JP4221939B2

JP4221939B2 - 偏光性位相補正素子および光ヘッド装置

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Publication number: JP4221939B2
Application number: JP2002067016A
Authority: JP
Inventors: 好晴大井; 真弘村川; 亮太村上
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2002-03-12
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2022-03-12
Also published as: JP2003149443A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏光性位相補正素子および光ヘッド装置に関し、特に異なる２波長の直線偏光で使用する偏光性位相補正素子および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、記録情報量を増大させるため、光源として波長が４０５ｎｍ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用の光ディスクとＤＶＤ用の光ディスクではカバー厚および使用波長が異なるため、それぞれを互換的に使用する場合一方の光ディスクに対して設計された対物レンズを他方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。ＤＶＤ用の光ディスクとＨＤ用の光ディスクを互換的に使用する場合においても同様である。
【０００４】
同一の対物レンズを用いて、厚さの異なる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。そのなかで、基板の中心部に球面収差を低減する収差補正領域が形成され、基板の周辺部に一方の波長の光は透過し他方の波長の光は回折してＮＡを切り換える、開口フィルター用の回折格子が形成された位相補正素子が、本発明者らにより提案されている（特願２０００−３６１２４８）。
【０００５】
すなわち、位相補正素子として、常光屈折率ｎ_ｏおよび異常光屈折率ｎ_ｅ（ｎ_ｏ≠ｎ_ｅ）の複屈折性材料層を、中心部では凹部を外周へ向かうにつれ凸部を同心円状に滑らかに加工し、凹凸部全面に常光屈折率ｎ_ｏとほぼ等しい屈折率ｎ_ｓの均質屈折率透明材料を充填した偏光性位相補正素子を形成する。この素子では、カバー厚が異なる２種の光ディスクに対してそれぞれ使用する、波長λ_１の光を常光偏光（常光屈折率を与える方向の偏光）、波長λ_２（λ_１≠λ_２）の光を異常光偏光（異常光屈折率を与える方向の偏光）とする。そして、もともと収差発生のない波長の常光偏光では収差補正をしないで、収差発生のある波長の異常光偏光では発生した収差を補正するように複屈折性材料層を加工する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の偏光性位相補正素子において、光ディスク厚の相違により発生した大きな球面収差を正確に補正するためには、複屈折性材料層の加工をより精度よく行う必要があった。
【０００７】
