JP5088707B2 - Laminated wave plate, polarization converter, polarization illumination device, and optical pickup device - Google Patents
Laminated wave plate, polarization converter, polarization illumination device, and optical pickup device Download PDFInfo
- Publication number
- JP5088707B2 JP5088707B2 JP2010003454A JP2010003454A JP5088707B2 JP 5088707 B2 JP5088707 B2 JP 5088707B2 JP 2010003454 A JP2010003454 A JP 2010003454A JP 2010003454 A JP2010003454 A JP 2010003454A JP 5088707 B2 JP5088707 B2 JP 5088707B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wave plate
- light
- wavelength
- laminated
- polarized light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Polarising Elements (AREA)
- Liquid Crystal (AREA)
- Optical Head (AREA)
- Projection Apparatus (AREA)
Description
本発明は、積層波長板に関し、特に変換効率を改善した高次モードの積層波長板と、これを用いた偏光変換子と、該偏光変換子を用いた偏光照明装置bと、高次モードの積層波長板を用いたピックアップ装置に関する。 The present invention relates to a laminated wave plate, in particular, a high-order mode laminated wave plate with improved conversion efficiency, a polarization converter using the same, a polarization illumination device b using the polarization converter, and a higher-order mode. The present invention relates to a pickup device using a laminated wave plate.
光学用の波長板は、従来から光ディスク装置、液晶ディスプレイ、液晶プロジェクタ等に用いられてきたが、使用される光の波長帯で波長板としての機能、例えば1/2波長板であれば、使用される波長帯に亘って位相が180°推移する等の機能を備えていることが必要である。水晶等の複屈折を用いて1/2波長板を1枚の水晶板で作る場合、水晶の常光線屈折率、異常光線屈折率を夫々no、neとし、水晶板の厚さをtとすると、波長λの光が1/2波長板を透過したときの、常光線と異常光線との位相差Γは、Γ=2π/λ×(ne−no)×tで与えられ、位相差Γは波長λに依存することになる。 Optical wave plates have been used for optical disk devices, liquid crystal displays, liquid crystal projectors, etc., but function as wave plates in the wavelength band of the light used, for example, a half wave plate is used. It is necessary to provide a function such as a phase shift of 180 ° over the wavelength band to be applied. When a half-wave plate is made of a single crystal plate using birefringence of quartz or the like, assuming that the ordinary ray refractive index and extraordinary ray refractive index of the quartz are no and ne, respectively, and the thickness of the quartz plate is t. The phase difference Γ between the ordinary ray and the extraordinary ray when the light of wavelength λ passes through the half-wave plate is given by Γ = 2π / λ × (ne−no) × t, and the phase difference Γ is It depends on the wavelength λ.
所望の波長帯で位相差がほぼ一定となる広帯域波長板が、特許文献1に開示されている。図12(a)に示す1/4波長板40は、1/2波長板41と、接着剤42と、1/4波長板43とから構成される。図12(b)に示すように、1/4波長板40に入射する直線偏光の偏光方向に対して1/2波長板41の延伸軸は−15°、1/4波長板43の延伸軸は−75°の方向に配置されている。尚、前記延伸軸の角度はyz平面内でy軸から右向きを正とした角度で記載されている。この1/2波長板41や1/4波長板43は、ポリカーボネイトを材料とした高分子フィルムを延伸処理したもので、1/4波長板40は可視光の範囲(400nm〜700nm)において、波長に依存しないほぼ完全な1/4波長板として機能することが開示され、1/4波長板40の作用を、ポアンカレ球を用いて説明している。
また、複数の水晶板を積層して1/2波長板としての機能を持たせた積層波長板が特許文献2に開示されている。図13(a)は1/2波長板44の構成を示す斜視図であって、水晶板45と46とを貼り合わせて構成されている。図13(b)は1/2波長板44の分解斜視図であって、波長420nmに対し位相差Γ1が190°、光学軸方位角θ1が19°の水晶板45と、同様に波長420nmに対し位相差Γ2が200°、光学軸方位角θ2が64°の水晶板46と、を夫々の光学軸49、50が45°の角度で交差するように貼り合わせて、全体として波長400nm〜700nmの高帯域で1/2波長板として機能するように構成したと開示されている。図13(a)に示すように、1/2波長板44にP偏光47が入射すると、出射面では位相が180°ずれるので、入射光の偏光面は90°回転し、S偏光に変換する機能を有していることが開示されている。
尚、光学軸方位角θ1とθ2の関係が、θ2=θ1+45°、0°<θ1<45°であることが開示されている。
Further,
It is disclosed that the relationship between the optical axis azimuth angles θ1 and θ2 is θ2 = θ1 + 45 ° and 0 ° <θ1 <45 °.
1/2波長板44の作用はポアンカレ球を用いて説明されるが、詳細な解析は水晶板45、46の夫々のミューラ行列A1、A2と、入射及び出射偏光状態を示す夫々のストークスベクトルT、Sとすると、ストークスベクトルSは次式で表される。
S=A2・A1・T・・・(1)
ストークスベクトルSの成分から1/2波長板44の位相差を求めることができる。
The operation of the half-
S = A2 / A1 / T (1)
The phase difference of the half-
しかしながら、特許文献1に記載の1/4波長板を応用して、1/2波長板を製作し、液晶プロジェクタ等に使用してみると、熱の影響による黄変が生じるという問題があった。また、特許文献2に記載の1/2波長板はシングルモードの波長板で構成されており、2枚の水晶板の夫々の位相差を概ね180°程度となるように加工する必要がある。実際に水晶板を製造する場合、研磨のし易さ、歩留まり等を勘案すると水晶板の厚さを100μm以上に設定することが望ましい。しかるに水晶の常光、異常光の屈折率差から位相差180°程度の水晶板を製作すると、その厚さは数十μmとなり、歩留まりが悪いのと、加工に時間を要するという問題があった。
However, when a quarter-wave plate described in
この厚さの問題を解決する手段として、水晶板の光学軸が水晶板の主面における法線方向から斜め方向になるように水晶板を切断することで、上記屈折率差を小さくし、水晶板の厚さを厚くすることは可能である。そこで、特許文献2においては、使用する水晶板の厚みの加工性を考慮して、水晶板の切断角度は、水晶板の主面における法線方向に対して光学軸が27°となる角度、所謂、カットアングルを27°Zとすることが開示している。しかし、水晶板の切断角度を27°Zとすると、入射角度に対する1/2波長板の位相差の変化が、大きくなるという問題が生ずる。液晶プロジェクタ又は光ピックアップの光学系で波長板を使用する場合、光源やレンズ系の配置の関係で波長板は、光が円錐状に収束(発散)する経路に配置されることがある。この場合、光線の中心付近は波長板に垂直に入射するが、円錐状の端では入射角が生じる。このため、入射角に対して位相差の変動が大きくなる1/2波長板を用いると光量のロスが生ずるという問題が生じる。
As a means for solving this thickness problem, the crystal plate is cut so that the optical axis of the crystal plate is inclined from the normal direction to the main surface of the crystal plate, thereby reducing the refractive index difference, It is possible to increase the thickness of the plate. Therefore, in
図14は、切断角度が27°Z板を用い、波長420nmに対し位相差Γ1が190°、光学軸方位角θ1が19°の水晶板45と、同様に波長420nmに対し位相差Γ2が200°、光学軸方位角θ2が64°の水晶板46と、を夫々の光学軸49、50が45°の角度で交差するように貼り合わせて構成したシングルモードの1/2波長板の、入射角を−5°、0°、5°と変化させ、350nm〜750nmの波長に対する変換効率を示した図である。
ここで、変換効率とはP偏光をS偏光に変換する割合を表し、変換効率が1のとき、P偏光が全てS偏光に変換されることを表している。この変換効率はできるだけ高いことが望ましいが、一般的には0.93程度は必要であると言われている。図14から明らかなように入射角5°では、波長が525nm以上で変換効率0.9を割り込むという問題があった。
本発明は、上記の黄変、加工上の歩留まり、入射角の問題等を解決する高次モード積層波長板を提供することにある。
14 shows a
Here, the conversion efficiency represents the ratio of converting P-polarized light to S-polarized light. When the conversion efficiency is 1, it indicates that all P-polarized light is converted to S-polarized light. Although it is desirable that this conversion efficiency be as high as possible, it is generally said that about 0.93 is necessary. As apparent from FIG. 14, at an incident angle of 5 °, there is a problem that the wavelength is 525 nm or more and the conversion efficiency is 0.9.
An object of the present invention is to provide a high-order mode laminated wave plate that solves the above yellowing, processing yield, incident angle problems, and the like.
