叠层波长板以及使用该叠层波长板的光拾取装置

摘要

本发明提供一种叠层波长板以及使用该叠层波长板的光拾取装置，该叠层波长板能对应多种不同的波长，能将相位差变动抑制为最小限度。若设波长为λA的光在第一波长板的相位差为ΓA1，设在第二波长板的相位差为ΓA2，设波长为λB的光在第一波长板的相位差为ΓB1，设在第二波长板的相位差为ΓB2，设第一波长板的面内方位角θ1为－21°，设第二波长板的面内方位角θ2为45°，设波长为λA的光的正常光线折射率noA与异常光线折射率neA的差为ΔnA，设波长为λB的光的正常光线折射率noB与异常光线折射率neB的差为ΔnB，则该叠层波长板通过如下条件确定：ΓA1＝360°+360°×2NA，ΓA2＝180°+360°×NA，ΓB1＝360°×2NB，ΓB2＝360°×NB，NB＝(ΔnB/ΔnA)×(λA/λB)×(0.5+NA)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种叠层波长板以及使用该叠层波长板的光拾取装置。

背景技术

在对CD(compact disc：只读光盘)和DVD(digital versatile disc：数字通用光盘)等光盘和光磁盘等光记录介质进行记录、再现的光拾取装置中，由于对CD和DVD的兼容性的需求，使用了对应于多种波长的波长板。

例如，在专利文献1中，公开了具有1625nm的相位差的波长板，并记载了以下内容：关于该波长板，针对波长为650nm的激光，由于1625nm＝325nm+650nm×2，因此实质上以弧度表示的话，产生325nm/650nm×2π＝π的相位差，针对波长为790nm的激光，由于1625nm＝835nm+790nm×1，因此实质上以弧度表示的话，产生的相位差。此外公开了具有1950nm的相位差的波长板，并记载了以下内容：针对波长为650nm的激光，由于1950nm＝650nm+650nm×2，因此实质上以弧度表示的话，产生650nm/650nm×2π＝2π的相位差，针对波长为790nm的激光，由于1950nm＝370nm+790nm×2，因此实质上以弧度表示的话，产生的相位差。

在专利文献2中记载了如下内容：将具有双折射性的有机薄膜经由粘接剂层叠于两片透明基板之间，针对波长为650nm的激光，相位差为2π(m₁-1/2)，实质上产生π的相位差，针对波长为790nm的激光，相位差为2πm₂，实质上产生2π的相位差。

专利文献3中公开了这样的叠层型波长板：通过将第一波长板(材料为具有双折射性的有机材料)和第二波长板(材料为具有双折射性的有机材料)以彼此的光学轴成24°地交叉的方式层叠起来而形成，其中，针对790nm波段的光，第一波长板具有593nm(＝3/4×790nm)的相位差，第二波长板则具有395nm(＝1/2×790nm)的相位差，并且记载了以下内容：针对波长为660nm的直线偏振光，使极化面旋转45°，针对波长为790nm的直线偏振光，将偏光状态转换成圆偏振光。

此外，专利文献4中公开了这样的叠层型波长板：通过将第一波长板和第二波长板以彼此的光学轴成45°地交叉的方式层叠起来而形成，其中，针对波长655nm的光，第一波长板具有2700°(＝180°+360°×7，所谓7次模式180°，实质相位差为180°)的相位差，而第二波长板的相位差为630°(＝270°+360°×1，所谓1次模式270°，实质相位差为270°)，并且还记载了以下内容：针对波长为655nm的光，作为1/4波长板发挥作用，针对波长为785nm的光，作为1/2波长板发挥作用。进而公开了这样的叠层型波长板：通过将第一波长板和第二波长板以彼此的光学轴成45°地交叉的方式层叠起来而形成，其中，针对波长655nm的光，第一波长板具有2700°(＝180°+360°×7，所谓7次模式180°，实质相位差为180°)的相位差，第二波长板的相位差为1260°(＝180°+360°×3，所谓3次模式180°，实质相位差为180°)，并且公开了以下内容：针对波长为655nm的光，作为1/2波长板发挥作用，针对波长为785nm的光，作为2/2波长板发挥作用。

专利文献1：日本特开2001-209963号公报

专利文献2：日本特开2002-14228号公报

专利文献3：日本特开2002-250815号公报

专利文献4：国际公开WO2003/91768号公报

然而，由于波长板所具有的相位差是波长的函数，因此具有若使用的波长变化则相位差也会变化的波长依赖性，所以在专利文献1到专利文献3所公开的波长板中，具有激光产生的相位差会产生大的变化的问题。

即，由于相位差具有波长依赖性，所以如表示波长与相位差的关系的图12所示，若波长偏离预定值，则相位差会大幅度变化。例如，将该波长板搭载于光拾取装置的话，当因使用的半导体激光器等光源产生的温度漂移等而使从该光源射出的激光的波长产生偏差的时候，透过所述波长板的所述激光产生的相位差会发生大的变化。

与此相对，关于专利文献4中公开的叠层型波长板，具有相位差补偿功能，即、即使从光源射出的激光的波长产生了偏差，也能够对透过该叠层型波长板的激光产生的相位差的变化进行校正，因此改善了波长依赖性，但却存在如下问题：在作为1/2波长板发挥作用的时候，不能使入射到该叠层型波长板的激光的直线偏振光的极化面旋转90°。

