(57)【要約】【課題】  製造容易にして、大きな波面収差を補正できるようにする。【解決手段】  透過面内の厚さが領域毎に異なる波長選択位相板１２によって、ある特定波長の光に対してのみ、透過波面の位相分布を変化させることで大きな波面収差を低減させる。さらに領域毎にセル１０ａとして設けた液晶層１０により残留収差を低減させることで、収差補正範囲の広い波面収差補正素子７となる。また、残留収差を領域毎にセル１０ａとして設けた液晶層１０により補正することで、波長選択位相板１２における透過面内の厚さ方向の段数を減らすことができるので、波面収差補正素子７の製造を容易にすることもできる。【選択図】    図２
2006048886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過部の厚さが異なる複数の領域からなる位相段差を備えた波長選択位相板と、
任意の波面収差が得られる液晶層並びに当該液晶層を挟む一対の電極層及び対向電極層と、
を積層したことを特徴とする波面収差補正素子。
【請求項２】
前記波長選択位相板における領域毎の前記位相段差ｄが、ある特定の波長λ１の光に対して、
ｎｄ＝ｍλ１
（ただし、ｎ：屈折率，ｍ：任意の整数）
である、ことを特徴とする請求項１記載の波面収差補正素子。
【請求項３】
前記液晶層は、前記波長選択位相板における各領域に対応して設けられており、さらに前記波長選択位相板を透過したことで発生する残留収差とは逆方向の波面収差を設定する、ことを特徴とする請求項１記載の波面収差補正素子。
【請求項４】
前記液晶層は、前記波長選択位相板における各領域に対応して設けられており、さらに前記波長選択位相板を透過する光の波長ずれによって当該波長選択位相板で生じる色収差とは逆方向の波面収差を設定する、ことを特徴とする請求項１記載の波面収差補正素子。
【請求項５】
前記液晶層を挟む一対の電極層と対向電極層との間に印加する電圧が、前記波長選択位相板における各領域に対応して異なる、ことを特徴とする請求項１ないし４の何れか一記載の波面収差補正素子。
【請求項６】
前記液晶層の屈折率が、前記波長選択位相板における各領域に対応して異なる、ことを特徴とする請求項１ないし４の何れか一記載の波面収差補正素子。
【請求項７】
前記液晶層の厚さが、前記波長選択位相板における各領域に対応して異なる、ことを特徴とする請求項１ないし４の何れか一記載の波面収差補正素子。
【請求項８】
各々異なる波長の光を出射する複数の光源と、
情報記録媒体に光束を集光するための対物レンズと、
前記各光源から出射した光束を同一光路に合成し、同一の前記対物レンズに入射するための照明光学系と、
前記情報記録媒体で反射した光を検出する受光素子と、
前記情報記録媒体で反射した光を前記受光素子へ導くための検出光学系と、
前記対物レンズと前記照明光学系との間の光路中に設けられた請求項１ないし７の何れか一記載の波面収差補正素子と、
を備えることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項９】
前記照明光学系又は検出光学系中に、前記光源の波長変化量を検出する波長検出素子を備え、
当該波長検出素子の出力に応じて、前記波面収差補正素子の液晶駆動量を制御する液晶制御手段を備える、ことを特徴とする請求項８記載の光ピックアップ。
【請求項１０】
前記波面収差補正素子の波長選択位相板は、２つ以上の波長の異なる光束のうち、波長の長い方の光束に対してのみ透過波面の位相分布が変化するように設定されている、ことを特徴とする請求項８記載の光ピックアップ。
【請求項１１】
前記光源として、波長３８０〜４２０ｎｍの短波長の光束と、波長６４０〜６８０ｎｍの中波長の光束と、波長７６０〜８００ｎｍの長波長の光束と、を各々出射する３つの光源を備え、
前記波面収差補正素子の波長選択位相板は、前記短波長の光束及び前記長波長の光束に対しては透過波面の位相分布が変化せず、前記中波長の光束に対しては透過波面の位相分布が変化するように設定され、
前記長波長の光束用の前記照明光学系は、当該光束が前記対物レンズに対して光束が発散気味に入射するように設定されている、ことを特徴とする請求項８記載の光ピックアップ。
【請求項１２】
前記長波長の発散気味の光束に対して、さらに前記波面収差補正素子の液晶層によって、波面収差を補正する、ことを特徴とする請求項１１記載の光ピックアップ。
【請求項１３】
前記中波長の光束用の前記照明光学系は、当該光束が前記対物レンズに対して略平行光で入射するように設定されている、ことを特徴とする請求項１１記載の光ピックアップ。
【請求項１４】
前記波面収差補正素子は、前記対物レンズをフォーカス方向、ラジアル方向に駆動するアクチュエータ可動部に、前記対物レンズと一体化されて設けられている、ことを特徴とする請求項８ないし１３の何れか一記載の光ピックアップ。
【請求項１５】
前記波面収差補正素子は、前記アクチュエータ可動部とは異なる前記照明光学系の光路中に設けられている、ことを特徴とする請求項９記載の光ピックアップ。
【請求項１６】
