JP4733868B2

JP4733868B2 - Optical head and optical recording / reproducing apparatus

Info

Publication number: JP4733868B2
Application number: JP2001221927A
Authority: JP
Inventors: 秀彦和田; 哲雄細美; 緒方　　大輔; 清治西野; 博昭山本; 慎一門脇; 慶明金馬
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-07-24
Filing date: 2001-07-23
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2021-07-23
Also published as: JP2002109776A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ヘッドおよび光記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）は、コンパクトディスク（ＣＤ）に比べて約６倍の記録密度でディジタル情報を記録できることから、大容量の光記録媒体として注目されている。高密度のＤＶＤを再生するためには、ＣＤを再生する場合と比べて、レーザビームの波長を短くし、対物レンズの開口数（ＮＡ）を大きくする必要がある。そのため、ＤＶＤの再生には、波長が６５０ｎｍのレーザビーム（ＣＤでは、７８０ｎｍ）と、ＮＡが０．６の対物レンズ（ＣＤでは０．４５）とが用いられている。さらに、レーザビームの波長をさらに短くし、ＮＡをさらに大きくして記録密度を高くすることが検討されている。しかし、波長を短くし、対物レンズのＮＡを高くすると、厚さ方向における記録層の位置のずれに対する記録または再生のマージンが小さくなる。したがって、この場合には、球面収差の補正を行うことが必要になる。
【０００３】
また、複数の記録層を備える光記録媒体も記録密度が高いが、この場合においても、光記録媒体の表面から記録層までの距離（以下、基材厚という場合がある）が記録層によって異なるために球面収差が発生する。このような球面収差を補正するために、液晶素子を利用して波面収差（特に球面収差）を補正する光ヘッドが提案されている（特開平１０−２６９６１１号公報参照）。
【０００４】
この従来の光ヘッドの一例について、図１３を参照しながら説明する。図１３は、従来の光ヘッド２００（光ピックアップともいう）の構成を模式的に示す図である。図１３に示すように、光ヘッド２００は、光源２０１、偏光ビームスプリッター２０２、液晶パネル２０３、１／４波長板２０４、対物レンズ２０５、集光レンズ２０６、光検出器２０７、基材厚センサ２０８、および光学素子駆動回路２０９とを含む。光ヘッド２００によって、光ディスク２１０に対して信号が記録または再生される。
【０００５】
光源２０１は、半導体レーザ素子からなり、光ディスク２１０の記録層に対して記録再生用のコヒーレント光を出力する。偏光ビームスプリッター２０２は、光を分離するための素子である。液晶パネル２０３は、図１４に示すような同心円状の複数の電極２０３ａ〜ｄを備え、各電極に異なる電圧を印加することによって液晶の屈折率を変化させ、収差の補正を行う。１／４波長板２０４は、複屈折材料からなり、直線偏光を円偏光に変換する。対物レンズ２０５は、光ディスク２１０の記録層に光を集光する。集光レンズ２０６は、光ディスク２１０の記録層で反射された光を光検出器２０７に集光する。光検出器２０７は、光ディスク２１０の記録層で反射された光を受光して電気信号に変換する。
【０００６】
次に、光ヘッドの動作について説明する。光源２０１から出射された直線偏光の光は偏光ビームスプリッター２０２を透過して液晶パネル２０３に入射する。ここで、光ディスク２１０の記録層が設計値からずれた位置に配置されている場合には、基材厚センサ２０８はそのずれ量を検出し、光学素子駆動回路２０９にそのずれ量を出力する。光学素子駆動回路２０９は、入力されたずれ量に基づいて、そのずれ量によって生じる波面収差を補正するように液晶パネル２０３を駆動する。したがって、液晶パネル２０３に入射した光には、基材厚のずれによって生じる波面収差（３次の球面収差）を補正するような波面収差が与えられる。
【０００７】
以下に、液晶パネル２０３を用いた球面収差の補正の方法について詳しく述べる。まず、光ディスク２１０の基材厚が、設計値（最適な基材厚）からずれた時の位相分布を図１５に示す。この位相分布は、レーザビームの波長が４０５ｎｍ、対物レンズのＮＡが０．８５、光ディスク２１０の最適な基板厚が０．１ｍｍ、基材厚のずれが０．０１ｍｍの場合の位相分布であり、最良像点における光ディスク２１０の記録層上の波面収差分布である。この分布を完全に補正するような位相をレーザビームに与えれば、光ディスク２１０の基材厚が最適な基材厚からずれても光ディスク２１０上でのレーザビームのスポットは回折限界にまで絞られる。
【０００８】
図１５の波面収差を補正するためには、図１５の波面収差をキャンセルするような位相変化をレーザビームに与えればよい。すなわち、部分的に光路長を変えればよい。液晶は、外部から印加された電圧に応じてその屈折率が変化するため、印加する電圧を変化させることによって光路長を部分的に変えることができる。従って、図１４に示したような複数の電極２０３ａ〜ｄに適当な電圧を加えることによって、図１５に示した球面収差を補正することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光ヘッド２００では、３次の球面収差を発生させて球面収差の補正を行っているため、対物レンズ２０５の中心と液晶パネル２０３の電極２０３ａ〜ｄの中心とがずれたときに球面収差の補正効果が劣化する。すなわち、対物レンズ２０５と液晶パネル２０３とが分離して配置されている場合、光ディスク２１０の偏心に応じて対物レンズ２０５が移動することによって、対物レンズ２０５の中心と電極２０３ａ〜ｄの中心とがずれて補正効果が劣化する。
【００１０】
レーザビームの波長が４００ｎｍ、ＮＡが０．８５、光ディスク２１０の基材厚が設計値（０．１ｍｍ）から１０μｍずれている場合における、対物レンズ２０５の中心と電極２０３ａ〜ｄの中心とのずれ量と、補正後の収差との関係について図１６に示す。
【００１１】
図１６に示すように、両者の中心がずれると、補正効果が劣化する。これは両者の中心がずれることによって、液晶パネル２０３で発生させている球面収差がコマ収差を生むためである。両者の中心のずれを防止するためには、液晶パネル２０３と対物レンズ２０５とを一体にする必要がある。
【００１２】
しかし、液晶パネル２０３と対物レンズ２０５とを一体化すると、光ヘッドの薄型化が困難になる。また、対物レンズ２０５とともに液晶パネル２０３を移動させることが必要になるため、アクチュエータのｆ特（感度）が低下する。また、液晶パネル２０３を駆動するための配線によって、アクチュエータの構造が複雑となり、低コスト化が困難になる。
【００１３】
球面収差を補正する方法としては、光軸上に２枚のレンズを配置し、レンズの間隔を変えることによって球面収差を補正する方法も提案されている（特開２０００−１３１６０３号公報参照）。この方法では、レンズの間隔を変えることによって、レンズを透過する光に、平行光を発散光または収束光に変化させる位相変化を与え、その結果球面収差を補正する。しかしながら、この方法の場合には、基材厚のずれに応じてレンズの間隔を変化させる機械的な手段が必要となり、光ヘッドの小型化が困難であった。また、コマ収差の発生を防止するためには、２つのレンズの中心を精度よく一致させる必要があり、光ヘッドを低コストに製造することが困難であった。また、この方法では光軸方向にレンズの間隔を変えているため、光学系が拡大／縮小光学系となる。その結果、球面収差を補正するためのレンズに入射する光の取り込み効率が変化してしまい、光のＲＩＭ強度（ｒｉｍｓｔｒｅｎｇｔｈ）が変化するという問題があった。
【００１４】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、対物レンズが移動しても補正効果の劣化が少ない光ヘッド、および光記録再生装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の光ヘッドは、光記録媒体に対して信号の記録または再生を行う光ヘッドであって、光源と、前記光記録媒体と前記光源との間に配置された光学素子と、前記光記録媒体と前記光学素子との間に配置された対物レンズとを含み、前記光学素子は、第１の電圧印加電極と、前記第１の電圧印加電極に対向するように配置された第１の対向電極と、前記第１の電圧印加電極と前記第１の対向電極との間に配置された第１の液晶とを含む第１素子部と、第２の電圧印加電極と、前記第２の電圧印加電極に対向するように配置された第２の対向電極と、前記第２の電圧印加電極と前記第２の対向電極との間に配置された第２の液晶とを含む第２素子部とを備え、前記第１素子部は、第１の偏光方向を有する前記光源からの出射光に対して平面波を球面波に変換する位相を与え、前記第２素子部は、前記第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向を有する前記光記録媒体からの反射光に対して平面波を球面波に変換する位相を与え、前記第１の電圧印加電極と前記第１の対向電極との間の電圧を変化させることによって、前記第１の液晶に入射した前記出射光に対してのみ平面波を球面波に変換する位相を与え、前記第２の電圧印加電極と前記第２の対向電極との間の電圧を変化させることによって、前記第２の液晶に入射した前記反射光に対してのみ平面波を球面波に変換する位相を与えることを特徴とする。
この光ヘッドによれば、偏光光学系において対物レンズが移動しても補正効果の劣化が少ない。また、この光ヘッドは、製造が容易である。
【００１６】
上記光ヘッドでは、前記第１の電圧印加電極および前記第１の対向電極から選ばれる少なくとも１つの電極が曲面に配置されていてもよい。この構成によれば、電圧印加電極を分割する必要がないため、配線が容易になる。
【００２１】
上記光ヘッドでは、前記第１の電圧印加電極が複数のセグメント電極を含んでもよい。この構成によれば、製造が容易になる。
【００２３】
上記光ヘッドでは、前記第２の電圧印加電極および前記第２の対向電極から選ばれる少なくとも１つの電極が曲面に配置されていてもよい。
【００２６】
上記光ヘッドでは、前記第２の電圧印加電極が複数のセグメント電極を含んでもよい。
【００２８】
上記光ヘッドでは、前記光学素子と前記対物レンズとの間に配置されたＮ／４波長板（Ｎは１以上の奇数）を更に含んでもよい。この構成によれば、光源から出射された光の利用効率を高くできるため、光記録媒体に対して信号の記録または再生が容易になる。
【００２９】
また、本発明の光記録再生装置は、光記録媒体に対して信号の記録または再生を行う光記録再生装置であって、上記いずれかの構成の光ヘッドを備えたことを特徴とする。この光記録再生装置は、本発明の光ヘッドを用いているため、信頼生よく信号の記録または再生が可能である。また、この光記録再生装置は製造が容易である。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、同様の部分については同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００４２】
（実施形態１）
実施形態１では、本発明の光学素子について一例を説明する。実施形態１の光学素子１０について、断面図を図１に模式的に示す。
【００４３】
図１を参照して、光学素子１０は、第１の基板１１と、第１の基板１１に略平行に配置された第２の基板１２と、第１の基板１１と第２の基板１２との間に配置された電圧印加電極（第１の電圧印加電極）１３、透光性樹脂膜１４、液晶（第１の位相変化層）１５、透光性樹脂膜１６、対向電極（第１の対向電極）１７および封止樹脂１８とを備える。液晶１５は、封止樹脂１８によって封止されている。
【００４４】
第１の基板１１および第２の基板１２は、透光性の基板であり、たとえばガラスからなる。
【００４５】
電圧印加電極１３は液晶１５に所望の電圧を印加するための電極である。電圧印加電極１３は、第１の基板１１の内側（液晶１５側）の主面上に形成されている。電圧印加電極１３は、透光性で導電性の材料からなり、たとえばインジウム・スズ・酸化物（ＩＴＯ）からなる。電圧印加電極１３の平面図を、図２に示す。電圧印加電極１３は、同心円状に配置された複数のセグメント電極１３ａ〜ｇを含む。なお、図２には、電圧印加電極１３が７つのセグメント電極からなる場合を示しているが、セグメント電極の数については特に限定はない。
【００４６】
対向電極１７は、電圧印加電極１３に対向するように第２の基板１２上に形成される。対向電極は、電圧印加電極１３とともに、液晶１５に所望の電圧を印加するための電極である。対向電極１７は透光性で導電性の材料からなり、たとえばＩＴＯからなる。対向電極１７は、第２の基板１２の内側（液晶１５側）の主面のうち、少なくともセグメント電極１３ａ〜ｇに対向する部分の全面に形成される。
【００４７】
透光性樹脂膜１４および１６は、液晶１５を所定の方向に配向させるための配向膜であり、たとえばポリビニルアルコール膜からなる。透光性樹脂膜１４または１６をラビング処理することによって、液晶１５を所定の方向に配向させることができる。
【００４８】
液晶１５は、入射した光の位相を変化させる位相変化層として機能する。液晶１５は、たとえばネマチック液晶からなる。電圧印加電極１３と対向電極１７との間の電圧を変化させることによって液晶１５の屈折率を変化させることができ、これによって入射した光の位相を変化させることができる。
【００４９】
封止樹脂１８は、液晶１５を封止するためのものであり、たとえばエポキシ樹脂からなる。
【００５０】
光学素子１０では、各セグメント電極１３ａ〜ｇと対向電極１７との間の電圧を変化させることによって、位相変化層である液晶１５の屈折率を部分的に変化させ、液晶１５に入射した光に平面波を球面波に変換する位相を与える。具体的には、たとえば、対向電極に０Ｖ、セグメント電極１３ａに０Ｖ、セグメント電極１３ｂに０．５Ｖ、セグメント電極１３ｃに１Ｖ、セグメント電極１３ｄに１．５Ｖ、セグメント電極１３ｅに２Ｖ、セグメント電極１３ｆに２．５Ｖ、セグメント電極１３ｇに３Ｖという電圧を与えればよい。このように、電圧印加電極１３の中心から外側に向かってセグメント電極に印加する電圧を大きくすることによって、光学素子１０の中心から外側になるにつれて位相差が大きくなり、平面波を球面波に変換することが可能となる。光学素子１０によれば、実施形態２で説明するように、対物レンズが移動しても補正効果が低下しない光ヘッドを構成できる。
【００５１】
なお、電圧印加電極１３および対向電極１７から選ばれる少なくとも１つの電極が曲面に配置されていてもよい（以下の実施形態においても同様である）。対向電極１７が曲面に配置されている光学素子１０ａについて、断面図を図３に模式的に示す。光学素子１０ａでは、第２の基板１２の内側の表面が窪んでおり、対向電極１７は、その表面上に形成されている。光学素子１０ａでは、電圧印加電極１３が複数のセグメント電極に分割されておらず、一面に形成されている。これによって、実施形態２で説明するように、対物レンズが移動しても補正効果が特に低下しない光ヘッドを構成できる。
