(57)【要約】【課題】光軸対称に発生する収差の補正手段を対物レンズ可動部外に配置した場合に、対物レンズの移動に伴って発生する不要な収差を補正する。【解決手段】収差発生時、戻り光束の基準波面に対し光軸中心に同心円状の「波面の遅れ」が生じる。「球面収差の発生状況」を、光記録媒体１０９の反射光から同心円状の内周側を反射、外周側を透過するビームスプリッタ１１２と、外周部と内周部の差から受光素子１１４，１１６により検知する。液晶素子１０５によって発生収差を補正する。また、光軸対称に波面形状を補正する液晶素子１０５と対物レンズ１０７の相対位置ずれは、不要なコマ収差（残留収差）を発生する。コマ収差の検出は、集光レンズ１１０と受光素子１１７の検出光学系により検知し、対物レンズ１０７をチルト制御可能な３軸アクチュエータ１０８により、対物レンズ１０７の傾きを変化させて透過光束に発生するコマ収差を相殺する。【選択図】　　図１
2004103093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光記録媒体に情報の記録と、再生と、消去との少なくともいずれか１を行う光ピックアップであって、
光源と、前記光源からの出射光を前記光記録媒体上に集光させる対物レンズと、前記対物レンズを少なくとも２方向以上に移動させる可動部と、前記可動部と前記光源との間に配設されて透過する光の波面形状を光軸対称に変化させる位相補正素子と、コマ収差補正手段とを備えたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２】
前記光源が、青色波長帯域と、赤色波長帯域と、赤外波長帯域との少なくともいずれか１の光を出射することを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
【請求項３】
前記位相補正素子が、透過する光の波長に応じて、前記透過する光の波面形状を変化させることを特徴とする請求項１または２記載の光ピックアップ。
【請求項４】
前記位相補正素子が、光記録媒体の基板厚誤差、光ピックアップ内部の発生温度、または光路に発生の球面収差を検知する手段からの出力値に応じて、透過する光の波面形状を変化させることを特徴とする請求項１または２記載の光ピックアップ。
【請求項５】
前記位相補正素子が、光記録媒体の種類を判別する光記録媒体判別手段からの出力値に応じて、透過する光の波面形状を変化させることを特徴とする請求項１または２記載の光ピックアップ。
【請求項６】
前記コマ収差補正手段が、対物レンズと光記録媒体の相対角度を変化させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の光ピックアップ。
【請求項７】
前記コマ収差補正手段が、１対の透明な基板と前記基板間に液晶層を備えた液晶素子であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の光ピックアップ。
【請求項８】
前記液晶素子が、コマ収差を補正する電極パターンと、光軸対称に透過光の波面形状を変化させる電極パターンを併備したことを特徴とする請求項７記載の光ピックアップ。
【請求項９】
前記コマ収差補正手段の制御を、光記録媒体からの反射光による干渉パターンから生成したコマ収差信号に基づいて行うことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の光ピックアップ。
【請求項１０】
前記コマ収差補正手段の制御を、対物レンズの略光軸中心からの位置ずれ量を検知する手段から出力された対物レンズ位置信号に基づいて行うことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の光ピックアップ。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項記載の光ピックアップを用いて、「青色波長帯域の光、対物レンズ開口数０．６５〜０．８５の光記録媒体」に対して、情報の記録と、再生と、消去との少なくともいずれか１を行うことを特徴とする光情報処理装置。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれか１項記載の光ピックアップを用いて、「青色波長帯域の光、対物レンズ開口数０．６５〜０．８５の光記録媒体」と、「赤色波長帯域の光、対物レンズ開口数０．６０〜０．６５の光記録媒体」との少なくともいすれか１に対して、情報の記録と、再生と、消去との少なくともいずれか１を行うことを特徴とする光情報処理装置。
【請求項１３】
請求項１〜１０のいずれか１項記載の光ピックアップを用いて、「青色波長帯域の光、対物レンズ開口数０．６５〜０．８５の光記録媒体」と、「赤色波長帯域の光、対物レンズ開口数０．６０〜０．６５の光記録媒体」と、「赤外波長帯域の光、対物レンズ開口数０．４５〜０．５０の光記録媒体」との少なくともいずれか１に対して、情報の記録と、再生と、消去との少なくともいずれか１を行うことを特徴とする光情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光軸に対象な収差補正手段を対物レンズ可動部外に配設したことにより生じる不要収差を抑制する光ピックアップ及びこれを用いる光情報処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
