JP2007026616A - 光ピックアップおよび光情報処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の厚みの異なる光情報記録媒体を、単一の光源と単一の対物レンズを用いて高精度に記録，再生し、かつ色収差補正、光利用効率の低下やノイズを抑制する。
【解決手段】コリメートレンズ１０２には、光軸に対して垂直な回転軸２０１が設けてあり、基板厚に応じて回転駆動手段２００によりコリメートレンズ１０２が回転する。このコリメートレンズ１０２の回転により、コリメートレンズ１０２は第１面と第２面を入れ換えることで、厚さ０．１ｍｍの光情報記録媒体（ＢＤ）１１０ａ、および厚さ０．６ｍｍの光情報記録媒体（ＨＤ）１１０ｂを高精度に記録，再生できる面特性を有し、対物レンズ１０８で発生する収差を相殺するように設計されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、光情報処理装置に用いる光ピックアップの光学系に係り、特に情報記録面を保護する光情報記録媒体において、厚みが変化したときに発生する収差補正に関するものである。

近年、取り扱う情報量の増大と共に光情報記録媒体の記録密度を高くすることが求められている。そこで、光情報記録媒体の情報記録面における線記録密度の向上やトラックの狭ピッチ化によって、光情報記録媒体の高記録密度化が行われてきた。この光情報記録媒体の高記録密度化に対応するためには、光情報記録媒体の情報記録面上に集光される光束のビーム径を小さくすることが必要である。

そして、光束のビーム径を小さくする方法としては、光情報記録媒体を記録再生する光ピックアップの集光光学系としての対物レンズから照射される光束の開口数（ＮＡ：Ｎumerical Ａperture）を大きくすることや、光束の短波長化が考えられる。

一般に、光情報記録媒体では、埃や傷から情報記録面を保護するために、この情報記録面が透明基板で覆われている。したがって、光ピックアップの対物レンズを透過した光束は、光情報記録媒体の透明基板を通過して、その下にある情報記録面上で集光されて焦点を結び、光スポットを形成する。

このように光束が透明基板を通過すると、球面収差（ＳＡ：Ｓpherical Ａberration）が発生する。球面収差ＳＡは、（数１）で示され、
（数１）
ＳＡ∝ｄ・ＮＡ^４

透明基板の厚さｄおよび対物レンズの開口数ＮＡの４乗に比例する。通常、対物レンズは、この球面収差ＳＡを相殺するように設計されているので、対物レンズとカバーガラスを通過した光束の球面収差ＳＡは十分に小さくなっている。

しかし、透明基板（光透過層）厚みが対物レンズの設計時と異なる場合は、球面収差が発生する。例えば、基板厚が０．６ｍｍの規格であるためＤＶＤ用の光学系で１．２ｍｍ厚のＣＤを再生しようとすると、基板厚さが厚い分、球面収差が過剰に補正され再生が可能な光スポット形状を得ることができない。

また、低コストで光ピックアップの小型化を達成するためには、異なる基板厚の光情報記録媒体を単一の対物レンズにより記録，再生することが望まれている。そこで、複数の光情報記録媒体に情報を記録，再生するための光ピックアップとして、各種のレンズ系が知られている。

例えば、特許文献１，特許文献２に記載される方法によれば、光ピックアップ装置上にホログラム素子を設け、これを透過する０次光と１次光の各々をＤＶＤ用とＣＤ用に振り分けて、それぞれの光情報記録媒体に関して回折限界性能を有する光スポットを得ることができる。

また、特許文献３に記載の方法によれば、１つのレーザ光源からの光束を偏光選択性ホログラム素子に対して斜めの直線偏光にし、光束を異なる偏光方向に分割してＤＶＤ用とＣＤ用に振り分け、ハーフミラーで往復の光束を分離している。

さらに、近年の高密度化に伴い、光情報記録媒体の記録再生に用いる光源の波長が４０５ｎｍであり、ＮＡ０．８５の対物レンズで光照射側基板厚が０．１ｍｍ厚のＢlu-ray Ｄisc（以下、ＢＤという）や、ＮＡ０．６５の対物レンズで光照射側基板厚が０．６ｍｍ厚のＨＤ−ＤＶＤ（以下、ＨＤという）という新たな規格が提案されている。従来のＤＶＤやＣＤに比べると、光源の波長が短く、光学的な課題の１つとして、色収差が問題になってくる。この色収差の要因は、温度変動や記録時と再生時の光出力変化に伴う光源の波長変動である。光学材料の屈折率は、波長により変化する性質（分散）を持つため、光源の波長変動により色収差が発生する。特に近年、光情報記録媒体における記録密度の高密度化により光源の波長が短くなっており、光学材料の屈折率変化が大きくなり、この色収差が記録，再生における光情報処理の劣化に与える影響は大きくなっている。
特開平７−９８４３１号公報 特開平１０−２７３７８号公報 特開平９−１６１３０６号公報 特開平９−２５１６５８号公報

