(57)【要約】【課題】複数の異なる波長の光が入射してそれらの光に対する偏光状態を制御して透過させる広帯域波長板および光ヘッド装置を提供する。【解決手段】平行に第１の波長板１１、第２の波長板１２、第３の波長板１３を備え、３枚の波長板のリタデーション値Ｒｄ１、Ｒｄ２、Ｒｄ３、入射する直線偏光の振動方向と３枚の各波長板とがなす角度θ１、θ２、θ３、を調整することによって、異なる３つの波長λ１、λ２、λ３の直線偏光（λ１＜λ２＜λ３）に対して、波長λ１の光、波長λ２の光を円偏光、波長λ３の光を直線偏光として出射させる帯域波長板１０が実現でき、光ヘッド装置の小型化、および記録・再生の高品質化を実現できる。【選択図】図１
2010146605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の異なる帯域を有する３種の波長λ１、λ２、λ３（λ１＜λ２＜λ３）で入射する直線偏光の偏光状態を変える広帯域波長板において、
前記広帯域波長板は、前記直線偏光が入射する側から順に第１の波長板、第２の波長板、第３の波長板が備えられ、
前記第１の波長板に入射する前記直線偏光の電場の振動する方向を基準とし、前記第１の波長板の進相軸、前記第２の波長板の進相軸、前記第３の波長板の進相軸との角度の組み合わせまたは、前記第１の波長板の遅相軸、前記第２の波長板の遅相軸、前記第３の波長板の遅相軸との角度の組み合わせをそれぞれθ１［°］、θ２［°］、θ３［°］とするとき、
前記入射する直線偏光が前記広帯域波長板を透過した前記波長λ１の光の楕円率κ１および前記波長λ２の光の楕円率κ２が０．６５以上、前記広帯域波長板を透過する前記波長λ３の光の楕円率κ３が０．４以下となるように前記第１の波長板のリタデーション値Ｒｄ１、前記第２の波長板のリタデーション値Ｒｄ２、前記第３の波長板のリタデーション値Ｒｄ３および、前記θ１、前記θ２、前記θ３が設定されている広帯域波長板。
【請求項２】
前記波長λ３で入射する直線偏光の電場の振動する方向と、前記波長λ３で透過した光の電場の振幅が最も大きくなる方向と、の角度である方位角が−１０°〜＋１０°の範囲となる請求項１に記載の広帯域波長板。
【請求項３】
前記波長λ１は３９０〜４２０ｎｍの波長範囲である４０５ｎｍ波長帯、前記波長λ２は６４０〜６８０ｎｍの波長範囲である６６０ｎｍ波長帯、前記波長λ３は７６５〜８０５ｎｍの波長範囲である７８５ｎｍ波長帯であり、
波長λ１に対する、前記第１の波長板のリタデーション値、前記第２の波長板のリタデーション値、前記第３の波長板のリタデーション値、をそれぞれ、Ｒｄ１（λ１）［ｎｍ］、Ｒｄ２（λ１）［ｎｍ］、Ｒｄ３（λ１）［ｎｍ］、とするとき、
１５６≦Ｒｄ１（λ１）≦２４８
および
８０２≦Ｒｄ２（λ１）≦８７２
および
１７２≦Ｒｄ３（λ１）≦２３１
を満たし、さらに、
前記入射する直線偏光が前記広帯域波長板を透過する側からみて、前記直線偏光の電場の振動する方向を基準に反時計回り方向０°〜１８０°の範囲をプラス（＋）、時計回り方向０°〜−１８０°の範囲をマイナス（−）とし、絶対値が最も小さい前記θ１の値がゼロより大きいとき、前記θ２は、
２×θ１−１４．２≦θ２≦２×θ１＋１２．１
を満たすとともに、
前記θ３は、
（２×θ１＋４５）−１４．５≦θ３≦（２×θ１＋４５）＋１２．１
を満たす請求項１または請求項２に記載の広帯域波長板。
【請求項４】
前記波長λ１は３９０〜４２０ｎｍの波長範囲である４０５ｎｍ波長帯、前記波長λ２は６４０〜６８０ｎｍの波長範囲である６６０ｎｍ波長帯、前記波長λ３は７６５〜８０５ｎｍの波長範囲である７８５ｎｍ波長帯であり、
波長λ１に対する、前記第１の波長板のリタデーション値、前記第２の波長板のリタデーション値、前記第３の波長板のリタデーション値、をそれぞれ、Ｒｄ１（λ１）［ｎｍ］、Ｒｄ２（λ１）［ｎｍ］、Ｒｄ３（λ１）［ｎｍ］、とするとき、
１５６≦Ｒｄ１（λ１）≦２４８
および
８０２≦Ｒｄ２（λ１）≦８７２
および
１７２≦Ｒｄ３（λ１）≦２３１
を満たし、さらに、
前記入射する直線偏光が前記広帯域波長板を透過する側からみて、前記直線偏光の電場の振動する方向を基準に反時計回り方向０°〜１８０°の範囲をプラス（＋）、時計回り方向０°〜−１８０°の範囲をマイナス（−）とし、絶対値が最も小さい前記θ１の値がゼロより小さいとき、前記θ２は、
２×θ１−１２．１≦θ２≦２×θ１＋１４．２
を満たすとともに、
前記θ３は、
（２×θ１−４５）−１２．１≦θ３≦（２×θ１−４５）＋１４．５
を満たす請求項１または請求項２に記載の広帯域波長板。
【請求項５】
異なる３種の波長の光を出射する少なくとも一つの光源と、
前記光源から出射する光を光記録媒体上に集光する対物レンズと、
前記光記録媒体から反射される光を検出する光検出器と、を備えた光ヘッド装置であって、
前記光源と前記対物レンズとの間の光路中、または前記対物レンズと前記光検出器との間の光路中に、請求項１〜４のいずれか１項に記載の広帯域波長板が配置される光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射する光に対して透過する偏光状態を制御するための広帯域波長板に関するものであり、とくに、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ものでもある。
【背景技術】
【０００２】
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おり、使用されるレーザ光の波長としては、短いほど記録密度を向上できるため、短波長（４０５ｎｍ波長帯）化が進められている。一方、これまでに普及している多くの光ディスクのうち、ＤＶＤは赤色域（６６０ｎｍ波長帯）のレーザ光、ＣＤは近赤外域（７８５ｎｍ波長帯）のレーザ光の波長の長いレーザ光（不要）により記録・再生されている。光ヘッド装置としては、これら異なった波長帯のレーザ光で記録・再生する、異なった規格の光ディスクに対しても、記録・再生のできる互換性のある光ヘッド装置が望まれ、その互換性を確保するための様々な方式が提案されている。
【０００３】
このように、高密度光記録媒体だけでなく、従来の光ディスクに対してこの互換性を確保するための方法の一つとして、短波長を発する光源に加えて、赤色域、近赤外域の光源を併せて設置する方式がある。このため、３つの異なる波長を含む広帯域の波長に対して一定の特性を有する光学部品のニーズも高まっており、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤなどを記録・再生できる光ヘッド装置を少ない光学部品で構成できるように小型化が要求されている。
【０００４】
図６は、一例として３つの異なる波長のレーザ光を使用した従来の光ヘッド装置１００の構成を示す模式図である。半導体レーザ等の光源１０１から出射される４０５ｎｍ波長帯の光は、偏光ビームスプリッタ１０７で反射され、コリメータレンズ１１０で平行光となって１／４波長板１１２によって円偏光となる。円偏光となった光は、ミラー１１４で反射し、対物レンズ１１６によってＢＤ等の光ディスク１１８の情報記録面に集光される。そして、情報記録面に形成されたピットの情報を含んだ反射光は上記の経路を逆方向に進行する。ここで、光源から光ディスクに到達するまでの光路を「往路」、光ディスクから光検出器に到達するまでの光路と「復路」として説明する。光ディスクでの反射によって、復路の光は往路の円偏光とは逆方向に電場が回転する円偏光となって１／４波長板１１２を透過する復路の光は、電場の振動方向が、往路の直線偏光に対して直交する直線偏光となり、偏光ビームスプリッタ１０７を直進透過して光検出器１１９に到達する。光検出器１１９では、光ディスクで反射された光からピット情報を検出することで光ディスク１１８に記録された情報の読み出しを行っている。
