JP2006236549A - 光ヘッド装置、広帯域位相板および偏光回折素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 ３波長互換に用いられる光ヘッド装置、係る光ヘッド装置に用いられる広帯域位相板および偏光回折素子を提供する。
【解決手段】 半導体レーザ４０１、４０２、４０３と、偏光回折素子４１１と、広帯域位相板４１２と、光検出器４０４、４０５、４０６とを備える光ヘッド装置において、半導体レーザ４０１、４０２、４０３は、波長４１０ｎｍ帯、６６０ｎｍ帯および７８０ｎｍ帯の直線偏光の光束を出射し、偏光回折素子４１１は、所定の偏光方向の直線偏光は直進透過させ、所定の偏光方向と直交する直線偏光は回折させ、広帯域位相板４１２は、波長４１０ｎｍ帯の光に対して略（２ｍ_ａ−１）・λ／４、波長６６０ｎｍ帯の光に対して略（２ｍ_ｂ−１）・λ／４、波長７８０ｎｍ帯の光に対して略ｍ_ｃ・λ（λは波長、ｍ_ａ、ｍ_ｂ、ｍ_ｃは自然数）の位相差をそれぞれ発生させる構成を有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、広帯域位相板を搭載した光ヘッド装置、広帯域位相板および偏光回折素子に関する。

光ディスクおよび光磁気ディスクなどの光記録媒体（以下、光ディスクという）に光学的情報を記録したり、光ディスクに記録された情報を再生したりする光ヘッド装置においては、記録密度の高密度化のため、使用されるレーザ光の短波長化が進められている。しかしながら、ＨＤ ＤＶＤ、ブルーレイなどの、短波長レーザ光を用いる高密度ディスクを読み書きする光ヘッド装置においても、これまでに普及しているＤＶＤ−Ｒ／ＲＷおよびＣＤ−Ｒ／ＲＷなどの光ディスクも記録・再生可能とする必要があり、短波長光源に加えて、赤色光源および近赤外域の光源を併せて設置しこれらの光ディスクすべてを読み書き可能とする、いわゆる３波長互換のための様々な記録・再生方式が提案されている。

それぞれの光ディスクに用いられるいずれの波長に対しても高い光利用効率を実現するためには、光源から光ディスクに至る往路では高透過率であって光ディスクから光検出器に至る復路では高回折効率を有する偏光回折素子を有する偏光光学系を用いた光ヘッド装置が考えられる。そのような偏光光学系を用いた光ヘッド装置の構成の例を図９に示す。

図９において、出射波長帯４１０ｎｍ、６６０ｎｍおよび７８０ｎｍの半導体レーザ１１、１２および１３からの直線偏光の光束は、それぞれの波長用の偏光回折素子１７、１８および１９を直進透過し、それぞれの偏光回折素子と一体化された１／４位相板２０、２１および２２により円偏光に変換される。その後、波長６６０ｎｍ帯の光を反射させ波長７８０ｎｍ帯の光を透過する合波プリズム２３と６６０ｎｍ帯および７８０ｎｍ帯の光を透過させ波長４１０ｎｍ帯の光を反射する合波プリズム２４とにより合波され、コリメートレンズ２５で平行光とされ、アクチュエータ２７に保持された３波長共通の対物レンズ２６により光ディスク２８の情報記録面に集光、照射される。

光ディスク２８の情報記録面で反射され、情報記録面に形成されたピットの情報を含んだ３つの波長の戻り光束は、円偏光の回転方向が逆転した逆回りの円偏光となって経路を逆方向に進行し、それぞれ１／４位相板２０、２１および２２を再度透過して光源から出射された光束の偏光方向と直交する偏光方向の直線偏光に変換され偏光回折素子１７、１８および１９により回折され、それぞれの波長に対応する光検出器１４、１５および１６に導かれて、光ディスク２８に記録された情報が読み出される。

図９に示したような従来の光ヘッド装置では、波長ごとに偏光回折素子や１／４位相板などの光学素子を配置する必要があるので、部品点数が増えて装置の体積が大きくなり、さらに組立調整にも時間がかかるという問題がある。そのため、３つの半導体レーザを近接させて配置する構成や、複数の波長を発振できる半導体レーザを用いる構成が提案されている。

このような構成に光ヘッド装置に必要とされる４１０ｎｍ、６６０ｎｍおよび７８０ｎｍの３波長帯に対して共通に用いることができる広帯域位相板として、複屈折を示す層２層を積層した構成により各波長帯に対して１／４波長相当の位相差を発生させる広帯域位相板が特許文献１に記載されている。しかしながら、前記３波長のすべてを偏光選択して回折させる偏光回折素子は、すべての波長帯に対して良好な回折効率を実現するのが難しいという問題がある。また、７８０ｎｍ帯の光を用いる光ディスク（ＣＤ）では保護層厚さが厚いため、前述のような偏光光学系を用いると保護層の複屈折の偏差による記録・再生特性の変動が生じ易いという問題もある。
特開２００４−２１９９７７号公報

本発明は、３波長互換に用いられる光ヘッド装置、係る光ヘッド装置に用いられる広帯域位相板および偏光回折素子を提供し、前述の問題を解決することを目的とする。

本発明は、光源と、偏光回折素子と、広帯域位相板と、光検出器と、を備える光ヘッド装置において、前記光源は、波長４１０ｎｍ帯、６６０ｎｍ帯および７８０ｎｍ帯の直線偏光の光束を出射する光源であって、前記偏光回折素子は、所定の偏光方向の直線偏光は直進透過させ、前記所定の偏光方向と直交する直線偏光は回折させる偏光回折素子であって、前記広帯域位相板は、波長４１０ｎｍ帯の光に対して略（２ｍ_ａ−１）・λ／４、波長６６０ｎｍ帯の光に対して略（２ｍ_ｂ−１）・λ／４、波長７８０ｎｍ帯の光に対して略ｍ_ｃ・λ（λは波長、ｍ_ａ、ｍ_ｂ、ｍ_ｃは自然数）の位相差をそれぞれ発生させる広帯域位相板であって、前記光源から出射され、前記偏光回折素子に入射した波長４１０ｎｍ帯および６６０ｎｍ帯の直線偏光の光束は、前記偏光回折素子により直進透過され、前記広帯域位相板により略円偏光に変換されて光記録媒体に照射され、光記録媒体の情報記録面で反射されて逆回りの略円偏光となった戻り光束は、前記広帯域位相板により光源から出射された光束と直交する偏光方向の略直線偏光に変換され、前記偏光回折素子により回折されて光検出器へと導かれ、前記光源から出射され、前記偏光回折素子に入射した波長７８０ｎｍ帯の直線偏光の光束は、前記偏光回折素子により直進透過され、前記広帯域位相板により偏光状態を実質的に変化されずに透過されて光記録媒体に照射され、光記録媒体の情報記録面で反射された戻り光束は、前記広帯域位相板により偏光状態を実質的に変化されずに透過され、前記偏光回折素子により直進透過されて光検出器へと導かれることを特徴とする光ヘッド装置を提供する。

前記広帯域位相板が発生させる位相差が高次になると、各波長帯域において広帯域位相板が発生させる位相差の波長依存性が大きくなり、例えば温度変化により光源が出射する光束の波長が変動したときに、広帯域位相板が発生させる位相差が所望の値からずれが大きくなるおそれがある。そのため、位相差は低次であることが好ましい。すなわち前記ｍ_ａ、ｍ_ｂ、およびｍ_ｃは７以下の自然数であることが好ましく、より好ましくは６以下の自然数である。

前記広帯域位相板が発生させる位相差は、波長４１０ｎｍ帯の光に対して略９λ／４、波長６６０ｎｍ帯の光束に対して略５λ／４、波長７８０ｎｍ帯の光に対して略λ、あるいは、波長４１０ｎｍ帯の光に対して略１１λ／４、波長６６０ｎｍ帯の光束に対して略５λ／４、波長７８０ｎｍ帯の光に対して略λであることが好ましい。

ここで「波長４１０ｎｍ帯」とは、３９０〜４４０ｎｍの波長範囲から本発明の広帯域位相板を用いる波長、すなわち使用する光源の波長に合わせて選ばれる１つの波長をいい、「波長６６０ｎｍ帯」、「波長７８０ｎｍ帯」とは、それぞれ６４０〜６８０ｎｍ、７６０〜８００ｎｍの波長範囲から同様に選ばれる１つの波長をいう。

また、「位相差が略９λ／４である」とは、角度表示した位相差が９λ／４にあたる角度±５度未満の範囲内であることをいう。同様に「略５λ／４」「略λ」「略１１λ／４」とは、角度表示したそれぞれの角度に対して±５度未満の範囲内であることをいう。ここで、角度表示した位相差［度］は、長さで表示した位相差［ｎｍ］と、
位相差［度］＝（位相差［ｎｍ］／波長［ｎｍ］）×３６０度
なる関係にあり、例えばλ板は角度表示すると３６０度となる。

前記光ヘッド装置における前記偏光回折素子は、第１の回折格子と第２の回折格子とを積層され備える偏光回折素子であって、前記第１の回折格子は、前記光源から入射した波長４１０ｎｍ帯、６６０ｎｍ帯および７８０ｎｍ帯の直線偏光の光束を直線透過させ、前記光源からの直線偏光と直交する偏光方向をもつ、波長４１０ｎｍ帯の直線偏光を回折させ、波長６６０ｎｍ帯の直線偏光を直進透過させる回折格子であって、前記第２の回折格子は、前記光源から入射した波長４１０ｎｍ帯、６６０ｎｍ帯および７８０ｎｍ帯の直線偏光の光束を直線透過させ、前記光源からの直線偏光と直交する偏光方向をもつ、波長４１０ｎｍ帯の直線偏光を直進透過させ、波長６６０ｎｍ帯の直線偏光を回折させる回折格子であることが好ましい。

さらに、前記第１の回折格子が、光学異方性材料からなり、鋸歯形状の断面をもつ一方向に伸長する凸条部が、周期的かつ互いに平行に形成されたブレーズド回折格子、または、光学異方性材料からなり、所望の鋸歯形状を８段以上の階段状に近似した鋸歯形状の断面をもつ一方向に伸長する凸条部が、周期的かつ互いに平行に形成された擬似ブレーズド回折格子であって、前記第２の回折格子が、光学異方性材料からなり、矩形断面をもつ一方向に伸長する凸条部が、周期的かつ互いに平行に形成された回折格子とすることが好ましい。

