WO2011049144A1 - 反射型波長板および光ヘッド装置 - Google Patents

Abstract

　平面の法線方向に対して斜めから入射した光が反射または透過して良好な円偏光となる反射型波長板を提供する。位相差層１２および反射層１３を備え、位相差層１２の平面の法線方向に対して斜め方向に入射する、特定の波長帯域を有する光、または波長が異なる特定の複数の光に対して位相差層１２および反射層１３において所定の位相差を与えるように調整することによって、位相差層１２を往復して出射する光１６ａの楕円率κが０．７以上を得ることができ、とくに、光ヘッド装置に配置することで、反射機能と１／４波長板との機能とを一体化させ、光ディスクの安定した記録・再生を行うことができるとともに、光ヘッド装置の小型化が実現できる。

Description

反射型波長板および光ヘッド装置

　本発明は、入射する光を反射または、反射および透過して偏光状態を制御する反射型波長板であり、この反射型波長板を用いる光学系として、ＣＤ、ＤＶＤ、光磁気ディスクなどの光記録媒体および、「Ｂｌｕ－ｒａｙ」（登録商標：以下ＢＤ）のような高密度光記録媒体に情報の記録および再生を行う光ヘッド装置に関する。

　近年、例えば光ストレージを扱う光学系として、ＣＤ、ＤＶＤ、光磁気ディスクなどの光記録媒体だけでなく、ＢＤなどのような高密度光記録媒体（以下、「光ディスク」という）に情報の記録および再生（以下、「記録・再生」という。）を行う光ヘッド装置の開発が進んでいる。光ヘッド装置をはじめとする光学装置において、入射する光の偏光状態を変える波長板は広く用いられている。例えば、直線偏光で入射する光に対して円偏光の光に変換する１／４波長板や、入射する直線偏光の光の電場の方向と異なる電場の方向を有する直線偏光の光に変換する１／２波長板などがある。

　例えば、光ヘッド装置では、半導体レーザなどの光源から光ディスクに至るまでの往路の光路と、光ディスクで反射され、光を検出する光検出器までの復路の光路と、を偏向分離する偏光ビームスプリッタが用いられる。ここで、偏光ビームスプリッタによって、高い光利用効率を得るために、往路と復路とで互いに直交する直線偏光の光となるように、偏光ビームスプリッタと光ディスクとの間の光路中に１／４波長板を配置する。つまり、往路では、第１の直線偏光の光が偏光ビームスプリッタを直進透過し、１／４波長板で円偏光の光となるが、光ディスクで反射された復路の光は、逆回りの円偏光の光となって再び１／４波長板を透過して、第１の直線偏光と直交する第２の直線偏光の光となり、偏光ビームスプリッタで反射するので、光を高い光利用効率で光検出器へ導くことができる。

　１／４波長板は、個別の光学素子として光ヘッド装置に配置されるが、光ヘッド装置の小型化を実現する上で、１／４波長板と他の光学素子と一体化させることが検討されている。例えば、光源からのレーザの進行方向を９０°変える（立ち上げ）ミラーの面に１／４波長板に相当する機能、つまり、入射する光の進行方向を９０°偏向するとともに、直線偏光の光を円偏光の光に、そして、円偏光の光を直線偏光の光に変換する光学素子を用いることで、光ヘッド装置の小型化を実現できる。

　このように、入射する光を反射させて偏向させるとともに、１／４波長板の機能を有する波長板として、平面の法線方向に入射する光に対して１／７波長の位相差を発生する波長板を、光軸に対して４５°傾けて配置することで、光の反射とともに１／４波長板としての機能を併せ持つ波長板を用いた光ヘッド装置が報告されている（特許文献１）。

　また、入射する光が１つの波長の光に限らず、互いに異なる２つの波長の光として、例えばＣＤ用の波長７８０ｎｍの光と、ＤＶＤ用の波長６５０ｎｍの直線偏光の光を反射させて偏向させるとともに、１／４波長板の機能を有する波長板を用いた光ヘッド装置が報告されている（特許文献２）。

日本国特許第３５４５００８号公報 日本国特開２００３－９８３５０号公報

　しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載の波長板は、入射する光について特定の帯域を有する場合、その帯域すべてにおいて十分な円偏光の光の状態とすることはできず、波長の変動によって出射する光の偏光状態が変化してしまい、安定した特性を得ることができない、という問題があった。さらに、波長が異なる３つの光が入射した場合については、所望の特性が得られる効果を発揮できない、という問題があった。

　本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、複屈折性を有する位相差層と、入射する光を反射する反射層と、を有し、前記位相差層の平面の法線方向に対して斜め方向から、前記位相差層、前記反射層の順に入射する光に対して、前記位相差層を往復する光が偏光状態を変えて出射し、前記入射する光が、２０ｎｍの帯域を有する波長λ_１の光であるとき、出射する光の楕円率が０．７以上となる反射型波長板を提供する。

　また、前記入射する光が、２０ｎｍの帯域を有する波長λ_２（λ_１≠λ_２）の光であるとき、出射する光の楕円率が０．７以上となる上記の反射型波長板を提供する。

　また、前記波長λ_１は７７０～７９０ｎｍであり、前記波長λ_２は６５０～６７０ｎｍである上記の反射型波長板を提供する。

　また、複屈折性を有する位相差層と、入射する光を反射する反射層と、を有し、前記位相差層の平面の法線方向に対して斜め方向から、前記位相差層、前記反射層の順に入射する光に対して、前記位相差層を往復する光が偏光状態を変えて出射し、前記入射する光が、波長λ_１の光、波長λ_２の光および波長λ_３の光であるとき（λ_１≠λ_２≠λ_３）、出射する光の楕円率が０．７以上となる反射型波長板を提供する。

　また、複屈折性を有する位相差層と、入射する光に対して波長選択的に反射および透過する反射層と、を有し、前記位相差層の平面の法線方向に対して斜め方向から、前記位相差層、前記反射層の順に入射する光に対して、前記反射層で反射して前記位相差層を往復して偏光状態を変えて出射する光の楕円率が０．７以上となるとともに、前記反射層を透過する光の楕円率が０．７以上となる反射型波長板を提供する。

　また、前記入射する光が、波長λ_１の光、波長λ_２の光および波長λ_３の光であるとき（λ_１≠λ_２≠λ_３）、前記波長λ_１の光および前記波長λ_２の光を反射し、前記波長λ_３の光を透過する上記の反射型波長板を提供する。

　また、複屈折性を有する位相差層と、入射する光に対して波長選択的に反射および透過する反射層と、を有し、前記位相差層の平面の法線方向に対して斜め方向から、前記位相差層、前記反射層の順に入射する光に対して、前記反射層で反射して前記位相差層を往復して偏光状態を変えて出射する光の楕円率が０．７以上となるとともに、前記反射層を透過する光が、入射面に平行となる光成分のｐ偏光の光の方向に対して略±４５°方向に楕円の長軸を有する楕円偏光の光となる反射型波長板を提供する。

　また、前記入射する光が、波長λ_１の光、波長λ_２の光および波長λ_３の光であるとき（λ_１≠λ_２≠λ_３）、前記波長λ_１の光および前記波長λ_２の光を反射し、前記波長λ_３の光を透過する上記の反射型波長板を提供する。

　また、前記位相差板は、厚さ方向から見て遅相軸が揃った第１の位相差層と第２の位相差層と、を有し、前記第１の位相差層の遅相軸と、前記第２の位相差層の遅相軸が異なるように重ねられる上記の反射型波長板を提供する。

　また、前記波長λ_１は７８０ｎｍ、前記波長λ_２は６６０ｎｍ、前記波長λ_３は４０５ｎｍである上記の反射型波長板を提供する。

　また、光の入射側に反射防止層を備える上記の反射型波長板を提供する。

　また、前記入射する光は、直線偏光の光である上記の反射型波長板を提供する。

　また、光源と、前記光源から発射する光を光ディスクに集光する対物レンズと、前記光ディスクで反射した光を検出する光検出器と、を備える光ヘッド装置において、前記光源と前記対物レンズとの間の光路中に上記の反射型波長板が備えられている光ヘッド装置を提供する。

　また、前記光源は、波長が異なる複数の光を発射し、前記光源と前記対物レンズとの間の光路中に、上記に記載の反射型波長板と、反射ミラーと、が備えられている上記に記載の光ヘッド装置を提供する。

　また、前記反射ミラーは、入射する光の位相を変えないかまたは、位相を１８０°変化させて反射する上記の光ヘッド装置を提供する。

　さらに、前記反射ミラーは、入射面に平行となる光成分のｐ偏光の光の方向に対して略±４５°方向に楕円の長軸を有する楕円偏光で入射する光を、楕円率０．７以上の偏光状態の光に変えて反射する上記の光ヘッド装置を提供する。

　本発明は、１つまたは複数の異なる波長の光を用いて、斜め方向から入射する光に対して、反射または、反射および透過することで偏光状態を変え、とくに、所定の帯域の波長の光に対して安定した円偏光の光を出射する反射型波長板を提供することができる。また、この反射型波長板により、各光ディスクを記録・再生する光ヘッド装置において、光利用効率が高く、小型で安定した記録・再生を実現できる効果を有する光ヘッド装置を提供することができる。

第１の実施の形態に係る反射型波長板および入射面の光の様子を示す模式図。 第１の実施の形態に係る他の反射型波長板の模式図。 第１の実施の形態に係る他の反射型波長板の模式図。 反射型波長板における光の様子を示す模式図。 反射型波長板における光の様子を示す模式図。 第２の実施の形態に係る反射型波長板および入射面の光の様子を示す模式図。 第３の実施の形態に係る反射型波長板および入射面の光の様子を示す模式図。 第４の実施の形態に係る反射型波長板および入射面の光の様子を示す模式図。 第５の実施の形態に係る反射型波長板および入射面の光の様子を示す模式図。 第１の実施の形態に係る光ヘッド装置の模式図。 第２の実施の形態に係る光ヘッド装置の模式図。 第３の実施の形態に係る光ヘッド装置の模式図。 実施例１および実施例１４に係る反射型波長板の位相差層の実効的な位相差Γおよび反射層の位相差Ψ_ｒの波長依存性を示すグラフ。 実施例１および実施例１４に係る反射型波長板のストークスパラメータのＳ_３ｏ成分の波長依存性を示すグラフ。 実施例１および実施例１４に係る反射型波長板を出射する光の楕円率κの波長依存性を示すグラフ。 実施例１５に係る反射型波長板の位相差層の実効的な位相差Γおよび反射層の位相差Ψ_ｒの波長依存性を示すグラフ。 実施例１５に係る反射型波長板のストークスパラメータのＳ_３ｏ成分の波長依存性を示すグラフ。 実施例１５に係る反射型波長板を出射する光の楕円率κの波長依存性を示すグラフ。 実施例１６に係る反射型波長板に入射する光の偏光状態を示すストークスパラメータを示すグラフ。 実施例１６に係る反射型波長板の位相差層の実効的な位相差Γおよび反射層の位相差Ψ_ｒの波長依存性を示すグラフ。 実施例１６に係る反射型波長板のストークスパラメータのＳ_３ｏ成分の波長依存性を示すグラフ。 実施例１６に係る反射型波長板を出射する光の楕円率κの波長依存性を示すグラフ。 実施例１７に係る反射型波長板のストークスパラメータのＳ_３ｏｒ成分の波長依存性（６４０～８００ｎｍ）を示すグラフ。 実施例１７に係る反射型波長板を出射する光の楕円率κの波長依存性（６４０～８００ｎｍ）を示すグラフ。 実施例１７に係る反射型波長板のストークスパラメータのＳ_３ｏｔ成分の波長依存性（３８５～４２５ｎｍ）を示すグラフ。 実施例１７に係る反射型波長板を出射する光の楕円率κの波長依存性（３８５～４２５ｎｍ）を示すグラフ。 実施例１８に係る反射型波長板のストークスパラメータのＳ_３ｏｒ成分の波長依存性（６４０～８００ｎｍ）を示すグラフ。 実施例１８に係る反射型波長板を出射する光の楕円率κの波長依存性（６４０～８００ｎｍ）を示すグラフ。 実施例１８に係る反射型波長板のストークスパラメータのＳ_３ｏｔ成分の波長依存性（３８５～４２５ｎｍ）を示すグラフ。 実施例１８に係る反射型波長板を出射する光の楕円率κの波長依存性（３８５～４２５ｎｍ）を示すグラフ。 実施例１９に係る反射型波長板を出射する光の楕円率κの波長依存性（３８５～４２５ｎｍ）を示すグラフ。 実施例１９に係る反射型波長板を出射する光の楕円率κの波長依存性（６４０～８００ｎｍ）を示すグラフ。 実施例２０に係る反射ミラーで反射した光の楕円率κの波長依存性を示すグラフ。 実施例２１に係る反射型波長板のストークスパラメータのＳ_３ｏｒ成分の波長依存性（６４０～８００ｎｍ）を示すグラフ。 実施例２１に係る反射型波長板を出射する光の楕円率κの波長依存性（６４０～８００ｎｍ）を示すグラフ。 実施例２１に係る反射型波長板のストークスパラメータのＳ_２ｏｔ成分の波長依存性（３８５～４２５ｎｍ）を示すグラフ。 実施例２１に係る反射型波長板を出射する光の方位角の波長依存性（３８５～４２５ｎｍ）を示すグラフ。 実施例２２に係る反射ミラーで反射した光の楕円率κの波長依存性を示すグラフ。 実施例２３に係る反射型波長板のストークスパラメータのＳ_３ｏｒ成分の波長依存性（６４０～８００ｎｍ）を示すグラフ。 実施例２３に係る反射型波長板を出射する光の楕円率κの波長依存性（６４０～８００ｎｍ）を示すグラフ。 実施例２３に係る反射型波長板のストークスパラメータのＳ_３ｏｔ成分の波長依存性（３８５～４２５ｎｍ）を示すグラフ。 実施例２３に係る反射型波長板を出射する光の楕円率κの波長依存性（３８５～４２５ｎｍ）を示すグラフ。 比較例における（１／７）波長板のストークスパラメータのＳ_３ｏ成分の反射における位相差依存性を示すグラフ。 比較例における（１／７）波長板の楕円率κの反射における位相差依存性を示すグラフ。

