(57)【要約】【課題】高温高湿の条件下でも波面収差の少ない位相板を得て、この位相板を搭載して高温高湿下でも光学特性の優れた光ヘッド装置とする。【解決手段】光学的等方性基板であるガラス基板１０１、１０２および１０３の、それぞれ隣接するガラス基板間に高分子液晶層からなる樹脂製複屈折層２０１および２０２を積層して位相板を形成し、この位相板を光ヘッド装置の光源と対物レンズとの間の光路中に設置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、光源から出射するレーザ光を光記録媒体へ集光する対物レンズと、光記録媒体によって反射されたレーザ光を検出する光検出器と、光源と対物レンズとの間、または光検出器と対物レンズとの間の光路中にレーザ光の偏光状態を制御する位相板を備える光ヘッド装置において、位相板は光学軸方向を交差させた２つ以上の樹脂製複屈折層が積層されており、積層された樹脂製複屈折層の層間には、透明でかつ樹脂製複屈折層よりも透湿性の低い光学的等方性基板が配置されていることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２】
前記樹脂製複屈折層と前記光学的等方性基板とが交互に積層されて積層体が構成され、積層体の両外側が前記光学的等方性基板にて構成されている請求項１記載の光ヘッド装置。
【請求項３】
前記樹脂製複屈折層のうちの少なくとも１つが、高分子液晶膜である請求項１または２記載の光ヘッド装置。
【請求項４】
２つの前記樹脂製複屈折層が３枚の前記光学的等方性基板であるガラス基板と、接着性材料を介さずに交互に積層されている請求項１、２または３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】
本発明は光ヘッド装置に関し、特に光源からのレーザ光の偏光状態を制御するための位相板を搭載した光ヘッド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクおよび光磁気ディスクなどの光記録媒体に光学的情報を書き込んだり、光記録媒体から光学的情報を読み取ったりするのに光ヘッド装置が用いられる。光ヘッド装置は、例えば図６の本発明の光ヘッド装置の概念図に示したように、ディスク状の光記録媒体（以下、光ディスク３という）の記録面上に光源５または６である半導体レーザの出射光を、光源６の場合ビームスプリッタプリズム４により進行方向を変えた後、対物レンズ２を用いて集光して、情報の書き込み・読み取りを行う。ここで、受光系は簡単のため省略した。
【０００３】
この光源である半導体レーザとして、２種類の光ディスクであるＣＤおよびＤＶＤでは、それぞれ７９０ｎｍおよび６６０ｎｍの２つの異なる波長を出射する半導体レーザが必要となる。光源５および６が出射する２つの異なる波長の光が通過する共通の光路中の、本発明における積層位相板１の位置に１／４波長板を配置する必要がある。従来このような配置で用いる波長板として、複屈折性を有する２枚の位相板を光軸方向を異ならせて（交差させて）積層することで、２つの異なる波長でともに１／４波長板として機能する広帯域波長板が提案されていた。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１４９０１５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この従来例では、波長板は図５に示すように、２枚のガラス基板１０９とガラス基板１１０との間に、２つの複屈折フィルム２０９、２１０を３つの接着層３０７、３０８、３０９を介して張り合わせた構造を有していた。しかしながら、複屈折フィルムが樹脂で作製されていた場合には、２枚のガラス基板の間に２つの樹脂フィルムと３層の接着層があり、樹脂層の厚さが合計して大きくなる。
【０００６】
このように、ガラス基板に樹脂層を厚く挟みこんだ場合には、３つの問題点があった。第１の問題点は、信頼性の問題で、この波長板を高温高湿下で保管すると、この樹脂層が厚いことにより大量の水分を含むことになる。これにより、素子（波長板）の透過波面収差が劣化する。第２の問題点は、これらの樹脂層を接着剤で積層する際にひずみが生じ波面収差を劣化させ生産歩留まりの低下を招いた。第３の問題点は、この素子（波長板）を切断したり、他の光学部品とともに積層する際に、柔らかい樹脂層が厚いために素子にひずみが入りやすく波面収差を劣化させた。
【０００７】
