(57)【要約】【課題】ＣＤ／ＤＶＤ／次世代光ディスク対応の７８５／６６０／４１０ｎｍの３波長互換の光ヘッド装置で、６６０ｎｍ波長帯の直線偏光はこの偏光状態で透過し、７８５ｎｍ波長帯の直線偏光は、偏光方向を９０°回転する位相子を装置に搭載し、安定した情報の記録・再生が行える光ヘッド装置を得る。【解決手段】６６０ｎｍの光に対して波長の整数倍の位相差を有する２枚の複屈折板１０１、１０２を、おのおのの光学軸が、７８５ｎｍの直線偏光の偏光方向に対して、複屈折板１０１、１０２の位相差に応じ決定される角度をなして交差するよう積層し位相子を作製して、光ヘッド装置に設置する。【選択図】図１
2004296041.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの異なる波長の光をそれぞれ出射する複数の光源と、光源から出射する光を光ディスクに集光するための対物レンズと、集光されて光ディスクにより反射された光を検出するための光検出器とを備えた光ヘッド装置において、複数の光源と光ディスクとの間の少なくとも２つの光が共有する光路中に、それぞれの光学軸方向が異なる２つの複屈折板より構成される位相子が設置されており、２つの複屈折板の１つの波長の光に対する位相差は前記１つの波長のそれぞれ自然数倍であって、前記１つの波長の光に対して位相子は偏光状態を変化させず、前記１つの波長とは異なる波長の光に対して位相子は偏光状態を変化させることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２】
前記光源から出射し位相子を透過する光の波長がλ１およびλ２の２つであり、波長λ１の前記位相子を透過する光は偏光状態を変化させず、一方直線偏光として前記位相子に入射した波長λ２の光は、前記位相子を直線偏光として透過し、その透過光の偏光方向は入射光の偏光方向に対してφの角度を成しており、かつ前記位相子を構成する２つの複屈折板の波長λ２の光に対する、それぞれの複屈折板の位相差Ｒ１およびＲ２は等しく、かつ前記２つの複屈折板のそれぞれの光学軸方向は、波長λ２の入射光の偏光方向とθ１およびθ２の角度を成し、θ１およびθ２の和はφとなっている請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項３】
直線偏光として前記位相子に入射した波長λ２の光は、前記位相子を直線偏光として出射し、その出射光の偏光方向は入射光の偏光方向に対して９０°の角度を成しており、波長λ１の光に対する前記２つの複屈折板のそれぞれの位相差がλ１および２λ１であり、かつ位相差が２λ１である複屈折板の光学軸方向が波長λ１の入射光の偏光方向に対して３５から５５°までの角度を成している請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項４】
直線偏光として前記位相子に入射した波長λ２の光が、前記位相子を円偏光として出射し、波長λ１の光に対する前記２つの複屈折板のそれぞれの位相差が等しくλ１であり、かつ光の出射側の複屈折板の光学軸方向が波長λ１の入射光の偏光方向に対し４０から６０°までの角度を成している請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項５】
前記位相子に入射する２つの波長λ１およびλ２の光は、それぞれ６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の光であり、前記２つの複屈折板の６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の光に対するリターデーション値の比がいずれも０．９から０．９９までの値である請求項３または４記載の光ヘッド装置。
【請求項６】
前記２つの複屈折板が、貼り合わせられ一体化されている請求項１から５に記載の光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源から出射された異なる波長の光の偏光状態を制御する位相子を搭載した光ヘッド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤやＤＶＤなどの光ディスクおよび光磁気ディスクなどの光記録媒体の情報の記録・再生を行う光ヘッド装置において、光源である半導体レーザからの出射光は対物レンズにより光記録媒体上に集光され、光記録媒体で反射され戻り光となる。この戻り光はビームスプリッタを用いて光検出器である受光素子へ導かれ、光記録媒体の情報が電気信号に変換される。
【０００３】
同一の光ヘッド装置を用いて、規格の異なる光記録媒体であるＣＤおよびＤＶＤの情報の記録および／または再生を行うため、ＣＤとＤＶＤとの互換光ヘッド装置が製品化されている。ＣＤに対しては７８５ｎｍ波長帯の半導体レーザが用いられ、ＤＶＤには６６０ｎｍ波長帯の半導体レーザが用いられる。
