(57)【要約】【課題】特定の波長の光に対して光路を切り替えて複数の光ディスクを記録再生する光ヘッド装置を提供する。【解決手段】液晶層に電圧を印加または非印加することで光の透過状態と偏向状態など、進行経路を切り替える偏向素子２０を配置し、偏向した光をミラー１４ｂで反射させて光ディスク１６ｂへ進行させる。また、偏向素子２０を透過した光を１４ａで反射させて光ディスク１６ａへ進行させることによって、入射偏光状態に依存せず、同じ波長の光を使用して規格の異なる光ディスクごとに良好な集光特性が得られる。【選択図】図１
2009217915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの単一波長の光を出射する光源と、
前記光源から出射した光を偏向分離するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタから出射した光を第１の光記録媒体へ導く第１の光路と、前記第１の光路と異なって第２の光記録媒体へ導く第２の光路と、に切り替える偏向素子と、
前記偏向素子に電圧を印加する電圧制御装置と、
前記第１の光記録媒体上に集光させる第１の対物レンズと、
前記第２の光記録媒体上に集光させる第２の対物レンズと、
前記第１の光記録媒体および前記第２の光記録媒体から反射された光を検出する光検出器と、を備える光ヘッド装置であって、
前記第１の光路中に第１のミラーを備えるとともに、前記第２の光路中に第２のミラーを備え、
前記偏向素子は、平行に配置された１対の透明基板の対向するいずれか一方の面に設けられた回折格子と、前記回折格子と対向する前記透明基板によって液晶を挟持するとともに前記液晶に電圧を印加するための透明電極と、を備える液晶層が２層積層されてなり、
さらに前記偏向素子は、２層の前記液晶層の液晶分子の配向方向が面方向に略平行に配向した状態では、一方の前記液晶層の液晶分子の配向方向が他方の前記液晶層の液晶分子の配向方向と略直交するように配置され、電圧の印加状態によって面方向に略平行の配向状態と面方向に略垂直の配向状態と、に切り替えられる光ヘッド装置。
【請求項２】
前記回折格子を形成する光学的に等方性となる回折格子部材の屈折率ｎｓが前記液晶の常光屈折率ｎｏと略等しい請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項３】
前記回折格子の断面形状がブレーズ形状である請求項１または請求項２に記載の光ヘッド装置。
【請求項４】
前記第１のミラーは、少なくとも２種類の屈折率の異なる材料からなる膜が平行に積層された誘電体多層膜からなって、前記第１の光路の光および前記第２の光路の光が前記誘電体多層膜の積層方向に対して斜め方向から入射して、前記第１の光路の光を反射し、前記第２の光路の光を直進透過する入射角依存ミラーである請求項１〜３いずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【請求項５】
前記第１のミラーと前記第１の対物レンズとの間の前記第１の光路中に光の進行方向を変える光路補正素子を備える請求項１〜４いずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【請求項６】
前記光源は、少なくとも第１の波長λ１の光と前記波長λ１の光と異なる第２の波長λ２の光を出射し、
前記偏向素子と前記第１のミラーとの間の第１の光路中および第２の光路中にそれぞれの光の進行方向に対して斜め方向にダイクロイックミラーを配し、
前記ダイクロイックミラーは、前記第１の光路および前記第２の光路の光が、前記波長λ１の光であるとき直進透過させ、前記波長λ２の光であるとき反射させる請求項１〜５いずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【請求項７】
前記光源は、前記λ１の光、前記λ２の光、前記λ１および前記λ２と異なる第３の波長λ３の光を出射し、
前記ダイクロイックミラーは、前記第１の光路および前記第２の光路で入射する光が、前記λ３の光であるとき反射させる請求項６に記載の光ヘッド装置。
【請求項８】
前記λ１は４０５ｎｍ波長帯、前記λ２は６６０ｎｍ波長帯、前記λ３は７８５ｎｍ波長帯である請求項７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）、ＨＤ−ＤＶＤなどの高密度光記録媒体に情報の記録および再生を行う光ヘッド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、ＢＤ、ＨＤ−ＤＶＤなどの高密度光記録媒体（以下、「光ディスク」という）に情報の記録および再生を行う光ヘッド装置が挙げられる。光ヘッド装置において、半導体レーザからの出射光はレンズにより光記録媒体上に集光され、集光された出射光は光記録媒体で反射され戻り光となる。この戻り光となった出射光はビームスプリッタによって受光素子に導かれ、光記録媒体上の情報が電気信号に変換される。
【０００３】
このように光ヘッド装置において、それぞれの光ディスクに照射する光の波長が異なるなど、規格が異なる光ディスクへの互換が可能な光ヘッド装置のニーズが高くなっている。さらに高密度光記録媒体は４０５ｎｍ波長帯のレーザ光を使用するが、同じ波長帯でもＢＤとＨＤ−ＤＶＤとでは記録媒体のカバー厚が異なることで、開口制御機構や集光機構を有する光学素子をこれらの規格に共通して使用する場合に制限が多い。
【０００４】
これらＢＤ／ＨＤ−ＤＶＤ、ＤＶＤ、ＣＤを再生または記録（以下、「記録・再生」という）できる光ヘッド装置は少ない光学部品で構成できるような小型化が要求されている。これに対して、特許文献１および特許文献２では、ＢＤ／ＨＤ−ＤＶＤ互換を目的として同じ波長帯の光をコレステリック相液晶による光分岐特性より、円偏光の回転方向を変化させて透過と反射とを切り替える光ヘッド装置が報告されている。また、他の形態として、特許文献３では、光を分岐させる光学素子としてポリマー分散液晶を用いたスイッチングミラーによって透過と反射とを電圧を印加することで直接、入射光を透過と反射とを切り替える光ヘッド装置が報告されている。さらに、特許文献４では、偏光変換素子によってｓ偏光とｐ偏光とを切り替えて偏光ビームスプリッタでｓ偏光とｐ偏光とを異なる光ディスクに集光させる光ヘッド装置が報告されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２２８３６９号公報
【特許文献２】特開２００７−３１７３１５号公報
【特許文献３】特開２００７−２８７２８５号公報
