WO2004012188A1 - 位相補正素子および光ヘッド装置 - Google Patents

位相補正素子および光ヘッド装置 Download PDF

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WO2004012188A1
WO2004012188A1 PCT/JP2003/009746 JP0309746W WO2004012188A1 WO 2004012188 A1 WO2004012188 A1 WO 2004012188A1 JP 0309746 W JP0309746 W JP 0309746W WO 2004012188 A1 WO2004012188 A1 WO 2004012188A1
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light
phase
phase correction
refractive index
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PCT/JP2003/009746
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Yoshiharu Ooi
Masahiro Murakawa
Hiromasa Sato
Masao Miyamura
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Asahi Glass Company, Limited
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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

Definitions

  • the present invention relates to a phase correction element and an optical head device, and more particularly to a phase correction element mounted on an optical head device used for recording and Z or reproduction of information on three types of optical recording media having different wavelengths used, and a phase correction element for the same.
  • the present invention relates to an optical head device. Background art
  • optical recording media for recording and Z or reproducing information
  • optical head devices capable of recording and Z or reproducing information on and from this optical recording medium
  • optical recording media for CDs are optical discs with a cover thickness of 1.2 mm for protecting the information recording surface, and are used as light sources for information recording and Z or playback.
  • a semiconductor laser with a 780 nm wavelength band and an objective lens with NA (numerical aperture) of 0.44 to 0.51 are used.
  • optical discs for DVDs are optical discs with a cover thickness of 0.6 mm, and a semiconductor laser with a 650 nm wavelength band and a NA of 0.60 to 0.65 as a light source for recording and / or reproducing information. Are used.
  • an optical disk with a cover thickness of 0.1 mm using a semiconductor laser in the 41 Onm wavelength band and an objective lens with a NA of 0.85 as a light source has been proposed.
  • the optical disk used for the semiconductor laser in the 41 Onm wavelength band is referred to as an HD optical disk in particular.
  • ⁇ light in the wavelength band of 410 nm is light with a wavelength of approximately 390 nm to approximately 430 ⁇ m
  • the numerical aperture N of the objective lens used for HD, DVD and CD The A and NA have NA 2, NA 3, respectively, NA i zeros. 8 5 about, NA 2 0s. 6 0 at 0. 6 5 approximately, NA 3 0s. 4 4 at 0. 5 1 value of about Is used.
  • phase difference caused by the difference between the ordinary refractive index and the extraordinary refractive index of the birefringent material with respect to the ordinary polarized light and the extraordinary polarized light
  • birefringent phase difference does not depend on the polarization dependence of the refractive index.
  • the term is used to distinguish the term from the ordinary phase difference corresponding to the optical path length difference.
  • phase difference is described in radians (rad), but when expressed in wavelength units, it is called “wavelength phase difference”.
  • the three types of optical disks for CD, DVD and HD have different cover thicknesses and wavelengths.
  • an objective lens designed for one type of optical disk is temporarily attached, and information is recorded and recorded on the optical disk by using these optical disks interchangeably.
  • Z or reproduction for example, when this optical head device is used for recording and Z or reproduction on another type of optical disk than the above-mentioned optical disk, a large spherical aberration occurs, and information recording and There was a problem with Z or playback not possible.
  • Patent Literature 1 Patent No. 27131325
  • Patent Literature 2 Patent No. 2725653
  • Patent Document 1 proposes an aperture limiting element that switches NA by diffraction.
  • the phase of the transmitted light of the wavelength ⁇ 2 is aligned so that the multilayer filter 1 2 0 in the circular region is used.
  • a phase compensation film 1300 for phase adjustment is formed.
  • An optical head device that can reduce the spherical aberration generated due to the difference in the cover thickness of the optical disk can be configured.
  • the residual spherical aberration is reduced by making divergent light the incident light of wavelength ⁇ 3 with respect to the objective lens.
  • Patent Document 2 proposes a phase correction element that generates a spherical aberration by diffracting light having a second wavelength different from that, and cancels the spherical aberration of the objective lens.
  • an optical head device that records and / or reproduces information on an optical recording medium on an optical disk such as a CD or DVD
  • the light emitted from a semiconductor laser as a light source is focused on the optical recording medium by an objective lens.
  • the return light reflected by the optical recording medium is guided by a beam splitter to a light receiving element, which is a photodetector, and the information on the optical recording medium is converted into an electric signal.
  • the polarization beam splitter transmits linearly polarized light of a polarization plane in a specific direction emitted from a light source on the outward path, reflects or diffracts on the return path linearly polarized light that has been reflected by the optical recording medium and has become a plane of polarization orthogonal to the outward path.
  • the direction of light can be switched to a photodetector.
  • a phase plate (1Z4 wavelength plate) having a birefringence phase difference of 2 with respect to the wavelength of the incident light is used in order to set the polarization plane of the return path to linearly polarized light orthogonal to the outward path. It is located in the optical path of the evening and optical recording media.
  • the HD since there is no phase compensator for three wavelengths that can record and / or reproduce information on the three types of optical discs, DVD and CD, a single objective lens can be used to collect information on these three types of optical discs. Recording and / or playback was difficult.
  • the aperture limiting element 100000 shown in FIG. The first annular region obtained by subtracting the circular region of the numerical aperture of DVD NA 2 (where NA X > NA 2 ) from the circular region of the numerical aperture of It was not wavelength selective fill evening function transmits 2 and wavelength lambda 3 of the incident light has to be added.
  • D VD aperture Nyuarufa 2 circular area or al aperture Nyuarufa 3 of CD (but, ⁇ 2> ⁇ 3) to the second annular region that obtained by subtracting the circular area, the wavelength ⁇ it is necessary to add a wavelength selective fill evening function which does not transmit through the i and wavelength lambda 2 of the incident light incident light having a wavelength lambda 3.
  • a multilayer film having a different spectral transmittance is formed in each of the first annular region and the second annular region by dividing the region. It must be an extremely complex process and the numerical aperture ⁇ ! The it is difficult to stably produce a degraded without aperture limiting element of the transmitted wavefront aberration for incident light of wavelength lambda chi in the entire surface.
  • the transmitted wavefront means a wavefront of light transmitted through an optical element such as a phase correction element.
  • the birefringence phase difference of Paizeta 2 with respect to the wavelength E, the wavelength lambda 2 Contact and wavelength lambda 3 of phases that no position phase plate causing deterioration of the characteristics of the phase correction device is integrated with respect to the wavelength A correction element has been required.
  • the present invention has been made in order to solve the above-mentioned drawbacks, and is intended to record and / or reproduce information on three types of optical disks, HD, DVD and CD, using a single objective lens for HD. It is intended to provide a phase correction element and an optical head device that can be used. Disclosure of the invention
  • the present invention relates to a phase complementary element that transmits light of three wavelengths ⁇ 2 and ⁇ 3 ( ⁇ ⁇ 2 ⁇ 3 ), wherein the numerical aperture is within the plane of the phase correction element where the light is incident.
  • eight second realm and numerical aperture ⁇ numerical aperture comprising a second region and a region of (NA 1> NA 2), in the region of the aperture NA 2, serrated or saw-tooth of the projections is the cross-sectional shape
  • a first phase correction layer formed of a saw-toothed or approximated saw-toothed uneven portion whose portion is approximated by a staircase shape and has rotational symmetry with respect to the optical axis of the incident light;
  • the correction layer and the first phase plate that generates an odd-numbered birefringence phase difference of 7tZ2 with respect to the incident light of the linearly polarized light having the wavelength ⁇ and converts it into circularly polarized light are integrally formed.
  • Wavelength incident on the numerical aperture NA i! Function of the transmitted wavefront of light is a regardless invariant involved in its polarization state, the wavelength lambda 2 of the light incident on the area of the numerical aperture NA 2 or transmitted wavefront of light of wavelength lambda 2 and wavelength lambda 3, the changing A phase correction element characterized by having:
  • the first phase correction layer includes a first translucent material and a second translucent material having different refractive indices and wavelength dispersions, and the refractive index difference ⁇ ⁇
  • the refractive index difference ⁇ ⁇ shall apply at wavelengths's 2 and wavelength lambda 3 in finite value with a zero at a wavelength of said first light-transmissive material, the approximate cross-section shape of the serrated or sawtooth respective protrusions stepped shape And a sawtooth-shaped uneven portion having rotational symmetry with respect to the optical axis of the incident light, at least a concave portion of the uneven portion is filled with the second light-transmitting material, and a refractive index at a wavelength ⁇ 2
  • a second phase correction element is provided in which the height d of each of the saw-tooth-shaped convex portions satisfies the following equation: ⁇ 2 ⁇ 2 ⁇ !
  • the first phase correction layer is A third phase correction element in which each tooth-like convex portion is approximated by a staircase shape, and the phase difference of transmitted light of wavelength ⁇ , with respect to the convex and concave portions of each step of the staircase shape, is a natural number multiple of 47 °. I will provide a.
  • + ⁇ 2 ) / 2 is composed of two phase plates with a birefringence phase difference of Tt and ⁇ 2 stacked so that the angle between their optical axes is 57 ⁇ 5 °.
  • a fourth phase correction element for generating a birefringent phase difference of an odd multiple of ⁇ / 2 with respect to the linearly polarized incident light in the wavelength band of ⁇ 2 to convert the light into circularly polarized light.
  • a second phase correction layer is formed in a region of a numerical aperture ⁇ 3 ( ⁇ 2 > 3 ) in a plane thereof;
  • the phase correction layer has an ordinary refractive index ⁇ .
  • a birefringent material layer in which the optical axis of the refractive index ellipsoid is aligned in one direction with an extraordinary refractive index ne (n e ⁇ n.).
  • the portion is approximated by a step-like shape, and is composed of a saw-toothed uneven portion having rotational symmetry with respect to the optical axis of the incident light, and at least the concave portion of the uneven portion has an ordinary light refractive index n.
  • a transparent material is filled with a refractive index n s that is substantially equal to the extraordinary light refractive index n e, and transmitted light of extraordinary polarized light or ordinary polarized light of wavelength ⁇ i with respect to the convex portions and concave portions of each step of the step-shaped grating.
  • a fifth complementary element whose phase difference is an odd multiple of 27T.
  • the first phase plate generates a birefringent phase difference of an odd multiple of ⁇ / 2 with respect to the linearly polarized incident light having the wavelength ⁇ and converts the linearly polarized incident light into circularly polarized light.
  • a sixth phase correction element having a function of rotating the polarization plane by generating birefringence position phase difference of an odd multiple of ⁇ with respect to linearly polarized incident light having a wavelength of lambda 2 and wavelength lambda 3, the first In the phase compensating element of 6, the first phase plate has an angle of 45 ⁇ 5 ° between two optical phase plates whose birefringence phase difference with respect to wavelength is 7 ° / 2 and 7C.
  • a seventh phase correction element having a configuration stacked as follows. Further, in the first phase correction element, the first phase correction layer has an ordinary light refractive index n. And a birefringent material layer having an extraordinary refractive index n e (n. ⁇ n e ) and an optical axis of a refractive index ellipsoid aligned in one direction, wherein the birefringent material layer has a sawtooth or sawtooth cross-sectional shape.
  • Each of the convex portions is approximated by a step-like shape, and has a saw-tooth-shaped uneven portion having rotational symmetry with respect to the optical axis of the incident light.
  • At least the concave portion of the uneven portion has an ordinary refractive index n. Or the extraordinary light refractive index n.
  • a first polarization phase correction layer and a second polarization phase correction layer having a structure filled with a homogeneous refractive index transparent material having a refractive index n s substantially equal to the first phase plate.
  • the second phase plate has a function of rotating the plane of polarization by generating a birefringent phase difference that is an odd multiple of the linearly polarized incident light, and the second phase plate includes:
  • the present invention provides an eighth compensating element which is arranged and integrated in the order of a phase plate and a second polarizing phase correcting layer.
  • a ninth phase correction element in which a diffraction grating having a phase difference of 10 ⁇ is formed.
  • a tenth phase correction element, wherein a diffraction grating of ⁇ is formed
  • the annular region in the ninth phase correction element in which the diffraction grating or the multilayer filter is formed or the first and the tenth phase correction elements in the tenth phase correction element for the second pre-Symbol circular area of each annular area and numerical aperture ⁇ 3, providing a first first phase correcting element according to feature the phase difference of incident light having a wavelength lambda i is an integer multiple of 27T I do.
  • a light source that emits light of three wavelengths in the 5 O nm wavelength band and ⁇ 3 780 nm wavelength band, an objective lens that focuses the emitted light of three wavelengths on the optical recording medium, and optical recording that is focused
  • a light head device comprising at least a light detector that detects light reflected by a medium, wherein the light source that emits the three wavelengths of light and an optical path leading to an optical recording medium include:
  • An optical head device provided with the phase correction element according to the eleventh aspect is provided.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of the phase correction element according to the first and second embodiments of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing a configuration of the phase correction element according to the first and second embodiments of the present invention.
  • Figure 3 shows the wavefront aberration of the transmitted light in a DVD or CD optical disc.
  • 5A is a graph, in which (A) shows a wavefront aberration generated by the phase correction element of the present invention, and (B) shows a wavefront aberration of transmitted light in an optical disk for DVD or CD.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a phase correction element according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a partially enlarged view of a wavefront aberration showing a wavefront aberration correction action of a first phase correction layer of the phase correction element according to the third embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a phase correction element according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a phase correction element according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a plan view showing the configuration of the phase correction element according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a partially enlarged view of a wavefront aberration showing a wavefront aberration correction action of a second phase correction layer of the phase correction element according to the fifth embodiment.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a phase correction element according to the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a phase correction element according to a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a plan view showing the configuration of the phase correction element according to the seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is an enlarged cross-sectional view showing the positional relationship between the processing surfaces of the aperture limiting substrate of the seventh phase correction element shown in FIGS. 11 and 12.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a phase correction element according to a modification of the seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a configuration diagram showing an optical head device equipped with the phase correction element according to the eighth embodiment.
  • FIGS. 16A and 16B are cross-sectional views showing a light beam and a wavefront when light of three different wavelengths enters the phase correction element according to the eighth embodiment, where FIG. 16A is light having a wavelength and FIG. Wavelength ⁇ (C) is light of wavelength ⁇ 3 .
  • FIGS. 17A and 17B are cross-sectional views showing a light beam and a wavefront when light of three wavelengths is incident on the phase correction element according to the eighth embodiment.
  • FIG. 17A is light having a long wavelength
  • (c) is light of wavelength ⁇ 3 .
  • FIGS. 18A and 18B are cross-sectional views illustrating a light beam and a wavefront when light of three wavelengths enters the phase correction element according to the eighth embodiment, where FIG. the wavelength lambda 2 of light, (c) the light of the wavelength lambda 3.
  • FIG. 19 shows the spectral transmittance of each area of the aperture limiting substrate shown in FIG. 12, wherein (a) is the first annular area (A, (b) is the second annular area (A 2 ), (C) is a graph showing the spectral transmittance in the circular region (A 3 ).
  • FIG. 20 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional aperture limiting element.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view and FIG. 2 is a plan view of a configuration example of a first phase correction element according to a first embodiment of the present invention.
  • First phase correction element 100 in accordance with the present embodiment is configured to include a first phase correction layer 1 ratio A and the first phase plate 3 OA which is formed in a region of numerical aperture NA 2.
  • the first phase correction layer 10 A the effective diameter of the opening number of units NA i of the phase correction elements corresponding to the optical disc for HD, be formed in a region of numerical aperture NA 2 corresponding to an optical disk for DVD,
  • the cross-sectional shape is a saw-tooth shape (so-called blazed diffraction grating type) or a saw-tooth uneven portion in which each protruding portion is approximated by a step-shaped grating and has rotational symmetry with respect to the optical axis of incident light.
  • a configuration may be adopted in which the recess is formed on the surface of the light-transmitting substrate 5 and the concave portion has no filler.
  • This first phase correction layer 1 OA has the same wavelength as that of the wavelength ⁇ 2 , or the wavelength ⁇ 2 and the wavelength ⁇ 3 , although the transmitted wavefront of light having a wavelength incident on the area of the numerical aperture NA 1 in the plane of the phase correction element is unchanged.
  • a transmitted wavefront change can be generated in accordance with the spatial shape distribution of the blazed diffraction grating.
  • the wavelength selectivity function of the phase correction layer is based on the difference in the refractive index wavelength dependence and the difference in the refractive index polarization between the translucent material 1 ⁇ and the translucent material 1B, or the phase difference of the processing step of the step grating. It is expressed by utilizing the wavelength dependence and the like.
  • the first phase correction element 100 has a first phase plate 3 OA having a birefringence phase difference that is an odd multiple of ⁇ 2 with respect to the wavelength, and the light transmitting substrate 5 and the light transmitting substrate 6. It is sandwiched and integrated.
  • the first phase plate 3OA any material may be used as long as the material has birefringence.
  • it may be an optical crystal such as a polymer liquid crystal or quartz, or a polycarbonate which exhibits birefringence by uniaxial stretching.
  • a polymer liquid crystal is preferable as a phase plate because it has a relatively large value of birefringence, can hold a thin film of 5 or less on a light-transmitting substrate such as glass having excellent flatness, and can be uniformly formed over a large area.
  • the linearly polarized light having the wavelength ⁇ i is incident on the polarization plane that forms an angle of 45 ° with the optical axis of the first phase plate 30 A, and the polarization planes are orthogonalized by reciprocating through the first phase plate 3 OA. Converted to linearly polarized light.
  • the first phase plate 3OA may be a single layer of a birefringent material, a configuration in which two or more layers are laminated, or a configuration in which two or more translucent substrates are used and a polymer liquid crystal film is sandwiched between them.
  • the wavelength dependence of the birefringence phase difference can be controlled by controlling the birefringence wavelength dependence with a birefringent material or by laminating a phase plate.
  • wavelength lambda lambda 2 For example, three wavelengths lambda lambda 2, the phase plate and that acts as a 1 Z 4-wave plate with respect to lambda 3 of the incident light, the wavelength lambda 2 as well as act as a by pairs wavelength lambda, of the incident light 1/4-wave plate And a phase plate that acts as a half-wave plate for incident light of wavelength ⁇ 3.
  • the phase correction element of the present embodiment the wavefront aberration generated when the HD objective lens is used for DVD or CD can be corrected. Also the waves By using it as a phase correction element in an optical head device equipped with a polarizing beam splitter (PBS) that transmits linearly polarized incident light with a long polarization and reflects or diffracts linearly polarized incident light with a plane of polarization orthogonal to it.
  • PBS polarizing beam splitter
  • An optical system with high light utilization efficiency and stable oscillation of the semiconductor laser light source make it a highly reliable optical head device for recording and Z or reproduction.
  • a light-transmitting material having different refractive index wavelength dispersions that is, a first light-transmitting material 1A and a second light-transmitting material 1B, is used.
  • the second phase correction element 200 will be described below.
  • the first phase plate 300 has the same configuration as the first phase plate 3OA in the first phase correction element 100.
  • the translucent material 1A and the translucent material 1B are two types of materials having a large difference in the refractive index chromatic dispersion in the visible wavelength range, and have the same refractive index value in the wavelength range and the wavelength ⁇ or ⁇ . if transparent at 2 and lambda 3, it may be filed light absorption at other wavelengths.
  • the translucent material 1 1 and the translucent material 1B may be an inorganic material such as glass or an organic material used as a plastic lens or an optical resin.
  • a composite material in which fine particles are dispersed in an inorganic material or an organic material to adjust the wavelength dispersion of the refractive index may be used.
  • Fig. 3 is a graph showing the wavefront aberration of transmitted light in a DVD or CD optical disc.
  • (A) shows the wavefront aberration generated by the second phase correction element 200 when the second phase correction element 200 of the present embodiment is used
  • (B) shows the second phase correction element 200. The wavefront aberration that occurs when not used is shown.
  • the wavefront aberration in which the power (magnification) component is added to the spherical aberration is shown
  • the horizontal axis is the numerical aperture NA corresponding to the aperture diameter
  • the cross-section of the wavelength phase difference indicates the optical distance difference of the light beam at each NA value in the unit of used wavelength.
  • This wavefront aberration actually has a substantially axisymmetric three-dimensional shape and a substantially parabolic distribution.
  • a plurality of dotted horizontal indicates equiphase wavefront integer multiple of the wavelength lambda 2, the spacing of the horizontal lines has a wavelength lambda 2.
  • lambda 2 or less of the wavefront aberration is wavefront aberration to be corrected.
  • Figure 3 (Alpha) is wavefronts generated using a first phase correction layer 1 0 beta in the second phase correction element 2 0 0 of the onset bright so as to correct the lambda 2 or less wavefront aberration This shows the aberration, and the concentric shape is such that the width of the bottom surface of the sawtooth becomes narrower from the center to the outer periphery.
  • the translucent material 1 ⁇ processed into the cross-sectional shape of the sawtooth-shaped uneven portion in the first phase correction layer 10 ⁇ ⁇ ⁇ has a Fresnel lens shape having a sawtooth cross-section shown in FIGS. 1 and 2. This shape is determined as follows.
  • the cross-sectional shape shown in FIG. 3 (B) is substantially parabolic, and the three-dimensionally substantially parabolic wavefront aberration is sliced at intervals of a wavelength ⁇ 2 in a circular region with a numerical aperture NA 2.
  • the annular zone radius of each convex portion of the translucent material 1 1 is determined.
  • the height of these zones are all lambda 2 Become. That is, the translucent material 1 1 is processed so that the difference in optical path length between the concave and convex portions of the translucent material 1A and the translucent material 1B at the wavelength ⁇ 2 is ⁇ 2 .
  • the cross-sectional shape of the light-transmitting material 1 A is processed to a sawtooth corresponding to 1 A in FIG.
  • the cross-sectional shape corresponding to the Figure 3 to the plane perpendicular to the plane is a plane-symmetric shape (A), it may be processed to translucent material 1 A .
  • the height d may be within the range of the height d.
  • the height d may be within the range of the height d.
  • the height d that satisfies is more preferable.
  • the transmitted wavefront becomes zero because the refractive index difference ⁇ between the translucent material 1 ⁇ and the translucent material 1 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ at the wavelength input is zero. It does not change.
  • the refractive index difference ⁇ is finite for the incident light of wavelength ⁇ 2
  • a phase difference ⁇ X dZA 2 in wavelength units is generated according to the height d of each of the saw-tooth-shaped protrusions, and FIG.
  • the transmitted wavefront change shown in Fig. 3A that corrects the wavefront aberration shown in Fig. 3) occurs.
  • the refractive index difference ⁇ is finite for incident light of wavelength ⁇ 3
  • a phase difference AnXd / A 3 is generated in wavelength units according to the height d of each of the sawtooth-shaped protrusions.
  • a transmitted wavefront change similar to A) occurs. That is, the transmitted wavefront has a power corresponding to that of the concave lens.
  • the this phase correcting element has the effect of a concave lens, it is possible to enlarge the distance between the optical disk and the objective lens, the stability of recording and ⁇ or head device to light in reproduction Is improved.
  • the first phase complementary layer 10 ⁇ is processed so as to correct the wavefront aberration of the wavelength ⁇ 2 and the wavelength ⁇ 3 generated when the incident light of the wavelength ⁇ 2 and the wavelength ⁇ 3 are both slightly divergent light.
  • a semiconductor laser that emits light with wavelengths ⁇ 2 and ⁇ 3 In a light head device that uses a two-wavelength laser integrated in one package as a light source and uses a common collimating lens to make two wavelengths of light incident on the objective lens as approximately the same divergent light, It is effective to use a phase correction element 200 having excellent performance.
  • the second phase correction element 2 0 0, the wavelength lambda 2 and wavelength; since it is the aberration compensation only difference in wavelength between the wavelength lambda E regardless of the polarization state of the incident light 1 3, There are few restrictions on the first phase plate 30 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ for the wavelengths ⁇ 2 and ⁇ 3.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of a third phase correction element 300 according to another embodiment of the present invention.
  • the plan view is the same as FIG.
  • Phase correction element 3 0 0 according to this embodiment, light transmissive, such as the first phase correction layer 1 0 C and the glass that is formed in a region of numerical aperture Nyuarufa 2 on the surface of the transparent substrate 5 such as a glass And a first phase plate 30 C formed on one side of the conductive substrate 6.
  • the first phase plate 300 has the same configuration as the first phase plate 300 of the first phase correction element 100.
  • the first phase correction layer 1 0 C is shown in FIG. 3 with respect to the incident light of wavelength lambda 2 (Alpha)
  • the third embodiment corrects the wavefront aberration shown in ( ⁇ ) of FIG. 3 that occurs when the third phase correction element 300 is not used.
  • the first phase correction layer 1 0 C is the light-transmission area of the numerical aperture Nyuarufa 2 on the surface of the substrate 5 such as glass, which cross section is formed in a sawtooth shape (a so-called blazed diffraction grating type)
  • Each of the saw-tooth-shaped convex portions is composed of a multi-step blazed diffraction grating made of a homogeneous material approximated by a step-shaped grating.
  • the uneven portion is formed in a shape having rotational symmetry with respect to the optical axis.
