(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から照射されたレーザ光を光情報記録媒体に集光させる対物レンズと、
前記光情報記録媒体の光透過層の厚さに応じて発生する球面収差を補正する球面収差補正部と、を備え、
前記球面収差補正部は、
３次の球面収差を補正する第１の球面収差補正部と、
５次の球面収差を補正する第２の球面収差補正部とを有し、
前記第２の球面収差補正部は、前記第１の球面収差補正部が補正する前記３次の球面収差の量に応じて、前記５次の球面収差を補正する、光学ヘッド。
【請求項２】
前記第２の球面収差補正部は、
前記第１の球面収差補正部が補正する前記３次の球面収差の量に応じて、予め設定された複数の５次の球面収差補正量から所定の補正量を選択し、この選択した補正量により前記５次の球面収差を補正する、請求項１記載の光学ヘッド。
【請求項３】
前記対物レンズは、前記光情報記録媒体の３次の球面収差が最小となる所定基準厚において所定値の５次の球面収差が生じるように、設計されており、
前記第２の球面収差補正部は、
前記所定値の５次の球面収差と逆極性の５次の球面収差を生じさせて、前記５次の球面収差を補正する、請求項２記載の光学ヘッド。
【請求項４】
前記第１の球面収差補正部は、前記レーザ光の光軸方向に移動するコリメートレンズを有し、前記コリメートレンズを移動させることにより前記３次の球面収差を補正し、
前記第２の球面収差補正部は、
前記第１の球面収差補正部が補正する前記３次の球面収差の量に対応する量として、前記コリメートレンズの位置を用いて前記５次の球面収差を補正する、請求項１記載の光学ヘッド。
【請求項５】
前記第１の球面収差補正部は、前記レーザ光の光軸方向に移動するコリメートレンズを有し、前記コリメートレンズを移動させることにより前記３次の球面収差を補正し、
前記第２の球面収差補正部は、
前記第１の球面収差補正部が補正する前記３次の球面収差の量に対応する量として、前記コリメートレンズの位置に応じた位置信号の出力値を用いて前記５次の球面収差を補正する、請求項１記載の光学ヘッド。
【請求項６】
前記第１の球面収差補正部は、前記レーザ光の光軸方向に移動するコリメートレンズを有し、前記コリメートレンズを移動させることにより前記３次の球面収差を補正し、
前記第２の球面収差補正部は、
前記第１の球面収差補正部が補正する前記３次の球面収差の量に対応する量として、前記コリメートレンズを駆動する駆動信号の出力を用いて前記５次の球面収差を補正する、請求項１記載の光学ヘッド。
【請求項７】
前記第２の球面収差補正部は、液晶素子を有する、請求項１記載の光学ヘッド。
【請求項８】
前記液晶素子は、前記対物レンズを駆動するアクチュエータの可動部に設けられている、請求項７記載の光学ヘッド。
【請求項９】
前記液晶素子は、前記アクチュエータの可動部を保持するサスペンションを通して駆動される、請求項８記載の光学ヘッド。
【請求項１０】
前記液晶素子を駆動する駆動信号は、前記アクチュエータの可動部を駆動する駆動信号に重畳されている、請求項９記載の光学ヘッド。
【請求項１１】
前記第１の球面収差補正部は、液晶素子を有し、前記液晶素子に電圧を印加することにより前記３次の球面収差を補正し、
前記第２の球面収差補正部は、
前記第１の球面収差補正部が補正する前記３次の球面収差の量に対応する量として、前記第１の球面収差補正部の前記液晶素子に印加される電圧値を用いて前記５次の球面収差を補正する、請求項７記載の光学ヘッド。
【請求項１２】
前記第１の球面収差補正部の有する前記液晶素子と、前記第２の球面収差補正部の有する前記液晶素子は、一体に構成されている、請求項１１記載の光学ヘッド。
【請求項１３】
前記第１の球面収差補正部の有する前記液晶素子と、前記第２の球面収差補正部の有する前記液晶素子は、それぞれ別体の液晶素子である、請求項１１記載の光学ヘッド。
【請求項１４】
前記第１の球面収差補正部は、前記レーザ光の光軸方向に移動するコリメートレンズ及び液晶素子を有し、
前記コリメートレンズの移動により前記３次の球面収差の一部を補正し、前記液晶素子への電圧印加により前記３次の球面収差の残りの部分を補正する、
請求項１記載の光学ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光情報記録媒体に対して記録および／または再生を行う際に使用される光学ヘッド、およびそのような光学ヘッドを備えた光情報記録再生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光情報記録媒体の大容量化に伴い、その記録および／または再生に用いる光学ヘッドの光源の短波長化と対物レンズの高ＮＡ（開口数：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）化が進んでいる。しかし高ＮＡ化に伴い、光情報記録媒体の光透過層の厚み変化による球面収差の影響が顕著になってくる。
【０００３】
たとえばＤＶＤで用いられている波長６５０ｎｍ、対物レンズのＮＡ０．６０の場合、光透過層の厚み変化１０μｍに対して、約１０ｍλの球面収差が発生する。しかし次世代の光情報記録媒体に用いられる波長４００ｎｍ、対物レンズのＮＡ０．８５の場合には、光透過層の厚み変化１０μｍに対して、約１００ｍλの球面収差が発生する。そのため、このような光情報記録媒体用の光学ヘッドには、球面収差を補正する手段が必要となる。