【０００４】
また、４１０ｎｍ波長帯の青紫色半導体レーザを用いて、従来用いられている６６０ｎｍ波長帯の赤色半導体レーザと比べ、記録密度を３倍以上に向上させる次世代ＤＶＤ光ヘッド装置が提案されているが、前記ＣＤとＤＶＤとの互換光ヘッド装置が普及していることから、特にＤＶＤおよびＣＤの記録および／または再生も行える、３波長帯に対する互換性を有する次世代光ヘッド装置が提案されている。
【０００５】
上記３波長帯に対する互換性を有する次世代光ヘッド装置において、６６０ｎｍ（λ１）波長帯の直線偏光に対しては偏光状態を変えることなく透過し、７８５ｎｍ（λ２）波長帯の直線偏光に対しては偏光面を９０°回転させ透過する位相子が望まれている。
【０００６】
従来の技術においては、前記のような効果を持つ位相子として、例えば、６６０ｎｍ（λ１）波長帯の直線偏光に対してはｍ１λ１（ｍ１は自然数）の位相差を発生させ、同時に７８５ｎｍ（λ２）波長帯の直線偏光に対しては（ｍ２−１／２）λ２（ｍ２は自然数）の位相差を発生させるよう、リタデーション値の調整された１枚の複屈折板が考えられる。上記のようにして実現される位相子には、材料のリタデーション値に波長分散性があるために、波長分散が所望のものでない場合、両波長帯の光について期待する効果を得ることが困難である問題があった。
【０００７】
例えば、一般的な有機複屈折材料として、６６０ｎｍ波長帯でのリタデーション値Ｒ（６６０ｎｍ）に対する７８５ｎｍ波長帯でのリタデーション値Ｒ（７８５ｎｍ）の比Ｒ（７８５ｎｍ）／Ｒ（６６０ｎｍ）がおよそ０．９５であるものを考える。６６０ｎｍ波長帯の光に対して１９８０ｎｍ（＝６６０×３、ｍ１＝３）のリタデーション値を持つとき、７８５ｎｍ波長帯の光に対しては波長の５／２倍（ｍ２＝３）に近いリタデーション値を有するものの、直線偏光で入射した７８５ｎｍ波長帯の光は、位相子を透過後楕円率が約０．３４の楕円偏光となって、直線偏光が得られない。
【０００８】
また、より高次の、すなわち５λ／２ではなく７λ／２、９λ／２などの位相子とすることで所望の特性を得ることができる場合もあるが、高次になるに従い種々の問題が発生する。すなわち、偏光に与える位相差などの位相子が有する効果の波長依存性は大きくなり、また製造工程において位相子のリタデーション値の精度を保持することが困難となって、生産歩留まりが低下して位相子のコストが上昇する、などの問題である。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−１４２２８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来技術が有する前述の問題を解消することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、少なくとも２つの異なる波長の光をそれぞれ出射する複数の光源と、光源から出射する光を光ディスクに集光するための対物レンズと、集光されて光ディスクにより反射された光を検出するための光検出器とを備えた光ヘッド装置において、複数の光源と光ディスクとの間の少なくとも２つの光が共有する光路中に、それぞれの光学軸方向が異なる２つの複屈折板より構成される位相子が設置されており、２つの複屈折板の１つの波長の光に対する位相差は前記１つの波長のそれぞれ自然数倍であって、前記１つの波長の光に対して位相子は偏光状態を変化させず、前記１つの波長とは異なる波長の光に対して位相子は偏光状態を変化させることを特徴とする光ヘッド装置を提供する。
【００１２】
また、前記光源から出射し位相子を透過する光の波長がλ１およびλ２の２つであり、波長λ１の前記位相子を透過する光は偏光状態を変化させず、一方直線偏光として前記位相子に入射した波長λ２の光は、前記位相子を直線偏光として透過し、その透過光の偏光方向は入射光の偏光方向に対してφの角度を成しており、かつ前記位相子を構成する２つの複屈折板の波長λ２の光に対する、それぞれの複屈折板の位相差Ｒ１およびＲ２は等しく、かつ前記２つの複屈折板のそれぞれの光学軸方向は、波長λ２の入射光の偏光方向とθ１およびθ２の角度を成し、θ１およびθ２の和はφとなっている上記の光ヘッド装置を提供する。
【００１３】
また、直線偏光として前記位相子に入射した波長λ２の光は、前記位相子を直線偏光として出射し、その出射光の偏光方向は入射光の偏光方向に対して９０°の角度を成しており、波長λ１の光に対する前記２つの複屈折板のそれぞれの位相差がλ１および２λ１であり、かつ位相差が２λ１である複屈折板の光学軸方向が波長λ１の入射光の偏光方向に対して３５から５５°までの角度を成している上記の光ヘッド装置を提供する。
【００１４】
また、直線偏光として前記位相子に入射した波長λ２の光が、前記位相子を円偏光として出射し、波長λ１の光に対する前記２つの複屈折板のそれぞれの位相差が等しくλ１であり、かつ光の出射側の複屈折板の光学軸方向が波長λ１の入射光の偏光方向に対し４０から６０°までの角度を成している上記の光ヘッド装置を提供する。
