JP2004348053A - 球面収差補正素子及びそれを備えた光ピックアップ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】レンズの開口数（ＮＡ）が０．６を超える高ＮＡのレンズと、４００ｎｍ帯の短波長の光を用いた場合であっても、この光の波長の変化に起因する対物レンズの球面収差を補正することができ、ディスク自体の厚みのむら、あるいは光ディスクの保護膜の厚みのむら等に起因する対物レンズの球面収差を補正することができ、その結果、大容量の情報を高密度で記録・再生することができる球面収差補正素子及びそれを備えた光ピックアップ装置を提供する。
【解決手段】本発明の球面収差補正素子は、光Ｌの球面収差を補正する素子であり、光軸Ａｘ上に平凹レンズ２１及びホログラム素子２２を配置し、このホログラム素子２２を、光軸Ａｘに沿って移動自在かつ任意の位置に固定可能としたことを特徴とする。
【選択図】 図２
【解決手段】本発明の球面収差補正素子は、光Ｌの球面収差を補正する素子であり、光軸Ａｘ上に平凹レンズ２１及びホログラム素子２２を配置し、このホログラム素子２２を、光軸Ａｘに沿って移動自在かつ任意の位置に固定可能としたことを特徴とする。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光の球面収差を補正する球面収差補正素子及びそれを備えた光ピックアップ装置に関し、特に詳しくは、レンズの開口数（ＮＡ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）が０．６を超える高ＮＡのレンズと４００ｎｍ帯の短波長を用いて高密度の記録・再生を行う光情報記録・再生装置に用いて好適な球面収差補正素子及びそれを備えた光ピックアップ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＤＶＤ（ディジタル・ヴァーサタイル・ディスク）等の光ディスク（光情報記録媒体）、あるいは、より小型かつ薄厚の次世代光ディスクにおいては、レーザ光源として４０５ｎｍの波長の青紫色レーザダイオード（ＬＤ）を用い、このレーザ光を光ディスクの記録面に集光させるための対物レンズとしてＮＡが０．６を超える対物レンズを用いた光ピックアップ装置により、大容量の情報を記録・再生することが可能になっている。例えば、ＮＡが０．８５の対物レンズを用いた場合では、２０ＧＢ以上の大容量の情報の記録・再生が可能である。
ところで、このような光ピックアップ装置では、青紫色レーザダイオード（ＬＤ）の経時的な温度変化等により、出射されるレーザ光の発振波長に変化が生じ、この波長変化に伴い対物レンズに色収差（球面収差）が生じる。
また、この光ディスクでは、そのディスク自体の厚みのむら、光ディスクの記録面を覆っている保護膜の厚みのむら等によっても球面収差が生じる。
そこで、この球面収差を補正するために、例えば、次の様な光ピックアップ装置（１）〜（３）が提案されている。
【０００３】
（１）レーザダイオード（ＬＤ）からのレーザ光を平行光とするコリメートレンズと対物レンズとの間に、正レンズ群と負レンズ群を配置し、一方のレンズ群を他方のレンズ群に対して光軸方向に移動させることにより、対物レンズの球面収差を補正する（特許文献１参照）。
（２）レーザダイオード（ＬＤ）からのレーザ光を平行光とするコリメートレンズと対物レンズとの間に、凹レンズと単一ホログラムパターンを有するホログラム素子（回折光学素子）を一体化した補正素子を配置し、この補正素子により対物レンズの色収差（球面収差）を補正する（特許文献２参照）。
（３）レーザダイオード（ＬＤ）からのレーザ光を平行光とするコリメートレンズと対物レンズとの間に、１対の透明基板により液晶（異方性光学媒質）を挟持しかつ対向する給電部間に印加する電圧が給電部毎に異なる液晶補正素子（位相補正素子）を配置し、この液晶補正素子により対物レンズの球面収差を補正する（特許文献３参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１３１６０３号公報
【特許文献２】
特開２００１−２５６６７２号公報
【特許文献３】
特開２００１−１４３３０３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の光ピックアップ装置（１）では、対物レンズが単一モールドのレンズの場合には、レーザダイオード（ＬＤ）からのレーザ光の波長変動により生じる球面収差が非常に大きく、これらのレンズ群だけでは球面収差を補正しきれないという問題点があった。
また、従来の光ピックアップ装置（２）では、回折光学素子に単一ホログラムパターンを有するホログラム素子を用いているために、単一モールドの対物レンズの球面収差を、レーザダイオード（ＬＤ）の実使用波長帯域である４００〜４１５ｎｍの波長帯域全体に亘って補正しきれないという問題点があった。
【０００６】
また、従来の光ピックアップ装置（３）では、対物レンズの中心と液晶補正素子の中心との間の位置ずれによりコマ収差が生じる。この場合、このコマ収差を生じさせないためには、液晶補正素子を対物レンズを移動させるアクチュエータ内に設置する必要があるが、通常の装置では、この様な設置スペースが無く、この様な構成の液晶補正素子を用いることができないという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、レンズの開口数（ＮＡ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）が０．６を超える高ＮＡのレンズと、４００ｎｍ帯の短波長の光を用いた場合であっても、この光の波長の変化に起因する対物レンズの球面収差を補正することができ、さらには、ディスク自体の厚みのむら、あるいは光ディスクの記録面を覆っている保護膜の厚みのむら等に起因する対物レンズの球面収差を補正することができ、その結果、大容量の情報を高密度で記録・再生することを可能とする球面収差補正素子及びそれを備えた光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は次のような球面収差補正素子及びそれを備えた光ピックアップ装置を提供した。
すなわち、請求項１記載の球面収差補正素子は、光の球面収差を補正する素子であって、光軸上に平凹レンズ及び回折光学素子を配置し、これら平凹レンズ及び回折光学素子の少なくとも一方は、前記光軸に沿って移動自在かつ任意の位置に固定可能とされていることを特徴とする。
【０００９】
この球面収差補正素子では、前記光軸に沿って光が入射する場合に、平凹レンズ及び回折光学素子の少なくとも一方を前記光軸に沿って移動することにより、前記光軸に沿って入射した光が平凹レンズ及び回折光学素子を順次通過する間に、この光の初期の波長のばらつきに起因する球面収差を補正することが可能になる。
【００１０】
請求項２記載の球面収差補正素子は、請求項１記載の球面収差補正素子において、前記回折光学素子に、さらに光位相制御素子を備えてなることを特徴とする。
この球面収差補正素子では、前記回折光学素子に、さらに光位相制御素子を備えた構成としたことにより、光の初期の波長のばらつき、及び光の波長の経時変化に起因する球面収差を、この波長帯域全域に亘って補正することが可能になる。しかも、これらの素子は極めて小型でしかも構成が簡単であるから、球面収差補正素子全体が小型化される。
【００１１】
請求項３記載の球面収差補正素子は、請求項２記載の球面収差補正素子において、前記光位相制御素子は、一対の透明基板と、これらの透明基板に挟持された液晶と、これらの透明基板各々に形成された電極とを備えてなる液晶補正素子であることを特徴とする。
【００１２】
この球面収差補正素子では、光位相制御素子を、一対の透明基板と、これらの透明基板に挟持された液晶と、これらの透明基板各々に形成された電極とを備えてなる液晶補正素子としたことにより、電極に印加する電圧を制御することで、光の球面収差を波長帯域全域に亘って補正することが可能になる。しかも、この液晶補正素子は極めて小型で薄厚かつ構成が簡単であるから、球面収差補正素子全体がさらに小型化される。
【００１３】
請求項４記載の球面収差補正素子は、請求項３記載の球面収差補正素子において、前記一対の電極のうち一方の電極は、同心円状に配置された複数の電極部からなり、互いに隣接する前記電極部間の位相差は前記光の波長の整数倍であることを特徴とする。
【００１４】
この球面収差補正素子では、同心円状に配置された複数の電極部の互いに隣接する電極部間の位相差を、前記光の波長の整数倍としたことにより、これらの電極部と対向する電極との間に所定の電圧を印加することにより、複数の電極部各々の液晶により前記光の波長の整数倍分、位相がシフトすることになり、全体として（電極部の数−１）×波長の整数倍分、位相をシフトさせることになる。これにより、光の位相の変化量の最大値を低く抑えることが可能になり、素子の厚みの増加、必要な印加電圧の増大を抑えることが可能になる。
【００１５】
請求項５記載の球面収差補正素子は、請求項４記載の球面収差補正素子において、前記一方の電極の有効半径を１とし、この電極をＮ個（但し、Ｎは２以上の整数）の電極部に分割した場合に、中心部からＭ番目（但し、ＭはＮ以下の整数）の電極部の外周縁部までの半径Ｒを√（Ｍ／Ｎ）としたことを特徴とする。
