(57)【要約】【課題】３ビーム光を使用して光ディスクへの記録および／または再生を安定して行うことができる光ヘッド装置を提供する。【解決手段】光源から発射され、３ビーム光化された光を光ディスク側と、モニタ用光検出器側と、に分岐する偏光ビームスプリッタを有し、偏光ビームスプリッタとモニタ用光検出器との間の光路中に、入射する光を散乱させる散乱位相板を配置する。散乱位相板は、特定のグリッドサイズを有する凹凸によって入射する光に対して位相差を与えて散乱させ、３ビーム光の干渉によって生じる干渉縞を低減し、光量分布の時間的変化を抑制するように散乱光を高い光利用効率で、モニタ用光検出器の特定の受光領域に集光させ、モニタ用光検出器に接続された光量制御部によって、光源の光量を安定化し、光ディスクへの光量を安定化させる。【選択図】図１
2011154760.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光を光ディスクの方向とモニタ用光検出器の方向と、に分岐する偏光ビームスプリッタと、
前記光ディスクから反射された光を受光する光検出器と、
前記モニタ用光検出器で検出した光の光量に応じて前記光源から発射される光の光量を制御する光量制御部と、を備える光ヘッド装置において、
前記光源と前記偏光ビームスプリッタとの間の光路中に、０次回折光と±１次回折光の３ビーム光を発生する回折素子を配置し、
前記ビームスプリッタと前記モニタ用光検出器との間の光路中に入射する光を散乱させる散乱位相板を配置し、
前記散乱位相板は、透明基板上に所定の幅の凸部が配置されて凹凸を有し、前記凸部と凹部との間で、入射する光に対して所定の位相差を発生する光ヘッド装置。
【請求項２】
前記凹凸は、所定の大きさのピクセルが２次元的に配置され、前記ピクセル毎に前記凸部と前記凹部が配置されている請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項３】
前記凸部のピクセル数と前記凹部のピクセル数と、が略等しい請求項２に記載の光ヘッド装置。
【請求項４】
ｍ１を自然数とするとき、前記凸部と前記凹部との間で、入射する光に対し、（２ｍ１−１）λ／２に略等しい位相差を発生する請求項１〜請求項３いずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【請求項５】
前記凸部は複屈折性材料からなり、前記凹凸が等方性透明材料によって充填平坦化されている請求項１〜３いずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【請求項６】
前記複屈折性材料の常光屈折率をｎｏ、異常光屈折率をｎｅ、凸部の高さをｈ２、入射する光の波長をλとするとき、ｍ２を自然数として、｜ｎｅ−ｎｏ｜ｈ２が、（２ｍ２−１）λ／２と略等しい請求項５に記載の光ヘッド装置。
【請求項７】
前記モニタ用光検出器は、光を検出する受光領域を有し、前記受光領域に合わせて光が散乱するように前記凹凸の平面パターンが設計された請求項１〜６いずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ストレージを扱う光学系として、ＣＤ、ＤＶＤ、光磁気ディスクなどの光記録媒体および、「Ｂｌｕ−ｒａｙ」（登録商標：以下ＢＤ）のような光記録媒体に情報の記録および／または再生を行う光ヘッド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤなどのような光記録媒体（以下、「光ディスク」という）に情報の記録および／または再生（以下、「記録・再生」という）を行う光ヘッド装置の開発・実用化が進んでいる。これらの光ディスクへの情報の記録・再生と、光ディスク上の位置のトラッキングと、を実現するために、半導体レーザなどの光源と対物レンズとの間の光路中に回折素子を配置して、０次回折光（直進透過光）と±１次回折光の３つの光を発生させる手法を用いることがある。この場合、とくに、該回折素子から得られる±１次回折光をトラッキングに用い、０次回折光を情報の記録・再生に用いる。
【０００３】
光ヘッド装置については、安定した情報の記録・再生を行うために、光源から発射した光の一部を、光ディスク側に向かう光路とは異なる光路に分岐し、その光路中に配置された光量モニタ用の光検出器を用いて、この一部の光の光量をモニタリングし、光ディスクに照射させる光の光量を安定化させる方法が提案されている。例えば、この光量モニタ用の光検出器に相当するフロントモニタに、特定のＰ偏光の０次回折光と±１次回折光の３ビームを入射させて、フロントモニタに接続されたＡＰＣ（オートパワーコントローラ）によって、光ディスクに入射する光の光量が一定になるように、半導体レーザ素子から発射する光の強度を制御する光ヘッド装置が報告されている（特許文献１）。
【０００４】
また、この他に上記のような、０次回折光と±１次回折光の３ビームを取り扱う光学系としては、光ピックアップ装置の光源の位置調整をするために、受光素子を有する調整装置を用いて行うことがある。この光源の位置調整の段階において、これら３ビームが互いに干渉して受光素子上で、非線形な光強度分布とならないように、３ビームに共通する光路中に拡散板を配置して、回折光の干渉による光強度の非線形性を防ぐ手段を用いて光源の位置調整をした光ピックアップ装置が報告されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１８５０７３号公報
【特許文献２】特開２００３−１４１７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の光ヘッド装置は、３ビームがいずれも、フロントモニタに入射する構成を有するので、これらの光同士が干渉した状態で、フロントモニタ上で光が検出される。このため、フロントモニタ上で検出される光量が時間的に変化しやすくなり、半導体レーザ光源からの光量を安定して調整することができないので、光ディスクへ照射する光量も安定させることができず、その結果、安定した情報の記録・再生が実現できないという問題があった。
