(57)【要約】 【課題】  水晶やフィルムを用いることなく光学多層膜により波長板の機能を発揮させる。【解決手段】  光学素子１０に入射する入射光の光軸と直交する直交平面１３上にＸ軸とＹ軸とを設定し、直交平面１３をＸ軸又は（及び）Ｙ軸に対して所定角度傾斜して傾斜平面１４を形成する。そして、傾斜平面１４を光軸（Ｚ軸）の軸周りに所定角度回転させて回転傾斜平面１５を形成する。光学多層膜１１を回転傾斜平面１５上に形成する。光学多層膜１１の膜構成、傾斜平面１４の傾斜角及び回転傾斜平面１５の回転角を制御することにより、光学多層膜１１を波長板として機能させる。【選択図】  図１
2007072087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層した光学多層膜が形成されている面を有し、
前記光学多層膜に入射する光線の光軸と直交する直交平面上に相互に直交するＸ軸とＹ軸とを設定したときに、前記直交平面を前記Ｘ軸又は（及び）前記Ｙ軸に対して所定角度傾斜した平面を傾斜平面とし、この傾斜平面上に前記光学多層膜を形成することにより、前記光学多層膜に入射する入射光の相互に直交する２つの偏光成分の光の間に所定の位相差を与えることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記光軸をＺ軸としたときに、前記光学多層膜に入射する入射光の入射面又は前記光学多層膜を前記Ｚ軸の軸周りに所定角度回転させることにより、前記光学多層膜を波長板として機能させることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層した第１の光学多層膜と第２の光学多層膜とを有し、
前記第１の光学多層膜と前記第２の光学多層膜とに入射する光線の光軸と直交する直交平面上に相互に直交するＸ軸とＹ軸と設定したときに、前記Ｘ軸又は（及び）前記Ｙ軸周りに前記直交平面を所定角度傾斜した平面を第１の傾斜平面とし、
前記直交平面を前記Ｘ軸又は（及び）前記Ｙ軸周りに、前記第１の傾斜平面とは対称となる方向に同じ角度だけ傾斜した平面を第２の傾斜平面とし、
前記第１の傾斜平面上に前記第１の光学多層膜を形成し、前記第２の傾斜平面上に前記第２の光学多層膜を形成することにより、前記第１の光学多層膜及び前記第２の光学多層膜に入射する入射光の相互に直交する２つの偏光成分の光の間に所定の位相差を与えることを特徴とする光学素子。
【請求項４】
前記光軸をＺ軸としたときに、前記第１の傾斜平面の法線と前記光軸とにより形成される第１の入射面に対して前記第１の傾斜平面を、前記Ｚ軸の軸周りに相対的に所定角度回転した平面を第１の回転傾斜平面とし、
前記第２の傾斜平面の法線と前記光軸とにより形成される第２の入射面に対して前記第２の傾斜平面を、前記Ｚ軸の軸周りに相対的に所定角度回転した平面を第２の回転傾斜平面とし、
前記第１の回転傾斜平面上に前記第１の光学多層膜を形成し、前記第２の回転傾斜平面上に前記第２の光学多層膜を形成することにより、前記光学多層膜を波長板として機能させることを特徴とする請求項３記載の光学素子。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかに記載の光学素子を有する光ピックアップであって、
前記Ｘ方向に偏光するＸ偏光光又は前記Ｙ方向に偏光するＹ偏光光を射出する光源と、この光源から射出された光のうちＸ偏光光又はＹ偏光光の何れか一方の光を透過し、他方の光を反射する偏光ビームスプリッタと、λ／４波長板として機能する前記光学素子と、ディスク上に前記光学素子を透過した光を集光する対物レンズと、この対物レンズからの戻り光を検出する検出器とを有することを特徴とする光ピックアップ。
【請求項６】
請求項１乃至４の何れかに記載の光学素子を有する光ピックアップであって、
前記Ｘ方向に偏光するＸ偏光光又は前記Ｙ方向に偏光するＹ偏光光を射出する光源と、入射する光の偏光方向によって光路を回折させ、又は回折させない偏光ホログラム素子と、λ／４波長板として機能する前記光学素子と、ディスク上に前記光学素子を透過した光を集光する対物レンズと、この対物レンズからの戻り光を検出する検出器とを有することを特徴とする光ピックアップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学多層膜によって波長板としての機能を発揮させた光学素子及びこれを適用した光ピックアップに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤ（Compact Disk）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のディスクに対して情報の再生・記録を行なうための光ピックアップが一般に用いられている。