(57)【要約】【課題】光ディスク厚み誤差に起因する高次（５次）の球面収差を補正し、良好な信号光が得られるようにする。【解決手段】  球面収差を補正する位相補正素子は、液晶６３、液晶６３を挟むように対向配置された２枚のガラス基板６１ａ，６１ｂ、およびガラス基板６１ａ，６１ｂに互いに対向するように設けられ、液晶６３に駆動電圧を印加するための電極を備え、前記電極に駆動電圧が印加された場合に、液晶６３を通過する光束に、Φ（ｒ）＝−Ａ（２０ｒ＾６−３０ｒ＾４−１２ｒ＾２−１）（Φ（ｒ）：光軸位置から光軸と垂直方向の半径ｒにおける位相、Ａ：球面収差の補正量により変化する係数）の位相を付加する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶層と、この液晶層を挟むように対向配置された２枚の透明基板と、これら各透明基板に互いに対向するように設けられ、前記液晶層に駆動電圧を印加するための電極とを備え、球面収差を補正する位相補正素子において、
前記電極に駆動電圧が印加された場合に、前記液晶層を通過する光束に
Φ（ｒ）＝−Ａ（２０ｒ＾６−３０ｒ＾４−１２ｒ＾２−１）
の位相を付加することを特徴とする位相補正素子。
但し、Φ（ｒ）は光軸位置から光軸と垂直方向の半径ｒにおける位相、Ａは球面収差の補正量により変化する係数である。
【請求項２】
互いに対向する前記電極の一方は、光軸中心に入射光束径の１０％以下の円状電極部を備えるとともに、入射光束の光軸位置を中心とした同心円の円弧状部分を有する複数の電極部を備え、これら円弧状部分を有する複数の電極部は、前記円弧状部分がそれぞれ入射光束径の４８％から６３％の範囲、８０％から９０％の範囲、及び入射光束径以上の範囲を径の中心として形成されていることを特徴とする請求項１に記載の位相補正素子。
【請求項３】
互いに対向する前記電極の一方は、光軸中心に入射光束径の１０％以下の円状電極部を備えるとともに、入射光束の光軸位置を中心とした同心円の円弧状部分を有する複数の電極部を備え、これら電極部は、前記円弧状部分がそれぞれ入射光束径の１５％から４０％の範囲、４８％から６３％の範囲、８０％から９０％の範囲、及び入射光束径以上の範囲を径の中心として形成されていることを特徴とする請求項１に記載の位相補正素子。
【請求項４】
請求項１から３の何れか１項に記載の位相補正素子を備えた光ピックアップ装置であって、
光束を発する光源を備え、前記光束の光路に前記光源側から、光束の発散及び収束度合いを変更する発散収束度合い変更部と、光束を記録媒体に集光する対物レンズとがこの順に設けられ、前記位相補正素子が前記光源と前記対物レンズとの間に配置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５】
請求項１から３の何れか１項に記載の位相補正素子を備えた光ピックアップ装置であって、
光束を発する光源を備え、前記光束の光路に前記光源側から、光束を平行光に変換するコリメートレンズと、光束の発散及び収束度合いを変更する発散収束度合い変更部と、光束を記録媒体に集光する対物レンズとがこの順に設けられ、前記位相補正素子が前記コリメートレンズと前記発散収束度合い変更部との間に配置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６】
前記記録媒体からの戻り光を電気信号に変換する光電変換手段と、この光電変換手段からの出力信号に基づいて前記球面収差の補正量を求め、それに応じた前記位相補正素子の電極部ごとに電圧を生成し、それら電圧を各電極部に与える補正電圧供給手段とを備えていることを特徴とする請求項４または５に記載の光ピックアップ装置。
【請求項７】
請求項４から６の何れか１項に記載する光ピックアップ装置を用いて光ディスクの情報記録面に記録または再生を行う情報記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光記録媒体に情報を記録するため、または、光記録媒体から情報を再生するための光ピックアップ装置に使用される位相補正素子、その位相補正素子を備えた光ピックアップ装置及び情報記録再生装置に関するものであり、特に、光記録媒体の光入射面から情報記録面に至る光透過層の厚さや、最適な再生信号を得るための波長が異なる記録媒体に対して、情報を記録または再生するために好適な光ピックアップ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光記録媒体としてＣＤ（Compact  Disc）やＤＶＤ（Digital Video Disc）等の光ディスクが知られている。
【０００３】
光ディスク（光記録媒体）の記録密度を高めるためには、ＣＤやＤＶＤの場合と比べて光源である半導体レーザからの出射光の波長を短くし、対物レンズの開口数（ＮＡ）を大きくすればよい。近年では、次世代の光記録媒体の光ピックアップ装置として、波長が４０５ｎｍ程度の光源、およびＮＡが０．８５の対物レンズを用いた光ピックアップ装置が提案されている。しかしながら、この種の光ピックアップ装置では、光源の短波長化や対物レンズの高ＮＡ化が原因で、光ディスクの厚み変動に対する許容量が小さくなっている。
【０００４】
