広帯域波長板および光ヘッド装置
【課題】複数の異なる波長の光が入射してそれらの光に対する偏光状態を制御して出射させる広帯域波長板および光ヘッド装置を提供する。
【解決手段】平行に第１の波長板１３ａ、第２の波長板１３ｂを備え、２枚の波長板のリタデーション値Ｒｄ１、Ｒｄ２、入射する直線偏光の方向と入射側の液晶分子の長軸方向とがなす角度であるプレツイスト角α１、α２、２枚の波長板の液晶分子のツイスト角β１、β２を調整することによって、異なる３つの波長λ１、λ２、λ３の直線偏光（λ１＜λ２＜λ３）に対して、波長λ１の光、波長λ２の光を円偏光、波長λ３の光を直線偏光として出射させる帯域波長板１０が実現でき、光ヘッド装置の小型化、および記録・再生の高品質化を実現できる。
【解決手段】平行に第１の波長板１３ａ、第２の波長板１３ｂを備え、２枚の波長板のリタデーション値Ｒｄ１、Ｒｄ２、入射する直線偏光の方向と入射側の液晶分子の長軸方向とがなす角度であるプレツイスト角α１、α２、２枚の波長板の液晶分子のツイスト角β１、β２を調整することによって、異なる３つの波長λ１、λ２、λ３の直線偏光（λ１＜λ２＜λ３）に対して、波長λ１の光、波長λ２の光を円偏光、波長λ３の光を直線偏光として出射させる帯域波長板１０が実現でき、光ヘッド装置の小型化、および記録・再生の高品質化を実現できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広帯域で入射する光の偏光状態を制御するための広帯域波長板であり、とくに、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）のような高密度光記録媒体に情報の記録および再生を行う光ヘッド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば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だけでなく、ＢＤなどのような高密度光記録媒体（以下、「光ディスク」という）に情報の記録および再生を行う光ヘッド装置の開発が進んでいる。使用されるレーザ光の波長は、短波長であるほど記録密度を向上できるため光源の短波長化が進められている。一方、これまでに普及している多くの光ディスク用の長波長（赤色域、近赤外域）のレーザ光による再生または記録（以下、「記録・再生」という）もできるようにする必要があり、従来のＤＶＤのような赤色域（６６０ｎｍ波長帯）、ＣＤのような近赤外域（７８５ｎｍ波長帯）のレーザ光と、短波長（４０５ｎｍ波長帯）のレーザ光との互換性を有する様々な方式が提案されている。
【０００３】
このように、高密度記録媒体だけでなく、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、短波長を発する光源に加えて、赤色域、近赤外域の光源を併せて設置する方式がある。このため、３つの異なる波長を含む広帯域の波長に対して一定の特性を有する光学部品のニーズも高まっている。したがって、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤなどを記録・再生できる光ヘッド装置は少ない光学部品で構成できるような小型化が要求されている。
【０００４】
図２１に一例として３つの異なる波長のレーザ光を使用した従来の光ヘッド装置１００の構成を示す。半導体レーザ等の光源１０１から出射される４０５ｎｍ波長帯の光は、偏光ビームスプリッタ１０７で反射され、コリメータレンズ１１０で平行光となって１／４波長板１１２によって円偏光となる。円偏光となった光は、ミラー１１４で反射し、対物レンズ１１６によってＢＤ等の光ディスク１１８の情報記録面に集光される。情報記録面に形成されたピットの情報を含んだ反射光は上記の経路を逆方向に進行する。ここで、光源から光ディスクに到達するまでの光路を「往路」、光ディスクから光検出器に到達するまでの光路と「復路」として説明する。復路の光は往路の円偏光とは逆方向の円偏光となって１／４波長板１１２を出射する復路の光は往路の直線偏光に対して直交する直線偏光となり、偏光ビームスプリッタ１０７を直進透過して光検出器１１９に到達する。光検出器１１９では、光ディスクで反射された光からピット情報を検出することで光ディスク１１８に記録された情報の読み出しを行っている。
【０００５】
同様に、半導体レーザ等の光源１０２から出射される６６０ｎｍ波長帯の光はダイクロイックプリズム１０８を透過し、光源１０３から出射される７８５ｎｍ波長帯の光は、ダイクロイックプリズム１０８で反射され、それぞれの光は偏光ビームスプリッタ１０９を透過する。そして、コリメータレンズ１１１で平行光となって、１／４波長板１１３で円偏光となって、ミラー１１５で反射され対物レンズ１１７で光ディスク１１８に集光される。復路の光は、それぞれ往路の直線偏光と直交する直線偏光となって、偏光ビームスプリッタ１０９で反射され、光検出器１２０に到達する。また、回折素子１０４、１０５、１０６は、光源からの光をメインビームと、例えばトラッキングサーボ信号となる２つのサブビームの３ビームを発現させるための光学素子であって、それぞれの往路の光源と偏光ビームスプリッタまたはダイクロイックプリズムとの間の光路中に配置することができる。
【０００６】
このように、図２１に示した光ヘッド装置１００は、偏光ビームスプリッタや光検出器などの光学素子をそれぞれ２セット配置しており、部品点数が多く装置の小型化や、組立調整に時間がかかるといった問題がある。これに対し、例えば、図２２に３つの異なる波長のレーザ光を使用した他の構成例となる光ヘッド装置２００が報告されている（特許文献１）。
【０００７】
図２２に示す光ヘッド装置２００は、光ヘッド装置１００に対して、３つの異なる波長の光に対して共通して使用するコリメータレンズ２１０および１／４波長板２１１が採用されるものである。４０５ｎｍ波長帯の光源２０１、６６０ｎｍ波長帯の光源２０２、７８５ｎｍ波長帯の光源２０３から発する光の光路中にダイクロイックプリズム２０８を配置し、光源２０２および光源２０３の光路中にダイクロイックプリズム２０７を配して各波長の光を透過または反射させる。なお、ダイクロイックプリズム２０７は、６６０ｎｍ波長帯の光を透過するとともに７８５ｎｍ波長帯の光を反射する機能を有し、ダイクロイックプリズム２０８は、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の光を透過するとともに４０５ｎｍ波長帯の光を反射する機能を有する。さらに、３つの波長の光はコリメータレンズ２１０と１／４波長板２１１を透過する。ダイクロイックプリズム２１２は、４０５ｎｍ波長帯の光を反射させ、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の光を透過させる機能を有し、４０５ｎｍ波長帯の光は、対物レンズ２１４により、ＢＤ等の光ディスク２１６の情報記録面に集光する。
【０００８】
一方、６６０ｎｍ波長帯、７８５ｎｍ波長帯の光は、ダイクロイックプリズム２１２を直進透過し、ミラー２１３で反射し、対物レンズ２１５により、ＤＶＤ、ＣＤ等の光ディスク２１６の情報記録面に集光する。それぞれの光ディスクで反射された４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の復路の光は、１／４波長板２１１にて往路の直線偏光に対して直交する直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ２０９で反射し光検出器２１７に到達する。特許文献１において、とくに４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯それぞれに１／４波長板として機能する、広帯域波長板を特徴とする光ヘッド装置として報告されている。
【０００９】
また、図２３に３つの異なる波長のレーザ光を使用した別の構成を有する光ヘッド装置３００が報告されている（特許文献２）。光ヘッド装置３００は、４０５ｎｍ波長帯の光源３０１、６６０ｎｍ波長帯の光源３０２、７８５ｎｍ波長帯の光源３０３から発する光の光路中にダイクロイックプリズム３０８、３０９、無偏光回折格子３０７を配し、コリメータレンズ３１０と対物レンズ３１３の間の光路中に偏光回折格子３１１と（広帯域）波長板３１２を有するものである。また、それぞれの波長帯の光に対して、光検出器３０４、３０５、３０６が配され、光ディスク３１５で反射された光が検出される。
【００１０】
ここで、いずれの波長帯の光も直線偏光で波長板３１２に入射するが、波長板３１２は、４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯の光は、円偏光で出射し、７８５ｎｍ波長帯の光は直線偏光のまま出射させる機能を有し、波長板３１２を出射した光は、光ディスク３１５の情報記録面に集光する。
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−１１４０８０号公報
【特許文献２】特開２００６−２３６５４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
３つの異なる波長の光が入射して、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤ等の異なる規格の光ディスクの情報の記録・再生が可能な、互換性を有する光ヘッド装置を実現する上で、特許文献１のように３つの異なる波長の光を円偏光として集光させるとき、とくにＣＤの記録・再生が良好にできないという問題がある。つまり、ＣＤは、ＢＤ、ＤＶＤに比べて情報記録面を保護する樹脂材料として大きな複屈折材料を有するものがあるため、集光して入射する円偏光に対し反射される光が逆回りの円偏光とならないことがある。例えば、この樹脂材料の複屈折の影響で反射する光が入射する光と同じ円偏光になると、偏光ビームスプリッタに入射する復路の光の偏光状態が、往路の偏光状態に近い状態となって、反射された光のうち光検出器に到達する光の光量が大きく低減し、情報の再生が良好にできなくなる。このため、このような光ディスクに対しても良好に記録・再生を行うためには、この複屈折の影響を低減するためにＣＤ用の波長（７８５ｎｍ波長帯）の光を直線偏光の状態でＣＤの情報記録面に集光させる手段がとられている。
【００１３】
また、特許文献２の光ヘッド装置の波長板は、４０５ｎｍの波長の光、６６０ｎｍの波長の光、７８５ｎｍの波長の光に対しては、それぞれ所望の位相差を得ることができるが、入射する光の波長をλとするとき、４０５ｎｍの光に対して（９／４）λの位相差を与える９λ／４板、６６０ｎｍの光に対して（５／４）λの位相差を与える５λ／４板、７８５ｎｍの光に対してλの位相差を与えるλ板となるように設計しており、使用温度および半導体レーザの個別素子のばらつきなどで、発振する光の波長が変動すると所望の位相差に対して大きく変動するため、出射する光の偏光状態が安定しないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、所定の異なる帯域を有する３種の波長λ１、λ２、λ３（λ１＜λ２＜λ３）で入射する直線偏光について偏光状態を変える広帯域波長板において、前記広帯域波長板は、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直線偏光の方向を基準としたとき、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第１のプレツイスト角α１［°］、第２のプレツイスト角をα２［°］とし、前記広帯域波長板から出射する波長λ１の楕円率κ１および波長λ２の光の楕円率κ２が０．６５以上となるとともに波長λ３の光の楕円率κ３が０．５以下となるように前記α１、前記α２、０とは異なる値の前記β１、０とは異なる値の前記β２、および、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が設定されている広帯域波長板を提供する。
【００１５】
また、前記波長λ３で入射する直線偏光の方向と前記波長λ３で出射する光の方位角とがなす角度をλ３出射角２φ［°］とするとき、前記λ３出射角２φは、いずれの値にも設定できる上記の広帯域波長板を提供する。
【００１６】
また、前記波長λ１は３９０〜４２０ｎｍの波長範囲である４０５ｎｍ波長帯、前記波長λ２は６４０〜６８０ｎｍの波長範囲である６６０ｎｍ波長帯、前記波長λ３は７６５〜８０５ｎｍの波長範囲である７８５ｎｍ波長帯であり、
３９０〜８０５ｎｍの帯域を有する波長をλとし、前記波長λにおける前記第１の波長板のリタデーション値をＲｄ１（λ）、前記波長λにおける前記第２の波長板のリタデーション値をＲｄ２（λ）とし、前記波長λに含まれる特定の波長を波長λａ、波長λｂとするとき、
Ｒｄ１（λａ）＝３λａ／４ ・・・（１）
Ｒｄ２（λｂ）＝λｂ／２ ・・・（２）
１．０＜Ｒｄ１（λａ）／Ｒｄ２（λｂ）＜２．０ ・・・（３）
の全てを満たす上記の広帯域波長板を提供する。
【００１７】
また、光が入射する側からみて、前記第１の波長板に入射する前記直線偏光の方向を基準に反時計方向をプラスとするとき、前記λ３出射角２φ、前記第１の波長板のプレツイスト角α１、前記第１の波長板のツイスト角β１、前記第２の波長板のプレツイスト角α２、前記第２の波長板のツイスト角β２の関係が、
４６＜α１＜２φ×０．２５＋１２５ ・・・（４ａ）
２φ×０．２５−５＜β１＜２φ×０．６＋６０ ・・・（５ａ）
２φ×０．５４＋２７＜α２＜２φ×０．４５＋１０５ ・・・（６ａ）
０．８＜（α１＋β１）／（α２＋β２）＜１．４ ・・・（７）
２φ×０．３３−２０＜β２＜２φ×０．３３＋５０ ・・・（８ａ）
２φ×０．２５−１２５＜α１＜−４６ ・・・（４ｂ）
２φ×０．６−６０＜β１＜２φ×０．２５＋５ ・・・（５ｂ）
２φ×０．４５−１０５＜α２＜２φ×０．５４−２７ ・・・（６ｂ）
２φ×０．３３−５０＜β２＜２φ×０．３３＋２０ ・・・（８ｂ）
のうち、（４ａ）、(５ａ)、（６ａ）、（７）、（８ａ）の全てを満たすかまたは、（４ｂ）、(５ｂ)、（６ｂ）、（７）、（８ｂ）の全てを満たす上記の広帯域波長板を提供する。
【００１８】
また、前記波長λ１、前記波長λ２および前記波長λ３で入射する直線偏光の方向が互いに平行である上記の広帯域波長板を提供する。
【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、を備えた光ヘッド装置であって、前記光源と前記対物レンズとの間の光路中、または前記対物レンズと前記光検出器との間の光路中に、上記の広帯域波長板が配される光ヘッド装置を提供する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、異なる複数の波長の光が入射してそれぞれの光の偏光状態を変えることができる広帯域波長板を提供するとともに、３つの異なる波長の光を使用する光ヘッド装置において光学素子の部品点数の削減による小型化、記録・再生の高品質化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態にかかる広帯域波長板１０の構成を示す模式図である。このうち、図１（ａ）は、広帯域波長板１０の断面模式図であり、２枚の波長板１３ａと１３ｂとが、透明基板１１ａ、１１ｂおよび接着剤１１ｃを介して一体化されてなるものである。また、後述するように波長板１３ａ、１３ｂが高分子液晶からなる場合は、それぞれ配向膜１２ａ、１２ｂを配してもよい。図１（ｂ）および図１（ｃ）は、それぞれ波長板１３ａ、１３ｂの液晶分子の厚さ方向（Ｚ方向）のツイスト方向と入射する光の偏光方向との関係を示す平面模式図である。
【００２２】
透明基板１１ａ、１１ｂおよび接着剤１１ｃは入射する光に対して透明であれば、樹脂板、樹脂フィルムなど種々の材料を用いることができるが、ガラスや石英ガラスなどの光学的等方性材料を用いると、透過光に複屈折性の影響を与えないため好ましい。波長板１３ａ、１３ｂは、光学的に複屈折性を有する材料からなり、液晶を高分子化した高分子液晶を用いると、液晶の配向方向を制御して波長板１３ａ、１３ｂの光学軸方向を設定しやすく好ましい。また、波長板１３ａ、１３ｂを構成する高分子液晶の液晶分子の長軸方向は厚さ方向（Ｚ方向）に捩れるようにツイスト配向されている。
【００２３】
２つの波長板１３ａ、１３ｂの接着には、粘着フィルム、ＵＶ硬化型や熱硬化型の接着剤を使用できる。広帯域波長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、できるだけ薄い接着層として貼り合わせることが望ましく、接着層の厚さを１０μｍ以下にすることが特に望ましい。また、広帯域波長板は、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波長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波長板を単独で用いる場合には、２枚の透明基板１１ａ、１１ｂにより挟み込む構成が波面収差低減、強度確保の点から特に望ましい。
【００２４】
次に、２つの波長板の各パラメータについて説明する。まず、広帯域波長板１０には、Ｘ方向の直線偏光の光が透明基板１１ａ側からＺ方向に進行しながら入射するものとする。なお、Ｘ方向の直線偏光の方向を、Ｘ方向の直線偏光の振動方向ともいう。図１（ｂ）は、波長板１３ａに関する平面模式図であり、広帯域波長板１０に入射する直線偏光１４の方向（＝Ｘ方向）と、波長板１３ａの光の入射面上の液晶分子の長軸方向または長軸方向と直交する短軸方向とがなす角度（以下、プレツイスト角という）をα１［°］とする。なお、図１（ｂ）の１５ａは以下、液晶分子の長軸方向を示す方向として説明する。
【００２５】
ここで、プレツイスト角α１の符号は、波長板１３ａの光入射面（Ｘ−Ｙ平面）において、Ｘ方向を基準に反時計回り方向をプラス（＋）、時計回り方向をマイナス（−）とする。次に、波長板１３ａの液晶分子のツイスト角β１［°］を考える。ツイスト角β１は、波長板１３ａの光入射面（Ｘ−Ｙ平面）の液晶分子の長軸方向と、波長板１３ａの光出射面（Ｘ−Ｙ平面）の液晶分子の長軸方向とがなす角度である。ツイスト角β１の符号は、波長板１３ａの光の入射面上の液晶分子の長軸方向１５ａを基準として、光の入射側からみて反時計回り方向をプラス（＋）、時計回り方向をマイナス（−）とする。このことから、図１（ｂ）に示すα１およびβ１はプラスの方向を表すものである。
【００２６】
図１（ｃ）は、波長板１３ｂに関する平面模式図であり、同様に広帯域波長板１０（透明基板１１ａ）に入射する直線偏光１４の方向（＝Ｘ方向）と、波長板１３ｂの光の入射面上の液晶分子の長軸方向または短軸方向とがなすプレツイスト角をα２［°］とする。なお、図１（ｃ）の１５ｂは以下、液晶分子の長軸方向を示す方向として説明する。また、波長板１３ｂの液晶分子のツイスト角をβ２［°］として表したものである。なお、α２、β２の符号の正負の考え方は、上記波長板１３ａと同様である。ここで、１５ａと１５ｂの組み合わせは互いに液晶分子の長軸方向どうし、または短軸方向どうしの組み合わせであり、一方が長軸方向で一方が短軸方向という組み合わせはないものとする。つまり、α１およびα２に与えられるパラメータ値の範囲は、液晶分子の長軸方向どうしの組み合わせ、液晶分子の短軸方向どうしの組み合わせいずれにおいても成立するものであるが、とくに指定がない場合は、α１およびα２は液晶分子の長軸方向どうしの組み合わせであるものとして説明する。
