JP2000292755A

JP2000292755A - 収差補正素子およびこれを用いた光ピックアップ

Info

Publication number: JP2000292755A
Application number: JP11095566A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Yamashita; 正芳山下; Toshinao Suzuki; 利尚鈴木; Kenzaburo Iijima; 健三郎飯島
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1999-04-01
Filing date: 1999-04-01
Publication date: 2000-10-20

Abstract

(57)【要約】【課題】速い応答速度、細かい収差補正量、高信頼性
等の優れた特性を持ち、光ピックアップにおける球面収
差、コマ収差等の補正用として用いて好適な収差補正素
子を提供する。【解決手段】透明基板２の上面に、透明電極層３ａ〜
３ｇと電気光学材料層４ａ〜４ｆとが交互に積層された
積層体５が形成され、透明電極層３ａ、３ｃ、３ｅ、３
ｇが互いに接続され、透明電極層３ｂ、３ｄ、３ｆが互
いに接続され、透明電極層３ａ、３ｃ、３ｅ、３ｇと透
明電極層３ｂ、３ｄ、３ｆとは電気的に絶縁されてい
る。透明電極層３ｂ、３ｄ、３ｆは同心円状の場所によ
り電極として機能する部分の数が異なっており、領域Ａ
１では２層の電気光学材料層４ａ、４ｂに電圧が印加さ
れ、領域Ａ２では４層の電気光学材料層４ａ〜４ｄに電
圧が印加され、領域Ａ３では６層の電気光学材料層４ａ
〜４ｆに電圧が印加される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、収差補正素子およ
びこれを用いた光ピックアップに関し、特に電気光学効
果を持つ電気光学材料の特性を利用した収差補正素子の
構成に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digita
l Versatile Disc）、あるいはＤＶＤ以降に実用化され
る次世代高密度光（磁気）ディスクの分野において、光
ディスク、光磁気ディスク等の光学記録媒体に所定のデ
ータを書き込む、あるいは光学記録媒体から所定のデー
タを読み出す際には光ピックアップが用いられる。光ピ
ックアップでは、通常、半導体レーザから出射した光が
回折格子とビームスプリッタを透過し、コリメータレン
ズで平行光線に変換された後、対物レンズによりディス
クの記録面に焦点を結ぶようになっている。焦点でのビ
ームスポット径ｗは、ｗ＝α・λ／ＮＡ ……（１）と表される。ここで、λはレーザ光の波長、ＮＡは対物
レンズの開口数（Numerical Aperture）、αは比例定
数、である。

【０００３】光ディスクにおいては、表面に付着した塵
埃等の影響をなくすためにレーザ光をディスクの基板を
通して記録面に入射させている。そこで、ディスクの基
板を通して、（１）式で表されるような回折限界条件の
非常に小さなビームスポットを実現するため、通常、対
物レンズには非球面レンズが用いられる。

【０００４】ところで、光ピックアップの光学系におい
て、ディスク基板が光ピックアップの光軸に対して傾く
と、コマ収差が生じ、記録面上でのスポットが非対称に
変形するとともに径も大きくなるため、期待する書き込
みや読み出しができなくなる。また、ディスクの基板の
厚みが設計値からずれると、球面収差が発生し、やはり
スポット径が大きくなり、不具合が生じる。しかしなが
ら、ディスクの傾きやディスク基板の厚みの変動を完全
に零にすることはできない。したがって、現状では、デ
ィスクの仕様をある範囲に抑えて、コマ収差や球面収差
を管理するようにしている。

【０００５】ＤＶＤやさらに将来の高密度記録を目指し
た光ディスクにおいては、高密度化を目的としてレーザ
ビーム径がより小さくなるように、（１）式に従って、
レーザ光波長λの短波長化、対物レンズの高ＮＡ化が図
られている。そのような状況で、コマ収差Ａ₁は、Ａ₁＝α₁・ｄ・（ＮＡ）³／λ ……（２）と表される。ｄはディスク基板厚み、α₁は比例定数、
である。また、ディスク基板の厚み変動による球面収差
Ａ₂は、Ａ₂＝α₂・（ＮＡ）⁴ ……（３）と表される。α₂は比例定数、である。また、焦点深度
ｓは、ｓ＝α₃／（ＮＡ）² ……（４）と表される。α₃は比例定数、である。

【０００６】上記（２）、（３）、（４）式の関係か
ら、ＮＡが大きくなり、λが小さくなると、全ての収差
が増加し、焦点深度が浅くなるため、制御が難しくな
る。例えば、ＣＤではＮＡ＝０．４５〜０．５、ＤＶＤ
ではＮＡ＝０．６というように、高密度化のためにＤＶ
ＤではＮＡを大きくしているが、ＮＡを大きくした場合
でも（２）式のコマ収差が抑えられるように、ディスク
の基板厚みをＣＤの１．２ｍｍからＤＶＤでは０．６ｍ
ｍに薄くしたのである。今後、ＮＡがさらに大きくなる
につれ、ディスク基板厚みをさらに減少することも考え
られるが、これはディスク表面の塵埃等の影響を大きく
する方向であるため、光ディスクが着脱自在な媒体であ
るという利点が損なわれる恐れがあり、好ましくない。

【０００７】すなわち、ディスク基板厚みが異なると収
差が生じるということは、ディスク厚みの異なるＣＤと
ＤＶＤでは、一つの光ピックアップにおいて同じ対物レ
ンズを使えないということになる。また、現在既に検討
されている、ディスク厚み方向に間隔をあけて形成した
複数の記録層を持つ多層記録用ディスクの使用も困難に
なる。そこで、ディスクの仕様を厳しくしたり、厚みを
薄くすることなく、収差を減少させる手段が提案され
た。それが位相制御素子（位相フィルター）である。

【０００８】図１９は、位相制御素子の原理を説明する
ための図であり、位相制御をかけない（位相制御素子を
用いない）場合と位相制御をかけた（位相制御素子を用
いた）場合の波面収差を示したものである。この図に示
すように、位相制御素子のない状態で、収差はレンズ中
央部で零、端部で大きく増加している（１点鎖線で示
す）。理想的なレンズでは、収差はレンズ上の全ての点
で零になるべきであるが、上述したような様々な理由で
図１９のような収差が生じる。位相制御素子は、通常、
レンズの前段に挿入され、光のビーム径方向の場所によ
ってレンズに入る光の位相を遅らせたり、等価的に進め
たりする機能を持っている。したがって、位相制御素子
とレンズを透過した後の波面収差は図１９の実線で示す
ようになる。位相制御素子が不連続なコントロールをす
るので、結果としての波面収差も不連続なものとなる。

【０００９】位相Φ［rad］は、 Φ＝２π・Δｎ・ｔ／λ ……（５）と表される。ｔは位相制御素子の厚み、Δｎは場所によ
る屈折率の変化である。したがって、位相制御素子を実
現するには、厚みをコントロールする方法と、屈折率を
変化させる方法とがある。さらに、屈折率を変化させる
方法としては、電圧で変化させるもの、光強度で変化さ
せるもの、磁界を用いて変化させるもの、等があるが、
電圧（電界）により屈折率を変化させるものが制御の容
易さの面で優れている。

【００１０】ここで、位相制御素子の３つの従来例につ
いて説明する。第１の従来例は、位相制御素子に液晶を
使用し、液晶に印加する電圧を変えることにより屈折率
を変化させ、光路差を変化させて位相を制御する方法で
ある（"15Gbyte DVD System Using a Liquid Crystal P
anel",S.Ohtaki et al.,International Symposium on O
ptical Memory 1998,Oct.20-22(1998) ）。この論文に
よれば、ディスク傾きにより発生するコマ収差を液晶を
用いた位相フィルターを使って補正しており、液晶に２
Ｖ程度の電圧を印加することによって、位相が約１波長
変化している。

【００１１】第２の従来例は、位相制御素子に圧電材料
を用いたものである（特開平９−１３８９５７号公報、
特開平９−１６１３４２号公報参照）。圧電材料に電圧
を印加すると、電圧に応じて圧電材料が伸縮する。この
性質を利用して、位相制御素子の厚みを場所によって変
えることができるので、光路差が変化し、位相を変える
ことができる。