如图13(A)、(B)所示，在使激光入射到将第一波长板62和第二波长板63层叠起来而成的叠层波长板61的情况下，使用图13(C)所示的庞加莱球进行说明。

如图13(A)、(B)所示，叠层波长板61通过将配置于激光入射侧的第一波长板62和配置于出射侧的第二波长板63，以第一波长板62的光学轴62a与第二波长板63的光学轴63a成交叉角度45°(＝57°-12°)交叉的方式层叠起来而形成。

在图13(C)中，从赤道上的点P_O入射的直线偏振光64在透过第一波长板62时产生180°+360°×7的相位差，因此以轴R₁为旋转轴旋转180°+360°×7，到达点P₁。进而，在透过第二波长板63时，产生180°+360°×3的相位差，因此以轴R₂为旋转轴旋转180°+360°×2，到达点P2。点P2位于庞加莱球的赤道上，直线偏振光64透过第一波长板62和第二波长板63时产生的相位差实质上为180°，但是从叠层波长板61射出的直线偏振光65的偏光面相对于直线偏振光64的极化面旋转了大约120°。即，入射光的直线偏振光的极化面与出射光的直线偏振光的极化面不是正交关系，因此存在如下问题：不适合将P偏振光转换为S偏振光的情况或者将异常光转换为正常光所必需的光学系统(用途)等。

因此，期望实现这样的波长板：即使在因光源产生的温度漂移等而使得从光源射出的激光的波长产生偏差的情况下，也能够进行相位补偿，以将入射了激光的波长板产生的相位差变动抑制为最小限度，而且在作为1/2波长板发挥作用的情况下能够使直线偏振光的极化面旋转90°

在具有CD和DVD的兼容性的光拾取装置中，这样的期望不仅体现在与785nm左右的波长区域和655nm左右的波长区域的两种不同波长对应的光学元件中，在与CD 785nm左右的波长区域、DVD 655nm左右的波长区域以及蓝光(Blue-ray)和HDDVD等405nm左右的波长区域的三种不同波长对应的光学元件中也有要求。

发明内容

本发明的目的在于提供这样的叠层波长板和使用该叠层波长板的光拾取装置：能够对应于多种不同的波长，并且即使使用的波长偏离预定值，也能够进行相位补偿以将波长板产生的相位差变动抑制为最小限度，而且在作为1/2波长板发挥作用的情况下能够使直线偏振光的极化面旋转90°。

本发明的叠层波长板对应于至少包括λ_A、λ_B两种波长的多种波长，而且该叠层波长板是将配置于入射侧的第一波长板与配置于出射侧的第二波长板以光学轴交叉的方式层叠起来而成的，其特征在于，

若设针对波长λ_A所述第一波长板中的相位差为Γ_A1，

设针对波长λ_A所述第二波长板中的相位差为Γ_A2，

设针对波长λ_B所述第一波长板中的相位差为Γ_B1，

设针对波长λ_B所述第二波长板中的相位差为Γ_B2，

设所述第一波长板的面内方位角θ₁为θ₁＝-21°，

设所述第二波长板的面内方位角θ₂为θ₂＝45°，

设针对波长λ_A的正常光线折射率no_A与异常光线折射率ne_A的差(ne_A-no_A)、即双折射率差为Δn_A，

设这对波长λ_B的正常光线折射率no_B与异常光线折射率ne_B的差(ne_B-no_B)、即双折射率差为Δn_B，

则所述叠层波长板满足：

Γ_A1＝360°+360°×2N_A    ……(1)

Γ_A2＝180°+360°×N_A     ……(2)

Γ_B1＝360°×2N_B          ……(3)

Γ_B2＝360°×N_B    ……(4)

N_B＝(Δn_B/Δn_A)×(λ_A/λ_B)×(0.5+N_A)    ……(5)。

其中，N_B根据上述算式(2)、(4)求得。

根据算式(2)，

Γ_A2＝180°+360°·N_A＝{360·Δn_A·d₂}/λ_A  ……(2)’

其中，d₂是第二波长板的厚度尺寸

根据算式(4)，

Γ_B2＝360°·N_B＝{360·Δn_B·d₂}/λ_B  ……(4)’

将通过(2)’、(4)’求出的算式用d₂联立起来则成为(5)。

在以上结构的本发明中，根据算式(1)(2)，具有第一波长板和第二波长板的叠层波长板针对波长λ_A作为1/2波长板发挥作用，根据算式(3)(4)，叠层波长板针对波长λ_B作为λ板(1波长板)发挥作用。

并且，根据算式(5)，关于入射的光的波长，即使实际使用的波长比预定值的波长λ_A、λ_B要短，与该短的部分相应的相位差也被抵消，或者即使实际使用的波长比预定值的波长λ_A、λ_B要长，与该长的部分相应的相位差也被抵消，因此实际出射的波长不会偏离预定值。

这里，在本发明中优选的是(N_A，N_B)的组合为以下的任一种：

(N_A，N_B)＝(2.0，2.0)    ……(a1)

(N_A，N_B)＝(3.0，3.0)    ……(a2)

(N_A，N_B)＝(8.0，7.0)    ……(a3)

(N_A，N_B)＝(9.0，8.0)    ……(a4)

进而，优选的结构为所述λ_A和所述λ_B中的任一方在390～410nm的波段内。

通过该结构的本发明，能够提供可以用于蓝光等的叠层波长板。

本发明的光拾取装置具有：激光光源；将该激光会聚到记录介质上的物镜；以及检测器，其对会聚到所述物镜并被所述记录介质反射的出射光进行检测，上述光拾取装置的特征在于，在所述激光光源和所述物镜之间的光路上配置有所述叠层波长板。

