JP4472563B2 - 光学ユニットおよび光ピックアップならびに光情報処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、球面収差とコマ収差の２つの収差をメカニカルな機構を用いずに補正する光学ユニットおよび光ピックアップならびに光情報処理装置に関するものである。

映像情報、音声情報、またはコンピュータ上のデータを保存する手段として、記録容量０.６５ＧＢのＣＤ、記録容量４.７ＧＢのＤＶＤなどの光記録媒体が普及しつつある。そして、近年、さらなる記録密度の向上および大容量化の要求が強くなっている。このような光記録媒体の記録密度を上げる手段として、光記録媒体に情報の書き込みまたは読み出しを行う光ピックアップにおいて、対物レンズの開口数（以下、ＮＡという）を大きくすること、あるいは、光源の波長を短くすることにより、この対物レンズによって集光され、光記録媒体上に形成されるビームスポットの小径化（高密度化）が行われている。また、情報記録面の複数化（多層化）が行われている。
特開２０００−１３１６０３号公報 特許第３４０５９２９号公報 特開２００３−５０３０３号公報

しかしながら、高ＮＡ化，短波長化，多層化を行うことは、球面収差やコマ収差の問題を生じさせることになる。また、ＣＤ，ＤＶＤ，Ｂlu−ray Ｄisc（以下、ＢＤという），ＨＤ−ＤＶＤ（以下、ＨＤという）など容量が異なる複数の光記録媒体の存在により、これらの互換の課題が生じている。

これらの課題である球面収差は主に光記録媒体の透明基板の厚み誤差によって生じることが知られている。同様に、大容量化した２層光記録媒体の各情報記録面の間隔なども球面収差発生の要因である。図２１は２層光記録媒体の断面図を示している。射出成形された２枚の基板の信号面を向かい合わせた形で貼り合せた構造であり、読み出し側から見て１層目はレイヤー０（Ｌayer０：以下、Ｌ０という）、２層目はレイヤー１（Ｌayer１：以下、Ｌ１という）と呼ばれる。Ｌ０とＬ１の間隔は一般に中間層と呼ばれ、例えば０．０３ｍｍなどの間隔が規定されている。この中間層を設けることによりＬ０とＬ１の信号分離が可能となる。

ここで、対物レンズは単層光記録媒体の基板厚で球面収差最小となるような設計がされているが、２層光記録媒体では中間層の分、厚みずれが生じスポット性能が劣化する問題がある。一般に球面収差：ＳＡはよく知られるように、（数１）

で記載される。ここで、λは使用波長、ＮＡは対物レンズの開口数、ｎは光記録媒体の等価屈折率、Δｔは球面収差が最小となるスポット位置からの光軸方向のずれを表す。この式から高ＮＡ，短波長ほど球面収差が劣化することがわかる。

光情報処理装置においては、例えば、球面収差を０．０３５λｒｍｓ以下などとする必要がある。高ＮＡ化、短波長化した分、中間層を狭くするなどの方法もあるが、読み出し信号の分離（クロストークの低減）のためには十分な中間層を必要とするため、発生した球面収差を抑制する２枚のレンズ間隔をメカニカルアクチュエータで可変することにより球面収差をコントロールするエキスパンダユニット（特許文献１参照）が一般に用いられている。

また別の問題として、対物レンズのＮＡをより大きく、あるいは光源の波長をより短くすると、光記録媒体のチルト（傾き）によって発生する３次のコマ収差が大きくなる問題がある。３次のコマ収差が発生すると、光記録媒体の情報記録面上に形成されるスポットが劣化するため、正常な記録再生動作が行えなくなる。光記録媒体のチルトによって発生する３次のコマ収差：ＣＯＭＡは、一般的に以下の（数２）

で与えられる。ここで、ｎは光記録媒体の透明基板の屈折率、ｄは透明基板の厚み、ＮＡは対物レンズの開口数、λは光源の波長、θは光記録媒体のチルト量を意味する。この式から、短波長、高ＮＡほど収差が大きくなることがわかる。

光情報処理装置においては、例えば、コマ収差を０．０３５λｒｍｓ以下などとする必要がある。高ＮＡ化，短波長化した分、基板厚を薄くするなどの方法もあるが、基板厚を薄くすると基板表面に付着するゴミや、指紋などの汚れの影響を受けやすくなるため、発生したコマ収差を抑制するために対物レンズの傾きを調整する３軸対物レンズアクチュエータ（特許文献２参照）が一般に用いられている。

さらに、光記録媒体の互換の問題として、記録容量０．６５ＧＢのＣＤから、ＤＶＤでは４．７ＧＢ、ＢＤやＨＤでは２０ＧＢを越える容量を有している。しかしながら、このような複数世代に対して、利用者としては、意識することなく光情報処理装置を使用できることが望ましい。最も簡単な方法としては、複数の光ピックアップを搭載する方法がある。しかし、この方法では、小型化，低コスト化を達成することは難しい。そこで、複数の規格に対して、共通の対物レンズ、共通の光路により記録あるいは再生を行える光ピックアップであることが望まれる。

しかしながら、ＢＤで最適化された対物レンズにより、基板厚，使用波長の異なるＤＶＤ系の光記録媒体に照射した場合には、球面収差が発生する。さらに、ＮＡ０．８５のＢＤでは基板厚誤差による球面収差の影響を受けやすく、ＮＡ０．６５とＮＡは小さくとも基板厚が０．６ｍｍと、ＢＤの０．１ｍｍより厚いＨＤではコマ収差の影響を受けやすいなど、光記録媒体に応じて対処するべき発生収差が異なる場合がある。

以上のような、短波長化，高ＮＡ化，多層化，複数光記録媒体の互換に対応するために、球面収差やコマ収差の抑制が必要であり、その対策手段としてエキスパンダや多軸アクチュエータが要求されることになる。これらの機能は、いずれもモータ等のアクチュエータとこれの出力を対物レンズの軸方向の移動に変換する変換機構を必要としていた。しかし、この変換機構はメカニカル駆動部が必要で機器が大型化し、あるいは動作させたときに音が発生する、さらには発熱を伴うという欠点があった。

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、球面収差とコマ収差の２つの収差を補正し、さらにメカニカルな機構を伴わずに小型，静音，発熱が小さい収差補正する光学ユニットおよび光ピックアップならびに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に記載した光学ユニットは、光源から出射した光束に所定の位相差を付与して光記録媒体に照射する光学ユニットであって、第１のレンズと、絶縁層と、絶縁層の表面側に配置した透明導電性液体の小滴と、絶縁層の裏面側に設けた複数の電極とからなり、第１のレンズの光軸上に配置して、光軸に直交する面内で移動可能、かつ焦点距離可変な第２のレンズと、小滴と電極の各セグメント間の電圧値を選択的に変化させることにより、絶縁層表面における小滴の光軸直交面内の位置、および絶縁層表面と小滴との間の接触角度を変化させる手段と、第１のレンズと第２のレンズとの間に小滴を混合することなく充填してなる屈折率の異なる絶縁性液体とを備えたことによって、光記録媒体に集光する光学ユニットとして、メカニカルな機構を伴わずに小型，静音，発熱が小さくし、球面収差，コマ収差を補正できる。

また、請求項２に記載した光学ユニットは、光源から出射した対物レンズを介して光記録媒体に照射する光束に位相差を付与することにより収差を補正する光学ユニットであって、第１のレンズと、絶縁層と、絶縁層の表面側に配置した透明導電性液体の小滴と、絶縁層の裏面側に設けた複数の電極とからなり、第１のレンズの光軸上に配置して、光軸に直交する面内で移動可能、かつ焦点距離可変な第２のレンズと、小滴と電極の各セグメント間の電圧値を選択的に変化させることにより、絶縁層表面における小滴の光軸直交面内の位置、および絶縁層表面と小滴との間の接触角度を変化させる手段と、第１のレンズと第２のレンズとの間に小滴を混合することなく充填してなる屈折率の異なる絶縁性液体とを備えたことによって、対物レンズと光源間の光路途中に配置される光学ユニットとして、メカニカルな機構を伴わずに小型，静音，発熱を小さくし、球面収差，コマ収差を補正できる。

