(57)【要約】【課題】  応答時間の短縮化と共に、コンパクト化が可能であり、かつ、光ピックアップの部品点数削減及び厚みの減少につながるような収差補償光学素子を実現する。【解決手段】  収差補償光学素子１は、一対の透光性基板２と透光性基板１１との間に、位相変化層であるホモジニアス配向された液晶層６を有している。液晶層６は一対の電極３と電極１０とに挟持されており、これら電極３・１０に印加される電圧に基づいて液晶層６が制御され、光束の収差を補償する。液晶層６を挟持する一対の電極３・１０のうちの一方の電極１０が、反射電極となっている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置された一対の電極間に位相変化層が配されてなる補償ユニットを一つ或いは複数積層して有し、各補償ユニットにおける一対の電極に加える電圧に基づいて上記位相変化層を通過する光の位相を制御して収差を補償する収差補償光学素子であって、
上記補償ユニットが１つである場合は該ユニットにおける一方の電極が光を反射する反射電極であり、上記補償ユニットが複数である場合はそのうちの最端に位置する補償ユニットにおける他の補償ユニットが積層されている側とは反対側の電極が光を反射する反射電極であることを特徴とする収差補償光学素子。
【請求項２】
１つ或いは複数の補償ユニットにおける各位相変化層が液晶材料からなる液晶層であり、各液晶層の配向状態はホモジニアス配向であることを特徴とする請求項１に記載の収差補償光学素子。
【請求項３】
光源と対物レンズと光検出器とを少なくとも備え、上記光源からの光を対物レンズを介して光記録媒体に照射し、該光記録媒体からの反射光を上記対物レンズを介して上記光検出器に導く光ピックアップであって、
上記光源から上記対物レンズを介して上記光検出器に至る光路上に、請求項１又は２に記載の収差補償光学素子が配置されていることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項４】
上記収差補償光学素子が光軸に対して略４５°傾斜して配置されていることを特徴とする請求項３に記載の光ピックアップ。
【請求項５】
上記光源から上記対物レンズに至る入射光の光路と、上記対物レンズから上記光検出器に至る反射光の光路とにそれぞれ上記収差補償光学素子が１つずつ配され、かつ、入射光の光路に配された上記収差補償光学素子と上記対物レンズとの間に入射光と反射光とで直線偏光の偏光方向を９０°切り換える偏光方向切換手段が備えられていることを特徴とする請求項３又は４に記載の光ピックアップ。
【請求項６】
請求項２に記載の収差補償光学素子が、１つ或いは複数ある各補償ユニットにおける液晶層の液晶分子配向面と、該収差補償光学素子へ入射する光束の偏光方向とが平行かつ光軸と配向面が平行となるように配置されていることを特徴とする請求項３〜５の何れかに記載の光ピックアップ。
【請求項７】
対向配置された一対の電極間に位相変化層が配されてなる補償ユニットを一つ或いは複数積層して有し、各補償ユニットにおける一対の電極に加える電圧に基づいて上記位相変化層を通過する光の位相を制御して収差を補償する収差補償光学素子であって、
上記した１つ或いは複数の補償ユニットを１単位とする補償部が複数、直線偏光の偏光方向を９０°回転する複屈折率材料層を介して積層され、そのうちの最端に位置する補償部における１つ或いは複数ある補償ユニットのうち、補償ユニットが１つである場合は複屈折率材料層とは反対側の電極が光を反射する反射電極であり、上記補償ユニットが複数である場合はそのうちの最端に位置する補償ユニットの複屈折率材料層とは反対側の電極が光を反射する反射電極であることを特徴とする収差補償光学素子。
【請求項８】
各補償ユニットにおける各位相変化層が液晶材料からなる液晶層であり、各液晶層の配向状態はホモジニアス配向であることを特徴とする請求項７に記載の収差補償光学素子。
【請求項９】
光源と対物レンズと光検出器とを少なくとも備え、上記光源からの光を対物レンズを介して光記録媒体に照射し、該光記録媒体からの反射光を上記対物レンズを介して上記光検出器に導く光ピックアップであって、
上記光源から上記対物レンズに至る入射光の光路と、上記対物レンズから上記光検出器に至る反射光の光路とにおける共通の光路に、請求項７又は８に記載の収差補償光学素子が１つ配置され、かつ、上記収差補償光学素子と上記対物レンズとの間に、入射光と反射光とで直線偏光の偏光方向を９０°切り換える偏光方向切換手段が備えられていることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１０】
上記収差補償光学素子が光軸に対して略４５°傾斜して配置されていることを特徴とする請求項９に記載の光ピックアップ。
【請求項１１】
請求項８に記載の収差補償光学素子が、各補償部に１つ或いは複数ある各補償ユニットにおける液晶層の液晶分子配向面と、該収差補償光学素子へ入射する光束の偏光方向とが平行かつ光軸と該液晶分子配向面が平行、もしくは該液晶分子配向面と、該収差補償光学素子へ入射する光束の偏光方向とが垂直となるように配置されることを特徴とする請求項９又は１０に記載の光ピックアップ。
【請求項１２】
上記対物レンズと上記収差補償光学素子とが一体駆動されることを特徴とする請求項９又は１０に記載の光ピックアップ。
【請求項１３】
上記偏光方向切換手段が、１／４波長板であることを特徴とする請求項５又は９に記載の光ピックアップ。
【請求項１４】
請求項３〜６、９〜１３の何れかに記載の光ピックアップを備えていることを特徴とする光記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスク記録再生装置等の光記録を利用した光記録装置に搭載される、光学系の光路中に生じた収差を補償するための収差補償光学素子、及びそれを用いた光ピックアップ、光記録装置に関するものである。なお、光記録装置には、光記録を用いて光記録媒体に対して主たる情報の記録のみを行う装置、再生のみを行う装置、或いは記録と再生との両方を行う装置を含んでいる。
【背景技術】
【０００２】
近年の高度情報化、情報通信、マルチメディア技術の発展によって、光ディスク等の光記録媒体の高密度化、大容量化の要求が高まっている。光記録媒体の記録密度の上限は、主に情報を記録または再生する光ビームのスポット径によって制限される。つまり、光スポット径を縮小すれば記録密度を向上できる。光源の波長をλ、光スポットを形成するための対物レンズの開口数をＮＡとすると、光スポット径はほぼλ／ＮＡで表される。したがって、スポット径を小さくするには、λを短くＮＡを高くすることが有効である。
【０００３】
一方、光記録媒体に対して情報を記録及び／又は再生する光情報処理装置の光ピックアップ光学系、及び光ディスクにおいて発生する収差は、上記ＮＡ及びλに依存し、ＮＡが高くλが短くなればなるほど発生量が大きくなる。そのため、近年の光記録媒体の高密度大容量化に伴い、収差を補償できる技術がますます要望されている。収差の中でも球面収差は、光記録媒体における基板の厚みであるＣＧ厚（光ディスクであればディスク基板の厚み）の変動時においてＮＡの４乗に比例して増大するため、他の収差に比べて影響が大きい。
【０００４】
このような球面収差を補償する技術として、例えば特許文献１〜３がある。これらの公報に記載の技術とは、液晶材料や電気光学材料からなり位相変化層を透明電極で挟んだ収差補償光学素子（収差補正素子、位相補正素子）を用いるものである。収差補償光学素子（以下、単に光学素子と略記する）は平行光束中に置いて使用され、光軸に対して垂直な面内に、電圧印加によって位相分布を生成し、平行光束に位相差を与えるものである。この位相分布は、光記録媒体への入射及び反射時において発生する収差をキャンセルできるような分布であり、分布の外形は電極への電圧印加方法あるいは電極のパターンによって決定される。
【０００５】
図１８は、特許文献１に記載された光学素子における電極構成の一例を、光軸方向に見た模式図である。光学素子の少なくとも一方の電極は、８２、８３、８４のメタル電極と、それぞれに給電するためのリード線８６、８７、８８と、図中、斜線部にて示すＩＴＯ膜で形成された連続した１枚の透明電極８５から構成されており、この電極に対向する形で、１枚の透明電極で構成された電極（図示せず）が配置され、両者の間に液晶材料が充填されている。尚、電極パターンの中心は光軸中心と一致している。