映像情報、音声情報、またはコンピュータ上のデータを保存する手段として、記録容量０．６５ＧＢのＣＤ系、記録容量４．７ＧＢのＤＶＤ系などの光記録媒体が普及しつつある。そして、近年、さらなる記録密度の向上及び大容量化の要求が強くなっている。このような光記録媒体の記録密度を上げる手段として、光記録媒体に情報の書き込みまたは呼び出しを行う光ピックアップにおいて、対物レンズの開口数（以下、ＮＡという）を大きくすること、または光源の波長を短くすることにより、この対物レンズによって集光され光記録媒体上に形成される光スポットを小径化する方法が有効である。
【０００３】
しかしながら、対物レンズのＮＡをより大きく、または光源の波長をより短くすると、光記録媒体の透明基板の厚み誤差によって発生する球面収差が大きくなる問題がある。球面収差が発生すると、光記録媒体の情報記録面上に形成されるスポットが劣化するため、正常な記録再生動作が行えなくなる。光記録媒体の基板厚誤差によって発生する球面収差は、一般的に以下の（数１）で与えられる。
【０００４】
【数１】
Ｗ４０＝（（ｎ２−１）／（８ｎ３））×（ｄ×ＮＡ４／λ）
ここで、ｎは光記録媒体の透明基板の屈折率、ｄは透明基板の厚み、ＮＡは対物レンズの開口数、λは光源の波長を意味する。
【０００５】
この（数１）から、短波長、高ＮＡほど収差が大きくなることがわかる。以下に示すような条件１での球面収差の具体的な発生事例を図２１〜図２３に示す。
＜条件１＞
使用波長：λ＝４０７ｎｍ
使用開口数：ＮＡ＝０．６５
光記録媒体の透明基板の中央厚：０．６ｍｍ
光記録媒体の透明基板の屈折率：１．６２
図２１は、横軸が対物レンズ入射瞳径に相当し、縦軸が球面収差における波面の収差量を示し、透明基板の厚みが、中央値０．６０ｍｍに対し、５０μｍ，４０μｍ，３０μｍ，２０μｍ，１０μｍとずれたときの様子を示している。
【０００６】
このような球面収差は、基板厚み以外に、使用波長の変化や、波長のばらつきによっても変化する。図２２は、前記条件１から、使用波長が＋１０ｎｍ，＋５ｎｍ，−５ｎｍ，−１０ｎｍと変化したときの波面の収差量変化の様子を示している。
【０００７】
さらに、光記録媒体には複数の種類が存在する。これは記憶容量や記録／再生スピードの違いに伴うものであるが、その種類によって、透明基板の厚みや使用波長が異なる。図２３は前記条件１のような青色系光ピックアップにおいて、従来のＤＶＤ系やＣＤ系の光記録媒体に所定波長の光を集光させたときの様子を示している。条件１の対物レンズでは、使用波長、透明基板厚が最適値からずれているため収差が発生する。
【０００８】
また、次世代の光記録においては、光源の波長を４０７ｎｍ程度、ＮＡを０．６５以上にすることで、より高い記録密度を得ることができる。しかし、以上に説明した通り、光源の短波長化または対物レンズの高ＮＡ化を行った場合、光記録媒体の厚み誤差，波長変動，波長ばらつきによって、波面の収差量（主として球面収差）が大きくなるため集光特性が劣化して、光記録媒体面上の信号の読み取りが困難になる。
【０００９】
このような球面収差の補償手段として、対物レンズと光源との間に位相補正素子を備える方式がある。例えば、特許文献１の記載では、位相補正素子として、ダイナミックな波面形状補正が行える液晶を用いた方法が開示されている。この液晶素子は、図２４に示すように、少なくとも一方の透明電極が同心円状に分割され、各同心円帯の透明電極部分と共通電極との間に独立して電圧を印加できるようになっており、印加電圧を制御することにより、各電極部分の液晶の屈折率：ｎをｎ１からｎ２まで自在に変えることができる。屈折率：ｎを変化させると、各領域を通過する光線に光路差：Δｎ・ｄ（Δｎは屈折率変化分、ｄは液晶のセル厚）、すなわち、波長をλとして、位相差Δｎ・ｄ（２π／λ）を与えることができる。
【００１０】
各種の製造誤差に起因して発生する球面収差が、例えば、図２５（ａ）の如きものであったとする。この球面収差を２次元曲線として示したのが図２５（ｂ）の上側部分の実線である。このような波面の収差に対し、対物レンズに光源側から入射する光束に、図２５（ｂ）の下側部分の破線に示すような位相差が与えられるように、液晶素子の各同心円帯の透明電極に印加する電圧を調整すると、液晶素子を透過する光束の各部における波面の遅れによって、前記「球面収差」を打ち消すことができる。
【００１１】
図２５（ｃ）は、図２５（ｂ）における実線（球面収差）と破線（液晶素子による波面の遅れ）の和、すなわち補正後の球面収差を示す。もとの球面収差（図２５（ｂ）の上側部分）よりも格段に小さくなる。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１０−２６９６１１号公報　（段落番号００２３−００２７、図２）
【非特許文献１】
山田英明著，「レーザー＆オプティクスガイドＩＶ（２）」，第１版，メレスグリオ社，１９９６年６月，ｐ．２２−７〜８
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成の位相補正素子では、対物レンズの中心軸が光軸に一致しているときに、最適な収差補正ができるようなパターンが設計されている。したがって、光記録媒体のトラッキングサーボにより対物レンズがラジアル方向（光記録媒体の半径方向）に移動するずれが生じると、補正を必要とする収差分布と位相補正素子に形成された補正パターンとの間に位置ずれが生じ、収差補正の機能が劣化する。図２６（ａ），（ｂ），（ｃ）を用いて簡易的に説明する。各種の製造誤差に起因して発生する球面収差が、図２６（ａ）の上側部分に示す波面であるときに、対物レンズに光源側から入射する光束に、図２６（ａ）の下側部分に示すような位相差を与え、不要な球面収差の波面を打ち消すことができることは前述の通りである。ここで、図２６（ｂ）のように位相補正素子と、対物レンズの間に位置ずれが生じた場合、図２６（ｃ）に示すような不要な波面の収差（残留収差）が発生する。