これら第２および第３の問題点は、比較的やわらかい樹脂層が厚くて、歪みやすいためと考えられる。本発明は、これら従来技術の課題を解決するためになされた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光源と、光源から出射するレーザ光を光記録媒体へ集光する対物レンズと、光記録媒体によって反射されたレーザ光を検出する光検出器と、光源と対物レンズとの間、または光検出器と対物レンズとの間の光路中にレーザ光の偏光状態を制御する位相板を備える光ヘッド装置において、位相板は光学軸方向を交差させた２つ以上の樹脂製複屈折層が積層されており、積層された樹脂製複屈折層の層間には、透明でかつ樹脂製複屈折層よりも透湿性の低い光学的等方性基板が配置されていることを特徴とする光ヘッド装置を提供する。
【０００９】
また、前記樹脂製複屈折層と前記光学的等方性基板とが交互に積層されて積層体が構成され、積層体の両外側が前記光学的等方性基板にて構成されている上記の光ヘッド装置を提供する。
【００１０】
また、前記樹脂製複屈折層のうちの少なくとも１つが、高分子液晶膜である上記の光ヘッド装置を提供する。
【００１１】
さらに、２つの前記樹脂製複屈折層が３枚の前記光学的等方性基板であるガラス基板と、接着性材料を介さずに交互に積層されている上記の光ヘッド装置を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の光ヘッド装置における位相板は、光学軸方向が異なる、すなわち光学軸方向が交差した複数の樹脂製複屈折層が積層されている例として、２つの波長の光に対してそれぞれ１／４波長板として機能する広帯域波長板を説明する。
【００１３】
図６に示す本発明の光ヘッド装置では、光源５および６から出射するレーザ光は波長が異なる、例えば２つレーザ光であり、光源５と対物レンズ２との間に例えば２つのレーザ光の位相状態を制御する広帯域用の積層位相板１が設置されている。この広帯域用の積層位相板は、２枚の複屈折を有する樹脂製複屈折層がそれぞれの光軸を交差するように重ねられていて、レーザ光が第１に入射する樹脂製複屈折層のリタデーション値Ｒｄ１が第２に入射する樹脂製複屈折層のリタデーション値Ｒｄ２より大きく、それらのリタデーション値の比、すなわちＲｄ１／Ｒｄ２が１．８〜２．２であるように構成されている。
【００１４】
ここで、リタデーション値の代わりに位相差としても比を採れば同じ値となる。すなわち、位相差は、リタデーション値Ｒｄと波長λを用いてＲｄ×２π／λと表すことができる。
【００１５】
このように構成することにより、広帯域位相板は透過するいずれの波長の直線偏光のレーザ光に対してもほぼ１／４波長板として機能し、直線偏光をほぼ円偏光とできる。
【００１６】
本発明においては、さらに例えば２枚の樹脂製複屈折層の間に、透明でかつ樹脂製複屈折層よりも透湿性の低い光学的等方性基板が配置されている。ここで、材料の透湿性は、例えば材料の吸水率の測定で知ることができる。すなわち、材料サンプルの質量を測定し、次に材料サンプルを一定温度、一定時間蒸留水に浸漬し含水させたのち再度質量測定を行い、浸漬前後の質量変化から吸水量を知る。この質量変化（吸水量）と浸漬前の材料サンプルの質量との比から、吸水率が求まる。
【００１７】
積層位相板１に用いる樹脂製複屈折材料としては、液晶を配向させた状態で重合させた高分子液晶や、延伸により複屈折性を持たせた、例えばポリカーボネートフィルムがよい。さらに、延伸により複屈折性を有する有機系高分子フィルムも使用できる。
【００１８】
さらに、透明でかつ樹脂製複屈折層と比べて透湿性の低い光学的等方性基板としては、樹脂の例えばエポキシ系、ポリエステル系、フッ素系や熱可塑性ウレタン樹脂などの樹脂基板が好ましく用いられる。さらに好ましくは、ガラス基板を用いることであり、透湿性は樹脂製複屈折層に比べて非常に低く、また平滑性も確保しやすい。以下、光学的等方性基板としてガラス基板を用いる場合を説明する。
【００１９】
本発明の光ヘッドに用いる位相板の積層断面構造の１例を図４に示す。この例は樹脂製複屈折材料としてポリカーボネートなどの樹脂フィルムを用いた場合について説明する。図４に示すように、３枚のガラス基板１０６、１０７、１０８の隣合う基板間に接着層３０３、位相板２０７、接着層３０４および接着層３０５、位相板２０８、接着層３０６をそれぞれ積層した。このとき２つの接着層を含む樹脂層の厚さは１層が約８０μｍである。
【００２０】
