(57)【要約】【課題】波長板を２枚貼り合わせた１／２波長板において、入射光偏光面の角度がずれても出射光偏光面の角度が常に一定となる波長板を提供する。【解決手段】位相差τ１（ｄｅｇ）、光学軸方位角θ１（ｄｅｇ）を有する第１の波長板と位相差τ２（ｄｅｇ）、光学軸方位角θ２（ｄｅｇ）を有する第２の波長板とを２枚貼り合わせてなる１／２波長板において、第１の波長板の位相差τ１（ｄｅｇ）をτ１＝３６０ｍ＋１８０（ｍ＝０，１，２…）、第２の波長板の位相差τ２（ｄｅｇ）をτ２＝３６０ｎ＋１８０（ｎ＝０，１，２…）とし、且つ、入射光と出射光の偏光面のなす角度をθ（ｄｅｇ）とすると、θ＝２（θ２−θ１）−１８０を満足するよう第１の波長板と第２の波長板を貼り合わせる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相差τ１（ｄｅｇ）、光学軸方位角θ１（ｄｅｇ）を有する第１の波長板と位相差τ２（ｄｅｇ）、光学軸方位角θ２（ｄｅｇ）を有する第２の波長板とを２枚貼り合わせてなる波長板において、
第１の波長板の位相差τ１（ｄｅｇ）をτ１＝３６０ｍ＋１８０（ｍ＝０，１，２…）、第２の波長板の位相差τ２（ｄｅｇ）をτ２＝３６０ｎ＋１８０（ｎ＝０，１，２…）とし、且つ、入射光と出射光の偏光面のなす角度をθ（ｄｅｇ）とすると、θ＝２（θ２−θ１）−１８０  を満足するように第１の波長板と第２の波長板を貼り合わせたことを特徴とする波長板。
【請求項２】
請求項１記載の波長板において、第１の波長板と第２の波長板の位相差を等しくしたことを特徴とする波長板。
【請求項３】
請求項１乃至２記載の波長板において、第１の波長板と第２の波長板は水晶基板からなることを特徴とする波長板。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の波長板を有する光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ピックアップ装置に使われる波長板に関し、特に方位角のずれを補償する波長板に関する。
【従来の技術】
【０００２】近年、マルチメディアの普及に伴い、文字から画像まで各種の情報を大量に、且つ、高速に処理する必要が生じ、形状がコンパクトでありながら従来の磁器記録媒体と比較して記憶容量が格段に大きく、且つ、高速の読み書きが可能なＣＤやＤＶＤ等の光ディスクの需要が急速に拡大している。この光ディスクに書き込まれている音声や映像などのデジタル信号を読み取る装置として光ピックアップ装置が使われる。該装置は、光ディスクの面上にレーザービームを当ててその反射光を拾うことにより、面上に凹凸（ビット）として作りこまれている記録媒体を読み取る構造となっている。この光ピックアップ装置の光学部品として用いられる波長板は、光の偏光状態を変化させる働きをもっており、位相差を９０（ｄｅｇ）ずらして直線偏光を円偏光に、または円偏光を直線偏光に変換させる１／４波長板、あるいは位相差を１８０（ｄｅｇ）ずらして直線偏光の偏光面を回転させる１／２波長板などがある。図６は１／２波長板の構造を示したものであり、直線偏光が１／２波長板１１に入射し、その入射偏光面と基板の光学軸とのなす角をθとしたとき、出射光は入射偏光面に対して２θ回転した直線偏光となる。
【０００３】水晶のような結晶材料で構成した１／２波長板においては、前述した単板で１／２波長板を構成した以外に波長板を２枚貼り合わせて１／２波長板を構成したものがある。これは、２枚の波長板を貼り合わせることで位相差を１８０（ｄｅｇ）としたもので、単板構造と比較してコストは高くなるものの、入射角依存性に優れた１／２波長板を実現できる。図７は波長板を２枚貼り合わせた１／２波長板の構造を示したものである。波長板Ａの位相差１０８０（ｄｅｇ）、光学軸方位角１５（ｄｅｇ）とし、波長板Ｂの位相差９００（ｄｅｇ）、光学軸方位１０５（ｄｅｇ）として波長板Ａと波長板Ｂの光学軸のなす角を直角になるよう貼り合わせることで出射光偏光面を３０（ｄｅｇ）回転させている。
