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【発明の名称】 光ヘッド装置
【発明者】 【氏名】野村 琢治

【氏名】村田 浩一
【要約】 【課題】光源からの出射光に対し、波面形状を変化させる位相補正素子に電圧を供給ための制御回路の数を少なくして、波面形状の変化を連続的に行える位相補正素子を備えた光ヘッド装置を得る。

【解決手段】一対の基板間に異方性光学媒質を挟持し、一対の基板の表面には異方性光学媒質への電圧印加用の電極をそれぞれ形成し、少なくとも一方の電極には２つ以上の給電部をそれぞれ異なる位置に形成して、導電性薄膜からなる薄膜抵抗を介して給電部の２つ以上が導電接続された位相補正素子を作製し、この位相補正素子４を光ヘッド装置のコリメートレンズ３と４分の１波長板５との間に設置する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】光源と、光源からの出射光を光記録媒体上に集光させるための対物レンズと、光源と対物レンズとの間に設けられた出射光の波面を変化させる位相補正素子と、波面を変化させるための電圧を位相補正素子へ出力する制御電圧発生手段とを備えた光ヘッド装置であって、位相補正素子は一対の基板に挟持された異方性光学媒質を備えており、一対の基板の対向するそれぞれの表面には異方性光学媒質への電圧印加用の電極が形成されており、少なくとも一方の電極には複数の給電部がそれぞれ異なる位置に形成されており、導電性薄膜からなる薄膜抵抗を介して複数の給電部の２つ以上が導電接続されていることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２】前記給電部が形成されている電極が分割されて複数の分割電極とされ、それぞれの分割電極には１つ以上の給電部が配置されており、前記給電部のうち２つ以上が前記薄膜抵抗を介して導電接続されている請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項３】前記薄膜抵抗の全ては、抵抗値が１００Ωから１０００ｋΩまでの範囲にある請求項１または２に記載の光ヘッド装置。
【請求項４】前記電極を形成する電極材料のシート抵抗の全ては、前記給電部を形成する給電部材料のシート抵抗の１０００倍以上である請求項１、２または３に記載の光ヘッド装置。
【請求項５】前記電極材料は、ガリウムが添加された酸化亜鉛膜、またはガリウムとシリコンとが添加された酸化亜鉛膜からなる請求項４に記載の光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスクなどの光記録媒体の記録・再生を行う光ヘッド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ディスクであるＤＶＤは、同じく光ディスクであるＣＤに比べディジタル情報が高密度で記録されており、ＤＶＤを再生するための光ヘッド装置は、光源の波長をＣＤの７８０ｎｍよりも短い６５０ｎｍまたは６３５ｎｍとしたり、対物レンズの開口数（ＮＡ）をＣＤの０．４５よりも大きい０．６にして光ディスク面上に集光するスポット径を小さくしている。
【０００３】さらに、次世代の光記録においては光源の波長を４００ｎｍ程度、ＮＡを０．６以上とすることで、より大きな記録密度を得ることが提案されている。しかし、光源の短波長化や対物レンズの高ＮＡ化が原因で、光ディスク面が光軸に対して直角より傾くチルトの許容量や光ディスクの厚さムラの許容量が小さくなる。
【０００４】これら許容量が小さくなる理由は、光ディスクのチルトの場合にはコマ収差が発生し、光ディスクの厚さムラの場合には球面収差が発生するために、光ヘッド装置の集光特性が劣化して信号の読み取りが困難になることによる。高密度記録において、光ディスクのチルトや厚さムラに対する光ヘッド装置の許容量を拡げるためにいくつかの方式が提案されている。
【０００５】一つの方式として、通常光ディスクの接線方向と半径方向との２軸方向に移動する対物レンズのアクチュエータに、検出されたチルト角に応じて対物レンズを傾けるように傾斜用の軸を追加する方式がある。しかし、この追加方式では球面収差は補正できない、アクチュエータの構造が複雑になる、などの問題がある。
【０００６】別の方式として、対物レンズと光源との間に備えた位相補正素子により波面収差を補正する方式がある。この補正方式では、アクチュエータに大幅な改造を施すことなく光ヘッド装置に素子を組み入れるだけで光ディスクのチルトの許容量や厚さムラの許容量を拡げることができる。
【０００７】例えば、位相補正素子を用いて光ディスクのチルトを補正する上記の補正方式に特開平１０−２０２６３がある。これは、位相補正素子を構成している液晶などの複屈折性材料を挟持している一対の基板のそれぞれに、電極が分割されて形成された分割電極に電圧を印加して、複屈折性材料の実質的な屈折率を光ディスクのチルト角に応じて変化させ、この屈折率の変化により発生した透過光の位相（波面）変化により、光ディスクのチルトで発生したコマ収差を補正する方式である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来の位相補正素子では光源からの出射光の波面を変化させて波面収差を補正するために、位相補正素子に備えられた電極を複数個に分割して各々異なる制御信号である電圧を印加する必要がある。そのため、所望の波面形状を得るには多数の電極、配線および外部信号源（電源）が必要であり、素子構成の複雑化や多数の外部信号源（電源）使用による装置の繁雑化などの問題が生ずる。これに対し、電極、配線および外部信号源（電源）の数を、できるかぎり低減させたい要望があった。