しかしながら、特許文献１に記載される、１つのレーザ光源からの光束を異なる回折次数光に分割してＤＶＤ用とＣＤ用にする方法や、特許文献４に記載の、１つのレーザ光源からの光束を偏光選択性ホログラム素子に対して斜めの直線偏光にし、光束を異なる偏光方向に分割してＤＶＤ用とＣＤ用にする方法では、常に光情報記録媒体の情報記録面に向けて複数の光束が出射されるため、１つの光束で情報の読み出しを行うときには、他方の光束は読み出しには寄与しない不要光となり、ノイズ増大の要因となる。また、レーザ光の利用効率が低下するという課題がある。

また、異なる基板厚に対応して、偏光を切り換えて収差を補正する偏光選択性ホログラム素子を用いる場合、例えば図２０に示すような光学系に１／４波長板１０７を設けると、光情報記録媒体からの戻り光束は収差が補正されなくなり、制御信号を誤検出してしまうという課題が発生する。

さらに、温度変動による波長変動は、球面収差が発生してスポット性能の劣化が生じ、また光出力変化に伴う波長変動は、急激に起こるため、アクチュエータ１０９において対物レンズ１０８を駆動しても波長変動を追従することができず、デフォーカスによる性能劣化が生じ、また、特許文献１，２，４においては、ホログラム素子を設けるため、効率が低下し、光学素子が高価になるという課題が生じる。

本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、基板の厚みの異なる光情報記録媒体を、単一の光源と単一の対物レンズを用いて高精度に記録または再生ができ、かつそれぞれの光情報記録媒体において色収差が補正され、さらに、光利用効率の低下やノイズを抑制された低コストの光ピックアップおよび光情報処理装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１記載した光ピックアップは、基板厚の異なる第１，第２光情報記録媒体に記録，再生，消去のいずれか１以上を行う光ピックアップであって、光源と、光源からの出射光束の発散角を変換する発散角変換レンズと、第１，第２光情報記録媒体の記録面上に光束を集光する対物レンズと、第１，第２光情報記録媒体からの戻り光束を分離する光分離手段と、光分離手段を介して戻り光束が導かれる光検出手段と、発散角変換レンズに有する第１面と第２面とで異なる面特性を基板厚に応じて切り換える切換手段とを備えた構成によって、発散角変換レンズにそれぞれの基板厚において対物レンズで発生する収差を低減させる面形状を形成しているため、基板厚の異なる光情報記録媒体を単一の対物レンズにより高精度に記録，再生することができる。

また、請求項２に記載した光ピックアップは、基板厚の異なる第１，第２光情報記録媒体に記録，再生，消去のいずれか１以上を行う光ピックアップであって、光源と、光源からの出射光束の発散角を変換する発散角変換レンズと、光束の直線偏光を円偏光とする１／４波長板と、第１，第２光情報記録媒体の記録面上に光束を集光する対物レンズと、第１，第２光情報記録媒体からの戻り光束を分離する偏光選択性の光分離手段と、光分離手段を介して戻り光束が導かれる光検出手段と、発散角変換レンズに有する第１面と第２面とで異なる面特性を基板厚に応じて切り換える切換手段とを備えた構成によって、１／４波長板と偏光選択性の光分離手段により、光効率を高くして光源への戻り光束をなくし、基板厚の異なる光情報記録媒体を単一の対物レンズにより高精度に記録，再生することができる。

また、請求項３に記載した光ピックアップは、基板厚の異なる第１，第２光情報記録媒体に記録，再生，消去のいずれか１以上を行う光ピックアップであって、光源と、光源からの出射光束の発散角を変換する発散角変換レンズと、光束の偏光方向を回転する偏光旋光手段と、輪帯状に少なくとも２つ以上に領域分割された偏光膜と、光束の直線偏光を円偏光とする１／４波長板と、第１，第２光情報記録媒体の記録面上に光束を集光する対物レンズと、第１，第２光情報記録媒体からの戻り光束を分離する偏光選択性の光分離手段と、光分離手段を介して戻り光束が導かれる光検出手段と、発散角変換レンズに有する第１面と第２面とで異なる面特性を基板厚に応じて切り換える切換手段とを備えた構成によって、偏光旋光手段と、輪帯状に領域分割された偏光膜により、簡易な構成で開口を制限でき、基板厚の異なる光情報記録媒体を単一の対物レンズにより高精度に記録，再生することができる。

また、請求項４〜７に記載した光ピックアップは、請求項１〜３の光ピックアップにおいて、発散角変換レンズの面特性を切り換える切換手段が、光軸と垂直な軸を中心として発散角変換レンズを１８０度回転させ、面特性を切り換えること、また発散角変換レンズの面特性を切り換える切換手段が、焦点距離可変のレンズからなる発散角変換レンズに加える電界を変化させることでレンズ面形状を変化させ、面特性を切り換えること、さらに、発散角変換レンズが、少なくとも１面以上の回折面を形成してなること、また、発散角変換レンズが、コリメートレンズである構成によって、発散角変換レンズのそれぞれの面に形成の収差を低減させる面形状を、光軸と垂直な軸を中心に１８０度回転すること、また電界により焦点距離可変のレンズを用いて機械的な部品を用いることなく面形状を入れ換え、さらに、屈折面と回折面で生じる波長分散が逆となることを利用し、対物レンズで発生する色収差を補正して、また、コリメートレンズとして無限系の光学系とでき、基板厚の異なる光情報記録媒体を単一の対物レンズにより、高精度に記録，再生でき、また同時に情報記録媒体からの戻り光束の波面収差も低減し、再生信号や制御信号の誤検出を防ぐことができる。

