(57)【要約】【課題】  複数種類の光ディスクの記録・再生について互換性を有し、それぞれの光ディスクの記録・再生に適したＲｉｍ強度を確保し、かつ、光利用効率をより向上させることを可能にする偏光レンズ素子及びそれを備えた光ピックアップ装置を提供する。【解決手段】  本発明の光ピックアップ装置１００は、光源１３と、光源１３から出射する光を光ディスク１２の第１記録層１２ａまたは１２ｂに集光する対物レンズ１１とを備えており、光源１３と対物レンズ１１との間には、直線偏光の偏光方向に応じて光束径を変換する偏光光束変換部６０が設けられている。このため、少なくとも２種類の異種光記録媒体において、記録・再生が最適になるようにＲｉｍ強度を確保することができ、結合効率をより向上させることが可能になる。【選択図】  図１
2006107650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定方向の直線偏光が入射した場合には、入射する光の光束径とは異なる光束径を有する直線偏光の光を出射する一方、入射する光の偏光方向が上記所定方向と直交する方向である場合には、入射する光の光束径と同一の光束径を有する直線偏光の光を出射することを特徴とする偏光レンズ素子。
【請求項２】
上記偏光レンズ素子は、上記所定方向の直線偏光に対して、凹レンズとして機能する第１の偏光レンズと、
上記所定方向の直線偏光に対して、凸レンズとして機能する第２の偏光レンズとを備えていることを特徴とする請求項１に記載の偏光レンズ素子。
【請求項３】
さらに、上記第１の偏光レンズと上記第２の偏光レンズとの間に、通過する光を透過する光透過部材が設けられ、
上記第１の偏光レンズと、上記第２の偏光レンズと、上記光透過部材とが一体化していることを特徴とする請求項２に記載の偏光レンズ素子。
【請求項４】
第１の偏光レンズ、及び、第２の偏光レンズがそれぞれブレーズホログラムレンズであることを特徴とする請求項２または３に記載の偏光レンズ素子。
【請求項５】
平行光が入射した場合に、平行光が出射されるように、上記第１及び第２の偏光レンズの焦点距離とレンズ間隔とが設定されていることを特徴とする請求項２〜４の何れか１項に記載の偏光レンズ素子。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに１項に記載の偏光レンズ素子と、
光源と、
当該光源から出射する光を光記録媒体の記録層に集光する集光手段とを備え、
光源と集光手段との間に、上記偏光レンズ素子が設けられていることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項７】
上記集光手段は、互いに実効的に異なる有効径を有することを特徴とする請求項６に記載の光ピックアップ装置。
【請求項８】
さらに、上記集光手段において、相対的に大きい実効的な有効径が、上記偏光レンズ素子から出射される光の中で光束径が相対的に大きい光に対応していることを特徴とする請求項６または７に記載の光ピックアップ装置。
【請求項９】
上記互いに実効的に異なる有効径を有する集光手段は、それぞれの有効径とともに実効的な開口数も異なることを特徴とする請求項７または８に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１０】
上記光記録媒体は、上記集光手段における対応する実効的な有効径が異なる複数種類の光記録媒体から選択され、
上記光源は、半導体レーザーであるとともに、
上記複数種類の光記録媒体のうち、対応する実効的な有効径が相対的に大きい光記録媒体に対して、
情報再生時に集光する光が、上記偏光レンズ素子から出射される光の中で光束径が相対的に大きい光に対応しており、
情報記録時に集光する光が、上記偏光レンズ素子から出射される光の中で光束径が相対的に小さい光に対応していることを特徴とする請求項８または９に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１１】
上記光源は、半導体レーザーであるとともに、
情報再生時に光記録媒体に集光される光が、上記偏光レンズ素子から出射される光の中で光束径が相対的に大きい光に対応しており、
情報記録時に光記録媒体に集光される光が、上記偏光レンズ素子から出射される光の中で光束径が相対的に小さい光に対応しており、
情報記録時と情報再生時の集光手段の有効径が同じであることを特徴とする請求項６に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１２】
上記光源は、半導体レーザーであるとともに、
上記光記録媒体の情報再生時に集光する光が、上記集光手段のある実効的な有効径に対し、上記偏光レンズ素子から出射される光の中で光束径が相対的に大きい光に対応していることを特徴とする請求項６に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１３】
さらに、上記光記録媒体の情報記録時に集光する光が、上記偏光レンズ素子から出射される光の中で光束径が相対的に小さい光に対応していることを特徴とする請求項１２に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１４】
上記光源と上記偏光レンズ素子との間に、さらに、上記偏光レンズ素子に対して光源側から入射する光の偏光方向を、上記所定方向と、所定方向と直交する方向とに切り替える偏光方向切替手段を備えていることを特徴とする請求項６〜１３の何れか１項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１５】
上記偏光方向切替手段は、液晶素子であることを特徴とする請求項１４に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１６】
さらに、上記偏光レンズ素子と集光手段との間に、
上記光記録媒体に集光される光の球面収差を補正する球面収差補正手段を備えていることを特徴とする請求項６〜１５の何れか１項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１７】
上記球面収差補正手段は、複数のレンズと、レンズを光軸方向に駆動する駆動手段とを備えていることを特徴とする請求項１６に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１８】
さらに、上記偏光レンズ素子と集光手段との間に、集光手段に入射する光の偏光方向に応じて、開口数に相当する光束径に制限する偏光開口制限手段を備えていることを特徴とする請求項６〜１７の何れか１項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１９】
さらに、上記光記録媒体から反射される戻り光を受光する受光手段と、上記受光手段にて受光された光に基づいて、少なくともフォーカス誤差信号を検出する信号検出手段とを備え、
上記信号検出手段は、ナイフエッジ法によりフォーカス誤差信号を検出すことを特徴とする請求項６〜１８の何れか１項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項２０】
さらに、上記光記録媒体から反射される戻り光を受光する受光手段と、上記受光手段にて受光された光に基づいて、少なくともフォーカス誤差信号を検出する信号検出手段とを備え、
上記信号検出手段は、非点収差法によりフォーカス誤差信号を検出することを特徴とする請求項６〜１８の何れか１項に記載の光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光レンズ素子及びそれを備えた光ピックアップ装置に関するものであり、より詳しくは、複数種類の光ディスクに対して、開口数の異なる対物レンズを用いて記録または再生を行うための偏光レンズ素子及びそれを備えた光ピックアップ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代高密度光ディスクとして、波長が４００ｎｍ〜４１５ｎｍ程度の青紫色半導体レーザーを光源として利用する、多くの種類の光ディスクが提案されている。このような複数種類の光ディスクには、その記録層において対物レンズ側に、光透過層（以下カバーガラスと記す）が設けられている。このような光ディスクの中には、カバーガラスの厚みが異なるものや、トラックピッチ等の光ディスク自体の物理物性が異なるものがある。また、光ディスクの中には、使用する対物レンズの開口数が異なるものもある。
【０００３】
対物レンズの開口数（ＮＡ）が大きくなるほど、光ディスクに集光する集光スポットのビーム径が小さくなる。このため、対物レンズの開口数が大きいほど、光ディスクの記録密度を向上させることができる。しかしながら、対物レンズの開口数が大きくなると、光ディスクが傾いたことにより発生するコマ収差の発生量が大きくなる。このコマ収差の発生量は、開口数の３乗に比例し、光ディスクのカバーガラスの厚みにも比例する。
【０００４】
したがって、開口数の大きな対物レンズを使用する次世代高密度光ディスクでは、コマ収差の発生量を低減させるために、カバーガラスの厚みを薄くしたものが提案されている。このような次世代高密度光ディスクとしては、例えば、カバーガラスの厚みが０．６ｍｍで、かつ、対物レンズの開口数が０．６５のもの、または、カバーガラスの厚みが０．１ｍｍで、かつ、対物レンズの開口数が０．８５のものが提案されている。また、対物レンズの開口数が０．８５の次世代高密度光ディスクでは、対物レンズによって記録層に集光する集光ビーム径が小さい。このため、対物レンズの開口数が０．８５の次世代高密度光ディスクは、対物レンズの開口数が０．６５の次世代高密度光ディスクよりも、記録密度が高くなる。
【０００５】
また、対物レンズにより光ディスクに集光する集光スポットのサイズは、上記の対物レンズの開口数や光源から出射する光の波長以外に、対物レンズに入射する入射光束の強度分布にも影響される。一般的には、対物レンズに入射する入射光束の強度分布が均一である場合に、最も小さな集光スポットが得られる。逆に、対物レンズに入射する入射光束の強度分布が不均一である場合には、集光スポットが大きくなる。
【０００６】
光ピックアップ装置に使用されている半導体レーザーから出射される光束の強度分布は、ガウス分布に近似される強度分布、すなわち、光束の中央から周辺へ向かうほど光強度が低下するような分布になっている。一般的に、対物レンズに入射する光束の強度分布の均一性を規定する指標としては、Ｒｉｍ強度が挙げられる。Ｒｉｍ強度は、対物レンズに入射する光束の強度分布において、対物レンズの中心に入射する光束の強度と、対物レンズの最も外側に入射する光束の強度との比によって定義される。すなわち、Ｒｉｍ強度は、Ｒｉｍ強度＝（最外側入射光束強度）／（中心入射光束強度）で表される。通常、Ｒｉｍ強度は、光ディスクの種類毎に規格として設定されている。
【０００７】
それゆえ、光ディスクの記録密度を向上させるためには、Ｒｉｍ強度が大きいことが好ましい。しかしながら、Ｒｉｍ強度を大きくするということは、半導体レーザーから出射された光束のうち、強度分布の中心付近の光束のみを対物レンズに入射させるということである。このため、Ｒｉｍ強度を大きくすると、半導体レーザーから出射された光の利用効率が低下してしまう。
【０００８】
上記Ｒｉｍ強度として、例えば、ＤＶＤ‐ＲやＤＶＤ‐ＲＡＭ等の記録再生可能な光ディスクでは、下記の表１のように規定されている。
【０００９】
【表１】
2006107650.tif 000003
【００１０】
また、対物レンズの開口数は以下のように定められている。
【００１１】
【表２】
2006107650.tif 000004
【００１２】
このように、規格として、対物レンズの開口数、及び、Ｒｉｍ強度をある範囲に定めているのは、光ディスクの記録層に集光される集光スポットの大きさを、異なる光ピックアップ装置間で統一させるという意図がある。
【００１３】
光ディスクの記録層に集光される集光スポットの大きさを、異なる光ピックアップ装置間で統一させるという意図は、集光スポットのサイズが規格に合わない大きい集光ビームで記録または再生した場合、光ディスクに既に記録されている信号を読み取ることができないという理由からである。また、集光スポットのサイズが小さい集光ビームにより光ディスクの記録を行った場合、集光スポットのサイズが異なる他の光ピックアップ装置にて再生を行う際に、以下の問題が生じる恐れがある。
【００１４】
すなわち、１回または複数回の記録が可能な光ディスクに対して、集光スポットのサイズが小さな集光ビームにて記録マークを形成する光ピックアップ装置で記録を行った場合、光ディスクの半径方向、または、周方向における記録マークの長さが小さくなるように、記録マークが形成される。このため、このような小さい記録マークを再生するために、より高い解像度を有する、すなわち、集光スポットのサイズをより小さく形成することが可能な光ピックアップ装置が必要になる。しかしながら、上記規格で定められた開口数の対物レンズ、及び、Ｒｉｍ強度を有する光ピックアップ装置では、相対的に記録層に集光される集光スポットは大きい。このため、集光スポットのサイズが小さな集光ビームにて記録した光ディスクを再生した場合、光ディスクに記録された情報を信号として再生できないか、あるいは、再生の品質の低下を招くという問題がある。また、記録マークが光ディスクの周方向において短く形成されている場合、信号の復号化などの処理を行う際に、誤った記録マーク長の信号と認識され、エラーデータが発生する可能性がある。
【００１５】
以上のように、光ピックアップ装置においては、使用する半導体レーザーの放射角度、及び、対物レンズの開口数を考慮して、規格で規定されているＲｉｍ強度になるように設計されている。以下、このような光ピックアップ装置の設計について、図１８を参照して説明する。
【００１６】
図１８は、従来使用されている光ピックアップ装置１７の概略構成を示した断面図である。図１８に示すように、光ピックアップ装置１７は、半導体レーザー１７００、コリメートレンズ１７０１、及び、対物レンズ１７０２を備えている。半導体レーザー１７００から出射した光は、コリメートレンズ１７０１に入射して、平行光になる。そして、コリメートレンズ１７０１から出射した光は、対物レンズ１７０２に入射し、光ディスク１７０３の記録層１７０４に集光する。このような光ピックアップ装置１７に関する設計条件について、以下に説明する。
【００１７】
光ピックアップ装置１７において、半導体レーザー１７００から出射する光ビームは、ガウス分布に近似される分布を有している。通常、半導体レーザー１７００から出射する光ビームの強度分布は、出射する光の強度分布の中心における強度に対して、光ビームの強度が５０％となるような角度（以下、半値全角θとする）により規定されている。それゆえ、例えば、Ｒｉｍ強度が０．５になるように光ピックアップ装置を設計する場合、光軸に対して半値全角θの半分の角度（θ／２）で放射された光ビームが、対物レンズ１７０２の最外周部に入射するように設計すればよい。そのために、対物レンズ１７０２の有効径をΦとし、コリメートレンズ１７０１の焦点距離をｆとしたとき、下記（５）式を満たすように、光ピックアップ装置を設計する。
θ／２＝sin-1（（Φ／２）／ｆ）・・・・・（１）
また、一般に半導体レーザーの放射角度は水平方向と垂直方向で異なるため、対物レンズに入射する光束のＲｉｍ強度が水平方向と垂直方向とで異なり、楕円の強度分布となる。そこで、必要に応じて、Ｒｉｍ強度の非対称性を解消するために、図１９に示すように、コリメートレンズ１８０１と対物レンズ１８０３との間にアナモルフィックプリズムである整形プリズム１８０２を配置し、水平・垂直の少なくともいずれか一方のビーム径を拡大、あるいは、縮小することにより、Ｒｉｍ強度の対称性を確保する方法がとられる。
【００１８】
また、Ｒｉｍ強度を高めるということは、前述したように半導体レーザーで出射された光束のうち、より中央部の領域の光束のみを対物レンズに入射させることになるため、光の利用効率は低下する。従って、より高い出力の光を放射する光源が必要となる。
【００１９】
通常、複数種類の光ディスクを１つの光ピックアップ装置、あるいは、１つの対物レンズにて記録・再生する場合、以下の問題点を有する。すなわち、複数種類の光ディスクを、１つの対物レンズにて記録・再生する場合、１つの対物レンズに対して１つの開口制限用のアパーチャが対応しているため、対物レンズにおける開口数の切替えが技術的な問題となる。また、複数種類の光ディスクでは、上述のように、カバーガラス厚が、それぞれ異なるために、１つの対物レンズを用いながら、このカバーガラス厚の差により発生する球面収差を補正することが技術的に困難であるという問題を有している。それゆえ、複数種類の光ディスクを１つの光ピックアップ装置、あるいは、１つの対物レンズにて記録・再生する場合、複数の光ピックアップ装置、あるいは、複数の対物レンズを備えた光ディスク記録再生装置が提案されている。
【００２０】
しかしながら、対応する対物レンズの開口数や、光ディスクのカバーガラス厚、記録層の記録密度、１つの光ディスクに含まれる記録層の層数などが異なる光ディスク（以下、異種光ディスク光記録媒体とする）を１つの対物レンズを用いて、記録・再生することが可能な光ピックアップ装置に対する要望が大きい。１つの対物レンズで異種光ディスクに対応可能な光ピックアップ装置として、例えば、非特許文献１には、特殊対物レンズ方式を適用した光ピックアップ装置が記載されている。
【００２１】
非特許文献１には、特殊対物レンズとして、ＣＤとＤＶＤとに対して互換性を有する互換対物レンズが記載されている。この互換対物レンズは、異なるカバーガラス厚を有し、かつ、使用する対物レンズの開口数が異なる異種光ディスクに対応している。なお、ＣＤのカバーガラス厚は１．２ｍｍであり、使用する対物レンズの開口数は０．４５である。また、ＤＶＤのカバーガラス厚は０．６ｍｍであり、使用する対物レンズの開口数は０．６である。さらに、互換対物レンズの有効径は、開口数０．６に相当する有効径に設定されており、当該対物レンズへの入射光束は、ＣＤ及びＤＶＤを記録・再生した場合ともに、無限系の平行光である。
【００２２】
以下に、上記互換対物レンズについて、図２０及び２１を参照して説明する。図２０は、互換対物レンズの形状の概略を示した断面図である。また、図２１は、互換対物レンズにより異種光ディスクに集光された集光ビームの記録面における波面を示すグラフであり、図２１（ａ）はＤＶＤ記録面における波面であり、図２１（ｂ）はＣＤ記録面における波面である。
【００２３】
図２０に示すように、互換対物レンズ１９００には、光源が設けられている側に、輪帯状の段差１９０１が設けられている。段差１９０１は、ＤＶＤの記録・再生に最適化されたレンズ面に対して設けられている。また、この段差１９０１は、互換対物レンズ１９００の開口数が０．３７〜０．４１に相当する領域に設けられている。このように段差１９０１が設けられている場合、図２１に示すように、互換対物レンズ１９００を出射した光の波面にも、段差１９０１に相当する位相差が発生する。
【００２４】
例えば、ＤＶＤ記録面における波面では、図２１（ａ）に示すように、段差１９０１に相当する領域に位相差が発生している。一方、ＣＤ記録面における波面では、図２１（ｂ）に示すように、球面収差の影響により、互換対物レンズ１９００の周辺部で収差（位相差）が発生している。これは、ＣＤのカバーガラス厚が、ＤＶＤと異なるからである。
【００２５】
