(57)【要約】【課題】波長帯が異なる３つの直線偏光の光が入射して１つの波長帯の直線方向に対して他の２つの波長帯の直線偏光が略直交して出射する波長選択波長板を提供する。【解決手段】光学軸が厚さ方向にねじれた２つの波長板を重ね、入射する直線偏光の方向と光入射側のそれぞれの波長板の光学軸とがなす角度であるプレツイスト角、さらに捻れた角度であるツイスト角を調整することで、所望の３つの波長帯の光のうち、１つの波長帯の光の偏光方向と、他の２つの波長帯の光の偏光方向と、を略直交させて出射するとともに、これらの光の直交性の指標である、方位角誤差ΔΨおよび楕円率κによって得られる利用効率ηについて、所定の波長帯において高く、かつ、安定した値を得ることができる。【選択図】  図１
2012009096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の異なる帯域を有する３種の波長λ１、波長λ２、波長λ３（λ１＜λ２＜λ３）で入射する直線偏光のうち少なくとも１種の波長の直線偏光の偏光状態を変える波長選択波長板において、
前記波長選択波長板は、光が入射する側から順に第１の波長板と第２の波長板が備えられ、
前記第１の波長板および前記第２の波長板は、液晶分子の長軸方向が厚さ方向に対してツイストされてなり、
前記第１の波長板に入射する前記波長λ１の光、前記波長λ２の光および前記波長λ３の光が同一方向の直線偏光であって、入射する前記直線偏光の方向を基準として、
前記第１の波長板に入射する直線偏光側の液晶分子の長軸方向と、がなす角度、前記第１の波長板に入射する前記直線偏光の方向と前記第２の波長板の前記第１の波長板側にある液晶分子の長軸方向とがなす角度、との組み合わせまたは、前記第１の波長板に入射する直線偏光側の液晶分子の短軸方向とがなす角度、前記第１の波長板に入射する前記直線偏光の方向と前記第２の波長板の前記第１の波長板側にある液晶分子の短軸方向とがなす角度、との組み合わせをそれぞれプレツイスト角α１［°］、α２［°］とし、
前記第１の波長板の液晶分子の厚さ方向に捩れるツイスト角をβ１［°］、前記第２の波長板の液晶分子の厚さ方向に捩れるツイスト角をβ２［°］とするとき、
前記波長選択波長板から出射する前記波長λ１の光、前記波長λ２の光および前記波長λ３の光の楕円率がいずれも０．５以下であり、
さらに、第１の方向と、前記第１の方向と直交する第２の方向を与えるとき、前記第１の方向に対していずれか１つの波長の光の最も振動が大きい成分の偏光方向とがなす角度が−２６〜２６［°］の範囲にあって、この波長で出射する光の全成分のうち前記第１の方向の光成分の割合が８０％以上となるとともに、前記第２の方向に対して他の２つの波長の光の最も振動が大きい成分の偏光方向とがなす角度が−２６〜２６［°］の範囲にあって、これらの波長で出射する光のそれぞれの全成分のうち前記第２の方向のそれぞれの光成分の割合が８０％以上となるように、前記α１、前記α２、前記β１、前記β２、前記第１の波長板のリタデーション値Ｒｄ１および前記第２の波長板のリタデーション値Ｒｄ２が設定されている波長選択波長板。
【請求項２】
前記波長λ１は３９５〜４２０ｎｍの範囲である４０５ｎｍ波長帯であり、前記波長λ２は６４０〜６８０ｎｍの範囲である６６０ｎｍ波長帯であり、前記波長λ３は７６５〜８０５ｎｍの範囲である７８５ｎｍ波長帯である請求項１に記載の波長選択波長板。
【請求項３】
前記波長λ１は４２０〜４８０ｎｍの範囲である４５０ｎｍ波長帯であり、前記波長λ２は５００〜５６０ｎｍの範囲である５３３ｎｍ波長帯であり、前記波長λ３は６１０〜６７０ｎｍの範囲である６４５ｎｍ波長帯である請求項１に記載の波長選択波長板。
【請求項４】
透明基板上に常光屈折率ｎｏ、異常光屈折率ｎｅとなる複屈折性を有する複屈折性材料層からなって凹凸が形成され、前記複屈折材料層の凹部に前記ｎｏまたは前記ｎｅと等しい光学材料が形成された偏光回折素子と、
請求項１〜請求項３に記載の波長選択波長板のうちの少なくとも１つと、が備えられた波長選択回折素子。
【請求項５】
前記複屈折性材料層の凹凸の断面は、フレネルレンズ形状である請求項４に記載の波長選択回折素子。
【請求項６】
異なる３種の波長の光を出射する少なくとも一つの光源と、
前記光源から出射する光を光記録媒体上に集光する対物レンズと、
前記光記録媒体から反射される光を検出する光検出器と、
前記光源から前記光記録媒体へ向かう光を透過するとともに、前記光記録媒体から前記光検出器へ向かう光を反射するかまたは、前記光源から前記光記録媒体へ向かう光を反射するとともに、前記光記録媒体から前記光検出器へ向かう光を透過する偏光ビームスプリッタと、
を備えた光ヘッド装置であって、
前記光源と前記偏光ビームスプリッタとの間の光路中、または前記偏光ビームスプリッタと前記光検出器との間の光路中に請求項４または請求項５に記載の波長選択回折素子が配置された光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長が異なる複数の光を選択的に位相変調させる波長選択波長板および、これらの光を選択的に透過または回折させる波長選択回折素子、光ストレージを扱う光学系として、ＣＤ、ＤＶＤ、光磁気ディスクなどの光記録媒体および、「Ｂｌｕ−ｒａｙ」（登録商標：以下ＢＤ）などの高密度光記録媒体（以下、「光ディスク」という）に情報の記録および／または再生（以下、「記録・再生」という。）を行う光ヘッド装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤ等の複数の光ディスクに対応した光ヘッド装置では、異なる規格の光ディスク毎に、波長の異なる半導体レーザ光源が用いられ、開口数ＮＡの異なる対物レンズにより光ディスクの情報記録面に光源からの出射光が集光され、その反射光をビームスプリッタにより分岐して光検出器にて受光することで、電気信号に変換して情報の記録・再生を行う。具体的には、ＢＤでは３９５ｎｍ〜４２０ｎｍの波長範囲に対応した４０５ｎｍ波長帯の光を出射する半導体レーザ、ＤＶＤでは６４０ｎｍ〜６８０ｎｍの波長範囲に対応した６６０ｎｍ波長帯の光を出射する半導体レーザ、そして、ＣＤでは７６５ｎｍ〜８０５ｎｍの波長範囲に対応した７８５ｎｍ波長帯の光を出射する半導体レーザが用いられる。
【０００３】
ここで、光ヘッド装置を、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの光ディスク毎、個別に空間配置した部品を用いて構成する場合、光ヘッド装置が大形化し、重量が増加するとともに、光学部品の部品点数が増えるという問題がある。とくに、薄型のノートパソコン等に、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤを記録・再生できる光ヘッド装置を搭載する場合、より小型化、軽量化が要求される。そこで、光学部品の部品点数を増やすことなく小型化、軽量化を実現するために、ＢＤ用、ＤＶＤ用、ＣＤ用の各波長帯の光の光路、とくに３つの光路を共通化し、これらの波長帯の光に対して所望の光学特性を得る光学部品を備える構成とすることが有効である。具体的には、これら３種類の波長帯（以下、「３波長」という。）に対応した光源からの出射光を合波して共通化し、その光路中に光学部品を備えることができる。または、光ディスクの情報記録面で反射した信号光を受光する光検出器を、３波長の光に対して共通化することもできる。
【０００４】
既に、ＤＶＤとＣＤと、の両方を記録・再生する光ヘッド装置において、ＤＶＤ用の光を発射する半導体レーザとＣＤ用の光を発射する半導体レーザと、が集積化された２波長用半導体レーザが製品化されたものが用いられている。また、ＤＶＤで反射される信号光とＣＤで反射される信号光と、を共通の単一パッケージで受光する光検出器が用いられている。さらに、光源として、ＤＶＤ用、ＣＤ用を含む２波長用半導体レーザに、ＢＤ用半導体レーザが一体化された３波長用半導体レーザも開発されている。
【０００５】
また、光ヘッド装置の記録・再生において、半導体レーザなどの光源から発射されたレーザ光を光ディスクの情報記録面のトラック上にトレースさせるために、トラッキングサーボ信号の検出機能が要求される。つまり、半導体レーザから光ディスクに至る往路の光路中に回折素子を配置し、回折素子を直進透過する直進透過光（０次回折光）と±１次回折光に分岐した３ビームの光を用いてトラッキングサーボ信号とする３ビーム方式が用いられることが多い。また、光ディスクから光検出器に至る復路の光路中に、入射光束に対して格子パターンが異なる複数の領域に分割された回折素子（「ホログラム回折素子」ともいう。）を配置し、信号光を複数の回折光に分岐してトラッキングサーボ信号を生成するホログラム方式も用いられる。
【０００６】
このとき、３ビーム方式では、ＢＤ用、ＤＶＤ用、およびＣＤ用の各半導体レーザの光源から出射され、例えば、これら３波長の光が共通する光路中に回折素子を配置し、各光ディスクの情報記録面の規格に適合した±１次回折光を生成することが望ましい。この場合、回折素子としては、格子ピッチや格子の長手方向といった回折格子のパターンを調整し、例えば、特定の波長の光に対してのみ所望の回折効率となる±１次回折光を発生させ、他の波長の光に対して±１次回折光を発生させない波長選択性の回折素子を用いることが考えられる。
【０００７】
同様に、ホログラム方式においても、３波長の光が共通する光路中にホログラム回折素子を配置することが考えられる。例えば、ホログラム回折素子は、入射光束に対して回折方向や回折角が異なる複数の領域を有し、単一パッケージの光検出器に含まれる受光面に対して、複数の波長の回折光が共通に入射できるように、回折格子のパターンを調整する。例えば、特定の波長の光に対してのみ所望の回折光を発生させ、他の波長の光に対して回折光が発生させない波長選択性の回折素子として用いることが考えられる。これにより、光検出器の受光面の数を少なくしたり、受光面の面積を小さくしたりする効果が期待できる。
【０００８】
なお、光ヘッド装置は、記録・再生する光ディスクの種類に応じて、上記の３ビーム方式とホログラム方式と、が使い分けられる設計であったり、あるいは、トラッキングサーボ信号の検出を３ビーム方式で行い、フォーカスサーボ信号の検出をホログラム方式で行う設計であったりしてもよい。例えば、ＤＶＤとＣＤを記録・再生する場合は３ビーム方式を用い、ＢＤを記録・再生する場合はホログラム方式を用いるものであってもよい。いずれの場合も、これら３波長の光に共通する光路中に配置される回折素子を、特定の波長の光に対してのみ回折する波長選択性の回折素子とすることにより、本来回折すべきではない波長の光について、光量損失や迷光の発生が低減されるので安定した記録・再生が実現できる。また、復路において、これら３波長の光が共通する光路中にホログラム回折素子として配置することで、光検出器の受光面の数および受光面の面積を低減できるため、小型化が期待できる。
【０００９】