この許容量が小さくなる原因は、光ディスクの厚み変動に比例した球面収差が発生するために、光の集光特性が劣化して信号の読み取りが困難になることによる。また、光ディスクが異なる層をそれぞれ記録層とする多層記録方式である場合、各層間隔に基づく球面収差が発生するため、球面収差を補正する手段が必要である。なお、球面収差とは、光線中心（光軸）に近い近軸光線の焦点位置と、光線中心（光軸）から離れた光線である周辺光線の焦点位置との差を指す。
【０００５】
この球面収差を補正するためには、従来、以下の方式が提案されている。例えば、特許文献１には、発生した球面収差を、凹レンズと凸レンズからなる第１収差補正素子と、収差補正用の液晶素子から構成される第2収差補正素子とを備えた光ピックアップ装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−２３７０７６号公報（公開日２００２年８月２３日）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来、高密度光ディスクに対する集光手段には、２枚のレンズからなる対物レンズ（以下２群対物レンズと称する）を使用していた。２群対物レンズは、２枚のレンズから構成されているためレンズ設計の自由度が高く（レンズ面が４枚ある）、光ディスクの光透過層の厚みが変化したときに発生する球面収差の主成分をビームエキスパンダーなど従来の球面収差補正素子で補正可能な３次の球面収差になるように設計可能であった。しかしながら、この２群対物レンズを使用した場合には、レンズとディスクとの間隔（ワーキングディスタンス）が狭くなってしまうため、レンズがディスクに頻繁に衝突する懸念がある。
【０００７】
このため、近年１枚の単レンズによる高ＮＡ（開口数）の対物レンズ（以下、高ＮＡ単レンズと称する）が開発されている。しかしながら、一般的に高ＮＡ単レンズはレンズ設計に自由度が少ない（レンズ面が２枚）。したがって、光ディスクの光透過層の厚みが変化したときに発生する球面収差に含まれる、従来の球面収差補正素子では補正できない５次の球面収差成分を抑える設計ができない。そのため、高ＮＡ単レンズを使用した場合には、光透過層の厚み変化に応じて発生する球面収差を従来の補正方式で補正すると、５次の球面収差が残存してしまう。
【０００８】
なお、３次の球面収差とは、一般的な収差論で３次までの近似式を用いた結果、得られる球面収差である。同様に、５次の球面収差とは５次までの近似式を用いた結果得られる球面収差である。
【０００９】
ここで、特許文献１には、発生した球面収差を、凹レンズおよび凸レンズからなる第１収差補正素子と、収差補正用の液晶素子から構成される第２収差補正素子との２つの補正素子で補正する方法が開示されている。しかしながら、特許文献１の構成では、上述の高ＮＡ単レンズを使用した場合に、５次の球面収差の補正ができず、光の集光特性が劣化して信号の読み取りが困難になる。また、特許文献１の構成では、光ディスクの透過層の厚みが変化しときに発生する球面収差を第１収差補正素子の凹レンズと凸レンズの間隔を変えることで補正する。しかしながら、光源、第１収差補正素子、第２収差補正素子、対物レンズの順番で配置されている場合、第１収差補正素子の凹レンズと凸レンズの間隔に応じて、第２収差補正素子に入射する光ビーム径が変わり、第２収差補正素子では最適な収差補正ができなくなってしまうという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、５次の球面収差があってもそれを良好に補正できる位相補正素子、ならびに常に一定の光ビーム径で光ビームを前記位相補正素子に入射可能な光ピックアップ装置、及び前記光ピックアップ装置を搭載した情報記録再生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の位相補正素子は、高ＮＡ単レンズを用いた場合に発生する従来の球面収差補正素子では補正できない５次の球面収差成分補正するために、液晶層と、この液晶層を挟むように対向配置された２枚の透明基板と、これら基板に設けられ、前記液晶層に駆動電圧を印加するための電極とを備え、球面収差を補正する位相補正素子において、前記電極に駆動電圧が印加された場合に、前記液晶層を通過する光束に
Φ（ｒ）＝−Ａ（２０ｒ＾６−３０ｒ＾４−１２ｒ＾２−１）
（但し、Φ（ｒ）：光軸位置から光軸と垂直方向の半径ｒにおける位相、Ａ：球面収差の補正量により変化する係数）
の位相を付加させることを特徴としている。
【００１２】
上記構成とすることで、位相補正素子を通過する光束に位相差を発生させ、５次の球面収差を補正することができる。
【００１３】
即ち、高ＮＡ単レンズでは、光ディスクの光透過層の厚みが変化したときに発生する球面収差に５次の球面収差成分が含まれる。この５次の球面収差は、一般的にゼルニケ多項式を用いて次のように極座標表示で表される。
Ｗ（ρ）=Ａ（２０ρ^６−３０ρ＾４＋１２ρ＾２−１）（ρ：入射径で正規化した半径、Ａ：５次球面収差発生量（光透過層の設計値に対する厚み変化量）により変化する係数）
したがって、５次の球面収差は、このＷ（ρ）とは逆の位相を持った光（−Ｗ(ρ)）を高ＮＡ単レンズに入射することで補正できる。
【００１４】