【００１６】
この球面収差補正素子では、前記一方の電極の有効半径を１とし、この電極をＮ個（但し、Ｎは２以上の整数）の電極部に分割した場合に、中心部からＭ番目（但し、ＭはＮ以下の整数）の電極部の外周部までの半径Ｒを√（Ｍ／Ｎ）としたことにより、中心部からＭ番目の電極部の液晶により前記光の−波長分×Ｍだけ位相がシフトすることになり、素子全体として（電極部の数−１）×波長分、位相をシフトさせることになる。これにより、光の位相の変化量の最大値を低く抑えることが可能になり、素子の厚みの増加、必要な印加電圧の増大を抑えることが可能になる。
【００１７】
請求項６記載の球面収差補正素子は、請求項２ないし５のいずれか１項記載の球面収差補正素子において、前記光位相制御素子は、所定の偏光方向を有する第１の光位相制御素子と、該第１の光位相制御素子部の偏光方向と異なる偏光方向を有する第２の光位相制御素子とを備えてなることを特徴とする。
【００１８】
この球面収差補正素子では、前記光位相制御素子を、所定の偏光方向を有する第１の光位相制御素子と、該第１の光位相制御素子の偏光方向と異なる偏光方向を有する第２の光位相制御素子とを備えた構成とすることで、互いに異なる２つの方向の偏光を互いに独立に制御することが可能である。
【００１９】
請求項７記載の光ピックアップ装置は、発光素子と、該発光素子からの出射光を所定の径に絞り込み光情報記録媒体に集光させる対物レンズを含む光学系と、前記光情報記録媒体からの反射戻り光を検知する受光素子とを備えた光ピックアップ装置であって、前記光学系に請求項１ないし６のいずれか１項記載の球面収差補正素子を備えてなることを特徴とする。
【００２０】
この光ピックアップ装置では、光ピックアップの光学系に上記の球面収差補正素子を備えたことにより、光の初期の波長のばらつきに起因する球面収差や光の波長の経時的変化に起因する球面収差が補正され、この球面収差に起因する記録・再生時のエラーが低減される。これにより、大容量の情報を高密度で記録・再生することが可能になる。
【００２１】
請求項８記載の光ピックアップ装置は、請求項７記載の光ピックアップ装置において、前記球面収差補正素子は、前記回折光学素子と前記光位相制御素子を備え、前記光位相制御素子により前記発光素子からの出射光を発散または収束させて前記対物レンズの焦点距離をずらすことにより、前記対物レンズに球面収差を発生させ、この球面収差により前記対物レンズの球面収差を補正することを特徴とする。
【００２２】
この光ピックアップ装置では、前記光位相制御素子により前記出射光を発散または収束させて前記対物レンズの焦点距離をずらすことにより、前記対物レンズに球面収差を発生させ、この球面収差により前記対物レンズの球面収差を補正するので、前記光位相制御素子の中心と前記対物レンズの中心との間にずれが生じた場合であっても、コマ収差が発生する虞はない。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の球面収差補正素子及びそれを備えた光ピックアップ装置の各実施形態について、図面に基づき説明する。
なお、係る実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。
【００２４】
「第１の実施形態」
図１は本発明の第１の実施形態の光ピックアップ装置の要部を示す概略構成図であり、分離型光学系の例である。
図１において、符号１は、例えば、発光波長が４０８（±８）ｎｍの光Ｌを出射する半導体レーザ（ＬＤ：発光素子）、２は１／２波長（λ／２）板、３は回折格子、４はコリメートレンズ、５は偏光ビームスプリッタ、６は球面収差補正素子、７は１／４波長（λ／４）板、８はレンズの開口数（ＮＡ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）が０．６を超える高ＮＡ、例えば、ＮＡが０．８５の対物レンズ、９はコリメートレンズ、１０はホトダイオード（ＰＤ：受光素子）、１１は光ディスク（光情報記録媒体）である。
この光ディスク１１は、ディスク本体１２の記録面１２ａ上に、所定の厚みｔの保護膜１３が形成された構成である。
【００２５】
球面収差補正素子６は、半導体レーザ１と対物レンズ８との間の光軸上に設けられて、情報を光ディスク１１に記録・再生する際に使用環境による半導体レーザ１の発光波長の変化や経時変化等により生じる球面収差を補正するもので、平凹レンズ２１と、ホログラム素子（回折光学素子）２２とにより構成され、これら平凹レンズ２１及びホログラム素子２２間の距離を調整することで球面収差を補正するようになっている。
ホログラム素子２２は、原理的に非常に小さな負のアッベ数を有しているので、従来のビームエキスパンダ方式の球面収差補正素子では困難であった球面収差を補正することができる。
【００２６】
例えば、半導体レーザ１より出射される光Ｌの波長のばらつきに起因する球面収差を補正するには、図２に示すように、平凹レンズ２１を光軸Ａｘ上に固定するとともに、ホログラム素子２２を光軸Ａｘに沿って移動自在かつ光軸Ａｘ上の任意の位置に固定可能とし、このホログラム素子２２を平凹レンズ２１に対して進退させることにより、対物レンズ８における球面収差を消失させる。この球面収差が消失した時点でホログラム素子２２を接着剤等を用いて固定する。
このホログラム素子２２を平凹レンズ２１に対して進退させる替わりに、平凹レンズ２１をホログラム素子２２に対して進退させてもよい。
【００２７】
これにより、光Ｌの波長のばらつきに起因する球面収差は、ホログラム素子２２と平凹レンズ２１との距離Ｄを可変することにより補正される。したがって、光Ｌに波長のばらつきに起因する球面収差が生じた場合であっても、この球面収差補正素子６により光Ｌの波長のばらつき（±８ｎｍ）を吸収することができ、球面収差の無い光Ｌとして出射させることができる。
【００２８】
また、この球面収差補正素子６は、半導体レーザ１の経時変化による光Ｌの波長の変動に起因する球面収差も補正することができる。
例えば、環境の温度が４５℃上昇した場合、書き込みパワーである８０ｍＷ出力時の半導体レーザ１の波長の変動は、室温再生時での半導体レーザ１の波長に対して４ｎｍ程度であるから、光Ｌの波長の変動に起因する球面収差は、ホログラム素子２２と平凹レンズ２１との距離Ｄを保ったままで補正することができる。
また、この球面収差補正素子６は、光ディスク１１自体の厚みのむら、光ディスク１１の記録面を覆っている保護膜１３の厚みのむら等に起因する対物レンズ８の球面収差を補正することができる。
【００２９】
以上により、この球面収差補正素子６を用いることで、光Ｌの波長のばらつきに起因する球面収差や、半導体レーザ１の経時変化による光Ｌの波長の変動に起因する球面収差、さらには、光ディスク１１自体の厚みのむら、光ディスク１１の記録面を覆っている保護膜１３の厚みのむら等に起因する球面収差が補正され、球面収差の無い光Ｌとして出射させることが可能である。
しかも、この球面収差補正素子６は、平凹レンズ２１とホログラム素子２２を光軸Ａｘ上に配置した構成であるから、補正の操作が容易であり、しかも高精度の補正が可能である。
【００３０】
図３は、この球面収差補正素子６による球面収差の補正の一例を示す図であり、図中、Ａは４０３ｎｍの波長で球面収差が最小になるように補正した場合を、Ｂは４０７ｎｍの波長で球面収差が最小になるように補正した場合を、それぞれ示している。
この図によれば、球面収差の範囲は、実用に供されている光ピックアップ装置では、概ね０．０３以下であるから、この例により、レーザ光の初期の波長のばらつき、あるいは波長の経時的変化に起因する球面収差を、波長帯域全域に亘って補正できることが明らかになった。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態の光ピックアップ装置によれば、半導体レーザ１と対物レンズ８との間に、平凹レンズ２１とホログラム素子２２とからなる球面収差補正素子６を設けたので、４００ｎｍ帯の短波長の光を出射する半導体レーザ１と、ＮＡが０．６を超える高ＮＡのレンズを用いた対物レンズ８を用いた場合においても、平凹レンズ２１及びホログラム素子２２の少なくとも一方を光軸に沿って移動することにより、半導体レーザ１から出射する光Ｌの初期の波長のばらつきや波長の経時変化に起因する球面収差を補正することができる。
【００３２】
また、光ディスク１１自体の厚みのむら、光ディスク１１の記録面を覆っている保護膜１３の厚みのむら等に起因する球面収差を補正することができ、その結果、大容量の情報を高密度で記録・再生することができる。
また、この球面収差補正素子６は、光軸Ａｘ上に平凹レンズ２１とホログラム素子２２を配置した構成であるから、構成が簡単であり、複雑な駆動機構等も不要となり、光ピックアップ装置の小型化、コストダウンを図ることができる。
【００３３】
「第２の実施形態」
図４は本発明の第２の実施形態の光ピックアップ装置の球面収差補正素子を示す概略構成図であり、この球面収差補正素子３１が、第１の実施形態の球面収差補正素子６と異なる点は、第１の実施形態のホログラム素子２２を、ホログラム素子と液晶補正素子を一体化した補正素子３２に替えた点である。
