KR100985420B1 - 위상 보정 소자 및 광헤드 장치 - Google Patents

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사토히로마사
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Abstract

HD 용의 단일 대물 렌즈를 사용하여 HD, DVD 및 CD 의 3 종의 광디스크의 정보 기록 및/또는 재생에 대응가능한 위상 보정 소자 및 광헤드 장치를 제공한다.
개구수 NA2 의 영역에 입사광의 광학축에 관해 회전 대칭성을 갖고 단면 형상이 톱니 형상 또는 톱니 형상의 각 볼록부가 계단 형상에 의해 근사된 요철부로 이루어지는 제 1 위상 보정층 (10A) 이 형성되고, 파장 λ1 의 직선 편광에 대해 대략 π/2 의 홀수배의 복굴절 위상차를 발생하는 제 1 위상판 (30A) 이 일체화된 위상 보정 소자 (100) 로서, λ1 ＝ 410nm 파장대, λ2 ＝ 650nm 파장대 및 λ3 ＝ 780nm 파장대의 3 파장의 입사광에 대해, 파장 λ1 의 투과파면은 불변이고, 파장 λ2 의 투과파면, 또는 파장 λ2 및 파장 λ3 의 투과파면은 변화시키는 기능을 갖는다.
광디스크, 대물렌즈, 위상 보정, 투과파면, 광검출기

Description

위상 보정 소자 및 광헤드 장치{PHASE CORRECTION ELEMENT AND OPTICAL HEAD DEVICE}
기술분야
본 발명은 위상 보정 소자 및 광헤드 장치에 관한 것으로, 특히 사용 파장이 다른 3 종의 광기록 매체에 대한 정보의 기록 및/또는 재생에 사용하는 광헤드 장치에 탑재하는 위상 보정 소자 및 그 광헤드 장치에 관한 것이다.
배경기술
최근, 널리 알려진 바와 같이, 정보를 기록 및/또는 재생하는 광기록 매체 및 이 광기록 매체에 정보를 기록 및/또는 재생할 수 있는 각종 광헤드 장치가 개발되어 사용되고 있다.
이 중, CD 용의 광기록 매체 (이후,「광디스크」라고 한다) 는 정보 기록면 보호용의 커버 두께가 1.2mm 인 광디스크이고, 정보의 기록 및/또는 재생을 위해 광원으로서 780nm 파장대의 반도체 레이저와 NA (개구수) 0.44 에서 0.51 까지의 대물 렌즈가 사용된다.
한편, DVD 용의 광디스크는 커버 두께가 0.6mm 인 광디스크이고, 정보의 기록 및/또는 재생을 위해서는 광원으로서 650nm 파장대의 반도체 레이저와 NA 0.60 에서 0.65 까지의 대물 렌즈가 사용된다.
또한, 기록 정보량을 증대시키기 위해서, 광원으로서 410nm 파장대의 반도체 레이저와 NA 가 0.85 인 대물 렌즈를 사용하는, 커버 두께가 0.1mm 인 광디스크가 제안되어 있다. 이하, 410nm 파장대의 반도체 레이저로 사용하는 광디스크를 특히 HD 용의 광디스크라고 한다.
여기서, λ1 ＝ 410nm 파장대의 광이란 파장이 약 390nm 에서 약 430nm 까지인 광, λ2 ＝ 650nm 파장대의 광이란 파장이 약 630nm 에서 약 680nm 까지인 광, λ3 ＝ 780nm 파장대의 광이란 파장이 약 760nm 에서 약 820nm 까지인 광을 가리킨다.
또한, 이하에서는 HD, DVD 및 CD 에 대하여 사용하는 대물 렌즈의 개구수 (NA) 를 각각 NA1, NA2, NA3 으로 하고, NA1 은 0.85 정도, NA2 는 0.60 에서 0.65 정도, NA3 은 0.44 에서 0.51 정도의 값인 것을 사용하고 있다.
또한, 복굴절 재료의 상광(常光) 편광과 이상광(異常光) 편광에 대한 상광 굴절률과 이상광 굴절률의 상이에 기인하여 발생되는 위상차를「복굴절 위상차」라고 호칭하여, 굴절률의 편광 의존성에 의존하지 않는 광로 길이차에 대응한 통상의 위상차와 용어를 구별하여 사용한다. 또한,「위상차」를 라디안 (rad) 단위로 기재하지만, 파장 단위로 나타낼 때는「파장 위상차」라고 호칭한다.
그런데, CD 용과 DVD 용과 HD 용의 3 종의 광디스크에서는 서로 커버 두께 및 사용 파장이 다르다. 이 때문에, 정보를 기록 및/또는 재생하는 광헤드 장치에 있어서, 가령 어느 한 종류의 광디스크용으로 설계된 대물 렌즈를 부착하여 이들 광디스크를 호환적으로 사용하여 거기에 정보를 기록 및/또는 재생하고자 하는 경우, 예를 들어 이 광헤드 장치를 전술한 광디스크와는 다른 종류의 광디스크에 대한 기록 및/또는 재생에 사용하면, 큰 구면 수차가 발생하여 정보의 기록 및/또는 재생을 할 수 없는 문제가 있었다.
그래서, 이 광헤드 장치에 있어서, 단일 대물 렌즈를 사용하여 커버 두께가 다른 광디스크의 정보 기록 및/또는 재생을 하기 위해서, 발생되는 구면 수차를 저감하는 여러 가지 방식이 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 (일본 특허공보 제2713257호), 특허문헌 2 (일본 특허공보 제2725653호) 참조).
종래예 1 로서, 기판의 주변부에 굴절률이 다른 투명 유전체막이 적층된 다층막 필터 또는 회절 격자가 형성되어, 일방의 파장의 광은 투과하고 타방의 파장의 광은 반사 또는 회절시켜 NA 를 전환하는 개구 제한 소자가 특허문헌 1 에 제안되어 있다.
DVD 용의 파장 λ2 의 광을 투과하고, CD 용의 파장 λ3 의 광을 반사하는 종래의 개구 제한 소자 (1000) 의 단면도의 예를 도 20 에 나타낸다. 투광성 기판 (1100; 유리 기판) 표면에서, 개구수 NA2 의 원형 영역에서 개구수 NA3 의 원형 영역을 빼서 얻어지는 원환 영역 (중간 영역) 에, 다층막 필터 (1200) 가 형성되어, 파장 λ2 의 입사광을 투과하고 파장 λ3 의 입사광을 투과하지 않는 개구 제한 소자로 되어 있다.
여기서, 개구수 NA3 의 원형 영역과 다층막 필터 (1200) 가 형성된 원환 영 역에서, 파장 λ2 의 투과광의 위상이 정렬되도록, 원환 영역의 다층막 필터 (1200) 에 위상 조정용의 위상 보상막 (1300) 이 형성되어 있다.
이러한 개구 제한 소자 (1000) 를 대물 렌즈와 일체로 사용하고, 대물 렌즈에 의해 정보 기록면에 집광되는 광속(光束)의 NA 를 DVD 및 CD 의 파장의 상이에 따라 전환함으로써, 광디스크의 커버 두께의 상이에 기인하여 발생되는 구면 수차를 저감하는 광헤드 장치를 구성할 수 있다. 여기서는 대물 렌즈에 대한 파장 λ3 의 입사광을 발산광으로 함으로써, 잔류하는 구면 수차를 저감하고 있다.
종래예 2 로서, 개구 제한 소자에 추가하여, 동심원 형상의 간섭 줄무늬 패턴을 갖고 그 단면 형상이 계단 형상으로 되어 있는 개구 제한 기능이 형성된 홀로그램 광학 소자로 이루어지고, 제 1 파장의 광을 투과하는 동시에 그것과 다른 제 2 파장의 광을 회절시켜 구면 수차를 발생시켜 대물 렌즈가 갖는 구면 수차를 상쇄하는 위상 보정 소자가 특허문헌 2 에 제안되어 있다.
또한, CD 나 DVD 등의 광디스크에서의 광기록 매체의 정보의 기록 및/또는 재생을 하는 광헤드 장치에 있어서, 광원인 반도체 레이저로부터의 출사광은 대물 렌즈에 의해 광기록 매체 상에 집광되고, 광기록 매체로 반사된 복귀광은 빔스플리터에 의해 광검출기인 수광 소자로 유도되고, 광기록 매체의 정보가 전기 신호로 변환되는 구성으로 되어 있다.
여기서, 반도체 레이저의 출사광을 광디스크의 광기록 매체에 효율적으로 집광하고, 광기록 매체로부터의 신호광을 광검출기로 효율적으로 검출하기 위해서, 편광 빔스플리터를 사용하는 것이 유효하다. 편광 빔스플리터는 광원으로부터 출사된 특정 방향의 편파면의 직선 편광을 왕로(往路)에서 투과하고, 광기록 매체로 반사하여 왕로와 직교하는 편파면으로 된 직선 편광을 귀로에서 반사 또는 회절시켜, 광의 진행 방향을 광검출기로 전환할 수 있다. 여기서, 귀로의 편파면을 왕로와 직교하는 직선 편광으로 하기 위해서, 입사광의 파장에 대하여 복굴절 위상차가 π/2 인 위상판 (1/4 파장판) 이 사용되고, 편광 빔스플리터와 광기록 매체의 광로 중에 배치되어 있다.
그러나, 상기 종래예 1 및 2 에 나타내는 바와 같이, 단일 대물 렌즈를 사용하여 2 종의 광디스크의 정보 기록 및/또는 재생에 대응가능한 개구 제한 소자 또는 위상 보정 소자는 있지만, HD, DVD 및 CD 의 3 종의 광디스크의 정보 기록 및/또는 재생에 대응가능한 3 파장용의 위상 보정 소자가 존재하지 않기 때문에, 단일 대물 렌즈를 사용하여 이들 3 종의 광디스크의 정보 기록 및/또는 재생은 곤란하였다.
또한, 상기 종래예 1 의 개구 제한 소자를 HD, DVD 및 CD 의 3 종의 광디스크에 대응한 호환 소자로서 사용하는 경우, 도 20 에 나타내는 개구 제한 소자 (1000) 에 대하여, HD 의 개구수 NA1 의 원형 영역에서 DVD 의 개구수 NA2 (단, NA 1 > NA2) 의 원형 영역을 빼서 얻어지는 제 1 원환 영역에, 파장 λ1 의 입사광을 투과하고 파장 λ2 및 파장 λ3 의 입사광을 투과하지 않는 파장 선택 필터의 기능을 부가할 필요가 있다. 또한, 동일하게 DVD 의 개구수 NA2 의 원형 영역에서 CD 의 개구수 NA3 (다만, NA2 > NA3) 의 원형 영역을 빼서 얻어지는 제 2 원환 영역에, 파장 λ1 및 파장 λ2 의 입사광을 투과하고 파장 λ3 의 입사광을 투과하지 않는 파장 선택 필터의 기능을 부가할 필요가 있다. 또한, 개구수 NA3 의 원형 영역은 파장 λ1, 파장 λ2 및 파장 λ3 의 입사광을 모두 투과하는 기능이 필요하다.
그래서, 이 파장 선택 필터로서, 다층막 필터를 사용하는 종래 기술의 적용에서는 제 1 원환 영역과 제 2 원환 영역에 각각 분광 투과율이 다른 다층막을 영역 분할하여 막형성할 필요가 있어, 매우 복잡한 프로세스가 되어, 개구수 NA1 의 전체면에 있어서 파장 λ1 의 입사광에 대한 투과파면 수차가 열화되지 않는 개구 제한 소자를 안정적으로 제작하기가 어려웠다. 또 투과파면이란 위상 보정 소자 등의 광학 소자를 투과한 후의 광의 파면을 의미한다. 『투과파면을 변화시키는』이란 광학 소자가 그것을 투과하는 광의 파면을 변화시키고, 그 결과 투과 후의 광의 파면이 변화되어 있는 것을 말한다.
또한, 파장 λ1 에 대한 복굴절 위상차가 π/2 인 동시에, 파장 λ2 및 파장 λ3 의 파장에 대하여 위상 보정 소자로서의 특성 열화를 초래하지 않는 위상판이 일체화된 위상 보정 소자가 요망되고 있었다.
본 발명은 상기 결점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, HD 용의 단일 대물 렌즈를 사용하여 HD, DVD 및 CD 의 3 종의 광디스크의 정보 기록 및/또는 재생에 대응가능한 위상 보정 소자 및 광헤드 장치의 제공을 목적으로 한다.
발명의 개시
(1) 본 발명은 λ1, λ2, λ3 (λ1 < λ2 < λ3) 의 3 파장의 광을 투과하는 위상 보정 소자로서, 상기 광이 입사하는 상기 위상 보정 소자 평면 내에 개구수 NA2 의 영역과 개구수 NA2 의 영역을 포함하는 개구수 NA1 (NA1 > NA2) 의 영역을 구비하고,
개구수 NA2 의 영역에는 그 단면 형상이 톱니 형상 또는 톱니 형상의 각 볼록부가 계단 형상에 의해서 근사되고, 또한 입사광의 광학축에 대하여 회전 대칭성을 갖는, 톱니 형상 또는 근사된 톱니 형상의 요철부로 이루어지는 제 1 위상 보정층이 형성되고,
또한 제 1 위상 보정층과, 파장 λ1 의 직선 편광의 입사광에 대하여 π/2 의 홀수배의 복굴절 위상차를 발생시켜 원편광으로 변환하는 제 1 위상판이 일체화되어 형성되어 있고,
개구수 NA1 의 영역에 입사하는 파장 λ1 의 광의 투과파면은 그 편광 상태에 관계없이 불변이지만, 개구수 NA2 의 영역에 입사하는 파장 λ2 의 광, 또는 파장 λ2 및 파장 λ3 의 광의 투과파면은 변화시키는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 위상 보정 소자를 제공한다.
(2) 또한, 상기 (1) 의 위상 보정 소자에 있어서, 상기 제 1 위상 보정층은 굴절률 파장 분산이 다른 제 1 투광성 재료와 제 2 투광성 재료를 구비하고, 그 굴절률차Δn 가 파장 λ1 에서 제로인 동시에 파장 λ2 및 파장 λ3 에서는 유한의 값으로서, 상기 제 1 투광성 재료는 그 단면 형상이 톱니 형상 또는 톱니 형상의 각 볼록부가 계단 형상에 의해서 근사되고, 또한 입사광의 광학축에 대하여 회전 대칭성을 갖는 톱니 형상의 요철부로 이루어지고, 상기 요철부의 적어도 오목부에 상기 제 2 투광성 재료가 충전되고, 파장 λ2 에 있어서의 굴절률차를 Δn 으로 하면, 상기 톱니 형상의 각 볼록부의 높이 d 가, 다음 식 λ2 / 2 ≤Δn ×d ≤λ3 을 만족하는 위상 보정 소자를 제공한다.
(3) 또한, 상기 (1) 의 위상 보정 소자에 있어서, 상기 제 1 위상 보정층은 상기 톱니 형상의 각 볼록부가 계단 형상에 의해서 근사되고, 계단 형상의 각 단의 볼록부와 오목부에 대한 파장 λ1 의 투과광의 위상차가 4π의 자연수배인 위상 보정 소자를 제공한다.
(4) 또한, 상기 (1) ∼ (3) 의 위상 보정 소자에 있어서, 상기 제 1 위상판은 λ1 ＝ 410nm 파장대와 λ2 ＝ 650nm 파장대의 중간 파장 λC ＝ (λ1 ＋ λ2) / 2 에 대한 복굴절 위상차가 π와 π/2 인 2 장의 위상판을 그들 광축이 이루는 각도가 57 ±5°가 되도록 적층된 구성으로 이루어지고, 적어도 λ1 및 λ2 의 파장대의 직선 편광 입사광에 대하여 π/2 의 홀수배의 복굴절 위상차를 발생시켜 원편광으로 변환하는 위상 보정 소자를 제공한다.
(5) 또한, 상기 (3) 의 위상 보정 소자에 있어서, 상기 위상 보정 소자는 그 평면 내의 개구수 NA3 (NA2 > NA3) 의 영역에 제 2 위상 보정층이 형성되어 있고, 상기 제 2 위상 보정층은 상광 굴절률 no 및 이상광 굴절률 ne (ne ≠no) 로 굴절률 타원체의 광축이 일방향으로 정렬된 복굴절 재료층을 구비하고, 상기 복굴절 재료층은 단면 형상이 톱니 형상이고 그 각 볼록부가 계단 형상에 의해서 근사되고, 또한 입사광의 광학축으로 대하여 회전 대칭성을 갖는 톱니 형상의 요철부로 이루어지고, 상기 요철부의 적어도 오목부에 상광 굴절률 no 또는 이상광 굴절률 ne 와 거의 동등한 굴절률 ns 의 균질 굴절률 투명 재료가 충전되고, 상기 계단 형상 의 각 단의 단차에 대응하는 파장 λ1 의 이상광 편광 또는 상광 편광의 투과광의 위상차가 2π의 홀수배인 위상 보정 소자를 제공한다.
(6) 또한, 상기 (5) 의 위상 보정 소자에 있어서, 상기 제 1 위상판은 파장 λ1 의 직선 편광 입사광에 대하여 π/2 의 홀수배의 복굴절 위상차를 발생시켜 원편광으로 변환하고, 파장 λ2 및 파장 λ3 의 직선 편광 입사광에 대하여 π의 홀수배의 복굴절 위상차를 발생시켜 편파면을 회전하는 기능을 갖는 위상 보정 소자를 제공한다.
(7) 또한, 상기 (6) 의 위상 보정 소자에 있어서, 상기 제 1 위상판은 파장 λ1 에 대한 복굴절 위상차가 π/2 와 π인 2 장의 위상판을 그들 광축이 이루는 각도가 45 ±5°가 되도록 적층된 구성으로 이루어지는 위상 보정 소자를 제공한다.
(8) 또한, 상기 (1) 의 위상 보정 소자에 있어서, 상기 제 1 위상 보정층은 상광 굴절률 no 및 이상광 굴절률 ne (no ≠ne) 로 굴절률 타원체의 광축이 일방향으로 정렬된 복굴절 재료층을 구비하고, 상기 복굴절 재료층은 단면 형상이 톱니 형상 또는 톱니 형상의 각 볼록부가 계단 형상에 의해서 근사되고, 또한 입사광의 광학축에 대하여 회전 대칭성을 갖는 톱니 형상의 요철부를 구비하고, 상기 요철부의 적어도 오목부는 상광 굴절률 no 또는 이상광 굴절률 ne 와 거의 동등한 굴절률 ns 의 균질 굴절률 투명 재료가 충전된 구조를 갖는 제 1 편광성 위상 보정층과 제 2 편광성 위상 보정층을 구비하고, 상기 제 1 위상판은 λ1 ＝ 410nm 파장대의 직선 편광 입사광에 대하여 π/2 의 홀수배의 복굴절 위상차를 발생시켜 원편광으로 변환하고, λ2 ＝ 650nm 파장대 및 λ3 ＝ 780nm 파장대의 직선 편광 입사광에 대하여는 π의 홀수배의 복굴절 위상차를 발생시켜 편파면을 회전하는 기능을 갖고, 상기 제 2 위상판은 λ1 ＝ 410nm 파장대의 직선 편광 입사광에 대하여 π의 짝수배의 복굴절 위상차를 발생시켜 편광상태를 바꾸지 않고, λ2 ＝ 650nm 파장대 및 λ3 ＝ 780nm 파장대의 직선 편광 입사광에 대하여는 π의 홀수배의 복굴절 위상차를 발생시켜 편파면을 90°회전하는 기능을 갖고, 상기 제 1 위상판, 제 1 편광성 위상 보정층, 제 2 위상판, 제 2 편광성 위상 보정층의 순서로 배치되어 일체화되어 있는 위상 보정 소자를 제공한다.