また、前記偏光回折素子は、フォーカスエラー信号および／またはトラッキング信号を発生させる偏光回折素子とすることが好ましい。

本発明の光ヘッド装置において、前記広帯域位相板は前記偏光回折素子と積層一体化されていることが好ましい。この構成とすることにより、光ヘッド装置を構成する部品の小型化、部品点数の削減に一層の効果が得られ、光ヘッド装置をさらに小型化することが可能になる。

本発明は、また、複屈折を示す層と１枚以上の透明基板とを備えてなり、波長４１０ｎｍ帯の光束に対して略（２ｍ_ａ−１）・λ／４、波長６６０ｎｍ帯の光に対して略（２ｍ_ｂ−１）・λ／４の位相差をそれぞれ発生させ、波長７８０ｎｍ帯の光に対して略ｍ_ｃ・λ（λは波長、ｍ_ａ、ｍ_ｂ、ｍ_ｃは自然数）の位相差を発生させることを特徴とする広帯域位相板を提供する。

この場合、前記広帯域位相板が与える位相差は、波長４１０ｎｍ帯の光に対して略９λ／４、波長６６０ｎｍ帯の光束に対して略５λ／４、波長７８０ｎｍ帯の光に対して略λ、あるいは、波長４１０ｎｍ帯の光に対して略１１λ／４、波長６６０ｎｍ帯の光束に対して略５λ／４、波長７８０ｎｍ帯の光に対して略λであることが好ましい。

前記複屈折を示す層は、１層の複屈折材料からなる層を有していることが好ましく、その場合、高分子液晶からなることが好ましい。あるいは、前記複屈折を示す層は、２層の複屈折材料からなる層を有していることが好ましく、その場合、高分子液晶または延伸ポリカーボネートからなることが好ましい。

本発明は、また、波長４１０ｎｍ帯、６６０ｎｍ帯および７８０ｎｍ帯の直線偏光を入射光とし、第１の回折格子と第２の回折格子とが、積層され備えられた偏光回折素子であって、前記第１の回折格子が、前記偏光回折素子に入射した所定の偏光方向の、波長４１０ｎｍ帯、６６０ｎｍ帯および７８０ｎｍ帯の直線偏光を直進透過させ、前記所定の偏光方向と直交する偏光方向の、波長４１０ｎｍ帯の直線偏光を回折させ、波長６６０ｎｍ帯の直線偏光を直進透過させる回折格子であって、前記第２の回折格子が、前記所定の偏光方向の、波長４１０ｎｍ帯、６６０ｎｍ帯および７８０ｎｍ帯の直線偏光を直進透過させ、前記所定の偏光方向と直交する偏光方向の、波長４１０ｎｍ帯の直線偏光を直進透過させ、波長６６０ｎｍ帯の直線偏光を回折させる回折格子であることを特徴とする偏光回折素子を提供する。これによって、入射光の波長および偏光方向に応じて光路を切替えたり、フォーカスエラー信号および／またはトラッキング信号の検出に必要な光ビームを生成させたりすることができる。また、波長の短い光の利用効率を高くでき、３波長互換に用いられる光ヘッド装置への利用が好適な偏光回折素子を実現できる。

この場合、前記第１の回折格子が、光学異方性材料からなり、鋸歯形状の断面をもつ一方向に伸長する凸条部が、周期的かつ互いに平行に形成されたブレーズド回折格子、または、光学異方性材料からなり、所望の鋸歯形状を８段以上の階段状に近似した鋸歯形状の断面をもつ一方向に伸長する凸条部が、周期的かつ互いに平行に形成された擬似ブレーズド回折格子であって、前記第２の回折格子が、光学異方性材料からなり、矩形断面をもつ一方向に伸長する凸条部が、周期的かつ互いに平行に形成された回折格子であることが好ましい。

さらに、前記所定の偏光方向と直交する偏光方向の直線偏光に対して、波長４１０ｎｍ帯における前記第１の回折格子の回折効率と前記第２の回折格子の透過率との積が、波長６６０ｎｍ帯における前記第１の回折格子の透過率と前記第２の回折格子の回折効率との積より大きくされることが好ましい。

また本発明は、前記広帯域位相板が、入射した直線偏光を偏光方向に応じて直進透過させたり回折させたりする偏光回折素子と積層一体化されている積層光学素子を提供する。この構成の積層光学素子は、前記偏光回折素子側から入射した、所定の偏光方向の、波長４１０ｎｍ帯および６６０ｎｍ帯の直線偏光を円偏光に変えて直進透過させ、波長７８０ｎｍ帯の直線偏光を偏光状態を実質的に変化させずに直進透過させ、前記広帯域位相板側から入射した、波長４１０ｎｍ帯および６６０ｎｍ帯の前記円偏光と逆回りの円偏光を、前記所定の偏光方向と直交する偏光方向の直線偏光に変えて直進透過させ、前記所定の偏光方向の波長７８０ｎｍ帯の直線偏光を、偏光状態を実質的に変化させずに直進透過させるので、光ヘッド装置に用いると、構成する部品の小型化、部品点数の削減の効果が得られ、光ヘッド装置の一層の小型化が可能になる。

また、波長７８０ｎｍ帯の直線偏光を回折させる回折格子をさらに積層することが好ましい。これによって、光ヘッド装置の一層の小型化が可能になる。

本発明の光ヘッド装置では、４１０ｎｍ、６６０ｎｍおよび７８０ｎｍの３つの波長帯に対して良好な記録・再生特性が実現される。また、部品点数が削減されて構成が単純化され組み立て調整が容易で、小型化、低コスト化された構成が実現される。７８０ｎｍ波長帯に対して、十分高い光の利用効率が得られるとともに、光ディスクの保護層の偏差による再生・記録特性の低下を抑制できる。

また、本発明の広帯域位相板は、前記３つの波長帯を用いて記録・再生をおこなう光ヘッド装置に好ましく用いられる。本発明の広帯域位相板を用いると、前記光ヘッド装置において前記３つの波長帯において良好な記録・再生特性が実現されるとともに、部品点数が削減されて構成が単純化され、組立て調整が容易になる。

また、本発明の偏光回折素子は、前記３つの波長帯を用いて記録・再生をおこなう光ヘッド装置に好ましく用いられる。本発明の広帯域位相板を用いると、前記光ヘッド装置において前記３つの波長帯において良好な記録・再生特性が実現されるとともに、部品点数が削減されて構成が単純化され、組立て調整が容易になる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光ヘッド装置の第１の構成例を示すブロック図である。なおこの構成は本発明の光ヘッド装置の構成の一例であって、これに限定されるものではない。

この光ヘッド装置は、波長４１０ｎｍ帯、波長６６０ｎｍ帯および波長７８０ｎｍ帯の光源としてそれぞれ波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍおよび７８０ｎｍの直線偏光の光束を出射する半導体レーザ４０１、４０２および４０３とを備えている。

波長４０５ｎｍの光束を出射する半導体レーザ４０１から出射された直線偏光の光束は、波長４０５ｎｍの光を反射し波長６６０ｎｍおよび波長７８０ｎｍの光を透過させる合波プリズム４０８と、コリメートレンズ４１０とを透過する。次いでアクチュエータ４１４に保持された偏光回折素子４１１を透過し、広帯域位相板４１２により円偏光に変換され、同じくアクチュエータ４１４に保持された対物レンズ４１３により光ディスク４１５の情報記録面上に集光、照射される。情報記録面に形成されたピットの情報を含んで光ディスク４１５から反射された戻り光束は、それぞれの経路を逆方向に進行する。すなわち戻り光束は広帯域位相板４１２により光源から出射された光束とは直交する偏光方向の直線偏光に変換され、偏光回折素子４１１で回折され、コリメートレンズ４１０を透過し合波プリズム４０８で反射されたのち、光検出器４０４に入射して、光ディスク４１５に記録された情報が読み出される。

波長６６０ｎｍに対しては、波長６６０ｎｍの光束を出射する半導体レーザ４０２から出射された直線偏光の光束は、波長６６０ｎｍの光を反射し波長７８０ｎｍの光を透過させる合波プリズム４０９で反射され、波長４０５ｎｍの光を反射し波長６６０ｎｍおよび波長７８０ｎｍの光を透過させる合波プリズム４０８を透過したのち、コリメートレンズ４１０を透過する。次いでアクチュエータ４１４に保持された偏光回折素子４１１を透過し、広帯域位相板４１２により円偏光に変換され、対物レンズ４１３により光ディスク４１５の情報記録面上に集光、照射される。情報記録面に形成されたピットの情報を含んで光ディスク４１５から反射された戻り光束は、それぞれの経路を逆方向に進行する。すなわち戻り光束は広帯域位相板４１２により光源から出射された光束とは直交する偏光方向の直線偏光に変換され、偏光回折素子４１１で回折され、コリメートレンズ４１０を透過したのち、合波プリズム４０８を透過し、合波プリズム４０９で反射されたのち光検出器４０５に入射して、光ディスク４１５に記録された情報が読み出される。

波長７８０ｎｍの場合は、ディスクの保護層厚さが厚いため、前述のような偏光光学系を用いると保護層の複屈折の偏差による記録・再生特性の変動が生じる。したがって、ガラス等で形成された無偏光回折素子を用いた光学系が用いられる。半導体レーザ４０３から出射した直線偏光の光束は、無偏光回折格子４０７を透過し、波長６６０ｎｍの光を反射し波長７８０ｎｍの光を透過させる合波プリズム４０９、波長４０５ｎｍの光を反射し波長６６０ｎｍおよび波長７８０ｎｍの光を透過させる合波プリズム４０８をそれぞれ透過したのち、コリメートレンズ４１０を透過し、アクチュエータ４１４に保持された偏光回折素子４１１を透過する。次いで、広帯域位相板４１２を透過し、同じくアクチュエータ４１４に保持された対物レンズ４１３により光ディスク４１５の情報記録面上に集光、照射され、光ディスク４１５から反射された戻り光束は、同経路を逆進して広帯域位相板４１２へ入射する。７８０ｎｍ波長帯の光束は、広帯域位相板で偏光状態を変えないため、戻り光束も偏光回折素子４１１を回折されずに透過する。透過された戻り光束はコリメートレンズ４１０を透過したのち、合波プリズム４０８、合波プリズム４０９で透過され、無偏光回折素子４０７で回折された一次回折光が光検出器４０６で検出され、光ディスク４１５に記録された情報が読み出される。

