JP2008276834A - 光ヘッド装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複層ディスクの複数の層からの戻り光の干渉を低減し、光検出器への信号強度を低下させることなく複層光ディスクを記録再生することができる光ヘッド装置を提供する。
【解決手段】光ヘッド装置は、所定波長の光を出射する光源１と、前記光源１から出射された光源光を集光させて光ディスク７の情報記録面７ａに照射する対物レンズ６と、前記情報記録面７ａによって反射された戻り光を前記光源光とは異なる光路に分離するビームスプリッタ３と、ビームスプリッタ３により光路を分離された前記戻り光を検出する光検出器８と、を備え、前記ビームスプリッタ３から光検出器８へ至る光路中にさらに、素子面内への入射位置により前記戻り光が異なる偏光状態とされて透過される偏光変換素子９と、入射光の偏光状態により直進透過光の透過率が異なる偏光選択素子１０と、をこの順番で備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数層の情報記録層を有する光記録媒体（以下「光ディスク」という。）すなわち複層光ディスク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。

情報記録層が複数層ある複層光ディスクに対して情報の記録再生を行うとき、光検出器に戻る戻り光は、光源からの出射光を集光、照射した情報記録層（以下「自層」ともいう。）により反射された光のみならず、隣接した情報記録層（以下「他層」ともいう。）により反射された光の影響を受ける。複層光ディスクの記録再生を行う光ヘッド装置では、このような層間クロストーク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、本明細書で用いる「記録再生」という文言は、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するものである。

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図１４に示す。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層とすると、Ｌ１層の再生時に光検出器に受光される光Ｌ１１に対し、Ｌ２層で反射された光Ｌ１２は、その焦点が光Ｌ１１より前方に位置する。一方、Ｌ２層の再生時に光検出器に受光される光Ｌ２２に対し、Ｌ１層で反射された光Ｌ２１は、その焦点が光Ｌ２２より後方に位置する。

複層光ディスクの情報記録層に記録された情報を読み取るときの、光検出器の受光面上における戻り光の集光状態を図７に模式的に示した。光検出器の受光面は、複数領域からなる受光エリア７３を有し、光ディスクの所望の情報記録層すなわち自層により反射された戻り光が、その受光エリア内に集光されて集光スポット７１を形成している。このとき、非所望の情報記録層の情報記録層すなわち他層により反射されて生じた迷光は、光検出器の受光面上に、デフォーカスされた大きなスポット径の集光スポット７２を形成する。他層からの集光スポット７２は、自層からの集光スポット７１と重なって受光エリア７３上に集光されるため、自層からの戻り光と干渉してノイズを発生させる問題があった。また、多層光ディスクの情報記録層間の間隔や光源の出射波長が変動すると、信号強度が変化して読み取り性能が低下させて問題となっていた。

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１５に示すような、回折部２５１を備えたホログラム素子２５０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して、サブビームの光検出器に照射される迷光を取り除くものである。

しかしながら、特許文献１に示された構成では、ホログラム素子の回折領域により回折された他層からの戻り光が、回折領域と隣接する透過領域との境界でフレネル回折を生じて、それにより光検出器上への新たな迷光を生じ、自層からの戻り光との干渉が発生することが避けられない。また、他層からの迷光のみならず、自層からの戻り光も回折させて光検出器に入る信号光強度が低下する問題があった。

特開２００５−２０３０９０号公報

本発明は、従来技術のかかる問題を解決するためになされたものであり、複層ディスクの複数の層からの戻り光の干渉を低減し、光検出器への信号強度を低下させることなく複層光ディスクを記録再生することができる光ヘッド装置を提供することを目的とする。

本発明は、（１）所定波長の光を出射する光源と、前記光源から出射された光源光を集光させて光ディスクの情報記録面に照射する対物レンズと、前記情報記録面によって反射された戻り光を前記光源光とは異なる光路に分離するビームスプリッタと、ビームスプリッタにより光路を分離された前記戻り光を検出する光検出器と、を備える、情報記録面を複数有する複層光ディスクを記録再生可能な光ヘッド装置であって、前記光ヘッド装置は、前記ビームスプリッタから光検出器へ至る光路中にさらに、素子面内への入射位置により前記戻り光が異なる偏光状態とされて透過される偏光変換素子と、入射光の偏光状態により直進透過光の透過率が異なる偏光選択素子と、をこの順番で備える、ことを特徴とする光ヘッド装置を提供する。

（２）（１）の光ヘッド装置において、前記偏光変換素子が、複屈折材料からなる偏光変換層を有し、偏光変換層の位相差および光学軸の少なくとも一方が、前記素子面内の位置により異なることが好ましい。

（３）（１）または（２）の光ヘッド装置において、前記偏光選択素子が、入射光の偏光状態により透過率が異なる偏光選択層を有することが好ましい。

（４）（３）の光ヘッド装置において、前記偏光選択素子の偏光選択層が、複数の領域を有していて、前記領域のもっとも透過率が高い偏光状態を基準化ストークスパラメータを用いて（Ｓ_０ｋ＝１，Ｓ_１ｋ，Ｓ_２ｋ，Ｓ_３ｋ）と表したときに、前記複数の領域のうち隣り合う領域の基準化ストークスパラメータ（１，Ｓ_１３，Ｓ_２３，Ｓ_３３）および（１，Ｓ_１４，Ｓ_２４，Ｓ_３４）の間に式（１）の関係が成り立つことが好ましい。
２≦（Ｓ_１３−Ｓ_１４）^２＋（Ｓ_２３−Ｓ_２４）^２＋（Ｓ_３３−Ｓ_３４）^２≦４ （１）

（５）（２）〜（４）のいずれかの光ヘッド装置において、前記偏光変換素子の偏光変換層が、光軸を中心とした放射状の境界により中心角９０度の４つの領域に分割されていて、前記偏光変換素子に戻り光を入射させたときに、前記偏光変換層のうち隣り合う領域が、前記入射光を互いに逆回りの円偏光に変換して透過させることが好ましい。

（６）（５）の光ヘッド装置において、前記偏光選択素子の偏光選択層が、光軸を中心とした放射状の境界により中心角９０度の４つの領域に分割されるとともに、前記偏光選択素子が光軸および境界の方向を、前記偏光変換素子の偏光変換層の光軸および境界の方向と一致させて配置されるとともに、前記偏光選択層のうち隣り合う領域が、互いに逆回りの円偏光を透過させるとともに、透過させる円偏光と逆回りの円偏光を透過させないことが好ましい。

（７）（１）〜（４）のいずれかの光ヘッド装置において、複数層の情報記録面を有する光ディスクを記録再生するときに、前記偏光変換素子が、複数層の情報記録面のうち記録再生を行う自層からの戻り光と自層に隣接する情報記録面である他層からの戻り光とを、異なる偏光状態に変換して透過させ、前記偏光選択素子が、自層からの戻り光を直進透過させることが好ましい。

（８）（７）の光ヘッド装置において、前記偏光変換素子の前記複屈折層が、前記光軸を中心とする対称な位置に配置された第１の領域および第２の領域と、前記複屈折層の第１および第２の領域外の第３の領域とを備えていて、前記第１の領域および前記第２の領域は、入射した前記戻り光を第１の円偏光に変換して透過させ、前記第３の領域は、入射した前記戻り光を前記第１の円偏光とは回転方向が逆回りの第２の円偏光に変換して透過させ、前記偏光選択素子が、前記第１の円偏光を反射し、前記第２の円偏光を透過することが好ましい。

（９）（７）の光ヘッド装置において、前記偏光変換素子の前記複屈折層が、帯状の第１の領域と、他の部分からなる第２の領域とを備えていて、前記偏光変換素子に入射した前記戻り光のうち、前記第１の領域に入射した前記戻り光は第１の円偏光に、前記第２の領域に入射した前記戻り光は前記第１の円偏光とは回転方向が逆回りの第２の円偏光に、それぞれ変換されて透過され、前記偏光選択素子が、前記第１の円偏光を反射し、前記第２の円偏光を透過させることが好ましい。

