JP5278334B2 - 光学的情報記録再生装置および光ヘッド装置、光学的情報記録再生方法 - Google Patents

Description

本発明は、光記録媒体に対して情報の記録再生を３次元的に行う光学的情報記録再生装置および光ヘッド装置、光学的情報記録再生方法に係る。

光記録媒体である光ディスクの大容量化技術の一つとして、３次元光記録再生技術がある。３次元光記録再生技術では、光ディスクの面内方向の次元だけでなく厚さ方向の次元も利用され、光ディスクに対して３次元的に情報の記録再生が行われる。この３次元光記録再生技術として、ホログラム記録技術がある。ホログラム記録技術では、まず、２つの光の干渉縞が回折格子として光記録媒体に記録される。次に、２つの光のうちのどちらか一方をこの回折格子に照射し、回折格子からの回折光を受光することにより情報の再生が行われる。

ホログラム記録技術には、「ページデータのホログラム技術」と呼ばれる技術がある。この技術では、まず、干渉させる２つの光のうち、一方の光に空間光変調器により２次元の情報が与えられ、一度に記録される。次に、情報を持たない他方の光を回折格子に照射して、回折格子からの回折光をＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などの撮像素子で受光し、２次元の情報が一度に再生される。

ページデータのホログラム記録技術では、温度変化による記録層の収縮や、記録再生を行う光源の波長の変化により、形成される回折格子の形状が変化する。そのため、再生時の回折格子の回折効率が低下し、再生性能が低下することがある。

ホログラム記録技術には、もう一つ、「ビットバイビットの反射型ホログラム記録技術」と呼ばれる技術がある。この技術では、まず、対向する２つの光を光ディスクの記録層内の同一の位置に集光して干渉させ、集光点の近傍に微小な回折格子を形成することにより情報の記録を行う。次に、２つの光のうちどちらか一方をこの回折格子に集光し、回折格子からの反射光を受光することにより情報の再生が行われる。

ビットバイビットの反射型ホログラム記録技術においては、ページデータのホログラム記録技術に比べて、光ディスクの記録層内に形成される回折格子が小さい。そのため、温度変化による記録層の収縮や、記録再生を行う光源の波長の変化による回折格子の形状の変化が小さい。したがって、再生時の再生性能の低下はページデータのホログラム記録技術に比べて小さい。

ホログラム記録技術においては、記録層と反射層とを有する反射型の光ディスクを用いることが出来る。こうすることにより、光ディスクに対して情報の記録再生を行うための光ヘッド装置の光学系を光ディスクの片側のみに集約して簡素化することができる。このような反射型の光ディスクを使用対象とし、ビットバイビットの反射型ホログラム記録に用いられる光学的情報記録再生装置として、文献（Ｋｉｍｉｈｉｒｏ Ｓａｉｔｏ ａｎｄ Ｓｅｉｊｉ Ｋｏｂａｙａｓｈｉ， “Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｍｉｃｒｏ−Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ ３−Ｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｃ ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ”， ２００６ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄａｔａ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｔｏｐｉｃａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ， ＩＥＥＥ， ｐｐ．１８８−１９０．）に記載される光学的情報記録再生装置がある。

図１は、上記文献に記載される光学的情報記録再生装置に用いられる光ヘッド装置の構成を説明するためのブロック図である。

レーザ６３から出射した光は、まず、凹レンズ６４と凸レンズ６５とを具備するエキスパンダレンズ系を透過することによって光径が拡大される。次に、この光の一部がビームスプリッタ６６で反射され、１／２波長板６７を透過して偏光方向が所定の方向となる。そのうちのＰ偏光成分は偏光ビームスプリッタ６８を透過し、Ｓ偏光成分は偏光ビームスプリッタ６８で反射する。

ここで、光ディスク６２の記録時について説明する。偏光ビームスプリッタ６８を透過した光は、まず、ミラー６９で反射され、１／４波長板７３を透過して直線偏光から円偏光へ変換される。次に、この光は、凸レンズ７５と凸レンズ７６とを具備するリレーレンズ系を透過して収束光となり、その一部がビームスプリッタ８０で反射される。そして、この光は、対物レンズ８１により光ディスク６２の記録層内に集光される。

一方、偏光ビームスプリッタ６８で反射された光は、まず、１／２波長板７０を透過して偏光方向が９０°回転し、シャッタ７１を通る。次に、この光は、偏光ビームスプリッタ７２へＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過し、１／４波長板７４を透過して直線偏光から円偏光へ変換される。さらに、この光は、凸レンズ７７と凸レンズ７８とを具備するリレーレンズ系を透過して発散光となり、一部がビームスプリッタ７９で反射される。そして、この光の一部がビームスプリッタ８０を透過し、対物レンズ８１により光ディスク６２の記録層内に集光される。

ここで、光ディスク６２の再生時について説明する。再生時、シャッタ７１は閉じられる。したがって、偏光ビームスプリッタ６８を透過した光は、上述と同じように、その一部が光ディスク６２の記録層内に集光されるが、偏光ビームスプリッタ６８で反射された光は、シャッタ７１で遮断され、光ディスク６２へ向かわない。

光ディスク６２の記録層内に集光された光は、光ディスク６２の記録層で反射され、対物レンズ８１を逆向きに通る。この光の一部は、ビームスプリッタ８０で反射され、凸レンズ７６と凸レンズ７５とを具備するリレーレンズ系を逆向きに通る。さらに、この光は、１／４波長板７３を透過して円偏光から往路と偏光方向が直交した直線偏光へ変換され、ミラー６９で反射され、偏光ビームスプリッタ６８へＳ偏光として入射する。この光のほぼ１００％が、偏光ビームスプリッタ６８によって反射され、凸レンズ８２により光検出器８３の受光部上に集光される。

図２Ａ〜２Ｃは、光ディスク６２への入射光および光ディスク６２からの反射光の光路を説明するための図である。図２Ａと図２Ｂとは、光ディスク６２の記録時における入射光および反射光の光路を示している。図２Ｃは、光ディスク６２の再生時における入射光および反射光の光路を示している。

図２Ａ〜２Ｃに示される例では、光ディスク６２は、記録層８６と反射層８７とがこの順に積層されて、基板８４と基板８５との間に挟まれるように構成されている。図２Ａ〜２Ｃにおいて、光は、基板８４側から記録層８６に入射し、反射層８７側に向かう。図２Ａに示される入射光８９は、記録時に偏光ビームスプリッタ６８（図１参照）を透過した光に対応し、図２Ｂに示される入射光９１は、偏光ビームスプリッタ６８で反射された光に対応する。なお、図２Ｃに示される入射光９３は、再生時に偏光ビームスプリッタ６８を透過した光に対応する。

図２Ａに示されるように、入射光８９は、収束光として対物レンズ８１へ入射し、記録層８６内を反射層８７の側へ向かう途中で集光される。この光は、反射層８７で反射されて反射光９０となり、記録層８６を透過し、収束光として対物レンズ８１から出射する。一方、図２Ｂに示されるように、入射光９１は発散光として対物レンズ８１へ入射し、記録層８６を透過し、反射層８７で反射されて反射光９２となり、記録層８６内を反射層８７と反対の側へ向かう途中で集光される。この光は、発散光として対物レンズ８１から出射する。入射光８９と反射光９２とは記録層８６内の同一の位置に集光されて干渉し、集光点の近傍に微小な回折格子が形成される。

これに対し、図２Ｃに示されるように、入射光９３は、収束光として対物レンズ８１へ入射し、記録層８６内を反射層８７の側へ向かう途中で上記の回折格子８８に集光される。この光は、回折格子８８で反射されて反射光９４となり、発散光として対物レンズ８１から出射する。反射光９４は、図１における光検出器８３で受光される。

ここで、回折格子８８は記録マークに相当する。入射光８９および反射光９２の集光点の位置は、記録層８６の厚さ方向へ移動させることが可能である。このようにして、記録層８６の面内方向だけでなく厚さ方向にも多数の回折格子を形成することにより、３次元記録再生を行うことができる。

この光学的情報記録再生装置においては、入射光８９と反射光９２との干渉により回折格子８８が形成される。入射光８９と反射光９２とは、記録層８６内の同一の位置に集光する。集光点の近傍での入射光８９および反射光９２の単位面積当たりの強度は強いため、回折格子８８の集光点の近傍における回折効率は高い。

ところで、他の干渉によって回折格子８８以外に５つの回折格子が形成される。他の干渉とは、入射光８９と反射光９０との干渉、入射光９１と反射光９２との干渉、入射光８９と入射光９１との干渉、反射光９０と反射光９２との干渉、入射光９１と反射光９０との干渉である。

このうち、入射光９１および反射光９０は、記録層８６内で集光しない。そのため、入射光９１および反射光９０の単位面積当たりの強度は弱く、入射光９１と反射光９０との干渉により形成される回折格子の回折効率は非常に低い。

しかし、他の４つの干渉により形成される回折格子の回折効率は、それぞれそれほど低くない。すなわち、入射光８９と反射光９０との干渉により形成される回折格子の入射光８９の集光点の近傍における回折効率、入射光９１と反射光９２との干渉により形成される回折格子の反射光９２の集光点の近傍における回折効率、入射光８９と入射光９１との干渉により形成される回折格子の入射光８９の集光点の近傍における回折効率、反射光９０と反射光９２との干渉により形成される回折格子の反射光９２の集光点の近傍における回折効率は低くない。すなわち、入射光８９および反射光９２の集光点の近傍に、回折効率が高い回折格子８８以外に、回折効率がそれほど低くない４つの回折格子が重なって形成される。

