(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射される直線偏光のレーザー光を対物レンズにより集光して光記録謀体ヘ導き、光記録媒体からの反射光を光検出器で受光する光ヘッド装置において、
前記レーザー光は、波長の異なる３つ以上のレーザー光のいずれかが用いられ、
前記光源と前記対物レンズとの間に前記レーザー光の位相状態を制御する広帯域位相板が設置されており、
前記広帯域位相板は、２枚の位相板をそれぞれの光学軸が交差するように重ねられて形成されてなり、
前記レーザー光が波長λ1、λ2及びλ3（λ1＜λ2＜λ3）を有するときに、前記２枚の位相板のうち少なくともいずれか一方の位相板に対して、各波長でのリタデーション値Ｒ（λ）についての比の値、〈Ｒ（λ1）／Ｒ（λ3）〉及び〈Ｒ（λ2）／Ｒ（λ3）〉は、次の各式を満たし、
〈Ｒ（λ1）／Ｒ（λ3）〉＜１、
〈Ｒ（λ2）／Ｒ（λ3）〉＜１、
〈Ｒ（λ1）／Ｒ（λ3）〉＜〈Ｒ（λ2）／Ｒ（λ3）〉
前記波長λ1、λ2及びλ3のレーザー光のうちの２つの波長のレーザ光に対応して、楕円率にピークが形成されるような角度をもって、前記２枚の位相板それぞれの光学軸が交差し、
前記広帯域位相板を構成する２枚の位相板の光学軸方向と、前記広帯域位相板に入射する直線偏光の偏光方向とが為す角度θ１、θ２が、θ１＝７５−ａ度及びθ２＝１５＋ａ度、またはθ１＝１５＋ａ度及びθ２＝７５−ａ度のとき、ａを変化させることにより楕円率のピークが形成される波長位置が決定される、光ヘッド装置。
【請求項２】
前記レーザー光は、波長λ1、λ2及びλ3のいずれかを有するとともに、
前記少なくともいずれか一方の位相板は、
リタデーション値Ｒ（λ3）とＲ（λ1）との比の値〈Ｒ（λ1）／Ｒ（λ3）〉が前記波長の比の値（λ1／λ3）よりも大きく、
リタデーション値Ｒ（λ3）とＲ（λ2）との比の値〈Ｒ（λ2）／Ｒ（λ3）〉が前記波長の比の値（λ2／λ3）よりも大きく、
リタデーション値Ｒ（λ2）とＲ（λ1）との比の値〈Ｒ（λ1）／Ｒ（λ2）〉が前記波長の比の値（λ1／λ2）よりも大きい、
請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項３】
前記２枚の位相板のうち、前記レーザー光が第１に入射する前記位相板のリタデーション値は、第２に入射する前記位相板のレタデーション値よりも大きく、かつ、
前記２つのリタデーション値の比の値が１．８〜２．２である請求項１または２に記載の光ヘッド装置。
【請求項４】
前記２枚の位相板のそれぞれの光学軸の交差角が４０〜７０度の範囲にある、請求項１から３のいずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【請求項５】
前記広帯域位相板は、前記３つの波長のレーザー光が透過するときの各波長領域における楕円率が実質的に等しい請求項１から４のいずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【請求項６】
前記２つの位相板は、接着層を介して重ねられていて、前記接着層の厚さが１０μｍ以下である請求項１から５のいずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【請求項７】
前記２つの位相板は、それぞれ少なくとも１枚の透明基板に接着されて用いられる請求項１から６のいずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【請求項８】
前記広帯域位相板がレーザー光の光学的性質を変化させる少なくとも一つの光学素子と一体化されている請求項１から７のいずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー光の位相状態を制御するための広帯域位相板を搭載した光ヘッド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスク及び光磁気ディスクなどの光記録媒体に光学的情報を書き込んだり、光学的情報を読み取ったりするために、光ヘッド装置が用いられている。この光ヘッド装置は、ディスク状の光記録媒体（以下、「光ディスク」という）の記録面上に光源である半導体レーザーからの出射光を対物レンズにより集光して、情報の書き込みや読み出しを行う。情報の読み出しなどを行う際には、光ディスクの情報の記録面により反射した出射光を光検出器で受光する。
ところで、情報の読み出しに関していえば、使用されるレーザー光の波長は短波長であるほど記録密度を高めることができるため、近年、この光ヘッド装置では光源からの出射光の短波長化（４０５ｎｍ）が進められている。一方、この光ヘッド装置では、これまで普及している多くの光ディスク用の長波長（６６０ｎｍ及び７９０ｎｍ）のレーザー光による再生も同時にできるようにする必要がある。そのため、従来の長波長側のレーザー光と、より短波長側のレーザー光とによる光ディスクの互換性を有する様々な方式が、例えば特開２００４−１５８１１８号公報に提案されている。【０００３】
情報の書き込み関していえば、従来の光ディスクに対してこの互換性を確保するために、高記録密度用の短波長光源に加えて、長波長側の光源を併せて設置する方式が検討されている。一方、高密度光ディスクとＤＶＤ−Ｒ及びＣＤ−Ｒなどの書き込み型の光ディスクに対応する光ヘッド装置を実現するため、それぞれの光ディスク用のいずれの波長に対しても高い光利用率が要求されている。
このため、往路高透過率でかつ復路高回折効率を有する偏光型回折素子を用いた偏光系光ヘッド装置が検討されている。ここで往路とは、光源からの出射光が光ディスクへ向かう方向をいい、復路とは出射光が光ディスクの情報の記録面により反射されて光検出器へ向かう方向、すなわち反射した戻り光が進む方向である。【０００４】
