(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を対物レンズと位相制御素子とを備えた光学系により光記録媒体に集光し、情報の記録又は再生を行う光ヘッド装置において、対物レンズと位相制御素子とは中心軸合わせ用の位置決めマークが形成されており、かつこのマークによって位置決めされて一つのホルダーに固定されていることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２】
前記位相制御素子と前記対物レンズとが対向するそれぞれの面上の中心軸の位置に凹型又は凸型の位置決めマークが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項３】
前記位相制御素子の表面には平面形状が環状でかつ断面形状が階段状の溝を有し、前記光源が２つの光源からなり、各光源がそれぞれ異なる波長の光を出射して、各波長の光が前記光学系を透過して光記録媒体上に集光されるとき、前記溝が一方の波長の光の波面収差のＲＭＳには変化を与えずそのまま光を透過させ、他方の波長の波面収差のＲＭＳを低減することを特徴とする請求項１又は請求項２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用の記録装置や再生装置などに用いる光ヘッド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤ−Ｒを含むＣＤ系の光記録媒体（以後、光ディスクで代表する）の記録・再生のために、光源として波長が７８０ｎｍ帯の半導体レーザと、ＮＡ（開口数）が０．４５の対物レンズ、及び厚さが１．２ｍｍの光ディスクが使用される。一方、ＤＶＤ系の光ディスクの記録・再生には、光源として波長が６５０ｎｍ帯の半導体レーザと、ＮＡが０．６の対物レンズと、厚さが０．６ｍｍの光ディスクが使用される。
【０００３】
したがって、一つの光ヘッド装置でＣＤ系とＤＶＤ系両方の光ディスクの記録・再生を実現させるためには、ＣＤ系とＤＶＤ系用それぞれの発振波長の半導体レーザを合計２個、及びそれぞれのＮＡに対応した対物レンズを合計２個使用する。しかし、この方式では、光学系が２系統となるため光ヘッド装置の体積が大きく、重量も大きく、部品点数が多いため組立工程が複雑となるなどの欠点があった。
【０００４】
これらの欠点を解決するため、波長の異なる半導体レーザからの光を波長選択性を有する合成分離ミラーで合成分離し、同一の対物レンズを使用してコンパクトな光ヘッド装置を構成することが提案されている。しかし、前述のようにＣＤ系とＤＶＤ系の光ディスクでは対物レンズに要求されるＮＡが異なるため、両系の光ディスクを同一の対物レンズを使用して記録・再生する場合、対物レンズのＮＡを波長に応じて変える必要があった。
【０００５】
この波長に応じて変える方法として、光軸を含む対物レンズの中心領域では２つの波長帯の光を直進透過させる一方、光軸を含まない対物レンズの周辺領域では大きなＮＡが必要な波長６５０ｎｍの光を直線的に透過させ、小さなＮＡでもよい波長７８０ｎｍの光は反射させる方法がある。このように、一つの波長に対して周辺領域で直線透過率を選択的に低くする波長選択性の絞りを光ディスクと光源との間に配置することにより、ＣＤ系とＤＶＤ系での光ディスクの波長に対するＮＡの切替を行っている。しかし、ＣＤ系とＤＶＤ系では光ディスクの厚さが異なるので、発生する球面収差をこのような開口制御（ＮＡ制御）のみで十分に低減させることは困難であった。
【０００６】
この問題を解決する従来の手段として大別して２種類の方策が挙げられる。これらの方策は、例えば光学第２８巻第２号１９９９年６４頁〜７０項に概説されている。即ち、ＤＶＤ系で波面収差が最小となるように設計された対物レンズの表面に輪帯状に段差を形成し、ＤＶＤ系での波面収差の増大を抑制しつつＣＤ系での波面収差を減少させる輪帯位相補正レンズ方式と、対物レンズとは別体に平面形状が環状で断面形状が階段状の溝を基板に形成した素子を配置する位相制御素子方式がある。
【０００７】
【課題を解決しようとする課題】
しかし、上記２種類の方策においても次のような問題を生じる。