上記の位相補正素子において、互いに対向する前記電極の一方は、光軸中心に入射光束径の１０％以下の円状電極部を備えるとともに、入射光束の光軸位置を中心とした同心円の円弧状部分を有する複数の電極部を備え、これら円弧状部分を有する複数の電極部は、前記円弧状部分がそれぞれ入射光束径の４８％から６３％の範囲、８０％から９０％の範囲、及び入射光束径以上の範囲を径の中心として形成されている構成としてもよい。
【００１５】
上記構成とすることで、５次の球面収差を補正する位相Φ（ｒ）の極値に円状電極部および円弧状部分を有する複数の電極部を配置することができるので、位相補正素子を通過する光束に確実に位相差を発生させ、５次の球面収差を補正することができる。
【００１６】
上記の位相補正素子において、互いに対向する前記電極の一方は、光軸中心に入射光束径の１０％以下の円状電極部を備えるとともに、入射光束の光軸位置を中心とした同心円の円弧状部分を有する複数の電極部を備え、これら円弧状部分を有する複数の電極部は、前記円弧状部分がそれぞれ入射光束径の１５％から４０％の範囲、４８％から６３％の範囲、８０％から９０％の範囲、及び入射光束径以上の範囲を径の中心として形成されている構成としてもよい。
【００１７】
上記構成とすることで、５次の球面収差を補正する位相Φ（ｒ）の極値に円状電極部および円弧状部分を有する複数の電極部を配置することができるので、位相補正素子を通過する光束に確実に位相差を発生させ、より効率的に５次の球面収差を補正することができる。
【００１８】
本発明の光ピックアップ装置は、上記の何れかの位相補正素子を備えるとともに、光束を発する光源を備え、前記光束の光路に前記光源側から、光束の発散及び収束度合い変更する発散収束度合い変更部と、光束を記録媒体に集光する対物レンズとがこの順に設けられ、前記位相補正素子が前記光源と前記対物レンズとの間に配置されていることを特徴としている。
【００１９】
上記構成とすることで、光ディスクの光透過層の厚み誤差による球面収差を良好に補正することができる。
【００２０】
本発明の光ピックアップ装置は、上記の何れかの位相補正素子を備えるとともに、光束を発する光源を備え、前記光束の光路に前記光源側から、光束を平行光に変換するコリメートレンズと、光束の発散及び収束度合いを変更する発散収束度合い変更部と、光束を記録媒体に集光する対物レンズとがこの順に設けられ、前記位相補正素子が前記コリメートレンズと前記発散収束度合い変更部との間に配置されている構成としてもよい。
【００２１】
上記構成とすることで、光源から出射した光ビームは、発散収束度合い変更部の影響を受けずに、位相補正素子に常に一定の入射径にて入射することが可能になる。
【００２２】
上記の光ピックアップ装置は、前記記録媒体からの戻り光を電気信号に変換する光電変換手段と、この光電変換手段からの出力信号に基づいて前記球面収差の補正量を求め、それに応じた前記位相補正素子の電極部ごとに電圧を生成し、それら電圧を各電極部に与える補正電圧供給手段とを備えている構成としてもよい。
【００２３】
上記構成とすることで、発生した収差量に応じて、位相補正素子で発生させる補正量を変化させることができる。
【００２４】
本発明の情報記録再生装置は、上記の何れかの光ピックアップ装置を用いて光ディスクの情報記録面に記録または再生を行う構成である。即ち、高ＮＡ単レンズを用いた場合に発生する従来の球面収差補正素子では補正できない５次の球面収差成分補正し、常に一定の光ビーム径で、位相補正素子に入射可能とするために、上記位相補正素子をコリメータレンズと発散収束度合い変更部の間に配置した光ディスクの情報記録面に記録または再生を行う構成である。
【００２５】
上記構成とすることで、良好に５次の球面収差を補正することができ、更に常に一定の光ビーム径で、位相補正素子に入射可能なため、常に残存収差補正に必要な最適な位相を付加させることができ、良好な記録再生ができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の位相補正素子は、液晶層と、２枚の透明基板と、これら基板に設けられた電極とを備え、球面収差を補正する位相補正素子において、前記電極に駆動電圧が印加された場合に、前記液晶層を通過する光束に
Φ（ｒ）＝−Ａ（２０ｒ＾６−３０ｒ＾４−１２ｒ＾２−１）
（但し、Φ（ｒ）：光軸位置から光軸と垂直方向の半径ｒにおける位相、Ａ：球面収差の補正量により変化する係数）
の位相を付加させる構成である。これにより、位相補正素子を通過する光束に位相差を発生させ、５次の球面収差を補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の実施の形態の光ピックアップ装置及び情報記録再生装置の概略構成を図１に示す。なお、情報記録再生装置は、例えば光ディスク装置等、光ディスクなどの光記録媒体に対する情報の記録および再生を行う装置であり、光ピックアップ装置はこの情報記録再生装置に備えられる。
【００２８】
本実施の形態において、光ピックアップ装置は、光ディスク（光記録媒体）１１に情報を記録または再生するためのものである。例えば、光ディスク１１において記録層１１ｂ上に設けられた光透過層１１ａの厚さｔ１は０．１ｍｍであり、光ピックアップ装置は、この光ディスク１１に対して、光ビームの波長λが４０５ｎｍ付近の短波長の青色光を使用して記録または再生するものである。
