WO2002073610A1 - Tete optique, dispositif optique, et element de correction d'aberration - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an optical head for performing at least one of optical signal recording and reproduction, an optical device provided with the optical head, and an optical head.
  • the present invention relates to an aberration correction element used in the method.
  • NA objective lens numerical aperture
  • the wavelength of the signal reading light beam (laser light) is 780 nm
  • the disk transmission substrate thickness the light transmission layer provided on the recording layer of the optical disk
  • the thickness of the optical disc device is 1.2 mm
  • the recording capacity is about 650 MB.
  • CD compact disc: trade name
  • the objective lens numerical aperture (NA) is 0.60
  • the signal reading light beam (laser light) wavelength is 650 nm
  • the disk transmission substrate thickness is 0.6 mm
  • the recording capacity is 4.7 times, which is about 7 times that of CD.
  • DVD Digital Versatile Disc: Trademark
  • two-layer recording is realized, in which two recording layers are provided at intervals of several tens / zm.
  • Key technologies for realizing such a high recording density and a high recording capacity include “high NA” of an objective lens and “multi-layer recording” in an optical recording medium.
  • the disk transmission As the numerical aperture (NA) of the objective lens increases, the disk transmission
  • the spherical aberration generated by the deviation of the substrate thickness from the reference value increases in proportion to the fourth power of the NAGA. That is, the generation amount of spherical aberration is expressed as follows.
  • ⁇ is the refractive index of the disk substrate
  • human is the wavelength of the signal reading light beam (laser light). That is, as can be seen from the above equation, the amount of error allowed for the thickness of the disk transmission substrate is drastically reduced with the increase in the thickness.
  • ⁇ 7 is reduced to about 1/25 compared to CD under the conditions of the comparative example.
  • multi-layer recording as an effective method for increasing the recording capacity, multiple layers having different thicknesses of the disk transmission substrate are intentionally provided by laminating them, so that each layer has a spherical aberration at the focal point. Are different values.
  • the horizontal axis represents the correction element for the luminous flux focused on the recording layer of the optical recording medium. Shows the position in the radial direction when the radius at is normalized to be 1, and the vertical axis shows the amount of phase change given to the light beam by the aberration correction element.
  • Fig. 2 shows the amount of phase change given to the light beam for signal reading by the aberration correction element, divided into the amount of phase change for spherical aberration correction and the amount of phase change for defocus correction. Indicates the radial position when the radius of the light beam focused on the recording layer of the optical recording medium is normalized to be 1 at the correction element, and the vertical axis is given to the light beam by the aberration correction element. The amount of phase change is shown.
  • the phase distribution shown in FIG. 1 corresponds to the difference between the phase distribution (1 r 4 ) and the defocus pattern (1 r 2 ) corresponding to the spherical aberration shown separately in FIG.
  • it is often used when performing aberration analysis or the like.
  • FIG. 3A is an explanatory diagram showing a procedure for optimizing both the focus bias value and the amount of spherical aberration correction provided by the aberration correction element using the phase distribution shown in FIG. 1c .
  • A is a signal characteristic represented by a contour line.
  • the vertical axis indicates the amount of phase correction provided by the aberration correction element, and the horizontal axis indicates the focus bias value.
  • FIG. 3B shows the spherical aberration amount and the defocus amount change adjusted by the phase correction amount and the focus bias value shown in FIG. 3A using the coordinate axes corrected so as to be easily understood.
  • the vertical axis indicates the amount of spherical aberration
  • the horizontal axis indicates the amount of defocus.
  • a liquid crystal panel is used as the aberration correction element 4, and spherical aberration is corrected by an aberration correction pattern as shown in FIG. 1 as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-269691.
  • the configuration is adopted, the following problems occur.
  • Japanese Patent Publication No. 10-2666911 discloses that a phase distribution close to the pattern shown in FIG. 1 is generated by a step-like pattern obtained by dividing an electrode pattern. I have to.
  • a step-like form for example, “4p—K-1 1”
  • CPM2000-91 2000-09
  • an electric field is generated not in the thickness direction of the panel but in the direction along the main surface by using electrodes located on the inner and outer peripheral sides of the liquid crystal panel, and the potential gradient in the liquid crystal layer in the panel surface direction is generated.
  • the following problems similarly occur.
  • the signal characteristics with respect to the defocus amount and the spherical aberration are as shown in FIG. 3B.
  • the signal characteristics the amplitude of the RF signal, the jitter of the RF signal, and the like can be used.
  • the “defocus amount” can be adjusted without affecting the “spherical aberration”.
  • spherical aberration can be corrected by “phase control by liquid crystal”
  • a focus error signal is formed by “phase change by liquid crystal” that occurs when the amount of spherical aberration is controlled. This also changes the shape and intensity distribution of the light spot on the photodetector to perform the operation. Therefore, the “focus bias” that improves the signal characteristics changes with the “phase control by liquid crystal”. (Actually, the best image plane position where the signal characteristics are best is slightly changed by the “spherical aberration control.” Change ).
  • the defocus amount when the “focus amount” is kept constant and the “spherical aberration amount” is changed, the defocus amount also changes with the “spherical aberration amount”, but the disc transparent substrate thickness error
  • the phase distribution corresponding to the essential aberration required when correcting the spherical aberration caused by the above is only the phase distribution (1 r 4 ) corresponding to the spherical aberration.
  • the change in the amount of aberration when the aberration correction is performed using the phase distribution shown in FIG. 1 can be expressed as follows using the variable C.
  • the present invention provides a method of increasing the recording density and increasing the recording capacity, and even when using a technique such as "enhancing NA” or "multi-layer recording", the wavefront aberration generated thereby. It is an object of the present invention to provide an aberration correction element capable of optimally correcting (mainly spherical aberration) by a simple method, an optical head using the same, and an optical device using the optical head.
  • an optical head provides at least one of recording and reproduction of an information signal on an optical recording medium having a light transmitting layer on a recording layer on which an information signal is recorded.
  • a light source for emitting a light beam; a light condensing means for condensing the light beam on a recording layer of the optical recording medium; and a light condensing means for condensing the light beam on the recording layer of the optical recording medium.
  • a light detecting means for detecting a light beam reflected by the layer, and recording the optical recording medium on an optical path from the light source to the light collecting means. It is characterized by comprising a difference correcting means for controlling the spherical aberration and the defocus of the light beam condensed on the layer in an arbitrary pattern.
  • the optical device is an optical device that performs at least one of recording and reproduction of an information signal on an optical recording medium having a light transmitting layer on a recording layer on which an information signal is recorded, and And a light head for detecting a light beam reflected from the recording layer of the optical recording medium, and controlling the light head based on a light detection signal output from the light head.
  • the optical head comprises: a light source for emitting a light beam; and a light source for recording the light beam on the optical recording medium.
  • the aberration correction element provides an optical head in which at least one of recording and reproduction of an information signal is performed on an optical recording medium having a light transmission layer on a recording layer on which an information signal is recorded.
  • an aberration correcting means is provided on the optical path from the light source to the light condensing means for controlling spherical aberration and defocus of a light beam with respect to the recording layer of the optical recording medium in an arbitrary pattern.
  • an aberration correcting means for controlling spherical aberration and defocus of a light beam with respect to a recording layer of an optical recording medium in an arbitrary pattern is provided on an optical path from the light source to the light collecting means. Therefore, even when using methods such as “higher NA” and “multi-layer recording” for higher recording density and higher recording capacity, It is possible to optimally correct surface aberrations (mainly spherical aberrations) with a simple method.
  • the radius of the beam spot of the light beam condensed on the recording layer is r, and variables different from each other are A and B, the following phase distribution equation
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of a spherical aberration correction pattern in a conventional aberration correction element.
  • FIG. 2 is a diagram c Figure 3 A and a phase distribution is an explanatory view illustrating divided into the phase distribution for the phase distribution and the defocus correction for spherical yield difference correction applied to the laser light by the aberration correcting element shown in FIG. 1 3
  • FIG. 4B is an explanatory diagram showing a procedure for optimizing both the focus bias value and the amount of spherical aberration correction of the aberration correction element by the liquid crystal element using the phase correction pattern of the aberration correction element shown in FIG. .
  • FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of an optical disc optical device incorporating an aberration correction element and an optical head according to the best mode for carrying out the present invention.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing an outline of the optical system of the optical head shown in FIG.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing a slightly specific configuration example of the optical head shown in FIG.
  • FIGS. 7A, 7B, and 7C are explanatory diagrams showing the configuration of a liquid crystal element provided in the optical head shown in FIG.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing a specific example of a phase correction pattern that can be generated using the liquid crystal element shown in FIG.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing a procedure for optimizing the focus bias value and the spherical aberration correction amount using the phase correction pattern shown in FIG.
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between the shortest mark length and the correction ratio K on the optical disc.
  • FIG. 12 is a plan view showing a state of an optical disk-shaped beam spot.
  • FIG. 14 is a graph showing the relationship between the spherical aberration correction amount, focus bias, and signal characteristics.
  • FIG. 15 is a front view showing the shape of the light receiving surface of the photodetector in the optical head.
  • Figure 16 6 and Figure 16B show the luminous flux incident on the optical disk when spherical aberration correction is performed on the (+) side in a system where the contribution of high NA light to the focus error signal is high ( Figure 16).
  • Fig. 17A and Fig. 17B show the luminous flux incident on the optical disk when spherical aberration correction is performed on the (1) side in a system where the contribution of high NA light to the focus error signal is high (Fig. 17A ) And a reflected light beam (FIG. 17B).
  • FIG. 18 is a side view showing the state of the incident light beam and the reflected light beam on the optical disc when the spherical aberration and the focus bias are in the optimum state.
  • FIGS. 19A and 19B show the optical data obtained when spherical aberration correction is performed on the (+) side in a system in which the contribution of high NA light and low NA light to the focus error signal is comparable. It is a side view showing the state of the light beam incident on the disk (Fig. 19A) and the reflected light beam (Fig. 19B).
  • FIG. 2 is a side view showing a state of a light beam (FIG. 2OA) and a reflected light beam (FIG. 20B).
  • Fig. 21A, Fig. 21B and Fig. 21C show the incident light on the optical disc when spherical aberration correction is performed when switching to an optical recording medium with a different light transmission layer thickness. It is a side view which shows the state of a bundle.
  • BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION the best mode for carrying out an optical head, an optical device, and an aberration correction element according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
  • the optical device of the present invention is configured as a device that records and reproduces information signals on an optical recording medium. It may be configured as a recording device that only records signals or a reproducing device that only reproduces information signals from an optical recording medium.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of an optical disc optical device incorporating an aberration correction element and an optical head according to the best mode for carrying out the present invention.
  • the optical disk optical device shown in FIG. 4 is an example of an optical device on which an aberration correction element and an optical head described below can be mounted.
  • the optical device 101 includes a spindle motor 103 that drives the optical disk 102 to rotate, an optical head 104, and an optical head 104. It has a feed mode 105 and a circuit block to be described later.
  • optical disk 102 an optical disk compatible with “high NA (number of pits)” or “multi-layer recording” of the objective lens can be used.
  • the spindle motor 103 is driven and rotated by the system controller 107 and the servo control circuit 109 to rotate, and rotates the optical disk 102.
  • the optical head 104 is applied to the signal recording surface of the rotating optical disk 102 in accordance with the instructions of the system controller 107 and the signal modulation / demodulation and ECC block 108. Then, light irradiation is performed. Recording and reproduction with respect to the optical disk 102 are performed by such light irradiation.
  • the optical head 104 is supported so as to be capable of moving by a feed mode 105 for moving the optical head 104 to a desired recording track on the optical disk 102. I have.
  • the optical head 104 detects various light beams as described later based on the light beam reflected from the signal recording surface of the optical disk 102, and outputs a signal corresponding to each light beam to the preamplifier unit 1. Supply 20.
  • the preamplifier section 120 generates a focus error signal, a tracking error signal, an RF signal, and the like based on the signal corresponding to each light beam, and transmits the RF signal to the signal modulation / demodulation and ECC block 108, and outputs each error signal. Is sent to the servo control unit 109.
  • the signal modulation / demodulation and ECC block 108 modulates, demodulates, and ECC (error-correction code) the transmitted RF signal according to the type of the optical disc 102 to be played back under the control of the system controller 107. Is added.