このように、３波長の光が入射する波長選択性の回折素子としては、波長板と回折格子と、が交互に複数層積層された回折光学素子が報告されている（特許文献１）。そして、この回折光学素子に含まれる波長板は、例えば、ＴＭ偏光で入射する３波長の光のうち、特定の１種類の波長帯の光に対して１／２波長板として機能させるとともに、それ以外の波長帯の光に対して全波長板として機能する位相差を有する。そして、特定の１種類の波長帯の光のみが、偏光方向を９０°回転させてＴＥ偏光の光とし、ＴＥ偏光の光のみを回折させるとともに、ＴＭ偏光の光は回折させない、偏光性の回折格子が備わっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−３５３２２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１の回折光学素子に用いられる波長板は、３つの波長を４００ｎｍ、６５０ｎｍ、７８０ｎｍの組み合わせとし、偏光方向を９０°回転させる対象の波長を６５０ｎｍとする例が記載されている。そして、このとき、波長板は、４００ｎｍの光に対して２π×４の位相差、６５０ｎｍの光に対してπ×４．９２、そして７８０ｎｍの光に対して２π×２．０５の位相差を発生させるように調整されている。しかし、このような波長板は、特定の位相差を発生するために、複屈折性を有する材料の厚さを調整して実現しており、この場合、入射する光の波長が特定の値に対して変動してしまうと、位相差も大きく変動してしまうという問題がある。つまり、本来、波長板をＴＥ偏光の光として出射させるべき光が、ＴＭ偏光の光の成分も含み、また、ＴＭ偏光の光として出射させるべき光が、ＴＥ偏光の光の成分も含み、かつ、波長の変動に対してこれらの偏光成分が安定しないという問題があった。これより、例えば、回折格子に入射するＴＥ偏光の光の光量も安定せず、このため、回折光学素子としては回折効率も安定しないという問題点があった。
【００１２】
さらに、特許文献１の回折光学素子は、３波長の光のうち、例えば、任意の２つの波長の光を回折させる場合、１つの波長板と１つの回折格子との組み合わせを、２つ以上備えなければならない。さらに、この場合、３波長の光は、２つの波長板を透過することになるので、入射する波長が変動することで、所望の位相差に対する変動がより大きく、安定した特性を得ることが困難となるという問題点もあった。
【００１３】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、とくに波長が異なる３つの波長の光が入射するとき、１つの波長の光の偏光方向と他の２つの光の偏光方向とが互いに直交する波長選択波長板を提供するとともに、偏光成分によって透過または回折を制御する偏光回折素子を組み合わせ、少なくとも１つの波長の光に対して回折せず、また、少なくとも１つの波長の光に対して所望の回折効率を得ることができ、さらに、回折効率の波長依存性が小さく、光利用効率の高い波長選択回折素子およびそれを用いた光ヘッド装置、レーザプロジェクタなどの表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、所定の異なる帯域を有する３種の波長λ１、波長λ２、波長λ３（λ１＜λ２＜λ３）で入射する直線偏光のうち少なくとも１種の波長の直線偏光の偏光状態を変える波長選択波長板において、前記波長選択波長板は、光が入射する側から順に第１の波長板と第２の波長板が備えられ、前記第１の波長板および前記第２の波長板は、液晶分子の長軸方向が厚さ方向に対してツイストされてなり、前記第１の波長板に入射する前記波長λ１の光、前記波長λ２の光および前記波長λ３の光が同一方向の直線偏光であって、入射する前記直線偏光の方向を基準として、前記第１の波長板に入射する直線偏光側の液晶分子の長軸方向と、がなす角度、前記第１の波長板に入射する前記直線偏光の方向と前記第２の波長板の前記第１の波長板側にある液晶分子の長軸方向とがなす角度、との組み合わせまたは、前記第１の波長板に入射する直線偏光側の液晶分子の短軸方向とがなす角度、前記第１の波長板に入射する前記直線偏光の方向と前記第２の波長板の前記第１の波長板側にある液晶分子の短軸方向とがなす角度、との組み合わせをそれぞれプレツイスト角α１［°］、α２［°］とし、前記第１の波長板の液晶分子の厚さ方向に捩れるツイスト角をβ１［°］、前記第２の波長板の液晶分子の厚さ方向に捩れるツイスト角をβ２［°］とするとき、前記波長選択波長板から出射する前記波長λ１の光、前記波長λ２の光および前記波長λ３の光の楕円率がいずれも０．５以下であり、さらに、第１の方向と、前記第１の方向と直交する第２の方向を与えるとき、前記第１の方向に対していずれか１つの波長の光の最も振動が大きい成分の偏光方向とがなす角度が−２６〜２６［°］の範囲にあって、この波長で出射する光の全成分のうち前記第１の方向の光成分の割合が８０％以上となるとともに、前記第２の方向に対して他の２つの波長の光の最も振動が大きい成分の偏光方向とがなす角度が−２６〜２６［°］の範囲にあって、これらの波長で出射する光のそれぞれの全成分のうち前記第２の方向のそれぞれの光成分の割合が８０％以上となるように、前記α１、前記α２、前記β１、前記β２、前記第１の波長板のリタデーション値Ｒｄ１および前記第２の波長板のリタデーション値Ｒｄ２が設定されている波長選択波長板を提供する。
【００１５】
また、前記波長λ１は３９５〜４２０ｎｍの範囲である４０５ｎｍ波長帯であり、前記波長λ２は６４０〜６８０ｎｍの範囲である６６０ｎｍ波長帯であり、前記波長λ３は７６５〜８０５ｎｍの範囲である７８５ｎｍ波長帯である上記の波長選択波長板を提供する。
【００１６】
また、前記波長λ１は４２０〜４８０ｎｍの範囲である４５０ｎｍ波長帯であり、前記波長λ２は５００〜５６０ｎｍの範囲である５３３ｎｍ波長帯であり、前記波長λ３は６１０〜６７０ｎｍの範囲である６４５ｎｍ波長帯である上記の波長選択波長板を提供する。
【００１７】
また、透明基板上に常光屈折率ｎｏ、異常光屈折率ｎｅとなる複屈折性を有する複屈折性材料層からなって凹凸が形成され、前記複屈折材料層の凹部に前記ｎｏまたは前記ｎｅと等しい光学材料が形成された偏光回折素子と、上記の波長選択波長板のうちの少なくとも１つと、が備えられた波長選択回折素子を提供する。
【００１８】
また、前記複屈折性材料層の凹凸の断面は、フレネルレンズ形状である上記の波長選択回折素子を提供する。
【００１９】
さらに、異なる３種の波長の光を出射する少なくとも一つの光源と、前記光源から出射する光を光記録媒体上に集光する対物レンズと、前記光記録媒体から反射される光を検出する光検出器と、前記光源から前記光記録媒体へ向かう光を透過するとともに、前記光記録媒体から前記光検出器へ向かう光を反射するかまたは、前記光源から前記光記録媒体へ向かう光を反射するとともに、前記光記録媒体から前記光検出器へ向かう光を透過する偏光ビームスプリッタと、備えた光ヘッド装置であって、前記光源と前記との間の光路中、または前記と前記光検出器との間の光路中に上記の波長選択回折素子が配置された光ヘッド装置を提供する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、少なくとも３つの異なる波長帯である波長λ１、波長λ２および波長λ３で入射する直線偏光に対し、これら３波長の光のうち１つの波長帯の光と他の２つの波長帯の光とが互いに直交する偏光状態で出射させる波長選択波長板を提供することができる。また、波長選択波長板を出射した光を偏光方向によって回折効率が異なる偏光回折素子を波長選択波長板とともに配置する波長選択回折素子を提供することができる。さらに、この波長選択波長板、波長選択回折素子を用いた光ヘッド装置やレーザプロジェクタなどの表示装置に適用させることで、安定した光学特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】波長選択波長板の光学的機能の例を示す模式図。
【図２】波長選択波長板および波長選択回折素子の断面模式図および入射する直線偏光の偏光方向と光学軸との関係を示す平面模式図。
【図３】波長選択波長板を出射する光の方位角誤差ΔΨと楕円率κによる利用効率ηの分布を示すグラフ。
【図４】設計例１に係る波長選択波長板の偏光透過率の波長（Λ）依存性を示すグラフ。
【図５】設計例２に係る波長選択波長板の偏光透過率の波長（Λ）依存性を示すグラフ。
【図６】設計例３に係る波長選択波長板の偏光透過率の波長（Λ）依存性を示すグラフ。
【図７】設計例４に係る波長選択波長板の偏光透過率の波長（Λ）依存性を示すグラフ。
【図８】設計例５に係る波長選択波長板の偏光透過率の波長（Λ）依存性を示すグラフ。
【図９】設計例６に係る波長選択波長板の偏光透過率の波長（Λ）依存性を示すグラフ。
【図１０】設計例１に係る波長選択波長板のプレツイスト角に関するパラメータを変更した際における、偏光透過率の波長（Λ）依存性の変化を示すグラフ。
【図１１】設計例２に係る波長選択波長板のプレツイスト角に関するパラメータを変更した際における、偏光透過率の波長（Λ）依存性の変化を示すグラフ。
【図１２】設計例３に係る波長選択波長板のプレツイスト角に関するパラメータを変更した際における、偏光透過率の波長（Λ）依存性の変化を示すグラフ。
【図１３】設計例４に係る波長選択波長板のプレツイスト角に関するパラメータを変更した際における、偏光透過率の波長（Λ）依存性の変化を示すグラフ。
【図１４】光ヘッド装置に係る第１の実施の形態の模式図。
【図１５】光ヘッド装置に係る第１の実施の形態に用いられる波長選択回折素子のレンズ作用の説明図および波長選択回折素子の断面模式図。
【図１６】光ヘッド装置に係る第２の実施の形態の模式図。
【図１７】光ヘッド装置に係る第２の実施の形態に用いられる波長選択回折素子の断面模式図。
【図１８】光ヘッド装置に係る第３の実施の形態の模式図。
【図１９】光ヘッド装置に係る第３の実施の形態に用いられる波長選択回折素子の断面模式図。
【図２０】表示装置用光学系に係る実施の形態の模式図。
【図２１】実施例に基づく波長選択回折素子の断面模式図および入射する直線偏光の偏光方向と光学軸との関係を示す平面模式図。
【図２２】実施例１の波長選択回折素子に係る波長選択波長板における光の利用効率の波長依存性を示すグラフ。
【図２３】実施例２の波長選択回折素子に係る波長選択波長板における光の利用効率の波長依存性を示すグラフ。
【図２４】実施例３の波長選択回折素子に係る波長選択波長板における光の利用効率の波長依存性を示すグラフ。
【図２５】実施例４の波長選択回折素子に係る波長選択波長板における光の利用効率の波長依存性を示すグラフ。
【図２６】実施例５の波長選択回折素子に係る波長選択波長板における光の利用効率の波長依存性を示すグラフ。
【図２７】実施例６の波長選択回折素子に係る波長選択波長板における光の利用効率の波長依存性を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、本発明に係る波長選択波長板に入射する波長λ１の光、波長λ２の光および波長λ３の光（λ１＜λ２＜λ３）に対して、出射する光の偏光状態を示す模式図である。ここで、それぞれの波長の光は同じ偏光方向となる直線偏光の光、つまり図１では、いずれもＸ方向の直線偏光の光がＺ方向に進行する様子を示したものである。図１（ａ）は、波長λ１の光は偏光方向を変えず、波長λ２の光および波長λ３の光は、波長λ１の光と直交する直線偏光の光となって出射する波長選択波長板１を示す。また、偏光状態を変えない光の波長と、偏光状態を直交する直線偏光に変える光の波長の組み合わせとしては、これに限らず、例えば、図１（ｂ）の波長選択波長板２のように、波長λ１の光および波長λ２の光と、波長λ３の光と、の組み合わせであったり、図１（ｃ）の波長選択波長板３のように、波長λ２の光と、波長λ１の光および波長λ３の光と、の組み合わせであったりしてもよい。
【００２３】
また、図１は、３波長の光のうち少なくとも１つの波長の光は、入射する直線偏光の光の偏光方向と、出射する直線偏光の光の偏光方向と、が一致する例として説明しているが、これに限らない。後述するように、波長選択波長板を出射する光のうち、Ｘ−Ｙ平面からみた偏光方向が必ずしも１つはＸ方向とＹ方向に一致していなくてもよく、その場合であってもＸ−Ｙ平面内で出射する波長が異なる３つの光のうち、２つの波長の光と、もう１つの波長の光とが互いに直交する関係にあればよい。
【００２４】