また、請求項８〜１１に記載した光ピックアップは、請求項１〜７の光ピックアップにおいて、発散角変換レンズが、光軸方向に可動する手段を備えていること、また光軸と垂直な方向に可動する手段を備えていること、または、発散角変換レンズが、光軸に垂直な軸を中心に回転する手段を備え、軸が光情報記録媒体の半径方向と一致していること、また軸が光情報記録媒体の半径方向と垂直な方向に一致している構成によって、基板厚の異なる光情報記録媒体に個々で発生する球面収差，コマ収差をそれぞれ補正することができ、装置を小型化できる。

また、請求項１２に記載した光ピックアップは、請求項３の光ピックアップにおいて、偏光旋光手段が、液晶旋光子からなる構成によって、光情報記録媒体の異なる基板厚に応じて電気的に偏光方向を回転させることができる。

また、請求項１３に記載した光情報処理装置は、光情報記録媒体の記録面に光束を照射して情報の再生、記録あるいは消去を行う光情報処理装置において、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の光ピックアップを備えた構成によって、簡易な構成で、基板厚さの異なる光情報記録媒体に対応でき、装置の小型，低コスト化することができる。

本発明によれば、新たな光学部品を用いることなく、基板厚が異なる光情報記録媒体に対して、波面劣化を抑制した良好なスポットを形成でき、また、光利用効率の低下を抑制して、不要光が光源に戻らないためにノイズを低減して、さらに、復路において往路と同様に波面が補正され、再生信号や制御信号を高精度に検出することができるという効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態１における光ピックアップの概略構成を示す図である。図１に示すように、光ピックアップは、半導体レーザ１０１、偏光ビームスプリッタ１０３、偏光旋光手段１０４、コリメートレンズ１０２ａ、プリズム１０５、開口制限素子１０６、１／４波長板１０７、対物レンズ１０８、アクチュエータ１０９、検出レンズ１１１、受光素子１１２より構成される。半導体レーザ１０１の中心波長は４０５ｎｍであり、対物レンズ１０８の開口数ＮＡは０．８５、光情報記録媒体として基板厚が０．１ｍｍのＢＤ規格の光情報記録媒体（ＢＤ）１１０ａとする。

いま、基板厚０．１ｍｍの光情報記録媒体（ＢＤ）１１０ａを記録，再生する場合を以下に説明する。半導体レーザ１０１の出射光は、偏光ビームスプリッタ１０３、偏光旋光手段１０４を透過し、コリメートレンズ１０２ａにより略平行光にされる。平行光にされた光束は、プリズム１０５より偏向される。そして、１／４波長板１０７、対物レンズ１０８を介して集光されることにより、情報の記録，再生が行われる。また、光情報記録媒体（ＢＤ）１１０ａからの反射光は対物レンズ１０８、１／４波長板１０７を通過した後、コリメートレンズ１０２ａ、偏光旋光手段１０４を通過し、偏光ビームスプリッタ１０３により入射光と分離，偏向され、検出レンズ１１１により受光素子１１２上に導かれ、再生信号，フォーカス誤差信号，トラック誤差信号が検出される。

ここで、対物レンズ１０８は厚さ０．１ｍｍの光情報記録媒体（ＢＤ）１１０ａを高精度に記録，再生できるように設計されている。または、厚さ０．１ｍｍの光情報記録媒体（ＢＤ）１１０ａを高精度に記録，再生できるようにコリメートレンズ１０２ａと対物レンズ１０８で収差を相殺するように設計されていてもよい。

また、厚さ０．１ｍｍの光情報記録媒体（ＢＤ）１１０ａを再生，記録するときには、対物レンズ１０８の開口数は０．８５であり、開口制限素子１０６の偏光膜を透過し、対物レンズ１０８へ平行光で入射する。したがって、偏光旋光手段１０４は、開口制限素子（偏光膜）１０６を透過するＰ偏光とするように、光束を旋光（偏光方向を回転）する。一方、厚さ０．６ｍｍのＨＤ規格の光情報記録媒体（ＨＤ）１１０ｂを記録，再生するときには、図３（ａ）のように基板厚の違いにより収差が発生する。

そこで、図２に示すコリメートレンズ１０２ｂのように、図１のコリメートレンズ１０２ａを光軸に垂直な軸を中心に１８０度回転させる。コリメートレンズ１０２には、図４に示すように第１面と第２面の切換手段として、光軸に対して垂直な回転軸２０１が設けてあり、基板厚に応じて回転駆動手段２００によりコリメートレンズ１０２が回転する。

本実施の形態１のコリメートレンズ１０２（図４参照）は、図１，図２のコリメートレンズ１０２ａ，１０２ｂに示すように第１面と第２面を入れ換えることで、厚さ０．６ｍｍの光情報記録媒体（ＨＤ）１１０ｂを高精度に記録，再生できるように、対物レンズ１０８で発生する収差を相殺するように設計されている。