光ピックアップの一例として、光源とコリメータレンズと偏光ビームスプリッタとλ／４波長板と対物レンズと集光レンズと検出器とを有して構成されるものがある。かかる光ピックアップにおいて、光源からはＰ偏光光（光の偏光方向が入射面に平行な光）又はＳ偏光光（Ｐ偏光光とは直交する光）が射出され、コリメータレンズにより平行光とされた後に、偏光ビームスプリッタに入射する。偏光ビームスプリッタに入射した光はＰ偏光光又はＳ偏光光の何れか一方の光が透過し、他方の光が反射する（ここでは、Ｐ偏光光が透過し、Ｓ偏光光が反射するものとする）。偏光ビームスプリッタを透過したＰ偏光光は、λ／４波長板に入射する。λ／４波長板では、入射したＰ偏光光を円偏光の光に変換し、対物レンズによりディスク上に集光される。
【０００３】
ディスク上で反射した円偏光の光は、戻り光として対物レンズを経由して再びλ／４波長板に入射される。λ／４波長板に入射した戻り光は、円偏光の光をＳ偏光光に変換し、Ｓ偏光光は再び偏光ビームスプリッタに入射される。偏光ビームスプリッタはＳ偏光光を反射する性質を有しているため、偏光ビームスプリッタで反射したＳ偏光光が検出器に入射されることにより、情報の再生・記録を行うことができる。
【０００４】
従って、上述したように、λ／４波長板は光ピックアップを構成する必須構成要素の部品である。λ／４波長板は、入射する光のＰ偏光成分とＳ偏光成分との間に９０度の位相差を与えるものであり、かかる位相差により入射光は直線偏光から円偏光に変換される。また、ディスクからの戻り光も、λ／４波長板により９０度の位相差が与えられ、円偏光から直線偏光に変換される。このとき、光源から射出したＰ偏光光は往路に経由するλ／４波長板により９０度の位相差が与えられ、さらに復路に経由するλ／４波長板により９０度の位相差が与えられる。従って、戻り光として偏光ビームスプリッタに入射する光は、光源から射出した光から１８０度の位相差が与えられているため、戻り光の偏光方向はＳ偏光となる。
【０００５】
一方、入射光に対して１８０度の位相差を与える波長板として、λ／２波長板もある。λ／２波長板は１８０度の位相差を与えるものであるため、偏光の方向を９０度回転することができる。
【０００６】
上述したようなλ／４波長板やλ／２波長板（これらを含めたものを波長板という）の機能を発揮させるために、Ｐ偏光光とＳ偏光光とによって屈折率が異なる材料を用い、Ｐ偏光光とＳ偏光光とで光の伝搬速度を違わせる必要がある。かかる材料として、フィルムを用いるものが特許文献１に開示され、水晶を用いるものが特許文献２に開示されている。
【特許文献１】特開２００１−１２４９２５号公報
【特許文献２】特開平３−７８７０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１及び特許文献２では、フィルムや水晶を用いているが、これらは結晶性を有しているため、波長板として機能させることが可能となる。つまり、フィルムや水晶に形成されている結晶軸の作用により、入射光線の相互に直交する進相軸と遅相軸との間に位相差を生じさせている。従って、特許文献１及び２では、結晶性を利用して波長板としての機能を発揮していることになる。換言すれば、従来の波長板において、その機能を発揮させるためには、結晶軸を必要としていた。
【０００８】
しかし、特許文献１では、耐熱性や吸湿性等の向上のために、基板表面に環状ポリオレフィン系樹脂膜を貼り合わせて波長板として機能させている。しかし、環状ポリオレフィン系樹脂膜もフィルムである以上、熱膨張係数は高い。従って、高温状態になると、フィルムに歪みが発生し、光学特性が劣化する。このため、フィルムを用いて波長板の機能を発揮する場合には、耐候性という観点から問題がある。また、特許文献２では、波長板の材料として水晶を用いているが、一般に面積の大きい水晶を得ることは難しいため、大型の波長板を実現することができないという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、水晶やフィルムを用いずに光学多層膜により波長板の機能を発揮させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の光学素子は、高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層した光学多層膜が形成されている面を有し、前記光学多層膜に入射する光線の光軸と直交する直交平面上に相互に直交するＸ軸とＹ軸とを設定したときに、前記直交平面を前記Ｘ軸又は（及び）前記Ｙ軸に対して所定角度傾斜した平面を傾斜平面とし、この傾斜平面上に前記光学多層膜を形成することにより、前記光学多層膜に入射する入射光の相互に直交する２つの偏光成分の光の間に所定の位相差を与えることを特徴とする。
