(57)【要約】【課題】光検出器上で信号光と迷光の干渉からなる干渉縞を低減する複数層光ディスク用の光ヘッド装置を提供する。【解決手段】光ディスク１６の情報記録層１６ａから反射された信号光が光検出器１７に到達するまでの光路中に、入射する光を直交する偏光成分ごとに進行方向を異ならせて光検出器１７に重なるように到達させる機能を有する偏光回折素子４０を具備することで、光検出器上の干渉縞を低減することができ、偏光回折素子は複屈折材料層を有し、少なくとも光が入射する光軸と垂直となる平面に対し一つまたは複数の斜平面を有する。【選択図】図１
2009217916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源からの出射光を複数の情報記録層を有する光ディスクの情報記録面上に集光させる対物レンズと、集光されて前記光ディスクの情報記録面によって反射された信号光を検出する複数の受光エリアを有する光検出器とを備える光ヘッド装置であって、
前記光ディスクから前記光検出器へ向かう信号光の光路中に偏光回折素子が配置され、
前記偏光回折素子は、透明基板上に複屈折材料層を設け、
前記複屈折材料層は、少なくとも前記信号光が入射する、前記透明基板面と対向する面が前記透明基板面と平行ではない一つまたは複数の斜平面からなり、
さらに、前記複屈折材料層は前記透明基板面と平行する面内に２つの光学軸を有するとともに、一方の光学軸は、前記複屈折材料層の前記斜平面上で前記透明基板と平行する線の方向と略一致し、
前記偏光回折素子を第１の偏光と前記第１の偏光と直交する第２の偏光とを異なる方向に偏向して出射して前記光検出器面上で一部重なって到達する光ヘッド装置。
【請求項２】
前記偏光回折素子は、前記光学軸に対して略４５°となる偏光方向の光が入射するように配置された請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項３】
前記信号光は、前記斜平面に入射して前記第１の偏光と前記第２の偏光になるとともに、
前記第１の偏光と前記第２の偏光とが前記光検出器の受光エリアを分割する少なくとも一つの境界線と略直交する方向にずれるように偏向されて到達する請求項１または請求項２に記載の光ヘッド装置。
【請求項４】
前記複屈折材料層は、前記透明基板面と対向する面が前記透明基板面と平行ではない複数の斜平面からなり、
少なくとも２つの斜平面の傾斜方向が略同一方向で、傾斜角度が互いに異なる請求項１〜３いずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【請求項５】
前記偏光回折素子は、前記複屈折層上に光学的に等方性な屈折率を示す充填材が充填平坦化されて構成されており、
前記充填材の屈折率は、前記複屈折材料の常光屈折率と異常光屈折率との平均値と略等しい請求項１〜４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、例えばＣＤ、ＤＶＤ等の光記録媒体（以下「光ディスク」という。）、とくに複数層の情報記録層を有する複層光ディスクである「Ｂｌｕ−ｒａｙ」（登録商標：以下ＢＤ）、やＨＤ−ＤＶＤに対して記録再生を行う必要のある光ヘッド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクには、情報記録層が単層の単層光ディスクと、複数層ある複層光ディスクとがある。例えば２層の記録層を有する２層光ディスクに対して情報の記録再生を行うとき、光ディスクで反射されて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（以下、「信号光」という）のみならず、隣接した情報記録層などにより反射された光（以下、「迷光」という）の影響を受ける。複層光ディスクの記録再生を行う光ヘッド装置では、このような異なる記録層から反射される光によるクロストーク成分が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。なお、本明細書では、光ディスクに対する記録若しくは再生、または、記録および再生を総称して「記録再生」と表現する。
【０００３】
図１５に従来の複層光ディスクの記録再生を行う光ヘッド装置における２層光ディスク再生時の光路の模式図を示す。２層光ディスクの光入射面から近い層をＬ１層、遠い層をＬ２層とする。例えば、Ｌ１層を２０２面として再生時に光検出器に受光される光２０６に対し、Ｌ２層を２０１面として反射された光２０４は、その焦点が光２０６より前方に位置する。一方、Ｌ２層を２０２面として再生時に光検出器に受光される光２０６に対し、Ｌ１層を２０３面として反射された光２０５は、その焦点が光２０６より後方に位置する。
【０００４】
Ｌ１層の再生時においてＬ１層（自層）からの戻り光は、回折素子の回折により０次透過光、±１次回折光がそれぞれ光検出器の検出面上に集光される。Ｌ１層を基準として、Ｌ２層（他層）より反射された戻り光は、ビーム径が大きく光密度は低いものの光検出器の検出面上に迷光となって照射されて、Ｌ１層（自層）からの戻り光と光検出器上で干渉を生じる。情報記録層の層間隔や光源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み取り性能が低下する問題を引き起こす。とくに３ビーム法を用いる光ヘッド装置では、信号光のサブビームとなる±１次回折光は光量がメインビームに比べて少ないので、迷光の干渉による影響をより受けやすい。
【０００５】