【０００６】
また、図１９の８９、９０は、この光学素子の電極間に電圧を印加した時に発生する位相分布を示している。発生する位相分布８９及び９０は、図のような分布であり、ＣＧ厚誤差によって生じる球面収差の位相分布をキャンセルする逆位相の分布である。
【０００７】
また、特許文献２には、特許文献１と同様に位相変化層に液晶を用い、図１７の８０、８１のような位相分布を光束に与える光学素子が提案されている。本光学素子を用いると、２枚組みレンズを用いた球面収差の補償のように、平面波であった光束が球面波に変換される作用があり、その球面波により球面収差がキャンセルされる。
【０００８】
一方、今後の高密度大容量の光記録媒体には、更なる記録層（凹凸にて情報が記録されている記録面も含む）の多層化や高速記録再生が考えられる。記録層の多層化により、補償すべき球面収差量は増大し、また、高速記録再生では収差量の変動が高速化する。
【０００９】
まず、多層化による収差量の増大へ対応するには、発生させる位相分布の最大位相差量を大きくする必要がある。これに伴い、液晶からなり位相変化層では、液晶層が厚くなる。しかしながら、補償に要する時間を応答時間とし、それを電圧印加前の位相分布が無い状態から所望の分布が得られるまでの時間とするとき、一般的に応答時間は液晶層の厚みの２乗に比例して増加するため、補償すべき収差量が更に大きくなると、応答時間は更に長くなってしまう。また、高速記録再生への対応では、従来よりもさらに高速に位相分布を生成できるように応答時間を短縮する必要がある。
【００１０】
高速に位相分布を生成する技術として、特許文献３には、位相変化層に電気光学材料を用い、交互に透明電極層と電気光学材料層とを積層し、透明電極層は同心円状の場所により電極として機能する部分の数が異なるようにすることにより、電気光学材料の屈折率を変化させ、高速に収差補償を実現する技術が公開されている。
【００１１】
さらに、光記録媒体の今後の高密度大容量化を実現し、実用化を推し進めていくためには、部品点数の軽減やコンパクト化も必要である。上記した特許文献１〜３に記載の光学素子は、従来までの２枚組みレンズを使用する収差補償機構と置き換えることによって、コンパクトさを実現している。
【特許文献１】特開２００１−１４３３０３号公報（２００１年５月２５日公開）
【特許文献２】特開２００２−１０９７７６号公報（２００２年４月１２日公開）
【特許文献３】特開２０００−２９２７５５号公報（２０００年１０月２０日公開）
【特許文献４】特開昭５９−４９５０８号公報
【特許文献５】特開昭６３−３１２９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記した特許文献１〜３に記載されている光学素子でも、今後の光記録媒体の高密度大容量化を実現し、実用化を推し進めていくためには、応答時間の短縮化や、コンパクト化、並びに光ピックアップにおける部品点数の軽減及び光ピックアップ自体のコンパクト化といった点において充分ではない。
【００１３】
例えば、特許文献１，２の光学素子は、光（光束）を透過させる透過型である。したがって、光は光学素子を１回通るにあたり、光学素子にある位相変化層を１回しか経由しない。そのため、位相変化層の利用が充分であるとは言えず、位相変化層に求められる位相分布の最大位相差量をさらに小さくし、さらなる応答時間の短縮や、コンパクト化を行い得る余地を有している。
【００１４】
また、特許文献３に記載の多層の電気光学材料を用いる手法も同様で、これにおいても透過型であるため、光は光学素子を１回通るにあたり、光学素子にある多層の位相変化層を１回しか経由しない。したがって、位相変化層を多層化すると共に電気光学材料を用いることで、特許文献１，２に比べて応答時間の短縮は可能であるもの、今後の光記録媒体の高密度大容量化を実現するには、電気光学材料の層数（位相変化層数）を増やすだけでなく各位相変化層の厚みを厚くする必要があり、結果として光学素子が厚くなるという課題がある。
【００１５】
また、特許文献１〜３の光学素子は、従来までの２枚組みレンズを使用する収差補償機構との置き換えによってコンパクトにはなるもの、光ピックアップにおける部品点数は変わらないといった課題がある。
【００１６】
また、特許文献１に記載の光学素子では、図１９のような位相分布を有し、位相分布の中心と対物レンズの中心が一致している時にのみ十分な補償効果を発揮するが、逆に両者の間に位置ズレが発生すると、コマ収差が主となる収差が発生する。その結果として対物レンズシフトによる信号劣化に繋がるといった課題もある。
【００１７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、第１の目的は、応答時間の短縮化と共に、コンパクト化、が可能であり、かつ、光ピックアップの部品点数削減及び厚みの減少につながるような収差補償光学素子を実現することにあり、第２の目的は、さらに対物レンズシフトによる信号劣化を抑え得る収差補償光学素子を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の第１の収差補償光学素子は、上記課題を解決するために、対向配置された一対の電極間に位相変化層が配されてなる補償ユニットを一つ或いは複数積層して有し、各補償ユニットにおける一対の電極に加える電圧に基づいて上記位相変化層を通過する光の位相を制御して収差を補償する収差補償光学素子であって、上記補償ユニットが１つである場合は、該ユニットにおける一方の電極が光を反射する反射電極であり、上記補償ユニットが複数である場合は、そのうちの最端に位置する補償ユニットにおける他の補償ユニットが積層されている側とは反対側の電極が光を反射する反射電極であることを特徴としている。
【００１９】
本発明の第１の収差補償光学素子は、上記構成に加えて、１つ或いは複数の補償ユニットにおける各位相変化層が液晶材料からなる液晶層であり、各液晶層の配向状態はホモジニアス配向であることを特徴とすることもできる。
【００２０】
本発明の第１の光ピックアップは、上記課題を解決するために、光源と対物レンズと光検出器とを少なくとも備え、上記光源からの光を対物レンズを介して光記録媒体に照射し、該光記録媒体からの反射光を上記対物レンズを介して上記光検出器に導く光ピックアップであって、上記光源から上記対物レンズを介して上記光検出器に至る光路上に、本発明の上記第１の収差補償光学素子が配置されていることを特徴としている。
【００２１】
本発明の上記第１の光ピックアップは、上記構成に加えて、上記収差補償光学素子が光軸に対して略４５°傾斜して配置されることを特徴とすることもできる。
【００２２】
本発明の上記第１の光ピックアップは、上記構成に加えて、上記光源から上記対物レンズに至る入射光の光路と、上記対物レンズから上記光検出器に至る反射光の光路とにそれぞれ上記収差補償光学素子が１つずつ配され、かつ、入射光の光路に配された上記第１の収差補償光学素子と上記対物レンズとの間に、入射光と反射光とで直線偏光の偏光方向を９０°切り換える偏光方向切換手段が備えられていることを特徴とすることもできる。
【００２３】
本発明の上記第１の光ピックアップは、上記構成に加えて、上記した位相変化層が液晶層からなる本発明の収差補償光学素子が、１つ或いは複数ある各補償ユニットにおける位相変化層の液晶分子の配向面と、該収差補償光学素子へ入射する光束の偏光方向とが平行となるように配置されていることを特徴とすることもできる。
【００２４】
本発明の第２の収差補償光学素子は、上記課題を解決するために、対向配置された一対の電極間に位相変化層が配されてなる補償ユニットを一つ或いは複数積層して有し、各補償ユニットにおける一対の電極に加える電圧に基づいて上記位相変化層を通過する光の位相を制御して収差を補償する収差補償光学素子であって、上記した１つ或いは複数の補償ユニットを１単位とする補償部が複数、直線偏光の偏光方向を９０°回転する複屈折率材料層を介して積層され、そのうちの最端に位置する補償部における１つ或いは複数ある補償ユニットのうち、補償ユニットが１つである場合は複屈折率材料層とは反対側の電極が光を反射する反射電極であり、上記補償ユニットが複数である場合はそのうちの最端に位置する補償ユニットの複屈折率材料層とは反対側の電極が光を反射する反射電極であることを特徴としている。