  • the system controller 107 detects the type of the loaded optical disk 102 and whether or not it is a multi-layer recording via the recording surface detection unit 106. Further, the system controller 107 controls the driving of a liquid crystal panel serving as an aberration correction element provided in the optical head 104 via the liquid crystal dryer 110.
  • the recording surface detection unit 106 detects the recording method and type of the loaded optical disc 102 by detecting the surface reflectivity of the optical disc 102 and other differences in shape and shape. In addition to detecting the relative linear velocity between the surface and the luminous flux, if the recording area of the optical disc 102 is divided, which of the divided recording areas In the case where the recording surface has a laminated recording surface, it is detected which of the laminated recording surfaces is to be detected.
  • the servo control unit 109 controls the spindle motor 103, the optical head 104, and the feed motor 105 according to each error signal sent. That is, the control of the spindle motor 103, the control of the feed motor 105, and the control of the focusing direction and the tracking direction of the two-axis actuator holding the objective lens of the optical head 104 are performed. This is performed by the servo control circuit 109, respectively.
  • the recording signal demodulated in the signal modulation / demodulation and ECC block 108 is, for example, If the optical disk 102 is for computer storage, it is sent to the external computer 130 or the like via the interface 111. Thus, the external computer 130 or the like can receive the signal recorded on the optical disk 102 as a reproduction signal.
  • the reproduced signal is digitally converted by the D / A and D / A converters of the AZD converter 112 and supplied to the audio-visual processor 113. Is done.
  • the audio / visual signal processed by the audio / visual processing unit 113 is passed through the audio / visual signal input / output unit 114 to an audio / visual device such as an external projection device. Is transmitted to
  • the signal supplied from the external computer 130 or an external audio-visual device is transmitted to the interface 111.
  • the signal is sent to the signal modulation / demodulation and ECC circuit 108 through the D / A / A / D converter 112.
  • the signal modulation / demodulation and ECC program 108 modulates the transmitted signal under the control of the system controller 107 and outputs the modulated signal to the light via the laser control circuit 115 based on the modulated signal. Controls the light source of code 104. Then, by modulating the light emission output of the light source of the light head 104, an information signal is recorded on the optical disk 102.
  • the light head 104 has a light source 2, a beam splitter (polarized beam splitter) 3, an aberration corrector 4, a quarter-wave plate 5, an objective lens 6, and a light detector 7
  • a semiconductor laser is used as the c light source 2 in which each of these optical components is individually mounted.
  • the light beam emitted from the light source 2 is incident on the beam splitter 3 and is transmitted through the reflecting surface of the beam splitter 3 by being P-polarized light with respect to the reflecting surface.
  • the aberration is provided by the aberration correction element 4.
  • the light passes through the quarter-wave plate 5 and is converged and irradiated at a certain point on the signal recording surface of the optical disc 102 by the objective lens 6.
  • the numerical aperture N A of the objective lens 6 is, for example, 0.65 or more.
  • the optical disc 102 may be provided with at least two or more recording layers.
  • the light beam reflected from the signal recording surface of the optical disk 102 passes through the objective lens 6, the ⁇ wavelength plate 5, and the aberration correction element 4 again, and enters the beam splitter 3.
  • This reflected light flux is reflected by this beam splitter 3 from the light path returning to the light source 2 because it is S-polarized with respect to the reflection surface of the beam splitter 3, that is, the light flux emitted from the light source 2 And is received by the photodetector 7.
  • the reproduction of the signal recorded on the optical disk 102 and the generation of each error signal are performed. Further, an information signal is recorded on the optical disk 102 by a light beam irradiated on the optical disk 102.
  • the optical head 104 includes a semiconductor laser element 12 serving as a light source, collimating lenses 13 and 19, a polarizing beam splitter 14 and an aberration correcting element.
  • this light head 104 the light beam emitted from the semiconductor laser element 12 is converted into a substantially parallel light beam by the collimating lens 13, and is incident on the polarizing beam splitter 14.
  • the polarization beam splitter 14 splits the light beam emitted from the semiconductor laser element 12 into a light beam for monitoring the intensity of the laser light and a light beam for recording or reproducing a signal.
  • the luminous flux from the semiconductor laser element 12 which has been separated and transmitted by the polarization beam splitter 14 is transmitted by the liquid crystal element 15 which is the best mode aberration correction element for implementing the present invention, as described above.
  • Aberration is imparted, passes through the 1/4 wavelength plate 16, converges to a point on the signal recording surface of the optical disc 102 by the objective lens 17, and is irradiated. It is.
  • the light beam reflected from the signal recording surface of the optical disk 102 is again incident on the polarizing beam splitter 14 via the objective lens 17, the ⁇ wavelength plate 16 and the liquid crystal element 15.
  • the light beam incident again on the polarizing Bimusupuridzu evening 1 4 is reflected by the reflecting surface of the polarizing Bimusupuridzu evening 1 4, c the convergent light beam is made convergent light beam incident on the collimator lens 1 9, bi one Musupuridzu evening 2 0
  • the light is branched by a pair of photodetectors 21 and 22 for obtaining a focus error signal by a so-called “spot size method”, and is received by these photodetectors 21 and 22.
  • a servo signal including a focus error signal is generated, and a signal recorded on the optical disk 102 is reproduced.
  • the aberration correction element 4 in the best mode uses the same notation as the above-described equation (1), and uses a different variable A and variable B to form a pattern expressed as the following equation (2).
  • a phase difference is given to the transmitted light beam.
  • the aberration correction element 4 is characterized in that it is possible to change both or one of the variable A and the variable B in the equation (2).
  • Such an aberration correction element that changes the variables A and B can be realized by, for example, a liquid crystal element having a configuration shown in FIG. 7A.
  • the liquid crystal element 30 is configured by sealing liquid crystal molecules 34 between two glass substrates 31A and 3IB.
  • Transparent electrodes 32 A and 32 B for applying a voltage to the liquid crystal molecules 34 are provided inside the glass substrates 31 A and 31 B (surfaces facing each other). Further, inside the transparent electrodes 32 A and 32 B (the surfaces facing each other), alignment films 33 A and 33 B for giving an alignment to the liquid crystal molecules 34 are provided. Arrows in FIG. 7A indicate the orientation direction (rubbing direction) of the orientation films 33A and 33B.
  • liquid crystal element 30 In such a liquid crystal element 30, no voltage is applied to the transparent electrodes 32A and 32B. In this state, the liquid crystal molecules 34 are arranged parallel to the respective alignment films 33 A and 33 B along the alignment direction given by the respective alignment films 33 A and 33 B. When a voltage is applied to each of the transparent electrodes 32A and 32B, the liquid crystal molecules 34 rise in a direction perpendicular to each of the alignment films 33A and 33B. At this time, the rising angle of the liquid crystal molecules 34 can be controlled by the level of the applied voltage.
  • the refractive index of the liquid crystal molecule layer becomes It changes based on the applied voltage.
  • Each of the transparent electrodes 32A and 32B is formed as a divided electrode as described in Japanese Patent Application Publication No. 10-269691, and a different voltage is applied to each divided electrode. By controlling the voltage distribution by applying the voltage, it is possible to control the phase distribution given to the transmitted light flux.
  • “4p—K-1” of the Proceedings of the 2000 Autumn Meeting of the Japan Society of Applied Physics and “IEICE Technical Report” CPM2000-91 (2000-0 9) As described in the above, the electrodes located on the inner and outer peripheral sides of the liquid crystal panel are formed, and an electric field is generated not in the thickness direction of the panel but along the main surface, so that the panel surface is formed in the liquid crystal layer.
  • a continuous phase distribution may be generated by forming a potential gradient in the direction.
  • an electrode pattern for producing a phase distribution corresponding to spherical aberration is formed on one transparent electrode 32A, and the other transparent electrode 32A is formed.
  • an electrode pattern for generating a defocus pattern is formed on the electrode 32B.
  • the aberration correction element 4 constituted by the liquid crystal element 30 may be arranged so that the light beam from the light source is incident from one of the transparent electrodes 32A, and The light beam may be arranged so as to be incident from the other transparent electrode 32B side.
  • the generation of the phase distribution as described above may be realized by using two or more liquid crystal elements in an overlapping manner. Further, in this best mode, an example in which a liquid crystal element is used as the aberration correction element 4 has been described, but the aberration correction element 4 is not limited to this.
  • a ferroelectric element made of PLZT lead lanthanum zirconate titanate
  • a piezoelectric material, or an electro-optical ceramic material may be used.
  • the amount of spherical aberration and the focus bias value are kept constant, and the amount of defocus adjustment based on the defocus pattern is varied so that the signal characteristics become the best in that state (the amount of adjustment is B (-r 2 ))).
  • K B / A is obtained by the above steps. While keeping K constant, A is changed, that is, the phase distribution corresponding to the spherical aberration and the voltage of both electrodes of the defocus pattern are controlled so that the signal characteristics become the best (or the center of tolerance). I do.
  • the method of deriving the case where the optimum value of K is unknown is described.
  • the value of K can be generally determined if the configuration of the optical disk and the optical head is determined.
  • an aberration correction pattern corresponding to the desired value of K can be provided as one transparent electrode of the aberration correction element (liquid crystal element), and the other transparent electrode can be used as a fixed electrode (entire electrode). It is. Thereby, the number of pins for driving the liquid crystal element can be reduced.
  • an aberration correction pattern corresponding to a desired value of K is provided on one of the transparent electrodes, and a defocus pattern is provided on the other transparent electrode.
  • the distribution of only the voltage applied to the transparent electrode may be provided, and the function of the defocus pattern of the other transparent electrode may be used as necessary.
  • the determination of the state in which the signal characteristics are best with respect to changes in spherical aberration, defocus, and the like is performed based on the RF signal jitter, error rate, RF signal amplitude, and the like.
  • the applicant has empirically obtained experimental results that the sensitivity is good and the deviation from the center of the margin is relatively small, based on the state where the amplitude of the shortest mark is the largest among these.
  • the shortest mark refers to, for example, a 3T mark in EFM modulation and a 2T mark in (1,7) modulation.
  • the state of the diffraction pattern that is the source of the modulation by the shortest mark is represented by (Input / (NAX [Shortest mark length] X 2)) on the horizontal axis and the optimal K value on the vertical axis, As shown in 11, it can be seen that there is a certain relationship between them.
  • the optimum K is the shortest when the aberration corresponding to the shape of the correction pattern is changed while maintaining the shape of the pattern and ⁇ is changed in order to correct the spherical aberration. This is K at which the change in mark amplitude is the smallest. Therefore, if the shortest mark length is different, the optimal value of K will change.
  • the trends in the graph shown in Fig. 11 can be interpreted as follows.
  • the value of ( ⁇ / (NAx [shortest mark length] X 2)) becomes larger, and as shown in Fig. 12, the overlap between the 0th-order light and ⁇ 1st-order light is The area corresponding to the periphery of the aperture, that is, the area where the number of apertures (NA) of the objective lens is large.
  • the optimum ⁇ ⁇ ⁇ condition is that the position where the light beam in the region contributing to the shortest mark is condensed has a phase distribution that does not change much due to aberration correction.
  • the focus error also changes due to the change in the aberration in the return light, so the above-mentioned optimal value of ⁇ does not match the above-mentioned “ ⁇ that simplifies the adjustment of aberration correction ”.
  • the optimal value of K is about 1.35.
  • the optimum value of K becomes larger as the shortest mark becomes smaller.
  • the optimum value of K can be said to be a value exceeding 1.
  • the detection of the focus error signal was performed by using a photodetector having a light receiving surface with a divided central part, as shown in Fig. 15, for the light received at this central part. Is not used for focus error detection, but is detected by the so-called “astigmatism method” using only the light received by the four light receiving surfaces on the peripheral side.
  • Hei 11-277544 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2001-1011681
  • U.S. Patent Application 09/67 1103, filed on September 27, 2000, U.S.A. Information recording / reproducing device and focus error detection method ”).
  • the luminous flux of the portion having a small numerical aperture ( ⁇ ) (hereinafter referred to as “low luminous intensity”) hardly contributes to the change of the focus error signal, and the luminous flux of the portion having a large numerical aperture ( ⁇ ). In the following, this is referred to as “high-intensity light.”
  • the return focus position is dominant to changes in the focus error signal.
  • FIGS. 16A and 16B show the state of the light beam before reflection by the optical disk and the state of the light beam after reflection by the optical disk when the (1) aberration correction is performed. Note that, in FIGS. 16A, 16B, and 18 and FIGS. 17A, 17B, 19A, 19B, 20A, and 20B, which will be described later, a broken line indicates a focus error. It indicates the return light emission focal position where the signal is 0 and the RF signal quality is the best.
