JPWO2008143119A1 - 光路切替素子、光路切替装置、光ヘッド装置、及び光学式情報記録再生装置 - Google Patents

光路切替素子、光路切替装置、光ヘッド装置、及び光学式情報記録再生装置 Download PDF

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Abstract

【課題】光路切替機能が入射光の偏光状態に依存せず、動作電圧の低い光路切替素子，光路切替装置、光ヘッド装置および光学式情報記録再生装置を提供する。【解決手段】電気信号により駆動される液晶を含み厚さ方向が入射光の方向に対して傾斜するように設置された液晶層と、この液晶層の一方の面に設けられた第一の誘電体多層膜と、前記液晶層の他方の面に設けられた第二の誘電体多層膜とを有している。前記第一，第二の各誘電体多層膜が、それぞれ高屈折率層と低屈折率層とが順次交互に積層された多層膜の積層構造となっており、前記多層膜の積層構造が、前記入射光をその偏光状態に依存することなく前記入射光の方向と異なる方向へ反射する第一の特性と前記入射光をその偏光状態に依存することなく透過させる第二の特性とを有すると共に、前記電気信号に応じて前記第一の特性と第二の特性とが切り替わる特性を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、光学系の条件が異なる二種類の光記録媒体に対して記録や再生を行うための光ヘッド装置等にかかり、特に、当該光ヘッド装置の装備され入射光の光路を切り替えるための光路切替素子、並びにこれを装備した光路切替装置、光ヘッド装置、および光学式情報記録再生装置に関するものである。
入射光の光路を切り替えるための光路切替素子は、例えば、使用するための光学系の条件が異なる二種類の光記録媒体に対して記録や再生を行うための光ヘッド装置に用いられる。
近年、ＢＤ（ブルーレイディスク）規格と呼ばれる容量２５〔ＧＢ〕の光記録媒体の規格、およびＨＤ−ＤＶＤ（ハイデンシティディジタルバーサタイルディスク）規格と呼ばれる容量１５〔ＧＢ〕の光記録媒体の規格が成立し、ＢＤ規格の光記録媒体とＨＤ−ＤＶＤ規格の光記録媒体との両方に対して記録や再生を行うための光ヘッド装置が望まれている。
ところで、ＢＤ規格においては、光源の波長は約４００〔ｎｍ〕、対物レンズの開口数は０．８５、光記録媒体の保護層の厚さは０．１〔ｍｍ〕である。一方、ＨＤ−ＤＶＤ規格においては、光源の波長は約４００〔ｎｍ〕、対物レンズの開口数は０．６５、光記録媒体の保護層の厚さは０．６〔ｍｍ〕である。即ち、ＢＤ規格の光記録媒体とＨＤ−ＤＶＤ規格の光記録媒体とでは、使用するための光学系の条件が異なる。
このような、使用するための光学系の条件が異なる二種類の光記録媒体に対して記録や再生を行うための光ヘッド装置として、いくつかの関連した例が知られている（特許文献１，２）。
特許文献１に記載の光ヘッド装置は、半導体レーザと、半導体レーザからの出射光をＢＤ規格の光記録媒体内に集光するＢＤ用対物レンズと、ＢＤ規格の光記録媒体からの反射光を受光する光検出器と、出射光の光路から反射光の光路を分離するビームスプリッタと、ビームスプリッタとＢＤ用対物レンズとの間に設けられた光路切替素子とを有している。
又、特許文献２に記載の光ヘッド装置は、半導体レーザと、半導体レーザからの出射光をＨＤ−ＤＶＤ規格の光記録媒体内に集光するＨＤ−ＤＶＤ用対物レンズと、ＨＤ−ＤＶＤ規格の光記録媒体からの反射光を受光する光検出器と、出射光の光路から反射光の光路を分離するビームスプリッタと、ビームスプリッタとＨＤ−ＤＶＤ用対物レンズとの間に設けられた光路切替素子とを備えている。
そして、光路切替素子は、例えば、ＢＤ規格の光記録媒体に対して記録や再生を行う場合にあっては、ビームスプリッタからの光を反射してＢＤ用対物レンズへ導くと共にＢＤ用対物レンズからの光を反射してビームスプリッタへ導く。又、ＨＤ−ＤＶＤ規格の光記録媒体に対して記録や再生を行う場合にあっては、ビームスプリッタからの光を透過させてＨＤ−ＤＶＤ用対物レンズへ導くと共にＨＤ−ＤＶＤ用対物レンズからの光を透過させてビームスプリッタへ導く。
図１３に、特許文献１に記載の光ヘッド装置が備えている光路切替素子１２９の一例を示す。この光路切替素子１２９は、基板１３０ａと基板１３０ｂとの間にブラッググレーティング１３１を介装した構成となっている。ここで、基板１３０ａのブラッググレーティング１３１側の面および基板１３０ｂのブラッググレーティング１３１側の面には、ブラッググレーティング１３１に交流電圧を印加するための電極（図示せず）が設けられている。ブラッググレーティング１３１は、液晶層とポリマー層とが周期的に配列して成る構造を備えている。
そして、ブラッググレーティング１３１に交流電圧を印加しない場合、液晶層における液晶部分は液晶層とポリマー層との屈折率が異なるように配向するため、図の左側から入射した入射光Ｌはブラッググレーティング１３１で反射され反射光Ｈとして図の上側へ向かう。一方、ブラッググレーティング１３１に所定の実効値を有する交流電圧を印加した場合、液晶層における液晶は液晶層とポリマー層との屈折率が等しくなるように配向するため、図の左側から入射した入射光Ｌはブラッググレーティング１３１を透過し透過光Ｔとして図の右側へ向かう。
又、図１４に、特許文献２に記載の光ヘッド装置が備えている光路切替素子１３２の一例を示す。この光路切替素子１３２は、基板１３３ａと基板１３３ｂとの間にコレステリック液晶層１３４を介装した構成となっている。ここで、基板１３３ａのコレステリック液晶層１３４側の面および基板１３３ｂのコレステリック液晶層１３４側の面には、コレステリック液晶層１３４に交流電圧を印加するための電極（図示せず）が設けられている。
そして、コレステリック液晶層１３４に交流電圧を印加しない場合、コレステリック液晶層１３４が含む液晶は右回り又は左回りの螺旋状に配向するため、図の左側から入射した入射光Ｌはコレステリック液晶層１３４で右回り又は左回りの円偏光の成分が反射され反射光Ｈとして図の上側へ向かう。一方、コレステリック液晶層１３４に所定の実効値を有する交流電圧を印加した場合、コレステリック液晶層１３４が含む液晶は厚さ方向に配向するため、図の左側から入射した入射光Ｌはコレステリック液晶層１３４を透過し透過光Ｔとして図の右側へ向かう。
また、これとは別に、特許文献３には、電気信号により駆動される液晶を含む液晶層と、この液晶層の上側および下側にそれぞれ設けられ交互に積層された高屈折率層及び低屈折率層とから成る第一及び第二の誘電体多層膜とを有し、且つ電気信号に応じて透過させる光の波長が変化する可変波長フィルタが開示されている。
特開２００６−０２４３５１号公報 特開２００６−２２８３６９号公報 特表平６−５００４０８号公報
上記特許文献１に記載の光ヘッド装置が有する光路切替素子にあっては、前述した図１３に示すように、液晶層とポリマー層とが周期的に配列してブラッググレーティング１３１を備えている。この場合、各々の液晶層の厚さは数１０〔ｎｍ〕程度と非常に薄く、液晶層が含む液晶は配向方向が変化しにくいため、この液晶を液晶層とポリマー層との屈折率が等しくなるように配向させるためには、ブラッググレーティング１３１に印加する交流電圧の実効値を５０〔Ｖ〕〜１００〔Ｖ〕程度の比較的高い動作電圧を必要としている。
即ち、この特許文献１に記載の光路切替素子１２９にあっては動作電圧が高いという不都合がある。又、ブラッググレーティング１３１は干渉露光により作製する必要があるが、干渉露光により一度に作製できる面積は小さい。このため、ブラッググレーティング１３１を用いた光路切替素子１２９は大量生産に適せず、光路切替素子１２９はそのコストが必然的に高くなるという不都合がある。
又、特許文献２に記載の光ヘッド装置が有する光路切替素子１３２においては、コレステリック液晶層１３４に交流電圧を印加しない場合、コレステリック液晶層１３４は入射した光の内、右回りの円偏光の成分及び左回りの円偏光の成分の内のどちらか一方のみしか反射しない。即ち、この特許文献２に記載の光路切替素子１３２にあっては、その光路切替機能が入射光の偏光状態に依存する性質を備えている。