【０００４】
一例として、特許文献１に、コリメートレンズをコリメートレンズ用アクチュエータに搭載し、光透過層の厚み誤差に起因する球面収差を打ち消すように、光源と対物レンズの間に配置されたコリメートレンズを移動する光情報記録再生装置の方式が示されている。この光情報記録再生装置について図１８を用いて具体的に説明する。
【０００５】
図１８に従来の光学ヘッドの構成を示す。図１８において、１０１は光源、１０２はビームスプリッタ、１０３は１／４波長板、１０４はコリメートレンズ、１０６は対物レンズ、１０７はマルチレンズ、１０８は受光素子、１０９は対物レンズ１０６を駆動する２軸アクチュエータ、１１０はコリメートレンズ１０４を駆動するコリメートレンズ用アクチュエータであり、これらが光学ヘッド１２０を構成している。
【０００６】
光源１０１から出射されたレーザ光は、ビームスプリッタ１０２を透過して、コリメートレンズ１０４に入射する。コリメートレンズ１０４に入射したレーザ光は、光情報記録媒体１３０の光透過層１３１の厚さが規定値通りの場合には、コリメートレンズ１０４によって平行光とされる。コリメートレンズ１０４はコリメートレンズ用アクチュエータ１１０に搭載されており、このコリメートレンズ用アクチュエータ１１０によって、レーザ光の光軸に沿って前後に移動可能となっている。
【０００７】
コリメートレンズ１０４を透過したレーザ光は、１／４波長板１０３を透過する際に円偏光状態となり、対物レンズ１０６に入射する。対物レンズ１０６によって集光され光情報記録媒体１３０の情報記録面に入射したレーザ光は、情報記録面で反射されて戻り光となる。この戻り光は、元の光路をたどって対物レンズ１０６を透過した後、１／４波長板１０３に入射する。戻り光は１／４波長板１０３を透過することにより、往路の偏光方向に対して９０度回転された直線偏光となり、その後、コリメートレンズ１０４によって収束光とされた後、偏光ビームスプリッタ１０２によって反射される。ビームスプリッタ１０２によって反射された戻り光は、マルチレンズ１０７を介して受光素子１０８に入射し、検出される。
【０００８】
光学ヘッド１２０を用いて光情報記録媒体１３０の情報記録面上に光を集光して記録再生を行うとき、光情報記録媒体１３０の光透過層１３１の厚み誤差によって発生する主な収差は、デフォーカスによるものと球面収差によるものである。デフォーカスについては、フォーカスサーボにより補正される。すなわち、受光素子１０８からのフォーカスサーボに基づいて、２軸アクチュエータ１０９により対物レンズ１０６を光軸方向に動かすことでデフォーカスが補正され、情報記録面上に焦点が合わされる。
【０００９】
一方、球面収差については、対物レンズ１０６に入射するレーザ光を発散光あるいは収束光とすることにより、光透過層１３１の厚さに応じて発生する球面収差と逆極性の球面収差を発生させることで補正を行う。具体的にはコリメートレンズ用アクチュエータ１１０により、コリメートレンズ１０４を光軸方向に前後に動かすことで、対物レンズ１０６に入射するレーザ光を発散光あるいは収束光とし、対物レンズ１０６で逆極性の球面収差を発生させ、光透過層１３１の厚み誤差に起因する球面収差をキャンセルするようにしている。
【００１０】
このように、この光学ヘッド１２０においては、対物レンズ１０６を透過して情報記録面に焦点を結んだときは、球面収差がキャンセルされた状態になっている。
【特許文献１】特開平１１−２５９９０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
光情報記録媒体においてさらなる大容量化を図るため、情報記録面を多層構造とすることが考えられている。情報記録面を多層化した場合、複数の情報記録面に対して情報の記録および／または再生を行うことになる。しかし、情報記録面毎に光透過層の厚さが異なるため、対物レンズの最適基材厚（残存収差が最小となる光透過層厚）からずれた情報記録面では、最適基材厚から所定の情報記録面までの光透過層の厚さに応じて、球面収差が発生する。
【００１２】
３次の球面収差は、対物レンズの最適基材厚から所定の情報記録面までの光透過層の厚さに比例して大きくなる。情報記録面を多層化し、その光透過層の間隔を大きく変化させると、補正すべき３次の球面収差も増大する。従って、従来の光学ヘッドにおいては、コリメートレンズの移動範囲が非常に大きくなる。
【００１３】
例えば、光源の波長λ＝４０５ｎｍ、対物レンズのＮＡ＝０．８５、対物レンズの焦点距離１．３ｍｍ、コリメートレンズの焦点距離１９．０ｍｍ、対物レンズの最適基材厚（残存収差が最小となる光情報記録媒体の光透過層厚）６２．５μｍの場合の、コリメートレンズの移動範囲（対物レンズに近づく方向を正（＋）とする）を図１９に示す。図１９より光透過層の厚さが２５μｍから１００μｍまで変化する場合、コリメートレンズの移動範囲は１０ｍｍ以上になることがわかる。
【００１４】
さらに、光透過層の厚みが大きくなると、対物レンズでは新たに５次の球面収差が無視できない大きさで発生する。
【００１５】
図２０は前記の条件で、光透過層の厚さ変化によって発生する３次の球面収差をコリメートレンズの移動によって補正した後の、５次の球面収差量を示したものである。図２０より、光透過層の厚み変化が±１０μｍ程度の場合、５次の球面収差は±５ｍλであり、無視できる大きさであるのに対し、光透過層の厚さが２５μｍから１００μｍまで変化するような光情報記録媒体においては、５次の球面収差量が±２０ｍλにも達する。また、この５次の球面収差はコリメートレンズの移動により３次の球面収差を補正した後も残存する量である。
