JP2003288733A - 開口制限素子および光ヘッド装置 - Google Patents

開口制限素子および光ヘッド装置

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JP2003288733A
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    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
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    • G—PHYSICS
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    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
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    • G11B2007/0006—Recording, reproducing or erasing systems characterised by the structure or type of the carrier adapted for scanning different types of carrier, e.g. CD & DVD

Abstract

(57)【要約】 【課題】開口制限素子における透過光の位相が、回折格
子が形成されている素子周辺領域と回折格子が形成され
ていない素子中心領域で、等しくなるようにして、両方
の領域を透過する光の波長が変動しても位相差が発生し
ない開口制限素子を得て、光ヘッド装置にこの素子を搭
載し情報の記録・再生において安定した装置とする。 【解決手段】開口制限素子１の回折格子１３は断面形状
が凹凸状で凹部と凸部との透過光の位相差が入射光の波
長λ２の整数倍であり、凹部と凸部のそれぞれの透過光
の平均の位相と、位相調整層１４である中心領域の透過
光の位相とが揃っている開口制限素子１を得て、この開
口制限素子１を光ヘッド装置に搭載する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は開口制限素子および
光ヘッド装置に関し、特に２種または３種の光記録媒体
の情報の記録・再生に使用する光ヘッド装置に搭載する
開口制限素子およびその光ヘッド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＣＤ用の光記録媒体（以後、「光ディス
ク」という）の情報の記録・再生のために、光源として
波長が７９０ｎｍ帯の半導体レーザとＮＡ（開口数）が
０．４５から０．５までの対物レンズ、および情報記録
面保護用のカバー厚が１．２ｍｍの光ディスクが使用さ
れる。一方、ＤＶＤ用の光ディスクの情報の記録・再生
には、光源として波長が６５０ｎｍ帯の半導体レーザと
ＮＡが０．６から０．６５までの対物レンズおよびカバ
ー厚が０．６ｍｍの光ディスクが使用される。さらに、
記録情報量を増加させるため、光源として波長が４０５
ｎｍ帯の半導体レーザとＮＡが０．８５の対物レンズお
よびカバー厚が０．１ｍｍの光ディスクが提案されてい
る。以下、波長が４０５ｎｍ帯の半導体レーザで使用す
る光ディスクを特にＨＤ用の光ディスクという。
【０００３】ＣＤ用の光ディスク、ＤＶＤ用の光ディス
クおよびＨＤ用の光ディスクではカバー厚および使用波
長が異なる。そのため、それぞれの光ディスクを互換的
に使用する場合、いずれか一種の光ディスクに対して設
計された対物レンズをこれとは異なる他の光ディスクに
用いると大きな球面収差が発生し、情報の記録・再生が
できない問題があった。
【０００４】同一の対物レンズを用いて厚さの異なる例
えば２種の光ディスクの情報の記録・再生を行う場合
に、生じる球面収差を低減するために種々の方式が提案
されている。その中で開口制限素子基板の周辺部に、一
方の波長の光を直進透過し他方の波長の光を回折するこ
とによりＮＡを切り換える、波長選択性の回折格子が形
成された開口制限素子が提案されている。
【０００５】波長λ２が６５０ｎｍ帯のＤＶＤ用の光を
透過し、波長λ３が７８０ｎｍ帯のＣＤ用の光を回折す
る、従来の回折型の開口制限素子３０の構造、および光
束と波面の例を図８（（ａ）周辺領域に対して中心領域
の位相が進む構成の断面図、（ｂ）周辺領域に対して中
心領域の位相が遅れる構成の断面図）に示す。