この対策として、例えば特許文献１に示すような光ヘッド装置が提案されている。これは、図１６に示すようなホログラム素子２１０を光束中に配置し、光ディスクからの戻り光の一部を回折するよう領域２１１回折格子を設けることで、サブビームとなる±１次回折光が光検出器に照射される領域の迷光を取り除くものである。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２０３０９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に示された構成では、ホログラム素子２１０の回折格子の無い領域２１２を透過した光は、高い透過率で光検出器に導かれる。一方、回折格子がある領域２１１を透過した光は回折（以下、「位相格子回折」という）されるので、透過率の低い領域の光が光検出器へ導かれるか光検出器には導かれずに遮光状態となる。このように光検出器の位置を調整すると、光検出器上に到達する光ディスクからの戻り光のうち迷光と信号光とが干渉する領域が小さくなる。しかしながら、回折格子がある領域２１１に入射する戻り光のうち迷光だけではなく信号光も回折してしまうので、回折される信号光が利用されないことから光利用効率が小さくなってしまう問題があった。
【０００８】
また、領域２１１に入射する迷光は回折して光検出器に到達しないように設計されるが、動作温度やホログラム素子の格子の寸法ばらつきなどによって迷光も光検出器に到達して光検出器上で干渉が発生する。さらに、光検出器に導かれる光束中に透過率の高い領域と低い領域の境界が混在すると光束中に光の強度変調が生じ、この強度変調により光が回り込み回折（以下、「強度変調回折」という）する。この強度変調回折により、サブビームの光検出器に光ディスクの他層からの迷光が回り込んで照射されるので、有効に迷光を取り除くことができず、光検出器上で干渉が発生する。これによりトラッキングエラー信号のなど各種信号を制度よく検出できなくなり、光ディスクの記録および再生品質が低下してしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明は、上記問題を解決するために、光源と、前記光源からの出射光を複数の情報記録層を有する光ディスクの情報記録面上に集光させる対物レンズと、集光されて前記光ディスクの情報記録面によって反射された信号光を検出する複数の受光エリアを有する光検出器とを備える光ヘッド装置であって、前記光ディスクから前記光検出器へ向かう信号光の光路中に偏光回折素子が配置され、前記偏光回折素子は、透明基板上に複屈折材料層を設け、前記複屈折材料層は、少なくとも前記信号光が入射する、前記透明基板面と対向する面が前記透明基板面と平行ではない一つまたは複数の斜平面からなり、さらに、前記複屈折材料層は前記透明基板面と平行する面内に２つの光学軸を有するとともに、一方の光学軸は、前記複屈折材料層の前記斜平面上で前記透明基板と平行する線の方向と略一致し、前記偏光回折素子を第１の偏光と前記第１の偏光と直交する第２の偏光とを異なる方向に偏向して出射して前記光検出器面上で一部重なって到達する光ヘッド装置を提供する。
【００１０】
この構成により、複数層光ディスクの所望の情報記録層で反射された信号光と、異なる情報記録層で反射された迷光を直交する偏光成分ごとに光検出器へ向かう進行方向を変えることができるので、信号光と迷光とが干渉して光検出器上に現れる干渉縞を低減させることができる。
【００１１】
また、前記偏光回折素子は、前記光学軸に対して略４５°となる偏光方向の光が入射するように配置された光ヘッド装置を提供する。
【００１２】
この構成により、第１の偏光と第２の偏光の成分がほぼ２分する光量で光検出器に到達するので、干渉縞を効率的に低減させることができる。
【００１３】
また、前記信号光は、前記斜平面に入射して前記第１の偏光と前記第２の偏光になるとともに、前記第１の偏光と前記第２の偏光とが前記光検出器の受光エリアを分割する少なくとも一つの境界線と略直交する方向にずれるように偏向されて到達する上記に記載の光ヘッド装置を提供する。
【００１４】
この構成により、受光エリアの分割領域に到達する光量の差動信号によって生成するエラー信号の精度を効率よく向上させるようにできるため、光ディスクの情報の読み出し品質に優れた光ヘッド装置を実現できる。
【００１５】
また、前記複屈折材料層は、前記透明基板面と対向する面が前記透明基板面と平行ではない複数の斜平面からなり、少なくとも２つの斜平面の傾斜方向が略同一方向で、傾斜角度が互いに異なる上記に記載の光ヘッド装置を提供する。
【００１６】
この構成により、光検出器上の場所によって異なる干渉縞の間隔に合わせるように第１偏光と第２偏光とのずれの程度を調整できるので、干渉縞を大きく低減することができる。なお、斜平面の傾斜方向とは、斜平面上の任意の点から複屈折材料層の厚さの増減が最大となる線を透明基板面に投射した方向と定義する。さらに、傾斜角度は、透明基板面と斜平面とがなす角度と定義する。
【００１７】
また、前記偏光回折素子は、前記複屈折層上に光学的に等方性な屈折率を示す充填材が充填平坦化されて構成されており、前記充填材の屈折率は、前記複屈折材料の常光屈折率と異常光屈折率との平均値と略等しい上記に記載の光ヘッド装置を提供する。
【００１８】