２つの樹脂製複屈折層のそれぞれの光学軸は貼り合わせ角度で調整でき、所望の位相差を有するフィルムの樹脂製複屈折層を用いることで位相差を調整し、積層後の位相板の特性を調整できる。
【００２１】
このようにフィルムの樹脂製複屈折層を用いた、従来の構成例は図５のように２枚のガラス基板１０９、１１０の間に接着層３０７、フィルム２０９、接着層３０８、フィルム２１０、接着層３０９を積層する構造であった。この構造では接着層を含む樹脂製複屈折層の厚さが約１６０μｍと非常に厚いものであった。以下、樹脂製複屈折層を複屈折層と略すことがある。
【００２２】
このように厚いと、高温高湿下での保管後などに水分を吸収し、透過光の波面収差を劣化させたり、作成時に樹脂製複屈折層の歪みによる波面収差歩留まりが非常に低くコスト高となっていた。また、このように厚い複屈折層を切断したり、他の光学部品に貼り付けるなどの加工をすることにより位相板が歪みやすい問題があった。
【００２３】
本発明者らの実験によると、高温高湿下での保管後の波面収差の劣化は、２つの樹脂製複屈折層の間にガラス基板を挿入することで、約１／２程度に改善されることがわかった。本発明の図４の構成と従来の図５の構成とでは全体の複屈折層の厚さはほとんど同じであるものの、複屈折層を２つに分割し中間にガラス基板を配することでガラス基板が透湿バリヤ層の役割を果たし、複屈折層に入る水分の量が減ったためと考えられる。
【００２４】
また、図３に示すように図４における構成の両側のガラス基板１０６、１０８をはずした構成であってもよい。この場合、位相板の全体の厚さを薄くでき、かつ軽量化できるので好ましい。また、樹脂製複屈折層２０５、２０６の表面に無反射コート（ＡＲコート）を行うことで表面反射が低減できて好ましい。なお、１０５はガラス基板、３０１および３０２は接着層である。
【００２５】
次に、樹脂製複屈折層の材料として高分子液晶を用いた例を説明する。図１に示すように３枚のガラス基板１０１、１０２、１０３の隣接する基板間に高分子液晶層２０１、２０２が、それぞれ挟まれた構造をしている。高分子液晶層は表面に配向処理をした２枚のガラス基板の間に低分子の液晶を注入し、ＵＶ光などで光重合することで高分子化できる。
【００２６】
図１に示す例では中央のガラス基板１０２の両面を配向処理を行い、両側の２枚のガラス基板１０１、１０３の液晶層に対向する面に配向処理を行った。この配向処理の方向に液晶分子が配向する。この配向方向を所望の角度に設定することにより、２つの液晶層の光軸の為す角度を変えることができる。ここで配向処理は例えばポリイミドをガラス基板表面に塗布し薄膜とし、ラビングしてもよいし、ポリイミドの薄膜を作成せず直接ガラス基板をラビングしてもよい。
【００２７】
前述のように配向処理を行った３枚のガラス基板１０１、１０２、１０３を大きさが数μｍのスペーサーを介して張り合わせてその２つの間隙に液晶を注入し、ＵＶ光で光重合し高分子化することで２層の樹脂製複屈折層２０１、２０２をガラス基板を介して接着層を用いずに積層してもよい。
【００２８】
それぞれの複屈折層の位相差２π（Δｎ×ｄ）／λは、液晶層の厚さ（ｄ）を調整することや、樹脂製複屈折層の複屈折量（Δｎ）を変えることで所望の位相差を得ることができる。
【００２９】
図１に示すように接着層を用いずに２層の高分子液晶の複屈折層２０１、２０２を積層することで、複屈折層の厚さを最小限にすることができる。この位相板は、複屈折層が薄いため従来の問題点であった高温高湿下での保管後の波面収差の劣化や、波面収差による歩留まりの低下、位相板切断や他の光学部品への貼り付けに伴うひずみが発生しにくいので最も好ましい。
【００３０】
また、図１に示す位相板の両側の２枚のガラス基板１０１、１０３をはずすことで、図２に示すようにガラス基板１０４の両側に高分子液晶の樹脂製複屈折層２０３、２０４を積層した構造としてもよい。この場合、位相板の全体の厚さを薄くでき軽量化できるので好ましい。また、樹脂製複屈折層２０３、２０４の表面には無反射コート（ＡＲコート）を施すことで表面反射が低減できて好ましい。
また、２枚の樹脂製複屈折層の組み合わせとして、一方を高分子液晶、他方をフィルムの複屈折層としてもよい。
【００３１】
これらの位相板の位相差と光軸方向との関係は、前述のように２つの異なる波長で１／４波長板として直線偏光を円偏光に変換するには、直線偏光入射側の樹脂製複屈折層の位相差は使用する２つの波長の平均の概ね１／２で、出射側の樹脂製複屈折層の位相差の約２倍として、それぞれの光学軸方向の角度を入射偏光方向に対して、例えば約１５度と例えば約７５度とすることにより実現できる。
