(57)【要約】【課題】光ヘッド装置の部品点数の削減および小型化を実現する。【解決手段】第１波長帯の光、第２波長帯の光および第３波長帯の光に対応した反射光を受光する単一の光検出器と、第２波長帯および第３波長帯のＳ偏光の光を透過させるとともに、第１波長帯のＳ偏光の光を反射させる第１偏向手段と、少なくとも第２波長帯および第３波長帯のＳ偏光の光を反射させるとともに、第１波長帯、第２波長帯および第３波長帯のＰ偏光の光を透過させる第２偏向手段と、第２波長帯の光および第３波長帯の光の往路において第２波長帯の光および第３波長帯の光を透過させるとともに、第１波長帯の光、第２波長帯の光および第３波長帯の光の復路において第１波長帯の光の一部を回折させる偏光ホログラム素子と、１／４波長板とを備え、偏光ホログラム素子への復路入射光の偏光方向が３つの波長帯で揃っていることを特徴とする。【選択図】図１
2013041639.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３つの異なる波長の光を各々記録フォーマットの異なる光ディスクに集光するとともに、前記３つの異なる波長の光の前記光ディスクにおける反射光を各々受光する光ヘッド装置であって、
最も波長の短い第１波長帯の光を出力する第１光源と、
前記第１波長帯よりも波長の長い第２波長帯の光と、前記第２波長帯よりも波長の長い第３波長帯の光の両方またはいずれかを出力する第２光源と、
前記第１波長帯の光、第２波長帯の光および第３波長帯の光に対応した前記反射光を受光する単一の光検出器と、
前記第２波長帯の光および前記第３波長帯の光の往路と、前記第１波長帯の光の往路とを一部重ねるための偏向手段であって、前記第２波長帯および前記第３波長帯の直線偏光の光であるＳ偏光の光を透過させるとともに、前記第１波長帯のＳ偏光の光を反射させる第１偏向手段と、
少なくとも前記第２波長帯の光および前記第３波長帯の光の往路と、前記第１波長帯の光、前記第２波長帯の光および前記第３波長帯の光の復路とを一部重ねるための偏向手段であって、少なくとも前記第２波長帯および前記第３波長帯のＳ偏光の光を反射させるとともに、前記第１波長帯、前記第２波長帯および前記第３波長帯の前記Ｓ偏光の光と直交するＰ偏光の光を透過させる第２偏向手段と、
少なくとも前記第２波長帯の光および前記第３波長帯の光の往路と、前記第１波長帯の光、前記第２波長帯の光および前記第３波長帯の光の復路とが重なる光路上に配置され、前記第２波長帯の光および前記第３波長帯の光の往路において前記第２波長帯の光および前記第３波長帯の光を透過させるとともに、前記第１波長帯の光、前記第２波長帯の光および前記第３波長帯の光の復路において前記第１波長帯の光の一部を回折させる偏光ホログラム素子と、
前記第１波長帯の光、前記第２波長帯の光および前記第３波長帯の光の往路と復路において、それぞれπ／２の位相差を生じさせる１／４波長板とを備え、
前記偏光ホログラム素子への復路入射光の偏光方向が前記３つの波長帯で揃っている
ことを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２】
前記第１光源と、前記第２光源と、前記光検出器と、前記第１偏向手段に相当する接合面および前記第２偏向手段に相当する接合面を具備した偏光・ダイクロイックプリズムとを有してなる発光・受光ユニットを備え、
前記第２偏向手段に相当する接合面で、前記第１波長帯、前記第２波長帯および前記第３波長帯のＳ偏光の光を反射させるとともに、前記第１波長帯、前記第２波長帯および前記第３波長帯のＰ偏光の光を透過させる
請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項３】
前記第２光源と、前記光検出器と、前記第２偏向手段に相当する接合面を具備した偏光・ダイクロイックプリズムとを有してなる発光・受光ユニットを備えた
請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項４】
前記偏光ホログラム素子は、前記第２波長帯の光および前記第３波長帯の光に対する０次回折効率が、往路で９０％以上、かつ復路で７０％以上である
請求項１から請求項４のうちのいずれか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）などの高密度光記録媒体（以下、これらを総称して「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に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤなど異なる波長の光を用いて各光ディスクに記録・再生を行う光ヘッド装置が開発されている。このような光ヘッド装置には、複数の異なる波長の光に対して共通して用いる光学部品による部品点数の削減、小型化が求められている。また、光源となる半導体レーザについて、いわゆる２波長レーザ、３波長レーザとして、複数種の発振波長を有する半導体レーザを一体形成する技術を用いて、２波長レーザまたは３波長レーザを発振する半導体を１つのパッケージに収めた半導体レーザの開発が検討されている。
【０００３】
また、光ヘッド装置の部品点数の削減、小型化のために、波長が異なる２つまたは３つの光について、各波長の光に対応したそれぞれの光ディスクに対して球面収差を低減して集光させる対物レンズも開発されている。さらに、各光ディスクの情報記録面で反射した信号光などを検出する光検出器について、波長が異なる２つまたは３つの光に対して共通する受光光学系を有し、１つの光検出器で複数の波長の光情報を検出する光ヘッド装置が検討、開発されている。
【０００４】
光検出器は、複数の受光エリアを有し、各光ディスクから反射された光がそれぞれの受光エリアに到達するように配置されている。そして、受光エリアに到達した光の信号（光量）を演算処理することによって、再生ＲＦ信号、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号などを生成する。ここで、各光ディスクの情報記録面から反射された、波長が異なる複数の光を１つの光検出器で受光させる光ヘッド装置の一例として、例えば、特許文献１には、ＢＤより反射した光と、ＣＤまたはＤＶＤより反射した光とを、それぞれ異なるセンサーパターンで受光させる光ヘッド装置が記載されている。
【０００５】
また、特許文献２には、偏光ホログラム素子を用いて１ビーム法でトラッキングとフォーカシング信号を得る発光素子および受光素子を１つのユニットとして実装した光ヘッド装置が記載されている。
【０００６】
また、特許文献３には、ＣＤおよびＤＶＤに対応した発光・受光ユニットとＢＤに対応した発光・受光ユニットを併用することにより、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤそれぞれの光ディスク規格に対応した光ヘッド装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１４６６８５号公報
【特許文献２】特許第４４３７８０６号明細書