しかしながら、ＤＶＤの場合、段差１９０１に相当する領域に位相差が発生しても、互換対物レンズ１９００の集光性能には、特に問題がない。また、ＣＤの場合、この互換対物レンズ１９００では、この段差１９０１に相当する部分における収差が小さくなるように、段差１９０１の深さが設計されている。それゆえ、ＣＤ記録面に集光する集光ビームのビーム径は、当該集光ビームの大きさから換算すると、実効的に、対物レンズの開口数が０．４０に相当するビーム径に相当する。したがって、ＣＤに対する集光性能にも問題がない。なお、互換対物レンズ１９００周辺部の光は、光ディスクの記録層でフレアとなるため、互換対物レンズ１９００の集光性能には影響しない。
【００２６】
このように、互換対物レンズ１９００では、対物レンズのレンズ面に輪帯状の段差１９０１を形成することにより、ＣＤとＤＶＤとを記録・再生する場合における対物レンズの実効的な有効径、すなわち、実効的な開口数を切り替えている。すなわち、互換対物レンズ１９００を備えた光ピックアップ装置では、ＤＶＤを記録・再生する場合には、段差１９０１の内側と外側との両方の領域から出射する光を利用する一方、対応する対物レンズの開口数がＤＶＤよりも小さいＣＤを記録・再生する場合には、段差１９０１の内側の領域から出射する光を利用し、段差１９０１の外側の領域から出射する光をフレア光としている。
【００２７】
また、非特許文献１には、上記の特殊対物レンズ方式以外にも、１つの対物レンズで異種光ディスクを互換可能な方式として、液晶シャッター方式が記載されている。液晶シャッター方式とは、対物レンズと光源との間にＴＮ液晶、及び、輪帯状の偏光板を配置して、対物レンズの開口数を切り替える方式のことである。すなわち、上記液晶シャッター方式では、ＴＮ液晶のＯＮ・ＯＦＦにより、ＴＮ液晶から出射される光の偏光方向を切替え、当該偏光板を光が透過するか否かで対物レンズの開口数を切り替えている。
【００２８】
なお、輪帯状の偏光板は、対物レンズの外周部に相当する位置に配置されており、その内周の直径は、ＣＤに使用する対物レンズの開口数に概ね対応するように設定されている。この液晶シャッター方式により、ＣＤとＤＶＤとを記録・再生する場合における対物レンズの実効的な有効径、すなわち、実効的な開口数を切り替えている。
【非特許文献１】荒井  則一,「ＤＶＤ／ＣＤ互換対物レンズの光学系」，光技術コンタクト，２００１年，第３９巻，第９号．ｐ.３０−３６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
しかしながら、上記従来の互換方式には、異種光ディスクの記録・再生に最適な規定されたＲｉｍ強度を確保した場合、光利用効率が悪いという問題点を有している。
【００３０】
従来の互換方式として、例えば、図２０に示す特殊対物レンズ１９００を用いた方式について説明する。
【００３１】
互換対物レンズ１９００を備えた光ピックアップ装置では、異種光ディスクを記録・再生する場合における対物レンズの実効的な有効径と開口数が異なる。以下、図１８に示す従来の光ピックアップ装置１７において、対物レンズ１７０２を互換性対物レンズ１９００に置き換えた構成を参照して、説明する。また、異種光ディスクとして、ＤＶＤとＣＤとを用いた場合について説明する。
【００３２】
ＤＶＤに対応する場合の対物レンズの有効径をΦＤＶＤ、ＣＤに対応する場合の実効的な有効径（段差部分と外側部分の境界領域付近の直径）をΦＣＤとすると、ΦＤＶＤとΦＣＤとは、
ΦＤＶＤ＞ΦＣＤ・・・・（２）
となっている。
【００３３】
ここで、特殊対物レンズ１９００を用いた場合のＲｉｍ強度について、上記式（１）における、対物レンズの有効径Φを、それぞれΦＤＶＤ、または、ΦＣＤに置き換える。そして、半導体レーザー１７００が対物レンズの有効径の最も外側に入射する光線を出射する出射角度θＤＶＤ及びθＣＤは、
θＤＶＤ＝２×ｓｉｎ−１（（ΦＤＶＤ／２）／ｆ）・・・・（３）
θＣＤ＝２×ｓｉｎ−１（（ΦＣＤ／２）／ｆ）・・・・・・（４）
となる。よって、上記（２）〜（４）式から
θＤＶＤ＞θＣＤ・・・・・・（５）
となる。
【００３４】
すなわち、互換対物レンズ１９００を備えた光ピックアップ装置では、異種光ディスクを記録・再生する場合における対物レンズの実効的な有効径が異なる。すなわち、実効的な開口数を決める光線の強度が異なり、Ｒｉｍ強度も異なることになる。
【００３５】
また、異種光ディスクとして、次世代高密度光ディスクを適用した場合、例えば、対物レンズとして開口数が０．８５のものを使用する光ディスクと、開口数が０．６５のものを使用する光ディスクの互換に適用した場合、大きい開口数（０．８５）の場合（上記ではＤＶＤの場合）と、小さい開口数（０．６５）の場合（上記ではＣＤの場合）とで、実効的に使用する対物レンズの有効径を切り替えることにより、対物レンズの実効的な開口数を切り替えている。従って、Ｒｉｍ強度も変化することになる。
【００３６】
次に、異種光ディスクとして次世代高密度光ディスクを適用した場合、上記特殊対物レンズにより開口数を切り替えた場合について考える。なお、異種光ディスクとして、対応する開口数が、０．８５のものと０．６５のものとを用いた。また、Ｒｉｍ強度の設定は、下記表３及び４の条件１及び条件２で行った。
【００３７】
【表３】
2006107650.tif 000005
【００３８】
【表４】
2006107650.tif 000006
【００３９】
条件１は対応する開口数が大きい光ディスク、すなわち、対応する開口数が０．８５の光ディスクにおいて、Ｒｉｍ強度が０．６となるように設定し、Ｒｉｍ強度が仕様を満足するように設計した。一方、条件２は対応する開口数が小さい光ディスク、すなわち、対応する開口数０．６５の光ディスクにおいて、Ｒｉｍ強度が０．６となるように設定し、Ｒｉｍ強度が仕様を満足するように設計した。
【００４０】
上記条件１または条件２に基づいて光ピックアップ装置を設計した場合、半導体レーザーとして、放射角度がθ水平（ラジアル方向とする）が１０度であり、かつ、θ垂直（タンジェンシャル方向とする）が２０度であるものを使用した。そして、上記表３及び４の1)、4)の場合には、Ｒｉｍ強度の条件を満足するようにコリメートレンズの焦点距離を設定した。1)の場合は、コリメートレンズの焦点距離は１０（ｍｍ）となる。また、4)の場合は、コリメートレンズの焦点距離は７．７（ｍｍ）となる。
【００４１】
なお、アナモルフィックプリズムによりθ水平方向のビーム径を２倍に拡大することで、Ｒｉｍ強度がラジアル方向とタンジェンシャル方向とで一致するようにした。
【００４２】
以上のように、条件１及び条件２に基づいて、Ｒｉｍ強度の設定を行った場合、Ｒｉｍ強度、結合効率は下記の表５及び６のようになる。
【００４３】
【表５】
2006107650.tif 000007
【００４４】
【表６】
2006107650.tif 000008
【００４５】
表５及び６に示すように、条件１及び条件２ともに、有効径が異なる場合において、結合効率が約１．５倍も異なる。条件１では、1)の場合に対して、2)の場合に光ディスクの記録または再生を行うために、光源の光出力は１．５倍必要となる。一方、条件２では、3)の場合に対して、4)の場合に光ディスクの記録または再生を行うために、光源の光出力は約１．５倍必要となる。
【００４６】
また、次世代高密度光ディスクで使用される青紫色半導体レーザーの製造は、技術的にも難しく、１．５倍もの高出力を発生させることは困難である。例えば、現在の技術では２層の記録層を持つ光ディスクの記録には１００ｍＷの出力が得られる半導体レーザーが必要とされているが、さらに１．５倍の１５０ｍＷの出力のレーザーは現在の技術では開発困難である。また、仮に半導体レーザーを高出力で使用した場合には、半導体レーザーの寿命が短くなってしまうため、１つの半導体レーザーと１つの対物レンズで複数種類の光ディスクの記録あるいは再生に対応可能な光ピックアップ装置そのものが成り立たず、実用に供し得ない。また、光ディスクの記録速度を向上させる場合や、さらに、複数の記録層を有する光ディスクに対応する場合など、光源として高出力のものが要求されるが、その点でも上記のような結合効率の低下は非常に不利である。
【００４７】
さらに、条件１の2)では、仕様より大きなＲｉｍ強度となっているため、仕様を満足する光ピックアップ装置における集光ビーム径より約１％程度ビーム径が小さくなってしまう。ビーム径が小さいことにより前述した問題が発生する恐れもある。逆に条件２の3)は仕様より小さなＲｉｍ強度となるため、集光ビーム径が約２％大きくなってしまう。よって、他の光ピックアップ装置で記録した記録マークが読み取れないか、あるいは、信号レベルが低下する恐れがある。また、上記例に対し、異なる種類の光ディスクに対応する対物レンズの実効的な有効径、あるいは、開口数の差が大きい場合には、集光ビーム径の変化がさらに大きくなり、集光ビーム径の差による再生信号品質の不安定性の影響はさらに顕著になる。
【００４８】
上記異種光ディスクにおいて目標とする２つの光ディスクに対するＲｉｍ強度が同じである場合、対応する対物レンズの開口数が相対的に小さい光ディスクにおけるＲｉｍ強度が、規定されたＲｉｍ強度を満足するように、光ピックアップ装置を設計した場合、他方の光ディスクにおけるＲｉｍ強度は規定されたＲｉｍ強度よりも小さくなる。また、対応する対物レンズの開口数が相対的に大きい光ディスクにおけるＲｉｍ強度が、規定されたＲｉｍ強度を満足するように、光ピックアップ装置を設計した場合、他方の光ディスクにおけるＲｉｍ強度は規定されたＲｉｍ強度よりも大きくなる。上記いずれの場合においても、異種光ディスクの記録・再生に最適な規定されたＲｉｍ強度を確保することが困難になる。
【００４９】
したがって、従来の互換方式を適用した光ピックアップ装置では、いずれか一方の異種光ディスクの記録・再生に最適な規定されたＲｉｍ強度を確保した場合、他方の光ディスクにおいて光利用効率が悪く、かつ、集光スポットの大きさが小さくなるという問題点、もしくは、集光スポットが大きくなるという問題点を有している。
【００５０】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、複数種類の光ディスクを１つのレンズで互換可能であり、それぞれの光ディスクの記録・再生に適したＲｉｍ強度を確保し、かつ、光利用効率をより向上させることが可能にする偏光レンズ素子及びそれを備えた光ピックアップ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００５１】
本発明の偏光レンズ素子は、上記の課題を解決するために、所定方向の直線偏光が入射した場合には、入射する光の光束径とは異なる光束径を有する直線偏光の光を出射する一方、入射する光の偏光方向が上記所定方向と直交する方向である場合には、入射する光の光束径と同一の光束径を有する直線偏光の光を出射することを特徴としている。
【００５２】
上記の構成によれば、上記偏光レンズ素子に入射する光の偏光方向が上記所定方向である場合、偏光レンズ素子を出射する光は、入射する光の光束径と異なる光束径を有する。また、上記偏光レンズ素子に入射する光の偏光方向が上記所定方向と直交する方向である場合、偏光レンズ素子を出射する光は、入射する光の光束径と同一の光束径を有する。このため、直線偏光の偏光方向に応じて光束径を変換することが可能になる。
【００５３】
また、本発明の偏光レンズ素子は、上記所定方向の直線偏光に対して、凹レンズとして機能する第１の偏光レンズと、上記所定方向の直線偏光に対して、凸レンズとして機能する第２の偏光レンズとを備えていることが好ましい。
【００５４】
上記の構成によれば、凸レンズとして機能する２つの偏光レンズを備えた偏光レンズ素子と比較して、ビーム径の変換倍率が同じでかつ２つのレンズ間距離が同じであっても、各偏光レンズの焦点距離を長くすることができる。このため、第１及び第２の偏光レンズとして屈折型のレンズを使用する場合、上記の構成によれば、レンズの曲率半径を大きくできることから、より安価なレンズを使用でき、さらに、２つのレンズ間の光軸ずれによるコマ収差の発生量が相対的に小さいという効果が得られる。
【００５５】
また、本発明の偏光レンズ素子では、さらに、上記第１の偏光レンズと上記第２の偏光レンズとの間に、通過する光を透過する光透過部材が設けられ、上記第１の偏光レンズと、上記第２の偏光レンズと、上記光透過部材とが一体化していることが好ましい。
【００５６】
上記の構成によれば、上記光透過部材が第１の偏光レンズと第２の偏光レンズとの間に設けられ、かつ、一体化している、すなわち、上記光透過部材の両面に第１及び第２の偏光レンズが一体的に構成されているので、光学的装置に対して、偏光レンズ素子を組み付けることが容易になる。また、上記の構成によれば、このような光学的装置において、偏光レンズ素子組み付け後の環境温度の変化などによるレンズ間隔の変化、及び、偏光レンズ間の光軸中心ずれが発生しにくく、収差の発生などの問題を抑制できる。なお、ここでいう「光学的装置」とは、光学的作用を利用した装置のことであり、例えば、光ピックアップ装置、照明装置等が挙げられる。
【００５７】
さらに、第１の偏光レンズが凹レンズとして機能し、かつ、第２の偏光レンズが凸レンズとして機能する場合、上記の構成によれば、２つの凸レンズとして機能する偏光レンズを備えた偏光レンズ素子と比較して、光透過部材内部で光が集光することがなく、発熱により光透過部材の材料が劣化する恐れがない。
【００５８】
本発明の偏光レンズ素子では、第１の偏光レンズ、及び、第２の偏光レンズそれぞれがブレーズホログラムレンズであることが好ましい。
【００５９】
上記構成によれば、第１の偏光レンズ、及び、第２の偏光レンズそれぞれがブレーズホログラムレンズであるため、屈折型のレンズと比較して、各々の偏光レンズの厚みを薄くすることができる。従って、上記の構成によれば、偏光レンズ素子の厚みも薄くなり、小型化できる。
【００６０】
また、上記の構成によれば、偏光レンズ素子の厚みが同じである、２つの凸レンズとして機能する偏光レンズを備えた偏光レンズ素子と比較した場合、各偏光レンズの焦点距離が長くなり、その結果、偏光レンズ周辺部の格子ピッチを大きくできる。このため、エッチングなどのブレーズホログラム作成時の誤差による光量ロスを低減させることができる。これにより、上記の構成によれば、結合効率の低下を防止できるという効果をさらに有する。
【００６１】
本発明の偏光レンズ素子では、平行光が入射した場合に、平行光が出射されるように、上記第１及び第２の偏光レンズの焦点距離とレンズ間隔とが設定されていることが好ましい。
【００６２】
上記の構成によれば、偏光レンズ素子に平行光で入射した光が、平行光で偏光レンズ素子を出射する。このため、上記の構成によれば、発散光束中、あるいは、集束光束中に偏光レンズ素子を配置する構成とした場合と比較して、２つの偏光レンズ間の光軸ずれによるコマ収差の発生量が小さくなるため、レンズ光軸に垂直な平面内の位置調整精度を緩和できる。
【００６３】
本発明の光ピックアップ装置は、上記の課題を解決するために、上述の偏光レンズ素子と、光源と、当該光源から出射する光を光記録媒体の記録層に集光する集光手段とを備え、光源と集光手段との間に、上記偏光レンズ素子が設けられていることを特徴としている。
【００６４】
上記の構成によれば、光源より上記偏光レンズ素子に入射する光の偏光方向が上記所定方向である場合、偏光レンズ素子を出射する光は、入射する光の光束径と異なる光束径を有する。また、上記偏光レンズ素子に入射する光の偏光方向が上記所定方向と直交する方向である場合、偏光レンズ素子を出射する光は、入射する光の光束径と同一の光束径を有する。このため、直線偏光の偏光方向に応じて対物レンズに入射する光の光束径を変換することが可能になる。
【００６５】
それゆえ、例えば、集光手段に入射する光のＲｉｍ強度を変化させ、集光手段により光記録媒体の記録層に集光された集光ビーム径を変化させることが可能になる。従って、上記の構成によれば、各種の光記録媒体や光記録媒体に備えられた記録層に応じて集光ビーム径を変化させることができる。また、光の結合効率を変化させることも可能である。「結合効率」とは、光ピックアップ装置において、光源から光記録媒体へ、集光手段を経由して光強度が伝達する効率のことをいう。
【００６６】
本発明の光ピックアップ装置では、上記集光手段は、互いに実効的に異なる有効径を有することが好ましい。
【００６７】
上記構成によれば、集光手段における対応する有効径が実効的に異なる光記録媒体、あるいは、光記録媒体に備えられた記録層に対して、対応する集光手段で光を集光する際、各光記録媒体、あるいは、各記録層毎にＲｉｍ強度を適切に設定できる。例えば、Ｒｉｍ強度や光結合効率を異なる値に設定することもできるし、一致させることもできる。
【００６８】
このため、各光記録媒体、あるいは、各記録層毎に、集光スポットを適切な大きさにすることができ、記録・再生における安定性を高めることができる。また、結合効率の低下を防ぐことができるため、消費電力の低減、記録レートの高速化に有利である。
【００６９】
なお、上記集光手段として、複数の有効径が存在する１つの集光手段の場合と、実効的な有効径が互いに異なる複数の集光手段の場合とが含まれる。
【００７０】
本発明の光ピックアップ装置では、さらに、上記集光手段において、相対的に大きい実効的な有効径が、上記偏光レンズ素子から出射される光の中で光束径が相対的に大きい光に対応していることが好ましい。
【００７１】
上記構成によれば、上記偏光レンズ素子から出射される光の中で光束径が大きい光が、集光手段における実効的な有効径が相対的に大きいものに対応しているので、偏光レンズ素子によって設定できるＲｉｍ強度の範囲を拡げることが可能になる。
【００７２】
例えば、光束径が大きい光が、偏光レンズ素子に「入射する光の光束径とは異なる光束径を有する直線偏光の光」であるとした場合、偏光レンズの倍率を変化させることにより、「入射する光の光束径と同一の光束径を有する直線偏光の光」（すなわち、光束径が小さい光）のＲｉｍ強度を基準Ｒｉｍ強度として、光束径が大きい光のＲｉｍ強度を上記基準Ｒｉｍ強度と一致するように設定したり、大きくも小さくもなるように設定したりすることができる。
【００７３】
また、光束径が大きい光が、偏光レンズ素子に「入射する光の光束径と同一の光束径を有する直線偏光の光」であるとした場合、偏光レンズの倍率を変化させることにより、光束径が大きい光のＲｉｍ強度を基準Ｒｉｍ強度として、「入射する光の光束径とは異なる光束径を有する直線偏光の光」（すなわち、光束径が小さい光）のＲｉｍ強度を上記基準Ｒｉｍ強度と一致するように設定したり、大きくも小さくもなるように設定したりすることができる。
【００７４】
本発明の光ピックアップ装置では、上記互いに実効的に異なる有効径を有する集光手段は、それぞれの有効径とともに実効的な開口数も異なることが好ましい。
【００７５】
上記の構成によれば、集光手段は、実効的な開口数が異なるので、上記の効果に加えて、記録密度やカバーガラス厚などが大きく異なる光記録媒体に対応した光ピックアップ装置とすることができる。
【００７６】
本発明の光ピックアップ装置では、上記集光手段において、相対的に大きい実効的な有効径が、上記偏光レンズ素子から出射される直線偏光の中で光束径が相対的に大きい直線偏光に対応している場合、上記光記録媒体は、上記集光手段における対応する実効的な有効径が異なる複数種類の光記録媒体から選択され、上記光源は、半導体レーザーであるとともに、上記複数種類の光記録媒体のうち、対応する実効的な有効径が相対的に大きい光記録媒体に対して、情報再生時に集光する光が、上記偏光レンズ素子から出射される光の中で光束径が相対的に大きい光に対応しており、情報記録時に集光する光が、上記偏光レンズ素子から出射される光の中で光束径が相対的に小さい光に対応していることが好ましい。