本発明の第１の構成の光ヘッド装置では、４１０ｎｍおよび６６０ｎｍの各波長帯の光束に対しては直線偏光を円偏光に、円偏光を直線偏光にそれぞれ変換し、波長７８０ｎｍ波長帯の光束に対しては実質的に偏光状態を変化させず、それぞれ透過させる広帯域位相板と、光源からの光束と同じ偏光方向の直線偏光を直進透過させ、直交する偏光方向の直線偏光を回折させる偏光回折素子と、を備えることにより、前記３つのすべての波長帯において、良好な記録・再生特性が得られる。また、良好な特性の光ヘッド装置を、少ない部品数かつ小型化された構成で実現することができる。

以下、まず、本発明の広帯域位相板について説明する。

このような光ヘッド装置に用いられる、本発明の広帯域位相板は、通常、複屈折層と、少なくとも１枚の透明基板とを備えている。本発明の広帯域位相板は、前記複屈折層が１枚の透明基板上に保持されている構成であってもよいし、前記複屈折層が２枚の透明基板間に挟持されている構成であってもよい。透明基板は前記３つの波長帯の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。

本発明の広帯域位相板に用いる複屈折層としては、複屈折性有機材料を基板上に配向させつつ層形成したものや、ポリカーボネートなどの有機材料を延伸加工し分子を配向させ複屈折性を付与した高分子フィルムを用いることができる。前記基板上に配向させつつ層形成した複屈折性有機材料としては液晶が例示される。液晶は、種々の液晶性化合物から所望の特性を有するものを選び出したり、またそれらを混合した混合組成物としたりすることにより、分散係数を所望の値に近似させることができるので好ましい。また、液晶層の厚さは、液晶層形成時に液晶層を挟持する基板間に挟むスペーサー径を変更するだけで容易に調整が可能で、それによりリタデーション値を容易に制御できる点からも好ましい。液晶としては、低分子液晶を用いることができるが、重合性の液晶前駆体を光重合等の手段により重合、硬化させて形成された高分子液晶を用いてもよい。高分子液晶を用いると、配向方向が物理的に固定されており、また広帯域位相板の機械強度が増すので、信頼性が向上したり、温度変化による熱膨張・熱収縮で素子が太鼓状に変形して生じる収差が低減されたりするので好ましい。

複屈折材料としては、液晶以外に、基板上に異方性蒸着などの成膜方法で複屈折性を持たせて形成したＴｉＯ_２膜などの無機材料膜や、所望の厚さに加工した水晶、ＬｉＮｂＯ_３などの複屈折性を有する無機材料のシートを用いることもできる。

一般に複屈折材料によるリタデーションは波長依存性を有し、Ａ、Ｂ、Ｃを材料に固有の分散係数、複屈折材料の厚さをｄｎｍとすると、コーシーの式から式（１）のような波長の関数Ｒ（λ）で表される。

Ｒ（λ）＝（Ａ＋Ｂ／λ＋Ｃ／λ^２）・ｄ （１）
（１）式において、波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍおよび７８０ｎｍにおける位相差を、それぞれ９λ／４、５λ／４、λとおくと、各波長における条件式は（２ａ）、（２ｂ）、（２ｃ）のようになる。

Ｒ（４０５ｎｍ）＝９１１ｎｍ （２ａ）
Ｒ（６６０ｎｍ）＝８２５ｎｍ （２ｂ）
Ｒ（７８０ｎｍ）＝７８０ｎｍ （２ｃ）
（２ａ）、（２ｂ）、（２ｃ）から分散係数Ａ、Ｂ、Ｃを求めると、
Ａ＝３６３．７／ｄ、Ｂ＝４３６１００／ｄ、Ｃ＝−８６８４００００／ｄ
（３）
が得られる。すなわちこのような分散係数をもつ複屈折材料を用いて厚さｄｎｍの層を１層形成して前記複屈折層とし広帯域位相板を作製すると、前記３つの波長において前記の所望の位相差が得られるので好ましい。

また、複屈折層は、複屈折を示す層が複数層積層された構成とすることも可能であり、このような構成によれば適用可能な複屈折材料の選択の幅が広がるので好ましい。積層数は製造工程の単純化のため２層とすることが好ましいが、３層以上積層して用いることも可能である。複屈折を示す層を２層積層して構成された本発明の広帯域位相板は、以下のように設計することができる。

複屈折層が、複屈折を示す第１および第２の複屈折層が積層された積層構成であるときに、係る積層複屈折層に光を入射させたときに発生する位相差は、ストークス・パラメーターを使って式（４）のような行列式で表される。

ここで入射光の偏光状態は式（５）：

で表わされるように水平直線偏光である。式（４）においてθ_１，２は、第１および第２の複屈折層のそれぞれの進相軸と透明基板面内の基準方向とのなす角度であり、Δ_１，２は第１および第２の複屈折層のそれぞれで生じる位相差である。また、［Ｔ_θ１，２］は座標軸を角度θ_１，２だけ回転する旋光子行列で、［Ｃ_Δ１，２］は位相をΔ_１，２だけシフトさせる移相子行列で、それぞれ式（６）、式（７）のように表される。

ここで、位相のシフト量Δ_１，２とは各波長における角度［ラジアン］表示のリタデーション値であり、Δ_１，２＝Δｎ・ｄ_１，２・２π／λなる式で表される。

この行列式を、前記リタデーション値を所望の位相差に置いた条件のもとで解けば、各波長において所望の位相差をもつ積層による広帯域波長板の構成、すなわち、複屈折材料からなる２層の複屈折層それぞれの進相軸と基準方向とのなす角度θ_１、θ_２と厚さｄ_１、ｄ_２とが求められる。しかしながらこの行列式は解析的に解くことができず、近似解が得られるのみである。さらに分散係数は材料固有であるため、一般には、３波長以上の波長において所望の位相差を与える積層構成の解は得られない。

本願発明者は、各波長における位相差を波長４１０ｎｍ帯で（２ｍ_ａ−１）・λ／４、波長６６０ｎｍ帯で（２ｍ_ｂ−１）・λ／４、および波長７８０ｎｍ帯でｍ_ｃ・λ （λは波長、ｍ_ａ、ｍ_ｂ、ｍ_ｃは自然数）と置いたときに、第１の態様として、複屈折材料として延伸ポリカーボネート（分散係数はＡ＝０．０１０５２、Ｂ＝０、Ｃ＝５６４．７）を用いると、波長４１０ｎｍ帯で９λ／４、波長６６０ｎｍ帯で５λ／４、および波長７８０ｎｍ帯でλの位相差が得られる積層構成のよい近似解が得られることを見出した。すなわち、１層目は厚さ７５μｍで進相軸が基準方向となす角１２度とし、２層目は厚さ６６μｍで進相軸が基準方向となす角を６５度とすると、それぞれの波長での所望の位相差から±５度未満の位相差が得られる。

また、別の態様として、分散係数がＡ＝０．１０１１、Ｂ＝０、Ｃ＝９２３０の複屈折材料を用いると、波長４１０ｎｍ帯で１１λ／４、波長６６０ｎｍ帯で５λ／４、および波長７８０ｎｍ帯でλの位相差に対してよい近似解が得られることを見出した。すなわち、１層目は厚さ１．７μｍで進相軸が基準方向となす角を８度とし、２層目は厚さ７μｍで進相軸が基準方向となす角を１４７度とすると、それぞれの波長での所望の位相差から±５度未満の位相差が得られる。このような分散をもつ材料としては、所定の組成の高分子液晶が例示される。

このような構成により本発明の広帯域位相板は、４１０ｎｍおよび６６０ｎｍの波長帯の、前記基準方向および前記基準方向と直交する方向の直線偏光に対して前記の各位相差を発生させ、直線偏光を円偏光に、円偏光を直線偏光にそれぞれ変換して透過させる。また、７８０ｎｍ波長帯の光に対して、実質的に偏光状態を変化させずに透過させる。

広帯域位相板が発生する位相差と所望の値との差が大きいと、広帯域位相板に入射した直線偏光は円偏光に変換されず楕円偏光として出射されて再生・記録の信号強度が弱まるので好ましくない。また、広帯域位相板面内の基準方向となす角度が４５度となる方向を位相板の見かけの光学軸としたときに、見かけの光学軸が入射する直線偏光の偏光方向に対して所定の角度から傾いていると、やはり所望の位相差が得られず出射光は楕円偏光となり、好ましくない。

前記基準方向と平行または直交する偏光方向の直線偏光を入射させたときに、前記見かけの光学軸に対して楕円率を計算すると、広帯域位相板が発生させる位相差と所望の値との差が±５度未満のとき、見かけの光学軸が入射する直線偏光の偏光方向に対して所定の角度に対して傾きがない場合は０．９２以上、見かけの光学軸が±１度以下の範囲で傾いている場合でも０．９１以上の良好な楕円率値が得られる。すなわち広帯域位相板が発生させる位相差と所望の値との差を±５度未満とすれば、±１度以下までの光学軸の傾きがあっても０．９０以上の良好な楕円率が得られる。広帯域位相板の位相差と所望の値との差を±４度以下とすると、±２度以下の見かけの光学軸の傾きがあっても楕円率は０．９１以上であり、０．９０以上の良好な楕円率が得られる。

次に、本発明の偏光回折素子について説明する。

図４（ａ）は、本発明の偏光回折素子５４１の概念的な断面構造を示す図である。図４（ｂ）および（ｃ）は、偏光回折素子５４１の作用を説明するための図である。偏光回折素子５４１は、第１の回折格子５５１、第２の回折格子５５２とを積層され備えていて、石英ガラス基板３０２、３０３と、石英ガラス基板３０２、３０３の間に挟持された波長４１０ｎｍ帯用の回折格子の凸条部５４２、波長６６０ｎｍ帯用の回折格子の凸条部５４３および充填材５４４とによって構成される。基板３０２、３０３は、偏光回折素子５４１を使用する波長帯において高透過率の材料であれば、石英ガラスに限定されず他の材料からなる基板を用いることもできる。

