(57)【要約】光源と、前記光源から光記録媒体に至る光路中に対物レンズと収差補正光学系とを含んでいる光ピックアップ装置において、前記収差補正光学系は所定の収差を補正するために透過する光束に対して位相分布が付与されており、前記収差を補正する場合の前記収差補正光学系の位相量は、前記収差補正光学系と光軸が交わる点からの距離が大きくなるにしたがって、前記収差補正光学系で付与する位相量が大きくなるように設定されている。これにより、対物レンズの芯ずれに対する許容量を大きくして、芯ずれによる収差の劣化を防止することができる。
2003098615.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源から光記録媒体に至る光路中に対物レンズと収差補正光学系とを具備する光ピックアップ装置において、
前記収差補正光学系は所定の収差を補正するために透過する光束に対して位相分布が付与されており、
前記収差を補正する場合の前記収差補正光学系の位相量は、前記収差補正光学系と前記光源からの光の光軸とが交わる点からの距離が大きくなるにしたがって、前記収差補正光学系で付与する位相量が大きくなるように設定されていることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２】
請求項１記載の光ピックアップ装置であって、前記収差補正光学系の位相分布は、以下に示す関数で近似されることを特徴とする光ピックアップ装置。
Φ（ｒ）＝ａ×ｒ４＋ｂ×ｒ２
（Φ（ｒ）：半径ｒにおける位相，ｒ：半径，ａ、ｂ：位相分布係数）
【請求項３】
請求項２記載の光ピックアップ装置であって、Ｒを前記収差補正光学系の有効半径として、位相分布係数ａ，ｂが
ａ×ｂ＞０、
または、ａ×ｂ＜０かつ｛−ｂ／（６×ａ）｝（１／２）＞Ｒ
を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項４】
請求項３に記載の光ピックアップ装置であって、位相分布係数ａが、
｜１２×ａ×Ｒ２｜＜０．００２
を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置において、
前記対物レンズのＮＡは０．７５以上であるとともに、
前記収差補正光学系に液晶素子を含むことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項６】
入射される光の等位相面としての波面を変化させて出力する収差補正光学素子を含む光ピックアップ装置において、
前記収差補正光学素子は、基板上に形成された電極と、入射される光に対する屈折率が前記電極に印加される電圧に応じて変化する光学媒質と、前記電極に電圧を印加する駆動回路とを含み、
前記駆動回路は、前記電極に電圧を印加して前記光学媒質の屈折率を変化させることによって、入射される光の波面の位相を変化させて出力するとともに、
前記駆動回路は、入射される光の光軸からの距離に応じて、前記光学媒質による位相変化量を単調増加または単調減少させるように、前記電極に電圧を印加することを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項７】
前記入射される光の光軸からの距離を半径ｒとし、Ｒを前記収差補正光学系の有効半径として、
前記駆動回路は、半径ｒにおける位相が、Ｒ＞ｒ＞０において、
Φ（ｒ）＝ａ×ｒ４＋ｂ×ｒ２
で表される分布となるように、前記電極に電圧を印加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】
前記駆動回路は、前記入射される光の光軸の位置に配置される中心電極と前記中心位置を中心として配置される円環状電極とに、電圧を印加することによって、入射される光の光軸からの距離に応じて、前記光学媒質による位相変化量を単調増加または単調減少させ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。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、光学的情報記録媒体に情報の記録、再生を行う光ピックアップ装置に関するものである。
背景技術
光を利用した技術は、光周波数で高速処理が可能である（周波数が高いので高速）、空間情報処理ができる、位相処理ができる等の多くの特徴を有しているため、通信、計測、加工などの多岐に渡る分野で研究・開発・実用化が行われている。
