(57)【要約】【課題】  コストアップや収差の劣化なしに波長依存性と入射角依存性を満足することができる１／４波長板を提供する。【解決手段】  水晶基板により入射光線に１／４波長の位相差を生じさせる１／４波長板であって、少なくともＸカット又はＹカットの水晶基板１において１／４波長特性が得られるように、波長板として利用する光学領域部２の板厚を、それ以外の環状囲繞部３の板厚Ｔ２より薄い所定の板厚Ｔ１に設定することで、Ｘカット又はＹカットの水晶基板１を利用して波長依存性と入射角依存性に優れた１／４波長板を実現するようにした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超薄肉の光学領域部と該光学領域部の周囲を支持する前記光学領域部より厚肉の環状囲繞部とを複屈折結晶により一体的に構成し、
前記光学領域部が所定の０次モードの位相差特性を有していることを特徴とする超薄波長板。
【請求項２】
前記複屈折結晶が、水晶、ニオブ酸リチウム、雲母、ＢＢＯ、方解石、或いはＹＶＯ４であることを特徴とする請求項１記載の超薄波長板。
【請求項３】
請求項１または２に記載の超薄波長板を２以上積層したことを特徴とする超薄波長板。
【請求項４】
請求項３に記載の超薄波長板において、前記環状囲繞部の積層界面に切り欠き部を設けたことを特徴とする超薄波長板。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の超薄波長板と、光学素子とを貼り合せたことを特徴とする複合光学素子。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の超薄波長板を、光源と光記録媒体との光路間、或いは前記光記録媒体と光検出器との光路間に配置したことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項７】
請求項５に記載の複合光学素子を、光源と光記録媒体との光路間、或いは前記光記録媒体と光検出器との光路間に配置したことを特徴とする光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複屈折結晶板を利用して入射光線に位相差を生じさせる超薄波長板、及びその波長板とビームスプリッターとから成る複合光学素子、及び複合光学素子を備えた光ピックアップ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、広く利用されている光ディスク装置では、円偏光のレーザ光を利用して光学記録媒体であるＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Video Disc/Digital Versatile Disc）等に音楽や映像関連の情報の記録や再生を行うことが知られている。中でもＣＤとＤＶＤとの互換性が可能な光ディスク装置の普及に伴って装置の小型化の要求も高まり、光学部品点数の削減等の簡素化による光ピックアップ装置の小型化が試みられている。
ＤＶＤは、ＣＤに比べて記録密度が高いため、その再生波長がＣＤの７８５ｎｍに対して６５５ｎｍと短い。このため、ＤＶＤとＣＤのコンパチブルを可能とする光ピックアップ装置では必然的に２種類の波長が必要になる。２波長対応とするにはレーザ光源を２つ必要とし、また波長板等の光学素子も夫々に対応するものが必要となるため、結果的に２系統のピックアップにより光ピックアップ装置が構成されることになるが、近年、光ピックアップ装置の小型化の要求によりピックアップを１系統で構成するための試みがなされている。
ここで、光ピックアップ装置に設けられている１／４波長板の光学作用について説明する。
光は電磁波と呼ばれる波の一つであり、光の進行方向と磁場を含む面を偏光面、電場を含む面を振動面と呼び、偏光面の方向が揃っている場合を偏光という。さらに偏光面が一つの平面に限られるような偏光を直線偏光と呼び、直線偏光には入射光線と入射面の法線とを含む平面に対して水平に振動する成分のＰ偏光と、垂直に振動する成分のＳ偏光がある。
