(57)【要約】【課題】対物レンズと一体的に移動操作されることのない光ピックアップ装置の筐体に液晶レンズを搭載することによって、装置構成の大型化や複雑化を招来することなく、球面収差の補正が良好に行えるようにする。【解決手段】半導体レーザ１から出射されたレーザ光を平行度を設定するコリメータレンズ６と平行光束の平行度を変化させて出射する液晶レンズ７と液晶レンズ７から出射された光束を光ディスク１０１の情報記録面１０１ａに集光させる対物レンズ１０とを備え、対物レンズ１０は、コリメータレンズ６が備えられた筐体２０に対して光ディスク１０１の情報記録面１０１ａ上の記録トラックに追従するように駆動され、液晶レンズ７は、光ピックアップ装置の筐体２０に搭載されている。【選択図】図１
2005235326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
前記筐体に搭載された光源と、
前記光源から出射された光束の平行度を設定する、前記筐体に搭載された光学手段と、
前記光学手段から出射された光束の平行度を変化させる、前記筐体に搭載された液晶レンズと、
前記液晶レンズから出射された光束を光ディスクに収束させる、前記筐体に対して移動自在に支持された対物レンズと、
前記対物レンズから出射された光束が該光ディスクの情報記録面上の記録トラックに追従するように前記対物レンズを駆動する、前記筐体に搭載されたアクチュエータと、
を備える、前記情報記録面から情報を再生し、または、前記情報記録面に情報を記録する光ピックアップ装置。
【請求項２】
前記対物レンズは、両面が非球面とされた開口数が０．７５以上の単レンズであって、中心厚さｔと焦点距離ｆが次の式を満たし、
ｔ＞（１＋Ｅ）ｆ
かつ、第１面の頂点の曲率半径Ｒ１が次の式を満たす請求項１記載の光ピックアップ装置。
（１−Ｄ）Ａ＜Ｒ１＜（１＋Ｄ）Ａ
Ａ＝Ｂ／Ｃ
Ｂ＝０．８５ｆ（ｎ−１）
Ｃ＝ｎ（０．６０８６６−０．１１・ｔ／ｆ−０．１２７２・ｄ／ｆ）（０．８３＋０．２・ＮＡ）
ここに、ｎは当該レンズの屈折率、ｄは当該光ディスクの透過層の厚さであり、Ｅは０以上の数であり、Ｄは０．０５である。
【請求項３】
請求項１又は２記載の光ピックアップ装置を用いて収差補正を行う収差補正方法において、
前記光学手段及び前記液晶レンズを用いて、前記光ピックアップ装置から出射される光束の球面収差が小さくなるように収差補正を行う収差補正方法。
【請求項４】
前記液晶レンズは、環境温度の変化による光源の波長変化により発生する球面収差、または、光ディスクの厚さ誤差により発生する球面収差の少なくとも１つを補正することを特徴とする請求項３記載の収差補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスクに対する情報の記録、または、再生を行う光ピックアップ装置及び光ピックアップ装置の収差補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学的に情報の記録、または、再生が行われる情報記録媒体として、「ＣＤ（Compact disc）」や「ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）」等の光ディスクが知られている。また、再生専用の光ディスクや、情報を追記録することが可能な追記型光ディスク、情報の消去及び再記録が可能な書き換え型光ディスク等、種々の光ディスクが提案されている。
【０００３】
そして、このような光ディスクにおいては、情報記録の高密度化と、高密度化に対応する光ピックアップ装置及び情報記録再生装置の開発が進められるとともに、種類の異なる光ディスクを利用することが可能な、いわゆる互換性を有する光ピックアップ装置及び情報記録再生装置の開発が進められている。
【０００４】
光ピックアップ装置は、光源として半導体レーザ等を備え、この半導体レーザから発せられる光束を、対物レンズにより光ディスクの情報記録面上に集光させるとともに、この情報記録面からの反射光を検出するように構成されている。
【０００５】