【０００６】透光性基板１１であるガラス基板の表面
で、ＤＶＤ用の開口数ＮＡ２＝０．６０の円形領域から
ＣＤ用の開口数ＮＡ３＝０．４５の円形領域を差し引い
て得られる円環領域に、断面が凹凸の回折格子で深さが
ｄ、凹部と凸部の格子幅比が１：１で、その凹部と凸部
との透過光の位相差が波長λ２の２倍に相当する回折格
子１３が形成され、波長λ２の入射光は直進透過し、波
長λ３の入射光は回折されて直進透過光成分は入射光に
対して３０％以下の開口制限素子となっている。
【０００７】ここで、開口制限素子３０の開口数ＮＡ３
＝０．４５の円形領域を、回折格子１３の凹部と同じレ
ベルに加工した図８の（ａ）の場合、回折格子の凸部と
同じレベルに加工した図８の（ｂ）の場合、波長λ２の
入射光に対していずれも中心領域と周辺領域の透過波面
は波長λ２に相当する位相差φ＝２πが発生する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記の開口制限素子に
おいて、ＤＶＤ用の波長λ２は、その光源である半導体
レーザの個体差または温度変化に対して、最大△＝±２
０ｎｍ程度変動する。このとき、中心領域と周辺領域に
おける透過光の位相差はφ＝２π×λ２／（λ２＋△）
となり、透過光が波長の整数倍でない位相差を有する。
このため波面収差が発生し、対物レンズによる光ディス
クの情報記録面への集光性が劣化する問題があった。
【０００９】また、ＨＤ、ＤＶＤおよびＣＤの３種の光
ディスクに対応した、３波長用の回折型の開口制限素子
が存在しないため、単一の対物レンズを用いてこれら３
種の光ディスクの情報の記録・再生は困難であった。
【００１０】本発明は、上記の従来技術の欠点を解決
し、光学特性に優れ、小型軽量化に適した光ヘッド装置
を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも波
長λ１およびλ２（λ１＜λ２）の２つの光を出射する
光源と、光源から出射された光を光記録媒体へ集光する
ための対物レンズと、対物レンズにより集光されて光記
録媒体により反射された出射光を検出するための光検出
と、光源と対物レンズとの間の光路中に配置されていて
波長に応じて光の透過領域を制限する開口制御素子とを
備えた光ヘッド装置において、開口制御素子は、回折格
子が形成された周辺領域と周辺領域に囲まれいて回折格
子が形成されていない中心領域とに分かれ、回折格子は
断面形状が凹凸状で凹部と凸部との透過光の位相差が波
長λ１の整数倍であり、凹部と凸部のそれぞれの透過光
の平均の位相と中心領域の透過光の位相とが揃っている
ことを特徴とする光ヘッド装置を提供する。
【００１２】また、波長λ１、λ２およびλ３（λ１＜
λ２＜λ３）の３つの光を出射する光源と、光源から出
射された光を光記録媒体へ集光するための対物レンズ
と、対物レンズにより集光されて光記録媒体により反射
された出射光を検出するための光検出と、光源と対物レ
ンズとの間の光路中に配置されていて波長に応じて光の
透過領域を制限する開口制御素子とを備えた光ヘッド装
置において、開口制御素子は、その平面上の開口数ＮＡ
１の円形領域から開口数ＮＡ２（ＮＡ１＞ＮＡ２）の円
形領域を差し引いて得られる円環領域に第１の回折格子
が形成され、開口数ＮＡ２の円形領域から開口数ＮＡ３
（ＮＡ２＞ＮＡ３）の円形領域を差し引いて得られる円
環領域に第２の回折格子が形成されており、第１の回折
格子は、その断面形状が凹凸状で凹部と凸部との透過光
の位相差が入射光の偏光状態に依存しない光学的均質材
料からなり、かつその位相差が波長λ１の整数倍であ
り、第２の回折格子は、その断面形状が凹凸状で凹部と
凸部との透過光の位相差が入射光の偏光状態によって異
なる複屈折材料からなり、かつその位相差が常光偏光に
対しては実質的にゼロであり、異常光偏光に対しては波
長λ１の整数倍であることを特徴とする光ヘッド装置を
提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の開口制限素子の第１の実
施態様について説明する。第１の実施態様の開口制限素
子は、少なくとも波長λ１およびλ２（λ１＜λ２）の
２つの光が透過し、回折格子が形成された周辺領域と周
辺領域に囲まれいて回折格子が形成されていない中心領
域とに分かれている。
【００１４】周辺領域の回折格子はその断面形状が凹凸
状で凹部と凸部との透過光の位相差が波長λ１の整数倍
（ゼロを除く）である。ここで整数倍というのは整数値
ｍからのずれが±（６／ｍ）％以内であればよい。さら
