(57)【要約】【課題】多層光記録媒体対応の情報記録再生装置において、２層以上の記録媒体の場合、層数が多くなるほどに層間の透明材料の厚みも増加し、収差（球面収差）が増加する。光学系の補正無しで対応できる層数は３層程度と考えられ、これを超えると再生信号はもとよりサーボ信号等にも劣化が生ずる。また、フレア光による信号劣化も問題となる。【解決手段】収差補正用光学系とフレア除去光学系に共通のエキスパンダレンズを用いる。レーザ光源３１から出て平行光となったＳ偏光は、ビームスプリッタ３３を透過してエキスパンダレンズ３４ａに入る。一旦集光した光束はピンホール３９ａを透過し、エキスパンダレンズ３４ｂを経てλ／４波長板４０を通ることで円偏光化される。多層記録媒体３０からの戻り光はλ／４波長板４０によりＰ偏光に変換され、信号光はピンホール３９ａを通るがフレア光は遮光性の周辺部分３９ｂに到り遮断される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源と、偏光ビームスプリッタと、１／４波長板と、対物レンズとを有し、光軸方向に複数層に積層され、各々の層に対して記録再生が可能な多層記録媒体に対しレーザの光を対物レンズで絞って、任意の記録層に照射して情報の再生または記録を行う記録再生装置であって、該記録再生装置は、前記多層記録媒体の記録層間に充填されている透明材料の厚み変化による波面収差の劣化を、前記レーザ光源と前記対物レンズの間に設けられ、共軸に配置された複数の光学素子を有し該複数の光学素子の少なくとも一部を光軸方向に移動させることにより前記対物レンズに入射する光束径を変換して補正する収差補正手段と、前記多層記録媒体の任意の層を記録再生中に発生する他層からの不要光を除去する信号分離素子とを有し、該信号分離素子は前記収差補正手段内に設けられていることを特徴とする記録再生装置。
【請求項２】
請求項１に記載の記録再生装置において、前記収差補正手段は、互いに異なる正の焦点距離を有する少なくとも２群２枚以上の光学素子を共通の光軸上に配置し、前記レーザ光源から見て近い方の光学素子の後側焦点位置と、遠い方の光学素子の前側焦点位置とがほぼ一致させてあることを特徴とする記録再生装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の記録再生装置において、前記収差補正手段は、２群２枚構成の正の焦点距離を有する非球面レンズであることを特徴とする記録再生装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の記録再生装置において、前記収差補正手段は、２群４枚構成の正の焦点距離を有するダブレット型レンズであることを特徴とする記録再生装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載の記録再生装置において、前記収差補正手段は、２群２枚構成の正の焦点距離を有する回折型レンズであることを特徴とする記録再生装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１つに記載の記録再生装置において、前記収差補正手段のうち、少なくとも光源に近い側の光学素子は、異なった波長に対して焦点位置がずれないように色収差補正が施されていることを特徴とする記録再生装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１つに記載の記録再生装置において、前記収差補正手段は、前記偏光ビームスプリッタと前記対物レンズとの間に配置されていることを特徴とする記録再生装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１つに記載の記録再生装置において、前記収差補正手段は、前記対物レンズに近い方の光学素子のみを光軸方向に移動させることによって収差補正することを特徴とする記録再生装置。
【請求項９】
請求項１ないし７のいずれか１つに記載の記録再生装置において、前記収差補正手段は、前記レーザ光源に近い方の光学素子と前記信号分離素子とをほぼ一体的に光軸方向に移動させることによって収差補正することを特徴とする記録再生装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１つに記載の記録再生装置において、前記信号分離素子は微細口径の開口を有する開口板であり、前記収差補正レンズの実効開口数をＮＡ、前記レーザ光源の発光波長をλとするとき、前記微細口径はエアリーディスクの第一暗環のスポット径１．２２λ／ＮＡによって求められる径以上であること特徴とする記録再生装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の記録再生装置において、前記開口は外部信号によって開口径が任意、または段階的に可変できる透過型素子であることを特徴とする記録再生装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の記録再生装置において、前記開口は液晶素子による円形開口であることを特徴とする記録再生装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の記録再生装置において、前記開口は電気信号によって光の透過率が変化するエレクトロクロミック素子による円形開口であることを特徴とする記録再生装置。
【請求項１４】
請求項１１に記載の記録再生装置において、前記開口は液晶素子を微細な領域に区切った開口の集合体であって、前記液晶素子上に集光される記録媒体からの信号スポット光の位置によって、任意に開口領域、開口径を設定することができることを特徴とする記録再生装置。
【請求項１５】
請求項１１に記載の記録再生装置において、前記開口はエレクトロクロミック素子を微細な領域に区切った開口の集合体であって、前記エレクトロクロミック素子上に集光される記録媒体からの信号スポット光の位置によって任意に開口領域、開口径を設定することができることを特徴とする記録再生装置。
【請求項１６】
請求項１０に記載の記録再生装置において、前記開口は偏光方向に無関係な光透過性の微細開口と、該微細開口以外の部分は前記レーザ光源からの入射光の偏光方向のみを透過させる偏光板で構成されることを特徴とする記録再生装置。