【００２５】
本発明の上記第２の収差補償光学素子は、上記構成に加えて、各補償ユニットにおける各位相変化層が液晶材料からなる液晶層であり、各液晶層の配向状態はホモジニアス配向であることを特徴とすることもできる。
【００２６】
本発明の第２の光ピックアップは、上記課題を解決するために、光源と対物レンズと光検出器とを少なくとも備え、上記光源からの光を対物レンズを介して光記録媒体に照射し、該光記録媒体からの反射光を上記対物レンズを介して上記光検出器に導く光ピックアップであって、上記光源から上記対物レンズに至る入射光の光路と、上記対物レンズから上記光検出器に至る反射光の光路とにおける共通の光路に、上記収差補償光学素子が１つ配置され、かつ、上記収差補償光学素子と上記対物レンズとの間に、入射光と反射光とで直線偏光の偏光方向を９０°切り換える偏光方向切換手段が備えられていることを特徴としている。
【００２７】
本発明の上記第２の光ピックアップは、上記構成に加えて、上記収差補償光学素子が光軸に対して略４５°傾斜して配置されることを特徴とすることもできる。
【００２８】
本発明の第２の光ピックアップは、上記構成に加えて、上記した位相変化層が液晶層からなる本発明の収差補償光学素子が、各補償部に１つ或いは複数ある各補償ユニットにおける位相変化層の液晶分子の配向面と、該収差補償光学素子へ入射する光束の偏光方向とが平行かつ光軸と配向面が平行、もしくは液晶分子の配向面と、該収差補償光学素子へ入射する光束の偏光方向とが垂直となるように配置されることを特徴としている。
【００２９】
本発明の第２の光ピックアップは、上記構成に加えて、上記対物レンズと上記収差補償光学素子とが一体駆動されることを特徴としている。
【００３０】
本発明の光記録装置は、上記課題を解決するために、上記した第１或いは第２の光ピックアップを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の第１の収差補償光学素子は、以上のように、補償ユニットが１つである場合は、該ユニットにおける一方の電極が光を反射する反射電極であり、補償ユニットが複数である場合は、そのうちの最端に位置する補償ユニットにおける他の補償ユニットが積層されている側とは反対側の電極が光を反射する反射電極であるので、以下のような効果を奏する。なお、ここで、隣接する補償ユニット間で電極を共有する構成としてもよい。
【００３２】
すなわち、収差補償光学素子では、補償ユニットを通る、正確にはその位相変化層を通る光束に、光路中で発生した収差を相殺するような位相差を与えることで収差を補償する。補償ユニットは多層化して積層することで、一層あたりの位相変化層に求められる位相分布の最大位相差量が小さくなるので、応答時間の短縮が可能となる。そのため、複数ユニットを積層配置することは有効である。しかしながら、補償ユニットを多層化することで応答時間の短縮は図れても、位相分布の最大位相差量をトータル的に上げるには、１層あたりの位相変化層の厚みが厚くなる。したがって、補償ユニットを多層化することによっても、今後の高密度記録化に対応するには、収差補償光学素子自体の厚み（素子厚）の増大が避けられない。
【００３３】
これに対し、上記構成によれば、補償ユニットを１つ備える単層構成であれば、該ユニットにおける一方の電極が反射電極となっているので、位相変化層（一層）を通って反射電極に至った光束は、該反射電極で反射され、再度この位相変化層を経由することとなる。また、補償ユニットを複数備える積層構成であれば、最端に位置する補償ユニットにおける他の補償ユニットが積層されている側とは反対側の電極が反射電極となっているので、積層された複数の補償ユニットにおける各位相変化層を通って反射電極に至った光束は、該反射電極で反射され、再度、積層された複数の補償ユニットにおける各位相変化層を経由することとなる。つまり、このような反射電極を用いた反射型の収差補償光学素子とすることで、該素子へ入射する光束が位相変化層を経由する回数は、同じ層数の従来の透過型の収差補償光学素子へ入射した場合の倍となる。
【００３４】
これにより、球面収差を補償するために一層の位相変化層に求められる位相分布の最大位相差量が、同じ層数の従来の透過型の収差補償光学素子よりも小さくなるので、位相分布の最大位相差量を従来の透過型の収差補償光学素子と同じとすれば、従来よりも応答時間を短縮して高速に収差補償を行うことが可能となると共に、素子厚を薄くすることができる。また、従来の透過型の収差補償光学素子と素子厚を同じとすると、従来よりもトータル的な位相分布の最大位相差量を大きくできると共に、応答時間の短縮が可能となる。
【００３５】
しかも、収差補償光学素子は光を反射するので、光ピックアップに組み込む際、ミラー部材として利用することも可能であり、光ピックアップにおける部材点数の削減が可能となり、コンパクト化が可能となる。
【００３６】
本発明の第１の収差補償光学素子は、以上のように、さらに、１つ或いは複数の補償ユニットにおける各位相変化層が液晶材料からなる液晶層であり、各液晶層の配向状態はホモジニアス配向であるので、このような位相変化層は、例えばホモジニアス配向された液晶層とすることで容易に実現できる。ホモジニアス配向された液晶層は、これを挟持する一対の電極に印加する電圧に基づいてその位相分布を変化させることで、液晶層を通る光束に対して収差を相殺するような位相差を与えることができる。液晶層が複数ある場合は、各々ホモジニアス配向された液晶層を、配向方向を全て等しくして積層すればよく、各補償部における液晶層の配向方向も全て等しくすればよい。
【００３７】
本発明の第１の光ピックアップは、以上のように、光源から対物レンズを介して光検出器に至る光路上に、本発明の上記第１の収差補償光学素子が配置されているので、既に説明したように、応答時間の短縮、コンパクト化が可能となり、また、このような収差補償光学素子を用いることで、記録媒体のさらなる高密度・光束記録に対応可能で、かつコンパクトな光ピックアップを得ることができる。
【００３８】
本発明の第１の光ピックアップは、以上のように、さらに、収差補償光学素子が光軸に対して略４５°傾斜して配置されるので、この収差補償光学素子が立ち上げミラーとしての機能も有するようになり、立ち上げミラーを省くことができる。その結果、光ピックアップの部品点数を削減することができ、光ピックアップのコンパクト化が可能となる。
【００３９】
本発明の第１の光ピックアップは、以上のように、さらに、光源から対物レンズに至る入射光の光路と、対物レンズから光検出器に至る反射光の光路とにそれぞれ収差補償光学素子が１つずつ配され、かつ、入射光の光路に配された第１の収差補償光学素子と上記対物レンズとの間に、入射光と反射光とで直線偏光の偏光方向を９０°切り換える偏光方向切換手段が備えられているので、往路、復路それぞれの光路において発生する収差を補償でき、良質な信号記録再生を行うことができる。
【００４０】
また、入射光の光路における対物レンズと収差補償光学素子との間に、例えば１／４波長板等で構成できる、入射光と反射光とで直線偏光の偏光方向を９０°切り換える偏光方向切換手段を備えているので、入射光の光路と反射光の光路とを一部共通化し、入射光の光束の収差を補償するための収差補償光学素子を反射光が通過したとしても、反射光は何の作用も受けずにこれを通過することとなり、往路と復路の光路を、入射光用の収差補償光学素子を通過した後で分岐することが可能となる。
【００４１】
本発明の第１の光ピックアップは、以上のように、さらに、上記した位相変化層が液晶層からなる本発明の収差補償光学素子が、１つ或いは複数ある各補償ユニットにおける位相変化層の液晶分子の配向面と、該収差補償光学素子へ入射する光束の偏光方向とが平行かつ光軸と配向面が平行となるように配置されているので、該収差補償光学素子を経由した光束の偏光の状態に変調をかけることなく、収差のみを補償することが可能となる。
【００４２】
