JP2007026512A - 光学ヘッドおよびディスク再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光の入射角に起因する光スポット内における位相変化量の差を低減して光記録媒体の記録再生特性をさらに向上させることができる光学ヘッドを提供する。
【解決手段】 ビームスプリッタ２４とフォトディテクタ３１との間の復路光の光路上に設けられ、複数の領域に分割される液晶素子２７と、液晶素子２７の複数の分割領域に対してそれぞれ電圧を印加して各分割領域の屈折率を変化させる電圧印加手段２８と、液晶素子２７の分割領域へ入射する光に対して分割領域ごとに与える位相補償量を調整し、液晶素子２７を透過した光のスポットが該スポット内で一様な位相変化を付与されるように電圧印加手段２８の動作を制御する制御手段２９とを含むので、液晶素子２７に入射する光の入射角に起因する光スポット内における位相変化量の差を低減することができ、光記録媒体３２の再生特性を向上させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光学ヘッドおよびディスク再生装置に関する。

ディスク再生装置には、物理フォーマットの異なる複数種類の光磁気記録媒体、たとえばＭＤ（Mini Disk：登録商標）およびＨｉ−ＭＤ（登録商標）の記録および／または再生を行うことができるものがある。この複数種類の光磁気記録媒体の少なくとも再生を行うディスク再生装置に備えられる光学ヘッドには、レーザ光を出射する光源、光源から出射されたレーザ光を光磁気記録媒体の情報記録面に集光する対物レンズ、光磁気記録媒体の情報記録面で反射された復路光であるレーザ光を分離する光学系および光学系によって分離されたレーザ光を電気信号に変換する信号変換手段が含まれる。

ＭＤ、Ｈｉ−ＭＤなどの光磁気記録媒体には、その情報記録面にグルーブと呼ばれる案内溝が設けられる。光磁気記録媒体を再生する場合、ディスク再生装置は、光源から出射されたレーザ光でグルーブを照射し、該照射された光の反射光によってグルーブに記録された情報を読み出す。近年では、できるだけ多くの情報信号を光磁気記録媒体に記録できるようにトラックピッチが狭められ、光磁気記録媒体の高密度化が進められている。

従来用いられるＭＤのトラックピッチは１．６μｍであり、近年開発された高密度記録を実現できるＨｉ−ＭＤのトラックピッチは１．２５μｍである。またＭＤのグルーブには、ＥＦＭ（Eight to Fourteen Modulation）変調されたデータが記録されており、Ｈｉ−ＭＤのグルーブには、ＭＤよりも高密度記録用の物理フォーマットであるＲＬＬ（１−７）ＰＰ（ＲＬＬ：Run Length Limited、ＰＰ：Party preserve/Prohibit rmtr（
Repeated Minimum Transition Runlength））変調されたデータが記録されている。このように物理フォーマットの異なるＭＤとＨｉ−ＭＤとで互換性を有するような光学ヘッドとして、光源から出射されるレーザ光の波長が７８０ｎｍであり、対物レンズの開口数ＮＡが０．４５であるものが用いられる。

このような光学ヘッドを用いる場合、光源から出射されるレーザ光のスポット径がトラックピッチよりも大きくなり、スポット径がグルーブからはみ出すことがある。グルーブからはみ出した光は、グルーブに隣接するランドの表面で反射し、グルーブで反射された光に混入し、共に電気信号に変換される。このような現象はクロストークと呼ばれ、グルーブによる反射光に他の光が混入することによって変換された電気信号、たとえば情報再生信号（ＲＦ信号）にエラーを多く発生し、再生特性を低下させる原因となる。

そこで、光磁気記録媒体からの反射光の光路中に位相補償素子を装入することによってランドからのクロストーク成分を制限してエラーを低減し、再生特性の低下を防止する光学ヘッドが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

図１０は、特許文献１に開示の光学ヘッド１の構成を概略的に示す側面図である。ディスクリート光学系である光学ヘッド１は、レーザ光を出射する半導体レーザ素子２と、半導体レーザ素子２から出射される光を分離するグレーティング３と、入射光を透過または反射するビームスプリッタ４と、入射光を平行光とするコリメートレンズ５と、光磁気記録媒体１１にレーザ光を集光する対物レンズ６と、入射光の位相を調節する位相補償素子７と、入射光を分離するウォラストンプリズム８と、入射光に非点収差を生成するシリンドリカルレンズ９と、入射した光を電気信号に変換する受光素子であるフォトディテクタ１０とを含んで構成される。

光を出射する光源である半導体レーザ素子２は、たとえば、光磁気記録媒体１１がＭＤまたはＨｉ−ＭＤであるときは波長７８０ｎｍのレーザ光を出射する。半導体レーザ素子２は、不図示の駆動電流を供給する外部回路と接続され、該外部回路からの電流量によってレーザ光の強度を変えることができる。

グレーティング３は、半導体レーザ素子２から出射される光を０次回折光と−１次回折光および＋１次回折光とに分離する回折格子である。ビームスプリッタ４は、半導体レーザ素子２から出射され光磁気記録媒体１１に向かう往路光を透過し、光磁気記録媒体１１で反射された復路光を反射する。コリメートレンズ５は、半導体レーザ素子２から出射され入射する拡散光を平行光にして出射する。

対物レンズ６は、たとえば開口数ＮＡが０．４５であり、入射する光の光軸に平行な方向であるフォーカス方向および光磁気記録媒体１１の半径方向に平行な方向であるトラッキング方向に対物レンズ６を移動可能に保持する不図示のアクチュエータに搭載される。対物レンズ６は、半導体レーザ素子２から出射された往路光を光磁気記録媒体１１の情報記録面に集光し、光スポットを形成する。

位相補償素子７は、入射光である光磁気記録媒体１１からの復路光に位相補償を付与してランドからのクロストーク成分を制限してエラーを低減し、良好な再生特性が得られるようにする。なお、位相補償素子７は、光磁気記録媒体１１がＭＤの場合とＨｉ−ＭＤの場合とのいずれにおいても良好な再生特性が得られるような位相補償量であって、ＭＤとＨｉ−ＭＤとで同一の位相補償量を入射光に付与する。

