WO2008072519A1 - 波長板素子及び光ピックアップ装置 - Google Patents

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WO2008072519A1
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wave plate
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periodic structure
areas
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Inventor
Makiko Imae
Osamu Masuda
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Konica Minolta Holdings, Inc.
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    • G02B5/3083—Birefringent or phase retarding elements
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1365—Separate or integrated refractive elements, e.g. wave plates
    • G11B7/1367—Stepped phase plates
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B2007/0003—Recording, reproducing or erasing systems characterised by the structure or type of the carrier
    • G11B2007/0006—Recording, reproducing or erasing systems characterised by the structure or type of the carrier adapted for scanning different types of carrier, e.g. CD & DVD

Definitions

  • the present invention relates to a wave plate element having a concavo-convex periodic structure having a structure period P shorter than a use wavelength ⁇ , and an optical pickup device using the wave plate element.
  • a wavelength plate using structural birefringence can realize a broadband wavelength plate having a constant phase difference performance in a wide wavelength band by selecting dimensions of the concave-convex periodic structure.
  • a broadband wave plate that can exhibit a certain phase difference performance over a wide wavelength band of 400 nm to 800 nm. It has been.
  • Patent Document 1 has a plurality of regions in which different fine shapes having structural birefringence are formed on an optical surface through which a light beam passes, and the light beam that has passed through one region has passed through another region.
  • a phase difference generating member that gives different phase differences to light beams.
  • Patent Document 2 a phase difference that differs depending on the position through which the light beam passes is provided, and a fine shape having structural birefringence is provided on the surface through which the light beam passes.
  • a phase difference generating member that generates different phase differences depending on the position to be operated.
  • Patent Document 2 JP 2006-260635 A
  • the light incident on the wave plate is not necessarily a parallel light flux, and may be converged or diverged depending on the optical system.
  • the wave plate may exhibit an incident angle dependency, and in particular, a problem of performance degradation such as a decrease in transmittance occurs in an outer peripheral area having an effective diameter where the incident angle becomes large.
  • the incident light of such a wave plate is convergent light or divergent light
  • the incident angle dependency regarding the performance reduction such as the transmittance reduction in the wave plate will be described with reference to FIGS.
  • the structural birefringent wave plate 50 is generally formed of a concavo-convex periodic structure as shown in FIG.
  • the refractive index nl of the groove and the refractive index n2 of the column are different.
  • the force in which the column tip 51 and the groove bottom 52 are flat rectangular columns, or the column tip 51 and / or the groove bottom 52 may be non-flat.
  • the transmittance and phase difference performance that can be generated can be controlled. For example, in order to develop a constant phase difference performance at a wavelength of 400 nm to 800 nm, the dimension is selected within the range of min / 2 ⁇ P ⁇ min for the shortest wavelength min.
  • FIG. 2 (a) when the light beam is incident at the incident angle ⁇ y in the yz plane as shown in Fig. 2 (a), and the light beam is incident at the incident angle ⁇ X in the xz plane as shown in Fig. 2 (b).
  • Figures 3 (a) and 3 (b) show the dependence of each incident angle at a wavelength of 405 nm on the structural birefringence wave plate 50 when incident.
  • the concave-convex periodic structure of the structural birefringent wave plate 50 is as follows.
  • FIGS. 4 and 5 show the dependence of the incident angle on the incident angle ⁇ ⁇ for the same concave-convex periodic structure as in FIG. 4 and 5 show that there is almost no change in performance with respect to the incident angle ⁇ x when the wavelength is 650 nm and the wavelength is 780 nm. This is thought to be because the structure period P of this irregular periodic structure is sufficiently small relative to the incident wavelength.
  • the fast axis of the element In a birefringent element such as a wave plate, the direction in which light travels fast (the phase advances) is called the fast axis of the element, while the slow direction (the phase is delayed) is the slow phase. It is called the axis, and the fast axis and slow axis are collectively called the main axis.
  • the fast axis In Fig. 1, Fig. 2 (a), (b), the fast axis is along the X axis It is approximately perpendicular to the groove, and the slow axis is V along the y-axis and approximately parallel to the groove.
  • an optical system in which convergent light or divergent light is incident on the wave plate even if the structural dimensions that express the high transmittance required for the wave plate and the desired phase difference performance are optimally designed.
  • the performance is significantly reduced in the outer peripheral area of the effective diameter where the incident angle ⁇ X is large.
  • the present invention is a wavelength capable of reducing performance degradation due to incident angle dependency even when used in an optical system in which convergent light or divergent light is incident.
  • An object is to provide a plate element.
  • a wave plate element according to the present invention is a wave plate element having an uneven periodic structure in which the structural period P is shorter than the wavelength used, and has a fast axis and a slow axis.
  • a plane is divided into at least first to third areas along a dividing line drawn perpendicularly to the fast axis direction, and the first area includes each of the second and third areas adjacent to each other. It has an uneven periodic structure different from the uneven periodic structure.
  • the central first area and the second and third areas adjacent to the first area are the same.
  • the concave / convex periodic structure of the second area may be different from the concave / convex periodic structure of the third area, and the concave / convex periodic structure of the second area and the third area are different.
  • the concavo-convex periodic structure may be the same.
  • the fourth area and the subsequent areas are biased so as to be located on one side with respect to the first area. May be configured.
  • the central axis of the first area can be configured to coincide with the central axis of the wave plate element.
  • the difference in the irregular periodic structure means that at least one of the structural period P, the filling factor f, and the structural height H of the irregular periodic structure is different.
