(57)【要約】  光ヘッド装置（１００）は、対物レンズ（１０６）よりも光源側に、対物レンズへの入射光の像高を変化させる光学手段を有し、光学手段は凹レンズ（１１１）及び凸レンズ（１１２）を含む。対物レンズ（１０６）は、入射光の光軸が所定方向に傾いたときに、所定の極性のコマ収差が発生するように設計されている。ディスク（１０７）が傾いたときには、凸レンズ（１１２）を光軸に垂直な面内で移動して対物レンズ（１０６）への入射光の像高を変化させて、凹レンズ（１１１）への入射光の光軸に対して凸レンズ（１１２）からの出射光の光軸を傾ける。対物レンズ（１０６）が、ディスク（１０７）の傾きに起因するコマ収差と逆極性のコマ収差を発生するので、傾きに起因するコマ収差を打ち消す。
2008105281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源（１０１）と、該光源からの出射光を集光して光記録媒体（１０７）内に集光スポットを形成する対物レンズ（１０６）と、前記光記録媒体からの反射光を受光する光検出器（１１０）とを有する光ヘッド装置において、
前記対物レンズへの入射光の像高と前記対物レンズにおいて発生するコマ収差とが定められた関係を有しており、
前記光源と前記対物レンズとの間に、前記対物レンズにおいて発生するコマ収差を変化させるために、前記対物レンズへの入射光の像高を変化させる光学手段（１１１、１１２；１１３；１１７）を有することを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２】
前記光学手段（１１１、１１２；１１３；１１７）は、前記対物レンズ（１０６）への入射光の像高を変化させると共に、前記対物レンズにおいて発生する球面収差を変化させるために、前記対物レンズへの入射光の物点位置を変化させる、請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項３】
前記光学手段は、相互の位置関係を変化させることが可能な複数のレンズ（１１１、１１２）により構成される、請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項４】
前記光学手段は、前記複数のレンズ（１１１、１１２）の相対的位置関係を、前記光源（１０１）側から光学手段への入射光の光軸に垂直な面内で変化させることで、前記対物レンズ（１０６）への入射光の像高を変化させる、請求項３に記載の光ヘッド装置。
【請求項５】
前記光学手段は、電気信号により配向方向が変化する、液晶高分子（１１５ａ、１１５ｂ）を含む液晶光学素子（１１３）により構成される、請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項６】
前記光学手段は、電気信号により境界面の形状が変化する、互いに接する二種類の液体（１２１、１２２）を含む液体光学素子（１１７）により構成される、請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項７】
前記光源（１０１）と前記対物レンズ（１０６）との間に、前記光源からの出射光からメインビーム及び複数のサブビームを生成する回折光学素子（１０３）を更に有し、該回折光学素子により生成された前記複数のサブビームは、該複数のサブビームに対し、前記対物レンズにおいて像高に応じて発生するコマ収差を打ち消すコマ収差を有する、請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか一に記載の光ヘッド装置（１００）と、前記対物レンズ（１０６）からの出射光に対するコマ収差を補正するように前記光学手段（１１１、１１２）を駆動する回路系（１３０）とを有することを特徴とする光学式情報記録再生装置。
【請求項９】
前記光学手段（１１１、１１２）を駆動する回路系（１３０）は、光記録媒体（１０７）の傾きに起因するコマ収差を、前記光学手段が前記対物レンズ（１０６）への入射光の像高を変化させることで生じるコマ収差で打ち消すように、前記光学手段を駆動する、請求項８に記載の光学式情報記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ヘッド装置及び光学式情報記録再生装置に関し、更に詳しくは、コマ収差補正機能を有する光ヘッド装置、及び、そのような光ヘッド装置を有する光学式情報記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学式情報記録再生装置における記録密度は、光ヘッド装置が光記録媒体内に形成する集光スポットの径の２乗に反比例する。つまり、集光スポットの径が小さいほど、記録密度は高くなる。集光スポットの径は、光ヘッド装置における光源の波長に比例し、対物レンズの開口数に反比例する。従って、光源の波長が短く対物レンズの開口数が高いほど、集光スポットの径は小さくなる。容量６５０ＭＢのＣＤ（コンパクトディスク）規格においては、光源の波長は７８０ｎｍ、対物レンズの開口数は０．４５であり、容量４．７ＧＢのＤＶＤ（ディジタルバーサタイルディスク）規格においては、光源の波長は６５０ｎｍ、対物レンズの開口数は０．６である。【０００３】
上記ＤＶＤ規格よりも記録密度を高めた規格としては、容量１５ＧＢのＨＤ ＤＶＤ（ハイデンシティ・ディジタルバーサタイルディスク）規格や容量２５ＧＢのＢＤ（ブルーレイディスク）規格がある。これら規格では、記録・再生に用いる光源の波長をより短波長化し、対物レンズの開口数をより高めることで、記録密度を向上している。具体的には、光源波長は何れの規格も４０５ｎｍであり、対物レンズの開口数は、ＨＤ ＤＶＤ規格では０．６５、ＢＤ規格では０．８５である。【０００４】
一般に、光記録媒体には情報記録層を覆う保護層（カバー層）が形成されており、光ヘッドから出射した光は保護層を介して情報記録層に入射し、情報記録層からの反射光は保護層を介して光ヘッド側に出射する。光記録媒体の保護層の厚さは、ＣＤ規格では１．２ｍｍ、ＤＶＤ規格では０．６ｍｍ、ＨＤ ＤＶＤ規格では０．６ｍｍ、ＢＤ規格では０．１ｍｍである。このとき、光記録媒体が対物レンズに対して傾くと、光記録媒体の傾きに起因するコマ収差によって集光ポットの形状が乱れ、記録再生特性が悪化する。このコマ収差は波長に反比例し、対物レンズの開口数の３乗に比例するため、光源の波長が短く対物レンズの開口数が高いほど、記録再生特性に対する光記録媒体の傾きのマージンは狭くなる。従って、記録密度を高めるために光源の波長を短くし対物レンズの開口数を高くした光ヘッド装置及び光学式情報記録再生装置においては、記録再生特性を悪化させないために、光記録媒体の傾きに起因するコマ収差を補正することが必要である。【０００５】
光記録媒体の傾きに起因するコマ収差を補正する機能を有する光ヘッド装置として、対物レンズをアクチュエータによって傾けることでコマ収差を補正する光ヘッド装置がある。対物レンズをアクチュエータにより傾けることでコマ収差を補正できる旨は、例えば特開２００３−２２８８６号公報に記載されている。図１４に、このようなタイプの光ヘッド装置の構成を示す。光源である半導体レーザ２３３からの出射光は、コリメータレンズ２３４で発散光から平行光に変換され、回折光学素子２３５でメインビームである０次光、サブビームである±１次光の３つの光に分割される。これらの光は、偏光ビームスプリッタ２３６にＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過し、１／４波長板２３７で直線偏光から円偏光に変換され、対物レンズ２３８で平行光から収束光に変換されて、光記録媒体であるディスク２３９内に集光される。ディスク２３９からの３つの反射光は、対物レンズ２３８で発散光から平行光に変換され、１／４波長板２３７で円偏光から往路とは偏光方向が直交した直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ２３６にＳ偏光として入射してほぼ１００％が反射し、円筒レンズ２４０、凸レンズ２４１を介して、光検出器２４２で受光される。【０００６】
図１５Ａ〜１５Ｃは、コマ収差補正の原理を示す。ここでは、ディスク２３９の傾きは、紙面に垂直な軸の周りに生じるものとし、傾きの符号は、時計回りの場合が負で、反時計回りの場合が正として定義する。図１５Ａは、ディスク２３９の傾きが０の場合を示している。この状態では、対物レンズ２３８への入射光の光軸と、対物レンズ２３８の光軸とは一致しており、ディスク２３９の法線方向は、対物レンズ２３８の光軸方向と一致している。従って、コマ収差は発生していない。【０００７】
図１５Ｂは、ディスク２３９の傾きが負の場合を示している。ディスク２３９が時計回りに傾くと、ディスク２３９の法線方向は、対物レンズ２３８の光軸方向に対して時計回りに傾き、コマ収差が発生する。そこで、対物レンズ２３８を、図示しないアクチュエータによって、ディスク２３９と同じ角度だけ時計回りに傾ける。このようにすることで、ディスク２３９の法線方向と、対物レンズ２３８の光軸方向とを一致させることができ、コマ収差を補正できる。図１５Ｃは、ディスク２３９の傾きが正の場合を示している。ディスク２３９が反時計回りに傾くと、ディスク２３９の法線方向は、対物レンズ２３８の光軸方向に対して反時計回りに傾き、コマ収差が発生する。この場合には、対物レンズ２３８を、図示しないアクチュエータによってディスク２３９と同じ角度だけ反時計回りに傾け、ディスク２３９の法線方向と対物レンズ２３８の光軸方向とを一致させる。これにより、コマ収差を補正できる。【０００８】
ここで、対物レンズへの入射光を構成する複数の光線を考えたとき、これらの構成が対物レンズから出射して互いに交わる点を像点と呼び、対物レンズの光軸から像点までの距離を像高と呼ぶ。また、対物レンズへの入射光の像高が０でない場合に、対物レンズにコマ収差が発生しない条件を正弦条件と呼ぶ。図１５Ｂ、図１５Ｃにおいて、コマ収差を補正すると、対物レンズ２３８への入射光の光軸と対物レンズ２３８の光軸とが一致しなくなり、対物レンズ２３８への入射光の像高が０でなくなる。しかし、対物レンズ２３８は正弦条件を満足するように設計されているため、これにより別のコマ収差が発生することはない。【０００９】
光記録媒体の傾きに起因するコマ収差を補正する機能を有する光ヘッド装置の別の例として、液晶光学素子を用いることによりコマ収差を補正する光ヘッド装置がある。液晶光学素子を用いることでコマ収差を補正できることは、例えば特開平１１−１１０８０２号公報に記載されている。図１６に、このようなタイプの光ヘッド装置の構成を示す。光源である半導体レーザ２３３から出射した光は、コリメータレンズ２３４で発散光から平行光に変換され、回折光学素子２３５で、メインビームである０次光、サブビームである±１次回折光の３つの光に分割される。これらの光は、偏光ビームスプリッタ２３６にＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過し、液晶光学素子２４３を通り、１／４波長板２３７で直線偏光から円偏光に変換され、対物レンズ２３８で平行光から収束光に変換されて、光記録媒体であるディスク２３９内に集光される。ディスク２３９からの３つの反射光は、対物レンズ２３８で発散光から平行光に変換され、１／４波長板２３７で円偏光から往路とは偏光方向が直交した直線偏光に変換され、液晶光学素子２４３を逆向きに通り、偏光ビームスプリッタ２３６にＳ偏光として入射してほぼ１００％が反射し、円筒レンズ２４０、凸レンズ２４１を介して光検出器２４２で受光される。【００１０】