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】ここで、前述した従来の波長板を２枚貼り合わせた構造の１／２波長板の原理について説明する。図８は該１／２波長板の偏光状態を表したポアンカレ球のＳ１−Ｓ２平面図である。ここで、波長板Ａの光学軸方位角をθ１、波長板Ｂの光学軸方位角をθ２、入射光と出射光との偏光面のなす角を２θとし、実際の角度を２倍にして考えている。まず、入射偏光状態をＰ０として、Ｓ１軸から２θ１、２θ２回転させた位置に回転軸Ｒ１、Ｒ２をとる。従来の波長板においてはθ１とθ２は直角となるように設計されているので、回転軸Ｒ１、Ｒ２の相対角度は１８０（ｄｅｇ）となり一直線に重なる。ポアンカレ球においては、この回転軸Ｒ１、Ｒ２を位相差分回転させて止まった位置が出射光の偏光状態を表している。波長板を通過するとＰ０からＰ１の偏光状態に変化し∠Ｐ０ＯＰ１＝２θとなる。ポアンカレ球においては角度を２倍にして考えているので、実際の出射光の偏光面角度は２θである。
【０００５】ここで、入射偏光面がΔθだけずれた場合を考える。回転軸Ｒ１’，Ｒ２’により（２θ１＋２Δθ）回転することでＰ０からＰ１’の偏光状態に変化し、∠Ｐ０ＯＰ１’＝２θ＋４Δθとなる。従って、実際には入射光角度がΔθずれると出射光角度は２Δθのずれが生じてしまうことが分かる。この現象は単板構造、貼り合わせ構造に関係なく生じる。従って、従来構造においてはわずかに入射偏光面の角度がずれても、出射偏光面では、ずれが２倍に大きくなってしまうため、出射光を正確に制御する必要がある光ピックアップ装置においてはこの現象は好ましくない。本発明は、以上の問題を解決したものであって、２枚の波長板を貼り合わせた波長板において、入射偏光面と波長板の光学軸方位角との角度の変化に関わらず入射偏光面に対する出射偏光面の角度を常に一定とした波長板及びそれを用いた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に本発明に係る波長板の請求項１記載の発明は、位相差τ１（ｄｅｇ）、光学軸方位角θ１（ｄｅｇ）を有する第１の波長板と位相差τ２（ｄｅｇ）、光学軸方位角θ２（ｄｅｇ）を有する第２の波長板とを２枚貼り合わせてなる１／２波長板において、第１の波長板の位相差τ１（ｄｅｇ）をτ１＝３６０ｍ＋１８０（ｍ＝０，１，２…）、第２の波長板の位相差τ２（ｄｅｇ）をτ２＝３６０ｎ＋１８０（ｎ＝０，１，２…）とし、且つ、入射光と出射光の偏光面のなす角度をθ（ｄｅｇ）とすると、θ＝２（θ１−θ２）−１８０を満足するよう第１の波長板と第２の波長板を貼り合わせたことを特徴とする波長板である。請求項２記載の発明は、請求項１記載の波長板において、第１の波長板と第２の波長板の位相差を等しくしたことを特徴とする波長板である。  請求項３記載の発明は、請求項１乃至２記載の波長板において、第１の波長板と第２の波長板は水晶基板からなることを特徴とする波長板である。請求項４記載の発明は請求項１または３のいずれか一項に記載の波長板を有する光ピックアップ装置である。
【発明の実施の形態】
