JPWO2010013592A1 - 光学ユニット、制御方法、及び、光学的情報記録再生装置 - Google Patents

光学ユニット、制御方法、及び、光学的情報記録再生装置 Download PDF

Info

Publication number
JPWO2010013592A1
JPWO2010013592A1 JP2010522671A JP2010522671A JPWO2010013592A1 JP WO2010013592 A1 JPWO2010013592 A1 JP WO2010013592A1 JP 2010522671 A JP2010522671 A JP 2010522671A JP 2010522671 A JP2010522671 A JP 2010522671A JP WO2010013592 A1 JPWO2010013592 A1 JP WO2010013592A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lens
recording
optical
reproducing
disk
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2010522671A
Other languages
English (en)
Inventor
片山　龍一
龍一 片山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Publication of JPWO2010013592A1 publication Critical patent/JPWO2010013592A1/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/004—Recording, reproducing or erasing methods; Read, write or erase circuits therefor
    • G11B7/0065—Recording, reproducing or erasing by using optical interference patterns, e.g. holograms
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/125—Optical beam sources therefor, e.g. laser control circuitry specially adapted for optical storage devices; Modulators, e.g. means for controlling the size or intensity of optical spots or optical traces
    • G11B7/127—Lasers; Multiple laser arrays
    • G11B7/1275—Two or more lasers having different wavelengths
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1365—Separate or integrated refractive elements, e.g. wave plates
    • G11B7/1369—Active plates, e.g. liquid crystal panels or electrostrictive elements
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1392—Means for controlling the beam wavefront, e.g. for correction of aberration
    • G11B7/13925—Means for controlling the beam wavefront, e.g. for correction of aberration active, e.g. controlled by electrical or mechanical means
    • G11B7/13927—Means for controlling the beam wavefront, e.g. for correction of aberration active, e.g. controlled by electrical or mechanical means during transducing, e.g. to correct for variation of the spherical aberration due to disc tilt or irregularities in the cover layer thickness
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/24—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material
    • G11B7/2403—Layers; Shape, structure or physical properties thereof
    • G11B7/24035—Recording layers
    • G11B7/24038—Multiple laminated recording layers
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/24—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material
    • G11B7/2403—Layers; Shape, structure or physical properties thereof
    • G11B7/24035—Recording layers
    • G11B7/24044—Recording layers for storing optical interference patterns, e.g. holograms; for storing data in three dimensions, e.g. volume storage
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/0402—Recording geometries or arrangements
    • G03H2001/0415—Recording geometries or arrangements for recording reflection holograms
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B2007/0003—Recording, reproducing or erasing systems characterised by the structure or type of the carrier
    • G11B2007/0009—Recording, reproducing or erasing systems characterised by the structure or type of the carrier for carriers having data stored in three dimensions, e.g. volume storage
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/007—Arrangement of the information on the record carrier, e.g. form of tracks, actual track shape, e.g. wobbled, or cross-section, e.g. v-shaped; Sequential information structures, e.g. sectoring or header formats within a track
    • G11B7/00772—Arrangement of the information on the record carrier, e.g. form of tracks, actual track shape, e.g. wobbled, or cross-section, e.g. v-shaped; Sequential information structures, e.g. sectoring or header formats within a track on record carriers storing information in the form of optical interference patterns, e.g. holograms
    • G11B7/00781—Auxiliary information, e.g. index marks, address marks, pre-pits, gray codes
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/08—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers
    • G11B7/09—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers with provision for moving the light beam or focus plane for the purpose of maintaining alignment of the light beam relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following
    • G11B7/0908—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers with provision for moving the light beam or focus plane for the purpose of maintaining alignment of the light beam relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following for focusing only

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Optical Recording Or Reproduction (AREA)
  • Optical Head (AREA)
  • Optical Record Carriers And Manufacture Thereof (AREA)

Abstract

光学ユニットは、記録層と焦点制御用基準面とを有する光記録媒体にレーザ光を照射する光学系を有し、該光学系が、第一の光源から出射する記録再生用ビームを前記記録層内に集光し、第二の光源から出射する焦点制御用ビームを前記焦点制御用基準面上に集光する対物レンズと、前記記録再生用ビームの光路中に設けられ、前記記録再生用ビームの集光位置を前記記録層の厚さ方向に離散的に変化させることが可能な第一のレンズ系と、前記記録再生用ビーム及び前記焦点制御用ビームに共通の光路中に設けられ、前記記録再生用ビーム及び前記焦点制御用ビームの集光位置を前記記録層の厚さ方向に連続的に変化させることが可能な第二のレンズ系とを有する。

Description

本発明は、光学ユニット及びその制御方法に関し、更に詳しくは、光記録媒体に対して３次元的に情報の記録再生を行う光学ユニット、及び、そのような光学ユニットの制御方法に関する。また、本発明は、上記光学ユニットを搭載する光学的情報記録再生装置に関する。
光記録媒体の大容量化技術の一つとして、光記録媒体の面内方向の次元に加えて、厚さ方向の次元も利用し、光記録媒体に対して３次元的に情報を記録し再生する３次元記録再生技術がある。３次元記録再生技術の一つに、ビット型のホログラム記録技術がある。ビット型のホログラム記録技術では、対向する２つのビームを光記録媒体の記録層内の同一の位置に集光して干渉させ、集光点に微小な回折格子を形成することで情報の記録を行う。情報再生の際には、２つのビームのうちの何れか一方を光記録媒体の記録層内に集光し、回折格子からの反射光を検出することで情報の再生を行う。
非特許文献１には、ビット型のホログラム記録用の光学ユニットが記載されている。図１３に、非特許文献１に記載の光学ユニットを示す。まず、情報記録時の動作について説明する。記録再生用ビームである半導体レーザ５３ａから出射した光は、凸レンズ５４ａを透過して発散光から平行光へ変換され、一部がビームスプリッタ５５ａを透過し、一部がビームスプリッタ５５ａで反射する。ビームスプリッタ５５ａを透過した光は、干渉フィルタ５６で反射して対物レンズ５９ａに入射し、対物レンズ５９ａによりディスク５２の記録層内に集光される。
一方、ビームスプリッタ５５ａで反射した光は、開状態のシャッタ５８を通り、一部がビームスプリッタ５５ｂで反射し、ミラー５７で反射して対物レンズ５９ｂに入射し、対物レンズ５９ｂによりディスク５２の記録層内に集光される。ビームスプリッタ５５ａを透過した光とビームスプリッタ５５ａで反射した光とは、ディスク５２の記録層内の同一の位置に集光されて干渉し、集光点に微小な回折格子が形成される。
凸レンズ５４ｃ及び光検出器６０ｂは、半導体レーザ５３ａから出射しビームスプリッタ５５ａを透過した光の集光スポットの位置に対する、半導体レーザ５３ａから出射しビームスプリッタ５５ａで反射した光の集光スポットの位置のずれを検出する。ディスク５２への情報の記録時に、対物レンズ５９ｂが、記録層内に集光するビームの集光位置を、位置ずれ量が０となるように制御する。この制御により、ビームスプリッタ５５ａを透過した光と、ビームスプリッタ５５ａで反射した光とが、記録層内の同一位置に集光できる。
次いで、情報再生時の動作について説明する。シャッタ５８は、情報再生時は、閉状態に制御される。半導体レーザ５３ａから出射した光は、凸レンズ５４ａを透過して発散光から平行光へ変換され、一部がビームスプリッタ５５ａを透過し、一部がビームスプリッタ５５ａで反射する。ここまでは、情報記録時の動作と同じである。シャッタ５８は、情報再生時には閉状態に制御されるので、ビームスプリッタ５５ａで反射した光はシャッタ５８で遮断され、ディスク５２に向かわない。一方、ビームスプリッタ５５ａを透過した光は、情報記録時と同様な経路を通り、ディスク５２の記録層内に集光される。
ディスク５２の記録層内に集光された光は、集光点に形成された回折格子で反射し、対物レンズ５９ａを逆向きに通り、干渉フィルタ５６で反射し、一部がビームスプリッタ５５ａで反射する。ビームスプリッタ５５ａで反射した光は、凸レンズ５４ｂに入射し、凸レンズ５４ｂにより光検出器６０ａの受光部上に集光される。
ディスク５２内に形成された回折格子は、ビットデータの情報を有している。情報記録に際しては、半導体レーザ５３ａから出射しビームスプリッタ５５ａを透過した光、及び、半導体レーザ５３ａから出射しビームスプリッタ５５ａで反射した光の集光スポットの位置を、ディスク５２の記録層の厚さ方向へ移動させる。このようにすることで、ディスク５２の記録層の面内方向に加えて、厚さ方向の複数の位置に回折格子を形成し、情報を、ディスク５２の記録層の厚さ方向へ多層に記録することができる。また、情報再生に際しては、多層に記録された回折格子から、情報を再生することができる。
半導体レーザ５３ｂは、焦点制御に用いられるビームを出射する。半導体レーザ５３ｂを出射した光（焦点制御用ビーム）は、凸レンズ５４ｄを透過して発散光から平行光へ変換され、一部がビームスプリッタ５５ｃを透過する。ビームスプリッタ５５ｃを透過した光は、干渉フィルタ５６を透過して対物レンズ５９ａに入射し、対物レンズ５９ａによりディスク５２の焦点制御用基準面上に集光される。この光は、焦点制御用基準面で反射し、対物レンズ５９ａを逆向きに通り、干渉フィルタ５６を透過する。干渉フィルタ５６を透過した光は、一部がビームスプリッタ５５ｃで反射して凸レンズ５４ｅに入射し、凸レンズ５４ｅにより光検出器６０ｃの受光部上に集光される。
光検出器６０ｃからの出力に基づいて、焦点制御用基準面に対する半導体レーザ５３ｂから出射した光の集光スポットの位置のずれを表すフォーカス誤差信号が生成される。フォーカス誤差信号が０になるように対物レンズ５９ａを駆動することで、半導体レーザ５３ａから出射しビームスプリッタ５５ａを透過した光の集光スポットの位置を、ディスク５２の記録層の厚さ方向に制御することができる。また、フォーカス誤差信号に電気的なオフセットを与え、このオフセットを変化させることにより、半導体レーザ５３ａから出射しビームスプリッタ５５ａを透過した光の集光スポットの位置を、ディスク５２の記録層の厚さ方向に変化させることができる。
インターナショナル・シンポジウム・オン・オプティカル・メモリー・２００６・テクニカル・ダイジェスト・第３６ページ〜第３７ページ（Drive System for Micro-Reflector Recording Employing Blue Laser Diode）
非特許文献１に記載の光学ユニットでは、ディスク５２の記録層の厚さ方向へ多層に情報の記録再生を行う際、焦点制御用ビームを用いて生成されたフォーカス誤差信号が０になるように対物レンズ５９ａを駆動する。この対物レンズの駆動により、記録再生用ビームの集光スポットの位置をディスク５２の記録層の厚さ方向に制御し、特定の層に記録再生用ビームの集光スポットを位置決めする。また、フォーカス誤差信号に与える電気的なオフセットを変化させることで、記録再生用ビームの集光スポットの位置をディスク５２の記録層の厚さ方向に変化させ、記録再生用ビームが集光する位置（層）を切り替える。
光学ユニットが有する収差は、光学ユニットの部品のばらつきや組立のばらつきにより、光学ユニットごとに異なる。このため、フォーカス誤差信号の感度は、光学ユニットごとに異なり、フォーカス誤差信号に与える電気的なオフセットと記録再生用ビームの集光スポットの位置との関係は、光学ユニットごとに異なる。従って、非特許文献１の光学ユニットでは、記録再生用ビームの集光スポットの位置が、記録再生を行うべき層の位置からディスク５２の記録層の厚さ方向にずれ、記録再生を行うべき層に記録再生用ビームの集光スポットを正しく位置決めすることができない。その結果、ある光学ユニットを用いてディスク５２へ記録した情報を、別の光学ユニットを用いてディスク５２から正しく再生することができない。すなわち、複数の光学ユニット及び光学的情報記録再生装置の間でディスク５２の互換性を確保することができない。
本発明は、記録再生用ビームの集光スポットを、記録再生を行うべき層に正しく位置決めすることができる光学ユニット、及び、その制御方法を提供することを目的とする。
