JP2006252615A - 光ピックアップ装置およびこれを用いた光ディスクドライブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大容量化のために短波長化、高ＮＡ化、多層化を行なった時にも、小型化、高速化が可能で記録再生性能の優れた光ピックアップ装置並びに光ディスクドライブ装置を提供する。
【解決手段】複数の記録層を持つ光ディスク用装置において、各記録層における光ディスク基板表面と記録層との距離に対応して対物レンズに入射する光束の収束発散状態を変更する光束変更手段２０と、各記録層における光ディスク基板表面と記録層との距離に対応して対物レンズに入射する光束の波面形状を変更する収差補正手段４０とを備える。
【選択図】図９

Description

本発明は、多層の記録層をもつ光ディスクに記録、再生、消去の少なくとも１つ以上の動作を行なう光ピックアップ装置に関する。

光ディスクシステムに対する大容量化の要求は、近年ますます強くなっている。大容量化の一手段として記録密度の向上があげられる。このためには、光ピックアップに用いられる光の波長を短くするとともに、使用する対物レンズの開口数ＮＡを大きくして集光される光のスポット径を小径化することが有効である。例えば、ＤＶＤ規格の対物レンズの波長６６０ｎｍ、開口数ＮＡ０．６５に対して、Ｂｌｕ−ｒａｙ規格では波長４０５ｎｍ、開口数ＮＡ０．８５の光ディスクシステムが実用化されている。

さらにディスク側においても、複数の記録層を重ね合わせた多層ディスクの開発がなされている。このような多層ディスクでは、ディスク表面と各層との基板厚さが違うためにディスク面スポットに球面収差を発生してしまう。この球面収差は波長が短くなるほど、対物レンズの開口数ＮＡが大きくなるほど大きくなるので、Ｂｌｕ−ｒａｙの条件では多層ディスクの時には、このような収差を補正する手段が必須となってくる。

このための補正手段の具体例として、液晶素子や２群のレンズで構成されるエキスパンダレンズを使ったものが知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１では、フォーカス制御を動作させる前にフォーカス制御を行う記録面に適した球面収差補正を行い、フォーカス制御の動作を安定にしている。このため、球面収差の補正量を、フォーカス制御を行う光ディスクの記録面ごとに予め決めておく。光ディスクの種類とフォーカス制御の対象である記録面とに対応した収差補正量切替手段１４からの出力信号に基づいて収差補正手段４の球面収差補正量をフォーカス制御を行なう前に設定する。これにより、ＮＡの大きな対物レンズを用いて、高密度かつ多層の光ディスクの各記録面に対して、球面収差補正が適正に行われた状態で安定してフォーカス制御を行うことができる。

特開２００２−３７３４４１号公報

しかし、特許文献１において、液晶素子を用いた場合には、対物レンズとの軸ずれによる影響が厳しくなるため、これを防ぐために、対物レンズと液晶素子とを一体でフォーカス、トラック駆動する必要がある。そのために可動部重量が増えるので装置が大きくなり、高速化が困難となる不具合があった。また、エキスパンダレンズを用いた場合には、対物レンズとの軸ずれによる影響はある程度許容されるものの、波面収差は軸ずれに関して全体的に悪化してしまい、スポット形状劣化、記録再生性能劣化となる不具合があった。なお、この悪化の程度は、波長が短くなるほど、対物レンズの開口数ＮＡが大きくなるほど大きくなる。

本発明は、以上のような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、大容量化のために短波長化、高ＮＡ化、多層化を行なった時にも、小型化、高速化が可能で記録再生性能の優れた光ピックアップ装置並びに光ディスクドライブ装置を提供することを目的としている。

請求項１記載の本発明の光ピックアップ装置では、対物レンズを用いて、複数の記録層を持つ光ディスクの各記録層上に、光源からの光束を集光させて記録、再生、消去の少なくとも１つ以上の動作を行なう光ピックアップ装置において、各記録層における光ディスク基板表面と記録層との距離に対応して対物レンズに入射する光束の収束発散状態を変更する光束変更手段と、各記録層における光ディスク基板表面と記録層との距離に対応して対物レンズに入射する光束の波面形状を変更する収差補正手段とを有することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の光ピックアップ装置において、光ディスクの種類は、光ディスク基板表面と記録層との距離が略０．１ｍｍ、開口数が略０．８５のディスク、または光ディスク基板表面と記録層との距離が略０．６ｍｍ、開口数が略０．６５のディスクであることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の光ピックアップ装置において、光束変更手段は光束の波面形状の曲率半径を変更する手段であり、前記収差補正手段は光束の波面形状の４次項以上の高次項に関する形状を変更する手段である、ことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置において、各記録層における光ディスク基板表面と記録層との距離に対応して対物レンズの実効的開口数を変更する開口変更手段を持つことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置において、光束変更手段と前記収差補正手段が同一の光学的手段であることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置において、光束変更手段は、２群以上のレンズ系で構成されるエキスパンダレンズと、各レンズ群の間隔を光ディスク基板表面と記録層との距離に対応して変えることのできる移動機構とで構成されることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項６記載の光ピックアップ装置において、エキスパンダレンズは、光ディスク記録面上に形成される集光スポットの色収差を補正する色補正レンズであることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置において、光束変更手段は、光源と対物レンズとの光路中に配置されたコリメートレンズと、該コリメートレンズを光ディスク基板表面と記録層との距離に対応して光軸方向に移動する移動機構とで構成されることを特徴とする。