また、本実施の形態１に用いた対物レンズ１０８の設計データを（表１）に、コリメートレンズ１０２の設計データを（表２）（ａ），（ｂ）、（表３）（ａ），（ｂ）に示す。（表２）（ａ），（ｂ）が、厚さ０．１ｍｍの光情報記録媒体（ＢＤ）１１０ａを記録，再生する場合、（表３）（ａ），（ｂ）が、厚さ０．６ｍｍの光情報記録媒体（ＨＤ）１１０ｂを記録，再生する場合を示す。（表２）（ａ），（ｂ）と（表３）（ａ），（ｂ）を比較して分かるように、基板厚に応じて、コリメートレンズ１０２の第１面と第２面の面特性を入れ換えることで、収差の波面を良好に補正できる。

厚さ０．６ｍｍの光情報記録媒体（ＨＤ）１１０ｂの記録，再生を行う場合の対物レンズ１０８の開口数ＮＡは０．６５である。そこで、偏光旋光手段１０４は、中心部分の光束は透過し、周辺部分の光束は開口制限素子（偏光膜）１０６で遮光されるようなＳ偏光にし、中心部分のみが対物レンズ１０８に平行光で入射するようにする。

このように図１で用いたコリメートレンズ１０２ａを１８０度回転させることにより、図３（ａ）の収差が補正され図３（ｂ）のように良好な波面形状となる。

次に、本実施の形態１に用いる開口制限素子（偏光膜）１０６の機能を図１，図２を参照しながら図５（ａ），（ｂ）に基づき説明する。図５（ａ）は基板厚０．１ｍｍの光情報記録媒体（ＢＤ）１１０ａを再生する場合の開口制限素子１０６を透過する光束を示す図である。光束９の偏光方向ａは開口制限素子１０６の上面の周辺に形成された偏光膜１０６ａの透過軸の方向と一致している。このため光束９全体が開口制限素子１０６を透過して、透過光束２５が対物レンズ１０８に入射する。

また、図５（ｂ）は基板厚０．６ｍｍの光情報記録媒体（ＨＤ）１１０ｂを再生する場合である。光束９は偏光旋光手段１０４により図５（ａ）の偏光方向ａと直交する偏光方向ｂとなるように旋光される。このため光束９の周辺光束は開口制限素子１０６で遮光され、中心部分の偏光膜１０６ａが形成されていない部分の制限光束２６のみが対物レンズ１０８に入射する。

また、偏光旋光手段１０４として液晶を用いた場合の動作について説明する。図６（ａ）と図６（ｂ）において液晶旋光子を示す。液晶旋光子６に封入されている液晶６ａはツイステッドネマティック（ＴＮ）液晶である。液晶６ａの両側には透明電極６ｂ，６ｃが形成されている。この透明電極６ｂ，６ｃには液晶駆動回路７の電圧源７ａからの電圧がスイッチ７ｂを介して供給される。液晶６ａの配向は図６（ａ）に示すように電界がかからない状態では９０度捩じれており、９０度の旋光性を有する。このため入射光２０の偏光２１は９０度旋光されて偏光２２となる。

透明電極６ｂ，６ｃに電圧を印加すると図６（ｂ）に示すように液晶６ａは電界に沿って配向するので旋光性は消失し、入射光２０の偏光２１は偏光２２’となる。なお、図７は液晶旋光子６の動作特性の一例であり、印加する電圧と旋光角との関係を示し、動作しきい値はおよそ４Ｖであり、６Ｖ以上の電圧を印加すると旋光性が消失する。以上のような液晶旋光子６を用いることで、容易に偏光を回転させることができる。

また、図８は偏光旋光手段１０４の別の実施例である１／２波長板の動作を説明するための図であり、図６（ａ），（ｂ）の液晶旋光子６に代えて１／２波長板３０を用いている。１／２波長板３０の光学軸と入射光３２の偏光方向を一致させると出射光３３は旋光されずにそのまま透過する。ここで、１／２波長板３０を矢印３１に示すように光軸周りに４５度回転すると、出射光３４のように偏光方向は９０度回転し、これにより液晶旋光子６と同じ動作を行うことができる。

なお、本実施の形態１においては、対物レンズ１０８へ入射する光束は平行光となっているため、対物レンズ１０８の軸ずれによるコマ収差の発生を低減することができる。

また、基板厚０．１ｍｍの光情報記録媒体（ＢＤ）１１０ａからの戻り光束は、偏光ビームスプリッタ１０３により反射され、検出レンズ１１１により受光素子１１２に導かれる。一方、基板厚０．６ｍｍの光情報記録媒体（ＨＤ）１１０ｂからの戻り光束は、再び偏光旋光手段１０４により偏光が回転され、偏光ビームスプリッタ１０３により反射されて、検出レンズ１１１により受光素子１１２に導かれる。