また、請求項３〜６に記載した光学ユニットは、請求項１，２の光学ユニットであって、第２のレンズは、絶縁層の裏面側に使用波長帯域において透明な基板を有し、基板にレンズ形状を形成してなること、さらには基板に形成したレンズ形状が、第１レンズの機能を有すること、また、第２のレンズは、絶縁層の裏面側に使用波長帯域において透明な基板を有し、基板に回折格子を形成してなること、また、第２のレンズは、絶縁層の裏面側に使用波長帯域において透明な基板を有し、基板が複屈折性材料、または基板の一部に複屈折性材料を含んでなることによって、メカニカルな機構を伴わずに焦点距離と光軸直交面内移動が可能な液体レンズにより、球面収差，コマ収差の補正ができ、絶縁性液体で液体レンズの小滴を封止して外乱などに影響されることなく、また、液体レンズのガラス基板に別のレンズや回折格子等の光学機能を集約，兼用でき、さらに小型化することができる。

また、請求項７に記載した光ピックアップは、光源と、光記録媒体に集光するための対物レンズユニットを備えた光ピックアップにおいて、対物レンズユニットが請求項１，３〜６のいずれか１項に記載の光学ユニットにより構成したことによって、球面収差を補正して、光ピックアップ搭載の部品誤差，組付誤差，光記録媒体の基板厚誤差，２層光記録媒体の中間層厚み誤差などによる影響を低減でき、コマ収差を補正して、光ピックアップ搭載の部品誤差，組付誤差，光記録媒体と光ピックアップの傾き誤差の影響を低減できる。

また、請求項８に記載した光ピックアップは、光源と、光記録媒体に集光するための対物レンズと、光記録媒体集光時に発生するコマ収差と球面収差を補正する光学ユニットを備えた光ピックアップにおいて、コマ収差と球面収差を補正する光学ユニットが請求項２〜６のいずれか１項に記載の光学ユニットにより構成したことによって、球面収差を補正して、光ピックアップ搭載の部品誤差，組付誤差，光記録媒体の基板厚誤差，２層光記録媒体の中間層厚み誤差などによる影響を低減でき、コマ収差を補正して、光ピックアップ搭載の部品誤差，組付誤差，光記録媒体と光ピックアップの傾き誤差の影響を低減できる。

また、請求項９，１０に記載した光ピックアップは、請求項７，８の光ピックアップであって、基板厚が異なる複数の光記録媒体に情報の記録および／または再生を行うこと、また複数の波長の光源を備え、使用波長および基板厚が異なる複数の光記録媒体に情報の記録および／または再生を行うことによって、複数の光記録媒体の互換が１つの対物レンズで可能となり、装置の小型化，部品点数削減ができ、さらに光源として波長の異なるレーザチップを１つの容器に搭載して、さらに小型化できる。

また、請求項１１に記載した光情報処理装置は、光記録媒体に情報の記録および／または再生を行う光情報処理装置であって、光情報処理装置は、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の光ピックアップを搭載したことによって、収差が抑制された２層対応あるいは複数種類の光記録媒体に対して互換のある光情報処理装置が提供できる。

また、請求項１２に記載した光情報処理装置は、光記録媒体に情報の記録および／または再生を行う光情報処理装置であって、光情報処理装置は、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の光ピックアップと、光記録媒体の種類を判別する媒体判別手段とを備え、光記録媒体の種類に応じて、第２レンズの光軸に直交する面内の所定位置と、所定の焦点距離とにおいて、一方を固定して他方を発生収差に応じて可変させることによって、収差が抑制された２層対応あるいは複数種類の光記録媒体に対して互換のある光情報処理装置が提供できる。

本発明によれば、球面収差とコマ収差の２つの収差を補正し、さらにメカニカルな機構を伴わずに収差補正できる小型，静音，発熱が小さな光学ユニットおよび光ピックアップならびに光情報処理装置を提供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（ａ），（ｂ）は本発明の実施形態１における収差補正用の光学ユニットの概略構成を示す図である。図１（ａ）には本実施形態１における収差補正用の光学ユニットの断面図を示す。図１（ａ）に示すように、固定レンズ１６と液体レンズ１５の２つのレンズを１ユニット化する保持部材１８からなる。１ユニット化により、ユニットとして２つのレンズ間のアライメント調整を行っておけば、光ピックアップに２つのレンズを個別に取り付けるのに比べ、工数が煩雑化せずに済む特徴を有する。固定レンズ１６は、ガラスあるいはプラスチックで形成したものである。液体レンズ１５は、レンズ形状を形成する透明な導電性液体の小滴１０、ガラス等の透明な基板１２と、その両面に形成した透明電極１３ａ，１３ｂ，１４、さらに透明電極１３ａ，１３ｂの小滴１０側には光学透明性を有する薄膜の絶縁層１１を形成している。絶縁層１１と小滴１０の間には撥水コーティング（図示せず）をしている。透明電極１３ａ，１３ｂ，１４は制御回路（図示せず）と接続できるようにパターン配線を有している。

また、基板１２の表裏両面に形成する透明電極１４は光学有効径内においてベタ電極であるのに対し、透明電極１３ａ，１３ｂは図１（ｂ）に示すように半円状の２つの分割した電極パターンとなっている。透明電極１４のベタ電極に電圧（Ｖ０）の印加方法としては、グランドあるいは等電圧を印加する方法であればよい。そして透明電極１３ａ，１３ｂへの入力電圧のコントロールにより、小滴１０の形状、具体的には曲率半径コントロールにより焦点距離、小滴１０の光軸直交面内でＸ方向の位置を変化させる。本実施形態１の光学ユニットは、この液体レンズ１５と固定レンズ１６を１ユニット化しており、液体レンズ１５の焦点距離を変化させることは固定レンズ１６との組合せにおいて球面収差の補正に利用でき、液体レンズ１５の光軸直交面内の移動は固定レンズ１６の光軸ずれによりコマ収差の補正に利用できる。

ここで、本発明において、収差補正用の光学ユニットに利用している電気毛管現象について説明する。電気毛管現象とは、導電性液体の小滴と電極との間に電圧を印加して、小滴の接触角が変化する現象をいい、本発明は、この電気毛管現象を用いて、焦点距離、レンズ位置を移動することを可能とした公知技術（特許文献３参照）の原理構成に基づき、それを応用したものである。以下に、その概略を図２（ａ），（ｂ）を用いて説明する。

図２（ａ）は液体レンズを説明する図である。液体レンズは、数ミクロンから数ミリメートルの直径を有する水のような透明な液体の小滴１からなる。小滴１は、透明な基板２の上に配置してなる。基板２は一般的に撥水性のものか、撥水性のコーティングをしている。また、小滴１と基板２は、使用範囲の波長の光束に対して透明であり、光路は参照光線３によって示している。液体レンズを透過した光束は、小滴１と基板２の間の接触面から焦点距離ｆの焦点４に集光する。

そして、図２（ｂ）には、絶縁層６と小滴１の間の角度と、電気毛管現象を説明する図である。電極７は、絶縁層６を介して小滴１から絶縁している。

小滴１は、例えば水滴のような導電性液体であればよい。小滴１と電極７の間に電圧Ｖを印加すると、電気毛管現象に従って、導電性の小滴１の接触領域が広がり、このことによって、小滴１は破線のように変形する。当技術を用いると、電気エネルギーを直接レンズの形状変化に用いることができるため、レンズを機械的に移動させることなく焦点調節が可能となることが知られている。また、特許文献３においては電極７以外に、小滴１を光軸直交面内に移動させる電極を配する旨、記載されている。

次に、図３（ａ），（ｂ）は本実施形態１における球面収差を補正する光学ユニットの概略構成を示す図である。小滴１０と透明電極１３ａ，１３ｂ，１４の各電極間が等電位の場合、小滴１０は光軸２０の略中央位置にある。この初期状態を図３（ａ）では状態Ａ（太い実線）としている。これに対し、透明電極１３ａ，１３ｂが等電位であり、小滴１０との電位がずれた場合は、状態Ｂ（太い破線）のように小滴１０は広がり、小滴１０と絶縁層１１との間のθ（θ１＞θ２）が小さくなっている。図３（ｂ）は状態Ａ，Ｂを透明電極上面から小滴１０を見た様子を示す。

θの変化は、液体レンズ１５の曲率半径を変化させ、液体レンズ１５の焦点距離を変化させる。液体レンズ１５の曲率半径変化は、固定レンズ１６を通過してきた光の透過波面に球面形状の変化を及ぼし、結果、光学ユニットとしての球面収差変化の発生をきたす。この球面収差変化を利用して、外乱などによって生じる球面収差の補正を行うことができる。すなわち、外乱による球面収差と逆極性の球面収差を光学ユニットにより付加させればよい。