請求項９記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置において、光束変更手段又は収差補正手段は、入射する光束の偏光方向によって出射する光束の収束発散状態又は波面形状を変更する複屈折媒体と、入射する光束の偏光方向を９０度回転させるλ／２位相板とで構成されることを特徴とする。

請求項１０記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置において、光束変更手段又は収差補正手段は、入射する光束の偏光方向によって出射する光束の収束発散状態又は波面形状を変更する偏光ホログラムと、入射する光束の偏光方向を９０度回転させるλ／２位相板とで構成されることを特徴とする。

請求項１１記載の発明は、請求項１又は請求項５の光ピックアップ装置において、光束変更手段又は収差補正手段は、駆動条件により入射する光束の収束発散状態又は波面形状を変更することのできる液晶素子であることを特徴とする。

請求項１２記載の発明は、請求項４に記載の光ピックアップ装置において、開口変更手段は、入射する光束の偏光方向によって透過する光束の直径が変わる開口領域が形成された偏光フィルタと、入射する光束の偏光方向を９０度回転させるλ／２位相板とで構成されることを特徴とする。

請求項１３記載の発明は、請求項４に記載の光ピックアップ装置において、開口変更手段は、入射する光束の偏光方向によって透過する光束の直径が変わる開口領域が形成された偏光ホログラムと、入射する光束の偏光方向を９０度回転させるλ／２位相板とで構成されることを特徴とする。

請求項１４記載の発明は、請求項４に記載の光ピックアップ装置において、開口変更手段は、光ディスク基板表面と記録層との距離に対応して透過する光束の直径を駆動条件により変えることのできる開口領域が形成された液晶シャッターで構成されることを特徴とする。

請求項１５記載の発明は、光ディスクドライブ装置であって、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置を搭載したことを特徴とする。

請求項１、２、３の発明では、各層の基板厚に対応して、凹レンズによる光束変更手段と非球面形状の収差補正手段を両方用いることにより、収差補正手段を対物レンズと一体で駆動する必要がなく、対物レンズのシフトによる収差の影響を最低限に小さくできる。従って大容量化のために短波長化、高ＮＡ化、多層化を行い、補正すべき収差量が大きくなった時にも、小型薄型化、高速化が可能で、スポット劣化の少ない記録再生性能の優れた光ピックアップ装置を実現することができる。

請求項４の発明によれば、開口変更手段により各層での開口数ＮＡを一定にできるので、記録再生性能が一定した制御しやすい光ピックアップ装置を実現することができる。また、請求項５の発明によれば、光学部品点数が減って、装置が小型化、低コスト化できる。

請求項６の発明によれば、請求項１では凹レンズを光路中に抜き差しする機構が必要だったが、エキスパンダレンズを用いることにより、移動レンズをわずかに光軸方向に移動させるだけでよくなり、光学系全系の小型化が可能となる。

請求項７の発明によれば、装置の内部温度や光源の発光出力によって波長が変動した場合でも、光ディスク記録面上に形成されるスポットの集光位置が変わらないので、常に安定した記録再生が可能となる。また、請求項８の発明によれば、コリメートレンズを光束変更手段に用いることにより、余分な部品が不用となるため光学系全系の小型化が可能となる。

請求項９の発明によれば、本方式は２層の対応しかできないが、複屈折媒体は薄くて軽量なので対物レンズとともに対物レンズアクチェータに搭載できる。従って発散光や収束光の時にも対物レンズの軸ずれによる集光スポット形状劣化などの悪影響が発生しないため、良好な記録再生性能が実現できる。もちろん、固定部配置も可能である。

さらにガラス板の凹レンズ面の形状を非球面とすることにより、発散光の波面形状を変更する収差補正手段を兼用させることができるので部品点数が削減される。また、λ／２板３５を駆動電源でその駆動条件を切替えることにより透過する光束の偏光方向を垂直あるいは水平に変えることができるような液晶素子にすればλ／２板の移動機構が不用となり装置の小型化が実現される。

請求項１０の発明によれば、偏光ホログラムは薄くて軽量なので対物レンズとともに対物レンズアクチェータに搭載できる。従って発散光の時にも対物レンズの軸ずれによる集光スポット形状劣化などの悪影響が発生しないため、良好な記録再生性能が実現できる。もちろん、固定部配置も可能である。また、製造コストが安価であり、低コスト化が実現できる。なお、これは２層のディスクの対応しかできない。