  • the phase difference between the transmitted light of the homogeneous material having the refractive index ⁇ and the transmitted light of the air in each step of the step-shaped grating is set to a natural number multiple of about 47 ° with respect to the wavelength ⁇ .
  • the phase difference is a natural number multiple of approximately 2 [pi for the wavelength lambda 3 if the natural number multiple of approximately 4 [pi with respect to the wavelength e E.
  • the shape of the saw-toothed uneven portion in the first phase correction layer 10C is a Fresnel lens shape composed of a step-shaped lattice shown in FIGS. 2 and 4, and this shape is the same as that of the first phase correction layer 10C. Is determined in the same manner as.
  • X d N1 A 3
  • the first phase correction layer 10C which is processed into a stepped shape, a case where light of wavelength lambda 2 is incident.
  • the phase of the transmitted light wavefront is
  • FIG. 5 is a partially enlarged view of the wavefront aberration showing the wavefront aberration correction action of the first phase correction layer 10C.
  • the corrected optical path difference a corresponding to the height d N1 of one step of the staircase-shaped grating, that is,
  • the units have a wavefront aberration of the wavelength lambda 2 minutes corrected approximately wavefront aberration by dividing by a.
  • FIG. 5 shows an example of aberration correction using a five-level (four-step) step-shaped grating.
  • the surface of the translucent substrate 5 may be directly finely processed into a step-shaped lattice, or a layer formed to a desired film thickness may be processed. Therefore, in the third phase correction element 300, the material used for the first phase correction layer 10C is less restricted, and the processing amount is relatively small due to a large refractive index difference from air. There are strong points.
  • FIG. 6 is a sectional view showing a configuration example of a fourth phase correction element 400 according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the plan view is the same as FIG.
  • phase correction element 400 of this embodiment two types of phase plates 3A and 3B made of birefringent materials having different retardation values are stacked as a first phase plate so that their optical axes form a predetermined angle.
  • the first phase plate 30D is used. Note that, in FIG. 6, the same phase correction layer as the first phase correction layer 10B in the second phase correction element 200 of FIG. 1 showing the second embodiment is used as the first phase correction layer 10D. However, the first phase correction layer 10C used in the third phase correction element 300 of the third embodiment may be used.
  • the phase plates 3A and 3B constituting the first phase plate 30D are made of a birefringent material such as a polymer liquid crystal, an optical crystal such as a crystal, or a polycarbonate which exhibits birefringence by uniaxial stretching. Is formed from.
  • the phase plates 3 A and 3 B are formed by laminating polymer liquid crystal films having different optical axes and retardation values on the light transmitting substrate 6, or by forming the polymer liquid crystal films formed on the light transmitting substrate 6.
  • the phase plate 3A made of polycarbonate may be bonded to the phase plate 3B made of a film using an adhesive. Further, a phase plate 3B made of quartz may be used instead of the translucent substrate 6, and a phase plate 3A made of a polymer liquid crystal film may be formed thereon.
  • phase plate 3A and the phase plate 3B are arranged in this order from the phase correction layer 10D side, and the angles of the fast axes of the phase plates 3 ⁇ and 3 ⁇ with respect to the polarization plane of the linearly polarized incident light of wavelength ⁇ are 0 ° and 0 °. If the respective retardation values are R A and R B , S 3 of the Stokes matrix component representing the polarization state of the transmitted light of the laminated phase plate is described by the following equation (1).
  • ellipticity represents the linear polarization of the transmitted light / c (the ratio of the minor axis amplitude with respect to the long axis amplitude of elliptically polarized light) by using the S 3, the following equation,
  • the phase in which the birefringence phase difference is an odd multiple of approximately 2 so that the first phase plate 30D acts as a quarter-wave plate with respect to, for example, incident light of three wavelengths ⁇ 2 and ⁇ 3.
  • 0 A , 0 B , R A , and RB should be determined so that ⁇ is 1 for three wavelengths, that is, S 3 is close to 1.
  • the laminated structure of the phase plate 3 ⁇ and the phase plate 3 ⁇ constituting the first phase plate 30 D is merely an example, and the numerical ranges of 0 A , 0 B , R A , and R B are not necessarily required. It is not limited to. Since the wavelength dependence of the amount of birefringence varies depending on the birefringent material used, the desired S3 described by equation (1) is obtained according to the purpose of polarization conversion for each wavelength. Cormorants, ⁇ , ⁇ ⁇ , R A , may be adjusted R B.
  • phase correcting element 4 00 of the present invention that such a first phase plate 30 D is integrated, even against the incident light of wavelength lambda 2 and wavelength lambda 3 not Wavelength ⁇ only Functions as a quarter-wave plate.
  • the fourth phase correction element 400 when the fourth phase correction element 400 is mounted on an optical head device used for recording and / or reproducing information on three types of optical recording media having different wavelengths, it can be used together with a polarization beam splitter. As a result, it is possible to perform recording and / or reproduction on an optical recording medium having high light use efficiency. Even when a polarization beam splitter is not used, the reflected return light from the optical recording medium reciprocates through the first phase plate 30D to become linearly polarized light orthogonal to the polarization plane of the light emitted from the semiconductor laser light source. Since the light is incident on the light emitting point, stable emission light intensity is obtained without affecting the oscillation of the semiconductor laser, and highly reliable and stable recording and reading or reproduction are realized.
  • FIG. 7 shows a cross-sectional view
  • FIG. 8 shows a plan view of a configuration example of a fifth phase correction element 500 according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 (a) shows the appearance as seen from the side where the first complementary layer 10E is formed
  • FIG. 8 (b) shows the appearance as seen from the opposite side.
  • Phase correction element 500 according to this embodiment the first phase correction layer 10 E is formed in a region of numerical aperture NA 2 in the third phase correction element 300 similarly to the surface of the transparent substrate 5, further Toru second phase correction layer 20 E is formed in a region of numerical aperture NA 3 on the other surface of the optical substrate 5, the first phase plate 30 E are integrated.
  • the first phase correction layer 10E has the same configuration as the first phase correction layer 10C of the third embodiment.
  • the second phase correction layer 20E will be described in detail below.
  • the numerical aperture HD objective lens, ⁇ 3 780 nm Pas Wa component to the spherical aberration generated when used at a wavelength in the cover IchiAtsu 1.
  • aperture NA 3 to an optical disk for the 2 mm CD is added
  • Wavefront aberration corresponds to (B) in Fig. 3.
  • the method of correcting this wavefront aberration using the second phase correction layer 20E is the same as the procedure described above for the first phase correction layers 1OA and 10C.
  • Second phase correction layer 20 E the area of the numerical aperture NA 3 of the transparent substrate 5 such as a glass The ordinary refractive index n.
  • a polymer liquid crystal layer as a birefringent material layer having an extraordinary refractive index ne ( ne > n).
  • a liquid crystal monomer solution is applied on an alignment film on a translucent substrate that has been subjected to an alignment treatment, and the alignment vector (molecular alignment axis) of the liquid crystal molecules is aligned in a specific direction in a plane parallel to the substrate.
  • the polymer liquid crystal layer is formed by polymerizing and curing by irradiating light such as ultraviolet rays.
  • the polymer liquid crystal layer is a multi-step blazed diffraction grating in which the cross-sectional shape is a sawtooth shape (so-called blazed diffraction grating type), and each of the sawtooth-shaped protrusions is approximated by a step-shaped grating. Then, it is processed so as to form an uneven portion having a shape having rotational symmetry with respect to the optical axis. That is, concavo-convex portions are formed concentrically so that the width of the bottom surface of the sawtooth becomes narrower from the center toward the outer periphery.
  • the ordinary light refractive index n is provided in at least the concave portion of the uneven portion of the formed polymer liquid crystal layer.
  • the second phase correction layer 20E is filled with a homogeneous refractive index transparent material 2B having a refractive index n s substantially equal to. That is, between the translucent substrate 5 on which the stepped blazed diffraction grating 2 A formed of concave and convex portions of the polymer liquid crystal is formed and the first phase plate 30 E, the homogeneous refractive index transparent material 2 B is filled. Fill the material.
  • the second phase correction layer 2 0 E is the wavelength and the wavelength lambda 2 and the light incident ordinarily polarized light, using a wavelength lambda 3 as an incident light of extraordinarily polarized light. By doing so, a transmission wavefront is invariant with respect to wavelength and the wavelength lambda 2, the second phase correction layer 2 0 transmitted wavefront change to correct the wavefront aberration arises, which occurs only for the wavelength lambda 3 ⁇ is obtained.
  • the wavelength is an odd multiple of approximately 27T.
  • the transmitted wavefront is transmitted without change even for extraordinary light polarization of wavelength ⁇ i, but it is transmitted for extraordinary light polarization of wavelength ⁇ 3.
  • the second phase correction layer 20 has a wavelength selectivity function in which the transmitted wavefront changes.
  • the sectional shape of the serrated concavo-convex portion in the second phase correction layer 2 0 E is, n e> n.
  • n e the Fureneruren's shape composed of step-like grating shown in FIGS. 7 and FIG. 8 (b)
  • n e ⁇ n.
  • This shape is determined as follows. That, sliced cross section shape is a Ryakuho paraboloid shape of the wavefront aberration in 3 dimensions in a substantially parabolic shown, at each interval of the wavelength lambda 3 in a circular area of the numerical aperture NA 3 (B) in FIG.
  • the orbicular zone radius of each convex portion of the blazed diffraction grating 2 ⁇ is determined from the plurality of orbicular zones obtained by the above.
  • Flat surfaces of the annular a wavefront aberration zero (plane perpendicular to the paper surface in FIG. 3) on, if Ru arranged concentrically about the axis of NA 0, the height of these zones at all lambda 3 Yes, the cross-sectional shape is serrated.
  • the transmitted wavefront is effectively delayed by 0.52 wavelength for one step of the step-shaped grating.
  • the ordinary light refractive index ⁇ of the polymer liquid crystal is obtained by converting incident light of wavelength ⁇ 2 into ordinary light polarization.
  • the refractive index n s of the homogeneous refractive index transparent material are substantially the same, so that the light is transmitted by the second phase correction layer 20E without being affected by the transmitted wavefront change.
  • Figure 9 is a partially enlarged view of the wavefront aberration shows the wavefront aberration correction action of the second phase correction layer 20 ⁇ respect to the wavelength lambda 3.
  • the corrected optical path difference b corresponding to the height d M1 of one step of the staircase-shaped grid, that is,
  • Fig. 9 shows an example of aberration correction using a three-level (two-stage) step-shaped grating.
  • the ordinary light refractive index n of the polymer liquid crystal layer which is a birefringent material layer. Is equal to the homogeneous refractive index n s of the transparent material, but if the extraordinary refractive index ne and n s are equal, the extraordinary polarization and the ordinary polarization are interchanged, and a staircase-shaped lattice of the polymer liquid crystal layer is also generated. A similar function can be obtained by processing so as to correct the wavefront aberration.
  • any material having birefringence may be used.
  • it may be an optical crystal such as quartz or lithium niobate, or an organic material such as polycarbonate which exhibits birefringence by uniaxial stretching.
  • the optical axes of the refractive index ellipsoids are aligned in one direction.
  • the molecular orientation axis corresponds to this.
  • this fifth phase correction element 5 0 0 not give wavefront aberration change to the transmitted light through the wavelength lambda [and wavelength lambda 3, wavelength: wavefront aberration change wavefront aberration correcting only the transmitted light of the L 2
  • a first phase correction layer 10 # to be applied is also formed.
  • the wavefront aberration generated when the HD objective lens is used for an optical disc for DVD at the wavelength ⁇ 2 and the numerical aperture NA 2 is reduced by the first phase correction layer 10 E, and the wavelength ⁇ 3 and the numerical aperture NA
  • the wavefront aberration generated when the optical disk is used for a CD optical disc in step 3 can be independently corrected by the second phase correction layer 20E.
  • the second phase correction layer 20 E used in the fifth phase correction element 500 does not change the transmitted wavefront with respect to the wavelength irrespective of its polarization state.
  • the transmitted wavefront of ordinary polarized light does not change, but the transmitted wavefront of extraordinary polarized light changes according to the shape of the staircase-shaped preserved diffraction grating 2 2. .
  • the fifth phase correction element 500 when the fifth phase correction element 500 is mounted on an optical head device integrally with the objective lens, the incident light having the wavelengths ⁇ 2 and ⁇ 3 on the outward path that propagates light from the light source to the optical disk is used.
  • the polarization of the light is changed to the ordinary light polarization and the extraordinary light polarization, respectively, the desired wavefront aberration can be corrected only in the incident light of wavelength ⁇ 3 in the second phase correction layer 20 ⁇ .
  • the transmitted wavefront changes.
  • the light reflected on the optical disk and incident on the phase correction element 500 on the return path reciprocates through the first phase plate 30E, and therefore, usually has a different polarization state from the forward path.
  • the transmitted wavefront of the second phase correction layer 2 0 E generates the changed wavefront aberration.
  • ordinarily polarized light component of the wavelength lambda 3 since the transmitted wavefront change to correct the wavefront aberration does not occur in the second phase correction layer 2 0 E, original wavefront yield difference remains.
  • the signal light cannot be sufficiently focused on the light receiving surface of the photodetector on the return path.
  • the first phase plate 30 of the present embodiment generates a birefringent phase difference of an odd multiple of substantially ⁇ to rotate the plane of polarization.
  • Use ⁇ An example of the configuration will be described with reference to a cross-sectional view shown in FIG.
  • the first phase plate 30 ⁇ is composed of two types of birefringent materials having different values of the retardation values in the order of the phase plate 3 C and the phase plate 3 D from the second phase correction layer 20 ⁇ side.
  • the angles of the optical axes of the phase plates 3 C and 3 D with respect to the plane of polarization of the linearly polarized incident light of wavelength ⁇ are 0 C and 0 D , respectively.
  • the ellipticity ⁇ calculated from S 3, which is the Stokes matrix component of the transmitted light of the laminated wave plate described in equation (1), is Is approximately 1, and 6 C , SD , R c , and RD may be determined so as to be 0.1 or less for the wavelength ⁇ 2 and the wavelength ⁇ 3 .
  • a birefringent phase difference [delta] a birefringent phase difference [delta].
  • the optical axis angle of the phase plate 3 C is Sc 45 ⁇ 5 °. like this
  • the ordinary light polarization of the wavelength ⁇ becomes the extraordinary light polarization
  • the ordinary light polarization of the wavelength ⁇ 2 becomes the ordinary light polarization.
  • the extraordinary light polarization of wavelength ⁇ 3 remains extraordinary light polarization. Consequently, in the backward and you forward, the wavelength lambda 1 transmitted wavefront are immutable, transmission wavefront of Hachoe 2 is corrected only by the first phase correction layer 1 0 E, transmitted wavefront of the wavelength lambda 3 is the second The phase is corrected only by the phase correction layer 20 #.
  • FIG. 10 shows a cross-sectional view of a configuration example of a sixth phase correction element 600 according to the sixth embodiment of the present invention.
  • a first phase plate that rotates the plane of polarization by generating a birefringent phase difference that is almost an odd multiple of the vertex 3 0 F and, ⁇ !
  • Reference numerals 51 and 52 denote translucent substrates on which the polarizing phase correction layers 10 F 2 and 10 F are formed.
  • the ordinary refractive index n In the region of numerical aperture NA 2 of a light-transmitting substrate 52 such as glass and 51, the ordinary refractive index n.
  • Polymer liquid crystal layer is formed optical axis is unidirectional two assortment ivy birefringent material and the extraordinary refractive index n e.
  • This polymer liquid crystal layer has a saw-tooth cross-section or each of the saw-tooth-shaped protrusions is approximated by a step-shaped lattice, and is formed of saw-tooth-shaped uneven portions having rotational symmetry with respect to force and optical axis.
  • At least the concave portion of the concave and convex portion of the polymer liquid crystal layer has an ordinary refractive index n.
  • a second polarizing phase correction layer 10 F 2 is constituted by the sawtooth grating 1 F and the homogeneous refractive index transparent material 1 G.
  • the sawtoothed lattice 1F has the serrated slopes facing, and the sawtoothed lattice 1D has the serrated vertical surfaces facing. Therefore, n e > n.
  • the transmitted wavefront of the sawtooth grating 1F becomes a divergent spherical wave
  • the transmitted wavefront of the sawtooth grating 1D becomes a convergent spherical wave, which has the functions of a concave lens and a convex lens, respectively. .
  • the alignment directions of the polymer liquid crystals processed into the sawtooth gratings 1 D and 1 F are aligned, and the transmitted wavefront does not change with respect to ordinary light polarization, but the extraordinary light For polarized light, the transmitted wavefront changes according to the sawtooth-shaped unevenness distribution.
  • n e n.
  • the irregularities of the saw-toothed gratings 1F and 1D may be processed in reverse.
  • n e n s
  • sawtooth grating 1 F and 1D of irregularities n e ⁇ n.
  • n e n s
  • Figure for generating an objective lens for HD either when used in an optical disk for DVD the wavelength lambda 2 and the numerical aperture NA 2, or used in a wavelength lambda 3 and the numerical aperture NA 3 in the optical disk for CD
  • the wavefront aberration shown in (B) of FIG. 3 shows that the wavefront aberration generated in the transmitted light of the polarizing phase correction layer 10 F 2 with respect to the incident light of the extraordinary polarized light having the wavelengths ⁇ 2 and ⁇ 3 is shown in FIG.
  • the correction can be made by processing the polymer liquid crystal layer 1F so as to correspond to the above ( ⁇ ). This is the same as the case where the correction is performed by the first phase correction layer 10 in the second phase correction element 200 shown in FIG.
  • the first phase plate 3OF has the same configuration and function as the first phase plate 30E used for the fifth phase correction element 500, and has a function of 1 for linearly polarized light of wavelength ⁇ . It acts as a Z4 wave plate and converts it to circularly polarized light. For linearly polarized light of wavelengths ⁇ 2 and ⁇ 3 , it acts as a 1 ⁇ 2 wave plate to rotate the plane of polarization.
  • the second phase plate 4 OF is emitted while maintaining a knitting state of the incident light with respect to wavelength At, approximately 90 ° to the polarization plane for linearly polarized light of wavelength lambda 2 and wavelength lambda 3 Acts as a rotating half-wave plate.
  • the specific configuration of the second phase plate 40F is the wavelength ⁇ !
  • a phase plate 3 ⁇ and a phase plate 3F each having a birefringence phase difference of about 2 ⁇ corresponding to about one wavelength are stacked such that their optical axes make an angle of about 45 °. That is, if the birefringent phase differences of the phase plates 3 ⁇ and 3 with respect to the wavelength input 1 are ⁇ ⁇ and 5 F, and the angles of the fast axis with respect to the plane of polarization of the incident light are ⁇ E and 0 F ,
  • the light passes through F to become ordinary light polarized light, passes straight through without being diffracted by the first polarizing phase correction layer 10 F, and transmits through the first phase plate 30 F with its polarization plane rotated.
  • blazed diffraction grating formed on the second polarizing phase correction layer 10 F 2 to the extraordinarily polarized light having a wavelength of lambda 2 and wavelength lambda 3, 1 so that a high diffraction efficiency of diffracted light, the grating it is preferred that the cross-section phase difference of the transmitted wave surface grating uneven portion in sawtooth blazed grating shape and about one wavelength of the wavelength lambda 2 and wavelength lambda 3. Furthermore, this blazed diffraction grating reduces the spherical aberration in which the first-order diffracted light occurs in the optical head device. A concentric annular band-shaped lattice pattern is formed so as to make correction.
  • the linearly polarized light having the wavelength reciprocates through the first phase plate 3OF and becomes extraordinary light polarized light, thereby performing the first polarization phase correction.
  • the extraordinary light is transmitted through the second phase plate 40 F with the extraordinary polarization, and diffracted again by the second polarizing phase correction layer 10 F 2 .
  • the light of wavelengths ⁇ 2 and ⁇ 3 is transmitted through the first phase plate 3 OF without being diffracted by the first polarizing phase correction layer 1 without being diffracted by the first polarization plate 1 OF and the polarization plane is rotated back to the original ordinary light polarization. Then, the light passes through the second phase plate 40 F and becomes extraordinary light polarization, and is diffracted by the second polarizing phase correction layer 10 F 2 in the same way as the forward path.
  • the second polarization phase correction layer 10 F 2 is formed so that the first-order diffraction efficiency is increased with respect to the extraordinary light polarization of the wavelengths ⁇ 2 and ⁇ 3 , so that the wavelength ⁇ Second-order diffracted light is mainly generated for light polarization.
  • the diffracted light of the convergent transmission wavefront generated in the first polarization phase correction layer 10 with respect to the extraordinary light polarization of the wavelength ⁇ on the return path, and the divergent transmission generated by the second polarization phase correction layer 10 F 2 The multiplexed diffraction of the wavefront with the second-order diffracted light forms the blazed diffraction grating pattern of the first polarization phase correction layer 1 OF so that the wavefront state becomes the same as that of the incident light of the phase correction element 600 in the forward path. ing.
  • the diffraction order of the diffracted light of the wavelength ⁇ by the first polarization phase correction layer 10 F may be the first or second order, but the diffraction direction with respect to the central axis of the concentric grating pattern is the second polarization phase correction. Opposite to layer 10 F 2 .
  • the transmitted wavefront is invariant on the outward path and the return path for the incident light of the ordinary polarization of the wavelength ⁇ i, and is orthogonal to the incident light after the forward and backward.
  • extraordinary light polarization Into extraordinary light polarization.
  • the wavelength; the ability to change the transmitted wavefront so as to correct the wavefront aberration in the forward path and the backward path is obtained for the 2 and wavelength lambda 3 of the extraordinarily polarized light of the incident light. That is, the combination of the second polarization phase correction layer 10 F 2 , the second phase plate 40 F, and the first polarization phase correction layer 10 F allows the second phase correction element 20 F The same function as the first complementary layer at 0 is obtained.
  • the above-described first to sixth phase correction elements 100 to 600 of the present invention are mounted on an optical head device as compatible elements corresponding to three types of optical disks, HD, DVD and CD.
  • aperture limiting element for limiting a wavelength ei lambda 2 and lambda 3, respectively of the incident light beam to the open talkative Nyuarufa There Nyuarufa 2 and ⁇ 3.
  • This aperture limiting element may be arranged separately from the phase correction element of the present invention. However, since the aperture correction function is integrated with the phase correction element, the size and weight can be reduced, and mounting position adjustment is not required. .
  • the first light flux with wavelength lambda 2 that has transmitted wavefront varies with phase correction layer formed in a region corresponding to the numerical aperture Nyuarufa 2 of D VD is the spherical surface aberration correction component in addition large power component is the granted to the transmitted wavefront, the light flux of the outer circumferential region than the numerical aperture NA 2 is focused on the focal plane of a different objective.
  • the first phase correction layer has the aperture limiting function of the numerical aperture NA 2 for the incident light of wavelength ⁇ 2 .
  • the wavelength ⁇ 3 at which the transmitted wavefront changes due to the second phase correction layer 20 E formed in the area corresponding to the numerical aperture NA 3 of the CD. light beam, when large power component is applied to the transmission wavefront is converged on the focal plane of a different objective to the light flux of the outer peripheral region than a numerical aperture of New a 3.
  • the aperture limiting function of the numerical aperture NA 3 second phase correction layer 2 0 E is the incident light of wavelength lambda 3 You will have.
  • phase correction element When the first phase correction layer and the second phase correction layer have a function of generating a large power component, it is not necessary to add a new aperture limiting function to the phase correction element.
  • the power component given by the phase correction layer to the transmitted wavefront is small and the light flux in the outer peripheral region enters the photodetector as stray light with a predetermined numerical aperture, stable recording and / or reproduction cannot be performed.
  • the light flux of a CD having a wavelength of 3 is used as the numerical aperture. It is preferable to provide an aperture limiting function of limiting the NA 3.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a seventh phase correction element 700 according to the seventh embodiment of the present invention
  • FIG. 12 is a plan view thereof.
  • the diffraction grating 91 has a length ratio of 1: 1 and a wavelength phase difference corresponding to the wavelength difference.
  • the wavelength retardation of the concave and convex portions is substantially 1 Z 2 wavelength lambda 2 and wavelength lambda 3
  • the incident light of wavelength lambda E is straightly transmitted
  • incident light of wavelength lambda 2 and wavelength lambda 3 is An aperture limiting function is realized in which the transmitted light that is diffracted is 30% or less.
  • a similar wavelength selection function is that the wavelength phase difference between the concave portion and the convex portion is substantially an integer multiple of the wavelength ⁇ , and is a non-integer multiple of the wavelength ⁇ 2 and the wavelength ⁇ 3 and preferably close to an odd multiple of 1/2. If the value is expressed.
  • the second annular region consisting of the difference between the circular region and Nyuarufa 3 circular region of numerical aperture Nyuarufa second surface of the transparent substrate 5 (Alpha 2), a transparent dielectric having a relatively high refractive index
  • a multilayer filter 92 having a structure in which a transparent dielectric film (not shown) having a relatively low refractive index and a body film (not shown) are laminated alternately in the order of the wavelength of the optical film thickness of each film.