【特許文献４】特開平９−２１２９０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１および特許文献２にかかる光ヘッド装置には、コレステリック相液晶を用いており、液晶に電圧を印加することでコレステリック相液晶に入射する光の透過と反射を切り替えている。しかし、コレステリック相液晶に対して偏光依存性がなく入射光を直進透過させるためには高電圧（２０Ｖ〜）を必要とするための電圧制御装置を備えるため、光ヘッド装置の小型化が実現できないという問題があった。また、特許文献３にかかる光ヘッド装置に記載のポリマー分散液晶も２０Ｖ以上の高電圧を必要とするので、同様の問題があった。特許文献４に記載の光ヘッド装置は、偏光変換素子として機械的な機構のほかに液晶素子に電圧を印加することによって偏光状態を変えることができ、低電圧で駆動できるが、偏光ビームスプリッタで光分岐をしているため、光検出系を光ディスクに対向する側に配置しなければならず、小型化を実現するには困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、少なくとも一つの単一波長の光を出射する光源と、前記光源から出射した光を偏向分離するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタから出射した光を第１の光記録媒体へ導く第１の光路と、前記第１の光路と異なって第２の光記録媒体へ導く第２の光路と、に切り替える偏向素子と、前記偏向素子に電圧を印加する電圧制御装置と、前記第１の光記録媒体上に集光させる第１の対物レンズと、前記第２の光記録媒体上に集光させる第２の対物レンズと、前記第１の光記録媒体および前記第２の光記録媒体から反射された光を検出する光検出器と、を備える光ヘッド装置であって、前記第１の光路中に第１のミラーを備えるとともに、前記第２の光路中に第２のミラーを備え、前記偏向素子は、平行に配置された１対の透明基板の対向するいずれか一方の面に設けられた回折格子と、前記回折格子と対向する前記透明基板によって液晶を挟持するとともに前記液晶に電圧を印加するための透明電極と、を備える液晶層が２層積層されてなり、さらに前記偏向素子は、２層の前記液晶層の液晶分子の配向方向が面方向に略平行に配向した状態では、一方の前記液晶層の液晶分子の配向方向が他方の前記液晶層の液晶分子の配向方向と略直交するように配置され、電圧の印加状態によって面方向に略平行の配向状態と面方向に略垂直の配向状態と、に切り替えられる光ヘッド装置を提供する。
【０００８】
この構成により、特定の単一波長の光を使用する規格が異なる光ディスクに対して、それぞれの規格の光ディスクに対して異なる進行方向となるように容易に光路を切り替えることができる。さらに、入射する光の偏光状態に依存せずに効率よく光ディスクに到達させるとともに反射された光を効率よく光検出器で検出させることができる。
【０００９】
また、前記回折格子を形成する光学的に等方性となる回折格子部材の屈折率ｎｓが前記液晶の常光屈折率ｎｏと略等しい上記に記載の光ヘッド装置を提供する。また、前記回折格子の断面形状がブレーズ形状である上記に記載の光ヘッド装置を提供する。
【００１０】
この構成により、偏向素子における光の損失が少なくすることができるので、光利用効率の高い光ヘッド装置を実現することができる。
【００１１】
また、前記第１のミラーは、少なくとも２種類の屈折率の異なる材料からなる膜が平行に積層された誘電体多層膜からなって、前記第１の光路の光および前記第２の光路の光が前記誘電体多層膜の積層方向に対して斜め方向から入射して、前記第１の光路の光を反射し、前記第２の光路の光を直進透過する入射角依存ミラーである上記の光ヘッド装置を提供する。
【００１２】
この構成により、第１のミラーに第１の光路の光と第２の光路の光のいずれも入射させることができて、これらの光路を大きく分離しないので、より小型化された光ヘッド装置を実現することができる。
【００１３】
また、前記第１のミラーと前記第１の対物レンズとの間の前記第１の光路中に光の進行方向を変える光路補正素子を備える上記の光ヘッド装置を提供する。
【００１４】
この構成により、光ディスク面上に集光させる対物レンズの光軸と光路を一致させるように補正できるので、設計自由度の高い光ヘッド装置を実現することができる。
【００１５】
また、前記光源は、少なくとも第１の波長λ１の光と前記波長λ１の光と異なる第２の波長λ２の光を出射し、前記偏向素子と前記第１のミラーとの間の第１の光路中および第２の光路中にそれぞれの光の進行方向に対して斜め方向にダイクロイックミラーを配し、前記ダイクロイックミラーは、前記第１の光路および前記第２の光路の光が、前記波長λ１の光であるとき直進透過させ、前記波長λ２の光であるとき反射させる上記の光ヘッド装置を提供する。
【００１６】
この構成により、波長が異なる複数の規格の光ディスクに対しても異なる進行方向となるように容易に光路を切り替えることができる。さらに、入射する光の偏光状態に依存せずに効率よく光ディスクに到達させるとともに反射された光を効率よく光検出器で検出させることができる。
【００１７】
また、前記光源は、前記λ１の光、前記λ２の光、前記λ１および前記λ２と異なる第３の波長λ３の光を出射し、前記ダイクロイックミラーは、前記第１の光路および前記第２の光路で入射する光が、前記λ３の光であるとき反射させる上記の光ヘッド装置を提供する。さらに、前記λ１は４０５ｎｍ波長帯、前記λ２は６６０ｎｍ波長帯、前記λ３は７８５ｎｍ波長帯である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、ＢＤ／ＨＤ−ＤＶＤ／ＤＶＤ／ＣＤのように波長が異なる規格の光ディスクに対して異なる進行方向となるように容易に光路を切り替えることができるとともに、小型化された光ヘッド装置を実現することができる。なお、４０５ｎｍ波長帯は、３８５〜４２０ｎｍ、６６０ｎｍ波長帯は、６４０〜６７５ｎｍ、７８５ｎｍ波長帯は、７７０〜８００ｎｍとする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、特定の波長の光で２つの異なる光学系を用いて光ディスクの記録・再生を行う光ヘッド装置において、容易に２つの光学系を切り替えることができるとともに光ヘッド装置全体の小型化を実現することができる。
【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、本実施の形態にかかる光ヘッド装置１０の概念的な構成を示す模式図である。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１２と、コリメータレンズ１２から出射されたビームを光ディスク１６ａ、１６ｂの方向へと進行させるとともに、該光ディスク１６ａ、１６ｂの情報記録面から反射された戻り光を偏向分離するビームスプリッタ１３と、光ディスク１６ａ、１６ｂの情報記録面に集光する対物レンズ１５ａ、１５ｂと、偏向分離された戻り光を検出する光検出器１７を含む。ビームスプリッタ１３と光検出器１７との間の光路中に集光レンズ１５ｃを配置してもよい。さらに、ビームスプリッタ１３から光ディスク１６ａ、１６ｂへの光路中に電圧を非印加／印加を切り替えることによって光を直進させる透過状態と光を一定の角度で偏向させる偏向状態とを切り替える偏向素子２０と、偏向素子２０を出射するビームをそれぞれの光ディスクに導くミラー１４ａ、１４ｂと、を備える。なお、ビームスプリッタ１３と光ディスク１６ａ、１６ｂとの間に光路中に図示しない１／４波長板を備えてもよい。なお、光源から光ディスクに至るまでの光路を「往路」、光ディスクで反射されて光検出器に至るまでの光路を「復路」とする。
【００２１】