【００２７】
次に、本発明の広帯域波長板の機能について説明する。広帯域波長板１０は、４０５ｎｍ波長帯の光、６６０ｎｍ波長帯の光、７８５ｎｍ波長帯の光が同じ方向の直線偏光で入射し、４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯の光に対して１／４波長板としての機能を有し、７８５ｎｍ波長帯の光に対して１／２波長板としての機能を実現するため、上記２枚の波長板のパラメータを与える。ここで、具体的に４０５ｎｍ波長帯は、３９０〜４２０ｎｍの範囲、６６０ｎｍ波長帯は、６４０〜６８０ｎｍの範囲、７８５ｎｍ波長帯は、７６５〜８０５ｎｍの範囲を示すものとする。
【００２８】
１／４波長板としての機能は、直線偏光で入射する光を円偏光に変換して出射するものまたは、円偏光で入射する光を直線偏光に変換して出射するものである。直線偏光の光が入射して出射する光の偏光状態は楕円率によって示すことができ、この楕円率が１に近いほど光は円偏光に近い偏光状態となる。本発明の広帯域波長板により得られる楕円率としては、４０５ｎｍ波長帯の光に対する楕円率κ１および６６０ｎｍ波長帯の光に対する楕円率κ２がそれぞれ０．６５以上であれば好ましく、０．７５以上であればより好ましく、０．８以上であればさらに好ましい。このように高い楕円率を得ることによって、対応する波長の光が入射したとき、広帯域波長板を往復する光が互いに直交する方向に近づくので、往路と復路の光を良好に分離でき、光利用効率を高めることができる。
【００２９】
例えば、楕円率κ１およびκ２が０．６５以上である場合、Ａ方向の直線偏光の光が入射して広帯域波長板で円偏光となり、光ディスクで反射して再度、広帯域波長板に入射すると、Ａ方向と直交するＢ方向の直線偏光となるが、このＢ方向の直線偏光のＢ方向の偏光強度が０．８以上となる。この場合、入射するＡ方向の直線偏光の光強度（＝１）に対して、反射して戻るＢ方向の直線偏光が０．８、つまり光利用効率が８０％以上となるので、好ましい。
【００３０】
一方、１／２波長板としての機能は、直線偏光で入射する光に対して、同じく直線偏光の光で出射するものである。図２は、光学軸が厚さ方向に揃った（光学軸がツイストしない）１／２波長板に入射する直線偏光と出射する直線偏光の状態を示す平面模式図である。１／２波長板２０に入射する直線偏光の方向を２１とし、直線偏光の方向２１を基準に光学軸（ここでは例として遅相軸）とがなす角度をφとすると、出射する直線偏光の方向は、直線偏光の方向２１を基準に２φの角度となる。例えば、このφの値を４５°に設定すると、入射する直線偏光と出射する直線偏光とは直交する関係となる。
【００３１】
また、図２を用いて、入射する直線偏光の方向を第１の偏光方向２１、第１の偏光方向に対して２φの角度をなして出射する方向を第２の偏光方向２２とするとき、出射する光の方位角は、第２の偏光方向２２を基準に±５°の範囲内にあれば好ましく、±２°の範囲内であればより好ましい。これより、第１の偏光方向２１に対し、２φ±５°の範囲内にあれば好ましく、２φ±２°の範囲内であればより好ましい。
【００３２】
また、本発明の広帯域波長板１０において、７８５ｎｍ波長帯の光に対して１／２波長板として機能させることにより得られる出射光を楕円率κ３とすると、κ３は０．５以下であれば好ましく、０．３５以下であればより好まく、０．２５以下であればさらに好ましい。これは、楕円率κ３を０．５以下として、出射光の楕円の長軸方向となる上記２φに相当する方位角の方向と、ＣＤの複屈折が小さくなる方向であるＣＤの半径方向またはそれと直交するＣＤの接線方向、を合わせることによって、複屈折による方位角方向の光量の変動を低減できるからである。なお、出射する光が直線偏光（κ３＝０）の場合、直線偏光方向が方位角に相当する。
【００３３】
図２は、光学軸が厚さ方向に揃う１／２波長板を説明するものであり、第１の偏光方向２１に対して第２の偏光方向としたい角度２φを決定すると、φを調整することによって容易に実現することができる。しかし、広帯域波長板１０は、液晶分子が厚さ方向にツイストして構成される波長板であるので、上記角度２φに相当する第２の偏光方向を得るためには、後述するように２枚の波長板のリタデーション値、プレツイスト角およびツイスト角を適切に設定する必要がある。なお、７８５ｎｍ波長帯の光において得られる角度２φを以下、「λ３出射角」という。λ３出射角は、光の入射面からみて入射する直線偏光の方向を基準に反時計回りをプラス方向とする。
【００３４】
また、１／２波長板の指標となるパラメータとして、楕円率κ３のほかに偏光子強度ηを用いて表現することもできる。偏光子強度とは、本発明の広帯域波長板１０を透過した光がそのまま偏光子に入射するように配置したとき、偏光子を透過する前後の光強度の比で表されるものである。例えば、楕円偏光の長軸方向の光強度をａ、短軸方向の光強度をｂとすると、楕円率κ３はｂ／ａで与えられ、偏光子強度ηは、ａ２／（ａ２＋ｂ２）で与えられる。つまり、楕円率κ３の好ましい範囲が０．５以下、より好ましい範囲が０．３５以下、さらに好ましい範囲が０．２５以下というのは、偏光子強度ηは０．７５以上が好ましく、０．８９以上であればより好ましく、０．９４以上であればさらに好ましいと言い換えることもできる。
【００３５】
次に、これらの波長板１３ａ、１３ｂの各パラメータの設定条件について説明する。ここでは、光が入射する順番に便宜的に第１の波長板（＝波長板１３ａ）、第２の波長板（＝波長板１３ｂ）とする。
【００３６】
１． 波長板のリタデーション値の設定
まず、第１の波長板は、３９０〜８０５ｎｍの帯域を有する波長λにおいて、波長λに含まれる特定の波長を波長λａとするとき、位相差が３λａ／４となる条件が得られるようにする。具体的には、第１の波長板を構成する複屈折性材料の常光屈折率をｎｏ、異常光屈折率をｎｅとしたときの屈折率異方性Δｎ（＝｜ｎｅ−ｎｏ｜）と第１の波長板の厚さｄ１との積で表される第１のリタデーション値Ｒｄ１（＝Δｎ・ｄ１）が３λａ／４となる点を有するように、Δｎおよびｄ１を調整する。また、屈折率異方性Δｎについては波長分散性、つまり同じ複屈折性材料であっても入射する光の波長によって異なるΔｎについて考慮して設計する。
【００３７】
次に、第２の波長板は、３９０〜８０５ｎｍの帯域を有する波長λにおいて、波長λに含まれる特定の波長を波長λｂとするとき、位相差がλｂ／２となる条件が得られるようにする。具体的には、第２の波長板を構成する複屈折性材料の屈折率異方性Δｎと第２の波長板の厚さｄ２との積で表される第２のリタデーション値Ｒｄ２（＝Δｎ・ｄ２）がλｂ／２となる点を有するように、Δｎおよびｄ２を調整する。なお、第１の波長板と第２の波長板を構成する複屈折性材料は同じものとして説明しているが、異なる材料の組合せであってもよい。これらが同じ材料であると、使用温度変化に対する熱膨張係数が同じであるため、素子の歪みを少なくすることができるなどの理由で好ましい。
【００３８】
また、３９０〜８０５ｎｍの帯域を有する波長λにおける第１のリタデーション値をＲｄ１（λ）、波長λにおける第２のリタデーション値をＲｄ２（λ）として、上記と同様に波長λに含まれる特定の波長λａにおける第１の波長板のリタデーション値をＲｄ１（λａ）、上記と同様に波長λに含まれる特定の波長λｂにおける第２の波長板のリタデーション値をＲｄ２（λｂ）とするとき、Ｒｄ１（λａ）／Ｒｄ２（λｂ）が１．０より大きく２．０より小さい値となるようにリタデーション値を調整する。波長λａおよび波長λｂは、上記と同様に３９０〜８０５ｎｍの波長範囲における少なくとも１点の任意の値で成立すればよい。
【００３９】
ここで、２枚の波長板が有するリタデーション値の条件について整理する。３９０〜８０５ｎｍの帯域を有する波長λに含まれる特定の波長を波長λａ、波長λｂとするとき、
Ｒｄ１（λａ）＝３λａ／４ ・・・（１）
Ｒｄ２（λｂ）＝λｂ／２ ・・・（２）
１．０＜Ｒｄ１（λａ）／Ｒｄ２（λｂ）＜２．０ ・・・（３）
がすべて成立するようにするとよい。
【００４０】
２． プレツイスト角（α１，α２）およびツイスト角（β１，β２）の設定（１）
次に、上記（１）〜（３）を満たすリタデーション条件において、さらに、第１の波長板のプレツイスト角（α１）およびツイスト角（β１）、第２の波長板のプレツイスト角（α２）およびツイスト角（β２）の条件を設定する。これら４つのパラメータは、１つのパラメータの値を固定して他の３つのパラメータを変化させる。そして、少なくとも本発明の広帯域波長板において必要な機能である以下、
（Ａ）４０５ｎｍ波長帯の楕円率κ１および６６０ｎｍ波長帯の楕円率κ２が０．６５以上、
（Ｂ）７８５ｎｍ波長帯の楕円率κ３が０．５以下、
となる２つ条件を設定する。
【００４１】
上記４つのパラメータについて（Ａ）、（Ｂ）の条件に基づいてそれぞれ考える。また、これら４つのパラメータはプラス（＋）の値となるものとして説明する。まず、第１の波長板１３ａのプレツイスト角α１［°］は、
４６＜α１＜２φ×０．２５＋１２５ ・・・（４ａ）
となるようにし、所望のλ３出射角２φを与えたとき、第１の波長板１３ｂのツイスト角β１［°］は、
２φ×０．２５−５＜β１＜２φ×０．６＋６０ ・・・（５ａ）
となるようにする。
【００４２】
次いで、第２の波長板１３ｂのプレツイスト角α２［°］は、
２φ×０．５４＋２７＜α２＜２φ×０．４５＋１０５ ・・・（６ａ）
となるようにする。そして、第２の波長板１３ｂのツイスト角β２［°］は、
０．８＜（α１＋β１）／（α２＋β２）＜１．４ ・・・（７）
の関係を満たすようにすることによって、
２φ×０．３３−２０＜β２＜２φ×０．３３＋５０ ・・・（８ａ）
が得られる。
【００４３】
なお、上記で各パラメータα１、α２、β１、β２は、すべて符号をプラス（＋）として説明したが、これらのパラメータはすべてマイナス（−）であってもよい。そのとき、上記（４ａ）、（５ａ）、（６ａ）および（８ａ）はそれぞれ、
２φ×０．２５−１２５＜α１＜−４６ ・・・（４ｂ）
２φ×０．６−６０＜β１＜２φ×０．２５＋５ ・・・（５ｂ）
２φ×０．４５−１０５＜α２＜２φ×０．５４−２７ ・・・（６ｂ）
２φ×０．３３−５０＜β２＜２φ×０．３３＋２０ ・・・（８ｂ）
と表すことができ、（４ｂ）、（５ｂ）、(６ｂ)、(７)および（８ｂ）が満足するパラメータ値を与えるとよい。つまり、（４ａ）、（５ａ）、（６ａ）、（７）および（８ａ）全てを満足するかまたは、（４ｂ）、（５ｂ）、(６ｂ)、(７)および（８ｂ）全てを満足するように設計する。
【００４４】
また、第１の波長板１３ａのリタデーション値Ｒｄ１に関係する位相差（θ１）が２７０［°］を中心とした値、第１の波長板１３ａのリタデーション値Ｒｄ２に関係する位相差（θ２）が１８０［°］を中心とした値であって、これらの位相差とλ３出射角２φとの関係は、上記（１）〜（３）、（５ａ）、（６ａ）、（８）より、
｜α１−（Ａ・θ１２＋Ｂ・θ２２＋Ｃ・θ１＋Ｄ・θ２＋Ｅ）｜＜３０ ・・・（９ａ）
を満たすものである。ただし、
Ａ＝−４．２６×１０−３＋１．３２×１０−６×（２φ−１０２）２、
Ｂ＝５．７８×１０−２−２．３９×１０−７×（２φ−５５３）２、
Ｃ＝２．１７−７．６７×１０−４×（２φ−９９）２、
Ｄ＝−１．０５×１０１＋２．０３×１０−４×（２φ−２８５）２、
Ｅ＝３０．０＋０．０８３×（２φ−５６）２、
である。
【００４５】
なお、α１がマイナス（−）となる場合、
｜α１＋（Ａ・θ１２＋Ｂ・θ２２＋Ｃ・θ１＋Ｄ・θ２＋Ｅ）｜＜３０ ・・・（９ｂ）
を満たす。ただし、このときのＡ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥは、上記の値と同じである。
【００４６】
図３は、上記（９ａ）および（９ｂ）の関係式について、θ１とθ２の組み合わせに対して、Ａ・θ１２＋Ｂ・θ２２＋Ｃθ１＋Ｄ・θ２＋Ｅの値を示す分布図である。λ３出射角２φが決まってθ１およびθ２が決まることによって、Ａ・θ１２＋Ｂ・θ２２＋Ｃθ１＋Ｄ・θ２＋Ｅの値が決まり、（９ａ）または（９ｂ）を満たすように第１の波長板のプレツイスト角度α１を決定する。例えば、（θ１，θ２）＝（２７０，１８０）、２φ＝９０°に設定する場合、Ａ・θ１２＋Ｂ・θ２２＋Ｃθ１＋Ｄ・θ２＋Ｅの値が約１１３［°］であり、これより７９＜α１＜１３９の範囲でα１を設定するとよい。なお、このときの位相差θ１とθ２を決定する波長は５３３ｎｍとしたものである。
【００４７】
３． λ３出射角２φ＝９０［°］とするときの設定例（１）
次に、具体的に、これらの条件の一つである（１）〜（３）、（４ａ）、（５ａ）、（６ａ）、（７）、（８ａ）、（９ａ）を満たす、プレツイスト角α１、α２、およびツイスト角β１、β２、がいずれもプラス（＋）となる場合について例示して説明する。また、（１）〜（３）、（４ｂ）、（５ｂ）、（６ｂ）、（７）、（８ｂ）、（９ｂ）を満たす、プレツイスト角α１、α２、およびツイスト角β１、β２、がいずれもマイナス（−）となる場合は、下記説明の好ましいパラメータ範囲の符号をそれぞれマイナス（−）にするとよい。まず、図４は、第１の波長板１３ａのプレツイスト角α１を変化させたとき、上記（Ａ）、（Ｂ）の条件を満たす範囲を示す分布図である。なお、このときλ３出射角２φを９０［°］とする。この条件を満たす広帯域波長板は、光ヘッド装置に適用する場合、ＢＤおよびＤＶＤ用の波長の直線偏光で入射する光に対し円偏光に近い偏光状態となって出射するとともに、ＣＤ用の波長の直線偏光で入射する光に対して直線偏光に近い偏光状態となって出射する。
【００４８】
図４の横軸は、第１の波長板１３ａの厚さｄ１（単位［μｍ］）であり、縦軸は第２の波長板１３ｂの厚さｄ２（単位［μｍ］）を示すものである。また、前述のように屈折率異方性Δｎとの積によってそれぞれの条件におけるリタデーション値Ｒｄ１およびＲｄ２を求めることができる。ここで、まず、プレツイスト角α１を８０．０〜１２０．０［°］の範囲で変化させる。プレツイスト角α１およびλ３出射角２φ（＝９０［°］）が決まると、（５ａ）、（６ａ）、（７）、（８ａ）の条件によりプレツイスト角α２、およびツイスト角β１、β２の取り得る範囲が決まる。そして、これらα２、β１およびβ２の取り得る全ての範囲における各条件によって、上記（Ａ）、（Ｂ）を満たすプレツイスト角α１は、図４の座標（ｄ１，ｄ２）上つまり、図４に示す厚さｄ１と厚さｄ２の任意の組み合わせにおいて、それぞれ取り得るα１の範囲が異なってくる。なお、厚さｄ１と厚さｄ２とから得られるリタデーション値Ｒｄ１、Ｒｄ２が（１）〜（３）の条件を満たさないと上記（Ａ）、（Ｂ）は得られない。
【００４９】
また、図４において各領域は、各厚さの座標（ｄ１，ｄ２）におけるα１の取り得る範囲のうちの中心値（α１ｃとする）の分布を示すものである。また、この中心値α１ｃが、９０〜１２０［°］の範囲では、α１の取り得る値の範囲が、α１ｃ±２０［°］程度と比較的、広い角度のマージンを有する。しかし、それ以外の中心値α１ｃの領域はα１の取り得る値の範囲が、α１ｃ±１０［°］程度と、比較的狭い角度のマージンとなるかまたは、α１の解が得られない。ここでは、少なくともα１の解が得られない厚さｄ１と厚さｄ２との組合せの領域について「解なし」とする。
【００５０】
このように、図４に示す範囲のうち、４隅の座標（ｄ１，ｄ２）に近づくにつれてα１ｃの角度のマージンが狭くなるとともに上記（Ａ）および（Ｂ）を満たすα２、β１およびβ２の値が狭い範囲に限られる。そして、４隅、つまり（ｄ１，ｄ２）＝（７．６，５．３）、（７．６，７．１）、（１０．２，５．３）、（１０．２，７．１）を含む領域ではα２、β１およびβ２にいずれの値を与えても上記（Ａ）および（Ｂ）の条件を満たさない。したがって、図４において解が得られるように厚さｄ１および厚さｄ２を設定するとよい。
【００５１】
図５は、第１の波長板１３ａのツイスト角β１を変化させたとき、上記（Ａ）、（Ｂ）の条件を満たす範囲を示す分布図である。同様に、λ３出射角２φを９０［°］とする。図５の横軸および縦軸は、図４と同様に厚さｄ１（単位［μｍ］）厚さｄ２（単位［μｍ］）を示すものである。ここで、まず、ツイスト角β１を３０．０〜８０．０［°］の範囲で変化させる。そして、（４ａ）、（６ａ）、（７）、（８ａ）の条件によりプレツイスト角α１、α２、およびツイスト角β２の取り得る範囲が決まる。そして、これらα１、α２およびβ２の取り得る全ての範囲における各条件によって、上記（Ａ）、（Ｂ）を満たすツイスト角β１は、図５の座標（ｄ１，ｄ２）上において、それぞれ取り得るβ１の範囲が異なってくる。
【００５２】
また、図５において各領域は、各厚さの座標（ｄ１，ｄ２）におけるβ１の取り得る範囲のうちの中心値（β１ｃとする）の分布を示すものである。また、この中心値β１ｃが、３５〜７０［°］の範囲では、β１の取り得る値の範囲が、β１ｃ±２０［°］程度と比較的、広い角度のマージンを有する。しかし、それ以外の中心値β１ｃの領域はβ１の取り得る値の範囲が、β１ｃ±１０［°］程度と、比較的狭い角度マージンとなるかまたは、β１の解が得られない。ここでは、少なくともβ１の解が得られない厚さｄ１と厚さｄ２との組合せの領域について「解なし」とする。
【００５３】
このように、図５に示す範囲のうち、４隅の座標（ｄ１，ｄ２）に近づくにつれてβ１ｃの角度のマージンが狭くなるとともに上記（Ａ）および（Ｂ）を満たすα１、α２およびβ２の値が狭い範囲に限られる。そして、４隅、つまり（ｄ１，ｄ２）＝（７．６，５．３）、（７．６，７．１）、（１０．２，５．３）、（１０．２，７．１）を含む領域ではα１、α２およびβ２にいずれの値を与えても上記（Ａ）および（Ｂ）の条件を満たさない。したがって、図５において解が得られるように厚さｄ１および厚さｄ２を設定するとよい。
【００５４】
図６は、第２の波長板１３ｂのプレツイスト角α２を変化させたとき、上記（Ａ）、（Ｂ）の条件を満たす範囲を示す分布図である。同様に、λ３出射角２φを９０［°］とする。図６の横軸および縦軸は、図４と同様に厚さｄ１（単位［μｍ］）厚さｄ２（単位［μｍ］）を示すものである。ここで、まず、プレツイスト角α２を８０．０〜１２０．０［°］の範囲で変化させる。そして、（４ａ）、（５ａ）、（７）、（８ａ）の条件によりプレツイスト角α１、およびツイスト角β１、β２の取り得る範囲が決まる。そして、これらα１、β１およびβ２の取り得る全ての範囲における各条件によって、上記（Ａ）、（Ｂ）を満たすプレツイスト角α２は、図６の座標（ｄ１，ｄ２）上において、それぞれ取り得るα２の範囲が異なってくる。
【００５５】
また、図６において各領域は、各厚さの座標（ｄ１，ｄ２）におけるα２の取り得る範囲のうちの中心値（α２ｃとする）の分布を示すものである。また、この中心値α２ｃが、１００〜１２０［°］の範囲では、α２の取り得る値の範囲が、α２ｃ±２０［°］程度と比較的、広い角度のマージンを有する。しかし、それ以外の中心値α２ｃの領域はα２の取り得る値の範囲が、α２ｃ±１０［°］程度と、比較的狭い角度マージンとなるかまたは、α２の解が得られない。ここでは、少なくともα２の解が得られない厚さｄ１と厚さｄ２との組合せの領域について「解なし」とする。
【００５６】