  • the wave plate element gives a phase difference of V, ⁇ / 4, or ⁇ / 2 to all areas with respect to the light beam that has passed through the wave plate element.
  • An optical pickup device includes the above-described wave plate element, and a light beam incident on the wave plate element is divergent light or convergent light.
  • a light beam incident on the wave plate element is divergent light or convergent light.
  • the wave plate element of the present invention even when the wave plate element is used in an optical system in which convergent light or divergent light is incident, it is possible to reduce performance degradation due to incident angle dependency. .
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a conventional structural birefringent wave plate in which an uneven periodic structure is formed.
  • FIG. 2 A perspective view schematically showing a case where a light beam is incident on the structural birefringent wave plate of FIG. 1 in the yz plane at an incident angle ⁇ y.
  • FIG. 3 is a perspective view (b) schematically showing a case where X is incident.
  • FIG. 3 A graph showing the incident angle dependence of a conventional structural birefringent wave plate as shown in Fig. 1 at a wavelength of 405 nm, as shown in Fig. 2 (a) for the ⁇ y direction (a), And it is a graph (b) for the ⁇ X direction as shown in Fig. 2 (b).
  • FIG. 6 is a plan view (a) schematically showing the wave plate element according to the first embodiment and a cross-sectional view (b) schematically showing the wave plate element cut in the X-axis direction.
  • FIG. 7 is a schematic view of an optical pickup device using the wave plate element 10 according to the first embodiment.
  • FIG. 8 Gofno's performance example showing the performance of a conventional wave plate element for each of wavelength 405 nm (a), wavelength 650 nm (b), and wavelength 780 ⁇ m (c).
  • FIG. 9 is a graph showing the performance of a specific structural example of the wave plate element according to the first embodiment for each of a wavelength of 405 nm (a), a wavelength of 650 nm (b), and a wavelength of 780 nm (c).
  • FIG. 10 is a plan view schematically showing a wave plate element according to a second embodiment.
  • FIG. 11 is a graph showing the performance of a specific structural example of the wave plate element according to the second embodiment for each of a wavelength of 405 nm (a), a wavelength of 650 nm (b), and a wavelength of 780 nm (c).
  • FIG. 12 is a plan view schematically showing a wave plate element according to a third embodiment.
  • FIG. 13 is a plan view schematically showing a wave plate element according to a fourth embodiment.
  • FIG. 6 is a plan view (a) schematically showing the wave plate element according to the first embodiment and a cross-sectional view (b) schematically showing the wave plate element cut in the X-axis direction.
  • the wave plate element is
  • the wave plate element 10 is planarly configured in a circular shape to form an uneven periodic structure, and a groove portion of the uneven periodic structure is formed along the y-axis.
  • the X axis direction is the fast axis
  • Wave plate element 10 includes first area 11 and second area along dividing lines a and b drawn in a direction perpendicular to the fast axis (X axis) in the x-y plane of FIG. 6 (a). It is divided into 12 areas and 3rd area 13 areas.
  • the first area 11 is located at the center, the central axis of the first area 11 coincides with the central axis of the wavelength plate element 10, and the second area 12
  • the third area 13 is located on both sides of the first area 11 in the X-axis direction.
  • the wave plate element 10 is placed in the first to third areas 11 perpendicular to the fast axis direction.
  • the uneven periodic structure of the first area 11 is different from the uneven periodic structure of the second area 12 and the third area 13.
  • the concave and convex periodic structures of the second area 12 and the third area 13 are the same. That is, the structure period P (see FIG. 1) and the structure height H (see FIG. 1) of the uneven periodic structure in the second and third areas 12 and 13 are configured to be smaller than those in the first area 11. .
  • FIG. 7 is a schematic diagram of an optical pickup device using the wave plate element 10 according to the first embodiment.
  • An optical pickup device 100 shown in FIG. 8 includes a semiconductor laser 110 that emits a light beam having a predetermined wavelength, an objective lens 120 that collects light on an information recording surface 200a of an optical disc 200 that is an optical information recording medium, and an optical disc 200.
  • a light detector 140 that converts an optical signal from the information recording surface 200a into an electrical signal, and the wave plate element 10 is disposed between the polarizing beam splitter 130 and the objective lens 120.
  • the optical pickup device 100 is capable of recording / reproducing information with respect to the optical disc 200. The case of reproducing the optical disc 200 will be described as an example.
  • a light beam is emitted from the semiconductor laser 110, and the emitted light beam is transmitted through the lens 150, reflected by the polarization beam splitter 130, and transmitted through the wave plate element 10 to change from linearly polarized light to circularly polarized light.
  • This light beam is condensed by the objective lens 120 onto the information recording surface 200a through the transparent substrate 210 of the optical disc 200 as shown by the solid line in the figure.
  • the light beam modulated and reflected by the information bit on the information recording surface 200a is transmitted again through the objective lens 120, the wave plate element 10, the polarization beam splitter 130, and the lens 160, and is incident on the light detector 140. Then, a read signal of information recorded on the optical disc 200 is obtained using the output signal.
  • focus detection and track detection are performed by detecting changes in the light amount due to spot shape changes and position changes on the photodetector 140. Based on this detection, a two-dimensional actuator (not shown) moves the objective lens 120 so that the light beam from the semiconductor laser 110 forms an image on the information recording surface 200a of the optical disk 200, and the light beam from the semiconductor laser 110 is predetermined. The objective lens 120 is moved so as to form an image on the track.