【００５２】
また、なめらかな位相変化を与える光学素子の他の一例が、特開２００１−１４３３０３号公報に開示されている。この素子は、シート抵抗の大きい透明電極と、その透明電極よりも抵抗が小さい電圧供給部とからなる電圧印加電極を備える。透明電極の一部に接続された電圧供給部に外部から電圧が印加されると、透明電極のシート抵抗が大きいために電圧降下が生じ、電圧供給部から離れるにしたがってなめらかに電圧が低下する。このため、電圧印加電極と対向電極との間の電圧がなめらかに変化し、それにしたがって位相変化層の屈折率がなめらかに変化する。
【００５３】
また、液晶１５の配向の制御は、ラビング法以外の方法で行ってもよい（以下の実施形態においても同様である）。たとえば、斜め蒸着などによって膜そのものに配向性を持たせてもよい。また、基板に溝を形成して液晶の配向を制御してもよい。
【００５４】
また、液晶１５の代わりに他の材料を用いて位相変化層を形成してもよい（以下の実施形態においても同様である）。位相変化層は、電圧印加電極１３と対向電極１７との間の電圧によって屈折率が変化する材料や体積が変化する材料を用いることができる。電圧によって体積が変化する材料としては、ＰＬＺＴ（酸化鉛、ランタン、酸化ジルコニウム、酸化チタンを含むペロブスカイト構造の透明結晶体）を用いてもよい。ＰＬＺＴは固体であるため、液晶とは異なり基板や封止樹脂を必要としない。このため、ＰＬＺＴを用いることによって、光学素子を薄くできる。
【００５５】
（実施形態２）
実施形態２では、実施形態１で説明した光学素子を用いる本発明の光ヘッドについて説明する。実施形態２の光ヘッド５０について、構成を図５に模式的に示す。
【００５６】
図５を参照して、光ヘッド５０は、光源５１と、回折格子５２と、コリメータレンズ５３と、光学素子５４と、対物レンズ５５と、基材厚センサ５６と、第１の光検出器５８と第２の光検出器５９とを備える。光学素子５４は、光学素子駆動回路５７によって駆動される。コリメータレンズ５３および対物レンズ５５は、集光光学系を構成する。光ヘッド５０は、光記録媒体６０に対して信号の記録または再生を行う。光学素子５４は、実施形態１で説明した光学素子である。
【００５７】
光源５１には、半導体レーザ素子を用いることができる。光源５１は、光記録媒体６０の記録層に対し、記録／再生用のレーザビーム６１（コヒーレント光）を出力する。回折格子５２は、０次回折効率がほぼ５０％で±１次回折効率がほぼ５０％の回折格子である。回折格子５２は、フォトリソグラフィーによってガラス表面に所定のレジストパターンを形成したのち、ガラスをエッチングすることによって形成できる。光学素子５４は、光学素子５４に入射する光に対して、平面波を球面波に変換する位相を与える。第１および第２の光検出器５８および５９には、フォトダイオードを用いることができる。
【００５８】
対物レンズ５５は、光記録媒体６０の記録層にレーザビーム６１を集光する。第１の光検出器５８は、光記録媒体６０の記録層で反射されたレーザビーム６１のうち回折格子５２で回折された＋１次光を受光して電気信号に変換する。第２の光検出器５９は、光記録媒体６０の記録層で反射されたレーザビーム６１のうち回折格子５２で回折された−１次光を受光して電気信号に変換する。
【００５９】
基材厚センサ５６は、予め設定された基材厚と実際の基材厚とのずれを検出し、そのずれに応じた信号を出力する。基材厚センサ５６には、たとえば特開平１０−３３４５７５号公報およびＵＳＰ６，１１５，３３６に述べられているセンサを用いることができる。基材厚センサ５６は、具体的には、光源と、光源から出射された光を光記録媒体（測定対象物）に照射する第１の光学系と、光記録媒体からの反射光を受光素子に導く第２の光学系とを含む。ここで、光源は、レーザ、ＬＥＤまたはランプからなる。第１および第２の光学系は、凸レンズ、または凸レンズと凹レンズの組み合わせによって構成される。この構成によると、基材厚に応じて受光素子から出力される信号が異なる。また基材厚を検出する別の方式が、特開２０００−１７１３４６号公報で述べられている。この方式では、光記録媒体からの反射光の光軸に近い側の第１の光ビームの焦点位置と、第１の光ビームよりも外側の第２の光ビームの焦点位置とに基づいて球面収差を検出する。
【００６０】
光学素子駆動回路５７は、基材厚センサ５６から入力された基材厚のずれに基づいて、基材厚のずれを補正するように光学素子５４を駆動する。
【００６１】
光ヘッド５０の動作について、図５を参照しながら説明する。光源５１から出射された直線偏光のうちの一部は、回折格子５２を透過してコリメータレンズ５３に入射し、コリメータレンズ５３によって平行光にされる。この平行光は、光学素子５４に入射する。ここで、光記録媒体６０の基材厚が設計値よりずれている場合には、そのずれ量に応じた信号を基材厚センサ５６は出力し、その信号は光学素子駆動回路５７に入力される。光学素子駆動回路５７は、入力された信号に基づいて、光記録媒体６０の基材厚がずれたときに生じる波面収差を補正するのに必要な信号を光学素子５４に出力する。このようにして、光学素子５４に入射した光には、平行光を発散光に変換する位相（パワー成分）または平行光を収束光に変換する位相を与えるような波面収差が、基材厚のずれの方向に応じて与えられる。
【００６２】
光学素子５４を透過した光は、平行光ではない状態で対物レンズ５５に入射するため、球面収差が発生する。そして、この球面収差によって、光記録媒体６０の基材厚が設計値からずれていることにより発生する球面収差を補正する。すなわち、光学素子５４は、対物レンズ５５に入射したときに所望の球面収差が発生するような位相を入射光に与える。このようにして、光記録媒体６０上では収差のない、すなわち回折限界まで絞られた光スポットが形成される。
【００６３】
次に、光記録媒体６０から反射された光は、光記録媒体６０の基材厚が設計値からずれたときに生じる波面収差を有する光になるが、対物レンズ５５および光学素子５４によって波面収差が補正される。光学素子５４を透過した光はコリメータレンズ５３を透過し、回折格子５２により回折される。そして、回折の＋１次光は第１の光検出器５８に入射され、回折の−１次光は第２の光検出器５９に入射される。第１の光検出器５８は、光記録媒体６０上における光の合焦状態を示すフォーカス誤差信号を出力し、また光の照射位置を示すトラッキング誤差信号を出力する。また、第２の光検出器５９は、光記録媒体６０に記録された情報についての信号を出力する。
【００６４】
第１の光検出器５８から出力されたフォーカス誤差信号は、図示していないフォーカス制御回路に入力される。フォーカス制御回路は、フォーカス誤差信号に基づき、光が合焦状態で光記録媒体６０上に集光されるように対物レンズ５５の位置をその光軸方向に制御する。また、トラッキング誤差信号は、図示していないトラッキング制御回路に入力される。トラッキング制御回路は、トラッキング誤差信号に基づき、光記録媒体６０上の所望のトラックに光が集光されるように対物レンズ５５の位置を制御する。対物レンズ５５の位置は、アクチュエータ６２を用いて制御される。
【００６５】
次に、光学素子５４の動作について、光学素子１０を用いた場合を例に挙げて説明する。光学素子１０では、各セグメント電極１３ａ〜ｇと対向電極１７との間の電圧を変化させることによって、位相変化層である液晶１５の屈折率を変化させ、液晶１５に入射した光に平面波を球面波に変換する位相を与える。ここで、平面波を球面波に変換するためには、以下の式（１）を満足する位相Ｐを、入射した光に与えればよい。
【００６６】
（ａ−Ｐ）²＋ｒ²＝ａ² （１）
ここで、ａは定数であり、ｒは光軸の中心からの距離である。一例として、レーザビームの波長が４０５ｎｍ、ＮＡが０．８５、設計値の基材厚（すなわち、最適な基材厚）が０．１ｍｍ、設計値からの基材厚のずれが１０μｍの場合に、式（１）を満足する位相の分布を図４に示す。
【００６７】
ここで、図４に示した位相を４０個の同心円状のセグメント電極で発生させた場合における、基材厚と補正後の収差との関係を図６に示す。また、比較として、補正を行わない場合の収差も図６に示す。また、１０μｍの基材厚のずれを補正している場合のレンズシフト特性を図７に示す。図７の横軸は、光軸の中心と対物レンズの中心とのずれ（レンズシフト）を表している（ここでは、４０個の同心円状のセグメント電極の中心と対物レンズの中心とのずれに相当する）。
【００６８】
光ヘッド５０では、光学素子５４に入射した光に平面波を球面波に変換する位相（パワー成分）を与え、対物レンズとの組み合わせで球面収差を発生させて補正を行っている。したがって、補正すべき３次の球面収差そのものを光学素子に入射する光に直接的に与える場合とは異なり、光ヘッド５０では、図７に示すようにレンズシフトに非常に強くなる。
【００６９】
なお、光学素子５４では、特開平１０−３６０５４５号公報で述べられているように、光学素子上に薄膜抵抗を形成して外部から印加される信号を分圧し、この分圧された電圧をそれぞれのセグメント電極に印加する方式を用いることができる。この方式によれば、セグメント電極の数が４０と多くても、外部から印加される電圧は対向電極に印加される電圧を含めて３つにすることができる。
【００７０】
光学素子１０を用いる場合には、複数のセグメント電極を用いて必要な位相を近似的に発生させる。一方、光学素子１０ａを用いることによって、必要な位相をその形状通りに発生させることができる。光学素子１０ａでは、位相変化層である液晶１５が凸形になっているため、電圧印加電極を分割しなくても、連続的に変化した位相を入射した光に与えることが可能である。したがって、光学素子１０ａを用いることによってパワー成分を忠実に再現することができる。この場合、高次収差を発生させないので補正後の収差をほぼゼロにすることができる。光学素子１０ａを用いた場合における、基材厚と補正後の収差との関係について、図６に示す。また、１０μｍの基材厚のずれを光学素子１０ａを用いて補正した場合のレンズシフト特性を、図８に示す。この場合も、セグメント電極で近似した補正と同様にレンズシフト特性が非常に良好である。
【００７１】
以上説明したように、実施形態２の光ヘッド５０は、球面収差補正時のレンズシフト特性が良好である。また、対物レンズと光学素子とを一体とせずに配置することができるため、光ヘッド５０によれば、基材厚のずれが生じている光記録媒体に記録された信号を信頼性良く読み出すことができる。また、光ヘッド５０は、さらなる薄型化が可能である。また、アクチュエータに光学素子を搭載しなくてよいので、アクチュエータのｆ特（感度）の低下を防止できるるとともに、配線が簡易になって低コストに製造できる。さらに、２枚のレンズを含み、これらのレンズの間隔を機械的に変化させてパワー成分を発生させる従来の光ヘッドとは異なり、光ヘッド５０ではパワー成分を電気的に発生させている。このため、光ヘッド５０は、小型化に適している。また、光ヘッド５０では、光学素子に入射する光の取り込み効率が変化しないため、光のＲＩＭ強度が変化することを防止できる。
【００７２】
（実施形態３）
実施形態３では、本発明の光学素子および光ヘッドについて他の一例を説明する。実施形態３の光ヘッドは、偏光ホログラムと１／４波長板とを含む偏光光学系を用いている点、および偏光光学系に対応した光学素子を用いる点で、実施形態２の光ヘッドとは異なる。なお、実施形態１および２で説明した部分と同一の符号を付した部分については、特に説明のない限り、実施形態１および２で説明した部分と同様の機能を有する。
【００７３】
実施形態３の光ヘッド９０の構成を図９に模式的に示す。図９を参照して、光ヘッド９０は、光源５１、コリメータレンズ５３、対物レンズ５５、基材厚センサ５６、第１の光検出器５８、第２の光検出器５９、偏光ホログラム９１、光学素子１００および１／４波長板９３を含む。光学素子１００は、光学素子駆動回路５７によって駆動される。
【００７４】
偏光ホログラム９１は、偏光を分離する機能を有する。偏光ホログラム９１は、異常光線に対しては作用せず（透過率がほぼ１００％）、常光線に対しては回折格子として作用する。偏光ホログラム９１には、特開平６−２７３２２号公報に開示されているものを用いることができる。このような偏光ホログラムは、複屈折を有するニオブ酸リチウム基板の所定の一部をプロトン交換し、そのプロトン交換部をエッチングすることによって形成できる。
【００７５】
光学素子１００は、液晶の屈折率を変化させることによって収差補正を行う素子である。光学素子１００の詳細については後述する。
【００７６】
１／４波長板９３は、たとえば水晶からなる。１／４波長板９３は、光源５１から出射される直線偏光を円偏光に変換すると共に、光記録媒体６０の記録層で反射された光を照射時とは異なる方向の直線偏光に変換する非線形光学素子である。なお、１／４波長板の代わりに、Ｎ／４波長板（Ｎは１以上の奇数）を用いてもよい。
【００７７】
次に、光ヘッド９０の動作について、図９を参照しながら説明する。光源５１から出射された直線偏光（レーザビーム６１）は、偏光ホログラム９１をほぼ１００％の透過率で透過してコリメータレンズ５３に入射し、コリメータレンズ５３によよって平行光にされる。この平行光は、光学素子１００に入射する。
【００７８】
ここで、光記録媒体６０の基材厚が設計値からずれている場合には、そのずれ量に応じた信号を基材厚センサ５６は出力し、その信号は光学素子駆動回路５７に入力される。光学素子駆動回路５７は、入力された信号に基づいて、光記録媒体６０の基材厚がずれたときに生じる波面収差を補正するために必要な信号を光学素子１００に出力する。光学素子１００に入射した光には、光学素子駆動回路５７により出力された信号に基づいて、波面収差が与えられる。具体的には、基材厚のずれの方向に応じて、平行光を発散光に変換する位相（パワー成分）、または平行光を収束光に変換する位相を与えるような波面収差が与えられる。
【００７９】
次に、光学素子１００を透過した光は１／４波長板９３に入射され、直線偏光から円偏光に変換される。この円偏光は、平行ではない状態で対物レンズ５５に入射するために対物レンズ５５において球面収差が生じ、この球面収差で光記録媒体６０の基材厚がずれていることにより発生する球面収差を補正する。従って、光記録媒体６０上では収差のない、すなわち回折限界まで絞られた光スポットが形成される。
【００８０】
光記録媒体６０に入射した光は、光記録媒体６０によって反射され、光記録媒体６０の基材厚がずれたときに生じる波面収差を有する光になる。この光は、対物レンズ５５を透過して１／４波長板９３に入射される。１／４波長板９３に入射された光は、円偏光から直線偏光に変換される。この直線偏光は、光源５１から出射される直線偏光に対して偏光方向が直交している。球面収差を有するこの直線偏光は、本発明の光学素子１００に入射され、往路と同じパワー成分を与えられることによって球面収差が補正される。
【００８１】
光学素子１００を透過した直線偏光は、偏光ホログラム９１によりほぼ１００％回折され、回折の＋１次光は第１の光検出器５８に入射され、回折の−１次光は第２の光検出器５９に入射される。第１の光検出器５８は、光記録媒体６０上における光の合焦状態を示すフォーカス誤差信号を出力し、また光の照射位置を示すトラッキング誤差信号を出力する。第２の光検出器５９は、光記録媒体６０に記録された情報についての信号を出力する。
【００８２】