本発明に係る第1の形態は、波長λの光に対して位相差Γ11の第1の波長板と位相差
Γ22の第2の波長板とを各々の光学軸が交差するように積層してなり、互いに波長が異
なる複数の波長において、入射する直線偏光の偏光面を90°回転させた直線偏光に変換
して出射する積層波長板であって、前記第1の波長板の面内方位角をθ3とし、前記第2
の波長板の面内方位角をθ4とし、前記第2の波長板の波長λ1に対する位相差をΓ21
1、波長λ2(λ1<λ2)に対する位相差をΓ222としたとき、下式(12)、(1
3)、(14)、(21)、及び(22)を満足するよう構成した積層波長板である。
Γ11=360°+360°×2×n ・・・・(12)
Γ22=180°+360°×n ・・・・(13)
ΔΓ2=(Γ222−Γ211)/2 ・・・・(14)
cos2θ3=1−(1−cosΔΓ2)/2{(1−cosmΔΓ2)}・・・・(2
1)
θ4=45°±10° ・・・・(22)
但し、nは1からはじまる自然数、m=2
このような積層波長板によれば、nを適切に設定することにより、積層波長板を構成す
る2つの波長板の厚さを加工し易い厚さとすることができるという効果がある。
本発明に係る第2の形態は、n=4、θ3=−16°若しくは−21°とした積層波長
板である。このように構成することにより、液晶プロジェクタで用いる青、緑、赤の波長
帯400nm帯、500nm帯、675nm帯において積層波長板の波長−変換効率特性
が0.94以上にできるという効果がある。
本発明に係る第3の形態は、n=5、θ3=−16°若しくは−21°とした積層波長
板である。このように構成することにより、3波長対応光ピックアップ用の波長板として
要求される波長帯405nm、660nm、785nm帯において積層波長板の波長−変
換効率特性がほぼ0.94以上にできるという効果がある。
本発明に係る第4の形態は、第1の主面を光入射面としかつ第2の主面を光出射面とす
る平板状の透光性基材と、前記基材中に設けられた第1及び第2の光学薄膜と、前記基材
の前記第2の主面に設けられた波長板とを備え、前記第1及び第2の光学薄膜が、前記第
1及び第2の主面に対して傾斜させて、交互にかつ互いに間隔をおいて平行に配置され、
前記第1の光学薄膜が、前記第1の主面側から入射した光を互いに直交する第1の直線偏
光と第2の直線偏光とに分離して、前記第1の直線偏光を透過させかつ第2の直線偏光を
反射し、前記第2の光学薄膜が、前記第1の光学薄膜により反射された第2の直線偏光を
反射して前記第2の主面から出射させ、前記波長板が、前記第2の主面に配置され、前記
第1の光学薄膜を透過した前記第1の直線偏光を第2の直線偏光に変換して出射させる偏
光変換素子であって、前記波長板を、第1の形態乃至第3の形態の何れかの積層波長板と
した偏光変換素子である。これにより、偏光変換子から出射する直線偏光(S偏光)の強
度を強めることができる。
本発明に係る第5の形態は、第1形態乃至第3の形態の何れかの積層波長板を備えて構
成される偏光照明装置である。このように第1形態乃至第3の形態の何れかの積層波長板
を用いて照明装置を構成することにより、照明装置から出射する直線偏光(S偏光)の強
度を強めることができるという効果がある。
本発明に係る第6の形態は、光源と、前記光源から出射した光を光記録媒体に集光する
ための対物レンズと、第1の形態乃至第3の形態の何れかの積層波長板を備えて構成され
る光ピックアップ装置である。このように第1の形態乃至第3の形態の何れかの積層波長
板を用いて3波長対応光ピックアップ装置を構成すると、従来3つ必要で波長板を1つの
積層波長板で実現することができる。
また、第1の形態乃至第3の形態の何れかの積層波長板と、3つの波長のレーザを出射
するレーザダイオードとにより3波長対応の光ピックアップ装置を構成すると、光学部品
を大幅に削減することが可能となり、光ピックアップ装置のコストを削減することができ
るという効果がある。
[適用例1]本発明の適用例1に係る積層波長板は、波長λ対して位相差Γ1の第1の
波長板と位相差Γ2の第2の波長板とを光軸が交差するよう貼り合わせて、全体として1
/2波長板として機能する積層波長板であって、前記第1の波長板の面内方位角をθ1と
し、前記第2の波長板の面内方位角をθ2とし、前記積層波長板に入射する直線偏光の偏
光方向と、前記積層波長板から出射する直線偏光の偏光方向とのなす角度をθとしたとき
に下式(1)〜(3)を満足するよう構成したことを特徴とする積層波長板。
Γ1=180°+360°×n・・・(1)、Γ2=180°+360°×n・・・(2
)、θ2=θ1+θ/2・・・(3)、但し、nは1からはじまる自然数。
このような積層波長板によれば、nを適切に設定することにより、積層波長板を構成す
る2つの波長板の厚さを加工し易い厚さとすることができるという効果がある。
The first form according to the present invention is the same as the first wave plate having the phase difference Γ11 with respect to the light having the wavelength λ.
The second wavelength plate of Γ22 is laminated so that the optical axes intersect, and the wavelengths are different from each other.
Converted into linearly polarized light obtained by rotating the plane of polarization of incident linearly polarized light by 90 °
And the second wave plate is configured to emit an in-plane azimuth angle of the first wave plate, θ3,
The in-plane azimuth angle of the wave plate is θ4, and the phase difference of the second wave plate with respect to the wavelength λ1 is Γ21.
1. When the phase difference with respect to the wavelength λ2 (λ1 <λ2) is Γ222, the following equations (12), (1
3) A laminated wave plate configured to satisfy (14), (21), and (22).
Γ11 = 360 ° + 360 ° × 2 × n (12)
Γ22 = 180 ° + 360 ° × n (13)
ΔΓ2 = (Γ222−Γ211) / 2 (14)
cos2θ3 = 1− (1-cosΔΓ2) / 2 {(1-cosmΔΓ2)} (2)
1)
θ4 = 45 ° ± 10 ° (22)
However, n is a natural number starting from 1, m = 2
According to such a laminated wave plate, there is an effect that the thickness of the two wave plates constituting the laminated wave plate can be easily processed by appropriately setting n.
The second embodiment according to the present invention is a laminated wavelength in which n = 4, θ3 = −16 °, or −21 °.
It is a board. With this configuration, blue, green, and red wavelengths used in liquid crystal projectors
Wavelength-conversion efficiency characteristics of laminated wave plates in the 400 nm band, 500 nm band, and 675 nm band
Is effective to be 0.94 or more.
A third embodiment according to the present invention is a laminated wavelength in which n = 5, θ3 = −16 °, or −21 °.
It is a board. By configuring in this way, as a wave plate for a three-wavelength compatible optical pickup
Wavelength-variation of laminated wave plates in the required wavelength bands of 405 nm, 660 nm, and 785 nm
There is an effect that the conversion efficiency characteristic can be made approximately 0.94 or more.
According to a fourth aspect of the present invention, the first main surface is a light incident surface and the second main surface is a light emitting surface.
A plate-like translucent base material, first and second optical thin films provided in the base material, and the base material
A wave plate provided on the second main surface of the first and second optical thin films, wherein the first and second optical thin films are
Inclining relative to the first and second main surfaces, arranged alternately and parallel to each other,
The first optical thin film has a first linear polarization that is orthogonal to each other from light incident from the first main surface side.
Separating the light and the second linearly polarized light to transmit the first linearly polarized light and to convert the second linearly polarized light into
And the second optical thin film reflects the second linearly polarized light reflected by the first optical thin film.
Reflecting and emitting from the second main surface, the wave plate is disposed on the second main surface,
A polarization that converts the first linearly polarized light transmitted through the first optical thin film into a second linearly polarized light and emits it.
An optical conversion element, wherein the wave plate is a laminated wave plate according to any one of the first to third modes
This is a polarization conversion element. As a result, the intensity of linearly polarized light (S-polarized light) emitted from the polarization converter is increased.
The degree can be strengthened.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the laminated wave plate according to any one of the first to third aspects.
This is a polarized illumination device. Thus, the laminated wave plate according to any one of the first to third embodiments
By constructing an illuminating device using this, the intensity of linearly polarized light (S-polarized light) emitted from the illuminating device
There is an effect that the degree can be strengthened.
According to a sixth aspect of the present invention, a light source and the light emitted from the light source are collected on an optical recording medium.
And a laminated wave plate according to any one of the first to third embodiments.
This is an optical pickup device. In this way, the laminated wavelength of any of the first to third forms
If a three-wavelength optical pickup device is configured using a plate, three conventional wavelength plates are required.
It can be realized with a laminated wave plate.
Also, the laminated wave plate according to any one of the first to third modes and a laser having three wavelengths are emitted.