【００１６】
したがって、情報記録面を多層構造とした光情報記録媒体においては、３次の球面収差に加えて、５次の球面収差に関しても記録および／または再生における影響を考慮する必要が生ずることが課題として見いだされた。
【００１７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、光透過層の厚さが大きく変化する光情報記録媒体に対して、３次の球面収差だけでなく、無視できなくなる５次の球面収差も補正し、良好な記録および／または再生を確保できる光学ヘッドを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の目的を達成するために、第１の本発明は、
光源と、
前記光源から照射されたレーザ光を光情報記録媒体に集光させる対物レンズと、
前記光情報記録媒体の光透過層の厚さに応じて発生する球面収差を補正する球面収差補正部と、を備え、
前記球面収差補正部は、
３次の球面収差を補正する第１の球面収差補正部と、
５次の球面収差を補正する第２の球面収差補正部とを有し、
前記第２の球面収差補正部は、前記第１の球面収差補正部が補正する前記３次の球面収差の量に応じて、前記５次の球面収差を補正する、光学ヘッドである。
【００１９】
また、第２の本発明は、前記第２の球面収差補正部は、
前記第１の球面収差補正部が補正する前記３次の球面収差の量に応じて、予め設定された複数の５次の球面収差補正量から所定の補正量を選択し、この選択した補正量により前記５次の球面収差を補正する、第１の本発明の光学ヘッドである。
【００２０】
また、第３の本発明は、前記対物レンズは、前記光情報記録媒体の３次の球面収差が最小となる所定基準厚において所定値の５次の球面収差が生じるように、設計されており、
前記第２の球面収差補正部は、
前記所定値の５次の球面収差と逆極性の５次の球面収差を生じさせて、前記５次の球面収差を補正する、第２の本発明の光学ヘッドである。
【００２１】
また、第４の本発明は、前記第１の球面収差補正部は、前記レーザ光の光軸方向に移動するコリメートレンズを有し、前記コリメートレンズを移動させることにより前記３次の球面収差を補正し、
前記第２の球面収差補正部は、
前記第１の球面収差補正部が補正する前記３次の球面収差の量に対応する量として、前記コリメートレンズの位置を用いて前記５次の球面収差を補正する、第１の本発明の光学ヘッドである。
【００２２】
また、第５の本発明は、前記第１の球面収差補正部は、前記レーザ光の光軸方向に移動するコリメートレンズを有し、前記コリメートレンズを移動させることにより前記３次の球面収差を補正し、
前記第２の球面収差補正部は、
前記第１の球面収差補正部が補正する前記３次の球面収差の量に対応する量として、前記コリメートレンズの位置に応じた位置信号の出力値を用いて前記５次の球面収差を補正する、第１の本発明の光学ヘッドである。
【００２３】
また、第６の本発明は、前記第１の球面収差補正部は、前記レーザ光の光軸方向に移動するコリメートレンズを有し、前記コリメートレンズを移動させることにより前記３次の球面収差を補正し、
前記第２の球面収差補正部は、
前記第１の球面収差補正部が補正する前記３次の球面収差の量に対応する量として、前記コリメートレンズを駆動する駆動信号の出力を用いて前記５次の球面収差を補正する、第１の本発明の光学ヘッドである。
【００２４】
また、第７の本発明は、前記第２の球面収差補正部は、液晶素子を有する、第１の本発明の光学ヘッドである。
【００２５】
また、第８の本発明は、前記液晶素子は、前記対物レンズを駆動するアクチュエータの可動部に設けられている、第７の本発明の光学ヘッドである。
【００２６】
また、第９の本発明は、前記液晶素子は、前記アクチュエータの可動部を保持するサスペンションを通して駆動される、第８の本発明の光学ヘッドである。
【００２７】
また、第１０の本発明は、前記液晶素子を駆動する駆動信号は、前記アクチュエータの可動部を駆動する駆動信号に重畳されている、第９の本発明の光学ヘッドである。
【００２８】
また、第１１の本発明は、前記第１の球面収差補正部は、液晶素子を有し、前記液晶素子に電圧を印加することにより前記３次の球面収差を補正し、
前記第２の球面収差補正部は、
前記第１の球面収差補正部が補正する前記３次の球面収差の量に対応する量として、前記第１の球面収差補正部の前記液晶素子に印加される電圧値を用いて前記５次の球面収差を補正する、第７の本発明の光学ヘッドである。
【００２９】
また、第１２の本発明は、前記第１の球面収差補正部の有する前記液晶素子と、前記第２の球面収差補正部の有する前記液晶素子は、一体に構成されている、第１１の本発明の光学ヘッドである。
【００３０】
また、第１３の本発明は、前記第１の球面収差補正部の有する前記液晶素子と、前記第２の球面収差補正部の有する前記液晶素子は、それぞれ別体の液晶素子である、第１１の本発明の光学ヘッドである。
【００３１】
また、第１４の本発明は、前記第１の球面収差補正部は、前記レーザ光の光軸方向に移動するコリメートレンズ及び液晶素子を有し、