光検出器１７では、光ディスク１６ａ、１６ｂの情報記録面に記録された情報の再生信号、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対物レンズを光軸に垂直となる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。
【００２２】
光源１１は、２種類または３種類の単一波長の直線偏光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】
図２（ａ）に第１の実施形態にかかる偏向素子２０の断面模式図を示す。偏向素子２０は、透明基板２１ａ、２１ｂおよび２１ｃ、第１の液晶層２２ａおよび第２の液晶層２２ｂ、断面がブレーズ型の回折格子２３ａ、２３ｂ、透明電極２４ａ、２４ｂ、透明電極と電気的に接続された図示しない配線部および電圧制御装置からなる。透明基板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。
【００２４】
回折格子の材料としては、各種の無機材料や、感光性樹脂や熱硬化樹脂などの有機材料を用いることができる。無機材料としてはＳｉＯｘＮｙ膜（ｘ、ｙはＳｉに対するＯおよびＮの原子数比）、ＳｉＯ２膜、Ｓｉ３Ｎ４膜、Ａｌ２Ｏ３膜などを用いることができるが、中でもＳｉＯｘＮｙ膜が、成膜条件によりｘ、ｙを変化させて所望の屈折率に調整可能であり、透明性、耐久性にも優れる点から好ましく用いられる。透明電極としては、ＩＴＯ（酸化錫ドープ酸化インジウム）膜、ＡＺＯ（アルミニウムドープ酸化亜鉛）膜、ＧＺＯ（ガリウムドープ酸化亜鉛）膜などの酸化物透明導電膜が高い透明性と導電率とが得られるため好ましく用いられる。
【００２５】
液晶層２２ａ、２２ｂを構成する液晶はネマチック相液晶であり、電圧非印加時には透明基板面の法線方向に配向される、垂直配向状態となる。また、図２（ｂ）に液晶層２２ａ、２２ｂに模式的な斜視図を示すように、電圧印加時には第１の液晶層２２ａと第２の液晶層２２ｂの液晶分子２５の長軸の配向方向が面内（Ｙ−Ｚ平面）で互いに略直交するように配向される。また、電圧印加時に液晶分子の配向を厚さ方向に捩れないで揃えるために一定のプレチルト角を有する配向であるとよく、透明基板面に対して上記それぞれ８９．９〜７５°の角度であれば好ましく、８９〜７５°であればより好ましい。
【００２６】
さらに、図２（ａ）に示す偏向素子２０にはＸ方向に光が入射するように配置するので電圧印加時の液晶分子の配向方向は、入射する光のｓ偏光（Ｙ方向に振動）およびｐ偏光（Ｚ方向に振動）と略平行になる方向に配向されるように調節されている。なお、回折格子２３ａおよび２３ｂは、光学的に等方性となる屈折率ｎｓである材料で構成されていればよく、ｎｓは、液晶材料の常光屈折率ｎｏと略等しい屈折率の材料との組み合わせにより構成されている。
【００２７】
また、偏向素子２０は電圧非印加時で液晶層の液晶分子が基板面に対して垂直配向、電圧印加時で２つの液晶層の液晶分子の配向方向が基板面には平行であってかつ、それぞれの液晶層の液晶分子が互いに直交する配向方向としたが、これに限らない。例えば、電圧非印加時に液晶層２４ａはＹ方向に配向され、液晶層２４ｂはＺ方向に配向されており、電圧印加時にＸ方向に液晶分子が配向するような機能を有するものでもよい。以下は、いずれも電圧非印加時で垂直配向、電圧印加時で互いの液晶層の液晶分子が水平配向となる機能を有する偏向素子として説明する。なお、電圧非印加時に、垂直配向とする場合には、ポリイミドなどの樹脂幕やＳｉＯ２などの無機膜をラビングした膜またはＳｉＯなどの斜め蒸着膜を形成後に、アミノシランなどの垂直配向処理剤を施せばよい。
【００２８】
図３（ａ）および図３（ｂ）に偏向素子２０に垂直（Ｘ軸方向）に入射する光の進行方向の模式図を示す。なお、図３（ａ）は偏向素子２０に対して電圧非印加時の光の進行経路を示し、図３（ｂ）は電圧印加時の光の進行経路を示す。
【００２９】
電圧非印加時には、液晶分子２５の長軸方向はＸ軸方向に配向されているため、Ｘ方向に進行する光は、液晶層２２ａ、２２ｂではいずれも常光屈折率（ｎｏ）を感じる。図３において、Ｙ方向に振動する光をｓ偏光とし、Ｚ方向に振動する光をｐ偏光として説明する。図３（ａ）のように電圧非印加時には、液晶層はいずれも常光屈折率（ｎｏ）であるとともに回折格子の屈折率ｎｓもｎｏと略等しいので、ｓ偏光もｐ偏光も回折格子２３ａおよび２３ｂで屈折率の変化を感じないのでＸ方向のまま直進透過する。また、Ｘ軸に平行で逆方向から入射する光も同様に直進透過する。
【００３０】
一方、図３（ｂ）に示す電圧印加時には、ｓ偏光は、液晶層２２ｂで異常光屈折率を感じるので、回折格子２３ｂとの屈折率差（｜ｎｅ−ｎｓ｜＞０）により、回折現象を発現する。また、回折されたｓ偏光は、液晶層２２ａと回折格子２３ａとでは互いに常光屈折率を感じるので回折格子２３ｂで回折された方向のまま直進する。一方、ｐ偏光は、液晶層２２ｂと回折格子２３ｂとでは常光屈折率を感じるのでそのまま直進し、液晶層２２ａで異常光屈折率を感じるので、回折格子２３ａとの屈折率差（｜ｎｅ−ｎｓ｜＞０）により、回折現象を発現する。このように電圧印加時には、回折現象を発現させ、２つの液晶層および回折格子を同じものにすると、ｓ偏光もｐ偏光もいずれかの回折格子において回折して進行する方向を一致させることができる。
【００３１】
同様に、図３（ｂ）に示す電圧印加時の偏向素子２０に、上記とは逆方向から入射する光は、ｓ偏光は液晶層２２ａでのみ回折現象を発現させ、ｐ偏光は液晶層２２ｂのみで回折現象を発現させる。したがって、偏向素子面に対してゼロではない一定の角度をなして入射する光は、Ｘ方向に進行するように設定することができる。
【００３２】
このような光学特性を有する偏向素子２０を光ヘッド装置１０に配置する。まず、光源１１からレーザ光が出射され、ビームスプリッタ１３を透過した光がｐ偏光である場合を考える。偏向素子２０に対し電圧非印加時には、ｐ偏光は偏向素子２０をｐ偏光のまま直進透過して図示しない１／４波長板で円偏光となった後、ミラー１４ａで反射されて対物レンズ１５ａによって光ディスク１６ａに集光される。光ディスク１６ａで反射された光は逆回りの円偏光となって１／４波長板透過後にｓ偏光となって偏向素子２０に入射する。反射されたｓ偏光は偏向素子２０を直進透過して、ビームスプリッタ１３によって偏向方向を変えて光検出器１７に到達する。
【００３３】
一方、偏向素子２０に対し電圧印加時には、ｐ偏光は第２の液晶層２２ｂを直進透過し、第１の液晶層で回折されて図示しない１／４波長板で円偏光となった後、ミラー１４ｂに到達する。ミラー１４ｂで反射された光は、対物レンズ１５ｂによって光ディスク１６ｂに集光される。光ディスク１６ｂで反射された光は逆回りの円偏光となってミラー１４ｂで反射され図示しない１／４波長板でｓ偏向となって偏向素子２０に入射する。反射されたｓ偏光は第２の液晶層２２ｂで回折されてＸ方向に進行し、ビームスプリッタ１３によって偏向方向を変えて光検出器１７に到達する。なお、図示しない１／４波長板はミラーと対物レンズとの間の光路中に設置してもよい。また、ミラーは誘電体多層膜からなるものなどから構成されており、例えばＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５とが交互に積層されてなる。
