(57)【要約】【課題】簡単な構成で、偏光方向が互いに直交する２つの直線偏光の間に生じる位相差を大きく調整することを可能にする。【解決手段】偏光状態制御装置は、偏光光学素子２と回転装置を備えている。偏光光学素子２は、樹脂材料によって構成され、互いに反対側に向いた第１の面２ａおよび第２の面２ｂを有する板状をなしている。偏光光学素子２の厚みは１〜５００μｍの範囲内である。偏光光学素子２は、第１の面２ａに平行な一方向についての屈折率と第１の面２ａに垂直な方向についての屈折率である厚み方向屈折率とが異なり、これにより、第１の面２ａに同じ波長のＳ偏光とＰ偏光が０°以外の同じ入射角θ１で入射した場合に、第２の面２ｂから出射するＳ偏光とＰ偏光の間に位相差を生じさせる。回転装置は、偏光光学素子２を回転させて、入射角θ１を変更する。入射角θ１が変化すると位相差が変化する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂材料によって構成され、互いに反対側に向いた第１の面および第２の面を有する板状をなし、前記第１の面に０°以外の入射角で入射して前記第２の面から出射する光の偏光状態を変化させるための偏光光学素子であって、
前記第１の面と前記第２の面との間の距離である厚みが、１〜５００μｍの範囲内であり、
前記第１の面に平行な一方向についての屈折率と前記第１の面に垂直な方向についての屈折率である厚み方向屈折率とが異なり、これにより、前記第１の面に同じ波長のＳ偏光とＰ偏光が０°以外の同じ入射角で入射した場合に、入射時を基準として、前記第２の面から出射するＳ偏光とＰ偏光の間に位相差を生じさせることを特徴とする偏光光学素子。
【請求項２】
前記第１の面に平行な第１の方向についての屈折率を第１の屈折率とし、前記第１の面に平行で且つ前記第１の方向に垂直な第２の方向についての屈折率を第２の屈折率とし、前記第１の屈折率と前記第２の屈折率の平均値と前記厚み方向屈折率との差をΔＮとし、前記厚みをｄμｍとしたとき、ΔＮ・ｄが０．１９μｍより大きく８．６μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の偏光光学素子。
【請求項３】
前記樹脂材料はポリイミドであることを特徴とする請求項１または２記載の偏光光学素子。
【請求項４】
樹脂材料によって構成され、互いに反対側に向いた第１の面および第２の面を有する板状の偏光光学素子と、
前記偏光光学素子の前記第１の面に入射する光の入射角を変更する入射角変更手段とを備え、
前記偏光光学素子の前記第１の面に入射して前記偏光光学素子の前記第２の面から出射する光の偏光状態を制御するための偏光状態制御装置であって、
前記第１の面と前記第２の面との間の距離である前記偏光光学素子の厚みは、１〜５００μｍの範囲内であり、
前記偏光光学素子は、前記第１の面に平行な一方向についての屈折率と前記第１の面に垂直な方向についての屈折率である厚み方向屈折率とが異なり、これにより、前記第１の面に同じ波長のＳ偏光とＰ偏光が０°以外の同じ入射角で入射した場合に、入射時を基準として、前記第２の面から出射するＳ偏光とＰ偏光の間に位相差を生じさせるものであり、
前記入射角変更手段によって、前記偏光光学素子の前記第１の面に同じ波長のＳ偏光とＰ偏光が同じ入射角で入射するときのその入射角を変更することによって、前記偏光光学素子の前記第２の面から出射するＳ偏光とＰ偏光の間に生じる位相差が変化することを特徴とする偏光状態制御装置。
【請求項５】
前記偏光光学素子は、前記第１の面に平行な第１の方向についての屈折率を第１の屈折率とし、前記第１の面に平行で且つ前記第１の方向に垂直な第２の方向についての屈折率を第２の屈折率とし、前記第１の屈折率と前記第２の屈折率の平均値と前記厚み方向屈折率との差をΔＮとし、前記厚みをｄμｍとしたとき、ΔＮ・ｄが０．１９μｍより大きく８．６μｍ以下となるものであることを特徴とする請求項４記載の偏光状態制御装置。
【請求項６】
前記偏光光学素子を構成する前記樹脂材料はポリイミドであることを特徴とする請求項４または５記載の偏光状態制御装置。
【請求項７】
前記偏光光学素子の前記第２の面から出射するＳ偏光とＰ偏光の間に生じる位相差の変化可能範囲の下限は０であり、前記位相差の変化可能範囲の上限は、π／２から２πの範囲内であることを特徴とする請求項４ないし６のいずれかに記載の偏光状態制御装置。
【請求項８】
前記入射角変更手段による前記入射角の変更可能範囲の下限は０°であり、前記入射角の変更可能範囲の上限は２０°以上９０°未満であることを特徴とする請求項４ないし７のいずれかに記載の偏光状態制御装置。
【請求項９】
前記入射角変更手段は、前記偏光光学素子の前記第１の面に平行な軸を中心として前記偏光光学素子を回転させる回転装置であることを特徴とする請求項４ないし８のいずれかに記載の偏光状態制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通過する光の偏光状態を変化させる偏光光学素子、および偏光光学素子を通過する光の偏光状態を制御する偏光状態制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学に関連する様々な分野で、通過する光の偏光状態を変化させる偏光光学素子が用いられている。偏光光学素子として代表的なものとしては、１／４波長板、１／２波長板等の波長板がある。波長板は、進相軸と遅相軸の間の屈折率の差を利用して、偏光方向が互いに直交する２つの直線偏光の間に位相差を生じさせるものである。一般的に、波長板は、水晶、雲母等の複屈折材料によって形成されている。
【０００３】
特許文献１ないし３には、以下で説明するようなフィルム状の偏光光学素子が記載されている。
【０００４】
特許文献１には、面内の屈折率のうちの最大のものをｎｘ、最小のものをｎｙとし、厚み方向の屈折率をｎｚとし、（ｎｘ＋ｎｙ）／２−ｎｚ＝Δｎとしたときに、０．０１０≦Δｎ≦０．１５０の関係を満たす光学補償フィルムが記載されている。
【０００５】
特許文献２には、高分子フィルム内に屈折率異方性を有する材料が含有されてなる位相差フィルムであって、屈折率異方性を有する材料が高分子フィルムの厚み方向に濃度勾配を有し、厚み方向リタデーションが７０〜３００ｎｍである位相差フィルムが記載されている。
【０００６】
特許文献３には、透明支持体の上に光配向膜、および光配向膜に隣接しかつ液晶化合物の配向が固定化された光学異方層を有する光学異方体が記載されている。面内での最大屈折率方向であるｘ方向の透明支持体の屈折率をｎｘとし、ｘ方向に垂直な面内の方向であるｙ方向の透明支持体の屈折率をｎｙとし、厚み方向の透明支持体の屈折率をｎｚとし、透明支持体の厚みをｄ（ｎｍ）とし、透明支持体のリタデーション値Ｒｏ、Ｒｔを、Ｒｏ＝（ｎｘ−ｎｙ）×ｄ、Ｒｔ＝（（ｎｘ＋ｎｙ）／２−ｎｚ）×ｄで表したときに、透明支持体の光学特性は、４１ｎｍ≦Ｒｏ≦９５ｎｍ、０．８≦（Ｒｔ／Ｒｏ）≦１．４、かつｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚを満たす。
【０００７】
また、特許文献４には、液晶装置を用いて、通過する光線の光学リタデーションを電気的に変化させることのできる液晶可変光学リターダが記載されている。
【０００８】
また、特許文献５には、レーザ光の偏光状態の変化に対して傾斜角度の依存性が高い材質からなる光学素子と、この光学素子を通過したレーザ光の偏光状態を所定の偏光状態にするように、光学素子の傾斜角度を調整する調整手段とを備えた光ピックアップが記載されている。
【０００９】
また、特許文献６には、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＤＶＤ（デジタルヴァーサタイルディスク）、ＢＤ（ブルーレイディスク）等の、互いに使用される光の波長が大きく異なる複数種類の光ディスクに対して共用される光ピックアップが記載されている。この光ピックアップは、複数の波長の光が通過する１／４波長板を含んでいる。一般的な１／４波長板では、互いに大きく異なる複数の波長に対して同様の機能を発揮することは困難である。そこで、特許文献６には、ＢＤ用の光の波長に対応するように１／４波長板を設計し、ＤＶＤ用の光およびＣＤ用の光のみが通過する光路上に第２の波長板を設ける等の種々の工夫が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１１−１４１４４８号公報
【特許文献２】特開２００６−２２１１３４号公報
【特許文献３】特開２００２−９０５３２号公報
【特許文献４】特開平３−２６７９１６号公報
【特許文献５】特開２００９−３０１６３２号公報
【特許文献６】特開２０１３−１５７０５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