図１７は、液晶光学素子２４３を平面図で示している。液晶光学素子２４３は、液晶高分子を２枚の基板で挟み込んだ構成であり、２枚の基板の液晶高分子側の面には、液晶高分子に交流電圧を印加するための電極が形成されている。一方の基板に形成された電極は、領域２４４ａ〜２４４ｅの５つに分割されたパタン電極であり、他方の基板に形成された電極は前面電極である。パタン電極の領域２４４ｂ、２４４ｅと、全面電極との間に印加する交流電圧の実効値をＶ１、パタン電極の領域２４４ａと全面電極との間に印加する交流電圧の実効値をＶ２、パタン電極の領域２４４ｃ、２４４ｄと全面電極との間に印加する交流電圧の実効値をＶ３とする。ここで、Ｖ１−Ｖ２＝Ｖ２−Ｖ３＝Ｖとし、電圧値Ｖを変化させると、液晶光学素子２４３において発生するコマ収差が変化する。【００１１】
ディスク２３９の傾きが０の場合（図１５Ａに相当）には、電圧値Ｖを０Ｖに制御する。この場合、液晶光学素子２４３にはコマ収差は発生しない。ディスク２３９の傾きが負の場合（図１５Ｂに相当）、電圧値Ｖを負の適切な値とする。この場合、液晶光学素子２４３は、ディスク２３９の傾きに起因するコマ収差を打ち消すようなコマ収差を発生し、これにより、コマ収差を補正できる。ディスク２３９の傾きが正の場合（図１５Ｃに相当）、電圧値Ｖを正の適切な値とする。この場合、液晶光学素子２４３は、ディスク２３９の傾きに起因するコマ収差を打ち消すようなコマ収差を発生し、これにより、コマ収差を補正できる。【００１２】
光記録媒体の傾きに起因するコマ収差を補正する機能を有する光ヘッド装置の更に別の例としては、特開２００６−２５２７２５号公報に記載された光ヘッド装置がある。該特許文献では、２群２枚の対物レンズを持ち、液体レンズを光軸に垂直な面内で移動させることにより、コマ収差を補正する。【００１３】
図１４に記載の光ヘッド装置では、対物レンズ２３８をアクチュエータで傾けることで、ディスク２３９の傾きに起因するコマ収差を補正できる。しかしながら、アクチュエータで対物レンズ２３８を傾ける際に、対物レンズ２３８の周囲の設けられたコイルに電流が流れることでコイルが発熱し、対物レンズ２３８に非軸対称な熱分布が発生する。対物レンズ２３８の材料としては、通常は安価なプラスチックが用いられるが、プラスチックは温度により屈折率が変化するため、対物レンズ２３８に非軸対称な温度分布が発生すると、それに起因して対物レンズ２３８に非点収差が発生する。その結果、集光スポットの形状が乱れて、記録再生特性が悪化する。また、対物レンズ２３８を傾けると、対物レンズ２３８とディスク２３９との間の距離が縮まるため、対物レンズ２３８とディスク２３９との衝突の危険性が高まるという問題もある。【００１４】
図１６に記載の光ヘッド装置では、液晶光学素子２４３を用いることで、ディスク２３９の傾きに起因するコマ収差を補正できる。しかし、半導体レーザ２３３からディスク２３９へ向かう往路の光に対して、ディスク２３９の傾きに起因するコマ収差により発生する位相分布は曲面状の位相分布であるが、液晶光学素子２４３において発生する位相分布は階段状の位相分布であるため、後者で前者を完全に打ち消すことはできず、高次収差が残留する。また、トラックサーバの動作を行うために対物レンズ２３８を光軸に垂直な面内で移動すると、ディスク２３９の傾きに起因するコマ収差により発生する位相分布の中心と、液晶光学素子２４３において発生する位相分布の中心とがずれ、それに起因して、往路の光に対して非点収差が発生する。その結果、集光スポットの形状が乱れ、記録再生特性が悪化する。【００１５】
特許文献３に記載の光ヘッド装置では、２群２枚の対物レンズを用いている。このため、対物レンズの小型化、軽量化が困難である。その結果、対物レンズを駆動するアクチュエータの広帯域化が困難であり、高速化への対応が困難である。
【発明の概要】
【００１６】
本発明は、光記録媒体の傾きに起因するコマ収差の補正に際して、別の収差によって記録再生特性が悪化せず、対物レンズと光記憶媒体との衝突の危険性が低く、かつ、高速化への対応が容易な光ヘッド装置、及び、光学式情報記録再生装置を提供することを目的とする。
【００１７】
本発明は、光源と、該光源からの出射光を集光して光記録媒体内に集光スポットを形成する対物レンズと、前記光記録媒体からの反射光を受光する光検出器とを有する光ヘッド装置において、前記対物レンズへの入射光の像高と前記対物レンズにおいて発生するコマ収差とが定められた関係を有しており、前記光源と前記対物レンズとの間に、前記対物レンズにおいて発生するコマ収差を変化させるために、前記対物レンズへの入射光の像高を変化させる光学手段を有することを特徴とする光ヘッド装置を提供する。
【００１８】
本発明は、上記本発明の光ヘッド装置と、前記対物レンズからの出射光に対するコマ収差を補正するように前記光学手段を駆動する回路系とを有することを特徴とする光学式情報記録再生装置を提供する。
【００１９】
本発明の上記、及び、他の目的、特徴及び利益は、図面を参照する以下の説明により明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態の光ヘッド装置を示すブロック図である。
【図２】図２Ａ〜２Ｃは、図１に示す光ヘッド装置におけるコマ収差補正動作を示す断面図である。
【図３】図３Ａ〜３Ｃは、図１に示す光ヘッド装置における球面収差補正動作を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の第２実施形態の光ヘッド装置を示すブロック図である。
【図５】図５Ａ〜５Ｃは、図４に示す液晶光学素子のコマ収差補正動作を示す断面図である。
【図６】図６Ａ〜６Ｃは、図４に示す液晶光学素子の球面収差補正動作を示す断面図である。
【図７】図７Ａ及び７Ｂは、液晶光学素子を示す平面図である。
【図８】図８は、本発明の第３実施形態の光ヘッド装置を示すブロック図である。
【図９】図９Ａ〜９Ｃは、図８に示す液体光学素子のコマ収差補正動作を示す断面図である。
【図１０】図１０Ａ〜１０Ｃは、図８に示す液体光学素子の球面収差補正動作を示す断面図である。
【図１１】図１１は、液体光学素子を示す平面図である。
【図１２】図１２Ａ〜１２Ｃは、回折光学素子を示す平面図である。
【図１３】図１３は、光ヘッド装置を含む光学式情報記録再生装置を示すブロック図である。
【図１４】図１４は、コマ収差補正機能を有する従来の光ヘッド装置を示すブロック図である。
【図１５】図１５Ａ〜１５Ｃは、図１４に示す光ヘッド装置におけるコマ収差補正の原理を示す断面図である。
【図１６】図１６は、コマ収差補正機能を有する従来の光ヘッド装置の別の例を示すブロック図である。
【図１７】図１７は、図１６に示す光ヘッド装置における液晶光学素子を示す平面図である。
【発明の詳細な説明】
【００２１】
以下、図面を参照し、本発明の例示的な実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態の光ヘッド装置の構成を示している。光ヘッド装置１００は、半導体レーザ１０１、コリメータレンズ１０２、回折光学素子１０３、偏光ビームスプリッタ１０４、１／４波長板１０５、対物レンズ１０６、円筒レンズ１０８、凸レンズ１０９、光検出器１１０、凹レンズ１１１、及び、凸レンズ１１２を備える。光ヘッド装置１００は、光記録媒体であるディスク１０７の記録・再生を行う光学式情報記録再生装置に搭載される。
【００２２】
光源である半導体レーザ１０１から出射した光は、コリメータレンズ１０２で発散光から平行光に変換され、回折光学素子１０３でメインビームである０次光、サブビームである±１次光の３つの光に分割される。これらの光は、偏光ビームスプリッタ１０４にＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過し、凹レンズ１１１、凸レンズ１１２を通り、１／４波長板１０５で、直線偏光から円偏光に変換される。その後、対物レンズ１０６で平行光から収束光に変換され、ディスク１０７内に集光される。
【００２３】
ディスク１０７からの３つの反射光は、対物レンズ１０６で発散光から平行光に変換され、１／４波長板１０５で円偏光から往路と偏光方向が直交した直線偏光に変換されて、凸レンズ１１２、凹レンズ１１１を逆向きに通り、偏光ビームスプリッタ１０４にＳ偏光として入射してほぼ１００％が反射する。偏光ビームスプリッタ１０４で反射した光は、円筒レンズ１０８、凸レンズ１０９を介して光検出器１１０で受光される。ここで、対物レンズ１０６は、正弦条件に違反している。また、凹レンズ１１１及び凸レンズ１１２は、図示しないアクチュエータによって相互の位置関係が変化可能に構成されており、対物レンズ１０６への入射光の像高を変化させる光学手段を構成する。
【００２４】
図２Ａ〜２Ｃは、コマ収差補正の原理を示す。ここでは、ディスク１０７の傾きは、紙面に垂直な軸のまわりに生じるものとし、傾きの符号を、時計回りの場合が負で、反時計回りの場合が正と定義する。半導体レーザ１０１からディスク１０７へ向かう往路の光は、凹レンズ１１１で平行光から発散光へ変換され、凸レンズ１１２で発散光から平行光へ戻される。対物レンズ１０６は、入射光の光軸が対物レンズ１０６の光軸に対して時計回りに傾いた場合に、ディスク１０７の負の傾きに起因するコマ収差と逆極性のコマ収差が対物レンズ１０６にて発生するように設計されている。また、入射光の光軸が対物レンズ１０６の光軸に対して反時計回りに傾いた場合に、ディスク１０７の正の傾きに起因するコマ収差と逆極性のコマ収差が対物レンズ１０６にて発生するように設計されている。
【００２５】
図２Ａは、ディスク１０７の傾きが０の場合を示している。ディスク１０７の傾きが０のときには、凹レンズ１１１と、凸レンズ１１２との位置関係を、互いの光軸が一致するように制御する。凹レンズ１１１の光軸と凸レンズ１１２の光軸とが一致しているため、凹レンズ１１１への入射光の光軸と凸レンズ１１２からの出射光の光軸とは一致している。また、対物レンズ１０６への入射光の光軸と対物レンズ１０６の光軸とは一致しており、ディスク１０７の法線方向は、対物レンズ１０６の光軸方向と一致している。このとき、対物レンズ１０６への入射光の像高は０であるため、コマ収差は発生しない。
【００２６】
図２Ｂは、ディスク１０７の傾きが負の場合を示している。ディスク１０７が時計回りに傾くと、ディスク１０７の法線方向は対物レンズ１０６の光軸方向に対して時計回りに傾き、コマ収差が発生する。そこで、凸レンズ１１２を図示しないアクチュエータにより、光軸に垂直な面内で図中の下向きに適切な距離だけ移動させる。このようにすると、凸レンズ１１２の光軸は、凹レンズ１１１の光軸に対して図の下向きにずれるため、凸レンズ１１２からの出射光の光軸は、凹レンズ１１１への入射光の光軸に対して時計回りに傾く。その結果、対物レンズ１０６への入射光の光軸は、対物レンズ１０６の光軸に対して時計回りに傾き、対物レンズ１０６への入射光の像高は０でなくなるため、ディスク１０７の法線方向が対物レンズ１０６の光軸方向と一致していたとしても、対物レンズ１０６においてコマ収差が発生する。凸レンズ１１２の移動量を適切な値とすることで、対物レンズ１０６への入射光の像高を適切な値とし、対物レンズ１０６にて、ディスク１０７の傾きに起因するコマ収差を打ち消すようなコマ収差を発生させることで、コマ収差を補正する。
【００２７】