【０００７】
また、特許文献２は、回折光による干渉を抑制できるものの、拡散板として例示されるメタクリル樹脂、乳化アクリル、トレーシングペーパなどを用いる場合、その製造上、反射防止膜を付加することが困難であって、そのために入射光の反射損が増大して透過率が低下してしまう。このため、光源の位置調整の段階において、これらの拡散板を利用する場合、高い光利用効率を得る光学系において、拡散板を用いることは適さないという問題があった。また、このような拡散板は、その拡散特性が安定したものの量産性が困難であって、回折光の干渉の抑制効果の程度について、拡散板毎で差が生じてしまうという問題もあった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、以上の点を鑑みてなされたものであって、光源と、前記光源からの光を光ディスクの方向とモニタ用光検出器の方向と、に分岐する偏光ビームスプリッタと、前記光ディスクから反射された光を受光する光検出器と、前記モニタ用光検出器で検出した光の光量に応じて前記光源から発射される光の光量を制御する光量制御部と、を備える光ヘッド装置において、前記光源と前記偏光ビームスプリッタとの間の光路中に、０次回折光と±１次回折光の３ビーム光を発生する回折素子を配置し、前記ビームスプリッタと前記モニタ用光検出器との間の光路中に入射する光を散乱させる散乱位相板を配置し、前記散乱位相板は、透明基板上に所定の幅の凸部が配置されて凹凸を有し、前記凸部と凹部との間で、入射する光に対して所定の位相差を発生する光ヘッド装置を提供する。
【０００９】
また、前記凹凸は、所定の大きさのピクセルが２次元的に配置され、前記ピクセル毎に前記凸部と前記凹部が配置されている上記の光ヘッド装置を提供する。
【００１０】
また、前記凸部のピクセル数と前記凹部のピクセル数と、が略等しい上記の光ヘッド装置を提供する。
【００１１】
また、ｍ１を自然数とするとき、前記凸部と前記凹部との間で、入射する光に対し、（２ｍ１−１）λ／２に略等しい位相差を発生する上記の光ヘッド装置を提供する。
【００１２】
また、前記凸部は複屈折性材料からなり、前記凹凸が等方性透明材料によって充填平坦化されている上記の光ヘッド装置を提供する。
【００１３】
また、前記複屈折性材料の常光屈折率をｎｏ、異常光屈折率をｎｅ、凸部の高さをｈ２、入射する光の波長をλとするとき、ｍ２を自然数として、｜ｎｅ−ｎｏ｜ｈ２が、（２ｍ２−１）λ／２と略等しい上記の光ヘッド装置を提供する。
【００１４】
さらに、前記モニタ用光検出器は、光を検出する受光領域を有し、前記受光領域に合わせて光が散乱するように前記凹凸の平面パターンが設計された上記の光ヘッド装置を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、０次回折光（直進透過光）と±１次回折光と、の３つの光（以下、「３ビーム光」という。）を利用し、光ディスクに入射する光の光量を安定化させるためのモニタ用光検出器を有する光ヘッド装置において、モニタ用光検出器に３ビーム光の一部の光が入射する場合でも、これらの光同士の干渉を抑制するとともに、高い光利用効率が得られ、かつ、光の散乱範囲を自在に調整することが可能な散乱位相板を用いることで、光ディスクの安定した記録・再生が実現できる光ヘッド装置を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】光ヘッド装置の概念図。
【図２】（ａ）１次元的に発生する干渉縞の例。（ｂ）図２（ａ）の干渉縞の光強度のプロファイル。（ｃ）１次元的に発生する干渉縞の他の例。（ｄ）図２（ｃ）の干渉縞の光強度のプロファイル。
【図３】（ａ）１次元的に発生する干渉縞の例。（ｂ）図３（ａ）の干渉縞の光強度のプロファイル。（ｃ）１次元的に発生する干渉縞の他の例。（ｄ）図３（ｃ）の干渉縞の光強度のプロファイル。
【図４】（ａ）１次元的に発生する干渉縞の例。（ｂ）図４（ａ）の干渉縞の光強度のプロファイル。（ｃ）２次元的に発生する干渉縞の例。（ｄ）図４（ｃ）の干渉縞の光強度のプロファイル。
【図５】（ａ）１次元的に発生する干渉縞の例。（ｂ）図５（ａ）の干渉縞の光強度のプロファイル。（ｃ）１次元的に発生する干渉縞の他の例。（ｄ）図５（ｃ）の干渉縞の光強度のプロファイル。
【図６】（ａ）散乱位相板の断面模式図（第１の実施形態）。（ｂ）散乱位相板の平面パターンの例（第１の実施形態）。（ｃ）散乱位相板とモニタ用光検出器との位置関係および入射光と散乱光との関係を示す模式図。
【図７】散乱位相板の断面模式図（第２の実施形態）。
【図８】（ａ）散乱位相板の断面模式図（第３の実施形態）。（ｂ）散乱位相板とモニタ用光検出器との位置関係および入射光と散乱光との関係を示す模式図。
【図９】（ａ）モニタ用光検出器に入射する光の強度分布（実施例３）。（ｂ）図８（ａ）の光強度分布を実現するための散乱位相板の周期構造を示すパターン（実施例３）。
【図１０】（ａ）モニタ用光検出器に入射する光の強度分布（実施例４）。（ｂ）図９（ａ）の光強度分布を実現するための散乱位相板の周期構造を示すパターン（実施例４）。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る光ヘッド装置の構成例を示す概念図である。光ヘッド装置１０は、半導体レーザなどの光源１１から出射する光が、回折素子１２で回折されて、３ビーム光が生成される。なお、光源１１からは、ここでは、紙面に垂直（Ｙ方向）な直線偏光で定義する第１の直線偏光の光が出射するものとするが、光源１１と、後述する偏光ビームスプリッタ１３と、の間の光路中に、第１の直線偏光の光を透過し、第１の直線偏光と直交する第２の直線偏光の光を遮断する機能を有する、図示しない偏光フィルタを配置してもよい。また、光源１１と偏光ビームスプリッタ１３と、の間の光路中に、直線偏光の光を特定の電場に回転できる１／２波長板を配置してもよい。なお、第１の直線偏光をＳ偏光、第２の直線偏光をＰ偏光として表現することもある。