【０００７】以下、本発明を図面に図示した実施の形態例に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る光ピックアップ装置の模式図を示したものである。半導体レーザ１から出射した光は、コリメートレンズ２により平行な光とされ、１／２波長板３により偏光面を回転させる。１／２波長板３を通過した光はＳ偏光を殆ど反射させ、Ｐ偏光を殆ど透過させる偏光ビームスプリッタ４に入射し、該偏光ビームスプリッタ４により反射したＳ偏光は対物レンズ５により収束され光ディスク６に照射される。また偏光ビームスプリッタ４を透過したＰ偏光は光量モニタ７に受光される。また、コリメートレンズ２は偏光ビームスプリッタ４の後に配置する場合もある。このとき偏光ビームスプリッタ４を透過するＰ偏光の光量をＴＰとするとＴＰ＝４Ｔｓｉｎ２ρｃｏｓ２ρｓｉｎ２（τ／２）となる。ここでＴは入射光量、ρは偏光ビームスプリッタ４のＳ偏光方向に対して偏光面のなす角を表し、τは波長板の位相差を表す。ここで波長板３は１／２波長板であるからτ＝１８０（ｄｅｇ）とすればＴＰ＝４Ｔｓｉｎ２ρｃｏｓ２ρとなり、ＴＰはρのみに依存する。ρは半導体レーザ１から出射される光の偏光面を固定すれば１／２波長板３の光学軸方位により決まるため、ＴＰを所定の値に制御するためには１／２波長板３の光学軸方位を正確に設定せねばならない。
【０００８】しかしながら、従来の１／２波長板においては、波長板が有する光学軸方位角と入射偏光面のなす角により出射偏光面の角度が変化してしまい、波長板のセッティング時の誤差により出射偏光面の角度が変化してしまう問題があった。このような問題を解決すべく本発明では入射偏光面と波長板の光学軸方位角との角度が変化しても入射偏光面に対する出射偏光面の相対角度が常に一定となるような波長板を提案する。
【０００９】ここで、本発明に係る波長板について詳細に説明する。図２は、本発明に係る波長板の平面図と側面図を示したものであり、波長板を２枚貼り合わせることで１／２波長板を構成している。ここで、波長板Ａ（第１の波長板）の光学軸方位角をθ１、波長板Ｂ（第２の波長板）の光学軸方位角をθ２、入射光と出射光とのなす角をθとし、波長板Ａと波長板Ｂの位相差τ１、τ２を、光の波長に対してτ１（ｄｅｇ）＝３６０×ｍ＋１８０（ｍ＝０，１，２…）、τ２（ｄｅｇ）＝３６０×ｎ＋１８０（ｎ＝０，１，２…）となるように設定している。
【００１０】前記波長板の機能をポアンカレ球で表記したものを図３に示す。なお、図３（ａ）はポアンカレ球の立体図、（ｂ）はＳ３軸から見たＳ１−Ｓ２平面図である。同図において、波長板の入射偏光状態をＰ０とし、Ｓ１軸から２θ１、２θ２回転させた位置に回転軸Ｒ１、Ｒ２をとっている。ポアンカレ球においては、回転軸Ｒ１、Ｒ２をそれぞれ位相差τ１、τ２の角度だけ回転させ、止まった位置が出射光の偏光状態を表している。波長板Ａを通過すると、入射光の偏光状態であるＰ０から回転軸Ｒ１によりＰ１の偏光状態に変化し、続いて波長板Ｂを通過すると回転軸Ｒ２によりＰ２へと位相が変化する様子が表されている。
【００１１】ここで、入射偏光面がΔθだけずれた場合を考える。図３（ｂ）に示すように入射偏光面がΔθずれることにより、回転軸は（２θ１＋２Δθ）回転させるＲ１’，（２θ２＋２Δθ）回転させるＲ２’となる。まず、波長板Ａを通過すると回転軸Ｒ１’によりＰ０からＰ１’へ位相が変化し、次に波長板Ｂを通過すると回転軸Ｒ２’によりＰ２の位置に到達する。即ち、入射偏光面の角度が変化しても、入射偏光面に対する出射偏光面の相対角度は全く変化しないことが分かる。
【００１２】この理由として、回転軸Ｒ１とＲ２とのなす角度をψ（ｄｅｇ）とするとψ＝∠Ｐ０Ｐ１Ｐ２となり、また、角度ψは波長板Ａと波長板Ｂの光学軸方位角の相対角度に相当するので波長板Ａと波長板Ｂが接着剤などで完全に固定すれば相対的な光学軸方位角は不変であるから、∠Ｐ０Ｐ１Ｐ２は常に一定である。また、∠Ｐ０Ｐ１Ｐ２と∠Ｐ０Ｐ１’Ｐ２は円周角の関係から∠Ｐ０Ｐ１Ｐ２＝∠Ｐ０Ｐ１’Ｐ２でありＰ２の位置はΔθに関わらず常に固定される。即ち、波長板Ａと波長板Ｂの光学軸方位角の差を所定の値に固定すればＰ２の位置を決定できることを意味している。このことから入射偏光面と出射偏光面とのなす角θは波長板Ａと波長板Ｂの光学軸方位角の相対角度ψにより制御でき、入射偏光面の角度がずれても常に一定の出射偏光面を得られることが判明した。