（１０）（２）または（３）の光ヘッド装置において、前記偏光選択素子が、コレステリック液晶または高分子コレステリック液晶からなり入射光の偏光状態により異なる反射率を有する液晶層を備えることが好ましい。

（１１）（１）〜（９）のいずれかの光ヘッド装置において、前記偏光選択素子と、前記光検出器の受光面との距離が１ｍｍ以下であることが好ましい。

（１２）（１）〜（４）および（７）〜（１１）のいずれかの光ヘッド装置において、前記偏光選択素子と前記偏光変換素子の少なくとも一方の素子面において、入射した自層からの戻り光の光束の面積に対して、入射した他層からの戻り光の光束の面積が２倍以上であることが好ましい。

本発明は、光検出器への信号強度を低下させることなく複層光ディスクを記録再生することができるという効果を有する光ヘッド装置を提供することができるものである。

＜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１００の概念的な構成を示す図である。図１の光ヘッド装置１００は、所定の波長の光源光を出射する光源１と、光源１から出射された光源光を略平行光に変換するコリメータレンズ４ａと、コリメータレンズ４ａから出射された光を透過させると共に、光ディスク７の情報記録面７ａにより反射された戻り光を偏向分離して光検出器８に導くビームスプリッタ３と、上記光源１から出射された光源光を集光して光ディスク７の情報記録面７ａに照射する対物レンズ６と、光源光が光ディスク７の情報記録面７ａにより反射されて生じた戻り光を光検出器８に集光するコリメータレンズ４ｂと、前記戻り光を素子面内への入射位置により異なる偏光状態に変換して透過させる偏光変換素子９と、非点収差レンズ１１と、入射光の偏光状態により直進透過光の透過率が異なる偏光選択素子１０と、上記戻り光を検出する光検出器８とを備える。

光源１から出射された光束は、コリメータレンズ４ａ、ビームスプリッタ３をこの順で透過して、対物レンズ６により集光されて、光ディスク７の所望の情報記録面７ａに照射される。光ディスク７の情報記録面７ａに集光、照射された光源光は、情報記録面７ａにより反射され、対物レンズ６を透過してビームスプリッタ３で反射され、コリメータレンズ４ｂから偏光変換素子９、非点収差レンズ１１、偏光選択素子１０を介して光検出器８に入射される。

光源１は、例えば、波長６５０ｎｍ近傍の直線偏光の発散光束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１の波長は、６５０ｎｍ近傍に必ずしも限定されず、例えば４００ｎｍ近傍や７８０ｎｍ近傍、その他の波長であってもよい。ここで、４００ｎｍ近傍、波長６５０ｎｍ近傍および７８０ｎｍ近傍の波長とは、それぞれ、３８５ｎｍ〜４３０ｎｍ、６３０ｎｍ〜６７０ｎｍおよび７６０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲にある波長を意味する。

また、光源１は、２つまたは３つの波長の光束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、互いに異なる波長を発光する２個または３個の発光点を持ったモノリシック型の２波長レーザ光源または３波長レーザ光源を挙げることができる。

図２に、本実施形態に係る光ヘッド装置に用いられる偏光変換素子９の構成の１例を示す。図２の偏光変換素子９は、複屈折材料からなる複屈折層を有し、この複屈折層は光軸を中心とした放射状の境界により分割された中心角９０度の４つの領域２１〜２３、を備えている。図２（ａ）に矢印２０で示した偏光方向をもつ直線偏光が偏光変換素子９に入射光すると、入射光は４つの領域２１〜２４のそれぞれにより円偏光に変換されて出射される。このとき、隣接する領域からの透過光が互いに回転方向が逆回りの円偏光となるように変換される。以下、領域２１、２４から出射される円偏光を第１の円偏光といい、領域２２、２３から出射される、第１の円偏光とは回転方向が逆回りの円偏光を第２の円偏光という。すなわち、偏光変換素子９から出射される戻り光は、光軸を中心とする９０度ずつの隣り合う領域が第１の円偏光と第２の円偏光であって、光軸を中心とする１８０度回転対称であるパターンの偏光状態の光束である。以下、偏光状態のパターンを「偏光パターン」という。

直線偏光の入射光を図２（ａ）に示したパターンの偏光状態の偏光に変換して出射する偏光変換素子の１例の平面構成図を図２（ｂ）に示す。図２（ｂ）の偏光変換素子９は、それぞれの領域の位相差は入射光の波長をλとしたときにともにλ／４であって、光学軸の方向２５〜２８が、矢印２０で示した入射光の偏光方向と４５度の角度をなすとともに、隣接する領域の光学軸が互いに９０度の角度をなす放射状とされている。

各領域の光学軸と位相差は、出射光が図２（ａ）の偏光パターンとなるものであれば、図２（ｂ）の構成に限定されず他の構成を用いることができる。例えば、同様の入射光に対して、図２（ｂ）のそれぞれの領域の位相差は同様にλ／４とし、光学軸の方向２５〜２８が、矢印２０で示した入射光の偏光方向と４５度の角度をなす円周状とした構成や、各領域の光学軸の方向２５〜２８を入射光の偏光方向と４５度の角度をなすとともに互いに平行とし、領域２１、２４の位相差をλ／４、領域２２、２３の位相差を３λ／４とした構成なども同様に用いることができる。

また、他の偏光状態の入射光であっても、偏光変換素子の各領域の光学軸および位相差を適宜変更して用いることができる。すなわち、入射光は他の偏光方向の直線偏光であってもよく、あるいは偏光変換素子の各領域の光学軸および位相差を適宜変更して本発明の効果が得られる限り、入射光は直線偏光に限定されず、円偏光であってもよい。

複屈折材料は、光の偏光方向によって異なる屈折率を示す材料であって、例えば、水晶やＬｉＮｂＯ_３（ニオブ酸リチウム）のような複屈折性を示す単結晶、複屈折性を示す樹脂フィルムや樹脂の射出成型品、液晶、構造複屈折材料、等を用いることができる。複屈折材料として液晶を用いると、液晶の配向方向を制御して遅相軸方向を自由に設定できるため好ましい。液晶として、重合性液晶組成物を光や熱により高分子化させて得られる高分子液晶を用いると、さらに温度特性や取り扱い性が向上してより好ましい。また、複屈折材料として、基板上に設けた層や基板表面を加工して形成される構造複屈折材料を用いることもできる。構造複屈折材料は、光の波長と同程度またはさらに短い周期の微細な周期構造を形成して得られ、光学軸の方向や位相差の大きさを自由に設計できるので好ましい。

本実施形態に係る光ヘッド装置に用いられる偏光選択素子１０の構成の１例を図３の平面図に示す。図３の偏光選択素子１０は、入射光の偏光状態により透過率が異なる偏光選択層を有している。この偏光選択層は、光軸を中心とした放射状の境界により中心角９０度の４つの領域に分割され、それぞれの領域に入射された入射光を、入射光の偏光状態によって異なる透過率で透過させるか、異なる光路に出射するように構成されている。

このような偏光選択素子としては、例えば、領域ごとに所望の偏光選択性をもたせて、入射光を光学多層膜に斜め入射させる偏光ミラー、偏光方向により入射光を吸収または吸収せずに透過させる吸収型偏光子、または入射光の偏光状態により回折効率が異なる偏光回折格子を形成して、作製することができる。あるいは、領域ごとに円偏光の回転方向により透過率および反射率が異なる円偏光選択反射素子などを用いることができる。

偏光選択素子１０は、円偏光選択反射素子を用いることが好ましい。コレステリック液晶は、液晶の螺旋ねじれのピッチＰから決まる選択反射波長帯を有していて、液晶の螺旋軸方向から入射した選択反射波長帯の光のうち、螺旋ねじれ方向と同一方向に回転する円偏光を透過させ、螺旋ねじれ方向と逆方向に回転する円偏光を反射するので、選択反射波長帯の入射光に対して所望の円偏光選択性が容易に得られる。そのため、円偏光選択反射素子としては、コレステリック液晶からなる液晶層を有する、円偏光選択反射素子を用いることが好ましい。なおコレステリック液晶は、液晶分子の配向方向が螺旋軸方向に回転した配向状態をもつ液晶であって、本明細書中では、カイラル剤を添加したネマチック液晶を含めていうものとする。コレステリック液晶層として、重合性液晶組成物を紫外線照射、加熱等により重合・固体化して得られる高分子コレステリック液晶を用いることもでる。その場合、液晶を封入するシールが不要になるとともに、特性の温度変化を抑制できてより好ましい。