  • the multilayer filter 4 Alpha formed transmitted through the wavelength and the wavelength lambda 2 of the light 90% or more, to reflect 70% or more light of wavelength lambda 3, the refraction of the two transparent dielectric
  • the ratio, the number of layers, and the thickness of each layer are set by a conventional multilayer filter design method.
  • the transparent dielectric film having a high refractive index T i 0 2, T a 2 0 5, N b 2 0 5, Z R_ ⁇ 2 and used as the transparent dielectric film having a low refractive index S i 0 2 and M g F 2 is used.
  • the incident light Hachoe is straightly transmitted a region of numerical aperture NA i
  • the incident light of wavelength lambda 2 is straightly transmitted a region of numerical aperture Nyuarufa 2
  • the incident light of wavelength lambda 3 is opened wavelength selectivity which straightly transmitted a region of numerical aperture Nyuarufa 3 A mouth-restricted board 5 A is obtained.
  • the configuration other than the aperture limiting substrate 5A may be any one of the first force to the sixth phase correction element.
  • FIG. 11 shows a case where the configuration of the fourth phase correction element 400 is used.
  • the wavefront of the light of wavelength At that has passed through the numerical aperture area of the numerical aperture limiting substrate 5A (including the inside) does not change, and the numerical aperture NA 2 area (including the entire inside).
  • the first annular region ( ⁇ ⁇ and the second annular region (A 2 ) and the circular region (A 3 ) It is preferable that at least one of the regions has a step for phase adjustment.
  • the step for adjusting the phase may be processed directly on the light-transmitting substrate 5 or may be formed after forming the light-transmitting dielectric film on the surface of the light-transmitting substrate 5. Both are circular areas
  • (A 3 ) is preferably provided with an anti-reflection function by forming an anti-reflection film 8 or the like so as to transmit incident light having wavelengths of ⁇ 2 and ⁇ 3 .
  • FIG. 11 Next, the aperture limiting substrate 5 in FIG. 11 will be specifically described with reference to FIG. 13 in which a cross-sectional view is partially enlarged.
  • a diffraction grating 91 having an uneven cross-sectional shape is formed in the annular region (A.
  • the surface of the concave portion is denoted by S ⁇
  • the interval between S. and Si is denoted by: the surface of the convex portion of the diffraction grating 9 1 and S 4, the distance between the S. and S 4 and d 4.
  • the in an annular region (a 2) multilayer filter 9 2 is formed the multilayer film fill evening 9 2 surface and S 2 surface, the spacing or thickness of the multilayer filter 9 2 S., S 2 and d 2.
  • the annular region and the annular region ( ⁇ 2 ) The wavelength phase difference of transmitted light of wavelength ⁇ passing through each area of the circular area ( ⁇ 3 ) is set to be an integer multiple of wavelength ⁇ .
  • the annular region (Alpha 2) and the circular area (Alpha) is set to be an integral multiple of the wavelength ⁇ 2 .
  • the wavelength phase difference of the transmitted light may be an integral multiple of the wavelength ⁇ .
  • the multilayer filter 92 having a total thickness d 2 of the annular region ( ⁇ 2 ) is regarded as a uniform layer having an average refractive index ⁇ ⁇ , and the optical path length associated with multiple reflection at a film interface having a different refractive index inside the multilayer filter 92.
  • n 3 S including the antireflection film 8 in the circular area (A 3 ). Shows the average refractive index between the surface and the S 3 surface.
  • the configuration of the multilayer filter 92 (total film thickness d 2 and average refractive index n M ) is such that the wavelength phase difference of (L 2 ⁇ L 3 ) is substantially an integral multiple of wavelength ⁇ and approximately an integral multiple of wavelength ⁇ 2.
  • Oyo wavelength ⁇ E in NA 2 region Transmitted wavefront fine wavelength lambda 2 of the light no longer be changed, the wave front aberration by the aperture limiting substrate 5 Alpha does not occur.
  • the seventh phase correction element 700 is used integrally with the objective lens of the optical head device, incident light can be efficiently converged on the information recording surface of the HD and DVD optical discs.
  • the diffraction grating 91 may be processed only in the annular region (A).
  • the step for adjusting the phase is formed by processing the surface of the annular region (A 2 ) of the translucent substrate 5.
  • the annular region (A and A) of the surface of the translucent substrate 5 is formed. Only in the circular area (A 3 ) A translucent dielectric film may be formed to provide a step for phase adjustment.
  • a translucent dielectric film for phase adjustment is formed in the circular region (A 3 )
  • a single-layer intermediate refractive index dielectric made of a mixture or compound of a low refractive index dielectric and a high refractive index dielectric is used. It is preferred to use a body.
  • the plane pattern of the diffraction grating 91 is designed so that there is no rotational symmetry twice about the optical axis of the transmitted light.
  • the Y-axis symmetric two-division grating pattern is used, and does not have twice rotational symmetry about the optical axis.
  • the two-divided grid pattern may have a concentric shape or a grid pitch distributed.
  • the light diffracted by the diffraction grating 91 on the outward path is reflected by the information recording surface of the optical disk, and then diffracted again by the diffraction grating 91 on the return path, and the information recorded on the optical disk is obtained. It can be prevented from entering the light receiving surface of the photodetector through the same optical path as the signal light. As a result, a substantial annular region (A ⁇ wavelength selective aperture limiting function is obtained).
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of a phase correction element 800 according to a modification of the seventh embodiment using the formed aperture limiting substrate 5B.
  • the length ratio of the concave portion to the convex portion is 1: 1 and the wavelength phase difference is approximately five times the wavelength, the wavelength phase difference is reduced. Since the wavelength is approximately three times the wavelength ⁇ 2 and approximately 2.5 times the wavelength ⁇ 3 , the incident light of the wavelength and the wavelength ⁇ 2 is transmitted straight ahead, and the incident light of the wavelength ⁇ 3 is diffracted and the straight transmitted light becomes 30%. % Or less.
  • wavelength phase difference between the concave portion and the convex portion is substantially an integer multiple of the wavelength ⁇ and the wavelength ⁇ 2 and a non-integer multiple of the wavelength ⁇ 3, preferably an odd multiple of 1 ⁇ 2. If present, it is expressed.
  • the diffraction grating 91 is formed in the ring region and the diffraction grating 93 is formed in the ring region ( ⁇ 2 ).
  • the surface of the translucent substrate 5 is directly processed so that the surfaces of the grating projections are aligned.
  • the example of forming the two different aperture limiting function of wavelength selectivity in the annular region (Alpha an annular region (Alpha 2) first when having a functional phase correction layer is to limit the numerical aperture with respect to the wavelength e 2 Nyuarufa 2, the annular region (Alpha 2) or only the annular region (Alpha and annular region (Alpha 2), multilayer film
  • the filter 92 or the diffraction grating 93 may be formed.Although the example in which the aperture limiting function is formed on the surface of the light-transmitting substrate 5 has been described, the surface of the light-transmitting substrate 6 or the inside of the phase correction element is shown. May be formed.
  • the cross section is rectangular by using the same translucent material 1 ⁇ as the first phase correction layer 100 ⁇ formed in the annular region (also in the region of the numerical aperture ⁇ 2 ).
  • An aperture limiting function can be obtained by forming a rectangular diffraction grating with a fine grating pitch and diffracting incident light of wavelengths ⁇ 2 and ⁇ 3.
  • the height of the convex portion of the rectangular diffraction grating is determined by the phase.
  • Approximately half of the translucent material of the sawtooth grating in the correction layer Just do it.
  • the first phase correction layer 10C formed in the region of the aperture NA 2, like 10E, cross section Form a rectangular diffraction grating with a rectangular and fine grating pitch
  • An aperture limiting function can be obtained by diffracting incident light of wavelengths ⁇ 2 and ⁇ 3.
  • the height of the convex portion of the rectangular diffraction grating is a phase correction layer that is a step-shaped grating.
  • One step height d N1 of 10 C and 10 E may be used.
  • phase correction element 500 using the same liquid crystal polymer as the second phase correction layer 20E to the annular region (A ⁇ and the annular region (A 2) which is formed in a region of numerical aperture NA 3 section Forms a rectangular diffraction grating having a rectangular shape with a fine grating pitch, and diffracts incident light of an abnormally polarized light having a wavelength of ⁇ 3 to obtain an aperture limiting function.
  • the height may be the height d M1 of one step of the phase correction layer 20, which is a step-shaped grating.
  • FIG. 15 is a configuration diagram showing an optical head device equipped with the first phase correction element 100 according to the first embodiment.
  • the phase correction element 100 is not limited to the first phase correction element 100 described above, but may be any of the first to seventh phase correction elements.
  • (a), (b), and (c) in FIGS. 16 to 18 show the luminous flux and wavefront when light of three different wavelengths ⁇ 2 and ⁇ 3 enter the phase correction element, respectively.
  • It is sectional drawing. 16 shows a case of the seventh phase correction element 700
  • FIG. 17 shows a case of the fifth phase correction element 500
  • FIG. 18 shows a ring region ( ⁇ and a ring region ( ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ 2 )) of the sixth phase correction element 600.
  • FIG. 9 shows a case of a phase correction element 900 in which a multilayer filter (not shown) for transmitting light of wavelength ⁇ 2 and reflecting light of wavelength ⁇ 3 is formed.
  • Semiconductor laser 14B which emits light in the wavelength band
  • a polarization beam splitter 19 a multiplexing prism 17, a collimating lens 13 and the above-described phase correction element are provided in the optical path of the light having the wavelength ⁇ . 100 and an objective lens 12 are provided.
  • the optical path of the wavelength lambda 2 of the light, and the hologram beam splitter 1 6 beta, is provided and the multiplexing prism 1 8, is by Uni configured reaches the multiplexing prism 1 7 together are, in the optical path of the wavelength lambda 3 of the light, the hologram-bi one Mus Puritsu evening 1 6 C is provided, and is configured to reach the multiplexing prism 1 8.
  • the light is reflected by the polarization beam splitter 19, passes through the multiplexing prism 17, becomes parallel light by the collimator lens 13, and enters the phase correction element 100 as ordinary light polarization. Further, the light is converted into circularly polarized light by the first phase plate in the phase correction element 100 acting as a 1/4 wavelength plate with respect to the wavelength, and as shown in (a) of FIGS. 16 to 18, The light passes straight through the phase correction element 100. Then, a light beam corresponding to a numerical aperture of 85 is focused on the information recording surface of the optical disk 13 (HD optical disk) by the objective lens 12 designed for the HD optical disk.
  • the signal light of wavelength ⁇ i reflected on the information recording surface of the optical disc D i is converted into extraordinary light polarization by the first phase plate in the phase correction bare hand 100 0 via the original path, and the phase correction element 10 0
  • the light passes straight through 0, passes through the multiplexing prism 17 and the polarizing beam splitter 19, is efficiently condensed on the light receiving surface of the photodetector 15A, and is converted into an electric signal.
  • the phase correction layer corrects the wavefront aberration generated due to the difference in the cover thickness of the optical disk, and changes the transmitted wavefront from Fig. 16 to Fig. 18 (b) so that it has the power equivalent to the concave lens. Is converted as shown.
  • the light beam transmitted through the phase correction element 100 is condensed by the objective lens 12 on the information recording surface of the optical disk D 2 (in this case, an optical disk for DVD).
  • Signal light having a wavelength lambda 2 reflected on the information recording surface of the optical disc D 2 is condensed through the original path, a part is diffracted by the hologram-bi one Musupuri' evening 1 6 beta to the light receiving surface of the photodetector 1 5 beta It is lighted and converted to electrical signals.
  • the light beam transmitted through the phase correction element 100 is condensed by the objective lens 12 onto the information recording surface of the optical disc D 3 (in this case, an optical disc for CD).
  • the signal light of wavelength 3 reflected on the information recording surface of the optical disc D 3 is partially diffracted by the hologram beam splitter 16 C through the original path and condensed on the light receiving surface of the photo detector 15. Is converted into an electrical signal.
  • the use of the first phase correction layer 1 0 G has no polarization dependence, it is aberration corrected irrespective of the polarization state of the incident light of wavelength lambda 2.
  • the first phase plate 30 D functioning as a 1Z4 wavelength plate for the incident light having the wavelength ⁇ 2 and the wavelength ⁇ 3 , the light reciprocating through the phase plate is used. Can be converted into linearly polarized light whose incident light and polarization plane are orthogonal to each other.
  • the hologram beam splitter 16 1 or 16C if a hologram beam splitter that transmits ordinary polarized light and diffracts extraordinary polarized light is used as the hologram beam splitter 16 1 or 16C, the hologram beam splitter will be more efficient. Use efficiency is improved. Alternatively, since the light having the same polarization plane as the oscillating light does not return to the light emitting point of the semiconductor laser, the laser oscillation is stabilized, and highly reliable recording and / or reproduction can be performed.
  • the first phase correction layer 10 ⁇ achieves wavefront aberration correction for incident light of wavelength ⁇ 2. it can.
  • phase correction element 900 shown in FIG. 18 when the wavelength ⁇ 2 is regarded as extraordinary light polarization in the forward path and the return path, the wavelength is determined by the second polarization phase correction layer 10 F 2 (see FIG. 10). wavefront aberration correction can be achieved for example 2 of the incident light.
  • phase correcting element 5 0 0 shown in FIG. 7 when the wavelength example 3 in the forward and backward and extraordinarily polarized light, the second phase correction layer 2 0 E, wavefront yield difference correction with respect to incident light of wavelength lambda 3 Can be achieved.
  • the first phase correction layer 10 G or the second polarizing phase correction layer 10 F 2 (the 1 0 reference), but the aberration correction function in the forward and backward with respect to incident light of wavelength lambda 3 is arising, the spherical aberration remains, the incident wavelength lambda 3 with respect to the phase correction device and the objective lens
  • the incident light of wavelength ⁇ 2 and wavelength ⁇ 3 is made to be the same divergent light for the phase correction element and the objective lens, and the phase correction layer is formed so that the wavefront aberration can be corrected for both wavelengths. You can also.
  • the incident light of wavelength lambda 3 as the aberration correction by the phase the correction element 9 0 0 second polarization position complementary Tadashiso 1 0 F 2 is the same extraordinarily polarized light and the wavelength lambda 2.
  • the diffraction grating 91 has an incident wavelength of ⁇ 2 .
  • the objective lens 12 designed for an HD optical disk having a cover thickness of 0.1 mm can be covered with the cover thickness. It can correct the wavefront aberration that occurs when used for recording, Z or playback on an optical disc for DVD with a thickness of 0.6 mm and an optical disc for CD with a thickness of 1.2 mm. Therefore, the light emitted from the semiconductor laser can be stably focused on the information recording surface of the optical disc, and recording and / or reproduction on three types of optical discs, HD, DVD, and CD can be realized.
  • the optical path indicated by the dotted line in FIG. By increasing the working distance, the stability when the focus lens is activated by mounting the objective lens 12 and the phase correction element (100 to 900) on an actuator (not shown) is improved.
  • the optical disk DD 2 for the HD and DVD, the numerical aperture of the cover thickness and the objective lens for the same degree, as the refractive index wavelength dispersion of the optical material due to the difference of the wavelength used (especially the objective lens) occurs Should be corrected.
  • the phase correction element does not need a concave lens function of converting a transmitted wavefront having a large power component, and the spherical aberration component may be corrected.
  • the phase correction element 300 has a Fresnel lens shape composed of a blazed diffraction grating having a multi-step stair-shaped cross section. Even when the wavefront aberration to be performed is only spherical aberration and the magnitude is within one wavelength, the pattern of the multi-step staircase shape may be determined by the wavefront aberration correction method shown in FIG.
  • the wavelength dispersion material of the refractive index constituting the first phase correction layer 10 B used in the second phase correction element 200 is made to have a high quality. What is necessary is just to process it into a shape in which the next wavefront aberration is corrected, and use it together with the first phase correction layer 10 C (see FIG. 4). Further, the polymer liquid crystal constituting the polarizing phase correction layer used in the sixth phase correction element 600 shown in FIG. 10 is processed into a shape in which high-order wavefront aberration is corrected, and the first phase is corrected. You may use together with 10 C of correction layers.
  • the above-mentioned numerical aperture NA-O.65 HD objective lens is inserted into CD optical disc D How to correct the spherical aberration generated when used with 3 to the wavelength lambda 3, and the numerical aperture NA 3 is incident light to the objective lens is diverging light, or in the fifth phase correction element 500 shown in FIG. 7
  • a phase correction layer similar to the second phase correction layer 20E to be used may be used.
  • the multilayer filter 92 used in the seventh phase correction element 700 shown in FIG. 11 or the eighth phase correction element 800 shown in FIG. a diffraction grating 93 used may be formed on the outer circumferential region of the aperture NA 3.
  • FIG. 11 cross-sectional view
  • FIG. 12 plane view
  • the deposition Suruga shows the structure in Table 1.
  • the optical path length of the anti-reflection film 8 (refractive index X thickness) of, 331 nm in wavelength lambda, is 322 nm at a wavelength lambda 2.
  • an annular region (A) obtained by subtracting the circular region with the numerical aperture NA 3 from the circular region with the numerical aperture NA 2 0.60. 2), and transmits light of Hachoe and wavelength lambda 2 90% or more, the multilayer film as a filter 92, a transparent dielectric film T a 2 0 5 having a high refractive index which the light of the wavelength lambda 3 to reflection 70% And 12 transparent dielectric films S i 0 2 having a low refractive index are alternately laminated, and the configuration is shown in Table 2.
  • the total thickness d 2 of the multilayer film fill evening 92 is 1364Nm
  • the optical path length is 2420 nm, 2373 nm in wavelength lambda 2 at a wavelength lambda ⁇ .
  • FIG. 19 shows the thus obtained spectral transmittance of the aperture limiting substrate 5 of the present example.
  • the spectral transmittance of the diffraction grating 91 formed in the annular region is (a), and the spectral transmittance of the multilayer film 92 formed in the annular region (A 2 ) is (b). formed 3) the spectral transmittance of the antireflection film 8 shown in (c).
  • S i ON film composed of a mixed composition of S i N and S i 0 2 as the translucent material having a refractive index n A Is formed to a film thickness of 32 m. And it has a sawtooth cross section as shown in Fig. 11. It is processed into a Fresnel lens shape to obtain a light-transmitting material 1A constituting the first phase correction layer 10G.
  • a first phase correction layer 10G is filled and solidified, transparent material 1 A ( refractive index of the S i ON) and translucent material IB (high refractive index Purasute worship material), substantially equal in Hachoe, refraction index difference of a wavelength lambda 2 in 0.020 occurs, the wavelength lambda 3 0. A refractive index difference of 023 occurs. Therefore, the first phase correction layer 10 G is transmitted wavefront is immutable with respect to the incident light wavelength, it is transmitted wavefront changes with respect to incident light of wavelength lambda 2 and wavelength lambda 3. Since the step of serrated concavo-convex portion corresponding to the phase difference of about one wavelength with respect to the intermediate wavelength of lambda 2 and wavelength lambda 3, the wavelength lambda 2 and wavelength lambda 3 1-order diffracted light is maximized.
  • the first phase correction layer 10 G because the wavelength lambda 2 and wavelength lambda 3 translucent material 1 A is larger refractive index than the transparent material 1 B, a Kymene shape shown in FIG. 11 ing.
  • a solution of an acryl-based liquid crystal monomer is applied, and ultraviolet light is applied. Irradiation is carried out to polymerize and cure to form a phase plate 3B made of a polymer liquid crystal film of a birefringent material whose fast axis is aligned with the X axis at an angle of 73 °.
  • Ritade one Chillon value of the phase plate 3 B for the wavelength 52 onm corresponding to the middle wavelength of lambda 2 and wavelength lambda 3 corresponds substantially 1Z4 wavelength 130 nm.
  • the positive direction is the counterclockwise direction in FIG.
  • phase plate 3A an organic thin film made of polycarbonate, which has developed birefringence by stretching, is used as the phase plate 3A, laminated on the phase plate 3B using an adhesive, and bonded and fixed to the phase correction layer 1.
  • the retardation value of the phase plate 3A for a wavelength of 520 nm is 260 nm, which is equivalent to approximately 1Z2 wavelength, and its fast axis is set to a direction forming an angle of 17 ° with the X axis. That is, the fast axes of the phase plates 3A and 3B form an angle of 56 °.
  • a first phase plate 30G in which the phase plate 3A and the phase plate 3B are laminated is manufactured.
  • the seventh phase correction element 700 manufactured in this manner the light having wavelengths ⁇ 2 and ⁇ 3 having a plane of polarization in the X-axis direction is applied to the first phase plate 30G on the side of the aperture limiting substrate 5A.
  • they When they are incident from different wavelengths, they all emit circularly polarized light with an ellipticity ⁇ of 0.9 or more, and a function equivalent to a 1Z 4 wavelength plate with 3 wavelengths is obtained.
  • FIG. 7 cross-sectional view
  • FIG. 8 plane view
  • a first phase correction layer 10E composed of a step-like blazed diffraction grating approximated by a (four-step) step-like grating is formed.
  • the height d N1 of one step of the staircase-shaped grating is set to 1.723 / m, and the optical path difference from air is 2 2 ⁇ ⁇ with respect to the wavelength ⁇ .
  • 1. 2 ⁇ 2 i.e. becomes 0. 2 ⁇ 2 equivalent for the wavelength lambda 2
  • the fast axis was set in the X-axis direction by the same preparation method as the phase plate 3 ⁇ of Example 1.
  • the ordinary index of refraction ⁇ in line with.
  • a blazed diffraction grating 2A having a sawtooth cross-section and approximated by a three-level (two-step) stair-step grating is machined, and the concave part has an ordinary refractive index n.
  • the second phase correction layer 20E is filled with a homogeneous refractive index transparent material 2B having a refractive index n s substantially equal to the following.
  • the refractive index differences (n e — n s ) for three wavelengths ⁇ 2 and ⁇ 3 are 0.277, 0.213 and 0.200, and the height d M1 of one step of the staircase-shaped grating To 1. 62 m.
  • the optical path length difference between the step-shaped blazed diffraction grating 2 A composed of the polymer liquid crystal layer and the one-step homogeneous refractive index transparent material 2 B is ⁇ ⁇ for the wavelength. next, it has become 0. 37 ⁇ 3 for the wavelength lambda 3.
  • the transmitted wavefront of the ordinary polarized light incident on the second phase correction layer 20 ° does not change regardless of the wavelength, and the transmitted wavefront of the wavelength change does not change regardless of the incident polarization.
  • the transmitted wavefront of the extraordinary polarized light of wavelength 3 changes according to the annular distribution of the step-shaped grating.
  • phase plate 3D made of a polymer liquid crystal film whose fast axes are aligned in the X-axis direction is formed in the same manner as the phase plate 3B of Example 1.
  • the retardation value of the phase plate 3D with respect to the wavelength is 203 nm, which is equivalent to substantially a half wavelength.
  • an organic thin film made of polycarbonate is used as the phase plate 3C, laminated on the phase plate 3D using an adhesive, and bonded to the phase correction layer 20E. Fix it.
  • the light having the wavelength ⁇ 1 having a plane of polarization in the X-axis direction enters the first phase plate 30 E from the light transmitting substrate 5 side. Then, the light is emitted as circularly polarized light having an ellipticity ⁇ of 0.9 or more, and a function equivalent to a quarter-wave plate is obtained.
  • each plane of polarization is converted into rotated linearly polarized light, and a function equivalent to a 1Z2 wave plate is obtained.
  • the ordinary polarization incident light having the wavelength ⁇ 2 reciprocates through the first phase plate 30 ° and becomes the original ordinary polarization, and also travels straight through the second phase correction layer 20 ° without change in the transmitted wavefront on the return path.
  • the extraordinary polarized light of wavelength ⁇ 3 travels back and forth through the first phase plate 30 °, it becomes the original extraordinary polarized light, and also on the return path, the transmitted wavefront changes in the second phase correction layer 20 ° and the wavefront aberration is corrected. The action appears.
  • FIG. 10 cross-sectional view
  • the same multilayer filter (not shown) as the multilayer filter 92 of the first embodiment is formed in the annular region (A and the annular region (A 2 )) of the glass substrate 51 (translucent substrate).
  • the first phase plate 3OF formed by laminating the phase plate 3D and the phase plate 3C formed on one surface of the glass substrate 6 (translucent substrate) is the first phase plate 3OF used in the second embodiment.
  • the description is omitted because it is the same as 30E (FIG. 7).
  • phase plate made of a polymer liquid crystal film having a fast axis aligned in a direction forming an angle of 70 ° with the X axis by the same preparation method as the phase plate 3B of the first embodiment.
  • the retardation value of the phase plate 3F with respect to the wavelength Ii is 405 nm, which corresponds to approximately one wavelength.
  • an organic thin film made of polycarbonate is used as the phase plate 3E, and the homogeneous refractive index transparent material 1G is laminated on the phase plate 3F using an adhesive as an adhesive.
  • Second polarizing phase correction layer 10 It was filled into the recess of the blazed diffraction grating 1 F consisting of polymer liquid crystal F 2, you bonded.
  • the retardation value of the phase plate 3 ⁇ with respect to the wavelength ⁇ is 405 nm, which is equivalent to approximately one wavelength, and the fast axis is defined as a direction that forms an angle of 25 ° with the X axis. That is, the fast axes of the phase plates 3E and 3F make an angle of 45 °.