入射光９３を収束光として対物レンズ８１へ入射させると、入射光８９と反射光９０との干渉により形成される回折格子と、入射光９１と反射光９２との干渉により形成される回折格子とにより、収束光として対物レンズ８１から出射する反射光が生じる。この反射光は、光検出器８３の位置で大きく広がっているため光検出器８３で受光されない。

一方、入射光９３を収束光として対物レンズ８１へ入射させると、入射光８９と入射光９１との干渉により形成される回折格子と、反射光９０と反射光９２との干渉により形成される回折格子とにより、対物レンズ８１から発散光として出射する反射光が生じる。この反射光は、反射光９４と同じく光検出器８３で受光される。

ところで、回折格子８８は、格子の方向が記録層８６の面内方向である反射型の回折格子である。これに対し、入射光８９と入射光９１との干渉により形成される回折格子、および、反射光９０と反射光９２との干渉により形成される回折格子は、格子の方向が記録層８６の厚さ方向である透過型の回折格子である。

ここで、記録層８６の温度が変化すると、記録層８６は膨張または収縮し、回折格子における格子の間隔が変化する。記録層８６の膨張または収縮の度合いは、面内方向と厚さ方向とで異なる。したがって、回折格子における格子の間隔の変化の度合いも、反射型の回折格子と透過型の回折格子とで異なる。このとき、入射光８９と入射光９１との干渉により形成される回折格子と、反射光９０と反射光９２との干渉により形成される回折格子とにより生じる反射光は、反射光９４に対する発散の度合いが変化する。

その結果、反射光９４が光検出器８３の受光部上に集光される場合、入射光８９と入射光９１との干渉により形成される回折格子と、反射光９０と反射光９２との干渉により形成される回折格子とにより生じる反射光は、光検出器８３の位置で広がる。その結果、この反射光は光検出器８３で受光されなくなる。すなわち、記録層８６の温度の変化を考慮すると、入射光８９および反射光９２の集光点の近傍に形成される回折格子８８以外の４つの回折格子は、いずれも情報の再生に寄与しない。このように、情報の再生に寄与しない回折格子が形成されると、情報の再生に寄与する回折格子８８の回折効率がその分だけ低下し、再生信号の品質が低下する。

また、この光学的情報記録再生装置は、記録層８６内で干渉させる入射光８９と入射光９１とを生成するために、レーザ６３からの出射光の光路を偏光ビームスプリッタ６８により２つに分離し、ビームスプリッタ８０によりその２つの光路を合成する。そのため、光ヘッド装置の光学系が複雑化し、光ヘッド装置の小型化が困難である。

上記に関連して、特開２００４−３３５０４４号公報には、ホログラフィック情報記録装置が開示されている。このホログラフィック情報記録装置は、ホログラフィを利用して情報が記録される情報記録層を備えた光情報記録媒体に対して情報を記録するためのものである。このホログラフィック情報記録装置は、物体光生成手段と、記録用参照光生成手段と、記録光学系とを備える。ここで、物体光生成手段は、情報を担持した物体光を生成するものである。記録用参照光生成手段は、記録用参照光を生成するものである。記録光学系は、情報記録層に物体光と記録用参照光との干渉による干渉パターンによって情報が記録されるように、物体光と記録用参照光とを、情報記録層に対して同一面側から照射するものである。また、記録光学系は、この記録光学系内で発生する散乱光をカットするための散乱光遮断光学手段を備えている。

また、特開２００５−１８８４０号公報には、光ピックアップ装置が開示されている。この光ピックアップ装置は、情報が記録されたトラックを含む情報記録面に光ビームを照射し、光ビームの集光位置を調整しつつ情報記録面からの戻り光から情報を取り出す。この光ピックアップ装置は、焦点可変レンズと、コントローラと、焦点可変レンズ駆動部とを備える。ここで、焦点可変レンズは、供給される駆動信号に応じて光ビームの集光位置を可変に定める屈折率分布を形成するものである。コントローラは、光ビームを集光すべき位置の変動に合わせて、屈折率分布を焦点可変レンズの光学軸から偏らせるようにサーボ信号を生成するものである。焦点可変レンズ駆動部は、サーボ信号に応じて駆動信号を生成して焦点可変レンズに供給するものである。

また、特開２００５−３０２２４８号公報には、光ヘッド装置が開示されている。この光ヘッド装置は、光源と、対物レンズと、焦点可変素子と、焦点可変素子制御回路とを備えている。ここで、対物レンズは、光源からの出射光を光記録媒体上に集光させるためのものである。焦点可変素子は、光源と対物レンズとの間に設けられ焦点位置を変化させるものである。焦点可変素子制御回路は、焦点位置を変化させるための電圧を焦点可変素子に出力するものである。また、焦点可変素子は、少なくとも一対の基板と、液晶層と、第１の電極と、第２の電極とを有する。ここで、液晶層は、各基板の間に挟持された液晶からなる。第１の電極は、各基板の対向する面のうちのいずれか一方の面に形成されている。第２の電極は、各基板の対向する面のうち、第１の電極が形成された面と対向する面に形成されている。さらに、第１の電極の電位分布は、焦点可変素子の光軸を中心にほぼ回転対称である。第１の電極は、光軸からの半径の２乗に比例する成分を有する電圧分布を、滑らかにまたは階段状に実現できるような電極形状を有する。第２の電極は、光軸を中心にほぼ回転対称の電位分布が実現できるような電極形状を有する。

また、特開２００６−３３８７８２号公報には、多層の記録層を持つ記録媒体を用いる光ピックアップ装置が開示されている。この光ピックアップ装置は、光源と、対物レンズと、第１の検出手段とを備える。ここで、対物レンズは、光源からの光束を所望の記録層上に集光するものである。第１の検出手段は、対物レンズによって所望の記録層上に形成された第１の集光スポットの反射光から信号を検出するものである。さらに、光ピックアップ装置は、スポット形成手段と、反射光分離手段と、第２の検出手段と、補正演算手段とを設けている。ここで、スポット形成手段は、所望の記録層以外の記録層上に、対物レンズによって第１の集光スポットと同軸上に、少なくとも１以上の第２の集光スポットを形成するものである。反射光分離手段は、第１の集光スポットの反射光と第２の集光スポットの反射光を分離するものである。第２の検出手段は、第２の集光スポットの反射光から信号を検出するものである。補正演算手段は、第２の集光スポットの反射光から得られる信号を用いて、第１の集光スポットの反射光から得られる信号に対して補正演算するものである。

本発明の目的は、光ディスクの記録層内に情報の再生に寄与しない回折格子が形成されず、高品質な再生信号が得られ、更に、光学系が簡素で、小型化が容易な光学的情報記録再生装置およびそれに用いる光ヘッド装置を提供することにある。

本発明の光学的情報記録再生装置は、記録層、１／４波長板層、反射層をこの順に備える反射型の光記録媒体を使用対象とし、ビットバイビットの反射型ホログラム記録に用いられる光学的情報記録再生装置であり、光源と、光生成手段と、偏光性レンズとを具備する。光生成手段は、光源から出射した光から、偏光方向が互いに直交する第１の偏光成分と第２の偏光成分とを有する光を生成する。偏光性レンズは、第１の偏光成分に対する第１の焦点距離と、第２の偏光成分に対する第２の焦点距離とが互いに異なり、第１の偏光成分と第２の偏光成分とを有する光から、第１の偏光成分のみを有する光と第２の偏光成分のみを有する光とを生成する。第１の偏光成分だけを有する光と、第２の偏光成分だけを有する光とは、偏光性レンズと光記録媒体との間において、同一の光路を有する。また、第１の焦点距離と、第２の焦点距離とは、それぞれ独立に可変であり、第１の焦点距離と、第２の焦点距離とをそれぞれ独立に変化させる偏光性レンズ駆動回路をさらに具備する、としても良い。また、光生成手段よりも光記録媒体側に設けられ、第１の偏光成分を有する光、第２の偏光成分を有する光の両方、又は、どちらか一方を偏向する光偏向素子をさらに具備しても良い。また、偏向された光の偏向角は可変であり、偏向角を変化させる光偏向素子駆動回路をさらに具備しても良い。また、光生成手段は、光源から出射した光から、第１の偏光成分と第２の偏光成分とを有する光を生成するか、第１の偏光成分のみを有する光を生成するかを切り替え可能であり、光記録媒体の記録時において、光生成手段は、第１の偏光成分と第２の偏光成分とを有する光を生成し、光記録媒体の再生時において、光生成手段は第１の偏光成分のみを有する光を生成するように、光生成手段を駆動する光生成手段駆動回路をさらに具備しても良い。