前記コリメートレンズの移動により前記３次の球面収差の一部を補正し、前記液晶素子への電圧印加により前記３次の球面収差の残りの部分を補正する、
第１の本発明の光学ヘッドである。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の光学ヘッドによれば、情報記録面の多層化より光透過層の厚さ変化が大きい光情報記録媒体の情報記録／再生時に、３次の球面収差補正に加えて、無視できなくなる５次の球面収差も補正できるため、このような光情報記録媒体に対して、良好な記録／再生性能を確保できるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の光学ヘッドおよび光情報記録再生装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３８】
（実施の形態１）
図１は本発明の１実施の形態における光学ヘッドの概略構成図である。
【００３９】
図１において、１は半導体レーザ、２はビームスプリッタ、３は１／４波長板、４はコリメートレンズ、５は反射ミラー、６は対物レンズ、７は検出レンズ、８は受光素子、９は対物レンズ６を駆動する２軸アクチュエータ、２０は液晶素子、４０はコリメートレンズ４を駆動するステッピングモータ、４１はコリメートレンズ４を保持するレンズホルダ、４２はステッピングモータ４０の駆動量に基づき液晶素子２０に印加する電圧を制御する印加電圧制御部であり、これらが光学ヘッド１０を構成している。なお、３０は透明基板を持つ光情報記録媒体である。また、図２に示すように、光情報記録媒体３０には光入射面側（対物レンズ６側）から情報記録面３１、３２、３３、３４が形成されており、それぞれ表面から情報記録面までの光透過層の厚さは、ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４（ｄ１＜ｄ２＜ｄ３＜ｄ４）となっている。
【００４０】
なお、上記の構成において、半導体レーザ１は本発明の光源に相当し、対物レンズ６は本発明の対物レンズに相当する。また、コリメートレンズ４、ステッピングモータ４０、レンズホルダ４１は第１の球面収差補正部に相当し、液晶素子２０及び印加電圧制御部４２は本発明の第２の球面収差補正部に相当する。
【００４１】
このような光情報記録媒体３０に対して、情報の記録または再生を行う場合の光学ヘッド１０の動作について述べる。半導体レーザ１から出射された直線偏光のレーザ光は、ビームスプリッタ２を透過し、１／４波長板３で円偏光に変換された後、コリメートレンズ４で平行光に変換され、反射ミラー５で反射して、液晶素子２０を透過し、対物レンズ６によって、透明基板越しに光情報記録媒体３０の情報記録面３１〜３４の何れかに光スポットとして集光される。
【００４２】
情報記録面３１〜３４の何れかで反射したレーザ光は、再び対物レンズ６、液晶素子２０を透過し、反射ミラー５で反射され、コリメートレンズ４を透過し、１／４波長板３で往路とは異なる直線偏光に変換された後、ビームスプリッタ２で反射され、検出レンズ７によって、受光素子８に導かれる。受光素子８で検出されたレーザ光は、光電変換された後演算されて、光情報記録媒体３０の面ぶれに追従するためのフォーカス誤差信号と偏心に追従するためのトラッキング誤差信号を生成する。２軸アクチュエータ９は、このフォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号によって、回転する光情報記録媒体３０の情報トラックに光スポットが追従するよう対物レンズ６を２軸方向に駆動する。
【００４３】
コリメートレンズ４はレンズホルダ４１に保持され、ステッピングモータ４０によって、レーザ光の光軸に沿って移動可能となっている。情報記録面３１〜３４の光透過層の厚さに応じて、さらにそれらの光透過層の厚さが規定値から外れている場合に、レーザ光は光透過層の厚さ変化に伴う３次の球面収差を補正するように、コリメートレンズ４によって発散光あるいは収束光とされ、対物レンズ６で逆極性の球面収差を発生させ、３次の球面収差の補正を行う。
【００４４】
図３は、本実施の形態における、補正すべき光透過層の厚さとコリメートレンズの移動量との関係を計算によって求めた結果である。横軸に補正する光透過層の厚さをとり、縦軸にコリメートレンズ４の移動量を示している。なお、計算に用いた各パラメータの具体的な数値は以下の通りである。
【００４５】
半導体レーザ１の波長  λ＝４０５ｎｍ
対物レンズ６のＮＡ  ＮＡ＝０．８５
対物レンズ６の焦点距離  ｆｏｌ＝１．３ｍｍ
コリメートレンズ４の焦点距離置  ｆｃｌ＝１９．０ｍｍ
情報記録面３１〜３４間の各光透過層の厚さ  ｄ１＝２５μｍ、ｄ２＝５０μｍ、ｄ３＝７５μｍ、ｄ４＝１００μｍ  
光情報記録媒体３０の光透過層の屈折率ｎ＝１．６
コリメートレンズ４の移動量は、対物レンズ６の最適基材厚（残存収差が最小となる光情報記録媒体の光透過層の厚さ）が６２．５μｍである場合を基準とし、対物レンズ６に近づく方向を正（＋）とした。
【００４６】
図３より光情報記録媒体３０のｄ１〜ｄ４の光透過層の厚さのそれぞれに対応した３次の球面収差を補正するのに、本実施の形態のコリメートレンズ４では約１０ｍｍの移動量が必要であることがわかる。なお、光透過層の厚さ自体が誤差を持っているため、実際にはさらに大きな移動範囲が必要となる。
【００４７】