  • the light flux from the semiconductor laser 110 is convergent light when entering the wave plate element 10. For this reason, the performance degradation due to the dependency on the incident angle as described above occurs.
  • each area 11, 12, 13 is optimal for the incident angle of light incident on the area. By selecting a periodic structure with irregular design dimensions, such performance degradation can be reduced.
  • the performance of the conventional wave plate element is shown in FIGS. 8 (a) to 8 (c).
  • the effective diameter of the wave plate element is 4 mm, and the light beams of all wavelengths incident on the wave plate element are convergent light having an incident angle of 3 degrees at the outer peripheral portion of the effective diameter.
  • the material of the wave plate element is APPEL (manufactured by Mitsui Chemicals Co., Ltd.).
  • the refractive index at ⁇ 780 1.537.
  • the incident light beam has an incident angle that increases toward the outer periphery of the effective diameter, as shown in Fig. 8 (a), the transmittance decreases remarkably as it approaches the outer periphery of the effective diameter, particularly at a wavelength of 405 nm. Repulsion.
  • the performance at wavelengths of 650nm and 780nm hardly changes.
  • FIGS. 9A to 9C show specific structural examples of the wave plate element according to the present embodiment.
  • the effective diameter of the wave plate element is 4 mm, and light beams of all wavelengths incident on the wave plate element are convergent light having an incident angle of 3 degrees at the outer peripheral portion of the effective diameter.
  • FIG. 10 is a plan view schematically showing the wave plate element according to the second embodiment.
  • the wave plate element 20 is planarly configured in a circular shape, has an uneven periodic structure, grooves in the uneven periodic structure are formed along the y axis, the X axis direction is the fast axis, The y-axis direction is the slow axis.
  • the wave plate element 20 includes a first area 21, a second area 22, and a second area 22 along dividing lines a to f drawn in a direction perpendicular to the fast axis (X axis) in the XY plane of FIG. The area is divided into seven areas of a third area 23, a fourth area 24, a fifth area 25, a sixth area 26, and a seventh area 27.
  • the first area 21 is located at the center, the central axis of the first area 11 coincides with the central axis of the wave plate element 10, and the second area 22 and the third area Area 23 is the first area 11 is located on both sides in the x-axis direction, the fourth area 24 is located next to the second area 22, the fifth area 25 is located next to the third area 23, and the sixth area 26 Is located next to the fourth area 24, and the seventh area 27 is located next to the fifth area 25.
  • the wave plate element 20 of the present embodiment is different from the concave / convex periodic structure of the first area 21 and the concave / convex periodic structures of the second to seventh areas 22 to 27, and the second area 22
  • the concave / convex periodic structures in the third area 23 are the same
  • the concave / convex periodic structures in the fourth area 24 and the fifth area 25 are the same
  • the sixth area 26 and the seventh area 27 Each uneven periodic structure is the same.
  • the wave plate element 20 is divided into first to seventh areas 21 to 27 perpendicular to the fast axis direction, and the light incident on each area is divided into each area. It is possible to select an irregular periodic structure with the optimal design dimensions for the incident angle.
  • FIGS. 11A to 11C show specific structural examples of the wave plate element according to the present embodiment.
  • the effective diameter of the wave plate element is 4 mm, and light beams of all wavelengths incident on the wave plate element are convergent light having an incident angle of 3 degrees at the outer peripheral portion of the effective diameter.
  • the material of the wave plate element is the same as in Fig. 9.
  • FIG. 12 is a plan view schematically showing the wave plate element according to the third embodiment.
  • the wave plate element 30 is planarly configured in a circular shape, has an uneven periodic structure, grooves in the uneven periodic structure are formed along the y-axis, the X-axis direction is the fast axis, y-axis direction is slow It is an axis.
  • Wave plate element 30 includes first area 31, second area 32, and division area a through d drawn in a direction perpendicular to the fast axis (X axis) in the XY plane of FIG. The area is divided into five areas, a third area 33, a fourth area 34, and a fifth area 35.
  • the force with which the first area 31 is located in the center is such that the central axis of the first area 11 is offset from the central axis of the wave plate element 10, and the second area 32 and the third area 31 Area 33 is located on both sides of the first area 11 in the X-axis direction, the fourth area 34 is located next to the third area 33, and the fifth area 35 is located next to the fourth area 34. Is located.
  • the wave plate element 30 of the present embodiment is different from the concave-convex periodic structure of the first area 21 and the concave-convex periodic structures of the second to fifth areas 32-35, and the second area 32
  • the concave and convex periodic structures of the third area 33 are the same, but the concave and convex periodic structures of the fourth area 34 and the fifth area 35 are different from the concave and convex periodic structures of the other areas.
  • the wave plate element 30 is divided into first to fifth areas 31 to 35 perpendicular to the fast axis direction, and the light incident on each area is divided into each area. It is possible to select an irregular periodic structure with the optimal design dimensions for the incident angle.
  • FIG. 13 is a plan view schematically showing a wave plate element according to the fourth embodiment. Similar to FIG. 6 (a), the wave plate element 40 of FIG. 13 has the first and second lines along the dividing lines a and b drawn in the direction perpendicular to the fast axis (x axis) in the xy plane of FIG.
  • the area 41 is divided into three areas: an area 41, a second area 42, and a third area 43.
  • the uneven periodic structure of the first area 41 is different from the uneven periodic structure of the second area 42 and the third area 43, and the uneven periodic structure of the second area 42 and the uneven periodic structure of the third area 43 are different. Is different.