一般的に、１／４波長板、１／２波長板等の波長板では、波長に対する制約が厳しいという問題点がある。すなわち、一般的な波長板では、所望の機能を発揮することを可能とする波長の範囲が非常に狭い。一方、半導体レーザ等の光源では、種類によっては、同じ型番の製品であっても個体間で、出射する光の波長が数ｎｍ程度異なるような光源がある。このような種類の光源の出射光の光路上に、上記のように波長に対する制約が厳しい波長板が設けられた光学系では、光源の出射光の波長の変動によって、波長板が所望の機能を発揮できなくなることが起こり得る。
【００１２】
また、特許文献６に記載されているように、互いに大きく異なる複数の波長の光で共用される光学系が波長板を含む場合、１つの波長板に、複数の波長に対して同様の機能を発揮させることは困難である。
【００１３】
特許文献４に記載された液晶可変光学リターダによれば、偏光方向が互いに直交する２つの直線偏光の間に生じる位相差を調整することが可能になる。そのため、この液晶可変光学リターダを波長板の代わりに用いれば、波長に対する制約が厳しいという波長板の問題点を解消することが可能になる。
【００１４】
しかし、特許文献４に記載された液晶可変光学リターダは、液晶装置を用いていることから、少なくとも以下のような第１ないし第３の問題点を有する。第１の問題点は、構成が複雑であると共に大型化するということである。第２の問題点は、液晶装置の駆動電圧の変動や液晶分子の温度特性等によって、上記位相差が変動するおそれがあるということである。第３の問題点は、温度変化、振動、衝撃等の環境に対する耐性が劣るということである。
【００１５】
一方、特許文献５に記載された光学素子と調整手段は、光学素子を通過したレーザ光の偏光状態を所定の偏光状態、具体的には円偏光状態にすることを目的として、光学素子の傾斜角度をわずかに調整するものである。そのため、この光学素子と調整手段では、光学素子の傾斜角度の調整範囲は、±２．５°程度と非常に小さい。この光学素子と調整手段では、偏光方向が互いに直交する２つの直線偏光の間に生じる位相差を大きく調整することができない。
【００１６】
また、特許文献５には、光学素子として、傾斜角度依存性が高い水晶製の波長板を用いた例が記載されている。一般的な水晶製の波長板の厚みは、５ｍｍ程度であり、これは、波長板を通過する光ビームの径と比較すると無視できない大きさである。もし、このような厚みの水晶製の波長板の傾斜角度を大きくすると、波長板の側面に起因するビームのけられや光の乱反射が顕著になり、波長板における有効ビーム径の減少が顕著になるという問題が生じる。
【００１７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡単な構成で、偏光方向が互いに直交する２つの直線偏光の間に生じる位相差を大きく調整することを可能にした偏光光学素子および偏光状態制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の偏光光学素子は、樹脂材料によって構成され、互いに反対側に向いた第１の面および第２の面を有する板状をなし、第１の面に０°以外の入射角で入射して第２の面から出射する光の偏光状態を変化させるためのものである。第１の面と第２の面との間の距離である厚みは、１〜５００μｍの範囲内である。本発明の偏光光学素子は、第１の面に平行な一方向についての屈折率と第１の面に垂直な方向についての屈折率である厚み方向屈折率とが異なり、これにより、第１の面に同じ波長のＳ偏光とＰ偏光が０°以外の同じ入射角で入射した場合に、入射時を基準として、第２の面から出射するＳ偏光とＰ偏光の間に位相差を生じさせるものである。
【００１９】
本発明の偏光光学素子において、第１の面に平行な第１の方向についての屈折率を第１の屈折率とし、第１の面に平行で且つ第１の方向に垂直な第２の方向についての屈折率を第２の屈折率とし、第１の屈折率と第２の屈折率の平均値と厚み方向屈折率との差をΔＮとし、厚みをｄμｍとしたとき、ΔＮ・ｄは、０．１９μｍより大きく８．６μｍ以下であってもよい。また、樹脂材料はポリイミドであってもよい。
【００２０】
本発明の偏光状態制御装置は、樹脂材料によって構成され、互いに反対側に向いた第１の面および第２の面を有する板状の偏光光学素子と、偏光光学素子の第１の面に入射する光の入射角を変更する入射角変更手段とを備え、偏光光学素子の第１の面に入射して偏光光学素子の第２の面から出射する光の偏光状態を制御するためのものである。
【００２１】
本発明の偏光状態制御装置において、第１の面と第２の面との間の距離である偏光光学素子の厚みは、１〜５００μｍの範囲内である。また、偏光光学素子は、第１の面に平行な一方向についての屈折率と第１の面に垂直な方向についての屈折率である厚み方向屈折率とが異なり、これにより、第１の面に同じ波長のＳ偏光とＰ偏光が０°以外の同じ入射角で入射した場合に、入射時を基準として、第２の面から出射するＳ偏光とＰ偏光の間に位相差を生じさせるものである。本発明の偏光状態制御装置では、入射角変更手段によって、偏光光学素子の第１の面に同じ波長のＳ偏光とＰ偏光が同じ入射角で入射するときのその入射角を変更することによって、偏光光学素子の第２の面から出射するＳ偏光とＰ偏光の間に生じる位相差が変化する。
【００２２】
本発明の偏光状態制御装置において、偏光光学素子は、第１の面に平行な第１の方向についての屈折率を第１の屈折率とし、第１の面に平行で且つ第１の方向に垂直な第２の方向についての屈折率を第２の屈折率とし、第１の屈折率と第２の屈折率の平均値と厚み方向屈折率との差をΔＮとし、厚みをｄμｍとしたとき、ΔＮ・ｄが０．１９μｍより大きく８．６μｍ以下となるものであってもよい。また、偏光光学素子を構成する樹脂材料はポリイミドであってもよい。
【００２３】
また、本発明の偏光状態制御装置において、偏光光学素子の第２の面から出射するＳ偏光とＰ偏光の間に生じる位相差の変化可能範囲の下限は０であってもよく、位相差の変化可能範囲の上限は、π／２から２πの範囲内であってもよい。
【００２４】
また、本発明の偏光状態制御装置において、入射角変更手段による入射角の変更可能範囲の下限は０°であってもよく、入射角の変更可能範囲の上限は２０°以上９０°未満であってもよい。
【００２５】
また、本発明の偏光状態制御装置において、入射角変更手段は、偏光光学素子の第１の面に平行な軸を中心として偏光光学素子を回転させる回転装置であってもよい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の偏光光学素子、および本発明の偏光状態制御装置における偏光光学素子では、第１の面に平行な一方向についての屈折率と厚み方向屈折率とが異なることにより、第１の面に同じ波長のＳ偏光とＰ偏光が０°以外の同じ入射角で入射した場合に、入射時を基準として、第２の面から出射するＳ偏光とＰ偏光の間に位相差を生じさせる。本発明の偏光光学素子、および本発明の偏光状態制御装置における偏光光学素子は、厚みが小さい（１〜５００μｍ）ため、入射角を大きくしても有効ビーム径の減少量は小さい。従って、本発明の偏光光学素子および本発明の偏光状態制御装置によれば、簡単な構成で、偏光方向が互いに直交する２つの直線偏光（Ｓ偏光とＰ偏光）の間に生じる位相差を大きく調整することが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る偏光光学素子および偏光状態制御装置の概略の構成を示す説明図である。
【図２】図１に示した偏光光学素子の側面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る偏光光学素子の特性を説明するための説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る偏光光学素子を通過することによってＳ偏光とＰ偏光の間に生じる位相差を説明するための説明図である。
【図５】比較例の偏光光学素子における有効ビーム径を示す説明図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る偏光光学素子における有効ビーム径を示す説明図である。
【図７】第１の応用例における偏光光学素子の第１の状態を示す説明図である。
【図８】第１の応用例における偏光光学素子の第２の状態を示す説明図である。
【図９】第１の応用例における偏光光学素子の第３の状態を示す説明図である。
【図１０】第２の応用例における調光器の第１の構成例を示す説明図である。
【図１１】第２の応用例における調光器の第２の構成例を示す説明図である。
【図１２】リタデーションの評価に用いた評価システムの一部を示す説明図である。
【図１３】入射角とリタデーションの関係を示す特性図である。
【図１４】入射角とリタデーションの関係を示す特性図である。
【図１５】入射角とリタデーションの関係を示す特性図である。
【図１６】入射角とリタデーションの関係を示す特性図である。
【図１７】ΔＮ・ｄとリタデーションの関係を示す特性図である。
【図１８】ΔＮ・ｄとリタデーションの関係を示す特性図である。
【図１９】ΔＮ・ｄとリタデーションの関係を示す特性図である。