本発明は、上述の実情に鑑み大きな球面収差を正確に補正するが、作製容易な偏光性位相補正素子を得て、この素子を２種の波長の光を出射する光源と単一の対物レンズが搭載された光ヘッド装置に搭載し、厚さの異なる光記録媒体の情報の記録・再生が安定して行える光ヘッド装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、波長λ_１および波長λ_２（λ_１≠λ_２）の光を出射する光源と、前記光源からの出射光を光記録媒体に集光する対物レンズと、前記対物レンズにより集光され光記録媒体により反射された出射光を検出する光検出器と、を備えた光ヘッド装置において、前記光源と前記光記録媒体との間の光路中に透過光の波面収差を補正する偏光性位相補正素子が設置され、前記偏光性位相補正素子は、常光屈折率がｎ _ｏ、異常光屈折率がｎ _ｅ（ｎ _ｏ ≠ｎ _ｅ）である複屈折性を有する複屈折材料層を備え、前記複屈折材料層は、光学結晶のときは主光学軸が、高分子材料のときは分子配向軸が、一方向に揃っており、透過光の波面収差を補正できるように、断面形状が鋸歯状であり、かつ入射光の光軸に関して回転対称性を有する鋸歯状の凹凸部が形成されるとともに、前記凹凸部の凸部が階段形状格子によって近似され、前記凹凸部の少なくとも凹部に前記常光屈折率ｎ _ｏとほぼ等しい屈折率ｎ _ｓの均質屈折率透明材料が充填され、前記階段形状格子の各段における前記常光屈折率と前記異常光屈折率との差に基づく位相差が前記波長λ _１に対して２πの整数倍であり、さらに、前記波長λ _１の光に対して位相差がπ／２の奇数倍となるとともに前記波長λ _２の光に対して位相差がπの奇数倍となる位相板が前記光記録媒体側に位置するように、前記複屈折材料層と前記均質屈折率透明材料を用いて一体化されることを特徴とする光ヘッド装置を提供する。
【００１０】
また、前記波長λ_１は４０５ｎｍ、前記波長λ_２は７８０ｎｍであり、前記複屈折材料層の階段形状格子の各段の高さｄ_１はλ_１／（ｎ_ｅ−ｎ_ｏ）で３レベル（２段）である光ヘッド装置を提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
使用波長λ_１＝４０５ｎｍでカバー厚０．１ｍｍのＨＤ用の光ディスクに対して、良好な収差となるよう設計されたＮＡ＝０．８５のＨＤ用対物レンズを、使用波長λ_２＝６５０ｎｍでカバー厚０．６ｍｍのＤＶＤ用の光ディスクにＮＡ＝０．６で用いたときに発生する波面収差の一例を図４の（ｂ）に示す。ここでは球面収差にパワー（倍率）成分が付加された波面収差を示し、横軸は開口径に対応したＮＡであり、縦軸は光軸上の光線（ＮＡ＝０）に対する各ＮＡ値での光線の位相差の断面を表す。実際にはほぼ軸対称の３次元形状で、放物面状の分布をなす。
【００１２】
横に引いた複数本の点線は波長λ_２の整数倍の等位相波面を示し、横線の各間隔は波長λ_２となっている。図４の（ｂ）に示す波面収差から波長λ_２の対応する整数倍を差し引いた位相差で、λ_２以下の波面収差が補正すべき収差である。図４の（ａ）は、このλ_２以下の波面収差を補正するように本発明の偏光性位相補正素子を使用して発生する波面収差を示し、これを後ほど詳述する。
【００１３】
本発明の第１の実施態様の偏光性位相補正素子について以下に説明する。ＤＶＤ系で発生する波面収差を低減するとともに、ＨＤ系の波面収差を劣化させない第１の実施態様の偏光性位相補正素子の構成例の断面図を図１に、平面図を図２に示す。
ガラスなどの透光性基板１１上に常光屈折率ｎ_ｏおよび異常光屈折率ｎ_ｅの複屈折材料である高分子液晶層１２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）を基板と平行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。
【００１４】
次に、高分子液晶層を断面形状が鋸歯状（いわゆるブレーズド回折格子型）であり、かつ光軸に関して回転対称性を有する形状の凹凸部を形成する。すなわち、中心から外周に向かって鋸歯の底面の幅が狭くなるように同心円状に加工する。複屈折性材料層の凹凸部の少なくとも凹部に常光屈折率ｎ_ｏとほぼ等しい屈折率ｎ_ｓの均質屈折率透明材料が充填されていることが好ましい。すなわち、その凹凸部からなる回折格子１５と透光性基板１４との間に均質屈折率透明材料の充填材１３を充填することが好ましい。