に、凹部と凸部のそれぞれの透過光の平均の位相と中心
領域の透過光の位相とが揃っている。すなわち、凹部と
凸部とでは、透過光の位相は凹部と凸部の形状に応じて
進んだり遅れたりしているが、このズレを平均化した位
相と、回折格子のない中心領域の透過光の位相とが揃っ
ている。この揃っている程度は、位相のずれが波長λ１
に対して±２％以内あれば揃っていると見なしてよい。
【００１５】このように構成することにより、波長λ１
の変動に対して透過波面の収差変動が発生しないという
効果を生ずる。
【００１６】第１の実施態様の開口制限素子の構造と、
開口制限素子へ２種の波長の光が入射したときの光束と
波面を図１（（ａ）波長λ２の光の入射、（ｂ）波長λ
３の光の入射）に、平面図を図２に示す。なお、ここで
は波長λ１を波長λ２とし、波長λ２を波長λ３として
説明する。
【００１７】例えば、使用波長λ２＝６５０ｎｍ帯でカ
バー厚０．６ｍｍのＤＶＤ用の光ディスクに対して、良
好な収差特性となるよう設計された開口数ＮＡ２＝０．
６０のＤＶＤ用対物レンズを得る。この対物レンズを、
例えば、使用波長λ３＝７８０ｎｍ帯でカバー厚１．２
ｍｍのＣＤ用の光ディスクに開口数ＮＡ３＝０．４５で
用いるために、開口制限素子１を対物レンズと一体で用
いる。
【００１８】ＮＡ２の円形領域からＮＡ３の円形領域を
差し引いて得られた円環領域（以下、ＮＡ２とＮＡ３に
よる円環領域という）に、断面が凹凸の回折格子で格子
深さがｄ、凹部と凸部の格子幅比が例えば１：１の回折
格子を透光性基板１１上に形成する。回折格子の凹部と
凸部との透過光の位相差が波長λ２の整数倍、すなわち
２倍、３倍またはそれ以上の倍率になっている。このよ
うに構成すると図１の（ａ）に示すように波長λ２の入
射光は直進透過し、図１の（ｂ）に示すように波長λ３
の入射光は周辺領域で回折されて直進透過光成分は入射
光に対して例えば３０％以下の開口制限素子となってい
る。
【００１９】さらに、開口制限素子における開口数ＮＡ
２の中心領域の透過光の位相が、周辺領域の回折格子１
３の凹部および凸部のそれぞれの透過光の平均の位相と
揃うように、位相調整層１４が形成されている。回折格
子１３の凸部の屈折率と位相調整層１４の屈折率が等し
い材料の場合、図１に示すように、位相調整層１４の厚
さを断面が凹凸の格子深さｄの半分にすればよい。
【００２０】このような位相調整層１４を設けることに
より、図１の（ａ）に示すように波長λ２の入射光に対
する中心領域と周辺領域との透過光の位相差φはゼロと
なり、ＤＶＤ用の波長λ２の変動に対しても位相差は発
生しない。
【００２１】この開口制限素子１を搭載した本発明の光
ヘッド装置の例を図３に示す。半導体レーザ３Ｂから出
射された、例えば波長λ２＝６５０ｎｍ帯の光の一部が
ビームスプリッタ７により反射され、合波プリズム６を
透過し、コリメートレンズ４により平行光となって開口
制限素子１に入射する。例えば、開口数ＮＡ２＝０．６
０に相当する光束が対物レンズ２によりＤＶＤ用の光デ
ィスク５の情報記録面へ集光される。情報記録面で反射
して信号を得た出射光は先程の経路を逆に進行し、一部
がビームスプリッタ７を透過して光検出器８Ｂの受光面
へ集光され、電気信号に変換される。
【００２２】一方、半導体レーザ３Ｃから放射された、
例えば波長λ３＝７８０ｎｍの光は、その一部がホログ
ラムビームスプリッタ９Ｃを透過し、合波プリズム６に
よって反射され、コリメートレンズ４により集光されて
開口制限素子１に入射する。ここで、例えば開口数ＮＡ
３＝０．４５に相当する光束のみが直進透過して対物レ
ンズ２によりＣＤ用の光ディスク５の情報記録面へ集光
される。情報記録面で反射して信号を得た出射光は先程
の経路を逆に進行し、一部がホログラムビームスプリッ
タ９Ｃにより回折されて光検出器８Ｃの受光面へ集光さ
れ、電気信号に変換される。
【００２３】このとき、開口制限素子１のＮＡ３＝０．
４５とＮＡ２＝０．６０による円環領域に入射した波長
λ３の光は、往路で回折格子１３により回折されて光デ
ィスクへ集光した後、復路で再び回折格子１３の光軸の
軸対象となる位置、すなわち光軸の周りに２回の回転対
称となる位置で回折される。回折格子の格子パターンが
光軸の軸対象となる場合、往路でプラス次数で回折され
た光が復路でマイナス次数で回折されることにより、０
次光となって直進光に重畳する。すなわち、波長λ３の
光を遮断する開口制限としての機能が低下する。
【００２４】この問題を解決するため、回折格子１３の
平面パターンを、透過する光の光軸の周りに２回の回転