【００１２】第３の従来例は、位相制御フィルターの屈
折率を電気的に制御するのではなく、フィルター自体を
段差形状にして段階的に厚みを変化させ、位相を制御す
るものである（「波長選択フィルタを用いた基板厚０．
６ｍｍ／１．２ｍｍ兼用二波長光ヘッド」、片山龍一、
第２３回光学シンポジウム、平成１０年６月２５〜２６
日）。ここで発表された位相フィルターは、ＤＶＤとＣ
Ｄで同一レンズを共用するために用いた例であり、隣同
士の段差はＤＶＤに用いられる６３５ｎｍの波長の光に
対して正確に１波長の位相差に対応するように設計され
ている。したがって、６３５ｎｍの光に対しては何も影
響を及ぼさない。ところが、ＣＤ用の７８０ｎｍの光に
対しては位相差は１波長ではなく、０．１９波長とな
る。したがって、ＤＶＤ用の対物レンズをＣＤで用いた
ときに生じる収差（波長）に合わせて段差を形成してお
けば、収差が補正されることになる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来例
は、それぞれ以下のような問題点を抱えていた。第１の
従来例の場合、液晶を用いているので応答速度が遅く
（例えば２０ｍｓｅｃ程度）、ディスクの回転速度に対
応できない。ディスクの回転数が例えば３０００ｒｐｍ
の場合、ディスクが傾いて取り付けられると、ディスク
の傾きは５０Ｈｚで振動する。さらに、ディスクに反り
があると、その２倍の振動数で振動することになる。と
ころが、液晶はこのような速い変化に追従できるもので
はない。また、レーザが短波長の青色レーザとなり、出
力パワーも上がってきた場合、液晶のような有機物を使
用していると、位相制御素子の寿命が短くなる。さらに
用法によっては、位相制御素子を対物レンズに固定して
使用する場合もあるが、その場合、５０Ｈｚで振動する
ため、動作が不安定になる。

【００１４】第２の従来例は圧電材料を用いるものであ
るが、この位相制御素子では、原理的に、波面収差に対
応させて、すなわち場所によって光路差を変えなければ
ならない。このため、隣接して伸縮量が変わる境界が存
在することになり、そこでは構造的に無理な力が加わ
り、クラックが入りやすくなる。したがって、この位相
制御素子は実用的ではない。

【００１５】第３の従来例の位相フィルターでは、１段
差あたりの収差補正量が波長の比だけで決まってしま
う。このため、ＣＤで用いる７８０ｎｍとＤＶＤで用い
る６３５ｎｍの組み合わせでは、収差をあまり小さくす
ることができない。また、レーザダイオードには波長変
動が存在するが、この種の位相フィルターはそれに対処
できない。

【００１６】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであって、応答速度が速く、かつ収差補正量
を細かく制御でき、信頼性の高い収差補正素子を提供す
ることを目的とする。また、上記の収差補正素子を用い
ることにより、ＣＤ−ＤＶＤ兼用、多層記録対応、コマ
収差補正等の機能を有する優れた光ピックアップを提供
することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の収差補正素子は、少なくとも透明導電層
を３層以上かつ電気光学材料層を２層以上含むように複
数の透明導電層と複数の電気光学材料層とが交互に積層
されるとともに、複数の透明導電層のうちの任意の透明
導電層が分割され、その分割された透明導電層の少なく
とも一部が複数の電極として機能し、これら複数の電極
を用いて電気光学材料層の屈折率を電気的に制御するこ
とにより光路差を場所によって変化させ、入射光の位相
を制御することで収差を補正することを特徴とするもの
である。

【００１８】本発明の収差補正素子は、電気光学効果、
特にポッケルス効果、カー効果等として知られる「透明
な固体に電界を印加したときに屈折率が変化する」とい
う電気光学材料の性質を利用したものである。電気光学
材料において、その屈折率ｎは電界Ｅの関数であり、屈
折率ｎ（Ｅ）は、ｎ（Ｅ）＝ｎ₀＋αＥ＋βＥ²＋γＥ³＋… ……（６）と表される。ｎ₀は電界を印加していない時の屈折率で
あり、α、β、γは比例定数、である。特に、電界印加
時の屈折率変化分Δｎのうち、「αＥ」の項（すなわ
ち、屈折率変化が電界に比例する部分）をポッケルス効
果、「βＥ²」の項（すなわち、屈折率変化が電界の２
乗に比例する部分）をカー効果、という。なお、電気光
学効果の大きさは、印加する電界の向きと、入射させる
光の偏光方向に大きく依存する。

【００１９】そこで、本発明の収差補正素子では、少な
くとも透明導電層を３層以上かつ電気光学材料層を２層
以上含むように複数の透明導電層と複数の電気光学材料
層を交互に積層するとともに、任意の透明導電層を分割
して複数の電極として機能するようにした。この構成に
よれば、分割した複数の電極に任意の電圧を印加するこ
とにより、素子全体で見たときに電気光学材料層に加わ
る電界が場所によって異なるようにすることができる。
これにより、光軸に垂直な面内の場所によって電気光学
材料層の屈折率を変化させ、光路差を変化させることが
できる。すなわち、上記（５）式より、位相は屈折率差
と位相制御素子の厚みとの積に比例するため、電気光学
材料を例えば平坦な板状に形成し、その厚みが一定であ
っても屈折率差を変えることにより位相を制御すること
ができる。本発明の収差補正素子は、このような原理に
基づき収差を補正するものである。

【００２０】さらに、上記構成において、複数の透明導
電層の各層に含まれる電極の数が異なり、複数の透明導
電層のうちの１層おきの透明導電層の電極に第１の電位
を印加すると同時に残りの透明導電層の電極に第２の電
位を印加した際に複数の電気光学材料層全体に加わる電
界が場所によって異なり、第１の電位および第２の電位
の印加により透明導電層間に挟まれた電気光学材料層の
屈折率を制御するようにしてもよい。

【００２１】この構成は、言い換えると、各透明導電層
を比較したときに分割された透明導電層のうちで電極と
して機能するものの数が異なり、したがって、電極によ
って挟まれる電気光学材料層の数が場所によって異なる
ということである。そこで、１層おきの電極に第１の電
位を印加すると同時に残りの層の電極に第２の電位を印
加すると、電極が存在する場所と存在しない場所がある
ために、素子全体で見ると、電気光学材料層に加わる電
界が場所によって異なることになる。つまり、電極間に
挟まれた部分の電気光学材料層のみ屈折率が変化するの
で、光軸に垂直な面内の場所によって電気光学材料層の
屈折率を変化させ、光路差を変化させることができる。
したがって、この構成によれば、場合によっては電圧を
細かく制御しなくても、２つの電位を印加するのみで素
子を動作させることができる。

【００２２】ネマチックまたはツイストネマチック等の
液晶材料を用いた従来の素子の場合には応答速度が例え
ば２０ｍｓｅｃ程度であるのに対し、本発明の収差補正
素子の場合、電気光学材料を用いたことにより応答速度
を１μｓｅｃ〜１ｍｓｅｃ程度にまで向上することがで
きる。また、電気光学材料は無機材料であるから、青色
レーザに対しても劣化することがない。電気光学材料に
は広範な材料があり、中には圧電性を示すものもあれ
ば、圧電性を示さないものもある。したがって、圧電性
を示さない材料を選べば、電気光学材料層に電界を印加
しても伸縮が生じないため、圧電材料を用いた従来の素
子のように電界の境界部分でクラックが入る恐れもな
い。さらに、屈折率変化量を印加電圧でコントロールで
きるので、段差固定型の従来の素子と異なり、１段差分
の位相差を充分に小さく設定することができ、収差を小
さくすることができる。また、レーザ光源の波長が変化
したとしても、収差補正素子に印加する電界をそれに合
わせて微調整すれば、波長変動に対処することも可能で
ある。すなわち、本発明の収差補正素子によれば、従来
の素子が持つ欠点を全て解消することができる。

【００２３】光路差（屈折率）を場所によって変化させ
るにはそれに応じた透明電極の部分的な除去（パターニ
ング）が必要になるが、補正しようとする収差の種類に
よって、光軸方向から見て同心円状に電極をパターニン
グする場合と、基板面上の任意の軸に対して線対称にパ
ターニングする場合とが考えられる。同心円状にパター
ニングすると、球面収差を補正することができるため、
ＣＤ−ＤＶＤ兼用型光ピックアップや多層記録対応型光
ピックアップを実現することができる。線対称にパター
ニングすると、対称の中心線を傾き軸に一致させること
によりコマ収差を補正することができるため、光ピック
アップにおけるディスクの傾きに対応することができ
る。