【００１８】
回折素子１２で回折された３ビーム光は、特定の直線偏光の光に対して、特定の反射率（＜１００％）および、特定の透過率（＞０％）を有する偏光ビームスプリッタ１３によって異なる光路に分岐される。偏光ビームスプリッタ１３で反射された３ビーム光は、コリメータレンズ１４によって平行光となり、立ち上げミラー１５で反射され、１／４波長板１６によって円偏光の光に変換され、対物レンズ１７によって光ディスク１８の情報記録面に集光する。そして、光ディスク１８で反射された光は、往路とは逆方向に電場が回転する円偏光の光となる。その後、再び対物レンズ１７、１／４波長板１６を透過して、往路と直交する第２の直線偏光（Ｐ偏光）の光となって、コリメータレンズ１４および偏光ビームスプリッタ１３を直進透過し、非点収差を発生させるシリンドリカルレンズなどのセンサレンズ１９を透過して光検出器２０に集光する。
【００１９】
また、光ヘッド装置１０において、光源１１は、４０５ｎｍ波長帯の光を発射する半導体レーザ等が挙げられるが、６６０ｎｍ波長帯の光を発射するものであったり、７８５ｎｍ波長対の光を発射するものであったり、または、これら複数の波長帯両方の光を発射するハイブリッド型またはモノシリック型の半導体レーザ等であってもよい。なお、４０５ｎｍ波長帯は３８５ｎｍ〜４３０ｎｍ、６６０ｎｍ波長帯は６３０ｎｍ〜６９０ｎｍ、７８５ｎｍ波長帯は７６０ｎｍ〜８１０ｎｍの範囲とする。
【００２０】
偏光ビームスプリッタ１３は、Ｓ偏光の光に対する反射率ＲＳが１００％より低く、また、Ｓ偏光の光に対する透過率ＴＳが０％より高い特性を有する。つまり、入射するＳ偏光の光のうちＴＳ［％］の光を直進透過させる機能を有する。また、偏光ビームスプリッタ１３は、Ｐ偏光の光に対する反射率ＲＰが略０％、Ｐ偏光の光に対する透過率ＴＰが略１００％となる特性を有すると、復路の光を高い光利用効率で光検出器２０に到達させることができるので好ましい。なお、偏光ビームスプリッタ１３として、例えば、ＲＳが９０％程度、一方、ＴＳが数％のものを使用することができる。
【００２１】
ここで、偏光ビームスプリッタ１３を直進透過する一部の第１の直線偏光（Ｓ偏光）の光は、散乱位相板４０を散乱透過し、モニタ用光検出器３０に到達する。そして、モニタ用光検出器３０に到達した光は、図示しない光量制御部によって光源１１から発射する光量を制御している。つまり、光量制御部には、光源１１から偏光ビームスプリッタ１３に入射する光のうち、光ディスク１８側に進行する光の光量と、モニタ用光検出器３０側に進行する光の光量との比が一定である。そして、モニタ用光検出器３０に到達する光の光量を検出して、常に光ディスク１８へ集光させる光の光量を安定した光量が得られるように、光源１１から発射する光の光量を制御するものである。
【００２２】
次に、このモニタ用光検出器３０に到達する光の光量の分布の概念とその効果について、図２〜図５を用いて説明する。図２は、モニタ用光検出器３０に到達する光の分布について示した平面模式図および、光量分布の特性を示すグラフである。図２（ａ）および図２（ｃ）は、例えば、光路中から散乱位相板４０を外した場合など、３ビーム光によって干渉縞が発生する場合において、モニタ用光検出器３０の光を検出する領域である受光領域３１と同じ平面上の入射光３３について示した光量分布の模式図である。また図２（ｂ）、は、図２（ａ）の直線Ａ−Ａ´上における光量の分布（プロファイル）を示すグラフであり、横軸にＡ−Ａ´の位置を表し、縦軸に光量を示したものである。ここで、Ａ−Ａ´における光量のうち、最大値をＩＡ、最小値をＩＢ、そして、その中間値をＩ０（＝（ＩＡ＋ＩＢ）／２）とする。そして、Ｉ０以上の光量を示す領域を明部３１ａとし、Ｉ０未満の光量を示す領域を暗部３２ａとし、図２（ａ）にてそれぞれ、領域を分けて示したものである。なお、図２（ｂ）には、Ａ−Ａ´上の受光領域３１の幅に相当する３１ｗも合わせて示す。
【００２３】
また、このような干渉縞は、定常的に発生するものではなく、光ヘッド装置の温度、半導体レーザ光の偏光状態、波長の変化等にともなって時間的に変化するものである。図２（ｃ）は、図２（ａ）とは異なり、明部と暗部とが反転した様子を示した模式図であり、明部３１ｂと暗部３２ｂによって干渉縞が発生した状態を表わす。また、図２（ｄ）は、図２（ｃ）の直線Ａ−Ａ´上における光量の分布を示すグラフであり、横軸にＡ−Ａ´の位置を表し、縦軸に光量を示したものである。明部３１ｂと暗部３２ｂと光量との関係は、図２（ａ）と図２（ｂ）と、の関係と同じであり、受光領域３１の幅３１ｗも示す。
【００２４】
ここで、図２（ａ）および図２（ｃ）に代表される干渉縞が発生してモニタ用光検出器３０の受光領域３１で検出する光の光量について考える。まず、図２（ａ）に示す干渉縞においては、受光領域３１は全て明部３１ａに含まれるが、一方で、図２（ｃ）に示す干渉縞においては、受光領域３１は全て暗部３２ｂに含まれる。このように、比較的干渉縞の明部または暗部のピッチが大きくなると、明部のピッチと暗部のピッチとの比が１：１から異なりやすくなる。このため、この１つの明部または１つの暗部に受光領域３１が含まれると、検出する光量の変化量が大きくなるので、安定した光量のモニタリングが困難となり、結果的に、安定した光ヘッド装置の記録・再生が実現しにくくなる。
【００２５】
図３は、モニタ用光検出器３０に到達する光の分布について示した平面模式図および、光量分布の特性を示すグラフであるが、図２に比べて、明部および暗部のピッチが狭い場合について示したものである。図３（ａ）は、受光領域３１と同じ平面上の入射光３３について示した光量分布の模式図であり、明部３４ａ、暗部３５ａを有する。図３（ｃ）は、図３（ａ）に対して干渉縞が時間的に変化して、明部と暗部とが反転した様子を示すもので、明部３４ｂ、暗部３５ｂを有する。