【図２０】本発明の第２の実施の形態に係る偏光光学素子および偏光状態制御装置を含む光ピックアップ装置の概略の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。始めに、図１および図２を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る偏光光学素子および偏光状態制御装置の概略の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る偏光光学素子および偏光状態制御装置の概略の構成を示す説明図である。図２は、図１に示した偏光光学素子の側面図である。
【００２９】
本実施の形態に係る偏光状態制御装置１は、本実施の形態に係る偏光光学素子２と、入射角変更手段３とを備えている。偏光光学素子２は、互いに反対側に向いた第１の面２ａおよび第２の面２ｂを有する板状をなしている。ここで、図２に示したように、第１の面２ａと第２の面２ｂとの間の距離である偏光光学素子２の厚みを、記号ｄで表す。厚みｄは、１〜５００μｍの範囲内である。
【００３０】
偏光光学素子２は、第１の面２ａに０°以外の入射角で入射して第２の面２ｂから出射する光の偏光状態を変化させるためのものである。より詳しく説明すると、偏光光学素子２は、第１の面２ａに平行な一方向についての屈折率と、第１の面２ａに垂直な方向についての屈折率である厚み方向屈折率とが異なり、これにより、第１の面２ａに同じ波長のＳ偏光とＰ偏光が０°以外の同じ入射角で入射した場合に、入射時を基準として、第２の面２ｂから出射するＳ偏光とＰ偏光の間に位相差を生じさせるものである。入射時を基準としたＳ偏光とＰ偏光の間の位相差は、第１の面２ａに入射する際のＳ偏光とＰ偏光の間の位相差を０としたときに、その後に生じるＳ偏光とＰ偏光の間の位相差である。以下の説明において、Ｓ偏光とＰ偏光の間の位相差とは、入射時を基準としたＳ偏光とＰ偏光の間の位相差を指すものとする。
【００３１】
偏光光学素子２は、樹脂材料によって構成されている。偏光光学素子２を構成する樹脂材料としては、特にポリイミドが好ましい。また、偏光光学素子２は、偏光光学素子２を含む光学系が使用する光に対して５０％以上の光透過率を有していることが好ましい。以下、偏光光学素子２を含む光学系が使用する光のことを、単に、「使用する光」と言う。偏光光学素子２の特性、ならびに偏光光学素子２を構成する樹脂材料については、後で詳しく説明する。
【００３２】
偏光状態制御装置１は、偏光光学素子２の第１の面２ａに入射して偏光光学素子２の第２の面２ｂから出射する光の偏光状態を制御するためのものである。入射角変更手段３は、偏光光学素子２の第１の面２ａに入射する光の入射角を変更するものである。
【００３３】
偏光状態制御装置１では、入射角変更手段３によって、偏光光学素子２の第１の面２ａに同じ波長のＳ偏光とＰ偏光が同じ入射角で入射するときのその入射角を変更することによって、偏光光学素子２の第２の面２ｂから出射するＳ偏光とＰ偏光の間に生じる位相差が変化する。偏光光学素子２の第２の面２ｂから出射するＳ偏光とＰ偏光の間に生じる位相差の変化可能範囲の下限は０であることが好ましく、位相差の変化可能範囲の上限は、π／２から２πの範囲内であることが好ましい。位相差の変化可能範囲については、後で詳しく説明する。
【００３４】
図１および図２に示したように、本実施の形態における入射角変更手段３は、軸Ｃを中心として、偏光光学素子２を回転させる回転装置である。軸Ｃは、偏光光学素子２の第１の面２ａに平行である。図２では、軸Ｃは紙面に垂直である。以下、入射角変更手段３を、回転装置３とも記す。
【００３５】
図１および図２において、記号ＤＡは、偏光光学素子２の第１の面２ａに入射する光の進行方向を表している。偏光光学素子２は、軸Ｃが方向ＤＡに対して垂直になるように配置されている。また、図２において、記号ＰＬは、方向ＤＡに垂直な仮想の平面を表している。第１の面２ａが仮想の平面ＰＬに対してなす傾斜角度θは、第１の面２ａに入射する光の入射角と等しい。
【００３６】
図１に示した例では、回転装置３は、モータ３１と、偏光光学素子２を支持する固定用の２つの枠３２Ａ，３２Ｂと、支持部３３とを有している。枠３２Ａ，３２Ｂは、軸Ｃに平行な方向についての偏光光学素子２の両端に取り付けられている。枠３２Ａは、モータ３１の回転軸に固定されている。支持部３３は、枠３２Ｂを回転可能に支持している。モータ３１の回転軸が所定の角度だけ回転すると、軸Ｃを中心として、枠３２Ａ，３２Ｂおよび偏光光学素子２が所定の角度だけ回転する。
【００３７】
次に、図３を参照して、偏光光学素子２の特性について詳しく説明する。図３は、図１に示した偏光光学素子２の一部を拡大して示している。ここで、図３に示したように、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向を定義する。Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、互いに直交する。Ｘ方向およびＹ方向は、偏光光学素子２の第１の面２ａに平行な方向である。Ｚ方向は、偏光光学素子２の第１の面２ａに垂直な方向である。
【００３８】
以下の説明では、光が偏光光学素子２の第１の面２ａに入射角θ１で入射し、偏光光学素子２を通過して、第２の面２ｂから出射するものとする。図１および図２に示した軸Ｃは、Ｙ方向に平行である。
【００３９】
ここで、第１の面２ａに入射する前の光を記号Ｌ１で表し、偏光光学素子２中の光を記号Ｌ２で表し、第２の面２ｂから出射した光を記号Ｌ３で表す。また、光Ｌ１は、光Ｌ１の進行方向およびＺ方向に平行な面である入射面がＹ方向に垂直になるように、第１の面２ａに入射するものとする。また、光Ｌ２の進行方向がＺ方向に対してなす角度である屈折角を記号θ２で表す。
【００４０】
光Ｌ１は、Ｓ偏光であってもよいし、Ｐ偏光であってもよいし、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分を含む偏光であってもよい。Ｓ偏光は、偏光方向（電気ベクトルの振動方向）が入射面に垂直な直線偏光である。Ｐ偏光は、偏光方向が入射面に平行な直線偏光である。図３には、Ｓ偏光とＰ偏光の偏光方向を示している。
【００４１】
また、以下のように、第１の方向と第２の方向を定義する。第１の方向は、偏光光学素子２の第１の面２ａに平行な方向である。第２の方向は、第１の面２ａに平行で且つ第１の方向に垂直な方向である。本実施の形態では、第１の方向はＸ方向とし、第２の方向はＹ方向とする。
【００４２】
また、第１の方向（Ｘ方向）についての偏光光学素子２の屈折率を第１の屈折率Ｎｘと定義し、第２の方向（Ｙ方向）についての偏光光学素子２の屈折率を第２の屈折率Ｎｙと定義し、第１の面２ａに垂直な方向（Ｚ方向）についての偏光光学素子２の屈折率を厚み方向屈折率Ｎｚと定義する。また、第１の屈折率Ｎｘと第２の屈折率Ｎｙの平均値を、面内平均屈折率Ｎｘｙと定義する。屈折率Ｎｘ，Ｎｙの一方は、第１の面２ａに平行な全ての方向についての屈折率のうちの最大の屈折率であってもよい。第１の屈折率Ｎｘと第２の屈折率Ｎｙは、等しいか、ほぼ等しいことが好ましい。厚み方向屈折率Ｎｚは、面内平均屈折率Ｎｘｙとは異なっている。従って、厚み方向屈折率Ｎｚは、少なくとも、第１の面２ａに平行な一方向についての偏光光学素子２の屈折率とは異なっている。
【００４３】
ここで、第１の屈折率Ｎｘと第２の屈折率Ｎｙの平均値と厚み方向屈折率Ｎｚとの差を屈折率差ΔＮと定義する。屈折率差ΔＮは、次の式で表される。
【００４４】
ΔＮ＝Ｎｘｙ−Ｎｚ
【００４５】
屈折率差ΔＮと厚みｄ（単位はμｍ）の積であるΔＮ・ｄは、０．１９μｍより大きく８．６μｍ以下であることが好ましい。その理由については、後で詳しく説明する。
【００４６】
次に、図４を参照して、偏光光学素子２を通過することによって同じ波長λのＳ偏光とＰ偏光の間に生じる位相差について説明する。なお、λは、空気中での波長である。以下の説明では、第１の屈折率Ｎｘと第２の屈折率Ｎｙが等しいか、ほぼ等しいものとする。図４には、図３に示したように偏光光学素子２の第１の面２ａに同じ入射角θ１で入射した同じ波長λのＳ偏光とＰ偏光が、屈折角θ２で屈折して偏光光学素子２を通過する様子を示している。Ｓ偏光とＰ偏光が偏光光学素子２の第２の面２ｂから出射する際には、Ｓ偏光とＰ偏光の間に位相差δが生じている。ここで、偏光光学素子２を通過することによってＳ偏光とＰ偏光の間に生じる波面のずれをリタデーションＲｅと定義する。リタデーションＲｅは、位相差δに比例し、次の式（１）で表される。式（１）における位相差δの単位は、ラジアンである。
【００４７】
Ｒｅ＝（δ／２π）λ  …（１）
【００４８】
リタデーションＲｅは、屈折率Ｎｘｙ，Ｎｚと入射角θ１に依存する。以下、これについて説明する。まず、屈折率Ｎｘ，Ｎｙ，Ｎｚの平均値をＮとする。スネルの法則より、屈折角θ２は、次の式（２）で表される。
【００４９】
θ２＝ｓｉｎ−１（ｓｉｎθ１／Ｎ）  …（２）
【００５０】
次に、Ｓ偏光、Ｐ偏光に対する偏光光学素子２の屈折率を、それぞれＮｓ，Ｎｐとする。Ｎｓ，Ｎｐは、次の式で表される。
【００５１】
Ｎｓ＝Ｎｘｙ
Ｎｐ＝Ｎｘｙ・ｃｏｓ２θ２＋Ｎｚ・ｓｉｎ２θ２
【００５２】