第１の光検出器５８から出力されたフォーカス誤差信号は、図示していないフォーカス制御回路に入力される。フォーカス制御回路は、フォーカス誤差信号に基づき、光が合焦状態で光記録媒体６０上に集光されるように対物レンズ５５の位置をその光軸方向に制御する。また、トラッキング誤差信号は、図示していないトラッキング制御回路に入力される。トラッキング制御回路は、トラッキング誤差信号に基づき、光記録媒体６０上の所望のトラックに光が集光されるように対物レンズ５５の位置を制御する。対物レンズ５５の位置は、アクチュエータ６２を用いて制御される。
【００８３】
光ヘッド９０では、偏光光学系を用いているために光源５１から出射される光の利用効率が高く、書き換え可能な光記録媒体の記録／再生を容易にできる。
【００８４】
次に、本発明の光学素子１００について述べる。液晶は１軸性複屈折材料であるため、液晶のラビング方向と入射する光の偏光方向とが平行であるときのみ入射した光に位相変化を与えることができる。そこで、偏光光学系のように往路と復路で偏光方向が直交している場合には、実施形態１の光学素子では復路において位相変化を与えることができない。入射された光をデフォーカスする光学素子と対物レンズとの組み合わせで補正を行う本発明の光ヘッドでは、復路において往路と同じ位相変化が与えられないとなると、光検出器においてデフォーカスするという問題がある。そこで、復路の偏光に対しても同じ位相変化を与えるために、実施形態３の光ヘッドでは、偏光光学系に対応した光学素子を用いる必要がある。
【００８５】
以下に、光学素子１００について説明する。光学素子１００の断面図を図１０に模式的に示す。光学素子１００は、第１の基板１０１、第２の基板１０２、第３の基板１０３、第１の電圧印加電極１０４、第２の電圧印加電極１０５、第１の対向電極１０６、第２の対向電極１０７、第１の透光性樹脂膜１０８、第２の透光性樹脂膜１０９、第３の透光性樹脂膜１１０、第４の透光性樹脂膜１１１、第１の液晶１１２、第２の液晶１１３、第１の封止樹脂１１４および第２の封止樹脂１１５を含む。
【００８６】
第１、第２および第３の基板１０１、１０２および１０３は、お互いに略平行に配置されている。これらの基板は、透光性であり、たとえばガラスからなる。
【００８７】
第１の電圧印加電極１０４は、第１の基板１０１と第１の液晶１１２との間に配置される。第１の電圧印加電極１０４は、第１の液晶１１２に所望の電圧を印加するための電極である。第１の電圧印加電極１０４は、第１の基板１０１の内側（液晶１１２側）の主面上に形成されている。
【００８８】
第２の電圧印加電極１０５は、第３の基板１０３と第２の液晶１１３との間に配置される。第２の電圧印加電極１０５は、第２の液晶１１３に所望の電圧を印加するための電極である。第２の電圧印加電極１０５は、第３の基板１０３の内側（液晶１１３側）の主面上に形成されている。
【００８９】
第１および第２の電圧印加電極１０４および１０５は、図２に示すように、複数のセグメント電極を含む。なお、図３に示すように、電圧印加電極または対向電極が曲面に形成される場合には、連続的に形成される。
【００９０】
第１の対向電極１０６は、第１の電圧印加電極１０４と略平行に配置される。第１の対向電極１０６は、第１の電圧印加電極１０４とともに、第１の液晶１１２に所望の電圧を印加するための電極である。第１の対向電極１０６は、第２の基板１０２の第１の液晶１１２側の主面のうち、少なくともセグメント電極に対向する部分に略均一に形成される。
【００９１】
第２の対向電極１０７は、第２の電圧印加電極１０５と略平行に配置される。第２の対向電極１０７は、第２の電圧印加電極１０５とともに、第２の液晶１１３に所望の電圧を印加するための電極である。第２の対向電極１０７は、第２の基板１０２の第２の液晶１１３側の主面のうち、少なくともセグメント電極に対向する部分に略均一に形成される。
【００９２】
第１および第２の透光性樹脂膜１０８および１０９は、それぞれ、第１の電圧印加電極１０４および第１の対向電極１０６を覆うように形成される。第１および第２の透光性樹脂膜１０８および１０９は、第１の液晶１１２を所定の方向に配向させるための配向膜であり、たとえばポリビニルアルコール膜からなる。第１の透光性樹脂膜１０８または第２の透光性樹脂膜１０９をラビング処理することによって、第１の液晶１１２を所定の方向に配向させることができる。
【００９３】
第３および第４の透光性樹脂膜１１０および１１１は、それぞれ、第２の電圧印加電極１０５および第２の対向電極１０７を覆うように形成される。第３および第４の透光性樹脂膜１１０および１１１は、第２の液晶１１３を配向させるための配向膜であり、たとえばポリビニルアルコール膜からなる。第３の透光性樹脂膜１１０または第４の透光性樹脂膜１１１をラビング処理することによって、第２の液晶１１３を所定の方向に配向させることができる。第１の液晶１１２の配向方向と、第２の液晶１１３の配向方向とは直交している。
【００９４】
第１の液晶１１２は、第１および第２の透光性樹脂膜１０８および１０９の間（第１の電圧印加電極１０４と第１の対向電極１０６との間）に配置される。第１の液晶１１２は、入射した光の位相を変化させる位相変化層として機能する。第１の液晶１１２には、たとえばネマチック液晶を用いることができる。第１の電圧印加電極１０４と第１の対向電極１０６との間の電圧を変化させることによって第１の液晶１１２の屈折率を変化させることができ、これによって入射した光の位相を変化させることができる。
【００９５】
第２の液晶１１３は、第３および第４の透光性樹脂膜１１０および１１１の間（第２の電圧印加電極１０５と第２の対向電極１０７との間）に配置される。第２の液晶１１３は、入射した光の位相を変化させる位相変化層として機能する。第２の液晶１１３には、たとえばネマチック液晶を用いることができる。第２の電圧印加電極１０５と第２の対向電極１０７との間の電圧を変化させることによって第２の液晶１１３の屈折率を変化させることができ、これによって入射した光の位相を変化させることができる。
【００９６】
第１の封止樹脂１１４は、第１の液晶１１２を封止するためのものであり、第１の液晶１１２を囲むように第１および第２の透光性樹脂膜１０８および１０９の間に配置される。第２の封止樹脂１１５は、第２の液晶１１３を封止するためのものであり、第２の液晶１１３を囲むように第３および第４の透光性樹脂膜１１０および１１１の間に配置される。第１および第２の封止樹脂１１４および１１５には、たとえばエポキシ樹脂を用いることができる。
【００９７】
次に、光学素子１００の動作について説明する。第１および第２の電圧印加電極１０４および１０５のセグメント電極には、外部から制御電圧が印加される。このとき、第１の液晶１１２の配向方向と第２の液晶１１３の配向方向とが直交しているため、往路における直線偏光は、第１の液晶１１２の屈折率変化のみに影響を受け、第１の液晶１１２によってパワー成分の位相が与えられる。すなわち、光学素子１００に入射した平面波は球面波に変換される。
【００９８】
一方、光記録媒体６０によって反射された光は、往路の直線偏光に対して直交した直線偏光になる。このため、復路における光は、第２の液晶１１３の影響のみを受け、第２の液晶１１３によってパワー成分の位相が与えられる。ここで、第１および第２の電圧印加電極１０４および１０５のパターンおよび印加される電圧が同一の場合には、往路と復路とで同じ位相が与えられるので、光学素子１００に入射された球面波を平面波に変換することができる。
【００９９】
以上説明したように、配向方向が異なる２つの液晶層を用いることによって、偏光光学系においても球面収差の補正ができる。光学素子１００を用いて補正を行うことによって、実施形態２で述べたように、良好なレンズシフト特性が得られる。
【０１００】
なお、実施形態３では、光学素子が２つの液晶層を備える場合について説明したが、実施形態１で説明した光学素子を、液晶の配向方向が直交するように配置して用いてもよい。
【０１０１】
（実施形態４）
実施形態４では、本発明の光記録再生装置について一例を説明する。実施形態４の光記録再生装置は、光記録媒体に対して、信号の記録または再生を行う装置であり、信号の記録および再生を行ってもよい。
【０１０２】
実施形態４の光記録再生装置１１６の構成を、図１１に模式的に示す。図１１を参照して、光記録再生装置１１６は、光ヘッド５０と、光学素子駆動回路５７と、モータ１１７と、処理回路１１８とを備える。
【０１０３】
光ヘッド５０は、実施形態２で説明したものであり、本発明の光学素子を含む。なお、光ヘッド５０の代わりに、光ヘッド９０を用いてもよい。これらの光ヘッドについては、重複する説明を省略する。
【０１０４】
実施形態４の光記録再生装置では、光源として、波長が３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内のレーザビームを出射する半導体レーザ素子を用いる。また、対物レンズとして、開口数が０．７から０．９の範囲内の対物レンズを用いる。
【０１０５】
次に、光記録再生装置１１６の動作について説明する。まず、光記録再生装置１１６に光記録媒体６０がセットされると、処理回路１１８はモータ１１７を回転させる信号を出力し、モータ１１７を回転させる。次に、処理回路１１８は、光源５１を駆動して光を出射させる。光源５１から出射された光は、光記録媒体６０で反射され、第１および第２の光検出器５８および５９に入射する。
【０１０６】
第１の光検出器５８は、光記録媒体６０上における光の合焦状態を示すフォーカス誤差信号と、光の照射位置を示すトラッキング誤差信号とを処理回路１１８に出力する。これらの信号に基づき、処理回路１１８は、アクチュエータ６２を制御する信号を出力し、これによって光源５１から出射された光を光記録媒体６０上の所望のトラック上に集光させる。また、処理回路１１８は、第２の光検出器５９から出力される信号に基づいて、光記録媒体６０に記録されている情報を再生する。
【０１０７】
次に、光記録媒体６０の基材厚が設計値とは異なるときの制御について説明する。光記録再生装置１１６では、光記録媒体６０の基材厚が設計値通りである場合に、球面収差の補正が不要なように光ヘッドが構成されている。そのため、基材厚が設計値からずれた場合には、球面収差の補正が必要となる。
【０１０８】
光記録媒体６０の基材厚がずれている場合には、光記録媒体６０の基材厚のずれに応じた信号が基材厚センサ５６によって処理回路１１８に出力される。処理回路１１８は、入力された信号に応じて光学素子駆動回路５７を制御し、これによって、光記録媒体６０の基材厚のずれによって生じる球面収差を補正するために必要な制御信号が、光学素子駆動回路５７から光学素子５４に出力される。そして、光学素子５４によって球面収差の補正がなされる（詳細については、実施形態１および２参照）。このようにして、光記録媒体６０の基材厚が設計値からずれても、光記録媒体６０に記録された情報信号は、正しく再生される。
【０１０９】
なお、実施形態４では、基材厚センサを用いて基材厚のずれを検出する装置について示したが本発明の光記録再生装置は、基材厚センサを用いる装置に限定されない。たとえば、光記録媒体６０をモータにセットしたときに基材厚のずれを学習し、学習した基材厚のずれをもとに球面収差の補正を行う光記録再生装置であってもよい。
【０１１０】
（実施形態５）
実施形態５では、本発明の光記録再生装置の他の一例、およびそれを用いた光記録再生方法を説明する。実施形態５の光記録再生装置および方法は、記録層を１つだけ含む第１の光記録媒体および複数の記録層を含む第２の光記録媒体に対して信号の記録または再生を行う。
【０１１１】
実施形態５の光記録再生装置は、光源と、光記録媒体と光源との間に配置された球面収差補正手段とを含む。具体的には、本発明の光ヘッドを含む光記録再生装置を用いることができる。この場合、本発明の光学素子および対物レンズが球面収差補正手段として機能する。実施形態５の光記録再生装置では、光源として、波長が３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内のレーザービームを出射する半導体レーザー素子を用いる。また、対物レンズとして、開口数が０．７から０．９の範囲内の対物レンズを用いる。
【０１１２】
以下、実施形態５の光記録再生装置として、実施形態４で説明した光記録再生装置１１６を用いた場合について説明する。
【０１１３】
光記録再生装置１１６で記録または再生される第１の光記録媒体１２１および第２の光記録媒体１２２の基材厚について、図１２（ａ）に模式的に示す。光記録媒体１２１は、記録層として記録層Ａのみを含む。光記録媒体１２２は、記録層として記録層ＢおよびＣを含む。なお、光記録媒体１２２は、２つ以上の記録層を含んでもよい。
【０１１４】
記録層Ａについての基材厚（表面１２１ｓから記録層Ａまでの距離）は、図１２（ａ）のａで表される。記録層ＢおよびＣについての基材厚（表面１２１ｓから記録層ＢおよびＣまでの距離）は、それぞれ、図１２（ａ）のｂおよびｃで表される。実施形態５の光記録再生装置においては、第２の光記録媒体１２２の基材厚の１つ（ｂまたはｃ）が基材厚ａに等しい。図１２（ａ）では、基材厚ａと基材厚ｂとが等しい場合を示している。これらの基材厚は、基板と、基板と記録層との間に形成される層（たとえば、紫外線硬化性樹脂）との合計の厚さである。記録層は、たとえば、結晶相と非晶質相との間で相変化を起こすことによって屈折率が変化する相変化材料からなる。
【０１１５】
なお、基材厚が基材厚ａに等しい記録層Ｂには、第２の光記録媒体１２２の管理情報が記録されていることが好ましい。この構成によれば、球面収差補正手段を初期状態にしたまま光記録媒体１２２の管理情報を再生できる。
【０１１６】
実施形態５の光記録再生装置では、光ヘッド５０が、第１の光記録媒体１２１の基材厚ａにあわせて設計される。すなわち、光ヘッド５０は、第１の光記録媒体１２１の基材厚ａのずれに対しては球面収差の補正を行わずにに再生できるマージンを有するように設計される。このような場合、第２の光記録媒体１２２の基材厚のずれに対しては、球面収差の補正が必要となる。
【０１１７】
以下に、実施形態５における光記録再生装置１１６の動作について説明する。まず、光記録媒体１２１または１２２がモータ１１７上にセットされると、処理回路１１８はモータ１１７を回転させる。次に、処理回路１１８は、記録または再生を行う前の初期状態において、セットされた光記録媒体が光記録媒体１２１であるか１２２であるかを判断することなく、基材厚ａの球面収差を補正するように球面収差補正手段を駆動させる。具体的には、本発明の光学素子に外部から電圧を与えない状態にしておく。
【０１１８】
次に、フォーカス制御手段によって、フォーカス制御を行う。フォーカス制御手段は、アクチュエータ６２と処理回路１１８とによって構成される。
【０１１９】
以下にフォーカス制御の方法について説明する。まず、光源５１を駆動して光を出射させ、光記録媒体６０で反射された光を第１の光検出器５８で検出する。第１の光検出器５８は、光記録媒体６０上における光の合焦状態を示すフォーカス誤差信号と、光の照射位置を示すトラッキング誤差信号とを処理回路１１８に出力する。これらの信号に基づき、処理回路１１８は対物レンズ５５を制御する信号を出力し、これによって光源５１から出射された光を光記録媒体６０上の所望のトラック上に集光させる。また、処理回路１１８は、第２の光検出器５９から出力される信号に基づいて、光記録媒体６０に記録されている情報を再生する。