  • FIGS. 168 and 16 show the optical disk is actually far away (K> 1) in the best signal state, as shown in FIGS.
  • K the optical disk
  • FIGS. 16A shows the state of the light beam before reflection
  • FIG. 16B shows the state of the light beam after reflection.
  • FIG. 17A and FIG. 17B show the state of the light beam before reflection by the optical disk and the state of the light beam after reflection by the optical disk when the (+) aberration correction is performed.
  • the (+) aberration correction is performed, as shown in Fig. 17A and Fig. 17B, the optical disk is actually approaching (K> 1) in the best signal condition. However, for high-intensity light, it appears to be farther from the in-focus position (the return focal position of the return light is farther from the objective lens than in the optimal state). Then, with the focus error signal, the signal best point is shifted to the far side.
  • FIG. 17A shows the state of the light beam before reflection
  • FIG. 17B shows the state of the light beam after reflection.
  • the division width of the photodetector is set. Since it varies, it is desirable to optimize the value of K as appropriate for each design.
  • FIGS. 19A, 19B, 20A, and 20B This is schematically shown in FIG. Considering that the contribution of the high NA light and the low NA light to the focus error signal is the same, the high NA light and the low NA light are reflected at the exit focal position where the focus error signal becomes 0 after reflection. Assume a state that is symmetrical to the Near or Far side. Considering that such a difference after reflection is given before reflection, the movement amount (shift amount) of the focus position of the low NA light should be made larger, that is, K> 1.
  • FIG. 19 ⁇ shows the light flux before reflection by the optical disk 102 when the (-) aberration correction was performed
  • Fig. 19B shows the optical disk 1 when the (1) aberration correction was performed.
  • FIG. 20B shows the luminous flux after reflection by the optical disk 102 when the aberration correction of (+) is performed, respectively.
  • the luminous flux in the high NA region mainly contributes to the focus error signal. is there. Therefore, as shown in Fig. 21A, Fig. 2IB and Fig. 21C, while maintaining the focus position of the light flux in the high NA area, the focus position shift of the light flux in the low NA area (spherical surface) Is desirable. That is, assuming that the aberration is corrected when the cover layer is thin as shown in FIG. 21A, when the cover layer is thick as shown in FIG. The focus position becomes farther than the focus position of low NA light. To correct this, as shown in FIG. 21C, the focus position of the low NA light may be adjusted to the focus position of the high NA light.
  • the optimal value of K differs depending on the focus error signal detection method.
  • the optimal spherical aberration correction pattern that is, the value of K
  • a pattern that facilitates “optimization (adjustment) of the correction amount” for a certain optical disc is considered.
  • a pattern that does not change the focus bias (FOCUS BIAS) when switching between multiple layers does not match.
  • FOCUS BIAS focus bias
  • Pattern ( ⁇ ) to Pattern (D) can be considered as patterns that can realize any K.
  • K B / A.
  • the following pattern ( ⁇ ) can be considered as a pattern that can realize simple switching of two K values.
  • Pattern ( ⁇ ) In pattern (D), move two surfaces individually (when moving each surface, do not move the other surface).
  • the following pattern (F) can be considered as a pattern to be matched to one ⁇ .
  • K B / A. Since A and B are variables for the same electrode, K is constant.
  • the recording of the optical recording medium is performed between the objective lens and the light source, and between the objective lens and the light source.
  • the use of techniques such as "higher NA” and “multi-layer recording” for higher recording density and higher recording capacity is provided by providing an aberration correction element that controls the spherical aberration and defocus of the light beam with respect to the layer in an arbitrary pattern. Even in such a case, it is possible to optimally correct the wavefront aberration (mainly spherical aberration) generated thereby by a simple method.
  • the recording layer of the optical recording medium is provided between the objective lens and the light source of the optical head and between the objective lens and the light source.
  • the variables A and B satisfy A ⁇ B. for B, the phase distribution formula a (- r) one B - by generating a phase distribution corresponding to the (r 2), a high recording density in an optical head or an optical device, "high NA for the high recording capacity It is possible to optimally correct the wavefront aberration (mainly spherical aberration) generated by such a method using a simple method even when using a method such as “enhancement” and “multilayer recording”.

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Description

明細書 光へッ ド、 光学装置、 及び収差補正素子 技術分野 本発明は、 例えば光信号記録及び再生の少なくとも一方を行なうための光へッ ド、 この光ヘッドを設けた光学装置、 及び光ヘッドに用いられる収差補正素子に 関する。 背景技術 近年、 光ディスクに代表される光記録媒体の高記録密度化、 高記録容量化が進 められている。 例えば、 光学ピヅクァヅプ装置の対物レンズ開口数 （NA) が 0 , 45、 信号読取用の光束 （レーザ光） の波長が 780 nm、 ディスク透過基板厚 (光ディスクの記録層上に設けられた光透過層の厚みをいう） が 1. 2 mmで、 記録容量約 650MBの 「CD (コンパクトディスク ：商標名） （以下、 CDと 標記する） 」 と同じ直径 120 mmのディスクを用いて、 光学ピヅクァヅプ装置 の対物レンズ開口数 （NA) を 0. 60、 信号読取用の光束 （レーザ光） の波長 を 650 nm、 ディスク透過基板厚を 0. 6 mmとし、 記録容量を CDの約 7倍 の 4. 7 GBに高めた 「DVD (デジタルバーサタイルディスク ：商標名） （以 下、 DVDと標記する） 」 が実用化されている。
さらに、 この DVDにおいては、 記録容量を約 2倍にするために、 記録層を数 十/ zmの間隔で 2層設けた、 2層記録も実現している。
このような高記録密度化、 高記録容量化を実現する上でキーとなる技術として、 対物レンズの 「高 NA化」 及び光記録媒体における 「多層記録」 がある。
しかし、 「高 NA化」 もしくは 「多層記録」 を実現するにあたっては、 以下の ような問題点が発生する。
まず、 対物レンズの開口数 （NA) が大きくなるにしたがって、 ディスク透過 基板厚の基準値からのずれ量厶七によって発生する球面収差は、 鬨口数 （NA) の 4乗に比例して増加する。 すなわち、 球面収差の発生量は、 以下のように示さ れる。
〔球面収差〕 ∞At { (n2- 1 ) /η3} Ν Α4/λ
ここで、 ηは、 ディスク基板の屈折率、 人は、 信号読取用の光束 （レーザ光） の波長である。 すなわち、 上式からわかるように、 「高 ΝΑ化」 に伴って、 ディ スク透過基板厚に許容される誤差量は激減することとなる。