図２Ｃは、ディスク１０７の傾きが正の場合を示している。ディスク１０７が反時計回りに傾くと、ディスク１０７の法線方向は、対物レンズ１０６の光軸方向に対して反時計回りに傾き、コマ収差が発生する。そこで、凸レンズ１１２を図示しないアクチュエータにより、光軸に垂直な面内で図の上向きに適切な距離だけ移動させる。このようにすると、凸レンズ１１２の光軸は、凹レンズ１１１の光軸に対して図の上向きにずれるため、凸レンズ１１２からの出射光の光軸は、凹レンズ１１１への入射光の光軸に対して反時計回りに傾く。その結果、対物レンズ１０６への入射光の光軸は、対物レンズ１０６の光軸に対して反時計回りに傾き、対物レンズ１０６への入射光の像高が０でなくなるため、ディスク１０７の法線方向が対物レンズ１０６の光軸方向と一致していたとしても、対物レンズ１０６においてコマ収差が発生する。凸レンズ１１２の移動量を適切な値とすることで、対物レンズ１０６への入射光の像高を適切な値とし、対物レンズ１０６にて、ディスク１０７の傾きに起因するコマ収差を打ち消すようなコマ収差を発生させることで、コマ収差を補正する。なお、凸レンズ１１２を光軸に垂直な面内で移動させるアクチュエータとしては、例えば、通常の光ヘッド装置においてトラックサーボの動作を行うために対物レンズを光軸に垂直な面内で移動させるアクチュエータと同様な、電磁駆動型のアクチュエータを用いることができる。
【００２８】
ここで、具体的な数値例を用いて説明する。半導体レーザ１０１の波長は４０５ｎｍ、対物レンズ１０６の開口数は０．８５、ディスク１０７の保護層の厚さは０．１ｍｍとする。また、対物レンズの焦点距離は１．７６、凹レンズ１１１の焦点距離は−１０ｍｍ、凸レンズ１１２の焦点距離を１２ｍｍとする。このとき、対物レンズ１０６は、例えば凸レンズ１１２を光軸に垂直な面内で１０μｍだけ移動させると、対物レンズ１０６にて０．０１λｒｍｓのコマ収差が発生するように設計されている。対物レンズ１０６にて所定のコマ収差を発生させるための凸レンズ１１２の移動量があまり小さいと、凸レンズ１１２を駆動するアクチュエータの高精度化が必要される。また、所定のコマ収差を発生させるための凸レンズ１１２の移動量が大きすぎると、凸レンズ１１２を駆動するアクチュエータの大型化が必要となる。このため、対物レンズ１０６にて０．０１λｒｍｓのコマ収差を発生させるための凸レンズ１１２の移動量が、５μｍ〜２０μｍ程度になるように対物レンズ１０６を設計することが望ましい。
【００２９】
本実施形態では、凹レンズ１１１と凸レンズ１１２との光軸に垂直な面内での位置を変化させることで、対物レンズ１０６への入射光の像高を変化させ、ディスク１０７の傾きに起因するコマ収差を補正する。本実施形態では、コマ収差を補正する際に、対物レンズ１０６をアクチュエータにより傾けないため、対物レンズ１０６に非軸対称な温度分布が発生せず、対物レンズ１０６の材料としてプラスチックを用いても、対物レンズ１０６において非点収差が発生しない。従って、集光スポットの形状が乱れず、記録再生特性が悪化しない。
【００３０】
また、本実施形態では、コマ収差の補正に際して対物レンズ１０６とディスク１０７との間の距離が縮まらず、対物レンズ１０６とディスク１０７との衝突の危険性が低い。更に、対物レンズ１０６においてコマ収差を発生させることにより、ディスク１０７の傾きに起因するコマ収差を補正するため、対物レンズ１０６において発生する位相分布で、ディスク１０７の傾きに起因するコマ収差により発生する位相分布を完全に打ち消すことができ、往路の光に対して高次収差が残留しない。また、対物レンズ１０６が光軸に垂直な面内で移動しても、ディスク１０７の傾きに起因するコマ収差により発生する位相分布の中心と、対物レンズ１０６において発生する位相分布の中心とがずれず、往路の光に対して非点収差が発生しない。従って、集光スポットの形状が乱れず、記録再生特性が悪化しない。また、対物レンズ１０６に、単玉の対物レンズを用いることができるため、対物レンズ１０６の小型化、軽量化が容易であり、対物レンズ１０６を駆動するアクチュエータの広帯域化が容易で、高速化への対応が容易である。
【００３１】
対物レンズ１０６への入射光の光軸の傾きと、対物レンズ１０６にて発生させるコマ収差との関係は、上記したものには限られず、その逆であってもよい。すなわち、対物レンズ１０６への入射光の光軸が、対物レンズ１０６の光軸に対して反時計回りに傾いた場合に、対物レンズ１０６にて、ディスク１０７の負の傾きに起因するコマ収差と逆極性のコマ収差を発生させ、対物レンズ１０６への入射光の光軸が、対物レンズの光軸に対して時計回りに傾いたときに、対物レンズ１０６にて、ディスク１０７の正の傾きに起因するコマ収差と逆極性のコマ収差を発生させるように、対物レンズ１０６を設計することも可能である。この場合は、コマ収差の補正に際しては、図２とは逆に、ディスク１０７の傾きが負の場合には凸レンズ１１２を図の上方向に移動させ、ディスク１０７の傾きが正の場合には凸レンズ１１２を下方向へ移動させればよい。
【００３２】
図２Ａ〜２Ｃでは、凹レンズ１１１を固定して、凸レンズ１１２を光軸に垂直な面内で移動させることにより、対物レンズ１０６への入射光の像高を変化させた。これに代えて、凸レンズ１１２を固定し、凹レンズ１１１を光軸に垂直な面内で移動させることによって、対物レンズ１０６への入射光の像高を変化させることも可能である。この場合は、対物レンズ１０６への入射光の光軸を、対物レンズ１０６の光軸に対して時計回りに傾けるときは、凹レンズ１１１を図２Ａ〜２Ｃの上方向に移動させればよく、逆に、対物レンズ１０６への入射光の光軸を、対物レンズ１０６の光軸に対して反時計回りに傾けるときは、凹レンズ１１１を図２の下方向に移動させればよい。
【００３３】
ところで、対物レンズへの入射光を構成する複数の光線を考えたとき、これらの光線が互いに交わる点を物点と呼び、対物レンズに対する物点の位置を物点位置と呼ぶ。物点位置の符号は、対物レンズに対して、物点が出射光側にある場合が負で、入射光側にある場合が正である。通常の光学式情報記録再生装置においては、対物レンズへの入射光の物点位置が所定の値である場合に、対物レンズからの出射光に対し、規格で定められた厚さを有する光記録媒体の保護層において発生する球面収差が補正されるように対物レンズが設計されている。このとき、光記録媒体の保護層の厚さが規格値からずれると、光記録媒体の保護層厚ずれに起因する球面収差によって集光スポットの形状が乱れ、記録再生特性が悪化する。この球面収差は、光源の波長に反比例し、対物レンズの開口数の４乗に比例するため、光源の波長が短く対物レンズの開口数が高いほど、記録再生特性に対する光記録媒体の保護層厚ずれのマージンは狭くなる。従って、記録密度を高めるために光源の波長を短くし対物レンズの開口数を高くした光ヘッド装置及び光学式情報記録再生装置においては、記録再生特性を悪化させないために、光記録媒体の保護層厚ずれに起因する球面収差を補正することが必要である。
【００３４】
本実施形態の光ヘッド装置１００では、凹レンズ１１１及び凸レンズ１１２に、対物レンズ１０６への入射光の物点位置を変化させる光学手段を兼ねさせることにより、ディスク保護層厚ずれに起因する球面収差を補正する機能を持たせることができる。凹レンズ１１１及び凸レンズ１１２により、ディスク傾きに起因するコマ収差を補正する機能と、ディスク１０７の保護層厚ずれに起因する球面収差を補正する機能とを実現することで、これら２つの機能を有する光ヘッド装置を、簡素な構成により実現できる。
【００３５】
図３Ａ〜３Ｃは、球面収差補正の原理を示す。対物レンズ１０６は、対物レンズ１０６への入射光の物点位置が∞である場合、すなわち対物レンズ１０６への入射光が平行光である場合に、対物レンズ１０６からの出射光に対し、規格で定められた厚さを有するディスク１０７の保護層において発生する球面収差が補正されるように設計されている。ディスク保護層厚ずれに起因する球面収差は、保護層厚ずれの量に応じて凹レンズ１１１と凸レンズ１１２との間の距離を変化させ、対物レンズ１０６への入射光の物点位置を変化させることにより補正することができる。
【００３６】
図３Ａは、ディスク１０７の保護層の厚さが規定どおりの場合を示している。この場合は、凹レンズ１１１と凸レンズ１１２との間隔を、凹レンズ１１１へ平行光として入射した光が凸レンズ１１２から平行光として出射するような間隔に設定する。この状態では、対物レンズ１０６への入射光は平行光となり、対物レンズ１０６への入射光の物点位置は∞であるため、球面収差は発生しない。
【００３７】
図３Ｂは、ディスク１０７の保護層の厚さが規格値に比べて薄い場合を示している。ディスク１０７の保護層の厚さが規格値に比べて薄いと球面収差が発生する。そこで、凸レンズ１１２を、図示しないアクチュエータによって光軸方向に沿って図の右向きに、適切な距離だけ移動させる。凸レンズ１１２を右向きに移動させることで、凹レンズ１１１と凸レンズ１１２との間隔は、図３Ａの状態よりも広くなり、凹レンズ１１１へ平行光として入射した光は、凸レンズ１１２から収束光として出射する。その結果、対物レンズ１０６への入射光は収束光となり、対物レンズ１０６への入射光の物点位置は負の有限値となるため、対物レンズ１０６において付加的な球面収差が発生する。凸レンズ１１２の移動量を適切な値とすることにより、対物レンズ１０６への入射光の物点位置を適切な値とし、ディスク１０７の保護層厚ずれに起因する球面収差を打ち消すような球面収差を対物レンズ１０６にて付加的に発生させ、球面収差を補正する。
【００３８】
図３Ｃは、ディスク１０７の保護層の厚さが規格値に比べて厚い場合を示している。ディスク１０７の保護層の厚さが規格値に比べて厚いと球面収差が発生する。そこで、凸レンズ１１２を図示しないアクチュエータによって光軸に沿って図の左向きに適切な距離だけ移動させる。凸レンズ１１２を左向きに移動させることで、凹レンズ１１１と凸レンズ１１２との間隔は、図３Ａの状態よりも狭くなり、凹レンズ１１１へ平行光として入射した光は、凸レンズ１１２から発散光として出射する。その結果、対物レンズ１０６への入射光の物点位置は正の有限値となるため、対物レンズ１０６において付加的な球面収差が発生する。凸レンズ１１２の移動量を適切な値とすることにより、対物レンズ１０６への入射光の物点位置を適切な値とし、ディスク１０７の保護層厚ずれに起因する球面収差を打ち消すような球面収差を対物レンズ１０６にて付加的に発生させ、球面収差を補正する。なお、凸レンズ１１２を光軸に沿って移動させるアクチュエータとしては、例えば、通常の光ヘッド装置においてフォーカスサーボの動作を行うために対物レンズを光軸に沿って移動させるアクチュエータと同様な、電磁駆動型のアクチュエータを用いることができる。
【００３９】
上記光ヘッド装置の具体的数値例について説明する。半導体レーザ１０１の波長を４０５ｎｍ、対物レンズ１０６の開口数を０．８５とし、ディスク１０７の保護層の厚さを０．１ｍｍとする。また、対物レンズ１０６の焦点距離を１．７６ｍｍ、凹レンズ１１１の焦点距離を−１０、凸レンズ１１２の焦点距離を１２ｍｍとする。このとき、例えば凸レンズ１１２を光軸に沿って２０μｍだけ移動させると、対物レンズ１０６において０．０１λｒｍｓの球面主さが発生するように、対物レンズ１０６を設計する。
【００４０】
図３Ａ〜３Ｃでは、凹レンズ１１１の位置を固定し、凸レンズ１１２を光軸に沿って移動させることで、対物レンズ１０６への入射光の物点位置を変化させた。これに代えて、凸レンズ１１２を固定し、凹レンズ１１１を光軸に沿って移動させることにより、対物レンズ１０６への入射光の物点位置を変化させることも可能である。この場合は、対物レンズ１０６への入射光の物点位置を負の有限の値とするときは、凹レンズ１１１を図３の左向きに移動させればよく、対物レンズ１０６への入射光の物点位置を正の有限の値とするときは、凹レンズ１１１を図３Ａ〜３Ｃの右向きに移動させればよい。