従来の技術にて説明したように、光透過層の厚さの変化および誤差により発生する３次の球面収差は、コリメートレンズ４からのレーザ光を発散光あるいは収束光になるように調整することにより大幅に低減することができる。
【００４８】
しかし、光透過層の厚みの増大により５次の球面収差が無視できなくなる大きさで発生する。また、コリメートレンズ４の移動による補正では、球面収差の３次より高次の成分は除去できない。
【００４９】
そこで、本実施の形態は、この５次の球面収差を２軸アクチュエータ９に搭載した液晶素子２０で補正することとしている。液晶素子２０は、複数領域に分割された個々の電極に個別に電圧を印加することにより液晶の屈折率を制御し、位相差を発生させることで収差補正を行う。３次の球面収差の補正後に残存して現れる５次の球面収差は、図５（ｂ）に示す波面の形状を有する。この形状に対応して、液晶素子２０の電極を図５（ａ）に示すような同心円形状（図中斜線部分）として形成し、印加電圧制御部４２の制御により、電極に後述する所定電圧を印加して、透過部分（図中白色部分）と電極とを通過する光との間に位相差を発生させる。位相差が生じた波面は、図５（ｃ）に示すような波面形状となるため、５次の球面収差を低減することが可能となる。
【００５０】
このとき、補正すべき光透過層の厚さと３次の球面収差補正後に残存する５次の球面収差発生量との関係は、図４に示すように、５次の球面収差の発生量が補正すべき光透過層の厚さにほぼ比例する。
【００５１】
さらに、図３および図４から導かれる図６より、５次の球面収差の大きさは、３次の球面収差を補正する際のコリメートレンズ４の移動量と相関がある。
【００５２】
従ってコリメートレンズ４の移動量に応じて、液晶素子２０に印加する電圧を変えることで、５次の球面収差を補正することが可能である。
【００５３】
図７に示すように、コリメートレンズ４の移動量に比例した５次の球面収差を液晶素子２０で発生させ、残存する５次の球面収差と相殺することによって、補正後の５次の球面収差の絶対値は３ｍλ以下に保つことができ、光学ヘッドとして良好な記録および／または再生を確保できる。
【００５４】
また、液晶素子２０は、図１に示すように、対物レンズ６を駆動する２軸アクチュエータ９に搭載され、対物レンズ６と一体で駆動されることが望ましい。このような構成とすることで、液晶素子２０と対物レンズ６の光軸ずれによるコマ収差が発生しない。
【００５５】
ただし、液晶素子２０が２軸アクチュエータ９に搭載されていない場合でも、液晶素子２０と対物レンズ６の光軸ずれによって発生するコマ収差を最小限にするため、光学ヘッド１０の微小送り機構等を別途設けることで、本発明を適用することが可能である。
【００５６】
また２軸アクチュエータ９に搭載された液晶素子２０を駆動するため、２軸アクチュエータ９の可動部を保持するサスペンション（図示省略）を配線として利用することができる。さらにこのサスペンションは２軸アクチュエータ９の可動部を駆動する駆動信号の配線としても用いられることが多いため、その場合は２軸アクチュエータ９の駆動信号に、液晶素子２０の駆動信号を重畳して液晶素子２０を駆動することで、配線を簡略化することが可能である。
【００５７】
また、印加電圧制御部４２がコリメートレンズ４の移動量を検出する方法としては、コリメートレンズ４の位置検出を行うセンサを光学ヘッド１０上に別途設けても良いし、コリメートレンズ用アクチュエータを位置制御する信号をモニタリングすることにより、コリメートレンズ４の位置を算出しても良い。あるいは、予め補正すべき３次の球面収差の量や光透過層の厚さを直接検出して、そこからコリメートレンズ４の位置を求めることも可能であるが、通常は、３次の球面収差を補正する場合のコリメートレンズ４のセンサである位置検出部あるいは位置制御部を、そのまま利用すればよい。
【００５８】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２による、５次の球面収差の補正方法について、図８を用いて説明する。なお、実施の形態１と同一の構成要素については、同一の符号を付して、以下その説明を省略する。
【００５９】
実施の形態１においては、コリメートレンズ４の移動量に応じて、液晶素子２０に印加する電圧を変えることとしたが、電圧の変化はコリメートレンズ４の移動量に応じて連続的に行うようにしたため、５次の球面収差の補正量も連続的に変化する。
【００６０】
これに対し、本実施の形態では、コリメートレンズ４の移動範囲を３分割し、分割した範囲毎に一定の大きさの５次の球面収差を与える構成とした点が異なる。
【００６１】
以下、説明する。図８に示すように、コリメートレンズ４の移動量を図中範囲Ａ、Ｂ、Ｃに分割する。−の方向側（光情報記録媒体から遠ざかる側）の範囲Ａでは、液晶素子２０に正の所定電圧を印加することによって、一定大きさの５次の球面収差＋１５ｍλを発生させる。同様に＋の方向側（光情報記録媒体に近づく側）の範囲Ｃでは、液晶素子２０に負の所定電圧を印加することによって一定大きさの５次の球面収差−１５ｍλを発生させる。範囲Ａと範囲Ｃの間となる範囲Ｂでは液晶素子２０に電圧は印加しない。
【００６２】
以上の制御によると、情報記録面上に生ずる５次の球面収差は、範囲Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれにおいては単調増加し、各範囲の境界で急峻に減少するノコギリ歯状の変化をすることになる。しかし、補正後の５次の球面収差の絶対値は約９ｍλ以下に保つことができ、これは光学ヘッド１０の記録／再生機能の確保に十分な値である。