ここで、 上述した CD、 DVD, 及ぴ、 さらなる高密度化を想定した比較例 「開口数 （NA) = 0. 85、 光束波長- 405 nm」 の 3つの場合に関し、 球 面収差の発生量を一定としたときの、 ディスク透過基板厚に許容される基準値か らのずれ量 Atの比率を計算すると、 以下のようになる。
CD (N A= 0. 45、 λ= 780 nm) での厶七を 1とすると、
D VD (N A= 0. 60、 入 = 650 nm) での厶七は、 0. 264 比較例 （NA= 0. 85、 え =405 nm) での厶七は、 0. 0409 許容される基準値からのずれ量 Atは、 CDから DVDで 0. 264倍、 DV
Dから比較例で 0. 1 55倍となる。 すなわち、 許容される基準値からのずれ量
△七は、 比較例の条件では、 CDに比べて、 約 1/25にまで減少することがわ かる。
また、 高記録容量化の有効な方式としての 「多層記録」 においては、 意図的に ディスク透過基板厚の異なる層を複数積層させて設けることになるため、 各層毎 に、 集光点における球面収差の発生量は異なる値となる。
以上のように、 高記録密度化、 高記録容量化を実現するために、 「高 NA化」 や 「多層記録」 等を行おうとすると、 いずれの場合にも、 ディスク透過基板厚の 誤差に起因して発生する球面収差の増大による特性劣化が問題となってしまう。 これに対し、 例えば、 特鬨平 10— 26961 1号公報に開示されているよう に、 「多層記録」 を行うにあたって、 各層毎に最適な収差になるように、 図 1に 示すように、 液晶パネルを用いて球面収差補正パターンを形成し、 収差補正を行 う手法が提案されている。
この図 1において、 横軸は光記録媒体の記録層上に集光される光束の補正素子 における半径が 1となるように正規化した場合の半径方向の位置を示し、 縦軸は 収差補正素子によって光束に与える位相変化量を示している。
また、 図 2は、 収差補正素子によって信号読取用の光束に与える位相変化量を 球面収差補正用の位相変化量とデフォーカス補正用の位相変化量とに分けて示し たものであり、 横軸は光記録媒体の記録層上に集光される光束の補正素子におけ る半径が 1となるように正規化した場合の半径方向の位置を示し、 縦軸は収差補 正素子によって光束に与える位相変化量を示している。
この図 2に示す 2つの位相変化量の差をとると、 図 1に示すような位相変化量 のパターンが得られる関係になっている。 デフォーカス補正用の位相変化量を含 まずに、 球面収差補正用の位相変化量のみを補正素子によって光束に与えようと すると、 その位相差が大きくなつてしまうため、 デフォーカス補正用の位相変化 量を含めて与えるようにしているものである。
すなわち、 図 1に示した位相分布は、 図 2において別々に示している球面収差 に対応する位相分布 （一 r 4) 及びデフォーカスパターン （一 r 2 ) の差分をとつ たものに相当し、 通常は収差分析等を行う際によく用いられるものである。
図 3 Aは、 図 1に示した位相分布を用いて、 フォーカスバイアス値と収差補正 素子が与える球面収差補正量の双方を最適化する場合の手順を示す説明図である c ここで、 図 3 Aは信号特性を等高線で表したものであり、 縦軸が収差補正素子が 与える位相補正量、 横軸がフォーカスバイアス値を示している。 また、 図 3 Bは 図 3 Aに示す位相補正量及びフォーカスバイァス値で調整される球面収差量とデ フォーカス量の変化を分かりやすいように修正した座標軸を用いて表したもので あり、 縦軸が球面収差量を示し、 横軸がデフォーカス量を示している。
ここで、 収差補正素子 4として液晶パネルを用い、 特開平 1 0— 2 6 9 6 1 1 号公報に開示されているように、 図 1に示すような収差補正パターンによって球 面収差を補正する構成をとる場合、 以下のような問題点が発生する。
なお、 特鬨平 1 0— 2 6 9 6 1 1号公報においては、 電極パターンの分割によ るステップ状のパターンによって、 擬似的に、 図 1に示すパターンに近い位相分 布を発生させるようにしている。 一方、 このようなステップ状でなくとも、 例え ば、 「 2 0 0 0年秋季応用物理学会学術講演会予稿集の 4 p— K一 1」 や、 「電 子情報通信学会 「信学技報」 CPM2000-91 (2000-09) 」 等において、 連続的な位相 分布を発生させる技術が発表されている。 これは、 液晶パネル内周側と外周側と に位置する電極を用いて、 パネルの厚み方向ではなく主面に沿う方向の電界を発 生させて、 液晶層中にパネル面方向の電位勾配を形成するものである。 しかし、 このような連続的な位相分布を発生させた液晶パネルを収差補正素子として用い たとしても、 以下のような問題点については、 同様に発生する。
すなわち、 「高 N A」 の対物レンズ、 もしくは、 「多層記録」 等を用いた光記 録媒体においては、 信号特性を最適化する場合、 フォーカスバイアス値、 及び、 液晶による球面収差補正量の双方を最適化する必要がある。
ところが、 図 1の収差補正パターンを用いて、 これを行おうとした場合、 フォ 一カスバイアス値、 及び、 液晶による補正量を変化させたときの信号特性は、 図 3 Aに示すような等高線分布となることが確認できる。
したがって、 図中の 「初期位置」 から 「最良位置」 に向かって調整を行う場合、 「フォーカスバイアスの設定」 と 「液晶補正量の設定」 とを交互に何度も繰り返 さないと、 「最良位置」 に追い込むことができない。
これは、 調整が複雑であるばかりでなく、 ちょっとした要因によって、 「最良 位置」 でない点に調整が収束してしまうことにもつながる。
これは、 以下のように考えることができる。
説明を簡単にするため、 デフォーカス量、 及び、 球面収差に対する信号特性は 図 3 Bのようになるとする。 ここで、 信号特性としては、 R F信号の振幅、 R F 信号のジッ夕一等を用いることが可能である。
上述のように、 まず 「フォーカスバイアス」 を変化させることによって、 「デ フォーカス量」 は 「球面収差」 に影響を与えることなく調整可能である。
しかし、 「球面収差」 は、 「液晶による位相制御」 によって補正できる反面、 一方で、 球面収差量を制御されるときに発生する 「液晶による位相変化」 によつ て、 フォーカスエラ一信号を形成するための光検出素子上の光スポットの形状及 ぴ強度分布にも変化を与えてしまう。 そのため、 「液晶による位相制御」 に伴つ て、 信号特性がよくなる 「フォーカスバイアス」 が変化してしまう （実際には、 「球面収差制御」 によって、 信号特性が最良となる最良像面位置も若干変化す る） 。
したがって、 「フォーカスバイアス」 を一定として、 「球面収差量」 を変化さ せた場合には、 「球面収差量」 の変化に伴ってデフォーカス量も変わってしまう, しかし、 ディスク透明基板厚の誤差によって発生する球面収差を補正する際に必 要となる本質的な収差に対応する位相分布は、 球面収差に対応する位相分布 （一 r 4 ) のみである。
そして、 図 1に示す位相分布を用いて収差補正を行う場合の収差量の変化は、 変数 Cを用いて、 以下のように表記できる。
〔パターン 0〕 = C { ( - r 4 ) - (― r 2 ) } ……式 （ 1 )
従来の調整は、 この変数 Cを変化させることとして表すことができる。
すなわち、 従来の補正は、 図 1に示す位相分布を変数 Cによって縦軸方向に全 体的に変化させるものである。
このように、 この特開平 1 0— 2 6 9 6 1 1号公報に開示された収差補正パ夕 ーンを用いて補正する場合には、 補正量の調整が複雑になるという問題点があつ た。 発明の開示 本発明は、 以上の点に鑑み、 高記録密度化や高記録容量化のために、 「高 N A 化」 「多層記録」 等の手法を用いる場合でも、 それによつて発生する波面収差 (主として球面収差） を簡便な手法で最適補正することが可能な収差補正素子、 及び、 それを用いた光ヘッ ド、 さらにその光ヘッドを用いた光学装置を提供する ことを目的としている。
本発明は前記目的を達成するため、 本発明に係る光ヘッ ドは、 情報信号が記録 される記録層上に光透過層を有する光記録媒体に情報信号の記録及び再生の少な くとも一方を行なう光ヘッドにおいて、 光束を出射する光源と、 上記光束を上記 光記録媒体の記録層に集光させる集光手段と、 この集光手段により上記光記録媒 体の記録層に集光されこの記録層により反射された反射光束を検出する光検出手 段とを備え、 上記光源から上記集光手段に至る光路上に、 上記光記録媒体の記録 層に集光される光束の球面収差及びデフォ一カスを任意のパターンで制御する収 差補正手段を備えていることを特徴とするものである。
そして、 本発明に係る光学装置は、 情報信号が記録される記録層上に光透過層 を有する光記録媒体に情報信号の記録及び再生の少なくとも一方を行なう光学装 置において、 光記録媒体に対して光束を照射するとともにこの光記録媒体の記録 層からの反射光束を検出する光へッドと、 この光へッ ドから出力される光検出信 号に基づいて上記光へッ ドを制御するサ一ボ回路と、 上記光へッドから出力され る光検出信号を処理する信号処理回路とを備え、 上記光ヘッドは、 光束を出射す る光源と、 上記光束を上記光記録媒体の記録層に集光させる集光手段と、 上記集 光手段により上記光記録媒体の記録層に集光されこの記録層により反射された反 射光束を検出する光検出手段と、 上記光源から上記集光手段に至る光路上に配設 され上記光記録媒体の記録層に集光される光束の球面収差及びデフォーカスを任 意のパ夕一ンで制御する収差補正手段とを有することを特徴とするものである。 また、 本発明に係る収差補正素子は、 情報信号が記録される記録層上に光透過 層を有する光記録媒体に情報信号の記録及び再生の少なくとも一方を行なう光へ ッド内の光路上に配設可能な収差補正素子において、 上記記録層上に集光される 光束のビームスポヅ トの半径を rとし、 互いに異なる変数を A， Bとしたときに、 以下の位相分布式
A ( - r ) — B ( - r 2 )
で示される位相分布を透過光束に発生させることを特徴とするものである。
本発明の光ヘッドでは、 上記光源から上記集光手段に至る光路上に、 光記録媒 体の記録層に対する光束の球面収差とデフォーカスを任意のパターンで制御する 収差補正手段を設けたことにより、 高記録密度化、 高記録容量のための 「高 N A 化」 「多層記録」 等の手法を用いる場合でも、 それによつて発生する波面収差 (主として球面収差） を簡便な手法で最適補正することが可能となる。
また、 本発明の光学装置では、 上記光源から上記集光手段に至る光路上に、 光 記録媒体の記録層に対する光束の球面収差とデフォーカスを任意のパターンで制 御する収差補正手段を設けたことにより、 高記録密度化、 高記録容量のための 「高 N A化」 「多層記録」 等の手法を用いる場合でも、 それによつて発生する波 面収差 （主として球面収差） を簡便な手法で最適補正することが可能となる。 そして、 本発明の収差補正素子では、 上記記録層上に集光される光束のビーム スポットの半径を rとし、 互いに異なる変数を A， Bとしたときに、 以下の位相 分布式
A ( - r ) - B ( - r 2 )
で示される位相分布を透過光束に発生させることにより、 光へッドゃ光学装置に おいて高記録密度化、 高記録容量のための 「高 N A化」 「多層記録」 等の手法を 用いる場合でも、 それによつて発生する波面収差 （主として球面収差） を簡便な 手法で最適補正することが可能となる。 図面の簡単な説明 図 1は、 従来の収差補正素子における球面収差補正パターンの一例を示す説明 図である。
図 2は、 図 1に示す収差補正素子によってレーザ光に与える位相分布を球面収 差補正用の位相分布とデフォーカス補正用の位相分布に分けて示す説明図である c 図 3 A及び図 3 Bは、 図 1に示す収差補正素子の位相補正パターンを用いてフ ォ一カスバイァス値と液晶素子による収差補正素子の球面収差補正量の双方を最 適化する場合の手順を示す説明図である。
図 4は、 本発明を実施するための最良の形態における収差補正素子及び光へッ ドを組み込んだ光ディスク光学装置の構成を示すブロック図である。
図 5は、 図 4に示す光へッドの光学系の概要を示す説明図である。
図 6は、 図 4に示す光へッドのやや具体的な構成例を示す説明図である。
図 7 A、 図 7 B及び図 7 Cは、 図 4に示す光ヘッ ドに設けられる液晶素子の構 成を示す説明図で'ある。
図 8は、 図 7に示す液晶素子を用いて生成できる位相補正パターンの具体例を 示す説明図である。
図 9は、 図 8に示す位相補正パターンを用いてフォーカスバイァス値と球面収 差補正量を最適化する場合の手順を示す説明図である。 図 1 0は、 図 4に示す光ヘッドにおける球面収差に対応する位相分布とデフォ 一カスパターンとの補正比率 K=B/Aの値を求める手法を示す説明図である。 図 1 1は、 光ディスクにおける最短マーク長と補正比率 Kとの関係を示すグラ フである。
図 1 2は、 光ディスク状のビ一ムスポットの状態を示す平面図である。
図 1 3 A、 図 1 3 B及び図 1 3 Cは、 補正比率 Kの値による収差補正量の違い を示すグラフである （図 1 3 Aは K= l、 図 1 3 Bは K= l . 2 5、 図 1 3 Cは
Κ= 1. 5 ) 。
図 1 4は、 球面収差補正量、 フォーカスバイアス及び信号特性の闋係を示すグ ラフである。