【０００９】１つの電極に着目すると波面の変化量は同じであるため、連続的に変化させることは困難である。特に、球面収差の周辺部分などの波面収差の変化量が大きい領域を連続的に変化させることが望まれていた。さらに、分割された電極間の領域には外部信号を印加できないため、光散乱などによる光の透過率低下の原因になる場合もある。したがって、できるかぎり分割電極数を減らして、電極間の領域数を減らすことが望まれていた。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、光源と、光源からの出射光を光記録媒体上に集光させるための対物レンズと、光源と対物レンズとの間に設けられた出射光の波面を変化させる位相補正素子と、波面を変化させるための電圧を位相補正素子へ出力する制御電圧発生手段とを備えた光ヘッド装置であって、位相補正素子は一対の基板に挟持された異方性光学媒質を備えており、一対の基板の対向するそれぞれの表面には異方性光学媒質への電圧印加用の電極が形成されており、少なくとも一方の電極には複数の給電部がそれぞれ異なる位置に形成され、導電性薄膜からなる薄膜抵抗を介して複数の給電部の２つ以上が導電接続されていることを特徴とする光ヘッド装置を提供する。
【００１１】また、前記給電部が形成されている電極が分割されて複数の分割電極とされ、それぞれの分割電極には１つ以上の給電部が配置されており、前記給電部のうち２つ以上が前記薄膜抵抗を介して導電接続されている上記の光ヘッド装置を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１に本発明の光ヘッド装置の原理構成の一例を示す。図１に示した光ヘッド装置はＣＤまたはＤＶＤなどの光ディスク８に記録された情報を再生するためのものであり、光源である例えば半導体レーザ１から出射した光は例えばホログラムタイプの偏光ビームスプリッタ２を透過した後、コリメートレンズ３により平行光となり、位相補正素子４を透過後、立ち上げミラー１１で９０°方向に反射され、４分の１波長板５を透過し、アクチュエータ７に設置された対物レンズ６により光ディスク８上に集光される。位相補正素子４を構成している一対の基板はともに透明である。基板がともに透明でなく、一方のみが透明であってもよく、これについては後に述べる。
【００１３】集光された光は光ディスク８により反射され、対物レンズ６、４分の１波長板５、立ち上げミラー１１、位相補正素子４、コリメートレンズ３を順次先程とは逆に透過した後、偏光ビームスプリッタ２により回折され光検出器９に入射する。前述の半導体レーザ１からの出射光が光ディスク８により反射される際、光ディスクの面上に記録された情報により反射光は振幅変調され、光検出器９により光強度信号として記録情報を読み取ることができる。
【００１４】偏光ビームスプリッタ２は例えば偏光性のホログラムを備えており、異方性方向（屈折率に差がある方向）に偏光成分を有する光を強く回折して光検出器９に導く。光検出器９より得られる光ディスクの例えば再生信号の強度が最適となるように、位相補正素子４に向けて制御電圧発生手段である位相補正素子制御回路１０により電圧が出力される。位相補正素子制御回路１０より出力される電圧は、光ディスクのチルト量や対物レンズのシフト量に応じた電圧であり、位相補正素子４の電極に印加する実質的に変化する電圧となる。
【００１５】また立ち上げミラー１１は、半導体レーザ１より出射した光をほぼ９０゜方向に反射させ光ディスクに入射させるものであり、光ヘッド装置の厚さ（光ディスク８の面に垂直な方向）を薄くするには使用することが好ましい光学部品である。通常は、ガラス表面にアルミニウムなどの高反射膜を蒸着したものが使用される。図１では、立ち上げミラー１１を使用し、半導体レーザ１より出射した光の光路を変更したが、立ち上げミラー１１を使用せずはじめから半導体レーザ１からの出射光の方向を光ディスク８の面に垂直となるようにしてもよい。
【００１６】異方性光学媒質には、ニオブ酸リチウムなどの光学結晶や液晶などが使用できる。異方性光学媒質として液晶を用いることは、例えば６Ｖ程度の低い電圧によって実質的な屈折率が容易にかつ電圧の大きさに応じて連続的に制御できて好ましい。さらに、ニオブ酸リチウムなどの光学結晶などと比べて量産性が高く好ましい。したがって以下では、異方性光学媒質として液晶の材料を使用する場合について説明する。
【００１７】使用する液晶材料は、ディスプレイ用途などに用いられるネマティック液晶がよく、カイラル剤の添加によりツイストさせてもよい。また、使用する基板の材料としては、ガラス、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂などが使用できるが、耐久性などの点からガラスの基板が好ましい。したがって、以下では基板の材料としてガラスを使用する場合について説明する。