次に、図４（ａ），（ｂ）は本実施形態１におけるコマ収差を補正する光学ユニットの概略構成を示す図である。透明電極１３ａ，１３ｂを選択的にコントロールすることにより、小滴１０がＸ方向に位置を変化できることを説明する図である。透明電極１３ａの電圧（Ｖ２）に比べ透明電極１３ｂの電圧（Ｖ１）を大きくした場合は、図４（ａ）に示すような方向に移動する。図４（ｂ）は小滴１０の状態Ａ，Ｂを透明電極上面から見た様子を示す。液体レンズ１５のＸ方向移動は、固定レンズ１６を通過してきた光束の透過波面に光軸からずれた球面形状の変化を及ぼし、結果、光学ユニットとしてのコマ収差変化の発生をきたす。このコマ収差変化を利用して、外乱などによって生じるコマ収差の補正を行うことができる。すなわち、外乱によるコマ収差と逆極性のコマ収差を光学ユニットで付加させればよい。

光ピックアップの場合、一般にコマ収差は、光記録媒体が半径方向に御椀のごとく沿った形状などに起因するものが支配的であるため、前記Ｘ軸を、光記録媒体の半径方向と一致させることによりコマ収差の補正が可能となる。

なお、前述した光学ユニットにおいては、透明電極１３ａ，１３ｂの分割電極は２分割であるが、希望のレンズ駆動に応じた電極数、電極パターン等からその組合せを決めればよく、例えば半径方向に加え、光記録媒体の回転方向のコマ収差も補正したい場合は、さらにＹ軸方向についても２分割して、全体としては４分割の電極パターンを用いればよい。

また、本実施形態１における収差補正用の光学ユニットの別の構成として、図５に示すように、液体レンズ１５の構成としては１液に限定せずに、導電性液体である小滴１０の周辺に絶縁性液体１９をユニット内に充填した構成であってもよい。絶縁性液体１９と導電性の小滴１０は共に透明であり、互いに混合することなく、異なった屈折率を持ち、ほぼ等しい密度の値を持っていればよい。あるいは、図６に示すように導電性液体である小滴１０の周辺を、絶縁性液体１９を薄膜状に覆うような構成であってもよい。

以下、本実施形態１における光学ユニットおよび収差発生の様子についての具体的数値事例を示す。

まず、実施形態１の実施例１として、液体レンズと固定レンズからなる光学ユニットについて、図７（ａ），（ｂ）、図８（ａ），（ｂ）を用いて説明する。図７（ａ）に光学ユニットの概略図、図７（ｂ）にその数値データを示し、図８（ａ），（ｂ）は球面収差とコマ収差の発生を説明する図である。

本実施形態１の実施例１における光学ユニットは、使用波長：４１０ｎｍ 、ＮＡ ：０.８５ 、焦点距離ｆ ：２．３５２９ｍｍであり、図７（ｂ）中の記号は、以下の通りである。「ＯＢＪ」は物点（光源としての半導体レーザ）を意味するが、光学ユニットへの入射ビームは「無限系」であり、曲率半径：ＲＤＹおよび厚さ：ＴＨＩ の「ＩＮＦＩＮＩＴＹ （無限大）」は光源が無限遠にあることを意味する。なお、特に断らない限り、長さの次元を持つ量の単位は「ｍｍ」である。

また、「Ｓ１（ＳＴＯ）」は入射瞳面を表し、「Ｓ２」〜「Ｓ３」は固定レンズ３１、「Ｓ４」〜「Ｓ６」は液体レンズ３２を表し、「Ｓ２」は光学ユニットの光源側面、「Ｓ６」は集光側を意味する。「Ｓ２」の厚さ１．２２６ｍｍが固定レンズ３１の肉厚を意味する。「Ｓ３」の厚さ０．３５０ｍｍは固定レンズ３１と液体レンズ３２の間の距離を表す。球面収差の補正時はこの間隔と、「Ｓ４」の液体レンズの曲率半径および厚みが中立位置０．７１４ｍｍから変化させる。「Ｓ７」は同記録面に合致した面である。「ＷＬ：波長」は使用波長（４１０ｎｍ ）を表す。

なお、固定レンズ面の非球面形状は、光軸方向の座標：Ｘ 、光軸直交方向の座標：Ｙ、近軸曲率半径：Ｒ、円錐定数：Ｋ 、高次の係数：Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，…を用いて、周知の非球面式を（数３）

で表す。

このような光学ユニットにおいて、具体的に球面収差を変化させた場合を、図８（ａ）に示す。横軸に液体レンズ３２の曲率半径を、縦軸に波面収差、光学ユニットの焦点距離を示す。曲率半径の変化により球面収差が増大している様子がわかる。また、コマ収差は変化しない。光学ユニットとしての焦点距離が変化していることもわかる。

一方、図８（ｂ）は、コマ収差の変化事例を示しており、横軸に液体レンズ３２のＸ方向の位置を、縦軸に波面収差、光学ユニットの焦点距離を示す。液体レンズ３２のシフトによりコマ収差が増大している様子がわかる。しかし、球面収差は変化していない。また、光学ユニットとしての焦点距離の変化もない。

また、光学ユニットは実施形態１の実施例１のように光記録媒体に集光する構成に限るものでなく、例えば光源と対物レンズの間に配置し、中立状態においては殆どパワーを持たないような構成であってもよい。

次に実施形態１の実施例２として、その具体例を説明する。図９（ａ）に光学ユニットの概略図、図９（ｂ）にその数値データを示し、また図１０（ａ），（ｂ）は球面収差とコマ収差の発生を説明する図である。

図９（ａ）のごとく、正の屈折力を有する液体レンズ４２と負の屈折力を有する固定レンズ４１からなる。このような構成においては、光学ユニット透過後の光束は平行光で対物レンズ（ここでは、理想レンズ）４５に入射する構成が可能となる。図９（ｂ）の表記の記号は、前述した実施形態１の実施例１における図７（ｂ）の表記と同様であるため省略する。

このような光学ユニットにおいて、具体的に球面収差を変化させた場合を、図１０（ａ）に示す。横軸に液体レンズ４２の曲率半径を、縦軸に波面収差、光学ユニットの透過光束の発散角度を示す。光学ユニット透過後の光束は曲率半径の変化により、発散角度が変化し、球面収差が増大している様子がわかる。しかし、コマ収差は変化していない。

一方、図１０（ｂ）は、コマ収差の変化事例を示しており、横軸に液体レンズ４２のＸ方向の位置を、縦軸に波面収差、光学ユニット透過後の光束主光線の傾角を示す。液体レンズ４２のシフトにより傾角が付いた光束が対物レンズ（ここでは、理想レンズ）４５に入射することとなり、コマ収差が増大している様子がわかる。しかし、球面収差は変化していない。

なお、前述した図７（ａ），図９（ａ）に示す実施形態１の実施例１，２における固定レンズ３１，４１の代わりに、図１１に示すように液体レンズ１５を用いてもよい。これにより高精度な補正が可能となる。また、図１２に示すように、ガラス基板４７とレンズ面４８により形成した固定レンズ４９と液体レンズ４２を一体化してもよい。これにより小型な光学ユニットが実現できる。

また、実施形態１の実施例３として、図１３（ａ）に示すように、液体レンズ１５の一構成部品としてガラス基板２２を有し、ガラス基板２２の一面上に回折格子２４を形成してもよい。回折格子２４を上面から見たパターンは、図１３（ｂ）に示すような同心円状のパターンや、図１３（ｃ）に示すような線形状のパターンであり、いわゆるグレーティングパターンであってもよい。前者はレンズ機能として使用し、後者は例えば、後述する光ピックアップにおいて、１次回折光を用いてトラックエラー信号の生成等に使用する。回折格子２４の断面形状は、図１３（ｄ）のような矩形状、図１３（ｅ）のような階段形状、図１３（ｆ）のような鋸歯形状のいずれでも形状でもよいが、矩形、階段、鋸歯の順に回折効率は大きくなることが一般に知られている。