【請求項１７】
請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の記録再生装置において、前記信号分離素子は、直線偏光の入射光束にλ／４の位相差を発生させる微細開口と、該微細開口領域以外は、該微細開口を透過して多層記録媒体から反射された戻り光が透過したとき元の偏光方向と平行な方向の直線偏光となるような偏光光学特性を有する複合素子であることを特徴とする記録再生装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の記録再生装置において、前記開口は、外部信号の電圧印加量によって印加した領域の位相差を可変することができる透過型素子であって、印加電圧領域によって同位相領域の開口径が任意、または段階的に可変できるように同心円状の領域に複数分割されてあって、分割領域の選択によって同位相の開口径を変化させることを特徴とする記録再生装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の記録再生装置において、前記開口は、液晶素子による円形開口であって、外部信号の電圧印加量によって印加した領域の位相差を可変し、電圧印加の領域の選択によって同位相の開口径を変化させることを特徴とする記録再生装置。
【請求項２０】
請求項１８に記載の記録再生装置において、前記開口は、液晶素子を微細な領域に区切った開口の集合体であって、前記液晶素子上に集光される記録媒体からの信号スポット光の位置によって任意な領域に信号を印加して前記同位相の開口位置および開口径を可変させることを特徴とする記録再生装置。
【請求項２１】
請求項１ないし９のいずれか１つに記載の記録再生装置において、前記信号分離素子は、前記収差補正手段の前記光軸に直交する向きで、前記レーザ光源に近い側の光学素子の後側焦点を挟んで互いに所定距離隔てて配置された２枚の波長板により構成され、前記収差補正手段の前記光軸を通り該光軸に直交する直線で２つの領域に分割され、それぞれの波長板は前記２つの領域のうち一方の領域に存在する部分は１／４波長板として形成され、他方の領域に存在する部分は−１／４波長板に形成されていることを特徴とする記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報処理装置、光ファイルシステム、映像システムの記録装置等に用いることのできる、多層光記録媒体対応の情報記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多層光記録媒体対応の情報記録再生装置において、２層以上の記録媒体の場合、層数が多くなるほどに層間の透明材料の厚みも増加し、収差（球面収差）が増加する。一般的に光学系に求められる波面の性能はおよそ０．０３λＲＭＳ以下であるが、仮に層間隔を２０μｍ程度とすると光学系の補正無しで対応できる層数は３層程度と考えられ、これ以上の層数の場合、再生信号はもとよりサーボ信号等にも劣化が生じ、マウント、アクセスに不具合が生じやすくなる。
この問題の解決方法として、別途光学素子を光路中に設け、対物レンズへの入射光の状態を変換して収差補正を行う。光学素子は、光軸方向に移動できるように、例えば一軸のアクチュエータに搭載されて、電流制御によって駆動され、所望の記録層にアクセスする場合、同時に、前記光学素子を、記録層間に充填されている透明材料の厚みによっておよそ決定されている最適位置に移動し、収差補正を行う。
最適位置への移動は、他のフォーカス、トラック位置制御のように、検出信号をフィードバックして制御するクローズドループと異なり、目標値を予め決める、またはその都度目標信号を検出して目標値を決定する、オープンループ制御で行われる。そのため、従来例では、特に２層以上の多層において、前記駆動誤差（アクチュエータの感度誤差、コイル抵抗誤差）、目標信号の検出誤差等の要因によって収差補正に誤差が生じ、結果、各種信号の劣化により記録再生が不安定になる不具合が懸念される。
【０００３】
また、複数の層にまたがっての記録再生を行う場合、記録再生を行う所望の層以外の層からの反射光が受光素子上に投影され信号劣化の原因のフレア光となる。フレア光は層間隔が狭くなるほどに影響が増加しサーボ信号誤差、再生信号劣化となるため、より高密度化にともなってフレア光を除去することが必須となる。
従来技術においては、エキスパンダを用いて収差補正の例はあるが（例えば、特許文献１  参照。）、層間隔が広く収差補正は必須であるがフレア光除去は必要ない事例であり、狭層間隔、多層に対応した、収差補正とフレア除去を会わせた例はない。
図１７は従来紹介されている多層記録媒体対応の構成例を示す図である。
同図において符号３０は多層記録媒体、３１は光源、３２はコリメータレンズ、３３はビームスプリッタ、３４は収差補正用エキスパンダレンズ、３５は対物レンズ、３６は検出レンズ、３７は受光素子、３８はピンホール用エキスパンダレンズ、３９はほぼ中央にピンホール３９ａを有する開口素子をそれぞれ示す。
収差補正光学系３４ａ、３４ｂと、開口素子３９を用いたフレア光除去をそれぞれ組み合わせて光ピックアップを構成した一般的な例であり、照明系に収差補正用エキスパンダレンズ素子３４ａ、３４ｂ、を配置し多層記録媒体３０の層間隔に応じてエキスパンダレンズのいずれか一方を稼働させて収差補正を行う。信号検出系にはピンホール３９ａ、ピンホール用エキスパンダレンズ３８ａ、３８ｂの部品を配置し、他層からのフレア光をこれらの系によって分離を行っている。すなわち、信号光は丁度ピンホール３９ａに集光するのに対し、フレア光はその前後に集光するため殆どのフレア光はピンホール３９ａを透過できない。この構成でそれぞれの目的は達成できているが、構成がやや複雑になっている。
【０００４】