この補正素子３２は、一対のガラス基板（透明基板）３３、３４と、これらガラス基板３３、３４に挟持される液晶３５とにより構成される液晶補正素子３６と、このガラス基板３３の対物レンズ側の主面に形成されたホログラム素子３７とにより構成されている。そして、ガラス基板３３、３４各々には、液晶３５に所定の電圧を印加するための平板状の電極３８、３９が形成されている。
【００３４】
この球面収差補正素子３１は、これら平凹レンズ２１及び補正素子３２間の距離Ｄを調整することで球面収差を補正するようになっている。
通常では、液晶補正素子は、図５に示すように、光学系に発生する球面収差を相殺するように、これと反対の球面収差、すなわち量が同じで符号が逆の球面収差を発生させる。図中、Ａはゼルニケ係数第４項（以下、Ｚ［４］と表記）のデフォーカス状の収差、Ｂはゼルニケ係数第９項（以下、Ｚ［９］と表記）のデフォーカス状の収差である。
なお、これらのゼルニケ係数は、規格化半径をｒ、係数をＡ４（第４項の場合）またはＡ９（第９項の場合）とすると、
Ｚ［４］＝Ａ４（２ｒ２−１）
Ｚ［９］＝Ａ９（６ｒ４−６ｒ２＋１）
と表すことができる。
【００３５】
球面収差発生により補正した場合、対物レンズの中心と液晶補正素子の中心との間にずれがあると、大きなコマ収差が発生し、場合によっては、相殺する球面収差よりも大きな球面収差が発生することがある。そこで、液晶補正素子によりデフォーカス状の収差を発生させ、このデフォーカス状の収差により平行光である半導体レーザからの出射光を発散（または収束）させて対物レンズの焦点距離をずらすことにより、この対物レンズに球面収差を発生させ、この球面収差により対物レンズの球面収差を補正することとする。
これにより、対物レンズの中心と液晶補正素子の中心との間にずれが生じた場合においても、コマ収差が発生する虞が無くなる。
【００３６】
上記の対物レンズの中心と液晶補正素子の中心との間のずれは、対物レンズがトラッキングにより光ディスクのラジアル方向にシフトされた場合に、この対物レンズの中心と液晶補正素子の中心とがラジアル方向にずれることに起因する。
例えば、光ディスクの偏心等に追従するためには、ラジアル方向へのシフト量は０．２ｍｍ程度必要である。
【００３７】
図６は、この球面収差補正素子３２により、光ディスクの厚みが変化した時に発生する球面収差を補正した時の一例を示す図である。光ディスクの厚みは０．１ｍｍが設計値であるが、厚みがこれと異なる場合には、球面収差が発生する。図中、Ａは対物レンズの中心と液晶補正素子の中心との間にずれが無い場合のＺ［４］の補正を、Ｂは対物レンズの中心と液晶補正素子の中心との間に０．２ｍｍのずれが生じている場合のＺ［４］の補正を、Ｃは対物レンズの中心と液晶補正素子の中心との間にずれが無い場合のＺ［９］の補正を、Ｄは対物レンズの中心と液晶補正素子の中心との間に０．２ｍｍのずれが生じている場合のＺ［９］の補正を、Ｅは補正が無い場合を、それぞれ示している。
【００３８】
この図によれば、Ｚ［４］の補正では、対物レンズの中心と液晶補正素子の中心との間にずれが生じた場合であっても、コマ収差が発生することは無く、補正が無い場合と比べて波面収差が低く抑えられていることが分かる。
また、Ｚ［９］の補正では、対物レンズの中心と液晶補正素子の中心との間にずれが生じない場合に、コマ収差が発生せず、Ｚ［４］の補正と比べても波面収差が低く抑えられていることが分かる。
ところが、Ｚ［９］の補正で、対物レンズの中心と液晶補正素子の中心との間にずれが生じた場合には、大きなコマ収差が発生し、補正が無い場合の波面収差よりも大きな波面収差が発生することが分かる。
【００３９】
本実施形態の光ピックアップ装置においても、第１の実施形態の光ピックアップ装置と同様の効果を奏することができる。
しかも、第１の実施形態のホログラム素子２２を、ホログラム素子と液晶補正素子を一体化した補正素子３２に替えたので、対物レンズの中心と液晶補正素子の中心との間にずれが生じた場合であっても、コマ収差の発生を防止し、波面収差を低く抑えることができる。
【００４０】
「第３の実施形態」
図７は本発明の第３の実施形態の光ピックアップ装置の球面収差補正素子を示す概略構成図であり、この球面収差補正素子４１が、第２の実施形態の球面収差補正素子３１と異なる点は、第２の実施形態の補正素子３２に、さらに液晶補正素子３６Ｂを加え、補正素子３２中の液晶補正素子３６が作用する偏光方向と液晶補正素子３６Ｂが作用する偏光方向が互いに異なる様に、液晶補正素子３６及び液晶補正素子３６Ｂを光軸Ａｘ上に配置した点である。
【００４１】
ここでは、液晶補正素子３６の液晶３５の配向方向を光ディスク（光情報記録媒体）に入射する光の偏光方向に、液晶補正素子３６Ｂの液晶３５の配向方向を光ディスクからの反射戻り光の偏光方向に、それぞれ合わせる。したがって、液晶補正素子３６の液晶３５の配向方向と液晶補正素子３６Ｂの液晶３５の配向方向とは、９０°異なることとなる。これらの液晶３５では、電圧のＯＮ／ＯＦＦ状態で屈折率が変化するので、電圧をＯＮ状態またはＯＦＦ状態とすることで、透過光の位相分布を変化させることができる。したがって、透過光の位相分布を変化させることで、その球面収差を補正することができる。
【００４２】
例えば、光ディスクに入射する光は、補正素子３２に入射した後、液晶補正素子３６の液晶３５により直線偏光の位相分布が変化する。このように、入射光に所望の位相分布を付与することで、入射光の収差を補正することができる。この入射光は、液晶補正素子３６Ｂに入射するが、この液晶補正素子３６Ｂの液晶３５の配向方向は入射光の偏光方向と直交しているので、入射光の位相分布は変化しない。
【００４３】
一方、光ディスクからの反射戻り光は、その偏光方向が入射光の偏光方向と直交しているため、液晶補正素子３６Ｂに入射した後、液晶３５により直線偏光の位相分布が変化する。このように、反射戻り光に所望の位相分布を付与することで、反射戻り光の収差を補正することができる。この反射戻り光は、補正素子３２に入射するが、この補正素子３２の液晶３５の配向方向は反射戻り光の偏光方向と直交しているので、反射戻り光の位相分布は変化しない。
【００４４】
このように、入射光は、補正素子３２により収差が補正され、反射戻り光は、液晶補正素子３６Ｂにより収差が補正されるので、入射光と反射戻り光とは、等しく球面収差補正が可能である。例えば、入射光のみに球面収差補正がなされ、反射戻り光の球面収差補正がなされない場合には、フォーカスサーボにフォーカスオフセットが発生するが、上記の補正により安定したサーボを実現することができる。
【００４５】
「第４の実施形態」
図８は本発明の第４の実施形態の光ピックアップ装置の液晶補正素子の一方の電極を示す平面図であり、この電極５１が、第２の実施形態の電極３９（または３８）と異なる点は、第２の実施形態の電極３９（または３８）が平板状であったのに対し、本実施形態の電極５１は、同心円状の複数の電極部により構成されている点である。なお、この電極５１に対向する電極の形状は、上記の液晶補正素子３６の電極３８（または３９）と同様、平板状である。
【００４６】
この電極５１は、液晶を挟持する一対のガラス基板のうち一方のガラス基板の液晶側の面に形成されたもので、中心部に位置する円形状の電極部５２と、この電極部５２の外側に形成された円環状の電極部５３と、この電極部５３の外側に形成された円環状の電極部５４とにより構成されている。
【００４７】
電極部５２は、円形状の高抵抗の電極部５２ａと、この電極部５２ａの周縁部に形成され外部への引き出し線を有する低抵抗の配線部５２ｂとにより構成されている。また、電極部５３は、円環状の高抵抗の電極部５３ａと、この電極部５３ａの外周縁部に形成され外部への引き出し線を有する低抵抗の配線部５３ｂとにより構成されている。電極部５４も同様に、円環状の高抵抗の電極部５４ａと、この電極部５４ａの外周縁部に形成され外部への引き出し線を有する低抵抗の配線部５４ｂとにより構成されている。
【００４８】
これらの電極部５２〜５４は、互いに隣接する電極部間の位相差が液晶補正素子を透過する光の波長の整数倍となるように、電極部５２〜５４それぞれの外周縁部までの半径が設定されている。
このように設定することで、これらの電極部５２〜５４と対向する電極との間に所定の電圧を印加することにより、これらの電極部５２〜５４各々の液晶により光の波長の整数倍分、位相がシフトすることになり、素子全体として（電極部の数−１）×波長の整数倍分、位相をシフトさせることになる。
【００４９】
例えば、電極５１の有効半径を１とし、この電極をＮ個（但し、Ｎは２以上の整数）の電極部に分割した場合の中心部からＭ番目（但し、ＭはＮ以下の整数）の電極部の外周縁部までの半径Ｒを√（Ｍ／Ｎ）とすると、Ｍ番目の電極部においては透過光の−波長分×Ｍだけ位相がシフトすることになり、全体として（電極部の数−１）×波長分、位相がシフトすることとなる。
このように、Ｍ番目の電極部の外周縁部までの半径Ｒが√（Ｍ／Ｎ）となるように、各電極部の外周縁部までの半径を設定すると、位相変化量を効率的に抑制することができる。
【００５０】