【００１８】つぎに本発明において使用する位相補正素子の構成を図２を用いて説明する。ガラス基板２１ａ、２１ｂが、例えばエポキシ系樹脂を主成分とするシール材２２により接着され液晶セルを形成している。シール材２２には例えばガラス製のスペーサと例えば樹脂の表面に金などを被膜した導電性スペーサが含まれている。ガラス基板２１ａの内側表面には、内側表面から電極２４ａ、シリカなどを主成分とする絶縁膜２５、配向膜２６がこの順に、またガラス基板２１ｂの内側表面には、内側表面から電極２４ｂ、シリカなどを主成分とする絶縁膜２５、配向膜２６がこの順に被膜されている。液晶セルの外側表面には反射防止膜が被膜されていてもよい。
【００１９】電極２４ａは電極引出部２７で接続線によって位相補正素子制御回路と接続できるようパターン配線されている。また電極２４ｂは上述の金などを被膜した導電性スペーサによりガラス基板２１ａ上に形成された電極２４ａと導電接続しており、したがって、電極２４ｂは電極引出部２７で接続線によって位相補正素子制御回路と接続できる。図２には、電極２４ｂと電極２４ａとがシール材２２と接している様子が示されていないが、紙面と平行なシール材とは接しており両電極は導電性スペーサを通じて導電接続されている。液晶セル内部には液晶２３が充填されており、図２に示した液晶分子２８は、一方向に配向されたホモジニアス配向の状態にある。
【００２０】本発明における位相補正素子では、これら電極２４ａ、電極２４ｂの少なくとも一方の電極の面内の異なる位置に、異なる電圧を供給するための複数（２つ以上）の給電部を形成している。すなわち、一方の電極の場合は２つ以上の給電部を、両方の電極の場合はそれぞれに２つ以上の給電部（合計４つ以上）を形成する。
【００２１】配向膜の材料としては、液晶分子２８のプレチルト角が２〜１０゜となれば好ましく、ポリイミド膜を図２の紙面に平行で左右方向にラビングしたものや、シリカ膜を斜め蒸着したものなどがよい。また、液晶の常光屈折率と異常光屈折率との差を大きくして液晶セルの間隔を小さくした方が応答性を高くでき好ましい。しかし、液晶セルの間隔が小さくなるほど液晶セルの製作が困難になるため、液晶の常光屈折率と異常光屈折率の差は０．１〜０．２、液晶セルの間隔は２〜５μｍ程度とすることが好ましい。
【００２２】図１に示した光ヘッド装置の場合、一対の基板の両方ともが透明であり、光は位相補正素子４を透過するため、電極２４ａ、２４ｂの材質は透過率が高い方が望ましく、ＩＴＯ膜、酸化亜鉛膜などの透明導電膜を使用すればよい。この場合は、位相補正素子４を透過型素子として使用している。
【００２３】しかし、一対の基板の片方のみを透明な基板とする場合、電極２４ａ、２４ｂのいずれか一方をアルミニウム、クロムなどの反射率の高い材質を用いて作製し、位相補正素子４を反射型素子として使用できる。このとき、図１の立ち上げミラー１１の代わりにこの位置に位相補正素子４を設置できる。最初に光が入射する側の電極（例えば電極２４ａ）を高透過率の透明電極にして、他方の電極（例えば電極２４ｂ）を高反射率の電極にすれば、位相補正素子４に入射した光は、透明の電極２４ａ、液晶を透過して電極２４ｂで反射された後、再度、液晶、透明の電極２４ａを透過して光ディスク８に向かう。
【００２４】上述のように位相補正素子４として反射型素子を使用すれば、すなわち位相補正素子を構成する一対の基板のうち一方が透明な基板であれば、図１の立ち上げミラー１１を位相補正素子４で置き換えることができるため部品点数が減り、また光ヘッド装置の厚さを薄くできて好ましい。この場合、位相補正素子４に入射する光はほぼ４５゜の角度で液晶２３を２度通過するため、透過型の場合と異なる液晶セル間隔（液晶セルの中の液晶層の厚さ）を設定しておけばよい。
【００２５】以上、位相補正素子を用いて波面を変化させる機能に必要な構成を述べたが、波長板や偏光ホログラムを位相補正素子４に積層することにより、波長板５や偏光ビームスプリッタ２の機能を位相補正素子４が併せ持つようにできる。この場合、光ヘッド装置を構成する光学部品の数が減ることで組立、調整が簡易となり、生産性が向上して好ましい。
【００２６】位相補正素子４に、回折格子や光源の波長により光束径を変化させるためのダイクロイック開口制限層などを積層したり、ガラス基板２１ａ、２１ｂの外側表面上にダイクロイック開口制限層を直接形成したりすることもでき、この場合も個々の部品を新たに追加することに比べて生産性が向上して好ましい。波長板を積層する場合は、光ディスク側のガラス基板に直接貼り合せるか、または貼り合わせたガラス基板をさらに積層すればよい。
【００２７】つぎに、本発明における位相補正素子を構成する基板上の電極に形成される、電圧供給のための給電部を導電接続する薄膜抵抗について説明する。本発明における位相補正素子は、例えば同一基板上の電極に形成された上記の給電部の２つ以上は、導電性薄膜により形成された薄膜抵抗により基板面上で導電接続されている。薄膜抵抗を設けることにより得られる効果を、球面収差を補正する場合を例に以下詳しく説明する。
