(57)【要約】ＣＤ及びＤＶＤ等の所定の異なるフォーマットの光学記録担体を、光学絞り（２００）により提供される異なる開口数における走査を用いて走査する手段を有するような光学走査装置である。上記光学絞りは、１以上の選択された螺旋ピッチのコレステリック液晶材料を有し、これらピッチが該絞りに所望の波長及び／又は偏光選択的特性を与える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学記録担体を走査する光学走査装置であって、前記装置が該装置の光軸に沿って向けられるような所定波長の放射ビームを発生する放射源と、前記ビームの一部分の強度を低減する光学絞りとを有するような光学走査装置において、
前記光学絞りが、前記ビームの前記部分の内部反射を得るように選択された螺旋ピッチを持つコレステリック液晶材料を含んでいることを特徴とする光学走査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光学走査装置において、前記装置は前記ビームが前記絞りにおいて平行化されていない状態であるように構成され、前記光学絞りは、前記ビームの前記部分が該光学絞りに平行化されていない状態で入射するような選択された入射角の範囲に対して内部反射を呈するように構成されていることを特徴とする光学走査装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光学走査装置において、前記ビームの前記部分は前記光軸から半径方向に離隔された部分であり、前記ビームは前記光軸の前記の選択された部分において収束状態であることを特徴とする光学走査装置。
【請求項４】
請求項３に記載の光学走査装置において、該装置は前記ビームを前記光学記録担体においてスポットに収束させる対物レンズを有し、前記光学絞りは前記対物レンズと前記光学記録担体との間に配置されることを特徴とする光学走査装置。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか一項に記載の光学走査装置において、前記絞りが略一様な螺旋ピッチのコレステリック材料のみを含んでいることを特徴とする光学走査装置。
【請求項６】
請求項１に記載の光学走査装置において、該装置は前記ビームが前記絞りにおいて略平行化された状態にあるように構成され、前記ビームの前記部分の内部反射を呈するように選択された螺旋ピッチを有する前記コレステリック液晶材料が、前記ビームの前記部分に選択的に配置されていることを特徴とする光学走査装置。
【請求項７】
請求項６に記載の光学走査装置において、該装置は前記ビームを前記光学記録担体においてスポットに収束させる対物レンズを有し、前記光学絞りは前記放射源と前記対物レンズとの間に配置されることを特徴とする光学走査装置。
【請求項８】
請求項６又は請求項７に記載の光学走査装置において、前記絞りは変化する螺旋ピッチのコレステリック液晶材料を有し、前記内部反射を呈するような範囲内の螺旋ピッチを持つ材料が前記ビームの前記部分に選択的に配置されていることを特徴とする光学走査装置。
【請求項９】
請求項６、７又は８に記載の光学走査装置において、前記ビームの前記部分の内部反射を呈するように選択された螺旋ピッチを有する前記コレステリック液晶材料が環状部分を有していることを特徴とする光学走査装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９の何れか一項に記載の光学走査装置において、別の所定の波長の別の放射ビームを発生する放射源を有し、前記コレステリック材料の前記ピッチは、前記絞りが前記別のビームに対して略完全に透過的となるように選定されていることを特徴とする光学走査装置。
【請求項１１】
請求項９及び請求項１０に記載の光学走査装置において、前記絞りは前記環状部分の内側に内側部分を有し、該内側部分は前記環状部分とは異なる螺旋ピッチのコレステリック材料を有し、該異なる螺旋ピッチは前記の最初に述べたビームと前記別のビームとの両方に対して略完全に透過的となるように選定されていることを特徴とする光学走査装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光学走査装置において、前記内側部分及び前記環状部分は、前記第２ビームが前記絞りを介して透過される場合に発生される位相変化を整合するように選択された螺旋ピッチを持つようなコレステリック材料を有することを特徴とする光学走査装置。