従来の異なる３つの、すなわち３種類のレーザー光を使用した偏光光学系を有する光ヘッド装置の構成の一例を図14に示す。
この図14において、出射波長が４０５ｎｍの半導体レーザー１０１Ａ、６６０ｎｍの半導体レーザー１０１Ｂ及び７９０ｎｍの半導体レーザー１０１Ｃからの直線偏光のレーザー光は、入射する直線偏光に対して高透過性を有する４０５ｎｍ用の偏光ホログラム１０２Ａ、６６０ｎｍ用の偏光ホログラム１０２Ｂ及び７９０ｎｍ用の偏光ホログラム１０２Ｃを各々透過する。そして、直線偏光のレーザー光は、それぞれ偏光ホログラムと一体化された４０５ｎｍ用の１／４波長板１０３Ａ、６６０ｎｍ用の１／４波長板１０３Ｂ及び７９０ｎｍ用の１／４波長板１０３Ｃにより、それぞれ直線偏光から円偏光に変換される。その後、レーザー光は、個別に配置されたコリメートレンズ１０４Ａ、コリメートレンズ１０４Ｂ及びコリメートレンズ１０４Ｃで平行光となり、４０５ｎｍ透過でかつ６６０ｎｍ反射の特性を持つビームスプリッタ１０５を透過及び反射し、更に、４０５ｎｍ及び６６０ｎｍ透過でかつ７９０ｎｍ反射の特性を持つビームスプリッタ１０６を透過及び反射する。そして、このレーザー光は、アクチュエータ１０７に保持された、３つの波長に共通の対物レンズ１０８により光ディスクＤの情報の記録面（以下、単に「光ディスクの表面」という）上に集光する。【０００５】
さらに、光ディスクの表面に形成されたピットの情報を含んだ光ディスクＤからの反射光は、それぞれの経路を逆方向に進行する。即ち、光ディスクＤの表面の反射により回転方向が逆転した円偏光は、それぞれ１／４波長板１０３Ａ、１／４波長板１０３Ｂ及び１／４波長板１０３Ｃを再度透過し、入射偏光方向とは直交する偏光方向の直線偏光に変換され、それぞれ偏光ホログラム１０２Ａ、偏光ホログラム１０２Ｂ及び偏光ホログラム１０２Ｃで回折されて回折光となる。これら回折光が持つ光ディスクＤのピットの情報を４０５ｎｍ用の光検出器であるフォトダイオード１０９Ａ、６６０ｎｍ用のフオトダイオード１０９Ｂ及び７９０ｎｍ用のフォトダイオード１０９Ｃにより検出することで、光ディスクＤの表面に記録された情報の読み出しを行っている。【０００６】
従来の光ヘッド装置では、レーザー光として、例えば４０５ｎｍ、６６０ｎｍ及び７９０ｎｍの複数の波長領域を用いる場合に、１／４波長板などの光学素子を共用化して一つにすることが提案されている（例えば、特開平１０−６８８１６号公報参照）。しかしながら、２波長の直線偏光、例えば、波長４０５ｎｍと６６０ｎｍの直線偏光を円偏光に変換する位相板（１／４波長板）では、波長７９０ｎｍの直線偏光に対しては完全な円偏光とできず、同様に波長６６０ｎｍと７９０ｎｍの直線偏光を円偏光に変換する位相板では、４０５ｎｍの直線偏光に対して完全な円偏光とできず、所望の特性が得られない。
また、特開平１４−１５６５２８号公報には、位相板を積層せずに一枚で広帯域位相板を形成できることが記載されている。この広帯域位相板は、短波長になるにつれてリタデーション値が小さくなるよう設計されている。しかしながら、この広帯域位相板一枚を用いて、波長４００〜７８０ｎｍの全域で、完全な１／４波長板にするためには、材料設計が非常に困難で、高い光利用率が要求される高記録密度用では満足できるものではなかった。【０００７】
また、今後、光源の波長を更に短くした次世代規格として期待されている、例えば、Ｂｌｕ−Ｒａｙ Ｄｉｓｋ（ブルーレイ・ディスク）などのように、より高い光利用効率が求められている光記録媒体に対して用いる光ヘッド装置にあっては、前述の１／４波長板などの光学素子は、十分な特性を有していない。例えば、４０５ｎｍ、６６０ｎｍ及び７９０ｎｍの３波長を利用する光ヘッド装置では、４０５ｎｍ用の光学素子、６６０ｎｍ用の光学素子及び７９０ｎｍ用の光学素子、合計３セット配置する必要があり、部品点数が多く装置の体積が大きくなり、さらに組み立て調整にも時間がかかる問題が生じている。
一方、光ヘッド装置を小型化するために、２つの半導体レーザーを接近させて配置したり、複数の波長を発振できる半導体レーザーを用いたりすることが提案されているが、この場合、波長により反射率の異なるビームスプリッタなどを使用しても、波長ごとに光路を切り替えることは困難であるため、各波長での光学素子の共用化が望まれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、光源として３つ以上の異なる波長のレーザー光を用いた光ヘッド装置において、各波長での光学素子を共用化させることで、部品点数を減らし、組み立て時間も短縮化することができる、小型でコスト削減が可能な光ヘッド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】
【０００９】
本発明は、以下の要旨を有する。
１．光源から出射される直線偏光のレーザー光を対物レンズにより集光して光記録謀体ヘ導き、光記録媒体からの反射光を光検出器で受光する光ヘッド装置において、前記レーザー光は、波長の異なる３つ以上のレーザー光のいずれかが用いられ、前記光源と前記対物レンズとの間に前記レーザー光の位相状態を制御する広帯域位相板が設置されており、前記広帯域位相板は、２枚の位相板をそれぞれの光学軸が交差するように重ねられて形成されてなり、前記レーザー光が波長λ1、λ2及びλ3（λ1＜λ2＜λ3）を有するときに、前記２枚の位相板のうち少なくともいずれか一方の位相板に対して、各波長でのリタデーション値Ｒ（λ）についての比の値、〈Ｒ（λ1）／Ｒ（λ3）〉及び〈Ｒ（λ2）／Ｒ（λ3）〉は、次の各式を満たし、
〈Ｒ（λ1）／Ｒ（λ3）〉＜１、
〈Ｒ（λ2）／Ｒ（λ3）〉＜１、
〈Ｒ（λ1）／Ｒ（λ3）〉＜〈Ｒ（λ2）／Ｒ（λ3）〉