【００２８】図３は対物レンズのＮＡが０．６５、光源の波長が０．４μｍの光学系において、光ディスクの厚さが設計値の０．６ｍｍより０．０３ｍｍ厚くなった場合に発生する波面収差（球面収差）を示す図である。光ディスクが設計値より厚い場合は有効瞳の中心部および周辺部に比べて、その両部に挟まれた中間部の位相が進んだ状態となり、厚さが薄い場合は位相が遅れた状態となる。
【００２９】本発明における位相補正素子との比較を容易とするために、ここで従来の位相補正素子について説明する。図４は上記のような球面収差を補正するために用いられる位相補正素子の電極パターンの従来例であり、薄膜抵抗を有しない構成である。図４中の斜線部は高抵抗の透明導電膜で形成された透明電極３０であり、給電部３１を中心に同心円状に給電部３２、３３、３４が形成され、図中の直線状の太線で示した配線により給電部３１〜３４は外部信号源に接続され、給電部３１、３４は信号１を、給電部３２は信号３を、給電部３３は信号２を供給され、各々の給電部に電圧を印加できる。
【００３０】したがって、従来例では３つ以上の信号を発生できる外部信号源（図４では３つ）が必要である。図５は従来例の位相補正素子の電極パターンの等価回路図である。図５の点３５、３６、３７、３８は図４に示した給電部３１、３２、３３、３４に相当する。また抵抗Ｒ1は透明電極３０に起因する給電部３１、３２間の抵抗であり、同様にＲ2、Ｒ3は給電部３２と３３、給電部３３と３４の間の抵抗である。ここで、給電部の抵抗および給電部と外部信号源との配線の抵抗は、透明電極３０に起因する抵抗Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3に比べ充分小さいので等価回路では無視する。
【００３１】透明電極３０および給電部の材質については後程詳しく述べる。図３の球面収差を補正するために、給電部に電圧Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3を印加して透明電極３０の面内で電圧降下を発生させ連続的な電位分布を発現させる。図６は球面収差量と電位の大きさの関係について中心点を通る切断面で比較した図であり、電圧Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3を適切に設定することで電位分布形状を収差分布形状に一致させることができる。
【００３２】位相補正素子内部の液晶分子は、電圧の印加により配向方向が場所により連続的に変化する。したがって、上記のように連続的に変化する電圧分布では配向方向が場所により連続的に変化するため液晶複屈折の実質的な屈折率差δｎが連続的に変化する。入射光の波面はδｎの大きさに応じて位相シフトするため、印加電圧の大きさに応じて位相シフト量を変化できる。したがって、発生した収差量に応じた電圧を印加することで波面収差を相殺し補正できる。
【００３３】以上が従来の位相補正素子であるが、つぎに本発明における位相補正素子について述べる。図７は本発明における位相補正素子の電極パターンを示す図であり、薄膜抵抗４５を設置した場合である。透明電極４０、給電部４１、４２、４３、４４および信号１、２は図４の従来例と同じであり、給電部４２が薄膜抵抗４５を使用して給電部４１、４４と導電接続され信号１を印加できる点が異なる。図８は、図５と同様に点４６、４７、４８、４９は給電部４１、４２、４３、４４に相当し抵抗Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3は給電部４１と４２、４２と４３、４３と４４の間の透明電極４０による抵抗をそれぞれ表わしている。ＲSは薄膜抵抗４５の抵抗を示しており、点４７が所望の電圧になるように、信号１より供給される電圧Ｖ1を分圧する。したがって、従来例では点４７の電圧（図５の点３６に相当）は別の信号源より発生した信号３により得られているが、本発明における位相補正素子の場合信号３は不要であるため、従来より少ない信号源で動作させることができる。点４７における電圧Ｖ3はオームの法則を用いて計算した式（１）より得られる。
【００３４】
【数１】

【００３５】したがって、透明電極の抵抗Ｒ1、Ｒ2および駆動電圧Ｖ1、Ｖ2が得られていればＲSを適切に設定することで、従来、外部信号源から供給されていた電圧と等しい電圧を印加できる。
【００３６】薄膜抵抗の抵抗ＲSは、薄膜抵抗を構成している導電性薄膜のシート抵抗ρL、薄膜抵抗の幅Ｗ、長さＬを用いてＲS＝ρL×Ｌ／Ｗと書くことができる。例えばＲS＝１０ｋΩにするには、ρL＝３００Ω／□、Ｌ＝１ｍｍ、Ｗ＝３０μｍにすればよい。薄膜抵抗の線幅Ｗは狭すぎると形状誤差による抵抗バラツキが大きくなるため１０μｍ以上にするのがよい。長さＬが長くなり基板上に設置が困難になった場合には、途中折り曲げてもよい。
【００３７】上記の構成では信号１による電圧Ｖ1を分圧して点４７の電圧を設定したが、同様な原理により信号２による電圧Ｖ2を分圧してもよい。この場合、薄膜抵抗は図７で信号２側の配線に接続され、図８の等価回路では抵抗Ｒ2と並列になるよう点４７と４８との間に設置される。