ここでは、電極５１を電極部５３〜５５の３つに分割したので、電極部５２の外周縁部までの半径Ｒ１（電極部自体の半径に等しい）は、√（１／３）＝０．５７７…となり、電極部５３の外周縁部までの半径Ｒ２は、√（２／３）＝０．８１６…となり、電極部５４の外周縁部までの半径Ｒ３は、電極５１の有効半径と同じ１となる。
この電極５１と対向する電極との間に所定の電圧を印加することにより、透過光の位相をシフトすることが可能である。
例えば、印加する電圧を電極部５３から電極部５５に向かって段階的に増加させることにより、電極部５４では、電極部５３に対して−１×波長分、電極部５５では、電極部５４に対して−１×波長分、それぞれ位相をシフトすることとなる。
【００５１】
図９は、この液晶補正素子による位相シフトの一例を示す図であり、電極５１の有効半径を１とした場合の中心からの位置を径方向規格化位置とし、この位置におけるＺ［４］の波形の位相を図示したものである。図中、Ａは位相がシフトされていない場合の波形を、Ｂは位相が３段階にシフトされた場合の波形を、それぞれ示している。
この図によれば、Ａ、Ｂの双方ともに同一の大きさの位相の変化量であるが、Ａの場合では、連続的に位相が変化するために３．４波長分の変化幅が必要になるのに対し、Ｂの場合では、電極部毎に−１×波長分、位相がシフトするので１．５波長分の変化幅でよいことが分かる。
【００５２】
これらの電極部５２〜５４の分割位置は、特に限定されるものではないが、電極５１の有効半径を１とした場合に、Ｎ個に分割した場合の中心部からＭ番目の電極部の外周縁部までの半径Ｒを√（Ｍ／Ｎ）とすれば、位相変化量を最も抑制することができるので、効果的である。
【００５３】
通常、液晶素子では、発生する収差を球面収差ではなくデフォーカス状の収差とすると、このデフォーカス状の収差の方が球面収差よりも大きな位相制御量が必要となる。しかしながら、上記の液晶素子で大きな位相制御量を得ようとすると、液晶の層厚を増大しなければならず、素子厚の増大化、印加電圧の高電圧化を招くことになる。また、素子厚が厚くなると液晶の応答速度が遅延し、高速駆動化の障害となる。
【００５４】
一方、光の位相差は、その位相差を波長の整数倍変化させても等価であるという特徴がある。そこで、本実施形態のように、電極５１を電極部５３〜５５の３つに分割し、隣接する電極部間で１波長分戻すようにすれば、全体で電極部の数−１の波長分戻すことになり、位相の変化量の最大値を低く抑えることができる。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態の液晶補正素子によれば、電極５１を同心円状の複数の電極部５２〜５４により構成したので、光の位相の変化量の最大値を低く抑えることができる。また、素子の厚みを薄くし、印加電圧を低く抑えることができ、したがって、さらなる小型化を図ることができる。
また、電極５１の有効半径を１とし、この電極をＮ個の電極部に分割した場合の中心部からＭ番目の電極部の外周縁部までの半径Ｒを√（Ｍ／Ｎ）としたので、位相変化量を最も抑制することができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明の球面収差補正素子によれば、光軸上に平凹レンズ及び回折光学素子を配置し、これら平凹レンズ及び回折光学素子の少なくとも一方を、前記光軸に沿って移動自在かつ任意の位置に固定可能としたので、平凹レンズ及び回折光学素子の少なくとも一方を移動するだけで、透過する光の初期の波長のばらつきに起因する球面収差を補正することができる。
しかも、構成が簡単であるから、さらなる小型化が可能である。
【００５７】
また、この回折光学素子に、さらに光位相制御素子を備えた構成とすれば、光の初期の波長のばらつき、及び光の波長の経時変化に起因する球面収差を、この波長帯域全域に亘って補正することができる。しかも、これらの素子は極めて小型で、構成が簡単であるから、球面収差補正素子全体の小型化を図ることができる。
【００５８】
また、この光位相制御素子を、一対の透明基板と、これらの透明基板に挟持された液晶と、これらの透明基板各々に形成された電極とを備えてなる液晶補正素子とすれば、電極に印加する電圧を制御することで、光の球面収差を波長帯域全域に亘って補正することができる。しかも、この液晶補正素子は極めて小型で薄厚かつ構成が簡単であるから、球面収差補正素子全体をさらに小型化することができる。
【００５９】
また、上記の一対の電極のうち一方の電極を、同心円状に配置された複数の電極部とし、互いに隣接する前記電極部間の位相差を前記光の波長の整数倍とすれば、複数の電極部各々により前記光の波長の整数倍分、位相をシフトさせ、全体として（電極部の数−１）×波長の整数倍分、位相をシフトさせることができる。したがって、光の位相の変化量の最大値を低く抑えることができ、素子の厚みを薄くし、印加電圧を低下させることができる。
【００６０】
また、前記一方の電極の有効半径を１とし、この電極をＮ個（但し、Ｎは２以上の整数）の電極部に分割した場合に、中心部からＭ番目（但し、ＭはＮ以下の整数）の電極部の外周縁部までの半径Ｒを√（Ｍ／Ｎ）とすれば、光の位相の変化量の最大値を低く抑えることができ、素子の厚みをより薄くし、印加電圧をより低下させることができる。
【００６１】
また、前記光位相制御素子を、所定の偏光方向を有する第１の光位相制御素子と、該第１の光位相制御素子部の偏光方向と異なる偏光方向を有する第２の光位相制御素子とを備えた構成とすることで、互いに異なる２つの方向の偏光を互いに独立に制御することができる。
【００６２】
本発明の光ピックアップ装置によれば、発光素子からの出射光を所定の径に絞り込み光情報記録媒体に集光させる対物レンズを含む光学系に、本発明の球面収差補正素子を備えたので、光の初期の波長のばらつきに起因する球面収差や光の波長の経時変化に起因する球面収差を補正することができ、この球面収差に起因する記録・再生時のエラーを低減することができる。したがって、大容量の情報を高密度で記録・再生することができる。
【００６３】
また、この光位相制御素子により前記出射光を発散または収束させて前記対物レンズの焦点距離をずらすことにより、前記対物レンズに球面収差を発生させ、この球面収差により前記対物レンズの球面収差を補正するので、光位相制御素子の中心と対物レンズの中心との間にずれが生じた場合であっても、コマ収差の発生を防止することができる。
【００６４】
以上により、光の波長のばらつきや経時変化に起因する球面収差を補正することができ、さらには、光ディスク自体の厚みのむら、あるいは光ディスクの記録面を覆っている保護膜の厚みのむら等に起因する球面収差を補正することができ、その結果、大容量の情報を高密度で記録・再生することができる球面収差補正素子及びそれを備えた光ピックアップ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の光ピックアップ装置の要部を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の球面収差補正素子を示す概略構成図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の球面収差補正素子による球面収差の補正の一例を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の球面収差補正素子を示す概略構成図である。
【図５】液晶補正素子が発生する球面収差の一例を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態の球面収差補正素子による球面収差の補正の一例を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施形態の球面収差補正素子を示す概略構成図である。
【図８】本発明の第４の実施形態の液晶補正素子の電極を示す平面図である。
【図９】本発明の第４の実施形態の液晶補正素子による位相シフトの一例を示す図である。
【符号の説明】
１ 半導体レーザ（発光素子）
６ 球面収差補正素子
８ 対物レンズ
１０ ホトダイオード（受光素子）
１１ 光ディスク（光情報記録媒体）
１２ ディスク本体
１３ 保護膜
２１ 平凹レンズ
２２ ホログラム素子（回折光学素子）
３１ 球面収差補正素子
３２ 補正素子
３３、３４ ガラス基板（透明基板）
３５ 液晶
３６、３６Ｂ 液晶補正素子
３７ ホログラム素子
３８、３９ 電極
４１ 球面収差補正素子
５１ 電極
５２〜５４ 電極部
５２ａ、５３ａ、５４ａ 高抵抗の電極部
５２ｂ、５３ｂ、５４ｂ 配線部
Ａｘ 光軸
Ｌ 光
Ｒ１〜Ｒ３ 半径
【発明の属する技術分野】