図４は、かかる偏光選択素子１０の構成の１例の断面図であって、この偏光選択素子１０は、透光性基板４５、４６と、透光性基板４５、４６に挟持されたコレステリック相液晶からなる円偏光選択反射層４１〜４４（４２、４３は模式図していない）とを有している。透光性基板は、素子を用いる波長の光を実質的に吸収せずに透過させるガラス基板や樹脂基板が好ましく、特にガラス基板が基板の複屈折が小さいために好ましい。

円偏光選択反射層４１〜４４は、図３の偏光選択素子１０における４つの領域３１〜３４に対応し、同様の円偏光選択性を有する。すなわち、円偏光選択反射層４１、４４は、第１の方向（例えば、反時計方向）に回転する第１の円偏光を透過させて第２の方向（例えば、時計方向）に回転する第２の円偏光を選択反射し、円偏光選択反射層４２、４３は、第２の円偏光を透過させて第１の円偏光を選択反射する。

円偏光選択反射層４１〜４４は、例えば透光性基板４５の基板面上に重合性液晶組成物からなる層を形成し、この層を紫外線照射や加熱により重合固化させて得られる高分子コレステリック液晶層の非所望の領域を除去して、例えば領域４２、４３を形成し、次いで螺旋ねじれ方向が逆方向の高分子コレステリック液晶層を同様に形成して領域４１、４４を形成することにより、作製することができる。高分子コレステリック液晶からなる円偏光選択反射層が透光性基板に挟持された構造とすると、素子の剛性が向上し、良好な波面収差が得られて好ましいが、円偏光選択反射層が１枚の透光性基板の基板面上に形成された構成としてもよいし、基板を用いなくてもよい。

本実施形態に係る光ヘッド装置では、光ディスクの情報記録面により反射された戻り光は、上述したように、ビームスプリッタ３、コリメーターレンズ４ｂを経て、矢印２０で示した偏光方向をもつ直線偏光状態で偏光変換素子９に入射される。偏光変換素子９に入射された戻り光は、図２（ａ）に示したように、領域２１、２４からの透過光は第１の円偏光、領域２２、２３からの透過光は第１の円偏光である偏光パターンに変換されて出射される。偏光変換素子９から出射された戻り光は、非点収差レンズ１１を経て、偏光選択素子１０に入射される。偏光選択素子１０から出射された自層からの戻り光は、光検出器８の受光面に集光されて、光ディスクの情報記録面に記録された信号が読み取られる。

光ディスクの自層からの戻り光がコリメーターレンズ４ｂと非点収差レンズ１１により合焦されて生じる２本の直交する焦線を、光ディスク７に近い側から第１の焦線、第２の焦線としたときに、偏光変換素子９は第１の焦線よりビームスプリッタ３側に配置され、光検出器８は、第１および第２の焦線の間に配置され、偏光選択素子１０は、第１の焦線と光検出器８との間に配置される。

偏光選択素子１０と偏光変換素子９は、それぞれの光軸および境界の方向と一致させて配置されるとともに、前記偏光選択層のうち隣り合う領域が、互いに逆回りの円偏光を透過させるとともに、透過させる円偏光と逆回りの円偏光を透過させないように、構成されている。すなわち、偏光変換素子９の領域３１、３４は第１の円偏光を反射して第２の円偏光を透過させ、領域３２、３３は第１の円偏光を透過させて第２の円偏光を反射するように構成され配置される。このとき、偏光変換素子９と偏光選択素子１０とは、それぞれの４つの領域の境界方向のうち一方と第１の焦線の方向とを平行に配置されることが好ましい。以下の説明では、第１の焦線は、図２の紙面内で垂直方向の境界と平行であるとする。

偏光変換素子９から出射された戻り光のうち、自層からの戻り光は、非点収差レンズ１１により第１の焦線に合焦されてさらに光路を進行するので、偏光変換素子９から出射されたときとは第１の焦線について線対称な偏光パターンに変換されて、偏光選択素子１０に入射される。それにより、偏光変換素子９の各領域のうち、入射光を第１の円偏光に変換して出射させる領域から出射された戻り光が、偏光選択素子１０の第１の円偏光を透過させる領域に入射され、入射光を第２の円偏光に変換して出射させる領域から出射された戻り光が、偏光選択素子１０の第２の円偏光を透過させる領域に入射される。それにより自層からの戻り光は、減衰されることなく、偏光選択素子１０から出射される。

一方、他層からの戻り光は自層からの戻り光と焦線位置が異なるため、偏光変換素子９から出射されたときと同様の偏光パターンで偏光選択素子１０に入射される。そのため、偏光変換素子１０の各領域から出射された戻り光は、偏光選択素子８の各領域により反射されて、光検出器８に入射する光量が低減される。他層からの戻り光の２本の焦線が、２本とも偏光変換素子１０より非点収差レンズ１１側に、または偏光選択素子８より光検出器側である遠い側（光検出器以遠であってもよい）となるように構成することが好ましい。この構成とすると、さらにクロストークを低減し易い。

光検出器８の受光面上における戻り光の集光状態について、図７を用いて説明する。光検出器８の受光面は、複数領域からなる受光エリア７３ａ〜ｄを有していて、光ディスクの所望の情報記録層すなわち自層により反射された戻り光は、その受光エリア７３ａ〜ｄ内に集光されて集光スポット７１を形成して、情報が読み取られる。一方、所望の情報記録層以外の情報記録層である他層により反射されて生じた戻り光は、デフォーカスされた大きなスポット径の集光スポット７２となって光検出器８の受光面上に入射されるが、上述の構成によって光強度が著しく減衰されて、自層からの戻り光と他層からの戻り光との干渉が抑制される。それにより、光検出器への信号強度を低下させることなく、複層光ディスクに対して良好な読み取り／書き込み特性が実現される。

ここで、光の偏光状態を表すために、ストークスパラメータを用いて説明する。以下、ストークスパラメータについて簡単に説明するが、ストークスパラメータの詳細な説明は、例えば培風館発行「応用光学２」第５−３章「偏光の表記」に記されている。

（ｘ，ｙ，ｚ）座標系においてｚ方向に進む光を考えると、この光のｘ、ｙ成分のＥｘ、Ｅｙは次式で表わされる。

Ｅ_ｘ＝Ａ_ｘ・ｅｘｐ｛ｉ（ωｔ−ｋ_ｚ＋δ_ｘ）｝
Ｅ_ｙ＝Ａ_ｙ・ｅｘｐ｛ｉ（ωｔ−ｋ_ｚ＋δ_ｙ）｝

ここで、ωは角周波数、ｋは波数ベクトル、δ_ｘ、δ_ｙはそれぞれｘ、ｙ方向の光の位相、Ａ_ｘ、Ａ_ｙはそれぞれｘ、ｙ方向の電場振幅を示す。

偏光状態は４つのパラメータであるストークスパラメータ（Ｓ_０，Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）によって表すことができる。

Ｓ_０＝＜Ａ_ｘ ^２＞＋＜Ａ_ｙ ^２＞
Ｓ_１＝＜Ａ_ｘ ^２＞−＜Ａ_ｙ ^２＞
Ｓ_２＝２＜Ａ_ｘ・Ａ_ｙ・ｃｏｓδ＞
Ｓ_３＝２＜Ａ_ｘ・Ａ_ｙ・ｓｉｎδ＞

ここで、δ＝δ_ｙ−δ_ｘとし、記号“＜ ＞”は十分に長い時間の平均値を示す。

Ｓ_０は光強度を表すパラメータなので、Ｓ_０＝１で規格化した基準化ストークスパラメータによって、光の偏光状態を表すことができる。つまり、基準化ストークスパラメータは、次のように表される。

