(57)【要約】【課題】入射光の偏光状態に依存せず、入射光の波面を等方的に変化させる位相補正素子を得て、この位相補正素子を用いて光利用効率の高い光ヘッド装置を構成する。【解決手段】透明基板１上に形成された第１透明電極３と、第１透明電極３上に形成された無機電気光学薄膜４と、無機電気光学薄膜４上に形成された第２透明電極５とを備える位相補正素子であり、両電極間に電圧を印加することによって、無機電気光学薄膜４は、平面内方向の屈折率が等方的に変化して、位相補正素子１００に入射する光の波面を偏光状態に依存せず等方的に変化させる位相補正素子を得て、この素子を光ヘッド装置の光源と対物レンズとの間の光軸上に配置する。【選択図】図１
2005346845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と、透明基板上に形成された第１透明電極と、第１透明電極上に形成された無機材料からなる無機電気光学薄膜と、無機電気光学薄膜上に形成された第２透明電極とを備える位相補正素子であって、第１透明電極と第２透明電極との間に電圧を印加することによって、無機電気光学薄膜は、その平面内方向の屈折率が等方的かつ印加電圧の大きさに応じて変化して、位相補正素子に入射する入射光の波面を入射光の偏光状態に依存せず等方的に変化させることを特徴とする位相補正素子。
【請求項２】
透明導電性基板と、透明導電性基板上に形成された無機材料からなる無機電気光学薄膜と、無機電気光学薄膜上に形成された透明電極とを備える位相補正素子であって、透明導電性基板と透明電極との間に電圧を印加することによって、無機電気光学薄膜は、その平面内方向の屈折率が等方的にかつ印加電圧の大きさに応じて変化して、位相補正素子に入射する入射光の波面を入射光の偏光状態に依存せず等方的に変化させることを特徴とする位相補正素子。
【請求項３】
第１透明電極および第２透明電極の少なくとも一方は、透明平面電極上に同心円状でかつ透明平面電極より抵抗値の小さい２つ以上の給電部材が形成されている構造を有する請求項１に記載の位相補正素子。
【請求項４】
光源と、光源からの出射光を光記録媒体に集光する対物レンズと、対物レンズにより集光され光記録媒体により反射された光を分波するビームスプリッタと分波された光を検出する光検出器とを備えた光ヘッド装置において、請求項１、２または３に記載の位相補正素子が前記光源と前記対物レンズとの間の光路中に設置されていることを特徴とする光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相補正素子および光ヘッド装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光入射側に情報記録層が透明樹脂からなるカバー層で覆われた光記録媒体（以後、「光ディスク」という）として、ＣＤ用光ディスクやＤＶＤ用光ディスクが普及している。光ヘッド装置における、ＤＶＤ用の光ディスクの情報の記録および／または再生において、光源として波長が６６０ｎｍ帯の半導体レーザとＮＡが０．６から０．６５までの対物レンズが用いられている。
【０００３】
光ディスク１枚当たりの情報量を増加させるために、情報記録層を２層とした再生専用の光ディスクが普及している。情報記録層が単層の光ディスク（以後、「単層光ディスク」という）はカバー厚が０．６ｍｍであるが、情報記録層が２層の光ディスク（以後、「２層光ディスク」という）は光入射側のカバー厚が０．５６ｍｍおよび０．６３ｍｍの位置に情報記録層が形成されている。
【０００４】
光ヘッド装置において、単層光ディスクに対して収差がゼロとなるように最適設計された対物レンズを用いて、２層光ディスクを記録および／または再生する場合、カバー厚の違いによって球面収差が発生し情報記録層への入射光の集光性が劣化する。特に、記録型の２層光ディスクにおいて、集光性の劣化は記録時の集光パワー密度の低下の原因となり、書き込みエラーを招くため問題となる。
【０００５】
また、光ディスクの記録密度を向上するため、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。この場合も、記録型の２層光ディスクにおいて、カバー厚の違いによって発生する球面収差が書き込みエラーを招くため問題となる。
【０００６】
上記のような２層光ディスク等のカバー厚の違いによって発生する球面収差を補正する従来技術として、光ヘッド装置において可動レンズ群または位相補正素子を用いる方法が知られている。
【０００７】
可動レンズ群を用いた球面収差補正について特許文献１に記載されている。光源からの出射光が対物レンズに至る前の光軸中に、対物レンズに近接して凹レンズと凸レンズからなる可動レンズ群が設置されており、この凸レンズはアクチュエータに固定されている。アクチュエータを駆動して、凸レンズを光軸方向に移動することにより、凸レンズ可動レンズ群のパワーが正（凸レンズ）から負（凹レンズ）へと連続的に変わり焦点距離可変レンズ機能が発現する。この駆動により、光ディスクのカバー厚の異なる情報記録層に入射光の焦点を合わせることができる。しかし、可動レンズ群を用いた場合、凹および凸レンズとアクチュエータが必要となり光ヘッド装置の大型化を招くとともに、稼動させるための機構設計が複雑になる問題があった。