前記波長λ1、λ2及びλ3のレーザー光のうちの２つの波長のレーザ光に対応して、楕円率にピークが形成されるような角度をもって、前記２枚の位相板それぞれの光学軸が交差し、
前記広帯域位相板を構成する２枚の位相板の光学軸方向と、前記広帯域位相板に入射する直線偏光の偏光方向とが為す角度θ１、θ２が、θ１＝７５−ａ度及びθ２＝１５＋ａ度、またはθ１＝１５＋ａ度及びθ２＝７５−ａ度のとき、ａを変化させることにより楕円率のピークが形成される波長位置が決定される、光ヘッド装置。
【００１０】
２．前記レーザー光は、波長λ１、λ２及びλ３のいずれかを有するとともに、
前記少なくともいずれか一方の位相板は、リタデーション値Ｒ（λ３）とＲ（λ１）との比の値〈Ｒ（λ１）／Ｒ（λ３）〉が前記波長の比の値（λ１／λ３）よりも大きく、リタデーション値Ｒ（λ３）とＲ（λ２）との比の値〈Ｒ（λ２）／Ｒ（λ３）〉が前記波長の比の値（λ２／λ３）よりも大きく、リタデーション値Ｒ（λ２）とＲ（λ１）との比の値〈Ｒ（λ１）／Ｒ（λ２）〉が前記波長の比の値（λ１／λ２）よりも大きい、
上記１に記載の光ヘッド装置。
【００１１】
３．前記２枚の位相板のうち、前記レーザー光が第１に入射する前記位相板のリタデーション値は、第２に入射する前記位相板のレタデーション値よりも大きく、かつ、前記２つのリタデーション値の比の値が１．８〜２．２である上記１または２に記載の光ヘッド装置。
４．前記２枚の位相板のそれぞれの光学軸の交差角が４０〜７０度の範囲にある、上記１から３のいずれか１つに記載の光ヘッド装置。
５．前記広帯域位相板は、前記３つの波長のレーザー光が透過するときの各波長領域における楕円率が実質的に等しい上記１から４のいずれか１つに記載の光ヘッド装置。
【００１２】
６．前記２つの位相板は、接着層を介して重ねられていて、前記接着層の厚さが１０μｍ以下である上記１から５のいずれか１つに記載の光ヘッド装置。
７．前記２つの位相板は、それぞれ少なくとも１枚の透明基板に接着されて用いられる上記１から６のいずれか１つに記載の光ヘッド装置。
８．前記広帯域位相板がレーザー光の光学的性質を変化させる少なくとも一つの光学素子と一体化されている上記１から７のいずれか１つに記載の光ヘッド装置。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、従来の光ヘッド装置とは異なり、積層される２枚の広帯域位相板のうち少なくともどちらか一方に、波長が短くなるにしたがってリタデーション値も小さくなるような位相板を用いることにより、透過する３つ以上の波長の直線偏光のレーザー光に対してほぼ１／４波長板として機能し、直線偏光を円偏光とすることができるため、各波長での光学素子を共用化でき、部品点数を減らして、組み立て時間も短縮化された小型で低コストな光ヘッド装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る光ヘッド装置を示す構成図。
【図２】本発明の一実施形態に係る広帯域位相板の構成を示す概略断面図。
【図３】図２に示す本発明の広帯域位相板の透過光に対するレタデーション値の波長依存性を示すグラフ。
【図４】本発明における広帯域位相板の透過光に対する楕円率の波長依存性を示すグラフ。
【図５】比較例の広帯域位相板の透過光に対するリタデーション値の波長依存性を示すグラフ。
【図６】比較例の広帯域位相板の透過光に対する楕円率の波長依存性を示すグラフ。
【図７】例２の位相板での透過光に対するレタデーション値の波長依存性を示すグラフ。
【図８】例２の広帯域位相板の透過光に対する楕円率の波長依存性を示すグラフ。
【図９】例３の位相板での透過光に対するレタデーション値の波長依存性を示すグラフ。
【図１０】例３の広帯域位相板の透過光に対する楕円率の波長依存性を示すグラフ。
【図１１】Ｒ１／Ｒ２＝１．８〜２．２における楕円率角の変化を２次元表示したグラフ。
【図１２】図１１を３次元表示したグラフ。
【図１３】θ１＝７５−ａ度及びθ２＝１５＋ａ度とおいて、光学軸の交差角を略６０度とし、ａの値を変化させて、楕円率角が９０度となる２つのピーク波長間の距離を変化させたグラフ。
【図１４】従来の光ヘッド装置を示す構成図。
【符号の説明】
【００１５】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ  半導体レーザー
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ  コリメートレンズ
３、４  ビームスプリッタ
５  アクチュエータ
６  対物レンズ
７，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ  フォトダイオード
８  偏光ホログラム
９  １／４波長板
９Ａ  第１の位相板
９Ｂ  第２の位相板
９０  広帯域位相板
９１  低反射コート膜
９２  ガラス基板
９３  ポリイミド配向膜
９４，９５  高分子液晶薄膜
９６  接着層
１０  広帯域光学素子
Ｄ  ディスク
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る光ヘッド装置を示すものであり、この光ヘッド装置は、光源１と、コリメートレンズ２Ａ〜２Ｃと、第１、第２のビームスプリッタ３，４と、アクチュエータ５に保持された３つの波長に共通の対物レンズ６と、受光素子７とのほかに、偏光ホログラム８および（３種類のレーザー光の位相状態を制御する広帯域位相板で構成した）１／４波長板９を一体化した広帯域光学素子１０が光源１と対物レンズ６との間に設置されている。【００１７】
光源１は、本実施形態では、波長が異なる３種類のレーザー光を出射する半導体レーザー１Ａ，１Ｂ，１Ｃで構成されている。また、受光素子７も、各レーザー光の波長に応じて第１〜第３のフォトダイオード７Ａ〜７Ｃを用いている。