Ｎｐに関する上記の式中の「Ｎｘｙ・ｃｏｓ２θ２」は、Ｐ偏光に対する屈折率Ｎｘｙの寄与比率がｃｏｓ２θ２であることを意味している。すなわち、Ｐ偏光のうち、屈折率Ｎｘｙが寄与する成分の割合はｃｏｓθ２であり、この成分に対して、屈折率Ｎｘｙのｃｏｓθ２分だけ寄与する。同様に、上記の式中の「Ｎｚ・ｓｉｎ２θ２」は、Ｐ偏光に対する屈折率Ｎｚの寄与比率がｓｉｎ２θ２であることを意味している。すなわち、Ｐ偏光のうち、屈折率Ｎｚが寄与する成分の割合はｓｉｎθ２であり、この成分に対して、屈折率Ｎｚのｓｉｎθ２分だけ寄与する。
【００５３】
次に、偏光光学素子２内におけるＳ偏光、Ｐ偏光の波長を、それぞれλｓ，λｐとする。λｓ，λｐは、次の式で表される。
【００５４】
λｓ＝λ／Ｎｓ
λｐ＝λ／Ｎｐ
【００５５】
次に、偏光光学素子２内におけるＳ偏光とＰ偏光の光路長をＬとし、偏光光学素子２内を通過するＳ偏光、Ｐ偏光の波数を、それぞれＫｓ，Ｋｐとする。Ｌ，Ｋｓ，Ｋｐは、次の式で表される。
Ｌ＝ｄ／ｃｏｓθ２
Ｋｓ＝Ｌ／λｓ
Ｋｐ＝Ｌ／λｐ
【００５６】
ここまでに説明した関係を用いて、リタデーションＲｅは、以下の式（３）で表される。
【００５７】
Ｒｅ＝（Ｋｓ−Ｋｐ）λ＝Ｌ（Ｎｓ−Ｎｐ）
＝Ｌ（Ｎｘｙ−Ｎｘｙ・ｃｏｓ２θ２−Ｎｚ・ｓｉｎ２θ２）  …（３）
【００５８】
式（２）、（３）から、リタデーションＲｅが屈折率Ｎｘｙ，Ｎｚと入射角θ１に依存することが分かる。また、式（１）、（２）、（３）から、位相差δも屈折率Ｎｘｙ，Ｎｚと入射角θ１に依存することが分かる。従って、偏光光学素子２では、入射角θ１を変更することによって、位相差δおよびリタデーションＲｅが変化する。
【００５９】
一方、偏光光学素子２の厚み方向のリタデーションＲｔｈは、次の式（４）で表され、入射角θ１に依存しない。
【００６０】
Ｒｔｈ＝ΔＮ・ｄ  …（４）
【００６１】
ここまでは、屈折率Ｎｘ，Ｎｙが等しいか、ほぼ等しいものとして説明してきたが、その場合に限らず、偏光光学素子２が、第１の面２ａに平行な一方向についての屈折率と厚み方向屈折率Ｎｚとが異なるものであれば、偏光光学素子２において、入射角θ１を変更することによって、位相差δおよびリタデーションＲｅを変化させることができる。
【００６２】
なお、屈折率Ｎｘ，Ｎｙが異なる場合には、波長が同じで偏光方向がそれぞれＸ方向とＹ方向である２つの直線偏光が、入射角θ１が０°で第１の面２ａに入射した場合に、第２の面２ｂから出射する２つの直線偏光の位相差およびリタデーションが０にはならない。これに対し、屈折率Ｎｘ，Ｎｙが等しい場合には、波長が同じで偏光方向がそれぞれＸ方向とＹ方向である２つの直線偏光が、入射角θ１が０°で第１の面２ａに入射した場合に、第２の面２ｂから出射する２つの直線偏光の位相差およびリタデーションが０になる。そのため、屈折率Ｎｘ，Ｎｙが等しい場合には、入射角θ１を変えることによる位相差δおよびリタデーションＲｅの調整が容易になる。この点から、屈折率Ｎｘ，Ｎｙは、等しいか、ほぼ等しいことが好ましい。
【００６３】
偏光状態制御装置１では、回転装置３によって偏光光学素子２を回転させることによって、入射角θ１を変更して、位相差δおよびリタデーションＲｅを変化させることができる。
【００６４】
偏光状態制御装置１において、位相差δの変化可能範囲の下限は０であることが好ましい。前述のように、屈折率Ｎｘ，Ｎｙが等しい場合には、入射角θ１が０°のときに位相差δが０になる。位相差δの変化可能範囲の上限は、π／２から２πの範囲内であることが好ましい。位相差δがπ／２であるときは、リタデーションＲｅはλ／４であり、偏光光学素子２は１／４波長板として機能する。従って、位相差δの変化可能範囲の上限がπ／２以上であれば、偏光光学素子２を１／４波長板として機能させることができる。位相差δがπであるときは、リタデーションＲｅはλ／２であり、偏光光学素子２は１／２波長板として機能する。位相差δが２πであるときは、リタデーションＲｅはλである。位相差２π＋αは、位相差αと等価である。従って、位相差δの変化可能範囲の上限を２πよりも大きくする必要はない。
【００６５】
以下、偏光光学素子２を構成する樹脂材料について説明する。偏光光学素子２を構成する樹脂材料は、前述の特性と、１〜５００μｍの範囲内の厚みｄを有する板状の偏光光学素子２を実現できるものであれば特に限定されるものではないが、透明で寸法安定性に優れるものが好ましい。その点で、樹脂材料としては、特に透明ポリイミドが好ましい。以下、透明ポリイミドよりなるフィルムを透明ポリイミドフィルムと呼ぶ。偏光光学素子２は、透明ポリイミドフィルムを適当な大きさに加工して作製することができる。
【００６６】
透明ポリイミドフィルムは、例えば、透明ポリイミドの前駆体であるポリイミド前駆体樹脂（以下、ポリアミド酸と言う。）の溶液（以下、ポリアミド酸溶液と言う。）をガラス基材等の適当な支持基材上に塗布して膜状にし、熱イミド化または化学イミド化により、ポリアミド酸をイミド化して透明ポリイミド層を形成し、この透明ポリイミド層を支持基材から分離することによって得ることができる。ここで、ポリアミド酸溶液は、その原料である、ジアミン成分と酸二無水物とを溶媒中で反応させることで得られる。ポリイミドは、下記の一般式（５）で表される繰り返し構造単位を含んでいる。
【００６７】
【化１】
2016126804.tif 000003
【００６８】
式（５）中、Ａｒ１は酸無水物残基である４価の有機基を表し、Ａｒ２はジアミン残基である２価の有機基を表す。透明ポリイミドフィルムを作製するのに用いられるポリイミドは、その化学構造中に、フッ素原子またはフッ素置換炭化水素基を有する含フッ素ポリイミドであることが好ましい。含フッ素ポリイミドとしては、具体的には、フッ素原子またはフッ素置換炭化水素基が、式（５）中のＡｒ１に含まれるもの、式（５）中のＡｒ２に含まれるもの、または式（５）中のＡｒ１とＡｒ２の両方に含まれるものが用いられる。本実施の形態で用いられるポリイミドは、フッ素原子またはフッ素置換炭化水素基を含む、式（５）で表される繰り返し構造単位を、８０〜１００モル％の割合で含むものであることが好ましい。
【００６９】
式（５）中のＡｒ２にフッ素原子またはフッ素置換炭化水素基が含まれる場合におけるＡｒ２の好ましい化学構造としては、下記一般式（６）または（７）で表されるものが挙げられる。
【００７０】
【化２】
2016126804.tif 000004
【００７１】
上記一般式（６）または（７）におけるＲ１〜Ｒ８は、互いに独立に、水素原子、フッ素原子、炭素数１〜５までのアルキル基もしくはアルコシキ基、またはフッ素置換炭化水素基である。また、一般式（６）において、Ｒ１〜Ｒ４のうちの少なくとも１つはフッ素原子またはフッ素置換炭化水素基である。また、一般式（７）において、Ｒ１〜Ｒ８のうちの少なくとも１つはフッ素原子またはフッ素置換炭化水素基である。式（６）または（７）において、Ｒ１〜Ｒ８の好適な具体的としては、−Ｈ、−ＣＨ３、−ＯＣＨ３、−Ｆ、−ＣＦ３等が挙げられる。また、式（６）または（７）において、少なくとも１つの置換基は、−Ｆまたは−ＣＦ３であることが好ましい。
【００７２】
一般式（５）中のＡｒ１の具体例としては、以下のような４価の酸無水物残基が挙げられる。
【００７３】
【化３】
2016126804.tif 000005
【００７４】
また、一般式（５）中のＡｒ２の具体的としては、以下のような２価の有機基（ジアミン残基）が挙げられる。
【００７５】
【化４】
2016126804.tif 000006
【００７６】
本実施の形態で用いられるポリイミドは、一般式（５）で表される繰り返し構造単位を有さない他のポリイミドを２０モル％未満の割合で含有していてもよい。この他のポリイミドについては、特に限定されるものではなく、一般的な酸無水物とジアミンを使用して得ることができる。一般的な酸無水物のなかでも、好ましく使用される酸無水物としては、ピロメリット酸二無水物、3,3',4,4'−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、2，2'−ビス（3,4−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物等が挙げられる。また、一般的なジアミンのなかでも、好ましく使用されるジアミンとしては、4，4'−ジアミノジフェニルサルフォン、トランス−1,4−ジアミノシクロヘキサン、4，4'−ジアミノシクロヘキシルメタン、2，2'−ビス（4−アミノシクロヘキシル）−ヘキサフルオロプロパン、2，2'−ビス（トリフルオロメチル）−4，4'−ジアミノビシクロヘキサン等が挙げられる。
【００７７】
以上説明したような各種のポリイミドは、ポリアミド酸をイミド化して得ることができる。ここで、ポリアミド酸溶液は、原料であるジアミンと酸二無水物とを実質的に等モル使用し、有機溶媒中で反応させることによって得ることができる。より具体的には、ポリアミド酸溶液は、窒素気流下でＮ,Ｎ−ジメチルアセトアミド等の有機極性溶媒にジアミンを溶解させた後、芳香族テトラカルボン酸二無水物を加えて、室温で５時間程度反応させることにより得ることができる。塗工時の膜厚均一化と得られるポリイミドフィルムの機械強度の観点から、得られたポリアミド酸の重量平均分子量は１万から３０万であることが好ましい。なお、このようにして得られるポリイミドの好ましい分子量範囲も、ポリアミド酸の好ましい分子量範囲と同じである。