ウォラストンプリズム８は、光磁気記録媒体１１で反射されてビームスプリッタ４で反射され、位相補償素子７を透過して入射する復路光を分離し、該分離した光を、シリンドリカルレンズ９を透過させて後述のフォトディテクタ１０の予め定められる受光領域に入射させる。シリンドリカルレンズ９は、フォトディテクタ１０がフォーカスエラー信号（ＦＥ信号）を出力できるように、入射光に非点収差を付与する。フォトディテクタ１０は、予め定められる受光領域が形成される信号変換手段であり、入射したレーザ光を電気信号に変換し、演算を施すことによって前述のＦＥ信号、ＲＦ信号およびトラッキングエラー信号（ＴＥ信号）を出力する。

半導体レーザ素子２から出射されたレーザ光は、グレーティング３、ビームスプリッタ４およびコリメートレンズ５を透過して対物レンズ６に入射し、光磁気記録媒体１１の情報記録面に集光される。また光磁気記録媒体１１の情報記録面に集光されたレーザ光は、光磁気記録媒体１１の反射面において反射され、対物レンズ６およびコリメートレンズ５を透過してビームスプリッタ４で反射され、位相補償素子７を透過し、ウォラストンプリズム８で分離され、さらにシリンドリカルレンズ９を透過してフォトディテクタ１０で受光される。フォトディテクタ１０では、受光されたレーザ光が電気信号に変換され、前記各信号が出力される。

特許文献１に開示の光学ヘッド１では、光磁気記録媒体１１で反射された光の位相が位相補償素子７によって好適に調整され、ランドで反射された光の位相が調整されるので、クロストークが低減され、ＭＤおよびＨｉ−ＭＤの再生特性の低下をいずれの光磁気記録媒体１１についても防止することができるとされる。

ここで、ＭＤを再生する場合と、Ｈｉ−ＭＤを再生する場合とでは、それぞれの光磁気記録媒体のトラックピッチが異なる。したがって、位相補償素子７によって付与される位相補償量は、再生を行う光磁気記録媒体１１の物理フォーマットに応じたそれぞれに最適な値であることが望ましい。

しかしながら、特許文献１に開示の光学ヘッド１では、前述のように、ＭＤの再生とＨｉ−ＭＤの再生とで、入射光に同一の位相補償量を付与する位相補償素子７が用いられる。このため、位相補償素子７によってＭＤとＨｉ−ＭＤとのいずれの光磁気記録媒体１１についても再生を良好に行える位相補償量を選択して付与しているけれども、この位相補償量は、それぞれの光磁気記録媒体１１の種類に応じた最適な値であるとは限らない。

したがって、複数種類の光磁気記録媒体の再生時において、該光磁気記録媒体の種類に応じてそれぞれに最適な位相補償量を付与し、光磁気記録媒体の再生特性をさらに向上させることができる光学ヘッドが求められている。そしてこのような要求に応える光学ヘッドとして、位相補償素子に液晶素子を用いるものが提案されている。液晶素子は、印加電圧に応じて液晶の屈折率を変化させ、入射光に位相変化を付与する。このような液晶素子は、印加電圧に応じて位相補償量を最適な値とすることができるので、ＭＤの再生時と、Ｈｉ−ＭＤの再生時とのそれぞれにおいて、最適な位相補償量を付与することができる。

しかしながら、位相補償素子として液晶素子を用いると次のような問題がある。液晶素子は、液晶素子を構成する液晶分子の屈折率異方性により、入射光の入射角が変化すると該入射光に対する屈折率が変化してしまうという性質がある。ここで、液晶素子に入射する光が拡散光または収束光であると、光スポット中心付近の光と光スポット周縁部との光で入射角が異なることに起因して、光軸付近である光スポット中心付近の光に対する液晶素子の屈折率と、光軸から離れた光スポット周縁部の光に対する液晶素子の屈折率とが異なってしまう。

このように光軸付近の光と光軸から離れた光スポット周縁部とに対する屈折率が異なると、液晶素子に拡散光または収束光が入射する場合、ＭＤの再生時と、Ｈｉ−ＭＤの再生時とのそれぞれにおいて、各光磁気記録媒体について最適な位相補償量であって、液晶素子に光スポットの中心付近における最適な位相補償量を付与したとしても、光スポット周縁部における実際の位相変化量が最適な位相補償量と異なる値となり、光スポット内での位相変化量にばらつきが生じるという問題がある。

特開２００３−２９６９６０号公報（第１４−１５頁、第１６図）

本発明の目的は、光の入射角に起因する光スポット内における位相変化量の差を低減し、光記録媒体の再生特性をさらに向上させることができる光学ヘッドおよびディスク再生装置を提供することである。

本発明は、光記録媒体に光を照射して情報を記録および／または再生する光学ヘッドにおいて、
光を出射する光源と、
光源から出射された往路光と、光源から出射されて光記録媒体で反射された復路光とを分離する光分離手段と、
光記録媒体から反射された復路光を受光する受光素子と、
光分離手段と受光素子との間の復路光の光路上に設けられる液晶素子であって、複数に分割された分割領域を有する液晶素子と、
液晶素子の複数の分割領域に対してそれぞれ電圧を印加して各分割領域の屈折率を変化させる電圧印加手段と、
液晶素子の分割領域へ入射する光に対して分割領域ごとに与える位相補償量を調整し、液晶素子を透過した光のスポットが該スポット内で一様な位相変化を付与されるように、液晶素子の分割領域に電圧を印加する電圧印加手段の動作を制御する制御手段とを含むことを特徴とする光学ヘッドである。

また本発明は、液晶素子は、
光分離手段と受光素子との間の復路光の光軸に対して傾斜して設けられることを特徴とする。

また本発明は、液晶素子は、
分割領域ごとに透明電極を備えることを特徴とする。

また本発明は、液晶素子の複数の分割領域が配列される方向は、記録または再生状態にある光記録媒体の半径方向に平行であることを特徴とする。

また本発明は、液晶素子が光分離手段と受光素子との間の復路光の光軸に対して傾斜する方向は、
記録または再生状態にある光記録媒体の半径方向であることを特徴とする。

また本発明は、光源は、波長が７８０ｎｍのレーザ光を出射し、対物レンズは、開口数ＮＡが０．４５であることを特徴とする。

また本発明は、光源から出射された光を光記録媒体に集光する対物レンズと、
対物レンズに入射する光の拡散角度を調整する拡散角度調整素子とを含み、
拡散角度調整素子は、
光源と対物レンズとの間に配置されることを特徴とする。