【００１５】
この、偏光性位相補正素子１には互いに直交する偏光方向を有する、２種の波長の直線偏光を入射させて使用する。このように構成することにより、もともと収差発生のない波長の常光偏光では収差補正をせず、収差発生のある波長の異常光偏光では発生した収差を補正するとともに、比較的加工しやすい薄厚の複屈折性材料層で大きな発生収差を補正できる偏光性位相補正素子が得られる効果を有する。
【００１６】
ここで、鋸歯状の凹凸部の断面形状は、図１および図２の１２に示すフレネルレンズ形状とするが、この形状は次のようにして決定される。すなわち、図４の（ｂ）に示す断面形状が放物線状で、３次元的には放物面状の波面収差を、ＤＶＤの使用波長λ_２＝６５０ｎｍのλ_２間隔ごとに輪切りして複数の輪帯を作製する。これら輪帯を波面収差がゼロの平面（紙面に垂直な面）上に、ＮＡ＝０の軸の回りに同心円状に並べると、これら輪帯の高さは全てλ_２であり、断面形状は鋸歯状となっている。
【００１７】
この複数の輪帯の波面収差に対応させて、高分子液晶層をこれら輪帯と同様の形状とし、波長λ_２の異常光が高分子液晶層を垂直に透過するとき、高さｄの鋸歯による位相差２π×（ｎ_ｅ−ｎ_ｓ）×ｄ／λ_２が２πとなるようする。すなわち、図１および図２に示すように、各鋸歯状で輪帯形状の高分子液晶層１２の高さｄはλ_２／（ｎ_ｅ−ｎ_ｓ）となるようにする。
【００１８】
なお、鋸歯状の断面形状は階段形状で近似してもよい。その場合、加工工程を複雑にしないで高次収差を低減するために４レベル（３段）から１６レベル（１５段）程度の階段形状鋸歯とすることが好ましい。さらに、ＤＶＤの有効径に相当するＮＡ＝０．６の領域外で、ＨＤの有効径に相当する少なくともＮＡ＝０．８５の領域まで、図１に示す高分子液晶層１２の高さがｄ／２の矩形断面形状の回折格子１５を形成する。
【００１９】
このような偏光性位相補正素子１に、高分子液晶層に対する常光偏光である波長λ_１の直線偏光が入射した場合、高分子液晶層１２と充填剤１３との屈折率に差がないため、図１（ｂ）に示すように入射光の波面状態は不変のまま透過する。したがって、このような偏光性位相補正素子１が対物レンズと一体化されて、図３に示す本発明の光ヘッド装置に配置された場合、波長λ_１に対する透過波面は変化しない。
【００２０】
図３の本発明の光ヘッド装置において、ＤＶＤ用の半導体レーザ３Ｂの出射光はビームスプリッタ７により一部が反射され、ＨＤ用の半導体レーザ３Ａの出射光と合波プリズム６で合波され、コリメートレンズ４で平行光とされた後、偏光性位相補正素子１を透過し、対物レンズ２により光ディスク５の情報記録面に集光される。光ディスク５からの反射光は、合波プリズム６およびビームスプリッタ７を透過して光検出器８の受光面に集光する。
【００２１】
一方、偏光性位相補正素子１に、高分子液晶層に対する異常光偏光である波長λ_２の直線偏光が入射した場合、図１に示す高分子液晶層１２と充填剤１３との屈折率差（ｎ_ｅ−ｎ_ｏ）と、高分子液晶層１２の断面が鋸歯状で上面が輪帯状の凹凸形状に比例した図４の（ａ）に示す位相差分布を生じ、図４の（ｂ）に示す波面収差を補正するように作用する。
【００２２】
また、波長λ_２の入射光のうちＮＡ＝０．６の領域外の光は回折格子により回折されて信号検出用の光検出器８の受光面に入射しない。
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よい。例えば、ＬｉＮｂＯ_３などの光学結晶や、一軸延伸により複屈折性が発現するポリカーボネートなどの高分子材料でもよい。
【００２３】