【特許文献３】特許第４４６６４５０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、いずれの特許文献に記載の技術も、ＣＤ用、ＤＶＤ用、ＢＤ用の３つの波長の光を用いる場合に、これらの光信号を最適に処理しているとは言い難い。例えば、ＣＤとＤＶＤとＢＤ用の３つの光を１つの光検出器で受光させ、かつそのような光検出器と光源とが１つのユニットとして実装されるといった発光・受光ユニットは存在しなかった。
【０００９】
そこで、本発明は、３つの異なる波長の光を用いて、各々記録フォーマットの異なる光ディスクに情報を記録・再生する光ヘッド装置において、各光ディスクの情報記録面から反射された光信号を最適に処理し、これにより光ヘッド装置の部品点数の削減および小型化の実現を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による光ヘッド装置は、３つの異なる波長の光を各々記録フォーマットの異なる光ディスクに集光するとともに、前記３つの異なる波長の光の前記光ディスクにおける反射光を各々受光する光ヘッド装置であって、
最も波長の短い第１波長帯の光を出力する第１光源（例えば、光源１０１ｂ）と、
前記第１波長帯よりも波長の長い第２波長帯の光と、前記第２波長帯よりも波長の長い第３波長帯の光の両方またはいずれかを出力する第２光源（例えば、光源１０１ａ）と、
前記第１波長帯の光、第２波長帯の光および第３波長帯の光に対応した前記反射光を受光する単一の光検出器（例えば、光検出器１１３）と、
前記第２波長帯の光および前記第３波長帯の光の往路と、前記第１波長帯の光の往路とを一部重ねるための偏向手段であって、前記第２波長帯および前記第３波長帯の直線偏光の光であるＳ偏光の光を透過させるとともに、前記第１波長帯のＳ偏光の光を反射させる第１偏向手段（例えば、偏光・ダイクロイックプリズム１１１の接合面１２２や偏光ビームスプリッタ１０３）と、
少なくとも前記第２波長帯の光および前記第３波長帯の光の往路と、前記第１波長帯の光、前記第２波長帯の光および前記第３波長帯の光の復路とを一部重ねるための偏向手段であって、少なくとも前記第２波長帯および前記第３波長帯のＳ偏光の光を反射させるとともに、前記第１波長帯、前記第２波長帯および前記第３波長帯の前記Ｓ偏光の光と直交するＰ偏光の光を透過させる第２偏向手段（例えば、偏光・ダイクロイックプリズム１１１の接合面１２３や偏光・ダイクロイックプリズム１１２の接合面１２５）と、
少なくとも前記第２波長帯の光および前記第３波長帯の光の往路と、前記第１波長帯の光、前記第２波長帯の光および前記第３波長帯の光の復路とが重なる光路上に配置され、前記第２波長帯の光および前記第３波長帯の光の往路において前記第２波長帯の光および前記第３波長帯の光を透過させるとともに、前記第１波長帯の光、前記第２波長帯の光および前記第３波長帯の光の復路において前記第１波長帯の光の一部を回折させる偏光ホログラム素子（例えば、ホログラム素子３０）と、
前記第１波長帯の光、前記第２波長帯の光および前記第３波長帯の光の往路と復路において、それぞれπ／２の位相差を生じさせる１／４波長板（例えば、１／４波長板１０８ａ，１０８ｂ）とを備え、前記偏光ホログラム素子への復路入射光の偏光方向が前記３つの波長帯で揃っていることを特徴とする。
【００１１】
また、光ヘッド装置は、前記第１光源と、前記第２光源と、前記光検出器と、前記第１偏向手段に相当する接合面および前記第２偏向手段に相当する接合面を具備した偏光・ダイクロイックプリズムとを有してなる発光・受光ユニット（例えば、発光・受光ユニット９９８）を備え、前記第２偏向手段に相当する接合面（例えば、偏光・ダイクロイックプリズム１１１の接合面１２２）で、前記第１波長帯、前記第２波長帯および前記第３波長帯のＳ偏光の光を反射させるとともに、前記第１波長帯、前記第２波長帯および前記第３波長帯のＰ偏光の光を透過させてもよい。
【００１２】
また、光ヘッド装置は、前記第２光源と、前記光検出器と、前記第２偏向手段に相当する接合面を具備した偏光・ダイクロイックプリズムとを有してなる発光・受光ユニット（例えば、発光・受光ユニット９９９）を備えていてもよい。
【００１３】
また、前記偏光ホログラム素子は、前記第２波長帯の光および前記第３波長帯の光に対する０次回折効率が、往路で９０％以上、かつ復路で７０％以上であってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、３つの異なる波長の光を用いて、各々記録フォーマットの異なる光ディスクを記録・再生する光ヘッド装置において、各光ディスクの情報記録面から反射された光信号を最適に処理し、これにより光ヘッド装置のさらなる小型化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光ヘッド装置の構成例を示す模式図である。
【図２】偏光ホログラム素子３０の構成例を示す断面模式図である。
【図３】偏光ホログラム素子３０に入射する光の光路および偏光方向を示す模式図である。
【図４】偏光ホログラム素子３０の特性例を示す説明図である。
【図５】偏光・ダイクロイックプリズム１１１における光の光路および偏光方向を示す説明図である。
【図６】偏光・ダイクロイックプリズム１１１の接合面１２１の特性例を示す説明図である。
【図７】偏光・ダイクロイックプリズム１１１の接合面１２１を構成する偏光・波長選択性反射層の構成例を示す説明図である。
【図８】偏光・ダイクロイックプリズム１１１の接合面１２２の特性を示す説明図である。
【図９】偏光・ダイクロイックプリズム１１１の接合面１２２を構成する偏光・波長選択性反射層の構成例を示す説明図である。
【図１０】偏光・ダイクロイックプリズム１１１の接合面１２３の特性を示す説明図である。
【図１１】偏光・ダイクロイックプリズム１１１の接合面１２３を構成する偏光・波長選択性反射層の構成例を示す説明図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る光ヘッド装置の構成例を示す模式図である。
【図１３】偏光・ダイクロイックプリズム１１２における光の光路および偏光方向を示す説明図である。
【図１４】偏光ビームスプリッタ１０３の特性例を示す説明図である。
【図１５】偏光ビームスプリッタ１０３の特性例を示す説明図である。
【図１６】偏光ビームスプリッタ１０３を構成する偏光・波長選択性反射層の構成例を示す説明図である。
【図１７】本発明の第３の実施形態に係る光ヘッド装置の構成例を示す模式図である。
【図１８】偏光・ダイクロイックプリズム１１２’における光の光路および偏光方向を示す説明図である。
【図１９】偏光・ダイクロイックプリズム１１２’の接合面１２４’の特性を示す説明図である。
【図２０】偏光・ダイクロイックプリズム１１２’の接合面１２４’を構成する偏光・波長選択性反射層の構成例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
実施形態１．
