JP5240098B2 - 光学ユニット及び光学的情報記録再生装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学ユニット及び光学的情報記録再生装置に関し、更に詳しくは、光記録媒体に対して情報の記録再生を行うための光学ユニット、及び、そのような光学ユニットを含む光学的情報記録再生装置に関する。

光記録媒体の大容量化技術の一つとして、光記録媒体の面内の次元だけでなく、厚さ方向の次元も利用し、光記録媒体に対して３次元的に情報の記録再生を行う３次元記録再生技術がある。３次元記録再生技術の一つとして、マイクロホログラム記録技術がある。マイクロホログラム記録技術では、情報の記録に際し、対向する２つのビームを光記録媒体の記録層内の同一の位置に集光して干渉させ、集光点に微小な回折格子を形成することで情報の記録を行う。また、情報の再生に際しては、２つのビームのうち何れか一方を光記録媒体の記録層内に集光し、回折格子からの反射光を検出することで情報の再生を行う。

非特許文献１は、マイクロホログラム記録用の光学ユニットが記載された文献である。図１７は、非特許文献１に記載の光学ユニットを示している。レーザ４７から出射した光は、凹レンズ４８及び凸レンズ４９ａを透過してビーム径が拡大され、一部がビームスプリッタ５０ａを透過し、一部がビームスプリッタ５０ａで反射される。

光記録媒体４６への情報の記録時には、ビームスプリッタ５０ａを透過した光は、ミラー５１ａ、ミラー５１ｂで反射され、ビームスプリッタ５０ｂを透過し、１／４波長板５３ａを透過して直線偏光から円偏光へ変換される。この光は、対物レンズ５４ａを透過して平行光から収束光へ変換され、光記録媒体４６の記録層内に集光される。また、ビームスプリッタ５０ａで反射された光は、ミラー５１ｃ、ミラー５１ｄ、ミラー５１ｅで反射され、シャッタ５２を通過し、１／４波長板５３ｂを透過して直線偏光から円偏光へ変換される。この光は、対物レンズ５４ｂを透過して平行光から収束光へ変換され、光記録媒体４６の記録層内に集光される。ビームスプリッタ５０ａを透過した光、及び、ビームスプリッタ５０ａで反射された光は、光記録媒体４６の記録層内の同一の位置に集光されて干渉し、集光点の近傍に微小な回折格子が形成される。

光記録媒体４６からの情報の再生時には、ビームスプリッタ５０ａを透過した光は、上記した経路を通り、光記録媒体４６の記録層内に集光される。一方、ビームスプリッタ５０ａで反射された光はシャッタ５２で遮断され、光記録媒体４６へ向かわない。光記録媒体４６の記録層内に集光された光は、集光点の近傍に形成された回折格子で反射され、対物レンズ５４ａを逆向きに透過して発散光から平行光へ変換され、１／４波長板５３ａを透過して円偏光から直線偏光へ変換される。この光は、ビームスプリッタ５０ｂで反射され、凸レンズ４９ｂを透過して平行光から収束光へ変換され、光検出器５５で受光される。

記録層内に形成された回折格子は、ビットデータの情報を有している。レーザ４７から出射しビームスプリッタ５０ａを透過した光、及び、レーザ４７から出射しビームスプリッタ５０ａで反射された光の集光点の位置を、光記録媒体４６の記録層の厚さ方向へ移動し、記録層の面内だけでなく厚さ方向へも多層に回折格子を形成することで、３次元記録を行うことができる。また、記録層の面内だけでなく厚さ方向へも多層に形成された回折格子に対して、レーザ４７から出射しビームスプリッタ５０ａを透過した光を集光することで、３次元再生を行うことができる。

ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス・第４５巻・第２Ｂ号・２００６・第１２３９ページ〜第１２４５ページ

非特許文献１に記載の光学ユニットでは、図示しない可動機構を用いて、ビームスプリッタ５０ａを透過した光、及び、ビームスプリッタ５０ａで反射された光の集光点の位置を、光記録媒体４６の記録層の面内へ移動させている。集光点の位置は、広範囲かつ高精度に移動させる必要があるため、可動機構には、光記録媒体４６を広範囲かつ高精度に移動させる特性が求められる。このような可動機構は構成が複雑であるため、光学ユニットの信頼性を低下させ、消費電力を増加させる要因となる。

上記に対して、光学ユニット内に光偏向素子を設け、光偏向素子を電気的に駆動して集光点の位置を光記録媒体の記録層の面内へ移動させる方法が考えられる。電気的に駆動可能な光偏向素子としては、液晶、電気光学結晶等を用いたものがある。この方法を用いた場合、集光点の移動範囲は狭いものの移動精度は高い。そこで、この方法と、光記録媒体を可動機構を用いて面内へ移動させる方法とを組み合わせる方法が考えられる。光偏向素子と可動機構とを組み合わせた場合、可動機構には、光記録媒体を広範囲に移動させる特性は求められるが、高精度に移動させる特性は求められない。このような可動機構は構成が簡単であるため、光学ユニットの信頼性を低下させず、消費電力を増加させない。

しかし、電気的に駆動可能な光偏向素子は、偏光方向が液晶、電気光学結晶等の光学軸の方向に平行な直線偏光に対してしか作用しない。このため、光偏向素子を、光源から光記録媒体に向かう往路の光と、光記録媒体から光検出器に向かう復路の光との双方に対して作用させるためには、往路の光と復路の光とを同一の直線偏光にする必要がある。往路の光と復路の光とを同一の直線偏光とした場合、往路の光と復路の光との分離には、無偏向ビームスプリッタを用いる必要がある。無偏光ビームスプリッタを用いた場合、往路の光の効率、及び、復路の光の効率が低下し、高い速度での記録や、高い信号対雑音比での再生を行うことができない。

往路の光の効率、及び、復路の光の効率を向上させるためには、往路の光と復路の光との分離に偏光ビームスプリッタを用いればよい。しかし、往路の光と復路の光との分離に偏光ビームスプリッタを用いるためには、往路の光と復路の光とを、偏光方向が互いに直交する直線偏光とする必要がある。この場合、光偏向素子は、単一方向の直線偏光に対してしか作用しないため、往路の光と復路の光との何れか一方に対してしか作用しない。従って、往路の光と復路の光との分離に偏光ビームスプリッタを用いる構成では、光偏向素子を用いて、光検出器上の集光点の位置を移動させることなく、光記録媒体内の集光点の位置を移動させることはできない。光検出器上で集光点の位置が移動すると、光検出器で復路の光を正しく受光することができず、情報の再生を正しく行うことができない。

本発明は、高速記録と高い信号対雑音比での再生とを可能にする光学ユニット、及び、光学的情報記録再生装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、光源と、前記光源からの出射光を、記録層を有する光記録媒体の記録層に集光して集光スポットを形成する対物レンズと、前記対物レンズの開口数を定める開口と、前記記録層からの反射光を受光する光検出器と、偏光方向が第一の方向である第一の直線偏光に対して作用する第一の光偏向素子と、偏光方向が前記第一の方向に直交する第二の方向である第二の直線偏光に対して作用する第二の光偏向素子とを含み、前記出射光及び前記反射光の向きを変化させ、前記記録層の面内における前記集光スポットの位置を変化させる光偏向素子とを備える光学ユニットを提供する。

本発明は、光源と、前記光源からの出射光を、記録層を有する光記録媒体の記録層に集光して集光スポットを形成する対物レンズと、前記対物レンズの開口数を定める開口と、前記記録層からの反射光を受光する光検出器と、偏光方向が第一の方向である第一の直線偏光に対して作用する第一の光偏向素子と、偏光方向が前記第一の方向に直交する第二の方向である第二の直線偏光に対して作用する第二の光偏向素子とを含み、前記出射光及び前記反射光の向きを変化させ、前記記録層の面内における前記集光スポットの位置を変化させる光偏向素子と、記録データに基づいて前記出射光の強度を変調する記録回路と、前記光検出器からの出力に基づいて再生データを生成する再生回路と、前記光偏向素子を電気的に駆動する光偏向素子駆動回路とを備える光学的情報記録再生装置を提供する。

本発明の光学ユニット及び光学的情報記録再生装置は、高い速度での記録と、高い信号対雑音比での再生とを実現することができる。

本発明の光学ユニットの第一の実施の形態を示すブロック図。 （ａ）〜（ｃ）は、光記録媒体への情報の記録時における光記録媒体への入射ビームの光路を示す図。 （ａ）〜（ｃ）は、光記録媒体からの情報の再生時における光記録媒体への入射ビーム及び光記録媒体からの反射ビームの光路を示す図。 （ａ）〜（ｉ）は、開口付き光偏向素子の位置と開口での光の蹴られ方との関係を示す図。 （ａ）〜（ｃ）は、開口付き光偏向素子を示す断面図、及び、光偏向素子に含まれる液晶層を示す平面図。 （ａ）〜（ｃ）は、開口付き光偏向素子を示す断面図、及び、光偏向素子に含まれる液晶層を示す平面図。 （ａ）及び（ｂ）は、開口付き光偏向素子の透明電極を示す平面図、（ｃ）は、開口を示す平面図。 （ａ）〜（ｃ）は、開口付き可変焦点レンズを示す断面図、及び、光偏向素子に含まれる液晶層を示す平面図。 （ａ）及び（ｂ)は、開口付き可変焦点レンズの透明電極を示す平面図、（ｃ）は、開口を示す平面図。 本発明の光学的情報記録再生装置の第一の実施の形態を示すブロック図。 本発明の光学ユニットの第二の実施の形態を示すブロック図。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の光学ユニットの第二の実施の形態における、光記録媒体への情報の記録時の光記録媒体への入射ビームの光路を示す図。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の光学ユニットの第二の実施の形態における、光記録媒体からの情報の再生時の光記録媒体への入射ビーム及び光記録媒体からの反射ビームの光路を示す図。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の光学ユニットの第二の実施の形態で用いる開口付き可変焦点レンズを示す断面図、及び、光偏向素子に含まれる液晶層を示す平面図。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の光学ユニットの第二の実施の形態で用いる開口付き可変焦点レンズを示す断面図、及び、光偏向素子に含まれる液晶層を示す平面図。 本発明の光学的情報記録再生装置の第二の実施の形態を示すブロック図。 非特許文献１に記載の３次元記録再生用の光学ユニットを示すブロック図。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の光学ユニットの第一の実施の形態を示している。本発明の光学ユニットの第一の実施の形態は、レーザ３ａ、凸レンズ４ａ〜４ｆ、アクティブ波長板５ａ、偏光ビームスプリッタ７ａ、開口付き可変焦点レンズ８ａ、８ｂ、ミラー９ａ〜９ｄ、開口付き光偏向素子１０ａ、１０ｂ、１／４波長板１１ａ、１１ｂ、対物レンズ１２ａ、１２ｂ、及び、光検出器１３ａを備える。レーザ３ａは、光源である。レーザ３ａには、単一モード半導体レーザが用いられる。

対物レンズ１２ａ、１２ｂは、光源からの出射光を、光記録媒体２ａの記録層に集光して集光スポットを形成する。光検出器１３ａは、光記録媒体２ａの記録層からの反射光を受光する。開口付き光偏向素子１０ａ、１０ｂは、光源からの出射光、及び、記録層からの反射光の向きを変化させ、記録層の面内における集光スポットの位置を変化させる。開口付き光偏向素子１０ａ、１０ｂは、偏光方向が第一の方向である第一の直線偏光に対して作用する第一の光偏向素子と、偏光方向が第一の方向と直交する第二の方向である第二の直線偏光に対して作用する第二の光偏向素子とを含む。開口付き光偏向素子１０ａ、１０ｂは、対物レンズ１２ａ、１２ｂの開口数を定める開口を有する。

開口付き可変焦点レンズ８ａ、８ｂは、光源からの出射光、及び、記録層からの反射光の平行度を変化させ、記録層の厚さ方向における集光スポットの位置を変化させる。開口付き可変焦点レンズ８ａ、８ｂは、対物レンズ１２ａ、１２ｂの開口数を定める開口を有する。

開口付き可変焦点レンズ８ａ及び開口付き光偏向素子１０ａは、対物レンズ１２ａの前側焦点位置、又は、それと光学的に共役な位置に配置されている。図１では、開口付き光偏向素子１０ａは、対物レンズ１２ａの前側焦点位置に配置され、開口付き可変焦点レンズ８ａは、凸レンズ４ｃ、４ｂで構成されるリレーレンズ系を介して、対物レンズ１２ａの前側焦点位置と光学的に共役な位置に配置されている。これに代えて、開口付き光偏向素子１０ａを、リレーレンズ系を介して対物レンズ１２ａの前側焦点位置と光学的に共役な位置に配置し、開口付き可変焦点レンズ８ａを、対物レンズ１２ａの前側焦点位置に配置してもよい。開口付き可変焦点レンズ８ａと開口付き光偏向素子１０ａは、双方が開口を持っている必要はなく、何れか一方が開口を持っていればよい。すなわち、開口は、対物レンズ１２ａの前側焦点位置、又は、それと光学的に共役な位置に少なくとも１つあればよい。

開口付き可変焦点レンズ８ｂ及び開口付き光偏向素子１０ｂは、対物レンズ１２ｂの前側焦点位置、又は、それと光学的に共役な位置に配置されている。図１では、開口付き光偏向素子１０ｂは、対物レンズ１２ｂの前側焦点位置に配置され、開口付き可変焦点レンズ８ｂは、凸レンズ４ｅ、４ｄで構成されるリレーレンズ系を介して、対物レンズ１２ｂの前側焦点位置と光学的に共役な位置に配置されている。これに代えて、開口付き光偏向素子１０ｂを、リレーレンズ系を介して対物レンズ１２ｂの前側焦点位置と光学的に共役な位置に配置し、開口付き可変焦点レンズ８ｂを、対物レンズ１２ｂの前側焦点位置に配置してもよい。開口付き可変焦点レンズ８ｂと開口付き光偏向素子１０ｂは、双方が開口を持っている必要はなく、何れか一方が開口を持っていればよい。すなわち、開口は、対物レンズ１２ｂの前側焦点位置、又は、それと光学的に共役な位置に少なくとも１つあればよい。

光源であるレーザ３ａから出射した光は、凸レンズ４ａを透過して発散光から平行光へ変換され、アクティブ波長板５ａへ入射する。アクティブ波長板５ａは、光記録媒体２ａへの情報の記録時は、入射光に対して１／４波長板の効果を持つ。また、アクティブ波長板５ａは、光記録媒体２ａからの情報の再生時は、入射光に対して１／２波長板の効果を持つ。光記録媒体２ａへの情報の記録時には、アクティブ波長板５ａへ入射した光は、アクティブ波長板５ａを透過して直線偏光から円偏光へ変換され、約５０％が偏光ビームスプリッタ７ａでＳ偏光成分として反射され、約５０％が偏光ビームスプリッタ７ａをＰ偏光成分として透過する。一方、光記録媒体２ａからの情報の再生時には、アクティブ波長板５ａへ入射した光は、アクティブ波長板５ａを透過して偏光方向が９０°変化し、偏光ビームスプリッタ７ａへＳ偏光として入射してほぼ１００％が反射される。

アクティブ波長板５ａは、２枚の基板の間に液晶層が挟まれた構成である。２枚の基板の液晶層側の面には、液晶層に交流電圧を印加するための透明電極が形成されている。液晶層は、一軸の屈折率異方性を有している。液晶層に実効値が２．５Ｖの交流電圧を印加すると、液晶層の光学軸の方向は、入射光の光軸に垂直な方向と平行な方向との中間の方向となる。このとき、液晶層を透過する光に生じる、光学軸と光軸とを含む面に平行な方向の偏光成分と垂直な方向の偏光成分との間の位相差はπ／２となり、アクティブ波長板５ａは１／４波長板の効果を持つ。一方、液晶層に実効値が０Ｖの交流電圧を印加する場合、液晶層の光学軸の方向は、入射光の光軸に垂直な方向となる。このとき、液晶層を透過する光に生じる、光学軸と光軸とを含む面に平行な方向の偏光成分と垂直な方向の偏光成分との間の位相差はπとなり、アクティブ波長板５ａは１／２波長板の効果を持つ。

光記録媒体２ａへの情報の記録時には、偏光ビームスプリッタ７ａで反射された光は、開口付き可変焦点レンズ８ａを略平行光として透過し、凸レンズ４ｂを透過して略平行光から収束光へ変換され、ミラー９ａの近傍に集光されて収束光から発散光となり、ミラー９ａで反射され、凸レンズ４ｃを透過して発散光から略平行光へ変換される。この光は、ミラー９ｃで反射され、開口付き光偏向素子１０ａを透過し、１／４波長板１１ａを透過して直線偏光から円偏光へ変換され、対物レンズ１２ａを透過して略平行光から収束光へ変換され、光記録媒体２ａ内に集光される。

また、偏光ビームスプリッタ７ａを透過した光は、開口付き可変焦点レンズ８ｂを略平行光として透過し、凸レンズ４ｄを透過して略平行光から収束光へ変換され、ミラー９ｂの近傍に集光されて収束光から発散光となり、ミラー９ｂで反射され、凸レンズ４ｅを透過して発散光から略平行光へ変換される。この光は、ミラー９ｄで反射され、開口付き光偏向素子１０ｂを透過し、１／４波長板１１ｂを透過して直線偏光から円偏光へ変換され、対物レンズ１２ｂを透過して略平行光から収束光へ変換され、光記録媒体２ａ内に集光される。

一方、光記録媒体２ａからの情報の再生時には、偏光ビームスプリッタ７ａで反射された光は、開口付き可変焦点レンズ８ａを略平行光として透過し、凸レンズ４ｂを透過して略平行光から収束光へ変換され、ミラー９ａの近傍に集光されて収束光から発散光となり、ミラー９ａで反射され、凸レンズ４ｃを透過して発散光から略平行光へ変換される。この光は、ミラー９ｃで反射され、開口付き光偏向素子１０ａを透過し、１／４波長板１１ａを透過して直線偏光から円偏光へ変換され、対物レンズ１２ａを透過して略平行光から収束光へ変換され、光記録媒体２ａ内に集光される。