また、或る位置で見た電磁ベクトルが、時間と共に回転するような偏光を一般に楕円偏光と呼び、特に光の進行方向に垂直な平面上に電磁ベクトルの先端を投影した時、その軌跡が円になるものを円偏光と呼ぶ。
【０００３】
図８は、一般的な１／４波長板の構造を示した図である。
図８に示す１／４波長板１００は、水晶原石から所定の切断角度で切り出した１枚の水晶基板からなる、所謂単板型の波長板である。このような波長板においては、常光線と異常光線の屈折率差は、水晶原石から水晶基板を切り出すときの切り出し角度により決定されるのは周知の通りである。
図９は水晶の複屈折率の説明図である。
水晶原石１１０は、常光屈折率Ｎｏが円で表すことができるのに対して、異常光屈折率Ｎｅは楕円により表すことができ、異常光屈折率Ｎｅは入射光の入射方向を変えることにより変化することは周知の通りである。例えば、Ｘ軸又はＹ軸と直交する方向で水晶原石１１０を切断した場合（以下、「Ｘカット又はＹカット」という）、常光と異常光の屈折率差（ΔＮ＝Ｎｅ−Ｎｏ）を大きくすることができる。これに対して、Ｚ軸と交差する方向で水晶原石１１０を切断した場合（以下、「Ｚカット」という）、常光と異常光の屈折率差（ΔＮ＝Ｎｅ−Ｎｏ）を小さくすることができる。
このため、Ｘカット又はＹカットの水晶基板１１１を用いて、例えば７８０ｎｍの波長光線に対応した０次オーダ（シングルモード）の１／４波長板を作製しようとすると、その板厚が約２３μｍと薄くなり加工が困難になるので、マルチモードにて対応し、板厚をシングルモードの２１倍の２１／４波長板とすることにより、０．４８３ｍｍまで厚くすることができるので加工が容易になる。
一方、Ｚカットにより１／４波長板を作製する場合、Ｚ軸に対して１３°又は２３°等の切断角度を与えて切り出した水晶基板１１２を用いて１／４波長板を作製する場合、例えば上記と同じ７８０ｎｍの波長光線に対応したシングルモードの１／４波長板では、その板厚が０．４３５ｍｍ程度になるため、シングルモードにより作製することができる。
【０００４】
しかしながら、上記Ｘカット又はＹカットの水晶基板１１１を利用したマルチモードの１／４波長板は、シングルモードの１／４波長板に比べて、例えばレーザダイオードからの入射光線の波長変化（波長誤差）に対する位相変化が大きく、波長依存性が悪いという欠点があった。また上記Ｚカットの水晶基板１１２を利用したシングルモードの１／４波長板は、屈折率の変動が急峻な切断角を使用しているため、入射光線の入射角変化に対する位相変化が大きく、入射角依存性が悪いという欠点があった。つまり、従来の単板型の１／４波長板では波長依存性と入射角依存性とを同時に満足することができなかった。
そこで、波長依存性と入射角依存性を共に満足する１／４波長板として貼り合せ型の１／４波長板が知られている。
図１０は、貼り合せ型の１／４波長板の一般的な構造を示した図である。
この図１０に示す１／４波長板１２０は、水晶原石から切り出した２枚の水晶基板１２１、１２２を接着剤により貼り合せるようにしている。この場合、２枚の水晶基板１２１、１２２の光学軸は直交関係を成すことになる。
このような１／４波長板１２０を作製する場合は、基板１２１をＸカット又はＹカットでマルチモードの１／２波長板（例えば２２／４波長板）と、基板１２２をＸカット又はＹカットでマルチモードの１／４波長板（例えば２１／４波長板）とを光学軸を直交させた状態で貼り合せることによって、シングルモードの１／４波長板（２２／４−２１／４＝１／４）を得ることができる。
なお、先行文献としては、入射光線角度に対するリタデーション値の依存性を低減するために、２枚の光学的異方性結晶を貼り合わせて形成すると共に、形成された板の厚さを０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下にする技術が開示されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００３−２２２７２４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図１０に示した貼り合せ型の１／４波長板１２０は水晶基板が２枚必要になるため、単板型の波長板に比べてコストがかかるという欠点があった。