このように、入射する、３波長の光のうち２つの波長の光と、もう１つの波長の光とを直交させて出射する機能を有する波長選択波長板は、後述するように、偏光方向によって回折効率が異なる偏光回折素子と組み合わせたり、偏光ビームスプリッタと組み合わせたり、入射する光の波長毎に異なる機能を持たせる光学系に用いることができる。図１に示す波長選択波長板１、２および３は、遅相軸または進相軸に対応した複屈折性材料の光学軸方向が、波長選択波長板の平面に平行でかつ、厚さ方向を軸に捻れた複屈折性材料層からなる複数枚の波長板によって構成される。そして、各々の波長板のリタデーション値、光学軸が厚さ方向に捻れる角度であるツイスト角等を所定の範囲に設定することによって所望の特性を得ることができ、かつ、入射する光の波長変動に対して光学特性が大きく変化しない、つまり、波長依存性が低い安定した光学特性を得ることができる。
【００２５】
以下、具体的な波長選択波長板の構成について説明する。とくに、以下では、波長選択波長板の機能を利用する複合的な光学素子として、波長選択波長板と、偏光方向によって回折効率が異なる特性を有する偏光回折素子と、を備えた波長選択回折素子について説明する。
【００２６】
（波長選択波長板および波長選択回折素子の実施の形態）
図２（ａ）は、本実施の形態に係る波長選択回折素子の基本構成を示す断面模式図である。波長選択回折素子２０は、波長選択波長板２３と偏光回折素子１２とを含む構成を有する。波長選択波長板２３は、第１の波長板２１と第２の波長板２２と、を有し、波長λ１の光、波長λ２の光および波長λ３の光（λ１＜λ２＜λ３）が入射し、後述するように入射する各波長の光に対して、それぞれ所望の位相差を発生させる機能を有する。偏光回折素子１２は、透明基板１３上に複屈折性材料層１４ａが周期的なピッチを有して回折格子１４が形成され、回折格子１４の凹部に透明材料１５が形成されてなる。また、回折格子１４の凸部は、この複屈折性材料層１４ａに相当し、凹部は複屈折性材料層１４ａの間の部分を指す。透明材料１５は、この少なくとも凹部に形成されていればよいが、等方性材料であれば図２（ａ）に示すように凸部を覆う部分に形成されていてもよい。
【００２７】
波長選択波長板２３は、遅相軸または進相軸に対応した複屈折性材料の光学軸が、波長選択波長板２３の平面に平行でかつ、厚さ方向を軸に捻れた構造を有する波長板が、２枚以上重ねられて構成されている。具体的には、後述するように、各波長板の厚さ、入射光の偏光方向と光学軸とがなす角度（プレツイスト角）、光学軸の捻れる角度などのパラメータを設定して所望の光学特性が得られるようにしたものである。なお、波長選択波長板２３を構成する第１の波長板２１、第２の波長板２２は、液晶や高分子液晶から構成される。
【００２８】
波長選択波長板２３は、上記のように光学軸が厚さ方向に捻れて構成されるため、厚さ方向に捻れる角度（以下、「ツイスト角」という。）を、所望の光学特性を得るための有効な設計パラメータとすることができる。したがって、このツイスト角を調整することで、波長が異なる光、例えば波長λ１の光、波長λ２および波長λ３の光（λ１＜λ２＜λ３）に対し、波長選択波長板２３を出射する光の偏光状態を調整できるとともに波長依存性を小さくできる。この構成によって、例えば、波長λ１の近傍の波長の光であっても出射する光の偏光状態に大きな変化がなく、入射する光の波長の変動に対して安定した偏光状態で出射することができる。なお、ツイスト角は０°より大きく３６０°程度までの範囲で調整するとよい。
【００２９】
図２（ｂ）および図２（ｃ）は、それぞれ第１の波長板２１および第２の波長板２２を示す平面模式図であって、厚さ方向に光学軸がツイストされて構成される様子を示す。図２（ｂ）は、第１の波長板２１に入射する直線偏光の光の偏光方向２４をＸ軸方向とし、これを基準にして第１の波長板２１のうち光が入射する面の光学軸２５とがなす角度をプレツイスト角α１［°］とし、光学軸２５と光が出射する面の光学軸２６とがなす角度をツイスト角β１［°］とする。また、ツイスト角β１の符号の考え方は、光が入射する側の光学軸２５を基準に反時計回りにプラス（＋）、時計回りにマイナス（−）とする。また、ツイスト角β１をなす光学軸は、遅相軸または進相軸いずれかであるが、とくに説明がない場合は、同様に遅相軸であるものとする。
【００３０】
また、波長選択波長板２３は、α１およびα２が取り得る範囲をそれぞれ、−１８０［°］＜α１≦＋１８０［°］、−１８０［°］＜α２≦＋１８０［°］としたとき、α１、α２の値がそれぞれ、元の設定値に対してさらに１８０［°］加えるかまたは、差し引いた値（角度）であっても、元の設定値による光学特性に対する変化はない。つまり、０［°］＜α１≦＋３６０［°］、０［°］＜α２≦＋３６０［°］であってもよい。
【００３１】
また、α１、α２、β１およびβ２の値をそれぞれ、元の設定値に対して符号を変えた場合も、元の設定値による光学特性に対する変化はない。さらに、α１、α２の値をそれぞれ、元の設定値に対してさらに９０［°］加えるかまたは、差し引いた値（角度）であれば、これまで光学軸を遅相軸同士として説明していた関係を、進相軸同士として表すことに相当するので、元の設定値による光学特性に対する変化はない。つまり、９０［°］＜α１≦＋２７０［°］、９０［°］＜α２≦＋２７０［°］であってもよい。
【００３２】
図２（ｃ）は、第１の波長板２１に入射する直線偏光の光の偏光方向２４をＸ軸方向とし、これを基準にして第２の波長板２２のうち光が入射する面の光学軸２７とがなす角度をプレツイスト角α２［°］とし、光学軸２７と光が出射する面の光学軸２８とがなす角度をツイスト角β２［°］とする。また、ツイスト角β２の符号の考え方は、ツイスト角β１と同じである。
【００３３】
このように、第１の波長板２１、第２の波長板２２として、例えば、液晶分子の長軸方向が厚さ方向に捻れてなるツイストタイプの液晶を有する波長板を用いる場合、ツイスト角β１、β２も設計パラメータとして与えることができる。したがって、本実施形態に係る波長選択波長板は、波長依存性の少ない光学特性が得られるとともに、波長選択波長板の全体の厚さを薄くすることができるので、例えば、厚さに起因する透過率の低下を抑制することもできる。
【００３４】
次に、波長選択波長板２３によって得られる光学特性について説明する。波長選択波長板２３は、入射する波長λ１の光、波長λ２の光および、波長λ３の光のうち、任意の２つの波長の光に対し、残りの１つの波長の光が略直交するように、設定される。そして、波長選択波長板２３を出射する光の光軸に直交する平面において互いに直交する第１の直線偏光方向と第２の直線偏光方向と、を与えたとき、例えば、特定の２つの波長の光は第１の直線偏光方向の光の成分のみ、残りの１つの波長の光は第２の直線偏光方向の光の成分のみ、となるのが理想である。つまり、波長選択波長板２３を透過した光の所望の方位角Ψに対してずれる角度、即ち、方位角誤差ΔΨが０［°］であり、かつ、偏光状態が直線偏光であって、楕円率κが０であることが理想である。
【００３５】
このような理想的な透過光において、特定の偏光方向の成分の光を利用する場合、それと直交する偏光方向の成分の光が無いので、光量を損失する成分がなく、後述する偏光回折素子において、透過または回折に用いる光の利用効率は１００％となる。つまり、波長選択波長板を透過した全ての光のうち、所望の直線偏光方向の成分を１００％として利用効率ηを定義することができる。
【００３６】
本発明の波長選択波長板２３は、このような光の利用効率ηが８０％以上であると、光学系として損失する光成分が少なくて好ましく、利用効率ηが９０％以上であるとより好ましく、９５％以上であるとさらに好ましい。図３は、波長選択波長板２３を透過した光について、横軸に方位角誤差ΔΨ［°］、縦軸に楕円率κを与え、このときの利用効率ηの分布を示したものである。なお、楕円偏光の光となって透過した場合、楕円の長軸方向を透過した光の方位角としている。図３では、利用効率η＝８０％、９０％および９５％となる組み合わせとなる条件を繋いだ線を示している。これより、利用効率ηが８０％以上となる領域はη＝８０％と示した線の内側の（ΔΨ＝０を含む）領域となる。利用効率ηが９０％以上、９５％以上となる領域も同様の考え方で示される。したがって、所望の利用効率ηを得る場合は、波長選択波長板２３を透過する光のΔΨおよびκを図３の組み合わせに基づいて設定し、実現できる。
【００３７】
図３より、例えば、波長選択波長板２３を出射する光の光軸に直交する平面において互いに直交する第１の方向と第２の方向を与え、入射する３波長の光のうち、波長選択波長板２３を出射する１つの光が第１の方向を基準としたとき、ΔΨは−２６〜２６［°］の範囲であると、利用効率ηが８０％以上となる解を有する。また、楕円率κが大きい値であっても、ΔΨの絶対値が小さい値であると利用効率ηは８０％以上となる。一方、他の２つの波長の光が第２の方向を基準としたとき、ΔΨがいずれも−２６〜２６［°］の範囲であると、利用効率ηが８０％以上となる解を有する。このように、３波長の光のうち、１つは第１の方向に対して利用効率ηが８０％以上、かつ、他の２つは第２の方向に対して利用効率ηが８０％以上となる特性を有する、波長選択波長板２３を構成する各波長板の条件を設定する。
【００３８】
次に、入射する光の波長と第１の波長板２１の厚さ、第２の波長板２２の厚さと、固有である複屈折性材料の波長分散特性との関係を一般化することを考える。なお、第１の波長板２１と第２の波長板２２の材料と、は同じ材料として説明するが、材料が異なる場合も含め、一般には、厚さｄと屈折率異方性Δｎとの積で表すリタデーション値をパラメータとすることができる。つまり、第１の波長板２１のリタデーション値をＲｄ１、第２の波長板２２のリタデーション値をＲｄ２として、このＲｄ１、Ｒｄ２を設計に合わせて調整する。なお、Ｒｄ１、Ｒｄ２は、屈折率異方性Δｎが波長依存性を有するので、同様に波長依存性を有し、波長λの関数として、Ｒｄ１（λ）、Ｒｄ２（λ）とも表現することもできる。
【００３９】
ここで、任意の波長をλ、特定の波長をλＡとし、波長λの光に対する波長板の常光屈折率をｎｏ（λ）、異常光屈折率をｎｅ（λ）とし、波長λＡの光に対する波長板の常光屈折率をｎｏ（λＡ）、異常光屈折率をｎｅ（λＡ）とすると、それぞれの波長の屈折率異方性Δｎ（λ）、Δｎ（λＡ）は、
Δｎ（λ）＝｜ｎｅ（λ）−ｎｏ（λ）｜                  ・・・  （１ａ）
Δｎ（λＡ）＝｜ｎｅ（λＡ）−ｎｏ（λＡ）｜            ・・・  （１ｂ）
となる。
【００４０】
また、それぞれの波長の屈折率異方性Δｎ（λ）、Δｎ（λＡ）を用いて、波長選択波長板２３に入射する光の波長依存性を表すパラメータΛを、
Λ＝｛Δｎ（λＡ）・λ｝／｛Δｎ（λ）・λＡ｝          ・・・  （２）
で与える。
【００４１】
次に、厚さｄ１の第１の波長板２１に、特定の波長λＡの光が入射したとき、波長λＡを基準とした厚さをｄ１（λＡ）とし、厚さｄ２の第２の波長板２２に、特定の波長λＡの光が入射したとき、波長λＡを基準とした厚さをｄ２（λＡ）とすると、
ｄ１（λＡ）＝Δｎ（λＡ）・ｄ１／λＡ                    ・・・  （３ａ）
ｄ２（λＡ）＝Δｎ（λＡ）・ｄ２／λＡ                    ・・・  （３ｂ）
となる。なお、ここでは、第１の波長板２１と、第２の波長板２２はいずれも同じ材料、つまり、同じ屈折率異方性を有するものとする。
【００４２】
上記の式（３ａ）、式（３ｂ）を用いて、厚さｄ１の第１の波長板に、特定の波長λＡの光が入射したとき、波長λＡを基準とした厚さをｄ１（λＡ）とし、厚さｄ２の第２の波長板に、特定の波長λＡの光が入射したとき、波長λＡを基準とした厚さをｄ２（λＡ）とし、さらに、プレツイスト角α１、α２およびツイスト角β１、β２を与えたときの、設計例１から設計例６を表１に示す。
【００４３】
【表１】
2012009096.tif 000003
【００４４】