また本発明は、光記録媒体で反射され光分離手段で分離される光記録媒体からの復路光を分離して受光素子に入射させる異方性素子を含み、
異方性素子は、
液晶素子と受光素子との間に配置されることを特徴とする。

また本発明は、前記のいずれか１つに記載の光学ヘッドを備えることを特徴とするディスク再生装置である。

本発明によれば、光学ヘッドは、光を出射する光源と、光源から出射された往路光と、光源から出射されて光記録媒体で反射された復路光とを分離する光分離手段と、光記録媒体から反射された復路光を受光する受光素子と、光分離手段と受光素子との間の復路光の光路上に設けられる液晶素子であって、複数に分割された分割領域を有する液晶素子と、液晶素子の複数の分割領域に対してそれぞれ電圧を印加して各分割領域の屈折率を変化させる電圧印加手段と、液晶素子の分割領域へ入射する光に対して分割領域ごとに与える位相補償量を調整し、液晶素子を透過した光のスポットが該スポット内で一様な位相変化を付与されるように、液晶素子の分割領域に電圧を印加する電圧印加手段の動作を制御する制御手段とを含んで構成される。このため、液晶素子に入射する光の入射角に起因する光スポット内における位相変化量の差を低減することができ、光記録媒体の再生特性を向上させることができる。

また本発明によれば、液晶素子が、光分離手段と受光素子との間の復路光の光軸に対して傾斜して設けられるので、入射光に対して非点収差を生成することができ、シリンドリカルレンズなどの非点収差を生成するための光学部品が不要となる。このため、部品点数の削減、光学ヘッドの小型化を実現できる。

また本発明によれば、液晶素子に電圧を印加するための電極として分割領域ごとに備えられる透明電極が用いられるので、光を電極で遮ることによって生じる光強度の低下を防止することができる。

また本発明によれば、液晶素子の複数の分割領域が配列される方向は、記録または再生状態にある光記録媒体の半径方向に平行である。液晶素子に入射する光の光スポットのうち、光スポットの半径方向周縁部の光には情報再生信号が含まれない。したがって光スポットの半径方向において情報再生信号が含まれる部分と含まれない部分との臨界部の入射角は、半径方向に垂直なタンジェンシャル方向における周縁部の入射角よりも小さいので、タンジェンシャル方向に位相補償を付与するよりも、半径方向に位相補償を付与する方が、光スポット内で一様な位相変化をさせるために付与する位相補償量の差違を小さくすることができる。このことから、半径方向について位相補償を付与することが好ましく、分割領域が配列される方向を光記録媒体の半径方向と平行とすることによって、光スポット内において付与する位相補償量の差違を低減し、一層容易に光スポット内の位相変化を一様にすることができる。

また本発明によれば、液晶素子が光分離手段と受光素子との間の復路光の光軸に対して傾斜する方向は、記録または再生状態にある光記録媒体の半径方向であるので、上記のように半径方向に平行に分割領域が配列される液晶素子を用いて、光スポット内の位相変化を一様にするとともに、非点収差を生成することができる。

また本発明によれば、光記録媒体として、ＭＤおよびＨｉ−ＭＤを用いる場合、波長が７８０ｎｍのレーザ光を出射する光源と、開口数ＮＡが０．４５である対物レンズとを備える光学ヘッドを用いることによって、ＭＤおよびＨｉ−ＭＤのいずれについても良好な情報再生信号を得ることができる。

また本発明によれば、光源から出射された光を光記録媒体に集光する対物レンズと、光源と対物レンズとの間に配置され、対物レンズに入射する光の拡散角度を調整するカップリングレンズなどの拡散角度調整素子とを備えるので、光学ヘッドの小型化および結合効率の向上を図ることができる。

また本発明によれば、液晶素子と受光素子との間に配置され、光記録媒体で反射され光分離手段で分離される光記録媒体からの復路光を分離して受光素子に入射させるウォラストンプリズムなどの異方性素子を備えるので、受光素子に備えられる受光領域に光を入射させることができ、情報再生信号などを得ることができる。

また本発明によれば、前記のいずれかに記載の光学ヘッドを備えるので、入射角に起因する光スポット内における位相変化量の差を低減して光記録媒体の再生特性をさらに向上させることができ、良好な再生を行うことができるディスク再生装置が提供される。なお、ディスク再生装置は、光記録媒体に記録される情報の再生のみを行うものに限定されることなく、光記録媒体への情報の記録および光記録媒体に記録される情報の再生を行うものも含む。

図１は、本発明の実施の一形態である光学ヘッド２１の構成を簡略化して示す側面図である。光学ヘッド２１は、半導体レーザ素子２２と、グレーティング２３と、ビームスプリッタ２４と、カップリングレンズ２５と、対物レンズ２６と、液晶素子２７と、電圧印加手段２８と、制御手段２９と、ウォラストンプリズム３０と、フォトディテクタ３１とを含んで構成される。

本実施形態の光学ヘッド２１は、光分離手段であるビームスプリッタ２４と受光素子であるフォトディテクタ３１との間の復路光の光路上に設けられ、複数に分割された分割領域を有する液晶素子２７と、液晶素子２７の複数の分割領域に対してそれぞれ電圧を印加して各分割領域の屈折率を変化させる電圧印加手段２８と、液晶素子２７の分割領域へ入射する光に対して分割領域ごとに与える位相補償量を調整し、液晶素子２７を透過した光のスポットが該スポット内で一様な位相変化を付与されるように、液晶素子２７の分割領域に電圧を印加する電圧印加手段２８の動作を制御する制御手段２９とを含むことを特徴とする。

なお本発明において、「位相補償量」とは、液晶素子２７が入射光に対して付与する位相変化の量のことであり、「位相変化量」とは、液晶素子２７によって位相補償量が付与された光の位相の変化量のことである。

半導体レーザ素子２２は、光を出射する光源である。半導体レーザ素子２２は、たとえば、光記録媒体３２がＭＤ、Ｈｉ−ＭＤなどの光磁気記録媒体であるとき、波長が７８０ｎｍのレーザ光を出射する。半導体レーザ素子２２は、不図示の駆動電流を供給する外部回路と接続され、該外部回路からの電流量によってレーザ光の強度を変えることができる。半導体レーザ素子２２から出射された光は、グレーティング２３に入射する。