また、図１１（ａ）（ｂ）に示すように基板１２１、１２２の貼り合せに接着剤１２３を使用しているため、接着剤１２３が有する光学特性（屈折率）や、図１１（ｂ）に示すような基板１２１、１２２を貼り合せたときの平行度誤差ｄが、波長板の収差に影響を及ぼして収差劣化が生じるという欠点があった。
さらに、ＤＶＤとＣＤの両方に対応する光ピックアップ装置に使用する１／４波長板は、上記したＤＶＤの再生に使用する再生波長（６５５ｎｍ）からＣＤの再生に使用する再生波長（７８５ｎｍ）までの広い波長領域において優れた波長依存性が求められていた。
そこで、本発明は上記したような点を鑑みて成されたものであり、コストアップや収差の劣化なしに波長依存性と入射角依存性を満足することができる超薄波長板を提供することを目的とする。またにＤＶＤとＣＤの両方に対応する光ピックアップ装置に適用した場合でも、優れた波長依存性と入射角依存性とを得ることができる超薄波長板、複合光学素子、さらには光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、超薄肉の光学領域部と該光学領域部の周囲を支持する前記光学領域部より厚肉の環状囲繞部とを複屈折結晶により一体的に構成し、前記光学領域部が所定の０次モードの位相差特性を有している超薄波長板であることを特徴とする。
請求項２記載の発明は、前記複屈折結晶が、水晶、ニオブ酸リチウム、雲母、ＢＢＯ、方解石、或いはＹＶＯ４である請求項１に記載の超薄波長板であることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の超薄波長板を２以上積層した超薄波長板であることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項３に記載の超薄波長板において、前記環状囲繞部の積層界面に切り欠き部を設けた超薄波長板であることを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の超薄波長板と、光学素子と貼り合せた複合光学素子であることを特徴とする。
請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の超薄波長板を、光源と光記録媒体との光路間、或いは前記光記録媒体と光検出器との光路間に配置した光ピックアップ装置であることを特徴とする。
請求項７記載の発明は、請求項５に記載の複合光学素子を、光源と光記録媒体との光路間、或いは前記光記録媒体と光検出器との光路間に配置した光ピックアップ装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、超薄肉の光学領域部と該光学領域部の周囲を支持する前記光学領域部より厚肉の環状囲繞部とを複屈折結晶により一体的に構成したことで、光学領域部が所定の０次モードの位相差特性を有し、しかも波長依存性と入射角依存性に優れた波長板を安価に実現することができるようになる。
また本発明の超薄波長板を２以上積層して超薄波長板を形成することで、広帯域において優れた波長依存性と入射角依存性を満たした波長板を提供することができる。
また環状囲繞部の積層海面に切り欠き部を設けることで、空気膨張による収差劣化が無く、広帯域において優れた波長依存性と入射角依存性を満たした波長板を実現することができる。
従って、本発明の超薄波長板を光学素子に貼り合わせて複合光学素子を構成したり、或いは本は発明の超薄波長板や、複合光学素子を光ピックアップ装置に適用したりすれば装置の小型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】
【０００８】
以下、図面を参照しながら本発明の超薄波長板の実施形態について説明する。なお、本実施形態では１／４波長板又は１／２波長板を例に挙げて説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態としての１／４波長板の構造を示した図であり、（ａ）は１／４波長板の概略斜視図、（ｂ）は１／４波長板の上面図、（ｃ）は（ｂ）に示した１点鎖線Ａ−Ａにおける断面図である。