【０００８】
また、光ディスクのカバー厚の違いによって発生する球面収差を補正する液晶を用いた位相補正素子が特許文献２に記載されている。
【０００９】
しかし、従来の位相補正素子では、液晶を用いているため偏光依存性を有しており、偏光方向がある特定方向を有する直線偏光に対してのみ作用する。特に光源の光パワーを必要とする書込系光ヘッド装置では、光の利用効率を上げる必要があり、光源からの出射光の偏光方向と、反射により光ディスクから検出器へ向かう反射光の偏光方向とを異ならせる偏光系の光ヘッド装置が通常用いられるが、従来の液晶を用いた位相補正素子は特定方向の直線偏光に対してのみ作用するため、光源から光ディスクへ向かう出射光、または、光検出器に向かう光ディスクからの反射光のいずれか一方にしか作用しない問題があった。
【００１０】
このような偏光系光ヘッド装置の問題に対して、２つの液晶層を用いて構成する位相補正素子を用いることが特許文献３に記載されている。位相補正素子は、第１の液晶層と第２の液晶層からなり、かつ２つの液晶層を構成する液晶分子の電圧非印加時におけるそれぞれの配向方向が直交する配置でアクチュエータに搭載されている。このような構成にすることにより、２つの液晶層のうちの１つは、光記録媒体へ向かう光源からの出射光に作用して波面を変化させることで光記録媒体上での集光特性を向上でき、もうひとつの液晶層により、光記録媒体から光検出器へ向かう反射・戻り光に作用して波面を変化させることで光検出器上での集光特性を向上できる。
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−１１５１２７号公報
【特許文献２】特開２００３−３６５５５号公報
【特許文献３】特開２００２−３１９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし従来の２つの液晶層を用いた位相補正素子は、２つの液晶層を一体化して部品点数を減らした構成の場合、形状の大型化や重量増となるため、対物レンズを保持するアクチュエータに搭載することが難しく、対物レンズと一体駆動することによる理想的な位相補正ができない問題があった。また２つの液晶層を一体化せず別置きとして使用する場合、部品点数の増加となるため、光ヘッド装置の光学系が複雑になり、調整工程の増大や、歩留の低下を招き、コスト増になる問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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、透明基板と、透明基板上に形成された第１透明電極と、第１透明電極上に形成された無機材料からなる無機電気光学薄膜と、無機電気光学薄膜上に形成された第２透明電極とを備える位相補正素子であって、第１透明電極と第２透明電極との間に電圧を印加することによって、無機電気光学薄膜は、その平面内方向の屈折率が等方的かつ印加電圧の大きさに応じて変化して、位相補正素子に入射する入射光の波面を入射光の偏光状態に依存せず等方的に変化させることを特徴とする位相補正素子を提供する。
【００１４】
また、透明導電性基板と、透明導電性基板上に形成された無機材料からなる無機電気光学薄膜と、無機電気光学薄膜上に形成された透明電極とを備える位相補正素子であって、透明導電性基板と透明電極との間に電圧を印加することによって、無機電気光学薄膜は、その平面内方向の屈折率が等方的にかつ印加電圧の大きさに応じて変化して、位相補正素子に入射する入射光の波面を入射光の偏光状態に依存せず等方的に変化させることを特徴とする位相補正素子を提供する。
【００１５】
また、光源と、光源からの出射光を光記録媒体に集光する対物レンズと、対物レンズにより集光され光記録媒体により反射された光を分波するビームスプリッタと分波された光を検出する光検出器とを備えた光ヘッド装置において、上記の位相補正素子が前記光源と前記対物レンズとの間の光路中に設置されていることを特徴とする光ヘッド装置を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明に係る位相補正素子では、無機材料電気光学薄膜に印加する電圧によって生じる屈折率の変化量が、無機材料電気光学薄膜に入射する偏光状態によらずほぼ等方的であるため、入射偏光の状態に依存することなく透過光の波面を変化させることができる。
【００１７】
また、本発明の位相補正素子は無機材料電気光学薄膜を用いるため、液晶を用いた位相補正素子よりも早い応答が可能となる。
【００１８】
さらに、本発明の位相補正素子は、固体の無機材料電気光学素子を用いるため、液晶のような液体であることに起因する液体漏れや、液晶層への周辺からの汚染物による液晶比抵抗の低下のような問題が発生しないため、耐久性や耐光性などの長期の環境信頼性にも優れている。
【００１９】