Ｓ_０＝１
Ｓ_１＝｛＜Ａ_ｘ ^２＞−＜Ａ_ｙ ^２＞｝／｛＜Ａ_ｘ ^２＞＋＜Ａ_ｙ ^２＞｝
Ｓ_２＝２＜Ａ_ｘ・Ａ_ｙ・ｃｏｓδ＞／｛＜Ａ_ｘ ^２＞＋＜Ａ_ｙ ^２＞｝
Ｓ_３＝２＜Ａ_ｘ・Ａ_ｙ・ｓｉｎδ＞／｛＜Ａ_ｘ ^２＞＋＜Ａ_ｙ ^２＞｝

偏光度Ｖは、基準化ストークスパラメータを用いて、次式で表わされる。
Ｖ＝（Ｓ_１ ^２＋Ｓ_２ ^２＋Ｓ_３ ^２）^１／２／Ｓ_０ （２）

また、２つの光ａ、ｂの偏光状態を（Ｓ_０ａ，Ｓ_１ａ，Ｓ_２ａ，Ｓ_３ａ）、（Ｓ_０ｂ，Ｓ_１ｂ，Ｓ_２ｂ，Ｓ_３ｂ）とすると、これらの光の偏光状態の差は、
γ＝（Ｓ_１ａ−Ｓ_１ｂ）^２＋（Ｓ_２ａ−Ｓ_２ｂ）^２＋（Ｓ_３ａ−Ｓ_３ｂ）^２ （３）
で表すことができる。

図３の偏光選択素子１０の領域３１〜３４により透過された光の偏光状態を基準化ストークスパラメータで表記すると、領域３１および３４を透過した光は、（Ｓ_０，Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）＝（１，０，０，１）、領域３２および３３を透過した光は、（Ｓ_０，Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）＝（１，０，０，−１）と表わされる。また、例えば隣り合う領域３１、３２の偏光状態の差γは、γ＝（０−０）^２＋（０−０）^２＋（１−（−１））^２＝４となる。

本実施形態の光ヘッド装置１００では、戻り光は、領域により偏光状態が異なる偏光パターンに変換されて、各領域からの出射光を足し合わせた光束の偏光度Ｖは低減されて実質的に０（ゼロ）となって、受光素子の受光エリア７３上で、自層からの戻り光と他層からの戻り光とが干渉する層間光干渉を生じ難いという効果が得られる。

また、本実施形態の光ヘッド装置１００では、偏光変換素子９の各領域を透過した光は、隣り合う領域からの透過光との偏光状態の差が大きいので、領域の境界で回折現象を起こして、隣接する領域の戻り光に混ざり込んで偏光状態を乱すおそれがある。偏光選択素子１０として、隣り合う領域を透過した光の偏光状態の基準化ストークスパラメータＳ_３が０．７〜１．０および−０．７〜−１．０である偏光選択素子を組み合せて用いると、大きいγが得られて、偏光変換素子９の隣り合う領域による透過光の混ざり込みによる偏光状態の乱れを取り除くことができる。それにより光検出器８の受光エリア７３上での、他層からの戻り光である迷光との干渉をさらに低減することができて好ましい。かかる特性の円偏光選択素子は、隣り合う領域で、捩れ方向が逆回りのコレステリック液晶を用いると、好ましく得られる。

偏光選択素子の隣り合う領域から出射される光の偏光状態の差γは、より好ましくは３以上４以下であり、とくに好ましくはγを３．５以上４以下である。γをこのような範囲とすると、他層からの戻り光の混ざり込みを低減して、光検出器８の受光エリア７３における自層からの光と他層からの光との干渉性をより低減できて好ましい。上述の偏光状態の乱れをより効果的に取り除くためには、偏光選択素子１０は、第１の焦線を挟んで偏光変換素子９と近接させて配置することがより好ましい。

偏光選択素子１０は、できるだけ光検出器９の近くに配置することが好ましい。偏子選択素子１０と光検出器９の受光面との距離を近付けると、偏光選択素子９を透過した光束の偏光パターンが各領域の境界で回折して偏光パターンが乱れるのを抑制して、自層と他層の光の干渉を低減することができる。偏光選択素子と光検出器の受光面との距離は１ｍｍ以下が好ましく、０．５ｍｍ以下さらに０．１ｍｍ以下がより好ましい。ここで、偏光選択素子と光検出器の受光面との距離とは、偏光選択素子の偏光選択層と受光面の距離をいう。

偏光変換素子９と偏光選択素子１０とは、近くに配置することが好ましい。偏光変換素子９と偏光選択素子１０との距離は、１０ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは５ｍｍ以下であり、さらに好ましくは２ｍｍ以下である。また、かかる距離で偏光変換素子９と偏光選択素子１０とを一体化すると、光軸と境界方向とを高精度で一致させて光学系を構成することが容易となって、それによりクロストークをより低減できて好ましい。

図５は、本発明の光ヘッド装置において適用可能な、コレステリック液晶を用いた円偏光選択素子である偏光選択素子の第２の模式的断面図を示す。図５の偏光選択素子５０は、円偏光選択反射層と１／２波長板が積層一体化された構成を有していて、図５の偏光選択素子５０の円偏光選択反射層は、光軸方向で見たときに、図３の偏光選択素子１０における４つの領域３１〜３４に対応する円偏光選択反射層の領域５１〜５４を有している。

第１の透光性基板５５の基板面上には、円偏光選択反射層の領域５１と不模式図の領域５４とが、第２の透光性基板５６の基板面上には、円偏光選択反射層の領域５２と不模式図の領域５３とが、それぞれ形成されている。これらの円偏光選択反射層の領域５１〜５４は、選択波長帯の第１の円偏光を透過させ、第２の円偏光を選択反射する高分子コレステリック液晶を用いて形成される。円偏光選択反射層の領域５１と領域５４とが形成された第１の透光性基板５５と、円偏光選択反射層の領域５２と領域５３とが形成された第２の透光性基板５６とは、円偏光選択反射層が形成された面を対向させ、１／２波長板層５７を挟持させるとともに、接着機能を兼ね備える充填材５８を空隙部を充填するように充填して、積層一体化して作製される。

図５の偏光選択素子１０に選択反射波長帯の第１の円偏光が入射した場合について説明する。透光性基板５５側から図中で素子の左側に入射した第１の円偏光は、円偏光選択反射層の領域５１を透過し、１／２波長板層５７により第２の円偏光に変換されて、偏光選択素子５０から直進透過される。一方、図中で素子の右側に入射した第１の円偏光は、１／２波長板層５７に入射して、第２の円偏光に変換されて円偏光選択反射層の領域５２に入射され、領域５２により選択反射される。

次に第２の円偏光を、同じく透光性基板５５側から入射させた場合について説明する。図中で素子の左側に入射した第２の円偏光は、円偏光選択反射層の領域層５１により反射される。一方、図中で素子の右側に入射した第２の円偏光は、まず１／２波長板層５７に入射して、第１の円偏光に変換されて円偏光選択反射層の領域５２に入射され、領域５２により透過される。このように、図５に示した偏光選択素子は、隣り合う領域で透過される円偏光の回転方向が異なる偏光選択性を有している。

図６は、本発明の光ヘッド装置において適用可能な、コレステリック液晶を用いた円偏光選択素子である偏光選択素子１０の第３の模式的断面図を示す。図６の偏光選択素子６０の第１の透光性基板６５は、光軸方向で見たときに、図３の偏光選択素子１０における４つの領域３１〜３４のうち領域３１、３４に対応する領域に、１／２波長板からなる１／２波長板層の領域６１と不図示の領域６４とを有し、図３の領域３２、３３に対応する領域には、入射偏光の円偏光の回転方向を変化させないｍ波長板（ｍは正の整数）あるいは等方性材料からなる等方性層の領域６２と不図示の領域６３とを有している。円偏光選択反射層６７は、選択波長帯の第１の円偏光を選択反射し、第２の円偏光を透過させる高分子コレステリック液晶を用いて形成される。ｍは１とすると製造が容易となり好ましいが、これに限定されない。