本発明の光ヘッド装置は、記録層、１／４波長板層、反射層をこの順に備える反射型の光記録媒体を使用対象とし、ビットバイビットの反射型ホログラム記録に用いられる光ヘッド装置であり、光源と、光生成手段と、偏光性レンズとを具備する。光生成手段は、光源から出射した光から、偏光方向が互いに直交する第１の偏光成分と第２の偏光成分とを有する光を生成する。偏光性レンズは、第１の偏光成分に対する第１の焦点距離と、第２の偏光成分に対する第２の焦点距離とが互いに異なり、第１の偏光成分と第２の偏光成分とを有する光から、第１の偏光成分のみを有する光と第２の偏光成分のみを有する光とを生成する。第１の偏光成分だけを有する光と、第２の偏光成分だけを有する光とは、偏光性レンズと光記録媒体との間において、同一の光路を有する。また、第１の焦点距離と、第２の焦点距離とは、それぞれ独立に可変である、としても良い。また、光生成手段よりも光記録媒体側に設けられ、第１の偏光成分を有する光と第２の偏光成分を有する光の両方、又は、どちらか一方を偏向する光偏向素子をさらに具備しても良い。また、偏向された光の偏向角は可変であっても良い。また、光生成手段は、光源から出射した光から、第１の偏光成分と第２の偏光成分とを有する光を生成するか、第１の偏光成分のみを有する光を生成するかを切り替え可能であっても良い。

本発明の光学的情報記録再生方法は、記録層、１／４波長板層、反射層をこの順に備える反射型の光記録媒体に対し、ビットバイビットの反射型ホログラム記録に用いられる光学的情報記録再生方法であり、出射ステップと、光生成ステップと、焦点距離を設定するステップと、生成するステップとを具備する。出射ステップでは、光源から光源出射光が出射される。光生成ステップでは、光源出射光から、偏光方向が互いに直交する第１の偏光成分と第２の偏光成分とを有する光が生成される。焦点距離を設定するステップでは、第１の偏光成分と、第２の偏光成分に対して、それぞれ互いに異なる第１の焦点距離と、第２の焦点距離とが設定される。生成するステップでは、第１の偏光成分と第２の偏光成分とを有する光から、第１の偏光成分のみを有する光と第２の偏光成分のみを有する光とが生成される。また、焦点距離を設定するステップでは、第１の焦点距離と、第２の焦点距離とをそれぞれ独立に変化させるステップを具備しても良い。また、第１の偏光成分を有する光、第２の偏光成分を有する光の両方、又は、どちらか一方を偏向する光を偏向するステップをさらに具備しても良い。また、光を偏向するステップでは、偏向された光の偏向角を変化させる偏向角変更ステップを具備しても良い。また、光生成ステップは、光記録媒体の記録時において、光源出射光から第１の偏光成分と第２の偏光成分とを有する光を生成し、光記録媒体の再生時において、光源出射光から第１の偏光成分のみを有する光を生成するステップを備えても良い。

上記発明の目的、効果、特徴は、添付される図面と連携して実施の形態の記述から、より明らかになる。
図１は、関連技術による光学的情報記録再生装置に用いられる光ヘッド装置の構成を説明するためのブロック図である。 図２Ａ〜２Ｃは、関連技術による光学的情報記録再生装置における光ディスクへの入射光および光ディスクからの反射光の光路を説明するための図である。図２Ａ、図２Ｂは、光ディスクの記録時における入射光および反射光の光路を示す図である。図２Ｃは、光ディスクの再生時における入射光および反射光の光路を示す図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る光学的情報記録再生装置の構成を説明するためのブロック図である。 図４は、本発明の実施の形態に係る光ヘッド装置の構成を説明するためのブロック図である。 図５は、本発明の実施の形態に係る光ディスクの構成を説明するための俯瞰図である。 図６Ａ〜６Ｃは、光ディスク２への入射光および光ディスク２からの反射光の光路を説明するための図である。図６Ａ、図６Ｂは、光ディスク２の記録時における入射光および反射光の光路を示す図である。図６Ｃは、光ディスクの再生時における入射光および反射光の光路を示す図である。 図７は、偏光制御素子の構成を説明するための断面図である。 図８Ａ〜８Ｂは、回折格子部２０１の平面図および断面図である。図８Ａは、電圧が印加されていない場合の液晶高分子の配向方向を示す図である。また、図８Ｂは、電圧が印加された場合の液晶高分子の配向方向を示す図である。 図９は、偏光性可変焦点レンズ８の構成を説明するための断面図である。 図１０は、偏光性可変焦点レンズ８の透明電極３８、４０の電極パターンを示す図である。 図１１Ａ〜１１Ｂは、偏光性可変焦点レンズ８の液晶層３２の平面図および断面図である。図１１Ａは、電圧が印加されていない場合の液晶高分子の配向方向を示す図である。図１１Ｂは、電圧が印加された場合の液晶高分子の配向方向を示す図である。 図１２Ａ〜１２Ｂは、偏光性可変焦点レンズ８の液晶層３３の平面図および断面図である。図１２Ａは、電圧が印加されていない場合の液晶高分子の配向方向を示す図である。図１２Ｂは、電圧が印加された場合の液晶高分子の配向方向を示す図である。 図１３は、光偏向素子１１９の構成を説明するための断面図である。 図１４は、光偏向素子１１９の透明電極１２６の電極パターンを示す図である。 図１５は、光偏向素子１１９の透明電極１２８の電極パターンを示す図である。 図１６Ａ〜１６Ｂは、液晶層１２０の平面図および断面図である。図１６Ａは、電圧が印加されていない場合の液晶高分子の配向方向を示す図である。図１６Ｂは、領域１３６ａから領域１３６ｐに向かって低くなる電圧が印加された場合の液晶高分子の配向方向を示す図である。 図１７Ａ〜１７Ｂは、液晶層１２１の平面図および断面図である。図１７Ａは、電圧が印加されていない場合の液晶高分子の配向方向を示す図である。図１７Ｂは、領域１３７ａから領域１３７ｐに向かって高くなる電圧が印加された場合の液晶高分子の配向方向を示す図である。 図１８は、偏光制御素子５ａの構成を示す断面図である。 図１９Ａ〜１９Ｂは、液晶層１０８の平面図および断面図である。図１９Ａは、電圧が印加されていない場合の液晶高分子の配向方向を示す図である。図１９Ｂは、電圧が印加された場合の液晶高分子の配向方向を示す図である。

図面を参照して、本発明による光学的情報記録再生装置および光学的情報記録再生方法を実施するための最良の形態を以下に説明する。

図３は、本発明による光学的情報記録再生装置の実施の形態を説明するためのブロック図である。

本発明の実施の形態に係る光学的情報記録再生装置は、光ヘッド装置１と、ポジショナ９８と、スピンドルモータ９７と、スピンドルモータ駆動回路６１と、コントローラ４６と、対物レンズ駆動回路６０と、偏光性レンズ駆動回路５９と、レンズ位置制御回路１１８と、偏光制御素子駆動回路５８と、変調回路４７と、記録信号生成回路４８と、レーザ駆動回路４９と、増幅回路５０と、位置ずれ信号生成回路５１と、増幅回路５２と、再生信号処理回路５３と、復調回路５４と、レーザ駆動回路５５と、増幅回路５６と、誤差信号生成回路５７と、ポジショナ駆動回路９９とを具備する。

コントローラ４６は、変調回路４７からレーザ駆動回路４９までの回路、増幅回路５０から位置ずれ信号生成回路５１までの回路、増幅回路５２から復調回路５４までの回路、レーザ駆動回路５５、増幅回路５６から誤差信号生成回路５７までの回路、偏光制御素子駆動回路５８、偏光性レンズ駆動回路５９、対物レンズ駆動回路６０、スピンドルモータ駆動回路６１、ポジショナ駆動回路９９、レンズ位置制御回路１１８に接続されている。

変調回路４７は、さらに、記録信号生成回路４８に接続されている。記録信号生成回路４８は、さらに、レーザ駆動回路４９に接続されている。

レーザ駆動回路４９、レーザ駆動回路５５、偏光制御素子駆動回路５８、偏光性レンズ駆動回路５９、対物レンズ駆動回路６０、レンズ位置制御回路１１８は、それぞれ、さらに、光ヘッド装置１に接続されている。光ヘッド装置１は、さらに、増幅回路５０、増幅回路５２、増幅回路５６に接続されている。

増幅回路５０は、さらに、位置ずれ信号生成回路５１に接続されている。位置ずれ信号生成回路５１は、さらに、偏光性レンズ駆動回路５９、レンズ位置制御回路１１８に接続されている。増幅回路５２は、さらに、再生信号処理回路５３に接続されている。再生信号処理回路５３は、さらに、復調回路５４に接続されている。増幅回路５６は、さらに、誤差信号生成回路５７に接続されている。誤差信号生成回路５７は、さらに、対物レンズ駆動回路６０に接続されている。

光ヘッド装置１は、ポジショナ９８に搭載されている。光記録媒体である光ディスク２は、スピンドルモータ９７に搭載されている。スピンドルモータ駆動回路６１は、さらに、スピンドルモータ９７に接続されている。ポジショナ駆動回路９９は、ポジショナ９８に接続されている。

変調回路４７からレーザ駆動回路４９までの回路、増幅回路５０から位置ずれ信号生成回路５１までの回路、増幅回路５２から復調回路５４までの回路、レーザ駆動回路５５、増幅回路５６から誤差信号生成回路５７までの回路、偏光制御素子駆動回路５８、偏光性レンズ駆動回路５９、対物レンズ駆動回路６０、スピンドルモータ駆動回路６１、ポジショナ駆動回路９９、レンズ位置制御回路１１８は、いずれもコントローラ４６により制御される。これらの回路の動作に関しては後述する。

