【手続補正書】
【提出日】平成17年3月17日(2005.3.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】開口制限素子および光ヘッド装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも波長λ１およびλ２（λ１＜λ２）の２つの光を出射する光源と、光源から出射された出射光を光記録媒体へ集光するための対物レンズと、対物レンズにより集光されて光記録媒体により反射された出射光を検出するための光検出器と、光源と対物レンズとの間の光路中に配置されていて波長に応じて光の透過領域を制限する開口制御素子とを備えた光ヘッド装置において、
開口制御素子は、回折格子が形成された周辺領域と周辺領域に囲まれていて回折格子が形成されていない中心領域とに分かれ、回折格子は断面形状が凹凸状で凹部と凸部との透過光の位相差が波長λ１の整数倍であり、凹部と凸部とのそれぞれの透過光の平均の位相と中心領域の透過光の位相とが揃っていることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２】
波長λ１、λ２およびλ３（λ１＜λ２＜λ３）の３つの光を出射する光源と、光源から出射された出射光を光記録媒体へ集光するための対物レンズと、対物レンズにより集光されて光記録媒体により反射された出射光を検出するための光検出器と、光源と対物レンズとの間の光路中に配置されていて波長に応じて光の透過領域を制限する開口制御素子とを備えた光ヘッド装置において、
開口制御素子は、その平面上の開口数ＮＡ１の円形領域から開口数ＮＡ２（ＮＡ１＞ＮＡ２）の円形領域を差し引いて得られる円環領域に第１の回折格子が形成され、開口数ＮＡ２の円形領域から開口数ＮＡ３（ＮＡ２＞ＮＡ３）の円形領域を差し引いて得られる円環領域に第２の回折格子が形成されており、
第１の回折格子は、その断面形状が凹凸状で凹部と凸部との透過光の位相差が入射光の偏光状態に依存しない光学的均質材料からなり、かつその位相差が波長λ１の整数倍であり、
第２の回折格子は、その断面形状が凹凸状で凹部と凸部との透過光の位相差が入射光の偏光状態によって異なる複屈折材料からなり、かつその位相差が常光偏光に対しては実質的にゼロであり、異常光偏光に対しては波長λ１の整数倍であることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項３】
前記２つの回折格子のそれぞれの平面パターンが、透過する光の光軸の周りに２回の回転対称性を有しない請求項１または２の光ヘッド装置。
【請求項４】
前記開口制御素子は位相板が一体化されている請求項１、２または３に記載の光ヘッド装置。
【請求項５】
回折格子が形成された周辺領域と周辺領域に囲まれていて回折格子が形成されていない中心領域とに分かれ、回折格子は断面形状が凹凸状で凹部と凸部との透過光の位相差が波長λ１の整数倍であり、凹部と凸部のそれぞれの透過光の平均の位相と中心領域の透過光の位相とが揃っていることを特徴とする開口制御素子。
【請求項６】
平面上の開口数ＮＡ１の円形領域から開口数ＮＡ２（ＮＡ１＞ＮＡ２）の円形領域を差し引いて得られる円環領域に第１の回折格子が形成され、開口数ＮＡ２の円形領域から開口数ＮＡ３（ＮＡ２＞ＮＡ３）の円形領域を差し引いて得られる円環領域に第２の回折格子が形成されており、
第１の回折格子は、その断面形状が凹凸状で凹部と凸部との透過光の位相差が入射光の偏光状態に依存しない光学的均質材料からなり、かつその位相差が波長λ１の整数倍であり、
第２の回折格子は、その断面形状が凹凸状で凹部と凸部との透過光の位相差が入射光の偏光状態によって異なる複屈折材料からなり、かつその位相差が常光偏光に対しては実質的にゼロであり、異常光偏光に対しては波長λ１の整数倍であることことを特徴とする開口制御素子。
【請求項７】