【００４１】
図４は、本発明の第２実施形態の光ヘッド装置の構成を示している。本実施形態の光ヘッド装置１００ａは、図１における凹レンズ１１１及び凸レンズ１１２に代えて、入射光の像高を変化させる光学手段として液晶光学素子１１３を用いる点で、第１実施形態の光ヘッド装置と相違する。
【００４２】
光源である半導体レーザ１０１からの出射光は、コリメータレンズ１０２で発散光から平行光に変換され、回折光学素子１０３でメインビームである０次光と、サブビームである±１次光の３つの光に分割される。これらの光は、偏光ビームスプリッタ１０４にＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過し、液晶光学素子１１３を通り、１／４波長板１０５で直線偏光から円偏光に変換され、対物レンズ１０６で平行光から収束光に変換されて、光記憶媒体であるディスク１０７内に集光される。
【００４３】
ディスクからの３つの反射光は、対物レンズ１０６で発散光から平行光に変換され、１／４波長板１０５で円偏光から往路とは偏光方向が直交した直線偏光に変換され、液晶光学素子１１３を逆向きに通り、偏光ビームスプリッタ１０４にＳ偏光として入射してほぼ１００％が反射し、円筒レンズ１０８及び凸レンズ１０９を介して光検出器１１０で受光される。ここで、対物レンズ１０６は、正弦条件に違反している。
【００４４】
図５A〜５Ｃは、液晶光学素子１１３の断面を示す。液晶光学素子１１３は、基板１１４ａと基板１１４ｂとの間に液晶高分子１１５ａを挟み、基板１１４ｃと基板１１４ｂとの間に液晶高分子１１５ｂを挟んだ構成である。基板１１４ａ及び１１４ｂの液晶高分子１１５ａ側の面には、液晶高分子１１５ａに交流電圧を印加するための電極（図示せず）が形成されており、基板１１４ｃ及び１１４ｂの液晶高分子１１５ｂ側の面には、液晶高分子１１５ｂに交流電圧を印加するための電極が形成されている。
【００４５】
液晶高分子１１５ａを挟む２つの電極のうちの一方はパタン電極であり、他方は全面電極である。また、液晶高分子１１５ｂを挟む２つの電極のうちの一方はパタン電極であり、他方は全面電極である。これにより、対物レンズ１０６への入射光の像高を変化させるために、液晶高分子１１５ａ及び１１５ｂにそれぞれ印加する電圧を、面内位置に応じて変化させることができる。図５中の矢印は、液晶高分子１１５ａ及び１１５ｂの長手方向を示している。液晶高分子１１５ａ及び１１５ｂは、光学軸の方向が長手方向である一軸の屈折率異方性を有しており、長手方向に垂直な方向の偏光成分（常光成分）に対する屈折率をｎｏ、長手方向に平行な方向の偏光成分ｎｅとすると、ｎｏはｎｅに比べて小さい。
【００４６】
半導体レーザ１０１からディスク１０７へ向かう往路の光は、図の下側から上側に向かって進む、ディスク１０７から光検出器１１０へ向かう復路の光は、図の上側から下側に向かって進む。また、往路の光は、偏光方向が紙面に平行な直線偏光であり、往路の光は偏光方向が紙面に垂直な直線偏光である。ディスク１０７の傾きは紙面に垂直な軸のまわりに生じるものとし、傾きの符号を時計回りの場合が負、反時計回りの場合が正と定義する。対物レンズ１０６は、対物レンズ１０６への入射光の光軸が、対物レンズ１０６の光軸に対して時計回りに傾いた場合に、ディスク１０７の負の傾きに起因するコマ収差と逆極性のコマ収差が発生し、対物レンズ１０６への入射光の光軸が、対物レンズ１０６の光軸に対して反時計回りに傾いた場合に、ディスク１０７の正の傾きに起因するコマ収差と逆極性のコマ収差が発生するように設計されている。
【００４７】
図５Ａは、ディスク１０７の傾きが０の場合の液晶光学素子１１３の制御の様子を示している。この状態では、液晶高分子１１５ａ及び１１５ｂを挟む電極に印加する交流電圧の実効値は、面内位置によらず一定であり、例えば３．５Ｖである。液晶高分子１１５ａ及び１１５ｂの長手方向は、面内位置によらず、往路における液晶光学素子１１３への入射光の光軸に平行な方向となる。従って、往路の光に対する液晶高分子１１５ａ及び１１５ｂの屈折率、復路の光に対する液晶高分子１１５ａ及び１１５ｂの屈折率は、面内位置によらずｎｏとなる。このため、往路における液晶光学素子１１３への入射光の光軸と、液晶光学素子１１３からの出射光の光軸は一致している。また、対物レンズ１０６への入射光の光軸と対物レンズ１０６の光軸とは一致しており、ディスク１０７の法線方向は、対物レンズ１０６の光軸方向と一致している。このとき、対物レンズ１０６への入射光の像高は０であるため、コマ収差は発生しない。
【００４８】
図５Ｂは、ディスク１０７の傾きが負の場合の液晶光学素子１１３の制御の様子を示している。ディスク１０７が時計回りに傾くと、ディスク１０７の法線方向は対物レンズ１０６の光軸方向に対して時計回りに傾き、コマ収差が発生する。そこで、液晶高分子１１５ａ及び１１５ｂを挟む電極に印加する交流電圧を実効値を、図の左端から右端に向かって低くする。具体的には、左端では３．５Ｖとし、右端では１．５Ｖとする。このとき、液晶高分子１１５ａの長手方向は、左端では往路における液晶光学素子１１３への入射光の光軸に平行な方向となり、右端では、往路における液晶光学素子１１３への入射光の光軸に垂直で図面に平行な方向となる。中間部分については、左端から右端にかけて、入射光の光軸に平行な方向から光軸に垂直で紙面に平行な方向へと向かって変化する。
【００４９】
また、液晶高分子１１５ｂの長手方向は、左端では往路における液晶光学素子１１３への入射光の光軸に平行な方向となり、右端では往路における液晶光学素子１１３への入射光の光軸に垂直で紙面に垂直な方向となる。中間部分については、左端から右端にかけて、入射光の光軸に平行な方向から光軸に垂直で紙面に垂直な方向へ向かって変化する。従って、往路の光に対する液晶高分子１１５ａの屈折率、及び、復路の光に対する液晶高分子１１５ｂの屈折率は左端ではｎｏ、右端ではｎｅとなり、左端から右端に向かって一次関数的に変化する。なお、往路の光に対する液晶高分子１１５ｂの屈折率、及び、復路の光に対する液晶高分子１１５ａの屈折率は、面内位置によらずｎｏとなる。すなわち、液晶光学素子１１３は、往路の光及び復路の光の双方に対してプリズムとして働く。このため、往路における液晶光学素子１１３からの出射光の光軸は、液晶光学素子１１３への入射光の光軸に対して時計回りに傾く。その結果、対物レンズ１０６への入射光の光軸は、対物レンズ１０６の光軸に対して時計回りに傾き、対物レンズ１０６への入射光の像高が０でなくなるため、対物レンズ１０６においてコマ収差が発生する。液晶高分子１１５ａ及び１１５ｂを挟む電極に印加する交流電圧の実効値を適切な値とするにより、対物レンズ１０６への入射光の像高を適切な値とし、ディスク１０７の傾きに起因するコマ収差を打ち消すようなコマ収差を対物レンズ１０６にて発生させ、コマ収差を補正する。
【００５０】
図５Ｃは、ディスク１０７の傾きが正の場合の液晶光学素子１１３の制御の様子を示している。ディスク１０７が反時計回りに傾くと、ディスク１０７の法線方向は、対物レンズ１０６の光軸方向に対して反時計回りに傾き、コマ収差が発生する。そこで、液晶高分子１１５ａ及び１１５ｂを挟む電極に印加する交流電圧の実効値を、右端から左端へ向かって低くする。具体的には、右端では３．５Ｖ、左端では１．５Ｖとする。このとき、液晶高分子１１５ａの長手方向は右端では往路における液晶光学素子１１３への入射光の光軸に平行な方向となり、左端では往路における液晶光学素子１１３への入射光の光軸に垂直で紙面に平行な方向となる。中間部については、右端から左端にかけて、入射光の光軸に平行な方向から光軸に垂直で紙面に平行な方向へと向かって変化する。
【００５１】
また、液晶高分子１１５ｂの長手方向は、右端では往路における液晶光学素子１１３への入射光の光軸に平行な方向となり、左端では往路における液晶光学素子１１３への入射光の光軸に垂直で紙面に垂直な方向となる。中間部については、右端から左端にかけて、入射光の光軸に平行な方向から光軸に垂直で紙面に垂直な方向へと向かって変化する。従って、往路の光に対する液晶高分子１１５ａの屈折率、及び、復路の光に対する液晶高分子１１５ｂの屈折率は、右端ではｎｏ、左端ではｎｅとなり、右端から左端へ向かって一次関数的に変化する。なお、往路の光に対する液晶高分子１１５ｂの屈折率、及び、復路の光に対する液晶高分子１１５ａの屈折率は、面内位置によらずｎｏとなる。すなわち、液晶光学素子１１３は、往路の光及び復路の光の双方に対してプリズムとして働く。このため、往路における液晶光学素子１１３からの出射光の光軸は、液晶光学素子１１３への入射光の光軸に対して反時計回りに傾く。その結果、対物レンズ１０６への入射光の光軸は、対物レンズ１０６の光軸に対して反時計回りに傾き、対物レンズ１０６への入射光の像高が０でなくなるため、対物レンズ１０６においてコマ収差が発生する。液晶高分子１１５ａ及び１１５ｂを挟む電極に印加する交流電圧の実効値を適切な値とすることにより、対物レンズ１０６への入射光の像高を適切な値とし、ディスク１０７の傾きに起因するコマ収差を打ち消すようなコマ収差を対物レンズ１０６にて発生させ、コマ収差を補正する。
【００５２】
本実施形態では、液晶光学素子１１３内の液晶高分子の配列を電気信号によって制御することで、液晶光学素子１１３への光源側からの入射光の光軸に対して出射光の光軸を変化させ、対物レンズ１０６への入射光の像高を変化させて、ディスク１０７の傾きに起因するコマ収差を補正する。本実施形態においても、コマ収差の補正に際して、対物レンズ１０６をアクチュエータにより傾ける必要がなく、対物レンズ１０６に非軸対称な温度分布が発生しないため、対物レンズ１０６の材料としてプラスチックを用いても、対物レンズ１０６において非点収差が発生しない。従って、集光スポットの形状が乱れず、記録再生特性が悪化しない。その他の効果についても、第１実施形態と同様である。
【００５３】
対物レンズ１０６への入射光の光軸の傾きと、対物レンズ１０６にて発生させるコマ収差との関係は、上記したものには限られず、その逆であってもよい。すなわち、対物レンズ１０６を、対物レンズ１０６への入射光の光軸が対物レンズ１０６の光軸に対して反時計回りに傾いた場合に、ディスク１０７の負の傾きに起因するコマ収差と逆極性のコマ収差を発生させ、対物レンズ１０６への入射光の光軸が対物レンズ１０６の光軸に対して時計回りに傾いた場合に、ディスク１０７の正の傾きに起因するコマ収差と逆極性のコマ収差を発生させるように設計することも可能である。このとき、コマ収差を補正するには、図５とは逆に、ディスク１０７の傾きが負の場合は、液晶高分子１１５ａ及び１１５ｂを挟む電極に印加する交流電圧の実効値を右端から左端へ向かって低くし、ディスク１０７の傾きが正の場合は、液晶高分子１１５ａ及び１１５ｂを挟む電極に印加する交流電圧の実効値を左端から右端へ向かって低くすればよい。
【００５４】
本実施形態では、液晶光学素子１１３に、上記に加えて、対物レンズ１０６への入射光の物点位置を変化させる光学手段としての機能を持たせることにより、光ヘッド装置１００ａに、ディスク１０７の保護層厚ずれに起因する球面収差を補正する機能を持たせることができる。この場合、ディスク１０７の傾きに起因するコマ収差を補正する機能と、ディスク１０７の保護層厚ずれに起因する球面収差を補正する機能とを、簡素な構成の光ヘッド装置により実現することができる。
【００５５】