【００１５】
また、前記位相子に入射する２つの波長λ１およびλ２の光は、それぞれ６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の光であり、前記２つの複屈折板の６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の光に対するリターデーション値の比がいずれも０．９から０．９９までの値である上記の光ヘッド装置を提供する。
【００１６】
さらに、前記２つの複屈折板が、貼り合わせられ一体化されている上記の光ヘッド装置を提供する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の光ヘッド装置は、少なくとも２つの異なる波長の光をそれぞれ出射する複数の光源と、光源から出射する光を光ディスクに集光するための対物レンズと、集光されて光ディスクにより反射された光を検出するための光検出器とを備えた光ヘッド装置であって、複数の光源と光ディスクとの間の少なくとも２つ光が共有する光路中に、それぞれの光学軸方向が異なる２つの複屈折板より構成される位相子が設置されている光ヘッド装置である。
【００１８】
上記の位相子を構成する２つの複屈折板の１つの波長の光に対する位相差は前記１つの波長のそれぞれ自然数倍であって、前記１つの波長の光に対して位相子は偏光状態を変化させない。すなわち、前記１つの波長の光に対する、２つの複屈折板がそれぞれに有する位相差は、前記１つの波長のそれぞれ自然数倍である。そして、位相子は前記１つの波長とは異なる他の波長の光に対して、偏光状態を変化させる光ヘッド装置である。
【００１９】
以下図に基づいて本発明の光ヘッド装置を説明する。
図１は、本発明の光ヘッド装置の基本構成の一例を示す概念的断面図であり、透過する光の偏光状態を制御する位相子１０１が、少なくとも２つ以上の異なる波長の光を出射する多波長の光源ユニット１０４と対物レンズ１０５との間に置かれている。
【００２０】
光源ユニット１０４から出射された少なくとも２つ以上の異なる波長の光は、位相子１０３を透過し対物レンズ１０５を通って光ディスク１０６へと集光された後、光ディスク１０６で反射され、戻り光となって光検出器系へと向かう。図１において光検出器系は省略しているが、実際の設置位置としては、位相子１０３から見て、多波長の光源ユニット１０４の側にあってもよいし、光ディスク１０６側にあってもよい。前者の場合、光源ユニット１０４から出射された光は光ディスクへ向かうその往路と光ディスクから戻る復路の両方において位相子１０３を透過し、後者の場合、光源ユニットから光ディスク１０６へと向かう往路においてのみ位相子１０３を透過する。また、光ディスクで反射され光検出器系へと向かう復路の戻り光のみが透過する位置に位相子１０３を設置してもよい。
【００２１】
本発明の光ヘッド装置に搭載される位相子１０３を構成する、２つの複屈折板１０１および１０２の位相差は、１つの波長の光については偏光状態を変化させず、その他の波長の光に対してはその偏光状態を変化させるように設計されている。そのため、前記１つの波長の光はその偏光状態を変えることなく位相子１０３を透過し、前記１つの波長とは異なる他の波長の光は偏光状態を変化されて位相子１０１を透過する。具体的には、上記２枚の複屈折板の位相差は、波長λ１の光に対してｍ１λ１、ｍ２λ１（ｍ１、ｍ２は自然数）となるよう選択されており、波長λ１の光に対してはほとんど偏光状態を変化させず、λ１以外の光に対してのみ偏光状態を変化させることができる。また、ｍ１、ｍ２は１または２、たかだか３までの値をとる。
【００２２】
以下、本発明の光ヘッド装置に搭載する位相子について、位相子を透過する光は波長λ１、λ２の２つの光であるとして説明するが、光ヘッド装置中に３つ以上の異なる波長の光を出射する光源ユニットが置かれてもよく、また３つ以上の異なる波長の光が位相子を透過する場合でももちろん使用できる。３つの異なる波長の光が透過する場合、１つの波長については偏光状態を変化させず透過し、他の２波長の光の偏光状態を変化させて位相子を透過することができる。本発明の光ヘッド装置は、ＣＤ、ＤＶＤおよび次世代光ディスクに対応するものであるため、上記波長としては、７８５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯、４１０ｎｍ波長帯などがある。ここで波長帯とは±１０ｎｍの幅を意味し、例えば６６０ｎｍ波長帯の波長とは、６５０から６７０ｎｍまでの波長をいう。
【００２３】