【００７８】
透明ポリイミドフィルムの作製方法は、以下の第１および第２の方法のいずれでもよい。第１の方法は、ガラス基板等の支持基材上にポリアミド酸溶液を塗布して膜を形成し、この膜を所定の熱処理によって乾燥し、ポリアミド酸をイミド化して支持基材上にポリイミド層を形成し、次に、支持基材からポリイミド層を分離する方法である。第２の方法は、支持基材上にポリアミド酸溶液を塗布して膜を形成し、この膜を所定の熱処理によって乾燥させて膜中の溶剤を除去し、次に、支持基材から未硬化の膜を分離し、次に、この膜を、熱処理によってポリアミド酸をイミド化することによってポリイミドフィルムにする方法である。透明ポリイミドフィルムの面内方向における屈折率を含む光学特性の均等性や透明ポリイミドフィルムの寸法安定性の観点から、透明ポリイミドフィルムの作製方法は、第１の方法であることがより好ましい。
【００７９】
ここで、第１の方法の具体例を示す。この具体例では、アプリケーター（皮膜作成治具）等を用いて支持基材上にポリアミド酸溶液を塗布して膜を形成し、この膜を１５０℃以下の温度で２〜２０分だけ予備乾燥した後、１３０〜３６０℃程度の温度で２〜３０分程度熱処理して溶剤を除去すると共に、ポリアミド酸をイミド化してポリイミドフィルムを形成する。
【００８０】
透明ポリイミドフィルムの厚みは、偏光光学素子２の厚みｄと等しく、１〜５００μｍの範囲内である。偏光光学素子２の厚みｄが大きすぎると、偏光光学素子２の光透過率が小さくなり過ぎる。そこで、この観点から本実施の形態では、偏光光学素子２の厚みｄを５００μｍ以下にしている。偏光光学素子２の光透過率を大きくする観点からは、偏光光学素子２の厚みｄは小さいほどよい。しかし、偏光光学素子２の厚みｄすなわち透明ポリイミドフィルムの厚みが１μｍに満たないと、アプリケーターによって形成する膜の厚みの制御が難しくなり、その結果、透明ポリイミドフィルムの厚みが不均一になりやすい。そのため、本実施の形態では、偏光光学素子２の厚みｄを１μｍ以上にしている。偏光光学素子２の厚みｄすなわち透明ポリイミドフィルムの厚みは、１〜１００μｍの範囲内であることが好ましく、１〜５０μｍの範囲内であることがより好ましい。
【００８１】
透明ポリイミドフィルムとしては、寸法安定性の観点から、熱膨張係数が５０ｐｐｍ／Ｋ以下であるものを用いることが好ましく、熱膨張係数が１〜４０ｐｐｍ／Ｋの範囲内にあるものを用いることがより好ましい。透明ポリイミドフィルムの熱膨張係数を上記の好ましい範囲に制御することは、ポリイミドを構成する原料成分の選択や、透明ポリイミドフィルム作製時の乾燥、硬化条件の調整によって可能である。
【００８２】
また、後で詳しく説明するが、ΔＮ・ｄ以外の条件を一定にすると、ΔＮ・ｄが大きいほどリタデーションＲｅが大きくなる。また、ΔＮ・ｄを一定にすると、ΔＮが大きいほど、ｄは小さくなる。前述のようにｄは小さい方がよいため、ΔＮは大きい方がよい。樹脂材料のうち、特にポリイミドは、面内方向に配向しやすいために、大きなΔＮを得ることができる。そのため、ポリイミドによって構成した偏光光学素子２によれば、厚みｄが１０μｍ程度でも、λ／２以上の大きなリタデーションＲｅを得ることが可能になる。そのため、偏光光学素子２を構成する樹脂材料としては、特にポリイミドが好ましい。
【００８３】
以下、本実施の形態に係る偏光光学素子２および偏光状態制御装置１の効果について説明する。本実施の形態によれば、偏光光学素子２の第１の面２ａに同じ波長λのＳ偏光とＰ偏光が同じ入射角θ１で入射する場合に、入射角θ１を変更することによって、偏光光学素子２の第２の面２ｂから出射するＳ偏光とＰ偏光の間に生じる位相差δおよびリタデーションＲｅを変化させることができる。
【００８４】
偏光光学素子２および偏光状態制御装置１は、構成が簡単で、小型化が可能である。また、偏光光学素子２および偏光状態制御装置１は、液晶装置を含んでいないため、温度変化、振動、衝撃等の環境に対する耐性に優れ、安定して精度よく、位相差δおよびリタデーションＲｅを調整することが可能である。この効果は、特に、偏光光学素子２を、耐熱性が高く、熱膨張係数が小さいポリイミドによって構成することにより顕著になる。
【００８５】
ところで、偏光光学素子２の厚みｄが大きい場合には、光の進行方向に垂直な仮想の平面に対する第１の面２ａの傾斜角度θ（図２参照）を大きくすると、偏光光学素子２の側面に起因するビームのけられや光の乱反射が顕著になり、偏光光学素子２における有効ビーム径の減少が顕著になるという問題が生じる。これに対し、本実施の形態によれば、偏光光学素子２の厚みｄが、１〜５００μｍの範囲内であって、非常に小さい。そのため、本実施の形態によれば、傾斜角度θを大きくしても、有効ビーム径の減少量を少なくすることができる。このことを、図５および図６を参照して説明する。図５は、比較例の偏光光学素子１０２における有効ビーム径を示す説明図である。図６は、本実施の形態に係る偏光光学素子２における有効ビーム径を示す説明図である。
【００８６】
図５に示した比較例の偏光光学素子１０２は、例えば水晶によって構成され、偏光光学素子２の厚みｄの範囲の上限よりも大きな厚みＴを有している。Ｔは５ｍｍ程度である。偏光光学素子１０２は、光が入射する第１の面１０２ａと、その反対側の第２の面１０２ｂとを有している。偏光光学素子１０２は、第１の面１０２ａが、光の進行方向に垂直な仮想の平面ＰＬに対して傾斜角度θで傾斜した状態で配置されている。同様に、図６に示した偏光光学素子２も、仮想の平面ＰＬに対して傾斜角度θで傾斜した状態で配置されている。
【００８７】
ここで、偏光光学素子１０２と偏光光学素子２のいずれにおいても、θが０°のときの有効ビーム径をＤとする。θが０°のときと比較した有効ビーム径の減少量は、図５に示した偏光光学素子１０２では、Ｄ（１−ｃｏｓθ）＋Ｔｓｉｎθとなり、図６に示した偏光光学素子２では、Ｄ（１−ｃｏｓθ）＋ｄｓｉｎθとなる。ｄはＴに比べて非常に小さいため、偏光光学素子１０２に比べて、偏光光学素子２における有効ビーム径の減少量は少ない。従って、本実施の形態によれば、傾斜角度θを大きく変化させることが可能であり、これにより、位相差δおよびリタデーションＲｅを大きく調整することが可能になる。
【００８８】
以上のことから、本実施の形態に係る偏光光学素子２および偏光状態制御装置１によれば、簡単な構成で、偏光方向が互いに直交する２つの直線偏光（Ｓ偏光とＰ偏光）の間に生じる位相差δおよびリタデーションＲｅを大きく調整することが可能になる。
【００８９】
以下、本実施の形態に係る偏光光学素子２および偏光状態制御装置１の第１および第２な応用例について説明する。
【００９０】
［第１の応用例］
図７ないし図９は、第１の応用例を示す説明図である。第１の応用例は、偏光光学素子２を、特性を変えることのできる波長板として使用する例である。図７は、偏光光学素子２の第１の状態を示している。第１の状態は、傾斜角度θおよび入射角θ１が０°の状態である。前述のように、屈折率Ｎｘ，Ｎｙが等しい場合には、入射角θ１が０°のときには位相差δは０になる。この場合、例えば、直線偏光ＬＰ１が偏光光学素子２の第１の面２ａに入射すると、偏光光学素子２の第２の面２ｂからは、直線偏光ＬＰ１に対して偏光方向が変化しない直線偏光ＬＰ２が出射する。
【００９１】
図８は、偏光光学素子２の第２の状態を示している。第２の状態は、傾斜角度θおよび入射角θ１を、０°以外の角度であって、位相差δがπ／２となるような角度に調整した状態である。第２の状態では、リタデーションＲｅはλ／４であり、偏光光学素子２は１／４波長板として機能する。この場合、例えば、偏光方向が図３に示したＸ方向とＹ方向のそれぞれに対して４５°の角度をなす直線偏光ＬＰ３が偏光光学素子２の第１の面２ａに入射すると、偏光光学素子２の第２の面２ｂからは、円偏光ＣＰ３が出射する。また、円偏光ＣＰ４が偏光光学素子２の第１の面２ａに入射すると、偏光光学素子２の第２の面２ｂからは、偏光方向がＸ方向とＹ方向のそれぞれに対して４５°の角度をなす直線偏光ＬＰ４が出射する。
【００９２】
図９は、偏光光学素子２の第３の状態を示している。第３の状態は、傾斜角度θおよび入射角θ１を、０°以外の角度であって、位相差δがπとなるような角度に調整した状態である。第３の状態では、リタデーションＲｅはλ／２であり、偏光光学素子２は１／２波長板として機能する。この場合、例えば、偏光方向がＸ方向とＹ方向のそれぞれに対して４５°の角度をなす直線偏光ＬＰ５が偏光光学素子２の第１の面２ａに入射すると、偏光光学素子２の第２の面２ｂからは、直線偏光ＬＰ５の偏光方向に対して９０°回転した偏光方向の直線偏光ＬＰ６が出射する。
【００９３】
第１の応用例では、傾斜角度θおよび入射角θ１を調整することによって、上記の第１ないし第３の状態を含む任意の状態を選択することができる。これにより、例えば、偏光方向がＸ方向とＹ方向のそれぞれに対して４５°の角度をなす直線偏光を偏光光学素子２の第１の面２ａに入射させて、偏光光学素子２の第２の面２ｂから、直線偏光や円偏光を含む任意の楕円率の偏光状態の出射光を得ることができる。