本発明は、第１の態様において、記録層と焦点制御用基準面とを有する光記録媒体にレーザ光を照射する光学系を有し、該光学系が、第一の光源から出射する記録再生用ビームを前記記録層内に集光し、第二の光源から出射する焦点制御用ビームを前記焦点制御用基準面上に集光する対物レンズと、前記記録再生用ビームの光路中に設けられ、前記記録再生用ビームの集光位置を前記記録層の厚さ方向に離散的に変化させることが可能な第一のレンズ系と、前記記録再生用ビーム及び前記焦点制御用ビームに共通の光路中に設けられ、前記記録再生用ビーム及び前記焦点制御用ビームの集光位置を前記記録層の厚さ方向に連続的に変化させることが可能な第二のレンズ系と、を有する光学ユニットを提供する。
本発明は、第２の態様において、上記本発明の光学ユニットと、前記第一のレンズ系を駆動し、前記記録再生用ビームの集光位置を変化させる第一の集光位置変化回路と、前記焦点制御用ビームの光記録媒体からの反射光を受光する光検出器からの出力に基づいて、前記記録再生用ビーム及び前記焦点制御用ビームの集光位置を前記記録層の厚さ方向に制御するためのフォーカス誤差信号を生成する誤差信号生成回路と、前記フォーカス誤差信号に基づいて前記第二のレンズ系を駆動し、前記記録再生用ビーム及び前記焦点制御用ビームの集光位置を変化させる第二の集光位置変化回路と、前記ビーム切替手段を駆動し、前記光記録媒体への情報の記録時には、前記記録再生用ビームを前記２つのビームとし、前記光記録媒体からの情報の再生時には、前記記録再生用ビームを前記単一のビームとするビーム切替手段駆動回路とを有する光学的情報記録再生装置を提供する。
本発明は、第３の態様において、本発明の光学ユニットと、前記第一のレンズ系を駆動し、前記記録再生用ビームの集光位置を変化させる第一の集光位置変化回路と、前記焦点制御用ビームの光記録媒体からの反射光を受光する光検出器からの出力に基づいて、前記記録再生用ビーム及び前記焦点制御用ビームの集光位置を前記記録層の厚さ方向に制御するためのフォーカス誤差信号を生成する誤差信号生成回路と、前記フォーカス誤差信号に基づいて前記第二のレンズ系を駆動し、前記記録再生用ビーム及び前記焦点制御用ビームの集光位置を変化させる第二の集光位置変化回路と、前記ビーム切替手段を駆動し、前記光記録媒体への情報の記録時には、前記記録再生用ビームを前記２つのビームとし、前記光記録媒体からの情報の再生時には、前記記録再生用ビームを前記単一のビームとするビーム切替手段駆動回路とを有する光学的情報記録再生装置を提供する。
本発明は、第４の態様において、記録層と焦点制御用基準面とを有する光記録媒体にレーザ光を照射する光学ユニットの制御方法であって、第一の光源から記録再生用ビームを光記録媒体に照射し、第二の光源から焦点制御用ビームを光記録媒体に照射し、前記焦点制御用ビームの集光位置を、前記記録層の厚さ方向に連続的に制御して、前記焦点制御用ビームを前記焦点制御用基準面に集光させ、前記記録再生用ビームの集光位置を前記記録層の厚さ方向に離散的に変化させる光学ユニットの制御方法を提供する。
本発明の光学ユニット、その制御方法、及び、光学的情報記録再生装置は、記録再生用ビームの集光スポットを、記録再生を行うべき層に正しく位置決めすることができる。
本発明の上記、及び、他の目的、特徴及び利益は、図面を参照する以下の説明により明らかになる。
本発明の第１実施形態の光学ユニットを示すブロック図。 図２Ａ〜２Ｃは、情報記録時におけるディスクへの入射ビーム及びディスクからの反射ビームを示す図。 図３Ａ〜３Ｃは、情報再生時におけるディスクへの入射ビーム及びディスクからの反射ビームを示す図。 アクティブ回折レンズの構成を示す断面図。 液晶層への印加電圧とアクティブ回折レンズの焦点距離との関係を示す表。 図６Ａ〜６Ｃは、可変焦点レンズを示す図。 図１に示す光学ユニットを搭載する光学的情報記録再生装置を示すブロック図。 本発明の第２実施形態の光学ユニットを示すブロック図。 図９Ａ〜９Ｃは、情報記録時におけるディスクへの入射ビーム及びディスクからの反射ビームを示す図。 図１０Ａ〜１０Ｃは、情報再生時におけるディスクへの入射ビーム及びディスクからの反射ビームを示す図。 図１１Ａ〜１１Ｃは、図８に示す光学ユニットに用いられる可変焦点レンズを示す図。 図８に示す光学ユニットを搭載する光学的情報記録再生装置を示すブロック図。 非特許文献１に記載の光学ユニットを示すブロック図。
実施形態
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態の光学ユニットを示している。光学ユニットは、レーザ３ａ、３ｃと、レーザの照射光を光記録媒体（ディスク）２ａに導く光学系とを備える。光学系は、凸レンズ４ａ〜４ｆ、４ｍ、４ｎ、アクティブ波長板５ａ、偏光ビームスプリッタ７ａ、７ｄ、ミラー８ａ〜８ｃ、干渉フィルタ９ａ、ミラー１０ａ、アクティブ回折レンズ１１ａ、１１ｂ、可変焦点レンズ１２ａ、１２ｂ、１／４波長板１３ａ、１３ｂ、対物レンズ１４ａ、１４ｂ、光検出器１５ａ、１５ｃ、及び、円筒レンズ１６ａを含む。ディスク２ａは、光学ユニットにより記録・再生が行われる媒体であり、記録層と焦点制御用基準面とを有している。
レーザ３ａは、半導体レーザであり、記録再生用ビームを出射する第一の光源である。レーザ３ｃは、半導体レーザであり、焦点制御用ビームを出射する第二の光源である。レーザ３ａは、波長４０５ｎｍの記録再生用ビームを出射する。レーザ３ｃは、波長６５０ｎｍの焦点制御用ビームを出射する。光学ユニットは、レーザ３ａから出射する記録再生用ビームを用いて、ディスク２ａに対する情報の記録、及び、ディスク２ａからの情報の再生を行う。
アクティブ波長板５ａは、１／４波長板の機能を持つ状態と、１／２波長板の機能を持つ状態とで切替え可能である。偏光ビームスプリッタ７ａ、７ｄは、所定の偏光方向の光を透過させ、別の所定の偏光方向の光を反射する。偏光ビームスプリッタ７ａは、アクティブ波長板５ａの出射光を入射する。偏光ビームスプリッタ７ａは、アクティブ波長板５ａが１／４波長板の機能を持つとき、入射光の約５０％を透過し、残りの約５０％を反射する。また、偏光ビームスプリッタ７ａは、アクティブ波長板５ａが１／２波長板の機能を持つとき、入射光をほぼ１００％反射する。アクティブ波長板５ａ及び偏光ビームスプリッタ７ａは、記録再生用ビームを、ディスク２ａの記録層内で互いに対向して同一の位置に集光される２つのビームとするか、或いは、単一のビームとするかを切り替えるビーム切替手段(beam switching device）に相当する。
アクティブ波長板５ａは、２枚の基板の間に液晶層が挟まれた構成である。２枚の基板の液晶層側の面には、液晶層に交流電圧を印加するための透明電極が形成されている。液晶層は、一軸の屈折率異方性を有している。液晶層に、実効値が２．５Ｖの交流電圧を印加すると、液晶層の光学軸の方向は、入射光の光軸に垂直な方向と平行な方向との中間の方向となる。このとき、液晶層を透過する光に生じる、光学軸と光軸とを含む面に平行な方向の偏光成分と垂直な方向の偏光成分との間の位相差はπ／２となり、アクティブ波長板５ａは、１／４波長板の機能を持つ。一方、液晶層に交流電圧を印加しない状態では、液晶層の光学軸の方向は、入射光の光軸に垂直な方向となる。このとき、液晶層を透過する光に生じる、光学軸と光軸とを含む面に平行な方向の偏光成分と垂直な方向の偏光成分との間の位相差はπとなり、アクティブ波長板５ａは、１／２波長板の機能を持つ。
干渉フィルタ９ａは、記録再生用ビームとして用いる波長４０５ｎｍの光を反射し、焦点制御用ビームとして用いる波長６５０ｎｍの光を透過する。干渉フィルタ９ａからディスク２ａまでの光路は、記録再生用ビームと焦点制御用ビームとに共通の光路である。対物レンズ１４ａは、ディスク２ａの記録層内に記録再生用ビームを集光し、焦点制御用基準面上に焦点制御用ビームを集光する。また、対物レンズ１４ｂは、ディスク２ａの記録層内に、対物レンズ１４ａとは反対側の面から記録再生用ビームを集光する。光検出器（第一の光検出器）１５ａは、ディスク２ａからの記録再生用ビームの反射光を受光する。光検出器（第二の光検出器）１５ｃは、ディスク２ａからの焦点制御用ビームの反射光を受光する。
アクティブ回折レンズ１１ａ、１１ｂは、それぞれ、対物レンズ１４ａ、１４ｂにより集光される記録再生用ビームの集光位置を、記録層の厚さ方向に、離散的に変化させる。アクティブ回折レンズ１１ａ、１１ｂは、印加する電圧に応じて焦点距離を離散的に変化させることが可能な回折レンズであり、入射ビームから、互いに次数が異なる複数の回折ビームのうちの１つを選択的に生成する。アクティブ回折レンズ１１ａ、１１ｂは、記録再生用ビームの光路中に配置され、ディスク２ａにおける記録再生用ビームの集光位置を、記録層の厚さ方向に離散的に変化させることが可能な第一のレンズ系に相当する。
可変焦点レンズ１２ａ、１２ｂは、それぞれ、対物レンズ１４ａ、１４ｂにより集光されるビームの集光位置を、連続的に変化させる。可変焦点レンズ１２ａは、記録再生用ビームと焦点制御用ビームとの共通の光路中に配置される。一方、可変焦点レンズ１２ｂは、記録再生用ビームの光路中に配置される。可変焦点レンズ１２ａ、１２ｂは、印加する電圧に応じて焦点距離を連続的に変化させる。可変焦点レンズ１２ａは、記録再生用ビーム及び焦点制御用ビームの集光位置を、ディスク２ａの記録層の厚さ方向に連続的に変化させることが可能な第二のレンズ系に相当する。
レーザ３ａから出射したビーム（記録再生用ビーム）は、凸レンズ４ａを透過して発散光から平行光へ変換され、アクティブ波長板５ａへ入射する。アクティブ波長板５ａは、ディスク２ａへの情報の記録時には、入射光に対して１／４波長板の機能を持つように制御される。また、アクティブ波長板５ａは、ディスク２ａからの情報の再生時には、入射光に対して１／２波長板の機能を持つように制御される。
ディスク２ａへの情報記録時は、アクティブ波長板５ａに入射したビームは、１／４波長板の機能を持つアクティブ波長板５ａを透過して直線偏光から円偏光に変換される。変換された光は、その約５０％が偏光ビームスプリッタ７ａをＳ偏光成分として反射し、残りの約５０％が偏光ビームスプリッタ７ａをＰ偏光成分として透過する。一方、ディスク２ａからの情報再生時には、アクティブ波長板５ａに入射したビームは、１／２波長板の機能を持つアクティブ波長板５ａを透過して偏光方向が９０°変化し、偏光ビームスプリッタ７ａにＳ偏光成分として入射してほぼ１００％が反射する。
ディスク２ａへの情報の記録時、偏光ビームスプリッタ７ａで反射したビームは、ミラー８ａで反射し、アクティブ回折レンズ１１ａで回折され、凸レンズ４ｂ、４ｃにより構成されるリレーレンズ系をレンズとしての作用を受けることなく透過する。凸レンズ４ｂ、４ｃを透過したビームは、干渉フィルタ９ａで反射し、可変焦点レンズ１２ａを透過し、１／４波長板１３ａを透過して直線偏光から円偏光へ変換され、対物レンズ１４ａによりディスク２ａ内に集光される。
また、偏光ビームスプリッタ７ａを透過したビームは、ミラー８ｂ、８ｃで反射し、アクティブ回折レンズ１１ｂで回折され、凸レンズ４ｄ、４ｅにより構成されるリレーレンズ系をレンズとしての作用を受けることなく透過する。凸レンズ４ｄ、４ｅを透過した光は、ミラー１０ａで反射し、可変焦点レンズ１２ｂを透過し、１／４波長板１３ｂを透過して直線偏光から円偏光へ変換され、対物レンズ１４ｂによりディスク２ａ内に集光される。情報記録時、偏光ビームスプリッタ７ａを透過したビーム及び偏光ビームスプリッタ７ａで反射したビームは、ディスク２ａの記録層内で互いに対向して同一の位置に集光される。
一方、ディスク２ａからの情報の再生時には、偏光ビームスプリッタ７ａで反射したビームは、ミラー８ａで反射し、アクティブ回折レンズ１１ａで回折され、凸レンズ４ｂ、４ｃにより構成されるリレーレンズ系をレンズとしての作用を受けることなく透過する。凸レンズ４ｂ、４ｃを透過したビームは、干渉フィルタ９ａで反射し、可変焦点レンズ１２ａを透過し、１／４波長板１３ａを透過して直線偏光から円偏光へ変換され、対物レンズ１４ａによりディスク２ａの記録層内に集光される。
ディスク２ａの記録層内に集光されたビームは、ディスク２ａ内に形成された回折格子で反射する。この反射ビームは、対物レンズ１４ａを逆向きに通り、１／４波長板１３ａを透過して円偏光から直線偏光へ変換され、可変焦点レンズ１２ａを透過し、干渉フィルタ９ａで反射する。干渉フィルタ９ａで反射したビームは、凸レンズ４ｃ、４ｂにより構成されるリレーレンズ系をレンズとしての作用を受けることなく透過し、アクティブ回折レンズ１１ａで回折され、ミラー８ａで反射し、偏光ビームスプリッタ７ａへＰ偏光として入射する。偏光ビームスプリッタ７ａに入射したビームは、ほぼ１００％が透過し、凸レンズ４ｆを透過して平行光から収束光へ変換され、光検出器１５ａで受光される。光検出器１５ａからの出力に基づいて、ディスク２ａに記録された情報である再生信号が生成される。
情報記録時及び情報再生時に、第二の光源であるレーザ３ｃから出射したビームは、凸レンズ４ｍを透過して発散光から弱い収束光へ変換され、偏光ビームスプリッタ７ｄへＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過し、干渉フィルタ９ａを透過する。干渉フィルタ９ａを透過したビームは、可変焦点レンズ１２ａを透過し、１／４波長板１３ａを透過して直線偏光から円偏光へ変換され、対物レンズ１４ａによりディスク２ａ内の焦点制御用基準面に集光される。
ディスク２ａ内で反射したビームは、対物レンズ１４ａを逆向きに通り、１／４波長板１３ａを透過して円偏光から直線偏光へ変換され、可変焦点レンズ１２ａを透過し、干渉フィルタ９ａを透過する。干渉フィルタ９ａを透過したビームは、偏光ビームスプリッタ７ｄへＳ偏光として入射してほぼ１００％が反射し、凸レンズ４ｎを透過して弱い発散光から収束光へ変換され、円筒レンズ１６ａで非点収差が与えられ、光検出器１５ｃで受光される。光検出器１５ｃからの出力に基づいて、記録再生用ビーム及び焦点制御用ビームの集光位置を、ディスク２ａの記録層の厚さ方向に制御するためのフォーカス誤差信号が生成される。フォーカス誤差信号の生成には、公知の非点収差法を用いることができる。
図２Ａ〜２Ｃに、ディスク２ａへの情報記録時におけるディスク２ａへの入射ビーム及びディスク２ａからの反射ビームを示す。ディスク２ａは基板２１ａ、２１ｂの間に、記録層１７ａが挟まれた構成である。基板２１ａ、２１ｂの記録層１７ａ側の面には、それぞれ波長選択層１８ａ、１８ｂが形成されている。この波長選択層１８ａ、１８ｂは、波長４０５ｎｍのビームを透過し、波長６５０ｎｍのビームを反射する。波長選択層１８ａは、焦点制御用基準面に相当する。基板２１ａ、２１ｂの材料には、例えばガラスが用いられる。記録層１７ａの材料には、例えばフォトポリマが用いられる。波長選択層１８ａ、１８ｂの材料には、例えば二酸化ケイ素及び二酸化チタンが用いられる。
図２Ａ〜２Ｃにおけるビーム２４（２４ａ〜２４ｃ）及び２５（２５ａ〜２５ｃ）は、記録再生用ビームである。ビーム２４ａ〜２４ｃは、ディスク２ａへの情報の記録時に、レーザ３ａ（図１）から出射して偏光ビームスプリッタ７ａで反射したビームから、アクティブ回折レンズ１１ａにより選択的に生成されたビームである。また、ビーム２５ａ〜２５ｃは、ディスク２ａへの情報の記録時に、レーザ３ａから出射して偏光ビームスプリッタ７ａを透過したビームから、アクティブ回折レンズ１１ｂにより選択的に生成されたビームである。ビーム２６ａは、焦点制御用ビームである。
図２Ａは、ビーム２４ａ、２５ａが、記録層１７ａ内の基板２１ａに近い位置である集光点２２ａに集光される状態を示している。集光点が図２Ａに示す位置のとき、アクティブ回折レンズ１１ａは、ビーム２４ａに対して凸レンズとして作用する。ビーム２４ａは、弱い収束光として対物レンズ１４ａへ入射する。一方、アクティブ回折レンズ１１ｂは、ビーム２５ａに対して凹レンズとして作用する。ビーム２５ａは、弱い発散光として対物レンズ１４ｂへ入射する。ビーム２４ａとビーム２５ａとは、集光点２２ａで干渉し、集光点２２ａに微小な回折格子が形成される。
図２Ｂは、ビーム２４ｂ、２５ｂが、記録層１７ａ内の基板２１ａ、２１ｂの中間の位置である集光点２２ｂに集光される状態を示している。集光点が図２Ｂに示す位置のとき、アクティブ回折レンズ１１ａはビーム２４ｂに対してレンズとして作用しない。また、アクティブ回折レンズ１１ｂも、ビーム２５ｂに対してレンズとして作用しない。ビーム２４ｂ及びビーム２５ｂは、それぞれ平行光として対物レンズ１４ａ、１４ｂに入射する。ビーム２４ｂとビーム２５ｂとは、集光点２２ｂで干渉し、集光点２２ｂに微小な回折格子が形成される。
図２Ｃは、ビーム２４ｃ、２５ｃが、記録層１７ａ内の基板２１ｂに近い位置である集光点２２ｃに集光される状態を示している。集光点が図２Ｃに示す位置のとき、アクティブ回折レンズ１１ａは、ビーム２４ｃに対して凹レンズとして作用する。ビーム２４ｃは、弱い発散光として対物レンズ１４ａへ入射する。一方、アクティブ回折レンズ１１ｂは、ビーム２５ｃに対して凸レンズとして作用する。ビーム２５ｃは、弱い収束光として対物レンズ１４ｂへ入射する。ビーム２４ｃとビーム２５ｃとは、集光点２２ｃで干渉し、集光点２２ｃに微小な回折格子が形成される。
一方、焦点制御用ビームであるビーム２６ａは、図２Ａ〜２Ｃに示すように、記録再生用ビームの集光位置に依存せず、波長選択層１８ａに集光される。ディスクへの情報記録時にレーザ３ｃから出射した焦点制御用ビーム２６ａは、弱い収束光として対物レンズ１４ａへ入射し、波長選択層１８ａ上に集光される。波長選択層１８ａ上に集光されたビーム２６ａは、波長選択層１８ａで反射し、弱い発散光として対物レンズ１４ａから出射する。この反射ビームは、最終的に、図１の光検出器１５ｃで受光される。
図３Ａ〜３Ｃに、ディスク２ａからの情報再生時におけるディスク２ａへの入射ビーム及びディスク２ａからの反射ビームを示す。ディスク２ａの記録層１７ａ内には、ビットデータの情報を有する回折格子が形成されている。図３Ａ〜３Ｃにおけるビーム２４（２４ａ〜２４ｃ）は、記録再生用ビームである。ビーム２４ａ〜２４ｃは、ディスク２ａからの情報再生時に、レーザ３ａから出射して偏光ビームスプリッタ７ａで反射したビームから、アクティブ回折レンズ１１ａにより選択的に生成されたビームである。ビーム２６ａは、焦点制御用ビームである。
図３Ａは、ビーム２４ａが、記録層１７ａ内の基板２１ａに近い位置にある回折格子２３ａに集光される状態を示している。回折格子２３ａは、図２Ａにおける集光点２２ａの位置に形成されている。回折格子２３ａからの情報読み出しの際、アクティブ回折レンズ１１ａは、ビーム２４ａに対して凸レンズとして作用する。ビーム２４ａは、弱い収束光として対物レンズ１４ａへ入射する。回折格子２３ａに集光されたビーム２４ａは、回折格子２３ａで反射し、弱い発散光として対物レンズ１４ａから出射する。この反射ビームは、最終的に、図１の光検出器１５ａで受光される。
図３Ｂは、ビーム２４ｂが、記録層１７ａ内の基板２１ａ、２１ｂの中間の位置にある回折格子２３ｂに集光される状態を示している。回折格子２３ｂは、図２Ｂにおける集光点２２ｂの位置に形成されている。回折格子２３ｂからの情報の読み出しの際、アクティブ回折レンズ１１ａは、ビーム２４ｂに対してレンズとして作用しない。ビーム２４ｂは、平行光として対物レンズ１４ａへ入射する。回折格子２３ｂに集光されたビーム２４ｂは、回折格子２３ｂで反射し、平行光として対物レンズ１４ａから出射する。この反射ビームは、最終的に、光検出器１５ａで受光される。