そのような光を利用した技術においては、光ビームを絞り込むために高精度の対物レンズが用いられている。
近年、特に光を利用した画像記録装置等への要求は大きくなっており、光情報記録媒体の大容量化へ向けての技術が大変重要になりつつある。光情報記録媒体の大容量化のために、記録媒体の品質向上にも増して、ビームスポットの小径化、すなわち対物レンズによるビームスポットの十分な絞り込みが必要である。
周知のように、ビームスポット径は、光の波長に比例し、対物レンズのＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）に反比例する。すなわち、ビームスポット径を絞り込むためには、光の波長を短くするか、対物レンズのＮＡを大きくする必要がある。
光の短波長化については、近年青色レーザダイオードや青あるいは緑色ＳＨＧレーザが開発されつつある。一方、対物レンズの高ＮＡ化については、ＮＡが０．４５であるＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）に比べて、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃｓ）ではＮＡが０．６とされ、高密度化が達成されてきた。また、２群２枚のレンズを用いて、ＮＡを０．８５とし更なる高密度化を目指した光ピックアップ装置が、日本国の公開特許公報「特開平１０−１２３４１０号公報（公開日：１９９８年５月１５日）」に開示されている。
この様な高いＮＡの対物レンズを用いた光ピックアップ装置においては、光記録媒体の光透過層における厚さのばらつきや、多層記録を行う際に発生する球面収差を補正する必要がある。たとえば、日本国の公開特許公報「特開２００１−１４３３０３号公報（公開日：２００１年５月２５日）」では、球面収差を補正する液晶素子が開示されている。
前記公報の液晶素子は、液晶を２枚のガラス基板上に形成した電極により挟み込む構成であり、球面収差を補正するために、電極に電圧を印加することで液晶の配向を変え、屈折率を変化させることで位相分布を形成している。
たとえば対物レンズのＮＡが０．８５で、光記録媒体の光透過層の厚さが０．１ｍｍである系の場合について説明する。光透過層が、０．１１５ｍｍと厚くなった時、その球面収差を補正するために、図８に示すような位相分布が液晶素子に付与される。これは、光透過層の厚さの増加分（＋１５μｍ）に相当する球面収差がある時、フォーカス動作により最良像面に移動した状態で残存している球面収差を補正するために必要な位相分布である。すなわち、球面収差がある時、記録再生面と波面収差が最も小さくなる面である最良像面とを一致させるための対物レンズの光軸方向の移動によりフォーカス動作した状態で残存している球面収差を補正するために必要な位相分布である。
液晶素子の半径ｒと位相傾きの変化量（変動量）を示す位相分布の２階微分との関係を図９に示す。図９に示すように、この位相分布においては変曲点が２つ存在している。また、図９に示すように、有効光束の最外周部での値がかなり大きくなっている。ここで、この様な位相分布を液晶素子に付与した場合には、液晶素子と対物レンズとの中心軸が一致しているときには問題は生じない。しかしながら、液晶素子と対物レンズとの中心軸が一致せず、液晶素子と対物レンズとの半径方向にわずかでも位置ずれを起こしていると、対物レンズに入射する波面の傾きが大きく変動し、大きな収差が発生してしまう。
したがって、前記構成によれば、液晶素子と対物レンズとの芯ずれによる特性劣化が大きいという問題がある。また、この特性劣化を防止するためには、両者の位置合わせを精密に行う必要があり、ユーザに煩雑な作業を強いることになるという問題もある。また、トラッキング動作を行うために、アクチュエータ上に搭載された対物レンズを光軸と直角かつトラックと直角方向に移動した際に、芯ずれとして、対物レンズに入射する光束の中心軸と対物レンズの中心軸とのずれが生ずる。このような芯ずれは許容できないので、アクチュエータ上に対物レンズと液晶素子とを一緒に搭載しなければならないという問題もある。
さらに、液晶素子に直線偏光を入射させるために、１／４波長板は液晶素子より光記録媒体側、すなわち、アクチュエータ上に配置する必要がある。したがって、アクチュエータに搭載する部品の重量（可動部重量）が増加し、高速の駆動ができず、記録再生の速度を向上させることが困難であった。