第１、第２の回折格子５５１、５５２は、それぞれ波長４１０ｎｍ帯、波長６６０ｎｍ帯および波長７８０ｎｍ帯の直線偏光を、光の波長と偏光方向に応じて回折または透過させるようになっていて、それぞれが回折または透過させる直線偏光の偏光方向が一致するように積層されている。以下、これらの回折格子が透過させる直線偏光の偏光方向を第１偏光といい、これらの回折格子が回折させる、第１偏光と直交する直線偏光の偏光方向を第２偏光という。

第１、第２の回折格子の積層順は問わない。また、図４の断面図のように回折格子面を対向させて積層させてもよく、また、回折格子面を同一方向として積層させてもよい。

ある波長の光を回折させるように設計された回折格子は、近接する他の波長の光をも一部回折させるため、波長４１０ｎｍ帯の第２偏光を回折させる第１の回折格子５５１は、波長６６０ｎｍ帯の第２偏光に対しても回折作用を持ち、入射した波長６６０ｎｍ帯の第２偏光を、一部回折させ一部を透過する。同様に、波長６６０ｎｍ帯の第２偏光を回折させる第２の回折格子５５２は、波長４１０ｎｍ帯の第２偏光の光に対しても回折作用を持ち、入射した波長４１０ｎｍ帯の第２偏光の光を、一部回折させ一部を透過する。また、第１、第２の回折格子５５１、５５２は、波長７８０ｎｍ帯の第１偏光を透過させるようになっている。

ここで、偏光回折素子５４１の波長４１０ｎｍ帯の光の利用効率を、波長４１０ｎｍ帯の第２偏光に対する第１の回折格子５５１の回折効率と第２の回折格子５５２の透過率との積とし、波長６６０ｎｍ帯の光の利用効率を、波長６６０ｎｍ帯の第２偏光に対する第２の回折格子５５２の回折効率と第１の回折格子５５１の透過率との積とする。このとき、偏光回折素子５４１は、波長４１０ｎｍ帯の光の利用効率が波長６６０ｎｍ帯の光の利用効率よりも高いことが好ましい。この構成とすることにより、本発明の偏光回折素子５４１を光ヘッド装置に用いたときに、波長６６０ｎｍ帯および７８０ｎｍ帯の光を用いた光記録媒体の読み書きの特性を保ちつつ、光記録媒体による反射率や光検出器での検出感度が低い波長４１０ｎｍ帯の光を有効に利用することができる。

このような偏光回折素子５４１は、第１の回折格子５５１として、一方向に伸長する、鋸歯形状の断面をもつ凸条部が、周期的かつ互いに平行に形成されたブレーズド回折格子を、第２の回折格子５５２として、一方向に伸長する、矩形形状の断面をもつ凸条部が、周期的かつ互いに平行に形成された回折格子を、それぞれ用いて、前述のように、それぞれの回折格子に対する第１偏光および第２偏光の方向を一致させて積層させた構成とすることにより実現される。

第１の回折格子５５１は、鋸歯状断面の凸条部を形成する光学異方性材料が、回折格子面内の互いに直交する方向の直線偏光に対して示す屈折率をそれぞれｎ_１、ｎ_２（ｎ_１≠ｎ_２）としたときに、ｎ_１またはｎ_２を充填材５４４の屈折率と実質的に等しくすることが好ましい。充填剤５４４と等しい屈折率を示す偏光方向が、第１偏光の偏光方向とされる。

このような鋸歯状断面の凸条部をもつブレーズド回折格子は、例えば、光学異方性材料からなる層を形成した後、グレーマスクを用いたドライエッチングにより形成することができる。また、凸条部の断面形状を、鋸歯状形状に代えて、所望の鋸歯状形状を同一のステップ幅で、同一の段差をもつ多段の階段状で近似した形状とした、擬似ブレーズド回折格子とすることもできる。このような擬似ブレーズド回折格子は、開口を変化させた複数のマスクを用いて、形成することができる。階段状の段差は、回折させる波長すなわち４０５ｎｍを、Δｎおよびステップ数で割った値とする。ここで、Δｎは、鋸歯状断面の凸条部を構成する光学異方性材料の、波長４１０ｎｍ帯の第２偏光に対する屈折率と充填材の屈折率との差であり、ステップ数は８以上とされる。

この構成とすることにより、鋸歯状断面の凸条部と充填剤５４４の屈折率が実質的に等しい第１偏光をそのまま透過させるとともに、屈折率が互いに異なる第２偏光に対しては、波長４１０ｎｍ帯では回折させ、波長６６０ｎｍ帯では一部回折させ一部透過させる回折格子が得られる。

第２の回折格子５５２は、矩形断面の凸条部が一方向に伸長した回折格子とし、矩形断面の凸条部を光学異方性材料で形成し、回折格子面内の互いに直交する方向の直線偏光に対して光学異方性材料が示す屈折率をそれぞれｎ_３、ｎ_４（ｎ_３≠ｎ_４）としたときに、ｎ_３またはｎ_４が充填材５４４の屈折率と実質的に等しくすることが好ましい。充填剤５４４と等しい屈折率を示す偏光方向が、第１偏光の偏光方向とされる。

このような鋸歯状断面は、光学異方性材料からなる層を形成した後、ストライプ状のマスクを用いたドライエッチングにより形成することができる。矩形断面の凸条部の高さは、回折させる波長すなわち６６０ｎｍを、Δｎおよび２で割った値とする。ここで、Δｎは、矩形断面の凸条部を構成する光学異方性材料の、波長６６０ｎｍ帯の第２偏光に対する屈折率と充填材の屈折率との差である。

この構成とすることにより、矩形断面の凸条部と充填剤５４４の屈折率が実質的に等しい第１偏光をそのまま透過させるとともに、前記の屈折率が互いに異なる第２偏光に対しては、波長４１０ｎｍ帯では一部回折させ一部透過させて、波長６６０ｎｍ帯では回折させる回折格子が得られる。

第１および第２の回折格子の光学異方性材料としては、液晶を重合硬化させた高分子液晶を用いると、材料を選ぶことにより屈折率の調整が可能で、基板の配向処理により所望の屈折率を示す方向を制御でき、また、格子の加工が容易なため好ましい。

高分子液晶を用いた回折格子面は、２枚の基板を、前述の所望の段差が得られるように決められたギャップで対向配置させたセル中に、重合性液晶を注入し、光照射や熱重合により重合硬化させて高分子液晶層を形成し、次いで一方の基板を除去して、フォトリソグラフィグラフィおよびエッチングにより高分子液晶層を加工して、作製される。２枚の基板の、液晶が接する面に、配向膜を形成して一方向にラビングする配向処理を施して液晶分子が揃う方向を制御することにより、第１偏光および第２偏光に対して所望の屈折率を示す光学異方性材料層が得られる。

第１および第２の回折格子の凸条部が伸長する方向は、第１および第２偏光の方向によらず、任意に決めることができる。すなわち、光ヘッド装置に組み込んだときに、戻り光が光検出器の所望の受光面に導かれるように、決められる。

また、第１および第２の回折格子を、回折格子面内が複数の領域からなる回折格子とし、それぞれの領域の、周期的かつ互いに平行で一方向に伸長する凸条部が伸長する方向を、互いに異なる所定の方向とする構成により、フォーカスエラー信号および／またはトラッキング信号の検出に必要な光ビームを生成させることができる。

以下、本発明の広帯域位相板と他の光学素子とを積層一体化した積層光学素子について説明する。

本発明の広帯域位相板を、他の光学素子と積層一体化して積層光学素子とすると、光ヘッド装置を構成する部品数をさらに減らすことができ、また調整が容易になり好ましい。その場合、複屈折層が１枚の透明基板上に保持されている前記構成とすることが、積層光学素子の厚さを薄型化や軽量化が図れるためより好ましい。積層一体化する他の素子としては、入射した直線偏光の光束の偏光方向によって光束を直進透過させたり回折させたりする偏光回折素子が好ましく例示される。図５に、広帯域位相板と偏光回折素子とが積層一体化された積層光学素子の一例の概略断面図を示す。この場合、本発明の広帯域位相板３０５は１枚の石英ガラス基板３０１上に複屈折層３０４が保持された構成とされている。また、偏光回折素子は、４１０ｎｍ波長帯用偏光回折素子３０６が形成された石英ガラス基板３０２と、６６０ｎｍ波長帯用偏光回折素子３０７が形成された石英ガラス基板３０３とを、偏光回折素子が形成された面を対向させて積層し、２枚の基板間を等方性透明材料からなる充填材３０８で充填した構成とされている。すなわち、積層光学素子は、波長４１０ｎｍ帯および６６０ｎｍ帯における所定の偏光方向の直線偏光、すなわち第１偏光を、偏光回折素子３０６、３０７は直進透過させ、広帯域位相板３０５は略円偏光に変換するように、また、所定の偏光方向と直交する偏光方向の直線偏光、すなわち第２偏光を偏光回折素子３０６、３０７が回折させるように、広帯域位相板３０５と、石英基板３０２と３０３に挟持された偏光回折素子３０６、３０７とを、方向を揃えて積層一体化して作製される。

以下、本発明の広帯域位相板と本発明の偏光回折素子とを積層一体化した積層光学素子５４０の作用について、図６（ｂ）および（ｃ）を用いて説明する。

積層光学素子５４０は、図６（ａ）に示した概念的な断面構造のように、石英ガラス基板３０１、３０２に挟持された広帯域位相板３０５と、石英ガラス基板３０２、３０３に挟持された偏光回折素子５４１とが積層されて構成される。石英ガラス基板３０２は、共通に用いられている。この構成により、積層光学素子５４０は、偏光回折格子５４１側から入射した波長４１０ｎｍ帯、６６０ｎｍ帯および７８０ｎｍ帯の第１偏光を、それぞれ円偏光、円偏光および第１偏光に変換して直進透過させ、積層光学素子５４０の広帯域位相板３０５側から入射した波長４１０ｎｍ帯、６６０ｎｍ帯の逆回りの円偏光を、いずれも第２偏光に変換し、回折して出射させる。また、広帯域位相板３０５側から入射した波長７８０ｎｍ帯の第１偏光を、偏光状態を実質的に変えずに直進透過させる。