以上のような構成にすることにより、新たな光学部品を用いることなく、基板厚が異なる光情報記録媒体（ＢＤ），（ＨＤ）１１０ａ，１１０ｂに対して、波面劣化を抑制した良好なスポットを形成することができる。また、１／４波長板１０７と偏光ビームスプリッタ１０３を用いることで、光利用効率の低下を抑制することができ、不要光が半導体レーザ１０１に戻らないため、ノイズを低減することができる。さらに、復路においても、往路と同様に波面が補正されるため、再生信号や制御信号を高精度に検出することができる。

次に、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態２は前述した実施の形態１の光ピックアップにおいて、コリメートレンズ以外の構成は同様である。本実施の形態２のコリメートレンズには、回折面が形成されている。このコリメートレンズの設計データを（表４）（ａ），（ｂ），（表５）（ａ），（ｂ）に示す。（表４）（ａ），（ｂ）が、厚さ０．１ｍｍの光情報記録媒体（ＢＤ）を記録，再生する場合、（表５）（ａ），（ｂ）が、厚さ０．６ｍｍの光情報記録媒体（ＨＤ）を記録，再生する場合である。前述した（表２）（ａ），（ｂ）と（表３）（ａ），（ｂ）を比較して分かるように、基板厚に応じて、コリメートレンズの第１面と第２面の面特性を入れ換えることで、波面収差を良好に補正できる。また、コリメートレンズに使用している硝材の分散関係を（表６）に示す。

本実施の形態２においては、回折レンズを用いると、屈折面と回折面では、波長の分散が異なるため、波長変化により対物レンズで発生する球面収差を補正できることを利用している。

基板厚が０．１ｍｍの光情報記録媒体（ＢＤ）を記録，再生する場合、波長とび量１ｎｍが生じたときのデフォーカス量を図９（ａ）に示す。基板厚が０．１ｍｍの光情報記録媒体（ＢＤ）に対しては、０．５５μｍ生じるデフォーカス量が０．１μｍ以下となり、本実施の形態２のコリメートレンズを用いることで、対物レンズの色収差を良好に補正していることが分かる。また、図９（ｂ）の基板厚が０．６ｍｍの光情報記録媒体（ＨＤ）に対しても、０．１μｍ以下と非常に小さく、対物レンズの色収差を良好に補正することができる。

以上のことから、本実施の形態２のコリメートレンズを用いると、コリメートレンズで対物レンズの色収差を簡易な構成で補正することができ、部品点数を低減することができる。

図１０は本発明の実施の形態３における光ピックアップの概略構成を示す図である。本実施の形態３の主な構成は図１に示した実施の形態１と同様であり、図１０に光情報記録媒体（ＢＤ）１１０ａに対する構成を示し、図１１には光情報記録媒体（ＨＤ）１１０ｂに対する構成を示す。図１０，図１１のコリメートレンズ１０２ａ，１０２ｂは同じ形状である。このコリメートレンズは図４に示す回転駆動手段２００により光軸に対して垂直な軸を中心に１８０度回転して使用される。

図１０，図１１に示すようにコリメートレンズ１０２ａ，１０２ｂを、駆動手段２０２を用いて、光軸と垂直な方向へ可動させると、図１２（ａ）のようにコマ収差が発生する。本実施の形態３はこの原理を用いて、光情報記録媒体がチルトしたときに発生するコマ収差を補正する構成である。発生したコマ収差の方向と収差量に応じて、コリメートレンズ１０２ａ，１０２ｂを、光軸と垂直な方向へ可動させる。

例えば、光情報記録媒体（ＢＤ）１１０ａ，光情報記録媒体（ＨＤ）１１０ｂが０．５°傾いたときの波面形状の様子を図１３（ａ）に示す。このコマ収差を補正するために、コリメートレンズを光情報記録媒体（ＢＤ）１１０ａに対しては、３０μｍ，光情報記録媒体（ＨＤ）１１０ｂに対しては、６０μｍ駆動させると、図１３（ａ）の補正後のように、コマ収差は良好に補正されている。また、光情報記録媒体の半径方向のみのコマ収差を補正したい場合は、それに応じた一方向のみ可動できるようにすればよい。

以上のような構成にすることで、基板厚が異なる光情報記録媒体（ＢＤ），（ＨＤ）に対して、コマ収差を補正することができる。

図１４は本発明の実施の形態４における光ピックアップの概略構成を示す図である。本実施の形態４の主な構成は図１に示した実施の形態１と同様であり、図１４に光情報記録媒体（ＢＤ）１１０ａに対する構成を示し、図１５には光情報記録媒体（ＨＤ）１１０ｂに対する構成を示す。図１４，図１５のコリメートレンズ１０２ａ，１０２ｂは同じ形状であり、光軸に垂直な軸を中心に１８０度回転して使用される。

図１４，図１５に示すようにコリメートレンズ１０２ａ，１０２ｂを、光軸に垂直な軸を中心に回転させると、図１２（ｂ）のようにコマ収差が発生する。 本実施の形態４はこの原理を用いて、光情報記録媒体がチルトしたときに発生するコマ収差を補正する構成である。発生したコマ収差の方向と収差量に応じて、コリメートレンズ１０２ａ，１０２ｂを、光軸と垂直な軸を中心に回転させる。