【００２９】
光ピックアップ装置は、光源として、波長λ（上記青色光）を有する光ビームを出射する半導体レーザ１を備えている。半導体レーザ１から出射された光ビームは、それをほぼ平行光にするコリメータレンズ２、楕円形強度分布を有する光ビームを円形の強度分布に整形する整形プリズムなどの整形光学系部３、ビームスプリッタ４、位相補正素子６、発散収束度合い変更部５を通過後、１／４波長板７を透過し、立ち上げミラー８で反射され、アクチュエータ１０に設置された対物レンズ９により光ディスク１１に集光される。
【００３０】
ここで、整形光学系部３は、１つの三角プリズム、貼り合わされた三角プリズムあるいは独立して配置された２つの三角プリズム等、公知の光学系によって構成されている。なお、整形光学系部３を必ずしも備えていなくてもよい。
【００３１】
光ビームの発散収束度合いを変化させる発散収束度合い変更部５は、コリメータレンズ２を通過後に平行光となった光ビームの発散収束度合いを変化させることによる球面収差補正部として機能するものである。例えば、凹レンズと凸レンズから成るいわゆるビームエキスパンダーの場合、凹レンズと凸レンズの間隔を調整することで、入射光を発散光もしくは収束光に変化させることができる。
【００３２】
なお、発散収束度合い変更部（球面収差補正部）５は、凹レンズや凸レンズではなく、負のパワーを持った素子と正のパワーを持った素子、例えば回折素子などで構成し、上記素子の間隔を調整するような構成でもかまわない。ここで、負のパワー持った素子とは、焦点距離が負の素子のことであり、例えば平行光で入射した光ビームを発散光にする素子である。同様に、正のパワー持った素子とは、焦点距離が正の素子のことであり、例えば平行光で入射した光ビームを収束光にする素子である。
【００３３】
もちろん、それ以外の方法で、入射光を発散光もしくは収束光に変化させてもかまわない。例えば、２枚の基板に挟まれた液晶層を備え、かつ対向する２枚の基板の表面に、液晶層に電圧を印加するための電極が設けられている液晶装置を利用してもかまわない。
【００３４】
位相補正素子６は、後述するように、光ビームの入射径にあわせて最適設計されるため、上記入射径が一定であることが好ましい。
【００３５】
そこで、図１の例のように、位相補正素子６を発散収束度合い変更部５と半導体レーザ１との間に配置することで、光ビームは、発散収束度合い変更部５の影響を受けずに、位相補正素子６に一定の入射径にて入射することが可能になる。
【００３６】
その後、光ビームは、位相補正素子６、発散収束度合い変更部５、１／４波長板７および立ち上げミラー８を経た後、対物レンズ９により光ディスク１１に集光される。この光ビームは、光ディスク１１で反射され、対物レンズ９、立ち上げミラー８、１／４波長板７、発散収束度合い変更部５、位相補正素子６を順次先程とは逆に経由した後、ビームスプリッタ４により光路を変更され、光検出器１２に入射する。
【００３７】
半導体レーザ１からの出射光（光ビーム）が上記のように光ディスク１１により反射される際、その反射光は、光ディスク１１の面上に記録された情報により振幅変調される。したがって、光検出器１２では上記反射光から光強度信号として記録された情報を読み取ることができる。
【００３８】
位相補正制御回路１３、液晶ドライバ１４及び発散集束度合い変更ドライバ１５は、制御電圧発生手段を構成し、光検出器１２より得られる光ディスク１１の例えば再生信号の強度が最適となるように、位相補正素子６及び発散収束度合い変更部５に向けて制御電圧を出力する。位相補正制御回路１３より出力される信号は、光ディスク１１の光透過層１１ａの厚みに応じた信号であり、液晶ドライバ１４を通して、位相補正素子６の低抵抗電極４１〜４４（図３参照）に印加する電圧となる。
【００３９】
この電圧を、後述のように、位相補正素子６における一対の透明基板間に挟持された例えば異方性光学媒質（液晶６３）に印加して実質的な屈折率を制御し、入射光の波面を変化させる。
【００４０】
なお、本実施の形態において、位相補正制御回路１３、液晶ドライバ１４及び球面収差補正ドライバ１５は、情報記録再生装置に備えられているものとする。但し、これに限定されることなく、これらは光ピックアップ装置に備えられていてもよい。
【００４１】
光ディスク１１の光透過層１１ａに設計値に対する厚さ誤差（ムラ）がある場合、３次の球面収差が発生することが知られている。一方、光ディスク１１に光ビームを集光させる対物レンズが、２群対物レンズである場合、光ディスク１１の光透過層１１ａの厚さ誤差により発生する球面収差は、ビームエキスパンダーなどによって光ビームの発散収束度合いを変化させて対物レンズに入射することで補正することができる。これは、２群対物レンズの場合、対物レンズに入射する光ビームを発散光もしくは収束光とすることで、３次の球面収差を発生させることができるからである。
【００４２】
しかしながら、図１に示す光ピックアップ装置のように、対物レンズ９が高ＮＡ単レンズの場合、高ＮＡ単レンズに入射する光ビームを発散光もしくは収束光とすることで、高次（５次）の球面収差も発生してしまうため、ビームエキスパンダーなどによる発散収束度合い変更部５のみで、光ディスク１１の光透過層１１ａの厚さ誤差により発生する球面収差を補正することができない。つまり、高次（５次）の球面収差が残存してしまう。