  • the wave plate element 40 is divided into first to third areas 4;! To 43 perpendicular to the fast axis direction, and the incident angle of light incident on each area is determined for each area. It is possible to select an irregular periodic structure with the optimum design dimensions.
  • the present invention is not limited to these, and various modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
  • the number of divisions of the wave plate element is three or seven, but it goes without saying that other division numbers may be used.
  • the outer shape of the wave plate element is not limited to a circle, but a square or many It may be square.
  • the wave plate element has an effective diameter of 4 mm at all three wavelengths and a convergent light of 3 degrees on the outer periphery of the effective diameter, but the effective diameter is different for each wavelength. It may be different, or it may be a mixture of convergent light, divergent light, and parallel light, and the incident angle may not be the same angle. Further, in FIG. 7, the wave plate element 10 may be tilted to prevent return light from the semiconductor laser 110.
  • each wave plate element of the present embodiment after, for example, by pressure-molding the resin material using a mold corresponding to the fine uneven periodic structure for each area by the imprint method, It can be produced by peeling the molded product from the mold.

Abstract

　収束光または発散光が入射してくる光学系に使用された場合でも、入射角度依存性による性能低下を低減可能な波長板素子を提供する。波長板素子１０は、構造周期Ｐが使用波長λよりも短い凹凸周期構造を有する波長板素子であって、進相軸と遅相軸がなす平面において進相軸方向に対し垂直に引かれる分割線に沿って少なくとも第１乃至第３のエリア１１，１２，１３に分割され、第１のエリアは、その両隣の第２及び第３のエリアの各凹凸周期構造と異なる凹凸周期構造を有する。

Description

明 細 書
波長板素子及び光ピックアップ装置
技術分野
[0001] 本発明は、構造周期 Pが使用波長 λよりも短い凹凸周期構造を有する波長板素子 及びこの波長板素子を用いた光ピックアップ装置に関する。
背景技術
[0002] 構造性複屈折を利用した波長板は、その凹凸周期構造の寸法選択により、広い波 長帯域で一定の位相差性能を持つ広帯域波長板を実現できることが知られている。 例えば、光ピックアップの重要な部品の一つとして使われる 1/4波長板においては 、次世代光ディスクの登場により、波長 400nm 800nmの広い波長帯域で一定の 位相差性能を発現できる広帯域波長板が求められている。
[0003] 下記特許文献 1は、光束が通過する光学面に構造性複屈折を有する異なる微細形 状を形成した複数の領域を有し、一つの領域を通過した光束が他の領域を通過した 光束に対して異なる位相差を与えるようにした位相差発生部材を開示する。また、下 記特許文献 2は、光束が通過する位置に応じて異なる位相差を発生させ、光束が通 過する面に構造性複屈折を有する微細形状を設けており、微細形状は光束が通過 する位置に応じて異なる位相差を発生させるようにした位相差発生部材を開示する。 特許文献 1 :特開 2006— 208341号公報
特許文献 2 :特開 2006— 260635号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] しかし、波長板に入射する光は平行光束とは限らず、光学系によっては収束または 発散した光となる場合がある。このような場合、波長板は入射角度依存性を示すこと があり、特に、入射角度が大きくなる有効径の外周エリアにおいて透過率低下等の 性能低下の問題が生じてしまう。このような波長板 の入射光が収束光または発散 光の場合、波長板における透過率低下等の性能低下に関する入射角度依存性につ いて図 1乃至図 5を参照して説明する。 [0005] 構造性複屈折波長板 50は、通常、図 1のような凹凸周期構造により構成され、溝部 の屈折率 nlと柱部の屈折率 n2は異なる。図 1では柱先端部 51と溝底部 52が平らな 矩形の柱となっている力、柱先端部 51及び/又は溝底部 52が平らでない形状でも よい。この凹凸周期構造の構造周期 P、フィリングファクタ f ( = L/P)、構造高さ Hの 寸法選択により、発現する透過率や位相差性能を制御することができる。例えば、波 長え 400nm〜800nmで一定の位相差性能を発現させるには、最短波長え minに 対し、 min/2 < P< λ minの範囲内で寸法を選択する。