【００９４】
また、第１の応用例では、使用する波長λが変化する場合でも、傾斜角度θおよび入射角θ１を調整することによって、使用する波長λにおいて位相差δがπ／２やπ等の所望の値となるようにすることができる。
【００９５】
［第２の応用例］
図１０および図１１は、第２の応用例を示す説明図である。第２の応用例は、偏光光学素子２を用いて調光器（可変減光器）を構成した例である。図１０は、調光器の第１の構成例を示している。第１の構成例では、偏光光学素子２における光の入射側と出射側に、偏光光学素子２に対して間隔を開けて、クロスニコルの状態の一対の偏光板１１，１２を配置して、調光器を構成している。
【００９６】
図１１は、調光器の第２の構成例を示している。第２の構成例では、偏光光学素子２の第１の面２ａにフィルム状の偏光板１１を貼り付け、偏光光学素子２の第２の面２ｂに、偏光板１１に対してクロスニコルの状態のフィルム状の偏光板１２を貼り付けて、調光器を構成している。
【００９７】
第１の構成例と第２の構成例のいずれにおいても、光は、偏光板１１、偏光光学素子２および偏光板１２を、この順で通過する。傾斜角度θおよび入射角θ１が０°のときには、偏光板１２の出射光の光量は０となる。傾斜角度θおよび入射角θ１を変化させると、偏光光学素子２の出射光の偏光状態が変化するため、偏光板１２の出射光の光量が変化する。
【００９８】
光量を減少させる光学素子としては、金属膜を有するＮＤフィルタが広く用いられている。しかし、このＮＤフィルタでは、金属膜による反射光によって迷光が発生するという問題点がある。これに対し、第２の応用例による調光器によれば、反射光による迷光を発生させずに、光量を減少させることができる。しかも、第２の応用例による調光器によれば、容易に光量を調節することができる。
【００９９】
［実施例］
次に、本実施の形態に係る偏光光学素子２の実施例について説明する。実施例の偏光光学素子２は、ポリイミドによって構成されている。実施例では、以下で説明するポリアミド酸Ａ〜Ｍを用いて、偏光光学素子２に対応する複数種類の試料を作製した。
【０１００】
始めに、ポリアミド酸Ａを例にとって、ポリアミド酸の生成方法について説明する。まず、窒素気流下の２００ｍｌのセパラブルフラスコの中で攪拌しながら、溶剤であるＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（以下、ＤＭＡｃと記す。）に、酸無水物として、4,4'−オキシジフタル酸無水物（以下、ＯＤＰＡと記す。）およびピロメリット酸二無水物（以下、ＰＭＤＡと記す。）を溶解させた溶液を得た。ＯＤＰＡとＰＭＤＡの割合は、ＯＤＰＡが２５モル％であり、ＰＭＤＡが７５モル％である。次に、この溶液に、ジアミンとして、2,2'−ビス（トリフルオロメチル）−4,4'−ジアミノビフェニル（以下、ＴＦＭＢと記す。）を加えた。そして、この溶液を室温で５時間連続して攪拌することで重合反応させて、その後一昼夜保持することによって、粘稠なポリアミド酸溶液を得た。この溶液には、高重合度のポリアミド酸Ａが生成されていることが確認された。
【０１０１】
ポリアミド酸Ｂ〜Ｍは、酸無水物の種類および割合を変えて、ポリアミド酸Ａの生成方法と同様の方法によって生成されたものである。表１に、ポリアミド酸Ａ〜Ｍの原料を示す。表１において、ＯＤＰＡ、ＰＭＤＡ、ＴＦＭＢ以外の略号が示す化合物は以下の通りである。ＰＭＤＡＨは、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物を示している。６ＦＤＡは、2,2−ビス（3,4−ジカルボキシフェニル）−ヘキサフルオロプロパン二無水物を示している。表１には、各ポリアミド酸Ａ〜Ｍを生成する際に用いた各酸無水物の割合も記載している。
【０１０２】
【表１】
2016126804.tif 000007
【０１０３】
なお、表１において、ポリアミド酸Ｈとポリアミド酸Ｉは、同じものであるが、これらを用いて互いに厚みが異なる２種類のポリイミドフィルムを作製したため、便宜上、別々の記号で表している。同様に、ポリアミド酸Ｊとポリアミド酸Ｋも、同じものであるが、便宜上、別々の記号で表し、ポリアミド酸Ｌとポリアミド酸Ｍも、同じものであるが、便宜上、別々の記号で表している。
【０１０４】
次に、試料の作製方法について説明する。実施例では、ポリアミド酸Ａ〜Ｍを用いて、それぞれポリイミドフィルムからなる試料ＳＡ〜ＳＭを作製した。以下、試料ＳＡを例にとって、ポリイミドフィルムの作製方法について説明する。まず、ガラス基材上に、ポリアミド酸Ａの溶液を、熱処理後の厚みが１２．５μｍとなるように、アプリケーター（皮膜作成治具）を用いて均一に塗布した後、９０℃から３６０℃まで１分間に２２℃の速度で昇温しながら熱処理することでポリアミド酸Ａをイミド化させて、ガラス基材上にポリイミドフィルムを形成した。その後、ガラス基材からポリイミドフィルムを分離して、このポリイミドフィルムを所定の大きさに加工して試料ＳＡを作製した。
【０１０５】
試料ＳＢ〜ＳＭは、それぞれ、ポリアミド酸Ｂ〜Ｍを用いて、試料ＳＡの作製方法と同様の方法によって作製されたものである。なお、試料ＳＡ〜ＳＭは、それぞれ、熱処理後の厚みが所望の厚みになるように作製した。試料ＳＡ〜ＳＭの厚みは、後で説明する表２に示されている。
【０１０６】
次に、試料ＳＡ〜ＳＭのリタデーションＲｅ、屈折率差ΔＮ、ΔＮ・ｄ、熱膨張係数（ＣＴＥ）および光透過率の評価結果について説明する。始めに、リタデーションＲｅ、熱膨張係数および光透過率の評価方法について説明する。
【０１０７】
リタデーションＲｅの評価は、以下で説明する第１および第２の評価システムを用いて行った。図１２は、第１の評価システムの一部を示す説明図である。第１の評価システムは、複屈折・位相差評価装置（株式会社フォトニックラティス社製、ＷＰＡ−１００）と、試料に入射する光の入射角θ１を変更するために試料を回転させる図示しない回転装置によって構成されている。図１２において、符号２０は、試料を示し、符号２１は、複屈折・位相差評価装置の光源を示し、符号２２は、複屈折・位相差評価装置の受光部を示している。光源２１が出射する光の波長は、５４３ｎｍである。試料２０は、固定用の枠に支持された状態で、図示しない回転装置に固定されている。
【０１０８】
第２の評価システムは、ポラリメータ（ＴＨＯＲＬＡＢＳ社製、ＰＡＸ５７１０）と、光源と、回転装置によって構成されている。第２の評価システムの構成の構成要素の配置は、図１２に示した第１の評価システムの構成要素の配置と同様である。第２の評価システムにおける光源が出射する光の波長は、４０５ｎｍである。
【０１０９】
リタデーションＲｅは、図示しない回転装置によって、前述の枠に支持された試料２０の傾斜角度θ（図２参照）を変えることによって、試料２０に入射する光の入射角θ１を変化させながら測定した。入射角θ１は、０〜６０°の範囲内で変化させた。なお、第１の評価システムによって測定されたリタデーションＲｅと、第２の評価システムによって測定されたリタデーションＲｅは、ほぼ同じであることが確認された。以下の説明では、第１の評価システムによって測定されたリタデーションＲｅを用いる。
【０１１０】
熱膨張係数は、所定の大きさ（３ｍｍ×１５ｍｍ）のポリイミドフィルムを用いて、熱機械分析（ＴＭＡ）装置によって評価した。具体的には、ポリイミドフィルムに対して、５．０ｇの荷重を加えながら、３０℃から２６０℃まで２０℃／分の速度で昇温させながら引張り試験を行い、温度に対するポリイミドフィルムの伸び量から熱膨張係数を求めた。
【０１１１】
光透過率は、所定の大きさ（５０ｍｍ×５０ｍｍ）のポリイミドフィルムを用いて、分光光度計（株式会社日立製作所製、Ｕ−４０００）によって評価した。そして、波長４００ｎｍと４２０ｎｍにおけるポリイミドフィルムの光透過率を測定した。
【０１１２】
次に、試料ＳＡ〜ＳＭの屈折率差ΔＮとΔＮ・ｄの算出方法について説明する。屈折率差ΔＮは、リタデーションＲｅの測定結果を用いて算出した。式（３）に示されるように、リタデーションＲｅは、光路長Ｌと屈折率Ｎｘｙ，Ｎｚと屈折角θ２に依存する。光路長Ｌは、厚みｄと屈折角θ２に依存する。屈折角θ２は入射角θ１に依存する。従って、複数の入射角θ１について得られた複数のリタデーションＲｅの実測値から、屈折率差ΔＮを算出することができる。ΔＮ・ｄは、算出された屈折率差ΔＮに試料の厚みｄを掛けることによって算出した。
【０１１３】
表２に、屈折率差ΔＮおよびΔＮ・ｄの算出結果、ならびに、熱膨張係数（ＣＴＥ）および光透過率の評価結果を示す。なお、表２には、試料ＳＡ〜ＳＭの厚みｄも示している。
【０１１４】
【表２】
2016126804.tif 000008
【０１１５】
次に、図１３ないし図１６を参照して、リタデーションＲｅの評価結果について説明する。図１３は、試料ＳＡ〜ＳＤの入射角θ１とリタデーションＲｅの関係を示す特性図である。図１４は、試料ＳＥ〜ＳＧの入射角θ１とリタデーションＲｅの関係を示す特性図である。図１５は、試料ＳＨ、ＳＪ、ＳＬの入射角θ１とリタデーションＲｅの関係を示す特性図である。図１６は試料ＳＩ、ＳＫ、ＳＭの入射角θ１とリタデーションＲｅの関係を示す特性図である。