【０００５】
同様に、半導体レーザ等の光源１０２から出射される６６０ｎｍ波長帯の光はダイクロイックプリズム１０８を直進透過し、光源１０３から出射される７８５ｎｍ波長帯の光は、ダイクロイックプリズム１０８で反射され、それぞれの光は、電場の振動方向が同じ直線偏光であって、偏光ビームスプリッタ１０９に入射して直進透過する。そして、コリメータレンズ１１１で平行光となって、１／４波長板１１３で円偏光となって、ミラー１１５で反射され対物レンズ１１７によって光ディスク１１８に集光される。復路の光は、それぞれ往路の直線偏光と直交する直線偏光となって、偏光ビームスプリッタ１０９で反射され、光検出器１２０に到達する。また、素子１０４、１０５、１０６は回折素子であって、光源からの光をメインビームと、例えばトラッキングサーボ信号となる２つのサブビームとの３つのビームを発現させるための光学素子であって、それぞれの往路の光源と偏光ビームスプリッタまたはダイクロイックプリズムとの間の光路中に配置することができる。
【０００６】
このように、図６に示した光ヘッド装置１００は、偏光ビームスプリッタや光検出器などの光学素子をそれぞれ２セット配置しており、部品点数が多く、装置の小型化や組立調整に時間がかかるといった問題がある。これに対し、例えば、図７に３つの異なる波長のレーザ光を使用した他の構成例となる光ヘッド装置２００が報告されている（特許文献１）。
【０００７】
図７に示す光ヘッド装置２００は、光ヘッド装置１００に対して、３つの異なる波長のレーザ光に対して共通して使用できるコリメータレンズ２１０および１／４波長板２１１が配置されるものである。４０５ｎｍ波長帯の光源２０１、６６０ｎｍ波長帯の光源２０２、７８５ｎｍ波長帯の光源２０３から出射する光の光路中にダイクロイックプリズム２０８を配置し、光源２０２および光源２０３の光路中にダイクロイックプリズム２０７を配置して各波長の光を透過または反射させる。なお、ダイクロイックプリズム２０７は、６６０ｎｍ波長帯の光を透過するとともに７８５ｎｍ波長帯の光を反射する機能を有し、ダイクロイックプリズム２０８は、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の光を透過するとともに４０５ｎｍ波長帯の光を反射する機能を有する。さらに、３つの波長の光はコリメータレンズ２１０と１／４波長板２１１を透過してダイクロイックプリズム２１２に入射する。ダイクロイックプリズム２１２は、４０５ｎｍ波長帯の光を反射し、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の光を直進透過させる機能を有し、４０５ｎｍ波長帯の光は、対物レンズ２１４により、ＢＤ等の光ディスク２１６の情報記録面に集光する。
【０００８】
一方、６６０ｎｍ波長帯、７８５ｎｍ波長帯の光は、ダイクロイックプリズム２１２を直進透過し、ミラー２１３で反射し、対物レンズ２１５により、ＤＶＤ、ＣＤ等の光ディスク２１６の情報記録面に集光する。それぞれの光ディスクで反射された４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の復路の光は、１／４波長板２１１にて往路の直線偏光に対して直交する直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ２０９で反射し光検出器２１７に到達する。特許文献１では、１／４波長板２１１は、４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯いずれもπ／２の奇数倍の位相差を発生させる１／４波長板として機能する広帯域波長板であることを特徴とする光ヘッド装置として報告されている。
【０００９】
このように、３つの異なる波長の光が入射して、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤ等の異なる規格の光ディスクの情報の記録・再生が可能な、互換性を有する光ヘッド装置を実現する上で、特許文献１のように３つの異なる波長の光を円偏光として集光させるとき、とくにＣＤの記録・再生が良好にできないという問題がある。その理由として、ＣＤには、ＢＤ、ＤＶＤに比べて情報記録面を保護する樹脂材料に、大きな複屈折材料を有するものがある。例えば、ＣＤを反射する光が、この樹脂材料の複屈折の影響で反射する光が入射する光路（往路）と同じ円偏光になる場合、偏光ビームスプリッタで反射されて光検出器に到達する光の光量が大きく低減し、情報の再生が良好にできなくなる。このため、このような光ディスクに対しても良好に記録・再生を行うためには、この複屈折の影響を低減するためにＣＤ用の波長（７８５ｎｍ波長帯）の光を直線偏光の状態でＣＤの情報記録面に集光させる手段がとられている。
【００１０】
具体的に、ＢＤ用およびＤＶＤ用の波長帯に対して円偏光、ＣＤ用の波長帯に対して直線偏光で集光させる例として、図８に示すように、３つの異なる波長のレーザ光を使用した別の構成を有する光ヘッド装置３００が報告されている（特許文献２）。光ヘッド装置３００は、４０５ｎｍ波長帯の光源３０１、６６０ｎｍ波長帯の光源３０２、７８５ｎｍ波長帯の光源３０３から出射する光の光路中にダイクロイックプリズム３０８、３０９、無偏光回折格子３０７を配置し、コリメータレンズ３１０と対物レンズ３１３の間の光路中に偏光回折格子３１１と（広帯域）波長板３１２を有するものである。また、それぞれの波長帯の光に対して、光検出器３０４、３０５、３０６が配置され、光ディスク３１５で反射された光が検出される。
【００１１】
ここで、いずれの波長帯の光も直線偏光の状態で波長板３１２に入射するが、波長板３１２は、４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯の光は、円偏光で出射し、７８５ｎｍ波長帯の光は直線偏光のまま透過する機能を有し、波長板３１２を出射した光は、光ディスク３１５の情報記録面に集光する。このように、４０５ｎｍ波長帯および６６０ｎｍ波長帯の光に対して円偏光としてＢＤおよびＤＶＤの情報記録面に集光させ、７８５ｎｍ波長帯の光に対して直線偏光としてＣＤの情報記録面に集光させることによって、ＣＤの大きな複屈折性材料により記録・再生品質を劣化させない光ヘッド装置が実現できる。
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−１１４０８０号公報