図６Ａ〜６Ｃは、対物レンズ１０６への入射光の物点位置を変化させる際の液晶光学素子１１３の制御の様子を示す。液晶高分子１１５ａを挟む２つの電極は何れもパタン電極であり、また、液晶高分子１１５ｂを挟む２つの電極は何れもパタン電極である。これにより、対物レンズ１０６への入射光の像高を変化させるためだけでなく、対物レンズ１０６への入射光の物点位置を変化させるために液晶高分子１１５ａ、１１５ｂに印加する電圧を面内位置に応じて変化させることができる。図６においても、図５と同様に、図中の矢印は液晶高分子１１５ａ、１１５ｂの長手方向を示している。半導体レーザ１０１からディスク１０７へ向かう往路の光は、図の下側から上側へ向かって進み、ディスク１０７から光検出器１１０へ向かう復路の光は、図の上側から下側へ向かって進む。また、往路の光は、偏光方向が紙面に平行な直線偏光であり、復路の光は、偏光方向が紙面に垂直な直線偏光である。対物レンズ１０６は、対物レンズ１０６への入射光の物点位置が∞である場合、すなわち対物レンズ１０６への入射光が平行光である場合に、対物レンズ１０６からの出射光に対し、規格で定められた厚さを有するディスク１０７の保護層において発生する球面収差が補正されるように設計されている。
【００５６】
図６Ａは、ディスク１０７の保護層の厚さが規格値通りの場合の液晶光学素子１１３の制御の様子を示している。液晶高分子１１５ａ及び１１５ｂを挟む電極に印加する交流電圧の実効値は面内位置によらず一定であり、例えば３．５Ｖである。このとき、液晶高分子１１５ａ及び１１５ｂの長手方向は、面内位置によらず往路における液晶光学素子１１３への入射光の光軸に平行な方向となる。従って、往路の光に対する液晶高分子１１５ａ及び１１５ｂの屈折率、復路の光に対する液晶高分子１１５ａ及び１１５ｂの屈折率は、面内位置によらずｎｏとなる。このため、往路において液晶光学素子１１３へ平行光として入射した光は、液晶光学素子１１３から平行光として出射する。このとき、対物レンズ１０６への入射光は平行光であり、対物レンズ１０６への入射光の物点位置は∞であるため、球面収差は発生しない。
【００５７】
図６Ｂは、ディスク１０７の保護層の厚さが規格値に比べて薄い場合の液晶光学素子１１３の制御の様子を示している。ディスク１０７の保護層の厚さが規格値に比べて薄いときには、球面収差が発生する。そこで、液晶高分子１１５ａ及び１１５ｂを挟む電極に印加する交流電圧の実効値を、周辺部から中心部へ向かって低く、例えば周辺部では３．５Ｖ、中心部では２．５Ｖとする。このとき、液晶高分子１１５ａの長手方向は、周辺部では往路における液晶光学素子１１３への入射光の光軸に平行な方向となり、中心部では往路における液晶光学素子１１３への入射光の光軸を含む紙面に平行な面内で入射光の光軸と所定の角度をなし、周辺部から中心部へ向かって変化する。
【００５８】
また、液晶高分子１１５ｂの長手方向は、周辺部では往路における液晶光学素子１１３への入射光の光軸に平行な方向となり、中心部では往路における液晶光学素子１１３への入射光の光軸を含む紙面に垂直な面内で入射光の光軸と所定の角度をなし、周辺部から中心部へ向かって変化する。従って、往路の光に対する液晶高分子１１５ａの屈折率、復路の光に対する液晶高分子１１５ｂの屈折率は、周辺部ではｎｏ、中心部ではｎｅとｎｏの中間の値となり、周辺部から中心部へ向かって二次関数的に変化する。なお、往路の光に対する液晶高分子１１５ｂの屈折率、復路の光に対する液晶高分子１１５ａの屈折率は面内位置によらずｎｏとなる。すなわち、液晶光学素子１１３は往路の光及び復路の光の双方に対してレンズとして働く。このため、往路において液晶光学素子１１３へ平行光として入射した光は、液晶光学素子１１３から収束光として出射する。その結果、対物レンズ１０６への入射光は収束光となり、対物レンズ１０６への入射光の物点位置は負の有限の値となるため、対物レンズ１０６において付加的な球面収差が発生する。液晶高分子１１５ａ及び１１５ｂを挟む電極に印加する交流電圧の実効値を適切な値とすることにより、対物レンズ１０６への入射光の物点位置を適切な値とし、ディスク１０７の保護層厚ずれに起因する球面収差を打ち消すような球面収差を対物レンズ１０６にて付加的に発生させ、球面収差を補正する。
【００５９】
図６Ｃは、ディスク１０７の保護層の厚さが規格値に比べて厚い場合の制御の様子を示している。ディスク１０７の保護層の厚さが規格値に比べて厚いときには、球面収差が発生する。そこで、液晶高分子１１５ａ及び１１５ｂを挟む電極に印加する交流電圧の実効値を中心部から周辺部へ向かって低くし、例えば中心部では３．５Ｖ、周辺部では２．５Ｖとする。このとき、液晶高分子１１５ａの長手方向は、中心部では往路における液晶光学素子１１３への入射光の光軸に平行な方向となり、周辺部では往路における液晶光学素子１１３への入射光の光軸を含む紙面に平行な面内で入射光の光軸と所定の角度をなし、中心部から周辺部へ向かって変化する。
【００６０】
また、液晶高分子１１５ｂの長手方向は、中心部では往路における液晶光学素子１１３への入射光の光軸に平行な方向となり、周辺部では往路における液晶光学素子１１３への入射光の光軸を含む紙面に垂直な面内で入射光の光軸と所定の角度をなし、中心部から周辺部へ向かって変化する。従って、往路の光に対する液晶高分子１１５ａの屈折率、復路の光に対する液晶高分子１１５ｂの屈折率は、中心部ではｎｏ、周辺部ではｎｅとｎｏの中間の値となり、中心部から周辺部へ向かって二次関数的に変化する。なお、往路の光に対する液晶高分子１１５ｂの屈折率、復路の光に対する液晶高分子１１５ａの屈折率は、面内位置によらずｎｏとなる。すなわち、液晶光学素子１１３は往路の光、復路の光の双方に対してレンズとして働く。このため、往路において液晶光学素子１１３へ平行光として入射した光は、液晶光学素子１１３から発散光として出射する。その結果、対物レンズ１０６への入射光は発散光となり、対物レンズ１０６への入射光の物点位置は正の有限の値となるため、対物レンズ１０６にて付加的な球面収差が発生する。液晶高分子１１５ａ及び１１５ｂを挟む電極に印加する交流電圧の実効値を適切な値とすることにより、対物レンズ１０６への入射光の物点位置を適切な値とし、ディスク１０７の保護層厚ずれに起因する球面収差を打ち消すような球面収差を対物レンズ１０６にて付加的に発生させ、球面収差を補正する。
【００６１】
図７Ａ及び７Ｂは、対物レンズ１０６への入射光の像高及び物点位置を変化させる液晶光学素子１１３を平面図で示している。液晶高分子１１５ａを挟む２つの電極のうちの一方、及び、液晶高分子１１５ｂを挟む２つの電極のうち一方は、それぞれ対物レンズ１０６への入射光の像高を変化させるためのパタンを有し、液晶高分子１１５ａを挟む２つの電極のうち他方、及び、液晶高分子１１５ｂを挟む２つの電極のうち他方は、対物レンズ１０６への入射光の物点位置を変化させるためのパタンを有する。図７Ａは、対物レンズ１０６への入射光の像高を変化させるための電極のパタンを示している。左端、右端に、低抵抗の電極１１６ａ、１１６ｂがそれぞれ形成されており、その間は高抵抗の電極で接続されている。また、図７Ｂは、対物レンズ１０６への入射光の物点位置を変化させるための電極のパタンを示している。中心部から周辺部へ向かって、低抵抗の電極１１６ｃ、１１６ｄ、１１６ｅ、１１６ｆ、１１６ｇがこの順に形成されており、それらの間は高抵抗の電極で接続されている。
【００６２】
対物レンズ１０６への入射光の像高のみを変化させるときは、電極１１６ｃ〜１１６ｇの電位を等しくする。ディスク１０７の傾きが０の場合、電極１１６ａ、１１６ｂと、電極１１６ｃ〜１１６ｇの間に、例えば実効値が３．５Ｖの交流電圧を印加する。このとき、電極１１６ａ、１１６ｂの間に位置する高抵抗の電極の電位は、面内位置によらず一定である。ディスク１０７の傾きが負の場合、電極１１６ａと電極１１６ｃ〜１１６ｇの間に例えば実効値が３．５Ｖの交流電圧を印加し、電極１１６ｂと電極１１６ｃ〜１１６ｇの間に例えば実効値が１．５Ｖの交流電圧を印加する。このとき、電極１１６ａと１１６ｂとの間に位置する高抵抗の電極の電位は、左端から右端へ向かって低くなる。ディスク１０７の傾きが正の場合、電極１１６ｂと電極１１６ｃ〜１１６ｇとの間に例えば実効値が３．５Ｖの交流電圧を印加し、電極１１６ａと電極１１６ｃ〜１１６ｇとの間に例えば実効値が１．５Ｖの交流電圧を印加する。このとき、電極１１６ａと１１６ｂの間に位置する高抵抗の電極の電位は、右端から左端へ向かって低くなる。
【００６３】
対物レンズ１０６への入射光の物点位置のみを変化させるときは、電極１１６ａ、１１６ｂの電位を等しくする。ディスク１０７の保護層の厚さが規格値通りの場合、電極１１６ｃ〜１１６ｇと電極１１６ａ、１１６ｂとの間に、例えば実効値が３．５Ｖの交流電圧を印加する。このとき、電極１１６ｃ〜１１６ｇの間に位置する高抵抗の電極の電位は、面内位置によらず一定である。ディスク１０７の保護層の厚さが規格値に比べて薄い場合、電極１１６ｇと電極１１６ａ、１１６ｂの間に例えば実効値が３．５Ｖの交流電圧を印加し、電極１１６ｆと電極１１６ａ、１１６ｂとの間に例えば実効値が３．２５Ｖの交流電圧を印加し、電極１１６ｅと電極１１６ａ、１１６ｂとの間に例えば実効値が３．０Ｖの交流電圧を印加し、電極１１６ｄと電極１１６ａ、１１６ｂとの間に例えば実効値が２．７５Ｖの交流電圧を印加し、電極１１６ｃと電極１１６ａ、１１６ｂとの間に例えば実効値が２．５Ｖの交流電圧を印加する。このとき、電極１１６ｃ〜１１６ｇの間に位置する高抵抗の電極の電位は、周辺部から中心部へ向かって低くなる。
【００６４】
ディスク１０７の保護層の厚さが規格値に比べて厚い場合、電極１１６ｃと電極１１６ａ、１１６ｂとの間に例えば実効値が３．５Ｖの交流電圧を印加し、電極１１６ｄと電極１１６ａ、１１６ｂとの間に例えば実効値が３．２５Ｖの交流電圧を印加し、電極１１６ｅと電極１１６ａ、１１６ｂとの間に例えば実効値が３．０Ｖの交流電圧を印加し、電極１１６ｆと電極１１６ａ、１１６ｂとの間に例えば実効値が２．７５Ｖの交流電圧を印加し、電極１１６ｇと電極１１６ａ、１１６ｂとの間に例えば実効値が２．５Ｖの交流電圧を印加する。このとき、電極１１６ｃ〜１１６ｇの間に位置する高抵抗の電極の電位は、中心部から周辺部へ向かって低くなる。
【００６５】
対物レンズ１０６への入射光の像高、及び、対物レンズ１０６への入射光の物点位置の双方を変化させるときは、電極１１６ａ、１１６ｂの電位を等しくせず、電極１１６ｃ〜１１６ｇの電位を等しくしない。電極１１６ａ、１１６ｂの電位は、対物レンズ１０６への入射光の像高のみを変化させるときと同様に、ディスク１０７の傾きに応じて変化させればよい。また、電極１１６ｃ〜１１６ｇの電位は、対物レンズ１０６への入射光の物点位置のみを変化させるときと同様に、ディスク１０７の保護層厚ずれに応じて変化させればよい。このようにすることで、液晶光学素子１１３にて、入射光の像高と、物点位置との双方を変化させることができる。
【００６６】
図８は、本発明の第３実施形態の光ヘッド装置の構成を示している。本実施形態の光ヘッド装置１００ｂは、図４における液晶光学素子１１３に代えて、入射光の像高を変化させる光学手段として液体光学素子１１７を用いる点で、第２実施形態の光ヘッド装置１００ａと相違する。
【００６７】
光源である半導体レーザ１０１からの出射光は、コリメータレンズ１０２で発散光から平行光に変換され、回折光学素子１０３でメインビームである０次光と、サブビームである±１次光の３つの光に分割される。これらの光は、偏光ビームスプリッタ１０４にＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過し、液体光学素子１１７を通り、１／４波長板１０５で直線偏光から円偏光に変換され、対物レンズ１０６で平行光から収束光に変換されて、光記憶媒体であるディスク１０７内に集光される。
