光ヘッド装置
【課題】多層光ディスクにおける層間クロストークを抑えた光ヘッド装置を提供する。
【解決手段】光ヘッド装置において、波長λ１の光と波長λ２の光の共通する光路であって、対物レンズと前記光検出器との間の光路に配置された位相変調素子を有し、位相変調素子は、入射する信号光に対し第１の位相で出射する第１の領域と、入射する信号光に対し第１の位相と異なる第２の位相で出射する第２の領域と、を有し、波長λ１の信号光に対する第１の位相と第２の位相との位相差である第１の位相差Δφ１と、波長λ２の信号光に対する第１の位相と第２の位相との位相差である第２の位相差Δφ２とは、ともに略πであって、位相変調素子における第１の領域と第２の領域は、信号光の光軸を含む直線において、線対称に配置されている。
【解決手段】光ヘッド装置において、波長λ１の光と波長λ２の光の共通する光路であって、対物レンズと前記光検出器との間の光路に配置された位相変調素子を有し、位相変調素子は、入射する信号光に対し第１の位相で出射する第１の領域と、入射する信号光に対し第１の位相と異なる第２の位相で出射する第２の領域と、を有し、波長λ１の信号光に対する第１の位相と第２の位相との位相差である第１の位相差Δφ１と、波長λ２の信号光に対する第１の位相と第２の位相との位相差である第２の位相差Δφ２とは、ともに略πであって、位相変調素子における第１の領域と第２の領域は、信号光の光軸を含む直線において、線対称に配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ヘッド装置に関するものであり、特に、複数の情報記録層を有する光記録媒体（光ディスク）である多層光ディスクにおいて、情報の記録再生を行う光ヘッド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤ、ＤＶＤ等の光ディスクには、情報記録層が単層の単層光ディスクと、複数層の多層光ディスクとがある。例えば、２層の情報記録層を有する２層光ディスクに対して情報の記録再生を行う場合、２層光ディスクにおいて反射され光検出器に戻る戻り光は、光源からの出射光を集光させた所望の情報記録層により反射される光（信号光）のみならず、隣接した情報記録層等により反射された光（迷光）が生じる。多層光ディスクの記録再生を行う光ヘッド装置においては、このような迷光により生じるクロストーク成分がトラッキングサーボ信号やフォーカスサーボ信号等のサーボ信号に影響を与えないような構成にする必要がある。尚、本明細書においては、光ディスクにおける情報の記録又は再生、記録及び再生を総称して「記録再生」と表現する。
【０００３】
図１に従来の多層光ディスクの記録再生を行う光ヘッド装置において、２層光ディスクの再生時の光路の模式図を示す。２層光ディスクは、光ヘッド装置により記録再生がなされるものであり、対物レンズ２０７及び光検出器２０８を有している。また、情報の記録再生がなされる２層光ディスクは、情報記録層として光入射面に近い層であるＬ１層、遠い層であるＬ２層の２層を有している。
【０００４】
例えば、Ｌ１層を再生する場合、対物レンズ２０７により集光されるＬ１層を２０２面とすると、このときＬ２層は２０１面となる。この場合、対物レンズ２０７によりＬ１層である２０２面に集光され反射された信号光となる光は、対物レンズ２０７に入射し集光されて、実線で示す光路２０６をたどり光検出器２０８の受光面において焦点が合うように到達する。一方、Ｌ２層である２０１面において反射された迷光となる光は、破線で示す光路２０４をたどり光検出器２０８の受光面の手前で焦点が結ばれる。
【０００５】
次に、Ｌ２層を再生する場合、対物レンズ２０７により集光されるＬ２層を２０２面とすると、このときＬ１層は２０３面となる。この場合、対物レンズ２０７によりＬ２層である２０２面に集光され反射された信号光となる光は、対物レンズ２０７に入射し集光されて、実線で示す光路２０６をたどり光検出器２０８の受光面において焦点が合うように到達する。一方、Ｌ１層である２０３面において反射された迷光となる光は、破線で示す光路２０５をたどり光検出器２０８の受光面の後方において焦点が結ばれる。
【０００６】
また、Ｌ１層の再生時において、Ｌ１層からの戻り光は、図示しない回折格子による光の回折により０次回折光、±１次回折光の３ビームがそれぞれ光検出器の受光面に集光される。Ｌ１層の再生時において、Ｌ２層より反射される戻り光は、ビーム径が大きく光密度は低いものの光検出器の受光面に迷光となって入射し、Ｌ１層より反射される信号光と光検出器２０８上において干渉が生じる。２つの情報記録層の層間隔や光源から発射される光の波長の変化により光の干渉条件が変化すると、信号強度が変化して読取り性能が低下する等の問題が生じる。特に、０次回折光と±１次回折光を利用する３ビーム法を用いる光ヘッド装置では、±１次回折光の光量は０次回折光の光量に比べて低いため、迷光の干渉による影響を受けやすい。
【０００７】
この対策として、例えば特許文献１に開示されているような光ヘッド装置が提案されている。具体的には、信号光の一部、及び、迷光の一部における波面の位相を変化させる位相変化手段を含む光機能素子を光ピックアップの光路中に設けることにより、信号光と迷光との干渉によって生じる干渉パターンにおける空間周波数を高めたり、光強度差のレベルを低減させたりすることで、信号光と迷光との干渉の影響を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２１３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
位相を２π×光路長／波長として定義をした場合、位相変化は、光が伝搬する媒質の屈折率と距離との積で表される光路長が２つの領域によって異なる場合に生じる。同相で入射する光がこの２つの領域を透過したときに生じる位相の差を位相差とすると、ある波長の光における２つの領域の位相差は、光が透過する媒質の厚さと、２つの領域を構成するそれぞれの材料の屈折率の差（屈折率差）を調整することにより設計が可能である。ところが、ある波長の光における屈折率が定まると、他の波長の光における屈折率は、屈折率の波長分散特性に従って一義的に定まるため、媒質の厚さが定まると、他の波長の光における位相差も一義的に定まる。材料によって屈折率の波長分散は異なるため位相差の調整は可能であるが、その調整幅は限られている。
【００１０】
多層光ディスクにおける規格としては、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（ＢＤ）やＤＶＤが知られており、各々の光ディスクには４０５ｎｍ帯域の波長の光と、６６０ｎｍ帯域の波長の光を用いて情報の記録再生を行う。このため、特許文献１に記載されている光ヘッド装置では、ＢＤ用の波長である４０５ｎｍ帯域の光に対応した光機能素子を用いることができても、ＤＶＤ用の波長である６６０ｎｍ帯域の光に対応した光機能素子もさらに設ける必要があり、そのために光ヘッド装置が大型化してしまう。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、２つの波長の光において、位相変化を設計することが可能な位相変調素子により、異なる２波長を用いる２種類の光ディスク（多層光ディスク）の記録再生を行う光ヘッド装置において、簡易な構成で、信号光と迷光との干渉を低減させることによりクロストークの影響を抑え、良好に情報の記録再生を行うことが可能な光ヘッド装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の光ヘッド装置は、少なくとも相互に異なる波長λ１の光と波長λ２（λ１≠λ２）の光とを出射する光源と、前記光源から出射された光を光ディスクの情報記録面に集光させる対物レンズと、前記情報記録面において反射された信号光を検出するための光検出器と、を有する光ヘッド装置において、前記波長λ１の光と前記波長λ２の光の共通する光路であって、前記対物レンズと前記光検出器との間の光路に配置された位相変調素子を有し、前記位相変調素子は、入射する前記信号光に対し第１の位相で出射する第１の領域と、入射する前記信号光に対し前記第１の位相と異なる第２の位相で出射する第２の領域と、を有し、前記波長λ１の前記信号光に対する前記第１の位相と前記第２の位相との位相差である第１の位相差Δφ１と、前記波長λ２の前記信号光に対する前記第１の位相と前記第２の位相との位相差である第２の位相差Δφ２とは、ともに略πであって、前記位相変調素子における前記第１の領域と前記第２の領域は、前記信号光の光軸を含む直線において、線対称に配置されているものであることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の光ヘッド装置は、前記位相変調素子において、前記信号光の入射方向とは反対方向となる前記光源から前記光ディスクへ向かう第１の直線偏光の光を入射させた場合に、前記波長λ１の前記第１の直線偏光の光に対する前記第１の位相と前記第２の位相との位相差である第１の位相差Δφ１と、前記波長λ２の前記第１の直線偏光の光に対する前記第１の位相と前記第２の位相との位相差である第２の位相差Δφ２とは、ともに略０であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の光ヘッド装置は、前記位相変調素子は、第１の位相変調層と、１／４波長板と、第２の位相変調層が、この順に配置されたものであって、前記第１の位相変調層は、前記第１の領域に形成された第１の等方性材料層と、前記第２の領域に形成された第１の複屈折性材料層とを有し、前記第１の複屈折性材料層は、前記第１の直線偏光の光においては、前記第１の複屈折性材料層における屈折率と前記第１の等方性材料層における屈折率とは等しく、前記第１の直線偏光の方向と直交する第２の直線偏光の方向の光においては、前記第１の複屈折性材料層における屈折率と前記第１の等方性材料層における屈折率とは異なるものであって、前記１／４波長板は、前記波長λ１の光に対して略（２ｍ１＋１）π／２の位相差、前記波長λ２の光に対し、略（２ｍ２＋１）π／２の位相差を与えるものであって（ｍ１、ｍ２≧０の整数）、前記第２の位相変調層は、前記第１の領域に形成された第２の等方性材料層と、前記第２の領域に形成された第２の複屈折性材料層とを有し、右円偏光の光、左円偏光の光のうち、一方の円偏光の光に対しては、前記第２の等方性材料層における屈折率と、前記第２の複屈折性材料層における屈折率は等しく、他方の円偏光の光に対しては、前記第２の等方性材料層における屈折率と、前記第２の複屈折性材料層における屈折率が異なるものであることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の光ヘッド装置は、前記第２の複屈折性材料層は、コレステリック相高分子液晶により形成されているものであることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の光ヘッド装置は、前記第１の等方性材料層は、屈折率ｎｓ１を有する材料により構成されており、前記第１の複屈折性材料層は、光学軸が厚さ方向に揃って形成された常光屈折率ｎｏ、異常光屈折率ｎｅを有する材料により構成されており、前記屈折率ｎｓ１は、常光屈折率ｎｏと略等しいものであること特徴とする。
【００１７】
また、本発明の光ヘッド装置は、前記波長λ１は、３８５ｎｍ＜λ１＜４３０ｎｍであり、前記波長λ２は、６３０ｎｍ＜λ２＜６９０ｎｍであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、異なる２波長を用いる２種類の光ディスク（多層光ディスク）の記録再生を行う光ヘッド装置において、簡易な構成で、信号光と迷光との干渉を低減させることによりクロストークの影響を抑え、良好に情報の記録再生を行うことが可能な光ヘッド装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】多層光ディスクにおける入射光と反射光の説明図
【図２】本実施の形態における光ヘッド装置の構成図
【図３】本実施の形態における別の光ヘッド装置の構成図
【図４】本実施の形態における位相変調素子の構成図
【図５】本実施の形態における位相変調素子を構成する１／４波長板の説明図
【図６】本実施の形態における位相変調素子の説明図（１）
【図７】本実施の形態における位相変調素子の説明図（２）
【図８】本実施の形態における位相変調素子を用いた場合と用いない場合の光検出器の受光面に集光される光の電場の位相分布を計算した分布図
【図９】光検出器の受光面の受光領域の説明図
【図１０】光検出器の受光面の直線距離に対する光量の分布及び光量の差分との関係を表す説明図
【図１１】比較例における位相変調素子の構成図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明を実施するための形態について、以下に説明する。
【００２１】
（光ヘッド装置）
図２は、本実施の形態に係る光ヘッド装置の概念的な構成を示す図である。本実施の形態における光ヘッド装置１０は、所定の波長の光を出射する光源１１、コリメータレンズ１２、ビームスプリッタ１３、位相変調素子１４、対物レンズ１５、コリメータレンズ１６、非点収差レンズ（シリンドリカルレンズ）１７及び光検出器１８を有している。