光ディスクの高密度化に対応するため、光ピックアップ装置においては、対物レンズの開口数（ＮＡ：numerical aperture）を大きくすることにより、光ディスクに照射する光ビームの照射径を小さくすることが考えられている。また、光源から発せられる光束として、より短波長の光束を用いることにより、光ディスクに照射する光束の照射径を小さくすることが考えられている。
【０００６】
ところが、対物レンズの開口数（ＮＡ）を大きくしたり、短波長の光束を用いた場合には、光ディスクにおける情報記録面を保護するためのカバー層となるディスク基板において発生する収差の影響が大きくなり、情報記録及び情報再生の精度を向上させることが困難になるという問題が生じる。例えば、対物レンズの開口数（ＮＡ）を大きくすると、光ディスクに対する光束の入射角度範囲が広くなり、複屈折量の光ディスク瞳面での分布幅が入射角度に依存して大きくなるので、複屈折に起因する収差の影響が大きくなるという問題を生じる。また、ディスク基板の厚み誤差による収差に対する影響も大きくなる。
【０００７】
従来、このような収差を補正するようにした光ピックアップ装置として、例えば、非特許文献１や特許文献１に記載されている光ピックアップ装置が提案されている。
【０００８】
非特許文献１に記載されている光ピックアップ装置は、液晶波面補正素子を用いて、ディスク基板において生ずる収差を補正するように構成されたものである。
【０００９】
また、特許文献１に記載されている光ピックアップ装置は、液晶波面補正素子を用いてディスク基板において生ずる収差を補正するとともに、ピームエクスパンダ機構を備えることにより、液晶波面補正素子において発生する位相差を小さくするように構成されたものである。
【非特許文献１】岩崎正之他「波面収差補正のための新しい液晶素子の電極構成」、パイオニア株式会社、「Pioneer R&D」、１３巻、１号、３４〜４０頁
【特許文献１】特開２００２−２３７０７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、非特許文献１に記載された光ピックアップ装置においては、液晶波面補正素子と対物レンズとの間に偏芯誤差があると、大きなコマ収差が発生してしまうため、液晶波面補正素子を対物レンズと一体の鏡筒内に組み込んで用いる必要がある。
【００１１】
このため、対物レンズを光ディスクの記録トラックに追従させるためのアクチュエータにより、液晶波面補正素子をも同時に移動させる必要があり、アクチュエータが大型化してしまい、光ピックアップ装置全体の薄型化が阻害されるという問題がある。
【００１２】
そして、特許文献１に記載された光ピックアップ装置においては、液晶波面補正素子の他にピームエクスパンダ機構を備えることにより、液晶波面補正素子において発生する位相差を小さくしている。しかし、この光ピックアップ装置においても、非特許文献１に記載された光ピックアップ装置と同様に、液晶波面位相素子を対物レンズと一体に組み込む必要があり、アクチュエータが大型化してしまい、光ピックアップ装置全体の薄型化が阻害されるという問題がある。
【００１３】
また、この光ピックアップ装置においては、液晶波面補正素子において生ずる位相差を小さくして、球面収差（ＳＡ）の高次成分の補正を液晶波面補正素子によって行うようにしているため、ピームエクスパンダ機構などの球面収差補正装置と併用する必要が生じており、光ピックアップ装置全体の大型化、複雑化が招来されるという問題がある。
【００１４】
さらに、この光ピックアップ装置においては、ビームエクスパンダを構成するレンズ、または、コリメータレンズを光軸方向に移動させ、対物レンズヘ入射する光束の平行度を変化させることにより、球面収差の補正を行うことができるが、レンズの移動操作距離の長いレンズ移動機構を搭載しなければならないため、光ピックアップ装置全体の大型化、複雑化が招来されるとともに、迅速な収差補正が阻害されるという問題がある。
【００１５】