【００６８】
ディスクからの３つの反射光は、対物レンズ１０６で発散光から平行光に変換され、１／４波長板１０５で円偏光から往路とは偏光方向が直交した直線偏光に変換され、液体光学素子１１７を逆向きに通り、偏光ビームスプリッタ１０４にＳ偏光として入射してほぼ１００％が反射し、円筒レンズ１０８及び凸レンズ１０９を介して光検出器１１０で受光される。ここで、対物レンズ１０６は、正弦条件に違反している。
【００６９】
図９Ａ〜９Ｃは、液体光学素子１１７の断面を示している。液体光学素子１１７は、基板１１８ａと基板１１８ｂとの間に導電性を有する水１２１と、絶縁性を有する油１２２を挟んだ構成である。基板１１８ａ、１１８ｂの周辺部には、水１２１に交流電圧を印加するための下部電極１１９ａ、１１９ｂと、上部電極１２０ａ、１２０ｂが形成されている。基板１１８ａの周辺部に形成される下部電極１１９ａ、１１９ｂは、水１２１に接しており、基板１１８ｂの周辺部に形成されている上部電極１２０ａ、１２０ｂは、水１２１及び油１２２に接している。液体光学素子１１７では、下部電極と上部電極の間に印加する交流電圧の実効値が低いと、上部電極のうち水１２１に接する部分の面積が小さくなり、その付近の水１２１の厚さが薄くなる。一方、下部電極と上部電極の間に印加する交流電圧の実効値が高いと、上部電極のうち水１２１に接する部分の面積が大きくなり、その付近の水１２１の厚さが厚くなる。水１２１の屈折率は、油１２２の屈折率に比べて小さい。
【００７０】
半導体レーザ１０１からディスク１０７へ向かう往路の光は、図の下側から上側へ向かって進み、ディスク１０７から光検出器１１０へ向かう復路の光は、図の上側から下側へ向かって進む。ここで、ディスク１０７の傾きは、紙面に垂直な軸のまわりに生じるものとし、傾きの符号は、時計回りの場合が負、反時計回りの場合が正と定義する。対物レンズ１０６は、対物レンズ１０６への入射光の光軸が対物レンズ１０６の光軸に対して時計回りに傾いた場合に、ディスク１０７の負の傾きに起因するコマ収差と逆極性のコマ収差が発生し、対物レンズ１０６への入射光の光軸が対物レンズ１０６の光軸に対して反時計回りに傾いた場合に、ディスク１０７の正の傾きに起因するコマ収差と逆極性のコマ収差が発生するように設計されている。
【００７１】
図９Ａは、ディスク１０７の傾きが０の場合の制御の様子を示している。下部電極１１９ａと上部電極１２０ａの間に印加する交流電圧の実効値、及び、下部電極１１９ｂと上部電極１２０ｂの間に印加する交流電圧の実効値は、それぞれ例えば２０Ｖとする。このとき、水１２１の厚さは面内位置によらず一定であり、水１２１と油１２２の境界面は、往路における液体光学素子１１７への入射光の光軸に垂直な平面となる。このため、往路における液体光学素子１１７への入射光の光軸と液体光学素子１１７からの出射光の光軸は一致している。また、対物レンズ１０６への入射光の光軸と対物レンズ１０６の光軸は一致しており、ディスク１０７の法線方向は対物レンズ１０６の光軸方向と一致している。このとき、対物レンズ１０６への入射光の像高は０であるため、コマ収差は発生しない。
【００７２】
図９Ｂは、ディスク１０７の傾きが負の場合の制御の様子を示している。ディスク１０７が時計回りに傾くと、ディスク１０７の法線方向は対物レンズ１０６の光軸方向に対して時計回りに傾き、コマ収差が発生する。そこで、下部電極１１９ａと上部電極１２０ａとの間に印加する交流電圧の実効値を例えば４０Ｖ、下部電極１１９ｂと上部電極１２０ｂとの間に印加する交流電圧の実効値を例えば０Ｖとする。このとき、水１２１の厚さは、左端では厚く右端では薄くなり、左端から右端へ向かって変化する。従って、水１２１と油１２２の境界面は、往路における液体光学素子１１７への入射光の光軸に対して法線方向が時計回りに傾いた平面となる。すなわち、液体光学素子１１７は、入射光に対してプリズムとして働く。このため、往路における液体光学素子１１７からの出射光の光軸は、液体光学素子１１７への入射光の光軸に対して時計回りに傾く。その結果、対物レンズ１０６への入射光の光軸は、対物レンズ１０６の光軸に対して時計回りに傾き、対物レンズ１０６への入射光の像高が０でなくなるため、対物レンズ１０６においてコマ収差が発生する。下部電極１１９ａと上部電極１２０ａとの間に印加する交流電圧の実効値、及び、下部電極１１９ｂと上部電極１２０ｂとの間に印加する交流電圧の実効値を適切な値とすることにより、対物レンズ１０６への入射光の像高を適切な値とし、ディスク１０７の傾きに起因するコマ収差を打ち消すようなコマ収差を対物レンズ１０６において発生させ、コマ収差を補正する。
【００７３】
図９Ｃは、ディスク１０７の傾きが正の場合の制御の様子を示している。ディスク１０７が反時計回りに傾くと、ディスク１０７の法線方向は対物レンズ１０６の光軸方向に対して反時計回りに傾き、コマ収差が発生する。そこで、下部電極１１９ａと上部電極１２０ａとの間に印加する交流電圧の実効値を例えば０Ｖ、下部電極１１９ｂと上部電極１２０ｂとの間に印加する交流電圧の実効値を例えば４０Ｖとする。このとき、水１２１の厚さは、左端では薄く右端では厚くなり、左端部から右端部へ向かって変化する。従って、水１２１と油１２２の境界面は、往路における液体光学素子１１７への入射光の光軸に対して法線方向が反時計回りに傾いた平面となる。すなわち、液体光学素子１１７は、入射光に対してプリズムとして働く。このため、往路における液体光学素子１１７からの出射光の光軸は液体光学素子１１７への入射光の光軸に対して反時計回りに傾く。その結果、対物レンズ１０６への入射光の光軸は対物レンズ１０６の光軸に対して反時計回りに傾き、対物レンズ１０６への入射光の像高が０でなくなるため、対物レンズ１０６にてコマ収差が発生する。下部電極１１９ａと上部電極１２０ａとの間に印加する交流電圧の実効値、及び、下部電極１１９ｂと上部電極１２０ｂとの間に印加する交流電圧の実効値を適切な値とすることにより、対物レンズ１０６への入射光の像高を適切な値とし、ディスク１０７の傾きに起因するコマ収差を打ち消すようなコマ収差を対物レンズ１０６にて発生させ、コマ収差を補正する。
【００７４】
本実施形態では、液体光学素子１１７内の２つの液体の境界面の形状を変化させることで、液体光学素子１１７の光源側からの入射光の光軸に対して出射光の光軸を変化させ、対物レンズ１０６への入射光の像高を変化させて、ディスク１０７の傾きに起因するコマ収差を補正する。本実施形態においても、コマ収差の補正に際して、対物レンズ１０６をアクチュエータにより傾ける必要がなく、対物レンズ１０６に非軸対称な温度分布が発生しないため、対物レンズ１０６の材料としてプラスチックを用いても、対物レンズ１０６において非点収差が発生しない。従って、集光スポットの形状が乱れず、記録再生特性が悪化しない。その他の効果についても、第１実施形態と同様である。
【００７５】
対物レンズ１０６への入射光の光軸の傾きと、対物レンズ１０６にて発生させるコマ収差との関係は、上記したものには限られず、その逆であってもよい。すなわち、対物レンズ１０６を、対物レンズ１０６への入射光の光軸が対物レンズ１０６の光軸に対して反時計回りに傾いた場合に、ディスク１０７の負の傾きに起因するコマ収差と逆極性のコマ収差を発生し、対物レンズ１０６への入射光の光軸が対物レンズ１０６の光軸に対して時計回りに傾いた場合に、ディスク１０７の正の傾きに起因するコマ収差と逆極性のコマ収差を発生するように設計することも可能である。このとき、コマ収差を補正するには、図９とは逆に、ディスク１０７の傾きが負の場合は、下部電極１１９ａと上部電極１２０ａとの間に印加する交流電圧の実効値を例えば０Ｖ、下部電極１１９ｂと上部電極１２０ｂとの間に印加する交流電圧の実効値を例えば４０Ｖとし、ディスク１０７の傾きが正の場合は、下部電極１１９ａと上部電極１２０ａとの間に印加する交流電圧の実効値を例えば４０Ｖ、下部電極１１９ｂと上部電極１２０ｂとの間に印加する交流電圧の実効値を例えば０Ｖとすればよい。
【００７６】
本実施形態では、液体光学素子１１７に、上記に加えて、対物レンズ１０６への入射光の物点位置を変化させる光学手段としての機能を持たせることにより、光ヘッド装置１００ｂに、ディスク１０７の保護層厚ずれに起因する球面収差を補正する機能を持たせることができる。この場合、ディスク１０７の傾きに起因するコマ収差を補正する機能と、ディスク１０７の保護層厚ずれに起因する球面収差を補正する機能とを、簡素な構成の光ヘッド装置により実現することができる。
【００７７】
図１０Ａ〜１０Ｃは、対物レンズ１０６への入射光の物点位置を変化させる際の液体光学素子１１７の制御の様子を示している。半導体レーザ１０１からディスク１０７へ向かう往路の光は、図の下側から上側へ向かって進み、ディスク１０７から光検出器１１０へ向かう復路の光は、図の上側から下側へ向かって進む。対物レンズ１０６は、対物レンズ１０６への入射光の物点位置が∞である場合、すなわち対物レンズ１０６への入射光が平行光である場合に、対物レンズ１０６からの出射光に対し、規格で定められた厚さを有するディスク１０７の保護層において発生する球面収差が補正されるように設計されている。
【００７８】
図１０Ａは、ディスク１０７の保護層の厚さが規格値通りの場合の液体光学素子１１７の制御の様子を示している。下部電極１１９ａと上部電極１２０ａとの間に印加する交流電圧の実効値、及び、下部電極１１９ｂと上部電極１２０ｂとの間に印加する交流電圧の実効値は、例えば何れも２０Ｖである。このとき、水１２１の厚さは、面内位置によらず一定であり、水１２１と油１２２との境界面は、往路における液体光学素子１１７への入射光の光軸に垂直な平面となる。このため、往路において液体光学素子１１７へ平行光として入射した光は、液体光学素子１１７から平行光として出射する。このとき、対物レンズ１０６への入射光は平行光であり、対物レンズ１０６への入射光の物点位置は∞であるため、球面収差は発生しない。
【００７９】
図１０Ｂは、ディスク１０７の保護層の厚さが規格値に比べて薄い場合の液体光学素子１１７の制御の様子を示している。ディスク１０７の保護層の厚さが規格値に比べて薄いと球面収差が発生する。そこで、下部電極１１９ａと上部電極１２０ａとの間に印加する交流電圧の実効値、及び、下部電極１１９ｂと上部電極１２０ｂの間に印加する交流電圧の実効値を、例えば何れも３０Ｖとする。このとき、水１２１の厚さは、中心部では薄く周辺部では厚くなり、中心部から周辺部へ向かって変化する。従って、水１２１と油１２２の境界面は、往路における液体光学素子１１７への入射光の光軸に垂直な、下に凸の放物面となる。すなわち、液体光学素子１１７は入射光に対してレンズとして働く。このため、往路において液体光学素子１１７へ平行光として入射した光は、液体光学素子１１７から収束光として出射する。その結果、対物レンズ１０６への入射光は収束光となり、対物レンズ１０６への入射光の物点位置は負の有限の値となるため、対物レンズ１０６において付加的な球面収差が発生する。下部電極１１９ａと上部電極１２０ａとの間に印加する交流電圧の実効値、及び、下部電極１１９ｂと上部電極１２０ｂとの間に印加する交流電圧の実効値を適切な値とすることにより、対物レンズ１０６への入射光の物点位置を適切な値とし、ディスク１０７の保護層厚ずれに起因する球面収差を打ち消すような球面収差を対物レンズ１０６において付加的に発生させ、球面収差を補正する。
【００８０】