これに対し、右回りの円偏光の成分に対して動作する光路切替素子と左回りの円偏光の成分に対して動作する光路切替素子とを重ねれば、光路切替機能を入射光の偏光状態に依存しないようにすることができる。しかし、二つの光路切替素子を重ねると、コレステリック液晶層１３４における吸収損失が大きくなるため、出来上がった光路切替素子１３２の反射率および透過率が低くなり、同時に光路切替素子１３２のサイズも大きくなり、更にコストが高くなるという不都合がある。
更に、上述した特許文献３に記載の可変波長フィルタにあっては、液晶層の厚さ方向が入射光の方向に平行であるため、可変波長フィルタを透過しない光は可変波長フィルタで入射光の方向と同じ方向へ反射される。この可変波長フィルタを光路切替素子として用いるには、液晶層の厚さ方向を入射光の方向に対して傾斜させ、可変波長フィルタを透過しない光を可変波長フィルタで入射光の方向と異なる方向へ反射する必要があるが、特許文献３にはそのような技術の必要性については何ら開示されていない。又、この特許文献３には、入射光Ｌをその偏光状態に依存することなく透過させるための構成は記載されているが、入射光Ｌをその偏光状態に依存することなく反射させるための構成については何ら関知していない。
本発明の目的は、特に光学系の条件が異なる二種類の光記録媒体に対して入射光の偏光状態に依存することなく光路切替を実行しこれによって記録や再生を円滑に寄与し得る光路切替素子，光路切替装置，光ヘッド装置および光学式情報記録再生装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明に係る光路切替素子は、電気信号により駆動される液晶を含み厚さ方向が入射光の方向に対して傾斜するように設置された液晶層と、この液晶層の一方の面に設けられた第一の誘電体多層膜と、前記液晶層の他方の面に設けられた第二の誘電体多層膜とを有し、前記第一，第二の各誘電体多層膜が、それぞれ高屈折率層と低屈折率層とが順次交互に積層された多層膜の積層構造を成し、前記入射光をその偏光状態に依存することなく前記入射光の方向と異なる方向へ反射する第一の特性と前記入射光をその偏光状態に依存することなく透過させる第二の特性とを有すると共に、前記電気信号に応じて前記第一の特性と第二の特性とが切り替わる特性を備えていることを特徴とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る光路切替素子は、前述した第１の発明の前記第一，第二の各誘電体多層膜の外側に、第一，第二の中間層をそれぞれ対応して設けると共に、前記第一，第二の各中間層の外側に、それぞれ高屈折率層と低屈折率層とが順次交互に積層された多層膜の積層構造を成す第三，第四の誘電体多層膜をそれぞれ対応して設け、前記第一，第二の各中間層を、前記液晶の配向状態が前記第一又は第二の配向状態である場合の前記液晶層と屈折率及び厚さが等しい部材で形成したことを特徴とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る光路切替装置は、前述した光路切替素子を有し、この光路切替素子の特性を前記第一の特性と前記第二の特性との間で切り替えるための電気信号を生成すると共に当該生成した電気信号により前記液晶を駆動する光路切替素子駆動手段とを備えたことを特徴とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る光ヘッド装置は、第一の光記録媒体及び第二の光記録媒体に対応するための二系統の光学系を備えた光ヘッド装置であって、一の光源と、この光源からの出射光を前記第一の光記録媒体内に集光する第１の対物レンズと、前記光源からの出射光を前記第二の光記録媒体内に集光する第２の対物レンズと、前記第一又は第二の光記録媒体からの反射光を前記第１又は第２の対物レンズを介して受光する光検出器と、前記出射光の光路から前記反射光の光路を分離する光分離手段とを備え、前記光分離手段と前記第一及び第二の対物レンズとの間に一の光路切替素子を装備すると共に、この光路切替素子を上述した光路切替素子にて構成したことを特徴とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る光学式情報記録再生装置は、前述した光ヘッド装置と、使用される光記録媒体が前記第一，第二の何れの光記録媒体であるかによって前記光路切替素子の特性を前記第一の特性と前記第二の特性との間で切り替えるための電気信号を生成し当該電気信号により前記液晶を駆動する光路切替素子駆動手段とを有することを特徴とする。
本発明によると、光学系の条件が異なる二種類の光記録媒体に対応して入射光の偏光状態に依存することなく当該入射光を所定の電気信号によって反射特性と透過特性とを切り替えることができる光路切替素子および光路切替装置を提供することができ、又、これを装備した光ヘッド装置および光学式情報記録再生装置では、入射光の偏光状態に依存することなく光学系の条件が異なる二種類の光記録媒体に対応して記録や再生を円滑に成し得るという優れた光ヘッド装置および光学式情報記録再生装置を提供することができる。
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
本発明に係る光路切替素子の第１実施形態を、図１乃至図５に基づいて説明する。図１において、光路切替素子１Ａは、液晶としてネマチック液晶を使用したネマチック液晶層３と、このネマチック液晶層３を層状に保持する第１，第２の誘電体多層膜５ａ，５ｂと、この各誘電体多層膜５Ａ，５ｂの外面側にそれぞれ積層された基板２ａ，２ｂとを備えている。
ここで、本実施形態では、ネマチック液晶層３と、このネマチック液晶層３を層状に保持する第１，第２の誘電体多層膜５ａ，５ｂとにより光路切替素子本体１Ａａが形成されている。又、この光路切替素子本体１Ａａの外側両面には、それぞれ基板２ａ，２ｂが配設され、この各基板２ａ，２ｂの各内側に、前記液晶に対して前記特性切替用の交流電圧を印加するための透明薄膜電極４ａ，４ｂがそれぞれ装備されている。
即ち、光路切替素子１Ａは、中心部のネマチック液晶層３および当該ネマチック液晶層３を挟持する各誘電体多層膜５ａ，５ｂを中心部に備え、当該各誘電体多層膜５ａ，５ｂの各外面側にそれぞれ基板２ａ，２ｂが積層され、当該基板２ａ，２ｂに挟まれた状態で全体が一体的に積層された積層構造となっている。
ここで、ネマチック液晶層３は、電気信号により駆動される液晶を含む液晶層であり、又、誘電体多層膜（第一，第２の誘電体多層膜）５ａ，５ｂは、それぞれ前述したネマチック液晶層３側から外面に向かって高屈折率層６と低屈折率層７とが交互に積層された誘電体多層膜構造を成している。又、基板２ａ，２ｂの厚さ方向は、使用時には、入射光Ｌの方向に対してθ＝４５°の角度をなして設置されるようになっている。
一方、光路切替素子１Ａは、電気信号に応じて、図１の左側から入射した光をその偏光状態に依存することなく図の上側へ反射する第１の特性（反射特性）と、図の左側から入射した光Ｌをその偏光状態に依存することなく図の右側へ透過させる第２の特性（透過特性）とを備えている。そして、この第１乃至第２の二つの各特性が、使用状況に応じて印加される交流電圧により切り替え使用されるようになっている。
図２に、上記光路切替素子１Ａの具体的な断面構造の例を示す。図２に示すように、光路切替素子１Ａは、前述したように誘電体多層膜５ａ，５ｂと、この誘電体多層膜５ａ，５ｂによって挟持されたネマチック液晶層３とを備えている。前述した誘電体多層膜５ａ，５ｂは、上述したようにいずれも高屈折率層６と低屈折率層７とが交互に積層されて構成されている。
本第１実施形態にあっては、誘電体多層膜５ａ，５ｂのそれぞれにおける高屈折率層６の層数は６層、低屈折率層７の層数は５層である。高屈折率層６の材料としては例えば二酸化チタンが用いられ、低屈折率層７の材料としては例えば二酸化ケイ素が用いられる。そして、基板２ａの誘電体多層膜５ａ側の面、および基板２ｂの誘電体多層膜５ｂ側の面には、前述したように、ネマチック液晶層３に交流電圧を印加するための透明電極４ａ，透明電極４ｂが、それぞれ設けられている。
（ネマチック液晶の配向方向）
図３に、ネマチック液晶層３が含む液晶であるネマチック液晶の配向方向を示す。図中の矢印はネマチック液晶の長手方向を表している。ネマチック液晶は光学軸の方向が長手方向である一軸の屈折率異方性を有しており、長手方向に平行な方向の偏光成分（異常光成分）に対する屈折率をｎｅ、長手方向に垂直な方向の偏光成分（常光成分）に対する屈折率をｎｏとすると、ｎｅ＞ｎｏの関係があり、ｎｅはｎｏに比べて大きい。