(9) 또한, 상기 (1) ∼ (8) 의 위상 보정 소자에 있어서, 상기 위상 보정 소자 평면 상의 개구수 NA1 의 원형 영역에서 개구수 NA3 (NA1 > NA2 > NA3) 의 원형 영역을 빼서 얻어지는 원환 영역에, λ1 ＝ 410nm 파장대 및 λ2 ＝ 650nm 파장대의 입사광을 투과하고 λ3 ＝ 780nm 파장대의 입사광을 반사하는 다층막 필터, 또는 λ1 ＝ 410nm 파장대 및 λ2 ＝ 650nm 파장대의 입사광을 투과하고 λ3 ＝ 780nm 파장대의 입사광을 회절하는, 단면 형상이 직사각 형상이고 볼록부와 오목부에 대한 λ1 ＝ 410nm 파장대의 투과광의 위상차가 10π 인 회절 격자가 형성되어 있는 위상 보정 소자를 제공한다.
(10) 또한, 상기 (1) ∼ (8) 의 위상 보정 소자에 있어서, 상기 위상 보정 소자 평면 상의 개구수 NA1 의 원형 영역에서 개구수 NA2 의 원형 영역을 빼서 얻어지는 제 1 원환 영역에, λ1 ＝ 410nm 파장대의 입사광을 투과하고 λ2 ＝ 650nm 파장대 및 λ3 ＝ 780nm 파장대의 입사광을 회절하는, 단면 형상이 요철 형상이고 볼록부와 오목부에 대한 λ1 ＝ 410nm 파장대의 투과광의 위상차가 2π 인 회절 격자가 형성되고, 상기 위상 보정 소자 평면 상의 개구수 NA2 의 원형 영역에서 개구수 NA3 의 원형 영역을 빼서 얻어지는 제 2 원환 영역에, λ1 ＝ 410nm 파장대 및 λ2 ＝ 650nm 파장대의 입사광을 투과하고 λ3 ＝ 780nm 파장대의 입사광을 반사하는 다층막 필터, 또는 λ1 ＝ 410nm 파장대 및 λ2 ＝ 650nm 파장대의 입사광을 투과하고 λ3 ＝ 780nm 파장대의 입사광을 회절하는, 단면 형상이 직사각 형상이고 볼록부와 오목부에 대한 λ1 ＝ 410nm 파장대의 투과광의 위상차가 10π 인 회절 격자가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 위상 보정 소자를 제공한다.
(11) 또한, 상기 (9) 또는 (10) 의 위상 보정 소자에 있어서, 상기 회절 격자 또는 상기 다층막 필터가 형성된 제 9 위상 보정 소자에 있어서의 원환 영역 또는 제 10 위상 보정 소자에 있어서의 상기 제 1 및 제 2 의 각 원환 영역과 개구수 NA3 의 상기 원형 영역에 대한, 파장 λ1 의 입사광의 위상차가 2π의 정수배인 것을 특징으로 하는 위상 보정 소자를 제공한다.
(12) 또한, λ1 ＝ 410nm 파장대와 λ2 ＝ 650nm 파장대와 λ3 ＝ 780nm 파장대의 3 파장의 광을 출사하는 광원과, 출사된 3 파장의 광을 광기록 매체에 집광하는 대물 렌즈와, 집광되어 광기록 매체에 의해 반사된 광을 검출하는 광검출기를 적어도 구비하는 광헤드 장치로서, 상기 3 파장의 광을 출사하는 광원과 광기록 매체에 이르는 광로 중에, 상기 (1) ∼ (11) 에 기재된 위상 보정 소자를 배치한 것을 특징으로 하는 광헤드 장치를 제공한다.
도면의 간단한 설명
도 1 은 본 발명의 제 1 및 제 2 실시형태에 관한 위상 보정 소자의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2 는 본 발명의 제 1 및 제 2 실시형태에 관한 위상 보정 소자의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 3 은 DVD 용 또는 CD 용의 광디스크에 있어서의 투과광의 파면 수차를 나타내는 그래프이고, (A) 는 본 발명의 위상 보정 소자에 의해 생성되는 파면 수차, (B) 는 DVD 용 또는 CD 용의 광디스크에 있어서의 투과광의 파면 수차이다.
도 4 는 본 발명의 제 3 실시형태에 관한 위상 보정 소자의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 5 는 제 3 실시형태에 관한 위상 보정 소자의 제 1 위상 보정층의 파면 수차 보정 작용을 나타내는 파면 수차의 부분 확대도이다.
도 6 은 본 발명의 제 4 실시형태에 관한 위상 보정 소자의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 7 은 본 발명의 제 5 실시형태에 관한 위상 보정 소자의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 8 은 본 발명의 제 5 실시형태에 관한 위상 보정 소자의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 9 는 제 5 실시형태에 관한 위상 보정 소자의 제 2 위상 보정층의 파면 수차 보정 작용을 나타내는 파면 수차의 부분 확대도이다.
도 10 은 본 발명의 제 6 실시형태에 관한 위상 보정 소자의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 11 은 본 발명의 제 7 실시형태에 관한 위상 보정 소자의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 12 는 본 발명의 제 7 실시형태에 관한 위상 보정 소자의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 13 은 도 11 및 도 12 에 나타내는 제 7 위상 보정 소자의 개구 제한 기 판의 가공면의 위치 관계를 나타내는 확대 단면도이다.
도 14 는 본 발명의 제 7 실시형태의 변형예에 관한 위상 보정 소자의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 15 는 제 8 실시형태에 관한 위상 보정 소자를 탑재한 광헤드 장치를 나타내는 구성도이다.
도 16 은 제 8 실시형태에 관한 위상 보정 소자에 3 종의 파장의 광이 입사하였을 때의 광속과 파면을 나타내는 단면도이고, (a) 는 파장 λ1 의 광, (b) 는 파장 λ2 의 광, (c) 는 파장 λ3 의 광이다.
도 17 은 제 8 실시형태에 관한 위상 보정 소자에 3 종의 파장의 광이 입사하였을 때의 광속과 파면을 나타내는 단면도이고, (a) 는 파장 λ1 의 광, (b) 는 파장 λ2 의 광, (c) 는 파장 λ3 의 광이다.
도 18 은 제 8 실시형태에 관한 위상 보정 소자에 3 종의 파장의 광이 입사하였을 때의 광속과 파면을 나타내는 단면도이고, (a) 는 파장 λ1 의 광, (b) 는 파장 λ2 의 광, (c) 는 파장 λ3 의 광이다.
도 19 는 도 12 에 나타내는 개구 제한 기판의 각 영역의 분광 투과율로서, (a) 는 제 1 원환 영역 (A1), (b) 는 제 2 원환 영역 (A2), (c) 는 원형 영역 (A3 ) 에서의 분광 투과율을 나타내는 그래프이다.
도 20 은 종래의 개구 제한 소자의 구성을 나타내는 단면도이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다.
[제 1 실시형태]
본 발명의 제 1 실시형태에 관한 제 1 위상 보정 소자의 구성예에 관해서, 도 1 에 단면도를, 도 2 에 평면도를 나타낸다.
본 실시형태에 관한 제 1 위상 보정 소자 (100) 는 개구수 NA2 의 영역에 형성된 제 1 위상 보정층 (10A) 과 제 1 위상판 (30A) 을 구비하여 구성된다.
제 1 위상 보정층 (10A) 은 HD 용의 광디스크에 대응하는 위상 보정 소자의 개구수 NA1 의 유효 직경 내에서, DVD 용의 광디스크에 대응하는 개구수 NA2 의 영역에 형성되어 있고, 그 단면 형상이 톱니 형상 (소위 블레이즈드 회절 격자형) 또는 톱니 형상의 각 볼록부가 계단 형상 격자에 의해서 근사되어 있고, 또한 입사광의 광학축에 관해서 회전 대칭성을 갖는 톱니 형상의 요철부로 이루어지도록 가공된 굴절률 nA 의 투광성 재료 (1A; 제 1 투광성 재료) 와, 그 요철부의 적어도 오목부에 굴절률 nB 의 투광성 재료 (1B; 제 2 투광성 재료) 가 충전된 구성으로 이루어진다.
도 1 에서는 제 1 위상 보정층 (10A) 이, 투광성 기판 (5 및 6) 에 협지된 구성예를 나타내지만, 투광성 기판 (5) 표면에 형성되어 그 오목부에는 충전물이 없는 구성이어도 된다. 이 제 1 위상 보정층 (10A) 은 위상 보정 소자 평면 내 의 개구수 NA1 의 영역에 입사하는 파장 λ1 의 광의 투과파면은 불변이지만, 파장 λ2, 또는 파장 λ2 및 파장 λ3 의 광의 투과파면을 변화시키는, 파장 선택성의 위상 보정층으로 함으로써, 블레이즈드 회절 격자의 공간적 형상 분포에 따라 투과파면 변화를 생성할 수 있다.
위상 보정층의 파장 선택성 기능은 투광성 재료 (1A) 와 투광성 재료 (1B) 의 굴절률 파장 의존성의 상이, 굴절률 편광 의존성의 상이, 또는 계단 격자의 가공 단차의 위상차 파장 의존성 등을 이용함으로써 발현된다.
또한, 제 1 위상 보정 소자 (100) 에는 파장 λ1 에 대하여 복굴절 위상차가 π/2 의 홀수배가 되는 제 1 위상판 (30A) 이 투광성 기판 (5) 과 투광성 기판 (6) 사이에 끼어 일체화되어 있다. 제 1 위상판 (30A) 으로서는 복굴절성을 갖는 재료라면 어느 것이나 된다. 예를 들어, 고분자 액정, 수정 등의 광학 결정이나, 1 축 연신에 의해 복굴절성이 발현되는 폴리카보네이트 등이어도 된다. 고분자 액정은 복굴절이 비교적 큰 값으로, 50μm 이하의 박막을 평탄성이 우수한 유리 등의 투광성 기판에 협지하여 균일하고 또한 대면적으로 제작할 수 있기 때문에 위상판으로서 바람직하다.
제 1 위상판 (30A) 의 광축과 45°의 각도를 이루는 편파면으로 파장 (λ1) 의 직선 편광이 입사하고, 제 1 위상판 (30A) 을 왕복함으로써, 편파면이 직교하는 직선 편광으로 변환된다.
제 1 위상판 (30A) 은 복굴절 재료의 단층이어도 되고, 2 층 이상 적층한 구 성이나, 투광성 기판을 2 장 이상 사용하여 그 사이에 고분자 액정막을 협지한 구성이어도 된다. 복굴절 파장 의존성을 복굴절 재료에 의해서 제어하거나, 또는 위상판을 적층함으로써 복굴절 위상차의 파장 의존성을 제어할 수 있다. 예를 들어, 3 파장 λ1, λ2, λ3 의 입사광에 대하여 1/4 파장판으로서 작용하는 위상판이나, 파장 λ1 의 입사광에 대하여 1/4 파장판으로서 작용하는 동시에 파장 λ2 및 파장 λ3 의 입사광에 대하여 1/2 파장판으로서 작용하는 위상판으로 할 수도 있다.
따라서, 본 실시형태의 위상 보정 소자를 사용함으로써, HD 용의 대물 렌즈를 DVD 또는 CD 에 사용하였을 때 발생하는 파면 수차를 보정할 수 있다. 또한, 파장 λ1 의 직선 편광의 입사광을 투과하고 그것과 직교하는 편파면의 직선 편광의 입사광을 반사 또는 회절하는 편광 빔스플리터 (PBS) 가 탑재된 광헤드 장치에 있어서의 위상 보정 소자로서 사용함으로써, 광이용 효율이 높은 광학계가 되는 동시에, 반도체 레이저 광원의 발진이 안정되기 때문에, 신뢰성이 높은 기록 및/또는 재생용의 광헤드 장치가 된다.
[제 2 실시형태]
다음에, 도 1 에 있어서, 굴절률 파장 분산이 다른 투광성 재료, 요컨대 제 1 투광성 재료 (1A) 와 제 2 투광성 재료 (1B) 로 이루어지고, 그 굴절률차 Δn 이 파장 λ1 에서 거의 제로인 동시에 파장 λ2 및 파장 λ3 에서는 유한의 값이 되는 굴절률 파장 분산성을 갖는 제 1 위상 보정층 (10B) 와, 제 1 위상판 (30B) 을 구 비한 제 2 위상 보정 소자 (200) 에 관해서 이하에 설명한다. 또, 이 제 1 위상판 (30B) 은 제 1 위상 보정 소자 (100) 에서의 제 1 위상판 (30A) 과 같은 구성이다.
투광성 재료 (1A) 와 투광성 재료 (1B) 는 가시 파장역의 굴절률 파장 분산의 차가 큰 2 종의 재료로서, 파장 λ1 에서 굴절률치가 동등하고, 파장 λ1, λ2 및 λ3 에서 투명하면, 그 이외의 파장에서 광흡수가 있어도 된다. 투광성 재료 (1A) 와 투광성 재료 (1B) 는 유리 등의 무기 재료일 수도 있고, 플라스틱 렌즈나 광학 수지로서 사용되는 유기 재료일 수도 있다. 굴절률 파장 분산을 조정하기 위해서 무기 재료 또는 유기 재료 중에 미립자를 분산시킨 복합 재료일 수도 있다.
도 3 은 DVD 용 또는 CD 용의 광디스크에 있어서의 투과광의 파면 수차를 나타내는 그래프이다. 도 3 에서, (A) 는 본 실시형태의 제 2 위상 보정 소자 (200) 를 사용하였을 때에 본 소자가 발생하는 파면 수차를 나타내고, (B) 는 제 2 위상 보정 소자 (200) 를 사용할 때에 발생하고 있는 파면 수차를 나타낸다.
도 3 의 (B) 는 λ1 ＝ 410nm 파장대에서 커버 두께 0.1mm 의 HD 용의 광디스크에 대하여 양호한 수차가 되도록 설계된 개구수 NA1 의 HD 용 대물 렌즈를, λ2 ＝ 650nm 파장대에서 커버 두께 0.6mm 의 DVD 용의 광디스크에 개구수 NA2 로 사용하였을 때에, 발생되는 파면 수차의 일례를 나타낸 그래프이다. 여기서는 구면 수차에 파워 (배율) 성분이 부가된 파면 수차를 나타내고, 가로축은 개구 직경에 대응한 개구수 NA 이고, 세로축은 광학축 상의 광선 (NA ＝ 0) 에 대한 각 NA 값에서의 광선의 광학적 거리차를 사용 파장 단위로 나타내는 파장 위상차의 단면을 나타낸다. 이 파면 수차는 실제로는 거의 축대칭의 3 차원 형상으로, 대략 포물면 형상의 분포를 이룬다.
도 3 에서, 수평 방향의 복수개의 점선은 파장 λ2 의 정수배의 등위상 파면을 나타내고, 횡선의 각 간격은 파장 λ2 로 되어 있다. 도 3 의 (B) 에 나타내는 파면 수차에서 파장 λ2 의 정수배를 뺀 파장 위상차로, λ2 이하의 파면 수차가 보정해야 할 파면 수차이다. 도 3 의 (A) 는 상기 λ2 이하의 파면 수차를 보정하도록 본 발명의 제 2 위상 보정 소자 (200) 에 있어서의 제 1 위상 보정층 (10B) 을 사용하여 발생하는 파면 수차를 나타낸 것으로, 중심에서 외주로 향해서 톱니의 저면의 폭이 좁아지는 동심원 형상으로 되어 있다.
또한, 제 1 위상 보정층 (10B) 에서의 톱니 형상의 요철부의 단면 형상으로 가공된 투광성 재료 (1A) 는 도 1 및 도 2 에 나타내는 톱니 단면으로 이루어지는 프레넬 렌즈 형상으로 하지만, 이 형상은 다음과 같이 하여 결정된다.
즉, 도 3 의 (B) 에 나타내는 단면 형상이 대략 포물선 형상이고 3 차원적으로는 대략 포물면 형상인 파면 수차를, 개구수 NA2 의 원형 영역에 있어서 파장 λ2 의 간격마다 동그랗게 잘라 얻어진 복수의 윤대(輪帶)로부터, 투광성 재료 (1A) 의 각 볼록부의 윤대 반경이 결정된다.
이들 윤대를 파면 수차가 제로인 평면 (도 3 에서 지면에 수직인 면) 상에, NA ＝ 0 의 축의 주위에 동심원 형상으로 나열하면, 이들 윤대의 높이는 모두 λ2 가 된다. 즉, 파장 λ2 로 투광성 재료 (1A) 와 투광성 재료 (1B) 의 요철부의 광로 길이차가 λ2 가 되도록 투광성 재료 (1A) 를 가공한다.
파장 λ2 에 있어서 nA > nB 인 경우, 투광성 재료 (1A) 의 단면 형상은 도 1 의 1A 에 상당하는 톱니 형상이 되도록 가공한다.
또한, 파장 λ2 에 있어서 nA < nB 인 경우, 지면과 수직인 면에 대하여 면대칭 형상인 도 3 의 (A) 에 상당하는 단면 형상으로 투광성 재료 (1A) 를 가공하면 된다.
파면 수차 λ2 에 상당하는 윤대를 이루는 투광성 재료 (1A) 로 이루어지는 톱니 형상의 각 볼록부의 높이 d 는 파장 λ2 에 있어서의 투광성 재료 (1A) 와 투광성 재료 (1B) 의 굴절률차 Δn 을 이용하여 d ＝ λ2 / Δn 으로 기술된다. 톱니 형상의 각 볼록부를 계단 형상에 의해서 근사한 경우,
λ2 / 2 ≤Δn ×d ≤λ2
를 만족하는 높이 (d) 의 범위로 하면 된다.
또한, 파장 λ2 와 파장 λ3 에 대하여 수차 보정하기 위해서는
λ2 / 2 ≤Δn ×d ≤λ3
을 만족하는 높이 (d) 의 범위로 하면 된다.
또한,
λ2 ≤Δn ×d ≤λ3
을 만족하는 높이 (d) 가 더욱 바람직하다.
여기서, 제 2 위상 보정 소자 (200) 에 파장 λ1 의 광이 입사될 때, 파장 λ1 에 있어서의 투광성 재료 (1A) 와 투광성 재료 (1B) 의 굴절률차 Δn 이 제로이기 때문에, 투과파면은 변화되지 않는다. 한편, 파장 λ2 의 입사광에 대하여 굴절률차 Δn 은 유한이기 때문에, 톱니 형상의 각 볼록부의 높이 (d) 에 따라 파장 단위의 위상차 Δn ×d / λ2 가 발생하여, 도 3 의 (B) 에 나타내는 파면 수차를 보정하는 도 3 의 (A) 에 나타내는 투과파면 변화가 발생된다. 또한, 파장 λ3 의 입사광에 대하여도 굴절률차 Δn 은 유한이기 때문에, 톱니 형상의 각 볼록부의 높이 (d) 에 따라 파장 단위의 위상차 Δn ×d / λ3 가 발생하여, 도 3 의 (A) 에 유사한 투과파면 변화가 발생된다. 즉, 오목 렌즈에 상당하는 파워를 갖는 투과파면이 된다.