【００２６】
また、図２（ａ）と図２（ｂ）との関係と同様に、図３（ｂ）は、図３（ａ）の直線Ａ−Ａ´上における光量の分布を示すグラフであり、図３（ｄ）は、図３（ｃ）の直線Ａ−Ａ´上における光量の分布を示すグラフである。そして、図３（ｂ）および図３（ｄ）には、Ａ−Ａ´上の受光領域３１の幅に相当する３１ｗも合わせて示す。ここで、図２（ａ）および図２（ｃ）に比べて干渉縞のピッチが狭くなると、受光領域３１には、明部と暗部との両方が含まれるので、受光領域３１で検出する光量の変化量が比較的小さい。このように、安定した光量のモニタリングが可能となるので、この干渉縞のピッチが狭いほど、安定した光ヘッド装置の記録・再生が実現できる。
【００２７】
また、図４のうち、図４（ｃ）および図４（ｄ）は、モニタ用光検出器３０に到達する光の他の分布について示した平面模式図および、光量分布の特性を示すグラフである。なお、図４（ａ）および図４（ｂ）は、比較のため、それぞれ、図２（ａ）および図２（ｂ）と同じ図を示したものである。図４（ｃ）は、干渉縞のピッチが、図４（ａ）と同じものであるが、干渉縞が１次元ではなく２次元に発生するものであって、直線Ａ−Ａ´で折り返したとき、明部３６と暗部３７とが互いに重なるような光量の分布の例を示すものである。図４（ｃ）のような光量分布の場合、１次元の干渉縞のピッチは受光領域の幅３１ｗよりも広いものの、２次元的に干渉縞が分布しているので、受光領域３１で検出する光量の時間的な変化が比較的小さいので、安定した光量のモニタリングが可能となる。
【００２８】
また、図５のうち、図５（ｃ）および図５（ｄ）は、モニタ用光検出器３０に到達する光の他の分布について示した平面模式図および、光量分布の特性を示すグラフである。なお、図５（ａ）および図５（ｂ）は、比較のため、それぞれ図３（ａ）および図３（ｂ）と同じ図を示したものである。図５（ｃ）は、干渉縞のピッチが、図５（ａ）と同じもので、１次元の干渉縞を発生するものであるが、直線Ａ−Ａ´上における光量の最大値ＩＡ´は、ＩＡよりも小さく、また、直線Ａ−Ａ´上における光量の最小値ＩＢ´は、ＩＢよりも大きい。また、この場合、その中間値を同じＩ０（＝（ＩＡ´＋ＩＢ´）／２）とする。図５（ｃ）のような光量分布で、図５（ｄ）のような光量分布の特性を示す場合、さらに、受光領域３１で検出する光量の時間的な変化が小さくなるので、より安定した光量のモニタリングが可能となる。
【００２９】
以上、図２〜図５を用いて説明したように、モニタ用光検出器３０に到達する光の干渉縞について、明部および暗部のピッチが狭い方が、受光領域３１で検出する光量の時間的変化が小さく、また、ピッチが広い場合でも、干渉縞が２次元的に発生するかまたは、受光領域３１の任意の位置における光量の最大値と最小値との差が小さい方が好ましい。また、明部のピッチと暗部のピッチとは、同じとは限らないが、干渉縞のピッチのうち最も広いピッチが光量の時間的変化の原因になりやすいので、とくに、最も広いピッチに対して、後述する散乱位相板を用いて、このピッチを狭くするように考慮するとよい。
【００３０】
次に、散乱位相板４０に求められる効果について説明する。散乱位相板４０は、直線偏光の光が入射し、これを散乱させることによって、互いに異なる複数の方向に進行する光（散乱光）を発生する。散乱位相板４０は、このように発生した散乱光の偏光方向は同じ状態であっても、それぞれの散乱光同士の位相が異なるようにすることで、モニタ用光検出器３０上において、位相が異なる多数の散乱光が重なり合い、干渉が緩和される。このとき、モニタ用光検出器３０の受光領域３１では、干渉が緩和されることによって、光量の最大値と最小値との差が小さくなる効果、干渉縞のピッチが細かくなる効果、または、その両方の効果を得ることで、安定した光ヘッド装置の記録・再生が実現できる。
【００３１】
図６（ａ）および図６（ｂ）は、本実施形態に係る光ヘッド装置に用いる散乱位相板４０の構成を示す模式図であり、具体的に、図６（ａ）は、散乱位相板４０の断面、図６（ｂ）は、散乱位相板４０の平面を示す模式図である。散乱位相板４０は、透明基板４１の一つの平面上に高さｈ１の凸部４２が、パターン化されて形成される。この凸部４２のパターンは、例えば、特定の幅で一方向に平行に延伸する（１次元の）形状を有するものであってもよく、後述するように、２次元的に分布するものであってもよい。また、凸部４２は、透明基板４１と同じ材料で構成されるものであってもよく、異なる材料で構成されるものであってもよい。また、凸部４２によってできる溝となる凹部４３を充填平坦化する図示しない他の透明材料が備わっていてもよい。なお、散乱位相板４０は、凸部４２と対向する側の透明基板４１の表面および凸部４２、凹部４３の表面に、それぞれ反射防止膜４１ａ、４２ａが形成されていると、界面反射損失を抑制して、光利用効率が高くできるので好ましい。また、凸部４２は、高さがｈ１となるものについて説明したが、例えば、２段やそれ以上の段差を有する構成であってもよい。
【００３２】
また、透明基板４１としては、入射する光に対して透明であれば、樹脂板、樹脂フィルムなど種々の材料を用いることができるが、ガラスや石英ガラスなどの光学的等方性材料を用いると、透過光に複屈折性の影響を与えないため好ましい。凸部４２は、透明基板４１と同じ材料であって、平板の一方の表面を加工して得るものであってもよい。また、透明基板４１が石英ガラスである場合、凸部がＳｉＯ２等の誘電体から構成されるものであってもよい。
【００３３】
