JP4479134B2

JP4479134B2 - 光ヘッド装置

Info

Publication number: JP4479134B2
Application number: JP2001225863A
Authority: JP
Inventors: 琢治野村
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2001-07-26
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2021-07-26
Also published as: JP2003036555A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ヘッド装置に関し、特に光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】
近年、光ディスクの記録密度を高めるために、光源である半導体レーザからの出射光の波長を短くしたり、対物レンズの開口数（ＮＡ）を大きくすることが実用化されている。次世代の光記録においては光源の波長を４０５ｎｍ程度、ＮＡを０．８５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、光ディスクの厚み変動の許容量が小さくなる。
【０００３】
これら許容量が小さくなる原因は、光ディスクの厚み変動に比例した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。また、光ディスクの異なる層をそれぞれ記録層とする多層記録方式の場合、各層間隔に基く球面収差が発生するため球面収差を補正する手段が必要である。
【０００４】
球面収差を補正する手段として以下の方式が提案されている。一つは発生した球面収差の量に応じてコリメートレンズの位置を機械的に変化させ対物レンズとの間で球面収差を発生させ、光ディスクの厚み誤差で発生する球面収差を打ち消す方式（機械方式）がある。この機械方式の場合、コリメートレンズの機械的可動部分を必要とするため光ヘッド装置の構成が複雑または大きくなる欠点がある。
【０００５】
別の方式として、対物レンズと光源との間の光路中に備えた位相補正素子に電圧を印加することにより波面収差を補正する方式（電気方式）がある。この電気方式の場合、機械方式に比べ機械可動部分がないことから小型軽量化や振動などの信頼性において優れている。位相補正素子を用いて波面収差を補正する例としては特開平１０−２０２６３がある。この例では光ディスクの傾きにより発生するコマ収差を補正する方式として、位相補正素子を構成している一対の基板間に挟持された液晶を、分割電極に印加する電圧を変化させることで配向を制御し、透過光の波面を変化させて発生するコマ収差を補正している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の位相補正素子の場合、１つの分割電極に着目すると透過光の波面の変化量は同じであるため、得られる波面形状は電極の分割数（分割電極数）および分割電極に印加する信号数に依存する。したがって、連続的に変化する波面収差を精度良く補正するためには、分割電極数を増やし多数の外部信号源（外部電源）で制御する必要があり、素子構成、外部電源構成の複雑化などの問題が生ずる。そこで、単純な電極構造を有し、かつ少ない外部電源により透過光の波面を連続的に変化させる位相補正素子が望まれていた。特に、球面収差の周辺部のような波面収差の変化量が大きい領域を連続的な波面変化で補正することが望まれていた。
【０００７】
【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る光ヘッド装置であって、位相補正素子は電極が表面に形成されている一対の透明基板に挟持された液晶層を備えており、一方の透明基板の電極は、同心円状に配されている３つの円環状の低抵抗電極と、隣接する少なくとも低抵抗電極間に配されていて隣接する低抵抗電極を導電接続する、低抵抗電極に対するシート抵抗値の比が１０００以上であり、かつシート抵抗値が１０ ^３ Ω／□から１０ ^７ Ω／□までである高抵抗電極とを備え、前記３つの円環状の低抵抗電極はそれぞれ異なる電圧を供給できるように外部信号源に接続されている外側、中間、内側の３つの低抵抗電極からなり、前記対物レンズの瞳半径に対する中間低抵抗電極の内半径と外半径との平均値の比が０.