本設計は、第１の波長板２１および第２の波長板２２にそれぞれ、厚さｄ１、ｄ２、プレツイスト角α１、α２、ツイスト角β１、β２（β１≠０、β２≠０）を与えることにより、式（２）で定義した、波長選択波長板に入射する光の波長依存性を表すパラメータΛに対する偏光透過率Ｔｐの制御性を向上させたものである。ここで、偏光透過率Ｔｐは、波長選択波長板２３へ入射する０°方向の直線偏光の光の光強度を１００％として表したものである。つまり、波長選択波長板２３は、偏光透過率Ｔｐが１００％付近となる帯域と０％付近となる帯域の制御性を高め、一方の波長帯の光に対して選択的に１／２波長板の機能を有し、他方の波長帯の光に対して選択的に偏光状態を変えずに透過する（λ板）機能を有するようにする。
【００４５】
図４〜図９は、それぞれ設計例１〜６の条件において、Λに対する、偏光透過率Ｔｐ［％］の特性を示したものである。なお、横軸のΛは、式（２）に基づく波長依存性を表すパラメータである。
【００４６】
設計例１に基づく特性を示す図４より、入射する複数の光の波長の組み合わせが例えば、Λ＝２．０付近の波長帯域と、Λ＝１．０付近の波長帯域である場合に対応できる、好ましい設計となっている。
【００４７】
このように、設計例１において、プレツイスト角α１、α２がそれぞれ７８°、−３°で、図４のように、それぞれの波長帯の光に対して波長選択波長板２３を出射する光を互いに直交させる例を示した。また、任意の波長帯の組み合わせにおいて、波長選択波長板２３を出射する光を互いに直交させるとき、設計例１のα１、α２を基準として、プレツイスト角α１´、α２´を、
α１´＝α１＋ｋ１・θ                          ・・・  （４ａ）
α２´＝α２＋ｋ２・θ                          ・・・  （４ｂ）
とし、設計例１のβ１、β２を基準として、ツイスト角β１´、β２´を、
β１´＝β１＋ｋ３・θ                          ・・・  （４ｃ）
β２´＝β２＋ｋ４・θ                          ・・・  （４ｄ）
とし、設計例１のｄ１、ｄ２を基準として、厚さｄ１´、ｄ２´を、
ｄ１´＝ｄ１・λ＋ｋ５・θ                      ・・・  （４ｅ）
ｄ２´＝ｄ２・λ＋ｋ６・θ                      ・・・  （４ｆ）
として（ｋ１〜ｋ６は係数、θは角度［°］）一般化でき、これに基づいて調整するとよい。
【００４８】
図１０は、ｋ１＝−０．７８、ｋ２＝０．１４、ｋ３＝−０．３２、ｋ４＝−０．２８、ｋ５＝０．００８、ｋ６＝０．００２とそれぞれ固定し、θ＝−４、０、４、８、１２［°］と変化させたときにおける、Λに対する、偏光透過率Ｔｐ［％］を示したものである。このような設計をすることで、Ｔｐ＝１００％に近い波長帯域とＴｐ＝０％に近い波長帯域との間隔を制御することができる。また、図１０より例えば、Λ＝２．０付近の波長帯域において、θの値を小さくすると、その波長帯域内のＴｐが増加するため、目的とする仕様に応じてθの値を設定するとよい。また、θの取り得る範囲は、−４〜１２［°］程度となる。
【００４９】
次に、設計例２に基づく特性を示す図５より、入射する複数の光の波長の組み合わせが例えば、Λ＝１．５付近の波長帯域と、Λ＝１．０付近の波長帯域である場合に対応できる、好ましい設計となっている。設計例２は、選択的に機能させたい波長帯域同士がさらに近く、設計例１では対応できない場合に、より好ましい設計となっている。
【００５０】
このように、設計例２において、プレツイスト角α１、α２がそれぞれ−１７°、−１４°で図５のように、それぞれの波長帯の光に対して波長選択波長板２３を出射する光を互いに直交させる例を示したが、任意の波長帯の組み合わせにおいて、波長選択波長板２３を出射する光を互いに直交させる場合は、設計例２のα１、α２を基準として、プレツイスト角α１´、α２´を上記の式（４ａ）、式（４ｂ）とし、設計例３のβ１、β２を基準として、ツイスト角β１´、β２´を上記の式（４ｃ）、式（４ｄ）として調整するとよい。
【００５１】
図１１は、上記の式（４ａ）〜式（４ｄ）において、ｋ１＝０．４８、ｋ２＝０．５７、ｋ３＝−０．７４、ｋ４＝−０．８０とそれぞれ固定し、θ＝−２、２、６、１０、１４［°］と変化させたときにおける、Λに対する、偏光透過率Ｔｐ［％］を示したものである。このような設計をすることで、Ｔｐ＝１００％に近い波長帯域とＴｐ＝０％に近い波長帯域との間隔を制御することができる。また、図１１より例えば、Λ＝１．５付近の波長帯域において、θの値を小さくすると、その波長帯域内の偏光透過率Ｔｐが増加するため、目的とする仕様に応じてθの値を設定するとよい。また、θの取りうる範囲は、−２〜１４［°］程度となる。なお、ｋ５＝ｋ６＝０である。
【００５２】
次に、設計例３に基づく特性を示す図６より、入射する複数の光の波長の組み合わせが例えば、Λ＝１．０付近の波長帯域と、Λ＝０．７付近の波長帯域である場合に対応できる、好ましい設計となっている。設計例３は、選択的に機能させたい波長帯域同士がさらに近く、設計例２でも対応できない場合に、より好ましい設計となっている。
【００５３】
このように、設計例３において、プレツイスト角α１、α２がそれぞれ７０°、−２７°で図６のように、それぞれの波長帯の光に対して波長選択波長板２３を出射する光を互いに直交させる例を示したが、任意の波長帯の組み合わせにおいて、波長選択波長板２３を出射する光を互いに直交させる場合は、設計例３のα１、α２を基準として、プレツイスト角α１´、α２´を上記の式（４ａ）、式（４ｂ）とし、設計例３のβ１、β２を基準として、ツイスト角β１´、β２´を上記の式（４ｃ）、式（４ｄ）とし、設計例３のｄ１、を基準として、厚ｄ１´を上記の式（４ｅ）として調整するとよい。
【００５４】
図１２は、上記の式（４ａ）〜式（４ｅ）において、ｋ１＝−０．３２、ｋ２＝０．２、ｋ３＝−０．９８、ｋ４＝−１．９８、ｋ５＝−０．０１４とそれぞれ固定し、θ＝−２、２、６、１０［°］と変化させたときにおける、Λに対する、偏光透過率Ｔｐ［％］を示したものである。このような設計をすることで、Ｔｐ＝１００％に近い波長帯域とＴｐ＝０％に近い波長帯域との間隔を制御することができる。また、図１２より例えば、Λ＝１．２５付近の波長帯域において、θの値を大きくすると、その波長帯域内のＴｐが減少するため、目的とする仕様に応じて使い分けが必要となる。また、θの取り得る範囲は、−２〜１０［°］程度となる。なお、ｋ６＝０である。
【００５５】
次に、設計例４に基づく特性を示す図７より、入射する複数の光の波長の組み合わせが例えば、Λ＝１．０付近の波長帯域と、Λ＝０．５５付近の波長帯域である場合に対応できる、より好ましい設計となっている。
【００５６】
このように、設計例４において、プレツイスト角α１、α２がそれぞれ−２５°、３６°で図７のように、それぞれの波長帯の光に対して波長選択波長板２３を出射する光を互いに直交させる例を示したが、任意の波長帯の組み合わせにおいて、波長選択波長板２３を出射する光を互いに直交させる場合は、設計例４のα１、α２を基準として、プレツイスト角α１´、α２´を上記の式（４ａ）、式（４ｂ）とし、設計例４のβ１、β２を基準として、ツイスト角β１´、β２´を上記の式（４ｃ）、式（４ｄ）として調整するとよい。
【００５７】
図１３は、上記の式（４ａ）〜式（４ｅ）において、ｋ１＝−０．６２、ｋ２＝−０．３２、ｋ３＝１．６４、ｋ４＝０．３２とそれぞれ固定し、θ＝−５、０、５、１０、１５［°］と変化させたときにおける、Λに対する、偏光透過率Ｔｐ［％］を示したものである。このような設計をすることで、Ｔｐ＝１００％に近い波長帯域とＴｐ＝０％に近い波長帯域との間隔を制御することができる。また、θの取り得る範囲は、−５〜１５［°］程度となる。なお、ｋ５＝ｋ６＝０である。
【００５８】
また、設計例５、設計例６は、それぞれ図８、図９に示すように、Ｔｐ＝１００％に近い波長帯域とＴｐ＝０％に近い波長帯域との間隔をより小さくなるように制御した場合の設計例となっている。
【００５９】
次に、波長λに依存するパラメータとしてＷ（λ）を、
Ｗ（λ）＝Δｎ（λ）・ｄ／λ                  ・・・  （５）
として与える。また、対象となる３つの波長は、それぞれλａ、λｂ、λｃとして与え、波長λａは、他の２つの波長λｂ、λｃの偏光と出射光が直交する波長であるものとする。また、例えば、式（５）を用いて、２つの波長λａ、λｂに対して得られる値の差分ΔＷａｂは、ΔＷａｂ＝Ｗ（λａ）−Ｗ（λｂ）で表すものとする。なお、Ｗ１（λａ）とする場合、上記の式（５）に基づき、波長λａの光に対する第１の波長板２１のパラメータに相当する。そして、想定している３波長の組み合わせは、４０５ｎｍ、６６０ｎｍ、７９０ｎｍ、もしくは、４６０ｎｍ、５３０ｎｍ、６６０ｎｍ付近の波長とする。最適化の方法としては、偏光透過率が所望の値に近づくように各パラメータを個別に変化させることを繰り返せば容易に最適化が可能である。
【００６０】
ここで、対象となる３波長の大小関係を、λａ＜λｂ＜λｃとして考える。そして、第１の波長板２１のプレツイスト角α１、第２の波長板２２のプレツイスト角α２、第１の波長板２１のツイスト角β１、第２の波長板２２のツイスト角β２、上記の式（５）に基づく第１の波長板２１のＷ１（λａ）、第２の波長板２２のＷ２（λａ）の条件を計算すると以下の結果を得た。
【００６１】
ここで、Ｗ１（λｂ）／Ｗ１（λａ）≧１．５の場合は、実用的な範囲では、
α１＋β１＝４５°、
α２＋β２＝４５°、
α１＋β１＋α２＋β２＝９０°、
α１−α２＝７５°、
α１＝７５°、
Ｗ１（λａ）／Ｗ２（λａ）＝１．５、
をパラメータの中心値として波長選択波長板２３を設計することで最適値を容易に得ることができる。
【００６２】
また、上記の各パラメータを変更する範囲としては、（α１＋β１）に対して変化させるΔ（α１＋β１）の値は、−１０°〜＋１０°の範囲、（α２＋β２）に対して変化させるΔ（α２＋β２）の値は、−１０°〜＋１０°の範囲、（α１＋β１＋α２＋β２）に対して変化させるΔ（α１＋β１＋α２＋β２）の値は、−１０°〜＋１０°の範囲、（α１−α２）に対して変化させるΔ（α１−α２）の値は、−２５°〜＋２５°の範囲、α１に対して変化させるΔα１の値は、−１０°〜＋１０°の範囲、そして、｛Ｗ１（λａ）／Ｗ２（λａ）｝に対して変化させるΔ｛Ｗ１（λａ）／Ｗ２（λａ）｝の値は、−０．２〜＋０．２の範囲を想定しておけばよい。
【００６３】
また、Ｗ１（λｂ）／Ｗ１（λａ）＜１．５の場合は、実用的な範囲では、
α１＋β１＝４５°、
α２＋β２＝−１３５°、
α１＋β１＋α２＋β２＝９０°、
α１−α２＝１０°、
α１＝７５°、
Ｗ１（λａ）／Ｗ２（λａ）＝２．５、
をパラメータの中心値として波長選択波長板２３を設計することで最適値を容易に得ることができる。
【００６４】
また、上記の各パラメータを変更する範囲としては、（α１＋β１）に対して変化させるΔ（α１＋β１）の値は、−１０°〜＋１０°の範囲、（α２＋β２）に対して変化させるΔ（α２＋β２）の値は、−１０°〜＋１０°の範囲、（α１＋β１＋α２＋β２）に対して変化させるΔ（α１＋β１＋α２＋β２）の値は、−１０°〜＋１０°の範囲、（α１−α２）に対して変化させるΔ（α１−α２）の値は、−１０°〜＋１０°の範囲、α１に対して変化させるΔα１の値は、−１０°〜＋１０°の範囲、そして、｛Ｗ１（λａ）／Ｗ２（λａ）｝に対して変化させるΔ｛Ｗ１（λａ）／Ｗ２（λａ）｝の値は、−０．２〜＋０．２の範囲を想定しておけばよい。
【００６５】
次に、対象となる３つの波長の大小関係を、λｂ＜λａ＜λｃとして考える。さらに、Ｗ１（λｂ）／Ｗ１（λａ）＜１．５の場合は、実用的な範囲では、
α１＋β１＝３０°もしくは、−７５°、
α２＋β２＝５０°、
α１＋β１＋α２＋β２＝９０°、
α１−α２＝９０°、
α１＝７０°、