【００３４】
また、ｓ偏光の光が最初に入射する場合においても同様に、電圧非印加時には直進透過するのに対し、電圧印加時には往路、復路に対して回折現象を発現させる。したがって、入射する偏光状態に拘らず偏向素子２０の液晶層に印加する電圧を制御することで、光を透過状態と偏向状態と、を切り替えることが可能である。また、この偏向素子２０を用いることによって、２つの対物レンズ１５ａ、１５ｂに入射する光路の切り替えが可能になり、例えば規格の異なる２つの光ディスク間の互換が可能な光ヘッド装置を実現することができる。
【００３５】
（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態にかかる光ヘッド装置３０の概念的な構成を示す図である。光ヘッド装置３０において、第１の実施形態にかかる光ヘッド装置と同じ機能を有する光学素子は同じ番号を付けて説明の重複を避ける。偏向素子３１は、偏向素子２０と同じように電圧非印加／印加で透過と回折とを切り替える機能を有する。そして、回折した光を反射させる入射角依存ミラー３２は、偏向素子３１を回折する光だけでなく透過する光も入射するように構成されている。こうすることによって、より小型化を実現することが可能となる。さらに入射角依存ミラー３２は、偏向素子３１で回折された光を反射するとともに偏向素子３１を直進透過した光を透過させる。入射角依存ミラー３２で反射された光は、光ディスク１６ｂの対物レンズの光軸に平行になるように光が進行方向を調整する光路補正素子用プリズム３３を備える。
【００３６】
図５に第２の実施形態にかかる光ヘッド装置３０の偏向素子３１、入射角依存ミラー３２および光路補正用プリズム３３の光学系の模式図を示す。図５（ａ）は、電圧非印加時の光の進行経路を示し、図５（ｂ）は、電圧印加時の光の進行経路を示す。偏向素子３１は偏向素子２０と同様に図５（ａ）に示す電圧非印加時ではｓ偏光およびｐ偏光いずれも、偏向素子３１を構成する液晶層と回折格子の屈折率が略一致するので直進透過する。偏向素子３１を直進透過した光は、入射角依存ミラー３２に入射するが、入射角依存ミラー３２は入射角度によって透過および反射を切り替える機能を有するもので、例えば図５（ａ）のように入射角依存ミラー３２への入射角度がαであれば透過する。なお、とくに指定がない場合、入射角度は、光の入射方向と入射角依存ミラー面の法線方向と、がなす角度をいう。
【００３７】
一方、図５（ｂ）に示す電圧印加時ではｓ偏光およびｐ偏光いずれも、偏向素子３１を構成するいずれか一方の液晶層の屈折率と回折格子との屈折率が異なるので回折する。偏向素子３１を回折角度θで回折した光は、入射角依存ミラー３２に入射するが、例えば図５（ｂ）のようにミラー３２への入射角度がβであれば入射光をほぼ反射する機能を有する。そして、反射された光は光路補正用プリズム３３に入射し、屈折して進行する光は対物レンズ１５ｂの光軸に平行する方向となるように光路が修正される。そして、光ディスクから反射される復路の光は、図示しない１／４波長板を透過して入射する偏光状態と直交する偏光状態、例えばｓ偏光で入射してｐ偏光で戻るような場合であっても、偏向素子３１で回折されて図５（ｂ）のように同じ光路を逆方向に進行する。ｐ偏光で入射してｓ偏光で戻るような場合であっても同様の機能を実現する。
【００３８】
ここで、偏向素子３１、入射角依存ミラー３２および光路補正用プリズム３３は分離した構成としているが、図６のようにこれらを一体化した光路切替素子３４としてもよい。光路切替素子３４は、第２の実施形態にかかる偏向素子３１と入射角依存ミラー３２と光路補正素子３３とが基材３５によって一体化された構成であったり、入射角依存ミラー３２と光路補正用プリズム３３とが透明基板３５によって一体化された構成であったりしてもよい。さらに、一体化される光学素子は上記に限らず、対物レンズ１５ａ用のミラー１４ａなどが含まれていてもよい。
【００３９】
次に、入射角依存ミラー３２の構成について説明する。例えば２つの屈折率の異なる光学材料を交互に基板（例えば石英ガラス基板）面に平行に交互に積層する。光学材料としては上記のようにＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５からなる誘電体多層膜を示したが、これに限らずＣｅＯ２、ＨｆＯ２、ＳｎＯ２などを用いてもよい。このように誘電体多層膜では、入射波長に対して高い反射率を示す反射帯域を有し、誘電体多層膜の材料や膜厚の設計によって所望の反射帯域を設定できることが知られている。また、誘電体多層膜を構成する各層の厚さが変化すると反射帯域も変化をするため、例えば一つの誘電体多層膜に特定の波長λの光が入射する場合に、膜面に垂直に光が入射する場合と、膜面の法線方向に対して斜め方向に入射する場合とでは、反射率が異なってくる。
【００４０】
このようなことから、第２の実施形態として例えば、４０５ｎｍ波長帯の光を利用する場合、誘電体多層膜からなる入射角依存ミラーに角度を異ならせて入射させることによって、透過状態と反射状態とを切り替えることができるものである。この入射角度は、偏向素子３１の透過状態と回折状態によって設計することができる。また、膜面の法線方向に対して斜めから入射する場合は、ｓ偏光とｐ偏光とでも透過率特性が異なってくるので、入射光の偏光依存性がないように誘電体多層膜を設計するとより好ましい。また、入射する光の波長は４０５ｎｍ帯域に限らず、偏向の切り替えをする他の波長帯域においても設計が可能である。
【００４１】
以上のように、入射する偏光状態に拘らず偏向素子を構成する液晶層に印加する電圧を制御することで、光の透過状態と偏向状態と、を切り替えることが可能である。また、この偏向素子３１、入射角依存ミラー３２および光路補正用プリズム３３を用いることによって、２つの対物レンズ１５ａ、１５ｂに入射する光路の切り替えが可能になり、例えば規格の異なる２つの光ディスク間の互換が可能でかつ、小型化が実現できる光ヘッド装置を得ることができる。
【００４２】
（第３の実施形態）
第３の実施形態にかかる光ヘッド装置は、第２の実施形態の光路補正用プリズム３３の代わりに回折素子３６を用いており、それ以外の光学素子の構成は同じものである。図７は、第３の実施形態にかかる光ヘッド装置のうち、偏向素子３１、入射角依存ミラー３２および回折素子３６が作用する光学系を示す模式図である。図７（ａ）は、電圧非印加時の光の進行経路を示し、図７（ｂ）は、電圧印加時の光の進行経路を示す。
【００４３】
偏向素子３１は、図７（ａ）に示す電圧非印加時ではｓ偏光およびｐ偏光いずれも、偏向素子３１を構成する液晶層と回折格子の屈折率が略一致するので直進透過する。偏向素子３１を直進透過した光は、入射角依存ミラー３２に入射するが、入射角依存ミラー３２は入射角度によって透過および反射を切り替える機能を有するもので、例えば図５（ａ）のように入射角依存ミラー３２への入射角度がαであれば透過する。
【００４４】