また、このように可動部（アクチュエータ）に液晶素子を載せると、液晶素子に電圧を印加するためのリード線の取り回しや、フレキシブル基板の配置が複雑化するという問題があった。
本発明は、前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、高いＮＡの対物レンズを用いた場合であっても、液晶素子と対物レンズとの位置ずれによって発生する収差の劣化を防止することができる光ピックアップ装置を提供することにある。
発明の開示
本発明の光ピックアップ装置は、前記目的を達成すべく、光源と、前記光源から光記録媒体に至る光路中に対物レンズと収差補正光学系とを具備する光ピックアップ装置において、前記収差補正光学系は所定の収差を補正するために透過する光束に対して位相分布が付与されており、前記収差を補正する場合の前記収差補正光学系の位相量は、前記収差補正光学系と前記光源からの光の光軸とが交わる点からの距離が大きくなるにしたがって、前記収差補正光学系で付与する位相量が大きくなるように設定されていることを特徴としている。
前記構成によれば、対物レンズと収差補正光学系との芯ずれが生じた場合であっても、単調変化する位相量からごくわずかの位相の傾きの変化量を生ずるのみである。したがって、芯ずれなしの状態で適切に調整されていれば、芯ずれしても大きな収差を発生することがない。
したがって、例えばアクチュエータに対物レンズと収差補正光学系とを共に搭載する必要はない。
したがって、アクチュエータの重量を低減して、アクチュエータを高速駆動することができる光ピックアップ装置を提供することができる。
なお、前記構成において、前記収差を補正する場合の前記収差補正光学系の位相量は、前記収差補正光学系と前記光源からの光の光軸とが交わる点からの距離が大きくなるにしたがって、収差補正光学系の有効半径内において、前記収差補正光学系で付与する位相量が大きくなるように設定されている構成であってもよい。
また、本発明の光ピックアップ装置は、前記目的を達成するために、前記構成において、ｒを半径とし、Φ（ｒ）を半径ｒにおける位相とし、ａ、ｂを位相分布係数として、前記収差補正光学系の位相分布は、
Φ（ｒ）＝ａ×ｒ４＋ｂ×ｒ２
で近似されることを特徴としている。
前記構成によれば、上述した、収差補正光学系の位相量が、収差補正光学系と光軸とが交わる点からの距離が大きくなるにしたがって大きくなる構成を、簡単に実現することができる。
また、前記構成の位相分布は、例えば収差補正光学系として液晶素子を用いる場合に、液晶素子に印加する電圧分布を調整することによって簡単に実現することができる。
したがって、本発明の光ピックアップ装置を簡単に実現することができる。
また、本発明の光ピックアップ装置は、前記目的を達成するために、前記構成において、Ｒを前記収差補正光学系の有効半径として、位相分布係数ａ，ｂが
ａ×ｂ＞０、
または、ａ×ｂ＜０かつ｛−ｂ／（６×ａ）｝（１／２）＞Ｒ
を満たすことを特徴としている。
前記構成は、収差補正光学系の有効半径内において、収差補正光学系の位相分布に変曲点を含まない。したがって、対物レンズと収差補正光学系との芯ずれが生じた場合であっても、位相の傾きの変化量としての位相分布の２回微分Φ”（ｒ）を小さい量にできるので、生ずる収差を確実に小さなものにできる。
また、本発明の光ピックアップ装置は、前記目的を達成するために、前記構成において、位相分布係数ａが、
｜１２×ａ×Ｒ２｜＜０．００２
を満たすことを特徴としている。
前記構成によれば、対物レンズのシフト量を０．３ｍｍ程度見込んだ場合に、ＮＡ０．８５の光学系において収差量を０．０３λｒｍｓ以下にできる。
また、本発明の光ピックアップ装置は、前記目的を達成するために、前記構成において、前記対物レンズのＮＡは０．７５以上であるとともに、前記収差補正光学系に液晶素子を含むことを特徴としている。
前記構成によれば、対物レンズのＮＡが大きいので、ビームスポットを十分に絞り込んだ高密度記録再生を行うことができる。また、収差補正光学系に液晶素子を用いるので、収差補正を容易に実現することができる。