この図１に示す１／４波長板１は、例えば水晶基板などの複屈折結晶板により構成され、入射光線に１／４波長の位相差を生じさせることができる波長板である。１／４波長板１における水晶基板の切断方向は、図９に示したように、水晶基板の常光屈折率Ｎｏと異常光屈折率Ｎｅとの屈折率差が最も大きいＸカット又はＹカットである。
このような１／４波長板１においては、所定の波長特性が得られるように、波長板として使用する光学領域部２（図１（ａ）（ｂ）のハッチ部分）の板厚Ｔ１を、それ以外の環状囲繞部３の板厚Ｔ２より超薄肉に形成するようにしている。このため、図１（ｃ）に示すようにその断面形状は凹型となる。即ち、超薄肉の光学領域部２と、この光学領域部２の周囲を支持する環状囲繞部３を複屈折結晶板である水晶基板により一体的に構成するようにしている。
ここで、１／４波長板１の光学領域部２の板厚Ｔ１は、下記（式１）により求めることができる。
δ＝２π／λ×（Ｎｅ−Ｎｏ）×Ｔ１・・・（式１）
但し、Ｎｅ：水晶基板の異常光線屈折率
Ｎｏ：水晶基板の常光線屈折率
Ｔ１：板厚
λ：設計位相差
なお、板厚Ｔ２は、基板として強度が確保できる範囲であれば任意に設定可能である。
このような１／４波長板１は、例えば水晶原石からＸカット又はＹカットにより板厚Ｔ２の平行平面板（水晶基板）を切り出し、切り出した水晶基板の光学領域部２を片面側からエッチングして板厚Ｔ１まで超薄肉に形成することができる。
また、このような１／４波長板１を作製するにあたっては、水晶基板の片側だけをエッチングすれば良いため、その作製を容易に行うことができる。なお、エッチング方法としては、例えば光学的に位相差をモニタしながら行うことにより板厚を制御すればよい。
このようにすれば、Ｘカット又はＹカットの水晶基板を利用して、例えば７８０ｎｍで、位相差が９０°、厚み２３μｍのシングルモードの１／４波長板を構成することができる。つまりＸカット又はＹカットの水晶基板を用いたことにより入射角依存性に優れ、且つ、シングルモードであることから波長依存性にも優れた１／４波長板を実現することができる。
また、１／４波長板１は、１枚の水晶基板により構成することができるので、水晶基板が２枚必要な貼り合せタイプの１／４波長板より安価に作製することができるという利点もある。
【０００９】
次に、図２は本発明の第２の実施形態としての１／４波長板の構造を示した図であり、（ａ）は１／４波長板の上面図、（ｂ）は（ａ）に示した１点鎖線Ｂ−Ｂにおける断面図である。
この図２に示す１／４波長板１１も１／４波長の位相差を生じさせることができる波長板であり、その切断方向も上記同様Ｘカット又はＹカットである。このような１／４波長板１１においても、所定の波長特性が得られるように、波長板として使用する光学領域部１２（図２（ａ）のハッチ部分）の板厚Ｔ１を、それ以外の環状囲繞部１３の板厚Ｔ２より超肉薄に形成している。但し、この場合は、図２（ｂ）に示すように、その断面形状はＨ型となる。なお、この場合も板厚Ｔ２は基板としての強度が確保できる範囲であれば任意に設定可能である。
このような１／４波長板１１は、例えば水晶原石からＸカット又はＹカットにより板厚Ｔ２の平行平面板（水晶基板）を切り出し、切り出した水晶基板の光学領域部１２を基板の両側からエッチングして板厚Ｔ１まで薄くすることにより形成することができる。この場合、水晶基板の両側からエッチングを行うため、片側からのエッチングに比べてエッチング処理に要する時間が短くて済むことになる。なお、この場合もエッチング方法としては、光学的に位相差をモニタしながら行うことにより板厚を制御すればよい。
従って、このようにした場合も、Ｘカット又はＹカットの水晶基板を利用してシングルモードの１／４波長板を構成することができるので、入射角依存性に優れ、且つ、波長依存性に優れた１／４波長板を実現することができる。また、この場合も１枚の水晶基板で構成することができるので、水晶基板が２枚必要な貼り合せタイプの波長板より安価に作製することができる。
【００１０】