本発明の第２の収差補償光学素子は、以上のように、１つ或いは複数の補償ユニットを１単位とする補償部が複数、直線偏光の偏光方向を９０°回転する複屈折率材料層を介して積層され、そのうちの最端に位置する補償部における１つ或いは複数ある補償ユニットのうち、補償ユニットが１つである場合は複屈折率材料層とは反対側の電極が光を反射する反射電極であり、上記補償ユニットが複数である場合はそのうちの最端に位置する補償ユニットの複屈折率材料層とは反対側の電極が光を反射する反射電極であるので、以下のような効果を奏する。なお、ここでも、隣接する補償ユニット間で電極を共有する構成としてもよい。
【００４３】
すなわち、既に第１の収差補償光学素子において説明したように、反射電極を設けて反射型の収差補償光学素子とすることで、該素子へ入射する光束が位相変化層を経由する回数は、同じ層数の従来の透過型の収差補償光学素子へ入射した場合の倍となる。これにより、一層の位相変化層に求められる位相分布の最大位相差量が、同じ層数の従来の透過型の収差補償光学素子よりも小さくなるので、トータル的な位相分布の最大位相差量を従来の透過型の収差補償光学素子と同じとすれば、応答時間を短縮して高速に収差補償を行うことが可能となると共に、収差補償光学素子の厚みを薄くすることができる。また、従来の透過型の収差補償光学素子と同じ厚みとすれば、トータル的な位相分布の最大位相差量を大きすると共に、応答時間の短縮が可能となる。
【００４４】
また、反射型の収差補償光学素子であるので、光ピックアップに組み込む際、ミラー部材として利用することも可能であり、光ピックアップにおける部材点数の削減が可能となり、コンパクト化が可能となる。
【００４５】
しかも、上記構成では、複数の補償部が直線偏光の偏光方向を９０°変更させる複屈折率材料層を介して積層されているので、本収差補償光学素子へ入射する光束の偏光の状態が、Ｓ偏光またはＰ偏光のどちらであっても、収差をキャンセルできるような位相変調を与えることができる。
【００４６】
したがって、例えば１／４波長板等と組み合わせることで、往路と復路とでそれぞれ発生する収差を１つの収差補償光学素子にて補償するといった使い方ができるようになり、同じ効果を得るに２枚の素子を必要とした第１の収差補償光学素子よりもさらに、光ピックアップの部品点数削減、コンパクト化を図ることができる。
【００４７】
本発明の上記第２の収差補償光学素子は、以上のように、さらに、各補償ユニットにおける各位相変化層が液晶材料からなる液晶層であり、各液晶層の配向状態はホモジニアス配向であるので、このような位相変化層は、例えばホモジニアス配向された液晶層とすることで容易に実現できる。液晶層が複数ある場合は、各々ホモジニアス配向された液晶層を、配向方向を全て等しくして積層すればよく、各補償部における液晶層の配向方向も全て等しくすればよい。
【００４８】
本発明の第２の光ピックアップは、以上のように、光源から対物レンズに至る入射光の光路と、対物レンズから光検出器に至る反射光の光路とにおける共通の光路に、収差補償光学素子が１つ配置され、かつ、収差補償光学素子と対物レンズとの間に、入射光と反射光とで直線偏光の偏光方向を９０°切り換える偏光方向切換手段が備えられている構成を具備しているので、記録媒体のさらなる高密度・光束記録に対応可能で、かつコンパクトな光ピックアップを得ることができる。しかも、第２の収差補償光学素子は、該素子へ入射する光束の偏光の状態が、Ｓ偏光またはＰ偏光のどちらであっても、収差をキャンセルできるような位相変調を与えることができるので、このように、往路と復路とで共通する構成に配置することで、往路と復路とでそれぞれ発生する収差を１つの収差補償光学素子にて補償することができる。
【００４９】
但し、その場合、入射光と反射光とで、収差補償光学素子を通過する際の直線偏光の偏光方向を９０°回転させておく必要があり、これによれば、収差補償光学素子と上記対物レンズとの間に１／４波長板等から構成できる、入射光と反射光とで直線偏光の偏光方向を９０°切り換える偏光方向切換手段が備えられている。これにより、入射光が反射光の光束の収差を補償するための補償部を通過した際に入射光は何の作用も受けず、同様に、反射光が入射光の光束の収差を補償するための補償部を通過した際にも、反射光は何の作用も受けずにこれを通過することとなる。
【００５０】
これにより、一枚の収差補償光学素子にて往路と復路とでそれぞれ発生する収差を補償することのできる光ピックアップを容易に実現することができる。
【００５１】
本発明の上記第２の光ピックアップは、以上のように、さらに、収差補償光学素子が光軸に対して略４５°傾斜して配置されるので、この収差補償光学素子が立ち上げミラーとしての機能も有するようになり、立ち上げミラーを省くことができる。その結果、光ピックアップの部品点数を削減することができ、光ピックアップのコンパクト化が可能となる。
【００５２】
本発明の第２の光ピックアップは、以上のように、さらに、上記した位相変化層が液晶層からなる本発明の収差補償光学素子が、各補償部に１つ或いは複数ある各補償ユニットにおける位相変化層の液晶分子の配向面と、該収差補償光学素子へ入射する光束の偏光方向とが平行かつ光軸と配向面が平行、もしくは液晶分子の配向面と、該収差補償光学素子へ入射する光束の偏光方向とが垂直となるように配置されるので、該収差補償光学素子を経由した光束の偏光の状態に変調をかけることなく、収差のみを補償することが可能となる。
【００５３】
本発明の第２の光ピックアップは、以上のように、さらに、対物レンズと収差補償光学素子とが一体駆動されるので、収差補償光学素子の生成する位相分布中心と対物レンズ中心とのズレが変化しなくなり、ズレの増大による収差の悪化を抑えることができ、対物レンズがシフトしても、良質な信号記録再生を行うことができる。
【００５４】
本発明の光記録装置は、以上のように、第１或いは第２の光ピックアップを備えているので、さらなる高速・高密度記録に対応可能な、よりコンパクト化された光記録装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
本発明にかかる実施の形態を、図面を用いて以下に説明する。
【００５６】
まず、第１の実施形態である収差補償光学素子（以下、光学素子）について説明する。図１は、第１の実施形態である光学素子１の断面図である。光学素子１は、ガラス等からなる互いに略平行に配された２枚の透光性基板２・１１とを有している。透光性基板２における透光性基板１１との対向面には、透明電極３、透光性絶縁層４、及び配向膜５がこの順に形成される一方、透光性基板１１における透光性基板２との対向面には、金属性の反射電極１０、透光性絶縁層９、及び配向膜８がこの順に形成されている。これら透光性基板２・１１は、封止樹脂７によって貼り合わされ、基板間に液晶層（位相変化層）６が封入されている。
【００５７】
上記液晶層６の液晶分子における傾きは、透明電極３及び反射電極１０より印加される電圧にて制御され、その配向状態は、配向膜５・８にて制御されている。透明電極３と反射電極１０とその間に挟持される液晶層６にて、補償ユニットが１つ形成されている。
【００５８】
図２は、光学素子１における電極の構成を示している。光学素子１は、透明電極３と反射電極１０との２つ電極を有するが、そのうちのどちらか一方の電極が、このような複合電極となっている。複合電極は、図中、斜線部で示す連続した面状電極１８と、この面状電極１８上に同心円状に配置された複数のメタル電極１２・１３・１４とからなる。複数のメタル電極１２・１３・１４には、それぞれに給電するためのリード線１５・１６・１７が形成されている。
【００５９】
例えば、透明電極３を図２に示すような複合電極で構成した場合、斜線部で示す連続した面状電極１８には、ＩＴＯ膜等の透光性導電膜が用いられ、対向する反射電極１０は、図示しないベタ電極で構成されることとなる。一方、透明電極３を図示しないベタ電極で構成した場合は、反射電極１０が、図２に示すような複合電極で構成され、この場合、面状電極１８は、抵抗率が前述のＩＴＯ膜と同程度で、かつ高反射率の導電材料で構成されることとなる。高反射率の導電材料としては、例えば、ＩＴＯ膜等の透光性導電膜に低抵抗率のＡｌやＡｌ合金、或いはＡｇ合金といった材料を蒸着させたもので構成できる。