前記２つの回折格子のそれぞれの平面パターンが、透過する光の光軸の周りに２回の回転対称性を有しない請求項６に記載の開口制御素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は開口制限素子および光ヘッド装置に関し、特に２種または３種の光記録媒体の情報の記録・再生に使用する光ヘッド装置に搭載する開口制限素子およびその光ヘッド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤ用の光記録媒体（以後、「光ディスク」という）の情報の記録・再生のために、光源として波長が７９０ｎｍ帯の半導体レーザとＮＡ（開口数）が０．４５から０．５までの対物レンズ、および情報記録面保護用のカバー厚が１．２ｍｍの光ディスクが使用される。一方、ＤＶＤ用の光ディスクの情報の記録・再生には、光源として波長が６５０ｎｍ帯の半導体レーザとＮＡが０．６から０．６５までの対物レンズおよびカバー厚が０．６ｍｍの光ディスクが使用される。さらに、記録情報量を増加させるため、光源として波長が４０５ｎｍ帯の半導体レーザとＮＡが０．８５の対物レンズおよびカバー厚が０．１ｍｍの光ディスクが提案されている。以下、波長が４０５ｎｍ帯の半導体レーザで使用する光ディスクを特にＨＤ用の光ディスクという。
【０００３】
ＣＤ用の光ディスク、ＤＶＤ用の光ディスクおよびＨＤ用の光ディスクではカバー厚および使用波長が異なる。そのため、それぞれの光ディスクを互換的に使用する場合、いずれか一種の光ディスクに対して設計された対物レンズをこれとは異なる他の光ディスクに用いると大きな球面収差が発生し、情報の記録・再生ができない問題があった。
【０００４】
同一の対物レンズを用いて厚さの異なる例えば２種の光ディスクの情報の記録・再生を行う場合に、生じる球面収差を低減するために種々の方式が提案されている。その中で開口制限素子基板の周辺部に、一方の波長の光を直進透過し他方の波長の光を回折することによりＮＡを切り換える、波長選択性の回折格子が形成された開口制限素子が提案されている。
【０００５】
波長λ２が６５０ｎｍ帯のＤＶＤ用の光を透過し、波長λ３が７８０ｎｍ帯のＣＤ用の光を回折する、従来の回折型の開口制限素子３０の構造、および光束と波面の例を図８（（ａ）周辺領域に対して中心領域の位相が進む構成の断面図、（ｂ）周辺領域に対して中心領域の位相が遅れる構成の断面図）に示す。
【０００６】
透光性基板１１であるガラス基板の表面で、ＤＶＤ用の開口数ＮＡ２＝０．６０の円形領域からＣＤ用の開口数ＮＡ３＝０．４５の円形領域を差し引いて得られる円環領域に、断面が凹凸の回折格子で深さがｄ、凹部と凸部の格子幅比が１：１で、その凹部と凸部との透過光の位相差が波長λ２の２倍に相当する回折格子１３が形成され、波長λ２の入射光は直進透過し、波長λ３の入射光は回折されて直進透過光成分は入射光に対して３０％以下の開口制限素子となっている。
【０００７】
ここで、開口制限素子３０の開口数ＮＡ３＝０．４５の円形領域を、回折格子１３の凹部と同じレベルに加工した図８の（ａ）の場合、回折格子の凸部と同じレベルに加工した図８の（ｂ）の場合、波長λ２の入射光に対していずれも中心領域と周辺領域の透過波面は波長λ２に相当する位相差φ＝２πが発生する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の開口制限素子において、ＤＶＤ用の波長λ２は、その光源である半導体レーザの個体差または温度変化に対して、最大△＝±２０ｎｍ程度変動する。このとき、中心領域と周辺領域における透過光の位相差はφ＝２π×λ２／（λ２＋△）となり、透過光が波長の整数倍でない位相差を有する。このため波面収差が発生し、対物レンズによる光ディスクの情報記録面への集光性が劣化する問題があった。
【０００９】
また、ＨＤ、ＤＶＤおよびＣＤの３種の光ディスクに対応した、３波長用の回折型の開口制限素子が存在しないため、単一の対物レンズを用いてこれら３種の光ディスクの情報の記録・再生は困難であった。
【００１０】
本発明は、上記の従来技術の欠点を解決し、光学特性に優れ、小型軽量化に適した光ヘッド装置に搭載する開口制限素子およびその光ヘッド装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、少なくとも波長λ１およびλ２（λ１＜λ２）の２つの光を出射する光源と、光源から出射された出射光を光記録媒体へ集光するための対物レンズと、対物レンズにより集光されて光記録媒体により反射された出射光を検出するための光検出器と、光源と対物レンズとの間の光路中に配置されていて波長に応じて光の透過領域を制限する開口制御素子とを備えた光ヘッド装置において、
