(57)【要約】【課題】基板厚差によって発生する球面収差を補正し、光学系を小型に構成することを可能にする。【解決手段】光学素子８を、点光源１から出射した発散光でかつ直線偏光（Ｐ偏光）の光路中に設けられ、偏光方向に対して平行（または垂直）な方向に屈折率の高い軸ｎＨを向けた複屈折基板１０とし、さらに、光路に対して直角な面内における直線偏光の偏光方向（Ｐ偏光）と複屈折基板１０における屈折率の高い軸ｎＨとのなす角を、平行⇔垂直に切り換えるための回転手段１１を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
点光源から出射した直線偏光の光路中に配置する光学素子であって、
偏光方向に対して平行または垂直な方向に屈折率の高い軸を向けた複屈折基板と、
前記直線偏光の偏光方向と前記複屈折基板の屈折率の高い軸とのなす角を、前記光路に対して直交する面内において垂直または平行な方向に切り換える手段と、
を備えたことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
点光源から出射した直線偏光の光路中に配置する光学素子であって、
偏光方向に対して平行または垂直な方向に屈折率の高い軸を向けた複屈折基板と、
前記複屈折基板を回転させることにより、切り換える前記直線偏光の偏光方向と前記複屈折基板の屈折率の高い軸とのなす角を、前記光路に対して直交する面内において垂直または平行な方向に切り換える複屈折基板回転手段と、
を備えたことを特徴とする光学素子。
【請求項３】
点光源から出射した直線偏光の光路中に配置する光学素子であって、
偏光方向に対して平行または垂直な方向に屈折率の高い軸を向けた複屈折特性をもつ電気光学素子と、
前記電気光学素子の複屈折を切り換えることにより、前記直線偏光の偏光方向と複屈折基板の屈折率の高い軸とのなす角を、前記光路に対して直交する面内において垂直または平行な方向に切り換える複屈折変換手段と、
を備えたことを特徴とする光学素子。
【請求項４】
点光源から出射した直線偏光の光路中に配置する光学素子であって、
前記直線偏光の偏光方向を光路に対して直角な面内において切り換えることが可能なλ／２波長板と、
偏光方向に対して平行または垂直な方向に屈折率の高い軸を向けた複屈折基板と、
前記直線偏光の偏光方向と前記複屈折基板の屈折率の高い軸とのなす角を、前記光路に対して直交する面内において垂直または平行な方向に切り換えるためのλ／２波長板回転手段と、
を備えたことを特徴とする光学素子。
【請求項５】
点光源から出射した直線偏光の光路中に配置する光学素子であって、
前記直線偏光の偏光方向を前記光路に対して直角な面内において切り換える旋光子と、
偏光方向に対して平行または垂直な方向に屈折率の高い軸を向けた複屈折基板と、
前記直線偏光の偏光方向と前記複屈折基板の屈折率の高い軸とのなす角を、前記光路に対して直交する面内において垂直または平行に切り換える旋光子制御手段と、
を備えたことを特徴とする光学素子。
【請求項６】
回転した前記直線偏光の偏光方向を元に戻すλ／２波長板または旋光子を備えたことを特徴とする請求項４または５記載の光学素子。
【請求項７】
請求項１〜５いずれか１項記載の光学素子を、点光源から出射した直線偏光の光路中に複数配置したことを特徴とする光学素子。
【請求項８】
前記旋光子を液晶素子とし、この液晶素子を液晶駆動部により駆動することを特徴とする請求項５記載の光学素子。
【請求項９】
前記液晶素子と前記複屈折基板とを一体に貼り合せたことを特徴とする請求項５または８記載の光学素子。
【請求項１０】
発散した直線偏光を出射する半導体レーザと、この半導体レーザから出射した発散光の放射角を変えるカップリングレンズと、入射光を情報記録媒体に集光する対物レンズと、前記情報記録媒体で反射した信号光を分岐するための検出分離手段と、前記信号光を電気信号に変えるための受光素子とを備えた光ピックアップにおいて、
前記半導体レーザと前記カップリングレンズの間に、請求項１〜９いずれか１項記載の光学素子を備えたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１１】
発散した直線偏光を出射する半導体レーザと、この半導体レーザを出射した発散光の放射角を変えるカップリングレンズと、直線偏光を略円偏光に変えるためのλ／４板と、入射光を情報記録媒体に集光する対物レンズと、前記情報記録媒体で反射した信号光を分岐する偏光検出分離手段と、前記信号光を電気信号に変えるための受光素子とを備えた光ピックアップにおいて、