まず、輪帯位相補正レンズ方式にあっては、例えば特開平１１−２７５９や特開平１１−１６１９０にその具体例が記載されていが、何れも、位相補正用輪帯の無い対物レンズに比べてＣＤの波面収差のＲＭＳ（Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）は改善されているものの、ＤＶＤの波面収差は劣化する傾向にある。また、温度変動に対して特性の安定なガラス成形レンズの場合、波長レベルの位相補正用輪帯を精度良く成形することは製法上難しかった。
【０００８】
また、位相制御素子方式にあっては、例えば特開平１０−３３４５０４に記載されるように、ＤＶＤ波長に対して位相制御素子は位相分布を殆ど変化させることはないため、ＲＭＳ波面収差はＤＶＤ系に最適設計された対物レンズの値を維持し、ＣＤ系のＲＭＳ波面収差のみを低減するように作用する。したがって、本方式は記録・再生性能が波面収差に敏感なＤＶＤに対して有効である。しかし、位相制御素子は対物レンズと分離した構成であるため、位相制御素子と対物レンズとの偏心が許容値以上に生じるとＣＤの波面収差のＲＭＳ低減作用が機能しない問題があった。そして、従来の製法により作製された対物レンズ、位相制御素子及び両部品を一体化するホルダーの外形加工精度では、組立時に生じる対物レンズと位相制御素子の偏心を許容値以下に安定して保持することは困難であった。
【０００９】
また、光ディスク用の光ヘッド装置においては、半導体レーザからの出射光が光ディスクで反射されて戻り光となり、この戻り光をビームスプリッタを用いて光検出器である受光素子に導く必要がある。このビームスプリッタとして、異なる波長の半導体レーザ光を合成分離するための前述の合成分離ミラーに加えて、この合成分離ミラーによって分離されたそれぞれの波長の光を上記の受光素子へ導くハーフミラーがさらに必要となる。したがって、装置の部品点数が多くなると共に、組立工程が複雑となり生産性が低下する。また、このハーフミラーは通常の光入射方向に対して直角方向に光を反射するように使用するために、光ヘッド装置の小型化も困難であった。
【００１０】
また、光ヘッド装置の小型化のために、ホログラム素子を用いたビームスプリッタ（ホログラフィックビームスプリッタ）が提案されている。このホログラフィックビームスプリッタは、光の進行方向を回折によって曲げて、半導体レーザの近くに配置した受光素子に光を導くことができる。
このホログラフィックビームスプリッタを半導体レーザと対物レンズとの間の半導体レーザに近い側に配置すると、２つの異なる波長の半導体レーザの近くにそれぞれのホログラム素子が必要となり、部品点数が増加する。また、特にＤＶＤ系の光ディスクの再生時には、ホログラム素子を対物レンズと一体に駆動した方がトラッキングの精度が高くなる。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたもので、位相制御素子と対物レンズを用い、ＤＶＤ系及びＣＤ系の光ディスクの情報を簡単な構成で安定して記録・再生できる光ヘッド装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光源からの光を対物レンズと位相制御素子とを備えた光学系により光記録媒体に集光し、情報の記録又は再生を行う光ヘッド装置において、対物レンズと位相制御素子とは中心軸合わせ用の位置決めマークが形成されており、かつこのマークによって位置決めされて一つのホルダーに固定されていることを特徴とする光ヘッド装置を提供する。
【００１３】
また、前記位相制御素子と前記対物レンズとが対向するそれぞれの面上の中心軸の位置に凹型又は凸型の位置決めマークが形成されていることを特徴とする上記の光ヘッド装置を提供する。
【００１４】
また、前記位相制御素子の表面には平面形状が環状でかつ断面形状が階段状の溝を有し、前記光源が２つの光源からなり、各光源がそれぞれ異なる波長の光を出射して、各波長の光が前記光学系を透過して光記録媒体上に集光されるとき、前記溝が一方の波長の光の波面収差のＲＭＳには変化を与えずそのまま光を透過させ、他方の波長の波面収差のＲＭＳを低減することを特徴とする上記の光ヘッド装置を提供する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光ヘッド装置の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の光ヘッド装置に用いられる位相制御素子と対物レンズの構成例を示す断面図である。１は位相制御素子、２は対物レンズ、３は位相制御素子と対物レンズを組み込んで固定するホルダーを示す。対物レンズ２は厚さ０．６ｍｍの光記録媒体としてのＤＶＤ系用の光ディスク４に対して波面収差が最小となるように最適設計されている。図１（ａ）は、ＤＶＤ系の光ディスク４にＮＡが０．６に相当する光束が集光される様子を示し、図１（ｂ）は、厚さ１．２ｍｍの光記録媒体としてのＣＤ系の光ディスク５に、ＮＡが０．４５に相当する光束が集光される様子を示している。