図１０Ｃはディスク１０７の保護層の厚さが規格値に比べて厚い場合の液体光学素子１１７の制御の様子を示している。ディスク１０７の保護層の厚さが規格値に比べて厚いと球面収差が発生する。そこで、下部電極１１９ａと上部電極１２０ａとの間に印加する交流電圧の実効値、及び、下部電極１１９ｂと上部電極１２０ｂとの間に印加する交流電圧の実効値を、例えば何れも１０Ｖとする。このとき、水１２１の厚さは、中心部では厚く周辺部では薄くなり、中心部から周辺部へ向かって変化する。従って、水１２１と油１２２との境界面は、往路における液体光学素子１１７への入射光の光軸に垂直な、上に凸の放物面となる。すなわち、液体光学素子１１７は入射光に対してレンズとして働く。このため、往路において液体光学素子１１７へ平行光として入射した光は、液体光学素子１１７から発散光として出射する。その結果、対物レンズ１０６への入射光は発散光となり、対物レンズ１０６への入射光の物点位置は正の有限の値となるため、対物レンズ１０６において付加的な球面収差が発生する。下部電極１１９ａと上部電極１２０ａの間に印加する交流電圧の実効値、及び、下部電極１１９ｂと上部電極１２０ｂとの間に印加する交流電圧の実効値を適切な値とすることにより、対物レンズ１０６への入射光の物点位置を適切な値とし、ディスク１０７の保護層厚ずれに起因する球面収差を打ち消すような球面収差を対物レンズ１０６において付加的に発生させ、球面収差を補正する。
【００８１】
図１１は、対物レンズ１０６への入射光の像高及び物点位置を変化させる液体光学素子１１７を平面図で示している。基板１１８ａ、１１８ｂ（図１０Ａ〜１０Ｃ）の周辺部には、放射状に１６個の領域に分割された電極１２３ａ〜１２３ｉが形成されている。図１１においては、基板１１８ａ、１１８ｂの中心を通る、図の左右方向の直線に関して対称な位置にある任意の２つの電極の電位は等しいため、それらの電極には同じ符号を付与している。また、電極１２３ａ〜１２３ｉの各々は、基板１１８ａの周辺部に形成されている下部電極と基板１１８ｂの周辺部に形成されている上部電極から構成される。例えば、電極１２３ａは、図９Ａ〜９Ｃ、図１０Ａ〜１０Ｃに示す下部電極１１９ａと上部電極１２０ａとから構成され、電極１２３ｂは、それらの図に示す下部電極１１９ｂと上部電極１２０ｂとから構成される。
【００８２】
対物レンズ１０６への入射光の像高のみを変化させるときは、電極１２３ｉを構成する下部電極と上部電極の間に印加する交流電圧の実効値を例えば２０Ｖとし、基板１１８ａ、１１８ｂの中心を通る図の上下方向の直線に関して対称な位置にある任意の２つの電極を構成する下部電極と上部電極との間に印加する交流電圧の実効値の平均を例えば２０Ｖとする。ディスク１０７の傾きが０の場合、電極１２３ａ〜１２３ｉを構成する下部電極と上部電極との間に印加する交流電圧の実効値は何れも例えば２０Ｖとする。ディスク１０７の傾きが負の場合、電極１２３ａを構成する下部電極と上部電極との間に印加する交流電圧の実効値を例えば４０Ｖとし、電極１２３ｃを構成する下部電極と上部電極との間に印加する交流電圧の実効値を例えば３８．５Ｖとし、電極１２３ｅを構成する下部電極と上部電極との間に印加する交流電圧の実効値を例えば３４．１Ｖとし、電極１２３ｇを構成する下部電極と上部電極との間に印加する交流電圧の実効値を例えば２７．７Ｖとし、電極１２３ｉを構成する下部電極と上部電極との間に印加する交流電圧の実効値を例えば２０Ｖとし、電極１２３ｈを構成する下部電極と上部電極との間に印加する交流電圧の実効値を例えば１２．３Ｖとし、電極１２３ｆを構成する下部電極と上部電極との間に印加する交流電圧の実効値を例えば５．９Ｖとし、電極１２３ｄを構成する下部電極と上部電極との間に印加する交流電圧の実効値を例えば１．５Ｖとし、電極１２３ｂを構成する下部電極と上部電極との間に印加する交流電圧の実効値を例えば０Ｖとする。
【００８３】
ディスク１０７の傾きが正の場合は、ディスク傾きが負の場合と、左右を入れ替えて、電極１２３ａを構成する下部電極と上部電極との間に印加する交流電圧の実効値を例えば０Ｖとし、電極１２３ｃを構成する下部電極と上部電極との間に印加する交流電圧の実効値を例えば１．５Ｖとし、電極１２３ｅを構成する下部電極と上部電極との間に印加する交流電圧の実効値を例えば５．９Ｖとし、電極１２３ｇを構成する下部電極と上部電極との間に印加する交流電圧の実効値を例えば１２．３Ｖとし、電極１２３ｉを構成する下部電極と上部電極との間に印加する交流電圧の実効値を例えば２０Ｖとし、電極１２３ｈを構成する下部電極と上部電極との間に印加する交流電圧の実効値を例えば２７．７Ｖとし、電極１２３ｆを構成する下部電極と上部電極との間に印加する交流電圧の実効値を例えば３４．１Ｖとし、電極１２３ｄを構成する下部電極と上部電極との間に印加する交流電圧の実効値を例えば３８．５Ｖとし、電極１２３ｂを構成する下部電極と上部電極との間に印加する交流電圧の実効値を例えば４０Ｖとする。
【００８４】
対物レンズ１０６への入射光の物点位置のみを変化させるときは、電極１２３ａ〜１２３ｉを構成する下部電極と上部電極との間に印加する交流電圧の実効値を全て等しくする。ディスク１０７の保護層の厚さが規格値通りの場合、電極１２３ａ〜１２３ｉを構成する下部電極と上部電極との間に印加する交流電圧の実効値を例えば２０Ｖとする。ディスク１０７の保護層の厚さが規格値に比べて薄い場合には、電極１２３ａ〜１２３ｉを構成する下部電極と上部電極との間に印加する交流電圧の実効値を例えば３０Ｖとする。ディスク１０７の保護層の厚さが規格値に比べて厚い場合には、電極１２３ａ〜１２３ｉを構成する下部電極と上部電極との間に印加する交流電圧の実効値を例えば１０Ｖとする。対物レンズ１０６への入射光の像高、及び、対物レンズ１０６への入射光の物点位置の双方を変化させるときは、対物レンズ１０６への入射光の像高のみを変化させる際に電極１２３ａ〜１２３ｉを構成する下部電極と上部電極との間に印加する交流電圧の実効値をそれぞれＶ１ａ〜Ｖ１ｉとし、対物レンズ１０６への入射光の物点位置のみを変化させる際に電極１２３ａ〜１２３ｉを構成する下部電極と上部電極との間に印加する交流電圧の実効値をそれぞれＶ２ａ〜Ｖ２ｉとして、電極１２３ａ〜１２３ｉを構成する下部電極と上部電極の間に印加する交流電圧の実効値を、それぞれ（Ｖ１ａ＋Ｖ２ａ−２０Ｖ）〜（Ｖ１ｉ＋Ｖ２ｉ−２０Ｖ）とすればよい。
【００８５】
図１２Ａ〜１２Ｃは、上記各実施形態の光ヘッド装置に用いられる回折光学素子を平面図で示している。回折光学素子１０３は、基板上に回折格子が形成された構成である。回折光学素子１０３に入射した光は、０次光として例えば約８７．５％が透過し、±１次回折光としてそれぞれ例えば約５．１％が回折される。回折光学素子１０３からの０次光をメインビーム、±１次回折光をサブビームとする。このとき、対物レンズ１０６へ入射するサブビームの像高は０でないため、対物レンズ１０６へ入射するサブビームに対しては対物レンズ１０６においてコマ収差が発生する。
【００８６】
図１２Ａに示す回折光学素子１０３ａにおける回折格子のパタンは直線状である。この回折光学素子１０３ａを、光ヘッド装置１００に用いた場合、対物レンズ１０６へ入射するサブビームに対して対物レンズ１０６においてコマ収差が発生するため、サブビームの集光スポットの形状が乱れ、トラック誤差信号の品質が悪化する。これに対し、図１２Ｂに示す回折光学素子１０３ｂ、及び、図１２Ｃに示す回折光学素子１０３ｃにおける回折格子のパタンは放物線状である。このとき、回折光学素子１０３ｂ、１０３ｃで生成されるサブビームに対しては、回折光学素子１０３ｂ、１０３ｃにおいてコマ収差が発生する。回折格子のパタンは、対物レンズ１０６へ入射するサブビームに対して対物レンズ１０６において発生するコマ収差が回折光学素子１０３ｂ、１０３ｃにおいて発生するコマ収差で打ち消されるように設計されている。従って、このような回折光学素子１０３ｂ、１０３ｃを、光ヘッド装置１００に用いた場合、対物レンズ１０６へ入射するサブビームに対してコマ収差が発生しないため、サブビームの集光スポットの形状が乱れず、トラック誤差信号の品質が悪化しない。
【００８７】
なお、回折光学素子１０３ｂで生成されるサブビームに対して回折光学素子１０３ｂにおいて発生するコマ収差と、回折光学素子１０３ｃで生成されるサブビームに対して回折光学素子１０３ｃにおいて発生するコマ収差は、極性が互いに逆である。回折光学素子１０３ｂ、１０３ｃの何れを用いるかは、対物レンズ１０６への入射光の光軸が対物レンズ１０６の光軸に対して傾いた場合に対物レンズ１０６において発生するコマ収差の極性に応じて選択すればよい。
【００８８】
図１３は、光ヘッド装置を含む光学式情報再生装置の構成を示す。光学式情報記録再生装置１０は、図１に示す光ヘッド装置１００に加えて、変調回路１２４、記録信号生成回路１２５、半導体レーザ駆動回路１２６、増幅回路１２７、再生信号処理回路１２８、復調回路１２９、凹凸レンズ駆動回路１３０、誤差信号生成回路１３１、及び、対物レンズ駆動回路１３２を有する。
【００８９】
変調回路１２４は、ディスク１０７へ記録すべき記録データを変調規則に従って変調する。記録信号生成回路１２５は、変調回路１２４で変調された信号を基に、記録ストラテジに従って半導体レーザ１０１を駆動するための記録信号を生成する。半導体レーザ駆動回路１２６は、記録信号生成回路１２５で生成された記録信号を基に、半導体レーザ１０１へ記録信号に応じた電流を供給し、半導体レーザ１０１を駆動する。これにより、ディスク１０７へのデータの記録が行われる。
【００９０】
増幅回路１２７は、光検出器１１０からの出力を増幅する。再生信号処理回路１２８は、増幅回路１２７で増幅された信号を基に、ディスク１０７のトラックに沿って形成されたマーク／スペース信号である再生信号の生成、波形等化および２値化を行う。復調回路１２９は、再生信号処理回路１２８で２値化された信号を復調規則に従って復調する。これにより、ディスク１０７からの再生データの再生が行われる。
【００９１】
誤差信号生成回路１３１は、増幅回路１２７で増幅された信号を基に、フォーカス誤差信号及びトラック誤差信号の生成を行う。フォーカス誤差信号は、例えば公知の非点収差法により検出され、トラック誤差信号は、例えば公知の位相差法又は差動プッシュプル法により検出される。対物レンズ駆動回路１３２は、誤差信号生成回路１３１で生成された誤差信号を基に、対物レンズ１０６を駆動する図示しないアクチュエータへ誤差信号に応じた電流を供給し、対物レンズ１０６を駆動する。光学式情報記録再生装置１０は、図示しないポジショナ制御回路及びスピンドル制御回路を含んでいる。ポジショナ制御回路は光ヘッド装置１００全体を、図示しないモータによりディスク１０７の半径方向へ移動させる。スピンドル制御回路は、図示しないモータによりディスク１０７を回転させる。これによりフォーカスサーボ、トラックサーボ、ポジショナサーボ、スピンドルサーボの動作が行われる。
【００９２】
凹凸レンズ駆動回路１３０は、コマ収差を補正するように光学手段を駆動する回路系に相当する。凹凸レンズ駆動回路１３０は、再生信号処理回路１２８で生成された再生信号を基に、再生信号の品質評価指標が最良になるように、凹レンズ１１１、凸レンズ１１２を駆動する図示しないアクチュエータへ電流を供給して凹レンズ１１１及び凸レンズ１１２の少なくとも一方を駆動する。これにより、コマ収差補正、球面収差補正の動作が行われる。再生信号の品質評価指標としては、例えば再生信号の振幅、ジッタ、ＰＲＳＮＲ、エラーレート等が用いられる。或いは、光学式情報記録再生装置に、コマ収差、球面収差を検出する機能を持たせ、凹凸レンズ駆動回路１３０により、コマ収差、球面収差が０になるように凹レンズ１１１又は凸レンズ１１２を駆動しても良い。コマ収差、球面収差を検出する方法としては、例えば特開２００３−５１１３０号公報に記載の方法がある。