図３Ｃは、ビーム２４ｃが、記録層１７ａ内の基板２１ｂに近い位置である回折格子２３ｃに集光される状態を示している。回折格子２３ｃは、図２Ｃにおける集光点２２ｃの位置に形成されている。回折格子２３ｃからの情報読み出しの際、アクティブ回折レンズ１１ａは、ビーム２４ｃに対して凹レンズとして作用する。ビーム２４ｃは、弱い発散光として対物レンズ１４ａへ入射する。回折格子２３ｃに集光されたビーム２４ｃは、回折格子２３ｃで反射し、弱い収束光として対物レンズ１４ａから出射する。この反射ビームは、最終的に、光検出器１５ａで受光される。
一方、焦点制御用ビーム２６ａは、図３Ａ〜３Ｃに示すように、記録再生用ビームの集光位置に依存せず、波長選択層１８ａに集光される。ディスクへの情報再生時にレーザ３ｃ（図１）から出射した焦点制御用ビーム２６ａは、弱い収束光として対物レンズ１４ａへ入射し、波長選択層１８ａ上に集光される。波長選択層１８ａ上に集光されたビーム２６ａは、波長選択層１８ａで反射し、弱い発散光として対物レンズ１４ａから出射する。この反射ビームは、最終的に、図１の光検出器１５ｃで受光される。
アクティブ回折レンズ１１ａ、１１ｂは、記録層１７ａ内の厚さ方向の記録位置の数に応じた種類のビームから、１つを選択的に生成する。アクティブ回折レンズ１１ａは、例えば、記録層１７ａの厚さ方向の９箇所（９層）で情報の記録再生が可能であれば、ビーム２４ａ〜２４ｃ（図２Ａ〜２Ｃ、図３Ａ〜３Ｃ）を含む９種類のビームから、１つを選択的に生成する。また、アクティブ回折レンズ１１ｂは、ビーム２５ａ〜２５ｃ（図２Ａ〜２Ｃ）を含む９種類のビームから、１つを選択的に生成する。アクティブ回折レンズ１１ａ、１１ｂはそれぞれ、９種類のビームのうちの１つを選択的に生成し、ビーム２６ａの集光点と選択的に生成されたビームの集光点との間隔を、離散的に９段階に変化させる。この離散的な変化により、選択的に生成されたビームの集光点の位置を、記録層１７ａの厚さ方向に、離散的に９段階に変化させることができる。つまり、選択的に生成されたビームを用い、記録層１７ａの厚さ方向へ９層に情報の記録再生を行うことができる。
ここで、共通の光路中に設けられた可変焦点レンズ１２ａが、記録再生用ビームであるビーム２４ａ〜２４ｃと、焦点制御用ビームであるビーム２６ａの集光位置を制御する。可変焦点レンズ１２ａを制御し、焦点制御用のビーム２６ａの集光位置を変化させると、それに伴って、記録再生用のビーム２４ａ〜２４ｃの集光位置も変化する。このとき、ビーム２４ａ〜２４ｃとビーム２６ａとの間隔は、アクティブ回折レンズ１１ａが選択するビームに応じて決まる。このため、焦点制御用のビーム２６ａの集光位置を変化させたときでも、ビーム２４ａ〜２４ｃとビーム２６ａとの間隔は変化しない。従って、可変焦点レンズ１２ａを用いて、ビーム２６ａの集光点の位置を、フォーカス誤差信号が０になりビーム２６ａが波長選択層１８ａ上に集光されるように制御する。この集光位置の制御により、ビーム２４ａ〜２４ｃを、波長選択層１８ａから、アクティブ回折レンズ１１ａで選択したビームに応じた距離だけ離れた位置に、正確に集光させることができる。
図４は、アクティブ回折レンズ１１ａ、１１ｂの断面を示している。ここでは、アクティブ回折レンズ１１ａ、１１ｂを、アクティブ回折レンズ１１として説明する。アクティブ回折レンズ１１は、基板２７ａ、２７ｂの間に液晶層２８ａ及び充填材２９ａが挟まれ、基板２７ｂ、２７ｃの間に液晶層２８ｂ及び充填材２９ｂが挟まれ、基板２７ｃ、２７ｄの間に液晶層２８ｃ及び充填材２９ｃが挟まれ、基板２７ｄ、２７ｅの間に液晶層２８ｄ及び充填材２９ｄが挟まれた構成である。互いに対向する液晶層２８ａ〜２８ｄと充填材２９ａ〜２９ｄとの境界面には、それぞれフレネル型の回折レンズ３０ａ〜３０ｄが形成されている。
また、基板２７ａ、２７ｂの液晶層２８ａ側の面には、それぞれ液晶層２８ａに交流電圧を印加するための透明電極３１ａ、３１ｂが形成されている。基板２７ｂ、２７ｃの液晶層２８ｂ側の面には、それぞれ液晶層２８ｂに交流電圧を印加するための透明電極３１ｃ、３１ｄが形成されている。基板２７ｃ、２７ｄの液晶層２８ｃ側の面には、それぞれ液晶層２８ｃに交流電圧を印加するための透明電極３１ｅ、３１ｆが形成されている。基板２７ｄ、２７ｅの液晶層２８ｄ側の面には、それぞれ液晶層２８ｄに交流電圧を印加するための透明電極３１ｇ、３１ｈが形成されている。
基板２７ａ〜２７ｅの材料には、例えばガラスが用いられる。液晶層２８ａ〜２８ｄの材料には、例えばネマチック液晶が用いられる。充填材２９ａ〜２９ｄの材料には、例えば酸窒化ケイ素が用いられる。透明電極３１ａ〜３１ｈの材料には、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウムスズ酸化物）が用いられる。
アクティブ回折レンズ１１は、焦点距離を離散的に変化させることが可能な複数の回折レンズを有する。図４の構成では、アクティブ回折レンズ１１は、第一回折レンズを構成する回折レンズ３０ａ、３０ｂと、第二回折レンズを構成する回折レンズ３０ｃ、３０ｄとを有する。第一回折レンズを構成する回折レンズ３０ａと回折レンズ３０ｂは、焦点距離の変化量が互いに等しく、第二回折レンズを構成する回折レンズ３０ｃと回折レンズ３０ｄとは、焦点距離の変化量が互いに等しい。また、回折レンズ３０ａ、３０ｂと回折レンズ３０ｃ、３０ｄとでは、焦点距離の変化量は互いに異なる。
回折レンズ３０ａは、偏光方向が第一の方向である第一の直線偏光に対して作用する。また、回折レンズ３０ｂは、偏光方向が第一の方向と直交する第二の方向である第二の直線偏光に対して作用する。アクティブ回折レンズ１１には、第一の直線偏光、又は、第二の直線偏光を入射するので、第一回折レンズを構成する２つの回折レンズ３０ａ、３０ｂのうち、入射光に対して作用するのは、何れか一方となる。
回折レンズ３０ｃは、偏光方向が第一の方向である第一の直線偏光に対して作用する。また、回折レンズ３０ｄは、偏光方向が第一の方向と直交する第二の方向である第二の直線偏光に対して作用する。上記と同様に、第二回折レンズを構成する２つの回折レンズ３０ｃ、３０ｄのうち、入射光に対して作用するのは、何れか一方となる。
液晶層２８ａ〜２８ｄは、一軸の屈折率異方性を有している。液晶層２８ａ〜２８ｄの光学軸に平行な方向に対する屈折率をｎｅ、光学軸に垂直な方向の偏光成分に対する屈折率をｎｏとし、充填材２９ａ〜２９ｄの屈折率をｎｆとしたとき、ｎｆ＝（ｎｅ＋ｎｏ）／２であるとする。また、入射光の波長をλ、回折レンズ３０ａ〜３０ｄの格子ピッチをｐ、光軸からの距離をｒ、厚さをｔとしたとき、ｐ＝ｆλ／ｒ、ｔ＝２λ／（ｎｅ−ｎｏ）であるとする。ただし、回折レンズ３０ａ、３０ｂにおける焦点距離ｆと、回折レンズ３０ｃ、３０ｄにおける焦点距離ｆとは異なるものとする。
入射光に対する液晶層２８ａ〜２８ｄの屈折率をｎ１、回折レンズ３０ａ〜３０ｄの位相深さをφとすると、φ＝２πｔ（ｎ１ｆ−ｎ１）／λとなる。φ＝−２πならば、回折レンズ３０ａ〜３０ｄは、−１次回折効率が１となり、焦点距離−ｆの凹レンズとして動作する。φ＝０ならば、回折レンズ３０ａ〜３０ｄは透過率（０次光の効率）が１となり、レンズとして動作しない。φ＝＋２πならば、回折レンズ３０ａ〜３０ｄは＋１次回折効率が１となり、焦点距離＋ｆの凸レンズとして動作する。
液晶層２８ａ、２８ｃの光学軸は、入射光の光軸を含む紙面に平行な面内にあり、液晶層２８ｂ、２８ｄの光学軸は、入射光の光軸を含む紙面に垂直な面内にあるとする。回折レンズ３０ａ、３０ｃは、偏光方向が紙面に平行なビームに対して作用するが、偏光方向が紙面に垂直なビームに対しては作用しない。一方、回折レンズ３０ｂ、３０ｄは、偏光方向が紙面に垂直なビームに対して作用するが、偏光方向が紙面に平行なビームに対して作用しない。ここで、図１で、ディスク２ａへの情報の記録時に、レーザ３ａから出射して偏光ビームスプリッタ７ａで反射するビームの偏光方向は図４の紙面に垂直であり、レーザ３ａから出射して偏光ビームスプリッタ７ａを透過するビームの偏光方向は紙面に平行であるとする。また、ディスク２ａからの情報の再生時に、レーザ３ａから出射して偏光ビームスプリッタ７ａで反射したビームの偏光方向は紙面に垂直であり、ディスク２ａ内で反射して偏光ビームスプリッタ７ａを透過するビームの偏光方向は紙面に平行であるとする。
液晶層２８ａ〜２８ｄに交流電圧を印加しない場合、液晶層２８ａ、２８ｃの光学軸は、紙面に平行で入射光の光軸に垂直な方向になる。また、液晶層２８ｂ、２８ｄの光学軸は、紙面に垂直で入射光の光軸に垂直な方向となる。このとき、偏光方向が紙面に平行なビームに対する液晶層２８ａ、２８ｃの屈折率はｎ１＝ｎｅとなり、回折レンズ３０ａ、３０ｃの位相深さはφ＝−２πとなる。また、偏光方向が紙面に垂直なビームに対する液晶層２８ｂ、２８ｄの屈折率はｎ１＝ｎｅとなり、回折レンズ３０ｂ、３０ｄの位相深さはφ＝−２πとなる。従って、回折レンズ３０ａ、３０ｃは、偏光方向が紙面に平行なビームに対して焦点距離−ｆの凹レンズとして作用し、回折レンズ３０ｂ、３０ｄは、偏光方向が紙面に垂直なビームに対して焦点距離−ｆの凹レンズとして作用する。
液晶層に、実効値が２．５Ｖの交流電圧を印加すると、液晶層２８ａ、２８ｃの光学軸は、紙面に平行で、入射光の光軸に垂直な方向と入射光の光軸に平行な方向との中間の方向になる。また、液晶層に、実効値が２．５Ｖの交流電圧を印加すると、液晶層２８ｂ、２８ｄの光学軸は、紙面に垂直で、入射光の光軸に垂直な方向と入射光の光軸に平行な方向との中間の方向になる。このとき、偏光方向が紙面に平行なビームに対する液晶層２８ａ、２８ｃの屈折率がｎ１＝（ｎｅ＋ｎｏ）／２であるとすると、回折レンズ３０ａ、３０ｃの位相深さはφ＝０となる。また、偏光方向が紙面に垂直なビームに対する液晶層２８ｂ、２８ｄの屈折率がｎ１＝（ｎｅ＋ｎｏ）／２であるとすると、回折レンズ３０ｂ、３０ｄの位相深さはφ＝０となる。従って、回折レンズ３０ａ、３０ｃは、偏光方向が紙面に平行なビームに対してレンズとして作用せず、回折レンズ３０ｂ、３０ｄは、偏光方向が紙面に垂直なビームに対してレンズとして作用しない。
液晶層に、実効値が５Ｖの交流電圧を印加すると、液晶層２８ａ、２８ｃの光学軸は、入射光の光軸に平行な方向になり、液晶層２８ｂ、２８ｄの光学軸は、入射光の光軸に平行な方向となる。このとき、偏光方向が紙面に平行なビームに対する液晶層２８ａ、２８ｃの屈折率はｎ１＝ｎｏ、回折レンズ３０ａ、３０ｃの位相深さはφ＝＋２πとなる。また、偏光方向が紙面に垂直なビームに対する液晶層２８ｂ、２８ｄの屈折率はｎ１＝ｎｏ、回折レンズ３０ｂ、３０ｄの位相深さはφ＝＋２πとなる。従って、回折レンズ３０ａ、３０ｃは、偏光方向が紙面に平行なビームに対して焦点距離＋ｆの凸レンズとして作用し、回折レンズ３０ｂ、３０ｄは、偏光方向が紙面に垂直なビームに対して焦点距離＋ｆの凸レンズとして作用する。
図５に、アクティブ回折レンズ１１における液晶層への印加電圧と回折レンズの焦点距離との関係を示す。図５における第一液晶層は、偏光方向が紙面に平行なビームに対する液晶層２８ａ及び偏光方向が紙面に垂直なビームに対する液晶層２８ｂを指す。また、第二液晶層は、偏光方向が紙面に平行なビームに対する液晶層２８ｃ及び偏光方向が紙面に垂直なビームに対する液晶層２８ｄを指す。第一回折レンズは、偏光方向が紙面に平行なビームに対する回折レンズ３０ａ及び偏光方向が紙面に垂直なビームに対する回折レンズ３０ｂを指す。第二回折レンズは、偏光方向が紙面に平行なビームに対する回折レンズ３０ｃ及び偏光方向が紙面に垂直なビームに対する回折レンズ３０ｄを指す。
第一、第二回折レンズは、それぞれ第一、第二液晶層への印加電圧に応じて、入射光から、−１次回折光、０次光、＋１次回折光の３つの回折光のうちの１つを選択的に生成する。第一回折レンズにおけるｆはＦｄであり、第二回折レンズにおけるｆは３Ｆｄであるとする。第一回折レンズの焦点距離をｆｄ１とすると、ｆｄ１は、第一液晶層への印加電圧に応じて−Ｆｄ、∞、＋Ｆｄの間で３段階に変化する。また、第二回折レンズの焦点距離をｆｄ２とすると、ｆｄ２は、第二液晶層への印加電圧に応じて−３Ｆｄ、∞、＋３Ｆｄの間で３段階に変化する。アクティブ回折レンズ１１の焦点距離ｆｄは、２つの回折レンズの焦点距離を合成した焦点距離となり、アクティブ回折レンズ１１は、第一、第二液晶層への印加電圧に応じて、入射光から互いに次数が異なる９つの回折光のうちの１つを選択的に生成する。
アクティブ回折レンズの焦点距離ｆｄと、２つの回折レンズの焦点距離ｆｄ１、ｆｄ２との間には、レンズの焦点距離Ｆｄが２つの回折レンズの間隔に比べて十分に大きい場合、１／ｆｄ＝１／ｆｄ１＋１／ｆｄ２が成り立つ。第一回折レンズの焦点距離ｆｄ１は、第一液晶層への印加電圧に応じて−Ｆｄ、∞、＋Ｆｄの間で３段階に変化し、第二回折レンズの焦点距離ｆｄ２は、第二液晶層への印加電圧に応じて−３Ｆｄ、∞、＋３Ｆｄの間で３段階に変化するので、アクティブ回折レンズ１１の合成焦点距離ｆｄは、第一、第二液晶層への印加電圧に応じて、図５の（ａ）〜（ｉ）に示すように９段階に変化する。
ディスク２ａへの情報の記録時に、図２Ａ〜２Ｃにおけるビーム２４ａ、２４ｂ、２４ｃが選択的に生成されているときのアクティブ回折レンズ１１ａの状態は、それぞれ図５の（ｉ）、（ｅ）、（ａ）の状態に対応している。また、図２Ａ〜２Ｃにおけるビーム２５ａ、２５ｂ、２５ｃが選択的に生成されているときのアクティブ回折レンズ１１ｂの状態は、それぞれ図５の（ａ）、（ｅ）、（ｉ）の状態に対応している。ディスク２ａからの情報の再生時に、図３Ａ〜３Ｃにおけるビーム２４ａ、２４ｂ、２４ｃが選択的に生成されているときのアクティブ回折レンズ１１ａの状態は、それぞれ図５の（ｉ）、（ｅ）、（ａ）の状態に対応している。
ここで、対物レンズ１４ａ、１４ｂの焦点距離をｆｏとし、波長選択層１８ａを基準としたビーム２４ｂ、２５ｂの集光点の位置をΔＦとする。また、Δｆを、波長選択層１８ａを基準とした、アクティブ回折レンズ１１ａ、１１ｂにより選択的に生成されるビームの集光点の位置とする。Δｆは、（−４ｆｏ ２／３Ｆｄ＋ΔＦ）から、（＋４ｆｏ ２／３Ｆｄ＋ΔＦ）まで、ｆｏ ２／３Ｆｄ間隔で９段階に変化する。例えば、Ｆｄ＝３００ｍｍ、ｆｏ＝３ｍｍ、ΔＦ＝５０μｍのとき、Δｆは、１０μｍから９０μｍまで１０μｍ間隔で９段階に変化する。
アクティブ回折レンズ１１では、第一、第二液晶層への印加電圧が多少変動しても、第一、第二回折レンズの回折効率が多少変動するだけで、２つの回折レンズの焦点距離は変動しない。このため、印加電圧が多少変動しても、それに伴って上記Δｆは変動しない。このΔｆが、ビーム２４（図２Ａ〜２Ｃ、図３Ａ〜３Ｃ）の集光点の位置を決めることになるので、液晶層への印加電圧が多少変動しても、ビーム２６の集光点の位置とビーム２４の集光点の位置との間隔は、変動しない。従って、第一、第二液晶層に印加する電圧を、記録再生を行うべき層に応じて制御することで、記録再生用のビーム２４の集光スポットを、記録再生を行うべき層に、正確に位置決めすることができる。
図４に示すアクティブ回折レンズ１１は、入射光から−１次回折光、０次光、＋１次回折光の３つの回折光のうちの１つを選択的に生成する第一、第二回折レンズにより構成されている。第一回折レンズの焦点距離ｆｄ１を、−Ｆｄ、∞、＋Ｆｄの間で３段階に変化させ、第二回折レンズの焦点距離ｆｄ２を、−３Ｆｄ、∞、＋３Ｆｄの間で３段階に変化させることで、Δｆを、（−４ｆｏ ２／３Ｆｄ＋ΔＦ）から（＋４ｆｏ ２／３Ｆｄ＋ΔＦ）までｆｏ ２／３Ｆｄ間隔で９段階に変化させている。このようなアクティブ回折レンズ１１を用いることで、記録層１７ａ（図２Ａ〜２Ｃ、図３Ａ〜３Ｃ）の縦方向の９箇所（９層）で、情報の記録再生が可能である。
なお、アクティブ回折レンズ１１の構成は、図４に示す構成には限定されず、他の構成とすることも可能である。例えば、アクティブ回折レンズを、それぞれ、入射光から−１次回折光、０次光、＋１次回折光の３つの回折光のうちの１つを選択的に生成する第一、第二、第三回折レンズにより構成することも可能である。この場合、第一回折レンズの焦点距離を−Ｆｄ、∞、＋Ｆｄの間で３段階に変化させ、第二回折レンズの焦点距離を−３Ｆｄ、∞、＋３Ｆｄの間で３段階に変化させ、第三回折レンズの焦点距離を−９Ｆｄ、∞、＋９Ｆｄの間で３段階に変化させることで、Δｆを（−１３ｆｏ ２／９Ｆｄ＋ΔＦ）から（＋１３ｆｏ ２／９Ｆｄ＋ΔＦ）までｆｏ ２／９Ｆｄ間隔で２７段階に変化させることが可能である。このような構成のアクティブ回折レンズを用いることで、２７層に情報の記録再生を行うことが可能である。
また、上記に代えて、アクティブ回折レンズを、それぞれ、入射光から−２次回折光、−１次回折光、０次光、＋１次回折光、＋２次回折光の５つの回折光のうちの１つを選択的に生成する第一、第二回折レンズにより構成することも可能である。この場合、第一回折レンズの焦点距離を−Ｆｄ／２、−Ｆｄ、∞、＋Ｆｄ、＋Ｆｄ／２の間で５段階に変化させ、第二回折レンズの焦点距離を−５Ｆｄ／２、−５Ｆｄ、∞、＋５Ｆｄ、＋５Ｆｄ／２の間で５段階に変化させることで、Δｆを−１２ｆｏ ２／５Ｆｄ＋ΔＦから＋１２ｆｏ ２／５Ｆｄ＋ΔＦまでｆｏ ２／５Ｆｄ間隔で２５段階に変化させることが可能である。このような構成のアクティブ回折レンズを用いることで、２５層に情報の記録再生を行うことが可能である。
更に、アクティブ回折レンズに、電気光学結晶を用いる構成も可能である。例えば、電気光学結晶としてニオブ酸リチウムを用い、光学軸に平行な方向に電圧を印加すると共に光学軸に平行な方向にビームを入射させ、偏光方向が互いに直交する２種類のビームの両方に対して作用する１種類の回折レンズを用いて、アクティブ回折レンズを構成する。この回折レンズは、電気光学結晶への印加電圧に応じて、２種類のビームの両方に対して凹レンズとして作用するか、両方に対してレンズとして作用しないか、両方に対して凸レンズとして作用する。
アクティブ回折レンズに液晶層を用い、偏光方向が互いに直交する２種類のビームのそれぞれに対して作用する２種類の回折レンズを用いてアクティブ回折レンズを構成することが可能である。この場合、アクティブ回折レンズの焦点距離を変化させる速度は遅いものの、焦点距離を低い印加電圧で変化させることができる。これに対し、アクティブ回折レンズに電気光学結晶を用いた場合、アクティブ回折レンズの焦点距離を変化させる印加電圧は高くなるものの、焦点距離を速い速度で変化させることができる。
なお、図４に示す構成で、第一回折レンズ及び第二回折レンズは、それぞれ第一の直線偏光に対して作用する回折レンズと、第二の直線偏光に対して作用する回折レンズとを有している。これは、偏光ビームスプリッタ７ａで反射した光の光路中に配置されたアクティブ回折レンズ１１ａに入射する往路の光（ミラー８ａ側から入射する光）の偏向方向と、復路の光（凸レンズ４ｂ側から入射する光）の偏向方向とが、９０°異なるためである。従って、偏光ビームスプリッタ７ａを透過した光について、復路の光を考慮しないとすれば、アクティブ回折レンズ１１ｂについては、第一回折レンズ及び第二回折レンズが、それぞれ第一の直線偏光に対して作用する回折レンズと、第二の直線偏光に対して作用する回折レンズとを有している必要はない。