７から０.８５までであり、かつ前記対物レンズの瞳半径に対する前記内半径と前記外半径との差の比が０.０２から０.１４までであり、他方の透明基板の電極は、平面電極が同心円状に分割された複数のセグメント電極からなる分割電極を備え、かつ低抵抗電極の中心と分割電極の中心とが光軸上にあり、かつ前記複数のセグメント電極は第１のセグメント電極群と前記第１のセグメント電極群を構成する隣接するセグメント電極間に配置された第２のセグメント電極群とに分けられ、それぞれのセグメント電極群ごとに導電接続されて、対向する透明基板の電極とそれぞれのセグメント電極群との間に異なる電圧が印加できるように構成されていることを特徴とする光ヘッド装置を提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の光ヘッド装置の原理構成の一例を示す概念図であり、光記録媒体である光ディスクの情報の記録および再生を行うものである。光源である半導体レーザ１からの出射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。
【０００９】
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８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。また、光ディスク８に情報を記録するときには、半導体レーザ１のレーザ出力を変調させ、光ディスク８の記録膜に情報を記録する。
【００１０】
光検出器９より得られる光ディスク８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、光ディスクの厚み誤差や対物レンズなど光学系のズレや多層光ディスクなどから発生する球面収差に応じて位相補正素子４の電極に印加する電圧となる。
【００１１】
次に本発明において使用する位相補正素子の構成を図２の断面図を用いて説明する。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が形成されている。使用する基板でガラス以外の材料としては、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挙げられるが、耐久性などの点からガラス基板が好ましい。
【００１２】
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。絶縁膜２５は導電性異物による電極間ショートを防止するためのものであり省いてもよい。また、ガラス基板２１ａ、２１ｂの外側表面に反射防止膜が被膜されていてもよい。
【００１３】
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が施されている。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。
【００１４】
液晶セル内部には液晶２３が充填されている。使用する液晶の材料は、液晶ディスプレイなどに用いられるネマティック液晶がよく、印加電圧により偏光が変化しないためには一様なホモジニアス配向が好ましい。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。
【００１５】
また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との差は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。
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、酸化錫膜などの透明導電膜を使用すればよい。電極２４ａ、２４ｂの材料、物性、形成方法などは後ほど詳述する。
【００１６】
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などの平板光学素子を位相補正素子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。波長板を積層するときは、位相補正素子のガラス基板に直接貼り合せるか、または波長板を別のガラス基板に貼り合わせた後積層すればよい。
【００１７】