開口制御素子は、回折格子が形成された周辺領域と周辺領域に囲まれていて回折格子が形成されていない中心領域とに分かれ、回折格子は断面形状が凹凸状で凹部と凸部との透過光の位相差が波長λ１の整数倍であり、凹部と凸部とのそれぞれの透過光の平均の位相と中心領域の透過光の位相とが揃っていることを特徴とする光ヘッド装置を提供する。
【００１２】
また、波長λ１、λ２およびλ３（λ１＜λ２＜λ３）の３つの光を出射する光源と、光源から出射された出射光を光記録媒体へ集光するための対物レンズと、対物レンズにより集光されて光記録媒体により反射された出射光を検出するための光検出器と、光源と対物レンズとの間の光路中に配置されていて波長に応じて光の透過領域を制限する開口制御素子とを備えた光ヘッド装置において、
開口制御素子は、その平面上の開口数ＮＡ１の円形領域から開口数ＮＡ２（ＮＡ１＞ＮＡ２）の円形領域を差し引いて得られる円環領域に第１の回折格子が形成され、開口数ＮＡ２の円形領域から開口数ＮＡ３（ＮＡ２＞ＮＡ３）の円形領域を差し引いて得られる円環領域に第２の回折格子が形成されており、
第１の回折格子は、その断面形状が凹凸状で凹部と凸部との透過光の位相差が入射光の偏光状態に依存しない光学的均質材料からなり、かつその位相差が波長λ１の整数倍であり、
第２の回折格子は、その断面形状が凹凸状で凹部と凸部との透過光の位相差が入射光の偏光状態によって異なる複屈折材料からなり、かつその位相差が常光偏光に対しては実質的にゼロであり、異常光偏光に対しては波長λ１の整数倍であることを特徴とする光ヘッド装置を提供する。
また、回折格子が形成された周辺領域と周辺領域に囲まれていて回折格子が形成されていない中心領域とに分かれ、回折格子は断面形状が凹凸状で凹部と凸部との透過光の位相差が波長λ１の整数倍であり、凹部と凸部のそれぞれの透過光の平均の位相と中心領域の透過光の位相とが揃っていることを特徴とする開口制御素子を提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の開口制限素子の第１の実施態様について説明する。第１の実施態様の開口制限素子は、少なくとも波長λ１およびλ２（λ１＜λ２）の２つの光が透過し、回折格子が形成された周辺領域と周辺領域に囲まれいて回折格子が形成されていない中心領域とに分かれている。
【００１４】
周辺領域の回折格子はその断面形状が凹凸状で凹部と凸部との透過光の位相差が波長λ１の整数倍（ゼロを除く）である。ここで整数倍というのは整数値ｍからのずれが±（６／ｍ）％以内であればよい。さらに、凹部と凸部のそれぞれの透過光の平均の位相と中心領域の透過光の位相とが揃っている。すなわち、凹部と凸部とでは、透過光の位相は凹部と凸部の形状に応じて進んだり遅れたりしているが、このズレを平均化した位相と、回折格子のない中心領域の透過光の位相とが揃っている。この揃っている程度は、位相のずれが波長λ１に対して±２％以内あれば揃っていると見なしてよい。
【００１５】
このように構成することにより、波長λ１の変動に対して透過波面の収差変動が発生しないという効果を生ずる。
【００１６】
第１の実施態様の開口制限素子の構造と、開口制限素子へ２種の波長の光が入射したときの光束と波面を図１（（ａ）波長λ２の光の入射、（ｂ）波長λ３の光の入射）に、平面図を図２に示す。なお、ここでは波長λ１を波長λ２とし、波長λ２を波長λ３として説明する。
【００１７】
例えば、使用波長λ２＝６５０ｎｍ帯でカバー厚０．６ｍｍのＤＶＤ用の光ディスクに対して、良好な収差特性となるよう設計された開口数ＮＡ２＝０．６０のＤＶＤ用対物レンズを得る。この対物レンズを、例えば、使用波長λ３＝７８０ｎｍ帯でカバー厚１．２ｍｍのＣＤ用の光ディスクに開口数ＮＡ３＝０．４５で用いるために、開口制限素子１を対物レンズと一体で用いる。
【００１８】
ＮＡ２の円形領域からＮＡ３の円形領域を差し引いて得られた円環領域（以下、ＮＡ２とＮＡ３による円環領域という）に、断面が凹凸の回折格子で格子深さがｄ、凹部と凸部との格子幅比が例えば１：１の回折格子を透光性基板１１上に形成する。回折格子の凹部と凸部との透過光の位相差が波長λ２の整数倍、すなわち２倍、３倍またはそれ以上の倍率になっている。このように構成すると図１の（ａ）に示すように波長λ２の入射光は直進透過し、図１の（ｂ）に示すように波長λ３の入射光は周辺領域で回折されて直進透過光成分は入射光に対して例えば３０％以下の開口制限素子となっている。