【請求項１３】
請求項１ないし９の何れか一項に記載の光学走査装置において、前記ビームの偏光を前記絞りにおいて選択的に修正する偏光修正要素を有し、これにより前記ビームの前記部分が内部的に反射される状態と前記ビームの前記部分が略完全に透過される状態との間を切り換えることを特徴とする光学走査装置。
【請求項１４】
請求項１ないし１３何れか一項に記載の光学走査装置において、前記絞りが略一様な厚さの層を有していることを特徴とする光学走査装置。
【請求項１５】
請求項１ないし１４の何れか一項に記載の光学走査装置において、該装置は、所定の異なる物理的フォーマットの光学記録担体を前記光学絞りにより付与されるような異なる開口数における走査を用いて走査する手段を有していることを特徴とする光学走査装置。
【請求項１６】
所定波長の放射ビームを使用して光学記録担体を走査する場合に使用する光学絞りであって、該光学絞りが前記ビームの一部分の強度を低減するためのものであるような光学絞りにおいて、
前記光学絞りが、前記ビームの前記部分の内部反射を得るように選択された螺旋ピッチを持つコレステリック液晶材料を含んでいることを特徴とする光学絞り。
【請求項１７】
請求項１６に記載の光学絞りにおいて、前記ビームが前記絞りにおいて平行化されていない状態である場合に、該光学絞りは、前記ビームの前記部分が該光学絞りに平行化されていない状態で入射するような選択された入射角の範囲に対して内部反射を呈するように構成されていることを特徴とする光学絞り。
【請求項１８】
請求項１６又は請求項１７に記載の光学絞りにおいて、該絞りが略一様な螺旋ピッチのコレステリック材料のみを含んでいることを特徴とする光学絞り。
【請求項１９】
請求項１６に記載の光学絞りにおいて、前記ビームが前記絞りにおいて略平行化された状態にある場合に、前記ビームの前記部分の内部反射を呈するように選択された螺旋ピッチを有する前記コレステリック液晶材料が、前記ビームの前記部分に選択的に配置されていることを特徴とする光学絞り。
【請求項２０】
請求項１９に記載の光学絞りにおいて、該絞りは変化する螺旋ピッチのコレステリック液晶材料を有し、前記内部反射を呈するような範囲内の螺旋ピッチを持つ材料が前記光学絞りに選択的に配置されていることを特徴とする光学絞り。
【請求項２１】
請求項２０に記載の光学絞りにおいて、前記ビームの前記部分の内部反射を呈するように選択された螺旋ピッチを有する前記コレステリック液晶材料が環状部分を有していることを特徴とする光学絞り。
【請求項２２】
請求項２１に記載の光学絞りにおいて、該絞りは前記環状部分の内側に内側部分を有し、該内側部分は前記環状部分とは異なる螺旋ピッチのコレステリック材料を有していることを特徴とする光学絞り。
【請求項２３】
請求項２２に記載の光学絞りにおいて、前記内側部分及び前記環状部分は、選択されたビームが前記絞りを介して透過される場合に発生される位相変化を整合するように選択された螺旋ピッチを持つようなコレステリック材料を有することを特徴とする光学絞り。
【請求項２４】
請求項１６ないし２３何れか一項に記載の光学絞りにおいて、該絞りが略一様な厚さのコレステリック層を有していることを特徴とする光学絞り。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学記録担体を走査する光学走査装置であって、該装置が、当該系の光学軸に沿うように向けられる所定の波長の放射ビームを発生する放射源と、該ビームの一部の強度を低減する光学絞りとを有するような光学走査装置に関する。また、本発明は、所定の波長の放射ビームを用いて光学記録担体を走査するのに使用する光学絞りにも関する。本発明は、専らではないが特には、使用時に開口数（ＮＡ）を変更することができるような、光学ディスク等の光学記録担体を走査する光学走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