また、図１４に示すように、液体レンズ１５の一構成部品として複屈折性基板２５を用いてもよい。複屈折性基板２５は１／２波長板や１／４波長板として使用され、後述する光ピックアップなどにおいては、これらの波長板が必要とされているため、この機能を光学ユニット内に集約でき、結果、これを用いる光ピックアップの部品点数削減，小型化，組付工数削減等の効果がある。

図１５は本発明の実施形態２の実施例１における光ピックアップの概略構成を示す図である。本実施形態２の実施例１は、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５、光照射側基板厚０.１ｍｍの青色系光記録媒体」の光記録媒体（ＢＤ）１０７ａに記録および／または再生を行う光ピックアップについて説明する。

図１５に示す光ピックアップの要部は、波長４０５ｎｍの半導体レーザ１０１、コリメートレンズ１０２、偏光ビームスプリッタ１０３、１／４波長板１０４、対物レンズユニット１０６、検出レンズ１０８、光束分割素子１０９、受光素子１１０より構成している。ここで、対物レンズユニット１０６は光記録媒体（ＢＤ）１０７ａの情報記録面にフォーカシングを行うために光軸方向、トラッキングを行うために光記録媒体の半径方向に可動できるようになっており、ガラスあるいはプラスチックの対物レンズ１０６ａと、対物液体レンズ１０６ｂの２つのレンズを搭載している。これらの２つのレンズ１組で光記録媒体（ＢＤ）１０７ａに対して、無限系で波面収差が最小になるように設計している。なお、光記録媒体（ＢＤ）１０７ａは、図示しない回転機構にセットされて高速回転される。

波長４０５ｎｍの半導体レーザ１０１から出射した直線偏光の発散光は、コリメートレンズ１０２で略平行光とされ、偏光ビームスプリッタ１０３を透過し、１／４波長板１０４を通過し円偏光とされ、対物レンズユニット１０６に入射し、光記録媒体（ＢＤ）１０７ａ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録あるいは消去が行われる。光記録媒体（ＢＤ）１０７ａから反射した光は、往路とは反対回りの円偏光となり、対物レンズユニット１０６を経て再び略平行光とされ、波長板１０４を通過して往路と直交した直線偏光になり、偏光ビームスプリッタ１０３で反射され、検出レンズ１０８で収束光とされ、光束分割素子１０９により複数の光束に分割され、各光束は複数の受光セグメントを有する受光素子１１０に至る。受光素子１１０からは、情報信号，サーボ信号が検出される。

図１５に示す対物レンズユニット１０６は、対物レンズとして、光源からの光束が入射する第１のレンズと、第１のレンズによって集光した光束が入射する第２のレンズとを備えている。そして、第１のレンズとしてはガラスやプラスチックの対物レンズ１０６ａ、また第２のレンズとして対物液体レンズ１０６ｂを用いた構成としている。対物レンズユニット１０６を用いて対物レンズを２群レンズとすることにより、高ＮＡ化することが容易になる。

また、この対物レンズユニット１０６は、対物レンズ１０６ａおよび対物液体レンズ１０６ｂからなる対物レンズを移動操作する駆動手段として、２軸アクチュエータ（図示せず）を備えている。そして、この２軸アクチュエータによって、対物レンズユニット１０６を光軸方向（フォーカス方向）に移動操作させることでフォーカスサーボを行う。また、光軸に対して直交し、光記録媒体（ＢＤ）１０７ａの半径方向（トラッキング方向）に移動操作させることでトラッキングサーボを行う。この対物レンズユニット１０６を移動操作するための２軸アクチュエータの機構およびその駆動方法等については、従来のレンズ駆動装置で使用している種々の方式がそのまま使用可能である。

また、本実施形態２の実施例１においては、対物液体レンズ１０６ｂとして前述の実施形態１の液体レンズを使用して、対物レンズユニット１０６を構成する。対物レンズ１０６ａと対物液体レンズ１０６ｂの相対状態を変化させて収差コントロールが行える。すなわち対物液体レンズ１０６ｂの焦点距離をコントロールすることにより球面収差を変化させることが可能である。さらに、対物液体レンズ１０６ｂを対物レンズ１０６ａの光軸に対してトラッキング方向に移動させることによりコマ収差を変化させることが可能である。

このように球面収差、コマ収差の変化により、発生する収差補正が可能である。この収差補正する対物レンズユニットの利用方法としては、光情報処理装置の工場出荷時に、光ピックアップ全体としての収差量の最小化を行う方法がある。例えば、対物レンズからの光束の集光スポットを観測しながら、スポットのサイドローブ成分およびスポットそのものの小径化を行う。あるいは、集光後の波面そのものを観測しながら、球面収差，コマ収差が最小となる位置を探す方法もある。そして予め最適な液体レンズ状態を記憶させておき、光情報処理装置の電源投入時にはその最適位置となるようにすればよい。

また、電源投入、光記録媒体のセット後に、この光記録媒体に集光スポットが最適となるように制御を行ってもよい。集光スポットの最適化は、読み出し信号が最良となるようにすればよく、例えば、トラッキングエラー信号振幅が最大、あるいはＲＦ信号振幅が最大となるように制御すればよい。また、この制御は、光記録媒体への情報読み出し、書き込み動作の直前のみに行うか、所定の半径位置において定期的に行うか、あるいは記録動作中にリアルタイムで行うものであってもよい。また所定の半径位置で行うには、読み出し，書き込み動作前に光記録媒体の内周から外周で何点かを検出して、プロファイルを記憶しておき、このプロファイルの回帰情報に基づいて収差補正を行ってもよい。

そして、球面収差とコマ収差の補正順序は、フォーカス制御，トラック制御後に読み出しまたは書き込み動作が開始されるが、球面収差，コマ収差の補正はいずれの間で行われてもよく、あるいは粗調整後に微調整と段階的に収差補正を行ってもよい。

以上のごとく、対物レンズ１０６ａと対物液体レンズ１０６ｂからなる対物レンズユニット１０６によれば、対物レンズの機能である光記録媒体の情報記録面への集光に加えて、
・光記録媒体の基板厚誤差によって生じる球面収差、光記録媒体の傾き誤差によって生じるコマ収差を補正
・光ピックアップの組付誤差、各光学部品の製造誤差によって生じる球面収差，コマ収差の補正
・光記録媒体（ＢＤ）１０７ａとしては、２層光記録媒体であってもよく、この２層光記録媒体の情報記録面の間隔（中間層）に起因する球面収差を補正
できる。

そして、これらの収差補正は対物レンズ機能と兼用して行えるため、部品点数の増加、光ピックアップの大型化を招かずにできると共に、メカニカルな補正機構ではなく液体レンズにより実現しているため、発熱を伴わず静音化が可能となる。

図１６は本発明の実施形態２の実施例２における光ピックアップの概略構成を示す図である。本実施形態２の実施例２は、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５、光照射側基板厚０.１ｍｍの青色系光記録媒体」の光記録媒体（ＢＤ）１０７ａと「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍの青色系光記録媒体」の光記録媒体（ＨＤ）１０７ｂを共に記録および／または再生できる光ピックアップについて説明する。

図１６に示す光ピックアップの要部は、波長４０５ｎｍの半導体レーザ１０１、コリメートレンズ１０２、偏光ビームスプリッタ１０３、１／４波長板１０４、エキスパンダユニット１０５、対物レンズユニット１０６、検出レンズ１０８、光束分割素子１０９、受光素子１１０より構成している。ここで、対物レンズユニット１０６は情報記録面にフォーカシングを行うために光軸方向、トラッキングを行うために光記録媒体の半径方向に可動できるようになっており、ガラスあるいはプラスチックの対物レンズ１０６ａを搭載してなり、光記録媒体（ＢＤ）１０７ａに対し、無限系で波面収差が最小になるように設計している。

一般に対物レンズは高ＮＡになるほど公差が厳しくなり、ＮＡ０.８５と０.６５で比べると、ＮＡ０.８５で望ましい特性を出す方が難しくなることから、特に、ＮＡ０.８５で収差を補正した非球面レンズを使う。また、エキスパンダユニット１０５は、エキスパンダ液体レンズ１０５ａと、ガラスあるいはプラスチックからなるエキスパンダレンズ１０５ｂの２つのレンズを搭載している。なお、光記録媒体は、図示しない回転機構にセットされて高速回転される。