前記半導体レーザと前記カップリングレンズの間に、請求項２，３または６記載の光学素子を備えたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１２】
光ディスクに対して光を入反射させて記録／再生信号を得る光ピックアップを搭載した記録／再生装置において、
前記光ピックアップとして請求項１０または１１記載の光ピックアップを搭載したことを特徴とする記録／再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、点光源から出射した直線偏光の光路中に配置する光学素子、その光学素子を搭載した光ピックアップ、記録／再生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の情報の大容量化に伴い、光ディスクにおいても、その容量が増加している。光ディスクの大容量化は、記録密度を上げることによって情報量を増やす方法の他、多層構造にすることによっても情報量を増やすことができる。多層構造の光ディスクを記録／再生すると、層の厚さの違いにより球面収差が発生し、集光スポットが拡大されて信号品質が劣化する。
【０００３】
このため、多層構造の光ディスクを記録／再生する光ピックアップでは、基板厚差によって生じる球面収差を補正する手段が講じられる。光ピックアップにおいて球面収差を補正する従来技術として、特許文献１，２に記載されている技術がある。
【０００４】
特許文献１に記載された補正技術は、ビームエキスパンダによる補正であり、対物レンズとカップリングレンズの間に配置したビームエキスパンダのレンズ間隔を光軸にそって移動することにより、基板厚差によって球面収差を補正する構成である。
【０００５】
特許文献１に記載されている構成では、対物レンズに入射する光束の倍率を変えることによって球面収差を補正することができる。ところが、本構成では、光学系に配置するレンズの枚数が多くなるため、小型化を要求する光ディスクドライブ用の光ピックアップには向いていない。
【０００６】
また、特許文献２に記載された補正技術は、補正板の出入による補正であり、球面波が伝播する光路中に基板を出し入れすることにより、球面収差を生じさせ、基板厚差によって生じる球面収差を補正する構成である。
【０００７】
特許文献２に記載されている構成では、補正板を光路に対して横方向にスライドさせるため、その稼動範囲を確保する必要があり、小型化を要求する光ディスクドライブ用の光ピックアップには向いていない。
【特許文献１】特開平５−２６６５１１号公報
【特許文献２】特開平９−１３８９５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来、前記のように多層構造の光ディスクなどの基板厚誤差を光学系で補正する場合には、特許文献１，２に記載されたような補正素子が用いられるが、これらはレンズもしくは補正板を空間的に動かすことにより、基板厚差による球面収差を補正する。このため、稼動範囲に別の光学素子を配置することができず、光学系が大きくなってしまう。
【０００９】
本発明は、前記従来技術の課題を解決し、基板厚差によって発生する球面収差を補正し、光学系を小型に構成することができる光学素子、およびその光学素子を搭載した光ピックアップ，記録／再生装置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】
【００１０】
前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、点光源から出射した直線偏光の光路中に配置する光学素子であって、偏光方向に対して平行または垂直な方向に屈折率の高い軸を向けた複屈折基板と、直線偏光の偏光方向と複屈折基板の屈折率の高い軸とのなす角を、光路に対して直交する面内において垂直または平行な方向に切り換える手段とを備えたことを特徴とし、この構成によって、直線偏光の発散光が複屈折基板を透過する際、偏光方向と複屈折の屈折率の高い方向のなす角を制御することにより屈折率を変えられるため、球面収差を補正することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、点光源から出射した直線偏光の光