【００４３】
本光ピックアップ装置では、この残存する高次の球面収差（以下、残存球面収差と称する）による光ディスク１１の記録面上の集光状態を改善するために、後述のように、残存球面収差と反対符号の波面を位相補正素子６によって発生させ、残存球面収差を相殺するようにしている。
【００４４】
図２は位相補正素子６の概略構成を示す断面図である。位相補正素子６では、ガラス基板６１ａ，６１ｂがシール材６２により接着され、液晶セルが形成されている。ガラス基板６１ａの内側表面には、電極６４ａ、絶縁膜６５および配向膜６６がこの順に積層され、またガラス基板６１ｂの内側表面には、電極６４ｂ、絶縁膜６５および配向膜６６がこの順に積層されている。液晶セル内部には液晶６３が充填されており、図２に示した液晶分子６８は、一方向に配向されたホモジニアス配向の状態にある。
【００４５】
この位相補正素子６において球面収差を補正する原理は次のとおりである。液晶分子６８の配向方向は対向する電極６４ａと電極６４ｂとの間の実効電圧に応じて変化するため、液晶６３の実効屈折率分布は発生する電圧分布にほぼ一致する。つまり、発生する電圧分布が補正すべき残存球面収差分布の反対符号に対応するように電圧を供給すれば残存球面収差を補正できる。
【００４６】
上記の電圧分布を発生させるための位相補正素子６は、次のように、電極６４ａ，６４ｂのどちらか一方を電圧分布発生用電極とした構成である。この位相補正素子６では、図３のように、電極６４ａ，６４ｂのどちらか一方、例えば電極６４ａとして、基板６１ａの表面にわたって高抵抗の透明導電膜にて高抵抗電極４０を形成する。さらにこの高抵抗電極４０に電圧を供給するための低抵抗電極４１〜４４を光軸を中心とする同心円状となるように配置する。同図の例において、低抵抗電極（円状電極部）４１は円形の点状に形成され、低抵抗電極（電極部）４２〜４４は順次径の大きくなった円環状に形成されている（円弧状部分を有している）。したがって、高抵抗電極４０は、低抵抗電極４１，４２間の第１領域４０ａ、低抵抗電極４２，４３間の第２領域４０ｂ、低抵抗電極４３，４４間の第３領域４０ｃ、低抵抗電極４４より外側の第４領域４０ｄに分割される。
【００４７】
このような構成では、電圧供給電極としての低抵抗電極４１〜４４にそれぞれ適切な電圧を印加し、高抵抗電極４０の第１領域４０ａ〜第４領域４０ｄでの電圧降下を利用することで、高抵抗電極４０面内に連続的な電圧分布を発生させることができる。また対向する他方の電極６４ｂには平行平板電極が形成されている。
【００４８】
ここで、液晶分子の配向方向は対向する電極６４ａ，６４ｂ間の実効電圧に応じて変化するため、液晶の実効屈折率分布は発生する電圧分布にほぼ一致する。つまり、第１領域４０ａ〜第４領域４０ｄにおいて発生する電圧分布が補正すべき波面収差分布に対応するように低抵抗電極４１〜４４に電圧を供給すれば、高次の球面収差を補正できる。
【００４９】
また、低抵抗電極４１〜４４に供給する電圧は、次のような手順で決まる。光検出器１２において検出されたＲＦ読取信号は位相補正制御回路１３に送られる。位相補正制御回路１３は、受け取ったＲＦ読取信号から位相補正素子６及び発散集束度合い変更部５を制御するために必要な信号を生成する。ここで、ＲＦ読取信号とはＲＦ信号振幅、ＲＦ信号振幅のエンベローブ、ジッター、エラーレート、または、エラーレートの指標値となるものなどがある。ここで、エラーレートの指標値とは、エラーレートに対応する信号品質の評価値のことである。例えばビット検出方式としてＰＲＭＬ（Partial Response Maximum Likelihood）を用いる場合、ＳＡＭ（Sequenced Amplitude Margin）と呼ばれる評価方法が提案されている。ＳＡＭに基づいた評価値はエラーレートとの対応性が非常に良いため、より正確に信号品質を判断することが可能となる。
【００５０】
上記信号品質で、光ディスクの記録面上での光ビームの集光特性（収差の有無）を評価できる。
【００５１】
まず、位相制御回路１３および発散集束変更ドライバ１５により、発散集束度合い変更部５を駆動させ、光束の発散集束度合いを変更し、その都度、読取信号を確認して、最も良い品質の信号が得られる発散集束度合い変更部５の駆動量（例えば凹レンズと凸レンズとの間の距離調整量）を決定する。
【００５２】
その後、位相制御回路１３および液晶ドライバ１４により、位相補正素子６の各電極に電圧を与え、光束に位相差を発生させる。この光束に位相差を与える量を変化させ、その都度、読取信号を確認し、最も良い品質の信号が得られる位相差量あるいは位相補正素子６の各電極に与える電圧を決定する。また、位相差量の決定の際には、例えば、位相差量、あるいは、位相補正素子６の各電極に与える印加電圧を変化させ、その都度得られる、ＲＦ信号振幅、ＲＦ信号振幅のエンベローブ、ジッター、エラーレート、または、エラーレートの指標値の関係から適当な関数、例えば、２次関数を導出し、その２次関数の変極点となる位相差量、あるいは、位相補正素子６に与える印加電圧を決定することも可能である。
【００５３】