【００１６】
図１においては、一点鎖線で示される光ヘッドの光軸上で位相制御素子１と対物レンズ２とが向き合う各面に偏心調整用として、位相制御素子の輪帯中心軸に凹型くぼみである位置決めマーク１１が、また対物レンズの対称中心軸に凹型くぼみである位置決めマーク２１が形成された例を示す。実際の組立時には、対物レンズ中心の位置決めマーク２１と位相制御素子の輪帯中心の位置決めマーク１１が一致するするように偏心調整してからホルダー３に固定する。これにより、光ヘッド装置の位相制御素子と対物レンズとが偏心することなく一体化され、ＤＶＤ系の光ディスクの再生性能を維持したまま、設計値通りのＣＤ系光ディスクの再生性能が安定して得られる。
【００１７】
本発明の光ヘッド装置に用いられる対物レンズ２の例として、その平面図と断面図を図２に示す。また、位相制御素子の例として、その平面図と断面図を図３に示す。ここで用いられる偏心調整可能な位相補正素子に形成された位置決めマーク１１及び対物レンズに形成された位置決めマーク２１は、凹凸形状に限定されることはなく、その位置が判別できるマークであれば如何なる形状であってもよい。また、凹凸マークの場合では、対物レンズ２及び位相補正素子３が、何れも凹型或いは凸型であってもよい。なお、レンズ成型時に用いる金型に凸マークを形成でき、また位相制御素子２の輪帯加工時に同一プロセスで凹マークを形成できることから、何れも凹マーク形成の方が好ましい。そして、マーク形状は図２及び図３においては円形の場合を示したが、四角形、三角形、＋印など何れでもよい。
【００１８】
これら位相補正素子に形成された位置決めマーク１１、対物レンズに形成された位置決めマーク２１の大きさは、素子全体の透過率及び波面収差を著しく劣化させない程度の微少面積であればよい。具体的には、数μｍ〜１００μｍ程度の外形が好ましい。ＤＶＤ系の波面収差に影響を与えないためには、凹凸マークの深さＨも後述する位相制御素子の位相補正用輪帯と同様に、ＤＶＤ系波長λ1及 び凹凸形成媒体の屈折率ｎに対して、２π（ｎ−１）Ｈ／λ1で表せる位相差が ２πの整数倍となるように加工することが好ましい。
また、マーク位置は必ずしも素子中心に１箇所である必然性はないが、組立調整時に撮像装置などを用いて拡大表示し、マーク位置合わせを行う場合は、対物レンズ２と位相制御素子１との距離が最も短い対物レンズ凸面の頂点、即ち光軸中心とすることが焦点合わせ精度を高められるため好ましい。
【００１９】
本発明の光ヘッド装置に用いられる対物レンズ２は、例えばガラス或いは樹脂などの母材を設計値に対応した面形状を有する金型を用いて精密成形することにより作製される。ＤＶＤ系の光ディスクでは、その波面収差許容値がＣＤ系に比べて厳しいため、樹脂に比べて温度変化に対する波面収差の劣化が少ないガラス成形レンズが通常用いられ、ＤＶＤ系の光ディスクに対して波面収差が最小となるように最適設計されている。
【００２０】
次に、本発明の光ヘッド装置に用いられる位相制御素子１について説明する。図１において、位相制御素子１を用いない従来の場合、厚さ０．６ｍｍのＤＶＤ系用の光ディスク４に対して波面収差が最小となるように最適設計された対物レンズ２を用い、厚さ１．２ｍｍのＣＤ系の光ディスク５を再生すると、例えば図１１に示すような位相差を有する球面収差が発生する。図１１は位相差の分布の一断面を表しており、実際には３次元的で周辺部の盛り上がったドーナツ状で、かつ環状の分布を呈している。
【００２１】
図１１に示す位相差レベルでは収差が大きくＣＤ系の光ディスクの情報が再生困難なため、図３に示す位相補正用輪帯１Ａの形成された位相補正素子１を用いて、図１１に示す球面収差を低減させる。この位相補正用輪帯１Ａは、波長λ1 ＝６５０ｎｍのＤＶＤ系の光ディスク使用時に波面収差を劣化させないために、平面形状が環状で断面形状が階段状の溝１２〜１７を同心円状に所定の間隔で配置することで形成される。