【００７７】
上記の構成によれば、特に低出力の発光時にノイズの大きな半導体レーザーを使用する場合、対応する実効的な有効径が相対的に大きい光記録媒体の情報再生時に、偏光レンズ素子から出射される直線偏光の中で光束径が相対的に大きい直線偏光を利用しているので、Ｒｉｍ強度が大きくなる。そして、Ｒｉｍ強度が大きくなることにより、光の結合効率が低くなる。このように、光記録媒体の情報再生時における光の結合効率を低くすると、より高い出力で半導体レーザーを発光させることになるので、ノイズを低減させることが可能になる。なお、ここでいうノイズとは半導体レーザーの出力変動ノイズであり、一般的にはＲＩＮノイズなどと呼ばれるものである。
【００７８】
また、上記の構成によれば、特に低出力の発光時にノイズの大きな半導体レーザーを使用する場合、対応する実効的な有効径が相対的に大きい光記録媒体の情報記録時に、偏光レンズ素子から出射される直線偏光の中で光束径が相対的に小さい直線偏光を利用しているので、Ｒｉｍ強度が小さくなる。そして、Ｒｉｍ強度が小さくなることにより、光の結合効率が高くなる。このように、光記録媒体の情報記録時に高い光の結合効率とすることで、半導体レーザーの最大出力を低減することが可能となる。
【００７９】
また、本発明の光ピックアップ装置では、上記光源は、半導体レーザーであるとともに、情報再生時に光記録媒体に集光される光が、上記偏光レンズ素子から出射される光の中で光束径が相対的に大きい光に対応しており、情報記録時に光記録媒体に集光される光が、上記偏光レンズ素子から出射される光の中で光束径が相対的に小さい光に対応しており、情報記録時と情報再生時の集光手段の有効径が同じであってもよい。
【００８０】
また、上記光源は、半導体レーザーであるとともに、上記集光手段のある実効的な有効径に対し、上記光記録媒体の情報再生時に集光する光が、上記偏光レンズ素子から出射される光の中で光束径が相対的に大きい光に対応してもよい。
【００８１】
さらに、上記集光手段は、１つの実効的な有効径を有し、上記光源は、半導体レーザーであるとともに、上記光記録媒体の情報記録時に集光する光が、上記偏光レンズ素子から出射される光の中で光束径が相対的に小さい光に対応していてもよい。
【００８２】
本発明の光ピックアップ装置では、上記光源と上記偏光レンズ素子との間に、さらに、上記偏光レンズ素子に対して光源側から入射する光の偏光方向を、上記所定方向と、所定方向と直交する方向とに切り替える偏光方向切替手段を備えていることが好ましい。
【００８３】
本発明の光ピックアップ装置では、偏光方向の異なる光を出射する光源を複数設けることによっても、既に説明した作用効果を得ることができるが、上記の構成によれば、偏光方向切替手段は、光源から出射された光の偏光方向を切り替えているため、複数の光源を設けて偏光方向を異ならせる必要がなくなる。それゆえ、上記構成によれば、構成する部品点数も少なく、低コスト及び小型化を実現しうる光ピックアップ装置を提供することができる。
【００８４】
本発明の光ピックアップ装置では、上記偏光方向切替手段は、液晶素子であることが好ましい。
【００８５】
上記偏光方向切替手段としては、例えば、ファラデーローテータ、または、液晶素子が挙げられる。この内、液晶素子は、光の透過率が高いので、結合効率をより向上させることが可能になる。また、液晶素子は小型であることから、光ピックアップ装置を小型化することができる。
【００８６】
本発明の光ピックアップ装置では、さらに、上記偏光レンズ素子と集光手段との間に、
上記光記録媒体に集光される光の球面収差を補正する球面収差補正手段を備えていることが好ましい。
【００８７】
上記の構成によれば、球面収差補正手段は、上記光記録媒体に集光される光の球面収差を補正する。このため、光記録媒体の記録・再生における集光性能を向上させることができ、信号品質を向上させることが可能になる。なお、上記の構成によれば、より大きな開口数の集光手段が対応する光記録媒体において、球面収差を補正し、集光性能を向上させる効果が大きくなる。
【００８８】
本発明の光ピックアップ装置では、上記球面収差補正手段は、複数のレンズと、レンズを光軸方向に駆動する駆動手段とを備えていることが好ましい。
【００８９】
球面収差補正手段としては、同心円状の電極パターンを有した液晶素子によるものもあるが、複数のレンズからなり、レンズを光軸方向に駆動する駆動手段を備えた、いわゆる、ビームエキスパンダーと呼ばれる球面収差補正手段が望ましい。その場合、液晶素子による球面収差補正素子と比較すると、電極パターンの増加による効率の低下がない。また、電極からの引出し配線による対物レンズの可動部の周波数特性に対する影響がない。
【００９０】
本発明の光ピックアップ装置では、さらに、上記偏光レンズ素子と集光手段との間に、集光手段に入射する光の偏光方向に応じて、開口数に相当する光束径に制限する偏光開口制限手段を備えていることが好ましい。
【００９１】
上記の構成によれば、上記偏光開口制限手段は、集光手段に入射する光の偏光方向に応じて、開口数に相当する光束径に制限する。したがって、光記録媒体に対して、光束径の変化率を、より厳密に設定することができる。その結果、光記録媒体上で形成されるスポットのフレアが減少し、スポットの輪郭がはっきりするので、再生信号の品質をより向上させることができる。
【００９２】
本発明の光ピックアップ装置では、さらに、上記光記録媒体から反射される戻り光を受光する受光手段と、上記受光手段にて受光された光に基づいて、少なくともフォーカス誤差信号を検出する信号検出手段とを備え、上記信号検出手段は、ナイフエッジ法によりフォーカス誤差信号を検出していることが好ましい。
【００９３】
上記の構成によれば、受光手段が、光記録媒体から反射される戻り光を受光する。そして、信号検出手段が、上記受光手段にて受光された光に基づいて、上記光記録媒体に記録されている情報信号、ラジアル誤差信号、及び、フォーカス誤差信号を検出する。
【００９４】
上記の構成によれば、信号検出手段は、ナイフエッジ法によりフォーカス誤差信号を検出するので、光記録媒体から反射される戻り光の光束径が、光記録媒体ごとで変化していても、ビームサイズ法によるフォーカス誤差信号検出に対し、受光手段を切り替える必要がなく、また、受光素子の数を低減させることができるので、受光手段からの光の出力信号の遅延差を低減することが可能になる。それゆえ、フォーカス誤差信号がエラーデータとして検出されることを防止することができる。
【００９５】
さらに、上記偏光レンズ素子と集光手段との間に、上記光記録媒体に集光される光の球面収差を補正する球面収差補正手段を備えている場合、偏光レンズ素子には往路・復路ともに平行光を入射させることができる。従って、フォーカス誤差信号におけるオフセットの発生を防止することができる。
【００９６】
本発明の光ピックアップ装置では、さらに、上記光記録媒体から反射される戻り光を受光する受光手段と、上記受光手段にて受光された光に基づいて、少なくともフォーカス誤差信号を検出する信号検出手段とを備え、上記信号検出手段は、非点収差法によりフォーカス誤差信号を検出していることが好ましい。
【００９７】
上記の構成によれば、受光手段が、光記録媒体から反射される戻り光を受光する。そして、信号検出手段が、上記受光手段にて受光された光に基づいて、上記光記録媒体に記録されている情報信号、ラジアル誤差信号、及び、フォーカス誤差信号を検出する。
【００９８】
上記の構成によれば、信号検出手段は、非点収差法によりフォーカス誤差信号を検出するので、光記録媒体から反射される戻り光の光束径が、光記録媒体ごとで変化していても、ビームサイズ法によるフォーカス誤差信号検出に対し、受光手段を切り替える必要がなく、また、受光素子の数を低減させることができるので、受光手段からの光の出力信号の遅延差を低減することが可能になる。それゆえ、フォーカス誤差信号がエラーデータとして検出されることを防止することができる。
【００９９】
さらに、上記偏光レンズ素子と集光手段との間に、上記光記録媒体に集光される光の球面収差を補正する球面収差補正手段を備えている場合、偏光レンズ素子には往路・復路ともに平行光を入射させることができる。従って、フォーカス誤差信号におけるオフセットの発生を防止することができる。
【発明の効果】
【０１００】
本発明の偏光レンズ素子は、以上のように、所定方向の直線偏光が入射した場合には、入射する光の光束径とは異なる光束径を有する光を出射する一方、入射する光の偏光方向が上記所定方向と直交する方向である場合には、入射する光の光束径と同一の光束径を有する光を出射するので、入射する光の光束径の変換倍率を変化させることができる。その結果、本発明の偏光レンズ素子を備えた光ピックアップ装置では、記録・再生が最適になるようにＲｉｍ強度を設定することができ、結合効率をより向上させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１０１】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について図１〜図２１に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【０１０２】
本実施形態の光ピックアップ装置は、対応する対物レンズの開口数が異なる光ディスクに対して、同一波長の光ビームを集光することにより、記録または再生を行うものである。本実施形態では、上記光ディスクに集光する同一波長の光ビームとして、波長４０５ｎｍの光ビームを用いている。しかしながら、上記同一波長の光ビームは、これに限定されるものではなく、従来公知の任意の波長の光ビームを用いることが可能である。
【０１０３】
本実施形態においては、光ディスク（光記録媒体）として、対応する対物レンズの開口数が、それぞれ０．８５、及び、０．６５であり、かつ、カバーガラス厚が、それぞれ０．１ｍｍ、及び、０．６ｍｍのものを用いた。しかしながら、本実施形態で用いる光ディスクは、これに限定されず、対応する対物レンズの開口数が異なる光ディスクであれば任意のものでよい。
【０１０４】
なお、ここでは、対応する対物レンズの開口数が大きい場合、一般的には相対的に光ディスクの記録密度が高いことから、対応する対物レンズの開口数が大きい光ディスク（開口数０．８５のもの）を、高密度光ディスクと呼び、対応する対物レンズの開口数が小さい光ディスク（開口数０．６５のもの）を低密度光ディスクと呼ぶことにする。
【０１０５】
また、本実施形態において使用する高密度光ディスク、及び、低密度光ディスクは、２つの記録層を有している。そして、高密度光ディスク、及び、低密度光ディスクにおける２つ記録層間に存在する中間層の厚みは、それぞれ２５μｍ、及び、２０μｍである。
【０１０６】
図１に、本実施形態の光ピックアップ装置１００の要部の概略構成を示す。図１に示すように、光ピックアップ装置１００は、光源１３、コリメートレンズ３、整形プリズム４、ＴＮ型の液晶素子（偏光方向切替手段）５、偏光レンズ素子６、ビームエキスパンダー（球面収差補正手段）７、λ／４波長板８、及び、光源１３からの光ビームを光ディスク１２（低密度光ディスク、または、高密度光ディスク）に集光する対物レンズユニット１８を備えている。
【０１０７】
光源１３は、ホログラムレーザ光源であり、光ビーム照射手段としての半導体レーザー１とホログラム素子２と受光素子２１とを備えている。半導体レーザー１は、Ｘ方向の直線偏光であり、かつ、波長４０５ｎｍの青紫色の光ビームを出射する。ホログラム素子２は、半導体レーザー１が光ビームを出射する側に設けられている。そして、ホログラム素子２の半導体レーザー１側の面には、ラジアル信号の検出に用いる３ビーム発生用回折格子２ｂが形成されている。また、ホログラム素子２の半導体レーザー１側と反対側の面には、光ディスク１２にて反射された光ビームを回折するための、３分割ホログラム２ａが形成されている。さらに、受光素子２８は、光源１３内に備えられており、光ディスク１２にて反射された光ビームを受光する。
【０１０８】
また、光源１３における光ビーム照射手段は、所定方向の直線偏光を出射する半導体レーザー１に限定されるものではない。光ビーム照射手段としては、例えば、固体レーザー光源やガスレーザ光源であってもよい。また、光ビーム照射手段としては、無偏光の光ビームを出射するようなものでもよい。ただし、光ビーム照射手段として無偏光の光ビームを出射するものを用いた場合、光源１３と偏光レンズ素子６との間に偏光板を配置することで、所定方向の直線偏光の光束が得られるようにすればよい。
【０１０９】
半導体レーザー１から出射した光ビームは、ホログラム素子２の半導体レーザー１側の面に形成された３ビーム発生用回折格子２ｂにより、０次回折光と±１次回折光との３つの光ビームに分割される。そして、この光ビームは、コリメートレンズ３に入射して平行光となる。そして、コリメートレンズ３から出射した光ビームは、整形プリズム４に入射して、光束の強度分布が概ね円形の強度分布になるように、Ｘ方向の光束径が拡大される。
【０１１０】
整形プリズム４から出射した光ビームは、液晶素子５に入射する。液晶素子５に入射する光ビームはＸ方向の直線偏光である。
【０１１１】
液晶素子５は、上記光ディスク１２の種類、すなわち、高密度光ディスクまたは低密度光ディスクに応じて、光ビームを、Ｘ方向の直線偏光、あるいは、Ｙ方向の直線偏光として、偏光レンズ素子６へ出射する。
【０１１２】
なお、光軸方向をＺ方向、Ｚ方向に対し垂直な平面をにＸＹ面としている。
【０１１３】
液晶素子５から出射した光ビームは、平行光のまま、偏光レンズ素子６に入射する。偏光レンズ素子６は、偏光レンズ（第１の偏光レンズ）１４及び偏光レンズ（第２の偏光レンズ）１５という、２つの偏光レンズからなる。偏光レンズ素子６は、Ｘ方向の直線偏光に対してレンズとして機能しており、偏光レンズ１４は光源１３側に設けられており、偏光レンズ１５は光源１３と反対側に設けられている。偏光レンズ１４は、Ｘ方向の直線偏光に対して、凹レンズとして機能している。また、偏光レンズ１５は、Ｘ方向の直線偏光に対して、凸レンズとして機能している。そして、偏光レンズ素子６では、入射した平行光の光束径よりも大きい光束径を有する光ビームが平行光となって出射するように、偏光レンズ１４及び偏光レンズ１５それぞれの焦点距離と、互いのレンズ間隔とが設定されている。この設定条件については、後述する。
【０１１４】
偏光レンズ素子６から出射した光ビームは、平行光のまま、ビームエキスパンダー７に入射する。ビームエキスパンダー７は、凹レンズ１６と凸レンズ１７とレンズを光軸方向に駆動する駆動手段とレンズ間隔制御部６１とを備えている。ビームエキスパンダー７において、凹レンズ１６は、入射側に設けられており、凸レンズ１７は出射側に設けられている。従って、ビームエキスパンダーに入射した平行光は拡大された平行光となって出射される。また、レンズ間隔制御部６１は、後述する球面収差の調整手法に基づいて、凹レンズ１６と凸レンズ１７とのレンズ間隔を制御し、対物レンズにより記録層に集光された光ビームの球面収差を補正している。
【０１１５】
ビームエキスパンダー７から出射した光ビームは、λ／４波長板８に入射し、偏光方向が円偏光となって、出射される。そして、λ／４波長板８から出射した光ビームは、対物レンズユニット１８に入射する。
【０１１６】
対物レンズユニット１８は、対物レンズホルダー９と、アパーチャ１０と、対物レンズ（集光手段）１１とを備えている。対物レンズホルダー９は、対物レンズ１１を保持する。また、アパーチャ１０は、入射する光ビームにおいて、光束の外周部の光ビームを遮光する。このため、λ／４波長板８から出射した光ビームは、アパーチャ１０により、光束の外周部の光ビームが遮光されて、対物レンズ１１に入射し、光ディスク１２に集光される。なお、ここでは、半導体レーザー１から出射した光ビームが、対物レンズ１１により光ディスク１２に集光されるまでの光路を往路とする。
【０１１７】
対物レンズ１１としては、光ディスク１２に集光させることが可能なものであれば、特に限定されるものではなく、従来公知の対物レンズを用いることができる。光ピックアップ装置１００では、光ディスク１２として、図２０または図２１にて説明したような、リング状の段差１９を有する、特殊対物レンズ方式の互換対物レンズを用いている。なお、この特殊対物レンズでは、ＣＤの記録層に対して集光した集光ビーム径から計算される実効的な開口数と、対物レンズに設けられた段差の直径から求められる開口数が若干異なるが、以降の説明では、対物レンズの外形形状により決定される、つまり、段差部分の直径から求められる開口数をＣＤに対する実効的な開口数として取り扱う。但し、実効的な開口数として集光ビーム径より計算した開口数を実効的な開口数として取り扱っても本発明の効果はかわりない。
【０１１８】
次に、光ディスク１２に集光した後、光ディスク１２にて反射された光ビーム（以下、戻り光ビームと記す）の光路（以下、復路と記す）について説明する。
【０１１９】
光ディスク１２にて反射した戻り光ビームは、対物レンズユニット１８を通過し、λ／４波長板８に入射する。そして、λ／４波長板８にて、往路とは偏光方向が９０度異なる偏光方向を有する平行光になる。そして、λ／４波長板８から出射した戻り光ビームは、ビームエキスパンダー７に入射し、さらに、偏光レンズ素子６に入射する。
【０１２０】
そして、偏光レンズ素子６から出射した戻り光ビームは、液晶素子５に入射し、整形プリズム４、及び、コリメートレンズ３を経て、光源１３に入射する。光源１３にて、戻り光ビームは、ホログラム素子２の半導体レーザー１と反対側の面に形成された３分割ホログラム２ａにより回折され、受光素子２８に導かれる。
【０１２１】
受光素子２８にて受光された戻り光ビームは、電気信号に変換され、得られた電気信号が演算処理される。そして、演算処理の結果、ＲＦ信号と呼ばれる情報信号と、フォーカス誤差信号及びラジアル誤差信号などのサーボ信号が検出される。
【０１２２】
光ピックアップ装置１００では、検出されたＲＦ信号を信号処理することにより、光ディスク１２の再生と球面収差の調整用の信号検出が行なわれている。また、検出されたフォーカス誤差信号、または、ラジアル誤差信号に基づいて、図示しない対物レンズ駆動手段により対物レンズホルダー９を駆動することで、対物レンズ１１をフォーカス方向、または、ラジアル方向に駆動している。
【０１２３】
次に、図２及び図３を参照して、光ディスク１２として低密度光ディスク、または、高密度光ディスクを用いた場合における、光ピックアップ装置１００の各部材を透過する光ビームの偏光方向の状態について、以下に詳述する。図２は、光ディスク１２として高密度光ディスク２０を用いた場合における、光ピックアップ装置１００の各部材を透過する光ビームの偏光方向の状態を示した断面図であり、図２（ａ）は、往路を示し、図２（ｂ）は、復路を示す。また、図３は、光ディスク１２として低密度光ディスク３０を用いた場合における、光ピックアップ装置１００の各部材を透過する光ビームの偏光方向の状態を示した断面図であり、図３（ａ）は、往路を示し、図３（ｂ）は、復路を示す。なお、図２及び図３では、光ピックアップ装置１００における、液晶素子５から光源１３までの部材について省略している。
【０１２４】
まず、光ディスク１２として高密度光ディスク２０を用いた光ピックアップ装置１００において、光源１３から出射した光ビームが液晶素子５を出射するまでの往路の偏光方向の状態について説明する。光源１３から出射した光ビームは、コリメートレンズ３、及び、整形プリズム４を経て、偏光方向をＸ方向に保持した状態で、液晶素子５に入射する。液晶素子５には、図示しない電圧印加手段が備えられている。この電圧印加手段が、液晶素子５の内部に設けられた液晶層に電圧を印加することで、当該液晶層に存在する液晶分子の長軸がＺ方向に向く。このとき、液晶素子５を透過した光ビームは、その偏光方向を変化させずに、偏光レンズ素子６へ入射する。すなわち、光ディスク１２として高密度光ディスクを用いた場合、光ピックアップ装置１００では、液晶素子５から出射した光ビームがＸ方向の直線偏光になるようになっている。