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光ヘッド装置の構成例を示す模式図である。図１に示す光ヘッド装置１００は、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤ用の３つの異なる波長の光を用い、それぞれの規格の光ディスクの記録・再生が可能な互換性を有する光ヘッド装置である。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態の光ヘッド装置１００は、光源１０１ａ、１０１ｂと、グレーティング素子１０２ａと、偏光・ダイクロイックプリズム１１１と、光検出器１１３と、偏光ホログラム素子３０と、コリメータレンズ１０５と、立ち上げプリズム１０６、１０７と、１／４波長板１０８ａ、１０８ｂと、対物レンズ１０９ａ、１０９ｂとを備えている。なお、本実施形態の光ヘッド装置１００において、光源１０１ａ、１０１ｂ、グレーティング素子１０２ａ、偏光・ダイクロイックプリズム１１１および光検出器１１３は、１つの発光・受光ユニット９９８として実装されている。
【００１９】
光ヘッド装置１００を構成する上述の各光学部品について、光源１０１ａ、１０１ｂから発射する光の光路を辿りながら説明する。なお、光源から光ディスクに至るまでの光路を「往路」とし、（反射して）光ディスクから光検出器に至るまでの光路を「復路」と定義する。なお、図１では、便宜的にＢＤ用の４０５ｎｍ波長帯の光の軌道を実線、ＤＶＤ用の６６０ｎｍ波長帯およびＣＤ用の７８５ｎｍ波長帯の光の軌道を点線で示している。また、光軸を一点鎖線で示している。
【００２０】
光源１０１ａは、ＤＶＤ用として６６０ｎｍ波長帯の光とＣＤ用として７８５ｎｍ波長帯の光の両方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る。また、光源１０１ｂは、ＢＤ用として４０５ｎｍ波長帯の光を発射する半導体レーザ等である。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。また、以下では、４０５ｎｍ波長帯の光をＢＤ光、６６０ｎｍ波長帯の光をＤＶＤ光、７８５ｎｍ波長帯の光をＣＤ光、と表現する場合がある。
【００２１】
まず、ＣＤ光／ＤＶＤ光の往路を辿る。光源１０１ａから、ディスク面に平行な方向であってディスクが置かれる方へ向かう方向であるＺ方向に発射されたＤＶＤ光およびＣＤ光は、グレーティング素子１０２ａで回折されて３ビームとなり、Ｓ偏光で偏光・ダイクロイックプリズム１１１の接合面１２１に入射する。偏光・ダイクロイックプリズム１１１内では、接合面１２１で反射されてディスク面に垂直な方向であるＸ方向に偏向された後、接合面１２２を透過する。そして、接合面１２３で反射されてＺ方向に偏向される。偏光・ダイクロイックプリズム１１１からＺ方向に出射されたＤＶＤ光およびＣＤ光は、偏光ホログラム素子３０を透過し、コリメータレンズ１０５に入射して略平行光となる。その後、立ち上げプリズム１０６に入射し、立ち上げプリズム１０６によってディスク面に向かう方向である−Ｘ方向に偏向される。立ち上げプリズム１０６によって−Ｘ方向に偏向されたＤＶＤ光およびＣＤ光は、１／４波長板１０８ａを透過して、対物レンズ１０９ａによって光ディスク１１０ａの情報記録面に集光する。
【００２２】
次に、ＣＤ光／ＤＶＤ光の復路を辿る。光ディスク１１０ａの情報記録面で反射されたＤＶＤ光およびＣＤ光は、往路を逆方向に進む。すなわち、対物レンズ１０９ａおよび１／４波長板１０８ａを透過して、立ち上げプリズム１０６によって−Ｚ方向に偏向される。そして、コリメータレンズ１０５および偏光ホログラム素子３０を透過し、偏光・ダイクロイックプリズム１１１に到達する。このときＤＶＤ光およびＣＤ光は、往路および復路で１／４波長板１０８ａを透過したことによりＰ偏光となって、偏光・ダイクロイックプリズム１１１の接合面１２３に入射する。偏光・ダイクロイックプリズム１１１内では、Ｐ偏光のＣＤ光およびＤＶＤ光は、接合面１２３を透過する。偏光・ダイクロイックプリズム１１１から−Ｚ方向に出射されたＤＶＤ光およびＣＤ光は、図示しないシリンドリカルレンズを透過して、光検出器１１３に到達する。
【００２３】
対物レンズ１０９ａは、ＤＶＤ光およびＣＤ光に対して集光性があるものであればよい。また、グレーティング素子１０２ａは、直進透過光である０次回折光と、±１次回折光とを発生させ３ビーム法を用いて記録・再生を行うものである。なお、例えば、ＤＶＤ用の６６０ｎｍ波長帯の光に対して１ビーム法、ＣＤ用の７８５ｎｍ波長帯の光に対して３ビーム法を用いる場合には、グレーティング１０２ｂとして、一方の波長帯の光のみを回折する波長選択性のグレーティングを用いてもよい。
【００２４】
次に、ＢＤ光の往路を辿る。光源１０１ｂからＺ方向に発射されたＢＤ光は、Ｓ偏光で偏光・ダイクロイックプリズム１１１の接合面１２２に入射する。偏光・ダイクロイックプリズム１１１内では、接合面１２２で反射されＸ方向に偏向され、さらに接合面１２３で反射されることにより、Ｚ方向に偏向される。偏光・ダイクロイックプリズム１１１からＺ方向に出射されたＢＤ光は、偏光ホログラム素子３０を透過し、コリメータレンズ１０５に入射して略平行光となる。その後、立ち上げプリズム１０６を透過した後、立ち上げプリズム１０７に入射する。そして、立ち上げミラー１０７により、ディスク面に向かう方向である−Ｘ方向に偏向される。立ち上げプリズム１０７によって−Ｘ方向に偏向されたＢＤ光は、１／４波長板１０８ｂを透過して、対物レンズ１０９ｂによって光ディスク１１０ｂの情報記録面に集光する。
【００２５】
次に、ＢＤ光の復路を辿る。光ディスク１１０ｂの情報記録面で反射されたＢＤ光は往路を逆方向に進む。すなわち、対物レンズ１０９ｂおよび１／４波長板１０８ｂを透過して、立ち上げプリズム１０７によって−Ｚ方向に偏向される。そして、立ち上げプリズム１０６、コリメータレンズ１０５を透過した後、偏光ホログラム素子３０で回折される。そして、偏光ホログラム素子３０により回折されて出射されたＢＤ光は、偏光・ダイクロイックプリズム１１１に到達する。このときＢＤ光は、ＣＤ光およびＤＶＤ光と同様に、往路および復路で１／４波長板１０８ａを透過したことによりＰ偏光となって、偏光・ダイクロイックプリズム１１１の接合面１２３に入射する。偏光・ダイクロイックプリズム１１１内では、Ｐ偏光のＢＤ光は、接合面１２３を透過する。偏光・ダイクロイックプリズム１１１から−Ｚ方向に出射されたＢＤ光は、図示しないシリンドリカルレンズを透過して、光検出器１１３に到達する。
【００２６】
対物レンズ１０９ｂは、ＢＤ光に対して集光性があるものであればよい。
【００２７】
このように、本実施形態の光ヘッド装置１００では、往路および復路の偏光方向が３波長とも揃うように各光学部品を配置している。このため、偏光ホログラム素子３０は、ＤＶＤ光およびＣＤ光の往路を略１００％透過できるものであれば、例えば、波長選択性のないＢＤ用の偏光ホログラム素子を用いてもよい。なお、略１００％透過とは、具体的には７０％以上の透過率をいい、より好ましくは８０％以上の透過率をいう。
【００２８】
図２は、偏光ホログラム素子３０の構成例を示す断面模式図である。図２に示すように、偏光ホログラム素子３０は、透明基板３１ａ上に、複屈折性材料からなり複屈折材料層３３ａに相当する凸部と、等方性材料からなり等方性材料層３４に相当する凹部とが周期的に配置された回折格子構造を有する。
【００２９】
等方性材料層３４は、複屈折材料層３３ａを覆うように形成されてもよいが複屈折材料層３３ａと同じ高さで交互に配置されてもよい。