If an optical pickup device for three wavelengths is configured with a laser diode that
The cost of the optical pickup device can be reduced.
There is an effect that.
Application Example 1 A laminated wave plate according to Application Example 1 of the present invention is affixed so that an optical axis intersects a first wave plate having a phase difference Γ1 and a second wave plate having a phase difference Γ2 with respect to the wavelength λ. In total, 1
A laminated wave plate that functions as a two-wave plate, wherein the in-plane azimuth angle of the first wave plate is θ1, the in-plane azimuth angle of the second wave plate is θ2, and is incident on the laminated wave plate When the angle between the polarization direction of the linearly polarized light and the polarization direction of the linearly polarized light emitted from the laminated wave plate is θ, the following expressions (1) to (3) are satisfied. Laminated wave plate.
Γ1 = 180 ° + 360 ° × n (1) , Γ2 = 180 ° + 360 ° × n (2)
) , Θ2 = θ1 + θ / 2 (3) where n is a natural number starting from 1 .
According to such a laminated wave plate, there is an effect that the thickness of the two wave plates constituting the laminated wave plate can be easily processed by appropriately setting n.
[適用例2]本発明の適用例2に係る積層波長板は、n=4、θ1=22.5°、θ2
=67.5°とした。このように構成することにより、液晶プロジェクタで用いる青、緑
、赤の波長帯400nm帯、500nm帯、675nm帯において積層波長板の波長−変
換効率特性がほぼ1にできるという効果がある。
Application Example 2 A laminated wave plate according to Application Example 2 of the present invention has n = 4, θ1 = 22.5 °, θ2
= 67.5 °. With this configuration, blue used in a liquid crystal projector, green wavelength band 400nm band of red, 500 nm band, the wavelength of the laminated wave plate in 675nm band - there is an effect that it conversion efficiency characteristics approximately 1.
[適用例3]本発明の適用例3に係る積層波長板は、n=5、θ1=22.5°、θ2
=67.5°とした。このように構成されることにより、3波長対応光ピックアップ用の
波長板として要求される波長帯405nm帯、660nm帯、785nm帯において積層
波長板の波長−変換効率特がほぼ1にできるという効果がある。
Application Example 3 A laminated wave plate according to Application Example 3 of the present invention has n = 5, θ1 = 22.5 °, θ2
= 67.5 °. By being configured in this way, the wavelength-conversion efficiency characteristic of the laminated wave plate can be made almost 1 in the wavelength bands 405 nm band, 660 nm band, and 785 nm band required as a wave plate for a three-wavelength compatible optical pickup. is there.
[適用例4]本発明の適用例4に係る積層波長板は、波長λに対して位相差Γ11の第
1の波長板と位相差Γ22の第2の波長板とを光軸が交差するよう貼り合わせて、全体と
して1/2波長板として機能する積層波長板であって、前記第1の波長板の面内方位角を
θ3とし、前記第2の波長板の面内方位角をθ4とし、前記第2の波長板の波長λ1に対
する位相差をΓ211、波長λ2(λ1<λ2)に対する位相差をΓ222としたとき、
Γ1l=360°+360°×2×n、Γ22=180°+360°×n、cos2θ3
=1−(1−cosΔΓ2)/2(1−cos2ΔΓ2)、θ4=45°±10°、但し
、nは1からはじまる自然数、ΔΓ2=(Γ222−Γ211)/2、を満足するよう構
成した。このような積層波長板によれば、次数nl、n2を適切に設定することにより、
積層波長板を構成する2つの波長板の厚さを加工し易い厚さとすることができるという効
果がある。
Application Example 4 In the laminated wave plate according to Application Example 4 of the present invention , the optical axis intersects the first wave plate having the phase difference Γ11 and the second wave plate having the phase difference Γ22 with respect to the wavelength λ. A laminated wave plate that functions as a half-wave plate as a whole, the in-plane azimuth angle of the first wave plate is θ3, and the in-plane azimuth angle of the second wave plate is θ4. When the phase difference with respect to the wavelength λ1 of the second wave plate is Γ211 and the phase difference with respect to the wavelength λ2 (λ1 <λ2) is Γ222,
Γ1l = 360 ° + 360 ° × 2 × n, Γ22 = 180 ° + 360 ° × n, cos 2θ3
= 1- (1-cosΔΓ2) / 2 (1-cos2ΔΓ2), θ4 = 45 ° ± 10 °, where n is a natural number starting from 1, ΔΓ2 = (Γ222−Γ211) / 2. According to such a laminated wave plate, by appropriately setting the orders nl and n2,
There is an effect that the thickness of the two wave plates constituting the laminated wave plate can be easily processed.
[適用例5]本発明の適用例5に係る積層波長板は、n=4、θ3=−16°若しくは
−21°とした。このように構成することにより、液晶プロジェクタで用いる青、緑、赤
の波長帯400nm帯、500nm帯、675nm帯において積層1/2波長板の波長−
変換効率特性が0.94以上にできるという効果がある。
Application Example 5 In the laminated wave plate according to Application Example 5 of the present invention , n = 4, θ3 = −16 °, or −21 °. With this configuration, the wavelength of the laminated half-wave plate in the blue, green, and
There is an effect that the conversion efficiency characteristic can be 0.94 or more.
[適用例6]本発明の適用例6に係る積層波長板は、n=5、θ3=−16°若しくは
−21°とした。このように構成することにより、3波長対応光ピックアップ用の波長板
として要求される波長帯405nm帯、660nm帯、785nm帯において積層波長板
の波長−変換効率特性が0.94以上にできるという効果がある。
[適用例7]本発明の適用例7に係る偏光変換子は、偏光ビームスプリッタアレイのP
偏光出射面に、上記の積層波長板を貼り付けて構成することを特徴する。
このように、上記の積層波長板を用いて偏光変換子を構成することにより、偏光変換子
から出射する直線偏光(S偏光)の強度を強めることができるという効果がある。
Application Example 6 The laminated wave plate according to Application Example 6 of the present invention was set to n = 5, θ3 = −16 °, or −21 °. With this configuration, a wavelength band 405nm band required as a wavelength plate for three-wavelength handling optical pickup, 660 nm band, the wavelength of the laminated wave plate in 785nm band - that the conversion efficiency characteristic may be 0.94 or more effective.
Application Example 7 A polarization converter according to Application Example 7 of the present invention is a polarization beam splitter array P.
The Henkode morphism surface and characterized in that the configuration Paste the above laminated wave plate.
As described above, by configuring the polarization converter using the laminated wave plate, there is an effect that the intensity of the linearly polarized light (S-polarized light) emitted from the polarization converter can be increased.
[適用例8]本発明の適用例8に係る偏光照明装置は、本発明の適用例1乃至6の何れ
かの積層波長板を備えて構成される。このように本発明の適用例1乃至6の積層波長板を
用いて照明装置を構成することにより、照明装置から出射する直線偏光(S偏光)の強度
を強めることができるという効果がある。
Application Example 8 A polarized light illumination device according to Application Example 8 of the present invention includes the laminated wave plate according to any one of Application Examples 1 to 6 of the present invention . As described above, by configuring the illuminating device using the laminated wave plates of Application Examples 1 to 6 of the present invention, there is an effect that the intensity of linearly polarized light (S-polarized light) emitted from the illuminating device can be increased.
[適用例9]本発明の適用例9に係る光ピックアップ装置は、本発明の適用例1乃至6
の何れかの積層波長板を備えて構成される。このように本発明の適用例1乃至6の何れか
の積層波長板を用いて3波長対応光ピックアップ装置を構成すると、従来3つ必要であっ
た1/2波長板を1つの積層波長板で実現することができる。
また、本発明の適用例1乃至6の何れかの積層波長板と、3つの波長のレーザを出射す
るレーザダイオードとにより3波長対応の光ピックアップ装置を構成すると、光学部品を
大幅に削減することが可能となり、光ピックアップ装置のコストを低減することができる
という効果がある。
Application Example 9 The optical pickup device according to Application Example 9 of the present invention is applied in Application Examples 1 to 6 of the present invention.
Any one of the laminated wave plates is configured. Thus, any one of the application examples 1 to 6 of the present invention
When a three-wavelength compatible optical pickup device is configured using the laminated wave plates, it is possible to realize a half-wave plate, which has been conventionally required, with a single laminated wave plate.
In addition, if an optical pickup device corresponding to three wavelengths is configured by the laminated wave plate according to any one of the application examples 1 to 6 of the present invention and a laser diode that emits a laser having three wavelengths, optical components can be greatly reduced. Thus, the cost of the optical pickup device can be reduced.