通过该结构的本发明，能够提供能够实现所述效果的光拾取装置。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式所述的叠层波长板的概要结构的图，(A)是主视图，(B)是侧视图。

图2是表示用于说明所述叠层波长板的庞加莱球的立体图。

图3是表示用于说明所述叠层波长板的庞加莱球的立体图。

图4(A)(B)分别是表示庞加莱球的俯视图。

图5(A)(B)分别是表示庞加莱球的俯视图。

图6是表示最优化前后的波长和转换效率的关系的曲线图。

图7是表示最优化后的波长和转换效率的关系的曲线图。

图8是表示最优化后的波长和转换效率的关系的曲线图。

图9是表示本发明的一个实施方式所述的光拾取装置的概要立体图。

图10(A)是表示与图9不同的光拾取装置的概要立体图，(B)是表示激光光源附近的主视图。

图11(A)(B)分别是本发明的变形例所述的叠层波长板的概要图。

图12是用于说明现有例的课题的图，是表示波长和相位差的关系的曲线图。

图13是用于说明现有例的课题的图，(A)是叠层波长板的主视图，(B)是叠层波长板的立体图，(C)是表示用于说明叠层波长板的庞加莱球的立体图。

标号说明

1，1a，1b，5：叠层波长板；2：第一波长板；3：第二波长板；10：光拾取装置；11A，11B，21：激光光源；12：物镜；14：半透半反镜。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。

首先，对本实施方式的叠层波长板进行说明。图1表示本实施方式所述的叠层波长板的概要结构，(A)是从激光入射方向观察叠层波长板的主视图，(B)是侧视图。

在图1中，叠层波长板1通过将配置于激光入射侧的第一波长板2和配置于出射侧的第二波长板3以第一波长板2的结晶光学轴2a与第二波长板3的结晶光学轴3a交叉的方式层叠起来而形成的。第一波长板2和第二波长板3均由具有双折射性的结晶材料形成，作为该结晶材料，例如可以例举水晶、LiNbO3(铌酸锂)、蓝宝石、BBO(偏硼酸钡)、方解石、YVO4(钒酸钇)等，但此处使用水晶作为材料来进行说明。第一波长板2和第二波长板3例如使用粘接剂彼此粘贴在一起。并且，使构成叠层波长板1的第一波长板2和第二波长板3的材料、即水晶的切割角度为这样的角度：使这些波长板的主表面(入射出射面)的法线与水晶的结晶光学轴(Z轴)所成的角度为90°(以下称作90°Z)。

在该叠层波长板1中，入射到叠层波长板1的激光的直线偏振光的极化面与第一波长板2的结晶光学轴2a所成的角度用面内方位角θ₁表示，所述直线偏振光的极化面与第二波长板3的结晶光学轴3a所成的角度用面内方位角θ₂表示。

本实施方式的叠层波长板1可利用的波长区域较宽，例如为CD中使用的785nm左右的波长区域，DVD中使用的655nm左右(650～670nm)的波长区域，以及蓝光或HDDVD等中使用的405nm左右的波长区域(390～410nm)。

叠层波长板1是针对包括λ_A、λ_B两种波长的多种波长具有预期的相位差的叠层波长板，其由第一波长板2和第二波长板3构成，第一波长板2相对于波长λ_A发挥使相位差为多模式的360°的作用，第二波长板3相对于波长λ_A发挥使相位差为多模式的180°的作用。

使用图2～图5所示的庞加莱球，对入射到叠层波长板1的直线偏振光的偏光状态的光学变化进行说明。

在图2中，从点P_O入射的直线偏振光51以第一波长板2的光轴R₁为中心旋转360°的倍数的角度(实质为360°)到达点P₁(点P_O)的位置，接着，以第二波长板3的光轴R₂为中心旋转180°+360°的倍数的角度(实质为180°)到达点P₂，变成直线偏振光52从第二波长板3的出射面射出。点P₂位于庞加莱球中的与点P_O相反一侧的赤道上，因此不仅能够将入射到第一波长板2的直线偏振光51的相位错开180°，而且能够使直线偏振光的极化面旋转90°。即，直线偏振光51的极化面与直线偏振光52的极化面是正交关系。

叠层波长板1相对于波长λ_B发挥使第一波长板2的相位差为360°的多模式的作用，并发挥使第二波长板3的相位差为360°的多模式的作用。

在图3中，从点P_O入射的直线偏振光51以第一波长板2的光轴R₁为中心旋转360°的倍数的角度到达点P₁(点P_O)的位置，接着，以第二波长板3的光轴R₂为中心旋转360°的倍数的角度到达点P₂(点P₁、点P_O)。点P₂与庞加莱球的点P_O位于相同位置。

在本实施方式中，通过将第一波长板2的面内方位角θ₁和第二波长板3的面内方位角θ₂设定为预定值，即使因入射光的波长变化而导致第一、第二波长板2、3的相位差相对于预定值产生变化，由于以使第一、第二波长板2、3的相位差的变化相互抵消的方式设定面内方位角θ₁和θ₂，因此抑制了叠层波长板1的波长依赖性，叠层波长板1上具有校正功能以相对于多种波长的激光产生预定的相位差。

从点P_O入射的直线偏振光51通过透过第一波长板2而产生相位差，以轴R1为旋转轴旋转360°+360°×n的角度到达点P₁(点P_O)。接着，通过透过第二波长板3而产生相位差，从点P_O开始以轴R₂为旋转轴旋转180°+360°×m的角度到达点P₂的位置，变成直线偏振光52从叠层波长板1射出。这表示直线偏振光的偏光面旋转了90°。