この構成により、偏光回折素子の光学特性を安定化させるだけでなく、偏光回折素子に入射する光の光軸に対して第１の偏光と第２の偏光とが対称なる角度で光検出器へ進行するので、光学系が安定するとともに干渉縞を低減する光ヘッド装置を実現できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、光検出器に集光して到達する信号光の光量を減衰させることなく、さらに、信号光と迷光との干渉による光ディスクの記録および再生の劣化を抑制して高品質な光ヘッド装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態に係る光ヘッド装置１０の概念的な構成を示す図である。光ヘッド装置１０は、所定の波長の光を出射する光源１１と、入射された光を平行光に変換するコリメータレンズ１４ａと、コリメータレンズ１４ａから出射された上記ビームを光ディスク１６の方向に透過させるとともに、光ディスク１６の情報記録面１６ａにより反射されたビームの戻り光を偏向分離して光検出器１７に導くビームスプリッタ１３と、上記ビームを光ディスク１６の情報記録面１６ａに集光する対物レンズ１５と、上記ビームの戻り光を光検出器１７に集光するコリメータレンズ１４ｂ、上記ビームの戻り光を検出する光検出器１７、および、偏光回折素子４０と、を備える。なお、ビームスプリッタ１３と対物レンズ１５との間の光路中に図示しない１／４波長板を備える。また、光ヘッド装置のうちトラッキングエラー補正のために３ビーム法を用いる場合は、光源１１が出射した光の一部を回折させてメインビームと２つのサブビームの３つのビームを生成する回折素子１２を備えてもよい。また、１ビーム法で記録再生を行う場合は、回折素子１２がない光ヘッド装置となる。また、偏光回折素子と光検出器との間にシリンドリカルレンズ１８を配置してもよい。
【００２１】
光源１１は、例えば６５０ｎｍ波長帯の直線偏光の発散光を出射する半導体レーザで構成される。なお、本発明で用いられる光源１１は、６５０ｎｍ波長帯の光に限定されず、例えば４００ｎｍ波長帯の光や７８０ｎｍ波長帯の光、その他の波長帯の光であってもよい。ここで、４００ｎｍ波長帯、波長６５０ｎｍ波長帯および７８０ｎｍ波長帯は、それぞれ、３８５ｎｍ〜４３０ｎｍ、６３０ｎｍ〜６９０ｎｍおよび７６０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲とする。
【００２２】
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。かかる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マウントされた、所謂ハイブリッド型の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リシック型の２波長レーザ光源または３波長レーザ光源でもよい。
【００２３】
光検出器１７では、光ディスク１６の再生する情報記録面１６ａに記録された情報の再生信号、フォーカスエラー信号およびトラッキングエラー信号が検出される。なお、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レンズを光軸方向に制御する図示しないフォーカスサーボと、上記のトラッキングエラー信号に基づいてレンズを光軸にほぼ垂直な方向に制御する図示しないトラッキングサーボとを備える。
【００２４】
光検出器は、１ビーム法と３ビーム法によって設計が異なる。図２では、例として３ビーム法における光検出器の受光エリアおよび信号光到達の模式図を示すものである。２０ｂは、メインビーム用の受光エリアであり、さらに４つの分割領域２１ａ、２１ｂ、２１ｃおよび２１ｄが配置されている。以下、それぞれ領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃおよび領域Ｄとして説明する。また、２０ａ、２０ｃは、それぞれサブビーム用の受光エリアであり、受光エリア２０ａは、さらに２つの分割領域２１ｅおよび２１ｆから構成され、受光エリア２０ｃは、さらに２つの分割領域２１ｇおよび領域２１ｈから構成される。これらの分割領域も、それぞれ領域Ｅ、領域Ｆ、領域Ｇおよび領域Ｈとして説明する。この分割領域は、ディファレンシャル・プッシュプル法（以下、ＤＰＰ法）による各種エラー信号生成に機能するものである。なお、以下、受光エリア２０ａ、２０ｂおよび２０ｃをまとめて受光エリア群という。
【００２５】
図２を用いて、光ディスクから反射される光を検出するとき、トラッキングエラー信号が検出される原理を説明する。反射される信号光は、シリンドリカルレンズを透過して光検出器に到達する。また、シリンドリカルレンズの光軸とメインビームの受光エリアの中心点、つまり２０ｂの十字の境界線の交点が一致するように設置されている。２０ｂのメインビーム用の受光エリアから得られるメインビームのプッシュプル信号をＭＰＰ、２０ａおよび２０ｃから得られるサブビーム用のトラッキングエラー信号をＳＰＰとすると、トラッキングエラー信号（ＴＥ）は、
ＴＥ＝ＭＰＰ−α・ＳＰＰ（α：定数）  ・・・（１）
で表すことができる。なお、領域Ａ〜領域Ｈで検出される光量をそれぞれＡ〜Ｈとして、ＭＰＰおよびＳＰＰは、
ＭＰＰ＝（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）        ・・・（２）
ＳＰＰ＝（Ｅ−Ｆ）＋（Ｇ−Ｈ）        ・・・（３）
で表すことができる。
【００２６】
上記に示すように、トラッキングエラー信号は、領域Ａ〜領域Ｈで検出する光の差分を含む計算式であるため、従来の光ヘッド装置の構成では各領域に到達する光に干渉縞のようなノイズが含まれて、領域Ａ〜領域Ｈの光量を的確に検出することができない。したがって、ノイズが含まれると精度の良いトラッキングエラー信号を生成することができなくなる。このような精度の劣化は、とくに複数の情報記録層を有する光ディスクに対して発生する、信号光と迷光との干渉によって顕著に発現する。