以下、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1(a)は高次モード積層1/2波長板(以下、積層1/2波長板と称す)1の構成を示す斜視図であって、水晶を用いた第1の波長板2と、第2の波長板3とを夫々の光学軸が交差するように貼り合わせた構成を備え、全体として1/2波長板として機能するように構成する。図1(b)は1/2波長板1の分解斜視図であって、第1の波長板2の光学軸方位角をθ1、第2の波長板3の光学軸方位角をθ2とする。所定の波長λ、例えば400nmに対する第1の波長板2の位相差をΓ1、第2の波長板3の位相差をΓ2とし、
Γ1=180°+360°×n・・・(2)
Γ2=180°+360°×n・・・(3)
を満足するように第1及び第2の波長板2、3の厚さを設定する。ここで、nは高次モードの次数で、1からはじまる自然数とする。
Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1A is a perspective view showing a configuration of a high-order mode laminated half-wave plate (hereinafter referred to as a laminated half-wave plate) 1, which includes a
Γ1 = 180 ° + 360 ° × n (2)
Γ2 = 180 ° + 360 ° × n (3)
The thicknesses of the first and
第1及び第2の波長板2、3に高次モードの波長板を用い、全体として1/2波長板1を構成する場合、波長350nmから750nmの全波長帯に亘って位相差を180°とすることは困難である。
そこで、所望する複数の波長帯で位相差を180°とするために、積層1/2波長板1の構成パラメータである第1及び第2の波長板2、3の夫々の高次モード次数n1、n2、所定の波長での夫々の位相差Γ1、Γ2、夫々の光学軸方位角θ1、θ2を、種々変化させて、積層1/2波長板1の出射光のストークスベクトルを算出し、これから位相差、変換効率等を求める手法をとった。
When a high-order mode wave plate is used for the first and
Therefore, in order to set the phase difference to 180 ° in a desired plurality of wavelength bands, the higher-order mode orders n1 of the first and
はじめに、本発明に係る積層1/2波長板の実施例を見つけ出した計算手法を簡単に説明する。直線偏光が2枚の波長板を透過した後の偏光状態は、ミューラ行列、又はジョンズ行列を用いて表すことができる。 First, a calculation method for finding an example of the laminated half-wave plate according to the present invention will be briefly described. The polarization state after the linearly polarized light passes through the two wave plates can be expressed using a Mueller matrix or a Johns matrix.
E=R2・R1・I (4) E = R 2 · R 1 · I (4)
ここで、Iは入射光の偏光状態、Eは出射光の偏光状態を表すベクトルである。R1は積層1/2波長板1における第1の波長板2のミューラ行列、R2は第2の波長板3のミューラ行列で、夫々次式で表される。
Here, I is a vector representing the polarization state of incident light, and E is a vector representing the polarization state of outgoing light. R 1 is a Mueller matrix of the
第1及び第2の波長板2、3の高次モード次数nを決め、夫々の位相差Γ1、Γ2、光学軸方位角度θ1、θ2を設定して、式(5)、(6)よりミューラ行列R1、R2を求める。そして、入射光の偏光状態Iを設定すると、式(4)より出射光の偏光状態Eを算出することができる。
行列としてミューラ行列を用いた場合について説明すると、出射光の偏光状態Eは次式で表される。
The higher order mode orders n of the first and
The case where a Mueller matrix is used as the matrix will be described. The polarization state E of the emitted light is expressed by the following equation.
Eの行列要素S01、S11、S21、S31はストークスパラメータと呼ばれ、偏光状態を表している。このストークスパラメータを用いて、波長板の位相差Γは次式のように表される。 The matrix elements S 01 , S 11 , S 21 and S 31 of E are called Stokes parameters and represent the polarization state. Using this Stokes parameter, the phase difference Γ of the wave plate is expressed as follows.
このように、式(8)を用いて位相差を算出することができる。 In this way, the phase difference can be calculated using Expression (8).
図1に示すように、本発明に係る積層1/2波長板1は、直線偏光の偏光面を所定の角度θだけ回転させる機能を有している。例えば、垂直方向の振動面を持つ直線偏光4を入力光として、積層1/2波長板1を透過させ、偏光面をθ=90°だけ回転(位相変調)させて水平方向の振動面を持つ直線偏光5として出射させる場合を、図2(a)に示すポアンカレ球用いて考える。この位相変調(90°回転)はポアンカレ球で考えると、入射偏光状態P0からP2へ変調させることであり、このとき必要な位相差は180°である。しかし、P0からPaへ、P0からPbへ変調させた場合も、位相差は同じく180°となる。即ち、位相差を用いて評価した場合、必要な偏光状態に変調されているかを判断することができない。ポアンカレ球上(赤道上)のP2と、異なるPa、Pbの点は偏光面の方位である。これを検出するため、出射光の偏光状態を表す行列Eと、偏光子の行列Pとの積を計算し、得られた光量を評価値とすれば、偏光状態を正確に判定することができる。これを変換効率と定義する。
As shown in FIG. 1, the laminated half-
具体的には、偏光子の行列Pの透過軸を90°に設定し、行列Pと出射光偏光状態を表す行列Eとの積から得られる行列Tのストークスパラメータより、90°方向の偏光面成分の光量を算出することができる。出射光偏光状態を表す行列Eと、偏光子の行列Pとの積は次式のようになる。 Specifically, the polarization axis in the 90 ° direction is determined from the Stokes parameter of the matrix T obtained by setting the transmission axis of the matrix P of the polarizer to 90 ° and the product of the matrix P and the matrix E representing the outgoing light polarization state. The light quantity of the component can be calculated. The product of the matrix E representing the outgoing light polarization state and the polarizer matrix P is as follows.
T=P・E (9) T = P ・ E (9)
ここで、行列Tは変換効率を表し、その要素のストークスパラメータで表すと次式のように表される。 Here, the matrix T represents the conversion efficiency, and is represented by the following equation when represented by the Stokes parameter of the element.
ここで、ベクトルTのストークスパラメータのS02が光量を表している。入射光量を1に設定すればS02が変換効率となる。位相差、変換効率とも積層1/2波長板を透過した後の偏光状態を表す行列Eから求めることができる。 Here, the Stokes parameter S 02 of the vector T represents the amount of light. If the amount of incident light is set to 1, S 02 becomes the conversion efficiency. Both the phase difference and the conversion efficiency can be obtained from the matrix E representing the polarization state after passing through the laminated half-wave plate.