【００１１】
また、上記の光学素子において、前記光軸をＺ軸としたときに、前記光学多層膜に入射する入射光の入射面又は前記光学多層膜を前記Ｚ軸の軸周りに所定角度回転させることにより、前記光学多層膜を波長板として機能させることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の光学素子は、高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層した第１の光学多層膜と第２の光学多層膜とを有し、前記第１の光学多層膜と前記第２の光学多層膜とに入射する光線の光軸と直交する直交平面上に相互に直交するＸ軸とＹ軸と設定したときに、前記Ｘ軸又は（及び）前記Ｙ軸周りに前記直交平面を所定角度傾斜した平面を第１の傾斜平面とし、前記直交平面を前記Ｘ軸又は（及び）前記Ｙ軸周りに、前記第１の傾斜平面とは対称となる方向に同じ角度だけ傾斜した平面を第２の傾斜平面とし、前記第１の傾斜平面上に前記第１の光学多層膜を形成し、前記第２の傾斜平面上に前記第２の光学多層膜を形成することにより、前記第１の光学多層膜及び前記第２の光学多層膜に入射する入射光の相互に直交する２つの偏光成分の光の間に所定の位相差を与えることを特徴とする。
【００１３】
また、上記の光学素子において、前記光軸をＺ軸としたときに、前記第１の傾斜平面の法線と前記光軸とにより形成される第１の入射面に対して前記第１の傾斜平面を、前記Ｚ軸の軸周りに相対的に所定角度回転した平面を第１の回転傾斜平面とし、前記第２の傾斜平面の法線と前記光軸とにより形成される第２の入射面に対して前記第２の傾斜平面を、前記Ｚ軸の軸周りに相対的に所定角度回転した平面を第２の回転傾斜平面とし、  前記第１の回転傾斜平面上に前記第１の光学多層膜を形成し、前記第２の回転傾斜平面上に前記第２の光学多層膜を形成することにより、前記光学多層膜を波長板として機能させることを特徴とする。
【００１４】
また、上述した各光学素子の何れかを有する光ピックアップであって、前記Ｘ方向に偏光するＸ偏光光又は前記Ｙ方向に偏光するＹ偏光光を射出する光源と、この光源から射出された光のうちＸ偏光光又はＹ偏光光の何れか一方の光を透過し、他方の光を反射する偏光ビームスプリッタと、λ／４波長板として機能する前記光学素子と、ディスク上に前記光学素子を透過した光を集光する対物レンズと、この対物レンズからの戻り光を検出する検出器とを有することを特徴とする。
【００１５】
また、上述した各光学素子の何れかを有する光ピックアップであって、前記Ｘ方向に偏光するＸ偏光光又は前記Ｙ方向に偏光するＹ偏光光を射出する光源と、入射する光の偏光方向によって光路を回折させ、又は回折させない偏光ホログラム素子と、λ／４波長板として機能する前記光学素子と、ディスク上に前記光学素子を透過した光を集光する対物レンズと、この対物レンズからの戻り光を検出する検出器とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、水晶やフィルムを用いることなく光学多層膜により波長板を実現することができるため、耐候性に優れ、且つ大型の波長板を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、λ／４波長板として機能する光学素子１０であり、図２（ａ）及び（ｂ）は、光学素子１０に形成される光学多層膜１１の角度を制御するための説明図である。図１（ａ）は、光学素子１０に光学多層膜１１が形成されているものを示し、図１（ｂ）はＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸上における光学多層膜１１を説明している図である（同図（ｂ）において点線で形成される面はＺ＝０のＸＹ平面を表す）。図１において、本実施形態の光学素子１０は、直方体又は立方体の形状をしたガラス基板等の基板（図中では立方体の形状をした基板）の内部に平面として光学多層膜１１が形成されている。また、光学多層膜１１は基板の表面に形成されているものにも適用することができる。光学素子１０は、後述する理由により、種々の波長板としての機能を発揮することができる。例えば、λ／４波長板やλ／２波長板を含む任意の波長板として機能させることもできるが、ここでは、光学素子１０がλ／４波長板として機能するものについて説明する。本発明では、λ／４波長板やλ／２波長板等を含むものを波長板とする。