[0006] ここで、図 2 (a)のように yz面内で光束が入射角度 Θ yで入射した場合、及び、図 2 ( b)のように xz面内で光束が入射角度 Θ Xで入射した場合について、構造性複屈折 波長板 50における波長え 405nmの各入射角依存性を図 3 (a)、（b)に示す。なお、 構造性複屈折波長板 50の凹凸周期構造は次のとおりである。
構造周期 P : 340nm
フィリングファクタ f : 0. 75
構造高さ H : 2380nm
図 2 (a)の場合、図 3 (a)のように、透過率と位相差性能ともに Θ y= 0度のときの性 能に比べ、入射角度 Θ yが変わってもほとんど性能が変化しないことが分かる。一方 、図 2 (b)の場合、図 3 (b)のように、入射角度 θ χが大きくなるに従い、特に透過率が 低下し、大きく性能が変化する。図 3 (a)、 （b)の結果から、構造性複屈折波長板 50 は、大きな入射角度依存性を有し、また、その入射角度依存性は構造方向と関係を 持つことが分かる。
[0007] また、図 4,図 5に、図 3と同じ凹凸周期構造について入射角度 θ χに関する波長え 650腹， 780應の場合の入射角度依存性を示す。図 4,図 5力も、波長え 650腹 , 780nmの場合には入射角度 θ xに関してもほとんど性能の変化がないことが分か る。これは、この凹凸周期構造の構造周期 Pが入射する波長えに対して十分に小さ いためであると考えられる。
[0008] なお、波長板のような複屈折素子において、光の進む速度が速い（位相が進む）方 位をその素子の進相軸といい、反対に遅い（位相が遅れる）方位を遅相軸といい、進 相軸と遅相軸とを総称して主軸という。図 1、図 2 (a)、（b)では、進相軸が X軸に沿い 溝部に略直交し、遅相軸が y軸に沿 V、溝部に略平行である。
[0009] 以上のように、波長板に求められる高い透過率と所望の位相差性能を発現する構 造寸法を最適に設計しても、この波長板を収束光または発散光が入射する光学系で 使用した場合、特に、入射角度 Θ Xが大きくなる有効径の外周エリアにおいて著しく 性能が低下してしまう。
[0010] 本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、収束光または発散光が入射して くる光学系に使用された場合でも、入射角度依存性による性能低下を低減可能な波 長板素子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
[0011] 上記目的を達成するために、本発明による波長板素子は、構造周期 Pが使用波長 えよりも短い凹凸周期構造を有する波長板素子であって、進相軸と遅相軸がなす平 面において進相軸方向に対し垂直に引かれる分割線に沿って少なくとも第 1乃至第 3のエリアに分割され、前記第 1のエリアは、その両隣の前記第 2及び第 3のエリアの 各凹凸周期構造と異なる凹凸周期構造を有することを特徴とする。
[0012] この波長板素子によれば、進相軸方向に対し垂直に分割された少なくとも第 1乃至 第 3のエリアにおいて、中央の第 1のエリアとその両隣の第 2及び第 3のエリアが異な る凹凸周期構造を有することで、各エリアごとにそのエリアに入射してくる光の入射角 度に対して最適な設計寸法の凹凸周期構造を選定することが可能となる。したがつ て、波長板素子が収束光または発散光が入射してくる光学系に使用された場合でも 、入射角度依存性による性能低下を低減できる。
[0013] 上記波長板素子において前記第 2のエリアの凹凸周期構造と前記第 3のエリアの 凹凸周期構造が異なってもよぐまた、前記第 2のエリアの凹凸周期構造と前記第 3 のエリアの凹凸周期構造が同じであってもよい。
[0014] また、前記波長板素子が少なくとも第 1乃至第 4のエリアに分割された場合、前記第 4のエリア及びそれ以降のエリアが前記第 1のエリアに対し片方側に位置するように 偏って構成してもよい。
[0015] また、前記第 1のエリアの中心軸が波長板素子の中心軸と一致するように構成でき [0016] また、前記凹凸周期構造が異なるとは、凹凸周期構造の構造周期 P,フィリングファ クタ f及び構造高さ Hの内の少なくとも 1つが異なることである。
[0017] また、上記波長板素子は、波長板素子を通過した光束に対し、すべてのエリアにお V、て λ /4または λ /2の位相差を与えるものである。
[0018] 本発明による光ピックアップ装置は、上述の波長板素子を搭載し、前記波長板素子 に入射する光束が発散光または収束光であることを特徴とする。光ピックアップ装置 が波長板素子を搭載した場合、この波長板素子に発散光または収束光が入射しても 、入射角度依存性による性能低下を低減できるので、光情報記録媒体に対する情報 の記録 ·再生の光ピックアップ性能を維持できる。
発明の効果
[0019] 本発明の波長板素子によれば、波長板素子が収束光または発散光が入射してくる 光学系に使用された場合でも、入射角度依存性による性能低下を低減することがで きる。
図面の簡単な説明
[0020] [図 1]従来の凹凸周期構造が形成された構造性複屈折波長板を概略的に示す斜視 図である。
[図 2]図 1の構造性複屈折波長板に yz面内で光束が入射角度 Θ yで入射した場合を を概略的に示す斜視図（a)、同じく χζ面内で光束が入射角度 θ Xで入射した場合を 概略的に示す斜視図（b)である。
[図 3]図 1のような従来の構造性複屈折波長板の波長 405nmにおける入射角依存性 を示すグラフであり、図 2 (a)のような Θ y方向の場合のグラフ（a)、及び図 2 (b)のよう な Θ X方向の場合のグラフ（b)である。