まず、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５、光照射側基板厚０.１ｍｍの青色系光記録媒体」の光記録媒体（ＢＤ）１０７ａを記録または再生する場合について説明する。波長４０５ｎｍの半導体レーザ１０１から出射した直線偏光の発散光は、コリメートレンズ１０２で略平行光とされ、偏光ビームスプリッタ１０３を透過し、１／４波長板１０４を通過し円偏光とされ、エキスパンダユニット１０５を透過し、対物レンズ１０６ａに入射し、光記録媒体（ＢＤ）１０７ａ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録あるいは消去が行われる。光記録媒体（ＢＤ）１０７ａから反射した光は、往路とは反対回りの円偏光となり、再び略平行光とされ、１／４波長板１０４を通過して往路と直交した直線偏光になり、偏光ビームスプリッタ１０３で反射され、検出レンズ１０８で収束光とされ、光束分割素子１０９により複数の光束に分割され、各光束は複数の受光セグメントを有する受光素子１１０に至る。受光素子１１０からは、情報信号，サーボ信号が検出される。

次に「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍの青色系光記録媒体」の光記録媒体（ＨＤ）１０７ｂを記録または再生する場合について説明する。波長４０５ｎｍの半導体レーザ１０１から出射した直線偏光の発散光は、コリメートレンズ１０２で略平行光とされ、偏光ビームスプリッタ１０３を透過し、１／４波長板１０４を通過し円偏光とされ、エキスパンダユニット１０５により所定の発散光に変換され、対物レンズ１０６ａに入射し、光記録媒体（ＨＤ）１０７ｂ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録あるいは消去が行われる。光記録媒体（ＨＤ）１０７ｂから反射した光は、往路とは反対回りの円偏光となり、再び略平行光とされ、１／４波長板１０４を通過して往路と直交した直線偏光になり、偏光ビームスプリッタ１０３で反射され、検出レンズ１０８で収束光とされ、光束分割素子１０９により複数の光束に分割され、各ビームは複数の受光セグメントを有する受光素子１１０に至る。受光素子１１０からは、情報信号，サーボ信号が検出される。

図１６に示すエキスパンダユニット１０５は、光源からの光束が入射し、正の屈折力を有する第１のレンズと、負の屈折力を有する第２のレンズとを備えている。そして、第１のレンズとしてはエキスパンダ液体レンズ１０５ａを、一方の第２のレンズにガラスやプラスチックのエキスパンダレンズ１０５ｂを用いた構成としている。エキスパンダユニット１０５は、半導体レーザ１０１と対物レンズユニット１０６を結ぶ光軸上に配置してなる。

そして、本実施形態２の実施例２においては、エキスパンダ液体レンズ１０５ａとして前述の実施形態１の液体レンズを使用しているため、エキスパンダ液体レンズ１０５ａとエキスパンダレンズ１０５ｂの相対状態を変化させることにより、対物レンズ１０６ａに入射する光束に収差を付加することが可能となる。すなわち、エキスパンダ液体レンズ１０５ａの焦点距離をコントロールすることにより、対物レンズ１０６ａへ入射する光の発散状態（倍率）を変更することが可能となり、これにより球面収差の補正が行える。

また、光軸上に配置したエキスパンダレンズ１０５ｂに対してエキスパンダ液体レンズ１０５ａを光軸直交面内に移動させることにより、対物レンズ１０６ａへ入射する光束の画角を変更することが可能となり、これによりコマ収差の補正が行える。

以下、本実施形態２の実施例２における収差補正するエキスパンダユニットの利用方法を示す。まず第１に、本実施例２においては、光記録媒体（ＢＤ）１０７ａと光記録媒体（ＨＤ）１０７ｂの基板厚の異なる２種類の光記録媒体に１つの対物レンズで集光するために、エキスパンダユニット１０５を使用する。エキスパンダ液体レンズ１０５ａの焦点距離をコントロールすることにより、対物レンズ１０６ａへ入射する光束の発散状態（倍率）を変更することが可能となり、基板厚が異なる光記録媒体（ＢＤ）１０７ａ、光記録媒体（ＨＤ）１０７ｂのいずれにも最適な集光状態を適用できる。

また、対物レンズ１０６ａはＮＡ０．８５で基板厚０．１ｍｍの光記録媒体（ＢＤ）１０７ａに無限系の構成により最適化されているため、基板厚０．６ｍｍの光記録媒体（ＨＤ）１０７ｂにおいては球面収差が発生することが一般に知られるが、媒体判別結果に応じて、エキスパンダ液体レンズ１０５ａの焦点距離をコントロールして、後述する通り発散状態の光束を対物レンズ１０６ａに入射させることで球面収差を抑制した良好な集光特性が得られる。

ここで、媒体判別方法としては、光ピックアップに光記録媒体をセットすると、光記録媒体（ＢＤ）１０７ａ、光記録媒体（ＨＤ）１０７ｂいずれかを検出するための判別としては、
・光記録媒体をセットする段階に、ＬＥＤと受光素子からなる厚み検出用光学系を設けておき、その出力に基づき判別する。
・フォーカスエラー信号を検出し、その合焦付近でトラックエラー信号が検出されるか否かで判別する。
・光記録媒体のカートリッジ形状を異なるものとしておき、その差に基づいて判別する。
・光記録媒体のラベル上に記載されたバーコードに媒体種類を印刷しておき、その情報をバーコードリーダにて読み取ることにより判別する。
・合焦位置までの対物レンズアクチュエータの可動量に基づいて判別する。
などの方法が挙げられる。

また、図１７は一般的な対物レンズの基板厚みと発散度の関係を示した図である。図１７において、横軸は基板厚み、縦軸は対物レンズに入射する光束の発散度の関数であり使用状態における対物レンズの倍率である。対物レンズより基板側へ出射する光束は常に収斂光であるので、対物レンズに収斂光が入射するときの符号を「＋」、発散光が入射するときの符号は「−」とする。また、この倍率が「０」のときは、対物レンズへは平行光が入射する。図１７中の曲線は各基板厚に対して、波面収差を最小とする倍率を結んだものであり、例えばある基板厚の光記録媒体で平行光入射が最良の場合、基板厚が厚くなるほど「−」、すなわち発散光、薄くなるほど「＋」、すなわち収斂光を入射させてやると収差が小さくなるということが一般に知られている。

第２に、光ピックアップの組付誤差、各光学部品の製造誤差によって生じる球面収差，コマ収差の補正に使用する。特に、光記録媒体（ＢＤ）１０７ａ、光記録媒体（ＨＤ）１０７ｂのそれぞれについて最適な状態を選ぶようにする。いま、製造工程において各光記録媒体（基板厚０．６ｍｍ，０．１ｍｍ）の収差最良となる対物レンズの光軸直交面内位置、焦点距離を記憶しておき、媒体判別結果に応じて最適状態を適用する。なお、工程における調整方法としては、例えば対物レンズからの光束の集光スポットを観測しながら、スポットのサイドローブ成分およびスポットそのものの小径化を行う。あるいは、集光後の波面そのものを観測しながら、球面収差，コマ収差が最小となる位置を探す方法もある。

第３に、光記録媒体の基板厚誤差によって生じる球面収差、光記録媒体の傾き誤差によって生じるコマ収差の補正に使用する。電源投入、光記録媒体のセット、媒体判別後に、読み出し信号が最良となるようにすればよく、例えばトラッキングエラー信号振幅が最大、あるいはＲＦ信号振幅が最大となるように制御すればよい。また、この制御は、光記録媒体への情報読み出し，書き込み動作の直前のみに行うか、所定の半径位置に定期的に行うか、あるいは記録動作中にリアルタイムで行うものであってもよい。また、所定の半径位置で行うには、読み出し，書き込み動作前に光記録媒体の内周から外周で何点かを検出し、プロファイルを記憶しておき、このプロファイルの回帰情報に基づいて収差補正を行ってもよい。

第４として、前述の第３の方法において、光記録媒体に応じて一方を固定、他方を可動するようにしてもよい。すなわち、光記録媒体（ＢＤ）１０７ａのセット時は、基板厚誤差による球面収差の補正のみを行い、コマ収差の補正は行わない（予め設定されている光軸直交面内の中立点位置となるようにする）。また反対に、光記録媒体（ＨＤ）１０７ｂや光記録媒体（ＤＶＤ）１０７ｃのセット時は、コマ収差の補正のみを行ってもよい。