図 1 5は、 光ヘッドにおける光検出器の受光面の形状を示す正面図である。 図 1 6 Α及び図 1 6 Bは、 フォーカスエラ一信号への高 N A光の寄与度が高い 系において、 （+) 側に球面収差補正を行ったときの光ディスクへの入射光束 (図 1 6 A) 及び反射光束 （図 1 6 B) の状態を示す側面図である。
図 1 7 A及び図 1 7 Bは、 フォーカスエラー信号への高 N A光の寄与度が高い 系において、 （一） 側に球面収差補正を行ったときの光ディスクへの入射光束 (図 1 7 A) 及び反射光束 （図 1 7 B) の状態を示す側面図である。
図 1 8は、 球面収差及びフォーカスバイアスが最適な状態であるときの光ディ スクへの入射光束及び反射光束の状態を示す側面図である。
図 1 9 A及び図 1 9 Bは、 フォーカスエラ一信号への高 N A光及び低 N A光の 寄与度が同程度である系において、 （+ ) 側に球面収差補正を行ったときの光デ イスクへの入射光束 （図 1 9 A) 及び反射光束 （図 1 9 B) の状態を示す側面図 である。
図 2 0 A及び図 2 0 Bは、 フォーカスエラー信号への高 N A光及び低 N A光の 寄与度が同程度である系において、 （一） 側に球面収差補正を行ったときの光デ イスクへの入射光束 （図 2 O A) 及び反射光束 （図 2 0 B) の状態を示す側面図 である。
図 2 1 A、 図 2 1 B及び図 2 1 Cは、 光透過層の厚みの異なる光記録媒体への 切換えを行った場合における球面収差補正を行ったときの光ディスクへの入射光 束の状態を示す側面図である。 発明を実施するための最良の形態 以下、 本発明に係る光ヘッド、 光学装置及び収差補正素子を実施するための最 良の形態について、 添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、 以下に説明する最良の形態は、 本発明の好適な具体例であり、 技術的に 好ましい種々の限定が付されているが、 本発明の範囲は、 以下の説明において、 特に本発明を限定する旨の記載がない限り、 これらの態様に限定されない。 すな わち、 以下の最良の形態においては、 回転操作される光ディスクを光記録媒体と して用いているが、 この光記録媒体としては、 光ディスクに限られず、 種々の媒 体を用いることができる。 また、 以下の最良の形態においては、 本発明の光学装 置を、 光記録媒体に対する情報信号の記録及び再生を行う装置として構成してい るが、 本発明の光学装置は、 光記録媒体に対する情報信号の記録のみを行う記録 装置や、 あるいは、 光記録媒体からの情報信号の再生のみを行う再生装置として 構成してもよい。
図 4は、 本発明を実施するための最良の形態における収差補正素子及び光へッ ドを組み込んだ光ディスク光学装置の構成を示すブロック図である。 なお、 図 4 に示す光ディスク光学装置は、 以下に説明する収差補正素子及び光へッドを搭載 することが可能な光学装置の一例である。
この光学装置 1 0 1は、 図 4に示すように、 光ディスク 1 0 2を回転駆動する スピンドルモ一夕 1 0 3と、 光へッド 1 0 4と、 この光へヅド 1 0 4の送りモー 夕 1 0 5と、 後述する回路ブロックとを備えている。
ここで、 光ディスク 1 0 2としては、 対物レンズの 「高 N A (鬨口数） 化」 や 「多層記録化」 に対応した光ディスクを採用することができる。 スピンドルモー 夕 1 0 3は、 システムコントローラ 1 0 7及びサーポ制御回路 1 0 9により駆動 制御されて回転し、 光ディスク 1 0 2を回転操作する。
光へヅド 1 0 4は、 システムコントローラ 1 0 7及び信号変復調及び E C Cブ ロヅク 1 0 8の指令にしたがって、 回転する光ディスク 1 0 2の信号記録面に対 して、 それぞれ光照射を行う。 このような光照射により光ディスク 1 0 2に対す る記録、 再生が行われる。 また、 この光ヘッ ド 1 0 4は、 この光へヅ ド 1 0 4を 光ディスク 1 0 2上の所望の記録トラックまで移動させるための送りモー夕 1 0 5による移動操作が可能に支持されている。
また、 光へヅ ド 1 0 4は、 光ディスク 1 0 2の信号記録面からの反射光束に基 づいて、 後述するような各種の光束を検出し、 各光束に対応する信号をプリアン プ部 1 2 0に供給する。
プリアンプ部 1 2 0は、 各光束に対応する信号に基づいてブォ一カスエラー信 号、 トラッキングエラー信号、 R F信号等を生成し、 R F信号を信号変復調及び E C Cブロック 1 0 8に送り、 各エラー信号をサ一ボ制御部 1 0 9に送る。
信号変復調及び E C Cブロック 1 0 8は、 システムコントローラ 1 0 7の制御 に従い、 再生対象とされる光ディスク 1 0 2の種類に応じて、 送られた R F信号 の変調、 復調及び E C C (エラー訂正符号） の付加を行う。
システムコントローラ 1 0 7は、 記録面検出部 1 0 6を介して、 装着されてい る光ディスク 1 0 2の種類、 多層記録か否かなどを検出する。 また、 システムコ ントローラ 1 0 7は、 液晶ドライノ 1 1 0を介して、 光ヘッド 1 0 4に設けられ た収差補正素子となる液晶パネルの駆動を制御する。
記録面検出部 1 0 6は、 光ディスク 1 0 2の表面反射率やその他の形状的、 外 形的な違いなどを検出することにより、 装着された光ディスク 1 0 2の記録方式、 種別や、 記録面と光束との相対線速度などを検出するとともに、 この光ディスク 1 0 2の記録領域が分割されたものである場合には分割された記録領域のいずれ であるか、 この光ディスク 1 0 2が複数層の積層された記録面を有する場合には 積層された記録面のうちのいずれであるかなどを検出する。
また、 サ一ボ制御部 1 0 9は、 送られた各エラ一信号に応じて、 スピンドルモ —夕 1 0 3、 光へヅ ド 1 0 4及び送りモ一夕 1 0 5を制御する。 すなわち、 スピ ンドルモー夕 1 0 3の制御と、 送りモー夕 1 0 5の制御と、 光へヅ ド 1 0 4の対 物レンズを保持するニ軸ァクチユエ一夕のフォーカシング方向及びトラヅキング 方向の制御は、 それそれサーボ制御回路 1 0 9により行われる。
信号変復調及び E C Cブロック 1 0 8において復調された記録信号は、 例えば、 光ディスク 1 0 2がコンピュータのデ一夕ストレージ用であれば、 イン夕フエ一 ス 1 1 1を介して外部コンピュータ 1 3 0等に送出される。 これにより、 外部コ ンピュー夕 1 3 0等は、 光ディスク 1 0 2に記録された信号を再生信号として受 け取ることができる。
また、 光ディスク 1 0 2がオーディオ · ビジュアル用であれば、 再生信号は、 D /A , AZD変換器 1 1 2の D /A変換部でデジタル変換され、 オーディオ - ビジュアル処理部 1 1 3に供給される。 そして、 このオーディオ . ビジュアル処 理部 1 1 3でオーディオ · ビデオ信号処理を施された再生信号は、 オーディオ · ビジュアル信号入出力部 1 1 4を介して外部の映写機器等のオーディオ · ビジュ アル機器に伝送される。
なお、 D /A， A /D変換器 1 1 2及びオーディオ ' ビジュアル処理部 1 1 3 は、 光学装置の用途に応じて、 いずれか一方のみが備えられていればよく、 必ず 双方がともに備えられている必要はない。
また、 この光学装置により、 光ディスク 1 0 2に対する情報信号の記録を行う 場合には、 外部コンピュータ 1 3 0、 あるいは、 外部のオーディオ · ビジュアル 機器より供給された信号は、 イン夕一フェイス 1 1 1、 あるいは、 D /A， Aノ D変換器 1 1 2を経て、 信号変復調及び E C Cプロヅク 1 0 8に送られる。 この 信号変復調及び E C Cプロヅク 1 0 8は、 システムコントローラ 1 0 7の制御に 従い、 送られた信号を変調し、 変調された信号に基づいて、 レーザ制御回路 1 1 5を介して、 光へヅド 1 0 4の光源を制御する。 そして、 光へヅド 1 0 4の光源 の発光出力が変調されることにより、 光ディスク 1 0 2への情報信号の記録が行 われる。
光へヅド 1 0 4は、 図 5に示すように、 光源 2、 ビームスプリヅ夕 （偏光ビー ムスプリッ夕） 3、 収差補正素子 4、 1 / 4波長板 5、 対物レンズ 6、 光検出素 子 7を備えており、 これらの各光学部品が個別にマウントされて構成されている c 光源 2としては、 半導体レーザを用いる。
この光へヅド 1 0 4において、 光源 2から出射された光束は、 ビームスプリヅ 夕 3に入射し、 このビームスプリヅ夕 3の反射面に対して P偏光であることによ りこの反射面を透過し、 収差補正素子 4によって収差を付与される。 そして、 1 / 4波長板 5を透過し、 対物レンズ 6によって、 光ディスク 1 0 2の信号記録面 上のある一点に収束されて照射される。
対物レンズ 6の開口数 N Aは、 例えば、 0 . 6 5以上となっている。 また、 光 ディスク 1 0 2は、 前述したように、 少なくとも 2層以上の記録層が設けられて いるものであってもよい。
光ディスク 1 0 2の信号記録面からの反射光束は、 再び対物レンズ 6、 1 / 4 波長板 5、 収差補正素子 4を透過して、 ビームスプリッタ 3に入射する。 この反 射光束は、 このビ一ムスプリヅ夕 3の反射面に対して S偏光であることによりこ の反射面において反射され、 光源 2に戻る光路から分岐され、 すなわち、 光源 2 から出射された光束と分離されて、 光検出素子 7によって受光される。
そして、 この光検出素子 7からの出力信号を用いて、 光ディスク 1 0 2に記録 された信号の再生及び各エラ一信号の生成が行われる。 また、 光ディスク 1 0 2 に照射される光束により、 この光ディスク 1 0 2に対する情報信号の記録が行わ れる。
この光ヘッド 1 0 4は、 さらに具体的には、 図 6に示すように、 光源となる半 導体レーザ素子 1 2、 コリメ一夕レンズ 1 3 , 1 9、 偏光ビームスプリヅ夕 1 4、 収差補正素子となる液晶素子 1 5、 1ノ4波長板 1 6、 対物レンズ 1 7、 F A P C (Front Auto Power Control) 用の光検出素子 1 8、 ビームスプリツ夕 2 0、 光検出素子 2 1， 2 2を備えて構成される。
すなわち、 この光へヅド 1 0 4において、 半導体レーザ素子 1 2から出射され る光束は、 コリメ一夕レンズ 1 3によって略々平行光束となされ、 偏光ビームス プリヅ夕 1 4に入射する。
偏光ビームスプリヅタ 1 4では、 半導体レーザ素子 1 2から出射された光束を、 レーザ光強度をモニタするための光束と、 信号の記録、 または、 再生を行うため の光束とに分岐する。
偏光ビームスプリッ夕 1 4により分離されて透過した半導体レーザ素子 1 2か らの光束は、 この本発明を実施するための最良の形態の収差補正素子である液晶 素子 1 5によって、 上述したように収差を付与され、 1 / 4波長板 1 6を通り、 対物レンズ 1 7により光ディスク 1 0 2の信号記録面のある一点に収束し照射さ れる。
光ディスク 1 0 2の信号記録面からの反射光束は、 再び対物レンズ 1 7、 1 / 4波長板 1 6、 液晶素子 1 5を介して再び偏光ビームスプリッ夕 1 4に入射され る。 偏光ビームスプリヅ夕 1 4に再入射した光束は、 この偏光ビームスプリヅ夕 1 4の反射面で反射され、 コリメータレンズ 1 9に入射して収束光束となされる c この収束光束は、 ビ一ムスプリヅ夕 2 0によって、 例えば、 いわゆる 「スポット サイズ法」 によりフォーカスエラー信号を得るための一対の光検出素子 2 1 ， 2 2によって受光されるように分岐され、 これら光検出素子 2 1， 2 2によって受 光される。
これら光検出素子 2 1， 2 2からの出力信号を用いて、 フォーカスエラ一信号 を含めたサーボ信号の生成及び光ディスク 1 0 2に記録された信号の再生が行わ れる。
そして、 本最良の形態における収差補正素子 4は、 前述した式 （ 1 ) と同様の 表記で、 互いに異なる変数 A及び変数 Bを用いて、 以下の式 （2 ) のように表記 されるパターンの位相差を透過光束に与える。
〔パターン 1〕 = A (― r 4 ) - B ( - r 2 ) ……式 （2 )
(ただし、 A≠B )
そして、 この収差補正素子 4は、 この式 （2 ) における変数 A及び変数 Bの双 方または一方を変化させることができることを特徴としている。 このような変数 A、 変数 Bを変化させるような収差補正素子は、 例えば、 図 7 Aに示すような構 成の液晶素子によって実現することができる。
液晶素子 3 0は、 図 7 Aに示すように、 2枚のガラス基板 3 1 A、 3 I Bの間 に液晶分子 3 4を封止して構成されている。 各ガラス基板 3 1 A、 3 1 Bの内側 (互いに対向する面） には、 液晶分子 3 4に電圧を印加するための透明電極 3 2 A、 3 2 Bが設けられている。 また、 各透明電極 3 2 A、 3 2 Bの内側 （互いに 対向する面） には、 液晶分子 3 4に配向を与える配向膜 3 3 A、 3 3 Bが設けら れている。 なお、 図 7 A中の矢印ひは、 配向膜 3 3 A、 3 3 Bの配向方向 （ラビ ング方向） を示している。