파장 λ2 및 파장 λ3 에 대하여, 위상 보정 소자가 오목 렌즈의 작용을 가짐으로써, 광디스크와 대물 렌즈의 간격을 확대할 수 있기 때문에, 기록 및/또는 재생에 있어서 광헤드 장치의 안정성이 향상된다.
또, 동일한 HD 용 대물 렌즈를 λ3 ＝ 780nm 파장대에서 커버 두께 1.2mm 의 CD 용의 광디스크에 개구수 NA3 으로 사용하였을 때에 발생되는 파면 수차는 제 2 위상 보정 소자 (200) 를 사용한 것만으로는 완전하게는 보정되지 않지만, 위상 보정 소자 (200) 및 대물 렌즈에 대하여 파장 λ3 의 입사광을 파장 λ2 에 비교하여 약간 발산광으로 함으로써, 양호하게 파면 수차를 보정할 수 있다.
또한, 파장 λ2 및 파장 λ3 의 입사광을 둘다 약간 발산광으로 하였을 때 발생되는 파장 λ2 및 파장 λ3 의 파면 수차를 보정하도록 제 1 위상 보정층 (10B) 을 가공할 수도 있다. 파장 λ2 와 파장 λ3 의 광을 출사하는 반도체 레이저가 1 개의 패키지 내에 집적화된 2 파장 레이저를 광원으로 하고, 공통의 콜리메이터 렌즈를 사용하여 2 파장의 광을 대물 렌즈에 같은 정도의 발산광으로서 입사시키는 광헤드 장치에 있어서, 이러한 성능을 구비한 위상 보정 소자 (200) 를 사용하는 것이 유효하다.
따라서, 제 2 위상 보정 소자 (200) 를 사용함으로써, 파장 λ2 및 파장 λ3 의 입사광의 편광 상태에 관계없이 파장 λ1 과의 파장의 상이만으로 수차를 보정할 수 있기 때문에, 파장 λ2 및 파장 λ3 에 대한 제 1 위상판 (30B) 의 제약이 적다.
[제 3 실시형태]
다음에, 도 4 에 본 발명의 다른 실시형태에 관한 제 3 위상 보정 소자 (300) 의 구성을 단면도에 나타낸다. 또, 평면도는 도 2 와 동일한 것이다.
본 실시형태에 관한 위상 보정 소자 (300) 는 유리 등의 투광성 기판 (5) 표면에서 개구수 NA2 의 영역에 형성된 제 1 위상 보정층 (10C) 과, 유리 등의 투광성 기판 (6) 의 편면에 형성된 제 1 위상판 (30C) 을 구비하여 구성된다. 이 제 1 위상판 (30C) 은 제 1 위상 보정 소자 (100) 에서의 제 1 위상판 (30A) 과 같은 구성이다.
여기서, 전술한 제 2 실시형태의 제 1 위상 보정층 (10B) 과 동일하게, 제 1 위상 보정층 (10C) 은 파장 λ2 의 입사광에 대하여 도 3 의 (A) 에 상당하는 파면 수차를 발생하여, 제 3 위상 보정 소자 (300) 를 사용하지 않을 때에 발생하는 도 3 의 (B) 에 나타내는 파면 수차를 보정한다. 이 제 1 위상 보정층 (10C) 은 유리 등의 투광성 기판 (5) 표면에서 개구수 NA2 의 영역에, 단면 형상이 톱니 형상 (소위 블레이즈드 회절 격자형) 으로 형성한 것으로, 톱니 형상의 각 볼록부 (요철부) 가 계단 형상 격자에 의해서 근사된 균질 재료로 이루어지는 다단의 계단 형상의 블레이즈드 회절 격자로 구성되어 있다. 또, 이 요철부는 광학축에 관해서 회전 대칭성을 갖는 형상으로 형성되어 있다.
여기서, 계단 형상 격자의 각 단에 있어서의 굴절률 n 의 균질 재료의 투과광과 공기의 투과광의 위상차가, 파장 λ1 에 대하여 약 4π의 자연수배로 하고 있다. λ1 ＝ 410nm 파장대 및 λ3 ＝ 780nm 파장대의 경우, 균질 재료의 굴절률 파장 분산을 고려하면, 상기 위상차는 파장 λ1 에 대하여 약 4π의 자연수배로 하면 파장 λ3 에 대하여는 약 2π의 자연수배가 된다. 따라서, 톱니 형상의 각 볼록부를 이러한 계단 형상 격자에 의해서 근사함으로써, 파장 λ1 및 파장 λ3 에 대하여는 입사광의 편광 상태에 관계없이 투과파면은 변화되지 않고 투과하지만, 파장 λ2 의 입사광에 대하여는 투과파면이 변화되는 파장 선택성의 제 1 위상 보정층 (10C) 이 된다.
또한, 제 1 위상 보정층 (10C) 에서의 톱니 형상의 요철부의 형상은 도 2 및 도 4 에 나타내는 계단 형상 격자로 이루어지는 프레넬 렌즈 형상으로 하지만, 이 형상은 전술한 제 1 위상 보정층 (10B) 과 동일하게 하여 결정된다.
도 4 에 있어서, (N ＋ 1) 레벨 (즉 N 단) 의 계단 형상 격자의 높이 (dN) 를 N 등분한 1 단의 높이 dN1 의 광로차 (n － 1) ×dN1 이 CD 용의 광디스크의 λ 3 ＝ 780nm 파장대의 자연수배가 되도록 하고 있다. 예를 들어 (n － 1) ×dN1 ＝ λ3 일 때, 이와 같이 계단 형상으로 가공된 제 1 위상 보정층 (10C) 에, 파장 λ2 의 광이 입사된 경우를 생각한다. 이 경우, 투과광 파면의 위상은
2π×(n － 1) ×dN1 / λ2 ＝ 2π×(λ3 / λ2) ＝ 2π×1.22
가 되어, 계단 형상 격자의 1 단에 대하여 실효적으로 0.22 파장분만 투과파면이 늦어지게 된다. 따라서, 톱니 형상의 단면 형상을 N ＝ 3 ∼ 5 의 계단 형상 격자에 근사시킴으로써, DVD 용의 광디스크의 투과파면만을 보정하는 제 1 위상 보정층 (10C) 이 된다.
도 5 는 제 1 위상 보정층 (10C) 의 파면 수차 보정 작용을 나타내는 파면 수차의 부분 확대도이다. 도 5 에서, 계단 형상 격자의 1 단의 높이 dN1 에 대응한 보정 광로차 a, 즉
a ＝ {(n － 1) ×dN1} － λ2
를 단위로, 1 파장 λ2 분의 파면 수차를 a 로 분할함으로써 근사적으로 파면 수차를 보정하고 있다. 또, 도 5 에서는 5 레벨 (4 단) 의 계단 형상 격자에 의한 수차 보정예를 나타내고 있다. 제 1 위상 보정층 (10C) 은 투광성 기판 (5) 표면을 직접 계단 형상 격자로 미세 가공해도 되고, 원하는 막두께로 막형성한 층을 가공해도 된다.
따라서, 제 3 위상 보정 소자 (300) 에서는 제 1 위상 보정층 (10C) 에 사용하는 재료에 대한 제약이 적어짐과 동시에, 공기와의 굴절률차가 크기 때문에 가공량이 비교적 적어 가공하기 쉽다는 장점이 있다.
[제 4 실시형태]
다음에, 도 6 에 본 발명의 제 4 실시형태에 관한 제 4 위상 보정 소자 (400) 의 구성예를 단면도에 나타낸다. 또, 평면도는 도 2 와 동일한 것이다.
이 실시형태의 위상 보정 소자 (400) 에서는 제 1 위상판으로서 리타데이션값이 다른 복굴절 재료로 이루어지는 2 종의 위상판 (3A) 과 위상판 (3B) 을 그들 의 광축이 소정 각도를 이루도록 적층한 제 1 위상판 (30D) 을 사용하고 있다. 또, 도 6 에서는 제 1 위상 보정층 (10D) 으로서, 제 2 실시형태를 나타내는 도 1 의 제 2 위상 보정 소자 (200) 에 있어서의 제 1 위상 보정층 (10B) 과 동일한 위상 보정층을 사용한 경우를 나타내지만, 제 3 실시형태의 제 3 위상 보정 소자 (300) 에서 사용된 제 1 위상 보정층 (10C) 으로 해도 된다.
제 1 위상판 (30D) 을 구성하는 위상판 (3A) 과 위상판 (3B) 은 예를 들어, 고분자 액정, 수정 등의 광학 결정이나, 1 축 연신에 의해 복굴절성이 발현되는 폴리카보네이트 등의 복굴절성을 갖는 재료로 형성되어 있다. 이 위상판 (3A) 과 위상판 (3B) 은 광축 및 리타데이션값이 다른 고분자 액정막을 투광성 기판 (6) 상에 적층하거나, 또는 투광성 기판 (6) 상에 형성된 고분자 액정막으로 이루어지는 위상판 (3B) 에 접착제를 사용하여 폴리카보네이트로 이루어지는 위상판 (3A) 을 접착해도 된다. 또, 투광성 기판 (6) 대신에 수정으로 이루어지는 위상판 (3B) 을 사용하고, 그 위에 고분자 액정막으로 이루어지는 위상판 (3A) 을 형성해도 된다.
위상 보정층 (10D) 측으로부터 위상판 (3A), 위상판 (3B) 을 차례로 배치하고, 파장 λ의 직선 편광 입사광의 편파면에 대한 위상판 (3A, 3B) 의 진상축의 각도를 θA 및 θB 로 하고, 각각의 리타데이션값을 RA, RB 로 하면, 적층 위상판의 투과광의 편광 상태를 나타내는 스토크스 행렬 성분인 S3 은 다음 (1) 식으로 기술된다.
S3 ＝ sin(δA) ×[sin(2θA) － {1－cos(δB)} ×sin(2θB ) ×cos{2(θB-θA)}] ＋ cos(δA) ×sin(δB) ×sin(2θB) ㆍㆍㆍ(1)
단, δA 및 δB 는 파장 λ에 있어서의 위상판 (3A) 와 위상판 (3B) 의 복굴절 위상차를 나타내고,
δA ＝ 2πRA / λ,
δB ＝ 2πRB/λ
로 표현된다.
또한, 투과광의 직선 편광성을 나타내는 타원율 κ(타원 편광의 장축 진폭에 대한 단축 진폭의 비) 는 S3 을 사용하여 다음 식,
κ＝ tan {0.5 ×sin－1(S3)}
으로 기술된다.
따라서, 제 1 위상판 (30D) 이, 예를 들어 3 파장 λ1, λ2, λ3 의 입사광에 대하여 1/4 파장판으로서 작용하도록, 복굴절 위상차가 약 π/2 의 홀수배가 되는 위상판으로 하기 위해서는 3 파장에 대하여 κ가 1 즉 S3 이 1 에 가까운 값이 되도록 θA, θB, RA, RB 를 정하면 된다.
예를 들어, 파장 λ1 과 파장 λ2 의 중간 파장 λc ＝ (λ1 ＋ λ2 ) / 2 에 대하여, 복굴절 위상차 δA ≒ π즉 1/2 파장판 상당의 위상판 (3A) 과, 복굴절 위상차 δB ≒ π/ 2 즉 1/4 파장판 상당의 위상판 (3B) 을, 각각의 진상축이 이루는 각도 ｜θB － θA｜가 57 ±5°가 되도록 적층한다.
진상축의 각도로서는 θA ＝ 17 ±5°및 θB ＝ 74 ±5°, 또는 θA ＝ 74 ±5°및 θB ＝ 17 ±5°로 한다.
제 1 위상판 (30D) 을 이러한 적층 위상판으로 함으로써, λ1 ＝ 410nm 파장대, λ2 ＝ 650nm 파장대 및 λ3 ＝ 780nm 파장대의 직선 편광에 대하여, 약 π/2 의 복굴절 위상차를 발생시켜 원편광으로 변환하는 3 파장용의 1/4 파장판이 된다.
또, 상기 제 1 위상판 (30D) 을 구성하는 위상판 (3A) 과 위상판 (3B) 의 적층 구성은 일례로서, 반드시 상기 θA, θB, RA, RB 의 수치 범위에 한정되는 것은 아니다. 사용하는 복굴절 재료에 따라서 복굴절량의 파장 의존성이 달라지기 때문에, 파장마다의 편광 변환의 목적에 따라 (1) 식으로 기술되는 원하는 S3 이 되도록, θA, θB, RA, RB 를 조정하면 된다.
이러한 제 1 위상판 (30D) 이 일체화된 본 발명의 제 4 위상 보정 소자 (400) 를 사용함으로써, 파장 λ1 뿐만 아니라 파장 λ2 및 파장 λ3 의 입사광에 대하여도 1/4 파장판으로서 기능한다.
이 때문에, 사용 파장이 다른 3 종의 광기록 매체의 정보 기록 및/또는 재생 에 사용하는 광헤드 장치에 이 제 4 위상 보정 소자 (400) 를 탑재한 경우, 편광 빔스플리터와 병용하여 광이용 효율이 높은 광기록 매체의 기록 및/또는 재생을 할 수 있다. 또한, 편광 빔스플리터를 사용하지 않는 경우라도, 광기록 매체로부터의 반사 복귀광은 제 1 위상판 (30D) 을 왕복함으로써 반도체 레이저 광원의 출사광의 편파면과 직교하는 직선 편광이 되어 레이저 발광점에 입사되기 때문에, 반도체 레이저의 발진에 영향을 주지 않고 안정된 출사광 강도가 얻어져, 신뢰성이 높은 안정된 기록 및/또는 재생이 실현된다.
[제 5 실시형태]
다음에, 본 발명의 제 5 실시형태에 관한 제 5 위상 보정 소자 (500) 의 구성예에 관해서, 도 7 에 단면도를, 도 8 에 평면도를 나타낸다. 또, 도 8(a) 는 제 1 위상 보정층 (10E) 이 형성된 측에서, 도 8(b) 는 그 반대측에서 본 외관을 나타낸다.
본 실시형태에 관한 위상 보정 소자 (500) 는 제 3 위상 보정 소자 (300) 와 동일하게 투광성 기판 (5) 표면에서 개구수 NA2 의 영역에 제 1 위상 보정층 (10E) 이 형성되고, 또한 투광성 기판 (5) 의 타방의 면에서 개구수 NA3 의 영역에 제 2 위상 보정층 (20E) 이 형성되고, 제 1 위상판 (30E) 이 일체화되어 있다. 또, 제 1 위상 보정층 (10E) 은 제 3 실시형태의 제 1 위상 보정층 (10C) 과 동일한 구성이다.
먼저, 제 2 위상 보정층 (20E) 에 관해서 이하에 상세히 설명한다.
개구수 NA1 의 HD 용 대물 렌즈를, λ3 ＝ 780nm 파장대에서 커버 두께 1.2mm 의 CD 용의 광디스크에 개구수 NA3 으로 사용하였을 때 발생되는 구면 수차에 파워 성분이 부가된 파면 수차는 도 3 의 (B) 에 상당한다. 이 파면 수차를 제 2 위상 보정층 (20E) 을 사용하여 보정하는 방법은 제 1 위상 보정층 (10A) 및 보정층 (10C) 에 관해서 전술한 수순과 동일하다.
제 2 위상 보정층 (20E) 은 유리 등의 투광성 기판 (5) 의 개구수 NA3 의 영역에, 상광 굴절률 no 및 이상광 굴절률 ne (ne > no) 의 복굴절 재료층인 고분자 액정층을 형성하여 이루어진다. 여기서는 액정 모노머의 용액을 투광성 기판 상의 배향 처리가 실시된 배향막 상에 도포하고, 액정 분자의 배향 벡터 (분자 배향축) 를 기판과 평행면 내의 특정 방향으로 정렬되도록 배향시킨 후, 자외선 등의 광을 조사하여 중합 경화시켜 고분자 액정층으로 한다.
상기 고분자 액정층을, 단면 형상이 톱니 형상 (소위 블레이즈드 회절 격자형) 이고, 톱니 형상의 각 볼록부가 계단 형상 격자에 의해서 근사된 다단의 계단 형상의 블레이즈드 회절 격자 (2A) 이고, 또한 광학축에 관해서 회전 대칭성을 갖는 형상의 요철부가 되도록 가공한다. 즉, 중심에서 외주로 향해서 톱니의 저면의 폭이 좁아지도록 동심원 형상으로 요철부를 형성한다. 그리고, 형성된 고분자 액정층의 요철부의 적어도 오목부에, 상광 굴절률 no 과 거의 동등한 굴절률 ns 의 균질 굴절률 투명 재료 (2B) 를 충전하여 제 2 위상 보정층 (20E) 으로 한다. 즉, 고분자 액정의 요철부로 이루어지는 계단 형상의 블레이즈드 회절 격자 (2A) 를 형성한 투광성 기판 (5) 과 제 1 위상판 (30E) 사이에, 균질 굴절률 투명 재료 (2B) 의 충전재를 충전한다.
이 제 2 위상 보정층 (20E) 은 파장 λ1 및 파장 λ2 를 상광 편광의 입사광으로 하고, 파장 λ3 을 이상광 편광의 입사광으로서 사용한다. 이와 같이 함으로써, 파장 λ1 및 파장 λ2 에 대하여는 투과파면이 불변이고, 파장 λ3 에 대하여만 발생된 파면 수차를 보정하는 투과파면 변화가 생기는 제 2 위상 보정층 (20E) 이 얻어진다.
여기서, 계단 형상의 블레이즈드 회절 격자 (2A) 의 각 단에 있어서의 이상광 굴절률 ne 의 고분자 액정층의 투과광과, 굴절률 ns 의 균질 굴절률 투명 재료 (2B) 의 투과광의 위상차를, 파장 λ1 에 대하여 약 2π의 홀수배로 하고 있다. 톱니 형상의 각 볼록부를 이러한 계단 형상 격자에 의해서 근사함으로써, 파장 λ1 의 이상광 편광에 대하여도 투과파면은 변화되지 않고 투과하지만, 파장 λ3 의 이상광 편광에 대하여는 투과파면이 변화되는 파장 선택성의 기능을 갖는 제 2 위상 보정층 (20E) 이 된다.
또한, 제 2 위상 보정층 (20E) 에서의 톱니 형상의 요철부의 단면 형상은 ne > no 의 경우에는 도 7 및 도 8 (b) 에 나타내는 계단 형상 격자로 이루어지는 프레 넬 렌즈 형상으로 하지만, ne < no 의 경우에는 계단 형상 격자의 요철을 반대로 한다.