　（反射型波長板の第１の実施の形態）
  図１Ａは、本実施の形態に係る反射型波長板１０の構造および、反射型波長板１０に入射および反射して出射する光の様子を示す模式図である。反射型波長板１０は、透明基板１４ａと透明基板１４ｂとの間に、位相差層１２を有し、透明基板１４ｂのうち、位相差層１２と対向する面に反射層１３が備えられている。また、図１Ａに示すように、透明基板１４ａのうち、位相差層１２と対向する面に反射防止層１１が備わっていると、高い光利用効率が得られるので好ましい。また、反射型波長板１０は、一体化された構造を有するが、位相差層１２と、透明基板１４ａおよび／または透明基板１４ｂと、が分離されたり、透明基板１４ｂと、反射層１３と、が分離されたりして構成するものであってもよい。

　また、図１Ｂに示す、本実施形態の他の構成である反射型波長板１０ａのように、透明基板１４ａと、透明基板１４ａの一方の面に備えられた位相差層１２と、位相差層１２上に備えられた反射防止層１１と、透明基板１４ａの他方の面に備えられた反射層１３と、から構成されるものであってもよい。さらに、図１Ｃに示す、本実施形態の他の構成である反射型波長板１０ｂのように、透明基板１４ａと、透明基板１４ａの一方の面に備えられた反射層１３と、反射層１３上に備えられた位相差層１２と、位相差層１２上に備えられた反射防止層１１と、から構成されるものであってもよい。なお、以下、とくに説明がない場合は、これらの構成のうち、図１Ａの反射型波長板１０を取り上げて説明する。

　透明基板１４ａ、１４ｂとしては、入射する光に対して透明であれば、樹脂板、樹脂フィルムなど種々の材料を用いることができるが、ガラスや石英ガラスなどの光学的等方性材料を用いると、透過する光に複屈折性の影響を与えないため好ましい。反射防止層１１としては、高屈折率材料と低屈折率材料とを用いて多層化した反射防止多層膜や、サブミクロン周期の凹凸を有するモスアイ構造を形成するなどして、界面での反射率を低く抑え、高い光利用効率を実現することができる。また、反射防止層１１は、反射層１３以外の界面で反射する不要な反射光と、反射層１３で反射するメインの反射光と、の干渉による光学特性の劣化を抑制する効果が得られる構成とすることが好ましい。

　位相差層１２としては、複屈折性を有する材料であればよく、例えば水晶などの光学結晶、一軸延伸により複屈折性が発現するポリカーボネートなどの樹脂フィルム、液晶モノマーを重合硬化した高分子液晶などが用いられ、透明基板１４ａ、１４ｂと一体化させることもできる。この他に、位相差層１２としては、構造複屈折やフォトニック結晶によって構成するものであってもよい。また、後述する他の実施の形態のように、位相差層が単層ではなく複数の層からなるものであってもよい。反射層１３としては、高屈折率材料と低屈折率材料とを用いて多層化した反射多層膜や金属反射膜などを用いることができる。

　次に、図１Ａに示す反射型波長板１０に、反射防止層１１の平面に対して斜め方向に入射し、反射層１３で反射して、反射防止層１１の平面に対して斜め方向から出射する光の状態について説明する。図１Ａは、反射型波長板の断面をＸ－Ｚ平面、透明基板１４ａの平面をＸ－Ｙ平面とし、光が反射防止層１１の平面の法線方向（Ｚ方向）に対して入射角ε（｜ε｜＞０）をなして入射する。ここで、反射型波長板１０に斜め方向から入射する光の進行方向を含む直交座標系を考える。このとき、光の進行方向と直交する平面のうち、透明基板１４ａの平面と平行なＹ方向の光成分をｓ偏光の光、該平面においてｓ偏光の光と直交する方向の光成分をｐ偏光の光とする。なお、このＸ－Ｚ平面は、光の入射面に相当し、入射面に垂直となる偏光方向の光成分がｓ偏光の光、入射面に平行となる偏光方向の光成分がｐ偏光の光、として表すこともでき、以下の反射型波長板に係る他の実施形態についてもそのように考える。この考え方は、図１Ａに示す光１５ａ、光１５ｂ、光１５ｃおよび、反射層１３で反射した光１６ｃ、光１６ｂ、光１６ａに適用できる。なお、反射層１３に至るまでの光と、反射層１３で反射される光のうち、ｓ偏光の光およびｐ偏光の光の方向は、それぞれ、図１Ａに示す方向とする。

　図２Ａ及び２Ｂは、図１Ａの反射型波長板１０のうち、位相差層１２を透過する光の状態について詳細に示した斜視模式図であって、図２Ａは、反射層１３に向かう光の状態、図２Ｂは、反射層で反射された光の状態を示す。また、必要に応じて図１Ａの反射型波長板１０を参照する。また、位相差層１２は、光学軸がＸ－Ｙ平面に対して平行となる方向であって、厚さ方向（Ｚ方向）に揃った状態で構成されるものとする。ここで、図２Ａにおいて、位相差層１２に入射する光１５ｂは、位相差層１２の（Ｘ－Ｙ）平面の法線方向（Ｚ方向）に対して入射角ε´（｜ε´｜＞０）で入射する。また、光１５ｂの進行方向と直交する平面２１を与えるとき、ｓ偏光の方向は、位相差層１２の平面と平行するＹ方向であり、一方、ｐ偏光の方向は、平面２１に平行でかつ、ｓ偏光の方向と直交する方向となる。

　位相差層１２は、光１５ｂの進行方向と、平面２１内のｓ偏光の方向と、平面２１内のｐ偏光方向と、からなる直交座標系において、実効的な方位角θ、実効的な位相差Γを有する位相差板として作用する。ここで、実効的な方位角θは、平面２１のｐ偏光の方向を基準とするとき、位相差層１２の光学軸（例えば、遅相軸）１２ａの角度をいう。また、実効的な位相差Γは、実効的な方位角θの直線偏光の光が入射するとき、または、実効的な方位角θ＋９０°の直線偏光の光が入射するとき、それぞれの直線偏光の光に与えられる位相差をいう。

　ここで、実効的な方位角θおよび実効的な位相差Γは、光１５ｂと、光１５ｃとの間で偏光状態の変化を測定することで求めることができる。例えば、所定の角度（＝ε´）に傾けた位相差層１２に対して所定の偏光状態の光を入射し、セナルモンの複屈折測定法などによって、偏光状態の変化を測定することができる。なお、図１Ａの透明基板１４ａの屈折率と透明基板１４ｂの屈折率と、が異なる場合、屈折作用によって光１５ｂの進行方向と光１５ｃの進行方向と、が異なるが、この場合も、光１５ｂと光１５ｃとの間で偏光状態の変化を測定することで、実効的な方位角θおよび実効的な位相差Γが得られる。

　また、平面２１内のｐ偏光の方向は、位相差層１２の（Ｘ－Ｙ）平面において直線１２ｐに示す方向に投射され、直線１２ｐの方向を基準に方位角φを与えることができる。ここで、方位角φはＸ－Ｙ平面において、光１５ｂの進行方向を見て、直線１２ｐを基準に時計回りにプラス（＋）方向として、光学軸１２ａの角度をいう。ここで、光１５ｂは、位相差層１２によって実効的な位相差Γが与えられた光１５ｃとなって透過する。なお、光１５ｂの進行方向と光１５ｃの進行方向が平行であれば、平面２１のｐ偏光の方向と平面２２のｐ偏光の方向とが平行であり、かつ、平面２１のｓ偏光の方向と平面２２のｓ偏光の方向とが平行である。

　図１Ａの反射層１３は、入射する光１５ｃを反射することによって、ｐ偏光の光とｓ偏光の光との間に位相差Ψ_ｒを発生する。このとき、光１５ｃのｐ偏光の光の電場成分に対し、反射層１３で反射した光１６ｃのｐ偏光の光の電場成分の比をｒ_ｐ、光１５ｃのｓ偏光の光の電場成分に対し、反射層１３で反射した光１６ｃのｓ偏光の光の電場成分の比をｒ_ｓとするとき、位相差Ψ_ｒは、
  Ψ_ｒ＝ａｒｇ（ｒ_ｐ）－ａｒｇ（ｒ_ｓ）　　　・・・　（１）
で表すことができる。

　次に、反射型波長板１０の光学作用について、図１Ａの光１５ａから光１６ａに至る光路に基づいて説明する。なお、反射防止層１１は、透過する光に対して発生する位相差が、略０として考え、以下の実施の形態においても略０とする。また、反射型波長板１０に入射する光１５ａに対して、反射型波長板１０を出射する光１６ａは、入射する光の波長λに対して、円偏光の光が出射する波長板として機能する。例えば、光１５ａが直線偏光の光として入射する場合も、光１６ａは円偏光の光となって出射する。一方、直線偏光の光を円偏光の光に変える機能を有する波長板である場合、光１５ａが円偏光の光として入射すると、光１６ａは直線偏光の光となって出射する。なお、以下、とくに記載が無い場合、光１５が直線偏光の光として、反射型波長板１０に入射するものとして説明する。

　直線偏光の光１５ａが反射防止層１１を透過すると、透明基板１４ａによって屈折し、図２Ａの平面２１内において直線偏光の光２１ａとなる光１５ｂとして位相差層１２に入射する。光１５ｂは、位相差層１２において、上記で説明した実効的な方位角θおよび実効的な位相差Γが与えられて、偏光状態が変わって光１５ｃとして透過する。ここで、光１５ｃは、光１５ｃの進行方向と直交する平面２２内において、楕円偏光の光２２ａとなって、反射層１３へ進行する。なお、透明基板１４ａの屈折率と透明基板１４ｂの屈折率が同一のものとし、光１５ｂの進行方向と光１５ｃの進行方向が略同一であるとともに、後述する、光１６ｃの進行方向と光１６ｂの進行方向とが略同一であるとする。

　次に、光１５ｃは、反射層１３で反射して位相差Ψ_ｒを与えられて、さらに偏光状態が変化した光１６ｃとなる。また、光１６ｃの進行方向と直交する平面２３を与えるとき、ｓ偏光の方向は、位相差層１２の平面と平行するＹ方向であり、一方、ｐ偏光の方向は、平面２３に平行でかつ、ｓ偏光の方向と直交する方向となる。ここで、反射層１３で反射する前後で、ｐ偏光の方向が変化する。そして、平面２３内において楕円偏光の光２３ａとなる光１６ｃが、再び位相差層１２に入射すると、実効的な方位角－θおよび実効的な位相差Γが与えられる。ここで、実効的な方位角は、反射層１３に進行する光に対して符号が反転する。