一方、偏光ホログラム８及び１／４波長板９は、一体化されているとともに、アクチュエータ５に搭載された対物レンズ６に対して、ほぼ水平に取り付けられている。ここで使用している１／４波長板９は、本発明にかかる広帯域位相板９０である。この広帯域位相板９０は、２枚の位相板がそれぞれ光学軸を交差するように一体に重ねられた構成のものである。特に、本実施形態の広帯域位相板９０は、レーザー光が波長λ1、λ2及びλ3(λ1＜λ2＜λ3)を有するとき、少なくともいずれか一方の位相板において、各波長でのリタデーション値、つまりＲ（λ1）、Ｒ（λ2）及びＲ（λ3）の各比の値が、次式
〈Ｒ（λ1）／Ｒ（λ3）〉＜１．０、
〈Ｒ（λ2）／Ｒ（λ3）〉＜１．０、
〈Ｒ（λ1）／Ｒ（λ3）〉＜〈Ｒ（λ2）／Ｒ（λ3）〉
・・・（１）
を満たす特性を有している。
式（１）は、各波長におけるリタデーション値の間に、Ｒ（λ１）＜Ｒ（λ２）＜Ｒ（λ３）の関係式が成立するとし、この関係式をＲ（λ３）で割って得られる式（２）より容易に得られる。ただし、０＜Ｒ（λ３）としている。
Ｒ（λ１）／Ｒ（λ３）＜Ｒ（λ２）／Ｒ（λ３）＜１．０          ・・・（２）
したがって、式（１）が成立することは、波長がλ1、λ2、λ3と増加するにつれて、リタデーション値Ｒ（λ1）、Ｒ（λ2）、Ｒ（λ3）が順次増加することを意味する。
このとき、位相板が発生する位相差は波長の増加とともに増加し、波長が長ければ長いほど、位相差はより大きくなる、広帯域位相板を得ることができる。
このような特性を有することにより、広帯域位相板９０は、透過するいずれの波長の直線偏光のレーザーに対してもほぼ１／４波長板として機能し、直線偏光をほぼ円偏光とすることができる。【００１８】
一般に、広帯域位相板に用いられる複屈折材料は、延伸などにより複屈折性を持たせたポリカーボネイトフィルムなどのように、波長が短くなるにつれてリタデーション値が大きくなるという波長依存性（以下、「正常分散特性」という）を有しているが、本発明で用いる複屈折材料は波長が短くなるにつれてリタデーション値が小さくなる特性（以下、「異常分散特性」とよぶ）を有するものである。
この異常分散特性を有する複屈折材料としては、例えば下記の材料が挙げられるが、異常分散特性を示す材料であれば、本発明の位相板材料として何ら限定されるものではない。
（１）複屈折量（即ち、異常光屈折率と常光屈折率との差）が正である高分子のモノマー単位と複屈折量が負である高分子のモノマー単位とを含む共重合体及び／又はブレンド高分子を延伸させたフィルム（特開２００２−１５６５２８号公報参照。）、
（２）２種類以上のメソゲン基を有する化合物と棒状液晶化合物とを含む液晶層を有し、棒状液晶化合物がホモジニアス配向しており、メソゲン基を有する化合物の少なくとも一種類のメソゲン基が、棒状液晶化合物の光学軸方向に対してフィルム面内で４５度から９０度の方向に配向している位相差膜（特開２００２−２６７８３８号公報参照。）、
（３）下記重合性化合物（Ａ）から選ばれる１種以上の化合物、もしくは、下記重合性化合物（Ｂ）から選ばれる１種以上の化合物を含有する重合性液晶組成物を重合してなる高分子液晶フィルム、または、下記重合性化合物（Ａ）の１種以上と下記重合性化合物（Ｂ）の１種以上とを含有する重合性液晶組成物を重合してなる高分子液晶フィルム（特願２００５−１１５８８６参照。）。
CH2=CR1-COO-J1-(E1-J2)n-W1-J3-M-R2・・・・・・・・・（Ａ）
CH2=CR3-COO-J4-E2-COO-W2-OCO-E3-J5-OCO-CR3=CH2・・・（Ｂ）
（ただし、式中のＲ1、Ｒ2、Ｒ3、ｎ、Ｊ1、Ｊ2、Ｊ3、Ｊ4、Ｊ5、Ｅ1、Ｅ2、Ｅ3、Ｗ1、Ｗ2およびＭは、それぞれ以下の内容を表すものである。）
Ｒ1、Ｒ3：それぞれ独立に、水素原子またはメチル基。
Ｒ2：炭素数２〜８のアルキル基。
ｎ：０または１。
Ｊ1：単結合、−（ＣＨ2）a−、または、−（ＣＨ2）bＯ−（ただし、ａおよびｂはそれぞれ独立に、２〜８の整数。）。
Ｊ2、Ｊ3：それぞれ独立に、単結合、−ＯＣＯ−、または、−ＣＯＯ−。
Ｊ4：−（ＣＨ2）tＯ−、または、−（ＣＨ2）uＯ−ＣＯ−（ただし、ｔおよびｕは、それぞれ独立に２〜６の整数。）。
Ｊ5：−Ｏ（ＣＨ2）c−、または、−ＣＯＯ−（ＣＨ2）d−（ただし、ｃおよびｄは、それぞれ独立に２〜６の整数。）。
Ｅ1、Ｅ2、Ｅ3：それぞれ独立に、１，４−フェニレン基またはトランス−１，４−シクロヘキシレン基。ただし、これらの基中の水素原子は、塩素原子、フッ素原子、メチル基またはシアノ基で置換されていてもよい。
Ｗ1、Ｗ2：それぞれ独立に、ナフタレン−１，４−ジイル基、ナフタレン−１，５−ジイル基、アントラセン−１，４−ジイル基、アントラセン−１，５−ジイル基、アントラセン−１，１０−ジイル基、アントラセン−４，９−ジイル基、アントラセン−５，９−ジイル基またはアントラセン−９，１０−ジイル基。ただし、これらの基中の水素原子は、塩素原子、フッ素原子、メチル基またはシアノ基で置換されてもよい。
Ｍ：下記式（ａ）〜（ｆ）で表される基から選ばれるいずれかの基。【００１９】
【化１】
0005034501.tif 000002
このような材料としては、たとえば下記化合物が挙げられる。【００２０】
【化２】
0005034501.tif 000003
【００２１】
以下、出射するレーザー光が３つの異なる波長からなる構成のものとして説明するが、勿論、本発明の光ヘッド装置で使用するレーザー光はこれに限定されるものではなく、４つ以上であってもよい。また、本実施形態における広帯域位相板９０を構成する２つの位相板(これを、「第１、第２の位相板」とする)の代表的な位相差の組合せについては、例えば次の通りとする。ここで、一体に重ねられた位相板にレーザー光が入射するとき、第１、第２の順に入射する位相板、つまり第１、第２の位相板が生じるリタデーション値を、各々、Ｒ１およびＲ２とする。さらに、３つのレーザー光の異なる波長を、波長の短い方から順に、λ1、λ2及びλ3とし、例えばλ1の波長の光が第１の位相板に入射した際に生じるリタデーション値をＲ1（λ1）、λ2の波長の光が第２の位相板に入射した際に生じるリタデーション値をＲ2（λ2）などと定義する。