図４は、本発明による光ヘッド装置１の実施の形態を詳細に説明するためのブロック図である。

本発明による光ヘッド装置１は、レーザ光源３と、凸レンズ４と、偏光制御素子５と、ハーフミラー６と、偏光性可変焦点レンズ８と、干渉フィルタ７と、対物レンズ９と、偏光ビームスプリッタ１０と、非点収差レンズ１１と、凸レンズ１１６と、光検出器１２と、凸レンズ１３と、光検出器１４と、レーザ光源１５と、凸レンズ１６と、ビームスプリッタ１７と、非点収差レンズ１１７と、凸レンズ１８と、光検出器１９とを具備する。

これらの光学機器は、次のように配置されている。すなわち、レーザ光源３と、凸レンズ４と、偏光制御素子５と、ハーフミラー６の第１の軸と、偏光性可変焦点レンズ８と、干渉フィルタ７の第１の軸と、対物レンズ９とは、この順番に、それぞれ同一光軸上に配置されている。また、ハーフミラー６の第２の軸と、偏光ビームスプリッタ１０の第１の軸と、非点収差レンズ１１と、凸レンズ１１６と、光検出器１２とは、この順番に、それぞれ同一光軸上に配置されている。また、偏光ビームスプリッタ１０の第２の軸と、凸レンズ１３と、光検出器１４とは、この順番に、それぞれ同一光軸上に配置されている。また、レーザ光源１５と、凸レンズ１６と、ビームスプリッタ１７の第１の軸と、干渉フィルタ７の第２の軸とは、この順番に、それぞれ同一光軸上に配置されている。また、ビームスプリッタ１７の第２の軸と、非点収差レンズ１１７と、凸レンズ１８と、光検出器１９とは、この順番に、それぞれ同一光軸上に配置されている。

光ディスク２の記録時における、光ヘッド装置１の動作について説明する。レーザ光源３から出射した光は、凸レンズ４により平行光とされる。この平行光は、偏光方向によらず、全ての成分が光生成手段である偏光制御素子５を透過し、その一部がハーフミラー６を透過する。ここで、レーザ光源３からの出射光は、ハーフミラー６に対するＳ偏光方向から４５度傾いた直線偏光である。

ハーフミラー６の透過光は、偏光性可変焦点レンズ８に入射する。偏光性可変焦点レンズ８を透過することによって、ハーフミラー６に対するＰ偏光成分は発散光となり、ハーフミラー６に対するＳ偏光成分は収束光となる。そして、偏光性可変焦点レンズ８の透過光は、干渉フィルタ７を透過し、対物レンズ９により光ディスク２内に集光される。

図５は、本発明の光学的情報記録再生装置で使用するための光ディスク２の構成を説明するための俯瞰図である。

光ディスク２は、保護層２１と、反射層２４と、１／４波長板層２３と、記録層２２と、保護層２０とを具備する。保護層２１と、反射層２４と、１／４波長板層２３と、記録層２２と、保護層２０とは、この順番に積層されている。言い換えれば、光ディスク２は、保護層２０と保護層２１との間に、記録層２２、１／４波長板層２３、反射層２４がこの順に挟まれた構成をしている。

保護層２０、２１の材料としては、例えば、ガラス、プラスチック等が用いられる。記録層２２の材料としては、例えば、フォトポリマ等が用いられる。１／４波長板層２３の材料としては、例えば、面内方向に配向した液晶高分子材料、面内方向に周期的な溝が形成された構造複屈折材料、面内方向に周期的な溝が形成され、その上に低屈折率層と高屈折率層とが交互に積層されたフォトニック結晶材料等が用いられる。反射層２４の材料としては、例えば、アルミニウム、銀等が用いられる。これらの材料は、あくまでも一例であって、上記のものに制限されない。

図６Ａ〜６Ｃは、光ディスク２への入射光および光ディスク２からの反射光の光路を説明するための図である。図６Ａと図６Ｂとは、光ディスク２の記録時における、入射光および反射光の光路を示している。図６Ｃは、光ディスク２の再生時における、入射光および反射光の光路を示している。

図６Ａは、ハーフミラー６に対するＰ偏光成分が発散光として光ディスク２に入射する場合の光路を示している。図６Ｂは、ハーフミラー６に対するＳ偏光成分が収束光として光ディスク２に入射する場合の光路を示している。

図６Ａに示されるように、入射光２５は、発散光として対物レンズ９に入射し、記録層２２を透過し、１／４波長板層２３を透過して円偏光に変換され、反射層２４で反射されて反射光２６となる。反射光２６は、１／４波長板層２３を透過し、偏光方向が入射光２５と直交する直線偏光に変換され、記録層２２内に集光され、光ディスク２から出射し、発散光として対物レンズ９から出射する。

また、図６Ｂに示されるように、入射光２７は、収束光として対物レンズ９に入射し、記録層２２内を反射層２４の側へ向かう途中に集光され、１／４波長板層２３を透過して円偏光に変換され、反射層２４で反射されて反射光２８となる。反射光２８は、１／４波長板層２３を透過し、偏光方向が入射光２７と直交する直線偏光に変換され、光ディスク２から出射し、収束光として対物レンズ９から出射する。

入射光２７と反射光２６とは、記録層２２内の同一の位置に集光されて干渉し、集光点の近傍に微小な回折格子３１が形成される。ここで、回折格子３１は、記録マークに相当する。入射光２７および反射光２６の集光点の位置を記録層２２の厚さ方向へ移動させ、記録層２２の面内方向だけでなく厚さ方向にも多数の回折格子を形成することにより、３次元記録再生を行うことができる。

反射光２８は、対物レンズ９を逆向きに透過し、干渉フィルタ７を透過し、偏光性可変焦点レンズ８により平行光とされ、ハーフミラー６にＰ偏光として入射する。そして、ハーフミラー６で一部が反射され、偏光ビームスプリッタ１０を透過し、非点収差レンズ１１により非点収差が与えられ、凸レンズ１１６により光検出器１２の受光部に集光される。

光検出器１２は、非点収差レンズ１１と凸レンズ１１６により形成される２つの焦線の中間に設けられる。光検出器１２は、光ディスク２の半径方向に対応する分割線および接線方向に対応する分割線で４つに分割された受光部を有する。

光ディスク２の記録時においては、各受光部から出力される電圧信号に基づいて、記録層２２内における反射光２６の集光点に対する入射光２７の集光点の位置ずれが検出される。これら２つの集光点の光ディスク２の厚さ方向における位置ずれを示す厚さ方向位置ずれ信号は、公知の非点収差法により検出される。光ディスク２の半径方向の２つの集光点の位置ずれを示す半径方向位置ずれ信号は、公知のラジアルプッシュプル法により検出される。光ディスク２の接線方向の２つの集光点の位置ずれを示す接線方向位置ずれ信号は、公知のタンジェンシャルプッシュプル法により検出される。

次に、光ディスク２の再生時における光ヘッド装置１の動作について説明する。レーザ光源３から出射した光は、凸レンズ４により平行光とされ、ハーフミラー６に対するＳ偏光成分のみが偏光制御素子５を透過する。透過したＳ偏光成分は、ハーフミラー６に入射して一部がハーフミラー６を透過し、偏光性可変焦点レンズ８に入射し、収束光として偏光性可変焦点レンズ８を出射する。偏光性可変焦点レンズ８から出射した光は、干渉フィルタ７を透過し、対物レンズ９により光ディスク２内に集光される。

図６Ｃは、光ディスク２の再生時における光ディスク２への入射光および光ディスク２からの反射光の光路を示す図である。図６Ｃに示されるように、入射光２９は、収束光として対物レンズ９に入射し、記録層２２内を反射層２４の側へ向かう途中で回折格子３１に集光され、回折格子３１で反射して反射光３０となる。反射光３０は、入射光２７と偏光方向が同じ直線偏光として、光ディスク２から出射し、発散光として対物レンズ９から出射する。

反射光３０は、対物レンズ９を逆向きに透過し、干渉フィルタ７を透過し、偏光性可変焦点レンズ８により平行光とされ、ハーフミラー６にＳ偏光として入射する。その一部は、ハーフミラー６で反射され、偏光ビームスプリッタ１０で反射され、凸レンズ１３により光検出器１４の受光部に集光される。光検出器１４の受光部から出力される電圧信号に基づいて、再生信号が検出される。

本実施の形態においては、入射光２７と反射光２６とは、記録層２２内では偏光方向が同じであるため干渉し、これにより回折格子３１が形成される。入射光２７と反射光２６とは、記録層２２内の同一の位置に集光する。したがって、集光点の近傍での入射光２７および反射光２６の単位面積当たりの強度は強く、回折格子３１の集光点の近傍における回折効率は高い。

ところで、入射光２５と反射光２８とは、記録層２２内では偏光方向が同じであるために干渉する。これによっても回折格子３１以外に回折格子が形成される。しかし、入射光２５および反射光２８は、記録層２２内で集光しない。そのため、入射光２５および反射光２８の単位面積当たりの強度は弱く、入射光２５と反射光２８との干渉により形成される回折格子の回折効率は非常に低い。