　この理由は、反射層１３で反射されて位相差層１２に入射する光１６ｃの方位角は、位相差層１２のＸ－Ｙ平面において、光１６ｃの進行方向を見て、直線１２ｐを基準に時計回りにプラス（＋）方向とするときの光学軸１２ａの角度としているので、この場合、方位角－φとなる。これより、実効的な方位角も符号が反転して－θとなる。そして、光１６ｃは、位相差層１２で再び、実効的な位相差Γが与えられると、さらに偏光状態が変化した光１６ｂとなる。また、光１６ｂの進行方向と直交する平面２４を与えるとき、平面２４内においてほぼ円偏光の光２４ａとなる。

　次に、上記のような光学作用が得られるように、反射型波長板についてストークスパラメータおよびミュラー行列を用いて定式化する。ストークスパラメータは、通常（Ｓ_０，Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）の４次元ベクトルで表され、Ｓ_０は光の輝度、Ｓ_１は０°の偏光の光の強さ、Ｓ_２は４５°の偏光の光の強さ、そしてＳ_３は円偏光の光の強さを意味するものであるが、以下、偏光の強さＳ_０を省略（Ｓ_０＝１とする）して（Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）の３次元ベクトルとして説明をする。また、ミュラー行列も３×３の行列とする。そして、光がｐ偏光の直線偏光の光の状態であるストークスパラメータを、（１，０，０）とする。

　ここで、実効的な方位角θおよび実効的な位相差Γを有する位相差板を表すミュラー行列をＡ、方位角が０°で位相差Ψ_ｒを有する位相差板を表すミュラー行列をＢ、実効的な方位角－θおよび実効的な位相差Γを有する位相差板を表すミュラー行列をＣ、とすると、これらのミュラー行列は、それぞれ式（２ａ）～（２ｃ）のように表される。ミュラー行列Ａ、Ｂ、Ｃは、それぞれ、反射層１３に向かう光に対する位相差層１２、反射層１３、反射層１３で反射される光に対する位相差層１２に相当する。そして、反射型波長板を表すミュラー行列Ｄは、Ｄ＝ＣＢＡで表される。

　この反射型波長板１０に対し、ｐ偏光またはｓ偏光の直線偏光の光が入射すると、光１６ａのストークスパラメータのＳ_３成分であるＳ_３ｏは、式（３）のようになる。ただし、式（３）の右辺の第１項において、符号がマイナス（－）となる場合は、ｐ偏光の光が入射する場合であり、符号がプラス（＋）となる場合は、ｓ偏光の光が入射する場合である。ここで、Ｓ_３ｏの「ｏ」は、反射型波長板を出射する光（ｏｕｔ）という意味を有する。

　また、反射型波長板１０に対し、光１５ａが、ｐ偏光またはｓ偏光の直線偏光の光とは異なる偏光状態の光が入射する場合を考える。このとき、入射する光のうち、ｐ偏光の光の方向の電場強度に対するｓ偏光の光の方向の電場強度の比をｔａｎαとし、ｓ偏光の光の方向の電場の位相とｐ偏光の光の方向の電場の位相との差をδとする場合、光１６ａのストークスパラメータのＳ_３成分であるＳ_３ｏは、式（４）のようになる。

　なお、式（４）において、ξ、η、ζは、それぞれ式（５ａ）～（５ｃ）で表される。

　ここで、ストークスパラメータのＳ_３成分（Ｓ_３ｏ）と楕円率κとは、
  κ＝ｔａｎ（Ｓｉｎ^－１（Ｓ_３）／２）　・・・　（６）
に示す関係にある。なお、楕円率κは、図２Ｂの光１６ｂの進行方向と直交する平面２４における（楕）円偏光の光２４ａにおいて、楕円の長軸に対する短軸の比を表し、完全な円偏光の光であれば、楕円率κ＝１となる。そして、｜Ｓ_３ｏ｜が０．９４以上の値であると、楕円率κが０．７以上となるので好ましく、｜Ｓ_３ｏ｜が０．９６以上の値であると、楕円率κが０．７５以上となるのでより好ましく、｜Ｓ_３ｏ｜が０．９７６以上の値であると、楕円率κが０．８以上となるのでさらに好ましい。また、特定の波長を中心とした波長帯域で反射型波長板１０に入射する光に対し、｜Ｓ_３ｏ｜が０．９４以上の値であると、入射する光の波長の変動に対しても一定レベル以上の円偏光（κ≧０．７）の光が得られるので好ましい。また、入射する光が特定の１つの波長帯域のみを対象にするだけでなく、波長帯域が互いに離散した複数の波長帯域の光、例えば、所定の波長帯域を有する波長λ_１と波長λ_２（λ_１≠λ_２）を対象に｜Ｓ_３ｏ｜が０．９４以上の値となるように設定してもよい。なお、波長帯域は、中心波長をλ_Ｃ［ｎｍ］とするとき、（λ_Ｃ－１０）ｎｍ～（λ_Ｃ＋１０）ｎｍの範囲が好ましく、（λ_Ｃ－２０）ｎｍ～（λ_Ｃ＋２０）ｎｍの範囲であるとより好ましい。

　（反射型波長板の第２の実施の形態）
  図３は、本実施の形態に係る反射型波長板３０の構造および、反射型波長板３０に入射し、透過または反射して出射する光の様子を示す模式図である。また、反射型波長板３０において、第１の実施の形態に係る反射型波長板１０と同じ部位には、同じ番号を付して説明の重複を避ける。反射型波長板３０は、透明基板１４ａと透明基板１４ｂとの間に位相差層３２を有し、透明基板１４ｂのうち、位相差層３２と対向する面に反射層３３を有する。なお、反射層３３は、後述するように、入射する光に対して、波長選択性の反射機能を有する。

　第１の実施の形態に係る反射型波長板１０では、特定の波長帯域を有する、１つの光または、波長λ_１の光および／または波長λ_２の光（λ_１≠λ_２）を反射させて、直線偏光の光または楕円偏光の光を円偏光の光として出射する波長板として機能させるものであるが、本実施形態に係る反射型波長板３０は、さらに、特定の波長帯域を有する波長λ_３の光（λ_１≠λ_２≠λ_３）を透過させて円偏光の光として出射する波長板として機能させる。位相差層３２としては、複屈折性を有する材料、構造複屈折やフォトニック結晶などが用いられる。反射層３３は、波長選択性の反射機能を有し、入射する波長λ_１の光および波長λ_２の光に対して高い反射率で反射させ、入射する波長λ_３の光に対して高い透過率で透過させる。反射層３３は、高屈折率材料と低屈折率材料とを用いて多層化した反射多層膜を用いることができる。また、図３の反射型波長板３０において、ｐ偏光の光の方向、ｓ偏光の光の方向の考え方は、第１の実施の形態に係る反射型波長板１０と同じである。

　次に、反射型波長板３０に入射する各波長の光の作用について説明する。反射型波長板３０は、波長λ_１の光および／または波長λ_２の光に対して、上記の式（２ａ）～（２ｃ）を用いて、式（３）または（４）に示す｜Ｓ_３ｏ｜が所望の値となるように設計する。一方、反射型波長板３０の位相差層３２は、波長λ_３の光に対して、実効的な方位角θ（λ_３）および実効的な位相差Γ（λ_３）を有する。また、反射層３３は、波長λ_３の光を透過させる機能を有するが、このとき、反射層３３で位相差Ψ_ｔが発生するものとして考える。

　ここで、波長λ_３の光に対する反射型波長板３０の作用として、ストークスパラメータおよびミュラー行列を用いて定式化する。第１の実施の形態と同様に、ストークスパラメータを（Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）の３次元ベクトル、ミュラー行列を３×３の行列とする。また、光がｐ偏光の直線偏光の光の状態であるストークスパラメータを、（１，０，０）とする。そして、波長λ_３の光に対して、実効的な方位角θ（λ_３）および実効的な位相差Γ（λ_３）を有するミュラー行列をＡ（λ_３）、方位角が０°で位相差Ψ_ｔを有する位相差板を表すミュラー行列をＢ（λ_３）、とすると、これらのミュラー行列は、それぞれ式（７ａ）、式（７ｂ）のように表される。

　ミュラー行列Ａ（λ_３）、Ｂ（λ_３）は、それぞれ、反射層３３に向かう光に対する位相差層３２、反射層３３に相当する。そして、反射型波長板３０を透過する波長λ_３の光の作用を表すミュラー行列Ｃ_ｔ（λ_３）は、Ｃ_ｔ（λ_３）＝Ｂ（λ_３）Ａ（λ_３）で表される。なお、式（７ａ）において、θ（λ_３）はθ、Γ（λ_３）はΓ、として表している。

　また、入射する光のうち、ｐ偏光の光の方向の電場強度に対するｓ偏光の光の方向の電場強度の比をｔａｎαとし、ｓ偏光の光の方向の電場の位相とｐ偏光の光の方向の電場の位相との差をδとする場合、反射型波長板３０を透過する光３７のストークスパラメータのＳ_３成分であるＳ_３oｔは、式（８）のようになる。

　なお、式（８）において、ξ、η、ζは、それぞれ式（９ａ）～（９ｃ）で表される。

　ここで、ストークスパラメータのＳ_３成分（Ｓ_３ｏｔ）と円率κとは、上記の式（６）の関係にあるので、｜Ｓ_３ｏｔ｜が０．９４以上の値であると、楕円率κが０．７以上となるので好ましく、｜Ｓ_３ｏｔ｜が０．９６以上の値であると、楕円率κが０．７５以上となるのでより好ましく、｜Ｓ_３ｏｔ｜が０．９７６以上の値であると、楕円率κが０．８以上となるのでさらに好ましい。また、波長λ_３の光とは異なる波長帯域を有する波長λ_１の光と波長λ_２の光のいずれか一方、または両方が入射した場合、反射型波長板３０を反射または透過する光の楕円率κが０．７以上となるように位相差層３２および反射層３３を設計する。これより、入射する光に対して波長選択的に反射または透過させて偏向分離させることができるとともに、いずれの波長の光に対しても円偏光の光として出射する波長板として機能させることができる。

　（反射型波長板の第３の実施の形態）
  図４は、第３の実施の形態に係る反射型波長板４０の構造および、反射型波長板４０に入射し、透過または反射して出射する光の様子を示す模式図である。反射型波長板４０は、第１の位相差層４２ａと第２の位相差層４２ｂとが重なるようにして、位相差層４２を構成するところが、第２の実施の形態に係る反射型波長板３０とは異なる。また、第１の位相差層４２ａと第２の位相差層４２ｂは、光学軸の方向が（Ｘ－Ｙ）平面に平行で厚さ方向に揃った状態とし、第１の位相差層４２ａの遅相軸の方向と第２の位相差層４２ｂの遅相軸の方向が互いに異なるものとする。また、反射型波長板４０において、第１の実施の形態に係る反射型波長板１０と同じ部位には、同じ番号を付して説明の重複を避ける。

　また、反射型波長板４０は、透明基板１４ａと透明基板１４ｂとの間に第１の位相差層４２ａと第２の位相差層４２ｂとを有するが、位相差層４２は、これらが積層された構造に限らず、第１の位相差層４２ａと第２の位相差層４２ｂとの間に、接着剤などの光学的に透明な等方性材料が備わって一体化されていてもよく、これらが離隔されていてもよい。また、透明基板１４ａを配置しない構造であって、第１の位相差層４２ａ上に反射防止層１１を形成するものであってもよい。さらに、反射層４３は、透明基板１４ｂのうち、第２の位相差層４２ｂと対向する面に備えられる。

　本実施形態に係る反射型波長板４０は、特定の波長帯域を有する波長λ_１の光および波長λ_２の光を反射層４３で反射させて円偏光の光として出射する波長板として機能させるとともに、特定の波長帯域を有する波長λ_３の光（λ_１≠λ_２≠λ_３）を透過させて円偏光の光として出射する波長板として機能させる。第１の位相差層４２ａ、第２の位相差層４２ｂとしては、複屈折性を有する材料、構造複屈折やフォトニック結晶などが用いられる。反射層４３は、波長選択性の反射機能を有し、入射する波長λ_１の光および波長λ_２の光に対して高い反射率で反射させ、入射する波長λ_３の光に対して高い透過率で透過させる。反射層４３は、高屈折率材料と低屈折率材料とを用いて多層化した反射多層膜を用いることができる。また、図４の反射型波長板４０において、ｐ偏光の光の方向、ｓ偏光の光の方向の考え方は、第１の実施の形態に係る反射型波長板１０と同じである。