なお、このような光ピックアップ装置においては、アクチュエータによって移動操作されない筐体に液晶レンズを配置することによって、球面収差を補正することが考えられる。しかし、この場合には、液晶レンズにおいて変化させなければならない焦点距離の範囲が大きくなり、液晶レンズに要求される波面の変化幅が大きくなるので、液晶層が厚くなってしまうという問題があった。液晶層が厚くなってしまうと、応答速度が著しく長くなり、収差の補正を迅速に行えないという問題が生ずる。
【００１６】
そこで、本発明は、前述の課題に鑑みて提案されるものであって、装置構成の大型化や複雑化を招来することなく、対物レンズと一体的に移動操作されることのない光学系の筐体に液晶レンズを搭載することによって、球面収差の補正が良好に行えるようになされた光ピックアップ装置及びかかる補正を行うような収差補正方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前述の課題を解決するために、本発明に係る光ピックアップ装置は、筐体と、前記筐体に搭載された光源と、前記光源から出射された光束の平行度を設定する、前記筐体に搭載された光学手段と、前記光学手段から出射された光束の平行度を変化させる、前記筐体に搭載された液晶レンズと、前記液晶レンズから出射された光束を光ディスクに収束させる、前記筐体に対して移動自在に支持された対物レンズと、前記対物レンズから出射された光束が該光ディスクの情報記録面上の記録トラックに追従するように前記対物レンズを駆動するアクチュエータ、前記筐体に搭載されたと、を備える、前記情報記録面から情報を再生し、または、前記情報記録面に情報を記録するものである。
【００１８】
前記光学手段は、コリメータレンズ、または、コリメータレンズ及びビームエクスパンダからなることが好ましい。
【００１９】
前記対物レンズは、両面が非球面とされた開口数が０．７５以上の単レンズであって、中心厚さｔと焦点距離ｆが次の式を満たし、
ｔ＞（１＋Ｅ）ｆ
かつ、第１面の頂点の曲率半径Ｒ１が次の式を満たすことが好ましい。
【００２０】
（１−Ｄ）Ａ＜Ｒ１＜（１＋Ｄ）Ａ
Ａ＝Ｂ／Ｃ
Ｂ＝０．８５ｆ（ｎ−１）
Ｃ＝ｎ（０．６０８６６−０．１１・ｔ／ｆ−０．１２７２・ｄ／ｆ）（０．８３＋０．２・ＮＡ）
ここに、ｎは当該レンズの屈折率、ｄは当該光ディスクの透過層の厚さであり、Ｅは０以上の数であり、Ｄは０．０５である。
【００２１】
すなわち、この光ピックアップ装置においては、球面収差を補正する光学要素として、液晶レンズに入射される光束の拡がり角を調整した後に固定することにより、光束の平行度を設定する光学手段と、液晶レンズとを用いる。これら光学要素は、どちらも光ピックアップ装置の光学系の筐体に設置されており、対物レンズと一体的には配置されていない。したがって、これら光学要素は、対物レンズがアクチュエータによって移動操作されても、この対物レンズとともに移動操作されることはない。
【００２２】
ここで、液晶レンズに入射される光束の拡がり角を調整して平行度を設定する光学手段は、コリメータレンズ、または、エクスパンダを構成するレンズのいずれかのレンズを光軸方向に位置決めして固定する機構である。
【００２３】
液晶レンズは、焦点距離を変化させることにより、対物レンズに入射される光束の拡がり角を変化させる。対物レンズは、入射される光束の拡がり角の変化に応じて球面収差を発生し、光学系全体の球面収差が最小となるようにする。
【００２４】
この光ピックアップ装置において、液晶レンズの焦点距離の変化により補正される球面収差は、環境温度の変化等によって発生する光源の波長変化による球面収差や、光ディスクの種類の違い（ディスク基板の厚さの違い）によって発生する球面収差などである。これ以外の球面収差、すなわち、対物レンズの残留収差、光源となる半導体レーザの発振波長誤差により対物レンズその他の光学部品において発生する球面収差及び対物レンズ以外の光学素子において発生する球面収差成分などは、光ピックアップ装置の組立時におけるコリメーション調整によって補正される。
【００２５】