本発明は、光の球面収差を補正する球面収差補正素子及びそれを備えた光ピックアップ装置に関し、特に詳しくは、レンズの開口数（ＮＡ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）が０．６を超える高ＮＡのレンズと４００ｎｍ帯の短波長を用いて高密度の記録・再生を行う光情報記録・再生装置に用いて好適な球面収差補正素子及びそれを備えた光ピックアップ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＤＶＤ（ディジタル・ヴァーサタイル・ディスク）等の光ディスク（光情報記録媒体）、あるいは、より小型かつ薄厚の次世代光ディスクにおいては、レーザ光源として４０５ｎｍの波長の青紫色レーザダイオード（ＬＤ）を用い、このレーザ光を光ディスクの記録面に集光させるための対物レンズとしてＮＡが０．６を超える対物レンズを用いた光ピックアップ装置により、大容量の情報を記録・再生することが可能になっている。例えば、ＮＡが０．８５の対物レンズを用いた場合では、２０ＧＢ以上の大容量の情報の記録・再生が可能である。
ところで、このような光ピックアップ装置では、青紫色レーザダイオード（ＬＤ）の経時的な温度変化等により、出射されるレーザ光の発振波長に変化が生じ、この波長変化に伴い対物レンズに色収差（球面収差）が生じる。
また、この光ディスクでは、そのディスク自体の厚みのむら、光ディスクの記録面を覆っている保護膜の厚みのむら等によっても球面収差が生じる。
そこで、この球面収差を補正するために、例えば、次の様な光ピックアップ装置（１）〜（３）が提案されている。
【０００３】
（１）レーザダイオード（ＬＤ）からのレーザ光を平行光とするコリメートレンズと対物レンズとの間に、正レンズ群と負レンズ群を配置し、一方のレンズ群を他方のレンズ群に対して光軸方向に移動させることにより、対物レンズの球面収差を補正する（特許文献１参照）。
（２）レーザダイオード（ＬＤ）からのレーザ光を平行光とするコリメートレンズと対物レンズとの間に、凹レンズと単一ホログラムパターンを有するホログラム素子（回折光学素子）を一体化した補正素子を配置し、この補正素子により対物レンズの色収差（球面収差）を補正する（特許文献２参照）。
（３）レーザダイオード（ＬＤ）からのレーザ光を平行光とするコリメートレンズと対物レンズとの間に、１対の透明基板により液晶（異方性光学媒質）を挟持しかつ対向する給電部間に印加する電圧が給電部毎に異なる液晶補正素子（位相補正素子）を配置し、この液晶補正素子により対物レンズの球面収差を補正する（特許文献３参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１３１６０３号公報
【特許文献２】
特開２００１−２５６６７２号公報
【特許文献３】
特開２００１−１４３３０３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の光ピックアップ装置（１）では、対物レンズが単一モールドのレンズの場合には、レーザダイオード（ＬＤ）からのレーザ光の波長変動により生じる球面収差が非常に大きく、これらのレンズ群だけでは球面収差を補正しきれないという問題点があった。
また、従来の光ピックアップ装置（２）では、回折光学素子に単一ホログラムパターンを有するホログラム素子を用いているために、単一モールドの対物レンズの球面収差を、レーザダイオード（ＬＤ）の実使用波長帯域である４００〜４１５ｎｍの波長帯域全体に亘って補正しきれないという問題点があった。
【０００６】
また、従来の光ピックアップ装置（３）では、対物レンズの中心と液晶補正素子の中心との間の位置ずれによりコマ収差が生じる。この場合、このコマ収差を生じさせないためには、液晶補正素子を対物レンズを移動させるアクチュエータ内に設置する必要があるが、通常の装置では、この様な設置スペースが無く、この様な構成の液晶補正素子を用いることができないという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、レンズの開口数（ＮＡ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）が０．６を超える高ＮＡのレンズと、４００ｎｍ帯の短波長の光を用いた場合であっても、この光の波長の変化に起因する対物レンズの球面収差を補正することができ、さらには、ディスク自体の厚みのむら、あるいは光ディスクの記録面を覆っている保護膜の厚みのむら等に起因する対物レンズの球面収差を補正することができ、その結果、大容量の情報を高密度で記録・再生することを可能とする球面収差補正素子及びそれを備えた光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は次のような球面収差補正素子及びそれを備えた光ピックアップ装置を提供した。
すなわち、請求項１記載の球面収差補正素子は、光の球面収差を補正する素子であって、光軸上に平凹レンズ及び回折光学素子を配置し、これら平凹レンズ及び回折光学素子の少なくとも一方は、前記光軸に沿って移動自在かつ任意の位置に固定可能とされていることを特徴とする。
【０００９】
この球面収差補正素子では、前記光軸に沿って光が入射する場合に、平凹レンズ及び回折光学素子の少なくとも一方を前記光軸に沿って移動することにより、前記光軸に沿って入射した光が平凹レンズ及び回折光学素子を順次通過する間に、この光の初期の波長のばらつきに起因する球面収差を補正することが可能になる。
【００１０】
請求項２記載の球面収差補正素子は、請求項１記載の球面収差補正素子において、前記回折光学素子に、さらに光位相制御素子を備えてなることを特徴とする。
この球面収差補正素子では、前記回折光学素子に、さらに光位相制御素子を備えた構成としたことにより、光の初期の波長のばらつき、及び光の波長の経時変化に起因する球面収差を、この波長帯域全域に亘って補正することが可能になる。しかも、これらの素子は極めて小型でしかも構成が簡単であるから、球面収差補正素子全体が小型化される。
【００１１】
請求項３記載の球面収差補正素子は、請求項２記載の球面収差補正素子において、前記光位相制御素子は、一対の透明基板と、これらの透明基板に挟持された液晶と、これらの透明基板各々に形成された電極とを備えてなる液晶補正素子であることを特徴とする。
【００１２】
この球面収差補正素子では、光位相制御素子を、一対の透明基板と、これらの透明基板に挟持された液晶と、これらの透明基板各々に形成された電極とを備えてなる液晶補正素子としたことにより、電極に印加する電圧を制御することで、光の球面収差を波長帯域全域に亘って補正することが可能になる。しかも、この液晶補正素子は極めて小型で薄厚かつ構成が簡単であるから、球面収差補正素子全体がさらに小型化される。
【００１３】
請求項４記載の球面収差補正素子は、請求項３記載の球面収差補正素子において、前記一対の電極のうち一方の電極は、同心円状に配置された複数の電極部からなり、互いに隣接する前記電極部間の位相差は前記光の波長の整数倍であることを特徴とする。
【００１４】
この球面収差補正素子では、同心円状に配置された複数の電極部の互いに隣接する電極部間の位相差を、前記光の波長の整数倍としたことにより、これらの電極部と対向する電極との間に所定の電圧を印加することにより、複数の電極部各々の液晶により前記光の波長の整数倍分、位相がシフトすることになり、全体として（電極部の数−１）×波長の整数倍分、位相をシフトさせることになる。これにより、光の位相の変化量の最大値を低く抑えることが可能になり、素子の厚みの増加、必要な印加電圧の増大を抑えることが可能になる。
【００１５】
請求項５記載の球面収差補正素子は、請求項４記載の球面収差補正素子において、前記一方の電極の有効半径を１とし、この電極をＮ個（但し、Ｎは２以上の整数）の電極部に分割した場合に、中心部からＭ番目（但し、ＭはＮ以下の整数）の電極部の外周縁部までの半径Ｒを√（Ｍ／Ｎ）としたことを特徴とする。
【００１６】
この球面収差補正素子では、前記一方の電極の有効半径を１とし、この電極をＮ個（但し、Ｎは２以上の整数）の電極部に分割した場合に、中心部からＭ番目（但し、ＭはＮ以下の整数）の電極部の外周部までの半径Ｒを√（Ｍ／Ｎ）としたことにより、中心部からＭ番目の電極部の液晶により前記光の−波長分×Ｍだけ位相がシフトすることになり、素子全体として（電極部の数−１）×波長分、位相をシフトさせることになる。これにより、光の位相の変化量の最大値を低く抑えることが可能になり、素子の厚みの増加、必要な印加電圧の増大を抑えることが可能になる。
【００１７】
請求項６記載の球面収差補正素子は、請求項２ないし５のいずれか１項記載の球面収差補正素子において、前記光位相制御素子は、所定の偏光方向を有する第１の光位相制御素子と、該第１の光位相制御素子部の偏光方向と異なる偏光方向を有する第２の光位相制御素子とを備えてなることを特徴とする。
【００１８】
この球面収差補正素子では、前記光位相制御素子を、所定の偏光方向を有する第１の光位相制御素子と、該第１の光位相制御素子の偏光方向と異なる偏光方向を有する第２の光位相制御素子とを備えた構成とすることで、互いに異なる２つの方向の偏光を互いに独立に制御することが可能である。
【００１９】
請求項７記載の光ピックアップ装置は、発光素子と、該発光素子からの出射光を所定の径に絞り込み光情報記録媒体に集光させる対物レンズを含む光学系と、前記光情報記録媒体からの反射戻り光を検知する受光素子とを備えた光ピックアップ装置であって、前記光学系に請求項１ないし６のいずれか１項記載の球面収差補正素子を備えてなることを特徴とする。
【００２０】