【００３０】
複屈折性材料層３３ａは、常光屈折率ｎｏと異常光屈折率ｎｅとの差の絶対値で表される屈折率異方性Δｎ（＝｜ｎｅ−ｎｏ｜＞０）を有し、等方性材料層３４の屈折率ｎｓが、ｎｅまたはｎｏのいずれか一方と略等しくなる材料の組み合わせとする。
【００３１】
なお、等方性材料層３４にはＵＶ硬化型の透明な接着剤などが利用できる。このようにすることで、例えば、ｎｓ≒ｎｏの場合（ｎｓ≠ｎｅ）、偏光ホログラム素子３０に入射する光のうち、複屈折性材料層３３ａの進相軸方向となる光は、屈折率が略一致しているので偏光ホログラム素子３０を直進透過し、一方、遅相軸方向となる光は、屈折率が一致しないので少なくとも一部は回折する。また、複屈折性材料層３３ａと等方性材料層３４を構成する材料は、屈折率の波長分散特性を考慮する。
【００３２】
複屈折性材料層３３ａは、複屈折性材料によって形成されていればよく、屈折率異方性Δｎが大きいことなどから液晶モノマーを硬化させた高分子液晶を用いるのが好ましい。また、高分子液晶は、偏光ホログラム素子３０の凹凸の長手方向と液晶の配向方向に相当する遅相軸とを異ならせて自由に設定できる。
【００３３】
従って、図２ではホログラム格子の長手方向をＹ軸方向としているが、光を透過または回折して到達させる光検出器１１３の受光エリアのレイアウトに応じて、Ｘ−Ｙ平面内の長手方向を自由に設定できる。また、光が入射する有効領域内において、偏光ホログラム素子３０は、ホログラム格子の長手方向が１方向の領域のみに限らず、長手方向が異なる複数の領域から構成されて、各領域に入射した光毎、異なる方向に回折させてもよい。
【００３４】
また、偏光ホログラム素子３０は、図２のようにホログラム格子の断面形状が矩形状に限らず、断面形状がブレーズ形状またはブレーズ形状を階段状に近似した擬似ブレーズ形状であってもよい。なお、ブレーズ形状は鋸歯状とも呼ばれる。この場合、入射した光に対して１方向に高い回折効率で回折させることができる。さらに、ホログラム格子は、断面形状が矩形状となるホログラム格子の領域と、ブレーズ形状または疑似ブレーズ形状となるホログラム格子の領域との組み合わせであってもよい。
【００３５】
次に、波長が異なる３つの光に対する偏光ホログラム素子３０の光学作用について説明する。図３は、偏光ホログラム素子３０に入射する光の光路および偏光方向を示す模式図である。なお、図３（ａ）は、光ヘッド装置におけるＢＤ光、ＤＶＤ光、ＣＤ光の往路の光路および偏光方向を示す模式図である。すなわち、偏光ホログラム素子３０にＺ軸方向に進行する３つの波長の光、すなわち波長λ１の光、波長λ２の光、波長λ３の光がいずれもＹ軸方向の直線偏光の光として入射するときの様子を模式的に示している。なお、波長λ１は４０５ｎｍ波長帯、波長λ２は６６０ｎｍ波長帯、波長λ３は７８５ｎｍ波長帯である。図３（ａ）において、符号４１は、偏光ホログラム素子３０に入射する波長λ２およびλ３のＹ軸方向の直線偏光の光を示している。また、符号４２ａは、偏光ホログラム素子３０から出射される波長λ１、λ２およびλ３の０次回折光を示している。また、符号４２ｂは、偏光ホログラム素子３０から出射される波長λ２およびλ３の±１次回折光を示している。
【００３６】
図３（ａ）に示すように、光ヘッド装置１００の往路において、ＢＤ用の波長λ１の光、ＤＶＤ用の波長λ２の光およびＣＤ用の波長λ３の光は、それぞれＹ軸方向の直線偏光の光としてＺ軸方向に進行しながら偏光ホログラム素子３０に入射する。すると、複屈折性材料層３３ａの液晶がＸ軸方向に平行に配向され、波長λ１の光、波長λ２の光および波長λ３の光に対してｎｓ≒ｎｏであるので、波長λ１の光、波長λ２の光および波長λ３の光は、ほぼ回折せず直進透過する。
【００３７】
また、図３（ｂ）は、光ヘッド装置におけるＢＤ光の復路の光路および偏光方向を示す模式図である。すなわち、偏光ホログラム素子３０に−Ｚ軸方向に進行するＢＤ用の波長λ１の光がＸ軸方向の直線偏光の光として入射するときの様子を模式的に示している。図３（ｂ）において、符号５１は、偏光ホログラム素子３０に入射する波長λ１のＸ軸方向の直線偏光の光を示している。また、符号５２ａは、偏光ホログラム素子３０から出射される波長λ１の０次回折光を示している。また、符号５２ｂは、偏光ホログラム素子３０から出射される波長λ１の±１次回折光を示している。
【００３８】
図３（ｂ）に示すように、光ヘッド装置１００の復路において、波長λ１の光は、Ｘ軸方向の直線偏光の光として−Ｚ軸方向に進行しながら偏光ホログラム素子３０に入射する。すると、複屈折性材料層３３ａの液晶がＸ軸方向に平行に配向され、ｎｓ≠ｎｅであるので、波長λ１の光の一部は回折する。
【００３９】
また、図３（ｃ）は、光ヘッド装置におけるＤＶＤ光、ＣＤ光の復路の光路および偏光方向を示す模式図である。すなわち、偏光ホログラム素子３０に−Ｚ軸方向に進行する２つの波長の光、すなわちＤＶＤ用の波長λ２の光、ＣＤ用の波長λ３の光がいずれもＸ軸方向の直線偏光の光として入射するときの様子を模式的に示している。図３（ｃ）において、符号６１は、偏光ホログラム素子３０に入射する波長λ２およびλ３のＸ軸方向の直線偏光の光を示している。また、符号６２ａは、偏光ホログラム素子３０から出射される波長λ２およびλ３の０次回折光を示している。また、符号６２ｂは、偏光ホログラム素子３０から出射される波長λ２およびλ３の±１次回折光を示している。
【００４０】
図３（ｃ）に示すように、光ヘッド装置１００の復路において、波長λ２の光および波長λ３の光は、Ｘ軸方向の直線偏光の光として−Ｚ軸方向に進行しながら偏光ホログラム素子３０に入射する。すると、複屈折性材料層３３ａの液晶がＸ軸方向に平行に配向され、ｎｓ≠ｎｅであるので、波長λ１と同様にその一部は回折するが、等方性材料層３４と複屈折性材料層３３ａの分散を調整して、Δｎ（＝｜ｎｅ−ｎｏ｜＞０）の値を波長λ２およびλ３で波長λ１より小さく調整することにより、回折する光量を小さく抑えることが可能である。
【００４１】
ＤＶＤ用の波長λ２の光およびＣＤ用の波長λ３の光は、偏光ホログラム素子３０によって回折されたＱ次回折光（Ｑ＝±１、±２、・・・）を光検出の対象とせず、偏光ホログラム素子３０を直進透過する０次回折光のみを検出することがある。そのため、波長λ２および波長λ３の光に対して、偏光ホログラム素子３０のホログラム格子３３において０次回折効率が高いことが好ましい。より具体的には、偏光ホログラム素子３０を直進透過する光のトータルの０次回折効率は７０％以上であればよく、８０％以上であればより好ましい。
【００４２】
図４は、偏光ホログラム素子３０の特性例を示す説明図である。なお、図４（ａ）は、偏光ホログラム素子３０における各波長の格子高さｄに応じた０次効率の一例を示すグラフであり、図４（ｂ）は、偏光ホログラム素子３０における各波長の格子高さｄに応じた１次効率の一例を示すグラフである。なお、本特性は、光ヘッド装置における復路に適用されるものである。なお、往路では各波長とも略１００％透過である。また、本特性は、偏光ホログラム素子３０の複屈折性材料層３３ａに、異常光屈折率ｎｅがλ１で１．５８８、λ２で１．５５５、λ３で１．５５０であり、常光屈折率ｎｏが、λ１で１．５４３、λ２で１．５１８、λ３で１．５１４である複屈折材料を用い、かつ等方性材料層３４に屈折率ｎｓがλ１で１．５４１、λ２で１．５１９、λ３で１．５１３である材料を用いた場合の例である。