ホログラム格子のピッチや方向などのパターン形状は位相伝達関数として表され、入射する波面形状に付加した波面形状が回折光として出射する。従ってホログラムの位相伝達関数すなわちパターン形状を、回折光の波面が、発散あるいは収束波面形状に高次の収差補正形状をたし合わせた形状となるようにすることにより光束変更手段と収差補正手段を一体化できるので部品点数を削減できる。また、λ／２板３５を駆動電源でその駆動条件を切替えることにより透過する光束の偏光方向を垂直あるいは水平に変えることができるような液晶素子にすればλ／２板の移動機構が不用となり装置の小型化が実現される。

請求項１１の発明によれば、封入する液晶の形状を、収差補正形状をたし合わせた形状とすることにより光束変更手段と収差補正手段を一体化できるので部品点数を削減できる。さらに液晶位相板を用いれば、駆動電源でその駆動条件を切替えて２つの手段の効果を同時に切替えることができるので移動機構が不用となり小型化できる。液晶素子は、ディスクが多層の記録層を持つ時には、駆動条件を変えて液晶の屈折率を最適にすることにより、各記録層までの基板厚さの違いにより発生する球面収差を補正することができる。すなはち、各層により発生する球面収差補正量を駆動条件を変えるだけで最適化できるので、光学系全系の小型化や低コスト化が可能となる。

請求項１２の発明によれば、偏光フィルタを開口とすれば、λ／２板を固定部に配置して、アクチェータには図６の６のような軽量の部材を搭載するだけでよくなり、アクチェータの駆動負担が軽減し高速化が可能となる。さらに、λ／２板を液晶素子に置き換えて、駆動電源でその駆動条件を切替えることにより液晶素子を透過する光束の偏光方向を垂直あるいは水平に変えることができる。従って本方式は２層の対応しかできないが、この液晶位相板を用いることにより可動部重量やサイズが低減されて装置の小型化が実現される。

請求項１３の発明によれば、請求項１２のものと同様に、λ／２板を固定部に配置して、アクチェータには６のような軽量の部材を搭載するだけでよくなり、アクチェータの駆動負担が軽減し高速化が可能となる。さらに、請求項１２では６Ａと６Ｂの間の輪帯領域の透過しない偏光を反射してしまい、信号検出部のフレア光となる場合があったが、偏光ホログラムはこのような光束を拡散するのでそのような悪影響を低減でき、信号品質が向上するメリットがある。さらに、λ／２板を液晶素子にして、駆動電源でその駆動条件を切替えることにより液晶素子を透過する光束の偏光方向を垂直あるいは水平に変えることができる。従って本方式は２層の対応しかできないが、この液晶位相板を用いることにより可動部重量が軽減されて装置の小型化が実現される。

請求項１４の発明によれば、透明電極が形成された液晶素子を用いて開口領域を選択することにより、多層の蒸着膜が必要である偏光フィルタや微細な格子形状や複雑な層構成が必要である偏光ホログラムが不用となり、低コスト化が実現される。また２層以上の各層での開口数ＮＡを一定にできるので、記録再生性能が一定した制御しやすい光ピックアップ装置を実現することができる。なお、アクチェータには液晶素子と偏光板の両方を搭載する必要がある。

請求項１５の発明によれば、コリメートレンズと液晶素子を、多層の記録層に対応して駆動することにより、各記録層の基板厚さが変わった場合でも、球面収差を補正してかつ対物レンズのシフトによる波面劣化も発生しないようにできる。
また、液晶素子を固定部に配置できるので小型化、高速化が可能で記録再生性能の優れた光ディスクドライブ装置を提供することができる。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の実施の形態について、図面に従って説明する。図１（ａ）は、本発明に係る光ピックアップ装置の第１の実施形態を要部で示す構成図である。図中、符号１の示すものは、ホログラムユニットであり、レーザ光源１Ｌと、ディスクからの反射光を回折して必要な信号を得るためのホログラム素子１ｈ、各種信号を生成するための複数領域で構成された受光素子１ｐを持つ。図１（ａ）中の上図において、ホログラムユニット１からの発散光束は、コリメートレンズ２で平行光となり、開口素子６で開口径を制限された後に対物レンズ７により光ディスク８の記録層Ｌ０面上に集光する。対物レンズ７の形状は光ディスク８のＬ０面の基板厚に対して、記録面上にスポットを集光させるような設計になっているものとする。ディスクからの反射光は再びホログラムユニット１に入射して、受光素子１ｐによりトラック信号、フォーカス信号、情報信号などを生成する。対物レンズと開口素子は図示しないアクチェータにより、トラック信号やフォーカス信号に従ってサーボがかけられて常にディスクの動きに追従してディスク記録面上に回折限界のスポットを集光する。