グレーティング２３は、半導体レーザ素子２２から出射される光を０次回折光と−１次回折光および＋１次回折光とに分離する回折格子である。グレーティング２３を透過したレーザ光は、ビームスプリッタ２４に入射する。

ビームスプリッタ２４は、半導体レーザ素子２２から出射された往路光と、半導体レーザ素子２２から出射されて光記録媒体３２で反射された復路光とを分離する光分離手段である。ビームスプリッタ２４は、半導体レーザ素子２２から出射された往路光と、半導体レーザ素子２２から出射されて光記録媒体３２で反射された復路光とを分離する光分離手段である。ビームスプリッタ２４は、半導体レーザ素子２２から出射される往路光を透過して対物レンズ２６に導き、光記録媒体３２で反射される復路光を反射してフォトディテクタ３１に導く。

カップリングレンズ２５は、対物レンズ２６に入射する光の拡散角度を調整する拡散角度調整素子であり、半導体レーザ素子２２と対物レンズ２６との間、さらに本実施形態ではビームスプリッタ２４と対物レンズ２６との間に配置される。カップリングレンズ２５は、半導体レーザ素子２２から出射されグレーティング２３およびビームスプリッタ２４を透過して入射する光の拡がり角度を、たとえば小さくして出射し、入射光を対物レンズ２６に入射させる。このようなカップリングレンズ２５を用いると、光学ヘッド２１の出射光光軸方向についての小型化および対物レンズ２６フォーカス方向についての小型化が図れるとともに、対物レンズ２６からの出射光の強度向上を図ることができる。

対物レンズ２６は、半導体レーザ素子２２から出射された光を光記録媒体３２に集光する。対物レンズ２６は、たとえば、光記録媒体３２がＭＤ、Ｈｉ−ＭＤなどの光磁気記録媒体であるとき、開口数ＮＡが０．４５であるものが用いられる。対物レンズ２６は、入射する光の光軸方向であるフォーカス方向および光記録媒体３２の半径方向に平行な方向であるトラッキング方向に対物レンズ２６を移動可能に保持する不図示のアクチュエータに搭載され、半導体レーザ素子２２から出射された往路光を光記録媒体３２の情報記録面に集光し、情報記録面上に光スポットを形成する。光記録媒体３２に集光された光は、光記録媒体３２の情報記録面にて反射されて復路光となり、カップリングレンズ２５を透過し、ビームスプリッタ２４で反射されて液晶素子２７に入射する。ここで、対物レンズ２６により光記録媒体３２に集光された光について説明する。

図２は、光記録媒体３２の情報記録面に光スポット４１が形成される様子を示す概略平面図である。光記録媒体３２の情報記録面には、情報再生信号が記録される案内溝状のグルーブ４２が形成される。なお、図２において示す３次元Ｘ−Ｙ−Ｚ軸について以下のように定義する。記録または再生状態にある光記録媒体３２の情報記録面に垂直な方向（フォーカス方向）をＸ軸方向、記録または再生状態にある光記録媒体３２の半径方向（トラッキング方向）をＹ軸方向、光記録媒体３２のグルーブ４２が延びる方向であって、トラッキング方向と直交する方向（タンジェンシャル方向）をＺ軸方向とする。このＸ−Ｙ−Ｚの３軸方向の定義は、本明細書を通じて共通に用いられる。

光記録媒体３２に記録されている情報を再生する場合、光学ヘッド２１は、半導体レーザ素子２２から出射されたレーザ光の光スポット４１でグルーブ４２の内部を照射し、該照射されたレーザ光の反射光によってグルーブ４２に記録された情報を読み出す。

光記録媒体３２がＭＤの場合、トラックピッチ４４は１．６μｍであり、高密度記録が実現されるＨｉ−ＭＤの場合、トラックピッチ４４は１．２５μｍである。光学ヘッド２１によって光記録媒体３２に対する情報の記録または再生を行うとき、半導体レーザ素子２２から出射され光記録媒体３２に照射されるレーザ光の光スポットは、たとえば直径１．６μｍであり、このような場合光スポット４１がグルーブ４２からはみ出してしまう。

グルーブ４２からはみ出した部分の光スポット領域４１ａの光は、グルーブ４２に隣接するランド４３の表面で反射して、グルーブ４２で反射される光に混入する。このような現象はクロストークと呼ばれ、グルーブ４２で反射される光に他の光が混入することによって、該光を受光する後述のフォトディテクタ３１で変換された電気信号、たとえば情報再生信号（ＲＦ信号）にエラーを多く発生し、再生特性を低下させる原因となる。

本実施形態の光学ヘッド２１には、このような再生特性の低下を防止するために、復路光に位相変化を付与することによってランド４３からのクロストーク成分を制限し、エラーを低減する液晶素子２７が備えられる。

図３は、液晶素子２７の構成を示す平面図である。液晶素子２７は、光分離手段であるビームスプリッタ２４と受光素子であるフォトディテクタ３１との間の復路光の光路上に設けられ、複数に分割された分割領域２７ａ，２７ｂ，２７ｃを有する。本実施形態の光学ヘッド２１に備えられる液晶素子２７は、平面から見た形状が矩形の平板状部材であり、Ｚ軸方向に延びる分割線５１，５２によって複数（本実施形態においては３つ）の分割領域２７ａ，２７ｂ，２７ｃに分割され、複数の分割領域２７ａ，２７ｂ，２７ｃが配列される方向が、記録または再生状態にある光記録媒体３２の半径方向であるＹ軸方向に平行であることを特徴とする。

液晶素子２７は、分割領域２７ａ，２７ｂ，２７ｃごとに電圧印加手段２８に接続される透明電極と前記電圧印加手段２８に接続される透明電極に対向するように配置されるもう１つの透明電極とからなる１対の透明電極および１対の透明電極の間に配置される液晶層を備える。このような液晶層および透明電極は、ガラス基板によって封止される。