【特許文献１】特許第３０８２１６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような不具合を鑑み、層間変化に伴う収差補正機能と、フレア光除去の機能を兼ね備え、狭層間隔、多層記録媒体に対応し、尚かつ省スペースを実現した２層記録媒体も含み、さらに高容量の多層記録媒体において、従来と遜色ない記録品質、アクセス性能を保持しつつ、多層記録の記録容量増加を行うための技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明では、レーザ光源と、偏光ビームスプリッタと、１／４波長板と、対物レンズとを有し、光軸方向に複数層に積層され、各々の層に対して記録再生が可能な多層記録媒体に対しレーザの光を対物レンズで絞って、任意の記録層に照射して情報の再生または記録を行う記録再生装置であって、該記録再生装置は、前記多層記録媒体の記録層間に充填されている透明材料の厚み変化による波面収差の劣化を、前記レーザ光源と前記対物レンズの間に設けられ、共軸に配置された複数の光学素子を有し該複数の光学素子の少なくとも一部を光軸方向に移動させることにより前記対物レンズに入射する光束径を変換して補正する収差補正手段と、前記多層記録媒体の任意の層を記録再生中に発生する他層からの不要光を除去する信号分離素子とを有し、該信号分離素子は前記収差補正手段内に設けられていることを特徴とする。
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の記録再生装置において、前記収差補正手段は、互いに異なる正の焦点距離を有する少なくとも２群２枚以上の光学素子を共通の光軸上に配置し、前記レーザ光源から見て近い方の光学素子の後側焦点位置と、遠い方の光学素子の前側焦点位置とがほぼ一致させてあることを特徴とする。
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の記録再生装置において、前記収差補正手段は、２群２枚構成の正の焦点距離を有する非球面レンズであることを特徴とする。
【０００７】
請求項４に記載の発明では、請求項１または２に記載の記録再生装置において、前記収差補正手段は、２群４枚構成の正の焦点距離を有するダブレット型レンズであることを特徴とする。
請求項５に記載の発明では、請求項１または２に記載の記録再生装置において、前記収差補正手段は、２群２枚構成の正の焦点距離を有する回折型レンズであることを特徴とする。
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の記録再生装置において、前記収差補正手段のうち、少なくとも光源に近い側の光学素子は、異なった波長に対して焦点位置がずれないように色収差補正が施されていることを特徴とする。
請求項７に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の記録再生装置において、前記収差補正手段は、前記偏光ビームスプリッタと前記対物レンズとの間に配置されていることを特徴とする。
請求項８に記載の発明では、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の記録再生装置において、前記収差補正手段は、前記対物レンズに近い方の光学素子のみを光軸方向に移動させることによって収差補正することを特徴とする。
請求項９に記載の発明では、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の記録再生装置において、前記収差補正手段は、前記レーザ光源に近い方の光学素子と前記信号分離素子とをほぼ一体的に光軸方向に移動させることによって収差補正することを特徴とする。
【０００８】
請求項１０に記載の発明では、請求項１ないし９のいずれか１つに記載の記録再生装置において、前記信号分離素子は微細口径の開口を有する開口板であり、前記収差補正レンズの実効開口数をＮＡ、前記レーザ光源の発光波長をλとするとき、前記微細口径はエアリーディスクの第一暗環のスポット径１．２２λ／ＮＡによって求められる径以上であることを特徴とする。
請求項１１に記載の発明では、請求項１０に記載の記録再生装置において、前記開口は外部信号によって開口径が任意、または段階的に可変できる透過型素子であることを特徴とする。
請求項１２に記載の発明では、請求項１１に記載の記録再生装置において、前記開口は液晶素子による円形開口であるを特徴とする。
請求項１３に記載の発明では、請求項１１に記載の記録再生装置において、前記開口は電気信号によって光の透過率が変化するエレクトロクロミック素子による円形開口であるを特徴とする。
請求項１４に記載の発明では、請求項１１に記載の記録再生装置において、前記開口は液晶素子を微細な領域に区切った開口の集合体であって、前記液晶素子上に集光される記録媒体からの信号スポット光の位置によって、任意に開口領域、開口径を設定することができることを特徴とする。
【０００９】
請求項１５に記載の発明では、請求項１１に記載の記録再生装置において、前記開口はエレクトロクロミック素子を微細な領域に区切った開口の集合体であって、前記エレクトロクロミック素子上に集光される記録媒体からの信号スポット光の位置によって任意に開口領域、開口径を設定することができることを特徴とする。
請求項１６に記載の発明では、請求項１０に記載の記録再生装置において、前記開口は偏光方向に無関係な光透過性の微細開口と、該微細開口以外の部分は前記レーザ光源からの入射光の偏光方向のみを透過させる偏光板で構成されることを特徴とする。
請求項１７に記載の発明では、請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の記録再生装置において、前記信号分離素子は、直線偏光の入射光束にλ／４の位相差を発生させる微細開口と、該微細開口領域以外は、該微細開口を透過して多層記録媒体から反射された戻り光が透過したとき元の偏光方向と平行な方向の直線偏光となるような偏光光学特性を有する複合素子であることを特徴とする。
請求項１８に記載の発明では、請求項１７に記載の記録再生装置において、前記開口は、外部信号の電圧印加量によって印加した領域の位相差を可変することができる透過型素子であって、印加電圧領域によって同位相領域の開口径が任意、または段階的に可変できるように同心円状の領域に複数分割されてあって、分割領域の選択によって同位相の開口径を変化させることを特徴とする。
【００１０】