例えば、光情報記録媒体（ＢＤ）１１０ａ，光情報記録媒体（ＨＤ）１１０ｂが０．５°傾いたときの波面形状の様子を図１３（ａ）に示す。このコマ収差を補正するために、コリメートレンズを光情報記録媒体（ＢＤ）１１０ａに対しては、６．５°、光情報記録媒体（ＨＤ）１１０ｂに対しては、１５°回転させると、図１３（ａ）の補正後のように、コマ収差は良好に補正されている。

以上のような構成にすることで、基板厚が異なる光情報記録媒体（ＢＤ），（ＨＤ）に対して、コマ収差を補正することができ、かつ光情報記録媒体（ＢＤ）と光情報記録媒体（ＨＤ）とに応じて１８０度回転させる軸と、軸を一致させておけば、回転軸を単一にすることができ、簡易な構成で、光情報記録媒体（ＢＤ），（ＨＤ）に対してコマ収差を補正することができる。

図１６は本発明の実施の形態５における光ピックアップの概略構成を示す図である。本実施の形態５の主な構成は図１に示した実施の形態１と同様であり、図１６に光情報記録媒体（ＢＤ）１１０ａに対する構成を示し、図１７には光情報記録媒体（ＨＤ）１１０ｂに対する構成を示す。図１６，図１７のコリメートレンズ１０２ａ，１０２ｂは同じ形状であり、光軸に垂直な軸を中心に１８０度回転して使用される。

図１６，図１７に示すようにコリメートレンズ１０２ａ，１０２ｂを、駆動手段２０３により光軸方向に可動させると球面収差が発生する。本実施の形態５はこの原理を用いて、光情報記録媒体の基板厚さに誤差が生じた場合や多層構造の光情報記録媒体を用いた際に発生する球面収差を補正する構成であり、発生した球面収差の方向と収差量に応じて、コリメートレンズ１０２ａ，１０２ｂを、光軸方向へ可動させる。

例えば、光情報記録媒体（ＢＤ）１１０ａの基板厚に１００μｍの誤差が生じたときの波面形状の様子を図１３（ｂ）に示す。この球面収差を補正するために、コリメートレンズを駆動させると、図１３（ｂ）の補正後のように、球面収差は良好に補正されている。また、光情報記録媒体（ＨＤ）１１０ｂにおいても、前述と同様の処理を行うことで球面収差は良好に補正される。

以上のような構成にすることで、基板厚が異なる光情報記録媒体（ＢＤ），（ＨＤ）それぞれに対して、基板厚誤差が生じた場合や多層構造を有する光情報記録媒体で発生する球面収差を補正することができる。

図１８は本発明の実施の形態６におけるコリメートレンズの概略構成を示す図である。本実施の形態６のコリメートレンズは、焦点距離可変の液体レンズ４０であり、電圧を制御することで、レンズ面の形状を変化させている。

図１８に示すように、液体レンズ４０は異なる屈折率を持つ伝導性の水溶液４５および非伝導のオイル４４で構成されている。これらが透明なエンドキャップの付いた短いチューブの中に入っており、チューブの内壁とエンドキャップの一端は、疎水性（撥水性）のコーティング４１で覆われている。これによって、チューブの反対の端では、水性溶液が半球状の固まりになり、球状レンズとして機能する。

レンズの形状は、疎水性のコーティング４１全体に電場を作り、疎水性を弱くすることで表面の張力を変化させることにより調整される。電圧がかかると、電荷がガラス板４３の電極４２に集まり、反対の極性の電荷は、導電性の液体中の固体と液体が接する面の近くに集まる。それにより発生した静電気の力によって、固体と液体の界面張力が弱まり、接触角度がθとなり、２つの液体間（非伝導のオイル４４と伝導性の水溶液４５）にできる凹凸レンズの曲率半径が変化するため、レンズの焦点距離が変化する。

このような液体レンズ４０を用いることで、機械的に動く部品を用いることなく、電気的な切り換えだけで、コリメートレンズの第１面と第２面の面特性を入れ換えることができるため、簡易な構成で基板厚の異なる光情報記録媒体に対する記録，再生の処理を単一の対物レンズにより提供でき、本実施の形態６のコリメートレンズを前述した実施の形態１〜５に用いることで、光ピックアップ等の装置の小型化が可能になる。

図１９は本発明の実施の形態７における光情報処理装置の概略構成を示すブロック図である。本実施の形態７は、光情報処理装置の一形態を示すものであり、前述した実施の形態１〜５いずれかの光ピックアップを用いて、光情報記録媒体に対する情報の記録，再生，消去の少なくとも１つ以上を行う光記録再生装置である。なお、図１９に示す各ブロック間を接続する矢印は、信号の主な流れを示すものであり、各ブロック間の機能を限定するものではない。

図１９に示すように、光記録再生装置はスピンドルモータ５１、送りモータ５２および光ピックアップ５３等により構成されており、これらは光記録再生装置全体を制御するシステムコントローラ５４により制御される。そして、光ピックアップ５３のトラッキング方向への移動は、送りモータ５２とで構成される制御駆動手段により行われる。例えば、光情報記録媒体１１０を再生する場合、システムコントローラ５４からのコントロール信号がサーボ制御回路５５と変復調回路５６に供給される。