【００１８】
また、図中では、相互に直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸が設定されている（Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とは全て直交している）。Ｚ軸は光学素子１０に入射する光（以下、入射光とする）の光軸と一致するものとし、Ｚ軸と直交する仮想的な平面上には相互に直交するＸ軸とＹ軸とが設定されている。ここで、光学素子１０に入射する光（及び光源から射出する光）のＰ偏光の偏光方向はＹ軸と一致し、Ｓ偏光の偏光方向はＸ軸と一致するものとする。つまり、光学素子１０に入射する光はＸ方向に偏光する光（Ｘ偏光光）とＹ方向に偏光する光（Ｙ偏光光）とによりなるが、ここでは、光学素子１０に入射する入射光はＹ偏光光（Ｐ偏光光）であるものとする。例えば、光ピックアップにおいては、λ／４波長板には偏光ビームスプリッタを透過した光が入射するように配置されるが、偏光ビームスプリッタを透過した後の光は、Ｐ偏光光又はＳ偏光光の何れかの直線偏光となる（ここでは、Ｐ偏光光とする）。従って、光学素子１０に入射する光はＰ偏光のみであり、Ｓ偏光は含まれていないものとする。
【００１９】
光学素子１０をλ／４波長板として機能させるために、（１）光学素子１０に入射する光線の相互に直交する偏光成分の光（Ｐ偏光光とＳ偏光光）の間に９０度の位相差を与えること、（２）光学多層膜１１に入射する入射面に対して光学多層膜１１を相対的に所定角度回転させること、の２つの要件を充足させる。一般に、（１）の条件を充足するためには、基板上に高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層して多層膜となし、光学多層膜１１に入射するＰ偏光光とＳ偏光光との間に９０度の位相差を生じさせるような膜構成を採用する必要がある。上記（１）の機能を発揮するための膜構成は、高屈折率膜と低屈折率膜との材料の選択（つまり、所定の屈折率を有する膜の選択）、選択された高屈折率膜及び低屈折率膜の膜厚の制御、そして交互積層の積層数を適宜制御することにより実現することができる。
【００２０】
例えば、高屈折率膜の材料として酸化タンタルを選択し、低屈折率膜の材料として酸化ケイ素を選択したときに、両者の蒸着時間をコントロールして所定の膜厚を得て、さらに蒸着回数を制御することにより、所定の積層数を得ることができる。このとき、上記（１）の機能を発揮するために必要となる積層数は、光学多層膜１１に入射する光線の入射角度が３０度の場合は、おおよそ１００層前後の積層数が必要となる。勿論、高屈折率膜と低屈折率膜との種類、膜厚又は入射角度によっては、積層数は増減する。
【００２１】
次に、光学素子１０をλ／４波長板として機能させるためには、上記（１）の特性を満足する光学多層膜１１に入射する入射光の入射面に対して所定角度回転させる（上記（２）の条件）。
【００２２】
最初に、図２（ａ）に示されるように、Ｚ軸に直交する直交平面１３（Ｚ＝０のＸＹ平面上）を設定する。当該直交平面１３に対して入射光の光軸（Ｚ軸）は垂直であるため、入射面は形成されない。そこで、図２（ｂ）に示されるように、直交平面１３をＸ軸又は（及び）Ｙ軸の軸回りに所定角度（図中ではＸ軸の軸回りに３０度）傾斜した面を傾斜平面１４とする（つまり、直交平面１３の法線をＸ軸の軸回りに３０度傾斜させる）。そして、傾斜平面１４の法線ｎと入射光の光軸（Ｚ軸）とにより入射面Ｎが形成される。なお、図２では、Ｘ軸の軸周りに３０度回転させているが、Ｘ軸又はＹ軸の軸周りに任意の角度で傾斜させてもよいし、Ｘ軸及びＹ軸の軸周りに任意の角度で傾斜させてもよい。
【００２３】