請求項８ないし１５の何れか一記載の光ピックアップを搭載した光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の波長の光源に対応するための波面収差補正素子、光ピックアップ及び光ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスク装置では、光ディスクのスパイラル状又は同心円状のトラックが形成された記録面にレーザ光を照射することにより情報の記録を行い、記録面からの反射光に基づいて情報の記録・再生・消去の動作を行っている。
【０００３】
通常、光ピックアップの光学系は、概略的には、図９に示すように、光源１０１と対物レンズ１０２とを含み、情報記録媒体１０３に対して微小スポットを制御するために、対物レンズ１０２をフォーカス・トラック制御するためのレンズアクチュエータ１０４を備えている。１０５は情報記録媒体１０３からの反射光を入射光から分離して受光素子１０６に導くための検出分離手段（ビームスプリッタ）である。
【０００４】
近年、光ディスクの種類として、記録容量がＣＤ（Compact Disc）よりも飛躍的に大きなＤＶＤ（Digital Versatile Disc）や、さらに先の青色光を用いて記録再生するディスクの規格が提唱されている。青色光を用いて記録再生するディスクについては、基板厚が０．１ｍｍ（Ｂｌｕ−ｒａｙ）と０．６ｍｍ（ＡＯＤ）との２つの規格が提唱されている。ＣＤに対して記録及び再生を行なうには波長が７８５ｎｍの光源が用いられ、ＤＶＤに対して記録及び再生を行なうには
波長が６６０ｎｍの光源が用いられ、青色光を用いて記録再生するディスクに対して記録及び再生を行なうには波長が４０５ｎｍの光源が用いられる。ここで、ディスク基板厚・光源の波長・対物レンズのＮＡ（開口数）の関係を表１に示す。
【０００５】
【表１】
2006048886.tif 000003
【０００６】
ところで、通常の対物レンズは、ディスクの基板厚で発生する波面収差を打ち消すように設計されている。このため、基板厚・波長の異なる光ピックアップでは、波面収差が発生し、正しく、記録・再生・消去を行うことができない。
【０００７】
例えば、基板厚０.１ｍｍのＢｌｕ−ｒａｙの規格に見合う対物レンズに対して、ＤＶＤの平行光を入射すると、図１０に示すような波面収差を生じる。通常、光ピックアップでは、対物レンズで集光した光のスポット径を小さくするために、波面収差をｒｍｓで０.０７λ以下に抑える必要がある（Ｍａｒｅｃｈａｌの回折限界）。ところが、図１０に示す波面収差は、波面収差がｒｍｓで０．7λと大きく、このような光ピックアップではスポット径が絞られず、正しく、記録・再生・消去を行うことができなくなる。
【０００８】
かかる問題に対して、波面を選択的に補正することで異なる基板厚のディスクに対しても情報を記録・再生・消去できる手段として、以下の３つの従来技術が挙げられる。
【０００９】
まず、特許文献１では、波長選択位相板を利用するようにしている。即ち、異なった波長のレーザ光を出力し受光する一方の光学系と他方の光学系とを備え、各光学系の半導体レーザからの出射光を合波しかつ光記録媒体からの反射光を分波して何れか一方の光検出器に導く光合分波手段（干渉フィルタ）を装備し、この干渉フィルタと対物レンズとの間に、第１，第２の半導体レーザからの一方と他方の波長の内の他方の波長に対して透過波面の位相分布を変化させる性質の波長選択位相板を介装させるようにしている。これによって基板厚さが異なる二種類のディスクを再生でき、かつ、再生時には良好なＳ／Ｎ及びジッタが得られ、かつ、記録時には十分な出力及びピーク強度が得られるようにした光ヘッド装置が提供されている。
【００１０】
また、特許文献２では、波面収差を補正する液晶素子を利用するようにしている。即ち、収差補正機構を設けた結像光学系で、検出された収差量を基に補正信号を得て、その量を基に収差補正機構を制御する光学系であり、収差補正機構として、パネル分割された液晶素子を用いており、検出した収差パターンにあわせて液晶パネルを駆動するようにしている。これにより結像光学系の波面収差を補正することが可能となる。
【００１１】
さらに、特許文献３によれば、発散光による球面収差補正をするようにしている。即ち、異なった波長の光源を有する光ヘッドにおいて、長い波長の光源と対物レンズとの距離を短くすることで、対物レンズに対して発散気味に光を入射し、負の球面収差を発生させる。対物レンズは短い波長の光源に対して球面収差が小さくなるように設計されているため、長い波長の光が入射すると正の球面収差が発生する。正と負の球面収差で互いに打ち消しあうことで、短波長と長波長の両方光源に対して、球面収差の小さな光ヘッドを実現するようにしている。
【００１２】
【特許文献１】特開平１０−３３４５０４号公報
【特許文献２】特許第０２８９５１５０号公報
【特許文献３】特許第０３２３６２０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
例えば、基板厚０．１ｍｍのＢｌｕ−ｒａｙの規格に沿って設計した対物レンズを用いて、ＤＶＤの波面収差を補正する場合の従来技術の課題を説明する。
【００１４】
まず、特許文献１の波長選択位相板の場合について説明する。図１１は、４レベルの補正前後の波面収差を示す。補正前に示されるような大きな波面収差を補正するには、透過波面の位相分布補正量のレベルを細かく設定する必要がある。しかし、レベルを細かく設定すると、瞳径が一定のため、各レベルの幅が狭くなり、加工が困難となる。また、補正後の波面収差は、鋸刃形状の波面収差が残留し、ｒｍｓ値が０．０７λ以下にならない。