【００２２】
ここで、図中ｈ1及びｈ2で示される段差ｈ（隣接するステップ間の高低差）により生成される位相差Δφ1は（１）式で表せる。
Δφ1＝２π（ｎ−１）ｈ／λ1  （１）
この位相差が２πの整数倍となるように位相補正素子の位相補正用輪帯１Ａを加工する。ただし、ｎは加工基板の屈折率である。例えば、屈折率ｎ＝１．５のとき、段差ｈを１．３μｍの整数倍とすることで、実質的に波長λ1＝６５０ｎ ｍの光に対しては位相を変化させないようにできる。なお、形成される輪帯の数は通常２〜７個である。また、位相補正用輪帯１Ａの輪帯は完全な円形である必要はなく多少楕円に近くてもよく、さらに円形が繋がってなく部分的に切れていてもよい。また、溝の形成方法にはフォトリソグラフィーとエッチングを組み合わせる方法、プレス法、射出成形法などがあり、溝の形成される材料に応じて適切な方法が選択される。
【００２３】
一方、このような位相補正用輪帯１Ａに波長λ2＝７８０ｎｍの光を透過させ ると、（２）式で表される位相差Δφ2が発生する。
Δφ2＝２π（ｎ−１）ｈ／λ2（２）
この場合、１．６７πの位相差が発生することになる。図３のように、この位相補正用輪帯１Ａを複数個の階段状の溝１２〜１７から形成することで、波長７８０ｎｍの光に対してのみ位相を変化させることができる。このことを利用して、入射光束の位相を制御し球面収差を補正できる。
【００２４】
また、ここで使用する位相制御素子１の基板は、光透過性が良く耐久性があり、屈折率が適切に選択されていればどのような材料でもよく、例えばガラスの他、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニルなどであってもよい。中でも、ガラス基板は高い光透過性と高い耐久性を有するので好ましい。
【００２５】
また、ＤＶＤ系とＣＤ系の光ディスクでは要求されるＮＡ値が異なり、ＣＤ系の光ディスク再生時におけるＮＡ値はＤＶＤ系のＮＡ値より小さいため、対物レンズ２や位相制御素子１の周辺部を使用しないように制限することが好ましい。そのため、位相制御素子１の周辺部に、ＤＶＤ系光ディスク用の波長６５０ｎｍの光は透過するが、ＣＤ系光ディスク用の波長７８０ｎｍの光は透過しない、波長選択性を有した開口制御フィルタが好適に使用できる。
【００２６】
また、ＣＤ系の光ディスク再生時には、位相制御素子１の周辺部透過光束の位相がずれるように光学設計し、光ディスク面上に有効に集光しないように収差を発生させることにより、実質的に開口制御が行える。この場合は、波長選択性の開口制御フィルタを省くことができ、使用部品の点数が減らせるため好ましい。
【００２７】
具体的には、図３に示した位相制御素子１において、ＤＶＤ系で用いられＣＤ系では用いられないＮＡが０．４５より大きく０．６以下の領域に対応する輪帯領域に対しても、平面形状が環状で断面形状が階段状の溝１７を形成する。この溝１７の段差ｈにより生成される位相差Δφ1は、ＤＶＤ系の波長λ1＝６５０ｎｍの光束に対して前述の（１）式で表される。この位相差Δφ1が２πの整数倍 となるように溝１７を加工する。
このとき、ＣＤ系の波長λ2＝７８０ｎｍの光束に対して、光学系のＮＡが０ ．４５以下の波面収差と、ＮＡが０．４５より大きく０．６以下の波面収差との差異が大きくなるように段差ｈを規定すれば、この位相制御素子１は、有効な波長選択性を備えた開口制御フィルタとして作用する。
【００２８】
また、図３では輪帯状の溝１７を示しているが、この領域に上記段差ｈで、回折格子を形成することにより、波長選択性が向上するためにさらに好ましい。この場合、ＤＶＤ系の光束は直進透過し、ＣＤ系の光束は回折されるため、ＣＤ系の光束のみを反射させる従来の誘電体多層膜干渉フィルタ方式と実質的に同様の開口制御機能を実現できる。
【００２９】
さらに、平面形状が環状で断面形状が階段状の位相補正用輪帯１Ａが形成された位相制御用の基板１と、ビームスプリッタ用ホログラム６Ａが形成されたホログラム用の基板６とを一体化した構成の断面図を図４に示す。このように位相制御用の基板１とホログラム用の基板６とを一体化することで、部品点数が削減できると共に、小型・軽量化を図ることができ、さらには光ヘッド装置の組み立てを容易にできる。また、一体化することで位相制御素子の輪帯溝とホログラムの凹凸間との位置合わせ精度も高められ、生産の歩留まりを向上できる。
【００３０】