光記録媒体２ａ内で反射された光は、対物レンズ１２ａを逆向きに透過して発散光から略平行光へ変換され、１／４波長板１１ａを透過して円偏光から直線偏光へ変換され、開口付き光偏向素子１０ａを透過し、ミラー９ｃで反射され、凸レンズ４ｃを透過して略平行光から収束光へ変換され、ミラー９ａの近傍に集光されて収束光から発散光となり、ミラー９ａで反射され、凸レンズ４ｂを透過して発散光から略平行光へ変換される。この光は、開口付き可変焦点レンズ８ａを平行光として透過し、偏光ビームスプリッタ７ａへＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過し、凸レンズ４ｆを透過して平行光から収束光へ変換され、光検出器１３ａで受光される。

図２（ａ）〜（ｃ）は、光記録媒体２ａへの情報の記録時における、光記録媒体２ａへの入射ビームの光路を示している。光記録媒体２ａは、基板１７ａと基板１７ｂとの間に記録層１４ａが挟まれた構成である。基板１７ａ、１７ｂの材料としては、例えばガラスが用いられる。記録層１４ａの材料としては、例えばフォトポリマが用いられる。

図２（ａ）〜（ｃ）に示すビーム２０ａ〜２０ｃは、レーザ３ａから出射し、偏光ビームスプリッタ７ａで反射された光を表している。また、ビーム２１ａ〜２１ｃは、レーザ３ａから出射し、偏光ビームスプリッタ７ａを透過した光を表している。ビーム２０ａ〜２０ｃは、偏光方向が紙面に垂直な直線偏光として開口付き光偏向素子１０ａへ入射し、開口付き光偏向素子１０ａを透過する。その後、１／４波長板１１ａを透過して円偏光へ変換され、対物レンズ１２ａへ入射し、記録層１４ａ内で集光される。また、ビーム２１ａ〜２１ｃは、偏光方向が紙面に平行な直線偏光として開口付き光偏向素子１０ｂへ入射し、開口付き光偏向素子１０ｂを透過する。その後、１／４波長板１１ｂを透過して円偏光へ変換され、対物レンズ１２ｂへ入射し、記録層１４ａ内で集光される。

図２（ａ）は、ビーム２０ａ、２１ａが、記録層１４ａ内の基板１７ａに近い位置である集光点１８ａに集光される場合のビームの光路を示している。このとき、開口付き可変焦点レンズ８ａ（図１）は、ビーム２０ａに対して凸レンズとして作用し、開口付き可変焦点レンズ８ｂは、ビーム２１ａに対して凹レンズとして作用する。ビーム２０ａとビーム２１ａとは、集光点１８ａで干渉し、集光点１８ａに微小な回折格子が形成される。

図２（ｂ）は、ビーム２０ｂ、２１ｂが、記録層１４ａ内の基板１７ａと基板１７ｂとの中間の位置である集光点１８ｂに集光される場合のビームの光路を示している。このとき、開口付き可変焦点レンズ８ａは、ビーム２０ｂに対してレンズとして作用せず、開口付き可変焦点レンズ８ｂは、ビーム２１ｂに対してレンズとして作用しない。ビーム２０ｂとビーム２１ｂとは、集光点１８ｂで干渉し、集光点１８ｂに微小な回折格子が形成される。

図２（ｃ）は、ビーム２０ｃ、２１ｃが、記録層１４ａ内の基板１７ｂに近い位置である集光点１８ｃに集光される場合のビームの光路を示している。このとき、開口付き可変焦点レンズ８ａは、ビーム２０ｃに対して凹レンズとして作用し、開口付き可変焦点レンズ８ｂは、ビーム２１ｃに対して凸レンズとして作用する。ビーム２０ｃとビーム２１ｃとは、集光点１８ｃで干渉し、集光点１８ｃに微小な回折格子が形成される。

図２（ａ）〜（ｃ）では、開口付き光偏向素子１０ａでビーム２０ａ〜２０ｃを偏向せず、また、開口付き光偏向素子１０ｂでビーム２１ａ〜２１ｃを偏向しない場合のビームの光路を実線で示している。開口付き光偏向素子１０ａ、１０ｂを用いてビームを偏向しないとき、ビーム２０ａ〜２０ｃとビーム２１ａ〜２１ｃとが集光される集光点１８ａ〜１８ｃの位置は、対物レンズ１２ａ、１２ｂの光軸上にある。

図２（ａ）〜（ｃ）では、開口付き光偏向素子１０ａを用いてビーム２０ａ〜２０ｃを紙面向かって右側へ偏向し、また、開口付き光偏向素子１０ｂを用いてビーム２１ａ〜２１ｃを紙面向かって右側へ偏向した場合のビームの光路を破線で示している。開口付き光偏向素子１０ａ、１０ｂで破線で示すようにビームを偏向したとき、ビーム２０ａ〜２０ｃ、ビーム２１ａ〜２１ｃが集光される集光点１８ａ〜１８ｃの位置は、対物レンズ１２ａ、１２ｂの光軸に対して紙面向かって右側へ移動する。

図２（ａ）〜（ｃ）では、開口付き光偏向素子１０ａを用いてビーム２０ａ〜２０ｃを紙面向かって左側へ偏向し、また、開口付き光偏向素子１０ｂを用いてビーム２１ａ〜２１ｃを紙面向かって左側へ偏向した場合のビームの光路を一点鎖線で示している。開口付き光偏向素子１０ａ、１０ｂで一点鎖線で示すようにビームを偏向したとき、ビーム２０ａ〜２０ｃ、ビーム２１ａ〜２１ｃが集光される集光点１８ａ〜１８ｃの位置は、対物レンズ１２ａ、１２ｂの光軸に対して紙面向かって左側へ移動する。

図３（ａ）〜（ｃ）は、光記録媒体２ａからの情報の再生時における、光記録媒体２ａへの入射ビーム及び光記録媒体２ａからの反射ビームの光路を示している。図３（ａ）〜（ｃ）におけるビーム２０ａ〜２０ｃは、レーザ３ａから出射し、偏光ビームスプリッタ７ａで反射された光を表している。ビーム２０ａ〜２０ｃは、偏光方向が紙面に垂直な直線偏光として開口付き光偏向素子１０ａへ入射し、開口付き光偏向素子１０ａを透過する。その後、１／４波長板１１ａを透過して円偏光へ変換され、対物レンズ１２ａへ入射し、記録層１４ａ内で集光される。

記録層１４ａ内に集光されたビーム２０ａ〜２０ｃは、集光点に形成された回折格子で反射され、対物レンズ１２ａから出射する。その後、１／４波長板１１ａを透過して直線偏光へ変換され、開口付き光偏向素子１０ａへ偏光方向が紙面に平行な直線偏光として入射し、開口付き光偏向素子１０ａを透過する。

図３（ａ）は、ビーム２０ａが、記録層１４ａ内の基板１７ａに近い位置である回折格子１９ａに集光される場合のビームの光路を示している。回折格子１９ａは、図２（ａ）における集光点１８ａに形成されたものである。このとき、開口付き可変焦点レンズ８ａは、ビーム２０ａに対して凸レンズとして作用する。ビーム２０ａは、回折格子１９ａで反射され、光検出器１３ａで受光される。

図３（ｂ）は、ビーム２０ｂが、記録層１４ａ内の基板１７ａと基板１７ｂとの中間の位置である回折格子１９ｂに集光される場合のビームの光路を示している。回折格子１９ｂは、図２（ｂ）における集光点１８ｂに形成されたものである。このとき、開口付き可変焦点レンズ８ａは、ビーム２０ｂに対してレンズとして作用しない。ビーム２０ｂは、回折格子１９ｂで反射され、光検出器１３ａで受光される。

図３（ｃ）は、ビーム２０ｃが、記録層１４ａ内の基板１７ｂに近い位置である回折格子１９ｃに集光される場合のビームの光路を示している。回折格子１９ｃは、図２（ｃ）における集光点１８ｃに形成されたものである。このとき、開口付き可変焦点レンズ８ａは、ビーム２０ｃに対して凹レンズとして作用する。ビーム２０ｃは、回折格子１９ｃで反射され、光検出器１３ａで受光される。

図３（ａ）〜（ｃ）では、開口付き光偏向素子１０ａでビーム２０ａ〜２０ｃを偏向しない場合のビームの光路を実線で示している。開口付き光偏向素子１０ａでビームを偏向しないとき、ビーム２０ａ〜２０ｃが集光される回折格子１９ａ〜１９ｃの位置は、対物レンズ１２ａの光軸上にある。

図３（ａ）〜（ｃ）では、開口付き光偏向素子１０ａを用いてビーム２０ａ〜２０ｃを紙面向かって右側へ偏向した場合のビームの光路を破線で示している。開口付き光偏向素子１０ａで破線で示すようにビームを偏向したとき、ビーム２０ａ〜２０ｃが集光される回折格子１９ａ〜１９ｃの位置は、対物レンズ１２ａの光軸に対して紙面向かって右側へ移動する。

図３（ａ）〜（ｃ）では、開口付き光偏向素子１０ａを用いてビーム２０ａ〜２０ｃを紙面向かって左側へ偏向した場合のビームの光路を一点鎖線で示している。開口付き光偏向素子１０ａ、１０ｂで一点鎖線で示すようにビームを偏向したとき、ビーム２０ａ〜２０ｃが集光される回折格子１９ａ〜１９ｃの位置は、対物レンズ１２ａの光軸に対して左側へ移動する。

ここで、回折格子は、ビットデータの情報を有している。レーザ３ａから出射し、偏光ビームスプリッタ７ａで反射された光、及び、偏光ビームスプリッタ７ａを透過した光の集光点の位置を、光記録媒体２ａの記録層１４ａの厚さ方向へ移動させ、光記録媒体２ａの記録層１４ａの面内に加えて厚さ方向の複数の位置に回折格子を形成することで、３次元記録再生を行うことができる。

図４（ａ）〜（ｉ）は、開口付き光偏向素子の位置と、開口での光の蹴られ方との関係を示している。図４における開口付き光偏向素子１０及び対物レンズ１２は、それぞれ図１の開口付き光偏向素子１０ａ及び対物レンズ１２ａ、又は、開口付き光偏向素子１０ｂ及び対物レンズ１２ｂに対応する。

図４（ａ）〜（ｃ）は、開口付き光偏向素子１０が、対物レンズ１２の前側焦点位置より対物レンズ１２から遠い位置にある場合の光の蹴られ方を示している。図４（ａ）に示すように、開口付き光偏向素子１０を用いて光を紙面向かって右側へ偏向した場合、往路において開口付き光偏向素子１０の中心を通る光線は、対物レンズ１２を透過して図中の左下へ向かう。この光は、光記録媒体２内で反射され、復路において左上へ向かい、対物レンズ１２を透過して開口付き光偏向素子１０の中心よりも左側を通る。すなわち、復路の光の中心は、往路の光の中心に対して紙面向かって左側へずれる。このため、復路の光は、開口付き光偏向素子１０が有する開口で左側が蹴られる。

図４（ｂ）に示すように、開口付き光偏向素子１０で光を偏向しない場合、往路において開口付き光偏向素子１０の中心を通る光線は、対物レンズ１２を透過して図中の真下へ向かい、光記録媒体２内で反射され、復路において真上へ向かい、対物レンズ１２を透過して開口付き光偏向素子１０の中心を通る。すなわち、復路の光の中心と、往路の光の中心とは一致している。このため、復路の光は、開口付き光偏向素子１０が有する開口で蹴られない。

図４（ｃ）に示すように、開口付き光偏向素子１０を用いて光を紙面向かって左側へ偏向した場合、往路において開口付き光偏向素子１０の中心を通る光線は、対物レンズ１２を透過して図中の右下へ向かう。この光は、光記録媒体２内で反射され、復路において右上へ向かい、対物レンズ１２を透過して開口付き光偏向素子１０の中心より右側を通る。すなわち、復路の光の中心は、往路の光の中心に対して紙面向かって右側へずれる。このため、復路の光は、開口付き光偏向素子１０が有する開口で右側が蹴られる。

図４（ｄ）〜（ｆ）は、開口付き光偏向素子１０が対物レンズ１２の前側焦点位置にある場合の光の蹴られ方を示している。図４（ｄ）に示すように、開口付き光偏向素子１０を用いて光を紙面向かって右側へ偏向した場合、往路において開口付き光偏向素子１０の中心を通る光線は、対物レンズ１２を透過して図中の真下へ向かう。この光は、光記録媒体２内で反射され、復路において真上へ向かい、対物レンズ１２を透過して開口付き光偏向素子１０の中心を通る。すなわち、復路の光の中心と、往路の光の中心とは一致している。このため、復路の光は、開口付き光偏向素子１０が有する開口で蹴られない。

図４（ｅ）に示すように、開口付き光偏向素子１０で光を偏向しない場合、往路において開口付き光偏向素子１０の中心を通る光線は、対物レンズ１２を透過して図中の真下へ向かう。この光は、光記録媒体２内で反射され、復路において真上へ向かい、対物レンズ１２を透過して開口付き光偏向素子１０の中心を通る。すなわち、復路の光の中心と、往路の光の中心とは一致している。このため、復路の光は、開口付き光偏向素子１０が有する開口で蹴られない。

図４（ｆ）に示すように、開口付き光偏向素子１０を用いて光を紙面向かって左側へ偏向した場合、往路において開口付き光偏向素子１０の中心を通る光線は、対物レンズ１２を透過して図中の真下へ向かう。この光は、光記録媒体２内で反射され、復路において真上へ向かい、対物レンズ１２を透過して開口付き光偏向素子１０の中心を通る。すなわち、復路の光の中心と、往路の光の中心とは一致している。このため、復路の光は、開口付き光偏向素子１０が有する開口で蹴られない。

図４（ｇ）〜（ｉ）は、開口付き光偏向素子１０が、対物レンズ１２の前側焦点位置より対物レンズ１２に近い位置にある場合の光の蹴られ方を示している。図４（ｇ）に示すように、開口付き光偏向素子１０を用いて光を紙面向かって右側へ偏向した場合、往路において開口付き光偏向素子１０の中心を通る光線は、対物レンズ１２を透過して図の右下へ向かう。この光は、光記録媒体２内で反射され、復路において右上へ向かい、対物レンズ１２を透過して開口付き光偏向素子１０の中心より右側を通る。すなわち、復路の光の中心は、往路の光の中心に対して右側へずれる。このため、復路の光は、開口付き光偏向素子１０が有する開口で右側が蹴られる。

図４（ｈ）に示すように、開口付き光偏向素子１０で光を偏向しない場合、往路において開口付き光偏向素子１０の中心を通る光線は、対物レンズ１２を透過して図中の真下へ向かう。この光は、光記録媒体２内で反射され、復路において真上へ向かい、対物レンズ１２を透過して開口付き光偏向素子１０の中心を通る。すなわち、復路の光の中心と、往路の光の中心とは一致している。このため、復路の光は、開口付き光偏向素子１０が有する開口で蹴られない。

図４（ｉ）に示すように、開口付き光偏向素子１０を用いて光を紙面向かって左側へ偏向した場合、往路において開口付き光偏向素子１０の中心を通る光線は、対物レンズ１２を透過して図中の左下へ向かう。この光は、光記録媒体２内で反射され、復路において左上へ向かい、対物レンズ１２を透過して開口付き光偏向素子１０の中心より左側を通る。すなわち、復路の光の中心は、往路の光の中心に対して紙面向かって左側へずれる。このため、復路の光は、開口付き光偏向素子１０が有する開口で左側が蹴られる。

開口付き光偏向素子１０が対物レンズ１２の前側焦点位置又はそれと光学的に共役な位置にない場合は、開口付き光偏向素子１０を用いて光を偏向すると、図４（ａ）、（ｃ）、（ｇ）、（ｉ）に示すように、復路の光は開口付き光偏向素子１０が有する開口で蹴られる。これに対し、開口付き光偏向素子１０が対物レンズ１２の前側焦点位置又はそれと光学的に共役な位置にある場合は、図４（ｄ）、（ｆ）に示すように、開口付き光偏向素子１０を用いて光を偏向しても、復路の光は開口付き光偏向素子１０が有する開口で蹴られない。開口付き光偏向素子１０が対物レンズ１２の前側焦点位置にある場合、開口付き光偏向素子１０が偏向する光の偏向角をθとし、対物レンズ１２の焦点距離をｆｏとすると、光記録媒体２の面内における集光点の移動量はｆｏ・θとなる。なお、図４では開口付き光偏向素子１０への入射光は平行光であるが、開口付き光偏向素子１０への入射光が収束光又は発散光であっても同じことが言える。

図５及び図６（ａ）〜（ｃ）は、開口付き光偏向素子１０ａ、１０ｂの断面図、及び、光偏向素子に含まれる液晶層の平面図である。開口付き光偏向素子１０ａ、１０ｂは、基板２２ａと基板２２ｂとの間に液晶層２３ａが挟まれ、基板２２ｂと基板２２ｃとの間に透過層２５ａ及び反射層２６ａが挟まれ、基板２２ｃと基板２２ｄとの間に液晶層２３ｂが挟まれた構成である。基板２２ａ、２２ｂの液晶層２３ａ側の面には、液晶層２３ａに交流電圧を印加するための透明電極２４ａ、２４ｂがそれぞれ形成されている。また、基板２２ｃ、２２ｄの液晶層２３ｂ側の面には、液晶層２３ｂに交流電圧を印加するための透明電極２４ｃ、２４ｄがそれぞれ形成されている。透明電極２４ａ〜２４ｄは、パタン電極である。

液晶層２３ａ及び透明電極２４ａ、２４ｂは、第一の光偏向素子を構成し、液晶層２３ｂ及び透明電極２４ｃ、２４ｄは、第二の光偏向素子を構成する。また、透過層２５ａ及び反射層２６ａは、開口を構成する。基板２２ａ〜２２ｄの材料としては、例えばガラスが用いられる。液晶層２３ａ、２３ｂの材料としては、例えばネマチック液晶が用いられる。透明電極２４ａ〜２４ｄの材料としては、例えばＩＴＯが用いられる。透過層２５ａ、反射層２６ａの材料としては、例えば誘電体多層膜が用いられる。