【０１２０】
一方、第２の光記録媒体１２２の記録層Ｃについて記録または再生を行う場合には、記録層Ｃの球面収差を補正するように球面収差補正手段を駆動する。具体的には、記録層Ｂから記録層Ｃに焦点を移動させる信号を処理回路１１８が出力するとほぼ同時に、処理回路１１８は基材厚のずれを補正する信号を出力するように光学素子駆動回路５７を駆動する。この構成によれば、記録または再生する記録層を変更した場合にも信号が良好に記録または再生される。
【０１２１】
以上のように、実施形態５の光記録再生装置では、記録または再生の前に、記録層Ａの球面収差を補正するように球面収差補正手段を駆動する第１のステップを含む光記録再生方法によって信号の記録または再生を行う。この光記録再生方法では、記録層Ｃに信号の記録または再生を行う場合に、第１のステップののちに、記録層Ｃの球面収差を補正するように球面収差補正手段を駆動する第２のステップを含む。すなわち、実施形態５の光記録再生装置は、上記光記録再生方法を実施するためのプログラムを処理回路１１８に格納している。
【０１２２】
実施形態５の光記録再生装置および方法では、光記録媒体の記録層が１つであるか複数であるかを判断することなく球面収差の補正ができるため、記録または再生までの時間を短縮できる。なお、光記録媒体の記録層が１つのみであるか複数であるかが既知の状態であっても、球面収差補正手段を基材厚ａにあわせた状態にしてフォーカス制御を開始する。この場合でも、球面収差補正手段が初期の状態になっているのでフォーカス制御までの時間が早くなる。
【０１２３】
波長を短くしＮＡを大きくして高密度化を達成する場合には、球面収差に対するマージンが小さくなる。そこで、記録層の基材厚が異なる場合には、各記録層毎に球面収差の補正をすることが必要になる。このような場合に、記録層Ａ、ＢおよびＣの基材厚がそれぞれ異なっていると仮定すると、記録層Ａについては球面収差の補正が必要ないが、記録層ＢおよびＣについては球面収差の補正が必要となる。これに対し、上述したように、記録層Ａの基材厚と記録層Ｂの基材厚とを等しくすることによって、記録層Ｃの場合にのみ球面収差の補正を行えばよいことになる。このため、実施形態５の光記録再生装置では、球面収差の補正を行うための回路を簡略化できる。また、記録層の基材厚を学習する場合でも、１つの層の基材厚は既知であるため、学習時間を短縮できる。
【０１２４】
また、実施形態５の光記録再生装置では、本発明の光学素子を用いることによって、光記録媒体に記録された情報信号を信頼性良く再生できる光記録再生装置が得られる。また、本発明の光学素子を用いることによって光記録媒体６０の基材厚のずれに対する許容度が大きくなるため、製造が安価かつ容易な光記録再生装置が得られる。
【０１２５】
（実施形態６）
実施形態６では、本発明の光記録再生装置の他の一例、およびそれを用いた光記録再生方法について説明する。実施形態６の光記録再生装置および方法は、記録層を１つだけ含む第１の光記録媒体および複数の記録層を含む第２の光記録媒体に対して信号の記録または再生を行う。
【０１２６】
実施形態６の光記録再生装置は、光源と、光記録媒体と光源との間に配置された球面収差補正手段と、フォーカス誤差検出手段と、フォーカス制御手段とを含む。具体的には、本発明の光ヘッドを含む光記録再生装置を用いることができる。
【０１２７】
以下、実施形態６の光記録再生装置として、実施形態４で説明した光記録再生装置１１６を用いる場合について説明する。この場合、本発明の光学素子５４および対物レンズ５５が球面収差補正手段として機能し、第１の光検出器５８がフォーカス誤差検出手段として機能し、アクチュエータ６２および処理回路１１８がフォーカス制御手段として機能する。実施形態６の光記録再生装置では、光源として、波長が３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内のレーザービームを出射する半導体レーザー素子を用いる。また、対物レンズとして、開口数が０．７から０．９の範囲内の対物レンズを用いる。
【０１２８】
実施形態６では、光記録再生装置１１６で記録または再生される第１の光記録媒体および第２の光記録媒体の基材厚はお互いに異なる。第１の光記録媒体の記録層の基材厚をａとし、第２の光記録媒体の記録層の基材厚をｂおよびｃと仮定した場合、ａ、ｂおよびｃはそれぞれ異なる（図１２（ｂ）参照）。
【０１２９】
実施形態６の光記録再生装置では、光記録媒体に信号の記録または再生を行う前の初期状態において、第１の光記録媒体に含まれる記録層の球面収差を補正するように球面収差補正手段を駆動する。その後、フォーカス誤差検出手段でフォーカス誤差を検出し、検出されたフォーカス誤差に基づいてフォーカス制御手段でフォーカス制御を行う。信号の記録または再生はフォーカス制御ののちに行われる。なお、球面収差の補正の方法、フォーカス誤差の検出方法、およびフォーカス制御の方法については、上記実施形態で説明した方法を用いることができる。
【０１３０】
以上のように、実施形態６の光記録再生装置では、記録または再生の前に、第１の光記録媒体に含まれる記録層の球面収差を補正するように球面収差補正手段を駆動する第１のステップを含む光記録再生方法によって信号の記録または再生を行う。この光記録再生方法は、第１のステップののちに、フォーカス誤差検出手段でフォーカス誤差を検出する第２のステップと、検出されたフォーカス誤差信号に基づいてフォーカス制御手段でフォーカス制御を行う第３のステップとを含む。信号の記録または再生は、この第３のステップののちに行われる。ここで、セットされた光記録媒体が複数の記録層を含む第２の光記録媒体である場合には、上記したステップの終了後、基材厚センサーで得られる基材厚誤差信号に基づいて球面収差補正手段が駆動され、その後、記録または再生が行われる。実施形態６の光記録再生装置は、この光記録再生方法を実施するためのプログラムを処理回路１１８に格納する。
【０１３１】
実施形態６の光記録再生装置および光記録再生方法では、光記録再生装置にセットされた光記録媒体が、第１の光記録媒体であるか第２の光記録媒体であるかに拘わらず（すなわち、セットされた光記録媒体が第１の光記録媒体であるか第２の光記録媒体であるかということが既知であるか未知であるかに拘わらず）、第１の光記録媒体の記録層の基材厚にあわせて球面収差補正手段を駆動し、フォーカス制御を行う。この構成によれば、記録または再生される光記録媒体が、記録層を１つだけ含む光記録媒体であるか、複数の記録層を含む光記録媒体であるかを判別せずにフォーカス制御が行われるため、フォーカス制御までの時間を短くできる。
【０１３２】
なお、記録または再生の対象となる光記録媒体が、第１の光記録媒体であるか第２の光記録媒体であるかが既知である場合には、まず、対象となる記録層の標準的な基材厚における球面収差を補正するように球面収差補正手段を駆動してもよい。そして、その後、フォーカス誤差検出手段でフォーカス誤差を検出し、検出されたフォーカス誤差に基づいてフォーカス制御手段でフォーカス制御を行ってもよい。記録または再生は、フォーカス制御ののちに行われる。この方法では、フォーカス制御を行う前に,標準的な基材厚における球面収差を補正するように球面収差補正手段を駆動している。このため、標準的な基材厚と実際の基材厚とのずれを基材厚センサで検出し、そのずれに基づいて球面収差を完全に補正してから記録または再生を行うことができる。すなわち、実施形態６では、記録または再生の対象となる光記録媒体が第１の光記録媒体であるか第２の光記録媒体であるかの情報を取得する第１のステップを含む光記録再生方法によって記録または再生を行う。この方法は、取得した情報に基づいて記録または再生の対象となる記録層の標準的な基材厚における球面収差を補正するように球面収差補正手段を駆動させる第２のステップと、フォーカス誤差検出手段でフォーカス誤差を検出する第３のステップと、検出されたフォーカス誤差に基づいてフォーカス制御手段でフォーカス制御を行う第４のステップとを含む。記録または再生は、フォーカス制御ののちに行われる。この場合には、処理回路１１８は、上記４つのステップを含むプログラムを格納する。
【０１３３】
第１のステップにおいて、記録または再生の対象となる光記録媒体が記録層を１つだけを含む第１の光記録媒体であるか、複数の記録層を含む第２の光記録媒体であるかの情報の取得は以下のように行われる。フォーカス誤差を示すフォーカス誤差信号は記録層に対応して検出される。すなわち、記録層が２つあればフォーカス誤差信号が２つ検出される。そこで、この検出される信号の数を検出する回路を構成すれば光記録媒体に含まれる記録層がいくつであるかの情報を取得できる。
【０１３４】
記録または再生の対象となる光記録媒体が記録層を１つだけ含む光記録媒体であるか、複数の記録層を含む光記録媒体であるかの情報を最初に取得する上記の方法によれば、記録層に応じた標準的な基材厚に対応する球面収差補正を行ってからフォーカス制御を行うので安定したフォーカス制御が可能となる。
【０１３５】
なお、上記実施形態では、光ヘッド５０を含む光記録再生装置を用いる場合について説明したが、光ヘッド９０を用いてもよい。
【０１３６】
また、上記実施形態では、コリメータレンズと対物レンズとの間（平行光系）に本発明の光学素子を配置する場合について説明したが、光源とコリメータレンズとの間（発散光系）に配置してもよい。
【０１３７】
また、上記実施形態では無限系の光ヘッドについて説明したが、本発明の光ヘッドは、コリメータレンズを用いない有限系の光ヘッドであってもよい。
【０１３８】
また、上記実施形態２および３では、センサを用いて基材厚のずれを検出する場合について説明したが、あらかじめ学習した基材厚のずれを用いて球面収差の補正を行ってもよい。
【０１３９】
また、上記実施形態では、光記録媒体からの反射光を光源からの光路と分離するために回折格子を用いる場合について説明したが、回折格子の代わりに他の光学素子（たとえばハーフミラー）を用いてもよい。
【０１４０】
また、上記実施形態では、光のみによって情報を記録する光記録媒体について説明したが、光および磁気によって情報を記録する光記録媒体についても、本発明を適用できる。また、本発明は、ディスク状の光記録媒体に限らず、カード状の光記録媒体などにも適用できる。
【０１４１】
また、上記実施形態では、透過する光に対して位相を変化させる光学素子について説明したが、入射した光を反射する際に位相を変化させる光学素子であってもよい。たとえば、圧電材料からなる位相変化層を用い、位相変化層をひずませることによって反射光の位相を変化させる光学素子を用いてもよい。詳細に述べると、ガラス基板上に全反射ミラーが形成されており、その裏面に圧電材料が設けられており、外部からの電圧に応じて圧電材料がふくらまされる。たとえば、圧電材料のうち、全反射ミラーの中央部に設けられた領域のみをふくらませることによって、全反射ミラーが球面のようになり、レンズ作用を持つようになる。したがって、入射された平行光を発散光に変換することができるので球面収差を補正することが可能となる。
【０１４２】
また、上記光記録再生装置および光記録再生方法では、球面収差補正手段として本発明の光学素子と対物レンズとを用いる場合について説明したが、他の球面収差補正手段を用いてもよい。たとえば、球面収差補正手段として、光軸に沿って配置された２枚のレンズを用いてもよい。これらの２枚のレンズを光軸方向に動かして球面収差の補正を行うことができる。
【０１４３】
また、上記光記録再生装置および光記録再生方法では、フォーカス誤差検出手段として光検出器を用いる場合について説明したが、他のフォーカス誤差検出手段を用いてもよい。
【０１４４】
また、上記光記録再生装置および光記録再生方法では、フォーカス制御手段として処理回路とアクチュエータとを用いる場合について説明したが、他のフォーカス制御手段を用いてもよい。
【０１４５】
また、上記実施形態では、光源として半導体レーザを用いる場合について説明したが、光源として、第２高調波を発生するＳＨＧ光源を用いてもよい。
【０１４６】
また、上記実施形態では、光記録媒体として相変化型の光記録媒体を用いて説明したが、光磁気記録媒体など、他の光記録媒体を用いてもよい。
【０１４７】
以上、本発明の実施の形態について例を挙げて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されず本発明の技術的思想に基づく他の実施形態に適用することができる。
【０１４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光ヘッドによれば、対物レンズが移動しても補正効果が劣化しない。そのため、本発明の光ヘッドを用いた、光記録再生装置によれば、信頼性よく信号の記録または再生を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学素子について一例を示す断面図である。
【図２】本発明の光学素子ついて電圧印加電極の一例を示す平面図である。
【図３】本発明の光学素子について他の一例を示す断面図である。
【図４】光軸中心からの距離と球面収差を補正するために必要な位相との関係について一例を示す図である。
【図５】本発明の光ヘッドについて一例の構成を模式的に示す図である。
【図６】基材厚と収差との関係について一例を示すグラフである。
【図７】レンズシフトと収差との関係について一例を示すグラフである。
【図８】レンズシフトと収差との関係について他の一例を示すグラフである。
【図９】本発明の光ヘッドについて他の一例の構成を模式的に示す図である。
【図１０】本発明の光学素子について他の一例を示す断面図である。
【図１１】本発明の光記録再生装置について一例の構成を模式的に示す図である。
【図１２】本発明の光記録再生装置で記録または再生される第１の光記録媒体と第２の光記録媒体とについて基材厚の（ａ）一例および（ｂ）他の一例を示す模式図である。
【図１３】従来の光ヘッドについて一例の構成を模式的に示す図である。
【図１４】従来の光学素子に用いられる液晶パネルの電極について一例を示す平面図である。
【図１５】基材厚が設計値からずれた場合の波面収差の分布について一例を示す図である。
【図１６】基材厚が設計値からずれた場合のレンズシフトと収差との関係について一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１０、１０ａ、５４、１００光学素子
１１、１０１第１の基板
１２、１０２第２の基板
１３、１０４、１０５電圧印加電極
１３ａ〜ｇセグメント電極
１４、１６透光性樹脂膜
１５、１１２、１１３液晶
１７、１０６、１０７対向電極
５０、９０光ヘッド
５１光源
５２回折格子
５３コリメータレンズ
５５対物レンズ
５６基材厚センサ
５７光学素子駆動回路
５８第１の光検出器
５９第２の光検出器
６０光記録媒体
６１レーザビーム
６２アクチュエータ
９１偏光ホログラム
９３１／４波長板
１０３第３の基板
１１６光記録再生装置
１１７モータ
１１８処理回路
１２１第１の基板
１２１ｓ、１２２ｓ表面
１２２第２の基板
Ａ、Ｂ、Ｃ記録層
ａ、ｂ、ｃ基材厚[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention ,light The present invention relates to a head and an optical recording / reproducing apparatus.