対称性がないようにする。このように構成することによ
り、往路でプラス次数（マイナス次数）で回折された光
と復路でマイナス次数（プラス次数）で回折された光が
重なることがなく、開口制限素子の機能が低下せず好ま
しい。図２では、Ｙ軸に対して軸対象となる回折格子パ
ターン１３としている。
【００２５】第１の実施態様の開口制限素子では、例え
ば、カバー厚が０．６ｍｍのＤＶＤの光ディスク用に設
計された対物レンズ２をカバー厚が１．２ｍｍのＣＤの
光ディスク用の記録・再生に用いた場合に残留する球面
収差を、図３の点線で示す光路のように、対物レンズ２
への入射光を発散光とすることにより対物レンズで発生
する球面収差により相殺して低減しているが、開口制限
素子１のＮＡ３＝０．４５に相当する領域に収差補正面
を形成してもよい。
【００２６】開口制限素子１は、上述したようにＤＶＤ
用の波長λ２が変動しても、例えば、ＮＡ２＝０．６０
の領域において周辺領域と中心領域とで透過光の位相差
が発生しないため、波長変動に伴う収差発生はなく、Ｄ
ＶＤの安定した記録・再生が実現できる。また、ＣＤ用
の波長λ３の入射光に対して、例えばＮＡ３＝０．４５
に開口制限されるため、ディスクのカバー厚の相違に伴
い発生する球面収差が補正され、ＣＤの安定した記録・
再生が実現できる。
【００２７】次に本発明の開口制限素子の第２の実施態
様について説明する。第２の実施態様の開口制限素子に
は、波長λ１、λ２およびλ３（λ１＜λ２＜λ３）の
３つの光が入射する。開口制御素子は、その平面上の開
口数ＮＡ１の円形領域から開口数ＮＡ２（ＮＡ１＞ＮＡ
２）の円形領域を差し引いて得られる円環領域に第１の
回折格子が形成されている（これを、上記のようにＮＡ
１とＮＡ２による円環領域という）。さらに、開口制御
素子は、開口数ＮＡ２の円形領域から開口数ＮＡ３（Ｎ
Ａ２＞ＮＡ３）の円形領域を差し引いて得られる円環領
域に第２の回折格子が形成されている（これを、同様に
ＮＡ２とＮＡ３による円環領域という）。
【００２８】そして、第１の回折格子は、その断面形状
が凹凸状で凹部と凸部との透過光の位相差が入射光の偏
光状態に依存しない光学的均質材料からなり、かつその
凹部と凸部との透過光の位相差が波長λ１の整数倍であ
る。
【００２９】また、第２の回折格子は、その断面形状が
凹凸状で凹部と凸部との透過光の位相差が入射光の偏光
状態によって異なる複屈折材料からなり、かつその凹部
と凸部との透過光の位相差が常光偏光に対しては実質的
にゼロであり、異常光偏光に対しては波長λ１の整数倍
である。ここで、実質的にゼロとは、位相差が波長の３
％以内であれば収差劣化が記録再生性能に影響しないた
めゼロとみなしてもよい。
【００３０】このように構成することにより、単一の素
子を用いて３波長それぞれに対し開口数の異なる開口制
限素子が実現できるという効果を生ずる。
【００３１】次に本発明の開口制限素子の第２の実施態
様について、断面図を図４に、平面図を図５に示し、さ
らに詳しく説明する。例えば、使用波長λ１＝４０５ｎ
ｍ帯でカバー厚０．１ｍｍのＨＤ用の光ディスクに対し
て、良好な収差特性となるよう設計された開口数ＮＡ１
＝０．８５のＨＤ用対物レンズを得る。この対物レンズ
を、例えば、使用波長λ２＝６５０ｎｍ帯でカバー厚
０．６ｍｍのＤＶＤ用の光ディスクに開口数ＮＡ２＝
０．６０で用い、さらに、例えば、使用波長λ３＝７８
０ｎｍ帯でカバー厚１．２ｍｍのＣＤ用の光ディスクに
開口数ＮＡ３＝０．４５で用いるために、開口制限素子
１０を対物レンズと一体でアクチュエータに搭載して用
いるものとする。
【００３２】ガラス基板などの透光性基板１１の表面の
ＮＡ１とＮＡ２による円環領域に、断面が凹凸の回折格
子で格子深さがｄ、凹部と凸部の格子幅比が例えば１：
１の回折格子１３を形成する。回折格子１３の凹部と凸
部との透過光の位相差が波長λ１に相当する。波長λ１
の入射光は直進透過し、波長λ２と波長λ３の入射光は
回折され直進透過光成分は入射光に対して１５％以下の
開口制限素子となっている。
【００３３】さらに、開口制限素子における開口数ＮＡ
２の中心領域の透過光の位相が、回折格子１３の凹部お
よび凸部のそれぞれの透過光の平均の位相と揃うよう
に、位相調整層１４が形成されている。ここでは、回折
格子１３の凸部の屈折率と位相調整層１４の屈折率が等
しい材料を用い、位相調整層１４の厚さを断面が凹凸の
格子深さｄの半分にしている。
【００３４】このような位相調整層１４を設けることに
より、波長λ１の入射光が波長変動しても中心領域と周