【００２２】
光源１１から出射した光は、コリメータレンズ１２により平行光に変換された後、ビームスプリッタ１３をそのまま透過し、位相変調素子１４を介し、対物レンズ１５により多層光ディスク１９の情報記録面１９ａにおいて反射される。情報記録面１９ａにおいて反射された反射光は、対物レンズ１５及び位相変調素子１４を介し、ビームスプリッタ１３に入射する。ビームスプリッタ１３では、多層光ディスク１９からの反射光は、偏向され、コリメータレンズ１６に入射し、シリンドリカルレンズ１７を介し、光検出器１８に入射する。
【００２３】
尚、図２に示す光ヘッド装置は、１つのビームを用いて光ディスクの記録再生を行う光学系であるが、これに限らず、光源１１とコリメータレンズ１２との間の光路中に０次回折光と±１次回折光を生じさせる図示しない回折素子を配置し、３ビームによって光ディスクの記録再生を行う３ビーム法を用いるものであってもよい。
【００２４】
上述した、位相変調素子１４は、光源１１から多層光ディスク１９までの光路である往路と、多層光ディスク１９から光検出器１８までの光路である復路とが共通の光路となる位置や、往路と復路の光路が異なる復路光路中に配置する。図２は、位相変調素子１４を往路と復路とが共通の光路となる位置に配置した場合を示す。位相変調素子１４は、対物レンズ１５と一体化させた構造であってもよく、この場合には、対物レンズ１５における後述するレンズシフトの影響は少ない。
【００２５】
また、図３には、復路のみの光路中に位相変調素子１４ａを配置した場合の光ヘッド装置１０ａの概念的な構成を示す図である。この光ヘッド装置１０ａは、所定の波長の光を出射する光源１１、コリメータレンズ１２、ビームスプリッタ１３、対物レンズ１５、コリメータレンズ１６、位相変調素子１４ａ、非点収差レンズ（シリンドリカルレンズ）１７及び光検出器１８を有している。
【００２６】
光源１１から出射した光は、コリメータレンズ１２により平行光に変換された後、ビームスプリッタ１３をそのまま透過し、対物レンズ１５により多層光ディスク１９の情報記録面１９ａにおいて反射される。情報記録面１９ａにおいて反射された反射光は、対物レンズ１５を介し、ビームスプリッタ１３に入射する。ビームスプリッタ１３では、多層光ディスク１９からの反射光は、偏向され、コリメータレンズ１６に入射し、位相変調素子１４ａ及びシリンドリカルレンズ１７を介し、光検出器１８に入射する。この構成の光ヘッド装置１０ａについても、光ヘッド装置１０と同様の効果を得ることができる。尚、位相変調素子１４ａは、ビームスプリッタとコリメータレンズとの間の光路中に配置するものであってもよい。
【００２７】
光源１１は、例えば、波長が４０５ｎｍ帯域の直線偏光の発散光を出射する半導体レーザにより構成されている。尚、本発明において用いられる光源１１は、波長が４０５ｎｍ帯域の光に限定されず、例えば、波長が６６０ｎｍ帯域の光や、波長が７８５ｎｍ帯域の光、その他の波長の帯域の光であってもよい。ここで、波長が４０５ｎｍ帯域の光は、３８５〜４３０ｎｍの範囲の光であり、波長が６６０ｎｍ帯域の光は、６３０〜６９０ｎｍの範囲の光であり、波長が７８５ｎｍ帯域の光は、７６０〜８００ｎｍの範囲の光である。
【００２８】
また、光源１１は、２種類または３種類の波長の光を出射する構成としてもよい。このような構成の光源としては、２個または３個の半導体レーザチップが同一基板上に搭載された、いわゆるハイブリッド型の２波長レーザ光源または３波長レーザ光源や、互いに異なる波長の光を出射する２個または３個の発光点を有するモノシリック型の２波長レーザ光源または３波長レーザ光源であってもよい。また、上述したハイブリッド型及びモノシリック型以外にも、異なる波長の２個または３個のレーザ光源を別個に配置し、光学素子により光路を共通にした構成であってもよい。
【００２９】
光検出器１８では、多層光ディスク１９の情報記録面１９ａに記録された情報の再生信号、フォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号等が検出される。尚、光ヘッド装置１０は、上記のフォーカスエラー信号に基づいて、多層光ディスク１９の情報記録面１９ａにおけるフォーカシングの調整を行うため、対物レンズ１５を光軸方向に制御する図示しないフォーカスサーボを有している。また、上記トラッキングエラー信号に基づいて、多層光ディスク１９におけるトラッキングの調整を行うため、対物レンズ１５を光軸に対し略垂直方向に制御する図示しないトラッキングサーボを有している。
【００３０】
図４に基づき本実施の形態における位相変調素子１４について説明する。図４（ａ）は、本実施の形態における位相変調素子１４の模式的平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）における一点鎖線４Ａ−４Ｂにおいて切断した断面図である。尚、光ヘッド装置に位相変調素子１４を配置させたとき、トラッキングの調整を行うためのレンズシフト方向がＹ軸方向と略一致するとよい。また、この位相変調素子１４は、第１の領域２１と第２の領域２２を有しており、第２の領域２２は、Ｘ軸方向に一定の幅を有し、レンズシフト方向であるＹ軸方向に延びるように２本の帯状に形成された領域を有している。位相変調素子１４に入射する光は、Ｚ軸方向に平行な方向より入射する。
【００３１】
第２の領域２２は複屈折性材料を有する領域であり、波長λ１の光のうち第１の直線偏光の光が入射した場合に、第１の領域２１を透過する光に対する第２の領域２２を透過する光の位相差がΔφ１（λ１）となり、波長λ２の光のうち第１の直線偏光の光が入射した場合に、第１の領域２１を透過する光に対する第２の領域２２を透過する光の位相差がΔφ１（λ２）となるように構成されている。更に、波長λ１の光の第１の直線偏光と直交する第２の直線偏光が入射した場合に、第１の領域２１を透過する光に対する第２の領域２２を透過する光の位相差がΔφ２（λ１）となり、波長λ２の光の第２の直線偏光が入射した場合に、第１の領域２１を透過する光に対する第２の領域２２を透過する光の位相差がΔφ２（λ２）となり、Δφ２（λ１）とΔφ２（λ２）とが略０となるように構成されている。
【００３２】
このように位相変調素子１４は、Ｚ軸方向に平行に入射する第１の直線偏光の光に対して、第１の領域２１を透過する光に対する第２の領域２２を透過する光の位相差が異なるので、特に、位相変調素子１４が対物レンズと一体化されていない場合、レンズシフト方向がＹ軸方向と略一致していると、レンズシフトが発生しても第１の領域および第２の領域の位置が大きく変化しないため都合がよい。
【００３３】
次に、この位相変調素子１４の構造について説明する。この位相変調素子１４は、第１の位相変調層２３、１／４波長板２４、第２の位相変調層２５及び透光性基板（例えば、石英ガラス基板）２６、２７、２８、２９により構成されている。尚、本実施の形態では、透光性基板２６、２７、２８、２９を有する構成の位相変調素子１４について説明しているが、透光性基板は、透過性がありかつ、光の位相を変化させないものであれば、石英ガラス基板に限らない。
【００３４】
第１の位相変調層２３は、透光性基板２６上において、第２の領域２２に形成され複屈折性を有する第１の複屈折性材料層２３ａと、等方性の屈折率を有する第１の等方性材料層２３ｂから構成されている。
【００３５】
また、１／４波長板２４は、透光性基板２８上に形成されており、波長λ１の光及び波長λ２の光に対して１／４波長板として機能するものである。つまり、波長λ１の光に対して略（２ｍ１＋１）π／２の位相差、波長λ２の光に対して略（２ｍ２＋１）π／２の位相差を与えるものである（ｍ１、ｍ２≧０の整数）。
【００３６】
第２の位相変調層２５は、石英ガラス基板２７上において、第２の領域２２に形成され複屈折性を有する第２の複屈折性材料層２５ａと、等方性の屈折率を有する第２の等方性材料層２５ｂから構成されている。
【００３７】
より具体的に説明すると、第１の位相変調層２３における第１の複屈折性材料層２３ａは、複屈折性材料からなり、断面形状が高さｄ１の矩形形状を有する。第１の等方性材料層２３ｂは、第１の複屈折性材料層２３ａと同じ高さｄ１となるよう平坦化されて形成されてもよく、また、第１の複屈折性材料層２３ａを覆うように形成されていてもよい。第１の複屈折性材料層２３ａを構成する材料は、互いに直交する第１の直線偏光方向と第２の直線偏光方向に光学軸（いずれか一方が進相軸方向、他方が遅相軸方向）を有しており、光学軸は厚さ方向（Ｚ軸方向）に揃っている。また、Ｚ軸方向から入射する第１の直線偏光方向の屈折率がｎ１であり、第２の直線偏光方向の屈折率がｎ２であり、ｎ１とｎ２とは異なる値である。また、第１の等方性材料層２３ｂは、屈折率がｎｓ１である材料により構成されており、ｎ２の値と、ｎｓ１との値は略等しいものとする。
【００３８】
このとき、第１の位相変調層２３に進行方向がＺ方向となる第１の直線偏光の光が入射すると、第１の複屈折性材料層２３ａと第１の等方性材料層２３ｂとの間で位相差が発生する。一方、第１の位相変調層２３に第２の直線偏光の光が入射すると、第１の複屈折性材料層２３ａと第１の等方性材料層２３ｂとの間で位相差は発生しない。
【００３９】
１／４波長板２４は、第１の直線偏光の光が入射した場合には、右円偏光の光を出射させ、第２の直線偏光の光が入射した場合には、左円偏光の光を出射させる。尚、右円偏光は進行方向に向かって右回りとなる円偏光、左円偏光は進行方向に向かって左回りとなる円偏光を意味する。
【００４０】
第２の位相変調層２５における第２の複屈折性材料層２５ａは、複屈折性材料からなり、断面形状が高さｄ２の矩形形状を有する。第２の等方性材料層２５ｂは、第２の複屈折性材料層２５ａと同じ高さｄ２となるよう平坦化されて形成されてもよく、また、第２の複屈折性材料層２５ａを覆うように形成されていてもよい。この第２の位相変調層２５には、１／４波長板２４により円偏光となった光が入射する。第２の複屈折性材料層２５ａは、右円偏光の光と左円偏光の光とに対し、各々異なった屈折率を有する材料により構成されている。よって、右円偏光の光及び左円偏光の光が入射した場合には、偏光状態が変化せずに光が透過するが、第２の複屈折性材料層２５ａに右円偏光の光が入射した場合の屈折率ｎＲと、左円偏光の光が入射した場合の屈折率はｎＬとは異なる値である。また、第２の等方性材料層２５ｂは、屈折率がｎｓ２である材料により構成されており、ｎＬの値と、ｎｓ２との値は略等しいものとする。
【００４１】
このとき、第２の位相変調層２５に進行方向が＋Ｚ方向となる右円偏光の光が入射すると、第２の複屈折性材料層２５ａと第２の等方性材料層２５ｂとの間で位相差が発生する。一方、第２の位相変調層２５に左円偏光の光が入射すると、第２の複屈折性材料層２５ａと第１の等方性材料層２５ｂとの間で位相差は発生しない。また、光の進行方向が−Ｚ方向の場合、逆に、左円偏光の光に対して位相差が発生し、右円偏光の光に対して位相差が発生しない。上記では、ｎＬの値と、ｎｓ２との値は略等しいものとしたが、ｎＲの値と、ｎｓ２との値が略等しく、ｎＬの値と、ｎｓ２との値が異なる材料の組合せであってもよい。尚、例えば＋Ｚ方向に進行して１／４波長板２４を透過した光は、１／４波長板２４の光学軸の方向を変えることによって、右円偏光の光または左円偏光の光となるように調整することができる。
【００４２】
ここで、第１の位相変調層２３における第１の複屈折性材料層２３ａとしては、高分子液晶、水晶、延伸フィルム、サブミクロン構造を用いたフォトニック結晶等を用いることができる。また、第２の位相変調層２５における第２の複屈折性材料層２５ａとしては、高分子化したコレステリック相高分子液晶等を用いることができる。
【００４３】
尚、上記説明においては、第１の領域２１には、第１の等方性材料層２３ａ及び第２の等方性材料層２５ａを形成し、第２の領域２２には、第１の複屈折性材料層２３ｂ及び第２の複屈折性材料層２５ｂを形成したものについて説明したが、位相差が発生する他の構成としては、第１の領域２１には、第１の複屈折性材料層２３ｂ及び第２の複屈折性材料層２５ｂを形成し、第２の領域２２には、第１の等方性材料層２３ａ及び第２の等方性材料層２５ａを形成した構成であってもよい。
【００４４】
コレステリック相高分子液晶を用いた場合、右円偏光の光の屈折率ｎＲと左円偏光の光の屈折率ｎＬは、以下に示す（１）及び（２）となる。
【００４５】
ｎＬ＝ｎａｖｇ＋（Δｎ）２Ｐ／８λ・・・・・（１）
ｎＲ＝ｎＬ＋ρΔｎ／π・・・・・・・・・・（２）
尚、液晶の異常光の屈折率をｎｅ、常光屈折率をｎｏ、平均屈折率をｎａｖｇ＝（ｎｅ＋ｎｏ）／２、屈折率差をΔｎ＝（ｎｅ−ｎｏ）／２、コレステリック相高分子液晶の螺旋ピッチをＰ、波長をλとした。
【００４６】
また、以下の量を次のように定義した。
【００４７】
ρ＝π（Δｎ）２Ｐ／４λ２＋π（λ―λ０）｛１−（１−Ｑ２／ｅ２）０．５｝／Ｐ
Ｑ２＝（πΔｎ／ｎａｖｇ）２
ｅ２＝｛２π（λ−λ０）／λ｝２
λ０＝｛ｎａｖｇ−（Δｎ）２Ｐ／８λ｝Ｐ
次に、２つの波長に対して位相差Δφ１（λ１）および、Δφ１（λ２）における設計方法について説明する。上述の構成により、第１の領域２１に対する第２の領域２２の位相差は次のように表すことができる。
【００４８】
Δφ１（λ１）＝２π（ｎ１（λ１）−ｎｓ１（λ１））ｄ１／λ１
＋２π（ｎＲ（λ１）−ｎｓ２（λ１））ｄ２／λ１・・・・・（３）