ここで、位相補正制御回路１３は、当該駆動量を表す各制御信号を、位相補正素子６を駆動するための液晶ドライバ１４、及び発散集束度合い変更部５のアクチュエータを駆動するための発散集束度合い変更ドライバ１５にそれぞれ供給する。液晶ドライバ１４は、当該制御信号に応じて位相補正素子６に印加すべき駆動電圧を生成し、位相補正素子６に供給する。また、発散集束度合い変更ドライバ１５は、当該制御信号に応じて駆動電流を生成し、発散集束度合い変更部５に供給する。
【００５４】
次に、上記の第１の例における位相補正素子６を用いて高次の球面収差を補正する方法に関して述べる。
【００５５】
位相補正素子６では、低抵抗電極４１〜４４の形成位置（径）を変化させると発生する波面収差分布が変化する。したがって、球面収差を高精度に補正するためには、残存収差（５次の球面収差）の分布状態に対応するように低抵抗電極４１〜４４の形成位置（径）と大きさ（形成幅）とを決めることが必要である。
【００５６】
高ＮＡ単レンズ（対物レンズ９）では、光ディスク１１の光透過層１１ａの厚みが変化したときに発生する球面収差に５次の球面収差成分が含まれる。この５次の球面収差は、一般的にゼルニケ多項式を用いて以下のように極座標表示で表される。
Ｗ（ρ）=Ａ（２０ρ^６−３０ρ＾４＋１２ρ＾２−１）
ここで、ρは入射径で正規化した半径、Ａは５次球面収差発生量（光透過層１１ａの設計値に対する厚み変化量）により変化する係数を表している。
【００５７】
上記５次の球面収差は、これとは逆の位相を持った光（−Ｗ（ρ））を高ＮＡ単レンズに入射することで補正できる。つまり、位相補正素子６における光軸位置からの垂直方向への半径をｒ、その点での位相をΦ（ｒ）としたとき、補正量によって変化する係数をＡとすると、光透過層１１ａの厚みに応じて、位相補正素子６に
Φ（ｒ）＝−Ａ（２０ｒ＾６−３０ｒ＾４−１２ｒ＾２−１）＝−Ｗ（ρ）
の位相を発生させるように低抵抗電極４１〜４４を配置し、印加電圧を設定し、高ＮＡ単レンズ（対物レンズ９）に上記位相を付加した光ビームを入射させたとき、残存収差（５次の球面収差）を効率よく補正でき、良好な集光特性が得られる。
【００５８】
また、上記５次の球面収差を補正する位相Φ（ｒ）は、補正量（光透過層１１ａの上記厚み変化量）によらず、同じ半径位置に極値を持つため、低抵抗電極４１〜４４を極値の位置に配置することで、任意の補正量に応じた位相を発生させることができる。
【００５９】
ここで、極値とはｄΦ（ｒ）/ｄｒ＝０（Φ（ｒ）のｒの変化率（微分）が０）となるｒの値のことである。
【００６０】
つまり、位相補正素子６の光軸と垂直な面における入射光束の半径を１とすると、低抵抗電極の位置が光軸を中心として、０（光軸位置）、０.５３、０．８５の位置にある事が望ましい。更に、半径０．８５から半径１の間で所望の位相を与えるためには、半径１以上の位置にも電極があることが望ましい。
【００６１】
具体的には、低抵抗電極４１の半径を光軸を中心に０．１以下（０.０１〜０．１）、円環状の低抵抗電極４２の平均半径（円環状における内半径と外半径との平均値）を０．４８〜０．６３、低抵抗電極４３の平均半径を０．８０〜０．９０にし、低抵抗電極４４の平均半径を１より大きい値とすれば、十分に残存収差（５次球面収差）を補正できる。
【００６２】
ここで、位相補正素子６の光軸と垂直な面での入射光束の半径とは、位相補正素子６を通過する光ビーム径が対物レンズ９上で所望の有効径となる半径である。
【００６３】
つまり、低抵抗電極４１〜４４が、前記位相補正素子６への入射光束の半径の１~１０%、４８〜６３％、８０％〜９０％及び入射光束径を超える位置に配置されていれば良い。
【００６４】
また、位相補正素子６の電圧分布発生用電極（電極６４ａ，６４ｂのどちらか一方）は、図３の構成に代えて図４の構成としてもよい。同図の構成では、高抵抗電極５０に前記低抵抗電極４１〜４４に対応する低抵抗電極５１，５３〜５５が設けられ、前記低抵抗電極４１と４２との間にもう一つ低抵抗電極（低抵抗電極５２）を増やすことで、低抵抗電極４１，４２（低抵抗電極５１，５３）間の残存収差をより高精度に補正できるようにしている。したがって、高抵抗電極５０は、低抵抗電極５１，５２間の第１領域５０ａ、低抵抗電極５２，５３間の第２領域５０ｂ、低抵抗電極５３，５４間の第３領域５０ｃ、低抵抗電極５４，５５間の第４領域５０ｄ、低抵抗電極５５より外側の第４領域５０ｅに分割される。
【００６５】
具体的には、低抵抗電極５１の半径を光軸を中心に０．１以下（０.０１〜０．１）、円環状の低抵抗電極５２の平均半径（円環状における内半径と外半径との平均値）を０．１５〜０．４０、低抵抗電極５３の平均半径を０．４８〜０．６３、低抵抗電極５４の平均半径を０．８０〜０．９０にし、低抵抗電極５５の平均半径を１より大きい値とすれば、残存収差をさらに効率よく補正できる。
【００６６】
つまり、低抵抗電極５１〜５５が前記位相補正素子６への入射光束の半径の０~１０%、１５〜４０％、４８〜６３％、８０％〜９０％及び入射光束径を超える位置に配置されていれば良い。
【実施例１】
【００６７】