[0002]
[Prior art]
A digital versatile disk (DVD) is attracting attention as a large-capacity optical recording medium because it can record digital information at a recording density about six times that of a compact disk (CD). In order to reproduce a high-density DVD, it is necessary to shorten the wavelength of the laser beam and increase the numerical aperture (NA) of the objective lens as compared with the case of reproducing a CD. Therefore, for reproduction of DVD, a laser beam having a wavelength of 650 nm (780 nm for CD) and an objective lens having NA of 0.6 (0.45 for CD) are used. Furthermore, it has been studied to further shorten the wavelength of the laser beam and further increase the recording density by increasing the NA. However, when the wavelength is shortened and the NA of the objective lens is increased, the recording or reproducing margin for the displacement of the recording layer position in the thickness direction is reduced. Therefore, in this case, it is necessary to correct spherical aberration.
[0003]
An optical recording medium having a plurality of recording layers also has a high recording density. In this case as well, the distance from the surface of the optical recording medium to the recording layer (hereinafter sometimes referred to as a substrate thickness) varies depending on the recording layer. Therefore, spherical aberration occurs. In order to correct such spherical aberration, an optical head that corrects wavefront aberration (particularly spherical aberration) using a liquid crystal element has been proposed (see Japanese Patent Laid-Open No. 10-269611).
[0004]
An example of this conventional optical head will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a diagram schematically showing a configuration of a conventional optical head 200 (also referred to as an optical pickup). As shown in FIG. 13, the optical head 200 includes a light source 201, a polarizing beam splitter 202, a liquid crystal panel 203, a quarter wavelength plate 204, an objective lens 205, a condenser lens 206, a photodetector 207, and a substrate thickness sensor 208. And an optical element driving circuit 209. A signal is recorded on or reproduced from the optical disc 210 by the optical head 200.
[0005]
The light source 201 is composed of a semiconductor laser element, and outputs coherent light for recording / reproduction to the recording layer of the optical disc 210. The polarization beam splitter 202 is an element for separating light. The liquid crystal panel 203 includes a plurality of concentric electrodes 203a to 203d as shown in FIG. 14, and corrects aberration by changing the refractive index of the liquid crystal by applying different voltages to the electrodes. The quarter-wave plate 204 is made of a birefringent material and converts linearly polarized light into circularly polarized light. The objective lens 205 condenses light on the recording layer of the optical disc 210. The condensing lens 206 condenses the light reflected by the recording layer of the optical disc 210 on the photodetector 207. The photodetector 207 receives the light reflected by the recording layer of the optical disc 210 and converts it into an electrical signal.
[0006]
Next, the operation of the optical head will be described. The linearly polarized light emitted from the light source 201 passes through the polarization beam splitter 202 and enters the liquid crystal panel 203. Here, when the recording layer of the optical disc 210 is disposed at a position deviated from the design value, the base material thickness sensor 208 detects the deviation amount and outputs the deviation amount to the optical element driving circuit 209. The optical element driving circuit 209 drives the liquid crystal panel 203 so as to correct the wavefront aberration caused by the shift amount based on the input shift amount. Accordingly, the light incident on the liquid crystal panel 203 is given a wavefront aberration that corrects a wavefront aberration (third-order spherical aberration) caused by the deviation of the base material thickness.
[0007]
The spherical aberration correction method using the liquid crystal panel 203 will be described in detail below. First, FIG. 15 shows the phase distribution when the substrate thickness of the optical disc 210 deviates from the design value (optimum substrate thickness). This phase distribution is a phase distribution when the wavelength of the laser beam is 405 nm, the NA of the objective lens is 0.85, the optimal substrate thickness of the optical disk 210 is 0.1 mm, and the deviation of the base material thickness is 0.01 mm. It is a wavefront aberration distribution on the recording layer of the optical disc 210 at the best image point. If a phase that completely corrects this distribution is given to the laser beam, the spot of the laser beam on the optical disc 210 is narrowed to the diffraction limit even if the substrate thickness of the optical disc 210 deviates from the optimum substrate thickness.
[0008]
In order to correct the wavefront aberration of FIG. 15, a phase change that cancels the wavefront aberration of FIG. 15 may be applied to the laser beam. That is, the optical path length may be partially changed. Since the refractive index of the liquid crystal changes according to the voltage applied from the outside, the optical path length can be partially changed by changing the applied voltage. Therefore, the spherical aberration shown in FIG. 15 can be corrected by applying an appropriate voltage to the plurality of electrodes 203a to 203d as shown in FIG.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the optical head 200 corrects spherical aberration by generating third-order spherical aberration, spherical aberration occurs when the center of the objective lens 205 and the centers of the electrodes 203a to 203d of the liquid crystal panel 203 are shifted. The correction effect is degraded. That is, when the objective lens 205 and the liquid crystal panel 203 are arranged separately, the objective lens 205 moves in accordance with the eccentricity of the optical disc 210, so that the center of the objective lens 205 and the centers of the electrodes 203a to 203d are aligned. The correction effect deteriorates due to deviation.
[0010]
Deviation between the center of the objective lens 205 and the centers of the electrodes 203a to d when the wavelength of the laser beam is 400 nm, the NA is 0.85, and the substrate thickness of the optical disk 210 is deviated by 10 μm from the design value (0.1 mm). FIG. 16 shows the relationship between the amount and the corrected aberration.
[0011]
As shown in FIG. 16, when the centers of the two are shifted, the correction effect is deteriorated. This is because the spherical aberration generated in the liquid crystal panel 203 produces coma aberration when the centers of the two are shifted. In order to prevent the deviation between the centers of the two, the liquid crystal panel 203 and the objective lens 205 need to be integrated.
[0012]
However, if the liquid crystal panel 203 and the objective lens 205 are integrated, it is difficult to reduce the thickness of the optical head. In addition, since it is necessary to move the liquid crystal panel 203 together with the objective lens 205, the f characteristic (sensitivity) of the actuator is lowered. In addition, the wiring for driving the liquid crystal panel 203 complicates the structure of the actuator, making it difficult to reduce the cost.
[0013]
As a method of correcting the spherical aberration, a method of correcting the spherical aberration by arranging two lenses on the optical axis and changing the distance between the lenses has been proposed (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-131603). In this method, a phase change that changes parallel light into divergent light or convergent light is given to light transmitted through the lens by changing the distance between the lenses, and as a result, spherical aberration is corrected. However, in the case of this method, a mechanical means for changing the distance between the lenses in accordance with the deviation of the substrate thickness is required, and it is difficult to reduce the size of the optical head. Further, in order to prevent the occurrence of coma aberration, it is necessary to accurately match the centers of the two lenses, and it is difficult to manufacture the optical head at a low cost. Further, in this method, since the lens interval is changed in the optical axis direction, the optical system is an enlargement / reduction optical system. As a result, there is a problem in that the efficiency of capturing light incident on the lens for correcting spherical aberration changes, and the RIM intensity of light changes.
[0014]
The present invention has been made in view of such a situation, and an optical head with little deterioration of the correction effect even if the objective lens moves. De And an optical recording / reproducing apparatus.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention Optical head Is An optical head for recording or reproducing a signal with respect to an optical recording medium, comprising: a light source; an optical element disposed between the optical recording medium and the light source; and the optical recording medium and the optical element. An objective lens disposed between the optical elements, A first voltage application electrode; a first counter electrode disposed to face the first voltage application electrode; and the first voltage application electrode and the first counter electrode. A first element portion including the first liquid crystal, a second voltage application electrode, a second counter electrode disposed to face the second voltage application electrode, and the second voltage application. And a second element part including a second liquid crystal disposed between the electrode and the second counter electrode, wherein the first element part has a first polarization direction. Light emitted from the light source A phase for converting a plane wave into a spherical wave is applied to the second element unit, and the second element unit has a second polarization direction orthogonal to the first polarization direction. Reflected light from the optical recording medium Giving a phase for converting a plane wave into a spherical wave, and changing the voltage between the first voltage application electrode and the first counter electrode, thereby allowing the first liquid crystal to be incident on the first liquid crystal. Outgoing light The phase which converts a plane wave into a spherical wave is given only to the above, and the voltage between the second voltage application electrode and the second counter electrode is changed to change the voltage incident on the second liquid crystal. reflected light A phase for converting a plane wave into a spherical wave is given only to.
this Optical head Therefore, even if the objective lens moves in the polarization optical system, the deterioration of the correction effect is small. Yes. This optical head is easy to manufacture. .
[0016]
the above Optical head Then, at least one electrode selected from the first voltage application electrode and the first counter electrode may be arranged on a curved surface. According to this configuration, since it is not necessary to divide the voltage application electrode, wiring is facilitated.
[0021]
the above Optical head Then, the first voltage application electrode may include a plurality of segment electrodes. According to this structure, manufacture becomes easy.
[0023]
the above Optical head Then, at least one electrode selected from the second voltage application electrode and the second counter electrode may be arranged on a curved surface.
[0026]
the above Optical head Then, the second voltage application electrode may include a plurality of segment electrodes.
[0028]
The optical head may further include an N / 4 wavelength plate (N is an odd number of 1 or more) disposed between the optical element and the objective lens. According to this configuration, the utilization efficiency of the light emitted from the light source can be increased, so that signal recording or reproduction with respect to the optical recording medium is facilitated.
[0029]
In addition, the present invention Light of The recording / reproducing apparatus is an optical recording / reproducing apparatus for recording or reproducing a signal to / from an optical recording medium, Any of the above configurations With optical head Octopus And features. This optical recording / reproducing apparatus is the present invention. Optical head Therefore, it is possible to record or reproduce signals with high reliability. Further, this optical recording / reproducing apparatus is easy to manufacture.
[0041]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, about the same part, the same code | symbol is attached | subjected and the overlapping description is abbreviate | omitted.
[0042]
(Embodiment 1)
In the first embodiment, an example of the optical element of the present invention will be described. A cross-sectional view of the optical element 10 of Embodiment 1 is schematically shown in FIG.
[0043]
Referring to FIG. 1, an optical element 10 includes a first substrate 11, a second substrate 12 disposed substantially parallel to the first substrate 11, a first substrate 11, a second substrate 12, and the like. Voltage application electrode (first voltage application electrode) 13, translucent resin film 14, liquid crystal (first phase change layer) 15, translucent resin film 16, counter electrode (first electrode) Counter electrode) 17 and sealing resin 18. The liquid crystal 15 is sealed with a sealing resin 18.
[0044]
The first substrate 11 and the second substrate 12 are translucent substrates, and are made of, for example, glass.
[0045]
The voltage application electrode 13 is an electrode for applying a desired voltage to the liquid crystal 15. The voltage application electrode 13 is formed on the main surface on the inner side (liquid crystal 15 side) of the first substrate 11. The voltage application electrode 13 is made of a translucent and conductive material, for example, indium / tin / oxide (ITO). A plan view of the voltage application electrode 13 is shown in FIG. The voltage application electrode 13 includes a plurality of segment electrodes 13a to 13g arranged concentrically. Although FIG. 2 shows a case where the voltage application electrode 13 is composed of seven segment electrodes, the number of segment electrodes is not particularly limited.
[0046]
The counter electrode 17 is formed on the second substrate 12 so as to face the voltage application electrode 13. The counter electrode is an electrode for applying a desired voltage to the liquid crystal 15 together with the voltage application electrode 13. The counter electrode 17 is made of a translucent and conductive material, for example, ITO. The counter electrode 17 is formed on the entire main surface on the inner side (the liquid crystal 15 side) of the second substrate 12 at least on the part facing the segment electrodes 13a to 13g.
[0047]
The translucent resin films 14 and 16 are alignment films for aligning the liquid crystal 15 in a predetermined direction, and are made of, for example, a polyvinyl alcohol film. By rubbing the translucent resin film 14 or 16, the liquid crystal 15 can be aligned in a predetermined direction.
[0048]
The liquid crystal 15 functions as a phase change layer that changes the phase of incident light. The liquid crystal 15 is made of nematic liquid crystal, for example. By changing the voltage between the voltage application electrode 13 and the counter electrode 17, the refractive index of the liquid crystal 15 can be changed, whereby the phase of incident light can be changed.
[0049]
The sealing resin 18 is for sealing the liquid crystal 15 and is made of, for example, an epoxy resin.
[0050]
In the optical element 10, by changing the voltage between the segment electrodes 13 a to 13 g and the counter electrode 17, the refractive index of the liquid crystal 15 that is the phase change layer is partially changed, and the light incident on the liquid crystal 15 is changed. Gives a phase that converts a plane wave into a spherical wave. Specifically, for example, the counter electrode is 0V, the segment electrode 13a is 0V, the segment electrode 13b is 0.5V, the segment electrode 13c is 1V, the segment electrode 13d is 1.5V, the segment electrode 13e is 2V, and the segment electrode 13f is A voltage of 2.5V and 3V may be applied to the segment electrode 13g. Thus, by increasing the voltage applied to the segment electrode from the center of the voltage application electrode 13 toward the outside, the phase difference increases from the center of the optical element 10 to the outside, and the plane wave is converted into a spherical wave. It becomes possible. According to the optical element 10, as described in the second embodiment, an optical head that does not deteriorate the correction effect even when the objective lens moves can be configured.
[0051]
Note that at least one electrode selected from the voltage application electrode 13 and the counter electrode 17 may be arranged on a curved surface (the same applies to the following embodiments). A cross-sectional view of the optical element 10a in which the counter electrode 17 is arranged on a curved surface is schematically shown in FIG. In the optical element 10a, the inner surface of the second substrate 12 is recessed, and the counter electrode 17 is formed on the surface. In the optical element 10a, the voltage application electrode 13 is not divided into a plurality of segment electrodes but formed on one surface. As a result, as described in the second embodiment, an optical head in which the correction effect is not particularly reduced even when the objective lens is moved can be configured.
[0052]
Another example of an optical element that gives a smooth phase change is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-143303. This element includes a voltage application electrode including a transparent electrode having a large sheet resistance and a voltage supply unit having a resistance smaller than that of the transparent electrode. When a voltage is applied from the outside to the voltage supply unit connected to a part of the transparent electrode, a voltage drop occurs because the sheet resistance of the transparent electrode is large, and the voltage smoothly decreases as the voltage supply unit is separated. For this reason, the voltage between the voltage application electrode and the counter electrode changes smoothly, and the refractive index of the phase change layer changes accordingly.
[0053]
The alignment of the liquid crystal 15 may be controlled by a method other than the rubbing method (the same applies to the following embodiments). For example, the film itself may be oriented by oblique vapor deposition. Further, the alignment of the liquid crystal may be controlled by forming a groove in the substrate.