このような構成を備えることにより、この光ピックアップ装置においては、液晶レンズの焦点距離の調整範囲を最小に抑えることができるので、装置構成の大型化や複雑化を招来することなく、対物レンズと一体的に移動操作されることのない光学系の筐体に液晶レンズを搭載することによって、球面収差の補正が良好に行える。
【００２６】
本発明に係る収差補正装置は、前記光ピックアップ装置を用いて収差補正を行い、前記光学手段及び前記液晶レンズを用いて、前記光ピックアップ装置から出射される光束の球面収差が小さくなるように収差補正を行うものである。
【００２７】
前記液晶レンズは、環境温度の変化による光源の波長変化により発生する球面収差、または、光ディスクの厚さ誤差により発生する球面収差の少なくとも１つを補正することが好ましい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る光ピックアップ装置及び収差補正方法においては、対物レンズの残留収差、光源となる半導体レーザの発振波長誤差により対物レンズその他の光学部品において発生する球面収差及び対物レンズ以外の光学素子において発生する球面収差成分などは、光ピックアップ装置の組立時におけるコリメーション調整によって補正され、環境温度の変化等によって発生する球面収差や、光ディスクの種類の違い（ディスク基板の厚さの違い）によって発生する球面収差などを液晶レンズの焦点距離の変化により補正する。
【００２９】
したがって、この光ピックアップ装置及び収差補正方法においては、液晶レンズにおける焦点距離の調整範囲を最小に抑えることができる。
【００３０】
すなわち、本発明は、装置構成の大型化や複雑化を招来することなく、対物レンズと一体的に移動操作されることのない光学系の筐体に液晶レンズを搭載することによって、球面収差の補正が良好に行える光ピックアップ装置を提供することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明に係る光ピックアップ装置及び収差補正方法の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３２】
〔光ピックアップ装置の構成〕
図１は、本発明に係る光ピックアップ装置の構成を示す側面図である。
【００３３】
この光ピックアップ装置は、図１に示すように、光源となる半導体レーザ１を備えている。この半導体レーザ１より発せられるレーザ光束は、直線偏光光束であるとともに、拡散光束である。
【００３４】
半導体レーザ１より発せられたレーザ光束は、二分の一波長（λ／２）板２を経て偏光方向を調整され、グレーティング３を経ることにより３本以上の光束に分割されて、偏光ビームスプリッタ４に入射される。グレーティング３において分割された光束は、０次光が光ディスクに対する情報信号の記録または再生を行うための光束となり、±１次光がトラッキングエラー信号等の種々のエラー信号を検出するための光束となる。
【００３５】
偏光ビームスプリッタ４に入射された光束は、偏光反射面４ａにおいて、一部が反射され、残部が透過する。偏光反射面４ａにおいて反射された光束は、偏光ビームスプリッタ４より出射されて、光検出器５により受光される。この光検出器５は、半導体レーザ１より発せられているレーザ光束の光強度を検出するためのものである。偏光反射面４ａを透過した光束は、偏光ビームスプリッタ４より出射されて、例えばフレネルレンズによって構成されたコリメータレンズ６に入射される。
【００３６】
コリメータレンズ６に入射された光束は、このコリメータレンズ６により、平行度を設定される。コリメータレンズ６を経た光束は、液晶レンズ７を経て、ミラー８によって反射されて偏向され、四分の一波長（λ／４）板９に入射する。
【００３７】
液晶レンズ７は、液晶層を一対の電極で挟んで構成されており、これら一対の電極間に印加する電圧に応じて、液晶の屈折率が単調に増加する波面補正素子である。この液晶レンズ７は、同心円状の電極パターンを有しており、レンズの作用を有しているとともに、電極間に印加される電圧に応じて、焦点距離が変化するようになっている。四分の一波長板９は、入射された直線偏光のレーザ光束を、円偏光の光束として出射する。