【００６０】
また、後述するように、ここでは光学素子１はその表面を光軸に対して約４５°傾けて配置される。そのため、複合電極及びベタ電極の外形を楕円としており、同心円状に配置された上記メタル電極１２・１３・１４も楕円形となっている。ここで、楕円の長軸の長さをａ、短軸の長さをｂとした時、長軸の長さａ≒ｂ×√２となっている。そして、短軸の長さは、光束の有効径よりも大きく設定されている。これは、光学素子１を経由した後の光束が、後述する対物レンズに入射する際に、たとえ対物レンズが移動してその光軸がずれてしまっても（シフト発生時）、光束がけられないようにするためである。
【００６１】
そして、ここでは光学素子１の電極構成が球面収差を補償対象とする場合を想定しており、図１９に示した位相分布が光束に与えられるように、リード線１５・１６・１７を通じ、メタル電極１２・１３・１４に電圧を印加する。
【００６２】
次に、液晶層６中の液晶分子の配向について説明する。液晶層６は、均一に処理された配向膜５・８によって、層中の全ての液晶分子が配向処理されている。ここでは液晶層６中の液晶分子は、配向膜５・８に対し平行に、かつ同一方位に配列したホモジニアス配向となっている。液晶分子は、液層層６を挟持する透明電極３及び反射電極１０に電圧が印加されたときに傾く。この時、傾き角度によらず、液晶分子の長軸は、配向膜５・８によって決定される配向方向と透光性基板２・１１の法線とによって決まる面に常に平行である。以下、この面を配向面とする。
【００６３】
液晶分子が電圧印加によって傾く角度は、透明電極３と反射電極１０間の電圧に依存する。傾いた液晶分子の長軸と光軸との成す角度が大きくなるほど実効的な屈折率が大きくなるため、その結果入射光束に与える位相分布の最大位相差量が大きくなる。
【００６４】
また、収差を補償する手段として光学素子１を用いる場合、光学素子１へ入射する光束は直線偏光であり、補償の効果を得るには、偏光方向と液晶分子の配向面とは平行かつ光軸と配向面が平行でなければならない。この点について図３〜図６を用いて説明する。
【００６５】
図３〜図６は、光ピックアップ構成時に考えられ得る、液晶層６中の液晶分子１９の配向面と入射光束の偏光方向との関係について代表的なものを模式的に示したものである。入射光束は、直線偏光２０・９１・９２・９３であり、偏光方向としては光学素子１に対してｐ偏光もしくはｓ偏光となる場合を示している。各液晶層６には電圧が印加されており、液晶分子１９はホモジニアス配向の電圧未印加の状態から傾いている状態を示している。また、図中の光学素子１を経由するＬ直線は、光束の進む方向、すなわち光軸を示している。
【００６６】
図３では、直線偏光２０の偏光方向と配向面とが平行かつ光軸と配向面が平行である。図で４は、直線偏光の偏光方向と配向面とが直交し、かつ光軸と配向面が平行である。図５では、直線偏光９２の偏光方向と配向面とが平行でなく、かつ光軸と配向面が平行ではない。図６では、直線偏光９３の偏光方向と配向面とが平行であるが、光軸と配向面が平行ではない。
【００６７】
なお、図中の光学素子１は、図１の光学素子１を簡略化して示している。前述したように光学素子１は光軸に対して約４５°傾けて使用するため、直線Ｌにて示す光の進む方向と光学素子１の光が入射する面とは図のように４５°の角度をなすような関係にある。
【００６８】
これら図３〜図６において、入射光束の偏光方向と液晶層６における液晶分子の配向面との関係から、液晶層６を通過することにより位相差を与えるのは、図３、図５及び図６の場合である。
【００６９】
つまり、ここで言う位相差とは、光（光束）を構成する光線一つ一つの間にある位相差を意味する。光学素子１に印加する電圧は分布を持っているため、例えば図３の場合、直線Ｌにて記載している光線経路以外の光線（光学素子１上の別の場所を通る光線）が通る箇所の液晶分子１９は傾き角度は、図示した光線の通る箇所の液晶分子１９の傾き角度とは異なり、光線の感じる屈折率が異なる。これによって光線間に位相差が生じる。図５、図６もこれと同じで位相差が生じる。
【００７０】
これに対し、図４では、光学素子１上の場所によらず、光線の感じる屈折率は液晶分子１９の短軸のみとなる（入射光束（直線偏光）を液晶分子１９の長軸と短軸に分解して考えると、短軸成分のみで長軸成分はなく、液晶分子１９がどのように傾いていても短軸成分のみである）。そのため、図４では位相差は生じない。
【００７１】
次に、偏光の状態をみてみると、図５及び図６の場合には偏光の状態に変化が生じる。つまり、液晶分子１９のような楕円体の媒体を経由した後の光の偏光の状態は、前記楕円の長軸成分と短軸成分との位相差（互いに垂直な直線偏光成分の間の位相差）で決定される。長軸成分と短軸成分の間にπ／２（あるいはｎπ／２。ｎは奇数）の位相差がつけば光は円偏光に、０もしくはｍπ（ｍは整数）であれば直線偏光に、それら以外であれば楕円偏光になる。図３及び図４の場合は、入射光束（直線偏光）を液晶分子１９の長軸成分と短軸成分とに分解した際、偏光方向と配向面とが平行であるため、長軸成分のみで短軸成分はもたない。そのため、電圧を印加して液晶分子を傾けたとしても、その関係は守られ、長軸成分と短軸成分との位相差は０であり、偏光の状態は入射時の直線偏光のままに保持される。
【００７２】
これに対し、図５及び図６の場合、電圧無印加で液晶分子１９全体が寝ている状態では、入射光束（直線偏光）は短軸成分のみであるが、電圧が印加され液晶分子１９が立ち上がると、長軸成分も短軸成分も共にもつことになる。そのため、偏光の状態が変化する。
【００７３】
したがって、光学素子１としては、入射光束に位相差を与え得るとともに、偏光の状態に変化を生じない、入射光束の偏光方向と液晶の配向面とが同一面内に含まれる図３の様態を採ることが必要となる。
【００７４】
このような特徴を持つ光学素子１を、前述のような方向関係、つまり、図３に示す関係で用いると、入射光束は、光学素子１中の反射電極１０における１回の反射で、液晶層６を２回通過する。したがって、従来の２つの透明電極で液晶層を挟む光学素子（以下、透過型光学素子とする）に比較して、液晶層の厚みを１／２に低減できる。ここで、液晶の応答時間は厚みの２乗に比例して増大することを考慮すると、このように反射電極１０を用いる光学素子１（以下、必要に応じて透過型光学素子に対して反射型光学素子と称する場合もある）の使用に要する応答時間は、透過型光学素子でのそれの１／４程度となる。
【００７５】
次に、さらなる高速化を実現するために、複数の液晶層を用いた第２の実施形態である光学素子について説明する。
【００７６】
図７は、２層の液晶層を用いた本実施の形態である光学素子２１の断面図である。光学素子２１は、互いに略平行に配されたガラス等からなる３枚の透光性基板２３・３２・４１を有している。透光性基板２３における透光性基板３２との対向面には、第１の透明電極２４、第１の透光性絶縁層２５、及び第１の配向膜２６がこの順に形成される一方、透光性基板３２における透光性基板２３との対向面には、第１の透明電極３１、第１の透光性絶縁層３０、及び第１の配向膜２９がこの順に形成されている。これら透光性基板２３・３２は、封止樹脂２８によって貼り合わされ、基板間に第１の液晶層（位相変化層）２７が封入されている。また、上記透光性基板３２におけるもう一方の面である透光性基板４１との対向面には、第２の透明電極３３、第２の透光性絶縁層３４、及び第２の配向膜３５がこの順に形成される一方、透光性基板４１における透光性基板３２との対向面には、金属性の反射電極４０、第２の透光性絶縁層３９、及び第２の配向膜３８がこの順に形成されている。これら透光性基板３２・４１は、封止樹脂３７によって貼り合わされ、基板間に第２の液晶層（位相変化層）３８が封入されている。
【００７７】
第１の液晶層２７における液晶分子の傾きは、第１の透明電極２４・３１より印加される電圧にて制御され、その配向状態は、第１の配向膜２６・２９にて制御されている。同様に、第２の液晶層３６における液晶分子の傾きは、第２の透明電極３３と反射電極４０より印加される電圧にて制御され、その配向状態は、第２の配向膜３５・３８にて制御されている。
【００７８】