【０１２５】
液晶素子５から出射した光ビームは、図２（ａ）に示すように、Ｘ方向の直線偏光のまま、偏光レンズ素子６に入射する。上述したように、偏光レンズ素子６は、Ｘ方向の直線偏光に対して凹レンズとして機能する偏光レンズ１４と、Ｘ方向の直線偏光に対して凸レンズとして機能する凹レンズ１５とを備えている。それゆえ、偏光レンズ素子６に入射した光ビームは、まず、偏光レンズ１４にて、光束径が拡大されて発散光になる。そして、偏光レンズ１５にて、再び平行光となって、偏光レンズ素子６から出射される。すなわち、偏光レンズ素子６に入射した光ビームは、偏光レンズ１４及び偏光レンズ１５により、光束径が拡大されることになる。
【０１２６】
そして、偏光レンズ素子６から出射された光ビームは、ビームエキスパンダー７により、さらに光束径が拡大され、λ／４波長板８により偏光方向が左回りである円偏光になる。そして、λ／４波長板８から出射した光ビームは、対物レンズホルダー９に設けられたアパーチャ１０により、その外周部の光ビームが遮光され、対物レンズ１１の有効径相当の光束が、対物レンズ１１へ入射する。
【０１２７】
また、光ピックアップ装置１００では、高密度光ディスク２０に対応する対物レンズ１１は無限系対物レンズになっている。このため、光ピックアップ装置１００では、対物レンズホルダー９に備えられたアパーチャ１０が、対物レンズ１１の有効径、すなわち開口数を決定している。換言すれば、アパーチャ１０の内径において最も外側の部分を通過した光ビームが、対物レンズ１１で集光される際に最も大きな角度を有する光線、すなわち開口数を決定する光線となっている。また、一般的に、対物レンズ１１が無限系対物レンズである場合、アパーチャ１０は、その内径が対物レンズ１１の有効径と一致するものが使用されている。それゆえ、光ピックアップ装置１００においても、アパーチャ１０の内径と対物レンズ１１の有効径とは一致している。なお、ここでいう、対物レンズ１１の有効径とは、入射した光ビームがほぼ無収差でかつ良好に集光されるように、対物レンズ１１の設計時に設定した径のことである。また、上記有効径と一致する光束径の光ビームが対物レンズ１１に入射した場合、その開口数は、対物レンズ１１本来の開口数となる。
【０１２８】
また、光ピックアップ装置１００では、Ｒｉｍ強度を、アパーチャ１０の内径の最も外側の部分を通過して対物レンズ１１に入射した光ビームの強度と、対物レンズ１１の中心に入射した光ビームの強度との比として規定している。
【０１２９】
光ピックアップ装置１００では、Ｒｉｍ強度がラジアル方向、及び、タンジェンシャル方向ともに０．６になるように、各種部材が設計されている。以下に設計方法について、説明する。
【０１３０】
一般的には、レーザーの放射角は、強度分布の中心の強度（Ｉ）の半分の強度（Ｉ/２）となる、光線のなす角度（θ半値全角）により定義されている。従って、光軸に対して
±θ半値全角/２
の角度でレーザーから出射された光線は、強度分布の中心の強度（Ｉ）の半分の強度（Ｉ/２）となる。なお、θ半値全角は観測する点とレーザーとの距離が変わっても変化しない。
【０１３１】
また、強度分布の中心の強度の６０％の強度（０．６×Ｉ）となる角度は、実際にはガウス分布を示す強度分布の関数式と、前述の半値全角から、算出することができる。ここで、光軸に対し
±θ０．６/２
の角度でレーザーから出射された光線は、強度分布の中心の強度（Ｉ）の６０％の強度となっている。
【０１３２】
レーザーの強度分布を観測した点は、レーザーから光軸方向前方にｆの距離にあり、そこにはコリメートレンズが配置されており、レーザーから出射された発散光が平行光になっている。従って、コリメートレンズの焦点距離はｆとなる。また、さらに前方に対物レンズが配置されている。
【０１３３】
コリメートレンズから出射された光束において、強度が０．６×Ｉとなる光線を両端に持つ光束の径をΦ０．６とすると、光束径は以下の式で求められる。
【０１３４】
Φ０．６＝２×ｆ×ｓｉｎ（θ０．６/２）・・・・・・（６）
コリメートレンズの前方に配置された対物レンズとして有効径がΦ０．６のものを使用した場合には、対物レンズの中心を通る光線の強度Ｉに対し、対物レンズの最外周部を通る光線の強度は０．６×Ｉになるため、Ｒｉｍ強度は０．６となる。
【０１３５】
なお、実際には、半導体レーザーの放射角度は、個々の半導体レーザーによってばらつきがある。このため、半導体レーザー１の放射角度として、個々の半導体レーザーについて放射角度を測定した値を適用する、もしくは、予め個々の半導体レーザーについて放射角度を測定しておき、そのばらつきの平均値を適用することで、光ピックアップ装置１００の設計を行うことになる。
【０１３６】
次に、高密度光ディスク２０にて反射された戻り光ビームが、光源１３へ入射するまでの復路における、偏光方向の状態について説明する。
【０１３７】
高密度光ディスク２０に集光した後、反射された戻り光ビームは、図２（ｂ）に示すように、右回りの円偏光になり、λ／４波長板８に入射する。そして、戻り光ビームは、λ／４波長板８にて、Ｙ方向の直線偏光になる。λ／４波長板８から出射した戻り光ビームは、ビームエキスパンダー７にて、光束径が縮小されて偏光レンズ素子６に入射する。
【０１３８】
偏光レンズ素子６は、Ｙ方向の直線偏光に対して、レンズとしての機能を有しておらず、単なる平行平板として機能する。このため、偏光レンズ素子６に入射した戻り光ビームは、光束径を保持した状態で、偏光レンズ素子６を透過する。そして、偏光レンズ素子６から出射した戻り光ビームは、液晶素子５、整形プリズム４、及び、コリメートレンズ３を経て、光源１３に入射する。なお、復路の戻り光ビームは、上記の偏光レンズ素子６の作用により、往路の光ビームにおける光束径よりも大きい光束径となって、光源１３に入射される。
【０１３９】
次に、光ディスク１２として低密度光ディスク３０を用いた光ピックアップ装置１００において、光源１３から出射した光ビームが液晶素子５を出射するまでの往路の偏光方向の状態について説明する。光源１３から出射した光ビームは、コリメートレンズ３、及び、整形プリズム４を経て、偏光方向をＸ方向に保持した状態で、液晶素子５に入射する。
【０１４０】
光ディスク１２として低密度光ディスク３０を用いた場合、液晶素子５の電圧印加手段は、液晶素子５の内部に設けられた液晶層に電圧を印加しないようになっている。このため、液晶素子５を透過した光ビームは、その偏光方向が９０度変化して、偏光レンズ素子６へ入射する。すなわち、光ディスク１２として低密度光ディスク３０を用いた場合、光ピックアップ装置１００では、液晶素子５から出射した光ビームがＹ方向の直線偏光になるようになっている。
【０１４１】
液晶素子５から出射した光ビームは、図３（ａ）に示すように、Ｙ方向の直線偏光のまま、偏光レンズ素子６に入射する。上述したように、偏光レンズ素子６は、Ｙ方向の直線偏光に対して、レンズとしての機能を有しておらず、単なる平行平板として機能する。このため、偏光レンズ素子６に入射した光ビームは、光束径を保持した状態で、偏光レンズ素子６を透過する。
【０１４２】
そして、偏光レンズ素子６から出射された光ビームは、ビームエキスパンダー７により、光束径が拡大され、λ／４波長板８により偏光方向が右回りである円偏光になる。そして、λ／４波長板８から出射した光ビームは、対物レンズホルダー９に設けられたアパーチャ１０により、その外周部の光ビームが遮光され、対物レンズ１１の有効径相当の光束が、対物レンズ１１へ入射する。
【０１４３】
光ディスク１２として低密度光ディスク３０を用いた場合、光ピックアップ装置１００では、対物レンズ１１に設けられたリング状の段差１９の部分、及び、段差１９の内周側の領域に入射した光ビームが、低密度光ディスク３０の記録層に集光されている。また、段差１９において外周部に入射した光ビームは、フレアとなり、低密度光ディスク３０の記録あるいは再生に用いられない。すなわち、光ディスク１２として低密度光ディスク３０を用いた場合、対応する対物レンズの開口数は、実効的には、段差１９により決定される。光ピックアップ装置１００では、段差１９は、対物レンズ１１の開口数が０．６〜０．６５の部分に設けられている。それゆえ、対物レンズの実効的な開口数は、段差１９における外周部の直径に相当する、０．６５としている。したがって、光ピックアップ装置１００では、Ｒｉｍ強度を対物レンズの開口数０．６５に対応して設定している。そして、光ピックアップ装置１００では、Ｒｉｍ強度がラジアル方向、及び、タンジェンシャル方向ともに０．６になるように、各種部材が設計されている。
【０１４４】
なお、実際にはアパーチャ１０の直径より大きい光束径の光束がアパーチャ２９に入射しているが、本願発明の内容をより理解しやすくするために、実効的な開口数に相当する光束径の部分のみを図示している。
【０１４５】
次に、低密度光ディスク３０にて反射された戻り光ビームが、光源１３へ入射するまでの復路における、偏光方向の状態について説明する。
【０１４６】
低密度光ディスク３０に集光した後、反射された戻り光ビームは、図３（ｂ）に示すように、左回りの円偏光になり、λ／４波長板８に入射する。そして、戻り光ビームは、λ／４波長板８にて、Ｘ方向の直線偏光になる。λ／４波長板８から出射した戻り光ビームは、ビームエキスパンダー７にて、光束径が縮小されて偏光レンズ素子６に入射する。
【０１４７】
偏光レンズ素子６は、上述したように、Ｘ方向の直線偏光に対して凹レンズとして機能する偏光レンズ１４と、Ｘ方向の直線偏光に対して凸レンズとして機能する偏光レンズ１５とを備えている。それゆえ、偏光レンズ素子６に入射した戻り光ビームは、まず、偏光レンズ１５にて、光束径が縮小されて収束光になる。そして、偏光レンズ１５にて、再び平行光となって、偏光レンズ素子６から出射される。すなわち、偏光レンズ素子６に入射した戻り光ビームは、偏光レンズ１５及び偏光レンズ１４により、光束径が縮小されることになる。なお、偏光レンズ素子６に平行光で入射した戻り光ビームは、平行光のまま出射される。
【０１４８】
そして、偏光レンズ素子６から出射した戻り光ビームは、液晶素子５にてその偏光方向が９０度変化し、Ｙ方向の直線偏光になる。そして、液晶素子５から出射した戻り光ビームは、整形プリズム４、及び、コリメートレンズ３を経て、光源１３の３分割ホログラム２ａに入射する。
【０１４９】
このように、偏光レンズ素子６は、所定方向の直線偏光が入射した場合には、入射する光の光束径とは異なる光束径を有する光を出射する一方、入射する光の偏光方向が上記所定方向と直交する方向である場合には、入射する光の光束径と同一の光束径を有する光を出射する。それゆえ、入射する光の光束径の変換倍率を変化させることができる。その結果、光ピックアップ装置１００では、記録・再生が最適になるようにＲｉｍ強度を設定することができる。そして、結合効率の低下を防止するとともに、結合効率を相対的に高くすることができる。結合効率が相対的に高くなることにより、最大出力が同じ半導体レーザー光源を使用した場合に、対物レンズから出射される光量を大きくすることできる。一方、光ディスクの記録レートを高速化するには、光ディスクをより早く回転させ、単位時間当たりにより多くの情報を記録する必要があるが、光ディスクを高速回転させると、情報記録層の記録膜に照射させる光の積算光量（照射される光量×照射時間）が小さくなる。しかしながら、上述のように、光ピックアップ装置１００では、対物レンズから出射される光量を大きくすることができるため、積算光量の低下を防止することができる。すなわち、記録レートの高速化が可能となる。ここで、上記「直交する方向」および上記「同一の光束径」とは、実使用上の光ピックアップ装置の設計範囲内であれば良い。
【０１５０】
以下に、（１）偏光レンズ素子６の構成及びその製造方法、（２）光源１３の具体的構成とその信号検出方法、（３）偏光方向切替素子、（４）球面収差補正素子、（５）適用可能な光ディスク、（６）本発明の偏光レンズ素子、及び、（７）従来の光ピックアップ装置と本実施形態の光ピックアップ装置１００との比較について、説明する
（１）偏光レンズ素子６の構成及びその製造方法
次に、光ピックアップ装置１００における偏光レンズ素子６の構成及びその製造方法について、図４を参照して、以下に詳述する。図４は、光ピックアップ装置１００における偏光レンズ素子６の構成を示す図であり、図４（ａ）は、平面図であり、図４（ｂ）は、断面図である。
【０１５１】
偏光レンズ素子６は、図４（ｂ）に示すように、偏光レンズ１４、偏光レンズ１５、ガラス基板２１、保護用ガラス板２２、及び、保護用ガラス板２３を備えている。偏光レンズ１４と偏光レンズ１５との間に、平行平板であるガラス基板（光透過部材）２１が設けられている。また、偏光レンズ１４においてガラス基板２１側と反対側の面には、保護用ガラス板２２が設けられている。偏光レンズ１５においてガラス基板２１側と反対側の面には、保護用ガラス板２３が設けられている。
【０１５２】
偏光レンズ１４は、ブレーズホログラム２４と、等方材料である光硬化性樹脂からなる充填層２５とを備えている。そして、充填層２５のガラス基板２１と対向する面に、ブレーズホログラム２４が形成されている。また、偏光レンズ１５は、ブレーズホログラム２６と、等方材料である光硬化性樹脂からなる充填層２７とを備えている。そして、充填層２７のガラス基板２１と対向する面に、ブレーズホログラム２６が形成されている。
【０１５３】
ブレーズホログラム２４・２６は、複屈折材料である高分子液晶２４ａ・２６ａからなる。また、図４（ａ）に示すように、ブレーズホログラム２４・２６は、光軸に対して、同心円状にホログラムが形成されている。ブレーズホログラム２４・２６のホログラムの断面形状は、図４（ｂ）に示すように、鋸歯形状である。ホログラムの断面形状を鋸歯形状とすることで、ブレーズホログラム２４・２６にて、±１次のうち何れか一方の回折光が回折される。なお、図４に示すブレーズホログラム２４・２６は、概略構成であり、実際には、これらブレーズホログラムは、数十本から数百本の鋸歯形状の格子から形成されている。
【０１５４】
高分子液晶２６ａは、屈折率異方性を有しており、Ｘ方向の直線偏光における屈折率、及び、Ｙ方向の直線偏光における屈折率をそれぞれ、Ｎｘ、及び、Ｎｙとすると
Ｎｘ≠Ｎｙ・・・・・（７）
であり、ここでは、
Ｎｘ＞Ｎｙ・・・・・（８）
である。
【０１５５】
また、充填層２７の屈折率をＮとすると、
Ｎ＝Ｎｙ・・・・・（９）
となるように設定されている。
【０１５６】
それゆえ、Ｙ方向の直線偏光が偏光レンズ１５に入射した場合、ブレーズホログラム２６と充填層２７とにおいて、（９）式より屈折率が一致しているので、偏光レンズ１５は、Ｙ方向の直線偏光に対して、単なる平行平板として機能し、レンズとしての機能を有しない。一方、Ｘ方向の直線偏光が偏光レンズ１５に入射した場合、高分子液晶２６ａからなるブレーズホログラム２６の屈折率Ｎｘが、充填層２７の屈折率Ｎよりも大きくなっている。このため、偏光レンズ１５は、レンズとしての機能を有する。
【０１５７】
このように、偏光レンズ素子６は、Ｘ方向の直線偏光に対してレンズとして機能している。また、偏光レンズ素子６では、入射側に、Ｘ方向の直線偏光に対して凹レンズとして機能する偏光レンズ１４が設けられており、出射側に、Ｘ方向の直線偏光に対して凸レンズとして機能する偏光レンズ１５が設けられている。それゆえ、光ディスク１２として高密度光ディスク２０を用いた場合には、液晶素子５から出射する光ビームの光束径が、往路において、所定の倍率（βとする）で拡大される。一方、光ディスク１２として低密度光ディスク３０を用いた場合には、低密度光ディスク３０から反射された戻り光ビームの光束径が、復路において、所定の倍率βで縮小される。以下、光ピックアップ装置１００の偏光レンズ素子６における、偏光レンズ１４と偏光レンズ１５との焦点距離、及び、レンズ間隔の設定について、図５及び図６を参照して、説明する。図５は、偏光レンズ１４と偏光レンズ１５とにおいて、焦点距離及びレンズ間隔を示す断面図である。
【０１５８】
まず、偏光レンズ素子６における、所定の倍率βの設定について説明する。
【０１５９】
高密度光ディスク２０の開口数（以下、Ｎａとする）に相当する対物レンズ１１の有効径をΦａとする。また、低密度光ディスク３０の開口数（以下、Ｎｂとする）に相当する有効径をΦｂとする。さらに、ビームエキスパンダー７は、所定の倍率αで光ビームの光束径を拡大させるとする。また、本実施形態においては、高密度光ディスク２０と低密度光ディスク３０とで、集光する光ビームのＲｉｍ強度が同じになるように設定した。それゆえ、高密度光ディスク２０と低密度光ディスク３０とのそれぞれにおいて、コリメートレンズ３から出射された光ビームのうち同じ光束径の光ビームが、対物レンズ１１に入射する際に、それぞれ所定の開口数Ｎａ及びＮｂに相当する有効径の光束となるように、偏光レンズ素子６の所定の倍率βを決定すればよい。
【０１６０】
まず、偏光レンズ素子６が往路でレンズとして機能しない、すなわち、光ディスク１２として低密度光ディスク３０を用いた場合の、ビームエキスパンダー７の光束径拡大倍率を考える。低密度光ディスク３０に対応した対物レンズの開口数に相当する有効径Φｂの光束径となる偏光レンズ素子入射光束径ΦＰＬとすると、ΦＰＬは下記（１０）式のように表わされる。
ΦＰＬ＝Φｂ／（α）・・・・（１０）
なお、ここで述べる偏光レンズ入射光束径ΦＰＬとは、対物レンズ１１の実効的な有効径に対応する光束径のことであり、実際には対物レンズ１１がラジアル方向にシフトすること考慮し、さらに大きな光束径の光束が偏光レンズ素子６に入射し、出射されている。
【０１６１】
光ディスク１２として高密度光ディスク２０を用いた場合には、光ビームの往路で、偏光レンズ素子６がレンズとして機能する。それゆえ、ΦＰＬの光束が、偏光レンズ素子６で拡大され、さらに、ビームエキスパンダー７で拡大されて対物レンズ１１に入射する際、Φａの光束径となればよいので、偏光レンズ素子６の所定の倍率βは、下記の式（１１）を満たし、
ΦＰＬ×β×α＝Φａ・・・・（１１）
より、偏光レンズ素子６の所定の倍率βは、
β＝Φｂ／（ΦＰＬ×α）・・・・（１２）
となる。
【０１６２】
なお、本実施形態では、一例として、低密度光ディスク３０に対応した対物レンズの開口数に相当する有効径ΦｂをΦ２．２９、αを１．５とした場合、（１０）式に基づき、偏光レンズ入射光束径ΦＰＬは、Φ１．５３となる。さらに、Φ１．５３の光束が、偏光レンズ素子６で拡大され、さらに、ビームエキスパンダー７で拡大されて対物レンズ１１に入射する際、Φａ＝Φ３の光束径となればよいので、偏光レンズ素子６の所定の倍率βは、式（１２）より、β＝１．３１となる。
【０１６３】
本実施形態においては、対物レンズ１１を異なる開口数で使用する場合に、ともに無限系で使用しているため、偏光レンズ素子６の倍率βは開口数の比、あるいは、有効径の比と一致している。このようにすることにより、互いに異なる実効的な有効径を有する対物レンズに対して、Ｒｉｍ強度を一致させた状態で、光を入射させることが可能である。
【０１６４】
本実施形態では、偏光レンズ素子６の倍率βを変化させることにより、Ｒｉｍ強度を変化させることが可能になる。例えば、倍率β＝１．３１において、Ｒｉｍ強度が一致する場合、偏光レンズ素子６を倍率βが１．３１よりも大きくなるように設計すると、光束径が拡がり、対物レンズの実効的な有効径に入射する光の強度分布において、中心部と外周部との強度差が小さくなるので、Ｒｉｍ強度は大きくなる。