【０１１６】
図１３ないし図１６において、横軸は入射角θ１を示し、縦軸はリタデーションＲｅを示している。実線の曲線は、測定値と式（２）、（３）に基づく近似曲線を表している。また、リタデーションＲｅが１００ｎｍの位置に示した破線の直線は、試料に入射する光の波長λが４００ｎｍの場合におけるλ／４の位置であって、位相差δがπ／２となる位置を表している。リタデーションＲｅが２００ｎｍの位置に示した破線の直線は、試料に入射する光の波長λが４００ｎｍの場合におけるλ／２の位置であって、位相差δがπとなる位置を表している。波長λの４００ｎｍという値は、後で説明するように、使用する光の波長λの下限として想定した値である。
【０１１７】
図１３ないし図１６に示したように、試料ＳＡ〜ＳＭのいずれにおいても、入射角θ１が変化すると、リタデーションＲｅが変化することが確認された。また、表１、表２、図１３ないし図１６から、ポリアミド酸を生成する際に用いられる酸無水物の種類と、酸無水物の割合と、ポリイミドの厚みｄのいずれかを変えることによって、入射角θ１とリタデーションＲｅとの関係を示す曲線を変えることができることが分かる。このことは、特に、厚みｄが５μｍである試料ＳＨ、ＳＪ、ＳＬに関する図１５と、厚みｄが９μｍまたは９．５μｍである試料ＳＩ、ＳＫ、ＳＭに関する図１６から分かる。
【０１１８】
また、図１３ないし図１６から、使用する光の波長λが４００ｎｍの場合に、位相差δを０からπ／２の範囲内で調整、すなわちリタデーションＲｅを０からλ／４の範囲内で調整するための偏光光学素子２の構成としては、試料ＳＡ，ＳＢ，ＳＥ〜ＳＫ，ＳＭの構成が好ましいと言える。また、使用する光の波長λが４００ｎｍの場合に、位相差δを０からπの範囲内で調整、すなわちリタデーションＲｅを０からλ／２の範囲内で調整するための偏光光学素子２の構成としては、試料ＳＡ，ＳＢ，ＳＥ〜ＳＩ，ＳＫの構成が好ましいと言える。
【０１１９】
なお、図１３ないし図１６に示したように、試料ＳＡ〜ＳＭのいずれにおいても、入射角θ１が０°の場合には、リタデーションＲｅはほぼ０ｎｍになっている。これは、第１の屈折率Ｎｘと第２の屈折率Ｎｙが、等しいか、ほぼ等しいことを表している。
【０１２０】
また、試料ＳＡ，ＳＥ，ＳＦ，ＳＧは、リタデーションＲｅの調整可能範囲が広いことに加え、熱膨張係数（ＣＴＥ）の絶対値が小さい（表２参照）ことから、特に実用に適した構成であると言える。
【０１２１】
また、表２に示したように、波長４２０ｎｍにおける試料ＳＡ，ＳＥ，ＳＦ，ＳＧの光透過率は、いずれも６０％以上である。一般的に、透明ポリイミドの光透過率は、４００ｎｍ前後から波長の増加とともに増加する。そのため、試料ＳＡ，ＳＥ，ＳＦ，ＳＧは、特に４２０ｎｍ以上の波長に対して十分実用可能な構成であると言える。
【０１２２】
使用する光の波長λを、波長λの下限として想定した４００ｎｍとしたときのリタデーションＲｅの調整可能範囲の上限は、λ／４以上すなわち１００ｎｍ以上であることが好ましい。リタデーションＲｅの調整可能範囲の上限がλ／４以上となる試料は、試料ＳＡ，ＳＢ，ＳＥ〜ＳＫ，ＳＭである。このうち、リタデーションＲｅがλ／４のときの入射角θ１が最も小さいのは試料Ｅであり、試料ＥにおいてリタデーションＲｅがλ／４のときの入射角θ１は約２０°である。このことから、入射角変更手段３による入射角θ１の変更可能範囲の上限は、２０°以上９０°未満であることが好ましい。入射角変更手段３による入射角θ１の変更可能範囲の下限は０°である。
【０１２３】
次に、図１７ないし図１９を参照して、ΔＮ・ｄの好ましい範囲について説明する。ΔＮ・ｄの好ましい範囲は、以下のようにして求めた。始めに、図１３ないし図１６に示した試料ＳＡ〜ＳＭについての近似曲線から、各試料について、入射角θ１が９０°のときのリタデーションＲｅと、入射角θ１が４５°のときのリタデーションＲｅを求めた。以下、入射角θ１が９０°のときのリタデーションＲｅをＲｅ（９０）と表し、入射角θ１が４５°のときのリタデーションＲｅをＲｅ（４５）と表す。
【０１２４】
図１７は、試料ＳＡ〜ＳＭについてのΔＮ・ｄとＲｅ（９０）の関係および試料ＳＡ〜ＳＭについてのΔＮ・ｄとＲｅ（４５）の関係を示している。図１７において、横軸はΔＮ・ｄを示し、縦軸はリタデーションＲｅを示している。図１７中の２本の直線は、ΔＮ・ｄとＲｅ（９０）の関係を示す近似直線と、ΔＮ・ｄとＲｅ（４５）の関係を示す近似直線である。
【０１２５】
図１８は、図１７に示したΔＮ・ｄの範囲のうちの一部の範囲におけるΔＮ・ｄとＲｅ（９０）の関係を示している。図１９は、図１７に示したΔＮ・ｄの範囲よりも広い範囲におけるΔＮ・ｄとＲｅ（４５）の関係を示している。
【０１２６】
次に、使用する光の波長λの下限を４００ｎｍと想定した。これは、偏光光学素子２の材料となる透明ポリイミドの光透過率が４００ｎｍ前後から波長の増加とともに増加することを考慮したためである。また、使用する光の波長λの上限を２０００ｎｍと想定した。これは、偏光光学素子２が光通信の分野で利用される可能性を考慮したためである。
【０１２７】
また、偏光光学素子２によって調整可能なリタデーションＲｅの上限をλ／４からλの範囲内と想定した。この範囲は、位相差δのπ／２から２πの範囲に対応する。
【０１２８】
ΔＮ・ｄの好ましい範囲の下限は、波長λが４００ｎｍのときにＲｅ（９０）がλ／４すなわち１００ｎｍとなるときのΔＮ・ｄの値に基づいて決めた。図１８から、λが４００ｎｍのときにＲｅ（９０）が１００ｎｍとなるΔＮ・ｄの値は、０．１９μｍである。ΔＮ・ｄが０．１９μｍよりも大きければ、波長λが４００ｎｍのときに、入射角θ１を０°以上９０°未満の範囲で変化させて、リタデーションＲｅを０からλ／４の範囲で変化させることが可能になる。そこで、本実施の形態では、ΔＮ・ｄは、０．１９μｍよりも大きいことが好ましいとした。
【０１２９】
ΔＮ・ｄの好ましい範囲の上限は、波長λが２０００ｎｍのときにＲｅ（４５）がλすなわち２０００ｎｍとなるΔＮ・ｄの値に基づいて決めた。図１９から、λが２０００ｎｍのときにＲｅ（４５）が２０００ｎｍとなるΔＮ・ｄの値は、８．６μｍである。ΔＮ・ｄが８．６μｍ以下であれば、波長λが２０００ｎｍのときに、入射角θ１を０°〜４５°の範囲で変化させたときのリタデーションＲｅの上限をλ以内に収めることができる。そこで、本実施の形態では、ΔＮ・ｄは、８．６μｍ以下であることが好ましいとした。なお、入射角θ１を０°〜４５°の範囲で変化させたときのリタデーションＲｅの上限をλ以内に収めるという要件は、入射角θ１の変化に対してリタデーションＲｅの変化が過度に大きくなることを防止する観点で定めたものである。入射角θ１の変化に対してリタデーションＲｅの変化が過度に大きくなると、偏光光学素子２の位置精度が過度に必要になったり、リタデーションＲｅの誤差が大きくなったりするという不具合が生じる。
【０１３０】
以上のことから、本実施の形態では、ΔＮ・ｄの好ましい範囲を、０．１９μｍより大きく８．６μｍ以下とした。
【０１３１】
［第２の実施の形態］
次に、図２０を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る偏光光学素子および偏光状態制御装置について説明する。本実施の形態は、偏光光学素子および偏光状態制御装置を光ピックアップ装置に応用した例である。図２０は、本実施の形態に係る偏光光学素子および偏光状態制御装置を含む光ピックアップ装置の概略の構成を示す説明図である。本実施の形態における光ピックアップ装置２００は、互いに使用される光の波長が大きく異なる複数種類の光ディスクに対して共用される装置である。以下、光ピックアップ装置２００が、ＣＤ、ＤＶＤおよびＢＤの３種類の光ディスクに対して共用される場合を例にとって説明する。
【０１３２】
図２０に示したように、光ピックアップ装置２００は、第１のレーザ光源２０４と、第２のレーザ光源２０５とを備えている。第１のレーザ光源２０４は、ＣＤに対して使用される第１のレーザ光を出射するレーザダイオードと、ＤＶＤに対して使用される第２のレーザ光を出射するレーザダイオードとを有している。第２のレーザ光源２０５は、ＢＤに対して使用される第３のレーザ光を出射するレーザダイオードを有している。第１のレーザ光の波長は、例えば７８０ｎｍである。第２のレーザ光の波長は、例えば６５０ｎｍである。第３のレーザ光の波長は、例えば４０５ｎｍである。
【０１３３】
光ピックアップ装置２００は、更に、本実施の形態に係る偏光状態制御装置２０１を備えている。偏光状態制御装置２０１は、本実施の形態に係る偏光光学素子２０２と、入射角変更手段２０３とを備えている。偏光光学素子２０２は、第１ないし第３のレーザ光の経路の途中に設けられている。偏光光学素子２０２の構成は、基本的には、第１の実施の形態で説明した偏光光学素子２の構成と同様である。すなわち、偏光光学素子２０２は、第１の実施の形態に係る偏光光学素子２と同様に、樹脂材料によって構成され、互いに反対側に向いた第１の面および第２の面を有する板状をなしている。
【０１３４】