[図 4]図 3の構造性複屈折波長板の波長 650nmにおける入射角依存性（ θ x方向）
[図 5]図 3の構造性複屈折波長板の波長 780nmにおける入射角依存性（ θ x方向）
[図 6]第 1の実施の形態による波長板素子を模式的に示す平面図（a)及び波長板素 子を X軸方向に切断し模式的に示す断面図（b)である。 [図 7]第 1の実施の形態による波長板素子 10を用いた光ピックアップ装置の概略図で ある。
[図 8]従来の波長板素子の性能例を波長 405nm (a)、波長 650nm (b)、波長 780η m (c)毎に示すグフノでめ o。
[図 9]第 1の形態による波長板素子の具体例な構造例の性能を波長 405nm (a)、波 長 650nm (b)、波長 780nm (c)毎に示すグラフである。
[図 10]第 2の実施の形態による波長板素子を模式的に示す平面図である。
[図 11]第 2の形態による波長板素子の具体例な構造例の性能を波長 405nm (a)、 波長 650nm (b)、波長 780nm (c)毎に示すグラフである。
[図 12]第 3の実施の形態による波長板素子を模式的に示す平面図である。
[図 13]第 4の実施の形態による波長板素子を模式的に示す平面図である。
符号の説明
[0021] 10 波長板素子
11 - 13 第 1〜第 3のエリア
20 波長板素子
21— 27 第 1〜第 7のエリア
30 波長板素子
31— 35 第 1〜第 5のエリア
40 波長板素子
41—43 第 1〜第 3のエリア
100 光ピックアップ装置
120 対物レンズ
200 光ディスク、光情報記録媒体
H 構造高さ
P構造周期 発明を実施するための最良の形態
[0022] 以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。 [0023] 〈第 1の実施の形態〉
図 6は第 1の実施の形態による波長板素子を模式的に示す平面図（a)及び波長板 素子を X軸方向に切断し模式的に示す断面図（b)である。図 6 (b)では波長板素子を
X軸方向に引き延ばして示している。
[0024] 図 6 (a)、（b)のように、波長板素子 10は、平面的に円形状に構成され、凹凸周期 構造が形成され、凹凸周期構造の溝部が y軸に沿って形成され、 X軸方向が進相軸
、 y軸方向が遅相軸になっている。波長板素子 10は、図 6 (a)の x—y平面において、 進相軸 (X軸）に直交する方向に引かれる分割線 a, bに沿って第 1のエリア 11 ,第 2の エリア 12及び第 3のエリア 13の 3つに分割されている。
[0025] 図 6 (a)のように、第 1のエリア 11が中央に位置し、第 1のエリア 11の中心軸が波長 板素子 10の中心軸と一致しており、第 2のエリア 12及び第 3のエリア 13が第 1のエリ ァ 11の X軸方向の両側に位置している。
[0026] 上述のように、波長板素子 10を進相軸方向に対して垂直に第 1〜第 3のエリア 11
〜； 13に分割し、それぞれのエリアごとにそのエリアに入射してくる光の入射角度に対 して最適な設計寸法の凹凸周期構造を選定する。
[0027] 本実施の形態の波長板素子 10は、図 6 (b)のように、第 1のエリア 11の凹凸周期構 造が第 2のエリア 12及び第 3のエリア 13の凹凸周期構造と異なっており、第 2のエリ ァ 12及び第 3のエリア 13の各凹凸周期構造は同一である。すなわち、第 2及び第 3 のエリア 12, 13の凹凸周期構造の構造周期 P (図 1参照）と構造高さ H (図 1参照）が 第 1のエリア 11のものよりも小さく構成されている。
[0028] 次に、図 6 (a)、（b)の波長板素子 10を用いた光学系を含む光ピックアップ装置に ついて図 7を参照して説明する。図 7は第 1の実施の形態による波長板素子 10を用 V、た光ピックアップ装置の概略図である。
[0029] 図 8の光ピックアップ装置 100は、所定波長の光束を出射する半導体レーザ 110と 、光情報記録媒体である光ディスク 200の情報記録面 200a上に集光させる対物レン ズ 120と、光ディスク 200の情報記録面 200aからの光信号を電気信号に変換する光 検出器 140と、を有し、波長板素子 10が偏光ビームスプリッタ 130と対物レンズ 120 との間に配置されている。 [0030] 光ピックアップ装置 100は光ディスク 200に対し情報の記録 ·再生が可能である力 光ディスク 200を再生する場合を例にして説明する。半導体レーザ 110から光束を出 射し、出射した光束は、レンズ 150を透過し、偏光ビームスプリッタ 130で反射し、波 長板素子 10を透過して直線偏光から円偏光の光束となる。この光束は対物レンズ 1 20により図の実線のように光ディスク 200の透明基板 210を介して情報記録面 200a に集光される。
[0031] そして、情報記録面 200aで情報ビットにより変調されて反射した光束は、再び対物 レンズ 120、波長板素子 10、偏光ビームスプリッタ 130、レンズ 160を透過して、光検 出器 140に入射し、その出力信号を用いて、光ディスク 200に記録された情報の読 み取り信号が得られる。また、光検出器 140上でのスポットの形状変化、位置変化に よる光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて 2次元 ァクチユエータ（図示省略）が半導体レーザ 110からの光束を光ディスク 200の情報 記録面 200a上に結像するように対物レンズ 120を移動させるとともに、半導体レーザ 110からの光束を所定のトラックに結像するように対物レンズ 120を移動させる。
[0032] 上述のような光ピックアップ装置 100の光学系において半導体レーザ 110からの光 束は、波長板素子 10に入射するとき、収束光である。このため、上述のような入射角 度依存性による性能低下が生じてしまうが、波長板素子 10において各エリア 11 , 12 , 13ごとにそのエリアに入射してくる光の入射角度に対して最適な設計寸法の凹凸 周期構造を選定することで、かかる性能低下を低減することができる。