請求項１９に記載の発明では、請求項１８に記載の記録再生装置において、前記開口は、液晶素子による円形開口であって、外部信号の電圧印加量によって印加した領域の位相差を可変し、電圧印加の領域の選択によって同位相の開口径を変化させることを特徴とする。
請求項２０に記載の発明では、請求項１８に記載の記録再生装置において、前記開口は、液晶素子を微細な領域に区切った開口の集合体であって、前記液晶素子上に集光される記録媒体からの信号スポット光の位置によって任意な領域に信号を印可して前記同位相の開口位置および開口径を可変させることを特徴とする。
請求項２１に記載の発明では、請求項１ないし９のいずれか１つに記載の記録再生装置において、前記信号分離素子は、前記収差補正手段の前記光軸に直交する向きで、前記レーザ光源に近い側の光学素子の後側焦点を挟んで互いに所定距離隔てて配置された２枚の波長板により構成され、前記収差補正手段の前記光軸を通り該光軸に直交する直線で２つの領域に分割され、それぞれの波長板は前記２つの領域のうち一方の領域に存在する部分は１／４波長板として形成され、他方の領域に存在する部分は−１／４波長板に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、収差補正用にエキスパンダレンズを用いることにより、フレア光除去のためのピンホール用のエキスパンダレンズと兼用させることができ、従来例と同等の機能を有したまま、部品点数の削減と光学系全体の省スペースを実現している。
ピンホールを照明光学系の途中に入れることにより、照明光学系の空間フィルターとしても作用するために、光源の品質が十分で無い場合でも良好な結像性能を確保できる。
収差補正手段の構成は正の焦点距離を有する２群のレンズ構成とすることにより、比較的簡単な構成でありながら、非球面レンズ、ダブレットレンズ、あるいは回折型レンズ等を用いることができ、球面収差や色収差等が十分小さくなるよう設計できる。２群のレンズの焦点距離を異ならせることにより、エキスパンダの倍率を任意に設計でき、収差補正に対する感度を選ぶことができる。
収差補正のためにエキスパンダレンズのいずれか一方を光軸方向に移動させても、中間の集光点がピンホールから外れることがなく、したがって、ＰＢＳ３３にて分離される光束角は常に一定に保たれ、受光素子上の受光スポットにオフセット等の影響は出ない。
【００１２】
ピンホールの径をエアリーディスク径以上にすることにより、フレア光と信号光を分離すると同時に照明効率の向上が実現でき、多層記録媒体の良好な記録再生を実現できる。
回折限界近くの微少開口は初期調整が困難であるが、電気信号によって開口を任意に制御可能にすることにより、初期設定をしやすくでき、微少開口のアライメントを正確に行うことが可能である。
正確な読み出しを行う必要がある再生時は開口を小さくし、書き込み時は光出力のロスを減らす為に開口を大きくすることができ、それぞれの動作について使い分けが可能である。
微少開口を透過するスポット位置に応じて開口部が素子面内で移動出来るように電極を設けておき、スポットの移動等に伴い最適な位置に開口を移動して光束の蹴られを解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明の記録再生装置の概略構成を示す図である。
同図において符号１０は光ディスク、１１はスピンドルモーター、１２は光ピックアップ装置、１３はＬＤドライバ、１４はＬＤ制御回路、１５はスピンドルモータドライバ、１６はモーター制御回路、１７はＡｃｔドライバ、１８はサーボ制御回路、１９はＣＰＵ、２０はＦＲＡＭ、２１はバッファマネージャ、２２はバッファＲＡＭ、２３はエンコーダ、２４はデコーダ、２５はインターフェイス、２６は再生信号処理回路をそれぞれ示す。
再生信号処理回路２６は主にＩ／Ｖ変換回路２６ａ、ＲＦ検出回路２６ｂ、サーボ検出回路２６ｃ、β検出回路２６ｄ、ウォブル検出回路２６ｄ等によって構成されている。
前記Ｉ／Ｖ変換回路２６ａは、光ピック内に設けられた光受光素子からの信号を光電変換すると共に、所望のゲインに増幅する。
サーボ検出回路２６ｃは、Ｉ／Ｖアンプ２６ａから増幅された出力信号に基づいて、フォーカス信号、およびトラックエラー信号などのサーボ信号を演算検出し、サーボ制御回路１８に出力され、Ａｃｔドライバ１７を介してフォーカス、トラック制御を行う。
ＲＦ検出回路２６ｂは、Ｉ／Ｖアンプ２６ａから増幅された出力信号をもとに、再生信号としてデコーダ２４に出力され、復調処理され再生信号として、インターフェイス２５を介して、ホスト（ＰＣ）１００に伝達される。
【００１４】
ＲＦ信号の一部は、ピーク−ボトム検出によって振幅を計測され、その信号のバランスズレ（β値）を演算することにより光ピックアップ１２が、記録媒体に対して記録時に出射した光出力強度の指針としている。
ウォブル検出回路２６ｄは、記録媒体に予め埋め込まれているウォブル信号を検出する。検出された前記信号はデコーダ２４によってアドレス情報、同期信号、記録媒体ベンダー情報、ストラテジ情報等を抽出される。
ＬＤ制御回路１４は、光ピックアップ１２に搭載されている半導体レーザーの光出力制御を、光ピックアップに搭載されている、光出力のモニタ信号をフィードバックさせながら、ＬＤドライバ１３を介して制御を行っている。
ＦＲＡＭ（フラッシュメモリ）２０は、記録再生装置を駆動するためのプログラム領域と、サーボ制御パラメータ、ストラテジパラメータ、ＬＤ発光パラメータ等のデータ領域にて構成されており、必要に応じてＣＰＵ１９からの制御命令によりアクセス制御される。プログラム領域は記録再生装置の動作中は書き換えを行わないが、データ領域は、パラメータ値の更新等により書き換えが可能となっている。
【実施例１】
【００１５】
図２は本発明の第１の実施例を説明するための図である。
同図において符号３０は多層光ディスク、３１は半導体レーザー光源、３２はコリメータレンズ、３３はビームスプリッタ、３４は収差補正手段としてのエキスパンダレンズ、３５は対物レンズ、３６は検出レンズ、３７は受光素子、３９は開口素子、４０はλ／４波長板をそれぞれ示す。