また、位相補正素子と対物レンズとが一体に構成されている光ヘッド装置とすることが好ましい。その理由は、トラッキングなどにより対物レンズが光軸に対して垂直な面内で移動するレンズシフトを生じたとき、位相補正素子と対物レンズが一体でない場合、光ディスクにより発生した球面収差に対して位相補正素子が発生した波面収差（球面収差）がレンズシフト分だけ位置ずれを起こすことになり、球面収差を適切に補正できなくなるからである。
【００１８】
位相補正素子と対物レンズとが一体に構成されている光ヘッド装置とするには、対物レンズを保持しているアクチュエータに位相補正素子を固定するなどすればよい。この場合、アクチュエータの制御特性に影響を与えないように、位相補正素子の重量を軽くしたり、信号引出線をワイヤなどの軽量で接続容易なものを使用することが好ましい。
【００１９】
次に、本発明における位相補正素子を用いて球面収差を補正する方法に関して述べる。図３は球面収差を補正するための電圧降下型電極パターンの一例を示す平面図であり、図２に示された電極２４ａ、２４ｂのいずれか一方に形成されている。３１〜３３は低抵抗電極、３０は高抵抗電極である。図４は残留収差を低減するための分割電極パターンの一例を示す平面図であり、電極２４ａ、２４ｂのうち、上記の電圧降下型電極パターンが形成されていない方の電極に形成されている。また、低抵抗電極の中心と分割電極の中心は光軸上に配される。
【００２０】
図３における斜線部は透明導電膜により形成された高抵抗電極３０であり、例えば分割のない一様な電極である。黒塗部分は高抵抗電極３０に電圧を供給するための低抵抗電極３１〜３３であり、その内径、外径が光軸を中心とする同心円状に配置されている。また、高抵抗電極３０と低抵抗電極３１〜３３は導電接続されている。したがって、隣接する低抵抗電極間に高抵抗電極が配されていて、隣接する低抵抗電極が導電接続されていてもよい。すなわち、高抵抗電極がこれを挟む低抵抗電極と接していてもよい。
【００２１】
低抵抗電極３１〜３３は配線により位相補正素子外部の図示しない信号源と接続されており各々信号１〜３によって任意の電圧を供給できる。図４において、４１〜４７は分割電極を構成するセグメント電極であり、４８と４９は配線である。
【００２２】
低抵抗電極を形成する電極材料のシート抵抗ρ_Ｌに対する高抵抗電極を形成する電極材料のシート抵抗ρ_Ｈの比ρ_Ｈ／ρ_Ｌを１０００以上にすると、高抵抗電極に比べ低抵抗電極内では抵抗が低いため低抵抗電極内では等電位となる。一方、高抵抗電極３０の面内では低抵抗電極３１と３２、および３２と３３間の電位差により微弱な電流が流れて電圧降下が発生する結果、連続的に変化する光軸を中心とした軸対称型の電位分布が発生する。電極材料およびシート抵抗に関しては後程詳述する。
【００２３】
液晶分子の配向方向は、対向する電極間の実効電圧（電位差）に応じて変化するため、対向する分割電極の電位を全て等しくすれば、液晶の実効屈折率分布は高抵抗電極３０内で発生する電圧分布にほぼ一致する。したがって、高抵抗電極３０内で発生する電圧分布が補正すべき波面収差分布に対応するよう低抵抗電極３１〜３３を構成すれば、両者が相殺でき波面収差を補正できる。
【００２４】
図５は本発明における位相補正素子により発生した、波面収差による球面収差補正の一例を示すグラフであり、分割電極を構成するセグメント電極の電位を全て等しくした場合である。Ａは光ディスクの厚み変動や光学系の誤差などにより生じた補正を要する球面収差分布、Ｂは位相補正素子により発生する球面収差を補正するための位相差分布であり、Ｃは補正後に残った残留収差分布である。横軸は光軸を中心とした瞳半径であり、入射光束の半径により規格化されている。
【００２５】
球面収差分布Ａを補正するために低抵抗電極３１〜３３の寸法、および信号１〜３の印加電圧を適宜設定することで、符号が反対で形状がほぼ同等な位相差分布Ｂにより球面収差分布Ａを相殺して補正できる。ここで、位相差分布Ｂにおける領域Ｄと領域Ｅの位置は、図３に示す低抵抗電極３１（内側を含む）と３２の位置にそれぞれ対応しており、低抵抗電極３３の位置は図４の瞳半径１以上の位置に対応するため図示されていない。
【００２６】
低抵抗電極３１と３２の位置を変化させると発生する波面収差分布Ｂもまた変化する。したがって、高精度に補正するためには、球面収差分布Ａの形状に一致するように低抵抗電極３１と３２の位置と大きさとを決めることが必要である。位相補正素子面での入射光束の半径を１としてこれに対し、低抵抗電極３１の半径を０．２〜０．３、円環状の低抵抗電極３２の内半径と外半径との平均半径を０．７〜０．８５にしたとき、球面収差を効率よく補正できて好ましい。特に低抵抗電極３１の半径を０．２１にし、低抵抗電極３２の平均半径を０．７４にしたときに、最大の補正効果を得ることができ極めて好ましい。