【００３８】つぎに電極、給電部、薄膜抵抗の抵抗値、および材質について述べる。給電部を形成する給電部材料のシート抵抗ρSと電極を形成する電極材料のシート抵抗ρTの比ρT／ρSを１０００以上にすることが好ましい。ρT／ρSが小さい場合、電極にも比較的大きな電流が流れ、電極と接している給電部内で電圧降下が生じて、所望の電圧分布を得ることが困難となることがある。したがって、給電部材料に比べ電極材料のシート抵抗が高いほど、隣接する給電部間で電位を連続的に変化させやすく、所望の電位分布を得ることができる。ρT／ρSを１０００以上にすることがこの条件を満たすための目安である。
【００３９】しかし、ρTが大きすぎると給電部の導電性がなくなり電位分布は発生しない。したがってρSをできるだけ小さくする方が望ましく、ρSは０．１〜１０Ω／□程度、ρTは１００〜１００ｋΩ／□程度がよい。以上の条件を満足し適切にρSとρTを設定すると、一方の電極のみに２つ以上の給電部を形成しこれら２つ以上の給電部にそれぞれ異なる電圧を供給した場合、給電部Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3・・・それぞれの給電部内では等電位となるが、電極面内の電位分布は給電部間で発生する電圧降下により連続的に変化する。この連続的に変化する状況は、２つ（２面）の電極に２つ以上の給電部を形成して異なる電圧を供給しても同じである。
【００４０】給電部材料としては、銅、金、アルミニウム、クロムなどの金属材料が導電性・耐久性の点から好ましいが、比抵抗が室温で１０-8〜１０-7Ω・ｍ程度あれば金属以外の材料でもよい。例えばＩＴＯ膜などの透明導電膜を用いることもでき、金属材料を使用する場合に比べ遮光部がなくなるため光の透過率が高くなり好ましい。しかし透明導電膜は金属膜に比べ比抵抗が大きいため、シート抵抗を小さくするためには膜厚を厚くする必要がある。
【００４１】給電部に外部の位相補正素子制御回路より電圧を印加するための電極引き出し部２７上の配線材料はＩＴＯ膜のような透明導電膜でもよく、クロムやニッケルのような金属膜でもよい。特にニッケルなどハンダで接続可能な金属の場合、外部の信号線を容易にハンダで接続でき好ましい。
【００４２】一方、電極材料としては透明でありかつ給電部材料に比べシート抵抗が高い必要がある。透明導電膜であるＩＴＯ膜などがよく、ＩＴＯ膜はシート抵抗が高いほどよく１００Ω／□以上が好ましい。さらに、１ｋΩ／□以上にした方がρSを１Ω／□程度にできるため、給電部の膜厚を薄くできるなど作製が容易になりより好ましい。
【００４３】ρTを大きくするために酸化亜鉛膜やガリウムを含む酸化亜鉛膜（ＧＺＯ膜）、またはガリウムとシリコンを含む酸化亜鉛膜（ＧＺＳ膜）を用いることはＩＴＯ膜に比べ容易に高抵抗膜を得られるため好ましい。特に、ＧＺＯ膜やＧＺＳ膜は高比抵抗でありながらエッチング性も良好であり、光の透過率、耐久性に優れている点で本発明の光ヘッド装置において好適な材料である。
【００４４】酸化亜鉛膜へガリウムを添加する場合、膜の透過率が変化するためその添加量を１〜１０質量％にすることが好ましい。また、ガリウムとシリコンをともに添加する場合においても、膜の透過率が変化するためその合計した添加量を１〜２０質量％にすることが好ましい。
【００４５】一方、薄膜抵抗の材料としては式（１）に示すＶ3の値が所定値となるように、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3を決める必要がある。光ヘッド装置に用いる場合、薄膜抵抗の抵抗値を１００Ω〜１０００ｋΩにすることは、電極および薄膜抵抗の作製が容易となり望ましく、ＩＴＯやＧＺＯ、ＧＺＳなどを使用できる。薄膜抵抗の材料を電極材料と同じにし電極形成時に同時に形成することは、材料の抵抗値がロットによりバラついても、その影響は式（１）に示すように分母・分子で相殺されるため、Ｖ3には影響を与えず好ましい。
【００４６】つぎに、給電部の形状や大きさに関して説明する。給電部の形状や大きさは、上述のように状況に応じて変化させることが好ましい。すなわち位相補正素子により発生する波面の変化は、給電部の形状や大きさなどに依存し、補正したい波面収差の種類や発生させたい波面形状に応じて変化させればよい。ここで、波面収差としてはコマ収差、球面収差、非点収差などがある。
【００４７】コマ収差は、上述のように光ディスクのチルトにより発生する収差であり、位相補正素子上の入射光束の中心を通って素子面に平行で、かつ光ディスクの回転方向に平行な直線の回りに１８０°回転したとき重なる形状を有している。したがって、給電部は、上述の平行な直線に対して対称となるように配置されるのがよい。
【００４８】具体的には、例えば連続する１枚の電極の中央部には通常長方形状または直線状の給電部を設け、周辺部には電極の周辺部での形状（円弧など）の給電部を設ける。そして、それらの給電部が上述の直線に対して対称となるよう給電部を配置する。このように給電部を配置することは、最も効果的にコマ収差を補正できるので好ましい。