这里，对由于波长从预定波长向短波长方向偏离而使得相位差发生较大变动的情况进行说明。

从点P_O入射的直线偏振光51通过透过第一波长板2而产生相位差，此时以轴R₁为旋转轴旋转了超过360°+360°×n的角度，到达点P₁’的位置。接着，通过透过第二波长板3而产生相位差，以轴R₂为旋转轴旋转了超过180°+360°×m的角度，但是由于此时的起点为点P₁’，因此只要近似地表示时满足弦的关系，则透过第一波长板2和第二波长板3时产生的相位差实质上为大致180°，能够到达点P₂附近的P₂’位置。为了满足弦的关系，只要调整表示第一波长板2的光学轴的轴R₁与轴S₁所成的角度即可。

在图3中，从点P_O入射的直线偏振光51通过透过第一波长板2而产生相位差，到达以轴R₁为旋转轴旋转了360°+360°×n的角度后的位置，即到达点P₁(点P_O)。接着，通过透过第二波长板3而产生相位差，从点P_O到达以轴R₂为旋转轴旋转了360°+360°×m的角度后的位置，即到达点P₂的位置。这表示直线偏振光的偏光面旋转了180°，与直线偏振光51的极化面一致。

这里，对由于波长从预定波长向短波长方向偏离而使得相位差发生较大变动的情况进行说明。

从点P_O入射的直线偏振光51通过透过第一波长板2而产生相位差，此时以轴R₁为旋转轴旋转了超过360°+360°×n的角度，到达点P₁’的位置。接着，通过透过第二波长板3而产生相位差，以轴R₂为旋转轴旋转了超过360°+360°×m的角度，但是由于此时的起点为点P₁’，因此只要近似地表示时满足弦的关系，则透过第一波长板2和第二波长板3时产生的相位差实质上为360°，因此能够到达点P₂附近的P₂’位置。为了满足弦的关系，只要调整表示第一波长板2的光学轴的轴R₁与轴S₁所成的角度即可。

即，在本实施方式中，在第二波长板3的相位差Γ₂因入射光的波长变化而产生了ΔΓ₂的相位差变化的情况下，只要使该相位差变化ΔΓ₂与第一波长板2的波长的变化所致的相位差变化ΔΓ₁相抵消，就能够抑制叠层波长板1的波长依赖性。

第二波长板3的波长变化所致的相位差变化ΔΓ₂具有由基板材料的波长分散确定的一定数值，通过调整第一波长板2的面内方位角θ₁，能够使第一波长板2的波长变化所致的相位差变化ΔΓ₁的大小可变。

另外，相位差变化ΔΓ₁、ΔΓ₂表示以预定波长的相位差Γ₁、Γ₂为中心，分别在±ΔΓ₁/2、±ΔΓ₂/2的范围内变动的变动幅度。

第一波长板2和第二波长板3的关系式可以通过以下的算式导出。

若设第一波长板2的针对波长λ_A的相位差为Γ_A1，设第二波长板3的针对波长λ_A的相位差为Γ_A2，则由于叠层波长板1针对波长λ_A作为1/2波长板发挥作用，因此相位差Γ_A1、Γ_A1可以表示如下。

Γ_A1＝360°+360°×2N_A(N_A＝1，2，3，…正整数)  ……(1)

Γ_A2＝180°+360°×N_A(N_A＝1，2，3，…正整数)  ……(2)

接着，若设第一波长板2的针对波长λ_B的相位差为Γ_B1，设第二波长板3的针对波长λ_B的相位差为Γ_B2，则由于叠层波长板1针对波长λ_B作为2/2波长板发挥作用，因此相位差Γ_B1、Γ_B1可以表示如下。

Γ_B1＝360°×2N_B(N_B＝1，2，3，…正整数)  ……(3)

Γ_B2＝360°×N_B(N_B＝1，2，3，…正整数)  ……(4)

在本实施方式中，若设切割角度为90°Z的水晶的针对波长λ_A的正常光线折射率no_A与异常光线折射率ne_A的差(ne_A-no_A)、即双折射率差为Δn_A，设针对波长λ_B的正常光线折射率no_B与异常光线折射率ne_B的差(ne_B-no_B)、即双折射率差为Δn_B，

则利用N_B＝(Δn_B/Δn_A)×(λ_A/λ_B)×(0.5+N_A)    ……(5)的条件，以次数N_A、N_B确定的方式设计叠层波长板1。

其中，N_B为对算式(2)、(4)进行如下展开而求得的。

算式(2)可以如下表示，

Γ_A2＝180°+360°×N_A＝{360/λ_A}×Δn_A×d₂  ……(2)’。

其中，d₂是第二波长板的厚度尺寸，

d₂＝(180°+360°×N_A)×(λ_A/360°/Δn_A)

＝(0.5+N_A)×(λ_A/Δn_A)  ……(2)”。

接着，算式(4)可以如下表示，

Γ_B2＝360°×N_B＝{360°/λ_B}×Δn_B×d₂  ……(4)’

d₂＝(360°×N_B)×(λ_B/360°/Δn_B)

＝N_B×(λ_B/Δn_B)。

因此，根据算式(2)’、(4)’，得到

(0.5+N_A)×(λ_A/Δn_A)＝N_B×(λ_B/Δn_B)

N_B＝(λ_A/Δn_A)/(λ_B/Δn_B)×(0.5+N_A)