이 형상은 다음과 같이 하여 결정된다. 즉, 도 3 의 (B) 에 나타내는 단면 형상이 대략 포물선 형상이고 3 차원적으로는 대략 포물면 형상인 파면 수차를, 개구수 NA3 의 원형 영역에서 파장 λ3 의 간격마다 동그랗게 잘라 얻어지는 복수의 윤대로부터, 블레이즈드 회절 격자 (2A) 의 각 볼록부의 윤대 반경이 결정된다. 이들 윤대를 파면 수차가 제로의 평면 (도 3 에 있어서 지면에 수직인 면) 상에, NA ＝ 0 의 축 주위에 동심원 형상으로 나열하면, 이들 윤대의 높이는 모두 λ3 이고, 단면 형상은 톱니 형상이 된다.
다음에, 도 7 에서, (M ＋ 1) 레벨 (즉 M 단) 의 계단 형상 격자의 높이 dM 를 M 등분한 1 단의 높이 dM1 의 광로차 (ne － ns) × dM1 이 HD 용의 광디스크의 λ1 ＝ 410nm 파장대의 홀수배가 되도록 하고 있다.
예를 들어 (ne － ns) × dM1 ＝ λ1 일 때, 이러한 계단 형상으로 가공된 제 2 위상 보정층 (20E) 에 파장 λ3 의 광이 입사된 경우를 생각한다. 이 경우, 투과광 파면의 위상은
2π×(ne － ns) ×dM1 / λ3 ＝ 2π×(λ1 / λ 3) ＝ 2π×0.52
가 되고, 계단 형상 격자의 1 단에 대하여 실효적으로 0.52 파장분만큼 투과파면이 늦어지게 된다.
실제로는 고분자 액정층 및 균질 굴절률 투명 재료의 굴절률 파장 분산을 고려하면, 투과파면의 지연량은 이보다 작은 값이 되기 때문에, 톱니 형상의 단면 형상을 M ＝ 1 또는 M ＝ 2 의 계단 형상 격자에 근사함으로써, CD 용의 광디스크의 이상광 편광의 투과파면을 보정하는 제 2 위상 보정층 (20E) 이 된다. 또, 파장 λ2 의 입사광을 상광 편광으로 함으로써, 고분자 액정의 상광 굴절률 no 과 균질 굴절률 투명 재료의 굴절률 ns 가 거의 일치하기 때문에, 제 2 위상 보정층 (20E) 에 의해서 투과파면 변화를 받지 않고 투과한다.
도 9 는 파장 λ3 에 대한 제 2 위상 보정층 (20E) 의 파면 수차 보정 작용을 나타내는 파면 수차의 부분 확대도이다. 도 9 에서, 계단 형상 격자의 1 단의 높이 dM1 에 대응한 보정 광로차 b, 즉
b ＝ (ne － ns) × dM1
을 단위로, 1 파장 λ3 분의 파면 수차를 b 로 분할함으로써, 근사적으로 파면 수차를 보정하고 있다. 또, 도 9 에서는 3 레벨 (2 단) 의 계단 형상 격자에 의한 수차 보정예를 나타내고 있다.
상기 설명은 복굴절 재료층인 고분자 액정층의 상광 굴절률 no 가 균질 굴절률 투명 재료의 굴절률 ns 와 동등한 경우이지만, 이상광 굴절률 ne 와 ns 가 동등한 경우에는 이상광 편광과 상광 편광을 교체하여 생각하고, 고분자 액정층의 계단 형상 격자도 발생된 파면 수차를 보정하도록 가공하면 동일한 기능이 얻어진다.
또, 상기에서는 복굴절 재료층으로서, 고분자 액정을 사용한 예를 나타냈지만, 복굴절성을 갖는 재료라면 어느 것이나 된다. 예를 들어, 수정, 니오브산리튬 등의 광학 결정이나, 1 축 연신에 의해 복굴절성이 발현되는 폴리카보네이트 등의 유기물 재료 등이어도 된다. 그리고, 이 복굴절 재료는 굴절률 타원체의 광축이 일방향으로 정렬되어 있다. 고분자 액정 등에서는 분자 배향축이 이것에 대응하고 있다.
또한, 이 제 5 위상 보정 소자 (500) 에는 파장 λ1 및 파장 λ3 의 투과광에 파면 수차 변화를 부여하지 않고, 파장 λ2 의 투과광에만 파면 수차 보정하는 파면 수차 변화를 부여하는 제 1 위상 보정층 (10E) 도 형성되어 있다.
따라서, HD 용의 대물 렌즈를 파장 λ2 및 개구수 NA2 로 DVD 용의 광디스크에 사용하였을 때에 발생되는 파면 수차를 제 1 위상 보정층 (10E) 에서, 또한 파장 λ3 및 개구수 NA3 으로 CD 용의 광디스크에 사용하였을 때에 발생되는 파면 수차를 제 2 위상 보정층 (20E) 에서, 각각 독립적으로 보정할 수 있다.
즉, 이 제 5 위상 보정 소자 (500) 에 사용되는 제 2 위상 보정층 (20E) 은 파장 λ1 에 대하여 그 편광 상태에 관계없이 투과파면을 변화시키지 않는다. 한편, 파장 λ2 및 파장 λ3 에 대하여는 상광 편광의 투과파면의 변화는 발생되지 않지만, 이상광 편광의 투과파면은 계단 형상의 블레이즈드 회절 격자 (2A) 의 형 상에 따라 변화된다.
따라서, 제 5 위상 보정 소자 (500) 를 대물 렌즈와 일체로 광헤드 장치에 탑재하여 사용한 경우, 광원으로부터 광디스크로 광전파하는 왕로의 파장 λ2 및 파장 λ3 의 입사광의 편광을 각각 상광 편광과 이상광 편광으로 하면, 제 2 위상 보정층 (20E) 에서, 파장 λ3 의 입사광만 원하는 파면 수차가 보정되도록 투과파면이 변화된다.
그러나, 광디스크에서 반사되어 위상 보정 소자 (500) 에 귀로로 입사되는 광은 제 1 위상판 (30E) 을 왕복하기 때문에, 통상 왕로의 편광 상태와 다르다. 파장 λ2 의 이상광 편광 성분이 발생되면, 제 2 위상 보정층 (20E) 의 투과파면이 변화되어 파면 수차를 발생시킨다. 또한, 파장 λ3 의 상광 편광 성분이 발생되면, 파면 수차를 보정하는 투과파면 변화가 제 2 위상 보정층 (20E) 에서 발생되지 않기 때문에, 원래의 파면 수차가 잔류한다. 그 결과, 귀로로 광검출기의 수광면에 신호광을 충분히 집광할 수 없는 문제가 생긴다.
예를 들어, 제 1 위상판으로서 파장 λ1 의 복굴절 위상차가 π/2 가 되는 종래의 1/4 파장판을 사용하는 경우, 파장 λ2 및 파장 λ3 에 대하여 이 위상판을 왕복 후에 π/2 정도의 복굴절 위상차가 잔류하여 파면 수차를 발생하는 편광 성분이 발생된다.
그래서, 이러한 문제를 해결하기 위해서, λ1 ＝ 410nm 파장대의 직선 편광 에 대하여는 약 π/2 의 홀수배의 복굴절 위상차를 발생시켜 원편광으로 변환하고, λ2 ＝ 650nm 파장대 및 λ3 ＝ 780nm 파장대의 직선 편광에 대하여는 약 π의 홀수배의 복굴절 위상차를 발생시켜 편파면을 회전시키는 본 실시형태의 제 1 위상판 (30E) 을 사용한다. 그 구성예에 관해서, 도 7 에 나타내는 단면도를 사용하여 설명한다.
이 제 1 위상판 (30E) 은 제 2 위상 보정층 (20E) 측에서 위상판 (3C), 위상판 (3D) 의 순서로 리타데이션값이 다른 복굴절 재료로 이루어지는 2 종의 위상판 (3C 와 3D) 을 배치한 2 층 구성인 경우, 파장 λ의 직선 편광 입사광의 편파면에 대한 위상판 (3C) 과 위상판 (3D) 의 광축의 각도를 θC 및 θD 로 하고, 각각의 리타데이션값을 RC, RD 로 하면, 전술한 (1) 식으로 기술되는 적층 파장판의 투과광의 스토크스 행렬 성분인 S3 으로부터 산출되는 타원율 (κ) 이 파장 λ1 에 대하여는 약 1 이고, 파장 λ2 및 파장 λ3 에 대하여는 0.1 이하가 되도록 θC, θD, RC, RD 를 결정하면 된다.
구체적으로는 파장 λ1 에 대하여, 복굴절 위상차 δC ≒ π/ 2 즉 1/4 파장판 상당의 위상판 (3C) 과, 복굴절 위상차 δD ≒ π즉 1/2 파장판 상당의 위상판 (3D) 을, 각각의 광축이 이루는 각도 ｜θD － θC｜가 45 ±5°가 되도록 적층한다. 위상판 (3C) 의 광축 각도로서는 θC ≒ 45 ±5°로 한다. 이러한 적층 위상판으로 함으로써, 원하는 3 파장용의 제 1 위상판 (30E) 이 얻어진다.
따라서, 제 5 위상 보정 소자 (500) 에 있어서 제 1 위상판 (30E) 을 왕복한 후에는 파장 λ1 의 상광 편광은 이상광 편광이 되고, 파장 λ2 의 상광 편광은 상광 편광 그대로, 파장 λ3 의 이상광 편광은 이상광 편광 그대로이다. 그 결과, 왕로 및 귀로에 있어서, 파장 λ1 의 투과파면은 불변이고, 파장 λ2 의 투과파면은 제 1 위상 보정층 (10E) 에서만 보정되고, 파장 λ3 의 투과파면은 제 2 위상 보정층 (20E) 에서만 보정된다.
[제 6 실시형태]
다음에, 본 발명의 제 6 실시형태에 관한 제 6 위상 보정 소자 (600) 의 구성예에 관해서 도 10 에 단면도를 나타낸다.
본 실시형태에 관한 위상 보정 소자 (600) 는 λ1 ＝ 410nm 파장대의 직선 편광에 대하여는 약 π/2 의 홀수배의 복굴절 위상차를 발생시켜 원편광으로 변환하고, λ2 ＝ 650nm 파장대 및 λ3 ＝ 780nm 파장대의 직선 편광에 대하여는 약 π의 홀수배의 복굴절 위상차를 발생시켜 편파면을 회전하는 제 1 위상판 (30F) 과, λ1 ＝ 410nm 파장대의 직선 편광에 대하여는 약 π의 짝수배의 복굴절 위상차를 발생시켜 편광상태를 바꾸지 않고, λ2 ＝ 650nm 파장대 및 λ3 ＝ 780nm 파장대의 직선 편광에 대하여는 약 π의 홀수배의 복굴절 위상차를 발생시켜 편파면을 약 90° 회전하는 제 2 위상판 (40F) 과, 제 1 편광성 위상 보정층 (10F1) 및 제 2 편광성 위상 보정층 (10F2) 으로 이루어지고, 제 1 위상판 (30F) 과, 제 1 편광성 위상 보정층 (10F1), 제 2 위상판 (40F), 제 2 편광성 위상 보정층 (10F2) 의 순서로 배치된 구성으로 되어 있다. 또, 부호 51 및 52 는 편광성 위상 보정층 (10F2) 및 보정층 (10F1) 이 형성된 투광성 기판이다.
유리 등의 투광성 기판 (52 및 51) 의 개구수 NA2 의 영역에는 상광 굴절률 no 및 이상광 굴절률 ne 로 광축이 일방향으로 정렬된 복굴절 재료인 고분자 액정층이 형성되어 있다. 이 고분자 액정층은 단면 형상이 톱니 형상, 또는 톱니 형상의 각 볼록부가 계단 형상 격자에 의해서 근사되어 있고, 또한 광학축에 관해서 회전 대칭성을 갖는 톱니 형상의 요철부로 이루어지도록 가공된 톱니 형상 격자 (1D 및 1F) 로 구성하고 있다. 고분자 액정층의 요철부의 적어도 오목부에는 상광 굴절률 no 와 거의 동등한 굴절률 ns 의 균질 굴절률 투명 재료 (1E 및 1G) 를 충전하고 있다.
그럼으로써, 톱니 형상 격자 (1D) 및 균질 굴절률 투명 재료 (1E) 로 제 1 편광성 위상 보정층 (10F1) 을 구성하는 동시에, 톱니 형상 격자 (1F) 및 균질 굴절률 투명 재료 (1G) 로 제 2 편광성 위상 보정층 (10F2) 을 구성한다.
도 10 에 나타내는 바와 같이, 동심원 격자 패턴의 중심축측에, 톱니 형상 격자 (1F) 에서는 톱니의 사면이 향하고, 톱니 형상 격자 (1D) 에서는 톱니의 수직면이 향하고 있다. 따라서, ne > no 인 경우에는 이상광 편광의 평면파가 입사하였을 때, 톱니 형상 격자 (1F) 의 투과파면은 발산 구면파가 되고, 톱니 형상 격자 (1D) 의 투과파면은 수속 구면파가 되어, 각각 오목 렌즈와 볼록 렌즈의 작용을 갖는다.
또한, 편광성 위상 보정층 (10F1 과 10F2) 에 있어서, 톱니 형상 격자 (1D 및 1F) 에 가공된 고분자 액정의 배향 방향은 정렬되어 있고, 상광 편광에 대하여 투과파면은 변화되지 않지만, 이상광 편광에 대하여는 톱니 형상의 요철 형상 분포에 따라 투과파면이 변화된다.
또, ne < no 의 경우에는 톱니 형상 격자 (1F 및 1D) 의 요철을 반대로 가공하면 된다. 또한, ne ＝ ns 의 경우에는 이상광 편광과 상광 편광을 교체하여 생각하고, 톱니 형상 격자 (1F 및 1D) 의 요철은 ne < no 에서는 도 10 에 나타내는 바와 같이 가공하고, ne > no 에서는 반대로 가공하면 동일한 기능이 얻어진다.
따라서, HD 용의 대물 렌즈를, 파장 λ2 및 개구수 NA2 로 DVD 용의 광디스크에 사용하였을 때, 또는 파장 λ3 및 개구수 NA3 으로 CD 용의 광디스크에 사용하였을 때에 발생하는 도 3 의 (B) 에 나타내는 파면 수차는 파장 λ2 및 파장 λ3 의 이상광 편광의 입사광에 대하여, 편광성 위상 보정층 (10F2) 의 투과광에 발생되는 파면 수차가 도 3 의 (A) 에 상당하도록 고분자 액정층 (1F) 을 가공함으로써 보정할 수 있다. 이것은 도 1 에 나타내는 제 2 위상 보정 소자 (200) 에 있어서 제 1 위상 보정층 (10B) 에서 보정하는 경우와 동일하다.
한편, 제 1 위상판 (30F) 은 제 5 위상 보정 소자 (500) 에 사용된 제 1 위상판 (30E) 과 동등한 구성 및 기능이고, 파장 λ1 의 직선 편광에 대하여는 1/4 파장판으로서 작용하여 원편광으로 변환되고, 파장 λ2 및 파장 λ3 의 직선 편광에 대하여는 1/2 파장판으로서 작용하여 편파면을 회전한다.
또한, 제 2 위상판 (40F) 은 파장 λ1 에 대하여는 입사광의 편광 상태를 유지한 채로 출사되고, 파장 λ2 및 파장 λ3 의 직선 편광에 대하여는 편파면을 약 90°회전하는 1/2 파장판으로서 작용한다.
제 2 위상판 (40F) 의 구체적인 구성은 파장 λ1 에 대하여 복굴절 위상차가 모두 약 1 파장 상당의 약 2π의 위상판 (3E) 과 위상판 (3F) 이, 각각의 광축이 약 45°의 각도를 이루도록 적층되어 있다. 즉, 위상판 (3E, 3F) 의 파장 λ1 에 대한 복굴절 위상차를 δE 및 δF 로 하고, 입사광의 편파면에 대한 진상축의 각도를 θE 및 θF 로 하면,
δE ＝ δF ≒ 2π
및
｜θF － θE｜ ＝ 45 ±5°
로 하고 있다.
광원으로부터의 출사광이 광디스크에 집광되는 왕로에서, λ1 ＝ 410nm 파장대의 직선 편광은 제 2 편광성 위상 보정층 (10F2) 에 상광 편광으로서 입사되어, 회절되지 않고 직진 투과하여 제 2 위상판 (40F) 을 상광 편광 상태에서 투과하기 때문에, 제 1 편광성 위상 보정층 (10F1) 에서도 회절되지 않고 직진 투과하여 제 1 위상판 (30F) 을 투과하여 원편광이 된다.
또한, λ2 ＝ 650nm 파장대 및 λ3 ＝ 780nm 파장대의 직선 편광은 제 2 편광성 위상 보정층 (10F2) 에 이상광 편광으로서 입사되어, 회절되어 제 2 위상판 (40F) 을 투과하여 상광 편광이 되고, 제 1 편광성 위상 보정층 (10F1) 에서 회절되지 않고 직진 투과하여 제 1 위상판 (30F) 에서 편파면이 회전하여 투과한다.
여기서, 제 2 편광 위상 보정층 (10F2) 에 형성된 블레이즈드 회절 격자는 파장 λ2 및 파장 λ3 의 이상광 편광에 대하여, 1 차 회절광의 회절 효율이 높아지도록, 격자의 단면이 톱니 형상의 블레이즈드 격자 형상이고 격자 요철부의 투과파면의 위상차가 파장 λ2 및 파장 λ3 의 1 파장 정도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 이 블레이즈드 회절 격자는 1 차 회절광이 광헤드 장치에 있어서 발생되는 구면 수차를 보정하도록 동심원 윤대 형상의 격자 패턴이 형성되어 있다.
한편, 광디스크에 의해 반사되어 광검출기에 집광되는 귀로에 있어서, 파장 λ1 의 직선 편광은 제 1 위상판 (30F) 을 왕복하여 이상광 편광이 되어 제 1 편광성 위상 보정층 (10F1) 에 입사되고, 회절된 후, 제 2 위상판 (40F) 을 이상광 편광 상태로 투과하여, 제 2 편광성 위상 보정층 (10F2) 에서 다시 회절된다.
또한, 파장 λ2 및 파장 λ3 의 광은 제 1 위상판 (30F) 에서 편파면이 회전하여 원래의 상광 편광으로 되고, 제 1 편광성 위상 보정층 (10F1) 에서 회절되지 않고 직진 투과하여 제 2 위상판 (40F) 을 투과하여 이상광 편광이 되고, 제 2 편광성 위상 보정층 (10F2) 에 의해 왕로와 동일하게 회절된다.
여기서, 제 2 편광 위상 보정층 (10F2) 은 파장 λ2 및 파장 λ3 의 이상광 편광에 대하여 1 차 회절 효율이 높아지도록 형성되어 있기 때문에, 파장 λ1 의 이상광 편광에 대하여는 주로 2 차 회절광이 발생된다.
따라서, 귀로에서 파장 λ1 의 이상광 편광에 대하여 제 1 편광 위상 보정층 (10F1) 에 의해 발생되는 수속 투과파면의 회절광과, 제 2 편광 위상 보정층 (10F2) 에 의해 발생되는 발산 투과파면의 2 차 회절광의 다중 회절에 의해, 왕로에서의 위상 보정 소자 (600) 의 입사광과 동일한 파면 상태가 되도록, 제 1 편광 위상 보정층 (10F1) 의 블레이즈드 회절 격자의 패턴이 형성되어 있다. 이 때, 제 1 편 광 위상 보정층 (10F1) 에 의한 파장 λ1 의 회절광의 회절 차수는 1 차이어도 되고 2 차이어도 되지만, 동심원 격자 패턴의 중심축에 대한 회절 방향은 제 2 편광 위상 보정층 (10F2) 과 역방향이다.