【００４９】球面収差を補正する場合は、球面収差が光軸を中心とする同心円形状であるため、給電部は、同心円状に形成された２つ以上の円環体を有していることが好ましい。さらに、位相補正素子を通過する光源からの出射光の光束半径を１とすると、１つの円環体の半径は０．６５から０．８５までの値を有し、かつ上記とは異なる１つの円環体の半径は０．２から０．４までの値を有することが好ましい。ここで、円環体はドーナツ状であって半径には幅があるので、円環体の半径とは内半径と外半径の平均値を意味する。
【００５０】通常、半径０．６５の円と半径０．８５の円によって囲まれる領域（領域Ａ）に球面収差の最大値が存在するため、給電部である１つの円環体が、光軸と中心を合わせて領域Ａに形成されることが好ましい。さらに、半径が０．２と半径が０．４で囲まれる領域（領域Ｃ）に、精度を極めて高く球面収差を補正するため上記とは異なる１つの円環体状の給電部を光軸と中心を合わせて設けることが好ましい。
【００５１】半径０．６５の円と半径０．８５の円のかわりに、半径０．７の円と０．８の円とすることは、領域Ａよりも領域は狭いが球面収差の最大値が存在する確率が高い領域に円環体が追加でき、さらに他の円環体が追加でき球面収差の微調整ができて好ましい。
【００５２】電極が連続する１枚の電極の場合、光軸を含み半径が０．２より小さい光軸近傍領域（領域Ｂ）にさらに、円環体状の給電部を光軸と中心を合わせて設けることにより、さらに球面収差の微調整ができてより好ましい。電極が分割電極であって、領域Ｂが他の領域（領域Ａ、領域Ｃなど）と分離されている場合でも、上述のように精度を極めて高くして球面収差を補正できるので充分である。
【００５３】非点収差の場合には、連続する１枚の電極に設ける、電極の中心部の１点を通る複数個の放射線状給電部が好ましく個数を増やすほど所望の電位分布が得られる。さらに、コマ収差と球面収差の両方を含む波面収差などを補正することもでき、この場合は上記の直線状の給電部と同心円状の給電部とを組み合わせるなどすればよい。
【００５４】上述したように、一対の連続する電極のそれぞれに異なる形状の給電部を設けて、一方の電極がコマ収差を補正し、他方の電極が球面収差を補正するようにもできる。同様に、一対の電極の一方を給電部を有する連続する１枚の電極にして、他方を複数個に分割した分割電極とすることにより、連続した収差分布と階段状の収差分布の両方を発生させることもできる。波面収差であるコマ収差、球面収差、非点収差などはシステムとしての光ヘッド装置が発生させるものであり、したがって光ヘッド装置内に本発明における位相補正素子を組み込むことにより波面収差を有効に補正できる。
【００５５】本発明における位相補正素子は透過する光の波面形状を変化させる機能を有しているため、波面収差を補正するだけでなく光の焦点位置を変えるなど他の目的においても同様な原理により使用できる。例えば、単に光学倍率を変化させて透過する光の焦点位置を変化させる目的に使用したり、また透過する波面を傾けて出射させることで光の進行方向を変える目的にも使用できる。
【００５６】波面収差を補正する場合においても、上記のコマ収差、球面収差、非点収差などのより高次の波面収差も補正できる。これらの場合においても、所望する波面の変化に応じて給電部の形状や数、位置、または電極の分割方法などを適宜設定すればよい。
【００５７】本発明における位相補正素子の、給電部が設けられた電極が分割されて複数の分割電極とされ、それぞれの分割電極には１つ以上の給電部が配置されており、給電部のうち２つ以上が薄膜抵抗により導電接続されていることが好ましい。導電接続される２つ以上の給電部が、同一の分割電極上の給電部であれば連続的な電圧分布が発生できて好ましく、異なる分割電極上の給電部であれば非連続的な電圧分布が必要な場合に使用できて好ましい。
【００５８】いずれの場合においても、薄膜抵抗を使用して２つ以上の給電部を導電接続することにより、従来と比べより少ない外部信号源で光ヘッド装置を動作できる。また、薄膜抵抗の接続先の一方が給電部であり、他方が給電部を有しない分割電極である構成の場合においても同様の効果が得られる。
【００５９】
【実施例】「例１」本例の光ヘッド装置は、光ディスクの厚さムラにより生ずる球面収差を補正する位相補正素子を備えている。対物レンズは光ディスクの厚さが設計値からずれると球面収差を発生し信号の読み取り精度が低下する。この球面収差を補正する位相補正素子を図１の光ヘッド装置の位相補正素子４として組み込んだ。ただし、位相補正素子制御回路１０は本例の位相補正素子用に改良されている。
【００６０】本例の位相補正素子の素子構造は図２に示したものと同じである。以下に本例の位相補正素子により球面収差を補正する原理を説明する。本例の光ヘッド装置における対物レンズのＮＡは０．６５、光源の波長は０．４μｍであった。光ディスクの厚さが、設計値の０．６ｍｍよりも０．０３ｍｍだけ厚い場合に発生する波面収差（球面収差）は上記のように図３に示される。本例における位相補正素子の電極パターンは図７に示すものであり、等価回路は図８に示したものである。
【００６１】図７中の斜線部はＧＺＯ膜で形成された透明電極４０であり、太線部分（環状体）はクロム薄膜をエッチング技術により形成した給電部４１、４２、４３、４４である。給電部は、同一の基板面上に形成された同じクロム薄膜による配線によって、外部の信号源である信号１、２に接続されている。給電部４２は同一の基板面上に形成された薄膜抵抗４５により信号１に接続されている。