光ピックアップ内に設けられた半導体レーザー光源３１は、例えば、波長λ＝７８０（ｎｍ）のレーザー光を発する。半導体レーザー光源３１から射出された特定の方向の直線偏光からなる光ビームはコリメータレンズ３２により平行光ビームにされる。平行光ビームは、その偏光方向の光束を透過させるビームスプリッタ３３、エキスパンダレンズ３４ａ、開口素子３９、エキスパンダレンズ３４ｂ、λ／４波長板４０を経て、円偏光に変換され、対物レンズ３５により集光されて多層光ディスク３０に照射される。照射された光ビームは多層光ディスク３０により反射され、反射光は対物レンズ３５、λ／４波長板４０を経て、入射時とは９０°ずれた直線偏光に変換されてエキスパンダレンズ３４ｂ、開口素子３９、エキスパンダレンズ３４ａ、ビームスプリッタ３３に到り、ここでこの偏光方向の光束は反射され、検出レンズ３６を経て受光素子３７で検出される。
【００１６】
エキスパンダレンズ３４ａ、３４ｂは、球面収差を補正するための２枚レンズから構成されたビームエキスパンダである。ビームエキスパンダ３４ｂには図示しないビームエキスパンダ・アクチュエータが設けられている。ビームエキスパンダ・アクチュエータは、ボイスコイル、圧電素子、モーター等を内蔵しており、供給電流又は供給電圧を変化させることによりビームエキスパンダの位置を変化させることができる。これによってエキスパンダレンズ３４ｂからの出射光角度を変化させ、収差補正量を調整することができる。
開口素子３９は、光源からの光をビームエキスパンダ３４ａで集光した焦点位置に設置されており、従来例における説明と同様、他層からのフレア光除去と、光源に対する空間フィルターの役割を果たしている。
対物レンズ３５には図示しない対物レンズアクチュエータが設けられている。この対物レンズアクチュエータは、例えば複数の板バネとボイスコイルを有している。受光素子３７により、反射光が検出され、電気信号に変換される。当該検出信号は信号処理回路に供給され、記録層に記録されたデータ信号やアドレス情報信号等の読取信号が生成されるとともに、フォーカスエラー信号（ＦＥ）、トラッキングエラー信号（ＴＥ）等の誤差信号が生成される。これら誤差信号（ＦＥ、ＴＥ等）に基づいて対物レンズアクチュエータを動作させ、対物レンズ３５を駆動することによって、フォーカシング、トラッキング制御等のサーボループが形成され、サーボ制御が実行される。
【００１７】
収差補正において、エキスパンダレンズ３４ａ、３４ｂのいずれを移動させても収差補正については同様の効果を得られる。
本実施例においては、収差補正手段３４を対物レンズ３５とＰＢＳ３３の間に設置する。エキスパンダレンズ３４ｂが収差補正のために光軸方向に移動して、発散、または集光光束になった場合においても、多層記録媒体３０の情報記録面に集光した光束は逆の光路を辿り、ピンホール３９ａに集光する。したがって、戻りの光束はエキスパンダ３４ａにて再び元の光束に変換されるので、ＰＢＳ３３にて分離される光束角は常に一定に保たれ、受光素子３７上の受光スポットにオフセット等の影響は出ない。
ただし、エキスパンダレンズ３４ａの方を光軸方向に動かすと、エキスパンダレンズ３４ａの焦点位置が開口素子３９の開口位置とズレを生じてしまい、光束の蹴られが発生することになる。したがって、エキスパンダレンズ３４ａの方を移動させる構成の場合は、開口素子３９と一体的に移動させるのがよい。そうすれば移動による光束の蹴られの問題は発生しない。
すなわち、本光学系を用いて収差補正を行う場合、エキスパンダレンズ３４ｂのみによって行うか、エキスパンダレンズ３４ａと開口素子３９を一体化して行うかのいずれかになる。
【実施例２】
【００１８】
図３は本発明の第２の実施例を説明するための図である。
本実施例では、開口素子３９とλ／４波長板が同一の部品として構成され、部品の複合化による部品点数の削減と省スペース化を実現している。
詳しくは、円形開口部分（以下ピンホールという）３９ａがλ／４波長板で構成され、それ以外の周辺部分３９ｂが例えば遮光性部材で構成されている。こうすることにより、光学系の構成はより簡単になる。また、ピンホール３９ａは照明光学系の空間フィルターとしても作用するために、光源の品質が十分で無い場合でも良好な結像性能を確保できる。
【００１９】
この構成による光学的作用を説明する。
ビームスプリッタ３３を透過した直線偏光性の光束は、収差補正用エキスパンダレンズ３４ａによりピンホール３９ａに集光し、λ／４波長板で位相を付加されて円偏光化され、エキスパンダレンズ３４ｂにより平行光に戻され対物レンズ３５によって多層記録媒体３０の所望の情報記録面に入射し集光する。そこからの反射光（戻り光）は入射と逆の経路を通り、ピンホール３９ａを通ったところで、光束は元の偏光方向とは９０°ずれた直線偏光に変換されてエキスパンダレンズ３４ａを透過する。したがって、戻り光の偏光方向はビームスプリッタ３３にとって反射性となり、検出レンズ３６を経て受光素子３７に到る。
所望でない情報記録面からの反射光、いわゆる不要光（あるいは迷光とも言う）は、対物レンズ３５により平行光にならず、例えば発散光になるか、あるいは収束光になり、エキスパンダレンズ３４ｂに入射する。したがって、エキスパンダレンズ３４ｂによる収束点がピンホール位置から前後にずれた場所になり、その光束の殆どはピンホール３９ａ以外の周辺部分３９ｂによって遮光される。
開口素子３９の周辺部分３９ｂを単なる遮光性部材とするほかに、−λ／４波長板、あるいは３λ／４波長板とする方法もある。周辺部分３９ｂを通った不要光は、元の偏光方向の直線偏光に戻るか、ピンホール３９ａを通った信号光束に対しλ／２位相がずれた直線偏光の光束となる。いずれにしても、不要光はピンホール３９ａを通った光束とは９０°ずれた直線偏光となり、ビームスプリッタ３３で反射されることなく、光源側へ透過する。
【実施例３】
【００２０】
図４は円形開口の実施例を示す図である。
図５は実施例の収差補正特性図である。
図６は実施例の収差補正素子設定感度を示す図である。
