(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記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、前記光源と前記対物レンズとの間に設けられた前記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前記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、
前記位相補正素子はその表面に透明電極が形成された一対の透明基板と、前記透明基板間に挟持された液晶層とを備え、一方の透明基板面には球面収差を補正するための透明電極である球面収差補正用電極が形成され、もう一方の対向する透明基板面にはコマ収差を補正するための透明電極であるコマ収差補正用電極と非点収差を補正するための透明電極である非点収差補正用電極とが形成されており、
前記非点収差補正用電極は、前記位相補正素子の光軸と交差して横切りかつ、複数個に分割された前記コマ収差補正用電極の並ぶ方向と直交する方向に沿って並ぶように前記位相補正素子上に配された偶数個の電極であることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２】
前記位相補正素子の光軸と前記対物レンズの光軸との位置ズレが光記録媒体の半径方向に発生するとき、前記位置ズレの量に応じて、補正用の位相差を前記非点収差補正用電極と光軸が通過する光軸電極との間に発生させる位相差発生手段を有する請求項１記載の光ヘッド装置。
【請求項３】
前記位相差発生手段は、前記コマ収差補正用電極と前記光軸電極との間において発生する位相差と、前記位置ズレの量との積に比例する位相差を、前記非点収差補正用電極と前記光軸電極との間において発生する請求項２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、光ディスクや光磁気ディスクなどの光記録媒体の情報の記録・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６６０ｎｍ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０．６〜０.６５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。
しかし、光源光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ディスク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。
【０００３】
これら許容量が小さくなる理由は、ディスク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、ディスク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。
【０００４】
一つの方式として、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ことや、アクチュエータの構造が複雑になるなどの問題がある。
【０００５】
また別の方式として、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ディスク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。
【０００６】
例えば、位相補正素子を用いてディスク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。したがって、位相補正素子により発生する位相分布は補正すべき波面収差分布と一致する必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、位相補正素子を光ヘッド装置に組み込む場合に生ずる位置ズレや、トラッキングサーボ時の対物レンズ移動のように、位相補正素子の電極中心（光軸）と対物レンズの中心（光軸）との位置ズレである、いわゆるレンズシフトが生じた場合、位相補正素子の発生する位相分布が、補正すべき波面収差分布に対してシフトする結果、波面収差補正性能が低下し信号特性が劣化する。特に、コマ収差補正におけるレンズシフトの場合、位相補正素子が発生するコマ収差型位相分布の位置ズレにより非点収差が発生し、信号品質に大きな影響をもたらす。近年の記録情報の高密度化において、この非点収差の発生が問題となってきており、これを解決する手段が求められていた。
【０００８】
【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、前記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、前記光源と前記対物レンズとの間に設けられた前記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前記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、前記位相補正素子はその表面に透明電極が形成された一対の透明基板と、前記透明基板間に挟持された液晶層とを備え、一方の透明基板面には球面収差を補正するための透明電極である球面収差補正用電極が形成され、もう一方の対向する透明基板面にはコマ収差を補正するための透明電極であるコマ収差補正用電極と非点収差を補正するための透明電極である非点収差補正用電極とが形成されており、前記非点収差補正用電極は、前記位相補正素子の光軸と交差して横切りかつ、複数個に分割された前記コマ収差補正用電極の並ぶ方向と直交する方向に沿って並ぶように前記位相補正素子上に配された偶数個の電極であることを特徴とする光ヘッド装置を提供する。