【００６２】給電部４１〜４４の幅は１００μｍ、給電部４２、４３、４４の直径はそれぞれ０．５、１．５、２．２ｍｍであり、給電部４１は直径５０μｍの円形であった。以上の電極および給電部のパターンは以下のように形成した。まず、ガラス基板上にスパッタ法にてクロム膜を堆積させた後、エッチング技術により不用部分を取り除き給電部および配線を形成した。つぎに、ＩＴＯ膜をスパッタ法により堆積した後、エッチング技術により薄膜抵抗４５を形成した。その後、スパッタ法によりＧＺＯ膜を堆積しエッチング技術により透明電極４０を形成した。
【００６３】各部のシート抵抗値として、給電部が１Ω／□、電極が１００ｋΩ／□、薄膜抵抗が３００Ω／□であった。図８の抵抗Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3に相当する給電部間の電極抵抗値はそれぞれ５０、２８、２０ｋΩであった。薄膜抵抗の抵抗値および形状は次のようにして決めた。給電部４１、４４の電位が信号１によりＶ1＝２Ｖ、給電部４３の電位が信号２によりＶ2＝３Ｖとした場合、図８の点４７に相当する給電部４２の電位を約２．１５Ｖにするために、式（１）よりＲS＝５．４８ｋΩとすればよい。したがって、シート抵抗ρLは３００Ω／□であるので薄膜抵抗の線幅Ｗを３０μｍとすると、長さＬはＲS＝ρL×Ｌ／Ｗより約０．５５ｍｍになる。本例では幅３０μｍ、長さ０．５５ｍｍの線を３回折り曲げた形状の抵抗値５．４８ｋΩの薄膜抵抗（線状抵抗）を形成した。
【００６４】０．０３ｍｍの光ディスクの厚さムラにより発生する球面収差を位相補正素子により補正するために、給電部４１、４４に２．３Ｖ、給電部４３に２．０Ｖの電圧を供給した。その結果、薄膜抵抗により給電部４２には約２．０５Ｖの電圧が供給された。ここで、図７に示した給電部を有する電極に対向する電極は、給電部を１つ有する一枚の透明電極で構成されており、常に０Ｖの電位になる。
【００６５】図９に位相補正素子により発生した位相変化をｎｍ単位で示した。円の中心部と外周部の位相変化を０ｎｍとした場合、中間部領域の位相変化は−１００ｎｍ程度になる。ここで、複数個ある実線の円は等高線であって、−１００ｎｍの中間部領域の内側では１本の等高線が２０ｎｍを表し、外側では約３０ｎｍを表す。透明電極４０（図７）には、給電部の電圧に応じて電圧分布が発生する。上述したように、図７の透明電極４０内の電圧分布により液晶の実質的な屈折率分布が生じる結果、位相補正素子は図９に示す同心円状の位相変化を発生できる。
【００６６】一方、光ディスク厚さが０．０３ｍｍだけ薄い場合には、図７とは正負が逆転した球面収差を補正するために、給電部４１、４４に２．０Ｖ、給電部４３に２．３Ｖを供給すれば位相補正素子によって発生する位相変化が図９の正負を逆転した形になるため球面収差を相殺できる。以上のように所望の電圧が得られるよう薄膜抵抗４５を設け、給電部４１、４３、４４に適切な電圧を供給することにより図７の球面収差を補正できる。
【００６７】「例２」本例の光ヘッド装置は、光ディスクの厚さムラにより生ずる球面収差と光ディスクのチルトにより発生するコマ収差の両者を補正する位相補正素子を備えている。この位相補正素子を図１の光ヘッド装置の位相補正素子４として組み込んだ。ただし、位相補正素子制御回路１０は本例の位相補正素子用に改良されている。本例の位相補正素子の素子構造は図２に示したものと同じで、以下に述べる電極パターンおよび材料が異なる。
【００６８】図２の電極２４ａは図１０に示すように分割電極５１、５２、５５と分割電極５５に形成した給電部５３、５４、および薄膜抵抗５６、５７により構成されている。図１０では薄膜抵抗５６、５７は模式的に表わされており、実際の形状は所望の抵抗値が得られるよう線状などにする。
【００６９】分割電極５１、５２、５５の材質はＧＺＳ膜であり、給電部５３、５４、および薄膜抵抗５６、５７の材質はＩＴＯ膜であった。ＧＺＳ膜、ＩＴＯ膜のシート抵抗はそれぞれ１０００、１０ｋΩ／□であった。電極２４ａはまず、ガラス基板上にＩＴＯ膜をスパッタ法により成膜しフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用い給電部５３、５４、および薄膜抵抗５６、５７を形成した。給電部５３、５４の幅は５０μｍとした。つぎにＧＺＳ膜をスパッタ法により成膜しフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて分割電極５１、５２、５５を形成した。分割電極の分割間隔は５μｍとした。図１０の信号１および２は、それぞれ分割電極５１と給電部５４、および給電部５３に印加される信号であり、位相補正素子制御回路１０により発生する。
【００７０】一方、電極２４ｂには図１１に示すように分割電極６１〜６５が形成されておりコマ収差を補正できる。図１１の分割電極は、ガラス基板にスパッタ法によりＩＴＯ膜を成膜し、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によりパターンを形成した。図１０の太線は分割電極間ギャップを示しており、この部分はエッチングによりＩＴＯ膜が取り除かれているため電圧印加されない。分割電極間ギャップの幅は５μｍであった。