開口付き光偏向素子１０ａにおける開口の位置は、対物レンズ１２ａの前側焦点位置と一致している。また、開口付き光偏向素子１０ａにおける第一の光偏向素子及び第二の光偏向素子の位置は、対物レンズ１２ａの前側焦点位置とほぼ一致している。厳密に言えば、開口付き光偏向素子１０ａにおける第一の光偏向素子及び第二の光偏向素子の位置は、対物レンズ１２ａの前側焦点位置と一致していない。しかしながら、そのずれ量は非常に小さく、ずれの影響は無視できる程度のものであるので、第一の光偏向素子及び第二の光偏向素子の位置は、対物レンズ１２ａの前側焦点位置と一致しているとみなせる。

開口付き光偏向素子１０ｂにおける開口の位置は、対物レンズ１２ｂの前側焦点位置と一致している。また、開口付き光偏向素子１０ｂにおける第一の光偏向素子、第二の光偏向素子の位置は、対物レンズ１２ｂの前側焦点位置とほぼ一致している。厳密に言えば、開口付き光偏向素子１０ｂにおける第一の光偏向素子及び第二の光偏向素子の位置は、対物レンズ１２ｂの前側焦点位置と一致していない。しかしながら、そのずれ量は非常に小さく、ずれの影響は無視できる程度のものであるので、第一の光偏向素子及び第二の光偏向素子の位置は、対物レンズ１２ｂの前側焦点位置と一致しているとみなせる。

液晶層２３ａ、２３ｂは、一軸の屈折率異方性を有している。液晶層２３ａ、２３ｂの光学軸に平行な方向、垂直な方向の偏光成分に対する屈折率をそれぞれｎｅ、ｎｏとすると、ｎｅ＞ｎｏである。図５、図６に示す矢印は、液晶層２３ａ、２３ｂの光学軸の方向を表している。液晶層２３ａの光学軸はＹ−Ｚ面内にあり、液晶層２３ｂの光学軸はＸ−Ｚ面内にある。

レーザ３ａ（図１）から出射し、偏光ビームスプリッタ７ａで反射された光は、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光として開口付き光偏向素子１０ａの液晶層２３ａ、２３ｂへ入射する。この光は、集光点に形成された回折格子で反射され、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光として開口付き光偏向素子１０ａの液晶層２３ａ、２３ｂへ入射する。液晶層２３ａを含む第一の光偏向素子は、レーザ３ａから出射し偏光ビームスプリッタ７ａで反射された光に対して作用し、液晶層２３ｂを含む第二の光偏向素子は、レーザ３ａから出射し偏光ビームスプリッタ７ａで反射された光に対しては作用しない。また、液晶層２３ｂを含む第二の光偏向素子は、集光点に形成された回折格子で反射された光に対して作用し、液晶層２３ａを含む第一の光偏向素子は、集光点に形成された回折格子で反射された光に対しては作用しない。

レーザ３ａから出射し、偏光ビームスプリッタ７ａを透過した光は、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光として開口付き光偏向素子１０ｂの液晶層２３ａ、２３ｂへ入射する。液晶層２３ｂを含む第二の光偏向素子は、レーザ３ａから出射し偏光ビームスプリッタ７ａを透過した光に対して作用し、液晶層２３ａを含む第一の光偏向素子は、レーザ３ａから出射し偏光ビームスプリッタ７ａを透過した光に対しては作用しない。なお、開口付き光偏向素子１０ｂは、単一方向の直線偏向が入射されるので、第二の光偏向素子を含んでいればよく、第一の光偏向素子を含んでいなくてもよい。

図７（ａ）〜（ｃ）は、開口付き光偏向素子１０ａ、１０ｂの平面図である。図７（ａ）は、透明電極２４ａ、２４ｄを示している。図７（ａ）に示すように、透明電極２４ａ、２４ｄは、短冊状の複数の電極に分割されている。左側電極２７は、最も左側の電極であり、右側電極２８は、最も右側の電極である。各電極は、隣接する電極と抵抗を介して接続されている。

図７（ｂ）は、透明電極２４ｂ、２４ｃを示している。図７（ｂ）に示すように、透明電極２４ｂ、２４ｃは、短冊状の複数の電極に分割されている。上側電極２９は、最も上側の電極であり、下側電極３０は、最も下側の電極である。各電極は、隣接する電極と抵抗を介して接続されている。上側電極２９と下側電極３０とを短絡し、左側電極２７及び右側電極２８を用いて液晶層２３ａ、２３ｂの左側及び右側に互いに異なる交流電圧を印加することで、左側から右側へ向かって、１次関数状の交流電圧の分布を形成することができる。また、左側電極２７と右側電極２８とを短絡し、上側電極２９及び下側電極３０を用いて液晶層２３ａ、２３ｂの上側及び下側に互いに異なる交流電圧を印加することで、上側から下側へ向かって、１次関数状の交流電圧の分布を形成することができる。

図７（ｃ）は、開口を示している。図７（ｃ）に示すように、開口は、所定の半径を有する円の内側に透過層２５ａを有し、外側に反射層２６ａを有している。透過層２５ａは、入射光をほぼ１００％透過させる。反射層２６ａは、入射光をほぼ１００％反射する。

図５（ａ）は、左側電極２７及び右側電極２８を用いて、液晶層２３ａのＸ軸の負の側に実効値がＶ＋ΔＶ、Ｘ軸の正の側に実効値がＶ−ΔＶの交流電圧を印加し、液晶層２３ｂのＸ軸の負の側に実効値がＶ＋ΔＶ、Ｘ軸の正の側に実効値がＶ−ΔＶの交流電圧を印加した状態を表している。この状態では、液晶層２３ａの光学軸は、Ｘ軸の負の側ではＺ軸方向に近い方向になり、Ｘ軸の正の側ではＹ軸方向に近い方向となる。また、液晶層２３ｂの光学軸は、Ｘ軸の負の側ではＺ軸方向に近い方向になり、Ｘ軸の正の側ではＸ軸方向に近い方向となる。

図５（ａ）では、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光に対する液晶層２３ａの屈折率は、Ｘ軸の負の側では低くＸ軸の正の側では高くなり、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光に対する液晶層２３ｂの屈折率はＸ軸の負の側では低くＸ軸の正の側では高くなる。その結果、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光は、第一の光偏向素子で軸の正の側へ偏向され、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光は、第二の光偏向素子でＸ軸の正の側へ偏向される。ここで、第一の光偏向素子が偏向する光の偏向角と、第二の光偏向素子が偏向する光の偏向角とは等しい。第一の光偏向素子、第二の光偏向素子が偏向する光の偏向角の絶対値は、ΔＶが大きいほど大きくなる。

図５（ｂ）は、左側電極２７及び右側電極２８を用いて、液晶層２３ａのＸ軸の負の側、Ｘ軸の正の側に何れも実効値がＶの交流電圧を印加し、液晶層２３ｂのＸ軸の負の側、Ｘ軸の正の側に何れも実効値がＶの交流電圧を印加した状態を表している。この状態では、液晶層２３ａの光学軸は、Ｘ軸の負の側及びＸ軸の正の側とも、Ｙ軸方向とＺ軸方向との中間の方向となる。また、液晶層２３ｂの光学軸は、Ｘ軸の負の側及びＸ軸の正の側とも、Ｘ軸方向とＺ軸方向との中間の方向となる。

図５（ｂ）では、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光に対する液晶層２３ａの屈折率は、Ｘ軸の負の側とＸ軸の正の側とで等しく、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光に対する液晶層２３ｂの屈折率は、Ｘ軸の負の側とＸ軸の正の側とで等しい。その結果、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光は、第一の光偏向素子でＸ軸方向へ偏向されず、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光は、第二の光偏向素子でＸ軸方向へ偏向されない。

図５（ｃ）は、左側電極２７及び右側電極２８を用いて、液晶層２３ａのＸ軸の負の側に実効値がＶ−ΔＶ、Ｘ軸の正の側に実効値がＶ＋ΔＶの交流電圧を印加し、液晶層２３ｂのＸ軸の負の側に実効値がＶ−ΔＶ、Ｘ軸の正の側に実効値がＶ＋ΔＶの交流電圧を印加した状態を表している。この状態では、液晶層２３ａの光学軸は、Ｘ軸の負の側ではＹ軸方向に近い方向になり、Ｘ軸の正の側ではＺ軸方向に近い方向となる。また、液晶層２３ｂの光学軸は、Ｘ軸の負の側ではＸ軸方向に近い方向になり、Ｘ軸の正の側ではＺ軸方向に近い方向となる。

図５（ｃ）では、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光に対する液晶層２３ａの屈折率は、Ｘ軸の負の側では高くＸ軸の正の側では低くなり、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光に対する液晶層２３ｂの屈折率は、Ｘ軸の負の側では高くＸ軸の正の側では低くなる。その結果、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光は、第一の光偏向素子でＸ軸の負の側へ偏向され、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光は、第二の光偏向素子でＸ軸の負の側へ偏向される。ここで、第一の光偏向素子が偏向する光の偏向角と、第二の光偏向素子が偏向する光の偏向角とは等しい。第一の光偏向素子、第二の光偏向素子が偏向する光の偏向角の絶対値は、ΔＶが大きいほど、大きくなる。

図５（ｂ）に示す開口付き光偏向素子の状態は、図２（ａ）〜（ｃ）で、記録層内に集光される光が実線で示す光路を通るときの開口付き光偏向素子１０ａ、１０ｂの状態に対応している。図５（ａ）に示す開口付き光偏向素子の状態は、図２（ａ）〜（ｃ）で、記録層内に集光される光が破線で示す光路を通るときの開口付き光偏向素子１０ａ、１０ｂの状態に対応している。図５（ｃ）に示す開口付き光偏向素子の状態は、図２（ａ）〜（ｃ）で、記録層内に集光される光が一点鎖線で示す光路を通るときの開口付き光偏向素子１０ａ、１０ｂの状態に対応している。

また、図５（ｂ）に示す開口付き光偏向素子の状態は、図３（ａ）〜（ｃ）で、記録層内の回折格子に集光される光が実線で示す光路を通るときの開口付き光偏向素子１０ａの状態に対応している。図５（ａ）に示す開口付き光偏向素子の状態は、図３（ａ）〜（ｃ）で、記録層内の回折格子に集光される光が破線で示す光路を通るときの開口付き光偏向素子１０ａの状態に対応している。図５（ｃ）に示す開口付き光偏向素子の状態は、図３（ａ）〜（ｃ）で、記録層内の回折格子に集光される光が一点鎖線で示す光路を通るときの開口付き光偏向素子１０ａの状態に対応している。

図６（ａ）は、上側電極２９及び下側電極３０を用いて、液晶層２３ａのＹ軸の正の側に実効値がＶ＋ΔＶ、Ｙ軸の負の側に実効値がＶ−ΔＶの交流電圧を印加し、液晶層２３ｂのＹ軸の正の側に実効値がＶ＋ΔＶ、Ｙ軸の負の側に実効値がＶ−ΔＶの交流電圧を印加した状態を表している。このとき、液晶層２３ａの光学軸は、Ｙ軸の正の側ではＺ軸方向に近い方向になり、Ｙ軸の負の側ではＹ軸方向に近い方向となる。また、液晶層２３ｂの光学軸は、Ｙ軸の正の側ではＺ軸方向に近い方向になり、Ｙ軸の負の側ではＸ軸方向に近い方向となる。

図６（ａ）では、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光に対する液晶層２３ａの屈折率は、Ｙ軸の正の側では低くＹ軸の負の側では高くなり、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光に対する液晶層２３ｂの屈折率、はＹ軸の正の側では低くＹ軸の負の側では高くなる。その結果、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光は、第一の光偏向素子でＹ軸の負の側へ偏向され、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光は、第二の光偏向素子でＹ軸の負の側へ偏向される。ここで、第一の光偏向素子が偏向する光の偏向角と、第二の光偏向素子が偏向する光の偏向角とは等しい。第一の光偏向素子及び第二の光偏向素子が偏向する光の偏向角の絶対値は、ΔＶが大きいほど大きくなる。

図６（ｂ）は、上側電極２９及び下側電極３０を用いて、液晶層２３ａのＹ軸の正の側、Ｙ軸の負の側に何れも実効値がＶの交流電圧を印加し、液晶層２３ｂのＹ軸の正の側、Ｙ軸の負の側に何れも実効値がＶの交流電圧を印加した状態を表している。このとき、液晶層２３ａの光学軸は、Ｙ軸の正の側、Ｙ軸の負の側とも、Ｙ軸方向とＺ軸方向との中間の方向となる。また、液晶層２３ｂの光学軸は、Ｙ軸の正の側、Ｙ軸の負の側とも、Ｘ軸方向とＺ軸方向との中間の方向となる。

図６（ｂ）では、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光に対する液晶層２３ａの屈折率は、Ｙ軸の正の側とＹ軸の負の側とで等しく、また、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光に対する液晶層２３ｂの屈折率は、Ｙ軸の正の側とＹ軸の負の側とで等しい。その結果、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光は、第一の光偏向素子でＹ軸方向へ偏向されず、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光は、第二の光偏向素子でＹ軸方向へ偏向されない。

図６（ｃ）は、上側電極２９及び下側電極３０を用いて、液晶層２３ａのＹ軸の正の側に実効値がＶ−ΔＶ、Ｙ軸の負の側に実効値がＶ＋ΔＶの交流電圧を印加し、液晶層２３ｂのＹ軸の正の側に実効値がＶ−ΔＶ、Ｙ軸の負の側に実効値がＶ＋ΔＶの交流電圧を印加した状態を表している。このとき、液晶層２３ａの光学軸は、Ｙ軸の正の側ではＹ軸方向に近い方向になり、Ｙ軸の負の側ではＺ軸方向に近い方向となる。また、液晶層２３ｂの光学軸は、Ｙ軸の正の側ではＸ軸方向に近い方向になり、Ｙ軸の負の側ではＺ軸方向に近い方向となる。

図６（ｃ）では、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光に対する液晶層２３ａの屈折率は、Ｙ軸の正の側では高くＹ軸の負の側では低くなり、また、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光に対する液晶層２３ｂの屈折率は、Ｙ軸の正の側では高くＹ軸の負の側では低くなる。その結果、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光は、第一の光偏向素子でＹ軸の正の側へ偏向され、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光は、第二の光偏向素子でＹ軸の正の側へ偏向される。ここで、第一の光偏向素子が偏向する光の偏向角と、第二の光偏向素子が偏向する光の偏向角とは等しい。第一の光偏向素子、第二の光偏向素子が偏向する光の偏向角の絶対値は、ΔＶが大きいほど大きくなる。

図８（ａ）〜（ｃ）は、開口付き可変焦点レンズ８ａ、８ｂの断面図、及び、可変焦点レンズに含まれる液晶層の平面図である。開口付き可変焦点レンズ８ａ、８ｂは、基板２２ｅと基板２２ｆとの間に液晶層２３ｃが挟まれ、基板２２ｆと基板２２ｇとの間に透過層２５ｂ及び反射層２６ｂが挟まれ、基板２２ｇと基板２２ｈとの間に液晶層２３ｄが挟まれた構成である。基板２２ｅ、２２ｆの液晶層２３ｃ側の面には、液晶層２３ｃに交流電圧を印加するための透明電極２４ｅ、２４ｆがそれぞれ形成されている。また、基板２２ｇ、２２ｈの液晶層２３ｄ側の面には、液晶層２３ｄに交流電圧を印加するための透明電極２４ｇ、２４ｈがそれぞれ形成されている。透明電極２４ｅ、２４ｈはパタン電極であり、透明電極２４ｆ、２４ｇは全面電極である。

液晶層２３ｃ及び透明電極２４ｅ、２４ｆは、第一の可変焦点レンズを構成する。また、液晶層２３ｄ及び透明電極２４ｇ、２４ｈは、第二の可変焦点レンズを構成する。透過層２５ｂ及び反射層２６ｂは、開口を構成する。基板２２ｅ〜２２ｈの材料としては、例えばガラスが用いられる。液晶層２３ｃ、２３ｄの材料としては、例えばネマチック液晶が用いられる。透明電極２４ｅ〜２４ｈの材料としては、例えばＩＴＯが用いられる。透過層２５ｂ、反射層２６ｂの材料としては、例えば誘電体多層膜が用いられる。

開口付き可変焦点レンズ８ａにおける開口の位置は、対物レンズ１２ａの前側焦点位置と光学的に共役な位置と一致している。また、開口付き可変焦点レンズ８ａにおける第一の可変焦点レンズ及び第二の可変焦点レンズの位置は、対物レンズ１２ａの前側焦点位置と光学的に共役な位置とほぼ一致している。厳密に言えば、開口付き可変焦点レンズ８ａにおける第一の可変焦点レンズ及び第二の可変焦点レンズの位置は、対物レンズ１２ａの前側焦点位置と光学的に共役な位置と一致していない。しかしながら、そのずれ量は非常に小さく、ずれの影響は無視できる程度のものであるので、第一の可変焦点レンズ及び第二の可変焦点レンズは、対物レンズ１２ａの前側焦点位置と光学的に共役な位置と一致しているとみなせる。

開口付き可変焦点レンズ８ｂにおける開口の位置は、対物レンズ１２ｂの前側焦点位置と光学的に共役な位置と一致している。また、開口付き可変焦点レンズ８ｂにおける第一の可変焦点レンズ及び第二の可変焦点レンズの位置は、対物レンズ１２ｂの前側焦点位置と光学的に共役な位置とほぼ一致している。厳密に言えば、開口付き可変焦点レンズ８ｂにおける第一の可変焦点レンズ及び第二の可変焦点レンズの位置は、対物レンズ１２ｂの前側焦点位置と光学的に共役な位置と一致していない。しかしながら、そのずれ量は非常に小さく、ずれの影響は無視できる程度のものであるので、第一の可変焦点レンズ及び第二の可変焦点レンズは、対物レンズ１２ｂの前側焦点位置と光学的に共役な位置と一致しているとみなせる。