なお、積層光学素子５４０は、波長７８０ｎｍ帯の光を回折させる回折格子がさらに積層された構成としてもよい。このように構成することによって、光ヘッド装置の一層の小型化が可能となる。

（第２の実施の形態）
図７は、本発明の第２の実施の形態に係る光ヘッド装置の第２の構成例を示すブロック図である。図７において、光ヘッド装置５００は、波長４１０ｎｍ帯の直線偏光の光束を出射する第１の光源５１１と、波長６６０ｎｍ帯の直線偏光の光束を出射する第２の光源５２８と、第１の光源５１１から出射された光束と第２の光源５２８から出射された光束とを合波する合波手段５２９と、合波された光束を平行光束化する第１のコリメータ５１２と、第１のコリメータ５１２を透過した光束の一部を反射し、残りを透過させる偏光ビームスプリッタ５１３と、偏光ビームスプリッタ５１３で反射した光束を受光して光記録媒体６００に向かう光束の光量をモニタする第１のモニタ用光検出器５１４と、光記録媒体６００で反射した波長４１０ｎｍ帯の光束の戻り光を受光する第１の光検出器５１６と、第１の光検出器５１６上に上記の戻り光を集光する第１の集光レンズ５１５と、波長７８０ｎｍ帯の直線偏光の光束を出射する第３の光源５２１と、第３の光源５２１が出射した光束を複数のビームに変換するビーム変換用回折格子５２２と、入射した光束の一部を透過させ、残りを反射させるビームスプリッタ５２３と、ビームスプリッタ５２３で反射した光束を平行光束化する第２のコリメータ５２４と、ビームスプリッタ５２３を透過した光束を受光して光記録媒体６００に向かう光束の光量をモニタする第２のモニタ用光検出器５２５と、光記録媒体６００で反射した波長７８０ｎｍ帯の戻り光を受光する第２の光検出器５２７と、第２の光検出器５２７上に波長７８０ｎｍ帯の戻り光を集光する第２の集光レンズ５２６と、偏光ビームスプリッタ５１３を透過した光束と第２のコリメータ５２４を透過した光束を合波する合波手段５３１と、偏光回折素子と広帯域位相板とが積層された積層光学素子５４０と、積層光学素子５４０を出射した光束を光記録媒体６００に集光させる対物レンズ５３２とを備えている。ここで、偏光回折素子と広帯域位相板とは、第１の実施形態におけるものと同様である。

第１の光源５１１、第２の光源５２８および第３の光源５２１は、それぞれ波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍ、７８０ｎｍの直線偏光の光束を出射する半導体レーザ等である。ビーム変換用回折格子５２２は、波長７８０ｎｍ帯の直線偏光を例えば３ビーム等の複数ビームにするようになっている。コリメータ５１２、５２４は、入射光を平行光束化するようになっている。偏光ビームスプリッタ５１３は入射光を偏光方向に応じて反射または透過させるようになっている。

モニタ用光検出器５１４、５２５および光検出器５１６、５２７は、入射光の光量に応じた電気信号を出力するようになっている。集光レンズ５１５、５２６は、入射光をそれぞれ光検出器５１６、５２７の受光面上に集光するようになっている。合波手段５３１は、入射した波長４１０ｎｍ帯の直線偏光、波長６６０ｎｍ帯の直線偏光および波長７８０ｎｍ帯の直線偏光とを合波するようになっている。対物レンズ５３２は入射した光を光記録媒体６００上に集光するようになっている。

以下、本発明の第２の実施の形態に係る光ヘッド装置５００の作用について説明する。

この光ヘッド装置５００では、積層光学素子５４０は、偏光回折素子と広帯域位相板とが積層されていて、光源側に偏光回折素子が、光記録媒体側に広帯域位相板が、それぞれ置かれて配置されている。

第１の光源５１１および第２の光源５２８が出射した波長４１０ｎｍ帯および６６０ｎｍ帯の直線偏光のうち、偏光ビームスプリッタ５１３を透過する成分が、第１偏光として積層光学素子５４０に入射するように構成され、第２偏光成分は、偏光ビームスプリッタ５１３で反射される。同様に、第３の光源５２１が出射した波長７８０ｎｍ帯の直線偏光は、第１偏光として積層光学素子５４０に入射するように構成されている。

第１の光源５１１を出射した波長４１０ｎｍ帯の直線偏光は、合波手段５２９を透過し、第１のコリメータ５１２を透過して平行光束化され、偏光ビームスプリッタ５１３に入射する。偏光ビームスプリッタ５１３に入射した波長４１０ｎｍ帯の直線偏光は、偏光ビームスプリッタ５１３を透過する第１偏光と偏光ビームスプリッタ５１３で反射する第２偏光とに振り分けられる。

偏光ビームスプリッタ５１３で反射した波長４１０ｎｍ帯の第２偏光は第１のモニタ用光検出器５１４に入射し、第１のモニタ用光検出器５１４によって第１の光源５１１の出射光量が検出される。偏光ビームスプリッタ５１３を透過した波長４１０ｎｍ帯の第１偏光は、合波手段５３１を透過し、積層光学素子５４０の偏光回折素子にまず入射し直進透過して広帯域位相板で円偏光に変換されて直進して出射する。

積層光学素子５４０を出射した波長４１０ｎｍ帯の円偏光は、対物レンズ５３２で光記録媒体６００上に集光され、光記録媒体６００で反射されて逆回りの円偏光の戻り光となる。波長４１０ｎｍ帯の戻り光は、対物レンズ５３２を透過し、積層光学素子５４０の広帯域位相板にまず入射して第２偏光に変換され、偏光回折素子で所定の角度回折してフォーカスエラー信号検出用の光束が生成される。次いで、合波手段５３１を透過し、偏光ビームスプリッタ５１３で反射され、第１の集光レンズ５１５によって第１の光検出器５１６上の受光面に集光され、第１の光検出器５１６によって情報が読み出される。

第２の光源５２８が出射した波長６６０ｎｍ帯の直線偏光は、合波手段５２９を反射して、波長４１０ｎｍ帯の場合と同様に、第１のコリメータ５１２、偏光ビームスプリッタ５１３、合波手段５３１を経て、積層光学素子５４０に第１偏光として入射する。偏光ビームスプリッタ５１３で反射した波長６６０ｎｍ帯の第２偏光は、波長４１０ｎｍ帯の場合と同様に、第１のモニタ用光検出器５１４に入射し、第２の光源５２８の出射光量が検出される。積層光学素子５４０に入射した波長６６０ｎｍ帯の第１偏光は、波長４１０ｎｍ帯の場合と同様に、偏光回折素子を直進透過し広帯域位相板で円偏光に変換されて、積層光学素子５４０を円偏光として直進して出射する。

積層光学素子５４０を出射した波長６６０ｎｍ帯の円偏光は、対物レンズ５３２で光記録媒体６００上に集光され、光記録媒体６００で反射されて逆回りの円偏光の戻り光となる。波長６６０ｎｍ帯の戻り光は、対物レンズ５３２を透過し、波長４１０ｎｍ帯の場合と同様に、積層光学素子５４０の、広帯域位相板により第２偏光に変換され、偏光回折素子により所定の角度回折してフォーカスエラー信号検出用の光束が生成される。次いで、合波手段５３１、偏光ビームスプリッタ５１３、第１の集光レンズ５１５を経て、第１の光検出器５１６上の受光面に集光され、第１の光検出器５１６によって情報が読み出される。

また、第３の光源５２１が出射した波長７８０ｎｍ帯の直線偏光は、ビーム変換用回折格子５２２で例えば３ビーム化されてビームスプリッタ５２３に入射し、一部がビームスプリッタ５２３を透過して第２のモニタ用光検出器５２５に入射し、第３の光源５２１の出射光量がモニタされる。ビームスプリッタ５２３で反射された直線偏光は、合波手段５３１で反射して第１偏光として積層光学素子５４０に入射し、偏光状態を実質的に変化されずに積層光学素子５４０を、直進透過する。

積層光学素子５４０を出射した波長７８０ｎｍ帯の第１偏光は、対物レンズ５３２で光記録媒体６００上に集光され、光記録媒体６００で反射されて第１偏光の戻り光となる。戻り光は、対物レンズ５３２を透過し、積層光学素子５４０を再び直進透過し、合波手段５３１で反射し、ビームスプリッタ５２３を透過して、第２の集光レンズ５２６によって、第２の光検出器５２７上の受光面に集光される。第２の光検出器５２７によって情報が読み出される。

（第３の実施の形態）
図８は、本発明の第３の実施の形態に係る光ヘッド装置の第３の構成例を示すブロック図である。図８において、光ヘッド装置７００は、波長４１０ｎｍ帯、６６０ｎｍ帯および７８０ｎｍ帯の直線偏光の光束を出射する光源７１１と、偏光回折素子と広帯域位相板とが積層された積層光学素子５４０に、波長７８０ｎｍ帯の光束を直進透過させるとともに一部回折させる波長７８０ｎｍ帯用の回折格子７２１をさらに積層した３波長用積層光学素子７２０と、コリメータ７１２と、対物レンズ７１３と、光検出器７１４と、を備えている。ここで、偏光回折素子、広帯域位相板と、それらが積層された積層光学素子とは、第１の実施形態におけるものと同様である。

ここで、光源７１１から出射される波長４１０ｎｍ帯および６６０ｎｍ帯の光束は直線偏光であって偏光方向はともに第１偏光とする。波長７８０ｎｍ帯の光束はコヒーレントで有れば、円偏光でも楕円偏光でもよいが、上記の第１偏光とすると、波長７８０ｎｍ帯の光の利用効率を高くできるため、好適である。

波長７８０ｎｍ帯用の回折格子７２１は偏光型である必要はなく、例えば、透明基板の一方の面に、一方向に伸長する、透明材料からなる凸条部が周期的かつ互いに平行に形成されている無偏光回折素子を用いることができる。また、波長７８０ｎｍ帯用の回折格子７２１は、少なくとも１枚の透明基板の一方の面に、一方向に伸長する、光学多層膜からなる凸条部が周期的かつ互いに平行に形成されていて、前記凸条部の間の凹部の空間部分を満たすように、かつ、前記凸条部の最上面を覆うまで透明な充填材料によって充填、被覆された構造を有する回折格子を用いることがより好ましい。この構成とすると、波長７８０ｎｍ帯の光を選択的に一部回折するとともに一部を透過させ、また波長４１０ｎｍ帯および６６０ｎｍ帯の光を実質的に回折させずに透過させることができるためである。