【００９３】
光学式情報記録再生装置１０は、装置全体の制御を行うコントローラ（図示せず）を備えている。変調回路１２４から半導体レーザ駆動回路１２６までのデータの記録に関わる回路、増幅回路１２７から復調回路１２９までのデータの再生に関わる回路、増幅回路１２７から対物レンズ駆動回路１３２までのサーボに関わる回路、及び、増幅回路１２７から凹凸レンズ駆動回路１３０までの収差補正に関わる回路は、コントローラにより制御される。
【００９４】
上記記述では、光学式情報記録再生装置１０が、図１に示す第１実施形態の光ヘッド装置１００を有する例について説明したが、光ヘッド装置１００に代えて、図４に示す第２実施形態の光ヘッド装置１００ａ、又は、図８に示す第３実施形態の光ヘッド装置１００ｂを備える構成とすることもできる。第２実施形態の光ヘッド装置１００ａを用いる場合には、図１３において、凹凸レンズ駆動回路１３０に代えて、液晶光学素子駆動回路を用いた構成とすればよい。この場合の変調回路１２４から半導体レーザ駆動回路１２６までのデータの記録に関わる回路、増幅回路１２７から復調回路１２９までのデータの再生に関わる回路、及び、増幅回路１２７から対物レンズ駆動回路１３２までのサーボに関わる回路の動作は、上記で説明した通りである。液晶光学素子駆動回路はコマ収差を補正するように光学手段を駆動する回路系に相当する。液晶光学素子駆動回路は、再生信号処理回路１２８で生成された再生信号を基に、再生信号の品質評価指標が最良になるように、液晶光学素子１１３の電極へ電圧を供給し、液晶光学素子１１３を駆動する。これによりコマ収差補正、球面収差補正の動作が行われる。
【００９５】
光学式情報記録再生装置１０が、第３実施形態の光ヘッド装置１００ｂを有する構成であるときは、図１３において、凹凸レンズ駆動回路１３０に代えて、液体光学素子駆動回路を備える構成とすればよい。変調回路１２４から半導体レーザ駆動回路１２６までのデータの記録に関わる回路、増幅回路１２７から復調回路１２９までのデータの再生に関わる回路、及び、増幅回路１２７から対物レンズ駆動回路１３２までのサーボに関わる回路の動作は、上記で説明した通りである。液体光学素子駆動回路はコマ収差を補正するように光学手段を駆動する回路系に相当する。液体光学素子駆動回路は、再生信号処理回路１２８で生成された再生信号を基に、再生信号の品質評価指標が最良になるように、液体光学素子１１７の電極へ電圧を供給し、液体光学素子１１７を駆動する。これによりコマ収差補正、球面収差補正の動作が行われる。
【００９６】
上記では、光学式情報記録再生装置を、ディスク１０７に対して記録及び再生を行う記録再生装置として説明した。これに対し、ディスク１０７に対して再生のみを行う再生専用装置や、記録のみ行う記録装置も考えられる。光学式情報記録再生装置が、再生専用装置であるときには、半導体レーザ１０１は、半導体レーザ駆動回路１２６により記録信号に基づいて駆動されるのではなく、出射光の光量が一定の値になるように駆動される。
【００９７】
上記実施形態に係る光学式情報記録再生装置では、光学手段により、対物レンズへの入射光の像高を変化させ、光記録媒体が傾いた際には、その傾きに起因するコマ収差を打ち消すようなコマ収差を対物レンズにて発生させることで、コマ収差の補正が可能となる。対物レンズへの入射光の像高を変化させることで対物レンズにて発生するコマ収差を変化させるため、コマ収差の補正に際して、対物レンズをアクチュエータで傾ける必要がない。このため、対物レンズと光記録媒体との衝突の危険性を低くすることができる。また、対物レンズに非軸対称な温度分布が発生しないため、対物レンズにおいて温度分布に起因する非点収差が発生しない。
【００９８】
更に、対物レンズにおいて発生する位相分布で、ディスクの傾きに起因するコマ収差により発生する位相分布を打ち消すことができ、往路の光に対して高次収差が残留しない。また、対物レンズが光軸に垂直な面内で移動しても、ディスクの傾きに起因するコマ収差により発生する位相分布の中心と、対物レンズにおいて発生する位相分布の中心とがずれず、往路の光に対して非点収差が発生しない。このように、本発明では、コマ収差を補正する機能を有しながらも、別の収差によって集光スポットの形状が乱れず、記録再生特性を向上することができる。また、対物レンズに、単玉の対物レンズを用いることができ、対物レンズの小型化、軽量化が容易であり、対物レンズを駆動するアクチュエータの広帯域化が容易で、高速化への対応が容易である。
【００９９】
以上、説明したように、本発明は以下の態様が採用可能である。
本発明の光ヘッド装置では、対物レンズは、入射光の像高と対物レンズにおいて発生するコマ収差とが定められた関係を有しており、光源と対物レンズとの間に、対物レンズへの入射光の像高を変化させる光学手段を有する構成を採用できる。光学手段により、対物レンズへの入射光の像高を変化させ、光記録媒体が傾いた際に、その傾きに起因するコマ収差を打ち消すようなコマ収差を対物レンズにて発生させることで、コマ収差の補正が可能となる。コマ収差の補正に際して、対物レンズをアクチュエータによって傾ける必要がないため、対物レンズにプラスチックを用いる場合でも、対物レンズに非軸対称な温度分布が発生せず、対物レンズにおいて非点収差が発生しない。また、コマ収差の補正に際して対物レンズとディスクとの間の距離が縮まらず、対物レンズとディスクとの衝突の危険性が低い。更に、光学手段により対物レンズにおいてコマ収差を発生させることで、ディスクの傾きに起因するコマ収差を補正するため、対物レンズにおいて発生する位相分布で、ディスクの傾きに起因するコマ収差により発生する位相分布を完全に打ち消すことができ、往路の光に対して高次収差が残留しない。また、対物レンズが光軸に垂直な面内で移動しても、ディスクの傾きに起因するコマ収差により発生する位相分布の中心と、対物レンズにおいて発生する位相分布の中心とがずれず、往路の光に対して非点収差が発生しない。従って、この光ヘッド装置を用いることで、光記録媒体が傾いたときでも、集光スポットの形状が乱れず、記録再生特性が悪化しない。また、本発明では、対物レンズに、単玉の対物レンズを用いることができ、対物レンズの小型化、軽量化が容易であり、対物レンズを駆動するアクチュエータの広帯域化が容易で、高速化への対応が容易である。
【０１００】
本発明の光ヘッド装置では、前記光学手段は、前記対物レンズへの入射光の像高を変化させると共に、前記対物レンズにおいて発生する球面収差を変化させるために、前記対物レンズへの入射光の物点位置を変化させる構成を採用できる。この場合、光学手段にて、対物レンズへの入射光の物点位置を変化させることで対物レンズにて球面収差を発生させることができ、このコマ収差で、光記録媒体の保護層の厚さが規格値からずれることに起因する球面収差を打ち消すことで、保護層厚ずれに起因する球面収差を補正できる。また、光学手段によって、光記録媒体の傾きに起因するコマ収差の補正と、光記録媒体の保護層厚ずれに起因する球面収差の補正との双方を行うことで、これらの収差の補正を簡素な構成で実現できる。
【０１０１】
本発明の光ヘッド装置では、前記光学手段は、相互の位置関係を変化させることが可能な複数のレンズにより構成される構成を採用できる。この場合、本発明の光ヘッド装置では、前記光学手段は、前記複数のレンズの相対的位置関係を、前記光源側から光学手段への入射光の光軸に垂直な面内で変化させることで、前記対物レンズへの入射光の像高を変化させる構成を採用できる。例えば、光学手段を、光軸に垂直に方向な位置を変化可能な２つのレンズにて構成する。このとき、２つのレンズのうちの何れか一方の位置を、光軸に垂直な面内で移動させることにより、対物レンズへの入射光の像高を変化させることができる。これにより、対物レンズにてコマ収差を発生させて、光記録媒体の傾きに起因するコマ収差を補正できる。また、２つのレンズのうちの少なくとも一方を光軸方向に沿って移動させ、レンズ間の間隔を変化させることができるように構成することで、対物レンズへの入射光の物点位置を変化させることができ、対物レンズにて球面収差を発生させて、光記録媒体の保護層厚ずれに起因する球面収差を補正できる。
【０１０２】
本発明の光ヘッド装置では、前記光学手段は、電気信号により配向方向が変化する、液晶高分子を含む光学素子により構成される構成を採用できる。液晶光学素子内に形成する液晶高分子を駆動する電極を適切な形状で形成し、かつ、その電極を適切な駆動電圧で駆動することにより、液晶光学素子への入射光に対して出射光を傾けることができ、対物レンズへの入射光の像高を変化させることができる。このとき、液晶光学素子を、対物レンズへの入射光の物点位置についても変化させることができるように構成することで、１つの液晶光学素子にて、光記録媒体の傾きに起因するコマ収差と、光記録媒体の保護層厚ずれに起因する球面収差とを補正でき、簡素な構成にて、２つの収差を補正できる。
【０１０３】
本発明の光ヘッド装置では、前記光学手段は、電気信号により境界面の形状が変化する、互いに接する二種類の液体を含む光学素子により構成される構成を採用できる。例えば、光学手段を、水と油との２つの液体を含む光学素子により構成する。この場合、水と油との境界面の位置を変化させることで、光学素子の入射光に対して出射光を変化させることができ、対物レンズへの入射光の像高を変化させることができる。このとき、光学素子を、対物レンズへの入射光の物点位置についても変化させることができるように構成することで、１つの光学素子にて、光記録媒体の傾きに起因するコマ収差と、光記録媒体の保護層厚ずれに起因する球面収差とを補正でき、簡素な構成にて、２つの収差を補正できる。
【０１０４】
本発明の光ヘッド装置は、前記光源と前記対物レンズとの間に、前記光源からの出射光からメインビーム及び複数のサブビームを生成する回折光学素子を更に有し、該回折光学素子により生成された前記複数のサブビームは、該複数のサブビームに対し、前記対物レンズにおいて像高に応じて発生するコマ収差を打ち消すコマ収差を有する構成を採用できる。例えば、回折光学素子からの０次光をメインビームとし、±１次光をサブビームとする。この場合、対物レンズに入射するメインビームの像高が０のとき、対物レンズに入射するサブビームの像高は０でないため、対物レンズにてコマ収差が発生する。サブビームに対し、このコマ収差を打ち消すコマ収差を、回折光学素子にて発生させることで、サブビームに対するコマ収差を補正することができ、サブビームの集光スポット形状の乱れを防ぐことができる。
【０１０５】
本発明の光学式情報記録再生装置では、前記光学手段を駆動する回路系は、光記録媒体の傾きに起因するコマ収差を、前記光学手段が前記対物レンズへの入射光の像高を変化させることで生じるコマ収差で打ち消すように、前記光学手段を駆動する構成を採用できる。
【０１０６】
本発明を特別に示し且つ例示的な実施形態を参照して説明したが、本発明は、その実施形態及びその変形に限定されるものではない。当業者に明らかなように、本発明は、添付のクレームに規定される本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、種々の変更が可能である。
【０１０７】
本出願は、２００７年２月２８日出願に係る日本特許出願２００７−０４８６０８号を基礎とし且つその優先権を主張するものであり、引用によってその開示の内容の全てを本出願の明細書中に加入する。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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