【００１９】
さらに、開口制限素子における開口数ＮＡ２の中心領域の透過光の位相が、周辺領域の回折格子１３の凹部および凸部のそれぞれの透過光の平均の位相と揃うように、位相調整層１４が形成されている。回折格子１３の凸部の屈折率と位相調整層１４の屈折率が等しい材料の場合、図１に示すように、位相調整層１４の厚さを断面が凹凸の格子深さｄの半分にすればよい。
【００２０】
このような位相調整層１４を設けることにより、図１の（ａ）に示すように波長λ２の入射光に対する中心領域と周辺領域との透過光の位相差φはゼロとなり、ＤＶＤ用の波長λ２の変動に対しても位相差は発生しない。
【００２１】
この開口制限素子１を搭載した本発明の光ヘッド装置の例を図３に示す。半導体レーザ３Ｂから出射された、例えば波長λ２＝６５０ｎｍ帯の光の一部がビームスプリッタ７により反射され、合波プリズム６を透過し、コリメートレンズ４により平行光となって開口制限素子１に入射する。例えば、開口数ＮＡ２＝０．６０に相当する光束が対物レンズ２によりＤＶＤ用の光ディスク５の情報記録面へ集光される。情報記録面で反射して信号を得た出射光は先程の経路を逆に進行し、一部がビームスプリッタ７を透過して光検出器８Ｂの受光面へ集光され、電気信号に変換される。
【００２２】
一方、半導体レーザ３Ｃから放射された、例えば波長λ３＝７８０ｎｍの光は、その一部がホログラムビームスプリッタ９Ｃを透過し、合波プリズム６によって反射され、コリメートレンズ４により集光されて開口制限素子１に入射する。ここで、例えば開口数ＮＡ３＝０．４５に相当する光束のみが直進透過して対物レンズ２によりＣＤ用の光ディスク５の情報記録面へ集光される。情報記録面で反射して信号を得た出射光は先程の経路を逆に進行し、一部がホログラムビームスプリッタ９Ｃにより回折されて光検出器８Ｃの受光面へ集光され、電気信号に変換される。
【００２３】
このとき、開口制限素子１のＮＡ３＝０．４５とＮＡ２＝０．６０による円環領域に入射した波長λ３の光は、往路で回折格子１３により回折されて光ディスクへ集光した後、復路で再び回折格子１３の光軸の軸対称となる位置、すなわち光軸の周りに２回の回転対称となる位置で回折される。回折格子の格子パターンが光軸の軸対称となる場合、往路でプラス次数で回折された光が復路でマイナス次数で回折されることにより、０次光となって直進光に重畳する。すなわち、波長λ３の光を遮断する開口制限としての機能が低下する。
【００２４】
この問題を解決するため、回折格子１３の平面パターンを、透過する光の光軸の周りに２回の回転対称性がないようにする。このように構成することにより、往路でプラス次数（マイナス次数）で回折された光と復路でマイナス次数（プラス次数）で回折された光が重なることがなく、開口制限素子の機能が低下せず好ましい。図２では、Ｙ軸に対して軸対称となる回折格子パターン１３としている。
【００２５】
第１の実施態様の開口制限素子では、例えば、カバー厚が０．６ｍｍのＤＶＤの光ディスク用に設計された対物レンズ２をカバー厚が１．２ｍｍのＣＤの光ディスク用の記録・再生に用いた場合に残留する球面収差を、図３の点線で示す光路のように、対物レンズ２への入射光を発散光とすることにより対物レンズで発生する球面収差により相殺して低減しているが、開口制限素子１のＮＡ３＝０．４５に相当する領域に収差補正面を形成してもよい。
【００２６】
開口制限素子１は、上述したようにＤＶＤ用の波長λ２が変動しても、例えば、ＮＡ２＝０．６０の領域において周辺領域と中心領域とで透過光の位相差が発生しないため、波長変動に伴う収差発生はなく、ＤＶＤの安定した記録・再生が実現できる。また、ＣＤ用の波長λ３の入射光に対して、例えばＮＡ３＝０．４５に開口制限されるため、ディスクのカバー厚の相違に伴い発生する球面収差が補正され、ＣＤの安定した記録・再生が実現できる。
【００２７】