【特許文献２】特開２００６−２３６５４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献２の光ヘッド装置の波長板は、４０５ｎｍの波長の光、６６０ｎｍの波長の光、７８５ｎｍの波長の光に対しては、それぞれ所望の位相差を得ることができるが、入射する光の波長をλとするとき、４０５ｎｍの光に対して（９／４）λの位相差を与える９λ／４板、６６０ｎｍの光に対して（５／４）λの位相差を与える５λ／４板、７８５ｎｍの光に対してλの位相差を与える１波長板となるように設計しており、使用温度および半導体レーザの個別素子のばらつきなどで、発振する光の波長が変動すると波長板を透過する光の位相差が、所望の位相差に対して大きく変動するため、透過する光の偏光状態が安定せず、光検出器３０４、３０５、３０６に到達する光量が安定せず、光ヘッド装置の記録・再生の品質が劣化するという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願発明は、以上の点を鑑みてなされたものであって、所定の異なる帯域を有する３種の波長λ１、λ２、λ３（λ１＜λ２＜λ３）で入射する直線偏光の偏光状態を変える広帯域波長板において、前記広帯域波長板は、前記直線偏光が入射する側から順に第１の波長板、第２の波長板、第３の波長板が備えられ、前記第１の波長板に入射する前記直線偏光の電場の振動する方向を基準とし、前記第１の波長板の進相軸、前記第２の波長板の進相軸、前記第３の波長板の進相軸との角度の組み合わせまたは、前記第１の波長板の遅相軸、前記第２の波長板の遅相軸、前記第３の波長板の遅相軸との角度の組み合わせをそれぞれθ１［°］、θ２［°］、θ３［°］とするとき、前記入射する直線偏光が前記広帯域波長板を透過した前記波長λ１の光の楕円率κ１および前記波長λ２の光の楕円率κ２が０．６５以上、前記広帯域波長板を透過する前記波長λ３の光の楕円率κ３が０．４以下となるように前記第１の波長板のリタデーション値Ｒｄ１、前記第２の波長板のリタデーション値Ｒｄ２、前記第３の波長板のリタデーション値Ｒｄ３および、前記θ１、前記θ２、前記θ３が設定されている広帯域波長板を提供する。
【００１５】
また、前記波長λ３で入射する直線偏光の電場の振動する方向と、前記波長λ３で透過した光の電場の振幅が最も大きくなる方向と、の角度である方位角が−１０°〜＋１０°の範囲となる上記の広帯域波長板を提供する。
【００１６】
また、前記波長λ１は３９０〜４２０ｎｍの波長範囲である４０５ｎｍ波長帯、前記波長λ２は６４０〜６８０ｎｍの波長範囲である６６０ｎｍ波長帯、前記波長λ３は７６５〜８０５ｎｍの波長範囲である７８５ｎｍ波長帯であり、波長λ１に対する、前記第１の波長板のリタデーション値、前記第２の波長板のリタデーション値、前記第３の波長板のリタデーション値、をそれぞれ、Ｒｄ１（λ１）［ｎｍ］、Ｒｄ２（λ１）［ｎｍ］、Ｒｄ３（λ１）［ｎｍ］、とするとき、
１５６≦Ｒｄ１（λ１）≦２４８
および
８０２≦Ｒｄ２（λ１）≦８７２
および
１７２≦Ｒｄ３（λ１）≦２３１
を満たし、さらに、前記入射する直線偏光が前記広帯域波長板を透過する側からみて、前記直線偏光の電場の振動する方向を基準に反時計回り方向０°〜１８０°の範囲をプラス（＋）、時計回り方向０°〜−１８０°の範囲をマイナス（−）とし、絶対値が最も小さい前記θ１の値がゼロより大きいとき、前記θ２は、
２×θ１−１４．２≦θ２≦２×θ１＋１２．１
を満たすとともに、前記θ３は、
（２×θ１＋４５）−１４．５≦θ３≦（２×θ１＋４５）＋１２．１
を満たす上記の広帯域波長板を提供する。
【００１７】
また、前記波長λ１は３９０〜４２０ｎｍの波長範囲である４０５ｎｍ波長帯、前記波長λ２は６４０〜６８０ｎｍの波長範囲である６６０ｎｍ波長帯、前記波長λ３は７６５〜８０５ｎｍの波長範囲である７８５ｎｍ波長帯であり、波長λ１に対する、前記第１の波長板のリタデーション値、前記第２の波長板のリタデーション値、前記第３の波長板のリタデーション値、をそれぞれ、Ｒｄ１（λ１）［ｎｍ］、Ｒｄ２（λ１）［ｎｍ］、Ｒｄ３（λ１）［ｎｍ］、とするとき、
１５６≦Ｒｄ１（λ１）≦２４８
および
８０２≦Ｒｄ２（λ１）≦８７２
および
１７２≦Ｒｄ３（λ１）≦２３１
を満たし、さらに、前記入射する直線偏光が前記広帯域波長板を透過する側からみて、前記直線偏光の電場の振動する方向を基準に反時計回り方向０°〜１８０°の範囲をプラス（＋）、時計回り方向０°〜−１８０°の範囲をマイナス（−）とし、絶対値が最も小さい前記θ１の値がゼロより小さいとき、前記θ２は、
２×θ１−１２．１≦θ２≦２×θ１＋１４．２
を満たすとともに、前記θ３は、
（２×θ１−４５）−１２．１≦θ３≦（２×θ１−４５）＋１４．５
を満たす上記の広帯域波長板を提供する。
【００１８】
さらに、異なる３種の波長の光を出射する少なくとも一つの光源と、前記光源から出射する光を光記録媒体上に集光する対物レンズと、前記光記録媒体から反射される光を検出する光検出器と、を備えた光ヘッド装置であって、前記光源と前記対物レンズとの間の光路中、または前記対物レンズと前記光検出器との間の光路中に、上記に記載の広帯域波長板が配置される光ヘッド装置を提供する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、異なる複数の波長の光が入射してそれぞれの光の偏光状態を変えることができかつ、一定の範囲の波長帯域において所望の光学特性を安定して得ることができる広帯域波長板を提供するとともに、３つの異なる波長の光を使用する光ヘッド装置において光学素子の部品点数の削減による小型化および、記録・再生の高品質化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る広帯域波長板１０を示す模式図である。このうち、図１（ａ）は、広帯域波長板１０の断面模式図であり、複屈折性を示す３枚の波長板１１、１２および１３が、透明基板１４ａ、１４ｂとともに一体化されてなるものである。また、透明基板１４ａ、１４ｂ、波長板１１、１２および１３の間には、それぞれ、図示しない別の透明基板や光学的に等方的な図示しない接着剤などの透明媒質が配されていてもよい。また、広帯域波長板１０は、一体化された構造であるものに限らず、透明基板１４ａ、１４ｂを有さないで、波長板１１、１２および１３のみで構成されていたり、波長板１１、１２および１３が互いに離れて配置されていたりしてもよい。
【００２１】
また、透明基板１４ａ、１４ｂ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に等方性を有する材料を用いると、透過光に複屈折性の影響を与えないため好ましい。このように透明基板１４ａ、１４ｂのうち少なくとも１つの透明基板と波長板１１、１２および１３とが一体化されると、表面の平滑化処理や接着の保持ができ、歪み等によって発生する透過光の波面収差量の増加を抑制できる。また、他の光学素子と積層一体化せずに広帯域波長板を単独で用いる場合には、少なくとも２枚の透明基板１４ａ、１４ｂにより挟み込む構成が波面収差低減、強度確保の点から好ましい。
【００２２】
また、複屈折性を有する材料からなる波長板１１、１２および１３は、例えば、液晶を高分子化した高分子液晶、あるいは延伸して複屈折性を誘起したポリカーボネート、ポリオレフィン、ＰＶＡ等の有機材料を使用してもよく、また水晶、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＫＤＰ等の光学異方性を有する単結晶を使用してもよい。また、高分子液晶からなる場合、図示しない配向膜が施されていてもよい。なお、これらの波長板の光学軸はすべてＸ−Ｙ平面に平行し厚さ方向（Ｚ方向）に揃うように構成される。
【００２３】
また、３つの波長板１１、１２および１３の接着には、図示しない粘着フィルム、ＵＶ硬化型や熱硬化型の接着剤を使用できる。ここで、広帯域波長板１０の波面収差の低減、温度特性や信頼性の向上のためには、できるだけ薄い接着層として貼り合わせることが望ましく、図示しない接着層の厚さを１０μｍ以下にすることがとくに望ましい。