　次に、反射型波長板４０に入射する各波長の光の作用について説明する。反射型波長板４０は、入射する光の波長をλとするとき、第１の位相差層４２ａは実効的な方位角θ_１（λ）および実効的な位相差Γ_１（λ）を有し、第２の位相差層４２ｂは実効的な方位角θ_２（λ）および実効的な位相差Γ_２（λ）を有するものとする。また、反射層４３は、波長λ_１の光および波長λ_２の光に対して位相差Ψ_ｒを与えて反射させ、波長λ_３の光に対して位相差Ψ_ｔを与えて透過する波長選択性の反射機能を有する。

　例えば、波長λ_１の光が入射するとき、第１の位相差層４２ａの実効的な方位角θ_１（λ_１）および実効的な位相差Γ_１（λ_１）と、第２の位相差層４２ｂの実効的な方位角θ_２（λ_１）および実効的な位相差Γ_２（λ_１）によって決まる偏光状態の光となって、位相差層４２を透過する。同様に、波長λ_２の光および波長λ_３の光が入射するとき、それぞれの波長の光に対応する第１の位相差層４２ａと第２の位相差層４２ｂの、実効的な方位角および実効的な位相差によって決まる偏光状態の光となって、位相差層４２を透過する。

　そして、位相差層４２を透過した各波長の光は、反射層４３に入射するが、波長λ_１の光および波長λ_２の光は、反射層４３によって反射されるとともに位相差Ψ_ｒが与えられた偏光状態の光となる。反射層４３で反射された波長λ_１の光および波長λ_２の光は、再び、位相差層４２を透過する。このとき、例えば、波長λ_１の光が入射するとき、第２の位相差層４２ｂの実効的な方位角－θ_２（λ_１）および実効的な位相差Γ_２（λ_１）と、第１の位相差層４２ａの実効的な方位角－θ_１（λ_１）および実効的な位相差Γ_１（λ_１）によって決まる偏光状態の光となって、位相差層４２を透過する。一方、位相差層４２を透過した波長λ_３の光は、反射層４３に入射し、位相差Ψ_ｔを与えられた偏光状態の光４７となって、反射層４３を透過する。

　ここで、波長λ_１の光および波長λ_２の光に対する反射型波長板４０の作用として、ストークスパラメータおよびミュラー行列を用いて定式化する。第１の実施の形態と同様に、ストークスパラメータを（Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）の３次元ベクトル、ミュラー行列を３×３の行列とする。また、光がｐ偏光の直線偏光の光の状態であるストークスパラメータを、（１，０，０）とする。

　そして、第１の位相差層４２ａは、実効的な方位角θ_１（λ）および実効的な位相差Γ_１（λ）を有する位相差板に相当するミュラー行列Ａ_１を有し、第２の位相差層４２ｂは、実効的な方位角θ_２（λ）および実効的な位相差Γ_２（λ）を有する位相差板に相当するミュラー行列Ａ_２を有する。なお、λは、少なくとも波長λ_１、波長λ_２および波長λ_３を対象とする。また、反射層４３を、方位角が０で、位相差Ψ_ｒを有する位相差板に相当するミュラー行列Ｂ_ｒを有し、方位角が０で、位相差Ψ_ｔを有する位相差板に相当するミュラー行列Ｂ_ｔを有する。なお、位相差Ψ_ｒは、波長λ_１の光および波長λ_２の光を対象にし、位相差Ψ_ｔは、波長λ_３の光を対象とするものである。

　さらに、第１の位相差層４２ａは、実効的な方位角－θ_１（λ）および実効的な位相差Γ_１（λ）を有する位相差板に相当するミュラー行列Ｃ_１を有し、第２の位相差層４２ｂは、実効的な方位角－θ_２（λ）および実効的な位相差Γ_２（λ）を有する位相差板に相当するミュラー行列Ｃ_２を有する。なお、λは、少なくとも波長λ_１および波長λ_２を対象とする。そして、これらのミュラー行列、Ａ_１、Ａ_２、Ｂ_ｒ、Ｂ_ｔ、Ｃ_１およびＣ_２は、それぞれ式（１０ａ）～（１０ｆ）のように表される。なお、式（１０ａ）、（１０ｂ）、（１０ｅ）および（１０ｆ）において、例えば、θ_１（λ）はθ_１、Γ_１（λ）はΓ_１など、として表す。

　そして、反射層４３で反射され、反射型波長板４０を出射する光１６ａに相当する、波長λ_１の光および波長λ_２の光の作用を表すミュラー行列Ｄ_ｒ（λ_ｉ）は、Ｄ_ｒ（λ_ｉ）＝Ｃ_１Ｃ_２Ｂ_ｒＡ_２Ａ_１となる（ｉ＝１，２）。そして、反射層４３を透過し、反射型波長板４０を出射する光４７に相当する、波長λ_３の光の作用を表すミュラー行列Ｄ_ｔ（λ_３）は、Ｄ_ｔ（λ_３）＝Ｂ_ｔＡ_２Ａ_１となる。

　また、入射する光のうち、波長λにおける、ｐ偏光の光の方向の電場強度に対するｓ偏光の光の方向の電場強度の比をｔａｎα（λ）とし、ｓ偏光の光の方向の電場の位相とｐ偏光の光の方向の電場の位相との差をδ（λ）とする場合を考える。このとき、反射層４３で反射され、反射型波長板４０を透過する光１６ａのストークスパラメータのＳ_３成分であるＳ_３oｒ（λ）は、式（１１ａ）で表され、反射層４３を透過し、反射型波長板４０を出射する光４７のストークスパラメータのＳ_３成分であるＳ_３oｔ（λ）は、式（１１ｂ）で表される。ここで、Ｓ_３ｏｒの「ｒ」は、反射層を反射して出射する光、Ｓ_３ｏｔの「ｔ」は、反射層を透過して出射する光を意味する。また、式（１１ａ）、（１１ｂ）において、例えば、α（λ）はα、δ（λ）はδなど、として表す。

　なお、式（１１ａ）において、ξ_ｒ、η_ｒ、ζ_ｒは、それぞれ、ミュラー行列Ｄ_ｒの（３，１）の成分、（３，２）の成分、（３，３）の成分を表す。また、式（１１ｂ）において、ξ_ｔ、η_ｔ、ζ_ｔは、それぞれ、ミュラー行列Ｄ_ｔの（３，１）の成分、（３，２）の成分、（３，３）の成分を表す。

　ここで、ストークスパラメータのＳ_３成分と楕円率κとは、上記の式（６）の関係にあるので、波長λ_１の光および波長λ_２の光に相当する｜Ｓ_３ｏｒ｜、波長λ_３の光に相当する｜Ｓ_３ｏｔ｜が０．９４以上の値であると、楕円率κが０．７以上となるので好ましく、｜Ｓ_３ｏｒ｜、｜Ｓ_３ｏｔ｜が０．９６以上の値であると、楕円率κが０．７５以上となるのでより好ましく、｜Ｓ_３ｏｒ｜、｜Ｓ_３ｏｔ｜が０．９７６以上の値であると、楕円率κが０．８以上となるのでさらに好ましい。これより、入射する光に対して波長選択的に反射または透過させて偏向分離させることができるとともに、いずれの波長の光に対しても円偏光の光として出射する波長板として機能させることができる。

　（反射型波長板の第４の実施の形態）
  図５は、第４の実施の形態に係る反射型波長板５０の構造および、反射型波長板５０に入射し、透過または反射して出射する光の様子を示す模式図である。第３の実施の形態に係る反射型波長板４０に対し、第４の実施の形態に係る反射型波長板５０は、反射層５３で波長λ_３の光を透過させるとともに、入射面に平行な光成分となるｐ偏光の光の方向に対して、略±４５°方向に楕円の長軸が一致するような楕円偏光の光で透過するように設計すると、後述するように、出射した光を反射するミラーを備え、さらに、円偏光の光とする場合に都合がよい。なお、反射型波長板５０は、第１の位相差層５２ａと第２の位相差層５２ｂとが重なるようにして、位相差層５２を有する。位相差層５２は、第３の実施形態に係る反射型波長板の位相差層４２と同様のものである。

　本実施形態に係る反射型波長板５０は、入射する波長λ_１の光および波長λ_２に光に対する作用は、第３の実施形態と同じである。波長λ_３の光が入射する場合、上記の式（１０ａ）、（１０ｂ）、（１０ｄ）を用いてミュラー行列Ｄ_ｔ（λ_３）＝Ｂ_ｔＡ_２Ａ_１で表すことができる。ここで、反射層５３を透過した光５７を楕円偏光の光として、さらに、楕円偏光の光の楕円の長軸方向を表す方位角をωとするとき、３次元ベクトルとするストークスパラメータ（Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）との間には、
  ｔａｎ（２ω）＝Ｓ_２／Ｓ_１　　　・・・　（１２）
の関係があり、式（１２）より計算されるωが３５°以上かつ、５５°以下とするかまたは、－６５°以上かつ、－２５°以下とすることが好ましい。つまり、略±４５°の解釈としては、絶対値として略＋４５°は、３５°～５５°の範囲、略－３５°は、－５５°～－３５°の範囲とする。

　また、本実施形態に係る反射型波長板５０において、反射層５３を透過する波長λ_３の光に対して、図示しない反射ミラーを備える場合を考える。このとき、反射ミラーは、高屈折率材料と低屈折率材料とを用いて多層化した多層膜からなり、楕円偏光の光として反射型波長板５０を出射した波長λ_３の光を反射して円偏光の光に変える機能を有する。ここで、波長λ_３の光が反射ミラーで反射することによって与えられる位相差をΨ_ｒｍとする。そして、反射ミラーに入射する光のストークスパラメータ（Ｓ_１ｍｉ，Ｓ_２ｍｉ，Ｓ_３ｍｉ）に対して、反射ミラーで反射する光のストークスパラメータ（Ｓ_１ｍｏ，Ｓ_２ｍｏ，Ｓ_３ｍｏ）は、式（１３ａ）～（１３ｃ）のように計算される。ここで、例えば、Ｓ_１ｍｉの「ｍ」はミラー、「ｉ」は反射ミラーに入射する光を意味し、Ｓ_１ｍｏの「ｏ」は、反射ミラーを反射して出射する光を意味する。

　ここで、ストークスパラメータは、Ｓ_１ ^２＋Ｓ_２ ^２＋Ｓ_３ ^２＝１の関係があるので、反射ミラーで反射した光について、Ｓ_３ｍｏ≧０．９４とするためには、Ｓ_１ｍｉが０．３４以下であるとよい。したがって、本実施形態の反射型波長板５０を透過する波長λ_３の光を反射ミラーにより反射して円偏光の光とする場合、反射型波長板５０を透過する波長λ_３の光のストークスパラメータＳ_１（＝Ｓ_１ｍｉ）が０．３４以下となるように設計するとよい。

　（反射型波長板の第５の実施の形態）
  図６は、本実施の形態に係る反射型波長板６０の構造および、反射型波長板６０に入射し、反射して出射する光の様子を示す模式図である。反射型波長板６０は、第１の位相差層６２ａと第２の位相差層６２ｂとが重なるようにして、位相差層６２を有する。また、反射型波長板６０において、第１の実施の形態に係る反射型波長板１０と同じ部位には、同じ番号を付して説明の重複を避ける。

　また、反射型波長板６０は、透明基板１４ａと透明基板１４ｂとの間に第１の位相差層６２ａと第２の位相差層６２ｂとを有するが、位相差層６２は、これらが積層された構造に限らず、第１の位相差層６２ａと第２の位相差層６２ｂとの間に、接着剤などの光学的に透明な等方性材料が備わって一体化されていてもよく、これらが離隔されていてもよい。さらに、反射層６３は、透明基板１４ｂのうち、第２の位相差層６２ｂと対向する面に備えられる。反射層６３としては、高屈折率材料と低屈折率材料とを用いて多層化した反射多層膜や金属反射膜などを用いることができる。

　本実施形態に係る反射型波長板６０は、特定の波長帯域を有する波長λ_１の光、波長λ_２の光および波長λ_３の光（λ_１≠λ_２≠λ_３）を反射層６３で反射させて円偏光の光として出射する波長板として機能させる。第１の位相差層６２ａ、第２の位相差層６２ｂとしては、複屈折性を有する材料、構造複屈折やフォトニック結晶などが用いられる。また、図６の反射型波長板６０において、ｐ偏光の光の方向、ｓ偏光の光の方向の考え方は、第１の実施の形態に係る反射型波長板１０と同じである。