このとき、第１あるいは第２の少なくともいずれか一方、より好ましくは両方の位相板において、各波長でのリタデーション値Ｒの比の値が前述の（１）式を満たす、つまりＲ（λ1）／Ｒ（λ3）、及びＲ（λ2）／Ｒ（λ3）が、それぞれ、１より小さく、Ｒ（λ1）／Ｒ（λ3）がＲ（λ2）／Ｒ（λ3）よりも小さくなっており、各々のリタデーション値Ｒと２枚の位相板の重ね合わせる光学軸の交差角を最適化させることで、上述の効果、すなわち、直線偏光をほぼ円偏光にする効果をもたらす。
また、第１あるいは第２の少なくともいずれか一方、より好ましくは両方の位相板において、リタデーション値Ｒ（λ3）とＲ（λ1）との比の値、〈Ｒ（λ1）／Ｒ（λ3）〉が波長の比の値（λ1／λ3）よりも大きく、リタデーション値Ｒ（λ3）とＲ（λ2）との比の値、〈Ｒ（λ2）／Ｒ（λ3）〉が波長の比の値（λ2／λ3）よりも大きく、また、リタデーション値Ｒ（λ2）とＲ（λ1）との比の値、〈Ｒ（λ1）／Ｒ（λ2）〉が波長の比の値（λ1／λ2）よりも大きくなることにより、すなわち式（3）の条件を満たすことにより、上述の効果がより一層高められ、直線偏光をほぼ完全に円偏光とすることができる。
〈Ｒ（λ1）／Ｒ（λ3）〉＞（λ1／λ3）、
〈Ｒ（λ2）／Ｒ（λ3）〉＞（λ2／λ3）、
〈Ｒ（λ1）／Ｒ（λ2）〉＞（λ1／λ2）
・・・（3）
式（3）が表現しているリタデーション値の比と波長の比の大小関係は、波長がλ1、λ2、λ3と増加するにつれて、Ｒ（λ1）／λ1、Ｒ（λ2）／λ2、Ｒ（λ3）／λ3が順次減少することと同義である。これは単位波長あたりのリタデーション値が、波長の増加とともに減少することを意味している。
このことは、式（3）の導出過程をみれば明らかである。すなわち、波長の変化の割合よりもリターデーション値の変化の割合の方が小さいという条件である式（4）を変形して、式（3）は導出したものである。
〈Ｒ（λ3）／Ｒ（λ1）〉＜（λ3／λ1）、
〈Ｒ（λ3）／Ｒ（λ2）〉＜（λ3／λ2）、
〈Ｒ（λ2）／Ｒ（λ1）〉＜（λ2／λ1）
・・・（4）
式（3）は、式（1）の限定条件に加え、波長の減少（又は増加）する比よりも緩やかに位相差が減少（又は増加）していく条件となっている。すなわち式（1）で表される効果に加えさらに、波長の位相差がより緩やかに変化するため、入射する波長の変化する割合よりも位相差の変化が小さくなるため、広帯域で位相差の比が変化しにくい効果が得られる。
さらには、各波長におけるリタデーション値Ｒ1（第１の位相板が生じるリタデーション値）がその波長の約１／２倍で、各波長におけるリタデーション値Ｒ2（第２の位相板が生じるリタデーション値）が約１／４であり、これらのリタデーション値の比Ｒ1／Ｒ2が１．８〜２．２とすることにより、λ1〜λ3までのほぼ全域で、直線偏光を円偏光とする広帯域１／４波長板とすることができる。また、各波長におけるリタデーション値Ｒ1がその波長の約９／２倍で、各波長におけるリタデーション値Ｒ2が約９／４であり、これらのリタデーション値の比Ｒ1／Ｒ2が１．８〜２．２としてもよい。この場合も広帯域１／４波長板とすることができる。
Ｒ1／Ｒ2＝１．８〜２．２の関係についてさらに説明する。図11のグラフはＲ1／Ｒ2＝１．８〜２．２における楕円率角の変化を２次元表示で表わしたものであり、図12のグラフは同じ変化を３次元表示で表わしたものである（波長は６９５ｎｍ）。
２次元表示のグラフでは、ドットライン（Ｒ1／Ｒ2＝２）を境にして、下の線群の一番下の線はＲ1／Ｒ2＝約２．２の場合を示し、上の線群の一番上の線はＲ1／Ｒ2＝約１．８の場合を示している。
そして、一番上と下の線は、楕円率がほぼ０．８の境界線となっていることがわかっている。従って、Ｒ1／Ｒ2＝１．８〜２．２にあるものは、楕円率が約０．８以上あり、特に２．０の場合楕円率が１．０又はこれに極めて近い最大の値となる。楕円率が０．８以上あれば、１／４波長板として実用上機能し、０．９以上であればさらに好ましいものとなる。また、３次元グラフを見ると、この様子がよく理解できる。ただし、図12のグラフでは理解しやすくするために、楕円率が０．８より小さい領域も０．８として描かれている。
ここで、楕円率とは、透過楕円偏光の長軸強度をＩａ、短軸強度をＩｂとすると、Ｉｂ／Ｉａで表され、楕円率が１のとき完全な円偏光に対応する。【００２２】
本発明における２つの位相板の厚さは、光の透過効率や製造プロセス上の問題などから、２〜１０μｍの範囲が好ましく、使用される複屈折材料の複屈折量Δｎは、波長５８９ｎｍのときに０．０１〜０．２の範囲にあることが位相差を、自由に選択できて好ましい。
本発明における２つの位相板の重ね合わせには、粘着フィルム、ＵＶ硬化型や熱硬化型の接着剤が使用できる。広帯域位相板の波面収差の低減、温度特性や信頼性の向上のためには、接着層をできるだけ薄くして張り合わせることが望ましく、特に接着層の厚さを１０μｍ以下にすることが望ましい。また、重ね合わせる際の第１及び第２の位相板の光学軸の交差角は、４０〜７０度の範囲が、波長約４００ｎｍから約７９０ｎｍまでの広い波長領域で楕円率を大きく、すなわち０．８以上にすることができるという理由により好ましいが、各々最適化された光学軸の交差角で重ね合わされればよく、特に限定されるものではない。