이러한 본 실시형태의 위상 보정 소자 (600) 의 구성으로 함으로써, 파장 λ1 의 상광 편광의 입사광에 대하여는 왕로 및 귀로에 있어서 투과파면은 불변이고, 왕복 후에 입사광과 직교하는 이상광 편광으로 변환된다.
한편, 파장 λ2 및 파장 λ3 의 이상광 편광의 입사광에 대하여는 왕로 및 귀로에 있어서 파면 수차를 보정하도록 투과파면이 변화되는 기능이 얻어진다. 즉, 제 2 편광 위상 보정층 (10F2) 과 제 2 위상판 (40F) 와 제 1 편광 위상 보정층 (10F1) 의 조합으로, 제 2 위상 보정 소자 (200) 에 있어서의 제 1 위상 보정층 (10B) 과 동일한 기능이 얻어진다.
이러한 본 발명의 상기 제 1 ∼ 제 6 위상 보정 소자 (100 ∼ 600) 를, HD, DVD 및 CD 의 3 종의 광디스크에 대응한 호환 소자로 하여 광헤드 장치에 탑재하여 사용하는 경우, 파장 λ1, λ2 및 λ3 각각의 입사 광속을 개구수 NA1 , NA2 및 NA3 으로 제한하는 개구 제한 소자를 병용하는 것이 바람직하다. 이 개구 제한 소자는 본 발명의 위상 보정 소자와는 별도로 배치해도 되지만, 위상 보정 소자에 개구 제한 기능을 일체화함으로써 소형 경량화하여, 부착 위치 조정이 필요없어지므로 바람직하다.
또한, 본 발명의 위상 보정 소자에 있어서, DVD의 개구수 NA2 에 대응한 영역에 형성된 제 1 위상 보정층에 의해 투과파면이 변화되는 파장 λ2 의 광속은 구면 수차 보정 성분에 더하여 큰 파워 성분이 투과파면에 부여되어 있으면, 개구수 NA2 보다 외주역의 광속과는 다른 대물 렌즈의 초점면에 집광된다. 즉, 개구수 NA2 의 광속이 광디스크의 정보 기록면에 집광될 때, 외주역의 광속은 정보 기록면에 집광되지 않기 때문에, 광헤드 장치의 광검출기로 신호광으로서 검지되지 않고, 결과적으로 제 1 위상 보정층이 파장 λ2 의 입사광에 대하여 개구수 NA2 의 개구 제한 기능을 갖게 된다.
동일하게, 도 7 에 나타내는 제 5 위상 보정 소자 (500) 에 있어서, CD 의 개구수 NA3 에 대응한 영역에 형성된 제 2 위상 보정층 (20E) 에 의해 투과파면이 변화되는 파장 λ3 의 광속은 큰 파워 성분이 투과파면에 부여되어 있으면, 개구수 NA3 으로 외주역의 광속과는 다른 대물 렌즈의 초점면에 집광된다. 즉, 광헤드 장치의 광검출기로 신호광으로서 검지되지 않고, 결과적으로 제 2 위상 보정층 (20E) 이 파장 λ3 의 입사광에 대하여 개구수 NA3 의 개구 제한 기능을 갖게 된다.
제 1 위상 보정층 및 제 2 위상 보정층에 큰 파워 성분을 발생하는 기능이 있는 경우, 위상 보정 소자에 새롭게 개구 제한 기능을 부가할 필요는 없다.
그러나, 투과파면에 위상 보정층에 의해 부여된 파워 성분이 적고, 소정의 개구수로 외주역의 광속이 광검출기에 미광으로 되어 입사되는 경우, 안정된 기록 및/또는 재생을 할 수 없다. 특히, 개구수 NA2 에 대응한 영역에 제 1 위상 보정층만이 형성된 위상 보정 소자의 경우, 파장 λ3 의 CD 의 광속을 개구수 NA3 으로 제한하는 개구 제한 기능을 형성하는 것이 바람직하다.
다음에, 본 발명의 위상 보정 소자에 일체화하여 사용하는 개구 제한에 관해서 여러 가지의 실시형태를 설명한다.
[제 7 실시형태]
본 발명의 제 7 실시형태에 관한 제 7 위상 보정 소자 (700) 의 단면도를 도 1 에, 평면도를 도 12 에 나타낸다.
투광성 기판 (5) 표면에서, 개구수 NA1 의 원형 영역과 NA2 의 원형 영역의 차로 이루어지는 제 1 원환 영역 (A1) 에, 단면 형상이 직사각형의 요철 형상이고, 오목부와 볼록부의 길이 비가 1:1 이고, 그 파장 위상차가 파장 λ1 에 상당하는 회절 격자 (91) 를 형성하고 있다. 그럼으로써, 오목부와 볼록부의 파장 위상차가 파장 λ2 및 파장 λ3 의 약 1/2 이 되기 때문에, 파장 λ1 의 입사광은 직진 투과하고, 파장 λ2 및 파장 λ3 의 입사광은 회절되어 직진 투과광이 30% 이하로 되는 개구 제한 기능이 발현된다. 동일한 파장 선택 기능은 오목부와 볼록부의 파장 위상차가 파장 λ1 의 대략 정수배로 또한 파장 λ2 및 파장 λ3 에 대하여 비정수배 바람직하게는 1/2 의 홀수배에 가까운 값이면 발현된다.
또한, 투광성 기판 (5) 표면의 개구수 NA2 의 원형 영역과 NA3 의 원형 영역의 차로 이루어지는 제 2 원환 영역 (A2) 에는 상대적으로 고굴절률의 투명 유전체막 (도시하지 않음) 과 상대적으로 저굴절률의 투명 유전체막 (도시하지 않음) 을, 각 막의 광학적 막두께가 파장 오더로 교대로 적층된 구조의 다층막 필터 (92) 가 형성되어 있다.
이 다층막 필터 (4A) 는 파장 λ1 및 파장 λ2 의 광을 90% 이상 투과하고 파장 λ3 의 광을 70% 이상 반사하도록, 두 가지의 투명 유전체의 굴절률, 층수 및 각 층의 막두께가 종래의 다층막 필터 설계 수법에 의해 설정된다. 고굴절률의 투명 유전체막으로서는 TiO2, Ta2O5, Nb2O5, ZrO 2 등이 사용되고, 저굴절률의 투명 유전체막으로서는 SiO2, MgF2 등이 사용된다.
투광성 기판 (5) 표면을 이러한 구조로 함으로써, 파장 λ1 의 입사광은 개구수 NA1 의 영역을 직진 투과하고, 파장 λ2 의 입사광은 개구수 NA2 의 영역을 직진 투과하고, 파장 λ3 의 입사광은 개구수 NA3 의 영역을 직진 투과하는 파장 선택성의 개구 제한 기판 (5A) 이 얻어진다. 또, 이 제 7 위상 보정 소자 (700) 에서는 개구 제한 기판 (5A) 이외에는 제 1 ∼ 제 6 위상 보정 소자의 어느 구성으로 해도 된다. 도 11 에서는 제 4 위상 보정 소자 (400) 의 구성을 사용한 경우를 나타낸다.
여기서, 개구 제한 기판 (5A) 의 개구수 NA1 의 영역 (내부는 모두 포함) 을 투과한 파장 λ1 의 광의 파면이 변화되지 않도록, 또한 개구수 NA2 의 영역 (내부는 모두 포함) 을 투과한 파장 λ2 의 광의 파면이 변화되지 않도록, 개구 제한 기판 (5A) 표면의 제 1 원환 영역 (A1) 과 제 2 원환 영역 (A2) 과 원형 영역 (A3 ) 중 적어도 하나의 영역에는 위상 조정용 단차가 가공되어 있는 것이 바람직하다.
위상 조정용 단차는 투광성 기판 (5) 을 직접 가공하는 경우와, 투광성 기판 (5) 표면에 투광성 유전체막을 막형성한 후에 가공하는 경우가 있다. 모두, 원형 영역 (A3) 은 파장 λ1, λ2 및 λ3 의 입사광을 투과하도록 반사 방지막 (8) 등을 형성하여 반사 방지 기능을 부여하는 것이 바람직하다.
다음에, 도 11 의 개구 제한 기판 (5A) 에 관해서, 그 단면도를 부분적으로 확대한 도 13 을 사용하여 구체적으로 설명한다.
도 13 은 투광성 기판 (5) 표면을 가공하여 원형 영역 (A3) 표면과의 단차 간격이 d3 이 되는 원환 영역 (A2) 표면 (S0 면) 을 위상 조정용 단차면으로서 가공하는 예를 도시한다.
원환 영역 (A1) 에는 단면 형상이 요철 형상의 회절 격자 (91) 가 형성되어 있고, 이 오목부의 표면을 S1 로 하고, S0 와 S1 의 간격을 d1 로 한다. 또한, 요철 형상의 회절 격자 (91) 의 볼록부의 표면을 S4 로 하고, S0 와 S4 의 간격을 d4 로 한다. 또한, 원환 영역 (A2) 에만 다층막 필터 (92) 가 형성되어 있고, 이 다층막 필터 (92) 표면을 S2 면으로 하고, S0 와 S2 의 간격 즉 다층막 필터 (92) 의 막두께를 d2 로 한다.
이 때, 개구수 NA1 의 영역을 직진 투과하는 파장 λ1 의 입사광의 투과파면이 변화되어 파면 수차의 발생을 일으키지 않도록 하기 위해서, 원환 영역 (A1) 과 원환 영역 (A2) 과 원형 영역 (A3) 의 각 영역을 투과하는 파장 λ1 의 투과광의 파장 위상차가 파장 λ1 의 정수배가 되도록 한다.
또한, 개구수 NA2 의 영역을 직진 투과하는 파장 λ2 의 입사광의 투과파면이 변화되어 파면 수차의 발생을 일으키지 않도록 하기 위해서, 원환 영역 (A2) 과 원형 영역 (A3) 의 각 영역을 투과하는 파장 λ2 의 투과광의 파장 위상차가 파장 λ2 의 정수배가 되도록 한다.
공기와 접하는 원환 영역 (A1) 의 회절 격자 (91) 는 오목부와 볼록부의 파장 위상차가 파장 λ1 이 되도록, 굴절률 n 의 볼록부의 요철 깊이가 (d4 － d1 ) ＝ λ1 / (n － 1) 이 되도록 가공되어 있고, 파장 λ1 의 입사광은 회절되지 않고 직진 투과하고, 회절 격자 (91) 의 오목부와 볼록부의 투과파면은 정렬되어 있다.
따라서, 원환 영역 (A1) 의 S0 면과 S1 또는 S4 면의 광로 길이와, 원형 영역 (A3) 의 S0 면과 S3 면의 광로 길이의 차에 기인하여 발생하는 파장 λ 1 의 투과광의 파장 위상차가, 파장 λ1 의 정수배가 되도록 하면 된다.
그 결과, 파장 λ1 의 투과광에 대하여 원환 영역 (A1) 과 원형 영역 (A3) 의 위상차는 발생되지 않기 때문에, 원환 영역 (A2) 과 원형 영역 (A3) 의 파장 λ1 및 파장 λ2 의 투과광에 대한 위상차에 대해서만 조정하면 된다.
원환 영역 (A2) 의 총 막두께 (d2) 의 다층막 필터 (92) 를 평균 굴절률 (nM) 의 균일층이라 간주하고, 다층막 필터 (92) 내부의 굴절률이 다른 막 계면에서의 다중 반사에 따른 광로 길이의 증대도 평균 굴절률 (nM) 로 고려하면, 원환 영역 (A2) 과 원형 영역 (A3) 에 있어서의 S0 면을 기준으로 한 S2 와 S3 면까지의 광로 길이 L2 와 L3 은 다음 (2) 식과 (3) 식으로 기술된다.
L2 ＝ nMㆍd2 ＋ (d3 － d2) · · ·(2)
L3 ＝ n3ㆍd3 · · ·(3)
여기서, n3 은 원형 영역 (A3) 에 있어서의 반사 방지막 (8) 등도 포함시킨 S0 면과 S3 면 사이의 평균 굴절률을 나타낸다.
따라서, (L2 － L3) 의 파장 위상차가 파장 λ1 의 대략 정수배 또한 파장 λ2 의 대략 정수배가 되도록, 다층막 필터 (92) 의 구성 (총 막두께 (d2) 및 평균 굴 절률 (nM)) 및 원형 영역 (A3) 의 구성 (총 두께 d3 및 평균 굴절률 n3 ) 의 관계를 만족하는 S0 면 ∼ S3 면을 가공함으로써, NA2 영역에서의 파장 λ1 및 파장 λ2 의 광의 투과파면은 변화되는 경우가 없어져, 개구 제한 기판 (5A) 에 의한 파면 수차는 발생되지 않는다. 그 결과, 광헤드 장치의 대물 렌즈와 일체로 제 7 위상 보정 소자 (700) 를 사용한 경우, HD 및 DVD 용의 광디스크의 정보 기록면에 입사광을 효율적으로 집광할 수 있다.
또한, 동일 구성의 다층막 필터를 원환 영역 (A1) 및 원환 영역 (A2) 에 형성한 후, 원환 영역 (A1) 에만 회절 격자 (91) 를 가공해도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는 위상 조정용의 단차를 투광성 기판 (5) 의 원환 영역 (A2) 표면을 가공하여 형성하였지만, 투광성 기판 (5) 표면의 원환 영역 (A1) 과 원형 영역 (A3) 에만 d1 ＝ d3 가 되도록 투광성 유전체막을 막형성하여 위상 조정용 단차로 해도 된다.
여기서, 회절 격자 (91) 는 원환 영역 (A1) 의 투광성 유전체막 상에 굴절률 (n) 의 볼록부가 요철 깊이 (d4 － d1) ＝ λ1 / (n － 1) 이 되도록 가공한다.
또, 원형 영역 (A3) 에 위상 조정용의 투광성 유전체막을 막형성하는 경우, 저굴절률 유전체 및 고굴절률 유전체의 혼합물 또는 화합물로 이루어지는 단층의 중간 굴절률 유전체를 사용하는 것이 바람직하다. 중간 굴절률 유전체의 굴절 률을 조정함으로써, 투광성 유전체막과 다층막 필터 (92) 를 동일한 막두께로 할 수 있기 (d2 ＝ d3) 때문에, 그 표면에 추가로 위상 보정층 등을 가공할 수 있다.
여기서, 회절 격자 (91) 의 평면 패턴은 투과광의 광학축을 중심으로 2 회의 회전 대칭성이 없도록 설계된다. 예를 들어 도 12 에서는 Y 축 대칭인 2 분할 격자 패턴으로 되어 있어, 광학축 주위에 2 회의 회전 대칭성을 갖지 않는다. 2 분할 격자 패턴은 동심원 형상이나 격자 피치가 분포하고 있어도 된다.
이러한 격자 패턴으로 함으로써, 왕로에서 회절 격자 (91) 에 의해 회절된 광이, 광디스크의 정보 기록면에서 반사된 후, 귀로에서 회절 격자 (91) 에 의해 다시 회절되어, 광디스크의 기록 정보의 신호광과 같은 광로를 지나 광검출기의 수광면에 입사하는 것을 회피할 수 있다. 그 결과, 실질적인 원환 영역 (A1) 의 파장 선택성의 개구 제한 기능이 얻어진다.
또한, 원환 영역 (A2) 에 형성된 다층막 필터 (92) 대신에, 파장 λ1 과 파장 λ2 의 광을 투과하고, 파장 λ3 의 광을 회절하는 파장 선택성의 회절 격자 (93) 가 형성된 개구 제한 기판 (5B) 을 사용한 제 7 실시형태의 변형예에 관한 위상 보정 소자 (800) 의 단면도를 도 14 에 나타낸다.
단면 형상이 요철 형상이고, 오목부와 볼록부의 길이 비가 1:1 이고, 그 파장 위상차가 파장 λ1 의 약 5 배에 상당하는 회절 격자 (93) 를 형성함으로써, 파장 위상차가 파장 λ2 의 약 3 배, 파장 λ3 의 약 2.5 배가 되기 때문에, 파장 λ 1 및 파장 λ2 의 입사광은 직진 투과하고, 파장 λ3 의 입사광은 회절되어 직진 투과광이 30% 이하가 되는 개구 제한 기능이 발현된다.
동일한 파장 선택 기능은 오목부와 볼록부의 파장 위상차가 파장 λ1 및 파장 λ2 의 대략 정수배이고 또한 파장 λ3 에 대하여 비정수배 바람직하게는 1/2 의 홀수배에 가까운 값이면 발현된다.
파장 λ1 및 파장 λ2 의 투과광에 대한 회절 격자 (93) 의 볼록부와 원형 영역 (A3) 의 위상차가 파장 λ1 및 파장 λ2 의 정수배이면 파면 수차는 발생되지 않는다. 도 14 에 나타내는 바와 같이, 원환 영역 (A1) 에 회절 격자 (91) 를, 원환 영역 (A2) 에 회절 격자 (93) 를 격자 볼록부의 면이 정렬되도록 투광성 기판 (5) 표면을 직접 가공함으로써, 개구 제한 기판 (5B) 에서의 NA1 영역의 파장 λ1 의 투과광 및 NA2 영역의 파장 λ2 의 투과광은 투과파면이 변화되지 않고 파면 수차는 발생되지 않는다.
위상 보정 소자 (700 및 800) 에서는 원환 영역 (A1) 과 원환 영역 (A2) 에 파장 선택성이 다른 2 종의 개구 제한 기능을 형성하고 있는 예를 나타냈지만, 제 1 위상 보정층이 파장 λ2 에 대하여 개구수를 NA2 로 제한하는 기능을 갖는 경우, 원환 영역 (A2) 만 또는 원환 영역 (A1) 및 원환 영역 (A2) 에, 다층막 필터 (92) 또는 회절 격자 (93) 를 형성해도 된다. 또, 개구 제한 기능을 투광성 기판 (5) 표면에 형성하는 예를 나타냈지만, 투광성 기판 (6) 표면, 또는 위상 보정 소자 내부에 형성해도 된다.
위상 보정 소자 (700) 에 있어서, 원환 영역 (A1) 에도 개구수 NA2 의 영역에 형성된 제 1 위상 보정층 (10B) 과 동일한 투광성 재료 (1A) 를 사용하여 단면이 직사각 형상이고 격자 피치가 미세한 직사각형 회절 격자를 형성하여, 파장 λ2 및 파장 λ3 의 입사광을 회절시킴으로써 개구 제한 기능이 얻어진다. 이 경우, 직사각형 회절 격자의 볼록부의 높이를 위상 보정층 (10B) 에서의 톱니 형상 격자의 투광성 재료 (1A) 의 대략 절반으로 하면 된다.