  • a second phase plate 40F in which the phase plate 3E and the phase plate 3F are laminated is manufactured.
  • each plane of polarization is converted into linearly polarized light in the X-axis direction rotated by approximately 90 °, equivalent to a half-wave plate. The function is obtained.
  • Each of the second polarizing phase correcting layer 10 F 2 and the first polarizing phase correcting layer 10 F in the sixth phase correcting element 600 is the same as the second phase correcting layer 20 ⁇ of the second embodiment.
  • the ordinary light refractive index ⁇ in which the fast axis is aligned with the X-axis direction on one surface of the glass substrates 51 and 52 is obtained.
  • the ordinary refractive index n in the recess Filled with the homogeneous refractive index transparent materials 1 G and 1 E having a refractive index n s substantially equal to the second polarizing phase correcting layer 10 F 2 and the first polarizing phase correcting layer 10 F.
  • the slope of the sawtooth cross section is machined in the opposite direction to the center axis of the concentric grating pattern.
  • the transmitted wavefront does not change because there is no difference in the refractive index between the polymer liquid crystal and the transparent material having a uniform refractive index.
  • a refractive index difference of about 0.15 between the polymer liquid crystal and the homogeneous refractive index transparent material occurs, and the transmitted wavefront changes according to the shape of the sawtooth blazed diffraction grating.
  • a three-level (two-step) stepped blazed diffraction grating 2 A was used.
  • the unevenness of the entire sawtooth was increased. There point that the thickness of the polymer liquid crystal corresponding to the phase difference of about one wavelength to the wavelength lambda 2 and wavelength example 3 of abnormal light is different. As a result, the first-order diffracted light becomes maximum at the wavelength ⁇ 2 and the wavelength 3 . At this time, the second-order diffracted light becomes the maximum for the extraordinary light of the wavelength.
  • phase correction element manufactured in this way for example, the sixth phase correction element 600 and the objective lens 12 are integrated into an actuator (not shown), and the optical head device shown in FIG. Mount.
  • this optical head device When this optical head device is used for recording and / or reproduction of an optical disk for DVD and CD, the wavefront aberration generated by the objective lens alone must be corrected, and the distance between the objective lens and the optical disk must be ensured. Can be. As a result, it is possible to stably record and / or reproduce three types of optical discs for HD, DVD, and CD.
  • the ordinary polarization incident light having the wavelength ⁇ reciprocates through the phase correction element, for example, the sixth phase correction element 600, so that extraordinary light polarization in the polarization direction orthogonally shifted by the phase plate 30F is output. Since the light is converted into the emitted light, the signal light can be efficiently detected by the photodetector 15A when used in combination with the polarizing beam splitter 19.
  • the transmitted wavefront of wavelength ⁇ remains unchanged.
  • Transmitted wavefront peel length lambda 2 or wavelength lambda 3 can be corrected.
  • the first phase plate having the function of a 1Z4 wavelength plate at the wavelength At is integrated, the linearly polarized light having the wavelength ⁇ that has reciprocated through the phase correction element is converted into orthogonal linearly polarized light.
  • the phase correction element is mounted on the optical head device together with the HD objective lens, which is optimally designed for the HD optical disc in terms of wavelength. Stable information recording and recording on VD and CD optical discs And z or play.
  • the optical head device of the present invention equipped with a polarizing beam splitter, the light use efficiency of the forward path and the return path with respect to the wavelength light is improved, and the power consumption of the semiconductor laser light source is reduced. High speed recording and Z or playback. Also
  • the wavefront aberration of the wavelength ⁇ 2 can be corrected independently.
  • a material having a different birefringence is used for the second phase correction layer in the phase correction element, and the one-stage phase difference with respect to the abnormal light polarization has a wavelength; And the corresponding step-like grating, by defining the incident polarized light of three wavelengths can be corrected independently wavefront aberration of the wavelength lambda 3.
  • a first phase correction layer capable of correcting the wavefront aberration of the wavelength lambda 2 independently has the function of a wavelength input 1 Z4 wave plate and a 1 Z 2 wave plate at wavelength lambda 2 and wavelength lambda 3
  • the opening limit in an annular area obtained by subtracting the numerical aperture NA 3 of the numerical aperture, for the light flux with wavelength lambda 3 for CD by forming the multilayer filter or a diffraction grating to linearly transmit only light of the wavelength and the wavelength lambda 2 By doing so, stable wavefront aberration correction of CD can be performed.
  • a diffraction grating is formed in the first annular region obtained by subtracting the numerical aperture ⁇ 2 from the numerical aperture to transmit only the light having the wavelength ⁇ in a straight line, thereby limiting the aperture for the luminous flux of the wavelength ⁇ 2 for DVD.

Description

明 細 書
位相補正素子および光へッド装置 技術分野
本発明は、 位相補正素子および光ヘッド装置に関し、 特に使用波長の異なる 3 種の光記録媒体への情報の記録および Zまたは再生に使用する光へッド装置に搭 載する位相補正素子およびその光へッド装置に関する。 背景技術
近時、 周知のように、 情報を記録および Zまたは再生する光記録媒体及びこの 光記録媒体に情報を記録および Zまたは再生することができる光へッド装置が各 種開発され使用されている。
このうち、 CD用の光記録媒体 （以後、 「光ディスク」 という） は、 情報記録 面保護用のカバー厚が 1. 2mmの光ディスクであり、 情報の記録および Zまた は再生のために、 光源として 780 nm波長帯の半導体レーザと NA (開口数） が 0. 44から0. 51までの対物レンズが使用される。
一方、 DVD用の光ディスクは、 カバー厚が 0. 6 mmの光ディスクであり、 情報の記録および または再生には、 光源として 650 nm波長帯の半導体レー ザと NAが 0. 60から 0. 65までの対物レンズが使用される。
さらに、 記録情報量を増大させるため、 光源として 41 Onm波長帯の半導体 レ一ザと NAが 0. 85の対物レンズを使用する、 カバー厚が 0. 1mmの光デ イスクが提案されている。 以下、 41 Onm波長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。
ここで、 ；^ = 410 nm波長帯の光とは波長が略 390 nmから略 430 η mまでの光、 λ2=650 nm波長帯の光とは波長が略 630 nmから略 680 nmまでの光、 λ 3= 780 nm波長帯の光とは波長が略 760 nmから略 82 0 nmまでの光のことを示す。
また、 以下では HD、. DVDおよび CDに対して用いる対物レンズの開口数 N Aをそれぞれ NAい NA 2、 NA 3とし、 NA iは 0 . 8 5程度、 NA 2は 0 . 6 0から 0 . 6 5程度、 NA 3は 0 . 4 4から0 . 5 1程度の値のものを用いてい る。
また、 複屈折材料の常光偏光と異常光偏光に対する常光屈折率と異常光屈折率 の相違に起因して生じる位相差を 「複屈折位相差」 と呼称し、 屈折率の偏光依存 性によらない光路長差に対応した通常の位相差と用語を区別して用いる。 また、 「位相差」 をラディアン （rad) 単位で記すが、 波長単位で表すときは 「波長位 相差」 と呼称する。
ところで、 C D用と D VD用と HD用の 3種の光ディスクでは、 互いにカバ一 厚および使用波長が異なる。 このため、 情報を記録およびノまたは再生する光へ ッド装置において、 仮にいずれか一種の光ディスク用に設計された対物レンズを 取付け、 これらの光ディスクを互換的に使用してそこに情報を記録および Zまた は再生しょうとする場合、 例えばこの光へッド装置を前述の光ディスクとは別の 種類の光ディスクへの記録および Zまたは再生に用いると、 大きな球面収差が発 生し、 情報の記録および Zまたは再生ができない問題があつた。
そこで、 この光ヘッド装置において、 単一の対物レンズを用いてカバー厚の異 なる光ディスクの情報の記録および Zまたは再生を行うため、 発生する球面収差 を低減する種々の方式が提案されている。 （例えば、 特許文献 1 (特許第 2 7 1 3 2 5 7号公報） 、 特許文献 2 (特許第 2 7 2 5 6 5 3号公報） 参照） 。
従来例 1として、 基板の周辺部に屈折率の異なる透明誘電体膜が積層された多 層膜フィル夕または回折格子が形成され、 一方の波長の光は透過し他方の波長の 光は反射または回折して NAを切り換える開口制限素子が特許文献 1に提案され ている。
D V D用の波長 λ 2の光を透過し、 C D用の波長 λ 3の光を反射する従来の開 口制限素子 1 0 0 0の断面図の例を図 2 0に示す。 透光性基板 （ガラス基板） 1 1 0 0の表面で、 開口数 ΝΑ 2の円形領域から開口数 ΝΑ 3の円形領域を差し引 いて得られる円環領域 （中間領域） に、 多層膜フィル夕 1 2 0 0が形成され、 波 長 λ 2の入射光を透過し波長 λ 3の入射光を透過しない開口制限素子となってい る。
ここで、 開口数 NA 3の円形領域と多層膜フィルタ 1 2 0 0が形成された円環 領域で、 波長 λ 2の透過光の位相がそろうように、 円環領域の多層膜フィルタ 1 2 0 0に位相調整用の位相補償膜 1 3 0 0が形成されている。
このような開口制限素子 1 0 0 0を対物レンズと一体で用い、 対物レンズによ り情報記録面に集光される光束の Ν Αを D V Dおよび C Dの波長の相違に応じて 切り換えることにより、 光ディスクのカバ一厚の相違に起因して発生する球面収 差を低減する光ヘッド装置を構成できる。 ここでは、 対物レンズに対する波長 λ 3の入射光を発散光とすることにより、 残留する球面収差を低減している。
従来例 2として、 開口制限素子に加えて、 同心円状の干渉縞パターンを有しそ の断面形状が階段状になされている開口制限付ホ口グラム光学素子からなり、 第 一の波長の光を透過するとともにそれと異なる第二の波長の光を回折して球面収 差を発生し、 対物レンズの有する球面収差を打ち消す位相補正素子が特許文献 2 に提案されている。
また、 C Dや D VDなどの光ディスクにおける光記録媒体の情報の記録および Zまたは再生を行う光へッド装置において、 光源である半導体レーザからの出射 光は対物レンズにより光記録媒体上に集光され、 光記録媒体で反射された戻り光 はビ一ムスプリッ夕により光検出器である受光素子へ導かれ、 光記録媒体の情報 が電気信号に変換される構成となっている。
ここで、 半導体レーザの出射光を光ディスクの光記録媒体に効率よく集光し、 光記録媒体からの信号光を光検出器で効率よく検出するため、 偏光ビームスプリ ッタを用いることが有効である。 偏光ビームスプリツ夕は、 光源から出射した特 定方向の偏波面の直線偏光を往路で透過し、 光記録媒体で反射し往路と直交する 偏波面となった直線偏光を復路で反射または回折して、 光の進行方向を光検出器 へと切り変えることができる。 ここで、 復路の偏波面を往路と直交する直線偏光 とするために、 入射光の波長に対し複屈折位相差が兀ノ 2である位相板 （1 Z 4 波長板） が用いられ、 偏光ビームスプリツ夕と光記録媒体の光路中に配置されて いる。 しかしながら、 前記従来例 1および 2に示すように、 単一の対物レンズを用い て 2種の光ディスクの情報の記録および/または再生に対応可能な開口制限素子 または位相補正素子はあるものの、 HD、 D VDおよび C Dの 3種の光ディスク の情報の記録および/または再生に対応可能な 3波長用の位相補正素子が存在し 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およ び /または再生は困難であった。
また、 前記従来例 1の開口制限素子を HD、 D VDおよび C Dの 3種の光ディ スクに対応した互換素子として用いる場合、 図 2 0に示す開口制限素子 1 0 0 0 に対して、 HDの開口数 の円形領域から D VDの開口数 NA2 (ただし、 NA X>NA2) の円形領域を差し引いて得られる第 1の円環領域に、 波長； ^の 入射光を透過し波長 λ 2および波長 λ 3の入射光を透過しない波長選択フィル夕 の機能を付加する必要がある。 また、 同様に D VDの開口数 ΝΑ2の円形領域か ら C Dの開口数 ΝΑ 3 (ただし、 ΝΑ2>ΝΑ 3) の円形領域を差し引いて得られ る第 2の円環領域に、 波長 λ iおよび波長 λ 2の入射光を透過し波長 λ 3の入射光 を透過しない波長選択フィル夕の機能を付加する必要がある。 また、 開口数 ΝΑ 3の円形領域は、 波長えい 波長え 2および波長 λ 3の入射光を全て透過する機能 が必要である。
そこで、 この波長選択フィル夕として、 多層膜フィルタを用いる従来技術の適 用では、 第 1の円環領域と第 2の円環領域にそれぞれ分光透過率の異なる多層膜 を領域分割して成膜する必要があり、 極めて複雑なプロセスとなり、 開口数 ΝΑ ！の全面において波長 λ χの入射光に対する透過波面収差の劣化しない開口制限 素子を安定して作製することが難しかった。 なお透過波面とは、 位相補正素子な どの光学素子を透過した後の光の波面を意味する。
さらに、 波長 ェに対する複屈折位相差が πΖ 2であるとともに、 波長 λ 2お よび波長 λ 3の波長に対して位相補正素子としての特性劣化を招くことのない位 相板が一体化された位相補正素子が求められていた。 本発明は、 上記欠点を解決するためになされたものであり、 HD用の単一の対 物レンズを用いて HD、 DVDおよび CDの 3種の光ディスクの情報の記録およ び/または再生に対応可能な位相補正素子および光へッド装置の提供を目的とす る。 発明の開示
本発明は、 几い λ2、 λ3 (λ <λ2<λ3) の 3波長の光を透過する位相補 正素子であって、 前記光が入射する前記位相補正素子平面内に開口数 八2の領 域と開口数 ΝΑ2の領域を含む開口数 (NA1>NA2) の領域とを備え、 開口数 NA2の領域には、 その断面形状が鋸歯状または鋸歯状の各凸部が階段 形状によって近似され、 かつ入射光の光学軸に対し回転対称性を有する、 鋸歯状 または近似された鋸歯状の凹凸部からなる第 1の位相補正層が形成され、 さらに第 1の位相補正層と、 波長 λェの直線偏光の入射光に対して 7tZ2の奇 数倍の複屈折位相差を発生させて円偏光に変換する第 1の位相板とが一体化され て形成されており、
開口数 N A iの領域に入射する波長え！の光の透過波面はその偏光状態に関わ らず不変であるが、 開口数 NA2の領域に入射する波長 λ2の光、 または波長 λ2 および波長 λ3の光の透過波面は変化させる機能を有することを特徴とする位相 補正素子を提供する。
さらに、 前記第 1の位相補正素子において、 前記第 1の位相補正層は、 屈折率 波長分散が異なる第 1の透光性材料と第 2の透光性材料を備え、 その屈折率差△ ηが波長 でゼロであるとともに波長人 2および波長 λ 3では有限の値であつて 、 前記第 1の透光性材料は、 その断面形状が鋸歯状または鋸歯状の各凸部が階段 形状によって近似され、 力つ入射光の光学軸に対し回転対称性を有する鋸歯状の 凹凸部からなり、 前記凹凸部の少なくとも凹部に前記第 2の透光性材料が充填さ れ、 波長 λ2における屈折率差を Δηとすると、 前記鋸歯状の各凸部の高さ dが 、 次式、 λ2Ζ2≤ΔηΧο!≤λ3を満たす第 2の位相補正素子を提供する。 さらに、 前記第 1の位相補正素子において、 前記第 1の位相補正層は、 前記鋸 歯状の各凸部が階段形状によって近似され、 階段形状の各段の凸部と凹部に対す る波長 λ ,の透過光の位相差が 4 7Τの自然数倍である第 3の位相補正素子を提供 する。
さらに、 前記第 1から第 3の位相補正素子において、 前記第 1の位相板は、 λ ! = 4 1 0 n m波長帯と λ 2 = 6 5 0 nm波長帯の中間波長 λ c= ( λ χ + λ 2) / 2に対する複屈折位相差が Ttと ττΖ 2である 2枚の位相板をそれらの光軸のなす 角度が 5 7 ± 5 ° となるように積層された構成からなり、 少なくとも ェおよび λ 2の波長帯の直線偏光入射光に対して ττ/ 2の奇数倍の複屈折位相差を発生さ せて円偏光に変換する第 4の位相補正素子を提供する。
さらに、 前記第 3の位相補正素子において、 前記位相補正素子は、 その平面内 の開口数 ΝΑ 3 (ΝΑ 2>ΝΑ 3) の領域に第 2の位相補正層が形成されており、 前記第 2の位相補正層は常光屈折率 η。および異常光屈折率 n e (n e≠n。） で 屈折率楕円体の光軸が一方向に揃つた複屈折材料層を備え、 前記複屈折材料層は 断面形状が鋸歯状でその各凸部が階段形状によって近似され、 かつ入射光の光学 軸に対し回転対称性を有する鋸歯状の凹凸部からなり、 前記凹凸部の少なくとも 凹部に常光屈折率 n。または異常光屈折率 n e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の凸部と凹部に対する波長 λ iの 異常光偏光または常光偏光の透過光の位相差が 2 7Tの奇数倍である第 5の位相補 正素子を提供する。
さらに、 前記第 5の位相補正素子において、 前記第 1の位相板は、 波長 λ の 直線偏光入射光に対して π/ 2の奇数倍の複屈折位相差を発生させて円偏光に変 換し、 波長 λ 2および波長 λ 3の直線偏光入射光に対して πの奇数倍の複屈折位 相差を発生させて偏波面を回転する機能を有する第 6の位相補正素子を提供する さらに、 前記第 6の位相補正素子において、 前記第 1の位相板は、 波長 に 対する複屈折位相差が 7Τ/ 2と 7Cである 2枚の位相板をそれらの光軸のなす角度 が 4 5 ± 5 ° となるように積層された構成からなる第 7の位相補正素子を提供す る。 さらに、 前記第 1の位相補正素子において、 前記第 1の位相補正層は、 常光屈 折率 n。および異常光屈折率 ne (n。≠ne) で屈折率楕円体の光軸が一方向に 揃った複屈折材料層を備え、 前記複屈折材料層は、 断面形状が鋸歯状あるいは鋸 歯状の各凸部が階段形状によって近似され、 かつ入射光の光学軸に対し回転対称 性を有する鋸歯状の凹凸部を備え、 前記凹凸部の少なくとも凹部は、 常光屈折率 n。または異常光屈折率 n。とほぼ等しい屈折率 n sの均質屈折率透明材料が充填 された構造を有する第 1偏光性位相補正層と第 2の偏光性位相補正層を備え、 前 記第 1の位相板は、 λェ = 410 n m波長帯の直線偏光入射光に対して ττΖ 2の 奇数倍の複屈折位相差を発生させて円偏光に変換し、 λ 2= 650 nm波長帯お よび λ 3= 780 nm波長帯の直線偏光入射光に対しては兀の奇数倍の複屈折位 相差を発生させて偏波面を回転する機能を有し、 前記第 2の位相板は、