【００６３】
このように液晶素子２０に印加する電圧を３値で制御することは、液晶素子２０への負荷を軽減しつつ、光学ヘッド１０の性能を確保できる効果がある。
【００６４】
なお、範囲Ｂにおいては電圧は印加しない（０Ｖを印加する）ものとしたが、球面収差の差分の絶対値を９ｍλの範囲に抑える限り、所定値の電圧を印加するようにしてもよい。
【００６５】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３による５次の球面収差の補正方法について、図９を用いて説明する。なお、実施の形態１と同一の構成要素については、同一の符号を付して、以下その説明を省略する。
【００６６】
実施の形態２においては、コリメートレンズ４の移動範囲を３分割し、分割した範囲毎に一定の大きさの５次の球面収差を与える構成としたが、本実施の形態においては、分割範囲を二つとした点が異なる。
【００６７】
以下、説明する。図９に示すように、コリメートレンズ４の移動量を図中範囲Ａ、Ｃに分割する。−の方向側（光情報記録媒体から遠ざかる側）の範囲Ａでは、液晶素子２０に正の所定電圧を印加することによって一定大きさの５次の球面収差＋８ｍλを発生させる。同様に＋の方向側（光情報記録媒体に近づく側）の範囲Ｃでは、液晶素子２０に負の所定電圧を印加することによって一定大きさの５次の球面収差−１３ｍλを発生させる。
【００６８】
以上の制御によると、情報記録面上に生ずる５次の球面収差は、実施の形態２と同様、範囲Ａ、Ｃのそれぞれにおいては単調増加し、各範囲の境界で急峻に減少する。分割範囲が荒いため、補正後の５次の球面収差の絶対値は約１１ｍλとなるが、これは光学ヘッド１０の記録／再生機能の確保には十分な値である。
【００６９】
このように液晶素子２０に印加する電圧を２値で制御するようにしてもよく、実施の形態２と同様の効果が得られる。
【００７０】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４による５次の球面収差の補正方法について、図１０を用いて説明する。なお、実施の形態１と同一の構成要素については、同一の符号を付して、以下その説明を省略する。
【００７１】
実施の形態３においては、コリメートレンズ４の移動範囲を２分割し、分割した範囲毎に±の所定大きさの５次の球面収差を与える構成としたが、本実施の形態においては、対物レンズ６にオフセット分の５次の球面収差が生じるようにしたことにより、液晶素子２０に印加する電圧を実質的に１値で制御するようにした点が異なる。
【００７２】
以下、説明する。図１０に示すように対物レンズ６の設計を変更して、コリメートレンズ４の移動量が０の初期状態を基準として、光情報記録媒体３０の３次の球面収差が最小となる最適基材厚６２．５μｍにおいて、オフセットとして−１３ｍλの５次の球面収差を与えておく。そして、コリメートレンズ４が図中範囲Ａを移動する場合のみ、液晶素子２０に所定電圧を印加して、オフセットとは逆極性の５次の球面収差＋２１ｍλを発生させる。このような液晶素子２０の制御によっても、残存する５次の球面収差の絶対値を１１ｍλ以下にすることが可能であり、実質的に記録／再生性能を改善することができる。
【００７３】
特に本実施の形態は、実施の形態３と比較して、液晶素子２０の駆動のオン／オフを切り替える（１／０制御）だけでよいので、液晶素子２０の制御がより簡単になるという特徴がある。
【００７４】
なお、上記の説明において、最適基材厚は、前記光情報記録媒体の３次の球面収差が最小となる所定基準厚に相当する。また、上記の説明においては、オフセットは−方向の５次の球面収差としたが、＋方向に与えても良い。この場合は、液晶素子２０には−方向の５次の球面収差を発生させる。要するに、対物レンズ６の設計により生じされるオフセットとしての所定値の５次の球面収差の極性と、液晶素子２０により発生する５次の球面収差の極性とが、互いに相殺する逆向きの関係となるようにすればよい。
【００７５】
また、上記の実施の形態２〜４においては、コリメートレンズ４の移動範囲を２分割又は３分割として、各範囲毎に液晶素子２０に発生される５次の球面収差を所定値として設定するようにしたが、移動範囲は４分割以上とし、各範囲毎に５次の球面収差の値を定めるようにしてもよい。
【００７６】
（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５による５次の球面収差の補正方法について、図１１を用いて説明する。なお、実施の形態１と同一の構成要素については、同一の符号を付して、以下その説明を省略する。
【００７７】
実施の形態２〜４においては、コリメートレンズ４の移動量を検出し、これに応じて、液晶素子２０に印加する電圧を連続的又は段階的に変えることとした。
【００７８】
これに対し、本実施の形態においては、コリメートレンズ４の移動量の検出は行わず、光学ヘッド１０が光情報記録媒体３０の情報記録面３１〜３４のいずれを対象として情報の記録／再生を行っているかに基づいて、その記録／再生の対象となっている情報記録面のそれぞれに応じて定めた所定電圧を液晶素子２０に印加し、５次の球面収差を発生させることで、情報記録面上に生じる５次の球面収差の絶対値を小さくする。
【００７９】