【００２７】
また、図３に例として光ヘッド装置１０に本願発明の偏光回折素子４０を配置しないとき、メインビームの受光エリア２０ｂに到達する光の様子を模式図で示したものである。信号光３１は集光されて受光エリア２０ｂに到達するが、信号光は迷光との位相差の違いにより到達する光の強弱による干渉縞が発生する。
【００２８】
ここで、干渉縞の振幅の最大値と最小値との中間値より高い値の領域を領域３２で示し、該中間値より低い値の領域を領域３３で示す。実際の干渉縞をなす光量の振幅は、到達する光量の大小関係が干渉縞の進行方向に波の形状となって現れる。図３は、干渉縞が生じたときに領域Ａ〜領域Ｄそれぞれに到達する光量が等しい状態を示したが、実際にはこの干渉縞はそれぞれの領域で異なるため、領域Ａ〜領域Ｄそれぞれに到達する光量も時間とともに変化する。
【００２９】
干渉縞の原因は、一つの複数層光ディスク内の複数の情報記録層の距離の分布に依存して発生するものである。図１５の模式図を例にすると、複数層光ディスクにおいて、信号光となる所望の情報記録層Ｌ１に対して迷光となる情報記録層Ｌ２との層間距離は、一つの複数層光ディスク内で数μｍの分布が発生している。この層間距離の変動が大きい部分に対して再生を行うと、光検出器で検出される干渉縞の変動の速度が速くなり、逆に層間距離の変動が小さい部分に対して再生を行うと、干渉縞の変動の速度は遅くなる。また、再生する部分の層間距離が時間的に次第に大きくなる場合、例えば図３でいう干渉縞のうち領域Ａと領域Ｄに現れる干渉縞が光検出器の中心部から、分割領域の境界に対して約４５°の角度をなす円周方向へ時間的に移動し、領域Ｂと領域Ｄに現れる干渉縞が逆に光検出器の中心方向へ移動する。これは、光路中に光軸を合わせてシリンドリカルレンズを配しているので光が集光する領域（方向）と光が発散する領域（方向）があるという現象からなるものである。一方、再生する部分の層間距離が時間的に次第に小さくなる場合、上記の領域においてそれぞれ干渉縞が上記と逆方向に時間的に移動するようになる。
【００３０】
光検出器上に現れる干渉縞の形状について説明する。光ヘッド装置は非点収差法を用いてフォーカスエラー信号を生成するためにシリンドリカルレンズを用いているが、情報記録層Ｌ１からの信号光の非点収差成分と情報記録層Ｌ２からの迷光の収差成分との干渉によって、非点収差成分が主となる。主として非点収差成分の光量の強弱が光検出器に到達するため図３に示すような干渉縞が発現する。また、図３はメインビーム用の受光エリアを示しているが、サブビーム用の受光エリア２０ａ、２０ｃも同様に干渉縞が発生するが、この干渉縞はとくに対称性を有しない。さらに、領域ごとの干渉縞の形状や光量の強弱も異なって現れる。
【００３１】
図４（ａ）に例として領域Ｂの干渉縞を抽出して示し、受光エリア２０ｂの中心点から境界線に対して４５°の角度をなす円周方向の直線Ａ−Ａ´上の光量分布の例を図４（ｂ）に示す。また、図４（ｂ）の点線は、Ａ−Ａ´上の場所による光量の最大値と最小値との中間値を示す。なお、光量の最大値（極大値）および最小値（極小値）は、干渉縞ごとに一致するように模式的に示しているが、とくに干渉縞ごとに異なった場合であってもよい。図４（ｂ）は、複層光ディスクの再生時のある瞬間における光量分布であるが、上記のようにこの干渉縞となる波形の光量分布が点Ａから点Ａ´または、点Ａ´から点Ａへ時間とともに移動する。
【００３２】
干渉縞は、図４では模式的に受光エリアにおいて対称性を有する形状で示したが、実際には後述の要因により干渉縞の形状や時間的な変化などに対称性を有さない場合が多い。また、上記のようにサブビームの受光エリアに現れる干渉縞はとくに対称性を有さない。図５に対称性を有さない干渉縞の分布をメインビームの受光エリア２０ｂを例として、領域Ａ〜領域Ｄそれぞれの領域の干渉縞、つまり合計する各領域の光量が異なる様子を示す。上記のように干渉縞は、光ディスクの再生時に情報記録層のピットに対して同一条件の入射光となった場合においても、隣り合う情報記録層との層間距離のばらつきによって領域Ａ〜領域Ｄに到達する光量も時間的に変動する。さらにシリンドリカルレンズなど光ディスクを反射した光の光路中の光学素子の光学特性によって、４つの領域の干渉縞の分布が時間的に異なるため、干渉縞の形状は対称性を有さない場合が多い。
【００３３】
このように領域ごとに到達する光量が異なるだけでなく、時間とともにその光量分布が複雑に変化すると、式（２）および式（３）のように差分の信号をもとに式（１）のように検知するトラッキングエラー信号を精度よく生成できなくなる。このため、後述する本願発明の第１の実施形態の偏光回折素子４０を配置することで、ノイズとなる干渉縞成分を低減し、トラッキングエラーをはじめとする各種エラー信号を精度よく生成することができる。なお、偏光回折素子は、入射する光を偏向成分ごとに異なる方向へ偏向分離できるもので、回折を発現するものであったり、屈折を発現するものであったりしてもよい。
【００３４】
図６（ａ）、図６（ｂ）および図６（ｃ）に第１の実施形態にかかる偏光回折素子４０の模式図を示す。図６（ａ）は、平面模式図であり、一点鎖線Ｂ−Ｂ´の断面模式図を図６（ｂ）、一点鎖線Ｃ−Ｃ´の断面模式図を図６（ｃ）にそれぞれ示す。
【００３５】