10 nm波長帯の直線偏光入射光に対して 7Cの偶数倍の複屈折位相差を発生させ て偏光状態を変えず、 λ 2= 650 nm波長帯および λ 3= 780 nm波長帯の 直線偏光入射光に対しては πの奇数倍の複屈折位相差を発生させて偏波面を 90 ° 回転する機能を有し、 前記第 1の位相板、 第 1の偏光性位相補正層、 第 2の位 相板、 第 2の偏光性位相補正層の順番に配置され一体化されている第 8の位相補 正素子を提供する。
さらに、 前記第 1から第 8の位相補正素子において、 前記位相補正素子平面上 の開口数 の円形領域から開口数 ΝΑ3 (ΝΑ1>ΝΑ2>ΝΑ3) の円形領域 を差し引いて得られる円環領域に、 Ai = 410 nm波長帯および λ2=650 nm波長帯の入射光を透過し λ 3= 780 nm波長帯の入射光を反射する多層膜 フイリレタ、 または、 A1=^41 Onm波長帯および λ2=65 Onm波長帯の入 射光を透過し λ 3= 780 nm波長帯の入射光を回折する、 断面形状が矩形状で 凸部と凹部に対する λェ= 410 nm波長帯の透過光の位相差が 10 πである回 折格子が形成されている第 9の位相補正素子を提供する。
さらに、 前記第 1から 8の位相補正素子において、 前記位相補正素子平面上の 開口数 の円形領域から開口数 ΝΑ2の円形領域を差し引いて得られる第 1 の円環領域に、 Ai = 410 nm波長帯の入射光を透過しえ 2= 650 nm波長 帯および λ 3= 7 8 0 nm波長帯の入射光を回折する、 断面形状が凹凸状で凸部 と凹部に対する λ 1=4 1 0 nm波長帯の透過光の位相差が 2兀である回折格子 が形成され、 前記位相補正素子平面上の開口数 N A 2の円形領域から開口数 N A 3の円形領域を差し引いて得られる第 2の円環領域に、 λ = 41 O nm波長帯 および λ2=6 50 nm波長帯の入射光を透過し λ 3= 78 0 nm波長帯の入射 光を反射する多層膜フィル夕、 または、 λ = 41 O nm波長帯および λ2==6 5 0 nm波長帯の入射光を透過し λ 3= 7 8 0 nm波長帯の入射光を回折する、 断面形状が矩形状で凸部と凹部に対する λ 4 1 0 nm波長帯の透過光の位相 差が 1 0 πである回折格子が形成されていることを特徴とする第 1 0の位相補正 素子を提供する。
さらに、 前記第 9または 1 0の位相補正素子において、 前記回折格子または前 記多層膜フィルタが形成された第 9の位相補正素子における円環領域または第 1 0の位相補正素子における前記第 1および第 2の各円環領域と開口数 ΝΑ3の前 記円形領域に対する、 波長 λ iの入射光の位相差が 27Tの整数倍であることを特 徴とする第 1 1の位相補正素子を提供する。
さらに、
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5 O nm波長帯と λ 3= 78 0 nm 波長帯の 3波長の光を出射する光源と、 出射された 3波長の光を光記録媒体に集 光する対物レンズと、 集光されて光記録媒体により反射された光を検出する光検 出器とを少なくとも備える光へッド装置であって、 前記 3波長の光を出射する光 源と光記録媒体に至る光路中に、 前記第 1から第 1 1に記載の位相補正素子を配 置したことを特徴とする光へッド装置を提供する。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の第 1および第 2の実施形態に係る位相補正素子の構成を示す 断面図である。
図 2は、 本発明の第 1および第 2の実施形態に係る位相補正素子の構成を示す 平面図である。
図 3は、 DVD用または CD用の光ディスクにおける透過光の波面収差を示す グラフであり、 （A) は本発明の位相補正素子により生成される波面収差、 （B ) は D VD用または C D用の光ディスクにおける透過光の波面収差である。 図 4は、 本発明の第 3の実施形態に係る位相補正素子の構成を示す断面図であ る。
図 5は、 第 3の実施形態に係る位相補正素子の第 1の位相補正層の波面収差補 正作用を示す波面収差の部分拡大図である。
図 6は、 本発明の第 4の実施形態に係る位相補正素子の構成を示す断面図であ る。
図 7は、 本発明の第 5の実施形態に係る位相補正素子の構成を示す断面図であ る。
図 8は、 本発明の第 5の実施形態に係る位相補正素子の構成を示す平面図であ る。
図 9は、 第 5の実施形態に係る位相補正素子の第 2の位相補正層の波面収差補 正作用を示す波面収差の部分拡大図である。
図 1 0は、 本発明の第 6の実施形態に係る位相補正素子の構成を示す断面図で ある。
図 1 1は、 本発明の第 7の実施形態に係る位相補正素子の構成を示す断面図で める。
図 1 2は、 本発明の第 7の実施形態に係る位相補正素子の構成を示す平面図で ある。
図 1 3は、 図 1 1および図 1 2に示す第 7の位相補正素子の開口制限基板の加 工面の位置関係を示す拡大断面図である。
図 1 4は、 本発明の第 7の実施形態の変形例に係る位相補正素子の構成を示す 断面図である。
図 1 5は、 第 8の実施形態に係る位相補正素子を搭載した光へッド装置を示す 構成図である。
図 1 6は、 第 8の実施形態に係る位相補正素子へ 3種の波長の光が入射したと きの光束と波面を示す断面図であり、 （a ) は波長 の光、 （b ) は波長 λ の光、 （c) は波長 λ3の光である。
図 17は、 第 8の実施形態に係る位相補正素子へ 3種の波長の光が入射したと きの光束と波面を示す断面図であり、 （a) は波長久 の光、 （b) は波長 λ2 の光、 （c) は波長 λ3の光である。
図 18は、 第 8の実施形態に係る位相補正素子へ 3種の波長の光が入射したと きの光束と波面を示す断面図であり、 （a) は波長久ェの光、 （b) は波長 λ2 の光、 （c) は波長 λ3の光である。
図 19は、 図 12に示す開口制限基板の各領域の分光透過率であって、 （a) は第 1の円環領域 （A 、 (b) は第 2の円環領域 （A2) 、 （c) は円形領 域 （A3) での分光透過率を示すグラフである。
図 20は、 従来の開口制限素子の構成を示す断面図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
[第 1の実施形態]
本発明の第 1の実施形態に係る第 1の位相補正素子の構成例について、 図 1に 断面図を、 図 2に平面図を示す。
本実施形態に係る第 1の位相補正素子 100は、 開口数 NA2の領域に形成さ れた第 1の位相補正層 1ひ Aと第 1の位相板 3 OAとを備えて構成される。 第 1の位相補正層 10 Aは、 HD用の光ディスクに対応する位相補正素子の開 口数 N A iの有効径内で、 D V D用の光ディスクに対応する開口数 N A 2の領域 に形成されていて、 その断面形状が鋸歯状 （いわゆるブレーズド回折格子型） あ るいは鋸歯状の各凸部が階段形状格子によって近似されており、 かつ入射光の光 学軸に関して回転対称性を有する鋸歯状の凹凸部からなるように加工された屈折 率 nAの透光性材料 （第 1の透光性材料） 1Aと、 その凹凸部の少なくとも凹部 に屈折率 ηΒの透光性材料 （第 2の透光性材料） 1 Βが充填された構成からなる 図 1では、 第 1の位相補正層 10 Αが、 透光性基板 5および 6に狭持された構 成例を示すが、 透光性基板 5の表面に形成されてその凹部には充填物が無い構成 でもよい。 この第 1の位相補正層 1 O Aは、 位相補正素子平面内の開口数 NA 1 の領域に入射する波長 の光の透過波面は不変だが、 波長 λ 2、 または波長 λ 2 および波長 λ 3の光の透過波面を変ィヒさせる、 波長選択性の位相補正層とするこ とにより、 ブレーズド回折格子の空間的形状分布に応じて透過波面変化を生成で さる。
位相補正層の波長選択性機能は、 透光性材料 1 Αと透光性材料 1 Bの屈折率波 長依存性の相違、 屈折率偏光依存性の相違、 あるいは階段格子の加工段差の位相 差波長依存性などを利用することにより発現する。
また、 第 1の位相補正素子 1 0 0には、 波長 に対し複屈折位相差が ττΖ 2 の奇数倍となる第 1の位相板 3 O Aが透光性基板 5と透光性基板 6とに挟まれ一 体化されている。 第 1の位相板 3 O A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ポネートなどでもよい。 高分子液晶は複屈折が比較的 大きな値で、 5 以下の薄膜を平坦性の優れたガラスなどの透光性基板に狭 持し、 均一かつ大面積に作製できるため、 位相板として好ましい。
第 1の位相板 3 0 Aの光軸と 4 5 ° の角度をなす偏波面で波長 λ iの直線偏光 が入射し、 第 1の位相板 3 O Aを往復することにより、 偏波面が直交する直線偏 光に変換される。
第 1の位相板 3 O Aは、 複屈折材料の単層でもよいし、 2層以上積層した構成 や、 透光性基板を 2枚以上用いその間に高分子液晶膜を狭持した構成でもよい。 複屈折波長依存性を複屈折材料によって制御する、 あるいは位相板を積層するこ とにより複屈折位相差の波長依存性を制御できる。 例えば、 3波長 λ λ 2、 λ 3の入射光に対して 1 Z 4波長板として作用する位相板や、 波長 λ ,の入射光に対 して 1 / 4波長板として作用するとともに波長 λ 2および波長 λ 3の入射光に対 して 1 / 2波長板として作用する位相板とすることもできる。
したがって、 本実施形態の位相補正素子を用いることにより、 HD用の対物レ ンズを D VDまたは C Dに用いたとき発生する波面収差を補正できる。 また、 波 長入ェの直線偏光の入射光を透過しそれと直交する偏波面の直線偏光の入射光を 反射または回折する偏光ビームスプリツ夕 （P B S ) が搭載された光ヘッド装置 における位相補正素子として用いることにより、 光利用効率の高い光学系となる とともに、 半導体レ一ザ光源の発振が安定するため、 信頼性の高い記録および Z または再生用の光へッド装置となる。
[第 2の実施形態]
次に、 図 1において、 屈折率波長分散が異なる透光性材料、 つまり第 1の透光 性材料 1 Aと第 2の透光性材料 1 Bからなり、 その屈折率差△ nが波長 λ！で略 ゼロであるとともに波長 λ 2および波長 λ 3では有限の値となる屈折率波長分散 性を有する第 1の位相補正層 1 0 Βと、 第 1の位相板 3 0 Βとを備えた第 2の位 相補正素子 2 0 0について、 以下に説明する。 なお、 この第 1の位相板 3 0 Βは 、 第 1の位相補正素子 1 0 0での第 1の位相板 3 O Aと同じ構成である。
透光性材料 1 Aと透光性材料 1 Bは、 可視波長域の屈折率波長分散の差が大き な 2種の材料であって、 波長ぇェで屈折率値が等しく、 波長 λい λ 2および λ 3 で透明であれば、 それ以外の波長で光吸収があつてもよい。 透光性材料 1 Αと透 光性材料 1 Bはガラスなどの無機材料でもよいし、 ブラスティックレンズや光学 樹脂として用いられる有機材料でもよい。 屈折率波長分散を調整するために無機 材料あるいは有機材料中に微粒子を分散させた複合材料でもよい。
図 3は D VD用または C D用の光ディスクにおける透過光の波面収差を示すグ ラフである。 図 3において、 （A) は本実施形態の第 2の位相補正素子 2 0 0を 用いたときに本素子が発生する波面収差を示し、 （B) は第 2の位相補正素子 2 0 0を用いないときに発生している波面収差を示す。
図 3の （B) は、 λ 1 = 4 1 0 nm波長帯で力パー厚 0 . 1 mm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開口数 N A 1の H D用対物レ ンズを、 久 2 = 6 5 0 nm波長帯でカバ一厚 0 . 6 mmの D V D用の光ディスク に開口数 NA 2で用いたときに、 発生する波面収差の一例を示したグラフである 。 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 開口径に対応した開口数 NAであり、 縦軸は光学軸上の光線 （NA= 0 ) に対す る各 N A値での光線の光学的距離差を使用波長単位で示す波長位相差の断面を表 す。 この波面収差は、 実際にはほぼ軸対称の 3次元形状で、 略放物面状の分布を なす。
図 3において、 水平方向の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 3の （Β) に示す波面収差から波 長 2の整数倍を差し引いた波長位相差で、 λ 2以下の波面収差が補正すべき波 面収差である。 図 3の （Α) は、 上記 λ 2以下の波面収差を補正するように本発 明の第 2の位相補正素子 2 0 0における第 1の位相補正層 1 0 Βを使用して発生 する波面収差を示したもので、 中心から外周に向かって鋸歯の底面の幅が狭くな る同心円状になっている。
また、 第 1の位相補正層 1 0 Βにおける鋸歯状の凹凸部の断面形状に加工され た透光性材料 1 Αは、 図 1および図 2に示す鋸歯断面からなるフレネルレンズ形 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 3の （B) に示す断面形状が略放物線状で 3次元的には略放物面 状の波面収差を、 開口数 NA 2の円形領域において波長 λ 2の間隔ごとに輪切り にして得られ複数の輪帯から、 透光性材料 1 Αの各凸部の輪帯半径が決まる。 これらの輪帯を波面収差がゼロの平面 （図 3において紙面に垂直な面） 上に、 NA= 0の軸の回りに同心円状に並べると、 これらの輪帯の高さは全て λ 2とな る。 すなわち、 波長 λ 2で透光性材料 1 Aと透光性材料 1 Bの凹凸部の光路長差 が λ 2となるように透光性材料 1 Αを加工する。
波長 λ 2において n A> n Bの場合、 透光性材料 1 Aの断面形状は図 1の 1 Aに 相当する鋸歯状となるように加工する。
また、 波長 λ 2において n A< n Bの場合、 紙面と垂直な面に対し面対称形状で ある図 3の （A) に相当する断面形状に、 透光性材料 1 Aを加工すればよい。 波面収差 λ 2に相当する輪帯をなす透光性材料 1 Αからなる鋸歯状の各凸部の 高さ dは、 波長 λ 2における透光性材料 1 Αと透光性材料 1 Bの屈折率差△ nを 用いて d = A 2ZA nで記述される。 鋸歯状の各凸部を階段形状によって近似し た場合、
Figure imgf000016_0001
を満たす高さ dの範囲とすればよい。
また、 波長 λ 2と波長 λ 3に対して収差補正するためには、
Figure imgf000016_0002
を満たす高さ dの範囲とすればよい。
また、
λ 2≤Δη X d≤A 3
を満たす高さ dがさらに好ましい。
ここで、 第 2の位相補正素子 200に波長 の光が入射するとき、 波長入ェ における透光性材料 1 Αと透光性材料 1 Βの屈折率差 Δηがゼロのため、 透過波 面は変化しない。 一方、 波長 λ2の入射光に対して屈折率差 Δηは有限のため、 鋸歯状の各凸部の高さ dに応じて波長単位の位相差 Δη X dZA 2が生じ、 図 3 の （B) に示す波面収差を補正する図 3の （A) に示す透過波面変化が生じる。 また、 波長 λ3の入射光に対しても屈折率差 Δηは有限のため、 鋸歯状の各凸部 の高さ dに応じて波長単位の位相差 AnXd/A3が生じ、 図 3の （A) に類似 した透過波面変化が生じる。 すなわち、 凹レンズに相当するパワーを有する透過 波面となる。
波長 λ 2および波長 λ 3に対して、 位相補正素子が凹レンズの作用を有するこ とにより、 光ディスクと対物レンズの間隔を拡大できるため、 記録および Ζまた は再生において光へッド装置の安定性が向上する。
なお、 同じ HD用対物レンズを λ 3= 780 nm波長帯でカバー厚 1. 2mm の CD用の光ディスクに開口数 NA3で用いたときに発生する波面収差は、 第 2 の位相補正素子 200を用いただけでは完全には補正されないが、 位相補正素子 200および対物レンズに対して波長 λ 3の入射光を波長 λ2に比較して若干発 散光とすることにより、 良好な波面収差補正ができる。
また、 波長 λ2および波長 λ3の入射光をどちらも若干発散光としたとき発生 する波長 λ 2および波長 λ 3の波面収差を補正するように第 1の位相相補層 10 Βを加工することもできる。 波長 λ 2と波長 λ 3の光を出射する半導体レーザが 1つのパッケージ内に集積化された 2波長レーザを光源とし、 共通のコリメ一夕 レンズを用いて 2波長の光を対物レンズに同程度の発散光として入射させる光へ ッド装置において、 このような性能を備えた位相補正素子 2 0 0を用いることが 有効である。
したがって、 第 2の位相補正素子 2 0 0を用いることにより、 波長 λ 2および 波長; 1 3の入射光の偏光状態にかかわらず波長 λェとの波長の相違のみで収差補 正ができるため、 波長 λ 2および波長 λ 3に対する第 1の位相板 3 0 Βの制約が 少ない。
[第 3の実施形態]
次に、 図 4に本発明の他の実施形態に係る第 3の位相補正素子 3 0 0の構成を 断面図に示す。 なお、 平面図は図 2と同じものである。
本実施形態に係る位相補正素子 3 0 0は、 ガラスなどの透光性基板 5の表面で 開口数 ΝΑ2の領域に形成された第 1の位相補正層 1 0 Cと、 ガラスなどの透光 性基板 6の片面に形成された第 1の位相板 3 0 Cとを備えて構成される。 この第 1の位相板 3 0 Cは、 第 1の位相補正素子 1 0 0での第 1の位相板 3 0 Αと同じ 構成である。
ここで、 前述の第 2の実施形態の第 1の位相補正層 1 0 Bと同様、 第 1の位相 補正層 1 0 Cは波長 λ 2の入射光に対して図 3の （Α) に相当する波面収差を発 生し、 第 3の位相補正素子 3 0 0を用いないときに発生する図 3の （Β ) に示す 波面収差を補正する。 この第 1の位相補正層 1 0 Cは、 ガラスなどの透光性基板 5の表面で開口数 ΝΑ 2の領域に、 断面形状が鋸歯状 （いわゆるブレーズド回折 格子型） に形成したものであり、 鋸歯状の各凸部 （凹凸部） が階段形状格子によ つて近似された均質材料からなる多段の階段形状のブレーズド回折格子で構成さ れている。 なお、 この凹凸部は、 光学軸に関して回転対称性を有する形状に形成 されている。
ここで、 階段形状格子の各段における屈折率 ηの均質材料の透過光と空気の透 過光との位相差が、 波長ぇェに対して略 4 7Τの自然数倍としている。 λ 1 == 4 1 0 n m波長帯および λ 3 = 7 8 0 n m波長帯の場合、 均質材料の屈折率波長分散 を考慮すると、 前記位相差は、 波長えェに対して略 4 πの自然数倍とすれば波長 λ3に対しては略 2 πの自然数倍となる。 したがって、 鋸歯状の各凸部をこのよ うな階段形状格子によつて近似することにより、 波長 λ および波長 λ 3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の入射光に対しては透過波面が変化する波長選択性の第 1の位相補正層 1 0 Cとなる。
また、 第 1の位相補正層 10Cにおける鋸歯状の凹凸部の形状は、 図 2および 図 4に示す階段形状格子からなるフレネルレンズ形状とするが、 この形状は前述 の第 1の位相補正層 10Βと同様にして決定される。
図 4において、 （N+1) レベル （すなわち Ν段） の階段形状格子の高さ dN を N等分した 1段の高さ dN1の光路差 （n— 1) X dN1が CD用の光ディスク の λ 3= 780 nm波長帯の自然数倍となるようにしている。 例えば （n— 1) X dN1 = A3のとき、 このように階段形状に加工された第 1の位相補正層 10C に、 波長 λ2の光が入射した場合を考える。 この場合、 透過光波面の位相は、
2 π X (η— 1) X άΝ1/λ 2= 2 ΤΧ (λノ λ 2)
= 2 ττ X 1. 22
となり、 階段形状格子の 1段につき実効的に 0. 22波長分だけ透過波面が遅れ ることになる。 したがって、 鋸歯状の断面形状を Ν= 3から 5の階段形状格子に 近似することにより、 D VD用の光ディスクの透過波面のみを補正する第 1の位 相補正層 10 Cとなる。
図 5は、 第 1の位相補正層 10 Cの波面収差補正作用を示す波面収差の部分拡 大図である。 図 5において、 階段形状格子の 1段の高さ dN1に対応した補正光 路差 a、 すなわち
a= { (n - 1) X dN1} _λ 2
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近似的に波面収差 を補正している。 なお、 図 5では 5レベル （4段） の階段形状格子による収差補 正例を示している。 第 1の位相補正層 10Cは、 透光性基板 5の表面を直接階段 形状格子に微細加工してもよいし、 所望の膜厚に成膜した層を加工してもよい。 したがつて、 第 3の位相補正素子 300では、 第 1の位相補正層 10 Cに使用 する材料に制約が少なくて済むとともに、 空気との屈折率差が大きなため加工量 が比較的少なく加工しゃすいといつた長所がある。
[第 4の実施形態]
次に、 図 6に本発明の第 4の実施形態に係る第 4の位相補正素子 400の構成 例を断面図に示す。 なお、 平面図は図 2と同じものである。
この実施形態の位相補正素子 400では、 第 1の位相板としてリタデーシヨン 値の異なった複屈折材料からなる 2種の位相板 3 Aと 3 Bをそれらの光軸が所定 の角度をなすよう積層した第 1の位相板 30Dを用いている。 なお、 図 6では第 1の位相補正層 10 Dとして、 第 2の実施形態を示す図 1の第 2の位相補正素子 200における第 1の位相補正層 10 Bと同じ位相補正層を用いた場合を示すが 、 第 3の実施形態の第 3の位相補正素子 300で用いられた第 1の位相補正層 1 0 Cとしてもよい。
第 1の位相板 30Dを構成する位相板 3 Aと 3 Bは、 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 の複屈折性を有する材料から形成されている。 この位相板 3 Aと 3 Bは、 光軸お よびリタデーション値の異なる高分子液晶膜を透光性基板 6上に積層する、 ある いは、 透光性基板 6上に形成された高分子液晶膜からなる位相板 3 Bに接着剤を 用いてポリカーボネートからなる位相板 3 Aを接着してもよい。 また、 透光性基 板 6の代わりに水晶からなる位相板 3 Bを用い、 その上に高分子液晶膜からなる 位相板 3 Aを形成してもよい。
位相補正層 10D側から位相板 3A、 位相板 3 Bの順に配置し、 波長 λの直線 偏光入射光の偏波面に対する位相板 3 Α、 3 Βの進相軸の角度を 0Αおよび 0Β とし、 それぞれのリタデ一シヨン値を RA、 RBとすると、 積層位相板の透過光 の偏光状態を表すストークス行列成分の S 3は、 次の （1) 式で記述される。
S 3 = s i n (δΑ) X [s i n (2 θ A) ― {1— c o s (δΒ) }
X s i n (2 ΘΒ) Xc o s {2 (ΘΒ-ΘΑ) } ] + c o s (δ A) s i n ( <3 Β) X s i n (2 ΘΒ) … (1) ただし、 δΑおよび δΒは、 波長 λにおける位相板 3 Αと 3 Βの複屈折位相差 を示し、
<5Α= 27CRA /入、
Figure imgf000020_0001
と表される。
また、 透過光の直線偏光性を表す楕円率/ c (楕円偏光の長軸振幅に対する短軸 振幅の比） は S 3を用いて、 次式、
κ= t a n {0. 5 X s i n— 1 (S 3) }
で記述される。
したがって、 第 1の位相板 30Dが、 例えば、 3波長 い λ2、 λ3の入射光 に対して 1 /4波長板として作用するように、 複屈折位相差が略 2の奇数倍 となる位相板とするためには、 3波長に対して κが 1すなわち S 3が 1に近い値 となるよう 0A、 0B、 RA、 RBを決めればよい。
例えば、 波長 と波長 λ2の中間波長 λ。= (λ^λ^ Ζ 2に対して、 複屈 折位相差 δΑ^πすなわち 1/2波長板相当の位相板 3 Αと、 複屈折位相差 (5B = π/2すなわち 1 Ζ 4波長板相当の位相板 3 Βを、 それぞれの進相軸のなす角 度 I 0Β— SA Iが 57 ± 5° となるよう積層する。
進相軸の角度としては、 0A= 1 7 ± 5° および 0B=74± 5° 、 または 0A = 74 ± 5 ° および θ B= 17 ± 5 ° とする。
第 1の位相板 30Dをこのような積層位相板とすることにより、 人ェ^ 1 0 nm波長帯、 λ 2= 650 nm波長帯および λ 3= 780 nm波長帯の直線偏光 に対して、 略 π Z 2の複屈折位相差を発生させて円偏光に変換する 3波長用の 1 Ζ4波長板となる。
なお、 上記の第 1の位相板 30 Dを構成する位相板 3 Αと位相板 3 Βの積層構 成は一例であって、 必ずしも上記の 0A、 0B、 RA、 RBの数値範囲に限定され るものではない。 用いる複屈折材料によって複屈折量の波長依存性が異なるため 、 波長ごとの偏光変換の目的に応じて （1) 式で記述される所望の S 3となるよ う、 Θ 、 ΘΒ, RA、 RBを調整すればよい。
このような第 1の位相板 30 Dが一体化された本発明の第 4の位相補正素子 4 00を用いることにより、 波長 ^のみならず波長 λ 2および波長 λ 3の入射光に 対しても 1/4波長板として機能する。