【００１５】
さらに、このような光学素子は主にガラスやプラスチックモールドで作られるが、特に波長の短い光源に対しては、光源の波長バラツキや環境温度変動による波長変動によって屈折率が大きく変わり、位相差が生じて波面収差変化（色収差）が生じてしまう。また、このような位相変換素子は、位相変換素子と光学系の軸ずれによって新たに生じる波面収差に対する補正ができない。
【００１６】
次に、特許文献２の位相変換液晶素子の場合について説明する。例えば、液晶分子に複屈折０．２、液晶層の厚さ５μｍ、印加電圧４Ｖにおける獲得位相差は、０．７μｍ（＝１λ at ６６０ｎｍ）である（図１２：光ディスクヘッドの液晶の応用より）。液晶分子の屈折率は、０．２〜０．２５であり、光ピックアップに用いる電源は主に５Ｖであるのを考慮すると、液晶分子における波面収差補正は、１λが限界である。つまり、液晶素子を使った波面収差の補正は、大きな収差量の大きな補正には適さない。
【００１７】
特許文献３の発散光による球面収差補正の場合について説明する。対物レンズに対して発散光になるようにＤＶＤの発光点を設定することで、ＤＶＤの球面収差は図１３に示すように低減させることができる。しかし、ＤＶＤの発光点が固定されるため、光学系のレイアウトに対する制約がある。また、光学系の倍率の違いによる残留収差があり、ｒｍｓ値が０．０７λ以下にならない。
【００１８】
本発明の第１の目的は、製造容易にして、大きな波面収差を補正できるようにすることである。
【００１９】
加えて、光学系において生じる任意の波面収差を補正することを第２の目的とする。
【００２０】
加えて、大きな波面収差を補正することで生ずる残留収差を低減させることを第３の目的とする。
【００２１】
加えて、光源の波長ばらつきや、環境温度変化による波長変動に伴い発生する波長選択位相板で生ずる色収差を低減させることを第４の目的とする。
【００２２】
加えて、光学系のレイアウトの自由度を高くすることができるようにすることを第５の目的とする。
【００２３】
加えて、対物レンズの駆動部を軽量化することで、高速な応答速度を得ることを第６の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
請求項１記載の発明の波面収差補正素子は、ある特定の波長λ２の光に対して所望の波面収差が得られるよう、透過部の厚さが異なる複数の領域からなる位相段差を備えた波長選択位相板と、任意の波面収差が得られる液晶層並びに当該液晶層を挟む一対の電極層及び対向電極層と、を積層してなる。
【００２５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の波面収差補正素子において、前記波長選択位相板における領域毎の前記位相段差ｄが、ある特定の波長λ１の光に対して、
ｎｄ＝ｍλ１ 
（ただし、ｎ：屈折率，ｍ：任意の整数）
である。
【００２６】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の波面収差補正素子において、前記液晶層は、前記波長選択位相板における各領域に対応して設けられており、さらに前記波長選択位相板を透過したことで発生する残留収差とは逆方向の波面収差を設定する。
【００２７】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の波面収差補正素子において、前記液晶層は、前記波長選択位相板における各領域に対応して設けられており、さらに前記波長選択位相板を透過する光の波長ずれによって当該波長選択位相板で生じる色収差とは逆方向の波面収差を設定する。
【００２８】
請求項５記載の発明は、請求項１ないし４の何れか一記載の波面収差補正素子において、前記液晶層を挟む一対の電極層と対向電極層との間に印加する電圧が、前記波長選択位相板における各領域に対応して異なる。
【００２９】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし４の何れか一記載の波面収差補正素子において、前記液晶層の屈折率が、前記波長選択位相板における各領域に対応して異なる。
【００３０】
請求項７記載の発明は、請求項１ないし４の何れか一記載の波面収差補正素子において、前記液晶層の厚さが、前記波長選択位相板における各領域に対応して異なる。
【００３１】
請求項８記載の発明の光ピックアップは、各々異なる波長の光を出射する複数の光源と、情報記録媒体に光束を集光するための対物レンズと、前記各光源から出射した光束を同一光路に合成し、同一の前記対物レンズに入射するための照明光学系と、前記情報記録媒体で反射した光を検出する受光素子と、前記情報記録媒体で反射した光を前記受光素子へ導くための検出光学系と、前記対物レンズと前記照明光学系との間の光路中に設けられた請求項１ないし７の何れか一記載の波面収差補正素子と、を備える。
【００３２】
請求項９記載の発明は、請求項８記載の光ピックアップにおいて、前記照明光学系又は検出光学系中に、前記光源の波長変化量を検出する波長検出素子を備え、当該波長検出素子の出力に応じて、前記波面収差補正素子の液晶駆動量を制御する液晶制御手段を備える。