図１（ｂ）に示すように、光ディスクはＬ０層のほかにもＬ１，Ｌ２，Ｌ３層の異なる記録層を持つ。図１（ｂ）の８１は対物レンズに近い側の基板、８２は遠い側の基板である。一方、図１（ａ）の下図に示すように光ディスク８の異なる記録層Ｌ３などに記録再生する時には、光束変更手段として凹レンズ３と収差補正素子として厚さ形状が非球面形状であるようなガラス板４がコリメートレンズ２と開口の間の光路中に挿入される。これらを挿入する目的は、Ｌ０以外の層の時に発生する球面収差の補正と、対物レンズがトラッキング動作のためにシフトすることにより発生する収差を低減するためである。従って各層の（実質的）基板厚に対応させて、焦点距離の異なる凹レンズや非球面形状の異なるガラス板が光路中に挿入される。

図２（ａ）の表図に具体的なＢｌｕ−ｒａｙの条件でのシミュレーション結果を示す。通常のＢｌｕ−ｒａｙの条件では、Ｌ０層だけを持つ単層ディスクの基板８１の厚さは０．１ｍｍである。多層の時には他の層からのクロストークを低減するために層間の厚さは１５μm程度に設定される。図１（ｂ）のように対物レンズ側に記録層を積み重ねた場合には、Ｌ３層での基板厚さは０．０５５ｍｍとなる。基板厚さ０．１ｍｍで設計された対物レンズを用いて、基板厚さ０．０５５ｍｍのＬ３層に集光させた時の波面収差は０．４５５６λｒｍｓとなってしまい収差補正が必要である。

図２（ａ）で■印で示す特性は、厚さ形状が非球面形状であるような収差補正素子などにより補正した場合の測定値である。対物レンズと開口素子のシフト量が０の時には良好に補正されるが、シフトにより著しく波面収差が劣化する。そのために収差補正素子は通常はシフトが発生しないように、対物レンズと一体で駆動させていた。◆印で示す特性は凹レンズなどの光束変更手段により補正した場合である。シフト全域にわたり補正されているが、最も発生頻度の高いシフト量０付近での補正効果が不足している。▲印で示す特性は両方の補正手段を用いた場合であり、シフト量０付近では収差補正手段と同等に補正し、さらにシフト全域にわたり光束変更手段よりも波面収差を低減している。

図２（ｂ）は同様にＨＤ−ＤＶＤ条件でのシミュレーション結果を示す表図である。通常のＨＤ−ＤＶＤの条件では、Ｌ０層だけを持つ単層ディスクの基板８１の厚さは０．６ｍｍである。多層の時には他の層からのクロストークを低減するために層間の厚さは２５μm程度に設定される。図１（ｂ）のように対物レンズ側に記録層を積み重ねた場合には、Ｌ３層での基板厚さは０．５２５ｍｍとなる。基板厚さ０．６ｍｍで設計された対物レンズを用いて、基板厚さ０．５２５ｍｍのＬ３に集光させた時の波面収差は０．１７３５λｒｍｓとなってしまい収差補正が必要である。波面収差低減の効果は図２（ａ）と同様である。

このように光束変更手段と収差補正手段を両方用いることにより、対物レンズのシフトによる影響を最低限に小さくできている。また収差補正手段は対物レンズと一体で駆動する必要がない。従って大容量化のために短波長化、高ＮＡ化、多層化を行なった時にも、小型化、高速化が可能で記録再生性能の優れた光ピックアップ装置を実現することができる。

光束変更手段と収差補正手段はともに波面形状を変更する手段であるが、そのちがいは例えば波面形状を以下の（１）式で表すと、

光束変更手段とは、（１）式において主にｃの値を変更する手段であり、それにより平行光が収束光あるいは発散光となる。他方、収差補正手段とは、主に非球面係数の値を変更する手段であり、この係数は通常は０か微少量の値となるので見かけ上は、平行光が収束光や発散光のようになることはない。

この実施形態では、更に開口変更手段により各記録層における開口数ＮＡを適切に設定するようにしている。例えば図１（ｃ）において、開口変更手段である開口素子６は、カメラなどで用いられている羽根絞りシャッターなどで構成される。処理対象とする各記録層に対応して電気的な制御入力によって開口部の径が変化する。

通常の多層ディスクでは、各層の記録再生時の開口数ＮＡは一定である。ところが図１（ａ）の下図のように対物レンズに入射する光束が発散光になった場合には、集光位置が遠ざかるためにそれまでの開口では開口数ＮＡが小さくなってしまう。開口を広げることによりＬ３層での開口数ＮＡをＬ０層での開口数ＮＡと同じにできる。本実施形態では、開口変更手段により各層での開口数ＮＡを一定にできるので、記録再生性能が一定した制御しやすい光ピックアップ装置を実現することができる。

このような光ピックアップ装置では、各層の基板厚に対応して、凹レンズによる光束変更手段と非球面形状の収差補正手段を両方用いることにより、収差補正手段を対物レンズと一体で駆動する必要がなく、対物レンズのシフトによる収差の影響を最低限に小さくできる。従って大容量化のために短波長化、高ＮＡ化、多層化を行い、補正すべき収差量が大きくなった時にも、小型薄型化、高速化が可能で、スポット劣化の少ない記録再生性能の優れた光ピックアップ装置を実現することができる。