또한, 위상 보정 소자 (300 및 500) 에 있어서, 투광성 기판 (5) 표면의 원환 영역 (A1) 에도, 개구수 NA2 의 영역에 형성된 제 1 위상 보정층 (10C, 10E) 과 동일하게, 단면이 직사각 형상이고 격자 피치가 미세한 직사각형 회절 격자를 형성하여, 파장 λ2 및 파장 λ3 의 입사광을 회절시킴으로써 개구 제한 기능이 얻어진다. 이 경우, 직사각형 회절 격자의 볼록부의 높이는 계단 형상 격자인 위상 보정층 (10C, 10E) 의 1 단의 높이 (dN1) 로 하면 된다.
또한, 위상 보정 소자 (500) 에 있어서, 원환 영역 (A1) 과 원환 영역 (A2) 에도 개구수 NA3 의 영역에 형성된 제 2 위상 보정층 (20E) 과 동일한 고분자 액정을 사용하여 단면이 직사각형상이고 격자 피치가 미세한 직사각형 회절 격자를 형 성하여, 파장 λ3 의 이상광 편광의 입사광을 회절시킴으로써 개구 제한 기능이 얻어진다. 이 경우, 직사각형 회절 격자의 볼록부의 높이는 계단 형상 격자인 위상 보정층 (20E) 의 1 단의 높이 (dM1) 로 하면 된다.
[제 8 실시형태]
제 1 내지 제 7 실시형태에서 얻어진 본 발명에 관한 위상 보정 소자를 탑재한 광헤드 장치의 구성예를 도 15 ∼ 도 18 을 사용하여 설명한다.
도 15 는 제 1 실시형태에 관한 제 1 위상 보정 소자 (100) 를 탑재한 광헤드 장치를 나타내는 구성도이다. 또, 이 위상 보정 소자 (100) 는 상기 제 1 위상 보정 소자 (100) 에 한정되지 않고, 제 1∼ 제 7 위상 보정 소자 어느 것이나 된다.
또한, 도 16 ∼ 도 18 의 각 (a), (b), (c) 는 각각 위상 보정 소자에 3 종의 파장 λ1, λ2, λ3 의 광이 입사하였을 때의 광속과 파면을 나타내는 단면도이다. 도 16 은 제 7 위상 보정 소자 (700) 의 경우, 도 17 은 제 5 위상 보정 소자 (500) 의 경우, 도 18 은 제 6 위상 보정 소자 (600) 에 있어서 원환 영역 (A1) 과 원환 영역 (A2) 에 파장 λ1 과 파장 λ2 의 광을 투과하고 파장 λ3 의 광을 반사하는 다층막 필터 (도면 생략) 가 형성된 위상 보정 소자 (900) 의 경우를 나타낸다.
광헤드 장치에는 도 15 에 나타내는 바와 같이, HD 용의 광디스크에 사용하 는 λ1 ＝ 410nm 파장대의 광을 발생하는 반도체 레이저 (14A) 와, DVD 용의 광디스크에 사용하는 λ2 ＝ 650nm 파장대의 광을 발생하는 반도체 레이저 (14B) 와, CD 용 광디스크에 사용하는 λ3 ＝ 780nm 파장대의 광을 발생하는 반도체 레이저 (14C) 를 구비하고 있는 동시에, 파장 λ1 의 광을 수광하는 광검출기 (15A) 와, 파장 λ2 의 광을 수광하는 광검출기 (15B) 와, 파장 λ3 의 광을 수광하는 광검출기 (15C) 를 구비하고 있다.
또한, 이 광헤드 장치에는 파장 λ1 의 광의 광로 중에, 편광 빔스플리터 (19) 와, 합파 프리즘 (17) 과, 콜리메이터 렌즈 (13) 와, 전술한 위상 보정 소자 (100) 와, 대물 렌즈 (12) 가 배치되어 있다.
또한, 이 광헤드 장치에는 파장 λ2 의 광의 광로 중에, 홀로그램 빔스플리터 (16B) 와, 합파 프리즘 (18) 이 배치되어 합파 프리즘 (17) 에 이르도록 구성되어 있는 동시에, 파장 (λ3) 의 광의 광로 중에는 홀로그램 빔스플리터 (16C) 가 배치되어 합파 프리즘 (18) 에 이르도록 구성되어 있다.
(I) 상기 구성에 있어서, 반도체 레이저 (14A) 에서 방사된 파장 (λ1) 의 광은 편광 빔스플리터 (19) 에서 반사되어 합파 프리즘 (17) 을 투과하여 콜리메이터 렌즈 (13) 에 의해 평행광으로 되고, 상광 편광으로서 위상 보정 소자 (100) 에 입사된다. 또한, 파장 λ1 에 대하여 1/4 파장판으로서 작용하는 위상 보정 소 자 (100) 내의 제 1 위상판에 의해 원편광으로 변환되고, 도 16 ∼ 도 18 의 (a) 에 나타내는 바와 같이, 위상 보정 소자 (100) 를 직진 투과한다. 그리고, 개구수 NA1 ＝ 0.85 에 상당하는 광속이 HD 용의 광디스크 (D1) 에 대응하여 설계된 대물 렌즈 (12) 에 의해 광디스크 (D1; HD 용의 광디스크) 의 정보 기록면에 집광된다.
광디스크 (D1) 의 정보 기록면에서 반사된 파장 λ1 의 신호광은 원래의 경로를 지나서 위상 보정 소자 (100) 내의 제 1 위상판에 의해 이상광 편광으로 변환되고, 위상 보정 소자 (100) 를 직진 투과하여 합파 프리즘 (17) 및 편광 빔스플리터 (19) 를 투과하여 광검출기 (15A) 의 수광면에 효율적으로 집광되어 전기 신호로 변환된다.
(II) 또한, 반도체 레이저 (14B) 에서 방사된 파장 λ2 의 광은 그 반 이상이 홀로그램 빔스플리터 (16B) 를 투과하고, 합파 프리즘 (18) 을 투과하여 합파 프리즘 (17) 에서 반사된 후, 콜리메이터 렌즈 (13) 에 의해 집광되어 평행광으로 되어 위상 보정 소자 (100) 에 입사된다. 또한, 위상 보정 소자 (100) 에 있어서, 개구수 NA2 ＝ 0.60 에 상당하는 광속은 위상 보정 소자 (100) 내의 제 1 위상 보정층에 의해, 광디스크의 커버 두께의 상이에 기인하여 발생되는 파면 수차를 보정하는 동시에 오목 렌즈에 상당하는 파워를 갖도록, 투과파면이 도 16 ∼ 도 18 의 (b) 에 나타내는 바와 같이 변환된다. 그리고, 이 위상 보정 소자 (100) 를 투과한 광속이 대물 렌즈 (12) 에 의해 광디스크 (D2; 이 경우, DVD 용 광디스크) 의 정보 기록면에 집광된다.
광디스크 (D2) 의 정보 기록면에서 반사된 파장 λ2 의 신호광은 원래의 경로를 지나서, 일부가 홀로그램 빔스플리터 (16B) 에 의해 회절되어 광검출기 (15B) 의 수광면에 집광되어 전기 신호로 변환된다.
(III) 또, 반도체 레이저 (14C) 에서 방사된 파장 λ3 의 광은 그 반 이상이 홀로그램 빔스플리터 (16C) 를 투과하여 합파 프리즘 (18) 및 합파 프리즘 (17) 에서 반사되어 콜리메이터 렌즈 (13) 에 의해 집광되어 대략 평행광으로 되어 위상 보정 소자 (100) 에 입사된다. 또한, 위상 보정 소자 (100) 내의 개구수 NA3 ＝ 0.45 에 상당하는 광속은 위상 보정 소자 내의 제 1 또는 제 2 위상 보정층에 의해 광디스크의 커버 두께의 상이에 기인하여 발생하는 파면 수차를 보정하는 동시에 오목 렌즈에 상당하는 파워를 갖도록, 투과파면이 도 16 ∼ 도 18 의 (c) 에 나타내는 바와 같이 변환된다. 그리고, 이 위상 보정 소자 (100) 를 투과한 광속이 대물 렌즈 (12) 에 의해 광디스크 (D3; 이 경우, CD 용의 광디스크) 의 정보 기록면에 집광된다.
광디스크 (D3) 의 정보 기록면에서 반사된 파장 λ3 의 신호광은 원래의 경로를 지나서, 일부가 홀로그램 빔스플리터 (16C) 에 의해 회절되어 광검출기 (15C) 의 수광면에 집광되어 전기 신호로 변환된다.
도 11 에 나타내는 위상 보정 소자 (700) 에 있어서, 편광 의존성이 없는 제 1 위상 보정층 (10G) 을 사용하고 있기 때문에, 파장 λ2 의 입사광의 편광 상태에 관계없이 수차를 보정할 수 있다. 또한, 파장 λ1, 파장 λ2 및 파장 λ3 의 입사광에 대하여 1/4 파장판으로서 기능하는 제 1 위상판 (30D; 도 6 참조) 을 사용함으로써, 위상판을 왕복한 광을, 입사광과 편파면이 직교하는 직선 편광으로 변환할 수 있다.
또한, 홀로그램 빔스플리터 (16B 또는 16C) 로서, 상광 편광을 투과하고 이상광 편광을 회절하는 편광 홀로그램 빔스플리터를 사용하면, 광이용 효율이 향상된다. 또는 반도체 레이저의 발광점에 발진광과 동일한 편파면의 광이 되돌아가지 않기 때문에, 레이저 발진이 안정되어 신뢰성이 높은 기록 및/또는 재생도 할 수 있다.
도 7 에 나타내는 위상 보정 소자 (500) 에 있어서, 왕로 및 귀로에서 파장 λ2 을 상광 편광으로 하면, 제 1 위상 보정층 (10E) 에 의해 파장 λ2 의 입사광에 대하여 파면 수차 보정을 달성할 수 있다.
또한, 도 18 에 나타내는 위상 보정 소자 (900) 에 있어서, 왕로 및 귀로에서 파장 λ2 을 이상광 편광으로 하면, 제 2 편광성 위상 보정층 (10F2; 도 10 참조) 에 의해, 파장 λ2 의 입사광에 대하여 파면 수차 보정을 달성할 수 있다.
도 7 에 나타내는 위상 보정 소자 (500) 에 있어서, 왕로 및 귀로에서 파장 λ3 을 이상광 편광으로 하면, 제 2 위상 보정층 (20E) 에 의해, 파장 λ3 의 입사광에 대하여 파면 수차 보정을 달성할 수 있다.
또한, 도 11 에 나타내는 위상 보정 소자 (700) 및 도 18 에 나타내는 위상 보정 소자 (900) 에서는 제 1 위상 보정층 (10G) 또는 제 2 편광성 위상 보정층 (10F2; 도 10 참조) 에 의해, 파장 λ3 의 입사광에 대하여도 왕로와 귀로에서 수차 보정 기능이 생기지만, 구면 수차가 잔류하기 때문에, 위상 보정 소자 및 대물 렌즈에 대하여 파장 λ3 의 입사광을 약간 발산광으로 함으로써 양호한 파면 수차 보정을 할 수 있다. 또는 위상 보정 소자 및 대물 렌즈에 대하여 파장 λ2 및 파장 λ3 의 입사광을 같은 정도의 발산광으로 하여, 위상 보정층이 양방의 파장에 대하여 파면 수차 보정을 할 수 있도록 형성할 수도 있다. 또, 위상 보정 소자 (900) 에서는 제 2 편광성 위상 보정층 (10F2) 에서 수차 보정되도록 파장 λ3 의 입사광을 파장 λ2 와 동일한 이상광 편광으로 하고 있다.
또한, 커버 두께 0.1mm 에서 λ1 ＝ 410nm 파장대의 HD 용 광디스크용으로 설계된 대물 렌즈를 DVD 및 CD 용 광디스크에 사용하는 경우, 대물 렌즈와 광디스크의 간격을 확보하기 위해서, 위상 보정층에 구면 수차 보정 성분에 추가하여 오목 렌즈 작용을 갖는 파워 성분이 부가된 투과파면이 되도록 위상 보정층의 격자 패턴으로 하는 것이 바람직하다.
또, 도 11 에 나타내는 위상 보정 소자 (700) 에서는 회절 격자 (91) 가 파 장 λ2 의 입사광을 개구수 NA2 ＝ 0.60 으로 제한하고, 회절 격자 (91) 와 다층막 필터 (92) 가 파장 λ3 의 입사광을 개구수 NA3 ＝ 0.45 로 제한하고 있는 예를 나타낸다.
또한, 도 7 에 나타내는 위상 보정 소자 (500) 에서는 제 1 위상 보정층 (10E) 이 파장 λ2 의 입사광을 개구수 NA2 ＝ 0.60 으로 제한하고, 제 2 위상 보정층 (20E) 이 파장 λ3 의 입사광을 개구수 NA3 ＝ 0.45 로 제한하고 있는 예를 도시한다.
한편, 도 18 에 나타내는 위상 보정 소자 (900) 에서는 제 2 편광성 위상 보정층 (10F2; 도 10 참조) 이 파장 λ2 의 입사광을 개구수 NA2 ＝ 0.60 으로 제한하고, 다층막 필터 (92; 도 11 참조. 단, 원환 영역 (A1) 및 (A2) 에 형성되어 있다.) 가 파장 λ3 의 입사광을 개구수 NA3 ＝ 0.45 로 제한하고 있는 예를 도시한다.
따라서, 본 발명의 실시형태에 나타낸 제 1 ∼ 제 8 위상 보정 소자를 사용함으로써, 커버 두께가 0.1mm 인 HD 용 광디스크에 대응하여 설계된 대물 렌즈 (12) 를 커버 두께가 0.6mm 인 DVD 용 광디스크 및 커버 두께가 1.2mm 인 CD 용 광디스크의 기록 및/또는 재생에 사용한 경우에 발생되는 파면 수차를 보정할 수 있다. 이 때문에, 반도체 레이저로부터 출사된 광을 안정되게 광디스크의 정보 기록면에 집광하여, HD, DVD 및 CD 의 3 종의 광디스크에 대한 기록 및/또는 재생을 실현할 수 있다.
또한, 도 16 ∼ 도 18 에 나타내는 바와 같이, 위상 보정 소자 투과 후에 파장 λ2 및 파장 λ3 의 광이 발산광이 되도록 위상 보정층을 가공함으로써, 도 15 의 점선으로 나타내는 광로와 같이, 대물 렌즈 (12) 와 DVD 및 CD 의 광디스크 (D2, D3) 와의 간격 (작동 거리) 을 넓힐 수 있다. 작동 거리를 크게 함으로써, 대물 렌즈 (12) 와 위상 보정 소자 (100∼900) 를 액추에이터 (도시하지 않음) 에 탑재하여 포커스 서보를 기동시켰을 때의 안정성이 향상된다.
또, 상기 실시형태에서는 λ1 ＝ 410nm 파장대에서 커버 두께가 0.1mm 인 HD 용 광디스크 (D1) 에 대응하여 개구수 NA1 ＝ 0.85 로 설계된 HD 용 대물 렌즈 (12) 를 전제로 하였지만, 커버 두께가 0.6mm 인 HD 용 광디스크 (D1) 에 대응하여 개구수 NA1 ＝ 0.65 정도로 설계된 HD 용 대물 렌즈를 사용하여 DVD 용 광디스크 (D2) 및 CD 용 광디스크 (D3) 의 기록 및/또는 재생에 필요해지는 위상 보정 소자를 제공할 수도 있다.
이 경우, HD 용과 DVD 용 광디스크 (D1, D2) 는 커버 두께 및 대물 렌즈의 개구수는 같은 정도이기 때문에, 사용 파장의 상이에 기인한 광학 재료 (특히 대물 렌즈) 의 굴절률 파장 분산에 따라 발생되는 구면 수차를 보정하면 된다. 또한, λ1 ＝ 410nm 파장대와 λ2 ＝ 650nm 파장대의 개구수 NA1 와 NA2 를 같은 정도로 하면, 개구 제한 기능은 파장 λ1 과 파장 λ2 를 투과하고 λ3 ＝ 780nm 파장대 를 투과하지 않는 다층막 필터 (92) 또는 회절 격자 (93) 만으로 된다.
또한, HD 의 개구수가 DVD 의 개구수와 같은 정도이기 때문에, 대물 렌즈와 DVD 용 및 CD 용 광디스크와의 간격을 넓힐 필요는 없다. 따라서, 위상 보정 소자에 큰 파워 성분을 갖는 투과파면으로 변환하는 오목 렌즈 기능은 불필요하고, 구면 수차 성분을 보정하면 된다.
상기 개구수 NA1 ＝ 0.65 정도의 HD 용 대물 렌즈를 DVD 용의 광디스크 (D2) 에 파장 λ2 및 개구수 NA2 로 사용하였을 때 발생하는 구면 수차를 위상 보정 소자에 의해 보정하는 경우, 제작하는 위상 보정층은 도 4 에 나타내는 제 3 위상 보정 소자 (300) 에서 사용되는 제 1 위상 보정층 (10C) 과 같다.
이 위상 보정 소자 (300) 에서는 도 3 의 (B) 에 나타내는 큰 파워 성분을 포함하는 구면 수차를 보정하기 위해서, 다단의 계단 형상 단면의 블레이즈드 회절 격자로 이루어지는 프레넬 렌즈 형상이었지만, 보정해야 할 파면 수차가 구면 수차만으로 그 크기가 1 파장 이내인 경우도, 도 5 에 나타낸 파면 수차 보정법에 의해 다단의 계단 형상의 패턴을 결정하면 된다.
또, 구면 수차를 계단 형상의 패턴으로 보정하는 경우, 투과파면에 고차 수차 성분이 잔류한다. 이러한 고차 수차를 저감하기 위해서, 제 2 위상 보정 소자 (200) (도 1 참조) 에 있어서 사용된 제 1 위상 보정층 (10B) 을 구성하는 굴절률 파장 분산 재료를 고차 파면 수차가 보정되는 형상으로 가공하여 제 1 위상 보정층 (10C; 도 4참조) 과 병용하면 된다. 또한, 도 10 에 나타내는 제 6 위상 보정 소자 (600) 에서 사용된 편광성 위상 보정층을 구성하는 고분자 액정을, 고차 파면 수차가 보정되는 형상으로 가공하여 제 1 위상 보정층 (10C) 과 병용해도 된다.
상기 개구수 NA1 ＝ 0.65 정도의 HD 용 대물 렌즈를 CD 용 광디스크 (D3) 에 파장 λ3 및 개구수 NA3 로 사용하였을 때 발생되는 구면 수차를 보정하는 방법은 대물 렌즈로의 입사광을 발산광으로 하거나, 또는 도 7 에 나타내는 제 5 위상 보정 소자 (500) 에서 사용되는 제 2 위상 보정층 (20E) 과 같은 위상 보정층을 사용하면 된다. 또, 파장 λ3 의 광속을 개구수 NA3 로 규정하는 개구 제한으로서, 도 11 에 나타내는 제 7 위상 보정 소자 (700) 에서 사용되는 다층막 필터 (92) 또는 도 14 에 나타내는 제 8 위상 보정 소자 (800) 로 사용되는 회절 격자 (93) 를, 개구수 NA3 의 외주역에 형성하면 된다.
이하, 실시예에 관해서 설명한다.
[예 1]
본 발명에 관한 상기 제 7 위상 보정 소자 (700) 의 실시예를, 도 11 (단면도) 과 도 12 (평면도) 를 사용하여 설명한다.