図２は本発明の光ヘッド装置における位相子の構成例を示す断面図であり、（ａ）は２枚の複屈折板２０１と２０２のみが積層されているもの、（ｂ）は積層された２枚の複屈折板２０１と２０２の片側に透明基板２１３を貼り合わせたもの、（ｃ）は２枚の透明基板２０３と２０４によって複屈折板２０１と２０２を挟んだもの、である。複屈折板と複屈折板との間、または複屈折板と透明基板との間に、接着層または粘着層があってもよいし、なくてもよい。また、２枚の複屈折板が一体化されている構成でも、いない構成でもよい。しかし、２枚の複屈折板が貼り合わされて一体化されている方が取り扱い上好ましい。
【００２４】
位相子を構成する複屈折板としては、ポリカーボネート、アクリル、ポリエステルなどの有機材料を延伸させることにより延伸方向に光学軸の揃った複屈折性膜を用いることができる。また、所望の配向処理の施された高分子液晶を用いることもできるし、水晶基板、ニオブ酸リチウムなどの基板自身が複屈折性を有するものでもよい。
【００２５】
図２に示す透明基板２０３、２０４として、ガラス基板や石英ガラス基板などの光学的等方性媒質を用いることが、透過光に複屈折性などの影響を与えず好ましい。
２つの複屈折板の、波長λ１の光に対する位相差は、ｍ１、ｍ２を自然数として光（レーザ光）の入射側から順にそれぞれｍ１λ１、ｍ２λ１であり、波長λ２に対しての位相差は、ｎ１、ｎ２を整数でない正の数としておのおのＲ１＝ｎ１λ２、Ｒ２＝ｎ２λ２である。このとき、複屈折板の位相差（について、波長λ１の光に対する波長λ２の光のリタデーション値の比をｋ１、ｋ２と表すと、複屈折板それぞれでｎ１＝ｋ１×ｍ１λ１／λ２、ｎ２＝ｋ２×ｍ２λ１／λ２となる。また、交差する２枚の複屈折板の光学軸（進相軸）方向は、波長λ２の入射光の偏光方向を基準としてレーザ光が入射する順にそれぞれθ１、θ２（−９０°≦θ１、θ２≦９０°）とする。図３に、位相子を構成する２つの複屈折板の光学軸方向を示す概念図を示す。
【００２６】
このように構成された位相子は、波長λ１の光に対しては、２つの複屈折板のリタデーション値がλ１の整数倍であるため偏光状態を変化させないが、波長λ２の光に対しては一般にλ２≠ｋｉλ１（ｉ＝１、２）であるため、偏光状態を変化させる。
【００２７】
また、上記したように光源から出射し位相子を透過する光の波長がλ１およびλ２の２つであり、さらに波長λ１の位相子を透過する光は偏光状態を変化せず、一方直線偏光として位相子に入射した波長λ２の光は、位相子を直線偏光として透過し、その透過光の偏光方向は入射光の偏光方向に対してφの角度を成している。かつ、位相子を構成する２つの複屈折板の波長λ２の光に対する、それぞれの複屈折板の位相差Ｒ１およびＲ２は等しい。また、２つの複屈折板のそれぞれの光学軸方向は、波長λ２の入射光の偏光方向とθ１およびθ２の角度を成し、θ１およびθ２の和はφとなっているの光ヘッド装置とすることが好ましい。
【００２８】
すなわち、上記位相子の２つの複屈折板の、波長λ２に対する位相差Ｒ１とＲ２がほぼ等しくなるよう調整され、θ１として、下記の（式１）に従ってλ２に対する位相差Ｒと、ある角度φとから決められる値（θ１ｃ）を選び、θ２としてθ２ｃ＝φ−θ１ｃなる値をとるとき、直線偏光で入射した波長λ２の光の出射時の偏光方向を、入射した偏光方向に対して角度φだけ回転できることがわかった。
【００２９】
【数１】
2004296041.tif 000003
【００３０】
そのため、波長λ１の光の偏光状態は変化させず、直線偏光で入射した波長λ２の光を、偏光方向が角度φだけ回転したほぼ直線偏光で出射させたい場合、前記位相子を構成する２つの複屈折板の、波長λ２に対する位相差Ｒ１とＲ２はほぼ等しくし、光学軸方向θ１、θ２としては上述のθ１ｃ、θ２ｃを選ぶことが、期待する最良の効果を得るためには好ましいが、複屈折板のリタデーション値Ｒに対してθ１＝θ１ｃ±１０°、θ２＝θ１＋（φ−２θ１ｃ）であれば、上記λ２の光の偏光方向を角度φだけ回転させる効果を得ることができる。
【００３１】
例えば、波長λ１が６６０ｎｍかつ波長λ２が７８５ｎｍであり、ｍ１＝ｍ２＝１、ｋ１＝ｋ２＝０．９５である複屈折板を選んだ場合、（θ１、θ２）＝（２３°、６°）のときλ２の偏光方向はほぼ２９°回転し楕円率は０．００４である。ｋ１＝ｋ２＝０．９３である複屈折板の場合は、（θ１、θ２）＝（１９°、１０°）とすることで、ほぼ２９°偏光方向の回転した楕円率０．００２の出射光を得ることができる。すなわち、いずれの場合もθ１＋θ２＝２９°で回転角度２９°と一致し、ほぼ直線となってている。
上述の位相子は、使用する複屈折板のリタデーション値に応じて光学軸を調整し作製できるため、既存の複屈折板を用いて容易に所望の効果を有する位相子を実現できる。
【００３２】
以下、位相子を透過する前記２つの波長について、波長λ１が６６０ｎｍを波長帯の光であり、波長λ２が７８５ｎｍ波長帯の光であるとして説明する。