上記の変換効率を評価基準とし、積層1/2波長板の諸パラメータである第1及び第2の波長板2、3の高次モード次数n、所定の波長(例えば波長400nm)での夫々の位相差Γ1、Γ2、夫々の光学軸方位角θ1、θ2を種々変化させ、計算機を用いてシミュレーションした。シミュレーションを繰り返し行い、所望の複数の波長帯において、変換効率が良い場合の上記パラメータを選び出した。高次モード次数nが大き過ぎると、変換効率が1に近い波長帯域幅が狭くなり、積層1/2波長板としても使いづらくなるので、製造し易さ等を含めて上記パラメータを選定した。その結果を以下に説明する。
Using the above conversion efficiency as an evaluation criterion, the higher-order mode orders n of the first and
図1に示す積層1/2波長板1の第1及び第2の波長板2、3の切断角度が夫々90°Z(水晶板の主面における法線方向と光学軸(z軸)との交差角度が90°)、高次モードの次数nが4で、波長λを400nmとしたとき、第1の波長板の位相差Γ1、光学軸方位角θ1が夫々1620°(=180°+360°×4)、22.5°、第2の波長板の位相差Γ2、光学軸方位角θ2が夫々1620°(=180°+360°×4)、67.5°に設定した場合に、積層1/2波長板1の変換効率をシミュレーションにより求めた結果、良好な波長−変換効率が得られた。図3は波長350nmから750nmに対する積層1/2波長板1の変換効率を示す図である。
The cutting angles of the first and
積層1/2波長板1への入射角度を0°とした場合の変換効率を実線で示し、入射角度を夫々−5°、+5°としたときの変換効率を、菱形、三角の印を付けて表示してあるが、ほぼ重なった曲線となっている。液晶プロジェクタで用いる青、緑、赤の波長は夫々400nm帯、500nm帯、675nm帯であるので、上記パラメータの積層1/2波長板1の変換効率はほぼ1となることが判明した。
The conversion efficiency when the incident angle to the laminated half-
また、積層1/2波長板1の第1及び第2の波長板2、3の切断角度が夫々90°Z(水晶板の主面における法線方向と光学軸(z軸)との交差角度が90°)、高次モードの次数nが5で、波長λを400nmとしたとき、第1の波長板の位相差Γ1、光学軸方位角θ1が夫々1980°(=180°+360°×5)、22.5°、第2の波長板の位相差Γ2、光学軸方位角θ2が夫々1980°(=180°+360°×5)、67.5°に設定した場合に、良好な変換効率が得られた。図4は350nmから750nmの波長に対する積層1/2波長板1の変換効率を示す図である。積層1/2波長板1への入射角度を0°とした場合の変換効率を実線で、−5°、+5°としたときの変換効率を、菱形、三角の印を付けて表示してあるが、ほぼ重なった曲線となっている。上記のパラメータを用いた積層1/2波長板1の場合、3波長対応光ピックアップ用の波長板として要求される405nm帯、660nm帯、785nm帯の波長で、変換効率がほぼ1となることが分かった。
Further, the cutting angles of the first and
ここで、第1の波長板2の光学軸方位角θ1と第2の波長板3の光学軸方位角θ2との関係について、図2に示すポアンカレ球を用いて説明する。図2(a)は1/2波長板1に入射した直線偏光のポアンカレ球上での軌道の推移を説明するための図である。赤道上の所定の位置P0から偏光方向が赤道に対して垂直な方向となる直線偏光4として光線が入射すると、第1の波長板2によって光軸R1を中心にして180°回転しP1(赤道上)へ移され、さらに第2の波長板3によって光軸R2を中心にして180°回転しP2(赤道上)に到達し、直線偏光4に対してθ=90°だけ回転した直線偏光5となって1/2波長板1を出射することが分かる。
Here, the relationship between the optical axis azimuth θ1 of the
次に、図2(b)を用いて、θ1とθ2との関係について検討する。
図2(b)は、図2(a)に示したポアンカレ球において1/2波長板1に入射した光線の偏光状態の軌跡をS3軸方向から見た図(S1S2平面に投影した図)を示す。第1の波長板2の光学軸方位角θ1、第2の波長板3の光学軸方位角θ2、及び直線偏光4(入射光)に対する直線偏光5(出射光)の回転角θの関係は、ポアンカレ球上では図2(b)のように表すことができる。
点O、P0、P1を結んでなる三角形OP0P1は点Oを頂点とする二等辺三角形であり光軸R1は三角形OP0P1の二等分線となり、辺OP0と光軸R1とのなす角及び辺OP1と光軸R1とのなす角は2θ1となる。点O、P1、P2を結んでなる三角形OP1P2は点Oを頂点とする二等辺三角形であり光軸R2は三角形OP1P2の二等分線となる。ここで、辺OP1と光軸R2とのなす角α及び辺OP2と光軸R2とのなす角αは以下のように求められる。
2θ=2×2θ1+2α
α=θ−2θ1
従って、辺OP0と光軸R2とのなす角2θ2は、以下のように表すことができる。
2θ2=α+2×2θ1=θ−2θ1+2×2θ1=θ+2θ1
従って、θ2は、
θ2=θ1+θ/2 ・・・(11)
と表すことができる。
Next, the relationship between θ1 and θ2 will be examined with reference to FIG.
FIG. 2B is a view (projected on the S1S2 plane) of the locus of the polarization state of the light beam incident on the half-
A triangle OP0P1 connecting the points O, P0, and P1 is an isosceles triangle having the point O as an apex, and the optical axis R1 is a bisector of the triangle OP0P1, and the angle and side OP1 formed by the side OP0 and the optical axis R1 And the optical axis R1 is 2θ1. A triangle OP1P2 connecting the points O, P1, and P2 is an isosceles triangle having the point O as an apex, and the optical axis R2 is a bisector of the triangle OP1P2. Here, the angle α formed by the side OP1 and the optical axis R2 and the angle α formed by the side OP2 and the optical axis R2 are obtained as follows.
2θ = 2 × 2θ1 + 2α
α = θ-2θ1
Therefore, the angle 2θ2 formed by the side OP0 and the optical axis R2 can be expressed as follows.
2θ2 = α + 2 × 2θ1 = θ-2θ1 + 2 × 2θ1 = θ + 2θ1
Therefore, θ2 is
θ2 = θ1 + θ / 2 (11)
It can be expressed as.
次に、図5は本発明に係る第2の実施例の高次モード積層1/2波長板(以下、積層1/2波長板と称す)1’の分解斜視図であって、第1の波長板2’と第2の波長板3’とを夫々の光学軸が交差するように貼り合わせた構成を備え、全体として1/2波長板として機能させる。第1及び第2の波長板2’、3’の高次モードの次数をn1、n2とし、第1及び第2の波長板2’、3’の夫々の位相差をΓ11、Γ22、光学軸方位角を夫々θ3、θ4とする。位相差を決める波長λは400nmとし、次数nは1からはじまる自然数とする。第2の実施例の積層1/2波長板1’の構成条件を次式のように設定した。
Γ11=360°+360°×2×n・・・(12)
Γ22=180°+360°×n・・・(13)
Next, FIG. 5 is an exploded perspective view of a high-order mode laminated half-wave plate (hereinafter referred to as a laminated half-wave plate) 1 ′ according to the second embodiment of the present invention. A structure in which the
Γ11 = 360 ° + 360 ° × 2 × n (12)
Γ22 = 180 ° + 360 ° × n (13)
第1及び第2の波長板2’、3’を構成する諸パラメータn、Γ11、Γ22、θ3、θ4を式(12)、(13)を満足するように設定して、積層1/2波長板1’構成する。上記のパラメータを種々変えてシミュレーションを行い、変換効率が良好なパラメータの組み合わせを求めた。その結果、第1及び第2の波長板2’、3’の切断角度が夫々90°Z(水晶板の主面における法線方向と光学軸(z軸)との交差角度が90°)、高次モードの次数nが4、波長λを400nmとしたときの第3及び4の波長板2’、3’の位相差Γ11、Γ22が夫々3240°(=360°+360°×2×4)、1620°(=180°+360°×4)、光学軸方位角θ3、θ4が−16°、45°の場合に、波長−変換効率特性が良好となった。
The parameters n, Γ11, Γ22, θ3, and θ4 constituting the first and
図6(a)は波長350nmから750nmに対する積層1/2波長板1’の変換効率特性を示す図である。入射角度を0°とした場合の積層1/2波長板1’の変換効率を実線で示し、入射角度を夫々−5°、+5°としたときの変換効率を、菱形、三角の印を付けて表示してあるが、ほぼ重なった曲線となっている。液晶プロジェクタで用いる青、緑、赤の波長は夫々400nm帯、500nm帯、675nm帯であるので、夫々の波長帯における積層1/2波長板1’の変換効率は0.94以上となることが判明した。更に、θ3及びθ4について最適化を試みたところ、図6(a)に示した波長−変換効率特性に比べて、図6(b)に示すように波長−変換効率特性は、400nm帯、500nm帯、675nm帯の帯域幅を夫々広げることができた。尚、最適化を行った後の各光学軸方位角の値は、θ3=−21°、θ4=37.5°である。
FIG. 6A is a diagram showing the conversion efficiency characteristics of the laminated half-wave plate 1 'for wavelengths from 350 nm to 750 nm. The conversion efficiency of the laminated half-
図7は、第2の実施例における他のパラメータの例で、第1及び第2の波長板2’、3’の切断角度が夫々90°Z、高次モードの次数nが5、波長λを400nmとしたときの第3及び4の波長板2’、3’の位相差Γ11、Γ22が夫々3960°、1980°、光学軸方位角θ3、θ4が−16°、45°と設定したの場合に変換効率が良好となった。