図１８（ａ），（ｂ）は本発明の実施形態２の実施例３における光ピックアップの概略構成を示す図である。本実施形態２の実施例３は、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５、光照射側基板厚０.１ｍｍの青色系光記録媒体」の光記録媒体（ＢＤ）１０７ａ、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍの青色系光記録媒体」の光記録媒体（ＨＤ）１０７ｂ、「使用波長６６０ｎｍ、ＮＡ０.６５で、光照射側基板厚０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体」光記録媒体（ＤＶＤ）１０７ｃ、および「使用波長７８５ｎｍ、ＮＡ０.５０で、光照射側基板厚１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体」の光記録媒体（ＣＤ）１０７ｄを共に記録および／または再生できる光ピックアップについて説明する。

図１８（ａ）に示す光ピックアップの要部は、図１７に示す前記実施例２では青色のみ単一波長の発光に限られていた半導体レーザ１０１の代わりに、図１８（ｂ）に示すように波長４０５ｎｍの青色レーザチップ１２１ｂ、波長６６０ｎｍの赤色レーザチップ１２１ａ、波長７８５ｎｍの赤外レーザチップ１２１ｃの３つの半導体レーザチップが、１つのキャン（容器）の中に集積搭載された３波長レーザユニット１２１を用いている。その他の部品については、図１７の実施例２と同一機能を示すが、３波長において高光利用効率、波面性能を確保した部品である。

なお、３波長レーザユニット１２１は、青色レーザチップ１２１ｂがコリメートレンズ１０２の光軸上に位置するように設置してなり、赤色，赤外の各レーザチップ１２１ａ，１２１ｃはコリメートレンズ１０２の光軸から数１０μｍ〜数１００μｍずれた位置となる。これは、短波長ほど光学系の収差感度が高くなるためである。

まず、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５、光照射側基板厚０.１ｍｍの青色系光記録媒体」の光記録媒体（ＢＤ）１０７ａを記録または再生する場合について説明する。波長４０５ｎｍの青色レーザチップ１２１ｂから出射した直線偏光の発散光は、コリメートレンズ１０２で略平行光とされ、偏光ビームスプリッタ１０３を透過し、１／４波長板１０４を通過し円偏光とされ、エキスパンダユニット１０５を透過し、対物レンズ１０６ａに入射し、光記録媒体（ＢＤ）１０７ａ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録あるいは消去が行われる。光記録媒体（ＢＤ）１０７ａから反射した光は、往路とは反対回りの円偏光となり、再び略平行光とされ、１／４波長板１０４を通過して往路と直交した直線偏光になり、偏光ビームスプリッタ１０３で反射され、検出レンズ１０８で収束光とされ、光束分割素子１０９により複数の光束に分割され、各ビームは複数の受光セグメントを有する受光素子１１０に至る。受光素子１１０からは、情報信号，サーボ信号が検出される。

次に「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍの青色系光記録媒体」の光記録媒体（ＨＤ）１０７ｂを記録または再生する場合について説明する。波長４０５ｎｍの青色レーザチップ１２１ｂから出射した直線偏光の発散光は、コリメートレンズ１０２で略平行光とされ、偏光ビームスプリッタ１０３を透過し、１／４波長板１０４を通過し円偏光とされ、エキスパンダユニット１０５により所定の発散光に変換され、対物レンズ１０６ａに入射し、光記録媒体（ＨＤ）１０７ｂ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録あるいは消去が行われる。光記録媒体（ＨＤ）１０７ｂから反射した光は、往路とは反対回りの円偏光となり、再び略平行光とされ、１／４波長板１０４を通過して往路と直交した直線偏光になり、偏光ビームスプリッタ１０３で反射され、検出レンズ１０８で収束光とされ、光束分割素子１０９により複数の光束に分割され、各光束は複数の受光セグメントを有する受光素子１１０に至る。受光素子１１０からは、情報信号，サーボ信号が検出される。

次に「使用波長６６０ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体」の光記録媒体（ＤＶＤ）１０７ｃを記録または再生する場合について説明する。波長６６０ｎｍの赤色レーザチップ１２１ａから出射した直線偏光の発散光は、コリメートレンズ１０２で略平行光とされ、偏光ビームスプリッタ１０３を透過し、１／４波長板１０４を通過し円偏光とされ、エキスパンダユニット１０５により光記録媒体（ＨＤ）１０７ｂのときより発散度合いの大きい所定の発散光に変換されると共に、所定のコマ収差が付与されて対物レンズ１０６ａに入射し、光記録媒体（ＤＶＤ）１０７ｃ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録あるいは消去が行われる。光記録媒体（ＤＶＤ）１０７ｃから反射した光は、往路とは反対回りの円偏光となり、再び略平行光とされ、１／４波長板１０４を通過して往路と直交した直線偏光になり、偏光ビームスプリッタ１０３で反射され、検出レンズ１０８で収束光とされ、光束分割素子１０９により複数の光束に分割され、各光束は複数の受光セグメントを有する受光素子１１０に至る。受光素子１１０からは、情報信号，サーボ信号が検出される。

次に「使用波長７８５ｎｍ、ＮＡ０.５０、光照射側基板厚１．２ｍｍのＣＤ光記録媒体」の光記録媒体（ＣＤ）１０７ｄを記録または再生する場合について説明する。波長７８５ｎｍの赤外レーザチップ１２１ｃから出射した直線偏光の発散光は、コリメートレンズ１０２で略平行光とされ、偏光ビームスプリッタ１０３を透過し、１／４波長板１０４を通過し円偏光とされ、エキスパンダユニット１０５により光記録媒体（ＤＶＤ）１０７ｃのときより所定の発散度合いの大きい発散光に変換されると共に、光記録媒体（ＤＶＤ）１０７ｃとは逆極性の所定のコマ収差が付与されて対物レンズ１０６ａに入射し、光記録媒体（ＣＤ）１０７ｄ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録あるいは消去が行われる。光記録媒体（ＣＤ）１０７ｄから反射した光は、往路とは反対回りの円偏光となり、再び略平行光とされ、１／４波長板１０４を通過して往路と直交した直線偏光になり、偏光ビームスプリッタ１０３で反射され、検出レンズ１０８で収束光とされ、光束分割素子１０９により複数の光束に分割され、各光束は複数の受光セグメントを有する受光素子１１０に至る。受光素子１１０からは、情報信号，サーボ信号が検出される。

図１８に示すエキスパンダユニット１０５は、光源からの光束が入射し、正の屈折力を有する第１のレンズと、負の屈折力を有する第２のレンズとを備えている。そして、第１のレンズとしてはエキスパンダ液体レンズ１０５ａを、一方の第２のレンズにガラスやプラスチックのエキスパンダレンズ１０５ｂを用いた構成としている。エキスパンダユニット１０５は、３波長レーザユニット１２１内の青色レーザチップ１２１ｂと対物レンズユニット１０６を結ぶ光軸上に配置してなる。

そして、本実施形態２の実施例３においては、エキスパンダ液体レンズ１０５ａとして前述の実施形態１の液体レンズを使用しているため、エキスパンダ液体レンズ１０５ａとエキスパンダレンズ１０５ｂの相対状態を変化させることにより、対物レンズ１０６ａに入射する光束に収差付加することが可能となる。すなわち、エキスパンダ液体レンズ１０５ａの焦点距離をコントロールすることにより、対物レンズ１０６ａへ入射する光束の発散状態（倍率）を変更することが可能となり、これにより球面収差の補正が行える。

また、光軸上に配置したエキスパンダレンズ１０５ｂに対してエキスパンダ液体レンズ１０５ａを光軸直交面内で移動させることにより、対物レンズ１０６ａへ入射する光束の画角を変更することが可能となり、これによりコマ収差の補正が行える。

以下、本実施形態２の実施例３における収差補正するエキスパンダユニットの利用方法を示す。まず第１に、本実施例３においては、光記録媒体（ＢＤ，ＨＤ，ＤＶＤ，ＣＤ）１０７の基板厚、使用波長の異なる４種類の光記録媒体に１つの対物レンズで集光するためにエキスパンダユニットを使用する。

エキスパンダ液体レンズ１０５ａの焦点距離をコントロールすることにより、対物レンズ１０６ａへ入射する光束の発散状態（倍率）を変更することが可能となり、基板厚が異なる光記録媒体（ＢＤ，ＨＤ，ＤＶＤ，ＣＤ）１０７のいずれにも最適な集光状態を適用できる。本実施例３においては、対物レンズ１０６ａはＮＡ０．８５で、基板厚０．１ｍｍの光記録媒体（ＢＤ）１０７ａに無限系の構成で最適化されているため、他の光記録媒体に対しては球面収差が発生することが一般に知られるが、前述した媒体判別結果に応じて、エキスパンダ液体レンズ１０５ａの焦点距離をコントロールして、前述の図１７で説明した発散状態の光束を対物レンズ１０６ａに入射させることで球面収差を抑制した良好な集光特性が得られる。