一方、図７（ｂ）に示す電圧印加時ではｓ偏光およびｐ偏光いずれも、偏向素子３１を構成するいずれか一方の液晶層の屈折率と回折格子の屈折率とが異なるので回折する。偏向素子３１を回折した光は、入射角依存ミラー３２に入射するが、例えば図７（ｂ）のように入射角依存ミラー３２への入射角度がβであれば入射光をほぼ反射する機能を有する。そして、反射された光は回折素子３６へ進行し、格子ピッチが調節された回折素子３６から回折して進行する光は対物レンズ１５ｂの光軸に平行する方向となるように光路が修正される。
【００４５】
回折素子３６は、一つの特定の回折方向に高い効率で出射させるため、断面の凹凸構造がブレーズ形状になっていると光利用効率を高くできるので好ましい。回折素子３６は、光学的に等方性となる２つの異なる屈折率を有する材料の組合せとすればよい。また、この材料のうち、一方の媒質が空気であってもよい。また、偏向素子３１、入射角依存ミラー３２および回折素子３６は分離した構成としているが、これらを一体化してもよい。さらに、一体化される光学素子は上記に限らず、対物レンズ１５ａ用のミラー１４ａなどが含まれていてもよい。
【００４６】
以上のように、入射する偏光状態に拘らず偏向素子を構成する液晶層に印加する電圧を制御することで、光の透過状態と偏向状態と、を切り替えることが可能である。また、この偏向素子３１および回折素子３６を用いることによって、２つの対物レンズ１５ａ、１５ｂに入射する光路の切り替えが可能になり、例えば規格の異なる２つの光ディスク間の互換が可能でかつ、小型化が実現できる光ヘッド装置を得ることができる。
【００４７】
（第４の実施形態）
第４の実施形態にかかる光ヘッド装置４０は、第３の実施形態の回折素子３６を用いていないものであり、第３の実施形態にかかる光ヘッド装置と同じ機能を有する光学素子は同じ番号を付けて説明の重複を避ける。図８では、偏向素子４１、入射角依存ミラー４２を分離した構成としているが、図９のようにこれらを一体化した光路切替素子４３としてもよい。光路切替素子４３は、偏向素子４１と入射角依存ミラー４２とが基材４４によって一体化された構成、または、一体化される光学素子は上記に限らず、対物レンズ１５ａ用のミラー１４ａなどが含まれていてもよい。
【００４８】
図１０に第４の実施形態にかかる光ヘッド装置の光路切替素子４３が作用する光学系の模式図を示す。図１０（ａ）は、電圧非印加時の光の進行経路を示し、図１０（ｂ）は、電圧印加時の光の進行経路を示す。図１０（ａ）に示す電圧非印加時の進行経路は、第２および第３の実施形態と同じく直進透過するが、光の進行方向と入射角依存ミラーとがなす角度は、αと異なるα´である。また、図１０（ｂ）に示す電圧印加時は、第２および第３の実施形態のθとは異なるθ´の回折角で光が進行し、入射角依存ミラー４２への入射角が第２および第３の実施形態のβとは異なるβ´となる。このように、回折角θ´と入射角依存ミラー４２への入射角β´とを調整することによって、反射させる光を対物レンズ１５ｂの光軸に平行する方向とすることができる。
【００４９】
以上のように、入射する偏光状態に拘らず偏向素子を構成する液晶層に印加する電圧を制御することで、光の透過状態と偏向状態と、を切り替えることが可能である。また、偏向素子４１および入射角依存ミラー４２を用いることによって、２つの対物レンズ１５ａ、１５ｂに入射する光路の切り替えが可能になり、例えば規格の異なる２つの光ディスク間の互換が可能でかつ、小型化が実現できる光ヘッド装置を得ることができる。
【００５０】
（第５の実施形態）
図１１に第５の実施形態の光ヘッド装置５０の概念図を示す。光源１１ａは、特定の波長だけでなく、異なる２つ以上の波長を出射するハイブリッド型のレーザ光源とする。また、他の光学素子で第１の実施形態の光ヘッド装置１０と同じ機能を有するものは同じ番号を付けて説明の重複を避ける。光ヘッド装置５０において、偏向素子５１と複合型ミラー素子５２とは個別素子として配置しているが、後述のように一体化して波長選択型光路切替素子５３としてもよい。なお、光源１１ａはハイブリッド型のレーザ光源としたが、異なる光ヘッド装置の構成として、これに限らず単一の波長を発射する光源をそれぞれ異なる位置に配置し、偏向作用を発現する各種光学素子によってそれぞれの波長の光の光路を調整して偏向素子５１に入射させるものであってもよい。
【００５１】
図１２に波長選択型光路切替素子５３の断面模式図を示す。波長選択型光路切替素子５３は、光源からの光の入射方向から順に（＋Ｘ方向へ）偏向素子５１、ダイクロイックミラー５５、入射角依存ミラー５６、光路補正素子５７が透明基板５４を介して一体化されている。ダイクロイックミラー５５および入射角依存ミラー５６は、それぞれ光の進行方向（Ｘ方向）に対して斜めに入射するように設置されている。
【００５２】
図１３にこの波長選択型光路切替素子５３に入射して進行する光の様子について説明する。図１３（ａ）は、偏向素子５１に対し電圧非印加時における特定の波長λ１の光路の模式図、図１３（ｂ）は、電圧印加時における波長λ１の光路の模式図、図１３（ｃ）は、電圧非印加時におけるλ１と異なる波長λ２の光路の模式図を示すものである。なお、ダイクロイックミラー５５は、波長λ１を透過し、波長λ２を反射する特性を有し、入射角依存ミラー５６は、入射方向に対して特定の角度をなすように設置することで、偏向素子５１を直進透過する光は反射し、偏向素子５１を回折して進行する光は透過する特性を有する。また、光路補正素子５７は、波長選択型光路切替素子５３から出射する光がＸ方向となるよう補正するものであり、プリズムによる屈折を利用しても、回折格子のように回折を利用する機能を有する構成であってもよい。
【００５３】
図１３（ａ）に示す電圧非印加時は、λ１の光がＸ方向に入射してダイクロイックミラー５５を直進透過し、入射角依存ミラー５６では直進する光を反射するので、Ｚ方向に進行する。光ディスクから反射される復路の光も往路と同じ光路を逆方向に進行する。また、上述のように偏向素子５１は入射する光の偏光依存性がなく、ダイクロイックミラー５５、入射角依存ミラー５６も偏光依存性がない。図１３（ｂ）のように電圧印加時は、λ１の光が偏向素子５１で回折されてダイクロイックミラー５５を透過する。また、回折された角度θで入射角依存ミラー５６に入射すると、反射されず直進透過して光路補正素子５７に入射する。光路補正素子５７では、Ｘ方向に進行方向を補正するので、波長選択型光路切替素子５３に入射する光の進行方向と同じ方向に出射する。この場合も、光ディスクから反射される復路の光も往路と同じ光路を逆方向に進行する。
【００５４】
図１３（ｃ）に示す電圧非印加時は、λ２の光がＸ方向に入射するとダイクロイックミラー５５によって反射され、入射角依存ミラー５６側へ光は進行しない。この場合も、光ディスクから反射される復路の光も往路と同じ光路を逆方向に進行する。このように偏向素子、ダイクロイックミラー、入射角依存ミラーの組み合わせによって同じ波長の光の偏向方向、異なる波長の光の偏向方向の制御を行うことができる。
【００５５】
例えば、光ヘッド装置に使用する波長の光と光ディスクの規格の関係を考えると、図１３（ａ）はＨＤ−ＤＶＤ、図１３（ｂ）はＢＤ、図１３（ｃ）はＤＶＤ／ＣＤというように規格の異なる光ディスクによって光路を変更することができる。上記では、λ１およびλ２は任意としたが、λ１が４０５ｎｍ波長帯、λ２が６６０ｎｍ波長帯、またλ３を設定して７８５ｎｍ波長帯として３つの異なる波長帯の光を取り扱う光ヘッド装置に利用することができる。なお、ここでは、波長選択型光路切替素子５３を出射する光の進行方向は、入射する光の進行方向に対して平行する方向と直交する方向とに偏向分離したが、光ヘッド装置の光学系に設計により進行方向を変えるように調整してもよい。