偏光回折素子４０は、透明基板４１ａ上に配向膜４２を積層し、その上面に複屈折材料層４３を積層し、充填材４４で充填平坦化され、その上面に透明基板４１ｂが積層される構造である。Ｂ−Ｂ´の断面において、複屈折材料層４３と充填材４４との境界線は、透明基板４１ａとは平行ではない一本の斜めの直線となる。一方、Ｃ−Ｃ´の断面において、複屈折材料層４３と充填材４４との境界線は、透明基板４１ａと平行な直線となる。また、複屈折材料層４３は、高分子液晶からなって配向膜４２によって配向されている。配向方向は、図４（ａ）において、液晶分子がＸ方向またはＹ方向に平行になるように配向されており、Ｘ方向またはＹ方向の偏光に対して常光屈折率または異常光屈折率のいずれかとなるようにする。なお、複屈折材料層を構成する材料は高分子液晶に限らず、水晶やＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）のような複屈折のある単結晶を加工したり、複屈折性のある樹脂フィルムを加工したり、樹脂の射出成型品により作製してもよい。なお、配向膜は作製のプロセスで必要になる場合もあるが、複屈折材料を加工する場合は配さなくてもよい。
【００３６】
上記のような偏光回折素子４０に対して、入射させる光の偏光方向は、図６（ａ）の４７ａまたは４７ｂに示すようにＸ軸またはＹ軸に対して略４５°の角度となるようにする。つまり、複屈折材料層４３の常光屈折率または異常光屈折率となる偏光方向である光学軸に対して略４５°となるようにする。なお、ここで略４５°は、４５°±５°の範囲とする。
【００３７】
ここで、複屈折材料層４３の常光屈折率をｎｏ、異常光屈折率をｎｅとし、等方性媒質である充填材層４４の屈折率をｎｓとし、屈折率ｎｓ＝（ｎｅ＋ｎｏ）／２となるように設定する。また、配向方向をＹ方向としてＹ方向を異常光屈折率となる方向とする。図７（ａ）に示すようにＸ軸方向に振動する直線偏光の成分をＳ偏光とし、Ｙ軸方向に振動する直線偏光の成分をＰ偏光と定義すると、Ｚ方向に進行する光のうち、Ｓ偏光は複屈折材料層４３で常光屈折率を感じるので、−Ｘ方向に偏向され、一方、Ｐ偏光は複屈折材料層４３で異常光屈折率を感じるので、＋Ｘ方向に偏向される。ここで、入射する直線偏光は略４５°であるので、Ｓ偏光とＰ偏光の成分がそれぞれ同じ光量となって出射する。また、偏向（回折）角度を小さくするためには格子ピッチを大きくすればよく、光検出器上で重ねて到達させるような格子ピッチで設計するとよい。また、ブレーズ構造の高さは、使用する複屈折材料に対して入射する光のうち、常光となる偏光成分の光と異常光となる偏光成分の光との光路差が最大となる値、またはその高さの整数倍となるようにする。上記のようにｎｓ＝（ｎｅ＋ｎｏ）／２の構成であれば、最大となる光路差がλの整数倍となるようにブレーズの高さを設定するとＳ偏光とＰ偏光とが光軸に対して同じ角度をなして互いに分離する方向に高い効率で回折する。
【００３８】
また、図６（ｂ）に示す偏光回折素子の断面図からも、ブレーズ形状が複数の周期的な構造となっていないため、Ｓ偏光とＰ偏光とが分離される角度を小さくすることができる。なお、図６（ｂ）では複屈折材料層４３を楔形状の層構造としたが、断面が階段状となるバイナリブレーズ形状であってもよい。断面の傾斜形状にも依存するが、Ｓ偏光とＰ偏光の各成分が偏向分離する角度αは１°以下であり、例えば０．０５°というように僅かに偏向分離角度をずらすという機能を実現するものである。なお、角度α（＝２θ）は、偏光回折素子と光検出器との距離に依存するがいずれも光検出器上で分離された光が重なって到達するように設定する。偏光回折素子４０に図６（ａ）の４７ａまたは４７ｂの方向に振動する直線偏光の光がＺ方向から入射すると、このＳ偏光とＰ偏光の光量がほぼ等しく分離されるので、光検出器上で発現する干渉縞の抑制がしやすくなる。
【００３９】
図７（ｂ）に偏光回折素子４０を出射して光検出器に照射される光の様子を示す。例として受光エリア２０ｂを示したが、２０ａおよび２０ｃに照射される光おいても同じように分離して到達する。光はＳ偏光とＰ偏光の成分に分離され、Ｓ偏光は、領域５１の点線の照射領域で到達し、Ｐ偏光は領域５２の実線の照射領域で到達する。このように受光エリアの境界線に対して、Ｓ偏光とＰ偏光の照射領域のずれの方向が直交するように偏光回折素子を配置する。
【００４０】
図７（ｂ）のように偏光状態によって照射領域がずれて光検出器に到達するそれぞれの偏光成分の光の干渉縞について図８を用いて説明する。図８（ａ）は、Ｓ偏光で到達する様子、図８（ｂ）はＰ偏光で到達する信号光の干渉縞の様子を受光エリア２０ｂの領域Ｂについて示す模式図である。また、干渉縞の振幅の最大値と最小値の中間値より高い値の領域を領域６２、領域７２で示し、該中間値より低い値の領域を領域６３、領域７３で示す。
【００４１】
図７（ａ）および図７（ｂ）に示すようにＳ偏光は−Ｘ方向にずれるとともにＰ偏光は＋Ｘ方向にずれて到達するので、領域Ｂに到達する信号光の照射領域は偏光成分ごとに異なる。受光エリア２０ｂの中心点を点Ｄとして、領域ＢのＸ軸方向に対して４５°の角度をなす直線を引いてＰ偏光の信号光７１の照射領域の境界と交差する点を点Ｄ´とする。
図８（ｃ）にＤ−Ｄ´上にＳ偏光とＰ偏光で到達する光量の分布図を示す。Ｓ偏光の分布を図８（ｃ）の実線で示し、Ｐ偏光の分布を図８（ｃ）の点線で示す。図８（ｄ）に、このＤ−Ｄ´上に到達する合計の光量、つまり図８（ｃ）のＳ偏光とＰ偏光とを重ねたときの合計の光量の分布図を実線で示す。また、図８（ｄ）に、偏光回折素子４０を挿入しないときの光量の分布を一点鎖線で示して比較している。なお、点線は、Ｄ−Ｄ´上の場所における光量の最大値と最小値との中間値を示す。
【００４２】