【００２４】上述したように、電気光学効果にはポッケ
ルス効果とカー効果があるが、本発明の場合、カー効果
が大きい材料を用いることが望ましい。その理由は、電
気光学材料は上記の利点を有している反面、電気光学効
果を引き起こす電界（電圧）は液晶の駆動電圧に比べて
高く（例えば、電気光学効果の場合で数十Ｖ程度、液晶
の場合で数Ｖ程度）、引き起こされる屈折率変化も小さ
い、という欠点を持っている。よって、単に電気光学材
料を用いただけでは、駆動電圧は高くなり、１波長分の
位相差を得るのに必要な膜厚が厚くなるという不具合が
ある。また、光ディスクとして使用する場合、駆動電圧
は５Ｖまたは１２Ｖを使用しなければならないという制
約がある。

【００２５】その点、本発明では、電極と電気光学材料
層を交互に積層した構造をとることにより、１層毎の電
気光学材料層に印加する電界をそれ程大きくしなくて
も、これらを積層した素子全体では所定の屈折率変化を
得るに充分な電界を得ることができる。逆に言えば、所
定の屈折率変化を得るために印加する電圧を下げること
ができる。したがって、駆動電圧は５Ｖまたは１２Ｖで
足りることになる。また、膜厚に関しても、バルクの電
気光学材料を用いる場合等に比べて、１層毎の膜厚は充
分に薄くすることができる。

【００２６】本発明の場合、複数層の電極に順に第１の
電位、第２の電位、第１の電位、第２の電位、…と電位
が印加されることから、電気光学材料層の１層毎に電界
が逆向きにかかることになる。ところが、ポッケルス効
果では屈折率変化が電界（向きを含めて）に比例するた
め、１層毎の効果が打ち消されてしまう。これに対し
て、カー効果の場合、屈折率変化が電界の２乗に比例す
るため、ポッケルス効果のように１層毎の効果が打ち消
されることなく、大きな屈折率変化を得ることができ
る。実用的には、複数の電極と複数の電気光学材料層を
交互に積層する構造は、透明基板上に透明導電層、電気
光学材料層、透明導電層、電気光学材料層、…を薄膜状
に成膜、パターニングしていくことで実現可能である。

【００２７】また、前記電気光学材料層は、ペロブスカ
イト構造の等軸晶系の単結晶または多結晶膜であること
が望ましい。逆に言えば、カー効果の大きい材料は、現
在のところ、ペロブスカイト構造のものしか見つかって
いない。ペロブスカイト構造は、温度によって正方晶系
と等軸晶系の結晶構造を取り得る。そして、正方晶系は
ポッケルス効果を示し、等軸晶系はカー効果を示す。基
礎的なカー効果については、特に単結晶に関して研究さ
れているが、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物、Indi
um Tin Oxide）等の透明導電膜からなる透明電極上に電
気光学材料層を堆積し、さらに透明導電膜を堆積して素
子を形成することを考えた場合、多結晶でカー効果を示
す材料が望ましい。透明導電膜上に堆積させると、エピ
タキシャルには成長しないからである。一般に多結晶材
料は透明性の点で劣るが、ＰＬＺＴ（Ｐｂ_1-xＬａ_x（Ｚ
ｒ_yＴｉ_z）_1-x/4Ｏ₃）に関しては、透明でかつ大きな電
気光学効果を示す材料が得られている。中でも、組成で
ｘが０．０８〜０．１（特にｘ＝０．０９）、ｙ：ｚ＝
６５：３５の材料はカー効果が大きく、かつ圧電性がな
くなり、本発明に最適の材料となる。

【００２８】ＰＬＺＴの組成を変化させた時のカー効果
による屈折率変化の大きさを比較したものを表１に示
す。ここでは、屈折率変化ΔｎをΔｎ＝β・Ｅ²とした
時のβの大きさで比較する。

【表１】表１より、Ｚｒ／Ｔｉ＝６５／３５の場合、Ｌａの割合
を８〜１０（ｘ＝０．０８〜０．１）とするのが望まし
く、特にＬａの割合を９（ｘ＝０．０９）とした場合、
最も大きなカー効果が得られることがわかる。

【００２９】また、積層する電気光学材料層や透明導電
層の膜厚、屈折率を最適化すると、高い透過率を得るこ
とができる。例えば、上層側と下層側を電気光学材料層
で挟まれた中間層の透明導電層（以下、中間透明導電層
と呼ぶこともある）の膜厚を１６５ｎｍないし１８０ｎ
ｍ、電気光学材料層で挟まれていない最上層または最下
層の透明導電層（以下、表層透明導電層と呼ぶこともあ
る）の膜厚を６０ｎｍないし１００ｎｍ、透明導電層の
屈折率を１．９ないし２．１、電気光学材料層の膜厚を
２μｍ以上、電気光学材料層の屈折率を２．３ないし
２．７とすると、高い透過率を得ることができる。

【００３０】図１０〜図１３は、透明導電層の膜厚を一
定の値に設定したときの透過光の波長と透過率との関係
を調べたものである。本発明に好適に用いられる透明導
電層の材料としてＩＴＯ、電気光学材料層としてＰＬＺ
Ｔがあるが、これら材料の屈折率はＩＴＯが２．０程
度、ＰＬＺＴが２．５程度である。この屈折率の値を用
いるものとし、構成は透明基板上に５層の透明導電層と
４層の電気光学材料層を交互に積層したものとした。図
１０は中間透明導電層の膜厚が１６５ｎｍの場合、図１
１は中間透明導電層の膜厚が１８０ｎｍの場合、図１２
は表層透明導電層の膜厚が６０ｎｍの場合、図１３は表
層透明導電層の膜厚が１００ｎｍの場合、の透過光の波
長に対する透過率の関係をそれぞれ示している。これら
の図からわかるように、これらの図に相当する透明導電
層の膜厚条件を満たし、しかも電気光学材料層の膜厚を
光の波長に比べて充分に厚い２μｍ以上、電気光学材料
層の屈折率を２．３ないし２．７とすると、ＤＶＤで用
いる６３５ｎｍからＣＤで用いる７８０ｎｍの波長範囲
で、８５％以上の透過率を得ることができる。なお、８
５％という値は、これを境にして特性が変化するといっ
た臨界値ではなく、実現性があり、かつ実用的に充分高
い値である。

【００３１】さらに、本発明の収差補正素子において、
光が入射する側の最表面に反射防止層を設けるとよい。
一般に、空気中の光の屈折率が１．０程度、透明電極材
料としてＩＴＯを使うとしてその屈折率が２．０程度で
あるから、反射防止層の屈折率は１．０〜２．０程度の
範囲にある必要がある。反射防止層の追加により、空気
中から素子中に光が入射する際の反射が防止され、高い
透過率を得ることができる。反射防止層の材料として
は、例えば、ＳｉＯ（屈折率：１．８５）、Ａｌ ₂Ｏ
₃（屈折率：１．６３）等が挙げられる。

【００３２】中でも、反射防止層の厚みを１００〜２０
０ｎｍとし、その屈折率を１．２〜１．４とすることが
望ましい。図１４〜図１７は、反射防止層の屈折率と膜
厚を種々に変えたものについて透過光の波長と透過率と
の関係を調べたものである。なお、これらは、図１０の
素子（中間透明導電層の膜厚が１６５ｎｍの場合）に対
して、反射防止層を追加したものであり、透明基板上に
５層の透明電極膜と４層の電気光学材料層を交互に積層
した上に反射防止膜を形成している。特に、図１４は反
射防止膜の屈折率が１．２、膜厚が１００ｎｍの場合、
図１５は屈折率が１．２、膜厚が２００ｎｍの場合、図
１６は屈折率が１．４、膜厚が１００ｎｍの場合、図１
７は屈折率が１．４、膜厚が２００ｎｍの場合、の透過
光の波長に対する透過率の関係をそれぞれ示している。
これらの図からわかるように、これらの図に相当する反
射防止膜の屈折率、膜厚をそれぞれ満たせば、ＤＶＤで
用いる６３５ｎｍからＣＤで用いる７８０ｎｍの波長範
囲で、９２％以上と非常に高い透過率を得ることができ
る。特に屈折率が１．２〜１．４の範囲にある反射防止
膜の材料としては、ＭｇＦ₂（屈折率：１．４０）、Ｃ
ａＦ₂（屈折率：１．４）等が挙げられる。