【０１６５】
また、偏光レンズ素子６を倍率βが１．３１よりも小さくなるように設計すると、光束径が縮まり、対物レンズの実効的な有効径に入射する光の強度分布において、中心部と外周部との強度差が大きくなるので、Ｒｉｍ強度は小さくなる。
【０１６６】
そこで、偏光レンズ素子６に対し、偏光レンズ素子６がレンズ効果を有する直線偏光が入射する際の、光源側の入射光束径をＤｉ、対物レンズ側の光束径をＤｏとすると、偏光レンズ素子６の所定の倍率βは、下記の式（１３）で表わされる。
β＝Ｄｏ／Ｄｉ・・・・・（１３）
また、偏光レンズ素子６における光源側の偏光レンズ１４の焦点距離をｆｉ、対物レンズ側の偏光レンズ１５の焦点距離をｆｏ、そして偏光レンズ１４と偏光レンズ１５との間隔をｓとすると、下記（１４）及び（１５）式の関係を満たす。
ｆｉ＋ｓ＝ｆｏ・・・・・（１４）
β＝ｆｏ／ｆｉ・・・・・（１５）
なお、偏光レンズ素子６を構成する偏光レンズ１４と偏光レンズ１５との間には、ガラス基板２１が設けられている。このため、偏光レンズ１４と偏光レンズ１５との間隔がｓである場合、ガラス基板２１の厚みｄは、空気換算厚みを考慮に入れる。すなわち、ｓは、ガラス基板の屈折率ｎを考慮し、ガラス基板の厚みをｄとすると、下記（１６）式のようになる。
ｓ＝ｄ／ｎ・・・・・（１６）
なお、以上の焦点距離ｆｉ・ｆｏやレンズ間隔ｓの関係式は、レンズの近軸公式に基づくものであり、実際には光線収差を考慮した設計を行ってもよい。
【０１６７】
また、偏光レンズ１４の焦点距離ｆｉ、及び、偏光レンズ１５の焦点距離ｆｏは、偏光レンズ素子６における光ビームの所定の倍率β、入射光束径、出射光束径、または、レンズ間隔に関連して、設定される。
【０１６８】
また、本実施形態では、偏光レンズ素子として、Ｘ方向の偏光方向の光に対して、入射側に凹レンズとして機能する偏光レンズ１４と、出射側に凸レンズ効果を有する偏光レンズ１５とを配置したが、偏光レンズ素子６の構成は、これに限定されるものではなく、Ｘ方向の直線偏光に対して、光束を拡大させるような構成であればよい。例えば、偏光レンズ素子の構成としては、入射側及び出射側ともに、Ｘ方向の直線偏光に対して凸レンズとして機能する偏光レンズを設けた構成であってもよい。
【０１６９】
以下、偏光レンズ素子として、入射側及び出射側ともに、Ｘ方向の直線偏光に対して凸レンズとして機能する偏光レンズを設けた構成について、図６を参照して説明する。図６は、本実施形態における偏光レンズ素子の別の構成を示す断面図である。
【０１７０】
図６に示すように、偏光レンズ素子６６は、上述した偏光レンズ素子６における偏光レンズ１４及び偏光レンズ１５の構成が異なる以外、偏光レンズ素子６を同様の構成を有する。同図に示すように、偏光レンズ素子６６は、Ｘ方向の直線偏光に対して凸レンズとして機能する偏光レンズ６１４、及び、偏光レンズ６１５を備えており、当該偏光レンズ６１４と偏光レンズ６１５との間に、光ビームの焦点が位置するように設けられている。
【０１７１】
また、偏光レンズ６１４・６１５は、それぞれブレーズホログラム６２４・６２６を備えている。それゆえ、偏光レンズ素子６６に入射した光ビームは、偏光レンズ６１４を通過しガラス基板６２１内で集光した後、偏光レンズ６１５にて光束径が拡大されて出射する。
【０１７２】
また、偏光レンズ６１４の焦点距離をｆｉ、偏光レンズ６１５の焦点距離をｆｏ、そして偏光レンズ６１４と偏光レンズ６１５との間隔をｓとすると、下記（１７）式のようになる。
ｆｉ＋ｆｏ＝ｓ・・・・・（１７）
そして、上記（１７）式に基づき、偏光レンズ６１４の焦点距離及び偏光レンズ６１５の焦点距離を決定することができる。また、２つ偏光レンズの間隔ｓとガラス基板６２１の厚みｄの関係は上記式（１６）を採用することができる。
【０１７３】
偏光レンズ素子６６において、ビーム径の変換倍率βが同じであり、かつ、偏光レンズ６１４と偏光レンズ６１５との間隔の距離を、凹レンズと凸レンズの組み合わせの場合と同じ距離にするためには、偏光レンズ６１４の焦点距離及び偏光レンズ６１５それぞれの焦点距離をより短くする必要がある。偏光レンズ６１４の焦点距離及び偏光レンズ６１５それぞれの焦点距離が短くなると、ブレーズホログラム６２４・６２６の周辺部分は光ビームの方向をより大きく変化させるために、回折格子のピッチが狭くなる。このため、エッチングなどのブレーズホログラム作成時の誤差による光量ロスが多くなる恐れがある。
【０１７４】
また、逆に、２つの偏光レンズそれぞれの焦点距離が長い場合には、２つの偏光レンズそれぞれの焦点距離が短い場合と比較して、光ビームの方向を小さく変化させるために、回折格子のピッチが広くなる。
【０１７５】
このため、偏光レンズ素子６の構成としては、凹レンズと凸レンズの組み合わせによる構成がより望ましい。偏光レンズ素子を凹レンズと凸レンズの組み合わせとした場合、２つの偏光レンズを凸レンズで構成する場合と比較すると、レンズの焦点距離を長くすることができるため、ブレーズホログラムの周辺部のピッチを広くすることができ、エッチングなどのブレーズホログラム作成時の誤差による光量ロスを低減させることができる。また、ブレーズホログラムを作成する際のフォトマスクの位置合わせ精度を緩和できることから、レンズの製造コストを低減することが可能である。さらに、２つの偏光レンズ間の光軸ずれによるコマ収差の発生量が相対的に小さいという効果が得られる。
【０１７６】
また、ガラス基板内部で光が集光しないため、集光スポット付近で発生する熱によるガラス基板の劣化を防止することができる。また、光を透過する平板であるガラス基板の両面に偏光レンズが一体的に形成されているため、偏光レンズ素子を光記録再生装置や照明装置などの、他の装置（光学的装置）に対して組み付けが容易である。つまり、あらかじめ２つのレンズ間の位置調整を行い、固定したものを設置するため組み付け時、あるいは、組み付け後の環境温度の変化などによるレンズ間の光軸中心ずれが発生しにくく、収差の発生などの問題を抑制できる。なお、これらの効果はホログラムレンズに限らず、通常の屈折タイプのレンズであっても同様の効果が得られる。
【０１７７】
以下、偏光レンズ素子６における偏光レンズの製造方法について、図７を参照して説明する。一例として、偏光レンズ１５の製造方法について説明する。図７（ａ）〜（ｄ）は、偏光レンズ素子６の製造工程の一例を示す断面図である。
【０１７８】
まず、図７（ａ）に示すように、配向膜を形成したガラス基板２１と、該ガラス基板２１と対向する面に配向膜を形成したガラス板１１６との間に、高分子液晶２６ａを塗布する。そして、この工程で、ガラス基板２１及びガラス板１１６に設けられた配向膜の作用により高分子液晶２６ａの配向方向が決定される。
【０１７９】
次に、図７（ｂ）に示すように、光照射により高分子液晶２６ａを硬化させ、ガラス板１１６と配向膜とを除去する。
【０１８０】
そして、図７（ｃ）に示すように、硬化した高分子液晶２６ａをエッチングすることにより、ブレーズホログラム２６の形状を形成する。
【０１８１】
次に、図７（ｄ）に示すように、等方性材料である光硬化樹脂からなる充填剤をブレーズホログラム２６上に塗布する。そして、保護用ガラス板２３を密着させ、光を照射することで、充填剤を硬化させて、充填層２７を形成する。
【０１８２】
なお、偏光レンズ素子６では、ガラス基板２１の両面に偏光レンズ１４、及び、偏光レンズ１５を形成しているが、ブレーズホログラムの形状が異なるだけで、上記と同様のプロセスを用いて作成することができる。
【０１８３】
また、偏光レンズ１４及び偏光レンズ１５では、ブレーズホログラムの形状はいわゆる鋸歯状であるが、階段状のものであってもよい。一般的なホログラムレンズの設計方法により設計することができる。さらには、回折を利用したホログラムレンズではなく、屈折タイプのものであってもよい。その場合、ブレーズホログラムレンズと同様に複屈折性を有する高分子液晶材料や水晶などの材料をエッチングや研磨プロセスで形状を作成し、一方の屈折率と一致した屈折率を有する等方性材料を充填させて構成すればよい。但し、本実施の形態でブレーズホログラムレンズとしたのは、屈折型の偏光レンズに比べて、光軸方向の厚みをより薄くできるからである。
【０１８４】
また、光ピックアップ装置１００では、偏光レンズ素子６は、平行光で入射した光が平行光で出射するように、偏光レンズ１４と偏光レンズ１５との焦点距離、及び、レンズ間隔（すなわち、ガラス基板２１の厚み）が設定されていることが好ましい。以下にその理由を、図８を参照して、説明する。図８は、偏光レンズ素子６として、非平行光の光ビームが出射するように設計した場合における、光ピックアップ装置１０１の各部材を透過する光ビームの偏光方向の状態を示した断面図であり、図８（ａ）は、往路を示し、図８（ｂ）は、復路を示す。
【０１８５】
図８（ａ）に示すように、光ピックアップ装置１０１では、偏光レンズ素子３６に入射した平行光が発散光として出射されるように、偏光レンズ１４と偏光レンズ１５との焦点距離やレンズ間隔が設定されている。この場合、図８（ｂ）に示すように、光ディスク１２からの戻り光ビームの復路において、偏光レンズ素子３６から出射した戻り光ビームは、集束光となって整形プリズム４に向かう。
【０１８６】
ここで、整形プリズム４に集束光が入射することにより、コマ収差や非点収差が発生ししてしまう。このため、光源１３にて受光される戻り光ビームの集光ビーム径が広がってしまい、サーボ信号検出に問題が生ずる。
【０１８７】
また、光ピックアップ装置１０１では、光源１３に到達するまでに、戻り光ビームが集光してしまい、光源１３内に備えられた受光素子に到達する戻り光ビームは発散光となる。このため、サーボ信号やＲＦ信号検出に問題が生ずる。このことは、光ピックアップ装置１０１において、整形プリズム４を使用しない場合でも同じような問題が生ずる。したがって、光ピックアップ装置１０１では、光源１３として、例えば、ホログラムレーザ光源のような光源と受光素子とが一体となった受発光素子を用いることが困難になる。
【０１８８】
これに対して、光ピックアップ装置１００では、偏光レンズ素子６は、平行光で入射した光が平行光で出射するように、偏光レンズ１４と偏光レンズ１５との焦点距離、及び、レンズ間隔が設定されている。このため、光ディスク１２として高密度光ディスク２０と低密度光ディスク３０とのいずれを使用した場合においても、往路と復路との何れか一方において偏光レンズ素子６はレンズとして機能しないにもかかわらず、光ディスク１２として高密度光ディスク２０と低密度光ディスク３０とのいずれを使用した場合においても、戻り光ビームの復路において、偏光レンズ素子６から出射した戻り光ビームは、平行光の状態で、整形プリズム４に入射する。このため、光源１３として、ホログラムレーザ光源などの光源と受光素子が一体となった受発光素子が使用可能となる。
【０１８９】
一般に、光源１３としてのホログラムレーザ光源に配置されている受光素子は、レーザー（半導体レーザー１）と光軸方向であるＺ方向とがほぼ同じ位置になるように配置されている。これにより、一体化されたパッケージ内に光源と受光素子を配置することが可能となっている。
【０１９０】
以上のように、偏光レンズ素子６は、平行光で入射した光が平行光で出射するように、偏光レンズ１４と偏光レンズ１５との焦点距離、及び、レンズ間隔が設定されているので、ホログラムレーザ光源などのレーザーと受光素子が一体となった受発光素子が使用可能となる。また、図８（ａ）に示すように、偏光レンズ素子３６が発散光束中、または、集束光束中に配置されている場合、コマ収差等の発生により、Ｘ・Ｙ面内の位置調整精度が厳しくなる。しかしながら、光ピックアップ装置１００では、偏光レンズ素子６のＸ、Ｙ面内の位置調整精度を緩和することができる。
（２）光源１３の具体的構成とその信号検出方法
次に、図９及び図１０を参照して、光源１３の構成及びその信号検出方法について、以下に説明する。図９は、光源１３の概略構成を示す断面図である。
【０１９１】
図９に示すように、光源１３は、レーザパッケージ３１とホログラム素子２とを備えている。レーザパッケージ３１の出射面には、ホログラム素子２が設けられている。またレーザパッケージ３１内には、半導体レーザー１と、フォトディテクタが配置された受光素子２８とが配置されている。また、ホログラム素子２の出射面には、３分割ホログラム２ａが形成されており、ホログラム素子２の出射面と反対側の面には、３ビーム発生用回折格子２ｂが形成されている。また、レーザパッケージ３１の出射面と反対側の面には、ピン端子３１ａが形成されており、ピン端子３１ａは、信号検出部（信号検出手段）６２と接続している。
【０１９２】
光ディスク１２からの戻り光ビームは、ホログラム素子２の３分割ホログラム２ａにて回折されて、受光素子２８にて受光される。そして、受光素子２８にて、受光された戻り光ビームの電気信号がピン端子３１ａから出力される。そして、信号検出部（信号検出手段）６２は、この電気信号の出力により、ラジアル誤差信号（ＲＥＳ信号）、フォーカス誤差信号（ＦＥＳ）、及び、再生信号（ＲＦ信号）と再生信号をもとにした球面収差の調整用の信号を検出する。なお、上記電気信号を出力することができるピン端子３１ａの数は、レーザパッケージの設計等により、適宜設定しうる。
【０１９３】
以下、上記各種信号の生成方法について、図１０を参照にして説明する。図１０は、ホログラム素子２に形成された３分割ホログラム２ａ、及び、受光素子２８を、光源１３が光ビームを出射する側からみた平面図であり、図１０において左側は、３分割ホログラム２ａの平面図であり、右側は、受光素子２８の平面図である。
【０１９４】
なお、図１０では、フォトディテクタａ〜ｈで受光される光スポットパターンが半円形、あるいは、４分の１円形となっているが、これは、３分割ホログラム２ａの各領域と受光素子２８の各フォトディテクタとの関係を理解しやすくするためであり、実際には、ほぼ集光された光がフォトディテクタａ〜ｈに入射するように設計されている。
【０１９５】
３分割ホログラム２ａは、図１０に示すように、領域２９１〜２９３に３分割されている。それぞれの領域は、光ディスクのラジアル方向に相当する分割線Ｌ１により、領域２９１と他の領域（２９２＋２９３）とに２分割され、さらに、分割された領域は、光ディスクのタンジェンシャル方向に相当する分割線Ｌ２により、領域２９２と領域２９３とに２分割されている。
【０１９６】
また、受光素子２８は、図１０に示すように、受光部Ｒ２９１〜Ｒ２９３を備えている。これらの受光部は、領域２９１〜２９３にて回折された戻り光ビームを受光する。受光部Ｒ２９１は、フォトディテクタａ及びｂからなる２分割フォトディテクタであり、領域２９１にて回折した戻り光ビームを受光する。また、受光部Ｒ２９２は、フォトディテクタｃ〜ｅからなり、領域２９２にて回折した戻り光ビームを受光する。さらに、受光部Ｒ２９３は、フォトディテクタｆ〜ｈからなり、領域２９３にて回折した戻り光ビームを受光する。フォトディテクタａ〜ｈから出力された電気信号を、それぞれＶａ〜Ｖｈとすると、ラジアル誤差信号（ＲＥＳ信号）、フォーカス誤差信号（ＦＥＳ）、及び、再生信号（ＲＦ信号）は、下記演算式により検出される。
ＦＥＳ＝Ｖａ−Ｖｂ・・・・（１８）
ＲＥＳ（ＤＰＰ）＝Ｐｈａｓｅ｛（Ｖｄ−Ｖｇ）｝・・・・・（１９）
ＲＥＳ（ＤＰＤ）＝（Ｖｄ−Ｖｇ）−ｋ｛（Ｖｃ−Ｖｆ）＋（Ｖｅ−Ｖｈ）｝・・・（２０）
ＲＦ＝Ｖａ＋Ｖｂ＋Ｖｄ＋Ｖｇ・・・・・（２１）
なお、上記演算式（１８）〜（２１）において、「Ｐｈａｓｅ」は出力された電気信号波形間の位相差の出力のことを意味し、また、定数ｋは往路において３ビーム発生用回折格子２９ｂで回折された０次回折光を３分割ホログラム２ａで回折した光ビームを受光素子で受光し得られた出力より演算されたプッシュプル信号（Ｖｄ−Ｖｇ）と、±１次回折光を受光素子で受光し得られた出力より演算されたプッシュプル信号の和（（Ｖｃ−Ｖｆ）＋（Ｖｅ−Ｖｈ））との出力比を意味する。
【０１９７】
受光部Ｒ２９１から出力された電気信号の差動出力より、フォーカス誤差信号（ＦＥＳ信号）が検出される。なお、ここでは、ホログラムパターンを利用した、ナイフエッジ法によってフォーカス誤差信号の検出を行っている。また、３ビーム発生用回折格子２９ｂは、往路の光ビーム、すなわち半導体レーザー１から出射された光ビームを、０次回折光、及び、±１次回折光に回折する。このため、受光部Ｒ２９１は、３ビーム発生用回折格子２９ｂにて回折された往路の光ビームのうち、±１次回折光も受光することになる。受光部Ｒ２９１では、これらの±１次回折光は、フォトディテクタａ及びｂのタンジェンタル方向に相当する方向に入射するようになる。しかしながら、フォーカス誤差信号の検出では、±１次回折光を検出信号として利用することがなく、０次回折光を検出信号として利用する。このため、受光部Ｒ２９１において、上記±１次回折光が入射する位置に、フォトディテクタが配置されていない。
【０１９８】
また、受光部Ｒ２９２及びＲ２９３から出力された電気信号を、上記演算式（１４）または（１５）に基づいて、演算処理することにより、ラジアル誤差信号（ＲＥＳ信号）が検出される。なお、ここでは、ＤＰＰ法、または、ＤＰＤ法により、ラジアル誤差信号を検出している。３ビーム発生用回折格子２９ｂは、上記のように、往路の光ビームを０次回折光、及び、±１次回折光に回折する。ラジアル誤差信号を検出する場合、３ビーム発生用回折格子２９ｂにて回折された０次回折光、及び、±１次回折光を検出信号として利用する。このため、受光部Ｒ２９２では、０次回折光を受光するフォトディテクタとして、フォトディテクタｄが、±１次回折光を受光するフォトディテクタとして、フォトディテクタｃ及びｅが配置されている。また、受光部Ｒ２９３についても同様に、０次回折光を受光するフォトディテクタとして、フォトディテクタｇが、±１次回折光を受光するフォトディテクタとして、フォトディテクタｆ及びｈが配置されている。
【０１９９】
また、再生信号（ＲＦ信号）は、上記演算式（１６）に基づいて、フォトディテクタａ、フォトディテクタｂ、フォトディテクタｄ、及び、フォトディテクタｇから出力された信号の和として検出される。
【０２００】
また、球面収差の調整はＲＦ信号をもとに、次のような方法で検出している。受光素子２８で検出されたＲＦ信号の振幅は球面収差量の影響を受ける。すなわち、球面収差量が大きいと、ＲＦ信号の振幅は小さくなり、球面収差量が小さいと、ＲＦ信号の振幅は大きくなる。そこで、本実施の形態では、制御手段により駆動手段を制御し、球面収差補正素子であるビームエキスパンダーを構成する２つのレンズの一方を光軸方向に移動させ、ＲＦ信号振幅が最大となるように調整している。
【０２０１】
また、本実施形態においては、フォーカス誤差信号の検出方法として、ナイフエッジ法を用いているが、これに限定されるものではない。例えば、フォーカス誤差信号の検出方法として、非点収差法を適用してもよい。
【０２０２】
ナイフエッジ法や非点収差法を用いる場合、ビームサイズ法（スポットサイズ法ともいう）を用いる場合に比べて次の理由から望ましい。なお、ここでいうビームサイズ法とは、対物レンズと光ディスクとの相対位置の変化に応じて、受光素子上のビームサイズが変化することを利用して、フォーカス誤差信号を検出する方法である。
【０２０３】