【００２４】
このように構成される広帯域波長板１０は、４０５ｎｍ波長帯の光、６６０ｎｍ波長帯の光、７８５ｎｍ波長帯の光が同じ方向に電場が振動する直線偏光で入射するとき、４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯の光に対して１／４波長板の機能を有し、７８５ｎｍ波長帯の光に対して偏光状態を変えない１波長板としての機能を実現する。ここで、具体的に４０５ｎｍ波長帯は、３９０〜４２０ｎｍの範囲、６６０ｎｍ波長帯は、６４０〜６８０ｎｍの範囲、７８５ｎｍ波長帯は、７６５〜８０５ｎｍの範囲を示すものとする。
【００２５】
１／４波長板は、波長λの光に対してλ／４の整数倍の位相差を発生する機能を有し、直線偏光で入射する光を円偏光に、または円偏光で入射する光を直線偏光に変換する機能を有する。そして、直線偏光で入射する場合、透過する光の偏光状態を楕円率によってその性能を評価することができ、この楕円率が１に近いほど円偏光に近い偏光状態となるので、１／４波長板の性能が高いといえる。本発明の広帯域波長板１０は、直線偏光で入射する４０５ｎｍ波長帯の光に対して透過する光の楕円率（楕円の長径に対する楕円の短径の比）κ１および直線偏光で入射する６６０ｎｍ波長帯の光に対して透過する光の楕円率κ２がそれぞれ０．６５以上であれば好ましく、０．７５以上であればより好ましく、０．８以上であればさらに好ましい。
【００２６】
例えば、直線偏光の電場の振動方向に平行する方向をＡ方向とし、その強度成分が１００％、光強度１となる４０５ｎｍ波長帯の光または６６０ｎｍ波長帯の光が広帯域波長板１０に入射すると、透過する光は円偏光に近い偏光状態となる。また、このとき、広帯域波長板１０を透過する４０５ｎｍ波長帯の光の楕円率をκ１、広帯域波長板１０を透過する６６０ｎｍ波長帯の光の楕円率をκ２とする。そして、光ディスクで反射して、再び広帯域波長板１０を透過すると方向がＡ方向と直交するＢ方向に振動する電場の強度成分が主となる略直線偏光に変換される。楕円率κ１、κ２が０．６５以上である場合、この光のＢ方向に振動する電場の強度成分が０．８以上となる。ここで、光ヘッド装置において、光源よりＡ方向に電場が振動する直線偏光を出射して光ディスクで反射された光のうち、Ｂ方向に振動する電場の強度成分の割合が多いほど、光路中に配置する偏光ビームスプリッタで偏向させて光検出器に到達させる光量が多くすることができる。そのため、楕円率κ１、κ２が１に近づくほどこの利用効率が高くなり好ましい。
【００２７】
一方、１波長板は、波長λの光に対してλの整数倍の位相差を発生する機能を有するので、理想としては入射する光と透過する光の偏光状態とが同じとなる機能を有するとよい。本発明の広帯域波長板１０において、例えば、Ａ方向に振動する電場の強度成分が１００％、光強度１となる７８５ｎｍ波長帯の直線偏光が広帯域波長板１０に入射する場合、透過する光はＡ方向に振動する電場の強度成分が主となる光であるとよい。このとき７８５ｎｍ波長帯の光に対する楕円率κ３は、０．４以下であれば好ましく、０．３以下であればより好ましい。また、Ａ方向に対して、楕円偏光の楕円形の長軸の方向は方位角ψと定義し、透過した光が直線偏光（κ３＝０）の場合、電場の振動する方向が方位角ψに相当する。なお、楕円偏光の場合、Ａ方向と、電場の振幅が最も大きくなる方向と、がなす角度が方位角ψとすることができる。本発明の広帯域波長板１０において７８５ｎｍ波長帯で入射するＡ方向に電場が振動する直線偏光に対して、透過する光の方位角はＡ方向を基準として−１０°〜＋１０°の範囲内であれば好ましく、−５°〜＋５°の範囲内であればより好ましい。
【００２８】
次に、異なる３つの波長帯の光が入射して、１／４波長板の機能または１波長板の機能を得るための広帯域波長板１０の構成について説明する。このとき、図１の広帯域波長板１０には、これらの波長帯の光はＸ方向に電場が振動する直線偏光であって、透明基板１４ａ側からＺ方向に進行しながら入射するものとして説明する。また、以下、波長板１１、１２および１３をそれぞれの波長の直線偏光が入射する順に基づき、第１の波長板１１、第２の波長板１２および第３の波長板１３とする。なお、直線偏光の電場の振動する方向は、以下、「電場の振動する」を略して単に「直線偏光の方向」または、「Ａ方向の直線偏光」などとして説明する。
【００２９】
図１（ｂ）は、広帯域波長板１０の平面模式図であり、広帯域波長板１０に入射する直線偏光１５の方向（＝Ｘ方向）と、第１の波長板１１の光学軸２１とがなす角度をθ１とする。さらに、広帯域波長板１０に入射する直線偏光１５の方向（＝Ｘ方向）と、第２の波長板１２の光学軸２２とがなす角度をθ２、広帯域波長板１０に入射する直線偏光１５の方向（＝Ｘ方向）と、第３の波長板１３の光学軸２３とがなす角度をθ３とする。なお、ここでいう光学軸の組み合わせは、３つの波長板の進相軸どうしまたは、遅相軸どうしの組み合わせにおいて考えるものとし、以下、それぞれの波長板のパラメータの設定条件について、とくに最適となる条件について説明する。
【００３０】
１．波長板の光学軸の角度設定
図１（ｂ）を用いて、まずは、具体的な角度θ１、θ２およびθ３の角度（それぞれ単位は［°］）の関係について説明する。ここで、θ１、θ２およびθ３の符号は、広帯域波長板１０の、光の透過側の面（Ｘ−Ｙ平面）において、Ｘ方向を基準に反時計回り方向をプラス（＋）、時計回り方向をマイナス（−）と定義し、プラス（＋）の取り得る範囲は０°〜＋１８０°、マイナス（−）の取り得る範囲は０°〜−１８０°とする。なお、Ｘ−Ｙ平面の座標の原点は光軸（光の中心）と交わる点に相当する。そして、θ１とθ２との関係は、θ１は絶対値が最も小さくなる進相軸または遅相軸に対する値であるものとし、そのときの進相軸どうしまたは遅相軸どうしの組み合わせにおいて、
θ２＝２×θ１                                    ・・・  （１）
となるようにする。さらに、θ２とθ３との関係は、
θ３＝θ２＋４５                                  ・・・  （２ａ）
または、
θ３＝θ２−４５                                  ・・・  （２ｂ）
のうちいずれか一方が成立するように設定する。したがって、θ１が決まれば、式（１）と、式（２ａ）または式（２ｂ）のいずれか一方によってθ２およびθ３が決まる。
【００３１】
２．波長板のリタデーション値
例えば、第１の波長板１１、第２の波長板１２および第３の波長板１３を構成する複屈折性の材料が同じものであって、該複屈折性材料の常光屈折率をｎｏ、異常光屈折率をｎｅとしたときの屈折率異方性Δｎ（＝｜ｎｅ−ｎｏ｜）と第１の波長板の厚さｄ１との積で表される第１のリタデーション値をＲｄ１（＝Δｎ・ｄ１）とする。また、屈折率異方性Δｎについては波長分散性、つまり同じ複屈折性材料であっても入射する光の波長によって異なるΔｎについて考慮して設計する。
【００３２】
そして、第２の波長板１２の厚さをｄ２とし、このときのリタデーション値をＲｄ２（＝Δｎ・ｄ２）、第３の波長板１３の厚さをｄ３とし、このときのリタデーション値をＲｄ３（＝Δｎ・ｄ３）とする。なお、第１の波長板１１、第２の波長板１２および第３の波長板１３を構成する複屈折性材料は同じものとして説明しているが、異なる材料の組合せであってもよい。また、３つの波長板のうち２つの材料が同じであると好ましく、３つ全て同じ材料であると、使用温度変化に対する熱膨張係数がすべて同じであるため、広帯域波長板１０の歪みをより少なくできるなどの理由でより好ましい。