＝(Δn_B/Δn_A)×(λ_A/λ_B)×(0.5+N_A)    ……(5)

这里，若设波长λ_A为660nm，设波长λ_B为785nm，设Δn_A为0.0090181，设Δn_B为0.0089091，则N_A与N_B为如下表1所示的关系。

表1

【表1】

    N_A    N_B    1.0    1.2    2.0    2.1    3.0    2.9    4.0    3.7    5.0    4.6    6.0    5.4    7.0    6.2    8.0    7.1    9.0    7.9    10.0    8.7

为了发挥在波长λ_A以及λ_B时使叠层波长板1产生的相位差实质上为360°或者180°的作用，理想的是N_A和N_B两方均为整数。但是，根据波长λ_A和λ_B的设定值的不同，有时N_A和N_B不取整数。在这样的情况下，虽然选择非整数值作为N_A和N_B，但是N_A和N_B越接近整数，相位差越接近360°或180°，接近理想值。因此，在N_A和N_B不取整数的情况下，选取最接近整数的值作为N_A和N_B。

在表1所示的N_A和N_B的关系中，优选以下情况N_A为2.0、N_B为2.1；N_A为3.0、N_B为2.9；N_A为8.0、N_B为7.1；N_A为9.0、N_B为7.9。这里，对选择的N_B的小数点以下进行四舍五入。

这里，相对于波长λ_A，叠层波长板(参照图2)的第一波长板2作为360°的多模式发挥作用，第二波长板3作为180°的多模式发挥作用，在该情况下，要考虑庞加莱球上的坐标P_O(P₁)因第二波长板3产生的相位差变化ΔΓ₂而变为了P₁”的情况。

在图4(A)中，由于第二波长板3产生的相位差变化ΔΓ₂，庞加莱球上的坐标P_O(P₁)变为P₁”，若该P_O→P₁”的距离近似地用直线X₂表示的话，则ΔΓ₂和X₂满足如下算式(6)。其中，k为庞加莱球的半径。

X₂²＝2k²-2k²COSΔΓ₂    ……(6)

接下来，同样地，在图4(B)中，由于第一波长板2产生的相位差变化ΔΓ₁，庞加莱球上的坐标P_O(P₁)变为P₁’，若该P_O→P₁’的距离近似地用直线X₁表示的话，则ΔΓ₁和X₁满足如下算式(7)。其中，r为以R₁为旋转轴旋转ΔΓ₁时的半径。

X₁²＝2r²-2r²COSΔΓ₁    ……(7)

关于以上的关系，在下述情况下也是相同的：相对于波长λ_B，叠层波长板(参照图3)的第一波长板2作为360°的多模式发挥作用，第二波长板3作为360°的多模式发挥作用。

在图5(A)中，由于第二波长板3产生的相位差变化ΔΓ₂，庞加莱球上的坐标P_O(P₁)变为P₁”，若该P_O→P₁”的距离近似地用直线X₂表示的话，则ΔΓ₂和X₂满足上述算式(6)。

接下来，在图5(B)中，由于第一波长板2产生的相位差变化ΔΓ₁，庞加莱球上的坐标P_O(P₁)变为P₁’，若该P_O→P₁’的距离近似地用直线X₁表示的话，ΔΓ₁和X₁满足上述算式(7)。

并且，r可以使用第一波长板2的面内方位角θ₁通过算式(8)表示。

r²＝2k²-2k²COS2θ₁       ……(8)

进而，由算式(7)和(8)可以导出算式(9)。

X₁²＝4k²(1-COS2θ₁)(1-COSΔΓ₁)    ……(9)

因此，要使第一波长板2和第二波长板3的相位差变化相互抵消掉，需要使

根据算式(6)和算式(9)，以下关系成立：

X₁²＝X₂²

2k²-2k²COSΔΓ₂＝4k²(1-COS2θ₁)(1-COSΔΓ₁)  ……  (10)

使算式(10)中的k标准化后总结得到：

1-COSΔΓ₂＝2(1-COS2θ₁)(1-COSΔΓ₁)

2(1-COS2θ₁)＝(1-COSΔΓ₂)/(1-COSΔΓ₁)

1-COS2θ₁＝(1-COSΔΓ₂)/{2×(1-COSΔΓ₁)}

COS2θ₁＝1-(1-COSΔΓ₂)/{2×(1-COSΔΓ₁)}  ……(11)

这里，由于第一波长板2与第二波长板3由相同波长分散的基板材料构成，因此若设

m＝Γ_A1/Γ_A2

则可以得到如下算式。

ΔΓ₁＝m×ΔΓ₂  ……  (12)

将算式(12)代入算式(11)的话，则可以导出如下算式(13)。

COS2θ₁＝1-(1-COSΔΓ₂)/{2×(1-COS(m×ΔΓ₂))}  ……(13)

算式(13)表示通过第二波长板3产生的相位差变化ΔΓ₂确定了第一波长板2的面内方位角θ₁。

根据以上算式计算出第一波长板2和第二波长板3的具体参数。采用上述求得的(N_A，N_B)的值中的算式(a1)。

(N_A，N_B)＝(2.0，2.0)    ……(a1)