入射角変更手段２０３は、偏光光学素子２０２の第１の面に平行な軸を中心として、偏光光学素子２０２を回転させる回転装置である。以下、入射角変更手段２０３を、回転装置２０３とも記す。偏光光学素子２０２および回転装置２０３のその他の構成は、第１の実施の形態に係る偏光光学素子２および回転装置３と同様である。
【０１３５】
光ピックアップ装置２００は、更に、対物レンズ２０６と、立上げミラー２０７と、コリメートレンズ２０８と、ビームスプリッタ２０９と、光検出器２１０と、ハーフミラー２１１と、回折格子２１２と、補助レンズ２１３と、回折格子２１４とを備えている。光ピックアップ装置２００は、第１のレーザ光源２０４から出射された第１および第２のレーザ光と、第２のレーザ光源２０５から出射された第３のレーザ光が、いずれも、ビームスプリッタ２０９を通過するように構成されている。第１および第２のレーザ光の光路上には、回折格子２１２、ハーフミラー２１１およびビームスプリッタ２０９が、第１のレーザ光源２０４側からこの順に配置されている。第３のレーザ光の光路上には、補助レンズ２１３、回折格子２１４およびビームスプリッタ２０９が、第２のレーザ光源２０５側からこの順に配置されている。ビームスプリッタ２０９を通過した後の第１ないし第３のレーザ光の光路上には、偏光光学素子２０２、コリメートレンズ２０８、立上げミラー２０７および対物レンズ２０６が、ビームスプリッタ２０９側からこの順に配置されている。
【０１３６】
ハーフミラー２１１は、第１および第２のレーザ光がビームスプリッタ２０９に向かうように、第１および第２のレーザ光を反射する。ビームスプリッタ２０９は、スプリット面２０９ａを有している。ハーフミラー２１１によって反射された第１および第２のレーザ光は、ビームスプリッタ２０９のスプリット面２０９ａを通過して偏光光学素子２０２に向かう。
【０１３７】
回折格子２１４を通過した後の第３のレーザ光は、ビームスプリッタ２０９のスプリット面２０９ａで反射されて偏光光学素子２０２に向かう。
【０１３８】
コリメートレンズ２０８は、偏光光学素子２０２を通過した後の第１ないし第３のレーザ光を平行光に変換する。立上げミラー２０７は、平行光に変換された第１ないし第３のレーザ光が対物レンズ２０６に向かうように、第１ないし第３のレーザ光を反射する。偏光光学素子２０２の作用については、後で詳しく説明する。
【０１３９】
対物レンズ２０６は、３種類の光ディスクの中から選択された光ディスクに対して、その光ディスクに対応するレーザ光を照射すると共に、光ディスクで反射された光（以下、反射光と言う。）を集光する。光ピックアップ装置２００は、反射光が、上述のように配置された対物レンズ２０６とハーフミラー２１１との間の構成要素を、上述の説明とは逆の順序で通過するように構成されている。対物レンズ２０６によって集光された反射光は、立上げミラー２０７によって反射されてコリメートレンズ２０８に向かう。コリメートレンズ２０８を通過した反射光は、偏光光学素子２０２、ビームスプリッタ２０９およびハーフミラー２１１を通過する。光検出器２１０は、ハーフミラー２１１を通過した反射光を検出できるように配置されている。
【０１４０】
以下、光ディスクに記録された情報を読み出すための光ピックアップ装置２００の動作について説明する。始めに、光ディスクがＣＤである場合について説明する。この場合、第１のレーザ光源２０４から第１のレーザ光が出射される。第１のレーザ光は、回折格子２１２を通過した後、ハーフミラー２１１で反射されて、ビームスプリッタ２０９、偏光光学素子２０２、コリメートレンズ２０８および立上げミラー２０７を順に通過した後、対物レンズ２０６によってＣＤに対して照射される。その後、第１のレーザ光は、ＣＤで反射されて反射光として対物レンズ２０６に戻り、この反射光は、対物レンズ２０６、立上げミラー２０７、コリメートレンズ２０８、偏光光学素子２０２、ビームスプリッタ２０９およびハーフミラー２１１を順に通過した後、光検出器２１０に入射する。光検出器２１０は、この反射光を電気信号に変換して、この電気信号を図示しない信号処理部に対して出力する。このようにして、ＣＤに記録された情報が読み出される。
【０１４１】
次に、光ディスクがＤＶＤである場合について説明する。この場合、第１のレーザ光源２０４から第２のレーザ光が出射される。第２のレーザ光は、回折格子２１２を通過した後、ハーフミラー２１１で反射されて、ビームスプリッタ２０９、偏光光学素子２０２、コリメートレンズ２０８および立上げミラー２０７を順に通過した後、対物レンズ２０６によってＤＶＤに対して照射される。その後、第２のレーザ光は、ＤＶＤで反射されて反射光として対物レンズ２０６に戻り、この反射光は、対物レンズ２０６、立上げミラー２０７、コリメートレンズ２０８、偏光光学素子２０２、ビームスプリッタ２０９およびハーフミラー２１１を順に通過した後、光検出器２１０に入射する。光検出器２１０は、この反射光を電気信号に変換して、この電気信号を図示しない信号処理部に対して出力する。このようにして、ＤＶＤに記録された情報が読み出される。
【０１４２】
次に、光ディスクがＢＤである場合について説明する。この場合、第２のレーザ光源２０５から第３のレーザ光が出射される。第３のレーザ光は、補助レンズ２１３および回折格子２１４を順に通過した後、ビームスプリッタ２０９のスプリット面２０９ａで反射されて、偏光光学素子２０２、コリメートレンズ２０８および立上げミラー２０７を順に通過した後、対物レンズ２０６によってＢＤに対して照射される。その後、第３のレーザ光は、ＢＤで反射されて反射光として対物レンズ２０６に戻り、この反射光は、対物レンズ２０６、立上げミラー２０７、コリメートレンズ２０８、偏光光学素子２０２、ビームスプリッタ２０９およびハーフミラー２１１を順に通過した後、光検出器２１０に入射する。光検出器２１０は、この反射光を電気信号に変換して、この電気信号を図示しない信号処理部に対して出力する。このようにして、ＢＤに記録された情報が読み出される。
【０１４３】
次に、本実施の形態に係る偏光光学素子２０２および偏光状態制御装置２０１の作用について説明する。偏光光学素子２０２は、波長が異なる２つのレーザ光のいずれに対しても、直線偏光の状態のレーザ光を円偏光に変換する１／４波長板として機能する。以下、偏光光学素子２０２が、少なくとも第２のレーザ光（波長６５０ｎｍ）と第３のレーザ光（波長４０５ｎｍ）のいずれに対しても、１／４波長板として機能する場合を例にとって説明する。
【０１４４】
光ディスクがＤＶＤである場合、すなわち第２のレーザ光が使用される場合には、第２のレーザ光の波長において位相差δがπ／２となるように、偏光光学素子２０２の第１の面に対する第２のレーザ光の入射角θ１が設定される。この場合、第２のレーザ光は、直線偏光の状態で第１のレーザ光源２０４から出射され、偏光光学素子２０２の第１の面に入射し、偏光光学素子２０２の第２の面から、円偏光の状態で出射する。
【０１４５】
同様に、光ディスクがＢＤである場合、すなわち第３のレーザ光が使用される場合には、第３のレーザ光の波長において位相差δがπ／２となるように、偏光光学素子２０２の第１の面に対する第３のレーザ光の入射角θ１が設定される。この場合、第３のレーザ光は、直線偏光の状態で第２のレーザ光源２０５から出射され、偏光光学素子２０２の第１の面に入射し、偏光光学素子２０２の第２の面から、円偏光の状態で出射する。
【０１４６】
本実施の形態において、更に、以下のように、偏光光学素子２０２が、第１のレーザ光（波長７８０ｎｍ）に対しても、１／４波長板として機能するようにしてもよい。すなわち、光ディスクがＣＤである場合、すなわち第１のレーザ光が使用される場合には、第１のレーザ光の波長において位相差δがπ／２となるように、偏光光学素子２０２の第１の面に対する第１のレーザ光の入射角θ１が設定される。この場合、第１のレーザ光は、直線偏光の状態で第１のレーザ光源２０４から出射され、偏光光学素子２０２の第１の面に入射し、偏光光学素子２０２の第２の面から、円偏光の状態で出射する。
【０１４７】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【０１４８】
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、入射角変更手段は、偏光光学素子の位置を変えずに偏光光学素子の第１の面に入射する光の進行方向を変えるものであってもよいし、偏光光学素子の位置と、偏光光学素子の第１の面に入射する光の進行方向の両方を変えるものであってもよい。
【０１４９】
また、本発明の偏光光学素子および偏光状態制御装置は、各実施の形態に示した例に限らず、通過する光の偏光状態を変化させる必要のある種々の分野に応用することができる。
【符号の説明】
【０１５０】
１…偏光状態制御装置、２…偏光光学素子、３…入射角変更手段。
【図１】
2016126804.tif 000009
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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