Ｗ１（λａ）／Ｗ２（λａ）＝３．０、
をパラメータの中心値として波長選択波長板２３を設計することで最適値を容易に得ることができる。
【００６６】
また、上記の各パラメータを変更する範囲としては、（α１＋β１）に対して変化させるΔ（α１＋β１）の値は、−１０°〜＋１０°の範囲、（α２＋β２）に対して変化させるΔ（α２＋β２）の値は、−１５°〜＋１５°の範囲、（α１＋β１＋α２＋β２）に対して変化させるΔ（α１＋β１＋α２＋β２）の値は、−１５°〜＋１５°の範囲、（α１−α２）に対して変化させるΔ（α１−α２）の値は、−１５°〜＋１５°の範囲、α１に対して変化させるΔα１の値は、−１５°〜＋１５°の範囲、そして、｛Ｗ１（λａ）／Ｗ２（λａ）｝に対して変化させるΔ｛Ｗ１（λａ）／Ｗ２（λａ）｝の値は、−０．２〜＋０．２の範囲を想定しておけばよい。
【００６７】
次に、対象となる３つの波長の大小関係を、λｂ＜λａ＜λｃとして考える。さらに、Ｗ１（λｂ）／Ｗ１（λａ）＜１．５の場合は、実用的な範囲では、
α１＋β１＝３０°もしくは、−７５°、
α２＋β２＝５０°、
α１＋β１＋α２＋β２＝９０°、
α１−α２＝９０°、
α１＝７０°、
Ｗ１（λａ）／Ｗ２（λａ）＝３．０、
をパラメータの中心値として波長選択波長板２３を設計することで最適値を容易に得ることができる。
【００６８】
また、上記の各パラメータを変更する範囲としては、（α１＋β１）に対して変化させるΔ（α１＋β１）の値は、−１０°〜＋１０°の範囲、（α２＋β２）に対して変化させるΔ（α２＋β２）の値は、−１５°〜＋１５°の範囲、（α１＋β１＋α２＋β２）に対して変化させるΔ（α１＋β１＋α２＋β２）の値は、−１５°〜＋１５°の範囲、（α１−α２）に対して変化させるΔ（α１−α２）の値は、−１５°〜＋１５°の範囲、α１に対して変化させるΔα１の値は、−１５°〜＋１５°の範囲、そして、｛Ｗ１（λａ）／Ｗ２（λａ）｝に対して変化させるΔ｛Ｗ１（λａ）／Ｗ２（λａ）｝の値は、−０．２〜＋０．２の範囲を想定しておけばよい。
【００６９】
次に、対象となる３つの波長の大小関係を、λｂ＜λｃ＜λａとして考える。さらに、Ｗ１（λｂ）／Ｗ１（λａ）≦０．５の場合は、実用的な範囲では、
α１＋β１＝４５°もしくは、０°、
α２＋β２＝４５°、
α１＋β１＋α２＋β２＝９０°、もしくは４５°、
α１−α２＝７５°、
α１＝７５°、
Ｗ１（λａ）／Ｗ２（λａ）＝１．５、
をパラメータの中心値として波長選択波長板２３を設計することで最適値を容易に得ることができる。
【００７０】
また、上記の各パラメータを変更する範囲としては、（α１＋β１）に対して変化させるΔ（α１＋β１）の値は、−１０°〜＋１０°の範囲、（α２＋β２）に対して変化させるΔ（α２＋β２）の値は、−１０°〜＋１０°の範囲、（α１＋β１＋α２＋β２）に対して変化させるΔ（α１＋β１＋α２＋β２）の値は、−１０°〜＋１０°の範囲、（α１−β１）に対して変化させるΔ（α１−β１）の値は、−２５°〜＋２５°の範囲、α１に対して変化させるΔα１の値は、−１５°〜＋１５°の範囲、そして、｛Ｗ１（λａ）／Ｗ２（λａ）｝に対して変化させるΔ｛Ｗ１（λａ）／Ｗ２（λａ）｝の値は、−０．２〜＋０．２の範囲を想定しておけばよい。
【００７１】
また、Ｗ１（λｂ）／Ｗ１（λａ）＞０．５の場合は、実用的な範囲では、
α１＋β１＝−１２０°、
α２＋β２＝６０°、
α１＋β１＋α２＋β２＝−６０°、
α１−α２＝１３０°、
α１＝２０°、
Ｗ１（λａ）／Ｗ２（λａ）＝１．５、
をパラメータの中心値として波長選択波長板２３を設計することで最適値を容易に得ることができる。
【００７２】
また、上記の各パラメータを変更する範囲としては、（α１＋β１）に対して変化させるΔ（α１＋β１）の値は、−１５°〜＋１５°の範囲、（α２＋β２）に対して変化させるΔ（α２＋β２）の値は、−１５°〜＋１５°の範囲、（α１＋β１＋α２＋β２）に対して変化させるΔ（α１＋β１＋α２＋β２）の値は、−１５°〜＋１５°の範囲、（α１−α２）に対して変化させるΔ（α１−α２）の値は、−１５°〜＋１５°の範囲、α１に対して変化させるΔα１の値は、−１５°〜＋１５°の範囲、そして、｛Ｗ１（λａ）／Ｗ２（λａ）｝に対して変化させるΔ｛Ｗ１（λａ）／Ｗ２（λａ）｝の値は、−０．２〜＋０．２の範囲を想定しておけばよい。
【００７３】
次に、偏光回折素子１２の機能について説明する。図２（ａ）に、例として波長λ１の光と波長λ２の光とが、Ｘ方向の直線偏光の光として第１の波長板２１からＺ方向に進行し、波長選択波長板２３によって、波長λ１の光はＸ方向の直線偏光の光、波長λ２の光および波長λ３の光はＹ方向の直線偏光の光となって偏光回折素子１２に入射する場合について考える。ここで、偏光回折素子１２は、Ｘ方向の直線偏光で入射する波長λ１の光は直進透過させ、波長選択波長板２３によってＹ方向の直線偏光に変化して入射する波長λ２の光は回折させる機能を有する。
【００７４】
この場合、例えば、回折格子１４を形成する複屈折性材料層１４ａは、常光屈折率ｎｏ、異常光屈折率ｎｅを有し、透明材料１５が等方性屈折率ｎｓであってｎｅと略等しい屈折率を有するもので構成されており、さらに、複屈折性材料層１４ａの異常光屈折率となる方向が回折格子１４の長手方向であるＹ方向とする。このとき、Ｘ方向の直線偏光の光で入射する波長λ１の光は屈折率ｎｓと常光屈折率ｎｏとの間で屈折率の差が発生しないので直進透過し、Ｙ方向の直線偏光で入射する波長λ２の光、波長λ３の光は屈折率ｎｓと異常光屈折率ｎｅとの間で屈折率の差を有するので、回折する。
【００７５】
また、偏光回折素子１２は、Ｘ方向の直線偏光の光を透過し、Ｙ方向の直線偏光の光を回折するとしたが、波長選択波長板２３の機能によって、この透過／回折する偏光方向が変わってもよい。例えば、波長選択波長板２３に３波長の光がいずれもＸ方向の直線偏光の光として入射し、波長λ１の光がＸ方向より２５°の直線偏光の光となって出射、波長λ２の光および波長λ３の光が−６５°の直線偏光の光となって出射するものであって、回折格子１４の凹凸の長手方向が例えば−６５°の方向に一致していていれば、同様に波長λ１の光が高い効率で透過し、波長λ２の光および波長λ３の光は高い効率で回折する。また、図２（ａ）に示す回折格子１４は回折格子構造を模式的に表したもので凹凸の長手方向がＹ方向としているが、波長選択波長板２３の機能に応じて凹凸の長手方向を調整した構造であってもよい。
【００７６】
偏光回折素子１２は、波長選択回折素子２０に要求される機能によって様々な形態が考えられるが、例えば、図２（ａ）のように回折格子１４の断面が周期的なピッチを有する矩形状の凹凸を有する場合、回折によって±１次回折光、±２次回折光、・・・、を発生させることができる。また、回折によって０次回折光（直進透過光）を発生させないようにしたり、０次回折光と±１次回折光との光量比を一定の割合で発生させたりすることもできる。例えば、複屈折性材料層１４ａの高さをｈとし、屈折率異方性Δｎ（＝｜ｎｅ−ｎｏ｜）、ｈとΔｎとの積からなる複屈折性材料層１４ａのリタデーション値を調整することによって、０次回折光の回折効率η０、±１次回折光の回折効率η±１などを調整することができる。
【００７７】
また、回折格子１４の断面が矩形状のものとして説明したが、これに限らない。例えば、＋１次回折光のみの回折効率を高くするために断面がブレーズ形状であったり、ブレーズ形状を階段状に近似させた疑似ブレーズ形状のものであったりしてもよい。さらに、入射する光の光軸を中心として平面が同心円状の凹凸を有するフレネルレンズ形状を有するものであってもよく、この場合、入射する光の偏光方向によってレンズ機能を発生し、進行する光の発散状態を変えることができる。なお、複屈折性材料層１４ａとして、液晶、高分子液晶、フォトニック結晶、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、水晶など利用できる。
【００７８】
また、透明材料１５は、入射する光において透明であればいずれの材料であってもよく、複屈折性がない等方性材料を用いることができるが、これに限らない。例えば、複屈折性材料で構成する場合、複屈折性材料層１４ａに用いる材料の光学軸方向における屈折率および屈折率の波長分散が一致するような材料であってもよい。特定の光学軸方向となって偏光回折素子１２に入射する波長λの光について、複屈折性材料層１４ａと透明材料１５との間の屈折率の差をΔｎＡとすると、回折格子１４におけるこれらの材料を透過する波長λの光の光路差ΔｎＡ・ｈを、０．１λ以下とすることで直進透過率（＝０次回折効率：η０）が８０％以上となるので好ましい。さらにΔｎＡ・ｈを、０．０５λ以下とすることでη０が９０％以上となるのでより好ましい。
【００７９】
また、偏光回折素子１２に入射する光のうち回折させる波長の光の偏光方向は、偏光回折素子１２で回折する偏光方向と一致すると高い回折効率で回折させることができる。例えば偏光回折素子１２において回折格子１４の凹凸の長手方向に相当するＹ方向が、回折する偏光方向とすると、偏光回折素子１２に入射する光のうち回折させる波長の光の偏光方向がＹ方向を基準に１０°以内（−１０°〜＋１０°の範囲内）であると好ましく、５°以内（−５°〜＋５°の範囲内）であるとより好ましい。
【００８０】
つまり、このことは図３に示す利用効率ηと関係があり、Ｙ方向を基準に１０°以内であれば、楕円率κが０．４５以下であっても利用効率ηが８０％以上となり、さらに５°以内であれば、楕円率が約０．５以上であっても利用効率ηが８０％以上となる。また、この角度（方位角ΔΨ）が２５°以内であっても、楕円率κが０．１５以内であれば、利用効率ηが８０％以上となる。
【００８１】
（光ヘッド装置に係る第１の実施の形態）
本実施形態は、３波長のレーザ光が共通する光路中に前述した波長選択回折素子を配置した光ヘッド装置に係るものである。また、光ヘッド装置の構成によって、要求される波長選択回折素子の機能、それに基づく構造が異なるので、光ヘッド装置の構成と関連させて、波長選択回折素子についても説明する。
【００８２】
図１４は、３波長の光を用い、それぞれの規格の光ディスクの記録・再生を行う互換性のある光ヘッド装置１００の模式図の例である。半導体レーザ等の光源１０１ａからＸ方向に発射された４０５ｎｍ波長帯の光は、グレーティング素子１０２ａで回折されて３ビームとなり、ダイクロイックプリズム１０３、１０４、そして偏光ビームスプリッタ１０５を透過し、コリメータレンズ１０６で平行光となって、ミラー１０７によってＺ方向に偏向され１／４波長板１０８を透過して対物レンズ１０９によって集光されて光ディスク１１０の情報記録面に集光する。なお、光源から光ディスクに至るまでの光路を「往路」とし、（反射して）光ディスクから光検出器に至るまでの光路を「復路」とする。
【００８３】
ダイクロイックプリズム１０３は４０５ｎｍ波長帯の光を透過し、６６０ｎｍ波長帯の光を反射する機能を有する。また、ダイクロイックプリズム１０４は、４０５ｎｍ波長帯の光および６６０ｎｍ波長帯の光を透過し、７８５ｎｍ波長帯の光を反射する機能を有する。また、対物レンズ１０９は、これら３波長の光に対して互換性があり、とくにＣＤ用の７８５ｎｍ波長帯の光を発散しながら入射させることで光の利用効率が高くなる。
【００８４】
光源１０１ｂから発射された６６０ｎｍ波長帯の光は、グレーティング素子１０２ｂで回折されて３ビームとなり、ダイクロイックプリズム１０３を反射し、ダイクロイックプリズム１０４および偏光ビームスプリッタ１０５を透過する。光源１０１ｃから発射された７８５ｎｍ波長帯の光は、グレーティング素子１０２ｃで回折されて３ビームとなり、ダイクロイックプリズム１０４を反射し、偏光ビームスプリッタ１０５を透過する。偏光ビームスプリッタ１０５を透過した６６０ｎｍ波長帯の光および７８５ｎｍ波長帯の光は、４０５ｎｍ波長帯の光と同様に光ディスク１１０に到達する。