また、直線偏光として位相子に入射した波長λ２の光は、位相子を直線偏光として出射し、その出射光の偏光方向は入射光の偏光方向に対して９０°の角度を成している。そして、波長λ１の光に対する２つの複屈折板のそれぞれの位相差がλ１および２λ１であり、かつ位相差が２λ１である複屈折板の光学軸方向が波長λ１の入射光の偏光方向に対して３５から５５°までの角度を成している光ヘッド装置、とすることが好ましい。
【００３３】
すなわち、上記位相子は、入射した波長λ２の直線偏光を、偏光方向が入射偏光方向に対し９０°回転したほぼ直線偏光として出射でき、波長λ２の光に対し１／２λ板として機能できる。２枚の複屈折板の位相差について、波長λ１の光に対し、光の入射側から順にλ１、２λ１（ｍ１＝１、ｍ２＝２）となるよう選択する。複屈折板のλ１に対するλ２の波長分散を表すｋ１、ｋ２がともに０．９〜０．９９の間であるように選択する。このとき、波長λ２の光に対する位相差は順にＲ１＝ｋ１×λ１、Ｒ２＝２×ｋ２×λ１（≒２Ｒ１）である。
【００３４】
さらに、位相差が２λ１である第２の複屈折板の光学軸（進相軸）θ２については、λ２の光の入射偏光方向に対し３５から５５°までの角度をなすように設計し、θ１については、（式２）から決まる値θ１ｃに対して±１０°の範囲に選ぶことで、波長λ２の直線偏光を、直線性を保持しつつ偏光方向を９０°回転させることができる。さらに、θ２については（式３）から決まる値とし、θ１については上記θ１ｃに対し±５°、±３°と精度を上げると、よりよく直線性が保持され、かつ回転角が９０°に近づくため、好ましい。
【００３５】
【数２】
2004296041.tif 000004
【００３６】
【数３】
2004296041.tif 000005
【００３７】
このように構成された位相子は、波長λ１の光の偏光状態はほとんど変化させず、波長λ２の直線偏光に対しては、直線性をほぼ保持したまま偏光方向のみをほぼ９０°回転させて透過する。
【００３８】
例えば、２枚の複屈折板としてｋ１＝ｋ２＝０．９５の同じ材料を用いた場合（上記位相子を構成する複屈折板の、波長λ２の光に対する位相差は、光の入射順に６２７ｎｍ、１２５７ｎｍ）、光学軸方向の組がほぼ（θ１、θ２）＝（１８°、５０°）または（７２°、４０°）のとき上記の効果を最も良く発現し、直線偏光で入射した波長λ２の光は、偏光方向が約８９．４°回転した、楕円率が約０．００２のほぼ直線偏光として出射する。
【００３９】
同じ波長分散（ｋ＝０．９５）を有する複屈折板１枚を用いると、例えば、波長λ１の光に対して３λ１の位相差を有する複屈折板のとき、ほぼ直線偏光で入射した波長λ２の光の位相子透過後の楕円率はおよそ０．３３であり、直線性の保持はよくない。また、前記２枚の複屈折板から成る位相子において、ｋ１＝０．９３、ｋ２＝０．９６という２種類の材料を用いた場合は、ほぼ最適な光学軸方向の組は（θ１、θ２）＝（２０．５°、５１．５°）または（６９．５°、３８．５°）であり、偏光方向が約８９．６°回転した、楕円率が約０．００３のほぼ直線偏光が出射光として得られる。
【００４０】
このように、２つの複屈折板の光学軸を調整することにより、波長分散を有する複屈折板のリタデーション値の調整のみでは所望の効果に対し不充分な性能しか得られない場合にも、充分な性能を有する位相子を実現できる。
【００４１】
また、上述の本発明における位相子において、入射する直線偏光の偏光方向が同じであれば裏表の区別はなく、例えば図２（ｃ）の位相子について複屈折板２０１と２０２のいずれの側から光を入射させても同じ効果を得ることができる。
【００４２】
図５は、本発明の光ヘッド装置の構成の他の例を示す概念的断面図である。すなわち、上述の６６０ｎｍ波長帯の光は偏光状態を変化させず、直線偏光で入射した７８５ｎｍ波長帯の光は偏光方向を９０°回転させて出射する、２波長用位相子を搭載した、３波長互換光ヘッド装置の構成の一例である。２波長用の位相子は、例えば図４に表されるような構成となっている。ここで、図４は本発明における位相子に２つの異なる波長λ１、λ２の直線偏光が透過するときの偏光状態の変化の様子を示す断面図である。
【００４３】
３つの異なる波長の光源として、７８５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯、４１０ｎｍ波長帯の光を出射する半導体レーザ４１１Ａ、４１１Ｂ、４１１Ｃと、上述の６６０ｎｍ波長帯と７８５ｎｍ波長帯の２波長用位相子４１０を備えている。
【００４４】
半導体レーザ４１１Ａを出射した７８５ｎｍ波長帯の直線偏光（図４において紙面に平行）は、１／２λ板４１２を透過して偏光方向を９０°回転した後、偏光ビームスプリッタ４１３で反射し、２波長用位相子４１０を透過して偏光方向をさらに９０°回転して再び紙面に平行な直線偏光となり偏光ビームスプリッタ４１４を透過する。６６０ｎｍ波長帯と７８５ｎｍ波長帯についての広帯域１／４λ板４１５を透過して円偏光となり、４１０ｎｍ波長帯の光を反射し、７８５ｎｍ波長帯と６６０波長帯の光を透過する波長選択性ビームスプリッタ４１８を透過した後、対物レンズ４１９によって光ディスク４２０の情報記録面上に集光する。