【００３３】
次に、これら３つの波長板のリタデーション値の条件について説明する。広帯域波長板１０に異なる３つの波長λ１、λ２およびλ３（λ１＜λ２＜λ３）の光が入射するとき、第１の波長板１１において、波長λ１に対するリタデーション値Ｒｄ１（λ１）は、
Ｒｄ１（λ１）＝λ１／２                            ・・・  （３）
を満たすように、複屈折性材料および厚さｄ１を調整する。さらに、第３の波長板１３において、波長λ１に対するリタデーション値Ｒｄ３（λ１）は、
Ｒｄ３（λ１）＝λ１／４                            ・・・  （４）
を満たすように、複屈折性材料および厚さｄ３を調整する。
【００３４】
ここで、上記の式（１）〜式（４）の条件を満たす（式（２ａ）と式（２ｂ）は、このうちいずれか一方）ように広帯域波長板１０を構成するとき、この広帯域波長板１０に入射する光の偏光状態の変化について図１（ｂ）を用いて説明する。図１（ｂ）の平面模式図に示すように、波長λ１のＸ方向の直線偏光１５が入射すると、まず、第１の波長板１１のリタデーション値Ｒｄ１（λ１）は、λ１／２であって、πの位相差が生じるため、波長板１１を透過する光は２×θ１の方向の直線偏光、つまり、式（１）より、直線偏光１５の方向に対してθ２の角度をなす方向の直線偏光となる。そして、第２の波長板１２に入射する波長λ１の直線偏光の方向は、第２の波長板１２の光学軸２２と一致するので、偏光状態を変えずに透過し、第３の波長板１３に入射する。これより、波長λ１の光に対し、第２の波長板のリタデーション値Ｒｄ２（λ１）は任意に決めることができる。このＲｄ２（λ１）の値は、波長λ２の光に対するΔｎ、波長λ３の光に対するΔｎ、つまり波長分散特性を考慮するとよく、波長λ２および波長λ３の光が入射して所望の偏光状態となるような値に設定するとよい。
【００３５】
そして、第２の波長板１２の光学軸２２に一致して第３の波長板１３に入射する波長λ１の直線偏光の方向と、第３の波長板１３の光学軸とがなす角度（＝θ３−θ２）は、４５［°］であり、さらに第３の波長板１３のリタデーション値Ｒｄ３（λ１）は、λ１／４であってπ／２の位相差を発生するので、直線偏光から円偏光となって広帯域波長板１０を透過する。このように直線偏光で入射する波長λ１の光に対して楕円率κ１が１となる円偏光で透過させるには、式（１）〜式（４）の条件を満たせばよく（式（２ａ）と式（２ｂ）は、このうちいずれか一方）、これらの条件を満たすとともに、波長λ２および波長λ３の光に対して透過する光がそれぞれ所望の偏光状態となる条件を設定する。
【００３６】
ここで、波長λ２および波長λ３の光でＸ方向の直線偏光がＺ方向に進行して広帯域波長板１０に入射し、波長λ２の光が円偏光となって透過するとともに、波長λ３の光がＸ方向の直線偏光のまま透過するための、各波長板のリタデーション値Ｒｄ１（λ１）、Ｒｄ２（λ１）およびＲｄ３（λ１）の条件および、θ１、θ２およびθ３の条件を求めるとよく、以下にその設計手法について説明する。なお、波長λ１に対するリタデーション値Ｒｄ１（λ１）、Ｒｄ２（λ１）およびＲｄ３（λ１）は、以降、単にＲｄ１、Ｒｄ２およびＲｄ３として表現することもある。
【００３７】
ここで具体的に、波長λ２の光に対して楕円率κ２を１に近づけるとともに、波長λ３の光に対して楕円率κ３を０に近づけるための条件を設定する。このとき、広帯域波長板１０を構成する第１の波長板１１、第２の波長板１２および第３の波長板１３を透過する光の偏光状態をストークスパラメータＳで表し、後述するミュラー行列を解くことによって、Ｒｄ１、Ｒｄ２およびＲｄ３の条件および、θ１、θ２およびθ３の条件を求めるものである。なお、ストークスパラメータＳは、通常（Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）の４次元ベクトルで表すことができ、Ｓ０は光の強度、Ｓ１は０°方向（Ｘ軸方向）に振動する電場の強度、Ｓ２は４５°方向に振動する電場の強度、そしてＳ３は円偏光の強さを意味するものである。以降、ストークスパラメータＳは光の強度Ｓ０を省略して（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）の３次元ベクトルとして説明をする。
【００３８】
まず、ｋを波長の種類として（ｋ＝１、２、３）波長λｋを与えるとき、この３つの波長λｋの光はいずれも同じ方向（Ｘ軸方向）の直線偏光で広帯域波長板１０に入射するので、入射する光のストークスパラメータＳＩＮｋは、
（Ｓ１ＩＮｋ，Ｓ２ＩＮｋ，Ｓ３ＩＮｋ）＝（１，０，０）      ・・・  （５）
で与えることができる。
【００３９】
そして、広帯域波長板１０を透過する各波長の光のストークスパラメータを（Ｓ１ＯＵＴｋ，Ｓ２ＯＵＴｋ，Ｓ３ＯＵＴｋ）とする。まず、透過する波長λ１の光は前述のように３つの波長板の光学軸の組み合わせである式（１）と、式（２ａ）または式（２ｂ）いずれか一方の条件より、円偏光が理想であるので、
（Ｓ１ＯＵＴ１，Ｓ２ＯＵＴ１，Ｓ３ＯＵＴ１）＝（０，０，１）  ・・・  （６ａ）
または、
（Ｓ１ＯＵＴ１，Ｓ２ＯＵＴ１，Ｓ３ＯＵＴ１）＝（０，０，−１）  ・・・  （６ｂ）
のいずれかが成立するようにする。
【００４０】
次に、広帯域波長板１０を透過する波長λ２の光は、円偏光が理想であるので、
（Ｓ１ＯＵＴ２，Ｓ２ＯＵＴ２，Ｓ３ＯＵＴ２）＝（０，０，１）  ・・・  （７ａ）
または、
（Ｓ１ＯＵＴ２，Ｓ２ＯＵＴ２，Ｓ３ＯＵＴ２）＝（０，０，−１）  ・・・  （７ｂ）
のいずれかが成立するようにする。
【００４１】
そして、広帯域波長板１０を透過する波長λ３の光は、直線偏光が理想であるので、
（Ｓ１ＯＵＴ３，Ｓ２ＯＵＴ３，Ｓ３ＯＵＴ３＝（１，０，０）  ・・・  （８）
が成立するようにする。
【００４２】
次に、第１の波長板１１、第２の波長板１２および第３の波長板１３の光学特性について、それぞれミュラー行列ＷＰ１ｋ（θ１，δ１ｋ）、ＷＰ２ｋ（θ２，δ２ｋ）およびＷＰ３ｋ（θ３，δ３ｋ）を与える。ここで、δ１ｋ、δ２ｋおよびδ３ｋは、それぞれの波長板で生じる位相差であり、入射する光の波長λｋに依存して決定される（ｋ＝１、２、３）。つまり、
δ１ｋ＝３６０・Ｒｄ１（λｋ）／λｋ［°］                      ・・・  （９ａ）
δ２ｋ＝３６０・Ｒｄ２（λｋ）／λｋ［°］                      ・・・  （９ｂ）
δ３ｋ＝３６０・Ｒｄ３（λｋ）／λｋ［°］                      ・・・  （９ｃ）
で与えられる。そして、各ミュラー行列については、θ１、θ２、θ３、δ１ｋ、δ２ｋおよびδ３ｋを用いて、下記の式（１０ａ）〜式（１０ｃ）で与えることができる。なお、３×３の行列の一般式の中で、例えば式（１０ａ）の成分のうちＡ２３ｋの“２３ｋ”は、左から「行の番号」、「列の番号」、「（波長の短いほうから）ｋ番目の波長」で規則的に並ぶように表記するものである。
【００４３】
【数１】
2010146605.tif 000003
【００４４】