また、本発明の光ピックアップ装置は、前記目的を達成するために、入射される光の等位相面としての波面を変化させて出力する収差補正光学素子を含む光ピックアップ装置において、前記収差補正光学素子は、基板上に形成された電極と、入射される光に対する屈折率が前記電極に印加される電圧に応じて変化する光学媒質と、前記電極に電圧を印加する駆動回路とを含み、前記駆動回路は、前記電極に電圧を印加して前記光学媒質の屈折率を変化させることによって、入射される光の波面の位相を変化させて出力するとともに、前記駆動回路は、入射される光の光軸からの距離に応じて、前記光学媒質による位相変化量を単調増加または単調減少させるように、前記電極に電圧を印加することを特徴としている。
前記構成の光ピックアップ装置は、例えば光源から入射される光を、収差補正光学素子を介して対物レンズに射出する。対物レンズを介した光は、例えば光ディスクの記録面に集光される。光ディスクからの反射光を読取ることによって、光ディスクに記録された情報の再生を行うことができる。また、集光する光を用いて前記記録面に記録を行うこともできる。前記構成において、例えば収差補正光学素子が、入射される光の波面を適切に変化させると、対物レンズを介して記録面に集光される光の収差を取り除くことができる。
前記構成によれば、対物レンズと収差補正光学系との芯ずれが生じた場合であっても、単調変化する位相量からごくわずかの位相の傾きの変化量を生ずるのみである。したがって、適切に調整されて収差なしの状態からずれて、芯ずれを生じたとしても、生ずる収差をごくわずかなものにできる。
また、本発明の光ピックアップ装置は、前記目的を達成するために、前記構成に加えて、前記入射される光の光軸からの距離を半径ｒとし、Ｒを前記収差補正光学系の有効半径として、前記駆動回路は、半径ｒにおける位相が、Ｒ＞ｒ＞０において、
Φ（ｒ）＝ａ×ｒ４＋ｂ×ｒ２
で表される分布となるように、前記電極に電圧を印加することを特徴としている。
前記構成によれば、上述した、入射される光の光軸からの距離に応じて光学媒質による位相変化量を単調増加または単調減少させる構成を簡単に実現できる。
また、本発明の光ピックアップ装置は、前記目的を達成するために、前記構成に加えて、前記駆動回路は、前記入射される光の光軸の位置に配置される中心電極と前記中心位置を中心として配置される円環状電極とに、電圧を印加することによって、入射される光の光軸からの距離に応じて、前記光学媒質による位相変化量を単調増加または単調減少させることを特徴としている。
前記構成によれば、中心電極と、少なくとも一つ以上の円環状電極とが、それぞれ所定の電位となるように電圧を印加して、上述の構成を容易に実現することができる。
本発明のさらに他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十分わかるであろう。また、本発明の利益は、添付図面を参照した次の説明で明白になるであろう。
発明を実施するための最良の形態
本発明の一実施形態について、添付する図面を参照しつつ説明すれば以下のとおりである。
図１に示すように、本実施の形態の光ピックアップ装置では、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）１から発せられた直線偏光のレーザ光が、コリメータレンズ２で平行光束に変換され、整形プリズム３に入射する。整形プリズム３は、ＬＤ１を出射したレーザ光における楕円形の強度分布を、円形に近いものに整形するものである。
その後、整形プリズム３から出射した光は、偏光ビームスプリッタ４を透過した後、収差補正光学系５に入射し、１／４波長板６で円偏光に変換される。１／４波長板６で円偏光に変換された光線は、４５度ミラー（図示しない）で立ち上げられた後、対物レンズ７で絞られ光記録媒体１０上において結像される。
なお、図２に示すように、光記録媒体１０は、０．１ｍｍ程度（中心値、平均値が０．１ｍｍ）の厚さの光透過層８と、記録面９と、基板１１とからなる。また、上述の図１を用いた説明では、対物レンズ７で絞られた光が光記録媒体１０において結像されることを述べた。これをより具体的に説明すると、対物レンズ７（図１）で絞られた光は、光透過層８を通って、記録面９上にビームスポットを結ぶとともに、記録面９により反射されて以下のような経路を辿る。