【００１４】
この対物レンズのシフトに基づく、収差補正の機能劣化を改善するためには位相補正素子を可動部（アクチュエータ）に搭載し、対物レンズと一体に駆動させる方法がある。しかしこの方法では、搭載する位相補正素子に合わせて可動部（アクチュエータ）を設計変更する必要があり、また一方では、可動部（アクチュエータ）に搭載できる位相補正素子の大きさ、重量に制限があるなどの困難があった。さらに位相補正素子について、小型化の方法、信号引出線の配線方法などに問題があった。
【００１５】
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、球面収差や非点収差など光軸対称に発生する収差を補正する手段を、対物レンズ可動部外に配置した場合に対物レンズの移動に伴って不要な収差が発生し、この不要な収差形状に着目すると光軸反対象な３次関数状の形状を示しており、この形状は非特許文献１に記載されているコマ収差と同等の形状を示すものであることからコマ収差補正手段を具備して、球面収差や非点収差などの光軸に対称な収差を抑制する手段を対物レンズ可動部外に配置した場合に発生する不要収差を補正する光ピックアップ及びこれを用いる光情報処理装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載の光ピックアップは、光記録媒体に情報の記録と、再生と、消去との少なくともいずれか１を行う光ピックアップであって、光源と、光源からの出射光を光記録媒体上に集光させる対物レンズと、対物レンズを少なくとも２方向以上に移動させる可動部と、可動部と光源との間に配設されて透過する光の波面形状を光軸対称に変化させる位相補正素子と、コマ収差補正手段とを備えた構成によって、球面収差や非点収差などの光軸に対称な収差を抑制する手段を対物レンズ可動部外に配置した場合に発生する不要な収差を補正ことができる。
【００１７】
また、請求項２〜５に記載の光ピックアップは、請求項１の光ピックアップにおいて、光源が、青色波長帯域と、赤色波長帯域と、赤外波長帯域との少なくともいずれか１の光を出射すること、また、位相補正素子が、透過する光の波長に応じて、透過する光の波面形状を変化させること、さらに、位相補正素子が、光記録媒体の基板厚誤差、光ピックアップ内部の発生温度、または光路に発生の球面収差を検知する手段からの出力値に応じて、透過する光の波面形状を変化させること、さらに、位相補正素子が、光記録媒体の種類を判別する光記録媒体判別手段からの出力値に応じて、透過する光の波面形状を変化させる構成によって、変化に応じた位相を付加することができる。
【００１８】
また、請求項６〜８に記載の光ピックアップは、請求項１〜５の光ピックアップにおいて、コマ収差補正手段が、対物レンズと光記録媒体の相対角度を変化させること、さらに、コマ収差補正手段が、１対の透明な基板と基板間に液晶層を備えた液晶素子であること、この液晶素子が、コマ収差を補正する電極パターンと、光軸対称に透過光の波面形状を変化させる電極パターンを併備した構成によって、対物レンズと位相補正手段との相対位置ずれにより生じる不要な収差を補正できる。
【００１９】
また、請求項９〜１０に記載の光ピックアップは、請求項１〜８に光ピックアップにおいて、コマ収差補正手段の制御を、光記録媒体からの反射光による干渉パターンから生成したコマ収差信号に基づいて行うこと、さらに、コマ収差補正手段の制御を、対物レンズの略光軸中心からの位置ずれ量を検知する手段から出力された対物レンズ位置信号に基づいて行う構成によって、対物レンズと位相補正手段との相対位置ずれにより生じる不要な収差を検出した位置ずれ量に基づき補正できる。
【００２０】
また、請求項１１〜１３に記載の光情報処理装置は、請求項１〜１０のいずれか１項記載の光ピックアップを用いて、「青色波長帯域の光、対物レンズ開口数０．６５〜０．８５の光記録媒体」に対して、情報の記録と、再生と、消去との少なくともいずれか１を行うこと、また、「青色波長帯域の光、対物レンズ開口数０．６５〜０．８５の光記録媒体」と、「赤色波長帯域の光、対物レンズ開口数０．６０〜０．６５の光記録媒体」との少なくともいずれか１に対して、情報の記録と、再生と、消去との少なくともいずれか１を行うこと、また、「青色波長帯域の光、対物レンズ開口数０．６５〜０．８５の光記録媒体」と、「赤色波長帯域の光、対物レンズ開口数０．６０〜０．６５の光記録媒体」と、「赤外波長帯域の光、対物レンズ開口数０．４５〜０．５０の光記録媒体」との少なくともいずれか１に対して、情報の記録と、再生と、消去との少なくともいずれか１を行う構成によって、青色光学系、青色／ＤＶＤ光学系、青色／ＤＶＤ／ＣＤ光学系の互換機能を備えた光情報処理装置を提供できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００２２】