【００８５】
光ディスク１１０を反射した各波長帯の復路の光は、対物レンズ１０９を透過し、１／４波長板１０８を透過した際に往路の直線偏光と直交する直線偏光となり、反射ミラー１０７で反射され、コリメータレンズ１０６を透過し、偏光ビームスプリッタ１０５を反射する。そして、シリンドリカルレンズ１１１を透過し、後述する波長選択回折素子５０を透過して光検出器１１２に到達する。ここで、３波長の光は、光検出器１１２のいずれも同じ位置に到達するように、波長選択回折素子５０によってＣＤ用の７８５ｎｍ波長帯の光に対してのみ凹レンズ機能を発生させ、復路の光の焦点距離を調整している。なお、図１４では、ＢＤ用の４０５ｎｍ波長帯の光およびＤＶＤ用の６６０ｎｍ波長帯の光の軌道は実線、ＣＤ用の７８５ｎｍ波長帯の光の軌道は点線で示す。
【００８６】
次に、具体的に波長選択回折素子５０について説明する。図１５（ａ）は、波長選択回折素子５０の構成を示す断面模式図であり、波長選択波長板５１と偏光回折素子５２から構成されている。波長選択波長板５１は、波長選択波長板の実施の形態で説明したように、光学軸が厚さ方向にツイストした波長板を２層積層させた構成のもの等を用いることができる。偏光回折素子５２は、透明基板５３上に複屈折性材料層５４ａが、断面がフレネルレンズ形状をした回折格子５４が形成され、回折格子５４の凹部に透明材料５５が形成されてなる。また、回折格子５４の凸部は、この複屈折性材料層５４ａに相当し、凹部は複屈折性材料層５４ａの間の部分を指す。透明材料５５は、この少なくとも凹部に形成されていればよいが、等方性材料であれば図１５（ａ）に示すように凸部を覆う部分に形成されていてもよい。
【００８７】
次に、フレネルレンズの形状について説明する。フレネルレンズは、光軸を中心に同心円状のブレーズ形状をなしており、各ブレーズ形状の頂点を結んでできる円をブレーズ輪とする。そして、断面のブレーズ形状は、階段状に近似した形状の疑似ブレーズ形状であってもよい。図１５（ｂ）は、凹レンズ作用を発生させるフレネルレンズの形状について説明するための図であり、図１５（ｂ）の曲線αは、レンズを通過した後の光が受ける位相の変化量の差分の分布を示すものである。ここで、凹レンズの機能とする場合、位相の変化量の差分の分布は式（６）で表される。
φ（ｒ）＝ａ１ｒ２＋ａ２ｒ４＋ａ３ｒ６＋ａ４ｒ８＋・・・    ・・・  （６）
ここで、ｒは光軸からの半径方向の距離であり、ａｉ（ｉ＝１、２、３、４、・・・）は定数であり、φ（ｒ）は距離ｒにおける位相の変化量の差分の分布である。
【００８８】
そして、凹レンズ機能を発生させたい波長の光、ここでは波長７８５ｎｍ（＝波長λ３）であって、曲線αに対して、波長λ３の整数倍の位相差を差し引いても分布は変化しないため、フレネルレンズは等価的に曲線βまたは曲線γのような形状とすることができるものである。複屈折性材料層５４ａは波長λ３（＝７８５ｎｍ）の光に対する常光屈折率をｎｏ（λ３）、異常光屈折率をｎｅ（λ３）とし、波長λ３の光に対する透明材料５５の屈折率ｎｓ（λ３）がｎｏ（λ３）と一致させるようにする。
【００８９】
ここで、光ヘッド装置１００において、光ディスク１１０から反射された各波長帯の復路の光は、Ｙ方向の直線偏光の光となって波長選択回折素子５０に入射するので、ＣＤ用の７８５ｎｍ波長帯の光に対してのみ凹レンズとして機能するように波長選択回折素子５０を構成するとよい。
【００９０】
図１５（ｃ）は、波長選択回折素子５０を透過する７８５ｎｍ波長帯（波長λ３）の光の様子を示したものである。ここで、波長選択波長板５１は、４０５ｎｍ波長帯（波長λ１）の光および６６０ｎｍ波長帯（波長λ２）の光の偏光状態を変えずに透過させ、７８５ｎｍ波長帯（波長λ３）の光の偏光状態を直交させる（方位角Ψ３＝９０°）機能を有するものとする。そして、偏光回折素子５２は、複屈折性材料層５４ａの遅相軸方向がＸ方向となるフレネルレンズ形状を有する回折格子５４を有するものとする。
【００９１】
このとき、波長λ１の光と波長λ２の光は、偏光回折素子５２ではレンズ作用が生じずに発散状態を変えずにそのまま透過するのに対し、波長λ３の光は図１５（ｃ）に示すように偏光回折素子５２で凹レンズとして機能するので、発散状態が変わる（拡がる）ため焦点距離が変化し、光ヘッド装置１００の光検出器１１２に集光させることができる。また、この場合、波長選択波長板５１は、波長λ１の光および波長λ２の光の偏光状態を変えるものであってもよく（方位角Ψ１、Ψ２≠０）、その場合であっても波長λ３の光の偏光状態と直交する関係にあり、さらに、複屈折性材料層５４ａの遅相軸方向が波長λ３の偏光方向と平行となるようにすればよい。
【００９２】
また、透明材料５５の屈折率ｎｓ（λ３）は、複屈折性材料層５４ａの常光屈折率ｎｏ（λ３）と一致させる場合に限らず、異常光屈折率ｎｅ（λ３）と一致させ、複屈折性材料層５４ａの進相軸方向が波長λ３の偏光方向と平行となるようにしてもよい。このように光ヘッド装置１００のうちこれらの波長の光が共通する光路中に波長選択回折素子５０を配置することによって複数（３以上）の波長の光に対して１つの光検出器を共有することができ、光ヘッド装置の小型化が実現できる。
【００９３】
（光ヘッド装置に係る第２の実施の形態）
光ヘッド装置において上記と異なる機能を持たせるための波長選択回折素子の形態について説明する。図１６は、本実施形態に基づき、３波長の光を用いてそれぞれの規格の光ディスクの記録・再生を行う互換性のある光ヘッド装置２００の模式図である。光ヘッド装置２００が光ヘッド装置１００と大きく異なるのは、３波長の光を発射する半導体レーザ等の光源が、１つの光源２０１として配置されているところである。
【００９４】
光ヘッド装置２００の場合、それぞれ機能が異なる波長選択回折素子６０および／または波長選択回折素子７０を配置することができる。まず、光源２０１からＸ方向に発射された４０５ｎｍ波長帯の光は、入射する光の波長によって選択的に３ビームを発生させる波長選択回折素子６０を透過する。これより、光ヘッド装置２００において、光ディスクの規格に応じた記録・再生について１ビーム法を用いたり、０次回折光と±１次回折光を用いる３ビーム法を用いたり切り替えることができる。波長選択回折素子６０の具体的な構成は後述する。
【００９５】
波長選択回折素子６０を直進透過または回折透過した４０５ｎｍ波長帯の光は、偏光ビームスプリッタ２０２を透過し、コリメータレンズ２０３で平行光となる。そして、コリメータレンズ２０３を透過した４０５ｎｍ波長帯の光は、ダイクロイックプリズム２０４で反射されてＺ方向に偏向され、１／４波長板２０６ａを透過して対物レンズ２０７ａによって集光されてＢＤなどの光ディスク２０８ａの情報記録面に集光する。また、ダイクロイックプリズム２０４は、４０５ｎｍ波長帯の光を反射し、６６０ｎｍ波長帯の光および７８５ｎｍ波長帯の光を透過する機能を有する。
【００９６】
次に、光源２０１から発射された６６０ｎｍ波長帯の光および７８５ｎｍ波長帯の光は、波長選択回折素子６０を直進透過または回折透過し、偏光ビームスプリッタ２０２を透過し、コリメータレンズ２０３で平行光となり、ダイクロイックプリズム２０４を透過し、ミラー２０５で反射されてＺ方向に偏向され、１／４波長板２０６ｂを透過して対物レンズ２０７ｂによって集光されてＤＶＤやＣＤなどの光ディスク２０８ｂの情報記録面に集光する。
【００９７】
光ディスク２０８ａまたは２０８ｂを反射した各波長帯の復路の光は、１／４波長板２０６ａまたは２０６ｂを往復した際に往路の直線偏光の光と直交する直線偏光の光となり、偏光ビームスプリッタ２０２まで往路と同じ光路で進む。そして、偏光ビームスプリッタ２０２で反射されて、波長選択回折素子７０で直進透過または回折透過してシリンドリカルレンズ２０９を透過して光検出器２１０に到達する。
【００９８】
次に、具体的に波長選択回折素子６０の構成について説明する。図１７（ａ）は、波長選択回折素子６０の構成を示す断面模式図であり、波長選択波長板６１と偏光回折素子１２、そして波長選択波長板６２から構成されている。波長選択波長板６１および６２は、波長選択波長板の実施の形態で説明したように、光学軸が厚さ方向にツイストした波長板を２層に積層した構成ものなどが利用できる。
【００９９】
例えば、光ヘッド装置２００において、４０５ｎｍ波長帯の光に対して１ビーム法を用い、６６０ｎｍ波長帯の光および７８５ｎｍ波長帯の光に対して回折させて３ビームを発生させる３ビーム法を用いる場合に適応させる波長選択回折素子６０として考える。このとき、図１７（ａ）に示す波長選択回折素子６０に対してＺ方向の偏光方向でＸ方向に進行する直線偏光の光が入射するものとして説明する。波長選択波長板６１は、４０５ｎｍ波長帯（波長λ１）の光のみＺ方向の直線偏光の光のまま透過させ、６６０ｎｍ波長帯（波長λ２）の光および７８５ｎｍ波長帯（波長λ３）の光はＹ方向の直線偏光の光として透過させる機能を有するものを用いる。
【０１００】
偏光回折素子１２は、Ｙ方向の直線偏光の光に対して回折光を発生させＺ方向の直線偏光の光に対して直進透過させる機能を有するので、６６０ｎｍ波長帯の光および７８５ｎｍ波長帯の光について、回折光を含む３ビームが発生する。そして、波長選択波長板６１と同じ機能を有する波長選択波長板６２を配置することで、偏光回折素子１２を透過した６６０ｎｍ波長帯の光および７８５ｎｍ波長帯の光を、再びＺ方向の直線偏光の光とすることができる。また、波長選択波長板６２は、４０５ｎｍ波長帯のＺ方向の直線偏光の光に対して、偏光状態を変えずにそのまま透過する。したがって、波長選択回折素子６０を透過するこれらの光は、特定の波長の光のみを回折する機能を有する。
【０１０１】
このように、波長選択回折素子６０を透過した各波長帯の直線偏光の光の偏光方向を揃えることによって、光ヘッド装置２００の偏光ビームスプリッタ２０２に入射する各波長帯の往路の光と復路の光とで偏向分離ができるので、光ヘッド装置の小型化が実現できる。また、波長選択回折素子６０は、６６０ｎｍ波長帯の光および７８５ｎｍ波長帯の光を回折させる例を示したが、この機能を有する構成に限らず、４０５ｎｍ波長帯の光に対してのみ回折させてもよく、３つの波長帯の光のうち選択的に２つの波長帯の光を回折させるものであってもよい。
【０１０２】
次いで、波長選択回折素子７０について説明する。波長選択回折素子７０は、光ヘッド装置２００のうち、これら３つの波長の光の復路において共通する光路中に配置される。光ヘッド装置２００において波長選択回折素子７０の機能としては、２つ挙げられる。１つは、光検出器２１０に各波長帯の光がそれぞれ受光する受光エリアが設けられている場合、波長選択回折素子７０に入射する３つの光の進行方向をそれぞれ異なるように調整する分波機能を与えるものである。
【０１０３】
もう１つの機能としては、光ヘッド装置の構成上で発生する各波長帯の光の光軸を補正するものである。例えば、光源２０１は３波長の光を発射するがその発光点が物理的に異なるために生じるわずかな光軸のずれを補正する機能を有し、これによって光検出器２１０において光ディスクからの信号光が高精度で検出させる効果を得ることができる。波長選択回折素子７０の位置は、復路のみの光路中に限らず、往路のみの光路中であってもよいが、復路のみの光路中に用いると光ディスク２０８ａおよび２０８ｂへの到達する光の利用効率を高めることができる。また、復路のみの光路中に波長選択回折素子７０を用いる場合、シリンドリカルレンズ２０９と光検出器２１０との間の光路中に配置してもよい。
【０１０４】