ここで、図１（ｂ）において、Ｘ方向の直線偏光が広帯域波長板１０の、第１の波長板１１、第２の波長板１２および第３の波長板１３を透過したとき、波長λ１の光において式（６ａ）または式（６ｂ）、波長λ２の光において式（７ａ）または式（７ｂ）、波長λ３の光において式（８）を満たすため、式（１０ａ）〜式（１０ｃ）を用いた行列式を利用して、それぞれ下記の式（１１ａ）〜式（１１ｃ）で与えることができる。
【００４５】
【数２】
2010146605.tif 000004
【００４６】
このとき、式（１）と、式（２ａ）または式（２ｂ）のいずれかを満たし、かつ、波長λ１の光が入射するときの第１の波長板１１で１／２波長板の機能を有するように、式（３）を変形させて、
δ１１＝１８０［°］                              ・・・  （１２ａ）
を満たすとともに、波長λ１の光が入射するときの第３の波長板１３で１／４波長板の機能を有するように、式（４）を変形させて、
δ３１＝９０［°］                                ・・・  （１２ｂ）
を満たすようにし、最適計算によって他のパラメータθ１、θ２、θ３、δ１ｋ、δ２ｋおよびδ３ｋを決定することができる。
【００４７】
次に、上記条件は、透過する３つの異なる波長の光において完全な円偏光（楕円率κ１、κ２＝１）および完全な直線偏光（楕円率κ３＝０）を満たすものであるが、本願発明では、透過する光の偏光状態が各波長帯の光に対して、一定の楕円率の条件を満たすものであればよい。具体的に、波長λ１を４０５ｎｍ波長帯（３９０〜４２０ｎｍ）、波長λ２を６６０ｎｍ波長帯（６４０〜６８０ｎｍ）、そして波長λ３を７８５ｎｍ波長帯（７６５〜８０５ｎｍ）としたとき、波長λ１の光に対する楕円率κ１および波長λ２の光に対する楕円率κ２が０．６５以上、また、波長λ３の光に対する楕円率κ３が０．４以下の条件を満たすものであればよい。
【００４８】
広帯域波長板１０の楕円率κ１が０．６５以上となる条件として、θ１、θ２およびθ３は式（１）と、式（２ａ）または式（２ｂ）のいずれか一方の条件、Ｒｄ３（λ１）は式（４）の条件で固定し、Ｒｄ１（λ１）の取り得る範囲について考える。このとき、Ｒｄ１（λ１）の最小値は、波長λ１の取り得る波長のうち、波長３９０ｎｍの光に対するリタデーション値Ｒｄ１（３９０）＝３９０／２−３９＝１５６［ｎｍ］となるので、Ｒｄ１（λ１）が１５６［ｎｍ］以上であればよい。さらにＲｄ１（λ１）の最大値は、波長λ１の取り得る波長のうち、波長４２０ｎｍの光に対するリタデーション値Ｒｄ１（４２０）＝４２０／２＋３８＝２４８［ｎｍ］となるので、Ｒｄ１（λ１）が２４８［ｎｍ］以下であればよい。これより、第１の波長板１１の波長λ１におけるリタデーション値Ｒｄ１（λ１）［ｎｍ］は、
１５６≦Ｒｄ１（λ１）≦２４８                      ・・・  （１３）
の範囲において設定するとよい。
【００４９】
次いで、波長λ１を４０５ｎｍ波長帯（３９０〜４２０ｎｍ）としたとき、広帯域波長板１０の楕円率κ１が０．６５以上となる条件として、θ１、θ２およびθ３は式（１）と、式（２ａ）または式（２ｂ）いずれか一方の条件、Ｒｄ１（λ１）は式（３）の条件で固定し、Ｒｄ３（λ１）の取り得る範囲について考える。このとき、Ｒｄ３（λ１）の最小値は、波長λ１の取り得る波長のうち、波長３９０ｎｍの光に対するリタデーション値Ｒｄ３（３９０）＝３９０／２−２３＝１７２［ｎｍ］となるので、Ｒｄ３（λ１）が１７２［ｎｍ］以上であればよい。さらにＲｄ３（λ１）の最大値は、波長λ３の取り得る波長のうち、波長４２０ｎｍの光に対するリタデーション値Ｒｄ３（４２０）＝４２０／２＋２１＝２３１［ｎｍ］となるので、Ｒｄ３（λ１）が２３１［ｎｍ］以下であればよい。これより、第３の波長板１３の波長λ３におけるリタデーション値Ｒｄ３（λ１）［ｎｍ］は、
１７２≦Ｒｄ３（λ１）≦２３１                      ・・・  （１４）
の範囲において設定するとよい。
【００５０】
次いで、波長λ１を４０５ｎｍ波長帯（３９０〜４２０ｎｍ）としたとき、広帯域波長板１０の楕円率κ１が０．６５以上となる条件として、Ｒｄ１（λ１）およびＲｄ３（λ１）は式（３）および式（４）の条件で固定し、θ２の取り得る範囲について考える。ここで、θ１＞０であるとき、波長λ１＝３９０［ｎｍ］で式（１）と式（２ａ）と、が成立するθ２の最適条件に対して、−１４．２［°］の条件で楕円率κ１が０．６５となる。また、波長λ１＝４０５［ｎｍ］で式（１）と式（２ａ）とが成立するθ２の最適条件に対して、＋１２．１［°］の条件で楕円率κ１が０．６５となる。これより、θ１＞０であるとき、式（１）および式（２ａ）はそれぞれ、
２×θ１−１４．２≦θ２≦２×θ１＋１２．１              ・・・  （１５）
（θ３−４５）−１４．２≦θ２≦（θ３−４５）＋１２．１  ・・・  （１６）
の不等式が成立する条件で与えることができる。なお、θ１＞０であるとき、式（１）および式（２ｂ）の条件ではθ２の解は得られない。
【００５１】
一方、θ１＜０であるとき、波長λ１＝３９０［ｎｍ］で式（１）と式（２ｂ）と、が成立するθ２の最適条件に対して、＋１４．２［°］の条件で楕円率κ１が０．６５となる。また、波長λ１＝４０５［ｎｍ］で式（１）と式（２ｂ）とが成立するθ２の最適条件に対して、−１２．１［°］の条件で楕円率κ１が０．６５となる。これより、θ１＜０であるとき、式（１）および式（２ｂ）はそれぞれ、
２×θ１−１２．１≦θ２≦２×θ１＋１４．２              ・・・  （１７）
（θ３−４５）−１２．１≦θ２≦（θ３−４５）＋１４．２  ・・・  （１８）
の不等式が成立する条件で与えることができる。なお、θ１＜０であるとき、式（１）および式（２ａ）の条件ではθ２の解は得られない。
【００５２】
次いで、波長λ１を４０５ｎｍ波長帯（３９０〜４２０ｎｍ）としたとき、広帯域波長板１０の楕円率κ１が０．６５以上となる条件として、Ｒｄ１（λ１）およびＲｄ３（λ１）は式（３）および式（４）の条件で固定し、θ３の取り得る範囲について考える。ここでθ１＞０であるとき、波長λ１＝３９０［ｎｍ］で式（２ａ）が成立するθ３の最適条件に対して、−１４．５［°］の条件で楕円率κ１が０．６５となる。また、波長λ１＝４０５［ｎｍ］で式（２ａ）が成立するθ３の最適条件に対して、＋１２．１［°］の条件で楕円率κ１が０．６５となる。これより、式（２ａ）は、
（θ２＋４５）−１４．５≦θ３≦（θ２＋４５）＋１２．１        ・・・  （１９）
の不等式が成立する条件で与えることができ、さらに式（１）を組み合わせると、
（２×θ１＋４５）−１４．５≦θ３≦（２×θ１＋４５）＋１２．１・・・  （２０）
の不等式が成立する条件で与えることができる。なお、θ１＞０であるとき、式（１）および式（２ｂ）の条件ではθ３の解は得られない。
【００５３】
一方、θ１＜０であるとき、波長λ１＝３９０［ｎｍ］で式（１）と式（２ｂ）と、が成立するθ３の最適条件に対して、＋１４．５［°］の条件で楕円率κ１が０．６５となる。また、波長λ１＝４０５［ｎｍ］で式（１）と式（２ａ）とが成立するθ２の最適条件に対して、−１２．１［°］の条件で楕円率κ１が０．６５となる。これより、θ１＜０であるとき、式（２ｂ）は、
（θ２−４５）−１２．１≦θ３≦（θ２−４５）＋１４．５        ・・・  （２１）
の不等式が成立する条件で与えることができ、さらに式（１）を組み合わせると、