本実施例１の情報記録再生装置は、図１に示したように、光ディスク１１の厚み変動などにより生ずる球面収差を補正する球面収差補正系部、即ち発散収束度合い変更部５とこの発散収束度合い変更部５での補正によっても残存する高次の球面収差を補正する位相補正素子６を備えている。光ピックアップ装置では発散収束度合い変更部５と位相補正素子６を組み込み、それらを位相補正制御回路１３、液晶ドライバ１４、及び発散集束度合い変更ドライバ１５と電気的に接続した。光源である半導体レーザ１からの出射光の波長は４０５ｎｍであり、対物レンズ９のＮＡは０．８５、瞳径は直径３ｍｍである。
【００６８】
次に本実施例１における位相補正素子６により球面収差を補正する原理を説明する。図５のＡは、対物レンズのＮＡが０．８５、瞳径が直径３ｍｍ、光源の波長が４０５ｎｍの光学系において、光ディスク１１の厚さが設計値の０．１ｍｍより０．０１５ｍｍ厚くなった場合に発生する波面収差（球面収差）を球面収差補正部５にて補正後の残存収差の半径方向分布を示すグラフである。この残存収差は５次以上の球面収差であり、それは軸対称なので、図５のＡに示した波面収差が瞳半径０つまり光軸を回転対称軸として分布していると考えればよい。
【００６９】
この残存球面収差を補正するために、上述した５次の球面収差を補正するのに適した低抵抗電極位置、具体的には、低抵抗電極４１は直径０．３ｍｍの光軸を中心とした円形を有し、低抵抗電極４２は内径１．６ｍｍかつ外径１．８ｍｍ、低抵抗電極４３は内径２．５ｍｍかつ外径２．７ｍｍ、低抵抗電極４４は内径３ｍｍかつ外径３．２ｍｍの光軸を中心とした円環状を有した位相補正素子６を用いた。これら低抵抗電極４１〜４４は、同じ透明導電膜材料で形成された配線により電極引出部２７から位相補正制御回路１３に接続されており、液晶ドライバ１４を通して補正に必要な電圧を各々の低抵抗電極４１〜４４に供給する。具体的には、低抵抗電極３１に２．３Ｖ、低抵抗電極３２に１．９Ｖ、低抵抗電極３３に２．０５Ｖ、低抵抗電極３４に１．８Ｖの電圧を印加した。その結果、高抵抗電極４０の面内（第１領域４０ａ〜第４領域４０ｄ）において連続的に変化する電圧分布が生じた。前述の説明と同様に、電圧に応じて液晶分子６８の配向方向が分布するため、位相補正素子６は同心円状の波面変化を発生することができ、その半径方向分布は図４のＢのようになる。
【００７０】
ここでは残存収差Ａの大きさに応じて信号の電圧を決めているので、残存収差Ａと位相補正素子により発生する波面収差Ｂとは相殺される結果、光ディスク１１面上での波面収差はＣのようになり低減する。即ち、補正前の球面収差は約０．０２２λｒｍｓであったが、位相補正素子６を用いて補正した結果、約０．０１２λｒｍｓに減少した。
【００７１】
一方、光ディスクの厚さが０．０１ｍｍだけ薄い場合には、図５のＡとは正負が逆転した残存収差を補正するために、例えば、低抵抗電極４１に１．８Ｖ、低抵抗電極４２に２．２Ｖ、低抵抗電極４３に２．０５Ｖ、低抵抗電極４４に２．３Ｖの電圧を印加すればよい。これにより、位相補正素子６によって発生する波面変化も図５のＢの正負を逆転した形になるため、残存収差を相殺できる。
【００７２】
このとき、球面収差補正部５による補正後の波面収差約０．０２２λｒｍｓは０．０１２λｒｍｓまで半減された結果、光ディスク１１への情報の記録、再生特性がさらに向上した。
【００７３】
以上のように、低抵抗電極４１〜４４に適切な電圧を印加することにより球面収差を精度良く補正できた。
【００７４】
また、対物レンズ９がシフトした場合の波面収差は図６のようにマレシャル限界（０．０７λｒｍｓ）以下に抑えられており、高ＮＡ単レンズが搭載されているアクチュエータに搭載しなくても良好な特性が得られる。
【実施例２】
【００７５】
本実施例２の情報記録再生装置は、図１に示したように、光ディスク１１の厚み変動などにより生ずる球面収差を補正する球面収差補正系部、即ち発散収束度合い変更部５とこの発散収束度合い変更部５での補正によっても残存する高次の球面収差を補正する位相補正素子６を備えている。光ピックアップ装置では発散収束度合い変更部５と位相補正素子６を組み込み、それらを位相補正制御回路１３、液晶ドライバ１４、及び発散集束度合い変更ドライバ１５と電気的に接続した。光源である半導体レーザ１からの出射光の波長は４０５ｎｍであり、対物レンズ９のＮＡは０．８５、瞳径は直径３ｍｍである。
【００７６】
次に本実施例２における位相補正素子により球面収差を補正する原理を説明する。図７のＡは対物レンズのＮＡが０．８５、瞳径が直径３ｍｍ、光源の波長が４０５ｎｍの光学系において、光ディスクの厚さが設計値の０．１ｍｍより０．０１ｍｍ厚くなった場合に発生する波面収差（球面収差）を発散収束度合い変更部５で補正後の残存収差の半径方向分布を示すグラフである。この残存収差は５次以上の球面収差であり、それは軸対称なので、図７のＡに示した波面収差が瞳半径０つまり光軸を回転対称軸として分布していると考えればよい。
【００７７】