次に、具体的に波長選択回折素子７０の構成例について説明する。図１７（ｂ）は、波長選択回折素子７０の構成を示す断面模式図であり、２つの波長選択回折素子を重ねるように配置した構成からなる。偏光回折素子７２ａは、透明基板７３上に複屈折性材料層７４ａが周期的なピッチを有して断面がブレーズ形状となる回折格子７４が形成され、回折格子７４の凹部に透明材料７５が形成されてなり、偏光回折素子７２ａ上に波長選択波長板７１ａが形成される。同様にして、偏光回折素子７２ｂは、透明基板７６上に複屈折性材料層７７ａが周期的なピッチを有して断面がブレーズ形状となる回折格子７７が形成され、回折格子７７の凹部に透明材料７８が形成されてなり、偏光回折素子７２ｂ上に波長選択波長板７１ｂが形成される。なお、回折格子の断面形状はブレーズ形状を階段状に近似した疑似ブレーズ形状であってもよい。また、断面形状が矩形のものであってもよいが、回折させる光利用効率の優位性から、ブレーズ形状または疑似ブレーズ形状が好ましい。
【０１０５】
波長選択波長板７１ａおよび７１ｂは、上記の実施の形態で説明したように光学軸が厚さ方向にツイストした波長板を２層に積層したものなどが利用できる。また、図１７（ｂ）では、回折格子７４および回折格子７７のブレーズ形状は異なるものとしたが、ブレーズ形状は同じもので例えばピッチが互いに異なって回折させる波長の光に対するそれぞれの回折角が異なるように設計してもよい。ここでは、回折格子７２ａおよび７２ｂの遅相軸方向はＹ方向となり、透明材料７５は複屈折性材料層７４ａの常光屈折率と同等の屈折率を有し、透明材料７８は複屈折性材料層７７ａの常光屈折率と同等の屈折率を有するものとする。
【０１０６】
ここで、波長選択回折素子７０の最初の機能として説明した分波機能について説明する。光ヘッド装置２００の偏光ビームスプリッタ２０２で反射した各波長帯の光はＹ方向の直線偏光の光で波長選択回折素子７０に入射する。このとき、波長選択波長板７１ａは、４０５ｎｍ波長帯（波長λ１）の光に対して偏光状態を変えずに透過させ６６０ｎｍ波長帯（波長λ２）の光および７８５ｎｍ波長帯（波長λ３）の光に対してＸ方向の直線偏光の光とする機能を有するものを用いる。
【０１０７】
波長選択波長板７１ａを透過した各波長帯の光のうち、Ｙ方向の直線偏光の光である４０５ｎｍ波長帯の光のみ回折格子７４で回折し、６６０ｎｍ波長帯の光および７８５ｎｍ波長帯の光は直進透過する。そして、波長選択波長板７１ｂは、４０５ｎｍ波長帯の光をＸ方向の直線偏光の光とし、７８５ｎｍ波長帯の光をＹ方向の直線偏光の光とし、６６０ｎｍ波長帯の光は偏光状態を変えずにそのまま透過させる機能を有するものを用いる。そして、波長選択波長板７１ｂを透過した各波長帯の光のうち、Ｙ方向の直線偏光の光である７８５ｎｍ波長帯の光のみ回折格子７７で回折させ、４０５ｎｍ波長帯の光および６６０ｎｍ波長帯の光は直進透過させることによって、各波長帯の光の進行方向を分離させることができる。これによって、光検出器２１０に各波長帯の光に対する受光エリアを設けてそれぞれの波長帯の光信号を検出することができる。
【０１０８】
また、波長選択回折素子７０は、各波長帯の光を分波する機能について説明したが、合波させるものであってもよい。つまり、波長選択回折素子７０に入射する４０５ｎｍ波長帯の光、６６０ｎｍ波長帯の光および７８５ｎｍ波長帯の光の進行方向（光軸）が互いに異なるが、出射する光の光軸を揃えて出射させる場合であって同じ構成で機能させることができる。この場合、例えば、光検出器２１０の受光エリアが各波長帯の光共通で使用する場合であっても精度よく各光ディスクからの信号光を到達させることができ、光検出器２１０および光ヘッド装置２００の小型化を実現できる。
【０１０９】
なお、図１７（ａ）および図１７（ｂ）において、波長選択回折素子６０および７０は、説明のためにそれぞれＸ−Ｚ平面に沿って回折するように示したが、これに限らず、各波長選択波長板が有する各波長帯の光に対するそれぞれの方位角に合わせて回折格子の凹凸の長手方向を決定すればよい。したがって、例えば、波長選択回折素子７０の回折格子７４の凹凸の長手方向と回折格子７７の長手方向を平行としない構成であってもよい。また、波長選択回折素子７０は、回折格子７４、７７が例えば、複数の領域に分割された構造を有するホログラム回折素子としてもよい。この場合、分割された領域毎に回折格子の長手方向や形状が設定されていてもよい。
【０１１０】
（光ヘッド装置に係る第３の実施の形態）
図１８は、本実施形態に基づく、３つの異なる波長の光を用いてそれぞれの規格の光ディスクの記録・再生を行う互換性のある光ヘッド装置２５０の模式図であって、光ヘッド装置２００と共通する部分には同じ番号を用いて説明の重複を避ける。また、光ヘッド装置２５０が光ヘッド装置２００と異なるのは、往路の光路中に３ビームを発生させる（波長選択）回折素子を備えないことで、光源２０１から発射される、４０５ｎｍ波長帯の光、６６０ｎｍ波長帯の光および７８５ｎｍ波長帯の光は、いずれも１ビーム法を用い、復路の光路中に配置された波長選択回折素子８０で回折をさせるところである。
【０１１１】
次に、具体的に波長選択回折素子８０の構成について説明する。図１９は、波長選択回折素子８０の構成を示す断面模式図であり、２つの波長選択回折素子を重ねるように配置した構成である。偏光回折素子８２ａは、透明基板８３上に複屈折性材料層８４ａが周期的なピッチを有して断面がブレーズ形状となる回折格子８４が形成され、回折格子８４の凹部に透明材料８５が形成されてなり、偏光回折素子８２ａ上に波長選択波長板８１が形成される。同様にして、偏光回折素子８２ｂは、透明基板８６上に複屈折性材料層８７ａが周期的なピッチを有して断面がブレーズ形状となる回折格子８７が形成され、回折格子８７の凹部に透明材料８８が形成されてなる。なお、回折格子の断面形状はブレーズ形状を階段状に近似した疑似ブレーズ形状であってもよい。また、断面形状が矩形のものであってもよいが、回折させる光利用効率の優位性から、ブレーズ形状または疑似ブレーズ形状が好ましい。
【０１１２】
波長選択波長板８１は、波長選択波長板の実施の形態で説明したように、光学軸が厚さ方向にツイストした波長板を、２層に積層した構成のものなどを用いる。また、図１９では、回折格子８４および回折格子８７のブレーズ形状は異なるものとしたが、ブレーズ形状は同じもので、例えばピッチが互いに異なって、回折させる波長の光に対するそれぞれの回折角が異なるように設計してもよい。ここでは、偏光回折素子８２ａの遅相軸方向はＹ方向となり、透明材料８５は複屈折性材料層８４ａの常光屈折率と同等の屈折率を有するものとする。さらに、偏光回折素子８２ｂの遅相軸方向はＸ方向となり、透明材料８８は複屈折性材料層８７ａの常光屈折率と同等の屈折率を有するものとする。
【０１１３】
ここで、波長選択回折素子８０の分波機能について説明する。光ヘッド装置２５０の偏光ビームスプリッタ２０２で反射した各波長の光はＹ方向の直線偏光で波長選択回折素子８０に入射する。このとき、波長選択波長板８１は、４０５ｎｍ波長帯（波長λ１）の光および６６０ｎｍ波長帯（波長λ２）の光に対して偏光状態を変えずに透過させ、７８５ｎｍ波長帯（波長λ３）の光に対してＸ方向の直線偏光の光とする機能を有するものを用いる。
【０１１４】
波長選択波長板８１を透過した各波長帯の光のうち、Ｙ方向の直線偏光の光である４０５ｎｍ波長帯の光および６６０ｎｍ波長帯の光を回折格子８４で回折し、７８５ｎｍ波長帯の光は直進透過する。そして、偏光回折素子８２ａを透過した各波長帯の光のうち、回折格子８７は、Ｘ方向の直線偏光の光である７８５ｎｍ波長帯の光のみ回折させ、４０５ｎｍ波長帯の光および６６０ｎｍ波長帯の光は直進透過させる。このとき、例えば、６６０ｎｍ波長帯の光と７８５ｎｍ波長帯の光が回折して光検出器２１０の図示しない受光エリアに共通して受光させることもできる。
【０１１５】
具体的に図１９の波長選択回折素子８０の回折格子８４の格子ピッチをＰＤとし、回折格子８７の格子ピッチをＰＣとすると、ＰＣは、ＰＤ×λ３／λ２に略等しくなるように調整すると、６６０ｎｍ波長帯の光と７８５ｎｍ波長帯の光の回折方向が略同一となり、これらの波長帯の光を同一の受光エリアにて受光させることができる。また、受光エリアを共通化する波長帯の組み合わせは、これに限らず、４０５ｎｍ波長帯の光と６６０ｎｍ波長帯の光であったりしてもよく、さらには、これら３つの波長帯の光すべてに共通化するように設定するものであってもよい。
【０１１６】
なお、図１９において、波長選択回折素子８０は、説明のためにそれぞれＸ−Ｚ平面に沿って回折するように示したが、これに限らず、各波長選択波長板が有する各波長帯の光に対するそれぞれの方位角に合わせて回折格子の凹凸の長手方向を決定すればよい。したがって、例えば、波長選択回折素子８０の回折格子８４の凹凸の長手方向と回折格子８７の長手方向を平行としない構成であってもよい。また、波長選択回折素子８０は、回折格子８４、８７が例えば、複数の領域に分割された構造を有するホログラム回折素子としてもよい。この場合、分割された領域毎に回折格子の長手方向や形状が設定されていてもよい。
【０１１７】
（表示装置用光学系に係る実施の形態）
これまで、波長が異なる３つの光を、４０５ｎｍ波長帯の光、６６０ｎｍ波長帯の光および７８５ｎｍ波長帯の光を用いる光ヘッド装置について説明したが、これ以外の波長の光の組合せとして投射型表示装置用の光学系に波長選択波長板を用いることができる。図２０は、赤色となる６４５ｎｍ波長帯（６１０〜６７０ｎｍ）の光を出射する光源３０１Ｒ、緑色となる５３３ｎｍ波長帯（５００〜５６０ｎｍ）の光を出射する光源３０１Ｇ、そして青色となる４５０ｎｍ波長帯（４２０〜４８０ｎｍ）の光を出射する光源３０１Ｂを扱う表示装置用光学系３００の模式図である。
【０１１８】
表示装置用光学系３００では、これら３つの光源３０１Ｒ、３０１Ｇおよび３０１Ｂからの光を合成して映像とすることができるが、これら３波長の光を合波させるための構成について説明する。光源３０１Ｒから出射する赤色の光はＺ方向の直線偏光の光でＸ方向に進行し、光源３０１Ｇから出射する緑色の光はＹ方向の直線偏光の光でＺ方向に進行する。偏光ビームスプリッタ３０２はＺ方向の直線偏光の光を透過させ、Ｙ方向の直線偏光の光を反射させる機能を有し、赤色の光および緑色の光を合波させ、これらの光をＸ方向へ偏向させる。波長選択波長板３０３は、赤色の光に対して偏光状態を変えずに透過させ、緑色の光に対して入射する直線偏光の方向と直交した直線偏光の光、つまりＺ方向の直線偏光の光に変換する。
【０１１９】
また、光源３０１Ｂから出射する青色の光はＹ方向の直線偏光の光でＺ方向に進行する。偏光ビームスプリッタ３０４は、偏光ビームスプリッタ３０２と同様にＺ方向の直線偏光の光を透過させ、Ｙ方向の直線偏光の光を反射させる機能を有する。これより、赤色の光および緑色の光を直進透過させるとともに、青色の光を反射させてこれら３つの光を合波する。偏光ビームスプリッタ３０４を出射したこれら３波長の光のうち、赤色の光および緑色の光の偏光方向と青色の光の偏光方向とが直交した状態で波長選択波長板３０５に入射する。
【０１２０】
波長選択波長板３０５は、赤色の光および緑色の光に対して入射する直線偏光の光の方向と直交した直線偏光の光、つまりＹ方向の直線偏光の光に変換し、青色の光に対して偏光状態を変えずに透過させる。これによって、コリメートレンズ３０６に入射するこれら３色の光は同じ方向の直線偏光の光、つまりＹ方向の直線偏光の光となる。このように直線偏光の方向を揃えることによってコリメータレンズ３０６から映像表示に至るまでの光学系において、光の映像信号を偏向しやすいなど制御性が向上する。
【実施例】
【０１２１】
本実施例は、波長選択波長板２０の基本的な構成に基づくものである。そして、図２１（ａ）は、本実施例に基づく波長選択回折素子４００の具体的な構成を示すものであり、製造方法および設計の例について説明する。第１の波長板となる高分子液晶層４０３ａおよび第２の波長板となる高分子液晶層４０３ｂは、それぞれツイスト角β１およびβ２が０ではない構成とした波長選択波長板４０７を得るため、以下の手順にて作製する。
【０１２２】