サーボ制御回路５５では、スピンドルモータ５１を設定された回転数で回転させるとともに送りモータ５２を駆動する。また、変復調回路５６には、光ピックアップ５３の光検出器により検出されたフォーカシングエラー信号、トラッキングエラー信号および光情報記録媒体１１０の何処を読み出しているかの位置情報等が供給される。フォーカシングエラー信号およびトラッキングエラー信号はシステムコントローラ５４を介してサーボ制御回路５５に供給される。

サーボ制御回路５５は、フォーカシング制御信号によってアクチュエータのフォーカシングコイルを駆動し、トラッキング制御信号によってアクチュエータのトラッキングコイルを駆動する。トラッキング制御信号の低域成分はシステムコントローラ５４を介してサーボ制御回路５５に供給され、送りモータ５２を駆動する。これらによって、フォーカシングサーボ、トラッキングサーボおよび送りサーボのフィードバックサーボが行われる。

また、光情報記録媒体１１０の何処を読み出しているかの位置情報は変復調回路５６により処理され、スピンドル制御信号としてスピンドルモータ５１に供給され、光情報記録媒体１１０の再生位置に応じた所定の回転数に制御駆動され、ここから実際の再生が開始される。そして、変復調回路５６により処理されて復調された再生データは外部回路５７を介して外部に伝送される。

またデータを記録する場合、フォーカシングサーボ、トラッキングサーボおよび送りサーボのフィードバックサーボをかけるまでは再生と同様の過程を経る。外部回路５７を介して入力される入力データを光情報記録媒体１１０の何処に記録するかのコントロール信号が、システムコントローラ５４からサーボ制御回路５５および変復調回路５６に供給される。サーボ制御回路５５では、スピンドルモータ５１を所定の回転数に制御するとともに、送りモータ５２を駆動して光ピックアップ５３を情報記録位置に移動させる。

また、外部回路５７を介して変復調回路５６に入力された入力信号は、記録フォーマットに基づく変調が行われ、光ピックアップ５３に供給される。光ピックアップ５３では出射光の変調および出射光パワーが制御されて、光情報記録媒体１１０への記録が開始される。

なお、光情報記録媒体１１０の種類は再生データ信号で判別し、液晶駆動回路を制御し、光ピックアップ５３内の液晶旋光子を制御する。光情報記録媒体１１０の種類を判別する方法として、トラッキングサーボ信号やフォーカスサーボ信号を用いてもよい。再生専用の光再生装置および記録と再生の両方可能な光記録再生装置に具備される光ピックアップ５３に本発明の光ピックアップを具備していれば、基板厚の異なる光情報記録媒体１１０の情報の記録、再生品質の精度を高めることができる。

本発明に係る光ピックアップおよび光情報処理装置は、新たな光学部品を用いることなく、基板厚が異なる光情報記録媒体に対して、波面劣化を抑制した良好なスポットを形成でき、また、光利用効率の低下を抑制して、不要光が光源に戻らないためにノイズを低減して、さらに、復路において往路と同様に波面が補正され、再生信号や制御信号を高精度に検出することができ、特に情報記録面を保護する光情報記録媒体において、厚みが変化したときに発生する収差を補正するができ、情報記録面を保護する光情報記録媒体に有用である。

本発明の実施の形態１における光ピックアップの概略構成を示す図 本実施の形態１における光ピックアップの別の概略構成を示す図 （ａ）は発生した収差、（ｂ）は補正した収差の波面形状を示す図 コリメートレンズの回転駆動を説明する図 開口制限素子の偏光膜の（ａ）は透過状態、（ｂ）は不透過状態を説明する図 液晶旋光子の（ａ）は液晶に電圧未印加時、（ｂ）は液晶に電圧印加時の偏光を説明する図 液晶旋光子の動作特性の一例を示す図 偏光旋光手段の１／２波長板の動作を説明する図 波長とび量が生じたときの（ａ）は光情報記録媒体（ＢＤ）、（ｂ）は光情報記録媒体（ＨＤ）のデフォーカス量を説明する図 本発明の実施の形態３における光ピックアップの概略構成を示す図 本実施の形態３における光ピックアップの別の概略構成を示す図 コリメートレンズの（ａ）は可動距離、（ｂ）は回転角度により発生するコマ収差を示す図 光情報記録媒体に発生した（ａ）コマ収差と補正した波面形状、（ｂ）は球面収差と補正した波面形状を示す図 本発明の実施の形態４における光ピックアップの概略構成を示す図 本実施の形態４における光ピックアップの別の概略構成を示す図 本発明の実施の形態５における光ピックアップの概略構成を示す図 本実施の形態５における光ピックアップの別の概略構成を示す図 本発明の実施の形態６におけるコリメートレンズの概略構成を示す図 本発明の実施の形態７における光情報処理装置の概略構成を示すブロック図 従来の光ピックアップの概略構成を示す図