光ピックアップ装置１００のように、２つの異なる種類の光ディスクに対応して、１つの対物レンズを異なる開口数で使用しており、さらに、復路において偏光レンズ素子によるビーム径の縮小作用が異なる（一方の光ディスクの場合には偏光レンズ素子の前後でビーム径は変化さず、他方では変化する）ため、戻り光の光束径も異なる。それゆえ、戻り光の光束径そのものが異なる場合には、対物レンズと光ディスクとの相対位置関係が適切であっても、２つの光ディスクのいずれか一方に適切に設計された受光素子の場合、他方の光ディスクに対してはデフォーカス（フォーカスオフセットとも言う）として検出してしまう恐れがある。この問題を回避する方法としては、例えば、５分割のフォトディテクタを用い、戻り光の光束径が大きい高密度光ディスクの場合には５分割のフォトディテクタを全て使用し、戻り光の光束径が小さい低密度光ディスクの場合には内側の３分割のフォトディテクタを利用する方法が挙げられる。
【０２０４】
このように５分割フォトディテクタを用いてフォーカス誤差信号を検出する光源について、図１１を参照して、以下に説明する。図１１は、５分割フォトディテクタを用いてフォーカス誤差信号を検出する光源２１３の概略構成を示す断面図である。
【０２０５】
図１１に示すように、光源２１３は、レーザパッケージ２３１とホログラム素子３２とを備えている。レーザパッケージ２３１内には、半導体レーザー１と、フォトディテクタが配置された受光素子３８ａ及び３８ｂが配置されている。また、ホログラム素子３２の出射側の面には、３分割ホログラム３２ａが形成されており、ホログラム素子３２の出射面と反対側の面には、３ビーム発生用回折格子３２ｂが形成されている。
【０２０６】
光ディスク１２からの戻り光ビームは、ホログラム素子３２の３分割ホログラム３２ａにて回折されて、受光素子３８ａ及び３８ｂにて受光される。３ビーム発生用回折格子３２ｂは、往路の光ビーム、すなわち半導体レーザー１から出射された光ビームを、０次回折光、及び、±１次回折光に回折する。受光素子３８ａは、３分割ホログラム３２ａにて回折された往路の光ビームのうち、＋１次回折光を受光する。一方、受光素子３８ｂは、−１次回折光を受光する。図１１に示すように、光源２１３は、３分割ホログラム３２ａにより回折された±１次回折光の集光点の位置が、受光素子３８ａ及び３８ｂに対して、光軸方向にずれた位置となるように設定された構成である。
【０２０７】
そして、光源２１３では、受光素子３８ａ及び３９ｂにて、受光された戻り光ビームの電気信号が出力される。光源２１３では、この電気信号の出力を演算することにより、ラジアル誤差信号（ＲＥＳ信号）、フォーカス誤差信号（ＦＥＳ）、及び、再生信号（ＲＦ信号）が検出される。
【０２０８】
以下、光源２１３におけるフォーカス誤差信号の生成方法について、図１２を参照にして説明する。図１２は、ホログラム素子２２２に形成された３分割ホログラム３２ａ、及び、＋１次回折光を受光する受光素子３８ａを、光源２１３の出射側からみた平面図であり、図１２において左側は、３分割ホログラム３２ａの平面図であり、右側は、受光素子３８ａの平面図である。なお、受光素子３８ａは、図１０に示した受光素子２８と異なり、フォトディテクタ上のビームのサイズは、実際のビームサイズを反映した平面図となっている。これは、よりビームの大きさの違いをより理解しやすくするためのものである。
【０２０９】
すなわち、図１２では、ラジアル誤差信号を検出するフォトディテクタに入射する集光ビームは、実際のように集光されているように小さな点で描いており、また、フォーカス誤差信号を検出する５分割のフォトディテクタに入射する光ビームも実際のように大きな半円として描いている。
【０２１０】
３分割ホログラム３２ａは、図１２に示すように、領域３９１〜３９３に３分割されている。それぞれの領域は、光ディスクのラジアル方向に相当する分割線Ｌ１により、領域３９１と他の領域（３９２＋３９３）とに２分割され、さらに、分割された領域は、光ディスクのタンジェンシャル方向に相当する分割線Ｌ２により、領域３９２と領域３９３とに２分割されている。
【０２１１】
また、受光素子３８ａは、図１２に示すように、受光部Ｒ３９１〜Ｒ３９３を備えている。これらの受光部は、領域３９１〜３９３にて回折された戻り光ビームのうち、＋１次回折光を受光する。受光部Ｒ３９１は、フォトディテクタａ’〜ｆ’からなる５分割フォトディテクタであり、領域３９１にて回折した戻り光ビームを受光する。また、受光部Ｒ３９２は、フォトディテクタｇ’〜ｉ’からなり、領域３９２にて回折した戻り光ビームを受光する。さらに、受光部Ｒ３９３は、フォトディテクタｊ’〜ｌ’からなり、領域３９３にて回折した戻り光ビームを受光する。
【０２１２】
また、図１２では、受光部Ｒ３９１のフォトディテクタａ’〜ｆ’において点線で示した光スポットは、高密度光ディスクからの戻り光ビームに対応した光スポットである。一方、実線で示した光スポットは、低密度光ディスクからの戻り光ビームに対応した光スポットである。すなわち、点線で示した光スポットは、使用する２種類の光ディスクのうち、対応する開口数が大きい対物レンズ１１を使用した場合における戻り光ビームの光スポットであり、実線で示した光スポットは、対応する開口数が小さい対物レンズ１１を使用した場合における戻り光ビームの光スポットである。
【０２１３】
このように、対応する対物レンズの実効的な有効径、あるいは、開口数が異なる２種類の光ディスクを用いる場合、受光部Ｒ３９１のフォトディテクタａ’〜ｆ’上に集光する光スポットの大きさが異なる。このため、光源２１３による検出方法では、開口数の大きさに応じて、演算方式を切り替えるという工夫を行っている。光源２１３では、フォトディテクタａ’〜ｅ’から出力された電気信号を、それぞれＶ２ａ’〜Ｖ２ｅ’とすると、フォーカス誤差信号（ＦＥＳ）は、下記演算式により検出される。
対応する開口数が大きい場合（高密度光ディスクを用いた場合）
ＦＥＳ＝（Ｖ２ａ’＋Ｖ２ｂ’＋Ｖ２ｃ’）−（Ｖ２ｄ’＋Ｖ２ｅ’）・・・・・・（２２）
対応する開口数が小さい場合（低密度光ディスクを用いた場合）
ＦＥＳ＝（Ｖ２ａ’）−（Ｖ２ｂ’＋Ｖ２ｃ’＋Ｖ２ｄ’＋Ｖ２ｅ’）・・・・・・（２３）
すなわち、高密度光ディスクを用いる場合、受光部Ｒ３９１の５分割フォトディテクタのうち、内側にあるフォトディテクタａ’〜ｃ’からの出力と、フォトディテクタａ’〜ｃ’の外側にあるフォトディテクタｄ’及びｅ’からの出力との差をフォーカス誤差信号としている。一方、低密度光ディスクを用いる場合、受光部Ｒ３９１の５分割フォトディテクタのうち、中心にあるフォトディテクタａ’からの出力と、フォトディテクタａ’の外側にあるフォトディテクタｂ’〜ｅ’からの出力との差をフォーカス誤差信号としている。
【０２１４】
このように、光源２１３では、受光部Ｒ３９１のフォトディテクタの数を増やし、対物レンズの開口数の大きさ、すなわち戻り光ビームの光束径の大きさに応じて、フォーカス誤差信号を検出するための演算式を切り替えている。こうすることで、戻り光の光束径そのものが異なる場合に、対物レンズと光ディスクとの相対位置関係が適切であっても、デフォーカスとして検出してしまうことがない。また、フォーカス誤差信号検出を行う出力を得るフォトディテクタを切り替えるなどの制御ならびに回路が不要である。しかしながら、受光部Ｒ３９１のフォトディテクタの数が増えると、全てのフォトディテクタからの出力信号の和として再生信号（ＲＦ信号）が検出されるため、各フォトディテクタからの信号の遅延差などの影響により信号がエラーデータとして検出される恐れがある。それゆえ、フォーカス誤差信号を検出する受光部Ｒ３９１のフォトディテクタの数としては、より少ない方が好ましい。
【０２１５】
また、非点収差法によりフォーカス誤差信号を検出する場合、光ピックアップ装置は、図１３に示すように、復路の戻り光ビームを分離してフォーカス誤差信号を検出するような構成であってもよい。
【０２１６】
図１３に示すように、光ピックアップ装置１０２は、偏光ビームスプリッタ３２と、複合レンズ３３と、受光素子３４とを備えている。偏光ビームスプリッタ３２と受光素子３４との間に、複合レンズ３３が配置されている。
【０２１７】
偏光ビームスプリッタ３２は、光ディスク１２からの戻り光ビームを分離する。また、複合レンズ３３は、凸レンズとシリンドリカルレンズとからなり、偏光ビームスプリッタ３２にて分離された戻り光ビームを受光素子３４へ導く。受光素子３４は、田の字型の４分割フォトディテクタを備えており、入射する戻り光ビームを受光する。そして、光ピックアップ装置１０２では、受光素子３４の４分割フォトディテクタからの出力に基づいて、フォーカス誤差信号が検出される。
【０２１８】
上述のように、ナイフエッジ法や非点収差法の場合、ビームサイズ法と異なりビームのサイズに依存してフォーカス誤差信号を検出するわけではないため、フォトディテクタで受光するビームの大きさの影響によりオフセットを発生することがなく、より好ましい。
【０２１９】
また、本願発明では光源として半導体レーザーを使用した。半導体レーザーから出射される光にはＲＩＮノイズなどとよばれる出力変動ノイズがあり、一般的には低出力の場合にＲＩＮノイズは大きく、高出力になることにより小さくなる。光ピックアップ装置に使用される半導体レーザーのＲＩＮノイズの許容値としては−１２５ｄＢ／Ｈｚ^(1/2)、あるいは、−１３０ｄＢ／Ｈｚ^(1/2)以下であることが望まれているが、現在開発されている青紫半導体レーザーでは再生時、すなわち、低出力（１〜６mW程度）時に上記ノイズの許容値を超えてしまう場合がある。そのような場合には、光の結合効率をわざと悪くすることで再生時の出力を増やし、ＲＩＮノイズを低減する方法がとられる場合がある。その場合には逆に記録時に大きな出力が必要となり、半導体レーザー開発の課題となっている。
【０２２０】
このような場合において、例えば、光ピックアップ装置に使用する集光手段である対物レンズとして１つの種類の有効径のみを有するものを使用し、本願発明の偏光レンズ素子により、対物レンズに入射する光束径を変化させることにより、光記録媒体の情報再生時と情報記録時とで光の結合効率を変化させることが可能になる。
【０２２１】
すなわち、光記録媒体の情報再生時に、偏光レンズ素子から出射される直線偏光の中で光束径が相対的に大きい直線偏光を利用することで、Ｒｉｍ強度が大きくすることが可能になる。そして、Ｒｉｍ強度を大きくすることにより、光の結合効率が低くなる。このように、光記録媒体の情報再生時に低い光の結合効率とすることで、より高い出力で半導体レーザーを発光させて、ノイズを低減させることが可能になる。また、光記録媒体の情報記録時に、偏光レンズ素子から出射される直線偏光の中で光束径が相対的に小さい直線偏光を利用することで、Ｒｉｍ強度を小さくすることが可能になる。そして、Ｒｉｍ強度を小さくすることにより、光の結合効率が高くなる。このように、光記録媒体の情報記録時に高い光の結合効率とすることで、半導体レーザーの最大出力を低減することが可能となる。
【０２２２】
このように、情報再生時には結合効率を低く、情報記録時には高くすることで、半導体レーザーとしてより低出力なものでも記録パワーを確保することが可能となる。
【０２２３】
なお、上記の効果は対物レンズとして１つの有効径を有するものに限らない。本実施形態で使用した互いに実効的に異なる有効径を１つの対物レンズにおいて有するものであってもよいし、さらには２つの対物レンズを備えた光ピックアップ装置において、それぞれ有効径が異なる対物レンズであってもよい。
【０２２４】
すなわち、上記集光手段において、相対的に大きい実効的な有効径が、偏光レンズ素子から出射される直線偏光の中で光束径が相対的に大きい直線偏光に対応している場合、光記録媒体が、対物レンズにおける対応する実効的な有効径が異なる複数種類の光記録媒体から選択され、その複数種類の光記録媒体のうち、対応する実効的な有効径が相対的に大きい光記録媒体に対して、情報再生時に集光する光が、上記偏光レンズ素子から出射される直線偏光の中で光束径が相対的に大きい直線偏光に対応し、かつ、情報記録時に集光する光が上記偏光レンズ素子から出射される直線偏光の中で光束径が相対的に小さい直線偏光に対応していてもよい。
【０２２５】
また、上記集光手段において、相対的に小さい実効的な有効径が、偏光レンズ素子から出射される直線偏光の中で光束径が相対的に大きい直線偏光に対応している場合には、光記録媒体がそれぞれ、対物レンズにおける対応する実効的な有効径が異なる複数種類の光記録媒体から選択され、その複数種類の光記録媒体のうち、対応する実効的な有効径が相対的に小さい光記録媒体に対して、情報再生時に集光する光が、上記偏光レンズ素子から出射される直線偏光の中で光束径が相対的に大きい直線偏光に対応し、かつ、情報記録時に集光する光が上記偏光レンズ素子から出射される直線偏光の中で光束径が相対的に小さい直線偏光に対応していてもよい。
（３）偏光方向切替素子
また、光ピックアップ装置１００では、偏光レンズ素子６と光源１３との間に、偏光方向切替素子としてＴＮ型の液晶素子５が設けられている。これにより、光源１３から出射した所定方向の直線偏光を、２方向の直線偏光に変換させることが可能になる。
【０２２６】
上記偏光方向切替素子としては、所定方向と他の方向の２方向の直線偏光の光を切り替えて偏光レンズ素子６に入射させるものであれば、特に限定されるものではない。例えば、図１４に示すような構成であっても、所定方向と他の方向の２方向の直線偏光の光を切り替えて偏光レンズ素子６に入射させることが可能になる。以下に、別の構成の偏光方向切替素子を備えた光ピックアップ装置について、説明する。
【０２２７】
図１４に示すように、光ピックアップ装置１０３は、光源１３ａ・１３ｂという２つの光源を備えた構成である。そして、光ピックアップ装置１０３は、コリメートレンズ３ａ・３ｂ、整形プリズム４ａ・４ｂ、ビームスプリッタ４２、及び、光源照射制御部４３を備えている。
【０２２８】
光ピックアップ装置１０３では、光源１３ａと光源１３ｂとから出射した光ビームの偏光方向が、互いに直交方向となるように、配置されている。すなわち、光ピックアップ装置１０３では、光源１３ａは、Ｘ方向の直線偏光を出射する一方、光源１３ｂは、Ｙ方向の直線偏光を出射する。また、光源照射制御部４３は、適用する光ディスク１２の種類に応じて、光源１３ａと光源１３ｂとの何れかを発光させるかを制御する。あるいは必要とされる光束径に応じて、２つの光源の何れを発光させるかを制御する。例えば、記録と再生において結合効率を切り替える場合には、記録時と再生時で発光させる光源を切り替える。
【０２２９】
光ピックアップ装置１０３では、光源１３ａから出射した光ビーム（Ｘ方向の直線偏光）は、コリメートレンズ３ａ及び整形プリズム４ａを経て、ビームスプリッタ４２を通過して、偏光レンズ素子６に入射する。一方、光源１３ｂから出射した光ビーム（Ｙ方向の直線偏光）は、コリメートレンズ３ｂ及び整形プリズム４ｂを経て、ビームスプリッタ４２にて、反射されて偏光レンズ素子６へ入射する。そして、光源照射制御部４３が、光ディスク１２の種類に応じて、光源１３ａ及び光源１３ｂの何れを発光させるかを制御することで、偏光レンズ素子６に入射する光ビームの偏光方向を切り替えることが可能になる。
【０２３０】
また、光ピックアップ装置１０３は、光源１３ａ・１３ｂが、同一の偏光方向の直線偏光を出射するような構成であってもよい。この場合、光ピックアップ装置１０３には、光源１３ａ・１３ｂから出射する光ビームの何れか一方について、偏光方向を回転させるようなλ／２波長板が設けられている。
【０２３１】
しかしながら、上述のように、偏光方向切替素子として２つの光源を備えた構成よりも、偏光方向切替素子としてＴＮ型の液晶素子５を備えた構成のほうが、構成する部品点数も少なく、低コストであり、また、光ピックアップ装置の小型化にも有利である。それゆえ、偏光方向切替素子は、ＴＮ型の液晶素子５であることがより好ましい。
【０２３２】
また、偏光方向切替素子としては、上記構成のほかに、ファラデーローテータなどを使用することが可能である。しかしながら、ファラデーローテータよりも、液晶素子の方が透過率が高いため、結合効率の向上に有利である。また、小型であることから、光ピックアップの小型化に有利である。
（４）球面収差補正素子
通常、対物レンズ１１は、所定の厚みのカバーガラスを透過した集光スポットにおいて、球面収差が小さくなるように設計されている。より厳密には、球面収差は、光ディスク１２のカバーガラスを構成する硝材の屈折率にも影響される。このため、対物レンズ１１は、カバーガラスを構成する硝材の屈折率も考慮に入れて、設計される。
【０２３３】
一方、対物レンズ１１を設計するときに想定したカバーガラスの厚み、または、構成する硝材の屈折率とは異なる光ディスクを適用した場合、光ディスク１２の記録層に集光した光スポットには球面収差が発生する。この球面収差（３次の球面収差）は、カバーガラス厚み誤差、または、屈折率誤差に対して、開口数の４乗に比例する。このため、この球面収差は、対物レンズ１１の開口数が大きくなるにつれて、その影響が大きくなる。
【０２３４】
また、単一の記録層を有する光ディスクを想定して対物レンズ１１を設計する場合には、光ディスクのカバーガラスの厚み誤差が対象となる。しかしながら、２つの記録層を有する光ディスクの場合には、２つの記録層の間の中間層の厚みも、球面収差を発生させる要因となる。例えば、２つの記録層を有する光ディスクとして、図１に示す光ディスク１２が挙げられる。
【０２３５】
図１に示すように、光ディスク１２は、第１記録層１２ａと第２記録層１２ｂとを備えている。光ディスク１２において、対物レンズ１１側の面に近いほうから、第１記録層１２ａ、及び、第２記録層１２ｂの順で形成されている。また、第１記録層１２ａと第２記録層１２ｂとの間に、中間層１２ｃが形成されている。光ディスク１２の第１記録層１２ａに集光した光スポットの球面収差が小さくなるように、対物レンズ１１が設計されている場合、光ディスク１２の第２記録層１２ｂに光ビームを集光すると球面収差が発生する。この球面収差の量が大きい場合、光ディスク１２に記録された信号を再生するに際し、エラーレートが悪化するなどの影響がある。このため、第１記録層１２ａ及び第２記録層１２ｂにおける球面収差量は、信号の記録、または、再生に問題がない程度に低減する必要がある。
【０２３６】
光ピックアップ装置１００では、ビームエキスパンダーを使用することにより、カバーガラスの厚み誤差、２つの記録層の間の中間層の厚み、あるいは、それらの屈折率誤差により発生する球面収差を補正している。
【０２３７】
以下に、光ピックアップ装置１００におけるビームエキスパンダー７の構成について、図１を参照して説明する。
【０２３８】
図１に示すように、ビームエキスパンダー７は、凹レンズ１６と凸レンズ１７とからなる。凹レンズ１６は光源１３側に配置されており、凸レンズ１７は対物レンズ１１側に配置されている。このため、ビームエキスパンダー７は、光源１３側から入射した光ビームの光束を拡大して出射するような構成となっており、凹レンズ１６と凸レンズ１７とのレンズ間隔を調整することで、光ディスク１２に発生する球面収差を補正するようになっている。また、ビームエキスパンダー７の基準の状態では、光源１３側から入射した平行光が、対物レンズ１１側へ平行光で出射されるように、凹レンズ１６と凸レンズ１７との焦点距離やレンズ間隔が設定されている。
【０２３９】
また、ビームエキスパンダー７は、凹レンズ１６と凸レンズ１７とのレンズ間隔を変化させることで、対物レンズ１１側に、発散光あるいは集束光を出射させることができる。このような発散角度を有する光ビームを対物レンズ１１へ入射させることにより、光ディスク１２のカバーガラス厚の誤差による球面収差を補正することができる。
【０２４０】