【００４５】
光ディスク４２０を反射した戻り光は、対物レンズ４１９、波長選択性ビームスプリッタ４１８、６６０ｎｍおよび７８５ｎｍ用の広帯域１／４λ板４１５を透過して往路光に対し偏光方向が直交した直線偏光になった後、偏光ビームスプリッタ４１４で反射して光検出器４２１に集光する。
【００４６】
半導体レーザ４１１Ｂを出射した６６０ｎｍ波長帯の直線偏光（図４において紙面に平行）は、偏光ビームスプリッタ４１３、２波長用位相子４１０、偏光ビームスプリッタ４１４を、偏光状態を変えることなく透過した後、６６０ｎｍおよび７８５ｎｍ用の広帯域１／４λ板４１５、波長選択性ビームスプリッタ４１８、対物レンズ４１９を透過して光ディスク４２０の情報記録面上に集光する。
【００４７】
光ディスク４２０を反射した戻り光は、対物レンズ４１９、波長選択性ビームスプリッタ４１８、６６０ｎｍおよび７８５ｎｍ用の広帯域１／４λ板４１５を透過して往路光に対し偏光方向が直交した直線偏光となり、偏光ビームスプリッタ４１４で反射して光検出器４２１に集光する。
【００４８】
一方、半導体レーザ４１１Ｃを出射した４１０ｎｍ波長帯の直線偏光（図４において紙面に平行）は、偏光ビームスプリッタ４１６、４１０ｎｍ波長帯用の１／４λ板４１７を透過し円偏光となった後、波長選択性ビームスプリッタ４１８により反射し進行方向を９０°変えて進み、対物レンズ４１９を透過して光ディスク４２０の情報記録面上に集光する。
【００４９】
光ディスク４２０を反射した戻り光は、対物レンズ４１９、波長選択性ビームスプリッタ４１８、４１０ｎｍ波長帯用の１／４λ板４１７を透過して偏光方向が往路光に対し直交した直線偏光となり、偏光ビームスプリッタ４１６で反射して光検出器４２２に集光する。
【００５０】
本発明の光ヘッド装置においては、２波長用位相子４１０を用いることにより、波長選択性ビームスプリッタの使用を１個に抑えて偏光ビームスプリッタが用いられるため、偏光方向に依存する全透過・全反射を利用でき、光量損失を抑制できる。また、光記録媒体（光ディスク）の情報の記録時および／または再生時に、各波長帯の半導体レーザからの出射光と光記録媒体からの戻り光の偏光方向を直交させるため、往路光・復路光の間の不要な干渉を防止できる。
【００５１】
特に、２波長用位相子４１０を用いることによって、偏光の直線性および偏光方向の角度を精度よく制御できるため、上記の利点をより効果的に利用でき、したがって、より安定した情報の記録と再生を行える３波長互換光ヘッド装置を実現できる。また、偏光ビームスプリッタは波長選択性のものに比べ設計および製造が容易で性能も安定しているため、コスト削減につながる。また、６６０ｎｍ波長帯の光と７８５ｎｍ波長帯の光に対して１つの光検出器を用いることができるため、光ヘッド装置の部品数を減らすことができ、コスト削減および装置の小型化に有利である。
【００５２】
また、直線偏光として位相子に入射した波長λ２の光が、位相子を円偏光として出射し、波長λ１の光に対する２つの複屈折板のそれぞれの位相差が等しくλ１である。また、光の出射側の複屈折板の光学軸方向が波長λ１の入射光の偏光方向に対し４０から６０°までの角度を成している光ヘッド装置とすることが好ましい。
【００５３】
すなわち、本発明における位相子は、入射した波長λ２の直線偏光を、円偏光として出射できる、すなわち、λ２の光に対し１／４λ板として機能できる。２枚の複屈折板の位相差について、波長λ１の光に対し、ともにλ１（ｍ１＝１、ｍ２＝１）となるよう選択する。複屈折板のλ１に対するλ２の波長分散を表すｋ１、ｋ２がともに０．９〜０．９９の間であるように選択する。このとき、波長λ２の光に対する位相差は順にＲ１＝ｋ１×λ１、Ｒ２＝ｋ２×λ１（≒Ｒ１）である。
【００５４】
さらに、光の出射側の第２の複屈折板の光学軸θ２については、λ２の光の入射偏光方向に対し４０から６０°までの角度をなすように設計し、θ１については、（式４）から決まる値θ１ｃを中心に前後１０°の範囲に選ぶことで、直線偏光で入射した波長λ２の光を、ほぼ円偏光とできる。さらに、θ２については（式５）から決まる値の近傍をとるように選ぶと、直線偏光を円偏光へと変換する効果を最大限得ることができ、好ましい。
【００５５】
【数４】
2004296041.tif 000006
【００５６】
【数５】
2004296041.tif 000007
【００５７】
このように構成された位相子は、波長λ１の光の偏光状態はほとんど変化させず、波長λ２の直線偏光は概ね円偏光へと変化させて透過する。