図7(a)は波長350nmから750nmに対する積層1/2波長板1’の変換効率を示す図である。積層1/2波長板1’への入射角度を0°とした場合の変換効率を実線で、−5°、+5°としたときの変換効率を、菱形、三角の印を付けて表示してあるが、ほぼ重なった曲線となっている。この実施例の場合、3波長対応光ピックアップ用の405nm帯、660nm帯、785nm帯で1/2波長板に要求される変換効率0.93をクリアして0.94以上の値が得られた。更に、θ3及びθ4について最適化を試みたところ、図7(a)に示した波長−変換効率特性に比べて、図7(b)に示すように波長−変換効率特性は、405nm帯、660nm帯、785nm帯の帯域幅を夫々広げることができた。尚、最適化を行った後の各光学軸方位角の値は、θ3=−21°、θ4=37.5°である。
FIG. 7 shows another example of parameters in the second embodiment. The cutting angles of the first and
FIG. 7A is a diagram showing the conversion efficiency of the laminated half-
ここで、図5に示した積層1/2波長板1’を構成する第1の波長板2’と第2の波長板3’の光学的な作用について図8を用いて説明する。図8(a)は、積層1/2波長板1’に入射した直線偏光4のポアンカレ球上での軌道の推移を説明するための図である。図8(b)は、図8(a)に示したポアンカレ球において積層1/2波長板1’に入射した光線の偏光状態の軌跡をS2軸方向から見た図(S1S3平面に投影した図)である。図8(c)は、本発明に係る積層1/2波長板1’の第1の波長板2’の機能について説明するために、前記偏光状態の軌跡をS1軸方向から見た図(S2S3平面に投影した図)である。図8(b)、(c)において、直線偏光4の光線がポアンカレ球の赤道上の所定の位置P0に入射すると、第1の波長板2’によって光軸R1を中心にして360°回転しP1に到達し(P0=P1)、さらに第2の波長板3’によって光軸R2を中心にして180°回転しP2(赤道)に到達することによって、積層1/2波長板1’を出射する光線が直線偏光4(入射光)に対してθ=90°だけ回転した直線偏光5となって積層1/2波長板1’を出射することが分かる。
Here, the optical action of the first wave plate 2 'and the second wave plate 3' constituting the laminated half-wave plate 1 'shown in FIG. 5 will be described with reference to FIG. FIG. 8A is a diagram for explaining the transition of the trajectory of the linearly polarized light 4 incident on the laminated half-
ここで、第2の波長板3’の位相差Γ22が入射光の波長の変化によりΔΓ2の位相変化を生じた場合、この位相変化ΔΓ2を第1の波長板2’の波長による位相変化ΔΓ1で相殺すれば、積層1/2波長板1’の波長依存性を抑圧し複数の波長帯で1/2波長板として機能できる。
更に、第2の波長板3’の波長による位相変化ΔΓ2は、基板材料の波長分散で決まる一定の数値を有しており、第1の波長板2’の波長による位相変化ΔΓ1は、第1の波長板2’の面内方位角θ3を調整することでその大きさを可変することが可能である。
そこで、第1の波長板2’と第2の波長板3’との関係式を以下に導出する。
入射光の波長が基準波長(設計波長)λ0から波長λ1〜λ2の間(λ1<λ2)で変化すると、波長板の有する波長依存性により第1の波長板2’及び第2の波長板3’の位相差が夫々Γ11及びΓ22より変化する。
また、第2波長板の位相差において、
Γ211:波長λ1のときの位相差
Γ222:波長λ2のときの位相差
と定義すると、第2の波長板3’の波長による位相変化ΔΓ2は、以下の式を満足する。
ΔΓ2=(Γ222−Γ211)/2・・・・(14)
Here, when the phase difference Γ22 of the
Further, the phase change ΔΓ2 due to the wavelength of the
Therefore, a relational expression between the
When the wavelength of the incident light changes between the reference wavelength (design wavelength) λ0 and the wavelengths λ1 to λ2 (λ1 <λ2), the
In addition, in the phase difference of the second wave plate,
When defined as Γ211: phase difference at wavelength λ1, Γ222: phase difference at wavelength λ2, the phase change ΔΓ2 due to the wavelength of the
ΔΓ2 = (Γ222−Γ211) / 2 (14)
図8(b)において、第2の波長板3’に生じた位相変化ΔΓ2により、ポアンカレ球上の座標P0(P1)がP1”に変化したものとし、このP0→P1”の距離を近似的に直線x2で表すと、ΔΓ2とx2は下式(1)の関係を満足する。
(x2)2=2k2−2k2cosΔΓ2・・・・(15)
但し、kは、ポアンカレ球の半径を示す。
次に同様に、図8(c)において、第1の波長板2’に生じた位相変化ΔΓ1により、ポアンカレ球上の座標P0(P1)がP1’に変化したものとし、このP0→P1’の距離を近似的に直線x1で表すと、ΔΓ1とx1は下式(16)の関係を満足する。
(x1)2=2r2−2r2cosΔΓ1・・・・(16)
但し、rは、R1を回転軸としてΓ11回転させる時の半径である。
又、rは、第1の波長板2’の面内方位角θ3を用いて下式(17)により表すことができる。
r2=2k2−2k2cos2θ3・・・・(17)
In FIG. 8B, it is assumed that the coordinate P0 (P1) on the Poincare sphere is changed to P1 ″ due to the phase change ΔΓ2 generated in the
(X2) 2 = 2k 2 -2k 2 cos ΔΓ2 (15)
However, k shows the radius of a Poincare sphere.
Next, similarly, in FIG. 8C, it is assumed that the coordinate P0 (P1) on the Poincare sphere is changed to P1 ′ by the phase change ΔΓ1 generated in the
(X1) 2 = 2r 2 -2r 2 cos ΔΓ1 (16)
However, r is a radius when rotating Γ11 with R1 as the rotation axis.
Further, r can be expressed by the following equation (17) using the in-plane azimuth angle θ3 of the
r 2 = 2k 2 -2k 2 cos 2θ3 (17)
更に、式(17)を式(16)に代入すると、式(18)が得られる。
(x1)2=4k2(1−cos2θ3)(1−cosΔΓ1)・・・・(18)
そこで、第1の波長板2’と第2の波長板3’の位相変化がお互いに相殺しあうために
は、x1≒x2である必要があり、式(15)と式(18)より(x1)2=(x2)22
k2−2k2cosΔΓ2=4k2(1−cos2θ3)(1−cosΔΓ1)の関係が成
立する。
そこで、kを正規化してまとめると式(19)が得られる。
cos2θ3=1−(1−cosΔΓ2)/{2(1−cosΔΓ1)}・・・(19
)
次に、第1の波長板2’と第2の波長板3’とが同じ分散の基板材料で構成されており
、Γ11/Γ22=mとすると、式(20)が得られる。
ΔΓ1=mΔΓ2・・・・(20)
そこで、式(20)を式(19)に代入すると式(21)が得られる。
cos2θ3=1−(1−cosΔΓ2)/{2(1−cosmΔΓ2)}・・・(2
1)
式(21)は、第2の波長板3’により生ずる位相変化ΔΓ2により第1の波長板2’
の面内方位角θ3が決定されることを示している。
Further, when Expression (17) is substituted into Expression (16), Expression (18) is obtained.
(X1) 2 = 4k 2 (1-cos 2θ3) (1-cos ΔΓ1) (18)
Therefore, in order for the phase changes of the
The relationship k 2 −2k 2 cos ΔΓ 2 = 4 k 2 (1−cos 2θ3) (1−cos ΔΓ1) is established.
Therefore, when k is normalized and collected, Expression (19) is obtained.
cos2θ3 = 1− (1-cosΔΓ2) / { 2 (1-cosΔΓ1) } (19
)
Next, when the
ΔΓ1 = mΔΓ2 (20)
Therefore, when equation (20) is substituted into equation (19), equation (21) is obtained.
cos2θ3 = 1− (1-cosΔΓ2) / { 2 (1-cosmΔΓ2) } (2
1)
Equation (21) is obtained by the phase change ΔΓ2 caused by the
It is shown that the in-plane azimuth angle θ3 is determined.
次に、上述した計算式を用いて積層1/2波長板1’を構成する第1の波長板2’と第2の波長板3’の具体的なパラメータを算出する。
具体例として、波長350nm〜850nmの帯域における複数の波長帯において1/2波長板として機能する積層1/2波長板についてパラメータを算出する。
例えば、第1の波長板2’の位相差Γ11=3240°(=360°+360°×2×4)、第2の波長板3の位相差Γ=1620°(=180°+360°×4)とすると、
m=Γ1/Γ2=2
となる。
次に、θ4については、第2の波長板3’に入射する直線偏光の偏光方向を90°回転した直線偏光として出射させるためにθ4の値を45°とするが、前述のシミュレーションにより得られた解に対して最適化を図るため、可変範囲を±10°と設定し、
θ4=45°±10°・・・(22)
とした。
Next, specific parameters of the
As a specific example, parameters are calculated for a laminated half-wave plate that functions as a half-wave plate in a plurality of wavelength bands in a wavelength band of 350 nm to 850 nm.
For example, the phase difference Γ11 = 3240 ° (= 360 ° + 360 ° × 2 × 4) of the
m = Γ1 / Γ2 = 2
It becomes.
Next, as for θ4, the value of θ4 is set to 45 ° in order to emit the linearly polarized light incident on the
θ4 = 45 ° ± 10 ° (22)
It was.