　次に、反射型波長板６０に入射する各波長の光の作用について説明する。反射型波長板６０は、入射する光の波長をλとするとき、第１の位相差層６２ａは、実効的な方位角θ_１（λ）および実効的な位相差Γ_１（λ）を有し、第１の位相差層６２ｂは、実効的な方位角θ_２（λ）および実効的な位相差Γ_２（λ）を有するものとする。

　そして、位相差層６２を透過した各波長の光は、反射層６３に入射して、反射されるとともに位相差Ψ_ｒが与えられた偏光状態の光となる。反射層６３で反射された各波長の光は、再び、位相差層６２を透過する。このとき、例えば、波長λ_１の光が入射するとき、第２の位相差層６２ｂの実効的な方位角－θ_２（λ_１）および実効的な位相差Γ_２（λ_１）と、第１の位相差層６２ａの実効的な方位角－θ_１（λ_１）および実効的な位相差Γ_１（λ_１）によって決まる偏光状態の光となって、位相差層６２を透過する。

　ここで、各波長の光に対する反射型波長板６０の作用として、ストークスパラメータおよびミュラー行列を用いて定式化する。第１の実施の形態と同様に、ストークスパラメータを（Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）の３次元ベクトル、ミュラー行列を３×３の行列とする。また、光がｐ偏光の直線偏光の光の状態であるストークスパラメータを、（１，０，０）とする。

　そして、第１の位相差層６２ａは、実効的な方位角θ_１（λ）および実効的な位相差Γ_１（λ）を有する位相差板に相当するミュラー行列Ａ_１を有し、第２の位相差層６２ｂは、実効的な方位角θ_２（λ）および実効的な位相差Γ_２（λ）を有する位相差板に相当するミュラー行列Ａ_２を有する。また、反射層６３は、方位角が０で、位相差Ψ_ｒを有する位相差板に相当するミュラー行列Ｂ_ｒを有する。なお、λは、少なくとも波長λ_１、波長λ_２および波長λ_３を対象とする。

　さらに、第１の位相差層６２ａは、実効的な方位角－θ_１（λ）および実効的な位相差Γ_１（λ）を有する位相差板に相当するミュラー行列Ｃ_１を有し、第２の位相差層６２ｂは、実効的な方位角－θ_２（λ）および実効的な位相差Γ_２（λ）を有する位相差板に相当するミュラー行列Ｃ_２を有する。なお、λは、少なくとも波長λ_１、波長λ_２および波長λ_３を対象とする。そして、これらのミュラー行列、Ａ_１、Ａ_２、Ｂ_ｒ、Ｃ_１およびＣ_２は、それぞれ式（１４ａ）～（１４ｅ）のように表される。なお、式（１４ａ）、（１４ｂ）、（１４ｄ）、（１４ｅ）において、例えば、θ_１（λ）はθ_１、Γ_１（λ）はΓ_１など、として表す。

　そして、反射層６３で反射され、反射型波長板６０を出射する光１６ａに相当する、波長λ_１の光、波長λ_２の光および波長λ_３の光の作用を表すミュラー行列Ｄ_ｒ（λ_ｉ）は、Ｄ_ｒ（λ_ｉ）＝Ｃ_１Ｃ_２Ｂ_ｒＡ_２Ａ_１となる（ｉ＝１，２，３）。

　また、入射する光のうち、波長λにおける、ｐ偏光の光の方向の電場強度に対するｓ偏光の光の方向の電場強度の比をｔａｎα（λ）とし、ｓ偏光の光の方向の電場の位相とｐ偏光の光の方向の電場の位相との差をδ（λ）とする場合を考える。このとき、反射層６３で反射され、反射型波長板６０を透過する光１６ａのストークスパラメータのＳ_３成分であるＳ_３oｒ（λ）は、式（１５）で表される。なお、式（１５）において、例えば、α（λ）はα、δ（λ）はδなど、として表す。

　なお、式（１５）において、ξ_ｒ、η_ｒ、ζ_ｒは、それぞれ、ミュラー行列Ｄ_ｒの（３，１）の成分、（３，２）の成分、（３，３）の成分を表す。

　ここで、ストークスパラメータのＳ_３成分と楕円率κとは、上記の式（６）の関係にあるので、波長λ_１の光、波長λ_２の光および波長λ_３の光に相当する｜Ｓ_３ｏｒ｜が０．９４以上の値であると、楕円率κが０．７以上となるので好ましく、｜Ｓ_３ｏｒ｜が０．９６以上の値であると、楕円率κが０．７５以上となるのでより好ましく、｜Ｓ_３ｏｒ｜が０．９７６以上の値であると、楕円率κが０．８以上となるのでさらに好ましい。これより、入射する光に対して反射させることができるとともに、いずれの波長の光に対しても円偏光の光として出射する波長板として機能させることができる。

　（光ヘッド装置の第１の実施の形態）
  図７は、本実施の形態に係る光ヘッド装置１００の概念的模式図であり、光ヘッド装置１００が反射型波長板１０を有する場合について説明する。光ヘッド装置１００は、所定の波長の光を出射する光源１０１と、光源１０１から発射した光を反射型波長板１０の方向に（直進）透過させるとともに、光ディスク１０５で反射された戻り光を偏向分離するビームスプリッタ１０２と、ビームスプリッタ１０２を透過した光を平行光に変換するコリメータレンズ１０３と、反射型波長板１０で反射される光を光ディスク１０５に集光させる対物レンズ１０４と、光ディスク１０５で反射され、ビームスプリッタ１０２で反射される光を検出する光検出器１０６、とを備える。また、光源１０１とビームスプリッタ１０２との間の光路中に、光源１０１が出射した光の一部を回折させてメインビームと２つのサブビームの３つのビームを発生する回折素子を備えてもよい。

　光源１０１は、例えば６６０ｎｍ波長帯の直線偏光の発散光を出射する半導体レーザで構成される。なお、本発明で用いられる光源１０１は、６６０ｎｍ波長帯の光に限定されず、例えば４０５ｎｍ波長帯の光や７８０ｎｍ波長帯の光、その他の波長帯の光であってもよい。ここで、４０５ｎｍ波長帯、波長６６０ｎｍ波長帯および７８０ｎｍ波長帯は、それぞれ、３８５ｎｍ～４２５ｎｍ、６４０ｎｍ～６８０ｎｍおよび７６０ｎｍ～８００ｎｍの範囲とする。

　また、光源１０１は、１種類の波長の光に限らず、２種類の波長の光を出射する構成としてもよい。かかる構成の光源としては、２個の半導体レーザチップが同一基板上にマウントされた、いわゆるハイブリッド型の２波長レーザ光源や、互いに異なる波長の光を出射する２個の発光点を有するモノリシック型の２波長レーザ光源でもよい。

　ここで、光源１０１から発射された直線偏光の光は、偏光ビームスプリッタ１０２を透過し、コリメータレンズ１０３で平行光になって反射型波長板１０に入射し、円偏光の光となって、対物レンズ１０４により光ディスク１０５に集光する。なお、光源から光ディスクに至るまでの光路を「往路」とし、光ディスクから光検出器に至るまでの光路を「復路」とし、以下の実施形態においても同様の定義をする。光ディスク１０５で反射された光は、逆回りの円偏光の光となって、再び、対物レンズ１０４を透過し、反射型波長板１０に入射し、往路での直線偏光の光と直交する直線偏光の光となって、コリメータレンズ１０３を透過し、偏光ビームスプリッタ１０２で反射して、光検出器１０６に到達する。

　このように、光ヘッド装置１００において、反射型波長板１０は、立ち上げミラーとしての機能に加え、１／４波長板としての機能を併せ持つので、光ヘッド装置１００の部品点数が削減でき、小型化が実現できる。なお、光ヘッド装置１００には、反射型波長板１０を備えた例について説明したが、使用する波長の光を反射するとともに、例えば、楕円偏光の光を円偏光の光に変える機能を有するものであってもよい。また、反射して１／４波長板としての機能を有するものであれば、他の第２～第５の実施形態に係る反射型波長板を用いてもよい。このように、光ヘッド装置１００は、立ち上げミラーとは別個に１／４波長板を配置せずに良好な記録・再生を行うことができ、とくに、薄型でアクチュエータに対するスペースの制限が少なく高い設計自由度が得られる。

　（光ヘッド装置の第２の実施の形態）
  図８は、本実施の形態に係る光ヘッド装置２００の概念的模式図であり、光ヘッド装置２００が反射型波長板３０を有する場合について説明する。光ヘッド装置２００は、波長（帯域）が異なる２つの波長の直線偏光の光として、波長λ_１の光および波長λ_２の光（λ_１≠λ_２）を発射する光源２０１ａと、波長λ_３の直線偏光の光（λ_１≠λ_２≠λ_３）を発射する光源２０１ｂを有する。光源２０１ａおよび光源２０１ｂの出射直後に、ダイクロイックプリズム２０２を有し、ダイクロイックプリズム２０２は、波長λ_１の光および波長λ_２の光を透過し、波長λ_３の光を反射させる機能を有し、これによって、３つの波長の光の進行方向を、偏光ビームスプリッタ２０３側へ偏向する。

　これら３つの波長の光は、コリメートレンズ２０４で平行光化され、反射型波長板３０に入射する。ここで、反射型波長板３０は、波長λ_１の光および波長λ_２の光を反射させるとともに、直線偏光の光を円偏光の光に変換する。そして、反射型波長板３０で反射した波長λ_１の光および波長λ_２の光は、対物レンズ２０６ａにより光ディスク２０７ａに集光する。光ディスク２０７ａで反射する波長λ_１の光および波長λ_２の光は、逆回りの円偏光の光となって対物レンズ２０６ａを透過し、反射型波長板３０で往路と直交する直線偏光の光となり、コリメータレンズ２０４を透過し、偏光ビームスプリッタ２０３を反射して光検出器２０８に到達する。

　一方、往路の光路中において、波長λ_３の光は、反射型波長板３０で反射することなく円偏光の光となって直進透過する。反射型波長板３０を直進透過し円偏光の光となる波長λ_３の光は、反射ミラー２０５によって円偏光の位相を維持して反射するかまたは、位相を１８０°の整数倍だけ変化させて反射し、対物レンズ２０６ｂにより光ディスク２０７ｂに集光する。例えば、反射ミラー２０５が１８０°の位相の変化を与える特性を有する場合、反射ミラー２０５に右回りの円偏光の光が入射すると、左回りの円偏光の光となって反射する。そして、光ディスク２０７ｂで反射する波長λ_３の光は、逆回りの円偏光の光となって対物レンズ２０６ｂを透過し、反射ミラー２０５で反射し、再び反射型波長板３０を透過して往路と直交する直線偏光の光となる。そして、コリメータレンズ２０４を透過し、偏光ビームスプリッタ２０３を反射して光検出器２０８に到達する。

　このように、光ヘッド装置２００において、反射型波長板３０は、波長λ_１の光および波長λ_２の光に対し、立ち上げミラーとしての機能に加え、１／４波長板としての機能を併せ持つので、光ヘッド装置２００の部品点数が削減でき、小型化が実現できる。さらに、反射型波長板３０は、波長λ_３の光に対し、１／４波長板の機能を有して透過させるので、λ_３の光の光路中に別個に１／４波長板を配置しなくてもよいので、光ヘッド装置２００の部品点数が削減できる。なお、光ヘッド装置２００には、反射型波長板３０を備えた例について説明したが、波長λ_１の光および波長λ_２の光を反射して１／４波長板としての機能を有し、波長λ_３の光を透過して１／４波長板としての機能を有するものであれば、反射型波長板４０を用いてもよい。

　さらに、光ヘッド装置２００において、反射ミラー２０５は、円偏光の位相を維持して反射するかまたは、位相を１８０°の整数倍だけ変化させて反射する機能を有するとしたが、反射するとともに、楕円偏光の光を円偏光の光に変える機能を有するものであってもよい。さらに、光ヘッド装置２００において、第４の実施形態に係る反射型波長板５０を用いて、波長λ_３の光のみ、（ｐ偏光方向に対して）略±４５°方向に楕円の長軸の長軸が一致する楕円偏光の光として透過させ、反射ミラー２０５によって円偏光の光となるように設計するものであってもよい。