次に、図６（ａ）、図６（ｂ）に示す、散乱位相板４０の凸部４２の幅の最小単位で表すグリッドの幅（＝グリッドサイズ）ｐについて考える。まず、散乱位相板４０を配置しない場合において、３ビーム光によってモニタ用光検出器３０の受光領域３１上で観測される光の干渉縞の間隔Ｌ（例えば、隣り合う明部の最大値間の間隔）を求める。そして、図６（ｃ）は、散乱位相板４０を光路中に配置したとき光の様子を示す模式図であるが、入射する光の波長をλ、入射する光４４の光軸に対して、散乱位相板４０によって散乱されて出射する光４５の方向で与えられる角度（散乱角）の最大値をθＳとすると、
２×ｐ×ｓｉｎθＳ＝λ      ・・・  （１）
が成立するようにする。
【００３４】
さらに、図６（ｃ）に示すように、散乱位相板４０とモニタ用光検出器３０との距離をｄとすると、
ｄ×ｔａｎθＳ≧Ｌ／２      ・・・  （２）
を満たすように、グリッドサイズｐを決定するとよい。このように、式（１）および式（２）が成立するグリッドサイズｐを有する散乱位相板４０とすることで、受光領域３１で検出される光について、干渉縞による光量の変化を低減できる。また、グリッドサイズｐが小さく、距離ｄが長い方が、干渉縞による光量の変化をより低減させることができるので好ましい。
【００３５】
また、凸部４２の高さｈ１は、入射する光の波長λに対して、凸部４２と、凹部４３とを透過する光の位相差φが、ｍ１を自然数として、（２ｍ１−１）λ／２に略等しくなるように設定されるとよい。例えば、凸部４２を構成する材料の屈折率がｎであって、凹部に相当する媒質が空気（屈折率：１）である場合、（ｎ−１）×ｈ１≒（２ｍ１−１）λ／２が成立するようにすると好ましい。なお、略等しいとは、（２ｍ１−１．２）λ／２〜（２ｍ１−０．８）λ／２の範囲を満たすものとする。また、ｍ１の値は、４以上となるとｈ１が大きくなり、光学特性のばらつきが生じやすくなるので、１、２または３が好ましい。
【００３６】
また、上述するように、このグリッドサイズｐを有するパターンは１次元に分布しているものに限らず、２次元に分布しているものであってもよく、この場合、受光領域３１で検出される光量の変化を、より低減することができる。図６（ｂ）は、散乱位相板４０の平面を示す模式図であるが、凸部４２が、グリッドサイズｐで２次元に分布しているパターンの例を示すものである。
【００３７】
図６（ｂ）に例示する２次元のパターンは、例えば、次のような手法で与えることができる。まず、少なくとも散乱位相板４０に光が入射する領域を考え、その領域を含む面積をグリッドサイズｐで分割する。ここでは、図６（ｂ）において、Ｘ方向およびＹ方向のグリッドサイズをいずれもｐとして説明する。まず、四角形の最小単位をピクセルと定義し、１から最大ピクセル数までの整数をランダムに、各ピクセルに対して割り当てる。そして、各ピクセルに割り当てた数値を２で除算して得られる、０または１となる余りを各ピクセルに与える。これによって、例えば、１と付番されたピクセルを凸部４２とし、０と付番されたピクセルを凹部４３として与えることによって、これら２種類のピクセルのそれぞれの数が略等しくなるので、入射する光に対して偏りがなく平均的に散乱される効果を得ることができる。
【００３８】
また、凹凸のパターンを２次元とする場合、ピクセルの形状が正方形に限らず、Ｘ方向、Ｙ方向のグリッドサイズが異なる長方形あってもよく、規則的に配置できるものであれば多角形やその他ランダムな形状であってもよい。また、ピクセルを１つの単位としたとき凸部となるピクセル数と凹部となるピクセル数とが略等しいとするのは、これらの比率が４：６〜６：４の範囲であることを意味し、比率が５：５であればより好ましい。
【００３９】
また、本実施形態に係る散乱位相板４０は、とくに、受光領域３１に到達する光利用効率を大きく低下させない効果を有する。例えば、光路中に散乱位相板４０を配置しない場合、受光領域３１に到達する光の光量を１００％とし、散乱位相板４０を配置したとき、受光領域３１に到達する光量が５０％以上であればよく、また、７０％以上となると好ましく、８５％以上であるとより好ましい。つまり、散乱位相板４０は、干渉縞による光量の変化を抑制するだけでなく、受光領域３１へ到達する光量を大きく低減させないことにより、光量制御部によって光源１１で制御する感度を高めることができるので、安定した光量制御が可能となり、これによって、安定した記録・再生ができる光ヘッド装置を実現することができる。
【００４０】
（第２の実施形態）
図７は、本実施形態に係る光ヘッド装置に用いる散乱位相板５０の断面を示す模式図であり、図１の光ヘッド装置１０の散乱位相板４０と同じ位置に配置される。散乱位相板５０は、透明基板５１の一つの平面上に凸部５２がパターン化されて形成される。この凸部５２のパターンは、１次元的に分布するものであっても、２次元的に分布するものであってもよい。また、少なくとも凸部５２は、複屈折性材料で構成され、入射する光のうち、凸部５２を透過する光は偏光状態を変えて出射する機能を有する。そして、散乱位相板５０は、凸部５２によってできる凹凸を充填平坦化する、等方性透明材料層５４を有し、さらに、等方性透明材料層５４上に透明基板５５を有する。なお、散乱位相板５０は、凸部５２と対向する側の透明基板５１、５５の表面に、それぞれ反射防止膜５１ａ、５５ａが形成されていると、界面反射損失を抑制して、光利用効率が高くできるので好ましい。また、図７において散乱位相板５０は、透明基板５５が含まれない構成であってもよい。
【００４１】
また、本実施形態の平面パターンはとくに示さないが、例えば、第１の実施形態における図６（ｂ）のようなパターンに代表される２次元的なパターンを設定することができる。また、グリッドサイズｐ、散乱角θＳについては、第１の実施形態と同様の設計に基づく。凸部５２は、高さｈ２を有するとともに、常光屈折率ｎｏ、異常光屈折率ｎｅ（ｎｅ≠ｎｏ）を有する複屈折性材料からなり、凸部５２は、光学軸（進相軸または遅相軸）が、透明基板５１の平面（Ｘ−Ｙ面）内で特定の方向に揃った状態であるとよい。
【００４２】