このように、図６に示す範囲のうち、４隅の座標（ｄ１，ｄ２）に近づくにつれてα２ｃの角度のマージンが狭くなるとともに上記（Ａ）および（Ｂ）を満たすα１、β１およびβ２の値が狭い範囲に限られる。そして、４隅、つまり（ｄ１，ｄ２）＝（７．６，５．３）、（７．６，７．１）、（１０．２，５．３）、（１０．２，７．１）を含む領域ではα１、β１およびβ２にいずれの値を与えても上記（Ａ）および（Ｂ）の条件を満たさない。したがって、図６において解が得られるように厚さｄ１および厚さｄ２を設定するとよい。
【００５７】
図７は、第２の波長板１３ｂのツイスト角β２を変化させたとき、上記（Ａ）、（Ｂ）の条件を満たす範囲を示す分布図である。なお、同様にλ３出射角２φを９０［°］とする。図７の横軸および縦軸は、図４と同様に厚さｄ１（単位［μｍ］）厚さｄ２（単位［μｍ］）を示すものである。ここで、まず、ツイスト角β２を３０．０〜７０．０［°］の範囲で変化させる。そして、（４ａ）、（５ａ）、（６ａ）の条件によりプレツイスト角α１、α２およびツイスト角β１の取り得る範囲が決まる。そして、これらα１、α２およびβ１の取り得る全ての範囲における各条件によって、上記（Ａ）、（Ｂ）を満たすプレツイスト角β２は、図７の座標（ｄ１，ｄ２）上において、それぞれ取り得るβ２の範囲が異なってくる。
【００５８】
また、図７において各領域は、各厚さの座標（ｄ１，ｄ２）におけるβ２の取り得る範囲のうちの中心値（β２ｃとする）の分布を示すものである。また、この中心値β２ｃが、１５〜６５［°］の範囲では、β２の取り得る値の範囲が、β２ｃ±２０［°］程度と比較的、広い角度のマージンを有する。しかし、それ以外の中心値β２ｃの領域はβ２の取り得る値の範囲が、β２ｃ±１０［°］程度と、比較的狭い角度マージンとなるかまたは、β２の解が得られない。ここでは、少なくともβ２の解が得られない厚さｄ１と厚さｄ２との組合せの領域について「解なし」とする。
【００５９】
このように、図７に示す範囲のうち、４隅の座標（ｄ１，ｄ２）に近づくにつれてβ２ｃの角度のマージンが狭くなるとともに上記（Ａ）および（Ｂ）を満たすα１、α２およびβ１の値が狭い範囲に限られる。そして、４隅、つまり（ｄ１，ｄ２）＝（７．６，５．３）、（７．６，７．１）、（１０．２，５．３）、（１０．２，７．１）を含む領域ではα１、α２およびβ１にいずれの値を与えても上記（Ａ）および（Ｂ）の条件を満たさない。したがって、図７において解が得られるように厚さｄ１および厚さｄ２を設定するとよい。
【００６０】
４． ７８５ｎｍ波長帯の楕円率κ３が０．５（以下）のときのλ３出射角範囲（１）
設計例１では、λ３出射角２φを９０［°］として各パラメータを調整したが、λ３出射角２φは任意の値に設定することができる。表１は、例として、λ３出射角２φを変化させたとき、７８５ｎｍ波長帯の楕円率が０．５つまり、上記（Ｂ）の条件を満たす最大値とし、さらに上記（Ａ）の条件を満たすα１、α２、β１およびβ２の値を示すものである。
【００６１】
【表１】
【００６２】
表１より、λ３出射角２φが０〜１８０［°］では、各パラメータの値を設定することによって上記（Ａ）の条件を満足することができる。なお、λ３出射角２φが０〜１８０［°］から外れる場合、上記（Ａ）の条件を満足することができない。ここで、プレツイスト角α１、α２および、ツイスト角度β１、β２は、それぞれプラス（＋）の符号としたが、いずれもマイナス（−）の符号であっても成立はする。このようにいずれもマイナス(−)の符号とするとき、λ３出射角２φもマイナス（−）となるので、０〜−１８０［°］の範囲に設定しても上記(Ａ）、（Ｂ）の条件を満足する。つまり、（Ａ）の条件を満たすとともに、どのような値のλ３出射角２φを設定したとしても、この２枚の波長板の各パラメータを調整することで（Ｂ）の条件も満たすことができる。
【００６３】
５． ７８５ｎｍ波長帯の楕円率κ３が０．５（以下）のときのλ３出射角範囲（２）
表２は、例として、λ３出射角２φを変化させたとき、７８５ｎｍ波長帯の楕円率が０．５つまり、上記（Ｂ）の条件を満たす最大値とし、さらに上記（Ａ）の条件を満たすα１、α２、β１およびβ２の値を示す、表１とは異なる設計例を示すものである。
【００６４】
【表２】
【００６５】
表２より、λ３出射角２φが−３０〜１６５［°］では、各条件の値を設定することによって上記（Ａ）を満足することができる。なお、λ３出射角２φが−３０〜１６５［°］から外れる場合、上記（Ａ）の条件を満足することができない。ここで、プレツイスト角α１、α２および、ツイスト角度β１、β２は、それぞれプラス（＋）の符号としたが、いずれもマイナス（−）の符号であっても成立はする。このようにいずれもマイナス(−)の符号とするとき、λ３出射角２φもマイナス（−）となるので、−１６５〜３０［°］の範囲に設定しても上記(Ａ）、（Ｂ）の条件を満足する。つまり、（Ａ）の条件を満たすとともに、どのような値のλ３出射角２φを設定したとしても、この２枚の波長板の各パラメータを調整することで（Ｂ）の条件も満たすことができる。
【００６６】
６． プレツイスト角（α１，α２）およびツイスト角（β１，β２）の設定（２）
これまで、上記（Ａ）の条件で楕円率κ１、κ２が０．６５以上としたが、好ましい範囲として、０．８以上である条件を考える。これらを整理して、
（Ｃ）４０５ｎｍ波長帯の楕円率κ１および６６０ｎｍ波長帯の楕円率κ２が０．８以上、
（Ｄ）７８５ｎｍ波長帯の楕円率κ３が０．５以下、
となる２つ条件を設定する。なお、（Ｄ）は上記（Ｂ）と同じ条件である。
【００６７】
次に、具体的に、これらの条件（Ｃ）、（Ｄ）に基づいて各パラメータを設定する。このうち、上記（５ａ）のツイスト角β１の範囲を変えて、
２φ×０．６６＜β１＜２φ×０．６６＋２５ ・・・ （５ｃ）
とし、上記（５ｃ）に加え、（４ａ）、（６ａ）、（７）、（８ａ）は同じ範囲で（Ｃ）、（Ｄ）が成立する。また、第１の波長板１３ａのリタデーション値Ｒｄ１に関係する位相差（θ１）が２７０［°］を中心とした値、第１の波長板１３ａのリタデーション値Ｒｄ２に関係する位相差（θ２）が１８０［°］を中心とした値であって、これらの位相差とλ３出射角２φとの関係は、上記（１）〜（３）、（５ｃ）、（６ａ）、（８ａ）より、
｜α１−（Ｆ・θ１＋Ｇ・θ２＋Ｈ）｜＜１０ ・・・（９ｃ）
を満たすものである。ただし、
Ｆ＝３．３×１０−３×２φ−１．４×１０−１、
Ｇ＝−１．４×１０−４×（２φ−８５）２−３．０×１０−１、
Ｈ＝２．１×１０−２×（２φ−１０３）２＋１２６．０、
である。
【００６８】
なお、α１がマイナス（−）となる場合、
｜α１＋（Ｆ・θ１＋Ｇ・θ２＋Ｈ）｜＜１０ ・・・（９ｄ）
を満たす。ただし、このときのＦ、ＧおよびＨは、上記の値と同じである。
【００６９】
図８は、上記（９ｃ）および（９ｄ）の関係式について、θ１とθ２の組み合わせに対して、Ｆ・θ１＋Ｇ・θ２＋Ｈの値を示す分布図である。λ３出射角２φが決まってθ１およびθ２が決まることによって、Ｆ・θ１＋Ｇ・θ２＋Ｈの値が決まり、（９ｃ）および（９ｄ）を満たすように第１の波長板のプレツイスト角度α１を決定する。例えば、（θ１，θ２）＝（２７０，１８０）に設定する場合、Ｆ・θ１＋Ｇ・θ２＋Ｈの値が約１１３［°］であり、これより１０３＜α１＜１２３の範囲でα１を設定するとよい。なお、このときの位相差θ１とθ２を決定する波長は５３３ｎｍとしたものである。
【００７０】
なお、上記で各パラメータα１、α２、β１、β２は、すべて符号をプラス（＋）として説明したが、これらのパラメータはすべてマイナス（−）であってもよい。そのとき、上記（５ｃ）は、
２φ×０．６６−２５＜β１＜２φ×０．６６ ・・・（５ｄ）
と表すことができ、（４ｂ）、（５ｄ）、(６ｂ)、(７)および（８ｂ）が満足するパラメータ値を与えるとよい。つまり、（４ａ）、（５ｃ）、（６ａ）、（７）および（８ａ）全てを満足するかまたは、（４ｂ）、（５ｄ）、(６ｂ)、(７)および（８ｂ）全てを満足するように設計する。
【００７１】
７． λ３出射角２φ＝９０［°］とするときの設定例（２）
次に、具体的に、これらの条件（１）〜（３）、（４ａ）、（５ｃ）、（６ａ）、（７）、（８ａ）、（９ｃ）を満たすプレツイスト角α１、α２、およびツイスト角β１、β２、について例示して説明する。まず、図９は、第１の波長板１３ａのプレツイスト角α１を変化させたとき、上記（Ｃ）、（Ｄ）の条件を満たす範囲を示す分布図である。なお、このときλ３出射角２φを９０［°］とする。この条件を満たす広帯域波長板は、光ヘッド装置に適用する場合、ＢＤおよびＤＶＤ用の波長の光に対し円偏光に近い偏光状態を示すとともに、ＣＤ用の波長の光に対して直線偏光に近い偏光状態となる。
【００７２】
図９の横軸は、第１の波長板１３ａの厚さｄ１（単位［μｍ］）であり、縦軸は第２の波長板１３ｂの厚さｄ２（単位［μｍ］）を示すものである。また、前述のように屈折率異方性Δｎとの積によってそれぞれの条件におけるリタデーション値Ｒｄ１およびＲｄ２を求めることができる。ここで、まず、プレツイスト角α１を８０．０〜１２０．０［°］の範囲で変化させる。プレツイスト角α１およびλ３出射角２φ（＝９０［°］）が決まると、（５ｃ）、（６ａ）、（７）、（８ａ）の条件によりプレツイスト角α２、およびツイスト角β１、β２の取り得る範囲が決まる。そして、これらα２、β１およびβ２の取り得る全ての範囲における各条件によって、上記（Ｃ）、（Ｄ）を満たすプレツイスト角α１は、図９の座標（ｄ１，ｄ２）上つまり、図９に示す厚さｄ１と厚さｄ２の任意の組み合わせにおいて、それぞれ取り得るα１の範囲が異なってくる。なお、厚さｄ１と厚さｄ２とから得られるリタデーション値Ｒｄ１、Ｒｄ２が（１）〜（３）の条件を満たさないと上記（Ｃ）、（Ｄ）は得られない。
【００７３】
また、図９において各領域は、各厚さの座標（ｄ１，ｄ２）におけるα１の取り得る範囲のうちの中心値（α１ｃとする）の分布を示すものである。また、この中心値α１ｃが、１０５．０〜１１７．５［°］の範囲では、α１の取り得る値の範囲が、α１ｃ±１５［°］程度と比較的、広い角度のマージンを有する。しかし、それ以外の中心値α１ｃの領域はα１の取り得る値の範囲が、α１ｃ±５［°］程度と、比較的狭い角度のマージンとなるかまたは、α１の解が得られない。ここでは、少なくともα１の解が得られない厚さｄ１と厚さｄ２との組合せの領域について「解なし」とする。
【００７４】
このように、図９に示す範囲のうち、４隅の座標（ｄ１，ｄ２）に近づくにつれてα１ｃの角度のマージンが狭くなるとともに上記（Ａ）および（Ｂ）を満たすα２、β１およびβ２の値が狭い範囲に限られる。そして、４隅、つまり（ｄ１，ｄ２）＝（８．４，５．８）、（８．４，６．８）、（９．６，５．８）、（９．６，６．８）を含む領域ではα２、β１およびβ２にいずれの値を与えても上記（Ａ）および（Ｂ）の条件を満たさない。したがって、図９において解が得られるように厚さｄ１および厚さｄ２を設定するとよい。
【００７５】
図１０は、第１の波長板１３ａのツイスト角β１を変化させたとき、上記（Ｃ）、（Ｄ）の条件を満たす範囲を示す分布図である。なお、同様にλ３出射角２φを９０［°］とする。図１０の横軸および縦軸は、図９と同様に厚さｄ１（単位［μｍ］）厚さｄ２（単位［μｍ］）を示すものである。ここで、まず、ツイスト角β１を３０．０〜６０．０［°］の範囲で変化させる。そして、（４ａ）、（６ａ）、（７）、（８ａ）の条件によりプレツイスト角α１、α２、およびツイスト角β２の取り得る範囲が決まる。そして、これらα１、α２およびβ２の取り得る全ての範囲における各条件によって、上記（Ｃ）、（Ｄ）を満たすツイスト角β１は、図１０の座標（ｄ１，ｄ２）上において、それぞれ取り得るβ１の範囲が異なってくる。
【００７６】
また、図１０において各領域は、各厚さの座標（ｄ１，ｄ２）におけるβ１の取り得る範囲のうちの中心値（β１ｃとする）の分布を示すものである。また、この中心値β１ｃが、４２．５〜６０．０［°］の範囲では、β１の取り得る値の範囲が、β１ｃ±１５［°］程度と比較的、広い角度のマージンを有する。しかし、それ以外の中心値β１ｃの領域はβ１の取り得る値の範囲が、β１ｃ±５［°］程度と、比較的狭い角度マージンとなるかまたは、β１の解が得られない。ここでは、少なくともβ１の解が得られない厚さｄ１と厚さｄ２との組合せの領域について「解なし」とする。
【００７７】
このように、図１０に示す範囲のうち、４隅の座標（ｄ１，ｄ２）に近づくにつれてβ１ｃの角度のマージンが狭くなるとともに上記（Ｃ）および（Ｄ）を満たすα１、α２およびβ２の値が狭い範囲に限られる。そして、４隅、つまり（ｄ１，ｄ２）＝（８．４，５．８）、（８．４，６．８）、（９．６，５．８）、（９．６，６．８）を含む領域ではα１、α２およびβ２にいずれの値を与えても上記（Ｃ）および（Ｄ）の条件を満たさない。したがって、図１０において解が得られるように厚さｄ１および厚さｄ２を設定するとよい。
【００７８】
図１１は、第２の波長板１３ｂのプレツイスト角α２を変化させたとき、上記（Ｃ）、（Ｄ）の条件を満たす範囲を示す分布図である。なお、同様にλ３出射角２φを９０［°］とする。図１１の横軸および縦軸は、図９と同様に厚さｄ１（単位［μｍ］）厚さｄ２（単位［μｍ］）を示すものである。ここで、まず、プレツイスト角α２を８０．０〜１１０．０［°］の範囲で変化させる。そして、（４ａ）、（５ｃ）、（７）、（８ａ）の条件によりプレツイスト角α１、およびツイスト角β１、β２の取り得る範囲が決まる。そして、これらα１、β１およびβ２の取り得る全ての範囲における各条件によって、上記（Ｃ）、（Ｄ）を満たすプレツイスト角α２は、図６の座標（ｄ１，ｄ２）上において、それぞれ取り得るα２の範囲が異なってくる。
【００７９】
また、図１１において各領域は、各厚さの座標（ｄ１，ｄ２）におけるα２の取り得る範囲のうちの中心値（α２ｃとする）の分布を示すものである。また、この中心値α２ｃが、９５．０〜１１０．０［°］の範囲では、α２の取り得る値の範囲が、α２ｃ±１５［°］程度と比較的、広い角度のマージンを有する。しかし、それ以外の中心値α２ｃの領域はα２の取り得る値の範囲が、α２ｃ±５［°］程度と、比較的狭い角度マージンとなるかまたは、α２の解が得られない。ここでは、少なくともα２の解が得られない厚さｄ１と厚さｄ２との組合せの領域について「解なし」とする。
【００８０】
このように、図１１に示す範囲のうち、４隅の座標（ｄ１，ｄ２）に近づくにつれてα２ｃの角度のマージンが狭くなるとともに上記（Ｃ）および（Ｄ）を満たすα１、β１およびβ２の値が狭い範囲に限られる。そして、４隅、つまり（ｄ１，ｄ２）＝（８．４，５．８）、（８．４，６．８）、（９．６，５．８）、（９．６，６．８）を含む領域ではα１、β１およびβ２にいずれの値を与えても上記（Ｃ）および（Ｄ）の条件を満たさない。したがって、図１１において解が得られるように厚さｄ１および厚さｄ２を設定するとよい。
【００８１】
図１２は、第２の波長板１３ｂのツイスト角β２を変化させたとき、上記（Ｃ）、（Ｄ）の条件を満たす範囲を示す分布図である。なお、同様にλ３出射角２φを９０［°］とする。図１２の横軸および縦軸は、図９と同様に厚さｄ１（単位［μｍ］）厚さｄ２（単位［μｍ］）を示すものである。ここで、まず、ツイスト角β２を３０．０〜７０．０［°］の範囲で変化させる。そして、（４ａ）、（５ｃ）、（６ａ）の条件によりプレツイスト角α１、α２およびツイスト角β１の取り得る範囲が決まる。そして、これらα１、α２およびβ１の取り得る全ての範囲における各条件によって、上記（Ｃ）、（Ｄ）を満たすプレツイスト角β２は、図１２の座標（ｄ１，ｄ２）上において、それぞれ取り得るβ２の範囲が異なってくる。
【００８２】
また、図１２において各領域は、各厚さの座標（ｄ１，ｄ２）におけるβ２の取り得る範囲のうちの中心値（β２ｃとする）の分布を示すものである。また、この中心値β２ｃが、４０．０〜６５．０［°］の範囲では、β２の取り得る値の範囲が、β２ｃ±１５［°］程度と比較的、広い角度のマージンを有する。しかし、それ以外の中心値β２ｃの領域はβ２の取り得る値の範囲が、β２ｃ±５［°］程度と、比較的狭い角度マージンとなるかまたは、β２の解が得られない。ここでは、少なくともβ２の解が得られない厚さｄ１と厚さｄ２との組合せの領域について「解なし」とする。
【００８３】
このように、図１２に示す範囲のうち、４隅の座標（ｄ１，ｄ２）に近づくにつれてβ２ｃの角度のマージンが狭くなるとともに上記（Ｃ）および（Ｄ）を満たすα１、α２およびβ１の値が狭い範囲に限られる。そして、４隅、つまり（ｄ１，ｄ２）＝（８．４，５．８）、（８．４，６．８）、（９．６，５．８）、（９．６，６．８）を含む領域ではα１、α２およびβ１にいずれの値を与えても上記（Ｃ）および（Ｄ）の条件を満たさない。したがって、図１２において解が得られるように厚さｄ１および厚さｄ２を設定するとよい。
【００８４】
次に、λ３出射角２φを変化させ、２φが取り得る範囲について説明する。上記では、２φ＝９０［°］と固定して計算した例を示したが、上記（Ｃ）および（Ｄ）の条件を満たすとともに、一定の範囲のλ３出射角２φを与えることができる。
【００８５】
８． ７８５ｎｍ波長帯の楕円率κ３が０．５（以下）のときのλ３出射角範囲（３）
表３は、例として、λ３出射角２φを変化させたとき、７８５ｎｍ波長帯の楕円率が０．５つまり、上記（Ｄ）の条件を満たす最大値とし、さらに上記（Ｃ）の条件を満たすα１、α２、β１およびβ２の値を示すものである。
【００８６】
【表３】
【００８７】
表３より、λ３出射角２φが３０〜１３５［°］では、各条件の値を設定することによって上記（Ｃ）を満足することができる。しかし、λ３出射角２φが３０［°］より小さい値とするかまたは、１３５［°］より大きい値にしようとすると、６６０ｎｍ波長帯の光に対する楕円率が低くなり、上記（Ｃ）および（Ｄ）を同時に満足する特性を得ることができなくなる。したがって、λ３出射角２φは３０〜１３５［°］の範囲に設定するとよい。ここで、プレツイスト角α１、α２および、ツイスト角度β１、β２は、それぞれプラス（＋）の符号としたが、いずれもマイナス（−）の符号であっても成立はする。このようにいずれもマイナス(−)の符号とするとき、λ３出射角２φもマイナス（−）となるので、−１３５〜−３０［°］の範囲に設定しても上記(Ｃ）、（Ｄ）の条件を満足する。
【００８８】
（第２の実施形態）
第２の実施形態として、第１の実施形態にかかる広帯域波長板１０を用いた光ヘッド装置について説明する。図１３は、第１の実施形態にかかる光ヘッド装置３０の模式図である。半導体レーザ等の光源３１から出射される４０５ｎｍ波長帯の光は、回折素子３４、ダイクロイックプリズム３７、偏光ビームスプリッタ３８、ダイクロイックプリズム３９を透過し、コリメータレンズ４０で平行光となって、本願発明の広帯域波長板１０によって円偏光となる。円偏光となった光は、ダイクロイックプリズム４１を透過し、ミラー４２で反射され、対物レンズ４４によってＢＤ等の光ディスク４５の情報記録面に集光される。復路の光は往路の円偏光とは逆方向の円偏光となって広帯域波長板１０を出射する復路の光は往路の直線偏光に対して直交する直線偏光となり、偏光ビームスプリッタ３８で反射して光検出器４６に到達する。光検出器４６では、光ディスク４５で反射された光からピット情報を検出することで光ディスク４５に記録された情報の読み出しを行う。
【００８９】
同様に、半導体レーザ等の光源３２から出射される６６０ｎｍ波長帯の光は、回折素子