[0033] 以下、本実施の形態の波長板素子 10の作用効果について具体例により図 8,図 9 を参照して説明する。
[0034] 図 7に示すような光ピックアップ装置の光学系内で波長板素子を使用した場合、従 来の波長板素子の性能を図 8 (a)乃至（c)に示す。ここで、波長板素子の有効径は 4 mmであり，波長板素子に入射するすべての波長の光束は，有効径の外周部分で 3 度の入射角度を持つ収束光である。波長板素子の材料には、ァペル（三井化学 (株 )製）を用い、その屈折率は、波長 405nmにおける屈折率 η405 = 1 · 560,波長 650 nmにおける屈折率 η650= 1 · 541 ,波長 780nmにおける屈折率 η780= 1. 537で ある。波長板素子の凹凸周期構造寸法は、 P = 340nm, f = 0. 75, H = 2380nmと した（図 1参照)。
[0035] 入射光束は有効径の外周に行くほど入射角度が大きくなるため、図 8 (a)のように、 特に波長 405nmにおいて有効径の外周に近づくにつれて透過率が著しく低下して しまうことカゎ力、る。このとさ、図 8 (b) （c)のように、波長 650nm, 780nmにおける 性能はほとんど変化しない。
[0036] 図 9 (a)乃至（c)に、本実施の形態による波長板素子の具体例な構造例を示す。図
6 (a)の第 1のエリア 11の凹凸周期構造の寸法は、 P = 340nm, f = 0. 75, H = 238 Onmであり、その両側の第 2及び第 3のエリア 12, 13の凹凸周期構造の寸法は、 P = 300 f = 0. 75, H= 1920nmである（図 1参照）。
[0037] 波長板素子の有効径は 4mmであり、波長板素子に入射するすべての波長の光束 は、有効径の外周部分で 3度の入射角度を持つ収束光である。波長板材料にはァ ペル（三井化学 (株)製）を用い、その屈折率は、波長 405nmにおける屈折率 n405 = 1. 560,波長 650nmにおける屈折率 n650= l . 541 ,波長 780nmにおける屈折 率 n780= l . 537である。
[0038] 図 9 (a)から、 405nmにおいて従来の波長板素子でみられた有効径外周付近の 透過率劣化が無くなり、有効径内全域で TETM平均透過率が高く維持されているこ とカゎ力、る。また、図 9 (b)、（c)のように、波長 650nm, 780nmにおける十生倉 は図 8 ( b)、（c)とほとんど変わらないことがわかる。
[0039] 〈第 2の実施の形態〉
図 10は第 2の実施の形態による波長板素子を模式的に示す平面図である。図 10 のように、波長板素子 20は、平面的に円形状に構成され、凹凸周期構造が形成され 、凹凸周期構造の溝部が y軸に沿って形成され、 X軸方向が進相軸、 y軸方向が遅相 軸になっている。波長板素子 20は、図 10の X— y平面において、進相軸（X軸）に直 交する方向に引かれる分割線 a乃至 fに沿って第 1のエリア 21 ,第 2のエリア 22,第 3 のエリア 23,第 4のエリア 24,第 5のエリア 25,第 6のエリア 26及び第 7のエリア 27の 7つに分割されている。
[0040] 図 10のように、第 1のエリア 21が中央に位置し、第 1のエリア 11の中心軸が波長板 素子 10の中心軸と一致しており、第 2のエリア 22及び第 3のエリア 23が第 1のエリア 11の x軸方向の両側に位置し、第 4のエリア 24が第 2のエリア 22の隣りに位置し、第 5のエリア 25が第 3のエリア 23の隣りに位置し、第 6のエリア 26が第 4のエリア 24の隣 りに位置し、第 7のエリア 27が第 5のエリア 25の隣りに位置している。
[0041] 本実施の形態の波長板素子 20は、第 1のエリア 21の凹凸周期構造と、第 2〜第 7 のエリア 22〜27の各凹凸周期構造と異なっており、第 2のエリア 22及び第 3のエリア 23の各凹凸周期構造は同一であり、第 4のエリア 24及び第 5のエリア 25の各凹凸周 期構造は同一であり、第 6のエリア 26及び第 7のエリア 27の各凹凸周期構造は同一 である。
[0042] 上述のように、波長板素子 20を進相軸方向に対して垂直に第 1〜第 7のエリア 21 〜27に分割し、それぞれのエリアごとにそのエリアに入射してくる光の入射角度に対 して最適な設計寸法の凹凸周期構造を選定することができる。
[0043] 図 11 (a)乃至（c)に、本実施の形態による波長板素子の具体例な構造例を示す。
図 10の第 1のエリア 21の凹凸周期構造の寸法は、 P = 340nm, f = 0. 75, H = 23 80nmであり、第 2及び第 3のエリア 22, 23の凹凸周期構造の寸法は、 P = 320nm, f = 0. 69, H= 1720nmであり、第 4及び第 5のエリア 24, 25の凹凸周期構造の寸 法は、 P = 300nm, f = 0. 75, H= 1920腹であり、第 6及び第 7のエリア 26, 27の 凹凸周期構造の寸法は、 P = 330nm, f = 0. 72, H= 1940nmである（図 1参照）。
[0044] 波長板素子の有効径は 4mmであり、波長板素子に入射するすべての波長の光束 は、有効径の外周部分で 3度の入射角度を持つ収束光である。波長板素子の材料 は図 9の場合と同一である。
[0045] 図 11 (a)から、 405nmにおいて従来の波長板素子でみられた有効径外周付近 の透過率劣化が無くなり、有効径内全域で TETM平均透過率が高く維持されている ことカゎ力、る。また、図 11 (b)、（c)のように、波長 650nm, 780nmにおける 性能は図 8 (b)、 (c)とほとんど変わらな!/、ことがわかる。
[0046] 〈第 3の実施の形態〉