請求項２の発明に係る位相補正素子は、請求項１の発明に係る位相補正素子の効果に加え、透明電極が１つのみであるため製造工程がより簡略化され、生産性の高い位相補正素子となる。
【００２０】
請求項３の発明に係る位相補正素子は、請求項１の発明に係る位相補正素子の効果に加え、同心円状の給電部材が形成されているため球面収差を補正する補正用波面が光学軸のまわりに均一なものとなるという効果を有する。さらに、給電部材が透明平面電極よりも抵抗値が小さいため、抵抗値の大きい透明平面電極内では隣接する給電部材間で電位（電圧）がなめらかに変化するという効果を有する。
【００２１】
請求項４に係る光ヘッド装置の発明は、無機電気光学薄膜からなる位相補正素子を搭載しているため偏光光学系を使用する場合でも光の高い利用効率が得られ、また２つの液晶層を用いた従来の位相補正素子で問題となったアクチュエータへの搭載が容易になるとともに、調整工程も簡素化され装置のコストダウンが図れる。
【００２２】
また、液晶層を用いた位相補正素子では、光源の波長が４００ｎｍ前後の光ヘッド装置に適用する場合、長時間のレーザ照射で、有機材料である液晶や配向膜の劣化が徐々に生じ、所望の特性が得られなくなる問題があったが、本発明の位相補正素子は、無機電気光学薄膜を用いるため耐レーザ性が高い。また、光ヘッド装置の組立調整工程内でよく使用されるＵＶ硬化型接着剤の使用による材料劣化も生じない。そのため、装置の信頼性が高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
「第一の実施形態」
本発明の第一実施形態に係る位相補正素子１００の構成例について図１に断面図を示す。本実施形態に係る位相補正素子の構成および作製手順例を以下に説明する。
透明基板１の一方の平坦面に第１透明電極３を形成する。さらに第１透明電極３の面に無機材料を用いた電気光学薄膜４（以後、「無機電気光学薄膜４」という）を形成する。さらに、無機電気光学薄膜４の面に第２透明電極５を形成する。さらに、第２透明電極５の面と、透明基板１の第１透明電極３が形成されていない裏面とに、各々、反射防止膜６、７を形成し、位相補正素子１００とする。
【００２４】
まず、位相補正素子１００の作用について説明する。
第１透明電極３と第２透明電極５に電圧を印加することによって、無機電気光学薄膜４に電気光学効果が生じ、無機電気光学薄膜４の電圧印加方向、および電圧印加方向と直交する方向、すなわち平面内方向の屈折率が変化する。本発明では、電圧印加方向に光を入射させる使い方であり、位相補正のための屈折率変化で重要になるのは、電圧印加方向と直交する方向の屈折率変化である。
【００２５】
電気光学効果には、印加電圧に対して線形に屈折率が変化する１次電気光学効果（ポッケルス効果）と印加電圧の二乗に屈折率が比例する２次電気光学効果（カー効果）がある。屈折率の変化量は、無機電気光学材料の種類や結晶構造によって決まる、電圧の１次に比例する係数１次電気光学係数（ｒｉｊ）や電圧の２次に比例する係数２次電気光学係数（ｓｉｊ）とならんで、無機電気光学薄膜材料に印加する電圧の方向にも関係する。
その中で、無機電気光学材料および構造と電圧印加方向を適切に選ぶことで、電圧印加方向と直交する方向の屈折率変化量を、入射偏光状態によらず等方的にできる。
【００２６】
例えば、２次電気光学効果を有する、ヘルマン・モルガンの記号で表すとｍ３ｍ型の結晶構造の材料は、Ｘ方向（１００）に電界Ｅが存在する場合、（１００）方向とそれに直交するＹ方向、Ｚ方向の屈折率、および、Ｙ方向、Ｚ方向の屈折率変化は、式１、式２、式３で記述される。
【００２７】
【数１】
2005346845.tif 000003
【００２８】
ここでｓ１１、ｓ１２は、電気光学結晶の２次電気光学係数、ｇ１１、ｇ１２は結晶の電気光学係数、ε０は真空の誘電率、εｒは比誘電率である。式２、式３から、電圧（または電界）の方向（Ｘ方向）と直交する２つの方向（Ｙ方向、Ｚ方向）の屈折率、および屈折率変化は等しく、Ｘ方向に伝播する入射光の偏光状態に依存しないことが分かる。このような材料を位相補正素子１００に使用することで、入射偏光の状態に依存することなく透過光の波面を変化させることができる。この構造の結晶では、電圧印加方向が（１１１）方向でも、入射光の偏光状態に依存性せず、電圧印加方向に直交する２つの方向の屈折率変化は等しくなる。
【００２９】
また、例えば１次電気光学効果有する、ヘルマン・モルガンの記号で表すとｍ３ｍ型の結晶構造の材料は、ｃ軸方向（Ｚ方向）に電界Ｅが存在する場合、ｃ軸方向（Ｚ）とそれに直交する、Ｘ方向とＹ方向の屈折率は、式４、式５で記述される。
【００３０】
【数２】
2005346845.tif 000004
【００３１】
ここでｒ３３、ｒ１３は電気光学結晶の１次電気光学係数であり、ｎｅ、ｎｏはそれぞれ、異常光屈折率、常光屈折率である。式４、式５から、電圧（すなわち電界）の方向（Ｚ方向）と直交する２つの方向（Ｘ方向、Ｙ方向）の屈折率変化は等しく、Ｚ方向（すなわちｃ軸）に伝播する入射光の偏光状態に依存しないことが分かる。このような材料を位相補正素子１００に使用することで、入射偏光状態に依存することなく透過光の波面を変化させることができる。