上記一体化の方法としては、位相制御用の溝が形成された基板の裏面にホログラムを形成してもよく、位相制御用の溝が形成された基板とホログラムが形成され基板とを積層してもよい。後者の積層を行う場合、基板の位相制御用の溝が形成された面と、ホログラムの格子が形成された面が、図４のように同じ側（図では上側）にあってもよく、形成面が向き合っていてもよく、逆に形成面が背を向け合っていてもよい。
また、図４では断面が矩形状の凹凸を有するホログラムを示したが、ブレーズ化した形状のホログラムであってもよい。その場合、特定の次数の回折効率を向上できるため、使用用途によっては好ましい選択となる。
【００３１】
この位相制御素子に、さらに１／４波長板（以降、λ／４板と称する）などの波長板を一体化することにより、光ディスクへ向かう光及び光ディスクからの反射戻り光の偏光特性をそれぞれ制御できる。
【００３２】
また、一体化するホログラムとしては、複屈折性を有する光学材料に格子状の凹凸部が設けられ、その凹凸部が他の光学的等方性材料によって充填されている偏光ホログラムを使用することが好ましい。この偏光ホログラムは光利用効率が高いので特に好ましい。この複屈折性を有する光学材料の凹凸部に充填する光学的等方性材料の屈折率は、光利用効率を高めたい場合、複屈折性の光学材料の常光屈折率又は異常屈折率のいずれかに等しくする。
【００３３】
また、上記構成では複屈折性の光学材料に格子状の凹凸部を設け、この凹凸部に光学的等方性材料を充填していたが、その逆であってもよい。即ち、光学的等方性材料に格子状の凹凸部を設け、この凹凸部に複屈折性の光学材料を充填してもよい。さらに、複屈折性の光学材料に格子状の凹凸部を設けて、光学的等方性材料に格子状の凹凸部を設けて、両方の凹凸部を嵌合させてもよい。
【００３４】
この偏光ホログラムは、入射する光の偏光方向により回折効率が異なるもので、光源から光ディスクに向かう出射光の往路では高透過率となる偏光方向とし、光ディスクにより反射され戻ってくる出射光の復路ではλ／４板などにより偏光方向を回転させ、高回折効率の偏光方向とすることが望ましい。このように偏光方向を変化させることで往路における不要な回折光を低減できる。
【００３５】
また、光ディスクの基板に複屈折性が存在する場合、光ディスクで反射され戻ってくる反射光に含まれている情報を検出するためには、光学的等方性材料の屈折率が、複屈折性の光学材料の常光屈折率及び異常屈折率のいずれにも等しくないように設定すればよい。この場合は使用可能な光ディスクが増加し、光ヘッド装置の汎用性をより向上できる。
【００３６】
上記の偏光ホログラムは、ＬｉＮｂＯ3などの複屈折性の光学単結晶を用いて も作製できるが、複屈折性の有機薄膜、特に高分子液晶の薄膜に格子状の凹凸部を形成して、他の光学的等方性材料でその格子部分を充填することが、作製の容易性、屈折率の選択自由度の観点から好ましい。さらに、有機薄膜により作製した偏光ホログラムは、材料費や加工コストが安価となり好ましい。
また、光学的等方性材料としては、アクリル系高分子、エポキシ系高分子、ウレタン系高分子などが挙げられる。
【００３７】
本発明に係る光ヘッド装置の構成は、上述の位相制御素子と対物レンズとの組み合わせに限定されない。即ち、本発明の構成ではレンズと光学素子との偏心を精度良く調整することで軽減できるため、レンズと一体化した複合体として機能する複合素子において、そのレンズの光軸中心に対する光学素子の偏心が複合素子全体の性能を劣化させる場合に有効である。
【００３８】
例えば、実際の光ディスクでは、光ディスクの変形に伴って光情報記録面でコマ収差が生じ、再生が困難な場合がある。このことは、特に波面収差の許容幅が狭く光ディスク板厚の薄いＤＶＤ系において顕在化する。その対策として、チルト補正素子の利用が提案されている。チルト補正素子とは、上記原因で生じたコマ収差を光ディスクの回転に追随して実時間で収差補正するように空間的な位相波面補正を行う素子である。
具体的には、チルト補正素子は、コマ収差補正に有効な形状に透明電極をパターニング形成した２枚のガラス基板に、配向が揃うように液晶を封入し、透明電極に電圧を印加することにより液晶の配向を実時間で変化させて空間的な位相分布を形成したものである。
【００３９】
このチルト補正素子も上述の位相制御素子と同様に、対物レンズの対称中心軸から偏心が生じた場合、設計通りの位相補正機能が得られないため、その場合は、チルト補正素子にも本発明の位置決めマークを形成して対物レンズとの偏心調整をした後に、一体化して固定すればよい。