辺領域の透過光の位相差φはゼロとなる。
【００３５】例えば、ＮＡ２＝０．６０とＮＡ３＝０．
４５による円環領域には、以下に説明する偏光性回折格
子１５が形成されている。回折格子１３の形成された透
光性基板１１の反対側の面に、常光屈折率ｎｏおよび異
常光屈折率ｎｅの複屈折材料である高分子液晶層を形成
する。ここで、液晶モノマーの溶液を透光性基板１１上
の配向処理の施された配向膜上に塗布し、液晶分子の配
向ベクトル（分子配向軸）を透光性基板１１と平行な面
内の特定方向に揃うように配向させた後、紫外線などの
光を照射して重合硬化させ高分子液晶層とする。
【００３６】次に、高分子液晶層を断面形状が矩形の凹
凸格子に加工し、複屈折材料層の凹凸部の少なくとも凹
部に常光屈折率ｎｏとほぼ等しい屈折率ｎｓの光学的均
質材料からなる充填材１７を充填することにより、偏光
性回折格子１５を形成する。ここで、高分子液晶層の凹
凸の格子深さｄ１を、常光屈折率ｎｏに等しい屈折率ｎ
ｓの凹部の透過光と異常光屈折率ｎｅの凸部の透過光の
位相差が波長λ１に対して１波長相当の２πとなるよ
う、（ｎｅ−ｎｓ）×ｄ１＝λ１としている。
【００３７】このように加工された偏光性回折格子１５
に、波長λ１および波長λ２の常光偏光（常光屈折率を
与える方向の偏光）が入射した場合、回折格子１５の凸
部である高分子液晶と凹部の充填材１７との屈折率差は
ないため、回折されることなく直進透過する。
【００３８】一方、波長λ１および波長λ３の異常光偏
光（異常光屈折率を与える方向の偏光）が入射した場
合、波長λ１に対しては凹部と凸部の透過光の位相差が
２πとなるため回折されることなく直進透過し、波長λ
３に対しては凹部と凸部の透過光の位相差は２π×（４
０５／７８０）のため、ほぼπとなり大半が回折され
る。
【００３９】また、波長λ１の異常光偏光が入射したと
き、例えば開口数ＮＡ１＝０．８５の領域内で、偏光性
回折格子１５が形成された円環領域と形成されていない
領域で透過光の位相差が生じないように、凹凸の格子深
さｄ１の半分に相当する高分子液晶層を形成し、位相調
整層１６としている。図４の１２および１８は、後述す
るように透光性基板および位相板を表す。
【００４０】ここで、回折格子１３および回折格子１５
の平面パターンはいずれも、図５に示すように透過する
光の光軸の周りに２回の回転対称性がないように設計さ
れている。図５では、回折格子１３をＹ軸に対して軸対
象な分割格子パターンとし、回折格子１５をＸ軸に平行
とＸ軸に垂直な分割格子パターンとしている。図５の１
４は、位相調整層である。
【００４１】さらに波長λ１の光に対して位相差がπ／
２の奇数倍となる位相板１８が充填材１７とガラスなど
の透光性基板１２に挟み込まれ一体化されている（図
４）。このように、位相板を開口制限素子と一体化する
ことが光ヘッド装置の小型軽量化の点から好ましい。位
相板１８としては、複屈折性を有する材料であればいず
れも使用できる。例えば、高分子液晶、水晶などの光学
結晶、一軸延伸により複屈折性を発現させたポリカーボ
ネートなども使用できる。
【００４２】このようにして得られた開口制限素子１０
の波長選択性の開口制限作用を図６に示す。波長λ１の
入射光は、図６の（ａ）に示すように、その偏光状態に
かかわらず開口制限素子１０の例えば、ＮＡ１＝０．８
５の領域を直進透過する。波長λ２の常光偏光入射光
は、図６の（ｂ）に示すように、開口制限素子１０の例
えばＮＡ２＝０．６０の領域を直進透過するが、ＮＡ１
＝０．８５とＮＡ２＝０．６０による円環領域では回折
されるため、ＮＡ２＝０．６０の開口制限の機能を有す
る。
【００４３】波長λ３の異常光偏光入射光は、図６の
（ｃ）に示すように、開口制限素子１０の例えばＮＡ３
＝０．４５の領域を直進透過するが、ＮＡ１＝０．８５
とＮＡ３＝０．４５による円環領域では回折されるた
め、ＮＡ３＝０．４５の開口制限の機能を有する。ここ
で、波長λ１のＮＡ１＝０．８５領域の透過光および波
長λ２のＮＡ２＝０．６０領域の透過光はいずれも、回
折格子１３と回折格子１５の領域およびＮＡ３＝０．４
５の円形領域で位相差が生じないため、透過光の位相は
揃っている。
【００４４】この開口制限素子１０を搭載した本発明の
光ヘッド装置の例を図７に示す。半導体レーザ３Ａから
出射された、例えば波長λ１＝４０５ｎｍ帯の常光偏光
が偏光ビームスプリッタ７１で反射され、合波プリズム
６１を透過し、コリメートレンズ４により平行光となっ
て開口制限素子１０に入射する。例えば開口数ＮＡ１＝
０．８５に相当する光束が対物レンズ２によりＨＤ用の