【００４３】
図４（ａ）、（ｂ）に示す例では、例えば格子高さｄが２．０［μｍ］のときのように、波長λ１の光に対して１次回折率が１５％以上あるときでも、波長λ２および波長λ３の光に対して０次回折効率が９０％付近を維持していることがわかる。
【００４４】
例えば、光ヘッド装置１００が、ＤＶＤ用の波長λ２の光に対して往路の光路中にて３ビームとする３ビーム法を利用する場合であっても、偏光ホログラム素子３０によって、往復した３ビームの光利用効率を低下させずに光検出器１１３に到達させることができる。
【００４５】
また、ホログラム格子の格子ピッチと回折角との関係として、透明基板面に垂直に波長λの光が格子ピッチＰの回折格子に入射するとき、透明基板面の法線（＝光の進行方向）に対するＱ次回折光（Ｑ＝±１、±２、・・・）の回折角θ［°］は、以下の式（１）で表される。
【００４６】
θ＝Ｓｉｎ−１（Ｑλ／Ｐ）  ・・・式（１）
【００４７】
従って、光ヘッド装置１００における光検出器１１２の仕様、各受光エリアの位置に合わせて各波長の光の回折効率および回折角度を調整するとよい。
【００４８】
また、図５は、偏光・ダイクロイックプリズム１１１における光の光路および偏光方向を示す説明図である。図５（ａ）は、光ヘッド装置１００におけるＤＶＤ光、ＣＤ光の往路の光路および偏光方向を示す模式図である。すなわち、偏光・ダイクロイックプリズム１１１にＺ方向に進行する２つの波長の光、すなわちＤＶＤ用の波長λ２の光、ＣＤ用の波長λ３の光がいずれもＳ偏光（本例では、Ｙ軸方向の直線偏光）の光として入射するときの様子を模式的に示している。図５（ａ）に示すように、ＤＶＤ用の波長λ２の光、ＣＤ用の波長λ３の光は、それぞれＹ軸方向の直線偏光の光としてＺ方向に進行しながら偏光・ダイクロイックプリズム１１１の接合面１２１に入射すると、接合面１２１で反射されてＸ方向に偏向される。そして、接合面１２２を透過し、接合面１２３に入射する。接合面１２３に入射すると、接合面１２３で反射されて、最終的にＺ方向に偏向されて出射される。
【００４９】
また、図５（ｂ）は、光ヘッド装置１００におけるＢＤ光の往路の光路および偏光方向を示す模式図である。すなわち、偏光・ダイクロイックプリズム１１１にＺ方向に進行するＢＤ用の波長λ１の光がＳ偏光（本例では、Ｙ軸方向の直線偏光）の光として入射するときの様子を模式的に示している。図５（ｂ）に示すように、ＢＤ用の波長λ１の光は、Ｙ軸方向の直線偏光の光としてＺ方向に進行しながら偏光・ダイクロイックプリズム１１１の接合面１２２に入射すると、接合面１２２で反射されてＸ方向に偏向される。そして、接合面１２３に入射する。接合面１２３に入射すると、接合面１２３で反射されてＺ方向に偏向されて出射される。
【００５０】
また、図５（ｃ）は、光ヘッド装置１００におけるＢＤ光、ＤＶＤ光およびＣＤ光の復路の光路および偏光方向を示す模式図である。すなわち、偏光・ダイクロイックプリズム１１１に−Ｚ方向に進行するＢＤ用の波長λ１の光、ＤＶＤ用の波長λ２の光およびＣＤ用の波長λ３の光が、それぞれＰ偏光（本例では、Ｘ軸方向の直線偏光）の光として入射するときの様子を模式的に示している。図５（ｃ）に示すように、ＢＤ用の波長λ１の光、ＤＶＤ用の波長λ２の光、ＣＤ用の波長λ３の光は、それぞれＸ軸方向の直線偏光の光として−Ｚ方向に進行しながら偏光・ダイクロイックプリズム１１１の接合面１２３に入射すると、接合面１２３を透過して出射される。
【００５１】
偏光・ダイクロイックプリズム１１１において、例えば、接合面１２１は、＋Ｚ方向に向かって入射する少なくとも波長λ２およびλ３のＳ偏光の光を反射させて＋Ｘ方向に偏向させる機能を有していればよい。また、接合面１２２は、＋Ｘ方向に向かって入射する少なくとも波長λ２およびλ３のＳ偏光の光を透過するとともに、＋Ｚ方向に向かって入射する少なくとも波長λ１のＳ偏光の光を反射させて＋Ｘ方向に偏向させる機能を有していればよい。また、接合面１２３は、＋Ｘ方向に向かって入射する少なくとも波長λ１、λ２、λ３のＳ偏光の光を反射させて＋Ｚ方向に偏向させるとともに、−Ｚ方向に向かって入射する少なくとも波長λ１、λ２、λ３のＰ偏光の光を透過する機能を有していればよい。なお、光の進行方向は上記例に限定されない。例えば、Ｘ方向を−Ｘ方向、−Ｘ方向をＸ方向としてもかまわないし、Ｚ方向を−Ｚ方向、−Ｚ方向をＺ方向としてもかまわない。どの方向へ出射または集光する場合であっても往路および復路において３波長とも偏光方向が揃うように各波長の光が出射および集光されればよい。
【００５２】
図６に、本実施形態の偏光・ダイクロイックプリズム１１１の接合面１２１の特性を示す。図６は、偏光・ダイクロイックプリズム１１１の接合面１２１のＳ偏光の光に対する反射率を示すグラフである。図６に示す接合面１２１の特性例では、少なくとも波長６３０ｎｍ〜８１０ｎｍのＳ偏光の光に対する反射率が９５％以上である。なお、計算上は、少なくとも波長６３０ｎｍ〜８１０ｎｍのＳ偏光の光に対する反射率は９９％以上である。なお、図６では、参考までに、波長６４５ｎｍ〜６７５ｎｍ、７６５ｎｍ〜８０５ｎｍにおいて反射率が９５％となる位置に網掛け線を引いている。
【００５３】
図７は、図６に示した接合面１２１を構成する偏光・波長選択性反射層の構成例を示す説明図である。例えば、接合面１２１は、石英ガラス基板等の透明基板の一方の平面に、図７に示すようなＳｉＯ２（屈折率：１．４７）とＴａ２Ｏ５（屈折率：２．２０）を交互に所定の膜厚になるように積層することによって形成できる。なお、図７では、設計波長λ＝４０５ｎｍのときのｎｄを膜厚として示している。
【００５４】
また、図８に、偏光・ダイクロイックプリズム１１１の接合面１２２の特性を示す。なお、図８（ａ）は、接合面１２２のＳ偏光の光に対する透過率を示すグラフであり、図８（ｂ）は、接合面１２２のＳ偏光の光に対する反射率を示すグラフである。図８（ａ），（ｂ）に示す接合面１２２の特性例では、少なくとも波長６３０ｎｍ〜８１０ｎｍのＳ偏光の光に対する透過率が９５％以上であるとともに、少なくとも波長３８５ｎｍ〜４３０ｎｍのＳ偏光の光に対する反射率が９５％以上である。なお、計算上は、波長６３０ｎｍ〜８１０ｎｍのＳ偏光の光に対する透過率は９９％以上であるとともに、波長３８５ｎｍ〜４３０ｎｍのＳ偏光の光に対する反射率は９９％以上である。なお、図８では、参考までに、波長３９７ｎｍ〜４１５ｎｍ、６４５ｎｍ〜６７５ｎｍ、７６５ｎｍ〜８０５ｎｍにおいて透過率が９５％となる位置に網掛け線を引いている。
【００５５】
図９は、図８に示した接合面１２２を構成する偏光・波長選択性反射層の構成例を示す説明図である。例えば、接合面１２２は、石英ガラス基板等の透明基板の一方の平面に、図９に示すようなＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５を交互に所定の膜厚になるように積層することによって形成できる。なお、図９では、設計波長λ＝４０５ｎｍのときのｎｄを膜厚として示している。
【００５６】