本実施例においては、フレア光除去を円形開口による遮光を利用しているため、収差補正手段内で光束を集光させる必要がある。よって収差補正手段の構成は正の焦点距離を有し、光軸を一致させた（共軸）２群のレンズ構成となり、この間に円形開口を設ける。収差補正素子の配置は、対象とする多層記録媒体の層数と対物レンズの仕様によって決定されるが、図５の設計例においては、多層記録媒体の仕様が総基板厚み０．４１ｍｍ〜０．６５ｍｍであった場合、対物レンズの設計仕様が０．５３ｍｍにおいて最適設計がなされている無限系対物レンズを使用すると、対物レンズに入射する光束は平行光束が最適となるので、収差補正手段は入射平行光束が出射側においても平行光束となるように、それぞれの光学素子の焦点距離を加えた距離を離した配置に設定する。すなわち、レーザ光源に近い側のエキスパンダレンズ３４ａの後側焦点ｆａ２と、遠い側のエキスパンダレンズ３４ｂの前側焦点ｆｂ１とが原則として一致させてあり、この位置に円形開口を配置する。収差補正のためにどちらか一方のレンズを移動させるときは上記２つの焦点位置が若干ずれることになる。
また、収差補正素子に用いているレンズの焦点距離を互いに異なった焦点距離にすることによって、エキスパンダの倍率を拡大、または縮小に任意に設定することが可能となり、収差補正に対する感度（レンズの移動量）を任意に設定することができる。図６の設計例では、異なったレンズ系の組み合わせにより感度の異なった２種類の感度を設定している。高倍率の線図は、図４に示す構成において左側を入射側とした場合の例であり、低倍率の図は同図において右側を入射側とした場合の例を示している。駆動感度は搭載する光ピックアップの機構ストローク量、感度を考慮して倍率を設定する。
【実施例４】
【００２１】
図７は開口素子を拡大して示す図である。
本実施例においてはフレア光を除去する開口素子をナノ構造を有した基板を用いる。前記基板上は信号分離用の微細開口領域とその他の領域に分割され、分割された一方の光学軸に対して他方は９０度回転した軸となるように光学軸を設定する。
記録再生装置に対しては、装置内に設けられているＰＢＳの透過（または反射）偏光面に対して４５度になるように設置し光アイソレータを構成する。
本ナノ構造素子を図３の光学系に適用した構成を説明する。ＬＤ３１より発光したレーザ光はエキスパンダレンズ３４ａにより集光され開口素子３９に到達する、開口素子３９のピンホール３９ａはλ／４の位相差とレーザ光の偏光方向に対して４５度となる偏光軸に設定してあり、ピンホール３９ａでほとんどケラレることなく透過すると同時に円偏光に変換され記録媒体に集光される。記録媒体から反射され再度ピンホール３９ａを透過した信号光は９０度回転した直線偏光に変換されビームスプリッタ３３にて反射され検出光学系に導かれる。一方、記録媒体から反射された円偏光の不要光はデフォーカスしているために開口素子３９のピンホール３９ａの外側である周辺部分３９ｂを光線が通過する。この領域は光学軸がピンホール３９ａとは９０°回転した方向になっているので、透過後は直線偏光になるがその偏光方向はピンホール３９ａ入射前の光束の偏光方向と同じ方向に戻っている。すなわち、周辺部分３９ｂを透過した光束は、ピンホール３９ａを透過する光束（主として信号光）に対してλ／２の位相差を付加され、前記信号光と９０度回転した直線偏光に変換され、ビームスプリッタ３３を透過してしまい検出系には入射せず信号光と不要光が分離できる。
【実施例５】
【００２２】
図８はピンホール径の違いによる信号分離率の違いを説明するための図である。同図（ａ）はピンホール径がある程度大きい場合、同図（ｂ）はピンホール径を回折限界の近くまで小さくした場合をそれぞれ示す図である。
同図において横軸は層間隔を表し、３相の場合の真ん中の層を基準にした値を示す。単位はμｍである。縦軸はセンサ出力を表し、最大値を１００として規準化した値である。また、黒マークはセンサ出力の総合値でＲＦ信号と呼ばれる値である。白マークはフォーカスエラーＦＥ信号を表している。
本件の原理は、エキスパンダレンズ３４ａ、３４ｂの間に配置された開口素子３９は微少開口の径と、対物レンズとエキスパンダレンズの倍率によって信号層の信号のみピンホール３９ａを通過させ、他層のフレア光は開口素子３９にて遮光して信号分離を行う。
同図は対物レンズ３５を光軸方向に移動させたときにセンサ３７が受ける光量をピンホールの大きさ別に計算したものである。ピンホール径は同図（ｂ）に示すように小口径にすればするほど分離度が増加するが、一方でピンホール３９ａでの光線ケラレ率も増加する。エアリーディスクの第一暗環以下の径に設定してしまうと所望の層からの信号光も遮光してしまうので好ましくない。これらの課題を両立させるためにピンホール径は、後述するエアリーディスク径に設定することが望ましく、エアリーディスク径を十分な光束を通過させるために、ピンホール上に集光されたスポットは回折限界近くまで集光されている必要がある。よって、本件でのエキスパンダレンズ３４ａ、３４ｂは、例えば非球面レンズを用いるなど、それぞれの収差補正手段を施したレンズとなっている。
本実施例ではピンホール３９ａの径をこの回折限界に達しないようにすることにより、フレア光と信号光を分離すると同時に照明効率の向上が実現でき、多層記録メディアの良好な記録再生を実現できる。一般的にエアリーディスクの第一暗環のスポット径は波長と集光レンズのＮＡによって決定され１．２２λ／ＮＡによって表される。また、このときのＮＡはピンホール光学系の実効ＮＡで表される。
【実施例６】
【００２３】
図９はビームエキスパンダレンズの構成の実施例を示す図である。
図１０はビームエキスパンダレンズの構成の他の実施例を示す図である。
一般的に、単純な球面レンズでは収差がとりきれないので、図９におけるエキスパンダレンズ３４ａ、３４ｂは、複数の球面レンズの貼り合わせによるいわゆるダブレットレンズの組み合わせによって収差が最小になるように設計している。
同様に図１０におけるエキスパンダレンズ３４ａ、３４ｂは、光学基板に回折溝を形成してレンズ作用を持たせた回折型レンズとし、尚かつ収差も最小としたものになっている。
【実施例７】
【００２４】
図１１は色収差補正を施した組み合わせレンズの設計例を示す図である。
本実施例においては、動作原理に示したようにエキスパンダレンズにて集光された光はピンホール上に微小なスポットを結像する必要がある。そのため波長変動による焦点ズレが発生しないようにエキスパンダレンズは色収差補正が必要である。同図に色収差補正を施した組み合わせレンズに対する波長変動時のピンホール透過率を示す。色補正を行わない場合は波長変動によって透過率が減少してしまうことが分かる。特にピンホールの大きさが十分小さい場合には透過率の変動が著しい。これは波長変動により収束点が移動することによる光束の蹴られが生ずるためである。