针对波长λ_A的第一波长板2的相位差Γ_A1根据算式(1)为，

Γ_A1＝360°+360°×2×2.0＝360°+360°×4＝1800°

针对波长λ_A的第二波长板3的相位差Γ_A2根据算式(2)为，

Γ_A2＝180°+360°×2.0＝900°

并计算出波长范围在390～410nm中时作为1/2波长板发挥作用时的参数。

针对波长λ_A的第一波长板2的相位差Γ_A1为1800°，针对波长λ_A的第二波长板3的相位差Γ_A2为900°，因此

m＝Γ_A1/Γ_A2＝1800°/900°＝2

此外，叠层波长板1的基板材料为切割角度是90°Z的水晶，波长λ_A的中心波长为660nm，在±25nm范围内观察的情况下，第二波长板3的相位差变化ΔΓ₂相对于中心波长为±ΔΓ₂/2＝±45°  ……(14)

因此，将m＝2，ΔΓ₂＝90°代入算式(13)中，则求得第一波长板2的面内方位角θ₁为

COS2θ₁＝1-(1-COSΔΓ₂)/{2×(1-COS(m×ΔΓ₂))}

＝1-(1-COS90°)/{2×(1-COS(2×90°))}

＝1-1/{2×(1-(-1))}

＝1-1/4

＝3/4

$>{\theta }_1=1/2\times {\mathrm{COS}}^{-1}(3/4)$>

在图1(a)中，关于面内方位角的正负，相对水平轴x，设逆时针旋转的方向为正，设顺时针旋转的方向为负，因此θ₁为大约-21°。

并且，第二波长板3的面内方位角θ₂为45°。

因此，当λ_A在波长范围390～410nm内时，近似地求得的设计条件为如下所示：

Γ_A1＝1800°

Γ_A2＝900°

θ₁＝-21°

θ₂＝45°。

由于这些设计条件包括了近似成分，因此优选进行更为详细的计算使设计条件最优化。详细的计算可以使用琼斯矢量或者米勒矩阵计算。在此，使用米勒矩阵进行了计算。

首先，对计算方法进行简单说明。直线偏振光透过两枚波长板后的偏光状态可以使用米勒矩阵表示。

E＝R₂·R₁·I    ……(15)

其中，I为入射光的偏光状态，E为表示出射光的偏光状态的矢量。R₁是叠层波长板1的第一波长板2的米勒矩阵，R₂是第二波长板3的米勒矩阵，分别以如下算式表示。

公式1

$>R_1=\left(\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1-(1-\cos {\Gamma }_1){\sin }^{2}2{\theta }_1& (1-\cos {\Gamma }_1)\sin 2{\theta }_1\cos 2{\theta }_1& -\sin {\Gamma }_1\sin 2{\theta }_1\\ 0& (1-\cos {\Gamma }_1)\sin 2{\theta }_1\cos 2{\theta }_1& 1-(1-\cos {\Gamma }_1){\cos }^{2}2{\theta }_1& \sin {\Gamma }_1\cos 2{\theta }_1\\ 0& \sin {\Gamma }_1\sin 2{\theta }_1& -\sin {\Gamma }_1\cos 2{\theta }_1& \cos {\Gamma }_1\end{array}\right)---\left(16\right)$>

公式2

$>R_2=\left(\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1-(1-\cos {\Gamma }_2){\sin }^{2}2{\theta }_2& (1-\cos {\Gamma }_2)\sin 2{\theta }_2\cos 2{\theta }_2& -\sin {\Gamma }_2\sin 2{\theta }_2\\ 0& (1-\cos {\Gamma }_2)\sin 2{\theta }_2\cos 2{\theta }_2& 1-(1-\cos {\Gamma }_2){\cos }^{2}2{\theta }_2& \sin {\Gamma }_2\cos 2{\theta }_2\\ 0& \sin {\Gamma }_2\sin 2{\theta }_2& -\sin {\Gamma }_2\cos 2{\theta }_2& \cos {\Gamma }_2\end{array}\right)---\left(17\right)$>

确定第一和第二波长板2、3的高次模式次数n₁、n₂，设定各自的相位差Γ₁、Γ₂和光学轴方位角度θ₁、θ₂，通过算式(16)、(17)求得米勒矩阵R₁、R₂。接着，设定入射光的偏光状态I后，可以通过算式(15)计算出出射光的偏光状态E。

出射光的偏光状态E用下面算式表示。

公式3

$>E=\left(\begin{array}{c}{S}_{01}\\ S_{11}\\ S_{21}\\ S_{31}\end{array}\right)---\left(18\right)$>

E的矩阵要素S_O1、S₁₁、S₂₁、S₃₁称作斯托克斯参数，表示偏光状态。使用这些斯托克斯参数，将波长板的相位差Γ用下面的算式表示。

公式4

$>\Gamma ={\tan }^{-1}\frac{S_{31}}{\sqrt{{S_{11}}^2+{S_{21}}^2}}---\left(19\right)$>

这样，可以使用算式(19)算出相位差。

在本实施方式中，由于根据近似地求得的设计条件来配合实际的使用，因此经过所述的最优化处理(计算方法)来达到最优化。图6中的曲线图表示最优化的状态。在图6中，最优化之前用标号P表示，最优化之后用标号Q表示。在图6的曲线图中，横轴为波长(nm)，纵轴为转换效率。

表2为相位差Γ_A1、Γ_A2与光学轴方位角度θ₁、θ₂在最优化前后的角度。

表2

    P(最优化前)    Q(最优化后)    Γ_A1    1800°    1800°    Γ_A2    900°    900°    θ₁    -21°    -20°    θ₂    45°    41°

最优化前波长为660nm时转换效率为1(100％)。但是，在考虑了实际使用的情况下，例如如果考虑因半导体激光器的温度漂移而引起的激光的波长变动，则优选即使在波长变化了的情况下也能够维持较高的转换效率。因此，进行最优化，扩展了能够维持较高转换效率的波长频带的范围。