光ディスクの異なる物理フォーマットが、異なる波長及び開口数（ＮＡ）を用いて読み出されるように、及び、記録可能又は書換可能な光学ディスクの場合は書き込まれるように設計されている。例えば、標準のコンパクトディスク（ＣＤ）は、７８０ｎｍの波長及び０．４５のＮＡで読み取られるように設計されている。標準のデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）は、６５０ｎｍの波長及び０．６のＮＡで読み取られるように設計されている。標準の書換可能なＤＶＤ（ＤＶＤ＋ＲＷ）は、６５０ｎｍの波長及び０．６５のＮＡで書き込まれ及び読み取られるように設計されている。標準の記録可能なＤＶディスク（ＤＶＲ）は、４００ｎｍの波長及び０．８５のＮＡで書き込まれ及び読み取られるように設計されている。
【０００３】
上記標準物理フォーマットの２以上に対して互換性のある光学系を有するような光学走査装置を提供することが望ましいであろう。例えば、放射の波長が６５０ｎｍから７８０ｎｍに変更されると、当該光学系のＮＡが０．６から０．４５に変更されるような組み合わせＣＤ及びＤＶＤ互換性装置である。これを達成するために、該光学系の対物レンズの外側環状リングは７８０ｎｍの波長の放射を除去するように設計することができる。これがなされると、上記対物レンズの該外側部分は、ＣＤを走査する際に当該装置の性能に影響を与えることなく、ＤＶＤの走査に最適化することができる。
【０００４】
対物レンズの外側部分に入射する放射ビームの領域において７８０ｎｍの放射は遮断するが６５０ｎｍの放射に対しては透過的なダイクロイック環状フィルタを使用することは既知である。しかしながら、これは比較的高価な部品である。光学走査装置において異なる波長を照射する場合に開口数を変更する他の方法を提供することが望ましいであろう。
【０００５】
また、放射の波長を必ずしも変更することを要さずに、光学系の異なるＮＡの間で選択的に切り換える方法を提供することが望ましいであろう。例えば、単一波長のレーザ系を使用することができるように、波長を変更せず、当該光学系のＮＡのみを変更することにより光ディスクの異なるフォーマットを読み取るように走査装置を適応させることが可能である。
【０００６】
国際特許出願公開第ＷＯ９７／２１２１５号は光学ディスク用の光学走査装置を記載しており、該装置はＣＤ及びＤＶＤの両者を読み取り及び／又は書き込むことができる。絞りは、対物レンズと組み合わされた偏光フィルタにより形成されている。異なるフォーマットの間を切り換えるために、半波長板が、異なるフォーマットのディスクにおける異なる情報層の深さにより生成される球面収差を補正するための発散レンズと共に、当該系の光学経路に機械的に挿入され又は斯かる経路から除去される。上記半波長板は放射の線形偏光を９０度変更し、従って、上記偏光フィルタにより提供される異なる開口数の間を切り換える。しかしながら、該半波長板の機械的挿入及び除去は機械式アクチュエータを必要とし、斯かるアクチュエータは当該光学系の設計を複雑にすると共に斯かる系の製造コストを増加させる傾向がある。
【０００７】
特開平１０−１４３９００号は光学ディスク上に放射される放射ビームの開口数を変更する手段を有するような光ディスクピックアップ装置を記載しており、該装置は上記ＷＯ９７／２１２１５に記載されたものと類似している。
【０００８】
特開平０１−０８６３３４号は、光ディスク上へ放射されたビームの開口数を制御信号に基づく選択的回折光学素子により変更することができるような光学走査装置を記載している。斯様な装置の代替案を提供することが望まれる。
【０００９】
ヨーロッパ特許出願公開第ＥＰ−Ａ−０９３２１４５号は、光ディスク上に放射されるビームの開口数を、使用される放射の波長に依存して選択的に変更することができるような光学走査装置を記載している。環状の偏光された領域を持つ偏光板が、偏光選択的光学絞りとして作用する。異なる偏光において、２つの異なる波長の放射ビームを生成することが可能な放射源が使用されている。代わりの装置を提供することが望ましい。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の或る態様によれば、光学記録担体を走査する光学走査装置であって、前記装置が該装置の光軸に沿って向けられるような所定波長の放射ビームを発生する放射源と、前記ビームの一部分の強度を低減する光学絞りとを有するような光学走査装置において、前記光学絞りが、前記ビームの前記部分の内部反射を得るように選択された螺旋ピッチを持つコレステリック液晶材料を含んでいることを特徴とするような光学走査装置が提供される。
【００１１】