アクティブ回折レンズ１１ａ、１１ｂの主面の位置は、それぞれ対物レンズ１４ａ、１４ｂの前側焦点面と光学的に共役な面の位置と一致している。すなわち、アクティブ回折レンズ１１ａの主面と対物レンズ１４ａの前側焦点面とが、凸レンズ４ｂ、４ｃにより構成されるリレーレンズ系に対して互いに光学的に共役な位置にある。また、アクティブ回折レンズ１１ｂの主面と対物レンズ１４ｂの前側焦点面とが、凸レンズ４ｄ、４ｅにより構成されるリレーレンズ系に対して互いに光学的に共役な位置にある。このとき、アクティブ回折レンズ１１ａ、１１ｂの主面の位置に開口を設けることにより、アクティブ回折レンズ１１ａ、１１ｂの焦点距離を変化させても、対物レンズ１４ａ、１４ｂの開口数は変化しない。
アクティブ回折レンズ１１ａ、１１ｂにより、それぞれビーム２４ａ〜２４ｃを含む９種類のビーム、ビーム２５ａ〜２５ｃを含む９種類のビームのうちの何れを選択的に生成するかを切り替える。この切替えにより、選択的に生成されたビームに対する対物レンズ１４ａ、１４ｂの倍率が変化し、対物レンズ１４ａ、１４ｂにおける球面収差が変化する。また、選択的に生成されたビームに対するディスク２ａの基板２１ａ、２１ｂの表面から集光点までの光路長が変化し、ディスク２ａにおける球面収差が変化する。
光学ユニットでは、対物レンズ１４ａへ平行光として入射したビーム２４ｂ（図２Ａ〜２Ｃ、図３Ａ〜３Ｃ）が集光点２２ｂに集光されるとき、対物レンズ１４ａにおける球面収差とディスク２ａにおける球面収差との和が０になるように対物レンズ１４ａが設計されているとする。また、対物レンズ１４ｂへ平行光として入射したビーム２５ｂ（図２Ａ〜２Ｃ）が集光点２２ｂに集光されるとき、対物レンズ１４ｂにおける球面収差とディスク２ａにおける球面収差との和が０になるように対物レンズ１４ｂが設計されているとする。
アクティブ回折レンズ１１ａ、１１ｂのレンズパワーを変化させたとき、対物レンズ１４ａ、１４ｂの倍率の変化量は、それぞれアクティブ回折レンズ１１ａ、１１ｂのレンズパワーに比例する。このため、対物レンズ１４ａ、１４ｂの倍率の変化に伴う対物レンズ１４ａ、１４ｂにおける球面収差の変化量は、それぞれアクティブ回折レンズ１１ａ、１１ｂのレンズパワーに比例する。また、ディスク２ａの基板２１ａ、２１ｂの表面から集光点までの光路長の変化量は、それぞれアクティブ回折レンズ１１ａ、１１ｂのレンズパワーに比例する。このため、ディスク２ａの基板２１ａ、２１ｂの表面から集光点までの光路長の変化に伴うディスク２ａにおける球面収差の変化量はそれぞれアクティブ回折レンズ１１ａ、１１ｂのレンズパワーに比例する。
アクティブ回折レンズ１１ａ、１１ｂの状態が図５の（ａ）〜（ｉ）の状態に対応しているときのアクティブ回折レンズ１１ａ、１１ｂのレンズパワーは、ｍ×１／３Ｆｄで表される。ただし、図５の（ａ）〜（ｉ）の状態におけるｍの値は、それぞれ−４〜＋４である。従って、対物レンズ１４ａ、１４ｂの倍率の変化に伴う対物レンズ１４ａ、１４ｂにおける球面収差の変化量は、対物レンズの球面収差をＳＡｏとして、ｍ×ＳＡｏで表される。また、ディスク２ａの基板２１ａ、２１ｂの表面から集光点までの光路長の変化に伴うディスク２ａにおける球面収差の変化量は、ディスク２ａの球面収差をＳＡｍとして、ｍ×ＳＡｍで表される。
アクティブ回折レンズ１１ａ、１１ｂにて球面収差を発生させる場合、アクティブ回折レンズ１１ａ、１１ｂにおける球面収差の発生量は、それぞれアクティブ回折レンズ１１ａ、１１ｂのレンズパワーに比例するため、ｍ×ＳＡｄで表される。このとき、対物レンズ１４ａ、１４ｂにおける球面収差の変化量、ディスク２ａにおける球面収差の変化量、及び、アクティブ回折レンズ１１ａ、１１ｂにおける球面収差の発生量の和は、ｍ×（ＳＡｏ＋ＳＡｍ＋ＳＡｄ）となる。ここで、ＳＡｄ＝−（ＳＡｏ＋ＳＡｍ）となるようにアクティブ回折レンズ１１ａ、１１ｂにおける球面収差の発生量が定められる。この球面収差により、アクティブ回折レンズ１１ａ、１１ｂのレンズパワーの変化に伴って対物レンズ１４ａ、１４ｂ及びディスク２ａにおいて発生する球面収差を、アクティブ回折レンズ１１ａ、１１ｂにて発生する球面収差により打ち消すことができる。
続いて、可変焦点レンズについて説明する。図６Ａ〜６Ｃに、可変焦点レンズ１２ａ、１２ｂの断面を示す。ここでは、可変焦点レンズ１２ａ、１２ｂを、可変焦点レンズ１２として説明する。可変焦点レンズ１２は、基板３２ａ、３２ｂの間に液晶層３３ａが挟まれ、基板３２ｂ、３２ｃの間に液晶層３３ｂが挟まれた構成である。基板３２ａ、３２ｂの液晶層３３ａ側の面には、液晶層３３ａに交流電圧を印加するための透明電極３４ａ、３４ｂがそれぞれ形成されている。また、基板３２ｂ、３２ｃの液晶層３３ｂ側の面には、液晶層３３ｂに交流電圧を印加するための透明電極３４ｃ、３４ｄがそれぞれ形成されている。
透明電極３４ａ、３４ｃは、パタン電極であり、透明電極３４ｂ、３４ｄは、全面電極である。液晶層３３ａ及び透明電極３４ａ、３４ｂは、第一の可変焦点レンズを構成し、液晶層３３ｂ及び透明電極３４ｃ、３４ｄは第二の可変焦点レンズを構成する。第一の可変焦点レンズは、偏光方向が第一の方向である第一の直線偏光に対して作用する。第二の可変焦点レンズは、偏光方向が第一の方向と直交する第二の方向である第二の直線偏光に対して作用する。基板３２ａ〜３２ｃの材料としては、例えばガラスが用いられる。液晶層３３ａ、３３ｂの材料としては、例えばネマチック液晶が用いられる。透明電極３４ａ〜３４ｄの材料としては例えばＩＴＯが用いられる。
液晶層３３ａ、３３ｂは、一軸の屈折率異方性を有している。液晶層３３ａ、３３ｂの光学軸に平行な方向、垂直な方向の偏光成分に対する屈折率をそれぞれｎｅ、ｎｏとすると、ｎｅ＞ｎｏである。図６Ａ〜６Ｃ中に示す矢印は、液晶層３３ａ、３３ｂの光学軸の方向を表している。液晶層３３ａの光学軸は、Ｙ−Ｚ面内にあり、液晶層３３ｂの光学軸は、Ｘ−Ｚ面内にある。
第一の可変焦点レンズは、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光に対して作用するが、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光に対しては作用しない。一方、第二の可変焦点レンズは、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光に対して作用するが、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光に対して作用しない。ここで、情報の記録時に、レーザ３ａから出射して偏光ビームスプリッタ７ａで反射したビーム、及び、レーザ３ａから出射して偏光ビームスプリッタ７ａを透過したビームは、それぞれ偏光方向がＹ軸方向、Ｘ軸方向である直線偏光として液晶層３３ａ、３３ｂへ入射する。また、ディスク２ａからの情報の再生時に、レーザ３ａから出射して偏光ビームスプリッタ７ａで反射したビーム、及び、ディスク２ａ内で反射して偏光ビームスプリッタ７ａを透過するビームは、それぞれ偏光方向がＹ軸方向、Ｘ軸方向である直線偏光として液晶層３３ａ、３３ｂへ入射する。
透明電極３４ａ、３４ｃは輪帯状の複数の電極に分割されている。各電極は隣接する電極と抵抗とにより接続されている。可変焦点レンズ１２では、最も内側の電極及び最も外側の電極を用い、液晶層３３ａ、３３ｂの中心部及び周辺部に、互いに異なる交流電圧を印加する。このように交流電圧を印加することで、中心部から周辺部へ向かって、２次関数状の交流電圧の分布が形成される。
図６Ａは、液晶層３３ａの中心部に実効値が（２．５−Δ）Ｖ、周辺部に実効値が（２．５＋Δ）Ｖの交流電圧が印加され、液晶層３３ｂの中心部に実効値が（２．５−Δ）Ｖ、周辺部に実効値が（２．５＋Δ）Ｖの交流電圧が印加された状態を表している。この状態では、液晶層３３ａの光学軸は、中心部ではＹ軸方向に近い方向、周辺部ではＺ軸方向に近い方向となり、液晶層３３ｂの光学軸は、中心部ではＸ軸方向に近い方向、周辺部ではＺ軸方向に近い方向となる。従って、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光に対する液晶層３３ａの屈折率は、中心部で高く周辺部で低くなり、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光に対する液晶層３３ｂの屈折率は、中心部で高く周辺部で低くなる。その結果、第一の可変焦点レンズは、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光に対して凸レンズとして作用し、第二の可変焦点レンズは、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光に対して凸レンズとして作用する。ここで、第一の可変焦点レンズの焦点距離と第二の可変焦点レンズの焦点距離とは等しい。Δが大きいほど、第一、第二の可変焦点レンズの焦点距離の絶対値は小さくなる。
図６Ｂは、液晶層３３ａの中心部及び周辺部に実効値が２．５Ｖの交流電圧が印加され、液晶層３３ｂの中心部及び周辺部に実効値が２．５Ｖの交流電圧が印加された状態を表している。この状態では、液晶層３３ａの光学軸は、中心部、周辺部ともＹ軸方向とＺ軸方向との中間の方向となり、液晶層３３ｂの光学軸は、中心部、周辺部ともＸ軸方向とＺ軸方向との中間の方向となる。従って、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光に対する液晶層３３ａの屈折率は、中心部と周辺部とで等しく、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光に対する液晶層３３ｂの屈折率も、中心部と周辺部とで等しい。その結果、第一の可変焦点レンズは、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光に対してレンズとして作用せず、第二の可変焦点レンズは、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光に対してレンズとして作用しない。
図６Ｃは、液晶層３３ａの中心部に実効値が（２．５＋Δ）Ｖ、周辺部に実効値が（２．５−Δ）Ｖの交流電圧が印加され、液晶層３３ｂの中心部に実効値が（２．５＋Δ）Ｖ、周辺部に実効値が（２．５−Δ）Ｖの交流電圧が印加された状態を表している。この状態では、液晶層３３ａの光学軸は、中心部ではＺ軸方向に近い方向、周辺部ではＹ軸方向に近い方向となり、液晶層３３ｂの光学軸は、中心部ではＺ軸方向に近い方向、周辺部ではＸ軸方向に近い方向となる。従って、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光に対する液晶層３３ａの屈折率は、中心部で低く周辺部で高くなり、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光に対する液晶層３３ｂの屈折率は、中心部で低く周辺部で高くなる。その結果、第一の可変焦点レンズは、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光に対して凹レンズとして作用し、第二の可変焦点レンズは、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光に対して凹レンズとして作用する。ここで、第一の可変焦点レンズの焦点距離と第二の可変焦点レンズの焦点距離とは等しい。Δが大きいほど、第一、第二の可変焦点レンズの焦点距離の絶対値は小さくなる。
可変焦点レンズ１２ａ、１２ｂは、ディスク２ａへの情報記録時、及び、ディスク２ａからの情報再生時に、ビーム２４（図２Ａ〜２Ｃ、図３Ａ〜３Ｃ）、ビーム２５、ビーム２６の集光点を移動させたい方向に応じて制御される。例えば、可変焦点レンズ１２ａが図６Ｂの状態のとき、ビーム２４及びビーム２６の集光点の位置を対物レンズ１４ａに近付ける際には、可変焦点レンズ１２ａを、図６Ｂの状態から図６Ａの状態に変化させる。このとき、可変焦点レンズ１２ｂを、図６Ｂの状態から図６Ｃの状態に変化させ、ビーム２５の集光点の位置を、対物レンズ１４ａ側に近付ける。
上記とは逆に、ビーム２４及びビーム２６の集光点の位置を対物レンズ１４ａから遠ざかる方向に移動したいときは、可変焦点レンズ１２ａを、図６Ｂに示す状態から図６Ｃに示す状態に変化させる。このとき、可変焦点レンズ１２ｂを、図６Ｂに示す状態から図６Ａに示す状態に変化させ、ビーム２５の集光点の位置を、対物レンズ１４ａから遠ざける。可変焦点レンズ１２ａの焦点距離を変化させることで、記録再生用のビーム２４と、焦点制御用のビーム２６とを、同じ距離だけ、記録層１７ａの厚さ方向に移動することができる。
なお、上記では、可変焦点レンズ１２に液晶層を用いる構成について説明したが、可変焦点レンズ１２に、電気光学結晶を用いる構成を採用することも可能である。例えば、電気光学結晶としてニオブ酸リチウムを用いる可変焦点レンズ１２ａ、１２ｂを採用する。この可変焦点レンズ１２ａ、１２ｂを、光学軸に平行な方向に電圧を印加すると共に光学軸に平行な方向にビームを入射させ、偏光方向が互いに直交する２種類のビームの両方に対して作用する１種類の可変焦点レンズにより構成する。この可変焦点レンズは、電気光学結晶への印加電圧に応じて、２種類のビームの両方に対して凸レンズとして作用するか、両方に対してレンズとして作用しないか、両方に対して凹レンズとして作用する。
可変焦点レンズ１２に液晶層を用い、偏光方向が互いに直交する２種類のビームのそれぞれに対して作用する２種類の可変焦点レンズにより可変焦点レンズを構成することも出来る。この場合、可変焦点レンズの焦点距離を変化させる速度は遅いが、焦点距離を低い印加電圧で変化させることができる。これに対し、可変焦点レンズに電気光学結晶を用いた場合、可変焦点レンズの焦点距離を変化させる印加電圧は高くなるものの、焦点距離を速い速度で変化させることができる。
ここで、可変焦点レンズ１２ａ、１２ｂの主面の位置は、それぞれ対物レンズ１４ａ、１４ｂの前側焦点面の位置と一致している。このとき、可変焦点レンズ１２ａ、１２ｂの主面の位置に開口を設けることにより、可変焦点レンズ１２ａ、１２ｂの焦点距離を変化させても、対物レンズ１４ａ、１４ｂの開口数は変化しない。
図７に、図１に示す光学ユニットを含む光学的情報記録再生装置を示す。光学的情報記録再生装置は、光学ユニット１ａ、ポジショナ３５ａ、スピンドル３６ａ、コントローラ３７ａ、アクティブ波長板駆動回路３８ａ、アクティブ回折レンズ駆動回路３９ａ、変調回路４０ａ、記録信号生成回路４１ａ、レーザ駆動回路４２ａ、増幅回路４３ａ、再生信号処理回路４４ａ、復調回路４５ａ、レーザ駆動回路４６ａ、増幅回路４７ａ、誤差信号生成回路４８ａ、可変焦点レンズ駆動回路４９ａ、ポジショナ駆動回路５０ａ、及び、スピンドル駆動回路５１ａを有する。
光学ユニット１ａは、図１に示す構成を有する。光学ユニット１ａは、ポジショナ３５ａに搭載されており、ディスク２ａはスピンドル３６ａに搭載されている。コントローラ３７ａは、アクティブ波長板駆動回路３８ａ、アクティブ回折レンズ駆動回路３９ａ、変調回路４０ａからレーザ駆動回路４２ａまでの回路、増幅回路４３ａから復調回路４５ａまでの回路、レーザ駆動回路４６ａ、増幅回路４７ａから可変焦点レンズ駆動回路４９ａまでの回路、ポジショナ駆動回路５０ａ、及び、スピンドル駆動回路５１ａを制御する。
アクティブ波長板駆動回路３８ａは、光学ユニット１ａ内のビーム切替手段であるアクティブ波長板５ａを駆動するビーム切替手段駆動回路である。アクティブ波長板駆動回路３８ａは、ディスク２ａへの情報の記録時には、光学ユニット１ａ内のアクティブ波長板５ａが有する液晶層に実効値が２．５Ｖの交流電圧を印加し、アクティブ波長板５ａが１／４波長板の機能を持つように制御する。アクティブ波長板駆動回路３８ａは、ディスク２ａからの情報の再生時には、光学ユニット１ａ内のアクティブ波長板５ａが有する液晶層に交流電圧を印加せず、アクティブ波長板５ａが１／２波長板の機能を持つように制御する。アクティブ波長板駆動回路３８ａは、ディスク２ａへの情報の記録時には、記録再生用ビームをディスク２ａの記録層内で互いに対向して同一の位置に集光される２つのビームとする。一方、アクティブ波長板駆動回路３８ａは、ディスク２ａからの情報の再生時には、記録再生用ビームを単一のビームとする。
アクティブ回折レンズ駆動回路３９ａは、光学ユニット１ａ内の第一のレンズ系であるアクティブ回折レンズ１１ａを駆動する第一の集光位置変化回路である。アクティブ回折レンズ駆動回路３９ａは、ディスク２ａへの情報の記録時及びディスク２ａからの情報の再生時に、光学ユニット１ａ内のアクティブ回折レンズ１１ａが有する液晶層２８ａ〜２８ｄに実効値が０Ｖ、２．５Ｖ、５Ｖのいずれかの交流電圧を印加する。アクティブ回折レンズ駆動回路３９ａは、この交流電圧印加によって、アクティブ回折レンズ１１ａが、ビーム２４ａ〜２４ｃを含む９種類のビームのうちの１つを選択的に生成するように制御する。
また、アクティブ回折レンズ駆動回路３９ａは、ディスク２ａへの情報記録時に、アクティブ回折レンズ１１ｂが有する液晶層２８ａ〜２８ｄに実効値が０Ｖ、２．５Ｖ、５Ｖのいずれかの交流電圧を印加する。アクティブ回折レンズ駆動回路３９ａは、この交流電圧印加によって、アクティブ回折レンズ１１ｂが、ビーム２５ａ〜２５ｃを含む９種類のビームのうちの１つを選択的に生成するように制御する。アクティブ回折レンズ駆動回路３９ａは、ディスク２ａの厚さ方向の記録再生位置に応じてアクティブ回折レンズ１１ａ、１１ｂを制御し、記録再生位置に応じて、記録再生用ビームの集光位置を変化させる。
変調回路４０ａは、ディスク２ａへの情報の記録時に、記録データとして外部から入力された信号を所定の変調規則に従って変調する。記録信号生成回路４１ａは、変調回路４０ａで変調された信号に基づいて、光学ユニット１ａ内のレーザ３ａを駆動するための記録信号を生成する。レーザ駆動回路４２ａは、記録再生用ビームを出射するレーザ３ａを駆動する。レーザ駆動回路４２ａは、ディスク２ａへの情報の記録時には、記録信号生成回路４１ａで生成された記録信号に基づいて、レーザ３ａに記録信号に応じた電流を供給してレーザ３ａを駆動する。また、レーザ駆動回路４２ａは、ディスク２ａからの情報の再生時には、レーザ３ａからの出射光のパワーが一定になるように、レーザ３ａへ一定の電流を供給してレーザ３ａを駆動する。
増幅回路４３ａは、ディスク２ａからの情報の再生時に、光学ユニット１ａ内の光検出器１５ａから出力される電圧信号を増幅する。再生信号処理回路４４ａは、増幅回路４３ａで増幅された電圧信号に基づいて、ディスク２ａに回折格子の形態で記録された再生信号の生成、波形等化、２値化を行う。復調回路４５ａは、再生信号処理回路４４ａ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。
レーザ駆動回路４６ａは、光学ユニット１ａ内の焦点制御用ビームを出射するレーザ３ｃを駆動する。レーザ駆動回路４６ａは、ディスク２ａへの情報の記録時及びディスク２ａからの情報の再生時に、光学ユニット１ａ内のレーザ３ｃへ一定の電流を供給し、レーザ３ｃから、所定パワーの焦点制御用ビームを出射させる。