例えば、２枚の複屈折板にｋ１＝ｋ２＝０．９５の同じ材料を用いた場合、ほぼ（θ１、θ２）＝（９°、５１°）または（８１°、３９°）のとき上記の効果を最もよく発現し、直線偏光で入射した波長λ２の光は位相子を透過後、楕円率がおよそ０．９９のほぼ円となる。同じ波長分散（０．９５）を有する複屈折板１枚の場合、およそ０．７程度の楕円率しか得ることができず、好ましくない。一方でまた、ｋ１＝０．９３、ｋ２＝０．９６という２種類の材料を用いた場合、最適な光学軸の組は（θ１、θ２）＝（１０．５°、５３．５°）または（７９．５°、３６．５°）であり、このときも楕円率はほぼ０．９９である。
【００５８】
このように、２つの複屈折板の光学軸を調整することにより、波長分散を有する複屈折板のリタデーション値の調整のみでは所望の効果に対し不充分な性能しか得られない場合にも、充分な性能を有する位相子を実現できる。
【００５９】
図６は、本発明における他の例の位相子の構成と、位相子に波長λ１の直線偏光が往復するとき、偏光状態に変化のない様子を示す断面図である。図７は、図６に示したものと同じ位相子に直線偏光で入射した波長λ２の光が円偏光として出射し、円偏光で入射した光は偏光方向を９０度変えて直線偏光となって回折されて出射する様子を示す断面図である。透明基板５０４に積層した上述の複屈折板５０１、５０２よりなる２波長用位相子５１１を、偏光選択性の回折機能が付加された透明基板５０３に充填接着剤５０６で固定した構成である（以下、まとめて位相子５１２と呼ぶ）。
【００６０】
上記偏光選択性の回折機能は、例えば以下のようにして回折素子５０６を透明基板５０３上に形成することで実現できる。透明基板５０３上に所望の配向処理を施した後、複屈折材料である液晶モノマーの溶液を塗布し、光重合用の光源光を照射することで液晶モノマーを高分子化して高分子液晶とする。この高分子液晶に対して、フォトリソグラフィ、エッチングなどの技術により、断面形状が矩形、鋸歯、階段などの周期格子を加工することで、回折素子５０６を形成する。
この格子間を光学的に等方性の接着剤５０５によって充填することにより、偏光選択性の回折機能を実現できる。
【００６１】
断面形状は、回折させたい光の波長と目標回折効率、高分子液晶の常光・異常光屈折率と充填接着剤の屈折率との差から決定される。充填接着剤５０５としては、例えば、常光で入射した直線偏光は直進透過し、異常光で入射した直線偏光は回折する回折機能が要求される場合、硬化後の接着剤の屈折率が、高分子液晶の常光屈折率と概ね等しいものを選ぶことは、所望の回折機能を発現できるため好ましい。逆に、充填剤として、硬化後の屈折率が高分子液晶の異常光屈折率と概ね等しいものを選ぶと、異常光として入射した直線偏光は直進透過し、常光で入射した直線偏光は回折する機能を備えさせることできる。
【００６２】
このように構成された位相子５１２に対して、常光として入射した波長λ１の直線偏光は、往路・復路ともに偏光選択性の回折素子５０６を回折せず直進透過し、同じく常光として入射した波長λ２の直線偏光は、往路においては回折素子５０６で回折することなく位相子５０２を透過して円偏光となり、復路では異常光となって回折素子５０６に入射するため、回折して進む。したがって、位相子５１２は、波長選択性回折格子の機能を有する。ここで、２波長用位相子５１１と偏光選択性回折格子５０６とを一体化せず、直列に並べて用いても得られる効果は同じである。
【００６３】
波長選択性の回折機能を有する位相子５１２において、前述の２波長用位相子５１１を用いることにより、２つの波長の光に対し精度よく偏光状態を制御できるため、波長選択性の回折格子としてより安定した性能を得ることができる。
【００６４】
【実施例】
「例１」
本例は、図５に示した、波長６６０ｎｍと７８５ｎｍに対する２波長用位相子４１０を搭載した３波長互換光ヘッド装置の具体例である。
【００６５】
まず、２波長用位相子４１０を、以下のようにして作製した。
屈折率がおよそ１．５の透明基板４０３に、ポリカーボネートを延伸させて複屈折性を発現させた複屈折板４０１である有機物薄膜を、ポリエステル系のＵＶ硬化型接着剤により固定した（図４参照）。この有機物薄膜のリタデーション値は、ＤＶＤ系光ディスク用の６６０ｎｍ波長帯の光に対して６６０ｎｍであり、ＣＤ系光ディスク用の７８５ｎｍ波長帯の光に対しては６２７（＝６６０×０．９５）ｎｍであった。
【００６６】
続いて、透明基板４０３と同じ材質の透明基板４０４に、配向膜用のポリイミドを塗布し、所望の配向処理を施した後、複屈折材料である液晶モノマーの溶液を塗布し、光重合用のＵＶ光を照射することで液晶モノマーを高分子化して高分子液晶膜として複屈折板４０２とした。この高分子液晶膜のリタデーション値Ｒは、ＤＶＤ系光ディスク用の６６０ｎｍ波長帯の光に対して１２３０ｎｍであり、ＣＤ系光ディスク用の７８５ｎｍ波長帯の光に対しては１２５７（＝６６０×２×０．９５）であった。
【００６７】
さらに、有機物薄膜と高分子液晶膜とを、ポリエステル系のＵＶ硬化型接着剤を用いて接着することにより、図４に示すような位相子４１０を作製した。このとき、複屈折板４０１（有機物薄膜）の光学軸に対する複屈折板４０２（高分子液晶膜）の光学軸の角度が３２°となるように固定した。