此外，图6所示最优化后的特性Q为本实施方式所述的叠层波长板1所具有的光学特性的一个例子，然而并不仅限于此，例如也可以如图7和图8所示那样，在θ₁＝-21°±10°、θ₂＝45°±10°的范围内调整面内方位角得到最优的特性。

在图7的曲线图中，横轴为波长(nm)，纵轴为转换效率。在图7中，Q1～Q5为将(θ₁、θ₂)的组合设定为如下的表3所示的值时的转换效率。

表3

    θ₁    θ₂    Q1    -11°    45°    Q2    -17°    45°Q3-21°45°Q4-25°45°Q5-31°45°

在图8的曲线图中，横轴为波长(nm)，纵轴为转换效率。在图8中，Q6～Q10为将(θ₁、θ₂)的组合设定为如下的表4所示的值时的转换效率。

表4

    θ₁    θ₂Q6-21°35°    Q7    -21°    40°    Q8    -21°    45°    Q9    -21°    50°    Q10    -21°    55°

对于面内方位角θ₁、θ₂的组合的选择，只要基于如下所述的需求规格或者设计者的技术思想来适当选择达到最优化即可：以使用的波长频带的宽度优先，例如，以在波长λ_A＝660±20(nm)的范围内满足0.8以上的转换效率的方式，调整面内方位角θ₁、θ₂；或者以转换效率优先，例如，以在波长λ_A＝660(nm)时满足1.0的转换效率的方式，设定面内方位角θ₁、θ₂等。

接下来，基于图9对使用本实施方式的叠层波长板1的光拾取装置的一个例子进行说明。

本实施方式的光拾取装置10是与两种波长对应的光拾取装置，例如是具有CD用和DVD用的兼容性的光拾取装置。另外，本实施方式的光拾取装置也可以是具有DVD用和蓝光用的兼容性的光拾取装置、或者是具有CD用和蓝光用的兼容性的光拾取装置。

在图9中，光拾取装置10构成为具有：CD用激光光源11A；DVD用激光光源11B；将从这些激光光源11A、11B照射出来的激光会聚到作为记录介质的光盘D上的物镜12；以及检测通过该物镜12会聚并被光盘D反射出来的出射光的检测器13。

在该检测器13和物镜12之间的激光光源11A、11B和物镜12之间的光路中，配置有半透半反镜14，该半透半反镜14将从激光光源11A、11B射出的激光的一部分传送到物镜12，并且使激光的余下的一部分透射。透过半透半反镜14的激光通过前监视器15被监视。

在该半透半反镜14与激光光源11A、11B之间配置有偏光光束分离器(以下称作PBS)16。在该PBS 16与CD用激光光源11A之间配置有CD用的光栅17A，在PBS 16与激光光源11B之间配置有DVD用的光栅17B。在PBS 16和半透半反镜14之间配置有本实施方式所述的叠层波长板1。光栅17A、17B为衍射光栅。

在半透半反镜14和物镜12之间配置有准直透镜19和上升镜20，在所述准直透镜19和上升镜20之间配置有1/4波长板18。

这里，对叠层波长板1在光拾取装置10中的作用进行解释说明。在PBS 16的斜面16a上形成有偏光分离膜，该偏光分离膜具有使P偏振光透过而使S偏振光反射的光学特性。由于为S偏振光的激光和为P偏振光的激光分别从激光光源11A(CD用)、11B(DVD用)出射，因此从激光光源11B(DVD用)出射的为P偏振光的激光透过PBS 16的斜面而维持光路，而从激光光源11A(CD用)出射的为S偏振光的激光在PBS16的斜面反射，变为与DVD用激光的光路同轴。

在半透半反镜14的反射面14a上形成有具有使P偏振光透过而使S偏振光反射的光学特性的光学薄膜。透过了PBS 16的为P偏振光的DVD用激光由于在入射到叠层波长板1时产生180°的相位差，因此极化面旋转90°，转换为S偏振光激光，并到达半透半反镜14。然后，变为了S偏振光的激光在半透半反镜14的反射面14a被可靠地反射，因此被引导到光盘D。另外，由于在PBS 16发生了反射的CD用激光本来就是S偏振光，因此无需使极化面旋转，在透过叠层波长板1时产生的相位差为2π，在维持了S偏振光的状态下从叠层波长板1中出射，并在半透半反镜14的反射面发生反射被引导到光盘D。

接着，基于图10对与图9中的光拾取装置10不同的光拾取装置的一个例子进行说明。

图10中的光拾取装置10与图9中的光拾取装置10一样，例如是具有CD用和DVD用的兼容性的光拾取装置。

在图10(A)中，光拾取装置10具有CD用激光光源和DVD用激光光源为一体的激光光源21，从该激光光源21照射出来的激光照射向半透半反镜14。

如图10(B)中放大表示的那样，激光光源21中并列配置有照射CD用激光的照射部21A和照射DVD用激光的照射部21B，从这些照射部21A、21B分别照射出来的激光通过光路修正元件22修正成同轴的光路，并向半透半反镜14进行照射。

光路修正元件22由水晶等具有双折射性的材料构成，有着与该双折射性材料所具有的光学轴正交的极化面的直线偏振光称作正常光线，具有相对于该光学轴水平的极化面的直线偏振光称作异常光线。