【００７１】以下に本例の位相補正素子により球面収差とコマ収差を補正する原理を説明する。位相補正素子制御回路の出力波形は、周波数１ｋＨｚ、デューティ比１／２の矩形交流波信号であり、交流信号の位相は電極２４ａ内および電極２４ｂ内は同位相であり、電極２４ａと電極２４ｂ間は逆位相（位相差１８０°）になる。ここで、位相補正素子制御回路のコモン電圧（例えば０Ｖ）に対する電圧として、電極２４ａの分割電極、給電部の電圧をＶn（Ｓ）（ｎ＝１〜４）、電極２４ｂの分割電極の電圧をＶm（Ｄ）（ｍ＝１〜５）とすれば、位相は両者で１８０°ずれているから、ある瞬間ではＶn（Ｓ）＞０、Ｖm（Ｄ）＜０であり、またある瞬間ではＶn（Ｓ）＜０、Ｖm（Ｄ）＞０になる。したがって、液晶分子２８を駆動する実効電圧Ｖnm（Ｅ）は、［Ｖn（Ｓ）−Ｖm（Ｄ）］rmsであり、Ｖn（Ｓ）とＶm（Ｄ）の差のｒｍｓ値（振幅の自乗の時間的平均の平方根）になる。
【００７２】本例の場合、デューティ比が１／２で位相が１８０°ずれた矩形交流波であるので、単に差の絶対値｜Ｖn（Ｓ）−Ｖm（Ｄ）｜に一致する。印加する電圧Ｖn（Ｓ）、Ｖm（Ｄ）は補正する収差分布により異なる。
【００７３】まず球面収差だけを補正する場合、コマ収差補正用である分割電極６１〜６５には固定電圧を印加する。本例ではＶm（Ｄ）＝１Ｖ（ｍ＝１〜５）とした。球面収差補正用である電極２４ａについては、信号１を固定電圧として分割電極５１、給電部５４に対してＶn（Ｓ）＝１Ｖ（ｎ＝１、４）とし、信号２には光ディスクの厚さムラに対応する電圧として分割電極５２、給電部５３にＶn（Ｓ）＝０．５〜１．５Ｖ（ｎ＝２、３）を印加した。よって実効電圧Ｖnm（Ｅ）は、分割電極５１、給電部５４では常に２Ｖrmsになり、分割電極５２、給電部５３では光ディスクの厚さムラに応じて１．５〜２．５Ｖrmsまで変化する。その結果、例１と同様にメタル電極間に発生する連続的な電位分布により、実効電圧も連続的に変化するため、電極パターンに応じた位相変化を得ることができる。
【００７４】つぎにコマ収差だけを補正する場合、前述とは逆に球面収差補正用の電極２４ａに対しては、信号１、２とも固定電圧とし、分割電極、給電部ともＶn（Ｓ）（ｎ＝１〜４）＝１Ｖを印加した。一方、コマ収差補正用の電極２４ｂに対しては分割電極６３には固定電圧１Ｖを印加した。分割電極６１と６４、６２と６５に対しては、それぞれ等しい電圧を光ディスクのチルト量に応じて、０．５〜１．５Ｖの電圧を、（Ｖ1（Ｄ）＋Ｖ2（Ｄ））／２＝Ｖ3（Ｄ）の関係を満足するよう印加した。
【００７５】よって実効電圧Ｖnm（Ｅ）は、分割電極６３では常に２Ｖrmsになり、分割電極６１、６２、６４、６５では光ディスクのチルト量に応じて１．５〜２．５Ｖrmsの範囲で変化する。その結果、図１１に示した電極パタ−ンの形状に等しい電位分布が発生し、位相変化を得ることができた。
【００７６】つぎに球面収差とコマ収差を同時に補正する場合について述べる。この場合、分割電極６３と分割電極５１、給電部５４には固定電圧１Ｖを印加し、分割電極６１、６２、６４、６５は光ディスクのチルト量に応じて０．５〜１．５Ｖを、メタル電極８２には光ディスクの厚さムラ量に応じて０．５〜１．５Ｖを印加する。これにより、上述の場合と同様にコマ収差、球面収差に対応した電位分布が発生する。したがって、位相変化が生じた結果、厚さムラのある光ディスクがチルトした場合においても球面収差とコマ収差を補正できるので、良好な再生信号を得ることができた。
【００７７】以上は、コマ収差補正用の電極を分割電極としたが、例１のようにコマ収差用の電極を給電部であるメタル電極にして、球面収差用の電極を同心円に分割した分割電極としてもよい。また、ラジアルコマ収差補正とタンジェンシャルコマ補正の電極パターンを対にしてそれぞれの基板上に形成してもよく、球面収差と非点収差、コマ収差と非点収差を各々補正する電極パターンを対にしてもよい。いずれの場合にも２種類の収差や波面変化を同時に補正できる。
【００７８】
【発明の効果】以上のように、本発明の光ヘッド装置においては、位相補正素子を構成する一対の基板のそれぞれに形成された電極の少なくとも一方の電極に２つ以上の給電部を設けることにより、この位相補正素子により光源からの出射光に連続的な位相（波面）変化を生じさせることができるので、光ディスクのチルトや光ディスク厚さムラなどにより発生する波面収差を効率よく補正でき、ノイズの少ない良好な信号光が得られる。また、複数の給電部を薄膜抵抗を介して導電接続することにより、従来よりも少ない信号源で同等の収差補正性能を発揮できる。
【出願人】 【識別番号】０００００００４４
【氏名又は名称】旭硝子株式会社
【出願日】 平成１２年８月１４日（２０００．８．１４）
【代理人】
【公開番号】 特開２００２−５６５５９（Ｐ２００２−５６５５９Ａ）
【公開日】 平成１４年２月２２日（２００２．２．２２）
【出願番号】 特願２０００−２４５４５７（Ｐ２０００−２４５４５７）