【００２７】
以上、分割電極を等電位にした場合に関して述べたが、この場合、図５のＣに示す残留収差が残る。この残留収差の大きさは補正する球面収差の大きさに比例するため、多層記録ディスクにおける層間ギャップなど、大きな球面収差を補正する場合においては無視することができない。そこで以下に、本発明における位相補正素子による残留収差の低減効果を説明する。
【００２８】
図４に示す分割電極は、一様な透明導電膜をエッチングすることにより得られた、同心円状で複数のセグメント電極４１〜４７より構成されている。電極を分割する方法には、例えばフォトリソグラフィー技術とエッチング技術を用いることができる。隣接する一つのセグメント電極と他のセグメント電極との間、つまり分割間隔はエッチングにより透明導電膜が除去されているので異なるセグメント電極間では導通はない。しかし、本発明における位相補正素子では、いくつかのセグメント電極が導通するように電極内部で透明導電膜により配線され、これにより信号数を減らしている。
【００２９】
すなわち、複数のセグメント電極が２つのセグメント電極群に分けられ、それぞれのセグメント電極群ごとに導電接続されて、対向する透明基板の電極とそれぞれのセグメント電極群との間に異なる電圧が印加できるように構成されている。このように構成することにより、制御電圧発生手段の数を減らすことができて好ましい。
【００３０】
図４に示した例ではセグメント電極４１、４３、４５、４７は一つのセグメント電極群が形成され、図の左右方向に配された配線４９により導通され外部の信号源と接続されており信号５によって任意の電圧が印加できる。同様にセグメント電極４２、４４、４６は他のセグメント電極群が形成され、配線４８により導通され外部の信号源と接続され信号４によって任意の電圧が印加できる。
【００３１】
図６は本発明の位相補正素子を用いて球面収差を補正した場合の残留収差を表す波面収差分布である。この図でも瞳半径は入射光束半径により規格化されている。前述したセグメント電極全てを等電位にした場合の残留収差は６１であり、図４に示す信号４、５として異なる電圧を供給した場合の残留収差は６２のようになる。ここで領域Ｄ４１〜Ｄ４７はセグメント電極４１、４２〜４７に対応している。すなわちＤ４１とはドメイン（Ｄｏｍａｉｎ）４１のことである。
【００３２】
セグメント電極の半径を残留収差の形状に応じて適切に設定し、かつセグメント電極間で電位差を発生させることで６１に示した残留収差の凹凸を平滑化でき、残留収差を低減できる。ここでは、セグメント電極４１、４３、４５、４７を等電位とし、セグメント電極４２、４４、４６をこれとは異なる等電位としたが、さらに残留収差を低減させたいときは、信号数を増やしてセグメント電極毎に異なる電圧を印加できるようにすればよい。
図４に示す分割電極パターンとは異なるパターンとして例えば、セグメント電極４２だけを他のセグメント電極から絶縁させ、新たな外部の信号源と接続して独立に制御することもでき、信号数は１つ増加するもののさらに残留収差は低減する。
【００３３】
次に、本発明における位相補正素子の電極材料に関して述べる。電圧降下型電極の低抵抗電極を形成する電極材料のシート抵抗ρ_Ｌと高抵抗電極を形成する電極材料のシート抵抗ρ_Ｈの比ρ_Ｈ／ρ_Ｌを１０００以上にする。ρ_Ｈが小さ過ぎるときは、高抵抗電極にも比較的大きな電流が流れ、高抵抗電極と接している低抵抗電極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。一方、ρ_Ｈが大き過ぎるときは、高抵抗電極の導電性がなくなるため電位分布は発生しない。したがって、以上の条件を満足するためにはρ_Ｈは１０^３Ω／□〜１０^７Ω／□程度がよい。一方、ρ_Ｌはできるだけ小さくする方が高抵抗電極の許容抵抗範囲が大きくなるため、好ましくは１Ω／□〜１００Ω／□程度がよい。
【００３４】