この光ピックアップ装置では、光ピックアップの光学系に上記の球面収差補正素子を備えたことにより、光の初期の波長のばらつきに起因する球面収差や光の波長の経時的変化に起因する球面収差が補正され、この球面収差に起因する記録・再生時のエラーが低減される。これにより、大容量の情報を高密度で記録・再生することが可能になる。
【００２１】
請求項８記載の光ピックアップ装置は、請求項７記載の光ピックアップ装置において、前記球面収差補正素子は、前記回折光学素子と前記光位相制御素子を備え、前記光位相制御素子により前記発光素子からの出射光を発散または収束させて前記対物レンズの焦点距離をずらすことにより、前記対物レンズに球面収差を発生させ、この球面収差により前記対物レンズの球面収差を補正することを特徴とする。
【００２２】
この光ピックアップ装置では、前記光位相制御素子により前記出射光を発散または収束させて前記対物レンズの焦点距離をずらすことにより、前記対物レンズに球面収差を発生させ、この球面収差により前記対物レンズの球面収差を補正するので、前記光位相制御素子の中心と前記対物レンズの中心との間にずれが生じた場合であっても、コマ収差が発生する虞はない。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の球面収差補正素子及びそれを備えた光ピックアップ装置の各実施形態について、図面に基づき説明する。
なお、係る実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。
【００２４】
「第１の実施形態」
図１は本発明の第１の実施形態の光ピックアップ装置の要部を示す概略構成図であり、分離型光学系の例である。
図１において、符号１は、例えば、発光波長が４０８（±８）ｎｍの光Ｌを出射する半導体レーザ（ＬＤ：発光素子）、２は１／２波長（λ／２）板、３は回折格子、４はコリメートレンズ、５は偏光ビームスプリッタ、６は球面収差補正素子、７は１／４波長（λ／４）板、８はレンズの開口数（ＮＡ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）が０．６を超える高ＮＡ、例えば、ＮＡが０．８５の対物レンズ、９はコリメートレンズ、１０はホトダイオード（ＰＤ：受光素子）、１１は光ディスク（光情報記録媒体）である。
この光ディスク１１は、ディスク本体１２の記録面１２ａ上に、所定の厚みｔの保護膜１３が形成された構成である。
【００２５】
球面収差補正素子６は、半導体レーザ１と対物レンズ８との間の光軸上に設けられて、情報を光ディスク１１に記録・再生する際に使用環境による半導体レーザ１の発光波長の変化や経時変化等により生じる球面収差を補正するもので、平凹レンズ２１と、ホログラム素子（回折光学素子）２２とにより構成され、これら平凹レンズ２１及びホログラム素子２２間の距離を調整することで球面収差を補正するようになっている。
ホログラム素子２２は、原理的に非常に小さな負のアッベ数を有しているので、従来のビームエキスパンダ方式の球面収差補正素子では困難であった球面収差を補正することができる。
【００２６】
例えば、半導体レーザ１より出射される光Ｌの波長のばらつきに起因する球面収差を補正するには、図２に示すように、平凹レンズ２１を光軸Ａｘ上に固定するとともに、ホログラム素子２２を光軸Ａｘに沿って移動自在かつ光軸Ａｘ上の任意の位置に固定可能とし、このホログラム素子２２を平凹レンズ２１に対して進退させることにより、対物レンズ８における球面収差を消失させる。この球面収差が消失した時点でホログラム素子２２を接着剤等を用いて固定する。
このホログラム素子２２を平凹レンズ２１に対して進退させる替わりに、平凹レンズ２１をホログラム素子２２に対して進退させてもよい。
【００２７】
これにより、光Ｌの波長のばらつきに起因する球面収差は、ホログラム素子２２と平凹レンズ２１との距離Ｄを可変することにより補正される。したがって、光Ｌに波長のばらつきに起因する球面収差が生じた場合であっても、この球面収差補正素子６により光Ｌの波長のばらつき（±８ｎｍ）を吸収することができ、球面収差の無い光Ｌとして出射させることができる。
【００２８】
また、この球面収差補正素子６は、半導体レーザ１の経時変化による光Ｌの波長の変動に起因する球面収差も補正することができる。
例えば、環境の温度が４５℃上昇した場合、書き込みパワーである８０ｍＷ出力時の半導体レーザ１の波長の変動は、室温再生時での半導体レーザ１の波長に対して４ｎｍ程度であるから、光Ｌの波長の変動に起因する球面収差は、ホログラム素子２２と平凹レンズ２１との距離Ｄを保ったままで補正することができる。
また、この球面収差補正素子６は、光ディスク１１自体の厚みのむら、光ディスク１１の記録面を覆っている保護膜１３の厚みのむら等に起因する対物レンズ８の球面収差を補正することができる。
【００２９】
以上により、この球面収差補正素子６を用いることで、光Ｌの波長のばらつきに起因する球面収差や、半導体レーザ１の経時変化による光Ｌの波長の変動に起因する球面収差、さらには、光ディスク１１自体の厚みのむら、光ディスク１１の記録面を覆っている保護膜１３の厚みのむら等に起因する球面収差が補正され、球面収差の無い光Ｌとして出射させることが可能である。
しかも、この球面収差補正素子６は、平凹レンズ２１とホログラム素子２２を光軸Ａｘ上に配置した構成であるから、補正の操作が容易であり、しかも高精度の補正が可能である。
【００３０】
図３は、この球面収差補正素子６による球面収差の補正の一例を示す図であり、図中、Ａは４０３ｎｍの波長で球面収差が最小になるように補正した場合を、Ｂは４０７ｎｍの波長で球面収差が最小になるように補正した場合を、それぞれ示している。
この図によれば、球面収差の範囲は、実用に供されている光ピックアップ装置では、概ね０．０３以下であるから、この例により、レーザ光の初期の波長のばらつき、あるいは波長の経時的変化に起因する球面収差を、波長帯域全域に亘って補正できることが明らかになった。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態の光ピックアップ装置によれば、半導体レーザ１と対物レンズ８との間に、平凹レンズ２１とホログラム素子２２とからなる球面収差補正素子６を設けたので、４００ｎｍ帯の短波長の光を出射する半導体レーザ１と、ＮＡが０．６を超える高ＮＡのレンズを用いた対物レンズ８を用いた場合においても、平凹レンズ２１及びホログラム素子２２の少なくとも一方を光軸に沿って移動することにより、半導体レーザ１から出射する光Ｌの初期の波長のばらつきや波長の経時変化に起因する球面収差を補正することができる。
【００３２】
また、光ディスク１１自体の厚みのむら、光ディスク１１の記録面を覆っている保護膜１３の厚みのむら等に起因する球面収差を補正することができ、その結果、大容量の情報を高密度で記録・再生することができる。
また、この球面収差補正素子６は、光軸Ａｘ上に平凹レンズ２１とホログラム素子２２を配置した構成であるから、構成が簡単であり、複雑な駆動機構等も不要となり、光ピックアップ装置の小型化、コストダウンを図ることができる。
【００３３】
「第２の実施形態」
図４は本発明の第２の実施形態の光ピックアップ装置の球面収差補正素子を示す概略構成図であり、この球面収差補正素子３１が、第１の実施形態の球面収差補正素子６と異なる点は、第１の実施形態のホログラム素子２２を、ホログラム素子と液晶補正素子を一体化した補正素子３２に替えた点である。
この補正素子３２は、一対のガラス基板（透明基板）３３、３４と、これらガラス基板３３、３４に挟持される液晶３５とにより構成される液晶補正素子３６と、このガラス基板３３の対物レンズ側の主面に形成されたホログラム素子３７とにより構成されている。そして、ガラス基板３３、３４各々には、液晶３５に所定の電圧を印加するための平板状の電極３８、３９が形成されている。
【００３４】
この球面収差補正素子３１は、これら平凹レンズ２１及び補正素子３２間の距離Ｄを調整することで球面収差を補正するようになっている。
通常では、液晶補正素子は、図５に示すように、光学系に発生する球面収差を相殺するように、これと反対の球面収差、すなわち量が同じで符号が逆の球面収差を発生させる。図中、Ａはゼルニケ係数第４項（以下、Ｚ［４］と表記）のデフォーカス状の収差、Ｂはゼルニケ係数第９項（以下、Ｚ［９］と表記）のデフォーカス状の収差である。
なお、これらのゼルニケ係数は、規格化半径をｒ、係数をＡ４（第４項の場合）またはＡ９（第９項の場合）とすると、
Ｚ［４］＝Ａ４（２ｒ２−１）
Ｚ［９］＝Ａ９（６ｒ４−６ｒ２＋１）
と表すことができる。
【００３５】
球面収差発生により補正した場合、対物レンズの中心と液晶補正素子の中心との間にずれがあると、大きなコマ収差が発生し、場合によっては、相殺する球面収差よりも大きな球面収差が発生することがある。そこで、液晶補正素子によりデフォーカス状の収差を発生させ、このデフォーカス状の収差により平行光である半導体レーザからの出射光を発散（または収束）させて対物レンズの焦点距離をずらすことにより、この対物レンズに球面収差を発生させ、この球面収差により対物レンズの球面収差を補正することとする。