路中に配置する光学素子であって、偏光方向に対して平行または垂直な方向に屈折率の高い軸を向けた複屈折基板と、前記複屈折基板を回転させることにより、切り換える直線偏光の偏光方向と複屈折基板の屈折率の高い軸とのなす角を、光路に対して直交する面内において垂直または平行な方向に切り換える複屈折基板回転手段とを備えたことを特徴とし、この構成によって、請求項１に係る発明による効果に加え、複屈折基板を回転する機構は光学系に対する稼動時の空間制約がないため、光学系を小型化することが可能になる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、点光源から出射した直線偏光の光路中に配置する光学素子であって、偏光方向に対して平行または垂直な方向に屈折率の高い軸を向けた複屈折特性をもつ電気光学素子と、前記電気光学素子の複屈折を切り換えることにより、直線偏光の偏光方向と複屈折基板の屈折率の高い軸とのなす角を、光路に対して直交する面内において垂直または平行な方向に切り換える複屈折変換手段とを備えたことを特徴とし、この構成によって、請求項１に係る発明による効果に加え、複屈折そのものを変えることにより外部駆動機構が必要ないため、光学系をさらに小型化することが可能になる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、点光源から出射した直線偏光の光路中に配置する光学素子であって、直線偏光の偏光方向を光路に対して直角な面内において切り換えることが可能なλ／２波長板と、偏光方向に対して平行または垂直な方向に屈折率の高い軸を向けた複屈折基板と、直線偏光の偏光方向と複屈折基板の屈折率の高い軸とのなす角を、光路に対して直交する面内において垂直または平行な方向に切り換えるためのλ／２波長板回転手段とを備えたことを特徴とし、この構成によって、請求項１に係る発明による効果に加え、λ／２板を回転する機構は光学系に対する稼動時の空間制約がないため、光学系を小型化することが可能になる。さらに、λ／２板を回転する機構は回転量も請求項２に係る発明の１／２で済むため、駆動機構が簡単なものになる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、点光源から出射した直線偏光の光路中に配置する光学素子であって、直線偏光の偏光方向を光路に対して直角な面内において切り換える旋光子と、偏光方向に対して平行または垂直な方向に屈折率の高い軸を向けた複屈折基板と、直線偏光の偏光方向と複屈折基板の屈折率の高い軸とのなす角を、光路に対して直交する面内において垂直または平行に切り換える旋光子制御手段とを備えたことを特徴とし、この構成によって、請求項１に係る発明による効果に加え、旋光子は駆動機構を必要としないため、光学系をさらに小型化することが可能になる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項４または５記載の光学素子において、回転した直線偏光の偏光方向を元に戻すλ／２波長板または旋光子を備えたことを特徴とし、この構成によって、請求項５に係る発明による効果に加え、最終面にさらに旋光子を設けることにより、球面収差補正前後において、入射光束の偏光方向と同一方向の偏光方向を維持することが可能になる。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜５いずれか１項記載の光学素子を、点光源から出射した直線偏光の光路中に複数配置したことを特徴とし、この構成によって、請求項１に係る発明による効果に加え、請求項１〜５の光学素子を連続配置することにより、複数の屈折率差を持たせることができるため、任意の球面収差の補正が可能になる。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、請求項５記載の光学素子において、旋光子を液晶素子とし、この液晶素子を液晶駆動部により駆動することを特徴とし、この構成によって、請求項５に係る発明による効果に加え、旋光子として用いる液晶素子は、ツイストネマティック液晶であるので、電極パターンが単純であり、電極面における回折の効率低下が発生しない。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、請求項５または８記載の光学素子において、液晶素子と複屈折基板とを一体に貼り合したことを特徴とし、この構成によって、請求項８に係る発明の効果に加え、液晶素子のガラス基板と複屈折基板を共有化することにより、球面収差光学系をさらに小型化することが可能となる。