低抵抗電極の材料としては、銅、金、アルミニウム、クロムなどの金属材料が導電性・耐久性の点では好ましいが、電極部分で遮光されるため透過率が低下する。したがって、透明導電膜を使用することが好ましい。例えばＩＴＯ膜など比抵抗の小さな透明導電膜を用いることは、上述した低抵抗電極の抵抗値と高抵抗電極の抵抗値との比の条件を満足しかつ透過率も高いため好ましい。また、低抵抗電極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出部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できる金属の場合、外部からの信号線を容易にハンダで接続でき好ましい。
【００３５】
一方、高抵抗電極の材料としては、透明でありかつ低抵抗電極の材料に比べシート抵抗が高い必要がある。例えばガリウム、アルミニウム、シリコン、イットリウム、インジウムなどの元素を１種または複数種ドープした酸化亜鉛膜や、アンチモン、インジウム、ガリウムなどの元素を１種または複数種ドープした酸化錫膜や、ＩＴＯ膜などがよい。
【００３６】
上記の元素がドープされた酸化亜鉛膜や酸化錫膜は、ＩＴＯ膜に比べ容易に高抵抗膜が得られるため好ましい。特に、上記の元素がドープされた酸化亜鉛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ける好適な材料である。ＩＴＯ膜を低抵抗電極と高抵抗電極の両方に用いる場合は、比抵抗が異なる膜にする方が膜厚を制御しやすいため好ましい。
【００３７】
一方、分割電極の透明導電膜の材料は電圧降下型電極と同様にＩＴＯやガリウム、インジウム、アンチモンなどがドープされた酸化錫や酸化亜鉛など用いることができる。しかしＩＴＯを用いる方が、膜抵抗が低くできる上、透過率が高いため好ましい。
【００３８】
また、上記の低抵抗電極は外側、中間、内側の３つの低抵抗電極からなり、光ヘッド装置を構成する対物レンズの瞳半径に対する中間低抵抗電極の内半径と外半径との平均値の比が０.７から０.８５までであり、かつ対物レンズの瞳半径に対する中間低抵抗電極の内半径と外半径との差の比が０.０２から０.１４までである上記の光ヘッド装置とすることによって、光ヘッド装置は適切に球面収差を補正できるために好ましい。
【００３９】
【実施例】
本実施例の光ヘッド装置は、光ディスクの厚み変動、対物レンズや光学系の調整誤差など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。図１に示す光ヘッド装置に位相補正素子４を組み込み、５つの電気信号源を有する位相補正素子制御回路１０と電気的に接続した。光源である半導体レーザ１からの出射光の波長は４０５ｎｍであり、対物レンズ６のＮＡは０．８５、瞳径は直径３ｍｍである。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ある。
【００４０】
透明基板である厚さ０．５ｍｍの無アルカリガラス基板の表面上にマグネトロンスパッタリング法により比抵抗５×１０^−６Ω・ｍのＩＴＯ膜を成膜して、フォトリソグラフィーとエッチングの技術によりこのＩＴＯ膜にパターニングを行い、図３に示した電圧降下型電極の低抵抗電極３１〜３３と図４に示した分割電極を形成した。そして、低抵抗電極の中心と分割電極の中心とが光軸上にあるよう配された。
【００４１】
低抵抗電極３１〜３３のシート抵抗値は５０Ω／□、分割電極のシート抵抗値は３００Ω／□であり、分割電極の各セグメント電極間隔は５μｍとした。その後、電圧降下型電極にはガリウムがドープされた酸化亜鉛膜をマグネトロンスパッタリング法により成膜して透明な高抵抗電極３０（比抵抗５×１０⁻ ³Ω・ｍ）を形成した。高抵抗電極３０のシート抵抗値が１×１０^５Ω／□であり、低抵抗電極３１〜３３のシート抵抗値との比は、２０００対１であった。本実施例では図２の電極２４ａを電圧降下型電極とし、電極２４ｂを分割電極とした。
【００４２】
その後、電極２４ａ、２４ｂの表面にはシリカを主成分とする絶縁膜２５をスピンコート法により形成した後、ポリイミドを主成分とする配向膜２６を同じくスピンコート法により形成した。このとき、作製した２枚の無アルカリガラス基板を、４μｍのガラス製スペーサが混入されたエポキシ系のシール材を用いて図２に示すセル構造になるよう重ね合わせた。このセルのガラス基板間には常光屈折率と異常光屈折率との差Δｎが０．１５のネマティック液晶を注入し、注入口を封止して液晶セルを形成した。なお、配向膜２６は液晶層２３がホモジニアス配向になるよう事前にラビング処理されている。また、ガラス基板の外側表面に反射防止膜（図示せず）をコートした。
【００４３】