楕円率が大きく、１．０に近ければ、直線偏光が円偏光に変換されたとき、完全な円偏光に近くなる。前述の図１１では、光学軸の交差角が６０度で、入射光の波長が６９５ｎｍの場合が計算されており、例えば、ドットライン（Ｒ１／Ｒ２＝２）上では、楕円率が殆ど１．０で、ほぼ完全な１／４波長板として機能する。
上記の光学軸の交差角が６０度は、広帯域位相板を構成する第１及び第２の位相板の光学軸方向と、広帯域位相板に入射する直線偏光の偏光方向とが為す角度θ１、θ２を、例えばそれぞれθ１＝７５度及びθ２＝１５度としたものである。本発明においては、３つの波長λ１、λ２及びλ３を用いるものであるが、そのうちの２つの波長、例えば波長λ１及びλ２に着目してこれらの波長において、楕円率を１．０に極めて近くすることができる。このとき、この２つの波長で楕円率にそれぞれピークが形成され、また波長λ３においては、ピークは形成されないものの、１．０に近い値が結果的に得られる。ここで、θ１＝１５度及びθ２＝７５度としても、同じ結果が得られる。
以下、２つの波長λ１及びλ２においてピークが得られるように、設計する方法を説明する。
今、例えばθ１＝７５度及びθ２＝１５度とする。このとき、２つの光学軸の為す角度は６０度である。
この角度からａ度ずれた角度を再度、θ１＝７５−ａ度及びθ２＝１５＋ａ度として再定義する。
図１３にθ１＝７５−ａ度及びθ２＝１５＋ａ度とおいて、光学軸の交差角を略６０度とし、ａの値を変化させて、楕円率が１．０となる２つのピーク波長間の距離を変化させたグラフを示す。図１３には、Ｒ１／Ｒ２＝２として、ａ＝０のとき、ピーク波長が５１５ｎｍにあるところから出発し、ａ値が２から１０まで変化したときの２つの波長λ１及びλ２のピークの位置が変化する様子を示してある。したがって、ａ値を適切に変化させることによって、２つの波長λ１及びλ２の楕円率を１．０近くに維持しながら、そのピークの波長位置を自由に設計できる。このとき３番目の波長λ３の楕円率は上記したように、大きな値を採ることができる。
この設計思想は、実施例における広帯域位相板の設計においても用いられている。なお、上記においては波長λ１及びλ２にピークがくるように設計したが、ピークの位置が、波長λ１及びλ３でもよいし、波長λ２及びλ３でもよい。なお、図１３は一般論として説明するために正常分散特性の場合を描いている。
本発明における広帯域位相板を使用する際には、透過光の波面収差の劣化を回避するために、表面の平滑化処理や基板による接着保持が望ましい。具体的には、少なくとも１枚の透明基板に広帯域位相板を接着して使用することが望ましい。他の光学素子と積層一体化せずに広帯域位相板を単独で用いる場合には、２枚の透明基板により挟み込む構成が波面収差低減・強度確保の点から望ましい。
本発明における広帯域位相板は、単独で使用することもできるが、光ヘッド装置に用いるその他の光学素子と積層一体化することで、部品点数の削減、光ヘッド装置組み立ての簡略化並びに装置の小型化が実現できる。したがって、広帯域位相板がレーザー光の光学的性質を変化させる少なくとも一つの光学素子と一体化されていることが好ましい。
具体的に光学素子とは、光ディスク上での集光特性を改善する、例えば液晶を用いた位相補正素子や、回折により信号光を検出器に導く回折格子、特に偏光方向による回折特性の違いを用いた偏光型回折格子などが挙げられる。本発明に係る広帯域位相板は、偏光方向による特性の違いを利用した光学素子を有する光ヘッド装置に用いると特に効果も大きく、更に小型化・軽量化が要求される光情報の記録再生に用いる光ヘッド装置用の部品に適している。【００２３】
次に、本実施形態の作用について、図１を参照しながら説明する。
波長４０５ｎｍの半導体レーザー１Ａ、波長６６０ｎｍの半導体レーザー１Ｂ及び波長７９０ｎｍの半導体レーザー１Ｃからそれぞれ出射したレーザー光は、コリメートレンズ２Ａ〜２Ｃで平行化され、ビームスプリッタ３及びビームスプリッタ４を介して、偏光ホログラム８及び１／４波長板９を透過し、対物レンズ６で光ディスクＤ上に集光される。
一方、光ディスクＤの表面上に形成されたピットで反射する、このピット情報を含んだ反射光は、それぞれの経路を逆に進行する。ビームスプリッタ４及びビームスプリッタ３を透過又は反射した光ディスクＤからの戻り光は、それぞれコリメートレンズ２Ａ〜２Ｃを透過し、４０５ｎｍ用のフォトダイオード７Ａ、６６０ｎｍ用のフォトダイオード７Ｂ及び７９０ｎｍ用のフォトダイオード７Ｃにより検出される。
この図１に示す光ヘッド装置の構成では、偏光ホログラム８に３つの波長のうちいずれか一方の波長のレーザー光に対して最適化した、または４０５ｎｍおよび６６０ｎｍに対して最適化した偏光ホログラムを使用しており、いずれの波長に対しても、往路は高透過の特性を示し、復路は問題となる効率の低下が発生しない。
【実施例】
【００２４】
「例１」
本実施例について、図２を参照しながら説明する。
図２に示すように、本実施例の広帯域位相板９０は、第１、第２の位相板９Ａ、９Ｂを一体化させて構成する。【００２５】
具体的には、レーザー光の入射する一方の側面（図中、下側の面）に低反射コート膜９１Ａが施された直径１２．５ｃｍ、厚さ０．５ｍｍの透明基板であるガラス基板９２Ａを用意し、このガラス基板９２Ａの光源１（図１参照）と反対側の面（図中、上側の面）にポリイミドの膜を形成し、ラビングによる水平配向処理を施してポリイミド膜９３Ａとする。この配向処理したガラス基板９２Ａ上には、液晶セルとなる後述する透明基板であるガラス基板面９２Ｂとの間のギャップを保持するために、直径３．３μｍのＳｉＯ2ビーズ（図示しない）を５０００個／ｃｍ2の密度で散布する。その後、離型化処理剤（図示しない）が施された図示外の水平配向ガラス基板と、上記配向処理を施したガラス基板９２Ａとを対向させ、ガラス基板９２Ａの外周部に印刷された熱硬化型のエポキシシール剤（図示しない）を用いて、２枚のガラス基板間のギャップを３．３μｍに保持する。