从照射部21A(CD用)、21B(DVD用)分别照射出来的激光为彼此的极化面为同一方向的S偏振光的直线偏振光，而且相对光路修正元件的光学轴均为异常光线，因此这样的话，在光路修正元件22处都发生折射，不能变为同轴的光路。因此，在光路修正元件22和激光光源21之间配置本实施方式所述的叠层波长板1a，仅使一方激光的直线偏振光的极化面旋转90°，使之相对于光路修正元件22成为正常光线。

因此，从照射部21B出射的DVD用的为S偏振光的激光通过层叠于光路修正元件22上的叠层波长板1a产生的相位差为π，极化面旋转90°，变为P偏振光入射到光路修正元件22。该为P偏振光的激光相对于光路修正元件22的光学轴22a成为正常光线，因此不会发生折射，在维持了光路的状态下从光路修正元件22出射并到达半透半反镜14。

另一方面，从照射部21A出射的CD用的为S偏振光的激光通过层叠于光路修正元件22上的叠层波长板1a产生的相位差为2π，极化面不发生变动，维持S偏振光地从叠层波长板1a出射，并入射到光路修正元件22。该为S偏振光的激光相对于光学轴22a为异常光线，因此在光路修正元件22处折射，变为与DVD用激光的光路同轴，从光路修正元件22出射，并到达半透半反镜14。

这里，如前所述，由于在半透半反镜14的反射面14a上形成有具有使P偏振光透过而使S偏振光反射的光学特性的光学薄膜，因此这样的话，为P偏振光的DVD用激光会透过反射面14a而不会反射。因此，通过在与光路修正元件22和激光光源21之间相反的一侧再配置一个本实施方式所述的叠层波长板1b，将为P偏振光的DVD用激光转换成为S偏振光的激光，并引导到半透半反镜14。另外，从光路修正元件22出射的CD用S偏振光激光在叠层波长板1b中极化面不会旋转，而是在维持S偏振光的状态下从叠层波长板1b出射，并到达半透半反镜14。另外，在图10中，由于配置有两处叠层波长板，因此对叠层波长板1a和叠层波长板1b区分开进行了说明，但是它们是与叠层波长板1相同的结构。

因此，在本实施方式中，能够起到如下的作用效果。

叠层波长板1可对应于λ_A、λ_B两种波长，而且是将配置于入射侧的第一波长板2与配置于出射侧的第二波长板3以光轴交叉的方式层叠起来而成的，对于该叠层波长板1，若设针对波长λ_A第一波长板2中的相位差为Γ_A1，设针对波长λ_A第二波长板3中的相位差为Γ_A2，设针对波长λ_B第一波长板2中的相位差为Γ_B1，设针对波长λ_B第二波长板3中的相位差为Γ_B2，设第一波长板2的面内方位角θ₁为θ₁＝-21°，设二波长板3的面内方位角θ₂为θ₂＝45°，设针对波长λ_A正常光线折射率no_A与异常光线折射率ne_A的差(ne_A-no_A)为Δn_A，设针对波长λ_B正常光线折射率no_B与异常光线折射率ne_B的差(ne_B-no_B)为Δn_B，

则该叠层波长板1可以通过如下条件确定：

Γ_A1＝360°+360°×2N_A    ……(1)

Γ_A2＝180°+360°×N_A     ……(2)

Γ_B1＝360°×2N_B          ……(3)

Γ_B2＝360°×N_B           ……(4)

N_B＝(Δn_B/Δn_A)×(λ_A/λ_B)×(0.5+N_A)    ……(5)。

因此，关于入射的光的波长，即使实际使用的波长比预定值的波长λ_A、λ_B要短，与该短的部分相应的相位差也被抵消，或者即使实际使用的波长比预定值的波长λ_A、λ_B要长，与该长出的部分相应的相位差也被抵消，因此实际上出射的波长不会偏离预定值。

因此，若在CD和DVD之间具有兼容性的光拾取装置、或在DVD和蓝光等之间具有兼容性的光拾取装置中使用叠层波长板1，即使使用的波长相对于预定值(设定波长)有所偏差，出射的波长也不会有偏差，因此能够提高CD、DVD、蓝光等的记录再现装置中的信息的读取、写入精度。

另外，本发明并不限定于所述的实施方式，能够达成本发明的目的的范围内所进行的变形、改良等都包含在本发明内。

例如，在所述实施方式中，叠层波长板1由这样的叠层波长板构成：将配置于入射侧的第一波长板2和配置于出射侧的第二波长板3以光轴交叉的方式层叠起来而成，但是在本发明中，也可以如图11所示，在将第一波长板2和第二波长板3以光轴交叉的方式层叠起来而成的叠层波长板的两个面或者一个面上一体地构成衍射光栅4。例如，在图11(A)中，在将第一波长板2和第二波长板3以光轴交叉的方式层叠起来而成的叠层波长板的两个面上分别形成有衍射光栅4。在图11(B)中，在将第一波长板2和第二波长板3以光轴交叉的方式层叠起来而成的叠层波长板的第一波长板2侧的单面上形成有衍射光栅4。

衍射光栅4在波长板上的结构和形成方法可以使用例如日本特开2004-341471号公报、日本特开2001-281432号公报所记载的内容。

根据该结构，由于使衍射光栅与叠层波长板一体化，因此无需在光路中另行配置光栅(衍射光栅)，能够实现部件个数的减少。

在本发明中，叠层波长板1的配置位置并不限定于所述实施方式中的位置。

此外，本发明的叠层波长板1除了光拾取装置以外，也可以应用于投影仪中。

产业上的可利用性

本发明能够应用于光拾取装置、其他装置中使用的叠层波长板。