このような波長７８０ｎｍ帯用の回折格子７２１は、より具体的には以下のようにして形成することができる。まず、石英ガラス、ガラスなどの透明基板上に、真空蒸着法、スパッタリング法などにより、使用波長における光学吸収が十分に小さい、屈折率ｎ_Ｌの低屈折率材料層と、屈折率ｎ_Ｈの高屈折率材料層と、を所定の膜厚で積層した光学多層膜を形成する。各層の材料としては、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＮ、ＺｒＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＦ_２などの無機材料や、有機材料を用いることができるが、低屈折率材料層としてはＳｉＯ_２、高屈折率材料層としてはＴａ_２Ｏ_５が好ましく例示される。

光学多層膜の各層の膜厚構成は、光学膜厚の和（ｎ_Ｌｄ_Ｌ＋ｎ_Ｈｄ_Ｈ）が、反射帯波長λ_ｒの（２ｍ＋１）／２倍（ただしｍは０または正の整数）となるように、それぞれの膜厚が決められた、膜厚ｄ_Ｌの低屈折材料層と、膜厚ｄ_Ｈの高屈折率材料層との２層からなる組を、交互に積層し、かつ、積層された光学多層膜の平均屈折率、すなわち、各層の光学膜厚の総和を総膜厚で除した値が、後述する充填剤の屈折率ｎ_Ｍと、波長４１０ｎｍ帯および６６０ｎｍ帯において実質的に等しくなるようにされた膜構成を基本構成として決められる。ここで反射帯波長λ_ｒは、波長４１０ｎｍ帯、６６０ｎｍ帯および７８０ｎｍ帯の３つの波長帯の光を透過させるように決められた波長で、７２０ｎｍとされる。

次いで、この光学多層膜を、フォトリソグラフィとドライエッチングにより加工して、一方向に伸長するストライプ状の、光学多層膜からなる凸条部と、光学多層膜が除去されて基板面が露出された凹部とが、互いに平行かつ周期的に形成された格子状とする。さらに、凹部を充填するとともに凸条部の周囲を覆って表面が平滑となるように、屈折率ｎＭの充填材からなる層を形成して、波長７８０ｎｍ帯用の回折格子が得られる。このようにして得られた波長７８０ｎｍ帯用の回折格子は、波長７８０ｎｍ帯の光を直進透過させるとともに一部回折させ、波長４１０ｎｍ帯および６６０ｎｍ帯の光は回折させずに直進透過させる。

このとき、前述の光学多層膜は、前記基本構成から、さらに全積層数と各層の膜厚を微調整することが好ましく、また、充填材には、使用する波長に対して光学吸収が十分に小さい材料を用いることが好ましく、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＮなどの酸化物、酸窒化物や、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などの有機物材料や、含フッ素芳香族ポリマー材料、液晶などの複屈折性材料などを用いることができる。

この光ヘッド装置７００の構成では、３波長用積層光学素子７２０は、偏光回折素子と広帯域位相板とが積層された積層光学素子５４０に、さらに波長７８０ｎｍ帯用の回折格子７２１が積層されていて、この構成により、光ヘッド装置の一層の小型化が可能となる。このとき、３波長用積層光学素子７２０において、第１および第２の偏光回折格子は、広帯域位相板層より光源側に置かれていれば、積層する順番や回折格子面の方向は任意である。また、波長７８０ｎｍ帯用の回折格子７２１は、この３波長用積層光学素子中で積層される順番や方向は任意である。

以下、本発明の第２の実施の形態に係る光ヘッド装置７００の作用について説明する。光源７１１を出射した波長４１０ｎｍ帯および６６０ｎｍ帯の第１偏光の直線偏光は、３波長用積層光学素子７２０を円偏光に変換されて直進透過し、コリメータ７１２を透過して平行光束化され、対物レンズ７１３で光記録媒体６００上に集光される。光記録媒体６００で反射された波長４１０ｎｍ帯および６６０ｎｍ帯の戻り光は、対物レンズ７１３およびコリメータ７１２を透過し、３波長用積層光学素子７２０でともに第２偏光に変換されると共に所定の角度で回折されてフォーカスエラー信号検出用の光束が生成され、光検出器７１４上の受光面に入射し、光検出器７１４によって情報が読み出される。

光源７１１を出射した波長７８０ｎｍ帯の光束は、３波長用積層光学素子７２０を構成する積層光学素子５４０をほぼ直進透過し、波長７８０ｎｍ帯用の回折格子７２１を一部の回折する部分を除き直進透過する。３波長用積層光学素子７２０を透過した波長７８０ｎｍ帯の光束は、コリメータ７１２を透過して平行光束化され、対物レンズ７１３で光記録媒体６００上に集光され、光記録媒体６００で反射されて戻り光となる。波長７８０ｎｍ帯の戻り光は、対物レンズ７１３およびコリメータ７１２を透過し、３波長用積層光学素子７２０を構成する波長７８０ｎｍ帯用の回折格子７２１の作用により所定の角度で回折され、光検出器７１４上の受光面に入射し、光検出器７１４によって情報が読み出される。

なお、上記では、光源７１１を出射した光束の光量を検出するためのビームスプリッタと光検出器等からなるモニタ手段が設けられていない構成について説明したが、係るモニタ手段を所定の光路中に設けた構成としてもよい。

以下に本願発明を、例を挙げてさらに具体的に説明するが、本願発明は以下の説明に限定されるものではない。例１〜３および例５〜９は実施例で、例４は比較例である。

［例１］
まず、高分子液晶からなる複屈折材料１層で構成された広帯域位相板について、図２の模式的断面図を用いて説明する。

波長４０５ｎｍでの屈折率が１．４７の石英ガラス基板１０１、１０５にポリイミド膜１０２、１０４を塗布し、表面を矢印１０６、１０７の方向に不織布によりラビングして水平配向膜を形成した。図１（ｂ）に矢印１０６、１０７に示すようにラビングは、基板の一辺を基準方向とし、基準方向となす角が４５度であって基板を対向させたときにそれぞれの基板のラビング方向が同じ方向になるようにおこなった。その後、周囲にスペーサーを混入したシール（図示せず）を施し間隔が１２．８μｍで一定となるように両基板を配置して空セルを形成した。次いで［化１］に示す液晶化合物（１）、（２）、（３）および（４）をモル比１：１：１：１で混合した光重合性液晶化合物を調整し、これをシールに設けた注入孔から空セル中に注入して注入孔を封止後、紫外光を照射して液晶化合物を光重合させて、厚さは１２．８μｍの高分子液晶層１０３を形成した。

形成された高分子液晶層１０３は、分散係数の理想解である前述の式（３）に十分近い分散係数 Ａ＝０．０５０５２、Ｂ＝９．８２４、Ｃ＝−６１５．９を有する。また、波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍ、７８５ｎｍにおける常光屈折率ｎ_ｏはそれぞれ１．５６６、１．５３７、１．５３２、異常光屈折率ｎ_ｅはそれぞれ１．６３７、１．６０１、１．５９４であった。本例の広帯域位相板に対して、偏光方向が前記基準方向と平行な直線偏光を入射させて、発生した位相差を求めると、波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍおよび７８５ｎｍの光に対して、それぞれ８０８度、４４７度および３６４度であった。また、位相板面内で基準方向と４５度の角度をなす方向を位相板の光学軸としてそれぞれの波長に対する楕円率を求めると、０．９７、０．９５、０．０３で良好な値であった。

［例２］
次に、延伸配向された延伸ポリカーボネート層２層が積層された構成の広帯域位相板について、図３を用いて説明する。

波長４０５ｎｍでの屈折率が１．４７の石英ガラス基板２０１に、ガラス基板の一辺を基準方向とし、第１の複屈折層として厚さ７５μｍの第１のポリカーボネート層２０３を、図３（ｂ）の矢印２０５で示したように、進相軸方向が基準方向となす角が１２度になるように接着した。次に第１のポリカーボネート層２０３の上に、第２の複屈折層として厚さ６６μｍの第２のポリカーボネート層２０４を、図３（ｂ）の矢印２０６で示したように、進相軸方向が基準方向となす角が６５度で第１のポリカーボネート層２０３の進相軸方向となす角が５３度となるように接着し、さらに石英ガラス基板２０２を接着、積層した。

例１と同様にして、本例の広帯域位相板に対して偏光方向が前記基準方向と平行な直線偏光を入射させて求めた波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍおよび７８５ｎｍの光に対する位相差はそれぞれ８０５度、４４５度、３６５度であり、楕円率はそれぞれ０．９１、０．９１および０．０４と良好な値であった。

［例３］
次に、２層の高分子液晶層が積層された構成の広帯域位相板について説明する。例１と同様にして、石英ガラス基板に、表面がラビングされたポリイミド膜からなる水平配向膜を形成しシールを施して、基板間隔がそれぞれ１．７μｍ、７μｍの空セルを２組形成した。ラビングは、基板間隔１．７μｍの空セルに対しては、基板を対向させたときに基準方向とした基板の一辺となす角が８度の方向、基板間隔７μｍの空セルに対しては１４７度の方向となるように施した。次いで、［化２］に示す液晶化合物（５）、（６）、（７）および（８）を質量比１：１：１：１で混合した光重合性液晶化合物を調整し、例１と同様にそれぞれのセルに注入し光重合させて高分子液晶層を形成した。このようにして形成された高分子液晶層はＡ＝０．１０１１、Ｂ＝０、Ｃ＝９２３０なる分散係数を有し、波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍ、７８５ｎｍにおける常光屈折率ｎｏがそれぞれ１．６０８、１．５５７、１．５５１、異常光屈折率ｎｅがそれぞれ１．７６５、１．６７９、１．６６７であった。

次いで、高分子液晶層を挟持する液晶セルの一方の基板を離型剥離し、基準方向を一致させかつ互いのラビング方向がなす角が１３９度となるように高分子液晶層を重ね合わせて前記３波長帯で透明な接着剤を用いて接着して、本例の高分子液晶層が２層積層された構成の広帯域位相板を得た。