すなわち、図１に示すように、記録面９（図２）により反射された光は、１／４波長板６により直線偏光に戻される。なお、このように直線偏光に戻されるのは、偏光ビームスプリッタ４から１／４波長板６に入射される光の偏光方向と、光記録媒体１０にて反射されて１／４波長板６を介して偏光ビームスプリッタ４に入射される光の偏光方向とを、９０度回転させるためである。
１／４波長板６により直線偏光に戻された光は、偏光ビームスプリッタ４で略直角に曲げられ、集光レンズ１２を通って受光部１３に入射する。
なお、対物レンズ７は、レンズホルダー（図示しない）に固着されている。また、レンズホルダーは、４本のワイヤー（図示しない）で、光ピックアップ装置本体（図示しない）に固定されている。さらに、本実施の形態における対物レンズ７は、ＮＡが０．８５であって、平行光束が入射するとき（いわゆる無限共役となるとき）で、光透過層８の厚さが０．１ｍｍのときに、ほぼ無収差となるように設計されている。なお、本実施の形態において、ＬＤ１からのレーザ光の波長は４０５ｎｍで、有効光束径はφ３、焦点距離は１．７６ｍｍである。
また、受光部１３にて検出した光信号から、収差検出回路が球面収差量を算出する。液晶駆動回路が、算出された球面収差量に関する信号に基づいて、収差補正光学系５の液晶素子を駆動する。この液晶素子については後述する。なお、球面収差を検出するために、ＲＦ信号の振幅、エンベロープそのものを観測してもよいし、別途、球面収差を検出できるような受光部配置にしてもよい。
図３に示すように、収差補正光学系５は、液晶ディスプレイ等に使用されるネマチック液晶組成物からなる液晶素子１４である。より具体的には、液晶素子１４は、液晶１５が、互いに対向する透明電極の間に、すなわち例えばガラス基板にＩＴＯ膜を蒸着したものからなる透明電極の間に、挟まれている構成である。前記構成において、透明電極間の印加電圧を調節することによって、液晶１５中の液晶分子の配向状態を水平方向から垂直方向まで変化させることができる。また、液晶１５は、液晶分子の光軸方向とこれに垂直な方向とでその屈折率が異なる複屈折効果を有している。これによって、一方の透明電極側から入射する光に対して、液晶中を通過する際に液晶１５の配向状態に応じた複屈折変化を与えて、その光を他方の透明電極側から射出する。したがって、液晶素子１４へと入射した光は、液晶１５の配向方法によって決まる偏光方向の直線偏光となる。
液晶素子１４は、第１のガラス板１６、液晶１５、および第２のガラス板１７を含んでいる。液晶１５は、互いに対向する第１のガラス板１６と第２のガラス板１７との間に挟まれた構造となっている。
第１のガラス板１６上には、透明電極（電極）１８、絶縁層１９、および配向層２０が形成されている。一方、第２のガラス板１７には、透明電極（電極）２１、絶縁層２２、および配向層２３が形成されている。この電極２１は、円形の共通電極である。また、液晶１５は、封止材２７により封止されている。
また、図４（ａ）に示すように、第１のガラス板１６上の透明電極１８は、同心円状に分割された領域に形成される電極１８ａ・１８ｂ・１８ｃと、電極１８ｃの中心点および分割された各領域の輪郭線上に形成される金属電極１８ｄとを含んでいる。また、金属電極１８ｄには、リード線２６ａ・２６ｂ・２６ｃが接続されている。なお、第２のガラス板１７上の透明電極２１は円形の共通電極である。
図４（ｂ）に示すように、透明電極１８は、高抵抗の透明電極（ＩＴＯ等）１８ａ〜１８ｃと、低抵抗の金属電極（金、アルミ等）１８ｄとが組み合わされた構成である。透明電極１８は、前記構成によって、中央部から周辺部に向かう、図４（ｃ）に示すような電界分布を作ることができる。これによって、液晶１５（図３）に位相差を発生させ、収差を除去するようになっている。
より詳細には、たとえば、各リード線２６ａ・２６ｂ・２６ｃにそれぞれＶ１＝４Ｖ、Ｖ２＝２Ｖ、Ｖ３＝１Ｖの電圧を加えると、図４（ｃ）に示すように、透明電極１８における中央部の電界強度が最も強く、透明電極１８の外周部に近づくにつれ電界強度が徐々に弱くなるような電界分布を作ることができる。これにより、中央部では屈折率が低く、周辺部に向かって徐々に屈折率が大きくなるような、収差補正光学系５を構成することができる。
すなわち、第１のガラス基板上に形成された電極１８ａ・１８ｂ・１８ｃの各々の電圧値を制御することにより電圧分布を形成し、それに応じた屈折率分布を作ることができる。これは、印加電圧に対して液晶の配向方向が変化すると、屈折率が変化するためである。本実施の形態の液晶素子１４における、屈折率分布に対応した位相分布については、後述する。