液晶層２３ｃ、２３ｄは、一軸の屈折率異方性を有している。液晶層２３ｃ、２３ｄの光学軸に平行な方向、垂直な方向の偏光成分に対する屈折率をそれぞれｎｅ、ｎｏとすると、ｎｅ＞ｎｏである。図８に示す矢印は、液晶層２３ｃ、２３ｄの光学軸の方向を表している。液晶層２３ｃの光学軸はＹ−Ｚ面内にあり、液晶層２３ｄの光学軸はＸ−Ｚ面内にある。

レーザ３ａ（図１）から出射し、偏光ビームスプリッタ７ａで反射された光は、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光として開口付き可変焦点レンズ８ａの液晶層２３ｃ、２３ｄへ入射する。この光は、集光点に形成された回折格子で反射され、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光として開口付き可変焦点レンズ８ａの液晶層２３ｃ、２３ｄへ入射する。液晶層２３ｃを含む第一の可変焦点レンズは、レーザ３ａから出射し偏光ビームスプリッタ７ａで反射された光に対して作用し、液晶層２３ｄを含む第二の可変焦点レンズは、レーザ３ａから出射し偏光ビームスプリッタ７ａで反射された光に対しては作用しない。また、液晶層２３ｄを含む第二の可変焦点レンズは、集光点に形成された回折格子で反射された光に対して作用し、液晶層２３ｃを含む第一の可変焦点レンズは、集光点に形成された回折格子で反射された光に対しては作用しない。

レーザ３ａから出射し、偏光ビームスプリッタ７ａを透過した光は、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光として開口付き可変焦点レンズ８ｂの液晶層２３ｃ、２３ｄへ入射する。液晶層２３ｄを含む第二の可変焦点レンズは、偏光ビームスプリッタ７ａを透過した光に対して作用し、液晶層２３ｃを含む第一の可変焦点レンズは、偏光ビームスプリッタ７ａを透過した光に対しては作用しない。

図９（ａ）〜（ｃ）は、開口付き可変焦点レンズ８ａ、８ｂの平面図である。図９（ａ）は、透明電極２４ｅ、２４ｈの平面図を示している。図９（ａ）に示すように、透明電極２４ｅ、２４ｈは、輪帯状の複数の電極に分割されている。内側電極３１は最も内側の電極であり、外側電極３２は最も外側の電極である。各電極は、隣接する電極と抵抗を介して接続されている。

図９（ｂ）は、透明電極２４ｆ、２４ｇの平面図を示している。図９（ｂ）に示すように、透明電極２４ｆ、２４ｇは単一の電極（全面電極３３）で構成されている。透明電極２４ｅ、２４ｈの内側電極３１及び外側電極３２を用いて、液晶層２３ｃ、２３ｄの内側及び外側に互いに異なる交流電圧を印加することで、内側から外側へ向かって２次関数状の交流電圧の分布を形成することができる。

図９（ｃ）は、開口の平面図を示している。図９（ｃ）に示すように、開口は、所定の半径を有する円の内側に透過層２５ｂを有し、外側に反射層２６ｂを有している。透過層２５ｂは、入射光をほぼ１００％透過させ、反射層２６ｂは、入射光をほぼ１００％反射する。

図８（ａ）は、内側電極３１及び外側電極３２を用いて、液晶層２３ｃの内側に実効値がＶ−ΔＶ、外側に実効値がＶ＋ΔＶの交流電圧を印加し、液晶層２３ｄの内側に実効値がＶ−ΔＶ、外側に実効値がＶ＋ΔＶの交流電圧を印加した状態を表している。このとき、液晶層２３ｃの光学軸は内側ではＹ軸方向に近い方向になり、外側ではＺ軸方向に近い方向となる。また、液晶層２３ｄの光学軸は、内側ではＸ軸方向に近い方向になり、外側ではＺ軸方向に近い方向となる。

図８（ａ）に示す状態では、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光に対する液晶層２３ｃの屈折率は、内側では高く外側では低くなり、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光に対する液晶層２３ｄの屈折率は、内側では高く外側では低くなる。その結果、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光は、第一の可変焦点レンズが凸レンズとして作用することで、第一の可変焦点レンズで収束される。また、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光は、第二の可変焦点レンズが凸レンズとして作用することで、第二の可変焦点レンズで収束される。ここで、第一の可変焦点レンズの焦点距離と第二の可変焦点レンズの焦点距離とは等しい。第一の可変焦点レンズ、第二の可変焦点レンズの焦点距離の絶対値は、ΔＶが大きいほど小さくなる。

図８（ｂ）は、内側電極３１及び外側電極３２を用いて、液晶層２３ｃの内側、外側に何れも実効値がＶの交流電圧を印加し、それぞれ液晶層２３ｄの内側、外側に何れも実効値がＶの交流電圧を印加した状態を表している。このとき、液晶層２３ｃの光学軸は内側、外側ともＹ軸方向とＺ軸方向との中間の方向となり、液晶層２３ｄの光学軸は内側、外側ともＸ軸方向とＺ軸方向との中間の方向となる。

図８（ｂ）の状態では、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光に対する液晶層２３ｃの屈折率は内側と外側とで等しく、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光に対する液晶層２３ｄの屈折率は内側と外側とで等しい。その結果、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光は、第一の可変焦点レンズがレンズとして作用しないことで、第一の可変焦点レンズで平行度が変化しない。また、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光は、第二の可変焦点レンズがレンズとして作用しないことで、第二の可変焦点レンズで平行度が変化しない。

図８（ｃ）は、内側電極３１及び外側電極３２を用いて、液晶層２３ｃの内側に実効値がＶ＋ΔＶ、外側に実効値がＶ−ΔＶの交流電圧を印加し、液晶層２３ｄの内側に実効値がＶ＋ΔＶ、外側に実効値がＶ−ΔＶの交流電圧を印加した状態を表している。このとき、液晶層２３ｃの光学軸は、内側ではＺ軸方向に近い方向になり、外側ではＹ軸方向に近い方向となる。また、液晶層２３ｄの光学軸は、内側ではＺ軸方向に近い方向になり、外側ではＸ軸方向に近い方向となる。

図８（ｃ）に示す状態では、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光に対する液晶層２３ｃの屈折率は、内側では低く外側では高くなり、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光に対する液晶層２３ｄの屈折率は、内側では低く外側では高くなる。その結果、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光は、第一の可変焦点レンズが凹レンズとして作用することで、第一の可変焦点レンズで発散される。また、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光は、第二の可変焦点レンズが凹レンズとして作用することで、第二の可変焦点レンズで発散される。ここで、第一の可変焦点レンズの焦点距離と第二の可変焦点レンズの焦点距離とは等しい。第一の可変焦点レンズ、第二の可変焦点レンズの焦点距離の絶対値は、ΔＶが大きいほど小さくなる。

可変焦点レンズ８ａが、図８（ａ）に示す状態にあるとき、対物レンズ１２ａから光記録媒体２ａの記録層１４ａ内に集光される光は、図２（ａ）にビーム２０ａで示すように、記録層１４ａの基板１７ａに近い側に集光される。このとき、可変焦点レンズ８ｂは、図８（ｃ）に示す状態にあり、対物レンズ１２ｂから光記録媒体２ａの記録層１４ａ内に集光される光は、図２（ａ）にビーム２１ａで示すように、記録層１４ａの基板１７ｂから見て遠い側、すなわち、基板１７ａに近い側に集光される。可変焦点レンズ８ａ、８ｄをこのように制御することで、ビーム２０ａとビーム２１ａとが、記録層１４ａ内の基板１７ａに近い側の同一位置に集光されて干渉し、集光位置に回折格子が形成される。

可変焦点レンズ８ａが、図８（ｂ）に示す状態にあるとき、対物レンズ１２ａから光記録媒体２ａの記録層１４ａ内に集光される光は、図２（ａ）にビーム２０ｂで示すように、記録層１４ａの基板１７ａと基板１７ｂとの中間の位置に集光される。このとき、可変焦点レンズ８ｂも、図８（ｂ）に示す状態にあり、対物レンズ１２ｂから光記録媒体２ａの記録層１４ａ内に集光される光は、図２（ａ）にビーム２１ｂで示すように、記録層１４ａの基板１７ａと基板１７ｂとの中間の位置に集光される。可変焦点レンズ８ａ、８ｄをこのように制御することで、ビーム２０ｂとビーム２１ｂとが、記録層１４ａ内の基板１７ａと基板１７ｂとの中間の同一位置に集光されて干渉し、集光位置に回折格子が形成される。

可変焦点レンズ８ａが、図８（ｃ）に示す状態にあるとき、対物レンズ１２ａから光記録媒体２ａの記録層１４ａ内に集光される光は、図２（ａ）にビーム２０ｃで示すように、記録層１４ａの基板１７ａに遠い側に集光される。このとき、可変焦点レンズ８ｂは、図８（ａ）に示す状態にあり、対物レンズ１２ｂから光記録媒体２ａの記録層１４ａ内に集光される光は、図２（ａ）にビーム２１ｃで示すように、記録層１４ａの基板１７ｂから見て近い側、すなわち、基板１７ａに遠い側に集光される。可変焦点レンズ８ａ、８ｄをこのように制御することで、ビーム２０ｃとビーム２１ｃとが、記録層１４ａ内の基板１７ａに遠い側の同一位置に集光されて干渉し、集光位置に回折格子が形成される。

また、可変焦点レンズ８ａが、図８（ａ）に示す状態にあるとき、光記録媒体２ａの記録層１４ａ内に集光される光は、図３（ａ）にビーム２０ａで示すように、記録層１４ａの基板１７ａに近い側に集光される。可変焦点レンズ８ａをこのように制御することで、記録層１４ａ内の基板１７ａに近い側に形成された回折格子に集光スポットを形成できる。可変焦点レンズ８ａが、図８（ｂ）に示す状態にあるとき、光記録媒体２ａの記録層１４ａ内に集光される光は、図３（ｂ）にビーム２０ｂで示すように、記録層１４ａの基板１７ａと基板１７ｂとの中間の位置に集光される。可変焦点レンズ８ａをこのように制御することで、記録層１４ａ内の基板１７ａと基板１７ｂとの中間の位置に形成された回折格子に集光スポットを形成できる。可変焦点レンズ８ａが、図８（ｃ）に示す状態にあるとき、光記録媒体２ａの記録層１４ａ内に集光される光は、図３（ｃ）にビーム２０ｃで示すように、記録層１４ａの基板１７ａに遠い側に集光される。可変焦点レンズ８ａをこのように制御することで、記録層１４ａ内の基板１７ａに遠い側に形成された回折格子に集光スポットを形成できる。

本発明の光学ユニットの第一の実施の形態では、開口付き光偏向素子１０ａは、互いに直交する方向の直線偏光に対して作用する第一の光偏向素子と第二の光偏向素子とを含んでいる。光学ユニットでは、情報の再生に際して、レーザ３ａから出射し、偏向ビームスプリッタ７で反射されて光記録媒体２へ向かう往路の光と、光記録媒体で反射されて光検出器１３ａに向かう復路の光との分離に偏光ビームスプリッタ７ａを用いている。往路の光の偏光方向と、復路の光の偏光方向とは、互いに直交している。往路の光と復路の光との双方の経路中にある開口付き光偏向素子１０ａが、第一の光偏向素子と第二の光偏向素子とを有していることで、開口付き光偏向素子１０ａは、往路の光と復路の光との双方に対して作用する。このため、往路の光と復路の光とが同一の直線偏光でなくても、光検出器１３ａ上の集光点の位置を移動させることなく、光記録媒体内の集光点の位置を移動させることができる。その結果、往路の光の効率と復路の光の効率を落とさずに、情報の記録及び再生を行うことができ、高い速度での記録や高い信号対雑音比での再生を行うことができる。

一般に、光学ユニットには対物レンズの開口数を定める開口が設けられている。光偏向素子を用いて集光点の位置を記録層の面内へ移動させると、開口の位置における光源からの出射光、記録層からの反射光の光軸が開口の中心に対してずれ、光源からの出射光、記録層からの反射光の一部が開口で蹴られ、一部が遮断される。光源からの出射光の一部が開口で蹴られると、記録層に集光される光の光量が減少し、高速記録を行うことができなくなる。また、記録層からの反射光の一部が開口で蹴られると、光検出器で受光される光の光量が減少し、高い信号対雑音比で再生を行うことができなくなる。

本発明の光学ユニットの第一の実施の形態では、対物レンズ１２ａの開口数を定める開口、第一の光偏向素子、及び、第二の光偏向素子（開口付き光偏向素子１０ａ）を、対物レンズ１２ａの前側焦点位置、又は、それと光学的に共役な位置に配置している。このような配置とすることで、図４（ｄ）〜（ｆ）に示すように、開口付き光偏向素子１０ａを用いて光記録媒体２ａ内の記録層に集光する集光スポットの位置を記録層の面内方向に移動したときでも、記録層からの反射光が開口付き光偏向素子１０ａの開口で蹴られない。従って、本実施の形態では、光偏向素子を用いて集光スポットを記録層の面内方向に移動することに伴う、記録層に集光される光の光量、及び、記録層からの反射光の光量の減少を抑えることができ、高速記録と、高い信号対雑音比での再生が可能になる。

図１０は、本発明の光学的情報記録再生装置の第一の実施の形態を示している。光学的情報記録再生装置は、光学ユニット１ａ、ポジショナ３４ａ、コントローラ３５ａ、アクティブ波長板駆動回路３６ａ、変調回路３７ａ、記録信号生成回路３８ａ、レーザ駆動回路３９ａ、増幅回路４０ａ、再生信号処理回路４１ａ、復調回路４２ａ、光偏向素子駆動回路４３ａ、可変焦点レンズ駆動回路４４ａ、及び、光記録媒体駆動回路４５ａを備える。光学ユニット１ａは、図１に示す本発明の光学ユニットの第一の実施の形態である。

光記録媒体２ａは、ポジショナ３４ａに接続されている。コントローラ３５ａは、アクティブ波長板駆動回路３６ａ、変調回路３７ａからレーザ駆動回路３９ａまでの回路、増幅回路４０ａから復調回路４２ａまでの回路、光偏向素子駆動回路４３ａ、可変焦点レンズ駆動回路４４ａ、及び、光記録媒体駆動回路４５ａを制御する。変調回路３７ａからレーザ駆動回路３９ａまでの回路は、記録回路である。増幅回路４０ａから復調回路４２ａまでの回路は再生回路である。

アクティブ波長板駆動回路３６ａは、光学ユニット１ａ内のアクティブ波長板５ａを駆動する。アクティブ波長板駆動回路３６ａは、光記録媒体２ａへの情報の記録時には、アクティブ波長板５ａが１／４波長板の効果を持つように、アクティブ波長板５ａが有する液晶層に実効値が２．５Ｖの交流電圧を印加する。アクティブ波長板駆動回路３６ａは、光記録媒体２ａからの情報の再生時には、アクティブ波長板５ａが１／２波長板の効果を持つように、アクティブ波長板５ａが有する液晶層に実効値が０Ｖの交流電圧を印加する。

変調回路３７ａは、光記録媒体２ａへの情報の記録時に、記録データとして外部から入力された信号を変調規則に従って変調する。記録信号生成回路３８ａは、変調回路３７ａで変調された信号に基づいて、光学ユニット１ａ内のレーザ３ａを駆動するための記録信号を生成する。レーザ駆動回路３９ａは、レーザ３ａを駆動する。レーザ駆動回路３９ａは、光記録媒体２ａへの情報の記録時には、記録信号生成回路３８ａで生成された記録信号に基づいて、レーザ３ａへ記録信号に応じた電流を供給する。また、レーザ駆動回路３９ａは、光記録媒体２ａからの情報の再生時には、レーザ３ａからの出射光のパワーが一定になるように、レーザ３ａへ一定の電流を供給する。

増幅回路４０ａは、光記録媒体２ａからの情報の再生時に、光学ユニット１ａ内の光検出器１３ａから出力される電圧信号を増幅する。再生信号処理回路４１ａは、増幅回路４０ａで増幅された電圧信号に基づいて、光記録媒体２ａに記録された情報である再生信号の生成、波形等化、２値化を行う。復調回路４２ａは、再生信号処理回路４１ａで２値化された信号を復調規則に従って復調し、再生データとして外部へ出力する。

光偏向素子駆動回路４３ａは、光学ユニット１ａ内の開口付き光偏向素子１０ａ、１０ｂをそれぞれ駆動する。光偏向素子駆動回路４３ａは、光記録媒体２ａへの情報の記録時に、開口付き光偏向素子１０ａ、１０ｂが有する液晶層２３ａ、２３ｂ（図５、図６）に交流電圧を印加し、開口付き光偏向素子１０ａ、１０ｂにおける第一の光偏向素子、第二の光偏向素子を駆動して、光記録媒体２ａの記録層１４ａ内におけるビーム２０ａ〜２０ｃ、ビーム２１ａ〜２１ｃ（図２）の集光点の位置を記録層１４ａの面内へ移動させる。また、光偏向素子駆動回路４３ａは、光記録媒体２ａからの情報の再生時に、開口付き光偏向素子１０ａが有する液晶層２３ａ、２３ｂに交流電圧を印加し、開口付き光偏向素子１０ａにおける第一の光偏向素子、第二の光偏向素子を駆動して、光記録媒体２ａの記録層１４ａ内におけるビーム２０ａ〜２０ｃ（図３）の集光点の位置を記録層１４ａの面内へ移動させる。