増幅回路４７ａは、ディスク２ａへの情報の記録時及びディスク２ａからの情報の再生時に、光学ユニット１ａ内の光検出器１５ｃから出力され、焦点制御用ビームのディスク２ａからの反射光に対応した電圧信号を増幅する。誤差信号生成回路４８ａは、増幅回路４７ａで増幅された電圧信号に基づいて、記録再生用ビーム及び焦点制御用ビームの集光位置をディスク２ａの厚さ方向に制御するためのフォーカス誤差信号を生成する。
可変焦点レンズ駆動回路４９ａは、光学ユニット１ａ内の可変焦点レンズ１２ａ、１２ｂを駆動する。可変焦点レンズ駆動回路４９ａは、可変焦点レンズが有する液晶層３３ａ、３３ｂ（図６Ａ〜６Ｃ）に交流電圧を印加し、可変焦点レンズ１２ａ、１２ｂを駆動する。可変焦点レンズ駆動回路４９ａは、フォーカス誤差信号に基づいて、第二のレンズ系である可変焦点レンズ１２ａを駆動し、記録再生用ビーム及び焦点制御用ビームの集光点の位置を、ディスク２ａの厚さ方向に変化させる第二の集光位置変化回路である。可変焦点レンズ駆動回路４９ａは、誤差信号生成回路４８ａで生成されるフォーカス誤差信号が０になり、ビーム２６ａ（図２Ａ〜２Ｃ、図３Ａ〜３Ｃ）が波長選択層１８ａ上に集光されるように、可変焦点レンズが有する液晶層３３ａ、３３ｂに印加する電圧を制御する。
ポジショナ駆動回路５０ａは、ディスク２ａへの情報の記録時及びディスク２ａからの情報の再生時に、ポジショナ３５ａをディスク２ａの半径方向へ移動させ、記録再生用ビーム及び焦点制御用ビームの集光点の位置をディスク２ａの半径方向へ移動させる。スピンドル駆動回路５１ａは、ディスク２ａへの情報の記録時及びディスク２ａからの情報の再生時に、図示しないモータへ電流を供給してスピンドル３６ａを回転させ、記録再生用ビーム及び焦点制御用ビームの集光点の位置をディスク２ａの接線方向へ移動させる。
本実施形態では、光学ユニット１ａは、記録再生用ビームの光路中に、対物レンズ１４ａを用いてディスク２ａの記録層内に集光する記録再生用ビームの集光点の位置を、記録層の厚さ方向に離散的に変化させることが可能な第一のレンズ系（アクティブ回折レンズ１１ａ）を有する。また、光学ユニット１ａは、記録再生用ビームと焦点制御用ビームとに共通の光路中に、対物レンズ１４ａを用いて集光する記録再生用ビーム及び焦点制御用ビームの集光点の位置を、ディスク２ａの厚さ方向に連続的に変化させることが可能な第二のレンズ系（可変焦点レンズ１２ａ）を有する。光学的情報記録再生装置は、第一のレンズ系を駆動し、記録再生用ビームの集光位置を離散的に変化させる第一の集光位置変化回路（アクティブ回折レンズ駆動回路３９ａ）と、フォーカス誤差信号を生成する誤差信号生成回路４８ａと、フォーカス誤差信号に基づいて第二のレンズ系を駆動し、記録再生用ビーム及び焦点制御用ビームの集光位置を連続的に変化させる第二の集光位置変化回路（可変焦点レンズ駆動回路４９ａ）とを有する。
ディスク２ａに対して、記録層の厚さ方向へ多層に情報の記録再生を行う際に、焦点制御用ビームを用いて生成されたフォーカス誤差信号が０になるように第二のレンズ系を駆動することで、焦点制御用ビームを、ディスク２ａの焦点制御用基準面に位置決めできる。このとき、第一のレンズ系を用いて、記録再生用ビームの集光スポットの位置を、ディスク２ａの厚さ方向に離散的に変化させ、どの層に記録再生用ビームの集光スポットを位置決めするかを切り替える。第一のレンズ系を用いたときの記録再生用ビームの位置の離散的な変化量は、第一のレンズ系の特性に応じて決まり、光学ユニットが有する収差には依存しない。従って、記録再生を行うべき層の位置と、第一のレンズ系を用いて変化させる記録再生用ビームの集光スポットの位置とが、ディスク２ａの記録層の厚さ方向に一致し、記録再生用ビームの集光スポットの位置を、記録再生を行うべき層に正しく位置決めすることができる。その結果、ある光学ユニットを用いてディスク２ａに記録した情報を、別の光学ユニットを用いて、ディスク２ａから正しく再生することができる。すなわち、複数の光学ユニット及び光学的情報記録再生装置の間で、ディスク２ａの互換性を確保することができる。
なお、光学ユニットの構成は図１に示すものには限らない。光学ユニットには、ディスク２ａの波長選択層１８ａ（図２Ａ〜２Ｃ、図３Ａ〜３Ｃ）に、ディスク２ａの接線方向に平行なトラックを形成すると共に、光学ユニット１ａ内に、記録再生用ビーム及び焦点制御用ビームの集光位置をディスク２ａの半径方向に変化させることが可能な偏向手段を設けてもよい。この偏向手段には、液晶層を有する偏向素子を用いることができる。また、そのような光学ユニットを搭載する光学的情報記録再生装置は、図７に示す構成に、以下の構成を有する。つまり、記録再生用ビーム及び焦点制御用ビームの集光位置をディスク２ａの半径方向に制御するためのトラック誤差信号を生成する第二の誤差信号生成回路と、トラック誤差信号に基づいて偏向手段を駆動する第三の集光位置変化回路とを図７の構成に加える。
上記第二の誤差信号生成回路は、光検出器１５ｃの出力を増幅回路４７ａで増幅した電圧信号に基づいて、光学ユニット１ａ内の偏向素子を駆動するためのトラック誤差信号を生成する。第三の集光位置変化回路である偏向素子駆動回路は、第二の誤差信号生成回路で生成されたトラック誤差信号に基づいて偏向素子を制御し、記録再生用ビーム及び焦点制御用ビームの集光位置を変化させる。偏向素子駆動回路は、偏向素子が有する液晶層に印加する交流電圧を制御し、トラック誤差信号が０になるように、ビーム２６ａの集光点の位置をディスク２ａの半径方向に制御する。このようにすることで、ビーム２６ａを、波長選択層１８ａに形成されたトラック上に集光させることができる。
また、非特許文献１に記載の光学ユニットと同様な構成、つまり、光学ユニット１ａが、第三の光検出器と、第三のレンズ系と、第二の偏向手段とを備える構成の採用が可能である。ここで、第三の光検出器は、ディスク２ａへの情報の記録時にディスク２ａ内を透過した記録再生用ビームを受光する。第三のレンズ系は、レーザ３ａから出射して偏光ビームスプリッタ７ａを透過したビームの集光位置を記録層１７ａの厚さ方向に変化させることが可能であり、第二の偏向手段は、偏光ビームスプリッタ７ａを透過したビームの集光位置をディスク２ａの半径方向と接線方向とに変化させることが可能である。第三のレンズ系には、可変焦点レンズ１２ｂを用いることができる。第二の偏向手段には、液晶層を有する第二の偏向素子を用いることができる。
また、上記第三の光検出器を有する光学ユニットを搭載する光学的情報記録再生装置は、図７に示す構成に、以下の構成を加える。つまり、第三の光検出器の出力を増幅する第三の増幅回路と、位置ずれ信号生成回路と、第三のレンズ系を駆動する第四の集光位置変化回路と、第二の偏向手段を駆動する第五の集光位置変化回路とを図７の構成に加えればよい。第三の増幅回路は、ディスク２ａへの情報の記録時に、光学ユニット１ａ内の第三の光検出器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は、レーザ３ａから出射して偏光ビームスプリッタ７ａを透過したビームの集光位置を、偏光ビームスプリッタ７ａを反射したビームの集光位置と相対的に、記録層１７ａの厚さ方向及びディスク２ａの半径方向、接線方向に制御するための位置ずれ信号を生成する。ここで、位置ずれ信号生成回路は、第三の増幅回路で増幅された第三の光検出器の出力に基づいて、位置ずれ信号を生成する。
第四の集光位置変化回路は、可変焦点レンズ１２ｂを駆動する第二の可変焦点レンズ駆動回路である。第二の可変焦点レンズ駆動回路は、可変焦点レンズ１２ｂが有する液晶層３３ａ、３３ｂ（図６Ａ〜６Ｃ）に交流電圧を印加する。この交流電圧の印加により、レーザ３ａから出射して偏光ビームスプリッタ７ａで反射したビームの集光位置に対する、レーザ３ａから出射して偏光ビームスプリッタ７ａを透過したビームの相対的な集光位置を、記録層の厚さ方向に制御する。第二の可変焦点レンズ駆動回路は、位置ずれ信号が０になるように、可変焦点レンズ１２ｂを駆動する。つまり、第二の可変焦点レンズ駆動回路は、記録層の厚さ方向におけるレーザ３ａから出射して偏光ビームスプリッタ７ａで反射したビームの集光位置と、偏光ビームスプリッタ７ａを透過したビームの集光位置とが一致するように、可変焦点レンズ１２ｂを駆動する。
第五の集光位置変化回路は、上記第二の偏向素子を駆動する第二の偏向素子駆動回路である。第二の偏向素子駆動回路は、第二の偏向素子が有する液晶層に交流電圧を印加する。この交流電圧の印加により、レーザ３ａから出射して偏光ビームスプリッタ７ａで反射したビームの集光位置に対する、レーザ３ａから出射して偏光ビームスプリッタ７ａを透過したビームの相対的な集光位置を、ディスクの半径方法及び接線方向に制御する。第二の偏向素子駆動回路は、位置ずれ信号生成回路が生成する位置ずれ信号が０になるように、第二の偏向素子を駆動する。つまり、第二の偏向素子駆動回路は、ディスクの半径方向及び接線方向におけるレーザ３ａから出射して偏光ビームスプリッタ７ａで反射したビームの集光位置と、偏光ビームスプリッタ７ａを透過したビームの集光位置とが一致するように、第二の偏向素子を駆動する。第二の可変焦点レンズ駆動手段及び第二の偏向素子駆動回路による可変焦点レンズ１２ａ及び第二の偏向素子の駆動は、レーザ３ａから出射して偏光ビームスプリッタ７ａで反射したビームと、偏光ビームスプリッタ７ａを透過したビームとを、記録層内の同一位置に集光できる。
続いて、本発明の第２実施形態について説明する。図８は、本発明の第２実施形態の光学ユニットを示している。光学ユニットは、レーザ３ｂ、３ｄ、凸レンズ４ｇ〜４ｌ、４ｏ、４ｐ、アクティブ波長板５ｂ、ハーフミラー６ａ、６ｂ、偏光ビームスプリッタ７ｂ、７ｃ、干渉フィルタ９ｂ、ミラー１０ｂ、アクティブ回折レンズ１１ｃ、１１ｄ、可変焦点レンズ１２ｃ、対物レンズ１４ｃ、光検出器１５ｂ、１５ｄ、及び、円筒レンズ１６ｂを有する。
光源であるレーザ３ｂ、３ｄは、半導体レーザであり、それぞれ波長４０５ｎｍの記録再生用ビーム及び波長６５０ｎｍの焦点制御用ビームを出射する。干渉フィルタ９ｂは、波長４０５ｎｍのビームを反射し、波長６５０ｎｍのビームを透過させる。偏光ビームスプリッタ７ｃは、波長４０５ｎｍのビームについてはＰ偏光成分を透過させ、Ｓ偏光成分を反射する。一方、偏光ビームスプリッタ７ｃは、波長６５０ｎｍのビームについてはＰ偏光成分、Ｓ偏光成分とも透過させる。第一のレンズ系であるアクティブ回折レンズ１１ｃ、１１ｄは、入射ビームから互いに次数が異なる複数の回折ビームのうちの１つを選択的に生成する。可変焦点レンズ１２ｃは、第二のレンズ系である。
レーザ３ｂから出射したビームは、凸レンズ４ｇを透過して発散光から平行光へ変換され、アクティブ波長板５ｂへ入射する。アクティブ波長板５ｂは、光記録媒体であるディスク２ｂへの情報の記録時には入射光に対して１／４波長板の効果を持ち、ディスク２ｂからの情報の再生時には入射光に対して全波長板の機能を持つ。ディスク２ｂへの情報の記録時には、アクティブ波長板５ｂへ入射したビームは、アクティブ波長板５ｂを透過して直線偏光から円偏光へ変換される。この円偏光の約５０％がハーフミラー６ａを透過し、その透過光の約５０％が偏光ビームスプリッタ７ｂをＰ偏光成分として透過し、残りの約５０％が偏光ビームスプリッタ７ｂでＳ偏光成分として反射する。一方、ディスク２ｂからの情報の再生時には、アクティブ波長板５ｂへ入射したビームは、アクティブ波長板５ｂを偏光状態が変化することなく透過する。この透過光の約５０％がハーフミラー６ａを透過したのち、偏光ビームスプリッタ７ｂへＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過する。ここで、アクティブ波長板５ｂ及び偏光ビームスプリッタ７ｂはビーム切替手段である。
アクティブ波長板５ｂは、２枚の基板の間に液晶層が挟まれた構成である。２枚の基板の液晶層側の面には、液晶層に交流電圧を印加するための透明電極が形成されている。液晶層は、一軸の屈折率異方性を有している。液晶層に実効値が２．５Ｖの交流電圧を印加すると、液晶層の光学軸の方向は、入射光の光軸に垂直な方向と平行な方向との中間の方向となる。このとき、液晶層を透過する光に生じる、光学軸と光軸とを含む面に平行な方向の偏光成分と垂直な方向の偏光成分との間の位相差はπ／２となり、アクティブ波長板５ｂは１／４波長板の機能を持つ。一方、液晶層に実効値が５Ｖの交流電圧を印加すると、液晶層の光学軸の方向は入射光の光軸に平行な方向となる。このとき、液晶層を透過する光に生じる、光学軸と光軸とを含む面に平行な方向の偏光成分と垂直な方向の偏光成分との間の位相差は０となり、アクティブ波長板５ｂは全波長板の機能を持つ。
ディスク２ｂへの情報の記録時には、偏光ビームスプリッタ７ｂを透過したビームは、アクティブ回折レンズ１１ｃで回折され、干渉フィルタ９ｂで反射し、凸レンズ４ｈ、４ｉにより構成されるリレーレンズ系を弱い凸レンズとしての作用を受けつつ透過する。その後、リレーレンズ系を透過したビームは、偏光ビームスプリッタ７ｃへＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過し、可変焦点レンズ１２ｃを透過し、対物レンズ１４ｃによりディスク２ｂ内に集光される。また、偏光ビームスプリッタ７ｂで反射したビームは、アクティブ回折レンズ１１ｄで回折され、ミラー１０ｂで反射し、凸レンズ４ｊ、４ｋにより構成されるリレーレンズ系を弱い凹レンズとしての作用を受けて透過する。リレーレンズ系を透過したビームは、偏光ビームスプリッタ７ｃへＳ偏光として入射してほぼ１００％が反射し、可変焦点レンズ１２ｃを透過し、対物レンズ１４ｃによりディスク２ｂ内に集光される。
一方、ディスク２ｂからの情報の再生時には、偏光ビームスプリッタ７ｂを透過したビームは、アクティブ回折レンズ１１ｃで回折され、干渉フィルタ９ｂで反射する。この反射光は、凸レンズ４ｈ、４ｉにより構成されるリレーレンズ系を、弱い凸レンズとしての作用を受けつつ透過する。リレーレンズ系を透過したビームは、偏光ビームスプリッタ７ｃへＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過し、可変焦点レンズ１２ｃを透過し、対物レンズ１４ｃによりディスク２ｂ内に集光される。
ディスク２ｂ内で反射したビームは、対物レンズ１４ｃを逆向きに通り、可変焦点レンズ１２ｃを透過し、偏光ビームスプリッタ７ｃへＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過し、凸レンズ４ｉ、４ｈにより構成されるリレーレンズ系を弱い凸レンズとしての作用を受けつつ透過する。リレーレンズ系を透過したビームは、干渉フィルタ９ｂで反射し、アクティブ回折レンズ１１ｃで回折され、偏光ビームスプリッタ７ｂへＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過する。この透過光の約５０％がハーフミラー６ａで反射し、凸レンズ４ｌを透過して平行光から収束光へ変換され、光検出器１５ｂで受光される。光検出器１５ｂからの出力に基づいて、ディスク２ｂに記録された情報である再生信号が生成される。
レーザ３ｄから出射したビームは、凸レンズ４ｏを透過して発散光から弱い発散光へ変換され、約５０％がハーフミラー６ｂを透過する。この透過光は、干渉フィルタ９ｂを透過し、凸レンズ４ｈ、４ｉにより構成されるリレーレンズ系を、弱い凸レンズとしての作用を受けつつ透過する。リレーレンズ系を透過した光は、偏光ビームスプリッタ７ｃを透過し、可変焦点レンズ１２ｃを透過し、対物レンズ１４ｃによりディスク２ｂ内に集光される。ディスク２ｂ内で反射したビームは、対物レンズ１４ｃを逆向きに通り、可変焦点レンズ１２ｃを透過し、偏光ビームスプリッタ７ｃを透過し、凸レンズ４ｉ、４ｈにより構成されるリレーレンズ系を弱い凸レンズとしての作用を受けつつ透過する。リレーレンズ系を透過した光は、干渉フィルタ９ｂを透過し、約５０％がハーフミラー６ｂで反射し、凸レンズ４ｐを透過して弱い収束光から収束光へ変換され、円筒レンズ１６ｂを透過して非点収差が与えられ、光検出器１５ｄで受光される。光検出器１５ｄからの出力に基づいて、記録再生用ビーム及び焦点制御用ビームの集光位置をディスク２ｂの記録層の厚さ方向に制御するためのフォーカス誤差信号が生成される。フォーカス誤差信号は、公知の非点収差法により生成される。
図９Ａ〜９Ｃに、ディスク２ｂへの情報記録時におけるディスク２ｂへの入射ビーム及びディスク２ｂからの反射ビームを示す。ディスク２ｂは、基板２１ｃ、２１ｄの間に記録層１７ｂ、１／４波長板層１９、及び、反射層２０がこの順に挟まれた構成である。１／４波長板層１９は、波長４０５ｎｍのビームに対して１／４波長板の効果を持ち、波長６５０ｎｍのビームに対して全波長板の機能を持つ。反射層２０は、焦点制御用基準面である。基板２１ｃ、２１ｄの材料には、例えばガラスが用いられる。記録層１７ｂの材料には、例えばフォトポリマが用いられる。１／４波長板層１９の材料には、例えば液晶が用いられる。反射層２０の材料には、例えばアルミニウムが用いられる。
図９Ａ〜９Ｃにおけるビーム２４（２４ｄ〜２４ｆ）、及び、ビーム２５（２５ｄ〜２５ｆ）は、記録再生用ビームである。ビーム２４ｄ〜２４ｆは、ディスク２ｂへの情報の記録時に、レーザ３ｂから出射して偏光ビームスプリッタ７ｂを透過したビームから、アクティブ回折レンズ１１ｃにより選択的に生成されたビームを表している。図９Ａ〜９Ｃにおけるビーム２５ｄ〜２５ｆは、ディスク２ｂへの情報の記録時に、レーザ３ｂから出射して偏光ビームスプリッタ７ｂで反射されたビームから、アクティブ回折レンズ１１ｄにより選択的に生成されたビームを表している。
図９Ａは、ビーム２４ｄ、２５ｄが、記録層１７ｂ内の基板２１ｃに近い位置である集光点２２ｄに集光される状態を示している。集光点が図９Ａに示す位置のとき、アクティブ回折レンズ１１ｃ（図８）は、ビーム２４ｄに対して凸レンズとして作用する。ビーム２４ｄは、やや強い収束光、かつ、偏光方向が紙面に平行な直線偏光として対物レンズ１４ｃへ入射し、記録層１７ｂ内を反射層２０の側へ向かう途中で集光される。また、アクティブ回折レンズ１１ｄは、ビーム２５ｄに対して凹レンズとして作用する。ビーム２５ｄは、やや強い発散光、かつ、偏光方向が紙面に垂直な直線偏光として対物レンズ１４ｃへ入射する。ビーム２５ｄは、記録層１７ｂを透過し、１／４波長板層１９を透過して円偏光へ変換され、反射層２０で反射し、１／４波長板層１９を透過して偏光方向が紙面に平行な直線偏光へ変換され、記録層１７ｂ内を反射層２０と反対の側へ向かう途中で集光される。ビーム２４ｄとビーム２５ｄとは集光点２２ｄで干渉し、集光点２２ｄに微小な回折格子が形成される。
図９Ｂは、ビーム２４ｅ、２５ｅが、記録層１７ｂ内の基板２１ｃ、２１ｄの中間の位置である集光点２２ｅに集光される状態を示している。集光点が図９Ｂに示す位置のとき、アクティブ回折レンズ１１ｃは、ビーム２４ｅに対してレンズとして作用しない。ビーム２４ｅは、中程度の収束光、かつ、偏光方向が紙面に平行な直線偏光として対物レンズ１４ｃへ入射し、記録層１７ｂ内を反射層２０の側へ向かう途中で集光される。また、アクティブ回折レンズ１１ｄは、ビーム２５ｅに対してレンズとして作用しない。ビーム２５ｅは、中程度の発散光かつ偏光方向が紙面に垂直な直線偏光として対物レンズ１４ｃへ入射する。ビーム２５ｅは、記録層１７ｂを透過し、１／４波長板層１９を透過して円偏光へ変換され、反射層２０で反射し、１／４波長板層１９を透過して偏光方向が紙面に平行な直線偏光へ変換され、記録層１７ｂ内を反射層２０と反対の側へ向かう途中で集光される。ビーム２４ｅとビーム２５ｅとは、集光点２２ｅで干渉し、集光点２２ｅに微小な回折格子が形成される。