具体的には図１１に示すように、光情報記録媒体３０の情報記録面３１（光透過層の厚さｄ１＝２５μｍ）に対して情報の記録／再生を行う場合には、液晶素子２０に負の所定電圧を印加することによって、５次の球面収差−１５ｍλを発生させ、光情報記録媒体３０の情報記録面３４（光透過層の厚さｄ４＝１００μｍ）に対して情報の記録／再生を行う場合には、液晶素子２０に正の所定電圧を印加することによって、５次の球面収差＋１５ｍλを発生させる。情報記録面３２（光透過層の厚さｄ２＝５０μｍ）および情報記録面３３（光透過層の厚さｄ３＝７５μｍ）に対して情報の記録／再生を行う場合には、液晶素子２０には電圧を印加しない。
【００８０】
このような補正を行うことで、各情報記録面上に残存する５次の球面収差の絶対値を１０ｍλ以下にすることが可能である。なお、それぞれの光透過層の厚さが誤差を持っているため、実際にはその誤差分の５次の球面収差が残存することになるが、各光透過層の厚さ誤差を±５μｍとすると、残存する５次の球面収差は２〜３ｍλであり実質的には問題ない。
【００８１】
なお、情報記録面３１〜３４の何れに対して情報を記録／再生を行うかは、光学ヘッド１０の動作時に予め決まっているため、液晶素子２０に印加する電圧の選択及び印加の有無は、これに応じて実行すればよい。具体的には、各情報記録面の判別を行う層判別部からの出力信号や、層間の移動を行うための制御信号をモニタリングすることにより層判別を行い、予め液晶素子２０に所定の電圧を印加して５次の球面収差を補正しておくことも可能である。なお、各情報記録面の判別は印加電圧制御部４２によって行うが、層判別部を設ける場合は、印加電圧制御部４２内に設けても良く、また別途光ヘッド１０内に配置するようにしてもよい。また、後述する光情報記録再生装置の制御部５２内に設けるようにしてもよい。また、層間移動を行うための制御信号は、２軸アクチュエータを駆動する駆動信号に与えられるため、印加電圧制御部４２は、ここから制御信号を取得するようにする。
【００８２】
なお、実施の形態１から実施の形態５においては、主として３次の球面収差を補正する第１の球面収差補正部として、ステッピングモータ４０を用いてコリメートレンズを光軸方向に移動する場合について説明したが、本発明の第１の球面収差補正部としては、これに限らず、例えば平行光中に置かれた２群のレンズからなるビームエキスパンダのようなレンズを用いてもよいし、図１２に示すように、２軸アクチュエータに搭載された液晶素子２０とは異なる別の液晶素子２１を用いてもよい。図１２において、液晶素子２１は液晶素子２０と同様に印加電圧制御部４２によって電圧の印加が制御される。
【００８３】
ここで図１３（ａ）に、液晶素子２１の電極パターンを、又図１３（ｂ）に光情報記録媒体３０の情報記録面上に発生する３次の球面収差の形状を、示す。液晶素子２１の電極パターンは、同心円形状（図中斜線部分）として形成し、印加電圧制御部４２の制御により所定電圧を印加して、透過部分（図中白色部分）と電極とを通過する光との間に位相差を発生させる。位相差が生じた波面は、図１３（ｃ）に示すような波面形状となるため、３次の球面収差を低減することが可能となる。
【００８４】
なお、本発明が適用されるような多層型光情報記録媒体においては、光透過層の厚みによる球面収差の絶対値が大きいため、球面収差をより低減するために液晶素子２１を図１４（ａ）に示すような構成例としてもよい。
【００８５】
図１３（ａ）に示す構成例は、同心円状の液晶層領域を一つ備えたものであったが、図１４（ａ）に示す構成例は、電圧を印加する液晶層をさらに３つの同心円上の領域に３分割し、各領域毎に、図１４（ｂ）に示す３次の球面収差のパターンに対応した電圧を印加する。球面収差の生ずる領域を分割し、それぞれの領域に異なる位相差を発生させて、図１４（ｃ）に示すような波面形状とすることで、３次の球面収差を低減することが可能となる。
【００８６】
なお、球面収差の生じる領域を４分割以上にすることにより、各領域毎の収差の絶対値は小さくできるため、より高い収差補正能力は得られるが、液晶素子２１に接続する電極層数が増加するため、本構成例程度とすることが望ましい。
【００８７】
以上の構成において、液晶素子２１により補正される３次の球面収差の量は、液晶素子２１に印加される電圧値によって設定される。したがって印加電圧制御部４２は、液晶素子２１に対して設定した電圧値を、上述したコリメートレンズ４の位置、位置の制御信号等に代替して利用し、実施の形態１〜４のそれぞれと同様にして液晶素子２０の電圧印加の制御を行う。
【００８８】
また、図１５に示すように、液晶素子２１が２軸アクチュエータ９に搭載された５次の球面収差を補正する液晶素子２０と一体で構成されてなる複合液晶素子２２を用いてもよい。このような構成とすることで、複合液晶素子２２と対物レンズ６との光軸ずれによるコマ収差が発生しなくなる利点がある。
【００８９】
また、図１３，図１５に示すような構成とすることで、球面収差の除去を全て電気的に行うことができ、３次の球面収差を除去するための機械的な構成であるステッピングモータ４０等によるコリメートレンズ用アクチュエータが不要となり、光学ヘッドの構成が簡略化、軽量化されるなどのメリットがある。
【００９０】