図１は本発明の実施の形態１における「使用波長４０７ｎｍ、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色系光記録媒体」の記録、再生、または消去できる光ピックアップの構成を示す図である。図１に示すように、光ピックアップの要部は、青色波長帯域の半導体レーザー１０１、コリメータレンズ１０２、偏光ビームスプリッタ１０３、偏向プリズム１０４、球面収差補正用の位相補正素子である液晶素子１０５、１／４波長板１０６、対物レンズ１０７、対物レンズ１０７を３方向に可動する可動部である３軸アクチュエータ１０８、集光レンズ１１０、ビームスプリッタ１１１，１１２、円筒レンズ１１３，１１５、受光素子１１４，１１６，１１７より構成される。
【００２３】
波長４０７ｎｍの半導体レーザー１０１から出射した直線偏光の発散光は、コリメータレンズ１０２で略平行光とされ、偏光ビームスプリッタ１０３を透過し、偏向プリズム１０４で光路を９０度偏向され、液晶素子１０５を通過し、続く１／４波長板１０６で円偏光とされ、対物レンズ１０７に入射して、光記録媒体１０９上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録、または消去が行われる。光記録媒体１０９から反射した光は、往路とは反対回りの円偏光となり、再び略平行光とされ、１／４波長板１０６を通過して往路と直交した直線偏光になり、偏光ビームスプリッタ１０３で反射され、ビームスプリッタ１１１，１１２により最終的に３分岐され、受光素子１１４，１１６，１１７に至る。
【００２４】
また、対物レンズ１０７は、３軸アクチュエータ１０８により、光軸方向（デフォーカス方向）、光記録媒体１０９の半径方向（ラジアル方向）にシフトされるとともに、光記録媒体１０９との相対角度を対物レンズ１０７の主点中心に変化させられる。以下、本発明に関わる主要部について図１を参照しながら説明する。
【００２５】
前述の通り、光記録媒体の厚み誤差や、波長変動、波長ばらつきによって球面収差が発生する。本実施の形態１では、この球面収差を検出する光学系と、検出された信号に基づいて、球面収差を補正する液晶素子１０５を備える。
【００２６】
まず、球面収差を検出する光学系について説明する。各種誤差に伴い球面収差が発生し、光記録媒体１０９の記録面上に形成される光スポットの形状が劣化するが、このように発生した収差は戻り光束の波面も歪ませることになり、受光素子に向う光束にも収差が発生する。図２はこの状態を示している。収差が発生しているときには、戻り光束の基準波面に対して、光軸中心に同心円状の「波面の遅れ」があり、基準波面に集光したときの集光点に対し遅れた波面が集光する位置はデフォーカスとなる。そこで、遅れた波面と進んだ波面の差を取り出してフォーカス状態を検出することで「球面収差の発生状況」を知ることができる。
【００２７】
本実施の形態１では、図３に示すように光記録媒体１０９からの反射光のうち同心円状に内周側を反射、外周側を透過させるようなビームスプリッタ１１２を配置し、外周部と内周部の集光位置の差を受光素子１１４，１１６で検知するようにした。各集光位置は、４分割のセグメントからなる受光素子１１４，１１６と、円筒レンズ１１３，１１５を用いてフォーカス信号を生成する、よく知られた非点収差法を用いればよい。
【００２８】
一方、球面収差の補償手段としては、前述した従来例のようなダイナミックに波面形状補正が行える液晶素子を用いた方法を用いればよい。液晶素子１０５は、図２４に示すように、少なくとも一方の透明電極が同心円状に分割され、各同心円帯の透明電極部分と共通電極との間に独立して電圧を印加できるようになっており、印加電圧を制御することにより、各電極部分の液晶の屈折率：ｎをｎ１からｎ２まで自在に変えることができる。屈折率：ｎを変化させると、各領域を通過する光線に光路差：Δｎ・ｄ（Δｎは屈折率変化分、ｄは液晶のセル厚）、すなわち、波長をλとして、位相差Δｎ・ｄ（２π／λ）を与えることができる。
【００２９】
各種の製造誤差に起因して発生する球面収差が、従来例と同様に、図２５（ａ）の如きものであったとすると、波面を２次元曲線として示したものが図２５（ｂ）の上側部分である。この波面に対して、対物レンズ１０７に光源側から入射する光束に、図２５（ｂ）の下側部分に示す位相差が与えられるように、液晶素子１０５の各同心円帯電極に印加する電圧を調整すると、透過する光束の各部での波面の遅れにより前記波面を打ち消すことができる。図２５（ｃ）は、図２５（ｂ）の実線（球面収差）と破線（液晶素子による波面の遅れ）の和、すなわち補正後の波面を示す。もとの波面（図２５（ｂ）の上側部分）よりも格段に小さくなる。
【００３０】
ところで、前述した解決しようとする課題の通り、光軸対称に波面形状を補正する手段（液晶素子１０５）と、対物レンズ１０７との相対位置ずれは、不要なコマ収差（残留収差）を発生させる。本実施の形態１は、集光レンズ１１０と受光素子１１７を主として形成されるコマ収差検出の光学系を備えることにより、このような不要なコマ収差を検知することができる。
【００３１】
光記録媒体１０９には、図４（ａ）に示すような案内溝が形成されている。この案内溝からの反射光には、直接の反射光である０次光と、回折された±１次回折光とが含まれ、これらの光が干渉し合っている。図４（ｂ）は、受光手段の受光面で受光される０次光（直進光）と±１次回折光とを、受光素子１１７の受光面の上から見た図である。０次光（直進光）と１次回折光とは、重なる部分があり、この重なる部分を干渉領域と呼ぶ。
【００３２】