本発明の第２の実施態様の偏光性位相補正素子について以下に説明する。ＨＤ用の光ディスクに対して設計された対物レンズを、ＣＤ用の光ディスクの記録・再生に用いたとき、第１の実施態様と同様に図４の（ｂ）に示すような波面収差が発生する。
【００２４】
このようなＣＤ用の光ディスクでの記録・再生において発生する波面収差を低減するとともに、ＨＤ用の光ディスクの安定した記録・再生ができる本発明の第２の実施態様の偏光性位相補正素子の構成例の断面図を図５に示す。また、図６に図４の（ｂ）に示すような波面収差の部分拡大図と、第２の実施態様の偏光性位相補正素子の高分子液晶層の作用を示す。図５において、１６は位相板、２０は第２の実施態様の偏光性位相補正素子であり、他の符号で図１と同じものは、同じ要素を表す。
【００２５】
第２の実施態様では、偏光性位相補正素子は複屈折材料層である高分子液晶層の鋸歯状の各凸部が階段形状格子によって近似されている。すなわち、偏光性位相補正素子は多段の階段形状のブレーズド回折格子を有しており、階段形状格子の各段における屈折率ｎ_ｏと屈折率ｎ_ｅの透過光の位相差が、波長λ_１に対して２πの整数倍としている。鋸歯状の各凸部をこのような階段形状格子によって近似することにより、波長λ_１に対しては入射光の偏光状態にかかわらず透過波面は変化することなく透過するが、波長λ_２の異常光偏光に対しては透過波面は変化する波長選択性の位相補正素子となって好ましい。
【００２６】
図５において、（Ｎ＋１）レベル（すなわちＮ段）の階段形状格子の高さｄ_ＮをＮ等分した１段の高さｄ_１の光路差（ｎ_ｅ−ｎ_ｏ）×ｄ_１がλ_１の整数倍となるようにしている。このように階段形状に加工された高分子液晶層１２に、波長λ_２の異常光偏光が入射し、図４の（ｂ）に示す波面収差を補正するよう、断面においては階段形状格子により鋸歯状の凸部を近似し（図５）、平面を図７の高分子液晶層１２の形状に示すようにフレネルレンズ形状とする。１５は回折格子である。
【００２７】
図６において、高分子液晶層の１段の高さｄ_１の光路差ａ＝（ｎ_ｅ−ｎ_ｏ）×ｄ_１を単位に、１波長λ_２分の波面収差をａで分割することにより（図４参照）近似的に波面収差を補正している。図６では３レベル（２段）の階段形状格子による収差補正例を示す。
【００２８】
さらに、波長λ_１の光に対して位相差がπ／２の奇数倍となる位相板１６（１／４波長板）が高分子液晶層１２と充填剤１３を用いて一体化されている（図５）。このように構成することにより、部品点数が減り素子の小型化につながるので好ましい。位相板１６としては、複屈折性を有する材料であればいずれでもよい。例えば、高分子液晶、水晶などの光学結晶や、一軸延伸により複屈折性が発現するポリカーボネートなどでもよい。
【００２９】
このような偏光性位相補正素子２０に、波長λ_１の常光偏光が入射した場合、高分子液晶層１２と充填剤１３の屈折率に差がないため、図５（ｂ）に示すように入射光の波面状態は不変のまま透過する。また、波長λ_１の異常光偏光が入射した場合、高分子液晶層１２と充填剤１３とからなる階段形状格子の各段で生じる位相差が２πの整数倍となるため、図５（ｂ）に示すように入射光の波面は不変のまま透過する。
【００３０】
したがって、偏光性位相補正素子２０に入射する波長λ_１の光は、その偏光方向にかかわらず波面は不変のまま透過する。
【００３１】
このような偏光性位相補正素子２０が対物レンズと一体化され、図３に示す光ヘッド装置の偏光性位相補正素子１の位置に配置された場合、図５に示す偏光性位相補正素子２０を常光偏光として透過する波長λ_１の半導体レーザ光は、光ディスクで反射して位相板１６を往復透過し、位相板１６により偏光性位相補正素子２０の高分子液晶層１２に異常光偏光として入射し、透過波面は不変のまま透過する。
【００３２】