３５を透過し、ダイクロイックプリズム３７で反射され、偏光ビームスプリッタ３８、ダイクロイックプリズム３９を透過し、コリメータレンズ４０で平行光となって、本願発明の広帯域波長板１０によって円偏光となる。円偏光となった光は、ダイクロイックプリズム４１で反射され、対物レンズ４３によってＤＶＤ等の光ディスク４５の情報記録面に集光される。復路の光は往路の円偏光とは逆方向の円偏光となって広帯域波長板１０を出射する復路の光は往路の直線偏光に対して直交する直線偏光となり、偏光ビームスプリッタ３８で反射して光検出器４６に到達する。
【００９０】
そして、半導体レーザ等の光源３２から出射される７８５ｎｍ波長帯の光は、回折素子３６を透過し、入射光の一部を透過、一部を反射するハーフミラー等を含むビームスプリッタ４７を透過し、ダイクロイックプリズム３９で反射され、コリメータレンズ４０で平行光となって、本願発明の広帯域波長板１０によってλ３出射角２φの角度をなした直線偏光となる。直線偏光の光は、ダイクロイックプリズム４１で反射され、対物レンズ４３によってＤＶＤ等の光ディスク４５の情報記録面に直線偏光の状態で集光される。復路の光は広帯域波長板１０に入射する往路と同じ方向の直線偏光となり、ダイクロイックプリズム３９で反射され、ビームスプリッタ４７で反射され光検出器４８に到達する。
【００９１】
このように、広帯域波長板１０を用いることで、４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯の光に対して良好な円偏光を得ることができ、７８５ｎｍ波長帯の光に対して直線偏光とすることができる光ヘッド装置を実現できるので、光ディスクに対する記録・再生の品質が高く、かつ小型化された光ヘッド装置を実現することができる。
【００９２】
（実施例）
広帯域波長板１０の作製方法について説明する。透明基板１１ａとして厚さ０．５ｍｍの石英ガラス基板の一面にポリイミドを塗布し、ラビングにより水平配向処理をして配向膜１２ａを得る。次に、配向膜１２ａの上に図示しない直径８．７μｍのＳｉＯ２ビーズを１０個／ｍｍ２の密度でスペーサとして散布する。その後、同様に図示しないポリイミド配向膜付き石英ガラス基板を用意する。このとき、配向膜１２ａの水平配向方向と図示しないポリイミド配向膜付き石英ガラス基板の水平配向方向とがなす角度（＝ツイスト角度β１）が９０°となるように対向させる。そして、図示しないポリイミド配向膜付き石英ガラス基板のポリイミド配向膜上を離散化処理する。
【００９３】
さらに、ポリイミド配向膜付き石英ガラスの外周部に図示しない熱硬化型のエポキシシール材を印刷する。対向させた配向膜付ガラス基板と離散化処理されたポリイミド配向膜付き石英ガラス基板をエポキシシール材で固定し、２枚のガラス基板間のギャップが８．７μｍの液晶セルを形成する。このように対向させた２枚のガラス基板の８．７μｍのスペースに液晶分子が９０°のツイストするように調整されたコレスティック液晶モノマーを注入し、挟持させる。
【００９４】
液晶材料は、光重合開始剤としてベンゾインニソプロピルエーテルが１％添加されたＵＶ硬化性の液晶モノマー組成物である。また、注入した高分子液晶モノマーは重合後のポリマーにおける屈折率異方性Δｎが４０５ｎｍの波長の光で０．０４７、６６０ｎｍの波長の光で０．０３９、そして７８５ｎｍの波長の光で０．０３８である。
【００９５】
波長３６５ｎｍのＵＶ光を液晶材料全体に照射し、液晶モノマー組成物全体を重合・固化する。３０分間１４０℃の熱処理をして、厚さ８．７μｍの水平配向した高分子液晶層を形成する。その後、上記の離型化処理されたポリイミド配向膜付き石英ガラス基板を除去する。これより、石英ガラス基板１１ａ上の配向膜１２ａの上に水平配向した８．７μｍの厚さでツイスト角β１＝９０°の高分子液晶からなる第１の波長板１３ａが形成される。
【００９６】
上記と同様のプロセスにより、石英ガラス基板１１ｂ上の配向膜１２ｂの上に６．２μｍの厚さで、ツイスト角β２＝４３°の高分子液晶からなる第２の波長板１３ｂを形成する。
【００９７】
作製した第１の波長板１３ａに入射する直線偏光の方向１４を基準として直線偏光の入射する側にある第１の波長板１３ａ液晶分子の長軸方向１５ａとなす角度であるプレツイスト角α１を１１０°とする。第１の波長板１３ａに入射する直線偏光方向１４を基準として第２の波長板１３ｂの第１の波長板１３ａ側にある液晶分子の長軸方向１５ｂとなす角度α２が９０°となるように配置する。波長板１３ａの上にＵＶ接着剤を滴下し、１０００ｒｐｍの回転速度で２０秒間、５０００ｒｐｍで１００秒間回転させ、ＵＶ接着剤の厚さを５μｍとする。石英ガラス基板１１ｂと一体化された波長板１３ｂを積層し、挟持されたＵＶ接着剤領域に５０００ｍＪ、３６５ｎｍのＵＶ光を照射することにより接着剤１１ｃとし、広帯域波長板１０を形成する。
【００９８】
上記各パラメータの条件における実施例を実施例１とし、整理して表４に示す、また、同じ製造方法を用いて、ｄ１、ｄ２、α１、β１、α２およびβ２を変化された実施例として、同様に実施例２〜実施例４として表４に示す。なお、実施例１〜３は、ポリマーの屈折率異方性Δｎが上記に示す特性を有する材料を用い、実施例４は、ポリマーの屈折率異方性Δｎが４０５ｎｍの波長の光で０．０４０、６６０ｎｍの波長の光で０．０３５、そして７８５ｎｍの波長の光で０．０３４となる材料を用いる。
【００９９】
【表４】
【０１００】
実施例１について、４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の直線偏光を入射したときの楕円率、および７８５ｎｍ波長帯における方位角（λ３出射角）の結果を図１４に示す。なお、このときのλ３出射角２φの設定値は、６０［°］である。図１４（ａ）、図１４（ｂ）に示すように４０５ｎｍ波長帯および６６０ｎｍ波長帯においていずれも楕円率が０．８以上となるとともに、図１４（ｃ）に示すように７８５ｎｍ波長帯において楕円率が０．５以下となる。さらに図１４（ｄ）に示すように７８５ｎｍ波長帯においてλ３出射角２φの設定が６０［°］に対して６０±５［°］の範囲となり、それぞれの波長帯において所望の偏光状態が得られていることが確認できる。
【０１０１】
実施例２について、４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の直線偏光を入射したときの楕円率、および７８５ｎｍ波長帯における方位角（λ３出射角）の結果を図１５に示す。なお、このときのλ３出射角２φの設定値は、９０［°］である。図１５（ａ）、図１５（ｂ）に示すように４０５ｎｍ波長帯および６６０ｎｍ波長帯においていずれも楕円率が０．８以上となるとともに、図１５（ｃ）に示すように７８５ｎｍ波長帯において楕円率が０．５以下となる。さらに図１５（ｄ）に示すように７８５ｎｍ波長帯においてλ３Ｄ出射角２φの設定が９０［°］に対して９０±１［°］の範囲となり、それぞれの波長帯において所望の偏光状態が得られていることが確認できる。λ３Ｄ出射角が、９０°となっているため、ディスクの複屈折が、ディスクの円周方向、もしくは、直径方向に発生している場合に、特に複屈折対策として有効となる。
【０１０２】
実施例３について、４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の直線偏光を入射したときの楕円率、および７８５ｎｍ波長帯における方位角（λ３出射角）の結果を図１６に示す。なお、このときのλ３出射角２φの設定値は、９０［°］である。図１６（ａ）、図１６（ｂ）に示すように４０５ｎｍ波長帯および６６０ｎｍ波長帯においていずれも楕円率が０．６５以上となるとともに、図１６（ｃ）に示すように７８５ｎｍ波長帯において楕円率が０．５以下となる。さらに図１６（ｄ）に示すように７８５ｎｍ波長帯においてλ３出射角２φの設定が９０［°］に対して９０±１［°］の範囲となり、それぞれの波長帯において所望の偏光状態が得られていることが確認できる。λ３出射角が、９０°となっており、実施例１、２の波長板と比較して、さらに、７８５ｎｍの楕円率が低下しているため、ディスクの複屈折対策としての有効性が向上する。
【０１０３】
実施例４について、４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の直線偏光を入射したときの楕円率、および７８５ｎｍ波長帯における方位角（λ３出射角）の結果を図１７に示す。なお、このときのλ３出射角２φの設定値は、９０［°］である。図１７（ａ）、図１７（ｂ）に示すように４０５ｎｍ波長帯および６６０ｎｍ波長帯においていずれも楕円率が０．６５以上となるとともに、図１７（ｃ）に示すように７８５ｎｍ波長帯において楕円率が０．５以下となる。さらに図１７（ｄ）に示すように７８５ｎｍ波長帯においてλ３出射角２φの設定が９０［°］に対して９０±１［°］の範囲となり、それぞれの波長帯において所望の偏光状態が得られていることが確認できる。
【０１０４】
また、実施例３および実施例４は、とくに７８５ｎｍ波長帯の光に対する楕円率を０．３５以下にすることができる。これにより、広帯域波長板を光ヘッド装置に配置した場合、ＣＤの複屈折性による記録再生の品質の劣化を抑制する場合において効果的である。さらに、４０５ｎｍ波長帯および６６０ｎｍ波長帯の光に対する楕円率を０．６５以上とすることができるので、ＢＤなどの高密度光記録媒体、ＤＶＤにおいても良好に記録再生ができ、さらに小型化となる光ヘッド装置を実現することができる。
【０１０５】
（比較例）
比較例として、４０５ｎｍ波長帯に対して９λ／４板、６６０ｎｍ波長帯に対して５λ／４板、７８５ｎｍ波長帯に対してλ板の機能を有する、ツイストしない（ツイスト角β１，β２＝０［°］）１枚または２枚の波長板を用いた広帯域波長板の特性を示す。具体的に、比較例１〜３それぞれに分散特性の異なる材料を用いて、表５に示し、各材料における最適な条件を表６に示す。なお、作製方法は、石英ガラス基板を対向させるとき、配向膜の配向方向が同じ方向となるように調整する以外は実施例と同じである。
【０１０６】
【表５】
【０１０７】
【表６】
【０１０８】
比較例１〜３の条件について、４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の直線偏光を入射したときの楕円率、および７８５ｎｍ波長帯における方位角（λ３出射角）の比較例の結果をそれぞれ図１８〜図２０に示す。図１８（ａ）、図１９（ａ）および図２０（ａ）は、それぞれ比較例１〜３における４０５ｎｍ波長帯の楕円率、図１８（ｂ）、図１９（ｂ）および図２０（ｂ）は、それぞれ比較例１〜３における６６０ｎｍ波長帯の楕円率、図１８（ｃ）、図１９（ｃ）および図２０（ｃ）は、それぞれ比較例１〜３における７８５ｎｍ波長帯の楕円率を示すグラフである。また、図１８（ｄ）、図１９（ｄ）および図２０（ｄ）は、それぞれ比較例１〜３における７８５ｎｍ波長帯の方位角を示すグラフである。
【０１０９】
この結果より、比較例では、とくに４０５ｎｍ波長帯において楕円率０．６５以上の特性を得ることができない。このため、この広帯域波長板を光ヘッド装置に配置したとき、ＣＤの記録再生においてディスクの複屈折の影響を低減することはできても、ＢＤのような高密度光記録媒体の記録再生の際、４０５ｎｍ波長帯の偏光状態が良好な円偏光とならないため、光利用効率が低下し、安定したな記録再生ができなくなる。また、７８５ｎｍ波長帯では、λ板の機能を有するため、方位角（λ３出射角）は、０［°］近辺に固定されるものであって、本願発明の広帯域波長板のように自由にλ３出射角を設定することはできない。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
以上のように、２枚の波長板を配して構成される広帯域波長板として各波長板のリタデーション値、プレツイスト角、ツイスト角をそれぞれ調整することにより、異なる波長帯域を有する波長λ１、λ２およびλ３（λ１＜λ２＜λ３）で入射する直線偏光に対し、λ１、λ２の光は楕円率を高く円偏光に近い偏光状態にすることができ、λ３の光は楕円率が低い直線偏光に近い偏光状態で出射させることができる。さらに、この広帯域波長板を規格が異なる光ディスクの記録・再生をする光ヘッド装置に配置することで記録・再生の品質を高めた光ヘッド装置を実現することができ、有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の広帯域波長板の断面模式図および波長板の各光学軸の角度など関係を示す平面模式図。
【図２】１／２波長板の機能を示す模式図。
【図３】λ３出射角２φが９０°となるときのθ１，θ２の変化によるＡ・θ１２＋Ｂ・θ２２＋Ｃ・θ１＋Ｄ・θ２＋Ｅの分布図。
【図４】第１の波長板のプレツイスト角α１が取り得る範囲の中間値（平均値）を示す分布図。
【図５】第１の波長板のツイスト角β１が取り得る範囲の中間値（平均値）を示す分布図。
【図６】第１の波長板のプレツイスト角α２が取り得る範囲の中間値（平均値）を示す分布図。
【図７】第１の波長板のツイスト角β２が取り得る範囲の中間値（平均値）を示す分布図。
【図８】λ３出射角２φが９０°となるときのθ１，θ２の変化によるＦ・θ１＋Ｇ・θ２＋Ｈの分布図。
【図９】第１の波長板のプレツイスト角α１が取り得る範囲の中間値（平均値）を示す分布図。
【図１０】第１の波長板のツイスト角β１が取り得る範囲の中間値（平均値）を示す分布図。
【図１１】第１の波長板のプレツイスト角α２が取り得る範囲の中間値（平均値）を示す分布図。
【図１２】第１の波長板のツイスト角β２が取り得る範囲の中間値（平均値）を示す分布図。
【図１３】本発明の広帯域波長板を用いた光ヘッド装置の模式図。
【図１４】実施例１における各波長帯における楕円率または方位角（λ３出射角）の特性。
【図１５】実施例２における各波長帯における楕円率または方位角（λ３出射角）の特性。
【図１６】実施例３における各波長帯における楕円率または方位角（λ３出射角）の特性。
【図１７】実施例４における各波長帯における楕円率または方位角（λ３出射角）の特性。
【図１８】比較例１における各波長帯における楕円率または方位角（λ３出射角）の特性。
【図１９】比較例２における各波長帯における楕円率または方位角（λ３出射角）の特性。
【図２０】比較例３における各波長帯における楕円率または方位角（λ３出射角）の特性。
【図２１】従来の３波長の光を扱う光ヘッド装置の構成を示す模式図。
【図２２】３波長の光を扱う光ヘッド装置の構成を示す模式図（特許文献１）。
【図２３】３波長の光を扱う光ヘッド装置の構成を示す模式図（特許文献２）。
【符号の説明】
【０１１２】
１０ 広帯域波長板（本発明）
１１ａ、１１ｂ 透明基板
１１ｃ 接着剤
１２ａ、１２ｂ 配向膜
１３ａ 第１の波長板
１３ｂ 第２の波長板
１４ 入射する光の偏光方向
１５ａ 第１の波長板の光入射側の液晶分子の長軸方向
１５ｂ 第１の波長板の光出射側の液晶分子の長軸方向
１６ａ 第２の波長板の光入射側の液晶分子の長軸方向
１６ｂ 第２の波長板の光出射側の液晶分子の長軸方向
２０ １／２波長板
２１ １／２波長板に入射する直線偏光の方向（第１の偏光方向）
２２ １／２波長板か出射する直線偏光の方向（第２の偏光方向）
３０、１００、２００、３００ 光ヘッド装置
３１、１０１、２０１、３０１ 光源（４０５ｎｍ波長帯）
３２、１０２、２０２、３０２ 光源（６６０ｎｍ波長帯）
３３、１０３、２０３、３０３ 光源（７８５ｎｍ波長帯）
３４、３５、３６、１０４、１０５、１０６、２０４、２０５、２０６ 回折素子
３７、３９、４１、１０８、２０７、２０８、２１２、３０８、３０９ ダイクロイックプリズム
３８、４７、１０７、１０９、２０９ （偏光）ビームスプリッタ
４０、１１０、１１１、２１０、３１０ コリメータレンズ
４１、１１４、１１５、２１３ ミラー
４３、４４、１１６、１１７、２１４、２１５、３１３ 対物レンズ
４５、１１８、２１６、３１５ 光ディスク
４６、４８、１１９、１２０、２１７、３０４、３０５、３０６ 光検出器
１１２、１１３、２１１ １／４波長板
３０７ 無偏光回折格子
３１１ 偏光回折格子
３１２ （広帯域）波長板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広帯域で入射する光の偏光状態を制御するための広帯域波長板であり、とくに、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）のような高密度光記録媒体に情報の記録および再生を行う光ヘッド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば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だけでなく、ＢＤなどのような高密度光記録媒体（以下、「光ディスク」という）に情報の記録および再生を行う光ヘッド装置の開発が進んでいる。使用されるレーザ光の波長は、短波長であるほど記録密度を向上できるため光源の短波長化が進められている。一方、これまでに普及している多くの光ディスク用の長波長（赤色域、近赤外域）のレーザ光による再生または記録（以下、「記録・再生」という）もできるようにする必要があり、従来のＤＶＤのような赤色域（６６０ｎｍ波長帯）、ＣＤのような近赤外域（７８５ｎｍ波長帯）のレーザ光と、短波長（４０５ｎｍ波長帯）のレーザ光との互換性を有する様々な方式が提案されている。
【０００３】
このように、高密度記録媒体だけでなく、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、短波長を発する光源に加えて、赤色域、近赤外域の光源を併せて設置する方式がある。このため、３つの異なる波長を含む広帯域の波長に対して一定の特性を有する光学部品のニーズも高まっている。したがって、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤなどを記録・再生できる光ヘッド装置は少ない光学部品で構成できるような小型化が要求されている。
【０００４】
図２１に一例として３つの異なる波長のレーザ光を使用した従来の光ヘッド装置１００の構成を示す。半導体レーザ等の光源１０１から出射される４０５ｎｍ波長帯の光は、偏光ビームスプリッタ１０７で反射され、コリメータレンズ１１０で平行光となって１／４波長板１１２によって円偏光となる。円偏光となった光は、ミラー１１４で反射し、対物レンズ１１６によってＢＤ等の光ディスク１１８の情報記録面に集光される。情報記録面に形成されたピットの情報を含んだ反射光は上記の経路を逆方向に進行する。ここで、光源から光ディスクに到達するまでの光路を「往路」、光ディスクから光検出器に到達するまでの光路と「復路」として説明する。復路の光は往路の円偏光とは逆方向の円偏光となって１／４波長板１１２を出射する復路の光は往路の直線偏光に対して直交する直線偏光となり、偏光ビームスプリッタ１０７を直進透過して光検出器１１９に到達する。光検出器１１９では、光ディスクで反射された光からピット情報を検出することで光ディスク１１８に記録された情報の読み出しを行っている。
【０００５】
同様に、半導体レーザ等の光源１０２から出射される６６０ｎｍ波長帯の光はダイクロイックプリズム１０８を透過し、光源１０３から出射される７８５ｎｍ波長帯の光は、ダイクロイックプリズム１０８で反射され、それぞれの光は偏光ビームスプリッタ１０９を透過する。そして、コリメータレンズ１１１で平行光となって、１／４波長板１１３で円偏光となって、ミラー１１５で反射され対物レンズ１１７で光ディスク１１８に集光される。復路の光は、それぞれ往路の直線偏光と直交する直線偏光となって、偏光ビームスプリッタ１０９で反射され、光検出器１２０に到達する。また、回折素子１０４、１０５、１０６は、光源からの光をメインビームと、例えばトラッキングサーボ信号となる２つのサブビームの３ビームを発現させるための光学素子であって、それぞれの往路の光源と偏光ビームスプリッタまたはダイクロイックプリズムとの間の光路中に配置することができる。