【００３３】なお、素子の最表面のみならず、透明電極
と電気光学材料との界面でも光の反射が生じるため、透
明電極と電気光学材料との間に反射防止膜を設けてもよ
い。しかしながら、素子の最表面に反射防止膜を設けた
場合、最表面の反射防止膜で透過率向上の効果が充分に
得られるため、透明電極と電気光学材料の間の反射防止
膜は補助的な効果しか持たない。ちなみに、図１８は、
図１０の素子（中間透明導電層の膜厚が１６５ｎｍの場
合）に対して、透明電極と電気光学材料との間に反射防
止膜を設けた場合の透過光の波長と透過率との関係を示
すものである。構成は、透明基板上に４層の透明電極膜
と３層の電気光学材料を交互に積層し、透明電極と電気
光学材料の間に屈折率２．３、膜厚５０ｎｍの反射防止
膜を形成したものである。

【００３４】ただし、透明電極と電気光学材料の間の反
射防止膜は、透過率向上という点に関しては補助的な効
果しかもたなくても、他の効果を奏することができる。
例えば、電気光学材料にＰＬＺＴ、透明電極にＩＴＯを
用いた素子を作製する場合、５００℃以上といった高温
で焼成を行う工程があるが、この工程において、ＰＬＺ
ＴからのＰｂの拡散、透明電極からのＩｎ、Ｓｎの拡散
が生じ、ＰＬＺＴの屈折率変化量が低下する恐れがあ
る。この際、透明電極と電気光学材料の間に薄膜（反射
防止膜）を設けると、この薄膜が反射防止と同時に拡散
防止の役目も果たし、ＰＬＺＴの屈折率変化量の低下を
抑制することができる。この作用を持つ薄膜としては、
ＺｒＯ₂、ＨｆＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、ＺｎＳ、ＴｉＯ₂、Ｃｅ
Ｏ₂、ＣｄＳ、ＺｎＳｅ等が挙げられる。

【００３５】本発明の光ピックアップは、レーザ光源
と、レーザ光源から出射されたレーザ光が透過した際に
ディスクの記録面に焦点を結ぶように配置された対物レ
ンズと、前記記録面で反射したレーザ光を受光する受光
素子とを有し、前記レーザ光源と前記ディスクとの間の
ディスクへの入射光の光路上に上記本発明の収差補正素
子を備えたことを特徴とするものである。

【００３６】本発明の光ピックアップは、上記本発明の
収差補正素子を備えたことにより、収差補正素子を透過
した光の球面収差やコマ収差が補正され、ディスクの記
録面に対してデータの書き込みや読み出しを精度良く行
うことができる。そして、ＣＤ−ＤＶＤ兼用、多層記録
対応、コマ収差補正等の機能を有し、精度や信頼性に優
れた光ピックアップを実現することができる。

【００３７】

【発明の実施の形態】［第１の実施の形態］以下、本発
明の第１の実施の形態を図１ないし図４を参照して説明
する。図１、図２は本実施の形態の位相フィルター１
（収差補正素子）を示す図であり、図１は平面図、図２
は図１のＡ−Ａ線に沿う（素子の片側半分のみを示す）
断面図である。本実施の形態は、例えばＣＤ−ＤＶＤ兼
用光ピックアップ用の位相フィルターというようにディ
スク基板の厚みが変化する場合、あるいは多層記録に対
応した位相フィルターの例である。

【００３８】本実施の形態の位相フィルター１は、図１
に示すように、石英等からなる矩形の透明基板２の上面
に、透明電極層３ａ〜３ｇと電気光学材料層４ａ〜４ｆ
とが交互に積層された構成の平面視円形の積層体５が形
成されている。本実施の形態のように、ディスク基板の
厚み変動や多層記録に対応する場合、収差は球面収差と
なるため、同心円状に同一な収差のパターンが現れるこ
とになる。したがって、この収差に対応するために透明
電極層３ａ〜３ｇのパターンは同心円状になる。また、
積層体５の外径は、入射光のビーム径に合った大きさと
すればよい。

【００３９】本実施の形態の場合、図２に示すように、
透明基板２の上面に、７層の透明電極層３ａ〜３ｇと６
層の電気光学材料層４ａ〜４ｆが交互に積層された積層
体５が形成されている。そして、７層の透明電極層のう
ち、透明電極層３ａ、３ｃ、３ｅ、３ｇが互いに接続さ
れ、透明電極層３ｂ、３ｄ、３ｆが互いに接続されると
ともに、透明電極層３ａ、３ｃ、３ｅ、３ｇと透明電極
層３ｂ、３ｄ、３ｆとは接触しておらず、電気光学材料
層４ａ〜４ｆにより電気的に絶縁されている。このよう
な構成とするのは、透明電極層に対して１層おきに共通
で、かつ隣接する層では異なる電位を印加するためであ
る。また、図中符号３ｈの部分は透明電極層３ａ、３
ｃ、３ｅ、３ｇからの引き出し電極、符号３ｊの部分は
透明電極層３ｂ、３ｄ、３ｆからの引き出し電極であ
る。

【００４０】また、図２に示すように、７層の透明電極
層３ａ〜３ｇのうち、透明電極層３ａ、３ｃ、３ｅ、３
ｇは連続して積層体５上の全ての場所に存在する。その
一方、透明電極層３ｂ、３ｄ、３ｆは、各層の中がさら
に分割され、実際に電圧が印加されて電極として機能す
る部分と、電圧が印加されずただ単に透明膜として存在
するだけの部分とに分かれている。例えば、図１、図２
において、電極パターンが区画された領域を積層体５の
外側から内側に向けてＡ１、Ａ２、Ａ３とすると、引き
出し電極３ｊと接続されて電極として機能する部分は、
透明電極層３ｂでは領域Ａ３から領域Ａ１まで延び、透
明電極層３ｄでは領域Ａ３から領域Ａ２まで延び、透明
電極層３ｆでは領域Ａ３のみに存在する。逆に見れば、
領域Ａ１では透明電極層３ｂのみが電極として存在し、
領域Ａ２では透明電極層３ｂ、３ｄが電極として存在
し、領域Ａ３では透明電極層３ｂ、３ｄ、３ｆが電極と
して存在している。勿論、透明電極層３ａ、３ｃ、３
ｅ、３ｇは全ての領域で電極として存在している。

【００４１】具体的には、電気光学材料層４ａ〜４ｆと
してＰＬＺＴ等の電気光学効果を持つ材料が用いられ、
透明電極層３ａ〜３ｇの材料にＩＴＯ等の透明導電膜が
用いられている。特に、本実施の形態ではＰＬＺＴ（Ｐ
ｂ_1-xＬａ_x（Ｚｒ_yＴｉ_z）_1- _x/4Ｏ₃）のうち、ｘ＝０．
０９、ｙ：ｚ＝６５：３５の組成のものが用いられてい
る。なお、透明電極層３ａ〜３ｇの材料としては、ＩＴ
Ｏの他、ＳｎＯ₂、ＺｎＯ、Ｉｎ₂Ｏ₃等を用いてもよ
い。電気光学材料層４ａ〜４ｆの屈折率は約２．５、そ
の膜厚は１０μｍ、最下層の透明電極層３ａおよび最上
層の透明電極層３ｇの屈折率は約２．０、その膜厚は６
０〜１００ｎｍ、中間層の透明電極層３ｂ〜３ｆの屈折
率は約２．０、その膜厚は１６５〜１８０ｎｍ、であ
る。

【００４２】次に、上記構成の位相フィルター１の製造
方法について図３、図４を用いて説明する。図３（Ａ）
〜（Ｅ）および図４（Ｆ）〜（Ｉ）は位相フィルター１
を平面視した工程図であり、図３（ａ）〜（ｅ）および
図４（ｆ）〜（ｉ）は位相フィルター１を対角線方向に
切断した状態で断面視した工程図である。