このとき、傾斜平面１４はＸ軸の軸周りに３０度傾斜しているために、傾斜平面１４上に光学多層膜１１が形成されている場合は、Ｐ偏光光（Ｘ偏光光）とＳ偏光光（Ｙ偏光光）とで光の伝搬速度が異なる。つまり、傾斜平面１４はＸ軸の軸周りに３０度傾斜されているため、Ｐ偏光光に対する屈折率とＳ偏光光に対する屈折率とは異なることになる。本実施形態では、光学素子１０に入射する光はＰ偏光光のみであるが、相互に直交するＳ偏光光とＰ偏光光とを含む光が光学多層膜１１に入射したときには、光学多層膜１１の膜設計の制御（材料の選択、膜厚の制御、積層数の制御等）及び傾斜角度の制御を行うことにより、Ｓ偏光光とＰ偏光光との間に所定の位相差を与えることができる。
【００２４】
一方、上述したように、光学素子１０に入射する入射光の偏光方向はＰ偏光のみであり、Ｓ偏光は含まれていない。従って、図２（ｂ）の傾斜平面１４の上に光学多層膜１１が形成されていたとしても、入射光はＰ偏光のみであるため、Ｐ偏光とＳ偏光との間に９０度の位相差を与えるという光学多層膜１１の機能を発揮することはできない。つまり、この場合において、光学多層膜１１に入射したＰ偏光光はそのままＰ偏光として透過することになる。従って、透過光を円偏光にすることができず、光学素子１０はλ／４波長板として機能しないことになる。
【００２５】
そこで、傾斜平面１４に対して入射面ＮをＺ軸の軸回りに回転することにより、入射光の偏光方向は、Ｐ偏光のみではなく、Ｐ偏光とＳ偏光とからなる直線偏光となる。つまり、傾斜平面１４を基準としてみると、傾斜平面１４に入射する光の偏光方向が変化することになる。このとき、入射面Ｎの回転角度を制御することにより、Ｐ偏光光とＳ偏光光との間に位相差を与えることができ、λ／４波長板として機能させることができる。
【００２６】
ただし、光学素子１０に入射する光は、あくまでもＺ軸を光軸とする光であり、その偏光方向はＰ偏光光である。従って、光学素子１０に入射する入射光の入射面Ｎそのものを回転させることはできない。そこで、入射面Ｎを回転させるのではなく、傾斜平面１４を回転した平面を回転傾斜平面１５とする。つまり、入射面Ｎを固定したときに、相対的に傾斜平面１４を回転することにより、実質的に傾斜平面１４に対して入射面Ｎを回転させることが可能となる。このときの傾斜平面１４の回転角度は、傾斜平面１４を固定した場合において、入射面Ｎが所定角度回転された状態となるように行う（本実施形態では４５度回転している）。そして、回転傾斜平面１５上に光学多層膜１１を形成する。光学多層膜１１に入射した光は、Ｐ偏光光を進相軸又は遅相軸とし、Ｓ偏光光を遅相軸又は進相軸として透過し（ここでは、Ｐ偏光光が進相軸、Ｓ偏光光が遅相軸とする）、透過後の光はＰ偏光光とＳ偏光光との間に９０度の位相差が生じているため、透過光は円偏光に変換されることになる。つまり、結晶軸がなくとも進相軸と遅相軸として作用させることができる。なお、Ｐ偏光光を進相軸又は遅相軸とし、Ｓ偏光光を遅相軸又は進相軸として作用させるためには、入射面Ｎに対して傾斜平面１４が相対的に回転すれば足りる。従って、光源が回転可能であるならば（つまり、光源から射出する光の偏光方向が回転可能であるならば）、傾斜平面１４を回転する必要はない。
【００２７】
以上は、（１）Ｐ偏光光とＳ偏光光との間に９０度の位相差を与える光学多層膜１１を用い、（２）光学多層膜１１の入射面と光学多層膜１１とをλ／４波長板として機能させる角度に回転させること、により水晶やフィルムを用いずに光学多層膜を用いてλ／４波長板を実現することができた。ここで、光学素子１０をλ／２波長板として機能させるときは、（１）Ｐ偏光光とＳ偏光光との間に１８０度の位相差を与える膜構成で設計された光学多層膜１１を用い、（２）光学多層膜１１に入射する入射面に対して光学多層膜１１を相対的に所定角度回転させること、により実現することができる。勿論、上記（１）及び（２）の条件を具備することを条件に、λ／８波長板その他の任意の波長板を実現することができる。
【００２８】
また、本実施形態では、光学多層膜１１がキューブ状の光学素子１０に形成されているものについて説明したが、例えば平板状の基板に形成されているものについて適用してもよい。要は、光学多層膜１１が波長板として機能するように、光学多層膜１１が所定角度傾斜及び回転されていればよい。
【００２９】
また、本実施形態で説明した光学素子１０の厚みを薄くすることができる。例えば、光学素子１０の厚みを図１のＺ軸方向の長さとすると、ＸＺ平面を境界として光学多層膜１１を折り返すことにより光学素子１０の厚みを半分にすることができる。つまり、ＸＺ平面を頂点として反対方向に同じ角度をもって折り返すことにより、厚みを半分にすることができる。そして、折り返す箇所を３箇所にすることにより（ジグザグ状に折り返す）、厚みを１／４にすることができる。勿論、折り返す箇所を増やすことにより、さらに厚みを薄くすることができる。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態では、フィルムや水晶等を用いることなく、光学多層膜により波長板の機能を発揮させることが可能となる。このため、耐候性に優れ、且つ大型の波長板を得ることができる。