水平配向処理をした配向膜４０２ａが片面に形成された透明基板４０１ａと、図示しない水平配向処理をした配向膜付の透明基板と、これらの配向方向がなす角度を調整して対向させる。そして、所定の均一間隔に配置された２枚の配向膜付き透明基板間に液晶モノマーを挿入することにより、これらの透明基板間でツイスト配向した液晶モノマー層を形成する。次に、この液晶モノマーを重合硬化することにより所定のツイスト角β１を有する高分子液晶層４０３ａを形成する。さらに、透明基板４０１ａと対向する図示しない透明基板を排除する。
【０１２３】
次に、同様の製造方法にて同じ高分子液晶材料からなる、所定のツイスト角β２を有する高分子液晶層４０３ｂを透明基板４０１ｂ上に形成する。なお、図２（ａ）における波長選択波長板２３の第１の波長板２１および第２の波長板２２が、それぞれ、図２１（ａ）における、高分子液晶層４０３ａ、４０３ｂに相当する。また、得られた高分子液晶層４０３ａおよび４０３ｂの屈折率異方性Δｎは、波長４０５ｎｍの光において約０．０９２、波長６６０ｎｍの光において約０．０７７、そして波長７８５ｎｍの光において約０．０７５である。
【０１２４】
次に、高分子液晶層４０３ａの液晶分子の配向方向と高分子液晶層４０３ｂの液晶分子の配向方向とが６２°の角度をなすように対向させ、透明接着剤４０４を用いて接着することにより、波長選択波長板４０７を形成する
図２１（ｂ）は、高分子液晶層４０３ａのうち配向膜４０２ａ側の遅相軸４１１、高分子液晶層４０３ａのうち接着剤４０４側の遅相軸４１２を示し、図２１（ｃ）は、高分子液晶層４０３ｂのうち接着剤４０４側の遅相軸４１３、高分子液晶層４０３ａのうち配向膜４０２ｂ側の遅相軸４１４を示した平面図である。
【０１２５】
本実施例の波長選択回折素子４００へ入射する光は、波長４０５ｎｍ、波長６６０ｎｍおよび波長７８５ｎｍの組み合わせとし、いずれも図２１（ｂ）、図２１（ｃ）に示す直線偏光の偏光方向４１０で入射させる。そして、波長選択波長板４０７を構成する第１の波長板である高分子液晶層４０３ａ、第２の波長板である高分子液晶層４０３ｂの条件を実施例１〜３として与え、それぞれの条件を表２に整理した。なお、使用する材料は、実施例１と同じものを用い、高分子液晶層４０３ａ、４０３ｂの厚さｄ１、ｄ２、プレツイスト角α１、α２およびツイスト角β１、β２をそれぞれ変えたものである。
【０１２６】
【表２】
2012009096.tif 000004
【０１２７】
ここで、表２の条件で作製したそれぞれの波長選択波長板４０７において、波長４０５ｎｍの光に対する方位角をΨ１［°］、波長６６０ｎｍの光に対する方位角をΨ２［°］、波長７８５ｎｍの光に対する方位角をΨ３［°］としたときの各実施例の結果を整理して表３に示す。
【０１２８】
【表３】
2012009096.tif 000005
【０１２９】
実施例１は、表２に示す条件によって、表３に示す結果のように波長４０５ｎｍの光に対する方位角Ψ１が０［°］、波長６６０ｎｍの光および波長７８５ｎｍの光に対するそれぞれの方位角Ψ２およびΨ３が９０［°］であって、Ψ１とΨ２および、Ψ１とΨ３とがなす角度を直交させることができる。
【０１３０】
次に、偏光回折素子４０８を含む波長選択回折素子５００の作製方法を説明する。高分子液晶層４０３ａ、４０３ｂと同様の製造方法にて高分子液晶が特定方向に配向した膜厚約１．２μｍの高分子液晶層を透明基板４０１ｃ上に形成する。得られた高分子液晶層の屈折率異方性Δｎは波長４０５ｎｍの光において約０．１７３、波長６６０ｎｍの光において約０．１４７、そして波長７８５ｎｍの光において約０．１４４である。
【０１３１】
次に、フォトリソグラフィーとエッチングを利用した有機材料の微細加工プロセスにて、高分子液晶からなる凸部の高さが約１．２μｍの回折格子４０５を形成する。なお、ここでは、回折格子４０５の凹凸の長手方向が配向方向、つまり回折格子４０５の遅相軸と、平行になるように凹凸を形成する。
【０１３２】
そして、偏光回折素子４０８（回折格子４０５）の配向方向となる遅相軸を０［°］に合わせて、回折格子４０５を形成する高分子液晶の常光屈折率（ｎｏ）と略等しい均一屈折率の透明接着剤４０６を用いて回折格子４０５の凹部を充填し、偏光性回折素子４０８を含む波長選択回折素子４００を形成する。
【０１３３】
作製した波長選択回折素子４００の波長選択波長板４０７から、図２１（ｂ）に示すように、偏光方向４１０となる４０５ｎｍの直線偏光となるレーザ光を入射すると、０次回折効率（＝直進透過率）η０（４０５）が０．５％以下となり、一方、±１次回折効率η±１（４０５）が３８％以上となることが確認できる。
【０１３４】
同様に、偏光方向４１０となる６６０ｎｍおよび７８５ｎｍの直線偏光となるレーザ光を入射すると、それぞれの波長の光における０次回折光率η０（６６０）およびη０（７８５）が９８％以上となることが確認され、入射する光の波長に依存して回折効率が変化する波長選択回折素子４００を得ることができる。
【０１３５】
同様に、表２に示す実施例２の条件によって、Ψ１とΨ３および、Ψ２とΨ３とがなす角度を直交させることができ、実施例３の条件によって、Ψ１とΨ２および、Ψ２とΨ３とがなす角度を直交させることができる。これによって、一方の波長の光を高い効率で直進透過させ、他方の波長の光を高い効率で回折させる波長選択回折素子４００を得ることができる。
【０１３６】
また、実施例１、実施例２、実施例３の条件で作製した波長選択回折素子の各波長帯の光における透過または回折の利用効率ηをそれぞれ図２２、図２３、図２４に示す。この結果より、４０５ｎｍ波長帯の光、６６０ｎｍ波長帯の光および７８５ｎｍ波長帯の光における光の利用効率ηはいずれも高い値を示した。とくに、入射する光の利用効率ηの波長依存性を小さくする条件として、適切なツイスト角β１およびβ２を与えることによって、高い光の利用効率ηとなる波長選択回折素子を得ることができる。
【０１３７】
また、上記に定義したように、波長４０５ｎｍの光に対する方位角をΨ１［°］、波長６６０ｎｍの光に対する方位角をΨ２［°］、そして波長７８５ｎｍの光に対する方位角をΨ３［°］とし、そのうち、２つが９０°、残り１つが０°となる構成を実施例４〜６として表４に示す。さらに、その条件における結果を整理して、表５に示す。
【０１３８】
【表４】
2012009096.tif 000006
【０１３９】
【表５】
2012009096.tif 000007
【０１４０】
実施例４〜６の波長選択波長板は、これら同じ偏光方向の直線偏光の光で入射する３波長の光に対して、出射する光の偏光方向がいずれも、０°または９０°であり、波長選択回折素子の作製上、波長選択波長板を出射した光の偏光方向と偏光回折素子の複屈折性材料層の光学軸方向とが一致するように自由に設定できない場合に、とくに、偏光プリズムを利用など有効となる。
【０１４１】
実施例４は、方位角Ψ１が、方位角Ψ２および方位角Ψ３と直交する構成を示し、図２５（ａ）、図２５（ｂ）および図２５（ｃ）は、実施例４の条件に基づいて作製した波長選択回折素子４００に対して、４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の光に対する光の利用効率ηを示したものである。
【０１４２】
実施例５は、方位角Ψ２が、方位角Ψ１および方位角Ψ３と直交する構成を示し、図２６（ａ）、図２６（ｂ）および図２６（ｃ）は、実施例５の条件に基づいて作製した波長選択回折素子４００に対して、４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の光に対する光の利用効率ηを示したものである。
【０１４３】
実施例６は、方位角Ψ３が、方位角Ψ１および方位角Ψ２と直交する構成を示し、図２７（ａ）、図２７（ｂ）および図２７（ｃ）は、実施例６の条件に基づいて作製した波長選択回折素子４００に対して、４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の光に対する光の利用効率ηを示したものである。
【産業上の利用可能性】
【０１４４】
以上のように、本発明に係る波長選択波長板は、同じ直線偏光の方向で入射する３波長の光のうち１つまたは２つの波長の光と、残りの波長の光を直交させるとともにその波長依存性が小さく安定した光学特性を有する。そして本発明に係る波長選択波長板を用いた波長選択回折素子は、３波長の光のうち１つまたは２つの波長の光を選択的に回折させることができ、３波長の光を用いる光ヘッド装置において、波長選択性を含むとともに、波長依存性が小さく安定した透過率、回折効率を得ることができ、さらに、光ヘッド装置の小型化が実現できる。
【符号の説明】
【０１４５】
１、２、３、２３、５１、６１、６２、７１ａ、７１ｂ、８１、３０３、３０５、４０７  波長選択波長板
１２、５２、７２ａ、７２ｂ、８２ａ、８２ｂ、４０８  偏光回折素子
１３、５３、７３、７６、８３、８６、４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃ  透明基板
１４、５４、７４、７７、８４、８７、４０５  回折格子
１４ａ、５４ａ、７４ａ、７７ａ、８４ａ、８７ａ  複屈折性材料層
１５、５５、７５、７８、８５、８８  透明材料
２０、５０、６０、７０、８０、４００  波長選択回折素子
２１  第１の波長板
２２  第２の波長板
２４、４１０  入射する直線偏光の偏光方向
２５、４１１  第１の波長板の光入射側の光学軸
２６、４１２  第１の波長板の光出射側の光学軸
２７、４１３  第２の波長板の光入射側の光学軸
２８、４１４  第２の波長板の光出射側の光学軸
１００、２００、２５０  光ヘッド装置
１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、２０１、３０１Ｒ、３０１Ｇ、３０１Ｂ  光源
１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ  グレーティング素子
１０３、１０４、２０４  ダイクロイックプリズム
１０５、２０２、３０２、３０４  偏光ビームスプリッタ
１０６、２０３、３０６  コリメートレンズ
１０７、２０５  ミラー
１０８、２０６ａ、２０６ｂ  １／４波長板
１０９、２０７ａ、２０７ｂ  対物レンズ
１１０、２０８ａ、２０８ｂ  光ディスク
１１１、２０９  シリンドリカルレンズ
１１２、２１０  光検出器
３００  表示装置用光学系
４０２ａ、４０２ｂ  配向膜
４０３ａ、４０３ｂ  高分子液晶層
４０４  接着剤
【図１】
2012009096.tif 000008
【図２】
2012009096.tif 000009
【図３】
2012009096.tif 000010
【図４】
2012009096.tif 000011
【図５】
2012009096.tif 000012
【図６】
2012009096.tif 000013
【図７】
2012009096.tif 000014
【図８】
2012009096.tif 000015
【図９】
2012009096.tif 000016
【図１０】
2012009096.tif 000017
【図１１】
2012009096.tif 000018
【図１２】
2012009096.tif 000019
【図１３】
2012009096.tif 000020
【図１４】
2012009096.tif 000021
【図１５】
2012009096.tif 000022
【図１６】
2012009096.tif 000023
【図１７】
2012009096.tif 000024
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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