【００３２】
このように、結晶構造によって電圧の印加方向を適切に選ぶことで、偏光状態に依存しない位相補正素子１００が得られる。
なお、以上述べてきた無機電気光学薄膜４としては、ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３（ＫＴＮ）、ＢａＴｉＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＰＬＺＴ（Ｐｂ（１−ｘ）Ｌａｘ（ＺｒｙＴｉ（１−ｙ）（１−ｘ／４）Ｏ３）が、電気光学係数が大きく好ましい。
【００３３】
次に、発生する球面収差を補正するための位相補正用の透明電極について説明する。
位相補正素子１００によって２層光ディスクのカバー層の相違に応じて発生する球面収差を補正するためには、球面収差の空間的な波面の乱れを打ち消すような波面を、無機電気光学薄膜４に入射する光に対して発生させる。空間的な波面の乱れを打ち消すような波面を無機電気光学薄膜４で発生させるためには、入射光が無機電気光学薄膜４を透過する部分の、ビーム断面内で電圧分布を持たせることで得られる。
【００３４】
位相補正素子１００によって波面の空間分布変化を発生させる電極形状としては、例えば図２に示すような同心円状に分割された電極を、位相補正素子１００の第１透明電極３、もしくは第２透明電極５に設けて球面収差を補正する方法がある。また、連続的になめらかに変化する球面収差を発生させるために、連続的になめらかに変化する電圧分布が得られる、例えば図３に示すような電極を位相補正素子１００の第１透明電極３、もしくは第２透明電極５として設ける方法がある。
【００３５】
連続的になめらかに変化する電圧分布を得るための構成としては、図３に示すように、例えば、無機電気光学薄膜４の第２透明電極５として、まず一様な透明平面電極４０を形成する。次に発生する球面収差を補正できる電圧印加用電極形状として、球面収差の形状に合わせた電圧を供給する複数の給電部材４１、４２、４３を透明平面電極４０上に設ける。
【００３６】
また、第２透明電極５に対向する第１透明電極３には一様な薄膜電極を設ける。そして引出配線４４を通じて、上記の球面収差を補正するための所望の電圧分布となる適切な電圧として、給電部材４１と第１透明電極３間に信号電圧５１を、給電部材４２と第１透明電極３間には信号電圧５２を、そして、給電部材４３と第１透明電極３間には信号電圧５３を各々印加する。このとき、信号電圧５１と信号電圧５２と信号電圧５３は異なるものとする。
【００３７】
ここで、給電部材４１〜４３の抵抗値は透明平面電極４０の抵抗値より小さくする。すなわち、給電部材４１、４２、４３の各々に異なる電圧を印加したとき、給電部材４１、４２、４３の各々のパターニングされた電極は等電位となり、異なる給電部材間に挟まれた透明電極４０には、異なる給電部材間の電位差（電圧分布）が発生するように給電部材（４１、４２、４３）と透明平面電極４０の抵抗を選ぶ。
【００３８】
このような構成にすることで、無機電気光学薄膜４に入射するビーム断面内に、連続的にかつなめらかに変化する電圧分布を発生させることでき、無機電気光学薄膜４からなる位相補正素子１００の光ビーム断面内の位置による屈折率が連続的になめらかに変化し、透過波面の変化を連続的かつなめらかにできる。この透過波面の変化は、図２に示す同心円状の分割電極から得られる離散的な波面変化よりも、実際に発生する収差により近い波面変化となるので好ましい。また、このような連続的になめらかな波面変化と分割電極による離散的な波面変化を発生させるパターンを組合せてもよいし、球面収差以外の複数の収差も補正できるように、液晶層への電圧印加分布を組合せてもよい。
【００３９】
無機電気光学４の作製方法としては、電子ビーム蒸着、イオンプレーティング、イオンビームスパッタリング、ＲＦマグネトロンスパッタリング、レーザアブレーション、ＭＢＥ、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ等の気相成長法や、ゾルゲル法、セルフフラックス法等のウエットプロセスにより作製された固体成長法によって作製される。最近、光通信用の光導波路デバイス用途として無機電気光学薄膜の研究が盛んに行われている。無機電気光学４の作製方法としては、光導波路薄膜としての高品位な薄膜が得られている、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、セルフフラックス法が好ましい。
【００４０】
透明基板１としては、無機電気光学薄膜４の材料および作製方法にもよるが、上記の好ましいプロセスにおいては、４００℃程度から、条件によっては、１０００℃近傍で成膜するなど高温環境におかれるので、軟化点や融点の高い、ＳｉＯ２基板、ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３基板、ＭｇＯ基板、ＳｒＴｉＯ３基板などか好ましい。
【００４１】