次に本発明の開口制限素子の第２の実施態様について説明する。第２の実施態様の開口制限素子には、波長λ１、λ２およびλ３（λ１＜λ２＜λ３）の３つの光が入射する。開口制御素子は、その平面上の開口数ＮＡ１の円形領域から開口数ＮＡ２（ＮＡ１＞ＮＡ２）の円形領域を差し引いて得られる円環領域に第１の回折格子が形成されている（これを、上記のようにＮＡ１とＮＡ２による円環領域という）。さらに、開口制御素子は、開口数ＮＡ２の円形領域から開口数ＮＡ３（ＮＡ２＞ＮＡ３）の円形領域を差し引いて得られる円環領域に第２の回折格子が形成されている（これを、同様にＮＡ２とＮＡ３による円環領域という）。
【００２８】
そして、第１の回折格子は、その断面形状が凹凸状で凹部と凸部との透過光の位相差が入射光の偏光状態に依存しない光学的均質材料からなり、かつその凹部と凸部との透過光の位相差が波長λ１の整数倍である。
【００２９】
また、第２の回折格子は、その断面形状が凹凸状で凹部と凸部との透過光の位相差が入射光の偏光状態によって異なる複屈折材料からなり、かつその凹部と凸部との透過光の位相差が常光偏光に対しては実質的にゼロであり、異常光偏光に対しては波長λ１の整数倍である。ここで、実質的にゼロとは、位相差が波長の３％以内であれば収差劣化が記録再生性能に影響しないためゼロとみなしてもよい。
【００３０】
このように構成することにより、単一の素子を用いて３波長それぞれに対し開口数の異なる開口制限素子が実現できるという効果を生ずる。
【００３１】
次に本発明の開口制限素子の第２の実施態様について、断面図を図４に、平面図を図５に示し、さらに詳しく説明する。例えば、使用波長λ１＝４０５ｎｍ帯でカバー厚０．１ｍｍのＨＤ用の光ディスクに対して、良好な収差特性となるよう設計された開口数ＮＡ１＝０．８５のＨＤ用対物レンズを得る。この対物レンズを、例えば、使用波長λ２＝６５０ｎｍ帯でカバー厚０．６ｍｍのＤＶＤ用の光ディスクに開口数ＮＡ２＝０．６０で用い、さらに、例えば、使用波長λ３＝７８０ｎｍ帯でカバー厚１．２ｍｍのＣＤ用の光ディスクに開口数ＮＡ３＝０．４５で用いるために、開口制限素子１０を対物レンズと一体でアクチュエータに搭載して用いるものとする。
【００３２】
ガラス基板などの透光性基板１１の表面のＮＡ１とＮＡ２による円環領域に、断面が凹凸の回折格子で格子深さがｄ、凹部と凸部との格子幅比が例えば１：１の回折格子１３を形成する。回折格子１３の凹部と凸部との透過光の位相差が波長λ１に相当する。波長λ１の入射光は直進透過し、波長λ２と波長λ３の入射光は回折され直進透過光成分は入射光に対して１５％以下の開口制限素子となっている。
【００３３】
さらに、開口制限素子における開口数ＮＡ２の中心領域の透過光の位相が、回折格子１３の凹部および凸部のそれぞれの透過光の平均の位相と揃うように、位相調整層１４が形成されている。ここでは、回折格子１３の凸部の屈折率と位相調整層１４の屈折率が等しい材料を用い、位相調整層１４の厚さを断面が凹凸の格子深さｄの半分にしている。
【００３４】
このような位相調整層１４を設けることにより、波長λ１の入射光が波長変動しても中心領域と周辺領域の透過光の位相差φはゼロとなる。
【００３５】
例えば、ＮＡ２＝０．６０とＮＡ３＝０．４５による円環領域には、以下に説明する偏光性回折格子１５が形成されている。回折格子１３の形成された透光性基板１１の反対側の面に、常光屈折率ｎｏおよび異常光屈折率ｎｅの複屈折材料である高分子液晶層を形成する。ここで、液晶モノマーの溶液を透光性基板１１上の配向処理の施された配向膜上に塗布し、液晶分子の配向ベクトル（分子配向軸）を透光性基板１１と平行な面内の特定方向に揃うように配向させた後、紫外線などの光を照射して重合硬化させ高分子液晶層とする。
【００３６】
次に、高分子液晶層を断面形状が矩形の凹凸格子に加工し、複屈折材料層の凹凸部の少なくとも凹部に常光屈折率ｎｏとほぼ等しい屈折率ｎｓの光学的均質材料からなる充填材１７を充填することにより、偏光性回折格子１５を形成する。ここで、高分子液晶層の凹凸の格子深さｄ１を、常光屈折率ｎｏに等しい屈折率ｎｓの凹部の透過光と異常光屈折率ｎｅの凸部の透過光の位相差が波長λ１に対して１波長相当の２πとなるよう、（ｎｅ−ｎｓ）×ｄ１＝λ１としている。
【００３７】
このように加工された偏光性回折格子１５に、波長λ１および波長λ２の常光偏光（常光屈折率を与える方向の偏光）が入射した場合、回折格子１５の凸部である高分子液晶と凹部の充填材１７との屈折率差はないため、回折されることなく直進透過する。