図9は本発明に係る偏光変換子の実施例を示すで構成図であって、偏光ビームスプリッタアレイ(偏光分離素子)10のP偏光が出射する面に、本発明に係る上記の積層1/2波長板11を貼り付けて偏光変換子を構成する。周知のように、偏光ビームスプリッタアレイ10の構成は、図9に示すように光学ガラス等を用いて形成した平行六面体透明部材を、複数個互いの側面同士を接合して構成する。平行四辺形状のプリズムを複数個、斜面同士を貼り合わせ、接合したプリズムの一方の斜面に偏光分離部13を形成し、他方の斜面には反射膜14を形成する。偏光変換子の作用は、光(ランダム光)12が偏光ビームスプリッタアレイ10の入射面に入射すると、ランダム光のうち、P偏光は偏光分離部13を透過し、偏光ビームスプリッタアレイ10の出射面に貼り付けられた積層1/2波長板11によりS偏光に変換されて出射する。一方、ランダム光のうちのS偏光は偏光分離部13により反射され、さらに反射膜14で反射されて、偏光変換子を出射する。本発明の偏光変換子の特徴はP偏光からS偏光への変換効率がよく、強い偏光光を作り出せることである。
FIG. 9 is a block diagram showing an embodiment of the polarization converter according to the present invention. The polarization beam splitter array (polarization separation element) 10 has a laminated 1 / A polarization converter is formed by attaching the two-
図10は本発明に係る偏光照明装置の実施例を示すで構成図あって、発光光源15と、レンズアレイ18と、上記に説明した本発明の積層1/2波長板19と、を備えている。発光光源15は超高圧水銀ランプやキセノンランプ等のランプ16と反射鏡17、例えば放物面反射鏡とからなり、ランプ16から出射される光は放物面反射鏡17の光軸に略平行光となる。そして、ランプ16から発せられる光は自然光(ランダム光)であり、強度の等しい直交する2つの直線偏光(P偏光、S偏光)の和で表せる。ランダム光は積層1/2波長板19を透過すると、S偏光のみに変換される偏光照明装置である。
FIG. 10 is a block diagram showing an embodiment of the polarization illumination device according to the present invention, which includes a light emitting
図11(a)は本発明に係る3波長対応光ピックアップ20の実施例を示すブロック図である。CDに対応した785nm帯の波長のレーザ光を出射するレーザダイオード(以下、LDと称する)21と、DVDに対応した660nm帯の波長のレーザ光を出射するLD22と、前記LD21の出射する直線偏光であるレーザ光を反射すると共に、前記LD22が出射する直線偏光のレーザ光を透過するダイクロイックプリズム23と、BD(405nm帯の青紫色レーザを用いたブルーレイディスクや、HD−DVDに代表されるブルーレーザディスク)に対応した405nm帯の波長のレーザ光を出射するLD24と、LD24が出射する直線偏光のレーザ光を反射すると共に、前記ダイクロイックプリズム23を反射、及び透過したレーザ光を透過する波長分離素子25と、該波長分離素子25を反射、及び透過したレーザ光の位相を180°変換して出射する積層1/2波長板26と、該積層1/2波長板26を出射するレーザ光を所定の比率で反射、及び透過するミラー27と、ミラー27を透過したレーザ光をモニターするフロントモニター(FM)28と、ミラー27を反射したレーザ光を平行光とするコリメートレンズ29と、コリメートレンズ29を透過した直線偏光を円偏光に変換する1/4波長板30と、光ディスク31に形成されたピット32にレーザ光を集光する集光レンズ33と、ピット32にて反射したレーザ光を、前記集光レンズ33と、1/4波長板30と、コリメートレンズ29と、ミラー27と、を経由して検出する光検出素子PD34とにより構成する。光ピックアップでは1/2波長板をファーフィールドパターンと偏光面の相対角度を変える目的で使用している。
FIG. 11A is a block diagram showing an embodiment of the three-wavelength compatible
以上のように、本発明の積層1/2波長板を用いて3波長対応光ピックアップ装置を構成することにより、従来の構成では1/2波長板を3個必要としたが、本発明に係る積層1/2波長板を用いることにより、積層1/2波長板を1個のみで、3波長対応光ピックアップ装置を構成することができるという効果がある。 As described above, by configuring the three-wavelength compatible optical pickup device using the laminated half-wave plate of the present invention, the conventional configuration requires three half-wave plates. By using the laminated half-wave plate, there is an effect that a three-wavelength compatible optical pickup device can be configured with only one laminated half-wave plate.
更に、最近開発された三波長発光レーザダイオードと、本発明の積層1/2波長板を用いることにより、新たな3波長対応光ピックアップ装置を構成することができる。図11(a)と同じ光学デバイスには同じ符号を用いることにする。図11(b)は本発明に係る他の3波長対応光ピックアップ35の実施例を示すブロック図である。CD、DVD及びBDに夫々対応した785nm帯、660nm帯及び405nm帯の波長を出射するLD36a、36b及び36cを備えた複合LD36と、該複合LD36が出射する785nm帯、660nm帯、405nm帯のいずれか1つのレーザ光の位相を180°変換して出射する積層1/2波長板26と、該積層1/2波長板26を出射するレーザ光を所定の比率で反射、及び透過するミラー27と、ミラー27を透過したレーザ光をモニターするフロントモニター(FM)28と、ミラー27を反射したレーザ光を平行光とするコリメートレンズ29と、コリメートレンズ29を透過した直線偏光を円偏光に変換する1/4波長板30と、光ディスク31に形成されたピット32にレーザ光を集光する集光レンズ33と、ピット32にて反射したレーザ光を、前記集光レンズ33と、1/4波長板30と、コリメートレンズ29と、ミラー27と、を経由して検出する光検出素子PD34とにより構成する。
Furthermore, by using the recently developed three-wavelength laser diode and the laminated half-wave plate of the present invention, a new three-wavelength compatible optical pickup device can be constructed. The same reference numerals are used for the same optical devices as those in FIG. FIG. 11B is a block diagram showing an embodiment of another three-wavelength compatible optical pickup 35 according to the present invention. A composite LD 36 including
以上のように、本発明の積層1/2波長板を用いて3波長対応光ピックアップ装置を構成することにより、光学部品を大幅に削減することが可能となり、光ピックアップ装置の製造コストを大きく低減することができるという効果がある。 As described above, by constructing a three-wavelength optical pickup device using the laminated half-wave plate of the present invention, it becomes possible to significantly reduce optical components and greatly reduce the manufacturing cost of the optical pickup device. There is an effect that can be done.
1,1’,19,24…積層1/2波長板、2,2’,3,3’…波長板、4,5直線偏光,6,6’,7,7’…光学軸、θ1,θ2,θ3,θ4…光学軸の方位角、10…偏光変換子、11…ビームスプリッタアレイ、12…光軸、13…偏光分離部、14…反射膜、15…発光光源、16…ランプ、17…反射鏡、18…レンズアレイ、20,35…光ピックアップ装置、21,22,24,36a,36b,36c…レーザダイオード(LD)、23…ダイクロイックプリズム、25…波長分離素子、26…積層1/2波長板、27…ミラー、28…フロントモニター、29…コリメートレンズ、30…1/4波長板、33…集光レンズ、34…光検出素子(PD)、36…複合レーザダイオード(LD)。
1, 1 ', 19, 24 ... laminated half-wave plate, 2, 2', 3, 3 '... wave plate, 4, 5 linearly polarized light, 6, 6', 7, 7 '... optical axis, [theta] 1, θ2, θ3, θ4: azimuth angle of optical axis, 10: polarization converter, 11: beam splitter array, 12: optical axis, 13: polarization separation unit, 14: reflection film, 15: light source, 16: lamp, 17 Reflector, 18 ... Lens array, 20, 35 ... Optical pickup device, 21, 22, 24, 36a, 36b, 36c ... Laser diode (LD), 23 ... Dichroic prism, 25 ... Wavelength separation element, 26 ...
Claims (6)
々の光学軸が交差するように積層してなり、Laminated so that the optical axes intersect,
互いに波長が異なる複数の波長において、入射する直線偏光の偏光面を90°回転させ Rotate the plane of polarization of incident linearly polarized light by 90 ° at multiple wavelengths with different wavelengths.
た直線偏光に変換して出射する積層波長板であって、A laminated wave plate that emits light after being converted into linearly polarized light,
前記第1の波長板の面内方位角をθ3とし、 An in-plane azimuth angle of the first wave plate is θ3,
前記第2の波長板の面内方位角をθ4とし、 The in-plane azimuth angle of the second wave plate is θ4,
前記第2の波長板の波長λ1に対する位相差をΓ211、波長λ2(λ1<λ2)に対 The phase difference of the second wave plate with respect to wavelength λ1 is set to Γ211 and wavelength λ2 (λ1 <λ2).
する位相差をΓ222としたとき、When the phase difference to be
下式(12)、(13)、(14)、(21)、及び(22)を満足するよう構成した The following expressions (12), (13), (14), (21), and (22) are satisfied.
ことを特徴とする積層波長板。A laminated wave plate characterized by that.