【００５６】
（第６の実施形態）
図１４に第６の実施形態にかかる波長選択型光路切替素子６０の概念図および光の進行経路について示す。また、波長選択型光路切替素子６０を用いた光ヘッド装置は、図１１の波長選択型光路切替素子５３の位置に配置するものとして説明する。波長選択型光路切替素子６０は、光源からの光の入射方向から順に（＋Ｘ方向へ）偏向素子６１、ダイクロイックミラー６２、入射角依存ミラー６３が透明基板６４を介して一体化されている。ダイクロイックミラー６２および波長選択ミラー６３は、それぞれ光が進行方向（Ｘ方向）に対して斜めに入射するように設置されている。図１４（ａ）は、偏向素子６１に対し電圧非印加時における特定の波長λ１の光路の模式図、図１４（ｂ）は、電圧印加時における波長λ１の光路の模式図、図１４（ｃ）は、電圧非印加時におけるλ１と異なる波長λ２の光路の模式図を示すものである。なお、ダイクロイックミラー６２は、波長λ１を透過し、波長λ２を反射する特性を有し、入射角依存ミラー６３は、入射方向に対して特定の角度をなすように設置することで、偏向素子６１を直進透過する光は透過し、偏向素子６１を回折して進行する光は反射する特性を有する。
【００５７】
図１４（ａ）に示す電圧非印加時は、λ１の光がＸ方向に入射してダイクロイックミラー６２を直進透過し、入射角依存ミラー６３では直進する光を透過するので、Ｘ方向に直進透過する。光ディスクから反射される復路の光も往路と同じ光路を逆方向に進行する。また、上述のように偏向素子６１は入射する光の偏光依存性がなく、ダイクロイックミラー６２、入射角依存ミラー６３も偏光依存性がない。図１４（ｂ）のように電圧印加時は、λ１の光が偏向素子６１で回折されてダイクロイックミラー６２を透過する。また、回折された角度θ´で入射角依存ミラー６３に入射すると、反射されてＺ方向に進行する。この波長選択型光路切替素子６０は、光路補正素子を含んでいないが、図１４（ｂ）のように入射する光の方向と直交する方向に出射させるように、入射角依存ミラー６３の傾斜角度を調整し、反射させる場合は反射方向がＺ方向となるように設計する。この場合も、光ディスクから反射されて進行する光も同じ光路を逆方向に進行する。
【００５８】
図１４（ｃ）に示す電圧非印加時は、λ２の光がＸ方向に入射するとダイクロイックミラー６２によってZ方向に反射されるように設計され、入射角依存ミラー６３側へ光は進行しない。この場合も、光ディスクから反射される復路の光も往路と同じ光路を逆方向に進行する。このように偏向素子、ダイクロイックミラー、入射角依存ミラーの組み合わせによって同じ波長の光の偏向方向、異なる波長の光の偏向方向の制御を行うことができる。
【００５９】
例えば、光ヘッド装置に使用する波長の光と光ディスクの規格の関係を考えると、図１４（ａ）はＢＤ、図１４（ｂ）はＨＤ−ＤＶＤ、図１４（ｃ）はＤＶＤ／ＣＤというように規格の異なる光ディスクによって光路を変更することができる。上記では、λ１およびλ２は任意としたが、λ１が４０５ｎｍ波長帯、λ２が６６０ｎｍ波長帯、またλ３を設定して７８５ｎｍ波長帯として３つの異なる波長帯の光を取り扱う光ヘッド装置に利用することができる。なお、ここでは、波長選択型光路切替素子６０を出射する光の進行方向は、入射する光の進行方向に対して平行する方向と直交する方向とに偏向分離したが、光ヘッド装置の光学系に設計により進行方向を変えるように調整してもよい。
【００６０】
（実施例１）
第２の実施形態にかかる光ヘッド装置３０における偏向素子、入射角依存ミラーおよび光路補正用プリズムについて、まず、偏向素子２０の作製方法から図２（ａ）の断面模式図を用いて説明する。石英ガラス基板２１ｃ上に透明電極２４ａ、２４ｂとなるＩＴＯ薄膜を形成した。次いで、透明電極２４ａを形成した面上に波長４０５ｎｍにおいて屈折率が１．５５であるＳｉＯＮを成膜する。その後、フォトリソグラフィ処理およびエッチングによってＳｉＯＮ膜の加工を行い、断面の凹凸のピッチが約１．５μｍで厚さ方向が８段階のブレーズ形状となる回折格子２３ａを形成する。なお、ピッチは、断面のブレーズ形状の１周期に相当する。この基板の両面にポリイミドを塗布し、透明電極２４ａ側では回折格子のブレーズ形状の長手方向に平行な方向（Ｙ方向）にラビング処理を行い、透明電極２４ｂ側では透明電極２４ａ側とは直交する方向（Ｚ方向）にラビング処理を行い、それぞれ垂直配向処理剤となるアミノシランを塗布して図示しない配向膜を形成する。
【００６１】
同じように石英ガラス基板２１ｂ上に透明電極２４ｂとなるＩＴＯ薄膜を形成し、波長４０５ｎｍにおいて屈折率が１．５５であるＳｉＯＮを基板の透明電極２４ｂ上に成膜した。その後、同じように、図のＹ方向が長手方向となる断面の凹凸のピッチが約１．５μｍで厚さ方向が８段階のブレーズ形状となる回折格子２３ｂを形成する。同様に、回折格子側の表面にポリイミドを塗布して、上記の場合と異なり、回折格子の長手方向に直交する方向（Ｚ方向）にラビング処理を行って垂直配向処理剤となるアミノシランを塗布して図示しない配向膜を形成する。
【００６２】
次に、石英ガラス基板２１ａ上に透明電極２４ａとなるＩＴＯ薄膜を形成しポリイミドを塗布する。次いで、図のＹ方向にラビング処理を行い、垂直配向処理剤となるアミノシランを塗布して図示しない配向膜を形成する。このように形成した３枚の石英ガラス基板２１ａ、２１ｂ、２１ｃを図２に示すように重ね合わせて周辺をシールする。このとき、それぞれの基板の配向膜を対向させるとともにラビング方向が平行となるようにして直径約３．５μｍの図示しないスペーサを１０個／ｍｍ２で散布し、一定の厚さとなる２つの空隙を有するセルを作製する。この空隙に４０５ｎｍの波長の光において常光屈折率（ｎｏ）が１．５５、異常光屈折率（ｎｅ）が１．６５となる液晶を注入し、偏向素子２０とする。
【００６３】
このようにして作製された偏向素子は、電圧非印加時には入射した光を直進透過させ、電圧印加時には光を偏向させる作用を有する。電圧印加時の偏向される光の出射角度は、入射する光の波長をλ、ブレーズ構造のピッチをＰとして屈折率ｎの媒体を進行する場合、
θ＝ａｒｃｓｉｎ（λ／Ｐ／ｎ）
となる。なお、回折角度θは、偏向素子面の法線方向に対してなす角度であり、実施例１では媒体が空気中（ｎ＝１）であるので、約１５．７°となるように調整する。また、回折角度θは、直進透過方向に近い低い値であると、後段の入射角依存ミラーにおいて素子から２つの入射角（直進状態と偏向状態）で入射するときの透過率の比（消光比という）が大きくならなくなる。そのため、空気中に出射する場合で少なくとも回折角度は５°以上であることが好ましく、１０°以上であるとより好ましい。
【００６４】