図９Ｃは、ビーム２４ｆ、２５ｆが、記録層１７ｂ内の基板２１ｄに近い位置である集光点２２ｆに集光される状態を示している。集光点が図９Ｃに示す位置のとき、アクティブ回折レンズ１１ｃは、ビーム２４ｆに対して凹レンズとして作用する。ビーム２４ｆは、やや弱い収束光、かつ、偏光方向が紙面に平行な直線偏光として対物レンズ１４ｃへ入射し、記録層１７ｂ内を反射層２０の側へ向かう途中で集光される。また、アクティブ回折レンズ１１ｄは、ビーム２５ｆに対して凸レンズとして作用する。ビーム２５ｆは、やや弱い発散光、かつ、偏光方向が紙面に垂直な直線偏光として対物レンズ１４ｃへ入射する。ビーム２５ｆは、記録層１７ｂを透過し、１／４波長板層１９を透過して円偏光へ変換され、反射層２０で反射し、１／４波長板層１９を透過して偏光方向が紙面に平行な直線偏光へ変換され、記録層１７ｂ内を反射層２０と反対の側へ向かう途中で集光される。ビーム２４ｆとビーム２５ｆとは、集光点２２ｆで干渉し、集光点２２ｆに微小な回折格子が形成される。
図９Ａ〜９Ｃにおけるビーム２６ｂは、焦点制御用ビームである。焦点制御用ビーム２６ｂは、図９Ａ〜９Ｃに示すように、記録再生用ビームの集光位置に依存せず、反射層２０に集光されるように制御される。ディスクへの情報記録時にレーザ３ｄから出射した焦点制御用ビーム２６ｂは、平行光として対物レンズ１４ｃに入射し、反射層２０上に集光される。反射層２０上に集光されたビーム２６ｂは、反射層２０で反射し、平行光として対物レンズ１４ｃから出射する。この反射ビームは、最終的に、図８の光検出器１５ｄで受光される。
図１０Ａ〜１０Ｃに、ディスク２ｂからの情報再生時におけるディスク２ｂへの入射ビーム及びディスク２ｂからの反射ビームを示す。ディスク２ｂの記録層１７ｂ内には、ビットデータの情報を有する回折格子が形成されている。ビーム２４ｄ〜２４ｆは、ディスク２ｂからの情報の再生時に、レーザ３ｂから出射して偏光ビームスプリッタ７ｂを透過したビームから、アクティブ回折レンズ１１ｃにより選択的に生成されたビームを表している。
図１０Ａは、ビーム２４ｄが、記録層１７ｂ内の基板２１ｃに近い位置である回折格子２３ｄに集光される状態を示している。回折格子２３ｄは、図９Ａにおける集光点２２ｄの位置に形成されている。回折格子２３ｄからの情報読み出しの際、アクティブ回折レンズ１１ｃは、ビーム２４ｄに対して凸レンズとして作用する。ビーム２４ｄは、やや強い収束光、かつ、偏光方向が紙面に平行な直線偏光として対物レンズ１４ｃへ入射し、記録層１７ｂ内を反射層２０の側へ向かう途中で集光される。回折格子２３ｄに集光されたビーム２４ｄは、回折格子２３ｄで反射し、やや強い発散光、かつ、偏光方向が紙面に平行な直線偏光として対物レンズ１４ｃから出射する。この反射ビームは、最終的に、図８の光検出器１５ｂで受光される。
図１０Ｂは、ビーム２４ｅが、記録層１７ｂ内の基板２１ｃ、２１ｄの中間の位置である回折格子２３ｅに集光される状態を示している。回折格子２３ｅは、図９Ｂにおける集光点２２ｅの位置に形成されている。回折格子２３ｅからの情報読み出しの際、アクティブ回折レンズ１１ｃは、ビーム２４ｅに対してレンズとして作用しない。ビーム２４ｅは、中程度の収束光、かつ、偏光方向が紙面に平行な直線偏光として対物レンズ１４ｃへ入射し、記録層１７ｂ内を反射層２０の側へ向かう途中で集光される。回折格子２３ｅに集光されたビーム２４ｅは、回折格子２３ｅで反射し、中程度の発散光、かつ、偏光方向が紙面に平行な直線偏光として対物レンズ１４ｃから出射する。この反射ビームは、最終的に光検出器１５ｂで受光される。
図１０Ｃは、ビーム２４ｆが、記録層１７ｂ内の基板２１ｄに近い位置である回折格子２３ｆに集光される状態を示している。回折格子２３ｆは、図９Ｃにおける集光点２２ｆの位置に形成されている。回折格子２３ｆからの情報読み出しの際、アクティブ回折レンズ１１ｃは、ビーム２４ｆに対して凹レンズとして作用する。ビーム２４ｆは、やや弱い収束光、かつ、偏光方向が紙面に平行な直線偏光として対物レンズ１４ｃへ入射し、記録層１７ｂ内を反射層２０の側へ向かう途中で集光される。回折格子２３ｆに集光されたビーム２４ｆは、回折格子２３ｆで反射し、やや弱い発散光、かつ、偏光方向が紙面に平行な直線偏光として対物レンズ１４ｃから出射する。この反射ビームは、最終的に光検出器１５ｂで受光される。
図１０Ａ〜１０Ｃにおけるビーム２６ｂは、焦点制御用ビームである。焦点制御用ビーム２６ｂは、図１０Ａ〜１０Ｃに示すように、記録再生用ビームの集光位置に依存せず、反射層２０に集光されるように制御される。ディスクへの情報記録時にレーザ３ｄから出射した焦点制御用ビーム２６ｂは、平行光として対物レンズ１４ｃに入射し、反射層２０上に集光される。反射層２０上に集光されたビーム２６ｂは、反射層２０で反射し、平行光として対物レンズ１４ｃから出射する。この反射ビームは、最終的に、図８の光検出器１５ｄで受光される。
アクティブ回折レンズ１１ｃ、１１ｄは、記録層１７ｂ内の厚さ方向の記録位置の数に応じた種類のビームから、１つを選択的に生成する。アクティブ回折レンズ１１ｃは、例えば、記録層１７ｂの厚さ方向の９箇所（９層）で情報の記録再生が可能であれば、ビーム２４ｄ〜２４ｆを含む９種類のビームから、１つを選択的に生成する。また、アクティブ回折レンズ１１ｄは、ビーム２５ｄ〜２５ｆを含む９種類のビームから、１つを選択的に生成する。アクティブ回折レンズ１１ｃ、１１ｄは、それぞれ９種類のビームのうちの１つを選択的に生成し、ビーム２６ｂの集光点と選択的に生成されたビームの集光点との間隔を、離散的に９段階に変化させる。この離散的な間隔変化により、選択的に生成されたビームの集光点の位置を、記録層１７ｂの厚さ方向に、離散的に９段階に変化させることができる。つまり、選択的に生成されたビームを用い、記録層１７ｂの厚さ方向へ９層に情報の記録再生を行うことができる。
ここで、記録再生用ビームであるビーム２４ｄ〜２４ｆと、焦点制御用ビームであるビーム２６ｂとは、共通の光路中に設けられた可変焦点レンズ１２ｃにより、集光位置が制御される。可変焦点レンズ１２ｃを制御し、焦点制御用のビーム２６ｂの集光位置を変化させると、それに伴って、記録再生用のビーム２４ｄ〜２４ｆの集光位置も変化する。このとき、ビーム２４ｄ〜２４ｆとビーム２６ｂとの間隔は、アクティブ回折レンズ１１ｃが選択するビームに応じて決まる。このため、焦点制御用のビーム２６ｂの集光位置を変化させたときでも、ビーム２４ｄ〜２４ｆとビーム２６ｂとの間隔は変化しない。従って、可変焦点レンズ１２ｃは、ビーム２６ｂの集光点の位置を、フォーカス誤差信号が０になりビーム２６ｂが反射層２０上に集光されるように制御する。このため、ビーム２４ｄ〜２４ｆを、反射層２０から、アクティブ回折レンズ１１ｃで選択したビームに応じた距離だけ離れた位置に、正確に集光させることができる。
アクティブ回折レンズ１１ｃ、１１ｄの構成は、図４に示すものと同じである。また、アクティブ回折レンズ１１ｃ、１１ｄにおける液晶層への印加電圧と回折レンズの焦点距離との関係は、図５に示すものと同じである。ただし、本実施形態では、記録再生用ビームの往路と復路とで、光の偏光方向が９０°回転しない。このため、第一回折レンズ及び第二回折レンズが、それぞれ、偏光方向が第一の方向である第一の直線偏光に対して作用する回折レンズと、偏光方向が第一の方向と直交する第二の方向である第二の直線偏光に対して作用する回折レンズとを有している必要はない。
ディスク２ｂへの情報の記録時に、図９Ａ〜９Ｃにおけるビーム２４ｄ、２４ｅ、２４ｆが選択的に生成されているときのアクティブ回折レンズ１１ｃの状態は、それぞれ図５の（ｉ）、（ｅ）、（ａ）の状態に対応している。また、図９Ａ〜９Ｃにおけるビーム２５ｄ、２５ｅ、２５ｆが選択的に生成されているときのアクティブ回折レンズ１１ｄの状態は、それぞれ図５の（ａ）、（ｅ）、（ｉ）の状態に対応している。ディスク２ｂからの情報の再生時に、図１０Ａ〜１０Ｃにおけるビーム２４ｄ、２４ｅ、２４ｆが選択的に生成されているときのアクティブ回折レンズ１１ｃの状態は、それぞれ図５の（ｉ）、（ｅ）、（ａ）の状態に対応している。
ここで、対物レンズ１４ｃの焦点距離をｆｏとし、反射層２０を基準としたビーム２４ｅ、２５ｅの集光点の位置をΔＦとする。反射層２０を基準とした、アクティブ回折レンズ１１ｃ、１１ｄにより選択的に生成されるビームの集光点の位置をΔｆとすると、Δｆは、（−４ｆｏ ２／３Ｆｄ＋ΔＦ）から（＋４ｆｏ ２／３Ｆｄ＋ΔＦ）まで、ｆｏ ２／３Ｆｄ間隔で９段階に変化する。例えば、Ｆｄ＝３００ｍｍ、ｆｏ＝３ｍｍ、ΔＦ＝−５０μｍとすると、Δｆは−９０μｍから−１０μｍまで１０μｍ間隔で９段階に変化する。アクティブ回折レンズでは、第一、第二液晶層への印加電圧が多少変動しても、第一、第二回折レンズの回折効率が多少変動するだけで焦点距離は変動しないため、Δｆは変動しない。従って、記録再生を行うべき層に記録再生用ビームの集光スポットを正しく位置決めすることができる。
図４に示すアクティブ回折レンズ１１は、入射光から−１次回折光、０次光、＋１次回折光の３つの回折光のうちの１つを選択的に生成する第一、第二回折レンズにより構成されている。第一回折レンズの焦点距離ｆｄ１を、−Ｆｄ、∞、＋Ｆｄの間で３段階に変化させ、第二回折レンズの焦点距離ｆｄ２を、−３Ｆｄ、∞、＋３Ｆｄの間で３段階に変化させることで、Δｆを、（−４ｆｏ ２／３Ｆｄ＋ΔＦ）から（＋４ｆｏ ２／３Ｆｄ＋ΔＦ）までｆｏ ２／３Ｆｄ間隔で９段階に変化させている。このようなアクティブ回折レンズ１１を用いることで、記録層１７ｂ（図９Ａ〜９Ｃ、図１０Ａ〜１０Ｃ）の縦方向の９箇所（９層）で、情報の記録再生が可能である。
なお、アクティブ回折レンズ１１ｃ、１１ｄの構成は、図４に示す構成には限定されず、他の構成とすることも可能である。例えば、アクティブ回折レンズを、それぞれ、入射光から−１次回折光、０次光、＋１次回折光の３つの回折光のうちの１つを選択的に生成する第一、第二、第三回折レンズにより構成することも可能である。この場合、第一回折レンズの焦点距離を−Ｆｄ、∞、＋Ｆｄの間で３段階に変化させ、第二回折レンズの焦点距離を−３Ｆｄ、∞、＋３Ｆｄの間で３段階に変化させ、第三回折レンズの焦点距離を−９Ｆｄ、∞、＋９Ｆｄの間で３段階に変化させることで、Δｆを（−１３ｆｏ ２／９Ｆｄ＋ΔＦ）から（＋１３ｆｏ ２／９Ｆｄ＋ΔＦ）までｆｏ ２／９Ｆｄ間隔で２７段階に変化させることが可能である。このような構成のアクティブ回折レンズを用いることで、２７層に情報の記録再生を行うことが可能である。
また、上記に代えて、アクティブ回折レンズを、それぞれ、入射光から−２次回折光、−１次回折光、０次光、＋１次回折光、＋２次回折光の５つの回折光のうちの１つを選択的に生成する第一、第二回折レンズにより構成することも可能である。この場合、第一回折レンズの焦点距離を−Ｆｄ／２、−Ｆｄ、∞、＋Ｆｄ、＋Ｆｄ／２の間で５段階に変化させ、第二回折レンズの焦点距離を−５Ｆｄ／２、−５Ｆｄ、∞、＋５Ｆｄ、＋５Ｆｄ／２の間で５段階に変化させることで、Δｆを（−１２ｆｏ ２／５Ｆｄ＋ΔＦ）から（＋１２ｆｏ ２／５Ｆｄ＋ΔＦ）までｆｏ ２／５Ｆｄ間隔で２５段階に変化させることが可能である。このような構成のアクティブ回折レンズを用いることで、２５層に情報の記録再生を行うことが可能である。
更に、アクティブ回折レンズに、電気光学結晶を用いることも可能である。例えば、電気光学結晶としてニオブ酸リチウムを用い、光学軸に平行な方向に電圧を印加すると共に光学軸に平行な方向にビームを入射させるアクティブ回折レンズを構成する。アクティブ回折レンズには、偏光方向が互いに直交する２種類のビームの両方に対して作用する１種類の回折レンズを用いる。この回折レンズは、電気光学結晶への印加電圧に応じて、２種類のビームの両方に対して凹レンズとして作用するか、両方に対してレンズとして作用しないか、又は、両方に対して凸レンズとして作用する。
アクティブ回折レンズに液晶層を用い、偏光方向が互いに直交する２種類のビームのそれぞれに対して作用する２種類の回折レンズを用いてアクティブ回折レンズを構成することが出来る。この場合、アクティブ回折レンズの焦点距離を変化させる速度は遅いものの、焦点距離を低い印加電圧で変化させることができる。これに対し、アクティブ回折レンズに電気光学結晶を用いた場合、アクティブ回折レンズの焦点距離を変化させる印加電圧は高くなるものの、焦点距離を速い速度で変化させることができる。
アクティブ回折レンズ１１ｃ、１１ｄの主面の位置は、対物レンズ１４ｃの前側焦点面と光学的に共役な面の位置と一致している。すなわち、アクティブ回折レンズ１１ｃの主面と対物レンズ１４ｃの前側焦点面とが、凸レンズ４ｈ、４ｉにより構成されるリレーレンズ系に対して互いに光学的に共役な位置にある。また、アクティブ回折レンズ１１ｄの主面と対物レンズ１４ｃの前側焦点面とが、凸レンズ４ｊ、４ｋにより構成されるリレーレンズ系に対して互いに光学的に共役な位置にある。このとき、アクティブ回折レンズ１１ｃ、１１ｄの主面の位置に開口を設けることにより、アクティブ回折レンズ１１ｃ、１１ｄの焦点距離を変化させても、対物レンズ１４ｃの開口数は変化しない。
アクティブ回折レンズ１１ｃ、１１ｄにより、それぞれビーム２４ｄ〜２４ｆを含む９種類のビーム、ビーム２５ｄ〜２５ｆを含む９種類のビームのうちの何れを選択的に生成するかを切り替える。この切替えにより、選択的に生成されたビームに対する対物レンズ１４ｃの倍率が変化し、対物レンズ１４ｃにおける球面収差が変化する。また、選択的に生成されたビームに対するディスク２ｂの基板２１ｃの表面から集光点までの光路長が変化し、ディスク２ｂにおける球面収差が変化する。
ここで、光学ユニットでは、対物レンズ１４ｃへ平行光として入射したビームが反射層２０上に集光されるとき、対物レンズ１４ｃにおける球面収差とディスク２ｂにおける球面収差との和が０になるように対物レンズ１４ｃが設計されているとする。また、対物レンズ１４ｃへ収束光として入射したビーム２４ｅが集光点２２ｅに集光されるとき、対物レンズ１４ｃにおける球面収差、ディスク２ｂにおける球面収差、及び、凸レンズ４ｈ、４ｉにより構成されるリレーレンズ系における球面収差の和が０であるとする。つまり、凸レンズ４ｈ、４ｉにより構成されるリレーレンズ系がそのように設計されているとする。更に、対物レンズ１４ｃへ発散光として入射したビーム２５ｅが集光点２２ｅに集光されるとき、対物レンズ１４ｃにおける球面収差、ディスク２ｂにおける球面収差、及び、凸レンズ４ｊ、４ｋにより構成されるリレーレンズ系における球面収差の和が０であるとする。つまり、凸レンズ４ｊ、４ｋにより構成されるリレーレンズ系がそのように設計されているとする。
アクティブ回折レンズ１１ｃ、１１ｄのレンズパワーを変化させたとき、対物レンズ１４ｃの倍率の変化量は、アクティブ回折レンズ１１ｃ、１１ｄのレンズパワーに比例する。このため、対物レンズ１４ｃの倍率の変化に伴う対物レンズ１４ｃにおける球面収差の変化量は、アクティブ回折レンズ１１ｃ、１１ｄのレンズパワーに比例する。また、ディスク２ｂの基板２１ｃの表面から集光点までの光路長の変化量は、アクティブ回折レンズ１１ｃ、１１ｄのレンズパワーに比例する。このため、ディスク２ｂの基板２１ｃの表面から集光点までの光路長の変化に伴うディスク２ｂにおける球面収差の変化量は、アクティブ回折レンズ１１ｃ、１１ｄのレンズパワーに比例する。
アクティブ回折レンズ１１ｃ、１１ｄの状態が図５の（ａ）〜（ｉ）の状態に対応しているときのアクティブ回折レンズ１１ｃ、１１ｄのレンズパワーは、ｍ×１／３Ｆｄで表される。ただし、図５の（ａ）〜（ｉ）の状態におけるｍの値は、それぞれ−４〜＋４である。従って、対物レンズ１４ｃの倍率の変化に伴う対物レンズ１４ｃにおける球面収差の変化量、及び、ディスク２ｂの基板２１ｃの表面から集光点までの光路長の変化に伴うディスク２ｂにおける球面収差の変化量は、それぞれ、ｍ×ＳＡｏ、ｍ×ＳＡｍで表される。
アクティブ回折レンズ１１ｃ、１１ｄにて球面収差を発生させる場合、アクティブ回折レンズ１１ｃ、１１ｄにおける球面収差の発生量は、それぞれアクティブ回折レンズ１１ｃ、１１ｄのレンズパワーに比例するため、ｍ×ＳＡｄで表される。このとき、対物レンズ１４ｃにおける球面収差の変化量、ディスク２ｂにおける球面収差の変化量、及び、アクティブ回折レンズ１１ｃ、１１ｄにおける球面収差の発生量の和は、ｍ×（ＳＡｏ＋ＳＡｍ＋ＳＡｄ）となる。つまり、ＳＡｄ＝−（ＳＡｏ＋ＳＡｍ）となるようにアクティブ回折レンズ１１ｃ、１１ｄにおける球面収差の発生量が定められる。この球面収差により、アクティブ回折レンズ１１ｃ、１１ｄのレンズパワーの変化に伴って対物レンズ１４ｃ及びディスク２ｂにおいて発生する球面収差を、アクティブ回折レンズ１１ｃ、１１ｄにて発生する球面収差により打ち消すことができる。
図１１Ａ〜１１Ｃには、可変焦点レンズ１２ｃを示す。可変焦点レンズ１２ｃは、基板３２ｄ、３２ｅの間に液晶層３３ｃが挟まれ、基板３２ｅ、３２ｆの間に液晶層３３ｄが挟まれた構成である。基板３２ｄ、３２ｅの液晶層３３ｃ側の面には、液晶層３３ｃに交流電圧を印加するための透明電極３４ｅ、３４ｆがそれぞれ形成されている。また、基板３２ｅ、３２ｆの液晶層３３ｄ側の面には、液晶層３３ｄに交流電圧を印加するための透明電極３４ｇ、３４ｈがそれぞれ形成されている。
透明電極３４ｅ、３４ｇはパタン電極であり、透明電極３４ｆ、３４ｈは全面電極である。液晶層３３ｃ及び透明電極３４ｅ、３４ｆは、第一の可変焦点レンズを構成し、液晶層３３ｄ及び透明電極３４ｇ、３４ｈは、第二の可変焦点レンズを構成する。基板３２ｄ〜３２ｆの材料には、例えばガラスが用いられる。液晶層３３ｃ、３３ｄの材料には、例えばネマチック液晶が用いられる。透明電極３４ｅ〜３４ｈの材料には、例えばＩＴＯが用いられる。
液晶層３３ｃ、３３ｄは、一軸の屈折率異方性を有している。液晶層３３ｃ、３３ｄの光学軸に平行な方向及び垂直な方向の偏光成分に対する屈折率をそれぞれｎｅ、ｎｏとすると、ｎｅ＞ｎｏである。図１１Ａ〜１１Ｃの矢印は、液晶層３３ｃ、３３ｄの光学軸の方向を表している。液晶層３３ｃの光学軸は、Ｘ−Ｚ面内にあり、液晶層３３ｄの光学軸は、Ｙ−Ｚ面内にある。第一の可変焦点レンズは、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光に対して作用し、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光に対しては作用しない。一方、第二の可変焦点レンズは、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光に対して作用し、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光に対しては作用しない。ここで、情報の記録時に、レーザ３ｂから出射して偏光ビームスプリッタ７ｂを透過したビーム、及び、レーザ３ｂから出射して偏光ビームスプリッタ７ｂで反射したビームは、それぞれ偏光方向がＸ軸方向、Ｙ軸方向である直線偏光として液晶層３３ｃ、３３ｄへ入射する。また、情報の再生時に、レーザ３ｂから出射して偏光ビームスプリッタ７ｂを透過したビーム、ディスク２ｂ内で反射して偏光ビームスプリッタ７ｂを透過するビームは、何れも偏光方向がＸ軸方向である直線偏光として液晶層３３ｃ、３３ｄへ入射する。