〔第２実施形態〕
上述の光束変更手段と収差補正手段とを同一の光学的手段で兼用することもできる。例えば図１（ａ）において、凹レンズ３の面形状を球面から非球面にすることにより、非球面形状のガラス板４は不用となる。このように用いる手段によっては、単一の光学的手段のみで所望の特性を実現できる。このようにすれは、光学部品点数が減って、装置が小型化、低コスト化できる。以上に述べた、開口変更手段、光束変更手段、収差補正手段は、それぞれ開口、凹レンズ、収差補正素子について図示しない駆動機構や移動機構を持つものとする。

〔第３実施形態〕
光束変更手段として、２群以上のレンズ系の群間隔を変えて出射光束の収束発散状態を変えるエキスパンダレンズを用いることができる。図３（ａ）にエキスパンダレンズ３の概略構成を示す。エキスパンダレンズ３は、固定レンズ３１と、エキスパンダアクチェータ３３により光軸方向に移動する移動レンズ３２によって構成される。エキスパンダレンズは図１（ａ）の凹レンズの代わりに配置されて、例えばＬ０層の場合には平行光束を、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３層の場合には移動レンズが移動して凹レンズと同等の発散光束を出射する。前述の構成では凹レンズを光路中に抜き差しする機構が必要だったが、エキスパンダレンズを用いることにより、移動レンズ３２をわずかに光軸方向に移動させるだけでよくなり、光学系全系の小型化が可能となる。

〔第４実施形態〕
２群以上のレンズ系で構成されるエキスパンダレンズは各レンズの硝材や焦点距離の組合せの自由度が大きく、対物レンズ７やコリメートレンズ３で発生する光ディスク記録面上の集光スポットの色収差を補正することができる。従って、装置の内部温度や光源の発光出力によって波長が変動した場合でも、光ディスク記録面上に形成されるスポットの集光位置が変わらないので、常に安定した記録再生が可能となる。

〔第５実施形態〕
この他にも、光束変更手段として、光源からの光束を平行光にするコリメートレンズを光軸方向に移動して出射光束の収束発散状態を変える手段を用いることができる。図３（ｂ）の２１はコリメートレンズであり、光軸方向にコリメートレンズを移動するアクチェータ２２を持つ。コリメートレンズからの出射光は図１（ａ）のＬ０層の場合には平行光束、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３層の場合にはレンズが光軸方向に移動して発散光束を対物レンズに入射させる。コリメートレンズを光束変更手段に用いることにより、余分な部品が不用となるため光学系全系の小型化が可能となる。

〔第６実施形態〕
光束変更手段や収差補正手段として、入射する光束の偏光方向によって出射する光束の収束発散状態や波面形状を変更する複屈折媒体と、入射する光束の偏光方向を９０度回転させるλ／２位相板との組合せ手段を用いることができる。

＜光束変更手段として＞：図４（ａ）の３４は複屈折媒体である。複屈折媒体は例えば特開平１１−１９５２４０の液晶レンズのように、中心部（斜線部）に凹レンズ形状の液晶がガラス板によって挟まれた構成である。液晶の偏光選択性により（ａ）の紙面平行方向の偏光に対しては、液晶とガラスの屈折率が等しいため光束はレンズ作用を受けずに複屈折媒体を素通りする。一方、図４（ｂ）のλ／２板３５を挿入することにより偏光方向を紙面垂直方向に変えると、液晶とガラスの屈折率が異なるために、例えば液晶の屈折率の方が大きい時には光束は発散のレンズ作用を受けるので各記録層に対応して、凹レンズと同等の球面収差補正が可能となる。

本実施形態の方式は２層の光ディスクに対してしか対応できないが、複屈折媒体は薄くて軽量なので対物レンズとともに対物レンズアクチェータに搭載できる。従って発散光の時にも対物レンズの軸ずれによる集光スポット形状劣化などの悪影響が発生しないため、良好な記録再生性能が実現できる。もちろん、固定部配置も可能である。更には、ガラス板の凹レンズ面の形状を非球面とすることにより、発散光の波面形状を変更する収差補正手段を兼用させることができるので部品点数が削減される。また、λ／２板３５を、駆動電源でその駆動条件を切替えることにより透過する光束の偏光方向を垂直あるいは水平に変えることができるような液晶素子にすれば、λ／２板の移動機構が不用となり装置の小型化が実現される。

〔第７実施形態〕
この他にも、光束変更手段や収差補正手段として、入射する光束の偏光方向によって出射する光束の収束発散状態や波面形状を変更する偏光ホログラムと、入射する光束の偏光方向を９０度回転させるλ／２位相板との組合せ手段を用いることができる。

＜光束変更手段として＞：図４（ｃ）での符号３６は偏光ホログラムである。偏光ホログラムは回折効率について偏光選択性を持つので、図４（ｃ）で紙面平行方向の偏光に対しては、１次以上の回折光が発生せずに入射光は０次光として素子を素通りする。一方、図４（ｄ）に示すようにλ／２板３５を挿入することにより偏光方向を紙面垂直方向に変えると、１次光の回折効率が大きくなり入射光は１次光としてホログラムの発散のレンズ作用を受ける。従って、凹レンズと同等に各記録層に対応して球面収差補正が可能となる。