図 12は第 3の実施の形態による波長板素子を模式的に示す平面図である。図 12 のように、波長板素子 30は、平面的に円形状に構成され、凹凸周期構造が形成され 、凹凸周期構造の溝部が y軸に沿って形成され、 X軸方向が進相軸、 y軸方向が遅相 軸になっている。波長板素子 30は、図 12の X— y平面において、進相軸（X軸）に直 交する方向に引かれる分割線 a乃至 dに沿って第 1のエリア 31 ,第 2のエリア 32,第 3 のエリア 33,第 4のエリア 34及び第 5のエリア 35の 5つに分割されている。
[0047] 図 12のように、第 1のエリア 31が中央に位置する力 第 1のエリア 11の中心軸が波 長板素子 10の中心軸から偏っており、第 2のエリア 32及び第 3のエリア 33が第 1のェ リア 11の X軸方向の両側に位置し、第 4のエリア 34が第 3のエリア 33の隣りに位置し 、第 5のエリア 35が第 4のエリア 34の隣りに位置している。
[0048] 本実施の形態の波長板素子 30は、第 1のエリア 21の凹凸周期構造と、第 2〜第 5 のエリア 32〜35の各凹凸周期構造と異なっており、第 2のエリア 32及び第 3のエリア 33の各凹凸周期構造は同一であるが、第 4のエリア 34及び第 5のエリア 35の各凹凸 周期構造は他のエリアの各凹凸周期構造と異なっている。
[0049] 上述のように、波長板素子 30を進相軸方向に対して垂直に第 1〜第 5のエリア 31 〜35に分割し、それぞれのエリアごとにそのエリアに入射してくる光の入射角度に対 して最適な設計寸法の凹凸周期構造を選定することができる。
[0050] 〈第 4の実施の形態〉
図 13は第 4の実施の形態による波長板素子を模式的に示す平面図である。図 13 の波長板素子 40は、図 6 (a)と同様に、図 13の x—y平面において、進相軸（x軸）に 直交する方向に引かれる分割線 a, bに沿って第 1のエリア 41 ,第 2のエリア 42及び 第 3のエリア 43の 3つに分割されている。第 1のエリア 41の凹凸周期構造が第 2のェ リア 42及び第 3のエリア 43の凹凸周期構造と異なり、第 2のエリア 42の凹凸周期構 造と第 3のエリア 43の凹凸周期構造が異なっている。
[0051] 波長板素子 40を進相軸方向に対して垂直に第 1〜第 3のエリア 4；!〜 43に分割し、 それぞれのエリアごとにそのエリアに入射してくる光の入射角度に対して最適な設計 寸法の凹凸周期構造を選定することができる。
[0052] 以上のように本発明を実施するための最良の形態について説明した力 本発明は これらに限定されるものではなぐ本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可 能である。例えば、波長板素子の分割数は、 3つ、 7つとしたが、他の分割数であって もよいことは勿論である。また、波長板素子の外形は円形に限定されず、四角形や多 角形でもよい。
[0053] また、図 9,図 11では、 3波長すべてにおいて、有効径が 4mm,有効径外周で 3度 の収束光が入射する場合の波長板素子としたが、各波長ごとに有効径が異なっても よぐまた、収束光、発散光、平行光が混在してもよぐ更に、その入射角度は同角度 でなくてもよい。また、図 7において半導体レーザ 110からの戻り光を防止するために 波長板素子 10を傾けて設置してもよい。
[0054] また、各エリアにおいて凹凸周期構造を異ならせるために構造高さ Hが異なるよう にした場合、図 6 (b)では、第 1のエリア 11の柱先端部 51と、第 2及び第 3のエリア 12 , 13の柱先端部 51とが揃って同一高さの柱先端面になっている力 S、溝底部 52を揃 えて同一高さの溝底面としてもよぐまた、柱先端面と溝底面の両方が揃っていない 構造としてもよい。これは、図 10,図 12,図 13の場合も同様である。
[0055] なお、本実施の形態の各波長板素子は、例えば、インプリント法により、各エリア毎 の微細な凹凸周期構造に対応した金型を用いて、樹脂材料を加圧成形した後に、 成形品を金型から剥離することで製造できる。

Claims

請求の範囲
[1] 構造周期 Pが使用波長えよりも短い凹凸周期構造を有する波長板素子であって、 進相軸と遅相軸がなす平面において進相軸方向に対し垂直に引かれる分割線に 沿って少なくとも第 1乃至第 3のエリアに分割され、
前記第 1のエリアは、その両隣の前記第 2及び第 3のエリアの各凹凸周期構造と異 なる凹凸周期構造を有することを特徴とする波長板素子。
[2] 前記第 2のエリアの凹凸周期構造と前記第 3のエリアの凹凸周期構造が異なる請求 の範囲第 1項に記載の波長板素子。
[3] 前記第 2のエリアの凹凸周期構造と前記第 3のエリアの凹凸周期構造が同じである 請求の範囲第 1項に記載の波長板素子。
[4] 前記波長板素子が少なくとも第 1乃至第 4のエリアに分割された場合、前記第 4の エリア及びそれ以降のエリアが前記第 1のエリアに対し片方側に位置する請求の範 囲第 1項乃至第 3項のいずれ力、 1項に記載の波長板素子。
[5] 前記第 1のエリアの中心軸が波長板素子の中心軸と一致する請求の範囲第 1項乃 至第 3項のいずれか 1項に記載の波長板素子。
[6] 前記凹凸周期構造が異なるとは、凹凸周期構造の構造周期 P,フィリングファクタ f 及び構造高さ Hの内の少なくとも 1つが異なることである請求の範囲第 1項乃至第 5 項のいずれか 1項に記載の波長板素子。
[7] 波長板素子を通過した光束に対し、すべてのエリアにおいてえ /4またはえ /2の 位相差を与える請求の範囲第 1項乃至第 6項のいずれ力、 1項に記載の波長板素子。
[8] 請求の範囲第 1項乃至第 7項のいずれか 1項に記載の波長板素子を搭載し、前記 波長板素子に入射する光束が発散光または収束光であることを特徴とする光ピック アップ装置。
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