このため、 使用波長の異なる 3種の光記録媒体の情報の記録および/または再 生に使用する光へッド装置にこの第 4の位相補正素子 400を搭載した場合、 偏 光ビームスプリツ夕と併用して光利用効率の高い光記録媒体の記録および Ζまた は再生ができる。 また、 偏光ビームスプリッタを用いない場合でも、 光記録媒体 からの反射戻り光は第 1の位相板 30 Dを往復することにより半導体レーザ光源 の出射光の偏波面と直交する直線偏光となってレーザ発光点に入射するため、 半 導体レーザの発振に影響を与えず安定した出射光強度が得られ、 信頼性の高い安 定した記録および Ζまたは再生が実現する。
[第 5の実施形態]
次に、 本発明の第 5の実施形態に係る第 5の位相補正素子 500の構成例につ いて、 図 7に断面図を、 図 8に平面図を示す。 なお、 図 8 (a) は第 1の位相補 正層 10Eが形成された側から、 図 8 (b) はその反対側から見た外観を示す。 本実施形態に係る位相補正素子 500は、 第 3の位相補正素子 300と同様に 透光性基板 5の表面で開口数 NA2の領域に第 1の位相補正層 10 Eが形成され 、 さらに透光性基板 5の他方の面で開口数 NA3の領域に第 2の位相補正層 20 Eが形成され、 第 1の位相板 30 Eが一体化されている。 なお、 第 1の位相補正 層 10Eは、 第 3の実施形態の第 1の位相補正層 10Cと同じ構成である。 はじめに、 第 2の位相補正層 20 Eについて以下に詳細に説明する
開口数 の HD用対物レンズを、 λ 3= 780 nm波長帯でカバ一厚 1. 2 mmの CD用の光ディスクに開口数 NA3で用いたとき発生する球面収差にパ ヮー成分が付加された波面収差は、 図 3の （B) に相当する。 この波面収差を第 2の位相補正層 20Eを用いて補正する方法は、 第 1の位相補正層 1 OAおよび 10 Cについて前述した手順と同様である。
第 2の位相補正層 20 Eは、 ガラスなどの透光性基板 5の開口数 NA3の領域 に、 常光屈折率 n。および異常光屈折率 n e ( n e> n。） の複屈折材料層である 高分子液晶層を形成してなる。 ここでは、 液晶モノマーの溶液を透光性基板上の 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 して重合硬化させて高分子液晶層とする。
上記高分子液晶層を、 断面形状が鋸齒状 （いわゆるブレーズド回折格子型） で あって、 鋸歯状の各凸部が階段形状格子によって近似された多段の階段形状のブ レ一ズド回折格子 2 Aで、 かつ光学軸に関して回転対称性を有する形状の凹凸部 となるよう加工する。 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凹凸部を形成する。 そして、 形成した高分子液晶層の凹凸 部の少なくとも凹部に、 常光屈折率 n。とほぼ等しい屈折率 nsの均質屈折率透明 材料 2 Bを充填し、 第 2の位相補正層 2 0 Eとする。 すなわち、 高分子液晶の凹 凸部からなる階段形状のブレーズド回折格子 2 Aを形成した透光性基板 5と第 1 の位相板 3 0 Eとの間に、 均質屈折率透明材料 2 Bの充填材を充填する。
この第 2の位相補正層 2 0 Eは、 波長 および波長 λ 2を常光偏光の入射光と し、 波長 λ 3を異常光偏光の入射光として使用する。 このようにすることにより 、 波長 および波長 λ 2に対しては透過波面が不変で、 波長 λ 3に対してのみを 発生した波面収差を補正する透過波面変化が生じる第 2の位相補正層 2 0 Εが得 られる。
ここで、 階段形状のブレーズド回折格子 2 Αの各段における異常光屈折率 n e の高分子液晶層の透過光と、 屈折率 n sの均質屈折率透明材料 2 Bの透過光との 位相差が、 波長 に対して略 2 7Tの奇数倍としている。 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 iの異常光偏光に対し ても透過波面は変化することなく透過するが、 波長 λ 3の異常光偏光に対しては 透過波面が変化する波長選択性の機能を有する第 2の位相補正層 2 0 Εとなる。 また、 第 2の位相補正層 2 0 Εにおける鋸歯状の凹凸部の断面形状は、 n e> n。の場合は、 図 7および図 8 ( b ) に示す階段形状格子からなるフレネルレン ズ形状とするが、 n e< n。の場合は、 階段形状格子の凹凸を逆にする。 この形状は次のようにして決定される。 すなわち、 図 3の （B) に示す断面形 状が略放物線状で 3次元的には略放物面状の波面収差を、 開口数 N A3の円形領 域において波長 λ 3の間隔ごとに輪切りして得られる複数の輪帯から、 ブレーズ ド回折格子 2 Αの各凸部の輪帯半径が決まる。 これら輪帯を波面収差がゼロの平 面 （図 3において紙面に垂直な面） 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 λ3であり、 断面形状は鋸歯状となる。
次に、 図 7において、 （M+1) レベル （すなわち Μ段） の階段形状格子の高 さ dMを Μ等分した 1段の高さ dM1の光路差 （ne— ns) XdM1が HD用の光 ディスクの λ1 = 410 nm波長帯の奇数倍となるようにしている。
例えば （ne— ns) XdM1 = A1のとき、 このような階段形状に加工された 第 2の位相補正層 20 Eに波長 λ3の光が入射した場合を考える。 この場合、 透 過光波面の位相は、
27Τ X (ne-ns) XdM1/A3=2 πΧ (λノ λ 3)
= 2 ΤΧ 0. 52
となり、 階段形状格子の 1段につき実効的に 0. 52波長分だけ透過波面が遅れ ることになる。 ，
実際には、 高分子液晶層および均質屈折率透明材料の屈折率波長分散を考慮す ると、 透過波面の遅れ量はこれより小さな値となるため、 鋸歯状の断面形状を Μ = 1または Μ= 2の階段形状格子に近似することにより、 C D用の光ディスクの 異常光偏光の透過波面を補正する第 2の位相補正層 20 Εとなる。 なお、 波長 λ 2の入射光を常光偏光とすることにより、 高分子液晶の常光屈折率 η。と均質屈 折率透明材料の屈折率 n sがほぼ一致するため、 第 2の位相補正層 20 Eによつ て透過波面変化を受けず透過する。
図 9は、 波長 λ3に対する第 2の位相補正層 20Εの波面収差補正作用を示す 波面収差の部分拡大図である。 図 9において、 階段形状格子の 1段の高さ dM1 に対応した補正光路差 b、 すなわち
= (ne-ns) X dM1
を単位に、 1波長 λ。分の波面収差を bで分割することにより、 近似的に波面収 差を補正している。 なお、 図 9では 3レベル （2段） の階段形状格子による収差 補正例を示している。
上記説明は、 複屈折材料層である高分子液晶層の常光屈折率 n。が均質屈折率 透明材料の屈折率 n sに等しい場合だが、 異常光屈折率 n eと n sが等しい場合は 異常光偏光と常光偏光を入れ替えて考え、 高分子液晶層の階段形状格子も発生し た波面収差を補正するように加工すれば同様の機能が得られる。
なお、 上記においては、 複屈折材料層として、 高分子液晶を用いた例を示した 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、 水晶、 ニオブ酸リ チウムなどの光学結晶や、 一軸延伸により複屈折性が発現するポリカーポネ一卜 などの有機物材料などでもよい。 そして、 この複屈折材料は、 屈折率楕円体の光 軸が一方向に揃っている。 高分子液晶などでは、 分子配向軸がこれに対応してい る。
また、 この第 5の位相補正素子 5 0 0には、 波長 λ【および波長 λ 3の透過光に 波面収差変化を与えず、 波長； L 2の透過光のみに波面収差補正する波面収差変化 を与える第 1の位相補正層 1 0 Εも形成されている。
したがって、 H D用の対物レンズを波長 λ 2および開口数 N A 2で D V D用の 光ディスクに用いたときに発生する波面収差を第 1の位相補正層 1 0 Eで、 また 波長 λ 3および開口数 N A 3で C D用の光ディスクに用いたときに発生する波面 収差を第 2の位相補正層 2 0 Eで、 それぞれ独立に補正できる。
即ち、 この第 5の位相補正素子 5 0 0に用いられる第 2の位相補正層 2 0 Eは 、 波長 に対してその偏光状態にかかわらず透過波面を変化させない。 一方、 波長 λ 2および波長 λ 3に対しては、 常光偏光の透過波面の変化は生じないが、 異常光偏光の透過波面は階段形状のプレ一ズド回折格子 2 Αの形状に応じて変化 する。
したがって、 第 5の位相補正素子 5 0 0を対物レンズと一体で光へッド装置に 搭載して用いた場合、 光源から光ディスクへと光伝搬する往路の波長 λ 2および 波長 λ 3の入射光の偏光をそれぞれ常光偏光と異常光偏光にすれば、 第 2の位相 補正層 2 0 Εにおいて、 波長 λ 3の入射光のみ所望の波面収差が補正されるよう 透過波面が変化する。
しかし、 光ディスクで反射されて位相補正素子 5 0 0に復路で入射する光は、 第 1の位相板 3 0 Eを往復するため、 通常、 往路の偏光状態と異なる。 波長 λ2 の異常光偏光成分が発生すると、 第 2の位相補正層 2 0 Εの透過波面が変化し波 面収差を発生させる。 また、 波長 λ 3の常光偏光成分が発生すると、 波面収差を 補正する透過波面変化が第 2の位相補正層 2 0 Εで生じないため、 もとの波面収 差が残留する。 その結果、 復路で光検出器の受光面に信号光を充分集光できない 問題が生じる。
例えば、 第 1の位相板として波長 λ iの複屈折位相差が πΖ 2となる従来の 1 / 4波長板を用いる場合、 波長 λ 2および波長 λ 3に対してこの位相板を往復後 に ττΖ 2程度の複屈折位相差が残留し、 波面収差を発生する偏光成分が生じる。 そこで、 このような問題を解決するため、 久ェニ 1 0 nm波長帯の直線偏光 に対しては略 ττΖ 2の奇数倍の複屈折位相差を発生させて円偏光に変換し、 λ 2 = 6 5 0 nm波長帯および λ 3 = 780 nm波長帯の直線偏光に対しては略 ττの 奇数倍の複屈折位相差を発生させて偏波面を回転させる本実施形態の第 1の位相 板 30 Εを用いる。 その構成例について、 図 7に示す断面図を用いて説明する。 この第 1の位相板 3 0 Εは、 第 2の位相補正層 2 0 Ε側から位相板 3 C、 位相 板 3 Dの順にリ夕デ一ション値の異なつた複屈折材料からなる 2種の位相板 3 C と 3 Dを配置した 2層構成である場合、 波長 λの直線偏光入射光の偏波面に対す る位相板 3 Cと 3Dの光軸の角度を 0Cおよび 0Dとし、 それぞれのリタデーシ ヨン値を Rc、 RDとすると、 前述の （1) 式で記述される積層波長板の透過光 のストークス行列成分である S3から算出される楕円率 κが、 波長 に対して は略 1で、 波長 λ 2および波長 λ3に対しては 0. 1以下となるよう 6C、 SD、 Rc、 RDを決めればよい。
具体的には、 波長 λ 1に対して、 複屈折位相差 δ。 πΖ2すなわち 1Z4波 長板相当の位相板 3 Cと、 複屈折位相差 δ D πすなわち 1 / 2波長板相当の位 相板 3Dを、 それぞれの光軸のなす角度 I 0D— 0C Iが 45 ± 5° となるよう 積層する。 位相板 3 Cの光軸角度としては Sc 45 ± 5 ° とする。 このような 積層位相板とすることにより、 所望の 3波長用の第 1の位相板 3 0 Eが得られえ る。
したがつて、 第 5の位相補正素子 5 0 0において第 1の位相板 3 0 Eを往復後 には、 波長ぇェの常光偏光は異常光偏光となり、 波長 λ 2の常光偏光は常光偏光 のままで、 波長 λ 3の異常光偏光は異常光偏光のままである。 その結果、 往路お よび復路において、 波長 λ 1の透過波面は不変で、 波長え 2の透過波面は第 1の 位相補正層 1 0 Εのみで補正され、 波長 λ 3の透過波面は第 2の位相補正層 2 0 Εのみで補正される。
[第 6の実施形態]
次に、 本発明の第 6の実施形態に係る第 6の位相補正素子 6 0 0の構成例につ いて、 図 1 0に断面図を示す。
本実施形態に係る位相補正素子 6 0 0は、 λ t = 4 1 0 n m波長帯の直線偏光 に対しては略 πΖ 2の奇数倍の複屈折位相差を発生させて円偏光に変換し、 λ 2 = 6 5 0 n m波長帯および λ 3 = 7 8 0 n m波長帯の直線偏光に対しては略冗の 奇数倍の複屈折位相差を発生させて偏波面を回転する第 1の位相板 3 0 Fと、 λ != 4 1 0 nm波長帯の直線偏光に対しては略 7Τの偶数倍の複屈折位相差を発生 させて偏光状態を変えず、 λ 2= 6 5 0 nm波長帯および λ 3 = 7 8 0 n m波長 帯の直線偏光に対しては略 πの奇数倍の複屈折位相差を発生させて偏波面を略 9 0 ° 回転する第 2の位相板 4 0 Fと、 第 1の偏光性位相補正層 1 0 F tおよび第 2の偏光性位相補正層 1 0 F 2とからなり、 第 1の位相板 3 O Fと、 第 1の偏光 性位相補正層 1 0 F 、 第 2の位相板 4 0 F、 第 2の偏光性位相補正層 1 0 F 2 の順番に配置された構成となっている。 なお、 符号 5 1および 5 2は偏光性位相 補正層 1 0 F 2および 1 0 F が形成された透光性基板である。
ガラスなどの透光性基板 5 2および 5 1の開口数 NA 2の領域には、 常光屈折 率 n。および異常光屈折率 n eで光軸が一方向に揃つた複屈折材料である高分子 液晶層が形成されている。 この高分子液晶層は、 断面形状が鋸歯状、 または鋸歯 状の各凸部が階段形状格子によって近似されており、 力、つ光学軸に関して回転対 称性を有する鋸歯状の凹凸部からなるように加工された鋸歯状格子 1 Dおよび 1 Fで構成している。 高分子液晶層の凹凸部の少なくとも凹部には、 常光屈折率 n 。とほぼ等しい屈折率 nsの均質屈折率透明材料 1 Eおよび 1 Gを充填している これにより、 鋸歯状格子 1 Dおよび均質屈折率透明材料 1 Eで第 1の偏光性位 相補正層 10 F iを構成するとともに、 鋸歯状格子 1 Fおよび均質屈折率透明材 料 1 Gで第 2の偏光性位相補正層 10 F 2を構成する。
図 10に示すように、 同心円格子パターンの中心軸側に、 鋸歯状格子 1 Fでは 鋸歯の斜面が向き、 鋸歯状格子 1Dでは鋸歯の垂直面が向いている。 したがって 、 ne>n。の場合は、 異常光偏光の平面波が入射したとき、 鋸歯状格子 1 Fの 透過波面は発散球面波となり、 鋸歯状格子 1 Dの透過波面は収束球面波となり、 それぞれ凹レンズと凸レンズの作用を有する。
また、 偏光性位相補正層 1 と 10 F2において、 鋸歯状格子 1Dおよび 1 Fに加工された高分子液晶の配向方向はそろっており、 常光偏光に対して透過 波面は変化しないが、 異常光偏光に対しては鋸歯状の凹凸形状分布に応じて透過 波面が変化する。
なお、 ne<n。の場合は、 鋸歯状格子 1 Fおよび 1Dの凹凸を逆に加工すれ ばよい。 また、 ne = nsの場合は、 異常光偏光と常光偏光を入れ替えて考え、 鋸歯状格子 1 Fおよび 1Dの凹凸は、 ne<n。では図 10に示すように加工し 、 n e > n。では逆に加工すれば同様の機能が得られる。
したがって、 HD用の対物レンズを、 波長 λ2および開口数 NA2で DVD用 の光ディスクに用いたとき、 あるいは波長 λ 3および開口数 NA3で CD用の光 ディスクに用いたときに発生する図 3の （B) に示す波面収差は、 波長 λ2およ び波長 λ 3の異常光偏光の入射光に対して、 偏光性位相補正層 10 F 2の透過光 に発生する波面収差が図 3の （Α) に相当するように高分子液晶層 1 Fを加工す ることにより、 補正できる。 これは、 図 1に示す第 2の位相補正素子 200にお いて第 1の位相補正層 10 Βで補正する場合と同様である。
一方、 第 1の位相板 3 OFは、 第 5の位相補正素子 500に用いられた第 1の 位相板 30Eと同等の構成および機能であり、 波長 λ，の直線偏光に対しては 1 Z4波長板として作用し円偏光に変換し、 波長 λ 2および波長 λ 3の直線偏光に 対しては 1 Ζ 2波長板として作用し偏波面を回転する。
また、 第 2の位相板 4 O Fは、 波長 Atに対しては入射光の編光状態を保った まま出射し、 波長 λ2および波長 λ3の直線偏光に対しては偏波面を略 90° 回 転する 1/2波長板として作用する。
第 2の位相板 40 Fの具体的な構成は、 波長 λ！に対して複屈折位相差が何れ も略 1波長相当の略 2 πの位相板 3 Εと位相板 3 Fが、 それぞれの光軸が略 45 ° の角度をなすように積層されている。 すなわち、 位相板 3 Ε、 3 の波長入1 に対する複屈折位相差を δ Εおよび 5 Fとし、 入射光の偏波面に対する進相軸の 角度を θ Eおよび 0 Fとすると、
2 it
および
θ^-θ 45 ± 5
としている。
光源からの出射光が光ディスクに集光される往路において、 λ 1=410 nm 波長帯の直線偏光は、 第 2の偏光性位相補正層 10 F 2に常光偏光として入射し 、 回折されることなく直進透過し、 第 2の位相板 4 OFを常光偏光のまま透過す るため、 第 1の偏光性位相補正層 10 F でも回折されることなく直進透過し、 第 1の位相板 30 Fを透過して円偏光となる。
また、 λ 2= 650 nm波長帯および λ 3= 780 nm波長帯の直線偏光は、 第 2の偏光性位相補正層 10 F 2に異常光偏光として入射し、 回折されて第 2の 位相板 40 Fを透過し常光偏光となり、 第 1の偏光性位相補正層 10 Fェで回折 されることなく直進透過し、 第 1の位相板 30 Fで偏波面が回転して透過する。 ここで、 第 2の偏光位相補正層 10 F2に形成されたブレーズド回折格子は、 波長 λ 2および波長 λ 3の異常光偏光に対して、 1次回折光の回折効率が高くな るよう、 格子の断面が鋸歯状のブレーズ格子形状で格子凹凸部の透過波面の位相 差が波長 λ2および波長 λ3の 1波長程度とすることが好ましい。 さらに、 この ブレーズド回折格子は、 1次回折光が光へッド装置において発生する球面収差を 補正するように同心円輪帯形状の格子パターンが形成されている。 一方、 光ディスクにより反射されて光検出器に集光される復路において、 波長 入 の直線偏光は、 第 1の位相板 3 O Fを往復して異常光偏光となって第 1の偏 光性位相補正層 1 0 Fェに入射し、 回折された後、 第 2の位相板 4 0 Fを異常光 偏光のまま透過し、 第 2の偏光性位相補正層 1 0 F 2で再び回折される。
また、 波長 λ 2および波長 λ 3の光は、 第 1の位相板 3 O Fで偏波面が回転し て元の常光偏光となり、 第 1の偏光性位相補正層 1 で回折されることなく 直進透過し、 第 2の位相板 4 0 Fを透過して異常光偏光となり、 第 2の偏光性位 相補正層 1 0 F 2により往路と同じように回折される。
ここで、 第 2の偏光位相補正層 1 0 F 2は、 波長 λ 2および波長 λ 3の異常光偏 光に対して 1次回折効率が高くなるよう形成されているため、 波長 λェの異常光 偏光に対しては主に 2次回折光が発生する。
したがって、 復路で波長ぇェの異常光偏光に対して第 1の偏光位相補正層 1 0 で発生する収束透過波面の回折光と、 第 2の偏光位相補正層 1 0 F 2により 発生する発散透過波面の 2次回折光との多重回折により、 往路における位相補正 素子 6 0 0の入射光と同じ波面状態となるように、 第 1の偏光位相補正層 1 O F ュのブレーズド回折格子のパターンが形成されている。 このとき、 第 1の偏光位 相補正層 1 0 F による波長 λェの回折光の回折次数は 1次でも 2次でもよいが 、 同心円格子パターンの中心軸に対する回折方向は第 2の偏光位相補正層 1 0 F 2と逆向きである。
このような本実施形態の位相補正素子 6 0 0の構成とすることにより、 波長 λ iの常光偏光の入射光に対しては往路および復路において透過波面は不変で、 往 復後に入射光と直交する異常光偏光に変換する。
一方、 波長; 2および波長 λ 3の異常光偏光の入射光に対しては往路および復 路において波面収差を補正するように透過波面が変化する機能が得られる。 すな わち、 第 2の偏光位相補正層 1 0 F 2と第 2の位相板 4 0 Fと第 1の偏光位相捕 正層 1 0 Fェの組み合わせで、 第 2の位相補正素子 2 0 0における第 1の位相補 正層 1 0 Βと同じ機能が得られる。 このような本発明の上記した第 1から第 6の位相補正素子 1 0 0から 6 0 0を 、 HD、 D VDおよび C Dの 3種の光ディスクに対応した互換素子として光へッ ド装置に搭載して用いる場合、 波長えい λ 2および λ 3それぞれの入射光束を開 口数 ΝΑい ΝΑ 2および ΝΑ 3に制限する開口制限素子を併用することが好まし い。 この開口制限素子は、 本発明の位相補正素子とは別に配置してもよいが、 位 相補正素子に開口制限機能を一体化することで小型軽量化し、 取付け位置調整が 不要となるため、 好ましい。
また、 本発明の位相補正素子において、 D VDの開口数 ΝΑ 2に対応した領域 に形成された第 1の位相補正層により透過波面が変化する波長 λ 2の光束は、 球 面収差補正成分に加えて大きなパワー成分が透過波面に付与されていると、 開口 数 N A 2より外周域の光束とは異なる対物レンズの焦点面に集光される。 すなわ ち、 開口数 NA2の光束が光ディスクの情報記録面へ集光される時、 外周域の光 束は情報記録面へ集光されないため、 光へッド装置の光検出器で信号光として検 知されず、 結果的に第 1の位相補正層が波長 λ 2の入射光に対して開口数 NA 2 の開口制限機能を持つことになる。
同様に、 図 7に示す第 5の位相補正素子 5 0 0において、 C Dの開口数 NA3 に対応した領域に形成された第 2の位相補正層 2 0 Eにより透過波面が変化する 波長 λ 3の光束は、 大きなパワー成分が透過波面に付与されていると、 開口数 Ν A 3より外周域の光束とは異なる対物レンズの焦点面に集光される。 すなわち、 光へッド装置の光検出器で信号光として検知されず、 結果的に第 2の位相補正層 2 0 Eが波長 λ 3の入射光に対して開口数 N A 3の開口制限機能を持つことにな る。
第 1の位相補正層および第 2の位相補正層に大きなパワー成分を発生する機能 がある場合、 位相補正素子に新たに開口制限機能を付加する必要はない。
しかし、 透過波面に位相補正層により付与されたパワー成分が少なく、 所定の 開口数より外周域の光束が光検出器に迷光となって入射する場合、 安定した記録 および/または再生ができない。 特に、 開口数 NA 2に対応した領域に第 1の位 相補正層のみが形成された位相補正素子の場合、 波長え 3の C Dの光束を開口数 N A 3に制限する開口制限機能を設けることが好ましい。
次に、 本発明の位相補正素子に一体化して用いる開口制限について種々の実施 形態を説明する。
[第 7の実施形態]
本発明の第 7の実施形態に係る第 7の位相補正素子 7 0 0の断面図を図 1 1に 、 平面図を図 1 2に示す。
透光性基板 5の表面で、 開口数 N A iの円形領域と N A 2の円形領域との差か らなる第 1の円環領域 に、 断面形状が矩形の凹凸状で、 凹部と凸部の長 さ比が 1 ： 1で、 その波長位相差が波長ぇェに相当する回折格子 9 1を形成して いる。 これにより、 凹部と凸部の波長位相差が波長 λ 2および波長 λ 3の略 1 Z 2となるため、 波長 λェの入射光は直進透過し、 波長 λ 2および波長 λ 3の入射光 は回折されて直進透過光が 3 0 %以下となる開口制限機能が発現する。 同様の波 長選択機能は、 凹部と凸部の波長位相差が波長 λ ,の略整数倍でかつ波長 λ 2お よび波長 λ 3に対して非整数倍好ましくは 1 / 2の奇数倍に近い値であれば発現 する。
さらに、 透光性基板 5の表面の開口数 ΝΑ 2の円形領域と ΝΑ 3の円形領域と の差からなる第 2の円環領域 (Α 2) には、 相対的に高屈折率の透明誘電体膜 （ 図示せず） と相対的に低屈折率の透明誘電体膜 （図示せず） を、 各膜の光学的膜 厚が波長オーダで交互に積層された構造の多層膜フィルタ 9 2が形成されている この多層膜フィルタ 4 Αは、 波長 および波長 λ 2の光を 9 0 %以上透過し 、 波長 λ 3の光を 7 0 %以上反射するように、 2種類の透明誘電体の屈折率、 層 数および各層の膜厚が従来の多層膜フィルタ設計手法により設定される。 高屈折 率の透明誘電体膜としては T i 02、 T a 205、 N b 205、 Z r〇2などが用い られ、 低屈折率の透明誘電体膜としては S i 02、 M g F 2などが用いられる。 透光性基板 5の表面をこのような構造とすることにより、 波長え の入射光は 開口数 NA iの領域を直進透過し、 波長 λ 2の入射光は開口数 ΝΑ2の領域を直進 透過し、 波長 λ 3の入射光は開口数 ΝΑ3の領域を直進透過する波長選択性の開 口制限基板 5 Aが得られる。 なお、 この第 7の位相補正素子 7 0 0では、 開口制 限基板 5 A以外は第 1力、ら第 6の位相補正素子いずれかの構成としてもよい。 図 1 1では、 第 4の位相補正素子 4 0 0の構成を用いた場合を示す。
ここで、 開口制限基板 5 Aの開口数 の領域 （内部は全て含む） を透過し た波長 A tの光の波面が変化しないように、 また、 開口数 NA2の領域 （内部は 全て含む） を透過した波長 λ 2の光の波面が変化しないように、 開口制限基板 5 Α表面の第 1の円環領域 （Α ^ と第 2の円環領域 （A2) と円形領域 (A 3) の 内の少なくとも一つの領域には、 位相調整用の段差が加工されていることが好ま しい。
位相調整用の段差は、 透光性基板 5を直接加工する場合と、 透光性基板 5の表 面に透光性誘電体膜を成膜した後で加工する場合とがある。 いずれも、 円形領域