１／２波長板層６１、６４と等方性層６２，６３とが形成された透光性基板６５は、基板上に形成された１／２波長板層および等方性層と円偏光選択反射層６７とを挟持して、対になる透光性基板６６と積層一体化されて、図６の偏光選択素子６０を構成している。

図６の偏光選択素子に対して、透光性基板６５側から、選択反射波長帯の第１の円偏光を入射させた場合について説明する。

図中で素子の左側に入射した第１の円偏光は、１／２波長板層の領域６１に入射され、第２の円偏光に変換されて円偏光選択層６７へと出射され、円偏光選択反射層６７により透過されて偏光選択素子６０から出射される。一方、図中で素子の右側に入射した第１の円偏光は、等方性層の領域６２に入射され、偏光状態を変化されることなく円偏光選択反射層６７へと出射され、円偏光選択反射層６７により選択反射される。

次に第２の円偏光を、同じく透光性基板６５側から入射させた場合について説明する。図中で素子の左側に入射した第２の円偏光は、等方性層の領域６２に入射され、そのままの偏光状態で円偏光選択反射層６７へと出射され、円偏光選択反射層６７により選択反射される。一方、図中で素子の右側に入射した第２の円偏光は、等方性層の領域６２に入射され、そのままの偏光状態で円偏光選択反射層１５７へと出射され、円偏光選択反射層１５７により透過されて、偏光選択素子１０から出射される。このように、図６に示した偏光選択素子は、隣り合う領域で透過される円偏光の回転方向が異なる偏光選択性を有している。

以上の説明では、４つの分割された領域の隣り合う領域により互いに逆回りの円偏光に変換して透過させる偏光変換素子と、４つの分割された領域の隣り合う領域により互いに逆回りの円偏光を透過しこれと逆回りの円偏光を反射する円偏光選択反射素子と、を組合せて用いる構成を例に挙げて説明したが、偏光変換素子および偏光選択反射素子がそれぞれ透過させる偏光パターンはこれに限定されない。

たとえば、４つの分割された領域の隣り合う領域が、入射光をそれぞれ偏光方向がＸ方向である直線偏光とＸ方向に直交するＹ方向である直線偏光とに変換して透過させる偏光変換素子と、Ｘ方向に偏光する直線偏光成分のみを透過する領域と、Ｘ方向に直交するＹ方向に偏光する直線偏光成分のみを透過する領域とを有する偏光選択素子との組み合わせも同様に好ましく用いることができる。この場合、それぞれの領域からの透過光の偏光状態を基準化ストークスパラメータで標記すると、それぞれ（１，１，０，０）、（１，−１，０，０）となり、これらの領域から出射される光は、γ＝（１−（−１））^２＋（０−０）^２＋（０−０）^２＝４と偏光状態の差γが大きくて好ましい。

また、偏光選択素子の他の例として、ある領域が直線偏光を透過させ、隣り合う領域が円偏光を透過させる偏光選択素子を用いることもできる。その場合には、隣り合う領域から出射される光は、γ＝（１−０）^２＋（０−０）^２＋（０−１）^２＝２と偏光状態の差が大きくて好ましい。それにより、他層からの光量を概ね１／２に低減できて、光検出器上での複層ディスク自層と他層からの光の干渉を低減することができる。

偏光選択素子の隣り合う領域から出射される光の偏光状態の差γは、より好ましくは３以上４以下であり、とくに好ましくはγを３．５以上４以下である。γをこのような範囲とすると、自層からの光と他層からの光との干渉性をより低減できて好ましい。

以上のように、本実施の形態に係る光ヘッド装置１００においては、ビームスプリッタ４と光検出器９との間の光路中に、偏光変換素子８および偏光選択素子１０とを配置し、偏光変換素子８により、自層からの戻り光と、他層からの戻り光とを、異なる偏光パターンの光束に変換し、偏光選択素子１０により、自層からの戻り光を直進透過させ、他層からの戻り光を透過させない構成としたので、光検出器８の受光面上への他層からの戻り光の入射を低減することができる。また、複層ディスクのそれぞれの層からの戻り光が照射される光検出器９上で、それぞれの層からの戻り光の偏光度を低下させることができ、それらの光の干渉性が低減される。

それにより、複層ディスクの層間隔の変化や波長の変化によって異なる層からの光の干渉条件が変化することによって信号が強度変化して、読み取り性能が低下することを抑制できるので、本実施の形態に係る光ヘッド装置１００は、光検出器９への信号強度を低下させることなく複層光ディスクを記録再生することができる。

＜第２の実施の形態＞
本実施の形態に係る光ヘッド装置２００の概念的な構成を図８に示す。本実施形態の光ヘッド装置２００は、光源２０１、コリメータレンズ２０４ａ、ビームスプリッタ２０３、対物レンズ２０６、コリメータレンズ２０４ｂ、偏光変換素子２０９、非点収差レンズ２１１、偏光選択素子２１０および光検出器２０８を備えていて、光源２０１とコリメータレンズ２０４ａとの間の光路上に、光源光をメインビームと２つのサブビームとからなる３つのビームに分ける３ビーム回折素子２０２をさらに備えている以外は、実施形態１にかかる光ヘッド装置１００と同様の構成を有する。

光検出器２０８では、光ディスク２０７の所望の情報記録面２０７ａに記録された情報の読み取り信号、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読み取られ出力信号が生成される。なお、光ヘッド装置２００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機構（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機構（トラッキングサーボ）とを備えるが、図８に示す構成図では省略されている。

光源２０１から出射された光源光は、３ビーム回折素子２０２によりメインビームと２つのサブビームとからなる３つのビームに分けられて、この３つのビームからなる光源光は、コリメータレンズ２０４ａ、ビームスプリッタ２０３をこの順で透過して、対物レンズ２０６により集光されて、光ディスク２０７の所望の情報記録面２０７ａに照射される。光ディスク２０７の情報記録面２０７ａに集光、照射された光源光は、情報記録面２０７ａにより反射され、対物レンズ２０６を透過してビームスプリッタ２０３で反射され、コリメータレンズ２０４ｂから偏光変換素子２０９、非点収差レンズ２１１、偏光選択素子２１０を介して光検出器２０８に入射される。

図１０に、本実施形態に係る光ヘッド装置に用いられる偏光変換素子２０９の構成の１例を示す。本実施形態に係る光ヘッド装置に用いられる偏光変換素子２０９は、メインビームの光軸を中心に対称に配置された第１および第２の領域２０１、２０２と、他の部分からなる第３の領域２０３とを有している。第３の領域２０３は、偏光変換素子２０９の、少なくとも、光ディスクの自層で反射され光検出器に導かれる戻り光が入射する有効領域内である。

第１および第２の領域２２１、２２２は、光ヘッド装置２００を構成したときに、それぞれが対応する受光エリア２８１および２８２に対して、相似する形状あるいは包絡する形状とするとともに対応する位置に配置される。これらの領域２２１、２２２、２２３はそれぞれ所定の光学軸方向および所定の位相差の大きさを有する複屈折性を示す複屈折層を含んでいて、偏光変換素子２０９に図１０（ａ）中に矢印２２０で示した方向に偏光した直線偏光が入射されると、偏光変換素子２０９のそれぞれ第１および第２の領域２２１、２２２に入射した入射光は、図中に矢印で示したように同じ回転方向の円偏光（以下の本実施形態の記載では第１の円偏光という）に変換されて出射され、領域２２３に入射した入射光は、第１および第２の領域２２１、２２２から出射される円偏光とは反対方向の回転方向をもつ第２の円偏光に変換されて出射される。

本実施形態で用いる偏光選択素子２１０の平面模式図を図１０に示した。偏光選択素子２１０は、入射した光のうち、第２の円偏光を透過させ、第１の円偏光を反射するように構成される。