液晶素子２７は、分割領域２７ａ，２７ｂ，２７ｃのそれぞれに備えられる透明電極を介して電圧印加手段２８から電圧が印加される。したがって、電圧印加手段２８は、分割領域２７ａ，２７ｂ，２７ｃにそれぞれ異なる電圧値を印加させることができるように構成される。液晶素子２７の複数の分割領域に備えられる電極として透明電極を用いることによって光が電極で遮られることがないので、液晶素子２７を通過する光の強度低下を防止することができる。液晶素子２７では、１対の透明電極間に電圧が印加されることによって液晶層の屈折率を変化させ、該屈折率変化によって入射光に位相変化を付与する。

電圧印加手段２８によって電圧が印加される液晶素子２７は、入射光に位相補償を付与し、入射光をほぼ直線偏光に偏光させる。分割領域を有する液晶素子２７の各透明電極に電圧を印加する電圧印加手段は、不図示の電源と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）とを備える。電圧印加手段２８の動作は、制御手段２９によって制御される。

制御手段２９は、液晶素子２７の分割領域２７ａ，２７ｂ，２７ｃへ入射する光に対して分割領域ごとに与える位相補償量を調整し、液晶素子２７を透過した光のスポットが該スポット内で一様な位相変化を付与されるように、液晶素子２７の分割領域２７ａ，２７ｂ，２７ｃに電圧を印加する電圧印加手段２８の動作を制御する。液晶素子２７に入射する拡散光の光スポット内において位相変化量に差が生じる理由およびその位相変化量の差を低減するように位相補償量を調整する方法については後述する。

また制御手段２９は、光スポット内における位相変化量の差を低減するように電圧印加手段２８の動作を制御するだけでなく、光記録媒体３２の種類に応じて液晶素子２７の位相補償量を調整するように電圧印加手段２８の動作を制御する。制御手段２９は、光記録媒体３２の種類を検出し、検出される光記録媒体３２の種類に応じて、液晶素子２７の各分割領域に予め定められる電圧を印加する。光記録媒体３２の種類に応じて、液晶素子２７の各分割領域に印加されるべき電圧、すなわち入射光に対して適正位相補償を付与することのできる屈折率とする電圧は、予め試験をして光記録媒体３２の種類ごとに求めておき、テーブルデータなどの形で制御手段２９に付設されるメモリ２９ａに格納しておくことができる。メモリ２９ａは、たとえば、ＬＳＩ（Large Scale Integration：大規模集積回路）などで構成される。

制御手段２９は、後述のフォトディテクタ３１によって得られる電気信号、たとえば、光記録媒体３２に予め記録されるＴＯＣ（Table Of Contents）情報などに基づいて、光記録媒体３２の種類の判別を行う。

さらに、液晶素子２７には温度変化によってその光学的特性などの諸特性が変化するという問題があるけれども、本実施形態の光学ヘッド２１では、液晶素子２７付近に液晶素子２７の表面温度を測定する不図示の温度センサが設けられ、予めメモリ２９ａに格納される温度と電圧とを関連づけたテーブルデータを用いて、液晶素子２７の温度変化に伴う諸特性の変化を補正する。

次に、液晶素子２７に入射する拡散光の光スポット内において位相変化量に差が生じる理由および本発明で最も特徴とする液晶素子２７によって、その位相変化量の差を低減するように位相補償量を調整する方法について説明する。

図４は、液晶素子２７に拡散光が入射する様子を模式的に示す断面図である。図４（ａ）では、拡散光である入射光のスポットの一方の周縁部における光６１ａが液晶素子２７に入射する状態を模式的に示す。図４（ｂ）では、入射光のスポットの図４（ａ）で示す一方の周縁部と反対側の他方の周縁部における光６１ｂが液晶素子２７に入射する状態を模式的に示す。

液晶素子２７は、不図示の１対の透明電極および１対の透明電極の間に配置される液晶層を備える。液晶層を形成する液晶６２および１対の透明電極は、ガラス基板６３によって封止される。電圧印加手段２８によって電圧が印加される液晶素子２７は、入射光に位相補償を付与し、入射光をほぼ直線偏光に偏光させる。

このような液晶素子２７に光が入射するとき、液晶素子２７を構成する液晶６２の屈折率異方性により、入射光の入射角が変化すると液晶６２の入射光に対する屈折率が変化する。また、液晶素子２７に入射する光の入射角が変化すると、液晶素子２７に印加する電圧が同一であり液晶素子２７自体の屈折特性が同一であるにも関わらず、入射角の変化に伴う当該光の屈折率変化によって、光の位相変化量が所望量とは異なるものとなる。

このような位相変化量の変動は、入射角が異なる複数の光の間について問題となるだけでなく、入射する光が拡散光である場合、光スポットの光軸付近の光と、光スポットの光軸を中心として両側の周縁部付近の光との間でも問題となる。また、入射角が異なることによって光スポット中心付近での液晶の屈折率と光スポット周縁部付近での液晶の屈折率とに差が生じると、その屈折率の差によって光スポット中心付近での位相変化量と光スポット周縁部付近での位相変化量との差が生じる。

ここで、光スポット中心の位相変化量と光スポット周縁部の位相変化量との差は、下記式（１）のように表される。ただし、「屈折率の差」とは、液晶素子に印加する電圧が同一であり液晶素子自体の屈折特性が同一であるにも関わらず、入射角の変化に伴って生じる光スポット中心の屈折率と光スポット周縁部の屈折率との差である。
（位相変化量の差）
＝（屈折率の差）×（液晶の厚み）×３６０／（入射光の波長） …（１）

式（１）に示すように、同一の光スポット内において位相変化量にばらつきが生じると、光スポット中心付近における最適な位相補償量を拡散光である入射光の光スポット全体に付与したとしても、該入射光の光スポット周縁部における位相変化量は最適な値とは異なる位相変化量となってしまう。

図５は、分割されていない液晶素子に入射した拡散光に対して光軸中心において最適な位相補償量を入射光全体に一様に付与したときの光スポット半径方向の各位置における位相変化量を示す図である。液晶素子は、拡散光である入射光の光軸中心（光スポット中心）において最適な位相補償量を、光スポット全体に付与する。このことによって、入射光の光スポット中心付近においては、入射光をほぼ直線偏光にすることができる。

しかしながら前述のように、光スポット中心と同様の最適な位相補償量を光スポット全体に付与したとしても、拡散光である入射光の光スポット周縁部においては入射光の入射角度が光軸中心部分とは異なるので、最適な位相変化量から外れた値となる。このように光スポット周縁部での位相変化量が最適値から外れると、光スポット周縁部付近の光は、偏光状態が直線偏光から楕円偏光へと推移してしまう。