이 제 7 위상 보정 소자 (700) 를 제작하기 위해서는
(1) 먼저, 굴절률 n ＝ 1.47 의 유리 기판 (5; 투광성 기판 (5)) 표면에서, 개구수 NA1 ＝ 0.85 의 원형 영역에서 개구수 NA2 ＝ 0.60 의 원형 영역을 빼서 얻 어지는 원환 영역 (A1) 에, 단면의 요철 깊이가 862nm 이고, 오목부와 볼록부의 길이의 비가 1:1 이고 평면 형상이 직선 형상인 회절 격자 (91) 를, Y 축 대칭이 되도록 Y 축에 대하여 ±45°경사진 2 분할 패턴으로서 에칭 가공한다.
(2) 다음으로, 회절 격자 (91) 가 가공된 면의 전체면에 λ1 ＝ 410nm 파장대, λ2 ＝ 650nm 파장대 및 λ3 ＝ 780nm 파장대의 광에 대한 반사 방지막 (8) 으로서, SiO2 와 TiO2 로 이루어지는 4 층 반사 방지막 (8; 도 13 참조) 을 막형성하는데, 그 구성을 표 1 에 나타낸다. 이 때, 반사 방지막 (8) 의 광로 길이 (굴절률 ×막두께) 는 파장 λ1 에서 331nm, 파장 λ2 에서 322nm 이다.
층 재료 굴절률 (파장) 막두께
(405nm) (660nm)
주위 공기 1.0 1.0
1 SiO2 1.470 1.456 123.9nm
2 TiO2 2.530 2.271 11.4nm
3 SiO2 1.470 1.456 57.8nm
4 TiO2 2.530 2.271 14.0nm
기판 석영 1.470 1.456

층 재료 굴절률 (파장) 막두께
(405nm) (660nm)
주위 공기 1.0
1 SiO2 1.470 1.456 73.1nm
2 Ta2O5 2.195 2.131 103.3nm
3 SiO2 1.470 1.456 121.3nm
4 Ta2O5 2.195 2.131 89.5nm
5 SiO2 1.470 1.456 162.6nm
6 Ta2O5 2.195 2.131 98.8nm
7 SiO2 1.470 1.456 123.9nm
8 Ta2O5 2.195 2.131 89.4nm
9 SiO2 1.470 1.456 141.8nm
10 Ta2O5 2.195 2.131 94.0nm
11 SiO2 1.470 1.456 169.2nm
12 Ta2O5 2.195 2.131 97.5nm
기판 석영 1.470 1.456

(3) 다음에, 유리 기판 (5; 투광성 기판 (5)) 표면에서, 개구수 NA2 ＝ 0.60 의 원형 영역에서 개구수 NA3 의 원형 영역을 빼서 얻어지는 원환 영역 (A2) 에, 파장 λ1 과 파장 λ2 의 광을 90% 이상 투과하고, 파장 λ3 의 광을 70% 이상 반사하는 다층막 필터 (92) 로서, 고굴절률의 투명 유전체막 Ta2O5 과 저굴절률의 투명 유전체막 SiO2 를 교대로 12 층 적층하는데, 그 구성을 표 2 에 나타낸다. 이 때, 다층막 필터 (92) 의 총 막두께 (d2) 는 1364nm 이고, 광로 길이는 파장 λ1 에서 2420nm, 파장 λ2 에서 2373nm 이다.
이러한 다층막 필터 (92) 를 유리 기판 (5) 의 원환 영역 (A2) 에 형성할 때, 원형 영역 (A3) 과 위상차가 생기지 않도록, 다층막 필터 (92) 를 막형성하기 전 에 미리 유리 기판 (5) 의 원환 영역 (A2) 을 에칭 가공하여 위상 조정용 단차를 형성한다. 구체적으로는 도 13 의 원형 영역 (A3) 의 표면 (S3) 에 대하여, 반사 방지막 (8) 의 막두께 207nm 를 포함하여 유리 기판 (5) 을 깊이 2187nm 가 되도록 가공한다.
이 때, 파장 λ1 의 입사광에 대하여, 원형 영역 (A3) 에서의 S0 면과 S 3 면 사이의 광로 길이 (L3) 는 (3) 식으로 기재되고, 에칭 가공한 유리 기판 (5) 과 반사 방지막 (8) 의 광로 길이의 합으로, L3 ＝ 3242nm 이다.
한편, 원환 영역 (A2) 에서의 S0 면과 S3 면 사이의 광로 길이 (L2 ) 는 (2) 식으로 산출되고, 다층막 필터 (92) 의 광로 길이 2420nm (＝ 1.774 ×1364nm) 와 원형 영역 (A3) 사이에 생긴 S2 면과 S3 면 사이의 공기층의 광로 길이 823nm 의 합으로, L2 ＝ 3243nm 가 되고, 대략 L2 ＝ L3 이다.
따라서, 파장 λ1 의 입사광에 대하여 개구 제한 기판 (5A) 의 원환 영역 (A1) 과 원형 영역 (A3) 에서 위상차는 생기지 않기 때문에, 개구수 NA1 의 전영역에서 입사광과 동일한 투과파면이 얻어진다.
또한, 파장 λ2 의 입사광에 대하여도 동일하게, 원형 영역 (A3) 에서의 S0 면과 S3 면 사이의 광로 길이 (L3) 는 L3 ＝ 3197nm, 원환 영역 (A2 ) 에서의 S0 면과 S3 면 사이의 광로 길이 (L2) 는 L2 ＝ 3205nm 가 되어, 대략 L2 ＝ L3 이기 때문에, 파장 λ2 의 입사광에 대하여도 개구 제한 기판 (5A) 의 개구수 NA2 의 전영역에서 입사광과 동일한 투과파면이 얻어진다.
이렇게 하여 얻어지는 본 실시예의 개구 제한 기판 (5A) 의 분광 투과율을 도 19 에 나타낸다. 원환 영역 (A1) 에 형성되는 회절 격자 (91) 의 분광 투과율을 (a) 로, 원환 영역 (A2) 에 형성되는 다층막 필터 (92) 의 분광 투과율을 (b) 로, 원형 영역 (A3) 에 형성된 반사 방지막 (8) 의 분광투과율을 (c) 로 나타낸다.
(4) 다음으로, 개구 제한 기능이 형성된 유리 기판 (5) 의 반대측 면에, 굴절률 nA 의 투광성 재료로서 SiN 과 SiO2 의 혼합 조성으로 이루어지는 SiON 막을, 막두께 32μm 가 되도록 막형성한다. 그리고, 도 11 에 나타내는 바와 같은 톱니 단면으로 이루어지는 프레넬 렌즈 형상으로 가공하여 제 1 위상 보정층 (10G) 을 구성하는 투광성 재료 (1A) 로 한다. 또한, 그 오목부에 굴절률 nB 의 투광성 재료 (1B) 로서 고굴절률 투명 플라스틱 재료를 사용하여 충전 및 고화시켜 제 1 위상 보정층 (10G) 으로 한다.
이 때, 투광성 재료 (1A; SiON) 와 투광성 재료 (1B; 고굴절률 플라스틱 재료) 의 굴절률은 파장 λ1 에서는 대략 동등하고, 파장 λ2 에서는 0.020 의 굴절률차가 생기고, 파장 λ3 에서는 0.023 의 굴절률차가 생긴다. 따라서, 제 1 위상 보정층 (10G) 은 파장 λ1 의 입사광에 대하여 투과파면은 불변이지만, 파장 λ2 및 파장 λ3 의 입사광에 대하여 투과파면이 변화된다. 톱니의 요철부의 단차는 파장 λ2 와 파장 λ3 의 중간 파장에 대하여 약 1 파장의 위상차에 상당하기 때문에, 파장 λ2 및 파장 λ3 에서 1 차 회절광이 최대가 된다.
또, 제 1 위상 보정층 (10G) 은 파장 λ2 및 파장 λ3 에서 투광성 재료 (1A) 가 투광성 재료 (1B) 에 비교하여 굴절률이 크기 때문에, 도 11 에 나타내는 단면 형상으로 되어 있다.
(5) 다음으로, 유리 기판 (6) 편면에 폴리이미드를 도포하여 X 축과 163°의 각도를 이루는 방향으로 배향 처리를 실시한 후, 아크릴계 액정 모노머의 용액을 도포하여 자외광을 조사함으로써 중합 경화시켜, 진상축이 X 축과 73°의 각도를 이루는 방향으로 정렬된 복굴절성 재료의 고분자 액정막으로 이루어지는 위상판 (3B) 을 형성한다. 여기서, 파장 λ2 와 파장 λ3 의 중간 파장에 상당하는 파장 520nm 에 대한 위상판 (3B) 의 리타데이션값은 130nm 로 대략 1/4 파장에 상당한다. 또, 각도는 도 12 에 있어서 시계 반대 방향을 정방향으로 한다.
또한, 위상판 (3A) 으로서 연신에 의해 복굴절성이 발현된 폴리카보네이트제의 유기물 박막을 사용하고, 접착제를 사용하여 위상판 (3B) 에 적층하는 동시에 위상 보정층 (1) 에 접착 고정한다. 파장 520nm 에 대한 위상판 (3A) 의 리타데이션값은 260nm 로 대략 1/2 파장에 상당하고, 그 진상축을 X 축과 17°의 각도 를 이루는 방향으로 한다. 즉, 위상판 (3A) 과 위상판 (3B) 의 진상축은 56°의 각도를 이룬다.
이렇게 하여 위상판 (3A) 과 위상판 (3B) 이 적층되어 이루어지는 제 1 위상판 (30G) 을 제작한다.
이렇게 하여 제작한 제 7 위상 보정 소자 (700) 에 의하면, 제 1 위상판 (30G) 에, X 축 방향에 편파면을 갖는 파장 λ1, λ2, λ3 의 광이 개구 제한 기판 (5A) 측에서 입사되면, 모두 타원율 (κ) 이 0.9 이상의 원편광으로 되어 출사되어, 3 파장에서 1/4 파장판에 상당하는 기능이 얻어진다.
[예 2]
다음에, 본 발명에 관한 상기 제 5 위상 보정 소자 (500) 의 실시예를, 도 7 (단면도) 과 도 8 (평면도) 을 사용하여 설명한다.
(1) 3 개의 파장 λ1 ＝ 405nm, λ2 ＝ 655nm, λ3 ＝ 790nm 에 대한 굴절률이, 1.470, 1.456, 1.454 인 유리 기판 (5; 투광성 기판) 표면에서, 개구수 NA2 ＝ 0.60 의 영역을 직접 에칭 가공하여, 광학축에 관해서 회전 대칭성을 갖는 윤대 형상의 요철부 형상 (프레넬 렌즈 형상) 이고 단면 형상이 톱니 형상이고 5 레벨 (4 단) 의 계단 형상 격자에 의해서 근사된 계단 형상의 블레이즈드 회절 격자로 이루어지는 제 1 위상 보정층 (10E) 을 형성한다.
여기서, 계단 형상 격자 1 단의 높이 (dN1) 를 1.723μm 로 하고, 공기와의 광로차가 파장 λ1 에 대하여 2 ×λ1 로 되어 있다. 이 때, 파장 λ2 에 대하여는 1.2 ×λ2, 즉 0.2 ×λ2 에 상당하게 되고, 파장 λ3 에 대하여는 약 λ3 으로 되어 있다. 따라서, 5 레벨 (4 단) 의 계단 형상 격자에 입사되는 파장 λ1 및 파장 λ3 의 투과파면은 변화되지 않지만, 파장 λ2 의 투과파면은 계단 형상 격자의 윤대 분포에 따라 변화된다.
각 계단 형상 격자의 윤대 반경은 파장 λ1 에서 커버 두께 0.1mm 의 HD 용 광디스크에 대하여 양호한 수차가 되도록 설계된 NA1 ＝ 0.85 의 HD 용 대물 렌즈를, 파장 λ2 으로 커버 두께 0.6mm 의 DVD 용 광디스크에 NA2 ＝ 0.60 으로 사용하였을 때 발생되는 투과파면 수차를 보정하도록 결정한다.
(2) 다음에, 제 1 위상 보정층 (10E) 이 형성된 유리 기판 (5) 의 반대측 면에, 실시예 1 의 위상판 (3B) 과 동일한 작성법으로, 진상축이 X 축 방향으로 정렬된 상광 굴절률 no 및 이상광 굴절률 ne 의 고분자 액정층을 형성한다. 또한, 포토리소그래피와 반응성 이온 에칭에 의해, 개구수 NA3 ＝ 0.45 의 영역에, 광학축에 관해서 회전 대칭성을 갖는 윤대 형상의 요철부 형상 (프레넬 렌즈 형상) 이고, 단면 형상이 톱니 형상이고 3 레벨 (2 단) 의 계단 형상 격자에 의해서 근사된 계단 형상의 블레이즈드 회절 격자 (2A) 를 가공하여, 그 오목부에 상광 굴절률 no 과 거의 같은 굴절률 ns 의 균질 굴절률 투명 재료 (2B) 를 충전하여 제 2 위상 보정층 (20E) 으로 한다.
여기서, 3 개의 파장 λ1, λ2, λ3 에 대한 굴절률차 (ne － ns) 는 0.277, 0.213, 0.200 이고, 계단 형상 격자 1 단의 높이 (dM1) 를 1.462μm 로 한다. 이 경우, 이상광 편광에 대하여, 고분자 액정층으로 이루어지는 계단 형상의 블레이즈드 회절 격자 (2A) 의 1 단의 균질 굴절률 투명 재료 (2B) 와의 광로 길이차가 파장 λ1 에 대하여는 λ1 이 되고, 파장 λ3 에 대하여는 0.37 ×λ3 로 되어 있다. 따라서, 제 2 위상 보정층 (20E) 에 입사되는 상광 편광의 투과파면은 파장에 관계없이 변화되지 않고, 또한 파장 λ1 의 투과파면은 입사 편광에 관계없이 변화되지 않는다. 한편, 파장 λ3 의 이상광 편광 입사광의 투과파면은 계단 형상 격자의 윤대 분포에 따라 변화된다.
각 계단 형상 격자의 윤대 반경은 대물 렌즈를 파장 λ3 에서 커버 두께 1.2mm 의 CD 용 광디스크에 NA3 ＝ 0.45 로 사용하였을 때에 발생되는 투과파면 수차를 보정하도록 결정한다.
(3) 다음으로, 유리 기판 (6) 의 편면에 실시예 1 의 위상판 (3B) 과 동일한 작성법으로, 진상축이 X 축 방향으로 정렬된 고분자 액정막으로 이루어지는 위상판 (3D) 을 형성한다. 여기서, 파장 λ1 에 대한 위상판 (3D) 의 리타데이션값은 203nm 로 약 1/2 파장에 상당한다. 또한, 실시예 1 의 위상판 (3A) 과 동일하게, 위상판 (3C) 으로서 폴리카보네이트제의 유기물 박막을 사용하고, 접착제를 사 용하여 위상판 (3D) 에 적층함과 동시에 위상 보정층 (20E) 에 접착 고정한다. 파장 λ1 에 대한 위상판 (3C) 의 리타데이션값은 102nm 로 약 1/4 파장에 상당하고, 그 진상축을 X 축과 45°의 각도를 이루는 방향으로 한다. 즉, 위상판 (3C) 과 위상판 (3D) 의 진상축은 45°의 각도를 이룬다. 이렇게 하여 위상판 (3C) 과 위상판 (3D) 이 적층되어 이루어지는 제 1 위상판 (30E) 을 제작한다.
이렇게 하여 제작한 제 5 위상 보정 소자 (500) 에 의하면, 제 1 위상판 (30E) 에, X 축 방향에 편파면을 갖는 파장 λ1 의 광이 투광성 기판 (5) 측으로부터 입사되면, 타원율 (κ) 이 0.9 이상인 원편광으로 되어 출사되어 1/4 파장판에 상당하는 기능이 얻어진다. 또한, Y 축 방향에 편파면을 갖는 파장 λ2 및 파장 λ3 의 광이 입사되면, 각각의 편파면이 회전된 직선 편광으로 변환되어 1/2 파장판에 상당하는 기능이 얻어진다.
따라서, 파장 λ2 의 상광 편광 입사광이 제 1 위상판 (30E) 을 왕복하면 원래의 상광 편광으로 되고, 귀로에서도 제 2 위상 보정층 (20E) 에서 투과파면 변화없이 직진 투과한다. 또한, 파장 λ3 의 이상광 편광 입사광이 제 1 위상판 (30E) 을 왕복하면 원래의 이상광 편광으로 되고, 귀로에서도 제 2 위상 보정층 (20E) 에서 투과파면이 변화되어 파면 수차 보정 작용이 발현된다.
또, 제 1 위상 보정층 (10E) 을 투과하는 파장 λ2 의 NA2 영역의 상광 편광 및 제 2 위상 보정층 (20E) 을 투과하는 파장 λ3 의 NA3 영역의 이상광 편광은 파 워 성분을 포함하는 투과파면이 되기 때문에, 소정 개구 영역 이외의 투과광과 집광면이 달라, 개구 영역 외에 개구 제한 기능을 형성하지 않아도 된다.
[예 3]
본 발명에 관한 상기 제 6 위상 보정 소자 (600) 의 실시예를, 도 10 (단면도) 을 사용하여 설명한다.
(1) 유리 기판 (51; 투광성 기판) 의 원환 영역 (A1) 및 원환 영역 (A2) 에 실시예 1 의 다층막 필터 (92) 와 동일한 다층막 필터 (도시하지 않음) 를 형성한다.
또한, 유리 기판 (6; 투광성 기판) 의 편면에 형성하는 위상판 (3D) 과 위상판 (3C) 을 적층하여 이루어지는 제 1 위상판 (30F) 은 실시예 2 에서 사용된 제 1 위상판 (30E; 도 7) 과 동일하기 때문에 설명을 생략한다.
(2) 유리 기판 (52) 의 편면에, 실시예 1 의 위상판 (3B) 과 동일한 작성법으로, 진상축이 X 축과 70°의 각도를 이루는 방향으로 정렬된 고분자 액정막으로 이루어지는 위상판 (3F) 을 형성한다. 여기서, 파장 λ1 에 대한 위상판 (3F) 의 리타데이션값은 405nm 로 약 1 파장에 상당한다. 또한, 실시예 1 의 위상판 (3A) 과 동일하게, 위상판 (3E) 으로서 폴리카보네이트제의 유기물 박막을 사용하고, 균질 굴절률 투명 재료 (1G) 를 접착제로서 사용하여 위상판 (3F) 에 적층하는 동시에 제 2 편광성 위상 보정층 (10F2) 의 고분자 액정으로 이루어지는 블레이즈드 회절 격자 (1F) 의 오목부에 충전하여 접착 고정한다.
파장 λ1 에 대한 위상판 (3E) 의 리타데이션값은 405nm 로 약 1 파장에 상당하고, 그 진상축을 X 축과 25°의 각도를 이루는 방향으로 한다. 즉, 위상판 (3E) 과 위상판 (3F) 의 진상축은 45°의 각도를 이룬다. 이렇게 하여, 위상판 (3E) 과 위상판 (3F) 이 적층되어 이루어지는 제 2 위상판 (40F) 을 제작한다.