低抵抗電極３１は内径０．７ｍｍ、外径０．８ｍｍ、低抵抗電極３２は内径２．２ｍｍ、外径２．５ｍｍ、低抵抗電極３３は内径３．２ｍｍ、外径４．２ｍｍの光軸を中心とした円環状を有しており、同じ透明導電膜材料で形成された配線により電極引出部２７から位相補正素子制御回路１０に接続されており、信号１〜３を用いて各々の低抵抗電極に任意の電圧を供給できる。ここで、瞳半径（１．５ｍｍ）に対する、中間の低抵抗電極３２の内半径と外半径との平均値（１．１７）の比が０．７８であって０．７と０．８５の間にあり、また瞳半径（１．５ｍｍ）に対する、中間の低抵抗電極３２の内半径と外半径との差（０．１５）の比が０．１であって０．０２と０．１４の間にあった。
【００４４】
一方、図４に示す分割電極は、光軸を中心として内側より直径０．６ｍｍ、１．０ｍｍ、１．７ｍｍ、２．４ｍｍ、２．６ｍｍ、２．９ｍｍの同心円状のセグメント電極４１〜４７に分割されている。セグメント電極４１、４３、４５、４７は同じ透明導電膜材料で形成された配線４９により導通されており、位相補正素子制御回路１０が発生する信号５により等しい電圧が供給された。同様にセグメント電極４２、４４、４６も配線４８により導通され信号４により等しい電圧が供給された。
【００４５】
本実施例における位相補正素子は５つの電気信号により制御され、電気信号は周波数１ｋＨｚの矩形交流であり、電圧降下型電極用の信号１、２、３同士、および分割電極用の信号４、５同士はそれぞれ同位相であり、信号１、２、３と信号４、５とは位相がπずれている。したがって、例えば信号１、２、３の電圧をＶ_１［Ｖ_ｒｍｓ］、信号４、５をＶ_２［Ｖ_ｒｍｓ］とすると、電極間に印加される電圧はＶ_１＋Ｖ_２［Ｖ_ｒｍｓ］となり液晶分子を駆動する。
【００４６】
次に本実施例における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。図５のＢは対物レンズのＮＡが０．８５、光源の波長が４０５ｎｍの光学系において、光ディスクの厚さが設計値の０．１ｍｍより０．０１ｍｍ厚くなった場合に発生する波面収差（球面収差）の半径方向分布を示すグラフである。球面収差は軸対称なので、図５のＢに示した波面収差が瞳半径０つまり光軸を回転対称軸として分布していると考えればよい。
【００４７】
０．０１ｍｍの光ディスク厚み変動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、低抵抗電極３１、３３に１．３Ｖ_ｒｍｓ、低抵抗電極３２に１．１Ｖ_ｒｍｓ、セグメント電極４１〜４７に電圧０．５Ｖ_ｒｍｓを印加した。したがって、液晶層に印加される実効電圧は、低抵抗電極３１、３３で１．８Ｖ_ｒｍｓ、低抵抗電極３２で１．６Ｖ_ｒｍｓとなり、高抵抗電極３０の面内においては電圧幅０．２Ｖ_ｒｍｓで連続的に変化する電圧分布が生じた。前述の説明と同様に、電圧に応じて液晶分子の配向方向が分布するため、位相補正素子は同心円状の波面変化を発生することができて、その半径方向分布は図４のＢのようになる。
【００４８】
ここで球面収差Ａの大きさに応じて信号１〜３の電圧を決めているので、球面収差Ａと位相補正素子により発生する球面収差Ｂは相殺する結果、光ディスク面上での波面収差はＣのようになり低減する。補正前の球面収差は約０．１λ_ｒｍｓであったが、位相補正素子を用いて補正した結果、約０．０１８λ_ｒｍｓに減少した。
【００４９】
一方、光ディスクの厚さが０．０１ｍｍだけ薄い場合には、図５のＡとは正負が逆転した球面収差を補正するために、低抵抗電極３１、３３に１．１Ｖ_ｒｍｓ、低抵抗電極３２に１．３Ｖ_ｒｍｓを印加すればよい。これにより、位相補正素子によって発生する波面変化も図５のＢの正負を逆転した形になるため、球面収差を相殺できる。
【００５０】
次に図５のＣで示される補正後の残留収差を改善するために、電圧降下型電極への印加電圧は変えずに、分割電極を構成するセグメント電極のうちセグメント電極４１、４３、４５、４７に０．４８Ｖ_ｒｍｓ、セグメント電極４２、４４、４６に０．５２Ｖ_ｒｍｓを印加した。これにより分割電極のセグメント電極毎に０．０４Ｖ_ｒｍｓの電圧差が生じる結果、液晶層の実質的な屈折率分布も変化する。図６の６２は、この電圧差が生じたときの残留収差を表すグラフで、波面収差として表わしている。セグメント電極４１〜４７全てに等しく０．５Ｖ_ｒｍｓ印加したときの６１に比べ残留収差が低減している様子がわかる。このとき、先に示した補正後の波面収差約０．０１８λ_ｒｍｓは０．００９λ_ｒｍｓまで半減された結果、光ディスクへの情報の記録、再生特性がさらに向上した。