また、本発明の他の態様によれば、所定波長の放射ビームを使用して光学記録担体を走査する場合に使用する光学絞りであって、該絞りが前記ビームの一部分の強度を低減するためのものであるような光学絞りにおいて、前記光学絞りが、前記ビームの前記部分の内部反射を得るように選択された螺旋ピッチを持つコレステリック液晶材料を含んでいることを特徴とする光学絞りが提供される。
【００１２】
コレステリック液晶は、他の型式の液晶と同様に、平均して一方向に並ぶ長い分子から形成されている。この方向はディレクタと称され、ベクトルｎにより示される。上記分子は、それらの両端部間で対称性は示さないが、平均すると、反対の方向と同様に多数の分子がｎの方向に整列される。従って、ｎと−ｎとは等価である。外部の影響がない場合、ネマチック液晶は、自然に、ディレクタが全体的に一様となるような配列をとる。対照的に、コレステリック液晶は如何なる外部の影響もない場合に、自然に、ディレクタが螺旋軸に沿う方向に螺旋的に変化するような配列をとる。螺旋軸に垂直な各面においては、ディレクタは一様であり、該面に対して平行である。ディレクタと垂直軸に対して直交する基準ディレクタとの間の角度は、上記螺旋軸に沿って線形に変化する。ディレクタが３６０度旋回する距離は、螺旋ピッチｐと呼ばれる。
【００１３】
他の液晶と同様に、コレステリック液晶は複屈折性である。ディレクタと平行な線形偏光を持つ放射は屈折率ｎｅを受ける一方、ディレクタと直交するような線形偏光を持つ放射は別の屈折率ｎ０を受ける。コレステリック液晶層は、当該コレステリック材料の屈折率ｎｅ及びｎ０並びに垂直ピッチｐ、入射する放射の波長λ及び上記材料の螺旋軸に対する入射角θ、並びに当該層の厚さに依存して種々の光学的特性を示す。斯かる特性の１つが、偏光選択的な（略完全な）内部反射である。θ＝０の場合、反射帯域はλｍｉｎ＝ｎ０ｐとλｍａｘ＝ｎｅｐとの間に生じる。反射の偏光選択的性質は、コレステリック螺旋と同じ利き手を持つ一方の円偏光のみが反射されるという事実に存在する。上記層は反対の円偏光の放射に対しては（略完全に）透過的である。θ≠０の場合、反射帯域は、
【数１】
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の間に発生する。
【００１４】
本発明の種々の実施例の他の特徴及び利点は、例示としてのみ示す本発明の好ましい実施例の、添付図面を参照する下記の記載から明らかとなるであろう。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、以下に記載する光学記録担体１を走査するための第１ないし第４実施例の各々による装置に共通の構成要素の概念図である。これら実施例において、記録担体１は以下に例示として示すように光ディスクである。
【００１６】
光ディスク１は透明層２を有し、該層の一方の側には少なくとも１つの情報層３が配置されている。該情報層の上記透明層から遠い側は、保護層４により環境的影響から保護されている。上記透明層の当該装置に対向する側は、ディスク入射面５である。透明層２は、上記情報層又は複数の層に対し機械的支持を提供することにより、当該光ディスクの基板として作用する。他の例として、透明層２は情報層３を保護する機能のみを有する一方、機械的支持は、例えば保護層４又は一番上の情報層に連結された他の情報層及び透明層のような、上記情報層の他方の側上の層により設けられるようにすることもできる。
【００１７】
情報は、当該光ディスクの上記情報層３又は複数の情報層に、図１には示さないが、略平行な同心的又は螺旋状のトラックに配置される光学的に検出可能なマークの形で記憶することができる。上記マークは、例えば反射係数を持つピット若しくは領域又は周囲とは異なる磁化の方向の形態、又はこれら形態の組み合わせ等の、如何なる光学的に読み取り可能な形態でもよい。
【００１８】
当該走査装置は、例えば半導体レーザのような、レンズ系に向かって発散放射ビーム７を放出する放射源６を含んでいる。該レンズ系は、主光軸１３及び出力光軸１４に沿って配列された、コリメータレンズ９、対物レンズ１０及びコンデンサレンズ１１を含んでいる。上記対物レンズ１０は単一のレンズとして図示されているが、該レンズは複合レンズであってもよく、その場合２以上のレンズは好ましくは剛性の取り付けにより相互間隔を以って固定されるようにする。対物レンズ１０は、平凸面レンズとして図示されているが、凸凸面レンズ又は凸凹面レンズのような他のレンズ型式も使用することができる。対物レンズ１０は、当該放射ビームを伝送する導波路外へと放射を結合する、透過的若しくは反射的に動作するホログラム又は格子を有していてもよい。