【００３８】
四分の一波長板９を経た光束は、対物レンズ１０に入射される。この対物レンズ１０は、入射された光束を、光ディスク１０１のディスク基板を透して、この光ディスクの情報記録面１０１ａ上に集光して照射する。すなわち、この光ディスクにおいて、ディスク基板は、情報記録面１０１ａのカバー層となっている。
【００３９】
対物レンズ１０は、光ディスク１０１の情報記録面１０１ａ上の記録トラックに追従されるため、図示しないアクチュエータによって支持されており、このアクチュエータにより、光軸方向及び光ディスクのラジアル方向に移動操作される。
【００４０】
そして、情報記録面１０１ａからの反射光束は、この情報記録面１０１ａ上に記録された情報信号に応じて変調されているとともに、往路光と反対方向の円偏光の光束となっており、対物レンズ１０に入射して平行光束となり、四分の一波長板９に入射する。この四分の一波長板９は、この反射光束を、往路光の偏光方向に直交する方向の直線偏光光束として、出射する。
【００４１】
四分の一波長板９を経た反射光束は、ミラー８によって反射されて偏向され、液晶レンズ７及びコリメータレンズ６を経て、収束光束となされて、偏光ビームスプリッタ４に入射する。
【００４２】
偏光ビームスプリッタ４に入射した反射光束は、偏光反射面４ａによって反射されて偏光ビームスプリッタ４より出射され、ホログラム素子１１を経て、光検出器１２によって受光される。この光検出器１２からの光検出出力に基づいて、光ディスクからの情報信号の読取信号が生成されるとともに、アクチュエータの駆動を制御するためのトラッキングエラー信号やフォーカスエラー信号等の種々のエラー信号が生成される。
【００４３】
本実施の形態の光ピックアップ装置においては、半導体レーザ１、二分の一波長板２、グレーティング３、ビームスプリッタ４、光検出器５、コリメータレンズ６、液晶レンズ７、ミラー８、四分の一波長板９及び図示しないアクチュエータは、光ピックアップの筐体２０に搭載されている。アクチュエータは、この筐体２０に対して移動自在に対物レンズ１−を支持している。このように、この光ピックアップ装置は、筐体２０上に、光束の平行度を設定するコリメータレンズ６と、光束の平行度を変化させる液晶レンズ７とを搭載する。光ピックアップ装置の筐体２０は、対物レンズ１０から光ディスク１０１に収束される光束が光ディスク１０１の情報記録面１０１ａ上の記録トラックに追従するように、光ディスク１０１の系方向に移動するようにフィードされる。
【００４４】
なお、光源１、二分の一波長板２、グレーティング３、ビームスプリッタ４、光検出器５、コリメータレンズ６、液晶レンズ７をシャーシに固定されて移動しない第１の筐体に搭載し、ミラー８、四分の一波長板９及び図示しないアクチュエータを光ディスクの径方向に移動可能な第２のシャーシに搭載することによって、いわゆる分離光学系を構成することもできる。
【００４５】
〔光ピックアップ装置の調整〕
この光学ピックアップ装置は、光学系に残留する球面収差が基準ディスクに対して最小となるように、製造工程において、コリメータレンズ６の光軸方向の位置が調整されている。この調整によって、コリメータレンズ６を透過した光束は一般に有限の焦点距離を有するようになるので、この調整は有限補正と称される。
【００４６】
基準ディスクとは、ディスク基板の厚さが公差の範囲内における略々中心値となっている光ディスクである。なお、環境温度の変化等を勘案して、ディスク基板の厚さを公差の範囲内の中心値よりずらしておくようにしてもよい。
【００４７】
そして、コリメータレンズ６は、基準ディスクから得られる読取信号における再生ジッターが最小となるように、光軸方向の位置を位置決めされて、光ピックアップ装置の筐体２０に接着されて固定されている。
【００４８】
〔対物レンズの構成〕
この光ピックアップ装置の光学系においては、対物レンズ１０は、両面が非球面とされた開口数が０．７５以上の単レンズであって、中心厚さｔと焦点距離ｆが次の式を満たし、
ｔ＞（１＋Ｅ）ｆ