(A 3) は波長久ぃ λ 2および λ 3の入射光を透過するよう反射防止膜 8などを 形成して反射防止機能を付与することが好ましい。
次に、 図 1 1の開口制限基板 5 Αについて、 その断面図を部分的に拡大した図 1 3を用いて具体的に説明する。
図 1 3は透光性基板 5の表面を加工して、 円形領域 （A 3) 表面との段差間隔 が d 3となる円環領域 （A 2) の表面 （S。面） を位相調整用の段差面として加工 する例を示す。
円環領域 （A には、 断面形状が凹凸状の回折格子 9 1が形成されており、 この凹部の表面を S 丄とし、 S。と S iとの間隔を とする。 また、 凹凸状の回 折格子 9 1の凸部の表面を S 4とし、 S。と S 4との間隔を d 4とする。 また、 円 環領域 （A2) のみに多層膜フィルタ 9 2が形成されており、 この多層膜フィル 夕 9 2表面を S 2面とし、 S。と S 2との間隔すなわち多層膜フィルタ 9 2の膜厚 を d 2とする。
このとき、 開口数 の領域を直進透過する波長 λェの入射光の透過波面が 変化して波面収差の発生を起さないようにするため、 円環領域 と円環領 域 （Α 2) と円形領域 （Α 3) の各領域を透過する波長 λ の透過光の波長位相差 が波長 λ ,の整数倍となるようにする。 また、 開口数 NA2の領域を直進透過する波長 λ 2の入射光の透過波面が変化 して波面収差の発生を起さないようにするため、 円環領域 （Α2) と円形領域 （ Α3) の各領域を透過する波長 λ 2の透過光の波長位相差が波長 λ 2の整数倍とな るようにする。
空気と接する円環領域 （八 の回折格子 91は、 凹部と凸部の波長位相差が 波長 になるよう、 屈折率 nの凸部の凹凸深さが （c^— di) =λχ/ (η- 1) となるように加工されており、 波長 の入射光は回折されることなく直進 透過し、 回折格子 91の凹部と凸部の透過波面はそろっている。
したがって、 円環領域 （八 の S。面と エまたは S4面の光路長と、 円形領 域 （A3) の S。面と S3面の光路長との差に起因して発生する波長 ェの透過光 の波長位相差が、 波長 λ の整数倍となるようにすればよい。
その結果、 波長 λ 1の透過光に対して円環領域 （Α と円形領域 （Α3) の 位相差は発生しないため、 円環領域 （Α2) と円形領域 （Α3) の波長 および 波長 λ 2の透過光に対する位相差についてのみ調整すればよい。
円環領域 （Α2) の総膜厚 d2の多層膜フィルタ 92を平均屈折率 ηΜの均一層 と見なし、 多層膜フィルタ 92内部の屈折率の異なる膜界面での多重反射に伴う 光路長の増大も平均屈折率 ηΜで考慮すると、 円環領域 （Α2) と円形領域 （Α3 ) における S。面を基準にした S2と S3面までの光路長 L2と L3は、 次の （2) 式と （3) 式で記述される。
L2 = nM- d2+ (d3-d2) · · · (2)
L3 = n3. d3 . . . (3) ここで、 n3は円形領域 （A3) における反射防止膜 8なども含めた S。面と S 3面間の平均屈折率を示す。
したがって、 （L2— L3) の波長位相差が波長 λ の略整数倍かつ波長 λ2の 略整数倍となるよう、 多層膜フィルタ 92の構成 （総膜厚 d2および平均屈折率 nM) および円形領域 （A3) の構成 （総厚 d 3および平均屈折率 n3) の関係を 満たす S。面から S 3面を加工することにより、 NA2領域における波長 λェおよ び波長 λ 2の光の透過波面は変化することがなくなり、 開口制限基板 5 Αによる 波面収差は発生しない。 その結果、 光ヘッド装置の対物レンズと一体で第 7の位 相補正素子 7 0 0を用いた場合、 HDおよび D VD用の光ディスクの情報記録面 へ入射光を効率よく集光できる。
また、 同一構成の多層膜フィルタを円環領域 (A ^ および円環領域 （A 2) に形成した後、 円環領域 （A にのみ回折格子 9 1を加工してもよい。
また、 上記した実施形態では、 位相調整用の段差を透光性基板 5の円環領域 （ A 2) 表面を加工して形成したが、 透光性基板 5の表面の円環領域 （A と円 形領域 （A 3) のみに、
Figure imgf000034_0001
となるよう透光性誘電体膜を成膜して位相調整 用の段差としてもよい。
' ここで、 回折格子 9 1は、 円環領域 （A ^ の透光性誘電体膜上に屈折率 nの 凸部が凹凸深さ （d 4— (1 = ( n— 1 ) となるように加工する。
なお、 円形領域 （A 3) に位相調整用の透光性誘電体膜を成膜する場合、 低屈 折率誘電体および高屈折率誘電体の混合物または化合物からなる単層の中間屈折 率誘電体を用いることが好ましい。 中間屈折率誘電体の屈折率を調整することに より、 透光性誘電体膜と多層膜フィルタ 9 2を同じ膜厚にできる （d 2 = d 3) ため、 その表面にさらに位相補正層などが加工できる。
ここで、 回折格子 9 1の平面パターンは、 透過光の光学軸を中心に 2回の回転 対称性がないように設計される。 例えば図 1 2では、 Y軸対称な 2分割格子パタ ーンとしており、 光学軸の回りに 2回の回転対称性を有しない。 2分割格子パタ 一ンは同心円形状や格子ピッチが分布していてもよい。
このような格子パターンとすることにより、 往路で回折格子 9 1により回折さ れた光が、 光ディスクの情報記録面で反射された後、 復路で回折格子 9 1により 再び回折され、 光ディスクの記録情報の信号光と同じ光路を通り光検出器の受光 面に入射することを回避できる。 その結果、 実質的な円環領域 （A ^ の波長選 択性の開口制限機能が得られる。
また、 円環領域 （A 2) に形成された多層膜フィルタ 9 2の代わりに、 波長 λ iと波長 λ 2の光を透過し、 波長 λ 3の光を回折する波長選択性の回折格子 9 3が 形成された開口制限基板 5 Bを用いた第 7の実施形態の変形例に係る位相補正素 子 8 0 0の断面図を図 1 4に示す。
断面形状が凹凸状で、 凹部と凸部の長さ比が 1 ： 1で、 その波長位相差が波長 入ェの略 5倍に相当する回折格子 9 3を形成することにより、 波長位相差が波長 λ 2の略 3倍、 波長 λ 3の略 2 . 5倍となるため、 波長 および波長 λ 2の入射 光は直進透過し、 波長 λ 3の入射光は回折されて直進透過光が 3 0 %以下となる 開口制限機能が発現する。
同様の波長選択機能は、 凹部と凸部の波長位相差が波長 λェおよび波長 λ 2の 略整数倍でかつ波長 λ 3に対して非整数倍好ましくは 1ノ 2の奇数倍に近い値で あれば発現する。
波長 ェおよび波長 λ 2の透過光に対する回折格子 9 3の凸部と円形領域 （Α3 ) の位相差が波長 および波長 λ 2の整数倍であれば、 波面収差は発生しない 。 図 1 4に示すように、 円環領域 に回折格子 9 1を、 円環領域 （Α 2) に回折格子 9 3を格子凸部の面がそろうよう透光性基板 5の表面を直接加工する ことにより、 開口制限基板 5 Βにおける N A 領域の波長 λェの透過光および Ν Α 2領域の波長 λ 2の透過光は透過波面が変化せず波面収差は発生しない。
位相補正素子 7 0 0および 8 0 0では、 円環領域 （Α と円環領域 （Α2) に波長選択性の異なる 2種の開口制限機能を形成している例を示したが、 第 1の 位相補正層が波長え 2に対して開口数を ΝΑ 2に制限する機能を有する場合、 円 環領域 （Α 2) のみあるいは円環領域 （Α および円環領域 （Α 2) に、 多層膜 フィルタ 9 2または回折格子 9 3を形成してもよい。 また、 開口制限機能を透光 性基板 5の表面に形成する例を示したが、 透光性基板 6の表面、 または位相補正 素子内部に形成してもよい。
位相補正素子 7 0 0において、 円環領域 （Α にも開口数 ΝΑ2の領域に形 成された第 1の位相補正層 1 0 Βと同じ透光性材料 1 Αを用いて断面が矩形状で 格子ピッチの細かな矩形回折格子を形成し、 波長 λ 2および波長 λ 3の入射光を 回折させることによりに開口制限機能が得られる。 この場合、 矩形回折格子の凸 部の高さを位相補正層 1 0 Βにおける鋸歯状格子の透光性材料 1 Αの略半分とす ればよい。
また、 位相補正素子 300および 500において、 透光性基板 5の表面の円環 領域 にも、 開口数 NA2の領域に形成された第 1の位相補正層 10C、 10Eと同じように、 断面が矩形状で格子ピッチの細かな矩形回折格子を形成し
、 波長 λ 2および波長 λ 3の入射光を回折させることによりに開口制限機能が得 られる。 この場合、 矩形回折格子の凸部の高さは階段形状格子である位相補正層
10 C、 10 Eの 1段の高さ dN1とすればよい。
また、 位相補正素子 500において、 円環領域 （A^ と円環領域 （A2) に も開口数 NA3の領域に形成された第 2の位相補正層 20Eと同じ高分子液晶を 用いて断面が矩形状で格子ピッチの細かな矩形回折格子を形成し、 波長 λ 3の異 常光偏光の入射光を回折させることにより、 開口制限機能が得られる。 この場合 、 矩形回折格子の凸部の高さは階段形状格子である位相補正層 20£の1段の高 さ dM1とすればよい。
[第 8の実施形態]
第 1ないし第 7の実施形態で得られた本発明に係る位相補正素子を搭載した光 へッド装置の構成例を、 図 15から図 18を用いて説明する。
図 15は第 1の実施形態に係る第 1の位相補正素子 100を搭載した光へッド 装置を示す構成図である。 なお、 この位相補正素子 100は、 前記した第 1の位 相補正素子 100に限らず、 第 1から第 7の位相補正素子の何れでもよい。 また、 図 16から図 18の各 （a) 、 （b) 、 (c) は、 それぞれ位相補正素 子へ 3種の波長えい λ2、 λ 3の光が入射したときの光束と波面を示す断面図で ある。 図 16は第 7の位相補正素子 700の場合、 図 17は第 5の位相補正素子 500の場合、 図 18は第 6の位相補正素子 600において円環領域 （Α と 円環領域 （Α2) に波長 と波長 λ2の光を透過し波長 λ 3の光を反射する多層 膜フィルタ （図略） が形成された位相補正素子 900の場合を示す。
光ヘッド装置には、 図 15に示すように、 HD用の光ディスクに使用する -410 nm波長帯の光を発生する半導体レーザ 14 Aと、 DVD用の光デイス クに使用する λ 2= 650 nm波長帯の光を発生する半導体レーザ 14Bと、 C D用の光ディスクに使用する λ 3 = 7 8 0 n m波長帯の光を発生する半導体レー ザ 1 4 Cとを備えているとともに、 波長 A tの光を受光する光検出器 1 5 Aと、 波長 λ 2の光を受光する光検出器 1 5 Βと、 波長 λ 3の光を受光する光検出器 1 5 Cとを備えている。
さらに、 この光ヘッド装置には、 波長 λ ,の光の光路中に、 偏光ビ一ムスプリ ッ夕 1 9と、 合波プリズム 1 7と、 コリメ一夕レンズ 1 3と、 前述の位相補正素 子 1 0 0と、 対物レンズ 1 2とが配設されている。
また、 この光ヘッド装置には、 波長 λ 2の光の光路中に、 ホログラムビームス プリッタ 1 6 Βと、 合波プリズム 1 8とが配設され、 合波プリズム 1 7に至るよ うに構成されているとともに、 波長 λ 3の光の光路中には、 ホログラムビ一ムス プリッ夕 1 6 Cが配設され、 合波プリズム 1 8に至るように構成されている。
(I) 上記構成において、 半導体レ一ザ 1 4 Αから放射された波長ぇェの光は
、 偏光ビ一ムスプリッタ 1 9で反射され、 合波プリズム 1 7を透過し、 コリメ一 タレンズ 1 3により平行光となり、 常光偏光として位相補正素子 1 0 0に入射す る。 さらに、 波長 に対して 1ノ 4波長板として作用する位相補正素子 1 0 0 内の第 1の位相板により円偏光に変換され、 図 1 6から図 1 8の （a ) に示すよ うに、 位相補正素子 1 0 0を直進透過する。 そして、 開口数 8 5に 相当する光束が HD用の光ディスク に対応して設計された対物レンズ 1 2に より光ディスク 13ェ （HD用の光ディスク） の情報記録面へ集光される。
光ディスク D iの情報記録面で反射した波長 λ iの信号光は、 元の経路を経て位 相補正素手 1 0 0内の第 1の位相板により異常光偏光に変換され、 位相補正素子 1 0 0を直進透過し、 合波プリズム 1 7および偏光ビームスプリッ夕 1 9を透過 して光検出器 1 5 Aの受光面へ効率よく集光され、 電気信号に変換される。
(I I) また、 半導体レ一ザ 1 4 Bから放射された波長 λ 2の光は、 その半分以 上がホログラムビームスプリッタ 1 6 Βを透過し、 合波プリズム 1 8を透過し、 合波プリズム 1 7で反射された後、 コリメータレンズ 1 3により集光され平行光 となり、 位相補正素子 1 0 0に入射する。 さらに、 位相補正素子 1 0 0において 、 開口数 NA。= 0 . 6 0に相当する光束は、 位相補正素子 1 0 0内の第 1の位 相補正層により、 光ディスクのカバー厚の相違に起因して発生する波面収差を補 正するとともに凹レンズに相当するパワーを有するように、 透過波面が図 1 6か ら図 1 8の （b ) に示すように変換される。 そして、 この位相補正素子 1 0 0を 透過した光束が対物レンズ 1 2により光ディスク D 2 (この場合、 D VD用の光 ディスク） の情報記録面へ集光される。
光ディスク D 2の情報記録面で反射した波長 λ 2の信号光は、 元の経路を経て 、 一部がホログラムビ一ムスプリッ夕 1 6 Βにより回折されて光検出器 1 5 Βの 受光面へ集光され、 電気信号に変換される。
(I II) また、 半導体レーザ 1 4 Cから放射された波長 λ 3の光は、 その半分 以上がホログラムビームスプリッタ 1 6 Cを透過し、 合波プリズム 1 8および合 波プリズム 1 7で反射され、 コリメ一夕レンズ 1 3により集光され略平行光とな り位相補正素子 1 0 0に入射する。 さらに、 位相補正素子 1 0 0内の開口数 N A 3 = 0 . 4 5に相当する光束は、 位相補正素子内の第 1または第 2の位相補正層 により光ディスクのカバー厚の相違に起因して発生する波面収差を補正するとと もに凹レンズに相当するパワーを有するように、 透過波面が図 1 6から図 1 8の
( c ) に示すように変換される。 そして、 この位相補正素子 1 0 0を透過した光 束が対物レンズ 1 2により光ディスク D 3 (この場合、 C D用の光ディスク) の 情報記録面へ集光される。
光ディスク D 3の情報記録面で反射した波長; 3の信号光は、 元の経路を経て 、 一部がホログラムビームスプリッタ 1 6 Cにより回折されて光検出器 1 5じの 受光面へ集光され、 電気信号に変換される。
図 1 1に示す位相補正素子 7 0 0において、 偏光依存性がない第 1の位相補正 層 1 0 Gを用いているため、 波長 λ 2の入射光の偏光状態に関係なく収差補正が できる。 また、 波長 λい 波長 λ 2および波長 λ 3の入射光に対して 1 Z 4波長板 として機能する第 1の位相板 3 0 D (図 6参照） を用いることにより、 位相板を 往復した光を、 入射光と偏波面が直交する直線偏光に変換できる。
また、 ホログラムビームスプリツ夕 1 6 Βあるいは 1 6 Cとして、 常光偏光を 透過し異常光偏光を回折する偏光ホログラムビームスプリッ夕を用いれば、 光利 用効率が向上する。 あるいは、 半導体レーザの発光点に発振光と同じ偏波面の光 が戻らないため、 レーザ発振が安定し信頼性の高い記録および/または再生もで さる。
図 7に示す位相補正素子 5 0 0において、 往路および復路で波長 λ 2を常光偏 光とすると、 第 1の位相補正層 1 0 Εにより波長 λ 2の入射光に対し波面収差補 正が達成できる。
また、 図 1 8に示す位相補正素子 9 0 0において、 往路および復路で波長 λ 2 を異常光偏光とすると、 第 2の偏光性位相補正層 1 0 F 2 (図 1 0参照） により 、 波長え 2の入射光に対し波面収差補正が達成できる。
図 7に示す位相補正素子 5 0 0において、 往路および復路で波長え 3を異常光 偏光とすると、 第 2の位相補正層 2 0 Eにより、 波長 λ 3の入射光に対し波面収 差補正が達成できる。
また、 図 1 1に示す位相補正素子 7 0 0および図 1 8に示す位相補正素子 9 0 0では、 第 1の位相補正層 1 0 Gまたは第 2の偏光性位相補正層 1 0 F 2 (図 1 0参照） により、 波長 λ 3の入射光に対しても往路と復路で収差補正機能が生じ るが、 球面収差が残留するため、 位相補正素子および対物レンズに対して波長 λ 3の入射光を若干発散光とすることにより良好な波面収差補正ができる。 あるい は、 位相補正素子および対物レンズに対して波長 λ 2および波長 λ 3の入射光を 同程度の発散光とし、 位相補正層が両方の波長に対して波面収差補正ができるよ うに形成することもできる。 なお、 位相補正素子 9 0 0では第 2の偏光性位相補 正層 1 0 F 2で収差補正されるように波長 λ 3の入射光を波長 λ 2と同じ異常光偏 光としている。
また、 カバー厚 0 . 1 mmで λ i = 4 1 0 n m波長帯の H D用の光ディスク用 に設計された対物レンズを D V Dおよび C D用の光ディスクに用いる場合、 対物 レンズと光ディスクの間隔を確保するために、 位相補正層に球面収差補正成分に 加えて凹レンズ作用を有するパヮー成分が付加された透過波面となるよう位相補 正層の格子パターンとすることが好ましい。
なお、 図 1 1に示す位相補正素子 7 0 0では、 回折格子 9 1が波長 λ 2の入射 光を開口数 NA2=0. 60に制限し、 回折格子 91と多層膜フィルタ 92が波 長 λ3の入射光を開口数 NA3=0. 45に制限している例を示す。
また、 図 7に示す位相補正素子 500では、 第 1の位相補正層 10 Eが波長 λ 2の入射光を開口数 NA2=0. 60に制限し、 第 2の位相補正層 20Εが波長 λ3の入射光を開口数 NA3=0. 45に制限している例を示す。
一方、 図 18に示す位相補正素子 900では、 第 2の偏光性位相補正層 10 F 2 (図 10参照） が波長 λ2の入射光を開口数 NA2=0. 60に制限し、 多層膜 フィルタ 92 (図 11参照。 ただし、 円環領域 （Α および （Α2) に形成さ れている。 ） が波長 λ3の入射光を開口数 NA3=0. 45に制限している例を 示す。
したがって、 本発明の実施形態に示した第 1力 ら 8の位相補正素子を用いるこ とにより、 カバー厚が 0. 1mmの HD用の光ディスクに対応して設計された対 物レンズ 12をカバー厚が 0. 6mmの DVD用の光ディスクおよび力パー厚が 1. 2mmの CD用の光ディスクの記録および Zまたは再生に用いた場合に発生 する波面収差を補正できる。 このため、 半導体レ一ザから出射した光を安定して 光ディスクの情報記録面へ集光し、 HD、 DVDおよび CDの 3種の光ディスク に対する記録および/または再生が実現できる。
また、 図 16から図 18に示すように、 位相補正素子透過後に波長 λ2および 波長 λ3の光が発散光となるよう位相補正層を加工することにより、 図 15の点 線で示す光路のように、 対物レンズ 12と DVDおよび CDの光ディスク D2， D3との間隔 （作動距離） を拡げることができる。 作動距離を大きくとることに よって、 対物レンズ 12と位相補正素子 （100〜900) をァクチユエ一夕 ( 図示せず） に搭載してフォーカスサーポを起動させたときの安定性が向上する。 なお、 上記実施形態では、 λ 1=410 nm波長帯でカバ一厚が 0. 1 mmの HD用の光ディスク D1に対応して開口数 NA1=0. 85で設計された HD用 対物レンズ 12を前提としたが、 カバ一厚が 0. 6mmの HD用の光ディスク D に対応して開口数 NA1=0. 65程度で設計された HD用対物レンズを用い て、 D V D用の光ディスク D2および CD用の光ディスク D 3の記録および Zま たは再生に必要となる位相補正素子を提供することもできる。
この場合、 HD用と D V D用の光ディスク D D 2は、 カバー厚および対物 レンズの開口数は同程度のため、 使用波長の相違に起因した光学材料 （特に対物 レンズ） の屈折率波長分散に伴い発生する球面収差を補正すればよい。 また、 λ ! = 4 1 0 nm波長帯と λ 2 = 6 5 0 n m波長帯の開口数 と ΝΑ 2を同程度 とすれば、 開口制限機能は波長 λェと波長 λ 2を透過し λ 3 = 7 8 0 n m波長帯を 透過しない多層膜フィルタ 9 2または回折格子 9 3のみでよい。
また、 HDの開口数が D VDの開口数と同程度のため、 対物レンズと D VD用 および C D用の光ディスクとの間隔を拡げる必要はない。 したがって、 位相補正 素子に大きなパヮ一成分をもった透過波面に変換する凹レンズ機能は不要で、 球 面収差成分を補正すればよい。
上記開口数 6 5程度の HD用対物レンズを D VD用の光ディスク D 2に波長 λ 2および開口数 N A 2で用いたとき発生する球面収差を位相補正素子 により補正する場合、 作製する位相補正層は、 図 4に示す第 3の位相補正素子 3 0 0において用いられる第 1の位相補正層 1 0 Cと同じである。
この位相補正素子 3 0 0では、 図 3の （B) に示す大きなパワー成分を含む球 面収差を補正するため、 多段の階段形状断面のブレーズド回折格子からなるフレ ネルレンズ形状であつたが、 補正すべき波面収差が球面収差のみでその大きさが 1波長以内の場合も、 図 5に示した波面収差補正法にて多段の階段形状のパター ンを決定すればよい。
なお、 球面収差を階段形状のパターンで補正する場合、 透過波面に高次収差成 分が残留する。 このような高次収差を低減するために、 第 2の位相補正素子 2 0 0 (図 1参照） において用いられた第 1の位相補正層 1 0 Bを構成する屈折率波 長分散材料を高次波面収差が補正される形状に加工し、 第 1の位相補正層 1 0 C (図 4参照） と併用すればよい。 また、 図 1 0に示す第 6の位相補正素子 6 0 0 において用いられた偏光性位相補正層を構成する高分子液晶を、 高次波面収差が 補正される形状に加工し、 第 1の位相補正層 1 0 Cと併用してもよい。
上記開口数 NA - O . 6 5程度の HD用対物レンズを C D用の光ディスク D 3に波長 λ3および開口数 NA3で用いたとき発生する球面収差を補正する方法は 、 対物レンズへの入射光を発散光とする、 あるいは図 7に示す第 5の位相補正素 子 500において用いられる第 2の位相補正層 20Eと同様の位相補正層を用い ればよい。 なお、 波長 λ3の光束を開口数 NA3に規定する開口制限として、 図 11に示す第 7の位相補正素子 700で用いられる多層膜フィルタ 92あるいは 図 14に示す第 8の位相補正素子 800で用いられる回折格子 93を、 開口数 N A 3の外周域に形成すればよい。
以下、 実施例について説明する。
[例 1]
本発明に係る前記の第 7の位相補正素子 700の実施例を、 図 11 (断面図） と図 12 (平面図） を用いて説明する。
この第 7の位相補正素子 700を作製するには、
(1) はじめに、 屈折率 n=l. 47のガラス基板 5 (透光性基板 5) の表面 で、 開
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85の円形領域から開口数 NA2=0. 60の円形領域 を差し引いて得られる円環領域 （A に、 断面の凹凸の深さが 862 nmで、 凹部と凸部の長さの比が 1 ： 1で平面形状が直線状の回折格子 91を、 Ύ軸対称 になるように Y軸に対して土 45° 傾斜した 2分割パターンとしてエッチング加 ェする。
(2) 次に、 回折格子 91が加工された面の全面に λ = 41 Onm波長帯、' λ 2= 650 nm波長帯および λ 3 = 780 nm波長帯の光に対する反射防止膜 8として、 S i 02と T i 02からなる 4層反射防止膜 8 (図 13参照） を成膜 するが、 その構成を表 1に示す。 このとき、 反射防止膜 8の光路長 （屈折率 X膜 厚） は、 波長 λ で 331 nm、 波長 λ2で 322 nmである。
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(3) 次に、 ガラス基板 5 (透光性基板 5) の表面で、 開口数 NA2=0. 6 0の円形領域から開口数 NA3の円形領域を差し引いて得られる円環領域 （A2 ) に、 波長え と波長 λ2の光を 90%以上透過し、 波長 λ3の光を 70%以上反 射する多層膜フィルタ 92として、 高屈折率の透明誘電体膜 T a 205と低屈折 率の透明誘電体膜 S i 02を交互に 12層積層するが、 その構成を表 2に示す。 このとき、 多層膜フィル夕 92の総膜厚 d2は 1364nmで、 光路長は波長 λ 丄で 2420 nm、 波長 λ 2で 2373 nmである。 このような多層膜フィルタ 92をガラス基板 5の円環領域 （A2) に形成する とき、 円形領域 （A3) と位相差が生じないように、 多層膜フィルタ 92を成膜 する前にあらかじめガラス基板 5の円環領域 （A2) をエッチング加工して位相 調整用の段差を形成する。 具体的には、 図 13の円形領域 （A3) の表面 S 3に 対して、 反射防止膜 8の膜厚 207 nmを含みガラス基板 5を深さ 2187 nm となるように加工する。
このとき、 波長 の入射光に対して、 円形領域 （Α3) における S。面と S3 面間の光路長 （L3) は （3) 式で記載され、 エッチング加工したガラス基板 5 と反射防止膜 8との光路長の和であり、 L 3= 3242 nmである。
一方、 円環領域 （A2) における S。面と S 3面間の光路長 （L2) は （2) 式 で算出され、 多層膜フィルタ 92の光路長 2420 nm (= 1. 774 X 136 4nm) と、 円形領域 （A3) との間に生じた S 2面と S 3面間の空気層の光路長 823 nmの和であり、 L 2= 3243 nmとなり、 ほぼ L2 = L3である。