そして、第１の液晶層２７の液晶分子の傾きを制御する第１の透明電極２４・３１の少なくとも一方、及び、第２の液晶層３６の液晶分子の傾きを制御する第２の透明電極３３と反射電極４０のうちの少なくとも一方がそれぞれ、前述した複合電極（図２）となっている。また、第１の液晶層２７と第２の液晶層３６の厚みはほぼ同じであり、両層には並列に電圧が印加される。ここでは、第１の透明電極２４・３１と第１の液晶層２７で一つの補償ユニットが構成され、第２の透明電極３３と反射電極４０と第２の液晶層３６にて別の一つの補償ユニットが構成されている。
【００７９】
このような構成に対し、透光性基板２３側から入射する光束は、反射電極４０での１回の反射で、第１の及び第２の液層層２７・３６を往路と復路とで２回ずつ通過し、合計４回経由することとなる。ここで、第１の液晶層２７の厚みと第２の液晶層３６の厚みの和を前述の図１の光学素子１における液晶層６の厚みと同じとすると、第１の及び第２の液晶層２７・３６の各厚みを、図１の場合に比して１／２にすることができ、応答時間の短縮が可能である。
【００８０】
また、ここでは第１の及び第２の液晶層２７・３６を有する２層構造の光学素子２１を例示したが、液晶層を３層以上とすることももちろん可能である。要するに、２層以上の液晶層を構成するには、液晶層とそれを挟持する２つの透明電極を１補償ユニットとしてそれを数個積層し、最後の補償ユニットにおける光学素子表面に近い方の電極を反射電極とし、それと対向する電極を透明電極とすればよい。そして、各ユニットにおける対を成す透明電極或いは反射電極のうちの少なくとも一方を、上記した複合電極とする。このような構成により、液晶層１層当たりに求められる位相分布の最大位相差量が小さくなり、結果として高速の収差補償が実現できる。
【００８１】
また、光学素子２１についても光学素子１と同様に、光軸に対して約４５°傾けて配置する構成とすることが好ましく、このように、構成することにより、光ピックアップの構成時に、通常は別部材にて構成される立ち上げミラーとしても使用できるため、光学系に必要な部品点数の削減に繋がる。
【００８２】
また、光学素子１・２１の配置方法として、光学素子１・２１における反射電極１０・４０と光軸のなす角度が約４５°である場合においても、入射光束に位相差が与えられるため、前述と同様の収差補償効果が得られるものとする。
【００８３】
また、光軸に対して約４５°傾けて配置された光学素子１・２１においては、光学素子１・２１への入射光束と光学素子１・２１からの反射光束との位置ズレが発生する。これを回避するためには、光が透過する透光性基板２・２３・３２の厚みを薄くする、或いは液晶層６・２７・３６を構成する液晶材料として、できるだけ高屈折率のものを選べばよい。
【００８４】
前者によって、光学素子１・２１中における光路長が短くなり、また後者によっては液晶層６・２７・３６への屈折角が０に近づくため、いずれも結果として位置ズレ量が軽減される。
【００８５】
なお、上では述べなかったが、このことからもわかるように、反射電極が形成される基板に対向して配される基板は必ず透光性である必要があるが、反射電極が形成される側の基板（例えば光学素子１では透光性基板１１、光学素子２１では透光性基板４１が相当する）は、必ずしも透光性である必要はない。
【００８６】
また、光学素子２１において採用しているように、液晶層を２層以上とするにおいては、液晶層を挟持する透光性基板を共有することが好ましい。つまり、光学素子２１では、第１の液晶層２７と第２の液晶層３６とを挟持する基板として、透光性基板３２を共有している。このような構成とすることで、各液晶層が各々独自の透光性基板を有する構成、つまりこの場合であれば、合計４枚の透光性基板を有する構成と比して、光学素子２１の厚みを薄くかつ軽量にすることが可能となるだけでなく、光が入射する面から反射電極４０までの距離を短くできるので、光軸に対して約４５°傾けた構成で使用する場合の上記した位置ずれを効果的に抑えることができる。
【００８７】
また、光学素子１・２１は光軸に対して４５°以外の配置であっても良く、例えば垂直に用いることも可能である。但し、その際は、光学素子１・２１における透明電極３・２４・３１・３３及び反射電極１０・４０のうちの複合電極として構成されるものは、図２のような楕円パターンの複合電極ではなく、図１８のような同心円パターンの複合電極に構成される。
【００８８】
また、光学素子１・２１の表面反射が迷光となり信号品質の劣化に繋がることが考えられるが、光学素子１・２１の光が入射する面となる透光性基板２・２３の表面に多層膜蒸着によって反射防止膜をコーティングすれば、その影響を軽減できる。
【００８９】
次に、上記した光学素子１（或いは光学素子２１）を組み込んでなる、第３の実施形態である光ピックアップ光学系について説明する。
【００９０】
図８は、光学素子１を、第１の光学素子４６及び第２の光学素子４９として組み込んだ光記録再生装置の光ピックアップ光学系を示している。ここで、光源である半導体レーザ４２ら光ディスク（光記録媒体）５４の記録面までを往路、該記録面から光検出器５１までを復路とする。
【００９１】
まず、往路では、半導体レーザ４２から出射された光束は、コリメータレンズ４３によって平行光束にされ、ビーム整形プリズム４４によって整形された後、偏光ビームスプリッタ４５に入射し、反射されて光路を９０°変更する。この時、偏光ビームスプリッタ４５に入射する光束の偏光の状態は直線偏光であり、その方向は図中のｚ軸に平行である。
【００９２】
その後、第１の光学素子４６に約４５°の入射角で入射し、９０°立ち上げられる（立ち上げ箇所周辺は図８において点線部に相当し、具体的な構成は、図９にて示している）。この時、第１の光学素子４６に入射する光束の偏光方向はz軸に平行である。その後、光束は１／４波長板４７を経て円偏光となり、対物レンズ４８によって光ディスク５４の記録面上に集光される。
【００９３】
復路では、光ディスク５４からの反射光が、１／４波長板（偏光方向切換手段）４７を経て、往路から９０°回転した直線偏光となり、第１の光学素子４６を経る。その後、光束は偏光方向がｘ軸に平行な状態で偏光ビームスプリッタ４５に対して入射し、透過した後、第２の光学素子４９に約４５°の入射角で入射し、光路を９０°変更する。この時、光学素子４９に入射する光束の偏光方向はｘ軸に平行である。
【００９４】
その後、光束は集光レンズ５０によって光検出器５１上に集光され、信号が検出される。また、球面収差量は，光検出器５１にて検出された信号より、収差検出回路５２にて換算し、液晶駆動回路５３がその信号に基づいて第１の及び第２の光学素子４６・４９を駆動する。球面収差を検出するためには、光ディスク５４上のピットの有無に応じた信号の振幅を観測しても良いし、別途球面収差を検出できるような受光部配置にしてもよい。
【００９５】
この光ピックアップ光学系では、上記した光学素子１、光学素子２１或いは３層以上の液晶層を有する光学素子を２つ用いることにより、往路と復路で発生する両収差を補償できる配置となっている。すなわち、往路における光束の偏光方向は、図３中ｚ’方向であり、それと液晶分子の配向面は図３のような関係を満足している。よって、往路の光束は第１の光学素子４６によってのみ位相差を受ける。
【００９６】
また、復路における光束は、図４のようにその偏光方向が第１の光学素子４６の配向面と垂直な関係にあるため、位相差を受けず、偏光ビームスプリッタ４５で反射された後、第２の光学素子４９に入射する。この時、第２の光学素子４９への入射光束の偏光方向と第２の光学素子４９の配向面は、図３のような関係を満足している。よって、復路における光束は第２の光学素子４９によってのみ位相差を受ける。
【００９７】
また、第１の及び第２の光学素子４６・４９を、光ピックアップ光学系に組み込む際、各光学素子４６・４９に発生させる位相分布は図１７の位相分布でもよい。この場合は、対物レンズシフトによる位相分布中心と対物レンズ中心との位置ズレを考慮する必要がない。
【００９８】
次に、複合電極をなす電極が円形の同心円パターンとなっている以外は光学素子１、光学素子２１、或いは３層以上の液晶層を有する光学素子と同じ構成を有する光学素子を組み込んでなる、第４の実施形態である光ピックアップ光学系について説明する。なお、説明の便宜上、第３の実施形態で用いた部材と同じ機能を有する部材には同じ符号を付して説明を省略する。