【００１０】
また、前記位相補正素子の光軸と前記対物レンズの光軸との位置ズレが光記録媒体の半径方向に発生するとき、前記位置ズレの量に応じて、補正用の位相差を前記非点収差補正用電極と光軸が通過する光軸電極との間に発生させる位相差発生手段を有する上記の光ヘッド装置を提供する。
【００１１】
さらに、前記位相差発生手段は、前記コマ収差補正用電極と前記光軸電極との間において発生する位相差と、前記位置ズレの量との積に比例する位相差を、前記非点収差補正用電極と前記光軸電極との間において発生す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２に本発明の光ヘッド装置の原理構成の一例を示す。図２に示した光ヘッド装置は光記録媒体であるＣＤ、ＤＶＤなどの光ディスク８に情報を記録、再生するためのものであり、光源である半導体レーザ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、４分の１波長板５を透過し、立ち上げミラー１１で９０°方向に反射され、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。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、立ち上げミラー１１、４分の１波長板５、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変調され、光検出器９により記録情報を読み取ることができる。
【００１３】
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、ディスクチルトや厚さムラ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。
【００１４】
次に本発明において使用する位相補正素子の構成を図３を用いて説明する。透明基板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。透明基板２１ａ、２１ｂには、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。
【００１５】
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有されている。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２５ａ、配向膜２６ａ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２５ｂ、配向膜２６ｂ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。
【００１６】
電極２４ａは電極引出部２７でフレキシブル基板など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と電気的に接続しており、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３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電気的に接続されている。液晶セル内部には液晶が充填され液晶層２３とされており、図３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。使用される液晶はディスプレイなどで用いられているネマティック液晶が好ましく、ツイストしていてもよい。
【００１７】
配向膜２６ａ、２６ｂ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３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。電極２４ａ、２４ｂの材質は透過率が高い方が望ましく、ＩＴＯ膜などの透明導電膜を使用すればよい。
【００１８】
以上は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、波長板や偏光性の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点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。
【００１９】
また位相補正素子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、またガラス基板２１ａ、２１ｂの外側表面上に直接形成することもでき、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には、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。
【００２０】
次に本発明における位相補正素子を用いて波面収差を補正する方法について述べる。図４はディスクチルトにより発生するコマ収差分布を示すものであり、光源波長６６０ｎｍ、対物レンズＮＡ０.６５、光ディスク厚さ０.６ｍｍ、ディスクチルト角は１°である。
【００２１】
図１は本発明における位相補正素子の電極パターンの一例を示すものであり、光ディスクの半径方向であるラディアル方向（図中Ｘ軸方向）のディスクチルトにより発生したコマ収差を補正するものである。分割されたコマ収差補正用電極３１〜３５および非点収差補正用電極３６、３７は図３に例示した位相補正素子内部の電極２４ａを、フォトリソグラフィー技術を用いてパターニングしたものである。
【００２２】