このような液晶素子 3 0では、 各透明電極 3 2 A、 3 2 Bに電圧を印加しない 状態では、 液晶分子 3 4は、 各配向膜 3 3 A、 3 3 Bにより与えられる配向方向 に沿って、 各配向膜 3 3 A、 3 3 Bに平行に配置されている。 また、 各透明電極 3 2 A、 3 2 Bに電圧を印加すると、 液晶分子 3 4は、 各配向膜 3 3 A、 3 3 B に直交する方向に立ち上がる。 この際、 印加電圧のレベルよつて、 液晶分子 3 4 の立ち上がる角度を制御することができる。
そして、 この最良の形態において液晶素子 3 0によって構成された収差補正素 子 4では、 電極 3 2 A、 3 2 Bにより液晶分子 3 4に電圧を印加すると、 この液 晶分子層の屈折率は、 印加電圧に基づいて変化する。
なお、 各透明電極 3 2 A、 3 2 Bを、 特閧平 1 0— 2 6 9 6 1 1号公報に記載 されているような分割電極として形成し、 分割された各電極に異なる電圧を印加 して電圧分布を制御することにより、 透過する光束に与える位相分布を制御する ことが可能である。 また、 前述した 「 2 0 0 0年秋季応用物理学会学術講演会予 稿集の 4 p— K一 1」 や 「電子情報通信学会 「信学技報」 CPM2000- 91 (2000-0 9) 」 等に記載されているように、 液晶パネル内周側と外周側とに位置する電極を 形成し、 パネルの厚み方向ではなく主面に沿う方向の電界を発生させて、 液晶層 中にパネル面方向の電位勾配を形成して連続的な位相分布を発生させることとし てもよい。
そして、 この最良の形態においては、 一方の透明電極 3 2 Aには、 図 7 Bに示 すように、 球面収差に対応する位相分布を究生させるような電極パターンを形成 し、 他方の透明電極 3 2 Bには、 図 7 Cに示すように、 デフォーカスパターンを 発生させるような電極パ夕一ンを形成している。 そして、 これらの電極に対する 印加電圧を制御することにより、 上述した変数 A及び変数 Bを独立に可変制御す ることが可能である。
なお、 この液晶素子 3 0によって構成された収差補正素子 4は、 光源からの光 束が一方の透明電極 3 2 Aの側から入射されるように配置してもよいし、 また、 光源からの光束が他方の透明電極 3 2 Bの側から入射されるように配置してもよ い
また、 液晶素子を 2枚以上重ねて用いることにより、 上述のような位相分布の 発生を実現してもよい。 また、 この最良の形態においては、 収差補正素子 4として液晶素子を用いた例 を述べたが、 収差補正素子 4はこれに限られず、 例えば、 PLZ T (ジルコン酸 チタン酸鉛ランタンからなる強誘電性、 圧電性、 電気光学性のセラミック材） 等 の位相変化材料を用いても構成することができる。
また、 位相補正パターンは、 変数 A、 Bの比を変化させることにより、 例えば、 図 8に列挙するように、 種々変化させることが可能である。 なお、 図 8において は、 パターン形状の変化を示すため、 A= l、 K = B/Aとして、
〔パターン 1〕 =A { (- r ) 一 K (- r 2) }
の （補正比率） を変化させて示している。
また、 上述した 「球面収差補正による最適フォーカスバイアスの変化」 は、 フ オーカスエラ一の形成方法によっても異なるが、 適切な Kを選べば、 「フォー力 スバイアス値」 と 「位相補正量 A」 に対する信号特性の分布を、 図 9に示すよう に、 調整の容易な分布とすることが可能である。 これにより、 初期位置から最良 位置への調整手順を簡便化、 正確化することが可能である。
次に、 球面収差に対応する位相分布とデフォーカスパターンとの補正比率 K = Β/Αの値を求める手法について、 図 1 0を用いて簡単に説明する。 光学装置に 光ディスクを装着し、 光ヘッドの光源を点灯した状態で、 以下の操作を行う。
( 1 ) まず、 初期位置から、 「フォーカスバイアス値」 を振って （変化させ） 、 信号特性の最良点 （もしくはトレランス中心点） を求める。
( 2 ) 次に、 球面収差に対応する位相分布による収差補正を行い、 球面収差を A (- r 4) だけ付加する （なお、 付加する方向は信号特性が向上する方向とす る） 。
(3) 次に、 球面収差量、 フォーカスバイアス値を一定にして、 デフォーカス パターンによるデフォーカス調整量を振り、 信号特性がその状態で最良になるよ うにする （調整量は、 B (-r 2) ) 。
(4) 上記のステップにより、 K = B/Aが求められる。 この Kを一定にした まま、 Aを変化させ、 すなわち、 球面収差に対応する位相分布及びデフォーカス パターンの両電極の電圧を制御して、 信号特性が最良 （もしくはトレランス中 心） となるようにする。 なお、 ここでは、 Kの最適値が不明である場合について、 その導出手法を述べ たが、 この Kの値は、 光ディスクと光へヅ ドの構成が決まれば、 概ね決めること ができる。 その場合に、 所望の Kの値に相当する収差補正パターンを収差補正素 子 （液晶素子） の一方の透明電極として設けておき、 他方の透明電極は固定電極 (全面電極） としておくことも可能である。 それにより、 液晶素子を駆動するピ ン数を低減することが可能である。
また、 所望の Kの値に相当する収差補正パターンを一方の透明電極に設け、 他 方の透明電極にデフォーカスパターンを設けておき、 Kを一定に保って変化させ る際には、 一方の透明電極の印加電圧のみに分布をもたせ、 必要に応じて、 他方 の透明電極のデフォーカスパターンの機能を用いるようにしてもよい。
以下、 さらに、 球面収差補正パターンの最適化について考察する。
最適なパターンには大きく分けて、 以下の 2種類が考えられる。
( 1 ) ある光ディスクに対して、 「補正量の最適化 （調整） 」 がし易いパ夕一 ン
( 2 ) 光ディスクにおける多層記録層間の切り換えの際に、 フォーカスバイァ ス （FOCUS BIAS) が変わらないようにするパターン
ここで、 まず、 対物レンズと光ディスクの記録面との位置関係が変わらない場 合に、 球面収差 （r 4項） とデフォーカス （r 2項） との最適な補正比率 Kがいく つになるかについて考える。
〔補正パターン〕 = A { ( - r 4) — K ( - r 2 ) }
なお、 球面収差、 デフォーカス等の変化に対して、 信号特性が最良となる状態 の判断は、 R F信号のジヅ夕、 エラーレート、 R F信号振幅等に基づいて行う。 本件出願人は、 これらの中でも、 最短マークの振幅が最大となる状態を基準にす るのが、 感度もよく、 マージンの中心とのずれも比較的小さいという実験結果を 経験的に得ている。 ここで、 最短マークというのは、 例えば、 E F M変調におい ては、 3 Tマークを指し、 （ 1 , 7 ) 変調においては、 2 Tマークを指す。 最短マークによる変調のもととなる回折パターンの状態を表すものとして、 〔入/ ( N A X 〔最短マーク長〕 X 2 ) 〕 を横軸にとり、 縦軸に最適な Kの値を とると、 図 1 1に示すように、 これらの間には一定の関係があることがわかる。 ここで、 最適な Kとは、 球面収差を補正するために、 補正パターンの形状に対 応した収差を、 パターンの形状を維持したまま大きさを変化させ、 Αを変化させ た場合に、 最短マーク振幅の変化が最も小さくなる Kということである。 したが つて、 最短マーク長が異なると、 最適な Kの値は変化してしまう。
図 1 1に示したグラフの傾向は、 次のように解釈することができる。 すなわち、 最短マークが小さくなるほど、 〔ぇ/ (NAx 〔最短マ一ク長〕 X 2) 〕 の値は 大きくなり、 図 1 2に示すように、 0次光と ± 1次光との重なりは、 アパーチャ の周辺部、 すなわち、 対物レンズの鬨口数 （NA) が大きい部分に相当する領域 になる。
一方、 Kが大きくなると、 図 1 3A、 図 13 B及び図 1 3 Cに示すように、 位 相分布がフラッ トに近い部分が、 開口数 （NA) が大きい部分に相当する領域に シフトしていく。 図 1 3Aは K= l、 図 1 3Bは K= l . 25、 図 1 3 Cは Κ = 1. 5における光束半径方向の位相分布を示している。
したがって、 最短マークに寄与する領域の光線が集光する位置が、 収差補正に よってあまり変わらないような位相分布になっていることが、 最適な Κの条件で あると解釈できる。
実際には、 戻り光における収差の変化によって、 フォーカスエラーも変化して しまうため、 上記の最適な Κの値は、 上述した 「収差補正の調整を簡便とする Κ」 とは一致しない。
なお、 「DVD (デジタルバーサタイルディスク） 」 用の光へヅ ドにおいては、 最適な Kの値は、 1. 35程度となっている。 そして、 DVDよりもさらに高密 度化を図った光ディスク用の光へッドにおいては、 上述の最短マークがより小さ くなつてゆくことに伴って、 最適な Kの値は、 より大きくなる。 すなわち、 DV Dと同等、 あるいは、 より高密度化を図った光ディスク用の光ヘッドにおいては、 最適な Kの値は、 1を超えた値であるといえる。
ここで、 上述の基準において最適な Kが 1. 1 5となる最短マーク長の系にお いて、 K= 1である液晶素子を用いて収差補正を行った結果を示す。 このときの 球面収差補正量を縦軸にとり、 フォーカスバイアスを横軸にとると、 図 14に示 すように、 信号特性を等高線で表すことができる。 （r2) 項によるデフォーカス 効果が l //m 変化する量の （+ ) の球面収差補正を行った場合に、 最適なフォー カスバイアスは、 0 . 1 5 //in相当量だけ、 光ディスクから離れる側 （Disc F ar) にずれた。 この場合、 K= 0. 85とすることで、 フォーカスバイアスずれ がなくなることを意味する。 この点については、 次のように解釈することができ る。
すなわち、 この実験においては、 フォーカスエラー信号の検出を、 図 1 5に示 すように、 中央部分が分割された受光面を有する光検出器を用いて、 この中央部 分で受光された光についてはフォーカスエラー検出に用いず、 周辺側の 4つの受 光面で受光された光のみを用いていわゆる 「非点収差法」 により検出するという 方式 （本件出願人が先に提案している特願平 1 1— 277544号 （特開 200 1 - 10 1 68 1) (米国特許出願 09/ 67 1 103、 米国出願日 2000年 9月 27日、 名称 「光へ、ソ ド、 光検出素子、 光情報記録再生装置および焦点誤差 検出方法」 ） に示した方式） によって行った。 そのため、 閧口数 （ΝΑ) が小さ い部分の光束 （以下、 「低 ΝΑ光」 という。 ） は、 フォーカスエラー信号の変化 にほとんど寄与しておらず、 開口数 （ΝΑ) が大きい部分の光束 （以下、 「高 Ν Α光」 という。 ） の戻り合焦位置が、 フォーカスエラー信号の変化に対して支配 的となっている。
ここで、 図 1 8に示すように、 R F信号の質が最良な状態でフォーカスエラー 信号が 0となるときを基準に考える。 図 1 6 A及び図 1 6 Bは、 それそれ （一） の収差補正を行った場合における光ディスクによる反射前の光束の状態及ぴ光デ イスクによる反射後の光束の状態を示している。 なお、 これら図 1 6A、 図 1 6 B、 図 1 8及び後述する図 17 A、 図 1 7 B、 図 19 A、 図 19 B、 図 20 A及 び図 20 Bにおいて、 波線は、 フォーカスエラー信号が 0で RF信号の質が最良 となる戻り光出射焦点位置を示している。
すなわち、 （一） の収差補正を行った場合においては、 図 16八及ぴ図 1 6 に示すように、 信号最良の状態では、 光ディスクが実際には遠ざかつている （K > 1 ) にも関わらず、 高 N A光にとっては、 合焦位置よりもニァ （Near) 側にあ るように見える （戻り光の出射焦点位置が、 最適状態よりも対物レンズに近い側 になる） 。 すると、 フォーカスエラー信号では、 信号最良点がニァ （Near) 側に ずれたという結果になる。 図 1 6 Aは、 反射前の光束の状態を示し、 図 1 6 Bは、 反射後の光束の状態を示している。
そして、 図 1 7 A及び図 1 7 Bは、 それそれ （+ ) の収差補正を行った場合に おける光ディスクによる反射前の光束の状態及び光ディスクによる反射後の光柬 の状態を示している。 （+ ) の収差補正を行った場合においては、 図 1 7 A及び 図 1 7 Bに示すように、 信号最良の状態では、 光ディスクは実際には近づいてい る （K > 1 ) にも閧わらず、 高 Ν Α光にとっては、 合焦位置よりもファー （Far) 側にあるように見える （戻り光の出射焦点位置が、 最適状態よりも対物レンズか ら遠い側になる） 。 すると、 フォーカスエラ一信号では、 信号最良点がファー (Far) 側にずれたという結果になる。 図 1 7 Aは、 反射前の光束の状態を示し、 図 1 7 Bは、 反射後の光束の状態を示している。
この結果は、 フォーカスエラ一信号をいわゆる 「非点収差法」 や 「スポヅトサ ィズ法」 などアパーチャ内の光束がフォーカスエラー信号に寄与する度合いが異 なる方法で検出する系では、 違った結果になることを示している。
さらに実際には、 フォーカスエラ一信号を検出する戻り光路の N Aをどれくら いにするか、 「スポッ トサイズ法」 であれば、 光検出器の分割幅をどのように設 定するか等によっても変化するので、 Kの値は、 それそれの設計に応じて、 適宜、 最適化することが望ましいことになる。