【００１９】
コリメータレンズ９は、発散放射ビーム７を平行化された（略平行な）ビーム１５に変換する。ビームスプリッタ８、例えば半透明板は、入射ビームを透過する。対物レンズ１０は、入射する上記平行放射ビーム１５を、選択された開口数ＮＡを持つ収束ビーム１７に変換し、該収束ビームは情報層３上でスポット１８となる。
【００２０】
情報層３により反射された収束ビーム１７の放射は、発散反射ビーム１９を形成し、該ビームは順方向収束ビーム１７の光学経路に沿って戻る。対物レンズ１０は、反射ビーム１９を略平行化された反射ビーム２１に変換し、ビームスプリッタ８は、該反射ビーム２１の少なくとも一部をコンデンサレンズ１１に向けて反射することにより上記順方向及び反射ビームを分離する。
【００２１】
コンデンサレンズ１１は入射ビームを、図１に単一素子２３（実際には、複数の検出素子を使用することができる）として包括的に示す検出系上に収束される収束反射ビーム２２に変換する。該検出系は上記放射を捕捉し、該放射を電気信号に変換する。これら信号の１つは情報信号２４であり、該信号の値は情報層３から読み取られた情報を表す。他の信号は焦点誤差信号２５であり、該信号の値はスポット１８と情報層３との間の高さの軸方向の差を表す。
【００２２】
信号２５は焦点サーボコントローラ２７に入力される。焦点誤差信号２５は、焦点サーボモータ２９用の焦点制御信号２８を発生するために使用され、該モータは対物レンズ１０の軸方向位置を、スポット１８の軸方向位置が当該スポットの領域において情報層３の面に略一致するように制御する。
【００２３】
放射ビームが、当該対物レンズが現在調整されている厚さよりも厚い又は薄いような光ディスクの深さを介して収束されねばならないような場合に、当該光学系に不所望な球面収差が生じる。これらの球面収差は、同時係属中のヨーロッパ特許出願第９９２０３１８４．９号に記載されているようなビームスプリッタ８と光ディスク１との間の光学経路に配置された光電装置を含むサブシステム等の球面収差補償光学サブシステムにより任意選択的に補償することができる。斯様な光電装置の機能は、参照することにより、本明細書に組み込まれるものとする。
【００２４】
当該装置の読み取り効率を向上させるために、例えば４分の１波長板１２等の偏光修正光学要素が、好ましくは、当該光学経路におけるビームスプリッタ８と光ディスク１との間の光学経路内の位置に存在するようにする。４分の１波長板１２は、前記レーザから放出された線形偏光放射を特定の利き手の円偏光放射に変換する一方、該４分の１波長板は当該ビームを元の線形偏光に対して垂直な線形偏光に再変換する。ビームスプリッタ８は、好ましくは、上記偏光修正光学要素との組み合わせで作用するような偏光ビームスプリッタとし、該ビームスプリッタ８から検出器２３への一層大きな出力効率を保証するようにする。
【００２５】
第１ないし第４実施例の各々に関する下記の説明において、これら説明には図１に関する上記説明が適用されることを意図するものであると共に、図１に関して説明した構成要素又はそれらの変形例が第１ないし第４実施例の各々にも含まれることを意図するものであると理解されたい。
【００２６】
さて図２を参照すると、本発明の第１実施例において、図１の光学走査装置の光学系は選択的光学絞りとして作用するように設計された略一様なコレステリック液晶層１００を含んでいる。該層１００は略一様な厚さのもので、対物レンズ１０と光ディスクの位置との間、即ち順方向ビームの収束部分内に配置されている。対物レンズ１０が図示のように平凸レンズを含む場合は、好ましくは、コレステリック層１００は該レンズの後側平面に対して直に配置されるようにする。層１００は、第１の所定の波長λ１の放射に対する当該対物レンズ１０のＮＡをＮＡ１に制限するように設計されている。一方、第２の所定の波長λ２の波長に対しては、該対物レンズ１０のＮＡは制限されず、これにより大きな開口数ＮＡ２を提供する。これが図２及び３に示されており、ここで、ＮＡ１＝ｓｉｎθ１及びＮＡ２＝ｓｉｎθ２であり、また、θは光軸に対する範囲角度である。
【００２７】
コレステリック層１００が、λ１に対してはθ１とθ２との間で反射的であるが、λ１に対してθ１までは透過的であるのを保証するために、層１００の設計により下記の関係（式）が真となるようにする：