本方式は２層の光ディスクに対してしか対応しかできないが、偏光ホログラムは薄くて軽量なので対物レンズとともに対物レンズアクチェータに搭載できる。従って発散光の時にも対物レンズの軸ずれによる集光スポット形状劣化などの悪影響が発生しないため、良好な記録再生性能が実現できる。もちろん、固定部配置も可能である。また、製造コストが安価であり、低コスト化が実現できる。

ホログラム格子のピッチや方向などのパターン形状は位相伝達関数として表され、入射する波面形状に付加した波面形状が回折光として出射する。従って偏光ホログラムの位相伝達関数すなわちパターン形状を、回折光の波面が、発散あるいは収束波面形状に高次の収差補正形状をたし合わせた形状となるようにすることにより、光束変更手段と収差補正手段を一体化できるので部品点数を削減できる。また、λ／２板３５を駆動電源でその駆動条件を切替えることにより透過する光束の偏光方向を垂直あるいは水平に変えることができるような液晶素子にすればλ／２板の移動機構が不用となり装置の小型化が実現される。

〔第８実施形態〕
光束変更手段や収差補正手段として、駆動条件により入射する光束の収束発散状態や波面形状を変更することのできる公知の液晶素子を用いることもできる。

＜収差補正手段として＞：図５（ａ）の液晶素子は、液晶４２を２つのガラス基板４１ではさみ込んだ構造であり、一方のガラス基板４１にはａ，ｂ，ｃ，ｄのような、円状に分割された透明電極が、他方のガラス基板４１には全面を被う共通の透明電極が形成されている。２つの基板の電極間の電界に応じて、間に挟まれた液晶の屈折率が変化するので、ａ，ｂ，ｃ，ｄに印加される電圧を互いに変えることにより透過する波面形状を光軸対称に変形させて、球面収差を補正できる。

〔第９実施形態〕
＜光束変更手段として＞：図５（ｂ）の液晶素子は、図４（ａ）のように液晶４２を２つのガラス基板４１ではさみ込んだ構造であり、ガラス基板の液晶側の面は凸又は凹形状となっている。従って挟まれた液晶の厚さは中心部と周辺部で異なっている。２つのガラス基板にはそれぞれ全面を被う透明電極が形成されていて電極間の電界に応じて間に挟まれた液晶の屈折率が変化するので、透過する光束はレンズ作用を受けて収束発散状態が変化する。これにより球面収差を補正できる。

さらに封入する液晶の形状を、収差補正形状をたし合わせた形状とすることにより光束変更手段と収差補正手段を一体化できる。液晶位相板を用いれば、駆動電源でその駆動条件を切替えて２つの手段の効果を同時に切替えることができる。液晶素子は、ディスクが多層の記録層を持つ時には、駆動条件を変えて液晶の屈折率を最適にすることにより、各記録層までの基板厚さの違いにより発生する球面収差を補正することができる。すなわち、各層により発生する球面収差補正を駆動条件を変えるだけで対応できるので、光学系全系の小型化や低コスト化が可能となる。

〔第１０実施形態〕
開口変更手段として、有る領域について入射する光束の偏光方向により透過したりしなかったりする偏光フィルタを用いることができる。図６（ａ）の符号６は、領域が形成された偏光フィルタであり、開口６Ｂの内側はすべての偏光方向について透過する領域、６Ａと６Ｂの間の輪帯領域は垂直方向の偏光を透過する領域、６Ａの外側はすべての偏光方向について透過しない領域、とする。

いま垂直方向の偏光を持つ光束が偏光フィルタ６に入射すると、６Ａの開口で制限された光束が透過する。ここで、図６（ｂ）のように、４５度方向に遅延軸をもつλ／２板６１を挿入すると、偏光方向が水平方向に回転して偏光フィルタ６に入射する。従って偏光フィルタ６からは６Ｂの開口で制限された光束が透過する。

通常、対物レンズはアクチェータによりサーボがかけられて常にディスクの動きに追従するが、対物レンズに対して開口の軸ずれを起こさないためには開口も対物レンズと同じ動きをさせる必要がある。従って前述構成例では、図１（ｃ）の６のような重く大きな開口素子をアクチェータに搭載する必要があったが、本例のように偏光フィルタを開口とすれば、λ／２板を固定部に配置して、アクチェータには図６の６のような軽量の部材を搭載するだけでよくなり、アクチェータの駆動負担が軽減し高速化が可能となる。さらに、図６（ｃ）のようにλ／２板を液晶素子６２に置き換えて、駆動電源６３でその駆動条件を切替えることにより液晶素子を透過する光束の偏光方向を垂直あるいは水平に変えることができる。本方式は２層の対応しかできないが、この液晶位相板を用いることにより可動部重量やサイズが低減されて装置の小型化が実現できる。