【実施例８】
【００２５】
図１２は本発明の第８の実施例を説明するための図である。
同図において符号Ｅは引き出し電極、ＴＥは透明電極をそれぞれ示す。
フレア光を除去する液晶、エレクトロクロミック開口素子は、同心円状に複数の領域に分割された透明電極によって構成されそれぞれの電極に電圧を印加することによって光の透過率を変化させて開口径を可変させる。
開口を可変する効果としては、本件で用いられている開口は回折限界近くの微少開口であるため光を通過させるための初期調整が困難である。そのため工程等の初期調整段階では同図に示す電極に印加無し、または電極Ｅ１のみの印加として開口を大きくして初期設定をしやすくしておき、光の通過を確認しながら徐々に電極Ｅ２、電極Ｅ３に電圧を印加して開口径を小さくすることによって微少開口のアライメントを正確に行うことが可能である。
また、実際に記録媒体を記録再生する場合、例えば他層からの漏れ込み信号を除去し高密度なデータ信号を正確に読み出す必要がある再生時は開口を小さくし、逆に漏れ込み光に強いサーボ信号を主に使用する書き込み時は光出力のロスを減らす為に開口を大きくするようなそれぞれの動作について使い分けが可能である。電圧印加による開口動作は液晶、エレクトロクロミック素子共に同様の動作を行う。
【実施例９】
【００２６】
図１３は本発明の第９の実施例を説明するための図である。
図１４は印加電圧と生ずる位相差との関係を示す図である。
本実施例は上記実施例と電極構成が同じでよい。ただし、基板の構成が異なっており、本実施例では、印加する電圧によって透過する光に付加する位相差の設定が可能である材料を用いている。
上記実施例と同様、それぞれの電極に電圧を印加することができるようになっており、選択する電極によって同電位の領域を任意に設定、分割することができる。また、印加する電圧によって透過する光に付加する位相差の設定が可能であるために、図１４に示す液晶素子印加電圧と位相差の関係から印加電圧を設定することによって実施例４の例と同等の位相特性を実現できる。例えば、波長４００ｎｍの光源を使用した場合において、図１３の電極Ｅ３の領域に２．８Ｖの電圧を印加してλ／４の位相差を与え、電極Ｅ１、Ｅ２の領域に０．９Ｖの電圧を印加して３λ／４の位相差を与えることによって、実施例４と同等の信号分離が行える。
開口を可変する効果としては、実施例８の効果と同様、本件で用いられている開口は回折限界近くの微少開口であるため光を通過させるための初期調整が困難である。そのため工程等の初期調整段階では例えば図１３に示す電極を全て同電位にしておき、見かけ上、検出系に導かれる開口を大きくして初期設定をしやすくしておき、光の通過を確認しながら徐々に電極Ｅ２、電極Ｅ３に別電圧を印加して開口径を小さくすることによって微少開口のアライメントを正確に行うことが可能である。
【実施例１０】
【００２７】
図１５は本発明の第１０の実施例を説明するための図である。
実施例９においては、円形開口は同心円状に設けられており開口径は可変出来るが、通過する光のスポット位置が移動した場合は円形開口を通過できず記録再生光がケラレれてしまう不具合が発生してしまう。
本実施例では、円形開口にはならないが、微少開口を透過するスポット位置に応じて素子面内で移動出来るように、同図に示すような電極を設けておき、マトリックス状に電位差を付加することにより、任意の位置の領域の開口を制御してスポット位置の誤差、または移動等に開口を追従させる。
例えば、中央の微細領域にλ／４の位相差を付加し、その他の領域は３λ／４の位相差を付加したい場合、図１４に示す位相特性により決定された印加電圧を、位相を変化させたい領域のマトリックス座標（Ｘ−Ｙ）のそれぞれの短冊電極に互いに逆電位の電圧を電位差が所望の印加電圧になるように付加する。実施例ではλ／４の位相差部分に±１．４Ｖ、３λ／４の位相差部分に±０．４６Ｖを印加することによって実施例９と同様の位相特性が得られ、また、短冊電極の印加位置を移動させることによって開口領域を移動出来る。
開口を可変する効果としては、実施例８と同様に、微少開口に対して光を通過させるための初期調整を容易に行える点と、加えて、対物レンズの可動、温特等によるスポット移動に対しても追従が可能となる。
なお、この構成は、電圧を印加することによって光の透過率が変化する液晶を用いても実施例８と同様の効果を得ることができる。
【実施例１１】
【００２８】
図１６は本発明の第１１の実施例を説明するための図である。同図（ａ）は入射光の光路を説明する図、同図（ｂ）は２層の記録媒体の第１層（表面側の層）からの読み取りをするときの光路を説明する図、同図（ｃ）は同じく第２層（奥側の層）からの読み取りをするときの光路を説明する図である。
同図において符号６２、６３は開口素子としての波長板、Ｆは集光点位置、Ｌは光束、Ｏは光軸をそれぞれ示す。
本実施例は図２に示した記録再生装置の収差補正手段の部分を置き換えるものであり、図１６に示されていない部分は図２に示された部分と同等である。
本実施例においてはフレア光（迷光）を除去する開口素子６２、６３を、偏光特性を有する膜、または薄板を積層した構造で構成し、それぞれの層は所定の分割線により分割された領域ごとに異なった光学軸を有する構造とする。同図においてエキスパンダレンズ３４ａ、３４ｂの共通の光学軸Ｏに対し、上側を第１領域、下側を第２領域と名付ける。開口素子６２は第１領域の部分をλ／４波長板６２ａとし、第２領域の部分を−λ／４波長板６２ｂとなるよう構成する。同様に開口板６３も、第１領域の部分を＋λ／４波長板６３ａとし、第２領域の部分を−λ／４波長板６３ｂとなるよう構成する。
【００２９】