Δφ１（λ２）＝２π（ｎ１（λ２）−ｎｓ１（λ２））ｄ１／λ２
＋２π（ｎＲ（λ２）−ｎｓ２（λ２））ｄ２／λ２・・・・・（４）
上述の式（３）及び（４）はｄ１、ｄ２の２元連立方程式であるため、下の条件を満たす場合には解くことができ、解いた解を用いて高さｄ１、ｄ２を決定することで所定の位相差を得ることができる。
【００４９】
（ｎ１（λ１）−ｎｓ１（λ１））／λ１：（ｎＲ（λ１）−ｎｓ２（λ１））／λ１
≠（ｎ１（λ２）−ｎｓ１（λ２））／λ２：（ｎＲ（λ２）−ｎｓ２（λ２））／λ２
一方、位相差Δφ２（λ１）および、Δφ２（λ２）は、以下のように略ゼロとなる。
【００５０】
Δφ２（λ１）＝２π（ｎ２（λ１）−ｎｓ１（λ１））ｄ１／λ１
＋２π（ｎＬ（λ１）−ｎｓ２（λ１））ｄ２／λ2
≒０
Δφ２（λ２）＝２π（ｎ２（λ２）−ｎｓ１（λ２））ｄ１／λ１
＋２π（ｎＬ（λ２）−ｎｓ２（λ２））ｄ２／λ２
≒０
次に、図５に基づき１／４波長板２４について説明する。図５（ａ）は、１／４波長板２４における構成を示すものであり、図５（ｂ）は、この１／４波長板２４の光学軸の方向と入射する直線偏光の光の方向との関係を示すものである。
【００５１】
１／４波長板２４は、入射する２つの波長の光の各々に対して、略１／４波長分の位相差を発生させるものであり、複屈折性材料からなる第１の波長板３１と、第２の波長板３２とを積層することにより得ることができる。一般的に波長板に入射した光の偏光状態はジョーンズ行列を用いて計算することができ、入射偏光がＸ軸方向に偏光しているとし、入射偏光に対しθ方向に遅相軸、θ＋９０°方向に進相軸を有する厚さｄの複屈折性材料において、光が透過する場合、ジョーンズ行列Ｊは、数１に示す式により示される。
【００５２】
【数１】
数１に示す式に基づき、厚さｄａの第１の波長板３１をＸ−Ｙ平面において、Ｘ軸に対しθａ傾け、厚さｄｂの第２の波長板３２をＸ軸に対しθｂ傾けて積層した場合、ジョーンズ行列は、
Ｊ＝Ｒ（θａ）Ｄ（ｄａ）Ｒ（−θａ）Ｒ（θｂ）Ｄ（ｄｂ）Ｒ（−θｂ）
となる。
【００５３】
尚、図５（ｂ）において、矢印３３は、この１／４波長板２４に入射する直線偏光の光の偏光方向を示すものであり、矢印３１ａは、第１の波長板３１における遅相軸の方向を示すものであり、矢印３２ａは、第２の波長板３２における遅相軸の方向を示すものである。
【００５４】
上記のジョーンズ行列より、波長λ１の光のうちＸ偏光成分、Ｙ偏光成分の位相差δ（λ１）、楕円率ｋ（λ１）及び、波長λ２の光のうちＸ偏光成分、Ｙ偏光成分の位相差δ（λ２）、楕円率ｋ（λ２）を得ることができる。この際、θａ、ｄａ、θｂ、ｄｂが、４つの未知数となるため、δ及びｋの値は、これら４つの未知数の値を調節することにより、所望の値とすることができる。
【００５５】
次に、位相変調素子１４を透過する光の位相について具体的に説明する。図６（ａ）は、第１の位相変調層２３側（＋Ｚ方向）から光が入射したとき、図６（ｂ）は、第２の位相変調層２５側（−Ｚ方向）から光が入射したときの様子を示す模式図である。また、ここで、第１の直線偏光をＸ軸方向とし、第１の位相変調層２３側からＸ軸方向の直線偏光の光が入射するものとする。また、Ｘ軸方向の直線偏光の光が１／４波長板２４に入射すると左円偏光の光となって透過するものとする。一方、第２の位相変調層２５側から右円偏光の光が入射し、右円偏光の光が１／４波長板２４に入射するとＹ軸方向の直線偏光（第２の直線偏光）の光となって透過するものとする。
【００５６】
このような構成の位相変調素子１４においては、図６（ａ）に示すように、第１の位相変調層２３の側から入射した光については、第１の領域２１に入射した光４１ａと、第２の領域２２に入射した光４２ａについては、位相変調素子１４を透過した後、第２の位相変調層２５側から出射した光の位相は変化することなく、同じ位相の状態のまま出射される。また、上記の連立方程式において、２つの波長λ１および波長λ２における所望の位相差がそれぞれ略πになるように設定した場合、しかるべき解が得られる。このとき、図６（ｂ）に示すように、第２の位相変調層２５の側から入射した光については、位相変調素子１４を透過した後、第２の位相変調層２３側から出射した光の位相が、第１の領域２１に入射した光４１ｂに対し、第２の領域２２に入射した光４２ｂは、略π変化した状態で出射される。
【００５７】
これにより、図２に示される光ヘッド装置１０における偏光状態について考える。光源１１より多層光ディスク１９に向かう光については、位相変調素子１４において、第１の領域２１と第２の領域２２に入射した光の位相を変化させることなく、位相変調素子１４より出射させることができる。そして、波長λ１と波長λ２それぞれに対応した多層光ディスク１９の情報記録面１９ａにおいて反射した光についてはいずれも、位相変調素子１４において、第１の領域２１と第２の領域２２に入射した光の位相を略π変化させて、位相変調素子１４より出射させることができる。尚、この略πは正確にπでなくとも効果を有するものであり、０．９π以上、１．１π以下であれば、略同様の効果を得ることができる。また、上記内容の具体的な説明については後述する。
【００５８】
尚、上記のように入射する光の偏光状態によって発生させる位相差が、略０または略πとしているのは以下の理由による。例えば、略０の位相差と同等のものとして略２π、略４π等の位相差が発生するものであったり、略πの位相差と同等のものとして略３π、略５π等の位相差が発生するものであったりしてもよい。しかしながら、位相差を大きく設定すると位相差の波長依存性が大きく変化する。例えば、温度変動によって変化する半導体レーザの波長の変化に対して所望の特性を得ることが困難となる場合や、半導体レーザの個別素子の特性のばらつきのマージンが狭くなるといった問題があるので好ましくない。従って、入射する光の波長依存性が少なく安定した特性を得ることができるように位相差をそれぞれ、略０、略πとすることが好ましい。
【００５９】
次に、具体的な設計をした位相変調素子１４と、光ヘッド装置１０の光検出器１８の受光面上の光の干渉パターンについて説明する。図７は、位相変調素子１４の具体的な設計を示す平面図である。図７に示すように、位相変調素子１４は、直径４ｍｍの光のビームスポット４１に対応したものであり、第１の領域２１と第２の領域２２により構成されている。第２の領域２２は、２本の帯状の領域２２ａ及び２２ｂにより構成されており、領域２２ａ及び２２ｂは、Ｙ軸を中心として対称となる位置に配置されている。領域２２ａは、Ｘ軸座標における−１．４ｍｍから−０．９ｍｍの領域において、幅が０．５ｍｍの帯状にＹ軸方向における長さが１０ｍｍとなるように形成されおり、領域２２ｂは、Ｘ軸座標における０．９ｍｍから１．４ｍｍの領域において、幅が０．５ｍｍの帯状にＹ軸方向における長さが１０ｍｍとなるように形成されている。尚、領域２２ａ及び２２ｂは、Ｙ軸方向における＋方向と、−方向との長さが均一になるように形成されている。
【００６０】
このような位相変調素子１４を光ヘッド装置１０に設置した場合において、光検出器１８の受光面に集光される光の電場の位相分布を計算した結果を図８（ａ）に示す。尚、位相分布とは、光の電場をＥｅｘｐ（ｉφ）とした場合におけるφを意味するものである。図中においては、黒色部分で示される−πから白色部分で示されるπについて、濃度により示したものである。一方、図８（ｂ）には、光ヘッド装置１０に位相変調素子１４を設置しない場合において、光を集光した場合における電場の位相分布を計算した結果を示す。
【００６１】
図８（ａ）では、矢印ａ、ｂ、ｃ、ｄに示す方向の延長線上において位相がπ異なっている。これは、位相変調素子１４における第１の領域２１と第２の領域２２とにより位相をπ異ならせることにより生じたものである。また、図８（ａ）は、図８（ｂ）に比べて、濃淡が複雑になっており、また、密に存在している部分もあり、この部分においては空間周波数が高くなっていることが確認される。尚、図８（ａ）、図８（ｂ）の位相分布は、ある瞬間の状態の一例を示したものであり、時間的に、このような干渉縞が周辺部から中心部に向かって移動するかまたは、中心部から外側に向かって移動する。そして、この干渉縞（の模様）は常にＸ軸方向、Ｙ軸方向に対して対称的に発生するとは限らない。
【００６２】
次に、位相変調素子１４による効果について説明する。上述したように、多層光ディスクの記録再生を行う場合、光検出器１８に到達する光には、再生等の対象となっている情報記録層である情報記録面からの反射光である信号光以外にも、再生等の対象となっていない情報記録層である情報記録面からの反射光である迷光が含まれている。
【００６３】
多層光ディスクにおける情報記録層の層数が２層の場合、再生等の対象となっている情報記録面からの反射光、即ち信号光の電場をＥ１ｅｘｐ（ｉφ）とし、再生等の対象となる情報記録面からの反射光、即ち迷光の電場をＥ２ｅｘｐ（ｉφ）とした場合、光検出器１８における光強度は、以下に示す（５）に表される。
【００６４】
Ｉ＝∫｜Ｅ１ｅｘｐ（ｉφ１）＋Ｅ２ｅｘｐ（ｉφ２）｜２ｄＳ
＝∫｛Ｅ１２＋Ｅ２２＋２Ｅ１Ｅ２ｃｏｓ（φ１−φ２）｝ｄＳ・・・・・（５）
（５）に示す式の下段の第３項が、信号光と迷光との干渉を示すものであり、この干渉により、光検出器１８の受光面において干渉縞が生じ、光の強度分布が生じる。
【００６５】
光検出器１８の受光面においては、迷光は信号光よりも空間的に広がった光となっており、迷光の位相変化は信号光の位相変化よりも緩やかなものとなっているが、再生等の対象となっている情報記録面と、再生等の対象となっていない情報記録面との層間隔によって、信号光と迷光との光路差が変化し、これら２つの光の位相差φ１−φ２の値が変化する。このような位相変化によって、信号光と迷光との２つの光により強め合う位置と弱め合う位置とが変化し、例えば、当初の位相差φ１−φ２に対して、π変化する場合には、光検出器１８の受光面における干渉縞の明暗が反転する。
【００６６】
このことを図９及び図１０に基づき説明する。図９は、光検出器１８の平面模式図であって、境界線５０によって面積が等しい第１の受光領域１８ａと第２の受光領域１８ｂと、を分割したものである。ここで、例えば、境界線５０に対して斜め方向となる、干渉縞が移動する方向を考え、境界線５０に対して４５°となる点線で示す直線上に到達する光量について考える。また、光検出器１８は、領域が２分割されている場合、迷光による干渉が発生した場合であっても、この第１の受光領域１８ａに到達する光量と、第２の受光領域１８ｂに到達する光量との差分が小さい方がＳ／Ｎが大きく、的確にトラッキングエラー等の信号を検出できるので好ましい。このとき、中心点をゼロ「０」とし、０〜＋Ｄの直線上における光量と、０〜−Ｄの直線上における光量について考え、位相変調素子１４を配置する場合と配置しない場合について説明する。
【００６７】
図１０は、図９の点線に沿った０〜＋Ｄ上における光量および、０〜｜Ｄ｜上の光量の差分を示したグラフの例である。とくに、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は空間周波数が高い場合、図１０（ｄ）〜図１０（ｆ）は、それに対して空間周波数が低い場合を例にしたものである。まず、図１０（ａ）と図１０（ｂ）は、０〜｜Ｄ｜に対し、位相が反転したような光量分布を有するものとすると、光量の差分は図１０（ｃ）のようになる。このとき、光量の差分が０より大きくなる光量の合計と、０より小さくなる光量の合計との差分ができるだけ小さくなると、干渉縞によるノイズ成分がキャンセルされてＳ／Ｎが大きくなる。
【００６８】
例えば、空間周波数が高い図１０（ａ）〜図１０（ｃ）については、光量の差分の合計が小さくなりやすいので、ノイズ成分が少ない。一方、空間周波数が低い図１０（ｄ）〜図１０（ｆ）については、光量の差分の合計にむらができやすいため、時間的にノイズ成分が大きくなることがあり、空間周波数が高い図１０（ａ）〜図１０（ｃ）に比べるとＳ／Ｎが小さくなる。特に、光検出器１８の周辺部よりも中心部付近は空間周波数が小さいので、Ｓ／Ｎを大きくするには、中心部付近の空間周波数を高めることが効果的である。また、光検出器１８としては、図９のように２分割に限らず、境界線５０と直交する境界線によって４分割、またはそれ以上の分割数を有する構成のものもあるが、同様に差動信号を得る場合は、特に干渉縞の空間周波数が低い部分の空間周波数を高くするとよい。
【００６９】
このように、図８（ｂ）に示す位相変調素子１４を設けていない光ヘッド装置においては、等位相部分における面積が比較的広いため、干渉縞における明暗の逆転が生じた場合に、光強度の変化が生じる領域の面積が広く、よって、干渉の影響は大きくなる。一方、位相変調素子１４を設けた光ヘッド装置においては、図８（ａ）に示すように、等位相部分が比較的狭いため、干渉縞における明暗が逆転した場合においても、光強度の変化が生じる領域の面積は狭く、干渉の影響を小さくすることができる。このような、干渉縞における明暗の領域の面積は、サーボ信号検出に用いられる分割された光検出器等において大きく影響が生じる。
【００７０】
以上より、２つの波長に対して任意の位相差を与える位相変調素子を得ることができる。この位相変調素子を光ヘッド装置の内部に設置することにより、多層光ディスクの記録再生の際に生じる光検出器１８の受光面において生じる干渉縞の明暗分布を細かくする、つまり空間周波数を高くすることができ、多層光ディスクにおける層間クロストークの影響を低減することができる。