液晶１５の配向状態を変化させるために液晶素子１４に設ける電極の他の構成例について説明する。すなわち、図５に示すように、円状の電極２４の中央部に電圧印加用の端子２５を設けるとともに、端子２５から外部に延びるように配電用のリード線２６を配設してもよい。この構成によっても、中央部から周辺に向かって電圧分布を発生させて、中央部では屈折率が低く、周辺部に向かって徐々に屈折率が大きくなるように、収差補正光学系５を構成することができる。
なお、上述した電極形状、抵抗値などの組合せは一例に過ぎない。補正すべき収差は個々のピックアップ装置によって異なるため、電極形状、電極の抵抗値などは適宜設計すればよい。
また、上述した電極の構成例は、高抵抗電極と低抵抗電極の組合せにより中央部から周辺部に向かって電界分布を発生させる構成例であるが、透明電極の厚さを変えることで電圧分布を最適な形にしてもよい。
次に、光記録媒体１０における光透過層８の厚さが均一でない場合において、球面収差量を最小にする方法について説明する。
たとえば、光透過層８の厚さの平均値（中心値）が０．１ｍｍである場合、光ピックアップ装置は、０．１ｍｍ±０．０１５ｍｍの厚さに対して記録再生を行えるように構成される。すなわち、光ピックアップ装置は、多層記録媒体に対応するため、光透過層８のような層の厚さが所定の平均値から所定の許容範囲内においてずれたとしても、記録再生を行えるように構成されている。そして、液晶素子１４の電極１８ａ・１８ｂ・１８ｃに印加する電圧を変化させることにより、光透過層８の厚さの違いにより発生する球面収差量に対応して、記録面９上で球面収差量を最小にすることができる。
次に、球面収差を補正する際の液晶素子１４における位相分布について説明する。
図６に、光透過層８の厚さが０．１１５ｍｍ（＋１５μｍの場合）となった場合における、発生する球面収差を補正するための液晶素子１４の位相分布を示す。
図６に示す位相分布は、収差補正素子としての液晶素子１４の中心からの半径方向の位置ｒを用いて、
Φ（ｒ）＝０．００００２１０８３×ｒ４−０．００１０３３×ｒ２
の多項式で近似される。
また、位相分布Φ（ｒ）の傾きの変化量を示す２階微分関数Φ”（ｒ）は、
Φ”（ｒ）＝０．０００２５２９９６×ｒ２−０．００２０６６
として表される。なお、図７に、本発明の位相分布Φ（ｒ）の傾きの変化量Φ”（ｒ）を示す。また図７には、従来の位相分布の傾きの変化量をも示す。
図７から明らかなように、本実施形態のΦ”（ｒ）は負の値しか取らないので、位相分布Φ（ｒ）においては変曲点は存在しない。
ここで、例えば図８に示すような従来の構成においては、図７に示すように傾きの変化量が０となる点があるため、位相分布に変曲点が存在する。このため、位相分布において、中心ｒ＝０とは異なる、例えばｒ＝±１．１ｍｍ近傍の位置において、位相分布の極小値が存在することになる。
また、液晶素子を介する光は、液晶素子における位相分布を介して、等位相面としての光の波面が変形されて、対物レンズへと入射する。
したがって、例えば、対物レンズと液晶素子との芯ずれがない場合においては、上述の位相分布の極小値を介して光が入射される対物レンズ上の位置においては、傾きのない波面が入射する。一方、対物レンズと液晶素子との芯ずれが生じた場合には、対物レンズ上の同じ位置には、芯ずれの向きに応じて生ずるような傾きの波面が入射することになる。したがって、芯ずれの方向に応じて、全く異なる逆向きの波面が入射する可能性がある。よって、例えばこの領域において大きな収差が発生する虞れがある。
一方、上述の図７に示す構成によれば、位相分布において変曲点は存在しないので、位相分布の中心以外の点において位相分布の極小値が存在することがない。位相分布の中心以外の点においては、波面の傾きが大きく異なることがなく、したがって大きな収差を発生させる虞れがない。したがって、波面収差の劣化を小さく抑えることができる。
また、図７に示すように、レーザ光の有効光束径の最外周部である半径１．５ｍｍの位置においても、本実施の形態における位相分布の２階微分値は十分小さい。したがって、対物レンズと液晶素子との芯ずれが生じた際も、対物レンズの任意の位置に入射する波面の傾きが大きく変わることはない。したがって、波面収差の劣化を小さく抑えることができる。