　また、波長λ_１および波長λ_２は、それぞれ、ＣＤおよびＤＶＤに相当する７８０ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯とし、波長λ_３は、ＢＤに相当する４０５ｎｍ波長帯とすると、対物レンズ２０６ａとして、ＣＤ／ＤＶＤ互換用の対物レンズ、対物レンズ２０６ｂとしてＢＤ用の対物レンズを用いることができる。なお、対物レンズ２０６ａ、２０６ｂは、図示しないレンズホルダに格納されていてもよい。このように、光ヘッド装置２００は、立ち上げミラーとは別個に１／４波長板を配置せずに良好な記録・再生を行うことができ、とくに、薄型でアクチュエータに対するスペースの制限が少なく高い設計自由度が得られる。

　（光ヘッド装置の第３の実施の形態）
  図９は、本実施の形態に係る光ヘッド装置３００の概念的模式図であり、光ヘッド装置３００が反射型波長板６０を有する場合について説明する。光ヘッド装置３００は、光ヘッド装置２００と同様に、波長（帯域）が異なる３つの波長の光として、波長λ_１の光、波長λ_２の光および波長λ_３の光を扱うものであり、図８の光ヘッド装置２００と同じ部位には同じ番号を付して説明の重複を避ける。

　光ヘッド装置３００は、往路の光路中において、コリメータレンズ２０４を透過して平行光化された直線偏光の光である、波長λ_１の光、波長λ_２の光および波長λ_３の光は、反射型波長板６０で、いずれも反射するとともに、直線偏光の光を円偏光の光に変換する。そして、反射型波長板６０で反射した波長λ_１の光および波長λ_２の光は、対物レンズ３０１により光ディスク３０２に集光する。光ディスク３０２で反射する波長λ_１の光、波長λ_２の光および波長λ_３の光は、逆回りの円偏光の光となって対物レンズ３０１を透過し、反射型波長板６０で往路と直交する直線偏光の光となり、コリメータレンズ２０４を透過し、偏光ビームスプリッタ２０３を反射して光検出器２０８に到達する。

　このように、光ヘッド装置３００において、反射型波長板６０は、波長λ_１の光、波長λ_２の光および波長λ_３の光に対し、立ち上げミラーとしての機能に加え、１／４波長板としての機能を併せ持つので、光ヘッド装置３００の部品点数が削減でき、小型化が実現できる。このように、光ヘッド装置３００は、立ち上げミラーとは別個に１／４波長板を配置せずに良好な記録・再生を行うことができ、とくに、薄型でアクチュエータに対するスペースの制限が少なく高い設計自由度が得られる。

　（実施例１～実施例１３）
  反射型波長板の第１の実施の形態に係る、反射型波長板１０の製造方法について図１Ａに基づいて説明する。透明基板１４ａとして石英ガラス基板の一方の平面に、反射防止層１１を形成する。具体的には、表１に示すように、Ｔａ_２Ｏ_５とＳｉＯ_２を交互に所定の膜厚となるように真空蒸着法にて積層する。なお、層番号は、光が入射する媒質である、空気から石英ガラス基板（ＳｉＯ_２）へ向かって番号を付したものである。また、以下の実施例においても層番号を表すが、いずれも光が入射する媒質から番号を付して表す。

　次に、透明基板１４ｂとして、石英ガラス基板の一方の平面に、反射層１３を形成する。具体的には、実施例１～１３について、それぞれ、表２および表３に示すように、Ｔａ_２Ｏ_５とＳｉＯ_２を交互に所定の膜厚となるように真空蒸着法にて積層する。なお、層番号は、光が入射する媒質である、石英ガラス基板（ＳｉＯ_２）から空気からへ向かって番号を付したものである。

　次に、透明基板１４ａおよび透明基板１４ｂに相当する石英ガラス基板のうち、蒸着面の反対側の面に、ポリイミドを塗布し、焼成後、ラビングによって一方向に配向した配向膜を形成する。その後、２枚の石英ガラス基板をラビング方向が平行になるように重ね、所望の厚さのスペーサを用いてシールする。次に、２枚の石英ガラス基板によってできた空隙に液晶を注入して封止し、ＵＶ光を照射することによって液晶を硬化させ、厚さ方向に光学軸が揃った高分子液晶からなる位相差層１２を作製し、反射型波長板１０を得る。

　次に、反射型波長板に対して、反射防止層１１の平面の法線に対して入射角ε＝４５°となるようにして、波長４０５ｎｍの直線偏光の光を入射する。このとき、入射する直線偏光の光は、位相差層１２の方位角φを、各実施例に基づく表４および表５に示す角度となるように、実効的な方位角θを与える。なお、実効的な方位角θは、図２Ａに示す平面２１のｐ偏光の方向を基準に与える値である。また、位相差Δは、位相差層１２の面の法線方向から波長４０５ｎｍの光が入射するとき、進相軸方向の光成分と遅相軸方向の光成分との間に生じる位相差に相当する。また、表４および表５には、反射型波長板に入射角ε＝４５°で入射するときの位相差層１２の実効的な位相差Γを示し、さらに、表２および表３の構成を有する反射層１３における、位相差Ψ_ｒの値を示す。なお、ここでは、位相差層１２の計算には、４×４行列法を用い、反射層１３の計算には、特性行列法を用いた。

　これらの条件により、反射型波長板を反射して出射する光について、ストークスパラメータのＳ_３成分であるＳ_３ｏおよび、楕円率κを計算した結果を表４および表５に併せて示す。この結果、波長４０５ｎｍの光に対するＳ_３ｏは、実施例１～実施例１３の条件において、１．０００であり、また、楕円率κはいずれも０．９９３以上と高い値を示す。また、同条件において、波長３９５ｎｍの光および波長４１５ｎｍの光に対する楕円率κは、いずれも０．８２３以上と高い値を示し、波長４０５ｎｍを中心にした特定の帯域の光に対し、反射型波長板を出射する光はほぼ円偏光の光となることがわかる。

　（実施例１４）
  実施例１～実施例１３は、波長４０５ｎｍを中心とする、波長３９５～４１５ｎｍの光が入射し、反射型波長板を出射する光の偏光状態について計算したものであるが、実施例１４は、入射する光の波長帯域をさらに広げたときにおいて、反射型波長板を出射する光の偏光状態について調べた。実施例１４では、実施例１と同じ反射防止層、位相差層の条件とし、反射層１３を表６に示すように、Ｔａ_２Ｏ_５とＳｉＯ_２を交互に所定の膜厚を有する多層膜とする。

　そして、このとき、使用する材料の屈折率の波長依存性（以下、波長分散特性という。）を考慮し、入射する光の波長を３８５ｎｍ～４２５ｎｍの範囲で変えて計算した位相差層の実効的な位相差Γ、そして、反射層の位相差Ψ_ｒの結果を、図１０に示す。なお、反射層の位相差Ψ_ｒについては、実施例１における結果も併せて示す。この結果より、本実施例では、とくに、波長４０５ｎｍを中心とした３８５ｎｍ～４２５ｎｍの波長帯域を考慮した場合、反射層の位相差Ψ_ｒを、より安定させることができる。

　また、入射する光の波長３８５ｎｍ～４２５ｎｍの範囲における、ストークスパラメータのＳ_３成分であるＳ_３ｏおよび、楕円率κを計算した結果をそれぞれ、図１１Ａ、図１１Ｂに示す。なお、実施例１における結果も併せて示す。この結果より、本実施例では、とくに、波長４０５ｎｍを中心とした波長３８５ｎｍ～４２５ｎｍの波長帯域を考慮した場合、Ｓ_３ｏおよび、楕円率κを、より安定させることができる。

　（実施例１５）
  実施例１～実施例１４は、入射する光が、波長４０５ｎｍを中心とする波長帯域の光として設計したものである。これに対して、本実施例では、入射する光の波長を６６０ｎｍ波長帯（６４０～６８０ｎｍ）および、７８０ｎｍ波長帯（７６０～８００ｎｍ）の２つの波長帯の光として、反射型波長板を出射する各波長帯の光の偏光状態について調べた。なお、本実施例も反射防止層１１の平面の法線に対して入射角ε＝４５°となるようにして、直線偏光の光を入射する。実施例１５では、表７に示すように、Ｔａ_２Ｏ_５とＳｉＯ_２を交互に所定の膜厚を有する反射防止層を用いる。

　また、位相差層１２は、位相差層１２の平面に相当するＸ－Ｙ平面における方位角φが１６°、位相差Δが波長６６０ｎｍの光に対して－１３３．６°、波長７８０ｎｍの光に対して－１１０．９°となる特性を有する。そして、反射層１３は、表８に示すように、Ｔａ_２Ｏ_５とＳｉＯ_２を交互に所定の膜厚を有する多層膜とする。

　このとき、入射角ε＝４５°で入射する光に対する実効的な方位角θは、１８°となり、各波長帯における実効的な位相差Γおよび反射層１３の位相差Ψ_ｒは、図１２に示す結果となる。また、出射する光の６６０ｎｍ波長帯および７８０ｎｍ波長帯の光の、ストークスパラメータのＳ_３成分であるＳ_３ｏおよび、楕円率κを計算した結果をそれぞれ、図１３Ａ、図１３Ｂに示す。この結果より、本実施例では、６６０ｎｍ波長帯および７８０ｎｍ波長帯を考慮した場合、Ｓ_３ｏおよび楕円率κを、より安定させることができ、とくに、これらの波長帯において、出射する光の楕円率はいずれも０．８８以上となる。

　（実施例１６）
  実施例１～実施例１５は、入射する光の偏光状態がいずれも直線偏光の光であるとして設計したものである。これに対して、本実施例では、入射する波長４０５ｎｍの光（図１Ａ等の）１５ａが、直線偏光の光とは異なる偏光状態の光として入射し、反射型波長板によって円偏光の光に変えるように設計した。実施例１６では、表１に示す実施例１と同じ反射防止層を用いる。また、位相差層１２は、位相差層１２の平面に相当するＸ－Ｙ平面における方位角φが－２２．８°、位相差Δが波長４０５ｎｍの光に対して－１１８．８°なる特性を有する。そして、反射層１３は、表９に示すように、Ｔａ_２Ｏ_５とＳｉＯ_２を交互に所定の膜厚を有する多層膜とする。

　また、入射する４０５ｎｍ波長帯の光の偏光状態を表すストークスパラメータの３次元ベクトル（Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）を、図１４に示す。このとき、入射角ε＝４５°で入射する光に対する実効的な方位角θは、－２５°となり、４０５ｎｍ波長帯における実効的な位相差Γおよび反射層１３の位相差Ψ_ｒは、図１５に示す結果となる。また、出射する光の４０５ｎｍ波長帯の光の、ストークスパラメータのＳ_３成分であるＳ_３ｏおよび、楕円率κを計算した結果をそれぞれ、図１６Ａ、図１６Ｂに示す。この結果より、本実施例では、４０５ｎｍ波長帯を考慮した場合、Ｓ_３ｏおよび、楕円率κを、より安定させることができ、この波長帯において、出射する光の楕円率はいずれも０．７８以上となる。

　（実施例１７）
  実施例１～実施例１６は、入射する光を反射するとともに、円偏光の光となるように反射型波長板を設計したものである。これに対して、本実施例では、７８０ｎｍ波長帯および６６０ｎｍ波長帯で入射する光を、円偏光の光となるように反射するとともに、４０５ｎｍ波長帯で入射する光を、円偏光の光となるように透過する反射型波長板を設計した。なお、実施例１７は、第２の実施の形態に係る反射型波長板３０に相当する。

　本実施例も反射防止層１１の平面の法線に対して入射角ε＝４５°となるようにし、ｐ偏光の方向に平行な直線偏光の光を入射する。実施例１７では、実施例１５の表７に示す反射防止層を用いる。また、位相差層３２は、位相差層３２の平面に相当するＸ－Ｙ平面における方位角φが４３°、位相差Δが波長７８０ｎｍの光に対して－３８．１°、波長６６０ｎｍの光に対して－４５．９°、波長４０５ｎｍの光に対して－９０．０°となる特性を有する。そして、反射層３３は、表１０に示すように、Ｔａ_２Ｏ_５とＳｉＯ_２を交互に所定の膜厚を有する多層膜とする。

　このとき、入射角ε＝４５°で入射する光に対する実効的な方位角θは、波長７８０ｎｍの光において４６．５°、波長６６０ｎｍの光において４６．７°、波長４０５ｎｍの光において４６．４°となる。そして、実効的な位相差Γは、波長７８０ｎｍの光において－３９．２°、波長６６０ｎｍの光において－４５．８°、波長４０５ｎｍの光において－８９．６°となる。さらに、反射層３３を反射する位相差Ψ_ｒは、波長７８０ｎｍの光において－１７９．４°、波長６６０ｎｍの光において１７９．６°、そして、反射層３３を透過する位相差Ψ_ｔは、波長４０５ｎｍの光において－２．３°となる。