[0054]
Further, the phase change layer may be formed using another material instead of the liquid crystal 15 (the same applies to the following embodiments). For the phase change layer, a material whose refractive index changes or a material whose volume changes depending on the voltage between the voltage application electrode 13 and the counter electrode 17 can be used. As a material whose volume changes with voltage, PLZT (a transparent crystal having a perovskite structure including lead oxide, lanthanum, zirconium oxide, and titanium oxide) may be used. Since PLZT is solid, unlike a liquid crystal, a substrate and a sealing resin are not required. For this reason, an optical element can be made thin by using PLZT.
[0055]
(Embodiment 2)
In the second embodiment, an optical head of the present invention using the optical element described in the first embodiment will be described. The configuration of the optical head 50 of Embodiment 2 is schematically shown in FIG.
[0056]
Referring to FIG. 5, the optical head 50 includes a light source 51, a diffraction grating 52, a collimator lens 53, an optical element 54, an objective lens 55, a substrate thickness sensor 56, and a first photodetector 58. And a second photodetector 59. The optical element 54 is driven by an optical element driving circuit 57. The collimator lens 53 and the objective lens 55 constitute a condensing optical system. The optical head 50 performs signal recording or reproduction on the optical recording medium 60. The optical element 54 is the optical element described in the first embodiment.
[0057]
As the light source 51, a semiconductor laser element can be used. The light source 51 outputs a recording / reproducing laser beam 61 (coherent light) to the recording layer of the optical recording medium 60. The diffraction grating 52 is a diffraction grating having a zero-order diffraction efficiency of approximately 50% and a ± first-order diffraction efficiency of approximately 50%. The diffraction grating 52 can be formed by etching a glass after forming a predetermined resist pattern on the glass surface by photolithography. The optical element 54 gives a phase for converting a plane wave into a spherical wave with respect to the light incident on the optical element 54. Photodiodes can be used for the first and second photodetectors 58 and 59.
[0058]
The objective lens 55 focuses the laser beam 61 on the recording layer of the optical recording medium 60. The first photodetector 58 receives + first-order light diffracted by the diffraction grating 52 out of the laser beam 61 reflected by the recording layer of the optical recording medium 60 and converts it into an electrical signal. The second photodetector 59 receives -first order light diffracted by the diffraction grating 52 out of the laser beam 61 reflected by the recording layer of the optical recording medium 60 and converts it into an electrical signal.
[0059]
The substrate thickness sensor 56 detects a deviation between a preset substrate thickness and an actual substrate thickness, and outputs a signal corresponding to the deviation. As the substrate thickness sensor 56, for example, sensors described in Japanese Patent Laid-Open No. 10-334575 and USP 6,115,336 can be used. Specifically, the substrate thickness sensor 56 includes a light source, a first optical system that irradiates an optical recording medium (measurement object) with light emitted from the light source, and a light receiving element that reflects light from the optical recording medium. And a second optical system leading to Here, the light source includes a laser, an LED, or a lamp. The first and second optical systems are configured by a convex lens or a combination of a convex lens and a concave lens. According to this configuration, the signal output from the light receiving element varies depending on the thickness of the base material. Another method for detecting the substrate thickness is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-171346. In this system, a spherical surface is formed based on the focal position of the first light beam closer to the optical axis of the reflected light from the optical recording medium and the focal position of the second light beam outside the first light beam. Aberration is detected.
[0060]
The optical element driving circuit 57 drives the optical element 54 so as to correct the deviation of the substrate thickness based on the deviation of the substrate thickness inputted from the substrate thickness sensor 56.
[0061]
The operation of the optical head 50 will be described with reference to FIG. A part of the linearly polarized light emitted from the light source 51 passes through the diffraction grating 52 and enters the collimator lens 53, and is collimated by the collimator lens 53. This parallel light is incident on the optical element 54. Here, when the substrate thickness of the optical recording medium 60 is deviated from the design value, the substrate thickness sensor 56 outputs a signal corresponding to the deviation amount, and the signal is input to the optical element driving circuit 57. The Based on the input signal, the optical element driving circuit 57 outputs to the optical element 54 a signal necessary to correct the wavefront aberration that occurs when the substrate thickness of the optical recording medium 60 is shifted. In this way, the light incident on the optical element 54 has a wavefront aberration that gives a phase (power component) that converts parallel light into divergent light or a phase that converts parallel light into convergent light. It is given according to the direction of displacement.
[0062]
Since the light transmitted through the optical element 54 enters the objective lens 55 in a state where it is not parallel light, spherical aberration occurs. Then, this spherical aberration corrects the spherical aberration that occurs when the base material thickness of the optical recording medium 60 deviates from the design value. That is, the optical element 54 gives the incident light a phase that causes a desired spherical aberration when it enters the objective lens 55. In this way, a light spot having no aberration, that is, narrowed down to the diffraction limit, is formed on the optical recording medium 60.
[0063]
Next, the light reflected from the optical recording medium 60 becomes light having wavefront aberration that occurs when the base material thickness of the optical recording medium 60 deviates from the design value, but the wavefront aberration is caused by the objective lens 55 and the optical element 54. Is corrected. The light transmitted through the optical element 54 passes through the collimator lens 53 and is diffracted by the diffraction grating 52. The diffracted + 1st order light is incident on the first photodetector 58, and the diffracted −1st order light is incident on the second photodetector 59. The first photodetector 58 outputs a focus error signal indicating the focused state of light on the optical recording medium 60, and outputs a tracking error signal indicating the light irradiation position. Further, the second photodetector 59 outputs a signal regarding information recorded on the optical recording medium 60.
[0064]
The focus error signal output from the first photodetector 58 is input to a focus control circuit (not shown). The focus control circuit controls the position of the objective lens 55 in the optical axis direction so that the light is focused on the optical recording medium 60 in a focused state based on the focus error signal. The tracking error signal is input to a tracking control circuit (not shown). The tracking control circuit controls the position of the objective lens 55 based on the tracking error signal so that the light is focused on a desired track on the optical recording medium 60. The position of the objective lens 55 is controlled using the actuator 62.
[0065]
Next, the operation of the optical element 54 will be described by taking the case of using the optical element 10 as an example. In the optical element 10, by changing the voltage between the segment electrodes 13 a to 13 g and the counter electrode 17, the refractive index of the liquid crystal 15 that is the phase change layer is changed, and a plane wave is spherically applied to the light incident on the liquid crystal 15. Gives the phase to convert to a wave. Here, in order to convert a plane wave into a spherical wave, a phase P satisfying the following expression (1) may be given to incident light.
[0066]
(A-P) ² + R ² = A ² (1)
Here, a is a constant, and r is the distance from the center of the optical axis. As an example, when the wavelength of the laser beam is 405 nm, NA is 0.85, the substrate thickness of the design value (that is, the optimum substrate thickness) is 0.1 mm, and the deviation of the substrate thickness from the design value is 10 μm FIG. 4 shows the phase distribution satisfying Equation (1).
[0067]
Here, FIG. 6 shows the relationship between the base material thickness and the corrected aberration when the phase shown in FIG. 4 is generated by 40 concentric segment electrodes. For comparison, FIG. 6 also shows aberrations when correction is not performed. FIG. 7 shows the lens shift characteristics when the deviation of the substrate thickness of 10 μm is corrected. The horizontal axis in FIG. 7 represents the shift (lens shift) between the center of the optical axis and the center of the objective lens (here, the shift between the centers of the 40 concentric segment electrodes and the center of the objective lens). Equivalent to).
[0068]
In the optical head 50, a phase (power component) for converting a plane wave into a spherical wave is given to the light incident on the optical element 54, and correction is performed by generating spherical aberration in combination with the objective lens. Therefore, unlike the case where the third-order spherical aberration itself to be corrected is directly applied to the light incident on the optical element, the optical head 50 is very resistant to lens shift as shown in FIG.
[0069]
In the optical element 54, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 10-360545, a thin film resistor is formed on the optical element to divide a signal applied from the outside, and the divided voltages are respectively applied. A method of applying to the segment electrodes can be used. According to this method, even if the number of segment electrodes is as large as 40, the voltage applied from the outside can be three including the voltage applied to the counter electrode.
[0070]
When the optical element 10 is used, a necessary phase is approximately generated using a plurality of segment electrodes. On the other hand, by using the optical element 10a, a necessary phase can be generated according to its shape. In the optical element 10a, since the liquid crystal 15 that is a phase change layer has a convex shape, it is possible to give a continuously changed phase to incident light without dividing the voltage application electrode. Therefore, the power component can be faithfully reproduced by using the optical element 10a. In this case, since higher-order aberrations are not generated, the corrected aberration can be made substantially zero. FIG. 6 shows the relationship between the thickness of the substrate and the corrected aberration when the optical element 10a is used. Further, FIG. 8 shows lens shift characteristics when the deviation of the substrate thickness of 10 μm is corrected by using the optical element 10a. Also in this case, the lens shift characteristic is very good as in the correction approximated by the segment electrode.
[0071]
As described above, the optical head 50 of Embodiment 2 has good lens shift characteristics when correcting spherical aberration. In addition, since the objective lens and the optical element can be arranged without being integrated, the optical head 50 can reliably read out the signal recorded on the optical recording medium in which the substrate thickness is shifted. Can do. Further, the optical head 50 can be further reduced in thickness. Further, since it is not necessary to mount an optical element on the actuator, it is possible to prevent a decrease in the f characteristic (sensitivity) of the actuator and to simplify the wiring and to manufacture at a low cost. Further, unlike a conventional optical head that includes two lenses and generates a power component by mechanically changing the distance between these lenses, the optical head 50 generates a power component electrically. For this reason, the optical head 50 is suitable for miniaturization. In the optical head 50, since the efficiency of capturing light incident on the optical element does not change, it is possible to prevent the RIM intensity of the light from changing.
[0072]
(Embodiment 3)
In the third embodiment, another example of the optical element and the optical head of the present invention will be described. The optical head of the third embodiment is different from the optical head of the second embodiment in that a polarization optical system including a polarization hologram and a quarter wavelength plate is used, and an optical element corresponding to the polarization optical system is used. Different. In addition, about the part which attached | subjected the code | symbol same as the part demonstrated in Embodiment 1 and 2, it has a function similar to the part demonstrated in Embodiment 1 and 2 unless there is particular description.
[0073]
The configuration of the optical head 90 of Embodiment 3 is schematically shown in FIG. Referring to FIG. 9, an optical head 90 includes a light source 51, a collimator lens 53, an objective lens 55, a base material thickness sensor 56, a first photodetector 58, a second photodetector 59, a polarization hologram 91, an optical element. An element 100 and a quarter wave plate 93 are included. The optical element 100 is driven by the optical element driving circuit 57.
[0074]
The polarization hologram 91 has a function of separating polarized light. The polarization hologram 91 does not act on extraordinary rays (transmittance is almost 100%) and acts as a diffraction grating on ordinary rays. As the polarization hologram 91, one disclosed in JP-A-6-27322 can be used. Such a polarization hologram can be formed by exchanging a predetermined part of a lithium niobate substrate having birefringence and etching the proton exchange part.
[0075]
The optical element 100 is an element that corrects aberrations by changing the refractive index of the liquid crystal. Details of the optical element 100 will be described later.
[0076]
The quarter wavelength plate 93 is made of, for example, quartz. The ¼ wavelength plate 93 converts the linearly polarized light emitted from the light source 51 into circularly polarized light, and also converts the light reflected by the recording layer of the optical recording medium 60 into linearly polarized light in a direction different from that at the time of irradiation. It is an optical element. In place of the quarter wavelength plate, an N / 4 wavelength plate (N is an odd number of 1 or more) may be used.
[0077]
Next, the operation of the optical head 90 will be described with reference to FIG. The linearly polarized light (laser beam 61) emitted from the light source 51 passes through the polarization hologram 91 with a transmittance of almost 100%, enters the collimator lens 53, and is collimated by the collimator lens 53. This parallel light is incident on the optical element 100.
[0078]
Here, when the substrate thickness of the optical recording medium 60 is deviated from the design value, the substrate thickness sensor 56 outputs a signal corresponding to the deviation amount, and the signal is input to the optical element driving circuit 57. The Based on the input signal, the optical element drive circuit 57 outputs a signal necessary for correcting the wavefront aberration generated when the substrate thickness of the optical recording medium 60 is shifted to the optical element 100. Wavefront aberration is given to the light incident on the optical element 100 based on the signal output from the optical element driving circuit 57. Specifically, a wavefront aberration that gives a phase (power component) for converting parallel light into divergent light or a phase for converting parallel light into convergent light is given according to the direction of deviation of the substrate thickness.
[0079]
Next, the light transmitted through the optical element 100 enters the quarter-wave plate 93 and is converted from linearly polarized light to circularly polarized light. Since this circularly polarized light is incident on the objective lens 55 in a non-parallel state, spherical aberration occurs in the objective lens 55, and the spherical aberration that occurs due to the deviation of the substrate thickness of the optical recording medium 60 due to this spherical aberration. to correct. Accordingly, a light spot having no aberration, that is, narrowed down to the diffraction limit is formed on the optical recording medium 60.
[0080]
The light incident on the optical recording medium 60 is reflected by the optical recording medium 60 and becomes light having wavefront aberration that occurs when the substrate thickness of the optical recording medium 60 is shifted. This light passes through the objective lens 55 and enters the quarter-wave plate 93. The light incident on the quarter wave plate 93 is converted from circularly polarized light to linearly polarized light. The direction of polarization of this linearly polarized light is orthogonal to the linearly polarized light emitted from the light source 51. This linearly polarized light having spherical aberration is incident on the optical element 100 of the present invention, and the spherical power is corrected by being given the same power component as the forward path.
[0081]
The linearly polarized light transmitted through the optical element 100 is almost 100% diffracted by the polarization hologram 91, the diffracted + 1st order light is incident on the first photodetector 58, and the diffracted −1st order light is the second photodetector. 59 is incident. The first photodetector 58 outputs a focus error signal indicating the focused state of light on the optical recording medium 60, and outputs a tracking error signal indicating the light irradiation position. The second photodetector 59 outputs a signal regarding information recorded on the optical recording medium 60.
[0082]
The focus error signal output from the first photodetector 58 is input to a focus control circuit (not shown). The focus control circuit controls the position of the objective lens 55 in the optical axis direction so that the light is focused on the optical recording medium 60 in a focused state based on the focus error signal. The tracking error signal is input to a tracking control circuit (not shown). The tracking control circuit controls the position of the objective lens 55 based on the tracking error signal so that the light is focused on a desired track on the optical recording medium 60. The position of the objective lens 55 is controlled using the actuator 62.
[0083]
Since the optical head 90 uses a polarization optical system, the utilization efficiency of light emitted from the light source 51 is high, and recording / reproduction of a rewritable optical recording medium can be facilitated.