可変焦点レンズ駆動回路４４ａは、光学ユニットａ１内の開口付き可変焦点レンズ８ａ、８ｂをそれぞれ駆動する。可変焦点レンズ駆動回路４４ａは、光記録媒体２ａへの情報の記録時に、開口付き可変焦点レンズ８ａ、８ｂが有する液晶層２３ｃ、２３ｄ（図８）に交流電圧を印加し、開口付き可変焦点レンズ８ａ、８ｂにおける第一の可変焦点レンズ、第二の可変焦点レンズを駆動して、光記録媒体２ａの記録層１４ａ内におけるビーム２０ａ〜２０ｃ、ビーム２１ａ〜２１ｃの集光点の位置を記録層１４ａの厚さ方向へ移動させる。また、可変焦点レンズ駆動回路４４ａは、光記録媒体２ａからの情報の再生時に、開口付き可変焦点レンズ８ａが有する液晶層２３ｃ、２３ｄに交流電圧を印加し、開口付き可変焦点レンズ８ａにおける第一の可変焦点レンズ、第二の可変焦点レンズを駆動して、光記録媒体２ａの記録層１４ａ内におけるビーム２０ａ〜２０ｃの集光点の位置を記録層１４ａの厚さ方向へ移動させる。

光記録媒体駆動回路４５ａは、光記録媒体２ａが接続されたポジショナ３４ａを駆動し、光学ユニット１ａから光記録媒体２ａに照射される集光スポットを、光記録媒体２ａの記録層の面内方向へ移動させる。光記録媒体駆動回路４５ａは、光記録媒体２ａへの情報の記録時に、ポジショナ３４ａへ電圧を供給して光記録媒体２ａを面内へ移動させ、光記録媒体２ａの記録層１４ａ内におけるビーム２０ａ〜２０ｃ、ビーム２１ａ〜２１ｃの集光点の位置を光記録媒体２ａの面内へ移動させる。また、光記録媒体駆動回路４５ａは、光記録媒体２ａからの情報の再生時に、ポジショナ３４ａへ電圧を供給して光記録媒体２ａを面内へ移動させ、光記録媒体２ａの記録層１４ａ内におけるビーム２０ａ〜２０ｃの集光点の位置を光記録媒体２ａの面内へ移動させる。

図１１は、本発明の光学ユニットの第二の実施の形態を示している。本発明の光学ユニットの第二の実施の形態は、レーザ３ｂ、凸レンズ４ｇ〜４ｋ、４ｍ、アクティブ波長板５ｂ、ハーフミラー６、偏光ビームスプリッタ７ｂ、７ｃ、開口付き可変焦点レンズ８ｃ、８ｄ、ミラー９ｅ、９ｆ、開口付き光偏向素子１０ｃ、対物レンズ１２ｃ、及び、光検出器１３ａを備える。レーザ３ｂは、光源である。レーザ３ｂには、単一モード半導体レーザが用いられる。

対物レンズ１２ｃは、光源からの出射光を、光記録媒体２ｂの記録層に集光して集光スポットを形成する。光検出器１３ｂは、光記録媒体２ｂの記録層からの反射光を受光する。開口付き光偏向素子１０ｃは、光源からの出射光、及び、記録層からの反射光の向きを変化させ、記録層の面内における集光スポットの位置を変化させる。開口付き光偏向素子１０ｃは、偏光方向が第一の方向である第一の直線偏光に対して作用する第一の光偏向素子と、偏光方向が第一の方向と直交する第二の方向である第二の直線偏光に対して作用する第二の光偏向素子とを含む。開口付き光偏向素子１０ｃは、対物レンズ１２ｃの開口数を定める開口を有する。

開口付き可変焦点レンズ８ｃ、８ｄは、光源からの出射光、及び、記録層からの反射光の平行度を変化させ、記録層の厚さ方向における集光スポットの位置を変化させる。開口付き可変焦点レンズ８ｃ、８ｄは、対物レンズ１２ｃの開口数を定める開口を有する。

開口付き可変焦点レンズ８ｃ、８ｄ及び開口付き光偏向素子１０ｃは、対物レンズ１２ｃの前側焦点位置、又は、それと光学的に共役な位置に配置されている。図１１では、開口付き光偏向素子１０ｃは、対物レンズ１２ｃの前側焦点位置に配置されている、また、開口付き可変焦点レンズ８ｃは、凸レンズ４ｉ、４ｈで構成されるリレーレンズ系を介して、対物レンズ１２ｃの前側焦点位置と光学的に共役な位置に配置される。開口付き可変焦点レンズ８ｄは、凸レンズ４ｋ、４ｊで構成されるリレーレンズ系を介して、対物レンズ１２ｃの前側焦点位置と光学的に共役な位置に配置されている。

上記に代えて、開口付き光偏向素子１０ｃを、リレーレンズ系を介して対物レンズ１２ｃの前側焦点位置と光学的に共役な位置に配置し、開口付き可変焦点レンズ８ｃ、８ｄを、対物レンズ１２ｃの前側焦点位置に配置してもよい。開口付き可変焦点レンズ８ｃ、８ｄと開口付き光偏向素子１０ｃは、双方が開口を持っている必要はなく、何れか一方が開口を持っていればよい。すなわち、開口は、対物レンズ１２ａの前側焦点位置、又は、それと光学的に共役な位置に少なくとも１つあればよい。

レーザ３ｂから出射した光は、凸レンズ４ｇを透過して発散光から平行光へ変換され、アクティブ波長板５ｂへ入射する。アクティブ波長板５ｂは、光記録媒体２ｂへの情報の記録時には、入射光に対して１／４波長板の効果を持ち、光記録媒体２ｂからの情報の再生時には、入射光に対して全波長板の効果を持つ。

光記録媒体２ｂへの情報の記録時には、アクティブ波長板５ｂへ入射した光は、アクティブ波長板５ｂを透過して直線偏光から円偏光へ変換され、約５０％がハーフミラー６を透過したのち、約５０％が偏光ビームスプリッタ７ｂをＰ偏光成分として透過し、約５０％が偏光ビームスプリッタ７ｂでＳ偏光成分として反射される。一方、光記録媒体２ｂからの情報の再生時には、アクティブ波長板５ｂへ入射した光は、アクティブ波長板５ｂを偏光状態が変化することなく透過し、約５０％がハーフミラー６を透過したのち、偏光ビームスプリッタ７ｂへＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過する。

アクティブ波長板５ｂは、２枚の基板の間に液晶層が挟まれた構成である。２枚の基板の液晶層側の面には、液晶層に交流電圧を印加するための透明電極が形成されている。液晶層は、一軸の屈折率異方性を有している。液晶層に実効値が２．５Ｖの交流電圧を印加する場合、液晶層の光学軸の方向は、入射光の光軸に垂直な方向と平行な方向との中間の方向となる。このとき、液晶層を透過する光に生じる、光学軸と光軸とを含む面に平行な方向の偏光成分と垂直な方向の偏光成分との間の位相差はπ／２となり、アクティブ波長板５ｂは１／４波長板の効果を持つ。一方、液晶層に実効値が５Ｖの交流電圧を印加する場合、液晶層の光学軸の方向は入射光の光軸に平行な方向となる。このとき、液晶層を透過する光に生じる、光学軸と光軸とを含む面に平行な方向の偏光成分と垂直な方向の偏光成分との間の位相差は０となり、アクティブ波長板５ｂは全波長板の効果を持つ。

光記録媒体２ｂへの情報の記録時には、偏光ビームスプリッタ７ｂを透過した光は、開口付き可変焦点レンズ８ｃを透過して平行光から弱い収束光へ変換され、凸レンズ４ｈを透過して弱い収束光から収束光へ変換され、ミラー９ｅで反射され、ミラー９ｅの後で集光されて収束光から発散光となり、凸レンズ４ｉを透過して発散光から弱い収束光へ変換される。この光は、偏光ビームスプリッタ７ｃへＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過し、開口付き光偏向素子１０ｃを透過し、対物レンズ１２ｃを透過して弱い収束光から収束光へ変換され、光記録媒体２ｂ内に集光される。

また、偏光ビームスプリッタ７ｂで反射された光は、開口付き可変焦点レンズ８ｄを透過して平行光から弱い発散光へ変換され、凸レンズ４ｊを透過して弱い発散光から収束光へ変換され、ミラー９ｆで反射され、ミラー９ｆの後で集光されて収束光から発散光となり、凸レンズ４ｋを透過して発散光から弱い発散光へ変換される。この光は、偏光ビームスプリッタ７ｃへＳ偏光として入射してほぼ１００％が反射され、開口付き光偏向素子１０ｃを透過し、対物レンズ１２ｃを透過して弱い発散光から収束光へ変換され、光記録媒体２ｂ内に集光される。

一方、光記録媒体２ｂからの情報の再生時には、偏光ビームスプリッタ７ｂを透過した光は、開口付き可変焦点レンズ８ｃを透過して平行光から弱い収束光へ変換され、凸レンズ４ｈを透過して弱い収束光から収束光へ変換され、ミラー９ｅで反射され、ミラー９ｅの後で集光されて収束光から発散光となり、凸レンズ４ｉを透過して発散光から弱い収束光へ変換される。この光は、偏光ビームスプリッタ７ｃへＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過し、開口付き光偏向素子１０ｃを透過し、対物レンズ１２ｃを透過して弱い収束光から収束光へ変換され、光記録媒体２ｂ内に集光される。

光記録媒体２ｂ内で反射された光は、対物レンズ１２ｃを逆向きに透過して発散光から弱い発散光へ変換され、開口付き光偏向素子１０ｃを透過し、偏光ビームスプリッタ７ｃへＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過する。この光は、凸レンズ４ｉを透過して弱い発散光から収束光へ変換され、ミラー９ｅの前で集光されて収束光から発散光となり、ミラー９ｅで反射され、凸レンズ４ｈを透過して発散光から弱い発散光へ変換され、開口付き可変焦点レンズ８ｃを透過して弱い発散光から平行光へ変換される。その後、偏光ビームスプリッタ７ｂへＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過し、約５０％がハーフミラー６で反射され、凸レンズ４ｍを透過して平行光から収束光へ変換され、光検出器１３ｂで受光される。

図１２（ａ）〜（ｃ）は、光記録媒体２ｂへの情報の記録時における、光記録媒体２ｂへの入射ビームの光路を示している。光記録媒体２ｂは、基板１７ｃと基板１７ｄとの間に記録層１４ｂ、１／４波長板層１５、及び、反射層１６がこの順に挟まれた構成である。基板１７ｃ、１７ｄの材料としては例えば、ガラスが用いられる。記録層１４ｂの材料としては、例えばフォトポリマが用いられる。１／４波長板層１５の材料としては、例えば液晶が用いられる。反射層１６の材料としては、例えばアルミニウムが用いられる。

図１２に示すビーム２０ｄ〜２０ｆは、レーザ３ｂから出射し、偏光ビームスプリッタ７ｂを透過した光を表している。また、ビーム２１ｄ〜２１ｆは、レーザ３ｂから出射し、偏光ビームスプリッタ７ｂで反射された光を表している。ビーム２０ｄ〜２０ｆは、偏光方向が紙面に平行な直線偏光として開口付き光偏向素子１０ｃへ入射し、開口付き光偏向素子１０ｃを透過する。その後、対物レンズ１２ｃへ入射し、記録層１４ｂ内を反射層１６の側へ向かう途中で集光される。また、ビーム２１ｄ〜２１ｆは、偏光方向が紙面に垂直な直線偏光として開口付き光偏向素子１０ｃへ入射し、開口付き光偏向素子１０ｃを透過する。その後、対物レンズ１２ｃへ入射し、記録層１４ｂを透過し、１／４波長板層１５を透過して円偏光へ変換され、反射層１６で反射され、１／４波長板層１５を透過して偏光方向が紙面に平行な直線偏光へ変換され、記録層１４ｂ内を反射層１６と反対の側へ向かう途中で集光される。

図１２（ａ）は、ビーム２０ｄ、２１ｄが、記録層１４ｂ内の基板１７ｃに近い位置である集光点１８ｄに集光される場合のビームの光路を示している。このとき、開口付き可変焦点レンズ８ｃは、ビーム２０ｄに対して凸レンズとして作用し、開口付き可変焦点レンズ８ｄは、ビーム２１ｄに対して凹レンズとして作用する。ビーム２０ｄとビーム２１ｄとは集光点１８ｄで干渉し、集光点１８ｄに微小な回折格子が形成される。

図１２（ｂ）は、ビーム２０ｅ、２１ｅが、記録層１４ｂ内の基板１７ｃと１／４波長板層１５との中間の位置である集光点１８ｅに集光される場合のビームの光路を示している。このとき、開口付き可変焦点レンズ８ｃは、ビーム２０ｅに対してレンズとして作用せず、開口付き可変焦点レンズ８ｄは、ビーム２１ｅに対してレンズとして作用しない。ビーム２０ｅとビーム２１ｅとは集光点１８ｅで干渉し、集光点１８ｅに微小な回折格子が形成される。

図１２（ｃ）は、ビーム２０ｆ、２１ｆが、記録層１４ｂ内の１／４波長板層１５に近い位置である集光点１８ｆに集光される場合のビームの光路を示している。このとき、開口付き可変焦点レンズ８ｃは、ビーム２０ｆに対して凹レンズとして作用し、開口付き可変焦点レンズ８ｄは、ビーム２１ｆに対して凸レンズとして作用する。ビーム２０ｆとビーム２１ｆとは集光点１８ｆで干渉し、集光点１８ｆに微小な回折格子が形成される。

図１２（ａ）〜（ｃ）では、開口付き光偏向素子１０ｃでビーム２０ｄ〜２０ｆ及びビーム２１ｄ〜２１ｆを偏向しない場合のビームの光路を実線で示している。開口付き光偏向素子１０ｃでビームを偏向しないとき、ビーム２０ｄ〜２０ｆと、ビーム２１ｄ〜２１ｆとが集光される集光点１８ｄ〜１８ｆの位置は、対物レンズ１２ｃの光軸上にある。

図１２（ａ）〜（ｃ）では、開口付き光偏向素子１０ｃを用いてビーム２０ｄ〜２０ｆと、ビーム２１ｄ〜２１ｆとを、紙面向かって右側へ偏向した場合のビームの光路を破線で示している。開口付き光偏向素子１０ｃで破線で示すようにビームを偏向したとき、ビーム２０ｄ〜２０ｆと、ビーム２１ｄ〜２１ｆとが集光される集光点１８ｄ〜１８ｆの位置は、対物レンズ１２ｃの光軸に対して紙面向かって右側へ移動する。

図１２（ａ）〜（ｃ）では、開口付き光偏向素子１０ｃを用いてビーム２０ｄ〜２０ｆとビーム２１ｄ〜２１ｆとを、紙面向かって左側へ偏向した場合のビームの光路を一点鎖線で示している。開口付き光偏向素子１０ｃで一点鎖線で示すようにビームを偏向したとき、ビーム２０ｄ〜２０ｆと、ビーム２１ｄ〜２１ｆとが集光される集光点１８ｄ〜１８ｆの位置は、対物レンズ１２ｃの光軸に対して紙面向かって左側へ移動する。

図１３に示すビーム２０ｄ〜２０ｆは、レーザ３ｂから出射し、偏光ビームスプリッタ７ｂを透過した光を表している。ビーム２０ｄ〜２０ｆは、偏光方向が紙面に平行な直線偏光として開口付き光偏向素子１０ｃへ入射し、開口付き光偏向素子１０ｃを透過する。その後、対物レンズ１２ｃへ入射し、記録層１４ｂ内を反射層１６の側へ向かう途中で集光される。記録層１４ｂ内に集光されたビーム２０ｄ〜２０ｆは集光点に形成された回折格子で反射され、対物レンズ１２ｃから出射する。その後、偏光方向が紙面に平行な直線偏光として開口付き光偏向素子１０ｃへ入射し、開口付き光偏向素子１０ｃを透過する。

図１３（ａ）は、ビーム２０ｄが、記録層１４ｂ内の基板１７ｃに近い位置である回折格子１９ｄに集光される場合のビームの光路を示している。回折格子１９ｄは、図１２（ａ）における集光点１８ｄに形成されたものである。このとき、開口付き可変焦点レンズ８ｃは、ビーム２０ｄに対して凸レンズとして作用する。ビーム２０ｄは、回折格子１９ｄで反射され、光検出器１３ｂで受光される。

図１３（ｂ）は、ビーム２０ｅが、記録層１４ｂ内の基板１７ｃと１／４波長板層１５との中間の位置である回折格子１９ｅに集光される場合のビームの光路を示している。回折格子１９ｅは、図１２（ｂ）における集光点１８ｅに形成されたものである。このとき、開口付き可変焦点レンズ８ｃは、ビーム２０ｅに対してレンズとして作用しない。ビーム２０ｅは、回折格子１９ｅで反射され、光検出器１３ｂで受光される。

図１３（ｃ）は、ビーム２０ｆが、記録層１４ｂ内の１／４波長板層１５に近い位置である回折格子１９ｆに集光される場合のビームの光路を示している。回折格子１９ｆは、図１２（ｃ）における集光点１８ｆに形成されたものである。このとき、開口付き可変焦点レンズ８ｃは、ビーム２０ｆに対して凹レンズとして作用する。ビーム２０ｆは、回折格子１９ｆで反射され、光検出器１３ｂで受光される。

図１３（ａ）〜（ｃ）では、開口付き光偏向素子１０ｃでビーム２０ｄ〜２０ｆ及びビーム２１ｄ〜２１ｆを偏向しない場合のビームの光路を実線で示している。開口付き光偏向素子１０ｃでビームを偏向しないとき、ビーム２０ｄ〜２０ｆが集光される回折格子１９ｄ〜１９ｆの位置は、対物レンズ１２ｃの光軸上にある。

図１３（ａ）〜（ｃ）では、開口付き光偏向素子１０ｃでビーム２０ｄ〜２０ｆ及びビーム２１ｄ〜２１ｆを紙面向かって右側に偏向した場合のビームの光路を破線で示している。開口付き光偏向素子１０ｃで破線で示すようにビームを偏向したとき、ビーム２０ｄ〜２０ｆが集光される回折格子１９ｄ〜１９ｆの位置は、対物レンズ１２ｃの光軸上に対して紙面向かって右側に移動する。