したがって、ＤＶＤ系及びＣＤ系の光ディスクの記録又は再生を安定して行うためには、図５に示すように、位相制御素子１及びチルト補正素子７を一体化し、さらにビームスプリッタ用ホログラム６Ａを形成したホログラム用の基板６も一体化して、対物レンズとの偏心を無くす構成にすればよい。
ここで、図５は、本発明の光ヘッド装置に用いられる位相制御素子がチルト補正素子及びホログラムと一体化された一例を示す断面図であり、平面形状が環状で断面形状が階段状の位相補正用輪帯１Ａが形成された位相制御用の基板１と、ビームスプリッタ用ホログラム６Ａが形成されたホログラム用の基板６との間にチルト補正素子７を介装して一体化した構成の断面図である。
【００４０】
具体的には、図５においてチルト補正素子７は位相補正用輪帯１Ａが一方の面に形成され、液晶と接する他方の面にパターニングされた図示しない透明電極が形成された位相制御素子１の基板と、チルト補正素子７の基板７４とをシール７２により数μｍのギャップを保つように形成した空セルに液晶７１を注入することで作製される。このとき、液晶分子が基板界面で配向するように配向膜が透明電極上に塗布される。７３は電圧印加用の電極端子である。さらに、ホログラムが形成された基板６がチルト素子７の基板１とは反対側に接合される。
【００４１】
また、上述の位相制御素子１と対物レンズ２は、波長がそれぞれ異なる２つの光源からの出射光を光記録媒体へ導き、光記録媒体からの反射光を検出する光検出器を少なくとも備えた光ヘッド装置の、光源と光記録媒体との間に配置される。
【００４２】
波面収差は、位相制御素子１と対物レンズ２とを偏心調整して一体化した後、光ヘッド装置に組み込むことにより小さくできる。したがって、光ディスクからの反射光である信号光のノイズを低減することができ、また、光ヘッド装置の構成部品点数が減少し、その分体積が小さくなり、さらに、光ヘッド装置作製のための工程数が低減でき生産性も向上する。
【００４３】
【実施例】
以下、図面を参照しながら本実施例について説明する。ここで使用した２つの半導体レーザの発振波長は、それぞれλ1＝６５０ｎｍと、λ2＝７８０ｎｍである。
【００４４】
最初に、位相制御素子を用いない構成における波長λ1＝６５０ｎｍ、ＮＡ＝ ０．６のＤＶＤ系の光ディスクに対して最適設計されたガラス成形対物レンズの波面収差の分布を図６に示した。この対物レンズを波長λ2＝７８０ｎｍ、ＮＡ ＝０．４５のＣＤ系の光ディスクに対して用いた場合は、図１１に示す大きな球面収差が発生することになる。このときの波面収差のＲＭＳ計算値は、ＤＶＤ系で０．００１λ1、ＣＤ系で０．１３８λ2であった。また、対物レンズの光ディスクとは反対側の凸面の対称中心軸上には、直径約２０μｍの円形凹型の位置決めマークを形成している。
【００４５】
次に、図３に示した位相制御素子の位相補正用輪帯について説明する。
ガラス基板の屈折率ｎは１．５である。図３は、開口数ＮＡ１〜ＮＡ２の領域と、開口数ＮＡ３〜ＮＡ４の領域と、開口数ＮＡ５〜ＮＡ６の領域に対する段差ｈ1が１．３μｍで、開口数ＮＡ２〜ＮＡ３の領域及び開口数ＮＡ５〜ＮＡ６の 領域に対する段差ｈ2が１．３μｍの場合を示している。各位相補正用輪帯の仕 様を表１に纏めて示した。
【００４６】
【表１】
0004224654.tif 000002
【００４７】
また、輪帯の中心に、直径約２０μｍ、段差ｈ2＝２．６μｍの円形凹型の位 置決めマーク１１を形成している。
【００４８】
図３に示す位相制御素子においては、ＤＶＤ系光ディスクのＮＡである０．６はＮＡ６に対応し、ＣＤ系光ディスクのＮＡである０．４５はＮＡ５に対応する。段差ｈ1を１．３μｍ、段差ｈ2を２．６μｍに設定することで、波長λ1が６ ５０ｎｍの光に対しては実質的に位相は変化せず、波面収差は図６に示す良好な特性が維持できる。
【００４９】
一方、上記設定された段差ｈ1、ｈ2を有する位相制御素子に、ＣＤ系である波長λ2が７８０ｎｍの光を透過させると、１．６７πと３．３３πの位相差が発 生する。この位相差は、対物レンズと組み合わせて用いるときに、図１１に示す対物レンズの波面収差分布において、対応する輪帯域の波面収差を実効的に０．１７λ2及び０．３３λ2だけ差し引くように作用する。即ち、図３に示す位相補正用輪帯１Ａに光を透過させることで、波長７８０ｎｍの光に対してのみ波面収差が低減されることになる。