【００１９】
請求項１０に記載の発明は、発散した直線偏光を出射する半導体レーザと、この半導体レーザから出射した発散光の放射角を変えるカップリングレンズと、入射光を情報記録媒体に集光する対物レンズと、前記情報記録媒体で反射した信号光を分岐するための検出分離手段と、前記信号光を電気信号に変えるための受光素子とを備えた光ピックアップにおいて、前記半導体レーザと前記カップリングレンズの間に、請求項１〜９いずれか１項記載の光学素子を備えたことを特徴とし、この構成によって、情報記録媒体の１層目と２層目で発生する球面収差を補正することが可能になる。さらに本球面収差光学系は、光源とカップリングレンズの間に配置することにより、ピックアップ光路を拡大をすることがなく、小型な光ピックアップを実現できる。
【００２０】
請求項１１に記載の発明は、発散した直線偏光を出射する半導体レーザと、この半導体レーザを出射した発散光の放射角を変えるカップリングレンズと、直線偏光を略円偏光に変えるためのλ／４板と、入射光を情報記録媒体に集光する対物レンズと、前記情報記録媒体で反射した信号光を分岐する偏光検出分離手段と、前記信号光を電気信号に変えるための受光素子とを備えた光ピックアップにおいて、前記半導体レーザと前記カップリングレンズの間に、請求項２，３または６記載の光学素子を備えたことを特徴とし、この構成によって、請求項１０に係る発明による効果に加え、光学素子の偏光方向が切り換ることがないため、偏光光学系による高効率な光ピックアップを実現できる。
【００２１】
請求項１２に記載の発明は、光ディスクに対して光を入反射させて記録／再生信号を得る光ピックアップを搭載した記録／再生装置において、前記光ピックアップとして請求項１０または１１記載の光ピックアップを搭載したことを特徴とし、この構成によって、小型な多層記録／再生装置を実現できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、直線偏光の発散光が複屈折基板を透過する際、偏光方向と複屈折の屈折率の高い方向のなす角を制御することにより屈折率を変えられるため、球面収差を補正することができ、基板厚差によって発生する球面収差を補正し、光学系を小型に構成することができる光学素子を提供することができる。また、当該光学素子を光ピックアップ，記録／再生装置に搭載することにより、小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は本発明に係る光学素子の実施形態１の構成を説明するための斜視図であり、本光学素子８は、点光源１から出射した発散光でかつ直線偏光（Ｐ偏光）の光路中に設けられ、偏光方向に対して平行（または垂直）な方向に屈折率の高い軸ｎＨを向けた複屈折基板１０であって、光路に対して直角な面内における直線偏光の偏光方向（Ｐ偏光）と複屈折基板１０における屈折率の高い軸ｎＨとのなす角を、平行⇔垂直に切り換えるための回転手段１１を備えている。
【００２５】
図１において、点光源１から出射した発散光は、複屈折基板１０により偏光方向の屈折率ｎＨを受ける。発散光路中に平行平板が設置された場合、光軸中心の光線と軸外の光線の距離に差が生じるため、位相差が生じて球面収差ＷＨが発生する。
【００２６】
ここで、図２に示すように、光路に対して直角な面内における直線偏光の偏光方向（Ｐ偏光）と複屈折基板１０の屈折率の高い軸ｎＨとのなす角を平行⇒垂直に切り換えた場合、複屈折基板１０により偏光方向の屈折率ｎＬを受ける。発散光路中に平行平板が設置された場合、光軸中心の光線と軸外の光線の距離に差が生じるため、この場合は球面収差ＷＬが発生する。
【００２７】
すなわち、光路に対して直角な面内における直線偏光の偏光方向（Ｐ偏光）と複屈折基板１０の屈折率の高い軸ｎＨとのなす角を平行⇒垂直に切り換えることにより、球面収差をＷＨ⇔ＷＬに切り換えることが可能になる。
【００２８】
切り換えによる球面収差の差分量ΔＷ（＝ＷＨ−ＷＬ）は、複屈折基板１０の厚さｄと複屈折率Δｎ（＝ｎＨ−ｎＬ）を用いて、下式（数１）で表すことができる。
【００２９】
【数１】
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（数１）の式において、ＮＡは適用する光学系の開口数、ｄは複屈折基板１０の厚さである。