【００６８】
上述のように作製された位相子４１０を搭載する、図５に示す光ヘッド装置において、半導体レーザ４１１Ａ、４１１Ｂ、４１１Ｃは、おのおのＣＤ系用の７８５ｎｍ波長帯、ＤＶＤ系の６６０ｎｍ波長帯、次世代光ディスク用の４１０ｎｍ波長帯の光を発振するレーザであり、それぞれの直線偏光の偏光方向が平行になるように設置されている。位相子４１０は、６６０ｎｍ波長帯、７８５ｎｍ波長帯の２つの直線偏光が共有する光路中の偏光ビームスプリッタ４１３と４１４の間に、複屈折板４０１の側から両波長帯の光が垂直に入射するよう配置した。
このとき、複屈折板４０１の光学軸が、直線偏光の偏光方向に対して１８°の角度を成すよう調整することで、７８５ｎｍ波長帯の直線偏光を、直線性をほぼ維持したまま偏光方向をほぼ９０°回転させることができた。
【００６９】
または、位相子４１０を、複屈折板４０２の側から光が入射するよう配置し、複屈折板４０２の光学軸が直線偏光の偏光方向に対し−５０°の角度をなすように調整しても、同様の効果を得ることができた。ここで、角度は入射光を発振する半導体レーザ側から位相子を見て、左周りを正、右周りを負とした。
【００７０】
本例の光ヘッド装置では、光学軸の異なる２枚の複屈折板から構成される位相子４１０を搭載することにより、より安定した光ディスクの情報の記録・再生を行うことができた。また、波長選択性ビームスプリッタの使用を１個に抑え偏光ビームスプリッタを用いることができ、さらに、２つの波長の光に対し１つの光検出器を用いることができるため、装置を小型化し、コストを削減できた。
【００７１】
【発明の効果】
本発明の光ヘッド装置に搭載する位相子は、入射する２つ以上の異なる波長の光に対し、１つの波長の光については偏光状態をほとんど変化させることなく透過し、他の波長の光については偏光状態を変化させて透過させることができる。
例えば、位相子に２つの異なる波長の直線偏光が入射する場合、一方の光についてのみ偏光方向を回転させて出射できる。または、一方の光についてのみ円偏光に変化させて出射できる。特に、所望する効果に対し、２つの複屈折板の交差する光学軸を適切に選ぶことにより、位相子に用いる複屈折板の有するリタデーション値の調整のみでは充分な特性が得られない場合でも、充分な特性を有する位相子を実現できる。
【００７２】
また、本発明の３波長互換光ヘッド装置においては、６６０ｎｍ波長帯の光はほぼそのまま透過し、７８５ｎｍ波長帯の直線偏光の偏光方向を９０°回転させて透過する位相子を搭載することにより、光出力の損失を抑え、安定した情報の記録と再生を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ヘッド装置の構成の一例を示す概念的断面図。
【図２】本発明の光ヘッド装置における位相子の構成例を示す断面図で、（ａ）は２枚の複屈折板２０１と２０２のみが積層されているもの、（ｂ）は積層された２枚の複屈折板２０１と２０２の片側に透明基板２１３を貼り合わせたもの、（ｃ）は２枚の透明基板２０３と２０４によって複屈折板２０１と２０２を挟んだもの。
【図３】本発明の光ヘッド装置における位相子を構成する２つの複屈折板の光学軸方向を示す概念図。
【図４】本発明における位相子に２つの異なる波長λ１、λ２の直線偏光が透過するときの偏光状態の変化の様子を示す断面図。
【図５】本発明の光ヘッド装置の構成の他の例を示す概念的断面図。
【図６】本発明における他の例の位相子に波長λ１の直線偏光が往復するとき、偏光状態の変化のない様子を示す断面図。
【図７】図６に示す位相子に波長λ２の直線偏光が往復するとき生じる偏光状態の変化（直線偏光と円偏光）の様子を示す断面図。
【符号の説明】
１０１、１０２、２０１、２０２、４０１、４０２、５０１、５０２：複屈折板１０３：位相子
１０４：光源ユニット、１０５、４１９：対物レンズ
１０６、４２０：光ディスク
２０３、２０４、４０３、４０４、５０３、５０４：透明基板
４１０、５１１：２波長用位相子
４１１Ａ、４１１Ｂ、４１１Ｃ：半導体レーザ
４１２：１／２λ板
４１３、４１４、４１６：偏光ビームスプリッタ
４１５：広帯域λ／４板
４１７：４１０ｎｍ波長帯用１／４λ板、
４１８：波長選択性ビームスプリッタ
４２１、４２２：光検出器、
５０５：充填接着剤、
５０６：回折素子
５１２：位相子
【図１】
2004296041.tif 000008
【図２】
2004296041.tif 000009
【図３】
2004296041.tif 000010
【図４】
2004296041.tif 000011
【図５】
2004296041.tif 000012
【図６】
2004296041.tif 000013
【図７】
2004296041.tif 000014