 A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。

[0085] 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 SiO N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榭脂系接着剤をガラス基板 801 A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。

[0086] 次に、ガラス基板 801 A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。

[0087] 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 オ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、 802 B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。

[0088] 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 8 01B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。

[0089] [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へ 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の光学軸力 5° となるようにし、波長え 力 S780nmの光(CDへの 記録再生用)に対して位相差が 90° の 1Z4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。

[0090] 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 1 00%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。

産業上の利用可能性

[0091] 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曰に出願された曰本特許出願 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

請求の範囲
[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の種類の位相領域力 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力 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、高分子液晶力 なる請求項 1から 3ま での 、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つ 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 し 、 一20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 X m+ 360 X k + 0;)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力 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 ι8とするとき、 (360 Xj + j8 )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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