【００３２】
また、例えば、ＤＶＤ用の６６０ｎｍ帯およびＣＤ用の７９０ｎｍ波長帯の２種の直線偏光を透過させて用いる２波長用位相板において、６６０ｎｍ波長帯の直線偏光に対し偏光方向を４５°回転させ、７９０ｎｍ波長帯の直線偏光に対し直線偏光を円偏光化する２波長用位相板は次のようにする。すなわち、２つの樹脂製複屈折層の光軸方向が１９〜２９°の範囲にある角度で交差させ、一方の樹脂製複屈折層は５３３〜６５２ｎｍの範囲にある位相差を有し、他方の樹脂製複屈折層は３５６〜４３４ｎｍの範囲にある位相差を与えることで実現できる。
【００３３】
このように、２種類の光軸方向の異なる樹脂製複屈折層を組み合わせることで、各波長での偏光制御を行うことができる。
【００３４】
【実施例】
図１に示すように２層の高分子液晶の樹脂製複屈折層２０１、２０２の間にガラス基板１０２を挟んだ位相板を用いた光ヘッド装置について説明する。
２枚のガラス基板１０１、１０３の片面、およびガラス基板１０２の両面にポリイミドを塗布し、ラビングにより配向処理を行った。ラビング方向は入射偏光方向に対して、対向する面同士は同じとしそれぞれ７５度と１５度とした。このガラス基板１０１と１０２の間隔は約３μｍ、ガラス基板１０２と１０３は約６μｍの間隙を空けて張り合わせた。この間隙は球状のスペーサを用いることで維持した。
【００３５】
この間隙に重合前の液晶を注入し、ＵＶ光で光重合することで高分子化し複屈折性をもつ、厚さの２倍異なる高分子液晶の樹脂製複屈折層２０１、２０２を３枚のガラス基板の隣接する基板間に接着剤や粘着材を用いることなく積層して、位相板を作成した。
【００３６】
この位相板の波面収差は概ね０．０１λｒｍｓ以下で、良好な波面収差の位相板を歩留まりよく得ることができた。
この位相板に６６０ｎｍと７９０ｎｍの２つの波長の直線偏光をガラス基板１０３側から入射した。その結果、両波長の光とも楕円率が０．９５の良好な円偏光を得ることができ、この位相板は上記の２つの波長で１／４波長板として充分に機能することが確かめられた。
【００３７】
この１／４波長板を、図６の模式図で示した光ヘッド装置の積層位相板１の位置に搭載して記録・再生の実験を行った結果ＤＶＤ、ＣＤとも良好な記録・再生特性を示した。
【００３８】
また、１／４波長板の高温高湿下での試験を行った結果、波面収差の変化は０．００３λｒｍｓ以下で実用上問題のないレベルであることが確かめられた。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明における位相板は、複数の樹脂製複屈折層をガラス基板の間に挟めて積層してあるため、高温高湿の条件下で使用しても、水分の吸収を抑えることができる。したがって、水分の吸収に伴って発生する樹脂製複屈折層の透過光の波面収差を低減できる。さらに、水分の吸収が抑えられるので、不良品数が低減し生産歩留まりが向上する。
【００４０】
したがって、この位相板を他の光学部品と組み合わせて、光ヘッド装置を構成すると、波面収差の少ない良好な光学特性を有する光ヘッド装置が得られる。さらに、光ヘッド装置の生産歩留まりも向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における、ガラス基板を３枚用いた位相板の１例を示す断面図。
【図２】本発明における、ガラス基板を１枚用いた位相板の１例を示す断面図。
【図３】本発明における、ガラス基板を１枚用いた位相板の他の例を示す断面図。
【図４】本発明における、ガラス基板を３枚用いた位相板の他の例を示す
断面図。
【図５】従来の位相板の例を示す断面図。
【図６】本発明の光ヘッド装置の構成例を示す概念図。
【符号の説明】
１０１、１０２、１０３、１０４、１０５  、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０：ガラス基板
２０１、２０２、２０３、２０４：高分子液晶層
２０５、２０６、２０７、２０８、２０９、２１０：樹脂製複屈折層
３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０６、３０７、３０８、３０９：接着層
１：積層位相板
２：対物レンズ
３：光ディスク
４：ビームスプリッタプリズム
５、６：光源
【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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