（２×θ１−４５）−１２．１≦θ３≦（２×θ１−４５）＋１４．５  ・・・  （２２）
の不等式が成立する条件で与えることができる。なお、θ１＜０であるとき、式（１）および式（２ａ）の条件ではθ３の解は得られない。
【００５４】
この他のパラメータとして、θ１の値および第２の波長板１２のリタデーション値Ｒｄ２（λ１）は、波長λ２となる６６０ｎｍ波長帯（６４０〜６８０ｎｍ）の光が入射して広帯域波長板１０を透過する光の楕円率κ２が同様に０．６５以上であり、波長λ３となる７８５ｎｍ波長帯（７６５〜８０５ｎｍ）の光が入射して広帯域波長板１０を透過する光の楕円率κ３が０．４以下となるように、設定するとよい。この場合、第２の波長板１２のリタデーション値Ｒｄ２（λ１）は、
８０２≦Ｒｄ２（λ１）≦８７２                      ・・・  （２３）
の範囲において設定するとよい。
【００５５】
（第２の実施形態）
第２の実施形態として、第１の実施形態に係る広帯域波長板１０を用いた光ヘッド装置２０について説明する。図２は、第２の実施形態に係る光ヘッド装置２０の模式図であって、半導体レーザ等の光源２１から出射される４０５ｎｍ波長帯の光は、回折素子２４、ダイクロイックプリズム２７、偏光ビームスプリッタ２８、ダイクロイックプリズム２９を透過し、コリメータレンズ３０で平行光となって、本願発明の広帯域波長板１０によって円偏光となる。円偏光となった光は、ダイクロイックプリズム３１を透過し、ミラー３２で反射され、対物レンズ３４によってＢＤ等の光ディスク３５の情報記録面に集光される。復路の光は往路の円偏光とは逆方向に電場が回転する円偏光となって広帯域波長板１０を出射する復路の直線偏光の方向は往路の直線偏光の方向に対して直交し、偏光ビームスプリッタ２８で反射して光検出器３６に到達する。光検出器３６では、光ディスク３５で反射された光からピット情報を検出することで光ディスク３５に記録された情報の読み出しを行う。
【００５６】
同様に、半導体レーザ等の光源２２から出射される６６０ｎｍ波長帯の光は、回折素子２５を透過し、ダイクロイックプリズム２７で反射され、偏光ビームスプリッタ２８、ダイクロイックプリズム２９を透過し、コリメータレンズ３０で平行光となって、本願発明の広帯域波長板１０によって円偏光となる。円偏光となった光は、ダイクロイックプリズム３１で反射され、対物レンズ３３によってＤＶＤ等の光ディスク３５の情報記録面に集光される。復路の光は往路の円偏光とは逆方向に電場が回転する円偏光となって、広帯域波長板１０に入射する。広帯域波長板１０を出射する復路の直線偏光の方向は往路の直線偏光の方向に対して直交し、偏光ビームスプリッタ２８で反射して光検出器３６に到達する。
【００５７】
そして、半導体レーザ等の光源２２から出射される７８５ｎｍ波長帯の光は、回折素子２６を透過し、入射光の一部を透過、一部を反射するハーフミラー等の透過反射素子２７を透過し、ダイクロイックプリズム２９で反射され、コリメータレンズ３０で平行光となって、本願発明の広帯域波長板１０を直線偏光の偏光状態をほぼ変えないまま透過する。直線偏光の光は、ダイクロイックプリズム３１で反射され、対物レンズ２３によってＤＶＤ等の光ディスク３５の情報記録面に直線偏光の状態で集光される。復路の光は広帯域波長板１０に入射する往路の直線偏光と同じ方向の直線偏光となり、ダイクロイックプリズム２９で反射され、透過反射光学素子３７で反射され光検出器３８に到達する。
【００５８】
このように、広帯域波長板１０を用いることで、４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯の光に対して良好な円偏光を得ることができ、さらに７８５ｎｍ波長帯の光に対して直線偏光とすることができる光ヘッド装置を実現できるので、光ディスクに対する記録・再生の品質が高く、かつ小型化された光ヘッド装置を実現することができる。
【００５９】
（実施例）
実施例として、本発明に係る広帯域波長板４０の作製方法について図３（ａ）を用いて説明する。なお、実施例の広帯域波長板４０は、第１の実施形態に係る広帯域波長板１０に対し、３つの波長板の間に透明基板が形成され一体化された構造であって各波長板の機能は第１の実施形態と同じである。まず、透明基板４４ａとして石英ガラス基板を用い、一方の面に真空蒸着法を用いて図示しない反射防止膜を形成した。透明基板４４ａの反射防止膜とは反対の面にポリイミドを塗布し、ラビングにより水平配向処理をして図示しない配向膜を形成した。次に、透明基板４４ａの外周部に図示しない熱硬化型のエポキシ系シール剤を塗布してから、配向膜上に図示しない直径５．０μｍのＳｉＯ２ビーズを１０個／ｍｍ２の密度でスペーサとして散布した。その後、同様に図示しないポリイミド配向膜付き石英ガラス基板を用意し、図示しないポリイミド配向膜付き石英ガラス基板のポリイミド配向膜上を撥水処理した。
【００６０】
そして、ポリイミド配向膜付きの透明基板４４ａと、図示しないポリイミド配向膜付き石英ガラス基板の配向膜の配向方向が互いに一致するように対向させ、前述のエポキシ系シール剤で固定し、２枚の石英ガラス基板間のギャップが５．０μｍの液晶セルを形成した。このように対向させた２枚の石英ガラス基板の５．０μｍのスペースに複屈折性を有するネマチック液晶モノマーを図示しない注入口から注入し、充填させた。
【００６１】
この液晶モノマーとしては、重合・硬化後のポリマー（高分子液晶状態）における屈折率異方性Δｎが、波長４０５ｎｍの光に対し０．０４０、波長６６０ｎｍの光に対し０．０３５、波長７８５ｎｍの光に対し０．０３４となるものを用いた。
【００６２】
その後、波長３６５ｎｍのＵＶ光を液晶モノマー材料全体に照射し、液晶モノマー組成物全体を重合・固化し、その後、３０分間１４０℃の熱処理をして、厚さ５．０μｍの水平配向した高分子液晶層を形成した。そして、撥水処理されたポリイミド配向膜付き石英ガラス基板を除去し、ポリイミド配向膜付きの透明基板４４ａ上に水平配向した５．０μｍの厚さの高分子液晶からなる第１の波長板４１を形成した。
【００６３】
上記と同様のプロセスにより、ポリイミド配向膜付きの透明基板４４ｂ上の図示しない配向膜上に７．６μｍの厚さの高分子液晶からなる第２の波長板４２を形成した。第２の波長板４２の液晶モノマーとしては、重合・硬化後のポリマーにおける屈折率異方性が、波長４０５ｎｍの光に対し０．１０９、波長６６０ｎｍの光に対し０．０９５、波長７８５ｎｍの光に対し０．０９２となるものを用いた。
【００６４】
また、同様のプロセスにより、ポリイミド配向膜付きの透明基板４４ｃ上の図示しない配向膜上に２．５μｍの厚さの高分子液晶からなる第３の波長板４３を形成した。また、第３の波長板４３を構成する高分子液晶材料は第１の波長板４１の高分子液晶材料と同一のものであり、第２の波長板４２を構成する高分子液晶材料とは異なるものとした。このとき、波長λ１＝４０５ｎｍの光に対する第１の波長板４１のリタデーション値Ｒｄ１（λ１）は約２０３ｎｍ、第２の波長板４２のリタデーション値Ｒｄ２（λ１）は約８２９ｎｍ、第３の波長板４３のリタデーション値Ｒｄ３（λ１）は約１０２ｎｍとなった。
【００６５】
次に図３（ｂ）に示すように、光の透過側から見たとき、第１の波長板４１の進相軸４６と第２の波長板４２の進相軸４７とがなす角度を１８［°］となるようにして対向させ、図示しない光学的に等方性を示す透明な接着剤で接着した。次いで、第２の波長板４２の進相軸４７と第３の波長板４３の進相軸４８が４５［°］となるようにポリイミド配向膜付きの透明基板４４ｂと第３の波長板４３とを対向させ、図示しない光学的に等方性を示す透明な接着剤で接着し、広帯域波長板４０を作製した。