【００９９】
図１０は、上記した複合電極の形状以外は光学素子１、或いは光学素子２１、或いは３層以上の液晶層を有する光学素子と同じ構成を有する光学素子を、第１の光学素子１００及び第２の光学素子１０１として組み込んだ光記録再生装置の光ピックアップ光学系を示している。ここで、光源である半導体レーザ４２ら光ディスク（光記録媒体）５４の記録面までを往路、該記録面から光検出器５１までを復路とする。
【０１００】
まず、往路では、半導体レーザ４２から出射された光束は、コリメートレンズ４３によって平行光束にされ、整形プリズム４４によって整形された後、第１のハーフミラー１０３（透過５０％，反射５０％）に入射する。第１のハーフミラー１０３で反射した光は、第１の光学素子１００に約９０°の入射角で入射し、光路を１８０°変更して、再度第１のハーフミラー１０３に入射する。第１のハーフミラー１０３に再度入射した光のうち、透過光は偏光ビームスプリッタ４５に入射し、ここで１００％反射して４５°ミラー１０４に入射し、９０°立ち上げられる。その後、１／４波長板４７に入射し、直線偏光から円偏光に変換され、対物レンズ４８によって光ディスク５４の記録面上に集光される。
【０１０１】
復路では、光ディスク５４から反射した光は、再度対物レンズ４８に入射し、１／４波長板４７に入射し、円偏光から直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ４５に入射し、これを１００％透過して第２のハーフミラー１０２に入射する。第２のハーフミラーに入射した光のうち、透過光は第２の光学素子１０１に約９０°の入射角で入射し、光路を１８０°変更して再度第２のハーフミラー１０２に入射する。再度第２のハーフミラー１０２に入射した光のうち、第２の光学素子１０１からの反射光は集光レンズ５０によって光検出器５１上に集光され、信号が検出される。
【０１０２】
この光ピックアップ光学系でも、上記した光学素子を２つ用いることにより、往路と復路で発生する両収差を補償できる配置となっている。すなわち、往路における光束の偏光方向は、図３中ｚ’方向であり、それと液晶分子の配向面は図３のような関係を満足している。よって、往路の光束は第１の光学素子１００によってのみ位相差を受ける。また、復路における光束は、図４のようにその偏光方向が第１の光学素子１００の配向面と垂直な関係にあるため、位相差を受けず、偏光ビームスプリッタ４５で反射された後、第２の光学素子１０１に入射する。この時、第２の光学素子１０１への入射光束の偏光方向と第２の光学素子１０１の配向面は、図３のような関係を満足している。よって、復路における光束は第２の光学素子１０１によってのみ位相差を受ける。
但し、この場合、図３、図４において、光学素子は光軸に対して９０°の角度を成して配置されている。
【０１０３】
また、第１の及び第２の光学素子１００・１０１を、光ピックアップ光学系に組み込む際、各光学素子１００・１０１に発生させる位相分布は図１７の位相分布でもよい。この場合は、対物レンズシフトによる位相分布中心と対物レンズ中心との位置ズレを考慮する必要がない。
【０１０４】
次に、往路と復路用の補償を１つの光学素子によって実現し得る第５の実施形態である光学素子について説明する。
【０１０５】
図１１は、往路と復路用の補償を１つの光学素子によって実現し得る第５の実施形態である光学素子５５の断面図である。光学素子５５は、互いに略平行に配されたガラス等からなる４枚の透光性基板５７・６６・６８・７７を有している。透光性基板５７における透光性基板６６との対向面には、第１の透明電極５８、第１の透光性絶縁層５９、及び第１の配向膜６０がこの順に形成される一方、透光性基板６６における透光性基板５７との対向面には、第１の透明電極６５、第１の透光性絶縁層６４、及び第１の配向膜６３がこの順に形成されている。これら透光性基板５７・６６は、封止樹脂６２によって貼り合わされ、基板間に第１の液晶層（位相変化層）２７が封入されている。
【０１０６】
また、透光性基板６８における透光性基板７７との対向面には、第２の透明電極６９、第２の透光性絶縁層７０、及び第２の配向膜７１がこの順に形成される一方、透光性基板７７における透光性基板６８との対向面には、金属性の反射電極７６、第２の透光性絶縁層７５、及び第２の配向膜７４がこの順に形成されている。これら透光性基板６８・７７は、封止樹脂７３によって貼り合わされ、基板間に第２の液晶層（位相変化層）７２が封入されている。
【０１０７】
第１の液晶層６１における液晶分子の傾きは、第１の透明電極５８・６５より印加される電圧にて制御され、その配向状態は、第１の配向膜６０・６３にて制御されている。同様に、第２の液晶層７２における液晶分子の傾きは、第２の透明電極６９と反射電極７６より印加される電圧にて制御され、その配向状態は、第２の配向膜７１・７４にて制御されている。
【０１０８】
そして、第１の液晶層６１の液晶分子の傾きを制御する第１の透明電極５８・６５の少なくとも一方、及び、第２の液晶層７２の液晶分子の傾きを制御する第２の透明電極６９と反射電極７６のうちの少なくとも一方がそれぞれ、前述した複合電極（図２）となっている。
【０１０９】
ここでは、第１の透明電極５８・６５と第１の液晶層６１にて一つの補償ユニットからなる一つの補償部が構成され、第２の透明電極６９と反射電極７６と第２の液晶層７２にて一つの補償ユニットからなる別の一つの補償部が構成されている。
【０１１０】
そして、第１の液晶層６１を挟持する一方側の基板である透光性基板６６と、第２の液晶層７２を挟持する一方側の基板である透光性基板６８とは、複屈折材料層６７を介して積層されている。複屈折材料層６７に用いられる材料は、例えば水晶や方解石、あるいは高分子フィルムを延伸して分子配向させたもの、また、特許文献４、５に記載されているような五酸化タンタルや三酸化タングステン等を斜め蒸着によって形成した薄膜や、誘電体薄膜が該当する。尚、いずれの場合にせよ、図１２のように複屈折率材料の結晶軸９４と光束の偏光方向９５とが成す角度は、４５°に設定されている。また、複屈折材料層６７の層厚は、複屈折材料層６７が１／２波長板として作用するように設定されている。
【０１１１】
第１の及び第２の液晶層６１・７２は、同一方向に配向したホモジニアス配向となっており、電圧印加により液晶分子１９は同一の面内上で傾く。なお、ここでは、第１の及び第２の液晶層６１・７２からなる２層構成を例示したが、往路と復路の収差を補償する各補償部は、第２の実施形態である光学素子２１において説明したように、往路補正箇所（＝液晶層６１）と復路補正箇所（＝液晶層６１）のそれぞれが複数ユニットで構成される素子構造としてもよく、そのようにすることで、応答時間の短縮が可能となる。
【０１１２】
次に、上記光学素子５５を光学系に組み込んだ第６の実施形態である光ピックアップ光学系について説明する。なお、説明の便宜上、第１の〜第５の実施形態で用いた部材と同じ機能を有する部材には同じ符号を付して説明を省略する。
【０１１３】
図１３は、上記光学素子５５を組み込んだ第６の実施形態である光記録再生装置の光ピックアップ光学系を示している。また、図１４に、光学素子５５周辺の詳細図を示す。光学系の構成としては両図のように、前述の図９に示した光学系における光学素子４６の位置に、光学素子５５を配置し、同図における光学素子４９を省略した構成となる。
【０１１４】
図８の構成と別構成となる点線部の構成（図１３）について説明する。まず往路では、ビーム整形プリズム４４によって整形された光束が偏光ビームスプリッタ４５に入射し、反射されて光路を９０°変更する。この時、偏光ビームスプリッタ４５に入射する光束の偏光の状態は直線偏光であり、その方向は図中のｚ軸と平行な方向である。
【０１１５】
その後、光学素子５５に約４５°の入射角で入射し、９０°立ち上げられる。この時、光学素子５５に入射する光束の偏光方向はｚ軸と平行である。その後、光束は１／４波長板４７を経て円偏光となり、対物レンズ４８によって光ディスク５４の記録面上に集光される。
【０１１６】
また、復路では光ディスク５４から反射された後、λ／４位相板４７を経て直線偏光に変換され、光学素子５５に入射する。この時、光学素子５５に入射する光束の偏光方向はｘ軸と平行である。