【００４３】実際には、他の半導体デバイス等の製造時
にもよく用いられるように、１枚の透明基板上に複数の
積層体を同時に形成し、最後に積層体を１個ずつダイシ
ングして複数の位相フィルターを同時に製造するという
方法を採るが、ここでは簡便のため、１個の位相フィル
ターのみを作成するものとして説明する。また、本実施
の形態は７層の透明電極層３ａ〜３ｇと６層の電気光学
材料層４ａ〜４ｆを交互に積層したものであるが、説明
を簡便にするため、ここでは３層の透明電極層３ａ〜３
ｃと２層の電気光学材料層４ａ、４ｂを積層したものと
する。そして、透明電極層３ｂを分割し、その中央のパ
ターンに個別に電圧を印加するための取り出し電極を形
成する場合を想定し、その形成方法について説明する。
この構造以上に層の数が増えたとしても、同様の工程を
繰り返せばよいことは容易に類推できると考える。

【００４４】まず最初に、透明基板として石英基板を準
備し、これを洗浄する。洗浄方法は、例えば、中性洗剤
とスポンジで基板表面を擦りながら洗浄するスクラブ洗
浄を行った後、アセトンまたはアルコール中での超音波
洗浄を行い、最後にＩＰＡ（イソプロピルアルコール）
蒸気洗浄を行う。

【００４５】次に、図３（Ａ）、図３（ａ）に示すよう
に、透明基板２上に透明電極層３ａとなるＩＴＯ膜６を
成膜する。成膜方法としては、マグネトロンスパッタリ
ング法が最も一般的であるが、その他、ゾルゲル法等に
よっても成膜が可能である。スパッタリング法の場合、
材料となるＩＴＯを用いてターゲットを作成し、ＤＣプ
ラズマでターゲット材料を真空中にスパッタリングし、
必要に応じて加熱した基板の上にＩＴＯを堆積させる。

【００４６】次に、図３（Ｂ）、図３（ｂ）に示すよう
に、周知のフォトリソグラフィー法を用いてＩＴＯ膜６
をパターニングする。この際には、フォトマスクを予め
作成しておき、フォトマスクのパターンをレジスト膜に
転写し、できたレジストパターンをマスクとしてエッチ
ングを行う。エッチング法には、真空中のプラズマを用
いるリアクティブイオンエッチング、イオンミリング、
薬液を用いるウェットエッチング等があり、ＩＴＯ膜に
対してはいずれもがエッチング可能であるが、簡単であ
ることから、ここでは王水を用いたウェットエッチング
を用いる。まず、ＩＴＯ膜６上にレジストパターン（図
示せず）を形成する。このパターンはＩＴＯ膜６を残す
べき箇所にレジスト膜が残るようにする。次に、このレ
ジストパターンをマスクとして王水中でエッチングを行
うと、レジストパターンに覆われていない部分のＩＴＯ
膜６が除去され、残ったＩＴＯ膜６が透明電極層３ａと
なる。

【００４７】次に、図３（Ｃ）、図３（ｃ）に示すよう
に、全面に電気光学材料層４ａとなるＰＬＺＴ膜７を成
膜する。成膜方法としては、マグネトロンスパッタリン
グ法が最も一般的であるが、その他、ゾルゲル法等によ
っても成膜が可能である。スパッタリング法の場合、材
料となるＰＬＺＴを用いてターゲットを作成し、ＤＣプ
ラズマでターゲット材料を真空中にスパッタリングし、
必要に応じて加熱した基板の上にＰＬＺＴを堆積させ
る。

【００４８】次に、図３（Ｄ）、図３（ｄ）に示すよう
に、周知のフォトリソグラフィー法によりＰＬＺＴ膜７
をパターニングする。エッチング法には、真空中のプラ
ズマを用いるリアクティブイオンエッチング、イオンミ
リング、薬液を用いるウェットエッチング等があり、Ｐ
ＬＺＴ膜に対してもいずれもがエッチング可能である
が、簡単であることから、ここではバッファード弗酸を
用いたウェットエッチングを用いる。ＰＬＺＴ膜７を残
すべき箇所にレジスト膜（図示せず）が残るようにレジ
ストパターンを形成した後、このレジストパターンをマ
スクとしてバッファード弗酸中でエッチングを行うと、
レジストパターンに覆われていない部分のＰＬＺＴ膜７
が除去され、残ったＰＬＺＴ膜７が電気光学材料層４ａ
となる。

【００４９】次に、図３（Ｅ）、図３（ｅ）に示すよう
に、全面に透明電極層３ｂとなるＩＴＯ膜をスパッタ法
等により成膜した後、このＩＴＯ膜をフォトリソグラフ
ィー法によりパターニングする。この際、電気光学材料
層４ａの上面において、ＩＴＯ膜が同心円状に２重のパ
ターンとなるようにパターニングを行う。また、ＩＴＯ
成膜工程では、電気光学材料層４ａの側壁と透明基板２
上にもＩＴＯ膜が成膜されるが、ＩＴＯ膜の外側のパタ
ーンに電位を供給するために、電気光学材料層４ａ上面
のＩＴＯ膜の外側のパターンに連続して電気光学材料層
４ａの側壁と透明基板２上にあたるＩＴＯ膜も一部残
し、これを透明電極層３ｂ外側パターンからの引き出し
電極３ｋとする。

【００５０】次に、図４（Ｆ）、図４（ｆ）に示すよう
に、全面に電気光学材料層４ｂとなるＰＬＺＴ膜をスパ
ッタ法等により成膜した後、このＰＬＺＴ膜をフォトリ
ソグラフィー法によりパターニングする。この際、ＰＬ
ＺＴ膜のパターンが電気光学材料層４ａの上に積み重な
るように電気光学材料層４ａとほぼ同一形状にパターニ
ングすると同時に、透明電極層３ｂの内側パターン上で
ＰＬＺＴ膜が開口するようなスルーホール８を形成す
る。

【００５１】次に、図４（Ｇ）、図４（ｇ）に示すよう
に、全面に透明電極層３ｃとなるＩＴＯ膜をスパッタ法
等により成膜した後、このＩＴＯ膜をフォトリソグラフ
ィー法によりパターニングする。この際、電気光学材料
層４ａの上面においては、スルーホール８とその周辺を
除いた領域にＩＴＯ膜が残るようにパターニングを行
う。また、透明電極層３ｂ外側パターンからの引き出し
電極３ｋの部分では、透明電極層３ｃと引き出し電極３
ｋがショートしないように、透明電極層３ｃと引き出し
電極３ｋの間にＩＴＯ膜を残さないようにエッチングす
る。なぜならば、この箇所にＩＴＯ膜を残すと、透明電
極層３ｂと透明電極層３ｃとがショートしてしまい、異
なる電位を印加できなくなるからである。一方、ＩＴＯ
成膜工程では、電気光学材料層４ａ、４ｂの側壁と透明
基板２上にもＩＴＯ膜が成膜されるが、積層体５の外側
に透明電極層３ａを残した箇所（符号Ｂで示す箇所）の
上にはＩＴＯ膜を残すようにする。これにより、その箇
所では透明基板２上で透明電極層３ａと透明電極層３ｃ
とが電気的に接続され、これら透明電極層３ａ、３ｃに
共通の電位を印加することができる。

【００５２】次に、図４（Ｈ）、図４（ｈ）に示すよう
に、全面にＰＬＺＴ膜７をスパッタ法等により成膜した
後、このＰＬＺＴ膜７をフォトリソグラフィー法により
パターニングする。この際、ＰＬＺＴ膜７のパターンが
電気光学材料層４ａ、４ｂの上に積み重なるように電気
光学材料層４ａ、４ｂとほぼ同一形状にパターニングす
ると同時に、前に形成したスルーホール８の内側でＰＬ
ＺＴ膜７が開口し、透明電極層３ｂの内側パターンが露
出するようなスルーホール９を形成する。ただし、この
ＰＬＺＴ膜７は電気光学材料層として用いるのではな
く、次工程で積層体５の最上面に引き出し電極３ｊを形
成する際の透明電極層３ｃと引き出し電極３ｊとの間の
絶縁層として機能させるためのものである。したがっ
て、この層に関しては、必ずしもＰＬＺＴ等の電気光学
材料を用いる必要はなく、絶縁性を有するとともに光を
透過する性質を持つ材料であればよく、例えばＳｉ
Ｏ₂、Ａｌ₂Ｏ₃等を用いてもよい。

【００５３】最後に、図４（Ｉ）、図４（ｉ）に示すよ
うに、全面に金属膜をスパッタ法等により成膜した後、
この金属膜をフォトリソグラフィー法によりパターニン
グすることにより、透明電極層３ｂの内側パターンから
の取り出し電極３ｊを形成する。前の工程では取り出し
電極３ｋとして透明電極層３ｂと連続するＩＴＯ膜を用
いたが、この工程のように取り出し電極３ｊのみを個別
に形成する場合には通常の金属膜を用いることができ
る。一例として、Ａｌ膜をスパッタリング法により形成
し、パターニング時のエッチングとしては、リン酸・硝
酸・酢酸・水を混合したエッチング液を用いればよい。
以上の工程により、本実施の形態の位相フィルター１を
形成することができる。

【００５４】なお、図４（Ｉ）、図４（ｉ）を見ると明
らかなように、この位相フィルター１を実際に使用する
場合、スルーホール９の部分と取り出し電極３ｊの箇所
は、構造上、他の部分とは透過光の位相が異なってしま
うので、取り出し電極３ｊの部分には透明な材料は用い
ず、光を透過しない材料を用いる方がよい。さらに、光
を反射する材料よりも光を吸収する材料を用いた方が、
迷光が減ってよい。これらの観点から、この部分の面積
はできるだけ小さい方が好ましいことは勿論である。

【００５５】上述したように、本実施の形態の位相フィ
ルター１の実際の構成では、上記と同様の成膜工程、パ
ターニング工程を繰り返すことにより、実際の構成に合
った位相フィルター１を容易に形成することができる。
なお、図３（Ａ）〜（Ｅ）、図４（Ｆ）〜（Ｉ）に示し
た位相フィルター１の平面パターンは、あくまでも作図
を簡単にするために採用したものであって、特性上最適
なパターンというわけではない。

【００５６】本実施の形態の位相フィルター１を使用す
る場合には、図２に示すように、引き出し電極３ｈと引
き出し電極３ｊとの間に電源１０を接続し、６層の電気
光学材料層４ａ〜４ｆのそれぞれに電圧を印加する。そ
して、積層体５の上面側から光Ｌを入射する。この時、
透明電極層３ｂ、３ｄ、３ｆの電極として機能する部分
の数が領域によって異なるために、各領域Ａ１、Ａ２、
Ａ３によって電圧の印加状態が異なるようになる。すな
わち、領域Ａ１では透明電極層３ａと３ｂの間の電気光
学材料層４ａ、透明電極層３ｂと３ｃの間の電気光学材
料層４ｂの２層、領域Ａ２では電気光学材料層４ａ、電
気光学材料層４ｂに加えて、透明電極層３ｃと３ｄの間
の電気光学材料層４ｃ、透明電極層３ｄと３ｅの間の電
気光学材料層４ｄの４層、領域Ａ３では電気光学材料層
４ａ、電気光学材料層４ｂ、電気光学材料層４ｃ、電気
光学材料層４ｄに加えて、透明電極層３ｅと３ｆの間の
電気光学材料層４ｅ、透明電極層３ｆと３ｇの間の電気
光学材料層４ｆの６層に電圧が印加される。電圧が印加
されない電気光学材料層の部分は光が透過しても、屈折
率が変化しない。

【００５７】上記（５）式より、位相は屈折率変化量と
位相フィルターの厚みとの積に比例するため、電圧印加
時の１層の電気光学材料層あたりの屈折率変化量をΔ
ｎ、厚みをｄとすると、各領域毎の位相変化量は、領域
Ａ１で２Δｎ・ｄ、領域Ａ２で４Δｎ・ｄ、領域Ａ３で
６Δｎ・ｄ、となる。したがって、光軸に垂直な面内の
同心円状の場所によって電気光学材料の屈折率を変化さ
せ、光路差（位相）を変化させることができる。これに
より、球面収差を補正することができ、ディスク基板の
厚み変動あるいは多層記録に対応した位相フィルターを
実現することができる。

【００５８】本実施の形態の位相フィルター１の場合、
電気光学材料を用いたことにより液晶を用いた従来の素
子に比べて応答速度を格段に向上することができる。ま
た、電気光学材料が無機材料であるから、青色レーザに
対しても劣化することがない。特に、電気光学材料とし
てＰＬＺＴ（Ｐｂ_1-xＬａ_x（Ｚｒ_yＴｉ_z）_1-x/4Ｏ₃）の
ｘ＝０．０９、ｙ：ｚ＝６５：３５の組成のものを用い
ているため、圧電性がなく、圧電材料を用いた従来の素
子のように電界の境界部分でクラックが入る恐れもな
い。さらに、屈折率変化量を印加電圧で制御できるの
で、１パターン分の位相差を小さく設定することがで
き、収差を充分に小さくすることができる。また、レー
ザ光源の波長が変化したとしても、位相フィルターへの
印加電圧をそれに合わせて微調整すれば、波長変動に対
処することも可能である。

【００５９】光ピックアップの光学系の収差補正に必要
な位相差は１波長として６３５ｎｍ（ＤＶＤ）〜７８０
ｎｍ（ＣＤ）であり、得られる屈折率変化Δｎは０．０
１程度であるから、（５）式より、全体の膜厚は６０μ
ｍ〜８０μｍ程度である。現在、最も優れた材料におい
て、１００００Ｖ／ｃｍの電界で０．０１の屈折率変化
が生じることが知られているが、これを用いて計算して
も、膜厚６０μｍの単層膜で０．０１の屈折率変化を得
るためには６０Ｖの印加電圧が必要である。これに対し
て、本実施の形態の場合、電気光学材料層を６層に分割
し、それぞれに電圧を印加する構成となっているので、
上記と同様の０．０１の屈折率変化を得ようとする場
合、各電気光学材料層４ａ〜４ｆの膜厚は１０μｍで済
み、各電気光学材料層４ａ〜４ｆに印加する電圧は１０
Ｖで済むことになる。つまり、屈折率変化に必要なのは
電界強度であるから、膜厚を薄くすれば印加電圧を下げ
ることができる。

【００６０】このように、本実施の形態の位相フィルタ
ー１によれば、１層毎の電気光学材料層４ａ〜４ｆに印
加される電界をそれ程大きくしなくても、素子全体で所
定の屈折率変化が得られるため、印加電圧を下げること
ができる。また、電気光学材料層４ａ〜４ｆの１層毎の
膜厚を充分に薄くできるため、素子の製造も容易にな
る。

【００６１】さらに、本実施の形態では、最下層の透明
電極層３ａおよび最上層の透明電極層３ｇの膜厚が６０
〜１００ｎｍ、中間層の透明電極層３ｂ〜３ｆの膜厚が
１６５〜１８０ｎｍというように、各透明電極層３ａ〜
３ｇの膜厚を最適化したことにより、ＤＶＤで用いる６
３５ｎｍからＣＤで用いる７８０ｎｍの波長範囲で８５
％以上の透過率を得ることができる。

【００６２】［第２の実施の形態］以下、本発明の第２
の実施の形態を図５を参照して説明する。図５は本実施
の形態の位相フィルター１１を示す断面図であり、第１
の実施の形態の図２に対応している。本実施の形態の位
相フィルター１１が第１の実施の形態と異なる点は反射
防止膜を追加した点のみであり、パターン構成は変わら
ないため、平面図の例示は省略、共通の構成要素には同
一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

【００６３】本実施の形態の位相フィルター１１は、図
５に示すように、透明基板２の上面に、第１の実施の形
態と同様に、７層の透明電極層３ａ〜３ｇと６層の電気
光学材料層４ａ〜４ｆとが交互に積層された構成の円形
の積層体５が形成されている。ディスク基板の厚み変動
や多層記録に対応するために透明電極層３ａ〜３ｇのパ
ターンは同心円状であり、７層の透明電極層３ａ〜３ｇ
のいずれかは同心円状に区画された領域Ａ１、Ａ２、Ａ
３によって実際に電極として機能する部分の数が異なっ
ている。この構成も第１の実施の形態と同様である。そ
して、本実施の形態の場合、積層体５の最上層に反射防
止膜１２が設けられている。この反射防止膜１２の屈折
率は１．０〜２．０程度の範囲にある必要があり、特
に、１．２〜１．４程度とすることが望ましい。また、
反射防止膜１２の膜厚は１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度が
適当である。反射防止膜１２の材料としては、Ｓｉ
Ｏ₂、ＢａＦ₃等を用いることができる。