また、図１０に、偏光・ダイクロイックプリズム１１１の接合面１２３の特性を示す。図１０（ａ）は、接合面１２３のＰ偏光の光に対する透過率を示すグラフであり、図１０（ｂ）は、接合面１２３のＳ偏光の光に対する反射率を示すグラフである。図１０（ａ），（ｂ）に示す接合面１２３の特性例では、少なくとも波長３８７ｎｍ〜４２５ｎｍ、６３０ｎｍ〜６９０ｎｍ、７６０ｎｍ〜８１０ｎｍのＰ偏光の光に対する透過率が８５％以上であるとともに、少なくとも波長３８５ｎｍ〜４３０ｎｍ、６３０ｎｍ〜６９０ｎｍ、７６０ｎｍ〜８１０ｎｍのＳ偏光の光に対する反射率が８５％以上である。なお、波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍ、６４０ｎｍ〜６８０ｎｍ、７６５ｎｍ〜８１０ｎｍのＰ偏光の光に対する透過率は９５％以上であるとともに、波長３８５ｎｍ〜４３０ｎｍ、６３０ｎｍ〜６８７ｎｍ、７６０ｎｍ〜８１０ｎｍのＳ偏光の光に対する反射率は９５％以上である。なお、図１０では、参考までに、波長３９７ｎｍ〜４１５ｎｍ、６４５ｎｍ〜６７５ｎｍ、７６５ｎｍ〜８０５ｎｍにおいて透過率または反射率が９５％となる位置に網掛け線を引いている。
【００５７】
図１１は、図１０に示した接合面１２３を構成する偏光・波長選択性反射層の構成例を示す説明図である。例えば、接合面１２３は、石英ガラス基板等の透明基板の一方の平面に、図１１に示すようなＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５を交互に所定の膜厚になるように積層することによって形成できる。なお、図１１では、設計波長λ＝４０５ｎｍのときのｎｄを膜厚として示している。
【００５８】
以上のように、本実施形態によれば、ＢＤ光、ＤＶＤ光、ＣＤ光といった３つの異なる波長の光を用いる光ヘッド装置において、ＢＤ光、ＤＶＤ光およびＣＤ光の光路における偏光の組み合わせを工夫することにより、簡易な構成であってもＤＶＤ光およびＣＤ光の往路の光量ロスを少なくできる。また、３つの異なる波長の光を、１つの光検出器１１３で受光する構成とできるので、光ピックアップユニットの小型化や低コスト化が図れる。本実施形態の例でいえば、光検出器１１３と、光源１０１ａ、１０１ｂ、グレーティング素子１０２ａ、偏光・ダイクロイックプリズム１１１とを組み合わせて１つの発光・受光ユニットとして実装すれば、構成の簡易化や、部品点数の削減、組み立て精度の改善を図ることができる。
【００５９】
実施形態２．
次に、本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。図１２は、本発明の第２の実施形態に係る光ヘッド装置の構成例を示す模式図である。図１２に示す光ヘッド装置２００は、第１の実施形態と同様、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤ用の３つの異なる波長の光を用い、それぞれの規格の光ディスクの記録・再生が可能な互換性を有する光ヘッド装置である。
【００６０】
図１２に示すように、本実施形態の光ヘッド装置２００は、光源１０１ａ、１０１ｂと、グレーティング素子１０２ａと、偏光・ダイクロイックプリズム１１２と、光検出器１１３と、偏光ホログラム素子３０と、偏光ビームスプリッタ１０３と、コリメータレンズ１０５と、立ち上げプリズム１０６、１０７と、１／４波長板１０８ａ、１０８ｂと、対物レンズ１０９ａ、１０９ｂとを備えている。なお、本実施形態の光ヘッド装置２００において、光源１０１ａ、グレーティング素子１０２ａ、偏光・ダイクロイックプリズム１１２および光検出器１１３は、１つの発光・受光ユニット９９９として実装されている。
【００６１】
なお、光ヘッド装置２００は、ＢＤ用の光源１０１ｂが、発光・受光ユニット９９９とは別に設けられている点が第１の実施形態の光ヘッド装置１００と比べて大きく異なっている。また、それに伴い、偏光ビームスプリッタ１０３が追加されている点や、偏光ホログラム素子３０の配置位置、偏光・ダイクロイックプリズム１１２の機能が異なっているが、ＢＤ光とＤＶＤ光およびＣＤ光との間で往路および復路の偏光方向を揃えることにより、ＤＶＤ光およびＣＤ光の往路光量ロスを抑えつつ、簡易な構成で集積ユニット化を実現している点は、第１の実施形態と同様である。
【００６２】
なお、図１２では、図１と同様、便宜的にＢＤ用の４０５ｎｍ波長帯の光の軌道を実線、ＤＶＤ用の６６０ｎｍ波長帯およびＣＤ用の７８５ｎｍ波長帯の光の軌道を点線で示している。また、光軸を一点鎖線で示している。以下、第１の実施形態と同じ光学部品については、同じ符号を付し説明を省略する。
【００６３】
光ヘッド装置２００を構成する光学部品について、まず、ＣＤ光／ＤＶＤ光の往路を辿る。本実施形態では、光源１０１ａから、Ｚ方向に発射されたＤＶＤ光およびＣＤ光は、グレーティング素子１０２ａで回折されて３ビームとなり、Ｓ偏光で偏光・ダイクロイックプリズム１１２の接合面１２４に入射する。偏光・ダイクロイックプリズム１１２内では、接合面１２４で反射されＸ方向に偏向され、その後接合面１２５で反射されることにより、Ｚ方向に偏向される。偏光・ダイクロイックプリズム１１２からＺ方向に出射されたＤＶＤ光およびＣＤ光は、偏光ホログラム素子３０を透過し、偏光ビームスプリッタ１０３に入射する。Ｓ偏光のＤＶＤ光およびＣＤ光は、偏光ビームスプリッタ１０３を透過する。そして、コリメータレンズ１０５に入射して略平行光となる。その後、立ち上げプリズム１０６に入射し、立ち上げプリズム１０６によって−Ｘ方向に偏向される。立ち上げプリズム１０６によって−Ｘ方向に偏向されたＤＶＤ光およびＣＤ光は、１／４波長板１０８ａを透過して、対物レンズ１０９ａによって光ディスク１１０ａの情報記録面に集光する。
【００６４】
次に、ＣＤ光／ＤＶＤ光の復路を辿る。光ディスク１１０ａの情報記録面で反射されたＤＶＤ光およびＣＤ光は、往路を逆方向に進む。すなわち、対物レンズ１０９ａおよび１／４波長板１０８ａを透過して、立ち上げプリズム１０６によって−Ｚ方向に偏向される。そして、コリメータレンズ１０５を透過し、偏光ビームスプリッタ１０３に入射する。このときＤＶＤ光およびＣＤ光は、往路および復路で１／４波長板１０８ａを透過したことによりＰ偏光となって、偏光ビームスプリッタ１０３に入射する。偏光ビームスプリッタ１０３では、Ｐ偏光のＤＶＤ光およびＣＤ光を透過する。偏光ビームスプリッタ１０３から−Ｚ方向に出射されたＤＶＤ光およびＣＤ光は、偏光ホログラム素子３０を透過し、偏光・ダイクロイックプリズム１１２に到達する。偏光・ダイクロイックプリズム１１２内では、Ｐ偏光のＤＶＤ光およびＣＤ光は、接合面１２５を透過する。偏光・ダイクロイックプリズム１１２から−Ｚ方向に出射されたＤＶＤ光およびＣＤ光は、図示しないシリンドリカルレンズを透過して、光検出器１１３に到達する。
【００６５】
次に、ＢＤ光の往路を辿る。光源１０１ｂからＺ方向に発射されたＢＤ光は、Ｓ偏光で偏光ビームスプリッタ１０３に入射すると、偏光ビームスプリッタ１０３により反射されてＺ方向に偏向される。偏光ビームスプリッタ１０３からＺ方向に出射されたＢＤ光は、コリメータレンズ１０５に入射して略平行光となる。その後、立ち上げプリズム１０６を透過した後、立ち上げプリズム１０７に入射する。そして、立ち上げミラー１０７により、ディスク面に向かう方向である−Ｘ方向に偏向される。立ち上げプリズム１０７によって−Ｘ方向に偏向されたＢＤ光は、１／４波長板１０８ｂを透過して、対物レンズ１０９ｂによって光ディスク１１０ｂの情報記録面に集光する。