もう一例として、 高 N A光と低 N A光とのフォーカスエラ一信号に対する寄与 の度合いが同じ系に関して、 上述と同様に、 図 1 9 A、 図 1 9 B、 図 2 0 A及び 図 2 0 Bに模式的に表す。 高 N A光と低 N A光のフォーカスエラ一信号に対する 寄与が同じであることを考慮し、 反射後において、 フォーカスエラー信号が 0に なる出射焦点位置に対して、 高 N A光と低 N A光とがニァ （Near) 側、 または、 ファー （Far) 側に対称になるような状態を想定する。 反射後にそのようになる収 差を反射前に与えておくことを考えると、 低 N A光の合焦位置の移動量 （シフ ト 量） をより大きくする、 すなわち、 K > 1とすればよい。
なお、 図 1 9 Αは、 （―） の収差補正を行った場合における光ディスク 1 0 2 による反射前の光束、 図 1 9 Bは、 （一） の収差補正を行った場合における光デ イスク 1 0 2による反射後の光束、 図 2 O Aは、 （+ ) の収差補正を行った場合 における光ディスク 1 0 2による反射前の光束、 図 2 0 Bは、 （+ ) の収差補正 を行った場合における光ディスク 1 0 2による反射後の光束を、 それそれ示して いる。
次に、 多層記録の光ディスクの場合等のように、 力パー層の厚みが大きく異な る状態の間で切り換えを行う場合について考える。 この ¾合には、 上述した場合 とは異なり、 信号記録面上で球面収差が最適補正されることになるから、 補正前 後でフォーカスエラー信号に寄与する光束の合焦位置がなるべく変化しない Kが 最適な Kということになる。
図 1 5に示した中央部分が分割された受光面を有する光検出器を用いる場合に ついて考えると、 この場合には、 フォーカスエラー信号に主に寄与するのは、 N Aが高い領域の光束である。 したがって、 図 2 1 A、 図 2 I B及び図 2 1 Cに示 すように、 N Aが高い領域の光束の合焦位置を維持したまま、 N Aが低い領域の 光束の合焦位置のずれ （球面収差） を補正するようなパターンが望ましい。 すな わち、 図 2 1 Aに示すように、 カバ一層が薄い状態において収差が補正されてい るとすると、 図 2 1 Bに示すように、 カバー層が厚い状態となると、 高 N A光の 合焦位置が低 N A光の合焦位置よりも遠くになる。 これを補正するときには、 図 2 1 Cに示すように、 低 N A光の合焦位置を高 N A光の合焦位置に合わせるよう にすればよい。
これを実現する Kの値は、 上述した 「最短マークの振幅を維持する Kの値の部 分の図」 （図 1 3 A、 図 1 3 B及び図 1 3 C ) からわかるように、 1 . 2 5 程 度となる。
そして、 この場合においても、 フォーカスエラー信号の検出方式によって、 最 適な Kの値は異なってくる。 また、 上述のように、 最適な球面収差補正パターン (即ち Kの値） を考えた場合、 一般的に、 ある光ディスクに対して 「補正量の最 適化 （調整） 」 を容易とするパターンと、 多層間の切り換えの際にフォーカスバ ィァス （FOCUS BIAS) を変化させないパターンとは、 一致しない場合が多い。 次に、 本発明を実施するための最良の形態における光へッドにおいて採用し得 る各パターンが、 どういう場合に適合するものであるかについて、 以下の補正パ 夕ーンにおいて考える。 〔補正パターン〕 =A { (― r4) -Κ (— r2) }
あらゆる K を実現できるパターンとしては、 以下の 4つ （パターン （Α) 乃至 パターン （D) ) が考えられる。
パターン （Α)
一面 ： A (-r4)
他面 ： B (- r 2)
補正パターン ： A (- r 4) ― B (- r 2)
=A { (― r 4) - (B/A) (-r 2) }
= A { (- r 4) -K (一 r2) } (VB/A = K)
この場合、 K = B/Aとなる。
パターン （B)
一面 ： A (— r4) 一 B 1 (― r 2)
他面 ： ： B 2 (— r 2)
補正パターン ： A (- r 4) -B 1 (- r 2) -B 2 (― r2)
= A (一 r" 一 (Β 1 +Β 2 ) (― r2)
= A (- r 4) ― B (- r 2) (VB 1 + B 2 = B)
=A { (-r4) - (B/A) (一 r 2) }
= A { (- r 4) — K (一 r2) } (VB/A = K)
この場合、 K = B/A= (B l +B 2) /Aとなる。
パターン （C)
一面 ： A 1 (- r 4) -B (- r 2)
他面 ： — A 2 (-r 4)
補正パターン ： A l (— r4) — B (- r 2) + A 2 (- r 4)
= (A 1 + A 2 ) (一 r 4) — B (— r 2)
= A (- r 4) 一 B (- r 2) (V A 1 + A 2 = A)
=A { (— r4) — (B/A) (-r 2) }
=A { (- r 4) 一 K (一 r2) } (VB/A = K)
この場合、 K = B/A = B/ (A 1 + A 2 ) となる。
パターン （D) 一面 ： A 1 (- rつ — B 1 (- r 2)
他面：一 A2 (- r 4) +B 2 (- r 2)
補正パターン ： A l (- r 4) -B 1 (— r2) + A 2 (- r 4) -B 2 (- r
= (A 1 + A 2 ) (- r 4) - (B 1 +B 2 ) (- r 2)
=A (-r4) -B (-r2) ( · A 1 + A 2 = A ) ( ' B 1 + B 2 = B ) =A { (-r4) - (B/A) (一 r2) }
= A { (一 r4) — K (- r 2) } (VB/A = K)
この場合、 K = B/A= (B 1 +B 2) / (A 1 +A2) となる。
そして、 2つの Kの値の簡便な切換えを実現できるパターンとしては、 以下の パターン （Ε) が考えられる。
パターン （Ε) パターン （D) において、 2面を個別に動かす （各面について動 かすとき、 他方の面については動かさない） 。
また、 1つの Κに合わせこむパターンとしては、 以下のパターン （F) が考え られる。
パターン （F)
一面 ： Α (— r 4) -B (- r 2)
他面 ： 固定電極 （全面電極）
補正パターン ： A (- r 4) -B (- r 2)
=A { (-r4) - (B/A) (― r }
= A { (- r 4) 一 K (- r 2) } (VB/A = K)
この場合、 K = B/Aとなり、 A、 Bは同一電極についての変数なので、 Kは 一定値となる。
そして、 以下の 4つのケース （ケース 1乃至ケース 4) に対して、 それそれ上 述のパターンのいずれが適しているかを示す。
〔ケース 1〕 多層ディスク等に対応せず、 調整の簡便性のみ重視する場合には、 パターン （F) を使用するのがよい。
〔ケース 2〕 ばらつき等も含めて、 Kの値を任意に設定したい場合には、 パ夕 ーン （A) 乃至パターン （D) のいずれかのパターンを使用するのがよい。 〔ケース 3〕 例えば、 調整と、 複数の記録層間の切り換えとのために、 2つの Kが必要な場合には、 パターン （D ) を使用するのがよい。
〔ケース 4〕 収差補正素子の構造や、 駆動、 制御の簡素化を考え、 調整、 もし くは、 複数の記録眉間の切り換えのいずれか、 もしくは、 双方のトレードオフと なる 1つの Kのみに設定する場合には、 パターン （F ) を使用するのがよい。 その他、 本発明は、 上述した最良の形態に限定されることなく、 本発明の要旨 を逸脱しない範囲で種種の応用及ぴ変形が考えられる。
以上説明したように、 本発明を実施するための最良の形態の光へッドによれば、 対物レンズと光源との間に、 上記対物レンズと上記光源との間に、 光記録媒体の 記録層に対する光束の球面収差とデフォーカスを任意のパターンで制御する収差 補正素子を設けたことにより、 高記録密度化、 高記録容量のための 「高 N A化」 「多層記録」 等の手法を用いる場合でも、 それによつて発生する波面収差 （主と して球面収差） を簡便な手法で最適補正することが可能となる。
また、 本発明を実施するための最良の形態の光学装置によれば、 光ヘッドの対 物レンズと光源との間に、 上記対物レンズと上記光源との間に、 光記録媒体の記 録層に対する光束の球面収差とデフォーカスを任意のパターンで制御する収差補 正素子を設けたことにより、 高記録密度化、 高記録容量のための 「高 N A化」 「多層記録」 等の手法を用いる場合でも、 それによつて発生する波面収差 （主と して球面収差） を簡便な手法で最適補正することが可能となる。
また、 本発明を実施するための最良の形態の収差補正素子によれば、 光ヘッ ド による信号記録方向に対応する方向の有効半径を rとしたときに、 A≠Bを満た す変数 A、 Bについて、 位相分布式 A ( - r ) 一 B ( - r 2) に相当する位相分 布を発生させることにより、 光ヘッドや光学装置において高記録密度化、 高記録 容量のための 「高 N A化」 「多層記録」 等の手法を用いる場合でも、 それによつ て発生する波面収差 （主として球面収差） を簡便な手法で最適補正することが可 能となる。

Claims

請求の範囲
1. 情報信号が記録される記録層上に光透過層を有する光記録媒体に情報信号の 記録及び再生の少なくとも一方を行なう光へッ ドにおいて、
光束を出射する光源と、
上記光束を上記光記録媒体の記録層に集光させる集光手段と、
上記集光手段により上記光記録媒体の記録層に集光されこの記録層により反射 された反射光束を検出する光検出手段とを備え、
上記光源から上記集光手段に至る光路上に、 上記光記録媒体の記録層に集光さ れる光束の球面収差及ぴデフォーカスを任意のパタ一ンで制御する収差補正手段 を備えていることを特徴とする光へッド。
2. 上記収差補正手段は、 上記記録層上に集光される光束のビームスポットの半 径を rとし、 互いに異なる変数を A， Bとしたときに、 以下の位相分布式
A (- r 4) -B (- r 2)
で示される位相分布を光束に発生させることを特徴とする請求の範囲第 1項記載 の光へヅ ド。
3. 上記集光手段は、 開口数が 0. 65以上であることを特徴とする請求の範囲 第 2項記載の光へッド。
4. 上記収差補正手段は、 上記位相分布式における変数 A及び変数 Bを互いに独 立に変化させることを特徴とする請求の範囲第 2項記載の光へッド。
5. 上記位相分布式における A、 Bを用いて、 B/A = Kとし、 この位相分布式 を以下のように示したとき、
A (- r 4) -B (- r 2)
= A { (- r 4) -B/A (一 r 2) }
=A { (- r 4) -K (- r 2) }
Kの値を、 光束に与える球面収差量を変化させたときに生ずるフォーカスバイ ァスをキャンセルしてフォーカスバイァス値の変化量が極小となる値に設定した ことを特徴とする請求の範囲第 2項記載の光へッド。
6. Kの値が、 1を超えていることを特徴とする請求の範囲第 5項記載の光へッ
7. 少なくとも 2層以上の記録層が設けられている光記録媒体に対して、 情報信 号の記録及び再生の少なくとも一方を行なうことを特徴とする請求の範囲第 2項 記載の光へヅド。
8. 上記位相分布式における A、 Bを用いて、 B/A = Kとし、 この位相分布式 を以下のように示したとき、
A (- r ) 一 B (- r 2)
= A { (一 r 4) -B/A (一 r 2) }
= A { (- r 4) -K (- r 2) }
Kの値を、 上記光記録媒体における 2層以上の記録層のうちの記録層の選択の 切換えによって生ずるフォ一カスバイァス値の変化をキャンセルする値としたこ とを特徴とする請求の範囲第 7項記載の光へッド。
9. 上記位相分布式における A、 Bを用いて、 B/A-Kとし、 この位相分布式 を以下のように示したとき、
A (- r ) — B (- r 2)
=A { (-r4) 一 B/A (- r2) }
= A { (一 r4) 一 Κ (- r 2) }
Kの値として、 上記光記録媒体における 2層以上の記録層に対応させて予め複 数の値を設定しておき、 選択された記録層に対応する Kの値を選択して用いるこ とを特徴とする請求の範囲第 7項記載の光へッ ド。
1 0. 上記収差補正手段は、 印加電圧に基づいて屈折率が変化する屈折率可変手 段と、 この屈折率可変手段に電圧を印加するための電極とを備えて構成されてい ることを特徴とする請求の範囲第 2項記載の光へッド。
1 1. 上記収差補正手段は、 液晶素子により構成されていることを特徴とする請 求の範囲第 1 0項記載の光へヅ ド。
1 2. 上記電極により印加される電圧値は、 透過する光束に対して同心円状の分 布をもつことを特徴とする請求の範囲第 10項記載の光へッド。
13. 上記収差補正手段は、 上記屈折率可変手段の両側に対をなす電極が設けら れて構成され、 一方の電極により、 上記位相分布式における 〔A (― r4) 〕 項に 相当する位相分布を発生させ、 他方の電極により、 上記位相分布式における 〔B (- r 2) 〕 項に相当する位相分布を発生させることを特徴とする請求の範囲第 1 0項記載の光へッ ド。
14. 上記収差補正手段は、 上記屈折率可変手段の両側に対をなす電極が設けら れて構成され、 上記位相分布式において、 B = B 1 +B 2とした場合において、 一方の電極により、 〔A (- r 4) 一 B 1 (-r 2) 〕 項に相当する位相分布を発 生させ、 他方の電極により、 上記位相分布式における 〔B 2 (-r2) 項に相当 する位相分布を発生させることを特徴とする請求の範囲第 10項記載の光へッド。