このように偏光分離して偏光成分ごとにずれて到達させることによって、図８（ｄ）の実線に示すような光量の分布とり、これによって少なくとも偏光分離せずに到達させる場合に、干渉縞の原因となる光量の強弱を小さくする方向にはたらくので、干渉縞を抑制することが可能となる。したがって、トラッキングエラー信号などのエラー信号を生成する精度が向上し、再生品質が向上する。
【００４３】
偏光回折素子によって偏光分離させる方向は、受光エリア２０ａのように２つの分割領域からなる場合は、共有する分割領域の境界に対して直交する方向に２つの偏光成分がずれるように偏光回折素子を設置するとよい。このことによって、分割領域をまたいで干渉縞を低減させるようにできるので、生成する領域の差分からなるエラー信号のノイズを効果的に低減できる。
【００４４】
（第２の実施の形態）
図９（ａ）に、第１の実施形態と同様に入射する光を２つの偏光成分ごとに偏向分離する第２の実施形態を示す。偏光回折素子５３は、複屈折材料層５５と等方性の充填材層５４からなり、断面（Ｘ−Ｚ面）がブレーズ形状となっており、長手方向がＹ軸方向に平行する構造をなしている。ブレーズ形状は周期的な形状となっていると好ましい。複屈折材料は例えば、高分子液晶からなり、Ｙ軸方向に平行に配向されているものとする。また、充填材層５４の屈折率ｎｓは、高分子液晶の異常光屈折率ｎｅとほぼ等しい屈折率で構成されているものとする。このとき最大となる光路差がλの整数倍となるようにブレーズの高さを設定する。
【００４５】
偏光回折素子５３に対してＺ方向に平行に進行し、Ｘ−Ｙ平面においてＸ軸に対して略４５°の方向に振動する直線偏光が入射すると、Ｐ偏光は、充填材層５４と複屈折材料層５５との界面では屈折率の変化を感じずに直進透過して、図９（ｂ）の５２の照射領域で到達する。一方、Ｓ偏光は、これらの界面で屈折率の変化を感じて回折角αで−Ｘ方向に回折して、５１の照射領域で到達する。このように偏向分離して光検出器の受光エリア上で偏光成分ごとに僅かにずらして重ねて照射させることによって、第１の実施形態と同様に信号光の干渉縞の原因となる光量の強弱を低減させることができる。また、断面が周期的なブレーズ形状である偏光回折素子の他の構成として、充填材層５４の屈折率ｎｓを高分子液晶のｎｅとｎｏとの平均屈折率としてもよい。このとき、最大となる光路差がλの整数倍となるようにブレーズの高さを設定することでＳ偏光とＰ偏光を入射光の進行方向を軸に対称となる方向に回折させてもよい。このようにｎｓ≒（ｎｅ＋ｎｏ）／２とした場合、ｎｓ≒ｎｅに対してブレーズの高さは約２倍となる。
【００４６】
（第３の実施形態）
第１の実施形態および第２の実施形態では、入射する光を２つの偏光成分に分けて偏向分離したが、第３の実施形態では、光が入射する場所によって偏向分離する方向が異なる偏光回折素子の形態について説明する。図１０（ａ）に光ディスクから反射された光が入射する方向からの偏光回折素子８０の模式図を示す。偏光回折素子８０は、複屈折材料層８３が含まれ、この複屈折材料層８３は４つの領域に分割される。この４つの領域である、領域８３ａ、領域８３ｂ、領域８３ｃおよび領域８３ｄは、２つの対角線によって領域を分割して設定される。また、偏光回折素子８０に入射する直線偏光の偏光方向は、この境界線のいずれかに平行するとともにＸ軸（またはＹ軸）に対して略４５°の角度をなす８７ａまたは８７ｂで示される方向とする。
【００４７】
図１０（ｂ）に４つの領域に分割された複屈折材料層８３の模式的な斜視図を示す。領域８３ａ、領域８３ｂ、領域８３ｃおよび領域８３ｄは、それぞれ傾斜を有しており、領域ごとに傾斜する方向が異なる。具体的に、領域８３ｃではＸ方向に傾斜し、領域８３ｂではＹ方向に傾斜する。このように、傾斜方向は他の分割領域に接しない境界の方向に平行であり、光検出器の受光エリアの境界に対して略直交する方向に傾斜していればよい。
【００４８】
図１０（ｃ）に偏光回折素子８０のＹ方向からみた側面図を示す。透明基板８１ａ上に配向膜８２を積層し、その上面に複屈折材料層８３を積層し、充填材層８４で充填平坦化され、その上面に透明基板８１ｂが積層される構造である。複屈折材料層８３は、高分子液晶からなっており配向膜８２によって配向されている。配向方向は、例えば、領域８３ａおよび領域８３ｃはＹ方向、領域８３ｂおよび領域８３ｄはＸ方向となるように、図１０（ａ）でいう点対称となる領域の配向方向を一致させ、境界線を共有して隣接する領域とは配向方向は直交させるようにする。等方性材料となる充填材層８４の屈折率ｎｓは第１の実施形態のように高分子液晶の常光屈折率ｎｏと異常光屈折率ｎｅとの中間の値となるように設定する。なお、傾斜方向は側面から見て右下がりとなっているが、これに限らず左下がりであってもよい。
【００４９】
図１１に偏光回折素子８０の光軸とメインビームの受光エリア２０ｂの中心点とを一致させ、これらのＸ軸およびＹ軸を一致させたときに、照射される信号光の領域を模式的に示す。第１の実施形態の図７のように、偏光方向の成分によって進行する方向が異なり、Ｓ偏光は点線で囲った領域（例えば領域８８）で照射され、一方Ｐ偏光は実線で囲った領域（例えば領域８９）で照射される。このようにすることで、受光エリア２０ｂの領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃおよび領域Ｄの干渉縞を効果的に低減させることができる。また、メインビームの受光エリアだけでなく、サブビームの受光エリアにおいても同様の効果が得られる。
【００５０】
（第４の実施形態）
第４の実施形態は、第１の実施形態における複屈折材料層の傾斜を２段階にしたものである。図１２（ａ）、図１２（ｂ）および図１２（ｃ）に第４の実施形態にかかる偏光回折素子９０の模式図を示す。図１２（ａ）は、平面模式図であり、図１２（ｂ）は斜視図であり、図１２（ｃ）は、一点鎖線Ｅ−Ｅ´の断面模式図をそれぞれ示す。