なお、本実施形態では１／４波長板を例に挙げて説明したが、光学領域部２の板厚Ｔ１を変更するだけで他の波長板、例えば１／２波長板を構成することができるのは言うまでも無い。
また本実施形態では、複屈折結晶が水晶の場合を例に挙げて説明したが、これはあくまでも一例であり、複屈折結晶としては例えばニオブ酸リチウム、雲母、ＢＢＯ、方解石、ＹＶＯ４等を用いることも可能である。
ところで、先において説明したように、ＤＶＤとＣＤの両方に対応する光ピックアップ装置に適用できる１／４波長板としては、ＤＶＤからＣＤまで（例えば６５５ｎｍ〜７８５ｎｍ）の広い波長領域において優れた波長依存性が得られる波長板が求められていた。
そこで、本出願人らは鋭意検討を行った結果、上記第１、第２の実施形態に示したような構造の波長板を貼り合せることで波長依存性及び入射角依存性に優れた広帯域の１／４波長を作製できることが分かった。
【００１１】
図３は、本発明の第３の実施形態としての１／４波長板の構造を示した図であり、（ａ）は波長板の概略斜視図、（ｂ）は（ａ）に示した１点鎖線Ｃ−Ｃの断面図である。
この図３に示す１／４波長板２１は、第１の実施形態において説明した構造の１／２波長板２２と１／４波長板２３とを積層して接着剤２４により貼り合せるようにしたものである。この場合、１／２波長板２２と１／４波長板２３との光学軸は直交関係を成す。
ここで、１／２波長板２２の光学領域部の板厚Ｔ１１と、１／４波長板２３の光学領域部の板厚Ｔ１２との関係は下記（式２）により求めることができる。
δ＝２π／λ×（Ｎｅ−Ｎｏ）×（Ｔ１１−Ｔ１２）・・・（式２）
但し、Ｎｅ：水晶基板の異常光線屈折率
Ｎｏ：水晶基板の常光線屈折率
λ：設計位相差
図４は、第３の実施形態としての１／４波長板の特性を示した図であり、同図（ａ）には波長依存特性、同図（ｂ）は入射角依存特性を夫々示している。なお、図４（ａ）に示す波長依存特性は設計波長を５５０ｎｍに設定した場合の特性である。また図示していないが、図４（ｂ）に示す入射角度は１／４波長板の板面法線と成す角度によって示されるものである。
また図４（ａ）（ｂ）には、第３の実施形態の１／４波長板との比較として、従来のＺカットによる１／４波長板（従来１）、同じく従来の貼り合せ型の１／４波長板（従来２）、理想設計の広帯域１／４波長板、マルチ設計の広帯域１／４波長板の特性が併せて示されている。
図４（ａ）から分かるように、第３の実施の形態の１／４波長板２１においては、４００ｎｍ〜７００ｎｍにかけて位相が殆ど変化しておらず、ほぼ理想設計に近い波長依存特性が得られていることが見て取れる。また図４（ｂ）に示す入射角依存特性についても、−１０°〜１０°の範囲において位相が殆ど変化しておらず、ほぼ理想設計に近い入射角依存特性が得られていることが見て取れる。
従って、図３に示したように１／４波長板２１を構成すれば、広帯域において優れた波長依存性と入射角依存性を満たす１／４波長板を実現することができる。
また、図３に示した１／４波長板２１では、１／２波長板２２と１／４波長板２３とを貼り合せる際には波長板の環状囲繞部２５部分を接着剤により接着することになるため、波長板として利用する光学領域部は空間配置となる。即ち、従来のように接着剤による面接着でないため、接着剤２４が有する屈折率などの光学特性や、１／２波長板２２と１／４波長板２３とを貼り合せたときの平行度誤差が収差に影響を及ぼすことがないので、収差劣化の発生を防止することができる。
なお、本実施形態では１／２波長板２２と１／４波長板２３の２枚の波長板を積層する場合を例に挙げたが、２枚以上の波長板を積層しても良い。
【００１２】
図５は本発明の第４の実施形態としての１／４波長板の構造を示した図であり、（ａ）は波長板の概略斜視図、（ｂ）は（ａ）に示した１点鎖線Ｄ−Ｄの断面図である。なお、図３と同一部位には同一番号を付して説明は省略する。
この図５に示す１／４波長板３１は、上記図３に示した１／４波長板において、１／２波長板２２が積層される１／４波長板２３の環状囲繞部２５の積層界面にエッチングにより切り欠き部３２を形成し、１／２波長板２２を貼り合せた１／４波長板２３内に外気の導通を図る構造にしている。このように構成すれば、温度上昇時、１／２波長板２２を貼り合せた１／４波長板２３内の空気膨張により発生する光学領域部の歪に起因した収差劣化を防止することができる。