ネマチック液晶層３に交流電圧を印加しない場合、ネマチック液晶は図３（ａ）に示すように、長手方向が厚さ方向に垂直な面内でランダムな方向になるように配向した第一の配向状態となる。一方、ネマチック液晶層３に所定の実効値を有する交流電圧を印加した場合、ネマチック液晶の結晶構造は、図３（ｂ）に示すように当該結晶構造の長手方向が厚さ方向に沿って配向された第二の配向状態となる。ネマチック液晶層３の厚さは１〔μｍ〕程度であり、ネマチック液晶を長手方向が厚さ方向になるように配向させるためにネマチック液晶層３に印加する交流電圧の実効値は５〔Ｖ〕〜１０〔Ｖ〕程度である。
（光路切替素子１Ａの具体例と透過率及び反射率の検討）
ここで、光路切替素子１Ａへ入射する入射光Ｌの波長をλ、入射角をθとしたとき、光路切替素子１Ａを、λ＝４００〔ｎｍ〕，θ＝４５°の条件で動作させるための光路切替素子１Ａの設計例について説明する。
高屈折率層６，低屈折率層７の屈折率をそれぞれｎＨ，ｎＬとし、高屈折率層６，低屈折率層７における光の屈折角をそれぞれθＨ，θＬとすると、θＨ，θＬはそれぞれ、以下の如く求められる。
ｓｉｎθＨ＝ｓｉｎθ／ｎＨ、ｓｉｎθＬ＝ｓｉｎθ／ｎＬ
更に、高屈折率層６，低屈折率層７の厚さをそれぞれｄＨ，ｄＬとすると、ｄＨ，ｄＬは、それぞれ、以下の如く求められる。
ｄＨ＝λ／（４×ｎＨ）×ｃｏｓ（θＨ）
ｄＬ＝λ／（４×ｎＬ）×ｃｏｓ（θＬ）
ここで、例えば、ｎＨ＝２．３５、ｎＬ＝１．４６とすると、
ｄＨ＝４４．６〔ｎｍ〕
ｄＬ＝７８．３〔ｎｍ〕となる。
又、ネマチック液晶の状態が第一の配向状態、第二の配向状態である場合のネマチック液晶層３の屈折率をそれぞれｎ１，ｎ２とすると、ｎ１，ｎ２は、それぞれ、以下の如く求められる。
ｎ１＝［（２ｎｏ２＋ｎｅ２）／３］１／２
ｎ２＝ｎｏにより求められる。
ここで、例えば、ｎｅ＝１．７３、ｎｏ＝１．５３であるとすると、
ｎ１＝１．６０
ｎ２＝１．５３となる。
図４（ａ）（ｂ）に、ネマチック液晶層３の厚さを９７５．４〔ｎｍ〕とした場合の、光路切替素子１Ａへの入射光Ｔの波長と光路切替素子１Ａの透過率との関係の計算例を示す。又、図５（ａ）（ｂ）に、ネマチック液晶層３の厚さを１０３１．８〔ｎｍ〕とした場合の光路切替素子１Ａへの入射光Ｔの波長と光路切替素子１Ａの透過率との関係の計算例を示す。
図４（ａ）及び図５（ａ）は、ネマチック液晶層３に交流電圧を印加しない場合の計算例である。又、図４（ｂ）及び図５（ｂ）は、ネマチック液晶層３に所定の実効値を有する交流電圧を印加した場合の計算例である。更に、図中の実線，点線はそれぞれＰ偏光成分，Ｓ偏光成分に対する計算例を表している。尚、簡単のため、光路切替素子１Ａにおける光の吸収は考慮していない。
光路切替素子１Ａの透過率スペクトルには、ネマチック液晶層３が無い場合を想定すると、誘電体多層膜５ａ，５ｂの働きにより、Ｐ偏光成分に対しては波長が約３４０〔ｎｍ〕〜約４８０〔ｎｍ〕の範囲、Ｓ偏光成分に対しては波長が約３３０〔ｎｍ〕〜約５００〔ｎｍ〕の範囲に、透過率がほぼ０〔％〕になる幅の広い反射波長帯が形成される。
これに対し、ネマチック液晶層３があると、ネマチック液晶層３の働きにより、Ｐ偏光成分およびＳ偏光成分のいずれに対しても、上記の反射波長帯の内部に透過率がほぼ１００〔％〕になる幅の狭い三本の透過波長帯が形成される。これらの透過波長帯を、中心波長が短い順に、それぞれ第一透過波長帯，第二透過波長帯，及び第三の透過波長帯と呼ぶことにする。この第一乃至第三の透過波長帯は、ネマチック液晶層３を媒質とし、誘電体多層膜５ａ，５ｂを反射鏡とする共振器により形成されたものと考えることもできる。
ここで、ネマチック液晶層３の厚さや屈折率を変化させると、この共振器の長さが変化するため、第一乃至第三の透過波長帯の中心位置の波長（中心波長）が変化する。
（ネマチック液晶層３の厚さを９７５．４〔ｎｍ〕とした場合）
そこで、まず、ネマチック液晶層３の厚さを９７５．４〔ｎｍ〕とした場合について例示する。この場合、ネマチック液晶層３に交流電圧を印加しない場合には、図４（ａ）に示すように、Ｐ偏光成分，Ｓ偏光成分のいずれに対しても、第二の透過波長帯の中心波長は４００〔ｎｍ〕である。このため、光路切替素子１ａへ入射した入射光Ｌは、Ｐ偏光成分，Ｓ偏光成分のいずれもほぼ１００〔％〕が透過する。
一方、ネマチック液晶層３に所定の実効値を有する交流電圧を印加した場合、図４（ｂ）に示すように、Ｐ偏光成分，Ｓ偏光成分のいずれに対しても、波長４００〔ｎｍ〕は第二の透過波長帯と第三の透過波長帯との中間に位置する。このため、光路切替素子１Ａへ入射した光Ｌは、Ｐ偏光成分，Ｓ偏光成分のいずれも、ほぼ１００〔％〕が反射される。
即ち、ネマチック液晶層３におけるネマチック液晶の状態が第一の配向状態，第二の配向状態である場合には、光路切替素子１Ａの特性は、それぞれに対応して、第二の特性（透過特性），第一の特性（反射特性）となる。
（ネマチック液晶層３の厚さを１０３１．８〔ｎｍ〕とした場合）
次に、上述したネマチック液晶層３の厚さを１０３１．８〔ｎｍ〕とした場合について例示する。
ネマチック液晶層３に交流電圧を印加しない場合、図５（ａ）に示すように、Ｐ偏光成分，Ｓ偏光成分のいずれに対しても、波長４００〔ｎｍ〕は第一の透過波長帯と第二の透過波長帯との中間に位置する。このため、光路切替素子１Ａへ入射した光は、Ｐ偏光成分，Ｓ偏光成分のいずれもほぼ１００〔％〕が反射される。
一方、ネマチック液晶層３に所定の実効値を有する交流電圧を印加した場合、図５（ｂ）に示すように、Ｐ偏光成分，Ｓ偏光成分のいずれに対しても、第二の透過波長帯の中心波長は４００〔ｎｍ〕である。このため、光路切替素子１Ａへ入射した光Ｌは、Ｐ偏光成分，Ｓ偏光成分のいずれもほぼ１００〔％〕が透過する。
即ち、ネマチック液晶層３におけるネマチック液晶の状態が、第一の配向状態である場合、光路切替素子１Ａの特性は、反射特性（第１の特性）となり、又、ネマチック液晶層３におけるネマチック液晶３の状態が第二の配向状態である場合、光路切替素子１Ａの特性は、透過特性（第２の特性）となることが明らかとなった。ネマチック液晶３
本第１実施形態にあっては、液晶層３の厚さは薄過ぎることがなく、液晶層が含む液晶は配向方向が変化しやすいため、光路切替素子１Ａの動作電圧を低くすることができる。また、ブラッググレーティングを用いないため、光路切替素子１Ａのコストを安くすることができる。更に、第１実施形態の光路切替素子１Ａにあっては、液晶層３としてコレステリック液晶層を用いないため、光路切替素子１Ａの光路切替機能を入射光の偏光状態に依存しないようにすることができる。又、前述した関連技術で例示したように二つの光路切替素子１Ａを重ねる必要がないため、光路切替素子１Ａの反射率および透過率を高くすることができ、当該光路切替素子１Ａのサイズを小さくコストを安くすることができる。
〔第２実施形態〕
次に、本発明にかかる光路切替素子の第２の実施形態を、図６乃至図７に基づいて説明する。図６において、光路切替素子１Ｂは、ネマチック液晶層３と、このネマチック液晶層３を層状に保持する誘電体多層膜（第１，第２の誘電体多層膜）５ｃ，５ｄと、この各誘電体多層膜５ｃ，５ｄの外面側にそれぞれ各別に積層されたポリマー層（第１，第２の中間層）８ａ，８ｂとを備えている。
更に、この光路切替素子１Ｂは、前述したポリマー層８ａ，８ｂの内の一方のポリマー層（第１の中間層）８ａの外側に順次積層された第３の誘電体多層膜５ｅと基板２ａとを備え、他方のポリマー層（第２の中間層）８ｂの外側に順次積層された第４の誘電体多層膜５ｆと基板２ｂとを備えて構成されている。
ここで、本第２実施形態では、ネマチック液晶層３と、このネマチック液晶層３を層状に保持する第１，第２の誘電体多層膜５ｃ，５ｄと、この各誘電体多層膜５ｃ，５ｄの外面側にそれぞれ積層されたポリマー層（第１，第２の中間層）８ａ，８ｂと、この各ポリマー層８ａ，８ｂの外側にそれぞれ積層された装備された第１，第２の誘電体多層膜５ｅ，５ｆとにより、光路切替素子本体１Ｂａが形成されている。又、この光路切替素子本体１Ｂａの外側両面には、前述した第１実施形態の場合と同様に、それぞれ基板２ａ，２ｂが配設され、この各基板２ａ，２ｂの各内側に、前記液晶に対して前記特性切り替え用の交流電圧を印加するための透明薄膜電極４ａ，４ｂがそれぞれ装備されている。