そのギャップには、異常分散特性を有する液晶モノマーを真空注入し、２枚のガラス基板間、つまりガラス基板９２Ａと図示外の前述した水平配向ガラス基板との間に狭持させる。このとき、液晶モノマーには、光重合開始剤を１％添加してＵＶ硬化性の液晶モノマー組成物とする。
その後、波長３６５ｎｍのＵＶ光を液晶材料全体に照射し、水平配向状態のまま液晶性モノマー組成物全体を重合・固化することによって、ガラス基板による構成物全体を固定する。ここで、１４０℃、３０分間の熱処理の後に、上記水平配向対向ガラス基板（図示しない）を離型除去して、厚さ６．６μｍの水平配向した高分子液晶薄膜９４の有機薄膜が形成されている位相板９Ａを作成する。【００２６】
また同様にして、同じＵＶ硬化性の液晶モノマー組成物を用いて、厚さが３．３μｍとなる水平配向した高分子液晶薄膜９５の有機薄膜が形成されている位相板９Ｂを作成する。【００２７】
このとき、第１の位相板９Ａと第２の位相板９Ｂのリタデーション値を測定すると、図３のように波長が短くなるにつれてリタデーション値も小さくなる異常分散特性が得られることが予想され、第１の位相板９Ａと、第２の位相板９Ｂとの各波長におけるリタデーション比は、４００〜８００ｎｍの波長帯域でほぼ２倍である。このときの有機薄膜の複屈折率は、波長４０５ｎｍのときに０．０３６１、波長６６０ｎｍのときに０．０４７３、また、波長７９０ｎｍのときに０．０５となる。なお、図３において、αは第１の位相板９Ａの各波長に対するリタデーション値、βは第１の位相板９Ｂの各波長に対するリタデーション値を示す。
これらの値から各波長におけるＲ（λ）/λを算出すると、波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍ及び７９０ｎｍに対してその比が、８．９１：７．１７：６．３３となり、波長の増加とともに減少していることがわかる。すなわち、波長の増加割合よりもリタデーション値の増加割合が小さいことを示している。【００２８】
次に、第１の位相板９Ａと第２の位相板９Ｂの各有機薄膜側を内側にし、その間にＵＶ硬化型接着剤を滴下してスピンコート装置に設置し、１０００ｒｐｍの回転速度で２０秒間、５０００ｒｐｍの回転速度で１００秒間、回転させ、接着層９６の厚さを５μｍとする。この際、第１の位相板９Ａと第２の位相板９Ｂとの光学軸の交差角が５７度の角度になるように配置する。
その後、５０００ｍＪのＵＶ光を照射し、接着層９６を硬化させて広帯域位相板９０とする。第１の位相板９Ａの光学軸に対して−２０度（紙面水平方向を０度とする）の方向を基準として、広帯域位相板９０を外形５ｍｍ×５ｍｍにダイシング・ソーにより切断し、広帯域位相板素子を得る。【００２９】
次に、波長８６０ｎｍの半導体レーザーからの出射光を基本波とし、非線形光学結晶ＫＮｂＯ3を用いて発生させた第２高調波の波長４３０ｎｍのレーザー光と波長６６０ｎｍの半導体レーザーからの出射光及び波長７８９ｎｍの半導体レーザーからの出射光とを用いて、広帯域位相板９０の楕円率を測定する。
測定する楕円率は、波長４３０ｎｍのレーザー光に対し約０．９６、波長６６０ｎｍのレーザー光に対し約０．９７および波長７８９ｎｍのレーザー光に対し約０．９７となって、実用上充分な特性である。【００３０】
同様にして、他の波長帯域における楕円率の波長分散を測定すると、図４に示すように、ほぼ波長の全域で１／４波長板として機能していることが分かる。また、本実施例の広帯域位相板９０の波面収差は、波長６３３ｎｍのＨｅ-Ｎｅレーザーを用いて測定すると、２５ｍλｒｍｓ（root mean square：平方自乗平均）以下であり、光学素子として充分使用できるレベルである。この広帯域位相板９０を図１に示す光ヘッド装置の１／４波長板９として組み込む。一方、光ヘッド装置の光源１として、４０５ｎｍと６６０ｎｍおよび７９０ｎｍの半導体レーザーを各々設置する。その結果、３つの波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍ及び７９０ｎｍのレーザー光に対して満足できる円偏光が得られ、光利用効率の高い信号光を得ることができる。【００３１】
「比較例」
次に、比較例として、正常分散特性を有する複屈折材料を高分子液晶の形成材料として用いた場合を示す。
この正常分散特性を有する複屈折材料としては、一般的な側鎖型高分子液晶を形成するモノマーを使用する。この液晶モノマーを使用した広帯域位相板を「例１」と同様な方法にて作成する。このとき入射側の第１の位相板の厚さは５．２μｍ、出射側の第２の位相板の厚さは２．６μｍとし、これら位相板の光学軸の交差角が５６度の角度になるように配置する。この広帯域位相板における入射側及び出射側の位相板のリタデーション値は、図５のグラフγ、δのようになり、波長が短くなるにつれてリタデーション値も大きくなる、つまり正常分散特性を有することが分かる。このときの有機薄膜の複屈折率は、波長４０５ｎｍのときに０．０５０８、波長６６０ｎｍのときに０．０４５３、また、波長７９０ｎｍのときに０．０４４３である。
次に、この比較例の広帯域位相板を用いて、各波長領域における楕円率の波長分散をしらべたところ、この楕円率の波長分散は、図６のようになり、波長４３０ｎｍのレーザー光では約０．９９、波長６６０ｎｍのレーザー光では約０．９９および波長７８９ｎｍのレーザー光では約０．８２を示した。
この比較例１での楕円率波長分散の測定結果である図６と、「例１」での楕円率波長分散の予想結果である図４とを比較すると、明らかなように、「例１」の図４のグラフは、比較例１の図６のグラフよりも、楕円率が波長によらず一定であり、かなりの広帯域な波長帯においてほぼ完全な１／４波長板となっていることが分かる。この結果は、複数のレーザー光を用いる光ヘッド装置における広帯域位相板として、本実施形態の方が優れていることを示している。【００３２】