図９に、本実施形態にかかる光ヘッド装置２００の光検出器２０８の、受光エリアと、受光面上に集光された戻り光と、を模式的に示した。光検出器２０８は、前述のメインビームおよび２つのサブビームからなる３つのビームによるそれぞれの戻り光を受光するための３組の受光エリア２８３および２８１、２８２を備える。光ディスクの自層に照射された、メインビームおよび２つのサブビームからなる３つのビームによる戻り光は、受光面上でそれぞれ集光スポット２８６および２８５、２８７に集光され、また他層による反射により生じた戻り光は、受光面上でデフォーカスされた集光スポット２８８に集光される。

本実施形態にかかる光ヘッド装置２００において、偏光変換素子２０９に入射した複層光ディスクからの戻り光は、領域２２１、２２２から出射された第１の円偏光である透過光と、領域２０３から出射された第２の円偏光である透過光とが足し合わされて、領域により偏光状態が異なる、偏光度Ｖが低減された光束となって出射される。

メインビームによる自層からの戻り光のうち、偏光変換素子２０９の第１および第２の領域２２１、２２２に入射して第１の円偏光に変換されて出射された戻り光は、偏光選択素子２１０により反射され、面積が大きい第３の領域２２３に入射して第２の円偏光に変換された戻り光が、偏光選択素子２１０により透過されて支配的な光束となって、メインビームを受光する受光エリア２８６に集光される。それにより、受光エリア２８６において充分な戻り光強度が得られる。

また、２本のサブビームによる自層からの戻り光のうち、偏光変換素子２０９の第１および第２の領域２２１、２２２により第１の円偏光に変換されて出射された戻り光は、偏光選択素子２１０により反射されて、面積が大きい領域２０３により第２の円偏光に変換されて出射された戻り光が、偏光選択素子２１０により透過されて支配的な光束となって、サブビームを受光する受光エリア２８１、２８２に集光されて集光スポット２８５、２８７を形成する。

一方、２本のサブビームによる他層からの戻り光は、偏光変換素子２０９の第１および第２の領域２２１、２２２により第１の円偏光に変換されて出射された戻り光は偏光選択素子２１０により反射され、面積が大きい領域２０３により第２の円偏光に変換されて出射された戻り光は偏光選択素子２１０により透過される。第１および第２の領域２２１、２２２は、それぞれ受光エリア２８１および２８２に対して相似する形状あるいは包絡する形状とされ、対応する位置に配置されているので、２本のサブビームによる他層からの戻り光は、受光エリア２８１、２８２以外の光検出器２０８の受光面上に、デフォーカスされた集光スポット２８８として集光される。これにより、自層からの戻り光と他層からの戻り光との干渉が抑制されて、良好な再生特性が実現される。

偏光変換素子２０９の第１および第２の領域２２１、２２２から出射された戻り光と、第３の領域２２３から出射された戻り光とは、偏光状態が大きく異なるため領域の境界で回折が生じて、戻り光が隣接する領域に混ざり込んで、その結果、自層と他層からの光の干渉を増加させるおそれがある。本実施形態の光ヘッド装置の構成においては、偏光選択素子２１０を偏光変換素子２０９と光検出器の間に配置することにより、回折により隣接する領域に回り込んだ不要な偏光成分を反射して、自層と他層からの光の干渉を低減できる。

なお、上述の説明においては、偏光変換素子２０９の領域数を３つとし、また領域２０１、２０２の形状を円形としたが、領域の数および形状は、上述の効果が得られる限り何らこれに限定されない。例えば、第１および第２の領域の間に、第１および第２の領域と同様に偏光状態を変換する第４の領域を配置した偏光変換素子とすることも好ましく、かかる偏光変換素子を用いると、第４の領域により、メインビームによる他層からの戻り光がメインビームの受光エリアに入射するのを低減することができる。さらにこの構成における第１、第４および第２の領域を、これらの領域を包絡する単一の領域としても、同様の効果が得られる。

偏光選択素子２１０を光検出器２０８の近くに配置すると、回折による不要な偏光成分の反射を高めて自層と他層からの光の干渉を効果的に低減できてより好ましい。偏光選択素子と光検出器の受光面との距離は１ｍｍ以下が好ましく、０．５ｍｍ以下さらに０．１ｍｍ以下がより好ましい。ここで、偏光選択素子と光検出器の受光面との距離とは、偏光選択素子の後述する偏光選択層と受光面の距離をいう。

偏光変換素子２０９の複屈折層は、実施形態１の光ヘッド装置の偏光変換素子９における複屈折層と同様である。複屈折層として高分子液晶層を用いた偏光変換素子２０９の構成例について以下説明する。

本構成例の偏光変換素子２０９は、領域２０１、２０２、２０３の複屈折層の光学軸の方向が、図１０（ｂ）に矢印２０４、２０５、２０６で示したように、互いに平行かつ入射する直線偏光の偏光方向２２０と４５度の角度をなす。そして、領域２０１、２０２の複屈折層の位相差は入射光波長の１／４であって、領域２０３の複屈折層の位相差は入射光波長の３／４とである。

各領域の光学軸と位相差は、出射光の偏光状態の分布が図１０（ａ）のパターンとなるものであれば何ら図１０（ｂ）の構成に限定されず他の構成のものも用いることができる。例えば、各領域の位相差を入射光波長の１／４で一定とし、光学軸の方向２０４、２０５を、入射光の偏光方向２２０と４５度の角度をなして同じ方向とし、光学軸の方向２０６を、入射光の偏光方向２２０と４５度の角度をなすとともに、光学軸の方向２０４、２０５と直交する方向としてもよい。さらに偏光変換素子２０９に入射する戻り光の偏光状態も、偏光変換素子２０９の各領域の光学軸と位相差を調整して所望の偏光パターンが得られれば、図示した偏光方向の直線偏光に限定されず、他の偏光方向の直線偏光や、円偏光を用いることもできる。

複屈折層として高分子液晶層を用いた偏光変換素子２０９の作成方法を以下に説明するが、作成方法は、以下の例示に制約されない。

透光性基板上に、入射光波長の３／４の位相差の高分子液晶層を形成し、領域２０１、２０２の高分子液晶層をフォトリソグラフィおよびドライエッチングにより層の厚さを入射光波長の１／４まで薄く加工する。透明で等方性の充填剤を用いて、この透光性基板と対になる透光性基板とを、加工した高分子液晶層を挟持させて接着して、偏光変換素子２０９が得られる。

光学軸方向は、高分子液晶層と接する基板面にラビングにより配向処理を行った後高分子液晶層を形成すると、所望の光学軸方向とすることができる。あるいは、光配向する配向膜材料を用いて配向処理したり、基板面に微小な凹凸溝を多数形成して、その凹凸溝方向に対して液晶分子を配向させたりして、高分子液晶層の光学軸方向を制御することもできて、かかる方法はとくに、領域により光学軸方向が異なる偏光変換素子２０９を作製する場合、好適である。

ここで透光性基板としては、例えば透明なガラスやプラスティックからなる基板を用いることができる。

充填剤は、高分子液晶層の常光屈折率ｎ_ｏと異常光屈折率ｎ_ｅとの間の屈折率を有する透明材料からなり、高分子液晶層の領域２０１、２０２の凹部を埋めるように、透光性基板の間を充填して形成することが好ましい。充填材の屈折率を、高分子液晶層６２の常光屈折率ｎ_ｏと異常光屈折率ｎ_ｅのいずれかと一致させるか、常光屈折率ｎ_ｏと異常光屈折率ｎ_ｅの平均値（ｎ_ｏ＋ｎ_ｅ）／２とすると透過した光の波面の乱れを抑えることができて一層好ましい。

本実施形態で用いる偏光選択素子２１０は、入射した円偏光の回転方向により透過率および反射率が異なる円偏光選択反射素子が用いられ、図１１に示した平面模式図のように、入射した第２の円偏光を透過させ、第１の円偏光を反射する、円偏光選択反射素子としては、コレステリック液晶からなる液晶層を有する円偏光選択反射素子を用いることが好ましい。円偏光選択反射素子は、上述と相溶の理由により、高分子コレステリック液晶からなる液晶層を用いることが好ましい。