【００３３】
請求項１０記載の発明は、請求項８記載の光ピックアップにおいて、前記波面収差補正素子の波長選択位相板は、２つ以上の波長の異なる光束のうち、波長の長い方の光束に対してのみ透過波面の位相分布が変化するように設定されている。
【００３４】
請求項１１記載の発明は、請求項８記載の光ピックアップにおいて、前記光源として、波長３８０〜４２０ｎｍの短波長の光束と、波長６４０〜６８０ｎｍの中波長の光束と、波長７６０〜８００ｎｍの長波長の光束と、を各々出射する３つの光源を備え、前記波面収差補正素子の波長選択位相板は、前記短波長の光束及び前記長波長の光束に対しては透過波面の位相分布が変化せず、前記中波長の光束に対しては透過波面の位相分布が変化するように設定され、前記長波長の光束用の前記照明光学系は、当該光束が前記対物レンズに対して光束が発散気味に入射するように設定されている。
【００３５】
請求項１２記載の発明は、請求項１１記載の光ピックアップにおいて、前記長波長の発散気味の光束に対して、さらに前記波面収差補正素子の液晶層によって、波面収差を補正する。
【００３６】
請求項１３記載の発明は、請求項１１記載の光ピックアップにおいて、前記中波長の光束用の前記照明光学系は、当該光束が前記対物レンズに対して略平行光で入射するように設定されている。
【００３７】
請求項１４記載の発明は、請求項８ないし１３の何れか一記載の光ピックアップにおいて、前記波面収差補正素子は、前記対物レンズをフォーカス方向、ラジアル方向に駆動するアクチュエータ可動部に、前記対物レンズと一体化されて設けられている。
【００３８】
請求項１５記載の発明は、請求項１４記載の光ピックアップにおいて、前記波面収差補正素子は、前記アクチュエータ可動部とは異なる前記照明光学系の光路中に設けられている。
【００３９】
請求項１６記載の発明の光ディスク装置は、請求項８ないし１５の何れか一記載の光ピックアップを搭載している。
【発明の効果】
【００４０】
請求項１記載の発明によれば、透過部の厚さが複数の領域からなる位相段差によって、ある特定波長λ２の光に対して透過波面の位相分布を変化させることで大きな波面収差を低減させることができる。さらに、その波面収差補正素子に積層した液晶層、液晶層を挟む一対の電極層及び対向電極層によって、光学系で生じる任意の波面収差を補正することができる。加えて、当該波面収差補正素子形状は、通常の収差補正素子（波長選択位相板・波面収差補正液晶素子）と同等の大きさで実現することができるので、光学系が大きくなることもない。
【００４１】
請求項２記載の発明によれば、特定の波長λ２とは異なるある波長λ１の光に対して、波長選択位相板における領域毎の位相段差ｄを、ｎｄ＝ｍλ１としているので、当該波長λ１の光に対しては位相差が生じず、特定波長λ２の光に対して位相差が生じる波長選択性の波面収差補正素子とすることができる。
【００４２】
請求項３記載の発明によれば、特定波長λ２の光に対して大きな波面収差を波長選択位相板により低減させた時に生じる残留収差を、波長選択位相板における各領域に対応して設けた液晶層によって低減させることで、収差補正範囲の広い波面収差補正素子を提供することができる。また、残留収差を、波長選択位相板における各領域に対応して設けた液晶層によって補正することができるので、波長選択位相板における位相段差を減らし、波面収差補正素子の製造を容易にすることもできる。
【００４３】
請求項４記載の発明によれば、光源のある波長λ１に対して、波長誤差によって波長選択位相板で生じる色収差を、波長選択位相板の各領域に対応して設けた液晶層によって低減させることで、光源の波長ばらつきを広く許容することができるようになる。さらに、光源のある波長λ１が外気温の変化などによって変動した時に、液晶層で発生させる波面収差量を制御することで、波面収差補正素子の信頼性を向上させることができる。また、光源の特定波長λ２に対しても同様に、波長誤差によって波長選択位相板で生じる色収差を、波長選択位相板の各領域に対応して設けた液晶層によって低減させることで、光源の波長ばらつきを広く許容することができる。さらに、光源の特定波長λ２が外気温の変化などによって変動した時にも、液晶層で発生させる波面収差を制御することで、波面収差補正素子の信頼性を向上させることができる。
【００４４】
請求項５記載の発明によれば、液晶層を挟んで設けられる一対の電極層と対向電極層との間に印加する電圧を、波長選択位相板の各領域を透過した光の残留収差量に応じて変えることで、残留収差に対して逆方向の波面収差を発生させることができるので、残留収差をより小さく抑えることができる。
【００４５】
請求項６記載の発明によれば、液晶層の屈折率を、波長選択位相板における各領域に対応させて変えることで、残留収差に対して逆方向の波面収差を発生させることができるので、残留収差を小さく抑えることができ、さらに液晶層を挟んで設けられる一対の電極層と対向電極層との間に印加する電圧を、各領域で共通化することができるので、当該素子への電圧配線を簡易にすることができる。
【００４６】