このような光の入射角の違いに起因する屈折率の差によって生じる光スポット内における位相変化量のばらつきを低減するために、本実施形態の光学ヘッド２１では、前述の図３に示すような複数に分割された分割領域２７ａ，２７ｂ，２７ｃを有する液晶素子２７が用いられる。図３に示すような分割領域２７ａ，２７ｂ，２７ｃを有する液晶素子２７は、分割領域２７ａ，２７ｂ，２７ｃのそれぞれに備えられる透明電極に印加される電圧値を異なる値とすることによって、各分割領域２７ａ，２７ｂ，２７ｃごとに入射光に対する屈折率を異なる値に設定することができ、それぞれの分割領域２７ａ，２７ｂ，２７ｃに入射する光に付与する位相補償量を変えることができる。

図６は、図３に示す複数の分割領域を有する液晶素子２７が拡散光である入射光に対して付与する位相補償量を示す図である。図６では、各分割領域２７ａ，２７ｂ，２７ｃで入射光に付与する位相補償量を実線で示す。なお図６中、二点鎖線で示すライン５４は、前述の複数に分割されない液晶素子に入射する拡散光に対して光スポット内で一様な位相補償量を付与したときの位相変化量を示す。

分割領域２７ａでは、実際の位相変化量が最適値よりも小さくなる光スポット周縁部の一端側に、光スポット中心付近に付与する位相補償量よりも大きい位相補償量を付与する。分割領域２７ｂでは、実際の位相変化量と最適な位相変化量との差が小さいので、位相補償量を変化させない。分割領域２７ｃでは、実際の位相変化量が最適値よりも大きくなる光スポット周縁部の他端側に、光スポット中心付近に付与する位相補償量よりも小さい位相補償量を付与する。

なお前述のように、液晶素子２７の分割領域２７ａ，２７ｂ，２７ｃでの位相補償量を変化させるために分割領域２７ａ，２７ｂ，２７ｃに備えられる透明電極に印加される電圧値は、たとえば、予め試験などによって求められ、制御手段２９に備わるメモリ２９ａに格納される値などを用いることができる。

図７は、複数に分割された分割領域を有する液晶素子２７に入射する拡散光に対して、分割領域ごとに異なる位相補償量を付与したときの位相変化量５５を示す図である。液晶素子２７を複数に分割し、光スポットの中心付近と周縁部付近とで電圧印加手段２８からの印加電圧値を変化させて位相補償量を変えることによって、光スポット内における位相変化量の最適値との差を小さくでき、光スポット内における位相変化量の差を低減することができる。

図８は、複数に分割されない液晶素子によって位相補償が付与された場合における光記録媒体３２再生時のエラーレートと、複数の分割領域を有する液晶素子２７によって位相補償が付与された場合における光記録媒体３２再生時のエラーレートとを示す図である。複数に分割されない液晶素子によって位相補償が付与された場合（従来）におけるエラーレートを白丸で、本発明の光学ヘッド２１に備えられる複数の分割領域を有する液晶素子２７によって位相補償が付与された場合（本発明）におけるエラーレートを黒丸で示す。なお、複数の分割領域を有する液晶素子２７を用いる場合の横軸で示す位相補償量は、分割領域２７ｂで付与した位相補償量を示す。なおエラーレートは、単位時間に発生したエラーの数を測定したものである。エラーレートの測定には光記録媒体３２としてＭＤを使用した。

図８に示すように、位相補償量が一定の範囲（約９０°〜１２０°）以外の大部分においては、複数の分割領域を有する液晶素子２７によって位相変化が付与された場合におけるエラーレートが、複数に分割されない液晶素子によって位相変化が付与された場合におけるエラーレートよりも大幅に低減された。このように液晶素子を複数に分割して光スポットの中心付近と周縁部付近とで液晶素子へ印加する電圧値を適宜選択することによって、各分割領域における位相補償量を変化させて光スポット内における位相変化量の差を低減することができ、光記録媒体３２の再生特性を向上させることができることが判る。

また液晶素子２７は、直線偏光に調整された光の偏光軸が、記録または再生状態にある光記録媒体３２の半径方向であるＹ軸方向と平行になるように位相変化を付与することが好ましい。以下その理由について説明する。

液晶素子２７は、前述の図２で示すように、グルーブ４２に隣接するランド４３の表面で反射された光によるクロストーク成分を制限するために用いられる。ここで、グルーブ４２の情報再生信号を得るとき、光スポット４１について見てみると、Ｚ軸方向については光スポット４１の周縁部までグルーブ４２に記録される情報再生信号が含まれる。一方Ｙ軸方向については、光スポット４１の周縁部付近である光スポット領域４１ａはランド４３に照射され、情報再生信号が含まれない。すなわち、光スポット４１をＹ軸方向について見てみると、情報再生信号が光スポット４１の中心付近にのみ存在する。

ここで、位相とは波であるので、Ｙ軸方向の波であるＰ波と、Ｚ軸方向の波であるＳ波とに分割して考える。光記録媒体３２がＭＤである場合、光記録媒体３２からの反射光の位相はＰ波、Ｓ波ともにほぼそろった状態（Ｓ−Ｐ＝０°）となっている。しかしながら光記録媒体３２がＨｉ−ＭＤである場合、光記録媒体３２からの反射光は、Ｐ波がＳ波よりもδ°だけ遅れた状態（Ｓ−Ｐ＝δ°）となっている。

液晶素子２７によって位相補償を付与することによりδ＝０とできたとき、光記録媒体３２がＨｉ−ＭＤであるときでも最適な再生特性を得ることができる。このようにδ＝０とする方法は２つあり、Ｚ軸方向の波であるＳ波をδ°だけ遅らせる方法と、Ｙ軸方向の波であるＰ波をδ°だけ進ませる方法、すなわちＹ軸方向の波であるＰ波を２π−δ°だけ遅らせる方法とがある。

前述のように、Ｚ軸方向については光スポット４１の周縁部にまでグルーブ４２に記録される情報再生信号が含まれる。したがって、Ｚ軸方向の波であるＳ波をδ°だけ遅らせる方法では、液晶素子２７に入射する周縁部の光についても位相変化を付与する必要があり、本実施形態の光学ヘッド２１に備えられる液晶素子２７を用いても光スポット内における位相変化量の差がわずかに生じる。