まず、レンズシフトがない場合、つまり電極中心と対物レンズ瞳（図１破線）の中心が一致している場合には、コマ収差補正用電極３１〜３５により生じる位相分布と図４に示したコマ収差分布が概ね一致するために、ディスクチルトにより発生するコマ収差を正しく補正できる。具体的には、図４のコマ収差分布と等しい大きさで反対の符号を持つ位相分布が生じるよう、コマ収差補正用電極３１〜３５の形状を決め、適切な電圧を各電極に印加すればよい。
【００２３】
また、コマ収差補正用電極３１と３５、およびコマ収差補正用電極３２と３４は発生する位相差が概ね等しいので同じ電圧を印加してもよい。レンズシフトがない場合には非点収差は発生しないために、非点収差補正用電極３６、３７はコマ収差補正用電極３３と同じ電圧を印加すればよい。
【００２４】
次に、ラディアル方向にレンズシフトが生じた場合、図１において対物レンズ瞳はコマ収差補正用電極３１〜３５および非点収差補正用３６、３７に対してＸ軸方向に移動する。すると、補正すべきコマ収差分布と位相補正素子により発生する位相分布の位置ズレに応じた非点収差が発生できる。
【００２５】
ディスクチルトにより発生するコマ収差Ｗ３（Ｘ、Ｙ）は、（１）式で表される。
【００２６】
【数１】
0004082085.tif 000002
【００２７】
ここで、Ｚ３は３次のコマ収差係数であり、光源の波長λ、対物レンズのＮＡ、ディスクの厚さｔ、ディスクチルトの角度θなどから決まる。Ｘ軸方向に位置ズレが生じた場合、発生する収差はＷ３のＸ方向の微分値に比例し、（２）式で表される。
【００２８】
【数２】
0004082085.tif 000003
【００２９】
ここでＸ＝ｒ・ｃｏｓθ、Ｙ＝ｒ・ｓｉｎθとし、Ａｋ（ただしｋ＝１、２および３）は定数とする。右辺第２項はデフォーカス成分であり、これはレンズのフォーカスサーボで補正できる。右辺第１項はＸ軸、Ｙ軸方向の非点収差であり、コマ収差の大きさＺ３に比例して発生する。また式（２）の非点収差は、レンズシフトの大きさに応じて大きくなるため、レンズシフトが生じた光ヘッド装置のディスクチルトの許容量は小さい。
【００３０】
本発明の位相補正素子ではレンズシフトにより発生する非点収差を補正するために、非点収差補正用電極３６、３７を形成した。コマ収差補正用電極は光ディスクの半径方向であるラディアル方向（図１のＸ軸方向）のディスクチルトにより発生したコマ収差を補正するものであるため、図１のＸ軸方向に配された複数の電極により構成されている。
【００３１】
一方、非点収差補正用電極３６、３７はラディアル方向のレンズシフトにより発生する非点収差（Ｘ軸、Ｙ軸方向に発生）を補正するものであるため、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に配置すればよい。しかし、Ｘ軸方向にはすでにコマ収差補正用電極が配置されているために、充分な効果を得るのに必要な電極面積を得るためには、Ｙ軸方向（位相補正素子上における光記録媒体の接線方向に対応）に配置することが好ましい。すなわち、複数個の非点収差補正用電極は、複数個に分割されたコマ収差補正用電極の並ぶ方向と直交する方向に沿って並ぶように配置することが好ましい。
【００３２】
レンズシフトが生じた場合、発生する非点収差に応じて非点収差補正用電極３６、３７にはコマ収差補正用電極３３と異なる電圧を印加する。また、（２）式の非点収差はＸ軸およびＹ軸に対して対称であるため非点収差補正用電極３６と３７には同じ電圧を印加すればよい。
【００３３】
次に、本発明の光ヘッド装置に用いられる位相差発生手段の一例を述べる。コマ収差補正用電極３３には基準電圧として電圧Ｖｃを印加し、またディスクチルト角に応じて変化する補正電圧をコマ収差補正電圧ΔＶθとし、かつレンズシフト量に応じて変化する補正電圧を非点収差補正電圧ΔＶＳとすると、コマ収差補正用電極３１、３５にはＶｃ＋ΔＶθ、コマ収差補正用電極３２、３４にはＶｃ−ΔＶθ、非点収差補正用電極３６、３７にはＶｃ＋ΔＶＳを印加すればよい。位相補正素子の発生するコマ収差とレンズシフトにより生ずる非点収差は概ね比例するため、ΔＶθとΔＶＳは、εをラディアル方向のレンズシフトとして、（３）式の関係が成立するとしてよい。
【００３４】
【数３】
0004082085.tif 000004
【００３５】
ここで、βは光学系により決まる比例係数であり、波長λが６６０ｎｍ、ＮＡが０．６５、ディスク厚が０．６ｍｍではβ／ε＝２〜３／ｍｍ程度である。
【００３６】
したがって、本発明の光ヘッド装置に用いられる位相差発生手段には、レンズシフトの大きさεに応じた電圧（ΔＶＳ）を非点収差補正電極に印加できる機能が必要である。また、（３）式により、非点収差補正電圧ΔＶＳはコマ収差補正電圧ΔＶθとレンズシフトの大きさεとの積に比例した電圧を印加できる機能を有することにより、適切に本発明における位相補正素子を制御することができる。
【００３７】
（３）式を用いると、主に組立誤差によるレンズシフトを原因とする非点収差を補正したい場合には、予め画像計測などの方法を用いてレンズシフト量εを測定し、駆動回路上でβとεとの積であるβεを固定係数として設定しておけば、ディスクチルトによるコマ収差補正電圧の制御に応じて自動的に非点収差を補正できるために、制御回路が簡易になり好ましい。一方、トラッキングサーボによるレンズシフト量により発生する非点収差を補正するためには、レンズシフト量εに応じて発生するトラッキングサーボ信号によってその都度、動的にΔＶＳを変化させる必要がある。
【００３８】
図１に例示した電極パターンの電極数、電極形状、さらに印加電圧数などは、波面収差の所望の補正性能、位相補正素子制御回路の製作コストなどにより最適化すればよく、例えばコマ収差補正用電極３１、３２を相似な複数の電極を同心的に配置することにより、より細かいステップで補正できるような構成にしてもよく、また同様に非点収差補正用電極３６、３７も複数に分割することでより細かいステップで補正できる構成にしてもよい。電極数を増やすと、より滑らかに波面収差を補正できるために収差補正性能は向上するが、電極数が増えるため信号線が増えたり、駆動回路が複雑になるなどの課題が生じる場合もある。