また、入射光２５と反射光２６とは、記録層２２内では偏光方向が互いに直交しているため干渉しない。同様に、入射光２７と反射光２８とは、記録層２２内では偏光方向が互いに直交しているため干渉しない。同様に、入射光２５と入射光２７とは記録層２２内では偏光方向が互いに直交しているため干渉しない。同様に、反射光２６と反射光２８とは記録層２２内では偏光方向が互いに直交しているため干渉しない。したがって、これらによる回折格子の形成は無い。

すなわち、入射光２７および反射光２６の集光点の近傍に、回折効率が高い回折格子３１以外に、回折効率がそれほど低くない回折格子が重なって形成されることはない。このように、情報の再生に寄与しない回折格子が形成されないため、情報の再生に寄与する回折格子３１の回折効率は低下せず、高品質な再生信号が得られる。

更に、本実施の形態においては、レーザ光源３からの出射光の光路を分離することなく、記録層２２内で干渉させる入射光２５と入射光２７とを生成する。そのため、光ヘッド装置の光学系が簡素で、小型化が容易である。

次に、対物レンズ９を駆動するための誤差信号の検出を行う光学系について説明する。レーザ光源１５から出射した光は、凸レンズ１６により平行光になる。その一部は、ビームスプリッタ１７を透過し、干渉フィルタ７で反射される。干渉フィルタ７で反射された光は、対物レンズ９により光ディスク２の反射層２４上に集光される。そして、反射層２４で反射された光は、対物レンズ９を逆向きに透過し、干渉フィルタ７で反射される。干渉フィルタ７の反射光の一部は、ビームスプリッタ１７で反射され、非点収差レンズ１１７により非点収差が与えられ、凸レンズ１８により、光検出器１９の受光部に集光される。

光検出器１９は、非点収差レンズ１１７および凸レンズ１８により形成される２つの焦線の中間に設けられている。また、光検出器１９は、光ディスク２の半径方向に対応する分割線および接線方向に対応する分割線で４つに分割された受光部を有する。

光ディスク２の反射層２４には、接線方向に平行な溝が形成されている。光ディスク２の反射層２４に形成された溝に対するレーザ光源１５から出射した光の集光点の位置ずれが、光検出器１９の各受光部から出力される電圧信号に基づいて検出される。光ディスク２の厚さ方向の集光点位置ずれを示すフォーカス誤差信号は、公知の非点収差法により検出される。また、光ディスク２の半径方向の集光点位置ずれを示すトラック誤差信号は、公知のラジアルプッシュプル法により検出される。

対物レンズ９は、図示されない電磁駆動型の２軸アクチュエータに搭載されている。２軸アクチュエータは、フォーカス誤差信号およびトラック誤差信号に基づいて、対物レンズ９を光ディスク２の厚さ方向および半径方向に移動させることができ、対物レンズ９により記録層内に集光された光の集光点の位置を３次元的に変化させることができる。

図７は、偏光制御素子５の構成を説明するための断面図である。偏光制御素子５には、特定の偏光成分の光に対する透過率を変化可能な液晶素子が用いられる。液晶素子は、液晶高分子を含む液晶層１００と、液晶高分子の配向方向を決定する配向膜１０１、１０２と、液晶層に電場を発生させる透明電極１０３、１０４と、ガラス板１０５、１０６とを具備する。ガラス板１０５と、透明電極１０３と、配向膜１０１と、液晶層１００と、配向膜１０２と、透明電極１０４と、ガラス板１０６とは、この順番に積層されている。また、配向膜１０２と透明電極１０４との間に、光学的等方体１０７により回折格子が形成される。配向膜１０２は回折格子上に成膜されている。なお、配向膜１０２と透明電極１０４とに挟まれる部分を回折格子部２０１と称する。

図８Ａ、図８Ｂは、回折格子部２０１の平面図および断面図である。図中に示される矢印は、液晶高分子の配向方向を示す。また、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸は、それぞれハーフミラー６に対するＳ偏光方向、Ｐ偏光方向、光軸方向に対応する。図８Ａは、透明電極１０３、１０４に電圧が印加されていない場合の液晶高分子の配向方向を示す図である。また、図８Ｂは、透明電極１０３、１０４に電圧が印加された場合の液晶高分子の配向方向を示す図である。液晶層１００の常光に対する屈折率をｎｏ、異常光に対する屈折率をｎｅとすると、ｎｅはｎｏより大きい。また、光学的等方体１０７の屈折率は、液晶層１００の常光に対する屈折率ｎｏと等しい。

図８Ａに示されるように、液晶高分子の配向方向は、Ｙ軸と平行である。この場合、液晶高分子は、偏光制御素子５への入射光のうちのＸ軸に平行な偏光成分に対しては回折格子として作用せず、Ｙ軸に平行な偏光成分に対しては回折格子として作用する。ここで、回折格子の溝の深さをｔ、偏光制御素子５への入射光の波長をλと置く。（ｎｅ−ｎｏ）×ｔ／λ＝πが成り立つようにｔの値を定めることにより、偏光制御素子５においてＹ軸に平行な偏光成分は全て回折される。

一方、図８Ｂに示されるように、液晶高分子の配向方向はＺ軸と平行である。この場合、偏光制御素子５への入射光の偏光方向によらず、偏光制御素子５は回折格子として作用しない。

すなわち、光ディスク２の記録時には、透明電極１０３、１０４に電圧を印加することによって、光ディスク２にＳ偏光とＰ偏光の両方の光を入射させることができる。また、光ディスク２の再生時には、透明電極１０３、１０４に電圧を印加しないことによって、光ディスク２にＳ偏光のみを入射させることができる。

図９は、偏光性可変焦点レンズ８の構成を説明するための断面図である。偏光性可変焦点レンズ８は、第１の液晶レンズ４４と、第２の液晶レンズ４５とを具備する。ここで、第１の液晶レンズ４４は、ガラス板４２と、透明電極３８と、配向膜３４と、液晶高分子を含む液晶層３２と、配向膜３５と、透明電極３９と、ガラス板４３とを、この順番に積層して具備する。言い換えれば、第１の液晶レンズ４４は、液晶層３２を２枚の配向膜３４、３５で挟み、これらをさらに２枚の透明電極３８、３９で挟み、これらをさらに２枚のガラス板４２、４３で挟んだものである。

同様に、第２の液晶レンズ４５は、ガラス板９５と、透明電極４０と、配向膜３６と、液晶高分子を含む液晶層３３と、配向膜３７と、透明電極４１と、ガラス板９６とを、この順番に積層して具備する。言い換えれば、第２の液晶レンズ４５は、液晶層３２を２枚の配向膜３６、３７で挟み、これらをさらに２枚の透明電極４０、４１で挟み、これらをさらに２枚のガラス板９５、９６で挟んだものである。なお、偏光性可変焦点レンズ８全体においては、第１の液晶レンズ４４と、第２の液晶レンズ４５とが、平行に配置されている。

図１０は、偏光性可変焦点レンズ８の透明電極３８、４０の電極パターンを示す図である。透明電極３８、４０は、領域１１５ａから領域１１５ｊまでの１０領域に分割され、それぞれの領域に電圧Ｖ１〜Ｖ１０が印加される。一方、透明電極３９、４１の電極パターンは、分割されておらず、全面に同一の電圧が印加される。

図１１Ａ、図１１Ｂは、液晶層３２の平面図および断面図である。同様に、図１２Ａ、図１２Ｂは、液晶層３３の、平面図および断面図である。図中に示される矢印は、液晶高分子の配向方向を示す。Ｘ、Ｙ、Ｚ軸は、ハーフミラー６に対するＳ偏光方向、Ｐ偏光方向、光軸方向にそれぞれ対応する。また、この断面図は、平面図内に点線で示される液晶層３２、３３の中心を通りＹ軸に平行な線を含む紙面に垂直な面内での断面を示す。

図１１Ａは、透明電極３８、３９に電圧が印加されていない場合の液晶高分子の配向方向を示す図である。図１１Ａに示されるように、液晶高分子の配向方向はＹ軸と平行であり、液晶層３２は入射する光の偏光方向に関わらずレンズ作用を持たない。

図１１Ｂは、透明電極３８、３９に電圧が印加された場合の液晶高分子の配向方向を示す図である。このとき、液晶レンズ４４の透明電極３８に印加される電圧は、領域１１５ａから領域１１５ｊに向かって電圧が低くなるように設定されている。すなわち、透明電極３８、３９によって液晶層３２内に生じる電界強度は、中心部から周辺部に向かって小さくなるように設定される。液晶層３２内の液晶高分子の配向方向は、液晶層３２内に生じる電界強度に応じて変化し、周辺部ではＹ軸と平行で、中心部に近くなるほどＺ軸方向に傾いている。このため、偏光方向がＹ軸に平行な直線偏光が入射する場合、液晶層３２の屈折率は、周辺部から中心部に向かって小さくなり、液晶層３２は凹レンズとして作用する。しかし、偏光方向がＸ軸に平行な直線偏光が入射する場合、液晶層３２の屈折率は、入射位置によらず一定であり、液晶層３２はレンズ作用を持たない。