また、３波長レーザユニット１２１は、青色，赤色，赤外レーザチップの３つの波長が１つのパッケージに集約されたレーザユニットである。１パッケージ化により部品点数の削減、とりわけ波長合成プリズムなどの削減が可能となる。しかしながら、赤色レーザチップと赤外レーザチップは、その配置のために光軸方向にずれを生じる。図１８（ｂ）に示すように収差劣化に最も感度の高い青色レーザチップ１２１ｂを中心に配置し、これをコリメートレンズ１０２の光軸上に配置した場合、赤色，赤外レーザチップ１２１ａ，１２１ｃはコリメートレンズ１０２の光軸からずれることになる。コリメートレンズ１０２に光軸からずれた状態で入射した光束は、コリメートレンズ１０２透過後、斜めに進行し、対物レンズ１０６ａにも斜めに入射することとなる。

対物レンズ１０６ａに光束が斜め入射した場合、コマ収差が発生してしまう。そこで、本実施形態２の実施例３においては、このコマ収差を補正するようにエキスパンダ液体レンズ１０５ａを光軸直交面内で移動させる。移動は前述の球面収差と同様に媒体判別結果に応じて行えばよい。また、青色レーザチップ１２１ｂに対して赤色レーザチップ１２１ａと赤外レーザチップ１２１ｃは対峙して配置しているため、エキスパンダ液体レンズ１０５ａの移動方向はＤＶＤとＣＤでは反対となる。

第２には、光ピックアップの組付誤差，各光学部品の製造誤差によって生じる球面収差，コマ収差の補正に使用する。特に、光記録媒体（ＢＤ）１０７ａ、光記録媒体（ＨＤ）１０７ｂのそれぞれについて最適な状態を選ぶようにする。製造工程において各光記録媒体（基板厚１．２ｍｍ，０．６ｍｍ，０．１ｍｍ）の収差最良となる対物レンズの光軸直交面内の位置，焦点距離を記憶しておき、媒体判別結果に応じて最適状態を適用する。なお、工程の調整方法としては、例えば対物レンズからの光束の集光スポットを観測しながら、スポットのサイドローブ成分およびスポットそのものの小径化を行う。あるいは、集光後の波面そのものを観測しながら、球面収差，コマ収差が最小となる位置を探す方法もある。

第３に、光記録媒体の基板厚誤差によって生じる球面収差、光記録媒体の傾き誤差によって生じるコマ収差の補正に使用する。電源投入、光記録媒体セット、媒体判別後に、読み出し信号が最良となるようにすればよく、例えばトラッキングエラー信号振幅が最大、あるいはＲＦ信号振幅が最大となるように制御すればよい。また、この制御は、光記録媒体への情報読み出し，書き込み動作の直前のみに行うか、所定の半径位置において定期的に行うか、あるいは記録動作中にリアルタイムで行うものであってもよい。また所定の半径位置で行う場合は、読み出し，書き込み動作前に光記録媒体の内周から外周で何点かを検出し、プロファイルを記憶しておき、このプロファイルの回帰情報に基づいて収差補正を行ってもよい。

また、実施形態２の実施例３における別の構成例として、図１９に示すように、図１８で説明したエキスパンダユニット１０４の機能を、コリメートレンズ機能を有するコリメートレンズユニット１０２’として形成してよい。

以上のように、複数の光記録媒体の互換が１つの対物レンズでき光ピックアップの小型化，部品点数削減ができ、また、光源として波長の異なるレーザチップを１つの容器に搭載でき、光ピックアップをさらに小型化することができる。

図２０は本発明の実施形態３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。この光情報処理装置は、前述した実施形態２の実施例１〜３の光ピックアップを用いて光記録媒体１０７に対して、情報信号の記録および／または再生を行う装置であり、前述した光ピックアップに相当する光ピックアップ５１を備えて構成する。そして、光記録媒体１０７を回転駆動するスピンドルモータ５８と、情報信号の記録，再生を行うに当たり使用する光ピックアップ５１を光記録媒体１０７の内外周に移動操作するための送りモータ５２と、所定の変調および復調処理を行う変復調回路５４と、光ピックアップ５１のサーボ制御などを行うサーボ制御回路５３と、光情報処理装置の全体の制御を行うシステムコントローラ５６とを備えている。

スピンドルモータ５８は、サーボ制御回路５３により駆動制御し、所定の回転数で回転駆動する。すなわち、記録再生の対象となる光記録媒体５７は、スピンドルモータ５８の駆動軸上にチャッキングして、サーボ制御回路５３により駆動制御するスピンドルモータ５８によって、所定の回転数で回転駆動する。

光ピックアップ５１は、光記録媒体１０７に対する情報信号の記録および再生を行うとき、前述したように、回転駆動する光記録媒体１０７に対してレーザ光を照射し、その戻り光を検出する。この光ピックアップ５１は、変復調回路５４に接続されている。そして、情報信号の記録を行う際には、外部回路５５から入力され変復調回路５４によって所定の変調処理が施された信号が光ピックアップ５１に供給される。光ピックアップ５１は、変復調回路５４から供給される信号に基づいて、光記録媒体１０７に対して、光強度変調が施されたレーザ光を照射する。また、情報信号の再生を行う際には、光ピックアップ５１は、回転駆動される光記録媒体１０７に対して、一定出力のレーザ光を照射し、その戻り光から再生信号を生成し、この再生信号が変復調回路５４に供給する。

また、この光ピックアップ５１は、サーボ制御回路５３にも接続している。そして、情報信号の記録再生時に、回転駆動する光記録媒体１０７によって反射した戻り光から、前述したように、フォーカスサーボ信号およびトラッキングサーボ信号を生成し、それらのサーボ信号をサーボ制御回路５３に供給する。

変復調回路５４は、システムコントローラ５６および外部回路５５に接続している。この変復調回路５４は、情報信号を光記録媒体１０７に記録するときには、システムコントローラ５６による制御のもとで、光記録媒体１０７に記録する信号を外部回路５５から受け取り、この信号に対して所定の変調処理を施す。変復調回路５４によって変調した信号は、光ピックアップ５１に供給する。また、変復調回路５４は、情報信号を光記録媒体１０７から再生するときには、システムコントローラ５６による制御のもとで、光記録媒体１０７から再生した再生信号を光ピックアップ５１から受け取り、この再生信号に対して所定の復調処理を施す。そして、変復調回路５４によって復調した信号は、変復調回路５４から外部回路５５へ出力する。

送りモータ５２は、情報信号の記録および再生を行うとき、光ピックアップ５１を光記録媒体１０７の半径方向の所定位置に移動させるためのものであり、サーボ制御回路５３からの制御信号に基づいて駆動する。すなわち、送りモータ５２は、サーボ制御回路５３に接続しており、サーボ制御回路５３により制御する。

サーボ制御回路５３は、システムコントローラ５６による制御のもとで、光ピックアップ５１が光記録媒体１０７に対向する所定の位置に移動するように、送りモータ５２を制御する。また、サーボ制御回路５３は、スピンドルモータ５８にも接続しており、システムコントローラ５６による制御のもとで、スピンドルモータ５８の動作を制御する。すなわち、サーボ制御回路５３は、光記録媒体１０７に対する情報信号の記録および再生時に、光記録媒体１０７が所定の回転数で回転駆動するように、スピンドルモータ５８を制御する。

また、サーボ制御回路５３は、光ピックアップ５１にも接続しており、情報信号の記録および再生時には、光ピックアップ５１から再生信号およびサーボ信号を受け取り、このサーボ信号に基づいて、光ピックアップ５１に搭載した２軸アクチュエータ（図示せず）によるフォーカスサーボおよびトラッキングサーボの制御を行い、さらに、液体レンズ（図示せず）の駆動にも使用する。

これにより、収差が抑制された２層対応あるいは複数種類の光記録媒体に対して互換のある光情報処理装置を得ることができる。

本発明に係る光学ユニットおよび光ピックアップならびに光情報処理装置は、球面収差とコマ収差の２つの収差を補正し、さらにメカニカルな機構を伴わずに収差補正することができ、複数の光記録媒体に互換の光学装置の収差補正に有用である。