【００３９】
また、図１の例では、コマ収差補正用電極パターン内に非点収差補正用電極を形成したが、例えば、球面収差補正用電極パターン内に非点収差補正用電極を形成してもよい。非点収差補正用電極が形成された面に対向する面には、球面収差補正電極、コマ収差補正電極などを形成して、複数の収差成分を同時に補正できるようにしてもよい。
【００４０】
以上のように、本発明における位相補正素子では、コマ収差補正用電極３１〜３５に非点収差補正用電圧３６、３７を付け加えることで、レンズシフトが生じた場合においても、非点収差の発生を抑制しつつ、ディスクチルトによるコマ収差を補正できるために、レンズシフト許容量やディスクチルト許容量を拡大できる。
【００４１】
【実施例】
本例の光ヘッド装置は、ディスクチルトにより発生するコマ収差と光ディスクの厚さムラにより発生する球面収差を補正する位相補正素子を備えており、同時に非点収差を補正することができるため、レンズシフトが生じた場合においても広いディスクチルト許容量を確保できる。
【００４２】
本例において用いた位相補正素子は、図３の断面模式図で示したものと同じであり、透明電極２４ａには図１に示すコマ収差補正用電極３１〜３５と、非点収差補正用電極３６、３７が同一面上に形成されている。一方、透明電極２４ｂには、図５に示す球面収差補正用電極４１〜４５が備えられており、各電極面の中心（光軸）が一致するように位相補正素子は構成されており、図２に示した光ヘッド装置の位相補正素子４として組み込まれている。また、図１、図４に示したＸ軸方向は図２におけるラディアル方向、すなわち光ディスクの半径方向に一致している。
【００４３】
位相補正素子４には位相補正素子制御回路１０が接続されており、コマ収差補正用電極３３に電圧Ｖｃ、コマ収差補正用電極３１、３５に電圧Ｖｃ＋ΔＶθ、電コマ収差補正用極３２、３４に電圧Ｖｃ−ΔＶθ、非点収差補正用電極３６、３７に電圧Ｖｃ＋ΔＶＳが印加され、また球面収差補正用電極４１〜４５には補正用電圧が印加される。
【００４４】
ディスク厚さムラによる球面収差を補正する場合、球面収差補正用電極４１〜４５にそれぞれ異なる電圧を印加することにより球面収差補正位相分布が発生する。ここで、Ｘ軸方向にレンズシフトが生じた場合、Ｘ軸方向のコマ収差が発生するが、コマ収差補正用電極３１〜３５により発生するコマ収差位相分布、またはディスクチルトにより発生するコマ収差によりＸ軸方向のコマ収差を相殺できる。
【００４５】
一方、ディスクチルトによるコマ収差を補正するために、ディスクチルト量に応じた補正電圧ΔＶθを非点収差補正用電極に印加することにより、コマ収差補正位相分布を発生する。上述のとおり、Ｘ軸方向のレンズシフトが生じると、位相補正素子が発生するコマ収差に応じてＸ軸方向の非点収差が発生する。
【００４６】
この非点収差を補正するため、非点収差補正用電極３６、３７に上述の式（３）で示した電圧ΔＶＳを印加した。レンズシフト量εは、位相補正素子を光ヘッド装置に組み込んだ後に、画像計測によりＸ軸方向の位置ズレとして計測された。本例で計測されたεは０．０９ｍｍであり、比例係数β＝２．８としてΔＶＳ＝０．２５２ΔＶθとなるように位相補正素子制御回路を調整した。
【００４７】
図６に本発明における位相補正素子により得られた、波面収差（残留収差値）とディスクチルトとの関係のグラフ示す。ここで光源光の波長は６６０ｎｍ、対物レンズのＮＡは０．６５、対物レンズの瞳直径は３.１ｍｍ、光ディスクの厚さは０．６ｍｍであり厚さ誤差はない。図中実線（Ａ）はβε＝０．２５２としてレンズシフト補正を行った場合である。一方、破線（Ｂ）は比較のために、βε＝０としてレンズシフト補正を行わなかった場合である。全波面収差はレンズシフト補正の有無で変わらなかったものの、レンズシフト補正を行ったものは、非点収差を大きく減少することができた結果、光ディスクの信号品質を大幅に改善することができた。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光ヘッド装置に搭載されている位相補正素子の、コマ収差補正用電極または球面収差補正用電極との同一基板表面に非点収差補正用電極を形成することにより、コマ収差または球面収差を補正できるとともにに非点収差も低減できるため、レンズシフトが生じた場合においてもディスクチルトの許容量を拡大できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における位相補正素子の電極パターンの一例を示す模式図。
【図２】本発明の光ヘッド装置の原理構成の一例を示す概念的断面図。
【図３】本発明における位相補正素子の一例を示す断面図。
【図４】ディスクチルト角１゜が発生したときの波面収差を示す図。
【図５】本発明における位相補正素子の電極パターンの一例を示す模式図。
【図６】実施例における波面収差（コマ収差と非点収差）のディスクチルト特性を示すグラフ。
【符号の説明】
１：半導体レーザ
２：偏光ビームスプリッタ
３：コリメートレンズ
４：位相補正素子
５：４分の１波長板
６：対物レンズ
７：アクチュエータ
８：光ディスク
９：光検出器
１０：位相補正素子制御回路
１１：立ち上げミラー
２１ａ、２１ｂ：ガラス基板
２２：シール材
２３：液晶層
２４ａ、２４ｂ：電極
２５：絶縁膜
２６：配向膜
２７：電極引出部
２８：液晶分子
３１〜３５：コマ収差補正用電極
３６、３７：非点収差補正用電極
４１〜４５：球面収差補正用電極
【図１】
0004082085.tif 000005
【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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