光ディスク５の情報記録面へ集光される。情報記録面で
反射され信号を含む出射光は先程の経路を戻って、開口
制限素子１０の図示しない位相板（１／４波長板）を往
復して透過することにより常光偏光が異常光偏光とな
り、偏光ビームスプリッタ７１を透過して光検出器８Ａ
の受光面へ集光され、電気信号に変換される。
【００４５】また、半導体レーザ３Ｂから出射された、
例えば波長λ２＝６５０ｎｍ帯の常光偏光は、その一部
がホログラムビームスプリッタ９Ｂを透過し、合波プリ
ズム６２を透過し、合波プリズム６１で反射された後、
コリメートレンズ４により集光されて開口制限素子１０
に入射する。例えば開口数ＮＡ２＝０．６０に相当する
光束が対物レンズ２によりＤＶＤ用の光ディスク５の情
報記録面へ集光される。情報記録面で反射して信号を含
んだ出射光は先程の経路を戻って、一部がホログラムビ
ームスプリッタ９Ｂにより回折されて光検出器８Ｂの受
光面へ集光され、電気信号に変換される。
【００４６】また、半導体レーザ３Ｃから出射された、
例えば波長λ３＝７８０ｎｍ帯の異常光偏光は、その一
部がホログラムビームスプリッタ９Ｃを透過し、合波プ
リズム６２および合波プリズム６１で反射され、コリメ
ートレンズ４により集光されて開口制限素子１０に入射
する。ここで、例えば開口数ＮＡ３＝０．４５に相当す
る光束のみが直進透過して対物レンズ２によりＣＤ用の
光ディスク５の情報記録面へ集光される。情報記録面で
反射して信号を含んだ反射光は先程の経路を戻って、一
部がホログラムビームスプリッタ９Ｃにより回折されて
光検出器８Ｃの受光面へ集光され、電気信号に変換され
る。
【００４７】ここで、図示しない位相板（１／４波長
板）を波長λ１の常光偏光が往復することにより異常光
偏光に変換されるが、波長λ２および波長λ３について
は、上記のような位相板の機能とならないため、位相板
往復後の偏光はもとの偏光成分が多く含まれている。
【００４８】第２の開口制限素子の実施態様では、例え
ば、カバー厚が０．１ｍｍのＨＤ用の光ディスクに設計
された対物レンズ２をカバー厚が０．６ｍｍのＤＶＤ用
の光ディスクおよびカバー厚が１．２ｍｍのＣＤ用の光
ディスクの記録・再生に用いた場合に残留する球面収差
を、図７の点線で示す光路のように、対物レンズ２への
入射光を発散光とすることにより低減しているが、例え
ば、ＮＡ２＝０．６０またはＮＡ３＝０．４５に相当す
る開口制限素子１０の領域に収差補正面を形成してもよ
い。
【００４９】開口制限素子１０は、上述したように、Ｈ
Ｄ用の波長λ１が変動しても、例えばＮＡ１＝０．８５
の全領域において透過光の位相差が発生せず、ＤＶＤ用
の波長λ２が変動しても、例えばＮＡ２＝０．６５の領
域で透過光の位相差が発生しないため、波長変動に伴う
収差発生はなく、ＨＤおよびＤＶＤの安定した記録・再
生が実現できる。また、ＣＤ用の波長λ３の入射光に対
して、例えばＮＡ３＝０．４５に開口制限されるため、
光ディスクのカバー厚の相違に伴い発生する球面収差が
補正され、ＣＤの安定した記録・再生が実現できる。上
記において、複屈折材料として高分子液晶を用いた例を
説明したが、複屈折性を有する材料であればいずれでも
使用できる。例えば、ＬｉＮｂＯ３などの光学結晶や、
一軸延伸により複屈折性を発現させたポリカーボネート
などの高分子材料も使用できる。
【００５０】
【実施例】本実施例の開口制限素子１０を、図４に示し
た断面図と図５に示した平面図を用いて説明する。屈折
率ｎ＝１．４６の光学的均質材料１１からなるガラス基
板の一方の面における、開口数ＮＡ１＝０．８５とＮＡ
２＝０．６０による円環領域に、断面が凹凸の回折格子
で格子深さがｄ＝８８０ｎｍ、凹部と凸部の格子幅比が
１：１の第１の回折格子１３を形成した。回折格子１３
の格子パターンは、Ｙ軸対象になるようにＹ軸に対して
±４５°傾斜した２分割パターンとしてエッチング加工
した。このとき、波長λ１＝４０５ｎｍの入射光に対し
て凹部と凸部の位相差は（ｎ−１）×ｄ＝４０５ｎｍと
なり、波長λ１に等しい。
【００５１】また、ＮＡ２＝０．６０の円形領域は、回
折格子１３の凹部に対して高さがｄ／２＝４４０ｎｍに
なるように位相調整層１４を加工した。次に、ガラス基
板のもう一方の面に常光屈折率ｎｏ＝１．５５、異常光
屈折率ｎｅ＝１．６５の高分子液晶層を形成し、ＮＡ２
＝０．６０とＮＡ３＝０．４５による円環領域には、断
面が凹凸の回折格子で格子深さｄ１がλ１／（ｎｅ−ｎ
ｏ）＝４０５０ｎｍの第２の回折格子１５を形成した。
この回折格子１５は、凹部と凸部の格子幅比が１：１の