透明電極３４ｅ、３４ｇは、輪帯状の複数の電極に分割されている。各電極は、隣接する電極と抵抗とにより接続されている。可変焦点レンズ１２ｃでは、最も内側の電極及び最も外側の電極を用い、液晶層３３ｃ、３３ｄの中心部及び周辺部に互いに異なる交流電圧を印加する。このように交流電圧を印加することで、中心部から周辺部へ向かって２次関数状の交流電圧の分布が形成される。
図１１Ａは、液晶層３３ｃ、３３ｄの各中心部及び各周辺部に互いに異なる交流電圧が印加された状態を示している。液晶層３３ｃの中心部に実効値が（２．５−Δ）Ｖの交流電圧が印加され、周辺部に実効値が（２．５＋Δ）Ｖの交流電圧が印加され、液晶層３３ｄの中心部に実効値が（２．５＋Δ）Ｖが印加され、周辺部に実効値が（２．５−Δ）Ｖの交流電圧が印加されている。この状態では、液晶層３３ｃの光学軸は、中心部ではＸ軸方向に近い方向、周辺部ではＺ軸方向に近い方向となる。また、液晶層３３ｄの光学軸は、中心部ではＺ軸方向に近い方向、周辺部ではＹ軸方向に近い方向となる。従って、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光に対する液晶層３３ｃの屈折率は、中心部で高く周辺部で低くなる。また、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光に対する液晶層３３ｄの屈折率は、中心部で低く周辺部で高くなる。その結果、第一の可変焦点レンズは、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光に対して凸レンズとして作用し、第二の可変焦点レンズは、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光に対して凹レンズとして作用する。ここで、第一の可変焦点レンズの焦点距離と第二の可変焦点レンズの焦点距離とは、絶対値が等しく符号が逆である。Δが大きいほど、第一、第二の可変焦点レンズの焦点距離の絶対値は小さくなる。
図１１Ｂは、図１１Ａとは別の状態を示している。液晶層３３ｃの中心部及び周辺部に実効値が２．５Ｖの交流電圧が印加され、液晶層３３ｄの中心部及び周辺部に実効値が２．５Ｖの交流電圧が印加されている。この状態では、液晶層３３ｃの光学軸は、中心部、周辺部ともＸ軸方向とＺ軸方向との中間の方向となり、液晶層３３ｄの光学軸は、中心部、周辺部ともＹ軸方向とＺ軸方向との中間の方向となる。従って、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光に対する液晶層３３ｃの屈折率は、中心部と周辺部とで等しく、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光に対する液晶層３３ｄの屈折率は、中心部と周辺部とで等しい。その結果、第一の可変焦点レンズは、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光に対してレンズとして作用せず、第二の可変焦点レンズも、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光に対してレンズとして作用しない。
図１１Ｃは、図１１Ａ及び１１Ｂとは別の状態を示している。液晶層３３ｃの中心部に実効値が（２．５＋Δ）Ｖの交流電圧が印加され、周辺部に実効値が（２．５−Δ）Ｖの交流電圧が印加され、液晶層３３ｄの中心部に実効値が（２．５−Δ）Ｖの交流電圧が印加され、周辺部に実効値が（２．５＋Δ）Ｖの交流電圧が印加されている。この状態では、液晶層３３ｃの光学軸は、中心部ではＺ軸方向に近い方向、周辺部ではＸ軸方向に近い方向となる。また、液晶層３３ｄの光学軸は、中心部ではＹ軸方向に近い方向、周辺部ではＺ軸方向に近い方向となる。従って、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光に対する液晶層３３ｃの屈折率は、中心部では低く周辺部では高くなる。また、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光に対する液晶層３３ｄの屈折率は、中心部では高く周辺部では低くなる。その結果、第一の可変焦点レンズは、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光に対して凹レンズとして作用し、第二の可変焦点レンズは、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光に対して凸レンズとして作用する。ここで、第一の可変焦点レンズの焦点距離と第二の可変焦点レンズの焦点距離とは、絶対値が等しく符号が逆である。Δが大きいほど、第一、第二の可変焦点レンズの焦点距離の絶対値は小さくなる。
可変焦点レンズ１２ｃは、ディスク２ｂへの情報記録時、及び、ディスク２ｂからの情報再生時に、ビーム２４（図９Ａ〜９Ｃ、図１０Ａ〜１０Ｃ）、ビーム２５、ビーム２６ｂの集光点を移動させたい方向に応じて制御される。例えば、可変焦点レンズ１２ｃが図１１Ｂの状態のとき、ビーム２４及びビーム２６ｂの集光点の位置を対物レンズ１４ｃに近付ける際には、可変焦点レンズ１２ｃを、図１１Ｂの状態から図１１Ａの状態に変化させる。この場合、ビーム２４及びビーム２６ｂに対して作用する第一の可変焦点レンズは凸レンズとして働き、ビーム２４及びビーム２６ｂの集光位置は、対物レンズ１４ｃに近づく方向に移動する。また、ビーム２５に対して作用する第二の可変焦点レンズは凹レンズとして働き、反射層２０で反射して集光するビーム２６ｂの集光位置も、対物レンズ１４ｃ側に移動する。
上記とは逆に、ビーム２４及びビーム２６ｂの集光点の位置を対物レンズ１４ｃから遠ざかる方向に移動したいときは、可変焦点レンズ１２ｃを、図１１Ｂに示す状態から図１１Ｃに示す状態に変化させる。この場合、ビーム２４及びビーム２６ｂに対して作用する第一の可変焦点レンズは凹レンズとして働き、ビーム２４及びビーム２６ｂの集光位置は、対物レンズ１４ｃから遠ざかる方向に移動する。また、ビーム２５に対して作用する第二の可変焦点レンズは凸レンズとして働き、反射層２０で反射して集光するビーム２６ｂの集光位置も、対物レンズ１４ｃから遠ざかる方向に移動する。可変焦点レンズ１２ｃの焦点距離を変化させることで、記録再生用のビーム２４、２５と、焦点制御用のビーム２６ｂとを、同じ距離だけ、記録層１７ｂの厚さ方向に移動することができる。
なお、上記では、可変焦点レンズ１２ｃに液晶層を用いる構成について説明したが、可変焦点レンズ１２ｃに、電気光学結晶を用いる構成を採用することも可能である。例えば、電気光学結晶としてリン酸二水素カリウムを用い、光学軸に平行な方向に電圧を印加すると共に光学軸に平行な方向にビームを入射させ、偏光方向が互いに直交する２種類のビームの両方に対して作用する１種類の可変焦点レンズにより可変焦点レンズ１２ｃを構成する。この可変焦点レンズは、電気光学結晶への印加電圧に応じて、２種類のビームの一方に対して凸レンズとして作用し、他方に対して凹レンズとして作用するか、両方に対してレンズとして作用しないか、一方に対して凹レンズとして作用し、他方に対して凸レンズとして作用する。
可変焦点レンズ１２ｃに液晶層を用い、偏光方向が互いに直交する２種類のビームのそれぞれに対して作用する２種類の可変焦点レンズにより可変焦点レンズ１２ｃを構成することが出来る。この場合、可変焦点レンズの焦点距離を変化させる速度は遅いが、焦点距離を低い印加電圧で変化させることができる。これに対し、可変焦点レンズ１２ｃに電気光学結晶を用いた場合、可変焦点レンズの焦点距離を変化させる印加電圧は高くなるものの、焦点距離を速い速度で変化させることができる。
ここで、可変焦点レンズ１２ｃの主面の位置は、対物レンズ１４ｃの前側焦点面と光学的に共役な面の位置と一致している。このとき、可変焦点レンズ１２ｃの主面の位置に開口を設けることにより、可変焦点レンズ１２ｃの焦点距離を変化させても、対物レンズ１４ｃの開口数は変化しない。
図１２に、図８に示す光学ユニットを含む光学的情報記録再生装置を示す。光学的情報記録再生装置は、光学ユニット１ｂ、ポジショナ３５ｂ、スピンドル３６ｂ、コントローラ３７ｂ、アクティブ波長板駆動回路３８ｂ、アクティブ回折レンズ駆動回路３９ｂ、変調回路４０ｂ、記録信号生成回路４１ｂ、レーザ駆動回路４２ｂ、増幅回路４３ｂ、再生信号処理回路４４ｂ、復調回路４５ｂ、レーザ駆動回路４６ｂ、増幅回路４７ｂ、誤差信号生成回路４８ｂ、可変焦点レンズ駆動回路４９ｂ、ポジショナ駆動回路５０ｂ、及び、スピンドル駆動回路５１ｂを有する。
光学ユニット１ｂは、図８に示す構成を有する。光学ユニット１ｂは、ポジショナ３５ｂに搭載されている。ディスク２ｂは、記録・再生対象の光学的情報記録媒体であり、スピンドル３６ｂに搭載されている。コントローラ３７ｂは、アクティブ波長板駆動回路３８ｂ、アクティブ回折レンズ駆動回路３９ｂ、変調回路４０ｂからレーザ駆動回路４２ｂまでの回路、増幅回路４３ｂから復調回路４５ｂまでの回路、レーザ駆動回路４６ｂ、増幅回路４７ｂから可変焦点レンズ駆動回路４９ｂまでの回路、ポジショナ駆動回路５０ｂ、及び、スピンドル駆動回路５１ｂを制御する。
アクティブ波長板駆動回路３８ｂは、ビーム切替手段駆動回路である。アクティブ波長板駆動回路３８ｂは、ディスク２ｂへの情報の記録時には、光学ユニット１ｂ内のアクティブ波長板５ｂが１／４波長板の機能を持つように、アクティブ波長板５ｂが有する液晶層に実効値が２．５Ｖの交流電圧を印加する。また、アクティブ波長板駆動回路３８ｂは、ディスク２ｂからの情報の再生時には、光学ユニット１ｂ内のアクティブ波長板５ｂが全波長板の機能を持つように、アクティブ波長板５ｂが有する液晶層に実効値が５Ｖの交流電圧を印加する。
アクティブ回折レンズ駆動回路３９ｂは、第一の集光位置変化回路である。アクティブ回折レンズ駆動回路３９ｂは、ディスク２ｂへの情報の記録時、及び、ディスク２ｂからの情報の再生時に、光学ユニット１ｂ内のアクティブ回折レンズ１１ｃがビーム２４ｄ〜２４ｆを含む９種類のビームのうちの１つを選択的に生成するように、アクティブ回折レンズ１１ｃが有する液晶層２８ａ〜２８ｄ（図４）に、実効値が０Ｖ、２．５Ｖ、５Ｖの何れかの交流電圧を印加する。また、アクティブ回折レンズ駆動回路３９ｂは、ディスク２ｂへの情報記録時に、アクティブ回折レンズ１１ｄが、ビーム２５ｄ〜２５ｆを含む９種類のビームのうちの１つを選択的に生成するように、アクティブ回折レンズ１１ｄが有する液晶層２８ａ〜２８ｄに、実効値が０Ｖ、２．５Ｖ、５Ｖの何れかの交流電圧を印加する。
変調回路４０ｂは、ディスク２ｂへの情報の記録時に、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４１ｂは、変調回路４０ｂで変調された信号に基づいて、光学ユニット１ｂ内のレーザ３ｂを駆動するための記録信号を生成する。レーザ駆動回路４２ｂは、ディスク２ｂへの情報の記録時には、記録信号生成回路４１ｂで生成された記録信号に基づいて、レーザ３ｂへ記録信号に応じた電流を供給し、レーザ３ｂを駆動する。また、レーザ駆動回路４２ｂは、ディスク２ｂからの情報の再生時には、レーザ３ｂからの出射光のパワーが一定になるように、レーザ３ｂへ一定の電流を供給してレーザ３ｂを駆動する。
増幅回路４３ｂは、ディスク２ｂからの情報の再生時に、光学ユニット１ｂ内の光検出器１５ｂから出力される電圧信号を増幅する。再生信号処理回路４４ｂは、増幅回路４３ｂで増幅された電圧信号に基づいて、ディスク２ｂに回折格子の形態で記録された再生信号の生成、波形等化、２値化を行う。復調回路４５ｂは、再生信号処理回路４４ｂ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。
レーザ駆動回路４６ｂは、ディスク２ｂへの情報の記録時、及び、ディスク２ｂからの情報の再生時に、光学ユニット１ｂ内のレーザ３ｄからの出射光のパワーが一定になるように、レーザ３ｄへ一定の電流を供給してレーザ３ｄを駆動する。増幅回路４７ｂは、ディスク２ｂへの情報の記録時、及び、ディスク２ｂからの情報の再生時に、光学ユニット１ｂ内の光検出器１５ｄから出力される電圧信号を増幅する。誤差信号生成回路４８ｂは、増幅回路４７ｂで増幅された電圧信号に基づいて、光学ユニット１ｂ内の可変焦点レンズ１２ｃを駆動するためのフォーカス誤差信号を生成する。
可変焦点レンズ駆動回路４９ｂは、第二の集光位置変化回路である。可変焦点レンズ駆動回路４９ｂは、光学ユニット１ｂ内の可変焦点レンズ１２ｃを駆動する。可変焦点レンズ駆動回路４９ｂは、可変焦点レンズ１２ｃが有する液晶層３３ｃ、３３ｄに交流電圧を印加し、可変焦点レンズ１２ｃを駆動する。可変焦点レンズ駆動回路４９ｂは、誤差信号生成回路４８ｂで生成されるフォーカス誤差信号が０になり、ビーム２６ｂ（図９Ａ〜９Ｃ、図１０Ａ〜１０Ｃ）が反射層２０上に集光されるように、可変焦点レンズが有する液晶層３３ｃに印加する電圧を制御する。
ポジショナ駆動回路５０ｂは、ディスク２ｂへの情報の記録時、及び、ディスク２ｂからの情報の再生時に、ポジショナ３５ｂをディスク２ｂの半径方向へ移動させ、記録再生用ビーム及び焦点制御用ビームの集光点の位置を、ディスク２ｂの半径方向へ移動させる。スピンドル駆動回路５１ｂは、ディスク２ｂへの情報の記録時、及び、ディスク２ｂからの情報の再生時に、図示しないモータへ電流を供給してスピンドル３６ｂを回転させ、記録再生用ビーム及び焦点制御用ビームの集光点の位置をディスク２ｂの接線方向へ移動させる。
本実施形態では、記録再生用ビームの光路中に、対物レンズ１４ｃを用いてディスク２ｂの記録層内に集光する記録再生用ビームの集光点の位置を、記録層の厚さ方向に離散的に変化させることが可能な第一のレンズ系（アクティブ回折レンズ１１ｃ）を配置する。また、記録再生用ビームと焦点制御用ビームに共通の光路中に、対物レンズ１４ｃを用いて集光する記録再生用ビーム及び焦点制御用ビームの集光点の位置を、ディスク２ｂの厚さ方向に連続的に変化させることが可能な第二のレンズ系（可変焦点レンズ１２ｃ）を配置する。
アクティブ回折レンズ１１ｃを用いて変化させる記録再生用ビームの集光点の位置の離散的な変化量は、アクティブ回折レンズ１１ｃの特性によって決まる。また、焦点制御用ビームの集光点の位置と、記録再生用ビームの集光点の位置との間の距離は、アクティブ回折レンズ１１ｃによる離散的な集光位置の変化量に応じて定まる。このため、可変焦点レンズ１２ｃを用い、焦点制御用ビームを、ディスク２ｂの焦点制御用基準面に集光するように制御することで、記録層の厚さ方向における記録再生用ビームの集光点の位置を、記録再生を行うべき位置に、正確に一致させることができる。従って、本実施形態では、正しい位置へのデータの記録、及び、正しい位置に記録されたデータの再生が可能となり、複数の光学ユニット及び光学的情報記録再生装置の間で、ディスクの互換性を確保することができる。
なお、光学ユニットの構成は図８に示すものには限らない。ディスク２ｂの反射層２０（図９Ａ〜９Ｃ、図１０Ａ〜１０Ｃ）にディスク２ｂの接線方向に平行なトラックを形成すると共に、光学ユニット１ｂ内に、記録再生用ビーム及び焦点制御用ビームの集光位置をディスク２ｂの半径方向に変化させることが可能な偏向手段を設けてもよい。この偏向手段には、液晶層を有する偏向素子を用いることができる。また、そのような光学的情報記録再生装置は、図１２に示す構成に、以下の構成を加えた構成とすればよい。つまり、記録再生用ビーム及び焦点制御用ビームの集光位置をディスク２ｂの半径方向に制御するためのトラック誤差信号を生成する第二の誤差信号生成回路と、トラック誤差信号に基づいて偏向手段を駆動する第三の集光位置変化回路とを図１２の構成に加える。
上記第二の誤差信号生成回路は、光検出器１５ｄの出力を増幅回路４７ｂで増幅した電圧信号に基づいて、光学ユニット１ｂ内の偏向素子を駆動するためのトラック誤差信号を生成する。第三の集光位置変化回路である偏向素子駆動回路は、第二の誤差信号生成回路で生成されたトラック誤差信号に基づいて偏向素子を制御し、記録再生用ビーム及び焦点制御用ビームの集光位置を変化させる。偏向素子駆動回路は、偏向素子が有する液晶層に印加する交流電圧を制御し、トラック誤差信号が０になるように、ビーム２６ｂの集光点の位置をディスク２ｂの半径方向に制御する。このようにすることで、ビーム２６ｂを、反射層２０に形成されたトラック上に集光させることができる。
また、非特許文献１に記載の光学ユニットと同様に、光学ユニット１ｂが、第三の光検出器と、第三のレンズ系と、第二の偏向手段とを有する構成も可能である。第三の光検出器は、ディスク２ｂへの情報の記録時にディスク２ｂ内で反射した記録再生用ビームを受光する。第三のレンズ系は、レーザ３ｂから出射して偏光ビームスプリッタ７ｂを透過したビームの集光位置に対する、レーザ３ｂから出射して偏光ビームスプリッタ７ｂで反射したビームの相対的な集光位置を、記録層１７ｂの厚さ方向に変化させることが可能である。第二の偏光手段は、偏光ビームスプリッタ７ｂで反射したビームの集光位置をディスク２ｂの半径方向と接線方向とに変化させることが可能である。第三のレンズ系には、可変焦点レンズ１２ｃを用いることができる。第二の偏向手段には、液晶層を有する第二の偏向素子を用いることができる。
また、上記第三の光検出器を有する光学ユニットを搭載する光学的情報記録再生装置は、図１２に示す構成に、以下の回路を加えた構成とすることが出来る。つまり、第三の光検出器の出力を増幅する第三の増幅回路と、位置ずれ信号を生成する位置ずれ信号生成回路と、第三のレンズ系を駆動する第四の集光位置変化回路と、第二の偏向手段を駆動する第五の集光位置変化回路とを図１２の構成に加えた構成とする。第三の増幅回路は、ディスク２ｂへの情報記録時に、光学ユニット１ｂ内の第三の光検出器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は、レーザ３ｂから出射して偏光ビームスプリッタ７ｂを透過したビームの集光位置に対する、偏光ビームスプリッタ７ｂで反射したビームの相対的な集光位置を、記録層１７ｂの厚さ方向およびディスク２ｂの半径方向、接線方向に制御する位置ずれ信号を生成する。位置ずれ信号生成回路は、第三の増幅器で増幅された第三の光検出器からの出力に基づいて、この位置ずれ信号を生成する。
第四の集光位置変化回路は、可変焦点レンズ１２ｃを駆動する第二の可変焦点レンズ駆動回路である。第二の可変焦点レンズ駆動回路は、可変焦点レンズ１２ｃが有する液晶層３３ｄ（図１１Ａ〜１１Ｃ）に交流電圧を印加する。この交流電圧印加により、レーザ３ｂから出射して偏光ビームスプリッタ７ｂを透過したビームの集光位置に対する、偏光ビームスプリッタ７ｂで反射したビームの相対的な集光位置を、記録層１７ｂの厚さ方向に制御する。第二の可変焦点レンズ駆動回路は、位置ずれ信号生成回路が生成する位置ずれ信号が０になるように、可変焦点レンズ１２ｃを駆動する。つまり、第二の可変焦点レンズ駆動回路は、レーザ３ｂから出射して偏光ビームスプリッタ７ｂを透過したビームの集光位置とレーザ３ｂから出射して偏光ビームスプリッタ７ｂで反射したビームの集光位置とが、記録層１７ｂの厚さ方向に一致するように、可変焦点レンズ１２ｃを駆動する。