【０００６】
このように、図２１に示した光ヘッド装置１００は、偏光ビームスプリッタや光検出器などの光学素子をそれぞれ２セット配置しており、部品点数が多く装置の小型化や、組立調整に時間がかかるといった問題がある。これに対し、例えば、図２２に３つの異なる波長のレーザ光を使用した他の構成例となる光ヘッド装置２００が報告されている（特許文献１）。
【０００７】
図２２に示す光ヘッド装置２００は、光ヘッド装置１００に対して、３つの異なる波長の光に対して共通して使用するコリメータレンズ２１０および１／４波長板２１１が採用されるものである。４０５ｎｍ波長帯の光源２０１、６６０ｎｍ波長帯の光源２０２、７８５ｎｍ波長帯の光源２０３から発する光の光路中にダイクロイックプリズム２０８を配置し、光源２０２および光源２０３の光路中にダイクロイックプリズム２０７を配して各波長の光を透過または反射させる。なお、ダイクロイックプリズム２０７は、６６０ｎｍ波長帯の光を透過するとともに７８５ｎｍ波長帯の光を反射する機能を有し、ダイクロイックプリズム２０８は、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の光を透過するとともに４０５ｎｍ波長帯の光を反射する機能を有する。さらに、３つの波長の光はコリメータレンズ２１０と１／４波長板２１１を透過する。ダイクロイックプリズム２１２は、４０５ｎｍ波長帯の光を反射させ、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の光を透過させる機能を有し、４０５ｎｍ波長帯の光は、対物レンズ２１４により、ＢＤ等の光ディスク２１６の情報記録面に集光する。
【０００８】
一方、６６０ｎｍ波長帯、７８５ｎｍ波長帯の光は、ダイクロイックプリズム２１２を直進透過し、ミラー２１３で反射し、対物レンズ２１５により、ＤＶＤ、ＣＤ等の光ディスク２１６の情報記録面に集光する。それぞれの光ディスクで反射された４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の復路の光は、１／４波長板２１１にて往路の直線偏光に対して直交する直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ２０９で反射し光検出器２１７に到達する。特許文献１において、とくに４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯それぞれに１／４波長板として機能する、広帯域波長板を特徴とする光ヘッド装置として報告されている。
【０００９】
また、図２３に３つの異なる波長のレーザ光を使用した別の構成を有する光ヘッド装置３００が報告されている（特許文献２）。光ヘッド装置３００は、４０５ｎｍ波長帯の光源３０１、６６０ｎｍ波長帯の光源３０２、７８５ｎｍ波長帯の光源３０３から発する光の光路中にダイクロイックプリズム３０８、３０９、無偏光回折格子３０７を配し、コリメータレンズ３１０と対物レンズ３１３の間の光路中に偏光回折格子３１１と（広帯域）波長板３１２を有するものである。また、それぞれの波長帯の光に対して、光検出器３０４、３０５、３０６が配され、光ディスク３１５で反射された光が検出される。
【００１０】
ここで、いずれの波長帯の光も直線偏光で波長板３１２に入射するが、波長板３１２は、４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯の光は、円偏光で出射し、７８５ｎｍ波長帯の光は直線偏光のまま出射させる機能を有し、波長板３１２を出射した光は、光ディスク３１５の情報記録面に集光する。
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−１１４０８０号公報
【特許文献２】特開２００６−２３６５４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
３つの異なる波長の光が入射して、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤ等の異なる規格の光ディスクの情報の記録・再生が可能な、互換性を有する光ヘッド装置を実現する上で、特許文献１のように３つの異なる波長の光を円偏光として集光させるとき、とくにＣＤの記録・再生が良好にできないという問題がある。つまり、ＣＤは、ＢＤ、ＤＶＤに比べて情報記録面を保護する樹脂材料として大きな複屈折材料を有するものがあるため、集光して入射する円偏光に対し反射される光が逆回りの円偏光とならないことがある。例えば、この樹脂材料の複屈折の影響で反射する光が入射する光と同じ円偏光になると、偏光ビームスプリッタに入射する復路の光の偏光状態が、往路の偏光状態に近い状態となって、反射された光のうち光検出器に到達する光の光量が大きく低減し、情報の再生が良好にできなくなる。このため、このような光ディスクに対しても良好に記録・再生を行うためには、この複屈折の影響を低減するためにＣＤ用の波長（７８５ｎｍ波長帯）の光を直線偏光の状態でＣＤの情報記録面に集光させる手段がとられている。
【００１３】
また、特許文献２の光ヘッド装置の波長板は、４０５ｎｍの波長の光、６６０ｎｍの波長の光、７８５ｎｍの波長の光に対しては、それぞれ所望の位相差を得ることができるが、入射する光の波長をλとするとき、４０５ｎｍの光に対して（９／４）λの位相差を与える９λ／４板、６６０ｎｍの光に対して（５／４）λの位相差を与える５λ／４板、７８５ｎｍの光に対してλの位相差を与えるλ板となるように設計しており、使用温度および半導体レーザの個別素子のばらつきなどで、発振する光の波長が変動すると所望の位相差に対して大きく変動するため、出射する光の偏光状態が安定しないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、所定の異なる帯域を有する３種の波長λ１、λ２、λ３（λ１＜λ２＜λ３）で入射する直線偏光について偏光状態を変える広帯域波長板において、前記広帯域波長板は、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直線偏光の方向を基準としたとき、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第１のプレツイスト角α１［°］、第２のプレツイスト角をα２［°］とし、前記広帯域波長板から出射する波長λ１の楕円率κ１および波長λ２の光の楕円率κ２が０．６５以上となるとともに波長λ３の光の楕円率κ３が０．５以下となるように前記α１、前記α２、０とは異なる値の前記β１、０とは異なる値の前記β２、および、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が設定されている広帯域波長板を提供する。
【００１５】
また、前記波長λ３で入射する直線偏光の方向と前記波長λ３で出射する光の方位角とがなす角度をλ３出射角２φ［°］とするとき、前記λ３出射角２φは、いずれの値にも設定できる上記の広帯域波長板を提供する。
【００１６】
また、前記波長λ１は３９０〜４２０ｎｍの波長範囲である４０５ｎｍ波長帯、前記波長λ２は６４０〜６８０ｎｍの波長範囲である６６０ｎｍ波長帯、前記波長λ３は７６５〜８０５ｎｍの波長範囲である７８５ｎｍ波長帯であり、
３９０〜８０５ｎｍの帯域を有する波長をλとし、前記波長λにおける前記第１の波長板のリタデーション値をＲｄ１（λ）、前記波長λにおける前記第２の波長板のリタデーション値をＲｄ２（λ）とし、前記波長λに含まれる特定の波長を波長λａ、波長λｂとするとき、
Ｒｄ１（λａ）＝３λａ／４ ・・・（１）
Ｒｄ２（λｂ）＝λｂ／２ ・・・（２）
１．０＜Ｒｄ１（λａ）／Ｒｄ２（λｂ）＜２．０ ・・・（３）
の全てを満たす上記の広帯域波長板を提供する。
【００１７】
また、光が入射する側からみて、前記第１の波長板に入射する前記直線偏光の方向を基準に反時計方向をプラスとするとき、前記λ３出射角２φ、前記第１の波長板のプレツイスト角α１、前記第１の波長板のツイスト角β１、前記第２の波長板のプレツイスト角α２、前記第２の波長板のツイスト角β２の関係が、
４６＜α１＜２φ×０．２５＋１２５ ・・・（４ａ）
２φ×０．２５−５＜β１＜２φ×０．６＋６０ ・・・（５ａ）
２φ×０．５４＋２７＜α２＜２φ×０．４５＋１０５ ・・・（６ａ）
０．８＜（α１＋β１）／（α２＋β２）＜１．４ ・・・（７）
２φ×０．３３−２０＜β２＜２φ×０．３３＋５０ ・・・（８ａ）
２φ×０．２５−１２５＜α１＜−４６ ・・・（４ｂ）
２φ×０．６−６０＜β１＜２φ×０．２５＋５ ・・・（５ｂ）
２φ×０．４５−１０５＜α２＜２φ×０．５４−２７ ・・・（６ｂ）
２φ×０．３３−５０＜β２＜２φ×０．３３＋２０ ・・・（８ｂ）
のうち、（４ａ）、(５ａ)、（６ａ）、（７）、（８ａ）の全てを満たすかまたは、（４ｂ）、(５ｂ)、（６ｂ）、（７）、（８ｂ）の全てを満たす上記の広帯域波長板を提供する。
【００１８】
また、前記波長λ１、前記波長λ２および前記波長λ３で入射する直線偏光の方向が互いに平行である上記の広帯域波長板を提供する。
【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、を備えた光ヘッド装置であって、前記光源と前記対物レンズとの間の光路中、または前記対物レンズと前記光検出器との間の光路中に、上記の広帯域波長板が配される光ヘッド装置を提供する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、異なる複数の波長の光が入射してそれぞれの光の偏光状態を変えることができる広帯域波長板を提供するとともに、３つの異なる波長の光を使用する光ヘッド装置において光学素子の部品点数の削減による小型化、記録・再生の高品質化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態にかかる広帯域波長板１０の構成を示す模式図である。このうち、図１（ａ）は、広帯域波長板１０の断面模式図であり、２枚の波長板１３ａと１３ｂとが、透明基板１１ａ、１１ｂおよび接着剤１１ｃを介して一体化されてなるものである。また、後述するように波長板１３ａ、１３ｂが高分子液晶からなる場合は、それぞれ配向膜１２ａ、１２ｂを配してもよい。図１（ｂ）および図１（ｃ）は、それぞれ波長板１３ａ、１３ｂの液晶分子の厚さ方向（Ｚ方向）のツイスト方向と入射する光の偏光方向との関係を示す平面模式図である。
【００２２】
透明基板１１ａ、１１ｂおよび接着剤１１ｃは入射する光に対して透明であれば、樹脂板、樹脂フィルムなど種々の材料を用いることができるが、ガラスや石英ガラスなどの光学的等方性材料を用いると、透過光に複屈折性の影響を与えないため好ましい。波長板１３ａ、１３ｂは、光学的に複屈折性を有する材料からなり、液晶を高分子化した高分子液晶を用いると、液晶の配向方向を制御して波長板１３ａ、１３ｂの光学軸方向を設定しやすく好ましい。また、波長板１３ａ、１３ｂを構成する高分子液晶の液晶分子の長軸方向は厚さ方向（Ｚ方向）に捩れるようにツイスト配向されている。
【００２３】
２つの波長板１３ａ、１３ｂの接着には、粘着フィルム、ＵＶ硬化型や熱硬化型の接着剤を使用できる。広帯域波長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、できるだけ薄い接着層として貼り合わせることが望ましく、接着層の厚さを１０μｍ以下にすることが特に望ましい。また、広帯域波長板は、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波長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波長板を単独で用いる場合には、２枚の透明基板１１ａ、１１ｂにより挟み込む構成が波面収差低減、強度確保の点から特に望ましい。
【００２４】
次に、２つの波長板の各パラメータについて説明する。まず、広帯域波長板１０には、Ｘ方向の直線偏光の光が透明基板１１ａ側からＺ方向に進行しながら入射するものとする。なお、Ｘ方向の直線偏光の方向を、Ｘ方向の直線偏光の振動方向ともいう。図１（ｂ）は、波長板１３ａに関する平面模式図であり、広帯域波長板１０に入射する直線偏光１４の方向（＝Ｘ方向）と、波長板１３ａの光の入射面上の液晶分子の長軸方向または長軸方向と直交する短軸方向とがなす角度（以下、プレツイスト角という）をα１［°］とする。なお、図１（ｂ）の１５ａは以下、液晶分子の長軸方向を示す方向として説明する。
【００２５】
ここで、プレツイスト角α１の符号は、波長板１３ａの光入射面（Ｘ−Ｙ平面）において、Ｘ方向を基準に反時計回り方向をプラス（＋）、時計回り方向をマイナス（−）とする。次に、波長板１３ａの液晶分子のツイスト角β１［°］を考える。ツイスト角β１は、波長板１３ａの光入射面（Ｘ−Ｙ平面）の液晶分子の長軸方向と、波長板１３ａの光出射面（Ｘ−Ｙ平面）の液晶分子の長軸方向とがなす角度である。ツイスト角β１の符号は、波長板１３ａの光の入射面上の液晶分子の長軸方向１５ａを基準として、光の入射側からみて反時計回り方向をプラス（＋）、時計回り方向をマイナス（−）とする。このことから、図１（ｂ）に示すα１およびβ１はプラスの方向を表すものである。
【００２６】
図１（ｃ）は、波長板１３ｂに関する平面模式図であり、同様に広帯域波長板１０（透明基板１１ａ）に入射する直線偏光１４の方向（＝Ｘ方向）と、波長板１３ｂの光の入射面上の液晶分子の長軸方向または短軸方向とがなすプレツイスト角をα２［°］とする。なお、図１（ｃ）の１５ｂは以下、液晶分子の長軸方向を示す方向として説明する。また、波長板１３ｂの液晶分子のツイスト角をβ２［°］として表したものである。なお、α２、β２の符号の正負の考え方は、上記波長板１３ａと同様である。ここで、１５ａと１５ｂの組み合わせは互いに液晶分子の長軸方向どうし、または短軸方向どうしの組み合わせであり、一方が長軸方向で一方が短軸方向という組み合わせはないものとする。つまり、α１およびα２に与えられるパラメータ値の範囲は、液晶分子の長軸方向どうしの組み合わせ、液晶分子の短軸方向どうしの組み合わせいずれにおいても成立するものであるが、とくに指定がない場合は、α１およびα２は液晶分子の長軸方向どうしの組み合わせであるものとして説明する。
【００２７】
次に、本発明の広帯域波長板の機能について説明する。広帯域波長板１０は、４０５ｎｍ波長帯の光、６６０ｎｍ波長帯の光、７８５ｎｍ波長帯の光が同じ方向の直線偏光で入射し、４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯の光に対して１／４波長板としての機能を有し、７８５ｎｍ波長帯の光に対して１／２波長板としての機能を実現するため、上記２枚の波長板のパラメータを与える。ここで、具体的に４０５ｎｍ波長帯は、３９０〜４２０ｎｍの範囲、６６０ｎｍ波長帯は、６４０〜６８０ｎｍの範囲、７８５ｎｍ波長帯は、７６５〜８０５ｎｍの範囲を示すものとする。
【００２８】
１／４波長板としての機能は、直線偏光で入射する光を円偏光に変換して出射するものまたは、円偏光で入射する光を直線偏光に変換して出射するものである。直線偏光の光が入射して出射する光の偏光状態は楕円率によって示すことができ、この楕円率が１に近いほど光は円偏光に近い偏光状態となる。本発明の広帯域波長板により得られる楕円率としては、４０５ｎｍ波長帯の光に対する楕円率κ１および６６０ｎｍ波長帯の光に対する楕円率κ２がそれぞれ０．６５以上であれば好ましく、０．７５以上であればより好ましく、０．８以上であればさらに好ましい。このように高い楕円率を得ることによって、対応する波長の光が入射したとき、広帯域波長板を往復する光が互いに直交する方向に近づくので、往路と復路の光を良好に分離でき、光利用効率を高めることができる。
【００２９】
例えば、楕円率κ１およびκ２が０．６５以上である場合、Ａ方向の直線偏光の光が入射して広帯域波長板で円偏光となり、光ディスクで反射して再度、広帯域波長板に入射すると、Ａ方向と直交するＢ方向の直線偏光となるが、このＢ方向の直線偏光のＢ方向の偏光強度が０．８以上となる。この場合、入射するＡ方向の直線偏光の光強度（＝１）に対して、反射して戻るＢ方向の直線偏光が０．８、つまり光利用効率が８０％以上となるので、好ましい。
【００３０】
一方、１／２波長板としての機能は、直線偏光で入射する光に対して、同じく直線偏光の光で出射するものである。図２は、光学軸が厚さ方向に揃った（光学軸がツイストしない）１／２波長板に入射する直線偏光と出射する直線偏光の状態を示す平面模式図である。１／２波長板２０に入射する直線偏光の方向を２１とし、直線偏光の方向２１を基準に光学軸（ここでは例として遅相軸）とがなす角度をφとすると、出射する直線偏光の方向は、直線偏光の方向２１を基準に２φの角度となる。例えば、このφの値を４５°に設定すると、入射する直線偏光と出射する直線偏光とは直交する関係となる。
【００３１】
また、図２を用いて、入射する直線偏光の方向を第１の偏光方向２１、第１の偏光方向に対して２φの角度をなして出射する方向を第２の偏光方向２２とするとき、出射する光の方位角は、第２の偏光方向２２を基準に±５°の範囲内にあれば好ましく、±２°の範囲内であればより好ましい。これより、第１の偏光方向２１に対し、２φ±５°の範囲内にあれば好ましく、２φ±２°の範囲内であればより好ましい。
【００３２】
また、本発明の広帯域波長板１０において、７８５ｎｍ波長帯の光に対して１／２波長板として機能させることにより得られる出射光を楕円率κ３とすると、κ３は０．５以下であれば好ましく、０．３５以下であればより好まく、０．２５以下であればさらに好ましい。これは、楕円率κ３を０．５以下として、出射光の楕円の長軸方向となる上記２φに相当する方位角の方向と、ＣＤの複屈折が小さくなる方向であるＣＤの半径方向またはそれと直交するＣＤの接線方向、を合わせることによって、複屈折による方位角方向の光量の変動を低減できるからである。なお、出射する光が直線偏光（κ３＝０）の場合、直線偏光方向が方位角に相当する。
【００３３】
図２は、光学軸が厚さ方向に揃う１／２波長板を説明するものであり、第１の偏光方向２１に対して第２の偏光方向としたい角度２φを決定すると、φを調整することによって容易に実現することができる。しかし、広帯域波長板１０は、液晶分子が厚さ方向にツイストして構成される波長板であるので、上記角度２φに相当する第２の偏光方向を得るためには、後述するように２枚の波長板のリタデーション値、プレツイスト角およびツイスト角を適切に設定する必要がある。なお、７８５ｎｍ波長帯の光において得られる角度２φを以下、「λ３出射角」という。λ３出射角は、光の入射面からみて入射する直線偏光の方向を基準に反時計回りをプラス方向とする。
【００３４】