本発明の実施形態１における（ａ）は収差補正用の光学ユニットの概略構成、（ｂ）は分割電極のパターンを示す図 収差補正用の光学ユニットに利用する電気毛管現象を説明する（ａ）は液体レンズ、（ｂ）は小滴の変化を示す図 本実施形態１における球面収差補正を説明する（ａ）は光学ユニットの概略構成、（ｂ）は分割電極上の小滴の変化を示す図 本実施形態１におけるコマ収差補正を説明する（ａ）は光学ユニットの概略構成、（ｂ）は分割電極上の小滴の変化を示す図 本実施形態１の収差補正用の光学ユニットにおける別の構成例を示す図 本実施形態１の収差補正用の光学ユニットにおけるもう一つ別の構成例を示す図 本実施形態１の実施例１における液体レンズと固定レンズからなる光学ユニットの（ａ）は概略図、（ｂ）は数値データを示す図 本実施形態１の実施例１における光学ユニットの（ａ），（ｂ）は球面収差とコマ収差の発生を説明する図 本実施形態１の実施例２における光学ユニットの（ａ）は概略図、（ｂ）は数値データを示す図 本実施形態１の実施例２における光学ユニットの（ａ），（ｂ）は球面収差とコマ収差の発生を説明する図 実施形態１の実施例１，２の光学ユニットにおける固定レンズに代えて液体レンズを用いた構成を示す図 実施形態１の実施例１，２の光学ユニットを、ガラス基板およびレンズ面で形成した固定レンズと液体レンズとを一体化した構成を示す図 本実施形態１の実施例３における光学ユニットの（ａ）はガラス基板一面に回折格子を形成した構成、（ｂ）は回折格子の同心円状のパターン、（ｃ）は線形状のパターン、（ｄ）は回折格子断面の矩形状、（ｅ）は階段形状、（ｆ）は鋸歯形状を示す図 本実施形態１の実施例３における光学ユニットの液体レンズの基板に複屈折性基板を用いた構成を示す図 本発明の実施形態２の実施例１における光ピックアップの概略構成を示す図 本実施形態２の実施例２における光ピックアップの概略構成を示す図である。 対物レンズの基板厚みと発散度の関係を示す図 本実施形態２の実施例３における光ピックアップの（ａ）は概略構成、（ｂ）は３波長レーザユニットを示す図 本実施形態２の実施例３における光ピックアップの別の構成例を示す図 本発明の実施形態３における光情報処理装置の概略構成を示すブロック図 ２層光記録媒体の概略を示す断面図

符号の説明

１，１０，３３，４３ 小滴
２，１２，３４，４４ 基板
３，１７ 参照光線
４ 焦点
６，１１ 絶縁層
７ 電極
１３ａ，１３ｂ，１４ 透明電極
１５，２１，３２，４２ 液体レンズ
１６，３１，４１，４９ 固定レンズ
１８ 保持部材
１９ 絶縁性液体
２０ 光軸
２２，４７ ガラス基板
２４ 回折格子
２５ 複屈折性基板
４５，１０６ａ 対物レンズ
４８ レンズ面
４９ 固定レンズ
５１ 光ピックアップ
５２ 送りモータ
５３ サーボ制御回路
５４ 変復調回路
５５ 外部回路
５６ システムコントローラ
５８ スピンドルモータ
１０１ 半導体レーザ
１０２ コリメートレンズ
１０２’ コリメートレンズユニット
１０２ａ，１０５ａ エキスパンダ液体レンズ
１０２ｂ，１０５ｂ エキスパンダレンズ
１０３ 偏光ビームスプリッタ
１０４ １／４波長板
１０５ エキスパンダユニット
１０６ 対物レンズユニット
１０６ｂ 対物液体レンズ
１０７ 光記録媒体
１０７ａ 光記録媒体（ＢＤ）
１０７ｂ 光記録媒体（ＨＤ）
１０７ｃ 光記録媒体（ＤＶＤ）
１０７ｄ 光記録媒体（ＣＤ）
１０８ 検出レンズ
１０９ 光束分割素子
１１０ 受光素子
１２１ ３波長レーザユニット
１２１ａ 赤色レーザチップ
１２１ｂ 青色レーザチップ
１２１ｃ 赤外レーザチップ

Claims (12)

1. 光源から出射した光束に所定の位相差を付与して光記録媒体に照射する光学ユニットであって、
   第１のレンズと、
   絶縁層と、前記絶縁層の表面側に配置した透明導電性液体の小滴と、前記絶縁層の裏面側に設けた複数の電極とからなり、前記第１のレンズの光軸上に配置して、前記光軸に直交する面内で移動可能、かつ焦点距離可変な第２のレンズと、
   前記小滴と前記電極の各セグメント間の電圧値を選択的に変化させることにより、前記絶縁層表面における前記小滴の光軸直交面内の位置、および前記絶縁層表面と前記小滴との間の接触角度を変化させる手段と、
   前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間に前記小滴を混合することなく充填してなる屈折率の異なる絶縁性液体とを備えたことを特徴とする光学ユニット。
2. 光源から出射し、対物レンズを介して光記録媒体に照射する光束に、所定の位相差を付与することにより収差を補正する光学ユニットであって、
   第１のレンズと、
   絶縁層と、前記絶縁層の表面側に配置した透明導電性液体の小滴と、前記絶縁層の裏面側に設けた複数の電極とからなり、前記第１のレンズの光軸上に配置して、前記光軸に直交する面内で移動可能、かつ焦点距離可変な第２のレンズと、
   前記小滴と前記電極の各セグメント間の電圧値を選択的に変化させることにより、前記絶縁層表面における前記小滴の光軸直交面内の位置、および前記絶縁層表面と前記小滴との間の接触角度を変化させる手段と、
   前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間に前記小滴を混合することなく充填してなる屈折率の異なる絶縁性液体とを備えたことを特徴とする光学ユニット。
3. 前記第２のレンズは、絶縁層の裏面側に使用波長帯域において透明な基板を有し、前記基板にレンズ形状を形成してなることを特徴とする請求項１または２記載の光学ユニット。
4. 前記基板に形成したレンズ形状が、第１レンズの機能を有することを特徴とする請求項３記載の光学ユニット。
5. 前記第２のレンズは、絶縁層の裏面側に使用波長帯域において透明な基板を有し、前記基板に回折格子を形成してなることを特徴とする請求項１または２記載の光学ユニット。
6. 前記第２のレンズは、絶縁層の裏面側に使用波長帯域において透明な基板を有し、前記基板が複屈折性材料、または前記基板の一部に複屈折性材料を含んでなることを特徴とする請求項１または２記載の光学ユニット。
7. 光源と、光記録媒体に集光するための対物レンズユニットを備えた光ピックアップにおいて、
   前記対物レンズユニットが請求項１，３〜６のいずれか１項に記載の光学ユニットにより構成したことを特徴とする光ピックアップ。
8. 光源と、光記録媒体に集光するための対物レンズと、前記光記録媒体集光時に発生するコマ収差と球面収差を補正する光学ユニットを備えた光ピックアップにおいて、
   前記コマ収差と球面収差を補正する光学ユニットが請求項２〜６のいずれか１項に記載の光学ユニットにより構成したことを特徴とする光ピックアップ。
9. 基板厚が異なる複数の光記録媒体に情報の記録および／または再生を行うことを特徴とする請求項７または８記載の光ピックアップ。
10. 複数の波長の光源を備え、使用波長および基板厚が異なる複数の光記録媒体に情報の記録および／または再生を行うことを特徴とする請求項７または８記載の光ピックアップ。
11. 光記録媒体に情報の記録および／または再生を行う光情報処理装置であって、
    前記光情報処理装置は、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の光ピックアップを搭載してなることを特徴とする光情報処理装置。
12. 光記録媒体に情報の記録および／または再生を行う光情報処理装置であって、
    前記光情報処理装置は、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の光ピックアップと、前記光記録媒体の種類を判別する媒体判別手段とを備え、前記光記録媒体の種類に応じて、前記第２レンズの光軸に直交する面内の所定位置と、所定の焦点距離とにおいて、一方を固定して他方を発生収差に応じて可変させることを特徴とする光情報処理装置。

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