〔第１１実施形態〕
開口変更手段として、有る領域について入射する光束の偏光方向により拡散したりしなかったりする偏光ホログラムを用いることができる。図７（ａ）の６は領域が形成された偏光ホログラムであり、開口６Ｂの内側はすべての偏光方向について透過する領域、６Ａと６Ｂの間の輪帯領域は垂直方向の偏光を透過して、水平方向の偏光を回折により拡散する領域、６Ａの外側はすべての偏光方向について透過しない領域、とする。

いま垂直方向の偏光を持つ光束が偏光ホログラム６に入射すると、６Ａの開口で制限された光束が透過する。ここで、４５度方向に遅延軸をもつλ／２板６１を（ｂ）のように挿入すると、偏光方向が水平方向に回転して偏光ホログラム６に入射する。従って偏光ホログラムからは６Ｂの開口で制限された光束が透過する。

前実施形態と同様に、λ／２板６１を固定部に配置して、アクチェータには６のような軽量の部材を搭載するだけでよくなり、アクチェータの駆動負担が軽減し高速化が可能となる。さらに、前実施形態では６Ａと６Ｂの間の輪帯領域の透過しない偏光を反射してしまい、信号検出部のフレア光となる場合があったが、偏光ホログラムはこのような光束を拡散するのでそのような悪影響を低減でき、信号品質が向上するメリットがある。更には、図７（ｃ）のようにλ／２板を液晶素子６２にして、駆動電源６３でその駆動条件を切替えることにより液晶素子を透過する光束の偏光方向を垂直あるいは水平に変えることができる。本方式は２層の対応しかできないが、この液晶位相板を用いることにより可動部重量が軽減されて装置の小型化が実現される。

〔第１２実施形態〕
この他、開口変更手段として、液晶素子と偏光板を組合せた液晶シャッターを用いることができる。図８の符号６は液晶シャッターである。符号６４は液晶素子であり、駆動電源６３の制御により開口６Ａ、６Ｂ、６Ｃ，６Ｄの間の輪帯領域を透過する光束の偏光方向を変えることができる。すなわち、液晶素子６４は開口６Ａ、６Ｂ、６Ｃ，６Ｄの間の輪帯領域の形状に透明電極が形成されており、これに電界が印加されると電極間に封印された液晶分子が回転して入射する偏光を素通りさせる。６Ｄの内側は電界が印加されないため入射する偏光は常に９０度回転して出射される。６Ａの外側はすべての偏光方向について透過しない領域、例えば通常の遮光板のような状態となっている。符号６５は全面について水平方向の偏光を透過する偏光板である。

いま垂直方向の偏光を持つ光束が液晶シャッター６に入射すると、６Ａの開口で制限された水平方向の偏光をもつ光束が６４から出射し、続いて６５を透過する。次に、駆動電源６３により６Ａの電極に電界を印加すると、開口６Ａと６Ｂの間の輪帯領域の垂直方向の偏光は偏光板６５で遮光されて、６Ｂの径の光束が出射される。同様に、６Ａと６Ｂに印加した場合には６Ｃの径の光束が、６Ａ、６Ｂ、６Ｃに印加した場合には６Ｄの径の光束が出射される。
従って、駆動する電極を選択することによって任意に４つの開口径を選ぶことができる。

このように、透明電極が形成された液晶素子を用いて開口領域を選択することにより、アクチェータには液晶素子６４と偏光板６５の両方を搭載する必要があるが、これと引き替えに、多層の蒸着膜が必要である偏光フィルタや微細な格子形状や複雑な層構成が必要である偏光ホログラムが不用となり、低コスト化が実現される。特にこの構成では、２層以上の各層での開口数ＮＡを一定にできるので、記録再生性能が一定した制御しやすい光ピックアップ装置を実現することができる。

〔第１３実施形態〕
次に、以上のような光ピックアップ装置を搭載した光ディスクドライブ装置の一例を図９に模式的構成図で示す。符号１はホログラムユニット、２０はコリメートレンズによる光路変更手段であり、２１はコリメートレンズ、２２は光軸方向に可動なアクチェータである。４０は固定部に配置された液晶素子による収差補正手段、４３はその駆動電源である。
６０は対物レンズホルダーなどに形成される通常の開口部である（開口変更手段ではない）。開口部６０は対物レンズ７と一体でアクチェータにより移動される。８は多層の記録層をもつ光ディスクである。

コリメートレンズ２１と液晶素子４０を、多層の記録層に対応して駆動することにより、各記録層の基板厚さが変わった場合でも、球面収差を補正してかつ対物レンズ２１のシフトによる波面劣化も発生しないようにできる。また、液晶素子（収差補正手段）４０を固定部に配置できるので小型化、高速化が可能で記録再生性能の優れた光ディスクドライブ装置を提供することができる。