【００６６】
次に、ＢＤ光の復路を辿る。光ディスク１１０ｂの情報記録面で反射されたＢＤ光は往路を逆方向に進む。すなわち、対物レンズ１０９ｂおよび１／４波長板１０８ｂを透過して、立ち上げプリズム１０７によって−Ｚ方向に偏向される。そして、立ち上げプリズム１０６、コリメータレンズ１０５を透過した後、偏光ビームスプリッタ１０３に入射する。このときＢＤ光は、往路および復路で１／４波長板１０８ｂを透過したことによりＰ偏光となって、偏光ビームスプリッタ１０３に入射する。偏光ビームスプリッタ１０３では、Ｐ偏光のＢＤ光を透過する。偏光ビームスプリッタ１０３から−Ｚ方向に出射されたＢＤ光は、偏光ホログラム素子３０に入射する。そして、偏光ホログラム素子３０で回折される。偏光ホログラム素子３０により回折されて出射されたＢＤ光は、偏光・ダイクロイックプリズム１１２に到達する。偏光・ダイクロイックプリズム１１２内では、Ｐ偏光のＢＤ光は、接合面１２５を透過する。偏光・ダイクロイックプリズム１１２から−Ｚ方向に出射されたＢＤ光は、図示しないシリンドリカルレンズを透過して、光検出器１１３に到達する。
【００６７】
本実施形態の光ヘッド装置２００においても、往路および復路の偏光方向が３波長とも揃うように各光学部品を配置している。このため、偏光ホログラム素子３０は、ＤＶＤ光およびＣＤ光の往路を略１００％透過できるものであれば、例えば、波長選択性のないＢＤ用の偏光ホログラム素子を用いてもよい。
【００６８】
図１３は、偏光・ダイクロイックプリズム１１２における光の光路および偏光方向を示す説明図である。図１３（ａ）は、光ヘッド装置２００におけるＤＶＤ光、ＣＤ光の往路の光路および偏光方向を示す模式図である。すなわち、偏光・ダイクロイックプリズム１１２にＺ方向に進行する２つの波長の光、すなわちＤＶＤ用の波長λ２の光、ＣＤ用の波長λ３の光がいずれもＳ偏光（本例では、Ｙ軸方向の直線偏光）の光として入射するときの様子を模式的に示している。図１３（ａ）に示すように、ＤＶＤ用の波長λ２の光、ＣＤ用の波長λ３の光は、それぞれＹ軸方向の直線偏光の光としてＺ方向に進行しながら偏光・ダイクロイックプリズム１１２の接合面１２４に入射すると、接合面１２４で反射されてＸ方向に偏向される。そして、接合面１２５に入射すると、接合面１２５で反射されて、最終的にＺ方向に偏向されて出射される。
【００６９】
また、図１３（ｂ）は、光ヘッド装置２００におけるＢＤ光、ＤＶＤ光およびＣＤ光の復路の光路および偏光方向を示す模式図である。すなわち、偏光・ダイクロイックプリズム１１２に−Ｚ方向に進行するＢＤ用の波長λ１の光、ＤＶＤ用の波長λ２の光およびＣＤ用の波長λ３の光が、それぞれＰ偏光（本例では、Ｘ軸方向の直線偏光）の光として入射するときの様子を模式的に示している。図１３（ｂ）に示すように、ＢＤ用の波長λ１の光、ＤＶＤ用の波長λ２の光、ＣＤ用の波長λ３の光は、それぞれＸ軸方向の直線偏光の光として−Ｚ方向に進行しながら偏光・ダイクロイックプリズム１１２の接合面１２５に入射すると、接合面１２５を透過して出射される。
【００７０】
偏光・ダイクロイックプリズム１１２において、例えば、接合面１２４は、＋Ｚ方向に向かって入射する少なくとも波長λ２およびλ３のＳ偏光の光を反射させて＋Ｘ方向に偏向させる機能を有していればよい。また、接合面１２５は、＋Ｘ方向に向かって入射する少なくとも波長λ２およびλ３のＳ偏光の光を反射させて＋Ｚ方向に偏向させるとともに、−Ｚ方向に向かって入射する少なくとも波長λ１、λ２、λ３のＰ偏光の光を透過する機能を有していればよい。なお、光の進行方向は上記例に限定されない。例えば、Ｘ方向を−Ｘ方向、−Ｘ方向をＸ方向としてもかまわないし、Ｚ方向を−Ｚ方向、−Ｚ方向をＺ方向としてもかまわない。どの方向へ出射または集光する場合であっても往路および復路において３波長とも偏光方向が揃うように各波長の光が出射および集光されればよい。
【００７１】
なお、本実施形態の偏光・ダイクロイックプリズム１１２の接合面１２４として、例えば、第１の実施形態の偏光・ダイクロイックプリズム１１１の接合面１２１と同様の偏光・波長選択性反射層を用いてもよい。また、本実施形態の偏光・ダイクロイックプリズム１１２の接合面１２５として、例えば、第１の実施形態の偏光・ダイクロイックプリズム１１１の接合面１２３と同様の偏光・波長選択性反射層を用いてもよい。なお、接合面１２５に接合面１２３と同様の偏光・波長選択性反射層を用いた場合、Ｓ偏光のＢＤ光に対する反射特性が過剰となるが、特に問題はない。
【００７２】
また、図１４および図１５に、偏光ビームスプリッタ１０３の特性例を示す。図１４（ａ）は、偏光ビームスプリッタ１０３のＳ偏光の光に対する反射率を示すグラフであり、図１４（ｂ）は、偏光ビームスプリッタ１０３のＳ偏光の光に対する透過率を示すグラフであり、図１５は、偏光ビームスプリッタ１０３のＰ偏光の光に対する透過率を示すグラフである。図１４（ａ），（ｂ）および図１５に示す偏光・波長選択性反射層の特性例では、少なくとも波長３８５ｎｍ〜４３０ｎｍのＳ偏光の光に対する反射率が９５％以上であるとともに、少なくとも波長６３０ｎｍ〜６９０ｎｍ、７６０〜８１０ｎｍのＳ偏光の光に対する透過率が９５％以上であり、かつ、少なくとも波長３８５ｎｍ〜４３０ｎｍ、６３０ｎｍ〜６９０ｎｍ、７６０〜８１０ｎｍのＰ偏光の光に対する透過率が９５％以上である。なお、図１４および図１５では、参考までに、波長３９７ｎｍ〜４１５ｎｍ、６４５ｎｍ〜６７５ｎｍ、７６５ｎｍ〜８０５ｎｍにおいて透過率または反射率が９５％となる位置に網掛け線を引いている。
【００７３】
図１６は、図１４および図１５に示した偏光ビームスプリッタ１０３を構成する偏光・波長選択性反射層の構成例を示す説明図である。例えば、偏光ビームスプリッタ１０３のＰＢＳ膜は、石英ガラス基板等の透明基板の一方の平面に、図１６に示すようなＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５を交互に所定の膜厚になるように積層することによって形成できる。なお、図１６では、設計波長λ＝５１０ｎｍのときのｎｄを膜厚として示している。
【００７４】
以上のように、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、ＢＤ光、ＤＶＤ光、ＣＤ光といった３つの異なる波長の光を用いる光ヘッド装置において、ＢＤ光、ＤＶＤ光およびＣＤ光の光路における偏光の組み合わせを工夫することにより、簡易な構成であってもＤＶＤ光およびＣＤ光の往路の光量ロスを少なくできる。また、３つの異なる波長の光を、１つの光検出器１１３で受光する構成とできるので、光ピックアップユニットの小型化や低コスト化が図れる。本実施形態の例でいえば、光検出器１１３と、光源１０１ａ、グレーティング素子１０２ａ、偏光・ダイクロイックプリズム１１２とを組み合わせて１つの発光・受光ユニットとして実装すれば、構成の簡易化や、部品点数の削減、組み立て精度の改善を図ることができる。
【００７５】
実施形態３．