第１透明電極３も透明基板１と同様、高温に環境におかれるので、高温でも使用可能なＳｎＯ２薄膜やＡｕ薄膜を、電子ビーム蒸着やＣＶＤ法やＲＦマグネトロンスパッタリング法などで成膜して使用する。
【００４２】
第２透明電極５は、既に無機電気光学薄膜４が成膜ざれており、第１透明電極３ほど高い温度耐久性は要求されない。後工程の反射防止膜６の成膜工程は高温成膜でも３００℃程度であり、ＩＴＯやＳｎＯ２を使用できる。なお、第２透明電極５の電極形状として、連続的かつなめらかに変化する電圧分布を得ることができる図３の構成を使用する場合は、一様な高抵抗値の透明平面電極４０としては、Ｓｂ、Ｉｎ、Ｇａなどの元素を１種または複数種ドープしたＳｎＯ２や、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｙ、Ｉｎなどの元素を１種または複数種ドープしたＺｎＯ膜がよく、また、透明平面電極４０の抵抗値より小さくする必要のある給電部材４１〜４３としてはＩＴＯを使用する。
【００４３】
反射防止膜６、７は、透明基板１、第１透明電極３、無機電気光学薄膜４、第２透明電極５の屈折率および膜厚を考慮し、使用波長において反射防止になるよう光学多層膜設計を行い、電子ビーム蒸着法やＲＦスパッタ法で形成すればよい。
【００４４】
第１透明電極３や第２透明電極５は、位相補正素子１００に入射する光ビームの有効エリア（図示せず）の外側部分から、外部電圧印加用の配線を引き出せるようにするため、第１透明電極３に対しては反射防止膜６、第２透明電極５、無機電気光学薄膜４を、第２透明電極５に対しては反射防止膜６を、反応性イオンエッチングやイオンビームエッチングなどでエッチングし、さらに、第１および第２透明電極上にクロムや金の電極（図示せず）を形成し、金属ワイヤーやＦＰＣケーブルなどの配線により、電圧発生装置８に接続する。
【００４５】
「第二の実施形態」
本発明の第二の実施形態に係る位相補正素子２００の構成例について、図４に断面図を示す。図１と同じ機能を有するものは同じ符号を付与している。
第二の実施形態は、透明基板として透明導電性基板２を使用したこと、および、第一の実施形態における第１透明電極３を使用せずに、透明導電性基板２が第一の実施形態における第１透明電極３として機能するところが、第一の実施形態と異なる。これにより透明導電性基板２の上に、直接、無機電気光学薄膜４が成膜できるので、透明導電性基板２の格子定数に近い格子定数を持つ電気光学材料の結晶性の高い薄膜を得ることできる。
【００４６】
第一の実施形態の第１透明電極３を使用せず、透明導電性基板２を用いることを除けば位相補正素子２００の構成や機能は、第一の実施形態の位相補正素子１００と同じである。透明導電性基板２としては、高い透過率でかつ抵抗率の低い材料が好ましく、例えば低濃度のＮｂをドープしたＳｒＴｉＯ３などを使用できる。
【００４７】
「第三の実施形態」
図１に示す断面構造の本発明の位相補正素子１００を搭載したＤＶＤ用の光ディスクの記録および／または再生に用いられる光ヘッド装置３００の構成例を図５に示す。位相補正素子１００には、第２透明電極５として、連続的になめらかな波面変化が発生できる図３に示す構造のものを用いる。光源である半導体レーザ２１からの直線偏光である出射光はコリメータレンズ３０により平行光となり、ビームスプリッタ２２、位相補正素子１００を透過後、１／４波長板２５を透過して円偏光になり、フォーカスサーボおよびトラッキングサーボ用のアクチュエータ２７に設置された対物レンズ２６により光ディスク２８の情報記録層に集光される。
【００４８】
また、光ディスク２８により反射された円偏光の反射光は、再び対物レンズ２６および１／４波長板２５を透過し、光源からの出射光とは偏光方向がほぼ直交する直線偏光となる。そして再度位相補正素子１００を透過し、ビームスプリッタ２２により反射され、集光レンズ３１を透過して光検出器２９に集光される。
【００４９】
位相補正素子１００が搭載された光ヘッド装置３００を用い、カバー厚の異なるＤＶＤ用の単層および２層の記録および／または再生用光ディスクに対して安定した記録および／または再生を行うための動作について以下に説明する。
【００５０】
対物レンズ２６は、使用波長λ＝６６０ｎｍでカバー厚０．６０ｍｍのＤＶＤ用の単層光ディスクに対して収差がゼロとなるように設計されており、開口数ＮＡ＝０．６５および焦点距離３．０５ｍｍの対物レンズである。このため、単層光ディスクの記録および／または再生時には位相補正素子１００に電圧を印加しない。
【００５１】
２層光ディスクの記録および／または再生においては、カバー厚（情報記録層までの距離）が０．６０ｍｍと異なるので、カバー厚０．６０ｍｍのＤＶＤ用単層光ディスクに対して収差がゼロとなるように設計された対物レンズ２６で集光した場合、球面収差が発生する。このとき発生する球面収差、すなわち光路長差ＯＰＤは、中心（ｒ＝０）を基準に、ゼルニケ（Ｚｅｒｎｉｋｅ）関数における３次球面収差の表記として、
【００５２】
【数３】
2005346845.tif 000005
【００５３】