1 5. 上記収差補正手段は、 上記屈折率可変手段の両側に対をなす電極が設けら れて構成され、 上記位相分布式において、 A = A 1 + A 2とした場合において、 ' 一方の電極により、 〔A 1 (- r 4) 一 B (- r 2) 〕 項に相当する位相分布を発 生させ、 他方の電極により、 上記位相分布式における 〔― A 2 (- r 4) 〕 項に相 当する位相分布を発生させることを特徴とする請求の範囲第 10項記載の光へッ ド。
1 6. 上記収差補正手段は、 上記屈折率可変手段の両側に対をなす電極が設けら れて構成され、 上記位相分布式において、 A = A 1 +A 2、 B = B 1 +B 2とし た場合において、 一方の電極により、 〔A 1 (- r 4) -B 1 (一 r2) 〕 項に相 当する位相分布を発生させ、 他方の電極により、 上記位相分布式における 〔― A
2 (- r 4) +B 2 (- r 2) 〕 項に相当する位相分布を発生させることを特徴と する請求の範囲第 1 0項記載の光へッド。
17. 上記収差補正手段は、 上記屈折率可変手段の両側に対をなす電極が設けら れて構成され、
上記位相分布式における A、 Bを用いて、 B/A = Kとし、 この位相分布式を 以下のように示したとき、
A (一 r 4) -B (- r 2)
=A { (-r4) -B/A (-r2) }
= A { (— r4) ― K (― r 2) }
一方の電極により、 Kの値が、 光束に与える球面収差量を変化させたときに生 ずるフォーカスバイアスをキャンセルしてフォーカスバイァス値の変化量が極小 となる値に設定され、 他方の電極により、 Kの値が、 上記光記録媒体における 2 層以上の記録層のうちの記録層の選択の切換えによって生ずるフォーカスバイァ ス値の変化をキャンセルする値に設定されることを特徴とする請求の範囲第 1 0 項記載の光へッ ド。
1 8 . 上記収差補正手段は、 上記屈折率可変手段の両側に対をなす電極が設けら れて構成され、
上記位相分布式における A、 Bを用いて、 B / A = Kとし、 この位相分布式を 以下のように示したとき、
A ( - r 4) - B (一 r 2 )
= A { (― r 4 ) - B / A ( - r 2 ) }
= A { (一 r 4 ) — K (― r 2 ) }
一方の電極により、 Kの値が、 光束に与える球面収差量を変化させたときに生 ずるフォーカスバイアスをキャンセルしてフォーカスパイァス値の変化量が極小 となる値に設定され、 他方の電極により、 上記光記録媒体における 2層以上の記 録層に対応させて予め設定された複数の Kの値のうちから、 選択された記録層に 対応する Kの値が選択されることを特徴とする請求の範囲第 1 0項記載の光へッ ド'。
1 9 . 情報信号が記録される記録層上に光透過層を有する光記録媒体に情報信号 の記録及び再生の少なくとも一方を行なう光学装置において、
光記録媒体に対して光束を照射するとともに、 この光記録媒体の記録層からの 反射光束を検出する光へッドと、
上記光へッドから出力される光検出信号に基づいて上記光へツ ドを制御するサ ーボ回路と、
上記光へッドから出力される光検出信号を処理する信号処理回路とを備え、 上記光ヘッドは、 光束を出射する光源と、 上記光束を上記光記録媒体の記録層 に集光させる集光手段と、 上記集光手段により上記光記録媒体の記録層に集光さ れこの記録層により反射された反射光束を検出する光検出手段と、 上記光源から 上記集光手段に至る光路上に配設され上記光記録媒体の記録層に集光される光束 の球面収差及びデフォーカスを任意のパターンで制御する収差補正手段とを有す ることを特徴とする光学装置。
20. 上記収差補正手段は、 上記記録層上に集光される光束のビームスポットの 半径を rとし、 互いに異なる変数を A, Bとしたときに、 以下の位相分布式
A (- r 4) — B (- r 3)
で示される位相分布を光束に発生させることを特徴とする請求の範囲第 1 9項記 載の光学装置。
2 1. 上記集光手段は、 開口数が 0. 65以上であることを特徴とする請求の範 囲第 20項記載の光学装置。
22. 上記収差補正手段は、 上記位相分布式における変数 A及び変数 Bを互いに 独立に変化させる手段を有することを特徴とする請求の範囲第 20項記載の光学
23. 上記位相分布式における A、 Bを用いて、 B/A = Kとし、 この位相分布 式を以下のように示したとき、
A (- r 4) -B (一 r 2)
=A { (一 r4) -B/A (一 r 2) }
= A { (― r4) — K (一 r2) }
Κの値を、 光束に与える球面収差量を変化させたときに生ずるフォーカスバイ ァスをキャンセルしてフォーカスバイァス値の変化量が極小となる値に設定した ことを特徴とする請求の範囲第 20項記載の光学装置。
24. Κの値が、 1を超えていることを特徴とする請求の範囲第 23項記載の光 学装置。
25. 少なくとも 2層以上の記録層が設けられている光記録媒体に対して、 情報 信号の記録及び再生の少なくとも一方を行なうことを特徴とする請求の範囲第 2 0項記載の光学装置。
26. 上記位相分布式における Α、 Βを用いて、 Β/Α = Κとし、 この位相分布 式を以下のように示したとき、
A (-r 4) — B (- r 2)
= A { (- r 4) -B/A (一 r 2) }
= A { (- r 4) 一 K (一 r2) Kの値を、 上記光記録媒体における 2層以上の記録層のうちの記録層の選択の 切換えによって生ずるフォーカスバイァス値の変化をキャンセルする値としたこ とを特徴とする請求の範囲第 20項記載の光学装置。
27. 上記位相分布式における Α、 Βを用いて、 Β/Α = Κとし、 この位相分布 式を以下のように示したとき、
A (- r ) — B (- r 2)
= A { (- r 4) -B/A (一 r " }
= A { (- r 4) 一 K (- r 2) }
Kの値として、 上記光記録媒体における 2層以上の記録層に対応させて予め複 数の値を設定しておき、 選択された記録層に対応する Kの値を選択して用いるこ とを特徴とする請求の範囲第 20項記載の光学装置。
28. 上記収差補正手段は、 印加電圧に基づいて屈折率が変化する屈折率可変手 段と、 この屈折率可変手段に電圧を印加するための電極とを備えて構成されてい ることを特徴とする請求の範囲第 20項記載の光学装置。
29. 上記収差補正手段は、 液晶素子により構成されていることを特徴とする請 求の範囲第 28項記載の光学装置。
30. 上記電極により印加される電圧値は、 透過する光束に対して同心円状の分 布をもつことを特徴とする請求の範囲第 28項記載の光学装置。
31. 上記収差補正手段は、 上記屈折率可変手段の両側に対をなす電極が設けら れて構成され、 一方の電極により、 上記位相分布式における 〔A (- r 4) 〕 項に 相当する位相分布を発生させ、 他方の電極により、 上記位相分布式における 〔B
(-r 2) 〕 項に相当する位相分布を発生させることを特徴とする請求の範囲第 2
8項記載の光学装置。
32. 上記収差補正手段は、 上記屈折率可変手段の両側に対をなす電極が設けら れて構成され、 上記位相分布式において、 B = B 1 +B 2とした場合において、 一方の電極により、 〔A (— r4) 一 B 1 (- r 2) 〕 項に相当する位相分布を発 生させ、 他方の電極により、 上記位相分布式における 〔B 2 (- r 2) 〕 項に相当 する位相分布を発生させることを特徴とする請求の範囲第 28項記載の光学装置。
33. 上記収差補正手段は、 上記屈折率可変手段の両側に対をなす電極が設けら れて構成され、 上記位相分布式において、 A = A 1 + A 2とした場合において、 一方の電極により、 〔A 1 (-r ) -B (- r 3) 〕 項に相当する位相分布を発 生させ、 他方の電極により、 上記位相分布式における 〔― A 2 (- r ) 〕 項に相 当する位相分布を発生させることを特徴とする請求の範囲第 28項記載の光学装 置。
34. 上記収差補正手段は、 上記屈折率可変手段の両側に対をなす電極が設けら れて構成され、 上記位相分布式において、 A = A 1 +A2、 B = B 1 +B 2とし た場合において、 一方の電極により、 〔A 1 (- r 4) -B 1 (—： r2) 〕 項に相 当する位相分布を発生させ、 他方の電極により、 上記位相分布式における 〔一 A
2 (-r 4) +B 2 (- r 2) 〕 項に相当する位相分布を発生させることを特徴と する請求の範囲第 28項記載の光学装置。
35. 上記収差補正手段は、 上記屈折率可変手段の両側に対をなす電極が設けら れて構成され、
上記位相分布式における A、 Bを用いて、 B/A = Kとし、 この位相分布式を 以下のように示したとき、
A (- r 4) -B (― r2)
=A { (一 r4) -B/A (-r 2) }
= A { (- r 4) -K (- r 2) }
一方の電極により、 Kの値が、 光束に与える球面収差量を変化させたときに生 ずるフォーカスバイアスをキャンセルしてフォーカスバイァス値の変化量が極小 となる値に設定され、 他方の電極により、 Kの値が、 上記光記録媒体における 2 層以上の記録層のうちの記録層の選択の切換えによって生ずるフォーカスバイァ ス値の変化をキャンセルする値に設定されることを特徴とする請求の範囲第 28 項記載の光学装置。
36. 上記収差補正手段は、 上記屈折率可変手段の両側に対をなす電極が設けら れて構成され、
上記位相分布式における A、 Bを用いて、 B/A-Kとし、 この位相分布式を 以下のように示したとき、
A (- r 4) -B (一 r2) =A { (一 r4) 一 B/A (-r 2) }
= A { (- r 4) 一 K (- r 2) }
—方の電極により、 Kの値が、 光束に与える球面収差量を変化させたときに生 ずるフォーカスバイァスをキヤンセルしてフォーカスバイァス値の変化量が極小 となる値に設定され、 他方の電極により、 上記光記録媒体における 2層以上の記 録層に対応させて予め設定された複数の Κの値のうちから、 選択された記録層に 対応する Κの値が選択されることを特徴とする請求の範囲第 28項記載の光学装 置。
37. 情報信号が記録される記録層上に光透過層を有する光記録媒体に情報信号 の記録及び再生の少なくとも一方を行なう光へッド内の光路上に配設可能な収差 補正素子において、
上記記録層上に集光される光束のビ一ムスポットの半径を rとし、 互いに異な る変数を A， Bとしたときに、 以下の位相分布式
A (- r 4) -B (- r 2)
で示される位相分布を透過光束に発生させることを特徴とする収差補正素子。
38. 印加電圧に基づいて屈折率が変化する屈折率可変手段と、 この屈折率可変 手段に電圧を印加するための電極とを備えて構 されていることを特徴とする請 求の範囲第 37項記載の収差補正素子。
39. 上記収差補正手段は、 液晶素子により構成されていることを特徴とする請 求の範囲第 38項記載の収差補正素子。
40. 上記電極により印加される電圧値は、 透過する光束に対して同心円状の分 布をもつことを特徴とする請求の範囲第 38項記載の収差補正素子。
41. 上記位相分布式における変数 A及び変数; Bを互いに独立に変化させる手段 を有することを特徴とする請求の範囲第 37項記載の収差補正素子。
42. 上記屈折率可変手段の両側に対をなす電極が設けられて構成され、 一方の 電極により、 上記位相分布式における 〔A (— r4) 〕 項に相当する位相分布を発 生させ、 他方の電極により、 上記位相分布式における 〔B (- r 2) 〕 項に相当す る位相分布を発生させることを特徴とする請求の範囲第 38項記載の収差補正素 子。
43. 上記屈折率可変手段の両側に対をなす電極が設けられて構成され、 上記位 相分布式において、 B = B 1 +B 2とした場合において、 一方の電極により、 〔A (- r 4) — B 1 (- r 2) 〕 項に相当する位相分布を発生させ、 他方の電極 により、 上記位相分布式における 〔B 2 (- r 3) 〕 項に相当する位相分布を発生 させることを特徴とする請求の範囲第 38項記載の収差補正素子。
44. 上記収差補正手段は、 上記屈折率可変手段の両側に対をなす電極が設けら れて構成され、 上記位相分布式において、 A = A 1 + A 2とした場合において、 一方の電極により、 〔A 1 (― r 4) —B (— r 2) 〕 項に相当する位相分布を発 生させ、 他方の電極により、 上記位相分布式における 〔一 A 2 (- r ) 〕 項に相 当する位相分布を発生させることを特徴とする請求の範囲第 38項記載の収差補 正素子。
45. 上記収差補正手段は、 上記屈折率可変手段の両側に対をなす電極が設けら れて構成され、 上記位相分布式において、 A = A 1 +A2、 B=B 1 +B 2とし た場合において、 一方の電極により、 〔A 1 (- r 4) -B 1 (一 r2) 〕 項に相 当する位相分布を発生させ、 他方の電極により、 上記位相分布式における 〔一 A 2 (― r4) +B 2 (一 r 2) 〕 項に相当する位相分布を発生させることを特徴と する請求の範囲第 38項記載の収差補正素子。
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