【実施例】
【００７１】
（実施例）
実施例として、本実施の形態における位相変調素子及び位相変調素子の製造方法について、図４に基づき説明する。最初に、透光性基板２６として石英ガラス基板を洗浄した後、乾燥し、不図示のポリイミドを塗布し、一方向にラビングを行うことで配向膜を得る。次に、表１に示す屈折率を有する高分子液晶からなる高分子液晶層を６．６３μｍ形成する。
【００７２】
【表１】
高分子液晶層を形成した後、高分子液晶層上にフォトリソグラフィ法により第２の領域２２となる領域にレジストパターンを形成し、レジストパターンの形成されていない領域における高分子液晶層をエッチングにより除去する。これにより、第１の複屈折性材料層２３ａを形成する。この後、表１に示す屈折率を有する充填剤により、高分子液晶からなる第１の複屈折性材料層２３ａの間を充填して、第１の等方性材料層２３ｂを形成する。これにより、第１の位相変調層２３が形成される。
【００７３】
次に、第２の基板となる石英ガラス基板２７を洗浄した後、乾燥し、表２に示す屈折率を有し、螺旋ピッチが０．３５μｍの高分子化したコレステリック相高分子液晶からなるコレステリック相高分子液晶層を１３．３μｍ形成する。
【００７４】
【表２】
この後、コレステリック相高分子液晶上にフォトリソグラフィ法により第２の領域２２となる領域にレジストパターンを形成し、レジストパターンの形成されていない領域におけるコレステリック相高分子液晶層をエッチングにより除去する。これにより、第２の複屈折性材料層２５ａを形成する。この後、表２に示す屈折率を有する充填剤により、高分子液晶からなる第２の複屈折性材料層２５ａの間を充填して、第２の等方性材料層２５ｂを形成する。これにより、第２の位相変調層２５が形成される。
【００７５】
次に、第３の基板となる石英ガラス基板２８を洗浄した後、乾燥し、表１に示す屈折率を有する高分子液晶からなる第１の位相板３１となる層を５．４μｍ形成する。さらに第１の位相板３１となる層の上に、第１の位相板３１となる層とは遅相軸の方向が５４．４°異なる角度で、表１に示す屈折率を有する高分子液晶からなる第２の位相板３２となる層を２．７μｍ形成する。このようにして１／４波長板２４を形成する。この１／４波長板２４では、波長λ１（４０５ｎｍ）及び波長λ２（６６０ｎｍ）の光において、第１の位相板３１となる層における遅相軸に対し１０７．８°の直線偏光の光が入射した場合には、右円偏光の光を出射する。また、第１の位相板３１となる層における遅相軸に対し１７．８°の直線偏光の光が入射した場合には、左円偏光の光を出射する。
【００７６】
上記の第１の基板となる石英ガラス基板２６、第３の基板となる石英ガラス基板２８、第２の基板となる石英ガラス基板２７を積層し、更に、第４の基板となる石英ガラス基板２９を第２の位相変調層２５上に積層する。この際、第３の基板となる石英ガラス基板２８に形成されている１／４波長板２４における第１の位相板３１となる層の遅相軸に対し、第１の基板となる石英ガラス基板２６上に形成されている第１の複屈折性材料層２３ａの遅相軸が１０７．８°の角度をなした状態で積層されており、更に、第１の複屈折性材料層２３ａと第２の複屈折性材料層２５ａとが、ともに第２の領域２２となるように積層する。
【００７７】
このような構成を有する位相変調素子を、光ヘッド装置１０の光源１１より多層光ディスク１９へと至る往路の光の偏光方向とラビング方向とが直交するように配置すると、往路の直線偏光の光が入射した場合、偏光方向が進相軸と一致しており、第１の複屈折性材料層２３ａにおける屈折率と、第１の等方性材料層２３ｂにおける屈折率とが同じであるため、第１の位相変調層２３において位相差は生じない。次に、１／４波長板２４において直線偏光の光は左円偏光の光となり、第２の位相変調層２５に入射する。第２の位相変調層２５に入射した光は、第２の位相変調層２５の第２の複屈折性材料層２５ａにおけるコレステリック相高分子液晶の左円偏光の光に対する屈折率は、第２の等方性材料層２５ｂを構成する充填剤の屈折率と同じであるため、位相差を生じることはない。
【００７８】
この後、位相変調素子１４を出射した光は、多層光ディスク１９の情報記録面１９ａにおいて反射され、左円偏光の光は右円偏光の光となり、位相変調素子１４に入射する。第２の位相変調層２５においては、第２の複屈折性材料層２５ａにおけるコレステリック相高分子液晶の右円偏光の光に対する屈折率は、第２の等方性材料層２５ｂを構成する充填剤の屈折率は異なる。よって、位相変調素子１４の第２の位相変調層２５に右円偏光の光として入射した光は、この屈折率差により波長が４０５ｎｍの光では−０．６４π、波長が６６０ｎｍの光では０．２πの位相差が付加される。
【００７９】
次に、１／４波長板２４において右円偏光の光は、前述した往路の直線偏光の光の偏光方向と直交し、第１の複屈折性材料層２３ａの遅相軸と一致した直線偏光の光となり、第１の位相変調層２３に入射する。第１の位相変調層２３においては、第１の複屈折性材料層２３ａにおける高分子液晶の異常光屈折率は、第１の等方性材料層２３ｂを構成する充填剤の屈折率は異なる。よって、位相変調素子１４の第１の位相変調層２３に入射した遅相軸の方向に直線偏光した光は、この屈折率差により波長が４０５ｎｍの光では１．６４π、波長が６６０ｎｍの光では０．８πの位相差が付加される。
【００８０】
従って、位相変調素子１４において、波長４０５ｎｍの光でπ、波長６６０ｎｍの光でπの位相差が付加される。よって、実施例に示す位相変調素子１４においては、２つの異なる波長の光に対して略同一の位相差を付加することができる。
【００８１】
以上より、第１の複屈折性材料層２３ａの進相軸に偏光した波長λ１及び波長λ２の直線偏光の光を第１の位相変調層２３の側から入射した場合には、位相変化をさせることなく、第１の複屈折性材料層２３ａの遅相軸に偏光した波長λ１（４０５ｎｍ）及び波長λ２（６６０ｎｍ）の直線偏光の光を第２の位相変調層２５の側から入射した場合には、第１の領域２１と第２の領域２２との間において、位相差を略π生じさせることが可能な位相変調素子を得ることができる。この位相変調素子を光ヘッド装置の内部に設置することにより、多層光ディスクを再生等する際における層間クロストークを低減させることができる。
【００８２】
（比較例）
次に、比較例について図１１に基づき説明する。比較例は、本実施の形態における第２の位相変調層２５を有しない構造の位相変調素子である。
【００８３】
図１１（ａ）は、比較例における位相変調素子１１４の模式的平面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）における破線１１Ａ−１１Ｂにおいて切断した断面図である。トラッキングの調整を行うためのレンズシフト方向はＹ軸方向である。また、この位相変調素子１１４は、第１の領域１２１と第２の領域１２２を有しており、第２の領域１２２は、Ｘ軸方向に一定の幅を有し、レンズシフト方向であるＹ軸方向に延びるように２本の帯状に形成されている。位相変調素子１１４に入射する光は、Ｚ軸方向に平行な方向より入射する。
【００８４】
この位相変調素子１１４は、石英ガラス基板１２５及び１２６との間に、複屈折性材料層１２３と等方性材料層１２４により形成されている。複屈折性材料層１２３は、表１に示す高分子液晶により第２の領域１２２に形成されている。また、等方性材料層１２４は、表１に示す充填剤により形成されている。複屈折性材料層１２３は、往路の直線偏光と進相軸とが一致するように配向処理が成されており、高さが４．０５μｍで形成されている。
【００８５】
往路の直線偏光の光が入射した場合、複屈折性材料層１２３における高分子液晶の屈折率と、等方性材料層１２４における充填剤の屈折率とが一致しているため位相差は付与されない。この後、位相変調素子１１４を出射した光は光ヘッド装置において図示しない１／４波長板を介し、多層光ディスクに照射され、多層光ディスクにおける情報記録面において反射される。反射された光は１／４波長板を介し、位相変調素子１１４に再び入射する。この位相変調素子１１４に入射した光は、往路における光と直交する直線偏光の光となる。この光は、複屈折性材料層１２３における遅相軸と一致しているため、複屈折性材料層１２３の異常光屈折率と等方性材料層１２４における充填剤の屈折率との差により、位相差が生じる。具体的には、波長４０５ｎｍの光が入射した場合には、位相差はπとなるが、波長６６０ｎｍの光が入射した場合には、０．５πとなる。従って、比較例に示す位相変調素子１１４においては、２つの異なる波長において同一の位相差を付加することができない。
【００８６】
また、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。
【符号の説明】
【００８７】
１０、１０ａ 光ヘッド装置
１１ 光源
１２、１６ コリメータレンズ
１３ ビームスプリッタ
１４、１４ａ 位相変調素子
１５ 対物レンズ
１７ シリンドリカルレンズ
１８ 光検出器
１８ａ 第１の受光領域
１８ｂ 第２の受光領域
１９ 多層光ディスク
１９ａ 情報記録面
２１ 第１の領域
２２ 第２の領域
２３ 第１の位相変調層
２３ａ 第１の複屈折性材料層
２３ｂ 第１の等方性材料層
２４ １／４波長板
２５ 第２の位相変調層
２５ａ 第２の複屈折性材料層
２５ｂ 第２の等方性材料層
２６、２７、２８、２９ 透光性基板（石英ガラス基板）
５０ 境界線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ヘッド装置に関するものであり、特に、複数の情報記録層を有する光記録媒体（光ディスク）である多層光ディスクにおいて、情報の記録再生を行う光ヘッド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤ、ＤＶＤ等の光ディスクには、情報記録層が単層の単層光ディスクと、複数層の多層光ディスクとがある。例えば、２層の情報記録層を有する２層光ディスクに対して情報の記録再生を行う場合、２層光ディスクにおいて反射され光検出器に戻る戻り光は、光源からの出射光を集光させた所望の情報記録層により反射される光（信号光）のみならず、隣接した情報記録層等により反射された光（迷光）が生じる。多層光ディスクの記録再生を行う光ヘッド装置においては、このような迷光により生じるクロストーク成分がトラッキングサーボ信号やフォーカスサーボ信号等のサーボ信号に影響を与えないような構成にする必要がある。尚、本明細書においては、光ディスクにおける情報の記録又は再生、記録及び再生を総称して「記録再生」と表現する。
【０００３】
図１に従来の多層光ディスクの記録再生を行う光ヘッド装置において、２層光ディスクの再生時の光路の模式図を示す。２層光ディスクは、光ヘッド装置により記録再生がなされるものであり、対物レンズ２０７及び光検出器２０８を有している。また、情報の記録再生がなされる２層光ディスクは、情報記録層として光入射面に近い層であるＬ１層、遠い層であるＬ２層の２層を有している。
【０００４】
例えば、Ｌ１層を再生する場合、対物レンズ２０７により集光されるＬ１層を２０２面とすると、このときＬ２層は２０１面となる。この場合、対物レンズ２０７によりＬ１層である２０２面に集光され反射された信号光となる光は、対物レンズ２０７に入射し集光されて、実線で示す光路２０６をたどり光検出器２０８の受光面において焦点が合うように到達する。一方、Ｌ２層である２０１面において反射された迷光となる光は、破線で示す光路２０４をたどり光検出器２０８の受光面の手前で焦点が結ばれる。
【０００５】
次に、Ｌ２層を再生する場合、対物レンズ２０７により集光されるＬ２層を２０２面とすると、このときＬ１層は２０３面となる。この場合、対物レンズ２０７によりＬ２層である２０２面に集光され反射された信号光となる光は、対物レンズ２０７に入射し集光されて、実線で示す光路２０６をたどり光検出器２０８の受光面において焦点が合うように到達する。一方、Ｌ１層である２０３面において反射された迷光となる光は、破線で示す光路２０５をたどり光検出器２０８の受光面の後方において焦点が結ばれる。
【０００６】
また、Ｌ１層の再生時において、Ｌ１層からの戻り光は、図示しない回折格子による光の回折により０次回折光、±１次回折光の３ビームがそれぞれ光検出器の受光面に集光される。Ｌ１層の再生時において、Ｌ２層より反射される戻り光は、ビーム径が大きく光密度は低いものの光検出器の受光面に迷光となって入射し、Ｌ１層より反射される信号光と光検出器２０８上において干渉が生じる。２つの情報記録層の層間隔や光源から発射される光の波長の変化により光の干渉条件が変化すると、信号強度が変化して読取り性能が低下する等の問題が生じる。特に、０次回折光と±１次回折光を利用する３ビーム法を用いる光ヘッド装置では、±１次回折光の光量は０次回折光の光量に比べて低いため、迷光の干渉による影響を受けやすい。
【０００７】
この対策として、例えば特許文献１に開示されているような光ヘッド装置が提案されている。具体的には、信号光の一部、及び、迷光の一部における波面の位相を変化させる位相変化手段を含む光機能素子を光ピックアップの光路中に設けることにより、信号光と迷光との干渉によって生じる干渉パターンにおける空間周波数を高めたり、光強度差のレベルを低減させたりすることで、信号光と迷光との干渉の影響を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２１３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