となる。ｒは規格化半径で、ａは球面収差に対する３次球面収差の成分割合を示す。式６はｒに対して、中心（ｒ＝０）でＯＰＤ（０）＝ａ、ｒ＝（１／２）０．５でＯＰＤ（ｒ）＝−０．５ａ（極大または極小）、外周（ｒ＝１）でＯＰＤ（１）＝ａとなる。
【００５４】
カバー厚０．５６ｍｍの層（０．６０ｍｍよりも薄い層）の記録および／または再生時は、式６にて発生する光路長差ＯＰＤのｒ依存性を打ち消すような透過波面が得られるように位相補正素子１００の引出配線４４を通じて、給電部材４１と第１透明電極３間に信号電圧５１を、給電部材４２と第１透明電極３間に信号電圧５２を、そして、給電部材４３と第１透明電極３間には信号電圧５３を各々印加する。このとき給電部材４２はＯＰＤが極値となる規格化半径ｒ＝（１／２）０．５の位置に配置することが好ましい。
【００５５】
また、この場合のＯＰＤは極小となるため、給電部材４２において屈折率が小さく、給電部材４１、４３における屈折率が大きくなるように信号電圧５１、５２、５３を印加することでカバー厚の違いによって発生した球面収差が補正され、対物レンズ２６により、カバー厚０．５６ｍｍの層に効率よく集光される。
【００５６】
一方、カバー厚０．６３ｍｍの層の記録および／または再生時においても、カバー厚００．５６ｍｍと同様に、式６にて発生する光路長差ＯＰＤのｒ依存性を打ち消すような透過波面が得られるように位相補正素子１００の引出配線４４を通じて、給電部材４１と第１透明電極３間に信号電圧５１を、給電部材４２と第１透明電極３間に信号電圧５２を、そして、給電部材４３と第１透明電極３間には信号電圧５３を各々印加する。カバー厚０．６３ｍｍの場合、ＯＰＤは極大となるため、カバー厚０．５６ｍｍとは反対に、給電部材４２において屈折率が大きく、給電部材４１、４３における屈折率が小さくなるように信号電圧５１、５２、５３を印加することでカバー厚の違いによって発生した球面収差が補正され、対物レンズ２６により、カバー厚０．６３ｍｍの層に効率よく集光される。従って、位相補正素子１００の印加電圧を切り替えることにより、カバー厚の異なるＤＶＤ用の単層光ディスクおよび２層光ディスクに対して安定した記録および／または再生が実現する。
【００５７】
第一の実施形態で述べたように、位相補正素子１００は、位相補正素子１００を透過する光の偏光状態に依存せずに、透過光の屈折率を変えることができるので、半導体レーザ２１から光ディスク２８に向かう出射光の波面は、位相補正素子１００で収差が補正され、光ディスク上で良好な光の集光特性が得られる。また、光ディスク２８からの反射光の偏光方向が、入射光の偏光方向に対して直交するような光の利用効率が高い偏光系光ヘッド装置の場合でも、位相補正素子１００が入射偏光状態に依存しないため、光ディスク２８から光検出器２９に向かう反射光の波面も位相補正素子１００で収差が補正され、光検出器上でも良好な集光特性を示すことができ、フォーカスサーボやトラッキングサーボ特性の劣化を防ぐことができる。
【００５８】
図５に示す本発明の光ヘッド装置のように、位相補正素子１００と１／４波長板２５を積層した場合、部品点数を低減できるの好ましい。位相補正素子１００への積層面は、無機電気光学薄膜４が成膜されている側とそうでない側とどちらでもよいが、透明電極からの電気配線取出部がない基板側に積層するほうが作業面や信頼性面で好ましい。
【００５９】
位相補正素子１００は対物レンズ２６を保持したアクチュエータ２７に搭載することが好ましい。これにより、トラッキング時に対物レンズ２６と位相補正素子１００とが一体に動かすことができ、このため対物レンズ２６と位相補正素子１００との光軸間のズレ発生による収差補正性能の劣化がなくなる。
【００６０】
図５に示した本発明の光ヘッド装置の例では、位相補正素子１００は、１／４波長板２５に対して光源側の光路中に配置したものであり、半導体レーザ２１からの出射光も光ディスク２８からの反射光も位相補正素子１００を透過するときは直線偏光であるが、位相補正素子１００を１／４波長板２５に対して光ディスク側の光路中に配置した構成にしてもよい。この場合、半導体レーザ２１からの直線偏光である出射光は、１／４波長板２５を通過することによりほぼ円偏光となり位相補正素子１００を透過する。このとき、位相補正素子１００は偏光方向に依存しない屈折率変化を電圧印加によって発生するため、円偏光の入射光に対しても波面を変化させることができる。また、光ディスク２８からの反射光も円偏光となり位相補正素子１００に入射されるが、同様の理由により波面を変化させることができる。その後、１／４波長板２５を通過することで、半導体レーザ２１からの出射光の偏光方向と直交する偏光方向に変換され、ビームスプリッタ２２により高い効率で光検出器２９に導くことができる。
【００６１】
すなわち、位相補正素子１００は、無機電気光学薄膜４に印加する電圧によって生じる屈折率の変化量が、電気光学薄膜に入射する偏光状態によらずほぼ等方的であるため、位相補正素子１００に入射する光の偏光状態に依存することなく透過光の波面を変化させることができる。このような光ヘッド装置構成にすることにより、１つの無機電気光学薄膜４からなる位相補正素子１００で、光源から光記録媒体へ向かう出射光と、光記録媒体で反射し光記録媒体から光検出器へ向かう出射光の両方に対して波面を変化させることができ、光記録媒体上での集光特性、および光検出器上での集光特性を向上でき、高い光利用効率の偏光系光ヘッド装置に適用可能となる。