この干渉領域が、コマ収差に伴いどのように変化するかを、図５を用いて説明する。図５は、透明基板の厚み誤差５０μｍを抑制している液晶素子に対し、対物レンズ１０７がシフト移動していくことにより、干渉領域がどのように変化するかを示している。対物レンズ１０７のシフト移動に伴い図４（ｂ）に示す干渉領域の左右で光量に偏りが生じる。これは、対物レンズ１０７と液晶素子１０５の相対位置ずれにより、光記録媒体１０９上に投影されるスポットにコマ収差が発生するためである。この偏りは、一方の干渉領域と、他方の干渉領域とで、逆方向に生じる。位置ずれが大きくなるほど図５に示す干渉領域の右側の領域が強くなり、左側の領域が徐々に弱くなっていくのがわかる。
【００３３】
本実施の形態１では、図６に示すような７つの領域に分割された受光素子１１７と、演算手段１１８により、このコマ収差を検知する。すなわち、受光素子１１７の受光面は、光記録媒体１０９の半径方向（ラジアル方向）に２領域を有し、この２領域は光記録媒体１０９の回転方向（タンジェンシャル方向）にそれぞれ３分割されている。そして、光記録媒体１０９の半径方向（ラジアル方向）の２領域のうちの一方の３つの領域を回転方向順にａ，ｂ，ｃ領域１１７ａ，１１７ｂ，１１７ｃとする。そして、このａ，ｂ，ｃ領域１１７ａ，１１７ｂ，１１７ｃから出力される光量信号を、それぞれＡ，Ｂ，Ｃとする。
【００３４】
さらに、光記録媒体１０９のラジアル方向２領域のうち、他方に含まれる３つの領域をｄ，ｅ，ｆ領域１１７ｄ，１１７ｅ，１１７ｆとする。そして、このｄ，ｅ，ｆ領域１１７ｄ，１１７ｅ，１１７ｆから出力される光量信号を、それぞれＤ，Ｅ，Ｆとする。演算手段１１８は、加算手段及び減算手段から構成されている。受光素子１１７の各領域から出力された光量信号は、演算手段１１８に入力されて所定の演算が行われる。この演算結果が、光記録媒体の半径方向（ラジアル方向）のコマ収差を示す信号：ＣＯＭＡとして演算手段１１８から出力される。演算手段１１８による演算を式で表すと、（数２）となる。
【００３５】
【数２】
ＣＯＭＡ＝（Ａ＋Ｃ＋Ｅ）−（Ｂ＋Ｄ＋Ｆ）
対物レンズ１０７と、液晶素子１０５の相対位置ずれに伴う干渉領域の変化を、前述の演算手段１１８を用いて演算した結果を図７に示す。なお、このときの光記録媒体の溝形状は、
案内溝の周期（トラックピッチ）：０．４６μｍ
案内溝の幅（グルーブ幅）：０．２３μｍ
案内溝の深さ（グルーブ深さ）：０．０５１μｍ
以上の通りである。図７の横軸は対物レンズ１０７と液晶素子１０５の相対位置ずれ量、縦軸は出力信号Ａ〜Ｆの和信号で規格化したコマ収差信号である。
【００３６】
続いて、以上の検出したコマ収差信号に基づいて、コマ収差を補正するコマ収差補正手段について説明する。コマ収差補正手段としては、対物レンズ１０７をフォーカス・トラッキングの２方向のシフト制御に加えて、チルト制御可能な３軸アクチュエータ１０８を用いればよい。３軸アクチュエータ１０８は、対物レンズ１０７の光軸を、光学系の光軸から傾き調整する対物レンズ傾き調整手段により構成されている。３軸アクチュエータ１０８により対物レンズ１０７の傾きを変化させると、透過する光束にコマ収差が発生することから、これを利用してコマ収差を相殺するようにすることが可能である。
【００３７】
図８は、相対位置ずれにより発生する収差と、補正後の収差の関係を示す図である。対物レンズ１０７をチルト制御させることにより、球面収差の波面に生じる劣化が十分に抑制されていることがわかる。
【００３８】
また、対物レンズ１０７と光記録媒体１０９の相対角度は、一般に変動する。このような変動は、光記録媒体１０９のチルト変動と呼ばれるが、チルト変動でもコマ収差が発生する。しかしながら、本実施の形態１では、コマ収差を検出／補正する手段を備えてなるため、チルト変動による収差も検出／補正することが可能なため、光記録媒体１０９上に良好なスポットを形成することができる。
【００３９】
また、本実施の形態１における位相補正素子である液晶素子１０５の制御信号は、前述の光記録媒体１０９からの反射光に含まれる球面収差から生成する方法だけではなく、基板厚み量を直接検出する基板厚センサ（図示せず）や、波長変動の原因となる光ピックアップ内の温度を検出する温度センサ（図示せず）を用いてもよい。
【００４０】
さらにまた、本実施の形態１では、コマ収差を検出して３軸アクチュエータ１０８を駆動する方法の代わりに、対物レンズ１０７または３軸アクチュエータ１０８と液晶素子１０５との相対位置ずれ量を直接検知して、３軸アクチュエータ１０８のチルト方向調整を行ってもよい。この位置ずれ量の検知は、よく知られたＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｓｅｎｓｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅ：図示せず）をピックアップ固定光学系上に配置して、対物レンズ１０７とＰＳＤ間の距離を検出すればよい。そして、検知された位置ずれ量は、予め記憶されているテーブル（表記せず）に基づきコマ収差量に変換を行う。そして、このコマ収差量に応じた３軸アクチュエータ１０８により対物レンズ１０７がチルト制御される。
【００４１】
図９は本発明の実施の形態２における「使用波長４０７ｎｍ、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色系光記録媒体」の記録、再生、または消去できる光ピックアップの他の構成を示す図である。図１の実施の形態１の光ピックアップと異なる点は、３軸アクチュエータ１０８に代えて、２軸アクチュエータ１０８’と液晶素子１１９を配置した点である。