제 2 위상판 (40F) 에, X 축 방향에 편파면을 갖는 파장 λ1 의 광이 입사되면 출사 편광은 변하지 않는다. 또한, Y 축 방향에 편파면을 갖는 파장 λ2 및 파장 λ3 의 광이 입사되면, 각각의 편파면이 약 90°회전한 X 축 방향의 직선 편광으로 변환되어 1/2 파장판에 상당하는 기능이 얻어진다.
이 제 6 위상 보정 소자 (600) 중의 제 2 편광성 위상 보정층 (10F2) 과 제 1 편광성 위상 보정층 (10F1) 은 모두, 실시예 2 의 제 2 위상 보정층 (20E) 과 동일한 제작법으로, 유리 기판 (51 과 52) 의 편면에 진상축이 X 축 방향으로 정렬된 상광 굴절률 no ＝ 1.55 및 이상광 굴절률 ne ＝ 1.70 의 고분자 액정층을 형성한다.
(3) 또한, 포토리소그래피와 반응성 이온 에칭에 의해, 개구수 NA2 ＝ 0.60 의 영역에, 광학축에 관해서 회전 대칭성을 갖는 윤대 형상의 요철부 형상 (프레넬 렌즈 형상) 이고, 단면 형상이 톱니 형상인 블레이즈드 회절 격자 (1F 및 1D) 를 가공하고, 그 오목부에 상광 굴절률 no 과 거의 동등한 굴절률 ns 의 균질 굴절률 투명 재료 (1G 및 1E) 를 충전하여 제 2 편광성 위상 보정층 (10F2) 및 제 1 편광성 위상 보정층 (10F1) 으로 한다. 또, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 블레이즈드 회절 격자 (1F 와 1D) 는 톱니 단면의 사면이 동심원 격자 패턴의 중심축에 대하여 역방향으로 가공되어 있다.
고분자 액정으로 이루어지는 톱니 형상의 블레이즈드 회절 격자 (1D 및 1F) 에 상광 편광이 입사된 경우, 고분자 액정과 균질 굴절률 투명 재료의 굴절률차가 없기 때문에 투과파면은 변화되지 않는다. 한편, 이상광 편광이 입사된 경우, 고분자 액정과 균질 굴절률 투명 재료의 굴절률차 약 0.15 가 발생하여 톱니 형상의 블레이즈드 회절 격자의 형상에 따른 투과파면의 변화가 발생된다.
실시예 2 의 제 2 위상 보정층 (20E) 에서는 3 레벨 (2단) 의 계단 형상의 블레이즈드 회절 격자 (2A) 로 하였지만, 블레이즈드 회절 격자 (1D 및 1F) 에서는 톱니 전체의 요철 단차가 파장 λ2 및 파장 λ3 의 이상광에 대하여 약 1 파장의 위상차에 상당하는 고분자 액정의 막두께로 하고 있는 점이 다르다. 그 결과, 파장 λ2 및 파장 λ3 에서 1 차 회절광이 최대가 된다. 이 때, 파장 λ1 의 이상광에 대하여는 2 차 회절광이 최대가 된다.
[예 4]
이렇게 하여 제작된 위상 보정 소자, 예를 들어 제 6 위상 보정 소자 (600) 와 대물 렌즈 (12) 를 액추에이터 (도시하지 않음) 에 일체화하여 도 15 에 나타내는 광헤드 장치에 탑재한다.
이 광헤드 장치를 DVD 용 및 CD 용 광디스크의 기록 및/또는 재생에 사용할 때, 대물 렌즈만으로는 발생되었던 파면 수차가 보정됨과 동시에, 대물 렌즈와 광디스크의 간격을 확보할 수 있다. 그 결과, 안정되게 HD 용, DVD 용 및 CD 용의 3 종의 광디스크의 기록 및/또는 재생을 실현할 수 있다.
또한, 파장 λ1 의 상광 편광 입사광이, 위상 보정 소자, 예를 들어 제 6 위상 보정 소자 (600) 를 왕복함으로써, 위상판 (30F) 에 의해 직교화한 편광 방향의 이상광 편광출사광으로 변환되기 때문에, 편광 빔스플리터 (19) 와 병용함으로써 광검출기 (15A) 로 효율적으로 신호광을 검출할 수 있다.
산업상이용가능성
본 발명의 위상 보정 소자를 사용함으로써, 파장 λ1 의 투과파면은 불변인 채로, 파장 λ2 또는 파장 λ3 의 투과파면을 보정할 수 있다. 또한, 파장 λ1 로 1/4 파장판의 기능을 갖는 제 1 위상판이 일체화되어 있기 때문에, 위상 보정 소자를 왕복한 파장 λ1 의 직선 편광은 직교하는 직선 편광으로 변환된다. 그 결과, 위상 보정 소자를 파장 λ1 로 HD 용의 광디스크에 최적 설계된 HD 용 대물 렌즈와 일체로 광헤드 장치에 탑재함으로써, 사용 파장 및 커버 두께가 각각 다른 HD 용, DVD 용 및 CD 용의 광디스크에 대하여도 안정된 정보의 기록 및/또는 재생을 할 수 있다.
또한, 편광 빔스플리터가 탑재된 본 발명의 광헤드 장치에 사용함으로써, 파 장 λ1 의 광에 대하여 왕로 및 귀로의 광이용 효율이 향상되어 반도체 레이저 광원의 소비 전력을 삭감할 수 있고, 고속인 기록 및/또는 재생을 할 수 있다. 또한, 반도체 레이저 광원의 발진을 불안정하게 하는 복귀광이 감소하기 때문에, 반도체 레이저의 발진이 안정되어 신뢰성이 높은 기록 및/또는 재생용 광헤드 장치가 된다. 또한, 대물 렌즈와 광디스크의 간격을 확보할 수 있기 때문에, 기록 및/또는 재생시의 포커스 서보 등의 안정성을 향상할 수 있다. 따라서, 광학 특성이 우수하여 소형 경량화에 적합한 광헤드 장치를 제공할 수 있다.
또한, 위상 보정 소자 중의 제 1 위상 보정층에 굴절률 파장 분산이 다른 재료를 사용함으로써, 입사광의 편광에 의존하지 않는 파면 수차 보정을 할 수 있다. 또한, 위상 보정 소자 중의 제 1 위상 보정층을 1 단의 위상차가 파장 λ1 의 2 배에 상당하는 계단 형상 격자로 함으로써, 파장 λ2 의 파면 수차를 독립적으로 보정할 수 있다.
또한, 2 파장용 또는 3 파장용 1/4 파장판을 사용함으로써, DVD 및 CD 의 파장에 있어서도, 높은 광이용 효율을 얻기 쉬운 동시에 신뢰성이 높은 기록 및/또는 재생용의 광헤드 장치가 된다.
또한, 위상 보정 소자 중의 제 2 위상 보정층에 복굴절이 다른 재료를 사용하여, 이상광 편광에 대한 1 단의 위상차가 파장 λ1 에 상당하는 계단 형상 격자로 하고, 3 파장의 입사 편광을 규정함으로써, 파장 λ3 의 파면 수차를 독립적으로 보 정할 수 있다. 또한, 상기 파장 λ2 의 파면 수차를 독립적으로 보정할 수 있는 제 1 위상 보정층과, 파장 λ1 로 1/4 파장판의 기능을 갖고 또한 파장 λ2 및 파장 λ3 으로 1/2 파장판의 기능을 갖는 제 1 위상판을 일체화한 위상 보정 소자로 함으로써, DVD 및 CD 의 파면 수차를 독립적으로 보정할 수 있다.
또한, 파장 λ1 로 1/4 파장판의 기능을 갖고, 또한 파장 λ2 및 파장 λ3 으로 1/2 파장판의 기능을 갖는 상기 제 1 위상판과, 파장 λ1 의 투과광의 편광은 불변이고 파장 λ2 및 파장 λ3 에 대하여 편파면을 90°회전하는 1/2 파장판의 기능을 갖는 제 2 위상판과, 복굴절 재료와 균질 굴절률 재료로 이루어지는 편광성 위상 보정층을 2 층 사용함으로써, DVD 및 CD 의 파면 수차를 보정할 수 있다. 복굴절 재료로서 복굴절이 큰 고분자 액정을 사용함으로써, 위상 보정층의 두께를 얇게 할 수 있는 동시에, 톱니 형상의 요철 형상을 고정밀도로 가공할 수 있기 때문에, 정확하고 광이용 효율이 높은 파면 수차 보정을 할 수 있다.
또한, 개구수 NA1 에서 개구수 NA3 를 뺀 원환 영역에, 파장 λ1 및 파장 λ2 의 광만을 직진 투과하는 다층막 필터 또는 회절 격자를 형성하여 CD 용의 파장 λ3 의 광속에 대한 개구 제한으로 함으로써, 안정된 CD 의 파면 수차 보정을 할 수 있다.
또한, 개구수 NA1 에서 개구수 NA2 를 뺀 제 1 원환 영역에, 파장 λ1 의 광 만을 직진 투과하는 회절 격자를 형성하여 DVD 용의 파장 λ2 의 광속에 대한 개구 제한 소자로 함으로써, 안정된 DVD 의 파면 수차 보정을 할 수 있다.
















Claims (13)

  1. λ1, λ2, λ3 (λ1 < λ2 < λ3) 의 3 파장의 광을 투과하는 위상 보정 소자로서,
    상기 광이 입사하는 상기 위상 보정 소자 평면 내에 개구수 NA2 의 영역과 개구수 NA2 의 영역을 포함하는 개구수 NA1 (NA1 > NA2) 의 영역을 구비하고,
    개구수 NA2 의 영역에는 그 단면 형상이 톱니 형상 또는 톱니 형상의 각 볼록부가 계단 형상에 의해서 근사되고, 또한 입사광의 광학축에 대하여 회전 대칭성을 갖는, 톱니 형상 또는 근사된 톱니 형상의 요철부로 이루어지는 제 1 위상 보정층이 형성되고,
    또한 제 1 위상 보정층과, 파장 λ1 의 직선 편광의 입사광에 대하여 π/2 의 홀수배의 복굴절 위상차를 발생시켜 원편광으로 변환하는 제 1 위상판이 일체화되어 형성되어 있고,
    개구수 NA1 의 영역에 입사하는 파장 λ1 의 광의 투과파면은 그 편광 상태에 관계없이 불변이지만, 개구수 NA2 의 영역에 입사하는 파장 λ2 의 광, 또는 파장 λ2 및 파장 λ3 의 광의 투과파면은 변화시키는 기능을 갖고,
    상기 제 1 위상 보정층은 굴절률 파장 분산이 다른 제 1 투광성 재료와 제 2 투광성 재료를 구비하고, 그 굴절률차 Δn 가 파장 λ1 에서 제로인 동시에 파장 λ2 및 파장 λ3 에서는 유한의 값으로서,
    상기 제 1 투광성 재료는 그 단면 형상이 톱니 형상 또는 톱니 형상의 각 볼록부가 계단 형상에 의해서 근사되고, 또한 입사광의 광학축에 대하여 회전 대칭성을 갖는 톱니 형상의 요철부로 이루어지고, 상기 요철부의 적어도 오목부에 상기 제 2 투광성 재료가 충전되고, 파장 λ2 에 있어서의 굴절률차를 Δn 으로 하면, 상기 톱니 형상의 각 볼록부의 높이 d 가,
    다음 식
    λ2 / 2 ≤Δn ×d ≤λ3
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 위상 보정 소자.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 위상 보정층은 상기 톱니 형상의 각 볼록부가 계단 형상에 의해서 근사되고, 계단 형상의 각 단의 볼록부와 오목부에 대한 파장 λ1 의 투과광의 위상차가 4π의 자연수배인, 위상 보정 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 위상판은 λ1 ＝ 410nm 파장대와 λ2 ＝ 650nm 파장대의 중간 파장 λC ＝ (λ1 ＋ λ2) / 2 에 대한 복굴절 위상차가 π와 π/2 인 2 장의 위상판을 그들 광축이 이루는 각도가 57 ±5°가 되도록 적층되고,
    적어도 λ1 및 λ2 의 파장대의 직선 편광 입사광에 대하여 π/2 의 홀수배의 복굴절 위상차를 발생시켜 원편광으로 변환하는, 위상 보정 소자.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 위상 보정 소자는 그 평면 내의 개구수 NA3 (NA2 > NA3) 의 영역에 제 2 위상 보정층이 형성되어 있고, 상기 제 2 위상 보정층은 상광(常光) 굴절률 no 및 이상광(異常光) 굴절률 ne (ne ≠no) 로 굴절률 타원체의 광축이 일방향으로 정렬된 복굴절 재료층을 구비하고,
    상기 복굴절 재료층은 단면 형상이 톱니 형상이고 그 각 볼록부가 계단 형상에 의해서 근사되고, 또한 입사광의 광학축에 대하여 회전 대칭성을 갖는 톱니 형상의 요철부로 이루어지고, 상기 요철부의 적어도 오목부에 상광 굴절률 no 또는 이상광 굴절률 ne 와 동등한 굴절률 ns 의 균질 굴절률 투명 재료가 충전되고,
    상기 계단 형상의 각 단의 단차에 대응하는 파장 λ1 의 이상광 편광 또는 상광 편광의 투과광의 위상차가 2π의 홀수배인, 위상 보정 소자.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 위상판은 파장 λ1 의 직선 편광 입사광에 대하여 π/2 의 홀수배의 복굴절 위상차를 발생시켜 원편광으로 변환하고, 파장 λ2 및 파장 λ3 의 직선 편광 입사광에 대하여 π의 홀수배의 복굴절 위상차를 발생시켜 편파면을 회전하는 기능을 갖는, 위상 보정 소자.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 위상판은 파장 λ1 에 대한 복굴절 위상차가 π/2 와 π인 2 장의 위상판을 그들 광축이 이루는 각도가 45 ±5°가 되도록 적층된 구성으로 이루어지는, 위상 보정 소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 위상 보정층은 상광 굴절률 no 및 이상광 굴절률 ne (no ≠ne) 로 굴절률 타원체의 광축이 일방향으로 정렬된 복굴절 재료층을 구비하고,
    상기 복굴절 재료층은 단면 형상이 톱니 형상 또는 톱니 형상의 각 볼록부가 계단 형상에 의해서 근사되고, 또한 입사광의 광학축에 대하여 회전 대칭성을 갖는 톱니 형상의 요철부를 구비하고, 상기 요철부의 적어도 오목부는 상광 굴절률 no 또는 이상광 굴절률 ne 와 동등한 굴절률 ns 의 균질 굴절률 투명 재료가 충전된 구조를 갖는 제 1 편광성 위상 보정층과 제 2 편광성 위상 보정층을 구비하고,
    상기 제 1 위상판은 λ1 ＝ 410nm 파장대의 직선 편광 입사광에 대하여 π/2 의 홀수배의 복굴절 위상차를 발생시켜 원편광으로 변환하고, λ2 ＝ 650nm 파장대 및 λ3 ＝ 780nm 파장대의 직선 편광 입사광에 대하여는 π의 홀수배의 복굴절 위상차를 발생시켜 편파면을 회전하는 기능을 갖고,
    상기 제 2 위상판은 λ1 ＝ 410nm 파장대의 직선 편광 입사광에 대하여 π의 짝수배의 복굴절 위상차를 발생시켜 편광상태를 바꾸지 않고, λ2 ＝ 650nm 파장대 및 λ3 ＝ 780nm 파장대의 직선 편광 입사광에 대하여는 π의 홀수배의 복굴절 위상차를 발생시켜 편파면을 90°회전하는 기능을 갖고,
    상기 제 1 위상판, 제 1 편광성 위상 보정층, 제 2 위상판, 제 2 편광성 위상 보정층의 순서로 배치되어 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 위상 보정 소자.
  9. 제 1 항, 제 3 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위상 보정 소자 평면 상의 개구수 NA1 의 원형 영역에서 개구수 NA3 (NA1 > NA2 > NA3) 의 원형 영역을 빼서 얻어지는 원환 영역에, λ1 ＝ 410nm 파장대 및 λ2 ＝ 650nm 파장대의 입사광을 투과하고 λ3 ＝ 780nm 파장대의 입사광을 반사하는 다층막 필터, 또는 λ1 ＝ 410nm 파장대 및 λ2 ＝ 650nm 파장대의 입사광을 투과하고 λ3 ＝ 780nm 파장대의 입사광을 회절하는, 단면 형상이 직사각 형상이고 볼록부와 오목부에 대한 λ1 ＝ 410nm 파장대의 투과광의 위상차가 10π인 회절 격자가 형성되어 있는, 위상 보정 소자.
  10. 제 1 항, 제 3 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위상 보정 소자 평면 상의 개구수 NA1 의 원형 영역에서 개구수 NA2 의 원형 영역을 빼서 얻어지는 제 1 원환 영역에, λ1 ＝ 410nm 파장대의 입사광을 투과하고 λ2 ＝ 650nm 파장대 및 λ3 ＝ 780nm 파장대의 입사광을 회절하는, 단면 형상이 요철 형상이고 볼록부와 오목부에 대한 λ1 ＝ 410nm 파장대의 투과광의 위상차가 2π인 회절 격자가 형성되고,
    상기 위상 보정 소자 평면 상의 개구수 NA2 의 원형 영역에서 개구수 NA3 의 원형 영역을 빼서 얻어지는 제 2 원환 영역에, λ1 ＝ 410nm 파장대 및 λ2 ＝ 650nm 파장대의 입사광을 투과하고 λ3 ＝ 780nm 파장대의 입사광을 반사하는 다층막 필터, 또는 λ1 ＝ 410nm 파장대 및 λ2 ＝ 650nm 파장대의 입사광을 투과하고 λ3 ＝ 780nm 파장대의 입사광을 회절하는, 단면 형상이 직사각 형상이고 볼록부와 오목부에 대한 λ1 ＝ 410nm 파장대의 투과광의 위상차가 10π인 회절 격자가 형성되어 있는, 위상 보정 소자.
  11. 상기 회절 격자 또는 상기 다층막 필터가 형성된 제 9 항에 기재된 상기 원환 영역과 개구수 NA3 의 상기 원형 영역에 대한, 파장 λ1 의 입사광의 위상차가 2π의 정수배인, 위상 보정 소자.
  12. λ1 ＝ 410nm 파장대와 λ2 ＝ 650nm 파장대와 λ3 ＝ 780nm 파장대의 3 파장의 광을 출사하는 광원과, 출사된 3 파장의 광을 광기록 매체에 집광하는 대물 렌즈와, 집광되어 광기록 매체에 의해 반사된 광을 검출하는 광검출기를 구비하는 광헤드 장치로서, 상기 3 파장의 광을 출사하는 광원으로부터 광기록 매체에 이르는 광로 중에, 제 1 항 , 제 3 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 위상 보정 소자를 배치한 것을 특징으로 하는 광헤드 장치.
  13. 상기 회절 격자 또는 상기 다층막 필터가 형성된 제 10 항에 기재된 상기 제 1 및 제 2 각 원환 영역과 개구수 NA3 의 상기 원형 영역에 대한, 파장 λ1 의 입사광의 위상차가 2π의 정수배인, 위상 보정 소자.
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