[0084]
Next, the optical element 100 of the present invention will be described. Since the liquid crystal is a uniaxial birefringent material, a phase change can be given to incident light only when the rubbing direction of the liquid crystal is parallel to the polarization direction of the incident light. Therefore, when the polarization directions are orthogonal in the forward path and the return path as in the polarization optical system, the optical element of Embodiment 1 cannot give a phase change in the return path. In the optical head of the present invention in which correction is performed by a combination of an optical element that defocuses incident light and an objective lens, if the same phase change as that in the forward path is not given in the return path, the optical detector defocuses. There is. Therefore, in order to give the same phase change to the polarized light in the return path, the optical head of Embodiment 3 needs to use an optical element corresponding to the polarization optical system.
[0085]
Hereinafter, the optical element 100 will be described. A cross-sectional view of the optical element 100 is schematically shown in FIG. The optical element 100 includes a first substrate 101, a second substrate 102, a third substrate 103, a first voltage application electrode 104, a second voltage application electrode 105, a first counter electrode 106, and a second counter electrode. The electrode 107, the first translucent resin film 108, the second translucent resin film 109, the third translucent resin film 110, the fourth translucent resin film 111, the first liquid crystal 112, the first liquid crystal 2 liquid crystal 113, first sealing resin 114, and second sealing resin 115.
[0086]
The first, second and third substrates 101, 102 and 103 are arranged substantially parallel to each other. These substrates are translucent and are made of, for example, glass.
[0087]
The first voltage application electrode 104 is disposed between the first substrate 101 and the first liquid crystal 112. The first voltage application electrode 104 is an electrode for applying a desired voltage to the first liquid crystal 112. The first voltage application electrode 104 is formed on the main surface on the inner side (the liquid crystal 112 side) of the first substrate 101.
[0088]
The second voltage application electrode 105 is disposed between the third substrate 103 and the second liquid crystal 113. The second voltage application electrode 105 is an electrode for applying a desired voltage to the second liquid crystal 113. The second voltage application electrode 105 is formed on the main surface inside (the liquid crystal 113 side) of the third substrate 103.
[0089]
The first and second voltage application electrodes 104 and 105 include a plurality of segment electrodes as shown in FIG. In addition, as shown in FIG. 3, when a voltage application electrode or a counter electrode is formed in a curved surface, it forms continuously.
[0090]
The first counter electrode 106 is disposed substantially in parallel with the first voltage application electrode 104. The first counter electrode 106 is an electrode for applying a desired voltage to the first liquid crystal 112 together with the first voltage application electrode 104. The first counter electrode 106 is formed substantially uniformly on at least a portion of the main surface on the first liquid crystal 112 side of the second substrate 102 facing the segment electrode.
[0091]
The second counter electrode 107 is disposed substantially in parallel with the second voltage application electrode 105. The second counter electrode 107 is an electrode for applying a desired voltage to the second liquid crystal 113 together with the second voltage application electrode 105. The second counter electrode 107 is formed substantially uniformly on at least a portion of the main surface on the second liquid crystal 113 side of the second substrate 102 facing the segment electrode.
[0092]
The first and second translucent resin films 108 and 109 are formed so as to cover the first voltage application electrode 104 and the first counter electrode 106, respectively. The first and second translucent resin films 108 and 109 are alignment films for aligning the first liquid crystal 112 in a predetermined direction, and are made of, for example, a polyvinyl alcohol film. By rubbing the first light-transmitting resin film 108 or the second light-transmitting resin film 109, the first liquid crystal 112 can be aligned in a predetermined direction.
[0093]
The third and fourth translucent resin films 110 and 111 are formed so as to cover the second voltage application electrode 105 and the second counter electrode 107, respectively. The third and fourth translucent resin films 110 and 111 are alignment films for aligning the second liquid crystal 113, and are made of, for example, a polyvinyl alcohol film. By rubbing the third light-transmitting resin film 110 or the fourth light-transmitting resin film 111, the second liquid crystal 113 can be aligned in a predetermined direction. The alignment direction of the first liquid crystal 112 is orthogonal to the alignment direction of the second liquid crystal 113.
[0094]
The first liquid crystal 112 is disposed between the first and second translucent resin films 108 and 109 (between the first voltage application electrode 104 and the first counter electrode 106). The first liquid crystal 112 functions as a phase change layer that changes the phase of incident light. As the first liquid crystal 112, for example, a nematic liquid crystal can be used. By changing the voltage between the first voltage application electrode 104 and the first counter electrode 106, the refractive index of the first liquid crystal 112 can be changed, thereby changing the phase of the incident light. Can do.
[0095]
The second liquid crystal 113 is disposed between the third and fourth translucent resin films 110 and 111 (between the second voltage application electrode 105 and the second counter electrode 107). The second liquid crystal 113 functions as a phase change layer that changes the phase of incident light. As the second liquid crystal 113, for example, a nematic liquid crystal can be used. By changing the voltage between the second voltage application electrode 105 and the second counter electrode 107, the refractive index of the second liquid crystal 113 can be changed, thereby changing the phase of the incident light. Can do.
[0096]
The first sealing resin 114 is for sealing the first liquid crystal 112, and is interposed between the first and second translucent resin films 108 and 109 so as to surround the first liquid crystal 112. Be placed. The second sealing resin 115 is for sealing the second liquid crystal 113, and is interposed between the third and fourth translucent resin films 110 and 111 so as to surround the second liquid crystal 113. Be placed. For the first and second sealing resins 114 and 115, for example, an epoxy resin can be used.
[0097]
Next, the operation of the optical element 100 will be described. A control voltage is applied to the segment electrodes of the first and second voltage application electrodes 104 and 105 from the outside. At this time, since the alignment direction of the first liquid crystal 112 and the alignment direction of the second liquid crystal 113 are orthogonal to each other, the linearly polarized light in the forward path is affected only by the refractive index change of the first liquid crystal 112, and The phase of the power component is given by one liquid crystal 112. That is, the plane wave incident on the optical element 100 is converted into a spherical wave.
[0098]
On the other hand, the light reflected by the optical recording medium 60 becomes linearly polarized light orthogonal to the outwardly polarized light. For this reason, the light in the return path is only affected by the second liquid crystal 113, and the phase of the power component is given by the second liquid crystal 113. Here, when the patterns of the first and second voltage application electrodes 104 and 105 and the applied voltage are the same, the same phase is given in the forward path and the return path, so that the spherical wave incident on the optical element 100 Can be converted into a plane wave.
[0099]
As described above, spherical aberration can be corrected even in a polarization optical system by using two liquid crystal layers having different alignment directions. By performing correction using the optical element 100, good lens shift characteristics can be obtained as described in the second embodiment.
[0100]
In the third embodiment, the case where the optical element includes two liquid crystal layers has been described. However, the optical element described in the first embodiment may be arranged and used so that the alignment directions of the liquid crystals are orthogonal to each other.
[0101]
(Embodiment 4)
In the fourth embodiment, an example of the optical recording / reproducing apparatus of the present invention will be described. The optical recording / reproducing apparatus of Embodiment 4 is an apparatus that records or reproduces signals on an optical recording medium, and may record and reproduce signals.
[0102]
The configuration of the optical recording / reproducing apparatus 116 of Embodiment 4 is schematically shown in FIG. Referring to FIG. 11, the optical recording / reproducing device 116 includes an optical head 50, an optical element driving circuit 57, a motor 117, and a processing circuit 118.
[0103]
The optical head 50 has been described in the second embodiment and includes the optical element of the present invention. Instead of the optical head 50, the optical head 90 may be used. A duplicate description of these optical heads is omitted.
[0104]
In the optical recording / reproducing apparatus of the fourth embodiment, a semiconductor laser element that emits a laser beam having a wavelength in the range of 390 nm to 420 nm is used as a light source. An objective lens having a numerical aperture in the range of 0.7 to 0.9 is used as the objective lens.
[0105]
Next, the operation of the optical recording / reproducing apparatus 116 will be described. First, when the optical recording medium 60 is set in the optical recording / reproducing device 116, the processing circuit 118 outputs a signal for rotating the motor 117, and rotates the motor 117. Next, the processing circuit 118 drives the light source 51 to emit light. The light emitted from the light source 51 is reflected by the optical recording medium 60 and enters the first and second photodetectors 58 and 59.
[0106]
The first photodetector 58 outputs a focus error signal indicating the focused state of light on the optical recording medium 60 and a tracking error signal indicating the light irradiation position to the processing circuit 118. Based on these signals, the processing circuit 118 outputs a signal for controlling the actuator 62, thereby condensing the light emitted from the light source 51 onto a desired track on the optical recording medium 60. Further, the processing circuit 118 reproduces information recorded on the optical recording medium 60 based on the signal output from the second photodetector 59.
[0107]
Next, control when the substrate thickness of the optical recording medium 60 is different from the design value will be described. In the optical recording / reproducing apparatus 116, the optical head is configured so that the correction of spherical aberration is not required when the substrate thickness of the optical recording medium 60 is as designed. For this reason, when the substrate thickness deviates from the design value, it is necessary to correct spherical aberration.
[0108]
When the substrate thickness of the optical recording medium 60 is deviated, a signal corresponding to the deviation of the substrate thickness of the optical recording medium 60 is output to the processing circuit 118 by the substrate thickness sensor 56. The processing circuit 118 controls the optical element driving circuit 57 in accordance with the input signal, whereby a control signal necessary for correcting the spherical aberration caused by the deviation of the base material thickness of the optical recording medium 60 is changed to the optical signal. The light is output from the element driving circuit 57 to the optical element 54. Then, the spherical aberration is corrected by the optical element 54 (refer to Embodiments 1 and 2 for details). In this way, even if the substrate thickness of the optical recording medium 60 deviates from the design value, the information signal recorded on the optical recording medium 60 is correctly reproduced.
[0109]
In addition, although Embodiment 4 showed about the apparatus which detects the deviation | shift of a base material thickness using a base material thickness sensor, the optical recording / reproducing apparatus of this invention is not limited to the apparatus using a base material thickness sensor. For example, an optical recording / reproducing apparatus that learns the deviation of the substrate thickness when the optical recording medium 60 is set in a motor and corrects the spherical aberration based on the learned deviation of the substrate thickness may be used.
[0110]
(Embodiment 5)
In Embodiment 5, another example of the optical recording / reproducing apparatus of the present invention and an optical recording / reproducing method using the same will be described. The optical recording / reproducing apparatus and method according to Embodiment 5 record or reproduce signals on a first optical recording medium including only one recording layer and a second optical recording medium including a plurality of recording layers.
[0111]
The optical recording / reproducing apparatus of Embodiment 5 includes a light source, and spherical aberration correcting means disposed between the optical recording medium and the light source. Specifically, an optical recording / reproducing apparatus including the optical head of the present invention can be used. In this case, the optical element and objective lens of the present invention function as spherical aberration correction means. In the optical recording / reproducing apparatus of Embodiment 5, a semiconductor laser element that emits a laser beam having a wavelength in the range of 390 nm to 420 nm is used as the light source. An objective lens having a numerical aperture in the range of 0.7 to 0.9 is used as the objective lens.
[0112]
Hereinafter, the case where the optical recording / reproducing apparatus 116 described in the fourth embodiment is used as the optical recording / reproducing apparatus of the fifth embodiment will be described.
[0113]
FIG. 12A schematically shows the substrate thicknesses of the first optical recording medium 121 and the second optical recording medium 122 that are recorded or reproduced by the optical recording / reproducing apparatus 116. The optical recording medium 121 includes only the recording layer A as a recording layer. The optical recording medium 122 includes recording layers B and C as recording layers. The optical recording medium 122 may include two or more recording layers.
[0114]
The base material thickness (distance from the surface 121s to the recording layer A) for the recording layer A is represented by a in FIG. The substrate thicknesses (the distances from the surface 121s to the recording layers B and C) for the recording layers B and C are represented by b and c in FIG. In the optical recording / reproducing apparatus of Embodiment 5, one of the substrate thicknesses (b or c) of the second optical recording medium 122 is equal to the substrate thickness a. FIG. 12A shows a case where the substrate thickness a and the substrate thickness b are equal. These base material thicknesses are the total thicknesses of the substrate and a layer (for example, an ultraviolet curable resin) formed between the substrate and the recording layer. The recording layer is made of, for example, a phase change material whose refractive index changes by causing a phase change between a crystalline phase and an amorphous phase.
[0115]
Note that the management information of the second optical recording medium 122 is preferably recorded in the recording layer B whose base material thickness is equal to the base material thickness a. According to this configuration, the management information of the optical recording medium 122 can be reproduced while the spherical aberration correcting unit is in the initial state.
[0116]
In the optical recording / reproducing apparatus of the fifth embodiment, the optical head 50 is designed according to the base material thickness a of the first optical recording medium 121. That is, the optical head 50 is designed to have a margin that can be reproduced without correcting the spherical aberration with respect to the deviation of the base material thickness a of the first optical recording medium 121. In such a case, it is necessary to correct spherical aberration with respect to the deviation of the base material thickness of the second optical recording medium 122.
[0117]
The operation of the optical recording / reproducing device 116 in Embodiment 5 will be described below. First, when the optical recording medium 121 or 122 is set on the motor 117, the processing circuit 118 rotates the motor 117. Next, the processing circuit 118 does not determine whether the set optical recording medium is the optical recording medium 121 or 122 in the initial state before recording or reproduction, and the spherical aberration of the base material thickness a. The spherical aberration correction means is driven so as to correct this. Specifically, a voltage is not applied to the optical element of the present invention from the outside.
[0118]
Next, focus control is performed by the focus control means. The focus control means includes an actuator 62 and a processing circuit 118.
[0119]
The focus control method will be described below. First, the light source 51 is driven to emit light, and the light reflected by the optical recording medium 60 is detected by the first photodetector 58. The first photodetector 58 outputs a focus error signal indicating the focused state of light on the optical recording medium 60 and a tracking error signal indicating the light irradiation position to the processing circuit 118. Based on these signals, the processing circuit 118 outputs a signal for controlling the objective lens 55, thereby condensing the light emitted from the light source 51 onto a desired track on the optical recording medium 60. Further, the processing circuit 118 reproduces information recorded on the optical recording medium 60 based on the signal output from the second photodetector 59.
[0120]
On the other hand, when recording or reproducing is performed on the recording layer C of the second optical recording medium 122, the spherical aberration correcting means is driven so as to correct the spherical aberration of the recording layer C. Specifically, the processing circuit 118 outputs an optical element driving circuit so as to output a signal for correcting the deviation of the substrate thickness almost simultaneously with the processing circuit 118 outputting a signal for moving the focal point from the recording layer B to the recording layer C. 57 is driven. According to this configuration, the signal is recorded or reproduced satisfactorily even when the recording layer to be recorded or reproduced is changed.