【００４２】
本実施の形態２のコマ収差補正手段は、３軸アクチュエータの代わりに、図９に示すような平行光路中に所定の電極パターンを有する液晶素子１１９を配置している。液晶素子１１９は、図１０に示すように、少なくとも一方の透明電極が左右対称に分割され、各透明電極部分と共通電極との間に独立して電圧を印加できるようになっており、印加電圧を制御することにより、各透明電極部分の液晶の屈折率：ｎをｎ１からｎ２まで自在に変えることができる。屈折率：ｎを変化させると、各領域を通過する光線に光路差：Δｎ・ｄ（Δｎは屈折率変化分、ｄは液晶のセル厚）、すなわち、波長をλとして、位相差Δｎ・ｄ（２π／λ）を与えることができる。
【００４３】
例えば、図１１の如きコマ収差が発生したとする。このコマ収差の波面を２次元曲線として示したのが図１２（ａ）の実線で示す部分である。このような波面に対し、対物レンズ１０７に光源側から入射する光束に、図１２（ａ）の破線で示す部分のような位相差が与えられるように、液晶素子１１９の各透明電極に印加する電圧を調整すると、液晶素子１１９を透過する光束の各部での波面の遅れにより前記「コマ収差」を打ち消すことができる。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）における実線（コマ収差の波面）と破線（液晶素子による波面の遅れ）の和、すなわち補正後の波面を示す。もとのコマ収差（図１２（ａ）の実線の部分）よりも格段に小さくなる。
【００４４】
また、本実施の形態１，２において、球面収差補正用の液晶素子１０５と、コマ収差補正用の液晶素子１１９を一部品化してもよい。すなわち、液晶は１対の電極によって挟持されてなるが、この一対の電極それぞれのパターンを図４に示される球面収差補正用のパターンと、図１０に示されるコマ収差補正用のパターンとすることにより、１つの液晶素子において、球面収差とコマ収差の補正を行うことができ、光ピックアップとしては部品点数の削減による低コスト化、組付の簡素化が図れる。
【００４５】
図１３は本発明の実施の形態３における「使用波長４０７ｎｍ、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色系光記録媒体」と「使用波長６６０ｎｍ、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体」をともに記録、再生、または消去できる光ピックアップの構成を示す図である。図１の実施の形態１と異なる点は、赤色系の受発光素子２０１、コリメータレンズ２０２、ダイクロイックプリズム２０３を新たに具備している点である。また、受発光素子２０１は、半導体レーザー２０１ａ、ホログラム光学素子２０１ｂ、光検出器２０１ｃから構成されている。
【００４６】
本実施の形態３において、「使用波長４０７ｎｍ、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色系光記録媒体」の記録、再生、または消去する構成は、実施の形態１と同じであるため説明は省略し、「使用波長６６０ｎｍ、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体」を記録、再生、または消去する場合について説明する。
【００４７】
受発光素子２０１の半導体レーザー２０１ａから出射された使用波長６６０ｎｍの光は、ホログラム光学素子２０１ｂを透過し、コリメータレンズ２０２で平行光とされ、ダイクロイックプリズム２０３によって偏向プリズム１０４の方向に反射され、偏向プリズム１０４によって光路が９０度偏向され、１／４波長板１０６を通過し円偏光とされ、対物レンズ１０７に入射し、光記録媒体１０９上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録、または消去が行われる。
【００４８】
また、光記録媒体１０９から反射した光は、偏向プリズム１０４で偏向され、ダイクロイックプリズム２０３で反射され、コリメータレンズ２０２で収束光とされ、ホログラム光学素子２０１ｂにより半導体レーザー２０１ａと同一キャン内にある光検出器２０１ｃ方向に回折されて光検出器２０１ｃに受光される。
【００４９】
ここで、青色波長帯域で波面の収差最小となる単一の対物レンズに、赤色波長帯域の光を無限系で入射させてＤＶＤ系光記録媒体にスポット形成させた場合、図１４に示すように、波長の違いに伴う球面収差が発生する。しかしながら、本実施の形態３では、青色光学系の基板厚誤差や波長変動の対策手段として液晶素子１０５を具備してなるため、この液晶素子１０５を用いることにより、ＤＶＤ光学系との互換時に発生する球面収差も抑制可能である。
【００５０】
液晶素子１０５の制御信号としては、光記録媒体判別手段（図示せず）の出力信号を用いればよい。前記の通り、ＤＶＤ系の記録・再生時に、この光源からの光束を対物レンズ１０８に入射させると、波長の違いに伴う球面収差が発生し、記録面上に形成される光スポットの形状が劣化する。この発生する球面収差を打ち消す逆極性の球面収差量を、光記録媒体ごとに予め記憶させておき、光記録媒体判別手段から検知された光記録媒体の種類に応じて、逆極性の球面収差を与えるようにすればよい。また、光記録媒体判別手段としては、例えば、光記録媒体挿入時に、青色、赤色のいずれかの光源を点灯させてフォーカスサーチさせたときの戻り光量レベルなどにより判別する構成などを用いればよい。