したがって、 波長ぇェの入射光に対して開口制限基板 5 Aの円環領域 と円形領域 （A3) で位相差は生じないため、 開口数 N A iの全領域において入 射光と同じ透過波面が得られる。
また、 波長 λ2の入射光に対しても同様に、 円形領域 （Α3) における S。面と S3面間の光路長 L3は L3=3197 nm、 円環領域 （A2) における S。面と S 3面間の光路長 L2は L2= 3205 nmとなり、 ほぼ L2 = L3のため、 波長 λ2 の入射光に対しても開口制限基板 5 Αの開口数 ΝΑ2の全領域において入射光と 同じ透過波面が得られる。
このよゔにして得られる本実施例の開口制限基板 5 Αの分光透過率を図 19に 示す。 円環領域 に形成される回折格子 91の分光透過率を （a) で、 円 環領域 （A2) に形成される多層膜フィル夕 92の分光透過率を （b) で、 円形 領域 （A3) に形成された反射防止膜 8の分光透過率を （c) で示す。
(4) 次に、 開口制限機能が形成されたガラス基板 5の反対側の面に、 屈折率 nAの透光性材料として S i Nと S i 02の混合組成からなる S i ON膜を、 膜 厚 32 mとなるように成膜する。 そして、 図 11に示す様な鋸歯断面からなる フレネルレンズ形状に加工し、 第 1の位相補正層 10 Gを構成する透光性材料 1 Aとする。 さらに、 その凹部に屈折率 nBの透光性材料 1Bとして高屈折率透明 ック材料を用い、 充填および固化して第 1の位相補正層 10Gとする このとき、 透光性材料 1 A (S i ON) と透光性材料 IB (高屈折率プラステ イツク材料） の屈折率は、 波長え では略等しく、 波長 λ2では 0. 020の屈 折率差が生じ、 波長 λ3では 0. 023の屈折率差が生じる。 したがって、 第 1 の位相補正層 10 Gは、 波長 の入射光に対して透過波面は不変だが、 波長 λ 2および波長 λ 3の入射光に対して透過波面が変化する。 鋸歯の凹凸部の段差は 波長 λ 2と波長 λ 3の中間波長に対して略 1波長の位相差に相当するため、 波長 λ2および波長 λ3で 1次回折光が最大となる。
なお、 第 1の位相補正層 10 Gは、 波長 λ 2および波長 λ 3で透光性材料 1 A が透光性材料 1 Bに比べ屈折率が大きいため、 図 11に示す斬面形状となってい る。
(5) 次に、 ガラス基板 6の片面にポリイミドを塗布し、 X軸と 163° の角 度をなす方向に配向処理を施した後、 ァクリル系の液晶モノマ一の溶液を塗布し 、 紫外光を照射することで重合硬化させ、 進相軸が X軸と 73° の角度をなす方 向にそろった複屈折性材料の高分子液晶膜からなる位相板 3 Bを形成する。 ここ で、 波長 λ2と波長 λ3の中間波長に相当する波長 52 Onmに対する位相板 3 Bのリタデ一シヨン値は 130 nmで略 1Z4波長に相当する。 なお、 角度は図 12において時計と反対回りを正方向とする。
さらに、 位相板 3 Aとして延伸により複屈折性が発現したポリカーポネ一ト製 の有機物薄膜を用い、 接着剤を用いて位相板 3 Bに積層するとともに位相補正層 1に接着固定する。 波長 520 nmに対する位相板 3 Aのリタデ一シヨン値は 2 60 nmで略 1Z2波長に相当し、 その進相軸を X軸と 17° の角度をなす方向 とする。 すなわち、 位相板 3 Aと位相板 3 Bの進相軸は 56° の角度をなす。 このようにして位相板 3 Aと位相板 3 Bが積層されてなる第 1の位相板 30 G を作製する。 このようにして作製した第 7の位相補正素子 700によれば、 第 1の位相板 3 0Gに、 X軸方向に偏波面を有する波長 い λ2、 λ3の光が開口制限基板 5 A 側から入射すると、 何れも楕円率 κが 0. 9以上の円偏光となって出射し、 3波 長で 1 Z 4波長板相当の機能が得られる。
[例 2]
次に、 本発明に係る前記の第 5の位相補正素子 500の実施例を、 図 7 (断面 図） と図 8 (平面図） を用いて説明する。
(1) 3つの波長 λ = 405 nm、 λ 2= 655 nm, え 3= 790 nmに対 する屈折率が、 1. 470、 1. 456、 1. 454であるガラス基板 5 (透光 性基板） の表面で、 開口数 NA2=0. 60の領域を直接エッチング加工し、 光 学軸に関して回転対称性を有する輪帯状の凹凸部形状 （フレネルレンズ形状） で 断面形状が鋸歯状で 5レベル （4段） の階段形状格子によって近似された階段状 のブレーズド回折格子からなる第 1の位相補正層 10 Eを形成する。
ここで、 階段形状格子 1段の高さ dN1を 1. 723 /mとし、 空気との光路 差が波長 λ に対して 2 Χλ丄となっている。 このとき、 波長 λ2に対しては 1. 2 Χλ2、 すなわち 0. 2 Χλ 2相当となり、 波長 λ3に対しては約 λ 3となって いる。 したがって、 5レベル （4段） の階段形状格子に入射する波長 および 波長 λ 3の透過波面は変化しないが、 波長 λ 2の透過波面は階段形状格子の輪帯 分布に応じて変化する。
各階段形状格子の輪帯半径は、 波長 でカバー厚 0. 1mmの HD用の光デ イスクに対して良好な収差となるよう設計された NA1=0. 85の HD用対物 レンズを、 波長 λ2でカバ一厚 0. 6mmのDVD用の光ディスクにNA2=0 . 60で用いたとき発生する透過波面収差を補正するように決定する。
(2) 次に、 第 1の位相補正層 10Εが形成されたガラス基板 5の反対側の面 に、 実施例 1の位相板 3 Βと同様の作成法で、 進相軸が X軸に方向にそろった常 光屈折率 η。および異常光屈折率 neの高分子液晶層を形成する。 さらに、 フォト リソグラフィ一と反応性イオンエッチングにより、 開口数 NA3=0. 45の領 域に、 光学軸に関して回転対称性を有する輪帯状の凹凸部形状 形状） で、 断面形状が鋸歯状で 3レベル （2段） の階段形状格子によって近似さ れた階段形状のブレーズド回折格子 2 Aを加工し、 その凹部に常光屈折率 n。と ほぼ等しい屈折率 n sの均質屈折率透明材料 2 Bを充填して第 2の位相補正層 2 0 Eとする。
ここで、 3つの波長 い λ2、 λ 3に対する屈折率差 （ne— ns) は、 0. 2 77、 0. 213、 0. 200であり、 階段形状格子 1段の高さ dM1を 1. 4 62 mとする。 この場合、 異常光偏光に対して、 高分子液晶層からなる階段形 状のブレーズド回折格子 2 Aの 1段の均質屈折率透明材料 2 Bとの光路長差が波 長 に対しては λ丄となり、 波長 λ3に対しては 0. 37 Χλ3となっている。 したがって、 第 2の位相補正層 20Εに入射する常光偏光の透過波面は波長に関 わらず変化せず、 また波長久ェの透過波面は入射偏光に関わらず変化しない。 一 方、 波長え 3の異常光偏光入射光の透過波面は階段形状格子の輪帯分布に応じて 変化する。
各階段形状格子の輪帯半径は、 対物レンズを波長 λ3でカバー厚 1. 2mmの CD用の光ディスクに NA3=0. 45で用いたときに発生する透過波面収差を 補正するように決定する。
(3) 次に、 ガラス基板 6の片面に実施例 1の位相板 3 Bと同様の作成法で、 進相軸が X軸方向にそろつた高分子液晶膜からなる位相板 3 Dを形成する。 ここ で、 波長ぇェに対する位相板 3Dのリタデ一シヨン値は 203 nmで略 1/2波 長に相当する。 さらに、 実施例 1の位相板 3 Aと同様に、 位相板 3 Cとしてポリ カーボネート製の有機物薄膜を用い、 接着剤を用いて位相板 3 Dに積層するとと もに位相補正層 20 Eに接着固定する。 波長 λ tに対する位相板 3 Cのリタデー シヨン値は 102 nmで略 1/4波長に相当し、 その進相軸を X軸と 45° の角 度をなす方向とする。 すなわち、 位相板 3 Cと位相板 3Dの進相軸は 45° の角 度をなす。 このようにして位相板 3 Cと位相板 3 Dが積層されてなる第 1の位相 板 30Eを作製する。
このようにして作製した第 5の位相補正素子 500によれば、 第 1の位相板 3 0 Eに、 X軸方向に偏波面を有する波長 λ 1の光が透光性基板 5側から入射する と、 楕円率 κが 0. 9以上の円偏光となって出射し、 1/4波長板相当の機能が 得られる。 また、 Υ軸方向に偏波面を有する波長 λ2および波長 λ3の光が入射 すると、 各々の偏波面が回転した直線偏光に変換され、 1Z2波長板相当の機能 が得られる。
したがつて、 波長 λ 2の常光偏光入射光が第 1の位相板 30 Εを往復するとも との常光偏光となり、 復路においても第 2の位相補正層 20Εで透過波面変化な く直進透過する。 また、 波長 λ3の異常光偏光入射光が第 1の位相板 30Εを往 復するともとの異常光偏光となり、 復路においても第 2の位相補正層 20Εで透 過波面が変化し波面収差補正作用が発現する。
なお、 第 1の位相補正層 10Εを透過する波長 λ2の ΝΑ2領域の常光偏光お よび第 2の位相補正層 20 Εを透過する波長 λ 3の N A 3領域の異常光偏光はパ ヮ一成分を含む透過波面となるため、 所定の開口領域以外の透過光と集光面が異 なり、 開口領域外に開口制限機能を設けなくともよい。
[例 3]
本発明に係る前記の第 6の位相補正素子 600の実施例を、 図 10 (断面図） を用いて説明する。
(1) ガラス基板 51 (透光性基板） の円環領域 （A および円環領域 （A 2) に実施例 1の多層膜フィルタ 92と同じ多層膜フィルタ （図示せず） を形成 する。
また、 ガラス基板 6 (透光性基板） の片面に形成する位相板 3Dと位相板 3 C を積層してなる第 1の位相板 3 OFは、 実施例 2において用いられた第 1の位相 板 30E (図 7) と同じであるため、 説明を省略する。
(2) ガラス基板 52の片面に、 実施例 1の位相板 3 Bと同様の作成法で、 進 相軸が X軸と 70° の角度をなす方向にそろった高分子液晶膜からなる位相板 3 Fを形成する。 ここで、 波長； I iに対する位相板 3 Fのリタデーシヨン値は 40 5 nmで略 1波長に相当する。 さらに、 実施例 1の位相板 3 Aと同様に、 位相板 3 Eとしてポリカーポネ一ト製の有機物薄膜を用い、 均質屈折率透明材料 1 Gを 接着剤として用いて位相板 3 Fに積層するとともに第 2の偏光性位相補正層 10 F2の高分子液晶からなるブレーズド回折格子 1 Fの凹部に充填し、 接着固定す る。
波長 λ ,に対する位相板 3 Εのリ夕デーション値は 405 nmで略 1波長に相 当し、 その進相軸を X軸と 25° の角度をなす方向とする。 すなわち、 位相板 3 Eと位相板 3 Fの進相軸は 45° の角度をなす。 このようにして、 位相板 3Eと 位相板 3 Fが積層されてなる第 2の位相板 40 Fを作製する。
第 2の位相板 40 Fに、 X軸方向に偏波面を有する波長 λェの光が入射すると 、 出射偏光は変わらない。 また、 Υ軸方向に偏波面を有する波長 λ2および波長 λ3の光が入射すると、 各々の偏波面が略 90° 回転した X軸方向の直線偏光に 変換され、 1/2波長板相当の機能が得られる。
この第 6の位相補正素子 600中の第 2の偏光性位相補正層 10 F 2と第 1の 偏光性位相補正層 10 Fェは何れも、 実施例 2の第 2の位相補正層 20 Εと同様 の作製法で、 ガラス基板 51と 52の片面に進相軸が X軸方向にそろった常光屈 折率 η。=1. 55および異常光屈折率 ne=l. 70の高分子液晶層を形成す る。
(3) さらに、 フォトリソグラフィ一と反応性イオンエッチングにより、 開口 数 NA2=0. 60の領域に、 光学軸に関して回転対称性を有する輪帯状の凹凸 部形状 （フレネルレンズ形状） で、 断面形状が鋸歯状のブレーズド回折格子 1 F および 1Dを加工し、 その凹部に常光屈折率 n。とほぼ等しい屈折率 nsの均質 屈折率透明材料 1 Gおよび 1 Eを充填して、 第 2の偏光性位相補正層 10 F 2お よび第 1の偏光性位相補正層 10 Fェとする。 なお、 図 10に示すように、 ブレ —ズド回折格子 1 Fと 1 Dは、 鋸歯断面の斜面が同心円格子パターンの中心軸に 対して逆向に加工されている。
高分子液晶からなる鋸歯状のブレーズド回折格子 1 Dおよび 1 Fに常光偏光が 入射した場合、 高分子液晶と均質屈折率透明材料との屈折率差がないため透過波 面は変化しない。 一方、 異常光偏光が入射した場合、 高分子液晶と均質屈折率透 明材料との屈折率差約 0. 15が生じ、 鋸歯状のブレーズド回折格子の形状に応 じた透過波面の変化が生じる。 実施例 2の第 2の位相補正層 2 0 Eでは、 3レベル （2段） の階段形状のブレ —ズド回折格子 2 Aとしたが、 ブレーズド回折格子 1 Dおよび 1 Fでは鋸歯全体 の凹凸段差が波長 λ 2および波長え 3の異常光に対して略 1波長の位相差に相当 する高分子液晶の膜厚としている点が異なる。 その結果、 波長 λ 2および波長入 3で 1次回折光が最大となる。 このとき、 波長 の異常光に対しては 2次回折 光が最大となる。
[例 4 ]
このようにして作製された位相補正素子、 例えば第 6の位相補正素子 6 0 0と 対物レンズ 1 2をァクチユエ一夕 （図示せず） に一体化し、 図 1 5に示す光へッ ド装置に搭載する。
この光へッド装置を D VD用および C D用の光ディスクの記録および/または 再生に用いるとき、 対物レンズのみでは発生した波面収差が補正されるとともに 、 対物レンズと光ディスクとの間隔を確保することができる。.その結果、 安定し て HD用、 D VD用および C D用の 3種の光ディスクの記録および /または再生 が実現できる。
また、 波長 ェの常光偏光入射光が、 位相補正素子、 例えば第 6の位相補正素 子 6 0 0を往復することで、 位相板 3 0 Fにより直交ィ匕した偏光方向の異常光偏 光出射光に変換されるため、 偏光ビームスプリッタ 1 9と併用することにより光 検出器 1 5 Aで効率よく信号光を検出できる。 産業上の利用可能性
本発明の位相補正素子を用いることにより、 波長 λ の透過波面は不変のまま 、 ？皮長 λ 2あるいは波長 λ 3の透過波面を補正できる。 また、 波長 A tで 1 Z4波 長板の機能を有する第 1の位相板が一体化されているため、 位相補正素子を往復 した波長ぇェの直線偏光は直交する直線偏光に変換される。 その結果、 位相補正 素子を波長 で HD用の光ディスクに最適設計された HD用対物レンズと一体 で光へッド装置に搭載することにより、 使用波長および力パー厚のそれぞれ異な る HD用、 D VD用および C D用の光ディスクに対しても安定した情報の記録お よび zまたは再生ができる。
また、 偏光ビームスプリツ夕が搭載された本発明の光へッド装置に用いること により、 波長 ェの光に対して往路および復路の光利用効率が向上し、 半導体レ 一ザ光源の消費電力を削減でき、 高速な記録および Zまたは再生ができる。 また
、 半導体レーザ光源の発振を不安定にする戻り光が減少するため、 半導体レーザ の発振が安定し、 信頼性の高い記録および Zまたは再生用の光へッド装置となる 。 また、 対物レンズと光ディスクとの間隔を確保できるため、 記録および Zまた は再生時のフォーカスサ一ポなどの安定性を向上できる。 したがって、 光学特性 に優れ、 小型軽量化に適した光へッド装置を提供できる。
また、 位相補正素子中の第 1の位相補正層に屈折率波長分散の異なる材料を用 いることにより、 入射光の偏光に依存しない波面収差補正ができる。 また、 位相 補正素子中の第 1の位相補正層を 1段の位相差が波長 λェの 2倍に相当する階段 形状格子とすることにより、 波長 λ 2の波面収差を独立に補正できる。
さらに、 2波長用または 3波長用の 1 Z4波長板を用いることにより、 D VD および C Dの波長においても、 高い光利用効率が得やすいとともに信頼性の高い 記録および Zまたは再生用の光へッド装置となる。
また、 位相補正素子中の第 2の位相補正層に複屈折の異なる材料を用い、 異常 光偏光に対する 1段の位相差が波長； ！に相当する階段形状格子とし、 3波長の 入射偏光を規定することにより、 波長 λ 3の波面収差を独立に補正できる。 さら に、 前記波長 λ 2の波面収差を独立に補正できる第 1の位相補正層と、 波長入 で 1 Z4波長板の機能を有しかつ波長 λ 2および波長 λ 3で 1 Z 2波長板の機能 を有する第 1の位相板を一体化した位相補正素子とすることにより、 D VDおよ び C Dの波面収差を独立に補正できる。
また、 波長 で 1 / 4波長板の機能を有し、 かつ波長 λ 2および波長 λ 3で 1 ノ 2波長板の機能を有する前記の第 1の位相板と、 波長 λ iの透過光の偏光は不 変で波長 λ 2および波長 λ 3に対し偏波面を 9 0 ° 回転する 1ノ 2波長板の機能 を有する第 2の位相板と、 複屈折材料と均質屈折率材料からなる偏光性位相補正 層を 2層用いることにより、 D VDおよび C Dの波面収差補正ができる。 複屈折 材料として複屈折の大きな高分子液晶を用いることにより、 位相補正層の厚さを 薄くできるとともに、 鋸歯状の凹凸形状を精度良く加工できるため、 正確で光利 用効率の効率の高い波面収差補正ができる。
また、 開口数 から開口数 NA 3を差し引いた円環領域に、 波長 および 波長 λ 2の光のみを直進透過する多層膜フィルタあるいは回折格子を形成して C D用の波長 λ 3の光束に対する開口制限とすることにより、 安定した C Dの波面 収差補正ができる。
さらに、 開口数 から開口数 ΝΑ2を差し引いた第 1の円環領域に、 波長 λェの光のみを直進透過する回折格子を形成して D VD用の波長 λ 2の光束に対 する開口制限素子とすることにより、 安定した D VDの波面収差補正ができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1. えい λ2、 λ3 (λ, λ^λ,) の 3波長の光を透過する位相補正素子で あって、 前記光が入射する前記位相補正素子平面内に開口数 N A 2の領域と開口 数 NA2の領域を含む開口数 NAi (NA1〉NA2) の領域とを備え、
開口数 NA2の領域には、 その断面形状が鋸歯状または鋸歯状の各凸部が階段 形状によって近似され、 かつ入射光の光学軸に対し回転対称性を有する、 鋸歯状 または近似された鋸歯状の凹凸部からなる第 1の位相補正層が形成され、 さらに第 1の位相補正層と、 波長 λェの直線偏光の入射光に対して πΖ 2の奇 数倍の複屈折位相差を発生させて円偏光に変換する第 1の位相板とが一体化され て形成されており、
開口数 の領域に入射する波長 ェの光の透過波面はその偏光状態に関わ らず不変であるが、 開口数 NA2の領域に入射する波長 λ2の光、 または波長 λ2 および波長 λ 3の光の透過波面は変化させる機能を有することを特徴とする位相 補正素子。
2. 前記第 1の位相補正層は、 屈折率波長分散が異なる第 1の透光性材料と第 2 の透光性材料を備え、 その屈折率差 Δηが波長 λェでゼロであるとともに波長 λ 2および波長 λ 3では有限の値であって、
前記第 1の透光性材料は、 その断面形状が鋸歯状または鋸歯状の各凸部が階段 形状によって近似され、 かつ入射光の光学軸に対し回転対称性を有する鋸歯状の 凹凸部からなり、 前記凹凸部の少なくとも凹部に前記第 2の透光性材料が充填さ れ、 波長 λ2における屈折率差を Δηとすると、 前記鋸歯状の各凸部の高さ dが
、 次式、
Figure imgf000054_0001
を満たす請求の範囲 1に記載の位相補正素子。
3. 前記第 1の位相補正層は、 前記鋸歯状の各凸部が階段形状によって近似され
、 階段形状の各段の凸部と凹部に対する波長 λェの透過光の位相差が 47Τの自然 数倍である請求の範囲 1に記載の位相補正素子。
4. 前記第 1の位相板は、 λ1 = 41 Onm波長帯と λ2=65 Onm波長帯の 中間波長 Ac= (λ ^λ^ / 2に対する複屈折位相差が Cと 7CZ 2である 2枚 の位相板をそれらの光軸のなす角度が 57±5° となるように積層され、 少なくとも； I および λ 2の波長帯の直線偏光入射光に対して π/2の奇数倍 の複屈折位相差を発生させて円偏光に変換する請求の範囲 1から 3のいずれか 1 項に記載の位相補正素子。
5. 前記位相補正素子は、 その平面内の開口数 ΝΑ3 (ΝΑ2〉ΝΑ3) の領域に 第 2の位相補正層が形成されており、 前記第 2の位相補正層は常光屈折率 η。お よび異常光屈折率 ne (ne≠n。） で屈折率楕円体の光軸が一方向に揃った複屈 折材料層を備え、
前記複屈折材料層は断面形状が鋸歯状でその各凸部が階段形状によって近似さ れ、 かつ入射光の光学軸に対し回転対称性を有する鋸歯状の凹凸部からなり、 前 記凹凸部の少なくとも凹部に常光屈折率 n。または異常光屈折率 n e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の凸部と凹部に対する波長 の異常光偏光または常 光偏光の透過光の位相差が 2 πの奇数倍である請求の範囲 3に記載の位相補正素 子。
6. 前記第 1の位相板は、 波長 の直線偏光入射光に対して兀 2の奇数倍の 複屈折位相差を発生させて円偏光に変換し、 波長 λ 2および波長 λ 3の直線偏光 入射光に対して πの奇数倍の複屈折位相差を発生させて偏波面を回転する機能を 有する請求の範囲 5に記載の位相補正素子。
7. 前記第 1の位相板は、 波長ぇェに対する複屈折位相差が 7CZ2と兀である 2 枚の位相板をそれらの光軸のなす角度が 45 ± 5° となるように積層された構成 からなる請求の範囲 6に記載の位相補正素子。
8. 前記第 1の位相補正層は、 常光屈折率 η。および異常光屈折率 ne (n。≠n e) で屈折率楕円体の光軸が一方向に揃った複屈折材料層を備え、
前記複屈折材料層は、 断面形状が鋸歯状あるいは鋸歯状の各凸部が階段形状に よって近似され、 かつ入射光の光学軸に対し回転対称性を有する鋸歯状の凹凸部 を備え、 前記凹凸部の少なくとも凹部は、 常光屈折率 n。または異常光屈折率 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た構造を有する第 1 偏光性位相補正層と第 2の偏光性位相補正層を備え、
前記第 1の位相板は、 λ x = 410 nm波長帯の直線偏光入射光に対して兀/ 2の奇数倍の複屈折位相差を発生させて円偏光に変換し、 λ 2= 650 nm波長 帯および λ 3= 780 nm波長帯の直線偏光入射光に対しては 7tの奇数倍の複屈 折位相差を発生させて偏波面を回転する機能を有し、
前記第 2の位相板は、 λ1=410 nm波長帯の直線偏光入射光に対して冗の 偶数倍の複屈折位相差を発生させて偏光状態を変えず、 λ 2= 650 nm波長帯 および λ 3= 780 nm波長帯の直線偏光入射光に対しては 7Τの奇数倍の複屈折 位相差を発生させて偏波面を 90° 回転する機能を有し、
前記第 1の位相板、 第 1の偏光性位相補正層、 第 2の位相板、 第 2の偏光性位 相補正層の順番に配置され一体ィヒされていることを特徴とする請求の範囲 1に記 載の位相補正素子。
9. 前記位相補正素子平面上の開口数 の円形領域から開口数 NA3 (NAX >NA2>NA3) の円形領域を差し引いて得られる円環領域に、
Figure imgf000056_0001
l On m波長帯および λ 2 = 650 nm波長帯の入射光を透過し λ 3 = 780 nm波長 帯の入射光を反射する多層膜フィルタ、 または、 λェ=410 nm波長帯および λ 2= 650 nm波長帯の入射光を透過し λ 3 = 780 nm波長帯の入射光を回 折する、 断面形状が矩形状で凸部と凹部に対する λ 10 nm波長帯の透過 光の位相差が 10 πである回折格子が形成されている請求の範囲 1から 8のいず れか 1項に記載の位相補正素子。
10. 前記位相補正素子平面上の開口数 の円形領域から開口数 ΝΑ2の円 形領域を差し引いて得られる第 1の円環領域に、
Figure imgf000056_0002
Onm波長帯の入射 光を透過し λ 2=650 nm波長帯および λ 3== 780 nm波長帯の入射光を回 折する、 断面形状が凹凸状で凸部と凹部に対する λェ= 410 nm波長帯の透過 光の位相差が 2 πである回折格子が形成され、
前記位相補正素子平面上の開口数 N A 2の円形領域から開口数 N A 3の円形領 域を差し引いて得られる第 2の円環領域に、 λ1 = 41 Onm波長帯および λ。 = 6 5 0 nm波長帯の入射光を透過しえ 3 = 7 8 0 nm波長帯の入射光を反射す る多層膜フィルタ、 または、 λ i = 4 1 0 nm波長帯およびぇ2=6 5 0 nm波 長帯の入射光を透過し λ 3= 7 8 0 nm波長帯の入射光を回折する、 断面形状が 矩形状で凸部と凹部に対する λ 1= 4 1 0 nm波長帯の透過光の位相差が 1 0 π である回折格子が形成されている請求の範囲 1から 8のいずれか 1項に記載の位 相補正素子。
1 1. 前記回折格子または前記多層膜フィル夕が形成された請求の範囲 9記載の 前記円環領域または請求の範囲 1 0記載の前記第 1および第 2の各円環領域と開 口数 ΝΑ3の前記円形領域に対する、 波長 λ iの入射光の位相差が 2 πの整数倍 である位相補正素子。
1 2. λ ! = 4 1 O nm波長帯と λ 2=6 5 O nm波長帯と λ 3= 7 80 nm波長 帯の 3波長の光を出射する光源と、 出射された 3波長の光を光記録媒体に集光す る対物レンズと、 集光されて光記録媒体により反射された光を検出する光検出器 とを備える光へッド装置であって、 前記 3波長の光を出射する光源から光記録媒 体に至る光路中に、 請求の範囲 1力、ら 1 1のいずれか 1項に記載の位相補正素子 を配置したことを特徴とする光へッド装置。
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