【００６２】
１／４波長板としては、３／４波長板や５／４波長板など、１／４波長板に対して位相差が１／２の整数倍を持つものでもよく、波長板材料としては水晶のような複屈折性の光学結晶を用いてもよいし、高分子液晶やポリカーボネートなどの有機薄膜を用いてもよい。
【００６３】
本実施形態では、波長６６０ｎｍの光を用いるＤＶＤ用の単層および２層光ディスクに対して動作する位相補正素子を搭載した光ヘッド装置について説明したが、波長４０５ｎｍの青色光を用いる単層および２層光ディスクに対して動作する位相補正素子を搭載した光ヘッド装置についても同様の作用・効果が得られる。
【実施例】
【００６４】
「例１」
第一の実施形態に示した本発明の位相補正素子１００の実施例を以下に説明する。図１は位相補正素子１００の断面図である。この位相補正素子１００は、透明基板１のＳｉＯ２基板の上に第１透明電極３として、透明導電膜であるＳｎＯ２を基板温度７５０℃のＣＶＤ法で成膜する。その上に、無機電気光学薄膜４として、結晶組成が、ＫＴａ０．６５Ｎｂ０．３５Ｏ３膜（以後、「ＫＴＮ６５」という）になるよう減圧下でキャリアガスを制御しながら、９００℃のＣＶＤ法で成膜する。膜厚は４．０μｍで、結晶相は膜面内のツイストはあるが、結晶成長しやすい（１００）を向いている。光導波路膜として使用する場合は、ドメインによる散乱等の影響が大きいが、本発明の場合は薄膜に垂直方向に光を入射させて用いるので使用可能である。さらにＫＴＮ６５に第２透明電極５を成膜したのち、反射防止膜６、７を電子ビーム蒸着で成膜する。
【００６５】
第２透明電極５として、連続的かつなめらかに変化する電圧分布を得ることができる図３に示した構成を用い、高抵抗値の透明平面電極４０としてはＳｂをドープしたＳｎＯ２を、透明平面電極４０の抵抗値より小さくする必要のある給電部材４１〜４３にはＩＴＯを使用する。高抵抗値の透明平面電極４０と低抵抗値の給電部材４１〜４３の抵抗比は、１００００程度である。
【００６６】
以上の構成の位相補正素子１００に、電圧を印加した場合に発生する位相差（Δｎｄ）は、式３および、ｇ１２＝−０．０３８ｍ４／Ｃ２、ｎ＝２．３２（λ＝６６０ｎｍ）、εｒ＝１８７６０から、Δｎｄ＝０．３２μｍ（１４Ｖ印加時）となる。これは、使用波長λ＝６６０ｎｍで、カバー厚０．６０ｍｍのＤＶＤ用の単層光ディスクに対して収差がゼロとなるように設計された開口数ＮＡ＝０．６５および焦点距離３．０５ｍｍの対物レンズを、カバー厚０．５６ｍｍと０．６３ｍｍのＤＶＤ用の２層光ディスクに用いるときに発生する最大光路長差の約０．２λ（＝０．２×６６０ｎｍ＝０．１３２μｍ）に対して十分な値であり、球面収差の補正が可能である。
【００６７】
また、式２より、電圧により屈折率は増加するため、例えば、位相補正素子１００の中央部の印加電圧を周辺部の印加電圧よりも大きくなるように信号電圧を５１、５２、５３を印加することで、正のパワーすなわち凸レンズ相当の透過波面を発生できる。逆に位相補正素子１００の中央部の印加電圧を周辺部の印加電圧よりも小さくなるように信号電圧５１、５２、５３を印加することで、負のパワーすなわち凹レンズ相当の透過波面を発生できる。また、透過波面の発生において入射偏光依存性はない。
【００６８】
「例２」
第二の実施形態に示した本発明の位相補正素子２００の実施例を以下に説明する。図４は位相補正素子２００の断面図で、透明導電性基板２として抵抗率が１．５×１０６Ω・ｃｍ、厚さが１．０ｍｍの低濃度ＮｂドープのＳｒＴｉＯ３（１００）を用いる。透明導電性基板２の上には、無機電気光学薄膜４として、結晶組成が、ＫＴＮ６５になるよう減圧下でキャリアガスを制御しながら、１０００℃でＣＶＤエピタキシャル成膜する。膜厚は４．０μｍで、結晶相は（１００）を向いている。さらにＫＴＮ６５に第２透明電極５を成膜し、さらに反射防止膜６、７を電子ビーム蒸着で成膜する。
【００６９】
第２透明電極５として、連続的かつなめらかに変化する電圧分布を得ることができる図３の構成を用い、高抵抗値の透明平面電極４０としてはＳｂをドープしたＳｎＯ２を、透明平面電極４０の抵抗値より小さくする必要のある給電部材４１〜４３にはＩＴＯを使用する。高抵抗値の透明平面電極４０と低抵抗値の給電部材４１〜４３の抵抗比は、１００００程度である。
【００７０】
以上の構成の位相補正素子２００に、電圧を印加した場合に発生する位相差（Δｎｄ）は、式２、式３および、ｇ１２＝−０．０３８ｍ４／Ｃ２、ｎ＝２．３２（λ＝６６０ｎｍ）、εｒ＝２７０００から、Δｎｄ＝０．３４μｍ（１０Ｖ印加時）となる。これは、使用波長λ＝６６０ｎｍで、カバー厚０．６０ｍｍのＤＶＤ用の単層光ディスクに対して収差がゼロとなるように設計された開口数ＮＡ＝０．６５および焦点距離３．０５ｍｍの対物レンズを、カバー厚０．５６ｍｍと０．６３ｍｍのＤＶＤ用の２層光ディスクに用いるときに発生する最大光路長差の約０．２λ（＝０．２×６６０ｎｍ＝０．１３２μｍ）に対して十分な値であり、球面収差の補正が可能である。