直線状格子であり、図５に示すように、Ｙ軸の正の領域
はＸ軸平行に、Ｙ軸の負の領域はＹ軸平行になるよう２
分割パターンをエッチング加工して作成した。
【００５２】また、ＮＡ１＝０．８５とＮＡ２＝０．６
０による円環領域、およびＮＡ３＝０．４５の円形領域
は、回折格子１５の凹部に対する高さがｄ１／２＝２０
２５ｎｍとなるように位相調整層１６を加工した。さら
に、図４に示すように回折格子１５の凹部および位相調
整層１６を屈折率ｎｓ＝１．５５の光学的均質材料から
なる充填材１７で充填するとともに、位相板１８の形成
された透光性基板１２であるガラス基板を一体化して、
開口制限素子１０とした。このとき、第２の回折格子１
５において、波長λ１の常光偏光入射に対してはｎｏと
ｎｓとが等しいため凹部と凸部の位相差はゼロとなり、
波長λ１の異常光偏光入射に対しては凹部と凸部の位相
差は（ｎｅ−ｎｓ）×ｄ１＝４０５ｎｍのため波長λ１
に等しい。
【００５３】ここで、位相板１８は回折格子１５に用い
た高分子液晶層と同じ材料を用い、液晶分子の配向ベク
トルの方向が回折格子１５の高分子液晶の配向ベクトル
方向と４５°の角度をなすように配向処理した。また、
位相板１６の厚さは波長λ１に対して５λ／４波長板と
なるように（５λ１／４）／（ｎｅ−ｎｏ）＝５０６３
ｎｍとした。
【００５４】位相板１８は、位相板材料の屈折率波長分
散を考慮すると、波長λ２および波長λ３の入射光に対
してはほぼλ／２波長板となるため、位相板を往復する
ともとの偏光に近い直線偏光状態が維持される。
【００５５】上記のように作製した開口制限素子１０を
ＨＤ用の対物レンズと一体化して図７に示す光ヘッド装
置に搭載した。波長λ１＝４０５ｎｍの入射光に対して
はその偏光状態に関わらず往路および復路においてＮＡ
１＝０．８５の開口として作用し、波長λ２＝６５０ｎ
ｍの常光偏光入射光に対してはＮＡ２＝０．６０の開口
として作用し、波長λ３＝７８０ｎｍの異常光偏光入射
光に対してはＮＡ３＝０．４５の開口として作用した。
【００５６】その結果、ＨＤ用、ＤＶＤ用およびＣＤ用
それぞれの光ディスクの情報記録面に各波長の光が集光
され、安定した記録・再生が実現した。。また、ビーム
スプリッタ７１として偏光性プリズムを用いることによ
り、波長λ １の往路常光偏光をほぼ１００％反射し、開
口制限素子１０を往復することで位相板１８により直交
化した復路異常光偏光を９５％以上透過するため、光検
出器８Ａで効率よく信号光検出ができた。
【００５７】
【発明の効果】本発明の開口制限素子では、その透過光
の位相が、回折格子が形成されている素子周辺領域と回
折格子が形成されていない素子中心領域で、等しくなる
ように位相調整層が形成されているため、両方の領域を
透過する光の波長が変動しても位相差が発生しない。そ
の結果、この開口制限素子を搭載した本発明の光ヘッド
装置を用いれば、光ディスクにおける情報記録面保護用
のカバー厚および対物レンズのＮＡが異なる複数種の光
ディスクに対し安定した情報の記録・再生ができる。
【００５８】また、本発明の開口制限素子に形成された
回折格子は、その平面パターンが透過する光の光軸の周
りに２回の回転対称性がないため、光ディスクで反射さ
れた復路の光に対しても開口制限作用が有効に働く。
【００５９】また、開口制御素子に位相板が一体化され
ているため、光ディスクへの入射光と位相板を往復した
反射光とで偏光状態を変化させることができる。例え
ば、波長λに対して位相差がπ／２の奇数倍となる位相
板を一体化すれば、波長λの往路偏光と復路偏光の偏光
方向を直交化できるため、偏光性プリズムなどの偏光ビ
ームスプリッタと組み合わせて光利用効率の高い信号光
検出ができるとともに、半導体レーザへの戻り光が低下
し、レーザ光発信を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施態様の開口制限素子の構造
と、開口制限素子へ２種の波長の光が入射したときの光
束と波面を示す図で、（ａ）波長λ２の光が入射したと
きの断面図、（ｂ）波長λ３の光が入射したときの断面
図。
【図２】本発明の第１の実施態様の開口制限素子を示す
平面図。
【図３】本発明の第１の実施態様の開口制限素子を搭載
した光ヘッド装置を示す構成図。
【図４】本発明の第２の実施態様の開口制限素子の構造
を示す断面図。
【図５】本発明の第２の実施態様の開口制限素子を示す
平面図。
【図６】本発明の第２の実施態様の開口制限素子へ３種
の波長の光が入射した場合の光束と波面を示す図で、