第五の集光位置変化回路は、上記第二の偏向素子を駆動する第二の偏向素子駆動回路である。第二の偏向素子駆動回路は、第二の偏向素子が有する液晶層に交流電圧を印加する。このため、レーザ３ｂから出射して偏光ビームスプリッタ７ｂを透過したビームの集光位置に対する、レーザ３ｂから出射して偏光ビームスプリッタ７ｂで反射したビームの相対的な集光位置が、ディスク２ｂの半径方向及び接線方向に制御される。第二の偏向素子駆動回路は、位置ずれ信号が０になるように、第二の偏向素子を駆動する。つまり、第二の偏向素子駆動回路は、ディスク２ｂの半径方向及び接線方向における、レーザ３ｂから出射して偏光ビームスプリッタ７ｂを透過したビームの集光位置と偏光ビームスプリッタ７ｂで反射したビームの集光位置とが一致するように、第二の偏向素子を駆動する。このため、レーザ３ｂから出射して偏光ビームスプリッタ７ｂを透過したビームと、レーザ３ｂから出射して偏光ビームスプリッタ７ｂで反射したビームとが、記録層内の同一位置に集光できる。
上記各実施形態では、光学ユニットを、ビット型のホログラム記録用の光学ユニットとし、光学的情報記録再生装置を、ビット型のホログラム記録用の光学的情報記録再生装置として説明した。しかし、本発明の光学ユニット及び光学的情報記録再生装置は、ビット型のホログラム記録に限らず、光記録媒体に対して３次元的に情報の記録再生を行う他の記録に適用することもできる。例えば、ページ型のホログラム記録、２光子吸収記録等にも、適用することができる。
上記各実施形態では、第二のレンズ系に可変焦点レンズを用いる例について説明したが、第二のレンズ系は、記録再生用ビーム及び焦点制御用ビームの集光位置を記録層の厚さ方向に連続的に変化させることが可能であればよく、可変焦点レンズには限定されない。例えば、図１に示す光学ユニット１ａでは、記録再生用ビームと焦点制御用ビームとの共通の光路中に配置された対物レンズ１４ａを駆動して、図２Ａ〜２Ｃ、図３Ａ〜３Ｃのビーム２４に相当する記録再生用ビーム及びビーム２６ａに相当する焦点制御用ビームの集光位置を記録層の厚さ方向に連続的に変化させてもよい。このとき、ビーム２４と同一位置に集光する記録再生用のビーム２５については、対物レンズ１４ｂを駆動することで、集光位置を、記録層の厚さ方向に制御することができる。
また、例えば図８に示す光学ユニット１ｂでは、記録再生用ビームと焦点制御用ビームとの共通の光路中に配置されたリレー系レンズを第二のレンズ系として用いることができる。この場合、リレー系レンズを構成する凸レンズ４ｈ、４ｉの少なくとも一方を変位させることで、図９Ａ〜９Ｃ、図１０Ａ〜１０Ｃのビーム２４に相当する記録再生用ビーム及びビーム２６ｂに相当する焦点制御用ビームの集光位置を記録層の厚さ方向に連続的に変化させることができる。ビーム２４と同一位置に集光する記録再生用のビーム２５については、リレー系レンズを構成する凸レンズ４ｊ、４ｋの少なくとも一方を変位させることで、集光位置を、記録層の厚さ方向に制御することができる。
本発明を特別に示し且つ例示的な実施形態を参照して説明したが、本発明は、以下の最小構成によっても、本発明の目的を達成することが出来る。
本発明の第１の態様に係る光学ユニットは、その最小構成において、記録層と焦点制御用基準面とを有する光記録媒体にレーザ光を照射する光学系を有し、該光学系が、第一の光源から出射する記録再生用ビームを前記記録層内に集光し、第二の光源から出射する焦点制御用ビームを前記焦点制御用基準面上に集光する対物レンズと、前記記録再生用ビームの光路中に設けられ、前記記録再生用ビームの集光位置を前記記録層の厚さ方向に離散的に変化させることが可能な第一のレンズ系と、前記記録再生用ビーム及び前記焦点制御用ビームに共通の光路中に設けられ、前記記録再生用ビーム及び前記焦点制御用ビームの集光位置を前記記録層の厚さ方向に連続的に変化させることが可能な第二のレンズ系とを有する。
また、本発明の第２の態様に係る光学的情報記録再生装置は、その最小構成において、上記本発明の光学ユニットと、前記第一のレンズ系を駆動し、前記記録再生用ビームの集光位置を変化させる第一の集光位置変化回路と、前記焦点制御用ビームの光記録媒体からの反射光を受光する光検出器からの出力に基づいて、前記記録再生用ビーム及び前記焦点制御用ビームの集光位置を前記記録層の厚さ方向に制御するためのフォーカス誤差信号を生成する誤差信号生成回路と、前記フォーカス誤差信号に基づいて前記第二のレンズ系を駆動し、前記記録再生用ビーム及び前記焦点制御用ビームの集光位置を変化させる第二の集光位置変化回路とを有する。
また、本発明の第３の態様に係る光学的情報記録再生装置は、その最小構成において、上記本発明の光学ユニットと、前記第一のレンズ系を駆動し、前記記録再生用ビームの集光位置を変化させる第一の集光位置変化回路と、前記焦点制御用ビームの光記録媒体からの反射光を受光する光検出器からの出力に基づいて、前記記録再生用ビーム及び前記焦点制御用ビームの集光位置を前記記録層の厚さ方向に制御するためのフォーカス誤差信号を生成する誤差信号生成回路と、前記フォーカス誤差信号に基づいて前記第二のレンズ系を駆動し、前記記録再生用ビーム及び前記焦点制御用ビームの集光位置を変化させる第二の集光位置変化回路と、
前記ビーム切替手段を駆動し、前記光記録媒体への情報の記録時には、前記記録再生用ビームを前記２つのビームとし、前記光記録媒体からの情報の再生時には、前記記録再生用ビームを前記単一のビームとするビーム切替手段駆動回路とを有する。
また、本発明の第４の態様に係る光学ユニットの制御方法は、その最小構成において、記録層と焦点制御用基準面とを有する光記録媒体にレーザ光を照射する光学ユニットの制御方法であって、第一の光源から記録再生用ビームを光記録媒体に照射し、第二の光源から焦点制御用ビームを光記録媒体に照射し、前記焦点制御用ビームの集光位置を、前記記録層の厚さ方向に連続的に制御して、前記焦点制御用ビームを前記焦点制御用基準面に集光させ、前記記録再生用ビームの集光位置を前記記録層の厚さ方向に離散的に変化させる制御方法を提供する。
上記最小構成の光学ユニット、その制御方法及び光学的情報記録再生装置では、記録再生用ビームの集光スポットを、記録再生を行うべき層に正しく位置決めすることができる効果が得られる。
また、上記のように、本発明を例示的な実施形態を参照して説明したが、本発明は、その実施形態及びその変形に限定されるものではない。当業者に明らかなように、本発明は、添付の請求の範囲に規定される本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、種々の変更が可能である。
本出願は、２００８年７月２８日出願に係る日本特許出願２００８−１９３３８５号を基礎とし且つその優先権を主張するものであり、引用によってその開示の内容の全てを本出願の明細書中に加入する。

Claims (13)

  1. 記録層と焦点制御用基準面とを有する光記録媒体にレーザ光を照射する光学系を有し、該光学系が、
    第一の光源から出射する記録再生用ビームを前記記録層内に集光し、第二の光源から出射する焦点制御用ビームを前記焦点制御用基準面上に集光する対物レンズと、
    前記記録再生用ビームの光路中に設けられ、前記記録再生用ビームの集光位置を前記記録層の厚さ方向に離散的に変化させることが可能な第一のレンズ系と、
    前記記録再生用ビーム及び前記焦点制御用ビームに共通の光路中に設けられ、前記記録再生用ビーム及び前記焦点制御用ビームの集光位置を前記記録層の厚さ方向に連続的に変化させることが可能な第二のレンズ系と、を有する光学ユニット。
  2. 前記第一のレンズ系は、印加電圧に応じて焦点距離を離散的に変化させることが可能な少なくとも１つの回折レンズを含む、請求項１に記載の光学ユニット。
  3. 前記少なくとも１つの回折レンズは、焦点距離を離散的に変化させることが可能で、かつ、焦点距離の変化量が互いに異なる複数の回折レンズを含む、請求項２に記載の光学ユニット。
  4. 前記複数の回折レンズのそれぞれが、偏光方向が第一の方向である第一の直線偏光に対して作用する回折レンズと、偏光方向が前記第一の方向と直交する第二の方向である第二の直線偏光に対して作用する回折レンズとを含む、請求項３に記載の光学ユニット。
  5. 前記少なくとも１つの回折レンズの主面の位置が、前記対物レンズの前側焦点面の位置、又は、前記対物レンズの前側焦点面と光学的に共役な面の位置と一致している、請求項２乃至４の何れか一に記載の光学ユニット。
  6. 前記少なくとも１つの回折レンズは、前記記録再生用ビームに対し、前記対物レンズ及び前記光記録媒体により発生する球面収差を打ち消す球面収差を与える、請求項２乃至５の何れか一に記載の光学ユニット。
  7. 前記第二のレンズ系は、印加電圧に応じて焦点距離を連続的に変化させることが可能な少なくとも１つの可変焦点レンズを含む、請求項１乃至６の何れか一に記載の光学ユニット。
  8. 前記少なくとも１つの可変焦点レンズは、偏光方向が第一の方向である第一の直線偏光に対して作用する第一の可変焦点レンズと、偏光方向が前記第一の方向と直交する第二の方向である第二の直線偏光に対して作用する第二の可変焦点レンズとを有する、請求項７に記載の光学ユニット。
  9. 前記少なくとも１つの可変焦点レンズの主面の位置が、前記対物レンズの前側焦点面の位置、又は、前記対物レンズの前側焦点面と光学的に共役な面の位置と一致している、請求項７又は８に記載の光学ユニット。
  10. 前記記録再生用ビームを、前記記録層内で互いに対向して同一の位置に集光される２つのビームとするか、又は、単一のビームとするかを切り替え可能なビーム切替手段を更に有する、請求項１乃至９の何れか一に記載の光学ユニット。
  11. 請求項１乃至１０の何れか一に記載の光学ユニットと、
    前記第一のレンズ系を駆動し、前記記録再生用ビームの集光位置を変化させる第一の集光位置変化回路と、
    前記焦点制御用ビームの光記録媒体からの反射光を受光する光検出器からの出力に基づいて、前記記録再生用ビーム及び前記焦点制御用ビームの集光位置を前記記録層の厚さ方向に制御するためのフォーカス誤差信号を生成する誤差信号生成回路と、
    前記フォーカス誤差信号に基づいて前記第二のレンズ系を駆動し、前記記録再生用ビーム及び前記焦点制御用ビームの集光位置を変化させる第二の集光位置変化回路と、を有する光学的情報記録再生装置。
  12. 請求項１０に記載の光学ユニットと、
    前記第一のレンズ系を駆動し、前記記録再生用ビームの集光位置を変化させる第一の集光位置変化回路と、
    前記焦点制御用ビームの光記録媒体からの反射光を受光する光検出器からの出力に基づいて、前記記録再生用ビーム及び前記焦点制御用ビームの集光位置を前記記録層の厚さ方向に制御するためのフォーカス誤差信号を生成する誤差信号生成回路と、
    前記フォーカス誤差信号に基づいて前記第二のレンズ系を駆動し、前記記録再生用ビーム及び前記焦点制御用ビームの集光位置を変化させる第二の集光位置変化回路と、
    前記ビーム切替手段を駆動し、前記光記録媒体への情報の記録時には、前記記録再生用ビームを前記２つのビームとし、前記光記録媒体からの情報の再生時には、前記記録再生用ビームを前記単一のビームとするビーム切替手段駆動回路とを有する光学的情報記録再生装置。
  13. 記録層と焦点制御用基準面とを有する光記録媒体にレーザ光を照射する光学ユニットの制御方法であって、
    第一の光源から記録再生用ビームを光記録媒体に照射し、
    第二の光源から焦点制御用ビームを光記録媒体に照射し、
    前記焦点制御用ビームの集光位置を、前記記録層の厚さ方向に連続的に制御して、前記焦点制御用ビームを前記焦点制御用基準面に集光させ、
    前記記録再生用ビームの集光位置を前記記録層の厚さ方向に離散的に変化させる光学ユニットの制御方法。
JP2010522671A 2008-07-28 2009-07-09 光学ユニット、制御方法、及び、光学的情報記録再生装置 Pending JPWO2010013592A1 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008193385 2008-07-28
JP2008193385 2008-07-28
PCT/JP2009/062501 WO2010013592A1 (ja) 2008-07-28 2009-07-09 光学ユニット、制御方法、及び、光学的情報記録再生装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPWO2010013592A1 true JPWO2010013592A1 (ja) 2012-01-12

Family

ID=41610291

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010522671A Pending JPWO2010013592A1 (ja) 2008-07-28 2009-07-09 光学ユニット、制御方法、及び、光学的情報記録再生装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20110110207A1 (ja)
JP (1) JPWO2010013592A1 (ja)
WO (1) WO2010013592A1 (ja)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2016233280B2 (en) 2015-03-16 2021-03-25 Magic Leap, Inc. Augmented reality pulse oximetry
KR102379691B1 (ko) * 2016-04-08 2022-03-25 매직 립, 인코포레이티드 가변 포커스 렌즈 엘리먼트들을 가진 증강 현실 시스템들 및 방법들
CN110537122B (zh) 2017-02-23 2022-04-29 奇跃公司 基于偏振转换的可变焦虚拟图像设备
US11187933B2 (en) * 2018-08-08 2021-11-30 Omnivision Technologies, Inc. LCOS display panel having UV cut filter
CN115037850B (zh) * 2021-03-05 2023-10-20 电子科技大学 基于液晶透镜的图像采集方法、装置、设备及存储介质

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5627817A (en) * 1995-05-08 1997-05-06 International Business Machines Corporation Optical disk data storage system with multiple write-once dye-based data layers
US7342869B2 (en) * 2002-07-08 2008-03-11 Sony Corporation Optical-recording medium playback apparatus and optical-recording medium, including flying optical head features
JP2005018840A (ja) * 2003-06-24 2005-01-20 Pioneer Electronic Corp 光ピックアップ装置
JP4379402B2 (ja) * 2005-09-16 2009-12-09 ソニー株式会社 ホログラム記録再生装置および記録再生用光学装置
JP4443505B2 (ja) * 2005-09-29 2010-03-31 三洋電機株式会社 光ピックアップ装置および光ディスク装置
JP4784474B2 (ja) * 2006-10-13 2011-10-05 ソニー株式会社 光ディスク装置及び焦点位置制御方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20110110207A1 (en) 2011-05-12
WO2010013592A1 (ja) 2010-02-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7558162B2 (en) Optical pick-up head, optical information apparatus, and optical information reproducing method
WO2010013592A1 (ja) 光学ユニット、制御方法、及び、光学的情報記録再生装置
JP2004158118A (ja) 光ヘッド装置および光学式情報記録再生装置
WO2008041330A1 (fr) Dispositif de lecture
KR100717020B1 (ko) 기록층의 두께 변화에 따른 구면 수차를 탐지하고 보상하는광픽업 장치
JP5174913B2 (ja) 光ヘッド装置及び光ディスク装置
JP4726253B2 (ja) 光ピックアップ及び情報機器
JP4756610B2 (ja) 光ピックアップ及び情報機器
JP2008021341A (ja) 光ピックアップ及び情報機器
KR101013765B1 (ko) 광 픽업장치 및 광 디스크장치와 광 기록 또는 재생 방법
JP5332858B2 (ja) 光学的情報記録再生装置及びそれに用いる光学ユニット
JP5240098B2 (ja) 光学ユニット及び光学的情報記録再生装置
US8619523B2 (en) Optical pickup and optical read/write apparatus
JP3759037B2 (ja) 光ピックアップ装置及び光ディスク装置
JP5099014B2 (ja) 光ヘッド装置および光学式情報記録再生装置
JP2005285213A (ja) 光ピックアップ装置および記録再生装置
JPWO2008126512A1 (ja) 光ヘッド装置、ならびにそれを用いた光学式情報記録再生装置および光学式情報記録再生方法
JPWO2006112352A1 (ja) 記録装置及び記録方法、並びにコンピュータプログラム
WO2009119608A1 (ja) 光学ユニット、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
JP3964209B2 (ja) 光ピックアップ装置及び光ディスク装置
WO2009125765A1 (ja) 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
JPWO2008143006A1 (ja) 光ヘッド装置及び光学式情報記録再生装置
JP2010118092A (ja) 光学ヘッド装置、光学式情報記録再生装置、誤差信号生成方法および集光位置調整方法
JP4505979B2 (ja) 光ヘッド、受発光素子および光記録媒体記録再生装置
JP2009199702A (ja) 光ピックアップ装置