【００５１】
以上のように低抵抗電極３１〜３３、セグメント電極４１〜４７に適切な電圧を印加することにより球面収差を精度良く補正できた。また、低抵抗電極３１、３３は常に等しい電圧を印加しても、光学特性上大きく影響しないために、低抵抗電極３１、３３を導通させて１つの電源に接続させてもよく、この場合４つの外部信号で動作させることができる。
【００５２】
【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おいては、液晶層を挟持して位相補正素子を構成する一対の透明基板のそれぞれに形成された電極の一方を、同心円状に配置した３つの円環状の低抵抗電極と少なくとも低抵抗電極間に配された高抵抗電極とで構成し、他方の電極を同心円状に分割された複数のセグメント電極からなる分割電極により構成する位相補正素子を搭載する。
【００５３】
この構成を有する位相補正素子は、球面収差形状にほぼ一致した波面変化を発生させることができるため、この位相補正素子を搭載した本発明の光ヘッド装置を用いることにより、光ディスク厚み誤差に起因する球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を得ることができる。さらに、従来と比べて少ない外部信号源により動作させることができるため、低いコストの光ヘッド装置を作製できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ヘッド装置の原理構成の一例を示す概念図。
【図２】本発明における位相補正素子の構成の一例を示す断面図。
【図３】本発明における位相補正素子の電圧降下型電極パターンの一例を示す平面図。
【図４】本発明における位相補正素子の分割電極パターンの一例を示す平面図。
【図５】本発明における分割電極を構成するセグメント電極に同じ電圧を印加した場合における位相補正素子により発生した波面収差による球面収差補正の一例を示すグラフ。（Ａは補正を要する球面収差、Ｂは位相補正素子により発生した波面変化、Ｃは補正後の波面収差、Ｄは低抵抗電極３１に相当する領域、Ｅは低抵抗電極３２に相当する領域）
【図６】本発明における分割電極を構成するセグメント電極に複数の電圧を印加した場合に位相補正素子により発生した波面収差による球面収差補正の一例を示すグラフ。Ｄ４１〜Ｄ４７はセグメント電極４１〜４７に相当する領域）
【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
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
３０：高抵抗電極
３１〜３３：低抵抗電極
４１〜４７：セグメント電極
４８、４９：配線
６１、６２：残留波面収差

Claims

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る光ヘッド装置であって、位相補正素子は電極が表面に形成されている一対の透明基板に挟持された液晶層を備えており、
一方の透明基板の電極は、同心円状に配されている３つの円環状の低抵抗電極と、隣接する少なくとも低抵抗電極間に配されていて隣接する低抵抗電極を導電接続する、低抵抗電極に対するシート抵抗値の比が１０００以上であり、かつシート抵抗値が１０ ^３ Ω／□から１０ ^７ Ω／□までである高抵抗電極とを備え、
前記３つの円環状の低抵抗電極はそれぞれ異なる電圧を供給できるように外部信号源に接続されている外側、中間、内側の３つの低抵抗電極からなり、前記対物レンズの瞳半径に対する中間低抵抗電極の内半径と外半径との平均値の比が０.７から０.８５までであり、かつ前記対物レンズの瞳半径に対する前記内半径と前記外半径との差の比が０.０２から０.１４までであり、
他方の透明基板の電極は、平面電極が同心円状に分割された複数のセグメント電極からなる分割電極を備え、かつ低抵抗電極の中心と分割電極の中心とが光軸上にあり、かつ前記複数のセグメント電極は第１のセグメント電極群と前記第１のセグメント電極群を構成する隣接するセグメント電極間に配置された第２のセグメント電極群とに分けられ、それぞれのセグメント電極群ごとに導電接続されて、対向する透明基板の電極とそれぞれのセグメント電極群との間に異なる電圧が印加できるように構成されていることを特徴とする光ヘッド装置。