【０１１７】
ここで、光学素子５５の作用について説明する。図１５は、光束と光学素子５５中の液晶分子の配向面の関係を模式的に示したものである。それぞれの液晶層６１・７２には電圧が印加されており、液晶分子１９は未印加の状態から傾いている状態を示している。なお、図において、光学素子５５は図１１の光学素子５５を簡略化して示している。
【０１１８】
図中の光学素子５５を経由する直線Ｌは、光束の進む方向すなわち光軸を示している。往路においては、直線偏光７８が光学素子５５に入射し、その偏光方向は液晶分子の配向面と平行であり、かつ光軸は配向面と平行である。復路においては、直線偏光７９が光学素子５５に入射し、その偏光方向は液晶分子１９の配向面と直交する。
【０１１９】
往路における光束である直線偏光７８が光学素子５５に入射されると、第１の液晶層６１においてはその配向面が偏光方向と同じであるため、光束は位相差を受ける。その後、複屈折材料層６７を通過することによって、光軸に垂直な面上において９０°回転した偏光となり、第２の液晶層７２に入射する。第２の液晶層７２においては、光束の偏光方向と配向面が垂直となるため、光束は位相差を受けず、反射電極７６で反射し、複屈折材料層６７に再度入射する。そして、偏光方向をさらに９０°回転した後、第１の液晶層６１を再度経由する。この時光束の偏光方向と配向面とは平行となるため、光束は位相差を受ける。このように、往路の光束は第１の液晶層６１においてのみ位相差を受ける。
【０１２０】
復路についてはこれとは反対に、光学素子５５に入射する光束の偏光方向が往路の光束のそれから９０°回転していることにより、第２の液晶層７２においてのみ位相差を受ける。なお、説明は往路と同様であるので省略する。
【０１２１】
また、光学素子５５を光ピックアップ光学系に組み込む際、対物レンズシフト発生を考慮した構成としては、図１９の位相分布を発生させ得る電極構成を用いた光学素子５５を対物レンズ４８が搭載されたアクチュエータと一体化し、両者を一体駆動させるような構成を採ることが望ましい。或いは、図１７の位相分布を発生させ得る電極構成を用いた光学素子を、固定部に配置した構成でも良い。  また、先にも述べたが、往路復路それぞれを補償する第１の及び第２の液晶層６１・７２を多層（複数の補償ユニットから構成する）構造とすることにより、より高速な収差補償が可能となる。また、本実施形態でも、光学素子５５を図１３のような配置で用い、立ち上げミラーとして利用したことで、部品点数の削減が可能となっている。
【０１２２】
最後に、複合電極をなす電極が円形の同心円パターンとなっている以外は光学素子５５と同じ構成を有する光学素子１０７を組み込んでなる、第７の実施形態である光ピックアップ光学系について説明する。なお、説明の便宜上、第６の実施形態で用いた部材と同じ機能を有する部材には同じ符号を付して説明を省略する。
【０１２３】
図１６は、上記した複合電極の形状以外は光学素子５５と同じ構成を有する光学素子１０７を組み込んだ光記録装置の光ピックアップ光学系を示している。ここで、半導体レーザ４２ら光ディスク（光記録媒体）５４の記録面までを往路、該記録面から光検出器５１までを復路とする。
【０１２４】
ここでも、図１３の構成と別構成となる点線部の構成（図１６）について説明する。まず往路では、ビーム整形プリズム４４によって整形された光束が偏光ビームスプリッタ４５を経た光は、ハーフミラー１０６に入射する。入射した光のうちの透過光は光学素子１０５に入射し、１８０度光路を変え、再度ハーフミラー１０６に入射する。再度ハーフミラーに入射した光のうち反射光は４５°ミラー１０７に入射し、９０°立ち上げられる。その後、１／４波長板４７に入射し、直線偏光から円偏光に変換され、対物レンズ４８に入射し、光ディスク５４の記録面上に集光される。光ディスク５４から反射した光は再度対物レンズ４８に入射し、１／４波長板に入射し、円偏光から直線偏光に変換され、ハーフミラー１０６に入射する。入射したうちの反射光は再度反射型液晶素子１０５に入射し、１８０度光路を変え、再度ハーフミラー１０６に入射する。再度入射したうちの透過光は、偏光ビームスプリッタ４５に入射する。
【０１２５】
なお、上記した各実施形態では、位相分布を与える位相変化層に用いる媒体として液晶材料を想定してきたが、電圧印加によって電気光学効果を生じ、その結果実効的な屈折率を変化するものであれば、液晶材料以外であってもよい。例えばそのような媒体として、ニオブ酸リチウムやＰＬＺＴ（酸化鉛、ランタン、酸化ジルコニウム、酸化チタンを含むペロブスカイト構造の透明結晶体）等に代表される電気光学材料や有機非線形材料がある。
【０１２６】
また、上記した各実施形態では、液晶層を用いたいため、各補償ユニットは、独自にセル化して示したが、特許文献３に記載した構成のように、対向電極を積層してその間に位相変化層を設けて、隣接する補償ユニットにおける電極を共有する構成としてもよい。また、光学素子５５においては、複屈折率材料層６７を介して積層される補償部を、第１の液晶層６１と第２の液晶層７２の２部としたが、２部以上であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】本発明の第１の実施形態である収差補償光学素子の断面図である。
【図２】上記収差補償光学素子の電極パターンを示す説明図である。
【図３】上記収差補償光学素子が、収差補償として機能するために必要な液晶分子の配向面と入射光束の偏光方向との関係について示す模式図である。
【図４】上記収差補償光学素子が、収差補償として機能しない液晶分子の配向面と入射光束の偏光方向との関係について示す模式図である。
【図５】上記収差補償光学素子が、収差補償として機能しない液晶分子の配向面と入射光束の偏光方向との関係について示す模式図である。
【図６】上記収差補償光学素子が、収差補償として機能しない液晶分子の配向面と入射光束の偏光方向との関係について示す模式図である。
【図７】本発明の第２の実施形態である収差補償光学素子の断面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態である光ピックアップの光学系の構成図である。
【図９】図８の光学系における点線部内の詳細図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態である光ピックアップの光学系の構成図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態である収差補償光学素子の断面図である。
【図１２】図１１の収差補償光学素子における複屈折率材料層の結晶軸と光束の偏光方向とが成す角度を示す説明図である。
【図１３】本発明の第６の実施形態である光ピックアップの光学系の構成図である。
【図１４】図１３の光学系における点線部内の詳細図である。
【図１５】図１１の収差補償光学素子についての作用を示す模式図である。
【図１６】本発明の第７の実施形態である光ピックアップの光学系の構成図である。
【図１７】従来の収差補償光学素子が発生させる位相分布の一例を示す説明図である。
【図１８】他の従来の収差補償光学素子の電極パターンを示す模式図である
【図１９】図１８の収差補償光学素子が発生させる位相分布の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１２８】
１、２１、４６、４９、５５、１００、１０１、１０７  収差補償光学素子
６    液晶層（位相変化層）
３、２４、３１、３３、５８、６５、６９    透明電極（電極）
１０、４０、７６    反射電極
２７    第１の液晶層（位相変化層）
３６    第２の液晶層（位相変化層）
６１    第１の液晶層（位相変化層）
７１    第２の液晶層（位相変化層）
６７    複屈折率材料層
１９    液晶分子
４７  １／４波長板
４８  対物レンズ
５１  光検出器
５４  光ディスク（光記録媒体）
【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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