即ち、光路切替素子１Ｂは、ネマチック液晶層３および当該ネマチック液晶層３を挟持する各誘電体多層膜５ｃ，５ｄを中心部に備え、当該各誘電体多層膜５ｃ，５ｄの内の一方の誘電体多層膜５ｃの外側には、第３の誘電体多層膜５ｅと基板２ａとが順次積層され、又他方の誘電体多層膜５ｄの外側には第４の誘電体多層膜５ｆと基板２ｂとが順次積層された構造となっている。
ここで、ネマチック液晶層３は、前述した第１実施形態の場合と同様に、電気信号により駆動される液晶を含む液晶層であり、又、誘電体多層膜（第１，第２の誘電体多層膜）５ａ，５ｂは、それぞれ前述したネマチック液晶層３側から外面に向かって高屈折率層６と低屈折率層７とが交互に積層された誘電体多層膜構造を成している。
基板２ａ、２ｂの厚さ方向は、前述した第１実施形態の場合と同様に入射光Ｌの方向に対して４５°の角度をなしている。光路切替素子１Ｂは、電気信号に応じて、図の左側から入射した光をその偏光状態に依存することなく図の上側へ反射する第一の特性（反射特性）と、図の左側から入射した光をその偏光状態に依存することなく図の右側へ透過させる第二の特性（透過特性）とを有し、その間で、その特性が切り替え使用されるようになっている。
図７は光路切替素子１Ｂの詳細な断面図である。誘電体多層膜５ｃ〜５ｆは、いずれも高屈折率層６と低屈折率層７とが前述したように交互に積層された構成である。誘電体多層膜５ｃ，５ｄのそれぞれにおける高屈折率層６の層数は４層、低屈折率層７の層数は３層であり、誘電体多層膜５ｅ，５ｆのそれぞれにおける高屈折率層６の層数は２層、低屈折率層の層数は１層である。
高屈折率層６の材料としては例えば二酸化チタンが用いられ、低屈折率層７の材料としては例えば二酸化ケイ素が用いられる。基板２ａの誘電体多層膜５ｅ側の面、基板２ｂの誘電体多層膜５ｆ側の面には、ネマチック液晶層３に交流電圧を印加するための透明電極４ａ、透明電極４ｂがそれぞれ形成されている。
本第２実施形態における、ネマチック液晶層３が有する液晶であるネマチック液晶の配向方向は、前述した第１実施形態における図３に示すものと同じである。
（光路切替素子１Ｂの具体例と透過率及び反射率の検討）
ここで、光路切替素子１Ｂへ入射する光の波長をλ、入射角をθとしたとき、光路切替素子１Ｂをλ＝４００〔ｎｍ〕、θ＝４５°の条件で動作させるための光路切替素子１Ｂの設計例について述べる。
高屈折率層６、低屈折率層７の屈折率をそれぞれｎＨ ，ｎＬ とし、高屈折率層６、低屈折率層７における光の屈折角をそれぞれθＨ ，θＬ とすると、θＨ ，θＬ は、それぞれ以下の如く求められる。
ｓｉｎθＨ ＝ｓｉｎθ／ｎＨ、ｓｉｎθＬ＝ｓｉｎθ／ｎＬ
更に、高屈折率層６，低屈折率層７の厚さをそれぞれｄＨ，ｄＬとすると、ｄＨ，ｄＬ は、それぞれ、前述した第１実施形態の場合と同様に、以下の如く求められる。
ｄＨ＝λ／（４×ｎＨ）×ｃｏｓ（θＨ）
ｄＬ＝λ／（４×ｎＬ）×ｃｏｓ（θＬ）
ここで、例えば、ｎＨ＝２．３５、ｎＬ＝１．４６とすると、
ｄＨ＝４４．６〔ｎｍ〕
ｄＬ＝７８．３〔ｎｍ〕となる。
又、ネマチック液晶の状態が第一の配向状態、第二の配向状態である場合のネマチック液晶層３の屈折率をそれぞれｎ１，ｎ２とすると、ｎ１，ｎ２は、それぞれ、以下の如く求められる。
ｎ１＝［（２ｎｏ２＋ｎｅ２）／３］１／２
ｎ２＝ｎｏにより求められる。
ここで、例えば、ｎｅ＝１．７３、ｎｏ＝１．５３であるとすると、
ｎ１＝１．６０
ｎ２＝１．５３となる。
図８（ａ）（ｂ）に、ネマチック液晶層３およびポリマー層８ａ、８ｂの厚さをいずれも９７５．４〔ｎｍ〕とし、ポリマー層８ａ、８ｂの屈折率をいずれもｎ１ と等しい１．６０とした場合の、光路切替素子１Ｂへの入射光の波長と光路切替素子１Ｂの透過率との関係の計算例を示す。
又、図９（ａ）（ｂ）に、ネマチック液晶層３およびポリマー層８ａ，８ｂの厚さをいずれも１０３１．８〔ｎｍ〕とし、ポリマー層８ａ，８ｂの屈折率をいずれもｎ２ と等しい１．５３とした場合の、光路切替素子１Ｂへの入射光の波長と光路切替素子１Ｂの透過率との関係の計算例を示す。
ここで、 図８（ａ），図９（ａ）は、ネマチック液晶層３に交流電圧を印加しない場合の計算例であり、図８（ｂ），図９（ｂ）は、ネマチック液晶層３に所定の実効値を有する交流電圧を印加した場合の計算例である。また、図中の実線，点線は、それぞれＰ偏光成分、Ｓ偏光成分に対する計算例を表している。尚、簡単のため、光路切替素子１Ｂにおける光の吸収は考慮していない。
光路切替素子１Ｂの透過率スペクトルには、ネマチック液晶層３およびポリマー層８ａ，８ｂがなければ、誘電体多層膜５ｃ〜５ｆの働きにより、Ｐ偏光成分に対しては波長が約３４０〔ｎｍ〕〜約４８０〔ｎｍ〕の範囲、Ｓ偏光成分に対しては波長が約３３０〔ｎｍ〕〜約５００〔ｎｍ〕の範囲に、透過率がほぼ０〔％〕になる幅の広い反射波長帯が形成される。これに対し、ネマチック液晶層３があると、ネマチック液晶層３の働きにより、Ｐ偏光成分、Ｓ偏光成分のいずれに対しても、上記の反射波長帯の内部に３本の透過波長帯が形成される。
これらの透過波長帯を、中心波長が短い順に第一乃至第三の透過波長帯と呼ぶことにする。又、ポリマー層８ａ，８ｂがあると、ポリマー層８ａ，８ｂの働きにより、Ｐ偏光成分，Ｓ偏光成分のいずれに対しても、上記の反射波長帯の内部に三本の透過波長帯が形成される。これらの透過波長帯を、中心波長が短い順に第四乃至第六の透過波長帯と呼ぶことにする。第一乃至第三の透過波長帯は、ネマチック液晶層３を媒質とし、誘電体多層膜５ｃ，５ｄを反射鏡とする共振器により形成されたものと考えることもできる。
ここで、ネマチック液晶層３の厚さや屈折率を変化させると、この共振器の長さが変化するため、第一乃至第三の透過波長帯の中心波長が変化する。また、第四乃至第六の透過波長帯は、ポリマー層８ａを媒質とし、誘電体多層膜５ｅ，５ｃを反射鏡とする共振器と、ポリマー層８ｂを媒質とし、誘電体多層膜５ｄ，５ｆを反射鏡とする共振器とにより形成されたものと考えることもできる。
（ネマチック液晶層３の厚さを９７５．４〔ｎｍ〕とした場合）
まず、ネマチック液晶層３およびポリマー層８ａ，８ｂの厚さを、いずれも９７５．４〔ｎｍ〕とし、ポリマー層８ａ，８ｂの屈折率を、いずれも１．６０とした場合について例示する。
ネマチック液晶層３に交流電圧を印加しない場合、図８（ａ）に示すように、第一と第四の透過波長帯、第二と第五の透過波長帯、第三と第六の透過波長帯は、それぞれ中心波長が一致する。その結果、透過率がほぼ１００〔％〕になるやや幅の広い三本の透過波長帯が形成される。Ｐ偏光成分、Ｓ偏光成分のいずれに対しても、第二（第五と同じ）の透過波長帯の中心波長は４００〔ｎｍ〕である。このため、光路切替素子１Ｂへ入射した光は、Ｐ偏光成分、Ｓ偏光成分のいずれもほぼ１００〔％〕が透過する。
一方、ネマチック液晶層３に所定の実効値を有する交流電圧を印加した場合、図８（ｂ）に示すように、第一と第四の透過波長帯、第二と第五の透過波長帯、第三と第六の透過波長帯はそれぞれ中心波長がずれる。その結果、第一乃至第三の透過波長帯として透過率がほぼ１００〔％〕になる幅の狭い３本の透過波長帯が形成され、第四乃至第六の透過波長帯として透過率が低くやや幅の広い３本の透過波長帯が形成される。
Ｐ偏光成分、Ｓ偏光成分のいずれに対しても、第五の透過波長帯の中心波長は４００〔ｎｍ〕であるが、波長４００〔ｎｍ〕は第二の透過波長帯と第三の透過波長帯との中間に位置する。このため、光路切替素子１Ｂへ入射した光は、Ｐ偏光成分、Ｓ偏光成分のいずれも一部は透過するが大部分は反射される。Ｐ偏光成分、Ｓ偏光成分に対する反射率はそれぞれ約８０〔％〕，約９４〔％〕である。即ち、ネマチック液晶層３が含むネマチック液晶の状態が第一の配向状態、第二の配向状態である場合、光路切替素子１Ｂの特性は、それぞれ第二の特性（透過特性），第一の特性（反射特性）となる。
（ネマチック液晶層３の厚さを１０３１．８〔ｎｍ〕とした場合）
次に、ネマチック液晶層３およびポリマー層８ａ、８ｂの厚さをいずれも１０３１．８〔ｎｍ〕とし、ポリマー層８ａ，８ｂの屈折率をいずれも１．５３とした場合について例示する。
ネマチック液晶層３に交流電圧を印加しない場合、図９（ａ）に示すように、第一と第四の透過波長帯，第二と第五の透過波長帯，第三と第六の透過波長帯は、それぞれ中心波長がずれる。その結果、第一乃至第三の透過波長帯として透過率がほぼ１００〔％〕になる幅の狭い３本の透過波長帯が形成され、第四乃至第六の透過波長帯として透過率が低くやや幅の広い３本の透過波長帯が形成される。