一方Ｙ軸方向については、光スポット４１の周縁部にグルーブ４２に記録される情報再生信号が含まれない。したがって、Ｙ軸方向の波であるＰ波をδ°だけ進ませる方法では、液晶素子２７に入射する光の周縁部については情報再生信号が含まれないので、光スポット内における位相変化量の差がわずかに生じても、光スポットのＹ軸方向において情報再生信号が含まれる部分と含まれない部分との臨界部の入射角は、光スポット周縁部の入射角よりも小さく、得られる情報再生信号としてはほとんど位相変化量の差のないものとなる。

上記のように、光スポット４１のＹ軸方向において情報再生信号が含まれる部分と含まれない部分との臨界部の入射角は、Ｙ軸方向に垂直なＺ軸方向における周縁部の入射角よりも小さい。したがって、Ｚ軸方向に位相変化を付与するよりも、Ｙ軸方向に位相変化を付与する方が、光スポット内で一様な位相変化をさせるために付与する位相補償量の差違が小さくなる。このことから、光記録媒体３２のＹ軸方向について位相変化を付与することが好ましく、液晶素子２７の分割領域２７ａ，２７ｂ，２７ｃが配列される方向を光記録媒体３２のＹ軸方向に平行とすることによって、光スポット内において付与する位相補償量の差違を低減し、一層容易に光スポットの位相変化を一様にすることができる。

さらに、本実施形態では、液晶素子２７がビームスプリッタ２４とフォトディテクタ３１との間の復路光の光軸に対して傾斜して設けられ、さらに、液晶素子２７がビームスプリッタ２４とフォトディテクタ３１との間の復路光の光軸に対して傾斜する方向が、記録または再生状態にある光記録媒体３２の半径方向（Ｙ軸方向）であることを特徴とする。

液晶素子２７がビームスプリッタ２４とフォトディテクタ３１との間の復路光の光軸に対して傾斜して設けられることによって、液晶素子２７への入射光に対して非点収差を生成することができ、シリンドリカルレンズなどの非点収差を生成するための光学部品が不要となる。このため、部品点数の削減および光学ヘッドの小型化を実現できる。

さらに、液晶素子２７がビームスプリッタ２４とフォトディテクタ３１との間の復路光の光軸に対して傾斜する方向は、記録または再生状態にある光記録媒体３２の半径方向であるＹ軸方向であるので、上記のようにＹ軸方向に平行に分割領域２７ａ，２７ｂ，２７ｃが分割される好適な液晶素子２７を用いて、光スポット４１内の位相変化を一様にするとともに、光スポット４１に非点収差を付与することができる。

以上のような液晶素子２７を透過した光記録媒体３２からの復路光は、液晶素子２７により位相変化および非点収差が付与され、ウォラストンプリズム３０に入射する。

ウォラストンプリズム３０は、光記録媒体３２で反射されビームスプリッタ２４で分離される光記録媒体３２からの復路光を分離してフォトディテクタ３１に入射させる異方性素子であり、液晶素子２７とフォトディテクタ３１との間に配置される。ウォラストンプリズム３０は、入射する光を、たとえば、フォーカスエラー信号（ＦＥ信号）およびトラッキングエラー信号（ＴＥ信号）を検出するためのサーボ系に使用されるメイン信号と、ＭＯ（Magneto-Optical）信号（ＲＦ信号）に使用されるＩ，Ｊ信号とに分離し、フォトディテクタ３１に設けられる各信号の受光領域に入射させる。

フォトディテクタ３１は、光記録媒体３２から反射された復路光を受光する受光素子である。フォトディテクタ３１は、入射したレーザ光を電気信号に変換し、演算を施すことによってＦＥ信号、ＴＥ信号およびＲＦ信号を出力する。フォトディテクタ３１には、複数の受光領域が設けられる。

図９は、フォトディテクタ３１に設けられる複数の受光領域の構成を概略的に示す平面図である。フォトディテクタ３１には、たとえば、４個の等面積の矩形に４分割される受光領域が２行２列の行列状に配置される受光領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄと、受光領域Ａ〜Ｄの両側にＹ軸方向に配置される矩形状の２つの受光領域Ｅ，Ｆと、受光領域Ａ〜Ｄの両側にＺ軸方向に配置される矩形状の２つの受光領域Ｉ，Ｊとが備えられる。受光領域Ａ〜Ｄでは、グレーティング２３によって分離された０次回折光であって、液晶素子２７により非点収差が生成されるとともにウォラストンプリズム３０によって分離されたメイン信号に使用される光を受光し、非点収差法によりＦＥ信号を出力する。受光領域Ｅ，Ｆでは、グレーティング２３によって分離された−１次回折光および＋１次回折光であって、ウォラストンプリズム３０によって分離されたメイン信号に使用される光を受光し、ＴＥ信号を検出する。受光領域Ｉ，Ｊでは、グレーティング２３によって分離された０次回折光であって、ウォラストンプリズム３０によって分離されたＩ，Ｊ信号に使用される光を受光し、ＲＦ信号を検出する。

フォトディテクタ３１では、各受光領域Ａ〜Ｊで復路光を受光し、下記式に示すように各電気信号を出力する。なお、下記式中において、各受光領域から検出される信号が表す値を、各受光領域を表すアルファベットの頭に「Ｓ」を付して表す。
ＦＥ信号＝（ＳＡ＋ＳＣ）−（ＳＢ＋ＳＤ）
ＴＥ信号＝ＳＥ−ＳＦ
ＲＦ信号＝ＳＩ−ＳＪ

以下光学ヘッド２１の動作について説明する。半導体レーザ素子２２から出射されたレーザ光は、グレーティング２３を通過して０次回折光、＋１次回折光および−１次回折光に分離され、ビームスプリッタ２４を透過する。ビームスプリッタ２４を透過したレーザ光は、カップリングレンズ２５を通って拡がり角度が変化し、対物レンズ２６によって光記録媒体３２の情報記録面に集光される。光記録媒体３２に集光された光は、光記録媒体３２によって反射され、対物レンズ２６およびカップリングレンズ２５を透過し、ビームスプリッタ２４に反射されて液晶素子２７に入射する。