したがって、合波プリズム６として波長λ_１の常光偏光は反射しかつ異常光偏光は透過する偏光性プリズムを用いることにより、半導体レーザ３Ａの出射光を常光偏光とすれば、合波プリズム６で反射され光は偏光性位相補正素子２０を往復して異常光偏光となるため、合波プリズム６を透過して光検出器８へと効率よく集光するため、ＳＮ比の高い信号光検出ができる。
【００３３】
一方、偏光性位相補正素子２０に波長λ_２の異常光偏光が入射した場合、高分子液晶層１２の階段格子形状に応じた位相差分布を生じ、図４（ｂ）に示す波面収差を補正するように作用する。
【００３４】
また、波長λ_２の入射光のうちＮＡ＝０．４５の領域外の光は信号検出用の光検出器８の受光面に入射しないように、偏光性位相補正素子２０に開口制限素子を形成することが好ましい。すなわち、波面収差補正用のフレネルレンズ形状の階段形状格子パターンとは異なる、例えば図５および図７の１５に示すような直線状で矩形断面を有する偏光性の回折格子を形成する。
【００３５】
本発明の偏光位相補正素子を光ヘッド装置に用いることにより、カバー厚０．１ｍｍのＨＤ用の光ディスクに対して設計された対物レンズを用いて、カバー厚０．６ｍｍのＤＶＤ用の光ディスクまたはカバー厚１．２ｍｍのＣＤ用の光ディスクの記録・再生を行うことができる。
【００３６】
【実施例】
「例１」
図１に本例の偏光性位相補正素子の断面図を示す。透光性基板１１であるガラス基板上に形成された常光屈折率ｎ_ｏ＝１．５０、異常光屈折率ｎ_ｅ＝１．５６の高分子液晶層１２を、断面形状が鋸歯状で上面形状が輪帯状となるようにエッチング技術を用いて加工し、鋸歯状の凹凸部に常光屈折率と等しい屈折率ｎ_ｓ＝１．５０の充填剤１３を用いて充填した。
【００３７】
ＨＤ用に設計した対物レンズを、ＤＶＤ用に用いたときに発生する波面収差は図４の（ｂ）に示すようになり、その位相差の最大値はＷ_ｍａｘ＝２８λ_２程度であった。ここで、λ_２は異常光偏光となる光の波長で６５０ｎｍである。この波面収差を補正するため、高分子液晶層１２の厚さをｄ＝（７／８）×λ_２／（ｎ_ｅ−ｎ_ｏ）とし、鋸歯断面形状を８レベル（７段）の階段により近似した。その結果、ＤＶＤ用の光ディスクの波面収差を自乗平均で０．０３λ_２以下に低減できた。一方、上記異常光偏光の偏光方向と直交する偏光方向を有する、波長λ_１＝４０５ｎｍの常光偏光に対しては波面収差はほぼゼロであった。
【００３８】
このようにして得られた偏光性位相補正素子を、図３に示す光ヘッド装置の偏光性位相補正素子１として搭載した。その結果、ＨＤ用とＤＶＤ用の両光ディスクに対して、良好な記録・再生特性が得られた。
【００３９】
「例２」
図５に本例の偏光性位相補正素子２０の断面図を示す。例１との相違は、高分子液晶層１２を１段の高さｄ_１がλ_１／（ｎ_ｅ−ｎ_ｏ）で３レベル（２段）の階段形状格子としている点である。ここで、高分子液晶層１２は波長λ_１＝４０５ｎｍに対し常光屈折率ｎ_ｏ＝１．５８、異常光屈折率ｎ_ｅ＝１．８８であり、また屈折率ｎ_ｓ＝１．５８の充填剤１３を用いているため、高分子液晶層１２の１段の高さｄ_１は約２μｍで、全体の高さが約４μｍの階段形状格子とした。
【００４０】
一方、高分子液晶層１２は波長λ_２＝７８０ｎｍに対し常光屈折率ｎ_ｏ＝１．５５、異常光屈折率ｎ_ｅ＝１．７６であり、また充填剤１３の屈折率ｎ_ｓ＝１．５５のため、１段あたりの位相補正量は（ｎ_ｅ−ｎ_ｏ）×ｄ_１＝０．４２μｍとなっている。
【００４１】
この階段形状格子を図５および図７の１２に示すフレネルレンズ形状に加工することにより、波長λ_２の異常光偏光が平行光として入射した場合発散光に相当する波面となり、収束光に対応した図４（ｂ）に示した波面収差（パワー成分を含む）を補正する。
【００４２】