【００３８】
一方、波長λ１および波長λ３の異常光偏光（異常光屈折率を与える方向の偏光）が入射した場合、波長λ１に対しては凹部と凸部の透過光の位相差が２πとなるため回折されることなく直進透過し、波長λ３に対しては凹部と凸部の透過光の位相差は２π×（４０５／７８０）のため、ほぼπとなり大半が回折される。
【００３９】
また、波長λ１の異常光偏光が入射したとき、例えば開口数ＮＡ１＝０．８５の領域内で、偏光性回折格子１５が形成された円環領域と形成されていない領域で透過光の位相差が生じないように、凹凸の格子深さｄ１の半分に相当する高分子液晶層を形成し、位相調整層１６としている。図４の１２および１８は、後述するように透光性基板および位相板を表す。
【００４０】
ここで、回折格子１３および回折格子１５の平面パターンはいずれも、図５に示すように透過する光の光軸の周りに２回の回転対称性がないように設計されている。図５では、回折格子１３をＹ軸に対して軸対称な分割格子パターンとし、回折格子１５をＸ軸に平行とＸ軸に垂直な分割格子パターンとしている。図５の１４は、位相調整層である。
【００４１】
さらに波長λ１の光に対して位相差がπ／２の奇数倍となる位相板１８が充填材１７とガラスなどの透光性基板１２に挟み込まれ一体化されている（図４）。このように、位相板を開口制限素子と一体化することが光ヘッド装置の小型軽量化の点から好ましい。位相板１８としては、複屈折性を有する材料であればいずれも使用できる。例えば、高分子液晶、水晶などの光学結晶、一軸延伸により複屈折性を発現させたポリカーボネートなども使用できる。
【００４２】
このようにして得られた開口制限素子１０の波長選択性の開口制限作用を図６に示す。
波長λ１の入射光は、図６の（ａ）に示すように、その偏光状態にかかわらず開口制限素子１０の例えば、ＮＡ１＝０．８５の領域を直進透過する。波長λ２の常光偏光入射光は、図６の（ｂ）に示すように、開口制限素子１０の例えばＮＡ２＝０．６０の領域を直進透過するが、ＮＡ１＝０．８５とＮＡ２＝０．６０による円環領域では回折されるため、ＮＡ２＝０．６０の開口制限の機能を有する。
【００４３】
波長λ３の異常光偏光入射光は、図６の（ｃ）に示すように、開口制限素子１０の例えばＮＡ３＝０．４５の領域を直進透過するが、ＮＡ１＝０．８５とＮＡ３＝０．４５による円環領域では回折されるため、ＮＡ３＝０．４５の開口制限の機能を有する。ここで、波長λ１のＮＡ１＝０．８５領域の透過光および波長λ２のＮＡ２＝０．６０領域の透過光はいずれも、回折格子１３と回折格子１５の領域およびＮＡ３＝０．４５の円形領域で位相差が生じないため、透過光の位相は揃っている。
【００４４】
この開口制限素子１０を搭載した本発明の光ヘッド装置の例を図７に示す。半導体レーザ３Ａから出射された、例えば波長λ１＝４０５ｎｍ帯の常光偏光が偏光ビームスプリッタ７１で反射され、合波プリズム６１を透過し、コリメートレンズ４により平行光となって開口制限素子１０に入射する。例えば開口数ＮＡ１＝０．８５に相当する光束が対物レンズ２によりＨＤ用の光ディスク５の情報記録面へ集光される。情報記録面で反射され信号を含む出射光は先程の経路を戻って、開口制限素子１０の図示しない位相板（１／４波長板）を往復して透過することにより常光偏光が異常光偏光となり、偏光ビームスプリッタ７１を透過して光検出器８Ａの受光面へ集光され、電気信号に変換される。
【００４５】
また、半導体レーザ３Ｂから出射された、例えば波長λ２＝６５０ｎｍ帯の常光偏光は、その一部がホログラムビームスプリッタ９Ｂを透過し、合波プリズム６２を透過し、合波プリズム６１で反射された後、コリメートレンズ４により集光されて開口制限素子１０に入射する。例えば開口数ＮＡ２＝０．６０に相当する光束が対物レンズ２によりＤＶＤ用の光ディスク５の情報記録面へ集光される。情報記録面で反射して信号を含んだ出射光は先程の経路を戻って、一部がホログラムビームスプリッタ９Ｂにより回折されて光検出器８Ｂの受光面へ集光され、電気信号に変換される。
【００４６】