かつ、第１面の頂点の曲率半径Ｒ１が次の式を満たす。
【００４９】
（１−Ｄ）Ａ＜Ｒ１＜（１＋Ｄ）Ａ
Ａ＝Ｂ／Ｃ
Ｂ＝０．８５ｆ（ｎ−１）
Ｃ＝ｎ（０．６０８６６−０．１１・ｔ／ｆ−０．１２７２・ｄ／ｆ）（０．８３＋０．２・ＮＡ）
ここで、ｎは当該レンズの屈折率、ｄは当該光ディスクの透過層の厚さであり、Ｅは０以上の数であり、Ｄは０．０５である。
【００５０】
この対物レンズ１０は、具体的に以下の表１乃至表４に示す設計数値に基づいて作成される。
【００５１】
この対物レンズ１０における非球面形状は、次式によって表される。
【００５２】
Ｚ＝Ｃｈ２／（１＋（１−（１＋Ｋ）Ｃ２ｈ２）０．５）＋Ａ４ｈ４＋Ａ６ｈ６＋Ａ８ｈ８＋Ａ１０ｈ１０＋Ａ１２ｈ１２＋Ａ１４ｈ１４＋Ａ１６ｈ１６
ここで、Ｚは、面の頂点からの距離、ｈは、光軸からの高さ、Ｋは、コーニック定数、Ｃは、曲率（＝１／Ｒ）、Ａ４乃至Ａ１６は、４次から１４次の非球面係数である。例えば、Ａ４は、ｈの４乗の係数に相当する。
【表１】
2005235326.tif 000003
【００５３】
この表１において、面番号１から面番号２が対物レンズであり、面番号３から像面まではディスク基板を示し、像面は光ディスクの情報記録面である。ディスク基板の材料は、ポリカーボネート（Polycarbonate）である。
【００５４】
次に、表２に対物レンズ１０の第１面（面番号１）の非球面係数を示し、表３に対物レンズ１０の第２面（面番号２）の非球面係数を示し、表４に対物レンズ１０及びディスク基板の基準波長における屈折率を示す。
【表２】
2005235326.tif 000004
【表３】
2005235326.tif 000005
【表４】
2005235326.tif 000006
【００５５】
図２は、この光ピックアップ装置の対物レンズの形状を示す断面図である。
【００５６】
〔球面収差の補正〕
図３は、この光ピックアップ装置の対物レンズにおける倍率誤差と発生する球面収差との関係を示すグラフである。
【００５７】
図３において、横軸は、結像倍率、すなわち、像側主点から像面までの距離ｂを対物レンズの物体側主点から物点までの距離ａで割った値である。
【００５８】
ここで、ディスク基板の厚さの誤差は、±５μｍ程度である。このときに発生する収差は、０．０５λ（ｒｍｓ）である。これに加えて、環境温度の変化によって発生する球面収差を考えると、液晶レンズ７は、波面収差で０．０７λ程度のオーバー及びアンダーの球面収差が補正される程度に、光束の平行度を変化させることができればよいことになる。
【００５９】
この光ピックアップ装置において、球面収差は、以下の要因によって発生する。
【００６０】
（１）対物レンズ６の残留収差
（２）半導体レーザ１の発振波長の誤差（個体差）により対物レンズ１０及び他の光学部品において発生する球面収差
（３）半導体レーザ１の発振波長が環境温度の変化によって変動することにより対物レンズ１０及び他の光学部品において発生する球面収差
（４）対物レンズ１０以外の光学素子における球面収差
（５）ディスク基板の厚さの誤差により発生する球面収差
これらのうち、光ピックアップ装置の製造工程において前述のような調整をした後に変動する要因は、（３）の「半導体レーザ１の発振波長が使用時の環境温度の変化によって変動することにより対物レンズ及び他の光学部品において発生する球面収差」及び（５）の「ディスク基板の厚さの誤差により発生する球面収差」である。
【００６１】
これら以外の（１）、（２）及び（４）の要因は、個々の光学部品に固有の特性が組み合わされた結果なので、前述したような、光ピックアップ装置の製造工程における調整によって補正することができる。
【００６２】
そして、ディスク基板の厚さの誤差、及び、半導体レーザ１の発振波長の変化が生じた場合には、３次及び５次以上の球面収差が発生し、特に、３次の球面収差が主要部を占めている。この３次の球面収差は、対物レンズ１０に倍率誤差を与えることによって、略々完全に補正することができる。
【００６３】
図４は、球面収差がある場合においてディスク基板の厚さが５μｍ変化したときの反射光束の波面を示すグラフである。