【数２】
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【００２８】
更に、当該コレステリック螺旋の利き手は、入射する波長λ１の円偏光放射のものと等しくなるように選定される。
【００２９】
最後に、層１００がλ２に対して全体として透過的であることを保証するために、下記の式も真となるようにされる：
【数３】
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【００３０】
結果としての反射率特性が図３に図示されており、該図においては角度θ１及びθ２における反射帯域の位置が示されている。理解されるように、波長λ１における放射はθ１とθ２との間の全ての角度に対して帯域内に入る。
【００３１】
上記式は全て、適切な螺旋ピッチｐ並びに屈折率ｎ０及びｎｅのコレステリック材料を設けることにより満足される。ｎ０及びｎｅは大きな変化は示さず、ここでは全体を通して約１．５及び１．６の値において仮定されるが、螺旋ピッチｐは大幅に変更することができる。
【００３２】
上記式は、標準の光ディスクフォーマットの何れの選択された組み合わせに対しても適した選択的絞り効果を有するようなコレステリック層を提供する。例えば、ＣＤ及びＤＶＤ互換性走査器を設けるには、上記式が、λ１＝７８０ｎｍ、ＮＡ１＝０．４５（ＣＤ）及びλ２＝６５０ｎｍ、ＮＡ２＝０．６０（ＤＶＤ）に対して満足されるように設計される。導入部に記載したもののような、如何なる２つの異なるフォーマットに対する波長とＮＡとの他の組み合わせも、コレステリック層１００のピッチの値に対して同様に適切な値を与えるであろう。
【００３３】
コレステリック層１００は、反射された放射ビームに対しては波長に無関係に全体として透過的である。何故なら、放射の偏光の利き手が、光ディスクからの反射に際して切り換えられるからである。
【００３４】
この実施例の潜在的欠点は、ビームの収束部分に配置されるため、コレステリック層１００が当該ビームに連続的に変化する半径方向の位相変化、即ち球面収差を生じる点にある。しかしながら、これら収差は前述したように補償することができる。
【００３５】
上述した実施例においては、単一のレーザ源６を異なる波長λ１及びλ２において放射ビームを発生するために使用することができる。他の例として、２つの別個のレーザ源を使用することもできる。同様のことが、下記に述べる本発明の第２実施例にも当てはまる。
【００３６】
次に図４を参照すると、本発明の第２実施例においては、図１の光学走査装置の光学系は、選択的光学絞りとして作用するように設計された不均一なコレステリック液晶層２００を含んでいる。
【００３７】
上記層２００は略一様な厚さのものであって、４分の１波長板１２と対物レンズとの間に、即ち放射ビームの平行化された部分に配置されている。従って、連続的に変化する半径方向位相変化は該層２００によっては発生されない。図４には図示されていないが、好ましくは、層２００は上記４分の１波長板の後側平面に対して直に配置されるようにする。
【００３８】
層２００は、第１実施例に関して上述したように、当該走査装置の光学系のＮＡを入射する放射の波長に依存して変化させるように設計されている。層２００は、第１の所定の波長λ１に対して対物レンズ１０のＮＡをＮＡ１に制限するように設計されている。一方、第２の所定の波長λ２に対しては、対物レンズ１０のＮＡは制限されず、これにより、より大きな開口数ＮＡ２を提供する。
【００３９】
この実施例において、層２００は２つの部分、即ち円形の中央部分２０２と外側の環状部分２０４とを含んでいる。これら２つの部分は、異なる螺旋ピッチｐｃｅｎｔｒｅ及びｐｒｉｎｇを各々有している。これら２つの部分は、一緒に配置される前に別々に製造することができる。もっと効率的な方法は、例えば本出願人による同時係属中の出願ＷＯ００／３４８０８及びＥＰ９９２０３２８８．８に記載されているような局部的に変化する螺旋ピッチを持つ単一のコレステリック液晶層の製造である。環状部分２０４は、場所的に、所望のＮＡの変化、即ちＮＡ１からＮＡ２への変化に対応する。環状部分２０４の螺旋ピッチｐｒｉｎｇは、第１波長λ１に対して（略完全な）内部反射（ｉｎｔｅｒｎａｌ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）を生じるように設計されている。ｐｒｉｎｇに対してはλ１上に位置する反射帯域を提供するような如何なる値を選択することもできるが、最大量の反射は該反射帯域の中心で得られる。従って、ｐｒｉｎｇに対する好ましい値は：