【００３０】
これより、任意の光学系で生じる球面収差変化量ΔＷａｎｙと球面収差の差分量ΔＷが等しくなるように、Δｎまたはｄを設定することにより、光学系において生じる球面収差を補正することが可能になる。
【００３１】
図３は本発明に係る光学素子の実施形態２の構成を説明するための斜視図であり、本光学素子８ａは、点光源１から出射した発散光でかつ直線偏光（Ｐ偏光）の光路中に用いられ、かつ偏光方向に対して平行（または垂直）な方向に屈折率の高い軸ｎＨを向けた複屈折基板１０ａであって、光路に対して直角な面内における直線偏光の偏光方向と複屈折基板の屈折率の高い軸ｎＨとのなす角が、垂直（または平行）になるように、複屈折基板１０ａを回転させて切り換える複屈折基板回転手段１１ａを備えている。
【００３２】
図３に示すように、複屈折基板１０ａは、円筒状を呈する形状であり、外周にギヤ１２ａが設けられ、このギヤ１２ａと噛合するウォームギヤ１２ｂを回転させるモータ１１ａを備えている。モータ１１ａを回転させることにより、ウォームギヤ１２ｂとギヤ１２ａを介して複屈折基板１０ａを９０度回転させることができる。これにより、偏光方向に対する屈折率をｎＨとｎＬで切り換えることが可能になる。
【００３３】
図４は本発明に係る光学素子の実施形態３の構成を説明するための斜視図であり、本光学素子８ｂは、点光源１から出射した発散光でかつ直線偏光（Ｐ偏光）の光路中に用いられ、かつ偏光方向に対して平行（または垂直）な方向に屈折率の高い軸ｎＨを向けた複屈折基板１０ｂであって、該複屈折基板１０ｂは、外部からの電気信号により、屈折率を変えることが可能な構成の電気光学素子である。
【００３４】
このような電気光学素子の代表として、ホモジニアス配列，ホメオトロピック配列に液晶分子を並べた液晶素子が挙げられる。すなわち、電気を加えていない状態では、液晶分子がホモジニアス配列（ホメオトロピック配列）な状態の液晶分子は、電気信号を加えることにより、ホメオトロピック配列（ホモジニアス配列）に液晶分子が配向する。これにより偏光方向に対して屈折率ｎＨとｎＬを切り換えることが可能になる。
【００３５】
図５は本発明に係る光学素子の実施形態４の構成を説明するための斜視図であり、本光学素子８ｃは、点光源１から出射した発散光でかつ直線偏光（Ｐ偏光）の光路中に用いられ、かつ光路に対して直角な面内における直線偏光の偏光方向を切り換えることが可能なλ／２波長板９ｃと、偏光方向に対して平行（または垂直）な方向に屈折率の高い軸ｎＨを向けた複屈折基板１０と、光路に対して直角な面内における直線偏光の偏光方向と複屈折基板１０の屈折率の高い軸とのなす角を、垂直（または平行）に切り換えるためのλ／２波長板回転手段１１ｃとからなる。
【００３６】
図５に示すように、λ／２波長板９ｃは、円筒状を呈する形状であり、外周にギヤ１２ａが設けられ、このギヤ１２ａと噛合するウォームギヤ１２ｂを、ドライバであるλ／２波長板回転手段１１ｃにより回転させることにより、ウォームギヤ１２ｂとギヤ１２ａを介してλ／２波長板９ｃを回転させることができる。
【００３７】
光学素子８ｃにＰ方向に偏光した直線偏光の発散光が入射した場合、λ／２波長板回転手段１１ｃがオンのときは、λ／２波長板９ｃの光学軸は偏光方向に平行または垂直な向きに向けられており、λ／２波長板９ｃでは位相差を受けず、Ｐ偏光のまま透過する。その光は複屈折基板１０によりｎＨの屈折率を受ける。このため、透過光が発散光の場合は、光軸中心の光線と軸外の光線とに位相差が生じて球面収差ＷＨが発生する。
【００３８】
λ／２波長板回転手段１１ｃがオフのときは、図６に示すように、λ／２波長板９ｃの光学軸は、偏光方向に対して４５°傾斜しており、これによりλ／２の位相差を受け、λ／２波長板９ｃに入射したＰ偏光はＳ偏光に変換される。このため、複屈折基板１０によってｎＬの屈折率を受け、透過光が発散光の場合は、光軸中心の光線と軸外の光線に位相差が生じて球面収差ＷＬが発生する。
【００３９】
図７は本発明に係る光学素子の実施形態５の構成を説明するための斜視図であり、本光学素子８ｄは、点光源１から出射した発散光でかつ直線偏光（Ｐ偏光）の光路中に用いられ、かつ光路に対して直角な面内における直線偏光の偏光方向を切り換えることが可能な旋光子９ｄと、偏光方向に対して平行（または垂直）な方向に屈折率の高い軸ｎＨを向けた複屈折基板１０と、光路に対して直角な面内における直線偏光の偏光方向と複屈折基板の屈折率の高い軸ｎＨとのなす角を、垂直（または平行）に切り換えるための旋光子駆動部１１ｄとからなる。