【００６４】
図４（ａ）は光軸（ｚ軸）に垂直な一方向（ｘ軸）の波面を示し、図４（ｂ）は光軸と前記ｘ軸に垂直な他方向（ｙ軸）の波面を示す。
【００６５】
そして、この光ピックアップ装置においては、図４に示される球面収差は、液晶レンズ７によって補正される。
【００６６】
図５は、液晶レンズとこの液晶レンズによって現れる位相プロファイルを示す図である。図５（ａ）は、液晶レンズ７の電極パターンの構成を示す平面図である。
【００６７】
図５（ｂ）は、液晶レンズ７の電極パターンにおいて、水平パターンの左右両端に±Ｖの電圧を印加したときに、液晶レンズの半径方向に沿って現れる位相プロファイルを示すグラフである。この図５（ｂ）において、横軸におけるＣはレンズ中心、Ｒはレンズの照射領域半径を示し、縦軸は位相変化量を示している。
【００６８】
この液晶レンズ７は、ホモジニアス（ねじれのない）分子配列のネマティック液晶層を２枚の無反射コートされたガラス板で挟んで構成されている。そして、各ガラス板の互いに対向する内面側には、例えば、スズを添加した酸化インジウムのＩＴＯ膜のような、金属酸化物の透明電極が形成されている。一方のガラス板には、電気的な接地面を形成するための一様な電極が全面にわたって形成され、他方のガラス板には、図５（ａ）に示すように、液晶層に必要な電界分布を与えるための電極パターンが形成されている。
【００６９】
この液晶レンズ７において、各電極間に、例えば、数ｋＨｚの矩形波である駆動交流電圧を印加すると、複屈折率、すなわち、分子の長軸と短軸の屈折率差を有するネマティック液晶分子は、電場に沿って傾く。すると、液晶分子の長軸の向きと平行な方向の直線偏光である単色光にとって、液晶層は、電圧分布に応じて局所的に異なった屈折率分布をもった媒質と等価となる。したがって、液晶を通過した光の波面には、液晶に対する印加電圧の面内分布に応じた空間的な波面変調、あるいは、位相変調が加わることになる。
【００７０】
この液晶レンズ７における電気光学特性は、使用する液晶の弾性定数、誘電率異方性や電圧無印加時の液晶分子の初期配向角によって決まる。小さな初期配向角（例えば、５度以下）を有する液晶素子は、電気光学特性の低電圧領域で急峻な立下り（しきい値）が見られるが、印加電圧を増加するにつれて、線形に近い応答を示し、その後、一定値に飽和する特性を示す。一方、大きな初期配向角を有する液晶素子では、しきい値は消失し、低電圧領域の曲線を二乗曲線で近似できる特性となる。
【００７１】
そして、この液晶レンズ７においては、高い初期配向角を有する液晶分子を用いており、低電圧領域の曲線を二乗曲線で近似できる電気光学特性の領域を利用し、各電極間に印加する電圧に応じて液晶の屈折率が単調に増加する波面補正素子としている。そして、１種類の電圧のみを二乗曲線領域から選んで使用するようになっている。
【００７２】
この液晶レンズ７において液晶層に必要な電界分布を与えるための電極パターンは、図５（ａ）に示すように、複数の同心円状のパターンからなっている。各同心円は、液晶レンズ７の中心を通る直線７ａにおいて切断された半円弧となっている。そして、直線７ａの一方側の各半円弧は、直線７ａに直交し液晶レンズ７の中心を通る一本の傾斜電位電極７ｂの一端側部分に接続されており、直線７ａの他方側の各半円弧は、傾斜電位電極７ｂの他端側部分に接続されており、それぞれが梯子型の電極を形成している。
【００７３】
そして、傾斜電位電極７ｂの両端部Ａ，Ｂには、振幅が等しく位相が１８０度異なる電圧を印加し、逆波形駆動を行う。これにより、横方向の傾斜電位電極に沿って電圧勾配が発生し、液晶レンズ７の中心部では、電界が０となる。したがって、この液晶レンズ７においては、図５（ｂ）に示すように、中心部から周縁部に亘って、球面単レンズと同様の位相プロファイルが得られる。また、液晶レンズ７の焦点距離は、印加電圧の振幅制御により可変できる。
【００７４】