Ｐ偏光成分，Ｓ偏光成分のいずれに対しても、第五の透過波長帯の中心波長は４００〔ｎｍ〕であるが、波長４００〔ｎｍ〕は第一の透過波長帯と第二の透過波長帯との中間に位置する。このため、光路切替素子１Ｂへ入射した光は、Ｐ偏光成分，Ｓ偏光成分のいずれも一部は透過するが大部分は反射される。Ｐ偏光成分，Ｓ偏光成分に対する反射率は、それぞれ約８０〔％〕，約９４〔％〕である。
一方、ネマチック液晶層３に所定の実効値を有する交流電圧を印加した場合、図９（ｂ）に示すように、第一と第四の透過波長帯、第二と第五の透過波長帯、第三と第六の透過波長帯はそれぞれ中心波長が一致する。その結果、透過率がほぼ１００〔％〕になるやや幅の広い３本の透過波長帯が形成される。Ｐ偏光成分、Ｓ偏光成分のいずれに対しても、第二（第五と同じ）の透過波長帯の中心波長は４００〔ｎｍ〕である。このため、光路切替素子１Ｂへ入射した光は、Ｐ偏光成分，Ｓ偏光成分のいずれもほぼ１００〔％〕が透過する。即ち、ネマチック液晶層３が含むネマチック液晶の状態が第１の配向状態，第２の配向状態である場合、光路切替素子１Ｂの特性は、それぞれ第１の特性（反射特性），第２の特性（透過特性）となる。
光路切替素子１Ｂは、前述した第１実施形態における光路切替素子１Ａの場合に比較して、第１の特性（反射特性）における反射率がやや低いが、第２の特性（透過特性）における透過率がほぼ１００〔％〕になる透過波長帯の幅が広いため、入射光の波長変動の影響を受けにくいという利点がある。その他の効能については、前述した第１実施形態の場合と同様となっている。
〔第３実施形態〕
次に、第３の実施形態を図１０に基づいて説明する。
この図１０に示す第３実施形態は、前述した第１実施形態における光路切替素子１Ａを光路切替装置の主要部として実施した場合を示す。
図１０において、この第３実施形態に示す光路切替装置９は、前述した第１実施形態における光路切替素子１Ａを主たる構成要素とする光路切替手段９Ａと、この光路切替手段９Ａに併設され前記光路切替素子１Ａの動作を付勢する光路切替素子駆動回路９Ｂとを含んで構成されている。
即ち、この第３実施形態における光路切替装置９は、前述した第１実施形態で開示した光路切替素子１Ａに光路切替素子駆動回路９Ｂを付加したものである。この光路切替素子駆動手段である光路切替素子駆動回路９Ｂは、光路切替素子１Ａの特性を第１の特性（反射特性）と第２の特性（透過特性）との間で切り替えるために、切り替え制御用の電気信号を生成し、その電気信号によりネマチック液晶層３におけるネマチック液晶を駆動する。
そして、光路切替素子１Ａが図４に示す透過率スペクトルを有する場合、当該光路切替素子１Ａの特性を第１の特性（反射特性）とするには、光路切替素子駆動回路９によってネマチック液晶３に対して所定の実効値を有する交流電圧を印加する。このとき、光路切替素子１Ａへの入射光Ｌは、光路切替素子１Ａで入射光の方向と異なる方向へ反射される。
一方、光路切替素子１Ａの特性を第２の特性（透過特性）とするには、光路切替素子駆動回路９によってネマチック液晶層３に交流電圧を印加しない。このとき、光路切替素子１Ａへの入射光Ｌは光路切替素子１Ａを透過する。
これに対し、光路切替素子１Ａが図５に示す透過率スペクトルを有する場合、光路切替素子１Ａの特性を第１の特性（反射特性）とするには、光路切替素子駆動回路９Ｂによってネマチック液晶層３に交流電圧を印加しない。このとき、光路切替素子１Ａへの入射光Ｌは光路切替素子１Ａで入射光Ｌの方向と異なる方向へ反射される。
一方、光路切替素子１Ａの特性を第２の特性（透過特性）とするには、光路切替素子駆動回路９によりネマチック液晶３に所定の実効値を有する交流電圧を印加する。このとき、光路切替素子１Ａへの入射光は光路切替素子１Ａを透過する。
このように、この第３実施形態にける光路切替装置９は、上述したように前述した第１実施形態における光路切替素子１Ａを光路切替素子駆動回路９Ｂで駆動する構成としたので、液晶層３の厚さは薄すぎることがなく、液晶層３が含む液晶は配向方向が変化しやすいため、光路切替素子１Ａの動作電圧を低くすることができる。また、ブラッググレーティングを用いないため、光路切替素子１Ａのコストを安くすることができ、更に、液晶層３としてコレステリック液晶層を用いないため、光路切替素子１Ａの光路切替機能を入射光Ｌの偏光状態に依存しないようにすることができる。
ここで、この第３実施形態にあっては、光路切替素子として前述した第１実施形態に
おける光路切替素子１Ａを装備した場合を例示したが、この光路切替素子１Ａに代えて前述した第２実施形態における光路切替素子１Ｂを装備してもよい。
このようにしても、前述した光路切替素子１Ａを装備した場合と同様に、入射光Ｌに対する反射若しくは透過の動作を有効に切り替え実施することができる。
又、上述した光路切替手段９Ａは、前述した実施形態で開示した光路切替素子１Ａ（又は１Ｂ）が備えている第１の特性（反射特性）と第２の特性（透過特性）との間で切り替えるための電気信号を外部から入力し前記光路切替素子の液晶層に印加するように構成してもよい。
このようにしても、入射光Ｌに対する反射若しくは透過の動作を有効に切り替え実施することができる。
〔第４実施形態〕
次に、第４実施形態を図１１に基づいて説明する。
この図１１に示す第４実施形態は、前述した第１実施形態における光路切替素子１Ａを、光ヘッド装置１０について実施した場合の例を示すものである。
この図１１に示す光ヘッド装置１０は、光学系の条件が異なる第１の光記録媒体であるＢＤ（ブルーレイディスク）規格の光記録媒体と第２の光記録媒体であるＨＤーＤＶＤ規格の光記録媒体の両方に対して記録や再生を行うことを可能とした光ヘッド装置であり、前述した第１実施形態（図１）に開示した光路切替素子１Ａを用いたものである。ここで、ＨＤーＤＶＤは、青色レーザを用いたＤＶＤのハイビジョン版としての特性を備えている。
この両方の光記録媒体に対応可能な図１１に示す光ヘッド装置１０は、光源である半導体レーザ１０Ａと、この半導体レーザ１０Ａからの出射光をＢＤ規格の光記録媒体であるディスク１７ａ内に集光する第１の対物レンズであるＢＤ用の対物レンズ１６ａと、この対物レンズ１６ａに併設され半導体レーザ１０Ａからの出射光をＨＤ−ＤＶＤ規格の光記録媒体であるディスク１７ｂ内に集光する第２の対物レンズであるＨＤ−ＤＶＤ用の対物レンズ１６ｂとを備えている。
ここで、図１１では、説明の便宜上、ＢＤ規格のディスク１７ａとＨＤ−ＤＶＤ規格のディスク１７ｂとを同一のディスクで図示しているが、実際の使用に際しては着脱自在に取替え装備されて使用される。
前述した光ヘッド装置１０は、更に、ディスク１７ａ（又は１７ｂ）からの反射光を受光する光検出器２０と、出射光の光路から反射光の光路を分離する光分離手段である偏光ビームスプリッタ１２と、偏光ビームスプリッタ１２と対物レンズ１６ａとの間および偏光ビームスプリッタ１２と対物レンズ１６ｂとの間の共通位置に配設された光路切替素子１Ａとを備えている。
前述したように、光路切替素子１Ａは、制御用の電気信号に応じて、偏光ビームスプリッタ１２からの光をその偏光状態に依存することなく反射して対物レンズ１６ａへ導くと共に対物レンズ１６ａからの光をその偏光状態に依存することなく反射して偏光ビームスプリッタ１２へ導く第１の特性（反射特性）と、偏光ビームスプリッタ１２からの光をその偏光状態に依存することなく透過させて対物レンズ１６ｂへ導くと共に対物レンズ１６ｂからの光をその偏光状態に依存することなく透過させて偏光ビームスプリッタ１２へ導く第２の特性（透過特性）との間で、その特性が切り替わる特性（性質）を備えている。
そして、ＢＤ規格の光記録媒体であるディスク１７ａに対して記録や再生を行う場合、光路切替素子１Ａの特性は第１の特性（反射特性）となっている。このとき、半導体レーザ１０からの出射光は、回折光学素子１１により０次光であるメインビームおよび±１次回折光である２つのサブビームに分割される。
続いて、メインビーム及び二つのサブビームは、偏光ビームスプリッタ１２へＰ偏光として入射してほぼ１００〔％〕が透過し、コリメータレンズ１３により発散光から平行光へ変換され、光路切替素子１ＡへＰ偏光として入射してほぼ１００〔％〕が反射され、次いで１／４波長板１５ａにより直線偏光から円偏光へ変換され、対物レンズ１６ａにより平行光から収束光へ変換され、ディスク１７ａ内に集光される。