　また、これらの条件おいて、各波長帯の光のＳ_３ｏおよび楕円率κを計算した結果を図１７Ａ～図１７Ｄに示す。まず、図１７Ａは、式（４）および式（５ａ）～（５ｃ）に基づいて計算される、７８０ｎｍ波長帯の光および６６０ｎｍ波長帯の光に対する、Ｓ_３ｏ（＝Ｓ_３ｏｒ）であり、図１７Ｂは、図３における、光１６ａの楕円率κの特性を示した結果である。また、図１７Ｃは、式（８）および式（９ａ）～（９ｃ）に基づいて計算される、４０５ｎｍ波長帯の光に対する、Ｓ_３ｏ（＝Ｓ_３ｏｔ）であり、図１７Ｂは、図３における、光３７の楕円率κの特性を示した結果である。この結果より、本実施例に係る反射型波長板を反射または透過する各波長帯の光は、いずれも楕円率κが０．７以上となる円偏光の光となって出射することがわかる。

　（実施例１８）
  本実施例は、第３の実施の形態に係る反射型波長板４０に相当し、光学軸が厚さ方向に揃った第１の位相差層４２ａと第２の位相差層４２ｂをそれぞれ、光学軸が交差するように重ねられて構成する。第１の位相差層４２ａ、第２の位相差層４２ｂはいずれも液晶モノマーを重合硬化させた高分子液晶を用いる。本実施例の反射型波長板は、第１の位相差層４２ａに相当する高分子液晶を形成後に、透明基板１４ａに相当する石英ガラス基板と対向する基板を除去する。同様にして、第２の位相差層４２ｂに相当する高分子液晶を形成後に、透明基板１４ｂに相当する石英ガラス基板と対向する基板を除去し、高分子液晶同士が対向し、かつ、遅相軸の方向が互いに異なるようにして、透明な接着剤によって、接着する。

　本実施例も反射防止層１１の平面の法線に対して入射角ε＝４５°となるようにし、ｐ偏光の方向に平行な直線偏光の光を入射する。実施例１８では、実施例１５の表７に示す反射防止層を用いる。また、第１の位相差層４２ａは、第１の位相差層４２ａの平面に相当するＸ－Ｙ平面における方位角φが９６．５°、位相差Δが波長７８０ｎｍの光に対して－１６２．７°、波長６６０ｎｍの光に対して－１９５．９°、波長４０５ｎｍの光に対して－３８４．０°となる特性を有する。さらに、第２の位相差層４２ｂは、第２の位相差層４２ｂの平面に相当するＸ－Ｙ平面における方位角φが４６．２°、位相差Δが波長７８０ｎｍの光に対して－４２．４°、波長６６０ｎｍの光に対して－５１．０°、波長４０５ｎｍの光に対して－１００．０°となる特性を有する。そして、反射層４３は、表１１に示すように、Ｔａ_２Ｏ_５とＳｉＯ_２を交互に所定の膜厚を有する多層膜とする。

　このとき、入射角ε＝４５°で入射する光に対し、第１の位相差層４２ａの実効的な方位角θ_１は、波長７８０ｎｍの光において９５．８°、波長６６０ｎｍの光において９５．８°、波長４０５ｎｍの光において４６．４°となる。そして、第１の位相差層４２ａの実効的な位相差Γ_１は、波長７８０ｎｍの光において－１８２．９°、波長６６０ｎｍの光において－２２０．１°、波長４０５ｎｍの光において－４２９．６°となる。

　また、第２の位相差層４２ｂの実効的な方位角θ_２は、波長７８０ｎｍの光において４９．７°、波長６６０ｎｍの光において４９．８°、波長４０５ｎｍの光において４９．６°となる。そして、第２の位相差層４２ｂの実効的な位相差Γ_２は、波長７８０ｎｍの光において－４２．８°、波長６６０ｎｍの光において－５１．６°、波長４０５ｎｍの光において－１０１．０°となる。さらに、反射層を反射する位相差Ψ_ｒは、波長７８０ｎｍの光において－１６５．９°、波長６６０ｎｍの光において１４３．０°、そして、反射層を透過する位相差Ψ_ｔは、波長４０５ｎｍの光において０．０°となる。

　また、これらの条件おいて、各波長帯の光のＳ_３ｏおよび楕円率κを計算した結果を図１８Ａ～図１８Ｄに示す。まず、図１８Ａは、式（１１ａ）に基づいて計算される、７８０ｎｍ波長帯の光および６６０ｎｍ波長帯の光に対する、Ｓ_３ｏ（＝Ｓ_３ｏｒ）であり、図１８Ｂは、図４における、光１６ａの楕円率κの特性を示した結果である。また、図１８Ｃは、式（１１ｂ）に基づいて計算される、４０５ｎｍ波長帯の光に対する、Ｓ_３ｏ（＝Ｓ_３ｏｔ）であり、図１８Ｄは、図４における、光４７の楕円率κの特性を示した結果である。この結果より、本実施例に係る反射型波長板を反射または透過する各波長帯の光は、いずれも楕円率κが０．８以上となる円偏光の光となって出射することがわかる。

　（実施例１９）
  本実施例は、第３の実施の形態に係る反射型波長板４０を変形させたものであり、透明基板１４ａを設けずに、第１の位相差層４２ａ上に反射防止層１１を形成した構成について設計したものを計算した。透明基板１４ｂとして石英ガラス基板の一方の平面上に、表１１に示す多層膜を形成し、対向する平面に実施例１８と同じ構成の第２の位相差層４２ｂに相当する高分子液晶を形成する。また、石英ガラス基板の一方の平面に、実施例１８と同じ構成の第１の位相差層４２ａに相当する高分子液晶を形成し、これらの高分子液晶同士が対向し、かつ、遅相軸の方向が互いに異なるようにして、透明な接着剤によって、接着する。その後、第１の位相差層４２ａに相当する高分子液晶側の石英ガラス基板を除去し、高分子液晶上に実施例１５の表７に示す反射防止層１１を形成する。

　入射する光の条件は、実施例１８と同じであり、これらの条件おいて、各波長帯の光の楕円率κを計算した結果を図１９Ａ、図１９Ｂに示す。この結果より、本実施例に係る反射型波長板を反射または透過する各波長帯の光は、いずれも楕円率κが０．８以上となる円偏光の光となって出射することがわかる。

　（実施例２０）
  本実施例は、実施例１８における反射型波長板４０および、反射型波長板４０を円偏光の光として直進透過する４０５ｎｍ波長帯の光の進行方向に、４０５ｎｍ波長帯の光を反射する反射ミラーを備える場合を考える。とくに、光ヘッド装置２００における、反射型波長板４０と反射ミラー２０５との位置関係を考える。また、反射ミラーは、透明基板上に表１２に示すように、Ｔａ_２Ｏ_５とＳｉＯ_２を交互に所定の膜厚を有する多層膜を形成したものを、光の進行方向に対して、４５°の角度をなすように配置する。なお、このとき、入射する４０５ｎｍ波長帯の光に対して－１８０°の位相差を生じるように設計する。

　入射する光の条件は、実施例１８と同じであり、これらの条件おいて、４０５ｎｍ波長帯の光の楕円率κを計算した結果を図２０に示す。この結果より、本実施例に係る反射型波長板を反射または透過する各波長帯の光は、いずれも楕円率κが０．８以上となる円偏光の光となって出射することがわかる。

　（実施例２１）
  本実施例は、第４の実施の形態に係る反射型波長板５０に相当し、光学軸が厚さ方向に揃った第１の位相差層５２ａと第２の位相差層５２ｂをそれぞれ、光学軸が交差するように重ねられて構成する。第１の位相差層５２ａ、第２の位相差層５２ｂは、いずれも実施例１８に基づく製造方法により形成し、高分子液晶同士が対向し、かつ、遅相軸の方向が互いに異なるようにして、透明な接着剤によって、接着する。本実施例では、７８０ｎｍ波長帯および６６０ｎｍ波長帯で入射する光を、円偏光の光となるように反射するとともに、４０５ｎｍ波長帯で入射する光を、ｐ偏光の光の方向に対して略４５°方向の直線偏光の光となって透過するように反射型波長板を設計した。

　本実施例も反射防止層１１の平面の法線に対して入射角ε＝４５°となるようにし、ｐ偏光の方向に平行な直線偏光の光を入射する。実施例２１では、実施例１５の表７に示すように、Ｔａ_２Ｏ_５とＳｉＯ_２を交互に所定の膜厚を有する反射防止層を用いる。また、第１の位相差層５２ａは、第１の位相差層５２ａの平面に相当するＸ－Ｙ平面における方位角φが８５．０°、位相差Δが波長７８０ｎｍの光に対して－７６．３°、波長６６０ｎｍの光に対して－９１．８°、波長４０５ｎｍの光に対して－１８０．０°となる特性を有する。さらに、第２の位相差層５２ｂは、第２の位相差層５２ｂの平面に相当するＸ－Ｙ平面における方位角φが１５．６°、位相差Δが波長７８０ｎｍの光に対して－８４．８°、波長６６０ｎｍの光に対して－１０２．０°、波長４０５ｎｍの光に対して－２００．０°となる特性を有する。そして、反射層５３は、表１３に示すように、Ｔａ_２Ｏ_５とＳｉＯ_２を交互に所定の膜厚を有する多層膜とする。

　このとき、入射角ε＝４５°で入射する光に対し、第１の位相差層５２ａの実効的な方位角θ_１は、波長７８０ｎｍの光において８５．６°、波長６６０ｎｍの光において８５．６°、波長４０５ｎｍの光において８５．６°となる。そして、第１の位相差層５２ａの実効的な位相差Γ_１は、波長７８０ｎｍの光において－８５．８°、波長６６０ｎｍの光において－１０３．１°、波長４０５ｎｍの光において－２０１．３°となる。

　また、第２の位相差層５２ｂの実効的な方位角θ_２は、波長７８０ｎｍの光において１７．６°、波長６６０ｎｍの光において１７．５°、波長４０５ｎｍの光において１７．４°となる。そして、第２の位相差層５２ｂの実効的な位相差Γ_２は、波長７８０ｎｍの光において－７６．３°、波長６６０ｎｍの光において－９２．０°、波長４０５ｎｍの光において－１８１．１°となる。さらに、反射層５３を反射する位相差Ψ_ｒは、波長７８０ｎｍの光において－１７９．４°、波長６６０ｎｍの光において１７９．６°、そして、反射層５３を透過する位相差Ψ_ｔは、波長４０５ｎｍの光において－２．３°となる。

　また、この条件おいて、各波長帯の光のＳ_３ｏおよび楕円率κまたは（透過する光の）方位角を計算した結果を図２１Ａ～図２１Ｄに示す。まず、図２１Ａは、式（１１ａ）に基づいて計算される、７８０ｎｍ波長帯の光および６６０ｎｍ波長帯の光に対する、Ｓ_３ｏ（＝Ｓ_３ｏｒ）であり、図２１Ｂは、図５における、光１６ａの楕円率κの特性を示した結果である。また、図２１Ｃは、４０５ｎｍ波長帯の光に対する、Ｓ_２ｏ（＝Ｓ_２ｏｔ）であり、図２１Ｄは、図５における、光５７の方位角を示した結果である。この結果より、本実施例に係る反射型波長板を反射する７８０ｎｍ波長帯の光および６６０ｎｍ波長帯の光は、いずれも楕円率κが０．７７以上となる円偏光の光となって出射する。そして、本実施例に係る反射型波長板を透過する４０５ｎｍ波長帯の光は、楕円偏光の光としたときの楕円の長軸方向が４０°～５０°の範囲内となり、ほぼ直線偏光の光となって出射することがわかる。

　（実施例２２）
  本実施例は、実施例２１における反射型波長板５０および、反射型波長板５０を直線偏光の光として直進透過する４０５ｎｍ波長帯の光の進行方向に、４０５ｎｍ波長帯の光を反射する反射ミラーを備える場合を考える。とくに、光ヘッド装置２００における、反射型波長板５０と反射ミラー２０５との位置関係を考える。また、反射ミラーは、透明基板上に表１４に示すように、Ｔａ_２Ｏ_５とＳｉＯ_２を交互に所定の膜厚を有する多層膜を形成したものを、光の進行方向に対して、４５°の角度をなすように配置する。なお、このとき、入射する４０５ｎｍ波長帯の光に対して－９０°の位相差を生じるように設計する。