また、入射角依存ミラー３２は石英ガラス基板を洗浄後、表１のような誘電体多層膜を真空蒸着法により石英ガラス基板に面に対して垂直方向に成膜することによって作製する。次に、図５の模式図に示すように入射角依存ミラー３２への法線方向を基準とした入射角度αおよびβをそれぞれ設定する。偏向素子３１を直進透過した光が入射角依存ミラー３２へ入射する角度αは設置する方向に依存し、４５°とする。また、偏向素子３１で上記のようにθ＝１５．７°で偏向された光は、入射角依存ミラー３２へ入射する角度β（ミラー３２の法線方向を基準）が２９．３°となる。このような入射角依存ミラー３２の４５°入射の光に対する透過率と２９．３°入射の光に対する透過率の計算結果を図１５に示す。これにより、波長４０５ｎｍにおいて、ｐ偏光およびｓ偏光いずれも４５°入射の場合には光はほぼ透過するが、２９．３°入射の場合には光は透過せずほぼ反射する。なお、入射角依存ミラーの入射角度αは、できるだけ垂直（Ｚ方向）に近く反射させることができると光路補正プリズムや回折素子での補正の度合いを小さくすることができる。したがって、入射角度αは３０〜６０°の範囲であると好ましい。また、表１において石英ガラス基板と接する層番号は表１の「４５」である。
【００６５】
【表１】
2009217915.tif 000003
【００６６】
表１の誘電体多層膜の設計手法として、まず４０５ｎｍ近傍が反射帯域の端となるように初期設計する。そして、入射する角度の違いによって光が進行する各層の厚さが変化するために反射帯域が異なってくるので、同じ４０５ｎｍの波長に光であっても入射角度によって反射率が異なってくる。このように、４０５ｎｍにおける反射帯域の誘電体多層膜構成から入射角度を変化させ、各層の厚さを調整することで最適化を行ったものである。なお、後述の表２の誘電体多層膜の構成も同じようにして設計したものである。
【００６７】
このように作製した誘電体多層膜からなる入射角依存ミラー３２を、偏向素子３１を直進透過した光（Ｘ方向）に対して４５°傾けて設置する。偏向素子３１から直進透過した光は入射角依存ミラー３２に対して４５°傾いて入射されるため、光はそのまま直進する。また、偏向素子３１によって偏向された光は入射角依存ミラー３２に対して２９．３°傾いて入射されるため、光路補正用プリズム３３の方向へと反射される。
【００６８】
次に光路補正用プリズム３３について説明する。図５（ａ）において偏向素子を直進透過（Ｘ方向）した光の角度を０°と定義し、紙面内で反時計回りに回った場合を角度の正の方向とする。また、対物レンズ１５ｂの光軸の方向を９０°（Ｚ方向）とする。この場合、図５（ｂ）においてミラー３２で反射された光は角度が１０５．７°（＝９０°＋１５．７°）で光路補正用プリズムに入射する。光路補正用プリズム３３は波長４０５ｎｍにおいて屈折率１．５３の材料からなり、入射面は角度−１０．２°の面となっている。ミラー３２によって反射された光は光路補正用プリズム３３の入射面によって屈折され、プリズム内を角度９０°で直進する。光路補正用プリズム５３の出射面は角度０°の面であり、プリズム内を進んだ光は界面で屈折されずに、そのまま９０°の方向へと出射され、対物レンズ１５ｂの光軸と平行する方向となる。
【００６９】
以上のような構成により、偏向素子に対して電圧無印加時には光を直進透過させ、電圧印加時に光の光路を切り替えることが可能になり、さらに入射する光の偏光状態に依存せず、小型で異なる規格の光ディスクの記録・再生が可能な光ヘッド装置が得られる。
【００７０】
（実施例２）
実施例２は、実施例１で光路補正素子としてプリズムを用いたが、図７のように光路補正素子として回折素子３６を用いた。偏向素子３１とミラー３２は実施例１と同様の方法によって作製する。また、配置する構成も同じである。光路補正素子となる回折素子３６は、石英ガラス基板を洗浄後、フォトリソグラフィ、エッチング加工によりピッチ１．５μｍの８段ブレーズ形状へと加工する作製方法を用いる。このような、回折素子３６の平面に対して光を垂直に入射した場合、光は１５．７°偏向して出射され、逆に基板に対して１５．７°傾いた光が入射した場合は基板に垂直な方向へと出射される。また、実施例１と同様に図５（ａ）において偏向素子を直進透過（Ｘ方向）した光の角度を０°、紙面左回りをプラス（＋）と定義して、回折素子５１の平面を０°方向になるように設置すると、１０５．７°で入射された光は９０°方向（Ｚ方向）へと出射される。
【００７１】
以上のような構成により、偏向素子に対して電圧無印加時には光を直進透過させ、電圧印加時に光の光路を切り替えることが可能になり、さらに偏光状態に依存せず、小型で異なる規格の光ディスクの記録・再生が可能な光ヘッド装置が得られる。
【００７２】
（実施例３）
図９の光路切替素子４３を用いた光ヘッド装置の実施例について説明する。光路切替素子４３は偏向素子４１、入射角依存ミラー４２、基板４４からなり、偏向素子４１は実施例１と同様の方法によって作製する。
【００７３】
次に入射角依存ミラー４２の作製方法について説明する。石英ガラス基板を洗浄後、表２のような誘電体多層膜を真空蒸着法により成膜する。誘電体多層膜を成膜した面に石英ガラス基板を接着、切断し、プリズム形状とする。プリズム形状は台形と三角形の透明基板４４と貼り合わせたものであり、貼り合わせ後の断面形状が長方形となるようにする。ミラー面はＸ方向で入射する光に対して入射角度が、５０．３°となるようにする。さらに図９に示すように偏向素子４１を接着する。
【００７４】
【表２】
2009217915.tif 000004
【００７５】
また、偏向素子４１は実施例１と同じく、断面の凹凸のピッチが約１．５μｍで厚さ方向が８段階のブレーズ形状となる回折格子を形成した。上記の設計において、光は偏向素子４１からＳｉＯ２（ｎ＝１．４６）をθ´＝１０．６°で偏向されて進行するので、入射角依存ミラー４２へ入射する角度β´が３９．７°となる。このような入射角依存ミラー４２に４０５ｎｍ波長帯の光がミラー面の法線方向に対して５０．３°で入射するときの透過率と３９．７°で入射の光に対する透過率の計算結果を図１６に示す。このように入射角依存ミラー４２に３９．７°で光が入射したとき、光は直進透過せずに反射される。反射された光は、入射方向から９０°方向（Ｚ方向）へと偏向される。
【００７６】
以上のような構成により、偏向素子に対して電圧無印加時には光を直進透過させ、電圧印加時に光の光路を切り替えることが可能になり、さらに偏光状態に依存せず、小型で異なる規格の光ディスクを読み込むことが可能な光ヘッド装置が得られる。
【００７７】
（実施例４）
図１４の波長選択型光路切替素子６０を用いた光ヘッド装置の実施例について説明する。
光路切替素子６０は偏向素子６１、ダイクロイックミラー６２、入射角依存ミラー６３、透明基板６４からなり、偏向素子６１は実施例３と同様の方法によって作製するとともに、ピッチも約１．５μｍと同じ構造を有するものを用意する。また、入射角依存ミラー６３も実施例３の入射角依存ミラー４２と同様の方法によって作製するとともに、同じ構造を有するものを用意する。さらに、入射角依存ミラー６３は、波長選択型光路切替素子６０に入射する光がミラー面の法線方向に対して５０．３°で入射するように傾斜させて配置させる。
【００７８】
次に、ダイクロイックミラー６２の作製方法について説明する。図１４の波長選択型光路切替素子６０では偏向素子６１とダイクロイックミラー６２の間にある基板は石英ガラス基板からなる。このように、偏向素子６１が分離しているときのダイクロイックミラーの誘電多層膜構成を表３に示す。また、図１４のように波長選択型光路切替素子６０が石英ガラス基板で一体化されているときのダイクロイックミラーの誘電多層膜構成を表４に示す。