【数４】
2004503046.tif 000006
となる。
【００４０】
所望の光学絞りの動作に関して満足されるべき他の関係は下記の通りである：
【数５】
2004503046.tif 000007
【００４１】
上記において、第２波長λ２の放射は、第１波長の放射及び当該コレステリック材料の螺旋と同一の円偏光を有していると仮定している。しかしながら、コレステリック層２００は、第２波長の放射が反対の円偏光を有するように構成することにより透過的となるようにすることもでき、その場合、上記式（５）及び（６）は適用する必要がない。
【００４２】
上記構成のみにより、層２００が使用される光学系のＮＡを変更させる効果的な光学絞りを提供することが可能であるが、該第２の実施例の好ましい特徴は、層２００を通過する放射ビームの位相輪郭が当該層自体によっては変化されない点にある。これは、第２波長λ２に関する限り、外側部分２０４により形成される光学経路の長さが内側部分２０２により示されるものと等しくなることを要する。これは、ピッチｐｃｅｎｔｒｅに関して適切な値を選択することにより達成することができる。
【００４３】
当該放射の円偏光の利き手がコレステリック螺旋のものと同一である場合に、λ２なる波長の放射が受ける位相変化は、次のようになる：
【数６】
2004503046.tif 000008
【００４４】
一方、円偏光において反対の利き手を持つ波長λ２の放射の場合、受ける位相変化は次のようになる：
【数７】
2004503046.tif 000009
【００４５】
当該層が全体を通して一様な厚さのものである場合、中央部分２０２と外側の環状部分２０４とにおいて生じる位相変化の間の整合が可能であることが分かった。円偏光された放射の利き手は、好ましくは、コレステリック螺旋のものと等しいものとする。上記位相変化を整合させるため、下記の式が適用される：
【数８】
2004503046.tif 000010
【００４６】
この式の解は次の通りである：
【数９】
2004503046.tif 000011
【００４７】
特に言及しない限り、解は：
【数１０】
2004503046.tif 000012
となる。
【００４８】
このように、中央部分２０２及び外側環状部分２０４におけるコレステリック螺旋のピッチに関して上述したように選択された値によれば、上記ビームの平行化された部分に配置された場合に順方向ビームに半径方向の位相差を生成しないような層２００を設けることが可能である。例えば、λ１＝７８０ｎｍ（ＣＤ）、λ２＝６６０ｎｍ（ＤＶＤ＋ＲＷ）及びｎ（バー）＝１．５の場合、与えられる解はｐｒｉｎｇ＝０．５２μｍ及びｐｃｅｎｔｒｅ＝２．９μｍとなる。導入部に記載したもののような、如何なる２つの異なるフォーマットに対する波長の他の組み合わせも、同様に、光学走査装置に使用されるべきコレステリック層２００におけるピッチの値に関する好適な値を提供するであろう。
【００４９】
光ディスクにおける反射に際して円偏光の利き手は反転するであろうから、逆方向ビームにおいては半径方向の位相変化が生じる。しかしながら、この変化は相対的に小さなもので、当該系の動作に対して実質的に影響を有さないか、又は必要に応じて補償することができる。ビームの内側部分と外側部分との間で誘起される位相差は下記の式を用いて与えられる：
【数１１】
2004503046.tif 000013
【００５０】
十分な光学絞り効果を得るために、波長λ１に対する環状部分２０４により得られる反射の量は十分でなければならない。放射の振幅が係数１／ｅだけ減少する距離として定義される透過深度（ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ）ｌ（エル）は下記の式により定義される：
【数１２】
2004503046.tif 000014
【００５１】
Δｎ＝ｎｅ−ｎ０＝０．１なる複屈折に関しては、透過深度ｌ（エル）は適切な３．５μｍなる値を有する。波長λ１の放射に対する外側環状部分２０４における透過量は好ましくは１％以下であり、その場合、上記層の厚さｄは好ましくはｌｏｇ１０、即ち２．３のｌ（エル）倍である。ここでも、Δｎ＝０．１を取ると、上記層２００の厚さは好ましくは少なくとも８．１μｍとなる。