また、液晶層３２内の液晶高分子の配向方向は、透明電極３８、３９への印加電圧に応じて変化する。そのため、偏光方向がＹ軸に平行な直線偏光に対する屈折率も変化する。したがって、液晶レンズ４４は、偏光方向がＹ軸に平行な直線偏光に対して、透明電極３８、３９への印加電圧に応じて焦点を変化可能な可変焦点レンズとして動作する。

図１２Ａは、透明電極４０、４１に電圧が印加されていない場合の液晶高分子の配向方向を示す図である。図１２Ａに示されるように、液晶高分子の配向方向はＸ軸と平行である。したがって、液晶層３３は、入射する光の偏光方向に関わらずレンズ作用を持たない。

図１２Ｂは、透明電極４０、４１に電圧が印加された場合の液晶高分子の配向方向を示す図である。このとき、液晶レンズ４５の透明電極４０に印加される電圧は、領域１１５ａから領域１１５ｊに向かって電圧が高くなるように設定される。すなわち、透明電極４０、４１によって液晶層３３内に生じる電界強度は、中心部から周辺部に向かって大きくなるように設定される。液晶層３３内の液晶高分子の配向方向は、液晶層３３内に生じる電界強度に応じて変化し、周辺部ではＺ軸と平行で、中心部に近くなるほどＸ軸方向に傾いている。このため、液晶層３３に偏光方向がＸ軸に平行な直線偏光が入射する場合、液晶層３３の屈折率は周辺部から中心部に向かって大きくなり、液晶層３３は凸レンズとして作用する。しかし、偏光方向がＹ軸に平行な直線偏光が入射する場合、液晶層３３の屈折率は、入射位置によらず一定であり、液晶層３３はレンズ作用を持たない。

また、液晶層３３内の液晶高分子の配向方向は、透明電極４０、４１への印加電圧に応じて変化する。そのため、偏光方向がＸ軸に平行な直線偏光に対する屈折率も変化する。したがって、液晶レンズ４５は、偏光方向がＸ軸に平行な直線偏光に対して、透明電極４０、４１への印加電圧に応じて焦点を変化可能な可変焦点レンズとして動作する。

前述のように、光ディスク２に情報を記録するためには、入射光２７の記録層２２内での集光点の位置と、反射光２６の記録層２２内での集光点の位置とを一致させる必要がある。ここで、記録層２２内における反射光２６の集光点に対する入射光２７の集光点のＺ軸方向の位置ずれを示す厚さ方向位置ずれ信号に応じて、液晶レンズ４５の焦点距離を変化させることにより、これら２つの集光点のＺ軸方向の位置を一致させることができる。

また、液晶レンズ４５は、図示されない電磁駆動型の２軸アクチュエータに搭載されている。この２軸アクチュエータにより光軸に垂直な面内で液晶レンズ４５を移動させることにより、入射光２７の集光点における面内の位置を変化させることが可能となる。こうすることによって、記録層２２内における反射光２６の集光点に対する入射光２７の集光点の半径方向の位置ずれを示す半径方向位置ずれ信号と、接線方向の位置ずれを示す接線方向位置ずれ信号とに応じて、２つの集光点の面内の位置を一致させることができる。

また、電磁駆動型の２軸アクチュエータに液晶レンズ４５を搭載する代わりに、偏光性可変焦点レンズ８と干渉フィルタ７の間に光偏向素子１１９を設けてもよい。光偏向素子１１９は、偏光方向がＸ軸に平行な直線偏光に対して偏向角を変化可能な偏向素子として働く。このような偏向素子は、液晶素子を用いることで実現可能である。

図１３は、光偏向素子１１９の構成を説明するための断面図である。光偏向素子１１９は、第１の液晶素子１３４と、第２の液晶素子１３５とを具備する。第１の液晶素子１３４は、ガラス板１３０と、透明電極１２６と、配向膜１２２と、液晶高分子を含む液晶層１２０と、配向膜１２３と、透明電極１２７と、ガラス板１３１とをこの順番に積層して具備する。言い換えれば、第１の液晶素子１３４は、液晶層１２０を２枚の配向膜１２２、１２３で挟み、これらをさらに２枚の透明電極１２６、１２７で挟み、これらをさらに２枚のガラス板１３０、１３１で挟んだものである。

同様に、第２の液晶素子１３５は、ガラス板１３２と、透明電極１２８と、配向膜１２４と、液晶高分子を含む液晶素子１３５と、配向膜１２５と、透明電極１２９と、ガラス板１３３とを、この順番に積層して具備する。言い換えれば、第１の液晶素子１３５は、液晶層１２１を２枚の配向膜１２４、１２５で挟み、これらをさらに２枚の透明電極１２８、１２９で挟み、これらをさらに２枚のガラス板１３２、１３３で挟んでものである。

なお、光偏向素子１１９全体においては、第１の液晶素子１３４と、第２の液晶素子１３５とは平行に配置されている。

ここで、液晶層１２０、１２１の常光に対する屈折率をｎｏ’、異常光に対する屈折率をｎｅ’とすると、ｎｅ’はｎｏ’より大きい。また、液晶層１２０、１２１内の液晶高分子の配向方向は、Ｘ−Ｚ平面に平行である。

図１４に、光偏向素子１１９の透明電極１２６の電極パターンが示される。同じく、図１５に、光偏向素子１１９の透明電極１２８の電極パターンが示される。Ｘ、Ｙ、Ｚ軸は、ハーフミラー６に対するＳ偏光方向、Ｐ偏光方向、光軸方向にそれぞれ対応する。

図１４に示されるように、透明電極１２６は、Ｙ軸方向に領域１３６ａから領域１３６ｐまでの１６領域に分割されており、それぞれの領域に電圧Ｖａ〜電圧Ｖｐが印加される。また、図１５に示されるように、透明電極１２８は、Ｘ軸方向に領域１３７ａから領域１３７ｐまでの１６領域に分割されており、それぞれの領域に電圧Ｖ’ａ〜電圧Ｖ’ｐが印加される。一方、透明電極１２７、１２９の電極パターンは分割されておらず、全面に同一の電圧が印加される。

図１６Ａ、１６Ｂは、液晶層１２０の平面図および断面図である。同様に、図１７Ａ、１７Ｂは、液晶層１２１の平面図および断面図である。図中に示される矢印は、液晶高分子の配向方向を示す。Ｘ、Ｙ、Ｚ軸は、ハーフミラー６に対するＳ偏光方向、Ｐ偏光方向、光軸方向にそれぞれ対応する。また、これらの断面図は、平面図に点線で示される液晶層１２０、１２１の中心を通りＹ軸に平行な線を含む紙面に垂直な面内での断面をそれぞれ示す。

図１６Ａは、透明電極１２６、１２７に電圧が印加されていない場合の液晶高分子の配向方向を示す図である。図１６Ａに示されるように、液晶高分子の配向方向はＸ軸と平行であり、液晶層１２０は、入射する光の偏光方向に関わらず偏向作用を持たない。

図１６Ｂは、液晶素子１３４の透明電極１２６に、領域１３６ａから領域１３６ｐに向かって低くした電圧が印加された場合の液晶高分子の配向方向を示す図である。このとき、液晶層１２０内に生じる電界強度は、Ｙ軸方向の正の側に向かって小さくなる。液晶層１２０内の液晶高分子の配向方向は、液晶層１２０内に生じる電界強度に応じて変化する。電界強度が大きいと、配向方向はＺ軸と平行になり、電界強度が小さいと、配向方向はＸ軸と平行となる。このため、偏光方向がＸ軸に平行な直線偏光が入射する場合、液晶層１２０の屈折率は、Ｙ軸方向の正の側に向かって大きくなり、液晶層１２０を透過した光は、Ｙ軸方向の正の側に偏向される。

一方、偏光方向がＹ軸に平行な直線偏光が入射する場合、液晶層１２０の屈折率は、入射位置によらず一定であり、液晶層１２０を透過した光は偏向されない。また、液晶層１２０内の液晶高分子の配向方向は、透明電極１２６、１２７への印加電圧に応じて変化するため、偏光方向がＸ軸に平行な直線偏光に対する屈折率も変化する。したがって、液晶素子１３４は、偏光方向がＸ軸に平行な直線偏光に対して、透明電極１２６、１２７への印加電圧に応じて偏向角を変化可能な偏向素子として動作する。

図１７Ａは、透明電極１２８、１２９に電圧が印加されていない場合の液晶高分子の配向方向を示す図である。図１７Ａに示されるように、液晶高分子の配向方向はＸ軸と平行であり、液晶層１２１は入射する光の偏光方向に関わらず偏向作用を持たない。

図１７Ｂは、液晶素子１３５の透明電極１２８に、領域１３７ａから領域１３７ｐに向かって高くした電圧が印加された場合の液晶高分子の配向方向を示す図である。このとき、液晶層１２１内に生じる電界強度は、Ｘ軸方向の正の側に向かって小さくなる。液晶層１２１内の液晶高分子の配向方向は、液晶層１２１内に生じる電界強度に応じて変化する。すなわち、電界強度が大きいと配向方向はＺ軸と平行になり、電界強度が小さいと配向方向はＸ軸と平行となる。