また、半導体レーザ３Ｃから出射された、例えば波長λ３＝７８０ｎｍ帯の異常光偏光は、その一部がホログラムビームスプリッタ９Ｃを透過し、合波プリズム６２および合波プリズム６１で反射され、コリメートレンズ４により集光されて開口制限素子１０に入射する。ここで、例えば開口数ＮＡ３＝０．４５に相当する光束のみが直進透過して対物レンズ２によりＣＤ用の光ディスク５の情報記録面へ集光される。情報記録面で反射して信号を含んだ反射光は先程の経路を戻って、一部がホログラムビームスプリッタ９Ｃにより回折されて光検出器８Ｃの受光面へ集光され、電気信号に変換される。
【００４７】
ここで、図示しない位相板（１／４波長板）を波長λ１の常光偏光が往復することにより異常光偏光に変換されるが、波長λ２および波長λ３については、上記のような位相板の機能とならないため、位相板往復後の偏光はもとの偏光成分が多く含まれている。
【００４８】
第２の開口制限素子の実施態様では、例えば、カバー厚が０．１ｍｍのＨＤ用の光ディスクに設計された対物レンズ２をカバー厚が０．６ｍｍのＤＶＤ用の光ディスクおよびカバー厚が１．２ｍｍのＣＤ用の光ディスクの記録・再生に用いた場合に残留する球面収差を、図７の点線で示す光路のように、対物レンズ２への入射光を発散光とすることにより低減しているが、例えば、ＮＡ２＝０．６０またはＮＡ３＝０．４５に相当する開口制限素子１０の領域に収差補正面を形成してもよい。
【００４９】
開口制限素子１０は、上述したように、ＨＤ用の波長λ１が変動しても、例えばＮＡ１＝０．８５の全領域において透過光の位相差が発生せず、ＤＶＤ用の波長λ２が変動しても、例えばＮＡ２＝０．６５の領域で透過光の位相差が発生しないため、波長変動に伴う収差発生はなく、ＨＤおよびＤＶＤの安定した記録・再生が実現できる。また、ＣＤ用の波長λ３の入射光に対して、例えばＮＡ３＝０．４５に開口制限されるため、光ディスクのカバー厚の相違に伴い発生する球面収差が補正され、ＣＤの安定した記録・再生が実現できる。
上記において、複屈折材料として高分子液晶を用いた例を説明したが、複屈折性を有する材料であればいずれでも使用できる。例えば、ＬｉＮｂＯ３などの光学結晶や、一軸延伸により複屈折性を発現させたポリカーボネートなどの高分子材料も使用できる。
【００５０】
【実施例】
本実施例の開口制限素子１０を、図４に示した断面図と図５に示した平面図を用いて説明する。屈折率ｎ＝１．４６の光学的均質材料１１からなるガラス基板の一方の面における、開口数ＮＡ１＝０．８５とＮＡ２＝０．６０による円環領域に、断面が凹凸の回折格子で格子深さがｄ＝８８０ｎｍ、凹部と凸部の格子幅比が１：１の第１の回折格子１３を形成した。回折格子１３の格子パターンは、Ｙ軸対称になるようにＹ軸に対して±４５°傾斜した２分割パターンとしてエッチング加工した。このとき、波長λ１＝４０５ｎｍの入射光に対して凹部と凸部との位相差は（ｎ−１）×ｄ＝４０５ｎｍとなり、波長λ１に等しい。
【００５１】
また、ＮＡ２＝０．６０の円形領域は、回折格子１３の凹部に対して高さがｄ／２＝４４０ｎｍになるように位相調整層１４を加工した。
次に、ガラス基板のもう一方の面に常光屈折率ｎｏ＝１．５５、異常光屈折率ｎｅ＝１．６５の高分子液晶層を形成し、ＮＡ２＝０．６０とＮＡ３＝０．４５による円環領域には、断面が凹凸の回折格子で格子深さｄ１がλ１／（ｎｅ−ｎｏ）＝４０５０ｎｍの第２の回折格子１５を形成した。この回折格子１５は、凹部と凸部の格子幅比が１：１の直線状格子であり、図５に示すように、Ｙ軸の正の領域はＸ軸平行に、Ｙ軸の負の領域はＹ軸平行になるよう２分割パターンをエッチング加工して作成した。
【００５２】
また、ＮＡ１＝０．８５とＮＡ２＝０．６０による円環領域、およびＮＡ３＝０．４５の円形領域は、回折格子１５の凹部に対する高さがｄ１／２＝２０２５ｎｍとなるように位相調整層１６を加工した。さらに、図４に示すように回折格子１５の凹部および位相調整層１６を屈折率ｎｓ＝１．５５の光学的均質材料からなる充填材１７で充填するとともに、位相板１８の形成された透光性基板１２であるガラス基板を一体化して、開口制限素子１０とした。このとき、第２の回折格子１５において、波長λ１の常光偏光入射に対してはｎｏとｎｓとが等しいため凹部と凸部の位相差はゼロとなり、波長λ１の異常光偏光入射に対しては凹部と凸部の位相差は（ｎｅ−ｎｓ）×ｄ１＝４０５ｎｍのため波長λ１に等しい。
【００５３】