【００５１】
また、前述のようなＤＶＤ系互換用の収差補正手段についても、対物レンズ１０７と液晶素子１０５の相対位置ずれにより不要なコマ収差が発生する。しかしながら、本実施の形態３では３軸アクチュエータ１０８を備えてなるため、ＤＶＤ系の記録・再生時に液晶素子１０５と対物レンズ１０７の相対位置ずれに伴い発生するコマ収差も補正できる。
【００５２】
なお、ＤＶＤ光学系でのコマ収差量の検知方法としては、ホログラム光学素子２０１ｂ上に図１５に示すようなａ〜ｆ領域２１１ａ〜２１１ｆを設け、各領域からの回折光より受光した信号としての光量信号Ａ〜Ｆを前述した実施の形態１の図６に示したような演算手段１１８によって（数２）の演算を行ったように受光信号に変換してやればよい。
【００５３】
また、前述の液晶素子１０５によって、ＤＶＤ系の記録・再生時に発生する球面収差をダイナミックに補正する例を説明したが、スタティックな位相補正素子を用いてもよい。このスタティックな位相補正素子としては、例えば、図１６（ａ）に示すようにガラス基板上に同心円状の位相シフタを形成すればよい。同心円状の位相シフタは、光源の波長帯域に応じて、所定の位相が与えられるものであればよい。すなわち、青色波長帯域の光に対しては何ら作用せず、赤色波長帯域の光に対しては発生する球面収差と逆極性の位相を与える位相シフタであればよい。位相シフタは、図１６（ｂ）のように階段状の断面形状を有するもので、該ガラス基板の屈折率をｎ、隣接する各段の高さの差をｈ、点灯光源の波長をλとしたとき、隣接する各段の位相差は、（数３）で与えられる。
【００５４】
【数３】
δ＝２π（ｎ―１）ｈ／λ
青色波長帯域に対しては、常にδ１＝２π、赤色の波長帯域では所定のδ２を満足するｈを選択すればよい。
【００５５】
図１７は本発明の実施の形態４における「使用波長４０７ｎｍ、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍの大容量光記録媒体」と「使用波長６６０ｎｍ、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体」と「使用波長７８０ｎｍ、ＮＡ０．５０、光照射側基板厚１．２ｍｍのＣＤ系光記録媒体」をともに記録、再生、または消去できる光ピックアップの構成を示す図である。
【００５６】
本実施の形態４は、図１３に示す実施の形態３の青色／ＤＶＤ互換の光学系において、受発光素子２０１に代えて受発光素子３０１を配置した構成である。受発光素子３０１はＤＶＤ用の半導体レーザー２０１ａ、ホログラム光学素子２０１ｂ、光検出器２０１ｃと、ＣＤ用の半導体レーザー３０１ａ、ホログラム光学素子３０１ｂ、光検出器３０１ｃから構成されている。
【００５７】
実施の形態３と同様に、青色波長帯域で波面の収差最小となる単一の対物レンズに、ＣＤ系の赤外波長帯域の光を無限系で入射させてＣＤ系光記録媒体にスポット形成させた場合、図１８に示すように、波長の違いや基板厚の違いに伴う球面収差が発生する。しかしながら本実施の形態４では、青色光学系の基板厚誤差や波長変動の対策手段として液晶素子１０５を具備してなるため、この液晶素子１０５を用いることにより、ＣＤ互換時に発生する球面収差も抑制可能である。
【００５８】
そして、ＣＤ系の記録・再生時に、液晶素子１０５と対物レンズ１０７の相対位置ずれにより発生するコマ収差も、３軸アクチュエータ１０８により補正することが可能である。
【００５９】
また、位相補正素子として、球面収差を補正する液晶素子１０５や位相シフタについて説明してきたが、位相補正素子は図１９に示すように光軸対称な収差であるが光記録媒体の半径方向と回転方向で、発生具合が同一でない特徴をもつ非点収差を補正するものであってもよい。
【００６０】
図２０は本発明の実施の形態５における光情報処理装置である情報記録再生装置の概略構成を示す透過斜視図である。
【００６１】
情報記録再生装置１０は、光記録媒体２０に対して光ピックアップ１１を用いて情報の記録，再生，消去の少なくともいずれか１以上を行う装置である。本実施の形態５において、光記録媒体２０はディスク状であって、保護ケースのカートリッジ２１内に格納されている。光記録媒体２０はカートリッジ２１ごと、挿入口１２から情報記録再生装置１０に矢印「ディスク挿入」方向へ挿入セットされ、スピンドルモータ１３により回転駆動され、光ピックアップ１１により情報の記録や再生、あるいは消去が行われる。
【００６２】
この光ピックアップ１１として、前述の実施の形態１〜４に記載の光ピックアップを適宜用いることができる。
【００６３】
なお、前述の実施の形態１〜４においては、青色波長帯域４０７ｎｍ、赤色波長帯域６６０ｎｍ、赤外波長帯域７８０ｎｍを例示し説明したが、青色波長帯域は３９５〜４１５ｎｍの範囲を、赤色波長帯域は６４５〜６７０ｎｍの範囲を、赤外波長帯域は７７５〜７９５ｎｍの範囲を意味するものとする。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光源からの出射光を光記録媒体上に集光させる対物レンズ、この対物レンズを少なくとも２方向以上に移動させる可動部と、可動部と光源の間に設置されて透過光の波面形状を光軸対称に変化させる位相補正素子と、可動部により対物レンズの移動を制御するコマ収差補正手段を備え、球面収差や非点収差など光軸対称に発生する収差を補正する手段を対物レンズ可動部外に配置しても、対物レンズと相対位置ずれによる不要な収差の発生を抑制でき、光記録媒体上に常に良好なスポットを形成し安定した記録・再生動作を実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における「使用波長４０７ｎｍ、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色系光記録媒体」の記録、再生、または消去できる光ピックアップの構成を示す図