図１３（ａ）〜（ｃ）では、開口付き光偏向素子１０ｃでビーム２０ｄ〜２０ｆ及びビーム２１ｄ〜２１ｆを紙面向かって左側に偏向した場合のビームの光路を一点鎖線で示している。開口付き光偏向素子１０ｃで一点鎖線で示すようにビームを偏向したとき、ビーム２０ｄ〜２０ｆが集光される回折格子１９ｄ〜１９ｆの位置は、対物レンズ１２ｃの光軸上に対して紙面向かって左側に移動する。

ここで、回折格子はビットデータの情報を有している。レーザ３ｂから出射し、偏光ビームスプリッタ７ｂを透過した光、及び、偏光ビームスプリッタ７ｂで反射された光の集光点の位置を、光記録媒体２ｂの記録層１４ｂの厚さ方向へ移動させ、光記録媒体２ｂの記録層１４ｂの面内に加えて厚さ方向の複数の位置に回折格子を形成することで、３次元記録再生を行うことができる。

図１１に示す本発明の光学ユニットの第二の実施の形態における開口付き光偏向素子１０ｃの位置と、開口での光の蹴られ方との関係は、図４に示す関係と同様である。なお、図４に示す開口付き光偏向素子１０は、開口付き光偏向素子１０ｃに対応し、対物レンズ１２は、対物レンズ１２ｃに対応する。

開口付き光偏向素子１０が、対物レンズ１２の前側焦点位置より対物レンズ１２から遠い位置にある場合（図４（ａ）〜（ｃ））、開口付き光偏向素子１０を用いて光を偏向すると、復路の光の中心と、往路の光の中心とが一致せずに、復路の光は、開口付き光偏向素子１０が有する開口で左右何れかが蹴られる（図４（ａ）、（ｃ））。また、開口付き光偏向素子１０が対物レンズ１２の前側焦点位置にある場合（図４（ｇ）〜（ｉ））、開口付き光偏向素子１０を用いて光を偏向すると、復路の光の中心と、往路の光の中心とが一致せず、復路の光は、開口付き光偏向素子１０が有する開口で左右何れかが蹴られる（図４（ｇ）、（ｉ））。

上記に対し、開口付き光偏向素子１０が、対物レンズ１２の前側焦点位置にある場合（図４（ｄ）〜（ｆ））、開口付き光偏向素子１０を用いて光を偏向したときでも、復路の光の中心と、往路の光の中心とが一致する。従って、この場合、復路の光は、開口付き光偏向素子１０が有する開口で蹴られない。開口付き光偏向素子１０が対物レンズ１２の前側焦点位置にある場合、開口付き光偏向素子１０が偏向する光の偏向角をθとし、対物レンズ１２の焦点距離をｆｏとすると、光記録媒体２の面内における集光点の移動量はｆｏ・θとなる。なお、図４では開口付き光偏向素子１０への入射光は平行光であるが、開口付き光偏向素子１０への入射光が収束光又は発散光であっても同じことが言える。

開口付き光偏向素子１０ｃの構成は、図５〜図７に示す構成と同様である。すなわち、図５及び図６に示すように、開口付き光偏向素子１０ｃは、液晶層２３ａを含む第一の光偏向素子と、液晶層２３ｂを含む第二の光偏向素子とを有する。また、開口付き光偏向素子１０ｃは、基板２２ｂと基板２２ｃとの間に、透過層２５ａと反射層２６ａとから成る開口を有する。液晶層２３ａは、液晶層２３ａを上下から挟み込む透明電極２４ａ、２４ｂを用いて駆動される。また、液晶層２３ｂは、液晶層２３ｂを上下から挟みこむ透明電極２４ｃ、２４を用いて駆動される。

透明電極２４ａ、２４ｄは、パタン電極であり、図７（ａ）に示すように、透明電極２４ａ、２４ｄは、左右方向に並ぶ短冊状の複数の電極に分割されている。また、透明電極２４ｂ、２４ｃは、パタン電極であり、図７（ｂ）に示すように、上下方向に並ぶ短冊状の複数の電極に分割されている。開口は、図７（ｃ）に示すように、開口は、所定の半径を有する円の内側に透過層２５ａを有し、外側に反射層２６ａを有している。

開口付き光偏向素子１０ｃにおける開口の位置は、対物レンズ１２ｃの前側焦点位置と一致している。また、開口付き光偏向素子１０ｃにおける第一の光偏向素子及び第二の光偏向素子の位置は、対物レンズ１２ｃの前側焦点位置とほぼ一致している。厳密に言えば、開口付き光偏向素子１０ｃにおける第一の光偏向素子及び第二の光偏向素子の位置は、対物レンズ１２ｃの前側焦点位置と一致していない。しかしながら、そのずれ量は非常に小さく、ずれの影響は無視できる程度のものであるので、第一の光偏向素子及び第二の光偏向素子の位置は、対物レンズ１２ｃの前側焦点位置と一致しているとみなせる。

液晶層２３ａ、２３ｂは、一軸の屈折率異方性を有している。液晶層２３ａ、２３ｂの光学軸に平行な方向、垂直な方向の偏光成分に対する屈折率をそれぞれｎｅ、ｎｏとすると、ｎｅ＞ｎｏである。図５、図６に示す矢印は、液晶層２３ａ、２３ｂの光学軸の方向を表している。液晶層２３ａの光学軸はＹ−Ｚ面内にあり、液晶層２３ｂの光学軸はＸ−Ｚ面内にある。

レーザ３ｂ（図１１）から出射し、偏光ビームスプリッタ７ｂを透過した光は、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光として開口付き光偏向素子１０ｃの液晶層２３ａ、２３ｂへ入射する。この光は、集光点に形成された回折格子で反射され、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光として開口付き光偏向素子１０ｃの液晶層２３ａ、２３ｂへ入射する。液晶層２３ｂを含む第二の光偏向素子は、レーザ３ｂから出射し偏光ビームスプリッタ７ｂを透過した光に対して作用し、液晶層２３ａを含む第一の光偏向素子は、レーザ３ｂから出射し偏光ビームスプリッタ７ｂを透過した光に対しては作用しない。また、液晶層２３ｂを含む第二の光偏向素子は、集光点に形成された回折格子で反射された光に対して作用し、液晶層２３ａを含む第二の光偏向素子は、集光点に形成された回折格子で反射された光に対して作用しない。

レーザ３ｂから出射し、偏光ビームスプリッタ７ｂで反射された光は、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光として開口付き光偏向素子１０ｃの液晶層２３ａ、２３ｂへ入射する。液晶層２３ａを含む第一の光偏向素子は、レーザ３ｂから出射し偏光ビームスプリッタ７ｂで反射された光に対して作用し、液晶層２３ｂを含む第二の光偏向素子は、レーザ３ｂから出射し偏光ビームスプリッタ７ｂで反射された光に対して作用しない。

開口付き光偏向素子１０ｃにおける第一の光偏向素子及び第二の光偏向素子の駆動は、第一の実施の形態で説明したものと同じである。すなわち、開口付き光偏向素子１０ｃにて、左側電極２７及び右側電極２８を用いて、液晶層２３ａのＸ軸の負の側に実効値がＶ＋ΔＶ、Ｘ軸の正の側に実効値がＶ−ΔＶの交流電圧を印加し、液晶層２３ｂのＸ軸の負の側に実効値がＶ＋ΔＶ、Ｘ軸の正の側に実効値がＶ−ΔＶの交流電圧を印加すると、液晶の光学軸の向きは、図５（ａ）に示す状態となる。この状態では、液晶層２３ａの光学軸は、Ｘ軸の負の側ではＺ軸方向に近い方向になり、Ｘ軸の正の側ではＹ軸方向に近い方向となる。また、液晶層２３ｂの光学軸は、Ｘ軸の負の側ではＺ軸方向に近い方向になり、Ｘ軸の正の側ではＸ軸方向に近い方向となる。

図５（ａ）では、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光に対する液晶層２３ａの屈折率は、Ｘ軸の負の側では低くＸ軸の正の側では高くなり、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光に対する液晶層２３ｂの屈折率はＸ軸の負の側では低くＸ軸の正の側では高くなる。その結果、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光は、第一の光偏向素子でＸ軸の正の側へ偏向され、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光は、第二の光偏向素子でＸ軸の正の側へ偏向される。ここで、第一の光偏向素子が偏向する光の偏向角と、第二の光偏向素子が偏向する光の偏向角とは等しい。第一の光偏向素子、第二の光偏向素子が偏向する光の偏向角の絶対値は、ΔＶが大きいほど大きくなる。

開口付き光偏向素子１０ｃにて、左側電極２７及び右側電極２８を用いて、液晶層２３ａのＸ軸の負の側、Ｘ軸の正の側に何れも実効値がＶの交流電圧を印加し、液晶層２３ｂのＸ軸の負の側、Ｘ軸の正の側に何れも実効値がＶの交流電圧を印加すると、液晶の光学軸の向きは、図５（ｂ）に示す状態になる。この状態では、液晶層２３ａの光学軸は、Ｘ軸の負の側及びＸ軸の正の側とも、Ｙ軸方向とＺ軸方向との中間の方向となる。また、液晶層２３ｂの光学軸は、Ｘ軸の負の側及びＸ軸の正の側とも、Ｘ軸方向とＺ軸方向との中間の方向となる。

図５（ｂ）では、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光に対する液晶層２３ａの屈折率は、Ｘ軸の負の側とＸ軸の正の側とで等しく、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光に対する液晶層２３ｂの屈折率は、Ｘ軸の負の側とＸ軸の正の側とで等しい。その結果、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光は、第一の光偏向素子でＸ軸方向へ偏向されず、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光は、第二の光偏向素子でＸ軸方向へ偏向されない。

開口付き光偏向素子１０ｃにて、左側電極２７及び右側電極２８を用いて、液晶層２３ａのＸ軸の負の側に実効値がＶ−ΔＶ、Ｘ軸の正の側に実効値がＶ＋ΔＶの交流電圧を印加し、液晶層２３ｂのＸ軸の負の側に実効値がＶ−ΔＶ、Ｘ軸の正の側に実効値がＶ＋ΔＶの交流電圧を印加すると、液晶の光学軸の向きは、図５（ｃ）に示す状態になる。この状態では、液晶層２３ａの光学軸は、Ｘ軸の負の側ではＹ軸方向に近い方向になり、Ｘ軸の正の側ではＺ軸方向に近い方向となる。また、液晶層２３ｂの光学軸は、Ｘ軸の負の側ではＸ軸方向に近い方向になり、Ｘ軸の正の側ではＺ軸方向に近い方向となる。

図５（ｃ）では、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光に対する液晶層２３ａの屈折率は、Ｘ軸の負の側では高くＸ軸の正の側では低くなり、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光に対する液晶層２３ｂの屈折率は、Ｘ軸の負の側では高くＸ軸の正の側では低くなる。その結果、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光は、第一の光偏向素子でＸ軸の負の側へ偏向され、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光は、第二の光偏向素子でＸ軸の負の側へ偏向される。ここで、第一の光偏向素子が偏向する光の偏向角と、第二の光偏向素子が偏向する光の偏向角とは等しい。第一の光偏向素子、第二の光偏向素子が偏向する光の偏向角の絶対値は、ΔＶが大きいほど、大きくなる。

図５（ｂ）に示す開口付き光偏向素子の状態は、図１２（ａ）〜（ｃ）で、記録層内に集光される光が実線で示す光路を通るときの開口付き光偏向素子１０ｃの状態に対応している。図５（ａ）に示す開口付き光偏向素子の状態は、図１２（ａ）〜（ｃ）で、記録層内に集光される光が破線で示す光路を通るときの開口付き光偏向素子１０ｃの状態に対応している。図５（ｃ）に示す開口付き光偏向素子の状態は、図１２（ａ）〜（ｃ）で、記録層内に集光される光が一点鎖線で示す光路を通るときの開口付き光偏向素子１０ｃの状態に対応している。

また、図５（ｂ）に示す開口付き光偏向素子の状態は、図１３（ａ）〜（ｃ）で、記録層内の回折格子に集光される光が実線で示す光路を通るときの開口付き光偏向素子１０ｃの状態に対応している。図５（ａ）に示す開口付き光偏向素子の状態は、図１３（ａ）〜（ｃ）で、記録層内の回折格子に集光される光が破線で示す光路を通るときの開口付き光偏向素子１０ｃの状態に対応している。図５（ｃ）に示す開口付き光偏向素子の状態は、図１３（ａ）〜（ｃ）で、記録層内の回折格子に集光される光が一点鎖線で示す光路を通るときの開口付き光偏向素子１０ａの状態に対応している。

開口付き光偏向素子１０ｃにて、上側電極２９及び下側電極３０を用いて、液晶層２３ａのＹ軸の正の側に実効値がＶ＋ΔＶ、Ｙ軸の負の側に実効値がＶ−ΔＶの交流電圧を印加し、液晶層２３ｂのＹ軸の正の側に実効値がＶ＋ΔＶ、Ｙ軸の負の側に実効値がＶ−ΔＶの交流電圧を印加すると、液晶の光学軸の向きは、図６（ｃ）に示す状態になる。つまり、液晶層２３ａの光学軸は、Ｙ軸の正の側ではＺ軸方向に近い方向になり、Ｙ軸の負の側ではＹ軸方向に近い方向となる。また、液晶層２３ｂの光学軸は、Ｙ軸の正の側ではＺ軸方向に近い方向になり、Ｙ軸の負の側ではＸ軸方向に近い方向となる。

図６（ａ）では、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光に対する液晶層２３ａの屈折率は、Ｙ軸の正の側では低くＹ軸の負の側では高くなり、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光に対する液晶層２３ｂの屈折率は、Ｙ軸の正の側では低くＹ軸の負の側では高くなる。その結果、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光は、第一の光偏向素子でＹ軸の負の側へ偏向され、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光は、第二の光偏向素子でＹ軸の負の側へ偏向される。ここで、第一の光偏向素子が偏向する光の偏向角と、第二の光偏向素子が偏向する光の偏向角とは等しい。第一の光偏向素子及び第二の光偏向素子が偏向する光の偏向角の絶対値は、ΔＶが大きいほど大きくなる。

開口付き光偏向素子１０ｃにて、上側電極２９及び下側電極３０を用いて、液晶層２３ａのＹ軸の正の側、Ｙ軸の負の側に何れも実効値がＶの交流電圧を印加し、液晶層２３ｂのＹ軸の正の側、Ｙ軸の負の側に何れも実効値がＶの交流電圧を印加すると、液晶の光学軸の向きは、図６（ｂ）に示す状態になる。つまり、液晶層２３ａの光学軸は、Ｙ軸の正の側、Ｙ軸の負の側とも、Ｙ軸方向とＺ軸方向との中間の方向となる。また、液晶層２３ｂの光学軸は、Ｙ軸の正の側、Ｙ軸の負の側とも、Ｘ軸方向とＺ軸方向との中間の方向となる。

図６（ｂ）では、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光に対する液晶層２３ａの屈折率は、Ｙ軸の正の側とＹ軸の負の側とで等しく、また、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光に対する液晶層２３ｂの屈折率は、Ｙ軸の正の側とＹ軸の負の側とで等しい。その結果、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光は、第一の光偏向素子でＹ軸方向へ偏向されず、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光は、第二の光偏向素子でＹ軸方向へ偏向されない。

開口付き光偏向素子１０ｃにて、上側電極２９及び下側電極３０を用いて、液晶層２３ａのＹ軸の正の側に実効値がＶ−ΔＶ、Ｙ軸の負の側に実効値がＶ＋ΔＶの交流電圧を印加し、液晶層２３ｂのＹ軸の正の側に実効値がＶ−ΔＶ、Ｙ軸の負の側に実効値がＶ＋ΔＶの交流電圧を印加すると、液晶の光学軸の向きは、図６（ｃ）に示す状態になる。つまり、液晶層２３ａの光学軸は、Ｙ軸の正の側ではＹ軸方向に近い方向になり、Ｙ軸の負の側ではＺ軸方向に近い方向となる。また、液晶層２３ｂの光学軸は、Ｙ軸の正の側ではＸ軸方向に近い方向になり、Ｙ軸の負の側ではＺ軸方向に近い方向となる。

図６（ｃ）では、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光に対する液晶層２３ａの屈折率は、Ｙ軸の正の側では高くＹ軸の負の側では低くなり、また、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光に対する液晶層２３ｂの屈折率は、Ｙ軸の正の側では高くＹ軸の負の側では低くなる。その結果、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光は、第一の光偏向素子でＹ軸の正の側へ偏向され、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光は、第二の光偏向素子でＹ軸の正の側へ偏向される。ここで、第一の光偏向素子が偏向する光の偏向角と、第二の光偏向素子が偏向する光の偏向角とは等しい。第一の光偏向素子、第二の光偏向素子が偏向する光の偏向角の絶対値は、ΔＶが大きいほど大きくなる。

図１４は、開口付き可変焦点レンズ８ｃの断面図である。開口付き可変焦点レンズ８ｃは、基板２２ｉと基板２２ｊとの間に液晶層２３ｅが挟まれ、基板２２ｊと基板２２ｋとの間に透過層２５ｃ及び反射層２６ｃが挟まれ、基板２２ｋと基板２２ｍとの間に液晶層２３ｆが挟まれた構成である。基板２２ｉ、２２ｊの液晶層２３ｅ側の面には、液晶層２３ｅに交流電圧を印加するための透明電極２４ｉ、２４ｊがそれぞれ形成されている。また、基板２２ｋ、２２ｍの液晶層２３ｆ側の面には、液晶層２３ｆに交流電圧を印加するための透明電極２４ｋ、２４ｍがそれぞれ形成されている。透明電極２４ｉ、２４ｍはパタン電極であり、透明電極２４ｊ、２４ｋは全面電極である。基板２２ｉの液晶層２３ｅと反対側の面、及び、基板２２ｍの液晶層２３ｆと反対側の面は、何れも凸面である。

液晶層２３ｅ及び透明電極２４ｉ、２４ｊは、第一の可変焦点レンズを構成する。また、液晶層２３ｆ及び透明電極２４ｋ、２４ｍは、第二の可変焦点レンズを構成する。透過層２５ｃ及び反射層２６ｃは、開口を構成する。基板２２ｉ〜２２ｋ、２２ｍの材料としては、例えばガラスが用いられる。液晶層２３ｅ、２３ｆの材料としては、例えばネマチック液晶が用いられる。透明電極２４ｉ〜２４ｋ、２４ｍの材料としては、例えばＩＴＯが用いられる。透過層２５ｃ及び反射層２６ｃの材料としては、例えば誘電体多層膜が用いられる。