また、１／２波長板の指標となるパラメータとして、楕円率κ３のほかに偏光子強度ηを用いて表現することもできる。偏光子強度とは、本発明の広帯域波長板１０を透過した光がそのまま偏光子に入射するように配置したとき、偏光子を透過する前後の光強度の比で表されるものである。例えば、楕円偏光の長軸方向の光強度をａ、短軸方向の光強度をｂとすると、楕円率κ３はｂ／ａで与えられ、偏光子強度ηは、ａ２／（ａ２＋ｂ２）で与えられる。つまり、楕円率κ３の好ましい範囲が０．５以下、より好ましい範囲が０．３５以下、さらに好ましい範囲が０．２５以下というのは、偏光子強度ηは０．７５以上が好ましく、０．８９以上であればより好ましく、０．９４以上であればさらに好ましいと言い換えることもできる。
【００３５】
次に、これらの波長板１３ａ、１３ｂの各パラメータの設定条件について説明する。ここでは、光が入射する順番に便宜的に第１の波長板（＝波長板１３ａ）、第２の波長板（＝波長板１３ｂ）とする。
【００３６】
１． 波長板のリタデーション値の設定
まず、第１の波長板は、３９０〜８０５ｎｍの帯域を有する波長λにおいて、波長λに含まれる特定の波長を波長λａとするとき、位相差が３λａ／４となる条件が得られるようにする。具体的には、第１の波長板を構成する複屈折性材料の常光屈折率をｎｏ、異常光屈折率をｎｅとしたときの屈折率異方性Δｎ（＝｜ｎｅ−ｎｏ｜）と第１の波長板の厚さｄ１との積で表される第１のリタデーション値Ｒｄ１（＝Δｎ・ｄ１）が３λａ／４となる点を有するように、Δｎおよびｄ１を調整する。また、屈折率異方性Δｎについては波長分散性、つまり同じ複屈折性材料であっても入射する光の波長によって異なるΔｎについて考慮して設計する。
【００３７】
次に、第２の波長板は、３９０〜８０５ｎｍの帯域を有する波長λにおいて、波長λに含まれる特定の波長を波長λｂとするとき、位相差がλｂ／２となる条件が得られるようにする。具体的には、第２の波長板を構成する複屈折性材料の屈折率異方性Δｎと第２の波長板の厚さｄ２との積で表される第２のリタデーション値Ｒｄ２（＝Δｎ・ｄ２）がλｂ／２となる点を有するように、Δｎおよびｄ２を調整する。なお、第１の波長板と第２の波長板を構成する複屈折性材料は同じものとして説明しているが、異なる材料の組合せであってもよい。これらが同じ材料であると、使用温度変化に対する熱膨張係数が同じであるため、素子の歪みを少なくすることができるなどの理由で好ましい。
【００３８】
また、３９０〜８０５ｎｍの帯域を有する波長λにおける第１のリタデーション値をＲｄ１（λ）、波長λにおける第２のリタデーション値をＲｄ２（λ）として、上記と同様に波長λに含まれる特定の波長λａにおける第１の波長板のリタデーション値をＲｄ１（λａ）、上記と同様に波長λに含まれる特定の波長λｂにおける第２の波長板のリタデーション値をＲｄ２（λｂ）とするとき、Ｒｄ１（λａ）／Ｒｄ２（λｂ）が１．０より大きく２．０より小さい値となるようにリタデーション値を調整する。波長λａおよび波長λｂは、上記と同様に３９０〜８０５ｎｍの波長範囲における少なくとも１点の任意の値で成立すればよい。
【００３９】
ここで、２枚の波長板が有するリタデーション値の条件について整理する。３９０〜８０５ｎｍの帯域を有する波長λに含まれる特定の波長を波長λａ、波長λｂとするとき、
Ｒｄ１（λａ）＝３λａ／４ ・・・（１）
Ｒｄ２（λｂ）＝λｂ／２ ・・・（２）
１．０＜Ｒｄ１（λａ）／Ｒｄ２（λｂ）＜２．０ ・・・（３）
がすべて成立するようにするとよい。
【００４０】
２． プレツイスト角（α１，α２）およびツイスト角（β１，β２）の設定（１）
次に、上記（１）〜（３）を満たすリタデーション条件において、さらに、第１の波長板のプレツイスト角（α１）およびツイスト角（β１）、第２の波長板のプレツイスト角（α２）およびツイスト角（β２）の条件を設定する。これら４つのパラメータは、１つのパラメータの値を固定して他の３つのパラメータを変化させる。そして、少なくとも本発明の広帯域波長板において必要な機能である以下、
（Ａ）４０５ｎｍ波長帯の楕円率κ１および６６０ｎｍ波長帯の楕円率κ２が０．６５以上、
（Ｂ）７８５ｎｍ波長帯の楕円率κ３が０．５以下、
となる２つ条件を設定する。
【００４１】
上記４つのパラメータについて（Ａ）、（Ｂ）の条件に基づいてそれぞれ考える。また、これら４つのパラメータはプラス（＋）の値となるものとして説明する。まず、第１の波長板１３ａのプレツイスト角α１［°］は、
４６＜α１＜２φ×０．２５＋１２５ ・・・（４ａ）
となるようにし、所望のλ３出射角２φを与えたとき、第１の波長板１３ｂのツイスト角β１［°］は、
２φ×０．２５−５＜β１＜２φ×０．６＋６０ ・・・（５ａ）
となるようにする。
【００４２】
次いで、第２の波長板１３ｂのプレツイスト角α２［°］は、
２φ×０．５４＋２７＜α２＜２φ×０．４５＋１０５ ・・・（６ａ）
となるようにする。そして、第２の波長板１３ｂのツイスト角β２［°］は、
０．８＜（α１＋β１）／（α２＋β２）＜１．４ ・・・（７）
の関係を満たすようにすることによって、
２φ×０．３３−２０＜β２＜２φ×０．３３＋５０ ・・・（８ａ）
が得られる。
【００４３】
なお、上記で各パラメータα１、α２、β１、β２は、すべて符号をプラス（＋）として説明したが、これらのパラメータはすべてマイナス（−）であってもよい。そのとき、上記（４ａ）、（５ａ）、（６ａ）および（８ａ）はそれぞれ、
２φ×０．２５−１２５＜α１＜−４６ ・・・（４ｂ）
２φ×０．６−６０＜β１＜２φ×０．２５＋５ ・・・（５ｂ）
２φ×０．４５−１０５＜α２＜２φ×０．５４−２７ ・・・（６ｂ）
２φ×０．３３−５０＜β２＜２φ×０．３３＋２０ ・・・（８ｂ）
と表すことができ、（４ｂ）、（５ｂ）、(６ｂ)、(７)および（８ｂ）が満足するパラメータ値を与えるとよい。つまり、（４ａ）、（５ａ）、（６ａ）、（７）および（８ａ）全てを満足するかまたは、（４ｂ）、（５ｂ）、(６ｂ)、(７)および（８ｂ）全てを満足するように設計する。
【００４４】
また、第１の波長板１３ａのリタデーション値Ｒｄ１に関係する位相差（θ１）が２７０［°］を中心とした値、第１の波長板１３ａのリタデーション値Ｒｄ２に関係する位相差（θ２）が１８０［°］を中心とした値であって、これらの位相差とλ３出射角２φとの関係は、上記（１）〜（３）、（５ａ）、（６ａ）、（８）より、
｜α１−（Ａ・θ１２＋Ｂ・θ２２＋Ｃ・θ１＋Ｄ・θ２＋Ｅ）｜＜３０ ・・・（９ａ）
を満たすものである。ただし、
Ａ＝−４．２６×１０−３＋１．３２×１０−６×（２φ−１０２）２、
Ｂ＝５．７８×１０−２−２．３９×１０−７×（２φ−５５３）２、
Ｃ＝２．１７−７．６７×１０−４×（２φ−９９）２、
Ｄ＝−１．０５×１０１＋２．０３×１０−４×（２φ−２８５）２、
Ｅ＝３０．０＋０．０８３×（２φ−５６）２、
である。
【００４５】
なお、α１がマイナス（−）となる場合、
｜α１＋（Ａ・θ１２＋Ｂ・θ２２＋Ｃ・θ１＋Ｄ・θ２＋Ｅ）｜＜３０ ・・・（９ｂ）
を満たす。ただし、このときのＡ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥは、上記の値と同じである。
【００４６】
図３は、上記（９ａ）および（９ｂ）の関係式について、θ１とθ２の組み合わせに対して、Ａ・θ１２＋Ｂ・θ２２＋Ｃθ１＋Ｄ・θ２＋Ｅの値を示す分布図である。λ３出射角２φが決まってθ１およびθ２が決まることによって、Ａ・θ１２＋Ｂ・θ２２＋Ｃθ１＋Ｄ・θ２＋Ｅの値が決まり、（９ａ）または（９ｂ）を満たすように第１の波長板のプレツイスト角度α１を決定する。例えば、（θ１，θ２）＝（２７０，１８０）、２φ＝９０°に設定する場合、Ａ・θ１２＋Ｂ・θ２２＋Ｃθ１＋Ｄ・θ２＋Ｅの値が約１１３［°］であり、これより７９＜α１＜１３９の範囲でα１を設定するとよい。なお、このときの位相差θ１とθ２を決定する波長は５３３ｎｍとしたものである。
【００４７】
３． λ３出射角２φ＝９０［°］とするときの設定例（１）
次に、具体的に、これらの条件の一つである（１）〜（３）、（４ａ）、（５ａ）、（６ａ）、（７）、（８ａ）、（９ａ）を満たす、プレツイスト角α１、α２、およびツイスト角β１、β２、がいずれもプラス（＋）となる場合について例示して説明する。また、（１）〜（３）、（４ｂ）、（５ｂ）、（６ｂ）、（７）、（８ｂ）、（９ｂ）を満たす、プレツイスト角α１、α２、およびツイスト角β１、β２、がいずれもマイナス（−）となる場合は、下記説明の好ましいパラメータ範囲の符号をそれぞれマイナス（−）にするとよい。まず、図４は、第１の波長板１３ａのプレツイスト角α１を変化させたとき、上記（Ａ）、（Ｂ）の条件を満たす範囲を示す分布図である。なお、このときλ３出射角２φを９０［°］とする。この条件を満たす広帯域波長板は、光ヘッド装置に適用する場合、ＢＤおよびＤＶＤ用の波長の直線偏光で入射する光に対し円偏光に近い偏光状態となって出射するとともに、ＣＤ用の波長の直線偏光で入射する光に対して直線偏光に近い偏光状態となって出射する。
【００４８】
図４の横軸は、第１の波長板１３ａの厚さｄ１（単位［μｍ］）であり、縦軸は第２の波長板１３ｂの厚さｄ２（単位［μｍ］）を示すものである。また、前述のように屈折率異方性Δｎとの積によってそれぞれの条件におけるリタデーション値Ｒｄ１およびＲｄ２を求めることができる。ここで、まず、プレツイスト角α１を８０．０〜１２０．０［°］の範囲で変化させる。プレツイスト角α１およびλ３出射角２φ（＝９０［°］）が決まると、（５ａ）、（６ａ）、（７）、（８ａ）の条件によりプレツイスト角α２、およびツイスト角β１、β２の取り得る範囲が決まる。そして、これらα２、β１およびβ２の取り得る全ての範囲における各条件によって、上記（Ａ）、（Ｂ）を満たすプレツイスト角α１は、図４の座標（ｄ１，ｄ２）上つまり、図４に示す厚さｄ１と厚さｄ２の任意の組み合わせにおいて、それぞれ取り得るα１の範囲が異なってくる。なお、厚さｄ１と厚さｄ２とから得られるリタデーション値Ｒｄ１、Ｒｄ２が（１）〜（３）の条件を満たさないと上記（Ａ）、（Ｂ）は得られない。
【００４９】
また、図４において各領域は、各厚さの座標（ｄ１，ｄ２）におけるα１の取り得る範囲のうちの中心値（α１ｃとする）の分布を示すものである。また、この中心値α１ｃが、９０〜１２０［°］の範囲では、α１の取り得る値の範囲が、α１ｃ±２０［°］程度と比較的、広い角度のマージンを有する。しかし、それ以外の中心値α１ｃの領域はα１の取り得る値の範囲が、α１ｃ±１０［°］程度と、比較的狭い角度のマージンとなるかまたは、α１の解が得られない。ここでは、少なくともα１の解が得られない厚さｄ１と厚さｄ２との組合せの領域について「解なし」とする。
【００５０】
このように、図４に示す範囲のうち、４隅の座標（ｄ１，ｄ２）に近づくにつれてα１ｃの角度のマージンが狭くなるとともに上記（Ａ）および（Ｂ）を満たすα２、β１およびβ２の値が狭い範囲に限られる。そして、４隅、つまり（ｄ１，ｄ２）＝（７．６，５．３）、（７．６，７．１）、（１０．２，５．３）、（１０．２，７．１）を含む領域ではα２、β１およびβ２にいずれの値を与えても上記（Ａ）および（Ｂ）の条件を満たさない。したがって、図４において解が得られるように厚さｄ１および厚さｄ２を設定するとよい。
【００５１】
図５は、第１の波長板１３ａのツイスト角β１を変化させたとき、上記（Ａ）、（Ｂ）の条件を満たす範囲を示す分布図である。同様に、λ３出射角２φを９０［°］とする。図５の横軸および縦軸は、図４と同様に厚さｄ１（単位［μｍ］）厚さｄ２（単位［μｍ］）を示すものである。ここで、まず、ツイスト角β１を３０．０〜８０．０［°］の範囲で変化させる。そして、（４ａ）、（６ａ）、（７）、（８ａ）の条件によりプレツイスト角α１、α２、およびツイスト角β２の取り得る範囲が決まる。そして、これらα１、α２およびβ２の取り得る全ての範囲における各条件によって、上記（Ａ）、（Ｂ）を満たすツイスト角β１は、図５の座標（ｄ１，ｄ２）上において、それぞれ取り得るβ１の範囲が異なってくる。
【００５２】
また、図５において各領域は、各厚さの座標（ｄ１，ｄ２）におけるβ１の取り得る範囲のうちの中心値（β１ｃとする）の分布を示すものである。また、この中心値β１ｃが、３５〜７０［°］の範囲では、β１の取り得る値の範囲が、β１ｃ±２０［°］程度と比較的、広い角度のマージンを有する。しかし、それ以外の中心値β１ｃの領域はβ１の取り得る値の範囲が、β１ｃ±１０［°］程度と、比較的狭い角度マージンとなるかまたは、β１の解が得られない。ここでは、少なくともβ１の解が得られない厚さｄ１と厚さｄ２との組合せの領域について「解なし」とする。
【００５３】
このように、図５に示す範囲のうち、４隅の座標（ｄ１，ｄ２）に近づくにつれてβ１ｃの角度のマージンが狭くなるとともに上記（Ａ）および（Ｂ）を満たすα１、α２およびβ２の値が狭い範囲に限られる。そして、４隅、つまり（ｄ１，ｄ２）＝（７．６，５．３）、（７．６，７．１）、（１０．２，５．３）、（１０．２，７．１）を含む領域ではα１、α２およびβ２にいずれの値を与えても上記（Ａ）および（Ｂ）の条件を満たさない。したがって、図５において解が得られるように厚さｄ１および厚さｄ２を設定するとよい。
【００５４】
図６は、第２の波長板１３ｂのプレツイスト角α２を変化させたとき、上記（Ａ）、（Ｂ）の条件を満たす範囲を示す分布図である。同様に、λ３出射角２φを９０［°］とする。図６の横軸および縦軸は、図４と同様に厚さｄ１（単位［μｍ］）厚さｄ２（単位［μｍ］）を示すものである。ここで、まず、プレツイスト角α２を８０．０〜１２０．０［°］の範囲で変化させる。そして、（４ａ）、（５ａ）、（７）、（８ａ）の条件によりプレツイスト角α１、およびツイスト角β１、β２の取り得る範囲が決まる。そして、これらα１、β１およびβ２の取り得る全ての範囲における各条件によって、上記（Ａ）、（Ｂ）を満たすプレツイスト角α２は、図６の座標（ｄ１，ｄ２）上において、それぞれ取り得るα２の範囲が異なってくる。
【００５５】
また、図６において各領域は、各厚さの座標（ｄ１，ｄ２）におけるα２の取り得る範囲のうちの中心値（α２ｃとする）の分布を示すものである。また、この中心値α２ｃが、１００〜１２０［°］の範囲では、α２の取り得る値の範囲が、α２ｃ±２０［°］程度と比較的、広い角度のマージンを有する。しかし、それ以外の中心値α２ｃの領域はα２の取り得る値の範囲が、α２ｃ±１０［°］程度と、比較的狭い角度マージンとなるかまたは、α２の解が得られない。ここでは、少なくともα２の解が得られない厚さｄ１と厚さｄ２との組合せの領域について「解なし」とする。
【００５６】
このように、図６に示す範囲のうち、４隅の座標（ｄ１，ｄ２）に近づくにつれてα２ｃの角度のマージンが狭くなるとともに上記（Ａ）および（Ｂ）を満たすα１、β１およびβ２の値が狭い範囲に限られる。そして、４隅、つまり（ｄ１，ｄ２）＝（７．６，５．３）、（７．６，７．１）、（１０．２，５．３）、（１０．２，７．１）を含む領域ではα１、β１およびβ２にいずれの値を与えても上記（Ａ）および（Ｂ）の条件を満たさない。したがって、図６において解が得られるように厚さｄ１および厚さｄ２を設定するとよい。
【００５７】
図７は、第２の波長板１３ｂのツイスト角β２を変化させたとき、上記（Ａ）、（Ｂ）の条件を満たす範囲を示す分布図である。なお、同様にλ３出射角２φを９０［°］とする。図７の横軸および縦軸は、図４と同様に厚さｄ１（単位［μｍ］）厚さｄ２（単位［μｍ］）を示すものである。ここで、まず、ツイスト角β２を３０．０〜７０．０［°］の範囲で変化させる。そして、（４ａ）、（５ａ）、（６ａ）の条件によりプレツイスト角α１、α２およびツイスト角β１の取り得る範囲が決まる。そして、これらα１、α２およびβ１の取り得る全ての範囲における各条件によって、上記（Ａ）、（Ｂ）を満たすプレツイスト角β２は、図７の座標（ｄ１，ｄ２）上において、それぞれ取り得るβ２の範囲が異なってくる。
【００５８】
また、図７において各領域は、各厚さの座標（ｄ１，ｄ２）におけるβ２の取り得る範囲のうちの中心値（β２ｃとする）の分布を示すものである。また、この中心値β２ｃが、１５〜６５［°］の範囲では、β２の取り得る値の範囲が、β２ｃ±２０［°］程度と比較的、広い角度のマージンを有する。しかし、それ以外の中心値β２ｃの領域はβ２の取り得る値の範囲が、β２ｃ±１０［°］程度と、比較的狭い角度マージンとなるかまたは、β２の解が得られない。ここでは、少なくともβ２の解が得られない厚さｄ１と厚さｄ２との組合せの領域について「解なし」とする。
【００５９】
このように、図７に示す範囲のうち、４隅の座標（ｄ１，ｄ２）に近づくにつれてβ２ｃの角度のマージンが狭くなるとともに上記（Ａ）および（Ｂ）を満たすα１、α２およびβ１の値が狭い範囲に限られる。そして、４隅、つまり（ｄ１，ｄ２）＝（７．６，５．３）、（７．６，７．１）、（１０．２，５．３）、（１０．２，７．１）を含む領域ではα１、α２およびβ１にいずれの値を与えても上記（Ａ）および（Ｂ）の条件を満たさない。したがって、図７において解が得られるように厚さｄ１および厚さｄ２を設定するとよい。
【００６０】
４． ７８５ｎｍ波長帯の楕円率κ３が０．５（以下）のときのλ３出射角範囲（１）
設計例１では、λ３出射角２φを９０［°］として各パラメータを調整したが、λ３出射角２φは任意の値に設定することができる。表１は、例として、λ３出射角２φを変化させたとき、７８５ｎｍ波長帯の楕円率が０．５つまり、上記（Ｂ）の条件を満たす最大値とし、さらに上記（Ａ）の条件を満たすα１、α２、β１およびβ２の値を示すものである。
【００６１】
【表１】
【００６２】
表１より、λ３出射角２φが０〜１８０［°］では、各パラメータの値を設定することによって上記（Ａ）の条件を満足することができる。なお、λ３出射角２φが０〜１８０［°］から外れる場合、上記（Ａ）の条件を満足することができない。ここで、プレツイスト角α１、α２および、ツイスト角度β１、β２は、それぞれプラス（＋）の符号としたが、いずれもマイナス（−）の符号であっても成立はする。このようにいずれもマイナス(−)の符号とするとき、λ３出射角２φもマイナス（−）となるので、０〜−１８０［°］の範囲に設定しても上記(Ａ）、（Ｂ）の条件を満足する。つまり、（Ａ）の条件を満たすとともに、どのような値のλ３出射角２φを設定したとしても、この２枚の波長板の各パラメータを調整することで（Ｂ）の条件も満たすことができる。
【００６３】
５． ７８５ｎｍ波長帯の楕円率κ３が０．５（以下）のときのλ３出射角範囲（２）
表２は、例として、λ３出射角２φを変化させたとき、７８５ｎｍ波長帯の楕円率が０．５つまり、上記（Ｂ）の条件を満たす最大値とし、さらに上記（Ａ）の条件を満たすα１、α２、β１およびβ２の値を示す、表１とは異なる設計例を示すものである。
【００６４】
【表２】
【００６５】
表２より、λ３出射角２φが−３０〜１６５［°］では、各条件の値を設定することによって上記（Ａ）を満足することができる。なお、λ３出射角２φが−３０〜１６５［°］から外れる場合、上記（Ａ）の条件を満足することができない。ここで、プレツイスト角α１、α２および、ツイスト角度β１、β２は、それぞれプラス（＋）の符号としたが、いずれもマイナス（−）の符号であっても成立はする。このようにいずれもマイナス(−)の符号とするとき、λ３出射角２φもマイナス（−）となるので、−１６５〜３０［°］の範囲に設定しても上記(Ａ）、（Ｂ）の条件を満足する。つまり、（Ａ）の条件を満たすとともに、どのような値のλ３出射角２φを設定したとしても、この２枚の波長板の各パラメータを調整することで（Ｂ）の条件も満たすことができる。
【００６６】
６． プレツイスト角（α１，α２）およびツイスト角（β１，β２）の設定（２）