位相を２π×光路長／波長として定義をした場合、位相変化は、光が伝搬する媒質の屈折率と距離との積で表される光路長が２つの領域によって異なる場合に生じる。同相で入射する光がこの２つの領域を透過したときに生じる位相の差を位相差とすると、ある波長の光における２つの領域の位相差は、光が透過する媒質の厚さと、２つの領域を構成するそれぞれの材料の屈折率の差（屈折率差）を調整することにより設計が可能である。ところが、ある波長の光における屈折率が定まると、他の波長の光における屈折率は、屈折率の波長分散特性に従って一義的に定まるため、媒質の厚さが定まると、他の波長の光における位相差も一義的に定まる。材料によって屈折率の波長分散は異なるため位相差の調整は可能であるが、その調整幅は限られている。
【００１０】
多層光ディスクにおける規格としては、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（ＢＤ）やＤＶＤが知られており、各々の光ディスクには４０５ｎｍ帯域の波長の光と、６６０ｎｍ帯域の波長の光を用いて情報の記録再生を行う。このため、特許文献１に記載されている光ヘッド装置では、ＢＤ用の波長である４０５ｎｍ帯域の光に対応した光機能素子を用いることができても、ＤＶＤ用の波長である６６０ｎｍ帯域の光に対応した光機能素子もさらに設ける必要があり、そのために光ヘッド装置が大型化してしまう。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、２つの波長の光において、位相変化を設計することが可能な位相変調素子により、異なる２波長を用いる２種類の光ディスク（多層光ディスク）の記録再生を行う光ヘッド装置において、簡易な構成で、信号光と迷光との干渉を低減させることによりクロストークの影響を抑え、良好に情報の記録再生を行うことが可能な光ヘッド装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の光ヘッド装置は、少なくとも相互に異なる波長λ１の光と波長λ２（λ１≠λ２）の光とを出射する光源と、前記光源から出射された光を光ディスクの情報記録面に集光させる対物レンズと、前記情報記録面において反射された信号光を検出するための光検出器と、を有する光ヘッド装置において、前記波長λ１の光と前記波長λ２の光の共通する光路であって、前記対物レンズと前記光検出器との間の光路に配置された位相変調素子を有し、前記位相変調素子は、入射する前記信号光に対し第１の位相で出射する第１の領域と、入射する前記信号光に対し前記第１の位相と異なる第２の位相で出射する第２の領域と、を有し、前記波長λ１の前記信号光に対する前記第１の位相と前記第２の位相との位相差である第１の位相差Δφ１と、前記波長λ２の前記信号光に対する前記第１の位相と前記第２の位相との位相差である第２の位相差Δφ２とは、ともに略πであって、前記位相変調素子における前記第１の領域と前記第２の領域は、前記信号光の光軸を含む直線において、線対称に配置されているものであることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の光ヘッド装置は、前記位相変調素子において、前記信号光の入射方向とは反対方向となる前記光源から前記光ディスクへ向かう第１の直線偏光の光を入射させた場合に、前記波長λ１の前記第１の直線偏光の光に対する前記第１の位相と前記第２の位相との位相差である第１の位相差Δφ１と、前記波長λ２の前記第１の直線偏光の光に対する前記第１の位相と前記第２の位相との位相差である第２の位相差Δφ２とは、ともに略０であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の光ヘッド装置は、前記位相変調素子は、第１の位相変調層と、１／４波長板と、第２の位相変調層が、この順に配置されたものであって、前記第１の位相変調層は、前記第１の領域に形成された第１の等方性材料層と、前記第２の領域に形成された第１の複屈折性材料層とを有し、前記第１の複屈折性材料層は、前記第１の直線偏光の光においては、前記第１の複屈折性材料層における屈折率と前記第１の等方性材料層における屈折率とは等しく、前記第１の直線偏光の方向と直交する第２の直線偏光の方向の光においては、前記第１の複屈折性材料層における屈折率と前記第１の等方性材料層における屈折率とは異なるものであって、前記１／４波長板は、前記波長λ１の光に対して略（２ｍ１＋１）π／２の位相差、前記波長λ２の光に対し、略（２ｍ２＋１）π／２の位相差を与えるものであって（ｍ１、ｍ２≧０の整数）、前記第２の位相変調層は、前記第１の領域に形成された第２の等方性材料層と、前記第２の領域に形成された第２の複屈折性材料層とを有し、右円偏光の光、左円偏光の光のうち、一方の円偏光の光に対しては、前記第２の等方性材料層における屈折率と、前記第２の複屈折性材料層における屈折率は等しく、他方の円偏光の光に対しては、前記第２の等方性材料層における屈折率と、前記第２の複屈折性材料層における屈折率が異なるものであることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の光ヘッド装置は、前記第２の複屈折性材料層は、コレステリック相高分子液晶により形成されているものであることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の光ヘッド装置は、前記第１の等方性材料層は、屈折率ｎｓ１を有する材料により構成されており、前記第１の複屈折性材料層は、光学軸が厚さ方向に揃って形成された常光屈折率ｎｏ、異常光屈折率ｎｅを有する材料により構成されており、前記屈折率ｎｓ１は、常光屈折率ｎｏと略等しいものであること特徴とする。
【００１７】
また、本発明の光ヘッド装置は、前記波長λ１は、３８５ｎｍ＜λ１＜４３０ｎｍであり、前記波長λ２は、６３０ｎｍ＜λ２＜６９０ｎｍであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、異なる２波長を用いる２種類の光ディスク（多層光ディスク）の記録再生を行う光ヘッド装置において、簡易な構成で、信号光と迷光との干渉を低減させることによりクロストークの影響を抑え、良好に情報の記録再生を行うことが可能な光ヘッド装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】多層光ディスクにおける入射光と反射光の説明図
【図２】本実施の形態における光ヘッド装置の構成図
【図３】本実施の形態における別の光ヘッド装置の構成図
【図４】本実施の形態における位相変調素子の構成図
【図５】本実施の形態における位相変調素子を構成する１／４波長板の説明図
【図６】本実施の形態における位相変調素子の説明図（１）
【図７】本実施の形態における位相変調素子の説明図（２）
【図８】本実施の形態における位相変調素子を用いた場合と用いない場合の光検出器の受光面に集光される光の電場の位相分布を計算した分布図
【図９】光検出器の受光面の受光領域の説明図
【図１０】光検出器の受光面の直線距離に対する光量の分布及び光量の差分との関係を表す説明図
【図１１】比較例における位相変調素子の構成図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明を実施するための形態について、以下に説明する。
【００２１】
（光ヘッド装置）
図２は、本実施の形態に係る光ヘッド装置の概念的な構成を示す図である。本実施の形態における光ヘッド装置１０は、所定の波長の光を出射する光源１１、コリメータレンズ１２、ビームスプリッタ１３、位相変調素子１４、対物レンズ１５、コリメータレンズ１６、非点収差レンズ（シリンドリカルレンズ）１７及び光検出器１８を有している。
【００２２】
光源１１から出射した光は、コリメータレンズ１２により平行光に変換された後、ビームスプリッタ１３をそのまま透過し、位相変調素子１４を介し、対物レンズ１５により多層光ディスク１９の情報記録面１９ａにおいて反射される。情報記録面１９ａにおいて反射された反射光は、対物レンズ１５及び位相変調素子１４を介し、ビームスプリッタ１３に入射する。ビームスプリッタ１３では、多層光ディスク１９からの反射光は、偏向され、コリメータレンズ１６に入射し、シリンドリカルレンズ１７を介し、光検出器１８に入射する。
【００２３】
尚、図２に示す光ヘッド装置は、１つのビームを用いて光ディスクの記録再生を行う光学系であるが、これに限らず、光源１１とコリメータレンズ１２との間の光路中に０次回折光と±１次回折光を生じさせる図示しない回折素子を配置し、３ビームによって光ディスクの記録再生を行う３ビーム法を用いるものであってもよい。
【００２４】
上述した、位相変調素子１４は、光源１１から多層光ディスク１９までの光路である往路と、多層光ディスク１９から光検出器１８までの光路である復路とが共通の光路となる位置や、往路と復路の光路が異なる復路光路中に配置する。図２は、位相変調素子１４を往路と復路とが共通の光路となる位置に配置した場合を示す。位相変調素子１４は、対物レンズ１５と一体化させた構造であってもよく、この場合には、対物レンズ１５における後述するレンズシフトの影響は少ない。
【００２５】
また、図３には、復路のみの光路中に位相変調素子１４ａを配置した場合の光ヘッド装置１０ａの概念的な構成を示す図である。この光ヘッド装置１０ａは、所定の波長の光を出射する光源１１、コリメータレンズ１２、ビームスプリッタ１３、対物レンズ１５、コリメータレンズ１６、位相変調素子１４ａ、非点収差レンズ（シリンドリカルレンズ）１７及び光検出器１８を有している。
【００２６】
光源１１から出射した光は、コリメータレンズ１２により平行光に変換された後、ビームスプリッタ１３をそのまま透過し、対物レンズ１５により多層光ディスク１９の情報記録面１９ａにおいて反射される。情報記録面１９ａにおいて反射された反射光は、対物レンズ１５を介し、ビームスプリッタ１３に入射する。ビームスプリッタ１３では、多層光ディスク１９からの反射光は、偏向され、コリメータレンズ１６に入射し、位相変調素子１４ａ及びシリンドリカルレンズ１７を介し、光検出器１８に入射する。この構成の光ヘッド装置１０ａについても、光ヘッド装置１０と同様の効果を得ることができる。尚、位相変調素子１４ａは、ビームスプリッタとコリメータレンズとの間の光路中に配置するものであってもよい。
【００２７】
光源１１は、例えば、波長が４０５ｎｍ帯域の直線偏光の発散光を出射する半導体レーザにより構成されている。尚、本発明において用いられる光源１１は、波長が４０５ｎｍ帯域の光に限定されず、例えば、波長が６６０ｎｍ帯域の光や、波長が７８５ｎｍ帯域の光、その他の波長の帯域の光であってもよい。ここで、波長が４０５ｎｍ帯域の光は、３８５〜４３０ｎｍの範囲の光であり、波長が６６０ｎｍ帯域の光は、６３０〜６９０ｎｍの範囲の光であり、波長が７８５ｎｍ帯域の光は、７６０〜８００ｎｍの範囲の光である。
【００２８】
また、光源１１は、２種類または３種類の波長の光を出射する構成としてもよい。このような構成の光源としては、２個または３個の半導体レーザチップが同一基板上に搭載された、いわゆるハイブリッド型の２波長レーザ光源または３波長レーザ光源や、互いに異なる波長の光を出射する２個または３個の発光点を有するモノシリック型の２波長レーザ光源または３波長レーザ光源であってもよい。また、上述したハイブリッド型及びモノシリック型以外にも、異なる波長の２個または３個のレーザ光源を別個に配置し、光学素子により光路を共通にした構成であってもよい。
【００２９】
光検出器１８では、多層光ディスク１９の情報記録面１９ａに記録された情報の再生信号、フォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号等が検出される。尚、光ヘッド装置１０は、上記のフォーカスエラー信号に基づいて、多層光ディスク１９の情報記録面１９ａにおけるフォーカシングの調整を行うため、対物レンズ１５を光軸方向に制御する図示しないフォーカスサーボを有している。また、上記トラッキングエラー信号に基づいて、多層光ディスク１９におけるトラッキングの調整を行うため、対物レンズ１５を光軸に対し略垂直方向に制御する図示しないトラッキングサーボを有している。
【００３０】
図４に基づき本実施の形態における位相変調素子１４について説明する。図４（ａ）は、本実施の形態における位相変調素子１４の模式的平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）における一点鎖線４Ａ−４Ｂにおいて切断した断面図である。尚、光ヘッド装置に位相変調素子１４を配置させたとき、トラッキングの調整を行うためのレンズシフト方向がＹ軸方向と略一致するとよい。また、この位相変調素子１４は、第１の領域２１と第２の領域２２を有しており、第２の領域２２は、Ｘ軸方向に一定の幅を有し、レンズシフト方向であるＹ軸方向に延びるように２本の帯状に形成された領域を有している。位相変調素子１４に入射する光は、Ｚ軸方向に平行な方向より入射する。