また、位相板１６として、透光性基板１１であるガラス基板上に形成された高分子液晶層１２と同じ材料を用い、液晶分子の配向ベクトルの方向が高分子液晶層１２の液晶分子の配向ベクトルの方向と層面内で４５°の角度をなすように配向処理した。ここで、位相板１６の厚さは波長λ_１に対して５λ／４波長板となるように（５λ_１／４）／（ｎ_ｅ−ｎ_ｏ）＝１．７μｍとした。
【００４３】
この位相板１６は、波長λ_２の入射光に対してはほぼλ／２波長板となるため、波長λ_２の入射光が位相板１６を往復するともとの異常光偏光となり、復路においても高分子液晶層１２の収差補正作用が発現する。したがって、図３に示す光ヘッド装置に偏光性位相補正素子２０を搭載した場合、ＨＤ用に設計した対物レンズ２をＣＤ用に用いたときに発生する波面収差が補正されるとともに、波長λ_２の平行光が発散光となって素子を通過するため平行光で対物レンズに入射する場合に比べて焦点距離が長くなり対物レンズと光ディスクとの広い間隔を確保することができる。その結果、安定してＣＤ用光ディスクの記録・再生が実現する。
【００４４】
一方、波長λ_１＝４０５ｎｍの入射光に対してはその偏光状態にかかわらず偏光性位相補正素子２０を透過後の波面は変化しないため、対物レンズの波面収差機能が維持される。また、合波プリズム６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、偏光性位相補正素子２０を往復することで位相板１６により直交化した偏光方向の復路異常光偏光を９５％以上透過するため、光検出器８で効率よく信号光検出ができた。
【００４５】
本例では、ＨＤ用とＣＤ用光ディスクの記録・再生について説明したが、本発明の偏光性位相補正素子２０を用い、さらにＤＶＤ用光ディスクの記録・再生にも対応した光ヘッド装置の構成例を図８に示す。
【００４６】
ここでは、図３に示した光ヘッド装置の半導体レーザ３Ａと合波プリズム６との間にＣＤ用波長λ_２＝７８０ｎｍを透過しＤＶＤ用波長λ_３＝６５０ｎｍを反射する、合波プリズム６と同じ形態の合波プリズム６１を配置する。そして、ＤＶＤ用の半導体レーザ３Ｃから出射される常光偏光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６１で反射した後波長λ_２の光と同じ経路でＤＶＤ用光ディスクへ集光されるように合波プリズム６１を配置する。光ディスクの情報記録面で反射された光は往路と同じ光路を経て合波プリズム６１で反射され、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。なお、図８において図３のものと同じの符号は同じ要素を示す。
【００４７】
半導体レーザ３Ｃとホログラムビームスプリッタ９Ｃと光検出器８Ｃなどが単一のパッケージに固定されたＤＶＤ用のユニットを用いた構成例を示した。ここで、光ディスクのカバー厚の違いによりに発生する波面収差を低減するために、対物レンズ２への入射光が発散光となるようにコリメータレンズ４と半導体レーザ３Ｃとの間隔を調整している。
【００４８】
さらに、偏光性位相補正素子２０の透光性基板１１の空気側表面の開口数ＮＡ＝０．６０とＮＡ＝０．８５とで挟まれる領域に、断面の凹凸による透過光の位相差が波長λ_１となる回折格子を形成することにより、波長λ_１の光は透過し波長λ_３の光を回折する波長選択性の開口制限素子とし、ＤＶＤに対して開口数をＮＡ＝０．６０に制限している。
【００４９】
なお波長λ_３の光は、偏光性位相補正素子２０に常光偏光として入射するため、ＮＡ＝０．６０の領域で往路にて素子を直進透過する。また、位相板１６を往復した入射光は常光偏光成分が主であるため、素子を直進透過して光検出器８Ｃへと集光される。
【００５０】