このため、液晶層１２１に偏光方向がＸ軸に平行な直線偏光が入射する場合、液晶層１２１の屈折率は、Ｘ軸方向の正の側に向かって大きくなる。その結果、液晶層１２１を透過した光は、Ｘ軸方向の正の側に偏向される。一方、偏光方向がＹ軸に平行な直線偏光が入射する場合、液晶層１２１の屈折率は入射位置によらず一定であり、液晶層１２１を透過した光は偏向されない。また、液晶層１２１内の液晶高分子の配向方向は、透明電極１２８、１２９への印加電圧に応じて変化するため、偏光方向がＸ軸に平行な直線偏光に対する屈折率も変化する。したがって、液晶素子１３５は、偏光方向がＸ軸に平行な直線偏光に対して、透明電極１２８、１２９への印加電圧に応じて偏向角を変化可能な偏向素子として動作する。

ここで、半径方向位置ずれ信号は、記録層２２内において反射光２６の集光点に対する入射光２７の集光点の半径方向の位置ずれを示す信号であり、接線方向位置ずれ信号は、同じく接線方向の位置ずれを示す信号である。半径方向位置ずれ信号と接線方向位置ずれ信号とに応じて、透明電極１２６、１２７、１２８、１２９に印加する電圧を変化させることにより、入射光２７の集光点の面内の位置を変化させることが出来る。すなわち、これら２つの集光点の面内の位置を一致させることができる。

また、液晶レンズ４５を電磁駆動型の２軸アクチュエータに搭載する代わりに、偏光性可変焦点レンズ８と干渉フィルタ７との間に２つの光偏向素子を設けてもよい。２つの光偏向素子のうちの一方の光偏向素子は、偏光方向がＸ軸に平行な直線偏光に対して偏向角を変化可能な偏向素子として働く。他方の光偏向素子は、偏光方向がＹ軸に平行な直線偏光に対して偏向角を変化可能な偏向素子として働く。このような偏向素子は液晶素子を用いることで実現可能である。

Ｘ軸に平行な直線偏光に対して偏向角を変化可能な偏向素子として、光偏向素子１１９を用いても良い。Ｙ軸に平行な直線偏光に対して偏向角を変化可能な偏向素子として、光偏向素子１１９をＺ軸のまわりで９０度回転させて配置したものを用いても良い。

光偏向素子１１９の液晶層１２０、１２１内の液晶高分子の配向方向は、Ｘ−Ｚ平面に平行で、液晶高分子の配向方向に応じて、Ｘ軸に平行な直線偏光に対する屈折率が変化する。一方、光偏向素子１１９をＺ軸のまわりで９０度回転させて配置することにより、液晶高分子の配向方向は、Ｙ−Ｚ平面に平行となり、液晶高分子の配向方向に応じて、Ｙ軸に平行な直線偏光に対する屈折率が変化する。したがって、光偏向素子１１９をＺ軸のまわりで９０度回転させて配置することにより、偏光方向がＹ軸に平行な直線偏光に対して、透明電極１２６、１２７、１２８、１２９への印加電圧に応じて偏向角を変化可能な偏向素子として動作する。

このように、偏光方向がＸ軸に平行な直線偏光とＹ軸に平行な直線偏光とを偏向することにより、対物レンズ９を光ディスク２の面内方向に移動させることなく、反射光２６および入射光２７の集光点の位置を光ディスク２の面内方向に変化させることができる。これにより、対物レンズ９の位置を調整する機構を簡素化することができる。

また、光生成手段として、偏光制御素子５ａを用いる構成も可能である。図１８は、偏光制御素子５ａの構成を示す断面図である。

偏光制御素子５ａには、透過する光の偏光方向を変化させることが可能な液晶素子が用いられる。図１８に示されるように、偏光制御素子５ａは、ガラス板１１３と、透明電極１１１と、配向膜１０９と、液晶高分子を含む液晶層１０８と、配向膜１１０と、透明電極１１２と、ガラス板１１４とを、この順番に積層して具備する。配向膜１０９は、液晶高分子の配向方向を決定するものである。また、透明電極１１１、１１２は、液晶層１０８に電場を発生させるためのものである。言い換えれば、この液晶素子は、液晶層１０８を２枚の配向膜１０９、１１０で挟み、これらをさらに２枚の透明電極１１１、１１２で挟み、これらをさらに２枚のガラス板１１３、１１４で挟んだものである。

図１９Ａ、１９Ｂは、液晶層１０８の平面図および断面図である。図中に示される矢印は、液晶高分子の配向方向を示す。また、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸は、ハーフミラー６に対するＳ偏光方向、Ｐ偏光方向、光軸方向にそれぞれ対応する。図１９Ａは、透明電極１１１、１１２に電圧が印加されていない場合の液晶高分子の配向方向を示す図である。図１９Ｂは、透明電極１１１、１１２に電圧が印加された場合の液晶高分子の配向方向を示す図である。

図１９Ａに示されるように、液晶高分子の配向方向は、Ｚ軸と垂直でＸ軸に対し２２．５度傾いている。この液晶層１０８は、１／２波長板として作用する。このとき、偏光方向がＸ軸に対して４５度傾いた直線偏光として偏光制御素子５ａに入射した光は、液晶層１０８を透過し、偏光方向がＸ軸と平行な直線偏光となる。 一方、図１９Ｂに示されるように、液晶高分子の配向方向はＺ軸と平行であり、液晶層１０８を透過した光の偏光状態は変化しない。

したがって、光ディスク２の記録時には、透明電極１１１、１１２に電圧が印加されることによって、光ディスク２にＳ偏光とＰ偏光の両方の光を入射させることができる。また、光ディスク２の再生時には、透明電極１１１、１１２に電圧を印加しないことによって、光ディスク２にＳ偏光のみを入射させることができる。

また、光生成手段として、光路上に出し入れ可能な偏光子を用いる構成も可能である。この偏光子は、ハーフミラー６に対するＳ偏光成分のみを透過させるものである。光ディスク２の記録時には、この偏光子を光路上から外して、偏光状態によらず全ての光が透過するようにする。また、光ディスク２の再生時には、偏光子を光路上に入れて、ハーフミラー６に対するＳ偏光成分のみが透過するようにする。

さらに、光生成手段として、入射光の光軸の回りに回転可能な１／２波長板を用いる構成も可能である。この場合、偏光制御素子５には、ハーフミラー６に対するＳ偏光方向から４５度傾いた直線偏光が入射する。光ディスク２の記録時には、偏光制御素子５を透過する光の偏光状態がハーフミラー６に対するＳ偏光方向から４５度傾いた直線偏光となるように１／２波長板を回転する。光ディスク２の再生時には、偏光制御素子５を透過する光の偏光状態がハーフミラー６に対するＳ偏光方向の直線偏光となるように１／２波長板を回転する。

次に、図３に示される光学的情報記録再生装置の動作に関して説明する。

変調回路４７は、光ディスク２の記録時に、記録データとして外部から入力された信号を変調規則に従って変調する。記録信号生成回路４８は、変調回路４７で変調された信号に基づいて、光ヘッド装置１内のレーザ光源３を駆動するための記録信号を生成する。レーザ駆動回路４９は、光ディスク２の記録時には、記録信号生成回路４８で生成された記録信号に基づいて、記録信号に応じた電流を供給してレーザ光源３を駆動する。光ディスク２の再生時には、レーザ駆動回路４９は、レーザ光源３からの出射光のパワーが一定になるように、一定の電流を供給してレーザ光源３を駆動する。

増幅回路５２は、光ディスク２の再生時に、光ヘッド装置１内の光検出器１４の受光部から出力される電圧信号を増幅する。再生信号処理回路５３は、増幅回路５２で増幅された電圧信号に基づいて、光ディスク２に記録されたマーク／スペース信号である再生信号の生成、波形等化、２値化を行う。復調回路５４は、再生信号処理回路５３で２値化された信号を復調規則に従って復調し、再生データとして外部へ出力する。

光生成手段駆動回路である偏光制御素子駆動回路５８は、光ディスク２の記録時において、偏光状態によらず全ての光が出射するように、光生成手段である偏光制御素子５を駆動する。また、光ディスク２の再生時には、ハーフミラー６に対するＳ偏光成分のみが出射するように、偏光制御素子５を駆動する。

増幅回路５０は、光ディスク２の記録時に、光ヘッド装置１内の光検出器１２の各受光部から出力される電圧信号を増幅する。位置ずれ信号生成回路５１は、増幅回路５０で増幅された電圧信号に基づいて、光ヘッド装置１内の偏光性可変焦点レンズ８を構成する液晶レンズ４５を駆動するための厚さ方向位置ずれ信号を生成する。

偏光性レンズ駆動回路５９は、光ディスク２の記録時に光ディスク２の記録層２２内における入射光２７の集光点の位置と、反射光２６の集光点の位置とが一致するように、液晶レンズ４５を駆動する。すなわち、偏光性レンズ駆動回路５９は、厚さ方向位置ずれ信号に基づいて、液晶レンズ４５の透明電極４０、４１に電圧を印加し、液晶レンズ４５の焦点距離を変化させる。

位置ずれ信号生成回路５１は、増幅回路５０で増幅された電圧信号に基づいて、光ヘッド装置１内の偏光性可変焦点レンズ８を構成する液晶レンズ４５を駆動するための半径方向位置ずれ信号および接線方向位置ずれ信号を生成する。