このように構成された液晶レンズ７は、電極間に電圧が印加されていない場合には、レンズとして作用せず、電極間に印加される電圧の大きさ及び方向に応じて、正負のレンズとしての作用を有するようになる。この液晶レンズ７においてレンズの作用が発生すると、対物レンズ１０に入射する光束の平行度が変化することとなる。このように、対物レンズ１０に入射する光束の平行度が変化すると、球面収差が補正される。
【００７５】
なお、液晶レンズ７は、印加電圧がゼロのときにレンズ作用を有しているように構成してもよい。この場合には、ビームエクスパンダ光学系と併用して、対物レンズ１０に入射される光束を適切な平行度を有する光束とすることにより、製造工程における初期的な調整が達成される。
【００７６】
図６は、球面収差の補正前と補正後におけるディスク基板の厚さと収差量との関係を示すグラフである。
【００７７】
図中の折れ線ａは補正なしの場合を示し、折れ線ｂは補正ありの場合を示している。
【００７８】
この光ピックアップ装置においては、図６に示すように、液晶レンズ７による球面収差の補正によって、ディスク基板の厚さの誤差によって生ずる球面収差は略々完全に補正される。
【００７９】
図７は、液晶レンズ７を対物レンズ１０の１５ｍｍ手前においた場合において、液晶レンズ７が最大の位相差を発生させたときに、この液晶レンズ７から出射された光束の波面を示すグラフである。
【００８０】
液晶レンズ７が最大の位相差を発生させたときには、図７に示すように、対物レンズ１０の瞳半径に略々一致する光軸高さ１．７ｍｍの位置において、波長の約３倍（約３波長）の位相差が発生している。このときに、液晶レンズ７は、約０．０７λ（ｒｍｓ）の球面収差を略々完全に補正することが可能となっている。
【００８１】
この実施の形態において、液晶レンズ７の最短の焦点距離は、約１１７０ｍｍとなっている。そして、液晶レンズ７の電極パターンへの印加電圧の極性（正負）を逆転させれぱ、−１１７０ｍｍのレンズとなり、反対符合の球面収差を補正することができる。
【００８２】
ところで、光ピックアップ装置においては、対物レンズの設計が適切であれば、前述のように、倍率誤差による方法のみで、充分高いレベルの球面収差補正を行うことが出来る。すなわち、対物レンズの正弦条件の満足度が高く、ほぼアブラナートに近い特性を有していれば、充分な補正性能が得られる。
【００８３】
本発明に係る光ピックアップ装置における対物レンズは、完全に正弦条件が補正されているものではないが、アブラナートに近い特性を有するものである。このような対物レンズを用いた場合は、光束の平行度の変化のみで、球面収差を充分に補正することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明に係る光ピックアップ装置の構成を示す側面図である。
【図２】前記光ピックアップ装置の対物レンズの形状を示す断面図である。
【図３】前記対物レンズにおける倍率誤差と発生する球面収差との関係を示すグラフである。
【図４】前記光ピックアップ装置において、球面収差がある場合においてディスク基板の厚さが５μｍ変化したときの反射光束の波面を示すグラフである。
【図５】前記光ピックアップ装置における液晶レンズの電極パターンの構成を示す平面図と、前記電極パターンの左右両端に電圧を印加したときに液晶レンズの半径方向に沿って現れる位相プロファイルを示すグラフである。
【図６】前記光ピックアップ装置における球面収差の補正前と補正後におけるディスク基板の厚さと収差量との関係を示すグラフである。
【図７】前記光ピックアップ装置において液晶レンズが最大の位相差を発生させたときにこの液晶レンズから出射された光束の波面を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８５】
１  半導体レーザ
６  コリメータレンズ
７  液晶レンズ
１０  対物レンズ
２０  筐体
１０１  光ディスク
【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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