このようにして、本発明の偏光性位相補正素子２０を用いることにより、ＨＤ、ＤＶＤおよびＣＤの３種の光ディスクの記録・再生ができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の２種の波長の光で使用する偏光性位相補正素子においては、この素子を構成する複屈折性材料層を加工が容易な、断面および平面形状としながらも、大きな球面収差を正確に補正できる。また、この偏光性位相補正素子を搭載した光ヘッド装置は、２種の波長の光を用いる、厚さの異なる光ディスクの情報の記録・再生を安定して、良好に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の偏光性位相補正素子の構造と、偏光性位相補正素子へ２種の偏光が入射した場合の波面状況を示す側面図で、（ａ）異常光偏光（波長λ_２）が入射したとき、（ｂ）常光偏光（波長λ_１）が入射したとき。
【図２】本発明の偏光性位相補正素子の平面図。
【図３】本発明の偏光性位相補正素子を搭載した光ヘッド装置を示す構成図。
【図４】ＤＶＤ用の光ディスクにおける透過光の波面収差を示すグラフで、
（ａ）本発明の偏光性位相補正素子を用いたときに本素子が発生する波面収差。（ｂ）本発明の偏光性位相補正素子を用いないときに発生する波面収差。
【図５】本発明の第２の偏光性位相補正素子の構造と、偏光性位相補正素子へ２種の偏光が入射した場合の波面状況を示す側面図で、（ａ）異常光偏光（波長λ_２）が入射したとき、（ｂ）常光偏光（波長λ_１）および異常光偏光（波長λ_１）が入射したとき。
【図６】本発明の第２の実施態様の偏光性位相補正素子の波面収差補正作用を示す波面収差の部分拡大図。
【図７】本発明の第２の実施態様の偏光性位相補正素子の平面図。
【図８】本発明の第２の実施態様の偏光性位相補正素子を搭載した光ヘッド装置を示す構成図。
【符号の説明】
１、２０：偏光性位相補正素子
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：合波プリズム
７：ビームスプリッタ
８、８Ｃ：光検出器
９Ｃ：ホログラムビームスプリッタ
１１、１４：透光性基板
１２：高分子液晶層
１３：充填剤
１５：回折格子
１６：位相板

Claims

波長λ_１および波長λ_２（λ_１≠λ_２）の光を出射する光源と、
前記光源からの出射光を光記録媒体に集光する対物レンズと、
前記対物レンズにより集光され光記録媒体により反射された出射光を検出する光検出器と、を備えた光ヘッド装置において、
前記光源と前記光記録媒体との間の光路中に透過光の波面収差を補正する偏光性位相補正素子が設置され、
前記偏光性位相補正素子は、常光屈折率がｎ_ｏ、異常光屈折率がｎ_ｅ（ｎ_ｏ≠ｎ_ｅ）である複屈折性を有する複屈折材料層を備え、
前記複屈折材料層は、光学結晶のときは主光学軸が、高分子材料のときは分子配向軸が、一方向に揃っており、透過光の波面収差を補正できるように、断面形状が鋸歯状であり、かつ入射光の光軸に関して回転対称性を有する鋸歯状の凹凸部が形成されるとともに、前記凹凸部の凸部が階段形状格子によって近似され、
前記凹凸部の少なくとも凹部に前記常光屈折率ｎ_ｏとほぼ等しい屈折率ｎ_ｓの均質屈折率透明材料が充填され、
前記階段形状格子の各段における常光屈折率と異常光屈折率との差に基づく位相差が前記波長λ_１に対して２πの整数倍であり、
さらに、前記波長λ_１の光に対して位相差がπ／２の奇数倍となるとともに前記波長λ_２の光に対して位相差がπの奇数倍となる位相板が前記光記録媒体側に位置するように、前記複屈折材料層と前記均質屈折率透明材料を用いて一体化されることを特徴とする光ヘッド装置。
前記波長λ_１は４０５ｎｍ、前記波長λ_２は７８０ｎｍであり、
前記複屈折材料層の階段形状格子の各段の高さｄ_１はλ_１／（ｎ_ｅ−ｎ_ｏ）で３レベル（２段）である請求項１記載の光ヘッド装置。