【００３１】
第２の領域２２は複屈折性材料を有する領域であり、波長λ１の光のうち第１の直線偏光の光が入射した場合に、第１の領域２１を透過する光に対する第２の領域２２を透過する光の位相差がΔφ１（λ１）となり、波長λ２の光のうち第１の直線偏光の光が入射した場合に、第１の領域２１を透過する光に対する第２の領域２２を透過する光の位相差がΔφ１（λ２）となるように構成されている。更に、波長λ１の光の第１の直線偏光と直交する第２の直線偏光が入射した場合に、第１の領域２１を透過する光に対する第２の領域２２を透過する光の位相差がΔφ２（λ１）となり、波長λ２の光の第２の直線偏光が入射した場合に、第１の領域２１を透過する光に対する第２の領域２２を透過する光の位相差がΔφ２（λ２）となり、Δφ２（λ１）とΔφ２（λ２）とが略０となるように構成されている。
【００３２】
このように位相変調素子１４は、Ｚ軸方向に平行に入射する第１の直線偏光の光に対して、第１の領域２１を透過する光に対する第２の領域２２を透過する光の位相差が異なるので、特に、位相変調素子１４が対物レンズと一体化されていない場合、レンズシフト方向がＹ軸方向と略一致していると、レンズシフトが発生しても第１の領域および第２の領域の位置が大きく変化しないため都合がよい。
【００３３】
次に、この位相変調素子１４の構造について説明する。この位相変調素子１４は、第１の位相変調層２３、１／４波長板２４、第２の位相変調層２５及び透光性基板（例えば、石英ガラス基板）２６、２７、２８、２９により構成されている。尚、本実施の形態では、透光性基板２６、２７、２８、２９を有する構成の位相変調素子１４について説明しているが、透光性基板は、透過性がありかつ、光の位相を変化させないものであれば、石英ガラス基板に限らない。
【００３４】
第１の位相変調層２３は、透光性基板２６上において、第２の領域２２に形成され複屈折性を有する第１の複屈折性材料層２３ａと、等方性の屈折率を有する第１の等方性材料層２３ｂから構成されている。
【００３５】
また、１／４波長板２４は、透光性基板２８上に形成されており、波長λ１の光及び波長λ２の光に対して１／４波長板として機能するものである。つまり、波長λ１の光に対して略（２ｍ１＋１）π／２の位相差、波長λ２の光に対して略（２ｍ２＋１）π／２の位相差を与えるものである（ｍ１、ｍ２≧０の整数）。
【００３６】
第２の位相変調層２５は、石英ガラス基板２７上において、第２の領域２２に形成され複屈折性を有する第２の複屈折性材料層２５ａと、等方性の屈折率を有する第２の等方性材料層２５ｂから構成されている。
【００３７】
より具体的に説明すると、第１の位相変調層２３における第１の複屈折性材料層２３ａは、複屈折性材料からなり、断面形状が高さｄ１の矩形形状を有する。第１の等方性材料層２３ｂは、第１の複屈折性材料層２３ａと同じ高さｄ１となるよう平坦化されて形成されてもよく、また、第１の複屈折性材料層２３ａを覆うように形成されていてもよい。第１の複屈折性材料層２３ａを構成する材料は、互いに直交する第１の直線偏光方向と第２の直線偏光方向に光学軸（いずれか一方が進相軸方向、他方が遅相軸方向）を有しており、光学軸は厚さ方向（Ｚ軸方向）に揃っている。また、Ｚ軸方向から入射する第１の直線偏光方向の屈折率がｎ１であり、第２の直線偏光方向の屈折率がｎ２であり、ｎ１とｎ２とは異なる値である。また、第１の等方性材料層２３ｂは、屈折率がｎｓ１である材料により構成されており、ｎ２の値と、ｎｓ１との値は略等しいものとする。
【００３８】
このとき、第１の位相変調層２３に進行方向がＺ方向となる第１の直線偏光の光が入射すると、第１の複屈折性材料層２３ａと第１の等方性材料層２３ｂとの間で位相差が発生する。一方、第１の位相変調層２３に第２の直線偏光の光が入射すると、第１の複屈折性材料層２３ａと第１の等方性材料層２３ｂとの間で位相差は発生しない。
【００３９】
１／４波長板２４は、第１の直線偏光の光が入射した場合には、右円偏光の光を出射させ、第２の直線偏光の光が入射した場合には、左円偏光の光を出射させる。尚、右円偏光は進行方向に向かって右回りとなる円偏光、左円偏光は進行方向に向かって左回りとなる円偏光を意味する。
【００４０】
第２の位相変調層２５における第２の複屈折性材料層２５ａは、複屈折性材料からなり、断面形状が高さｄ２の矩形形状を有する。第２の等方性材料層２５ｂは、第２の複屈折性材料層２５ａと同じ高さｄ２となるよう平坦化されて形成されてもよく、また、第２の複屈折性材料層２５ａを覆うように形成されていてもよい。この第２の位相変調層２５には、１／４波長板２４により円偏光となった光が入射する。第２の複屈折性材料層２５ａは、右円偏光の光と左円偏光の光とに対し、各々異なった屈折率を有する材料により構成されている。よって、右円偏光の光及び左円偏光の光が入射した場合には、偏光状態が変化せずに光が透過するが、第２の複屈折性材料層２５ａに右円偏光の光が入射した場合の屈折率ｎＲと、左円偏光の光が入射した場合の屈折率はｎＬとは異なる値である。また、第２の等方性材料層２５ｂは、屈折率がｎｓ２である材料により構成されており、ｎＬの値と、ｎｓ２との値は略等しいものとする。
【００４１】
このとき、第２の位相変調層２５に進行方向が＋Ｚ方向となる右円偏光の光が入射すると、第２の複屈折性材料層２５ａと第２の等方性材料層２５ｂとの間で位相差が発生する。一方、第２の位相変調層２５に左円偏光の光が入射すると、第２の複屈折性材料層２５ａと第１の等方性材料層２５ｂとの間で位相差は発生しない。また、光の進行方向が−Ｚ方向の場合、逆に、左円偏光の光に対して位相差が発生し、右円偏光の光に対して位相差が発生しない。上記では、ｎＬの値と、ｎｓ２との値は略等しいものとしたが、ｎＲの値と、ｎｓ２との値が略等しく、ｎＬの値と、ｎｓ２との値が異なる材料の組合せであってもよい。尚、例えば＋Ｚ方向に進行して１／４波長板２４を透過した光は、１／４波長板２４の光学軸の方向を変えることによって、右円偏光の光または左円偏光の光となるように調整することができる。
【００４２】
ここで、第１の位相変調層２３における第１の複屈折性材料層２３ａとしては、高分子液晶、水晶、延伸フィルム、サブミクロン構造を用いたフォトニック結晶等を用いることができる。また、第２の位相変調層２５における第２の複屈折性材料層２５ａとしては、高分子化したコレステリック相高分子液晶等を用いることができる。
【００４３】
尚、上記説明においては、第１の領域２１には、第１の等方性材料層２３ａ及び第２の等方性材料層２５ａを形成し、第２の領域２２には、第１の複屈折性材料層２３ｂ及び第２の複屈折性材料層２５ｂを形成したものについて説明したが、位相差が発生する他の構成としては、第１の領域２１には、第１の複屈折性材料層２３ｂ及び第２の複屈折性材料層２５ｂを形成し、第２の領域２２には、第１の等方性材料層２３ａ及び第２の等方性材料層２５ａを形成した構成であってもよい。
【００４４】
コレステリック相高分子液晶を用いた場合、右円偏光の光の屈折率ｎＲと左円偏光の光の屈折率ｎＬは、以下に示す（１）及び（２）となる。
【００４５】
ｎＬ＝ｎａｖｇ＋（Δｎ）２Ｐ／８λ・・・・・（１）
ｎＲ＝ｎＬ＋ρΔｎ／π・・・・・・・・・・（２）
尚、液晶の異常光の屈折率をｎｅ、常光屈折率をｎｏ、平均屈折率をｎａｖｇ＝（ｎｅ＋ｎｏ）／２、屈折率差をΔｎ＝（ｎｅ−ｎｏ）／２、コレステリック相高分子液晶の螺旋ピッチをＰ、波長をλとした。
【００４６】
また、以下の量を次のように定義した。
【００４７】
ρ＝π（Δｎ）２Ｐ／４λ２＋π（λ―λ０）｛１−（１−Ｑ２／ｅ２）０．５｝／Ｐ
Ｑ２＝（πΔｎ／ｎａｖｇ）２
ｅ２＝｛２π（λ−λ０）／λ｝２
λ０＝｛ｎａｖｇ−（Δｎ）２Ｐ／８λ｝Ｐ
次に、２つの波長に対して位相差Δφ１（λ１）および、Δφ１（λ２）における設計方法について説明する。上述の構成により、第１の領域２１に対する第２の領域２２の位相差は次のように表すことができる。
【００４８】
Δφ１（λ１）＝２π（ｎ１（λ１）−ｎｓ１（λ１））ｄ１／λ１
＋２π（ｎＲ（λ１）−ｎｓ２（λ１））ｄ２／λ１・・・・・（３）
Δφ１（λ２）＝２π（ｎ１（λ２）−ｎｓ１（λ２））ｄ１／λ２
＋２π（ｎＲ（λ２）−ｎｓ２（λ２））ｄ２／λ２・・・・・（４）
上述の式（３）及び（４）はｄ１、ｄ２の２元連立方程式であるため、下の条件を満たす場合には解くことができ、解いた解を用いて高さｄ１、ｄ２を決定することで所定の位相差を得ることができる。
【００４９】
（ｎ１（λ１）−ｎｓ１（λ１））／λ１：（ｎＲ（λ１）−ｎｓ２（λ１））／λ１
≠（ｎ１（λ２）−ｎｓ１（λ２））／λ２：（ｎＲ（λ２）−ｎｓ２（λ２））／λ２
一方、位相差Δφ２（λ１）および、Δφ２（λ２）は、以下のように略ゼロとなる。
【００５０】
Δφ２（λ１）＝２π（ｎ２（λ１）−ｎｓ１（λ１））ｄ１／λ１
＋２π（ｎＬ（λ１）−ｎｓ２（λ１））ｄ２／λ2
≒０
Δφ２（λ２）＝２π（ｎ２（λ２）−ｎｓ１（λ２））ｄ１／λ１
＋２π（ｎＬ（λ２）−ｎｓ２（λ２））ｄ２／λ２
≒０
次に、図５に基づき１／４波長板２４について説明する。図５（ａ）は、１／４波長板２４における構成を示すものであり、図５（ｂ）は、この１／４波長板２４の光学軸の方向と入射する直線偏光の光の方向との関係を示すものである。
【００５１】
１／４波長板２４は、入射する２つの波長の光の各々に対して、略１／４波長分の位相差を発生させるものであり、複屈折性材料からなる第１の波長板３１と、第２の波長板３２とを積層することにより得ることができる。一般的に波長板に入射した光の偏光状態はジョーンズ行列を用いて計算することができ、入射偏光がＸ軸方向に偏光しているとし、入射偏光に対しθ方向に遅相軸、θ＋９０°方向に進相軸を有する厚さｄの複屈折性材料において、光が透過する場合、ジョーンズ行列Ｊは、数１に示す式により示される。
【００５２】
【数１】
数１に示す式に基づき、厚さｄａの第１の波長板３１をＸ−Ｙ平面において、Ｘ軸に対しθａ傾け、厚さｄｂの第２の波長板３２をＸ軸に対しθｂ傾けて積層した場合、ジョーンズ行列は、
Ｊ＝Ｒ（θａ）Ｄ（ｄａ）Ｒ（−θａ）Ｒ（θｂ）Ｄ（ｄｂ）Ｒ（−θｂ）
となる。
【００５３】
尚、図５（ｂ）において、矢印３３は、この１／４波長板２４に入射する直線偏光の光の偏光方向を示すものであり、矢印３１ａは、第１の波長板３１における遅相軸の方向を示すものであり、矢印３２ａは、第２の波長板３２における遅相軸の方向を示すものである。
【００５４】
上記のジョーンズ行列より、波長λ１の光のうちＸ偏光成分、Ｙ偏光成分の位相差δ（λ１）、楕円率ｋ（λ１）及び、波長λ２の光のうちＸ偏光成分、Ｙ偏光成分の位相差δ（λ２）、楕円率ｋ（λ２）を得ることができる。この際、θａ、ｄａ、θｂ、ｄｂが、４つの未知数となるため、δ及びｋの値は、これら４つの未知数の値を調節することにより、所望の値とすることができる。
【００５５】
次に、位相変調素子１４を透過する光の位相について具体的に説明する。図６（ａ）は、第１の位相変調層２３側（＋Ｚ方向）から光が入射したとき、図６（ｂ）は、第２の位相変調層２５側（−Ｚ方向）から光が入射したときの様子を示す模式図である。また、ここで、第１の直線偏光をＸ軸方向とし、第１の位相変調層２３側からＸ軸方向の直線偏光の光が入射するものとする。また、Ｘ軸方向の直線偏光の光が１／４波長板２４に入射すると左円偏光の光となって透過するものとする。一方、第２の位相変調層２５側から右円偏光の光が入射し、右円偏光の光が１／４波長板２４に入射するとＹ軸方向の直線偏光（第２の直線偏光）の光となって透過するものとする。
【００５６】
このような構成の位相変調素子１４においては、図６（ａ）に示すように、第１の位相変調層２３の側から入射した光については、第１の領域２１に入射した光４１ａと、第２の領域２２に入射した光４２ａについては、位相変調素子１４を透過した後、第２の位相変調層２５側から出射した光の位相は変化することなく、同じ位相の状態のまま出射される。また、上記の連立方程式において、２つの波長λ１および波長λ２における所望の位相差がそれぞれ略πになるように設定した場合、しかるべき解が得られる。このとき、図６（ｂ）に示すように、第２の位相変調層２５の側から入射した光については、位相変調素子１４を透過した後、第２の位相変調層２３側から出射した光の位相が、第１の領域２１に入射した光４１ｂに対し、第２の領域２２に入射した光４２ｂは、略π変化した状態で出射される。
【００５７】
これにより、図２に示される光ヘッド装置１０における偏光状態について考える。光源１１より多層光ディスク１９に向かう光については、位相変調素子１４において、第１の領域２１と第２の領域２２に入射した光の位相を変化させることなく、位相変調素子１４より出射させることができる。そして、波長λ１と波長λ２それぞれに対応した多層光ディスク１９の情報記録面１９ａにおいて反射した光についてはいずれも、位相変調素子１４において、第１の領域２１と第２の領域２２に入射した光の位相を略π変化させて、位相変調素子１４より出射させることができる。尚、この略πは正確にπでなくとも効果を有するものであり、０．９π以上、１．１π以下であれば、略同様の効果を得ることができる。また、上記内容の具体的な説明については後述する。
【００５８】