【００４０】
図７において、光学素子８ｄにＰ方向に偏光した直線偏光の発散光が入射した場合、旋光子駆動部１１ｄがオンのときは直線偏光は旋光することなく、Ｐ偏光がそのまま透過する。その光は複屈折基板１０によりｎＨの屈折率を受ける。このため、透過光が発散光の場合は、光軸中心の光線と軸外の光線に位相差が生じて球面収差ＷＨが発生する。
【００４１】
旋光子駆動部１１ｄがオフのときは、入射光の直線偏光のＰ偏光は、旋光子９ｄによりＳ偏光に変換される。このため、複屈折基板１０によりｎＬの屈折率を受ける。このため、透過光が発散光の場合は、光軸中心の光線と軸外の光線に位相差が生じて球面収差ＷＬが発生する。
【００４２】
図８は本発明に係る光学素子の実施形態６の構成を説明するための斜視図であり、前記実施形態において、λ／２波長板９ｃまたは旋光子９ｄを切り換えるたびに、入射光の直線偏光の偏光方向に対して出射光の直線偏光の偏光方向が９０度変化する。
【００４３】
そこで、実施形態６では、図８に示すように、前記λ／２波長板９ｃまたは旋光子９ｄである第１の光学部材９−１と複屈折基板１０の出射面に、さらに光軸に対して垂直な面における直線偏光の偏光方向を切り換えるλ／２波長板または旋光子の第２の光学部品９−２を設けることにより、偏光方向の変化を元に戻すことが可能となる。
【００４４】
図８において、本光学素子８ｅにＰ方向に偏光した直線偏光が入射した場合、ドライバ１１ｅがオフのとき、λ／２波長板または旋光子の第１の光学部材９−１によりλ／２の位相差を受けてＳ方向に偏光した直線偏光になる。その光は複屈折基板１０によりｎＬの屈折率を受ける。さらに、λ／２波長板または旋光子の第２の光学部材９−２によりλ／２の位相差を受けてＰ方向に偏光した直線偏光になる。したがって、本光学素子８ｅを透過した光は、球面収差ＷＬが発生し、かつＰ偏光になる。
【００４５】
ドライバ１１ｅがオンのときは、前記第１の光学部材９−１による位相差を受けずに、Ｐ方向に偏光した直線偏光がそのまま透過する。その光は複屈折基板１０によりｎＨの屈折率を受ける。さらに、前記第２の光学部材９−２による位相差を受けずに、Ｐ方向に偏光した直線偏光がそのまま透過する。したがって、本光学素子８ｅを透過した光は、球面収差ＷＨが発生し、かつＰ偏光になる。
【００４６】
よって、本光学素子８ｅを出射した光は、偏光方向を変えることなく球面収差をＷＨとＷＬに切り換えることが可能になる。
【００４７】
さらに、図９に示すように、実施形態１の光学素子８を連続的に配置（８−１，８−２，‥‥‥‥，８−ｎ）することにより、任意の球面収差を発生させることが可能になる。
【００４８】
このとき、各基板の厚さｄｎと複屈折Δｎｎをｎ通り設定することによって、２ｎ通りの球面収差を設定することが可能になる。
【００４９】
このような構成では、図１０に示すように、実施形態６の構成と組み合わせて、光路最終部に前記第２の光学部材であるλ／２波長板または旋光子９ｍを配置し、偏光方向を変えることなく２ｎ通りの球面収差を設定することも可能である。
【００５０】
前記旋光子を液晶素子によって実現することが可能であって、図１１（ａ），（ｂ）に旋光子としての液晶素子９ｆの構成の断面図を示す。
【００５１】
図１１（ａ），（ｂ）において、液晶分子１２は２枚のガラス基板１３ａ，１３ｂにより密封されており、各ガラス基板１３ａ，１３ｂには、それぞれＩＴＯからなる透明電極が形成され、さらにポリイミドからなる配向膜が形成されラビングによる配向処理が施されている。
【００５２】
この一対のガラス基板１３ａ，１３ｂは離間，対向して配設されギャップ剤により均一な間隔を保ちながらシール剤で封止され、その間に正の誘電異方性を有するネマティック液晶が封入されて、厚さ約５μｍの液晶層が形成され、液晶素子９ｃが構成されている。この液晶セルは液晶分子長軸の配向方向、すなわちラビングの方向が入出射ガラス基板で９０°でクロスしているため、液晶層は連続的に９０°捻れて配向している。このような構成の液晶素子は一般にツイストネマティック型液晶素子と呼ばれている。
【００５３】
一方のガラス基板１３ａには位相差を切り替えるための領域パターンに対応した透明電極を形成しており、他方のガラス基板１３ｂにも透明電極を形成し、それぞれの領域パターンに対応した液晶層に電圧１４を印加できるようになっている。