これにより、対物レンズの中心と液晶補正素子の中心との間にずれが生じた場合においても、コマ収差が発生する虞が無くなる。
【００３６】
上記の対物レンズの中心と液晶補正素子の中心との間のずれは、対物レンズがトラッキングにより光ディスクのラジアル方向にシフトされた場合に、この対物レンズの中心と液晶補正素子の中心とがラジアル方向にずれることに起因する。
例えば、光ディスクの偏心等に追従するためには、ラジアル方向へのシフト量は０．２ｍｍ程度必要である。
【００３７】
図６は、この球面収差補正素子３２により、光ディスクの厚みが変化した時に発生する球面収差を補正した時の一例を示す図である。光ディスクの厚みは０．１ｍｍが設計値であるが、厚みがこれと異なる場合には、球面収差が発生する。図中、Ａは対物レンズの中心と液晶補正素子の中心との間にずれが無い場合のＺ［４］の補正を、Ｂは対物レンズの中心と液晶補正素子の中心との間に０．２ｍｍのずれが生じている場合のＺ［４］の補正を、Ｃは対物レンズの中心と液晶補正素子の中心との間にずれが無い場合のＺ［９］の補正を、Ｄは対物レンズの中心と液晶補正素子の中心との間に０．２ｍｍのずれが生じている場合のＺ［９］の補正を、Ｅは補正が無い場合を、それぞれ示している。
【００３８】
この図によれば、Ｚ［４］の補正では、対物レンズの中心と液晶補正素子の中心との間にずれが生じた場合であっても、コマ収差が発生することは無く、補正が無い場合と比べて波面収差が低く抑えられていることが分かる。
また、Ｚ［９］の補正では、対物レンズの中心と液晶補正素子の中心との間にずれが生じない場合に、コマ収差が発生せず、Ｚ［４］の補正と比べても波面収差が低く抑えられていることが分かる。
ところが、Ｚ［９］の補正で、対物レンズの中心と液晶補正素子の中心との間にずれが生じた場合には、大きなコマ収差が発生し、補正が無い場合の波面収差よりも大きな波面収差が発生することが分かる。
【００３９】
本実施形態の光ピックアップ装置においても、第１の実施形態の光ピックアップ装置と同様の効果を奏することができる。
しかも、第１の実施形態のホログラム素子２２を、ホログラム素子と液晶補正素子を一体化した補正素子３２に替えたので、対物レンズの中心と液晶補正素子の中心との間にずれが生じた場合であっても、コマ収差の発生を防止し、波面収差を低く抑えることができる。
【００４０】
「第３の実施形態」
図７は本発明の第３の実施形態の光ピックアップ装置の球面収差補正素子を示す概略構成図であり、この球面収差補正素子４１が、第２の実施形態の球面収差補正素子３１と異なる点は、第２の実施形態の補正素子３２に、さらに液晶補正素子３６Ｂを加え、補正素子３２中の液晶補正素子３６が作用する偏光方向と液晶補正素子３６Ｂが作用する偏光方向が互いに異なる様に、液晶補正素子３６及び液晶補正素子３６Ｂを光軸Ａｘ上に配置した点である。
【００４１】
ここでは、液晶補正素子３６の液晶３５の配向方向を光ディスク（光情報記録媒体）に入射する光の偏光方向に、液晶補正素子３６Ｂの液晶３５の配向方向を光ディスクからの反射戻り光の偏光方向に、それぞれ合わせる。したがって、液晶補正素子３６の液晶３５の配向方向と液晶補正素子３６Ｂの液晶３５の配向方向とは、９０°異なることとなる。これらの液晶３５では、電圧のＯＮ／ＯＦＦ状態で屈折率が変化するので、電圧をＯＮ状態またはＯＦＦ状態とすることで、透過光の位相分布を変化させることができる。したがって、透過光の位相分布を変化させることで、その球面収差を補正することができる。
【００４２】
例えば、光ディスクに入射する光は、補正素子３２に入射した後、液晶補正素子３６の液晶３５により直線偏光の位相分布が変化する。このように、入射光に所望の位相分布を付与することで、入射光の収差を補正することができる。この入射光は、液晶補正素子３６Ｂに入射するが、この液晶補正素子３６Ｂの液晶３５の配向方向は入射光の偏光方向と直交しているので、入射光の位相分布は変化しない。
【００４３】
一方、光ディスクからの反射戻り光は、その偏光方向が入射光の偏光方向と直交しているため、液晶補正素子３６Ｂに入射した後、液晶３５により直線偏光の位相分布が変化する。このように、反射戻り光に所望の位相分布を付与することで、反射戻り光の収差を補正することができる。この反射戻り光は、補正素子３２に入射するが、この補正素子３２の液晶３５の配向方向は反射戻り光の偏光方向と直交しているので、反射戻り光の位相分布は変化しない。
【００４４】
このように、入射光は、補正素子３２により収差が補正され、反射戻り光は、液晶補正素子３６Ｂにより収差が補正されるので、入射光と反射戻り光とは、等しく球面収差補正が可能である。例えば、入射光のみに球面収差補正がなされ、反射戻り光の球面収差補正がなされない場合には、フォーカスサーボにフォーカスオフセットが発生するが、上記の補正により安定したサーボを実現することができる。
【００４５】
「第４の実施形態」
図８は本発明の第４の実施形態の光ピックアップ装置の液晶補正素子の一方の電極を示す平面図であり、この電極５１が、第２の実施形態の電極３９（または３８）と異なる点は、第２の実施形態の電極３９（または３８）が平板状であったのに対し、本実施形態の電極５１は、同心円状の複数の電極部により構成されている点である。なお、この電極５１に対向する電極の形状は、上記の液晶補正素子３６の電極３８（または３９）と同様、平板状である。
【００４６】
この電極５１は、液晶を挟持する一対のガラス基板のうち一方のガラス基板の液晶側の面に形成されたもので、中心部に位置する円形状の電極部５２と、この電極部５２の外側に形成された円環状の電極部５３と、この電極部５３の外側に形成された円環状の電極部５４とにより構成されている。
【００４７】
電極部５２は、円形状の高抵抗の電極部５２ａと、この電極部５２ａの周縁部に形成され外部への引き出し線を有する低抵抗の配線部５２ｂとにより構成されている。また、電極部５３は、円環状の高抵抗の電極部５３ａと、この電極部５３ａの外周縁部に形成され外部への引き出し線を有する低抵抗の配線部５３ｂとにより構成されている。電極部５４も同様に、円環状の高抵抗の電極部５４ａと、この電極部５４ａの外周縁部に形成され外部への引き出し線を有する低抵抗の配線部５４ｂとにより構成されている。
【００４８】
これらの電極部５２〜５４は、互いに隣接する電極部間の位相差が液晶補正素子を透過する光の波長の整数倍となるように、電極部５２〜５４それぞれの外周縁部までの半径が設定されている。
このように設定することで、これらの電極部５２〜５４と対向する電極との間に所定の電圧を印加することにより、これらの電極部５２〜５４各々の液晶により光の波長の整数倍分、位相がシフトすることになり、素子全体として（電極部の数−１）×波長の整数倍分、位相をシフトさせることになる。
【００４９】
例えば、電極５１の有効半径を１とし、この電極をＮ個（但し、Ｎは２以上の整数）の電極部に分割した場合の中心部からＭ番目（但し、ＭはＮ以下の整数）の電極部の外周縁部までの半径Ｒを√（Ｍ／Ｎ）とすると、Ｍ番目の電極部においては透過光の−波長分×Ｍだけ位相がシフトすることになり、全体として（電極部の数−１）×波長分、位相がシフトすることとなる。
このように、Ｍ番目の電極部の外周縁部までの半径Ｒが√（Ｍ／Ｎ）となるように、各電極部の外周縁部までの半径を設定すると、位相変化量を効率的に抑制することができる。
【００５０】
ここでは、電極５１を電極部５３〜５５の３つに分割したので、電極部５２の外周縁部までの半径Ｒ１（電極部自体の半径に等しい）は、√（１／３）＝０．５７７…となり、電極部５３の外周縁部までの半径Ｒ２は、√（２／３）＝０．８１６…となり、電極部５４の外周縁部までの半径Ｒ３は、電極５１の有効半径と同じ１となる。
この電極５１と対向する電極との間に所定の電圧を印加することにより、透過光の位相をシフトすることが可能である。
例えば、印加する電圧を電極部５３から電極部５５に向かって段階的に増加させることにより、電極部５４では、電極部５３に対して−１×波長分、電極部５５では、電極部５４に対して−１×波長分、それぞれ位相をシフトすることとなる。
【００５１】
図９は、この液晶補正素子による位相シフトの一例を示す図であり、電極５１の有効半径を１とした場合の中心からの位置を径方向規格化位置とし、この位置におけるＺ［４］の波形の位相を図示したものである。図中、Ａは位相がシフトされていない場合の波形を、Ｂは位相が３段階にシフトされた場合の波形を、それぞれ示している。
この図によれば、Ａ、Ｂの双方ともに同一の大きさの位相の変化量であるが、Ａの場合では、連続的に位相が変化するために３．４波長分の変化幅が必要になるのに対し、Ｂの場合では、電極部毎に−１×波長分、位相がシフトするので１．５波長分の変化幅でよいことが分かる。
【００５２】
これらの電極部５２〜５４の分割位置は、特に限定されるものではないが、電極５１の有効半径を１とした場合に、Ｎ個に分割した場合の中心部からＭ番目の電極部の外周縁部までの半径Ｒを√（Ｍ／Ｎ）とすれば、位相変化量を最も抑制することができるので、効果的である。
【００５３】