図１５は、開口付き可変焦点レンズ８ｄの断面図である。開口付き可変焦点レンズ８ｄは、基板２２ｎと基板２２ｐとの間に液晶層２３ｇが挟まれ、基板２２ｐと基板２２ｑとの間に透過層２５ｄ及び反射層２６ｄが挟まれ、基板２２ｑと基板２２ｒとの間に液晶層２３ｈが挟まれた構成である。基板２２ｎ、２２ｐの液晶層２３ｇ側の面には、液晶層２３ｇに交流電圧を印加するための透明電極２４ｎ、２４ｐがそれぞれ形成されている。また、基板２２ｑ、２２ｒの液晶層２３ｈ側の面には、液晶層２３ｈに交流電圧を印加するための透明電極２４ｑ、２４ｒがそれぞれ形成されている。透明電極２４ｎ、２４ｒはパタン電極であり、透明電極２４ｐ、２４ｑは全面電極である。基板２２ｎの液晶層２３ｇと反対側の面、及び、基板２２ｒの液晶層２３ｈと反対側の面は、何れも凹面である。

液晶層２３ｇ及び透明電極２４ｎ、２４ｐは、第一の可変焦点レンズを構成する。また、液晶層２３ｈ及び透明電極２４ｑ、２４ｒは、第二の可変焦点レンズを構成する。透過層２５ｄ及び反射層２６ｄは、開口を構成する。基板２２ｎ、２２ｐ〜２２ｒの材料としては、例えばガラスが用いられる。液晶層２３ｇ、２３ｈの材料としては、例えばネマチック液晶が用いられる。透明電極２４ｎ、２４ｐ〜２４ｒの材料としては、例えばＩＴＯが用いられる。透過層２５ｄ及び反射層２６ｄの材料としては、例えば誘電体多層膜が用いられる。

開口付き可変焦点レンズ８ｃの透明電極２４ｉ、２４ｍ（図１４）、及び、開口付き可変焦点レンズ８ｄの透明電極２４ｎ、２４ｒ（図１５）の電極のパタンは、図９（ａ）に示す、開口付き可変焦点レンズ８ａ、８ｂの透明電極２４ｅ、２４ｈ（図８）のパタンと同じである。すなわち、透明電極２４ｉ、２４ｍ、２４ｎ、２４ｒは、輪帯状の複数の電極に分割されており、各電極は、隣接する電極と抵抗を介して接続されている。また、開口付き可変焦点レンズ８ｃの透明電極２４ｊ、２４ｋ（図１４）、及び、開口付き可変焦点レンズ８ｄの透明電極２４ｐ、２４ｑ（図１５）は、図９（ｂ）に示す、開口付き可変焦点レンズ８ａ、８ｂの透明電極２４ｆ、２４ｇ（図８）と同様な単一の電極（全面電極３３）で構成されている。

開口付き可変焦点レンズ８ｃでは、透明電極２４ｉ、２４ｍの内側電極３１及び外側電極３２（図９（ａ））を用いて、液晶層２３ｅ、２３ｆの内側及び外側に互いに異なる交流電圧を印加することで、内側から外側へ向かって２次関数状の交流電圧の分布を形成することができる。また、開口付き可変焦点レンズ８ｄでは、透明電極２４ｎ、２４ｒの内側電極３１及び外側電極３２を用いて、液晶層２３ｇ、２３ｈの内側及び外側に互いに異なる交流電圧を印加することで、内側から外側へ向かって２次関数状の交流電圧の分布を形成することができる。

開口付き可変焦点レンズ８ｃ、８ｄの開口の平面形状は、図９（ｃ）に示す、開口付き可変焦点レンズ８ａ、８ｂにおける開口と同様である。すなわち、開口付き可変焦点レンズ８ｃの開口は、所定の半径を有する円の内側に透過層２５ｃを有し、外側に反射層２６ｃを有している。また、開口付き可変焦点レンズ８ｄの開口は、所定の半径を有する円の内側に透過層２５ｄを有し、外側に反射層２６ｄを有している。透過層２５ｃ、２５ｄは、入射光をほぼ１００％透過させ、反射層２６ｃ、２６ｄは、入射光をほぼ１００％反射する。

開口付き可変焦点レンズ８ｃ、８ｄにおける開口の位置は、対物レンズ１２ｃの前側焦点位置と光学的に共役な位置と一致している。開口付き可変焦点レンズ８ｃ、８ｄにおける第一の可変焦点レンズ、第二の可変焦点レンズの位置は、対物レンズ１２ｃの前側焦点位置と光学的に共役な位置とほぼ一致している。厳密に言えば、開口付き可変焦点レンズ８ｃ、８ｄにおける第一の可変焦点レンズ及び第二の可変焦点レンズの位置は、対物レンズ１２ｃの前側焦点位置と光学的に共役な位置と一致していない。しかし、そのずれ量は非常に小さく、ずれの影響は無視できる程度のものであるので、第一の可変焦点レンズ及び第二の可変焦点レンズの位置は、対物レンズ１２ｃの前側焦点位置と光学的に共役な位置と一致しているとみなすことができる。

開口付き可変焦点レンズ８ｃ、８ｄにおける液晶層２３ｅ〜２３ｈは、一軸の屈折率異方性を有している。液晶層２３ｅ〜２３ｈの光学軸に平行な方向、垂直な方向の偏光成分に対する屈折率をそれぞれｎｅ、ｎｏとすると、ｎｅ＞ｎｏである。図１４の矢印は液晶層２３ｅ、２３ｆの光学軸の方向を表しており、図１５の矢印は液晶層２３ｇ、２３ｈの光学軸の方向を表している。液晶層２３ｅ、２３ｇの光学軸はＹ−Ｚ面内にあり、液晶層２３ｆ、２３ｈの光学軸はＸ−Ｚ面内にある。

レーザ３ｂ（図１１）から出射し、偏光ビームスプリッタ７ｂを透過した光は、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光として開口付き可変焦点レンズ８ｃの液晶層２３ｅ、２３ｆへ入射する。この光は、集光点に形成された回折格子で反射され、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光として開口付き可変焦点レンズ８ｃの液晶層２３ｅ、２３ｆへ入射する。液晶層２３ｆを含む第二の可変焦点レンズは、レーザ３ｂから出射し偏光ビームスプリッタ７ｂを透過した光に対して作用し、液晶層２３ｅを含む第一の光偏向素子は、レーザ３ｂから出射し偏光ビームスプリッタ７ｂを透過した光に対しては作用しない。また、液晶層２３ｆを含む第二の光偏向素子は、集光点に形成された回折格子で反射された光に対して作用し、液晶層２３ｅを含む第一の光偏向素子は、集光点に形成された回折格子で反射された光に対して作用しない。

レーザ３ｂから出射し、偏光ビームスプリッタ７ｂで反射された光は、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光として開口付き可変焦点レンズ８ｄの液晶層２３ｇ、２３ｈへ入射する。液晶層２３ｇを含む第一の可変焦点レンズは、レーザ３ｂから出射し偏光ビームスプリッタ７ｂで反射された光に対して作用し、液晶層２３ｈを含む第二の光偏向素子は、レーザ３ｂから出射し偏光ビームスプリッタ７ｂで反射された光に対しては作用しない。なお、開口付き可変焦点レンズ８ｃの第一の光偏向素子、及び、開口付き可変焦点レンズ８ｄの第二の光偏向素子は、入射光に対して作用しないので、開口付き可変焦点レンズ８ｃは第二の光偏向素子だけでもよく、また、開口付き可変焦点レンズ８ｄは第一の光偏向素子だけでもよい。

図１４（ａ）、図１５（ａ）は、内側電極３１及び外側電極３２を用いて、液晶層２３ｅ、２３ｇの内側に実効値がＶ−ΔＶ、外側に実効値がＶ＋ΔＶの交流電圧が印加され、液晶層２３ｆ、２３ｈの内側に実効値がＶ−ΔＶ、外側に実効値がＶ＋ΔＶの交流電圧が印加された状態を表している。このとき、液晶層２３ｅ、２３ｇの光学軸は、内側ではＹ軸方向に近い方向になり、外側ではＺ軸方向に近い方向となる。また、液晶層２３ｆ、２３ｈの光学軸は、内側ではＸ軸方向に近い方向になり、外側ではＺ軸方向に近い方向となる。従って、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光に対する液晶層２３ｅ、２３ｇの屈折率は、内側では高く外側では低くなり、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光に対する液晶層２３ｆ、２３ｈの屈折率は、内側では高く外側では低くなる。その結果、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光は、第一の可変焦点レンズが凸レンズとして作用すること第一の可変焦点レンズで収束され、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光は、第二の可変焦点レンズが凸レンズとして作用することで第二の可変焦点レンズで収束される。ここで、第一の可変焦点レンズの焦点距離と第二の可変焦点レンズの焦点距離とは等しい。第一の可変焦点レンズ、第二の可変焦点レンズの焦点距離の絶対値は、ΔＶが大きいほど小さくなる。

図１４（ｂ）、図１５（ｂ）は、内側電極３１及び外側電極３２を用いて、液晶層２３ｅ、２３ｇの内側、外側に何れも実効値がＶの交流電圧が印加され、液晶層２３ｆ、２３ｈの内側、外側に何れも実効値がＶの交流電圧が印加された状態を表している。このとき、液晶層２３ｅ、２３ｇの光学軸は、内側、外側ともＹ軸方向とＺ軸方向との中間の方向となり、液晶層２３ｆ、２３ｈの光学軸は、内側、外側ともＸ軸方向とＺ軸方向との中間の方向となる。従って、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光に対する液晶層２３ｅ、２３ｇの屈折率は、内側と外側とで等しく、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光に対する液晶層２３ｆ、２３ｈの屈折率は、内側と外側とで等しい。その結果、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光は、第一の可変焦点レンズがレンズとして作用しないことで第一の可変焦点レンズで平行度が変化せず、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光は、第二の可変焦点レンズがレンズとして作用しないことで第二の可変焦点レンズで平行度が変化しない。

図１４（ｃ）、図１５（ｃ）は、内側電極３１及び外側電極３２を用いて、液晶層２３ｅ、２３ｇの内側に実効値がＶ＋ΔＶ、外側に実効値がＶ−ΔＶの交流電圧が印加され、液晶層２３ｆ、２３ｈの内側に実効値がＶ＋ΔＶ、外側に実効値がＶ−ΔＶの交流電圧が印加された状態を表している。このとき、液晶層２３ｅ、２３ｇの光学軸は、内側ではＺ軸方向に近い方向になり、外側ではＹ軸方向に近い方向となる。また、液晶層２３ｆ、２３ｈの光学軸は、内側ではＺ軸方向に近い方向になり、外側ではＸ軸方向に近い方向となる。従って、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光に対する液晶層２３ｅ、２３ｇの屈折率は、内側では低く外側では高くなり、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光に対する液晶層２３ｆ、２３ｈの屈折率は、内側では低く外側では高くなる。その結果、偏光方向がＹ軸方向である直線偏光は、第一の可変焦点レンズが凹レンズとして作用することで第一の可変焦点レンズで発散され、偏光方向がＸ軸方向である直線偏光は、第二の可変焦点レンズが凹レンズとして作用することで第二の可変焦点レンズで発散される。ここで、第一の可変焦点レンズの焦点距離と第二の可変焦点レンズの焦点距離とは等しい。第一の可変焦点レンズ、第二の可変焦点レンズの焦点距離の絶対値は、ΔＶが大きいほど小さくなる。

可変焦点レンズ８ｃが、図１４（ａ）に示す状態にあるとき、光記録媒体２ｂの記録層１４ｂ内に集光される光は、図１２（ａ）にビーム２０ｄで示すように、記録層１４ｂの基板１７ｃに近い側に集光される。このとき、可変焦点レンズ８ｄは、図１５（ｃ）に示す状態にあり、反射層１６で反射されて記録層１４ｂ内に集光される光は、図１２（ａ）にビーム２１ｄで示すように、記録層１４ｂの反射層１６から見て遠い側、すなわち、基板１７ｃに近い側に集光される。可変焦点レンズ８ｃ、８ｄをこのように制御することで、ビーム２０ｄとビーム２１ｄとが、記録層１４ｂ内の基板１７ｃに近い側の同一位置に集光されて干渉し、集光位置に回折格子が形成される。

可変焦点レンズ８ｃが、図１４（ｂ）に示す状態にあるとき、光記録媒体２ｂの記録層１４ｂ内に集光される光は、図１２（ｂ）にビーム２０ｅで示すように、記録層１４ｂの基板１７ｃと反射層１６との中間の位置に集光される。このとき、可変焦点レンズ８ｄは、図１５（ｂ）に示す状態にあり、反射層１６で反射されて記録層１４ｂ内に集光される光は、図１２（ｂ）にビーム２１ｅで示すように、記録層１４ｂの基板１７ｃと反射層１６との中間の位置に集光される。可変焦点レンズ８ｃ、８ｄをこのように制御することで、ビーム２０ｅとビーム２１ｅとが、記録層１４ｂ内の基板１７ｃと反射層１６との中間の同一位置に集光されて干渉し、集光位置に回折格子が形成される。

可変焦点レンズ８ｃが、図１４（ｃ）に示す状態にあるとき、光記録媒体２ｂの記録層１４ｂ内に集光される光は、図１２（ｃ）にビーム２０ｆで示すように、記録層１４ｂの基板１７ｃに遠い側に集光される。このとき、可変焦点レンズ８ｄは、図１５（ａ）に示す状態にあり、反射層１６で反射されて記録層１４ｂ内に集光される光は、図１２（ｃ）にビーム２１ｆで示すように、記録層１４ｂの反射層１６から見て近い側、すなわち、基板１７ｃに遠い側に集光される。可変焦点レンズ８ｃ、８ｄをこのように制御することで、ビーム２０ｆとビーム２１ｆとが、記録層１４ｂ内の基板１７ｃに遠い側の同一位置に集光されて干渉し、集光位置に回折格子が形成される。

また、可変焦点レンズ８ｃが、図１４（ａ）に示す状態にあるとき、光記録媒体２ｂの記録層１４ｂ内に集光される光は、図１３（ａ）にビーム２０ｄで示すように、記録層１４ｂの基板１７ｃに近い側に集光される。可変焦点レンズ８ｃをこのように制御することで、記録層１４ｂ内の基板１７ｃに近い側に形成された回折格子に集光スポットを形成できる。可変焦点レンズ８ｃが、図１４（ｂ）に示す状態にあるとき、光記録媒体２ｂの記録層１４ｂ内に集光される光は、図１３（ｂ）にビーム２０ｅで示すように、記録層１４ｂの基板１７ｃと反射層１６との中間の位置に集光される。可変焦点レンズ８ｃをこのように制御することで、記録層１４ｂ内の基板１７ｃと反射層１６との中間の位置に形成された回折格子に集光スポットを形成できる。可変焦点レンズ８ｃが、図１５（ｃ）に示す状態にあるとき、光記録媒体２ｂの記録層１４ｂ内に集光される光は、図１３（ｃ）にビーム２０ｆで示すように、記録層１４ｂの基板１７ｃに遠い側に集光される。可変焦点レンズ８ｃをこのように制御することで、記録層１４ｂ内の基板１７ｃに遠い側に形成された回折格子に集光スポットを形成できる。

本発明の光学ユニットの第二の実施の形態では、開口付き光偏向素子１０ｃは、互いに直交する直線偏光に対して作用する第一の光偏向素子と第二の光偏向素子とを含んでいる。情報の記録時に、往路の光として第一の光と第二の光とを用い、第一の光と第二の光との合成に偏光ビームスプリッタ７ｃを用いる場合、開口付き光偏向素子１０ｃは第一の光偏向素子と第二の光偏向素子と含んでいるため、開口付き光偏向素子１０ｃは、第一の光と第二の光との双方の光に対して作用する。従って、開口付き光偏向素子１０を用いて、光記録媒体２ｂ内の第一の光と第二の光との双方の集光点の位置を、記録層の面内方向に移動させることができる。開口が、対物レンズ１２ｃの前側焦点位置又はそれと光学的に共役な位置にあることで生じる効果は、第一の実施の形態で説明した効果と同様である。

図１６は、本発明の光学的情報記録再生装置の第二の実施の形態を示している。光学的情報記録再生装置は、光学ユニット１ｂ、ポジショナ３４ｂ、コントローラ３５ｂ、アクティブ波長板３６ｂ、変調回路３７ｂ、記録信号生成回路３８ｂ、レーザ駆動回路３９ｂ、増幅回路４０ｂ、再生信号処理回路４１ｂ、復調回路４２ｂ、光偏向素子駆動回路４３ｂ、可変焦点レンズ駆動回路４４ｂ、及び、光記録媒体駆動回路４５ｂを備える。光学ユニット１ｂは、図１に示す、本発明の光学ユニットの第二の実施の形態である。

光記録媒体２ｂは、ポジショナ３４ｂに接続されている。コントローラ３５ｂは、アクティブ波長板駆動回路３６ｂ、変調回路３７ｂからレーザ駆動回路３９ｂまでの回路、増幅回路４０ｂから復調回路４２ｂまでの回路、光偏向素子駆動回路４３ｂ、可変焦点レンズ駆動回路４４ｂ、及び、光記録媒体駆動回路４５ｂを制御する。変調回路３７ｂからレーザ駆動回路３９ｂまでの回路は記録回路であり、増幅回路４０ｂから復調回路４２ｂまでの回路は再生回路である。