また、対物レンズ１１は、平行光が入射し、かつ、第１記録層１２ａと第２記録層１２ｂとの間のほぼ中央付近、すなわち、中間層１２ｃの中央付近に光ビームを集光したときに、発生する球面収差が、高密度光ディスクで最も小さくなるように設計されている。このため、光ディスク１２が高密度光ディスクである場合、第１記録層１２ａに光ビームを集光した場合、ビームエキスパンダー７は、凹レンズ１６と凸レンズ１７とのレンズ間隔を広げることで、集束光を対物レンズ１１に入射させて、球面収差を補正している。また、第２記録層１２ｂに光を集光する場合には、ビームエキスパンダー７は、凹レンズ１６と凸レンズ１７とのレンズ間隔を狭くすることで、発散光を対物レンズ１１に入射させて、球面収差を補正している。
【０２４１】
一方、光ディスク１２が高密度光ディスクよりカバーガラス厚が厚い、低密度光ディスクである場合、対物レンズ１１に設けられた段差の効果により、実効的な開口数を制限しているため、低密度光ディスクに集光される光ビームにおける球面収差も低減されている。しかし、対物レンズ１１は高密度光ディスクの中間層の中央付近に光ビームを集光したときに発生する球面収差が小さくなるように設計されているため、低密度光ディスクに備えられた２つの記録層のいずれに光ビームを集光させた場合でも、オーバーな球面収差が発生する。よって、低密度光ディスクの記録層に光を集光させる際には、ビームエキスパンダー７は凹レンズ１６と凸レンズ１７とのレンズ間隔を狭くすることで、発散光を対物レンズ１１に入射させて、球面収差を低減させることが可能である。
【０２４２】
なお、ここでは、対物レンズ１１が、高密度光ディスクで、中間層１２ｃの中央付近での球面収差が最も小さくなる設計されていたが、これに限定されるものではなく、その他の方法で設計された対物レンズあってもよい。
【０２４３】
本実施の形態のように、低密度光ディスクは、高密度光ディスクに比べてカバーガラスの厚みが厚い光ディスクとなっていることが多い。このため、実効的な開口数を小さくしても、残存する球面収差が大きく、かつ、オーバーな球面収差となる場合がある。本実施の形態ではより薄いカバーガラス厚を有する高密度光ディスクの２つの記録層の中間層において球面収差が小さくなるような対物レンズを使用したが、例えば、対物レンズ１１は、低密度光ディスクの第１記録層１２ａに集光する光ビームの球面収差が最も小さくなるように設計されていてもよい。この場合、ビームエキスパンダー７の凹レンズ１６と凸レンズ１７とのレンズ間隔を狭くして、対物レンズ１１に発散光を入射されることで、低密度光ディスクの他の第２記録層１２ｂに光を集光した光ビームの球面収差を補正することができ、また、高密度光ディスクの２つの記録層に集光された光ビームの球面収差を補正するためには、凹レンズ１６と凸レンズ１７とのレンズ間隔を広くして、収束光を対物レンズ１１に入射させればよい。
【０２４４】
さらに、対物レンズ１１は、低密度光ディスクの第１記録層１２ａと高密度光ディスクの第２記録層１２ｂの間のいずれかの位置に光を集光した光ビームの球面収差が小さくなるように設計されていてもよい。この場合には、ビームエキスパンダー７が、凹レンズ１６と凸レンズ１７とのレンズ間隔を狭くして、対物レンズ１１に発散光を入射されることで、低密度光ディスクの第１記録層１２ａまたは第２記録層１２ｂに光を集光した光ビームの球面収差を補正することができる。また、凹レンズ１６と凸レンズ１７とのレンズ間隔を広くして、対物レンズ１１に発散光を入射されることで、高密度光ディスクの第１記録層１２ａまたは第２記録層１２ｂに光を集光した光ビームの球面収差を補正することができる。
【０２４５】
球面収差補正素子としては、上述のビームエキスパンダー７に限定されるものではなく、従来公知の球面収差補正素子であれば、光ピックアップ装置１００に適用することが可能である。例えば、球面収差補正素子としては、液晶素子を備えたものが挙げられる。
【０２４６】
以下に、液晶素子を備えた液晶型球面収差補正素子の構成について、図１５を参照にして説明する。図１５は、液晶型球面収差補正素子４７の概略構成を示す平面図である。
【０２４７】
液晶型球面収差補正素子４７は、一対のガラス基板で液晶層が狭持されている液晶素子４４と、電極パターン４５とを備えている。電極パターン４５は、液晶素子４４の一対のガラス基板一方に設けられている。また、液晶素子４４は、電界複屈折型の液晶素子である。電極パターン４５は、図１５に示すように、円環状の電極パターンを有している。
【０２４８】
液晶型球面収差補正素子４７では、補正する球面収差量に応じて電極パターン４５に印加する電圧を変化させている。これにより、液晶素子４４を透過する光の波面に位相分布が生じ、球面収差が補正される。
【０２４９】
このように、光ピックアップ装置１００では、液晶型球面収差補正素子４７を球面収差補正素子として用いることが可能である。しかしながら、光ピックアップ装置１００では、ビームエキスパンダー７のように、２つのレンズの間隔を変化させることにより球面収差を補正するものがより好ましい。以下に、この理由を説明する。
【０２５０】
上記電極パターン４５には、入射する光ビームの光束径に対応した円環状の電極パターンが形成されている。それゆえ、対応する光束径、あるいは、開口数が互いに異なる、２種類の光ディスクで発生する球面収差を補正するためには、電極パターン４５に、開口数の大きさに応じて２種類の光束径に対応した電極パターンを形成しなければならない（図１５には１種類の光ディスクに対応した電極パターンのみ記載しているが、２種類の光ディスクに対応するためには相似形状の電極パターンがもう一組必要となる）。このため、電極パターン４５の電極パターンの本数が増加してしまい、この電極パターンに対して、外部の電源から電流を供給するために電極パターンに接続する給電ワイヤーの本数も増加するという問題がある。また、電極パターンにより光が遮光されるため透過率が低下するなどのデメリットがある。
【０２５１】
また、液晶素子４４を透過する光ビームに大きな位相分布を発生させるために、液晶素子４４の液晶層の厚みを大きくする必要がある。液晶素子４４の応答時間は、液晶層の厚みの２乗に比例して長くなる。このため、液晶型球面収差補正素子４７の中には、発生させる位相差量を低減させるために、発生させる位相分布Ｗ（ρ）を下記（２４）式で与えられるような波面に近似したようなものがある。
Ｗ（ρ）＝６ρ＾４−６ρ＾２＋１・・・・・（２４）
ρは電極パターンの中心から径方向の距離をあらわす。
【０２５２】
一方、球面収差補正素子としてビームエキスパンダー７を用いた場合、ビームエキスパンダー７で発生する位相分布Ｗ（ρ）が下記（２５）式で近似されるような波面となっている。
Ｗ（ρ）＝２ρ＾２−１・・・・・（２５）
上記（２４）式の波面の場合には対物レンズ１１中心と液晶素子の電極パターン４５の中心とがずれることによるコマ収差の発生量が大きく、対物レンズ１１がラジアル方向に駆動された場合に問題となる。また、球面収差補正素子として液晶型球面収差補正素子４７を用いた場合、液晶素子４４は、対物レンズ１１と一体的に駆動されるように対物レンズホルダーに搭載されることが多い。このため、駆動される部分から固定部（駆動されない部分）に対して、多くの給電ワイヤーが締結されている。それゆえ、対物レンズホルダーの可動部の周波数特性に影響を与える恐れがある。
【０２５３】
これに対して、ビームエキスパンダー７は、凹レンズ１６と凸レンズ１７とのレンズ間隔を変化させることで球面収差を補正するので、異なる光束径の光であっても特に問題なく使用できる。それゆえ、球面収差補正素子としては、液晶型球面収差補正素子４７よりもビームエキスパンダー７がより好ましい。
【０２５４】
また、ビームエキスパンダー７は、凹レンズと凸レンズからなる構成であるが、これに限定されるものではなく、２つの凸レンズからなる構成であってもよい。以下に、図１６を参照して、２つの凸レンズからなるビームエキスパンダー５７について説明する。
【０２５５】
図１６に示すように、ビームエキスパンダー５７は、凸レンズ５１６と凸レンズ５１７とを備えている。凸レンズ５１６は光源１３側に配置されており、凸レンズ５１７は対物レンズ１１側に配置されている。ビームエキスパンダー５７は、光源１３側から入射した光ビームの光束を拡大して出射するような構成となっており、凸レンズ５１６と凸レンズ５１７とのレンズ間隔を調整することで、光ディスク１２に発生する球面収差を補正するようになっている。また、ビームエキスパンダー５７の基準の状態では、光源１３側から入射した平行光が、対物レンズ１１側へ平行光で出射されるように、凸レンズ５１６と凸レンズ５１７との焦点距離やレンズ間隔が設定されている。
【０２５６】
また、ビームエキスパンダー５７は、凸レンズ５１６と凸レンズ５１７のレンズ間隔を変化させることで、対物レンズ１１側に、発散光あるいは集束光を出射させることができる。このような発散角度を有する光ビームを対物レンズ１１へ入射させることにより、光ディスク１２のカバーガラス厚の誤差による球面収差を補正することができる。
【０２５７】
以上のように、球面収差補正素子は、複数の記録層を有する光ディスクの場合でも球面収差を補正することができ、さらに、対応する開口数の異なる対物レンズを使用し、カバーガラス厚の異なる光ディスクを使用する場合であっても、球面収差を補正することが可能であるため、記録・再生における信号品質を高めることが可能となる。
【０２５８】
また、球面収差補正素子は、出射光束の発散度を変化させて球面収差を補正している。また、この球面収差補正素子は偏光レンズ素子６と対物レンズ１１との間に配置されている。このため、光ピックアップ装置１００では、往路・復路ともに、偏光レンズ素子６に平行光を入射させることができる。２つのレンズから構成されるビームエキスパンダー方式の球面収差補正素子だけではなく、液晶素子方式の場合でも、作用する偏光方向が互いに直交する２つの液晶素子を使用し、さらに、液晶素子と対物レンズの間にλ／４波長板を用いることにより上記作用を実現することができる。
【０２５９】
球面収差補正素子を偏光レンズ素子より光源側に配置した場合、光ディスクの記録層に集光した光ビームにおける球面収差を補正するために、球面収差補正素子から光ディスクに向かう光は発散光、あるいは、収束光となるが、例えば、光ピックアップ装置１００では、光ビームの往路において、発散光が偏光レンズ素子６に入射し、偏光レンズ素子６のレンズ効果により光束径の拡がった発散光が偏光レンズ素子から出射された場合、光ディスクからの戻り光に対しては、偏光レンズ素子はレンズ効果を有しないので、球面収差の補正量に応じて偏光レンズ素子を通過した光の集光点位置が光軸上で変化するため、フォーカス誤差信号検出においてオフセットが発生する。本実施形態の構成ではフォーカス誤差信号におけるオフセットの発生を防止することができる。従って、球面収差補正素子を偏光レンズ素子と対物レンズとの間に配置することが望ましい。
（５）適用可能な光ディスク
また、光ディスク１２として、２つの記録層を有する光ディスクについて説明したが、光ピックアップ装置１００に適用されうる光ディスクは、これに限定されるものではない。例えば、光ディスク１２としては、さらに多くの記録層を備えた光ディスクであってもよいし、単一の記録層を有する光ディスクであってもよい。また、２種類の光ディスク間で、記録層の数が異なったものであってもよい。また、１つの光ディスクが複数の記録層を有し、互いに記録密度が異なっているものでもよい。
【０２６０】
また、光ピックアップ装置１００は、異なる開口数を必要とする、複数種類の光ディスクを１つの対物レンズで互換する場合に、それぞれの光ディスクに適したＲｉｍ強度の対物レンズ入射光強度分布とし、記録・再生時の光利用効率の低下を抑制するものである。このため、本実施形態では、異なる２種類の光ディスクとして、記録密度が異なる、高密度光ディスクと低密度光ディスクを使用した場合について説明したが、光ディスク１２としては、異なる種類の光ディスクの記録密度が同じである光ディスクであってもよい。また、光ディスク１２は、カバーガラス厚や、記録層の間の中間層の厚みや屈折率が同じである光ディスクであってもよい。また、異なる開口数のうち、一方の開口数が対応する光ディスクとして、例えば、カバーガラス厚や、記録層の間の中間層の厚みや屈折率が異なる複数種類の光ディスクであってもよい。
【０２６１】
また、集光手段である対物レンズは１つの対物レンズとして実効的に異なる開口数を有する対物レンズについて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、それぞれ異なる開口数を有する２つの対物レンズを切り替えて使用しても良い。
【０２６２】
また、光ピックアップ装置１００は、異なる開口数を必要とする、少なくとも２種類、すなわち、２種類以上の光ディスクに対応することも可能である。例えば、対応する開口数が相対的に大きい光ディスクが１種類、対応する開口数が相対的に小さい光ディスクが２種類の合計３種類の光ディスクにも適用可能である。このような場合、対応する開口数が相対的に大きい光ディスクを所定方向の直線偏光に対応させる一方、対応する開口数が相対的に小さい光ディスクを上記所定方向とは直交する方向の直線偏光に対応させることにより、光ディスクの互換性を実現することが可能になる。
【０２６３】
ここで、開口数が相対的に小さい２種類の光ディスクとしては、例えば、記録層数が異なるもの、トラックピッチが異なるもの、記録データのフォーマットが異なるもの、再生専用のもの、または、記録再生が可能なものなど様々なものに対して対応可能である。また、開口数が相対的に大きい光ディスク２種類と開口数が相対的に小なる１種類の光ディスクにも対応可能である。また、さらに多くの種類の光ディスクにも対応可能である。
【０２６４】
また、光ディスク１２としては、対応する集光手段の有効径や開口数が同じである光ディスクであってもよい。例えば、１つの対物レンズと偏光レンズ素子を有する光ピックアップ装置において、偏光レンズ素子から出射する光束径を切り替えて使用することにより、光の結合効率を変化させることができる。これにより、光源から出射される出力は一定とし、光束径の切替えにより対物レンズより光ディスクに集光される出力を変化させ、記録再生のパワー切替えを行うことも可能である。さらに、光ディスクとして２つの記録層を有し、かつ、記録層ごとの記録密度が異なる場合では、偏光レンズ素子による光束径の切替えにより対物レンズに入射する光束の強度分布、すなわち、Ｒｉｍ強度が変化することを利用し、各記録層に集光される集光ビーム径を変化させ、異なる記録密度に対応するようにすることも可能である。
【０２６５】
また、光ディスク１２としては、対応する集光手段の有効径は異なるが開口数が同じものであってもよい。有効径が同じ集光手段の場合には偏光レンズ素子による光束径の切替えによって、Ｒｉｍ強度は変化するこが、有効径が異なる場合には、互いの場合のＲｉｍ強度を一致させることが可能となる。
（６）本発明の偏光レンズ素子
また、上記偏光レンズ素子６０は、光ピックアップ装置に限定されるものではなく、ビーム径の変換光学系として利用可能である。
【０２６６】
その場合、偏光レンズ素子６は、上述したように、光源側から入射した一方向の直線偏光に対してレンズとして機能する２つの偏光レンズを備え、偏光レンズ素子に対し光源側から平行光が入射し、かつ、入射光束の偏光方向が上記直線偏光の方向と同一の場合には、偏光レンズ素子から出射する光束は入射光束の光束径とは異なる光束径の平行光となるよう、各々の偏光レンズの焦点距離と、偏光レンズの間の距離が設定しておけばよい。このように設定しておくことにより、偏光レンズ素子に入射する光束の偏光方向が上記直線偏光と直交する場合には、入射光束の光束径と同一の光束径の平行光が出射されるため、それぞれ直交する偏光方向の直線偏光を発する２つの光源を備えている場合には、点灯する光源を切り替えることにより、偏光レンズ素子から出射される光束径を切り替えることができる。従って、２つの通常のレンズで構成されたビームエキスパンダー（例えば、本発明の球面収差補正素子として利用したもの）の場合、出射光束径を変化させるためにはレンズ間隔を変えるための駆動機構が必要であり、また、光束径の変化とともに、出射光の発散角度も変化するが、本発明の偏光レンズ素子はそれぞれ光束径の異なる平行光を出射することが可能であり、かつ、駆動機構も不要である。
【０２６７】
また、平行光で入射した光が平行光で出射するように２つの偏光レンズの焦点距離と２つの偏光レンズの距離を設定しているため、例えば、発散光束中、あるいは、集束光束中に配置する構成とした場合、コマ収差等の発生により、Ｘ・Ｙ面内の位置調整精度が厳しくなるが、その場合に比べて、偏光レンズ素子のＸ、Ｙ面内の位置調整精度を緩和することができる。
【０２６８】
また、偏光レンズ素子６として、１枚の光を透過するガラス基板の両側に２つの偏光レンズを一体に形成し、一方向の直線偏光に対して凹レンズとして機能する第１の偏光レンズと、上記直線偏光と同一方向の直線偏光に対し、凸レンズとして機能する第２の偏光レンズからなる偏光レンズ素子としてもよい。２つの偏光レンズの間のガラス基板の厚みを同じものとした場合、２つの偏光レンズを凸レンズで構成する場合と比較すると、レンズの焦点距離を長くすることができるため、ブレーズホログラムの場合には周辺部のピッチを広くすることができ、エッチングなどのブレーズホログラム作成時の誤差による光量ロスを低減させることができる。また、通常の屈折タイプのレンズの場合には焦点距離を長くできるため、レンズの曲率半径を大きくすることができ、より低コスト化が図れる。また、２つのレンズ間の光軸ずれによるコマ収差の発生量を低減することができる。また、ガラス基板内部で光が集光しないため、集光スポット付近で発生する熱によるガラス基板の劣化を防止することができる。また、ブレーズホログラムの場合には、屈折タイプの偏光レンズに対し薄くすることができるので、装置の小型化に有利である。
【０２６９】
また、上記偏光レンズ素子６と光源１３との間に、光源側から入射した直線偏光の光の偏光方向を、同じ方向の直線偏光として出射するか、直交する直線偏光として出射するかを切り替える偏光方向切替素子を備えてもよい。偏光方向切替素子を使用した場合には、例えば、互いに直交する偏光方向の光を発する複数の光源を備える必要がなくなる。従って、構成する部品点数も少なく、低コストであり、光学系をコンパクトにすることが可能である。
【０２７０】
また、偏光方向切替素子は液晶素子としてもよい。偏光方向切替素子としては、ファラデーローテータなどを使用することが可能であるが、液晶素子の方が透過率が高いため、結合効率の向上に有利である。また、小型であることから、光学系のコンパクト化に有利である。
【０２７１】
このように、光ピックアップ装置１００は、入射する光ビームの偏光方向に応じて、光束径を変換する偏光レンズ素子６０を備えている。このため、入射する光ビームの光束径の変換倍率を、それぞれ対応する集光手段である対物レンズの有効径と開口数がともに異なる高密度光ディスクと低密度光ディスクに応じて設定することができる。その結果、光ピックアップ装置１００では、２種類の光ディスクにおいて、互いのＲｉｍ強度が同じになるように設定することでき、結合効率も、互いに同じになるようにすることが可能になる。
【０２７２】
また、光ピックアップ装置１００では、異なる種類の光ディスクを１つの対物レンズで互換するに際し、双方の光ディスクでＲｉｍ強度を適切に設定できる。このため、双方の光ディスクの集光スポットを適切な大きさにすることができ、記録・再生における安定性を高めることができる。
【０２７３】
また、結合効率の低下を防ぐことができるため、消費電力の低減、光ディスクの記録レートの高速化、光ディスクの多層化に有利である。
【０２７４】