通常、液晶素子では、発生する収差を球面収差ではなくデフォーカス状の収差とすると、このデフォーカス状の収差の方が球面収差よりも大きな位相制御量が必要となる。しかしながら、上記の液晶素子で大きな位相制御量を得ようとすると、液晶の層厚を増大しなければならず、素子厚の増大化、印加電圧の高電圧化を招くことになる。また、素子厚が厚くなると液晶の応答速度が遅延し、高速駆動化の障害となる。
【００５４】
一方、光の位相差は、その位相差を波長の整数倍変化させても等価であるという特徴がある。そこで、本実施形態のように、電極５１を電極部５３〜５５の３つに分割し、隣接する電極部間で１波長分戻すようにすれば、全体で電極部の数−１の波長分戻すことになり、位相の変化量の最大値を低く抑えることができる。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態の液晶補正素子によれば、電極５１を同心円状の複数の電極部５２〜５４により構成したので、光の位相の変化量の最大値を低く抑えることができる。また、素子の厚みを薄くし、印加電圧を低く抑えることができ、したがって、さらなる小型化を図ることができる。
また、電極５１の有効半径を１とし、この電極をＮ個の電極部に分割した場合の中心部からＭ番目の電極部の外周縁部までの半径Ｒを√（Ｍ／Ｎ）としたので、位相変化量を最も抑制することができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明の球面収差補正素子によれば、光軸上に平凹レンズ及び回折光学素子を配置し、これら平凹レンズ及び回折光学素子の少なくとも一方を、前記光軸に沿って移動自在かつ任意の位置に固定可能としたので、平凹レンズ及び回折光学素子の少なくとも一方を移動するだけで、透過する光の初期の波長のばらつきに起因する球面収差を補正することができる。
しかも、構成が簡単であるから、さらなる小型化が可能である。
【００５７】
また、この回折光学素子に、さらに光位相制御素子を備えた構成とすれば、光の初期の波長のばらつき、及び光の波長の経時変化に起因する球面収差を、この波長帯域全域に亘って補正することができる。しかも、これらの素子は極めて小型で、構成が簡単であるから、球面収差補正素子全体の小型化を図ることができる。
【００５８】
また、この光位相制御素子を、一対の透明基板と、これらの透明基板に挟持された液晶と、これらの透明基板各々に形成された電極とを備えてなる液晶補正素子とすれば、電極に印加する電圧を制御することで、光の球面収差を波長帯域全域に亘って補正することができる。しかも、この液晶補正素子は極めて小型で薄厚かつ構成が簡単であるから、球面収差補正素子全体をさらに小型化することができる。
【００５９】
また、上記の一対の電極のうち一方の電極を、同心円状に配置された複数の電極部とし、互いに隣接する前記電極部間の位相差を前記光の波長の整数倍とすれば、複数の電極部各々により前記光の波長の整数倍分、位相をシフトさせ、全体として（電極部の数−１）×波長の整数倍分、位相をシフトさせることができる。したがって、光の位相の変化量の最大値を低く抑えることができ、素子の厚みを薄くし、印加電圧を低下させることができる。
【００６０】
また、前記一方の電極の有効半径を１とし、この電極をＮ個（但し、Ｎは２以上の整数）の電極部に分割した場合に、中心部からＭ番目（但し、ＭはＮ以下の整数）の電極部の外周縁部までの半径Ｒを√（Ｍ／Ｎ）とすれば、光の位相の変化量の最大値を低く抑えることができ、素子の厚みをより薄くし、印加電圧をより低下させることができる。
【００６１】
また、前記光位相制御素子を、所定の偏光方向を有する第１の光位相制御素子と、該第１の光位相制御素子部の偏光方向と異なる偏光方向を有する第２の光位相制御素子とを備えた構成とすることで、互いに異なる２つの方向の偏光を互いに独立に制御することができる。
【００６２】
本発明の光ピックアップ装置によれば、発光素子からの出射光を所定の径に絞り込み光情報記録媒体に集光させる対物レンズを含む光学系に、本発明の球面収差補正素子を備えたので、光の初期の波長のばらつきに起因する球面収差や光の波長の経時変化に起因する球面収差を補正することができ、この球面収差に起因する記録・再生時のエラーを低減することができる。したがって、大容量の情報を高密度で記録・再生することができる。
【００６３】
また、この光位相制御素子により前記出射光を発散または収束させて前記対物レンズの焦点距離をずらすことにより、前記対物レンズに球面収差を発生させ、この球面収差により前記対物レンズの球面収差を補正するので、光位相制御素子の中心と対物レンズの中心との間にずれが生じた場合であっても、コマ収差の発生を防止することができる。
【００６４】
以上により、光の波長のばらつきや経時変化に起因する球面収差を補正することができ、さらには、光ディスク自体の厚みのむら、あるいは光ディスクの記録面を覆っている保護膜の厚みのむら等に起因する球面収差を補正することができ、その結果、大容量の情報を高密度で記録・再生することができる球面収差補正素子及びそれを備えた光ピックアップ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の光ピックアップ装置の要部を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の球面収差補正素子を示す概略構成図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の球面収差補正素子による球面収差の補正の一例を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の球面収差補正素子を示す概略構成図である。
【図５】液晶補正素子が発生する球面収差の一例を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態の球面収差補正素子による球面収差の補正の一例を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施形態の球面収差補正素子を示す概略構成図である。
【図８】本発明の第４の実施形態の液晶補正素子の電極を示す平面図である。
【図９】本発明の第４の実施形態の液晶補正素子による位相シフトの一例を示す図である。
【符号の説明】
１ 半導体レーザ（発光素子）
６ 球面収差補正素子
８ 対物レンズ
１０ ホトダイオード（受光素子）
１１ 光ディスク（光情報記録媒体）
１２ ディスク本体
１３ 保護膜
２１ 平凹レンズ
２２ ホログラム素子（回折光学素子）
３１ 球面収差補正素子
３２ 補正素子
３３、３４ ガラス基板（透明基板）
３５ 液晶
３６、３６Ｂ 液晶補正素子
３７ ホログラム素子
３８、３９ 電極
４１ 球面収差補正素子
５１ 電極
５２〜５４ 電極部
５２ａ、５３ａ、５４ａ 高抵抗の電極部
５２ｂ、５３ｂ、５４ｂ 配線部
Ａｘ 光軸
Ｌ 光
Ｒ１〜Ｒ３ 半径
Claims (8)
- 光の球面収差を補正する素子であって、
光軸上に平凹レンズ及び回折光学素子を配置し、
これら平凹レンズ及び回折光学素子の少なくとも一方は、前記光軸に沿って移動自在かつ任意の位置に固定可能とされていることを特徴とする球面収差補正素子。 - 前記回折光学素子に、さらに光位相制御素子を備えてなることを特徴とする請求項１記載の球面収差補正素子。
- 前記光位相制御素子は、一対の透明基板と、これらの透明基板に挟持された液晶と、これらの透明基板各々に形成された電極とを備えてなる液晶補正素子であることを特徴とする請求項２記載の球面収差補正素子。
- 前記一対の電極のうち一方の電極は、同心円状に配置された複数の電極部からなり、
互いに隣接する前記電極部間の位相差は前記光の波長の整数倍であることを特徴とする請求項３記載の球面収差補正素子。 - 前記一方の電極の有効半径を１とし、この電極をＮ個（但し、Ｎは２以上の整数）の電極部に分割した場合に、中心部からＭ番目（但し、ＭはＮ以下の整数）の電極部の外周縁部までの半径Ｒを√（Ｍ／Ｎ）としたことを特徴とする請求項４記載の球面収差補正素子。
- 前記光位相制御素子は、所定の偏光方向を有する第１の光位相制御素子と、該第１の光位相制御素子の偏光方向と異なる偏光方向を有する第２の光位相制御素子とを備えてなることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１項記載の球面収差補正素子。
- 発光素子と、該発光素子からの出射光を所定の径に絞り込み光情報記録媒体に集光させる対物レンズを含む光学系と、前記光情報記録媒体からの反射戻り光を検知する受光素子とを備えた光ピックアップ装置であって、
前記光学系に請求項１ないし６のいずれか１項記載の球面収差補正素子を備えてなることを特徴とする光ピックアップ装置。 - 前記球面収差補正素子は、前記回折光学素子と前記光位相制御素子を備え、
前記光位相制御素子により前記発光素子からの出射光を発散または収束させて前記対物レンズの焦点距離をずらすことにより、前記対物レンズに球面収差を発生させ、この球面収差により前記対物レンズの球面収差を補正することを特徴とする請求項７記載の光ピックアップ装置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060801 |