【００５２】
上述した第２実施例においては、中央及び外側のコレステリック部分を有すると共に、これら部分の間に一様な厚さを有する層を説明したが、同様な光学絞りの効果は、コレステリック的外側環状部分のみにより、又は斯様な中央及び外側部分ではあるが異なる厚さを有するものにより達成することができることに注意すべきである。更に、上述した不均一な光学絞りは当該光学系の平行化されていない部分においても使用することができる。
【００５３】
上述した本発明の第１及び第２実施例においては、光学絞り効果は、異なる波長の放射が使用された場合に、異なるＮＡの間で切り換えるために使用された。以下に述べるべき本発明の第３及び第４実施例においては、光学絞り効果は、使用される放射の波長を変更する必要性なしに、異なるＮＡの間で切り換えるために使用される。
【００５４】
次に図６Ａ及び６Ｂを参照すると、本発明の第３実施例、即ち前述した第１実施例のものと同様なコレステリック層１００が、例えば既知のツイストネマチック（ＴＮ）液晶セル等の偏光スイッチング素子３００と組み合わせて使用されている。ＴＮセル３００は、オフ状態において、入射光ビームの線形偏光を９０度（ｐ状態からｓ状態へ）変更するよう作用する。しかしながら、オン状態において、ＴＮセル３００の電極の間に適切な電圧が印加されると、上記ビームの線形偏光は該セルによっては影響を受けない（即ち、ｐ状態はｐ状態に留まる）。ＴＮセル３００のスイッチングに際して、光学開口のＮＡ１（＝ｓｉｎθ１）からＮＡ２（＝ｓｉｎθ２）への変化を達成するために、コレステリック層１００に関して下記の式が真となるように設計される：
【数１３】
2004503046.tif 000015
【００５５】
ＴＮセル３００の一方の状態においては、入射する放射の円偏光の利き手は当該コレステリック材料のものと一致し、その場合、層１００の外側部分において（略完全な）内部反射が発生する（図６Ｂ）。
【００５６】
他方の状態では、上記放射は反対の利き手を有し、全ビームが当該層を通過する（図６Ａ）。この状態において、上記放射は反射されると反対の利き手を取り、従って逆方向ビームの外側部分は光ディスクに向かって反射して戻され、かくして、検出器において読出信号に如何なる有効な加算ももたらすことはありそうにない。しかしながら、スイッチオンされた場合、上記ビームの付加的な外側部分は書き込み目的のためのみには使用することができる。
【００５７】
本発明の第４実施例においては、前述した第２実施例により構成されたコレステリック層２００が図２の構成において第１実施例のコレステリック層１００の代わりに使用される。
【００５８】
上述した説明から、本発明が、ＣＤ及びＤＶＤのような所定の異なるフォーマットの光学記録担体を光学絞りにより得られる異なる開口数での走査を用いて走査する手段を有するような光学走査装置の種々の実施例を提供することが分かるであろう。上記光学絞りは１以上の選択された螺旋ピッチのコレステリック液晶材料を有し、これらピッチが該絞りに所望の波長及び／又は偏光選択性特性を付与する。
【００５９】
以上、種々の実施例を、それらの修正例及び変形例と共に説明したが、本発明は、これらに限定されるものではないと理解されるべきである。種々の他の修正例及び変形例を、添付請求項に記載した本発明の範囲から逸脱すること無しに採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明の第１ないし第４実施例の各々による装置に共通の構成要素の概念図である。
【図２】
図２は、本発明の第１実施例による対物レンズ装置の概念図である。
【図３】
図３は、図２の装置の反射率特性を示すグラフである。
【図４】
図４は、本発明の第２実施例の概念図である。
【図５Ａ】
図５Ａは、図４の装置の反射率特性を示すグラフである。
【図５Ｂ】
図５Ｂも、図４の装置の反射率特性を示すグラフである。
【図６Ａ】
図６Ａは、本発明の第３実施例の概念図である。
【図６Ｂ】
図６Ｂも、本発明の第３実施例の概念図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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