これまで、上記（Ａ）の条件で楕円率κ１、κ２が０．６５以上としたが、好ましい範囲として、０．８以上である条件を考える。これらを整理して、
（Ｃ）４０５ｎｍ波長帯の楕円率κ１および６６０ｎｍ波長帯の楕円率κ２が０．８以上、
（Ｄ）７８５ｎｍ波長帯の楕円率κ３が０．５以下、
となる２つ条件を設定する。なお、（Ｄ）は上記（Ｂ）と同じ条件である。
【００６７】
次に、具体的に、これらの条件（Ｃ）、（Ｄ）に基づいて各パラメータを設定する。このうち、上記（５ａ）のツイスト角β１の範囲を変えて、
２φ×０．６６＜β１＜２φ×０．６６＋２５ ・・・ （５ｃ）
とし、上記（５ｃ）に加え、（４ａ）、（６ａ）、（７）、（８ａ）は同じ範囲で（Ｃ）、（Ｄ）が成立する。また、第１の波長板１３ａのリタデーション値Ｒｄ１に関係する位相差（θ１）が２７０［°］を中心とした値、第１の波長板１３ａのリタデーション値Ｒｄ２に関係する位相差（θ２）が１８０［°］を中心とした値であって、これらの位相差とλ３出射角２φとの関係は、上記（１）〜（３）、（５ｃ）、（６ａ）、（８ａ）より、
｜α１−（Ｆ・θ１＋Ｇ・θ２＋Ｈ）｜＜１０ ・・・（９ｃ）
を満たすものである。ただし、
Ｆ＝３．３×１０−３×２φ−１．４×１０−１、
Ｇ＝−１．４×１０−４×（２φ−８５）２−３．０×１０−１、
Ｈ＝２．１×１０−２×（２φ−１０３）２＋１２６．０、
である。
【００６８】
なお、α１がマイナス（−）となる場合、
｜α１＋（Ｆ・θ１＋Ｇ・θ２＋Ｈ）｜＜１０ ・・・（９ｄ）
を満たす。ただし、このときのＦ、ＧおよびＨは、上記の値と同じである。
【００６９】
図８は、上記（９ｃ）および（９ｄ）の関係式について、θ１とθ２の組み合わせに対して、Ｆ・θ１＋Ｇ・θ２＋Ｈの値を示す分布図である。λ３出射角２φが決まってθ１およびθ２が決まることによって、Ｆ・θ１＋Ｇ・θ２＋Ｈの値が決まり、（９ｃ）および（９ｄ）を満たすように第１の波長板のプレツイスト角度α１を決定する。例えば、（θ１，θ２）＝（２７０，１８０）に設定する場合、Ｆ・θ１＋Ｇ・θ２＋Ｈの値が約１１３［°］であり、これより１０３＜α１＜１２３の範囲でα１を設定するとよい。なお、このときの位相差θ１とθ２を決定する波長は５３３ｎｍとしたものである。
【００７０】
なお、上記で各パラメータα１、α２、β１、β２は、すべて符号をプラス（＋）として説明したが、これらのパラメータはすべてマイナス（−）であってもよい。そのとき、上記（５ｃ）は、
２φ×０．６６−２５＜β１＜２φ×０．６６ ・・・（５ｄ）
と表すことができ、（４ｂ）、（５ｄ）、(６ｂ)、(７)および（８ｂ）が満足するパラメータ値を与えるとよい。つまり、（４ａ）、（５ｃ）、（６ａ）、（７）および（８ａ）全てを満足するかまたは、（４ｂ）、（５ｄ）、(６ｂ)、(７)および（８ｂ）全てを満足するように設計する。
【００７１】
７． λ３出射角２φ＝９０［°］とするときの設定例（２）
次に、具体的に、これらの条件（１）〜（３）、（４ａ）、（５ｃ）、（６ａ）、（７）、（８ａ）、（９ｃ）を満たすプレツイスト角α１、α２、およびツイスト角β１、β２、について例示して説明する。まず、図９は、第１の波長板１３ａのプレツイスト角α１を変化させたとき、上記（Ｃ）、（Ｄ）の条件を満たす範囲を示す分布図である。なお、このときλ３出射角２φを９０［°］とする。この条件を満たす広帯域波長板は、光ヘッド装置に適用する場合、ＢＤおよびＤＶＤ用の波長の光に対し円偏光に近い偏光状態を示すとともに、ＣＤ用の波長の光に対して直線偏光に近い偏光状態となる。
【００７２】
図９の横軸は、第１の波長板１３ａの厚さｄ１（単位［μｍ］）であり、縦軸は第２の波長板１３ｂの厚さｄ２（単位［μｍ］）を示すものである。また、前述のように屈折率異方性Δｎとの積によってそれぞれの条件におけるリタデーション値Ｒｄ１およびＲｄ２を求めることができる。ここで、まず、プレツイスト角α１を８０．０〜１２０．０［°］の範囲で変化させる。プレツイスト角α１およびλ３出射角２φ（＝９０［°］）が決まると、（５ｃ）、（６ａ）、（７）、（８ａ）の条件によりプレツイスト角α２、およびツイスト角β１、β２の取り得る範囲が決まる。そして、これらα２、β１およびβ２の取り得る全ての範囲における各条件によって、上記（Ｃ）、（Ｄ）を満たすプレツイスト角α１は、図９の座標（ｄ１，ｄ２）上つまり、図９に示す厚さｄ１と厚さｄ２の任意の組み合わせにおいて、それぞれ取り得るα１の範囲が異なってくる。なお、厚さｄ１と厚さｄ２とから得られるリタデーション値Ｒｄ１、Ｒｄ２が（１）〜（３）の条件を満たさないと上記（Ｃ）、（Ｄ）は得られない。
【００７３】
また、図９において各領域は、各厚さの座標（ｄ１，ｄ２）におけるα１の取り得る範囲のうちの中心値（α１ｃとする）の分布を示すものである。また、この中心値α１ｃが、１０５．０〜１１７．５［°］の範囲では、α１の取り得る値の範囲が、α１ｃ±１５［°］程度と比較的、広い角度のマージンを有する。しかし、それ以外の中心値α１ｃの領域はα１の取り得る値の範囲が、α１ｃ±５［°］程度と、比較的狭い角度のマージンとなるかまたは、α１の解が得られない。ここでは、少なくともα１の解が得られない厚さｄ１と厚さｄ２との組合せの領域について「解なし」とする。
【００７４】
このように、図９に示す範囲のうち、４隅の座標（ｄ１，ｄ２）に近づくにつれてα１ｃの角度のマージンが狭くなるとともに上記（Ａ）および（Ｂ）を満たすα２、β１およびβ２の値が狭い範囲に限られる。そして、４隅、つまり（ｄ１，ｄ２）＝（８．４，５．８）、（８．４，６．８）、（９．６，５．８）、（９．６，６．８）を含む領域ではα２、β１およびβ２にいずれの値を与えても上記（Ａ）および（Ｂ）の条件を満たさない。したがって、図９において解が得られるように厚さｄ１および厚さｄ２を設定するとよい。
【００７５】
図１０は、第１の波長板１３ａのツイスト角β１を変化させたとき、上記（Ｃ）、（Ｄ）の条件を満たす範囲を示す分布図である。なお、同様にλ３出射角２φを９０［°］とする。図１０の横軸および縦軸は、図９と同様に厚さｄ１（単位［μｍ］）厚さｄ２（単位［μｍ］）を示すものである。ここで、まず、ツイスト角β１を３０．０〜６０．０［°］の範囲で変化させる。そして、（４ａ）、（６ａ）、（７）、（８ａ）の条件によりプレツイスト角α１、α２、およびツイスト角β２の取り得る範囲が決まる。そして、これらα１、α２およびβ２の取り得る全ての範囲における各条件によって、上記（Ｃ）、（Ｄ）を満たすツイスト角β１は、図１０の座標（ｄ１，ｄ２）上において、それぞれ取り得るβ１の範囲が異なってくる。
【００７６】
また、図１０において各領域は、各厚さの座標（ｄ１，ｄ２）におけるβ１の取り得る範囲のうちの中心値（β１ｃとする）の分布を示すものである。また、この中心値β１ｃが、４２．５〜６０．０［°］の範囲では、β１の取り得る値の範囲が、β１ｃ±１５［°］程度と比較的、広い角度のマージンを有する。しかし、それ以外の中心値β１ｃの領域はβ１の取り得る値の範囲が、β１ｃ±５［°］程度と、比較的狭い角度マージンとなるかまたは、β１の解が得られない。ここでは、少なくともβ１の解が得られない厚さｄ１と厚さｄ２との組合せの領域について「解なし」とする。
【００７７】
このように、図１０に示す範囲のうち、４隅の座標（ｄ１，ｄ２）に近づくにつれてβ１ｃの角度のマージンが狭くなるとともに上記（Ｃ）および（Ｄ）を満たすα１、α２およびβ２の値が狭い範囲に限られる。そして、４隅、つまり（ｄ１，ｄ２）＝（８．４，５．８）、（８．４，６．８）、（９．６，５．８）、（９．６，６．８）を含む領域ではα１、α２およびβ２にいずれの値を与えても上記（Ｃ）および（Ｄ）の条件を満たさない。したがって、図１０において解が得られるように厚さｄ１および厚さｄ２を設定するとよい。
【００７８】
図１１は、第２の波長板１３ｂのプレツイスト角α２を変化させたとき、上記（Ｃ）、（Ｄ）の条件を満たす範囲を示す分布図である。なお、同様にλ３出射角２φを９０［°］とする。図１１の横軸および縦軸は、図９と同様に厚さｄ１（単位［μｍ］）厚さｄ２（単位［μｍ］）を示すものである。ここで、まず、プレツイスト角α２を８０．０〜１１０．０［°］の範囲で変化させる。そして、（４ａ）、（５ｃ）、（７）、（８ａ）の条件によりプレツイスト角α１、およびツイスト角β１、β２の取り得る範囲が決まる。そして、これらα１、β１およびβ２の取り得る全ての範囲における各条件によって、上記（Ｃ）、（Ｄ）を満たすプレツイスト角α２は、図６の座標（ｄ１，ｄ２）上において、それぞれ取り得るα２の範囲が異なってくる。
【００７９】
また、図１１において各領域は、各厚さの座標（ｄ１，ｄ２）におけるα２の取り得る範囲のうちの中心値（α２ｃとする）の分布を示すものである。また、この中心値α２ｃが、９５．０〜１１０．０［°］の範囲では、α２の取り得る値の範囲が、α２ｃ±１５［°］程度と比較的、広い角度のマージンを有する。しかし、それ以外の中心値α２ｃの領域はα２の取り得る値の範囲が、α２ｃ±５［°］程度と、比較的狭い角度マージンとなるかまたは、α２の解が得られない。ここでは、少なくともα２の解が得られない厚さｄ１と厚さｄ２との組合せの領域について「解なし」とする。
【００８０】
このように、図１１に示す範囲のうち、４隅の座標（ｄ１，ｄ２）に近づくにつれてα２ｃの角度のマージンが狭くなるとともに上記（Ｃ）および（Ｄ）を満たすα１、β１およびβ２の値が狭い範囲に限られる。そして、４隅、つまり（ｄ１，ｄ２）＝（８．４，５．８）、（８．４，６．８）、（９．６，５．８）、（９．６，６．８）を含む領域ではα１、β１およびβ２にいずれの値を与えても上記（Ｃ）および（Ｄ）の条件を満たさない。したがって、図１１において解が得られるように厚さｄ１および厚さｄ２を設定するとよい。
【００８１】
図１２は、第２の波長板１３ｂのツイスト角β２を変化させたとき、上記（Ｃ）、（Ｄ）の条件を満たす範囲を示す分布図である。なお、同様にλ３出射角２φを９０［°］とする。図１２の横軸および縦軸は、図９と同様に厚さｄ１（単位［μｍ］）厚さｄ２（単位［μｍ］）を示すものである。ここで、まず、ツイスト角β２を３０．０〜７０．０［°］の範囲で変化させる。そして、（４ａ）、（５ｃ）、（６ａ）の条件によりプレツイスト角α１、α２およびツイスト角β１の取り得る範囲が決まる。そして、これらα１、α２およびβ１の取り得る全ての範囲における各条件によって、上記（Ｃ）、（Ｄ）を満たすプレツイスト角β２は、図１２の座標（ｄ１，ｄ２）上において、それぞれ取り得るβ２の範囲が異なってくる。
【００８２】
また、図１２において各領域は、各厚さの座標（ｄ１，ｄ２）におけるβ２の取り得る範囲のうちの中心値（β２ｃとする）の分布を示すものである。また、この中心値β２ｃが、４０．０〜６５．０［°］の範囲では、β２の取り得る値の範囲が、β２ｃ±１５［°］程度と比較的、広い角度のマージンを有する。しかし、それ以外の中心値β２ｃの領域はβ２の取り得る値の範囲が、β２ｃ±５［°］程度と、比較的狭い角度マージンとなるかまたは、β２の解が得られない。ここでは、少なくともβ２の解が得られない厚さｄ１と厚さｄ２との組合せの領域について「解なし」とする。
【００８３】
このように、図１２に示す範囲のうち、４隅の座標（ｄ１，ｄ２）に近づくにつれてβ２ｃの角度のマージンが狭くなるとともに上記（Ｃ）および（Ｄ）を満たすα１、α２およびβ１の値が狭い範囲に限られる。そして、４隅、つまり（ｄ１，ｄ２）＝（８．４，５．８）、（８．４，６．８）、（９．６，５．８）、（９．６，６．８）を含む領域ではα１、α２およびβ１にいずれの値を与えても上記（Ｃ）および（Ｄ）の条件を満たさない。したがって、図１２において解が得られるように厚さｄ１および厚さｄ２を設定するとよい。
【００８４】
次に、λ３出射角２φを変化させ、２φが取り得る範囲について説明する。上記では、２φ＝９０［°］と固定して計算した例を示したが、上記（Ｃ）および（Ｄ）の条件を満たすとともに、一定の範囲のλ３出射角２φを与えることができる。
【００８５】
８． ７８５ｎｍ波長帯の楕円率κ３が０．５（以下）のときのλ３出射角範囲（３）
表３は、例として、λ３出射角２φを変化させたとき、７８５ｎｍ波長帯の楕円率が０．５つまり、上記（Ｄ）の条件を満たす最大値とし、さらに上記（Ｃ）の条件を満たすα１、α２、β１およびβ２の値を示すものである。
【００８６】
【表３】
【００８７】
表３より、λ３出射角２φが３０〜１３５［°］では、各条件の値を設定することによって上記（Ｃ）を満足することができる。しかし、λ３出射角２φが３０［°］より小さい値とするかまたは、１３５［°］より大きい値にしようとすると、６６０ｎｍ波長帯の光に対する楕円率が低くなり、上記（Ｃ）および（Ｄ）を同時に満足する特性を得ることができなくなる。したがって、λ３出射角２φは３０〜１３５［°］の範囲に設定するとよい。ここで、プレツイスト角α１、α２および、ツイスト角度β１、β２は、それぞれプラス（＋）の符号としたが、いずれもマイナス（−）の符号であっても成立はする。このようにいずれもマイナス(−)の符号とするとき、λ３出射角２φもマイナス（−）となるので、−１３５〜−３０［°］の範囲に設定しても上記(Ｃ）、（Ｄ）の条件を満足する。
【００８８】
（第２の実施形態）
第２の実施形態として、第１の実施形態にかかる広帯域波長板１０を用いた光ヘッド装置について説明する。図１３は、第１の実施形態にかかる光ヘッド装置３０の模式図である。半導体レーザ等の光源３１から出射される４０５ｎｍ波長帯の光は、回折素子３４、ダイクロイックプリズム３７、偏光ビームスプリッタ３８、ダイクロイックプリズム３９を透過し、コリメータレンズ４０で平行光となって、本願発明の広帯域波長板１０によって円偏光となる。円偏光となった光は、ダイクロイックプリズム４１を透過し、ミラー４２で反射され、対物レンズ４４によってＢＤ等の光ディスク４５の情報記録面に集光される。復路の光は往路の円偏光とは逆方向の円偏光となって広帯域波長板１０を出射する復路の光は往路の直線偏光に対して直交する直線偏光となり、偏光ビームスプリッタ３８で反射して光検出器４６に到達する。光検出器４６では、光ディスク４５で反射された光からピット情報を検出することで光ディスク４５に記録された情報の読み出しを行う。
【００８９】
同様に、半導体レーザ等の光源３２から出射される６６０ｎｍ波長帯の光は、回折素子
３５を透過し、ダイクロイックプリズム３７で反射され、偏光ビームスプリッタ３８、ダイクロイックプリズム３９を透過し、コリメータレンズ４０で平行光となって、本願発明の広帯域波長板１０によって円偏光となる。円偏光となった光は、ダイクロイックプリズム４１で反射され、対物レンズ４３によってＤＶＤ等の光ディスク４５の情報記録面に集光される。復路の光は往路の円偏光とは逆方向の円偏光となって広帯域波長板１０を出射する復路の光は往路の直線偏光に対して直交する直線偏光となり、偏光ビームスプリッタ３８で反射して光検出器４６に到達する。
【００９０】
そして、半導体レーザ等の光源３２から出射される７８５ｎｍ波長帯の光は、回折素子３６を透過し、入射光の一部を透過、一部を反射するハーフミラー等を含むビームスプリッタ４７を透過し、ダイクロイックプリズム３９で反射され、コリメータレンズ４０で平行光となって、本願発明の広帯域波長板１０によってλ３出射角２φの角度をなした直線偏光となる。直線偏光の光は、ダイクロイックプリズム４１で反射され、対物レンズ４３によってＤＶＤ等の光ディスク４５の情報記録面に直線偏光の状態で集光される。復路の光は広帯域波長板１０に入射する往路と同じ方向の直線偏光となり、ダイクロイックプリズム３９で反射され、ビームスプリッタ４７で反射され光検出器４８に到達する。
【００９１】
このように、広帯域波長板１０を用いることで、４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯の光に対して良好な円偏光を得ることができ、７８５ｎｍ波長帯の光に対して直線偏光とすることができる光ヘッド装置を実現できるので、光ディスクに対する記録・再生の品質が高く、かつ小型化された光ヘッド装置を実現することができる。
【００９２】
（実施例）
広帯域波長板１０の作製方法について説明する。透明基板１１ａとして厚さ０．５ｍｍの石英ガラス基板の一面にポリイミドを塗布し、ラビングにより水平配向処理をして配向膜１２ａを得る。次に、配向膜１２ａの上に図示しない直径８．７μｍのＳｉＯ２ビーズを１０個／ｍｍ２の密度でスペーサとして散布する。その後、同様に図示しないポリイミド配向膜付き石英ガラス基板を用意する。このとき、配向膜１２ａの水平配向方向と図示しないポリイミド配向膜付き石英ガラス基板の水平配向方向とがなす角度（＝ツイスト角度β１）が９０°となるように対向させる。そして、図示しないポリイミド配向膜付き石英ガラス基板のポリイミド配向膜上を離散化処理する。
【００９３】
さらに、ポリイミド配向膜付き石英ガラスの外周部に図示しない熱硬化型のエポキシシール材を印刷する。対向させた配向膜付ガラス基板と離散化処理されたポリイミド配向膜付き石英ガラス基板をエポキシシール材で固定し、２枚のガラス基板間のギャップが８．７μｍの液晶セルを形成する。このように対向させた２枚のガラス基板の８．７μｍのスペースに液晶分子が９０°のツイストするように調整されたコレスティック液晶モノマーを注入し、挟持させる。
【００９４】
液晶材料は、光重合開始剤としてベンゾインニソプロピルエーテルが１％添加されたＵＶ硬化性の液晶モノマー組成物である。また、注入した高分子液晶モノマーは重合後のポリマーにおける屈折率異方性Δｎが４０５ｎｍの波長の光で０．０４７、６６０ｎｍの波長の光で０．０３９、そして７８５ｎｍの波長の光で０．０３８である。
【００９５】
波長３６５ｎｍのＵＶ光を液晶材料全体に照射し、液晶モノマー組成物全体を重合・固化する。３０分間１４０℃の熱処理をして、厚さ８．７μｍの水平配向した高分子液晶層を形成する。その後、上記の離型化処理されたポリイミド配向膜付き石英ガラス基板を除去する。これより、石英ガラス基板１１ａ上の配向膜１２ａの上に水平配向した８．７μｍの厚さでツイスト角β１＝９０°の高分子液晶からなる第１の波長板１３ａが形成される。
【００９６】
上記と同様のプロセスにより、石英ガラス基板１１ｂ上の配向膜１２ｂの上に６．２μｍの厚さで、ツイスト角β２＝４３°の高分子液晶からなる第２の波長板１３ｂを形成する。
【００９７】
作製した第１の波長板１３ａに入射する直線偏光の方向１４を基準として直線偏光の入射する側にある第１の波長板１３ａ液晶分子の長軸方向１５ａとなす角度であるプレツイスト角α１を１１０°とする。第１の波長板１３ａに入射する直線偏光方向１４を基準として第２の波長板１３ｂの第１の波長板１３ａ側にある液晶分子の長軸方向１５ｂとなす角度α２が９０°となるように配置する。波長板１３ａの上にＵＶ接着剤を滴下し、１０００ｒｐｍの回転速度で２０秒間、５０００ｒｐｍで１００秒間回転させ、ＵＶ接着剤の厚さを５μｍとする。石英ガラス基板１１ｂと一体化された波長板１３ｂを積層し、挟持されたＵＶ接着剤領域に５０００ｍＪ、３６５ｎｍのＵＶ光を照射することにより接着剤１１ｃとし、広帯域波長板１０を形成する。
【００９８】
上記各パラメータの条件における実施例を実施例１とし、整理して表４に示す、また、同じ製造方法を用いて、ｄ１、ｄ２、α１、β１、α２およびβ２を変化された実施例として、同様に実施例２〜実施例４として表４に示す。なお、実施例１〜３は、ポリマーの屈折率異方性Δｎが上記に示す特性を有する材料を用い、実施例４は、ポリマーの屈折率異方性Δｎが４０５ｎｍの波長の光で０．０４０、６６０ｎｍの波長の光で０．０３５、そして７８５ｎｍの波長の光で０．０３４となる材料を用いる。