【００６６】
作製した広帯域波長板４０のポリイミド配向膜付きの透明基板４４ａ面（反射防止膜形成面）に向かって垂直な進行方向で直線偏光を入射した。このとき、入射する直線偏光の方向４５と第１の波長板の進相軸４６とがなす角度（＝θ１）が１８［°］となるように設定した。ここで、広帯域波長板４０に４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の直線偏光を入射し、それぞれの波長の光に対する光学特性を調べた。図４は、それぞれの波長帯の直線偏光に対して得られた光学特性を示すグラフである。これより、広帯域波長板４０を透過する光の偏光状態は、図４（ａ）に示すように、４０５ｎｍ波長帯の光に対して楕円率が０．９以上となり、図４（ｂ）に示すように６６０ｎｍ波長帯の光は楕円率が０．８以上となることがわかった。
【００６７】
一方、図４（ｃ）に示すように７８５ｎｍ波長帯の光に対して楕円率が０．３５以下となることがわかった。そして入射する直線偏光の方向を基準としたとき、透過する側から見たとき、透過する７８５ｎｍ波長帯の光の方位角は、図４（ｄ）に示すように６［°］以下と安定した値となった。また、楕円率０．３５以下かつ方位角が＋６°以下の偏光状態は楕円偏光であって完全な直線偏光ではないものの、入射した直線偏光の方向に平行な成分の強度（偏光子強度）は８８％以上となり、入射偏光に対して、ほとんど偏光状態を変えていないとみなすことができる。
【００６８】
このように、本発明の広帯域波長板は、４０５ｎｍ波長帯と６６０ｎｍ波長帯の光に対して、１／４波長板として機能し、波長７８５ｎｍ波長帯の光に対しては、ほぼ偏光状態を変えない（直線偏光状態を維持する）波長板として機能する。そして、この広帯域波長板をこれらの３つの異なる波長の光に共通する光路中に配置することで、小型化が実現できるとともに高品質機能を有する光ヘッド装置を実現することができる。
【００６９】
（比較例）
比較例として、４０５ｎｍ波長帯に対して９λ／４板、６６０ｎｍ波長帯に対して５λ／４板、７８５ｎｍ波長帯に対して１波長板の機能を有する２枚の波長板を用いた特許文献２に記載の広帯域波長板の特性を示す。具体的に、２枚の波長板の構成を光が入射する側から第１の波長板、第２の波長板とするとき、第１の波長板の厚さを７５．０［μｍ］、θ１に相当する角度を１２［°］とし、第２の波長板の厚さを６６．０［μｍ］、θ２に相当する角度を６５［°］とする。また、液晶モノマーとして、重合・硬化後のポリマー（高分子液晶状態）における屈折率異方性Δｎが、波長４０５ｎｍの光に対し０．０１４０、波長６６０ｎｍの光に対し０．０１１８、波長７８５ｎｍの光に対し０．０１１４となるものを用いるものとして計算を行った。
【００７０】
このとき、比較例の条件において、４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の直線偏光を入射したときの楕円率、および７８５ｎｍ波長帯における方位角の結果を図５に示す。図５（ａ）は、４０５ｎｍ波長帯の楕円率、図５（ｂ）は、６６０ｎｍ波長帯の楕円率、図５（ｃ）は、７８５ｎｍ波長帯の楕円率を示すグラフである。また、図５（ｄ）は、７８５ｎｍ波長帯の方位角を示すグラフである。
【００７１】
この結果より、比較例では、とくに４０５ｎｍ波長帯において楕円率０．６５以上の特性を得ることができない。このため、この広帯域波長板を光ヘッド装置に配置したとき、ＣＤの記録再生においてディスクの複屈折の影響を低減することはできても、ＢＤのような高密度光記録媒体の記録再生の際、４０５ｎｍ波長帯の偏光状態が良好な円偏光とならないため、ＢＤなどで反射した復路の光利用効率が低下し、安定したな記録再生ができなくなる。なお、比較例のような２枚の波長板から構成される広帯域波長板のパラメータを変化させても、４０５ｎｍ波長帯および６６０ｎｍ波長帯の光に対する楕円率が０．６５以上、７８５ｎｍ波長帯の光に対する楕円率が０．４以下でかつ、方位角が−１０°〜＋１０°の範囲と満たす条件が得られなかった。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
以上のように、３枚の波長板を配して構成される広帯域波長板として各波長板のリタデーション値、それぞれの光学軸の交差角をそれぞれ調整することにより、異なる波長帯域を有する波長λ１、λ２およびλ３（λ１＜λ２＜λ３）で入射する直線偏光に対し、λ１、λ２の光は楕円率を高く円偏光に近い偏光状態にすることができ、λ３の光は楕円率が低い直線偏光に近い偏光状態で出射させることができる。さらに、この広帯域波長板を規格が異なる光ディスクの記録・再生をする光ヘッド装置に配置することで記録・再生の品質を高めた光ヘッド装置を実現することができ、有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明に係る広帯域波長板の断面模式図および各波長板の各光学軸の角度などの関係を示す平面模式図。
【図２】本発明に係る広帯域波長板を用いた光ヘッド装置の一例を示す模式図。
【図３】本発明の実施例における広帯域波長板の断面模式図および各波長板の各光学軸の角度などの関係を示す平面模式図。
【図４】本発明の実施例における広帯域波長板の各波長帯における楕円率、方位角の光学特性結果。
【図５】比較例の各波長帯における楕円率、方位角光学特性の計算結果。
【図６】従来の３波長の光を扱う光ヘッド装置の構成を示す模式図。
【図７】３波長の光を扱う光ヘッド装置の構成を示す模式図（特許文献１）。
【図８】３波長の光を扱う光ヘッド装置の構成を示す模式図（特許文献２）。
【符号の説明】
【００７４】
１０、４０  広帯域波長板（本発明）
１１、４１  第１の波長板
１２、４２  第２の波長板
１３、４３  第３の波長板
１４ａ、１４ｂ、４４ａ、４４ｂ、４４ｃ  （ポリイミド配向膜付きの）透明基板
１５、４５  入射する直線偏光の電場が振動する方向
２１、４６  第１の波長板の光学軸
２２、４７  第２の波長板の光学軸
２３、４８  第３の波長板の光学軸
２０、１００、２００、３００  光ヘッド装置
２１、１０１、２０１、３０１  光源（４０５ｎｍ波長帯）
２２、１０２、２０２、３０２  光源（６６０ｎｍ波長帯）
２３、１０３、２０３、３０３  光源（７８５ｎｍ波長帯）
２４、２５、２６、１０４、１０５、１０６、２０４、２０５、２０６  回折素子
２７、２９、３１、１０８、２０７、２０８、２１２、３０８、３０９  ダイクロイックプリズム
３８、１０７、１０９、２０９  （偏光）ビームスプリッタ
３０、１１０、１１１、２１０、３１０  コリメータレンズ
３１、１１４、１１５、２１３  ミラー
３３、３４、１１６、１１７、２１４、２１５、３１３  対物レンズ
３５、１１８、２１６、３１５  光ディスク
３６、３８、１１９、１２０、２１７、３０４、３０５、３０６  光検出器
３７  透過反射光学素子
１１２、１１３、２１１  １／４波長板
３０７  無偏光回折格子
３１１  偏光回折格子
３１２  （広帯域）波長板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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