【実施例１】
【００３１】
次に、第１の光学多層膜２１と第２の光学多層膜２２との２つの光学多層膜を有する光学素子２０について説明する。ここで説明する光学素子２０は、上述の光学素子１０とは光学多層膜を２つ有している点で異なる。つまり、光学素子２０も直線偏光を円偏光にするλ／４波長板として機能するものであるが、光学素子２０に入射する入射光は光学素子２０の第１の光学多層膜２１と第２の光学多層膜２２との２つの光学多層膜を透過することにより、直線偏光から円偏光に変換される。以下、この場合においても、光学素子２０に入射する入射光の光軸をＺ軸とし、Ｚ軸に直交するＸＹ平面上に相互に直交するＸ軸及びＹ軸が設定されているものとする。また、光学素子２０に入射する入射光は一方向のみの偏光方向（ここでは、Ｐ偏光とする）を有している直線偏光であるものとする。
【００３２】
光学素子２０をλ／４波長板として機能させるために、上述の実施形態の光学素子１０と同様に、（１）光学素子２０に入射する光線の相互に直交する偏光成分の光（Ｐ偏光光とＳ偏光光）の間に９０度の位相差を与えること、（２）第１の光学多層膜２１及び第２の光学多層膜２２に入射する入射光の入射面に対して第１の光学多層膜２１及び第２の光学多層膜２２を相対的に所定角度回転させること、の２つの条件を充足する。（１）の要件を充足するために、第１の光学多層膜２１及び第２の光学多層膜２２は、高屈折率膜と低屈折率膜とを交互積層した多層膜とする。ここで、上述の実施形態の光学素子１０は単一の光学多層膜１１により入射光のＰ偏光とＳ偏光との間に９０度の位相差を与える膜構成を採用しているが、本実施例では、単一の光学多層膜ではなく、第１の光学多層膜２１と第２の光学多層膜２２とが一体となって、入射光のＰ偏光とＳ偏光との間に９０度の位相差を与える膜構成を採用する。なお、ここでいう第１の光学多層膜２１及び第２の光学多層膜２２は夫々入射するＰ偏光とＳ偏光との間に４５度の位相差を与えるものとする（つまり、両者ともλ／８波長板として機能する）。
【００３３】
次に、（２）の条件を充足するために、図４（ａ）に示されるように、Ｚ＝０のＸＹ平面上に直交平面２３を仮想的に設定する。そして、図４（ｂ）に示されるように、直交平面２３をＸ軸の軸回りに所定角度傾斜した平面を第１の傾斜平面２４Ａとする（本実施例では３０度傾斜している）。同時に、直交平面をＸ軸の軸回りに、第１の傾斜平面２４Ａとは反対方向に同じ角度だけ傾斜した平面を第２の傾斜平面２４Ｂとする（本実施例では−３０度傾斜している）。従って、第１の傾斜平面２４Ａと第２の傾斜平面２４Ｂとは直交平面２３を挟んで対称となる。このとき、第１の光学多層膜２１及び第２の光学多層膜２２にＰ偏光光とＳ偏光光とを含む光が入射したときは、第１の傾斜平面２４Ａ上に第１の光学多層膜２１を、第２の傾斜平面２４Ｂ上に第２の光学多層膜２２を形成することにより、入射光のＰ偏光光とＳ偏光光との間に所定の位相差を与えることは可能である。つまり、上述した実施形態と同様に、Ｐ偏光光とＳ偏光光とで屈折率が異なってくるため、光の伝搬速度が異なり、Ｐ偏光光とＳ偏光光との間に位相差を与えることができる。ただし、Ｐ偏光光とＳ偏光光との間に所定の位相差を与えるように、光学多層膜１１の膜設計の制御（材料の選択、膜厚の制御、積層数の制御等）及び傾斜角度の制御を行う必要がある。
【００３４】
一方、本実施例では、第１の傾斜平面２４Ａと第２の傾斜平面２４ＢとにＰ偏光のみからなる直線偏光が入射する。従って、入射光はＳ偏光光を含んでいないため、Ｐ偏光とＳ偏光との間に９０度の位相差を与えることはできない。
【００３５】