請求項７記載の発明によれば、領域毎の液晶層の厚さを変えることで、各領域を透過した残留収差量に応じて波面収差の位相量を変えることができるので、残留収差を小さく抑えることができ、また、印加する電圧値は各領域で共通化できるので、当該素子への電圧配線を簡易にすることができ、さらに、液晶材料が各領域で共通化できるため、材料を統一でき、当該素子のコストダウンを図ることもできる。
【００４７】
請求項８記載の発明によれば、当該波面収差補正素子を、２つ以上の波長の異なる光源を持つ光ピックアップに適用することで、各波長の波面収差を十分小さく抑えることができるので、各波長の光源のスポット径は基板厚が異なっても、回折限界まで絞ることができ、さらに、対物レンズに入射する波長の光束は、平行光入射でも補正可能なため、光学系のレイアウトを容易にすることもできる。
【００４８】
請求項９記載の発明によれば、照明光学系又は検出光学系中に、光源の波長変化量を検出する波長検出素子を備え、さらに波長検出素子の出力に応じて液晶駆動量を制御することで、位相段差面において発生する色収差を、環境温度の影響を受けずに、常に波面収差を十分小さく抑えることができるので、各波長の光源のスポット径は基板厚が異なっても、回折限界まで絞ることができ、さらに、対物レンズに入射する波長の光束は、平行光入射でも補正可能なため、光学系のレイアウトを容易にすることもできる。
【００４９】
請求項１０記載の発明によれば、当該波面収差補正素子に関して、波長の短い光束に対して透過波面の位相分布が変化せず、所定の基板厚を有する情報記録媒体で発生する波面収差を補正するように対物レンズが最適に設計できるので、光ピックアップ全体で波面収差の劣化をしやすい波長の短い光束に対して最良なスポット径を得ることができる。
【００５０】
請求項１１記載の発明によれば、波長３８０〜４２０ｎｍの短波長の光束と、波長６４０〜６８０ｎｍの中波長の光束に対しては、請求項１０記載の発明と同じ効果を得ることができ、さらに、波長７６０〜８００ｎｍの長波長の光束に対しては、本発明の波面収差補正素子において、透過波面の位相分布がほとんど作用せず、発散光学系で対物レンズに入射させることで、基板厚誤差の波面収差を補正することができるので、３波長の光学系を小型化でき、かつ、各々良好なスポット径を得ることができる。
【００５１】
請求項１２の発明によれば、長波長の発散気味の光束に対して、さらに波面収差補正素子に設けた液晶層によって波面収差を補正することで、最良なスポット径を得ることができる。
【００５２】
請求項１３記載の発明によれば、波長６４０〜６８０ｎｍの中波長の光束を対物レンズに対して略平行光で入射することで、対物レンズと入射光束の光軸ずれ変動に強い光ピックアップを実現することができる。
【００５３】
請求項１４記載の発明によれば、波面収差補正素子を対物レンズと一体駆動させることで、対物レンズと当該波面収差補正素子の光軸ずれは発生しないので、最良なスポット径を得ることができる。
【００５４】
請求項１５記載の発明によれば、波面収差補正素子をアクチュエータ駆動部とは別の光路中に設置することで、アクチュエータの軽量化し高速な応答速度を得ることができる。さらに、対物レンズと当該波面収差補正素子の光軸ずれによって生じる波面収差の劣化を、積層した液晶層によって補正することで、最良なスポット径を得ることができる。
【００５５】
請求項１６記載の発明によれば、請求項９ないし１５の何れか一記載の光ピックアップを光ディスク装置に適用することで、スポットが最良なため、記録・再生・消去品質の高い、光ディスク装置が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
【００５７】
図１は、本発明を実施するための光ディスク装置における光ピックアップ１の基本構成を示す概略構成図である。まず、相対的に短波長の光束を発する光源２と、相対的に長波長の光束を発する光源３とが設けられ、これらの光源２，３から発せられた光束を同一光路に合成する波長合成プリズム４が設けられ、この波長合成プリズム４により合成された光束の光路上にはその光束を情報記録媒体５上に集光照射させる共通の対物レンズ６が設けられている。対物レンズ６により集光された光束は、光源２からの光束に対しては基板厚Ａの情報記録媒体５ａの面にスポットを形成し、光源３からの光束に対しては基板厚Ｂの情報記録媒体５ｂの面にスポットを形成するように設定されている。
【００５８】
そして、波長合成プリズム４と対物レンズ６との間の光路上には、波面収差補正素子７が配設されている。前述の対物レンズ６は、各光源２，３の内、光源２の波長・基板厚Ａに対して、波面収差が最小になるように設計されており、他方の光源３の波長・基板厚Ｂの組合せに対しては波面収差が増大することから、当該波面収差補正素子７は、光源３の波長・基板厚Ｂの組合せに対して大きな波面収差が発生した場合に有効な波長選択性の波面収差補正素子として構成されている。
【００５９】
この波面収差補正素子７の構成例を図２に示す断面図を参照して説明する。この波面収差補正素子７は、ガラス層８、電極層９、液晶層１０、対向電極層１１及び波長選択位相板１２の積層構造からなる。
【００６０】
波長選択位相板１２の厚さは、領域に応じて位相段差を有する複数段の階段状（レベル）になっており、各レベルの差（位相段差）ｄは、何れも光源２の波長λ１の整数倍になっている。即ち、
ｎｄ＝ｍλ１      …（１）