また、光ピックアップ装置１００では、偏光レンズ素子６は、入射する直線偏光の方向に応じて異なる光束径の光ビームを出射し、実効的に異なる有効径を備えた集光手段である対物レンズに光を入射する構成となっている。このような構成において、例えば、互いに実効的に異なる有効径を有する集光手段において、実効的な有効径が相対的に小さい場合に対し、偏光レンズ素子から出射される光の中で光束径が相対的に大きい直線偏光に対応させた場合、実効的な有効径が相対的に大きな場合には、必然的には、実効的な有効径が相対的に小さい場合と比較してＲｉｍ強度が小さくなり、異なる有効径の場合においてＲｉｍ強度を一致させることができない。
【０２７５】
しかしながら、互いに実効的に異なる有効径を有する集光手段において、実効的な有効径が相対的に大きい場合に対し、偏光レンズ素子から出射される直線偏光の中で光束径が相対的に大きい光を対応させることにより、異なる有効径の場合においてＲｉｍ強度を一致させることができる。また、有効径の小さい場合に比較し、有効径の大きい場合のＲｉｍ強度を大きくもできるし、小さくもできる。すなわち偏光レンズ素子によって設定できるＲｉｍ強度の範囲を拡げることが可能になるので、望ましい。
【０２７６】
以下に、図２２を参照して、さらに詳述する。図２２は、対物レンズの実効的な有効径とＲｉｍ強度との関係を示す説明図であり、図２２（ａ）は、対物レンズの相対的に小さい実効的な有効径を、偏光レンズ素子から出射される直線偏光の中で光束径が相対的に大きい直線偏光に対応させた場合（以下、Type.1と記す）を示し、図２２（ｂ）は、対物レンズの相対的に大きい実効的な有効径を、偏光レンズ素子から出射される直線偏光の中で光束径が相対的に小さい直線偏光に対応させた場合（以下、Type.2と記す）を示し、図２２（ｃ）は、対物レンズの相対的に大きい実効的な有効径を、偏光レンズ素子から出射される直線偏光の中で光束径が相対的に大きい直線偏光に対応させた場合（以下、Type.3と記す）を示し、図２２（ｄ）は、対物レンズの相対的に小さい実効的な有効径を、偏光レンズ素子から出射される直線偏光の中で光束径が相対的に小さい直線偏光に対応させた場合（以下、Type.4と記す）を示す。
【０２７７】
図２２において、Type.1とType.2とが一つの組み合わせである。また、Type.3とType.4とが別の組み合わせである。
【０２７８】
まず、Type.1とType.2との組み合わせの場合、Type.2の場合に対して、Type.1の場合は、対物レンズの有効径が小さく、偏光レンズ素子から出射される直線偏光の光束径が大きいため、必然的にType.1の場合におけるＲｉｍ強度は、Type.2の場合と比較して大きくなる。また、このＲｉｍ強度の関係は、偏光レンズ素子から出射される直線偏光の変換倍率を変化させても、変わらない。その理由としては、Type.1の場合における偏光レンズ素子から出射される直線偏光の光束径は、Type.2の場合よりも大きいという条件があり、かつ、Type.1の場合における対物レンズの有効径は、Type.2の場合より小さいという条件があるためである。
【０２７９】
次に、Type.3とType.4との組み合わせの場合、Type.4の場合に対して、Type.3の場合は、対物レンズの有効径が大きく、偏光レンズ素子から出射される直線偏光の光束径が大きい。このため、対物レンズの互いに異なる有効径の比と、偏光レンズ素子から出射される直線偏光の光束径の比とを一致させた場合には、Type.3の場合とType.4の場合とでＲｉｍ強度が一致する。図２２（ｃ）及び（ｄ）は、そのような状態を表した図である。Ｒｉｍ強度が一致するような有効径の比と光束径の比の関係に対し、Type.3の場合において、偏光レンズ素子から出射される直線偏光の光束径を小さくすると、Type.3の場合におけるＲｉｍ強度は、Type.4の場合に比べて、小さくなる。逆に、Type.3の場合において、偏光レンズ素子から出射される直線偏光の光束径を大きくすると、Type.3の場合におけるＲｉｍ強度は、Type.4の場合に比べて、大きくなる。すなわち、Type.3とType.4との組み合わせにおいて、一方のTypeの場合におけるＲｉｍ強度に対して、他方のTypeのＲｉｍ強度を大きくもできるし、小さくすることもできる。また、両方のTypeの場合におけるＲｉｍ強度を一致させることが可能である。
【０２８０】
したがって、実効的な有効径が相対的に大きい場合に対し、偏光レンズ素子から出射される光の中で光束径が相対的に大きい光を対応させる場合、異なる有効径の場合においてＲｉｍ強度を一致させることができる。また、有効径の小さい場合に比較し、有効径の大きい場合のＲｉｍ強度を大きくもできるし、小さくもできる。すなわち偏光レンズ素子によって設定できるＲｉｍ強度の範囲を拡げることが可能になる。
〔実施の形態２〕
本発明の実施の他の形態について図１７に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態では、主に、上記実施の形態１との相違点について説明するものとし、上記実施の形態１で用いた構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。また、上記実施の形態１で述べた各種の特徴点については、本実施の形態についても組み合わせて適用し得るものとする。図１７は、本実施形態に係る光ピックアップ装置１０４の概略構成を示した断面図であり、図１７（ａ）は光ディスク１２として高密度光ディスク２０を用いた場合を示し、図１７（ｂ）は光ディスク１２として低密度光ディスク３０を用いた場合を示す。
【０２８１】
上記実施の形態１の光ピックアップ装置１００は、対物レンズ１１として段差１９を有するものを備えた構成である。これに対して、本実施の形態の光ピックアップ装置１０４の対物レンズは段差を有したものではない。また、光ピックアップ装置１０４は、上記実施の形態１の光ピックアップ装置１００と異なり、偏光開口制限手段を備えた構成となっている。また、光ピックアップ装置１０４は、λ／４波長板を備えていない点も、光ピックアップ装置１００の構成と異なる。また、光ピックアップ装置１０４では、光ディスク１２として、２つの記録層を有するものを使用している。
【０２８２】
図１７（ａ）に示すように、光ピックアップ装置１０４は、対物レンズ２１１と偏光開口制限素子２０８とを備えている。
【０２８３】
対物レンズ２１１は、高密度光ディスク２０に対応した開口数が０．８５であり、かつ有効径がΦ３である一方、低密度光ディスク３０に対応した開口数が０．６５であり、かつ、有効径がΦ２．２９である対物レンズである。
【０２８４】
また、対物レンズ２１１は、高密度光ディスク２０を用いた場合に球面収差が小さくなるように設計している。また、対物レンズ２１１は、中間層２０ｃの中央付近よりも第２記録層２０ｂに近い位置（第２記録層２０ｂも含む）に集光した光ビームにより発生する球面収差が小さくなるように設計されている。この場合、高密度光ディスク２０の第２記録層２０ｂは、高密度光ディスク２０表面から１２５μｍの位置にある。一方、低密度光ディスク３０の第１記録層３０ａは、低密度光ディスク３０表面から６００μｍの位置にある。このため、光ピックアップ装置１０４では、光ディスク１２として低密度光ディスク３０を用いた場合、第１記録層３０ａ及び第２記録層３０ｂの何れかに光ビームを集光させた場合にも、オーバーの球面収差が発生する。このため、光ディスク１２として低密度光ディスク３０を用いた場合、球面収差補正素子であるビームエキスパンダー７の２つのレンズ間隔を調整することにより球面収差を補正する。
【０２８５】
また、光ピックアップ装置１０４において、２種類の光ディスクに対応した開口数を実現する開口制限方法は以下の通りである。光ディスク１２として高密度光ディスク２０を用いた場合、光ピックアップ装置１０４では、上記実施形態と同様に、対物レンズホルダー９に備えられたアパーチャ１０が入射光束を遮蔽することにより開口制限が行われている。すなわち、光ピックアップ装置１０４は、対物レンズ２１１の有効径Φ３の光束が対物レンズ２１１に入射するような構成である。さらに、光ピックアップ装置１０４の対物レンズホルダー９には、偏光開口制限素子２０８が設けられている。
【０２８６】
偏光開口制限素子２０８は、偏光板２０１とガラス基板２０２と位相補正膜２０３とを備えている。また、ガラス基板２０２のビームエキスパンダー７側の面の中央部には、位相補正膜２０３が設けられており、位相補正膜２０３の周辺部に偏光板２０１が設けられている。
【０２８７】
また、図１７（ｂ）に示すように、偏光板２０１の内径は、低密度光ディスク３０に対応した対物レンズ２１１の開口数０．６５に相当する直径になっている。すなわち、偏光板２０１の内径は、対物レンズ２１１の有効径Φ２．２９に対応した直径になっている。光ピックアップ装置１０４では、光ビームは対物レンズ２１１に対して発散光として入射するため、偏光板２０１の内径は、対物レンズ２１１の有効径Φ２．２９よりも小さな直径となっている。しかしながら、偏光板２０１の内径は、これに限定されるものではなく、光ビームが対物レンズ１６０６に対して平行光として入射する場合、対物レンズ２１１の有効径Φ２．２９と同じ直径とすればよい。
【０２８８】
偏光板２０１は、Ｙ方向の直線偏光を吸収する一方、Ｘ方向の直線偏光を透過するものであり、対物レンズ２１１に向かう光ビームの光束の外周部分のＹ方向の偏光方向の光ビームを吸収するようになっている。
【０２８９】
それゆえ、光ディスク１２として低密度光ディスク３０を用いた場合、対物レンズ２１１に向かう光ビームの光束の外周部が、偏光板２０１に吸収されることにより遮光される。このため、光ディスク１２として低密度光ディスク３０を用いた場合、対物レンズ２１１には、光ビームの光束の中央部の光のみが入射する。
【０２９０】
一方、光ディスク１２として高密度光ディスク２０を用いた場合、対物レンズ２１１に向かう光ビームはＸ方向の直線偏光である。このため、光ディスク１２として高密度光ディスク２０を用いた場合、光ビームは偏光板２０１により吸収されず、アパーチャ１０を通過した光ビームがそのまま対物レンズ２１１に入射する。この場合、偏光板２０１を透過する光と、光ビーム光束の中央部を透過する光との間に位相差が生じる。位相補正膜２０３は、このような位相差が生じないように、偏光板２０１を通過した光ビームと光束の中央部分を透過する光ビームとの位相差を補正する。なお、位相補正膜２０３は、ＴｉＯ２やＳｉＯ２などの誘電体膜であってもよいし、等方性の樹脂材料からなるフィルムを接着したものであってもよい。
【０２９１】
また、光ピックアップ装置１０４では、λ／４波長板が設けられていない。このため、偏光開口制限素子２０８に入射する光ビームの偏光方向と、光ディスクで反射し偏光開口制限素子２０８に入射する戻り光ビームとは、互いに偏光方向が同じである。
【０２９２】
逆に、λ／４波長板が設けられている場合には、光ディスク１２として高密度光ディスク２０を用いると、光ビームの往路でＸ方向の偏光方向であった光が、戻り光ビームの復路で、Ｙ方向の偏光方向の光となる。このため、戻り光ビームの光束の外周部が偏光板２０１により遮光されてしまう。したがって、光ディスク１２として高密度光ディスク２０を用いた場合、戻り光の光量が失われるためＳ／Ｎが低下する。また、ラジアル誤差信号検出に利用している、高密度光ディスク２０における回折光の干渉パターン（ボールパターンとも言われる）が失われることになり、ラジアル誤差信号検出にも影響を与える。
【０２９３】
光ピックアップ装置１０４では、偏光方向切替素子であるＴＮ型の液晶素子５により、偏光レンズ素子６及び偏光開口制限素子２０８に入射する偏光方向が切り替えられている。すなわち、光ピックアップ装置１０４では、高密度光ディスク２０及び低密度光ディスク３０の各々の光ディスクに対応した偏光方向への切替えを行っている。それゆえ、個別に偏光方向切替素子を使用する場合に対し、部品点数を削減することができる。
【０２９４】
また、球面収差補正素子である、ビームエキスパンダー７を用いることにより、カバーガラスの厚みが異なる光ディスクにおいて発生する球面収差を、効果的に補正しすることができる。
【０２９５】
なお、光ピックアップ装置１０４では、偏光開口制限素子として一方向の直線偏光を吸収する偏光板２０１が設けられていたが、偏光開口制限素子は、これに限定されるものではない。例えば、一方向の偏光方向の光のみを回折する偏光回折素子を備えた偏光開口制限素子であってもよい。その場合、光ディスク１２として低密度光ディスク３０を用いた場合に、光束の外周部の光を回折するが回折した光が対物レンズに入射しない、または、入射しても記録層上ではフレアになるように回折角度や回折方向を設定すればよい。また偏光開口制限素子は、一方向の直線偏光を反射する反射型の偏光板であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０２９６】
本発明の光ピックアップ装置は、以上のように、光源と、当該光源から出射する光を光記録媒体の記録層に集光する集光手段とを備え、光源と集光手段との間には、直線偏光の偏光方向に応じて光束径を変換する偏光レンズ素子が設けられているので、光記録媒体において、記録・再生が最適になるようにＲｉｍ強度を確保することができ、結合効率をより向上させることが可能になる。それゆえ、本発明は、光ディスク記録再生装置の産業に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２９７】
【図１】本発明の実施の一形態の光ピックアップ装置の要部の概略構成を示す断面図である。
【図２】光ディスクとして高密度光ディスクを用いた場合における、上記光ピックアップ装置の各部材を透過する光ビームの偏光方向の状態を示した断面図であり、（ａ）は、往路を示し、（ｂ）は、復路を示す。
【図３】光ディスクとして低密度光ディスクを用いた場合における、上記光ピックアップ装置の各部材を透過する光ビームの偏光方向の状態を示した断面図であり、（ａ）は、往路を示し、（ｂ）は、復路を示す。
【図４】上記光ピックアップ装置における偏光レンズ素子の構成を示す図であり、（ａ）は、平面図であり、（ｂ）は、断面図である。
【図５】上記偏光レンズ素子における、２つ偏光レンズの焦点距離及びレンズ間隔を示す断面図である。
【図６】上記偏光レンズ素子の別の構成を示す断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、上記偏光レンズ素子の製造工程の一例を示す断面図である。
【図８】偏光レンズ素子として、非平行光の光ビームが出射するように設計した場合における、光ピックアップ装置の各部材を透過する光ビームの偏光方向の状態を示した断面図であり、（ａ）は、往路を示し、（ｂ）は、復路を示す。
【図９】上記光ピックアップ装置における光源の概略構成を示す断面図である。
【図１０】ホログラム素子に形成された３分割ホログラム、及び、受光素子を、光源が光ビームを出射する側からみた平面図であり、図において左側は、３分割ホログラムの平面図であり、右側は、受光素子の平面図である。
【図１１】５分割フォトディテクタを用いてフォーカス誤差信号を検出する光源の概略構成を示す断面図である。
【図１２】ホログラム素子に形成された３分割ホログラム、及び、受光素子を、光源が光ビームを出射する側からみた平面図であり、図において左側は、３分割ホログラムの平面図であり、右側は、受光素子の平面図である。
【図１３】復路の戻り光ビームを分離してフォーカス誤差信号を検出する光ピックアップ装置の概略構成を示す断面図である。
【図１４】偏光方向切替素子として２つの光源を備えた光ピックアップ装置の概略構成を示す断面図である。
【図１５】上記光ピックアップ装置における球面収差補正素子の別の構成を示す平面図である。
【図１６】２つの凸レンズからなる球面収差補正素子を備えた光ピックアップ装置の概略構成を示す断面図である。
【図１７】本発明の実施の他の形態の光ピックアップ装置の概略構成を示した断面図であり、（ａ）は光ディスクとして高密度光ディスクを用いた場合を示し、（ｂ）は光ディスクとして低密度光ディスクを用いた場合を示す。
【図１８】従来使用されている光ピックアップ装置の概略構成を示した断面図である。
【図１９】整形プリズムを備えた従来の光ピックアップ装置の概略構成を示した断面図である。
【図２０】従来の光ピックアップ装置に用いられる互換対物レンズの形状の概略を示した断面図である。
【図２１】互換対物レンズにより異種光ディスクに集光された集光ビームの記録面における波面を示すグラフであり、（ａ）はＤＶＤ記録面における波面であり、（ｂ）はＣＤ記録面における波面である。
【図２２】対物レンズの実効的な有効径とＲｉｍ強度との関係を示す説明図であり、（ａ）は、対物レンズの相対的に小さい実効的な有効径を、偏光レンズ素子から出射される直線偏光の中で光束径が相対的に大きい直線偏光に対応させた場合を示し、（ｂ）は、対物レンズの相対的に大きい実効的な有効径を、偏光レンズ素子から出射される直線偏光の中で光束径が相対的に小さい直線偏光に対応させた場合を示し、（ｃ）は、対物レンズの相対的に大きい実効的な有効径を、偏光レンズ素子から出射される直線偏光の中で光束径が相対的に大きい直線偏光に対応させた場合を示し、（ｄ）は、対物レンズの相対的に小さい実効的な有効径を、偏光レンズ素子から出射される直線偏光の中で光束径が相対的に小さい直線偏光に対応させた場合を示す。
【符号の説明】
【０２９８】
１    半導体レーザー
２    ホログラム素子
３    コリメートレンズ
４    整形プリズム
５    液晶素子（偏光方向切替手段）
６    偏光レンズ素子
７    ビームエキスパンダー（球面収差補正手段）
８    λ／４波長板
９    対物レンズホルダー
１０  アパーチャ
１１  対物レンズ（集光手段）
１２  光ディスク（異種光記録媒体）
１２ａ、１２ｂ  記録層
１３  光源
１４  偏光レンズ（第１の偏光レンズ）
１５  偏光レンズ（第２の偏光レンズ）
１６  凹レンズ（第１のレンズ）
１７  凸レンズ（第２のレンズ）
２８  受光素子（受光手段）
２０  高密度光ディスク（光記録媒体）
３０  低密度光ディスク（光記録媒体）
６０  偏光光束変換部
６１  レンズ間隔制御部
６２  信号検出部（信号検出手段）
２０８  偏光開口制限素子（偏光開口制限手段）
５１６  凸レンズ
５１７  凸レンズ
【図１】
2006107650.tif 000009
【図２】
2006107650.tif 000010
【図３】
2006107650.tif 000011
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006107650.tif 000015
【図８】
2006107650.tif 000016
【図９】
2006107650.tif 000017
【図１０】
2006107650.tif 000018
【図１１】
2006107650.tif 000019
【図１２】
2006107650.tif 000020
【図１３】
2006107650.tif 000021
【図１４】
2006107650.tif 000022
【図１５】
2006107650.tif 000023
【図１６】
2006107650.tif 000024
【図１７】
2006107650.tif 000025
【図１８】
2006107650.tif 000026
【図１９】
2006107650.tif 000027
【図２０】
2006107650.tif 000028
【図２１】
2006107650.tif 000029
【図２２】
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