ここで、従来の構成においては、ｒ＝±０．６ｍｍ近傍の位置において、位相分布の傾きの変化量が正負反転するポイントが存在することになる。例えば液晶素子に対して対物レンズが＋方向（半径の増加方向）にシフトした場合に、ｒ＝＋０．６ｍｍの位置では、位相の傾きが小さくなる。一方、このシフトに対して、ｒ＝−０．６ｍｍに対応する位置では、位相の傾きが増えて逆方向となる。これによって大きな収差が発生する。
ところで、一般に、球面収差量に応じて液晶素子１４で付与される位相分布は、
Φ（ｒ）＝ａ×ｒ４＋ｂ×ｒ２
で表される。
したがって、Φ（ｒ）の２階微分関数Φ”（ｒ）は、
Φ”（ｒ）＝１２ａ×ｒ２＋２×ｂ
として表される。
ここで、Ｒを収差補正光学系の有効半径とすると、Ｒ＞ｒ＞０においてΦ（ｒ）が変曲点を持たない条件としては、Ｒ＞ｒ＞０においてΦ”（ｒ）＝０とならないことが必要である。すなわち、
ａ＞０かつｂ＞０、
又は、ａ＜０かつｂ＜０、
又は、｛−ｂ／（６×ａ）｝（１／２）＞Ｒとなるることが必要である。
したがって、ａ×ｂ＞０、
またはａ×ｂ＜０の場合に｛−ｂ／（６×ａ）｝（１／２）＞Ｒであるとき、Ｒ＞ｒ＞０においてΦ（ｒ）は変曲点を持たないといえる。
また、対物レンズにおいては、Ｒ＞ｒ＞０において、有効半径Ｒ付近での入射角度が最も大きい。したがって、有効半径付近で入射波面の傾き（すなわち、入射角度）の変化が大きいと、収差の劣化も大きくなる。このことは、対物レンズと液晶素子との芯ずれが発生したときに、収差劣化が大きくなることを意味する。
すなわち、収差劣化を小さくするためには、収差補正光学系の有効半径付近（最外周部）にて、Φ”（ｒ）の値が十分小さいことが必要である。
ここで、対物レンズのシフト量は、０．３ｍｍ程度見込む必要が有るので、ＮＡ０．８５の光学系において収差量を０．０３λｒｍｓ以下にするためには、
｜１２×ａ×Ｒ２｜＜０．００２
を満たすことが必要である。
所定の球面収差量を補正する際の液晶素子の位相分布が、前記条件を満たすことで、液晶素子と対物レンズとの間に芯ずれが発生しても、液晶素子から出射し、対物レンズに入射する波面の傾きが大きく変化しないため、収差が劣化することがない。
次に、一例として、１１５μｍの厚さの光透過層に対して本実施の形態の光ピックアップ装置を用いて収差補正を行った場合に、対物レンズがトラッキングのためにトラック巾方向にシフトしたときの収差値を表１に示す（参考に、従来例に示した位相分布の場合の収差値も併記する）。なお、収差値の単位として示すｍλ（ミリラムダ）は、ｍλｒｍｓ（ｒｏｏｔ  ｍｅａｎ  ｓｑｕａｒｅ）値であり、ｒｍｓを省略して記載している。
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表１より、本実施の形態と従来例とを比較すると、同じ芯ずれ量に対する収差値は、本実施の形態の方が従来例よりも十分小さいことがわかる。
なお、本実施の形態においては、収差補正素子として液晶素子を用いたが、上述した位相分布を得られるものであれば、他のものでもよい。たとえば、印加電圧を変化させることにより屈折率を調節できる材料を用いた素子や、その他の素子でも、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、球面収差量は、光透過層の厚さの範囲が±１５μｍである場合を例にしたが、それ以外の厚さでも良く、各々のシステムにおいて、補正が必要な球面収差に応じて決められる。
また、本実施の形態においては、対物レンズとしてＮＡが０．８５のものを用いた。一般的に、ＮＡが０．７５以上の対物レンズを用いるピックアップでは、２層記録等における光透過層の厚さの変化に対して、球面収差の発生量が大きい。したがって、本実施の形態の液晶素子（収差補正素子）を用いれば、大きな収差補正効果を得ることができる。
ところで、３次球面収差係数Ｗ４０は、
Ｗ４０≒（ｔ／８）×｛（ｎ２−１）／ｎ３｝×（ＮＡ）４
で表される。
すなわち、ＮＡが０．６の場合に比べてＮＡが０．７５の場合では、同じ光透過層の厚さの変化に対して、球面収差量は２倍以上となることがわかる。２層記録（再生）媒体においては、その層間厚さは、記録層間の熱干渉、フォーカスサーボ信号の干渉、層間層の製造方法等により決められ、薄くとも１０〜２０μｍ程度である。この層間厚さの違いにより、ＮＡが０．７５である場合においては、球面収差量が許容収差値である０．０３λｒｍｓを越えてしまう。