（ただし、ｎ：屈折率，ｍ：任意の定数）
なる式で表すことができる。このため、光源２の光束に対しては位相差がつくことはない。
【００６１】
電極層９の収差補正パターンを任意に取ることで、光ピックアップ１で発生する波面収差を補正することができる。光ピックアップ１で発生する波面収差とは、光ディスク５の傾斜によるコマ収差や、対物レンズ６の傾斜による非点収差、などが挙げられる。このような光束の中心点に対して非対称な収差を補正する場合には、電極層９のパターンを補正したい収差の形状に応じて設定する。例えば、光ディスク５の傾斜によって生じるコマ収差を補正する場合、電極層９のパターンは、図１４に示す形状になる。ＳとＴの印加電圧を制御することで、液晶部の屈折率分布が変わり、位相差が生じるのでコマ収差を補正することができる。このような液晶素子による収差補正パターンは、光源１、光源２に対して共有して適用することが可能である。
【００６２】
一方、光源３の光束が当該波長選択位相板１２に入射した場合、各領域毎に階段状の位相差を受け、透過波面は図３に示すような鋸刃状の非連続な波面収差になる。このような波面収差を波長選択位相板１２による残留収差と呼ぶ。以下は、残留収差に対する補正方法を説明する。
【００６３】
液晶層１０は、波長選択位相板１２のレベルが変化する各領域の幅にあわせて各セル１０ａが構成される。即ち、波長選択位相板１２の各領域に対応させてセル１０ａが設けられており、波長選択位相板１２の各レベルの幅と液晶層１０の各セル１０ａの幅とは等しい。また、このようなセル構成は、対向電極層１１のパターンとして設定されても良い。この場合の対向電極パターン１１の構造例を図１５に示す。この場合も、波長選択位相板１２の各レベルの幅に対して各セル１１ａの幅は等しく設けられる。
【００６４】
このような構成により、光源３の光束が入射した場合、波長選択位相板１２で発生する残留収差と逆方向の波面収差を領域毎（セル１０ａ毎、又はセル１１ａ毎）に設定することが可能となる。電極層９及び対向電極層１１はこの液晶層１０を挟んで一対の電極層を構成して液晶部駆動装置１３による電圧印加に基づき液晶層１０を駆動制御する。
【００６５】
図４は、波長選択位相板１２で発生する残留収差と、液晶層１０の各セル１０ａ、もしくは１１ａによって引き起こされる液晶分子の分子配向を示している。波長選択位相板１２で発生する残留収差を打ち消すように、液晶層１０の液晶分子の分子配向を変えることで液晶層１０の屈折率分布が変わる。ここでは、分子配向は、屈折率がｎｘ，ｎｙで表される屈折率楕円体として示している。この液晶層１０を透過すると、光束の位相すなわち波面が変わり、波長選択位相板１２で発生する残留収差を打ち消すことが可能となる。
【００６６】
図１７は、本実施の形態による波面収差補正素子７において、残留収差を補正した効果を示している。液晶層１０によって、残留収差に対して逆向きの波面収差を発生させ、それを打ち消すことで、該波面収差補正素子７を透過した光束の波面収差は、０．０２λｒｍｓ以下にまで低減できる。
【００６７】
波長選択位相板１２の各レベルの幅（領域幅）を広げると、波長選択位相板１２での残留収差が増大するが、それを液晶層１０により打ち消すことで波面収差を低減できる。この場合、波長選択位相板１２の各レベルの幅（領域幅）と、液晶層１０のセル１０ａの幅を広くできるので、当該波面収差補正素子７の製造は容易となる。
【００６８】
光ピックアップ１で発生する任意の波面収差と残留収差は、液晶層１０によって同時に補正することが可能である。そのための構成は、光ピックアップ１で発生する波面収差に合わせた電極パターンを電極層９（又は、対向電極層１１）に設け、残留収差を補正する電極パターンを対向電極層１１（又は、電極層９）に設ける。光源３の光束に対して駆動する時には、対向電極層１１において残留収差分をオフセットさせた状態で、さらに電極層９において、波面収差を補正するように液晶を駆動する。これにより、光ピックアップ１で発生する任意の波面収差と残留収差を同時に補正することが可能になる。
【００６９】
ところで、波長選択位相板１２の残留収差は、液晶層１０の領域によって異なる。例えば、図３に示す残留収差において、領域ａと領域ｂとでは、残留収差の傾き（λ／ｍｍ）が４倍異なる。このような波面を精度良く補正する場合、図５に示すように、液晶層１０の領域毎（セル１０ａ毎）に液晶部駆動装置１３によって印加する電圧の勾配（Ｖ／ｍｍ）を各々異ならせて設定すればよい。このように、液晶層１０に対する電極層９，１１間に印加する電圧値を領域毎に変えることで、各領域（各セル１０ａ）を透過した残留収差量に応じて波面収差の位相変化量を変えることができるので、残留収差をより小さく抑えることができる。
【００７０】