【００５１】
複屈折材料層９３は２つの領域である、領域９３ａおよび領域９３ｂに分割される。分割される境界は、複屈折材料層９３と充填材層９４との境界の傾斜方向に対して直交する方向となればよい。図１２（ｂ）では、傾斜方向はＸ方向であり、領域９３ａと領域９３ｂとの境界線はＹ方向としている。また、Ｚ方向に進行する直線偏光の振動方向はＸ軸（またはＹ軸）に対して略４５°の角度をなす９７ａまたは９７ｂの方向となるように設定する。
【００５２】
図１２（ｃ）に偏光回折素子９０の断面図を示す。透明基板９１ａ上に配向膜９２を積層し、その上面に複屈折材料層９３を積層し、充填材層９４で充填平坦化され、その上面に透明基板９１ｂが積層される構造である。複屈折材料層９３は、高分子液晶からなっており配向膜９２によって配向されている。配向方向は、例えば、Ｙ方向に平行となるようにする。等方性材料となる充填材層９４の屈折率ｎｓは第１の実施形態のように高分子液晶の常光屈折率ｎｏと異常光屈折率ｎｅとの中間の値となるように設定する。
【００５３】
Ｚ方向から光が入射すると前述のようにＳ偏光成分とＰ偏光成分とが偏向分離されて重ねられた形で図示しない光検出器の受光エリアに照射される。また、領域９３ａと領域９３ｂを設けることで、入射する領域によってＰ偏光の進行方向とＳ偏光の進行方向との角度を異ならせることができる。干渉縞は信号光の円の中心部から円周方向に向かう直線上で強弱の周期は異なるので、この周期に合わせて複屈折材料層の傾斜を調整することで、Ｐ偏光とＳ偏光とが重なって受光エリアに到達して、光量の強弱を大きく低減できる（相殺する）ように調整ができる。第４の実施形態にかかる偏光回折素子は、トラッキングエラー信号などのエラー信号をさらに精度よく生成することができ、再生品質を向上することができる。
【００５４】
（第５の実施形態）
第５の実施形態は、第４の実施形態における複屈折材料層の傾斜の異なる領域を設ける別の例である。図１３（ａ）は、平面模式図であり、図１３（ｂ）は斜視図であり、図１３（ｃ）は、一点鎖線Ｆ−Ｆ´の断面模式図をそれぞれ示す。
【００５５】
複屈折材料層１０３は２つの領域である、領域１０３ａおよび領域１０３ｂに分割される。分割される境界は、複屈折材料層１０３と充填材層１０４との境界の傾斜方向に対して平行する方向としているが、これに限らない。図１３（ｂ）では、傾斜方向はＸ方向であり、領域１０３ａと領域１０３ｂとの境界線もＸ方向としている。また、Ｚ方向に進行する直線偏光の振動方向はＸ軸（またはＹ軸）に対して略４５°の角度をなす１０７ａまたは１０７ｂの方向となるように設定する。
【００５６】
図１３（ｃ）に偏光回折素子１００の断面図を示す。透明基板１０１ａ上に配向膜１０２を積層し、その上面に複屈折材料層１０３を積層し、充填材層１０４で充填平坦化され、その上面に透明基板１０１ｂが積層される構造である。複屈折材料層１０３は、高分子液晶からなっており配向膜１０２によって配向されている。配向方向は、例えば、Ｙ方向に平行となるようにする。等方性材料となる充填材層９４の屈折率ｎｓは第１の実施形態のように高分子液晶の常光屈折率ｎｏと異常光屈折率ｎｅとの中間の値となるように設定する。
【００５７】
Ｚ方向から光が入射すると前述のようにＳ偏光成分とＰ偏光成分とが偏向分離されて重ねられた形で図示しない光検出器の受光エリアに照射される。また、領域１０３ａと領域１０３ｂを設けることで、入射する領域によってＰ偏光の進行方向とＳ偏光の進行方向と角度を異ならせることができる。干渉縞は信号光の円の中心部から円周方向に向かう直線上で強弱の周期は異なるので、この周期に合わせて複屈折材料層の傾斜を調整することで、Ｐ偏光とＳ偏光とが重なって受光エリアに到達して、光量の強弱を大きく低減できるように調整ができる。
【００５８】
第５の実施形態では、傾斜が異なる２つの領域を有する偏光回折素子を示したが、例えば、第３の実施形態の偏光回折素子と組合せて、傾斜の異なる２つの領域をセットにしてそのセットを複数構成してもよい。
【００５９】
（実施例）
図１４を用いて液晶回折素子の作製方法を説明する。図１４（ａ）は作製の過程の一部を示した模式的断面図であり、図１４（ｂ）は作製した液晶回折素子の断面模式図を示す。厚さ０．５２５ｎｍの石英ガラス基板４１ａ上にポリイミドを塗布し、ラビングすることで配向膜４２を形成する。配向膜４２上に８μｍの図示しないスペーサを散布する。さらに同様の方法で図示しないもう一枚の石英ガラス基板にも配向膜を塗布し、さらに配向膜上に離型剤を塗布して離型基板を作製した。石英ガラス基板４１ａの配向膜４２面と上記離型基板の離型剤を塗布した面を配向方向が同一となるように対向させて重ね合わせる。
【００６０】
図示しない液晶注入口から液晶性モノマーを注入し、紫外線で硬化させた。離型基板を離型することで図１４（ａ）に示すように厚さが均一な高分子液晶層４３を形成した。高分子液晶層４３上にレジストを塗布し、配向方向に直交する方向（Ｘ方向）に傾斜するようにパターニングを行った。その後、エッチングによってレジスト４５の形状と高分子液晶層４３に転写することで層に傾斜を有する高分子液晶層を形成した。また、このとき図１４（ａ）に示す傾斜のＸ成分の幅であるピッチを約２ｍｍとした。なお、高分子液晶層には異常光屈折率と常光屈折率との差（＝Δｎ）が０．１となる材料を使用した。
【００６１】