【００１３】波長板Ａと波長板Ｂの光学軸方位角の相対角度（θ２−θ１）と入射光と出射光との偏光面のなす角度θの関係をシミュレーションにより求めたものを図４に示す。同図から、入射光と出射光との偏光面のなす角θは波長板Ａと波長板Ｂの光学軸方位角の相対角度にのみ依存するからθ１とθ２の関係はθ＝２（θ２−θ１）−１８０を満足するよう設定すれば良いことが分かる。
【００１４】ここで、本発明に係る波長板と従来の貼り合わせ型１／２波長板の入射偏光面の角度ずれに対する出射偏光面の角度の関係を図５に示す。なお、本発明に係る波長板は、位相差τ１＝９００（ｄｅｇ）、光学軸方位角θ１＝３７．５（ｄｅｇ）の波長板Ａと、位相差τ２＝９００（ｄｅｇ）、光学軸方位角θ２＝１４２．５（ｄｅｇ）の波長板Ｂを貼り合わせた設計とし、従来の波長板の設計は位相差τ１＝１０８０（ｄｅｇ）、光学軸方位角θ１＝１５（ｄｅｇ）の波長板Ａ’と、位相差τ２＝９００（ｄｅｇ）、光学軸方位角θ２＝１０５（ｄｅｇ）の波長板Ｂ’を貼り合わせた設計であり、双方とも出射光を３０（ｄｅｇ）回転させる機能をもたせている。同図より従来の波長板においては仮に入射光が−８（ｄｅｇ）ずれたとすると、出射光は入射光に対する相対角度が１６（ｄｅｇ）回転となってしまうのに対し、本発明の波長板は入射光角度が変化しても入射光に対する相対的な出射光角度は３０（ｄｅｇ）のままであり、常に一定な出射偏光面の角度が得られることが分かる。
【００１５】以上、説明したように本発明の波長板を用いれば入射偏光面と出射偏光面との相対角度が一定となるから、入射光の偏光面さえ正確に合わせておけば波長板の角度を調整することなく所望の出射光が得られ、出射偏光面の角度の制御を容易にできる。さらに、２枚の波長板の位相差を同等にすれば波長依存性の優れた波長板を提供できる。
【発明の効果】
【００１６】以上、説明したように本発明によれば光ピックアップ装置等で用いられる波長板において、入射偏光面の角度のずれに関わらず、常に一定の出射偏光面の角度が得られるので、波長板のセッティング誤差により出射偏光面の角度がずれることなく、また、出射光を正確に制御する必要がある光ピックアップ装置や光通信系機器において優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光ピックアップ装置の模式図を示す。
【図２】本発明に係る波長板の構造を示した図であり、（ａ）に平面図、（ｂ）に側面図を示す。
【図３】本発明に係る波長板の機能をポアンカレ球で表した図であり、（ａ）に立体図、（ｂ）にＳ１−Ｓ２平面図を示す。
【図４】本発明に係る波長板の光学軸方位角の相対角度に対する入射光と出射光の偏光面のなす角の関係を示した図である。
【図５】本発明に係る波長板と従来の波長板の入射偏光面の角度ずれと出射光角度の関係を示した図である。
【図６】従来の単板構造の波長板の構造を示した図である。
【図７】従来の貼り合わせ型波長板の構造を示した図であり、（ａ）に平面図、（ｂ）に側面図を示す。
【図８】従来の貼り合わせ型波長板の機能を表すポアンカレ球のＳ１−Ｓ２平面図を示す。
【符号の説明】
１…半導体レーザ
２…コリメートレンズ
３…１／２波長板
４…偏光ビームスプリッタ
５…対物レンズ
６…光ディスク
７…光量モニタ
【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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