前述したように、波長選択位相板１２は、ガラスやプラスチックで構成されている。このため、深さｄは固定されているので、設計波長に対して光源の波長がずれると、屈折率が変わり、色収差が発生する。光源には一般的に半導体レーザを用いるが、半導体レーザの波長は、製造区間（ロット）や、環境温度の変化によってばらつきが生じる。このような色収差に対して、液晶層１０に与える印加電圧を変えることで、補正が可能になる。波長選択位相板１２で生じる色収差は、波長選択位相板１２の形状に沿った波面になるので、波長選択位相板１２のレベルが変化する各領域の幅にあわせて電極層９のパターンを設定すればよい。このような電極パターンは、前述の残留収差補正パターンと同じであるが、電圧印加の仕方が異なる。即ち、前述の残留収差補正の場合は、セル内において勾配した電圧を印加するのに対し、色収差補正の場合は、セル内で均一な電圧を印加する。これらを組み合わせて、残留収差を補正すると同時に、波長選択位相板１２で発生する色収差を同時に補正することも可能である。その場合の構成を図１６に示す。残留収差を補正する場合の１セル当たりの印加電圧は、ｘとｙの電位に差をつければよい。色収差を補正する場合の１セル当たりの印加電圧は、ｘとｙの印加電圧にオフセットを与えればよい。これらを同時に与えることで、波長選択位相板１２で生じる残留収差を補正しながら、色収差を補正することが可能になる。
【００７１】
液晶層１０の領域毎（セル１０ａ毎）の電圧値を変えられない場合は、液晶層１０の屈折率を領域毎（セル１０ａ毎）に異ならせるようにしても同様の効果が得られる。この場合、電極層９，１１に与える電圧値を一定にできるので、各領域（セル１０ａ）に印加する電線を共通化することができる。
【００７２】
また、液晶層１０の厚みを領域毎（セル１０ａ毎）に異ならせることでも同様の効果が得られる。この場合、各領域（セル１０ａ）に印加する電圧線を共通化できるだけでなく、液晶材料も各領域（セル１０ａ）で共通化することもできる。
【００７３】
ここで、このような波面収差補正素子７を踏まえ、図１よりも、より実際的な光ピックアップ１の構成例を図６に示す。光源には、２つ以上の波長の異なる光源２，３が用いられる。各光源２，３から出射された光束は、照明光学系を構成する波長合成プリズム４により、同一光路上に合成され、波面収差補正素子７を透過して、対物レンズ６に入射する。対物レンズ６で集光された光束は、光源２の波長の光束に対しては基板厚Ａの情報記録媒体５ａの面に、光源２の波長の光束に対しては基板厚Ｂの情報記録媒体５ｂの面にスポットを形成する。情報記録媒体５（５ａ又は５ｂ）で反射された光は、情報記録面の信号を載せ、検出光学系を構成する検出分離手段（ビームスプリッタ）１４及び検出レンズ１５，１６により受光素子１７，１８へと導かれる。検出分離手段１４は、光源と独立に置かれていても（図中光源２側の配置例）、光源と共通化されていても構わない（図中光源３側の配置例）。
【００７４】
対物レンズ６は、光源２の波長・基板厚Ａの情報記録媒体５ａに対して、波面収差が最小になるように設計されている。本実施の形態の波面収差補正素子７は、光源２からの光束に対して透過波面の位相分布が変わらないので、光源２から基板厚Ａの情報記録媒体５ａへの波面収差は十分小さくなる。このため、スポットを回折限界まで絞ることが可能となる。一方、光源３に対しては、光源３の波長・基板厚Ｂの情報記録媒体５ｂの組合せで発生する波面収差を、本実施の形態の波面収差補正素子７により低減させることで、スポットを回折限界近くまで絞ることが可能となる。
【００７５】
この場合、光源の波長が短くなると、各レンズやプリズム（波長合成プリズム４やビームスプリッタ１４）の波面収差が劣化する。従って、対物レンズ６は、波長の短い光学系に対して最適に設計することで、各波長の波面収差を低減でき、各光学系に対して良好なスポット径を得ることができる。
【００７６】
また、環境温度変化に伴う光源の波長変動に関しては、光ピックアップ内若しくはその周辺に温度センサ若しくは波長検出素子（図示せず）を設けることで確認でき、それを液晶素子の駆動装置にフィードバックすることで、波長選択位相板１２で生じる色収差を補正することが可能になる。
【００７７】
次に、本発明を３波長光源に適用した光ピックアップ２１の構成を図７に示す。まず、光源として、波長３８０〜４２０ｎｍの短波長の光束を出射する光源２２と、波長６４０〜６８０ｎｍの中波長の光束を出射する光源２３と、波長７６０〜８００ｎｍの長波長の光束を出射する光源２４とが設けられている。ここに、一例として、光源２３，２４は各々対応する受光素子が出射光／戻り光を回折により分離する回折素子とともに各々一体化されたホログラムユニットとして構成され、その前方には検出レンズ兼用のコリメートレンズ２５，２６が配設されている。一方、光源２２側は受光素子２７と別個の構成とされ、各々の前方にコリメートレンズ２８と検出レンズ２９とが配設されている。光源２２の出射光路上には、出射光と戻り光とを分離して検出光学系を構成する検出分離手段（ビームスプリッタ）３０が配設され、さらに、光源２２からの光束と光源２３からの光束とを同一光路上に合成する波長合成プリズム３１が設けられ、さらに、光源２２，２３からの光束と光源２４からの光束とを同一光路上に合成する波長合成プリズム３２が設けられている。この合成光路上に対物レンズ６が配設されているとともに、対物レンズ６と波長合成プリズム３２との間の光路上に波面収差補正素子７が配設されている。
【００７８】