【図２】受光素子に向う光束に発生する球面収差の状態を示す図
【図３】球面収差を検出する光記録媒体からの反射光を同心円状に、内周側を反射し外周側を透過させるビームスプリッタを示す図
【図４】（ａ）は光記録媒体の案内溝から直接の反射光の０次光、回折された±１次回折光との干渉、（ｂ）は受光手段の受光面から見た０次光（直進光）と１次回折光との干渉領域を示す図
【図５】液晶素子に対して対物レンズシフトにより変化する干渉領域を示す図
【図６】受光素子と演算手段により、発生したコマ収差を検知する概略構成を示す図
【図７】対物レンズと液晶素子の相対位置ずれに伴う干渉領域の変化を示す図
【図８】相対位置ずれにより発生する収差と、対物レンズのチルト補正後の収差の関係を示す図
【図９】本発明の実施の形態２における「使用波長４０７ｎｍ、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色系光記録媒体」の記録、再生、または消去できる光ピックアップの他の構成を示す図
【図１０】位相補正素子である液晶素子の電極パターンを示す図
【図１１】対物レンズシフトに起因し発生のコマ収差を示す図
【図１２】（ａ）はコマ収差の波面（実線）と付与される位相差（破線）、（ｂ）は補正後の波面を示す図
【図１３】本発明の実施の形態３における「使用波長４０７ｎｍ、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色系光記録媒体」と「使用波長６６０ｎｍ、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体」をともに記録、再生、または消去できる光ピックアップの構成を示す図
【図１４】青色波長帯域で波面の収差最小となる単一の対物レンズに、赤色波長帯域の光を無限系で入射してＤＶＤ系光記録媒体にスポット形成させたとき、波長の違いにより発生する球面収差を示す図
【図１５】コマ収差の検知を行うホログラム光学素子上に形成した領域示す図
【図１６】（ａ）はスタティックな位相補正素子としてガラス基板上に形成した同心円状の位相シフタのパターン、（ｂ）は位相シフタの階段状パターンの断面形状を示す図
【図１７】本発明の実施の形態４における「使用波長４０７ｎｍ、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍの大容量光記録媒体」と「使用波長６６０ｎｍ、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体」と「使用波長７８０ｎｍ、ＮＡ０．５０、光照射側基板厚１．２ｍｍのＣＤ系光記録媒体」をともに記録、再生、または消去できる光ピックアップの構成を示す図
【図１８】青色波長帯域で波面の収差最小となる単一の対物レンズに、赤外波長帯域の光を無限系で入射してＣＤ系光記録媒体にスポット形成させたとき、波長の違いにより発生する球面収差を示す図
【図１９】光軸対称な収差であるが光記録媒体の半径方向と回転方向で、発生具合が同一でない非点収差を示す図
【図２０】本発明の実施の形態５における光情報処理装置である情報記録再生装置の概略構成を示す透過斜視図
【図２１】基板厚誤差の値に伴い発生する球面収差の状態を示す図
【図２２】波長変動の値に伴い発生する球面収差の状態を示す図
【図２３】ＤＶＤ系やＣＤ系の光記録媒体に所定波長の光を集光させたときに発生する球面収差の状態を示す図
【図２４】位相補正素子である液晶素子の電極パターンを示す図
【図２５】（ａ）は製造誤差に起因し発生の球面収差、（ｂ）は２次元曲線として示した球面収差（実線）と付加する位相差（破線）、（ｃ）は補正後の球面収差を示す図
【図２６】（ａ）は製造誤差に起因し発生の球面収差（上側）とこれに付加する位相差（下側）、（ｂ）は対物レンズシフトにより付加する位相差がずれた状態、（ｃ）は対物レンズシフトにより発生の不要な波面の収差（残留収差）を示す図
【符号の説明】
１０　情報記録再生装置
１１　光ピックアップ
１２　挿入口
１３　スピンドルモータ
１４　キャリッジ
２０，１０９　光記録媒体
２１　カートリッジ
２２　シャッター
１０１，２０１ａ，３０１ａ　半導体レーザー
１０２，２０２　コリメータレンズ
１０３　偏光ビームスプリッタ
１０４　偏向プリズム
１０５，１１９　液晶素子
１０６　１／４波長板
１０７　対物レンズ
１０８　３軸アクチュエータ
１０８’　２軸アクチュエータ
１１０　集光レンズ
１１１，１１２　ビームスプリッタ
１１３，１１５　円筒レンズ
１１４，１１６，１１７　受光素子
１１７ａ〜１１７ｆ，２１１ａ〜２１１ｆ　ａ〜ｆ領域
１１８　演算手段
２０１，３０１　受発光素子
２０１ｂ，３０１ｂ　ホログラム光学素子
２０１ｃ，３０１ｃ　光検出器
２０３　ダイクロイックプリズム
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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