なお、これまで説明した本実施形態では、光学領域部２以外の領域が環状形状として説明したが基板強度を得ることができれば必ずしも環状に形成する必要はない。
【００１３】
次に、本発明の１／４波長板が適用される光ピックアップ装置について説明する。
図６は、一般的な光ピックアップ装置の構成を示した図である。
この図において、レーザダイオード（ＬＤ）５１から出射されたＳ偏光は、Ｓ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過する光学薄膜を有する偏光ビームスプリッター（以下、「ＰＢＳ」という）５２へ入射する。ＰＳＢ５２で反射されたＳ偏光はミラー５３によりディスク方向に導かれ、１／４波長板５４で円偏光になり、対物レンズ５５で集光され、光ディスク５６に照射される。光ディスク５６で反射された光は、円偏光の回転方向が、入射時とは反対の回転となるので、１／４波長板５４によりＰ偏光になる。Ｐ偏光はミラー５３により反射されてＰＢＳ５２を透過してＰＤＩＣ５７において受光される。
従って、このように構成される光ピックアップ装置の光源であるＬＤ５１と光記録媒体である光ディスク５６との光路間、或いは光ディスク５６と光検出器であるＰＤＩＣ５７との光路間に、本発明に係る超薄波長板を配置すれば、入射角依存性に優れ、且つ、波長依存性に優れた光ピックアップ装置を実現することができる。
図７は本発明の１／４波長板を光学ピックアップ装置に適用する場合の一構成例を示した図である。この図７に示す例では、第３の実施形態としての１／４波長板２１を光学素子であるＰＳＢ５２に貼りつけて複合光学素子４１を構成するようにしている。この場合、１／４波長板２１は、その環状囲繞部２５をＰＢＳ５２に接着剤を用いて固定するようにしている。そしてこのように構成した複合光学素子４１をＬＤ５１と光ディスク５６との光路間、或いは光ディスク５６とＰＤＩＣ５７との光路間に配置する。このようにすると、ＰＢＳ５２と１／４波長板２１との間の距離を短くできるので光学ピックアップ装置の小型化を図ることができる。また１／４波長板２１とＰＢＳ５２との平行度を容易に確保することができる。さらに接着剤の屈折率による収差の問題も回避することができる。なお、ここでは第３の実施形態の１／４波長板２１を例に挙げたが、それ以外の波長板を用いることも可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態としての１／４波長板の構造を示した図。
【図２】本発明の第２の実施形態としての１／４波長板の構造を示した図。
【図３】本発明の第３の実施形態としての１／４波長板の構造を示した図。
【図４】図３に示した１／４波長板の波長依存特性と入射角依存特性を示した図。
【図５】本発明の第４の実施形態としての１／４波長板の構造を示した図。
【図６】一般的な光ピックアップ装置の構成を示した図。
【図７】本実施の形態に係る１／４波長板を光学ピックアップ装置に適用した場合の構成例を示した図。
【図８】単板型波長板の一般的な構造を示した図。
【図９】水晶の複屈折率を説明する図。
【図１０】貼り合せ型波長板の一般的な構造を示した図。
【図１１】貼り合せ型波長板の貼り合せ部の構造を示した図。
【符号の説明】
【００１５】
１、１１、２１、３１  １／４波長板、２、１２  光学領域部、３、１３、２５  環状囲繞部、２２  １／２波長板、２３  １／４波長板、２４  接着剤、３２  切り欠き部、４１  複合光学素子、５１  レーザダイオード（ＬＤ）、５２  ビームスプリッター（ＰＢＳ）、５３  ミラー、５４  １／４波長板、５５  対物レンズ、５６  光ディスク、５７  ＰＤＩＣ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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