ここに、対物レンズ６は、波長が最も短い光源２２用の短波長光学系に対して最適に設計されている。この時、波面収差補正素子７は、波長選択位相板１２の深さが、光源２２の波長λ１の２×整数倍に設定される。このようにすることで、波長選択位相板１２の深さが、波長λ１の略２倍である波長λ３の光源２４の光束に対しては、波長λ３の整数倍になる。従って、波長選択位相板１２における透過波面の位相分布は、光源２２，２４に対して変化しない。従って、光源２２，２４が発光する場合は、液晶層１０の透過波面位相差が入射面内で一定になるように制御すれば、本実施の形態の波面収差補正素子７は、光源２２，２４の光束に対しては作用しない。従って、光源２２から基板厚Ａの情報記録媒体５ａへの波面収差は十分小さくなる。このため、スポットを回折限界まで絞ることが可能となる。
【００７９】
また、光源２３の光束に対しては、光源２３の波長・基板厚Ｂの情報記録媒体５ｂの組合せで発生する波面収差を、本実施の形態の波面収差補正素子７により低減させることで、スポットを回折限界近くまで絞ることが可能となる。
【００８０】
また、光源２４の光束に対しては、光源２４の光束が対物レンズ６に対して発散気味に入射するようにその照明光学系を設定する（例えば、光源２４を対物レンズ６に近づけて配置させる）。これにより、光源２４の波長・基板厚Ｃの情報記録媒体５ｃの組合せで発生する波面収差を、当該光束を対物レンズ６に対して発散気味に入射させることで発生する波面収差によって低減することができる。さらに、このような補正法で残留する波面収差に関し、前述した液晶層によって、補正することで、光源２４に対してもスポットを回折限界近くまで絞ることが可能となる。
【００８１】
以上の構成により、３波長光源を用いた光ピックアップ２１は、どの光源２２，２３，２４−情報記録媒体５ａ，５ｂ，５ｃの組合せにおいても、波面収差を低減でき、スポットを回折限界近くまで絞ることが可能となる。
【００８２】
さらには、光源２３の波長６４０〜６８０ｎｍの中波長光学系において、対物レンズ６に入射する光束を略平行光にすることで、対物レンズ６と入射光束との光軸ずれ変動に強い光ピックアップ２１が実現できる。
【００８３】
また、図８に示すように本実施の形態の波面収差補正素子７を対物レンズ６と一体駆動するように、フォーカシング・トラッキング動作をするアクチュエータ３３の可動部３４において、一体に実装することで、対物レンズ６と本実施の形態の波面収差補正素子７との光軸ずれを抑えることができる。このため、軸ずれによる波面収差の劣化が発生せず、最良なスポット径を得ることができる。
【００８４】
また、波面収差補正素子７をアクチュエータ３３の可動部ではない照明光学系４の光路中に配置することで、アクチュエータ３３の軽量化を図ることができる。この場合、アクチュエータ３３のトラッキング動作による軸ずれによる波面収差の劣化を、当該波面収差補正素子７に設けた液晶層１０によって補正する。
【００８５】
このようにして、本発明の光ピックアップ１，２１を搭載した光ディスク装置によれば、情報記録媒体５におけるスポットが最適に絞られているため、記録・再生・消去品質の高い、光ディスク装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明を実施するための光ディスク装置における光ピックアップの基本構成を示す概略構成図である。
【図２】波面収差補正素子の構成例を示す断面図である。
【図３】波長選択位相板による残留収差を示す特性図である。
【図４】液晶層を構成する液晶セルの分子配向を示す模式図である。
【図５】領域毎に異ならせる液晶層への印加電圧を示す特性図である。
【図６】より具体的な光ピックアップの構成例を示す構成図である。
【図７】３波長構成の場合の光ピックアップの構成例を示す構成図である。
【図８】対物レンズ一体駆動方式の波長選択位相変換素子の配置例を示す側面図である。
【図９】一般的な光ピックアップの構成例を示す概略構成図である。
【図１０】Ｂｌｕ−ｒａｙ用の対物レンズをＤＶＤ用に用いた場合の波面収差例を示す特性図である。
【図１１】特許文献１の波長選択位相変換素子を用いた波面収差を示す特性図である。
【図１２】液晶素子の印加電圧と位相差との関係を示す特性図である。
【図１３】特許文献３の発散光による球面収差の補正例を示す特性図である。
【図１４】液晶層でコマ収差を補正する場合の電極パターンである。
【図１５】波長選択位相板で生じた残留収差を補正する電極パターンである。
【図１６】波長選択位相板で生じた残留収差と色収差を補正する１セル当たりの液晶素子構造である。
【図１７】本発明の一実施の形態の波面収差補正素子を使った場合の残留収差補正効果を示す特性図である。
【符号の説明】
【００８７】
１      光ピックアップ
２，３      光源
４      照明光学系
５      情報記録媒体
６      対物レンズ
７      波面収差補正素子
９      電極層
１０      液晶層
１１      対向電極層
１２      波長選択位相板
１４      検出光学系
１７，１８      受光素子
２１      光ピックアップ
２２，２３，２４      光源
３０      検出光学系
３１，３２      照明光学系
３３      アクチュエータ
３４      アクチュエータ可動部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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