この残存球面収差を補正するために、上述した５次の球面収差を補正するのに適した低抵抗電極位置、具体的には、低抵抗電極５１は直径０．２ｍｍの光軸を中心とした円形を有し、低抵抗電極５２は内径０．５ｍｍかつ外径０．７ｍｍ、低抵抗電極５３は内径１．６ｍｍかつ外径１．８ｍｍ、低抵抗電極５４は内径２．５ｍｍかつ外径２．７ｍｍ、低抵抗電極５５は内径３ｍｍかつ外径３．２ｍｍの光軸を中心とした円環状を有した位相補正素子６を用いた。これら低抵抗電極５１〜５５は、同じ透明導電膜材料で形成された配線により電極引出部２８から位相補正制御回路１３に接続されており、液晶ドライバ１４を通して補正に必要な電圧を各々の低抵抗電極５１〜５５に供給する。具体的には、低抵抗電極５１に２．３Ｖ、低抵抗電極５２に２．２Ｖ、低抵抗電極５３に１．９Ｖ、低抵抗電極５４に２．０５Ｖ、低抵抗電極５５に１．８Ｖの電圧を印加した。その結果、高抵抗電極５０の面内（第１領域５０ａ〜第４領域５０ｅ）において連続的に変化する電圧分布が生じた。前述の説明と同様に、電圧に応じて液晶分子６８の配向方向が分布するため、位相補正素子６は同心円状の波面変化を発生することができ、その半径方向分布は図７のＢのようになる。
【００７８】
ここでは残存収差Ａの大きさに応じて信号の電圧を決めているので、残存収差Ａと位相補正素子６により発生する波面収差Ｂとは相殺される結果、光ディスク１１面上での波面収差はＣのようになり低減する。即ち、補正前の球面収差は約０．０２２λｒｍｓであったが、位相補正素子６を用いて補正した結果、約０．０１０λｒｍｓに減少した。
【００７９】
一方、光ディスクの厚さが０．０１ｍｍだけ薄い場合には、図７のＡとは正負が逆転した残存収差を補正するために、例えば、低抵抗電極５１に１．８Ｖ、低抵抗電極５２に１．９Ｖ、低抵抗電極５３に２．２Ｖ、低抵抗電極５４に２．０５Ｖ、低抵抗電極５５に２．３Ｖの電圧を印加すればよい。これにより、位相補正素子６によって発生する波面変化も図７のＢの正負を逆転した形になるため、残存収差を相殺できる。
【００８０】
本実施例においては、図３に示した電圧分布発生用電極に対して、図４に示すように、さらに低抵抗電極５２を配置したことで、発散収束度合い変更部５による補正後の波面収差約０．０２２λｒｍｓは０．０１０λｒｍｓまで半減された結果、光ディスクへの情報の記録、再生特性がさらに向上した。
【００８１】
以上のように低抵抗電極５１〜５５に適切な電圧を印加することにより球面収差を精度良く補正できた。
【００８２】
また、対物レンズがシフトした場合の波面収差は図８のようにマレシャル限界（０．０７λｒｍｓ）以下に抑えられており、高ＮＡ単レンズが搭載されているアクチュエータに搭載しなくても良好な特性が得られる。（実施形態を複数開示した場合の付記事項）
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【００８３】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明の位相補正素子およびそれを用いた光ピックアップ装置は、光ディスク装置等、光ディスクなどの光記録媒体に対する情報の記録および再生を行う情報記録再生装置に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施の一形態における光ピックアップ装置の構成を示す概念図である。
【図２】図１に示した位相補正素子の一例を示す断面図である。
【図３】図２の位相補正素子が備えた電極における電極パターンの一例を示す正面図である。
【図４】図２の位相補正素子が備えた電極における電極パターンの他の例を示す正面図である。
【図５】本発明の実施例１を示すものであって、光ディスクの厚さが設計値よりも厚くなった場合に発生する波面収差（球面収差）を球面収差補正部にて補正後の残存収差Ａと、この残存収差Ａを補正するために位相補正素子により発生する波面収差Ｂと、残存収差Ａが波面収差Ｂにて相殺された結果の波面収差Ｃとの関係を示すグラフである。
【図６】実施例１における対物レンズのシフト量と波面収差との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施例１を示すものであって、光ディスクの厚さが設計値よりも厚くなった場合に発生する波面収差（球面収差）を球面収差補正部にて補正後の残存収差Ａと、この残存収差Ａを補正するために位相補正素子により発生する波面収差Ｂと、残存収差Ａが波面収差Ｂにて相殺された結果の波面収差Ｃとの関係を示すグラフである。
【図８】実施例２における対物レンズのシフト量と波面収差との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８６】
１  半導体レーザ
２  コリメートレンズ
３  ビーム整形素子
４  ビームスプリッタ
５  発散収束度合い変更部
６  位相補正素子
７  λ／４波長板
８  立ち上げミラー
９  単レンズ
１０  対物レンズユニット
１１  光ディスク
１２  検出系
１３  位相補正制御回路
１４  液晶ドライバ
１５  発散集束度合い変更ドライバ
４０  高抵抗電極
４１〜４４  低抵抗電極
５０  高抵抗電極
５１〜５５  低抵抗電極
６１ａ，６１ｂ  ガラス基板（透明基板）
６２  シール材
６３  液晶
６４  電極
６５  絶縁膜
６６  配向膜
【図１】
2005267756.tif 000003
【図２】
2005267756.tif 000004
【図３】
2005267756.tif 000005
【図４】
2005267756.tif 000006
【図５】
2005267756.tif 000007
【図６】
2005267756.tif 000008
【図７】
2005267756.tif 000009
【図８】
2005267756.tif 000010