例１と同様にして、本例の広帯域位相板に対して前記基準方向と平行な偏光方向の直線偏光を入射させて出射された光の位相差を求めると波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍおよび７８５ｎｍの光に対して、それぞれ９９０度、４５２度、３５６度であり、楕円率はそれぞれ０．９９、０．９７および０．０３であった。

［例４］
例２と同様に延伸配向させた延伸ポリカーボネート１層を、進相軸方向が基準方向となす角が４５度になるように石英ガラス基板に接着して広帯域位相板を形成した。波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍおよび７８５ｎｍの光に対して発生させる位相差がそれぞれ８１０度、４５０度および３６０度となるように延伸させたポリカーボネート層の厚さは７０μｍであった。例１と同様にして、本例の広帯域位相板が発生させる位相差を測定したところ、波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍおよび７８５ｎｍの光に対して、それぞれ８６９度、４５１度、３６７度であり、各波長に対する所望の位相差は得られなかった。

［例５］
例１の広帯域位相板を組み込んで、図１に構成を示す光ヘッド装置を構成した。この光ヘッド装置において、半導体レーザ４０１、４０２および４０３から出射された波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍおよび７８０ｎｍの直線偏光は、波長６６０ｎｍの光を反射し波長７８０ｎｍの光を透過させる合波プリズム４０９および波長４０５ｎｍの光を反射し波長６６０ｎｍおよび７８０ｎｍの光を透過させる合波プリズム４０８により合波され、コリメートレンズ４１０、アクチュエータ４１４に保持された偏光回折素子４１１、例１の広帯域位相板４１２、対物レンズ４１３を経て光ディスク４１５の情報記録面に集光、照射される。情報記録面に形成されたピットの情報を含んで光ディスク４１５から反射された戻り光束は、それぞれの経路を逆方向に進行する。

ここで、前記３つの波長の光源は、出射する光束の直線偏光の偏光方向は偏光回折素子４１１で回折を生じない方向に揃えられているので、波長４０５ｎｍおよび６６０ｎｍの光束は、往路では偏光回折素子４１１で回折されずに直進透過して例１の広帯域位相板４１２に入射し、それぞれ９λ／４、５λ／４の位相差を生じて円偏光に変換されて光ディスクに照射される。復路においては、情報記録面で反射されて逆回りの円偏光になった戻り光束は例１の広帯域位相板４１２により光源と直交する直線偏光に変換されるので、偏光回折素子４１１で回折され、コリメートレンズ４１０、合波プリズム４０８、４０９を経てそれぞれの波長の光検出器４０４、４０５に導かれて、記録された情報が読み出される。

また波長７８０ｎｍについては、半導体レーザ４０３から出射された直線偏光のレーザ光は、無偏光回折格子４０７を透過した後、合波プリズム４０９、４０８により各々透過され、コリメートレンズ４１０と、アクチュエータ４１４に保持された偏光回折素子４１１、例１の広帯域位相板４１２および対物レンズ４１３とを経て光ディスク４１５に集光、照射される。波長７８０ｎｍの光束は例１の広帯域位相板４１２により偏光状態を変えられないので、復路においても波長７８０ｎｍの戻り光束は偏光回折素子４１１を回折されずに直進透過し、コリメートレンズ４１０、合波プリズム４０８、４０９を透過して、無偏光回折格子４０７により回折された１次回折光が光検出器４０６に導かれて、光ディスク４１５に記録された情報が読み出される。

以上述べたように、例１の広帯域位相板を用いた本例の光ヘッド装置では、波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍおよび７８０ｎｍの光束を用いて、光ディスクに対して、良好な記録・再生特性で書き込み、読み取りをおこなうことができた。

［例６、例７］
例２、例３の広帯域位相板をそれぞれ用いた以外は例５と同様の構成の光ヘッド装置を作製して評価をおこなった。その結果、例５と同様に、波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍおよび７８０ｎｍの光束を用いて、光ディスクに対して、良好な記録・再生特性で書き込み、読み取りをおこなうことができた。

［例８］
図４（ａ）の概略断面図を示した偏光回折素子５４１は、重合時に、波長４０５ｎｍの光に対して常光屈折率ｎ_ｏが１．５４１で異常光屈折率ｎ_ｅが１．５８８、波長６６０ｎｍの光に対して常光屈折率ｎ_ｏが１．５１７で異常光屈折率ｎ_ｅが１．５５６のアクリル系の光重合性高分子液晶、および、屈折率が波長４０５ｎｍの光に対して１．５４１、波長６６０ｎｍの光に対して１．５１９の充填材を用いて以下のように形成する。まず、石英ガラス基板３０３の１つの基板面に配向膜を形成し、ラビング法によって配向処理を施す。本例ではラビング方向は、回折格子の長手方向とした。

次に、不図示のシール用の材料としてエポキシ樹脂系接着剤を用い、エポキシ樹脂系接着剤を、石英ガラス基板３０３の配向膜が形成された基板面の光学的有効領域の外周に印刷する。同様に、所定の不図示の基板（以下、取替え基板という。）の１つの基板面に配向膜を形成してラビング法によって配向処理を施し、配向処理面を対向させて、石英ガラス基板３０３と取替え基板とを対向させて熱圧着し、シールを形成し、セルを作製する。取替え基板のラビング方向は、基板を対向させたときに互いに平行となるようにおこなった。

次に、このセルに、真空注入法で、上記の光重合性高分子液晶を注入してＵＶ露光を行い、高分子液晶を固化させる。次に、取替え基板を除去し、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて高分子液晶をエッチングし、８ステップで、ステップの幅が同一で、各ステップ間の段差が同一の擬似ブレーズ回折格子面を形成する。ここで、擬似ブレーズ回折格子面は、ピッチｐが２０μｍで、各ステップの段差が第１の回折格子で回折させる波長４０５ｎｍをΔｎおよびステップ数で割った値とされる。Δｎは、高分子液晶の異常光屈折率ｎ_ｅ１．５８８と充填材の屈折率１．５４１との差０．０４７であり、ステップ数は、上記の「８」である。

同様に、石英ガラス基板３０２の１つの基板面に、高分子液晶からなる、矩形断面形状を有する回折格子面を形成する。ここで、矩形断面の回折格子は、ピッチｐが３３μｍで、段差が第２の回折格子で回折させる波長６６０ｎｍをΔｎおよび２で割った値とされる。

最後に、石英ガラス基板３０３と石英ガラス基板３０２とを、それぞれの基板の回折格子形成面を対向させるとともに、それぞれの基板のラビング方向が平行となるように配置し、基板間およびそれぞれの回折格子面の凹部を充填するように充填材を充填して、波長４１０ｎｍ帯用の鋸歯状断面の第１の回折格子５５１と、波長６６０ｎｍ帯用の矩形断面の第２の回折格子５５２とが積層された偏光回折素子５４１が形成される。

最後に、偏光回折素子５４１と広帯域位相板３０５とを積層して、例８の積層光学素子５４０が得られる。

例５の構成の光ヘッド装置における広帯域位相板および偏光回折素子を、本例の積層光学素子に代えた以外は同様の構成の光ヘッド装置を作製して、例５と同様の評価をおこなった。その結果、波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍおよび７８０ｎｍの光束を用いて、光ディスクに対して、良好な記録・再生特性で書き込み、読み取りをおこなうことができた。

［例９］
第１および第２の回折格子のピッチを、それぞれ１．０μｍおよび１．７μｍとした以外は例８と同様にして作製した積層光学素子５４０に、さらに波長７８０ｎｍ帯用の無偏光回折格子７２１を積層して、例９の、３波長用積層光学素子７２０が得られる。この無偏光回折素子７２１は、一方の透明基板の一方の面に、光学多層膜を形成し、フォトリソグラフィおよびドライエッチングにより光学多層膜を加工して、断面形状が矩形で、一方向に伸長する凸条部と、光学多層膜が除かれて基板表面が露出された凹部とが、互いに平行かつ周期的に形成された回折格子面を形成し、この格子形成面を内側にしてもう１枚の透明基板と対向配置してセルを形成し、充填材を充填して形成される。

充填材としては、含フッ素芳香族ポリマーを用いる。前記光学多層膜は、低屈折率材料層としてＳｉＯ_２膜、高屈折率材料層としてＴａ_２Ｏ_５膜をそれぞれ用い、光学膜厚の和が反射波長帯とされた波長７２０ｎｍの１／２倍となるようにそれぞれの膜厚を決めた、ＳｉＯ_２膜とＴａ_２Ｏ_５膜の２層の組を、交互に１６組積層した、合計３２層、総膜厚３．８５μｍの膜構成をもち、真空蒸着法により形成される。この光学多層膜の平均屈折率は、充填材として用いる含フッ素芳香族ポリマーの屈折率、すなわち光の波長４１０ｎｍ帯において１．５８、６６０ｎｍ帯において１．５４と実質的に等しくされる。また前記格子の格子ピッチは２μｍでデューティは０．５である。

［例１０］
例９の３波長用積層光学素子を用いて、図８に構成を示した光ヘッド装置を構成する。光源光として、波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍおよび７８０ｎｍの光束を用いて、光ディスクに対して書き込み、読み取りをおこなうと、良好な記録・再生特性が得られる。

本発明の光ヘッド装置の構成によれば、波長４１０ｎｍ帯、６６０ｎｍ帯および７８０ｎｍ帯の光を用いるそれぞれの光ディスクを良好な特性で記録・再生することができる。また、本発明の広帯域位相板を用いると、前記３つの波長帯の光を用いる光ディスクに対して、安定して記録および／または再生が可能な光ヘッド装置が実現される。

本願発明の第１の実施の形態に係る光ヘッド装置の第１の構成例を示すブロック図 本願発明の複屈折材料１層からなる広帯域位相板の概略断面図および平面図 本願発明の複屈折材料２層からなる広帯域位相板の概略断面図および平面図 本願発明の偏光回折素子５４１の概略断面図、および、作用を説明するための図 本願発明の広帯域位相板と偏光回折素子とが積層一体化された素子の概略断面図 本願発明の積層光学素子５４０の概念的な断面構造、および、積層光学素子５４０の作用を説明するための図 本願発明の第２の実施の形態に係る光ヘッド装置の第２の構成例を示すブロック図 本願発明の第３の実施の形態に係る光ヘッド装置の第３の構成例を示すブロック図 従来の光ヘッド装置の構成を示すブロック図