（ａ）波長λ１が入射したときの断面図、（ｂ）波長λ
２の常光偏光が入射したときの断面図、（ｃ）波長λ３
の異常光偏光が入射したときの断面図。
【図７】本発明の第２の実施態様の開口制限素子を搭載
した光ヘッド装置を示す構成図。
【図８】従来の開口制限素子の構造、および光束と波面
を示す図で、（ａ）周辺領域に対して中心領域の位相が
進む構成の断面図、（ｂ）周辺領域に対して中心領域の
位相が遅れる構成の断面図。
【符号の説明】
１、１０、３０：開口制限素子 ２：対物レンズ ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ：半導体レーザ ４：コリメートレンズ ５：光ディスク ６、６１、６２：合波プリズム ７：ビームスプリッタ ８Ａ、８Ｂ、８Ｃ：光検出器 ９Ｂ、９Ｃ：ホログラムビームスプリッタ １１、１２：透光性基板 １３：回折格子 １４、１６：位相調整層 １５：偏光性回折格子 １７：充填材 １８：位相板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5D119 AA01 AA05 AA11 AA22 AA41 BA01 BB01 BB02 BB03 DA01 DA05 EB02 EC01 EC35 EC37 EC45 EC47 FA05 FA08 FA30 JA09 JA12 JA14 JA27 JA31 JA57 5D789 AA01 AA05 AA11 AA22 AA41 BA01 BB01 BB02 BB03 DA01 DA05 EB02 EC01 EC35 EC37 EC45 EC47 FA05 FA08 FA30 JA09 JA12 JA14 JA27 JA31 JA57

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも波長λ１およびλ２（λ１＜λ
    ２）の２つの光を出射する光源と、光源から出射された
    光を光記録媒体へ集光するための対物レンズと、対物レ
    ンズにより集光されて光記録媒体により反射された出射
    光を検出するための光検出と、光源と対物レンズとの間
    の光路中に配置されていて波長に応じて光の透過領域を
    制限する開口制御素子とを備えた光ヘッド装置におい
    て、 開口制御素子は、回折格子が形成された周辺領域と周辺
    領域に囲まれいて回折格子が形成されていない中心領域
    とに分かれ、回折格子は断面形状が凹凸状で凹部と凸部
    との透過光の位相差が波長λ１の整数倍であり、凹部と
    凸部のそれぞれの透過光の平均の位相と中心領域の透過
    光の位相とが揃っていることを特徴とする光ヘッド装
    置。
  2. 【請求項２】波長λ１、λ２およびλ３（λ１＜λ２＜
    λ３）の３つの光を出射する光源と、光源から出射され
    た光を光記録媒体へ集光するための対物レンズと、対物
    レンズにより集光されて光記録媒体により反射された出
    射光を検出するための光検出と、光源と対物レンズとの
    間の光路中に配置されていて波長に応じて光の透過領域
    を制限する開口制御素子とを備えた光ヘッド装置におい
    て、 開口制御素子は、その平面上の開口数ＮＡ１の円形領域
    から開口数ＮＡ２（ＮＡ１＞ＮＡ２）の円形領域を差し
    引いて得られる円環領域に第１の回折格子が形成され、
    開口数ＮＡ２の円形領域から開口数ＮＡ３（ＮＡ２＞Ｎ
    Ａ３）の円形領域を差し引いて得られる円環領域に第２
    の回折格子が形成されており、 第１の回折格子は、その断面形状が凹凸状で凹部と凸部
    との透過光の位相差が入射光の偏光状態に依存しない光
    学的均質材料からなり、かつその位相差が波長λ１の整
    数倍であり、 第２の回折格子は、その断面形状が凹凸状で凹部と凸部
    との透過光の位相差が入射光の偏光状態によって異なる
    複屈折材料からなり、かつその位相差が常光偏光に対し
    ては実質的にゼロであり、異常光偏光に対しては波長λ
    １の整数倍であることを特徴とする光ヘッド装置。
  3. 【請求項３】前記２つの回折格子のそれぞれの平面パタ
    ーンが、透過する光の光軸の周りに２回の回転対称性を
    有しない請求項１または２の光ヘッド装置。
  4. 【請求項４】前記開口制御素子は位相板が一体化されて
    いる請求項１、２または３に記載の光ヘッド装置。
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