高分子コレステリック液晶からなる液晶相を有する円偏光選択反射素子である偏光選択素子２１０の作成方法を以下に説明するが、作成方法は、以下の例示に制約されない。

２枚の透光性基板を外周部にシールを設けて所定の基板間距離で対向配置させたセル中に重合性液晶組成物を真空注入して重合性液晶組成物層を形成し、紫外光照射により重合性液晶組成物を重合、固化させ、高分子液晶層を形成して、円偏光選択素子が得られる。重合性液晶組成物は、カイラル剤を添加したネマチック液晶を用いると、カイラル剤の選択および添加量により、選択反射する円偏光の回転方向と選択反射波長帯の波長を調整できて好ましい。高分子液晶層の厚さは、シールを形成するシール剤に混入するスペーサの径により調整することができて、１〜３０μｍが好ましい。

偏光選択素子２１０は、円偏光選択反射層が透光性基板に挟持された構造とすると、素子の剛性が向上し、良好な波面収差が得られて好ましいが、円偏光選択反射層が１枚の透光性基板の基板面上に形成された構成としてもよいし、基板を用いなくてもよい。透光性基板は、素子を用いる波長の光を実質的に吸収せずに透過させるガラス基板や樹脂基板が好ましく、特にガラス基板が基板の複屈折が小さいために好ましい。

＜第３の実施の形態＞
本実施の形態に係る光ヘッド装置２００の概念的な構成を図１２に示す。本実施形態の光ヘッド装置３００は、光源３０１、コリメータレンズ３０４ａ、ビームスプリッタ３０３、対物レンズ３０６、コリメータレンズ３０４ｂ、偏光変換素子３０９、非点収差レンズ３１１、偏光選択素子３１０および光検出器２０８を備えていて、光源３０１とコリメータレンズ３０４ａとの間の光路上に、光源光をメインビームと２つのサブビームとからなる３つのビームに分ける３ビーム回折素子３０２をさらに備えている以外は、実施形態１にかかる光ヘッド装置１００と同様の構成を有する。

すなわち、図１２の本実施の形態に係る光ヘッド装置３００では、偏光変換素子３０９は、ビームスプリッタ３０３を経てコリメータレンズ３０４ｂから出射されて光検出器３０８に至る戻り光の光路上に、非点収差レンズ３１１、偏光変換素子３０９、偏光選択素子３１０の順で配置される。偏光変換素子３０９は、自層からの戻り光が、コリメータレンズ３０４ｂおよび非点収差レンズ３１１により合焦された焦線付近に配置することが好ましい。

本実施形態に係る光ヘッド装置３００に用いられる偏光変換素子３０９の１例の平面模式図を図１３に示す。図１３の偏光変換素子３０９は、２つの領域３２１、３２２を有している。

帯状の第１の領域３２１は、偏光変換素子３０９の素子面に入射した自層からの戻り光の光束３２５の形状を近似して包含する形状とされ、光軸を通って前述の焦線の方向に伸長する幅の狭い形状を有していて、例えば長方形や長円形とされる。帯状の第１の領域３２１は、偏光変換素子３０９に入射した自層からの戻り光の光束３２５を含むように形状が決められ、位置および方向を一致させて配置されて、第２の領域３２２は、少なくとも偏光変換素子３０９に入射した他層からの戻り光の光束３２６を含む、第１の領域３２１以外の素子面内の領域である。

領域３２１、３２２は、複屈折性を示す複屈折層を備え、直線偏光の入射光を、領域１２１と領域１２２で反対の回転方向の円偏光に変換して出射させるように構成される。かかる特性を得るための構成の例として、領域３２１、３２２の複屈折層の光学軸を互いに平行、かつ入射光の偏光方向と４５度の角度をなすようにし、領域３２１の複屈折層の位相差を入射光波長の１／４とし、領域３２２の複屈折層の位相差を入射光波長の３／４とした構成を挙げることができるが、上述の偏光状態の出射光が得られる限り、入射光の偏光状態とともに、これに何ら限定されない。

図１２の光ヘッド装置３００では、光ディスクの自層からの戻り光は、コリメータレンズ４ｂおよび非点収差レンズ３１１により集光されて小面積の線状の光束３２５とされて、偏光変換素子３０９の領域３２１内に照射される。帯状の領域３２１に入射した自層からの戻り光は、上述の構成により円偏光に変換されて、偏光変換素子３０９から出射される。この出射光の回転方向の円偏光を、以下第２の円偏光という。一方、他層からの戻り光は、デフォーカスされた大面積の光束３２６とされて、偏光変換素子３０９の領域３２２内に照射される。領域３２２に入射した他層からの戻り光は、上述の構成により、第２の円偏光とは回転方向が逆回りの円偏光（以下第１の円偏光という）に変換されて、偏光変換素子３０９から出射される。

偏光変換素子３０９から出射された戻り光は、次いで偏光選択素子３１０に入射される。偏光選択素子３１０は、第２の実施形態の光ヘッド装置２００に用いられる偏光選択素子２１０と同様の構成を有していて、入射した光のうち、第２の円偏光を透過させ、第１の円偏光を反射するように構成されている。

かかる構成により、偏光変換素子３０９により第２の円偏光が支配的な光束に変換されて出射された自層からの戻り光は、偏光選択素子３１０により透過されて、光検出器３０８の受光面上に集光される。一方、偏光変換素子３０９により第１の円偏光が支配的な光束に変換されて出射された他層からの戻り光は、偏光選択素子３１０により反射されて、光検出器３０８の受光面上へ入射される光量が低減される。それにより光検出器３０８には、他層からの戻り光の入射が大きく低減されて、自層からの光と他層からの光の干渉を低減できるので好ましい。

本実施の形態に係る光ヘッド装置３００では、偏光変換素子３０９は、素子面上に照射される、他層からの光束の面積が自層からの光束の面積の２倍以上となる位置に配置することが好ましい。この構成とすることにより、自層からの光に対して他層の光を半分程度に低減できるので、受光エリアにおける信号の干渉を充分に低減できて好ましい。上記面積比は、さらに好ましくは５倍以上、とくに好ましくは１０倍以上である。

また上述の説明では、偏光変換素子が、帯状の第１の領域とおよび第２の領域の２つの領域を有する場合について述べたが、本発明はこれに限定されない。すなわち、３ビーム法を用いる光ヘッド装置において、２つのサブビームに対応させて帯状の第１の領域を２つ設けた構成としたり、メインビームとサブビームの３つのビームに対応させて帯状の第１の領域を３つ設けた構成とすることもできて、これらの場合それぞれのビームに対して、信号の読み取り特性が向上されて好ましい。

第１〜３の実施の形態の光ヘッド装置についての説明で述べたように、本発明に係る光ヘッド装置では、ビームスプリッタと光検出器との間の光路中に、偏光変換素子および偏光選択素子とを配置し、偏光変換素子により、自層からの戻り光と、他層からの戻り光とを、異なる偏光状態の光束に変換し、偏光選択素子１０により、自層からの戻り光を直進透過させ、他層からの戻り光を透過させない構成を用いることにより、光検出器の受光面上への他層からの戻り光の入射を低減することができる。また、光検出器上に照射される、複層ディスクの自層からの戻り光の偏光度を低下させることができるので、自層からの戻り光の干渉性が低減される。それにより、複層ディスクの層間隔の変化や波長の変化によって異なる層からの光の干渉条件が変化することによって信号が強度変化して、読み取り性能が低下することを抑制できるので、本発明に係る光ヘッド装置は、光検出器への信号強度を低下させることなく複層光ディスクを記録再生することができる。

以上のように、本発明に係る光ヘッド装置は、光検出器への信号強度を低下させることなく複層光ディスクを記録再生することができるという効果を有する光ヘッド装置等として有用である。