符号の説明

６ 液晶旋光子
６ａ 液晶
６ｂ，６ｃ 透明電極
７ 液晶駆動回路
７ａ 電圧源
７ｂ スイッチ
９ 光束
２０，３２ 入射光
２１，２２，２２’ 偏光
２５ 透過光束
２６ 制限光束
３０ １／２波長板
３３，３４ 出射光
４０ 液体レンズ
４１ 疎水性のコーティング
４２ 電極
４３ ガラス板
４４ 非伝導のオイル
４５ 伝導性の水溶液
５１ スピンドルモータ
５２ 送りモータ
５３ 光ピックアップ
５４ システムコントローラ
５５ サーボ制御回路
５６ 変復調回路
５７ 外部回路
１０１ 半導体レーザ
１０２，１０２ａ，１０２ｂ コリメートレンズ
１０３ 偏光ビームスプリッタ
１０４ 偏光旋光手段
１０５ プリズム
１０６ 開口制限素子
１０６ａ 偏光膜
１０７ １／４波長板
１０８ 対物レンズ
１０９ アクチュエータ
１１０ 光情報記録媒体
１１０ａ 光情報記録媒体（ＢＤ）
１１０ｂ 光情報記録媒体（ＨＤ）
１１１ 検出レンズ
１１２ 受光素子
２００ 回転駆動手段
２０１ 回転軸
２０２，２０３ 駆動手段

Claims (13)

1. 基板厚の異なる第１，第２光情報記録媒体に記録，再生，消去のいずれか１以上を行う光ピックアップであって、
   光源と、前記光源からの出射光束の発散角を変換する発散角変換レンズと、前記第１，第２光情報記録媒体の記録面上に光束を集光する対物レンズと、前記第１，第２光情報記録媒体からの戻り光束を分離する光分離手段と、前記光分離手段を介して前記戻り光束が導かれる光検出手段と、前記発散角変換レンズに有する第１面と第２面とで異なる面特性を前記基板厚に応じて切り換える切換手段とを備えたことを特徴とする光ピックアップ。
2. 基板厚の異なる第１，第２光情報記録媒体に記録，再生，消去のいずれか１以上を行う光ピックアップであって、
   光源と、前記光源からの出射光束の発散角を変換する発散角変換レンズと、光束の直線偏光を円偏光とする１／４波長板と、前記第１，第２光情報記録媒体の記録面上に光束を集光する対物レンズと、前記第１，第２光情報記録媒体からの戻り光束を分離する偏光選択性の光分離手段と、前記光分離手段を介して前記戻り光束が導かれる光検出手段と、前記発散角変換レンズに有する第１面と第２面とで異なる面特性を前記基板厚に応じて切り換える切換手段とを備えたことを特徴とする光ピックアップ。
3. 基板厚の異なる第１，第２光情報記録媒体に記録，再生，消去のいずれか１以上を行う光ピックアップであって、
   光源と、前記光源からの出射光束の発散角を変換する発散角変換レンズと、光束の偏光方向を回転する偏光旋光手段と、輪帯状に少なくとも２つ以上に領域分割された偏光膜と、光束の直線偏光を円偏光とする１／４波長板と、前記第１，第２光情報記録媒体の記録面上に光束を集光する対物レンズと、前記第１，第２光情報記録媒体からの戻り光束を分離する偏光選択性の光分離手段と、前記光分離手段を介して前記戻り光束が導かれる光検出手段と、前記発散角変換レンズに有する第１面と第２面とで異なる面特性を前記基板厚に応じて切り換える切換手段とを備えたことを特徴とする光ピックアップ。
4. 前記発散角変換レンズの面特性を切り換える切換手段が、光軸と垂直な軸を中心として前記発散角変換レンズを１８０度回転させ、前記面特性を切り換え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。
5. 前記発散角変換レンズの面特性を切り換える切換手段が、焦点距離可変のレンズからなる前記発散角変換レンズに加える電界を変化させることでレンズ面形状を変化させ、前記面特性を切り換え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。
6. 前記発散角変換レンズが、少なくとも１面以上の回折面を形成してな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。
7. 前記発散角変換レンズが、コリメートレンズであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光ピックアップ。
8. 前記発散角変換レンズが、光軸方向に可動する手段を備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光ピックアップ。
9. 前記発散角変換レンズが、光軸と垂直な方向に可動する手段を備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光ピックアップ。
10. 前記発散角変換レンズが、光軸に垂直な軸を中心に回転する手段を備え、前記軸が光情報記録媒体の半径方向と一致していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光ピックアップ。
11. 前記発散角変換レンズが、光軸に垂直な軸を中心に回転する手段を備え、前記軸が、光情報記録媒体の半径方向と垂直な方向に一致していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光ピックアップ。
12. 前記偏光旋光手段が、液晶旋光子からなることを特徴とする請求項３記載の光ピックアップ。
13. 光情報記録媒体の記録面に光束を照射して情報の再生、記録あるいは消去を行う光情報処理装置において、
    請求項１〜１２のいずれか１項に記載の光ピックアップを備えたことを特徴とする光情報処理装置。

Images