ここで、凸部５２は、入射する光の波長をλとすると、ｍ２を自然数として、｜ｎｅ−ｎｏ｜×ｈ２が、（２ｍ２−１）λ／２に略等しくなるように設定されるとよい。なお、略等しいとは、（２ｍ２−１．２）λ／２〜（２ｍ２−０．８）λ／２の範囲を満たすものとする。また、ｍ２の値は、４以上となってｈ２が大きくなると、光学特性のばらつきが生じやすくなるので、１、２または３が好ましい。また、等方性透明材料層５４の屈折率ｎｓは透明基板５１、５５そして凸部５２との界面反射が大きくならない範囲であれば、その屈折率の値にとくに制限はない。また、凸部５２は、高さがｈ２となるものについて説明したが、例えば、２段やそれ以上の段差を有する構成であってもよい。
【００４３】
また、本実施形態では、散乱位相板５０に入射する第１の直線偏光（Ｓ偏光）の光は、その電場の方向が散乱位相板５０の凸部５２の光学軸に対して４５°の角度をなすように配置するとよい。これによって、凸部５２に入射する第１の直線偏光の光は、凸部５２が１／２波長板として機能するので、凸部５２を透過した光が第２の直線偏光（Ｐ偏光）の光となる。また、凸部５２が無い領域、つまり凹部５３を透過した光は、その偏光方向が変わらないので、凸部５２で散乱した（Ｓ偏光の）光と、凹部５３で散乱した（Ｐ偏光の）光とが略直交するので、これらの光同士による干渉が無くなり、干渉を大きく低減できる効果を有する。したがって、モニタ用光検出器３０の受光領域３１に到達する光の光量が安定し、安定した記録・再生ができる光ヘッド装置を実現できる。また、凸部５２の光学軸が例えば、９０°ツイストして配向されるものであってもよく、入射する光の偏光が所望の方向に回転するための構造であればとくに制限はない。
【００４４】
また、本実施形態に係る散乱位相板５０も、第１の実施形態と同様に、とくに、受光領域３１に到達する光利用効率を大きく低下させない効果を有する。例えば、光路中に散乱位相板４０を配置しない場合、受光領域３１に到達する光の光量を１００％とし、散乱位相板４０を配置したとき、受光領域３１に到達する光量が５０％以上であればよく、また、７０％以上となると好ましく、８５％以上であるとより好ましい。
【００４５】
（第３の実施形態）
第３の実施形態に係る光ヘッド装置に用いる散乱位相板６０は、散乱位相板４０、５０のように断面形状として凹凸を有するものであるが、具体的平面パターンが散乱位相板４０、５０とは異なる。図８（ａ）は、散乱位相板６０の断面を示す模式図であって、散乱位相板６０は、透明基板６１の一つの平面上に高さｈ３の凸部６２が、２次元的にパターン化されて形成される。また、凸部６２は、透明基板６１と同じ材料で構成されるものであってもよく、異なる材料で構成されるものであってもよい。また、凸部６２によってできる溝となる凹部６３を充填平坦化する図示しない他の透明材料が備わっていてもよい。なお、散乱位相板６０は、凸部６２と対向する側の透明基板６１の表面および凸部６２、凹部６３の表面に、それぞれ反射防止膜６１ａ、６２ａが形成されていると、界面反射損失を抑制して、光利用効率が高くできるので好ましい。散乱位相板６０の具体的なパターンは以下のような設計方法により求めることができる。
【００４６】
まず、図８（ｂ）に示すように、散乱位相板６０とモニタ用光検出器３０との間の距離ｄ、光軸に対して受光領域３１の幅Ｒが与えられた光学系を考える。ここで、受光領域３１の幅Ｒとし、入射する光６４の光軸の延長線上が受光領域３１の中心とする。ここで、散乱位相板６０に入射する光６４は、散乱（回折）された光６５となって受光領域３１内に入射すると光利用効率が高くできるため好ましいので、散乱位相板６０によって発生する散乱角の最大値θＲとしては、入射する光６４の光軸を基準に、θＲ＝Ｔａｎ−１（Ｒ／（２×ｄ）））以内となるようにする。本実施形態における散乱位相板６０は、光の回折現象を利用する回折光学素子（Diffractive Optical Element＝ＤＯＥ）として機能するものである。なお、散乱は広義の意味であって、回折を含むものであり、散乱角の最大値θＲは、回折角の最大値θＲということもできる。
【００４７】
そして、受光領域３１に光が効率よく到達するように、集光する光の領域（形状）を目標値として与える、反復フーリエ変換法（Iterative Fourier Transform Algorithm＝ＩＦＴＡ）等を用いて、散乱位相板６０の平面パターンを設定することができるものである。この場合、例えば、受光領域３１内に、略均一に光が集光するようなパターンや、受光領域３１内に複数の散乱光を多重化させるパターンとしてもよい。具体的には、散乱位相板６０で回折する光として、０次、±１次、±２次、±３次、・・・±Ｎ次の光がそれぞれ、回折角が異なって受光領域３１に入射するようにパターンを設計することができる。
【００４８】
また、ＩＦＴＡ法等によって与えられる平面パターンを有する散乱位相板６０は、散乱位相板４０の材料で特定の凸部の高さを有するもので構成されるものであってもよい。また、ＤＯＥとして機能させるためには、所定の２次元的に凹凸のパターンとすることが必要であり、そのパターンの精度を高めるためにグリッドサイズｐが小さいことが好ましい。また、ピクセルが同じ形状となるように分割し、ピクセル毎に凸部、凹部と分けたとき、凸部のピクセル数と凹部のピクセル数とは略等しくすることが好ましい。
【００４９】
また、モニタ用光検出器３０の受光領域３１に到達する全光量のうち、８０％以上の光量が存在する、散乱（回折）角度θＲ内の光量密度の平均値を基準とするとき、最大となる光量密度は、＋１０００％以下となることが好ましく、＋５００％以下となるとより好ましい。これは、受光領域３１内で光量密度が非常に大きいスポットが発生すると、受光領域３１内の他の位置での光量密度との差が大きくなり、干渉縞のピッチが狭い場合であっても発生する光量分布の変化が大きくなるからである。これは、散乱位相板６０に平行光を入射し、光が散乱または回折されたときの光量分布に基づいて、上記の散乱（回折）角と光量密度の範囲を満たすように設計することで調整できる。