【００５４】
このような構成のツイストネマティック型液晶素子９ｆに、光源から発光した直線偏光をその偏向面と隣接する基板面での液晶分子の配向方向を直交させるように液晶素子９ｆを配置する。この液晶素子９ｆにしきい値より十分低い交流電圧を印加したとき（図１１（ａ）：オフ）、入射した光源からの光（レーザ光）の偏光方向は、液晶分子のねじれに応じて９０°回転した後に出射される。
【００５５】
逆に、液晶素子９ｆにしきい値より十分高い交流電圧を印加したとき（図１１（ｂ）：オン）、液晶分子はねじれ配向を解消するため、入射したレーザ光は偏光方向を変えずに直進した後に出射される。
【００５６】
前記液晶素子による旋光子９ｃは、電気的に方位角を制御するため、空間位置が変わらない。このため、図１２（ａ），（ｂ）に示すように、複屈折基板１０と重ね合わせることが可能である。液晶素子９ｆのラビング面を複屈折基板上に設けることにより、ガラス基板１枚と複屈折基板１０を共有化することが可能になる。
【００５７】
図１３は前記実施形態１〜６の光学素子を搭載した本発明に係る光ピックアップの実施形態１の構成図である。
【００５８】
図１３において、多層構造（本例では２層）の情報記録媒体５の１層目に光スポットを集光したい場合は、光源である半導体レーザ１を出射した偏光方向に複屈折基板１０の屈折率が低い軸を合わせる。光学素子８を出射した光は、カップリングレンズ２により発散光の放射角を変え、ビームスプリッタなどの検出分離手段３−１を透過し、対物レンズ４により情報記録媒体５の１層目に集光する。情報記録媒体５の１層目を反射した光束は再び対物レンズ４を通り検出分離手段３−１で反射され、検出レンズ６を通って受光素子７で検出される。
【００５９】
複屈折基板１０の屈折率は、対物レンズ４を出射した光が情報記録媒体５の１層目に集光したときに発生する球面収差を打ち消す値に設定されている。
【００６０】
情報記録媒体５の２層目に光スポットを集光したい場合は、半導体レーザ１を出射した偏光方向と複屈折基板１０の屈折率が高い軸が合うように旋光子９ｄで直線偏光の偏光方向を切り換える。光学素子８ｄを出射した光は、カップリングレンズ２により発散光の放射角を変え、検出分離手段３−１を透過し対物レンズ４により情報記録媒体５の２層目に集光する。情報記録媒体５の２層目で反射した光束は、再び対物レンズ４を通り検出分離手段３−１により反射され、検出レンズ６を通って受光素子７で検出される。
【００６１】
複屈折基板１０の高屈折率は、対物レンズ４を出射した光が情報記録媒体５の２層目に集光したときに発生する球面収差を打ち消す値に設定されている。
【００６２】
このため、情報記録媒体５における１層目と２層目に、それぞれ集光した場合に発生する球面収差が小さくなり、精度よく光スポットを集光することができるため、良好な信号特性を得ることができる。
【００６３】
また、前記実施形態２，３，６の光学素子を光ピックアップに適用することで、照明系と検出系を偏光分離することが可能となり（偏光光学系）、高効率な光ピックアップを実現できる。
【００６４】
図１４は前記実施形態２，３，６の光学素子を搭載した本発明に係る光ピックアップの実施形態２の構成図である。
【００６５】
多層構造（本例では２層）の情報記録媒体５の１層目に光スポットを集光したい場合は、光源である半導体レーザ１を出射した偏光方向に、複屈折基板１０の屈折率が低い軸を合わせる。光学素子８ｅを出射した光は、カップリングレンズ２により発散光の放射角を変え、偏光検出分離手段３−２を透過し、λ／４板９を通り、対物レンズ４により情報記録媒体５の１層目に集光する。情報記録媒体５の１層目で反射した光束は、再び対物レンズ４とλ／４板９を通り、偏光検出分離手段３−２により反射され、検出レンズ６を通って受光素子７で検出される。
【００６６】
複屈折基板１０の低屈折率は、対物レンズ４を出射した光が情報記録媒体５の１層目に集光したときに発生する球面収差を打ち消す値に設定されている。
【００６７】
情報記録媒体５の２層目に光スポットを集光したい場合は、半導体レーザ１を出射した偏光方向と複屈折基板１０の屈折率が高い軸が合うように、旋光子９−１で直線偏光の偏光方向を切り換える。光学素子８ｅを出射した光は、カップリングレンズ２により発散光の放射角を変え、偏光検出分離手段３−２を透過しλ／４板９を通り、対物レンズ４により情報記録媒体５の２層目に集光する。情報記録媒体５の２層目で反射した光束は、再び対物レンズ４とλ／４板９を通り、検出分離手段３−２により反射され、検出レンズ６を通って受光素子７で検出される。