ＢＤ規格のディスク１７ａで反射されたメインビームの反射光及び二つのサブビームの反射光は、対物レンズ１６ａにより発散光から平行光へ変換され、１／４波長板１５ａにより円偏光から往路と偏光方向が直交した直線偏光へ変換され、光路切替素子１ＡへＳ偏光として入射してほぼ１００〔％〕が反射され、コリメータレンズ１３により平行光から収束光へ変換され、偏光ビームスプリッタ１２へＳ偏光として入射してほぼ１００〔％〕が反射され、非点収差レンズ１８により非点収差が与えられ、凹レンズ１９により収束の度合いが変換され、光検出器２０で受光される。
一方、ＨＤーＤＶＤ規格の光記録媒体であるディスク１７ｂに対して記録や再生を行う場合、光路切替素子１Ａの特性は第２の特性（透過特性）となっている。このとき、半導体レーザ１０Ａからの出射光は、回折光学素子１１により０次光であるメインビーム及び±１次回折光である二つのサブビームに分割される。
メインビーム及び二つのサブビームは、偏光ビームスプリッタ１２へＰ偏光として入射してほぼ１００〔％〕が透過し、コリメータレンズ１３により発散光から平行光へ変換され、光路切替素子１ＡへＰ偏光として入射してほぼ１００〔％〕が透過し、ミラー１４へＰ偏光として入射してほぼ１００〔％〕が反射され、１／４波長板１５ｂにより直線偏光から円偏光へ変換され、対物レンズ１６ｂにより平行光から収束光へ変換され、ディスク１７ｂ内に集光される。
ディスク１７ｂで反射されたメインビームの反射光および二つのサブビームの反射光は、対物レンズ１６ｂにより発散光から平行光へ変換され、１／４波長板１５ｂにより円偏光から往路と偏光方向が直交した直線偏光へ変換され、ミラー１４へＳ偏光として入射してほぼ１００〔％〕が反射され、光路切替素子１ＡへＳ偏光として入射してほぼ１００〔％〕が透過し、コリメータレンズ１３により平行光から収束光へ変換され、偏光ビームスプリッタ１２へＳ偏光として入射してほぼ１００〔％〕が反射され、非点収差レンズ１８により非点収差が与えられ、凹レンズ１９により収束の度合いが変換され、光検出器２０で受光される。
光検出器２０は、コリメータレンズ１３，非点収差レンズ１８，凹レンズ１９により形成される二つの焦線（焦点）の中間に設けられており、メインビームの反射光に対応した四分割受光部と、二つのサブビームの反射光のそれぞれに対応した２つの二分割受光部とを有する。光検出器２０の４分割受光部はディスク１７ａ，１７ｂの半径方向に対応する分割線および接線方向に対応する分割線で４つに分割されており、又２つの二分割受光部は、ディスク１７ａ，１７ｂの半径方向に対応する分割線で、それぞれ２つに分割されている。
そして、四分割受光部および２つの二分割受光部から出力される電圧信号に基づいて、フォーカス誤差信号，トラック誤差信号，およびディスク１７ａ，１７ｂに記録されたマーク／スペース信号である再生信号が検出される。
フォーカス誤差信号は公知の非点収差法により検出され、トラック誤差信号はディスク１７ａ又は１７ｂが再生専用型のディスクである場合は公知の位相差法によって、ディスク１７ａ又は１７ｂが追記型或いは書換可能型のディスクである場合は公知の差動プッシュプル法によって、それぞれ検出される。再生信号は四分割受光部から出力される電圧信号の高周波成分から検出される。
以上のように、本第４実施形態にあっては、前述した光路切替素子１Ａは、付勢される前記電気信号に応じて、前記光分離手段（偏光ビームスプリッタ１２）からの光をその偏光状態に依存することなく反射して前記第１の対物レンズ１６ａへ導くと共に該第１の対物レンズ１６ａからの光をその偏光状態に依存することなく反射して前記光分離手段へ導く第１の特性と、前記光分離手段からの光をその偏光状態に依存することなく透過させて前記第２の対物レンズ１６ｂへ導くと共に当該第２の対物レンズ１６ｂからの光をその偏光状態に依存することなく透過させて前記光分離手段へ導く第２の特性との間で、その特性が切り替わる点に特徴を有する。
このため、かかる光路切替素子１Ａを装備したこの第４実施形態にあっては、入射光の偏光状態に依存することなく光学系の条件が異なる二種類の光記録媒体に対応して記録や再生駆動を円滑に成し得るという優れた光ヘッド装置を得ることができる。
更に、この第４実施形態によると、光ヘッド装置１０に用いる光路切替素子１Ａの液晶層３の厚さは薄すぎることがなく、液晶層３が含む液晶は配向方向が変化しやすいため、光路切替素子１Ａの動作電圧を低くすることができる。また、光路切替素子１Ａにブラッググレーティングを用いないため、光路切替素子１Ａのコストを安くすることができる。
又、上記光ヘッド装置１０においては、光路切替素子１Ａの液晶層としてコレステリック液晶層を用いないため、前述したように光路切替素子１Ａの光路切替機能を入射光の偏光状態に依存しないようにすることができ、また、光路切替素子１Ａとして２つの光路切替素子を重ねる必要がないため、光路切替素子１Ａの反射率および透過率を高くすることができ、光路切替素子１Ａのサイズを小さくコストを安くすることができる。
ここで、上記第４実施形態では、光路切替素子として前述した第１実施形態における光路切替素子１Ａを装備した場合を例示したが、この光路切替素子１Ａに代えて前述した第２実施形態における光路切替素子１Ｂを装備してもよい。
このようにしても、前述した光路切替素子１Ａを装備した場合と同様に、入射光Ｌに対する反射若しくは透過の動作を有効に切り替え実施することができ、入射光の偏光状態に依存することなく光学系の条件が異なる二種類の光記録媒体に対応して記録や再生動作を円滑に成し得るという優れた光ヘッド装置を得ることができる。
〔第５実施形態〕
次に、第５の実施形態を図１２に基づいて説明する。
この図１２に示す第５実施形態は、前述した第１実施形態における光路切替素子１Ａを、光学式情報記録再生装置３０について実施した場合の例を示すものである。
この図１２において、本第５実施形態にかかる光学式情報記録再生装置３０は、前述した第４実施形態における光ヘッド装置１０と、この光ヘッド装置１０の各構成要素を個別に駆動制御する複数の駆動回路とを備え、この光ヘッド装置１０が備えている光検出器２０からの情報を処理して再生データを出力するように構成されている。
ここで、上述した光学式情報記録再生装置３０は、図１２に示すように、本発明の光路切替素子の第４の実施形態における光路切替素子１ａを用いた光ヘッド装置１０に、光路切替素子駆動回路９Ａ，変調回路３１，記録信号生成回路３２，半導体レーザ駆動回路３３，増幅回路３４，再生信号処理回路３５，復調回路３６，誤差信号生成回路３７，対物レンズ駆動回路３８を付加したものである。これらの回路は図示しないコントローラにより制御される構成されている。
前述した光ヘッド装置１０の半導体レーザ１０Ａは、外部から入力される記録データに基づいて駆動される。具体的には、外部入力される記録データは、変調回路３１で記録用として変調され、これに基づいて記録信号生成回路３２で記録信号が生成され、この記録信号に基づいて半導体レーザ駆動回路３３が作動し、前述した外部入力される記録データに対応した記録用のレーザビームを出力するようになっている。又、前述した光ヘッド装置１０の光検出器２０から出力される情報は、増幅回路３４で増幅された後に再生信号処理回路３５で再生処理され続いて復調回路３６で復調処理された後に再生データとして外部出力されるようになっている。
これを更に詳述する。光路切替素子駆動手段である前述した光路切替素子駆動回路９Ｂは、ＢＤ規格の光記録媒体，およびＨＤ−ＤＶＤ規格の光記録媒体のどちらに対して記録や再生を行うかによって、光路切替素子１ａの特性を第１の特性（反射特性）と第２の特性（透過特性）との間で切り替えるために、切り替え制御用の電気信号を生成し、その電気信号によりネマチック液晶層３のネマチック液晶を駆動する。
又、記録媒体であるディスク１７ａ又は１７ｂにデータを記録する場合、変調回路３１は、ディスク１７ａ又は１７ｂに記録すべきデータを変調規則に従って変調する。記録信号生成回路３２は、変調回路３１で変調された信号に基づいて、記録ストラテジに従って半導体レーザ１０Ａを駆動するための記録信号を生成する。半導体レーザ駆動回路３３は、記録信号生成回路３２で生成された記録信号に基づいて、半導体レーザ１０Ａへ記録信号に応じた電流を供給して半導体レーザ１０Ａを駆動する。
これに対し、ディスク１７ａ，１７ｂからデータを再生する場合、半導体レーザ駆動回路３３は、半導体レーザ１０Ａからの出射光のパワーが一定になるように、半導体レーザ１０Ａへ一定の電流を供給して半導体レーザ１０Ａを駆動する。