【００９９】
【表４】
【０１００】
実施例１について、４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の直線偏光を入射したときの楕円率、および７８５ｎｍ波長帯における方位角（λ３出射角）の結果を図１４に示す。なお、このときのλ３出射角２φの設定値は、６０［°］である。図１４（ａ）、図１４（ｂ）に示すように４０５ｎｍ波長帯および６６０ｎｍ波長帯においていずれも楕円率が０．８以上となるとともに、図１４（ｃ）に示すように７８５ｎｍ波長帯において楕円率が０．５以下となる。さらに図１４（ｄ）に示すように７８５ｎｍ波長帯においてλ３出射角２φの設定が６０［°］に対して６０±５［°］の範囲となり、それぞれの波長帯において所望の偏光状態が得られていることが確認できる。
【０１０１】
実施例２について、４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の直線偏光を入射したときの楕円率、および７８５ｎｍ波長帯における方位角（λ３出射角）の結果を図１５に示す。なお、このときのλ３出射角２φの設定値は、９０［°］である。図１５（ａ）、図１５（ｂ）に示すように４０５ｎｍ波長帯および６６０ｎｍ波長帯においていずれも楕円率が０．８以上となるとともに、図１５（ｃ）に示すように７８５ｎｍ波長帯において楕円率が０．５以下となる。さらに図１５（ｄ）に示すように７８５ｎｍ波長帯においてλ３Ｄ出射角２φの設定が９０［°］に対して９０±１［°］の範囲となり、それぞれの波長帯において所望の偏光状態が得られていることが確認できる。λ３Ｄ出射角が、９０°となっているため、ディスクの複屈折が、ディスクの円周方向、もしくは、直径方向に発生している場合に、特に複屈折対策として有効となる。
【０１０２】
実施例３について、４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の直線偏光を入射したときの楕円率、および７８５ｎｍ波長帯における方位角（λ３出射角）の結果を図１６に示す。なお、このときのλ３出射角２φの設定値は、９０［°］である。図１６（ａ）、図１６（ｂ）に示すように４０５ｎｍ波長帯および６６０ｎｍ波長帯においていずれも楕円率が０．６５以上となるとともに、図１６（ｃ）に示すように７８５ｎｍ波長帯において楕円率が０．５以下となる。さらに図１６（ｄ）に示すように７８５ｎｍ波長帯においてλ３出射角２φの設定が９０［°］に対して９０±１［°］の範囲となり、それぞれの波長帯において所望の偏光状態が得られていることが確認できる。λ３出射角が、９０°となっており、実施例１、２の波長板と比較して、さらに、７８５ｎｍの楕円率が低下しているため、ディスクの複屈折対策としての有効性が向上する。
【０１０３】
実施例４について、４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の直線偏光を入射したときの楕円率、および７８５ｎｍ波長帯における方位角（λ３出射角）の結果を図１７に示す。なお、このときのλ３出射角２φの設定値は、９０［°］である。図１７（ａ）、図１７（ｂ）に示すように４０５ｎｍ波長帯および６６０ｎｍ波長帯においていずれも楕円率が０．６５以上となるとともに、図１７（ｃ）に示すように７８５ｎｍ波長帯において楕円率が０．５以下となる。さらに図１７（ｄ）に示すように７８５ｎｍ波長帯においてλ３出射角２φの設定が９０［°］に対して９０±１［°］の範囲となり、それぞれの波長帯において所望の偏光状態が得られていることが確認できる。
【０１０４】
また、実施例３および実施例４は、とくに７８５ｎｍ波長帯の光に対する楕円率を０．３５以下にすることができる。これにより、広帯域波長板を光ヘッド装置に配置した場合、ＣＤの複屈折性による記録再生の品質の劣化を抑制する場合において効果的である。さらに、４０５ｎｍ波長帯および６６０ｎｍ波長帯の光に対する楕円率を０．６５以上とすることができるので、ＢＤなどの高密度光記録媒体、ＤＶＤにおいても良好に記録再生ができ、さらに小型化となる光ヘッド装置を実現することができる。
【０１０５】
（比較例）
比較例として、４０５ｎｍ波長帯に対して９λ／４板、６６０ｎｍ波長帯に対して５λ／４板、７８５ｎｍ波長帯に対してλ板の機能を有する、ツイストしない（ツイスト角β１，β２＝０［°］）１枚または２枚の波長板を用いた広帯域波長板の特性を示す。具体的に、比較例１〜３それぞれに分散特性の異なる材料を用いて、表５に示し、各材料における最適な条件を表６に示す。なお、作製方法は、石英ガラス基板を対向させるとき、配向膜の配向方向が同じ方向となるように調整する以外は実施例と同じである。
【０１０６】
【表５】
【０１０７】
【表６】
【０１０８】
比較例１〜３の条件について、４０５ｎｍ波長帯、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の直線偏光を入射したときの楕円率、および７８５ｎｍ波長帯における方位角（λ３出射角）の比較例の結果をそれぞれ図１８〜図２０に示す。図１８（ａ）、図１９（ａ）および図２０（ａ）は、それぞれ比較例１〜３における４０５ｎｍ波長帯の楕円率、図１８（ｂ）、図１９（ｂ）および図２０（ｂ）は、それぞれ比較例１〜３における６６０ｎｍ波長帯の楕円率、図１８（ｃ）、図１９（ｃ）および図２０（ｃ）は、それぞれ比較例１〜３における７８５ｎｍ波長帯の楕円率を示すグラフである。また、図１８（ｄ）、図１９（ｄ）および図２０（ｄ）は、それぞれ比較例１〜３における７８５ｎｍ波長帯の方位角を示すグラフである。
【０１０９】
この結果より、比較例では、とくに４０５ｎｍ波長帯において楕円率０．６５以上の特性を得ることができない。このため、この広帯域波長板を光ヘッド装置に配置したとき、ＣＤの記録再生においてディスクの複屈折の影響を低減することはできても、ＢＤのような高密度光記録媒体の記録再生の際、４０５ｎｍ波長帯の偏光状態が良好な円偏光とならないため、光利用効率が低下し、安定したな記録再生ができなくなる。また、７８５ｎｍ波長帯では、λ板の機能を有するため、方位角（λ３出射角）は、０［°］近辺に固定されるものであって、本願発明の広帯域波長板のように自由にλ３出射角を設定することはできない。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
以上のように、２枚の波長板を配して構成される広帯域波長板として各波長板のリタデーション値、プレツイスト角、ツイスト角をそれぞれ調整することにより、異なる波長帯域を有する波長λ１、λ２およびλ３（λ１＜λ２＜λ３）で入射する直線偏光に対し、λ１、λ２の光は楕円率を高く円偏光に近い偏光状態にすることができ、λ３の光は楕円率が低い直線偏光に近い偏光状態で出射させることができる。さらに、この広帯域波長板を規格が異なる光ディスクの記録・再生をする光ヘッド装置に配置することで記録・再生の品質を高めた光ヘッド装置を実現することができ、有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の広帯域波長板の断面模式図および波長板の各光学軸の角度など関係を示す平面模式図。
【図２】１／２波長板の機能を示す模式図。
【図３】λ３出射角２φが９０°となるときのθ１，θ２の変化によるＡ・θ１２＋Ｂ・θ２２＋Ｃ・θ１＋Ｄ・θ２＋Ｅの分布図。
【図４】第１の波長板のプレツイスト角α１が取り得る範囲の中間値（平均値）を示す分布図。
【図５】第１の波長板のツイスト角β１が取り得る範囲の中間値（平均値）を示す分布図。
【図６】第１の波長板のプレツイスト角α２が取り得る範囲の中間値（平均値）を示す分布図。
【図７】第１の波長板のツイスト角β２が取り得る範囲の中間値（平均値）を示す分布図。
【図８】λ３出射角２φが９０°となるときのθ１，θ２の変化によるＦ・θ１＋Ｇ・θ２＋Ｈの分布図。
【図９】第１の波長板のプレツイスト角α１が取り得る範囲の中間値（平均値）を示す分布図。
【図１０】第１の波長板のツイスト角β１が取り得る範囲の中間値（平均値）を示す分布図。
【図１１】第１の波長板のプレツイスト角α２が取り得る範囲の中間値（平均値）を示す分布図。
【図１２】第１の波長板のツイスト角β２が取り得る範囲の中間値（平均値）を示す分布図。
【図１３】本発明の広帯域波長板を用いた光ヘッド装置の模式図。
【図１４】実施例１における各波長帯における楕円率または方位角（λ３出射角）の特性。
【図１５】実施例２における各波長帯における楕円率または方位角（λ３出射角）の特性。
【図１６】実施例３における各波長帯における楕円率または方位角（λ３出射角）の特性。
【図１７】実施例４における各波長帯における楕円率または方位角（λ３出射角）の特性。
【図１８】比較例１における各波長帯における楕円率または方位角（λ３出射角）の特性。
【図１９】比較例２における各波長帯における楕円率または方位角（λ３出射角）の特性。
【図２０】比較例３における各波長帯における楕円率または方位角（λ３出射角）の特性。
【図２１】従来の３波長の光を扱う光ヘッド装置の構成を示す模式図。
【図２２】３波長の光を扱う光ヘッド装置の構成を示す模式図（特許文献１）。
【図２３】３波長の光を扱う光ヘッド装置の構成を示す模式図（特許文献２）。
【符号の説明】
【０１１２】
１０ 広帯域波長板（本発明）
１１ａ、１１ｂ 透明基板
１１ｃ 接着剤
１２ａ、１２ｂ 配向膜
１３ａ 第１の波長板
１３ｂ 第２の波長板
１４ 入射する光の偏光方向
１５ａ 第１の波長板の光入射側の液晶分子の長軸方向
１５ｂ 第１の波長板の光出射側の液晶分子の長軸方向
１６ａ 第２の波長板の光入射側の液晶分子の長軸方向
１６ｂ 第２の波長板の光出射側の液晶分子の長軸方向
２０ １／２波長板
２１ １／２波長板に入射する直線偏光の方向（第１の偏光方向）
２２ １／２波長板か出射する直線偏光の方向（第２の偏光方向）
３０、１００、２００、３００ 光ヘッド装置
３１、１０１、２０１、３０１ 光源（４０５ｎｍ波長帯）
３２、１０２、２０２、３０２ 光源（６６０ｎｍ波長帯）
３３、１０３、２０３、３０３ 光源（７８５ｎｍ波長帯）
３４、３５、３６、１０４、１０５、１０６、２０４、２０５、２０６ 回折素子
３７、３９、４１、１０８、２０７、２０８、２１２、３０８、３０９ ダイクロイックプリズム
３８、４７、１０７、１０９、２０９ （偏光）ビームスプリッタ
４０、１１０、１１１、２１０、３１０ コリメータレンズ
４１、１１４、１１５、２１３ ミラー
４３、４４、１１６、１１７、２１４、２１５、３１３ 対物レンズ
４５、１１８、２１６、３１５ 光ディスク
４６、４８、１１９、１２０、２１７、３０４、３０５、３０６ 光検出器
１１２、１１３、２１１ １／４波長板
３０７ 無偏光回折格子
３１１ 偏光回折格子
３１２ （広帯域）波長板
【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、λ２、λ３（λ１＜λ２＜λ３）で入射する直線偏光について偏光状態を変える広帯域波長板において、
前記広帯域波長板は、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直線偏光の方向を基準としたとき、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第１のプレツイスト角α１［°］、第２のプレツイスト角を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、
前記広帯域波長板から出射する波長λ１の楕円率κ１および波長λ２の光の楕円率κ２が０．６５以上となるとともに波長λ３の光の楕円率κ３が０．５以下となるように前記α１、前記α２、０とは異なる値の前記β１、０とは異なる値の前記β２、および、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が設定されている広帯域波長板。
【請求項２】
前記波長λ３で入射する直線偏光の方向と前記波長λ３で出射する光の方位角とがなす角度をλ３出射角２φ［°］とするとき、
前記λ３出射角２φは、いずれの値にも設定できる請求項１に記載の広帯域波長板。
【請求項３】
前記波長λ１は３９０〜４２０ｎｍの波長範囲である４０５ｎｍ波長帯、前記波長λ２は６４０〜６８０ｎｍの波長範囲である６６０ｎｍ波長帯、前記波長λ３は７６５〜８０５ｎｍの波長範囲である７８５ｎｍ波長帯であり、
３９０〜８０５ｎｍの帯域を有する波長をλとし、前記波長λにおける前記第１の波長板のリタデーション値をＲｄ１（λ）、前記波長λにおける前記第２の波長板のリタデーション値をＲｄ２（λ）とし、前記波長λに含まれる特定の波長を波長λａ、波長λｂとするとき、
Ｒｄ１（λａ）＝３λａ／４ ・・・（１）
Ｒｄ２（λｂ）＝λｂ／２ ・・・（２）
１．０＜Ｒｄ１（λａ）／Ｒｄ２（λｂ）＜２．０ ・・・（３）
の全てを満たす請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の広帯域波長板。
【請求項４】
光が入射する側からみて、前記第１の波長板に入射する前記直線偏光の方向を基準に反時計方向をプラスとするとき、
前記λ３出射角２φ、前記第１の波長板のプレツイスト角α１、前記第１の波長板のツイスト角β１、前記第２の波長板のプレツイスト角α２、前記第２の波長板のツイスト角β２の関係が、
４６＜α１＜２φ×０．２５＋１２５ ・・・（４ａ）
２φ×０．２５−５＜β１＜２φ×０．６＋６０ ・・・（５ａ）
２φ×０．５４＋２７＜α２＜２φ×０．４５＋１０５ ・・・（６ａ）
０．８＜（α１＋β１）／（α２＋β２）＜１．４ ・・・（７）
２φ×０．３３−２０＜β２＜２φ×０．３３＋５０ ・・・（８ａ）
２φ×０．２５−１２５＜α１＜−４６ ・・・（４ｂ）
２φ×０．６−６０＜β１＜２φ×０．２５＋５ ・・・（５ｂ）
２φ×０．４５−１０５＜α２＜２φ×０．５４−２７ ・・・（６ｂ）
２φ×０．３３−５０＜β２＜２φ×０．３３＋２０ ・・・（８ｂ）
のうち、（４ａ）、(５ａ)、（６ａ）、（７）、（８ａ）の全てを満たすかまたは、（４ｂ）、(５ｂ)、（６ｂ）、（７）、（８ｂ）の全てを満たす請求項３に記載の広帯域波長板。
【請求項５】
前記波長λ１、前記波長λ２および前記波長λ３で入射する直線偏光の方向が互いに平行である請求項１〜４のいずれか１項に記載の広帯域波長板。
【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、を備えた光ヘッド装置であって、前記光源と前記対物レンズとの間の光路中、または前記対物レンズと前記光検出器との間の光路中に、請求項１〜５のいずれか１項に記載の広帯域波長板が配される光ヘッド装置。
【請求項１】
所定の異なる帯域を有する３種の波長λ１、λ２、λ３（λ１＜λ２＜λ３）で入射する直線偏光について偏光状態を変える広帯域波長板において、
前記広帯域波長板は、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直線偏光の方向を基準としたとき、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第１のプレツイスト角α１［°］、第２のプレツイスト角を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、
前記広帯域波長板から出射する波長λ１の楕円率κ１および波長λ２の光の楕円率κ２が０．６５以上となるとともに波長λ３の光の楕円率κ３が０．５以下となるように前記α１、前記α２、０とは異なる値の前記β１、０とは異なる値の前記β２、および、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が設定されている広帯域波長板。
【請求項２】
前記波長λ３で入射する直線偏光の方向と前記波長λ３で出射する光の方位角とがなす角度をλ３出射角２φ［°］とするとき、
前記λ３出射角２φは、いずれの値にも設定できる請求項１に記載の広帯域波長板。
【請求項３】
前記波長λ１は３９０〜４２０ｎｍの波長範囲である４０５ｎｍ波長帯、前記波長λ２は６４０〜６８０ｎｍの波長範囲である６６０ｎｍ波長帯、前記波長λ３は７６５〜８０５ｎｍの波長範囲である７８５ｎｍ波長帯であり、
３９０〜８０５ｎｍの帯域を有する波長をλとし、前記波長λにおける前記第１の波長板のリタデーション値をＲｄ１（λ）、前記波長λにおける前記第２の波長板のリタデーション値をＲｄ２（λ）とし、前記波長λに含まれる特定の波長を波長λａ、波長λｂとするとき、
Ｒｄ１（λａ）＝３λａ／４ ・・・（１）
Ｒｄ２（λｂ）＝λｂ／２ ・・・（２）
１．０＜Ｒｄ１（λａ）／Ｒｄ２（λｂ）＜２．０ ・・・（３）
の全てを満たす請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の広帯域波長板。
【請求項４】
光が入射する側からみて、前記第１の波長板に入射する前記直線偏光の方向を基準に反時計方向をプラスとするとき、
前記λ３出射角２φ、前記第１の波長板のプレツイスト角α１、前記第１の波長板のツイスト角β１、前記第２の波長板のプレツイスト角α２、前記第２の波長板のツイスト角β２の関係が、
４６＜α１＜２φ×０．２５＋１２５ ・・・（４ａ）
２φ×０．２５−５＜β１＜２φ×０．６＋６０ ・・・（５ａ）
２φ×０．５４＋２７＜α２＜２φ×０．４５＋１０５ ・・・（６ａ）
０．８＜（α１＋β１）／（α２＋β２）＜１．４ ・・・（７）
２φ×０．３３−２０＜β２＜２φ×０．３３＋５０ ・・・（８ａ）
２φ×０．２５−１２５＜α１＜−４６ ・・・（４ｂ）
２φ×０．６−６０＜β１＜２φ×０．２５＋５ ・・・（５ｂ）
２φ×０．４５−１０５＜α２＜２φ×０．５４−２７ ・・・（６ｂ）
２φ×０．３３−５０＜β２＜２φ×０．３３＋２０ ・・・（８ｂ）
のうち、（４ａ）、(５ａ)、（６ａ）、（７）、（８ａ）の全てを満たすかまたは、（４ｂ）、(５ｂ)、（６ｂ）、（７）、（８ｂ）の全てを満たす請求項３に記載の広帯域波長板。
【請求項５】
前記波長λ１、前記波長λ２および前記波長λ３で入射する直線偏光の方向が互いに平行である請求項１〜４のいずれか１項に記載の広帯域波長板。
【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、を備えた光ヘッド装置であって、前記光源と前記対物レンズとの間の光路中、または前記対物レンズと前記光検出器との間の光路中に、請求項１〜５のいずれか１項に記載の広帯域波長板が配される光ヘッド装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１０−６７３１０（Ｐ２０１０−６７３１０Ａ）
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３２２３６（Ｐ２００８−２３２２３６）
【出願日】平成２０年９月１０日（２００８．９．１０）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１０日（２００８．９．１０）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
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