【実施例】
【００５０】
（実施例１）
本実施例では、第１の実施形態に係る光ヘッド装置の散乱位相板４０の作製方法について説明する。透明基板４１として、白板ガラス基板を用い、一方の平面にＳｉＯ２膜を真空蒸着によって厚さ４３０ｎｍで成膜する。また、ＳｉＯ２膜と対向する面に、真空蒸着によってＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５を交互に積層した多層膜を成膜して反射防止膜４１ａを形成する。なお、波長４０５ｎｍの光に対して、ＳｉＯ２の屈折率は１．４７１である。そして、厚さ４３０ｎｍのＳｉＯ２膜上にフォトレジストを塗布する。
【００５１】
２．３ｍｍ×１．８ｍｍの領域について、グリッドサイズｐ＝２５μｍとして、２次元的にピクセルを配列させ、ピクセル数が、９２×７２＝６６２４個となるようにする。そして、全ピクセルに１から６６２４のランダムの番号を与えた後、各ピクセルの番号（数値）を２で除算した余りが１となるピクセルには光を露光させず、余りが０となるピクセルには光を露光させるようなマスクパターンを得る。なお、ランダムな番号は、コンピュータで容易に割り当てることができる。
【００５２】
上記のランダムなパターンに基づくマスクにより、パターンをフォトリソグラフィによって転写し、現像することで、余りが１となるピクセルのフォトレジストのみが残るようにする。その後、ドライエッチングによってフォトレジストが無い（余りが０の）ピクセルに対応するＳｉＯ２膜をエッチングし、残ったフォトレジストを剥離剤で除去し、ＳｉＯ２からなる凸部４２を得る。その後、凸部４２側の面に、真空蒸着によってＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５を交互に積層した多層膜を成膜して反射防止膜４２ａを形成し、ダイシングソーにより、２．５ｍｍ×２．０ｍｍに切断して散乱位相板４０を得る。
【００５３】
作製した散乱位相板４０を、光ヘッド装置１０において、偏光ビームスプリッタ１３とモニタ用光検出器３０との間の光路中に配置し、光源１１より波長４０５ｎｍの光を発射する。なお、散乱位相板４０とモニタ用光検出器３０との間の距離ｄを約２ｍｍとする。このとき、散乱位相板４０を配置しない場合に比べ、回折素子１２で生成された３ビーム光によって、モニタ用光検出器で発生する干渉縞が緩和されることが確認できる。また、受光領域３１に入射する光の利用効率は６０％以上となり、散乱位相板４０を配置することによって光量を大きく低減させることがない。これによって、モニタ用光検出器３０で検出する光量の変化を抑制することができ、光量制御部によって光源１１から発射する光量を安定して制御することができる。また、この散乱位相板４０は、素子毎の特性のばらつきが小さく、光ヘッド装置毎に安定した光量制御を行うことができる。
【００５４】
（実施例２）
本実施例では、第２の実施形態に係る光ヘッド装置の散乱位相板５０の作製方法について説明する。透明基板５１として、白板ガラスを用い、一方の平面に、常光屈折率ｎｏ＝１．５２、異常光屈折率ｎｅ＝１．６０の複屈折性材料を光学軸が同一の方向に揃うように成膜し、スピンコートで２．５３μｍの厚さの膜を形成する。また、複屈折性材料からなる膜と対向する面に、真空蒸着によってＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５を交互に積層した多層膜を成膜して反射防止膜５１ａを形成する。次に、フォトレジストを塗布して、実施例１と同じパターンのマスクを使用してフォトリソグラフィとドライエッチングをし、さらに、残ったレジストを剥離することによって、凸部５２を形成する。
【００５５】
次に、透明基板５５として白板ガラスを用い、凸部５２によってできる凹凸を、透明基板５５と一方の面と対向させ、その空隙を埋めるように接着性を有する等方性透明材料層５４で接着する。その後、透明基板５５に、真空蒸着によってＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５を交互に積層した多層膜を成膜して反射防止膜５５ａを形成し、最後に、ダイシングソーにより、２．５ｍｍ×２．０ｍｍに切断して散乱位相板５０を得る。
【００５６】
作製した散乱位相板５０を、光ヘッド装置１０において、偏光ビームスプリッタ１３とモニタ用光検出器３０との間の光路中に配置し、光源１１より波長４０５ｎｍの光を発射する。なお、散乱位相板５０とモニタ用光検出器３０との間の距離ｄを実施例１と同様に約２ｍｍとする。このとき、散乱位相板５０を配置しない場合に比べ、回折素子１２で生成された３ビーム光によって、モニタ用光検出器で発生する干渉縞が緩和されることが確認できる。また、受光領域３１に入射する光の利用効率は６０％以上となり、散乱位相板５０を配置することによって光量を大きく低減させることがない。これによって、モニタ用光検出器３０で検出する光量の変化を抑制することができ、光量制御部によって光源１１から発射する光量を安定して制御することができる。また、この散乱位相板５０は、素子毎の特性のばらつきが小さく、光ヘッド装置毎に安定した光量制御を行うことができる。
【００５７】
（実施例３）
実施例３は、実施例１と同じ材料および製造方法で作製する散乱位相板６０であって、製造方法については省略するが、平面の凹凸のパターンは、実施例１または実施例２のようなランダムなパターンとは異なるものとする。具体的に、図９（ａ）は、モニタ用光検出器３０で検出される散乱光のファーフィールドパターンを想定したものであり、散乱位相板に入射する光のうち特定の光の領域の光が散乱（回折）して、受光領域３１へ到達する効率が高くなるようにＩＦＴＡ法を用いて設計したものである。なお、白い部分は、光の強度が高い位置を示すものであって、この領域は受光領域３１とほぼ一致する。また、用いる最大次数の回折光、つまり、散乱角の最大値｜θＲ｜を０．６以内、光量分布を５０％以内としてＩＦＴＡ法を用いて設計したものである。そして、図９（ａ）のように、略一定の光量が受光領域３１に到達するファーフィールドパターンとなるようにしたときの、散乱位相板のパターンを図９（ｂ）に示す。