【００５０】
本実施例においては、図１に示すように、上記仕様の位相制御素子１と対物レンズ２とを組み合わせて、位相補正素子に形成された位置決めマーク１１と対物レンズに形成された位置決めマーク２１が一致するように顕微鏡で観察しながら位置合わせ調整した後、ホルダー３に固定する。これにより、位相制御素子１の中心軸と対物レンズ２の中心軸との偏心が無くなるため、波面収差のＲＭＳは、ＤＶＤ系では０．００１λ1と変わらず、ＣＤ系ではＮＡが０．４５の光束に対 して０．０４４λ2に低減できる。
【００５１】
このときのＣＤ系におけるＮＡが０．４５までの波面収差分布を図７に示す。図７によれば、波面収差は残留波面収差の目安であるマレシャル基準値０．０７λを十分下回るため、本光ヘッドによってＤＶＤ系及びＣＤ系何れの光ディスクに対しても安定して再生が可能となる。
【００５２】
また、ＣＤ系におけるＮＡが０．６までの波面収差を図８に示す。図中の実線は本実施例の位相補正用輪帯の溝１７がある場合を示し、点線は溝１７の無い場合を示している。したがって、ＮＡが０．４５以上の領域では、ＣＤ系の大きな波面収差が上記溝１７による段差を形成することによりさらに増大する。このような光束は信号読み出しに寄与しないため、実効的に開口制御が行われることになる。
【００５３】
対物レンズと位相制御素子とを位置決めマークが無い状態でホルダーに固定する場合、各部品の外形加工精度にはそれぞれ±３０μｍ程度の公差が存在するため、最大±１２０μｍ程度の対物レンズと位相制御素子の偏心が発生する。図９に対物レンズと位相制御素子が△ｒだけ偏心したときの波面収差のＲＭＳの変化を示した。これによれば、偏心量△ｒが７０μｍ以上でマレシャル基準値０．０７λを満たさないため、ＣＤ系の光ディスクを安定して再生できない。
【００５４】
また、偏心量を７０μｍ以下に保つため、各部品の外形公差が±１８μｍ以下の部品を選別するとなると、歩留まりの低下及び検査時間の増大に繋がる。さらに、本光ヘッド装置を実際にＤＶＤ系及びＣＤ系光ディスクの情報を再生する光ヘッド装置として用いる場合、光ディスクの変形や傾斜に伴うコマ収差の発生や温度変化による波面収差のＲＭＳの劣化などを考慮すると、理想的な光ディスクに対する波面収差のＲＭＳを０．０５λ以下に保つ必要がある。対物レンズと位相制御素子との偏心が生じやすい従来の構成ではさらに歩留まり低下を招くことになるが、本発明の構成では偏心が抑えられ、特に問題とならない。
【００５５】
次に、この位相制御用の溝を形成した基板と、ビームスプリッタ用ホログラムが形成された基板とを積層して一体化した位相制御素子、及び対物レンズを組み込んだ光ヘッド装置を説明する。この光ヘッド装置の一構成例を図１０に示した。
【００５６】
この場合のホログラムとしては、複屈折性を有する高分子液晶の薄膜に格子状の凹凸部を設け、この高分子液晶の常光屈折率とほぼ等しい屈折率を有する光学的等方性材料で高分子液晶の薄膜の凹凸部を充填した偏光ホログラム６を用いた。この偏光ホログラム６は、入射する光の偏光方向により回折効率が異なるもので、半導体レーザ４１Ａ、４１Ｂから光ディスク４（５）に向かう光の往路では高透過率の偏光方向を利用する。また、光ディスク４（５）からの反射光路となる復路では、λ／４板８により偏光方向を回転させて高回折効率の偏光方向を利用することで、光検出器４２Ａ、４２Ｂに反射光を導くことができる。ここで用いたλ／４板８は、２つの波長λ1＝６５０ｎｍとλ2＝７８０ｎｍの平均の波長に対して１／４となる位相差とした。
【００５７】
図１０に示す光ヘッド装置において、ＤＶＤ系光ディスク用の光源である波長６５０ｎｍの半導体レーザ４１Ａと、ＣＤ系光ディスク用の光源である波長７８０ｎｍの半導体レーザ４１Ｂからの出射光は、それぞれのコリメートレンズ４３Ａ、４３Ｂを透過し、波長選択性プリズムミラー４４により光軸を一致させ、本発明の対物レンズ２と、偏光ホログラム６を有する位相制御素子１とがホルダー３に一体化された複合素子１０を透過する。なお、この複合素子１０にはλ／４板８が偏光ホログラム６と位相制御素子１との間に接合されている。そして透過光は、対物レンズ２により光ディスク４（５）の光情報記録媒体面に集光する。この光ディスク４（５）のピット情報を含む反射光は再び複合素子１０を透過して、偏光ホログラム６により光軸をわずかに曲げられ、各光検出器４２Ａ、４２Ｂに到達する。ここで、λ／４板８の役割は上記した通りである。