そこで、第１の傾斜平面２４Ａの法線ｎ１と光軸とにより形成される第１の入射面Ｎ１に対して第１の傾斜平面２４Ａを所定角度回転して回転傾斜平面２５Ａを形成し（本実施例では４５度回転している）、第２の傾斜平面２４Ｂの法線ｎ２と光軸とにより形成される第２の入射面Ｎ２（図中では、入射面Ｎ２を平行移動したものを示している）に対して第２の傾斜平面２４Ｂを所定角度回転して回転傾斜平面２５Ｂを形成する（本実施例では４５度回転している）。回転傾斜平面２５Ａ上に第１の光学多層膜２１を形成し、回転傾斜平面２５Ｂ上に第２の光学多層膜２２を形成したものが、図３に示す光学素子２０である。なお、図３（ａ）は、第１の光学多層膜２１及び第２の光学多層膜２２が光学素子２０に形成されているものを示し、図３（ｂ）は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸における第１の光学多層膜２１及び第２の光学多層膜２２を説明した図である（同図（ｂ）の点線で形成される面はＺ＝０のＸＹ平面を表す）。
【００３６】
第１の回転傾斜平面２５Ａも第２の回転傾斜平面２５Ｂも、夫々第１の入射面Ｎ１、第２の入射面Ｎ２に対して相対的に所定角度回転しているため、第１の光学多層膜２１及び第２の光学多層膜２２に入射した光は、Ｐ偏光光を進相軸又は遅相軸とし、Ｓ偏光光を遅相軸又は進相軸として透過する。従って、透過後の光はＰ偏光光とＳ偏光光との間に９０度の位相差が生じているため、透過光は円偏光に変換されることになる。つまり、結晶軸がなくとも進相軸と遅相軸として作用させることができることになる。
【００３７】
なお、本実施例においても、Ｐ偏光光を進相軸又は遅相軸とし、Ｓ偏光光を遅相軸又は進相軸として作用させるためには、入射面Ｎ１に対して第１の傾斜平面２４Ａが、入射面Ｎ２に対して第２の傾斜平面２４Ｂが相対的に回転すれば足りる。従って、光源が回転可能であるならば（つまり、光源から射出する光の偏光方向が回転可能ならば）、傾斜平面２４Ａ、２４Ｂを回転する必要はない。
【００３８】
勿論、本実施例においても、（１）第１の光学多層膜２１及び第２の光学多層膜２２の膜構成、（２）第１の光学多層膜２１及び第２の光学多層膜２２の回転角度、を制御することにより、光学素子２０をλ／２波長板やλ／８波長板等の任意の波長板として機能させることができる。
【００３９】
ところで、上述した実施形態の光学素子１０（光学多層膜が１つのみ形成されている）と比較して、本実施例の光学素子２０（光学多層膜が２つ形成されている）は角度依存性という観点から優れている。つまり、光学素子２０の第１の光学多層膜２１に光が入射すると、第１の光学多層膜２１は入射光に対して傾斜及び回転しているために、角度依存が生じる。しかし、第２の光学多層膜２２は第１の光学多層膜２１と対称に形成されているため、第１の光学多層膜２１で生じた角度依存を第２の光学多層膜２２でキャンセルする作用を発揮する。従って、本実施例の光学素子２０は角度依存性に優れている。
【００４０】
なお、本実施例においても、第１の光学多層膜２１及び第２の光学多層膜２２は、キューブ状の光学素子２０ではなく、平板状の基板に形成されていてもよい。
【００４１】
以上説明したように、本実施例においても、フィルムや水晶等を用いることなく光学多層膜により波長板を実現することができるため、耐候性に優れ、且つ大型の波長板を得ることができる。
【実施例２】
【００４２】
次に、図１の光学素子１０をλ／４波長板として機能させた場合において、かかる光学素子１０を光ピックアップに適用した場合の一例を図５に示す。図５に説明する光ピックアップは、上述した実施形態の光学素子１０の他に、光源５１とコリメータレンズ５２と偏光ビームスプリッタ５３と対物レンズ５５とディスク５６と集光レンズ５７と検出器５８とを有して構成される。勿論、図３に示した光ピックアップはあくまでも一例であるため、これに限定されることはない。
【００４３】
光源５１はＰ偏光光（Ｙ偏光光）又はＳ偏光光（Ｘ偏光光）の何れかの光を射出するレーザ光源であり、光源５１から射出された光はコリメータレンズ５２により平行光にされる。ここでは、光源５１からはＰ偏光光が射出されているものとする。コリメータレンズ５２により平行光にされたＰ偏光光は偏光ビームスプリッタ５３に入射される。偏光ビームスプリッタ５３は、Ｐ偏光光又はＳ偏光光の何れか一方の光を透過し、他方の光を反射する特性を有する。ここでは、偏光ビームスプリッタ５３はＰ偏光光を透過し、Ｓ偏光光を反射する特性を有するものとする。従って、偏光ビームスプリッタ５３に入射したＰ偏光光は、そのまま透過し、光学素子１０に入射する。
【００４４】
光学素子１０に入射したＰ偏光光は、（１）Ｐ偏光とＳ偏光との間に９０度の位相差を与える光学多層膜１１が形成され、（２）光学素子１０に入射する光の入射面が光軸周りに所定角度回転されるように光学多層膜１が回転されているため、入射したＰ偏光光は偏光方向を変化させる。そして、Ｐ偏光光を進相軸又は遅相軸（ここでは、進相軸）として、Ｓ偏光光を遅相軸又は進相軸（ここでは、遅相軸）として透過し、透過後におけるＰ偏光光とＳ偏光光との間には９０度の位相差が生じているため、入射した直線偏光（Ｐ偏光光）は円偏光となって光学素子１０を透過する。