Γ11=360°+360°×2×n ・・・・(12)Γ11 = 360 ° + 360 ° × 2 × n (12)
Γ22=180°+360°×n ・・・・(13)Γ22 = 180 ° + 360 ° × n (13)
ΔΓ2=(Γ222−Γ211)/2 ・・・・(14)ΔΓ2 = (Γ222−Γ211) / 2 (14)
cos2θ3=1−(1−cosΔΓ2)/2{(1−cosmΔΓ2)}・・・・(2cos2θ3 = 1− (1-cosΔΓ2) / 2 {(1-cosmΔΓ2)} (2)
1)1)
θ4=45°±10° ・・・・(22)θ4 = 45 ° ± 10 ° (22)
但し、nは1からはじまる自然数、m=2However, n is a natural number starting from 1, m = 2
n=4、n = 4,
θ3=−16°若しくは−21°θ3 = −16 ° or −21 °
であることを特徴とする積層波長板。A laminated wave plate, wherein
n=5、n = 5,
θ3=−16°若しくは−21°θ3 = −16 ° or −21 °
であることを特徴とする積層波長板。A laminated wave plate, wherein
前記基材中に設けられた第1及び第2の光学薄膜と、前記基材の前記第2の主面に設け First and second optical thin films provided in the base material, and provided on the second main surface of the base material
られた波長板とを備え、A wave plate,
前記第1及び第2の光学薄膜が、前記第1及び第2の主面に対して傾斜させて、交互に The first and second optical thin films are alternately inclined with respect to the first and second main surfaces.
かつ互いに間隔をおいて平行に配置され、And arranged parallel to each other at intervals,
前記第1の光学薄膜が、前記第1の主面側から入射した光を互いに直交する第1の直線 The first optical thin film is a first straight line orthogonal to the light incident from the first main surface side.
偏光と第2の直線偏光とに分離して、前記第1の直線偏光を透過させかつ第2の直線偏光Separated into polarized light and second linearly polarized light to transmit the first linearly polarized light and second linearly polarized light
を反射し、Reflect
前記第2の光学薄膜が、前記第1の光学薄膜により反射された第2の直線偏光を反射し The second optical thin film reflects the second linearly polarized light reflected by the first optical thin film.
て前記第2の主面から出射させ、Emanating from the second main surface,
前記波長板が、前記第2の主面に配置され、前記第1の光学薄膜を透過した前記第1の The first wave plate disposed on the second main surface and transmitted through the first optical thin film.
直線偏光を第2の直線偏光に変換して出射させる偏光変換子であって、A polarization converter that converts linearly polarized light into a second linearly polarized light and emits it;
前記波長板が、請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の積層位相差板であること The said wave plate is a laminated phase difference plate as described in any one of Claim 1 thru | or 3.
を特徴とすることを特徴とする偏光変換子。A polarization converter characterized by comprising:
偏光照明装置。Polarized illumination device.
前記光源から出射した光を光記録媒体に集光するための対物レンズと、 An objective lens for condensing the light emitted from the light source onto an optical recording medium;
前記光記録媒体により反射された光を検出するための光検出器と、 A photodetector for detecting light reflected by the optical recording medium;
を備えた光ピックアップ装置であって、An optical pickup device comprising:
前記光源から前記対物レンズに至る光路中に請求項1乃至3のいずれか一項に記載の積 The product according to any one of claims 1 to 3 in an optical path from the light source to the objective lens.
層波長板を設置したことを特徴とする光ピックアップ装置。An optical pickup device comprising a layer wave plate.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010003454A JP5088707B2 (en) | 2006-04-10 | 2010-01-09 | Laminated wave plate, polarization converter, polarization illumination device, and optical pickup device |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006107270 | 2006-04-10 | ||
JP2006107270 | 2006-04-10 | ||
JP2010003454A JP5088707B2 (en) | 2006-04-10 | 2010-01-09 | Laminated wave plate, polarization converter, polarization illumination device, and optical pickup device |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007097996A Division JP4623042B2 (en) | 2006-04-10 | 2007-04-04 | Laminated wave plate, polarization converter, polarization illumination device, and optical pickup device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010140039A JP2010140039A (en) | 2010-06-24 |
JP5088707B2 true JP5088707B2 (en) | 2012-12-05 |
Family
ID=42350173
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010003454A Expired - Fee Related JP5088707B2 (en) | 2006-04-10 | 2010-01-09 | Laminated wave plate, polarization converter, polarization illumination device, and optical pickup device |
JP2010243316A Expired - Fee Related JP5434885B2 (en) | 2006-04-10 | 2010-10-29 | Wave plate, polarization converter, polarization illumination device, and optical pickup device |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010243316A Expired - Fee Related JP5434885B2 (en) | 2006-04-10 | 2010-10-29 | Wave plate, polarization converter, polarization illumination device, and optical pickup device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (2) | JP5088707B2 (en) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5088707B2 (en) * | 2006-04-10 | 2012-12-05 | セイコーエプソン株式会社 | Laminated wave plate, polarization converter, polarization illumination device, and optical pickup device |
JP2012226121A (en) * | 2011-04-20 | 2012-11-15 | Seiko Epson Corp | Polarization conversion element, polarization conversion unit, and projection device |
JP5834970B2 (en) * | 2011-05-27 | 2015-12-24 | 旭硝子株式会社 | Wave plate and laser projector |
WO2014027458A1 (en) * | 2012-08-14 | 2014-02-20 | 日本電気株式会社 | Polarization element, optical device, and video display device |
WO2014027459A1 (en) * | 2012-08-14 | 2014-02-20 | 日本電気株式会社 | Optical element, optical device, and video display device |
DE102014204941A1 (en) | 2014-03-17 | 2015-09-17 | Menlo Systems Gmbh | Method for operating a laser device, resonator arrangement and use of a phase shifter |
CN114518685B (en) * | 2020-11-19 | 2023-01-03 | 中强光电股份有限公司 | Illumination system and projection apparatus |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4277514B2 (en) * | 2002-11-22 | 2009-06-10 | エプソントヨコム株式会社 | Laminated wave plate |
JP2004272140A (en) * | 2003-03-12 | 2004-09-30 | Toyo Commun Equip Co Ltd | Wavelength plate and optical pickup device using same |
JP4928056B2 (en) * | 2003-04-24 | 2012-05-09 | セイコーエプソン株式会社 | Wave plate and optical pickup device using the same |
JP5088707B2 (en) * | 2006-04-10 | 2012-12-05 | セイコーエプソン株式会社 | Laminated wave plate, polarization converter, polarization illumination device, and optical pickup device |
JP4623042B2 (en) * | 2006-04-10 | 2011-02-02 | エプソントヨコム株式会社 | Laminated wave plate, polarization converter, polarization illumination device, and optical pickup device |
-
2010
- 2010-01-09 JP JP2010003454A patent/JP5088707B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2010-10-29 JP JP2010243316A patent/JP5434885B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2010140039A (en) | 2010-06-24 |
JP5434885B2 (en) | 2014-03-05 |
JP2011076097A (en) | 2011-04-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4623042B2 (en) | Laminated wave plate, polarization converter, polarization illumination device, and optical pickup device | |
TWI410965B (en) | Optical pick-up apparatus | |
JP5088707B2 (en) | Laminated wave plate, polarization converter, polarization illumination device, and optical pickup device | |
JP5040952B2 (en) | Wave plate and optical pickup | |
JP5251671B2 (en) | Laminated half-wave plate, optical pickup device, polarization conversion element, and projection display device | |
CN101726787B (en) | Quarter wave plate, optical pickup device, and reflective liquid crystal display device | |
JP2010243641A (en) | Cemented optical element and cementing method | |
JP2007311012A (en) | Laminated wave plate and optical pickup device using the same | |
JP5251672B2 (en) | Laminated half-wave plate, optical pickup device, polarization conversion element, and projection display device | |
WO2011049144A1 (en) | Reflection type wavelength plate and optical head device | |
JP2008268724A (en) | Reflection diffraction polarizer and optical apparatus | |
JP2008070690A (en) | Wavelength plate and projector | |
JP2012078436A (en) | Wavelength plate and polarizing conversion element, illumination optical system, and image display device using the same | |
JP5024241B2 (en) | Wave plate and optical pickup device using the same | |
CN102073087B (en) | Half-wave plate, optical pickup device, polarization conversion element, and projection display device | |
JP2009103863A (en) | Retardation plate and projector | |
JP2012009096A (en) | Wavelength selection wavelength plate, wavelength selection diffraction element and optical head device | |
JP2013003491A (en) | Polarization conversion element, polarization conversion unit and projection device | |
JP2008070691A (en) | Wavelength plate, lighting apparatus and projector | |
JP2009128568A (en) | Polarization conversion element and projector | |
JP5088702B2 (en) | Polarizing beam splitter, optical pickup and phase plate | |
JP2012226031A (en) | Polarization conversion element, polarization conversion unit, and projection device | |
JP2010014795A (en) | Optical apparatus and projector |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20110729 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20110729 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110819 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120820 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150921 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5088707 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120902 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |