(57)【要約】【課題】簡素化、小型化が容易であると共に、光利用率の高い光学ユニットを提供する。【解決手段】対物レンズ４は、レーザ１からの光を光記録媒体７の記録層内に集光する。光検出器１０は、記録層内で回折された光を受光する。偏光ビームスプリッタ５は、レーザ１から光記録媒体７に向かう光と、光記録媒体７から光検出器１０に向かう光とを分離する。アクティブ波長板２は、レーザ１から出射した光から、第１及び第２の方向の偏光成分を有する光を生成する第１の機能と、第１の方向の偏光成分のみを有する第２の機能とを切り替え可能である。機能性レンズ３は、第１の方向の偏光成分に対する第１の焦点距離と第２の方向の偏光成分に対する第２の焦点距離とを独立に変化させることが可能でる。【選択図】図１
2010277639.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から出射した光を、記録層、λ／４板層、反射層をこの順に備える光記録媒体の記録層内に集光する対物レンズと、
前記記録層内で回折された光を受光する光検出器と、
前記光源から前記光記録媒体へ向かう光と前記光記録媒体から前記光検出器へ向かう光とを分離する偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタと前記対物レンズとの間に設けられ、前記光源から出射した光から互いに直交する第１の方向の偏光成分と第２の方向の偏光成分との両方を有する光を生成する第１の機能と、前記光源から出射した光から前記第１の方向の偏光成分のみを有する光を生成する第２の機能とを切り替え可能な光生成手段と、
前記第１の方向の偏光成分に対する第１の焦点距離と前記第２の方向の偏光成分に対する第２の焦点距離とを独立に変化させることが可能な機能性レンズとを備える光学ユニット。
【請求項２】
前記機能性レンズは、前記第１の方向の偏光成分に対して作用する第１の可変焦点レンズと、前記第２の方向の偏光成分に対して作用する第２の可変焦点レンズとを含む、請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項３】
前記第１の可変焦点レンズ及び前記第２の可変焦点レンズは、印加する電圧に応じて配向方向が変化する液晶を含む、請求項２に記載の光学ユニット。
【請求項４】
前記光生成手段の前記第１の機能はλ／４板相当であり、前記第２の機能はλ板相当である、請求項１乃至３の何れか一に記載の光学ユニット。
【請求項５】
前記光生成手段は、印加する電圧に応じて配向方向が変化する液晶を含む、請求項１乃至４の何れか一に記載の光学ユニット。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一に記載の光学ユニットと、
記録信号に基づいて前記光源を駆動する記録回路と、
前記光検出器からの出力に基づいて再生信号を生成する再生回路と、
前記光生成手段を駆動し、前記第１の機能と前記第２の機能とを切り替える光生成手段駆動回路と、
前記機能性レンズを駆動し、前記第１の焦点距離および前記第２の焦点距離を変化させる機能性レンズ駆動回路とを備える光学的情報記録再生装置。
【請求項７】
前記機能性レンズ駆動回路は、前記光記録媒体への情報の記録時には、前記第１の焦点距離が正、前記第２の焦点距離が負で両者の絶対値がほぼ等しくなるように前記機能性レンズを駆動し、前記光記録媒体からの情報の再生時には、前記第１の焦点距離、前記第２の焦点距離が共に正で両者がほぼ等しくなるように前記機能性レンズを駆動する、請求項６に記載の光学的情報記録再生装置。
【請求項８】
前記光生成手段駆動回路は、前記光記録媒体への情報の記録時には前記光生成手段が前記第１の機能を持つように前記光生成手段を駆動し、前記光記録媒体からの情報の再生時には前記光生成手段が前記第２の機能を持つように前記光生成手段を駆動する、請求項６又は７に記載の光学的情報記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学ユニット及び光学的情報記録再生装置に関し、更に詳しくは、光記録媒体に対して情報の記録再生を３次元的に行うための光学ユニット、及び、そのような光学ユニットを有する光学的情報記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光記録媒体の大容量化技術の一つとして、３次元光記録再生技術がある。３次元光記録再生技術では、光記録媒体の面内方向の次元だけでなく、厚さ方向の次元も利用し、光記録媒体に対して３次元的に情報の記録再生を行う。
【０００３】
３次元光記録再生技術の一つの例として、ページ型のホログラム記録技術がある。この技術では、記録の際は、空間光変調器で２次元の情報を持たせた信号光と、情報を持たせていない参照光とを、光記録媒体の記録層中で干渉させてホログラムを形成し、２次元の情報を一度に記録する。再生の際は、参照光をこのホログラムに照射し、ホログラムからの回折光をＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子で受光し、２次元の情報を一度に再生する。
【０００４】
３次元光記録再生技術のもう一つの例として、マイクロホログラム記録技術がある。この技術では、記録の際は、対向する２つの光を光記録媒体の記録層中で同一の位置に集光して干渉させ、集光点の近傍に微小な回折格子を形成し、情報の記録を行う。再生の際は、２つの光のうちの何れか一方をこの回折格子に集光し、回折格子からの回折光を受光して、情報の再生を行う。
【０００５】
ページ型のホログラム記録では、温度変化に起因する記録層の収縮、膨張や、記録再生を行う光源の波長の変化に応じて、形成されるホログラムの形状が変化する。ホログラムの形状が変化すると、再生時のホログラムの回折効率が低下し、再生性能が低下するという現象が生じる。
【０００６】
マイクロホログラム記録では、光記録媒体の記録層中に形成される回折格子は、ページ型のホログラム記録におけるホログラムに比べて小さい。そのため、温度変化に起因する記録層の収縮、膨張や、記録再生を行う光源の波長が変化することで生じる回折格子の形状変化が小さい。従って、マイクロホログラム記録における再生性能の低下は、ページ型のホログラム記録に比べて小さい。
【０００７】
マイクロホログラム記録では、記録層と反射層とを有する反射型の光記録媒体を用いることが出来る。反射型の光記録媒体を用いる場合、光記録媒体に対して情報の記録再生を行うための光学ユニットを、光記録媒体の片側のみに集約して簡素化することが出来る。非特許文献１は、反射型の光記録媒体を使用対象とし、マイクロホログラム記録に用いられる光学的情報記録再生装置が記載された文献である。
【０００８】
図１２は、非特許文献１に記載の光学的情報記録再生装置に用いられる光学ユニットの構成を説明するための配置図である。レーザ５９から出射した光は、まず、凹レンズ６０及び凸レンズ６１で構成されるエキスパンダレンズ系を透過し、ビーム径が拡大される。次に、その光の一部がビームスプリッタ６４で反射され、λ／２板６３を透過して偏光方向が所定の方向となる。そのうちのｐ偏光成分が偏光ビームスプリッタ７０を透過し、ｓ偏光成分が偏光ビームスプリッタ７０で反射される。
【０００９】
光記録媒体８７の記録時について説明する。偏光ビームスプリッタ７０を透過した光は、ミラー７３で反射され、λ／４板７７を透過して直線偏光から円偏光へ変換される。この光は、凸レンズ７９及び凸レンズ８０で構成されるリレーレンズ系を透過して収束光となり、その一部がビームスプリッタ８５で反射される。ビームスプリッタ８５で反射された光は、対物レンズ８６を透過し、光記録媒体８７の記録層内に集光される。
【００１０】
一方、偏光ビームスプリッタ７０で反射された光は、λ／２板７４を透過して偏光方向が９０°回転し、シャッタ７５を通る。この光は、偏光ビームスプリッタ７６へｐ偏光として入射してほぼ１００％が透過し、λ／４板７８を透過して直線偏光から円偏光へ変換される。この光は、凸レンズ８１及び凸レンズ８２で構成されるリレーレンズ系を透過して発散光となり、その一部がビームスプリッタ８４で反射される。ビームスプリッタ８４で反射された光の一部は、ビームスプリッタ８５を透過し、対物レンズ８６を透過して光記録媒体８７の記録層内に集光される。
【００１１】
光記録媒体８７の再生時について説明する。偏光ビームスプリッタ７０を透過した光は、その一部が光記録媒体８７の記録層内に集光される。なお、偏光ビームスプリッタ７０で反射された光はシャッタ７５で遮断され、光記録媒体８７へ向かわない。
【００１２】
光記録媒体８７の記録層内に集光された光は、光記録媒体８７の記録層中の回折格子で回折光として反射され、対物レンズ８６を逆向きに通る。この光の一部は、ビームスプリッタ８５で反射され、凸レンズ８０及び凸レンズ７９で構成されるリレーレンズ系を逆向きに通る。この光は、λ／４板７７を透過して円偏光から往路と偏光方向が直交した直線偏光へ変換され、ミラー７３で反射され、偏光ビームスプリッタ７０へｓ偏光として入射する。この光のほぼ１００％が偏光ビームスプリッタ７０で反射され、凸レンズ７２を透過して光検出器７１の受光部上に集光される。
【００１３】
図１３（ａ）及び（ｂ）は、光記録媒体８７への入射光及び光記録媒体８７からの回折光の光路を説明するための図である。図１３（ａ）は、光記録媒体８７の記録時における入射光の光路を示している。図１３（ｂ）は、光記録媒体８７の再生時における入射光と回折光の光路を示している。光記録媒体８７は、記録層９２、反射層９１がこの順番で積層され、記録層９２及び反射層９１が、保護層９３と保護層９０との間に挟まれた構成である。
【００１４】
光記録媒体８７に入射した光は、保護層９３を通して記録層９２へ入射する。図１３（ａ）、図１３（ｂ）におけるビーム８８は、図１２における偏光ビームスプリッタ７０を透過した光に対応する。また、ビーム８９は、偏光ビームスプリッタ７０で反射された光に対応する。
【００１５】
図１３（ａ）では、ビーム８８は、収束光として対物レンズ８６へ入射し、記録層９２内を反射層９１の側へ向かう途中で集光される。一方、ビーム８９は、発散光として対物レンズ８６へ入射し、記録層９２を透過し、反射層９１で反射され、記録層９２内を反射層９１と反対の側へ向かう途中で集光される。ビーム８８とビーム８９とは、記録層９２内の同一の位置に集光されて干渉し、集光点の近傍に微小な回折格子が形成される。
【００１６】
図１３（ｂ）では、ビーム８８は、収束光として対物レンズ８６へ入射し、記録層９２内を反射層９１の側へ向かう途中で集光される。この光の一部は、回折格子９４で回折されて回折光となり、発散光として対物レンズ８６から出射する。この光は、図１２における光検出器７１で受光される。
【００１７】
ここで、回折格子９４は、記録マークに相当する。ビーム８８及びビーム８９の集光点の位置は、記録層９２の厚さ方向へ移動させることが可能である。このようにして、記録層９２の面内方向だけでなく厚さ方向にも多数の回折格子を形成することで、３次元記録再生を行うことができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】Kimihiro Saito and Seiji Kobayashi, “Analysis of Micro-Reflector 3-D optical disc recording”, 2006 Optical Data Storage Topical Meeting Conference Proceedings, IEEE, pp.188-190.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
非特許文献１に記載の光学的情報記録再生装置では、レーザ５９からの出射光の光路を偏光ビームスプリッタ７０で２つに分離して、記録層９２内で干渉させるビーム８８とビーム８９とを生成し、その後、ビームスプリッタ８５を用いて２つの光路を合成している。そのため、光学ユニットの構成が複雑化し、小型化が困難である。
【００２０】
また、非特許文献１に記載の光学的情報記録再生装置では、２つの光路の合成にビームスプリッタ８５を用いているため、光利用率が低い。その結果、光検出器７１で受光される回折光の光量が小さく、再生信号の品質が低下する。マイクロホログラム記録における記録マークからの回折光は弱いため、光利用率が低いことに起因する再生信号品質低下の影響は大きい。
【００２１】
本発明は、マイクロホログラム記録に用いられる光学ユニットにおける上に述べた課題を解決し、簡素化、小型化が容易であると共に、光利用率の高い光学ユニット及び光学的情報記録再生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成するために、本発明は、光源と、前記光源から出射した光を、記録層、λ／４板層、反射層をこの順に備える光記録媒体の記録層内に集光する対物レンズと、前記記録層内で回折された光を受光する光検出器と、前記光源から前記光記録媒体へ向かう光と前記光記録媒体から前記光検出器へ向かう光とを分離する偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタと前記対物レンズとの間に設けられ、前記光源から出射した光から互いに直交する第１の方向の偏光成分と第２の方向の偏光成分との両方を有する光を生成する第１の機能と、前記光源から出射した光から前記第１の方向の偏光成分のみを有する光を生成する第２の機能とを切り替え可能な光生成手段と、前記第１の方向の偏光成分に対する第１の焦点距離と前記第２の方向の偏光成分に対する第２の焦点距離とを独立に変化させることが可能な機能性レンズとを備える光学ユニットを提供する。
【００２３】
本発明は、本発明の光学ユニットと、記録信号に基づいて前記光源を駆動する記録回路と、前記光検出器からの出力に基づいて再生信号を生成する再生回路と、前記光生成手段を駆動し、前記第１の機能と前記第２の機能とを切り替える光生成手段駆動回路と、前記機能性レンズを駆動し、前記第１の焦点距離および前記第２の焦点距離を変化させる機能性レンズ駆動回路とを備える光学的情報記録再生装置を提供する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の光学ユニット及び光学的情報再生装置は、簡素化、小型化が容易であると共に、光利用率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の光学ユニットの一実施形態を説明するための配置図である。
【図２】光記録媒体の構成を説明するための俯瞰図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、光記録媒体への入射光および光記録媒体からの回折光の光路を説明するための図である。
【図４】機能性レンズの構成を説明するための断面図である。
【図５】機能性レンズの透明電極の電極パタンを説明するための上面図である。
【図６】第１の液晶レンズが凸レンズとして動作しているときの液晶層の上面図および断面図である。
【図７】第２の液晶レンズが凸レンズとして動作しているときの液晶層の上面図および断面図である。
【図８】第２の液晶レンズが凹レンズとして動作しているときの液晶層の上面図および断面図である。
【図９】アクティブ波長板の構成を説明するための断面図である。
【図１０】（ａ）及び（ｂ）は、アクティブ波長板の動作を説明するための断面図である。
【図１１】本発明の光学的情報記録再生装置の一実施形態を説明するためのブロック図である。
【図１２】非特許文献１に記載の光学的情報記録再生装置に用いられる光学ユニットの構成を説明するための配置図である。
【図１３】（ａ）及び（ｂ）は、非特許文献１の光学的情報記録再生装置における、光記録媒体への入射光および光記録媒体からの回折光の光路を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照し、本発明の光学ユニット及び光学的情報記録再生装置の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の光学ユニットの実施の形態を説明するための配置図である。光学ユニットは、レーザ１、アクティブ波長板２、機能性レンズ３、対物レンズ４、偏光ビームスプリッタ５、λ／４板６、凸レンズ８、ピンホール９、及び、光検出器１０を有する。使用対象とする光記録媒体７は、記録層、λ／４層、及び、反射層をこの順に有している。
【００２７】
レーザ１は、光源である。対物レンズ４は、レーザ１から出射した光を、光記録媒体７の記録層内に集光する。光検出器１０は、光記録媒体７の記録層内で回折された光を受光する。偏光ビームスプリッタ５は、レーザ１から光記録媒体７へ向かう光と、光記録媒体７から光検出器１０へ向かう光とを分離する。
【００２８】
アクティブ波長板２は、光生成手段である。アクティブ波長板２は、偏光ビームスプリッタ５と対物レンズ４との間に設けられる。アクティブ波長板２は、レーザ１から出射した光から、互いに直交する第１の方向の偏光成分と第２の方向の偏光成分との双方を有する光を生成する機能（第１の機能）と、第１の方向の偏光成分のみを有する光を生成する機能（第２の機能）とを切り替え可能である。
【００２９】
上記第１の機能はλ／４板相当であり、第２の機能はλ板相当である。つまり、アクティブ波長板２は、電気的に、λ／４板としての機能とλ板としての機能とを切り替え可能な波長板である。アクティブ波長板２は、記録時にはλ／４板として動作し、偏光ビームスプリッタ５に対するｓ偏光とｐ偏光との双方の成分を有する光を生成する。アクティブ波長板２は、再生時にはλ板として動作し、偏光ビームスプリッタ５に対するｓ偏光の光を生成する。
【００３０】
機能性レンズ３は、第１の方向の偏光成分に対する第１の焦点距離と、第２の方向の偏光成分に対する第２の焦点距離とを独立に変化させることが可能なレンズである。機能性レンズ３は、偏光ビームスプリッタ５に対するｓ偏光とｐ偏光とに対して独立に焦点距離を変化させる。機能性レンズ３は、記録時はｓ偏光に対して凹レンズとして動作し、ｐ偏光に対して凸レンズとして動作する。また、機能性レンズ３は、再生時はｓ偏光に対して凸レンズとして動作し、ｐ偏光に対して凸レンズとして動作する。
【００３１】
まず、光記録媒体７の記録時における光学ユニットの動作について説明する。レーザ１から平行光として出射した光は、偏光ビームスプリッタ５をｐ偏光として透過する。この光は、アクティブ波長板２を透過して円偏光に変換される。アクティブ波長板２の透過光は、機能性レンズ３を透過して、偏光ビームスプリッタ５に対するｓ偏光成分が発散光となり、ｐ偏光成分が収束光となる。機能性レンズ３の透過光である発散光及び収束光は、それぞれλ／４板６を透過して、互いに逆回りの円偏光に変換される。λ／４板６の透過光は、対物レンズ４を透過して光記録媒体７の記録層内に集光され、記録層中に回折格子を形成する。
【００３２】
次いで、光記録媒体７の再生時における光学ユニットの動作について説明する。偏光ビームスプリッタ５を透過した光は、アクティブ波長板２を偏光ビームスプリッタ５に対するｐ偏光のまま透過する。アクティブ波長板２の透過光は、機能性レンズ３を透過して収束光に変換される。機能性レンズ３の透過光は、λ／４板６を透過して円偏光に変換される。λ／４板６の透過光は、対物レンズ４を透過して光記録媒体７の記録層内に集光される。
【００３３】
光記録媒体７の記録層内に集光された光は、光記録媒体７の記録層中の回折格子で回折光として反射され、対物レンズ４を逆向きに通る。この光は、λ／４板６を透過して、偏光ビームスプリッタ５に対するｓ偏光に変換される。λ／４板６の透過光は、機能性レンズ３を透過して平行光に変換される。機能性レンズ３の透過光は、アクティブ波長板２を偏光ビームスプリッタ５に対するｓ偏光のまま透過する。アクティブ波長板２を透過した光は、ほぼ１００％が偏光ビームスプリッタ５で反射される。この光は、凸レンズ８を透過してピンホール９の位置に集光され、ピンホール９を通過し、光検出器１０の受光部で受光される。
【００３４】
図２は、光記録媒体７の構成を説明するための俯瞰図である。光記録媒体７は、保護層１５と保護層１１との間に、記録層１４、λ／４板層１３、及び、反射層１２がこの順に挟まれた構成をしている。保護層１１、１５の材料としては、例えば、ガラス、プラスチック等が用いられる。記録層１４の材料としては、例えば、フォトポリマ等が用いられる。λ／４板層１３の材料としては、例えば、面内方向に配向した液晶高分子材料、面内方向に周期的な溝が形成された構造複屈折材料、面内方向に周期的な溝が形成され、その上に低屈折率層と高屈折率層とが交互に積層されたフォトニック結晶材料等が用いられる。反射層１２の材料としては、例えば、アルミニウム、銀等が用いられる。これらの材料は、あくまでも一例であって、上記のものに限定されない。
【００３５】
図３（ａ）及び（ｂ）は、光記録媒体７への入射光及び光記録媒体７からの回折光の光路を説明するための図である。図３（ａ）は、光記録媒体７の記録時における入射光の光路を示している。図３（ｂ）は、光記録媒体７の再生時における入射光と回折光の光路を示している。光記録媒体７への入射光は、保護層１５を通して記録層１４へ入射する。図３（ａ）及び（ｂ）におけるビーム１７は、図１における機能性レンズ３を偏光ビームスプリッタ５に対するｐ偏光として透過した光に対応する。また、ビーム１８は、機能性レンズ３を偏光ビームスプリッタ５に対するｓ偏光として透過した光に対応する。
【００３６】
図３（ａ）では、ビーム１７は、収束光として対物レンズ４へ入射し、記録層１４内を反射層１２の側へ向かう途中で集光される。一方、ビーム１８は、発散光として対物レンズ４へ入射し、記録層１４を透過し、反射層１２で反射され、記録層１４内を反射層１２と反対の側へ向かう途中で集光される。ビーム１８は、集光されるまでの間に、光記録媒体７中のλ／４板層１３を２度透過する。このため、集光点における偏光状態は、ビーム１７の集光点における偏光状態と一致する。ビーム１７とビーム１８とは、記録層１４内の同一の位置に同一の偏光状態で集光されて干渉し、集光点の近傍に微小な回折格子が形成される。
【００３７】
図３（ｂ）では、ビーム１７は、収束光として対物レンズ４へ入射し、記録層１４内を反射層１２の側へ向かう途中で集光される。この光の一部は、回折格子１６で回折されて回折光となり、発散光として対物レンズ４から出射する。この光は、図１における光検出器１０で受光される。
【００３８】
ここで、回折格子１６は、記録マークに相当する。光学ユニットを光記録媒体７に対して面内方向へ移動させることで、ビーム１７及びビーム１８の集光点の位置を一致させたまま、記録層１４の面内方向へ移動させることが可能である。また、機能性レンズ３に印加する電圧を変化させ、ビーム１７及びビーム１８の集光点の位置を一致させたまま、記録層１４の厚さ方向へ移動させることが可能である。このようにして、記録層１４の面内方向だけでなく厚さ方向にも多数の回折格子を形成することで、３次元記録再生を行うことができる。
【００３９】
本実施の形態では、記録層１４内で干渉させるビーム１７とビーム１８とを、レーザ１からの出射光の光路を分離することなく生成する。本実施の形態では、第１の方向の偏光成分と第２の方向の偏光成分とで同一の光路を共有することができるため、光学ユニットの簡素化、小型化が容易である。また、本実施の形態では、レーザ１から光記録媒体７に向かう光と、光記録媒体７から光検出器１０に向かう光とを、偏光ビームスプリッタ５を用いて分離しており、光利用率を高めることができる。その結果、光検出器１０で受光される回折光の光量を大きくして、再生信号の品質低下を抑制することができる。
【００４０】
図４は、機能性レンズ３の構成を説明するための断面図である。機能性レンズ３は、第１の可変焦点レンズである液晶レンズ４７と、第２の可変焦点レンズである液晶レンズ４８とを有する。液晶レンズ４７は、第１の方向の偏光成分に対して作用する。液晶レンズ４８は、第２の方向の偏光成分に対して作用する。
【００４１】
液晶レンズ４７は、液晶分子を含む液晶層４１を、配向膜３４、３５を介して２枚の透明電極４３、４４で挟み、これらをさらに２枚のガラス板３３、３６で挟んだ構成である。液晶レンズ４８も、同様に、液晶分子を含む液晶層４２を、配向膜３８、３９を介して２枚の透明電極４５、４６で挟み、これらをさらに２枚のガラス板３７、４０で挟んだ構成である。液晶層４１、４２が含む液晶分子は、印加電圧に応じて配向方向が変化する。
【００４２】
図５は、機能性レンズ３の透明電極４３及び４５の電極パタンを説明するための上面図である。透明電極４３は、領域４９ａから領域４９ｊまでの１０個の領域に分割されている。また、透明電極４５は、領域９５ａから領域９５ｊまでの１０個の領域に分割されている。透明電極４３の領域４９ａから領域４９ｊ、及び、透明電極４５の領域９５ａから領域９５ｊには、それぞれＶ１〜Ｖ１０までの電圧が印加される。一方、透明電極４４、４６は分割されておらず、全面に同一の電圧が印加される。
【００４３】
図６は、液晶層４１の上面図及び断面図である。また、図７、図８は、液晶層４２の上面図及び断面図である。図６〜図８にて、矢印は液晶分子の配向方向を示している。座標は、レーザ１から光記録媒体７に向かう方向をｚ軸の正の方向とする右手系をなしている。また、これらの断面図は、液晶層４１、４２の中心を通り、ｙｚ平面に平行な断面を示している。液晶レンズ４７及び４８に電圧を印加していないとき、液晶分子の配向方向はｘ軸又はｙ軸に平行であり、液晶層４１及び４２はレンズ作用を持たない。
【００４４】
図６は、透明電極４３、４４に電圧を印加したときの液晶分子の配向方向を示している。このとき、透明電極４３に印加する電圧は、領域４９ａから領域４９ｊに向かって高くなるように設定されている。すなわち、透明電極４３、４４を用いて液晶層４１内に生じる電界強度は、中心部から周辺部に向かって大きくなるように設定されている。
【００４５】
液晶層４１内の液晶分子の配向方向は、液晶層４１内に生じる電界強度に応じて変化し、中心部ではｘ軸と平行で、周辺部に近くなるほどｚ軸方向に傾いている。このため、液晶層４１は、偏光方向がｘ軸に平行な直線偏光が入射する場合、周辺部から中心部に向かって屈折率が大きくなり、凸レンズとして作用する。しかし、偏光方向がｙ軸に平行な直線偏光が入射する場合、屈折率は入射位置に依存せずに一定であり、液晶層４１は、レンズ作用を持たない。
【００４６】
また、液晶層４１内の液晶分子の配向方向は、透明電極４３、４４への印加電圧に応じて変化する。これに伴い、偏光方向がｘ軸に平行な直線偏光に対する屈折率も変化する。このため、液晶レンズ４７は、偏光方向がｘ軸に平行な直線偏光に対して、透明電極４３、４４への印加電圧に応じて焦点距離を変化させることが可能なレンズとして動作する。
【００４７】
図７は、透明電極４５、４６に、領域９５ａから領域９５ｊに向かって電圧が高くなるように電圧を印加したときの液晶分子の配向方向を示している。液晶層４２内の液晶分子の配向方向は、液晶層４２内に生じる電界強度に応じて変化する。液晶分子の配向方向は、中心部ではｙ軸と平行になり、周辺部に近くなるほどｚ軸方向に傾いている。このため、液晶層４２は、偏光方向がｙ軸に平行な直線偏光が入射する場合、周辺部から中心部に向かって屈折率が大きくなり、凸レンズとして作用する。しかし、偏光方向がｘ軸に平行な直線偏光が入射する場合、屈折率は入射位置に依存せずに一定であり、レンズ作用を持たない。
【００４８】
また、液晶層４２内の液晶分子の配向方向は、透明電極４５、４６への印加電圧に応じて変化する。これに伴い、偏光方向がｙ軸に平行な直線偏光に対する屈折率も変化する。このため、液晶レンズ４８は、偏光方向がｙ軸に平行な直線偏光に対して、透明電極４５、４６への印加電圧に応じて焦点距離を変化させることが可能なレンズとして動作する。
【００４９】
図８は、透明電極４５、４６に、領域９５ａから領域９５ｊに向かって電圧が低くなるように電圧を印加したときの液晶分子の配向方向を示している。液晶層４２内の液晶分子の配向方向は、液晶層４２内に生じる電界強度に応じて変化し、中心部ではｚ軸と平行で、周辺部に近くなるほどｙ軸方向に傾いている。このため、液晶層４２は、偏光方向がｙ軸に平行な直線偏光が入射する場合、中心部から周辺部に向かって屈折率が大きくなり、凹レンズとして作用する。しかし、偏光方向がｘ軸に平行な直線偏光が入射する場合、屈折率は入射位置に依存せずに一定であり、レンズ作用を持たない。
【００５０】
また、液晶層４２内の液晶分子の配向方向は、透明電極４５、４６への印加電圧に応じて変化する。これに伴い、偏光方向がｙ軸に平行な直線偏光に対する屈折率も変化する。このため、液晶レンズ４８は、偏光方向がｙ軸に平行な直線偏光に対して、透明電極４５、４６への印加電圧に応じて焦点距離を変化させることが可能なレンズとして動作する。
【００５１】
図６〜図８におけるｘ軸、ｙ軸の方向は、それぞれ偏光ビームスプリッタ５に対するｐ偏光、ｓ偏光の偏光方向に対応している。光記録媒体７の記録時には、機能性レンズ３への往路の入射光は、偏光ビームスプリッタ５に対するｐ偏光及びｓ偏光の成分、すなわちｘ軸方向およびｙ軸方向の偏光成分を有する。このとき、液晶層４１内の液晶分子の配向方向が図６の通りになるように透明電極４３、４４に電圧を印加し、液晶層４２内の液晶分子の配向方向が図８の通りになるように透明電極４５、４６に電圧を印加すると、液晶レンズ４７はｘ軸方向の偏光成分に対して凸レンズとして動作し、液晶レンズ４８はｙ軸方向の偏光成分に対して凹レンズとして動作する。
【００５２】
ここで、液晶レンズ４７を凸レンズとして動作させたときの焦点距離をｆ１、液晶レンズ４８を凹レンズとして動作させたときの焦点距離を−ｆ１、対物レンズ４の焦点距離をｆ２、機能性レンズ３と対物レンズ４との間隔をＤ、λ／４板層１３および記録層１４の屈折率をｎとする。但し、｜ｆ１｜＞＞ｆ２、｜ｆ１｜＞＞Ｄであるとする。また、液晶レンズ４７、４８がレンズ作用を持たないとき、ビーム１７、１８の集光点が共に反射層１２上にあるとする。
【００５３】
液晶レンズ４７を凸レンズとして動作させることで、ビーム１７の集光点の位置は、反射層１２から記録層１４の側へｎ・ｆ２２／ｆ１だけ移動する。また、液晶レンズ４８を凹レンズとして動作させることで、ビーム１８の集光点の位置は、反射層１２から記録層１４の側へｎ・ｆ２２／ｆ１だけ移動する。すなわち、液晶レンズ４７、４８を焦点距離の絶対値が等しい凸レンズ、凹レンズとしてそれぞれ動作させることで、ビーム１７、１８の集光点の位置を一致させたまま、記録層１４の厚さ方向へ移動させることができる。
【００５４】
光記録媒体７の再生時には、機能性レンズ３への往路、復路の入射光は、それぞれ偏光ビームスプリッタ５に対するｐ偏光、ｓ偏光、すなわちｘ軸方向、ｙ軸方向の直線偏光である。このとき、液晶層４１内の液晶分子の配向方向が図６の通りになるように透明電極４３、４４に電圧を印加し、液晶層４２内の液晶分子の配向方向が図７の通りになるように透明電極４５、４６に電圧を印加すると、液晶レンズ４７は往路の入射光に対して凸レンズとして動作し、液晶レンズ４８は復路の入射光に対して凸レンズとして動作する。
【００５５】
ここで、液晶レンズ４７を凸レンズとして動作させたときの焦点距離と、液晶レンズ４８を凸レンズとして動作させたときの焦点距離とが等しいとする。このとき、液晶レンズ４７を凸レンズとして動作させることで、レーザ１から出射した往路の光は、機能性レンズ３へ平行光として入射し、機能性レンズ３から収束光として出射して記録層１４内に集光する。また、液晶レンズ４８を凸レンズとして動作させることで、記録層１４中の回折格子１６で回折された復路の光は、機能性レンズ３へ発散光として入射し、機能性レンズ３から平行光として出射して光検出器１０で受光される。すなわち、液晶レンズ４７、４８を焦点距離が等しい凸レンズとして動作させることで、ビーム１７の集光点の位置を記録層１４の厚さ方向へ移動させても、回折格子１６からの回折光を光検出器１０で受光することができる。
【００５６】
図９は、アクティブ波長板２の構成を説明するための断面図である。アクティブ波長板２は、液晶分子を含む液晶層５３と、液晶分子の配向方向を決定する配向膜５１、５７と、液晶層５３に電界を発生させる透明電極５２、５６と、ガラス基板５０、５８と、スペーサ５４、５５とを有する。ガラス基板５０と、透明電極５２と、配向膜５１と、液晶層５３と、配向膜５７と、透明電極５６と、ガラス基板５８とはこの順番に積層されており、スペーサ５４、５５で液晶層５３の側面を覆っている。座標はレーザ１から光記録媒体７に向かう方向をｚ軸の正の方向とする右手系をなしている。
【００５７】
図１０（ａ）及び（ｂ）は、アクティブ波長板２の動作を説明するための断面図である。図１０（ａ）及び（ｂ）の矢印は、液晶分子の配向方向を示している。液晶分子は、印加電圧に応じて配向方向が変化する。図１０（ａ）は、透明電極５２、５６に電圧を印加していない場合の液晶分子の配向方向を示しており、図１０（ｂ）は透明電極５２、５６に電圧を印加した場合の液晶分子の配向方向を示している。液晶層５３の常光に対する屈折率をｎｏ、異常光に対する屈折率をｎｅとすると、ｎｅはｎｏより大きい。また、液晶層５３の厚さｄは、レーザ１の波長をλとして、（ｎｅ−ｎｏ）×ｄ＝λ／４を満たす。
【００５８】
図１０（ａ）では、液晶分子は、ｚ軸と垂直な方向に、ｘ軸から４５度傾いて配向している。このため、入射光がアクティブ波長板２を透過する際、液晶分子の配向方向に平行な偏光成分と垂直な偏光成分との間にはπ／２の位相差が発生し、アクティブ波長板２はλ／４板として機能する。一方、図１０（ｂ）では、液晶分子はｚ軸と平行な方向に配向している。このため、液晶分子は入射光に対して複屈折性を失い、アクティブ波長板２はλ板として機能する。
【００５９】
図１０（ａ）及び（ｂ）におけるｘ軸、ｙ軸の方向は、それぞれ偏光ビームスプリッタ５に対するｐ偏光、ｓ偏光の偏光方向に対応している。アクティブ波長板２への入射光は偏光ビームスプリッタ５に対するｐ偏光、すなわちｘ軸方向の直線偏光である。光記録媒体７の記録時には、透明電極５２、５６に電圧を印加しないことで、ｘ軸方向及びｙ軸方向の偏光成分を有する光、すなわち偏光ビームスプリッタ５に対するｐ偏光及びｓ偏光の成分を有する光を出射させることができる。また、光記録媒体７の再生時には、透明電極５２、５６に電圧を印加することで、ｘ軸方向の直線偏光、すなわち偏光ビームスプリッタ５に対するｐ偏光をそのまま出射させることができる。
【００６０】
本発明の光学ユニットの実施の形態においては、アクティブ波長板２の代わりに、λ／２板の機能とλ板の機能とを切替可能なアクティブ波長板を用いる構成も可能である。アクティブ波長板は、電圧を印加しない場合にλ／２板として動作し、電圧を印加した場合にλ板として動作する。光記録媒体７の記録時には、アクティブ波長板を透過した光が偏光ビームスプリッタ５に対するｓ偏光から４５度傾いた方向の直線偏光となるように、アクティブ波長板に電圧を印加しない。光記録媒体７の再生時には、アクティブ波長板を透過する光の偏光状態が変化しないように、アクティブ波長板に電圧を印加する。
【００６１】
本発明の光学ユニットの実施の形態においては、アクティブ波長板２の代わりに、入射光の光軸の周りに回転可能なλ／４板を用いる構成も可能である。光記録媒体７の記録時には、λ／４板を透過する光が円偏光となるようにλ／４板の回転角を定める。光記録媒体７の再生時には、λ／４板を透過する光の偏光状態が変化しないようにλ／４波長板の回転角を定める。
【００６２】
本発明による光学ユニットの実施の形態においては、アクティブ波長板２の代わりに、入射光の光軸の周りに回転可能なλ／２板を用いる構成も可能である。光記録媒体７の記録時には、λ／２板を透過した光が偏光ビームスプリッタ５に対するｓ偏光から４５度傾いた方向の直線偏光となるようにλ／２板の回転角を定める。光記録媒体７の再生時には、λ／２板を透過する光の偏光状態が変化しないようにλ／２板の回転角を定める。
【００６３】
図１１は、本発明の光学的情報記録再生装置の実施の形態を説明するためのブロック図である。光学的情報記録再生装置は、スピンドルモータ１９、スピンドルモータ駆動回路２０、機能性レンズ駆動回路２１、アクティブ波長板駆動回路２２、レーザ駆動回路２３、記録信号生成回路２４、変調回路２５、増幅回路２６、再生信号処理回路２７、復調回路２８、ポジショナ駆動回路２９、コントローラ３０、ポジショナ３１、及び、光学ユニット３２を備える。アクティブ波長板駆動回路２２は、光生成手段駆動回路である。光学ユニット３２は、図１に示す光学ユニットである。
【００６４】
光学ユニット３２は、ポジショナ３１に搭載されている。円盤状の光記録媒体７は、スピンドルモータ１９に搭載されている。コントローラ３０は、スピンドルモータ駆動回路２０、機能性レンズ駆動回路２１、アクティブ波長板駆動回路２２、記録回路である変調回路２５からレーザ駆動回路２３までの回路、再生回路である増幅回路２６から復調回路２８までの回路、及び、ポジショナ駆動回路２９を制御する。
【００６５】
まず、変調回路２５からレーザ駆動回路２３までの回路の動作に関して説明する。変調回路２５は、光記録媒体７の記録時に、記録データとして外部から入力された信号を変調規則に従って変調する。記録信号生成回路２４は、変調回路２５で変調された信号に基づいて、光学ユニット３２内のレーザ１を駆動するための記録信号を生成する。
【００６６】
レーザ駆動回路２３は、レーザ１に電流を供給してレーザ１を駆動する。レーザ駆動回路２３は、光記録媒体７の記録時には、記録信号生成回路２４で生成された記録信号に基づいて、レーザ１へ記録信号に応じた電流を供給してレーザ１を駆動する。これに対し、レーザ駆動回路２３は、光記録媒体７の再生時には、レーザ１からの出射光のパワーが一定になるように、レーザ１へ一定の電流を供給してレーザ１を駆動する。
【００６７】
次いで、増幅回路２６から復調回路２８までの回路の動作に関して説明する。増幅回路２６は、光記録媒体７の再生時に、光学ユニット３２内の光検出器１０の受光部から出力された電圧信号を増幅する。再生信号処理回路２７は、増幅回路２６で増幅された電圧信号に基づいて、光記録媒体７に記録されたマーク／スペース信号である再生信号の生成、波形等化、２値化を行う。復調回路２８は、再生信号処理回路２７で２値化された信号を復調規則にしたがって復調し、再生データとして外部に出力する。
【００６８】
アクティブ波長板駆動回路２２の動作に関して説明する。アクティブ波長板駆動回路２２は、アクティブ波長板２を駆動し、アクティブ波長板２の第１の機能と第２の機能とを切り替える。アクティブ波長板駆動回路２２は、光記録媒体７への情報の記録時は、アクティブ波長板２が第１の機能を持つようにアクティブ波長板２を駆動し、光記録媒体７からの情報の再生時は、アクティブ波長板２が第２の機能を持つようにアクティブ波長板２を駆動する。
【００６９】
具体的には、アクティブ波長板駆動回路２２は、光記録媒体７の記録時には、アクティブ波長板２に電圧を印加せず、アクティブ波長板２をλ／４板として機能させる。また、アクティブ波長板駆動回路２２は、光記録媒体７の再生時には、アクティブ波長板２に電圧を印加し、アクティブ波長板２をλ板として機能させる。
【００７０】
次に、機能性レンズ駆動回路２１の動作に関して説明する。機能性レンズ駆動回路２１は、光学ユニット３２内の機能性レンズ３を駆動し、第１の方向の偏光成分に対する焦点距離（第１の焦点距離）と、第２の偏光成分に対する焦点距離（第２の焦点距離）とを変化させる。機能性レンズ駆動回路２１は、光記録媒体７への情報の記録時は、第１の焦点距離が正、第２の焦点距離が負で両者の絶対値がほぼ等しくなるように機能性レンズ３を駆動する。また、機能性レンズ駆動回路２１は、光記録媒体７からの情報の再生時は、第１の焦点距離、第２の焦点距離が共に正で両者がほぼ等しくなるように機能性レンズ３を駆動する。
【００７１】
具体的には、機能性レンズ駆動回路２１は、光記録媒体７の記録時には、液晶レンズ４７、４８に印加する電圧を変化させることで液晶レンズ４７、４８の焦点距離を変化させ、ビーム１７、１８を、記録層１４内の厚さ方向の所望の位置に集光させる。機能性レンズ駆動回路２１は、光記録媒体７の再生時には、液晶レンズ４７、４８に印加する電圧を変化させることで液晶レンズ４７、４８の焦点距離を変化させ、ビーム１７が記録層１４内の厚さ方向の所望の位置に集光し、回折格子からの回折光が光検出器１０で受光されるようにする。
【００７２】
次に、スピンドルモータ駆動回路２０及びポジショナ駆動回路２９の動作に関して説明する。スピンドルモータ駆動回路２０は、スピンドルモータ１９を駆動する。スピンドルモータ駆動回路２０は、スピンドルモータ１９に電流を供給して光記録媒体７を回転させる。ポジショナ駆動回路２９は、ポジショナ３１を駆動する。ポジショナ駆動回路２９は、ポジショナ３１に電流を供給して光学ユニット３２を光記録媒体７の半径方向に移動させる。
【００７３】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の光学ユニット及び光学的情報記録再生装置は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
【００７４】
最後に、本発明の最小構成について説明する。本発明の光学ユニットは、最小構成として、光源と、対物レンズと、光検出器と、偏光ビームスプリッタと、光生成手段と、機能性レンズとを有する。光学ユニットが使用対象とする光記録媒体は、記録層、λ／４板層、及び、反射層をこの順に備えている。対物レンズは、光源から出射した光を、光記録媒体の記録層内に集光する。光検出器は、記録層内で回折光として反射された光を受光する。偏光ビームスプリッタは、光源から光記録媒体へ向かう光と、光記録媒体から光検出器へ向かう光とを分離する。
【００７５】
光生成手段は、偏光ビームスプリッタと対物レンズとの間に設けられる。光生成手段は、光源から出射した光から互いに直交する第１の方向の偏光成分と第２の方向の偏光成分との両方を有する光を生成する第１の機能と、光源から出射した光から第１の方向の偏光成分のみを有する光を生成する第２の機能とを切り替え可能である。機能性レンズは、第１の方向の偏光成分に対する第１の焦点距離と、第２の方向の偏光成分に対する第２の焦点距離とを独立に変化させることが可能である。
【００７６】
本発明の光学的情報記録再生装置は、最小構成として、上記最小構成の光学ユニットと、記録回路と、再生回路と、光生成手段駆動回路と、機能性レンズ駆動回路とを備える。記録回路は、記録信号に基づいて光学ユニット内の光源を駆動する。再生回路は、光検出器からの出力に基づいて再生信号を生成する。光生成手段駆動回路は、光生成手段を駆動し、第１の機能と前記第２の機能とを切り替える。機能性レンズ駆動回路は、機能性レンズを駆動し、第１の焦点距離及び第２の焦点距離を変化させる。
【００７７】
本発明の光学ユニット及び光学的情報記録再生装置の最小構成では、光生成手段と機能性レンズとを用いることで、情報記録時に光記録媒体の記録層内で干渉させる２つのビームを、光源からの出射光の光路を分離することなく生成できる。第１の方向の偏光成分と第２の方向の偏光成分とで同一の光路を共有することができるため、光学ユニットの簡素化、小型化が容易である。本発明の光学ユニット及び光学的情報記録再生装置の最小構成では、光源から光記録媒体へ向かう光と光記録媒体から光検出器へ向かう光とを、偏光ビームスプリッタを用いて分離しているので、光利用率を高めることができる。その結果として、光検出器で受光される回折光の光量が大きくして、再生信号の品質低下を抑制することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１：レーザ
２：アクティブ波長板
３：機能性レンズ
４：対物レンズ
５：偏光ビームスプリッタ
６：λ／４板
７：光記録媒体
８：凸レンズ
９：ピンホール
１０：光検出器
１１：保護層
１２：反射層
１３：λ／４板層
１４：記録層
１５：保護層
１６：回折格子
１７：ビーム
１８：ビーム
１９：スピンドルモータ
２０：スピンドルモータ駆動回路
２１：機能性レンズ駆動回路
２２：アクティブ波長板駆動回路
２３：レーザ駆動回路
２４：記録信号生成回路
２５：変調回路
２６：増幅回路
２７：再生信号処理回路
２８：復調回路
２９：ポジショナ駆動回路
３０：コントローラ
３１：ポジショナ
３２：光学ユニット
３３：ガラス板
３４：配向膜
３５：配向膜
３６：ガラス板
３７：ガラス板
３８：配向膜
３９：配向膜
４０：ガラス板
４１：液晶層
４２：液晶層
４３：透明電極
４４：透明電極
４５：透明電極
４６：透明電極
４７：液晶レンズ
４８：液晶レンズ
４９ａ〜４９ｊ：領域
５０：ガラス基板
５１：配向膜
５２：透明電極
５３：液晶層
５４：スペーサ
５５：スペーサ
５６：透明電極
５７：配向膜
５８：ガラス基板
５９：レーザ
６０：凹レンズ
６１：凸レンズ
６３：λ／２板
６４：ビームスプリッタ
７０：偏光ビームスプリッタ
７１：光検出器
７２：凸レンズ
７３：ミラー
７４：λ／２板
７５：シャッタ
７６：偏光ビームスプリッタ
７７：λ／４板
７８：λ／４板
７９：凸レンズ
８０：凸レンズ
８１：凸レンズ
８２：凸レンズ
８３：ミラー
８４：ビームスプリッタ
８５：ビームスプリッタ
８６：対物レンズ
８７：光記録媒体
８８：ビーム
８９：ビーム
９０：保護層
９１：反射層
９２：記録層
９３：保護層
９４：回折格子
９５ａ〜９５ｊ：領域
【図１】
2010277639.tif 000003
【図２】
2010277639.tif 000004
【図３】
2010277639.tif 000005
【図４】
2010277639.tif 000006
【図５】
2010277639.tif 000007
【図６】
2010277639.tif 000008
【図７】
2010277639.tif 000009
【図８】
2010277639.tif 000010
【図９】
2010277639.tif 000011
【図１０】
2010277639.tif 000012
【図１１】
2010277639.tif 000013
【図１２】
2010277639.tif 000014
【図１３】
2010277639.tif 000015