【００４５】
円偏光に変換された光は、対物レンズ５５によってディスク５６に集光される。そして、ディスク５６で反射した反射光が戻り光として、対物レンズ５５から光学素子１０に入射する。光学素子１０に入射した戻り光は、上記と同様の理由により、位相が９０度ずらされて、円偏光から直線偏光に変換される。このとき、光学素子１０に入射して直線偏光に変換された戻り光は、光源５１から射出したＰ偏光光とは位相が合計で１８０度ずれているため、Ｐ偏光光からＳ偏光光に変換されている。従って、光学素子１０を透過したＳ偏光光は、偏光ビームスプリッタ５３において反射して、光路を９０度変えて、集光レンズ５７により検出器５８に集光される。
【００４６】
以上により光学素子１０を光ピックアップに適用することができる。勿論、実施例２で説明した光学素子２０を本実施例の光ピックアップに適用してもよい。
【実施例３】
【００４７】
次に、上述した実施形態の光学素子１０がλ／４波長板として機能する場合において、当該光学素子１０を、ホログラム偏光素子を用いた光ピックアップに適用した場合について説明する。図６において、ホログラム偏光素子を用いた光ピックアップにおいては、上述した実施形態の光学素子１０の他に、光源６１、ホログラム偏光素子６２、コリメータレンズ６３、対物レンズ６４、ディスク６５、検出器６６を有して構成される。勿論、図６に例示したものはあくまでも一例であるため、これに限定されることはない。
【００４８】
図６において、光源６１からはＰ偏光光（Ｙ偏光光）又はＳ偏光光（Ｘ偏光光）が射出し（ここでは、Ｐ偏光光とする）、光源６１から射出したＰ偏光光がホログラム偏光素子６２に入射する。ホログラム偏光素子６２には回折格子が形成されており、ホログラム偏光素子６２に入射する入射光の偏光方向がＰ偏光である場合は回折機能を有効にし、Ｓ偏光である場合には回折機能を無効にする。つまり、Ｐ偏光が入射した場合には回折させ、Ｓ偏光が入射した場合には回折させない。従って、光源６１から射出したＰ偏光光は回折することなく、そのままホログラム偏光素子６２を透過し、コリメータレンズ６３により平行光にされた後に、光学素子１０に入射する。光学素子１０はλ／４波長板として機能するため、Ｐ偏光光から円偏光に変換され、対物レンズ６４によりディスク６５に集光される。そして、ディスク６５からの反射光が戻り光として、対物レンズ６４を経由して再び光学素子１０に入射する。光学素子１０において、円偏光からＳ偏光光に変換され、コリメータレンズ６３により平行光にされて、ホログラム偏光素子６２に入射する。ホログラム偏光素子６２は入射光がＳ偏光光である場合には、回折作用を及ぼすため、入射光は回折作用により光路を変えて検出器６６に入射する。
【００４９】
以上により、光学素子１０を、ホログラム偏光素子を用いた光ピックアップに適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】光学素子の斜視図である。
【図２】直交平面、傾斜平面及び回転傾斜平面を示す斜視図である。
【図３】実施例１における光学素子の斜視図である。
【図４】実施例１における直交平面、傾斜平面及び回転傾斜平面を示す斜視図である。
【図５】光学素子を光ピックアップに適用したときの概略構成図である。
【図６】光学素子を、ホログラム偏光素子を用いた光ピックアップに適用したときの概略構成図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０    光学素子                １１    光学多層膜
１３    直交平面                １４    傾斜平面
１５    回転傾斜平面                ２０    光学素子
２１    第１の光学多層膜            ２２    第２の光学多層膜
２３    直交平面            
２４Ａ、２４Ｂ    傾斜平面
２５Ａ、２５Ｂ    回転傾斜平面
ｎ１、ｎ２        法線
Ｎ、Ｎ１、Ｎ２    入射面
【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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