【００５８】
また、図９（ａ）は、散乱位相板６０によって回折する光として、０次（直進透過）光、±１次〜±９次の光を、それぞれ回折角を変えて受光領域３０に到達する設計に基づく。ここで、±９次回折光の回折角は、｜θＲ｜となるようにする。そして、図９（ｂ）は、平面パターンを示す本実施例の散乱位相板は、２．３ｍｍ×１．８ｍｍの領域について、グリッドサイズｐ＝２μｍとして、２５６μｍ×２５６μｍの２次元周期構造のパターンを拡大したものであって、黒いピクセルが凸部、白いピクセルが凹部に相当する。
【００５９】
上記パターンにて作製した散乱位相板６０を、光ヘッド装置１０において、偏光ビームスプリッタ１３とモニタ用光検出器３０との間の光路中に配置し、光源１１より波長４０５ｎｍの光を発射する。なお、散乱位相板とモニタ用光検出器３０との間の距離ｄを約２ｍｍとする。このとき、散乱位相板６０を配置しない場合に比べ、回折素子１２で生成された３ビーム光によって、モニタ用光検出器で発生する干渉縞が緩和されることが確認できる。また、受光領域３１に入射する光の利用効率は８５％以上となり、散乱位相板６０を配置することによって光量を大きく低減させることがない。これによって、モニタ用光検出器３０で検出する光量の変化を抑制することができ、光量制御部によって光源１１から発射する光量を安定して制御することができる。また、この散乱位相板６０は、素子毎の特性のばらつきが小さく、光ヘッド装置毎に安定した光量制御を行うことができる。
【００６０】
（実施例４）
実施例４も、実施例１と同じ材料および製造方法で作製する散乱位相板６０であって、製造方法については省略するが、平面の凹凸のパターンは、実施例１または実施例２のようなランダムなパターンとは異なる。具体的に、図１０（ａ）は、モニタ用光検出器３０検出される散乱光のファーフィールドパターンを想定したものであり、散乱位相板６０に入射する光のうち特定の光の領域の光が散乱（回折）して、受光領域３１へ到達する効率が高くなるようにしたものである。なお、白い部分は、光の強度が高い位置を示すものであって、この領域は受光領域３１とほぼ一致する。また、回折光として、±１次、±３次、±５次、そして±７次の光の回折効率が高く、０次を含む偶数の次数および８次以上の高次の光の回折効率が低くなるようにし、とくに、散乱角の最大値｜θＲ｜を０．６以内、散乱光の多重度６４（８×８）、光量分布を５０％以内としてＩＦＴＡ法を用いて設計したものである。そして、図１０（ａ）のようなファーフィールドパターンとなるようにしたときの、散乱位相板のパターンの１周期分を図１０（ｂ）に示す。
【００６１】
図１０（ｂ）は、平面パターンを示す本実施例の散乱位相板は、２．３ｍｍ×１．８ｍｍの領域について、グリッドサイズｐ＝２μｍとして、２５６μｍ×２５６μｍの２次元周期構造のパターンを拡大したものであって、黒いピクセルが凸部、白いピクセルが凹部に相当する。
【００６２】
上記パターンにて作製した散乱位相板６０を、光ヘッド装置１０において、偏光ビームスプリッタ１３とモニタ用光検出器３０との間の光路中に配置し、光源１１より波長４０５ｎｍの光を発射する。なお、散乱位相板とモニタ用光検出器３０との間の距離ｄを実施例３と同様に約２ｍｍとする。このとき、散乱位相板６０を配置しない場合に比べ、回折素子１２で生成された３ビーム光によって、モニタ用光検出器で発生する干渉縞が緩和されることが確認できる。また、受光領域３１に入射する光の利用効率は約８５％であり、受光領域３１内の光量分布は５％以内となり、散乱位相板を配置することによって光量を大きく低減させることがない。これによって、モニタ用光検出器３０で検出する光量の変化を抑制することができ、光量制御部によって光源１１から発射する光量を安定して制御することができる。また、この散乱位相板６０は、素子毎の特性のばらつきが小さく、光ヘッド装置毎に安定した光量制御を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
以上のように、本発明にかかる光ヘッド装置は、偏光ビームスプリッタとモニタ用光検出器との間の３ビーム光の光路中に位相を変える凹凸を有し、入射する光を散乱させる散乱位相板を有することで、３ビーム光による干渉による、モニタリング対象の光量の変化を低減し、安定した記録・再生ができる光ヘッド装置を実現することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１０  光ヘッド装置
１１  光源
１２  回折素子
１３  偏光ビームスプリッタ
１４  コリメータレンズ
１５  立ち上げミラー
１６  １／４波長板
１７  対物レンズ
１８  光ディスク
１９  センサレンズ
２０  光検出器
３０  モニタ用光検出器
３１  受光領域
３１ａ、３１ｂ、３４ａ、３４ｂ、３６、３８  明部
３２ａ、３２ｂ、３５ａ、３５ｂ、３７、３９  暗部
３１ｗ  受光領域の幅
３３  入射光
４０、５０、６０  散乱位相板
４１、５１、５５、６１  透明基板
４１ａ、４２ａ、５１ａ、５５ａ、６１ａ、６２ａ  反射防止膜
４２、５２、６２  凸部
４３、５３、６３  凹部
４４、６４  散乱位相板への入射光
４５、６５  散乱位相板からの散乱光
５４  等方性透明材料層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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