【００６８】
複屈折基板１０の高屈折率は、対物レンズ４を出射した光が情報記録媒体５の２層目に集光したときに発生する球面収差を打ち消す値に設定されている。
【００６９】
図１５は基板厚差（＝０．０３ｍｍ）の２層構造の光ディスク（１層目０．６０ｍｍ，２層目０．６３ｍｍ）に対する球面収差補正効果を計算した例である。光源の波長４０５ｎｍ付近において、Δｎ＝０．２ｍｍ、ｄ＝２ｍｍの光学系を用いることにより、２層における球面収差を１層と同等まで低減することが可能になる。
【００７０】
図１６は前記実施形態の構成の光ピックアップを搭載した記録／再生装置の構成を示すブロック図である。
【００７１】
図１６において、光ピックアップ１５は、光強度をレーザコントローラ１７およびレーザドライバ１８により制御される。同時に、２層構造の光ディスク５の１層目と２層目の判別信号を信号処理回路１６から取得し、旋光子コントローラ１９および旋光子ドライバ１１により、前記実施形態の光電素子における旋光子を駆動して球面収差を補正する。
【００７２】
対物レンズ４は信号処理回路１６で得たサーボ信号を元にサーボコントローラ２１およびサーボドライバ２２で最適な姿勢を制御する。光ディスク５は指示されたスピードを元にして、スピンドルコントローラ２３およびスピンドルドライバ２４によりスピンドルモータ２５を制御して回転される。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、基板厚誤差のある光ディスクを記録／再生する光ディスクドライブ用の光ピックアップなどに用いられる光学素子に適用され、また、光ディスク検査装置に用いる光ピックアップにも応用でき、さらに、球面収差が変化する光学系において、球面収差を補正するシステムへの応用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明に係る光学素子の実施形態１の構成を説明するための斜視図
【図２】実施形態１の切り換え時を示す斜視図
【図３】本発明に係る光学素子の実施形態２の構成を説明するための斜視図
【図４】本発明に係る光学素子の実施形態３の構成を説明するための斜視図
【図５】本発明に係る光学素子の実施形態４の構成を説明するための斜視図
【図６】実施形態４の切り換え時を示す斜視図
【図７】本発明に係る光学素子の実施形態５の構成を説明するための斜視図
【図８】本発明に係る光学素子の実施形態６の構成を説明するための斜視図
【図９】本発明に係る光学素子の実施形態７の構成を説明するための斜視図
【図１０】本発明に係る光学素子の実施形態８の構成を説明するための斜視図
【図１１】本実施形態における液晶素子による旋光子の説明図
【図１２】本発明に係る光学素子の実施形態９の構成を説明するための斜視図
【図１３】本発明に係る光ピックアップの実施形態１の構成図
【図１４】本発明に係る光ピックアップの実施形態２の構成図
【図１５】本実施形態における球面収差補正効果（計算結果）を示す図
【図１６】本発明に係る記録／再生装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００７５】
１  点光源（半導体レーザ）
２  カップリングレンズ
３−１  検出分離手段
３−２  偏光検出分離手段
４  対物レンズ
５  情報記録媒体（光ディスク）
７  受光素子
８，８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８−１〜８−ｎ  光学素子
９ｃ，９ｍ  λ／２波長板
９ｄ，９ｍ  旋光子
９ｆ，９ｆ−１，９ｆ−２  液晶素子
９−１  第１の光学部品
９−２  第２の光学部品
１０，１０ａ  複屈折基板
１１，１１ｂ  回転手段
１１ａ  複屈折基板回転手段（モータ）
１１ｃ  λ／２波長板回転手段
１１ｄ  旋光子駆動部
１１ｅ  ドライバ
１２ａ  ギヤ
１２ｂ  ウォームギヤ
１５  光ピックアップ
【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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