【００６４】本実施の形態の位相フィルター１１によれ
ば、光が入射する側の最表面に反射防止膜１２を設けた
ことにより、位相フィルター１１に入射された光Ｌの損
失が少なく、透過率の向上を図ることができる。例え
ば、反射防止膜１２の膜厚を１００〜２００ｎｍ、屈折
率を１．２〜１．４とした場合、透過率を９２％以上に
まで向上することが可能である。これにより、高効率の
位相フィルターを実現することができる。

【００６５】なお、本実施の形態の構成において、さら
に透明電極層３ａ〜３ｇと電気光学材料層４ａ〜４ｆと
の間に反射防止膜（図示せず）を追加してもよい。この
箇所に反射防止膜を設けた場合、透明電極層３ａ〜３ｇ
と電気光学材料層４ａ〜４ｆの界面で生じる光の反射を
低減することができる。さらに、この反射防止膜にＺｒ
Ｏ₂、ＨｆＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、ＺｎＳ、ＴｉＯ₂、ＣｅＯ₂、
ＣｄＳ、ＺｎＳｅ等の材料を用いると、これらの材料が
ＰＬＺＴからのＰｂの拡散、ＩＴＯからのＩｎ、Ｓｎの
拡散を抑制する効果も持つため、ＰＬＺＴの特性変動
（屈折率変化量の低下）を防止することができる。

【００６６】［第３の実施の形態］以下、本発明の第３
の実施の形態を図６〜図８を参照して説明する。第１、
第２の実施の形態では、補正対象の収差が球面収差であ
り、ディスク基板の厚み変動や多層記録に対応可能な位
相フィルターの例を挙げたが、本実施の形態では、この
位相フィルターに補正対象の収差がコマ収差であり、デ
ィスクの傾きに対応可能なパターンを組み合わせた例を
挙げて説明する。

【００６７】第１、第２の実施の形態で示した球面収差
補正用の透明電極層パターンを同心円状としたのに対
し、例えば図６に示すように、コマ収差補正用の透明電
極層パターン１３は、ディスクの傾き軸Ｄに対して線対
称の形状となるように設計すればよい。

【００６８】このコマ収差補正用パターンと球面収差補
正用パターンを用いた本実施の形態の位相フィルター１
４は、図７に示すように、透明基板２の上面に、７層の
透明電極層１５ａ〜１５ｇと６層の電気光学材料層１６
ａ〜１６ｆとが交互に積層された平面視円形の積層体１
７が形成されている。ここでの透明電極層１５ａ〜１５
ｇのパターンは、第１の実施の形態と同様、同心円状で
あり、ディスク基板の厚み変動や多層記録に対応し得る
球面収差補正用のパターンである。この積層体１７の上
方に、７層の透明電極層１８ａ〜１８ｇと６層の電気光
学材料層１９ａ〜１９ｆが交互に積層された円形の積層
体２０がさらに形成されている。ここでの透明電極層１
８ａ〜１８ｇのパターンは、図６に示したように、ディ
スクの傾き軸Ｄに対して線対称の形状となっており、デ
ィスクの傾きに対応し得るコマ収差補正用のパターンで
ある。また、コマ収差補正用の積層体２０においても、
球面収差補正用の積層体１７と同様、各領域によって透
明電極層１８ｂ、１８ｄ、１８ｆのうち、電極として機
能する部分の数が異なっている。なお、図７では、積層
体１７については図１のＡ−Ａ線に沿う断面、積層体２
０については図６のＹ−Ｙ線に沿う断面を示している。

【００６９】本実施の形態の位相フィルター１４におい
ては、球面収差の補正量とコマ収差の補正量が違う場合
等に備えて、積層体１７と積層体２０に対して別個の電
源１０ａ、１０ｂを設けた。また、球面収差補正とコマ
収差補正を同時に行ったり、いずれか一方のみを行った
りできるようにスイッチ２２ａ、２２ｂを設けた。この
位相フィルター１４の場合、１枚の透明基板２上に球面
収差補正用の積層体１７とコマ収差補正用の積層体２０
が積層されているため、この位相フィルター１つで球面
収差とコマ収差の双方を補正することができ、ディスク
基板の厚み変動や多層記録とディスクの傾きの双方に対
応し得る高機能の位相フィルターを実現することができ
る。バルクの電気光学材料を用いた位相フィルターを用
いようとすると、各機能を有する位相フィルターを２つ
準備しなければならないが、本実施の形態のように多数
の薄膜を積層してフィルターを構成する場合、２つの機
能を兼ね備えた位相フィルターを比較的容易に作製する
ことができる。

【００７０】上記の例は透明基板２の片面に２種類の積
層体１７、２０を積層した構成であるが、この構成に代
えて、図８に示す位相フィルター２１のように、透明基
板２の両面にそれぞれ球面収差補正用の積層体１７、コ
マ収差補正用の積層体２０を形成してもよい。

【００７１】［第４の実施の形態］以下、本発明の第４
の実施の形態を図９を参照して説明する。本実施の形態
は、第１〜第３の実施の形態で例示した位相フィルター
を備えた光ピックアップの例であり、図９がその概略構
成図である。

【００７２】本実施の形態の光ピックアップ２３は、図
９に示すように、半導体レーザ２４、回折格子２５、ビ
ームスプリッタ２６、コリメータレンズ２７、位相フィ
ルター２８、対物レンズ２９、焦点検出レンズ３０、フ
ォトダイオード３１から概略構成されている。半導体レ
ーザ２４から出射された光Ｌは、回折格子２５、ビーム
スプリッタ２６を順次透過した後、コリメータレンズ２
７により平行光線とされ、対物レンズ２９によりディス
ク３２の記録面３２ａに焦点を結ぶ。この時、例えばデ
ィスク３２が傾いた状態で支持されていると、コマ収差
が生じて記録・再生の信頼性が低下する。また、ディス
ク基板の厚み変動があると、球面収差が生じる。これら
の収差を補正するために、コリメータレンズ２７と対物
レンズ２９との間に位相フィルター２８が挿入されてい
る。

【００７３】位相フィルター２８は、必要に応じて対物
レンズ２９に固定される。その理由は、対物レンズ２９
は、フォーカシングのために光軸に沿った方向（矢印Ｆ
の方向）に移動するとともに、トラッキングのために光
軸に垂直な方向（矢印Ｔの方向）にも移動するが、光軸
に垂直な方向に移動した際にも収差の補正を忠実に行わ
せるためである。つまり、位相フィルター２８が対物レ
ンズ２９と連動して動かないと、位相フィルター２８の
パターンと対物レンズ２９の波面収差パターンとがずれ
ることになって、正確な補正がなされないからである。
なお、上記２つのパターンがずれたことによる収差が小
さく、問題にならない場合には、光ピックアップの組立
の容易さから考えて、位相フィルター２８を対物レンズ
２９に固定しない方が望ましい。

【００７４】そして、ディスク３２の記録面３２ａで反
射した光は、ビームスプリッタ２６に再度入射した後、
光路を曲げて焦点検出レンズ３０、フォトダイオード３
１へと導かれ、検出が行われる。

【００７５】本実施の形態の光ピックアップ２３におい
ては、位相フィルター２８を備えたことにより位相フィ
ルター２８を透過した光の球面収差やコマ収差が補正さ
れ、ディスク３２の記録面３２ａに対してデータの書き
込みや読み出しを精度良く行うことができる。これによ
り、ディスクの傾き、または基板の厚み変動や多層記録
に対応した収差補正機能を有し、精度や信頼性に優れた
光ピックアップを実現することができる。