厚さ０．５２５ｎｍの石英ガラス基板を、４１ｂをエッチング後の高分子液晶層４３と接着剤となる充填材を滴下して重ね合わせ、３０００ｒｐｍで回転させて充填材によって充填平行化し、紫外線硬化することで充填材層４４を形成した。このとき、充填材層４４の屈折率は４０５ｎｍの光に対して複屈折材料層（高分子液晶層）４３の常光屈折率と異常光屈折率との中間の値となるようにした。
【００６２】
作製した光学素子をダイシングソーにて約５ｍｍ×５ｍｍの形状に切断した。この素子に対して６３３ｎｍにおいて波面収差を測定したところ、２５ｍλｒｍｓ以下の残留収差となり、光学素子として使用できることが確認できた。本素子を光ヘッド装置１０に示すように、４０５ｎｍの光源を用いて、偏光ビームスプリッタ１３を反射した戻り光の光路中である偏光回折素子４０に、光検出器の受光エリアの差分信号を生成する２つの領域の境界線に対して直交する方向に２つの成分の光の進行方向が分離するように設置することで、複数層光ディスクの信号読み出し時に発生するノイズが低減し、良好な差分制御信号を生成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】光ヘッド装置の概念的構成図。
【図２】光検出器の受光エリアおよび受光エリアに到達する信号光の様子を示す模式図。
【図３】光検出器の受光エリアに到達する光の強度分布を示す模式図。
【図４】領域Ｂに到達する光の強度分布を示す模式図およびＡ−Ａ´上の光量分布例。
【図５】光検出器の受光エリアに到達する光の強度分布を示す模式図（対称性なし）。
【図６】第１の実施形態にかかる偏光回折素子の平面模式図および断面模式図。
【図７】第１の実施形態にかかる偏光回折素子を出射する光の到達方向および到達領域を示す模式図。
【図８】第１の実施形態にかかる偏光回折素子を出射する偏光成分ごとの光の強度分布およびＤ−Ｄ´上の合計光量分布例。
【図９】第２の実施形態にかかる偏光回折素子を出射する光の到達方向および到達領域を示す模式図。
【図１０】第３の実施形態にかかる偏光回折素子の平面模式図および断面模式図。
【図１１】第３の実施形態にかかる偏光回折素子を出射する光の到達領域を示す模式図。
【図１２】第４の実施形態にかかる偏光回折素子の平面模式図および断面模式図。
【図１３】第５の実施形態にかかる偏光回折素子の平面模式図および断面模式図。
【図１４】第１の実施形態にかかる偏光回折素子の作製過程を示す断面模式図。
【図１５】２層光ディスク再生時の光路模式図
【図１６】回折素子の平面模式図（従来例）
【符号の説明】
【００６４】
１０  光ヘッド装置
１１  光源
１２  回折素子
１３  ビームスプリッタ
１４ａ、１４ｂ  コリメータレンズ
１５  対物レンズ
１６  光ディスク
１６ａ  情報記録面
１７  光検出器
１８  シリンドリカルレンズ
２０ａ、２０ｃ  受光エリア（サブビーム）
２０ｂ  受光エリア（メインビーム）
２１ａ  領域Ａ
２１ｂ  領域Ｂ
２１ｃ  領域Ｃ
２１ｄ  領域Ｄ
２１ｅ  領域Ｅ
２１ｆ  領域Ｆ
２１ｇ  領域Ｇ
２１ｈ  領域Ｈ
２２  メインビーム（信号光）
２３  サブビーム（信号光）
３１、３４  信号光の到達領域
３２、３５  平均到達光量より大きい光量で到達する領域
３３、３６  平均到達光量より小さい光量で到達する領域
４０、５３、８０、９０、１００  偏光回折素子
４１ａ、４１ｂ、８１ａ、８１ｂ、９１ａ、９１ｂ，１０１ａ、１０１ｂ  透明基板
４２、８２、９２、１０２  配向膜
４３、５５、８３、９３、１０３  複屈折材料層
４４、５４、８４、９４、１０４  充填材層
４５  レジスト
４７ａ、４７ｂ、８７ａ、８７ｂ，９７ａ、９７ｂ、１０７ａ、１０７ｂ  入射光の偏光方向
５１、８８  Ｓ偏光で受光エリアに到達する領域
５２、８９  Ｐ偏光で受光エリアに到達する領域
６１  信号光の到達領域（Ｓ偏光）
６２  平均到達光量より大きい光量で到達する領域（Ｓ偏光）
６３  平均到達光量より小さい光量で到達する領域（Ｓ偏光）
７１  信号光の到達領域（Ｐ偏光）
７２  平均到達光量より大きい光量で到達する領域（Ｐ偏光）
７３  平均到達光量より小さい光量で到達する領域（Ｐ偏光）
８３ａ、８３ｂ、８３ｃ、８４ｄ、９３ａ、９３ｂ、１０３ａ、１０３ｂ  複屈折材料層の分割領域
２０１、２０２、２０３  光ディスクの層
２０４、２０５、２０６  光ディスクから反射される光
２１０  従来のホログラム素子
２１１  回折格子
２１２  回折格子の無い領域
【図１】
2009217916.tif 000003
【図２】
2009217916.tif 000004
【図３】
2009217916.tif 000005
【図４】
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【図５】
2009217916.tif 000007
【図６】
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【図７】
2009217916.tif 000009
【図８】
2009217916.tif 000010
【図９】
2009217916.tif 000011
【図１０】
2009217916.tif 000012
【図１１】
2009217916.tif 000013
【図１２】
2009217916.tif 000014
【図１３】
2009217916.tif 000015
【図１４】
2009217916.tif 000016
【図１５】
2009217916.tif 000017
【図１６】
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