さらに、図１６に示すように、本発明の第１の球面収差補正部は、３次の球面収差の一部をコリメートレンズ４で補正し、残りを２軸アクチュエータ９に搭載された複合液晶素子２２の液晶素子２１によって補正するような構成でもよいことは明らかである。このような構成とすることで、コリメートレンズ４の可動範囲を縮小することができるため、光学ヘッドの小型・薄型化を図ることができるなどのメリットがある。この場合は、印加電圧制御部４２による液晶素子２０による５次の球面収差の除去制御は、液晶素子２０の印加電圧と、コリメートレンズ４のステッピングモータ４０の駆動量、コリメートレンズ４の位置等とに基づいて行うようにする。
【００９１】
なお、５次の球面収差を補正する本発明の第２の球面収差補正部については、液晶素子２０に限らず、他の電気的、機械的な構成を利用して、５次の球面収差を除去できるような手段であってもよく、本発明の適用範囲に含まれることは言うまでもない。
【００９２】
（実施の形態６）
図１７は、本発明の実施の形態６による光情報記録再生装置の概略構成図である。
【００９３】
図１７において、５０は光情報記録再生装置全体の筐体であり、筐体５０の内部に光情報記録媒体駆動部５１、制御部５２、光学ヘッド１０を備える。また３０は光情報記録媒体である。光情報記録媒体駆動部５１は光情報記録媒体３０を回転駆動する機能を有し、光学ヘッド１０は実施の形態１から５で述べたいずれかの光学ヘッドである。制御部５２は光情報記録媒体駆動部５１と光学ヘッド１０の駆動および制御を行う機能を有すると共に、光学ヘッド１０で受光された制御信号、情報信号の信号処理を行う機能と、情報信号を筐体５０の外部と内部でインターフェースさせる機能を有する。
【００９４】
光学ヘッド１０として、実施の形態１から５のいずれかの光学ヘッドを搭載しているので、本実施の形態における光情報記録再生装置は、光情報記録媒体３０の光透過層の厚さの変化に伴って発生する３次の球面収差を補正する際に新たに発生する５次の球面収差も加えて補正できるため、光情報記録媒体３０の記録／再生特性を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明は３次の球面収差補正部に加えて、５次の球面収差補正部を備えるため、情報記録面を多層化した光情報記録媒体に対して、情報の再生または記録を行う光情報記録再生装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の実施の形態における光学ヘッドの概略構成図
【図２】本発明の実施の形態における光情報記録媒体の概略構成図
【図３】本発明の実施の形態における光透過層の厚さとコリメートレンズ移動量の関係を示す図
【図４】本発明の実施の形態における光透過層の厚さと残存する５次の球面収差の関係を示す図
【図５】（ａ）本発明の実施の形態における液晶素子２０の電極分割パターンを示す構成図（ｂ）５次の球面収差の波面を示す図（ｃ）液晶素子２０によって補正された後の波面を示す図
【図６】本発明の実施の形態におけるコリメートレンズ移動量と残存する５次の球面収差の関係を示す図
【図７】本発明の実施の形態１におけるコリメートレンズ移動量と補正後の５次の球面収差の関係を示す図
【図８】本発明の実施の形態２におけるコリメートレンズ移動量と補正後の５次の球面収差の関係を示す図
【図９】本発明の実施の形態３におけるコリメートレンズ移動量と補正後の５次の球面収差の関係を示す図
【図１０】本発明の実施の形態４におけるコリメートレンズ移動量と補正後の５次の球面収差の関係を示す図
【図１１】本発明の実施の形態５における光透過層の厚さと補正後の５次の球面収差の関係を示す図
【図１２】本発明の別の実施の形態における光学ヘッドの概略構成図
【図１３】（ａ）本発明の別の実施の形態における液晶素子２１の電極分割パターンを示す構成図（ｂ）３次の球面収差の波面を示す図（ｃ）液晶素子２１によって補正された後の波面を示す図
【図１４】（ａ）本発明の別の実施の形態における液晶素子２１の電極分割パターンの他の例を示す構成図（ｂ）３次の球面収差の波面を示す図（ｃ）液晶素子２１によって補正された後の波面を示す図
【図１５】本発明の別の実施の形態における光学ヘッドの概略構成図
【図１６】本発明の別の実施の形態における光学ヘッドの概略構成図
【図１７】本発明の実施の形態６における光情報記録再生装置の概略構成図
【図１８】従来の光情報記録再生装置の概略構成図
【図１９】光透過層の厚さとコリメートレンズ移動量の関係を示す図
【図２０】光透過層の厚み誤差と３次の球面収差補正後に残存する５次の球面収差量の関係を示す図
【符号の説明】
【００９７】
１    半導体レーザ
２、１０２  ビームスプリッタ
３、１０３  １／４波長版
４、１０４  コリメートレンズ
５    反射ミラー
６、１０６  対物レンズ
７    検出レンズ
８、１０８  受光素子
９，１０９  ２軸アクチュエータ
１０，１１，１２０    光学ヘッド
２０，２１    液晶素子
３０，１３０  光情報記録媒体
３１，３２，３３，３４  情報記録面
４２  印加電圧制御部
５０    筐体
５１    光情報記録媒体駆動部
５２    制御部
１０７    マルチレンズ
１１０    コリメートレンズ用アクチュエータ
１３１    光透過層
【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】
0004792462.tif 000020
【図２０】
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