実施の形態１に係る光ヘッド装置の概念的な構成図 実施の形態１に係る光ヘッド装置の偏光変換素子において、（ａ）入射される直線偏光の偏光方向と、偏光変換素子の各領域から出射される光の偏光状態のパターンの模式的平面図 （ｂ）構成例を模式的に示す平面図 実施の形態１に係る光ヘッド装置の偏光選択素子の各領域が透過させる光の偏光状態を模式的に示す平面図 実施の形態１に係る光ヘッド装置の偏光選択素子の第１の構成例の模式的断面図 実施の形態１に係る光ヘッド装置の偏光選択素子の第２の構成例の模式的断面図 実施の形態１に係る光ヘッド装置の偏光選択素子の第３の構成例の模式的断面図 実施の形態１に係る光ヘッド装置の光検出器の受光エリアと集光スポットの一例を示す模式図 実施の形態２に係る光ヘッド装置の概念的な構成図 実施の形態２に係る光ヘッド装置の光検出器の受光エリアと集光スポットの一例を示す模式図 実施の形態２に係る光ヘッド装置の偏光変換素子において、（ａ）入射される直線偏光の偏光方向と、偏光変換素子の各領域から出射される光の偏光状態のパターンの模式的平面図 （ｂ）構成例の模式的平面図 実施の形態２および３に係る光ヘッド装置の偏光選択素子の模式的平面図 実施の形態３に係る光ヘッド装置の概念的な構成図 実施の形態３に係る光ヘッド装置の偏光変換素子において、入射される直線偏光の偏光方向と、偏光変換素子の各領域および集光スポットを示す模式的平面図 二層光ディスク再生時の光路の模式図 光ディスクからの戻り光の一部を回折する従来のホログラム素子の模式図

符号の説明

１、２０１、３０１：光源
２０２、３０２：３ビーム回折素子
３、２０３、３０３：ビームスプリッタ
４ａ、４ｂ、２０４ａ、２０４ｂ、３０４ａ、３０４ｂ：コリメータレンズ
６、２０６、３０６：対物レンズ
７、２０７、３０７：光ディスク
７ａ、２０７ａ、３０７ａ：情報記録面
８、２０８、３０８：光検出器
９、２０９、３０９：偏光変換素子
１０、２１０、３１０：偏光選択素子
１１、２１１、３１１：非点収差レンズ
１００、２００、３００：光ヘッド装置
２０：入射光の偏光方向
２１〜２４、３１〜３４、４１〜４４：分割された領域
２５〜２８：光学軸の方向
４５、４６：透光性基板
５０、６０：偏光選択素子
５１〜５４、６１〜６４：分割された領域
５５、５６、６５、６６：透光性基板
５７：１／２波長板
５８：充填材
７１：自層からの戻り光の集光スポット
７２：他層からの戻り光の集光スポット
７３ａ〜ｄ：受光エリア
２２１、２２２、２２３：第１、第２、第３の領域
２２４、２２５、２２６：光学軸の方向
２２０：入射光の偏光方向
２５０：ホログラム素子
２５１：回折部
２８１、２８２、２８３：受光エリア
２８６：メインビームの集光スポット
２８５、２８７：サブビームの集光スポット
２８８：他層からの戻り光の集光スポット
３２１、３２２：第１、第２の領域
３２５：自層からの戻り光の光束
３２６：他層からの戻り光の光束
３２０：入射光の偏光方向

Claims (12)

1. 所定波長の光を出射する光源と、前記光源から出射された光源光を集光させて光ディスクの情報記録面に照射する対物レンズと、前記情報記録面によって反射された戻り光を前記光源光とは異なる光路に分離するビームスプリッタと、ビームスプリッタにより光路を分離された前記戻り光を検出する光検出器と、を備える、情報記録面を複数有する複層光ディスクを記録再生可能な光ヘッド装置であって、
   前記光ヘッド装置は、前記ビームスプリッタから光検出器へ至る光路中にさらに、素子面内への入射位置により前記戻り光が異なる偏光状態とされて透過される偏光変換素子と、入射光の偏光状態により直進透過光の透過率が異なる偏光選択素子と、をこの順番で備える、ことを特徴とする光ヘッド装置。
2. 前記偏光変換素子が、複屈折材料からなる偏光変換層を有し、偏光変換層の位相差および光学軸の少なくとも一方が、前記素子面内の位置により異なる請求項１に記載の光ヘッド装置。
3. 前記偏光選択素子が、入射光の偏光状態により透過率が異なる偏光選択層を有する、請求項１または２に記載の光ヘッド装置。
4. 前記偏光選択素子の偏光選択層が、複数の領域を有していて、前記領域のもっとも透過率が高い偏光状態を基準化ストークスパラメータを用いて（Ｓ_０ｋ＝１，Ｓ_１ｋ，Ｓ_２ｋ，Ｓ_３ｋ）と表したときに、
   前記複数の領域のうち隣り合う領域の基準化ストークスパラメータ（１，Ｓ_１３，Ｓ_２３，Ｓ_３３）および（１，Ｓ_１４，Ｓ_２４，Ｓ_３４）の間に式（１）の関係が成り立つ、請求項３に記載の光ヘッド装置。
   ２≦（Ｓ_１３−Ｓ_１４）^２＋（Ｓ_２３−Ｓ_２４）^２＋（Ｓ_３３−Ｓ_３４）^２≦４ （１）
5. 前記偏光変換素子の偏光変換層が、光軸を中心とした放射状の境界により中心角９０度の４つの領域に分割されていて、前記偏光変換素子に戻り光を入射させたときに、前記偏光変換層のうち隣り合う領域が、前記入射光を互いに逆回りの円偏光に変換して透過させる、請求項２、３または４に記載の光ヘッド装置。
6. 前記偏光選択素子の偏光選択層が、光軸を中心とした放射状の境界により中心角９０度の４つの領域に分割されるとともに、前記偏光選択素子が光軸および境界の方向を、前記偏光変換素子の偏光変換層の光軸および境界の方向と一致させて配置されるとともに、前記偏光選択層のうち隣り合う領域が、互いに逆回りの円偏光を透過させるとともに、透過させる円偏光と逆回りの円偏光を透過させない、請求項５に記載の光ヘッド装置。
7. 複数層の情報記録面を有する光ディスクを記録再生するときに、前記偏光変換素子が、複数層の情報記録面のうち記録再生を行う自層からの戻り光と自層に隣接する情報記録面である他層からの戻り光とを、異なる偏光状態に変換して透過させ、前記偏光選択素子が、自層からの戻り光を直進透過させる、請求項１〜４のいずれかに記載の光ヘッド装置。
8. 前記偏光変換素子の前記複屈折層が、前記光軸を中心とする対称な位置に配置された第１の領域および第２の領域と、前記複屈折層の第１および第２の領域外の第３の領域とを備えていて、前記第１の領域および前記第２の領域は、入射した前記戻り光を第１の円偏光に変換して透過させ、前記第３の領域は、入射した前記戻り光を前記第１の円偏光とは回転方向が逆回りの第２の円偏光に変換して透過させ、
   前記偏光選択素子が、前記第１の円偏光を反射し、前記第２の円偏光を透過する、請求項７に記載の光ヘッド装置。
9. 前記偏光変換素子の前記複屈折層が、帯状の第１の領域と、他の部分からなる第２の領域とを備えていて、
   前記偏光変換素子に入射した前記戻り光のうち、前記第１の領域に入射した前記戻り光は第１の円偏光に、前記第２の領域に入射した前記戻り光は前記第１の円偏光とは回転方向が逆回りの第２の円偏光に、それぞれ変換されて透過され、
   前記偏光選択素子が、前記第１の円偏光を反射し、前記第２の円偏光を透過させる、請求項７に記載の光ヘッド装置。
10. 前記偏光選択素子が、コレステリック液晶または高分子コレステリック液晶からなり入射光の偏光状態により異なる反射率を有する液晶層を備える、請求項２または３記載の光ヘッド装置。
11. 前記偏光選択素子と、前記光検出器の受光面との距離が１ｍｍ以下である請求項１〜９のいずれかに記載の光ヘッド装置。
12. 前記偏光選択素子と前記偏光変換素子の少なくとも一方の素子面において、入射した自層からの戻り光の光束の面積に対して、入射した他層からの戻り光の光束の面積が２倍以上である請求項１〜４および７〜１１のいずれかに記載の光ヘッド装置。

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