そして、増幅回路３４は、光検出器２０の４分割受光部および二つの２分割受光部から出力される電圧信号を増幅する。ディスク１７ａ，１７ｂからデータを再生する場合、再生信号処理回路３５は、増幅回路２４で増幅された電圧信号に基づいてディスク１７ａ，１７ｂに記録されたマーク／スペース信号である再生信号の生成，波形等化，及び２値化を行う。
復調回路３６は、再生信号処理回路３５で２値化された信号を復調規則に従って復調する。誤差信号生成回路３７は、増幅回路３４で増幅された電圧信号に基づいて、対物レンズ１６ａ，１６ｂを駆動するためのフォーカス誤差信号およびトラック誤差信号を生成する。対物レンズ駆動回路３８は、誤差信号生成回路３７で生成されたフォーカス誤差信号およびトラック誤差信号に基づいて、図示しないアクチュエータへフォーカス誤差信号およびトラック誤差信号に応じた電流を供給して対物レンズ１６ａ，１６ｂを駆動する。
更に、本第５実施形態にあっては、ポジショナ制御回路やスピンドル制御回路（図示せず）を備えて構成されている。ポジショナ制御回路はディスク１７ａ，１７ｂを除く光ヘッド装置全体を図示しないモータによりディスク１７ａ，１７ｂの半径方向へ移動させる。又、スピンドル制御回路は図示しないモータによりディスク１７ａ，１７ｂを回転制御する機能を備えている。
又、光路切替素子駆動回路９Ｂは、誤差信号生成回路３７から入力されるフォーカス誤差信号に基づいて、切り替え制御用の電気信号を生成し、その電気信号によりネマチック液晶層３が含むネマチック液晶を駆動する。具体的には、ディスク１７ａ，１７ｂの表面からのフォーカス誤差信号のゼロクロス点とディスク１７ａ，１７ｂの記録面からのフォーカス誤差信号のゼロクロス点との間隔から、ディスク１７ａ，１７ｂの保護層の厚さを調べる。そして、保護層の厚さが０．１〔ｍｍ〕であれば、ＢＤ規格の光記録媒体であるディスク１７ａが装着されていると判断し、光路切替素子１Ａの特性を第１の特性（反射特性）とする。
一方、保護層の厚さが０．６〔ｍｍ〕であれば、ＨＤ−ＤＶＤ規格の光記録媒体であるディスク１７ｂが装着されていると判断し、前記光路切替素子１Ａの特性を第２の特性（透過特性）とする。
光路切替素子１Ａが図４（ａ）（ｂ）に示す透過率スペクトルを有する場合、光路切替素子１Ａの特性を第１の特性（反射特性）とするには、光路切替素子駆動回路９によりネマチック液晶３に所定の実効値を有する交流電圧を印加する。このとき、偏光ビームスプリッタ１２からの光は光路切替素子１Ａで反射されて対物レンズ１６ａへ導かれ、対物レンズ１６ａからの光は光路切替素子１Ａで反射されて偏光ビームスプリッタ１２へ導かれる。
一方、光路切替素子１Ａの特性を第２の特性（透過特性）とするには、光路切替素子駆動回路９Ｂによりネマチック液晶層３に交流電圧を印加しない状態とする。このとき、偏光ビームスプリッタ１２からの光は光路切替素子１Ａを透過して対物レンズ１６ｂへ導かれ、対物レンズ１６ｂからの光は光路切替素子１Ａを透過して偏光ビームスプリッタ１２へ導かれる。
これに対し、光路切替素子１Ａが図５に示す透過率スペクトルを有する場合、光路切替素子１Ａの特性を第１の特性（反射特性）とするには、光路切替素子駆動回路９Ｂによりネマチック液晶層３に交流電圧を印加しない。このとき、偏光ビームスプリッタ１２からの光は光路切替素子１Ａで反射されて対物レンズ１６ａへ導かれ、対物レンズ１６ａからの光は光路切替素子１Ａで反射されて偏光ビームスプリッタ１２へ導かれる。
一方、光路切替素子１Ａの特性を第２の特性とするには、光路切替素子駆動回路９Ｂによりネマチック液晶３に所定の実効値を有する交流電圧を印加する。このとき、偏光ビームスプリッタ１２からの光は光路切替素子１Ａを透過して対物レンズ１６ｂへ導かれ、対物レンズ１６ｂからの光は光路切替素子１Ａを透過して偏光ビームスプリッタ１２へ導かれ、当該偏光ビームスプリッタ１２で反射されて光検出器２０へ送り出される。
このように、本第５実施形態によると、入射光の偏光状態に依存することなく光学系の条件が異なる二種類の光記録媒体に対応して記録や再生駆動を円滑に成し得るという優れた光学式情報記録再生装置３０を得ることができる。更に、この第５実施形態によると、光学式情報記録再生装置３０に用いる光路切替素子の液晶層の厚さは薄すぎることがなく、液晶層が含む液晶は配向方向が変化しやすいため、光路切替素子の動作電圧を低くすることができる。また、光路切替素子にブラッググレーティングを用いないため、光路切替素子のコストを安くすることができる。
又、上記光学式情報記録再生装置３０においては、光路切替素子の液晶層としてコレステリック液晶層を用いないため、前述したように光路切替素子の光路切替機能を入射光の偏光状態に依存しないようにすることができ、また、光路切替素子として２つの光路切替素子を重ねる必要がないため、光路切替素子の反射率および透過率を高くすることができ、光路切替素子のサイズを小さくコストを安くすることができる。
ここで、上記第５実施形態では、光路切替素子として前述した第１実施形態における光路切替素子１Ａを装備した場合を例示したが、この光路切替素子１Ａに代えて前述した第２実施形態における光路切替素子１Ｂを装備してもよい。
このようにしても、前述した光路切替素子１Ａを装備した場合と同様に、入射光Ｌに対する反射若しくは透過の動作を有効に切り替え実施することができ、入射光の偏光状態に依存することなく光学系の条件が異なる二種類の光記録媒体に対応して記録や再生動作を円滑に成し得るという優れた光学式情報記録再生装置３０を得ることができる。
以上のように、第１乃至第５の各実施形態を用いて、本発明にかかる光路切替素子，光路切替装置，光ヘッド装置，および光学式情報記録再生装置について詳述した。
これらの各発明についての効果をまとめると、以下のようになる。
本発明にかかる光路切替素子および光路切替装置の第一の効果は、光路切替素子の光路切替機能が入射光の偏光状態に依存しないことである。その理由は、液晶層としてコレステリック液晶層を用いないためである。
本発明の光路切替素子および光路切替装置の第二の効果は、光路切替素子の動作電圧が低いことである。その理由は、液晶層の厚さは薄すぎることがなく、液晶層が含む液晶は配向方向が変化しやすいためである。本発明の光路切替素子および光路切替装置の第三の効果は、光路切替素子の反射率および透過率が高いことである。その理由は、２つの光路切替素子を重ねる必要がないためである。本発明の光路切替素子および光路切替装置の第四の効果は、光路切替素子のサイズが小さくコストが安いことである。その理由は、２つの光路切替素子を重ねる必要がないためと、ブラッググレーティングを用いないためである。
本発明の光ヘッド装置および光学式情報記録再生装置の第一の効果は、光ヘッド装置に用いる光路切替素子の光路切替機能が入射光の偏光状態に依存しないことである。その理由は、光路切替素子の液晶層としてコレステリック液晶層を用いないためである。本発明の光ヘッド装置および光学式情報記録再生装置の第二の効果は、光ヘッド装置に用いる光路切替素子の動作電圧が低いことである。その理由は、光路切替素子の液晶層の厚さは薄すぎることがなく、液晶層が含む液晶は配向方向が変化しやすいためである。
本発明の光ヘッド装置および光学式情報記録再生装置の第三の効果は、光ヘッド装置に用いる光路切替素子の反射率および透過率が高いことである。その理由は、光路切替素子として２つの光路切替素子を重ねる必要がないためである。本発明の光ヘッド装置および光学式情報記録再生装置の第四の効果は、光ヘッド装置に用いる光路切替素子のサイズが小さくコストが安いことである。その理由は、光路切替素子として２つの光路切替素子を重ねる必要がないためと、光路切替素子にブラッググレーティングを用いないためである。
以上、実施形態（及び実施例）を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態（及び実施例）に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
この出願は２００７年５月１８日に出願された日本出願特願２００７−１３３５２０を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
光学系の条件が異なる二種類の光記録媒体に対応して記録や再生を行う全ての光ヘッド装置および光学式情報記録再生装置に組み込んで使用することができる。