したがって、この様な高いＮＡの光学系においては、本実施の形態の収差補正素子を用いることにより、より効果的に収差の劣化を防止でき、光ピックアップの特性を向上させることができる。特にＮＡが０．７５以上の対物レンズを有する光学系においては、収差量を小さく抑える必要があり、本発明のような収差補正素子が重要となる。
また、本発明の光ピックアップ装置を、入射される光の波面を変化させて出力する収差補正光学素子を含む光ピックアップ装置であって、前記収差補正光学素子は、基板上に形成された電極と、入射される光に対する屈折率が前記電極に印加される電圧に応じて変化する光学媒質と、前記電極に電圧を印加する駆動回路とを含み、前記駆動回路は、前記電極に電圧を印加して前記光学媒質の屈折率を変化させることによって、入射される光の波面の位相を変化させて出力するとともに、前記駆動回路は、入射される光の光軸からの距離に応じて、前記光学媒質による位相変化量を単調増加または単調減少させるように、前記電極に電圧を印加する光ピックアップ装置である、と表現することもできる。
また、本発明の光ピックアップ装置を、前記構成に加えて、前記入射される光の光軸からの距離を半径ｒとし、Ｒを前記収差補正光学系の有効半径として、前記駆動回路は、半径ｒにおける位相が、Ｒ＞ｒ＞０において、
Φ（ｒ）＝ａ×ｒ４＋ｂ×ｒ２
で表される分布となるように、前記電極に電圧を印加する光ピックアップ装置である、と表現することもできる。
また、本発明の光ピックアップ装置を、前記構成に加えて、前記駆動回路は、前記入射される光の光軸の位置に配置される中心電極と前記中心位置を中心として配置される円環状電極とに、電圧を印加することによって、入射される光の光軸からの距離に応じて、前記光学媒質による位相変化量を単調増加または単調減少させる光ピックアップ装置である、と表現することもできる。
以上のように、本発明による光ピックアップ装置は、対物レンズとの芯ずれに対して許容度が大きく、したがって、収差補正素子を対物レンズと共にアクチュエータ上に搭載する必要がない。このため、アクチュエータの重量を低減して、アクチュエータの高速駆動が可能となる。
また、本発明による光ピックアップ装置を、光ディスクの再生装置、記録再生装置に備えれば、光ディスクの再生、記録を安定して行うことができる。
発明を実施するための最良の形態の項においてなした具体的な実施態様または実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と請求の範囲に記載した事項の範囲内で、いろいろと変更して実施することができるものである。また、請求の範囲に記載した事項や、発明を実施するための最良の形態に記載した技術的手段は、適宜組み合わせることができ、この組み合わせによって得られる事項も本発明の技術的範囲に含まれる。
産業上の利用の可能性
本発明の光ピックアップ装置によれば、高いＮＡの対物レンズを用いた場合であっても、対物レンズと液晶素子との芯ずれによる劣化を防止できる。したがって、光記録媒体における情報記録量の大容量化に適している。また、アクチュエータの重量を低減して、アクチュエータを高速駆動することができる光ピックアップ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の光ピックアップ装置の一実施形態を示す構成図である。
図２は、図１における光記録媒体の断面図である。
図３は、図１における収差補正光学系の構成図である。
図４（ａ）は、図３の液晶素子における電極の配置を示す平面図であり、図４（ｂ）は、図３の液晶素子における電極の配置を示す断面図であり、図４（ｃ）は、液晶素子における位置と電界強度との関係を示すグラフである。
図５は、液晶素子における電極配置の他の例を示す平面図である。
図６は、図１における収差補正光学系の位相分布を示すグラフである。
図７は、図１における収差補正光学系の位相分布の傾きの変動を示すグラフである。
図８は、従来の収差補正光学系の位相分布を示すグラフである。
図９は、従来例の収差補正光学系における位相分布の傾きの変動を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【国際調査報告】
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