尚、上記のように入射する光の偏光状態によって発生させる位相差が、略０または略πとしているのは以下の理由による。例えば、略０の位相差と同等のものとして略２π、略４π等の位相差が発生するものであったり、略πの位相差と同等のものとして略３π、略５π等の位相差が発生するものであったりしてもよい。しかしながら、位相差を大きく設定すると位相差の波長依存性が大きく変化する。例えば、温度変動によって変化する半導体レーザの波長の変化に対して所望の特性を得ることが困難となる場合や、半導体レーザの個別素子の特性のばらつきのマージンが狭くなるといった問題があるので好ましくない。従って、入射する光の波長依存性が少なく安定した特性を得ることができるように位相差をそれぞれ、略０、略πとすることが好ましい。
【００５９】
次に、具体的な設計をした位相変調素子１４と、光ヘッド装置１０の光検出器１８の受光面上の光の干渉パターンについて説明する。図７は、位相変調素子１４の具体的な設計を示す平面図である。図７に示すように、位相変調素子１４は、直径４ｍｍの光のビームスポット４１に対応したものであり、第１の領域２１と第２の領域２２により構成されている。第２の領域２２は、２本の帯状の領域２２ａ及び２２ｂにより構成されており、領域２２ａ及び２２ｂは、Ｙ軸を中心として対称となる位置に配置されている。領域２２ａは、Ｘ軸座標における−１．４ｍｍから−０．９ｍｍの領域において、幅が０．５ｍｍの帯状にＹ軸方向における長さが１０ｍｍとなるように形成されおり、領域２２ｂは、Ｘ軸座標における０．９ｍｍから１．４ｍｍの領域において、幅が０．５ｍｍの帯状にＹ軸方向における長さが１０ｍｍとなるように形成されている。尚、領域２２ａ及び２２ｂは、Ｙ軸方向における＋方向と、−方向との長さが均一になるように形成されている。
【００６０】
このような位相変調素子１４を光ヘッド装置１０に設置した場合において、光検出器１８の受光面に集光される光の電場の位相分布を計算した結果を図８（ａ）に示す。尚、位相分布とは、光の電場をＥｅｘｐ（ｉφ）とした場合におけるφを意味するものである。図中においては、黒色部分で示される−πから白色部分で示されるπについて、濃度により示したものである。一方、図８（ｂ）には、光ヘッド装置１０に位相変調素子１４を設置しない場合において、光を集光した場合における電場の位相分布を計算した結果を示す。
【００６１】
図８（ａ）では、矢印ａ、ｂ、ｃ、ｄに示す方向の延長線上において位相がπ異なっている。これは、位相変調素子１４における第１の領域２１と第２の領域２２とにより位相をπ異ならせることにより生じたものである。また、図８（ａ）は、図８（ｂ）に比べて、濃淡が複雑になっており、また、密に存在している部分もあり、この部分においては空間周波数が高くなっていることが確認される。尚、図８（ａ）、図８（ｂ）の位相分布は、ある瞬間の状態の一例を示したものであり、時間的に、このような干渉縞が周辺部から中心部に向かって移動するかまたは、中心部から外側に向かって移動する。そして、この干渉縞（の模様）は常にＸ軸方向、Ｙ軸方向に対して対称的に発生するとは限らない。
【００６２】
次に、位相変調素子１４による効果について説明する。上述したように、多層光ディスクの記録再生を行う場合、光検出器１８に到達する光には、再生等の対象となっている情報記録層である情報記録面からの反射光である信号光以外にも、再生等の対象となっていない情報記録層である情報記録面からの反射光である迷光が含まれている。
【００６３】
多層光ディスクにおける情報記録層の層数が２層の場合、再生等の対象となっている情報記録面からの反射光、即ち信号光の電場をＥ１ｅｘｐ（ｉφ）とし、再生等の対象となる情報記録面からの反射光、即ち迷光の電場をＥ２ｅｘｐ（ｉφ）とした場合、光検出器１８における光強度は、以下に示す（５）に表される。
【００６４】
Ｉ＝∫｜Ｅ１ｅｘｐ（ｉφ１）＋Ｅ２ｅｘｐ（ｉφ２）｜２ｄＳ
＝∫｛Ｅ１２＋Ｅ２２＋２Ｅ１Ｅ２ｃｏｓ（φ１−φ２）｝ｄＳ・・・・・（５）
（５）に示す式の下段の第３項が、信号光と迷光との干渉を示すものであり、この干渉により、光検出器１８の受光面において干渉縞が生じ、光の強度分布が生じる。
【００６５】
光検出器１８の受光面においては、迷光は信号光よりも空間的に広がった光となっており、迷光の位相変化は信号光の位相変化よりも緩やかなものとなっているが、再生等の対象となっている情報記録面と、再生等の対象となっていない情報記録面との層間隔によって、信号光と迷光との光路差が変化し、これら２つの光の位相差φ１−φ２の値が変化する。このような位相変化によって、信号光と迷光との２つの光により強め合う位置と弱め合う位置とが変化し、例えば、当初の位相差φ１−φ２に対して、π変化する場合には、光検出器１８の受光面における干渉縞の明暗が反転する。
【００６６】
このことを図９及び図１０に基づき説明する。図９は、光検出器１８の平面模式図であって、境界線５０によって面積が等しい第１の受光領域１８ａと第２の受光領域１８ｂと、を分割したものである。ここで、例えば、境界線５０に対して斜め方向となる、干渉縞が移動する方向を考え、境界線５０に対して４５°となる点線で示す直線上に到達する光量について考える。また、光検出器１８は、領域が２分割されている場合、迷光による干渉が発生した場合であっても、この第１の受光領域１８ａに到達する光量と、第２の受光領域１８ｂに到達する光量との差分が小さい方がＳ／Ｎが大きく、的確にトラッキングエラー等の信号を検出できるので好ましい。このとき、中心点をゼロ「０」とし、０〜＋Ｄの直線上における光量と、０〜−Ｄの直線上における光量について考え、位相変調素子１４を配置する場合と配置しない場合について説明する。
【００６７】
図１０は、図９の点線に沿った０〜＋Ｄ上における光量および、０〜｜Ｄ｜上の光量の差分を示したグラフの例である。とくに、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は空間周波数が高い場合、図１０（ｄ）〜図１０（ｆ）は、それに対して空間周波数が低い場合を例にしたものである。まず、図１０（ａ）と図１０（ｂ）は、０〜｜Ｄ｜に対し、位相が反転したような光量分布を有するものとすると、光量の差分は図１０（ｃ）のようになる。このとき、光量の差分が０より大きくなる光量の合計と、０より小さくなる光量の合計との差分ができるだけ小さくなると、干渉縞によるノイズ成分がキャンセルされてＳ／Ｎが大きくなる。
【００６８】
例えば、空間周波数が高い図１０（ａ）〜図１０（ｃ）については、光量の差分の合計が小さくなりやすいので、ノイズ成分が少ない。一方、空間周波数が低い図１０（ｄ）〜図１０（ｆ）については、光量の差分の合計にむらができやすいため、時間的にノイズ成分が大きくなることがあり、空間周波数が高い図１０（ａ）〜図１０（ｃ）に比べるとＳ／Ｎが小さくなる。特に、光検出器１８の周辺部よりも中心部付近は空間周波数が小さいので、Ｓ／Ｎを大きくするには、中心部付近の空間周波数を高めることが効果的である。また、光検出器１８としては、図９のように２分割に限らず、境界線５０と直交する境界線によって４分割、またはそれ以上の分割数を有する構成のものもあるが、同様に差動信号を得る場合は、特に干渉縞の空間周波数が低い部分の空間周波数を高くするとよい。
【００６９】
このように、図８（ｂ）に示す位相変調素子１４を設けていない光ヘッド装置においては、等位相部分における面積が比較的広いため、干渉縞における明暗の逆転が生じた場合に、光強度の変化が生じる領域の面積が広く、よって、干渉の影響は大きくなる。一方、位相変調素子１４を設けた光ヘッド装置においては、図８（ａ）に示すように、等位相部分が比較的狭いため、干渉縞における明暗が逆転した場合においても、光強度の変化が生じる領域の面積は狭く、干渉の影響を小さくすることができる。このような、干渉縞における明暗の領域の面積は、サーボ信号検出に用いられる分割された光検出器等において大きく影響が生じる。
【００７０】
以上より、２つの波長に対して任意の位相差を与える位相変調素子を得ることができる。この位相変調素子を光ヘッド装置の内部に設置することにより、多層光ディスクの記録再生の際に生じる光検出器１８の受光面において生じる干渉縞の明暗分布を細かくする、つまり空間周波数を高くすることができ、多層光ディスクにおける層間クロストークの影響を低減することができる。
【実施例】
【００７１】
（実施例）
実施例として、本実施の形態における位相変調素子及び位相変調素子の製造方法について、図４に基づき説明する。最初に、透光性基板２６として石英ガラス基板を洗浄した後、乾燥し、不図示のポリイミドを塗布し、一方向にラビングを行うことで配向膜を得る。次に、表１に示す屈折率を有する高分子液晶からなる高分子液晶層を６．６３μｍ形成する。
【００７２】
【表１】
高分子液晶層を形成した後、高分子液晶層上にフォトリソグラフィ法により第２の領域２２となる領域にレジストパターンを形成し、レジストパターンの形成されていない領域における高分子液晶層をエッチングにより除去する。これにより、第１の複屈折性材料層２３ａを形成する。この後、表１に示す屈折率を有する充填剤により、高分子液晶からなる第１の複屈折性材料層２３ａの間を充填して、第１の等方性材料層２３ｂを形成する。これにより、第１の位相変調層２３が形成される。
【００７３】
次に、第２の基板となる石英ガラス基板２７を洗浄した後、乾燥し、表２に示す屈折率を有し、螺旋ピッチが０．３５μｍの高分子化したコレステリック相高分子液晶からなるコレステリック相高分子液晶層を１３．３μｍ形成する。
【００７４】
【表２】
この後、コレステリック相高分子液晶上にフォトリソグラフィ法により第２の領域２２となる領域にレジストパターンを形成し、レジストパターンの形成されていない領域におけるコレステリック相高分子液晶層をエッチングにより除去する。これにより、第２の複屈折性材料層２５ａを形成する。この後、表２に示す屈折率を有する充填剤により、高分子液晶からなる第２の複屈折性材料層２５ａの間を充填して、第２の等方性材料層２５ｂを形成する。これにより、第２の位相変調層２５が形成される。
【００７５】
次に、第３の基板となる石英ガラス基板２８を洗浄した後、乾燥し、表１に示す屈折率を有する高分子液晶からなる第１の位相板３１となる層を５．４μｍ形成する。さらに第１の位相板３１となる層の上に、第１の位相板３１となる層とは遅相軸の方向が５４．４°異なる角度で、表１に示す屈折率を有する高分子液晶からなる第２の位相板３２となる層を２．７μｍ形成する。このようにして１／４波長板２４を形成する。この１／４波長板２４では、波長λ１（４０５ｎｍ）及び波長λ２（６６０ｎｍ）の光において、第１の位相板３１となる層における遅相軸に対し１０７．８°の直線偏光の光が入射した場合には、右円偏光の光を出射する。また、第１の位相板３１となる層における遅相軸に対し１７．８°の直線偏光の光が入射した場合には、左円偏光の光を出射する。
【００７６】
上記の第１の基板となる石英ガラス基板２６、第３の基板となる石英ガラス基板２８、第２の基板となる石英ガラス基板２７を積層し、更に、第４の基板となる石英ガラス基板２９を第２の位相変調層２５上に積層する。この際、第３の基板となる石英ガラス基板２８に形成されている１／４波長板２４における第１の位相板３１となる層の遅相軸に対し、第１の基板となる石英ガラス基板２６上に形成されている第１の複屈折性材料層２３ａの遅相軸が１０７．８°の角度をなした状態で積層されており、更に、第１の複屈折性材料層２３ａと第２の複屈折性材料層２５ａとが、ともに第２の領域２２となるように積層する。
【００７７】
このような構成を有する位相変調素子を、光ヘッド装置１０の光源１１より多層光ディスク１９へと至る往路の光の偏光方向とラビング方向とが直交するように配置すると、往路の直線偏光の光が入射した場合、偏光方向が進相軸と一致しており、第１の複屈折性材料層２３ａにおける屈折率と、第１の等方性材料層２３ｂにおける屈折率とが同じであるため、第１の位相変調層２３において位相差は生じない。次に、１／４波長板２４において直線偏光の光は左円偏光の光となり、第２の位相変調層２５に入射する。第２の位相変調層２５に入射した光は、第２の位相変調層２５の第２の複屈折性材料層２５ａにおけるコレステリック相高分子液晶の左円偏光の光に対する屈折率は、第２の等方性材料層２５ｂを構成する充填剤の屈折率と同じであるため、位相差を生じることはない。
【００７８】
この後、位相変調素子１４を出射した光は、多層光ディスク１９の情報記録面１９ａにおいて反射され、左円偏光の光は右円偏光の光となり、位相変調素子１４に入射する。第２の位相変調層２５においては、第２の複屈折性材料層２５ａにおけるコレステリック相高分子液晶の右円偏光の光に対する屈折率は、第２の等方性材料層２５ｂを構成する充填剤の屈折率は異なる。よって、位相変調素子１４の第２の位相変調層２５に右円偏光の光として入射した光は、この屈折率差により波長が４０５ｎｍの光では−０．６４π、波長が６６０ｎｍの光では０．２πの位相差が付加される。
【００７９】
次に、１／４波長板２４において右円偏光の光は、前述した往路の直線偏光の光の偏光方向と直交し、第１の複屈折性材料層２３ａの遅相軸と一致した直線偏光の光となり、第１の位相変調層２３に入射する。第１の位相変調層２３においては、第１の複屈折性材料層２３ａにおける高分子液晶の異常光屈折率は、第１の等方性材料層２３ｂを構成する充填剤の屈折率は異なる。よって、位相変調素子１４の第１の位相変調層２３に入射した遅相軸の方向に直線偏光した光は、この屈折率差により波長が４０５ｎｍの光では１．６４π、波長が６６０ｎｍの光では０．８πの位相差が付加される。