符号の説明

１１、１２、１３ 半導体レーザ
１４、１５、１６ 光検出器
１７、１８、１９ 偏光回折素子
２０、２１、２２ １／４位相板
２３、２４ 合波プリズム
２５ コリメートレンズ
２６ 対物レンズ
２７ アクチュエータ
２８ 光ディスク
１０１、１０５ 石英ガラス基板
１０２、１０４ 配向膜（ポリイミド膜）
１０３ 高分子液晶層
１０６、１０７ ラビング方向
２０１、２０２ 石英ガラス基板
２０３、２０４ ポリカーボネート層
２０５、２０６ ポリカーボネート層の進相軸方向
３０１，３０２，３０３ 石英ガラス基板
３０４ 複屈折層
３０５ 広帯域位相板
３０６ ４１０ｎｍ 波長帯用偏光回折素子
３０７ ６６０ｎｍ波長帯用偏光回折素子
３０８ 充填材
４０１、４０２、４０３ 半導体レーザ
４０４、４０５、４０６ 光検出器
４０７ 無偏光回折格子
４０８、４０９ 合波プリズム
４１０ コリメートレンズ
４１１ 偏光回折素子
４１２ 広帯域位相板
４１３ 対物レンズ
４１４ アクチュエータ
４１５ 光ディスク
５００、７００ 光ヘッド装置
５１１、５２１、５２８、７１１ 光源
５１２、５２４、７１２ コリメータ
５１３ 偏光ビームスプリッタ
５１４、５２５ モニタ用光検出器
５１５、５２６ 集光レンズ
５１６、５２７、７１４ 光検出器
５２２ ビーム変換用回折格子
５２３ ビームスプリッタ
５２９、５３１ 合波手段
５３２、７１３ 対物レンズ
５４０ 積層光学素子
５４１ 偏光回折素子
５４２ 第１の回折格子の鋸歯状断面の凸条部
５４３ 第２の回折格子の矩形断面の凸条部
５４４ 充填材
５５１ 第１の回折格子
５５２ 第２の回折格子
６００ 光記録媒体
７２０ ３波長用積層光学素子
７２１ 波長７８０ｎｍ帯用の回折格子

Claims (19)

1. 光源と、偏光回折素子と、広帯域位相板と、光検出器とを備える光ヘッド装置において、
   前記光源は、波長４１０ｎｍ帯、６６０ｎｍ帯および７８０ｎｍ帯の直線偏光の光束を出射する光源であって、
   前記偏光回折素子は、所定の偏光方向の直線偏光は直進透過させ、前記所定の偏光方向と直交する直線偏光は回折させる偏光回折素子であって、
   前記広帯域位相板は、波長４１０ｎｍ帯の光に対して略（２ｍ_ａ−１）・λ／４、波長６６０ｎｍ帯の光に対して略（２ｍ_ｂ−１）・λ／４、波長７８０ｎｍ帯の光に対して略ｍ_ｃ・λ （λは波長、ｍ_ａ、ｍ_ｂ、ｍ_ｃは自然数）の位相差をそれぞれ発生させる広帯域位相板であって、
   前記光源から出射され、前記偏光回折素子に入射した波長４１０ｎｍ帯および６６０ｎｍ帯の直線偏光の光束は、前記偏光回折素子により直進透過され、前記広帯域位相板により略円偏光に変換されて光記録媒体に照射され、
   光記録媒体の情報記録面で反射されて逆回りの略円偏光となった戻り光束は、前記広帯域位相板により光源から出射された光束と直交する偏光方向の略直線偏光に変換され、前記偏光回折素子により回折されて光検出器へと導かれ、
   前記光源から出射され、前記偏光回折素子に入射した波長７８０ｎｍ帯の直線偏光の光束は、前記偏光回折素子により直進透過され、前記広帯域位相板により偏光状態を実質的に変化されずに透過されて光記録媒体に照射され、
   光記録媒体の情報記録面で反射された戻り光束は、前記広帯域位相板により偏光状態を実質的に変化されずに透過され、前記偏光回折素子により直進透過されて光検出器へと導かれることを特徴とする光ヘッド装置。
2. 前記広帯域位相板が発生させる位相差が、波長４１０ｎｍ帯の光に対して略９λ／４、波長６６０ｎｍ帯の光束に対して略５λ／４、波長７８０ｎｍ帯の光に対して略λである請求項１に記載の光ヘッド装置。
3. 前記広帯域位相板が発生させる位相差が、波長４１０ｎｍ帯の光に対して略１１λ／４、波長６６０ｎｍ帯の光束に対して略５λ／４、波長７８０ｎｍ帯の光に対して略λである請求項１に記載の光ヘッド装置。
4. 前記偏光回折素子が、第１の回折格子と第２の回折格子とを積層され備える偏光回折素子であって、
   前記第１の回折格子は、
   前記光源から入射した波長４１０ｎｍ帯、６６０ｎｍ帯および７８０ｎｍ帯の直線偏光の光束を直線透過させ、
   前記光源からの直線偏光と直交する偏光方向をもつ、波長４１０ｎｍ帯の直線偏光を回折させ、波長６６０ｎｍ帯の直線偏光を直進透過させる回折格子であって、
   前記第２の回折格子は、
   前記光源から入射した波長４１０ｎｍ帯、６６０ｎｍ帯および７８０ｎｍ帯の直線偏光の光束を直線透過させ、
   前記光源からの直線偏光と直交する偏光方向をもつ、波長４１０ｎｍ帯の直線偏光を直進透過させ、波長６６０ｎｍ帯の直線偏光を回折させる回折格子であることを特徴とする請求項１、２または３のいずれかに記載の光ヘッド装置。
5. 前記第１の回折格子が、光学異方性材料からなり、鋸歯形状の断面をもつ一方向に伸長する凸条部が周期的かつ互いに平行に形成されたブレーズド回折格子、または、光学異方性材料からなり、所望の鋸歯形状を８段以上の階段状に近似した鋸歯形状の断面をもつ一方向に伸長する凸条部が周期的かつ互いに平行に形成された擬似ブレーズド回折格子であって、
   前記第２の回折格子が、光学異方性材料からなり、矩形断面をもつ一方向に伸長する凸条部が周期的かつ互いに平行に形成された回折格子である請求項４に記載の光ヘッド装置。
6. 前記偏光回折素子がフォーカスエラー信号および／またはトラッキング信号を発生させる請求項４または５に記載の光ヘッド装置。
7. 前記広帯域位相板と、前記偏光回折素子とが積層一体化された積層光学素子とされている請求項１〜６のいずれか１項に記載の光ヘッド装置。
8. 複屈折を示す層と１枚以上の透明基板とを備え、波長４１０ｎｍ帯の光束に対して略（２ｍ_ａ−１）・λ／４、波長６６０ｎｍ帯の光に対して略（２ｍ_ｂ−１）・λ／４、波長７８０ｎｍ帯の光に対して略ｍ_ｃ・λ(λは波長、ｍ_ａ、ｍ_ｂ、ｍ_ｃは自然数）のそれぞれの位相差を発生させることを特徴とする広帯域位相板。
9. 前記広帯域位相板が発生させる位相差が、波長４１０ｎｍ帯の光に対して略９λ／４、波長６６０ｎｍ帯の光束に対して略５λ／４、波長７８０ｎｍ帯の光に対して略λである請求項８に記載の広帯域位相板。
10. 前記広帯域位相板が発生させる位相差が、波長４１０ｎｍ帯の光に対して略１１λ／４、波長６６０ｎｍ帯の光束に対して略５λ／４、波長７８０ｎｍ帯の光に対して略λである請求項８に記載の広帯域位相板。
11. 前記複屈折を示す層が、１層の複屈折材料からなる層を有している請求項８、９または１０に記載の広帯域位相板。
12. 前記複屈折を示す層が、２層の複屈折材料からなる層を有している請求項８、９または１０に記載の広帯域位相板。
13. 前記複屈折材料が高分子液晶である請求項１１または１２に記載の広帯域位相板。
14. 前記複屈折材料が延伸ポリカーボネートである請求項１２に記載の広帯域位相板。
15. 第１の回折格子と第２の回折格子とが、積層され備えられた偏光回折素子であって、
    前記第１の回折格子が、
    前記偏光回折素子に入射した所定の偏光方向の、波長４１０ｎｍ帯、６６０ｎｍ帯および７８０ｎｍ帯の直線偏光を直進透過させ、
    前記所定の偏光方向と直交する偏光方向の、波長４１０ｎｍ帯の直線偏光を回折させ、波長６６０ｎｍ帯の直線偏光を直進透過させる回折格子であって、
    前記第２の回折格子が、
    前記所定の偏光方向の、波長４１０ｎｍ帯、６６０ｎｍ帯および７８０ｎｍ帯の直線偏光を直進透過させ、
    前記所定の偏光方向と直交する偏光方向の、波長４１０ｎｍ帯の直線偏光を直進透過させ、波長６６０ｎｍ帯の直線偏光を回折させる回折格子であることを特徴とする偏光回折素子。
16. 前記第１の回折格子が、光学異方性材料からなり、鋸歯形状の断面をもつ一方向に伸長する凸条部が周期的かつ互いに平行に形成されたブレーズド回折格子、または、光学異方性材料からなり、所望の鋸歯形状を８段以上の階段状に近似した鋸歯形状の断面をもつ一方向に伸長する凸条部が周期的かつ互いに平行に形成された擬似ブレーズド回折格子であって、
    前記第２の回折格子が、光学異方性材料からなり、矩形断面をもつ一方向に伸長する凸条部が周期的かつ互いに平行に形成された回折格子である請求項１５に記載の偏光回折素子。
17. 前記所定の偏光方向と直交する偏光方向の直線偏光に対して、波長４１０ｎｍ帯における前記第１の回折格子の回折効率と前記第２の回折格子の透過率との積が、波長６６０ｎｍ帯における前記第１の回折格子の透過率と前記第２の回折格子の回折効率との積より大きい請求項１６に記載の偏光回折素子。
18. 請求項８に記載の広帯域位相板と、請求項１５に記載の偏光回折素子とが、積層一体化された積層光学素子。
19. 請求項１７または１８に記載の積層光学素子と、波長７８０ｎｍ帯の直線偏光を回折させる回折格子とが積層された３波長用積層光学素子。

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