ビームスプリッタを透過し、エキスパンダレンズ３４ａにＳ偏光で入射した照明光束Ｌ０は、集光されながら波長板６２に入射する。入射光束のうち、第１領域のλ／４波長板６２ａに入射した光束に＋１／４波長の光学的位相差が付与され、第２領域の−λ／４波長板６２ｂに入射した光束に−１／４波長の光学的位相差が与えられる。光束は光軸Ｏ上の位置Ｆ０に焦点を結んだ後進む領域が入れ替わり、発散しながら続いて波長板６３に入射する。第１領域のλ／４波長板６３ａに入射した光束に＋１／４波長の光学的位相差が付与され、第２領域の−λ／４波長板６３ｂに入射した光束に−１／４波長の光学的位相差が与えられる。光束は焦点位置を境に光軸に関し上下反転しているため、各光束はすべて元の光学的位相差に戻され、結果的にはＳ偏光で入射した光はＳ偏光でエキスパンダレンズ３４ｂから出射され平行光束となって記録媒体に向かう。エキスパンダレンズ３４ｂと記録媒体の間には図２に示したのと同様のλ／４波長板が別途配置してあり、Ｓ偏光を円偏光に変換する。記録媒体から反射後エキスパンダレンズ３４ｂに入る戻り光は、結果的に１／４波長板を２回通るため偏光方向が９０°回転したＰ偏光になっている。
【００３０】
ここで、信号光と迷光について分けて考える。今、記録媒体は２層であったとする。そして、記録媒体の表面側の層（第１層）を読み取る場合を考える。
信号光は図示しない対物レンズによって平行光束となってエキスパンダレンズ３４ｂに入射するので、同図（ｂ）における戻り光のうち信号光成分Ｌ１は同図（ａ）における入射光Ｌ０と同じ光路を逆に辿る。光束が波長板６３と同６２の間の位置Ｆ０で焦点を結ぶ場合、先に示した入射光束Ｌ０の場合と同様に、片方の波長板で円偏光に変換されるがもう一方の波長板で偏光方向が元の直線偏光に戻されて、この場合はＰ偏光としてエキスパンダレンズ３４ａを平行光束になって出ていく。
これに対し、第２層で反射した光束は、見かけ上第２層よりさらに奥の方からの発散光となって対物レンズに入射するため、エキスパンダレンズ３４ｂに対しては収束光として入射する。したがって、その光束は信号光よりもエキスパンダレンズ３４ｂに近い側の光軸Ｏ上の位置Ｆ２に焦点を結ぶ。この位置は記録媒体の第１層と第２層の層間距離によって定まるほぼ固定位置になる。よって、波長板６３を上記二つの焦点位置Ｆ０とＦ２の中間部に配置すれば、迷光として除去したい第２層からの反射光は、波長板６３と同６２を共に第１領域の側か、共に第２領域の側を透過することになる。すなわち、第１領域を進む光束は１／４波長板を２回、第２領域を進む光束は−１／４波長板を２回それぞれ透過することになり、結果としてＰ偏光で入ってきた光束が、レンズ３４ａを出ていくときはＳ偏光に変えられていることになる。
【００３１】
次に、記録媒体の第２層を読み取る場合について考える。
先の説明で分かるように、どの層を読む場合でも信号光は必ず入射光と同じ光路を逆に辿るので詳しい説明は省略する。
この場合は第１層からの反射光Ｌ１が迷光となる。この反射光Ｌ１は、見かけ上第一層よりさらに表面側、すなわち対物レンズに近い側からの発散光のようになる。したがって、同図（ｃ）に示すように、対物レンズを経てエキスパンダレンズ３４ｂに入射する光束は発散光束となっている。そのため、エキスパンダレンズ３４ｂによる収束点は信号光の収束点Ｆ０よりもエキスパンダレンズ３４ａに近い側の光軸Ｏ上の位置Ｆ１になる。この収束点の位置Ｆ１も記録媒体の層の厚さに依存するほぼ固定位置である。よって、両収束点Ｆ０とＦ１のほぼ中間位置に波長板６２を配置すれば、迷光は両波長板を共に第１領域か共に第２領域を透過することになり、先の説明同様、信号光はＰ偏光、迷光はＳ偏光となってエキスパンダレンズ３４ａを出ていく。
【００３２】
一般に記録媒体の層間の厚さはあまり大幅に異なるものではないので、波長板６２、６３の配置すべき位置は余裕がある。逆に収差補正のためにエキスパンダレンズ３４ａ、あるいは３４ｂを多少移動させても収束点位置Ｆ１やＦ２が波長板６２や６３の位置を超えて移動してしまうようなことはない。したがって、収差補正のためにいずれかのエキスパンダレンズを単独で移動させることができる。
図示を省略しているが、エキスパンダレンズ３４ａの左側には、Ｓ偏光は透過し、Ｐ偏光は反射するビームスプリッタが配置されている。したがって、Ｐ偏光となった信号光はビームスプリッタで反射され検出素子に向かうが、Ｓ偏光に戻された迷光は光源側に透過してしまい、検出素子には感知されない。
以上の説明では記録媒体が２層の例を用いたが、層数がさらに増えても、信号光束と隣接する層からの迷光光束との関係は、それらの収束点の位置が常に上記Ｆ１、Ｆ０、Ｆ２の位置関係になるので、この構成は任意の層数を有する記録媒体に対してフレア除去として適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の記録再生装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施例を説明するための図である。
【図３】円形開口の実施例を示す図である。
【図４】実施例の収差補正特性図である。
【図５】実施例の収差補正素子設定感度を示す図である。
【図６】開口素子を拡大して示す図である。
【図７】ピンホール径の違いによる信号分離率の違いを説明するための図である。
【図８】ビームエキスパンダレンズの構成の実施例を示す図である。
【図９】ビームエキスパンダレンズの構成の他の実施例を示す図である。
【図１０】色収差補正を施した組み合わせレンズの設計例を示す図である。
【図１１】本発明の第７の実施例を説明するための図である。
【図１２】本発明の第８の実施例を説明するための図である。
【図１３】印加電圧と生ずる位相差との関係を示す図である。
【図１４】本発明の第９の実施例を説明するための図である。
【図１５】本発明の第１０の実施例を説明するための図である。
【図１６】従来紹介されている多層記録媒体対応の構成例を示す図である。
【図１７】光学系の構成を簡略化した状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０、３０      多層記録媒体
１２      光ピックアップ
３１      レーザ光源
３３      偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
３４      収差補正手段としてのビームエキスパンダ
３５      対物レンズ
３９      開口素子
６２、６３      波長板
【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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