また、３波長レーザを発振する光源１０１ｃを用いればさらに簡易な構成とすることも可能である。図１７は、本発明の第３の実施形態に係る光ヘッド装置の構成例を示す模式図である。図１７に示す光ヘッド装置３００は、第１および第２の実施形態と同様、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤ用の３つの異なる波長の光を用い、それぞれの規格の光ディスクの記録・再生が可能な互換性を有する光ヘッド装置である。
【００７６】
図１７に示すように、本実施形態の光ヘッド装置３００は、光源１０１ｃと、グレーティング素子１０２ａと、偏光・ダイクロイックプリズム１１２’と、光検出器１１３と、偏光ホログラム素子３０と、コリメータレンズ１０５と、立ち上げプリズム１０６、１０７と、１／４波長板１０８ａ、１０８ｂと、対物レンズ１０９ａ、１０９ｂとを備えている。なお、本実施形態の光ヘッド装置３００において、光源１０１ｃ、グレーティング素子１０２ａ、偏光・ダイクロイックプリズム１１２’および光検出器１１３は、１つの発光・受光ユニット９９７として実装されている。
【００７７】
なお、光ヘッド装置３００は、往路における各波長の光をＰ偏光に揃え、復路における各波長の光をＳ偏光に揃えている点で第１および第２の実施形態と異なるが、各波長で偏光方向を備えることにより、ＤＶＤ光およびＣＤ光の往路光量ロスを抑えつつ、簡易な構成で集積ユニット化を実現している点は、第１および第２の実施形態と同様である。
【００７８】
図１８は、偏光・ダイクロイックプリズム１１２’における光の光路および偏光方向を示す説明図である。図１８（ａ）は、光ヘッド装置３００におけるＢＤ光、ＤＶＤ光、ＣＤ光の往路の光路および偏光方向を示す模式図である。すなわち、偏光・ダイクロイックプリズム１１２’にＺ方向に進行する３つの波長の光、すなわちＢＤ用の波長λ１の光、ＤＶＤ用の波長λ２の光、ＣＤ用の波長λ３の光がいずれもＰ偏光（本例では、Ｘ軸方向の直線偏光）の光として入射するときの様子を模式的に示している。図１８（ａ）に示すように、ＢＤ用の波長λ１の光、ＤＶＤ用の波長λ２の光、ＣＤ用の波長λ３の光は、それぞれＸ軸方向の直線偏光の光としてＺ方向に進行しながら偏光・ダイクロイックプリズム１１２’の接合面１２５’に入射すると、接合面１２５’を透過して出射される。
【００７９】
また、図１８（ｂ）は、光ヘッド装置３００におけるＢＤ光、ＤＶＤ光およびＣＤ光の復路の光路および偏光方向を示す模式図である。すなわち、偏光・ダイクロイックプリズム１１２’に−Ｚ方向に進行するＢＤ用の波長λ１の光、ＤＶＤ用の波長λ２の光およびＣＤ用の波長λ３の光が、それぞれＳ偏光（本例では、Ｙ軸方向の直線偏光）の光として入射するときの様子を模式的に示している。図１８（ｂ）に示すように、ＢＤ用の波長λ１の光、ＤＶＤ用の波長λ２の光、ＣＤ用の波長λ３の光は、それぞれＹ軸方向の直線偏光の光として−Ｚ方向に進行しながら偏光・ダイクロイックプリズム１１２’の接合面１２５’に入射すると、接合面１２５’で反射されて−Ｘ方向に偏向される。そして、接合面１２４’に入射すると、接合面１２４’で反射されて、最終的に−Ｚ方向に偏向されて出射される。
【００８０】
偏光・ダイクロイックプリズム１１２’において、例えば、接合面１２４’は、−Ｘ方向に向かって入射する少なくとも波長λ１、λ２およびλ３のＳ偏光の光を反射させて−Ｚ方向に偏向させる機能を有していればよい。また、接合面１２５’は、−Ｚ方向に向かって入射する少なくとも波長λ１、λ２およびλ３のＳ偏光の光を反射させて−Ｘ方向に偏向させるとともに、Ｚ方向に向かって入射する少なくとも波長λ１、λ２およびλ３のＰ偏光の光を透過する機能を有していればよい。なお、光の進行方向は上記例に限定されない。例えば、Ｘ方向を−Ｘ方向、−Ｘ方向をＸ方向としてもかまわないし、Ｚ方向を−Ｚ方向、−Ｚ方向をＺ方向としてもかまわない。どの方向へ出射または集光する場合であっても往路および復路において３波長とも偏光方向が揃うように各波長の光が出射および集光されればよい。
【００８１】
図１９に、本実施形態の偏光・ダイクロイックプリズム１１２’の接合面１２４’の特性を示す。図１９は、偏光・ダイクロイックプリズム１１２’の接合面１２４’のＳ偏光の光に対する反射率を示すグラフである。図１９に示す接合面１２４’の特性例では、少なくとも波長３８５ｎｍ〜４３０ｎｍ、６３０ｎｍ〜８１０ｎｍのＳ偏光の光に対する反射率が９５％以上である。なお、計算上は、少なくとも波長６３０ｎｍ〜８１０ｎｍのＳ偏光の光に対する反射率は９９％以上である。なお、図１９では、参考までに、波長３９７ｎｍ〜４１５ｎｍ、６４５ｎｍ〜６７５ｎｍ、７６５ｎｍ〜８０５ｎｍにおいて反射率が９５％となる位置に網掛け線を引いている。
【００８２】
なお、図２０は、図１９に示した接合面１２４’を構成する偏光・波長選択性反射層の構成例を示す説明図である。例えば、接合面１２４’は、石英ガラス基板等の透明基板の一方の平面に、図２０に示すようなＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５を交互に所定の膜厚になるように積層することによって形成できる。なお、図２０では、設計波長λ＝４０５ｎｍのときのｎｄを膜厚として示している。
【００８３】
なお、接合面１２５’としては、例えば、第１の実施形態の偏光・ダイクロイックプリズム１１１の接合面１２１と同様の偏光・波長選択性反射層を用いてもよい。
【００８４】
以上のように、本実施形態によれば、第１および第２の実施形態と同様に、ＢＤ光、ＤＶＤ光、ＣＤ光といった３つの異なる波長の光を用いる光ヘッド装置において、ＢＤ光、ＤＶＤ光およびＣＤ光の光路における偏光の組み合わせを工夫することにより、簡易な構成であってもＤＶＤ光およびＣＤ光の往路の光量ロスを少なくできる。また、３つの異なる波長の光を、１つの光検出器１１３で受光する構成とできるので、光ピックアップユニットの小型化や低コスト化が図れる。本実施形態の例でいえば、光検出器１１３と、光源１０１ｃ、グレーティング素子１０２ａ、偏光・ダイクロイックプリズム１１２’とを組み合わせて１つの発光・受光ユニットとして実装すれば、構成のさらなる簡易化や、部品点数の削減、組み立て精度の改善を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、ＣＤ、ＤＶＤ、光磁気ディスクやＢＤなどの光ディスクに情報の記録・再生を行う光ヘッド装置の部品点数の削減および小型化のために利用される。
【符号の説明】
【００８６】
１００、２００  光ヘッド装置
１０１ａ、１０１ｂ  光源
１０２ａ  グレーティング素子
１０３  偏光ビームスプリッタ
１１１、１１２、１１２’  偏光・ダイクロイックプリズム
１１３  光検出器
３０  偏光ホログラム素子
１０５  コリメータレンズ
１０６、１０７  立ち上げプリズム
１０８ａ、１０８ｂ  １／４波長板
１０９ａ、１０９ｂ  対物レンズ
９９７、９９８、９９９  発光・受光ユニット
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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