　入射する光の条件は、実施例２１と同じであり、これらの条件おいて、４０５ｎｍ波長帯の光の楕円率κを計算した結果を図２２に示す。この結果より、本実施例に係る反射型波長板を反射または透過する各波長帯の光は、いずれも楕円率κが０．８８以上となる円偏光の光となって出射することがわかる。

　（実施例２３）
  本実施例は、第５の実施の形態に係る反射型波長板６０に相当し、光学軸が厚さ方向に揃った第１の位相差層６２ａと第２の位相差層６２ｂをそれぞれ、光学軸が交差するように積層されて構成する。第１の位相差層６２ａ、第２の位相差層６２ｂは、いずれも実施例１８に基づく製造方法により形成し、高分子液晶同士が対向し、かつ、遅相軸の方向が互いに異なるようにして、透明な接着剤によって、接着する。本実施例では、７８０ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯および４０５ｎｍ波長帯で入射する光を、円偏光の光となるように反射するように反射型波長板を設計した。

　本実施例も反射防止層１１の平面の法線に対して入射角ε＝４５°となるようにし、ｐ偏光の方向に平行な直線偏光の光を入射する。実施例２０では、実施例１５の表７に示すように、Ｔａ_２Ｏ_５とＳｉＯ_２を交互に所定の膜厚を有する反射防止層を用いる。また、第１の位相差層６２ａは、第１の位相差層６２ａの平面に相当するＸ－Ｙ平面における方位角φが－１４．０°、位相差Δが波長７８０ｎｍの光に対して－７５．４°、波長６６０ｎｍの光に対して－９０．８°、波長４０５ｎｍの光に対して－１７８．０°となる特性を有する。さらに、第２の位相差層６２ｂは、第２の位相差層６２ｂの平面に相当するＸ－Ｙ平面における方位角φが－８１．９°、位相差Δが波長７８０ｎｍの光に対して－４６．６°、波長６６０ｎｍの光に対して－５６．１°、波長４０５ｎｍの光に対して－１１０．０°となる特性を有する。そして、反射層６３は、表１５に示すように、Ｔａ_２Ｏ_５とＳｉＯ_２を交互に所定の膜厚を有する多層膜とする。

　このとき、入射角ε＝４５°で入射する光に対し、第１の位相差層６２ａの実効的な方位角θ_１は、波長７８０ｎｍの光において－１５．８°、波長６６０ｎｍの光において－１５．８°、波長４０５ｎｍの光において－１５．７°となる。そして、第１の位相差層６２ａの実効的な位相差Γ_１は、波長７８０ｎｍの光において－６７．６°、波長６６０ｎｍの光において－８１．５°、波長４０５ｎｍの光において－１６０．６°となる。

　また、第２の位相差層６２ｂの実効的な方位角θ_２は、波長７８０ｎｍの光において－８２．９°、波長６６０ｎｍの光において－８２．９°、波長４０５ｎｍの光において－８２．８°となる。そして、第２の位相差層６２ｂの実効的な位相差Γ_２は、波長７８０ｎｍの光において－５２．３°、波長６６０ｎｍの光において－６３．１°、波長４０５ｎｍの光において－１２３．０°となる。さらに、反射層６３を反射する位相差Ψ_ｒは、波長７８０ｎｍの光において－１７９．４°、波長６６０ｎｍの光において１７９．６°、そして、波長４０５ｎｍの光において１７９．８°となる。

　また、この条件おいて、各波長帯の光のＳ_３ｏおよび楕円率κを計算した結果を図２３Ａ～図２３Ｄに示す。まず、図２３Ａは、式（１５）に基づいて計算される、７８０ｎｍ波長帯の光および６６０ｎｍ波長帯の光に対する、Ｓ_３ｏ（＝Ｓ_３ｏｒ）であり、図２３Ｂは、これらの波長の光の楕円率κの特性を示した結果である。また、図２３Ｃも、式（１５）に基づいて計算される、４０５ｎｍ波長帯の光に対する、Ｓ_３ｏ（＝Ｓ_３ｏｒ）であり、図２３Ｄは、４０６ｎｍ波長帯の光の楕円率κの特性を示した結果である。この結果より、本実施例に係る反射型波長板を反射する各波長帯の光は、いずれも楕円率κが０．７８以上となる円偏光の光となって出射することがわかる。

　（比較例）
  比較例として、図１Ａの反射型波長板１０の構成において、下記の条件による光学特性について調べた。まず、表１に示すようにＴａ_２Ｏ_５とＳｉＯ_２を交互に所定の膜厚を有する反射防止層を用いる。位相差層１２は、位相差層１２の平面に相当するＸ－Ｙ平面における方位角φがπ／４［ｒａｄ］、位相差Δが波長６６０ｎｍの光に対して２π／７［ｒａｄ］となる特性を有する。このとき、反射型波長板に対して、反射防止層１１の平面の法線に対して入射角ε＝４５°となるようにして、波長４０５ｎｍの直線偏光の光を入射する。そして、式（３）に基づいてストークスパラメータＳのＳ_３ｏの値を計算した結果を図２４Ａに示す。

　図２４Ａの結果より、比較例における反射層１３によって生じる位相差Ψ_ｒが変化することによって、Ｓ_３ｏの値が大きく変化していることがわかる。また、比較例において、図２４Ｂは、反射層１３によって生じる位相差Ψ_ｒに対し、反射型波長板を出射する波長４０５ｎｍの光の偏光状態について、楕円率κについて計算した結果を示したものである。この結果より、位相差Ψ_ｒ＝－１８０°においては、楕円率κが０．７を超えているが、それ以外の位相差Ψ_ｒを設定すると、楕円率κは０．７を下回っており、比較例における反射型波長板を反射した光は十分な円偏光の光とはならない。また、所定の帯域を有する波長範囲における楕円率の波長依存性を考慮すると、十分な円偏光の光とはならない。

　本出願を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。本出願は、２００９年１０月２０日出願の日本特許出願（特願２００９-２４１５２３）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

　以上のように、本発明にかかる反射型波長板は、１つまたは複数の異なる波長の光を用いて、斜め方向から入射する光に対して、反射または、反射および透過することで偏光状態を変え、とくに、所定の帯域の波長の光に対して安定した円偏光の光を出射することができる。また、反射型波長板を用いた光ヘッド装置において、光利用効率が高く、小型で安定した記録・再生を実現できる効果が得られる。

１０、１０ａ、１０ｂ、３０、４０、５０、６０　反射型波長板
１１　反射防止層
１２、３２、４２、５２、６２　位相差層
１２ａ　位相差層の光学軸の方向
１２ｐ　入射する光のｐ偏光の方向を投射した方向
１３、３３、４３、５３、６３　反射層
１４ａ、１４ｂ　透明基板
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、３７、４７、５７　光
２１　光１５ｂの進行方向に垂直な平面
２１ａ　光１５ｂの偏光状態（直線偏光）
２２　光１５ｃの進行方向に垂直な平面
２２ａ　光１５ｃの偏光状態（楕円偏光）
２３　光１６ｃの進行方向に垂直な平面
２３ａ　光１６ｃの偏光状態（楕円偏光）
２３　光１６ｂの進行方向に垂直な平面
２３ａ　光１６ｂの偏光状態（円偏光）
４２ａ、５２ａ、６２ａ　第１の位相差層
４２ｂ、５２ｂ、６２ｂ　第２の位相差層
１００、２００、３００　光ヘッド装置
１０１、２０１ａ、２０１ｂ　光源
１０２、２０３　偏光ビームスプリッタ
１０３、２０４　コリメータレンズ
１０４、２０６ａ、２０６ｂ、３０１　対物レンズ
１０５、２０７ａ、２０７ｂ、３０２　光ディスク
１０６　光検出器
２０２　ダイクロイックプリズム
２０５　反射ミラー

Claims (16)

1. 　複屈折性を有する位相差層と、入射する光を反射する反射層と、を有し、
   　前記位相差層の平面の法線方向に対して斜め方向から、前記位相差層、前記反射層の順に入射する光に対して、前記位相差層を往復する光が偏光状態を変えて出射し、
   　前記入射する光が、２０ｎｍの帯域を有する波長λ_１の光であるとき、出射する光の楕円率が０．７以上となる反射型波長板。
2. 　前記入射する光が、２０ｎｍの帯域を有する波長λ_２（λ_１≠λ_２）の光であるとき、出射する光の楕円率が０．７以上となる請求項１に記載の反射型波長板。
3. 　前記波長λ_１は７７０～７９０ｎｍであり、前記波長λ_２は６５０～６７０ｎｍである請求項２に記載の反射型波長板。
4. 　複屈折性を有する位相差層と、入射する光を反射する反射層と、を有し、
   　前記位相差層の平面の法線方向に対して斜め方向から、前記位相差層、前記反射層の順に入射する光に対して、前記位相差層を往復する光が偏光状態を変えて出射し、
   　前記入射する光が、波長λ_１の光、波長λ_２の光および波長λ_３の光であるとき（λ_１≠λ_２≠λ_３）、出射する光の楕円率が０．７以上となる反射型波長板。
5. 　複屈折性を有する位相差層と、入射する光に対して波長選択的に反射および透過する反射層と、を有し、
   　前記位相差層の平面の法線方向に対して斜め方向から、前記位相差層、前記反射層の順に入射する光に対して、前記反射層で反射して前記位相差層を往復して偏光状態を変えて出射する光の楕円率が０．７以上となるとともに、前記反射層を透過する光の楕円率が０．７以上となる反射型波長板。
6. 　前記入射する光が、波長λ_１の光、波長λ_２の光および波長λ_３の光であるとき（λ_１≠λ_２≠λ_３）、前記波長λ_１の光および前記波長λ_２の光を反射し、前記波長λ_３の光を透過する請求項５に記載の反射型波長板。
7. 　複屈折性を有する位相差層と、入射する光に対して波長選択的に反射および透過する反射層と、を有し、
   　前記位相差層の平面の法線方向に対して斜め方向から、前記位相差層、前記反射層の順に入射する光に対して、前記反射層で反射して前記位相差層を往復して偏光状態を変えて出射する光の楕円率が０．７以上となるとともに、前記反射層を透過する光が、入射面に平行となる光成分のｐ偏光の光の方向に対して略±４５°方向に楕円の長軸を有する楕円偏光の光となる反射型波長板。
8. 　前記入射する光が、波長λ_１の光、波長λ_２の光および波長λ_３の光であるとき（λ_１≠λ_２≠λ_３）、前記波長λ_１の光および前記波長λ_２の光を反射し、前記波長λ_３の光を透過する請求項７に記載の反射型波長板。
9. 　前記位相差板は、厚さ方向から見て遅相軸が揃った第１の位相差層と第２の位相差層と、を有し、
   　前記第１の位相差層の遅相軸と、前記第２の位相差層の遅相軸が異なるように重ねられる請求項１～８いずれか１項に記載の反射型波長板。
10. 　前記波長λ_１は７８０ｎｍ、前記波長λ_２は６６０ｎｍ、前記波長λ_３は４０５ｎｍである請求項６、請求項８、請求項９いずれか１項に記載の反射型波長板。
11. 　光の入射側に反射防止層を備える請求項１～１０いずれか１項に記載の反射型波長板。
12. 　前記入射する光は、直線偏光の光である請求項１～１１いずれか１項に記載の反射型波長板。
13. 　光源と、前記光源から発射する光を光ディスクに集光する対物レンズと、前記光ディスクで反射した光を検出する光検出器と、を備える光ヘッド装置において、
    　前記光源と前記対物レンズとの間の光路中に請求項１～１２いずれか１項に記載の反射型波長板が備えられている光ヘッド装置。
14. 　前記光源は、波長が異なる複数の光を発射し、前記光源と前記対物レンズとの間の光路中に、請求項５～１２いずれか１項に記載の反射型波長板と、反射ミラーと、が備えられている請求項１３に記載の光ヘッド装置。
15. 　前記反射ミラーは、入射する光の位相を変えないで反射するかまたは、位相を１８０°の整数倍だけ変化させて反射する請求項１４に記載の光ヘッド装置。
16. 　前記反射ミラーは、入射面に平行となる光成分のｐ偏光の光の方向に対して略±４５°方向に楕円の長軸を有する楕円偏光で入射する光を、楕円率０．７以上の偏光状態の光に変えて反射する請求項１４に記載の光ヘッド装置。

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