[0121]
As described above, in the optical recording / reproducing apparatus of the fifth embodiment, the optical recording / reproducing method includes the first step of driving the spherical aberration correcting means so as to correct the spherical aberration of the recording layer A before recording or reproducing. To record or reproduce the signal. In this optical recording / reproducing method, when recording or reproducing a signal to / from the recording layer C, the second step of driving the spherical aberration correcting means to correct the spherical aberration of the recording layer C after the first step. Includes steps. In other words, in the optical recording / reproducing apparatus of the fifth embodiment, a program for executing the optical recording / reproducing method is stored in the processing circuit 118.
[0122]
In the optical recording / reproducing apparatus and method according to the fifth embodiment, since spherical aberration can be corrected without determining whether the optical recording medium has one or more recording layers, the time until recording or reproduction can be shortened. . Even if it is already known whether there is only one recording layer or a plurality of recording layers of the optical recording medium, the focus control is started with the spherical aberration correcting unit set to the base material thickness a. Even in this case, since the spherical aberration correcting means is in the initial state, the time to focus control is shortened.
[0123]
When the density is increased by shortening the wavelength and increasing the NA, the margin for spherical aberration is reduced. Therefore, when the base material thickness of the recording layer is different, it is necessary to correct the spherical aberration for each recording layer. In such a case, assuming that the substrate thicknesses of the recording layers A, B, and C are different from each other, the spherical aberration correction is not necessary for the recording layer A, but the spherical aberration of the recording layers B and C is not required. Correction is required. On the other hand, as described above, the spherical aberration is corrected only in the case of the recording layer C by making the base material thickness of the recording layer A equal to the base material thickness of the recording layer B. For this reason, in the optical recording / reproducing apparatus of Embodiment 5, the circuit for correcting the spherical aberration can be simplified. Even when learning the base material thickness of the recording layer, the base material thickness of one layer is known, so the learning time can be shortened.
[0124]
Further, in the optical recording / reproducing apparatus of the fifth embodiment, by using the optical element of the present invention, an optical recording / reproducing apparatus capable of reproducing information signals recorded on the optical recording medium with high reliability can be obtained. Further, since the tolerance for the deviation of the substrate thickness of the optical recording medium 60 is increased by using the optical element of the present invention, an optical recording / reproducing apparatus that is inexpensive and easy to manufacture can be obtained.
[0125]
(Embodiment 6)
In Embodiment 6, another example of the optical recording / reproducing apparatus of the present invention and an optical recording / reproducing method using the same will be described. The optical recording / reproducing apparatus and method of Embodiment 6 perform signal recording or reproduction on a first optical recording medium including only one recording layer and a second optical recording medium including a plurality of recording layers.
[0126]
The optical recording / reproducing apparatus of Embodiment 6 includes a light source, spherical aberration correction means disposed between the optical recording medium and the light source, focus error detection means, and focus control means. Specifically, an optical recording / reproducing apparatus including the optical head of the present invention can be used.
[0127]
Hereinafter, the case where the optical recording / reproducing apparatus 116 described in the fourth embodiment is used as the optical recording / reproducing apparatus of the sixth embodiment will be described. In this case, the optical element 54 and the objective lens 55 of the present invention function as spherical aberration correction means, the first photodetector 58 functions as focus error detection means, and the actuator 62 and processing circuit 118 function as focus control means. To do. In the optical recording / reproducing apparatus of Embodiment 6, a semiconductor laser element that emits a laser beam having a wavelength in the range of 390 nm to 420 nm is used as the light source. An objective lens having a numerical aperture in the range of 0.7 to 0.9 is used as the objective lens.
[0128]
In Embodiment 6, the substrate thicknesses of the first optical recording medium and the second optical recording medium recorded or reproduced by the optical recording / reproducing apparatus 116 are different from each other. Assuming that the substrate thickness of the recording layer of the first optical recording medium is a and the substrate thickness of the recording layer of the second optical recording medium is b and c, a, b and c are different (FIG. 12). (See (b)).
[0129]
In the optical recording / reproducing apparatus according to the sixth embodiment, spherical aberration correction means so as to correct the spherical aberration of the recording layer included in the first optical recording medium in an initial state before recording or reproducing a signal on the optical recording medium. Drive. Thereafter, a focus error is detected by the focus error detection means, and focus control is performed by the focus control means based on the detected focus error. Signal recording or reproduction is performed after focus control. The spherical aberration correction method, focus error detection method, and focus control method can be the methods described in the above embodiments.
[0130]
As described above, in the optical recording / reproducing apparatus of Embodiment 6, the first spherical aberration correcting unit is driven to correct the spherical aberration of the recording layer included in the first optical recording medium before recording or reproduction. The signal is recorded or reproduced by an optical recording / reproducing method including the following steps. In this optical recording / reproducing method, after the first step, a second step of detecting a focus error by the focus error detecting unit, and a third step of performing focus control by the focus control unit based on the detected focus error signal. Steps. Signal recording or reproduction is performed after this third step. Here, when the set optical recording medium is a second optical recording medium including a plurality of recording layers, based on the substrate thickness error signal obtained by the substrate thickness sensor after the above steps are completed. The spherical aberration correcting means is driven, and thereafter recording or reproduction is performed. The optical recording / reproducing apparatus of the sixth embodiment stores a program for executing this optical recording / reproducing method in the processing circuit 118.
[0131]
In the optical recording / reproducing apparatus and the optical recording / reproducing method of the sixth embodiment, regardless of whether the optical recording medium set in the optical recording / reproducing apparatus is the first optical recording medium or the second optical recording medium ( That is, whether the set optical recording medium is a first optical recording medium or a second optical recording medium is known or unknown). Focus control is performed by driving the spherical aberration correcting means in accordance with the thickness of the recording layer. According to this configuration, focus control can be performed without determining whether the optical recording medium to be recorded or reproduced is an optical recording medium including only one recording layer or an optical recording medium including a plurality of recording layers. Since this is done, the time to focus control can be shortened.
[0132]
If it is already known whether the optical recording medium to be recorded or reproduced is the first optical recording medium or the second optical recording medium, first, the standard recording layer to be recorded is standardized. The spherical aberration correcting means may be driven so as to correct the spherical aberration at a different substrate thickness. Thereafter, the focus error may be detected by the focus error detection means, and focus control may be performed by the focus control means based on the detected focus error. Recording or reproduction is performed after focus control. In this method, before performing focus control, the spherical aberration correcting means is driven so as to correct spherical aberration at a standard base material thickness. For this reason, a deviation between the standard substrate thickness and the actual substrate thickness can be detected by the substrate thickness sensor, and recording or reproduction can be performed after the spherical aberration is completely corrected based on the deviation. That is, in the sixth embodiment, the optical recording / reproduction including the first step of acquiring information on whether the optical recording medium to be recorded or reproduced is the first optical recording medium or the second optical recording medium. Recording or playback is performed depending on the method. This method includes a second step of driving spherical aberration correction means to correct spherical aberration in a standard base material thickness of a recording layer to be recorded or reproduced based on acquired information, and focus error detection. A third step of detecting a focus error by the means, and a fourth step of performing focus control by the focus control means based on the detected focus error. Recording or reproduction is performed after focus control. In this case, the processing circuit 118 stores a program including the above four steps.
[0133]
Whether the optical recording medium to be recorded or reproduced in the first step is a first optical recording medium including only one recording layer or a second optical recording medium including a plurality of recording layers. Acquisition of information is performed as follows. A focus error signal indicating a focus error is detected corresponding to the recording layer. That is, if there are two recording layers, two focus error signals are detected. Therefore, if a circuit for detecting the number of detected signals is configured, information on how many recording layers are included in the optical recording medium can be acquired.
[0134]
According to the above method of first obtaining information on whether an optical recording medium to be recorded or reproduced is an optical recording medium including only one recording layer or an optical recording medium including a plurality of recording layers. Since focus control is performed after spherical aberration correction corresponding to a standard base material thickness corresponding to the recording layer is performed, stable focus control is possible.
[0135]
In the above embodiment, the case where the optical recording / reproducing apparatus including the optical head 50 is used has been described. However, the optical head 90 may be used.
[0136]
In the above embodiment, the optical element of the present invention is disposed between the collimator lens and the objective lens (parallel light system). However, the optical element is disposed between the light source and the collimator lens (divergent light system). May be.
[0137]
In the above embodiment, the infinite optical head has been described. However, the optical head of the present invention may be a finite optical head that does not use a collimator lens.
[0138]
In the second and third embodiments, the case of detecting the deviation of the substrate thickness using the sensor has been described. However, the spherical aberration may be corrected using the deviation of the substrate thickness learned in advance.
[0139]
In the above embodiment, the case where the diffraction grating is used to separate the reflected light from the optical recording medium from the optical path from the light source has been described. However, another optical element (for example, a half mirror) is used instead of the diffraction grating. May be.
[0140]
In the above embodiment, an optical recording medium that records information only by light has been described. However, the present invention can also be applied to an optical recording medium that records information by light and magnetism. Further, the present invention is not limited to a disk-shaped optical recording medium but can be applied to a card-shaped optical recording medium.
[0141]
Moreover, although the optical element which changes a phase with respect to the light to permeate | transmit was demonstrated in the said embodiment, the optical element which changes a phase when reflecting the incident light may be sufficient. For example, an optical element that uses a phase change layer made of a piezoelectric material and changes the phase of reflected light by distorting the phase change layer may be used. More specifically, a total reflection mirror is formed on a glass substrate, a piezoelectric material is provided on the back surface thereof, and the piezoelectric material is expanded according to an external voltage. For example, by expanding only the region of the piezoelectric material provided at the center of the total reflection mirror, the total reflection mirror becomes spherical and has a lens action. Therefore, since incident parallel light can be converted into divergent light, spherical aberration can be corrected.
[0142]
In the above optical recording / reproducing apparatus and optical recording / reproducing method, the case where the optical element of the present invention and the objective lens are used as the spherical aberration correcting means has been described. However, other spherical aberration correcting means may be used. For example, two lenses arranged along the optical axis may be used as spherical aberration correction means. It is possible to correct spherical aberration by moving these two lenses in the optical axis direction.
[0143]
In the above optical recording / reproducing apparatus and optical recording / reproducing method, the case where the photodetector is used as the focus error detecting means has been described. However, other focus error detecting means may be used.
[0144]
In the optical recording / reproducing apparatus and the optical recording / reproducing method, the case where the processing circuit and the actuator are used as the focus control means has been described. However, other focus control means may be used.
[0145]
Moreover, although the case where the semiconductor laser was used as a light source was demonstrated in the said embodiment, you may use the SHG light source which generate | occur | produces a 2nd harmonic as a light source.
[0146]
In the above embodiment, the phase change type optical recording medium has been described as the optical recording medium. However, other optical recording media such as a magneto-optical recording medium may be used.
[0147]
The embodiments of the present invention have been described above by way of examples. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and can be applied to other embodiments based on the technical idea of the present invention.
[0148]
【The invention's effect】
As explained above, the present invention Optical head According to this, even if the objective lens moves, the correction effect does not deteriorate. Yes. So Because of the present invention Optical head Using Light Recording / playback equipment In place Accordingly, it is possible to record or reproduce a signal with high reliability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an optical element of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing an example of a voltage application electrode for the optical element of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing another example of the optical element of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a relationship between a distance from the optical axis center and a phase necessary for correcting spherical aberration.
FIG. 5 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the optical head of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing an example of the relationship between the substrate thickness and aberration.
FIG. 7 is a graph showing an example of the relationship between lens shift and aberration.
FIG. 8 is a graph showing another example of the relationship between lens shift and aberration.
FIG. 9 is a diagram schematically showing the configuration of another example of the optical head of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing another example of the optical element of the present invention.
FIG. 11 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the optical recording / reproducing apparatus of the present invention.
FIGS. 12A and 12B are schematic diagrams showing (a) an example of the substrate thickness and (b) another example of the first optical recording medium and the second optical recording medium recorded or reproduced by the optical recording / reproducing apparatus of the present invention. FIG.
FIG. 13 is a diagram schematically illustrating an exemplary configuration of a conventional optical head.
FIG. 14 is a plan view showing an example of electrodes of a liquid crystal panel used in a conventional optical element.
FIG. 15 is a diagram showing an example of the distribution of wavefront aberration when the substrate thickness is deviated from the design value.
FIG. 16 is a graph showing an example of the relationship between lens shift and aberration when the substrate thickness deviates from the design value.
[Explanation of symbols]
10, 10a, 54, 100 Optical element
11, 101 First substrate
12, 102 Second substrate
13, 104, 105 Voltage application electrode
13a-g Segment electrode
14, 16 Translucent resin film
15, 112, 113 Liquid crystal
17, 106, 107 Counter electrode
50, 90 optical head
51 light source
52 Diffraction grating
53 Collimator lens
55 Objective lens
56 Substrate thickness sensor
57 Optical element drive circuit
58 first photodetector
59 Second photodetector
60 Optical recording media
61 Laser beam
62 Actuator
91 Polarization hologram
93 1/4 wave plate
103 Third substrate
116 Optical recording / reproducing apparatus
117 motor
118 Processing circuit
121 First substrate
121s, 122s surface
122 Second substrate
A, B, C Recording layer
a, b, c substrate thickness

Claims

An optical head for recording or reproducing a signal with respect to an optical recording medium,
A light source, an optical element disposed between the optical recording medium and the light source, and an objective lens disposed between the optical recording medium and the optical element,
The optical element is
A first voltage application electrode; a first counter electrode disposed to face the first voltage application electrode; and the first voltage application electrode and the first counter electrode. A first element unit including a first liquid crystal;
A second voltage application electrode, a second counter electrode disposed to face the second voltage application electrode, and the second voltage application electrode and the second counter electrode. And a second element portion including the second liquid crystal,
The first element unit provides a phase for converting a plane wave to a spherical wave with respect to light emitted from the light source having a first polarization direction,
The second element unit provides a phase for converting a plane wave into a spherical wave for reflected light from the optical recording medium having a second polarization direction orthogonal to the first polarization direction,
By changing the voltage between the first voltage application electrode and the first counter electrode, a phase for converting a plane wave into a spherical wave is given only to the outgoing light incident on the first liquid crystal. ,
By changing the voltage between the second voltage application electrode and the second counter electrode, only the reflected light incident on the second liquid crystal is given a phase for converting a plane wave into a spherical wave. An optical head characterized by that.

The optical head according to claim 1, wherein at least one electrode selected from the first voltage application electrode and the first counter electrode is arranged on a curved surface.

The optical head according to claim 1, wherein the first voltage application electrode includes a plurality of segment electrodes.

It said second voltage application electrode and the second at least one of claims 1 are arranged in a curved electrode to the serial mounting of the optical head to one of the 3 selected from the counter electrode.

The optical head according to claim 1, wherein the second voltage application electrode includes a plurality of segment electrodes.

The optical head according to claim 1 , further comprising an N / 4 wavelength plate (N is an odd number of 1 or more) disposed between the optical element and the objective lens.

An optical recording / reproducing apparatus for recording or reproducing a signal to / from an optical recording medium,
Optical recording and reproducing apparatus characterized the Bei Etako an optical head according to any one of claims 1 to 5.