【００５８】
ここで、ＤＶＤ系の光ディスク用の半導体レーザを４１Ｂ、ＣＤ系の光ディスク用の半導体レーザを４１Ａとしてもよい。この場合、波長選択性プリズムミラー４４の反射特性は上記の場合と異なり、波長６５０ｎｍの光を反射することとなる。
【００５９】
ＣＤ系の光ディスク再生時に、この位相制御素子と対物レンズとを備えた光ヘッド装置を用いることにより、波面収差のＲＭＳを安定して０．０４４λ2の小 さな値に維持することが可能となる。これによって、光ディスクからの反射光である情報光のノイズが低減され、安定した再生ができる。また、光ヘッド装置の構成部品点数を減らすことができ、光ヘッド装置を小型・軽量化できる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、対物レンズと位相制御素子とは中心軸合わせ用の位置決めマークが形成されており、かつこのマークによって位置決めされて一つのホルダーに固定されることにより、光ヘッド装置の位相制御素子と対物レンズとが偏心することなく一体化されるため、ＤＶＤ系の光ディスクの再生性能を維持したまま、設計値通りのＣＤ系光ディスクの再生性能が安定して得られる。
また、２つの光源からそれぞれ異なる波長の光を出射して、各波長の光が対物レンズと位相制御素子を備えた光学系を透過して光記録媒体上に集光されるとき、位相制御素子表面の溝が一方の波長の光の波面収差のＲＭＳには変化を与えずそのまま光を透過させ、他方の波長の波面収差のＲＭＳを低減することにより、実質的に開口制御が行え、ＤＶＤ系及びＣＤ系の光ディスクの情報を簡単な構成により記録・再生することができる。以て、記録装置の部品点数が減少し、小型・軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ヘッド装置の位相制御素子及び対物レンズの断面図で、（ａ）はＤＶＤ系光ディスクに用いた場合で、（ｂ）はＣＤ系光ディスクに用いた場合の図である。
【図２】本発明の光ヘッド装置に用いられる対物レンズの一例を示す構成図で、（ａ）は平面図で、（ｂ）は断面図である。
【図３】本発明の光ヘッド装置に用いられる位相制御素子の一例を示す構成図で、（ａ）は平面図で、（ｂ）は断面図である。
【図４】本発明の光ヘッド装置に用いられる位相制御素子がホログラムと一体化された一例を示す断面図である。
【図５】本発明の光ヘッド装置に用いられる位相制御素子がチルト補正素子及びホログラムと一体化された一例を示す断面図である。
【図６】本発明の光ヘッド装置をＤＶＤ系光ディスクに用いた場合の波面収差の一例を示す図である。
【図７】本発明の光ヘッド装置をＣＤ系光ディスクに用いた場合のＮＡが０．４５までの波面収差の一例を示す図である。
【図８】本発明の光ヘッド装置をＣＤ系光ディスクに用いた場合のＮＡが０．６までの波面収差の一例を示す図である。
【図９】本発明の光ヘッド装置において位相制御素子と対物レンズに偏心が存在した場合にＣＤ系光ディスクにおいて生じるＲＭＳ波面収差の一例を示す図である。
【図１０】本発明の光ヘッド装置の構成例を示す概念図である。
【図１１】位相制御素子の無い対物レンズを備えた従来の光ヘッド装置をＣＤ系光ディスクに用いた場合に発生する波面収差の一例を示す図である。
【符号の説明】
１：位相補正素子（位相制御用の基板）
１Ａ：位相補正素子の位相補正用輪帯
２：対物レンズ
３：ホルダー
４：ＤＶＤ用光ディスク
５：ＣＤ用光ディスク
１１：位相補正素子に形成された位置決めマーク
１６：開口数ＮＡ２以下に対応した位相補正素子の位相補正用輪帯
１３：開口数ＮＡ１〜ＮＡ２に対応した位相補正素子の位相補正用輪帯
１４：開口数ＮＡ２〜ＮＡ３に対応した位相補正素子の位相補正用輪帯
１５：開口数ＮＡ３〜ＮＡ４に対応した位相補正素子の位相補正用輪帯
１６：開口数ＮＡ４〜ＮＡ５に対応した位相補正素子の位相補正用輪帯
２１：対物レンズに形成された位置決めマーク
４Ａ、４１Ｂ：半導体レーザ
４２Ａ、４２Ｂ：光検出器
【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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