ここで、位相板１８は回折格子１５に用いた高分子液晶層と同じ材料を用い、液晶分子の配向ベクトルの方向が回折格子１５の高分子液晶の配向ベクトル方向と４５°の角度をなすように配向処理した。また、位相板１６の厚さは波長λ１に対して５λ／４波長板となるように（５λ１／４）／（ｎｅ−ｎｏ）＝５０６３ｎｍとした。
【００５４】
位相板１８は、位相板材料の屈折率波長分散を考慮すると、波長λ２および波長λ３の入射光に対してはほぼλ／２波長板となるため、位相板を往復するともとの偏光に近い直線偏光状態が維持される。
【００５５】
上記のように作製した開口制限素子１０をＨＤ用の対物レンズと一体化して図７に示す光ヘッド装置に搭載した。波長λ１＝４０５ｎｍの入射光に対してはその偏光状態に関わらず往路および復路においてＮＡ１＝０．８５の開口として作用し、波長λ２＝６５０ｎｍの常光偏光入射光に対してはＮＡ２＝０．６０の開口として作用し、波長λ３＝７８０ｎｍの異常光偏光入射光に対してはＮＡ３＝０．４５の開口として作用した。
【００５６】
その結果、ＨＤ用、ＤＶＤ用およびＣＤ用それぞれの光ディスクの情報記録面に各波長の光が集光され、安定した記録・再生が実現した。
また、ビームスプリッタ７１として偏光性プリズムを用いることにより、波長λ１の往路常光偏光をほぼ１００％反射し、開口制限素子１０を往復することで位相板１８により直交化した復路異常光偏光を９５％以上透過するため、光検出器８Ａで効率よく信号光検出ができた。
【００５７】
【発明の効果】
本発明の開口制限素子では、その透過光の位相が、回折格子が形成されている素子周辺領域と回折格子が形成されていない素子中心領域で、等しくなるように位相調整層が形成されているため、両方の領域を透過する光の波長が変動しても位相差が発生しない。その結果、この開口制限素子を搭載した本発明の光ヘッド装置を用いれば、光ディスクにおける情報記録面保護用のカバー厚および対物レンズのＮＡが異なる複数種の光ディスクに対し安定した情報の記録・再生ができる。
【００５８】
また、本発明の開口制限素子に形成された回折格子は、その平面パターンが透過する光の光軸の周りに２回の回転対称性がないため、光ディスクで反射された復路の光に対しても開口制限作用が有効に働く。
【００５９】
また、開口制御素子に位相板が一体化されているため、光ディスクへの入射光と位相板を往復した反射光とで偏光状態を変化させることができる。例えば、波長λに対して位相差がπ／２の奇数倍となる位相板を一体化すれば、波長λの往路偏光と復路偏光の偏光方向を直交化できるため、偏光性プリズムなどの偏光ビームスプリッタと組み合わせて光利用効率の高い信号光検出ができるとともに、半導体レーザへの戻り光が低下し、レーザ光発信を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施態様の開口制限素子の構造と、開口制限素子へ２種の波長の光が入射したときの光束と波面を示す図で、（ａ）波長λ２の光が入射したときの断面図、（ｂ）波長λ３の光が入射したときの断面図。
【図２】本発明の第１の実施態様の開口制限素子を示す平面図。
【図３】本発明の第１の実施態様の開口制限素子を搭載した光ヘッド装置を示す構成図。
【図４】本発明の第２の実施態様の開口制限素子の構造を示す断面図。
【図５】本発明の第２の実施態様の開口制限素子を示す平面図。
【図６】本発明の第２の実施態様の開口制限素子へ３種の波長の光が入射した場合の光束と波面を示す図で、（ａ）波長λ１が入射したときの断面図、（ｂ）波長λ２の常光偏光が入射したときの断面図、（ｃ）波長λ３の異常光偏光が入射したときの断面図。
【図７】本発明の第２の実施態様の開口制限素子を搭載した光ヘッド装置を示す構成図。
【図８】従来の開口制限素子の構造、および光束と波面を示す図で、（ａ）周辺領域に対して中心領域の位相が進む構成の断面図、（ｂ）周辺領域に対して中心領域の位相が遅れる構成の断面図。
【符号の説明】
１、１０、３０：開口制限素子
２：対物レンズ
３Ａ、３Ｂ、３Ｃ：半導体レーザ
４：コリメートレンズ
５：光ディスク
６、６１、６２：合波プリズム
７：ビームスプリッタ
８Ａ、８Ｂ、８Ｃ：光検出器
９Ｂ、９Ｃ：ホログラムビームスプリッタ
１１、１２：透光性基板
１３：回折格子
１４、１６：位相調整層
１５：偏光性回折格子
１７：充填材
１８：位相板