【００７１】
なお、比誘電率が例１と比較して大きい理由は、基板として用いているＳｒＴｉＯ３の格子定数（０．３９ｎｍ）がＫＴＮ（６５）の格子定数（０．４ｎｍ）に近く格子整合がとれ、品質のよいエピタキシャル成長膜ができるためと考えられる。実施例２の場合、誘電率が高いため、同じ４．０μｍの膜厚でも、例１に比べて、低電圧駆動が可能になる。なお、印加電圧の切替により正のパワーの透過波面、および負のパワーの透過波面を発生できることは、例１の場合と同じである。
【００７２】
「例３」
第三の実施形態に示した本発明の光ヘッド装置３００の実施例を以下に説明する。図５は光ヘッド装置３００の構成図で、位相補正素子１００は、例１で用いたものに１／４波長板２５が一体化されている。一体化のため、位相補正素子１００は、図１の反射防止膜７は成膜せず、その基板面にＵＶ硬化樹脂を用いて１／４波長板２５を接着する。光ヘッド装置３００の構成は、第三の実施形態で説明したので省略する。
【００７３】
光ヘッド装置３００において、対物レンズは、使用波長λ＝６６０ｎｍで、カバー厚０．６０ｍｍのＤＶＤ用の単層光ディスクに対して収差がゼロとなるように設計されており、開口数ＮＡ＝０．６５および焦点距離３．０５ｍｍの対物レンズである。このため、カバー厚０．６０ｍｍのＤＶＤ用の単層光ディスクを記録および／または再生する場合、位相補正素子１００への電圧印加をしなくても入射光は対物レンズ２６により情報記録層に集光される。
【００７４】
ＤＶＤ用の２層光ディスクの記録および／または再生においては、カバー厚０．５６ｍｍの層の記録および／または再生時は、発生する光路長差ＯＰＤが極小値を有するｒ（規格化半径）依存性となるため、位相補正素子１００の透過波面が光路長差ＯＰＤのｒ依存性を打ち消すように、中心部と周辺部の給電部材４１、４３には、ほぼ１０Ｖの電圧を、ＯＰＤが極小値を持つｒ（＝１／２０．５）位置に配置する給電部材４２には、ほぼ０Ｖの電圧を印加することで、最大光路長差約０．２λ（＝０．２×６６０ｎｍ＝０．１３２μｍ）を補正する。これにより、記録情報層への集光性が改善できるとともに、位相補正素子１００は入射偏光依存性が無いため、光検出器への集光性能改善も同時に実現する。
【００７５】
カバー厚０．６３ｍｍの層の記録および／または再生時は、発生する光路長差ＯＰＤが極大値を有するｒ（規格化半径）依存性となるため、位相補正素子１００の透過波面が光路長差ＯＰＤのｒ依存性を打ち消すように、中心部と周辺部の給電部材４１、４３には、ほぼ０Ｖの電圧を、ＯＰＤが極小値を持つｒ（＝１／２０．５）位置に配置する給電部材４２には、ほぼ１０Ｖの電圧を印加することで、最大光路長差約０．２λ（＝０．２×６６０ｎｍ＝０．１３２μｍ）を補正する。これにより、記録情報層への集光性が改善できるとともに、位相補正素子１００は入射偏光依存性が無いため、光検出器への集光性能改善も同時に実現する。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
以上説明したように、本発明の位相補正素子では、無機材料の無機電気光学薄膜に印加する電圧によって生じる屈折率の変化量が、無機電気光学薄膜に入射する光の偏光状態によらず等方的であるため、入射偏光の状態に依存することなく透過光の波面を変化させることができる。このため、２層光ディスクのカバー層の違いによって発生する球面収差により阻害される光ディスク上、および光検出器上での集光特性の改善を、１つの位相補正素子により実現することができ、高い光の利用効率が要求される偏光系の光ヘッド装置にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の位相補正素子の一例を示す断面図。
【図２】球面収差を補正する無機材料を用いた無機電気光学薄膜に電圧を印加する透明電極の分割形状を示す模式的平面図。
【図３】球面収差を補正する無機材料を用いた無機電気光学薄膜に電圧を印加する透明電極および給電部材形状を示す模式的平面図。
【図４】本発明の位相補正素子の別の例を示す断面図。
【図５】本発明の位相補正素子を搭載した光ヘッド装置を示す構成図。
【符号の説明】
【００７８】
１：透明基板
２：透明導電性基板
３：第１透明電極
４：無機材料の電気光学薄膜
５：第２透明電極
６、７：反射防止膜
８：電圧発生装置
２１：半導体レーザ
２２：ビームスプリッター
２５：１／４波長板
２６：対物レンズ
２７：アクチュエータ
２８：光ディスク
２９：光検出器
３０：コリメートレンズ
３１：集光レンズ
４０：高抵抗透明電極
４１、４２、４３：給電部材
４４：引出配線
１００、２００：位相補正素子
３００：光ヘッド装置
【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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