レンズ位置制御回路１１８は、光ディスク２の記録時に光ディスク２の記録層２２内における入射光２７の集光点の位置と、反射光２６の集光点の位置とが一致するように液晶レンズ４５が搭載されている２軸のアクチュエータを駆動する。すなわち、レンズ位置制御回路１１８は、半径方向位置ずれ信号及び接線方向位置ずれ信号に基づいて、２軸のアクチュエータに電流を供給し、液晶レンズ４５を光軸に対して垂直な面内方向に駆動する。

レーザ駆動回路５５は、光ディスク２の記録時および光ディスク２の再生時に、光ヘッド装置１内のレーザ光源１５からの出射光のパワーが一定になるように、レーザ光源１５へ一定の電流を供給する。

増幅回路５６は、光ディスク２の記録時および光ディスク２の再生時に、光ヘッド装置１内の光検出器１９の各受光部から出力される電圧信号を増幅する。誤差信号生成回路５７は、増幅回路５６で増幅された電圧信号に基づいて、光ヘッド装置１内の対物レンズ９を駆動するためのフォーカス誤差信号およびトラック誤差信号を生成する。

対物レンズ駆動回路６０は、対物レンズ９を光ディスク２の厚さ方向および半径方向に駆動するために、図示されない電磁駆動型の２軸アクチュエータを駆動する。すなわち、対物レンズ駆動回路６０は、誤差信号生成回路５７で生成されたフォーカス誤差信号およびトラック誤差信号に基づいて、電磁駆動型の２軸アクチュエータへ電流を供給する。

スピンドル駆動回路６１は、スピンドルモータ９７により光ディスク２を回転させる。ポジショナ駆動回路９９は、図示されないモータにより光ヘッド装置１を搭載するポジショナ９８を光ディスク２の半径方向へ移動させる。

また、光ヘッド装置１の液晶レンズ４５を電磁駆動型の２軸アクチュエータに搭載する代わりに、偏光性可変焦点レンズ８と干渉フィルタ７の間に光偏向素子１１９を設ける場合、レンズ位置制御回路１１８の代わりに光偏向素子駆動回路が用いられる。光偏向素子駆動回路は、半径方向位置ずれ信号および接線方向位置ずれ信号に基づいて、光偏向素子１１９の透明電極１２６、１２７、１２８、１２９に電圧を印加して、偏光方向がＸ軸に平行な直線偏光の偏向角を変化させる。こうすることによって、光ディスク２の記録時に光ディスク２の記録層２２内における入射光２７の集光点の位置と、反射光２６の集光点の位置とを一致させることができる。

また、電磁駆動型の２軸アクチュエータに光ヘッド装置１の液晶レンズ４５を搭載する代わりに、偏光性可変焦点レンズ８と干渉フィルタ７の間に２つの光偏向素子１１９を設け、２つのうち１つをＺ軸のまわりに９０度回転させて配置する場合、レンズ位置制御回路１１８の代わりに光偏向素子駆動回路が用いられる。光偏向素子駆動回路は、半径方向位置ずれ信号および接線方向位置ずれ信号に基づいて、２つの光偏向素子１１９の透明電極１２６、１２７、１２８、１２９に電圧を印加して、偏光方向がＸ軸に平行な直線偏光および偏光方向がＹ軸に平行な直線偏光の偏向角を変化させる。こうすることによって、光ディスク２の記録時に光ディスク２の記録層２２内における入射光２７の集光点の位置と、反射光２６の集光点の位置とを一致させることができる。

このように、光ヘッド装置の光生成手段が生成する光の持つ偏光成分を制御する。お互いに直交した２つの偏光成分の光を物体光および参照光として用いる。光記録媒体に内蔵された１／４波長板層を往復することによって、入射光と反射光との偏光方向が一致して、記録層に回折格子が形成される。偏光性レンズの両偏光成分に対する焦点距離を独立に制御することによって、光記録媒体の記録層において回折格子が形成される深さが変更可能である。物体光と参照光が同じ光路を共有するので光学系が簡素であり、容易な小型化も可能となる。すなわち、本発明によれば、光ディスクの記録層内に情報の再生に寄与しない回折格子が形成されず、高品質な再生信号が得られ、更に、光学系が簡素で、小型化が容易な光学的情報記録再生装置およびそれに用いる光ヘッド装置を提供することができる。

以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

なお、本出願は、日本出願番号２００８−００３０２１に基づく優先権を主張するものであり、日本出願番号２００８−００３０２１における開示内容は引用により本出願に組み込まれる。

Claims (10)

1. 記録層、１／４波長板層、反射層をこの順に備える反射型の光記録媒体に照射する光を生成する光源と、
   前記光源から出射した光から、偏光方向が互いに直交する第１の偏光成分と第２の偏光成分とを有する光を生成する光生成手段と、
   前記第１の偏光成分と前記第２の偏光成分とを有する光から、前記第１の偏光成分のみを有する光と前記第２の偏光成分のみを有する光とを生成するように、前記第１の偏光成分に対する第１の焦点距離と、前記第２の偏光成分に対する第２の焦点距離とが互いに異なる偏光性レンズと
   を具備し、
   前記第１の偏光成分のみを有する光と、前記第２の偏光成分のみを有する光とは、前記偏光性レンズと前記光記録媒体との間において、同一の光路を有する
   ビットバイビットの反射型ホログラム記録に用いられる光学的情報記録再生装置。
2. 請求項１に記載の光学的情報記録再生装置において、
   前記第１の焦点距離と、前記第２の焦点距離とは、それぞれ独立に可変であり、
   前記第１の焦点距離と、前記第２の焦点距離とをそれぞれ独立に変化させる偏光性レンズ駆動回路をさらに具備する
   光学的情報記録再生装置。
3. 請求項１に記載の光学的情報記録再生装置において、
   前記光生成手段より前記光記録媒体側に設けられ、前記第１の偏光成分を有する光、前記第２の偏光成分を有する光の両方、又は、どちらか一方を偏向するための光偏向素子をさらに具備する
   光学的情報記録再生装置。
4. 請求項３に記載の光学的情報記録再生装置において、
   前記偏向された光の偏向角は可変であり、
   前記偏向角を変化させる光偏向素子駆動回路をさらに具備する
   光学的情報記録再生装置。
5. 請求項１に記載の光学的情報記録再生装置において、
   前記光生成手段は、前記光源から出射した光から、前記第１の偏光成分と前記第２の偏光成分とを有する光を生成するか、前記第１の偏光成分のみを有する光を生成するかを切り替え可能であり、
   前記光記録媒体の記録時に前記第１の偏光成分と前記第２の偏光成分とを有する光を生成し、前記光記録媒体の再生時に前記第１の偏光成分のみを有する光を生成するように、前記光生成手段を駆動する光生成手段駆動回路をさらに具備する
   光学的情報記録再生装置。
6. 記録層、１／４波長板層、反射層をこの順に備える反射型の光記録媒体に照射する光を生成する光源と、
   前記光源から出射した光から、偏光方向が互いに直交する第１の偏光成分と第２の偏光成分とを有する光を生成する光生成手段と、
   前記第１の偏光成分と前記第２の偏光成分とを有する光から、前記第１の偏光成分のみを有する光と前記第２の偏光成分のみを有する光とを生成するように、前記第１の偏光成分に対する第１の焦点距離と、前記第２の偏光成分に対する第２の焦点距離とが互いに異なる偏光性レンズと、
   を具備し、
   前記第１の偏光成分のみを有する光と、前記第２の偏光成分のみを有する光とは、前記偏光性レンズと前記光記録媒体との間において、同一の光路を有する
   ビットバイビットの反射型ホログラム記録に用いられる光ヘッド装置。
7. 請求項６に記載の光ヘッド装置において、
   前記第１の焦点距離と、前記第２の焦点距離とは、それぞれ独立に可変である
   光ヘッド装置。
8. 請求項６に記載の光ヘッド装置において、
   前記光生成手段より前記光記録媒体側に設けられ、前記第１の偏光成分を有する光、前記第２の偏光成分を有する光の両方、又は、どちらか一方を偏向するための光偏向素子をさらに具備する
   光ヘッド装置。
9. 請求項６に記載の光ヘッド装置において、
   前記光生成手段は、前記光源から出射した光から、前記第１の偏光成分と、前記第２の偏光成分とを有する光を生成するか、前記第１の偏光成分のみを有する光を生成するかを切り替え可能である
   光ヘッド装置。
10. 記録層、１／４波長板層、反射層をこの順に備える反射型の光記録媒体に対し、ビットバイビットの反射型ホログラム記録を行う光学的情報記録再生方法であって、
    光源から光源出射光を出射する出射ステップと、
    前記光源出射光から、偏光方向が互いに直交する第１の偏光成分と第２の偏光成分とを有する光を生成する光生成ステップと、
    前記第１の偏光成分に対する第１の焦点距離と、前記第２の偏光成分に対する第２の焦点距離とをそれぞれ互いに異なるように焦点距離を設定するステップと、
    前記第１の偏光成分と前記第２の偏光成分とを有する光から、前記第１の偏光成分のみを有する光と前記第２の偏光成分のみを有する光とを生成するステップと
    を具備する
    光学的情報記録再生方法。

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