液晶素子２７に光記録媒体３２からの復路光が入射すると、光記録媒体３２の種類などに応じて予め定められる電圧を電圧印加手段２８によって液晶素子２７の透明電極に印加し、液晶素子２７の位相補償量を調整する。ここで、液晶素子２７は、図３に示すように透明電極が複数に分割されるので、光の入射角に起因する光スポット内における位相変化量の差を低減することができる。また、液晶素子２７がビームスプリッタ２４とフォトディテクタ３１との間の復路光の光軸に対して傾斜して設けられることによって、液晶素子２７への入射光に対して非点収差が付与される。

液晶素子２７によって位相変化および非点収差が付与されたレーザ光は、ウォラストンプリズム３０によって分離されてフォトディテクタ３１の所定の位置に受光される。フォトディテクタ３１は、受光したレーザ光を用いてＦＥ信号、ＴＥ信号およびＲＦ信号の各電気信号を出力する。

以上のように、本実施形態の光学ヘッド２１は、液晶素子２７が、複数の領域２７ａ，２７ｂ，２７ｃに分割されることによって、光スポットのＹ軸方向の位置に応じて液晶素子２７へ印加する電圧値を適宜選択して入射光に付与する位相補償量を調整することができるので、光スポット内における位相変化量の差を低減することができ、光記録媒体３２の再生特性を向上させることができる。さらに、液晶素子２７が傾斜して設けられることにより、非点収差を生成するためのシリンドリカルレンズなどの光学部品が不要となるので、光学ヘッドの小型化を実現することができる。

また光学ヘッド２１で記録再生が行われる光記録媒体３２としては、ＭＤ、Ｈｉ−ＭＤなどの光磁気記録媒体のみに限定されることなく、ＣＤ（Compact Disk）、ＤＶＤ（
Digital Versatile Disk）、ブルーレイディスク（Ｂｌｕ−ｒａｙディスク：登録商標）などの光記録媒体を用いることもできる。

さらに、以上のような本発明の光学ヘッド２１を備えるディスク再生装置は、光の入射角に起因する光スポット内における位相変化量の差を低減することができ、光記録媒体３２の再生特性をさらに向上させることができる。なお、本発明の光学ヘッド２１を備えるディスク再生装置には、光記録媒体３２に記録される情報の再生のみを行うものに限定されることなく、光記録媒体３２への情報の記録および光記録媒体３２に記録される情報の再生の両方を行うものであってもよい。

本発明の実施の一形態である光学ヘッド２１の構成を簡略化して示す側面図である。 光記録媒体３２の情報記録面に光スポット４１が形成される様子を示す概略平面図である。 液晶素子２７の構成を示す平面図である。 液晶素子２７に拡散光が入射する様子を模式的に示す断面図である。 分割されていない液晶素子に入射した拡散光に対して光軸中心において最適な位相補償量を入射光全体に一様に付与したときの光スポット半径方向の各位置における位相変化量を示す図である。 図３に示す複数の分割領域を有する液晶素子２７が拡散光である入射光に対して付与する位相補償量を示す図である。 複数に分割された分割領域を有する液晶素子２７に入射する拡散光に対して、分割領域ごとに異なる位相補償量を付与したときの位相変化量５５を示す図である。 複数に分割されない液晶素子によって位相補償が付与された場合における光記録媒体３２再生時のエラーレートと、複数の分割領域を有する液晶素子２７によって位相補償が付与された場合における光記録媒体３２再生時のエラーレートとを示す図である。 フォトディテクタ３１に設けられる複数の受光領域の構成を概略的に示す平面図である。 特許文献１に開示の光学ヘッド１の構成を概略的に示す側面図である。

符号の説明

２１ 光学ヘッド
２２ 半導体レーザ素子
２３ グレーティング
２４ ビームスプリッタ
２５ カップリングレンズ
２６ 対物レンズ
２７ 液晶素子
２８ 電圧印加手段
２９ 制御手段
２９ａ メモリ
３０ ウォラストンプリズム
３１ フォトディテクタ
３２ 光記録媒体

Claims (9)

1. 光記録媒体に光を照射して情報を記録および／または再生する光学ヘッドにおいて、
   光を出射する光源と、
   光源から出射された往路光と、光源から出射されて光記録媒体で反射された復路光とを分離する光分離手段と、
   光記録媒体から反射された復路光を受光する受光素子と、
   光分離手段と受光素子との間の復路光の光路上に設けられる液晶素子であって、複数に分割された分割領域を有する液晶素子と、
   液晶素子の複数の分割領域に対してそれぞれ電圧を印加して各分割領域の屈折率を変化させる電圧印加手段と、
   液晶素子の分割領域へ入射する光に対して分割領域ごとに与える位相補償量を調整し、液晶素子を透過した光のスポットが該スポット内で一様な位相変化を付与されるように、液晶素子の分割領域に電圧を印加する電圧印加手段の動作を制御する制御手段とを含むことを特徴とする光学ヘッド。
2. 液晶素子は、
   光分離手段と受光素子との間の復路光の光軸に対して傾斜して設けられることを特徴とする請求項１記載の光学ヘッド。
3. 液晶素子は、
   分割領域ごとに透明電極を備えることを特徴とする請求項１または２記載の光学ヘッド。
4. 液晶素子の複数の分割領域が配列される方向は、記録または再生状態にある光記録媒体の半径方向に平行であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光学ヘッド。
5. 液晶素子が光分離手段と受光素子との間の復路光の光軸に対して傾斜する方向は、
   記録または再生状態にある光記録媒体の半径方向であることを特徴とする請求項４記載の光学ヘッド。
6. 光源は、波長が７８０ｎｍのレーザ光を出射し、対物レンズは、開口数ＮＡが０．４５であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の光学ヘッド。
7. 光源から出射された光を光記録媒体に集光する対物レンズと、
   対物レンズに入射する光の拡散角度を調整する拡散角度調整素子とを含み、
   拡散角度調整素子は、
   光源と対物レンズとの間に配置されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の光学ヘッド。
8. 光記録媒体で反射され光分離手段で分離される光記録媒体からの復路光を分離して受光素子に入射させる異方性素子を含み、
   異方性素子は、
   液晶素子と受光素子との間に配置されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の光学ヘッド。
9. 請求項１〜８のいずれか１つに記載の光学ヘッドを備えることを特徴とするディスク再生装置。

Images