アクティブ波長板駆動回路３６ｂは、光学ユニット１ｂ内のアクティブ波長板５ｂ（図１１）を駆動する。アクティブ波長板駆動回路３６ｂは、光記録媒体２ｂへの情報の記録時には、アクティブ波長板５ｂが１／４波長板の効果を持つように、アクティブ波長板５ｂが有する液晶層に実効値が２．５Ｖの交流電圧を印加する。また、アクティブ波長板駆動回路３６ｂは、光記録媒体２ｂからの情報の再生時には、アクティブ波長板５ｂが全波長板の効果を持つように、アクティブ波長板５ｂが有する液晶層に実効値が５Ｖの交流電圧を印加する。

変調回路３７ｂは、光記録媒体２ｂへの情報の記録時に、記録データとして外部から入力された信号を変調規則に従って変調する。記録信号生成回路３８ｂは、変調回路３７ｂで変調された信号に基づいて、光学ユニット１ｂ内のレーザ３ｂを駆動するための記録信号を生成する。レーザ駆動回路３９ｂは、レーザ３ｂを駆動する。レーザ駆動回路３９ｂは、光記録媒体２ｂへの情報の記録時には、記録信号生成回路３８ｂで生成された記録信号に基づいて、レーザ３ｂへ記録信号に応じた電流を供給する。また、レーザ駆動回路３９ｂは、光記録媒体２ｂからの情報の再生時には、レーザ３ｂからの出射光のパワーが一定になるように、レーザ３ｂへ一定の電流を供給する。

増幅回路４０ｂは、光記録媒体２ｂからの情報の再生時に、光学ユニット１ｂ内の光検出器１３ｂから出力される電圧信号を増幅する。再生信号処理回路４１ｂは、増幅回路４０ｂで増幅された電圧信号に基づいて、光記録媒体２ｂに記録された情報である再生信号の生成、波形等化、２値化を行う。復調回路４２ｂは、再生信号処理回路４１ｂで２値化された信号を復調規則に従って復調し、再生データとして外部へ出力する。

光偏向素子駆動回路４３ｂは、光学ユニット１ｂ内の開口付き光偏向素子１０ｃを駆動する。光偏向素子駆動回路４３ｂは、光記録媒体２ｂへの情報の記録時に、光学ユニット１ｂ内の開口付き光偏向素子１０ｃが有する液晶層２３ａ、２３ｂ（図５、図６）に交流電圧を印加し、開口付き光偏向素子１０ｃにおける第一の光偏向素子、第二の光偏向素子を駆動して、光記録媒体２ｂの記録層１４ｂ内におけるビーム２０ｄ〜２０ｆ、ビーム２１ｄ〜２１ｆ（図１２）の集光点の位置を、記録層１４ｂの面内へ移動させる。また、光偏向素子駆動回路４３ｂは、光記録媒体２ｂからの情報の再生時に、光学ユニット１ｂ内の開口付き光偏向素子１０ｃが有する液晶層２３ａ、２３ｂに交流電圧を印加し、開口付き光偏向素子１０ｃにおける第一の光偏向素子、第二の光偏向素子を駆動して、光記録媒体２ｂの記録層１４ｂ内におけるビーム２０ｄ〜２０ｆ（図１３）の集光点の位置を記録層１４ｂの面内へ移動させる。

可変焦点レンズ駆動回路４４ｂは、可変焦点レンズ８ｃ、８ｄを駆動する。可変焦点レンズ駆動回路４４ｂは、光記録媒体２ｂへの情報の記録時に、光学ユニット１ｂ内の開口付き可変焦点レンズ８ｃが有する液晶層２３ｅ、２３ｆ（図１４）、開口付き可変焦点レンズ８ｄが有する液晶層２３ｇ、２３ｈ（図１５）に交流電圧を印加し、開口付き可変焦点レンズ８ｃ、８ｄにおける第一の可変焦点レンズ、第二の可変焦点レンズを駆動して、光記録媒体２ｂの記録層１４ｂ内におけるビーム２０ｄ〜２０ｆ、ビーム２１ｄ〜２１ｆの集光点の位置を記録層１４ｂの厚さ方向へ移動させる。また、可変焦点レンズ駆動回路４４ｂは、光記録媒体２ｂからの情報の再生時に、光学ユニット１ｂ内の開口付き可変焦点レンズ８ｃが有する液晶層２３ｅ、２３ｆに交流電圧を印加し、開口付き可変焦点レンズ８ｃにおける第一の可変焦点レンズ、第二の可変焦点レンズを駆動して、光記録媒体２ｂの記録層１４ｂ内におけるビーム２０ｄ〜２０ｆの集光点の位置を記録層１４ｂの厚さ方向へ移動させる。

光記録媒体駆動回路４５ｂは、光記録媒体２ｂが接続されたポジショナ３４ｂを駆動し、光学ユニット１ｂから光記録媒体２ｂに照射される集光スポットを、光記録媒体２ｂの記録層の面内方向に移動させる。光記録媒体駆動回路４５ｂは、光記録媒体２ｂへの情報の記録時に、ポジショナ３４ｂへ電圧を供給して光記録媒体２ｂを面内へ移動させ、記録層１４ｂ内におけるビーム２０ｄ〜２０ｆ、ビーム２１ｄ〜２１ｆの集光点の位置を光記録媒体２ｂの面内へ移動させる。また、光記録媒体駆動回路４５ｂは、光記録媒体２ｂからの情報の再生時に、ポジショナ３４ｂに電圧を供給して光記録媒体２ｂを面内へ移動させ、光記録媒体２ｂの記録層１４ｂ内におけるビーム２０ｄ〜２０ｆの集光点の位置を光記録媒体２ｂの面内へ移動させる。

なお、本発明の光学ユニットの第一、第二の実施の形態は、マイクロホログラム記録用の光学ユニットの実施の形態であり、本発明の光学的情報記録再生装置の第一、第二の実施の形態は、マイクロホログラム記録用の光学的情報記録再生装置の実施の形態である。本発明は、実施の形態で説明したものには限定されず、光記録媒体に対して情報の記録再生を行うための光学ユニット及び光学的情報記録再生装置であれば、マイクロホログラム記録に限らず、他の方式の記録にも適用することができる。

以上、本発明をその好適な実施の形態に基づいて説明したが、本発明の光学ユニット及び光学的情報記録再生装置は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、上記実施の形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。

最後に、本発明の最小構成について説明する。本発明の光学ユニットは、最小構成として、光源と、光源からの出射光を、記録層を有する光記録媒体の記録層に集光して集光スポットを形成する対物レンズと、対物レンズの開口数を定める開口と、記録層からの反射光を受光する光検出器と、出射光及び反射光の向きを変化させ、記録層の面内における集光スポットの位置を変化させる光偏向素子とを備える。光偏向素子は、偏光方向が第一の方向である第一の直線偏光に対して作用する第一の光偏向素子と、偏光方向が第一の方向に直交する第二の方向である第二の直線偏光に対して作用する第二の光偏向素子とを含む。

本発明の光学的情報記録再生装置は、光源と、光源からの出射光を、記録層を有する光記録媒体の記録層に集光して集光スポットを形成する対物レンズと、対物レンズの開口数を定める開口と、記録層からの反射光を受光する光検出器と、出射光及び反射光の向きを変化させ、記録層の面内における集光スポットの位置を変化させる光偏向素子と、記録データに基づいて出射光の強度を変調する記録回路と、光検出器からの出力に基づいて再生データを生成する再生回路と、光偏向素子を電気的に駆動する光偏向素子駆動回路とを備える。光偏向素子は、偏光方向が第一の方向である第一の直線偏光に対して作用する第一の光偏向素子と、偏光方向が第一の方向に直交する第二の方向である第二の直線偏光に対して作用する第二の光偏向素子とを含む。

本発明の光学ユニット及び光学的情報記録再生装置は、光偏向素子が、第一の光偏向素子と第二の光偏向素子とを含んでいる。光偏向素子が、第一の光偏向素子と第二の光偏向素子とを含むことで、光偏向素子に入射する光の偏光方向に依存することなく、集光点の位置を、光記録媒体の記録層の面内方向へ、高精度に移動させることができる。例えば、記録時に往路の光、再生時に復路の光を用い、往路の光と復路の光との分離に偏光ビームスプリッタを用いた場合でも、第一の光偏向素子と第二の光偏向素子とを用いることで、往路の光と復路の光とに対して光偏向素子を作用させることができ、光検出器上の集光点の位置を移動させることなく、光記録媒体内の集光点の位置を移動させることが可能になる。また、例えば、記録時の復路の光として第一の光と第二の光とを用い、第一の光と第二の光との合成に偏光ビームスプリッタを用いた場合でも、第一の光偏向素子と第二の光偏向素子とを用いることで、第一の光と第二の光との双方に対して光偏向素子を作用させることができ、第一の光の集光点と第二の光の集光点との双方の位置を移動させることが可能になる。その結果として、高い速度での記録と、高い信号対雑音比での再生とが可能になる。

本発明では、開口及び光偏向素子が、対物レンズの前側焦点位置、又は、それと光学的に共役な位置にあることが好ましい。その場合、光偏向素子を用いて集光点の位置を記録層の面内方向に移動させたときでも、光源からの出射光及び光記録媒体からの反射光が開口で蹴られなくなる。この構成を採用する場合、記録層に集光される光の光量の減少、及び、光検出器で受光される光の光量の減少を抑制できるという効果がある。

１ａ、１ｂ：光学ユニット
２、２ａ、２ｂ：光記録媒体
３ａ、３ｂ：レーザ
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇ、４ｈ、４ｉ、４ｊ、４ｋ、４ｍ：凸レンズ
５ａ、５ｂ：アクティブ波長板
６：ハーフミラー
７ａ、７ｂ、７ｃ：偏光ビームスプリッタ
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ：開口付き可変焦点レンズ
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ：ミラー
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ：開口付き光偏向素子
１１ａ、１１ｂ：１／４波長板
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ：対物レンズ
１３ａ、１３ｂ：光検出器
１４ａ、１４ｂ：記録層
１５：１／４波長板層
１６：反射層
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ：基板
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ：集光点
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅ、１９ｆ：回折格子
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ：ビーム
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ：ビーム
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆ、２２ｇ、２２ｈ、２２ｉ、２２ｊ、２２ｋ、２２ｍ、２２ｎ、２２ｐ、２２ｑ、２２ｒ：基板
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ、２３ｇ、２３ｈ：液晶層
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆ、２４ｇ、２４ｈ、２４ｉ、２４ｊ、２４ｋ、２４ｍ、２４ｎ、２４ｐ、２４ｑ、２４ｒ：透明電極
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ：透過層
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ：反射層
２７：左側電極
２８：右側電極
２９：上側電極
３０：下側電極
３１：内側電極
３２：外側電極
３３：全面電極
３４ａ、３４ｂ：ポジショナ
３５ａ、３５ｂ：コントローラ
３６ａ、３６ｂ：アクティブ波長板駆動回路
３７ａ、３７ｂ：変調回路
３８ａ、３８ｂ：記録信号生成回路
３９ａ、３９ｂ：レーザ駆動回路
４０ａ、４０ｂ：増幅回路
４１ａ、４１ｂ：再生信号処理回路
４２ａ、４２ｂ：復調回路
４３ａ、４３ｂ：光偏向素子駆動回路
４４ａ、４４ｂ：可変焦点レンズ駆動回路
４５ａ、４５ｂ：光記録媒体駆動回路
４６：光記録媒体
４７：レーザ
４８：凹レンズ
４９ａ、４９ｂ：凸レンズ
５０ａ、５０ｂ：ビームスプリッタ
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ：ミラー
５２：シャッタ
５３ａ、５３ｂ：１／４波長板
５４ａ、５４ｂ：対物レンズ
５５：光検出器

Claims (9)

1. 光源と、
   前記光源からの出射光を、第一の光と第二の光とに分割するビーム分割手段と、
   前記光源からの出射光を、記録層と、前記記録層の一方の側及び他方の側にそれぞれ位置する第一の入射面及び第二の入射面とを有する光記録媒体の記録層に集光して集光スポットを形成する対物レンズと、
   前記対物レンズの開口数を定める開口と、
   前記記録層からの反射光を受光する光検出器と、
   偏光方向が第一の方向である第一の直線偏光に対して作用する第一の光偏向素子と、偏光方向が前記第一の方向に直交する第二の方向である第二の直線偏光に対して作用する第二の光偏向素子とを含み、前記出射光及び前記反射光の向きを変化させ、前記記録層の面内における前記集光スポットの位置を変化させる光偏向素子とを備え、
   前記集光スポットの形成は、前記第一の光を、前記第一の入射面から前記光記録媒体に入射して前記記録層内で集光すると共に、前記第二の光を、前記第二の入射面から前記光記録媒体へ入射して前記記録層内で集光することにより行われ、
   前記第一の光は、前記第一の直線偏光として前記光偏向素子に入射し、前記記録層からの前記第一の光に対する反射光は、前記第二の直線偏光として前記光偏向素子に入射する、光学ユニット。
2. 光源と、
   前記光源からの出射光を、第一の光と第二の光とに分割するビーム分割手段と、
   前記光源からの出射光を、記録層と、前記記録層の一方の側に位置する入射面及び他方の側に位置する反射層とを有する光記録媒体の記録層に集光して集光スポットを形成する対物レンズと、
   前記対物レンズの開口数を定める開口と、
   前記記録層からの反射光を受光する光検出器と、
   偏光方向が第一の方向である第一の直線偏光に対して作用する第一の光偏向素子と、偏光方向が前記第一の方向に直交する第二の方向である第二の直線偏光に対して作用する第二の光偏向素子とを含み、前記出射光及び前記反射光の向きを変化させ、前記記録層の面内における前記集光スポットの位置を変化させる光偏向素子とを備え、
   前記集光スポットの形成は、前記第一の光を、前記入射面から前記光記録媒体へ入射して前記記録層内で前記反射層の側へ向かう途中で集光すると共に、前記第二の光を、前記入射面から前記光記録媒体へ入射して前記記録層を透過し、前記反射層で反射され、前記記録層内で前記入射面の側へ向かう途中で集光することにより行われ、
   前記第一の光は、前記第一の直線偏光として前記光偏向素子へ入射し、前記第二の光は、前記第二の直線偏光として前記光偏向素子へ入射する、光学ユニット。
3. 前記光偏向素子及び前記開口が、前記対物レンズの前側焦点位置、又は、前側焦点位置と光学的に共役な位置に配置されている、請求項１又は２に記載の光学ユニット。
4. 前記出射光及び前記反射光の平行度を変化させ、前記記録層の厚さ方向における前記集光スポットの位置を変化させる可変焦点レンズを更に有する、請求項１乃至３の何れか一に記載の光学ユニット。
5. 光源と、
   前記光源からの出射光を、第一の光と第二の光とに分割するビーム分割手段と、
   前記光源からの出射光を、記録層と、前記記録層の一方の側及び他方の側にそれぞれ位置する第一の入射面及び第二の入射面とを有する光記録媒体の記録層に集光して集光スポットを形成する対物レンズと、
   前記対物レンズの開口数を定める開口と、
   前記記録層からの反射光を受光する光検出器と、
   偏光方向が第一の方向である第一の直線偏光に対して作用する第一の光偏向素子と、偏光方向が前記第一の方向に直交する第二の方向である第二の直線偏光に対して作用する第二の光偏向素子とを含み、前記出射光及び前記反射光の向きを変化させ、前記記録層の面内における前記集光スポットの位置を変化させる光偏向素子と、
   記録データに基づいて前記出射光の強度を変調する記録回路と、
   前記光検出器からの出力に基づいて再生データを生成する再生回路と、
   前記光偏向素子を電気的に駆動する光偏向素子駆動回路とを備え、
   前記集光スポットの形成は、前記第一の光を、前記第一の入射面から前記光記録媒体に入射して前記記録層内で集光すると共に、前記第二の光を、前記第二の入射面から前記光記録媒体へ入射して前記記録層内で集光することにより行われ、
   前記第一の光は、前記第一の直線偏光として前記光偏向素子に入射し、前記記録層からの前記第一の光に対する反射光は、前記第二の直線偏光として前記光偏向素子に入射する、光学的情報記録再生装置。
6. 光源と、
   前記光源からの出射光を、第一の光と第二の光とに分割するビーム分割手段と、
   前記光源からの出射光を、記録層と、前記記録層の一方の側に位置する入射面及び他方の側に位置する反射層とを有する光記録媒体の記録層に集光して集光スポットを形成する対物レンズと、
   前記対物レンズの開口数を定める開口と、
   前記記録層からの反射光を受光する光検出器と、
   偏光方向が第一の方向である第一の直線偏光に対して作用する第一の光偏向素子と、偏光方向が前記第一の方向に直交する第二の方向である第二の直線偏光に対して作用する第二の光偏向素子とを含み、前記出射光及び前記反射光の向きを変化させ、前記記録層の面内における前記集光スポットの位置を変化させる光偏向素子と、
   記録データに基づいて前記出射光の強度を変調する記録回路と、
   前記光検出器からの出力に基づいて再生データを生成する再生回路と、
   前記光偏向素子を電気的に駆動する光偏向素子駆動回路とを備え、
   前記集光スポットの形成は、前記第一の光を、前記入射面から前記光記録媒体へ入射して前記記録層内で前記反射層の側へ向かう途中で集光すると共に、前記第二の光を、前記入射面から前記光記録媒体へ入射して前記記録層を透過し、前記反射層で反射され、前記記録層内で前記入射面の側へ向かう途中で集光することにより行われ、
   前記第一の光は、前記第一の直線偏光として前記光偏向素子へ入射し、前記第二の光は、前記第二の直線偏光として前記光偏向素子へ入射する、光学的情報記録再生装置。
7. 前記光偏向素子及び前記開口が、前記対物レンズの前側焦点位置、又は、前側焦点位置と光学的に共役な位置に配置されている、請求項５又は６に記載の光学的情報記録再生装置。
8. 前記出射光及び前記反射光の平行度を変化させ、前記記録層の厚さ方向における前記集光スポットの位置を変化させる可変焦点レンズと、
   前記可変焦点レンズを電気的に駆動する可変焦点レンズ駆動回路とを更に備える、請求項５乃至７の何れか一に記載の光学的情報記録再生装置。
9. 前記光記録媒体を、面内方向に駆動する機構を更に備える、請求項５乃至８の何れか一に記載の光学的情報記録再生装置。

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