【００７６】なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態
に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない
範囲において種々の変更を加えることが可能である。例
えば第１〜第３の実施の形態では、透明基板上に透明電
極層と電気光学材料層を交互に積層した構成を採用した
が、何らかの形で透明電極と電気光学材料を交互に配
置、保持できるならば、必ずしも透明基板上に積層しな
くてもよい。また、上記実施の形態では、１層の透明電
極層を領域によって分割し、一定の電圧を印加しても必
然的に領域によって電気光学材料全体の屈折率変化量が
変わるような構成としたため、駆動回路が極めて簡単に
なった。ところが、駆動回路が多少複雑にはなるが、同
心円状あるいは線対称の各電極パターン毎に別々の電圧
を印加することにより、領域によって電気光学材料の屈
折率変化量が変わる構成としてもよい。

【００７７】また、上記実施の形態で挙げた以外の各部
材の材料としては、透明基板として耐熱性ガラス、溶融
石英等を用いることができ、透明電極としてＳｎＯ₂、
ＺｎＯ、Ｉｎ₂Ｏ₃等を用いることができ、電気光学材料
としてＢａＴｉＯ₃、ＳｒＴｉＯ₃、ＫＴａＯ₃、ＫＴａ
ＮｂＯ₃等の材料を用いることが可能である。

【００７８】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
収差補正素子によれば、場所によって電気光学材料の屈
折率を変化させることにより、光路差（位相）を変化さ
せ、収差を補正することができる。そして、電気光学材
料の使用によって、応答速度を向上することができ、青
色レーザに対しても劣化することがない。また、ＰＬＺ
Ｔのような圧電性のない材料が選択できるため、場所に
よって異なる電界を印加しても電界の境界部分でクラッ
クが入る恐れもない。また、屈折率変化量を印加電界で
制御できるので、１段差分の位相差を充分に小さく設定
することができる。このため、収差を充分に零に近付け
ることが可能になる。特に本発明の場合、透明電極と電
気光学材料を交互に積層しているため、印加電圧を下げ
ることができ、電気光学材料１層毎の膜厚を薄くするこ
とができる。そして、本発明の収差補正素子を使用する
ことにより、ディスクの傾き、または基板の厚み変動や
多層記録に対応した収差補正機能を有し、精度や信頼性
に優れた光ピックアップを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の位相フィルター
（ディスク厚み変動、多層記録対応用）を示す平面図で
ある。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【図３】同、位相フィルターの製造プロセスを示す工
程断面図である。

【図４】同、工程断面図の続きである。

【図５】本発明の第２の実施の形態の位相フィルター
を示す断面図である。

【図６】本発明の第３の実施の形態の位相フィルター
に用いるコマ収差補正用パターンを示す平面図である。

【図７】同、位相フィルターを示す断面図である。

【図８】同、位相フィルターの変形例を示す断面図で
ある。

【図９】本発明の第４の実施の形態の光ピックアップ
を示す概略構成図である。

【図１０】本発明の収差補正素子において、透明電極
の膜厚を一定の値に設定したときの透過光の波長と透過
率との関係を示す図であって、中間透明電極の膜厚が１
６５ｎｍの場合の図である。

【図１１】同、透過光の波長と透過率との関係を示す
図であって、中間透明電極の膜厚が１８０ｎｍの場合の
図である。

【図１２】同、透過光の波長と透過率との関係を示す
図であって、表層透明電極の膜厚が６０ｎｍの場合の図
である。

【図１３】同、透過光の波長と透過率との関係を示す
図であって、表層透明電極の膜厚が１００ｎｍの場合の
図である。

【図１４】本発明の収差補正素子において、反射防止
膜の屈折率と膜厚を変えた場合の透過光の波長と透過率
との関係を示す図であって、屈折率が１．２、膜厚が１
００ｎｍの場合の図である。

【図１５】同、透過光の波長と透過率との関係を示す
図であって、屈折率が１．２、膜厚が２００ｎｍの場合
の図である。

【図１６】同、透過光の波長と透過率との関係を示す
図であって、屈折率が１．４、膜厚が１００ｎｍの場合
の図である。

【図１７】同、透過光の波長と透過率との関係を示す
図であって、屈折率が１．４、膜厚が２００ｎｍの場合
の図である。

【図１８】本発明の収差補正素子において、透明電極
と電気光学材料の間に反射防止膜を設けた場合の透過光
の波長と透過率との関係を示す図である。

【図１９】位相制御素子の原理を説明するための図で
ある。

【符号の説明】

１，１１，１４，２１，２８位相フィルター（収差補
正素子）２透明基板３ａ〜３ｇ，１５ａ〜１５ｇ，１８ａ〜１８ｇ透明電
極層４ａ〜４ｆ，１６ａ〜１６ｆ，１９ａ〜１９ｆ電気光
学材料層５，１７，２０積層体６ＩＴＯ膜７ＰＬＺＴ膜１２反射防止膜２３光ピックアップ２４半導体レーザ２９対物レンズ３１フォトダイオード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者飯島健三郎静岡県浜松市中沢町10番１号ヤマハ株式会社内Ｆターム(参考） 2H079 AA02 AA12 AA14 BA03 CA24 DA03 DA04 EA27 EB03 EB06 EB15 EB17 GA01 5D119 AA41 BA01 EA02 EA03 EC01 FA05 JA09 JA43 JB03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも透明導電層を３層以上かつ電
気光学材料層を２層以上含むように複数の透明導電層と
複数の電気光学材料層とが交互に積層されるとともに、
前記複数の透明導電層のうちの任意の透明導電層が分割
され、その分割された透明導電層の少なくとも一部が複
数の電極として機能し、これら複数の電極を用いて前記
電気光学材料層の屈折率を電気的に制御することにより
光路差を場所によって変化させ、入射光の位相を制御す
ることで収差を補正することを特徴とする収差補正素
子。
【請求項２】前記複数の透明導電層の各層に含まれる
電極の数が異なり、前記複数の透明導電層のうちの１層
おきの透明導電層の電極に第１の電位を印加すると同時
に残りの透明導電層の電極に第２の電位を印加した際に
前記複数の電気光学材料層全体に加わる電界が場所によ
って異なり、前記第１の電位および前記第２の電位の印
加により前記透明導電層間に挟まれた前記電気光学材料
層の屈折率を制御することを特徴とする請求項１に記載
の収差補正素子。
【請求項３】前記透明導電層および前記電気光学材料
層が透明基板上に薄膜状に形成されたことを特徴とする
請求項１または２に記載の収差補正素子。
【請求項４】前記電気光学材料層がカー効果を有する
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の
収差補正素子。
【請求項５】前記電気光学材料層が、ペロブスカイト
構造の等軸晶系の単結晶または多結晶膜であることを特
徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の収差補正
素子。
【請求項６】前記電気光学材料層が、Ｐｂ_1-xＬａ
_x（Ｚｒ_yＴｉ_z）_1-x/4Ｏ₃の多結晶膜であることを特徴
とする請求項１ないし５のいずれかに記載の収差補正素
子。
【請求項７】前記ｘが０．０８ないし０．１の範囲で
あり、前記ｙ：ｚが６５：３５であることを特徴とする
請求項６に記載の収差補正素子。
【請求項８】前記３層以上の透明導電層のうち、中間
層の透明導電層の厚みが１６５ｎｍないし１８０ｎｍで
あり、最上層または最下層の透明導電層の厚みが６０ｎ
ｍないし１００ｎｍであり、前記透明導電層の屈折率が
１．９ないし２．１であり、前記電気光学材料層の厚み
が２μｍ以上であり、前記電気光学材料層の屈折率が
２．３ないし２．７であることを特徴とする請求項６ま
たは７に記載の収差補正素子。
【請求項９】光が入射する側の最表面に反射防止層を
設けたことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに
記載の収差補正素子。
【請求項１０】前記反射防止層の厚みが１００ｎｍな
いし２００ｎｍであり、前記反射防止層の屈折率が１．
２ないし１．４であることを特徴とする請求項９に記載
の収差補正素子。
【請求項１１】レーザ光源と、該レーザ光源から出射
されたレーザ光が透過した際にディスクの記録面に焦点
を結ぶように配置された対物レンズと、前記記録面で反
射したレーザ光を受光する受光素子とを有し、前記レー
ザ光源と前記ディスクとの間のディスクへの入射光の光
路上に請求項１ないし１０のいずれかに記載の収差補正
素子を備えたことを特徴とする光ピックアップ。