【００７９】
【表３】
2009217915.tif 000005
【００８０】
【表４】
2009217915.tif 000006
【００８１】
表３および表４のダイクロイックミラーを構成する誘電体多層膜の設計手法として、まず入射角が４５°において反射帯域が６６０ｎｍおよび７８０ｎｍ近傍となるような誘電体多層膜の構成を検討する。そして、４０５ｎｍ近傍における透過率が高くなるように各層の厚さを調整することで最適化を行ったものである。
【００８２】
実施例４におけるダイクロイックミラーは、入射する波長が特定の波長（例えば４０５ｎｍ）の光だけでなく異なる複数の波長の光が入射するときの光の作用について検討したものである。とくに、４０５ｎｍ波長帯の光が入射すると高い透過率を示し、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の光が入射すると高い反射率（低い透過率）を示すものである。
【００８３】
図１７に偏向素子６１とダイクロイックミラー６２との間の媒体が空気であるときの光の透過率の波長依存性の結果を示す。図１７（ａ）および図１７（ｂ）は、それぞれ図１４（ａ）の模式図に示すように直進する方向で入射したときのｐ偏光とｓ偏光の透過率の分布結果である。また、図１７（ｃ）および図１７（ｄ）は、それぞれ図１４（ｂ）の模式図に示すように光が回折して空気媒体を介して入射したとき、つまり、ここではθ´＝１５．７°であるときのｐ偏光とｓ偏光の透過率の分布結果である。
【００８４】
まず、図１７（ａ）および図１７（ｂ）のように偏向素子６１電圧非印加時に直進方向で光が入射する場合、４０５ｎｍ波長帯の光が入射すると高い透過率を示す。それに対し、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の光が入射すると、ほぼ０％の低い透過率、つまり高い反射率を示し、ダイクロイックミラー機能を発現していることが確認できる。さらに、図１７（ａ）および図１７（ｂ）のように偏向素子６１電圧印加時に光が回折して入射する場合、４０５ｎｍ波長帯の光が入射すると高い透過率を示す。なお、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の光が入射する場合は、図１４（ｃ）の模式図に示すように偏向素子６１に対して電圧非印加時であるので、入射する波長の光に応じて光路を切り替えることが可能な光ヘッド装置を実現することができる。
【００８５】
次に、図１８に偏向素子６１とダイクロイックミラー６２との間の媒体が石英ガラスであるときの光の透過率の波長依存性の結果を示す。図１８（ａ）および図１８（ｂ）は、それぞれ図１４（ａ）の模式図に示すように直進する方向で入射したときのｐ偏光とｓ偏光の透過率の分布結果である。また、図１８（ｃ）および図１８（ｄ）は、それぞれ図１４（ｂ）の模式図に示すように光が回折して入射したとき、ここではθ´＝１０．６°であるときのｐ偏光とｓ偏光の透過率の分布結果である。
【００８６】
図１８（ａ）および図１８（ｂ）のように偏向素子６１電圧非印加時に直進方向で光が入射する場合、４０５ｎｍ波長帯の光が入射すると高い透過率を示す。それに対し、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の光が入射すると、ほぼ０％の低い透過率、つまり高い反射率を示し、ダイクロイックミラー機能を発現していることが確認できる。さらに、図１８（ａ）および図１８（ｂ）のように偏向素子６１電圧印加時に光が回折して入射する場合、４０５ｎｍ波長帯の光が入射すると高い透過率を示す。なお、６６０ｎｍ波長帯および７８５ｎｍ波長帯の光が入射する場合は、図１４（ｃ）の模式図に示すように偏向素子６１に対して電圧非印加時とすればよいので、入射する波長の光に応じて光路を切り替えることが可能な光ヘッド装置を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
以上のように、偏向素子、入射角依存ミラー、光路補正素子などの光学素子を配置することによって、特定の波長の光の光路を切り替えることができるので、規格の異なる２つの光ディスク間の互換が可能で多機能かつ小型化となる光ヘッド装置を実現することができ、有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】第１の実施形態にかかる光ヘッド装置の模式図
【図２】偏向素子の断面模式図および液晶層の斜視図
【図３】偏向素子に入射する光の進行経路の模式図
【図４】第２の実施形態にかかる光ヘッド装置の模式図
【図５】第２の実施形態にかかる光ヘッド装置の光路を切り替える光学素子の構成および光の進行経路の模式図
【図６】第２の実施形態にかかる光ヘッド装置の光路切替素子
【図７】第３の実施形態にかかる光ヘッド装置の光路を切り替える光学素子の構成および光の進行経路の模式図
【図８】第４の実施形態にかかる光ヘッド装置の模式図
【図９】第４の実施形態にかかる光ヘッド装置の光路切替素子
【図１０】第４の実施形態にかかる光ヘッド装置の光路切替素子の光の進行経路の模式図
【図１１】第５の実施形態にかかる光ヘッド装置の模式図
【図１２】第５の実施形態にかかる光ヘッド装置の波長選択型光路切替素子
【図１３】第５の実施形態にかかる光ヘッド装置の波長選択型光路切替素子の光の進行経路の模式図
【図１４】第６の実施形態にかかる光ヘッド装置の波長選択型光路切替素子の構成および光の進行経路の模式図
【図１５】偏向素子の透過率の入射波長依存性（実施例１）
【図１６】偏向素子の透過率の入射波長依存性（実施例２）
【図１７】ダイクロイックミラーの透過率の入射波長依存性（実施例３において空気層から入射）
【図１８】ダイクロイックミラーの透過率の入射波長依存性（実施例３においてＳｉＯ２層から入射）
【符号の説明】
【００８９】
１０、３０  光ヘッド装置
１１、１１ａ  光源
１２  コリメートレンズ
１３  偏向ビームスプリッタ
１４ａ、１４ｂ  ミラー
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ  集光レンズ
１６ａ、１６ｂ  光ディスク
１７  光検出器
２０、３１、４１、５１、６１  偏向素子
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、３５、４４、５４、６４  透明基板
２２ａ、２２ｂ  液晶層
２３ａ、２３ｂ  回折格子
２４ａ、２４ｂ  透明電極
２５  液晶分子
３２、４２、５６、６３  入射角依存ミラー
３３  光路補正用プリズム
３４、４３、５３、６０  光路切替素子
３６  回折素子
５２  複合型ミラー素子
５７  光路補正素子
５５、６２  ダイクロイックミラー
【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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