本発明にかかる光路切替素子の第１実施形態を示す構成図である。 図１に開示した実施形態の詳細を示す部分断面図である。 図２に開示した光路切替素子におけるネマチック液晶の配向方向を示す説明図である。 図１に開示した光路切替素子に対する入射光の波長と透過率との関係の計算例を示す線図で、図４（ａ）は第１実施形態にかかる光路切替素子のネマチック液晶に交流電圧を印加しない場合を示し、図４（ｂ）は同光路切替素子のネマチック液晶に交流電圧を印加した場合を示す。図である。 図１に開示した光路切替素子の厚さを幾分厚くした光路切替素子に対する入射光の波長と透過率との関係の計算例を示す線図で、図５（ａ）は光路切替素子のネマチック液晶に交流電圧を印加しない場合を示し、図５（ｂ）は同光路切替素子のネマチック液晶に交流電圧を印加した場合を示す。図である。 本発明にかかる光路切替素子の第２実施形態を示す構成図である。 図６に開示した第２実施形態の詳細を示す部分断面図である。 図６に開示した光路切替素子に対する入射光の波長と透過率との関係の計算例を示す線図で、図８（ａ）は第２実施形態における光路切替素子に交流電圧を印加しない場合を示し、図８（ｂ）は同光路切替素子のネマチック液晶に交流電圧を印加した場合を示す。 図６に開示した光路切替素子の厚さを幾分厚くした光路切替素子に対する入射光の波長と透過率との関係の計算例を示す線図で、図９（ａ）は光路切替素子のネマチック液晶に交流電圧を印加しない場合を示し、図９（ｂ）は同光路切替素子のネマチック液晶に交流電圧を印加した場合を示す。 本発明の第３実施形態にかかる光路切替装置を示すブロック図である。 本発明の第４実施形態にかかる光ヘッド装置を示すブロック図である。 本発明の第４実施形態にかかる光学式情報記録再生装置を示すブロック図である。 関連技術における他の光路切替素子を示す説明図である。 関連技術における更に他の光路切替素子を示す説明図である。
符号の説明
１Ａ，１Ｂ 光路切替素子
１Ａｂ，１Ｂａ 光路切替素子本体
２ａ，２ｂ 基板
３ ネマチック液晶層
４ａ，４ｂ 透明電極
５ａ〜５ｆ 誘電体多層膜
５ａ，５ｃ 第１の誘電体多層膜
５ｂ，５ｄ 第２の誘電体多層膜
５ｅ 第３の誘電体多層膜
５ｆ 第４の誘電体多層膜
６ 高屈折率層
７ 低屈折率層
８ａ，８ｂ ポリマー層
９ 光路切替装置
９Ａ 光路切替手段
９Ｂ 光路切替素子駆動回路
１０ 光ヘッド装置
１０Ａ 半導体レーザ
２０ 光検出器
３０ 光学式情報記録再生装置
３１ 変調回路
３２ 記録信号生成回路
３３ 半導体レーザ駆動回路
３４ 増幅回路
３５ 再生信号処理回路
３６ 復調回路
３７ 誤差信号生成回路
３８ 対物レンズ駆動回路

Claims (6)

  1. 電気信号により駆動される液晶を含み厚さ方向が入射光の方向に対して傾斜するように設置された液晶層と、この液晶層の一方の面に設けられた第一の誘電体多層膜と、前記液晶層の他方の面に設けられた第二の誘電体多層膜とを有し、
    前記第一，第二の各誘電体多層膜が、それぞれ高屈折率層と低屈折率層とが順次交互に積層された多層膜の積層構造を成し、
    前記多層膜の積層構造が、前記入射光をその偏光状態に依存することなく前記入射光の方向と異なる方向へ反射する第一の特性と前記入射光をその偏光状態に依存することなく透過させる第二の特性とを有すると共に、前記電気信号に応じて前記第一の特性と第二の特性とが切り替わる特性を備えていることを特徴とした光路切替素子。
  2. 前記請求項１に記載の光路切替素子において、
    前記液晶はネマチック液晶であり、前記電気信号に応じて、厚さ方向に垂直な面内でランダムな方向に配向される第一の配向状態と前記厚さ方向に沿って配向される第二の配向状態との間で、その配向状態が切り替わる特性を備えていることを特徴とした光路切替素子。
  3. 前記請求項２に記載の光路切替素子において、
    前記第一，第二の各誘電体多層膜の外側に、第一，第二の中間層をそれぞれ対応して設けると共に、
    前記第一，第二の各中間層の外側に、それぞれ高屈折率層と低屈折率層とが順次交互に積層された多層膜の積層構造を成す第三，第四の誘電体多層膜をそれぞれ対応して設け、
    前記第一，第二の各中間層を、前記液晶の配向状態が前記第一又は第二の配向状態である場合の前記液晶層と屈折率及び厚さが等しい部材で形成したことを特徴とした光路切替素子。
  4. 光路切替素子と、この光路切替素子の特性を前記第一の特性と前記第二の特性との間で切り替えるための電気信号を生成すると共に当該生成した電気信号により前記液晶を駆動する光路切替素子駆動手段とを備え、
    前記光路切替素子が、電気信号により駆動される液晶を含み厚さ方向が入射光の方向に対して傾斜するように設置された液晶層と、この液晶層の一方の面に設けられた第一の誘電体多層膜と、前記液晶層の他方の面に設けられた第二の誘電体多層膜とを有し、
    前記第一，第二の各誘電体多層膜が、それぞれ高屈折率層と低屈折率層とが順次交互に積層された多層膜の積層構造を成し、
    前記多層膜の積層構造が、前記入射光をその偏光状態に依存することなく前記入射光の方向と異なる方向へ反射する第一の特性と前記入射光をその偏光状態に依存することなく透過させる第二の特性とを有すると共に、前記電気信号に応じて前記第一の特性と第二の特性とが切り替わる特性を備えていることを特徴とする光路切替装置。
  5. 第一の光記録媒体及び第二の光記録媒体に対応するための二系統の光学系を備えた光ヘッド装置であって、
    一の光源と、この光源からの出射光を前記第一の光記録媒体内に集光する第１の対物レンズと、前記光源からの出射光を前記第二の光記録媒体内に集光する第２の対物レンズと、前記第一又は第二の光記録媒体からの反射光を前記第１又は第２の対物レンズを介して受光する光検出器と、前記出射光の光路から前記反射光の光路を分離する光分離手段とを備え、
    前記光分離手段と前記第一及び第二の対物レンズとの間に一の光路切替素子を装備し、
    前記光路切替素子が、電気信号により駆動される液晶を含み厚さ方向が入射光の方向に対して傾斜するように設置された液晶層と、この液晶層の一方の面に設けられた第一の誘電体多層膜と、前記液晶層の他方の面に設けられた第二の誘電体多層膜とを有し、
    前記第一，第二の各誘電体多層膜が、それぞれ高屈折率層と低屈折率層とが順次交互に積層された多層膜の積層構造を成し、
    前記多層膜の積層構造が、前記入射光をその偏光状態に依存することなく前記入射光の方向と異なる方向へ反射する第一の特性と前記入射光をその偏光状態に依存することなく透過させる第二の特性とを有すると共に、前記電気信号に応じて前記第一の特性と第二の特性とが切り替わる特性を備えていることを特徴とする光ヘッド装置。
  6. 第一の光記録媒体及び第二の光記録媒体に対応するための二系統の光学系と、一の光源と、この光源からの出射光を前記第一の光記録媒体内に集光する第１の対物レンズと、前記光源からの出射光を前記第二の光記録媒体内に集光する第２の対物レンズと、前記第一又は第二の光記録媒体からの反射光を前記第１又は第２の対物レンズを介して受光する光検出器と、前記出射光の光路から前記反射光の光路を分離する光分離手段とを備え、
    前記光分離手段と前記第一及び第二の対物レンズとの間に一の光路切替素子を装備した光ヘッド装置と、
    使用される光記録媒体が前記第一，第二の何れの光記録媒体であるかによって前記光路切替素子の特性を前記第一の特性と前記第二の特性との間で切り替えるための電気信号を生成し当該電気信号により前記液晶を駆動する光路切替素子駆動手段とを有し、
    前記光路切替素子が、電気信号により駆動される液晶を含み厚さ方向が入射光の方向に対して傾斜するように設置された液晶層と、この液晶層の一方の面に設けられた第一の誘電体多層膜と、前記液晶層の他方の面に設けられた第二の誘電体多層膜とを有し、
    前記第一，第二の各誘電体多層膜が、それぞれ高屈折率層と低屈折率層とが順次交互に積層された多層膜の積層構造を成し、
    前記多層膜の積層構造が、前記入射光をその偏光状態に依存することなく前記入射光の方向と異なる方向へ反射する第一の特性と前記入射光をその偏光状態に依存することなく透過させる第二の特性とを有すると共に、前記電気信号に応じて前記第一の特性と第二の特性とが切り替わる特性を備えていることを特徴とした光学式情報記録再生装置。
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