(a)は光ピックアップ装置の第１の実施形態を要部で示す構成図、(b)は光ディスクの構造説明図、(c)は開口変更手段の概略図である。 波面収差を説明する図で、(a)はＢｌｕ−ｒａｙ規格、(b)はＨＤ−ＤＶＤ規格相当の場合を示す。 (a)〜(b)は、光束変更手段の実施形態を説明する模式構成図である。 (a)〜(d)は、光束変更手段の他の実施形態を説明する模式構成図である。 (a),(b)は、光束変更手段および収差補正手段の他の実施形態を説明する模式構成図である。 (a)〜(ｃ)は、それぞれ、開口変更手段の各種実施形態を説明する模式構成図である。 (a)〜(ｃ)は、それぞれ、開口変更手段の各種実施形態を説明する模式構成図である。 開口変更手段の他の実施形態を説明する模式構成図である。 光ピックアップ装置を搭載した本発明の光ディスクドライブ装置の要部構成図である。

符号の説明

１…ホログラムユニット
１Ｌ…レーザ光源
１ｈ…ホログラム素子
１ｐ…受光素子
２,２１…コリメートレンズ
２０…光路変更手段
２２…アクチェータ
３…凹レンズ（光束変更手段）、エキスパンダレンズ
３１…固定レンズ
３２…移動レンズ
３３…エキスパンダアクチェータ
３４…複屈折媒体
３５…λ／２板
３６…偏光ホログラム
４…ガラス板（収差補正素子）
４０…収差補正手段
４１…ガラス基板
４２…液晶
４３…駆動電源
６…偏光フィルタ（開口素子）
６０…開口部
６１…λ／２板
６３…駆動電源
６４…液晶素子
６５…偏光板
７…対物レンズ
８…光ディスク
８１, ８２…基板
Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…記録層
ａ，ｂ，ｃ，ｄ…透明電極

Claims (15)

1. 対物レンズを用いて、複数の記録層を持つ光ディスクの各記録層上に、光源からの光束を集光させて記録、再生、消去の少なくとも１つ以上の動作を行なう光ピックアップ装置において、
   各記録層における光ディスク基板表面と記録層との距離に対応して対物レンズに入射する光束の収束発散状態を変更する光束変更手段と、各記録層における光ディスク基板表面と記録層との距離に対応して対物レンズに入射する光束の波面形状を変更する収差補正手段とを有することを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 前記光ディスクの種類は、光ディスク基板表面と記録層との距離が略０．１ｍｍ、開口数が略０．８５のディスク、または光ディスク基板表面と記録層との距離が略０．６ｍｍ、開口数が略０．６５のディスクであることを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ装置。
3. 前記光束変更手段は光束の波面形状の曲率半径を変更する手段であり、前記収差補正手段は光束の波面形状の４次項以上の高次項に関する形状を変更する手段である、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の光ピックアップ装置。
4. 各記録層における光ディスク基板表面と記録層との距離に対応して対物レンズの実効的開口数を変更する開口変更手段を持つことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
5. 前記光束変更手段と前記収差補正手段が同一の光学的手段であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
6. 前記光束変更手段は、２群以上のレンズ系で構成されるエキスパンダレンズと、各レンズ群の間隔を光ディスク基板表面と記録層との距離に対応して変えることのできる移動機構とで構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
7. エキスパンダレンズは、光ディスク記録面上に形成される集光スポットの色収差を補正する色補正レンズであることを特徴とする請求項６記載の光ピックアップ装置。
8. 前記光束変更手段は、光源と対物レンズとの光路中に配置されたコリメートレンズと、該コリメートレンズを光ディスク基板表面と記録層との距離に対応して光軸方向に移動する移動機構とで構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
9. 前記光束変更手段又は収差補正手段は、入射する光束の偏光方向によって出射する光束の収束発散状態又は波面形状を変更する複屈折媒体と、入射する光束の偏光方向を９０度回転させるλ／２位相板とで構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
10. 前記光束変更手段又は収差補正手段は、入射する光束の偏光方向によって出射する光束の収束発散状態又は波面形状を変更する偏光ホログラムと、入射する光束の偏光方向を９０度回転させるλ／２位相板とで構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
11. 前記光束変更手段又は収差補正手段は、駆動条件により入射する光束の収束発散状態又は波面形状を変更することのできる液晶素子であることを特徴とする請求項１又は５に記載の光ピックアップ装置。
12. 前記開口変更手段は、入射する光束の偏光方向によって透過する光束の直径が変わる開口領域が形成された偏光フィルタと、入射する光束の偏光方向を９０度回転させるλ／２位相板とで構成されることを特徴とする請求項４に記載の光ピックアップ装置。
13. 前記開口変更手段は、入射する光束の偏光方向によって透過する光束の直径が変わる開口領域が形成された偏光ホログラムと、入射する光束の偏光方向を９０度回転させるλ／２位相板とで構成されることを特徴とする請求項４に記載の光ピックアップ装置。
14. 前記開口変更手段は、光ディスク基板表面と記録層との距離に対応して透過する光束の直径を駆動条件により変えることのできる開口領域が形成された液晶シャッターで構成されることを特徴とする請求項４に記載の光ピックアップ装置。
15. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置を搭載した、ことを特徴とする光ディスクドライブ装置。
    

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