「例２」
この「例２」では、異常分散特性を有する材料として、２種類の液晶モノマーを使用する場合を示す。
このとき、２種類の液晶モノマーとしては、有機薄膜を形成する場合の複屈折量が、波長４０５ｎｍのときに０．０３６１、波長６６０ｎｍのときに０．０４７３及び波長７９０ｎｍのときに０．０５００である液晶モノマーと、波長４０５ｎｍのときに０．０１９４、波長６６０ｎｍのときに０．０２３９及び波長７９０ｎｍのときに０．０２５０である液晶モノマーとを用いる。
これらの液晶モノマーを用いて、「例１」と同様な方法にて、広帯域位相板を作成する。このとき入射側の第１の位相板の厚さは６．６μｍ、出射側の第２の位相板の厚さは６．３μｍとし、これら位相板の光学軸の交差角が６１度の角度になるように配置する。この広帯域位相板における、入射側および出射側の第１および第２の位相板のリタデーション値は、図７のようになり、波長が短くなるにつれて出射側のリタデーション値が小さくなる、異常分散特性を有している。【００３３】
次に、この広帯域位相板素子を用いて、各波長領域における楕円率の波長分散を調べると、この波長分散は、図８のようになり、波長４３０ｎｍのレーザー光では約０．９６、波長６６０ｎｍのレーザー光では約０．９６および波長７８９ｎｍのレーザー光では約０．９６を示す。図８と「例１」で行った楕円率波長分散の予想結果である図４とを比較すると、ほぼ同じような波長分散特性になっていることが分かる。また、明らかなように、「例２」の図８の方は、比較例１の図６よりも、楕円率が波長によらず一定であり、かなりの広帯域な波長帯においてほぼ完全な１／４波長板となっていることが分かる。【００３４】
「例３」
下記化合物（１Ａ）、下記化合物（１Ｂ）、下記化合物（１Ｃ）及び下記化合物（１Ｕ）を６：８：６：５（モル比）で混合し、液晶組成物Ａを得た。この液晶組成物Ａを用いて有機薄膜を形成したところ、その複屈折量は、波長４０５ｎｍのときに０．００６５、波長６６０ｎｍのときに０．０１０５及び波長７９０ｎｍのときに０．０１０７であった。
これらの値から各波長におけるＲ（λ）/λを算出すると、波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍ及び７９０ｎｍに対してその比が、１．６５：１．５９：１．３５となり、波長の増加とともに減少していることがわかる。すなわち、波長の増加割合よりもリタデーション値の増加割合が小さいことを示している。【００３５】
【化３】
0005034501.tif 000004
【００３６】
この液晶組成物Ａを用いて、「例１」と同様な方法にて、広帯域位相板を作成する。このとき入射側の第１の位相板の厚さは３１．５μｍ、出射側の第２の位相板の厚さは１５．８μｍとし、これら位相板の光学軸の交差角が５９度の角度になるように配置する。このとき、第１の位相板９Ａと第２の位相板９Ｂのリタデーション値を測定した結果、図９のように波長が短くなるにつれてリタデーション値も小さくなる異常分散特性が得られており、第１の位相板９Ａと、第２の位相板９Ｂとの各波長におけるリタデーション比は、４００〜８００ｎｍの波長帯域でほぼ２倍である。
次に、この広帯域位相差素子を用いて、各波長領域における楕円率の波長分散を調べたところ、この波長分散は、図１０のようになり、波長４３０ｎｍのレーザー光では約０．９６、波長６６０ｎｍのレーザー光では約０．９５および波長７８９ｎｍのレーザー光では約０．９９を示した。図１０と「例１」で行った楕円率波長分散の測定結果である図４とを比較すると、ほぼ同じような波長分散特性になっていることが分かる。また、明らかなように、「例３」の図１０の方は、比較例１の図６よりも、楕円率が波長によらず一定であり、かなりの広帯域な波長帯においてほぼ完全な１／４波長板となっていることが分かる。
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施し得るものである。即ち、本発明は、広帯城１／４波長板のみならず、広帯域１／２波長板や広帯域３／４波長板などに応用できることは自明である。また、本発明の効果を損なわない範囲内で種々応用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の光ヘッド装置は、従来の光ヘッド装置とは異なり、積層される２枚の広帯域位相板のうち少なくともどちらか一方に、波長が短くなるにしたがってリタデーション値も小さくなるような位相板を用いることにより、透過する３つ以上の波長の直線偏光のレーザー光に対してほぼ１／４波長板として機能し、直線偏光を円偏光とすることができる効果を有する。このため、各波長での光学素子を共用化でき、部品点数を減らして、組み立て時間も短縮化された小型で低コストの光ヘッド装置を提供できる。
また、本発明の広帯域位相板は、使用する波長帯全域でほぼ完全な１／４波長板として作用するので、半導体レーザーから出射される光の波長に、ロットの違いなどでバラツキがあっても、問題なく直線偏光を円偏光に変換することができる。
なお、２００４年９月１４日に出願された日本特許出願２００４−２６６７２８号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の開示として取り入れるものである。
【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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【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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