【００８０】
従って、位相変調素子１４において、波長４０５ｎｍの光でπ、波長６６０ｎｍの光でπの位相差が付加される。よって、実施例に示す位相変調素子１４においては、２つの異なる波長の光に対して略同一の位相差を付加することができる。
【００８１】
以上より、第１の複屈折性材料層２３ａの進相軸に偏光した波長λ１及び波長λ２の直線偏光の光を第１の位相変調層２３の側から入射した場合には、位相変化をさせることなく、第１の複屈折性材料層２３ａの遅相軸に偏光した波長λ１（４０５ｎｍ）及び波長λ２（６６０ｎｍ）の直線偏光の光を第２の位相変調層２５の側から入射した場合には、第１の領域２１と第２の領域２２との間において、位相差を略π生じさせることが可能な位相変調素子を得ることができる。この位相変調素子を光ヘッド装置の内部に設置することにより、多層光ディスクを再生等する際における層間クロストークを低減させることができる。
【００８２】
（比較例）
次に、比較例について図１１に基づき説明する。比較例は、本実施の形態における第２の位相変調層２５を有しない構造の位相変調素子である。
【００８３】
図１１（ａ）は、比較例における位相変調素子１１４の模式的平面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）における破線１１Ａ−１１Ｂにおいて切断した断面図である。トラッキングの調整を行うためのレンズシフト方向はＹ軸方向である。また、この位相変調素子１１４は、第１の領域１２１と第２の領域１２２を有しており、第２の領域１２２は、Ｘ軸方向に一定の幅を有し、レンズシフト方向であるＹ軸方向に延びるように２本の帯状に形成されている。位相変調素子１１４に入射する光は、Ｚ軸方向に平行な方向より入射する。
【００８４】
この位相変調素子１１４は、石英ガラス基板１２５及び１２６との間に、複屈折性材料層１２３と等方性材料層１２４により形成されている。複屈折性材料層１２３は、表１に示す高分子液晶により第２の領域１２２に形成されている。また、等方性材料層１２４は、表１に示す充填剤により形成されている。複屈折性材料層１２３は、往路の直線偏光と進相軸とが一致するように配向処理が成されており、高さが４．０５μｍで形成されている。
【００８５】
往路の直線偏光の光が入射した場合、複屈折性材料層１２３における高分子液晶の屈折率と、等方性材料層１２４における充填剤の屈折率とが一致しているため位相差は付与されない。この後、位相変調素子１１４を出射した光は光ヘッド装置において図示しない１／４波長板を介し、多層光ディスクに照射され、多層光ディスクにおける情報記録面において反射される。反射された光は１／４波長板を介し、位相変調素子１１４に再び入射する。この位相変調素子１１４に入射した光は、往路における光と直交する直線偏光の光となる。この光は、複屈折性材料層１２３における遅相軸と一致しているため、複屈折性材料層１２３の異常光屈折率と等方性材料層１２４における充填剤の屈折率との差により、位相差が生じる。具体的には、波長４０５ｎｍの光が入射した場合には、位相差はπとなるが、波長６６０ｎｍの光が入射した場合には、０．５πとなる。従って、比較例に示す位相変調素子１１４においては、２つの異なる波長において同一の位相差を付加することができない。
【００８６】
また、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。
【符号の説明】
【００８７】
１０、１０ａ 光ヘッド装置
１１ 光源
１２、１６ コリメータレンズ
１３ ビームスプリッタ
１４、１４ａ 位相変調素子
１５ 対物レンズ
１７ シリンドリカルレンズ
１８ 光検出器
１８ａ 第１の受光領域
１８ｂ 第２の受光領域
１９ 多層光ディスク
１９ａ 情報記録面
２１ 第１の領域
２２ 第２の領域
２３ 第１の位相変調層
２３ａ 第１の複屈折性材料層
２３ｂ 第１の等方性材料層
２４ １／４波長板
２５ 第２の位相変調層
２５ａ 第２の複屈折性材料層
２５ｂ 第２の等方性材料層
２６、２７、２８、２９ 透光性基板（石英ガラス基板）
５０ 境界線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも相互に異なる波長λ１の光と波長λ２（λ１≠λ２）の光とを出射する光源と、
前記光源から出射された光を光ディスクの情報記録面に集光させる対物レンズと、
前記情報記録面において反射された信号光を検出するための光検出器と、を有する光ヘッド装置において、
前記波長λ１の光と前記波長λ２の光の共通する光路であって、前記対物レンズと前記光検出器との間の光路に配置された位相変調素子を有し、
前記位相変調素子は、入射する前記信号光に対し第１の位相で出射する第１の領域と、入射する前記信号光に対し前記第１の位相と異なる第２の位相で出射する第２の領域と、を有し、
前記波長λ１の前記信号光に対する前記第１の位相と前記第２の位相との位相差である第１の位相差Δφ１と、前記波長λ２の前記信号光に対する前記第１の位相と前記第２の位相との位相差である第２の位相差Δφ２とは、ともに略πであって、
前記位相変調素子における前記第１の領域と前記第２の領域は、前記信号光の光軸を含む直線において、線対称に配置されているものであることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２】
前記位相変調素子において、前記信号光の入射方向とは反対方向となる前記光源から前記光ディスクへ向かう第１の直線偏光の光を入射させた場合に、
前記波長λ１の前記第１の直線偏光の光に対する前記第１の位相と前記第２の位相との位相差である第１の位相差Δφ１と、前記波長λ２の前記第１の直線偏光の光に対する前記第１の位相と前記第２の位相との位相差である第２の位相差Δφ２とは、ともに略０であることを特徴とする請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項３】
前記位相変調素子は、第１の位相変調層と、１／４波長板と、第２の位相変調層が、この順に配置されたものであって、
前記第１の位相変調層は、前記第１の領域に形成された第１の等方性材料層と、前記第２の領域に形成された第１の複屈折性材料層とを有し、前記第１の複屈折性材料層は、前記第１の直線偏光の光においては、前記第１の複屈折性材料層における屈折率と前記第１の等方性材料層における屈折率とは等しく、前記第１の直線偏光の方向と直交する第２の直線偏光の方向の光においては、前記第１の複屈折性材料層における屈折率と前記第１の等方性材料層における屈折率とは異なるものであって、
前記１／４波長板は、前記波長λ１の光に対して略（２ｍ１＋１）π／２の位相差、前記波長λ２の光に対し、略（２ｍ２＋１）π／２の位相差を与えるものであって（ｍ１、ｍ２≧０の整数）、
前記第２の位相変調層は、前記第１の領域に形成された第２の等方性材料層と、前記第２の領域に形成された第２の複屈折性材料層とを有し、右円偏光の光、左円偏光の光のうち、一方の円偏光の光に対しては、前記第２の等方性材料層における屈折率と、前記第２の複屈折性材料層における屈折率は等しく、他方の円偏光の光に対しては、前記第２の等方性材料層における屈折率と、前記第２の複屈折性材料層における屈折率が異なるものであることを特徴とする請求項１または２に記載の光ヘッド装置。
【請求項４】
前記第２の複屈折性材料層は、コレステリック相高分子液晶により形成されているものであることを特徴とする請求項３に記載の光ヘッド装置。
【請求項５】
前記第１の等方性材料層は、屈折率ｎｓ１を有する材料により構成されており、
前記第１の複屈折性材料層は、光学軸が厚さ方向に揃って形成された常光屈折率ｎｏ、異常光屈折率ｎｅを有する材料により構成されており、
前記屈折率ｎｓ１は、常光屈折率ｎｏと略等しいものであること特徴とする請求項３または４に記載の光ヘッド装置。
【請求項６】
前記波長λ１は、３８５ｎｍ＜λ１＜４３０ｎｍであり、
前記波長λ２は、６３０ｎｍ＜λ２＜６９０ｎｍであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光ヘッド装置。
【請求項１】
少なくとも相互に異なる波長λ１の光と波長λ２（λ１≠λ２）の光とを出射する光源と、
前記光源から出射された光を光ディスクの情報記録面に集光させる対物レンズと、
前記情報記録面において反射された信号光を検出するための光検出器と、を有する光ヘッド装置において、
前記波長λ１の光と前記波長λ２の光の共通する光路であって、前記対物レンズと前記光検出器との間の光路に配置された位相変調素子を有し、
前記位相変調素子は、入射する前記信号光に対し第１の位相で出射する第１の領域と、入射する前記信号光に対し前記第１の位相と異なる第２の位相で出射する第２の領域と、を有し、
前記波長λ１の前記信号光に対する前記第１の位相と前記第２の位相との位相差である第１の位相差Δφ１と、前記波長λ２の前記信号光に対する前記第１の位相と前記第２の位相との位相差である第２の位相差Δφ２とは、ともに略πであって、
前記位相変調素子における前記第１の領域と前記第２の領域は、前記信号光の光軸を含む直線において、線対称に配置されているものであることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２】
前記位相変調素子において、前記信号光の入射方向とは反対方向となる前記光源から前記光ディスクへ向かう第１の直線偏光の光を入射させた場合に、
前記波長λ１の前記第１の直線偏光の光に対する前記第１の位相と前記第２の位相との位相差である第１の位相差Δφ１と、前記波長λ２の前記第１の直線偏光の光に対する前記第１の位相と前記第２の位相との位相差である第２の位相差Δφ２とは、ともに略０であることを特徴とする請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項３】
前記位相変調素子は、第１の位相変調層と、１／４波長板と、第２の位相変調層が、この順に配置されたものであって、
前記第１の位相変調層は、前記第１の領域に形成された第１の等方性材料層と、前記第２の領域に形成された第１の複屈折性材料層とを有し、前記第１の複屈折性材料層は、前記第１の直線偏光の光においては、前記第１の複屈折性材料層における屈折率と前記第１の等方性材料層における屈折率とは等しく、前記第１の直線偏光の方向と直交する第２の直線偏光の方向の光においては、前記第１の複屈折性材料層における屈折率と前記第１の等方性材料層における屈折率とは異なるものであって、
前記１／４波長板は、前記波長λ１の光に対して略（２ｍ１＋１）π／２の位相差、前記波長λ２の光に対し、略（２ｍ２＋１）π／２の位相差を与えるものであって（ｍ１、ｍ２≧０の整数）、
前記第２の位相変調層は、前記第１の領域に形成された第２の等方性材料層と、前記第２の領域に形成された第２の複屈折性材料層とを有し、右円偏光の光、左円偏光の光のうち、一方の円偏光の光に対しては、前記第２の等方性材料層における屈折率と、前記第２の複屈折性材料層における屈折率は等しく、他方の円偏光の光に対しては、前記第２の等方性材料層における屈折率と、前記第２の複屈折性材料層における屈折率が異なるものであることを特徴とする請求項１または２に記載の光ヘッド装置。
【請求項４】
前記第２の複屈折性材料層は、コレステリック相高分子液晶により形成されているものであることを特徴とする請求項３に記載の光ヘッド装置。
【請求項５】
前記第１の等方性材料層は、屈折率ｎｓ１を有する材料により構成されており、
前記第１の複屈折性材料層は、光学軸が厚さ方向に揃って形成された常光屈折率ｎｏ、異常光屈折率ｎｅを有する材料により構成されており、
前記屈折率ｎｓ１は、常光屈折率ｎｏと略等しいものであること特徴とする請求項３または４に記載の光ヘッド装置。
【請求項６】
前記波長λ１は、３８５ｎｍ＜λ１＜４３０ｎｍであり、
前記波長λ２は、６３０ｎｍ＜λ２＜６９０ｎｍであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光ヘッド装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
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【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２８２６８６（Ｐ２０１０−２８２６８６Ａ）
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３４４９２（Ｐ２００９−１３４４９２）
【出願日】平成２１年６月３日（２００９．６．３）
【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１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月３日（２００９．６．３）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
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